JPWO2020053927A1 - 回転子、電動機、圧縮機、及び冷凍空調装置 - Google Patents

回転子、電動機、圧縮機、及び冷凍空調装置 Download PDF

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Abstract

回転子(3)は、永久磁石(36)と、回転子鉄心(30)と、回転子鉄心(30)の外周面を覆う保持部(37)とを有する。回転子鉄心(30)は、磁石挿入孔(35)と、内側鉄心部(31)と、外側鉄心部(32)と、継手鉄心部(33)とを有する。保持部(37)は、極間部(M2)以外の回転子鉄心(30)の外周面の一部に接触しており、極間部(M2)で回転子鉄心(30)の外周面に接触していない。

Description

本発明は、電動機用の回転子に関する。
一般に、電動機用の回転子として、回転子鉄心の中に永久磁石を埋め込んだ回転子が用いられている(例えば、特許文献1)。このような回転子では、永久磁石からの磁束の一部が、永久磁石の端部と回転子鉄心の外周面との間の領域(以下、継手鉄心部ともいう)に流れ込む。このような磁束は、漏れ磁束と呼ばれる。漏れ磁束が生じると、永久磁石の磁力を有効に活用できない。そこで、漏れ磁束を低減するためには、径方向における継手鉄心部の幅を狭くすることが望ましい。
特開平9−9537号公報
しかしながら、回転子鉄心の継手鉄心部の幅が狭いと、回転子の高速回転時に生じる遠心力によって、継手鉄心部に大きな応力が加わり、継手鉄心部が変形してしまう。一方、継手鉄心部の幅が厚いと回転子の高速回転が可能になるが、漏れ磁束が増加する。その結果、永久磁石の磁力を有効に使用できず、電動機の効率が低下するという問題がある。すなわち、従来の技術では、回転子の高速回転と電動機の効率の改善とを両立することが困難である。
本発明の目的は、回転子の強度を高めることにより回転子の高速回転を可能にし、回転子における漏れ磁束を低減することによりこの回転子を有する電動機の効率を高めることである。
本発明の回転子は、磁極中心部と極間部とを有する回転子であって、少なくとも1つの永久磁石と、前記少なくとも1つの永久磁石が配置される磁石挿入孔と、径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された内側鉄心部と、前記径方向における前記磁石挿入孔の外側に形成された外側鉄心部と、前記回転子の外周面と周方向における前記磁石挿入孔の端部との間に形成された継手鉄心部とを有する回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周面を覆う保持部とを備え、前記保持部は、前記極間部以外の前記回転子鉄心の前記外周面の一部に接触しており、前記極間部で前記回転子鉄心の前記外周面に接触していない。
本発明によれば、回転子の強度を高めることにより回転子の高速回転を可能にし、回転子における漏れ磁束を低減することによりこの回転子を有する電動機の効率を高めることができる。
本発明の実施の形態1に係る電動機の構造を概略的に示す断面図である。 回転子の構造を概略的に示す断面図である。 回転子の構造を概略的に示す断面図である。 回転子の一部の構造を概略的に示す拡大図である。 回転子鉄心の他の例を示す図である。 回転子の構造を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態2に係る圧縮機の構造を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態3に係る冷凍空調装置の構成を概略的に示す図である。
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、回転子3の回転中心である。軸線Axと平行な方向は、「回転子3の軸方向」又は単に「軸方向」ともいう。径方向は、回転子3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(以下、単に「周方向」ともいう)を示す。
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1では、xy平面における電動機1の断面が示されている。
