WO2012141085A1 - 電動モータおよびそれを用いた電動圧縮機 - Google Patents

電動モータおよびそれを用いた電動圧縮機 Download PDF

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electric motor
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magnet insertion
magnet
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服部　誠
磯部　真一
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三菱重工業株式会社
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
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    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to a magnet-embedded electric motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor and an electric compressor using the same.
  • This motor for an electric compressor has a magnet embedded with a rotor in which a plurality of permanent magnets are embedded at predetermined intervals in the circumferential direction on the outer periphery of a rotor core constituted by laminating magnetic steel plates.
  • Type electric motors are used.
  • Such an electric motor includes a stator (stator) and a rotor (rotor) disposed on the inner side of the stator via a predetermined gap.
  • the rotor has a permanent magnet in a cross section perpendicular to the axial direction.
  • a configuration in which a main magnetic pole portion provided with a magnet insertion hole to be embedded and auxiliary magnetic pole portions (auxiliary salient pole portions) constituted by iron core portions between the main magnetic pole portions are alternately arranged in a circumferential direction. Has been. Thereby, it is comprised so that rotational torque can be obtained using both the magnet torque by the magnetic flux of a permanent magnet, and the reluctance torque by the saliency of a main magnetic pole part and an auxiliary
  • Patent Documents 1 and 2 are configured so that magnets are embedded in substantially the entire area of the magnet insertion hole that is substantially V-shaped, and two magnets are embedded per pole.
  • the magnetic shielding space (flux barrier) formed in the convex portion of the V-shaped hole of the magnet insertion hole which is relatively large and has a substantially V-shape is approximately the same size as the magnet insertion hole. Accordingly, the magnetic flux, reluctance torque, and the like are not adjusted thereby to improve the rotational torque, the motor efficiency, and the like.
  • the embedding depth of the magnet that is, the embedding depth from the outer periphery of the rotor embedded in the magnet insertion hole, the distance between the magnetic poles, that is, the main pole portion having a plurality of poles.
  • the present invention has been made in view of such circumstances.
  • the magnet is made as small as possible to reduce the amount of use of rare earths, etc., to reduce the cost, and to adjust the magnetic flux density. It is an object of the present invention to provide an electric motor that effectively uses magnet torque and reluctance torque to increase efficiency and reduce size and cost, and an electric compressor using the same.
  • the electric motor of the present invention and the electric compressor using the same employ the following means. That is, the electric motor according to the first aspect of the present invention includes a cylindrical rotor iron core in which a main magnetic pole portion and an auxiliary magnetic pole portion are alternately arranged in a circumferential direction, and the main magnetic pole portion.
  • a substantially V-shaped magnet insertion hole in which a convex portion is provided toward the rotor center around the d axis passing through the rotor center and the circumferential center of the main magnetic pole portion, and the magnet
  • the convex portion of the magnet insertion hole has an adjacent magnet.
  • a magnetic shielding space is provided to block between the poles, and the magnetic shielding space has a predetermined width in the circumferential direction, and has a shape protruding outward and inward in the radial direction with respect to the magnet insertion hole. ing.
  • two magnets per pole are embedded in the main magnetic pole portion of the rotor iron core in the substantially V-shaped magnet insertion hole in which the convex portion is provided toward the center of the rotor.
  • a magnetic shielding space for blocking between the poles of adjacent magnets is provided at the convex portion of the magnet insertion hole, and the magnetic shielding space has a predetermined width in the circumferential direction.
  • the magnetic shielding space provided at the convex portion of the substantially V-shaped magnet insertion hole has a predetermined width in the circumferential direction because it has a shape protruding both radially outside and inside the magnet insertion hole.
  • each magnet can be reduced in accordance with the size of the magnetic shielding space by projecting to both the radially outer side and the inner side with respect to the magnet insertion hole.
  • Reduce leakage magnetic flux due to short circuit between two magnets It is possible to reduce the effect flux. Therefore, it is possible to reduce the cost by reducing the amount of rare earth (such as neodymium) used to make up the magnet, and increase the magnetic flux density to increase the magnet torque and increase the efficiency of the motor. By doing so, size reduction and cost reduction can be achieved.
  • the magnetic shielding space has a substantially trapezoidal shape with upper and lower portions protruding outward and inward in the radial direction with respect to the magnet insertion hole.
  • the magnetic shielding space has a substantially trapezoidal shape with the upper and lower portions protruding radially outward and inward with respect to the magnet insertion hole, the upper and lower sides of the magnetic shielding space having a substantially trapezoidal shape.
  • the shielding space can be formed in the convex portion of the substantially V-shaped magnet insertion hole. Therefore, the magnetic shield space can be made sufficiently large to reliably reduce the size of the magnet and reduce the leakage flux.
  • a protrusion for setting the installation position of the magnet is provided at a portion where the magnetic shielding space and the magnet insertion hole intersect.
  • the projecting portion for setting the installation position of the magnet is provided at the portion where the magnetic shielding space and the magnet insertion hole intersect, the protrusion in the radial direction of the magnetic shielding space is located above and below the magnet insertion hole. Even if it is sufficiently larger than the width, the magnet inserted into the magnet insertion hole can be set and positioned at a predetermined installation position by the protrusion. Therefore, the magnet does not move to the magnetic shielding space side, the magnet can be reliably positioned and installed at a predetermined position, and the initial function can be exhibited.
  • the radially outward and inwardly protruding portions of the magnetic shielding space are separated and independent from the main magnetic shielding space between the substantially V-shaped magnet insertion holes. Auxiliary magnetic shielding space.
  • the auxiliary magnetic shielding space in which the radially outward and inward protruding portions of the magnetic shielding space are separated and separated from the main magnetic shielding space between the substantially V-shaped magnet insertion holes by a predetermined distance. Therefore, the main magnetic shielding space and the auxiliary magnetic shielding space can surely reduce the magnetic flux leakage between the two magnets, and the main magnetic shielding space and the auxiliary magnetic shielding space separated from each other can be separated.
  • the reluctance torque can be effectively used as the rotational torque by passing the magnetic field lines between them. Therefore, both the magnet torque and the reluctance torque can be utilized in a balanced manner, and the motor can be made highly efficient.
  • the motor efficiency shows a maximum value.
  • the embedding depth from the outer periphery of the rotor on the inner end side of the magnet embedded in the magnet insertion hole is F, and the pole of the main magnetic pole portion at the outer peripheral position of the rotor.
  • the embedding depth from the outer periphery of the rotor on the inner end side of the magnet embedded in the magnet insertion hole is F
  • the distance between the poles at the outer peripheral position of the rotor of the main magnetic pole portion is L
  • an electric motor includes a cylindrical rotor iron core in which a plurality of main magnetic pole portions and auxiliary magnetic pole portions are alternately arranged in the circumferential direction, and the main magnetic pole portion.
  • a substantially V-shaped magnet insertion hole in which a convex portion is provided toward the rotor center around the d axis passing through the rotor center and the circumferential center of the main magnetic pole portion, and the magnet
  • the convex portion of the magnet insertion hole has an adjacent magnet.
  • two magnets per pole are embedded in the main magnetic pole portion of the rotor iron core in the substantially V-shaped magnet insertion hole in which the convex portion is provided toward the center of the rotor.
  • the embedding depth from the outer periphery of the rotor on the inner end side of the magnet embedded in the magnet insertion hole is F
  • the distance between the poles at the outer peripheral position of the rotor of the main magnetic pole portion is L.
