JP5208662B2 - Permanent magnet type rotating electric machine and compressor using the same - Google Patents
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Description
本発明は、界磁用の永久磁石を回転子に備えている永久磁石式回転電機に関し、特に、エアコン、冷蔵庫、冷凍庫、あるいはショーケースなどの圧縮機に使用される永久磁石式回転電機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet type rotating electric machine having a permanent magnet for a field in a rotor, and more particularly to a permanent magnet type rotating electric machine used for a compressor such as an air conditioner, a refrigerator, a freezer, or a showcase.
従来、この種の永久磁石式回転電機においては、固定子巻線に集中巻が、界磁には希土類のネオジム永久磁石がそれぞれ採用され、高効率化を達成している。また、磁石材料の高磁束密度化に伴い、振動・騒音成分も顕在化しており、それに対して種々対策も講じられている。 Conventionally, in this type of permanent magnet type rotating electric machine, concentrated winding is used for the stator winding and rare earth neodymium permanent magnet is used for the field magnet, thereby achieving high efficiency. In addition, along with the increase in magnetic flux density of magnet materials, vibration and noise components have become apparent, and various countermeasures have been taken.
例えば、特開2008−29095号公報(特許文献1)に記載の永久磁石式回転電機においては、回転子に埋設した永久磁石の外周側から回転子外周側へと伸びた複数のスリットを設けるとともに、回転子の外周に複数のギャップ面を設け、このギャップ面を軸方向に段階的にずらして配置させる方法が提案されている。 For example, in the permanent magnet type rotating electrical machine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-29095 (Patent Document 1), a plurality of slits extending from the outer peripheral side of the permanent magnet embedded in the rotor to the outer peripheral side of the rotor are provided. A method has been proposed in which a plurality of gap surfaces are provided on the outer periphery of the rotor, and the gap surfaces are shifted in stages in the axial direction.
集中巻固定子の採用、高残留磁束密度磁石の採用により、永久磁石同期電動機の効率は飛躍的に向上した。その反面、分布巻固定子に対し集中巻固定子では、原理的に高調波磁束が増加することに加え、その高調波磁束を高磁束密度の永久磁石が助長する結果となる。つまり、モータそのものの振動や騒音も増加しており、特に、圧縮機に組み込んだ場合に最も耳障りとされている中域の周波数帯が顕在化する問題がある。 The use of concentrated winding stators and high residual flux density magnets have dramatically improved the efficiency of permanent magnet synchronous motors. On the other hand, in the concentrated winding stator, in contrast to the distributed winding stator, the harmonic magnetic flux increases in principle, and the harmonic magnetic flux is promoted by a permanent magnet having a high magnetic flux density. In other words, the vibration and noise of the motor itself are increasing, and there is a problem that the middle frequency band that is most disturbing when incorporated in a compressor becomes apparent.
これに対し、特許文献1では、回転子に埋設した永久磁石の外周側から回転子外周側へと伸びた複数のスリットを設けるとともに、回転子の外周に複数のギャップ面を設け、このギャップ面を軸方向に段階的にずらして配置した、いわゆるスキュー構造とすることで、ギャップ面における高調波磁束を低減させている。これらにより、誘導起電力波形を正弦波化して電機子電流を正弦波化でき、誘導起電力と電機子電流との相互作用によって生じる脈動トルクの低減、また軸方向に磁束の変化を持たせることで、ギャップ部の高調波磁束が減少し、振動や騒音に起因する成分を低減している。
On the other hand, in
しかしながら、上記従来技術では、例えば特許文献1の方式では比較的低域の周波数帯と比較的高域の周波数帯に生じている騒音は低減できるものの、問題となる中域の周波数帯の騒音に対しては十分に低減できているとは言えなかった。
この理由は、特許文献1の場合、回転子の作る磁束としては高調波成分を低減しているものの、実際には固定子の作る磁束と合わさった機内磁束の高調波成分を十分に低減できていなかったためである。
However, in the above-described prior art, for example, in the method of
In the case of
したがって、機内磁束における高調波成分を十分に低減するためには、電機子反作用を考慮することが重要で、回転子鉄心の異なる各断面の積厚比率には最適な値が存在することが分かった。 Therefore, in order to sufficiently reduce the harmonic components in the in-machine magnetic flux, it is important to consider the armature reaction, and there is an optimum value for the thickness ratio of each cross section of the rotor core. It was.
本発明の目的は、モータ効率などの性能を低下させることなく、低振動・低騒音な永久磁石式回転電機及びそれを用いた圧縮機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a low-vibration and low-noise permanent magnet type rotating electric machine and a compressor using the same without reducing performance such as motor efficiency.