電動機1は、固定子2と、固定子2の内側に回転可能に配置された回転子3とを有する。固定子2と回転子3との間には、0.3mmから1mmの空隙が形成されている。電動機1は、例えば、永久磁石埋込型電動機である。電動機1は、例えば、ロータリー圧縮機に用いられる。
固定子2は、固定子鉄心20と、固定子鉄心20に巻回されたコイル25とを有する。固定子鉄心20は、複数の電磁鋼板で形成されている。例えば、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することにより、固定子鉄心20が形成される。各電磁鋼板の厚さは、例えば、0.1mmから0.7mmである。本実施の形態では、固定子鉄心20の各電磁鋼板の厚さは、0.35mmである。複数の電磁鋼板は、カシメで固定される。
固定子鉄心20は、ヨーク21と、複数のティース22とを有する。ヨーク21は、環状に形成されている。言い換えると、ヨーク21は、周方向に延在する。各ティース22は、ヨーク21から径方向に延在している。図1に示される例では、固定子鉄心20は、9つのティース22を有する。
互いに隣り合うティース22間の空間は、コイル25が配置されるスロットである。各ティースの先端には周方向に延在するティース先端部が形成されている。
各ティース22には、固定子巻線が巻回されており、これにより、コイル25が形成されている。固定子巻線は、例えば、マグネットワイヤである。コイル25とティース22との間には、絶縁体が配置されていることが望ましい。例えば、コイル25は、3相コイルであり、Y結線である。
図1に示される例では、固定子鉄心20は、複数のブロック(具体的には、9つのブロック)で構成されている。各ブロックは、1つのティース22を有する。互いに隣接するブロックは、ヨーク21の薄肉部で連結されている。
例えば、固定子鉄心20の製造工程では、9つのブロックを一列に配列した状態で、各ティース22にマグネットワイヤを80ターン巻回する。さらに、これらのブロックを環状に折り曲げ、ブロックの両端を溶接する。ただし、固定子鉄心20の構造は、図1に示される例に限定されない。
図2及び図3は、回転子3の構造を概略的に示す断面図である。
図2に示されるように、回転子3は、回転子鉄心30と、回転子鉄心30に取り付けられた少なくとも1つの永久磁石36と、回転子鉄心30の外周面を覆う保持部37とを有する。少なくとも1つの永久磁石36とは、2以上の永久磁石36を含む。
回転子鉄心30は、円筒形に形成されている。回転子鉄心30は、シャフト孔34と、少なくとも1つの磁石挿入孔35とを有する。
図3に示されるように、回転子3は、少なくとも1つの磁極中心部M1と、少なくとも1つの極間部M2とを有する。本実施の形態では、回転子3は、6つの磁極中心部M1と、6つの極間部M2とを有する。
磁極中心部M1は、周方向における回転子3の1つの磁極の中心である。図3に示される例では、磁極中心部M1は、xy平面において、回転子3の回転中心と1つの磁石挿入孔35内の2つの永久磁石36の中央とを通る直線上に位置する。極間部M2は、周方向において互いに隣接する2つの磁極の境界である。図3に示される例では、極間部M2は、xy平面において、互いに隣接する2つの磁石挿入孔35の中央を通る直線上に位置する。
回転子鉄心30は、複数の電磁鋼板で形成されている。例えば、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することにより、回転子鉄心30が形成される。各電磁鋼板の厚さは、例えば、0.1mmから0.7mmである。本実施の形態では、回転子鉄心30の各電磁鋼板の厚さは、0.35mmである。複数の電磁鋼板は、カシメで固定される。
回転子鉄心30のxy平面における外縁の曲率は、周方向において異なっている。具体的には、図3に示されるように、回転子鉄心30の最大半径は、磁極中心部M1での回転子鉄心30の半径Raである。回転子鉄心30の最小半径は、極間部M2での回転子鉄心30の半径Rbである。回転子鉄心30の半径は、周方向において磁極中心部M1から極間部M2に近づくにつれて小さくなる。これにより、電動機1の駆動中においてコイル25に発生する誘起電圧の波形を正弦波に近づけることができる。その結果、電動機1におけるトルクの脈動が低減され、電動機1における振動及び騒音を低減することができる。
