WO2006092924A1

WO2006092924A1 - 磁性体、回転子、電動機、圧縮機、送風機、空気調和機及び車載用空気調和機

Info

Publication number: WO2006092924A1
Application number: PCT/JP2006/301770
Authority: WO
Inventors: Shin Nakamasu; Yoshinari Asano
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2006-09-08
Also published as: CN101120499A; EP1855371B1; EP1855371A4; US20090212652A1; EP1855371A1; US7902712B2; JPWO2006092924A1; CN101120499B; JP4737193B2; ES2581980T3

Abstract

　磁性体（１００）は環状の外周（１００ａ）と内周（１００ｂ）とを備え、その周方向において交互に、第１部分（１１～１４）及び第２部分（１５～１８）に区分される。第１部分（１１～１４）と第２部分（１５～１８）とは周方向において磁気的に分離されている。ここでは空隙（２１～２８）によって磁気的に分離されている態様が例示されており、例えば第１部分（１１）と第２部分（１５）との間で周方向に磁束が流れることが阻害される。第１部分（１１～１４）は、それぞれ略周方向に延在する孔（４１～４４）を有している。上記の空隙（２１～２８）は、外周（１００ａ）と内周（１００ｂ）との間で、孔（４１～４４）の周方向の両端に設けられている。孔（４１～４４）に界磁用磁石を貫挿し、埋込磁石型の回転子を構成できる。

Description

磁性体、回転子、電動機、圧縮機、送風機、空気調和機及び車載用空気調和機

技術分野

[0001] 本発明は電動機、中でも埋込磁石型の回転子に関する。当該電動機は圧縮機や送風機の駆動源として搭載することができる。

背景技術

[0002] 小型で高効率な電動機を実現するにあたっては、永久磁石を用いた永久磁石励磁電動機が最有力である。永久磁石励磁の同期系電動機の一般的な指標は、下掲の非特許文献 1に紹介されて、る。

[0003] 冷却条件が揃えられ、寸法が同一の電動機であれば、温度上昇と放熱の関係から許容損失 Wcがほぼ同一と考えることができる。トルク Tと許容損失 Wcは式（1)の関係にあり、係数 Kmはモータコンスタントと呼ばれる。

[0004] T=Wc '^Knr " (l)

[0005] よって、許容損失 Wcが一定である場合には、モータコンスタント Kmが大きいほどトルク Tが大きくなる。よってモータコンスタント Kmを、許容トルク（通常は連続定格トルク）の指標値として用いることができる。

[0006] モータコンスタント Kmは式（2)で表すことができる。ここで極対数 p、巻き線最大鎖交磁束 Φ、占積率 fs、卷線スロットの全断面積 St、卷線の固有抵抗 p、単位コイルの平均長 1を導入した。また電流波形は正弦波であり、磁束が正弦波状に交番すると仮定した。また電動機の損失は、特に電動機が小型の場合には銅損が大部分であり、鉄損を省略して考慮してヽる。

[0007] Km= (1/2) ρ Φ (fsSt/ 1) · ·· (2)

[0008] 従って、電動機の体積当たりの電動機効率を高めるためにはモータコンスタント Κ mを高める必要があり、式 (2)から以下の諸方針が有効である。

(0巻き線の占積率 fsを大きくする

(ii)単位コイルの平均長 1を短くする (m)卷線の固有抵抗を小さくする

(iv)卷線最大鎖交磁束 Φを大きくする

(V)極対数 Pを大きくする

(vi)卷線スロットの全断面積 stを大きくする。

[0009] 方針 (0につ、てはスロット形状の工夫が、例えば特許文献 1及び特許文献 2に提案されている。方針 GOについては、分布巻きの採用から集中巻きの採用へと移行することで、実現されている。方針 Gii)については、固有抵抗が銅よりも低い材料は銀しか現存せず、コスト的、工業的に望ましくない。

[0010] 方針 (iv)につヽては、永久磁石に希土類磁石を採用する他、電動機の単位体積当たりでの磁極面の表面積の増大が挙げられる。し力しながら、磁極面の表面積の増大は二つの観点から望ましくな、。

[0011] その一つは、固定子として卷線が卷回された電機子を採用し、回転子には永久磁石を界磁用磁石として採用することが望ましぐ更に回転子は固定子に囲まれていることが望ましい点にある。電機子を回転子として採用すれば、巻き線電流の整流のための機械的整流子が必要となり、高耐久性、高信頼性、耐塵性等の観点から望ましくないため、永久磁石を界磁用磁石に用いて回転子を構成することが望ましい。更に電動機を、例えば圧縮機等の内部へと挿入する観点から、回転子を外側から囲む固定子が存在することが望ましい。してみれば、磁極面の表面積の増大は電動機の小型化を阻害する要因となり得る。

[0012] もう一つの観点は、方針 (vi)とも関連する。電動機を小型化にするために回転子を囲む固定子の外径をそのままにしておきながら、磁極面の表面積を増大させると、当該固定子の内径も大きくなつてしまう。これでは当該固定子のスロットが径方向に短くなってしまい、卷線スロットの全断面積 Stが小さくなつてしまう。これは方針 (vi)で望まれる方針とは逆である。

