JPWO2017138142A1 - 電動機、圧縮機及び冷凍空調装置 - Google Patents

Abstract

電動機において、回転子鉄心の磁石収容穴に収容されている第１の磁石及び第２の磁石は、回転子の周方向について互いに離して配置されている。磁石収容穴の径方向外側に存在する外周鉄心部には、外周鉄心部の周方向中間部で回転子の周方向について互いに隣り合う２つのスリットが一対の第１スリットとして設けられ、一対の第１スリットの周方向外側で各第１スリットにそれぞれ隣り合う２つのスリットが一対の第２スリットとして設けられている。外周鉄心部は、一対の第１スリット間に存在する第１磁性部と、第１スリット及び第２スリット間にそれぞれ存在する一対の第２磁性部とを有している。第１の磁石と第２の磁石との間の存在する磁石間空間部は、回転子の周方向について第１磁性部の範囲内に位置している。

Description

この発明は、固定子と、固定子の径方向内側に配置されている回転子とを有する電動機、電動機を有している圧縮機、及び圧縮機を有している冷凍空調装置に関するものである。

従来、電動機の振動及び騒音を低減するために、回転子鉄心の磁石収容穴に永久磁石を収容し、磁石収容穴の径方向外側に存在する外周部鉄心の周方向両端部にスリットを設け、外周部鉄心の磁極部中央の一定領域をスリットの無い磁性部のみで形成した電動機が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１２−２１７２４９号公報

このような従来の電動機では、固定子で生じる磁束が磁極部中央の一定領域の磁性部を通って永久磁石の表面に集中して流れるため、大きな渦電流が永久磁石に発生する。これにより、永久磁石の温度が上昇し、永久磁石の減磁が生じてしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、振動及び騒音を低減させつつ、永久磁石の減磁を抑制することができる電動機、圧縮機及び冷凍空調装置を得ることを目的とする。

この発明による電動機は、固定子、及び固定子の径方向内側に配置され、固定子に対して回転可能な回転子を備え、回転子は、回転子鉄心と、回転子鉄心に設けられている複数の永久磁石とを有し、回転子鉄心には、回転子の磁極数と同数の磁石収容穴が回転子の周方向について互いに間隔を置いて設けられ、各磁石収容穴のそれぞれには、２つの永久磁石が第１の磁石及び第２の磁石として収容され、共通の磁石収容穴に収容されている第１の磁石及び第２の磁石は、回転子の周方向について互いに離して配置され、回転子鉄心は、各磁石収容穴の径方向外側にそれぞれ存在する複数の外周鉄心部を有し、各外周鉄心部には、外周鉄心部の周方向中間部で回転子の周方向について互いに隣り合う２つのスリットが一対の第１スリットとして設けられ、一対の第１スリットの周方向外側で各第１スリットにそれぞれ隣り合う２つのスリットが一対の第２スリットとして設けられており、外周鉄心部は、一対の第１スリット間に存在する第１磁性部と、互いに隣り合う第１スリット及び第２スリット間にそれぞれ存在する一対の第２磁性部とを有し、第１の磁石と第２の磁石との間に存在する磁石間空間部は、回転子の周方向について第１磁性部の範囲内に位置している。

この発明による電動機、圧縮機及び冷凍空調装置によれば、回転子の径方向の加振力を低減することができ、運転時の騒音及び振動を抑制することができる。また、各永久磁石の発熱を抑制することができ、各永久磁石の減磁を抑制することができる。

この発明の実施の形態１による電動機を示す断面図である。 図１の回転子を示す断面図である。 図２の回転子鉄心を示す断面図である。 図２の外周鉄心部を示す拡大図である。 この発明の実施の形態２による電動機の回転子を示す断面図である。 この発明の実施の形態３による圧縮機を示す縦断面図である。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電動機を示す断面図である。図において、永久磁石埋込型電動機である電動機１は、筒状の固定子２と、固定子２の径方向内側に配置されている回転子３と、回転子３が固定されている回転軸４とを有している。固定子２、回転子３及び回転軸４は、同軸に配置されており、共通の軸線を持っている。固定子２の内周面と回転子３の外周面との間には、隙間５が存在している。隙間５の径方向寸法は、固定子２及び回転子３の全周にわたって均一になっている。

固定子２は、筒状の固定子鉄心６と、固定子鉄心６に設けられているコイル７とを有している。

固定子鉄心６の内周面には、固定子２の径方向内側、即ち回転子３側に開放された複数のスロット８が固定子２の周方向について互いに間隔を置いて設けられている。この例では、複数のスロット８が等角ピッチで固定子鉄心６の内周面に設けられている。