ただし、回転子鉄心30の外径は、周方向において一定でもよい。この場合、回転子鉄心30は、xy平面において円形である。
シャフト孔34は、xy平面における回転子鉄心30の中央に形成されている。シャフト孔34は、中心孔ともいう。シャフト孔34には、回転子3のシャフト(図示しない)が、焼き嵌め又は圧入で取り付けられる。
図2に示される例では、複数の磁石挿入孔35が周方向に形成されている。具体的には、複数の磁石挿入孔35が周方向に均等に配置されている。xy平面において、各磁石挿入孔35は、V字形の孔である。すなわち、各磁石挿入孔35の周方向における中央部が、径方向内側に向かって突出している。
図4は、回転子3の一部の構造を概略的に示す拡大図である。破線で囲まれた部分は、後述する継手鉄心部33を示す。
各磁石挿入孔35は、永久磁石36が配置される空間である少なくとも1つの第1開口部35aと、永久磁石36が配置されない空間である少なくとも1つの第2開口部35bとを有する。図4に示される例では、磁石挿入孔35は、2つの第1開口部35aと、2つの第2開口部35bとを有する。
xy平面において、各第1開口部35aは、長手方向に直線状に延在している。第1開口部35aは、第2開口部35bに通じている。xy平面において、各第1開口部35aの短手方向における幅は、永久磁石36の短手方向における厚みよりもわずかに大きい。これにより、永久磁石36を、磁石挿入孔35(具体的には、第1開口部35a)内に容易に挿入できる。
第2開口部35bは、周方向における磁石挿入孔35の両端に位置する。第2開口部35bは、フラックスバリアとして機能する。すなわち、第2開口部35bは、漏れ磁束(すなわち、極間部M2を通る永久磁石36からの磁束)を低減する。
図2及び図3に示される例では、6つの磁石挿入孔35が回転子鉄心30に形成されている。図2及び図3に示される例では、各磁石挿入孔35は、回転子3の1磁極(すなわち、N極又はS極)に対応する。各磁石挿入孔35には、少なくとも1つの永久磁石36が配置されている。すなわち、各磁石挿入孔35に配置された少なくとも1つの永久磁石36が、回転子3の1磁極を形成する。したがって、図2及び図3に示される例では、回転子3は、6極を持つ。
ただし、回転子3の磁極数は、2極以上であり、6極に限定されない。図2及び図3に示される例では、1つの磁石挿入孔35が1磁極に対応するが、2つ以上の磁石挿入孔35が1磁極に対応してもよい。
図2から図4に示される例では、1つの磁石挿入孔35に2つの永久磁石36が配置されている。したがって、1つの磁石挿入孔35に配置された2つの永久磁石36が1磁極を形成する。すなわち、図2から図4に示される例では、回転子3の1磁極ごとに2つの永久磁石36が配置されている。xy平面において、1磁極を形成する2つの永久磁石36は、V字状に配置されている。図2及び図3に示される例では、12個の永久磁石36が回転子鉄心30に固定されている。
各永久磁石36は、平板状の磁石であり、軸方向に長い。xy平面において、各永久磁石36は、長手方向に幅を持ち、短手方向に厚みを持つ。各永久磁石36の短手方向における厚みは、例えば、2mmである。各永久磁石36は、例えば、ネオジウム(Nd)、鉄(Fe)、及びボロン(B)を含む希土類磁石である。
xy平面において、各永久磁石36は短手方向に着磁されている。1つの磁石挿入孔35内の2つの永久磁石36の磁極の向きは、互いに同じである。すなわち、1つの磁石挿入孔35内の2つの永久磁石36は、固定子2に対してN極又はS極として機能する。言い換えると、各磁石挿入孔35において、短手方向における各永久磁石36の片側がN極であるとき、短手方向における各永久磁石36の反対側がS極である。一方、各磁石挿入孔35において、短手方向における各永久磁石36の片側がS極であるとき、短手方向における各永久磁石36の反対側がN極である。
xy平面において、回転子鉄心30は、1つの内側鉄心部31と、少なくとも1つの外側鉄心部32と、少なくとも1つの継手鉄心部33とを有する。内側鉄心部31、少なくとも1つの外側鉄心部32、及び少なくとも1つの継手鉄心部33は、互いに一体化されている。内側鉄心部31は、第1鉄心部ともいう。外側鉄心部32は、第2鉄心部ともいう。継手鉄心部33は、第3鉄心部ともいう。