[0013] また方針 (V)に基づいて極対数 pを増大させた場合にも卷線スロットの全断面積 St 力 S小さくなつてしまう。

[0014] 一方、下掲の非特許文献 2に紹介されるように、界磁用磁石を回転子の内部に埋め込んだ、埋込磁石型の回転子では、マグネットトルクのみならず、リラクタンストルクをも利用することができる。回転子の固定子に対する鉄部の磁気抵抗の回転角度依存性を持たせることにより、通電時の電機子電流位相を進角側にずらすことができ、磁気抵抗の突極性カゝら生じるリラクタンストルクを利用することでトルクを増大するのである。

[0015] 即ち極対数 Pn、鎖交磁束 0>a、 d軸電流 Id、 q軸電流 Iq、 d軸インダクタンス Ld、 q軸インダクタンス Lqを導入すると、トルク Tは式（3)で表される。

[0016] T=Pn( aIq+ (Ld-Lq) ldlq) · ·· (3)

[0017] 方針 (ivXv)と同様に、鎖交磁束 0> a、極対数 Pnを増大させることも望ましい。しかし更に、 q軸インダクタンス Lqを増大させることがトルクの増大に寄与する。電機子電流位相を進角側にずらすことで d軸電流 Idは負となるからである。

[0018] 一方、回転子に流れる磁束はその周辺近傍に多く流れるため、回転子の内側にも電機子を設ければ卷線スロットの全断面積 Stを増大させることができる。回転子の内外に電機子を設ける技術は、例えば特許文献 3乃至特許文献 6に紹介されて、る。

[0019] 但し特許文献 3乃至特許文献 5に示された構造では磁気抵抗の突極性を利用できなヽと考えられ、また特許文献 6に示された構造では界磁用磁石を有する回転子の内側の電機子も回転子であり、界磁用磁石を有する回転子のリラクタンストルクを有効に利用することは困難であると考えられる。

[0020] なお特許文献 7には弱め界磁電流を流すことなく弱め界磁を行う技術が提案されている。

[0021] 特許文献 1：特開 2000— 324728号公報

特許文献 2 :特開 2004— 187370号公報

特許文献 3：特開 2002— 335658号公報

特許文献 4：特開 2002— 369467号公報

特許文献 5 :特開 2002— 84720号公報

特許文献 6：特開平 9 - 56126号公報

特許文献 7：特開平 09 - 233887号公報

非特許文献 1 :大西和夫、「永久磁石モータのトルク評価と最適構造の検討」、電気学会論文誌 D産業応用部門部門誌、平成 7年、第 115卷、第 7号、第 930頁〜第 93 非特許文献 2 :特定用途指向型リラクタンストルク応用電動機の高性能化調査専門委員会、「特定用途指向型リラクタンストルク応用電動機の高性能化」、電気学会技術報告第 920号、 2003年 3月 q軸インダクタンス Lqを増大させるために、永久磁石の埋設位置を回転子の中心軸に近づけることも可能である。これにより永久磁石よりも外側に位置する回転子コアの体積が増大し、 q軸インダクタンス Lqが増大するのである。

[0022] し力し永久磁石の埋設位置を回転子の中心軸に近づけると、回転子の外径を一定とした場合、磁極の表面積が小さくなつてしまい、方針 (iv)と反してしまう。また回転子の内側にも固定子を設けることで電動機の体積当たりの効率を高める工夫も採用しにくい。

発明の開示

[0023] 本発明は、電動機の体積当たりの効率を高める技術を提供する。

[0024] この発明にかかる磁性体（100)の第 1の態様は、いずれも環状の外周（100a)及び内周（100b)を備え、周方向にお 1、て交互に、第 1部分（11〜14)及び第 2部分（ 15〜18)とに区分され、前記第 1部分の各々は、略前記周方向に延在する孔 (41〜 44)を有し、前記第 1部分と前記第 2部分とは前記周方向において磁気的に分離される。

[0025] この発明に力かる磁性体（100)の第 2の態様は、磁性体の第 1の態様であって、前記外周 (100a)と前記内周（100b)との間で、前記孔 (41〜44)の前記周方向の両端に設けられた空隙（21〜28 ; 241, 251)を更に備える。そして、前記空隙によって前記第 1部分（11〜14)と前記第 2部分（15〜18)とが磁気的に分離される。

[0026] この発明に力かる磁性体（100)の第 3の態様は、磁性体の第 2の態様であって、前記空隙（21〜28 ; 241, 251)は、前記孔 (41〜44)の前記外周（100a)側から前記内周（100b)側へと延在する。

[0027] この発明にかかる磁性体（100)の第 4の態様は、磁性体の第 1の態様乃至第 3の態様であって、前記孔 (41〜44)は前記第 1部分（11〜14)毎に一つ設けられる。

[0028] この発明にかかる磁性体（100)の第 5の態様は、磁性体の第 1の態様乃至第 4の態様であって、前記第 2部分（15〜18)に穴（51〜54)を更に有する。

