JP6526315B2 - 永久磁石電動機、圧縮機、および空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、回転子コアの内部に永久磁石が配置された永久磁石電動機、この永久磁石電動機を備えた圧縮機、およびこの圧縮機を備えた空気調和機に関する。

一般に、永久磁石電動機では、固定子のコイル電流による磁界が永久磁石の表面で変動することに伴い、永久磁石の表面に渦電流が発生し、この渦電流による発熱が永久磁石の温度を上昇させる。永久磁石は高温になるほど減磁し易いため、永久磁石の温度上昇を抑制することは、従来からの課題となっている。

特許文献１では、永久磁石電動機の回転子コアにおいて、磁石孔における永久磁石との内周側接触面または外周側接触面に軸方向に伸びる複数の溝状の冷却流路を設けている。

特開２００７−１０４８８８号公報

特許文献１では、複数の溝状の冷却流路は内周側接触面および外周側接触面の一方のみに設けられているため、永久磁石の冷却効果が制限される。冷却効果を向上させるためには、冷却流路の幅を拡大すればよいが、冷却流路は永久磁石の磁束の通過を抑制するので、永久磁石の磁束を有効に利用することができず、電動機の効率の低下につながる可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、渦電流による永久磁石の温度上昇を抑制し、永久磁石の減磁耐力を向上させるとともに、電動機の効率を向上させることが可能な永久磁石電動機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る永久磁石電動機は、環状の固定子コアと、前記固定子コアの内側で前記固定子コアと同軸で配置され、複数の磁石孔を有するとともに、第１の端面と第２の端面と複数の内面とを有し、前記第１の端面および前記第２の端面は軸方向に互いに離間し、前記複数の内面は前記複数の磁石孔を形成し、前記複数の磁石孔は周方向に配列されかつ前記第１の端面から前記第２の端面まで前記軸方向に伸びる環状の回転子コアと、前記複数の磁石孔内に配置される複数の永久磁石と、を備え、前記複数の内面の各々は、前記回転子コアにおいて前記回転子コアの径方向における外側に配置される第１の面と前記回転子コアにおいて前記径方向における内側に配置される第２の面とを有し、前記複数の永久磁石の各々は、前記第１の面と面する第３の面と前記第２の面と面する第４の面とを有し、前記第１の面は、前記第１の端面から前記第２の端面まで前記軸方向に伸びかつ前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において前記第３の面に沿って配列される複数の第１の溝を有し、前記第３の面は、前記複数の第１の溝に露出する複数の第１の部分を有し、前記第３の面は、前記複数の第１の部分を除き、前記第１の面と接触し、前記第２の面は、前記第１の端面から前記第２の端面まで前記軸方向に伸びかつ前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において前記第４の面に沿って配列される複数の第２の溝を有し、前記第４の面は、前記複数の第２の溝に露出する複数の第２の部分を有し、前記第４の面は、前記複数の第２の部分を除き、前記第２の面と接触し、前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において、前記複数の第１の部分の全長は、前記複数の第２の部分の全長よりも大きい。

この発明によれば、渦電流による永久磁石の温度上昇を抑制し、永久磁石の減磁耐力を向上させるとともに、電動機の効率を向上させることができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る永久磁石電動機の構成を示す横断面図 実施の形態１における回転子コアの構成を示す横断面図 図２に示す回転子コアの部分拡大図 実施の形態１における回転子の構成を示す横断面図 図４に示す回転子の部分拡大図 図４に示すＡ−Ａ断面図 図６における長さの関係を説明するための図 実施の形態１の変形例１に係る回転子の構成を示す部分拡大横断面図 実施の形態１の変形例２に係る回転子の構成を示す部分拡大横断面図 実施の形態２に係る圧縮機の構成を示す縦断面図 実施の形態３に係る空気調和機の冷凍サイクルを示す図 実施の形態３に係る空気調和機の構成を示す図

以下に、本発明に係る永久磁石電動機、圧縮機、および空気調和機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る永久磁石電動機の構成を示す横断面図である。なお、図１に示す横断面図は、回転子コアの軸方向に垂直な断面によるものである。

電動機１は、本実施の形態に係る永久磁石電動機である。電動機１は、環状の固定子２と、固定子２の内側に配置された回転子３とを備える。回転子３は、空隙２０を介して回転自在に固定子２の内側に配置される。

固定子２は、環状の固定子コア２１と、固定子コア２１に巻回されたコイル２２とを備える。固定子コア２１は、環状のヨーク２３と、ヨーク２３から突出する複数のティース２４とを備える。複数のティース２４の各々は、ヨーク２３の径方向における内向きにヨーク２３から突出する。固定子コア２１は、固定子コア２１の平面形状に応じて電磁鋼板を打ち抜き、打ち抜かれた電磁鋼板を固定子コア２１の軸方向に複数枚積層して形成される。

複数のティース２４は、ヨーク２３の周方向に等間隔で配列されている。隣り合うティース２４間には、空間部であるスロット２５が形成されている。コイル２２は複数のティース２４に巻回されている。図示例では、ティース２４の個数は９個であるが、これに限定されるものではない。

回転子３は、環状の回転子コア４と、回転子コア４の内部に配置された複数の永久磁石６とを備える。回転子コア４は、固定子コア２１と同軸で配置される。すなわち、回転子コア４の軸は、固定子コア２１の軸と一致する。なお、以下では、特に明記をしない限りは、「軸方向」は回転子コア４の軸方向であり、「径方向」は回転子コア４の径方向であり、「周方向」は回転子コア４の周方向である。