内側鉄心部31は、回転子鉄心30の一部である。内側鉄心部31は、径方向における磁石挿入孔35の内側に形成されている。内側鉄心部31は、xy平面において、回転子3の回転中心と磁石挿入孔35との間の領域である。言い換えると、内側鉄心部31は、シャフト孔34と磁石挿入孔35との間の領域である。
外側鉄心部32は、回転子鉄心30の一部である。外側鉄心部32は、径方向における磁石挿入孔35の外側に形成されている。言い換えると、外側鉄心部32は、回転子鉄心30の外周面と磁石挿入孔35との間の領域である。図2に示される例では、回転子鉄心30は、複数の外側鉄心部32(具体的には、6つの外側鉄心部32)を有する。
継手鉄心部33は、回転子鉄心30の一部である。継手鉄心部33は、回転子3の外周面と周方向における磁石挿入孔35の端部との間の領域に形成されている。言い換えると、継手鉄心部33は、回転子3の極間部M2を含む領域に形成されている。継手鉄心部33は、内側鉄心部31と外側鉄心部32とを連結する領域である。図2及び図3に示される例では、回転子鉄心30は、複数の継手鉄心部33(具体的には、6つの継手鉄心部33)を有する。
図4に示されるように、各継手鉄心部33は、径方向に延在する第1部分331(第1の継手部又は単に「継手部」ともいう)と、周方向に延在する第2部分332(ブリッジ部ともいう)とを有する。各第1部分331は、周方向において第2開口部35bに対向している。言い換えると、各第1部分331は、周方向において第2開口部35bに隣接している。各第2部分332は、第2開口部35bと回転子鉄心30の外周面との間の領域である。各第2部分332は、径方向において第2開口部35bに対向している。言い換えると、各第2部分332は、径方向において第2開口部35bに隣接している。
各第2部分332の径方向における幅は、各第1部分331の径方向における幅よりも狭い。これにより、漏れ磁束を低減することができ、永久磁石36の磁束を有効に使用することができる。その結果、電動機1におけるマグネットトルクを増加させることができる。例えば、各第2部分332の径方向における幅は、回転子鉄心30の1つの電磁鋼板の厚みと同じである。本実施の形態では、各第2部分332の径方向における幅は0.35mmである。
第1部分331は、電動機1におけるリラクタンストルクを高めるために用いられる。固定子2からの磁束が第1部分331を通り、リラクタンストルクが発生する。例えば、各第1部分331の周方向における幅は、回転子鉄心30の1つの電磁鋼板の厚みの2倍である。本実施の形態では、各第1部分331の周方向における幅は、0.7mmである。
図5は、回転子鉄心30の他の例を示す図である。
回転子3の各磁極において、磁石挿入孔35は2つの孔に分割されていてもよい。この場合、回転子3の各磁極において、2つの永久磁石36の間の領域38は、空間ではなく、電磁鋼板の一部(第2の継手部ともいう)である。すなわち、2つの永久磁石36の間に回転子鉄心30の一部が存在する。これにより、回転子鉄心30の剛性を高めることができ、電動機1における回転子3のより高速な回転が可能になる。
保持部37は、円筒形である。ただし、xy平面において、保持部37は真円でなくてもよい。保持部37は、回転子鉄心30の外周面を覆っており、回転子鉄心30に固定されている。これにより、回転子3の強度を高めることができる。保持部37は、接着剤、圧入、焼き嵌め、及び冷やし嵌めのいずれかで回転子鉄心30に固定されている。
電動機1が圧縮機用に用いられる場合、保持部37は、圧入、焼き嵌め、及び冷やし嵌めのいずれかで回転子鉄心30に固定されていることが望ましい。これにより、高温の冷媒中において、保持部37を十分に回転子鉄心30に固定させることができる。
保持部37は、回転子鉄心30の外周面の全体を覆うことが望ましい。これにより、回転子3の強度をより高めることができる。保持部37は、極間部M2以外の回転子鉄心30の外周面の一部に接触しており、極間部M2で回転子鉄心30の外周面に接触していない。図3に示される例では、保持部37は、磁極中心部M1で回転子鉄心30の外周面に接触しており、極間部M2で回転子鉄心30の外周面に接触していない。ただし、保持部37は、必ずしも磁極中心部M1で回転子鉄心30の外周面に接触していなくてもよい。保持部37の材料は、回転子3の機械的強度を高める材料である。保持部37は、例えば、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)、ステンレス、又は樹脂で作られている。
