JP5279794B2 - 永久磁石埋込型電動機及び密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、永久磁石埋込型電動機に関する。詳しくは、永久磁石埋込型電動機の回転子における永久挿入孔の外周部に配置されるスリットの形状に関するものである。また、その永久磁石埋込型電動機を搭載した密閉型圧縮機に関する。

従来、永久磁石形モータにおいて、回転子鉄心の外周沿いに等ピッチで複数のスリットを形成し、そのスリットの円周方向長さを回転子磁極中央部分に位置するものから、端部分に位置するものの順に大きくなるように設定し、振動・騒音の発生を抑えた永久磁石形モータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３７１２７号公報

しかしながら、上記特許文献１の永久磁石形モータは、スリット円周方向長さを中心部分から端部分にかけて徐々に大きくしているため、端部分のスリット円周方向長さが大きくなりすぎて、永久磁石の鎖交磁束が減少し、効率が低下する課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、高効率で、かつ固定子からの反磁界に対する減磁特性が改善された信頼性の高い永久磁石埋込型電動機を提供する。また、その永久磁石埋込型電動機を用いた密閉型圧縮機を提供する。

この発明に係る永久磁石埋込型電動機は、
電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数積層して製作される固定子鉄心と、固定子鉄心の内周縁に沿って形成される複数の固定子スロットと、固定子スロットに挿入される巻線と、を有する固定子と、
固定子の内周側に空隙を介して配置される回転子と、を備え、
回転子は、
電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数積層して製作される回転子鉄心と、
回転子鉄心の外周部に沿って形成される複数の磁石挿入孔と、
磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、
磁石挿入孔の外周側に形成される複数のスリットと、
回転子鉄心の積層方向両端面に配置される端板と、を具備し、
複数のスリットのうちの、永久磁石の円周方向端面から回転子鉄心の外周側に延長した延長線の上に配置される減磁抑制用スリットは、一磁極の永久磁石の幅内に形成されるその他のスリットと比較して、減磁抑制用スリットの円周方向の幅を、その他のスリットの円周方向の幅よりも広くしたことを特徴とする。

この発明に係る永久磁石埋込型電動機は、複数のスリットのうちの、永久磁石の円周方向端面から回転子鉄心の外周側に延長した延長線の上に配置される減磁抑制用スリットは、一磁極の永久磁石の幅内に形成されるその他のスリットと比較して、減磁抑制用スリットの円周方向の幅を、その他のスリットの円周方向の幅よりも広くしたことにより、低振動・低騒音で、かつ固定子の反磁界に対する減磁特性の良好な信頼性の高い永久磁石埋込型電動機が得られる。

実施の形態１を示す図で、永久磁石埋込型電動機１００の横断面図。 図１のＡ部拡大図。 実施の形態１を示す図で、固定子１２の横断面図。 実施の形態１を示す図で、固定子鉄心１２ａの横断面図。 図４のＢ部拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子１１の横断面図。 図６のＣ−Ｃ断面図。 実施の形態１を示す図で、回転子１１の平面図。 実施の形態１を示す図で、端板１１ｄの平面図。 実施の形態１を示す図で、回転子鉄心１１ａの横断面図。 図１０の部分拡大図。 図６の部分拡大図。 図１２の部分拡大図。 実施の形態１を示す図で、永久磁石埋込型電動機１００のトルク特性図。 実施の形態１を示す図で、スクロール圧縮機３００の縦断面図。 実施の形態１を示す図で、永久磁石埋込型電動機１００の駆動回路１の回路図。

実施の形態１．
図１、図２は実施の形態１を示す図で、図１は永久磁石埋込型電動機１００の横断面図、図２は図１のＡ部拡大図である。

図１、図２を参照しながら、永久磁石埋込型電動機１００の構成について説明する。

図１に示す永久磁石埋込型電動機１００は、三相６極のブラシレスＤＣモータである。永久磁石埋込型電動機１００は、固定子１２と回転子１１とを備える。永久磁石埋込型電動機１００を、以下、単にモータまたは電動機と呼ぶ場合もある。

