JPWO2020174647A1 - 電動機、圧縮機、及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

電動機（１）は、ロータ（２）と、ステータ（３）とを有する。ロータ（２）は、第１ロータコア（２１）と、第２ロータコア（２２）と、永久磁石（２３）とを有する。ステータ（３）は、第１ステータコア（３１）と、第２ステータコア（３２）と、スロット（３５）と、凹部（３６）とを有する。凹部（３６）は、スロット（３５）に対向しており、ステータ巻線（３７）に接触しない。永久磁石（２３）は、第１部分（２３１）と、第２部分（２３２）とを持つ。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。

Description

本発明は、電動機に関する。

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。

特開２０１７−０９９０４４号公報

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。

本発明の目的は、電動機の効率を高めることである。

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。

本発明によれば、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。 電動機の構造を概略的に示す断面図である。 図２における線Ｃ３−Ｃ３に沿った断面図である。 第１ロータコアの構造を概略的に示す平面図である。 第２ロータコアの構造を概略的に示す平面図である。 ステータの一部の構造を概略的に示す斜視図である。 図１に示されるステータの一部の構造を概略的に示す平面図である。 図３に示されるステータの一部の構造を概略的に示す平面図である。 第１ステータコア（具体的には、第１ステータコアのティース）の他の構造を示す図である。 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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (9)

1. 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
   電動機。
2. 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に記載の電動機。
3. 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部分及び前記第２部分は、同じ種類の磁石である請求項１に記載の電動機。
4. 前記少なくとも１つの永久磁石は、希土類磁石であり、
   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に記載の電動機。
5. 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に記載の電動機。
6. 前記少なくとも１つの永久磁石は、希土類磁石であり、
   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に記載の電動機。
7. 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に記載の電動機。
8. 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、請求項１から７のいずれか１項に記載の電動機と
   を備える圧縮機。
9. 請求項８に記載の圧縮機と、
   熱交換器と
   を備える空気調和機。

Images