JP7154373B2 - Electric motors, compressors, and air conditioners - Google Patents
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Description
本発明は、電動機に関する。 The present invention relates to electric motors.
一般に、ステータ巻線とステータコアとの間に隔たりを設けた電動機が用いられている(例えば、特許文献1参照)。ステータ巻線とステータコアとの間に隔たりを設けることにより、ステータ巻線からステータコアへの漏洩電流が低減される。
Generally, an electric motor is used in which a gap is provided between the stator windings and the stator core (see
しかしながら、軸方向と直交する平面におけるステータコアの面積が小さくなると、ステータコアにおいて磁気飽和が生じやすくなり、ステータコアにおいて鉄損が増加しやすくなる。その結果、電動機の効率(モータ効率ともいう)が低下する場合がある。 However, when the area of the stator core in the plane orthogonal to the axial direction is reduced, the stator core is likely to be magnetically saturated, and iron loss is likely to increase in the stator core. As a result, the efficiency of the electric motor (also referred to as motor efficiency) may decrease.
本発明の目的は、電動機の効率を高めることである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to increase the efficiency of the electric motor.
本発明の一態様に係る電動機は、
軸方向に積層された、第1ステータコア及び第2ステータコアと、ステータ巻線が配置されるスロットとを有するステータと、
径方向において前記第1ステータコアに対向する第1ロータコアと、前記径方向において前記第2ステータコアに対向する第2ロータコアと、第1部分及び第2部分を持つ少なくとも1つの永久磁石とを有し、前記ステータの内側に配置されたロータと
を備え、
前記ステータは、前記スロットに対向する、前記ステータ巻線に接触しない凹部を有し、
前記第1ロータコアは、前記第1部分が配置された第1磁石配置部と、前記第1磁石配置部と連通する第1フラックスバリア部とを有する少なくとも1つの第1孔を有し、
前記第2ロータコアは、前記第2部分が配置された第2磁石配置部と、前記第2磁石配置部と連通する第2フラックスバリア部とを有する少なくとも1つの第2孔を有し、
前記第1部分の残留磁束密度は、前記第2部分の残留磁束密度よりも低い。
本発明の他の態様に係る電動機は、
軸方向に積層された、第1ステータコア及び第2ステータコアと、ステータ巻線が配置されるスロットとを有するステータと、
径方向において前記第1ステータコアに対向する第1ロータコアと、前記径方向において前記第2ステータコアに対向する第2ロータコアと、第1部分及び第2部分を持つ少なくとも1つの永久磁石とを有し、前記ステータの内側に配置されたロータと
を備え、
前記ステータは、前記スロットに対向する、前記ステータ巻線に接触しない凹部を有し、
前記第1ロータコアは、前記第1部分が配置された第1磁石配置部を有する少なくとも1つの第1孔を有し、
前記第2ロータコアは、前記第2部分が配置された第2磁石配置部を有する少なくとも1つの第2孔を有し、
前記第1部分の残留磁束密度は、前記第2部分の残留磁束密度よりも低い。
本発明の他の態様に係る圧縮機は、
密閉容器と、
前記密閉容器内に配置された圧縮装置と、
前記圧縮装置を駆動する前記電動機と
を備える。
本発明の他の態様に係る空気調和機は、
前記圧縮機と、
熱交換器と
を備える。
An electric motor according to one aspect of the present invention includes:
a stator having axially laminated first and second stator cores and slots in which stator windings are arranged;
a first rotor core radially facing the first stator core, a second rotor core radially facing the second stator core, and at least one permanent magnet having a first portion and a second portion; a rotor disposed inside the stator;
the stator has recesses facing the slots that do not contact the stator windings;
The first rotor core has at least one first hole having a first magnet arrangement portion in which the first portion is arranged and a first flux barrier portion communicating with the first magnet arrangement portion,
The second rotor core has at least one second hole having a second magnet arrangement portion in which the second portion is arranged and a second flux barrier portion communicating with the second magnet arrangement portion,
The residual magnetic flux density of the first portion is lower than the residual magnetic flux density of the second portion.
An electric motor according to another aspect of the present invention includes:
a stator having axially laminated first and second stator cores and slots in which stator windings are arranged;
a first rotor core radially facing the first stator core, a second rotor core radially facing the second stator core, and at least one permanent magnet having a first portion and a second portion; a rotor disposed inside the stator;
with
the stator has recesses facing the slots that do not contact the stator windings;
the first rotor core has at least one first hole having a first magnet arrangement portion in which the first portion is arranged;
the second rotor core has at least one second hole having a second magnet arrangement portion in which the second portion is arranged;
The residual magnetic flux density of the first portion is lower than the residual magnetic flux density of the second portion.
A compressor according to another aspect of the present invention comprises:
a closed container;
a compression device disposed within the closed vessel;
and the electric motor that drives the compression device.
An air conditioner according to another aspect of the present invention includes
the compressor;
and a heat exchanger.
本発明によれば、電動機の効率を高めることができる。 According to the present invention, the efficiency of the electric motor can be enhanced.
実施の形態1.
各図に示されるxyz直交座標系において、z軸方向(z軸)は、電動機1の軸線Axと平行な方向を示し、x軸方向(x軸)は、z軸方向(z軸)に直交する方向を示し、y軸方向(y軸)は、z軸方向及びx軸方向の両方に直交する方向を示す。軸線Axは、ロータ2の回転中心である。軸線Axと平行な方向は、「ロータ2の軸方向」又は単に「軸方向」ともいう。径方向は、ロータ2の半径方向であり、軸線Axと直交する方向である。xy平面は、軸方向と直交する平面である。矢印D1は、軸線Axを中心とする周方向を示す。ロータ2又はステータ3の周方向を、単に「周方向」ともいう。
In the xyz orthogonal coordinate system shown in each figure, the z-axis direction (z-axis) indicates a direction parallel to the axis Ax of the
図1は、本発明の実施の形態1に係る電動機1の構造を概略的に示す断面図である。
図2は、電動機1の構造を概略的に示す断面図である。
図3は、図2における線C3-C3に沿った断面図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the
FIG. 3 is a cross-sectional view along line C3-C3 in FIG.