図２に示すように、固定子１２と回転子１１との間に、所定の径方向寸法の空隙６０が設けられる。固定子１２と回転子１１との間の空隙６０は、例えば、径方向寸法が０．２〜２．０ｍｍ程度である。

図３は実施の形態１を示す図で、固定子１２の横断面図である。図３に示すように、固定子１２は、略円筒状（ドーナッツ状）の固定子鉄心１２ａと、固定子鉄心１２ａの固定子スロット１２ｂ（１８個のスロット）に挿入されるＵ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃとからなる三相巻線を備える。Ｕ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃには、一般的に銅線の外周に絶縁被膜が施されたマグネットワイヤなどが用いられる。但し、三相巻線に限定されない。

尚、固定子スロット１２ｂには、巻線２０（Ｕ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃ）と固定子鉄心１２ａとの間に電気的絶縁を確保するために絶縁材（例えば、スロットセル、ウェッジ等）が挿入されるが、ここでは図示を省略している。

図３に示すように、各々の巻線２０（Ｕ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃ）は数個の固定子スロット１２ｂ（固定子歯部１２ｅ）を跨いで構成されている。図３に示す例では、３個の固定子歯部１２ｅを跨いで一つの巻線２０が構成されている。このような巻線方式は、一般的に分布巻と呼ばれている。

固定子スロット１２ｂの内部には、外周側から順番にＵ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ、Ｗ相巻線２０ｃが配置されるが、一例であって、順番は特に問わない。

Ｕ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃはＹ結線（星形結線、スター結線）で接続され、各々の巻線に三相電圧を印加することで永久磁石埋込型電動機１００がトルクを発生する。

図４、図５は実施の形態１を示す図で、図４は固定子鉄心１２ａの横断面図、図５は図４のＢ部拡大図である。図４に示すように、固定子鉄心１２ａは、板厚が０．１〜１．５ｍｍ程度の電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数軸方向に積層し、抜きカシメや溶接等により固定して製作される。

固定子鉄心１２ａには、内周縁に沿って固定子スロット１２ｂが形成されている。１８個の固定子スロット１２ｂは、周方向にほぼ等間隔に配置される。図４の例では、固定子スロット１２ｂはすべて同じ形状であるが、一部の大きさを変更した大小のスロット形状で構成しても良い。

隣り合う固定子スロット１２ｂの間には、固定子鉄心１２ａの一部分である固定子歯部１２ｅが構成されている。そのため固定子スロット１２ｂと固定子歯部１２ｅの数は同一であり、図４の例では、固定子鉄心１２ａは、１８個の固定子スロット１２ｂと１８個の固定子歯部１２ｅを備える。

図５に示すように、固定子歯部１２ｅは、円周方向の幅Ｗｔが略一定に形成される。そのため、固定子スロット１２ｂの円周方向の幅は、内周側から外周側に向かって徐々に大きくなっている。

半径方向に延在している固定子スロット１２ｂは、内周縁に開口している。この開口部をスロット開口部１２ｄと言う。このスロット開口部１２ｄからＵ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃが挿入される。

図４に示すように、固定子鉄心１２ａの外周面には、外周円形状を略直線状に切り欠いた略直線部をなす固定子切欠１２ｃが四ヶ所に設けられている。四ヶ所の固定子切欠１２ｃは、隣り合うもの同士が略直角に配置される。但し、これは一例であり、固定子切欠１２ｃの数、配置は任意でよい。

また、固定子鉄心１２ａにおいて、固定子スロット１２ｂの外側の鉄心部を、一般的にコアバック１２ｆと呼ぶ。固定子切欠１２ｃが形成された部分のコアバック１２ｆの磁路断面積は、外周が円弧形状の部分の磁路断面積よりも小さくなる。

冷凍サイクルに用いられる密閉型圧縮機（例えば、スクロール圧縮機）に、図１の永久磁石埋込型電動機１００を搭載する場合、固定子１２は密閉型圧縮機の円筒状の密閉容器の内周に焼き嵌めされる。密閉型圧縮機の内部では、冷媒（冷凍機油を含む）が永久磁石埋込型電動機１００を通過する。そのため、永久磁石埋込型電動機１００には、冷媒の通路が必要となる。