  • the electric compressor according to the third aspect of the present invention includes a compression mechanism and an electric motor coupled to the compression mechanism, and the electric drive mechanism is configured such that the compression mechanism can be driven via the electric motor.
  • the electric motor is any one of the electric motors described above.
  • the electric compressor in which the compression mechanism can be driven via the electric motor, since the electric motor is any one of the electric motors described above, the magnet is made smaller and the motor efficiency is improved.
  • an electric compressor can be manufactured using a high-performance electric motor that is reduced in size and cost. Therefore, it is possible to provide an electric compressor that is small, excellent in mountability, high performance, and inexpensive.
  • the magnetic shielding space provided in the convex portion of the substantially V-shaped magnet insertion hole has a predetermined width in the circumferential direction and is radially outward and inner with respect to the magnet insertion hole.
  • the embedding depth of the magnet is F
  • the distance between the poles of the main magnetic pole portion is L
  • the outer diameter of the rotor is D
  • F / D shows the maximum motor efficiency.
  • Including F / D 0.078
  • F / D 0.067 to 0.121
  • L / D shows maximum motor efficiency
  • L / D 0.073
  • L / D 0.062 to 0.082
  • the electric compressor of the present invention it is possible to manufacture an electric compressor using a high-performance electric motor that is reduced in size and cost by reducing the magnet and increasing the motor efficiency. Therefore, it is possible to provide an electric compressor which is excellent in mountability, high performance and inexpensive.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view showing an arrangement structure of magnets of the rotor shown in FIG. 2. It is the elements on larger scale which show the arrangement structure of the magnet of the rotor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. It is the elements on larger scale which show the arrangement structure of the magnet of the rotor which concerns on 3rd Embodiment of this invention. It is explanatory drawing explaining the relationship between the magnet embedding depth of a rotor by this invention, and efficiency. It is explanatory drawing explaining the relationship between the distance between the magnetic poles of the magnet of the rotor by this invention, and efficiency.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the electric compressor according to the first embodiment of the present invention.
  • the electric compressor 1 includes a cylindrical housing 2 constituting an outer shell.
  • the housing 2 is composed of a compressor housing 3 made of aluminum die casting having a bottomed cylindrical shape and a motor housing 4. By being fastened with the bolt 5, an integrated configuration is obtained.
  • the inverter housing 7 is integrally provided on the outer periphery of the motor housing 4.
  • DC power supplied from a power supply unit (not shown) is converted into three-phase AC power and may be referred to as an electric motor (hereinafter simply referred to as a motor) installed in the motor housing 4. )
  • an inverter (not shown) to be applied via the hermetic terminal 8 is incorporated.
  • the inverter may be a known one, and detailed description thereof is omitted here.
  • the electric motor 10 built in the motor housing 4 includes a stator (stator) 11 and a rotor (rotor) 12.
  • the stator 11 is fixed to the inner peripheral surface of the motor housing 4 by press fitting or the like. Has been.
  • gas passages (not shown) that are penetrated in the axial direction are provided at a plurality of locations in the circumferential direction. The low pressure sucked into the space 13 between the bottom surface of the motor housing 4 and the end surface of the electric motor 10 through this gas passage via a suction port (not shown) provided on the rear end side of the motor housing 4.
  • the refrigerant gas can be circulated to the front side of the housing 2.
  • a rotating shaft (crankshaft) 14 is integrally coupled to the rotor 12.
  • the rear end portion of the rotary shaft 14 is rotatably supported by a bearing 15 provided on the bottom portion of the motor housing 4, and the front end portion thereof is freely rotatable by a main bearing 17 provided on the bearing member 16. It is supported.
  • a crank pin 14 ⁇ / b> A that is eccentric from the center of the rotation shaft by a predetermined dimension is integrally provided at the front end portion of the rotation shaft 14.
  • the bearing member 16 is fixedly supported by a bolt 18 on the opening end side of the motor housing 4.
  • a scroll compression mechanism (compression mechanism) 20 is provided in the compressor housing 3.
  • the scroll compression mechanism 20 is a known compression mechanism configured by meshing a pair of fixed scrolls 21 and a turning scroll 22, and a pair of compression chambers 23 formed between the scrolls 21, 22 includes a turning scroll.
  • the low-pressure refrigerant gas is compressed into the high-pressure gas by being moved while being reduced in volume from the outer peripheral portion to the central portion by the revolving and turning motion of 22.
  • the fixed scroll 21 is fixedly installed on the bottom surface side of the compressor housing 3 with bolts 24, and a discharge chamber 25 is formed between the rear surface of the end plate and the bottom surface of the compressor housing 3.
  • a high pressure gas is discharged into the discharge chamber 25 from a central compression chamber formed by joining a pair of compression chambers 23 at the center via a discharge port 26 and a discharge valve 27, and the high pressure gas is discharged from the discharge chamber 25. And is discharged to the outside through a discharge pipe (not shown) connected to the discharge port 28.
  • the orbiting scroll 22 is supported at its rear face by the thrust surface of the bearing member 16. Further, the orbiting scroll 22 is connected to a boss portion 29 provided on the rear surface of the end plate via a needle bearing 30 and a drive bush 31, and the crank pin 14 ⁇ / b> A of the rotating shaft 14 is connected to the fixed scroll 21 by the rotation of the rotating shaft 14. On the other hand, it is configured to be driven to revolve.
  • the orbiting scroll 22 is prevented from rotating via an Oldham ring 32 interposed between the rear face of the end plate and the bearing member 16.
  • the drive bush 31 is integrally provided with a balance weight 33 for adjusting an unbalance load associated with the revolution turning drive of the orbiting scroll 22.
  • the rotor 12 of the electric motor 10 includes a rotor core 40 having a cylindrical shape formed by laminating a large number of thin magnetic steel plates, as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the rotating shaft 14 penetrating in the axial direction is fixed to the central portion.
  • the rotor iron core 40 has a number of permanent magnets (hereinafter sometimes simply referred to as magnets) corresponding to the number of motor poles (six poles in the present embodiment) so as to surround the rotating shaft 14 on the outer periphery thereof.
  • the main magnetic pole part 41 provided with the magnet insertion holes 43 for embedding 46 and the auxiliary magnetic pole part (auxiliary salient pole part) 42 constituted by the iron core part between the main magnetic pole parts 41 are arranged in a plurality of poles in the circumferential direction. It is set as the structure arrange
  • the rotating magnetic field acts on the permanent magnet 46 of the rotor 12 to generate magnet torque and rotate.
  • a reluctance torque acts on the child 12 in addition to the magnet torque.
  • the axis passing through the rotor center O and the center in the circumferential direction of the main magnetic pole portion 41 is the d axis, and the center between the poles of the main magnetic pole portion 41, that is, the circumferential direction between the rotor center O and the auxiliary magnetic pole portion 42.
  • the reluctance torque is generated due to the difference in the ease with which the magnetic flux passes through the d-axis and the q-axis.
  • an example of a 6-pole motor in which the d-axis and the q-axis are provided at equal intervals every 60 ° is shown.
  • Each main magnetic pole part 41 is provided with a substantially V-shaped magnet insertion hole 43 in which a convex part is provided toward the rotor center O with the d axis passing through the circumferential center of the main magnetic pole part 41 as the center.
  • Magnetic shielding spaces (flux barriers) 44 are provided at both ends in the circumferential direction, and a relatively large magnetic shielding space having a substantially trapezoidal shape at the V-shaped convex portion, that is, the central portion. (Flux barrier) 45 is provided.