上記目的を達成するために、本発明では、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心中の複数の永久磁石挿入孔に永久磁石が配置され、前記固定子の内周とギャップを介して対面し、回転軸により回転自在に支承された回転子とを有する永久磁石式回転電機において、前記回転子鉄心は、積み重なる積層の回転子鉄心板と、前記永久磁石の磁束軸であるd軸と、前記d軸と電気角で90度隔たったq軸を有し、前記永久磁石挿入孔は前記回転子鉄心板の積層方向に回転子鉄心板をまっすぐ貫通し、前記永久磁石の磁束を集合させるために前記固定子の内周と対面する前記回転子鉄心の外周面に前記固定子との間隔長を異にする複数のギャップ面を設け、前記複数のギャップ面は前記d軸側のギャップ間隔長より前記q軸側のギャップ間隔長を大きくし、前記複数のギャップ面を均した等価ギャップ間隔長が前記d軸を中心線にして時計回り方向側が大きい回転子鉄心板の積層グループ(1)と、反時計回り方向側が大きい回転子鉄心の積層グループ(2)を前記回転軸の軸心線方向に重ね合わせて前記回転子鉄心を構成し、前記積層グループ(1)と前記積層グループ(2)の積厚比率が異なることを特徴とする永久磁石式回転電機を提供する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a stator in which concentrated armature windings are provided so as to surround teeth in a plurality of slots formed in the stator core, and a plurality of rotor cores. In the permanent magnet type rotating electrical machine, a permanent magnet is disposed in the permanent magnet insertion hole, and has a rotor that faces the inner periphery of the stator via a gap and is rotatably supported by a rotating shaft. The iron core includes stacked rotor core plates, a d-axis that is a magnetic flux axis of the permanent magnet, and a q-axis that is 90 degrees apart from the d-axis by an electrical angle, and the permanent magnet insertion hole is the rotor An interval length between the stator core and the outer circumferential surface of the rotor core that faces the inner circumference of the stator so as to gather the magnetic flux of the permanent magnets straight through the rotor core plate in the stacking direction of the iron core plates. A plurality of different gap surfaces are provided, The gap surface is larger in gap length on the q-axis side than the gap interval length on the d-axis side, and the equivalent gap interval length obtained by leveling the plurality of gap surfaces is in the clockwise direction with the d-axis as the center line. Laminating group (1) of large rotor core plates and laminating group (2) of rotor core having a large counterclockwise direction are stacked in the axial direction of the rotating shaft to constitute the rotor core, Provided is a permanent magnet type rotating electrical machine characterized in that the lamination ratio of the laminated group (1) and the laminated group (2) is different.
また、本発明では、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心中の複数の永久磁石挿入孔に永久磁石が配置され、前記固定子の内周とギャップを介して対面し、回転軸により回転自在に支承された回転子とを有する永久磁石式回転電機において、回転子鉄心板を積層して形成した前記回転子鉄心は、前記永久磁石の磁束軸であるd軸と、前記d軸と電気角で90度隔たったq軸を有し、前記永久磁石挿入孔は前記回転子鉄心板の積層方向に回転子鉄心板をまっすぐ貫通し、前記永久磁石の磁束を集合させるために前記固定子の内周と対面する前記回転子鉄心の外周面に前記固定子との間隔長を異にする複数のギャップ面を設け、前記複数のギャップ面は前記d軸側のギャップ間隔長より前記q軸側のギャップ間隔長を大きくし、前記複数のギャップ面を均した等価ギャップ間隔長が前記d軸を中心線にして時計回り方向側が大きい回転子鉄心板の積層グループ(1)と、反時計回り方向側が大きい回転子鉄心の積層グループ(2)を前記回転軸の軸心線方向に重ね合わせて前記回転子鉄心を構成し、前記回転子の回転方向を反時計回りとしたとき、前記積層グループ(1)の積厚比率が前記積層グループ(2)よりも大きいことを特徴とする永久磁石式回転電機を提供する。 Further, in the present invention, a stator in which concentrated armature windings are provided so as to surround teeth in a plurality of slots formed in the stator core, and a plurality of permanent magnet insertion holes in the rotor core. In a permanent magnet type rotating electrical machine having a permanent magnet disposed and facing the inner periphery of the stator through a gap and rotatably supported by a rotating shaft, the rotor core plate is formed by stacking The rotor core has a d-axis that is a magnetic flux axis of the permanent magnet and a q-axis that is separated from the d-axis by an electrical angle of 90 degrees, and the permanent magnet insertion hole is in the stacking direction of the rotor core plate A plurality of different lengths between the stator core and the outer peripheral surface of the rotor core facing the inner periphery of the stator so as to pass through the rotor core plate straight and collect the magnetic flux of the permanent magnet. Gap surfaces are provided, and the plurality of gap surfaces are d Lamination of rotor core plates in which the gap interval length on the q-axis side is larger than the gap interval length on the side, and the equivalent gap interval length obtained by leveling the plurality of gap surfaces is larger in the clockwise direction with the d axis as the center line The rotor core is configured by superimposing a group (1) and a laminated group (2) of rotor cores having a larger counterclockwise direction in the axial direction of the rotation shaft, and the rotation direction of the rotor is reversed. Provided is a permanent magnet type rotating electrical machine characterized in that, when clockwise, the stacking ratio of the laminated group (1) is larger than that of the laminated group (2).
上述のように、本発明によれば、機内磁束の高調波成分をより低減することができ、中域の周波数帯にある高調波成分を低減し、聴感をより改善する永久磁石式回転電機を提供できる。 As described above, according to the present invention, there is provided a permanent magnet type rotating electrical machine that can further reduce the harmonic component of the in-machine magnetic flux, reduce the harmonic component in the middle frequency band, and further improve the audibility. Can be provided.
以下、本発明の実施例を図1〜図9を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
各図中において、共通する符号は同一物を示す。また、ここでは4極の永久磁石式回転電機について示し、回転子の極数と固定子のスロット数との比を2:3としたが、他の極数、スロット数との比でもほぼ同様の効果を得ることができる。 In each figure, the common code | symbol shows the same thing. Also, here, a 4-pole permanent magnet type rotating electric machine is shown, and the ratio of the number of poles of the rotor to the number of slots of the stator is set to 2: 3. The effect of can be obtained.
図1は本発明に係る永久磁石式回転電機の実施形態1の断面図、図2、図3は本発明に係る永久磁石式回転電機の実施形態1の回転子鉄心形状を示す断面図を示す。また、図4には本発明に係る永久磁石式回転電機の実施形態1の回転子鉄心形状を示す図を示す。図5には本発明に係わる永久磁石式回転電機の実施形態1の径方向電磁加振力を、図8には本発明に係わる圧縮機の断面構造を、表1には各種回転子構造における圧縮機の聴感試験結果をそれぞれ示した。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of a permanent magnet type rotating electrical machine according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views showing the rotor core shape of the first embodiment of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the present invention. . FIG. 4 shows a rotor core shape of the first embodiment of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the present invention. FIG. 5 shows the radial electromagnetic excitation force of the first embodiment of the permanent magnet type rotating electric machine according to the present invention, FIG. 8 shows the sectional structure of the compressor according to the present invention, and Table 1 shows various rotor structures. The results of the audibility test of the compressor are shown.