略直線部の固定子切欠１２ｃを設けることにより、固定子１２と密閉容器との間に冷媒の通路が形成される。永久磁石埋込型電動機１００の冷媒の通路には、この固定子鉄心１２ａの外周面の固定子切欠１２ｃによるもの以外に、例えば、後述する回転子１１のスリット４０、風穴部１１ｂ及び固定子１２と回転子１１との間の空隙６０（図２参照）がある。

図６乃至図１３は実施の形態１を示す図で、図６は回転子１１の横断面図、図７は図６のＣ−Ｃ断面図、図８は回転子１１の平面図、図９は端板１１ｄの平面図、図１０は回転子鉄心１１ａの横断面図、図１１は図１０の部分拡大図、図１２は図６の部分拡大図、図１３は図１２の部分拡大図である。

本実施の形態は、回転子１１に特徴があるので、以下図６乃至図１３を参照しながら回転子１１について詳細に説明する。固定子１２の内周側には空隙６０（図２参照）を介して回転子１１が設けられる。

回転子１１は、以下の要素から構成される。
（１）回転子鉄心１１ａ；
（２）永久磁石１１ｃ；
（３）端板１１ｄ；
（４）リベット１１ｅ；
（５）回転軸９０。

図７、図８に示すように、回転子鉄心１１ａの積層方向両端部には、永久磁石１１ｃが磁石挿入孔１１ｆから飛び出すのを抑えるため端板１１ｄが設けられ、リベット１１ｅにより、回転子鉄心１１ａと端板１１ｄとが一体化される。

図９に示すように、端板１１ｄは外周が略六角形の板状（所定の厚さ）で、中央部に軸孔１１ｊ、軸孔１１ｊの周囲に風穴部１１ｋ（例えば４個）及びリベット１１ｅが挿入されるリベット挿入用孔１１ｍ（例えば４個）が形成されている。端板１１ｄには、非磁性体の材料（例えば、ステンレス材）が用いられる。回転子鉄心１１ａの軸方向両端部に、同じ端板１１ｄが設けられる。

図１０に示すように、回転子鉄心１１ａは、固定子鉄心１２ａと同様に板厚が０．１〜１．５ｍｍの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、軸方向に積層し、抜きカシメや接着等により固定して製作される。通常、固定子鉄心１２ａの内側（内周側）の部分の電磁鋼板を利用する。

一般的に回転子鉄心１１ａは、固定子鉄心１２ａと同一の材料から打ち抜くことが多いが、回転子鉄心１１ａの材料を固定子鉄心１２ａの材料と異なるようにしても構わない。例えば、回転子鉄心１１ａの板厚を０．５ｍｍ、固定子鉄心１２ａの板厚を０．３５ｍｍにすることで安価で、かつ鉄損を低減させた高効率な永久磁石埋込型電動機１００を得ることができる。

回転子鉄心１１ａには、６個の磁石挿入孔１１ｆが設けられ、磁石挿入孔１１ｆには平板状の６枚の永久磁石１１ｃが挿入され、６極の回転子１１を構成している。また、詳細は後述するが、磁石挿入孔１１ｆの外周側に存在する鉄心部にスリット４０が形成されている。また、回転子鉄心１１ａの略中心部に回転軸９０が嵌合する軸孔１１ｇが形成され、軸孔１１ｇと磁石挿入孔１１ｆとの間に、風穴部１１ｂ（例えば４個）、リベット１１ｅが挿入されるリベット挿入用孔１１ｈ（例えば４個）が形成されている。

永久磁石１１ｃは、ネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類永久磁石を使用することが望ましいが、他の材質（例えばフェライトやサマリウム）を用いた永久磁石を使用しても良い。