[0029] この発明に力かる磁性体（100)の第 6の態様は、磁性体の第 5の態様であって、前記穴（51〜54)は円形である。

[0030] この発明にかかる回転子（101)の第 1の態様は、磁性体の第 1の態様と、前記孔（ 41〜44)に貫挿され、前記外周（100a)側と前記内周（100b)側とにそれぞれ異なる磁極面を呈する界磁用磁石（31〜34)とを備える。

[0031] この発明にかかる電動機の第 1の態様は、回転子の第 1の態様と、前記回転子の第 1の態様に対して前記内周（100b)側に設けられた内周側固定子（200)と、前記回転子に対して前記外周（100a)側に設けられた外周側固定子（300)とを備える。

[0032] この発明にかかる回転子（101)の第 2の態様は、磁性体の第 2の態様乃至第 6の態様と、前記孔 (41〜44)に貫挿され、前記外周（100a)側と前記内周（100b)側とにそれぞれ異なる磁極面を呈する界磁用磁石（31〜34)とを備える。

[0033] この発明に力かる電動機の第 2の態様は、回転子の第 2の態様と、前記回転子の第 2の態様に対して前記内周（100b)側に設けられた内周側固定子（200)と、前記回転子に対して前記外周（100a)側に設けられた外周側固定子（300)とを備える。

[0034] この発明に力かる電動機の第 3の態様は、電動機の第 2の態様であって、前記空隙

(21〜28 ; 241, 251)の幅（δ 1)は、前記内周（100b)と前記内周側固定子（200) との間の第 1の間隔（ δ 2)及び前記外周（100a)と前記外周側固定子 (300)との間の第 2の間隔（ δ 3)の大きい方の 2倍よりも大きい。

[0035] この発明にかかる電動機の第 4の態様は、電動機の第 1の態様乃至第 3の態様であって、前記内周側固定子（200)が有する歯部（201)の前記周方向についての中心と、前記外周側固定子（300)が有する歯部（301)の前記周方向についての中心とは、前記周方向についての相対的な位置関係が可変である。

[0036] この発明にかかる圧縮機は、電動機の第 1の態様乃至第 4の態様を搭載したことを特徴とする。

[0037] この発明にかかる送風機は、電動機の第 1の態様乃至第 4の態様を搭載したことを特徴とする。

[0038] この発明に力かる空気調和機は、この発明に力かる圧縮機及びこの発明にかかる送風機の、少なくともいずれか一方を備える。

[0039] この発明に力かる車載用空気調和機は、電動機の第 4の態様を搭載した圧縮機を備える。

[0040] この発明に力かる磁性体の第 1の態様によれば、当該磁性体単体で、ある、は複数を積層して、孔に界磁用磁石を貫挿し、以て埋込磁石型の回転子を構成することができる。第 2部分は第 1部分に対して、周方向に磁気的に分離されつつ交互に設けられるので、いわゆる q軸インダクタンスを大きくすることができる。また内周側及び外周側にそれぞれ固定子を設けることができるので、卷線スロットの全面積が増大し、体積当たりの効率が高い電動機の構成に資することができる。

[0041] この発明にかかる磁性体の第 2の態様又は第 3の態様によれば、空隙は磁気抵抗が高いため、第 1部分と第 2部分との磁気的な分離に資すると共に、孔に貫挿される界磁用磁石が呈する一対の磁極面の間での磁束の短絡を防止し、以て外周及び内周を経由した外部との磁束の流入出を増大できる。

[0042] この発明にかかる磁性体の第 4の態様によれば、第 1部分毎に孔を複数設けた構造と比較して、機械的強度を損なわずに磁性体を小さく形成でき、当該磁性体の孔に界磁用磁石を貫挿して得られる回転子を採用した電動機の小型化に資する。また第 1部分毎に複数設けられた孔のそれぞれに界磁用磁石を貫挿する場合と比較して、着磁が容易であり、減磁の問題も少ない。

[0043] この発明に力かる磁性体の第 5の態様によれば、穴に例えばボルトやリベットなどの締結具を貫挿し、これらを用いて簡易且つ安価に磁性体同士あるいは更に端板をも締結することができる。し力も第 1部分に穴を設けてしまうと、これに貫挿する締結具に磁性体を用いたとしても、リラクタンストルクに寄与する q軸方向の磁束のみならず、マグネットトルクに寄与する d軸方向の磁束についても、その流れを阻害する。これに対し、第 2部分に穴を設けることにより、 q軸方向の磁束の流れを阻害することはあつても、 d軸方向の磁束の流れを阻害しにくい。

[0044] この発明にかかる磁性体の第 6の態様によれば、所望の機械強度を得るために必要な穴の寸法が小さいため、当該穴による磁束の流れの阻害が小さい。また第 2部分において外周及び内周のいずれに向かっても磁性体が広がる形状が得られるので、固定子と第 2部分との間での q軸方向の磁束を流れやすくする。

[0045] この発明にかかる回転子の第 1の態様又は第 2の態様によれば、第 2部分は第 1部分に対して、磁気的に分離されつつ周方向に交互に設けられるので、いわゆる q軸ィンダクタンスを大きくすることができる。また内周側及び外周側にそれぞれ固定子を設けることができるので、卷線スロットの全面積が増大した電動機の構成に資することができる。

