JP6667235B2 - 密閉型電動圧縮機 - Google Patents
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Description
特許文献1には、希土類磁石の厚みを通常よりも増加させることによって高温減磁に対する耐久性の向上を図るモータが記載されている。
また、特許文献2には、Nd−Fe−B系焼結磁石のNdの一部をDyで置換することによって耐熱性の改善を図るモータが記載されている。
また、特許文献2のモータは、磁石の飽和磁気分極が減少し、必要な残留磁束密度を得ることができないため充分な磁力を確保することができない。
本実施形態の密閉型電動圧縮機は、電動機の回転子における永久磁石の着磁率が98.5%以上となっていることを主な特徴とする。以下では、密閉型電動圧縮機の全体構成について説明した後に、回転子とこれに使用される永久磁石について説明する。
図1は、本実施形態の密閉型電動圧縮機50の縦断面図である。
密閉型電動圧縮機50は、冷凍空調装置(例えば、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、冷蔵・冷凍ショーケースなど)やヒートポンプ式給湯装置などの冷凍サイクルの構成機器として用いられる。
図1に示すように、密閉型電動圧縮機50は、密閉容器1と、圧縮機構2と、電動機7とを主要構成要素として備えている。
密閉容器1は、圧縮機構2と電動機7とを収納し、底部1cにエーテル系化合物、エステル系化合物などの潤滑油8を貯留している。潤滑油8の油面は副軸受15の上方に位置するよう設定されている。
旋回スクロール4の反固定スクロール側には、旋回軸受が組み込まれるボス部が設けられている。この旋回軸受には、旋回スクロール4を偏心駆動させる偏心ピン部6aが嵌め込まれている。
固定スクロール3及びフレーム5の外周部には、固定スクロール3の上方空間とフレーム5の下方空間とを連通する複数の吐出ガス通路18aが形成されている。
なお、本実施形態での固定子7bのコイル24は集中巻方式で巻かれている。
鉄芯23は密閉容器1に焼き嵌め、溶接などにより固定されている。この固定子7bの外周には、全周にわたって多数の切欠きが形成され、この切欠きと密閉容器1との間に吐出ガス通路18bが形成されている。
次に、本実施形態での回転子7aについてさらに詳しく説明する。
図2は、密閉型電動圧縮機の電動機における回転子の斜視図である。なお、図2には、上バランスウェイト16aと下バランスウェイト16bとを併記している。また、図2中、上バランスウェイト16aと回転子7aとは作図の便宜上、一部を破断して示している。
図3(a)に示すように、各磁石収容部31に挿入されている永久磁石33は、複数枚で構成されている。本実施形態では、4つの磁石収容部31のそれぞれに永久磁石33が3つに分割されて配置されている。永久磁石33には、固定子7bからの磁界の影響により渦電流が発生するが、永久磁石33が分割されることにより渦電流損が低減される。
本実施形態での回転子7aにおいては、極間部52における径方向の長さXは、極部51における径方向の長さYよりも短くなっている。このような回転子7aによれば、磁束が通る鉄芯25を狭くすることができ、永久磁石33の漏れ磁束を低減することができる。
図3(b)中、符号25は、鉄芯である。鉄芯25は、図3(a)に示す平面形状を有する、例えばケイ素鋼板が、図3(b)に示すように、軸方向に積層されて形成されている。
永久磁石材料としてのNd−Fe−B系焼結磁石の粒界近傍にDy、Tbなどといった中重希土類元素を偏在させると、分散強化によってすべり変形に拘束がかかる。そのため永久磁石は、モーメントに対して強くなる反面、脆性が増す。
この隙間Rに加えて磁石収容部31は、図4に示すように、永久磁石33の磁化方向における永久磁石33と磁石収容部31との間に隙間Qが形成されている。このような隙間Qを設けることで、磁石収容部31内に永久磁石33を配置する際の寸法誤差は吸収される。
なお、本実施形態での隙間Qは、広すぎない程度に設定することが望ましく、このような所定幅の隙間Qは、磁化方向における永久磁石33と鉄芯25の間での磁力を良好に維持する。ちなみに本実施形態での隙間Qは、0.1mm程度のものを想定しているが、これに限定されるものではない。
次に、本実施形態での永久磁石33についてさらに詳しく説明する。
本実施形態での回転子7a(図2参照)の永久磁石33(図2参照)は、着磁率が98.5%以上になっている。この永久磁石33は、次に説明するNd−Fe−B化合物に対して外部着磁を行って得られたものである。この外部着磁については密閉型電動圧縮機50の製造方法とともに後に詳しく説明する。
図5は、本実施形態での永久磁石33を構成するNd−Fe−B化合物の母相粒内の金属分布図である。
本実施形態での永久磁石33は、Nd2Fe14Bの組成式で示される合金を主成分としている。さらに具体的には、永久磁石33は、図5に示すように、Nd2Fe14B合金からなる結晶粒子34を取り囲むように後記の中重希土類元素37が分布したものである。言い換えれば、永久磁石33を構成するNd−Fe−B化合物は、Nd2Fe14B合金からなる結晶粒子34の粒界35近傍に後記の中重希土類元素37が拡散分布したものである。
このようなNd−Fe−B化合物は、磁石焼結時に中重希土類元素37に富む合金36を混合することによって得られる。
Nd−Fe−B化合物からなる永久磁石33においては、粒界35の表面で、逆磁区の核によって生起される外部磁界の大きさが保磁力となる。