電動機1は、ロータ2と、ステータ3とを有する。電動機1は、例えば、永久磁石埋込型電動機などの永久磁石同期電動機(ブラシレスDCモータともいう)である。
The
ロータ2は、ステータ3の内側に回転可能に配置されている。ロータ2は、ロータコア20と、少なくとも1つの永久磁石23と、シャフト26とを有する。本実施の形態では、ロータ2は、永久磁石埋込型ロータである。図2に示されるように、ロータコア20は、少なくとも1つの第1ロータコア21と、軸方向において第1ロータコア21に隣接する少なくとも1つの第2ロータコア22とを有する。
The
図2に示されるように、各永久磁石23は、第1部分231及び第2部分232を持つ。本実施の形態では、各永久磁石23は、第1部分231及び第2部分232に分割されている。ただし、各永久磁石23は、第1部分231及び第2部分232に分割されていなくてもよい。すなわち、第1部分231及び第2部分232が互いに一体化されていてもよい。
As shown in FIG. 2, each
ステータ3は、ステータコア30と、少なくとも1つのステータ巻線37と、ステータ巻線37が配置される少なくとも1つのスロット35(図6)と、少なくとも1つの凹部36とを有する。ステータコア30は、軸方向に積層された、第1ステータコア31及び第2ステータコア32を有する。
The
図2に示される例では、ロータコア20は、2つの第1ロータコア21と1つの第2ロータコア22とを有し、2つの第1ロータコア21の間に第2ロータコア22が配置されている。例えば、軸方向における1つの第1ロータコア21の長さは7.5mmであり、軸方向における第2ロータコア22の長さは15mmである。ただし、第1ロータコア21及び第2ロータコア22の数は図2に示される例に限定されず、第1ロータコア21及び第2ロータコア22の配置も図2に示される例に限定されない。
In the example shown in FIG. 2 , the
ロータ2(具体的には、ロータコア20の外周面)とステータ3との間には、エアギャップが存在する。ロータ2とステータ3との間のエアギャップは、例えば、0.3mmから1mmである。指令回転数に同期した周波数の電流がステータ巻線37に供給されると、ステータ3に回転磁界が発生し、ロータ2が回転する。
An air gap exists between the rotor 2 (specifically, the outer peripheral surface of the rotor core 20 ) and the
ロータコア20(すなわち、第1ロータコア21及び第2ロータコア22)は、焼き嵌め、圧入などの固定方法でシャフト26に固定されている。ロータ2が回転すると、回転エネルギーが第1ロータコア21及び第2ロータコア22からシャフト26に伝達される。
The rotor core 20 (that is, the
図4は、第1ロータコア21の構造を概略的に示す平面図である。
第1ロータコア21は、径方向においてステータ3の第1ステータコア31に対向している。第1ロータコア21は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板210を持つ。これらの電磁鋼板210はカシメで互いに固定される。複数の電磁鋼板210の各々は、予め定められた形状に打ち抜かれている。複数の電磁鋼板210の各々の厚さは、例えば、0.1mm以上0.7mm以下である。本実施の形態では、複数の電磁鋼板210の各々の厚さは、0.35mmである。FIG. 4 is a plan view schematically showing the structure of the
The
第1ロータコア21は、少なくとも1つの第1孔211と、シャフト26が配置された第1シャフト挿入孔214とを有する。図4に示される例では、第1ロータコア21は、周方向に配列された6つの第1孔211を有する。すなわち、図4に示される例では、「少なくとも1つの第1孔211」は、6つの第1孔211を意味する。第1シャフト挿入孔214の半径は、例えば、2mmから3mmである。
The
各第1孔211は、永久磁石23が配置された少なくとも1つの第1磁石配置部212と、第1磁石配置部212と連通する少なくとも1つの第1フラックスバリア部213とを有する。具体的には、各永久磁石23の第1部分231が、各第1磁石配置部212に配置されている。各第1孔211は、例えば、貫通孔である。xy平面において各第1孔211はV字形状を持つ。具体的には、各第1孔211の両端に、漏れ磁束を低減する第1フラックスバリア部213が存在しており、2つの第1フラックスバリア部213の間に少なくとも1つの第1磁石配置部212が存在している。
Each
各第1フラックスバリア部213は、周方向における長さを持つ。周方向において互いに隣接する2つの第1フラックスバリア部213間の距離は、電磁鋼板210の厚み以上である。
Each first
径方向における第1フラックスバリア部213の外側に存在する電磁鋼板210の一部、すなわち、ロータコア20の外周面と第1フラックスバリア部213との間の領域は、永久磁石23からの磁束の短絡を低減する薄肉部である。この薄肉部の径方向における幅は、例えば、ロータコア20の各電磁鋼板210の厚み以上である。これにより、互いに隣り合う磁極間における短絡が低減される。
A portion of the
図5は、第2ロータコア22の構造を概略的に示す平面図である。
第2ロータコア22は、径方向においてステータ3の第2ステータコア32に対向している。第2ロータコア22は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板220を持つ。これらの電磁鋼板220はカシメで互いに固定される。複数の電磁鋼板220の各々は、予め定められた形状に打ち抜かれている。複数の電磁鋼板220の各々の厚さは、例えば、0.1mm以上0.7mm以下である。本実施の形態では、複数の電磁鋼板220の各々の厚さは、0.35mmである。FIG. 5 is a plan view schematically showing the structure of the
The
第2ロータコア22は、少なくとも1つの第2孔221と、シャフト26が配置された第2シャフト挿入孔224とを有する。図5に示される例では、第2ロータコア22は、周方向に配列された6つの第2孔221を有する。すなわち、図5に示される例では、「少なくとも1つの第2孔221」は、6つの第2孔221を意味する。第2シャフト挿入孔224の半径は、第1シャフト挿入孔214の半径と同じであり、例えば、2mmから3mmである。