  • the magnetic shielding space 45 has a predetermined width in the circumferential direction by appropriately setting the upper and lower sides, and the upper and lower portions thereof are in the radial direction with respect to the magnet insertion hole 43. It has a trapezoidal shape with a predetermined dimension protruding outside and inside.
  • a magnet 46 is embedded.
  • the magnet 46 for example, a neodymium rare earth magnet, which is manufactured by a grain boundary diffusion alloy method or the like, is preferably used which is smaller and has high heat resistance and high holding power.
  • the two permanent magnets 46 embedded in the magnet insertion hole 43 are fixed in the magnet insertion hole 43 by appropriate means such as caulking.
  • the embedding depth of the magnet 46 that is, the embedding depth from the outer periphery of the rotor on the inner end side of the magnet 46 embedded in the magnet insertion hole 43 is F.
  • the circumferential distance of the auxiliary magnetic pole part 42 that is, the distance between the poles at the outer peripheral position of the rotor 12 of the main magnetic pole part 41 is L and these are used as parameters, the embedding depth F and the distance L between the poles are: It has been found that the efficiency of the electric motor 10 exhibits a maximum value at a certain value.
  • the low-pressure gas sucked into the pair of compression chambers 23 is compressed by moving both compression chambers 23 toward the center side while reducing the volume in accordance with the revolving orbiting motion of the orbiting scroll 22. Then, both compression chambers 23 are merged at the center, and the compression chamber communicates with a discharge port 26 provided at the center of the fixed scroll 21, so that compressed high-pressure gas pushes the discharge valve 27. It opens and is discharged into the discharge chamber 25. This high-pressure gas is sent to the refrigeration cycle side through the discharge port 28, circulates in the refrigeration cycle, and is then sucked into the electric compressor 1 from the suction port again.
  • the DC power supplied from the external power source to the inverter incorporated in the inverter accommodating portion 7 is converted into three-phase AC power of the frequency commanded to the inverter by the host controller by the inverter, and the UVW on the inverter side is converted.
  • the terminals are applied to the stator 11 of the electric motor 10 through the hermetic terminal 8, the cluster block 34 to which the hermetic terminal 8 is connected, the motor lead wire, and the like.
  • the rotor 12 is rotationally driven at a required rotational speed, and the scroll compression mechanism 20 is driven via the rotary shaft 14.
  • the rotor 12 of the electric motor 10 corresponds to a cylindrical rotor iron core 40 in which a plurality of main magnetic pole portions 41 and auxiliary magnetic pole portions 42 are alternately arranged in the circumferential direction, and the main magnetic pole portion 41.
  • a substantially V-shaped magnet insertion hole 43 having a convex portion provided toward the rotor center O about a d-axis passing through the rotor center O and the circumferential center of the main magnetic pole portion 41.
  • the magnet insertion hole 43 includes two magnets 46 embedded in a substantially V shape, and a three-phase alternating current is applied to the stator 11 to generate a rotating magnetic field.
  • the rotating magnetic field acts on the permanent magnet 46 of the rotor 12 to generate magnet torque, and in addition to this magnet torque, reluctance torque acts on the rotor 12, and the rotor 12 is driven to rotate at a predetermined torque. Will be.
  • the convex portion of the magnet insertion hole 43 is provided with a magnetic shielding space 45 that blocks between the poles of adjacent magnets 46, and this magnetic shielding space 45 has a predetermined width in the circumferential direction
  • the trapezoidal shape has portions protruding outward and inward in the radial direction with respect to the magnet insertion hole 43.
  • the magnetic shielding space 45 has a predetermined width in the circumferential direction and has a shape that protrudes both outward and inward in the radial direction with respect to the magnet insertion hole 43.
  • the size of each magnet 46 can be reduced as much as possible according to the size, and leakage flux due to a short circuit between the two magnets 46 embedded in the magnet insertion hole 43 is reduced, which is invalid. Magnetic flux can be reduced.
  • the amount of the rare earth material (for example, neodymium) for constituting the magnet is reduced and the cost is reduced by the amount of the permanent magnet 46 being reduced.
  • the magnetic flux density to increase the magnet torque and increasing the efficiency of the motor 10
  • the magnetic shielding space 45 has a substantially trapezoidal shape with the upper and lower portions protruding outward and inward in the radial direction with respect to the magnet insertion hole 43. For this reason, by setting the lengths of the upper and lower sides of the magnetic shielding space 45 having a substantially trapezoidal shape to an appropriate length, the magnetic shielding space 45 has a predetermined width in the circumferential direction and is radial with respect to the magnet insertion hole 43.
  • a magnetic shielding space 45 having a required size having protruding portions on both the outer side and the inner side can be formed on the convex portion of the magnet insertion hole 43 having a substantially V shape, and the magnetic shielding space 45 is sufficiently large. By doing so, it is possible to reliably reduce the size of the magnet 46 and reduce the leakage magnetic flux.
  • the embedding depth from the outer periphery of the rotor 12 on the inner end side of the magnet 46 embedded in the magnet insertion hole 43 is F
  • the distance between the poles at the outer peripheral position of the rotor 12 of the main magnetic pole portion 41 is
  • F / D 0.067 to 0.121 is set
  • FIG. 1 a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • This embodiment is different from the first embodiment described above in that a projection 47 for setting the installation position of the magnet 46 is provided in the magnetic shielding space 45. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
  • the installation position of the magnet 46 is set, so that the magnetic shielding space 45 and the magnet insertion hole 43 intersect as shown in FIG.
  • a protruding portion 47 that protrudes to the inside of the magnetic shielding space 45 is provided.
  • the projection 47 that sets the magnet installation position at the portion where the magnetic shielding space 45 and the magnet insertion hole 43 intersect, the protrusion in the radial direction of the magnetic shielding space 45 is made in the magnet insertion hole 43. Even if it is sufficiently larger than the vertical width, the magnet 46 inserted into the magnet insertion hole 43 can be set and positioned at a predetermined position by the projection 47. For this reason, the magnet 46 does not move to the magnetic shielding space 45 side, the magnet 46 can be reliably positioned and installed at a predetermined position, and the initial function can be exhibited.
  • FIG. 4 a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • This embodiment is different from the first embodiment described above in that the magnetic shielding space 45 is separated into a main magnetic shielding space 45A and auxiliary magnetic shielding spaces 45B and 45C. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
  • the above-described magnetic shield space 45 provided so as to protrude outward and inward in the radial direction at the convex portion of the magnet insertion hole 43 having a substantially V-shape, as shown in FIG.
  • the main magnetic shielding space 45A provided between the substantially V-shaped magnet insertion holes 43 and the auxiliary magnetic shielding spaces 45B and 45C provided separately from and separated from the main magnetic shielding space 45A by a predetermined distance.
  • the structure is provided.
  • the radially outward and inwardly protruding portions of the magnetic shielding space 45 are divided into upper and lower parts, with a predetermined distance from the main magnetic shielding space 45A provided between the substantially V-shaped magnet insertion holes 43.
  • the leakage magnetic flux can be reliably reduced in both the main magnetic shielding space 45A and the auxiliary magnetic shielding spaces 45B and 45C, and the main magnetic shielding space 45A and By passing the lines of magnetic force between the separated auxiliary magnetic shielding spaces 45B and 45C, the reluctance torque can be effectively used as the rotational torque.
  • both the magnet torque and the reluctance torque can be utilized in a balanced manner, and the motor can be made highly efficient.
  • this invention is not limited to the invention concerning the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably.
  • the inverter housing portion 7 is provided on the outer peripheral portion of the housing 2 having a cylindrical shape.
  • the inverter housing portion may be provided on one end surface of the housing 2.