回転子鉄心１１ａの磁石挿入孔１１ｆに永久磁石１１ｃを挿入した後、回転子鉄心１１ａの積層方向両端部に端板１１ｄを配置し、回転子鉄心１１ａ及び端板１１ｄの両方に設けられたリベット挿入用孔１１ｈおよび１１ｍにリベット１１ｅを挿入して回転子１１が製作される。

図１１に示すように、回転子鉄心１１ａの磁石挿入孔１１ｆの外周側に存在する鉄心部に形成されるスリット４０は、複数のスリット４０ａ〜４０ｅで構成される。磁極中心線の両側に、例えば、複数のスリット４０ａ〜４０ｅが対称に合計１０本設けられる。スリット４０ａは、一磁極の端部に設けられ、永久磁石１１ｃのロータ内部での磁束の漏れを抑制する役目を持つ。複数のスリット４０ａ〜４０ｅは、一磁極の端部から、順に磁極中心に向かって配置される。スリット４０ｅが、磁極中心に最も近い。

スリット４０ｂ〜４０ｅは、磁石挿入孔１１ｆの外周側の鉄心部の磁束分布を滑らかにするもので、例えば、永久磁石１１ｃの磁化方向に沿って平行に（磁石挿入孔１１ｆに対して直角方向に）、回転子鉄心１１ａの内周側から外周側に向かって延びるように形成される。但し、スリット４０ｂ〜４０ｅの延びる方向は、磁石挿入孔１１ｆに直角でなくてもよい。例えば、磁極中心に向かうようなものでもよい。さらに、スリット４０ｂ〜４０ｅの形状は、図１１の例では、断面が略四角形であるが、この形状に限定されるものではない。回転子鉄心１１ａの内周側から外周側に向かって延びて形成されるものであれば、楕円、台形等どのような形状でもよい。また磁極中心線の両側に対称にスリット４０ａ〜４０ｅを設けたが、非対称に設けてもよい。

複数のスリット４０（スリット４０ａ〜４０ｅ）を配置することにより、回転子鉄心１１ａの外周部の磁束分布を滑らかにすることができ、固定子１２の巻線２０に誘起される電圧の高調波成分を低減することができる。

巻線２０に三相交流電圧を印加して駆動する場合、永久磁石埋込型電動機１００のトルクとして有効に寄与するのは、固定子１２の巻線２０に誘起される電圧の基本波成分のみであり、高調波成分はトルク脈動（トルクリプル）となる。

このトルクリプルは電動機の振動及び騒音を増大させる要因となるが、複数のスリット４０ａ〜４０ｅを配置することで、振動や騒音の少ない永久磁石埋込型電動機１００を得ることができる。

図１２、図１３に示すように、永久磁石１１ｃの幅内に形成された複数のスリットのうち、永久磁石１１ｃの円周方向の端部延長線上に、非磁性体（空気層）であるスリット４０ｂを設けると共に、永久磁石１１ｃの幅内に形成されるその他のスリット４０ｃ〜４０ｅの円周方向の幅寸法（Ｔｃ〜Ｔｅ）よりも、スリット４０ｂの円周方向の幅寸法Ｔｂが大きくなるように形成する。

永久磁石１１ｃは固定子１２から大きな反磁界を受けると不可逆減磁（以下、減磁）を引き起こし、永久磁石１１ｃの磁力が低下することで電動機の効率が低くなる課題がある。一般的に、反磁界に対する減磁は、永久磁石１１ｃの固定子１２に近い側の表面、特に円周方向端部の角部近傍から、徐々に減磁していく傾向にある。

固定子１２の反磁界の磁束は、磁気抵抗の低い鉄心部を通過するため、スリット４０ｂが存在しない場合はもちろんのこと、幅方向寸法Ｔｂが小さい場合でも、永久磁石１１ｃの円周方向端部が減磁する可能性がある。

本実施の形態では、スリット４０ｂの円周方向の幅寸法Ｔｂを、他のスリット４０ｃ〜４０ｅの円周方向の幅寸法（Ｔｃ〜Ｔｅ）よりも大きく設定することで、反磁界に対する減磁特性を改善させた信頼性の高い永久磁石埋込型電動機１００を得ることができる。