回転子コア４には、中央部に軸孔７が形成されている。軸孔７には、図示しないシャフトが嵌め込まれる。

回転子コア４には、複数の磁石孔５が周方向に配列されている。複数の磁石孔５は、周方向に等間隔で回転子コア４に形成されている。複数の磁石孔５は、回転子コア４の中心から径方向に互いに等距離の位置に配置されている。複数の磁石孔５は、互いに同じ形状でかつ同じ大きさである。複数の磁石孔５は、回転子コア４を軸方向に貫通する。

磁石孔５は、径方向と直交する方向に伸びており、径方向と直交する方向の長さが径方向の長さよりも大きい。回転子コア４は、回転子コア４の平面形状に応じて電磁鋼板を打ち抜き、打ち抜かれた電磁鋼板を軸方向に複数枚積層して形成される。

複数の磁石孔５内には、複数の永久磁石６が配置されている。永久磁石６は、接着または圧入により回転子コア４に固定されている。

永久磁石６は、平板状であり、断面矩形状である。永久磁石６は、径方向と直交する方向に伸びており、径方向と直交する方向の長さが径方向の長さよりも大きい。すなわち、永久磁石６の長手方向は径方向と直交する方向であり、永久磁石６の短手方向は径方向である。永久磁石６は、希土類磁石またはフェライト磁石である。永久磁石６は、鉄、ネオジウムおよびボロンを含む希土類磁石であり、この希土類磁石にはディスプロシウムが含まれず、またはこの希土類磁石に含まれるディスプロシウムの含有量が３重量％以下とすることができる。

複数の永久磁石６は、互いに同じ形状でかつ同じ大きさである。複数の永久磁石６は、外周側の磁極の極性が周方向に交互となるように配置される。

なお、図示例では、電動機１の極数は６であり、磁石孔５の個数および永久磁石６の個数はそれぞれ６個である。磁石孔５の個数および永久磁石６の個数は、極数に応じて決まる。

次に、図２から図６を参照して、回転子３の構成を詳細に説明する。図２は回転子コアの構成を示す横断面図、図３は図２に示す回転子コアの部分拡大図、図４は回転子の構成を示す横断面図、図５は図４に示す回転子の部分拡大図、図６は図４に示すＡ−Ａ断面図である。なお、図６は、回転子コア４の軸を含む回転子コア４の縦断面図の一部である。

回転子コア４は、円筒状の外周面１８ａと、外周面１８ａと同軸で配置された円筒状の内周面１８ｂとを有する。内周面１８ｂは軸孔７を形成する。また、回転子コア４は、軸方向に互いに離間する端面１８ｃ，１８ｄを有する。端面１８ｃは第１の端面、端面１８ｄは第２の端面である。なお、図６では、回転子コア４の軸が軸３０で示されている。端面１８ｃ，１８ｄは、互いに平行であり、軸３０に対して垂直である。

回転子コア４は、複数の磁石孔５よりも径方向における内側に配置されるコア部４ａと、複数の磁石孔５よりもそれぞれ径方向における外側に配置される複数のコア部４ｂとを有する。

回転子コア４は、複数の磁石孔５を形成する複数の内面８を有する。複数の磁石孔５は、端面１８ｃから端面１８ｄまで軸方向に伸びる。複数の磁石孔５は、軸３０に平行に伸びている。磁石孔５は、実質的に永久磁石６が挿入される部分であり、永久磁石６の形状に応じて矩形状である。

内面８は、回転子コア４において径方向における外側に配置される面８ａと、回転子コア４において径方向における内側に配置される面８ｂとを有する。面８ａは第１の面、面８ｂは第２の面である。すなわち、面８ａは面８ｂに対して径方向における外側に配置され、面８ｂは面８ａに対して径方向における内側に配置される。面８ａはコア部４ｂに形成され、面８ｂはコア部４ａに形成される。

面８ａは、複数の溝９ａを有する。具体的には、複数の溝９ａは、溝９ａ１、溝９ａ２、溝９ａ３、溝９ａ４、および溝９ａ５からなる。複数の溝９ａは、端面１８ｃから端面１８ｄまで軸方向に伸びる。すなわち、複数の溝９ａは、回転子コア４を貫通している。複数の溝９ａは、軸３０に平行に伸びている。また、複数の溝９ａは、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、互いに離間して配置されている。

面８ｂは、複数の溝９ｂを有する。具体的には、複数の溝９ｂは、溝９ｂ１、溝９ｂ２、溝９ｂ３、および溝９ｂ４からなる。複数の溝９ｂは、端面１８ｃから端面１８ｄまで軸方向に伸びる。すなわち、複数の溝９ｂは、回転子コア４を貫通している。複数の溝９ｂは、軸３０に平行に伸びている。また、複数の溝９ｂは、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、互いに離間して配置されている。

このように、複数の溝９ａは、軸方向における回転子コア４の全長にわたって磁石孔５と連通している。同様に、複数の溝９ｂは、軸方向における回転子コア４の全長にわたって磁石孔５と連通している。複数の溝９ａおよび複数の溝９ｂは冷却溝である。

永久磁石６は、内面８を構成する面８ａに面する面６ａと、内面８を構成する面８ｂに面する面６ｂとを有する。面６ａは第３の面、面６ｂは第４の面である。面６ａ，６ｂは、互いに極性の異なる永久磁石６の磁極面である。