コイル７は、各スロット８に収容されている。この例では、コイル７が分布巻で固定子鉄心６に設けられている。なお、コイル７が固定子鉄心６に集中巻で設けられていてもよい。コイル７には、インバータを用いたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により電流が供給される。固定子２には、コイル７への給電により回転磁界が生じる。

回転子３は、回転子３の軸線を中心として固定子２に対して回転可能になっている。また、回転子３は、回転軸４に固定されている回転子鉄心９と、回転子鉄心９に設けられている複数の永久磁石１０とを有している。回転子３には、複数の磁極が各永久磁石１０によって形成されている。回転子３に形成されている複数の磁極は、回転子３の周方向について等間隔に存在している。この例では、回転子３の磁極数が６になっている。

回転子鉄心９は、磁性材料で構成されている。また、回転子鉄心９は、複数の構成板が回転子３の軸線方向へ積層された円柱状の積層体である。構成板としては、例えば、金型で打ち抜いて形成されたケイ素鋼板等が用いられている。回転子鉄心９の中心には、回転子３の軸線に沿った軸用貫通孔が設けられている。回転軸４は、例えば焼嵌め又は圧入等によって軸用貫通孔に嵌められた状態で回転子鉄心９に固定されている。回転子３は、固定子２に生じる回転磁界によって、回転子３の軸線を中心として回転軸４と一体に回転される。

回転子鉄心９には、回転子３の磁極数と同数の磁石収容穴１１が回転子３の周方向について互いに間隔を置いて設けられている。この例では、６つの磁石収容穴１１が回転子鉄心９に回転子３の周方向へ等角ピッチで設けられている。各磁石収容穴１１は、回転子３の軸線に沿って形成されている。回転子３での複数の磁極は、各磁石収容穴１１の周方向位置に合わせて回転子３に形成されている。各磁石収容穴１１には、永久磁石１０が２つずつ収容されている。即ち、共通の磁石収容穴１１には、２つの永久磁石１０が第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂとして収容されている。回転子３では、共通の磁石収容穴１１に収容されている第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂによって共通の磁極が形成されている。

図２は、図１の回転子３を示す断面図である。また、図３は、図２の回転子鉄心９を示す断面図である。各磁石収容穴１１の形状は、すべて同じになっている。また、回転子３の径方向についての各磁石収容穴１１の位置も、すべて同じになっている。さらに、各磁石収容穴１１のそれぞれは、回転子３の周方向について均等な角度範囲にわたって広がっている。回転子３の軸線に沿って見たときの各磁石収容穴１１の形状は、回転子３の周方向についての寸法（周方向寸法）よりも回転子３の径方向についての寸法（径方向寸法）が小さい扁平形状になっている。また、回転子３の軸線に沿って見たときの各磁石収容穴１１の形状は、磁極の中心を通る径方向直線である磁極中心線ＭＣに関して対称になっている。

回転子鉄心９には、各磁石収容穴１１の周方向両端部で磁石収容穴１１内に連通している空間である複数のフラックスバリア１２が設けられている。共通の磁石収容穴１１内には、一対のフラックスバリア１２が連通している。各フラックスバリア１２は、回転子３の互いに隣り合う２つの磁極間に位置している。また、回転子３の軸線に沿って見たときの各フラックスバリア１２は、磁石収容穴１１から回転子鉄心９の外周面２０に向けて盛り上がっている。回転子３では、互いに隣り合う磁極間の漏れ磁束が各フラックスバリア１２によって低減される。

回転子３の軸線に沿って見たときの磁石収容穴１１の外形線は、図３に示すように、外側画定ライン１３と、内側画定ライン１４とを有している。内側画定ライン１４は、外側画定ライン１３よりも径方向内側に位置している。この例では、回転子３の軸線に沿って見たときの外側画定ライン１３及び内側画定ライン１４のそれぞれの中間部分が、磁極中心線ＭＣに対して直交する直線になっている。回転子３の軸線に沿って見たときの各フラックスバリア１２の外形線は、外側画定ライン１３及び内側画定ライン１４のそれぞれの端部同士を結ぶエンドライン１５になっている。

各フラックスバリア１２の径方向内側では、磁石収容穴１１とフラックスバリア１２との間の空間を狭くする方向へ回転子鉄心９の一部が突起部１６として盛り上がっている。各突起部１６は、磁石収容穴１１に収容されている第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂが回転子３の周方向へずれることを防止する位置決めの機能を有している。