スリット４０ｂの円周方向の幅寸法Ｔｂと同様に、他のスリット４０ｃ〜４０ｅの円周方向の幅寸法（Ｔｃ〜Ｔｅ）も大きく設定した場合、反磁界に対する減磁特性を改善することは可能であるが、永久磁石１１ｃの主磁路の磁気抵抗が高くなるため、永久磁石１１ｃの磁束を十分に活用することができず、電動機効率が低下する問題がある。しかし、ここでは、スリット４０ｃ〜４０ｅの円周方向の幅寸法（Ｔｃ〜Ｔｅ）をスリット４０ｂの円周方向の幅寸法Ｔｂよりも小さく設定しているため、高効率な永久磁石埋込型電動機１００を得ることができる。

ここで、永久磁石１１ｃの円周方向端面から回転子鉄心１１ａの外周側に延長した延長線の上に配置されるスリット４０ｂを、「減磁抑制用スリット」と定義する。

また、永久磁石１１ｃの幅内に形成されるその他のスリット４０ｃ〜４０ｅを、「一磁極の永久磁石の幅内に形成されるその他のスリット」と定義する。

また、図１３に示すように、永久磁石１１ｃの円周方向端部延長線上のスリット４０ｂと磁石挿入孔１１ｆと間の最小寸法をＴ１、スリット４０ｂと回転子鉄心１１ａの外周との間の最小寸法をＴ２とした場合、Ｔ２＞Ｔ１となるように設定している。

前述の通り、固定子１２の反磁界の磁束は、回転子１１の磁気抵抗の低い鉄心部を通過するため、回転子鉄心１１ａの外周表面側を通過する傾向にある。ここでは、Ｔ１に対してＴ２を大きくしているため、反磁界の磁束が永久磁石１１ｃに鎖交しにくくなり、減磁特性の改善した信頼性の高い永久磁石埋込型電動機１００を得ることができる。

図１４は実施の形態１を示す図で、永久磁石埋込型電動機１００のトルク特性図で、回転子１１にスリット４０を設けた永久磁石埋込型電動機１００とスリット４０を設けない永久磁石埋込型電動機のトルク特性を比較した図である。巻線２０に三相交流電圧を印加したときのトルク特性図であり、横軸は回転角度、縦軸は瞬時トルクを示している。

スリット４０を設けない電動機は、固定子の巻線に誘起される電圧（誘起電圧）に多くの高調波成分を含んでいるため、回転角度に対するトルク脈動が大きくなっていることがわかる。

スリット４０を設けることにより、固定子１２の巻線２０に誘起される誘起電圧の高調波成分を少なくすることができるため、トルク脈動を小さくすることができ、振動・騒音の少ない永久磁石埋込型電動機１００を得ることができる。

図８に示すように、回転子１１を積層方向の一端面から見ると、端板１１ｄの外周側からスリット４０の一部を視認することができ、そのスリット４０は積層方向に貫通された空気層（孔）となっている。

そのため、永久磁石埋込型電動機１００を密閉型圧縮機に搭載した場合、スリット４０の一部は冷媒の通路（流路）として使用することができるため、冷媒の通路を確保した信頼性の高い密閉型圧縮機を得ることができる。

図１５は実施の形態１を示す図で、スクロール圧縮機３００の縦断面図である。図１５に示すように、スクロール圧縮機３００（密閉型圧縮機の一例）は、密閉容器７０内に、少なくとも圧縮機構部２００と、永久磁石埋込型電動機１００と、圧縮機構部２００と永久磁石埋込型電動機１００とを連結する回転軸９０と、回転軸９０の圧縮機構部２００の反対側の端部を支持する軸受を構成するサブフレーム７１と、密閉容器７０の底部に貯留される冷凍機油２１０ｅと、を備える。

圧縮機構部２００は、少なくともそれぞれの板状渦巻歯の相互間に圧縮室を形成するように噛み合わされる固定スクロ−ル２０１及び揺動スクロール２０２と、オルダムリング２０９と、ガイドフレーム２１５と、を備える。