図2において、回転子3はシャフト孔15を形成した回転子鉄心12の外周表面近傍に一文字形状(直線形状)の永久磁石挿入孔13を形成し、永久磁石挿入孔13中に希土類のネオジム永久磁石14を固定している。永久磁石14の磁束軸がd軸となり、d軸と電気角で90°隔てられた磁極間に位置する軸がq軸となる。ここで、隣接する永久磁石14の磁極間のq軸上には凹部11が設けられている。また、回転子鉄心12の外周形状はギャップ面をg1、g2のように複数有する構成となっている。
In FIG. 2, the
図2に示すように、一文字形状(直線形状)に形成されている永久磁石14は、回転子3の軸心を通るラジアル線と直角に交差する方向に配置される。この場合は、ラジアル線と永久磁石14の磁束軸であるd軸が重なる位置になる。
As shown in FIG. 2, the
ギャップ面のg1は、対面する固定子鉄心6の内周面と回転子3の外周面とのギャップ間隔長さをいう。ギャップ面のg2は、ギャップg1の外周面と、ギャップg1の外周面よりも径小な外周面とのギャップ間隔長さをいう。
The g1 of the gap surface refers to the gap interval length between the inner peripheral surface of the stator core 6 and the outer peripheral surface of the
ギャップg1の外周面は、回転子3の径大な外周面になる。ギャップg2の外周面は、回転子3の径小な外周面になる。径大な外周面と固定子鉄心6とのギャップ間隔長さは、
小さいg1である。径小な外周面と固定子鉄心6とのギャップ間隔長さは、大きい(g1+g2)である。
The outer peripheral surface of the gap g <b> 1 is a large outer peripheral surface of the
Small g1. The gap gap length between the small-diameter outer peripheral surface and the stator core 6 is large (g1 + g2).
回転子3の外周形は、径大な外周面、径小な外周面、両外周面の間にできる段差(段部)をもつ形になる。
The outer peripheral shape of the
上記ギャップ間隔長さをd軸、およびq軸との関係で述べると、d軸側の方がギャップ間隔長さが小さく、q軸側の方がギャップ間隔長さが大きくなっている。ここでは、二つギャップ間隔長さを挙げたが、さらに多くすることができる。なお、複数のギャップ間隔長さを均して等価ギャップ間隔長さという。 When the gap interval length is described in relation to the d-axis and the q-axis, the gap interval length is smaller on the d-axis side, and the gap interval length is larger on the q-axis side. Here, two gap interval lengths are mentioned, but they can be further increased. A plurality of gap interval lengths are averaged and referred to as an equivalent gap interval length.
図2(a)(b)、図4において、回転子鉄心12は、図2(a)に示す断面Aと図2(b)に示す断面Bとが図4に示すように周方向に対し階段状にV字をなすように積層されている。また、図4に示すように回転子の回転方向を反時計回りとした場合、断面Aはギャップ面g2をd軸を中心に右側(時計回り方向)に設け、一方、断面Bではギャップ面g2をd軸を中心に左側(反時計回り方向)に設け、断面Aの積厚をLA、断面Bの積厚をLBとしたとき、LB<LAの関係となるように配置している。
2 (a), 2 (b), and 4, the
図2(a)(b)、図4に基いて更に説明する。 Further description will be made with reference to FIGS.
図2(a)(b)、図4に示す回転子鉄心12は、ギャップ面g2の周方向長さ形状がちがう二つの回転子鉄心板(二つの積層グループ)を積層して作る。
The
図2(a)に示す固定子鉄心板は、d軸を中心にして右側(時計回り方向側)に存在するギャップ面g2(ギャップ間隔長さ大)の周方向長さが長く、d軸を中心にして左側(反時計回り方向側)に存在するギャップ面g2(ギャップ間隔長さ大)の周方向長さが短い。この図2(a)に示す回転子鉄心板を積層グループ(1)とする。 In the stator core plate shown in FIG. 2A, the circumferential length of the gap face g2 (gap gap length is large) existing on the right side (clockwise direction side) around the d axis is long. The circumferential length of the gap surface g2 (large gap interval length) existing on the left side (counterclockwise direction side) from the center is short. The rotor core plate shown in FIG. 2A is defined as a laminated group (1).
図2(b)に示す回転子鉄心板は、逆であって、d軸を中心にして左側(反時計回り方向側)に存在するギャップ面g2(ギャップ間隔長さ大)の周方向長さが長く、d軸を中心にして右側(時計回り方向側)に存在するギャップ面g2(ギャップ間隔長さ大)の周方向長さが短い。この図2(b)に示す回転子鉄心板を積層グループ(2)とする。 The rotor core plate shown in FIG. 2 (b) is the opposite, and the circumferential length of the gap surface g2 (gap gap length is large) existing on the left side (counterclockwise direction side) around the d axis. And the circumferential length of the gap surface g2 (large gap interval length) existing on the right side (clockwise direction side) around the d-axis is short. The rotor core plate shown in FIG. 2B is a laminated group (2).
ここで、二つの積層グループ(1)、(2)の回転子鉄心板を等価ギャップ間隔長さの観点で述べる。 Here, the rotor core plates of the two laminated groups (1) and (2) will be described from the viewpoint of the equivalent gap interval length.