複数の溝９ａは、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、面６ａに沿って配列される。また、面６ａは、複数の溝９ａに露出する複数の部分６ａ１から６ａ５を有する。具体的には、部分６ａ１は溝９ａ１に露出し、部分６ａ２は溝９ａ２に露出し、部分６ａ３は溝９ａ３に露出し、部分６ａ４は溝９ａ４に露出し、部分６ａ５は溝９ａ５に露出する。複数の部分６ａ１から６ａ５は、複数の第１の部分である。面６ａは、複数の部分６ａ１から６ａ５を除き、面８ａと接触する。

複数の溝９ｂは、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、面６ｂに沿って配列される。また、面６ｂは、複数の溝９ｂに露出する複数の部分６ｂ１から６ｂ４を有する。具体的には、部分６ｂ１は溝９ｂ１に露出し、部分６ｂ２は溝９ｂ２に露出し、部分６ｂ３は溝９ｂ３に露出し、部分６ｂ４は溝９ａ４に露出する。複数の部分６ｂ１から６ｂ４は、複数の第２の部分である。面６ｂは、複数の部分６ｂ１から６ｂ４を除き、面８ｂと接触する。

永久磁石６は、さらに、長手方向の一端に配置される面６ｃと、長手方向の他端に配置される面６ｄとを有する。面６ｃ，６ｄは、互いに平行であり、軸３０に平行である。

永久磁石６は、さらに、軸方向の一端に配置される面６ｅと、軸方向の他端に配置される面６ｆとを有する。面６ｅ，６ｆは、互いに平行であり、軸３０に対して垂直である。また、面６ｅは端面１８ｃと面一であり、面６ｆは端面１８ｄと面一である。すなわち、永久磁石６は、端面１８ｃから端面１８ｄまで軸方向に伸びる。

永久磁石６の長手方向における両側には、フラックスバリア部１０ａ，１０ｂが設けられている。フラックスバリア部１０ａ，１０ｂは、それぞれ、内面８のうち面８ａ，８ｂを除いた部分に形成された溝１５ａ，１５ｂである。溝１５ａ，１５ｂは、端面１８ｃから端面１８ｄまで軸方向に伸びる。すなわち、溝１５ａ，１５ｂは、回転子コア４を貫通する。溝１５ａ，１５ｂは、軸３０に平行に伸びている。溝１５ａ，１５ｂは、軸方向における回転子コア４の全長にわたって磁石孔５と連通している。

フラックスバリア部１０ａ，１０ｂは、回転子３の外周面１８ａの磁束密度分布を正弦波に近づけ、隣り合う永久磁石６の磁束が回転子コア４を介して短絡すること、すなわち漏れ磁束を抑制する。

フラックスバリア部１０ａと外周面１８ａとの間には、周方向に伸びる薄肉鉄心部４ｃが形成されている。同様に、フラックスバリア部１０ｂと外周面１８ａとの間には、周方向に伸びる薄肉鉄心部４ｄが形成されている。薄肉鉄心部４ｃ，４ｄの径方向の厚みは、回転子コア４の電磁鋼板の板厚以上である。これにより、電磁鋼板を打ち抜くときに、薄肉鉄心部４ｃ，４ｄがねじれることが抑制される。また、回転子３の回転時に、薄肉鉄心部４ｃ，４ｄが切断されることが抑制される。

回転子コア４には、永久磁石６の周方向の位置ずれを規制する突起部４ｅ，４ｆが形成されている。詳細には、突起部４ｅ，４ｆはコア部４ａに形成されている。なお、突起部４ｅ，４ｆを設けない構成も可能である。

次に、図２から図６に加えて、図７も参照して、複数の溝９ａおよび複数の溝９ｂの詳細について説明する。図７は、図６における長さの関係を説明するための図である。

図７に示すように、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、部分６ａ１の長さをＷａ１、部分６ａ２の長さをＷａ２、部分６ａ３の長さをＷａ３、部分６ａ４の長さをＷａ４、部分６ａ５の長さをＷａ５とし、部分６ｂ１の長さをＷｂ１、部分６ｂ２の長さをＷｂ２、部分６ｂ３の長さをＷｂ３、部分６ｂ４の長さをＷｂ４とする。また、永久磁石６の長手方向の長さをＷｍとする。

本実施の形態では、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の部分６ａ１から６ａ５の全長は、複数の部分６ｂ１から６ｂ４の全長よりも大きい。すなわち、Ｗａ１＋Ｗａ２＋Ｗａ３＋Ｗａ４＋Ｗａ５＞Ｗｂ１＋Ｗｂ２＋Ｗｂ３＋Ｗｂ４の関係が成り立つ。

また、本実施の形態では、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の溝９ａの総面積は、複数の溝９ｂの総面積よりも大きい。すなわち、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、溝９ａ１の面積と溝９ａ２の面積と溝９ａ３の面積と溝９ａ４の面積と溝９ａ５の面積との和は、溝９ｂ１の面積と溝９ｂ２の面積と溝９ｂ３の面積と溝９ｂ４の面積との和よりも大きい。

また、本実施の形態では、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の部分６ａ１から６ａ５の全長は、面６ａと面８ａとが接触する部分の全長よりも大きい。具体的には、
Ｗｍ／２＜Ｗａ１＋Ｗａ２＋Ｗａ３＋Ｗａ４＋Ｗａ５
の関係が成り立つ。

