JP4969216B2 - 永久磁石同期電動機及び圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は自己始動型永久磁石同期電動機及び圧縮機に関するものである。

電気冷蔵庫や空気調和機などに搭載されている圧縮機のうち、速度制御を必要としない一定速圧縮機の駆動源として、従来から誘導電動機が用いられている。圧縮機駆動源となる電動機への要求性能のうちの一つとして、空間高調波磁束に起因する振動・騒音・トルク脈動の低減が挙げられ、従来の誘導電動機では回転子にスキューを施すことでその低減を実現している。

一方で、昨今における高効率化のニーズの高まりから、商用電源での自己始動が可能であり、かつ高効率運転を実現可能な自己始動型永久磁石同期電動機の開発が望まれている。しかしながら、自己始動型永久磁石同期電動機は、回転子外周側に始動用かご型導体を有し、かご型導体の内周側に永久磁石を配置する必要がある。このため、従来の誘導電動機で行っていたスキューを適用することは困難である。また、特許文献１に開示されているような回転子に段スキューを施す方法についても、かご型導体をダイキャストにより構成することを考慮すると、回転子に永久磁石を挿入する工程で問題が生じる。すなわち、永久磁石をダイキャスト後に回転子に挿入するのは構造上困難となるので、ダイキャスト前に予め挿入しておく方が望ましいが、そうした場合、ダイキャト時の高温加熱により磁石特性が劣化してしまう。

特開２００６−６０９５２号公報

振動・騒音・トルク脈動の発生要因として、固定子スロット形状や回転子形状に起因するエアギャップ中の空間高調波磁束が挙げられる。これを低減するためには、回転子にスキューおよび段スキューを施すのが一般的であるが、自己始動型永久磁石同期電動機においてはその構成上および構造上の制約により、適用が困難である。

本発明の目的は、前記制約を克服し振動・騒音・トルク脈動の低減が可能な永久磁石同期電動機およびその回転子、あるいはこれらを用いた圧縮機を提供することである。

本発明では、上記課題を解決するために、固定子巻線を備えた固定子と、前記固定子の内周側に回転自由に支持された回転子と、該回転子の外周側で、かつ、前記固定子の内周側に設けられたかご型導体と、から成り、前記回転子は、外周部において周方向に複数のスロットが形成され、該複数のスロットはそれぞれ軸方向に形成されると共に、該複数のスロット内には導電性のバーが埋設され、前記バーの内周側に複数の永久磁石が埋設される永久磁石同期電動機において、前記回転子は、第１の回転子と第２の回転子とが積層して構成され、それぞれの回転子は前記永久磁石の周方向両側に空孔が形成され、前記第１の回転子は、第１の永久磁石の一方の側の第１の空孔が、前記永久磁石の磁極間の径方向に伸びる中心線を境界として対象の位置に配置される第２の永久磁石の一方の側の第２の空孔とは、前記中心線からの角度が異なる位置であり、前記第１の永久磁石の他方の側の第３の空孔と前記第２の空孔とは前記中心線からの角度が同じ位置であり、かつ、前記第２の永久磁石の他方の側の第４の空孔と前記第１の空孔とは前記中心線からの角度が同じ位置となるように形成され、前記第２の回転子は、前記永久磁石の周方向両側の空孔が、前記第１の回転子と前記中心線を軸として反転させた位置となるように形成される。

本発明によれば、振動・騒音・トルク脈動の低減が可能な自己始動型永久磁石同期電動機及び圧縮機を提供することができる。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施例による自己始動型永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図である。図において、回転子１は、シャフト６上に設けられた回転子鉄心２の内部に、多数の始動用かご型巻線３と、磁石挿入孔７に埋設した希土類を主成分とする永久磁石４を、極数が２極となるように配置して構成している。永久磁石４の磁極間は空孔５と磁性体８とで構成しており、空孔５と磁性体８とを、永久磁石４の磁極間の径方向に伸びる中心線Ａ−Ａ′を境界として非対称となるように構成する。なお、磁性体８の部分は、珪素鋼板を打ち抜き、空孔を構成した後、新たに鉄等を挿入することで構成してもよいし、珪素鋼板を打ち抜かずそのままにして構成してもよい。また、回転子鉄心２は圧粉磁心などの粉末成形体を用いてもよい。さらに、回転子鉄心２と永久磁石４とを一体成形により構成してもよい。

