JP7539050B2 - 永久磁石同期モータ、圧縮機、及び機器 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石同期モータ、この永久磁石同期モータを用いた圧縮機、及びこの圧縮機を用いた機器に関する。

特許文献１は、回転電機の発生すべき周方向トルクの低下抑制と、回転電機に発生する径方向の電磁加振力低減との両立を図ることができる回転電機を開示している。
特許文献１では、ティース部のうちエアギャップ付近に軸方向連通穴を設けることで、周方向トルクの低下を抑制している。

特開２０１５－９６０２２号公報

固定子ティースに作用する電磁加振力は、回転子の回転位置や通電電流により変化し、ティース部の中心から反回転方向側で電磁加振力を強める半径方向力が最大になることを見出したが、磁束の流れの調整とともにトルクを低下させないことが重要である。

本発明は、半径方向力の変動を小さくでき、低振動による低騒音と、高効率を実現することができる永久磁石同期モータ、この永久磁石同期モータを用いたエアーコンディショナー、除湿機、ヒートポンプ式給湯機、冷蔵庫（家庭用冷蔵庫、業務用冷蔵庫）、製氷機、ショーケース、ヒートポンプ式洗濯乾燥機、自動販売機、等に使用される圧縮機、及び、この圧縮機を用いた機器を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明の永久磁石同期モータは、回転軸を中心に回転自在に配置された回転子と、前記回転子とエアギャップを介して配置された固定子とを有し、前記固定子は、前記回転軸を中心とした環状の固定子ヨークと、前記固定子ヨークから前記回転子に向かって延出した複数の固定子ティースと、前記固定子ティース間に形成されるスロットとを有し、前記スロットには巻線が配置され、前記固定子ティースは、前記巻線が巻かれる固定子ティース基部と、前記固定子ティース基部の先端で前記回転子との対向面を形成する固定子ティース先端部とを有し、前記固定子ティース先端部に、少なくとも２つの小孔を配置し、それぞれの前記小孔の断面形状を円形とし、前記小孔と前記対向面との間を前記小孔の前記直径よりも小さい寸法としてそれぞれの前記小孔を前記対向面に沿う方向に並べて配置し、前記小孔を、前記固定子ティース基部の周方向幅寸法範囲内と、前記周方向幅寸法範囲外に配置し、前記固定子ティース基部の前記周方向幅寸法範囲内に位置する前記小孔を、前記固定子ティース先端部に作用するティース方向力の変動幅が小さくなる区間に配置し、前記周方向幅寸法範囲外に位置する前記小孔を、トルクが増大する区間に配置することを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の永久磁石同期モータにおいて、前記固定子ティース基部の周方向幅寸法中心をティース基部仮想中心線とし、前記周方向幅寸法範囲内に配置する前記小孔を、前記ティース基部仮想中心線より前記回転子の反回転方向に配置したことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の永久磁石同期モータにおいて、前記周方向幅寸法範囲外に配置する前記小孔を、前記回転子の回転方向に配置したことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の永久磁石同期モータにおいて、前記周方向幅寸法範囲外に配置する前記小孔を、前記回転子の反回転方向に配置したことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石同期モータにおいて、それぞれの前記小孔を、前記対向面からの距離を異ならせて配置したことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の永久磁石同期モータにおいて、前記固定子は、複数枚の固定子コアを前記回転軸の軸方向に積層して構成され、一部の前記固定子コアには、前記小孔を形成し、他の前記固定子コアには、前記小孔を形成しないことを特徴とする。
請求項７記載の本発明の圧縮機は、請求項６に記載の永久磁石同期モータを用い、前記永久磁石同期モータと圧縮機構部とをシャフトで連結し、前記圧縮機構部側に、前記小孔を形成しない前記固定子コアを配置し、前記圧縮機構部から離れた側に、前記小孔を形成する前記固定子コアを配置することを特徴とする。
請求項８記載の本発明の圧縮機は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の永久磁石同期モータを用い、前記永久磁石同期モータと圧縮機構部とをシャフトで連結し、前記圧縮機構部によって冷媒を圧縮することを特徴とする。
請求項９記載の本発明の機器は、請求項７又は請求項８に記載の圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器を配管によって環状に接続したことを特徴とする。

本発明によれば、固定子ティース先端部の異なる場所で異なるタイミングにより回転子の回転に伴う磁束の流れを調整でき、小孔を設けない場合と同等のトルクを維持しつつ、半径方向力の変動を小さくでき、低振動による低騒音と、高効率を実現することができる。

本発明の実施例１による永久磁石同期モータを用いた圧縮機の構成を示す縦断面図 本実施例による永久磁石同期モータの構成図 本実施例による永久磁石同期モータの固定子コアを示す要部構成図 本実施例によるティース方向（半径方向）力とトルクとを示すグラフ 小孔の配置角度に対するティース方向（半径方向）力の変動幅とトルクの関係を示すグラフ ２つの小孔の配置を、Ｘ、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３とした時の、ティース方向（半径方向）力の変動幅とトルクの関係を示すグラフ 本発明の実施例２による永久磁石同期モータの固定子コアを示す要部構成図 本実施例によるティース方向（半径方向）力とトルクとを示すグラフ 本発明の実施例３による永久磁石同期モータの固定子コアを示す要部構成図 本実施例によるティース方向（半径方向）力とトルクとを示すグラフ 他の実施例による永久磁石同期モータの固定子コアを示す要部構成図 他の実施例による永久磁石同期モータの固定子コアを示す要部構成図 本発明の実施例４による永久磁石同期モータを用いた圧縮機の要部を示す構成図 図１３に示す実施例によるトルク変動を示すグラフ 本発明の実施例５による永久磁石同期モータを用いた圧縮機の要部を示す構成図