  • the compression mechanism is not limited to the scroll type, and any type of compression mechanism may be used.
  • the present invention is applied to a 6-pole motor.
  • the number of poles of the motor is not limited to this, and it is needless to say that the number of poles may be further reduced.
  • the opening angle of the magnet insertion hole 43 that is substantially V-shaped and the arrangement angle of the two magnets 46 are not particularly limited, and may be set to an appropriate angle.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

　磁石を小さくし、低コスト化を図るとともに、磁束密度を調整してマグネットトルクおよびリラクタンストルクを有効に利用し、効率を高めて小型化、低コスト化を図った電動モータを提供する。主磁極部（４１）と補助磁極部（４２）とが周方向に交互に配置されている円筒状の回転子鉄芯４０と、各主磁極部（４１）に対応して、回転子中心（Ｏ）と主磁極部（４１）の周方向中心とを通るｄ軸を中心に、凸部が回転子中心（Ｏ）に向って設けられている略Ｖ字状の磁石挿入穴（４３）と、磁石挿入穴（４３）内に略Ｖ字状に埋め込まれている１極当たり２個の磁石（４６）とから構成されている回転子（１２）を備えた電動モータにおいて、磁石挿入穴（４３）の凸部には、隣接する磁石（４６）の極間を遮断する磁気遮蔽空間（４５）が設けられており、該磁気遮蔽空間（４５）は、周方向に所定の幅を有し、磁石挿入穴（４３）に対して半径方向外側および内側の双方に出っ張った形状とされている。

Description

電動モータおよびそれを用いた電動圧縮機
　本発明は、回転子に永久磁石が埋め込まれている磁石埋め込み型の電動モータおよびそれを用いた電動圧縮機に関するものである。
　空調機や冷凍機では、冷媒を圧縮するため、電動モータが内蔵された電動圧縮機が用いられている。この電動圧縮機用のモータには、磁性鋼板を積層することにより構成された回転子鉄芯の外周に、周方向に所定間隔で複数の永久磁石が埋め込まれている回転子を備えた磁石埋め込み型の電動モータが使用されている。
　かかる電動モータは、固定子（ステータ）と、その内部側に所定のギャップを介して配置された回転子（ロータ）とを備え、該回転子は、軸方向に直角な断面において、永久磁石を埋め込む磁石挿入穴が設けられている主磁極部と、主磁極部間の鉄芯部によって構成される補助磁極部（補助突極部）とが周方向に交互に複数極ずつ配置された構成とされている。これにより、永久磁石の磁束によるマグネットトルクと、主磁極部および補助磁極部の突極性によるリラクタンストルクとの両方を利用して回転トルクが得られるよう構成されている。
　このような電動モータにおいて、回転子鉄芯の各主磁極部に対応して、回転子中心と主磁極部の周方向中心を通る軸をｄ軸としたとき、そのｄ軸を中心にして、凸部が回転子中心に向かうように略Ｖ字状とされた磁石挿入穴が設けられ、その磁石挿入穴内に１極当たり２個の永久磁石が略Ｖ字状に埋め込まれた回転子を備えている電動モータが、特許文献１，２等によって提示されている。
特許第３９１３２０５号公報 特開２０１０－９８８３０号公報
　しかしながら、特許文献１，２に示されたものは、略Ｖ字状とされた磁石挿入穴内の略全域に磁石を埋め込んだ構成とされており、１極当たり２個埋め込まれている磁石自体が比較的大きくされているとともに、略Ｖ字状とされた磁石挿入穴のＶ字穴の凸部に形成されている磁気遮蔽空間（フラックスバリア）は、磁石挿入穴と略同寸法の大きさとされており、それによって、磁束やリラクタンストルク等を調整し、回転トルクやモータ効率等を向上しようとするものではなかった。
　また、上記の特許文献には、磁石の埋め込み深さ、すなわち磁石挿入穴に埋め込まれている磁石の内端側の回転子外周からの埋め込み深さや、磁極間距離、すなわち複数極の主磁極部の回転子の外周位置との極間距離等を最適化することによって、電動モータを高効率化し、その小型化、低コスト化を図ろうとする観点については、些かの示唆も開示もされていなかった。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、磁石を可及的に小さくしてレア・アース等の使用量を低減し、低コスト化を図るとともに、磁束密度を調整してマグネットトルクおよびリラクタンストルクを有効利用し、効率を高めて小型化、低コスト化を図った電動モータおよびそれを用いた電動圧縮機を提供することを目的とする。
　上記した課題を解決するために、本発明の電動モータおよびそれを用いた電動圧縮機は以下の手段を採用する。
　すなわち、本発明の第１の態様にかかる電動モータは、主磁極部と補助磁極部とが周方向に交互に複数極ずつ配置されている円筒状の回転子鉄芯と、前記主磁極部に対応して、回転子中心と該主磁極部の周方向中心とを通るｄ軸を中心に、凸部が回転子中心に向って設けられている略Ｖ字状の磁石挿入穴と、該磁石挿入穴内に略Ｖ字状に埋め込まれている１極当たり２個の磁石とから構成されている回転子を備えた電動モータにおいて、前記磁石挿入穴の前記凸部には、隣接する前記磁石の極間を遮断する磁気遮蔽空間が設けられており、該磁気遮蔽空間は、周方向に所定の幅を有し、前記磁石挿入穴に対して半径方向外側および内側の双方に出っ張った形状とされている。
　上記態様によれば、回転子鉄芯の主磁極部に、凸部が回転子中心に向って設けられている略Ｖ字状の磁石挿入穴内に１極当たり２枚の磁石が埋め込まれている回転子を備えた電動モータにおいて、磁石挿入穴の凸部に、隣接する磁石の極間を遮断する磁気遮蔽空間が設けられており、該磁気遮蔽空間は、周方向に所定の幅を有し、磁石挿入穴に対して半径方向外側および内側の双方に出っ張った形状とされているため、略Ｖ字状磁石挿入穴の凸部に設けられている磁気遮蔽空間を、周方向に所定の幅を有し、磁石挿入穴に対して半径方向外側および内側の双方に出っ張った形状とすることにより、該磁気遮蔽空間の大きさに相応して各々の磁石の大きさを小さくすることができるとともに、２個の磁石間での短絡による漏れ磁束を低減し、無効磁束を減少させることができる。従って、磁石を構成するためのレア・アース（例えば、ネオジム等）の使用量を低減して低コスト化を図ることができるとともに、磁束密度を高めてマグネットトルクを大きくし、モータを高効率化することにより、小型化、低コスト化を図ることができる。
　さらに、上記態様の電動モータにおいて、前記磁気遮蔽空間は、上下部が前記磁石挿入穴に対して半径方向外側および内側に出っ張った略台形形状とされている。
　上記態様によれば、磁気遮蔽空間が、上下部が磁石挿入穴に対して半径方向外側および内側に出っ張った略台形形状とされているため、略台形形状とされている磁気遮蔽空間の上下辺の長さを適宜の長さに設定することにより、周方向に所定の幅を有し、かつ磁石挿入穴に対して半径方向外側および内側の双方に出っ張っている台形形状の所要大きさの磁気遮蔽空間を略Ｖ字状磁石挿入穴の凸部に形成することができる。従って、磁気遮蔽空間を十分に大きくして確実に磁石の小型化および漏れ磁束の低減を図ることができる。
　さらに、上記態様の電動モータにおいて、前記磁気遮蔽空間と前記磁石挿入穴とが交わる部位には、前記磁石の設置位置を設定する突起部が設けられている。