各突起部１６の高さとしては、永久磁石１０の周方向端面に突起部１６の側面１６ａが面接触できる寸法が確保されている。また、各突起部１６の面接触部分の寸法としては、永久磁石１０の位置ずれを防止できる寸法が確保されている。この例では、各突起部１６の高さが０．５ｍｍになっている。

回転子鉄心９は、図２に示すように、各磁石収容穴１１の径方向外側にそれぞれ存在する複数の外周鉄心部２１と、各フラックスバリア１２の径方向外側にそれぞれ存在する複数の外周薄肉部２２とを有している。外周鉄心部２１は、回転子鉄心９の外周面２０と磁石収容穴１１の外側画定ライン１３との間に形成されている。外周薄肉部２２は、回転子鉄心９の外周面２０とフラックスバリア１２のエンドライン１５との間に形成されている。外周薄肉部２２は、外周鉄心部２１の周方向両端部にそれぞれつながっている。外周薄肉部２２の径方向肉厚は、外周鉄心部２１の径方向肉厚よりも薄くなっている

各外周鉄心部２１には、複数のスリット２３が回転子３の周方向について互いに離して設けられている。この例では、６つのスリット２３が各外周鉄心部２１にそれぞれ設けられている。即ち、回転子３では、１つの磁極当たりに６つのスリット２３が設けられている。各スリット２３には磁石収容穴１１及び回転子鉄心９の外周面２０につながる開口部がなく、各スリット２３の形状は外周鉄心部２１の内部で閉じた形状になっている。

各外周鉄心部２１には、外周鉄心部２１の周方向中間部で回転子３の周方向について互いに隣り合う２つのスリット２３が一対の第１スリット２３ａとして設けられ、一対の第１スリット２３ａの周方向外側で各第１スリット２３ａにそれぞれ隣り合う２つのスリット２３が一対の第２スリット２３ｂとして設けられ、一対の第２スリット２３ｂの周方向外側で各第２スリット２３ｂにそれぞれ隣り合う２つのスリット２３が一対の第３スリット２３ｃとして設けられている。

一対の第１スリット２３ａは、回転子３の軸線に沿って外周鉄心部２１を見たとき、回転子３の周方向について磁極中心線ＭＣを挟む位置に存在している。従って、各外周鉄心部２１では、第１スリット２３ａ、第２スリット２３ｂ及び第３スリット２３ｃが磁極中心線ＭＣの周方向両側に１つずつ存在している。この例では、回転子３の軸線に沿って見たときの一対の第１スリット２３ａ、一対の第２スリット２３ｂ及び一対の第３スリット２３ｃのそれぞれの位置が、磁極中心線ＭＣに関して対称の位置になっている。

各外周鉄心部２１では、各第１スリット２３ａ、各第２スリット２３ｂ及び各第３スリット２３ｃのそれぞれが磁石収容穴１１側から回転子鉄心９の外周面２０に向かって延びている。また、各外周鉄心部２１では、回転子３の軸線に沿って外周鉄心部２１を見たとき、各第１スリット２３ａ、各第２スリット２３ｂ及び各第３スリット２３ｃのそれぞれが、磁極中心線ＭＣに対して、回転子３の径方向外側に向かって磁極中心線ＭＣに近づく方向へ傾斜している。さらに、回転子３の軸線に沿って見たときの各スリット２３の長さは、磁極中心線ＭＣから離れるほど短くなっている。即ち、回転子３の軸線に沿って各スリット２３を見たとき、磁極中心線ＭＣに最も近い第１スリット２３ａの長さが最も長くなっており、第２スリット２３ｂ及び第３スリット２３ｃの順に長さが短くなり、磁極中心線ＭＣから最も離れた第３スリット２３ｃの長さが最も短くなっている。

各外周鉄心部２１は、一対の第１スリット２３ａ間に存在する第１磁性部２１ａと、第１スリット２３ａ及び第２スリット２３ｂ間にそれぞれ存在する一対の第２磁性部２１ｂと、第２スリット２３ｂ及び第３スリット２３ｃ間にそれぞれ存在する一対の第３磁性部２１ｃと、第１スリット２３ａ、第２スリット２３ｂ及び第３スリット２３ｃのそれぞれと回転子３の外周面２０との間に存在する複数の薄肉の外側磁性部２１ｄと、第１スリット２３ａ、第２スリット２３ｂ及び第３スリット２３ｃのそれぞれと磁石収容穴１１の外側画定ライン１３との間に存在する複数の薄肉の内側磁性部２１ｅとを有している。第１磁性部２１ａ、各第２磁性部２１ｂ、各第３磁性部２１ｃ、各外側磁性部２１ｄ及び各内側磁性部２１ｅは、スリット（即ち、空間）が存在せず磁性材料のみで構成された磁性部になっている。