The
各第2孔221は、永久磁石23が配置された少なくとも1つの第2磁石配置部222と、第2磁石配置部222と連通する少なくとも1つの第2フラックスバリア部223とを有する。具体的には、各永久磁石23の第2部分232が、各第2磁石配置部222に配置されている。各第2フラックスバリア部223は、周方向における長さを持つ。周方向において互いに隣接する2つの第2フラックスバリア部223間の距離は、電磁鋼板220の厚み以上である。
Each
各第2孔221は、例えば、貫通孔である。xy平面において各第2孔221はV字形状を持つ。具体的には、各第2孔221の両端に、漏れ磁束を低減する第2フラックスバリア部223が存在しており、2つの第2フラックスバリア部223の間に少なくとも1つの第2磁石配置部222が存在している。各第2孔221は、第1ロータコア21の各第1孔211と連通している。
Each
径方向における第2フラックスバリア部223の外側に存在する電磁鋼板220の一部、すなわち、ロータコア20の外周面と第2フラックスバリア部223との間の領域は、永久磁石23からの磁束の短絡を低減する薄肉部である。この薄肉部の径方向における幅は、電磁鋼板220の厚み以上である。これにより、互いに隣り合う磁極間における短絡が低減される。
A portion of the
第1ロータコア21の第1孔211の数は、ロータ2の磁極数と同じである。したがって、第2ロータコア22の第2孔221の数も、ロータ2の磁極数と同じである。上述のように各第1孔211及び各第2孔221は、xy平面においてV字形状を持つ。互いに連通している1組の第1孔211及び第2孔221には、2つの永久磁石23が配置されている。各永久磁石23は、平板状の磁石である。したがって、この2つの永久磁石23は、xy平面においてV字状に配置されており、径方向内側に向けて突出している。1組の第1孔211及び第2孔221に配置された2つの永久磁石23は、ロータ2の1つの磁極を形成する。
The number of
図2に示されるように、永久磁石23の第1部分231は、第1孔211の第1磁石配置部212に配置されている。図2に示されるように、永久磁石23の第2部分232は、第2孔221の第2磁石配置部222に配置されている。
As shown in FIG. 2 , the
第1部分231及び第2部分232は、例えば、互いに異なる種類の磁石である。第1部分231の残留磁束密度は、第2部分232の残留磁束密度よりも低い。
The
各永久磁石23が希土類磁石である場合、第1部分231の内の少なくとも一部の領域におけるディスプロシウム(Dy)、テルビウム(Tb)などの重希土類元素の濃度は、第2部分232における重希土類元素の濃度よりも高い。言い換えると、各永久磁石23が希土類磁石である場合、第1部分231は、第2部分232における重希土類元素の濃度よりも高い重希土類元素の濃度を持つ領域を含む。永久磁石23において、重希土類元素の濃度が高くなるにしたがって、保持力が増加し、残留磁束密度が低下する。例えば、希土類磁石である各永久磁石23において、第1部分231は、重希土類元素の濃度が4重量%である領域を含み、第2部分232における重希土類元素の濃度が1重量%である。
When each
第1部分231の磁石の種類及び第2部分232の磁石の種類の組み合わせは、例えば、下記の組み合わせである。
Combinations of the types of magnets of the
第1部分231は、例えば、フェライト磁石である。この場合、第2部分232は、例えば、ネオジム磁石である。
The
第1部分231は、例えば、サマリウムコバルト磁石である。この場合、第2部分232は、例えば、ネオジム磁石である。
The
第1部分231は、例えば、フェライト磁石である。この場合、第2部分232は、例えば、サマリウムコバルト磁石である。
The
第1部分231は、例えば、フェライトボンド磁石である。この場合、第2部分232は、例えば、フェライト焼結磁石である。
The
第1部分231の残留磁束密度が第2部分232の残留磁束密度よりも低ければ、第1部分231の磁石の種類及び第2部分232の磁石の種類の組み合わせは、上述の例に限定されない。
As long as the residual magnetic flux density of the
例えば、第1部分231及び第2部分232は、同じ種類の磁石でもよい。例えば、第1部分231は、ネオジム焼結磁石であり、第2部分232もネオジム焼結磁石である。この場合、ネオジム焼結磁石である第1部分231の残留磁束密度は1.31[T]から1.35[T]であり、ネオジム焼結磁石である第2部分232の残留磁束密度は1.4[T]から1.44[T]である。
For example,
同様に、第1部分231及び第2部分232が同じ種類の磁石であるとき、例えば、第1部分231は、フェライト焼結磁石であり、第2部分232もフェライト焼結磁石である。この場合、フェライト焼結磁石である第1部分231の残留磁束密度は0.43[T]から0.45[T]であり、フェライト焼結磁石である第2部分232の残留磁束密度は0.46[T]から0.47[T]である。
Similarly, when the
第1部分231が、ディスプロシウム(Dy)、テルビウム(Tb)などの重希土類元素を含有する希土類磁石である場合、第2部分232は、重希土類元素を含有しない希土類磁石でもよい。例えば、第1部分231における重希土類元素の濃度が4重量%であり、第2部分232における重希土類元素の濃度が0重量%である。この場合、第1部分231の内の少なくとも一部の領域が重希土類元素を含有すればよい。永久磁石23において、重希土類元素の濃度が高くなるにしたがって、保持力が増加し、残留磁束密度が低下する。
If the
各永久磁石23は、xy平面において永久磁石23の長手方向と直交する方向に磁化されている。すなわち、各永久磁石23は、xy平面において永久磁石23の短手方向に磁化されている。ロータ2の1つの磁極において、1組の永久磁石23(具体的には、2つの永久磁石23)が、ステータ3に対してN極又はS極として機能する。したがって、本実施の形態では、ロータ2は6極を持つ。ただし、ロータ2の磁極数は2以上であればよい。
Each
図6は、ステータ3の一部の構造を概略的に示す斜視図である。
図6に示される例では、ステータコア30は、2つの第1ステータコア31と1つの第2ステータコア32とを有し、2つの第1ステータコア31の間に1つの第2ステータコア32が配置されている。例えば、軸方向における1つの第1ステータコア31の長さは7.5mmであり、軸方向における第2ステータコア32の長さは15mmである。FIG. 6 is a perspective view schematically showing the structure of part of the