　上記態様によれば、磁気遮蔽空間と磁石挿入穴とが交わる部位に、磁石の設置位置を設定する突起部が設けられているため、磁気遮蔽空間の半径方向への出っ張りが磁石挿入穴の上下幅よりも十分大きくされていたとしても、磁石挿入穴に挿入された磁石を突起部により所定の設置位置に設定し、位置決めすることができる。従って、磁石が磁気遮蔽空間側に移動することはなく、磁石を確実に所定位置に位置決めして設置することができ、初期の機能を発揮させることができる。
　さらに、上記態様の電動モータにおいて、前記磁気遮蔽空間の前記半径方向外側および内側への出っ張り部は、前記略Ｖ字状磁石挿入穴間の主磁気遮蔽空間から所定の間隔をおいて分離独立された補助磁気遮蔽空間とされている。
　上記態様によれば、磁気遮蔽空間の半径方向外側および内側への出っ張り部が、略Ｖ字状磁石挿入穴間の主磁気遮蔽空間から所定の間隔をおいて分離独立された補助磁気遮蔽空間とされているため、主磁気遮蔽空間および補助磁気遮蔽空間によって、２個の磁石間での漏れ磁束を確実に低減することができるとともに、主磁気遮蔽空間と分離独立された補助磁気遮蔽空間との間に磁力線を通すことにより、リラクタンストルクを回転トルクとして有効に利用することができる。従って、マグネットトルクおよびリラクタンストルクの双方をバランス良く利用し、モータを高効率化することができる。
　さらに、上記態様の電動モータにおいて、前記磁石挿入穴に埋め込まれている前記磁石の内端側の回転子外周からの埋め込み深さをＦ、前記回転子の外径をＤとしたとき、Ｆ／Ｄが、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１とされている。
　回転子の主磁極部に設けられている略Ｖ字状の磁石挿入穴に、１極当たり２個の磁石を略Ｖ字状に埋め込んだ構成とした場合、磁石挿入穴に埋め込まれている磁石の内端側の回転子外周からの埋め込み深さＦをパラメータとしたとき、モータの効率に極大値が存在していることが見出された。本発明によれば、磁石挿入穴に埋め込まれている磁石の内端側の回転子外周からの埋め込み深さをＦ、回転子の外径をＤとしたとき、Ｆ／Ｄが、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１とされている。Ｆ／Ｄは、Ｆ／Ｄ＝０．０７８のとき、モータの効率が極大値を示し、このＦ／Ｄを、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１の範囲に設定することにより、モータ効率を好ましい範囲に維持することができる。従って、磁石の埋め込み深さＦを最適化することによって、モータの効率を向上し、その小型化、低コスト化を図ることができる。
　さらに、上記態様の電動モータにおいて、前記主磁極部の前記回転子の外周位置での極間距離をＬ、前記回転子の外径をＤとしたとき、Ｌ／Ｄが、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２とされている。
　回転子の主磁極部に設けられている略Ｖ字状の磁石挿入穴に、１極当たり２個の磁石を略Ｖ字状に埋め込んだ構成とした場合、主磁極部の回転子の外周位置での極間距離Ｌをパラメータとしたとき、モータの効率に極大値が存在していることが見出された。上記態様によれば、主磁極部の回転子の外周位置での極間距離をＬ、回転子の外径をＤとしたとき、Ｌ／Ｄが、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２とされている。Ｌ／Ｄは、Ｌ／Ｄ＝０．０７３のとき、モータの効率が極大値を示し、このＬ／Ｄを、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２の範囲に設定することにより、モータ効率を好ましい範囲に維持することができる。従って、主磁極部の極間距離Ｌを最適化することによって、モータの効率を向上し、その小型化、低コスト化を図ることができる。
　さらに、上記態様の電動モータにおいて、前記磁石挿入穴に埋め込まれている前記磁石の内端側の回転子外周からの埋め込み深さをＦ、前記主磁極部の前記回転子の外周位置での極間距離をＬ、前記回転子の外径をＤとしたとき、Ｆ／Ｄが、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１とされ、Ｌ／Ｄが、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２とされている。
　上記態様によれば、磁石挿入穴に埋め込まれている磁石の内端側の回転子外周からの埋め込み深さをＦ、主磁極部の回転子の外周位置での極間距離をＬ、回転子の外径をＤとしたとき、Ｆ／Ｄが、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１とされ、Ｌ／Ｄが、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２とされているため、Ｆ／Ｄをモータ効率が極大値を示す、Ｆ／Ｄ＝０．０７８を含む、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１の範囲に設定し、また、Ｌ／Ｄをモータ効率が極大値を示す、Ｌ／Ｄ＝０．０７３を含む、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２の範囲に設定することにより、モータ効率を好ましい範囲に維持することができる。従って、磁石の埋め込み深さＦおよび主磁極部間の極間距離Ｌを各々最適化し、モータを高効率化することにより、その小型化、低コスト化を図ることができる。
　さらに、本発明の第２の態様にかかる電動モータは、主磁極部と補助磁極部とが周方向に交互に複数極ずつ配置されている円筒状の回転子鉄芯と、前記主磁極部に対応して、回転子中心と該主磁極部の周方向中心とを通るｄ軸を中心に、凸部が回転子中心に向って設けられている略Ｖ字状の磁石挿入穴と、該磁石挿入穴内に略Ｖ字状に埋め込まれている１極当たり２個の磁石とから構成されている回転子を備えた電動モータにおいて、前記磁石挿入穴の前記凸部には、隣接する前記磁石の極間を遮断する磁気遮蔽空間が設けられているとともに、前記磁石挿入穴に埋め込まれている前記磁石の内端側の回転子外周からの埋め込み深さをＦ、前記主磁極部の前記回転子の外周位置での極間距離をＬ、前記回転子の外径をＤとしたとき、Ｆ／Ｄが、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１とされ、Ｌ／Ｄが、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２とされている。
　上記態様によれば、回転子鉄芯の主磁極部に、凸部が回転子中心に向って設けられている略Ｖ字状の磁石挿入穴内に１極当たり２枚の磁石が埋め込まれている回転子を備えた電動モータにおいて、磁石挿入穴に埋め込まれている磁石の内端側の回転子外周からの埋め込み深さをＦ、主磁極部の回転子の外周位置での極間距離をＬ、回転子の外径をＤとしたとき、Ｆ／Ｄが、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１とされ、Ｌ／Ｄが、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２とされているため、Ｆ／Ｄをモータ効率が極大値を示す、Ｆ／Ｄ＝０．０７８を含む、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１の範囲に設定し、また、Ｌ／Ｄをモータ効率が極大値を示す、Ｌ／Ｄ＝０．０７３を含む、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２の範囲に設定することにより、モータ効率を好ましい範囲に維持することができる。従って、磁石の埋め込み深さＦおよび主磁極部間の極間距離Ｌを各々最適化し、モータを高効率化することにより、その小型化、低コスト化を図ることができる。