[0046] この発明に力かる電動機の第 1の態様又は第 2の態様によれば、 q軸インダクタンスを大きぐかつ卷線スロットの全断面積を増大させることができる。

[0047] この発明にかかる電動機の第 3の態様によれば、空隙を渡って回転子内部で磁束力流れるよりも、内周側固定子や外周側固定子へと磁束が流れやすいため、マグネットトルクを増大させることができる。

[0048] この発明にかかる電動機の第 4の態様によれば、界磁用磁石から得られる磁束のうち、内周側固定子の歯部の回転子側、あるいは外周側固定子の歯部の回転子側を経由して周方向に流れる成分を増大させることができるので、固定子の電機子電流を制御することなぐ弱め界磁を等価的に実現することができる。従って弱め磁束電流による銅損の上昇や、負の d軸電流による界磁用磁石の減磁も発生しない。当該相対的な位置関係の調整は卷線の卷回数の調整と比較すると微調整がし易いので、設定されるべき回転数が異なる電動機に共通して採用できる。

[0049] この発明に力かる圧縮機、送風機、空気調和機によれば、それぞれ圧縮、送風、空調の効率が高い。

[0050] この発明にかかる車載用空気調和機によれば、低電圧で動作する場合でも、回転数を容易に微調整できる。

[0051] この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによつて、より明白となる。

図面の簡単な説明

[0052] [図 1]本発明の第 1の実施の形態に力かる磁性体の構成を示す平面図である。

[図 2]第 1の実施の形態に力かる回転子の構成を示す断面図である。

[図 3]空隙を例示する部分的な断面図である。 [図 4]本発明にかかる電動機の構成を例示する断面図である。

[図 5]電動機の構成を部分的に示す断面図である。

[図 6]回転子に d軸磁束が流れる様子を概念的に示す図である。

[図 7]回転子に q軸磁束が流れる様子を概念的に示す図である。

[図 8]電動機の構成を示す断面図である。

[図 9]電機子卷線が接続される態様を示す回路図である。

[図 10]電機子卷線が接続される態様を示す回路図である。

[図 11]電機子卷線が接続される態様を示す回路図である。

[図 12]電機子卷線が接続される態様を示す回路図である。

[図 13]本発明の第 2の実施の形態にカゝかる磁性体の構成を示す平面図である。

[図 14]本発明の第 3の実施の形態に力かる電動機の構成を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

[0053] 第 1の実施の形態.

以下では簡単のため、回転子の極対数が 2であり、固定子の相数が 3である場合を例にとって説明するが、その他の極対数や相数にも本発明を適用することができる。

[0054] 図 1は本発明の第 1の実施の形態に力かる磁性体 100の構成を示す平面図である。但し、当該磁性体 100は、後述のように、埋込磁石型の回転子に資することができる。また磁性体 100は紙面に垂直な方向に延在してもよいし、紙面に垂直な方向に薄くてもよい。前者の場合は、例えば圧粉鉄心で形成して回転子のコアとして採用することができる。後者の場合には、例えば鋼板を採用して形成し、相互に積層して回転子のコアとして採用することができる。その場合、図 1は当該コアの断面図として把握できる。

[0055] 磁性体 100は外周 100a及び内周 100bを備え、これらはヽずれも環状を呈する。

ここでは両者は同心円を呈している力必ずしも真円である必要はなぐ設計上の変更は適宜に可能である。

[0056] 内周 100b側及び外周 100a側にそれぞれ固定子を設けることが可能であるので、磁性体 100は、固定子の卷線スロットの全断面積を増大させた電動機の構成に資することがでさる。 [0057] 磁性体 100はその周方向において交互に、第 1部分 11〜14及び第 2部分 15〜1 8に区分される。第 1部分 11〜14と第 2部分 15〜18とは周方向において磁気的に分離されている。ここでは空隙 21〜28によって磁気的に分離されている態様が例示されており、例えば第 1部分 11と第 2部分 15との間で周方向に磁束が流れることが阻害される。

[0058] 第 1部分 11〜14は、それぞれ略周方向に延在する孔 41〜44を有している。上記の空隙 21〜28は、外周 100aと内周 100bとの間で、孔 41〜44の周方向の両端に設けられている。具体的には空隙 21, 22が孔 41の端部に、空隙 23, 24が孔 42の端部に、空隙 25, 26が孔 43の端部に、空隙 27, 28が孔 44の端部に、それぞれ設けられている。

[0059] 第 1部分 11は孔 41よりも外周 100aに近、側の外周部 1 laと、内周 100bに近、側の内周部 l ibとに区分される。同様にして、第 1部分 12は孔 42よりも外周 100aに近い側の外周部 12aと、内周 100bに近い側の内周部 12bとに区分され、第 1部分 13 は孔 43よりも外周 100aに近、側の外周部 13aと、内周 100bに近、側の内周部 13b とに区分され、第 1部分 14は孔 44よりも外周 100aに近い側の外周部 14aと、内周 10 Obに近い側の内周部 14bとに区分される。