等価ギャップ間隔長さは、積層グループ(1)ではd軸を中心にして右側(時計回り方向側)の方が左側(反時計回り方向側)の方よりも大きくなる。逆に積層グループ(2)ではd軸を中心にして右側(時計回り方向側)の方が左側(反時計回り方向側)の方よりも等価ギャップ間隔長さ小さくなる。つまり、積層グループ(1)、(2)ではd軸を中心とする左右の等価ギャップ間隔長さの関係が逆になっている。 In the stacked group (1), the equivalent gap interval length is larger on the right side (clockwise direction side) than the left side (counterclockwise direction side) with respect to the d axis. On the contrary, in the laminated group (2), the equivalent gap interval length is smaller on the right side (clockwise direction side) around the d axis than on the left side (counterclockwise direction side). That is, in the stacked groups (1) and (2), the relationship between the left and right equivalent gap interval lengths about the d axis is reversed.
なお、等価ギャップ間隔長さがd軸を中心にして左側/右側で違うのは、ギャップ面g2の周方向長さの左側/右側での違いに関係する。 The difference in the equivalent gap interval length on the left / right side with respect to the d-axis is related to the difference in the circumferential length of the gap surface g2 on the left / right side.
図4は、積層グループ(1)の回転子鉄心板を積層した積層グループ(1)の分割ブロック(A)と積層グループ(2)の回転子鉄心板を積層した積層グループ(2)の分割ブロック(B)を回転子の軸方向に重ねて形成した回転子鉄心12を示している。
FIG. 4 shows the divided block (A) of the laminated group (1) in which the rotor core plates of the laminated group (1) are laminated and the divided block of the laminated group (2) in which the rotor core plates of the laminated group (2) are laminated. The
一つの積層グループ(1)の分割ブロック(A)と二つの積層グループ(2)の分割ブロック(B)が交互に重なるようにくまれているが、分割ブロックの個数や組み合わせ方は、適宜選択可能である。 The divided blocks (A) of one stacked group (1) and the divided blocks (B) of two stacked groups (2) are alternately overlapped, but the number and combination of the divided blocks can be appropriately selected. is there.
ここで、図2(a)に示した断面Aはギャップ面g1を形成する部位において、θ1とθ2とがd軸を中心にθ1>θ2となり、θ1とθ2との和が電気角で90°〜120°となるように構成されている。また、図2(b)に示した断面Bはθ1とθ2との関係をd軸を中心にθ1<θ2としている。 Here, in the cross section A shown in FIG. 2A, θ1 and θ2 satisfy θ1> θ2 around the d-axis at the portion where the gap surface g1 is formed, and the sum of θ1 and θ2 is an electrical angle of 90 °. It is comprised so that it may become -120 degrees. Also, in the cross section B shown in FIG. 2B, the relationship between θ1 and θ2 is θ1 <θ2 with the d axis as the center.
この図2(a)、図2(b)に示すθ1とθ2との和の範囲は、前記ギャップ間隔長の小さいところの回転方向に亘る円弧の範囲(回転軸心を中心にする開口角度)である。このθ1とθ2との和になる開口角度は、電気角で略90度から略120度の範囲内に止めし、その開口角度を超える外側は、前記ギャップ間隔長の小さいところになる。 The range of the sum of θ1 and θ2 shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) is a range of arcs in the rotation direction where the gap gap length is small (opening angle with the rotation axis as the center). It is. The opening angle that is the sum of θ1 and θ2 is stopped within the range of about 90 degrees to about 120 degrees in electrical angle, and the outside beyond the opening angle is where the gap interval length is small.
図2(a)(b)、図3において、永久磁石14の外周側には磁極スリット10a〜10dがd軸をはさむように具備されており、図3に示すように磁極スリット10の各々の傾きはd軸上の一点Pにて交わるように配置されている。
2A, 2B, and 3, magnetic pole slits 10a to 10d are provided on the outer peripheral side of the
図2(a)(b)、図3に基いて更に説明する。 This will be further described with reference to FIGS.
磁極スリット10a〜10dは、回転子鉄心12の外周と永久磁石挿入孔13との間に設けられ、回転子鉄心板を積層方向に貫くように設けられ、回転子鉄心12の外周方向に延在する細長に形成されている。
The magnetic pole slits 10a to 10d are provided between the outer periphery of the
また、複数の磁極スリット10a〜10dは、図3に示すように、磁極スリットの側面ないし内部を同磁極スリットの長手方向に沿って通過し、回転子鉄心12の外周に延びる延長線が前記d軸上を含む近傍で交わるように配置されている。これらの磁極スリット10a〜10dは、d軸を中心線として対称になるように配置されている。
Further, as shown in FIG. 3, the plurality of magnetic pole slits 10a to 10d pass through the side surface or the inside of the magnetic pole slit along the longitudinal direction of the magnetic pole slit, and the extension line extending to the outer periphery of the
この磁極スリット10a〜10dは、誘導起電力波形を正弦波化して電機子電流を正弦波化でき、誘導起電力と電機子電流との相互作用によって生じる高調波磁束を低減できることが分かっている。よって、本構造においても、磁極スリット10a〜10dを設けて電機子反作用を抑制し、機内磁束の高調波成分を低減している。 It has been found that the magnetic pole slits 10a to 10d can sine-wave the induced electromotive force waveform to make the armature current sine wave, and reduce the harmonic magnetic flux generated by the interaction between the induced electromotive force and the armature current. Therefore, also in this structure, the magnetic pole slits 10a to 10d are provided to suppress the armature reaction and reduce the harmonic component of the in-machine magnetic flux.
図5に基いて径方向電磁加振力と断面Aの構成比率について説明する。 The configuration ratio of the radial electromagnetic excitation force and the cross section A will be described with reference to FIG.