複数の外側磁性部２１ｄ及び複数の内側磁性部２１ｅのそれぞれの径方向肉厚は、回転子鉄心９を構成する構成板の板厚と同程度になっている。外側磁性部２１ｄ及び内側磁性部２１ｅのそれぞれの径方向肉厚としては、例えば０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。

図４は、図２の外周鉄心部２１を示す拡大図である。回転子３の周方向についての第１磁性部２１ａの寸法Ｌｓ１は、回転子３の周方向についての第２磁性部２１ｂの寸法Ｌｓ２及び第３磁性部２１ｃの寸法Ｌｓ３のそれぞれよりも大きくなっている。回転子３の周方向についての第２磁性部２１ｂの寸法Ｌｓ２は、回転子３の周方向についての第３磁性部２１ｃの寸法Ｌｓ３と同じになっている（Ｌｓ１＞Ｌｓ２＝Ｌｓ３）。ここでは、寸法Ｌｓ１、Ｌｓ２、Ｌｓ３は、第１磁性部２１ａ、第２磁性部２１ｂ及び第３磁性部２１ｃのそれぞれの径方向内側の端部を基準にした寸法としている。第１磁性部２１ａ、第２磁性部２１ｂ及び第３磁性部２１ｃのそれぞれの寸法Ｌｓ１、Ｌｓ２、Ｌｓ３の大小関係は、回転子３の径方向のどの位置を基準にしても、Ｌｓ１＞Ｌｓ２＝Ｌｓ３で同じになっている。

第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂは、同じ形状及び同じ大きさを持つ板状の永久磁石である。共通の磁石収容穴１１に収容されている第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂは、Ｓ極又はＮ極のうち同じ極性を回転子３の径方向外側に向けて配置されている。また、回転子３の周方向について互いに隣り合う２つの磁石収容穴１１のうち、一方の磁石収容穴１１に収容されている第１及び第２の磁石１０ａ，１０ｂと、他方の磁石収容穴１１に収容されている第１及び第２の磁石１０ａ，１０ｂとは、互いに異なる極性を径方向外側に向けて配置されている。これにより、回転子３には、回転子３の周方向について磁石収容穴１１ごとにＳ極とＮ極とが交互になる磁極が形成されている。各永久磁石１０としては、例えばＮｄ・Ｆｅ・Ｂ系の希土類磁石等が用いられている。

共通の磁石収容穴１１に収容されている第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂは、磁極中心線ＭＣに直交する直線上に並んで配置されている。回転子３の周方向についての第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂのそれぞれの寸法Ｌｍは、回転子３の周方向についての第１磁性部２１ａの寸法Ｌｓ１よりも大きくなっている（Ｌｍ＞Ｌｓ１）。具体的には、第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂのそれぞれの寸法Ｌｍと第１磁性部２１ａの寸法Ｌｓ１との関係は、以下の式（１）を満たす関係になっている。

１．５×Ｌｓ１≦Ｌｍ≦２．５×Ｌｓ１…（１）

第１の磁石１０ａの磁極間側の端部は一方のフラックスバリア１２内に露出し、第２の磁石１０ｂの磁極間側の端部は他方のフラックスバリア１２内に露出している。

共通の磁石収容穴１１に収容されている第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂは、回転子３の周方向について互いに離して配置されている。これにより、第１の磁石１０ａと第２の磁石１０ｂとの間には、磁石間空間部２４が存在している。磁石間空間部２４は、回転子３の周方向について第１磁性部２１ａの範囲内に位置している。即ち、磁石間空間部２４は、回転子３の径方向について第１磁性部２１ａに対向している。また、回転子３の軸線に沿って見たときの磁石間空間部２４の位置は、磁極中心線ＭＣが通る位置になっている。さらに、回転子３の軸線に沿って見たときのスリット２３の長手方向に直交する幅方向についてのスリット２３の寸法を各スリット２３の幅寸法とすると、回転子３の周方向についての磁石間空間部２４の寸法は、各スリット２３のそれぞれの幅寸法よりも小さくなっている。