同様に、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の部分６ｂ１から６ｂ４の全長は、面６ｂと面８ｂとが接触する部分の全長よりも大きい。具体的には、
Ｗｍ／２＜Ｗｂ１＋Ｗｂ２＋Ｗｂ３＋Ｗｂ４
の関係が成り立つ。

また、図示例では、以下の関係が成り立つ。
Ｗａ１＝Ｗａ５，
Ｗａ２＝Ｗａ３＝Ｗａ４，
Ｗａ１＞Ｗａ２
特に、複数の部分６ａ１から６ａ５のうち複数の部分６ａ１から６ａ５の配列方向の両端に位置する２つの部分６ａ１，６ａ５の長さのいずれもが、他の部分６ａ２から６ａ４の長さのいずれよりも大きい。

さらに、図示例では、以下の関係が成り立つ。
Ｗｂ１＝Ｗｂ２＝Ｗａ３＝Ｗａ４

また、本実施の形態では、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の溝９ａの各々は、面６ａに沿う方向における幅が、面６ａから離れるに従って、すなわち径方向における内側から径方向における外側に向かうに従って、小さくなるように形成されている。つまり、複数の溝９ａの各々の幅は、面６ａ上で最も大きく、複数の部分６ａ１から６ａ５のうちの対応するものの長さに等しい。

同様に、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の溝９ｂの各々は、面６ｂに沿う方向における幅が、面６ｂから離れるに従って、すなわち径方向における外側から径方向における内側に向かうに従って、小さくなるように形成されている。つまり、複数の溝９ｂの各々の幅は、面６ｂ上で最も大きく、複数の部分６ｂ１から６ｂ４のうちの対応するものの長さに等しい。

また、本実施の形態では、複数の溝９ａおよび複数の溝９ｂは、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、千鳥状に配置されている。詳細には、複数の溝９ａおよび複数の溝９ｂは、面６ａまたは面６ｂに沿って、千鳥状に配置されている。あるいは、複数の溝９ａおよび複数の溝９ｂは、永久磁石６の長手方向に沿って、千鳥状に配置されている。

また、図示例では、溝９ａ２、溝９ａ３および溝９ａ４は、互いに同じ形状でかつ同じ大きさである。具体的には、溝９ａ２、溝９ａ３および溝９ａ４は、それぞれ、中心角が１８０°未満である円弧形状を有する。溝９ａ１および溝９ａ５は、溝９ａ１および溝９ａ５のうちの一方を反転すると、互いに同じ形状でかつ同じ大きさである。

また、図示例では、溝９ｂ１、溝９ｂ２、溝９ｂ３および溝９ａ４は、互いに同じ形状でかつ同じ大きさである。具体的には、溝９ｂ１、溝９ｂ２、溝９ｂ３および溝９ａ４は、それぞれ、中心角が１８０°未満である円弧形状を有する。

本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態では、磁石孔５を形成する内面８のうち径方向における外側に配置される面８ａに複数の溝９ａを設けるとともに、磁石孔５を形成する内面８のうち径方向における内側に配置される面８ｂに複数の溝９ｂを設けている。

このような構成により、複数の溝９ａおよび複数の溝９ｂ内に永久磁石６よりも温度の低い気体または液体を通過させることで、永久磁石６の面６ａ，６ｂを直接冷却することができ、渦電流による永久磁石６の温度上昇を抑制し、永久磁石６の減磁耐力を向上させるとともに、電動機１の効率を向上させることができる。なお、気体の例としては、空気または冷媒ガスが、液体の例としては、液冷媒または油が挙げられる。

本実施の形態では、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の部分６ａ１から６ａ５の全長は、複数の部分６ｂ１から６ｂ４の全長よりも大きい。

渦電流による永久磁石６の温度上昇は、永久磁石６内で一様ではなく、径方向における外側は内側に比べてより高い。本実施の形態のように、複数の部分６ａ１から６ａ５の全長を複数の部分６ｂ１から６ｂ４の全長よりも大きくすることで、温度上昇がより高い永久磁石６の外側をより冷却することができる。

また、温度上昇が相対的に低い永久磁石６の内側では、複数の溝９ｂに露出する複数の部分６ｂ１から６ｂ４の全長を相対的に小さくしているので、永久磁石６の磁束の有効利用につながり、電動機１の効率が向上する。

また、本実施の形態では、複数の溝９ａおよび複数の溝９ｂは、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、千鳥状に配置されている。これにより、複数の溝９ａが永久磁石６を介して複数の溝９ｂと径方向に互いに対向して配置された場合に比べて、永久磁石６の磁束を有効に利用することができ、電動機１の効率が向上する。

なお、本実施の形態では、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の部分６ａ１から６ａ５の全長は、複数の部分６ｂ１から６ｂ４の全長よりも大きく、かつ、複数の溝９ａおよび複数の溝９ｂは、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、千鳥状に配置されるとしたが、いずれか一方が実現される構成でもよい。

また、本実施の形態では、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の溝９ａの総面積は、複数の溝９ｂの総面積よりも大きい。これにより、温度上昇がより高い永久磁石６の外側をより効果的に冷却することができる。

なお、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の部分６ａ１から６ａ５の全長が複数の部分６ｂ１から６ｂ４の全長よりも大きく、かつ、複数の溝９ａの総面積が複数の溝９ｂの総面積以下となる構成も可能である。