本発明の第１の実施の形態による永久磁石同期モータは、固定子ティース先端部に、少なくとも２つの小孔を配置し、それぞれの小孔の断面形状を円形とし、小孔と対向面との間を小孔の直径よりも小さい寸法としてそれぞれの小孔を対向面に沿う方向に並べて配置し、小孔を、固定子ティース基部の周方向幅寸法範囲内と、周方向幅寸法範囲外に配置し、固定子ティース基部の周方向幅寸法範囲内に位置する小孔を、固定子ティース先端部に作用するティース方向力の変動幅が小さくなる区間に配置し、周方向幅寸法範囲外に位置する小孔を、トルクが増大する区間に配置するものである。本実施の形態によれば、固定子ティース先端部の異なる場所で異なるタイミングにより回転子の回転に伴う磁束の流れを調整でき、小孔を設けない場合と同等のトルクを維持しつつ、ティース方向（半径方向）の変動を小さくでき、低振動による低騒音と、高効率を実現することができる。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による永久磁石同期モータにおいて、固定子ティース基部の周方向幅寸法中心をティース基部仮想中心線とし、周方向厚み範囲内に配置する小孔を、ティース基部仮想中心線より回転子の反回転方向に配置したものである。本実施の形態によれば、ティース方向（半径方向）力の変動低減とトルク低下抑制を両立できる。

本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態による永久磁石同期モータにおいて、周方向幅寸法範囲外に配置する小孔を、回転子の回転方向に配置したものである。本実施の形態によれば、小孔を設けない場合と同等のトルクを維持しつつ、ティース方向（半径方向）力の変動を小さくでき、低振動による低騒音と、高効率を実現することができる。

本発明の第４の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態による永久磁石同期モータにおいて、周方向幅寸法範囲外に配置する小孔を、回転子の反回転方向に配置したものである。本実施の形態によれば、トルクの局所的な最大値を低減できる。

本発明の第５の実施の形態は、第１から第４のいずれかの実施の形態による永久磁石同期モータにおいて、それぞれの小孔を、対向面からの距離を異ならせて配置したものである。本実施の形態によれば、回転子の回転に伴う固定子に作用する磁束や、固定子ティース方向（半径方向）力に応じた配置とすることができ、磁束の流れを調整でき、小孔を設けない場合と同等のトルクを維持しつつ、ティース方向（半径方向）の変動を小さくできる。

本発明の第６の実施の形態は、第１から第５のいずれかの実施の形態による永久磁石同期モータにおいて、固定子は、複数枚の固定子コアを回転軸の軸方向に積層して構成され、一部の固定子コアには、小孔を形成し、他の固定子コアには、小孔を形成しないものである。本実施の形態によれば、小孔を形成しない固定子コアと、小孔を形成する固定子コアとでは、トルク脈動位相がずれるため、これらの固定子コアを積層することでトルクの脈動を低減できる。

本発明の第７の実施の形態による圧縮機は、第６の実施の形態による永久磁石同期モータを用い、永久磁石同期モータと圧縮機構部とをシャフトで連結し、圧縮機構部側に、小孔を形成しない固定子コアを配置し、圧縮機構部から離れた側に、小孔を形成する固定子コアを配置するものである。本実施の形態によれば、圧縮機構部から離れた側に、ティース方向（半径方向）力の変動が小さい固定子コアを配置することで、回転子の支持の剛性が増加する。

本発明の第８の実施の形態による圧縮機は、第１から第６のいずれかの実施の形態による永久磁石同期モータを用い、永久磁石同期モータと圧縮機構部とをシャフトで連結し、圧縮機構部によって冷媒を圧縮するものである。本実施の形態によれば、トルクを低下させることなく、低振動による低騒音と、高効率の圧縮機を実現できる。

本発明の第９の実施の形態による機器は、第７又は第８の実施の形態による圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器を配管によって環状に接続したものである。本実施の形態によれば、トルクを低下させることなく、低振動による低騒音と、高効率な機器を実現できる。

以下、本発明の実施例１について図面を参照しながら説明する。
図１は本実施例による永久磁石同期モータを用いた圧縮機の構成を示す縦断面図である。
本実施例による圧縮機１０は、密閉容器１内に、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部２と、圧縮機構部２を駆動する永久磁石同期モータ３とを備えている。
密閉容器１内は、圧縮機構部２によって、一方の容器内空間と他方の容器内空間に分割している。そして、他方の容器内空間には、永久磁石同期モータ３を配置している。
また、他方の容器内空間は、永久磁石同期モータ３によって、圧縮機構側空間と貯オイル側空間に分割している。そして、貯オイル側空間には、貯オイル部４を配置している。
密閉容器１には、吸入管５と吐出管６とが溶接によって固定されている。吸入管５と吐出管６とは密閉容器１の外部に通じ、冷凍サイクルを構成する部材と接続されている。吸入管５は密閉容器１の外部から冷媒ガスを導入し、吐出管６は一方の容器内空間から密閉容器１の外部に冷媒ガスを導出する。

主軸受部材７ａは、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどで固定され、シャフト８（回転子３ａの回転軸）を軸支している。シャフト８は、一方を主軸受部材７ａで軸支され、他方を軸受７ｂで軸支される。この主軸受部材７ａには、固定スクロール２ａがボルト止めされている。固定スクロール２ａと噛み合う旋回スクロール２ｂは、主軸受部材７ａと固定スクロール２ａとで挟み込まれている。固定スクロール２ａ及び旋回スクロール２ｂは、スクロール式の圧縮機構部２を構成している。
旋回スクロール２ｂと主軸受部材７ａとの間には、オルダムリングなどによる自転拘束機構９を設けている。自転拘束機構９は、旋回スクロール２ｂの自転を防止し、旋回スクロール２ｂが円軌道運動するように案内する。旋回スクロール２ｂは、シャフト８の上端に設けている偏心軸にて偏心駆動される。この偏心駆動により、固定スクロール２ａと旋回スクロール２ｂとの間に形成している圧縮室は、圧縮機構部２の外周から中央部に向かって移動し、容積を小さくして圧縮を行う。

