JP6641476B2 - 回転子、電動機、及び、圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石が埋め込まれて使用される回転子、電動機、及び、圧縮機に関するものである。

従来から、圧縮機に用いられる電動機として、回転子に永久磁石が埋め込まれる磁石埋込型電動機が用いられている。磁石埋込型電動機の回転子では、永久磁石挿入孔の周方向両側に磁石固定用の突起と空隙とが設けられ、空隙によって磁束の漏れが防止されると共に、突起によって永久磁石の位置決めが行われるものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の磁石の位置決め部材は、テーパ状に傾斜した樹脂製の押さえ部を設けて永久磁石を押し付けて固定している。

特開平９−３０８１４９号公報

しかし、特許文献１の回転子の磁石挿入孔の内部は、位置決め部材によって密閉された空間となっていることから、放熱性が悪化する。例えば、希土類等からなる永久磁石は温度が高くなると、保持力が低下し逆磁界の印加時に減磁しやすい特徴を持っていることが知られている。そのため、永久磁石の温度上昇は、磁石トルクに寄与する磁束を低下させ、モータ効率を低下させてしまう。

そこで、本発明は、上記のような課題を解決するためのもので、保磁力低下を抑制する回転子、電動機、及び、圧縮機を提供するものである。

本発明に係る回転子は、磁石挿入孔及び磁石挿入孔の幅方向において連通した第１貫通孔を有する複数の電磁鋼板を積層した回転子鉄心と、磁石挿入孔に挿入された永久磁石と、回転子鉄心の両端面上にそれぞれ設けられ、磁石挿入孔及び第１貫通孔を塞ぐ２つの端板と、を有し、２つの端板にはそれぞれ、第１貫通孔に挿入されて永久磁石の側面と接し、積層方向に延びる第２貫通孔を有する複数の突出部が、回転子鉄心に接する接触面に設けられ、２つの端板に設けられた複数の突出部は、積層方向において、第１貫通孔内に挿入された対向する第２貫通孔同士が連通しているものである。

本発明に係る回転子は、永久磁石の位置決めにおいて、第２貫通孔を有する突出部が永久磁石の側面に接する端板を用いることにより、磁石挿入孔に連通する第１貫通孔に冷媒ガスが流れる。その結果、永久磁石の近辺を冷媒ガスが流れ、冷媒との熱交換により永久磁石が冷却され、永久磁石の保磁力低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る回転子を搭載した圧縮機の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転子を搭載した電動機の簡略化した平面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転子の回転子鉄心の平面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転子の端板の平面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転子の端板の底面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転子の端板の正面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転子の図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転子の図７の拡大図である。 本発明の実施の形態１に係る回転子の磁石と端板の突出部との関係を示す簡略化した図２のＣ−Ｃ縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転子の端板の変形例を示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転子の端板の変形例を示す正面図である。 本発明の実施の形態２に係る回転子の磁石と端板の突出部との関係を示す簡略化した図２のＣ−Ｃ縦断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転子を搭載した圧縮機の断面図である。図１は、密閉型圧縮機１の断面図を表しており、１シリンダ型ロータリ圧縮機を一例として説明する。密閉型圧縮機１は、上部容器２ａと下部容器２ｂとで構成される密閉容器２と、密閉容器２内で冷媒ガスを圧縮する圧縮要素３と、圧縮要素３を駆動する電動機４とを有する。圧縮要素３と電動機４とは、クランクシャフト７で連結され、圧縮要素３が密閉容器２の下部に、電動機４が密閉容器２の上部に収納されている。上部容器２ａには、吐出管８が接続されており、下部容器２ｂにはサクションマフラ９が取り付けられた吸入連結管１０が接続されている。吐出管８は、圧縮要素３によって圧縮された密閉容器２内の高温高圧の冷媒ガスを冷媒配管に流入させるための接続管である。吸入連結管１０は、サクションマフラ９を介して流入する低温低圧の冷媒ガスを圧縮要素３内に送り込むための接続管である。

圧縮要素３は、シリンダ１１内にクランクシャフト７の偏心部１２に嵌り合うローリングピストン１３が収納される。シリンダ１１とローリングピストン１３とは、シリンダ１１に設けられた溝内を径方向に往復運動する図示しないベーンの一端がローリングピストン１３の外周に当接しながら圧縮室を形成する。シリンダ１１の軸方向両端の開口部は、主軸受１４および副軸受１５で閉塞されている。主軸受１４の上部は、圧縮要素３から吐出された冷媒ガスを消音する吐出マフラ１６が配置され、吐出マフラ１６の上部には密閉容器２内に冷媒ガスを吐出するマフラ吐出孔１７が設けられている。圧縮要素３は、電動機４の駆動力がクランクシャフト７を介して圧縮要素３に伝達されることで、冷媒ガスを圧縮する。

