KR20180044976A - 전동기, 로터, 압축기 및 냉동 공조 장치 - Google Patents

전동기, 로터, 압축기 및 냉동 공조 장치 Download PDF

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Abstract

전동기는, 스테이터와, 스테이터의 내측에 마련된 로터를 구비한다. 로터는, 둘레방향으로 복수의 자석 삽입구멍을 가지며, 각 자석 삽입구멍이 1자극에 대응하는 로터 코어와, 각 자석 삽입구멍 내에 적어도 2개의 영구자석이 배치되도록 마련된 복수의 영구자석을 갖는다. 로터 코어는, 자석 삽입구멍 내에서 이웃하는 영구자석의 사이에 배치된 제1의 자석 유지부와, 제1의 자석 유지부에 대해, 로터 코어의 지름방향의 내측에 배치된 공극과, 로터 코어의 지름방향 중심에 배치된 중심구멍을 또한 갖는다. 공극부터 자석 삽입구멍까지의 거리는, 공극부터 중심구멍까지의 거리보다도 짧다.

Description

전동기, 로터, 압축기 및 냉동 공조 장치
본 발명은, 영구자석 매입형의 전동기 및 그 로터, 및, 전동기를 사용한 압축기 및 냉동 공조 장치에 관한 것이다.
종래로부터, 로터에 영구자석을 부착한 전동기가 알려져 있다. 이런 종류의 전동기는, 로터의 표면에 영구자석을 부착한 표면 자석형의 전동기(예를 들면 특허문헌 1 참조)와, 로터의 내부에 영구자석을 매입한 영구자석 매입형의 전동기로 대별된다. 영구자석 매입형의 전동기에서는, 로터 코어에 자석 삽입구멍이 형성되고, 이 자석 삽입구멍 내에 영구자석이 배치되어 있다. 자석 삽입구멍에는, 자석 삽입구멍 내에서 영구자석이 이동하지 않도록 위치 결정하기 위한 자석 유지부(돌기)가 마련된다.
일본 특개평6-70520호 공보(도 2 참조)
그렇지만, 자석 유지부는 로터 코어와 같은 자성 재료로 구성되기 때문에, 전동기의 구동시에, 스테이터로부터의 자속이 자석 유지부에 흐르기 쉽다. 그 때문에, 자석 유지부에 인접하는 영구자석의 단부(端部)가 감자(減磁)되기 쉽다.
본 발명은, 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 영구자석의 감자를 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 전동기는, 스테이터와, 스테이터의 내측에 마련된 로터를 구비한다. 로터는, 둘레방향으로 복수의 자석 삽입구멍을 가지며, 각 자석 삽입구멍이 1자극에 대응하는 로터 코어와, 각 자석 삽입구멍 내에 적어도 2개의 영구자석이 배치되도록 마련된 복수의 영구자석을 갖는다. 로터 코어는, 자석 삽입구멍 내에서 이웃하는 영구자석의 사이에 배치된 제1의 자석 유지부와, 제1의 자석 유지부에 대해, 로터 코어의 지름방향의 내측에 배치된 공극과, 로터 코어의 지름방향 중심에 배치된 중심구멍을 또한 갖는다. 공극부터 자석 삽입구멍까지의 거리는, 공극부터 중심구멍까지의 거리보다도 짧다.
본 발명의 로터는, 둘레방향으로 복수의 자석 삽입구멍을 가지며, 각 자석 삽입구멍이 1자극에 대응하는 로터 코어와, 각 자석 삽입구멍 내에 적어도 2개의 영구자석이 배치되도록 마련된 복수의 영구자석을 갖는다. 로터 코어는, 자석 삽입구멍 내에서 이웃하는 영구자석의 사이에 배치된 제1의 자석 유지부와, 제1의 자석 유지부에 대해, 로터 코어의 지름방향의 내측에 배치된 공극과, 로터 코어의 지름방향 중심에 배치된 중심구멍을 또한 갖는다. 공극부터 자석 삽입구멍까지의 거리는, 공극부터 중심구멍까지의 거리보다도 짧다.
본 발명의 압축기는, 전동기와, 전동기에 의해 구동되는 압축 기구를 구비한다. 전동기는, 스테이터와, 스테이터의 내측에 마련된 로터를 구비한다. 로터는, 둘레방향으로 복수의 자석 삽입구멍을 가지며, 각 자석 삽입구멍이 1자극에 대응하는 로터 코어와, 각 자석 삽입구멍 내에 적어도 2개의 영구자석이 배치되도록 마련된 복수의 영구자석을 갖는다. 로터 코어는, 자석 삽입구멍 내에서 이웃하는 영구자석의 사이에 배치된 제1의 자석 유지부와, 제1의 자석 유지부에 대해, 로터 코어의 지름방향의 내측에 배치된 공극과, 로터 코어의 지름방향 중심에 배치된 중심구멍을 또한 갖는다. 공극부터 자석 삽입구멍까지의 거리는, 공극부터 중심구멍까지의 거리보다도 짧다.
본 발명의 냉동 공조 장치는, 압축기, 응축기, 조임 장치 및 증발기를 구비한다. 압축기는, 전동기와, 전동기에 의해 구동되는 압축 기구를 구비한다. 전동기는, 스테이터와, 스테이터의 내측에 마련된 로터를 구비한다. 로터는, 둘레방향으로 복수의 자석 삽입구멍을 가지며, 각 자석 삽입구멍이 1자극에 대응하는 로터 코어와, 각 자석 삽입구멍 내에 적어도 2개의 영구자석이 배치되도록 마련된 복수의 영구자석을 갖는다. 로터 코어는, 자석 삽입구멍 내에서 이웃하는 영구자석의 사이에 배치된 제1의 자석 유지부와, 제1의 자석 유지부에 대해, 로터 코어의 지름방향의 내측에 배치된 공극과, 로터 코어의 지름방향 중심에 배치된 중심구멍을 또한 갖는다. 공극부터 자석 삽입구멍까지의 거리는, 공극부터 중심구멍까지의 거리보다도 짧다.
본 발명에 의하면, 자석 삽입구멍 내에서 이웃하는 영구자석의 사이에 배치된 제1의 자석 유지부의 지름방향 내측에, 공극이 배치되어 있다. 이와 같이 공극을 배치함으로써, 제1의 자석 유지부의 자기 저항이 증가하여, 제1의 자석 유지부를 통과하여 자속이 흐르기 어려워진다. 이에 의해, 제1의 자석 유지부로부터 영구자석에 흐르는 자속에 기인하는 영구자석의 감자를 억제할 수 있다.
도 1은 실시의 형태 1의 전동기의 단면도.
도 2는 실시의 형태 1의 로터의 단면도.
도 3은 실시의 형태 1의 로터 코어의 단면도.
도 4는 실시의 형태 1의 로터에서의 공극의 배치를 설명하기 위한 도면.
도 5는 비교례의 로터의 단면도.
도 6은 비교례의 로터 코어의 단면도.
도 7은 실시의 형태 1의 전동기 및 비교례의 전동기의 감자율의 변화를 도시하는 그래프.
도 8은 실시의 형태 1의 전동기에서의 영구자석의 감자율의 해석 결과를 도시하는 도면.
도 9는 실시의 형태 1의 로터리 압축기의 단면도.
도 10은 실시의 형태 1의 냉동 공조 장치의 도면.
도 11은 실시의 형태 2의 로터의 단면도.
도 12는 실시의 형태 2의 로터 코어의 단면도.
도 13은 실시의 형태 3의 로터의 단면도.
도 14는 실시의 형태 3의 로터 코어의 단면도.
도 15는 실시의 형태 4의 로터의 단면도.
도 16은 실시의 형태 4의 로터 코어의 단면도.
실시의 형태 1.
우선, 본 발명의 실시의 형태 1에 관해 설명한다. 실시의 형태 1은, 영구자석 매입형의 전동기에서, 영구자석의 감자를 억제하는 것을 목적으로 하고 있다.
도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1의 전동기(100)의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 전동기(100)는, 로터(2)에 영구자석(40)을 매입한 영구자석 매입형 전동기로서, 예를 들면 로터리 압축기(300)(도 9 참조)에 사용된다. 또한, 도 1은, 로터(2)의 회전축에 직교하는 면에서의 단면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 전동기(100)는, 스테이터(1)와, 스테이터(1)의 내측에 회전 가능하게 마련된 로터(2)를 구비하고 있다. 스테이터(1)와 로터(2)와의 사이에는, 예를 들면 0.3∼1㎜의 에어 갭이 형성되어 있다.
스테이터(1)는, 스테이터 코어(10)와, 스테이터 코어(10)에 권회된 코일(15)(도 9)을 구비하고 있다. 스테이터 코어(10)는, 두께 0.1∼0.7㎜(여기서는 0.35㎜)의 복수의 전자강판을 회전축 방향으로 적층하고, 코킹에 의해 체결한 것이다.