永久磁石同期モータ３は、回転軸８を中心に回転自在に配置された回転子３ａと、回転子３ａとエアギャップを介して配置された固定子３ｂとを有する。

冷媒は、吸入管５から圧縮機構部２に吸入され、圧縮機構部２で圧縮される。その後、冷媒は、吐出管６から吐出される。
本実施例による機器は、圧縮機１０、凝縮器６１、減圧装置６２、及び蒸発器６３が配管によって環状に接続されている。凝縮器６１では吐出管６から吐出される冷媒を凝縮し、減圧装置６２では凝縮器６１で凝縮された冷媒を減圧し、蒸発器６３では減圧装置６２で減圧された冷媒を蒸発させる。
蒸発器６３で蒸発された冷媒は、吸入管５から圧縮機１０に戻される。

図２は本実施例による永久磁石同期モータの構成図であり、図２（ａ）は図１に示す圧縮機に装着された状態での断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）からシャフト及び回転子を外した状態を示す断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）から密閉容器及び巻線を外した状態を示す断面図である。
回転子３ａはシャフト８に固定され、固定子３ｂは密閉容器１に固定される。本実施例による圧縮機では、回転子３ａの回転軸はシャフト８となる。
回転子３ａは磁性体で構成され、回転子３ａの内部には複数のスリットが設けられ、これらのスリットにはそれぞれ永久磁石１１が配置されている。
固定子３ｂは、複数枚の固定子コア３０が回転子３ａの回転軸８の軸方向に積層されて構成される。固定子コア３０は、回転子３ａの回転軸８を中心とした環状の固定子ヨーク３１と、固定子ヨーク３１から回転子３ａに向かって延出した複数の固定子ティース３２と、固定子ティース３２間に形成されるスロット４０とを有している。スロット４０には巻線５０が配置される。

図３は本実施例による永久磁石同期モータの固定子コアを示す要部構成図である。
本実施例による固定子コア３０の固定子ティース３２は、絶縁材（図示せず）を介して巻線５０（図２参照）が巻かれる固定子ティース基部３２ａと、固定子ティース基部３２ａの先端で回転子３ａ（図２参照）との対向面３５を形成する固定子ティース先端部３２ｂとを有している。
固定子ティース先端部３２ｂは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔよりも両側に張り出して形成される。
固定子ティース先端部３２ｂには、少なくとも２つの小孔７０ａ、７０ｂを対向面３５に沿う方向に並べて配置している。ここで、小孔７０ａ、７０ｂは、磁気抵抗を高めるものであり、非磁性であれば効果が高く、空隙でも樹脂が埋まっていてもよい。
小孔７０ａは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に配置し、小孔７０ｂは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外に配置している。
これらの小孔７０ａ、７０ｂを配置することで、固定子ティース先端部３２ｂの異なる場所で異なるタイミングにより回転子３ａの回転に伴う磁束の流れを調整でき、小孔を設けない場合と同等のトルクを維持しつつ、ティース方向（半径方向）の変動を小さくでき、低振動による低騒音と、高効率を実現することができる。

固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ中心をティース基部仮想中心線Ａとすると、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に配置する小孔７０ａを、ティース基部仮想中心線Ａより回転子３ａの反回転方向に配置する。
このように小孔７０ａを配置することで、ティース方向（半径方向）力の変動低減とトルク低下抑制を両立できる。
また、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外に配置する小孔７０ｂを、回転子３ａの回転方向に配置する。
このように小孔７０ｂを配置することで、小孔７０ｂを設けない場合と同等のトルクを維持しつつ、ティース方向（半径方向）力の変動を小さくでき、低振動による低騒音と、高効率を実現することができる。
なお、小孔７０ａの直径を７０ａｔ、小孔７０ｂの直径を７０ｂｔとすると、直径７０ａｔと直径７０ｂｔは、１ｍｍ以上、小孔７０ａと対向面３５との間は０．５ｍｍ以上、小孔７０ｂと対向面３５との間は０．５ｍｍ以上であることが好ましい。

図４は本実施例によるティース方向（半径方向）力とトルクとを示すグラフである。
図４（ａ）は、１つの固定子ティース先端部に作用するティース方向（半径方向）力と回転子３ａの回転角との関係を示している。従来例は、小孔を設けていないものである。
固定子ティース先端部３２ｂは、回転子３ａが回転することで回転子磁極数に応じた周期成分のティース方向（半径方向）力を受ける。本実施例は、６極モータであり、１つの固定子ティース先端部に作用するティース方向（半径方向）力は、回転角度６０°で一周期成分を有するティース方向（半径方向）力である。
また、本実施例では、３相モータであり、固定子ティース先端部３２ｂに作用する力の変動は、電気角で１２０°、回転角で４０°ティース方向（半径方向）力の変動位相がずれる。
ティース方向（半径方向）力の変動幅が大きいことは、固定子ティース３２の振動が大きくモータの振動も大きくなるので、固定子３ｂの外周を圧縮機１０の外壁内に接触固定させている一般的なロータリ圧縮機やスクロール圧縮機の振動が大きい要因となる。
ティース方向（半径方向）力の変動幅を低減させることで、低振動なモータおよび圧縮機１０を実現できる。
ティース方向（半径方向）力は、固定子ティース先端部３２ｂに均一に作用せず、回転子３ａの回転に伴い局所的に作用する箇所が変化する。
本実施例によれば、図４（ａ）に示すように、回転子３ａの回転に伴い局所的に作用するティース方向（半径方向）力を効果的に低減することができる。回転角２０°～５０°に区間で従来例と比べてティース方向（半径方向）力が減少している。ティース方向（半径方向）の変動力比は従来例と比較して９８％である。