また、本実施の形態では、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の部分６ａ１から６ａ５の全長は、面６ａと面８ａとが接触する部分の全長よりも大きい。これにより、永久磁石６の面６ａの冷却をより高めることができる。なお、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の部分６ａ１から６ａ５の全長が、面６ａと面８ａとが接触する部分の全長以下となる構成も可能である。

同様に、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の部分６ｂ１から６ｂ４の全長は、面６ｂと面８ｂとが接触する部分の全長よりも大きくすることで、永久磁石６の面６ｂの冷却をより高めることができる。なお、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の部分６ｂ１から６ｂ４の全長が、面６ｂと面８ｂとが接触する部分の全長以下となる構成も可能である。

また、本実施の形態では、複数の部分６ａ１から６ａ５のうち複数の部分６ａ１から６ａ５の配列方向の両端に位置する２つの部分６ａ１，６ａ５の長さのいずれもが、他の部分６ａ２から６ａ４の長さのいずれよりも大きい。渦電流による永久磁石６の温度上昇は、永久磁石６内で一様ではなく、永久磁石６の長手方向における両端部では中央部に比べてより高い。従って、配列方向の両端に位置する２つの部分６ａ１，６ａ５の長さを他の部分６ａ２から６ａ４の長さよりも大きくすることで、永久磁石６の冷却をより高めることができる。一般に、このような構成は第１の部分の個数が３以上であれば可能である。

なお、配列方向の両端に位置する２つの部分６ａ１，６ａ５の長さが他の部分６ａ２から６ａ４の長さ以下とする構成も可能である。

また、複数の部分６ｂ１から６ｂ４の長さは互いに等しいとしたが、複数の部分６ｂ１から６ｂ４のうち複数の部分６ｂ１から６ｂ４の配列方向の両端に位置する２つの部分６ｂ１，６ｂ４の長さのいずれもが、他の部分６ｂ２，６ｂ３の長さのいずれよりも大きいとする構成も可能である。一般に、このような構成は第２の部分の個数が３以上であれば可能である。

また、複数の部分６ａ１から６ａ５の長さは、永久磁石６の長手方向における中心から各端に向かうにつれて大きくする構成も可能である。具体的には、Ｗａ１＞Ｗａ２＞Ｗａ３かつＷａ５＞Ｗａ４＞Ｗａ３の関係が成り立つように構成することもできる。この場合でも、配列方向の両端に位置する２つの部分６ａ１，６ａ５の長さが他の部分６ａ２から６ａ４の長さよりも大きいとした場合と同様の効果を得ることができる。複数の部分６ｂ１から６ｂ４の長さについても同様である。

また、本実施の形態では、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の溝９ａの各々は、面６ａに沿う方向における幅が、面６ａから離れるに従って小さくなるように形成されている。これにより、永久磁石６の磁束が回転子コア４を通過しやすくなり、永久磁石６の磁束の有効利用につながり、電動機１の効率を向上させることができる。

また、複数の溝９ａの各々の面６ａに沿う方向における幅は、面６ａに近いほど大きくなるので、永久磁石６の面６ａを効率よく冷却することができる。なお、複数の溝９ａの各々の面６ａに沿う方向における幅が、面６ａに近いほど大きくならない構成も可能である。

同様に、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、複数の溝９ｂの各々は、面６ｂに沿う方向における幅が、面６ｂから離れるに従って小さくなるように形成することで、永久磁石６の磁束を有効に利用して電動機１の効率を向上させるとともに、永久磁石６の面６ｂを効率よく冷却することができる。なお、複数の溝９ｂの各々の面６ｂに沿う方向における幅が、面６ｂに近いほど大きくならない構成も可能である。

また、複数の溝９ａのうちの少なくとも一つの形状は、中心角が１８０°以下である円弧状とすることができる。これにより、電磁鋼板を打ち抜いて複数の溝９ａを形成する際の加工が容易となる。同様に、複数の溝９ｂのうちの少なくとも一つの形状は、中心角が１８０°以下である円弧状とすることができる。なお、溝９ａまたは溝９ｂの形状は、円弧状以外にも矩形または三角形も可能である。

また、永久磁石６の減磁耐力が向上することにより、保磁力の小さい希土類磁石の使用が可能となり、低コスト化が図れる。保磁力の小さい希土類磁石とは保磁力を増大させるために添加されるディスプロシウムの含有量が３重量％以下を指す。

すなわち、本実施の形態では、永久磁石６は、鉄、ネオジウムおよびボロンを含む希土類磁石であって、ディスプロシウムを含まず、または３重量％以下のディスプロシウムを含む希土類磁石とすることができる。

本実施の形態では、永久磁石６の長手方向における両側にフラックスバリア部１０ａ，１０ｂが設けられている。フラックスバリア部１０ａ，１０ｂは空隙であり、複数の溝９ａおよび複数の溝９ｂと同様に冷却溝として利用することができる。なお、フラックスバリア部１０ａ，１０ｂを設けない構成、すなわち、溝１５ａ，１５ｂを設けない構成も可能である。

また、フラックスバリア部１０ａ，１０ｂは、空隙でなくてもよく、溝１５ａ，１５ｂを樹脂のような非磁性材料で埋めてもよい。

なお、永久磁石６の形状は、図示例に限定されない。また、図示例では、複数の永久磁石６は、永久磁石６の個数と同じ角数の仮想的な正多角形の辺に対応する位置にそれぞれ配置され、周方向に等間隔に配列されているが、複数の永久磁石６の配置はこれに限定されない。