스테이터 코어(10)는, 환형상(環狀)의 요크부(11)와, 요크부(11)로부터 지름방향 내측으로 돌출하는 복수(여기서는 9개)의 티스(12)를 갖고 있다. 이웃하는 티스(12)의 사이에는, 슬롯이 형성된다. 각 티스(12)는, 지름방향 내측의 선단에, 폭(스테이터 코어(10)의 둘레방향의 치수)이 넓은 치선부(齒先部)(13)를 갖고 있다.
각 티스(12)에는, 스테이터 코일인 코일(15)(도 9)이 권회되어 있다. 코일(15)은, 마그넷 와이어를, 절연체(16)(도 9)를 통하여 티스(12)에 권회함에 의해 형성된다. 또한, 코일(15)은, 3상(U상, V상 및 W상)을 Y결선한 것이다.
또한, 스테이터 코어(10)는, 티스(12)마다의 복수(여기서는 9개)의 블록이 박육부를 통하여 연결된 구성을 갖고 있다. 스테이터 코어(10)를 띠형상(帶狀)으로 전개한 상태에서, 각 티스(12)에 예를 들면 직경 1.0㎜의 마그넷 와이어(코일(15))를 예를 들면 80턴 권회하고, 그 후, 스테이터 코어(10)를 환형상으로 구부려서 양단을 용접하다. 또한, 스테이터 코어(10)는, 이와 같이 복수의 블록을 연결한 구성을 갖는 것으로는 한정되지 않는다.
다음에, 로터(2)의 구성에 관해 설명한다. 로터(2)는, 로터 코어(20)와, 로터 코어(20)에 부착된 영구자석(40)을 갖고 있다. 로터 코어(20)는, 두께 0.1∼0.7㎜(여기서는 0.35㎜)의 복수의 전자강판을 회전축 방향으로 적층하고, 코킹에 의해 체결한 것이다.
도 2는, 제1의 전자강판(201)을 평면시(平面視)로 도시하는 로터(2)의 단면도이다. 로터 코어(20)는, 원통형상(圓筒形狀)을 갖고 있고, 그 지름방향 중심에는 샤프트구멍(중심구멍(21))이 형성되어 있다. 샤프트구멍(21)에는, 로터(2)의 회전축이 되는 샤프트(예를 들면 도 9에 도시한 로터리 압축기(300)의 샤프트(315))가, 수축끼워맞춤(燒嵌) 또는 압입 등에 의해 고정되어 있다.
이하에서는, 로터 코어(20)의 외주(원주)에 따른 방향을, 단지 「둘레방향」이라고 칭한다. 또한, 로터 코어(20)의 축방향(회전축의 방향)을, 단지 「축방향」이라고 칭한다. 또한, 로터 코어(20)의 반경 방향을, 단지 「지름방향」이라고 칭한다.
로터 코어(20)의 외주면에 따라, 영구자석(40)이 삽입되는 복수(여기서는 6개)의 자석 삽입구멍(22)이 형성되어 있다. 자석 삽입구멍(22)은 공극이고, 1자극에 하나의 자석 삽입구멍(22)이 대응하고 있다. 여기서는 6개의 자석 삽입구멍(22)이 마련되어 있기 때문에, 로터(2) 전체로 6극이 된다. 또한, 자극수는 6극으로 한정되는 것이 아니고, 2극 이상이면 좋다. 또한, 이웃하는 자석 삽입구멍(22)의 사이는, 극간(極間)이 된다.
하나의 자석 삽입구멍(22) 내에는, 2개의 영구자석(40)이 배치된다. 즉, 1자극에 관해2개의 영구자석(40)이 배치된다. 여기서는, 상기한 바와 같이 로터(2)가 6극이기 때문에, 합계 12개의 영구자석(40)이 배치된다.
영구자석(40)은, 로터 코어(20)의 축방향으로 길다란 평판형상의 부재이고, 로터 코어(20)의 둘레방향으로 폭을 가지며, 지름방향으로 두께를 갖고 있다. 영구자석(40)의 두께는, 예를 들면 2㎜이다. 영구자석(40)은, 예를 들면, 네오디뮴(Nd), 철(Fe) 및 붕소(B)를 주성분으로 하는 희토류 자석으로 구성되어 있는데, 이에 관해서는 후술한다.
영구자석(40)은, 두께 방향으로 착자(着磁)되어 있다. 또한, 하나의 자석 삽입구멍(22) 내에 배치된 2개의 영구자석(40)은, 서로 동일한 자극이 지름방향의 같은측을 향하도록 착자되어 있다. 예를 들면, 어느 자석 삽입구멍(22) 내에 배치된 2개의 영구자석(40)은, 각각의 지름방향 내측이 N극이 되고, 지름방향 외측이 S극이 되도록 착자되어 있다.
다음에, 로터 코어(20)의 구성에 관해 설명한다. 도 3은, 로터 코어(20)의 단면도이다. 자석 삽입구멍(22)은, 로터 코어(20)의 둘레방향으로 균등하게 배치되어 있다. 또한, 각각의 자석 삽입구멍(22)은, 둘레방향의 중앙부가 로터 코어(20)의 지름방향 내측으로 돌출하는 V자형상을 갖고 있다. 자석 삽입구멍(22)은, 둘레방향 중앙부(V자형상의 정점(頂点)을 이루는 부분)를 끼운 양측에 각각 직선형상으로 연재되는 부분을 가지며, 각각에 영구자석(40)(도 2)이 배치된다.
즉, 로터(2)의 1자극에 2개의 영구자석(40)이 V자형상으로 배치되어 있다. 이와 같이 배치함으로써, 1자극에 하나의 영구자석(40)을 배치한 경우와 비교하여, 영구자석의 전기저항이 증가하여, 면내 와전류손(渦電流損)을 저감할 수 있다. 그 결과, 전동기(100)의 구동시의 손실을 저감하고, 전동기(100)의 효율을 향상할 수 있다.
자석 삽입구멍(22)의 둘레방향 양측에는, 플럭스 배리어(24)가 각각 형성되어 있다. 이 플럭스 배리어(24)는, 자석 삽입구멍(22)에 연속하여 형성된 공극이다. 플럭스 배리어(24)는, 이웃하는 자극 사이의 누설 자속(즉, 극간을 통과하여 흐르는 자속)을 억제하기 위한 것이다.
로터 코어(20)의 외주와 플럭스 배리어(24) 사이의 영역은, 이웃하는 자극의 영구자석(40)의 사이에서 자속이 단락하지 않도록, 자로(磁路)가 좁아지도록 형성되어 있다. 여기서는, 로터 코어(20)의 외주와 플럭스 배리어(24)와의 거리는, 로터 코어(20)를 구성하는 전자강판의 1장의 두께와 같게(예를 들면 0.35㎜) 설정되어 있다.
로터 코어(20)는, 자석 삽입구멍(22)의 둘레방향의 중앙부(둘레방향 중앙부)에, 돌기인 제1의 자석 유지부(31)를 갖고 있다. 제1의 자석 유지부(31)는, 자석 삽입구멍(22) 내에서 이웃하는 2개의 영구자석(40)(도 2)의 간에 배치되어 있다.
제1의 자석 유지부(31)는, 영구자석(40)의 두께 방향에서, 영구자석(40)의 판면(板面)(평탄면)보다도, 영구자석(40)의 내부측으로 돌출하도록 형성되어 있다. 환언하면, 제1의 자석 유지부(31)는, 2개의 영구자석(40)의 서로 대향하는 각 단면에 대해, 당접 가능하게 형성되어 있다.
또한, 로터 코어(20)는, 자석 삽입구멍(22)의 둘레방향의 양단부(둘레방향 단부)에, 돌기인 제2의 자석 유지부(32)를 각각 갖고 있다. 제2의 자석 유지부(32)는, 자석 삽입구멍(22) 내에서 이웃하는 2개의 영구자석(40)(도 2)에 대해, 둘레방향의 외측에 배치되어 있다.
제2의 자석 유지부(32)는, 영구자석(40)의 두께 방향에서, 영구자석(40)의 판면(평탄면)보다도, 영구자석(40)의 내부측으로 돌출하도록 형성되어 있다. 환언하면, 각각의 제2의 자석 유지부(32)는, 2개의 영구자석(40)의 서로 떨어진 측의 각 단면(端面)에 대해, 당접 가능하게 형성되어 있다.
자석 삽입구멍(22)의 폭(영구자석(40)의 두께 방향의 치수)는, 영구자석(40)을 덜컹거리지 않게 유지하는 것이 가능한 폭으로 설정되어 있다. 또한, 영구자석(40)의 두께를 2㎜라고 하면, 영구자석(40)의 두께 방향에서의 자석 유지부(31, 32)의 돌출량은, 예를 들면 0.5㎜로 설정된다.