一方、図４（ｂ）に示すように、従来例のトルクと本実施例のトルクを比較すると、本実施例のトルクの最大値、最小値は増加しているが平均トルクは従来モータと同等であることが分かる。

図５は、小孔の配置角度に対するティース方向（半径方向）力の変動幅とトルクの関係を示すグラフである。固定子ティース基部仮想中心線Ａ上を小孔の配置角度０°とし、回転方向側を負の角度、反回転方向側を正の角度で示している。
図５に示すように、小孔７０ａ、７０ｂのいずれか一つの小孔70のみを固定子ティース先端部配置し、配置角度を変えると、ティース方向（半径方向）力の変動幅とトルクは変化する。ここで、ティース方向（半径方向）力の変動幅を小さくすることは、振動低減に有効である。
小孔の配置角度が、図５に示すＡ区間（概ね－１４°～－１０°）であればトルクが増大し、Ｂ区間（概ね－2°～7°）であればティース方向（半径方向）力の変動幅の低減効果が大きい。
よって、小孔７０ａ、７０ｂをＡ区間とＢ区間に配置することで、低振動と高トルクを両立できる。

図６は、孔無X、１つの小孔配置A1、A2、２つの小孔配置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３とした時の、ティース方向（半径方向）力の変動幅とトルクの関係を示すグラフである。
Ａ区間で－１２．５°にのみ小孔を配置したＡ１は、孔無Ｘに対して高トルクであるが、低振動に有効なティース方向（半径方向）力の変動幅の低減効果が少ない。Ｂ区間で５°にのみ小孔を配置したＡ２は、孔無Ｘに対して、低振動に有効なティース方向（半径方向）力の変動幅の低減効果が大きいが、トルクが低下する。
２つの小孔配置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３では、Ａ区間ではトルクが増加する小孔配置角度－１２．５°に小孔を配置し、Ｂ区間ではティース方向（半径方向）力の変動幅の低減する１．５°から５°に小孔を配置する。Ｂ１は－１２．５°と１．５°に小孔を配置し、Ｂ２は－１２．５°と５°に小孔を配置し、Ｂ３は－１２．５°と３°に小孔を配置している。
特に、Ｂ３では、孔無Ｘと同一トルクで、ティース方向（半径方向）力の変動幅を大きく低減でき、低振動でトルク低減のない高効率なモータを実現できる。

図７は本発明の実施例２による永久磁石同期モータの固定子コアを示す要部構成図である。なお、小孔以外の構成は実施例１と同一であるので説明を省略する。
本実施例では、図３に示す実施例１に対して、小孔７０ａの直径を、小孔７０ｂよりも大きくし、また対向面３５から小孔７０ａまでの距離を、対向面３５から小孔７０ｂまでの距離よりも大きくしている。

図８は本実施例によるティース方向（半径方向）力とトルクとを示すグラフである。
図８（ａ）は、１つの固定子ティース先端部３２ｂに作用するティース方向（半径方向）力と回転子３ａの回転角との関係を示している。従来例は、小孔を設けていないものである。
固定子ティース先端部３２ｂは、回転子３ａが回転することで回転子磁極数に応じた周期成分のティース方向（半径方向）力を受ける。本実施例は、６極モータであり、１つの固定子ティース先端部に作用するティース方向（半径方向）力は、回転角度６０°で一周期成分を有するティース方向（半径方向）力である。
また、本実施例では、３相モータであり、固定子ティース先端部３２ｂに作用する力の変動は、電気角で１２０°、回転角で４０°ティース方向（半径方向）力の変動位相がずれる。
ティース方向（半径方向）力の変動幅が大きいことは、固定子ティース３２の振動が大きくモータの振動も大きくなるので、固定子３ｂの外周を圧縮機１０の外壁内に接触固定させている一般的なロータリ圧縮機やスクロール圧縮機の振動が大きい要因となる。
ティース方向（半径方向）力の変動幅を低減させることで、低振動なモータおよび圧縮機１０を実現できる。
ティース方向（半径方向）力は、固定子ティース先端部３２ｂに均一に作用せず、回転子３ａの回転に伴い局所的に作用する箇所が変化する。
本実施例では、小孔７０ａの直径を、小孔７０ｂよりも大きくし、また対向面３５から小孔７０ａまでの距離を、対向面３５から小孔７０ｂまでの距離よりも大きくしているので、ティース方向（半径方向）力の最大値を低減することができ、回転角２０°～５０°に区間で従来例と比べてティース方向（半径方向）力が減少している。ティース方向（半径方向）の変動力比は従来例と比較して９０％に低減し、更に低振動なモータを提供することができる。

一方、図８（ｂ）に示すように、従来例のトルクと本実施例のトルクを比較すると、本実施例では高トルク区間が多く、最小値は低下しているが、平均トルクは従来モータと同等であることが分かる。