結晶界面から5nm程度の深さまでの磁気的構造が逆磁区の生成の助長に寄与していると考えられる。
従って、粒界35近傍におけるNd−Fe−B化合物の構成成分であるNdに対する中重希土類元素37の割合を、粒界35近傍よりも内側の母相粒におけるNdに対する中重希土類元素37の割合と比べて大きくすることによって、永久磁石33の保磁力を高めることができる。
なお、本実施形態での永久磁石33は、中重希土類元素37の含有率を1質量%以上、3質量%以下とすることができる。
次に、本実施形態の密閉型電動圧縮機50の製造方法について説明する。この製造方法は、後記する外部着磁装置40(図6参照)を使用して回転子7aの永久磁石33(図2参照)に着磁する外部着磁工程を有することを主な特徴とする。この外部着磁工程によって、回転子7aの永久磁石33の着磁率を98.5%以上とすることができる。望ましくは、98.5%以上、100.0%以下とすることができる。
図6は、外部着磁装置40の構成説明図である。
図6に示すように、外部着磁装置40は、着磁ヨーク41と、着磁ヨーク41にパルス磁場を発生させる磁場発生器44とを備えている。着磁ヨーク41は、回転子7aの4極分の永久磁石33(図3(a)参照)に応じて、4分割された着磁ヨーク41が回転子7aの周囲を覆うように配置される。
図6中、符号7aは、シャフト6に固定した回転子であり、符号42は、着磁ヨーク41のコイルであり、符号43は、着磁ヨーク41の鉄芯である。
なお、この製造方法では、着磁後の回転子7aにシャフト6を組み付けることもできるが、回転子7aの永久磁石33に着磁が行われる前にシャフト6を組み付けると、磁力によって付着する鉄分などが介在することがなくシャフト6を回転子7aに組みつけることができる。
なお、本実施形態における着磁率の用語は、電流を増加させて磁場を強くして着磁した際の飽和した残留磁束密度を100%とした場合に、実際の残留磁束密度との割合から算出された値である。
図7は、永久磁石の温度と減磁開始電流との関係図である。
図7に示すように、R32冷媒を使用した場合は、R410A冷媒を使用した場合と比べて吐出ガス温度が高くなるため、密閉容器1内の雰囲気温度が高い。R32冷媒の使用域は、R410A冷媒の使用域よりも高温側にシフトしている。
比較例(着磁率97%)の永久磁石を使用した電動機を備える密閉型電動圧縮機は、R410A冷媒の使用域で制御電流が減磁開始電流を下回っている。しかし、比較例(着磁率97%)の永久磁石を使用したものは、R32冷媒の使用域で制御電流が減磁開始電流を上回っている領域(図7中、斜線の網掛けで表す)が生じている。つまり、比較例の密閉型電動圧縮機は、永久磁石の残留磁束密度の低下によって性能低下を招いている。
すなわち、実施例の永久磁石33によれば、比較例の着磁量97%の永久磁石に比べて保磁力を高めることができる。よって、この永久磁石33を使用した電動機7を備える本実施形態の密閉型電動圧縮機50によれば、減磁開始電流を制御電流以上に引き上げることができ、熱耐久性に優れたものとなる。
また、中重希土類元素37の含有量を低減することによって、Nd2Fe14Bの割合を増やすことができるため、永久磁石33の残留磁束密度を高めることができる。
これにより永久磁石33の角部同士が衝突することが防止され、永久磁石33の角部で粒界割れが発生するのを防止することができる。
前記実施形態では、Nd−Fe−B化合物中に含ませる中重希土類元素37を限定していないが、Dyを含まずに、中重希土類元素37としてTbのみを含ませたNd−Fe−B化合物からなる永久磁石33とすることもできる。このような密閉型電動圧縮機50によれば、特定の地域(国)においてのみ多く産出されるDyを使用する必要がなく、永久磁石材料の調達の制約が緩和される。
また、前記実施形態の密閉型電動圧縮機50は、スクロール型圧縮機を想定しているが、本発明は、例えばロータリータイプ、スイングタイプ、レシプロタイプなどの他の圧縮機に適用することもできる。
2 圧縮機構
3 固定スクロール
4 旋回スクロール
5 フレーム
6 シャフト
7 電動機
7a 回転子
7b 固定子
11 吸込パイプ
16 バランスウェイト
16a 上バランスウェイト
16b 下バランスウェイト
22 吐出パイプ
25 鉄芯
31 磁石収容部
33 永久磁石
35 粒界
36 中重希土類元素に富む合金
37 中重希土類元素
40 外部着磁装置
41 着磁ヨーク
50 密閉型電動圧縮機
Claims (1)
- R32冷媒の圧縮機構部と、
前記圧縮機構部を駆動する電動機と、を備え、
前記電動機の回転子は、Nd−Fe−B化合物で構成される永久磁石を有し、
前記永久磁石の着磁率が98.5%以上であり、
前記回転子は、前記永久磁石を収容する磁石収容部を有し、
前記永久磁石の磁化方向における前記永久磁石と前記磁石収容部との隙間は、前記Nd−Fe−B化合物の母相粒の平均粒径より大きく、前記回転子の軸方向における前記永久磁石と前記磁石収容部との間の隙間より狭いことを特徴とする密閉型電動圧縮機。
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JP2015175733A JP6667235B2 (ja) | 2015-09-07 | 2015-09-07 | 密閉型電動圧縮機 |
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