[0060] 図 2は第 1の実施の形態に力かる回転子 101の構成の、回転軸に垂直な断面を示す断面図である。回転子 101は、外周 100a側と内周 100b側とにそれぞれ異なる磁極面を呈する界磁用磁石 31〜34を孔 41〜44に貫挿して構成されている。また、極対数が 2である構成が例示されているので、界磁用磁石 31〜34のうち、隣接するもの同士は、外周 100a側に向けて異なる極性の磁極面を呈している。

[0061] 以上のようにして、磁性体 100で、あるいはその複数を積層して、孔 41〜44に界磁用磁石 31〜34を貫挿し、以て埋込磁石型の回転子 101を構成することができる。第 2部分 15〜18は第 1部分 11〜14に対して、周方向において磁気的に分離されつつ交互に設けられるので、回転子 101の内側に設けられる固定子 (後述する）を経由して第 2部分 15〜18に磁束が流れ、また第 2部分 15〜18の周方向の幅 Wを大きくすることができる。これにより q軸インダクタンス Lqを大きくすることができる。

[0062] 図 1及び図 2では、空隙 21〜28の周方向の幅が内周 100b側よりも外周 100a側で拡がる態様が示されている力必ずしも拡げる必要はない。図 3は空隙 24, 25の変形として空隙 241, 251を例示する、部分的な断面図である。空隙 241, 251は屈曲してちよい。

[0063] 空隙 21〜28は外周 100a、内周 100bのいずれの間にも薄肉部を有しているが、回転子 101の機械的強度が許せば、空隙 21〜28は外周 100a、内周 100bのいずれに貫通してもよい。たとえ両方に貫通しても、別途に端板を設けて第 1部分 11〜1 4及び第 2部分 15〜 18を連結すればょヽ。

[0064] 逆に、空隙 21〜28は必ずしも外周 100aと内周 100bとの間で連続して設けられる必要はな、。第 2部分 15〜18が第 1部分 11〜14に対して周方向にぉ、て磁気的に分離される程度の薄肉を残して、空隙 21〜28が分断されていてもよい。

[0065] 空隙 21〜28は磁気抵抗が高いため、第 1部分 11〜14と第 2部分 15〜18との磁気的な分離に資すると共に、孔 41〜44に貫挿される界磁用磁石 31〜34が呈する一対の磁極面の間での磁束の短絡を防止する。よって外周 100a及び内周 100bを経由した外部、即ち固定子との間での磁束の流入出を増大できる。このため、空隙 2 1〜28, 241, 251は、孑し 41〜44の外周 lOOaftlJ力ら内周 lOObftlJへと延在することが望ましい。

[0066] 孔 41〜44は第 1部分 11〜14毎に一つ設けられることが望ましい。第 1部分 11〜1 4毎に孔を複数設けた構造と比較して、機械的強度を損なわずに磁性体 100を小さく形成でき、当該孔に界磁用磁石を貫挿して得られる回転子を採用した電動機の小型化に資する。また第 1部分 11〜14毎に孔が複数設けられ、当該孔のそれぞれに界磁用磁石を貫挿する場合と比較して減磁の問題も少なヽ。また当該孔に磁石材料を埋め込んで力もこれを着磁して界磁用磁石を得ることも可能であるが、当該孔が第 1部分 11〜14に複数存在する構成と比較して、着磁が容易である。

[0067] 図 4は回転子 101を用いた電動機の構成を例示する断面図である。回転子 101の内周 100b側には内周側固定子 200が、外周 100a側には外周側固定子 300が、それぞれ設けられた構成を有している。上述の通り、回転子 101の内外に固定子を設けることにより、卷線スロットの全断面積を増大させることができる。

[0068] 外周側固定子 300は径方向に延在する歯部 301を有しており、その先端（回転子 1 01側）は周方向に広がって幅広部 302を形成している。同様に、内周側固定子 200 は径方向に延在する歯部 201を有しており、その先端（回転子 201側）は周方向に広がって幅広部 202を形成して、る。

[0069] 図 4では簡単のため、電機子卷線は省略して描画している。回転子 101と外周側固定子 300とは主としてその歯部 301を介して、磁束が流入出し、回転子 101と内周側固定子 200とは主としてその歯部 201を介して、磁束が流入出する。

[0070] 図 4では界磁用磁石 31, 33が S極の磁極面を、界磁用磁石 32, 34が N極の磁極面を、それぞれ外周側固定子 300に向けて呈している場合の、界磁用磁石 31〜34 による磁束の流れを例示して、る。

[0071] 図 5は回転子 101、内周側固定子 200、外周側固定子 300の間を拡大して部分的に示す断面図である。内周 100bとの間には第 1の間隔 δ 2を空けて、外周 100aとの間には第 2の間隔 δ 3を空けて、それぞれ回転子 100に対して内周側固定子 200、外周側固定子 300が設けられている。

[0072] 空隙 21〜28, 241, 251の幅 δ 1は第 1の間隔 δ 2と第 2の間隔 δ 3との大きい方の 2倍よりも大きいことが望ましい。回転子 101と内周側固定子 200、外周側固定子 3 00の間での磁気抵抗よりも、第 1部分 11〜14と第 2部分 15〜18との間の周方向の磁気抵抗を高め、以て回転子と固定子との間での磁束の流入出を促進するためである。