さらに、保持部37は、非磁性材料で作られていることが望ましい。したがって、保持部37の材料は、非磁性の炭素繊維強化プラスチック、ステンレス、又は樹脂であることが望ましい。
保持部37の線膨張係数は、回転子鉄心30の線膨張係数よりも小さいことが望ましい。例えば、保持部37が炭素繊維強化プラスチックで作られている場合、保持部37の線膨張係数は、回転子鉄心30(具体的には、回転子鉄心30を形成する電磁鋼板)の線膨張係数よりも小さい。
回転子3は上述の保持部37を有するので、回転子3の強度を高めることができる。これにより、継手鉄心部33(具体的には、第2部分332)の径方向における幅を広く形成せずに電動機1における高速回転が可能になり、電動機1の出力を増加させることができる。
図6は、回転子3の構造を概略的に示す断面図である。
図6に示されるように、回転子3において、回転子鉄心30の外周面の接触領域C1は、回転子鉄心30の外周面が保持部37に接触している領域である。回転子鉄心30の外周面の非接触領域C2は、回転子鉄心30の外周面が保持部37に接触していない領域である。図6に示される例では、xy平面において、複数の接触領域C1及び複数の非接触領域C2が存在する。各非接触領域C2は、各接触領域C1よりも、周方向において長いことが望ましい。
回転子3の効果について説明する。
回転子3は保持部37を有するので、回転子3の強度を高めることができる。具体的には、継手鉄心部33(特に、第2部分332)の径方向における幅が小さくても、回転子3の強度を維持することができる。これにより、漏れ磁束を低減することができ、永久磁石36の磁束を有効に使用することができる。その結果、電動機1におけるマグネットトルクを増加させることができ、回転子3の高速回転が可能になる。
さらに、保持部37は、磁極中心部M1以外の回転子鉄心30の外周面の一部に接触しており、極間部M2で回転子鉄心30の外周面に接触していない。これにより、電動機1の駆動中において、回転子鉄心30に生じる応力、具体的には、圧縮応力が極間部M2に集中しやすい。極間部M2の周方向における両側には継手鉄心部33の第2部分332が形成されているので、各第2部分332に圧縮応力が生じ、透磁率が低下する。したがって、各第2部分332に磁束が通りにくくなり、漏れ磁束を低減することができる。その結果、回転子3の磁力を高めることができ、電動機1の効率を高めることができる。
図2に示されるように、xy平面において、回転子3は、回転子3の1磁極ごとにV字状の永久磁石36を有する。具体的には、2つの永久磁石36がV字状に配置されている。これにより、xy平面において1磁極を形成する1以上の永久磁石が直線的に配置された回転子に比べて、永久磁石36の電気抵抗が増加し、永久磁石36上の渦電流損を低減することができる。その結果、電動機1の駆動中における永久磁石36上の渦電流損が低減され、電動機1の効率をさらに高めることができる。
回転子鉄心30の最大半径は、磁極中心部M1での回転子鉄心30の半径Raである。回転子鉄心30の最小半径は、極間部M2での回転子鉄心30の半径Rbである。これにより、電動機1の駆動中においてコイル25に発生する誘起電圧の波形を正弦波に近づけることができる。その結果、電動機1における振動及び騒音を低減することができる。
ただし、xy平面において、回転子鉄心30の外径は、周方向において一定でもよい。回転子鉄心30の外径が周方向において一定である場合、xy平面において、極間部M2での保持部37の内径が、磁極中心部M1での保持部37の内径よりも大きい。これにより、回転子3の極間部M2で非接触領域C2を得ることができ、回転子3の磁極中心部M1で接触領域C1を得ることができる。その結果、上述の回転子3の効果を得ることができる。
回転子鉄心30の外周面の各非接触領域C2が、回転子鉄心30の外周面の各接触領域C1よりも、周方向において長いとき、極間部M2を含む広い範囲で圧縮応力が集中しやすい。これにより、継手鉄心部33(特に、第2部分332)における透磁率がさらに低下し、漏れ磁束をさらに低減することができる。その結果、回転子3の磁力をさらに高めることができ、電動機1の効率をさらに高めることができる。