図２は、本発明の実施の形態１に係る回転子を搭載した電動機の簡略化した平面図である。電動機４は、ブラシレスＤＣモータからなり、下部容器２ｂに焼嵌めされ固定された固定子５と、固定子５の内周側に回転自在に設けられた回転子６とを備えている。回転子６には、下方に延びるクランクシャフト７が取り付けられている。クランクシャフト７は、主軸受１４及び副軸受１５により回転自在に支持され、回転子６と共に回転する。固定子５のリード線１８は、密閉容器外部から電力を供給する為に上部容器２ａに設けられたガラス端子１９に接続される。

回転子６は、薄板電磁鋼板を積層して構成される回転子鉄心２０と、回転子鉄心２０の軸方向両端の両端面上に夫々配置され、永久磁石２１の飛散を防止する役割を兼ねた上端板２２ａ及び下端板２２ｂとを備える。リベットピン２３が、リベット孔２４に挿入され、積層された電磁鋼板を固定する。回転子鉄心２０の内径は、クランクシャフト７の外径以下であり、回転子鉄心２０はクランクシャフト７の回転軸７ａに焼嵌めされ固定される。

次に、密閉型圧縮機１の動作について説明する。 電動機４の駆動によりクランクシャフト７が回転すると、クランクシャフト７と共にシリンダ１１内のローリングピストン１３も回転する。このローリングピストン１３の回転により、ローリングピストン１３に収納されたベーンがピストン運動しながら偏心的に回転する。この時、冷媒ガスは、吸入連結管１０を介して圧縮要素３の吸入口から、シリンダ１１の内壁、ローリングピストン１３及びベーンにより囲まれた圧縮室内に入る。そして、圧縮室内の冷媒ガスは、ローリングピストン１３の回転に伴って圧縮室内の容積が小さくなるにつれ圧縮されていく。

図３は、本発明の実施の形態１に係る回転子の回転子鉄心の平面図である。回転子鉄心２０は、中心にクランクシャフト７が挿入される軸孔３４と、周縁に永久磁石２１が挿入される磁石挿入孔３０とが設けられている。なお、図３では、磁石挿入孔３０は、六角形の一辺を構成するような配置となっている。すなわち、永久磁石の配置は、モータ構成上必要となる極数と要求される性能に基づくものである。なお、磁石挿入孔３０は、例えば、四角形や八角形の一辺を構成するような配置等他の配置であってもよい。磁石挿入孔３０の回転方向の両端には、磁石挿入孔３０に幅方向に連通した第１貫通孔２６が設けられている。第１貫通孔２６は、貫通孔内に冷媒ガスを流す。また、第１貫通孔２６は、磁束の回り込みを防ぎ、永久磁石の磁気短絡を抑制する。

図４は、本発明の実施の形態１に係る回転子の端板の平面図である。図５は、本発明の実施の形態１に係る回転子の端板の底面図である。図４は、上端板２２ａを例示したものであるが、下端板２２ｂも同一の構成であるため説明を省略する。上端板２２ａは、環状に形成され、内周方向に台形状に突出している突状部３３が３カ所設けられている。上端板２２ａは、突状部３３にリベットピン２３を挿入するリベット孔２４が設けられている。上端板２２ａは、周縁に環状に配置され、積層方向（Ｚ軸方向）に延びる第２貫通孔２７を有する。隣接する第２貫通孔２７の間の幅は、少なくとも１つの幅が、永久磁石の回転方向の幅より大きい。上端板２２ａは、黄銅から形成されるが、非磁性の材料であれば他の材料であってもよい。

図６は、本発明の実施の形態１に係る回転子の端板の正面図である。上端板２２ａは、積層方向（Ｚ軸方向）に、突出部３１ａ及び突出部３１ｂを有する。上端板２２ａは、回転子鉄心２０に接する接触面に設けられる突出部３１ａ及び突出部３１ｂを有する。突出部３１ａ及び突出部３１ｂは、上端板２２ａの周縁に環状に配置される。突出部３１ａと突出部３１ｂとは一対のものであり、突出部３１ａと突出部３１ｂとの対向する面が、永久磁石の回転方向の両側の側面と接する。突出部３１ａと突出部３１ｂとは、永久磁石の回転方向の両側の側面と接することにより、磁石挿入孔内での永久磁石の位置ずれを防ぐものである。図５では、突出部３１ａ及び突出部３１ｂの横断面形状は、矩形状に形成されている。なお、突出部３１ａ及び突出部３１ｂの横断面形状は、円形、半円形、台形状など他の形状であってもよい。突出部３１ａ及び突出部３１ｂは、図４で説明した積層方向（Ｚ軸方向）に延びる第２貫通孔２７を有する。