このような電動機１では、回転子鉄心９の外周鉄心部２１の周方向中間部で互いに隣り合う一対の第１スリット２３ａだけでなく、一対の第１スリット２３ａの周方向外側で各第１スリット２３ａにそれぞれ隣り合う一対の第２スリット２３ｂも外周鉄心部２１に設けられているので、騒音及び振動を引き起こすおそれのある固定子２からのほぼ周方向に進行する図４に示すような固定子反作用磁束ＭＡの流れを各第１スリット２３ａ及び各第２スリット２３ｂによってより確実に抑制することができる。また、各第２スリット２３ｂの位置を各第１スリット２３ａに対して調整することによって、外周鉄心部２１における磁束の分布を回転子３の周方向について調整することもできる。これにより、回転子３の径方向の加振力を低減することができ、電動機１の運転時の騒音及び振動を抑制することができる。

また、共通の磁石収容穴１１に収容されている２つの永久磁石１０である第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂが回転子３の周方向について互いに離して配置され、第１の磁石１０ａと第２の磁石１０ｂとの間に存在する磁石間空間部２４が、回転子３の周方向について第１磁性部２１ａの範囲内に位置しているので、第１の磁石１０ａと第２の磁石１０ｂとの間の電気絶縁性能をより確実に確保することができる。これにより、固定子２からの磁束が第１磁性部２１ａを通って第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂのそれぞれの表面に集中して流れた場合であっても、第１の磁石１０ａと第２の磁石１０ｂとの間を渦電流が流れることを防止することができ、第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂでの渦電流損を低減することができる。特に、インバータから電動機１に供給される電圧がインバータで供給可能な最大電圧となる電圧飽和領域で電動機１が運転される場合、即ち電動機１の高出力運転時には、回転子３に反磁界が作用して各永久磁石１０の渦電流損が増加しやすくなるが、この場合であっても、第１の磁石１０ａと第２の磁石１０ｂとの間を渦電流が流れることを防止することができ、第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂでの渦電流損を低減することができる。これにより、各永久磁石１０の発熱を抑制することができ、各永久磁石１０の減磁を抑制することができる。また、各永久磁石１０の減磁を抑制することができるので、永久磁石の保磁力を高めるためのＤｙ（ジスプロシウム）の各永久磁石１０への添加量を低減させることができ、電動機１の低コスト化を図ることもできる。

また、回転子３の周方向についての第１磁性部２１ａの寸法Ｌｓ１は、回転子３の周方向についての第２磁性部２１ｂの寸法Ｌｓ２よりも大きくなっているので、磁極の中心に近い部分に多くの磁束を通すことができ、電動機１の回転トルクの向上を図ることができる。

また、第１スリット２３ａ及び第２スリット２３ｂのそれぞれは、回転子３の径方向外側に向かって磁極中心線ＭＣに近づく方向へ傾斜しているので、第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂのそれぞれの磁束を磁極中心線ＭＣに向けて集中させることができる。これにより、電動機１の回転トルクの向上をさらに図ることができる。

また、回転子３の周方向についての第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂのそれぞれの寸法Ｌｍは、回転子３の周方向についての第１磁性部２１ａの寸法Ｌｓ１よりも大きくなっているので、一対の第１スリット２３ａの周方向外側においても第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂの範囲を確保することができ、一対の第２スリット２３ｂの位置を調整しやすくすることができる。これにより、第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂによる磁束の分布を調整しやすくすることができる。

また、回転子３の周方向についての磁石間空間部２４の寸法は、各スリット２３のそれぞれの幅寸法よりも小さくなっているので、第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂ間の電気絶縁性能を確保しながら、磁石収容穴１１内における第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂのそれぞれの体積を確保することができる。

また、第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂのそれぞれの大きさ及び形状が同じであるので、設置数の多い永久磁石１０にかかるコストを低減することができる。