図９は本発明の実施例３による永久磁石同期モータの固定子コアを示す要部構成図である。なお、小孔以外の構成は実施例１と同一であるので説明を省略する。
本実施例による固定子コア３０の固定子ティース３２は、巻線５０（図２参照）が巻かれる固定子ティース基部３２ａと、固定子ティース基部３２ａの先端で回転子３ａ（図２参照）との対向面３５を形成する固定子ティース先端部３２ｂとを有している。
固定子ティース先端部３２ｂは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔよりも両側に張り出して形成される。
固定子ティース先端部３２ｂには、少なくとも２つの小孔７０ａ、７０ｂを対向面３５に沿う方向に並べて配置している。ここで、小孔７０ａ、７０ｂは、磁気抵抗を高めるものであり、非磁性であれば効果が高く、空隙でも樹脂が埋まっていてもよい。
小孔７０ａは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に配置し、小孔７０ｂは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外に配置している。
これらの小孔７０ａ、７０ｂを配置することで、固定子ティース先端部３２ｂの異なる場所で異なるタイミングにより回転子の回転に伴う磁束の流れを調整でき、小孔を設けない場合と同等のトルクを維持しつつ、ティース方向（半径方向）の変動を小さくでき、低振動による低騒音と、高効率を実現することができる。

固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ中心をティース基部仮想中心線Ａとすると、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に配置する小孔７０ａを、ティース基部仮想中心線Ａより回転子３ａの反回転方向に配置する。
このように小孔７０ａを配置することで、ティース方向（半径方向）力の変動低減とトルク低下抑制を両立できる。

また、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外に配置する小孔７０ｂを、回転子３ａの反回転方向に配置する。
このように小孔７０ｂを配置することで、トルクの局所的な最大値を低減できる。
なお、小孔７０ａの直径を７０ａｔ、小孔７０ｂの直径を７０ｂｔとすると、直径７０ａｔと直径７０ｂｔは、１ｍｍ以上、小孔７０ａと対向面３５との間は０．５ｍｍ以上、小孔７０ｂと対向面３５との間は０．５ｍｍ以上であることが好ましい。

図１０は本実施例によるティース方向（半径方向）力とトルクとを示すグラフである。
図１０（ａ）は、１つの固定子ティース先端部に作用するティース方向（半径方向）力と回転子３ａの回転角との関係を示している。従来例は、小孔を設けていないものである。
固定子ティース先端部３２ｂは、回転子３ａが回転することで回転子磁極数に応じた周期成分のティース方向（半径方向）力を受ける。本実施例は、６極モータであり、１つの固定子ティース先端部に作用するティース方向（半径方向）力は、回転角度６０°で一周期成分を有するティース方向（半径方向）力である。
また、本実施例では、３相モータであり、固定子ティース先端部３２ｂに作用する力の変動は、電気角で１２０°、回転角で４０°ティース方向（半径方向）力の変動位相がずれる。
ティース方向（半径方向）力の変動幅が大きいことは、固定子ティース３２の振動が大きくモータの振動も大きくなるので、固定子３ｂの外周を圧縮機１０の外壁内に接触固定させている一般的なロータリ圧縮機やスクロール圧縮機の振動が大きい要因となる。
ティース方向（半径方向）力の変動幅を低減させることで、低振動なモータおよび圧縮機１０を実現できる。
ティース方向（半径方向）力は、固定子ティース先端部３２ｂに均一に作用せず、回転子３ａの回転に伴い局所的に作用する箇所が変化する。
本実施例によれば、図１０（ａ）に示すように、回転子３ａの回転に伴い局所的に作用するティース方向（半径方向）力を効果的に低減することができる。回転角1０°～５０°に区間で従来例と比べてティース方向（半径方向）力が減少している。ティース方向（半径方向）の変動力比は従来例と比較して９８％である。

一方、図１０（ｂ）に示すように、従来例のトルクと本実施例のトルクを比較すると、本実施例のトルクの最大値が減少し、最小値が増加し、トルク脈動が１／３となっている。なお、平均トルクは従来例と同等である。トルク脈動の低減は，ねじれ方向の振動を低減し，指令電流に対するトルクの変動が小さいので制御性の向上にも寄与する。

図１１及び図１２は、それぞれ他の実施例による永久磁石同期モータの固定子コアを示す要部構成図である。なお、小孔以外の構成は実施例１と同一であるので説明を省略する。
図１１（ａ）に示す固定子コア３０の固定子ティース先端部３２ｂには、３つの小孔７０ａ、７０ｂ、７０ｃを設けている。
小孔７０ａ、７０ｃは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に配置し、小孔７０ｂは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外に配置している。
このように、小孔７０ａ、７０ｂ、７０ｃを３つ以上とすることもできる。３つ以上の小孔７０ａ、７０ｂ、７０ｃを設けることで、固定子ティース先端部３２ｂの異なる場所で異なるタイミングにより回転子３ａの回転に伴う磁束の流れを調整しやすく、小孔７０ａ、７０ｂ、７０ｃを設けない場合と同等のトルクを維持しつつ、ティース方向（半径方向）の変動を小さくでき、低振動による低騒音と、高効率を実現することができる。