また、本実施の形態では、溝９ａの個数を５個、溝９ｂの個数を４個としたが、これに限定されない。

図８は、本実施の形態の変形例１に係る回転子の構成を示す部分拡大横断面図である。なお、図８では、図２から図７に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。

図８では、図７に示す構成に加えて、面８ｂに溝９ｂ５，９ｂ６が形成されている。溝９ｂ５，９ｂ６は、永久磁石６を介して、それぞれ溝９ａ１，９ａ５と径方向に互いに対向している。また、溝９ｂ５に露出する部分６ｂ５の長さはＷｂ５、溝９ｂ６に露出する部分６ｂ６の長さはＷｂ６である。部分６ｂ５，６ｂ６は、図５で示した面６ｂに含まれる。

図８では、Ｗａ１＋Ｗａ２＋Ｗａ３＋Ｗａ４＋Ｗａ５＞Ｗｂ１＋Ｗｂ２＋Ｗｂ３＋Ｗｂ４＋Ｗｂ５＋Ｗｂ６の関係が成り立っている。また、Ｗｍ／２＜Ｗａ１＋Ｗａ２＋Ｗａ３＋Ｗａ４＋Ｗａ５の関係に加えて、Ｗｍ／２＜Ｗｂ１＋Ｗｂ２＋Ｗｂ３＋Ｗｂ４＋Ｗｂ５＋Ｗｂ６の関係が成り立っている。

溝９ｂ５，９ｂ６は、軸方向に垂直な回転子コア４の断面において、永久磁石６の長手方向における両端部に面して配置されているので、温度上昇のより大きい永久磁石６の長手方向における両端部を効率よく冷却することができる。本変形例のその他の構成に応じた効果は上記した通りである。

図９は、本実施の形態の変形例２に係る回転子の構成を示す部分拡大横断面図である。なお、図９では、図２から図７に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。

図９に示す構成と図７に示す構成との差異は、図９では、面８ｂに複数の溝９ｂ１１から９ｂ１５が形成されている点である。また、溝９ｂ１１に露出する部分６ｂ１１の長さはＷｂ１１、溝９ｂ１２に露出する部分６ｂ１２の長さはＷｂ１２、溝９ｂ１３に露出する部分６ｂ１３の長さはＷｂ１３、溝９ｂ１４に露出する部分６ｂ１４の長さはＷｂ１４、溝９ｂ１５に露出する部分６ｂ１５の長さはＷｂ１５である。部分６ｂ１１から６ｂ１５は、図５で示した面６ｂに含まれる。

図９では、Ｗａ１＋Ｗａ２＋Ｗａ３＋Ｗａ４＋Ｗａ５＞Ｗｂ１１＋Ｗｂ１２＋Ｗｂ１３＋Ｗｂ１４＋Ｗｂ１５の関係が成り立っている。また、Ｗｍ／２＜Ｗａ１＋Ｗａ２＋Ｗａ３＋Ｗａ４＋Ｗａ５の関係に加えて、Ｗｍ／２＜Ｗｂ１１＋Ｗｂ１２＋Ｗｂ１３＋Ｗｂ１４＋Ｗｂ１５の関係が成り立っている。図９では、複数の溝９ａおよび複数の溝９ｂが千鳥状に配置されない場合の例を示している。すなわち、溝９ｂ１１から９ｂ１５は、永久磁石６を介して、それぞれ溝９ａ１から９ａ５と径方向に互いに対向している。本変形例の構成に応じた効果は上記した通りである。

実施の形態２．
図１０は、本実施の形態に係る圧縮機の構成を示す縦断面図である。なお、図１０では、図１から図７に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。

圧縮機５０は、密閉容器５１内に配置された圧縮部５２と、密閉容器５１内で圧縮部５２の上方に配置された電動機１と、密閉容器５１外に配置されたアキュムレータ５３とを備える。圧縮部５２には、スクロール、ロータリ、またはレシプロといった機構が適用される。

密閉容器５１は、鋼板を絞り加工により円筒形状に加工して形成される。密閉容器５１には、吸入パイプ５４と吐出パイプ５５とが設けられる。密閉容器５１の底部には潤滑用の冷凍機油が貯留される。

電動機１は、実施の形態１の電動機である。固定子コア２１は、密閉容器５１の内周面に溶接、焼嵌め、冷嵌め、または圧入により固定される。コイル２２には、密閉容器５１に固定された端子６５から電力が供給される。回転子コア４にはシャフト５６が固定されている。シャフト５６は先端部に偏心部５７を有する。

圧縮部５２は、圧縮室５８を含む円筒状のシリンダ５９と、シリンダ５９内に配置される偏心部５７に摺動自在に嵌合された環状のピストン６０と、偏心部５７よりも上側でシャフト５６を軸受する上部フレーム６１と、偏心部５７よりも下側でシャフト５６を軸受する下部フレーム６２と、上部フレーム６１に装着された上部吐出マフラ６３と、下部フレーム６２に装着された下部吐出マフラ６４とを有する。

シリンダ５９は、密閉容器５１の内周面に溶接、焼嵌め、冷嵌め、または圧入により固定される。シリンダ５９内には吸入側と圧縮側とを分離するベーンが設けられるが、図示は省略している。