従来技術では図１に示す回転子コアを軸方向に積層するのみであったが、本発明では図２に示すように軸方向のおよそ半分の積厚分Ｙ１を、永久磁石４の磁極の径方向に伸びる中心線Ｂ−Ｂ′を軸として反転させて積層し、もう半分の積厚分Ｘ１とを軸方向に積み合わせる。これにより、図３に示すようにトルク脈動の低減が可能であり、スキューおよび段スキューに依ることなく振動・騒音の低減が可能となる。

図４は本発明の第２の実施例による自己始動型永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図である。図４において、図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。図４に示すように、磁極間の磁性体８を、永久磁石４の磁極間の径方向に伸びる中心線Ａ−Ａ′に対して電気角で略６°ずらして構成することで、トルク脈動の低減効果は最大となり、図３に示したように５°〜７°とすることで大きな低減効果を得ることができる。

図５は本発明の第４の実施例による自己始動型永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図である。図５において、図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。図５に示すように、かご型巻線３のうち永久磁石４の磁極間に配置されたものの一部を径方向内周側に深溝となるよう配置することで、磁性体８を、永久磁石４の磁極間の径方向に伸びる中心線Ａ−Ａ′を境界として非対称となるように構成し、軸方向のおよそ半分の積厚分Ｙ１を、永久磁石４の磁極の径方向に伸びる中心線Ｂ−Ｂ′を軸として反転させて積層する。このように構成しても、第１の実施例と同様の特性を得ることができる。

図６は本発明の第５の実施例による自己始動型永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図である。図７において、図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。永久磁石４の磁極間は空孔５と磁性体８とで構成しており、空孔５と磁性体８とを、永久磁石４の磁極間の径方向に伸びる中心線Ａ−Ａ′を境界として非対称となるように構成する。図６に示すように、軸方向の上部に位置する４分の１の積厚分Ｘ２と下部に位置する４分の１の積厚分Ｘ３とを除く、中間部に位置する２分の１の積厚分Ｙ２だけを、永久磁石４の磁極の径方向に伸びる中心線Ｂ−Ｂ′を軸として反転させて積層する。このように構成しても、第１の実施例と同様の特性を得ることができるほか、軸方向のスラスト力を平均化することができる。ここで、スキューを施す前のトルク脈動成分をＴとすると、図２に示すようなスキューとすることで、Ｙ１およびＸ１の脈動成分がそれぞれＴ／２，−Ｔ／２、になり、両者の合計はゼロとなる。よって、図７に示した場合も同様に、Ｘ２，Ｙ２，Ｘ３の脈動成分はそれぞれ−Ｔ／４，Ｔ／２，−Ｔ／４となり、合計はゼロとなるため、図３と同様の効果が得られることがわかる。

図７は、本発明の一実施例による圧縮機の断面構造図である。図７において、圧縮機構部は、固定スクロール部材１３の端板１４に直立する渦巻状ラップ１５と、旋回スクロール部材１６の端板１７に直立する渦巻状ラップ１８とを噛み合わせて形成されている。そして、旋回スクロール部材１６をクランクシャフト６によって旋回運動させることで圧縮動作を行う。

固定スクロール部材１３及び旋回スクロール部材１６によって形成される圧縮室１９
（１９ａ，１９ｂ，……）のうち、最も外径側に位置している圧縮室１９は、旋回運動に伴って両スクロール部材１３，１６の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。

両圧縮室１９ａ，１９ｂが両スクロール部材１３，１６の中心近傍に達すると、両圧縮室１９内の圧縮ガスは圧縮室１９と連通した吐出口２０から吐出される。吐出された圧縮ガスは、固定スクロール部材１３及びフレーム２１に設けられたガス通路（図示せず）を通ってフレーム２１下部の圧力容器２２内に至り、圧力容器２２の側壁に設けられた吐出パイプ２３から圧縮機外に排出される。圧力容器２２内に、図１〜図７にて説明したように、固定子９と回転子１とで構成される永久磁石式同期電動機２４が内封されており、一定速度で回転し、圧縮動作を行う。

同期電動機２４の下部には、油溜部２５が設けられている。油溜部２５内の油は回転運動により生ずる圧力差によって、クランクシャフト６内に設けられた油孔２６を通って、旋回スクロール部材１６とクランクシャフト６との摺動部、滑り軸受け２７等の潤滑に供される。