図１１（ｂ）に示す固定子コア３０の固定子ティース先端部３２ｂには、断面形状を四角形とした小孔７１ａ、７１ｂを設けている。小孔７１ａは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に配置し、小孔７１ｂは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外に配置している。図１１（ｂ）では、２つの小孔７１ａ、７１ｂを設けた場合を示しているが、３つ以上とすることもできる。
図１１（ｃ）に示す固定子コア３０の固定子ティース先端部３２ｂには、断面形状を三角形とした小孔７２ａ、７２ｂを設け、三角形の直線部を対向面３５側としている。小孔７２ａは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に配置し、小孔７２ｂは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外に配置している。図１１（ｃ）では、２つの小孔７２ａ、７２ｂを設けた場合を示しているが、３つ以上とすることもできる。
図１１（ｄ）に示す固定子コア３０の固定子ティース先端部３２ｂには、断面形状を三角形とした小孔７２ａ、７２ｂを設け、三角形の頂点部を対向面３５側としている。小孔７２ａは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に配置し、小孔７２ｂは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外に配置している。図１１（ｄ）では、２つの小孔７２ａ、７２ｂを設けた場合を示しているが、３つ以上とすることもできる。
図１１（ｅ）に示す固定子コア３０の固定子ティース先端部３２ｂには、断面形状を四角形とした小孔７１ａ、７１ｂを設け、小孔７１ａは四角形の直線部を対向面３５側とし、小孔７１ｂは四角形の頂点部を対向面３５側としている。小孔７１ａは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に配置し、小孔７１ｂは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外に配置している。図１１（ｅ）では、２つの小孔７１ａ、７１ｂを設けた場合を示しているが、３つ以上とすることもできる。
なお、図１１（ｂ）及び図１１（ｅ）では断面形状を四角形とした小孔７１ａ、７１ｂを示し、図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）では、断面形状を三角形とした小孔７２ａ、７２ｂを示したが、断面形状は、その他の多角形であってもよい。

図１２（ａ）に示す固定子コア３０の固定子ティース先端部３２ｂには、断面形状を楕円形とした小孔７３ａ、７３ｃを固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に配置し、断面形状が円形の小孔７０ｂを固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外で回転子３ａの回転方向に配置している。小孔７３ａ、７３ｃは楕円の長辺を半径方向としている。図１２（ａ）では、２つの小孔７３ａ、７３ｃを設けた場合を示しているが、３つ以上とすることもできる。
図１２（ｂ）に示す固定子コア３０の固定子ティース先端部３２ｂには、断面形状を楕円形とした小孔７３ａを固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に配置し、断面形状を楕円形とした小孔７３ｂを固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外で回転子３ａの反回転方向に配置している。小孔７３ａ、７３ｂは楕円の長辺を回転方向としている。図１２（ｂ）では、２つの小孔７３ａ、７３ｂを設けた場合を示しているが、３つ以上とすることもできる。
図１２（ｃ）に示す固定子コア３０の固定子ティース先端部３２ｂには、断面形状を楕円形とした小孔７３ａを固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に配置し、断面形状を楕円形とした小孔７３ｂを固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外で回転子３ａの回転方向に配置している。小孔７３ａは楕円の長辺を半径方向とし、小孔７３ｂは楕円の長辺をティース基部仮想中心線Ａに対して傾斜させた方向としている。図１２（ｃ）では、２つの小孔７３ａ、７３ｂを設けた場合を示しているが、３つ以上とすることもできる。

図１２（ｄ）に示す固定子コア３０の固定子ティース先端部３２ｂには、３つの小孔７０ａ、７０ｂ、７０ｄを設けている。
小孔７０ａは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に配置し、小孔７０ｂは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外で回転子３ａの回転方向に配置し、小孔７０ｄは、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外で回転子３ａの反回転方向に配置している。
このように、３つ以上の小孔７０ａ、７０ｂ、７０ｄを設けることで、固定子ティース先端部の異なる場所で異なるタイミングにより回転子の回転に伴う磁束の流れを調整しやすく、小孔７０ａ、７０ｂ、７０ｃを設けない場合と同等のトルクを維持しつつ、ティース方向（半径方向）の変動を小さくでき、低振動による低騒音と、高効率を実現することができる。

図１２（ｅ）に示す固定子コア３０の固定子ティース先端部３２ｂには、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に３つの小孔７０ａ、７０ｃ、７０ｅを設け、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外で回転子３ａの反回転方向に小孔７０ｄを設けている。
図１２（ｅ）では、２つの小孔７０ａ、７０ｃに対して小孔７０ｅを、対向面３５からの距離を異ならせて配置している。
このように対向面３５からの距離を異ならせて３つの小孔７０ａ、７０ｃ、７０ｅを配置することで、回転子３ａの回転に伴う固定子３ｂに作用する磁束や、固定子ティース３２方向力に応じた配置とすることができ、磁束の流れを調整でき、小孔を設けない場合と同等のトルクを維持しつつ、ティース方向（半径方向）の変動を小さくできる。
図１２（ｆ）に示す固定子コア３０の固定子ティース先端部３２ｂには、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲内に設けた小孔７０ａと、固定子ティース基部３２ａの周方向幅寸法ｔ範囲外で回転子３ａの回転方向に小孔７０ｂを設けている。そして、２つの小孔７０ａ、７０ｂの大きさを異ならせている。このように、小孔７０ａ、７０ｂの大きさを異ならせても良い。なお、図１１（ａ）から図１２（ｅ）においても、小孔７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂの大きさを異ならせてもよい。

図１１（ｂ）から図１２（ｃ）に示すように、少なくとも１つの小孔７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂ、７３ｃの断面形状を、四角形、三角形、多角形、又は楕円形とすることができ、四角形、三角形、多角形、又は楕円形が直線部を備えているため、小孔７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂ、７３ｃと小孔７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂ、７３ｃとの間隔の最小距離を安定して確保でき、加工誤差による磁気抵抗のばらつきを抑制することができる。

このような本実施例による永久磁石同期モータ３を用いることで、トルクを低下させることなく、低振動による低騒音と、高効率の圧縮機１０を実現できる。
また、このような本実施例による永久磁石同期モータ３を用いた圧縮機１０を用いた機器は、低振動による低騒音と、高効率を実現できる。