回転子鉄心12を図2(a)に示す断面Aと図2(b)に示す断面Bとが図4に示すように周方向に対し階段状にV字をなすように積層し、回転子の回転方向を反時計周りとした場合、ギャップ面g2をd軸を中心に右側に設けた断面Aの積厚比率を50%<LA<85%(回転子鉄心12の全積厚に対するLAの積厚比)の関係となるように配置することで、本発明に係わる永久磁石式回転電機の実施形態1の径方向電磁加振力が、回転子鉄心の異なる各断面の積厚比率を同じとした回転子構造よりも非常に小さくなる結果を示している。よって、回転子鉄心の異なる各断面の積厚比率には最適な値が存在するといえる。
The
図8に示すように、円筒状の圧縮容器69内には、固定スクロール部材60の端板61に直立する渦巻状ラップ62と、旋回スクロール部材63の端板64に直立する渦巻状ラップ65とを噛み合わせて形成し、永久磁石式回転電機1により旋回スクロール部材63がクランク軸72を介して旋回運動させることによって圧縮動作が行なわれるようになっている。
As shown in FIG. 8, in the
固定スクロール部材60および旋回スクロール部材63によって形成される圧縮室66(66a、66b、…)のうち、最も外径側に位置している圧縮室は、旋回運動に伴って両スクロール部材63、60の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。圧縮室66a、66bが両スクロール部材60、63の中心近傍に達すると、両圧縮室66内の圧縮ガスは圧縮室66と連通した吐出口67から吐出される。
Of the compression chambers 66 (66a, 66b,...) Formed by the fixed
吐出された圧縮ガスは固定スクロール部材60およびフレーム68に設けられたガス通路(図示せず)を通ってフレーム68下部の圧縮容器69内に至り、圧縮容器69の側壁に設けられた吐出パイプ70から電動圧縮機外に排出される。
The discharged compressed gas passes through a gas passage (not shown) provided in the fixed
また、電動圧縮機を駆動する永久磁石式回転電機1は、別置のインバータ(図示せず)によって制御され、圧縮動作に適した回転速度で回転する。ここで、永久磁石式回転電機1は固定子2と回転子3から構成され、回転子3に設けられるクランク軸72は、上側がクランク軸になっている。クランク軸72の内部には、油孔74が形成され、クランク軸72の回転によって圧縮容器69の下部にある油溜め部73の潤滑油が油孔74を介して滑り軸受75に供給される。
The permanent magnet type rotating
このような構成の圧縮機に種々の回転子形状を有する永久磁石式回転電機を組み込み、騒音の聴感試験を行った。その実測結果を表1に示す。 A permanent magnet type rotating electrical machine having various rotor shapes was incorporated into the compressor having such a configuration, and a noise audibility test was conducted. The actual measurement results are shown in Table 1.
表1において、耳障りな騒音の周波数帯域としては、低域、中域、高域の3つに大別され、特に中域の成分がより顕著に現れることが分かった。これら騒音の周波数帯域と各種回転子構造との関係を分析すると、特許文献1に類似した回転子構造(図2(a)に示す断面Aの積層と図2(b)に示す断面Bの積層との積厚比率が同じ構造)では、低・高域の騒音成分に対しては低減効果を有するが、中域では聴感に若干の変化はあるものの十分に低減できていなかった。 In Table 1, it was found that the frequency band of annoying noise is roughly divided into three regions, a low region, a mid region, and a high region, and particularly, the mid region component appears more prominently. Analyzing the relationship between the frequency band of these noises and various rotor structures, a rotor structure similar to Patent Document 1 (stacked section A shown in FIG. 2A and stacked section B shown in FIG. 2B). The structure with the same stacking thickness ratio) has a reduction effect on the low and high frequency noise components, but it has not been sufficiently reduced in the middle range, although there is some change in audibility.
一方、本発明の構造(断面Aの積層と断面Bの積層との積厚比率が異なる)の場合、低・高域の騒音成分が特許文献1に類似したそれと大差ない効果を有しているのに加え、中域の騒音成分が大きく低減されることを確認した。
On the other hand, in the case of the structure of the present invention (the stacking ratio of the cross-section A and the cross-section B is different), the noise components in the low and high ranges have the same effect as that similar to that of
そこで、騒音の発生要因を分析したところ、基本波磁束と高調波磁束との乗算で生じる、いわゆる電磁加振力によって発生していることが明らかになった。 As a result, the cause of noise was analyzed, and it was found that the noise was generated by so-called electromagnetic excitation force generated by multiplication of the fundamental magnetic flux and the harmonic magnetic flux.
ここで、特許文献1に類似した回転子構造では、高調波磁束成分として5次、7次といった低次の高調波磁束と、25次や27次成分といった比較的高次の高調波磁束が大きく低減されていることが観測された。また本発明の構造の場合、特許文献1に類似した回転子構造同様に、低・高次の高調波磁束が低減しているとともに、11次成分や13、15、17次成分といった比較的中域の電磁加振力を構成していると考えられる高調波磁束が非常に大きく低減されていることが分かった。
Here, in the rotor structure similar to
したがって、図5が示すとおり比較的中域の電磁加振力を低減すれば、機内磁束の高調波成分がより低減され、中域の周波数帯にある高調波成分を低減し、聴感がより改善できることを実測にて確認することができた。 Therefore, as shown in FIG. 5, if the electromagnetic excitation force in the mid-range is relatively reduced, the harmonic component of the in-machine magnetic flux is further reduced, the harmonic component in the mid-frequency band is reduced, and the audibility is further improved. It was possible to confirm that this was possible by actual measurement.
以上より、前述の永久磁石式回転電機を空調用などの各種圧縮機に適用すれば、低振動、低騒音な圧縮機を提供できる。 As mentioned above, if the above-mentioned permanent magnet type rotating electrical machine is applied to various compressors for air conditioning, a compressor with low vibration and low noise can be provided.