[0073] 図 6は回転子 101に d軸磁束が流れる様子を概念的に示す図であり、図 7は回転子 101に q軸磁束 φ a, φ ΐ)が流れる様子を概念的に示す図であり、いずれも図 2 の断面図に対応している。

[0074] d軸磁束 φ cは界磁用磁石 31, 33と、界磁用磁石 32, 34との間を流れる。よって d 軸磁束。はほぼ第 1部分 11〜14のみを流れることになる。

[0075] q軸磁束 φ &は第 1部分 11〜14、より具体的には外周部 11a, 12a, 13a, 14aを流れる。しかし更に q軸磁束 φ ΐ)が第 2部分 15〜18をも流れる。よって第 2部分 15〜18 の周方向の幅 Wを拡げることが、 q軸インダクタンス Lqを増大させる観点力も望ましい

[0076] ここでもし、第 2部分 15〜18は第 1部分 11〜14に対して、周方向において磁気的に分離されていなければ、例えば内周 100b側での分離がなければ、第 2部分 15〜 18は第 1部分 11〜14と共に外周側固定子 300に対する界磁用磁石 31〜34のョークとして機能してしまい、内周側固定子 200への鎖交磁束数を減少させてしまうことになる。これでは第 2部分 15〜 18の周方向の幅 Wを大きくとって q軸インダクタンス L qを増大させることができ、リラクタンストルクを大きくすることができても、マグネットトルクを減少させてしまうことになる。

[0077] しかし本発明では第 2部分 15〜18は第 1部分 11〜14に対して、周方向において磁気的に分離されつつ交互に設けられるので、この幅 Wを増大させても、図 4に示されるように界磁用磁石 31〜34が発生する磁束が回転子 101内部で短絡することが回避される。つまり内周側固定子 200や外周側固定子 300へ鎖交する磁束を低減させることなく、第 2部分 15〜18の周方向の幅 Wを大きくとって q軸インダクタンス Lqを増大させることができる。

[0078] もちろん、本実施の形態において、特許文献 1や特許文献 2に紹介されたようなスロット形状の工夫を伴って、更に卷線スロットの全断面積を増大させてもよい。

[0079] なお、上記内周側固定子 200は卷線（図示省略）が卷回される電機子である力これを回転子としない方が望ましい。もし回転子 101の内側の電機子を回転子とすると、上述のように機械的整流子が必要となる他、外側の電機子である外周側固定子 30 0と相対的に回転することになる。この相対的な回転はいずれかの電機子の、回転子 101の界磁に対する相対回転数を減少させ、電動機の効率の低下を招来してしまう。またこの相対的な回転は q軸磁束 φ bの経路を乱し、リラクタンストルクの変動を増大させ、その利用が困難となる。

[0080] 図 8は回転子 101、内周側固定子 200、外周側固定子 300を備えた電動機の断面図であり、回転中心を含む断面を概念的に示している。回転子 101は端板 102を介して回転軸 103に連結されており、回転軸 103は軸受け 104, 105によって支持されている。内周側固定子 200、外周側固定子 300はそれぞれ支持部 204, 304によつて支持されている。また内周側固定子 200、外周側固定子 300には、それぞれ電機子卷線 203, 303が卷回されている。図 4は、図 8中の位置 IV— IVにおいて、支持部 204, 304及び電機子卷線 203, 303を省略した断面図に相当する。 [0081] 図 9及び図 10は電機子卷線 203, 303 (図 8)が接続される態様を例示する回路図である。図 9及び図 10に示されたコイル 203U, 203V, 203Wは、それぞれ電機子卷線 203の U相、 V相、 W相のコイルであり、コイル 303U, 303V, 303Wは、それぞれ電機子卷線 303の U相、 V相、 W相のコイルである。

[0082] 図 9及び図 10は、各相において電機子卷線 203, 303がそれぞれ直列及び並列に接続されてヽる場合を示した。本実施の形態ではこのような直列結線及び並列結線の、ずれの態様をも採用できる。

[0083] 図 9及び図 10は、スター結線を採用し、各相において電機子卷線 203, 303がそれぞれ直列及び並列に接続されて、る場合を示した。本実施の形態ではこのような直列結線及び並列結線のいずれの態様をも採用できる。もちろん、図 11及び図 12 のように、デルタ結線を採用し、各相において電機子卷線 203, 303がそれぞれ直列及び並列に接続してもよい。但し、デルタ結線を採用すると誘起電圧の不均衡による環状電流は銅損を大きくするので、スター結線を採用して電機子巻き線 203, 30 3は各相毎に直列に接続されて、ることが望ま、。

[0084] 第 2の実施の形態.