固定スクロール２０１の板状渦巻歯に直角方向から吸入圧力空間に連通するように、吸入管２１０ａが密閉容器７０を貫通して、固定スクロール２０１に圧入されている。

ガイドフレーム２１５の外周面は、焼き嵌め、もしくは溶接などによって密閉容器７０に固定されている。そして、ガイドフレーム２１５の外周部を切り欠いた切り欠き部により、固定スクロール２０１の吐出ポートから吐出される高圧の冷媒ガスを圧縮機構部２００と永久磁石埋込型電動機１００との間に設けられた吐出管２１０ｂに導く流路が確保されている。切り欠き部は、吐出管２１０ｂとは反対側の位置（略１８０°位相が異なる位置）に設けられている。

密閉容器７０の圧縮機構部２００と永久磁石埋込型電動機１００との間に、永久磁石埋込型電動機１００に電力を供給するガラス端子２１０ｆが溶接により固定されている。

次に、永久磁石埋込型電動機１００の駆動回路１について説明する。図１６は実施の形態１を示す図で、永久磁石埋込型電動機１００の駆動回路１の回路図である。外部に設けられた商用交流電源２から交流の電力が駆動回路１に供給される。商用交流電源２から供給される交流電圧は、整流回路３で直流電圧に変換される。整流回路３で変換された直流電圧は、インバータ主回路４で可変電圧および可変周波数の交流電圧に変換されて永久磁石埋込型電動機１００に印加される。永久磁石埋込型電動機１００はインバータ主回路４から供給される可変周波数の交流電力により駆動される。尚、整流回路３には商用交流電源２の電圧を整流するダイオードブリッジ、商用交流電源２から印加される電圧を昇圧するチョッパー回路や整流した直流電圧を平滑にする平滑コンデンサなどを有する。

インバータ主回路４は３相ブリッジのインバータ回路であり、インバータ主回路４のスイッチング部はインバータ主素子となる６つのＩＧＢＴ６ａ〜６ｆ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）と６つのフライホイルダイオード（ＦＲＤ）としてシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を用いたＳｉＣ−ＳＢＤ７ａ〜７ｆ（ショットキーバリアダイオード）を備えている。ＦＲＤであるＳｉＣ−ＳＢＤ７ａ〜７ｆはＩＧＢＴ６ａ〜６ｆが電流をＯＮからＯＦＦする時に生じる逆起電力を抑制する逆電流防止手段である。

尚、ここでは、ＩＧＢＴ６ａ〜６ｆとＳｉＣ−ＳＢＤ７ａ〜７ｆは同一リードフレーム上に各チップが実装されエポキシ樹脂でモールドされてパッケージされたＩＣモジュールとする。ＩＧＢＴ６ａ〜６ｆはシリコンを用いたＩＧＢＴ（Ｓｉ−ＩＧＢＴ）に代えてＳｉＣ、ＧａＮ（窒化ガリウム）を用いたＩＧＢＴとしてもよく、またＩＧＢＴに代えてＳｉもしくはＳｉＣ、ＧａＮを用いたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの他のスイッチング素子を使用してもよい。

整流回路３とインバータ主回路４の間には直列に接続された２つの分圧抵抗８ａ，８ｂが設けられており、この分圧抵抗８ａ，８ｂによる分圧回路にて高圧直流電圧を低圧化した電気信号をサンプリングし保持する直流電圧検出部８が設けられている。

永久磁石埋込型電動機１００のＵ相巻線２０ａ及びＷ相巻線２０ｃに流れる電流を検出する電流検出素子３０ａ，３０ｃが設けられている。電流検出素子３０ａ，３０ｃは直流電流トランス（ＤＣＣＴ）や交流電流トランス（ＡＣＣＴ）などが用いられ、Ｕ相巻線２０ａ、Ｗ相巻線２０ｃに流れる電流の瞬時値を検出する。