　さらに、本発明の第３の態様にかかる電動圧縮機は、圧縮機構と、該圧縮機構と連結された電動モータとを備え、前記圧縮機構が前記電動モータを介して駆動可能とされている電動圧縮機において、前記電動モータが上述のいずれかの電動モータとされている。
　上記態様によれば、圧縮機構が電動モータを介して駆動可能とされている電動圧縮機において、電動モータが上述のいずれかの電動モータとされているため、磁石を小さくするとともに、モータ効率を高めることにより、小型化、低コスト化された高性能の電動モータを用いて電動圧縮機を製造することができる。従って、小型で搭載性に優れ、高性能でかつ安価な電動圧縮機を提供することができる。
　本発明の電動モータによると、略Ｖ字状磁石挿入穴の凸部に設けられている磁気遮蔽空間を、周方向に所定の幅を有し、磁石挿入穴に対して半径方向外側および内側の双方に出っ張った形状とすることにより、該磁気遮蔽空間の大きさに相応して各々の磁石の大きさを小さくすることができるとともに、２個の磁石間での短絡による漏れ磁束を低減し、無効磁束を減少させることができるため、磁石を構成するためのレア・アース（例えば、ネオジム等）の使用量を低減して低コスト化を図ることができるとともに、磁束密度を高めてマグネットトルクを大きくし、モータを高効率化することにより、小型化、低コスト化を図ることができる。
　また、本発明の電動モータによると、磁石の埋め込み深さをＦ、主磁極部の極間距離をＬ、回転子の外径をＤとしたとき、Ｆ／Ｄをモータ効率が極大値を示す、Ｆ／Ｄ＝０．０７８を含む、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１の範囲に設定し、また、Ｌ／Ｄをモータ効率が極大値を示す、Ｌ／Ｄ＝０．０７３を含む、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２の範囲に設定することにより、モータ効率を好ましい範囲に維持することができるため、磁石の埋め込み深さＦおよび主磁極部間の極間距離Ｌを各々最適化し、モータを高効率化することにより、その小型化、低コスト化を図ることができる。
　本発明の電動圧縮機によると、磁石を小さくするとともに、モータ効率を高めることによって、小型化、低コスト化された高性能の電動モータを用いて電動圧縮機を製造することができるため、小型で搭載性に優れ、高性能でかつ安価な電動圧縮機を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る電動圧縮機の縦断面図である。 図１に示す電動圧縮機に適用した電動モータの回転子の軸方向に直角な横断面図である。 図２に示す回転子の磁石の配設構造を示す部分拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る回転子の磁石の配設構造を示す部分拡大図である。 本発明の第３実施形態に係る回転子の磁石の配設構造を示す部分拡大図である。 本発明による回転子の磁石埋め込み深さと効率との関係を説明する説明図である。 本発明による回転子の磁石の磁極間距離と効率との関係を説明する説明図である。
　以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
　以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図３および図６、図７を用いて説明する。図１には、本発明の第１実施形態に係る電動圧縮機の縦断面図が示されている。
　本実施形態においては、スクロール型電動圧縮機１の例が示されているが、圧縮機そのものは、スクロール型に限定されるものではなく、種々な圧縮機に適用できることはもちろんである。電動圧縮機１は、外殻を構成する筒状のハウジング２を備えている。ハウジング２は、有底の筒状をなすアルミダイカスト製の圧縮機ハウジング３と、モータハウジング４とから構成され、各々に一体成形されているフランジ部３Ａ，４Ａ同士を、Ｏリング６を介してボルト５で締結することにより、一体化された構成とされている。
　モータハウジング４の外周には、インバータ収容部７が一体に設けられている。このインバータ収容部７には、図示省略の電源ユニットから供給される直流電力を三相交流電力に変換し、モータハウジング４内に設置されている電動モータ（以下、単にモータと称する場合もある。）１０に対して、ハーメチック端子８を介して印加するインバータ（図示省略）が組み込まれるようになっている。なお、インバータは、公知のものでよく、ここでの詳細説明は省略する。
　モータハウジング４内に内蔵されている電動モータ１０は、固定子（ステータ）１１と回転子（ロータ）１２とを備えており、固定子１１は、モータハウジング４の内周面に圧入等によって固定されている。固定子１１とモータハウジング４との間には、円周方向の複数箇所に軸方向に貫通された図示省略のガス通路が設けられている。このガス通路を介して、モータハウジング４の後端側に設けられている吸入口（図示省略）を経て、モータハウジング４の底面と電動モータ１０の端面との間の空間１３に吸入された低圧の冷媒ガスを、ハウジング２の前方側に流通させることができるようになっている。
　回転子１２には、回転軸（クランク軸）１４が一体に結合されている。この回転軸１４の後端部は、モータハウジング４の底面部に設けられている軸受１５により回転自在に支持され、その前端部は、軸受部材１６に設けられている主軸受１７によって回転自在に支持されている。回転軸１４の前端部には、回転軸中心から所定寸法だけ偏心されたクランクピン１４Ａが一体に設けられている。なお、軸受部材１６は、モータハウジング４の開口端側にボルト１８を介して固定支持されている。
　一方、圧縮機ハウジング３内には、スクロール圧縮機構（圧縮機構）２０が設けられている。このスクロール圧縮機構２０は、一対の固定スクロール２１と旋回スクロール２２とを噛み合わせて構成される公知の圧縮機構であり、両スクロール２１，２２間に形成される一対の圧縮室２３が、旋回スクロール２２の公転旋回運動により外周部位から中心部位へと容積を減少されながら移動されることによって、低圧の冷媒ガスを高圧ガスに圧縮するものである。
　固定スクロール２１は、圧縮機ハウジング３の底面側にボルト２４により固定設置されており、その端板背面と圧縮機ハウジング３の底面との間に吐出チャンバ２５が形成されている。この吐出チャンバ２５には、一対の圧縮室２３が中央部で合流されて形成される中央圧縮室から吐出ポート２６および吐出弁２７を介して高圧ガスが吐出され、該高圧ガスは、吐出チャンバ２５から吐出口２８に接続されている図示省略の吐出配管を介して外部へと吐出されるように構成されている。
　旋回スクロール２２は、その端板背面が上記軸受部材１６のスラスト面により支持されている。また、旋回スクロール２２は、端板背面に設けられているボス部２９にニードルベアリング３０、ドライブブッシュ３１を介して回転軸１４のクランクピン１４Ａが連結され、回転軸１４の回転により固定スクロール２１に対して公転旋回駆動されるように構成されている。この旋回スクロール２２は、端板背面と軸受部材１６との間に介装されているオルダムリング３２を介して自転が阻止されるようになっている。なお、ドライブブッシュ３１には、旋回スクロール２２の公転旋回駆動に伴うアンバランス荷重を調整するためのバランスウェイト３３が一体に設けられている。
　上記電動圧縮機１において、電動モータ１０の回転子１２は、図２および図３に示されるように、薄板状の磁性鋼板を多数積層して構成された円筒状をなす回転子鉄芯４０を有しており、その中心部に軸方向に貫通される回転軸１４が固定されている。この回転子鉄芯４０は、その外周部に回転軸１４を取り囲むように、モータ極数（本実施形態では、６極）に対応した数の永久磁石（以下、単に磁石という場合もある。）４６を埋め込むための磁石挿入穴４３が設けられている主磁極部４１と、主磁極部４１間の鉄芯部によって構成される補助磁極部（補助突極部）４２とが周方向に複数極ずつ交互に配置された構成とされている。