자석 유지부(31, 32)는, 로터 코어(20)의 일부로서 형성되고, 영구자석(40)을 자석 삽입구멍(22) 내에서 둘레방향으로 이동하지 않도록 위치 결정(위치 규제)한다. 전동기(100)의 구동시에는, 스테이터(1)의 코일(15)로부터 발생한 자속과 영구자석(40)과의 작용에 의해, 영구자석(40)을 자석 삽입구멍(22) 내에서 이동시키는 방향으로 전자력이 발생한다. 자석 유지부(31, 32)를 마련함으로써, 영구자석(40)의 이동을 억제하고, 또한, 영구자석(40)의 이동에 수반하는 진동음의 발생을 억제할 수 있다.
영구자석(40)을 자석 삽입구멍(22) 내에서 위치 결정하는 구성으로서는, 그밖에, 자석 삽입구멍(22)의 둘레방향 중앙부에 브리지부를 마련하여 자석 삽입구멍(22)을 2개로 분단하는 구성이 있다. 그렇지만, 브리지부는 자성 재료로 구성되기 때문에, 예를 들면, 영구자석(40)의 N극에서 나온 자속이, 브리지부를 통과하여 같은 영구자석(40)의 S극에 흐른다는 자속의 단락이 생긴다. 이와 같은 자속의 단락은, 마그넷 토오크의 저하의 원인이 된다.
이에 대해, 자석 삽입구멍(22) 내에 복수의 영구자석(40)을 배치하고, 돌기형상의 자석 유지부(31, 32)를 마련한 구성을 채용함으로써, 브리지부를 마련한 경우와 같은 자속의 단락을 억제할 수 있고, 마그넷 토오크의 저하를 억제할 수 있다.
여기서는, 자석 삽입구멍(22)의 둘레방향 중앙부에 마련한 하나의 제1의 자석 유지부(31)에 의해, 2개의 영구자석(40)의 서로 대향하는 측을 위치 규제하고 있다. 그렇지만, 자석 삽입구멍(22)의 둘레방향 중앙부에 2개의 제1의 자석 유지부(31)를 마련하고, 각각이 영구자석(40)을 위치 규제하도록 하여도 좋다.
자석 유지부(31, 32)는, 자석 삽입구멍(22)의 지름방향 내측에 형성되어 있다. 즉, 자석 유지부(31, 32)의 지름방향 외측에는, 공극이 형성된다. 자석 유지부(31, 32)를 자석 삽입구멍(22)의 지름방향 외측이 아니라 지름방향 내측에 형성하는 것은, 영구자석(40)의 감자를 억제한 효과를 높이기 위해서다.
여기서, 영구자석(40)의 감자에 관해 설명한다. 전동기(100)의 구동시에는, 스테이터(1)의 코일(15)에서 발생한 자속이 로터 코어(20)의 영구자석(40)의 외주측을 통과함에 의해 자기 흡인력이 발생하고, 로터(2)를 회전시키는 회전 토오크가 생긴다.
스테이터(1)의 코일(15)에 흐르는 전류가 큰 경우, 또는 전류 위상을 변화시킨 경우에는, 코일(15)에서 발생한 자속이 영구자석(40)의 자화(磁化)를 지우는 방향으로 작용하는 일이 있다. 그리고, 코일(15)에 흐르는 전류치가 임계치를 초과하면, 영구자석(40)의 자화가 반전하여 원래대로 되돌아오지 않게 되는 감자라는 현상이 생긴다.
자석 삽입구멍(22)의 지름방향 외측에 자석 유지부(31, 32)를 마련하면, 자석 유지부(31, 32)는 자성 재료로 구성되어 있기 때문에, 로터 코어(20)에서의 자석 삽입구멍(22)의 지름방향 외측의 영역과 일체가 되어 자로를 형성하기 쉽다. 이 영역은, 코일(15)에서 발생한 자속이 특히 흐르기 쉬운 영역이기 때문에, 자석 유지부(31, 32)에 인접하는 영구자석(40)의 단부가 감자되기 쉽다.
그 때문에, 자석 유지부(31, 32)는, 자석 삽입구멍(22)의 지름방향 외측이 아니라 지름방향 내측에 배치되어 있다. 이와 같이 배치하면, 로터 코어(20)에서의 자석 삽입구멍(22)보다도 지름방향 외측의 영역과 자석 유지부(31, 32)와의 사이에 공극(즉 자석 삽입구멍(22)의 내부의 공극)이 형성된다. 그 때문에, 코일(15)에서 발생한 자속이 자석 유지부(31, 32)에 흐르기 어려워지고, 영구자석(40)의 감자가 생기기 어려워진다.
단, 자석 삽입구멍(22) 내는 공극이고, 자기 저항이 매우 크다. 자석 삽입구멍(22) 중에서는, 자석 유지부(31, 32)가 마련된 부분은, 자기 저항이 국소적으로 작은 부분이 된다. 그 때문에, 코일(15)에 흐르는 전류가 커지면, 코일(15)에서 발생한 자속이 자석 유지부(31, 32)에 흐르는 경우가 있고, 자석 유지부(31, 32)에 인접하는 영구자석(40)의 단부가 감자될 가능성이 있다.
또한, 자석 삽입구멍(22) 내에서 이웃하는 영구자석(40)의 상호간에, 누설 자속이 생기는 경우가 있기 때문에, 제1의 자석 유지부(31)에 인접하는 영구자석(40)의 단부는, 특히 감자되기 쉽다.
그래서, 이 실시의 형태 1에서는, 자석 삽입구멍(22)의 둘레방향 중앙부에 배치된 제1의 자석 유지부(31)의 지름방향 내측에, 공극(25)을 마련하고 있다. 공극(25)은, 예를 들면 원형형상(圓形狀)의 구멍이고, 로터 코어(20)를 회전축 방향으로 관통하도록 마련되어 있다. 또한, 공극(25)은, 원형형상으로 한정되는 것이 아니다.
이 공극(25)은, 제1의 자석 유지부(31)의 주위의 자성 재료 부분(자로가 되는 부분)를 적게 하여, 제1의 자석 유지부(31)의 자기 저항을 증가시키는 것이다. 이에 의해, 자속이 제1의 자석 유지부(31)를 통과하여 흐르기 어려워진다. 또한, 제1의 자석 유지부(31)의 자기 저항의 증가에 의해, 자석 삽입구멍(22) 내에서 이웃하는 영구자석(40)의 상호간의 누설 자속도 억제된다. 그 결과, 제1의 자석 유지부(31)로부터 영구자석(40)에 흐르는 자속에 기인하는 영구자석(40)의 감자가 억제된다.
도 4는, 로터 코어(20)에서의 공극(25)의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 공극(25)은, 가능한 한 자석 삽입구멍(22)에 가까운 편이 바람직하다. 공극(25)이 자석 삽입구멍(22)에 가까운 편이, 제1의 자석 유지부(31)의 주위의 자성 재료 부분(자로가 되는 부분)을 적게 하고, 자기 저항을 높게 할 수 있기 때문이다. 여기서는, 공극(25)부터 자석 삽입구멍(22)까지의 거리(D1)가, 공극(25)부터 샤프트구멍(21)까지의 거리(D2)보다도 짧아지도록 구성되어 있다.
공극(25)부터 자석 삽입구멍(22)까지의 거리(D1)의 최소치는, 전자강판의 타발(打拔) 가공에 의한 공극(25)의 형성이 가능하고, 게다가 전동기(100)의 구동시에 있어서의 강도 저하가 생기지 않는 거리로 결정된다. 여기서는, 공극(25)부터 자석 삽입구멍(22)까지의 거리(D1)의 최소치는, 로터 코어(20)를 구성하는 전자강판의 1장의 두께와 같고, 예를 들면 0.35㎜이다. 또한, 공극(25)부터 자석 삽입구멍(22)까지의 거리(D1)가 3㎜를 초과하면, 영구자석(40)의 감자를 억제한 효과가 저하되기 때문에, 공극(25)부터 자석 삽입구멍(22)까지의 거리(D1)는 3㎜ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 영구자석(40) 중 가장 감자되기 쉬운 부분은, 제1의 자석 유지부(31)측의 단부로부터, 당해 영구자석(40)의 폭의 5%의 영역(A)이다. 그 때문에, 이 영구자석(40)의 영역(A)의 지름방향 내측에 대향하도록 공극(25)을 마련하면, 영구자석(40)의 가장 감자되기 쉬운 부분의 감자를 효과적으로 억제할 수 있다.