また、回転子鉄心９には、共通の磁石収容穴１１の周方向両端部で磁石収容穴１１に連通する空間である一対のフラックスバリア１２が設けられ、各フラックスバリア１２の径方向外側には外周鉄心部２１よりも薄い外周薄肉部２２が存在しているので、回転子３に作用する反磁界を逃がしやすくすることができ、各永久磁石１０の磁石間空間部２４側の部分に鎖交する磁束を低減することができる。これにより、各永久磁石１０に発生する渦電流をさらに低減させることができ、各永久磁石１０の減磁をさらに抑制することができる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による電動機の回転子を示す断面図である。各磁石収容穴１１は、回転子３の周方向について互いに連通する第１収容部１１ａ及び第２収容部１１ｂを有している。第１収容部１１ａには一方のフラックスバリア１２が連通し、第２収容部１１ｂには他方のフラックスバリア１２が連通している。共通の磁石収容穴１１における第１収容部１１ａ及び第２収容部１１ｂは、回転子３の軸線に沿って見たとき、磁極中心線ＭＣに向かって回転子３の軸線に近づく方向へ磁極中心線ＭＣに対して傾斜している。これにより、回転子３の軸線に沿って見たときの各磁石収容穴１１の形状は、磁石収容穴１１の周方向両端部から磁極中心線ＭＣに向かって回転子３の径方向内側へ突出するＶ字状になっている。また、回転子３の軸線に沿って見たときの各磁石収容穴１１の形状は、磁極中心線ＭＣに関して対称になっている。

第１収容部１１ａには第１の磁石１０ａが収容され、第２収容部１１ｂには第２の磁石１０ｂが収容されている。これにより、第１の磁石１１ａと第２の磁石１１ｂとの間に存在する磁石間空間部２４の周方向寸法は、回転子３の径方向外側から径方向内側に向かって連続的に大きくなっている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このように、回転子３の軸線に沿って見たときの各磁石収容穴１１の形状をＶ字状にしても、固定子２のコイル７の作る磁束が永久磁石１０に鎖交するのを抑制することができ、第１の磁石１０ａ及び第２の磁石１０ｂでの渦電流損をさらに低減することができる。

実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３による圧縮機を示す縦断面図である。実施の形態３による圧縮機５１はロータリ圧縮機であるが、圧縮機５１の種別はロータリ圧縮機に限定されるものではない。圧縮機５１は、実施の形態１と同様の構成の電動機１と、電動機１をＰＷＭ制御によって駆動する図示しないインバータと、電動機１の駆動力によって動作される圧縮部５２と、電動機１及び圧縮部５２を収容する密閉容器５３とを有している。密閉容器５３の底部には、圧縮部５２の潤滑油としての冷凍機油が溜められている。

圧縮部５２は、電動機１の下方に設置されている。また、圧縮部５２は、密閉容器５３の内周面に固定されているシリンダ６１と、シリンダ６１内に配置されているピストン６２と、シリンダ６１内を吸入室と圧縮室とに分ける図示しないベーンと、シリンダ６１の上下端面の開口部を閉塞する上下一対の上部フレーム６３及び下部フレーム６４と、上部フレーム６３及び下部フレーム６４にそれぞれ設けられている上部マフラ６５及び下部マフラ６６とを有している。

電動機１の固定子２は、例えば焼嵌め又は溶接等によって密閉容器５３の内周面に直接固定されている。固定子２のコイル７は、密閉容器５３の上部に設けられているガラス端子５４に電気的に接続されている。固定子２のコイル７には、密閉容器５３外に設置されているインバータからの電力がガラス端子５４を通して供給される。

電動機１の回転軸４は、圧縮部５２の上部フレーム６３、ピストン６２及び下部フレーム６４を上下方向に貫通している。回転軸４は、軸受としての上部フレーム６３及び下部フレーム６４によって回転自在に支持されている。また、回転軸４は、ピストン６２に嵌った状態でピストン６２に固定されている。これにより、回転軸４が回転すると、ピストン６２が回転軸４と一体にシリンダ６１内で回転する。

電動機１の回転子３は、固定子２の内側に隙間５を介して配置されている。また、回転子３は、回転軸４を介して上部フレーム６３及び下部フレーム６４によって回転自在に支持されている。回転子３及び回転軸４は、インバータからコイル７への電力の供給により固定子２に対して一体に回転する。

密閉容器５３の下部には冷媒配管である吸入パイプ７１が固定され、密閉容器５３の上部には冷媒配管である吐出パイプ７２が固定されている。密閉容器５３外には、気液混合冷媒を冷媒ガスと冷媒液とに分離するアキュムレータ７３が設置されている。アキュムレータ７３は、密閉容器５３に吸入パイプ７１を介して接続されている。密閉容器５３内の圧縮部５２には、冷媒ガスがアキュムレータ７３から吸入パイプ７１を通して供給される。

圧縮部５２では、シリンダ６１内の吸入室及び圧縮室のそれぞれの容積がピストン６２の回転に伴って変化し、冷媒ガスの吸入動作と、吸入した冷媒ガスの圧縮動作とが同時に行われる。圧縮部５２で圧縮された高温の冷媒ガスは、密閉容器５３内から吐出パイプ７２へ吐出される。