圧縮機５０の動作を説明する。アキュムレータ５３は、密閉容器５１に設けられた吸入パイプ５４を介して圧縮部５２に冷媒ガスを供給する。アキュムレータ５３から供給された冷媒ガスは、シリンダ５９内に導入される。

一方、電動機１に通電されると、回転子３が回転し、シャフト５６に連動してピストン６０がシリンダ５９の内周面に沿って偏心回転する。これにより、シリンダ５９内に導入された冷媒ガスは圧縮室５８内で圧縮される。

圧縮された冷媒ガスは、上部フレーム６１の図示しない孔および上部吐出マフラ６３を順に通過し、または下部フレーム６２の図示しない孔および下部吐出マフラ６４を順に通過して、密閉容器５１内の空間に吐出された後、複数の溝９ａ、複数の溝９ｂ、または空隙２０を通過して密閉容器５１内を上昇し、密閉容器５１に設けられた吐出パイプ５５を介して冷凍サイクルの高圧側へ供給される。なお、図１０では、冷媒ガスの主な流路を矢印で示している。

このような圧縮機５０では、複数の溝９ａおよび複数の溝９ｂを通過する冷媒ガスは永久磁石６の表面と接触しながら通過する。このとき、渦電流によって発生した永久磁石６の熱を冷媒ガスが奪い、永久磁石６の温度を低下させる。永久磁石６は高温になるほど減磁し易いという特性を有するため、永久磁石６の温度を低下させることにより、永久磁石６の減磁耐力を改善し、信頼性が高く、高効率な圧縮機５０を提供することができる。

実施の形態３．
図１１は、本実施の形態に係る空気調和機の冷凍サイクルを示す図である。冷凍サイクル７０は、圧縮機５０と、圧縮機５０から吐出される冷媒の流れを切り替える四方弁７１と、室外で熱交換を行う室外熱交換器７２と、冷媒の圧力を下げる膨張弁７３と、室内で熱交換を行う室内熱交換器７４と、圧縮機５０、四方弁７１、室外熱交換器７２、膨張弁７３、および室内熱交換器７４を互いに接続する冷媒配管７５と、圧縮機５０、膨張弁７３、および四方弁７１を制御する制御部３６とを備える。圧縮機５０は、実施の形態２の圧縮機である。

図１２は、本実施の形態に係る空気調和機の構成を示す図である。空気調和機２００は、室内機２１０と、室内機２１０に接続された室外機２２０とを備える。室外機２２０は圧縮機５０を備える。

本実施の形態によれば、空気調和機２００が圧縮機５０を備えているので、減磁耐力に優れ、信頼性が高く、高効率な空気調和機２００を得ることができる。

なお、実施の形態１の電動機１は、室外機２２０のファン２２１に用いることもできる。また、実施の形態１の電動機１は、空気調和機２００以外の電気機器に用いることもできる。この場合でも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 電動機、２ 固定子、３ 回転子、４ 回転子コア、４ａ，４ｂ コア部、４ｃ，４ｄ 薄肉鉄心部、４ｅ，４ｆ 突起部、５ 磁石孔、６ 永久磁石、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ，８ａ，８ｂ 面、６ａ１，６ａ２，６ａ３，６ａ４，６ａ５，６ｂ１，６ｂ２，６ｂ３，６ｂ４，６ｂ５，６ｂ６，６ｂ１１，６ｂ１２，６ｂ１３，６ｂ１４，６ｂ１５ 部分、７ 軸孔、８ 内面、９ａ，９ａ１，９ａ２，９ａ３，９ａ４，９ａ５，９ｂ，９ｂ１，９ｂ２，９ｂ３，９ｂ４，９ｂ５，９ｂ６，９ｂ１１，９ｂ１２，９ｂ１３，９ｂ１４，９ｂ１５，１５ａ，１５ｂ 溝、１０ａ，１０ｂ フラックスバリア部、１８ａ 外周面、１８ｂ 内周面、１８ｃ，１８ｄ 端面、２０ 空隙、２１ 固定子コア、２２ コイル、２３ ヨーク、２４ ティース、２５ スロット、３０ 軸、３６ 制御部、５０ 圧縮機、５１ 密閉容器、５２ 圧縮部、５３ アキュムレータ、５４ 吸入パイプ、５５ 吐出パイプ、５６ シャフト、５７ 偏心部、５８ 圧縮室、５９ シリンダ、６０ ピストン、６１ 上部フレーム、６２ 下部フレーム、６３ 上部吐出マフラ、６４ 下部吐出マフラ、６５ 端子、７０ 冷凍サイクル、７１ 四方弁、７２ 室外熱交換器、７３ 膨張弁、７４ 室内熱交換器、７５ 冷媒配管、２００ 空気調和機、２１０ 室内機、２２０ 室外機、２２１ ファン。

Claims (15)