図6には本発明による永久磁石式回転電機の実施形態2の回転子鉄心形状を示す図を示し、図4と同一物には同一符号を付してある。図において、図4と異なる部分は、断面Aの積厚比率を50%<LA<85%の関係となるように配置するとともに、断面Aと断面Bとの軸方向に積層する構成数を変え、W字状に構成したものである。このように構成しても、軸方向のスラスト力を抑制できる。また、断面A−B間での軸方向における磁気的結合が大きくなるため、見かけ上のスキューピッチを小さくできるなど、同じ断面形状を用いたままスキューピッチを任意に調整できる。 FIG. 6 is a diagram showing the rotor core shape of the second embodiment of the permanent magnet type rotating electric machine according to the present invention, and the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In the figure, the portions different from FIG. 4 are arranged so that the thickness ratio of the cross section A is 50% <L A <85%, and the number of components laminated in the axial direction of the cross section A and the cross section B is as follows. Instead, it is configured in a W shape. Even if comprised in this way, the axial thrust force can be suppressed. Further, since the magnetic coupling in the axial direction between the cross sections A and B increases, the skew pitch can be arbitrarily adjusted while using the same cross sectional shape, for example, the apparent skew pitch can be reduced.
図7(a)、図7(b)には本発明による永久磁石式回転電機の実施形態3の回転子鉄心形状を示す断面図を示し、図2と同一物には同一符号を付してある。図において、図2と異なる部分は、永久磁石14が一極あたり2枚具備され、かつ回転軸孔15に嵌る回転軸の軸心に頂点を向けたV字配置となっている。このように配置しても、図2と同様の効果を得ることができる。
7 (a) and 7 (b) are sectional views showing the rotor core shape of the third embodiment of the permanent magnet type rotating electric machine according to the present invention, and the same components as those in FIG. is there. In the figure, the part different from FIG. 2 is a V-shaped arrangement in which two
図7(a)、図7(b)に基いて更に説明する。 This will be further described with reference to FIGS. 7 (a) and 7 (b).
図7(a)、図7(b)に示すように回転子鉄心12は、一極あたり二つの永久磁石挿入孔13と二つの永久磁石14を備える。二つの永久磁石14および永久磁石挿入孔13はd軸を中心線として対称にV字状に配置形成され、このVは頂点になる底をd軸に血被けるように置くとともに回転軸の軸心に向け、末広がりに開く口の方を回転子鉄心12の外周側に向ける。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the
また、回転子鉄心12は、径小な外周円弧面に設ける凹部11を有する。凹部11はq軸に設け、三角形の頂点になる底をq軸に置くとともに回転軸の軸心に向ける。三角形の開口角度は、90度を優に超える大きさをもつ。
Moreover, the
さらに、磁極スリット10e〜10hは、回転子鉄心12の外周と永久磁石挿入孔13との間に設ける。この図7(a)、図7(b)に設ける磁極スリット10e〜10hは、永久磁石挿入孔13がV字状に配置されているので、図2(a)、図2(b)に設ける磁極スリット10a〜10dよりも長い。
Further, the magnetic pole slits 10 e to 10 h are provided between the outer periphery of the
図2(a)、図2(b)に設けた凹部11は、図7(a)、図7(b)に設けた凹部11と同様な三角形であるが、直角三角形である。直角三角形の頂点を回転軸の軸心に向けて凹部11は配置される。永久磁石14は、端部が直角三角形の一辺に対向するように置かれる。図7(a)、図7(b)に示す永久磁石14も三角の凹部11に対して同様に置かれる。
The
また、図2(a)、図2(b)、および図7(a)、図7(b)の回転子鉄心12に設けられた三角形の凹部11は、径小な外周円弧面のq軸上を回転子軸心方向に沿って延びている。これらの三角形の凹部11は、三角形としての形状では違うが回転子の軸心に頂点を向けたV字カット形状であるところでは共通している。
2A, FIG. 2B, FIG. 7A, and FIG. 7B, the triangular
また、回転子鉄心12の外周表面は、V字カット形状の凹部11は、回転子軸心方向に沿って直線的に真っ直ぐ延びている。これに対し、径大な外周円弧面と径大な外周円弧面との間に存在する段部は、図4、および図6に示すように、分割ブロック(断面B1,断面A1、断面B2、断面A2、断面B3など)の単位内では直線的に揃っているが、各分割ブロックの相互間では回転方向にずれている。この回転方向のずれは、積層グループ(1)の分割ブロック(断面A)と積層グループ(2)の分割ブロック(断面B)を交互に積み重ねことにより形成される。
Further, on the outer peripheral surface of the
1…永久磁石式回転電機(駆動用電動機)、2…固定子、3…回転子、4…ティース、5…コアバック、6…固定子鉄心、7…スロット、8…電機子巻線、10a〜10d…磁極スリット、10e〜10h…磁極スリット、11…凹部、12…回転子鉄心、13…永久磁石挿入孔、14…永久磁石、15…シャフト孔、60…固定スクロール部材、61…端板、62…渦巻状ラップ、63…旋回スクロール部材、64…端板、65…渦巻状ラップ、66…圧縮室、67…吐出口、68…フレーム、69…圧縮容器、70…突出パイプ、72…クランク軸、73…油留め部、74…油孔、75…すべり軸受け。
DESCRIPTION OF
Claims (17)
回転子鉄心板を積層して形成した前記回転子鉄心は、前記永久磁石の磁束軸であるd軸と、前記d軸と電気角で90度隔たったq軸を有し、
前記永久磁石挿入孔は前記回転子鉄心板の積層方向に回転子鉄心板をまっすぐ貫通し、
前記永久磁石の磁束を集合させるために前記固定子の内周と対面する前記回転子鉄心の外周面に前記固定子との間隔長を異にする複数のギャップ面を設け、前記d軸から時計回転方向のq軸、および前記d軸軸から反時計回転方向のq軸に及ぶ範囲にある前記複数のギャップ面は前記d軸側のギャップ間隔長より前記q軸側のギャップ間隔長を大きくし、
前記複数のギャップ面を均した等価ギャップ間隔長が前記d軸を中心線にして時計回り方向側が大きい回転子鉄心板の積層グループ(1)と、反時計回り方向側が大きい回転子鉄心の積層グループ(2)を前記回転軸の軸心線方向に重ね合わせて前記回転子鉄心を構成し、
前記回転子の回転方向を反時計回りとしたとき、前記積層グループ(1)の積厚比率が前記積層グループ(2)よりも大きいことを特徴とする永久磁石式回転電機。 A permanent magnet is disposed in a plurality of permanent magnet insertion holes in the stator core, and a stator in which concentrated winding armature windings are provided so as to surround the teeth in a plurality of slots formed in the stator core, In the permanent magnet type rotating electrical machine having a rotor facing the inner circumference of the stator via a gap and rotatably supported by a rotating shaft,
The rotor core formed by laminating a rotor core plate has a d-axis that is a magnetic flux axis of the permanent magnet, and a q-axis that is 90 degrees apart from the d-axis by an electrical angle.