In the example shown in FIG. 6, the
ただし、第1ステータコア31及び第2ステータコア32の数は図6に示される例に限定されず、第1ステータコア31及び第2ステータコア32の配列も図6に示される例に限定されない。例えば、第1ロータコア21及び第1ステータコア31は、第2ロータコア22及び第2ステータコア32の間にそれぞれ配置されていてもよい。1つの第1ロータコア21及び1つの第2ロータコア22でロータコア20を形成し、1つの第1ステータコア31及び1つの第2ステータコア32でステータコア30を形成してもよい。第1ロータコア21及び第2ロータコア22を交互に配列し、同様に、第1ステータコア31及び第2ステータコア32を交互に配列してもよい。
However, the number of
図6に示されるように、ステータコア30は、周方向に延在するヨーク33と、ヨーク33から径方向に延在する複数のティース34と、複数のスロット35と、少なくとも1つの凹部36とを有する。本実施の形態では、9個のティース34が等間隔に配列されている。すなわち、9個のティース34は、放射状に位置している。スロット35は、互いに隣接するティース34間の空間である。
As shown in FIG. 6, the
第1ステータコア31は、環状のコアである。第1ステータコア31は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板310を持つ。これらの電磁鋼板310はカシメで互いに固定される。複数の電磁鋼板310の各々は、予め定められた形状に打ち抜かれている。複数の電磁鋼板310の各々の厚さは、例えば、0.1mm以上0.7mm以下である。本実施の形態では、複数の電磁鋼板310の各々の厚さは、0.35mmである。
The
第2ステータコア32は、環状のコアである。第2ステータコア32は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板320を持つ。これらの電磁鋼板320はカシメで互いに固定される。複数の電磁鋼板320の各々は、予め定められた形状に打ち抜かれている。複数の電磁鋼板320の各々の厚さは、例えば、0.1mm以上0.7mm以下である。本実施の形態では、複数の電磁鋼板320の各々の厚さは、0.35mmである。
The
上述のように、第1ステータコア31及び第2ステータコア32は、複数のティース34を有する。さらに、第1ステータコア31及び第2ステータコア32は、ヨーク33を有する。
As described above, the
図7は、図1に示されるステータ3の一部の構造を概略的に示す平面図である。
図8は、図3に示されるステータ3の一部の構造を概略的に示す平面図である。
各ティース34は、ヨーク33からロータ2の回転中心に向けて突出している。各ティース34は、径方向に延在する本体部34aと、本体部34aの先端に位置しており周方向に延在するティース先端部34bとを有する。FIG. 7 is a plan view schematically showing the structure of part of the
8 is a plan view schematically showing the structure of part of the
Each
各ティース34には、ステータ巻線37が巻かれており、これにより、各スロット35には、ステータ巻線37が配置されている。例えば、集中巻でステータ巻線37が各ティース34に巻かれている。ステータ巻線37と各ティース34との間に、インシュレータが配置されていることが望ましい。
A stator winding 37 is wound around each
ステータ巻線37は、回転磁界を発生させるコイルを形成する。コイルは例えば、3相コイルであり、結線方式は、例えば、Y結線である。ステータ巻線37は、例えば、直径1mmのマグネットワイヤーである。ステータ巻線37に電流が流れると、回転磁界が発生する。ステータ巻線37の巻回数及び直径は、ステータ巻線37に印加される電圧、電動機1の回転数又はスロット35の断面積などに応じて設定される。ステータ巻線37の巻回数は、例えば、80である。
The
xy平面において、第2ステータコア32のヨーク33の内周面と第2ステータコア32のティース34の本体部34aの側面との間の境界は、円弧状に形成されている。xy平面において、第2ステータコア32のヨーク33の内周面と第2ステータコア32のティース34の本体部34aの側面との間の境界の曲率半径は、第1ステータコア31のヨーク33の内周面と第1ステータコア31のティース34の本体部34aの側面との間の境界の曲率半径よりも大きい。
In the xy plane, the boundary between the inner peripheral surface of the
図6及び図7に示されるように、第1ステータコア31のヨーク33の径方向における幅(すなわち、図7ではy軸方向における幅)は、第2ステータコア32のヨーク33の幅(すなわち、図8ではy軸方向における幅)よりも狭い。これにより、ステータコア30に凹部36が設けられている。言い換えると、第1ステータコア31のヨーク33とステータ巻線37との間に空隙が設けられている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the width of the
さらに、第1ステータコア31のティース34の本体部34aの、径方向と直交する方向における幅(すなわち、図7ではx軸方向における幅)は、第2ステータコア32のティース34の本体部34aの幅(すなわち、図8ではx軸方向における幅)よりも狭い。さらに、第1ステータコア31のティース先端部34bの、径方向における幅は、第2ステータコア32のティース先端部34bの幅よりも狭い。これにより、第1ステータコア31のティース34とステータ巻線37との間に空隙が設けられており、その結果、ステータコア30に凹部36が設けられている。
Furthermore, the width of the
上述のように、第1ステータコア31のヨーク33の幅は、第2ステータコア32のヨーク33の幅よりも狭く、第1ステータコア31のティース34の幅は、第2ステータコア32のティース34の幅よりも狭い。したがって、xy平面において、第1ステータコア31におけるスロット35の面積は、第2ステータコア32におけるスロット35の面積よりも大きい。