図 13は本発明の第 2の実施の形態にカゝかる磁性体 100の構成を示す平面図である。図 1に示された磁性体 100に対して、第 2部分 15〜18にそれぞれ穴 51〜54が更に設けられている。

[0085] 穴 51〜54に例えばボルトやリベットなどの締結具を貫挿し、これらを用いて簡易且つ安価に磁性体 100同士あるいは更に端板 102 (図 8参照）をも締結することができる。もし接着剤を用いて磁性体 100同士を連結しょうとすると、接着硬化時間を必要とし、電動機の使用環境、特に温度環境が制約される。しかし本実施の形態ではそのような問題は回避される。

[0086] もし第 1部分 11〜14に穴を設けてしまうと、これに貫挿する締結具に磁性体を用いたとしても、リラクタンストルクに寄与する q軸磁束 φ a (図 7)のみならず、マグネットトルクに寄与する d軸磁束 (図 6)についても、その流れを阻害する。これに対し、第 2部分 15〜18に穴 51〜54を設けることにより、 q軸磁束 φ bの流れを阻害することはあっても、 d軸磁束 φ cの流れを阻害しにくい。 [0087] 既述のように、第 2部分 15〜18は第 1部分 11〜14に対して、周方向において磁気的に分離されつつ交互に設けられるので、この幅 Wを増大させ易い。よって穴 51〜5 4を設けるための面積に余裕があり、穴 51〜54を大きくすることができる。また穴 51 〜54を設けても、 q軸磁束 φ ΐ)の流れは阻害されるものの、ある程度は確保し易い。

[0088] 望ましくは、穴 51〜54は円形である。この場合、応力が集中する角がなぐまた穴以外のリブとして機能する部分も太くできるので、所望の機械強度を得るために必要な穴 51〜54の寸法が小さくなり、穴 51〜54による q軸磁束 φ bの阻害を小さくできる

[0089] また第 2部分 15〜18においては、外周 100a及び内周 100bのいずれに向力つても磁性体が広がる形状が得られるので、固定子 200, 300 (図 4参照）と第 2部分 15 〜18との間での q軸磁束 φ bを流れ易くする。

[0090] もちろん、上記磁束の阻害を低減するためには、穴 51〜54に貫挿する締結具は、磁性材料を採用することが望ましヽ。

[0091] 第 3の実施の形態.

図 14は本発明の第 3の実施の形態に力かる電動機の構成を例示する断面図である。図 4に示された構成と比較して、内周側固定子 200の歯部 201の周方向の中心と、外周側固定子 230の歯部 301の周方向の中心と力周方向についての相対的な位置がずれて!/ヽる。図 14では機械角として 30度ずれてヽる場合が例示されており、電気角として 60度のずれに相当する。なお、簡単のため、電機子卷線 203, 303は一部の歯部 201, 301に卷回されて!/、るもののみを描ヽて、る。

[0092] このような位置ずれは、電動機の使用前に、もしくは使用中において、機械的に行うことができる。例えば電動機の使用前にマニュアルで位置ずれを起こさせてもよいし、使用中にはサーボモータ等のァクチユエータで位置ずれを起こさせてもよい。このァクチユエータは、例えば図 8に示された支持部 204において設けることができる。

[0093] 磁束 ¥aは磁石 32の外周側の磁極面（ここでは N極)から発生する磁束を、磁束 Ψ bは磁石 33の外周側の磁極面 (ここでは S極)から発生する磁束を、それぞれ示している。

[0094] 上記の位置ずれが生じているので、磁束 ¥aが磁石 32の内周側の磁極面へ戻るに際して、外周側固定子 300のヨークまで歯部 301を経由して電機子卷線 303に鎖交するが、内周側固定子 200の歯部 201においては、電機子卷線 203に鎖交することなぐその幅広部 202を経由する経路が存在する。同様にして、磁束 ¥bが磁石 33 の内周側の磁極面へ戻るに際して、内周側固定子 200の歯部 201を経由して電機子卷線 203に鎖交する力外周側固定子 300の歯部 301においては、電機子卷線 3 03に鎖交することなぐその幅広部 302を経由する経路が存在する。

[0095] これらの経路は実質的には磁石 32, 33の界磁を弱めることとなる。つまり上述の位置ずれは、実質的な弱め界磁制御である弱め磁束制御を機械的に実現している。このようにして、弱め磁束電流を流すことなく弱め磁束制御が実現でき、高出力領域での効率向上が達成できる。図 14では電気角として 60度に相当する位置ずれが示されており、弱め磁束を最大限利用している場合が例示されている。

[0096] この実施の形態によれば、弱め磁束電流による銅損の上昇や、負の d軸電流による界磁用磁石の減磁も発生しな!、。し力も相対的な位置関係の調整は卷線の卷回数の調整と比較すると微調整がし易いので、設定されるべき回転数が異なる電動機に共通して採用できる。

[0097] なお、弱め磁束制御の際には歯部の幅広部 202, 302の磁束密度が上昇するので、幅広部 202, 302での鉄損は上昇する。しかし幅広部 202, 302以外の歯部 20 2, 302を通過する磁束密度は減少するので、より長い磁路における鉄損を低減できるため、電動機の総鉄損は低減する。