図１３は本発明の実施例４による永久磁石同期モータを用いた圧縮機の要部を示す構成図である。
図１３（ａ）では、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部２と、圧縮機構部２を駆動する永久磁石同期モータ３との配置を示している。圧縮機構部２と永久磁石同期モータ３とはシャフト８で連結している。圧縮機構部２はロータリ圧縮機構である。
永久磁石同期モータ３は、回転子３ａと固定子３ｂとを有している。固定子３ｂは、複数枚の固定子コア３０が回転子３ａの回転軸８の軸方向に積層されて構成される。
固定子コア３０は、図２を用いて説明したように、環状の固定子ヨーク３１と、複数の固定子ティース３２とを有し、固定子ティース３２間にはスロット４０を形成し、スロット４０には巻線５０が配置される。
本実施例では、固定子コア３０として、小孔７０ａ、７０ｂを形成する固定子コア３０ａと、小孔７０ａ、７０ｂを形成しない固定子コア３０ｂとを用いている。

図１３（ｂ）は、小孔７０ａ、７０ｂを形成する固定子コア３０ａを示し、図１３（ｃ）は、小孔７０ａ、７０ｂを形成しない固定子コア３０ｂを示している。なお、図１３（ｂ）に示す固定子コア３０ａは、図７で既に説明した固定子コア３０である。
そして、図１３（ａ）に示すように、圧縮機構部２側に、小孔７０ａ、７０ｂを形成しない固定子コア３０ｂを積層し、圧縮機構部２から離れた側に、小孔７０ａ、７０ｂを形成する固定子コア３０ａを積層する。
固定子コア３０ａのティース方向（半径方向）力の変動は固定子コア３０ｂのティース方向（半径方向）力より小さい。従って、特に回転子３ａが圧縮機構部２で片持ち支持されているロータリ圧縮機では、圧縮機構部２から遠い位置に、ティース方向（半径方向）力の変動が小さい固定子コア３０ａを配置することで、シャフト８のたわみを小さくできる。
回転子３ａが圧縮機構部２で片持ち支持されている場合には、シャフト８のたわみによる傾きでエアギャップの偏芯が発生しやすく、圧縮機構部２から遠い位置ほどエアギャップが狭くなるので摺動損が増加する。本実施例のように、エアギャップが狭くなる位置に固定子コア３０ａを配置することで、そこに働くティース方向（半径方向）の磁気吸引力を小さくできるため、摺動損低減や、シャフト８のたわみの減少により、低振動による低騒音で信頼性の高い圧縮機１０を提供できる。

なお、図１３（ａ）では、圧縮機構部２を永久磁石同期モータ３の下方に配置した圧縮機１０を示しているが、圧縮機構部２を永久磁石同期モータ３の上方に配置した圧縮機であっても、あるいは、圧縮機構部２と永久磁石同期モータ３とを横方向に配置して用いる圧縮機であっても同様である。
また、図１３（ｂ）では、図７に示す固定子コア３０を示しているが、図３、図９、図１１（ａ）から図１１（ｅ）、及び図１２（ａ）から図１２（ｆ）に示す固定子コア３０を用いても同様である。

図１４は図１３に示す実施例によるトルク変動を示すグラフである。
図１４に示すように、固定子コア３０ａのみで固定子コア３０を構成した実施例２（図７）、固定子コア３０ｂのみで固定子コア３０を構成した従来例、及び実施例３（固定子コア３０ａと固定子コア３０ｂ）のトルクを比較すると、本実施例の平均トルクは従来モータと同等であり、本実施例は固定子コア３０ａのみで固定子コア３０を構成した実施例２よりも更にトルク脈動が減少していることが分かる。

図１５は本発明の実施例５による永久磁石同期モータを用いた圧縮機の要部を示す構成図である。
図１５（ａ）では、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部２と、圧縮機構部２を駆動する永久磁石同期モータ３との配置を示している。圧縮機構部２と永久磁石同期モータ３とはシャフト８で連結している。圧縮機構部２は図１に示すスクロール圧縮機構である。
永久磁石同期モータ３は、回転子３ａと固定子３ｂとを有している。固定子３ｂは、複数枚の固定子コア３０が回転子３ａの回転軸８の軸方向に積層されて構成される。
固定子コア３０は、図２を用いて説明したように、環状の固定子ヨーク３１と、複数の固定子ティース３２とを有し、固定子ティース３２間にはスロット４０を形成し、スロット４０には巻線５０が配置される。
本実施例では、固定子コア３０として、小孔７０ａ、７０ｂを形成する固定子コア３０ａと、小孔７０ａ、７０ｂを形成しない固定子コア３０ｂとを用いている。
図１５（ｂ）は、小孔７０ａ、７０ｂを形成する固定子コア３０ａを示し、図１５（ｃ）は、小孔７０ａ、７０ｂを形成しない固定子コア３０ｂを示している。なお、図１５（ｂ）に示す固定子コア３０ａは、図７で既に説明した固定子コア３０である。

そして、図１５（ａ）に示すように、圧縮機構部２側と、圧縮機構部２から離れた側に、小孔７０ａ、７０ｂを形成しない固定子コア３０ｂを積層し、これらの固定子コア３０ｂの間に、小孔７０ａ、７０ｂを形成する固定子コア３０ａを積層する。
固定子コア３０ａのティース方向（半径方向）力の変動は固定子コア３０ｂのティース方向（半径方向）力より小さい。従って、特に回転子３ａが圧縮機構部２と軸受７ｂで両持ち支持されているスクロール圧縮機では、圧縮機構部２から遠い位置にティース方向（半径方向）力の変動が小さい固定子コア３０ａを配置することで、シャフト８のたわみを小さくできる。
回転子３ａが圧縮機構部２と軸受７ｂとで両持ち支持されている場合には、軸のたわみが生じやすい軸支持間の中央近傍に、固定子コア３０ａを配置することでシャフト８のたわみの減少により、低振動による低騒音で信頼性の高い圧縮機１０を提供できる。なお、圧縮機構部２側が軸受７ｂ側より大径や軸長が長い高剛性のシャフト８を用いる場合には、圧縮機構部２側に固定子コア３０ｂを配置し、圧縮機構部２側から遠い位置に固定子コア３０ａを配置してもよい。