次に、圧縮機５１の動作について説明する。インバータのＰＷＭ制御によるコイル７への給電によって電動機１の回転軸４が回転すると、圧縮部５２のピストン６２がシリンダ６１内で回転する。ピストン６２が回転すると、アキュムレータ７３から吸入パイプ７１を通して冷媒ガスがシリンダ６１内に吸入される。

シリンダ６１内に吸入された冷媒ガスは、ピストン６２の回転に伴って圧縮され、高温高圧の冷媒ガスになる。シリンダ６１内で圧縮された高温の冷媒ガスは、上部マフラ６５及び下部マフラ６６を通った後、電動機１に存在する隙間等（例えば、固定子２と回転子３との間の隙間５等）を通って密閉容器５３内を上昇する。この後、冷媒ガスは、吐出パイプ７２を通って冷凍サイクルの高圧側へ供給される。

なお、圧縮機５１の冷媒には、従来からあるＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ２２等が用いられているが、ＧＷＰ（Global Warming Potential：地球温暖化係数）の低い冷媒（以下、「低ＧＷＰ冷媒」という）等いかなる冷媒も適用できる。地球温暖化防止の観点からは、低ＧＷＰ冷媒が望まれている。低ＧＷＰ冷媒の代表例として、以下の冷媒がある。
（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：例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２）である。ＨＦＯは、Ｈｙｄｒｏ−Ｆｌｕｏｒｏ−Ｏｌｅｆｉｎの略で、Ｏｌｅｆｉｎは、二重結合を一つ持つ不飽和炭化水素のことである。なお、ＨＦＯ−１２３４ｙｆのＧＷＰは、４である。
（２）組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素：例えば、Ｒ１２７０（プロピレン）である。なお、ＧＷＰは３で、ＨＦＯ−１２３４ｙｆよりも小さいが、可燃性はＨＦＯ−１２３４ｙｆよりも大きい。
（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いずれかを含む混合物：例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆとＲ３２との混合物等である。ＨＦＯ−１２３４ｙｆは、低圧冷媒のため圧損が大きくなり、冷凍サイクル（特に、蒸発器において）の性能が低下しやすい。そのため、ＨＦＯ−１２３４ｙｆよりも高圧冷媒であるＲ３２又はＲ４１等との混合物が実用上は有力になる。

上記低ＧＷＰ冷媒のうち、Ｒ３２冷媒については、毒性がなく、強燃性でないことから、特に注目されている。また、Ｒ３２冷媒は、圧縮機５１にＲ３２冷媒を用いた場合、従来から用いられているＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ２２等と比べ、圧縮機５１の内部温度が約２０℃以上高くなるという特性を有する。

圧縮機５１の内部の温度は、圧縮負荷状態の違い（例えば回転速度、圧縮負荷トルク及び冷媒等の違い）によって異なり、圧縮機５１の定常状態においては、特に回転速度に対する依存性が高くなっている。例えば、Ｒ４１０冷媒を使用したときの回転速度に対する圧縮機５１の内部の温度上昇は、低速運転の５０℃〜６０℃に対し、中速運転では７０℃〜８０℃、高速運転では９０℃〜１１０℃となる。即ち、Ｒ４１０冷媒を使用したときの圧縮機５１の内部の温度は、圧縮機５１の回転速度が大きくなるにしたがい上昇するという特性を示す。Ｒ３２冷媒を圧縮機５１に用いた場合は、Ｒ４１０Ａ冷媒を用いた場合に対し、圧縮機５１の内部の温度がさらに２０℃程度上昇することとなる。

このような圧縮機５１では、実施の形態１と同様の構成の電動機１が用いられているので、圧縮機５１の温度上昇によって各永久磁石１０のＪ保磁力が低下した場合であっても、電動機１の永久磁石１０の減磁を抑制することができる。これにより、信頼性の高い圧縮機５１を提供することができる。また、保磁力を高めるためのＤｙの永久磁石１０に対する添加量を減らしながら、永久磁石１０の減磁を抑制することができるので、圧縮機５１の低コスト化を図りながら、各永久磁石１０の残留磁束密度の低下を抑制して電動機１のトルクの低下を抑制することができる。これにより、高効率な圧縮機５１を提供することができる。さらに、回転子３の各スリット２３によって回転子３の径方向の加振力が小さくなっている電動機１が圧縮機５１に用いられているので、圧縮機５１の振動及び騒音を抑制することもできる。