The permanent magnet insertion hole passes straight through the rotor core plate in the stacking direction of the rotor core plate,
In order to collect magnetic flux of the permanent magnets, a plurality of gap surfaces having different distances from the stator are provided on the outer peripheral surface of the rotor core facing the inner periphery of the stator, and the timepiece from the d-axis is The gap gap length on the q-axis side is larger than the gap gap length on the d-axis side in the plurality of gap surfaces in the range extending from the q-axis in the rotation direction and the q-axis in the counterclockwise rotation direction from the d-axis axis. ,
A laminated group (1) of rotor core plates having an equivalent gap interval length obtained by leveling the plurality of gap surfaces and having a large clockwise direction centered on the d-axis, and a laminated group of rotor cores having a large counterclockwise direction side (2) is superposed in the axial direction of the rotary shaft to constitute the rotor core;
A permanent magnet type rotating electrical machine characterized in that when the rotating direction of the rotor is counterclockwise, the stacking ratio of the stacked group (1) is larger than that of the stacked group (2).
回転子鉄心板を積層した前記回転子鉄心は、前記永久磁石の磁束軸であるd軸と、前記d軸と電気角で90度隔たったq軸を有し、
前記永久磁石挿入孔は前記回転子鉄心板の積層方向に回転子鉄心板をまっすぐ貫通し、
回転子の外周と前記永久磁石挿入孔との間に設けられ、前記回転子鉄心板を積層方向に貫く複数の磁極スリットは、回転子の外周方向に延在する細長に形成され、
前記永久磁石の磁束を集合させるために前記固定子鉄心の内周と対面する前記回転子鉄心の外周面に前記固定子鉄心との間隔長を異にする複数のギャップ面を設け、前記d軸から時計回転方向のq軸、および前記d軸軸から反時計回転方向のq軸に及ぶ範囲にある前記複数のギャップ面は前記d軸側のギャップ間隔長より前記q軸側のギャップ間隔長を大きくし、
前記複数のギャップ面を均した等価ギャップ間隔長が前記d軸を境界にして回転方向の後側領域の方が前側領域の方よりも大きい回転子鉄心板の積層グループ(1)と、逆に回転方向の前側領域の方が後側領域の方よりも大きい回転子鉄心の積層グループ(2)を前記回転軸軸心線方向に重ね合わせて前記回転子鉄心を構成し、
前記積層グループ(1)と前記積層グループ(2)の積厚比率は前記積層グループ(1)が大きいことを特徴とする永久磁石式回転電機。 A permanent magnet is disposed in a plurality of permanent magnet insertion holes in the stator core, and a stator in which concentrated winding armature windings are provided so as to surround the teeth in a plurality of slots formed in the stator core, In the permanent magnet type rotating electrical machine having a rotor facing the inner circumference of the stator via a gap and rotatably supported by a rotating shaft,
The rotor core obtained by stacking the rotor core plates has a d-axis that is a magnetic flux axis of the permanent magnet, and a q-axis that is 90 degrees apart from the d-axis by an electrical angle;
The permanent magnet insertion hole passes straight through the rotor core plate in the stacking direction of the rotor core plate,
A plurality of magnetic pole slits provided between the outer periphery of the rotor and the permanent magnet insertion hole and penetrating the rotor core plate in the stacking direction are formed in an elongated shape extending in the outer peripheral direction of the rotor,
In order to collect magnetic flux of the permanent magnets, a plurality of gap surfaces having different distances from the stator core are provided on the outer peripheral surface of the rotor core facing the inner periphery of the stator core, and the d axis The gap surfaces in the range extending from the q-axis in the clockwise direction to the q-axis in the clockwise direction and from the d-axis axis to the q-axis in the counterclockwise direction have a gap interval length on the q-axis side from the gap interval length on the d-axis side. Make it bigger
On the contrary, the laminated group (1) of the rotor core plates in which the equivalent gap interval length obtained by leveling the plurality of gap surfaces is larger in the rear region in the rotational direction than the front region with the d-axis as a boundary, The rotor core is configured by superimposing a laminated group (2) of rotor cores in the direction of the rotational axis of the rotor core in which the front region in the rotational direction is larger than the direction in the rear region;
A permanent magnet type rotating electrical machine characterized in that the stacked group (1) has a larger thickness ratio of the stacked group (1) and the stacked group (2).
前記回転子鉄心は、前記積層グループ(1)、前記積層グループ(2)のどちらか一方が前記軸方向にN個のブロック、もう一方が前記軸方向に(N−1)個のブロックで各々分割され、かつ前記積層グループ(1)の分割ブロックと前記積層グループ(2)の分割ブロックを前記軸方向に交互に配置されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
In the rotor core, one of the stacked group (1) and the stacked group (2) is N blocks in the axial direction, and the other is (N-1) blocks in the axial direction. A permanent magnet type rotating electrical machine characterized in that it is divided and the divided blocks of the laminated group (1) and the divided blocks of the laminated group (2) are alternately arranged in the axial direction.