回転子位置検出部１０は、電流検出素子３０ａ，３０ｃの出力信号から永久磁石埋込型電動機１００の回転子１１の位置を演算し、回転子１１の位置情報を出力電圧演算部９に出力する。尚、ここでは、永久磁石埋込型電動機１００のＵ相巻線２０ａ及びＷ相巻線２０ｃの二相分の電流を検出したが、Ｖ相巻線２０ｂの電流も加えた三相分の電流を検出しても良いし、他の組合せの二相分の電流を検出しても良い。

尚、回転子位置検出部１０は、永久磁石埋込型電動機１００の端子電圧を検出して、永久磁石埋込型電動機１００の回転子１１の位置を検出するようにしてもよい。

回転子位置検出部１０が検出する回転子１１の位置情報は、出力電圧演算部９に出力される。この出力電圧演算部９は、駆動回路１の外部から与えられる目標回転数Ｎの指令もしくは装置の運転条件の情報と回転子１１の位置情報に基づいて、永久磁石埋込型電動機１００に加えられるべき最適なインバータ主回路４の出力電圧を演算する。出力電圧演算部９はその演算した出力電圧をＰＷＭ信号生成部３１に出力する。ＰＷＭは、Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎの略語である。

ＰＷＭ信号生成部３１は、出力電圧演算部９から与えられた出力電圧となるようなＰＷＭ信号をインバータ主回路４のそれぞれのＩＧＢＴ６ａ〜６ｆを駆動する主素子駆動回路４ａに出力し、インバータ主回路４のＩＧＢＴ６ａ〜６ｆはそれぞれ主素子駆動回路４ａによってスイッチングされる。

ここで固定子１２の反磁界を抑制する制御方法について説明する。固定子１２の反磁界は誤って巻線２０（Ｕ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃ）に大電流が流れることによって発生する。

本実施の形態では、巻線２０に流れる電流の瞬時値を検出しており、検出した瞬時電流値が所定電流値より高くなった場合、出力電圧演算部９はＰＷＭ信号生成部３１への出力を停止するように制御しているため、巻線２０に大電流が流れることがなくなり、固定子１２の反磁界による永久磁石１１ｃの減磁を抑制することができ、信頼性の高い永久磁石埋込型電動機１００を得ることができる。

ここでワイドバンドギャップ半導体について説明する。ワイドバンドギャップ半導体はＳｉよりもバンドギャップが大きい半導体の総称であって、ＳｉＣ−ＳＢＤ７ａ〜７ｆに使用しているＳｉＣはワイドバンドギャップ半導体の一つであり、その他には窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンドなどがある。さらにワイドバンドギャップ半導体、特にＳｉＣはＳｉに比べて耐熱温度や絶縁破壊強度や熱伝導率が大きい。尚、ここでは、ＳｉＣをインバータ回路のＦＲＤに用いる構成としているが、ＳｉＣに代えてその他のワイドバンドギャップ半導体を用いてもよい。

ＳｉＣを用いたスイッチング素子は、簡単な構成で低損失のスイッチング素子が実現され、さらに高温での動作も可能である。そのため、高温となる電動機（もしくは電動機を含む機器）近くで使用することも可能となり、さらに冷却ファンなども不要、もしくは風量の少ないものや、放熱フィン（ヒートシンクなど）の小形化・軽量化も可能となる。

このようなＳｉＣ（ワイドバンドギャップ半導体）によって形成されたスイッチング素子やダイオード素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子やダイオード素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子やダイオード素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。

また耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化が可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。

更に電力損失が低いため、スイッチング素子やダイオード素子の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの高効率化が可能になるものである。

スイッチング周波数を高周波にすることにより、インバータ主回路４で生成される交流電圧は、より正弦波に近い、高調波成分の少ない交流電圧を出力することができる。

永久磁石埋込型電動機１００に印加される交流電力の高調波成分は、永久磁石埋込型電動機１００のトルクリプルとなり、振動及び騒音が増加するだけでなく、高調波成分の電流によるモータ損失（銅損及び鉄損）も増加するため、効率が低くなる課題があった。