As described above, the width of the
凹部36は、スロット35に対向する位置に設けられている。図6及び図7に示されるように、凹部36は、ステータ巻線37に接触しない。この場合、凹部36は、第1ステータコア31のヨーク33の側面であり、第1ステータコア31のティース34の側面でもある。
The
第1ステータコア31は、第2ステータコア32のヨーク33の幅よりも狭い幅を持つ電磁鋼板310を少なくとも1つ含んでいれば、第2ステータコア32の電磁鋼板320の構造と同じ構造を持つ電磁鋼板を含んでもよい。同様に、第1ステータコア31は、第2ステータコア32のティース34の本体部34aの幅よりも狭い幅を持つ電磁鋼板310を少なくとも1つ含んでいれば、第2ステータコア32の電磁鋼板320の構造と同じ構造を持つ電磁鋼板を含んでもよい。同様に、第1ステータコア31は、第2ステータコア32のティース先端部34bの幅よりも狭い幅を持つ電磁鋼板310を少なくとも1つ含んでいれば、第2ステータコア32の電磁鋼板320の構造と同じ構造を持つ電磁鋼板を含んでもよい。
If the
図9は、第1ステータコア31(具体的には、第1ステータコア31のティース34)の他の構造を示す図である。
図9に示される例では、第1ステータコア31の本体部34aに窪み36aが形成されている。これにより、第1ステータコア31のティース34とステータ巻線37との間に空隙が設けられており、その結果、ステータコア30に凹部36が設けられている。窪み36aの大きさ及び形状は、図9に示される例に限定されない。FIG. 9 is a diagram showing another structure of the first stator core 31 (specifically, the
In the example shown in FIG. 9, a
実施の形態1に係る電動機1の利点について説明する。
本実施の形態では、第1ステータコア31のヨーク33の径方向における幅は、第2ステータコア32のヨーク33の幅よりも狭い。言い換えると、ステータ3は、少なくとも1つの凹部36を有する。これにより、ロータコア20から第1ステータコア31までの距離が、ロータコア20から第2ステータコア32までの距離よりも長い。その結果、ステータコア30(特に、第1ステータコア31)の静電容量を低減することができ、電動機1の信頼性を高めることができる。Advantages of the
In the present embodiment, the width of the
さらに、図1及び図6に示される例では、第1ステータコア31のヨーク33とステータ巻線37との間に空隙が設けられているので、ステータ巻線37から第1ステータコア31のヨーク33への電流の漏洩を低減することができる。さらに、第1ステータコア31のティース34とステータ巻線37との間に空隙が設けられているので、ステータ巻線37から第1ステータコア31のティース34への電流の漏洩を低減することができる。
Furthermore, in the example shown in FIGS. 1 and 6 , since a gap is provided between the
一方、ステータ3、具体的には、ステータコア30に凹部36が設けられているので、第1ロータコア21のxy平面における面積が、第2ステータコア32の面積よりも小さい。これにより、第1ステータコア31において磁気飽和が生じやすくなり、第1ステータコア31において鉄損が増加しやすくなる。その結果、モータ効率が低下する場合がある。
On the other hand, the
このような場合でも、本実施の形態に係る電動機1では、永久磁石23の第1部分231の残留磁束密度は、永久磁石23の第2部分232の残留磁束密度よりも低い。これにより、第1ロータコア21から第1ステータコア31に流入する磁束の量が減り、第1ステータコア31における磁気飽和を緩和することができ、鉄損が低減される。
Even in such a case, in
上述のように、本実施の形態に係る電動機1によれば、ステータコア30の静電容量を低減することができ、第1ステータコア31における磁気飽和を緩和することができ、鉄損が低減される。その結果、電動機1の信頼性及び効率を高めることができる。
As described above, according to the
各永久磁石23において、第1部分231及び第2部分232が互いに異なる種類の磁石である場合、第2ロータコア22から第2ステータコア32に流入する磁束の量に比べて、第1ロータコア21から第1ステータコア31に流入する磁束の量を効果的に減らすことができる。その結果、電動機1の信頼性及び効率を効果的に高めることができる。
In each
ただし、各永久磁石23において、第1部分231及び第2部分232が同じ種類の磁石であっても、第1部分231の残留磁束密度が永久磁石23の第2部分232の残留磁束密度よりも低い。例えば、第1部分231がネオジム焼結磁石であり、第2部分232もネオジム焼結磁石である場合、第1部分231の残留磁束密度は、例えば、1.2[T]であり、第2部分232の残留磁束密度は1.4[T]である。これにより、第1ロータコア21から第1ステータコア31に流入する磁束の量が減り、第1ステータコア31における磁気飽和を緩和することができ、鉄損が低減される。
However, in each
各永久磁石23が希土類磁石である場合、第1部分231の内の少なくとも一部の領域におけるディスプロシウム(Dy)、テルビウム(Tb)などの重希土類元素の濃度は、第2部分232における重希土類元素の濃度よりも高い。言い換えると、各永久磁石23が希土類磁石である場合、第1部分231は、第2部分232における重希土類元素の濃度よりも高い重希土類元素の濃度を持つ領域を含む。これにより、各永久磁石23において、第1部分231の残留磁束密度が、第2部分232の残留磁束密度よりも低い。その結果、第1ロータコア21から第1ステータコア31に流入する磁束の量が減り、第1ステータコア31における磁気飽和を緩和することができ、鉄損が低減される。
When each
ただし、第1部分231が、ディスプロシウム(Dy)、テルビウム(Tb)などの重希土類元素を含有する希土類磁石である場合、第2部分232は、重希土類元素を含有しない希土類磁石でもよい。これにより、各永久磁石23において、第1部分231の残留磁束密度が、第2部分232の残留磁束密度よりも低い。その結果、第1ロータコア21から第1ステータコア31に流入する磁束の量が減り、第1ステータコア31における磁気飽和を緩和することができ、鉄損が低減される。