1. 環状の固定子コアと、
   前記固定子コアの内側で前記固定子コアと同軸で配置され、複数の磁石孔を有するとともに、第１の端面と第２の端面と複数の内面とを有し、前記第１の端面および前記第２の端面は軸方向に互いに離間し、前記複数の内面は前記複数の磁石孔を形成し、前記複数の磁石孔は周方向に配列されかつ前記第１の端面から前記第２の端面まで前記軸方向に伸びる環状の回転子コアと、
   前記複数の磁石孔内に配置される複数の永久磁石と、
   を備え、
   前記複数の内面の各々は、前記回転子コアにおいて前記回転子コアの径方向における外側に配置される第１の面と前記回転子コアにおいて前記径方向における内側に配置される第２の面とを有し、
   前記複数の永久磁石の各々は、前記第１の面と面する第３の面と前記第２の面と面する第４の面とを有し、
   前記第１の面は、前記第１の端面から前記第２の端面まで前記軸方向に伸びかつ前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において前記第３の面に沿って配列される複数の第１の溝を有し、
   前記第３の面は、前記複数の第１の溝に露出する複数の第１の部分を有し、
   前記第３の面は、前記複数の第１の部分を除き、前記第１の面と接触し、
   前記第２の面は、前記第１の端面から前記第２の端面まで前記軸方向に伸びかつ前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において前記第４の面に沿って配列される複数の第２の溝を有し、
   前記第４の面は、前記複数の第２の溝に露出する複数の第２の部分を有し、
   前記第４の面は、前記複数の第２の部分を除き、前記第２の面と接触し、
   前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において、前記複数の第１の部分の全長は、前記複数の第２の部分の全長よりも大きい永久磁石電動機。
2. 前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において、前記複数の第１の部分の総面積は、前記複数の第２の部分の総面積よりも大きい請求項１に記載の永久磁石電動機。
3. 前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において、前記複数の第１の部分の全長は、前記第３の面と前記第１の面とが接触する部分の全長よりも大きい請求項１に記載の永久磁石電動機。
4. 前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において、前記複数の第２の部分の全長は、前記第４の面と前記第２の面とが接触する部分の全長よりも大きい請求項１に記載の永久磁石電動機。
5. 前記複数の第１の部分の個数は３以上であり、
   前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において、前記複数の第１の部分のうち前記複数の第１の部分の配列方向の両端に位置する２つの第１の部分の長さのいずれもが、他の第１の部分の長さのいずれよりも大きい請求項１に記載の永久磁石電動機。
6. 前記複数の第２の部分の個数は３以上であり、
   前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において、前記複数の第２の部分のうち前記複数の第２の部分の配列方向の両端に位置する２つの第２の部分の長さのいずれもが、他の第２の部分の長さのいずれよりも大きい請求項１に記載の永久磁石電動機。
7. 前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において、前記複数の第１の溝の各々は、前記第３の面に沿う方向における幅が前記径方向における内側から前記径方向における外側に向かうに従って小さくなるように形成されている請求項１に記載の永久磁石電動機。
8. 前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において、前記複数の第２の溝の各々は、前記第４の面に沿う方向における幅が前記径方向における外側から前記径方向における内側に向かうに従って小さくなるように形成されている請求項１に記載の永久磁石電動機。
9. 前記複数の第１の溝のうちの少なくとも１つの形状は、中心角が１８０°以下である円弧形状である請求項１に記載の永久磁石電動機。
10. 前記複数の第２の溝のうちの少なくとも１つの形状は、中心角が１８０°以下である円弧形状である請求項１に記載の永久磁石電動機。
11. 前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において、前記複数の第１の溝および前記複数の第２の溝は、千鳥状に配置されている請求項１に記載の永久磁石電動機。
12. 前記複数の永久磁石の各々は、鉄、ネオジウムおよびボロンを含む希土類磁石であり、前記希土類磁石にはディスプロシウムが含まれず、または前記希土類磁石に含まれるディスプロシウムの含有量が３重量％以下である請求項１に記載の永久磁石電動機。
13. 環状の固定子コアと、
    前記固定子コアの内側で前記固定子コアと同軸で配置され、複数の磁石孔を有するとともに、第１の端面と第２の端面と複数の内面とを有し、前記第１の端面および前記第２の端面は軸方向に互いに離間し、前記複数の内面は前記複数の磁石孔を形成し、前記複数の磁石孔は周方向に配列されかつ前記第１の端面から前記第２の端面まで前記軸方向に伸びる環状の回転子コアと、
    前記複数の磁石孔内に配置される複数の永久磁石と、
    を備え、
    前記複数の内面の各々は、前記回転子コアにおいて前記回転子コアの径方向における外側に配置される第１の面と前記回転子コアにおいて前記径方向における内側に配置される第２の面とを有し、
    前記複数の永久磁石の各々は、前記第１の面と面する第３の面と前記第２の面と面する第４の面とを有し、
    前記第１の面は、前記第１の端面から前記第２の端面まで前記軸方向に伸びかつ前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において前記第３の面に沿って配列される複数の第１の溝を有し、
    前記第３の面は、前記複数の第１の溝に露出する複数の第１の部分を有し、
    前記第３の面は、前記複数の第１の部分を除き、前記第１の面と接触し、
    前記第２の面は、前記第１の端面から前記第２の端面まで前記軸方向に伸びかつ前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において前記第４の面に沿って配列される複数の第２の溝を有し、
    前記第４の面は、前記複数の第２の溝に露出する複数の第２の部分を有し、
    前記第４の面は、前記複数の第２の部分を除き、前記第２の面と接触し、
    前記軸方向に垂直な前記回転子コアの断面において、前記複数の第１の溝および前記複数の第２の溝は、千鳥状に配置されている永久磁石電動機。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載された永久磁石電動機を備えた圧縮機。
15. 請求項１４に記載された圧縮機を備えた空気調和機。

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