　この電動モータ１０は、固定子（ステータ）１１に三相交流電流が印加されて回転磁界が発生すると、その回転磁界が回転子１２の永久磁石４６に作用してマグネットトルクが発生するとともに、回転子１２に、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクが作用するようになっている。ここで、図２中において、回転子中心Ｏと主磁極部４１の周方向中心を通る軸をｄ軸、主磁極部４１の極間中心、すなわち回転子中心Ｏと補助磁極部４２の周方向中心を通る軸をｑ軸としたとき、リラクタンストルクは、ｄ軸とｑ軸を通る磁束の通り易さの差によって生じる。なお、本実施形態では、ｄ軸およびｑ軸が６０°毎に等間隔で設けられている６極モータの例が示されている。
　各主磁極部４１には、主磁極部４１の周方向中心を通るｄ軸を中心にして、凸部が回転子中心Ｏに向って設けられている略Ｖ字状の磁石挿入穴４３が設けられており、その周方向両端部には、磁気遮蔽空間（フラックスバリア）４４が設けられているとともに、Ｖ字の凸部、すなわち中央部には、略台形形状をなす比較的大きな磁気遮蔽空間（フラックスバリア）４５が設けられている。この磁気遮蔽空間４５は、図３に示されるように、上下辺が適宜長さに設定されることにより周方向に所定の幅を有し、その上下部が磁石挿入穴４３に対して半径方向外側および内側に所定寸法だけ出っ張った台形形状とされている。
　略Ｖ字状をなす磁石挿入穴４３の周方向両端部の磁気遮蔽空間４４と、中央部側の磁気遮蔽空間４５との間には、断面が矩形状とされた１極当たり２個の永久磁石４６が埋め込まれている。この磁石４６としては、例えば、ネオジム系のレア・アースマグネットであって、粒界拡散合金法等によって製造された、より小型で高耐熱性および高保持力を備えた磁石を用いることが望ましい。なお、磁石挿入穴４３に埋め込まれた１極当たり２個の永久磁石４６は、カシメ等の適宜の手段によって、磁石挿入穴４３内に固定されるようになっている。
　また、上記構成の回転子１２を様々な角度からシュミレーションした結果、磁石４６の埋め込み深さ、すなわち磁石挿入穴４３に埋め込まれた磁石４６の内端側の回転子外周からの埋め込み深さをＦ、補助磁極部４２の周方向距離、すなわち主磁極部４１の回転子１２の外周位置での極間距離をＬとし、これらをパラメータとしたときに、埋め込み深さＦおよび極間距離Ｌが、それぞれ或る値において電動モータ１０の効率が極大値を示すことが見出された。
　つまり、回転子１２の外径をＤとしたとき、図６に示されるように、Ｆ／Ｄが、Ｆ／Ｄ＝０．０７８のときに、モータの効率が極大値を示し、Ｆ／Ｄを、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１の範囲とすることによって、その効率を好ましい範囲に維持できることが判明した。同様に、図７に示されるように、Ｌ／Ｄが、Ｌ／Ｄ＝０．０７３のときに、モータの効率が極大値を示し、Ｌ／Ｄを、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２の範囲とすることにより、その効率を好ましい範囲に維持できることが判明した。
　以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
　インバータ収容部７に設置されているインバータ（図示省略）を介して電動モータ１０に電力が印加され、電動モータ１０が回転駆動されると、モータハウジング４に設けられている吸入口を介して空間１３内に低圧の冷媒ガスが吸入される。この低圧ガスは、固定子１１とモータハウジング４間のガス通路を通り、モータハウジング４の壁面を介してインバータ収容部７内のインバータを冷却した後、軸受部材１６側の空間に流通され、そこから圧縮機ハウジング３側に設けられているスクロール圧縮機構２０の一対の圧縮室２３内に吸入される。
　一対の圧縮室２３に吸入された低圧ガスは、旋回スクロール２２の公転旋回運動に伴って両圧縮室２３が容積を減少しながら中心側へと移動されることにより圧縮される。そして、両圧縮室２３が中心部において合流され、その圧縮室が固定スクロール２１の中心部に設けられている吐出ポート２６と連通されることにより、圧縮された高圧のガスが吐出弁２７を押し開いて吐出チャンバ２５内に吐き出される。この高圧ガスは、吐出口２８を経て冷凍サイクル側へと送出され、冷凍サイクル内を循環した後、再び吸入口から電動圧縮機１内に吸い込まれることになる。
　この間、外部電源からインバータ収容部７内に組み込まれているインバータに供給された直流電力は、インバータで上位の制御装置からインバータに指令された周波数の三相交流電力に変換され、インバータ側のＵＶＷ端子からハーメチック端子８、ハーメチック端子８が接続されているクラスタブロック３４およびモータリード線等を介して電動モータ１０の固定子１１に印加される。これによって、回転子１２が所要の回転数で回転駆動され、回転軸１４を介してスクロール圧縮機構２０が駆動される。
　上記電動モータ１０の回転子１２は、主磁極部４１と補助磁極部４２とが周方向に交互に複数極ずつ配置されている円筒状の回転子鉄芯４０と、主磁極部４１に対応して、回転子中心Ｏと該主磁極部４１の周方向中心とを通るｄ軸を中心にして、凸部が回転子中心Ｏに向って設けられている略Ｖ字状の磁石挿入穴４３と、この磁石挿入穴４３内に略Ｖ字状に埋め込まれている１極当たり２個の磁石４６とを備えた構成とされており、固定子１１に三相交流電流が印加されて回転磁界が発生すると、その回転磁界が回転子１２の永久磁石４６に作用してマグネットトルクが生じるとともに、このマグネットトルクに加えて回転子１２にリラクタンストルクが作用し、回転子１２が所定のトルクで回転駆動されることになる。
　ここで、磁石挿入穴４３の凸部には、隣接する磁石４６の極間を遮断する磁気遮蔽空間４５が設けられており、この磁気遮蔽空間４５は、周方向に所定の幅を有し、磁石挿入穴４３に対して半径方向外側および内側の双方に出っ張った部分を有する台形形状とされている。このように磁気遮蔽空間４５を、周方向に所定の幅を有し、磁石挿入穴４３に対して半径方向外側および内側の双方に出っ張った部分を有する形状とすることにより、磁気遮蔽空間４５の大きさに相応して各々の磁石４６の大きさを可及的に小さくすることができるとともに、磁石挿入穴４３に埋め込まれた２個の磁石４６間での短絡による漏れ磁束を低減し、無効磁束を減少させることができる。
　斯くして、本実施形態によれば、永久磁石４６が小さくされた分、その磁石を構成するためのレア・アース材料（例えば、ネオジム等）の使用量を低減し、低コスト化を図ることができるとともに、磁束密度を高めてマグネットトルクを大きくし、モータ１０を高効率化することによって、その小型化、低コスト化を図ることができる。
　また、上記磁気遮蔽空間４５は、上下部が磁石挿入穴４３に対して半径方向外側および内側に出っ張った略台形形状とされている。このため、略台形形状とされた磁気遮蔽空間４５の上下辺の長さを適宜の長さに設定することにより、周方向に所定の幅を有し、かつ磁石挿入穴４３に対して半径方向外側および内側の双方に出っ張っている部分を有する所要大きさの磁気遮蔽空間４５を、略Ｖ字状とされた磁石挿入穴４３の凸部に形成することができ、磁気遮蔽空間４５を十分大きくすることによって、確実に磁石４６の小型化および漏れ磁束の低減を図ることができる。
　さらに、本実施形態においては、磁石挿入穴４３に埋め込まれた磁石４６の内端側の回転子１２外周からの埋め込み深さをＦ、主磁極部４１の回転子１２の外周位置での極間距離をＬ、回転子１２の外径をＤとしたとき、図６および図７に示されるように、Ｆ／Ｄをモータの効率が極大値を示す、Ｆ／Ｄ＝０．０７８を含む、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１の範囲に設定し、また、Ｌ／Ｄをモータの効率が極大値を示す、Ｌ／Ｄ＝０．０７３を含む、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２の範囲に設定している。