However, if the
本実施の形態では、各永久磁石23は、第1部分231及び第2部分232に分割されているが、各永久磁石23は、第1部分231及び第2部分232に分割されていなくてもよい。すなわち、第1部分231及び第2部分232が互いに一体化されている場合でも、電動機1において上述の利点が得られる。
Although each
例えば、希土類磁石である各永久磁石23において、第1部分231及び第2部分232が互いに一体化されている場合でも、第1部分231の内の少なくとも一部の領域におけるディスプロシウム(Dy)、テルビウム(Tb)などの重希土類元素の濃度は、第2部分232における重希土類元素の濃度よりも高い。言い換えると、各永久磁石23が希土類磁石である場合、第1部分231は、第2部分232における重希土類元素の濃度よりも高い重希土類元素の濃度を持つ領域を含む。例えば、ネオジム焼結磁石である各永久磁石23において、第1部分231の内の少なくとも一部の領域における重希土類元素の濃度は4重量%であり、第2部分232における重希土類元素の濃度は1重量%である。これにより、各永久磁石23において、第1部分231の残留磁束密度が、第2部分232の残留磁束密度よりも低い。その結果、第1ロータコア21から第1ステータコア31に流入する磁束の量が減り、第1ステータコア31における磁気飽和を緩和することができ、鉄損が低減される。
For example, in each
同様に、希土類磁石である各永久磁石23において、第1部分231及び第2部分232が互いに一体化されている場合でも、第1部分231が、ディスプロシウム(Dy)、テルビウム(Tb)などの重希土類元素を含有する希土類磁石である場合、第2部分232は、重希土類元素を含有しない希土類磁石でもよい。例えば、ネオジム焼結磁石である各永久磁石23において、第1部分231における重希土類元素の濃度は4重量%であり、第2部分232における重希土類元素の濃度はゼロ重量%である。これにより、各永久磁石23において、第1部分231の残留磁束密度が、第2部分232の残留磁束密度よりも低い。その結果、第1ロータコア21から第1ステータコア31に流入する磁束の量が減り、第1ステータコア31における磁気飽和を緩和することができ、鉄損が低減される。
Similarly, even when the
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る圧縮機6について説明する。
図10は、実施の形態2に係る圧縮機6の構造を概略的に示す断面図である。
A
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the structure of
圧縮機6は、電動要素としての電動機1と、ハウジングとしての密閉容器61と、圧縮要素(圧縮装置ともいう)としての圧縮機構62とを有する。本実施の形態では、圧縮機6は、ロータリ圧縮機である。ただし、圧縮機6は、ロータリ圧縮機に限定されない。
The
電動機1は、実施の形態1で説明した電動機1である。電動機1は、圧縮機構62を駆動する。
The
密閉容器61は、電動機1及び圧縮機構62を覆う。密閉容器61の底部には、圧縮機構62の摺動部分を潤滑する冷凍機油が貯留されている。
The
圧縮機6は、さらに、密閉容器61に固定されたガラス端子63と、アキュムレータ64と、吸入パイプ65と、吐出パイプ66とを有する。
The
圧縮機構62は、シリンダ62aと、ピストン62bと、上部フレーム62c(第1のフレーム)と、下部フレーム62d(第2のフレーム)と、上部フレーム62c及び下部フレーム62dにそれぞれ取り付けられた複数のマフラ62eとを有する。圧縮機構62は、さらに、シリンダ62a内を吸入側と圧縮側とに分けるベーンを有する。圧縮機構62は、密閉容器61内に配置されている。圧縮機構62は、電動機1によって駆動される。
The
電動機1のステータ3は、圧入及び焼き嵌めのうちの一方で密閉容器61内に固定されている。圧入及び焼き嵌めの代わりに溶接でステータ3を密閉容器61に直接取り付けてもよい。
The
電動機1のコイル(すなわち、ステータ巻線37)には、ガラス端子63を介して電力が供給される。
Electric power is supplied to the coils (that is, the stator windings 37 ) of the
電動機1のロータ(具体的には、ロータ2のシャフト26)は、上部フレーム62c及び下部フレーム62dの各々に備えられた軸受部を介して回転自在に上部フレーム62c及び下部フレーム62dに保持されている。
The rotor of the electric motor 1 (specifically, the
ピストン62bには、シャフト26が挿入されている。上部フレーム62c及び下部フレーム62dには、シャフト26が回転自在に挿入されている。上部フレーム62c及び下部フレーム62dは、シリンダ62aの端面を閉塞する。アキュムレータ64は、吸入パイプ65を介して冷媒(例えば、冷媒ガス)をシリンダ62aに供給する。
The
次に、圧縮機6の動作について説明する。アキュムレータ64から供給された冷媒は、密閉容器61に固定された吸入パイプ65からシリンダ62a内へ吸入される。電動機1が駆動することにより、シャフト26に嵌合されたピストン62bがシリンダ62a内で回転する。これにより、シリンダ62a内で冷媒の圧縮が行われる。
Next, operation of the
冷媒は、マフラ62eを通り、密閉容器61内を上昇する。圧縮された冷媒には、冷凍機油が混入されている。冷媒と冷凍機油との混合物は、電動機1のロータコアに形成された穴を通過する際に、冷媒と冷凍機油との分離が促進され、これにより、冷凍機油が吐出パイプ66へ流入するのを防止できる。このようにして、圧縮された冷媒が、吐出パイプ66を通って冷凍サイクルの高圧側へと供給される。
The refrigerant rises inside the sealed
圧縮機6の冷媒として、R410A、R407C、又はR22等を用いることができる。ただし、圧縮機6の冷媒は、これらに限られない。例えば、圧縮機6の冷媒として、低GWP(地球温暖化係数)の冷媒等を用いることができる。
As a refrigerant for the
低GWP冷媒の代表例として、以下の冷媒がある。 Representative examples of low GWP refrigerants include the following refrigerants.