突出部３１ａ及び突出部３１ｂの形状は、積層方向に長い角柱である。なお、突出部３１ａ及び突出部３１ｂの形状は、磁石挿入孔内での永久磁石の位置ずれを防ぐものであればよく、円柱や半円柱等他の形状であってもよい。突出部３１ａ及び突出部３１ｂの積層方向（Ｚ軸方向）の長さＨ１は、第１貫通孔２６の長さより短い。突出部３１ａの長さＨ１と突出部３１ｂの長さＨ１は、同じ長さである。なお、突出部３１ａ及び突出部３１ｂの長さＨ１は、いずれか一方が長くてもよい。

図７は、本発明の実施の形態１に係る回転子の図１のＡ−Ａ断面図である。図８は、本発明の実施の形態１に係る回転子の図７の拡大図である。永久磁石２１が、回転子６の磁石挿入孔３０に挿入されている。第２貫通孔２７を有する突出部３１ａ及び突出部３１ｂは、第１貫通孔２６に挿入され、磁石挿入孔３０に挿入された各永久磁石２１の回転方向の両側面と接する。

図９は、本発明の実施の形態１に係る回転子の磁石と端板の突出部との関係を示す簡略化した図２のＣ−Ｃ縦断面図である。図９の矢印は、第１貫通孔２６と第２貫通孔２７を流れる冷媒ガスの流れる方向を表す。圧縮された冷媒ガスは、シリンダ１１内と連通する溝を介して、主軸受１４に設けられた吐出口から吐出マフラ１６の内部空間に流入する。そして、冷媒ガスは、マフラ吐出孔１７から電動機４と圧縮要素３の間の密閉容器２の空間Ａに吐出される。空間Ａに吐出された冷媒ガスは、下端板２２ｂの第２貫通孔２７と、上端板２２ａの第２貫通孔２７との第２貫通孔同士が対向するため、下端板２２ｂの第２貫通孔２７から回転子鉄心２０に設けられた第１貫通孔２６を通り、上端板２２ａの第２貫通孔２７を抜ける。上端板２２ａの第２貫通孔２７を抜けた冷媒ガスは、密閉容器２内の上部に達し、吐出管８から密閉容器２の外へと吐出される。なお、第２貫通孔２７の径φ１は、径の大きさが一定である。

以上のように、第２貫通孔２７が形成された突出部３１ａ及び突出部３１ｂを有する上端板２２ａ及び下端板２２ｂを使用することで、磁石挿入孔３０に連通する第１貫通孔２６に冷媒ガスが流れる。その結果、永久磁石２１の近辺を冷媒ガスが流れ、冷媒により永久磁石２１が冷却され、永久磁石２１の保磁力低下を抑制するものである。すなわち、従来は、磁石挿入孔内部が、位置決め部材に穴がなく密閉された空間となっていることから、磁石挿入孔内部に蓄熱される。これに対し、第２貫通孔２７を有する上端板２２ａ及び下端板２２ｂを使用することで、永久磁石２１の近辺を冷媒ガスが流れ、冷媒により永久磁石を冷却することができる。

また、上端板２２ａ及び下端板２２ｂは、熱伝導率の高い黄銅から形成された場合、永久磁石２１が突出部３１ａ及び突出部３１ｂに接することで永久磁石の放熱性が向上し保磁力の低下が抑制される。

さらに、突出部３１ａ及び突出部３１ｂは、非磁性の黄銅から形成され、永久磁石２１の両端に接しているので、逆磁界が印加された場合でも、第１貫通孔２６の磁気短絡を抑制する機能を維持することができる。

図１０は、本発明の実施の形態１に係る回転子の端板の変形例を示す平面図であり、図１１は、本発明の実施の形態１に係る回転子の端板の変形例を示す正面図である。端板１２２は、積層方向の端面である、回転子鉄心２０に接する接触面の対向面側にバランスウェイト３２を有するものである。バランスウェイト３２は、モータ駆動時のトルク安定化のために設けられ端板１２２と一体に形成されている。なお、図１１の端板１２２とバランスウェイト３２とは、一体として形成されているが、別部品でもよい。別部品の場合には、周縁に開口部を設け、開口部と第２貫通孔２７とが位置合わせされる。また、複数片に分かれる等、他の形状であってもよい。