이 점에 관해 더욱 설명한다. 도 4에서, 자석 삽입구멍(22) 내에서 이웃하는 2개의 영구자석(40) 중, 일방의 영구자석(40)(예를 들면, 도 4에 부호 41로 가리키는 영구자석)의 제1의 자석 유지부(31)측의 단부로부터 당해 영구자석(40)의 폭의 5%만큼 당해 폭의 방향으로 변위한 점을, 점(a1)이라고 한다. 또한, 이 점(a1)과 로터 코어(20)의 중심(C)을 잇는 직선을, 직선(L1)이라고 한다. 공극(25)은, 이 직선(L1)과 교차하도록 마련되어 있다.
또한, 도 4에서, 자석 삽입구멍(22) 내에서 이웃하는 2개의 영구자석(40) 중, 타방의 영구자석(40)(예를 들면, 도 4에 부호 42로 가리키는 영구자석)의 제1의 자석 유지부(31)측의 단부로부터 당해 영구자석(40)의 폭의 5%만큼 당해 폭의 방향으로 변위한 점을, 점(a2)라고 한다. 또한, 이 점(a2)과 로터 코어(20)의 중심(C)을 잇는 직선을, 직선(L2)이라고 한다. 공극(25)은, 이 직선(L2)과도 교차하도록 마련되어 있다.
이와 같이 공극(25)이 직선(L1, L2)과 교차하도록 마련되어 있기 때문에, 영구자석(40)의 가장 감자되기 쉬운 영역(A)의 지름방향 내측에 대향한다. 이에 의해, 영구자석(40)의 당해 영역(A)을 향한 자속의 흐름을 억제할 수 있다.
또한, 공극(25)은, 로터 코어(20)를 축방향으로 관통하고 있기 때문에, 예를 들면 로터리 압축기(300)(도 9)의 냉매를 축방향으로 통과시켜서, 로터 코어(20) 및 영구자석(40)을 냉각하는 기능도 갖고 있다.
영구자석(40)이 희토류 자석(후술)으로 구성되어 있는 경우, 영구자석(40)의 보자력(保磁力)은 온도 상승과 함께 저하된다. 그 때문에, 공극(25)을 통과하는 냉매에 의해 로터 코어(20) 및 영구자석(40)을 냉각함으로써, 영구자석(40)의 감자를 억제할 수 있다.
다음에, 실시의 형태 1의 전동기 및 비교례의 전동기의 각각에 관해, 전류에 대한 감자율의 변화를 측정한 결과에 관해 설명한다. 실시의 형태 1의 전동기는, 도 1∼도 4를 참조하여 설명한 바와 같다.
도 5는, 비교례의 전동기의 로터의 단면도이다. 도 6은, 비교례의 전동기의 로터 코어의 단면도이다. 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 비교례의 전동기의 로터 코어(200)는, 실시의 형태 1과 마찬가지로 둘레방향 중앙부가 지름방향 내측으로 돌출하는 V자형상의 자석 삽입구멍(22)을 갖고 있고, 각 자석 삽입구멍(22) 내에 2개의 영구자석(40)이 배치되어 있다. 자석 삽입구멍(22)의 둘레방향 중앙부에는 제1의 자석 유지부(31)가 마련되고, 둘레방향 단부에는 제2의 자석 유지부(32)가 마련되어 있다. 단, 상술한 공극(25)(도 1∼도 4)은 마련되어 있지 않다.
도 7은, 실시의 형태 1의 전동기 및 비교례의 전동기의 감자율의 변화를 도시하는 그래프이다. 횡축은 스테이터(1)(도 1)의 코일(15)에 흘린 전류(A)이고, 종축은 감자율(%)이다. 여기서는, 스테이터(1)의 코일(15)에 흘린 전류를 0A∼15A로 변화시켜, 영구자석(40)의 감자율을 측정하였다.
일반적으로, 영구자석 매입형 전동기에서는, 영구자석의 감자율의 합격과 불합격 기준은 -3%이다. 도 7의 그래프로부터, 실시의 형태 1의 전동기에서는, 감자율이 -3%에 달하는 전류(3% 감자 전류)가, 비교례의 전동기와 비교하여 5% 정도 증가하고 있음을 알 수 있다. 즉, 실시의 형태 1의 전동기는, 사용 가능한 전류의 범위가, 비교례의 전동기보다도 넓음을 알 수 있다.
또한, 실시의 형태 1의 전동기를 비교례의 전동기와 동일한 전류로 구동하는 경우에는, 보다 보자력이 낮은 영구자석을 사용할 수 있다. 즉, 영구자석의 보자력을 향상하기 위한 디스프로슘 등의 첨가량을 저감하고, 또는 불필요하게 할 수 있다. 그 때문에, 제조 비용을 저감하고, 또한 디스프로슘의 첨가에 기인하는 잔류자속밀도의 저하를 회피할(즉 전동기의 효율을 향상할) 수 있다.
도 8은, 실시의 형태 1의 전동기에서, 스테이터(1)의 코일(15)에 3% 감자 전류를 흘린 경우의 영구자석(40)의 감자율의 해석 결과를 도시하는 도면이다. 도 8로부터, 영구자석(40)의 제1의 자석 유지부(31)측(자석 삽입구멍(22)의 둘레방향 중앙부측)의 단부로부터, 영구자석(40)의 폭의 5%만큼 당해 폭방향으로 넓어진 영역(도 4에 도시한 영역(A))이, 감자되기 쉬움을 알 수 있다.
그 때문에, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 영구자석(40)의 가장 감자되기 쉬운 영역(A)(즉, 영구자석(40)의 제1의 자석 유지부(31)측의 단부로부터, 영구자석의 폭의 5%만큼 당해 폭방향으로 넓어진 영역)의 지름방향 내측에 공극(25)을 대향시킴에 의해, 영구자석(40)의 감자를 효과적으로 억제할 수 있음을 알 수 있다.
다음에, 영구자석(40)의 구성에 관해 설명한다. 영구자석(40)은, 네오디뮴(Nd), 철(Fe) 및 붕소(B)를 주성분으로 하는 희토류 자석으로 구성되어 있고, 디스프로슘(Dy)를 함유하지 않는다. 영구자석(40)의 20℃에서의 잔류자속밀도는 1.27∼1.42T이고, 20℃에서의 보자력은 1671∼1922㎄/m이다.
네오디뮴, 철 및 붕소를 주성분으로 하는 희토류 자석은, 온도가 상승한다면 보자력이 저하된 성질을 갖고 있고, 저하율은 -0.5∼-0.6%/K이다. 전동기(100)가 압축기로 사용되는 경우, 100∼150℃의 고온 분위기에서 사용된다. 이 경우, 전동기(100)는 상온(20℃)보다도 130℃ 정도 높은 온도에서 사용되는 것으로 되기 때문에, 영구자석(40)의 보자력의 저하율을 -0.5%/K라고 하면, 150℃에서는 보자력이 65% 저하되게 된다. 그 때문에, 일반적으로는, 영구자석에 디스프로슘을 첨가하여 보자력의 향상을 도모하고 있다. 보자력은, 디스프로슘의 함유량에 비례하여 증가한다.
압축기로 상정되는 최대 부하가 걸린 경우에 영구자석의 감자가 생기지 않도록 하기 위해서는, 1100∼1500A/m 정도의 보자력이 필요하다. 이 보자력을 150℃의 분위기 온도하에서 확보하기 위해서는, 상온(20℃)에서의 보자력을 1800∼2300A/m로 설계할 필요가 있다.
네오디뮴, 철 및 붕소를 주성분으로 하는 희토류 자석은, 디스프로슘을 첨가하지 않은 상태에서는, 상온에서의 보자력이 1800A/m 정도이다. 그 때문에, 2300A/m의 보자력을 얻기 위해서는, 2중량%의 디스프로슘을 첨가할 필요가 있다. 한편, 디스프로슘은 가격이 불안정하고, 조달 리스크를 수반하는 것이 알려져 있다.
또한, 영구자석에 디스프로슘을 첨가하면, 잔류자속밀도가 저하된다. 잔류자속밀도가 저하되면, 전동기의 마그넷 토오크가 저하되고, 소망하는 출력을 얻기 위해 필요한 전류가 증가한다. 즉, 동손(銅損)이 증가하여 전동기의 효율이 저하된다. 이러한 이유 때문에, 디스프로슘의 첨가량의 저감이 요구되고 있다.
그래서, 이 실시의 형태 1에서 사용하는 영구자석(40)은, 네오디뮴, 철 및 붕소를 주성분으로 하는 희토류 자석으로 구성되고, 디스프로슘을 함유하지 않는다. 이와 같이 디스프로슘을 함유하지 않는 희토류 자석(네오디뮴, 철 및 붕소를 주성분으로 하는 것)은, 20℃에서의 잔류자속밀도가 1.27∼1.42T이고, 20℃의 보자력이 1671∼1922㎄/m이다.