保持部37が非磁性材料で作られている場合、回転子3における漏れ磁束をさらに低減することができる。その結果、回転子3の磁力をさらに高めることができ、電動機1の効率をさらに高めることができる。
回転子3の温度が上昇したとき、回転子鉄心30が膨張する。したがって、保持部37の線膨張係数が回転子鉄心30の線膨張係数よりも小さい場合、回転子鉄心30は保持部37によって圧縮される。これにより、継手鉄心部33(特に、第2部分332)に圧縮応力が生じる。この場合、上述のように、継手鉄心部33(特に、第2部分332)における透磁率が低下し、漏れ磁束を低減することができる。その結果、回転子3の磁力を高めることができ、電動機1の効率を高めることができる。回転子3が高速で回転すると、回転子3の温度が上昇しやすい。したがって、回転子3が高速で回転する場合、上述の効果が得られやすい。
特に、保持部37が炭素繊維強化プラスチックで作られている場合、保持部37の線膨張係数は、回転子鉄心30(具体的には、回転子鉄心30を形成する電磁鋼板)の線膨張係数よりも小さい。これにより、回転子3の温度が上昇したときに、継手鉄心部33(特に、第2部分332)に圧縮応力が生じやすくなり、継手鉄心部33(特に、第2部分332)における透磁率が低下し、漏れ磁束をさらに低減することができる。その結果、回転子3の高速回転時において上述の効果を効果的に得ることができる。
さらに、保持部37が炭素繊維強化プラスチックで作られている場合、回転子3の高速回転時において、回転子3に生じる渦電流の増加を抑制することができる。さらに、炭素繊維強化プラスチックは、熱に強いという特性を持つ。したがって、回転子3の高速回転時において、回転子3の温度が上昇した場合でも、保持部37の変形を防ぐことができる。
さらに、炭素繊維強化プラスチックは高い強度を有するので、保持部37の厚みを小さくすることができる。これにより、固定子2と回転子鉄心30との間の空隙の幅を小さくすることができ、永久磁石36の磁力を有効に使用することができる。その結果、回転子3の高速回転及び電動機1の効率の改善を両立することができる。さらに、炭素繊維強化プラスチックは温度変化による変形が小さいので、固定子2と回転子鉄心30との間の空隙の幅の変化を低減することができる。さらに、保持部37が炭素繊維強化プラスチックで作られている場合、回転子3に生じる渦電流の増加を抑制できるという利点も得られる。
保持部37は、圧入、焼き嵌め、及び冷やし嵌めのいずれかで回転子鉄心30に固定されていることが望ましい。これにより、回転子3の回転が停止するとき(すなわち、回転子3が減速する時)、回転子鉄心30の継手鉄心部33に圧縮応力が生じる。この場合、継手鉄心部33(特に、第2部分332)の磁気特性が劣化し、透磁率が低下する。その結果、再び電動機1を高速で回転させるとき、漏れ磁束を低減することができる。さらに、電動機1が圧縮機用に用いられる場合、高温の冷媒中において、保持部37を十分に回転子鉄心30に固定させることができる。
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7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。
圧縮機6は、電動要素としての電動機60と、ハウジングとしての密閉容器61と、圧縮要素としての圧縮機構62とを有する。本実施の形態では、圧縮機6は、ロータリー圧縮機である。ただし、圧縮機6は、ロータリー圧縮機に限定されない。
電動機60は、実施の形態1に係る電動機1である。電動機60は、圧縮機構62を駆動する。
密閉容器61は、電動機60及び圧縮機構62を覆う。密閉容器61は、例えば、厚さ3mmの鋼板で形成された円筒状の容器である。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。
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。
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、電動機60によって駆動される。