実施の形態２．
図１２は、本発明の実施の形態２に係る回転子の磁石と端板の突出部との関係を示す簡略化した図２のＣ−Ｃ縦断面図である。図１〜図１１の回転子と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態２の回転子は、上端板２２２ａと下端板２２２ｂが、第１貫通孔の半分の長さＨ２を積層方向の長さとする突出部２３１ａ及び突出部２３１ｂを有するものである。

回転子６は、第１貫通孔内において、上端板２２２ａの突出部２３１ａと下端板２２２ｂの突出部２３１ａとは、先端が接触するものである。その結果、上端板２２２ａと下端板２２２ｂの第２貫通孔２７の同じ径φ１が、積層方向（Ｚ軸方向）に直線上に配置される。

以上のように、第２貫通孔２７が、永久磁石両端部に対して回転子の両端間で直線上に配置されていることから、第２貫通孔２７同士が、同じ径φ１で下端板２２２ｂから上端板２２２ａまで直線状に連通する。そのため、下端板２２２ｂから入った冷媒ガスが、冷媒の圧力損失を妨げることなく上端板２２２ａを抜け、永久磁石を冷却することができる。また、実施の形態１のように、永久磁石の回転方向の近辺を冷媒ガスが流れるため、永久磁石の放熱性が向上し保磁力の低下が抑制されることにより減磁耐力が向上する。

なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態１及び２に限定されず、種々の変更を加えることができる。例えば、ここでは密閉型圧縮機の一例として、ロータリ型圧縮機を一例に示したが、スクロール型、レシプロ型等、電動機が密閉容器内に配置される密閉型圧縮機であればその圧縮構造を問わない。また、本発明の実施の形態は、第１貫通孔２６が磁石挿入孔３０の回転方向の両側面に二つ設けられているが、例えば、さらに磁石挿入孔３０の径方向に連通する第１貫通孔２６が設けられ、３つ以上の第１貫通孔２６を有する場合であってもよい。また、永久磁石２１の径方向の側面に積層方向に凹部を設け、回転子鉄心２０がこの凹部と対向する面に第１貫通孔２６を有する場合であってもよい。

１ 密閉型圧縮機、２ 密閉容器、２ａ 上部容器、２ｂ 下部容器、３ 圧縮要素、４ 電動機、５ 固定子、６ 回転子、７ クランクシャフト、７ａ 回転軸、８ 吐出管、９ サクションマフラ、１０ 吸入連結管、１１ シリンダ、１２ 偏心部、１３ ローリングピストン、１４ 主軸受、１５ 副軸受、１６ 吐出マフラ、１７ マフラ吐出孔、１８ リード線、１９ ガラス端子、２０ 回転子鉄心、２１ 永久磁石、２２ａ 上端板、２２ｂ 下端板、２３ リベットピン、２４ リベット孔、２６ 第１貫通孔、２７ 第２貫通孔、３０ 磁石挿入孔、３１ａ 突出部、３１ｂ 突出部、３２ バランスウェイト、３３ 突状部、３４ 軸孔、１２２ 端板、２２２ａ 上端板、２２２ｂ 下端板、２３１ａ 突出部、２３１ｂ 突出部。

Claims (7)

1. 磁石挿入孔及び前記磁石挿入孔の幅方向において連通した第１貫通孔を有する複数の電磁鋼板を積層した回転子鉄心と、
   前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石と、
   前記回転子鉄心の両端面上にそれぞれ設けられ、前記磁石挿入孔及び前記第１貫通孔を塞ぐ２つの端板と、
   を有し、
   前記２つの端板にはそれぞれ、
   前記第１貫通孔に挿入されて前記永久磁石の側面と接し、積層方向に延びる第２貫通孔を有する複数の突出部が、前記回転子鉄心に接する接触面に設けられ、
   前記２つの端板に設けられた前記複数の突出部は、前記積層方向において、前記第１貫通孔内に挿入された対向する前記第２貫通孔同士が連通している、回転子。
2. 前記２つの端板に設けられた前記複数の突出部は、前記積層方向に間隔をあけて配置されており、前記積層方向において、前記複数の突出部に形成された前記第２貫通孔同士が前記第１貫通孔を介して連通している請求項１に記載の回転子。
3. 前記２つの端板に設けられた前記複数の突出部は、前記積層方向において、対向する前記複数の突出部の先端が接触しており、前記複数の突出部に形成された前記第２貫通孔同士が連通している請求項１に記載の回転子。
4. 前記２つの端板は、黄銅からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転子。
5. 前記２つの端板は、前記接触面の対向面側にバランスウェイトを備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転子。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転子を備えた電動機。
7. 請求項６に記載の電動機が搭載された圧縮機。

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