이 실시의 형태 1에서는, 로터 코어(20)에서, 제1의 자석 유지부(31)의 지름방향 내측에 공극(25)을 마련함으로써, 영구자석(40)의 감자를 억제하고 있다. 그 때문에, 디스프로슘을 함유하지 않는 영구자석(40)(20℃에서의 잔류자속밀도가 1.27∼1.42T이고, 20℃에서의 보자력이 1671∼1922㎄/m)이라도, 감자를 억제할 수 있다. 더하여, 디스프로슘의 첨가에 기인하는 잔류자속밀도의 저하를 회피할 수 있기 때문에, 동일 토오크를 얻기 위해 필요한 전류치를 저감할 수 있다. 그 결과, 동손을 저감하고, 전동기의 효율을 향상할 수 있다.
다음에, 전동기(100)를 사용한 로터리 압축기(300)에 관해 설명한다. 도 9는, 로터리 압축기(300)의 구성을 도시하는 단면도이다. 로터리 압축기(300)는, 프레임(301)과, 프레임(301) 내에 마련된 압축 기구(310)와, 압축 기구(310)를 구동하는 전동기(100)을 구비하고 있다.
압축 기구(310)는, 실린더실(312)을 갖는 실린더(311)와, 전동기(100)에 의해 회전하는 샤프트(315)와, 샤프트(315)에 고정된 롤링 피스톤(314)과, 실린더실(312) 내를 흡입측과 압축측으로 나누는 베인(도시 생략)과, 샤프트(315)가 삽입되어 실린더실(312)의 축방향 단면을 폐쇄하는 상부 프레임(316) 및 하부 프레임(317)을 갖는다. 상부 프레임(316) 및 하부 프레임(317)에는, 상부 토출 머플러(318) 및 하부 토출 머플러(319)가 각각 장착되어 있다.
프레임(301)은, 예를 들면 두께 3㎜의 강판을 드로잉 가공하여 형성된 원통형상의 용기이다. 프레임(301)의 저부에는, 압축 기구(310)의 각 활주부를 윤활하는 냉동기유(도시 생략)가 저류되어 있다. 샤프트(315)는, 상부 프레임(316) 및 하부 프레임(317)에 의해 회전 가능하게 유지되어 있다.
실린더(311)는, 내부에 실린더실(312)을 구비하고 있다. 롤링 피스톤(314)은, 실린더실(312) 내에서 편심 회전한다. 샤프트(315)는 편심축부를 갖고 있고, 그 편심축부에 롤링 피스톤(314)이 감합되어 있다.
전동기(100)의 스테이터 코어(10)는, 수축 끼워맞춤에 의해 프레임(301)의 내측에 부착되어 있다. 스테이터 코어(10)에 권회된 코일(15)에는, 프레임(301)에 고정된 유리 단자(305)로부터 전력이 공급된다. 로터(2)의 샤프트구멍(21)(도 1)에는, 샤프트(315)가 고정되어 있다.
프레임(301)의 외부에는, 냉매 가스를 저장하는 어큐뮬레이터(302)가 부착되어 있다. 프레임(301)에는 흡입 파이프(303)가 고정되고, 이 흡입 파이프(303)를 통하여 어큐뮬레이터(302)로부터 실린더(311)에 냉매 가스가 공급된다. 또한, 프레임(301)의 상부에는, 냉매를 외부에 토출하는 토출 파이프(307)가 마련되어 있다.
냉매로서는, 예를 들면, R410A, R407C 또는 R22 등을 사용할 수 있다. 또한, 지구 온난화 방지의 관점에서는, 저GWP(지구 온난화 계수)의 냉매를 사용하는 것이 바람직하다. 저GWP의 냉매로서는, 예를 들면, 이하의 냉매를 사용할 수 있다.
(1) 우선, 조성 중에 탄소의 2중결합을 갖는 할로겐화탄화수소, 예를 들면 HFO(Hydro-Fluoro-Orefin)-1234yf(CF3CF=CH2)를 사용할 수 있다. HFO-1234yf의 GWP는 4이다.
(2) 또한, 조성 중에 탄소의 2중결합을 갖는 탄화수소, 예를 들면 R1270(프로필렌)를 사용하여도 좋다. R1270의 GWP는 3이고, HFO-1234yf보다 낮지만, 가연성은 HFO-1234yf보다 높다.
(3) 또한, 조성 중에 탄소의 2중결합을 갖는 할로겐화탄화수소 또는 조성 중에 탄소의 2중결합을 갖는 탄화수소의 적어도 어느 하나를 포함한 혼합물, 예를 들면 HFO-1234yf와 R32와의 혼합물을 사용하여도 좋다. 상술한 HFO-1234yf는 저압 냉매이기 때문에 압손이 커지는 경향이 있고, 냉동 사이클(특히 증발기)의 성능 저하를 초래할 가능성이 있다. 그 때문에, HFO-1234yf보다도 고압 냉매인 R32 또는 R41과의 혼합물을 사용하는 것이 실용상은 바람직하다.
로터리 압축기(300)의 동작은, 이하와 같다. 어큐뮬레이터(302)로부터 공급된 냉매 가스는, 흡입 파이프(303)를 통과하여 실린더(311)의 실린더실(312) 내에 공급된다. 전동기(100)가 구동되어 로터(2)가 회전하면, 로터(2)와 함께 샤프트(315)가 회전한다. 그리고, 샤프트(315)에 감합되는 롤링 피스톤(314)이 실린더실(312) 내에서 편심 회전하고, 실린더실(312) 내에서 냉매가 압축된다. 압축된 냉매는, 토출 머플러(318, 319)를 통과하고, 또한 전동기(100)에 마련된 구멍(도시 생략)를 통과하여 프레임(301) 내를 상승하여, 토출 파이프(307)로부터 토출된다.
다음에, 실시의 형태 1의 냉동 공조 장치(400)에 관해 설명한다. 도 10은, 실시의 형태 1의 냉동 공조 장치(400)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 10에 도시한 냉동 공조 장치(400)는, 압축기(401)와, 응축기(402)와, 조임 장치(팽창 밸브)(403)와, 증발기(404)를 구비하고 있다. 압축기(401), 응축기(402), 조임 장치(403) 및 증발기(404)는, 냉매 배관(407)에 의해 연결되어, 냉동 사이클을 구성하고 있다. 즉, 압축기(401), 응축기(402), 조임 장치(403) 및 증발기(404)의 순서로, 냉매가 순환한다.
압축기(401), 응축기(402) 및 조임 장치(403)는, 실외기(410)에 마련되어 있다. 압축기(401)는, 도 9에 도시한 로터리 압축기(300)로 구성되어 있다. 실외기(410)에는, 응축기(402)에 실외의 공기를 공급하는 실외측 송풍기(405)가 마련되어 있다. 증발기(404)는, 실내기(420)에 마련되어 있다. 이 실내기(420)에는, 증발기(404)에 실내의 공기를 공급하는 실내측 송풍기(406)가 마련되어 있다.
냉동 공조 장치(400)의 동작은, 다음과 같다. 압축기(401)는, 흡입한 냉매를 압축하여 송출한다. 응축기(402)는, 압축기(401)로부터 유입한 냉매와 실외의 공기와의 열교환을 행하여, 냉매를 응축하여 액화시켜서 냉매 배관(407)에 송출한다. 실외측 송풍기(405)는, 응축기(402)에 실외의 공기를 공급한다. 조임 장치(403)는, 개방도를 변화시킴에 의해, 냉매 배관(407)을 흐르는 냉매의 압력 등을 조정한다.
증발기(404)는, 조임 장치(403)에 의해 저압 상태가 된 냉매와 실내의 공기와의 열교환을 행하여, 냉매에 공기의 열을 빼앗게 하고 증발(기화)시켜서, 냉매 배관(407)에 송출한다. 실내측 송풍기(406)는, 증발기(404)에 실내의 공기를 공급한다. 이에 의해, 증발기(404)에서 열이 빼앗긴 냉풍이, 실내에 공급된다.