また、圧縮機５１は、ＰＷＭ制御により電動機１を駆動するインバータを有しているので、電圧を変化させることなく電動機１の回転速度を容易に調整することができるとともに、永久磁石１０に渦電流が発生しやすいＰＷＭ制御によって電動機１を駆動しても、永久磁石１０の減磁を抑制することができ、電動機１のトルクの低下を抑制することができる。

なお、上記の例では、実施の形態１と同様の構成の電動機１が圧縮機５１に適用されているが、実施の形態２と同様の構成の電動機１を圧縮機５１に適用してもよい。

実施の形態４．
本発明は、上記実施の形態３の圧縮機５１を冷凍回路の構成要素として含む冷凍空調装置として実施することもできる。冷凍空調装置の冷凍回路における圧縮機以外の構成要素の構成は、特に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態３の圧縮機５１と、圧縮機５１で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器で凝縮された冷媒を減圧する減圧装置と、減圧装置で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器で蒸発した冷媒を気液分離し、冷媒ガスを圧縮機５１へ送るアキュムレータとを冷媒配管を介して順次連結した冷凍回路を有する冷凍空調装置を実施してもよい。このように、上記の圧縮機５１を冷凍空調装置に用いることで、配管を経由した振動の伝達を抑制し、振動及び騒音を抑制することができる。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的な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。

１ 電動機、２ 固定子、３ 回転子、９ 回転子鉄心、１０ 永久磁石、１０ａ 第１の磁石、１０ｂ 第２の磁石、１１ 磁石収容穴、１２ フラックスバリア、２１ 外周鉄心部、２１ａ 第１磁性部、２１ｂ 第２磁性部、２３ スリット、２３ａ 第１スリット、２３ｂ 第２スリット、２４ 磁石間空間部（空間部）、５１ 圧縮機、５２ 圧縮部。

Claims (8)

1. 固定子、及び
   前記固定子の径方向内側に配置され、前記固定子に対して回転可能な回転子
   を備え、
   前記回転子は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられている複数の永久磁石とを有し、
   前記回転子鉄心には、前記回転子の磁極数と同数の磁石収容穴が前記回転子の周方向について互いに間隔を置いて設けられ、
   各前記磁石収容穴のそれぞれには、２つの前記永久磁石が第１の磁石及び第２の磁石として収容され、
   共通の前記磁石収容穴に収容されている前記第１の磁石及び前記第２の磁石は、前記回転子の周方向について互いに離して配置され、
   前記回転子鉄心は、各前記磁石収容穴の径方向外側にそれぞれ存在する複数の外周鉄心部を有し、
   各前記外周鉄心部には、前記外周鉄心部の周方向中間部で前記回転子の周方向について互いに隣り合う２つのスリットが一対の第１スリットとして設けられ、前記一対の第１スリットの周方向外側で各前記第１スリットにそれぞれ隣り合う２つのスリットが一対の第２スリットとして設けられており、
   前記外周鉄心部は、前記一対の第１スリット間に存在する第１磁性部と、互いに隣り合う前記第１スリット及び前記第２スリット間にそれぞれ存在する一対の第２磁性部とを有し、
   前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に存在する磁石間空間部は、前記回転子の周方向について前記第１磁性部の範囲内に位置している電動機。
2. 前記回転子の周方向についての前記第１磁性部の寸法は、前記回転子の周方向についての前記第２磁性部の寸法よりも大きくなっている請求項１に記載の電動機。
3. 前記回転子の軸線方向に沿って前記外周鉄心部を見たとき、前記第１スリット及び前記第２スリットのそれぞれは、前記回転子の径方向外側に向かって磁極中心線に近づく方向へ傾斜している請求項１又は請求項２に記載の電動機。
4. 前記回転子の周方向についての前記第１の磁石及び前記第２の磁石のそれぞれの寸法は、前記回転子の周方向についての前記第１磁性部の寸法よりも大きくなっている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電動機。
5. 前記回転子の周方向についての前記磁石間空間部の寸法は、各前記スリットのそれぞれの幅寸法よりも小さくなっている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電動機。
6. 前記第１の磁石及び前記第２の磁石のそれぞれの大きさ及び形状は、同じである請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の電動機。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の電動機、
   前記電動機をＰＷＭ制御によって駆動するインバータ、及び
   前記電動機の駆動力によって動作される圧縮部
   を備えている圧縮機。
8. 請求項７に記載の圧縮機
   を備えている冷凍空調装置。

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