電動機60は、圧入又は焼き嵌めで密閉容器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固定子2を密閉容器61に直接取り付けてもよい。
電動機60の固定子2の巻線には、ガラス端子63を通して電力が供給される。
電動機60の回転子(具体的には、シャフト67の片側)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けによって回転自在に支持されている。
ピストン62bには、シャフト67が挿通されている。上部フレーム62c及び下部フレーム62dには、シャフト67が回転自在に挿通されている。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を通して冷媒(例えば、冷媒ガス)をシリンダ62aに供給する。
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60が回転することにより、シャフト67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。
冷媒は、マフラ62eを通り、密閉容器61内を上昇する。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供給される。
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、これらの種類に限られない。例えば、圧縮機6の冷媒として、GWP(地球温暖化係数)が小さい冷媒等を用いることができる。
実施の形態2に係る圧縮機6は、実施の形態1で説明した効果を有する。
電動機60として実施の形態1に係る電動機1を用いることにより、電動機60の高速回転を可能にし、圧縮機6の出力を高めることができる。
さらに、電動機60として実施の形態1に係る電動機1を用いることにより、電動機60の効率を改善することができ、その結果、圧縮機6の効率を改善することができる。
実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係る冷凍空調装置7について説明する。
図8は、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。
冷凍空調装置7は、実施の形態2に係る圧縮機6と、四方弁71と、凝縮器72と、減圧装置73(膨張器ともいう)と、蒸発器74と、冷媒配管75と、制御部76とを有する。図8に示される例では、圧縮機6、凝縮器72、減圧装置73、及び蒸発器74は、冷媒配管75によって連結され、冷凍サイクルを構成している。
冷凍空調装置7の動作の一例について説明する。圧縮機6は、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒を送り出す。四方弁71は、冷媒の流れ方向を切り換える。図8に示される例では、四方弁71は、圧縮機6から送り出された冷媒を凝縮器72に流す。凝縮器72は、圧縮機6から送り出された冷媒と空気(例えば、室外の空気)との熱交換を行うことにより、冷媒を凝縮し、液化された冷媒を送り出す。減圧装置73は、凝縮器72から送り出された冷媒(すなわち、液化された冷媒)を膨張させて、低温低圧の液化された冷媒を送り出す。
蒸発器74は、減圧装置73から送り出された低温低圧の液化された冷媒と空気(例えば、室内の空気)との熱交換を行うことにより、冷媒を気化させ、気化された冷媒(すなわち、ガス冷媒)を送り出す。蒸発器74で熱が奪われた空気は、例えば、送風機により、対象空間(例えば室内)に供給される。四方弁71及び圧縮機6の動作は、制御部76によって制御される。
実施の形態3に係る冷凍空調装置7は、実施の形態2で説明した効果を有する。
さらに、冷凍空調装置7が圧縮機6を有するので、冷凍空調装置7の効率を改善することができる。
さらに、冷凍空調装置7が圧縮機6を有するので、冷凍空調装置7の出力を高めることができる。
実施の形態1で説明した電動機1は、圧縮機6及び冷凍空調装置7以外に、送風機、換気扇、家電機器、又は工作機などの機器における駆動源に適用できる。
上述の実施の形態に示した例は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略又は変更することも可能である。