(1)組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素は、例えば、HFO-1234yf(CF3CF=CH2)である。HFOは、Hydro-Fluoro-Olefinの略称である。Olefinは、二重結合を1つ持つ不飽和炭化水素を意味する。HFO-1234yfのGWPは、4である。 (1) A halogenated hydrocarbon having carbon double bonds in its composition is, for example, HFO-1234yf (CF3CF=CH2). HFO is an abbreviation for Hydro-Fluoro-Olefin. Olefin means an unsaturated hydrocarbon with one double bond. The GWP of HFO-1234yf is 4.
(2)組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素は、例えば、R1270(プロピレン)である。R1270のGWPは3であり、HFO-1234yfのGWPよりも小さいが、R1270の可燃性は、HFO-1234yfの可燃性よりもよい。 (2) A hydrocarbon having carbon double bonds in its composition is, for example, R1270 (propylene). The GWP of R1270 is 3, which is lower than that of HFO-1234yf, but the flammability of R1270 is better than that of HFO-1234yf.
(3)組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素及び組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素の少なくとも1つを含む混合物は、例えば、HFO-1234yfとR32との混合物である。HFO-1234yfは、低圧冷媒のため、圧損が大きくなり、冷凍サイクルの性能が、特に蒸発器において低下しやすい。そのため、高圧冷媒であるR32又はR41等との混合物を使用することが望ましい。 (3) A mixture containing at least one of a halogenated hydrocarbon having a carbon double bond in its composition and a hydrocarbon having a carbon double bond in its composition is, for example, a mixture of HFO-1234yf and R32. be. Since HFO-1234yf is a low-pressure refrigerant, the pressure loss increases, and the performance of the refrigeration cycle tends to deteriorate, especially in the evaporator. Therefore, it is desirable to use a mixture with high-pressure refrigerants such as R32 or R41.
実施の形態2に係る圧縮機6によれば、実施の形態1で説明した利点を有する。
The
さらに、実施の形態2に係る圧縮機6は電動機1を有するので、圧縮効率の高い圧縮機6を提供することができる。
Furthermore, since the
実施の形態3.
実施の形態2に係る圧縮機6を有する、空気調和機としての冷凍空調装置7について説明する。
図11は、本発明の実施の形態3に係る冷凍空調装置7の構成を概略的に示す図である。
A refrigerating and air-
FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of a refrigerating and air-
冷凍空調装置7は、例えば、冷暖房運転が可能である。図11に示される冷媒回路図は、冷房運転が可能な空気調和機の冷媒回路図の一例である。
The refrigerating and air-
実施の形態3に係る冷凍空調装置7は、室外機71と、室内機72と、室外機71及び室内機72を接続する冷媒配管73とを有する。
A refrigerating and air-
室外機71は、圧縮機6と、熱交換器としての凝縮器74と、絞り装置75と、室外送風機76(第1の送風機)とを有する。凝縮器74は、圧縮機6によって圧縮された冷媒を凝縮する。絞り装置75は、凝縮器74によって凝縮された冷媒を減圧し、冷媒の流量を調節する。絞り装置75は、減圧装置とも言う。
The
室内機72は、熱交換器としての蒸発器77と、室内送風機78(第2の送風機)とを有する。蒸発器77は、絞り装置75によって減圧された冷媒を蒸発させ、室内空気を冷却する。
The
冷凍空調装置7における冷房運転の基本的な動作について以下に説明する。冷房運転では、冷媒は、圧縮機6によって圧縮され、凝縮器74に流入する。凝縮器74によって冷媒が凝縮され、凝縮された冷媒が絞り装置75に流入する。絞り装置75によって冷媒が減圧され、減圧された冷媒が蒸発器77に流入する。蒸発器77において冷媒は蒸発し、冷媒(具体的には、冷媒ガス)が再び室外機71の圧縮機6へ流入する。室外送風機76によって空気が凝縮器74に送られると冷媒と空気との間で熱が移動し、同様に、室内送風機78によって空気が蒸発器77に送られると冷媒と空気との間で熱が移動する。
The basic operation of the cooling operation of the refrigerating and air-
以上に説明した冷凍空調装置7の構成及び動作は、一例であり、上述した例に限定されない。
The configuration and operation of the refrigerating and air-
実施の形態3に係る冷凍空調装置7によれば、実施の形態1及び2で説明した利点を有する。
The refrigerating and air-
さらに、実施の形態3に係る冷凍空調装置7は、圧縮効率の高い圧縮機6を有するので高効率な冷凍空調装置7を提供することができる。
Furthermore, since the refrigerating and air-
以上に説明したように、好ましい実施の形態を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。 As described above, preferred embodiments have been specifically described, but it is obvious that a person skilled in the art can adopt various modifications based on the basic technical idea and teaching of the present invention. .
以上に説明した各実施の形態における特徴は、互いに適宜組み合わせることができる。 The features of the embodiments described above can be combined as appropriate.