[0098] このように、内外の電機子の相互の位置関係を調整することで弱め磁束制御を行うことは、特に電動機を小型化する場合に好適である。例えば特許文献 7には方向性電磁鋼板の圧延方向による透磁率異方性を利用し、固定子に調整用のプラグを埋め込んでいる。し力しこれは固定子自体の磁束密度を損なってしまうため、電動機の小型化の観点力は望ましくな、。

[0099] また本実施の形態に力かる電動機では、同一の電流を用いても回転数を微調整することが容易であるので、電動機が低圧で動作する使用である場合に好適である。低圧で動作する電動機では卷線の卷回数が小さくなるため、卷回数を変更して微調整を行うことは容易ではな、。卷回数の変更は離散的な数値の制御である力もである。 [0100] 本実施の形態に力かる電動機では卷回数に依存せずに、回転数の微調整を行うことができるので、例えば 42V以下等の、低電圧で動作する車載用の空調機の圧縮機【こ；して ₀

[0101] もちろん、通常の空調機の圧縮機や送風機に、本発明にかかる電動機を搭載し、圧縮や送風の効率を向上させることができる。よって当該圧縮機や送風機の少なくと

¾ 、ずれか一方を備えた空気調和機は、空調効率を高めることができる。

[0102] なお、弱め磁束制御を行う場合、誘起電圧の不均衡による環状電流による損失を誘発するため、図 9に示されるような直列結線の方が望ま、。

[0103] また、第 2の実施の形態に示されたように磁性体 100が穴 51〜54を有していてもよい。

[0104] この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例力この発明の範囲力外れることなく想定され得るものと解される。

Claims

請求の範囲

いずれも環状の外周（100a)及び内周（100b)を備え、

周方向において交互に、第 1部分（11〜14)及び第 2部分（15〜18)とに区分され前記第 1部分の各々は、略前記周方向に延在する孔 (41〜44)を有し、前記第 1部分と前記第 2部分とは前記周方向において磁気的に分離された磁性体 (100)。

前記外周 (100a)と前記内周（100b)との間で、前記孔 (41〜44)の前記周方向の両端に設けられた空隙（21〜28； 241, 251)

を更に備え、

前記空隙によって前記第 1部分（11〜14)と前記第 2部分（15〜18)とが磁気的に分離された請求項 1記載の磁性体（ 100)。

前記空隙（21〜28 ; 241, 251)は、前記孔 (41〜44)の前記外周（100a)側から前記内周（100b)側へと延在する、請求項 2記載の磁性体（100)。

前記孔 (41〜44)は前記第 1部分（ 11〜 14)毎に一つ設けられる、請求項 1記載の磁性体（100)。

前記第 2部分（15〜18)に穴（51〜54)を更に有する、請求項 1記載の磁性体（10 0)。

前記穴（51〜54)は円形である、請求項 5記載の磁性体（100)。

請求項 1乃至請求項 6のいずれか一つに記載の記載の磁性体（100)と、前記孔 (41〜44)に貫挿され、前記外周（100a)側と前記内周（100b)側とにそれぞれ異なる磁極面を呈する界磁用磁石（31〜34)と

を備える回転子（101)。

請求項 7記載の回転子（101)と、

前記回転子に対して前記内周（100b)側に設けられた内周側固定子（200)と、前記回転子に対して前記外周（100a)側に設けられた外周側固定子（300)とを備える電動機。

前記磁性体（100)は、前記外周 (100a)と前記内周（100b)との間で、前記孔 (41 〜44)の前記周方向の両端に設けられた空隙（21〜28 ; 241, 251)を更に備え、前記空隙によって前記第 1部分（11〜14)と前記第 2部分（15〜18)とが磁気的に分離され、

前記空隙（21〜28 ; 241, 251)の幅（δ 1)は、前記内周（100b)と前記内周側固定子 (200)との間の第 1の間隔（ δ 2)及び前記外周（100a)と前記外周側固定子 (3 00)との間の第 2の間隔（ δ 3)の大きい方の 2倍よりも大きい、請求項 8記載の電動機

[10] 前記内周側固定子（200)が有する歯部（201)の前記周方向についての中心と、前記外周側固定子（300)が有する歯部（301)の前記周方向についての中心とは、前記周方向にっ、ての相対的な位置関係が可変である、請求項 8記載の電動機。

[11] 前記内周側固定子（200)が有する歯部（201)の前記周方向についての中心と、前記外周側固定子（300)が有する歯部（301)の前記周方向についての中心とは、前記周方向にっ、ての相対的な位置関係が可変である、請求項 9記載の電動機。

[12] 請求項 8記載の電動機を搭載したことを特徴とする圧縮機。

[13] 請求項 9記載の電動機を搭載したことを特徴とする圧縮機。

[14] 請求項 8記載の電動機を搭載したことを特徴とする送風機。

[15] 請求項 9記載の電動機を搭載したことを特徴とする送風機。

[16] 請求項 12記載の圧縮機を備えた空気調和機。

[17] 請求項 13記載の圧縮機を備えた空気調和機。

[18] 請求項 14記載の送風機を備えた空気調和機。

[19] 請求項 15記載の送風機を備えた空気調和機。

[20] 請求項 10記載の電動機を搭載した圧縮機を備える、車載用空気調和機。