1,60 電動機、 2 固定子、 3 回転子、 6 圧縮機、 7 冷凍空調装置、 30 回転子鉄心、 31 内側鉄心部、 32 外側鉄心部、 33 継手鉄心部、 35 磁石挿入孔、 36 永久磁石、 37 保持部、 61 密閉容器、 62 圧縮機構、 72 凝縮器、 73 減圧装置、 74 蒸発器、 M1 磁極中心部、 M2 極間部。
本発明の回転子は、磁極中心部と極間部とを有する回転子であって、少なくとも1つの永久磁石と、前記少なくとも1つの永久磁石が配置される第1開口部及び前記少なくとも1つの永久磁石が配置されない第2開口部を有する磁石挿入孔と、径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された内側鉄心部と、前記径方向における前記磁石挿入孔の外側に形成された外側鉄心部と、前記回転子の外周面と周方向における前記磁石挿入孔の端部との間に形成された継手鉄心部とを有する回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周面を覆う保持部とを備え、前記保持部は、前記極間部以外の前記回転子鉄心の前記外周面の一部に接触しており、前記極間部で前記回転子鉄心の前記外周面に接触していない。

Claims (14)

  1. 磁極中心部と極間部とを有する回転子であって、
    少なくとも1つの永久磁石と、
    前記少なくとも1つの永久磁石が配置される磁石挿入孔と、径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された内側鉄心部と、前記径方向における前記磁石挿入孔の外側に形成された外側鉄心部と、前記回転子の外周面と周方向における前記磁石挿入孔の端部との間に形成された継手鉄心部とを有する回転子鉄心と、
    前記回転子鉄心の外周面を覆う保持部と
    を備え、
    前記保持部は、前記極間部以外の前記回転子鉄心の前記外周面の一部に接触しており、前記極間部で前記回転子鉄心の前記外周面に接触していない
    回転子。
  2. 前記回転子鉄心の最大半径は、前記磁極中心部での前記回転子鉄心の半径であり、
    前記回転子鉄心の最小半径は、前記極間部での前記回転子鉄心の半径である
    請求項1に記載の回転子。
  3. 前記回転子鉄心は、軸方向と直交する平面において円形であり、前記回転子鉄心の外径は、周方向において一定である請求項1に記載の回転子。
  4. 前記保持部は、円筒形である請求項1から3のいずれか1項に記載の回転子。
  5. 前記外周面が前記保持部に接触していない前記外周面の非接触領域は、前記外周面が前記保持部に接触している前記外周面の接触領域よりも、周方向において長い請求項1から4のいずれか1項に記載の回転子。
  6. 前記保持部は、非磁性材料で作られている請求項1から5のいずれか1項に記載の回転子。
  7. 前記保持部の線膨張係数は、前記回転子鉄心の線膨張係数よりも小さい請求項1から6のいずれか1項に記載の回転子。
  8. 前記保持部は、炭素繊維強化プラスチックで作られている請求項1から7のいずれか1項に記載の回転子。
  9. 前記保持部は、圧入、焼き嵌め、及び冷やし嵌めのいずれかで前記回転子鉄心に固定されている請求項1から8のいずれか1項に記載の回転子。
  10. 前記少なくとも1つの永久磁石は、前記回転子の1磁極を形成する2つの永久磁石を含み、
    軸方向と直交する平面において、前記2つの永久磁石はV字状に配置されている
    請求項1から9のいずれか1項に記載の回転子。
  11. 前記2つの永久磁石の間に前記回転子鉄心の一部が存在する請求項10に記載の回転子。
  12. 固定子と、
    前記固定子の内側に回転可能に配置された、請求項1から11のいずれか1項に記載の回転子と
    を備える
    電動機。
  13. 密閉容器と、
    前記密閉容器内に配置された圧縮機構と、
    前記圧縮機構を駆動する、請求項12に記載の電動機と
    を備える
    圧縮機。
  14. 請求項13に記載の圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを備える冷凍空調装置。
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