냉동 공조 장치(400)의 압축기(401)는 고온 분위기에서 사용되고, 또한 압축시에 큰 부하 변동이 생긴다. 고온에서는 영구자석(40)의 보자력이 저하되는 경향이 있고, 또한 부하 변동에 의해 코일(15)에 흐르는 전류의 변동도 커진다. 실시의 형태 1의 전동기(100)는, 상기한 바와 같이 영구자석(40)의 감자를 억제하는 구성을 갖고 있기 때문에, 이와 같은 냉동 공조 장치(400)의 압축기(401)에서의 사용에 적합하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시의 형태 1에 의하면, 로터 코어(20)가, 자석 삽입구멍(22) 내에서 이웃하는 영구자석(40)의 사이에 배치된 제1의 자석 유지부(31)와, 제1의 자석 유지부(31)에 대해 지름방향 내측에 공극(25)을 갖고 있다. 또한, 공극(25)부터 자석 삽입구멍(22)까지의 거리(D1)가, 공극(25)부터 샤프트구멍(21)까지의 거리(D2)보다도 짧다. 이와 같이 공극(25)을 배치함으로써, 제1의 자석 유지부(31)의 자기 저항이 증가하여, 제1의 자석 유지부(31)를 통과하여 자속이 흐르기 어려워진다. 또한, 제1의 자석 유지부(31)의 자기 저항의 증가에 의해, 자석 삽입구멍(22) 내에서 이웃하는 영구자석(40)의 상호간의 누설 자속도 억제되며 그 결과, 제1의 자석 유지부(31)로부터 영구자석(40)에 흐르는 자속에 기인하는 영구자석(40)의 감자를 억제할 수 있다. 또한, 이와 같이 영구자석(40)의 감자를 억제함으로써, 전동기(100)의 성능 저하를 억제하여, 안정적인 구동 제어가 가능해진다.
또한, 로터 코어(20)는, 제1의 자석 유지부(31)에 더하여, 둘레방향에서의 자석 삽입구멍(22)의 단부에 제2의 자석 유지부(32)를 갖고 있다. 그 때문에, 제1의 자석 유지부(31)와 제2의 자석 유지부(32) 사이에서, 영구자석(40)을 이동하지 않도록 위치 결정할 수가 있어서, 영구자석(40)의 이동에 수반하는 진동음의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 공극(25)부터 자석 삽입구멍(22)까지의 거리가 1장의 전자강판의 판두께 이상이기 때문에, 전자강판의 타발 가공에 의한 공극(25)의 형성이 가능하고, 또한 전동기(100)의 구동시에 있어서의 강도도 확보할 수 있다.
또한, 공극(25)부터 자석 삽입구멍(22)까지의 거리를 3㎜ 이하로 함에 의해, 영구자석(40)의 감자를 억제하는 충분한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 공극(25)은, 도 4에 도시한 직선(L1)(자석 삽입구멍(22) 내에서 이웃하는 2개의 영구자석(40) 중, 일방의 영구자석(40)의 제1의 자석 유지부(31)측의 단부로부터 당해 영구자석(40)의 폭의 5%만큼 당해 폭의 방향으로 변위한 점(a1)과, 로터 코어(20)의 중심(C)을 잇는 직선) 및 직선(L2)(자석 삽입구멍(22) 내에서 이웃하는 2개의 영구자석(40) 중, 타방의 영구자석(40)의 제1의 자석 유지부(31)측의 단부로부터 당해 영구자석(40)의 폭의 5%만큼 당해 폭의 방향으로 변위한 점(a2)과, 로터 코어(20)의 중심(C)을 잇는 직선)과 교차하도록 마련되어 있다. 그때문에, 영구자석(40)의 가장 감자되기 쉬운 영역의 감자를 억제할 수 있다.
또한, 자석 삽입구멍(22)은, 둘레방향 중앙부가 지름방향 내측으로 돌출하는 V자형상을 가지며, 2개의 영구자석(40)이 배치되어 있다. 그 때문에, 1자극에 2개의 영구자석(40)을 V자로 배치할 수 있고, 이에 의해 영구자석(40) 내의 면내 와전류손을 저감하고, 전동기의 효율을 향상할 수 있고, 에너지 소비량을 저감할 수 있다.
또한, 영구자석(40)은, 네오디뮴(Nd), 철(Fe) 및 붕소(B)를 주성분으로 하는 희토류 자석이고, 20℃에서의 잔류자속밀도가 1.27T∼1.42T의 범위 내에 있고, 20℃에서의 보자력이 1671㎄/m∼1922㎄/m의 범위 내에 있다. 그 때문에, 디스프로슘을 불필요하게 할 수 있고, 디스프로슘의 첨가에 기인하는 잔류자속밀도의 저하를 회피할 수 있다. 즉, 동일 토오크를 얻기 위해 필요한 전류치를 저감하고, 동손을 저감하고 전동기의 효율을 향상할 수 있다.
또한, 공극(25)은 원형형상이기 때문에, 전자강판의 타발 가공에 의한 형성이 용이하다.
또한, 공극(25)은, 로터 코어(20)를 축방향으로 관통하고 있기 때문에, 예를 들면 로터리 압축기(300)에서의 냉매를 통과시켜, 로터 코어(20) 및 영구자석(40)을 냉각할 수 있다. 그 때문에, 고온하에서의 보자력의 저하에 수반하는 영구자석의 감자를 억제할 수 있다.
또한, 자석 유지부(31, 32)는, 영구자석(40)의 두께 방향에서, 영구자석(40)의 판면보다도 영구자석(40)의 내부측으로 돌출하도록 형성되어 있다. 그 때문에, 영구자석(40)을 자석 삽입구멍(22) 내에서 효과적으로 위치 결정할 수 있다.
또한, 자석 유지부(31, 32)는, 자석 삽입구멍(22)에서, 로터 코어(20)의 지름방향 내측에 배치되어 있다. 그 때문에, 스테이터(1)의 코일(15)에서 발생한 자속이 자석 유지부(31, 32)에 흐르기 어려워지고, 자석 유지부(31, 32)에 흐르는 자속에 기인하는 영구자석(40)의 감자를 억제할 수 있다.
또한, 전동기(100)를 사용한 로터리 압축기(300)는, 예를 들면 냉동 공조 장치(400)의 압축기(401)로서 사용된다. 이 경우, 전동기(100)는 고온 분위기에서 사용되고, 부하 변동도 받기 쉽다. 실시의 형태 1의 전동기(100)는, 상기한 바와 같이 영구자석(40)의 감자를 억제한 구성을 갖고 있기 때문에, 이와 같은 냉동 공조 장치(400)의 압축기(401)에서의 사용에 적합하다.
실시의 형태 2.
다음에, 본 발명의 실시의 형태 2에 관해 설명한다. 실시의 형태 2는, 영구자석(40)을 더욱 냉각함으로써, 영구자석(40)의 감자를 억제하는 것을 목적으로 한다.
도 11은, 실시의 형태 2의 로터(2A)의 단면도이다. 도 12는, 실시의 형태 2의 로터 코어(20A)의 단면도이다.
실시의 형태 2의 로터(2A)는, 둘레방향으로 복수(여기서는 6개)의 자석 삽입구멍(22)을 갖고 있고, 각 자석 삽입구멍(22)은 1자극에 대응하고 있다. 자석 삽입구멍(22)의 둘레방향 중앙부와 둘레방향 단부에는, 자석 유지부(31, 32)가 마련되어 있다. 자석 삽입구멍(22)의 둘레방향 양측에는, 플럭스 배리어(24)가 마련되어 있다. 또한, 제1의 자석 유지부(31)의 지름방향 내측에는, 공극(25)이 마련되어 있다. 자석 삽입구멍(22), 자석 유지부(31, 32), 플럭스 배리어(24) 및 공극(25)의 구성은, 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같다.
이 실시의 형태 2의 로터(2A)는, 공극(25)과 샤프트구멍(21)과의 사이에, 구멍(26)을 갖고 있다. 여기서는, 3개의 구멍(26)이, 둘레방향으로 균등하게 배치되어 있다. 하나의 구멍(26)은, 하나의 자극의 중심으로부터, 인접하는 자극과 그 또한 인접하는 자극과의 극간까지, 원호형상으로 연재되어 있다. 즉, 구멍(26)의 둘레방향(연재 방향)의 일단은, 하나의 자극의 중심에 위치하고 있고, 구멍(26)의 둘레방향의 타단은, 극간에 위치하고 있다.
또한, 구멍(26)은, 도 11 및 도 12에 도시한 형상으로 한정되는 것이 아니고, 공극(25)과 샤프트구멍(21)의 사이에 배치되어 있으면 된다.
구멍(26)은, 예를 들면 로터리 압축기(300)(도 9)의 냉매를 축방향으로 통과시켜, 영구자석(40)을 냉각하는 기능을 갖고 있다. 구멍(26)은 영구자석(40)으로부터 떨어져 있지만, 유로 단면적이 공극(25)보다도 크기 때문에, 로터 코어(20A)를 통하여 영구자석(40)을 냉각하는 효과를 적잖이 얻을 수 있다.
영구자석(40)이 희토류 자석으로 구성되어 있는 경우, 영구자석(40)의 보자력은 온도 상승과 함께 저하되고, 감자되기 쉽게 된다. 그 때문에, 공극(25) 및 구멍(26)을 통과하는 냉매에 의해 영구자석(40)이 냉각되면, 희토류 자석으로 구성된 영구자석(40)의 감자가 효과적으로 억제된다.