1 電動機、 2 ロータ、 3 ステータ、 6 圧縮機、 7 冷凍空調装置、 20 ロータコア、 21 第1ロータコア、 22 第2ロータコア、 23 永久磁石、 30 ステータコア、 31 第1ステータコア、 32 第2ステータコア、 35 スロット、 36 凹部、 61 密閉容器、 62 圧縮機構、 74 凝縮器、 75 絞り装置、 77 蒸発器、 211 第1孔、 212 第1磁石配置部、 213 第1フラックスバリア部、 221 第2孔、 222 第2磁石配置部、 223 第2フラックスバリア部、 231 第1部分、 232 第2部分。
REFERENCE SIGNS
Claims (10)
径方向において前記第1ステータコアに対向する第1ロータコアと、前記径方向において前記第2ステータコアに対向する第2ロータコアと、第1部分及び第2部分を持つ少なくとも1つの永久磁石とを有し、前記ステータの内側に配置されたロータと
を備え、
前記ステータは、前記スロットに対向する、前記ステータ巻線に接触しない凹部を有し、
前記第1ロータコアは、前記第1部分が配置された第1磁石配置部と、前記第1磁石配置部と連通する第1フラックスバリア部とを有する少なくとも1つの第1孔を有し、
前記第2ロータコアは、前記第2部分が配置された第2磁石配置部と、前記第2磁石配置部と連通する第2フラックスバリア部とを有する少なくとも1つの第2孔を有し、
前記第1部分の残留磁束密度は、前記第2部分の残留磁束密度よりも低い
電動機。 a stator having axially laminated first and second stator cores and slots in which stator windings are arranged;
a first rotor core radially facing the first stator core, a second rotor core radially facing the second stator core, and at least one permanent magnet having a first portion and a second portion; a rotor disposed inside the stator;
the stator has recesses facing the slots that do not contact the stator windings;
The first rotor core has at least one first hole having a first magnet arrangement portion in which the first portion is arranged and a first flux barrier portion communicating with the first magnet arrangement portion,
The second rotor core has at least one second hole having a second magnet arrangement portion in which the second portion is arranged and a second flux barrier portion communicating with the second magnet arrangement portion,
The electric motor, wherein the residual magnetic flux density of the first portion is lower than the residual magnetic flux density of the second portion.
径方向において前記第1ステータコアに対向する第1ロータコアと、前記径方向において前記第2ステータコアに対向する第2ロータコアと、第1部分及び第2部分を持つ少なくとも1つの永久磁石とを有し、前記ステータの内側に配置されたロータと a first rotor core radially facing the first stator core, a second rotor core radially facing the second stator core, and at least one permanent magnet having a first portion and a second portion; a rotor disposed inside the stator;
を備え、 with
前記ステータは、前記スロットに対向する、前記ステータ巻線に接触しない凹部を有し、 the stator has recesses facing the slots that do not contact the stator windings;
前記第1ロータコアは、前記第1部分が配置された第1磁石配置部を有する少なくとも1つの第1孔を有し、 the first rotor core has at least one first hole having a first magnet arrangement portion in which the first portion is arranged;
前記第2ロータコアは、前記第2部分が配置された第2磁石配置部を有する少なくとも1つの第2孔を有し、 the second rotor core has at least one second hole having a second magnet arrangement portion in which the second portion is arranged;
前記第1部分の残留磁束密度は、前記第2部分の残留磁束密度よりも低い The residual magnetic flux density of the first portion is lower than the residual magnetic flux density of the second portion
電動機。 Electric motor.
前記第1部分及び前記第2部分は、互いに異なる種類の磁石である請求項1又は2に記載の電動機。 the at least one permanent magnet is divided into the first portion and the second portion;
3. The electric motor according to claim 1, wherein the first portion and the second portion are different types of magnets.
前記第1部分及び前記第2部分は、同じ種類の磁石である請求項1又は2に記載の電動機。 the at least one permanent magnet is divided into the first portion and the second portion;
3. A motor according to claim 1 or 2 , wherein the first part and the second part are magnets of the same kind.
前記少なくとも1つの永久磁石は、前記第1部分及び前記第2部分に分割されており、
前記第1部分の内の少なくとも一部の領域における重希土類元素の濃度は、前記第2部分における重希土類元素の濃度よりも高い
請求項1又は2に記載の電動機。 the at least one permanent magnet is a rare earth magnet;
the at least one permanent magnet is divided into the first portion and the second portion;
The electric motor according to claim 1 or 2 , wherein the concentration of the heavy rare earth element in at least a part of the first portion is higher than the concentration of the heavy rare earth element in the second portion.
前記第1部分は、重希土類元素を含有する希土類磁石であり、
前記第2部分は、重希土類元素を含有しない希土類磁石である
請求項1又は2に記載の電動機。 the at least one permanent magnet is divided into the first portion and the second portion;
the first part is a rare earth magnet containing a heavy rare earth element;
The electric motor according to claim 1 or 2 , wherein the second portion is a rare earth magnet containing no heavy rare earth element.
前記第1部分及び前記第2部分は、互いに一体化されており、
前記第1部分の内の少なくとも一部の領域における重希土類元素の濃度は、前記第2部分における重希土類元素の濃度よりも高い
請求項1又は2に記載の電動機。 the at least one permanent magnet is a rare earth magnet;
the first portion and the second portion are integrated with each other;
The electric motor according to claim 1 or 2 , wherein the concentration of the heavy rare earth element in at least a part of the first portion is higher than the concentration of the heavy rare earth element in the second portion.
前記第1部分は、重希土類元素を含有する希土類磁石であり、
前記第2部分は、重希土類元素を含有しない希土類磁石である
請求項1又は2に記載の電動機。 the first portion and the second portion are integrated with each other;
the first part is a rare earth magnet containing a heavy rare earth element;
The electric motor according to claim 1 or 2 , wherein the second portion is a rare earth magnet containing no heavy rare earth element.
前記密閉容器内に配置された圧縮装置と、
前記圧縮装置を駆動する、請求項1から8のいずれか1項に記載の電動機と
を備える圧縮機。 a closed container;
a compression device disposed within the closed vessel;
and the electric motor according to any one of claims 1 to 8 , for driving the compression device.
熱交換器と
を備える空気調和機。 a compressor according to claim 9 ;
An air conditioner comprising a heat exchanger and
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