なお、図１５（ａ）では、圧縮機構部２を永久磁石同期モータ３の上方に配置した圧縮機を示しているが、圧縮機構部２を永久磁石同期モータ３の下方に配置した圧縮機であっても、あるいは、圧縮機構部２と永久磁石同期モータ３とを横方向に配置して用いる圧縮機１０であっても同様である。
また、図１５（ｂ）では、図７に示す固定子コア３０を示しているが、図３、図９、図１１（ａ）から図１１（ｅ）、及び図１２（ａ）から図１２（ｆ）に示す固定子コア３０を用いても同様である。
なお、周方向に分割され固定子に高密度巻線を施した後に周方向に配列して合体した、いわゆる分割コアや、固定子ヨークの一部が接合した状態で高密度巻線を施した後にヨーク部を変形や可動させて周方向に密着させた固定子を用いたモータに、本実施の形態で示した小孔配置コアを用いてもよい。
分割コア固定子や固定子ヨークの一部が接合した固定子は、周方向に一体の一般的な固定子と比べて剛性が低い。また、高密度巻線のためティースとヨークの角度が直角となったT字状の固定子では、ティースとティースの中間のヨーク部の幅寸法が小さくなることでも剛性が低い。本発明の永久磁石同期モータは、分割コアに対しても半径方向力の変動を小さくでき、低振動による低騒音と、高効率を実現することができる。

本発明の永久磁石同期モータは、スクロール圧縮機やロータリ圧縮機に適しているが、レシプロ式圧縮機やその他の圧縮機にも用いることができる。

１ 密閉容器
２ 圧縮機構部
２ａ 固定スクロール
２ｂ 旋回スクロール
３ 永久磁石同期モータ
３ａ 回転子
３ｂ 固定子
４ 貯オイル部
５ 吸入管
６ 吐出管
７ａ 主軸受部材
７ｂ 軸受
８ シャフト（回転子の回転軸）
８ａ 偏心軸部
９ 自転拘束機構
１０ 圧縮機
１１ 永久磁石
３０、３０ａ、３０ｂ 固定子コア
３１ 固定子ヨーク
３２ 固定子ティース
３２ａ 固定子ティース基部
３２ｂ 固定子ティース先端部
３５ 対向面
４０ スロット
５０ 巻線
６１ 凝縮器
６２ 減圧装置
６３ 蒸発器
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂ 小孔
ｔ 周方向幅寸法
Ａ ティース基部仮想中心線

Claims (9)

1. 回転軸を中心に回転自在に配置された回転子と、
   前記回転子とエアギャップを介して配置された固定子と
   を有し、
   前記固定子は、
   前記回転軸を中心とした環状の固定子ヨークと、
   前記固定子ヨークから前記回転子に向かって延出した複数の固定子ティースと、
   前記固定子ティース間に形成されるスロットと
   を有し、
   前記スロットには巻線が配置され、
   前記固定子ティースは、
   前記巻線が巻かれる固定子ティース基部と、
   前記固定子ティース基部の先端で前記回転子との対向面を形成する固定子ティース先端部と
   を有し、
   前記固定子ティース先端部に、少なくとも２つの小孔を配置し、
   それぞれの前記小孔の断面形状を円形とし、
   前記小孔と前記対向面との間を前記小孔の前記直径よりも小さい寸法としてそれぞれの前記小孔を前記対向面に沿う方向に並べて配置し、
   前記小孔を、前記固定子ティース基部の周方向幅寸法範囲内と、前記周方向幅寸法範囲外に配置し、
   前記固定子ティース基部の前記周方向幅寸法範囲内に位置する前記小孔を、前記固定子ティース先端部に作用するティース方向力の変動幅が小さくなる区間に配置し、
   前記周方向幅寸法範囲外に位置する前記小孔を、トルクが増大する区間に配置する
   ことを特徴とする永久磁石同期モータ。
2. 前記固定子ティース基部の周方向幅寸法中心をティース基部仮想中心線とし、
   前記周方向幅寸法範囲内に配置する前記小孔を、前記ティース基部仮想中心線より前記回転子の反回転方向に配置した
   ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータ。
3. 前記周方向幅寸法範囲外に配置する前記小孔を、前記回転子の回転方向に配置した
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の永久磁石同期モータ。
4. 前記周方向幅寸法範囲外に配置する前記小孔を、前記回転子の反回転方向に配置した
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の永久磁石同期モータ。
5. それぞれの前記小孔を、前記対向面からの距離を異ならせて配置した
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石同期モータ。
6. 前記固定子は、複数枚の固定子コアを前記回転軸の軸方向に積層して構成され、
   一部の前記固定子コアには、前記小孔を形成し、
   他の前記固定子コアには、前記小孔を形成しない
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の永久磁石同期モータ。
7. 請求項６に記載の永久磁石同期モータを用い、
   前記永久磁石同期モータと圧縮機構部とをシャフトで連結し、
   前記圧縮機構部側に、前記小孔を形成しない前記固定子コアを配置し、
   前記圧縮機構部から離れた側に、前記小孔を形成する前記固定子コアを配置する
   ことを特徴とする圧縮機。
8. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の永久磁石同期モータを用い、
   前記永久磁石同期モータと圧縮機構部とをシャフトで連結し、
   前記圧縮機構部によって冷媒を圧縮する
   ことを特徴とする圧縮機。
9. 請求項７又は請求項８に記載の圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器を配管によって環状に接続した
   ことを特徴とする機器。