또한, 실시의 형태 2의 전동기는, 로터 코어(20A)의 구성을 제외하고, 실시의 형태 1에서 설명한 전동기(100)와 마찬가지로 구성되어 있다. 또한, 실시의 형태 2의 전동기는, 실시의 형태 1에서 설명한 로터리 압축기(300)(도 9) 및 냉동 공조 장치(400)(도 10)에 사용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시의 형태 2에서는, 로터 코어(20A)가, 공극(25)과 샤프트구멍(21)의 사이에, 구멍(26)을 갖고 있다. 그 때문에, 공극(25) 및 구멍(26)을 통과시켜, 예를 들면 압축기의 냉매를 축방향으로 통과시켜, 영구자석(40)을 냉각할 수 있다. 그 결과, 고온하에서의 보자력의 저하에 수반하는 영구자석(40)(예를 들면 희토류 자석으로 구성된 영구자석)의 감자를 효과적으로 억제할 수 있다.
실시의 형태 3.
다음에, 본 발명의 실시의 형태 3에 관해 설명한다. 실시의 형태 3은, 실시의 형태 1에서 설명한 공극(25)보다 면적이 크고 개수가 적은 구멍(27)을 마련함에 의해, 로터 코어(20B)의 제조를 용이하게 하는 것을 목적으로 한다.
도 13은, 실시의 형태 3의 로터(2B)의 단면도이다. 도 14는, 실시의 형태 3의 로터 코어(20B)의 단면도이다.
실시의 형태 3의 로터(2B)는, 둘레방향으로 복수(여기서는 6개)의 자석 삽입구멍(22)을 갖고 있고, 각 자석 삽입구멍(22)은 1자극에 대응하고 있다. 자석 삽입구멍(22)의 둘레방향 중앙부와 둘레방향 단부에는, 자석 유지부(31, 32)가 마련되어 있다. 자석 삽입구멍(22)의 둘레방향 양측에는, 플럭스 배리어(24)가 마련되어 있다. 자석 삽입구멍(22), 자석 유지부(31, 32) 및 플럭스 배리어(24)의 구성은, 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같다.
실시의 형태 3의 로터(2B)는, 6개의 자석 삽입구멍(22)의 지름방향 내측에, 실시의 형태 1에서 설명한 공극(25) 대신에, 둘레방향으로 연재되는 3개의 구멍(27)을 갖고 있다. 하나의 구멍(27)은, 이웃하는 2개의 자석 삽입구멍(22)의 각 제1의 자석 유지부(31)의 지름방향 내측에 위치하는 원형형상의 공극(27a, 27b)을, 둘레방향으로 원호형상으로 연속시킨 형상을 갖고 있다.
또한, 구멍(27)의 양단에 위치한 공극(27a, 27b) 중, 공극(27a)은, 그 공극(27a)이 대향하는 자석 삽입구멍(22)에 배치된 영구자석(40)의 가장 감자되기 쉬운 영역(A)(도 4)에 대향하도록 배치되어 있다. 마찬가지로, 공극(27b)은, 그 공극(27b)이 대향하는 자석 삽입구멍(22)에 배치된 영구자석(40)의 가장 감자되기 쉬운 영역(A)(도 4)에 대향하도록 배치되어 있다.
또한, 구멍(27)은, 도 13 및 도 14에 도시한 형상으로 한정되는 것이 아니고, 이웃하는 자석 삽입구멍(22)에 대응하는 복수의 공극이 로터 코어(20B)의 둘레방향으로 연속하는 것이면 좋다.
구멍(27)은, 예를 들면 로터리 압축기(300)(도 9)의 냉매를 축방향으로 통과시켜, 영구자석(40)을 냉각하는 기능을 갖고 있다. 구멍(27)의 유로 단면적은, 공극(25)보다도 크기 때문에, 로터 코어(20B)의 냉각 효과도 크다.
영구자석(40)이 희토류 자석으로 구성되어 있는 경우, 영구자석(40)의 보자력은 온도 상승과 함께 저하되고, 감자되기 쉽게 된다. 그 때문에, 구멍(27)을 통과하는 냉매에 의해 로터 코어(20)가 냉각되면, 희토류 자석으로 구성된 영구자석(40)의 감자가 효과적으로 억제된다.
또한, 실시의 형태 1에서는 6개의 자극에 대해 6개의 공극(25)을 마련할 필요가 있었음에 대해, 실시의 형태 3에서는 3개의 구멍(27)을 마련하면 좋고, 또한 개별적의 구멍(27)도 크기 때문에, 전자강판의 가공이 용이하고, 로터 코어(20B)의 제조가 용이하다.
또한, 실시의 형태 3의 전동기는, 로터 코어(20B)의 구성을 제외하고, 실시의 형태 1에서 설명한 전동기(100)와 마찬가지로 구성되어 있다. 또한, 실시의 형태 3의 전동기는, 실시의 형태 1에서 설명한 로터리 압축기(300)(도 9) 및 냉동 공조 장치(400)(도 10)에 사용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시의 형태 3에서는, 로터 코어(20B)의 이웃하는 자석 삽입구멍(22)에 대응하는 복수의 공극(27a, 27b)이, 로터 코어(20B)의 둘레방향으로 연속한 구멍(27)을 갖고 있다. 그 때문에, 구멍(27)을 통과시켜, 예를 들면 압축기의 냉매를 축방향으로 통과시켜, 영구자석(40)을 냉각할 수 있다. 그 결과, 고온하에서 보자력이 저하되는 영구자석(40)(예를 들면 희토류 자석으로 구성된 영구자석)의 감자를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 실시의 형태 1의 공극(25)과 비교하여, 구멍(27)의 개수가 적고 크기가 크기 때문에, 로터 코어(20B)의 제조가 용이하다.
실시의 형태 4.
다음에, 본 발명의 실시의 형태 4에 관해 설명한다. 실시의 형태 3은, 직선형상의 자석 삽입구멍(28)에 영구자석(40)을 배치한 로터(2C)에서, 영구자석(40)의 감자를 억제하는 것을 목적으로 한다.
도 15는, 실시의 형태 4의 로터(2C)의 단면도이다. 도 16은, 실시의 형태 4의 로터 코어(20C)의 단면도이다.
실시의 형태 4의 로터(2C)는, 둘레방향으로 복수(여기서는 6개)의 자석 삽입구멍(28)을 갖고 있다. 자석 삽입구멍(28)은, 실시의 형태 1의 V자형상의 자석 삽입구멍(22)과 달리, 로터 코어(20C)의 외주에 따르고 직선형상으로 연재되어 있다. 1자극에는 하나의 자석 삽입구멍(28)이 대응하고 있다. 자석 삽입구멍(28)의 연재 방향은, 자극 중심에서의 로터 코어(20C)의 지름방향에 직교하는 방향이다. 하나의 자석 삽입구멍(28) 내에는 2개의 영구자석(40)이 배치되어 있다.
자석 삽입구멍(28)의 둘레방향 중앙부와 둘레방향 단부에는, 자석 유지부(31, 32)가 마련되어 있다. 자석 삽입구멍(28)의 둘레방향 양측에는, 플럭스 배리어(24)이 마련되어 있다. 또한, 제1의 자석 유지부(31)의 지름방향 내측에 대향하도록, 공극(25)이 마련되어 있다. 자석 유지부(31, 32), 플럭스 배리어(24) 및 공극(25)의 구성은, 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같다.
제1의 자석 유지부(31)의 지름방향 내측에 공극(25)이 배치되어 있기 때문에, 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이, 제1의 자석 유지부(31)의 자기 저항이 증가하여, 제1의 자석 유지부(31)를 통과하여 자속이 흐르기 어려워진다. 이에 의해, 영구자석(40)의 감자를 억제할 수 있다.
실시의 형태 4의 전동기는, 로터 코어(20C)의 구성을 제외하고, 실시의 형태 1에서 설명한 전동기(100)와 마찬가지로 구성되어 있다. 또한, 실시의 형태 4의 전동기는, 실시의 형태 1에서 설명한 로터리 압축기(300)(도 9) 및 냉동 공조 장치(400)(도 10)에 사용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시의 형태 4에 의하면, 로터 코어(20C)에 직선형상의 자석 삽입구멍(28)을 마련한 구성에서도, 제1의 자석 유지부(31)의 지름방향 내측에 공극(25)이 배치되어 있기 때문에, 제1의 자석 유지부(31)의 자기 저항이 증가하여, 제1의 자석 유지부(31)를 통과하여 자속을 흐르기 어려워진다. 그 결과, 제1의 자석 유지부(31)로부터 영구자석(40)에 흐르는 자속에 기인하는 영구자석(40)의 감자를 억제할 수 있다. 또한, 공극(25)을 통하여, 예를 들면 압축기에서의 냉매를 통과시켜, 로터 코어(20C) 및 영구자석(40)을 냉각할 수 있다. 그때문에, 고온하에서의 보자력의 저하에 수반하는 영구자석의 감자를 억제할 수 있다.