このように、圧縮機駆動用電動機として、図１〜図７で述べた自己始動型永久磁石同期電動機を適用すれば、一定速圧縮機の低振動化・低騒音化を実現できる。

以上の実施例によれば、振動・騒音・トルク脈動の低減が可能な自己始動型永久磁石同期電動機およびその回転子、あるいはこれらを用いた圧縮機を提供することができる。

本発明の第１の実施例による自己始動型永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図。 本発明の第１の実施例による自己始動型永久磁石同期電動機の回転子の軸方向積層図。 本発明の第１の実施例におけるトルク脈動低減効果を示す図。 本発明の第２の実施例による自己始動型永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図。 本発明の第４の実施例による自己始動型永久磁石同期電動機の回転子の径方向断面図。 本発明の第５の実施例による自己始動型永久磁石同期電動機の回転子の軸方向積層図。 本発明の一実施例による圧縮機の断面構造図。

符号の説明

１ 回転子
２ 回転子鉄心
３ かご型巻線
４ 永久磁石
５ 空孔
６ シャフト又はクランクシャフト
７ 磁石挿入孔
８ 磁性体
９ 固定子
１０ スロット
１１ ティース
１２ 電機子巻線
１３ 固定スクロール部材
１４，１７ 端板
１５，１８ 渦巻状ラップ
１６ 旋回スクロール部材
１９ 圧縮室
２０ 吐出口
２１ フレーム
２２ 圧力容器
２３ 吐出パイプ
２４ 同期電動機
２５ 油溜部
２６ 油孔
２７ 滑り軸受け

Claims (6)

1. 固定子巻線を備えた固定子と、
   前記固定子の内周側に回転自由に支持された回転子と、
   該回転子の外周側で、かつ、前記固定子の内周側に設けられたかご型導体と、から成り、
   前記回転子は、
   外周部において周方向に複数のスロットが形成され、
   該複数のスロットはそれぞれ軸方向に形成されると共に、該複数のスロット内には導電性のバーが埋設され、
   前記バーの内周側に複数の永久磁石が埋設される永久磁石同期電動機において、
   前記回転子は、第１の回転子と第２の回転子とが積層して構成され、それぞれの回転子は前記永久磁石の周方向両側に空孔が形成され、
   前記第１の回転子は、
   第１の永久磁石の一方の側の第１の空孔が、前記永久磁石の磁極間の径方向に伸びる中心線を境界として対象の位置に配置される第２の永久磁石の一方の側の第２の空孔とは、前記中心線からの角度が異なる位置であり、前記第１の永久磁石の他方の側の第３の空孔と前記第２の空孔とは前記中心線からの角度が同じ位置であり、かつ、前記第２の永久磁石の他方の側の第４の空孔と前記第１の空孔とは前記中心線からの角度が同じ位置となるように形成され、
   前記第２の回転子は、
   前記永久磁石の周方向両側の空孔が、前記第１の回転子と前記中心線を軸として反転させた位置となるように形成されることを特徴とする永久磁石同期電動機。
2. 請求項１において、
   前記第１の回転子は、
   前記第１の空孔の前記中心線からの角度と、前記第２の空孔の前記中心線からの角度との差が５°〜７°となるように形成されることを特徴とする永久磁石同期電動機。
3. 請求項１において、
   前記第１の回転子と、前記第２の回転子とは軸方向の長さが略同一であることを特徴とする永久磁石同期電動機。
4. 請求項１又は２において、
   前記回転子は、前記第２の回転子と第３の回転子が前記第１の回転子と反対側に積層して構成され、
   前記第３の回転子は、
   前記永久磁石の周方向両側の空孔が、前記第１の回転子と同じ位置となるように形成されることを特徴とする永久磁石同期電動機。
5. 請求項４において、
   前記第１の回転子及び前記第３の回転子の軸方向の長さは、前記第２の回転子の軸方向の長さの略半分であることを特徴とする永久磁石同期電動機。
6. 冷媒を吸い込んで圧縮し吐出する圧縮機構部と、
   この圧縮機構部を駆動する電動機とを備えた圧縮機において、
   前記電動機は、請求項１〜６の何れかに記載の永久磁石同期電動機であることを特徴とする圧縮機。

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