本実施の形態では、インバータ主回路４にＳｉＣを用いることで、Ｓｉを用いたインバータ主回路に対してスイッチング周波数を高速にすることができ、振動及び騒音が低く、かつ高効率な永久磁石埋込型電動機１００を得ることができる。

本発明の活用例として、密閉型圧縮機に用いられる永久磁石埋込型電動機がある。

１ 駆動回路、２ 商用交流電源、３ 整流回路、４ インバータ主回路、４ａ 主素子駆動回路、６ａ〜６ｆ ＩＧＢＴ、７ａ〜７ｆ ＳｉＣ−ＳＢＤ、８ 直流電圧検出部、８ａ 分圧抵抗、８ｂ 分圧抵抗、９ 出力電圧演算部、１０ 回転子位置検出部、１１ 回転子、１１ａ 回転子鉄心、１１ｂ 風穴部、１１ｃ 永久磁石、１１ｄ 端板、１１ｅ リベット、１１ｆ 磁石挿入孔、１１ｇ 軸孔、１１ｈ リベット挿入用孔、１１ｊ 軸孔、１１ｋ 風穴部、１１ｍ リベット挿入用孔、１２ 固定子、１２ａ 固定子鉄心、１２ｂ 固定子スロット、１２ｃ 固定子切欠、１２ｄ スロット開口部、１２ｅ 固定子歯部、１２ｆ コアバック、２０ 巻線、２０ａ Ｕ相巻線、２０ｂ Ｖ相巻線、２０ｃ Ｗ相巻線、３０ａ 電流検出素子、３０ｃ 電流検出素子、３１ ＰＷＭ信号生成部、４０ スリット、４０ａ〜４０ｅ スリット、６０ 空隙、７０ 密閉容器、７１ サブフレーム、９０ 回転軸、１００ 永久磁石埋込型電動機、２００ 圧縮機構部、２０１ 固定スクロール、２０２ 揺動スクロール、２０９ オルダムリング、２１０ａ 吸入管、２１０ｂ 吐出管、２１０ｅ 冷凍機油、２１０ｆ ガラス端子、２１５ ガイドフレーム、３００ スクロール圧縮機。

Claims (5)

1. 電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数積層して製作される固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内周縁に沿って形成される複数の固定子スロットと、前記固定子スロットに挿入される巻線と、を有する固定子と、
   前記固定子の内周側に空隙を介して配置される回転子と、を備え、
   前記回転子は、
   電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数積層して製作される回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心の外周部に沿って形成される複数の磁石挿入孔と、
   前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、
   前記磁石挿入孔の外周側に形成される複数のスリットと、
   前記回転子鉄心の積層方向両端面に配置される端板と、を具備し、
   前記複数のスリットのうちの、前記永久磁石の円周方向端面から前記回転子鉄心の外周側に延長した延長線の上に配置される減磁抑制用スリットは、一磁極の永久磁石の幅内に形成されるその他のスリットと比較して、前記減磁抑制用スリットの円周方向の幅を、前記その他のスリットの円周方向の幅よりも広くし、
   前記減磁抑制用スリットと前記磁石挿入孔との間の最小寸法をＴ１、前記減磁抑制用スリットと前記回転子鉄心の外周との間の最小寸法をＴ２とした場合、Ｔ２＞Ｔ１となるように設定していることを特徴とする永久磁石埋込型電動機。
2. 前記減磁抑制用スリット、及び前記一磁極の永久磁石の幅内に形成されるその他のスリットは、前記永久磁石の磁化方向に略平行な方向に配置され、前記回転子の外周に向かって延びる形状としたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石埋込型電動機。
3. 前記端板は略多角形形状であり、前記端板の多角形を形成する直線部の外周側に前記スリットの一部が形成されると共に、前記スリットは積層方向に貫通していることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の永久磁石埋込型電動機。
4. インバータ主回路のスイッチング部にＳｉＣ（シリコンカーバイド）を用いるデバイスを使用する駆動回路により駆動されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の永久磁石埋込型電動機。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石埋込型電動機を備えたことを特徴とする密閉型圧縮機。

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