또한, 실시의 형태 4의 로터 코어(20C)에, 실시의 형태 2에서 설명한 구멍(26)을 가하여도 좋고, 또한, 실시의 형태 4의 로터 코어(20C)의 공극(25)에 대신하여, 실시의 형태 3에서 설명한 구멍(27)을 마련하여도 좋다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시의 형태에 관해 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 각종의 개량 또는 변형을 행할 수 있다.
예를 들면, 상기한 각 실시 형태에서는, 로터(2)(2A, 2B, 2C)가 6개의 자석 삽입구멍(22)(28)을 갖고 있지만, 자석 삽입구멍의 수는 로터(2)의 자극수에 맞추어 적절히 변경할 수 있다.
또한, 상기한 각 실시 형태의 전동기(100)를 사용한 압축기는, 도 9를 참조하여 설명한 로터리 압축기(300)로 한정되는 것이 아니라, 다른 종류의 압축기라도 좋다. 또한, 전동기(100)를 사용한 냉동 공조 장치는, 도 10을 참조하여 설명한 냉동 공조 장치(400)로 한정되는 것이 아니다.
1 : 스테이터
10 : 스테이터 코어
12 : 티스
15 : 코일
2, 2A, 2B, 2C : 로터
20, 20A, 20B, 20C : 로터 코어
21 : 샤프트구멍(중심구멍)
22, 28 : 자석 삽입구멍
24 : 플럭스 배리어
25, 27a, 27b : 공극
26, 27 : 구멍
31, 32 : 자석 유지부
40 : 영구자석
300 : 로터리 압축기(압축기)
301 : 프레임
310 : 압축 기구
315 : 샤프트
400 : 냉동 공조 장치
410 : 압축기

Claims (17)

  1. 스테이터와, 상기 스테이터의 내측에 마련된 로터를 구비한 전동기로서,
    상기 로터는,
    둘레방향으로 복수의 자석 삽입구멍을 가지며, 각 자석 삽입구멍이 1자극에 대응하는 로터 코어와,
    각 자석 삽입구멍 내에 적어도 2개의 영구자석이 배치되도록 마련된 복수의 영구자석을 가지며,
    상기 로터 코어는,
    상기 자석 삽입구멍 내에서 이웃하는 상기 영구자석의 사이에 배치된 제1의 자석 유지부와,
    상기 제1의 자석 유지부에 대해, 상기 로터 코어의 지름방향의 내측에 배치된 공극과,
    상기 로터 코어의 지름방향 중심에 배치된 중심구멍을 또한 가지며,
    상기 공극부터 상기 자석 삽입구멍까지의 거리가, 상기 공극부터 상기 중심구멍까지의 거리보다도 짧은 것을 특징으로 하는 전동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로터 코어는, 상기 둘레방향에서의 상기 자석 삽입구멍의 단부에 배치된 제2의 자석 유지부를 갖는 것을 특징으로 하는 전동기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 로터 코어는, 복수의 전자강판을 축방향으로 적층한 것이고,
    상기 공극부터 상기 자석 삽입구멍까지의 거리는, 1장의 전자강판의 판두께 이상인 것을 특징으로 하는 전동기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공극부터 상기 자석 삽입구멍까지의 거리는, 3㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 전동기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공극은,
    상기 자석 삽입구멍 내에서 이웃하는 상기 영구자석 중, 일방의 영구자석의 상기 제1의 자석 유지부측의 단부로부터, 상기 일방의 영구자석의 폭의 5%만큼 당해 폭의 방향으로 변위한 점과, 상기 로터 코어의 지름방향 중심을 잇는 직선과 교차하고,
    타방의 영구자석의 상기 제1의 자석 유지부측의 단부로부터, 상기 타방의 영구자석의 폭의 5%만큼 당해 폭의 방향으로 변위한 점과, 상기 로터 코어의 지름방향 중심을 잇는 직선과도 교차하고 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석 삽입구멍은, 상기 둘레방향의 중앙부가 양단부보다도 상기 로터 코어의 지름방향 내측으로 돌출하는 V자형상으로 형성되어 있고, 2개의 상기 영구자석이 배치되고,
    상기 V자형상의 정점에 대향하는 위치에, 상기 공극이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석 삽입구멍은 직선형상으로 연재되고, 2개의 상기 영구자석이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영구자석은, 네오디뮴(Nd), 철(Fe) 및 붕소(B)를 주성분으로 하는 희토류 자석이고, 20℃에서의 잔류자속밀도가 1.27T∼1.42T의 범위 내에 있고, 20℃에서의 보자력이 1671㎄/m∼1922㎄/m의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공극은, 원형형상인 것을 특징으로 하는 전동기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공극은, 상기 로터 코어를 축방향으로 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    이웃하는 상기 자석 삽입구멍에 대응하는 복수의 상기 공극이, 상기 로터 코어의 둘레방향으로 연속한 하나의 구멍을 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터 코어는, 상기 공극과 상기 중심구멍의 사이에, 다른 공극을 또한 갖는 것을 특징으로 하는 전동기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영구자석은 평판 형상을 가지며,
    상기 제1의 자석 유지부는, 상기 자석 삽입구멍에 배치된 상기 영구자석의 두께 방향에서, 상기 영구자석의 판면보다도 상기 영구자석의 내부측으로 돌출하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
  14. 제1항 내지 제13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 자석 유지부는, 상기 자석 삽입구멍에서, 상기 로터 코어의 지름방향 내측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
  15. 둘레방향으로 복수의 자석 삽입구멍을 가지며, 각 자석 삽입구멍이 1자극에 대응하는 로터 코어와,
    각 자석 삽입구멍 내에 적어도 2개의 영구자석이 배치되도록 마련된 복수의 영구자석을 가지며,
    상기 로터 코어는,
    상기 자석 삽입구멍 내에서 이웃하는 상기 영구자석의 사이에 배치된 제1의 자석 유지부와,
    상기 제1의 자석 유지부에 대해, 상기 로터 코어의 지름방향의 내측에 배치된 공극과,
    상기 로터 코어의 지름방향 중심에 배치된 중심구멍을 또한 가지며,
    상기 공극부터 상기 자석 삽입구멍까지의 거리가, 상기 공극부터 상기 중심구멍까지의 거리보다도 짧은 것을 특징으로 하는 로터.
  16. 전동기와, 상기 전동기에 의해 구동되는 압축 기구를 구비하고,
    상기 전동기는, 스테이터와, 상기 스테이터의 내측에 마련된 로터를 구비하고,
    상기 로터는,
    둘레방향으로 복수의 자석 삽입구멍을 가지며, 각 자석 삽입구멍이 1자극에 대응하는 로터 코어와,
    각 자석 삽입구멍 내에 적어도 2개의 영구자석이 배치되도록 마련된 복수의 영구자석을 가지며,
    상기 로터 코어는,
    상기 자석 삽입구멍 내에서 이웃하는 상기 영구자석의 사이에 배치된 제1의 자석 유지부와,
    상기 제1의 자석 유지부에 대해, 상기 로터 코어의 지름방향의 내측에 배치된 공극과,
    상기 로터 코어의 지름방향 중심에 배치된 중심구멍을 또한 가지며,
    상기 공극부터 상기 자석 삽입구멍까지의 거리가, 상기 공극부터 상기 중심구멍까지의 거리보다도 짧은 것을 특징으로 하는 압축기.
  17. 압축기, 응축기, 조임 장치 및 증발기를 구비한 냉동 공조 장치로서,
    상기 압축기는, 전동기와, 상기 전동기에 의해 구동되는 압축 기구를 구비하고,
    상기 전동기는, 스테이터와, 상기 스테이터의 내측에 마련된 로터를 구비하고,
    상기 로터는,
    둘레방향으로 복수의 자석 삽입구멍을 가지며, 각 자석 삽입구멍이 1자극에 대응하는 로터 코어와,
    각 자석 삽입구멍 내에 적어도 2개의 영구자석이 배치되도록 마련된 복수의 영구자석을 가지며,
    상기 로터 코어는,
    상기 자석 삽입구멍 내에서 이웃하는 상기 영구자석의 사이에 배치된 제1의 자석 유지부와,
    상기 제1의 자석 유지부에 대해, 상기 로터 코어의 지름방향의 내측에 배치된 공극과,
    상기 로터 코어의 지름방향 중심에 배치된 중심구멍을 또한 가지며,
    상기 공극부터 상기 자석 삽입구멍까지의 거리가, 상기 공극부터 상기 중심구멍까지의 거리보다도 짧은 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.
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