N個で分割される前記積層グループ(1)または前記積層グループ(2)のどちらか一方を前記軸方向にN=2分割し、前記軸方向に(N−1)分割される積層グループは軸方向に(N−1)=1分割としたことを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 3,
Either one of the stacked group (1) or the stacked group (2) divided into N is divided into N = 2 in the axial direction, and the stacked group divided into (N-1) in the axial direction is an axis. A permanent magnet type rotating electrical machine characterized in that (N-1) = 1 division in the direction.
前記NはN=3であることを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 3,
The N is N = 3, and is a permanent magnet type rotating electric machine.
前記積層グループ(1)の前記軸方向の積厚比率をL1、前記積層グループ(2)の前記軸方向の積厚比率をL2、前記回転子の回転方向を反時計回りとしたとき、
L2<L1、50%<L1<85%
なる関係に構成したことを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 4,
When the lamination thickness ratio in the axial direction of the lamination group (1) is L1, the lamination thickness ratio in the axial direction of the lamination group (2) is L2, and the rotation direction of the rotor is counterclockwise,
L2 <L1, 50% <L1 <85%
A permanent magnet type rotating electrical machine characterized in that it is configured as follows.
前記永久磁石挿入孔が前記d軸を中心線として回転子の軸心に頂点を向けたV字状に配置されたことを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 6,
The permanent magnet type rotating electrical machine, wherein the permanent magnet insertion holes are arranged in a V shape with the d axis as a center line and the apex of the axis toward the rotor axis .
前記磁極スリットは、前記回転子の外周側になるにしたがい前記d軸に近づくように傾斜させたことを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 2,
The permanent magnet type rotating electrical machine, wherein the magnetic pole slit is inclined so as to approach the d-axis as it comes to the outer peripheral side of the rotor.
複数の前記磁極スリットは、磁極スリットの側面ないし内部を同磁極スリットの長手方向に沿って通過し前記回転子の外周に延びる延長線が前記d軸上を含む近傍で交わるように配置されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 2 or 8,
The plurality of magnetic pole slits are arranged such that an extension line that passes through the side surface or the inside of the magnetic pole slit along the longitudinal direction of the magnetic pole slit and extends to the outer periphery of the rotor intersects in the vicinity including on the d-axis. A permanent magnet type rotating electrical machine.
複数の前記磁極スリットは、前記d軸を中心線として対称に設けられ、当該複数の磁極スリットの傾きが前記d軸上の一点Pで交わることを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 2 or 9,
The plurality of magnetic pole slits are provided symmetrically about the d-axis as a center line, and the inclination of the plurality of magnetic pole slits intersects at one point P on the d-axis .
複数のギャップ面を構成する各ギャップ面うち、ギャップ間隔長が相対的に小さいほうのギャップ面は、回転子鉄心の回転方向に亘る円弧の範囲(回転軸心を中心にする開口角度)が電気角で略90度から略120度の範囲内にしたことを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 10,
Of the gap surfaces constituting the plurality of gap surfaces, the gap surface having a relatively small gap interval length has an electric arc range (opening angle about the rotation axis) extending in the rotation direction of the rotor core. A permanent magnet type rotating electrical machine characterized in that the angle is within a range of approximately 90 degrees to approximately 120 degrees.
前記回転子の極数と前記固定子のスロット数との比が2:3であることを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 11,
A permanent magnet rotating electrical machine characterized in that the ratio of the number of poles of the rotor to the number of slots of the stator is 2: 3.
前記永久磁石は、前記回転子の軸心を通るラジアル線との交差方向に延在する一文字形状(直線形状)もしくは回転子の軸心に頂点を向けるV字形状であることを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 6,
The permanent magnet has a single-character shape (linear shape) extending in a direction intersecting with a radial line passing through the axis of the rotor or a V-shape having a vertex directed to the axis of the rotor. Magnet rotating electric machine.
前記回転子鉄心は、複数のギャップ面を構成する各ギャップ面うち、ギャップ間隔長が相対的に小さいほうのギャップ面であるところの径大な外周円弧面と複数のギャップ面を構成する各ギャップ面うち、ギャップ間隔長が相対的に大きいほうのギャップ面であるところの径小な外周円弧面との間にできる段部と、前記径小な外周円弧面の前記q軸上を回転軸心方向に沿って延びる凹部を有することを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 13,
The rotor core includes a plurality of gap surfaces that constitute a plurality of gap surfaces and a large-diameter outer peripheral arc surface that is a gap surface having a relatively small gap interval length and a plurality of gap surfaces that constitute a plurality of gap surfaces. A step portion formed between the outer circumferential arc surface having a smaller diameter and a gap surface having a relatively large gap interval length, and a rotation axis on the q axis of the smaller outer circumferential arc surface. A permanent magnet type rotating electrical machine having a recess extending along a direction.
前記凹部は、前記回転子の軸心に頂点を向けるV字カット形状であることを特徴とする永久磁石式回転電機。 The permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 14,
The permanent magnet type rotating electrical machine, wherein the concave portion has a V-shaped cut shape with its apex directed to the axis of the rotor.
前記永久磁石は一文字形状(直線形状)に形成され、かつ前記回転子の軸心を通るラジアル線と交差する方向に配置され、
隣接する前記永久磁石の間には、前記q軸上を回転軸心方向に沿って延びる凹部を前記回転子鉄心の外周面に設け、
前記凹部は、前記回転子の軸心に頂点を向ける頂点角度が略直角の三角形状をしていることを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 6,
The permanent magnet is formed in a single-letter shape (linear shape), and is arranged in a direction intersecting with a radial line passing through the axis of the rotor,
Between the adjacent permanent magnets, a concave portion extending along the rotation axis direction on the q axis is provided on the outer peripheral surface of the rotor core,
The permanent magnet rotating electrical machine according to claim 1, wherein the concave portion has a triangular shape in which an apex angle of the apex facing the axial center of the rotor is substantially a right angle.
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