　このように、Ｆ／Ｄをモータの効率が極大値を示す、Ｆ／Ｄ＝０．０７８を含む、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１の範囲に設定し、また、Ｌ／Ｄをモータの効率が極大値を示す、Ｌ／Ｄ＝０．０７３を含む、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２の範囲に設定することにより、図６および図７からも明らかなように、電動モータ１０の効率を好ましい範囲に維持することができ、磁石４６の埋め込み深さＦおよび主磁極部４１の極間距離Ｌを各々最適化し、電動モータ１０を高効率化することによって、その小型化、低コスト化を図ることができる。
［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態について、図４を用いて説明する。
　本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、磁気遮蔽空間４５に磁石４６の設置位置を設定する突起部４７を設けている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
　本実施形態においては、磁石挿入穴４３に磁石４６を挿入したとき、磁石４６の設置位置を設定するため、図４に示されるように、磁気遮蔽空間４５と磁石挿入穴４３とが交わる部位に、磁気遮蔽空間４５の内部側に突出された突起部４７を設けている。
　このように、磁気遮蔽空間４５と磁石挿入穴４３とが交わる部位に、磁石の設置位置を設定する突起部４７を設けることにより、磁気遮蔽空間４５の半径方向への出っ張りが磁石挿入穴４３の上下幅よりも十分大きくされていたとしても、磁石挿入穴４３に挿入された磁石４６を突起部４７によって所定の位置に設定し、位置決めすることができる。このため、磁石４６が磁気遮蔽空間４５側に移動することはなく、磁石４６を確実に所定位置に位置決めして設置することができ、初期の機能を発揮させることができる。
［第３実施形態］
　次に、本発明の第３実施形態について、図５を用いて説明する。
　本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、磁気遮蔽空間４５が主磁気遮蔽空間４５Ａと、補助磁気遮蔽空間４５Ｂ，４５Ｃに分離されている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
　本実施形態においては、略Ｖ字状をなす磁石挿入穴４３の凸部に半径方向外側および内側の双方に出っ張るように設けられていた上述の磁気遮蔽空間４５を、図５に示されるように、略Ｖ字状の磁石挿入穴４３間に設けられる主磁気遮蔽空間４５Ａと、主磁気遮蔽空間４５Ａから所定の間隔をおいて分離独立して設けられる補助磁気遮蔽空間４５Ｂ，４５Ｃとに分割して設けた構成としている。
　上記のように、磁気遮蔽空間４５の半径方向外側および内側への出っ張り部を上下に分割し、略Ｖ字状の磁石挿入穴４３間に設けられる主磁気遮蔽空間４５Ａから所定の間隔をおいて分離独立された補助磁気遮蔽空間４５Ｂ，４５Ｃとすることにより、主磁気遮蔽空間４５Ａおよび補助磁気遮蔽空間４５Ｂ，４５Ｃの双方で漏れ磁束を確実に低減することができるとともに、主磁気遮蔽空間４５Ａと分離された補助磁気遮蔽空間４５Ｂ，４５Ｃとの間に磁力線を通すことにより、リラクタンストルクを回転トルクとして有効利用することができる。これによって、マグネットトルクおよびリラクタンストルクの双方をバランス良く利用し、モータを高効率化することができる。
　なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、インバータ収容部７を筒形状とされているハウジング２の外周部に設けた例について説明したが、ハウジング２の一端面にインバータ収容部を設けた構成としてもよい。また、圧縮機構としては、スクロール型に限らず、いかなる型式の圧縮機構を用いてもよい。
　さらに、上記実施形態では、６極のモータに適用した例について説明したが、モータの極数は、これに限定されるものではなく、それ以上、それ以下としてもよいことはもちろんである。また、略Ｖ字状とされた磁石挿入穴４３の開く角度および２個の磁石４６の配置角度は、特に制限されるものではなく、適宜の角度に設定すればよい。
１　電動圧縮機
１０　電動モータ
１１　固定子
１２　回転子
１４　回転軸
２０　スクロール圧縮機構（圧縮機構）
４０　回転子鉄芯
４１　主磁極部
４２　補助磁極部（補助突極部）
４３　磁石挿入穴
４５　磁気遮蔽空間（フラックスバリア）
４５Ａ　主磁気遮蔽空間
４５Ｂ，４５Ｃ　補助磁気遮蔽空間
４６　永久磁石（磁石）
４７　突起部
Ｄ　回転子外径
Ｆ　磁石の埋め込み深さ
Ｌ　主磁極部の極間距離
Ｏ　回転子中心
 

Claims (9)

  1. 　主磁極部と補助磁極部とが周方向に交互に複数極ずつ配置されている円筒状の回転子鉄芯と、前記主磁極部に対応して、回転子中心と該主磁極部の周方向中心とを通るｄ軸を中心に、凸部が回転子中心に向って設けられている略Ｖ字状の磁石挿入穴と、該磁石挿入穴内に略Ｖ字状に埋め込まれている１極当たり２個の磁石とから構成されている回転子を備えた電動モータにおいて、
    　前記磁石挿入穴の前記凸部には、隣接する前記磁石の極間を遮断する磁気遮蔽空間が設けられており、
    　該磁気遮蔽空間は、周方向に所定の幅を有し、前記磁石挿入穴に対して半径方向外側および内側の双方に出っ張った形状とされている電動モータ。
  2. 　前記磁気遮蔽空間は、上下部が前記磁石挿入穴に対して半径方向外側および内側に出っ張った略台形形状とされている請求項１に記載の電動モータ。
  3. 　前記磁気遮蔽空間と前記磁石挿入穴とが交わる部位には、前記磁石の設置位置を設定する突起部が設けられている請求項１または２に記載の電動モータ。
  4. 　前記磁気遮蔽空間の前記半径方向外側および内側への出っ張り部は、前記略Ｖ字状磁石挿入穴間の主磁気遮蔽空間から所定の間隔をおいて分離独立された補助磁気遮蔽空間とされている請求項１ないし３のいずれかに記載の電動モータ。
  5. 　前記磁石挿入穴に埋め込まれている前記磁石の内端側の回転子外周からの埋め込み深さをＦ、前記回転子の外径をＤとしたとき、Ｆ／Ｄが、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１とされている請求項１ないし４のいずれかに記載の電動モータ。
  6. 　前記主磁極部の前記回転子の外周位置での極間距離をＬ、前記回転子の外径をＤとしたとき、Ｌ／Ｄが、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２とされている請求項１ないし４のいずれかに記載の電動モータ。
  7. 　前記磁石挿入穴に埋め込まれている前記磁石の内端側の回転子外周からの埋め込み深さをＦ、前記主磁極部の前記回転子の外周位置での極間距離をＬ、前記回転子の外径をＤとしたとき、Ｆ／Ｄが、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１とされ、Ｌ／Ｄが、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２とされている請求項１ないし６のいずれかに記載の電動モータ。
  8. 　主磁極部と補助磁極部とが周方向に交互に複数極ずつ配置されている円筒状の回転子鉄芯と、前記主磁極部に対応して、回転子中心と該主磁極部の周方向中心とを通るｄ軸を中心に、凸部が回転子中心に向って設けられている略Ｖ字状の磁石挿入穴と、該磁石挿入穴内に略Ｖ字状に埋め込まれている１極当たり２個の磁石とから構成されている回転子を備えた電動モータにおいて、
    　前記磁石挿入穴の前記凸部には、隣接する前記磁石の極間を遮断する磁気遮蔽空間が設けられているとともに、
    　前記磁石挿入穴に埋め込まれている前記磁石の内端側の回転子外周からの埋め込み深さをＦ、前記主磁極部の前記回転子の外周位置での極間距離をＬ、前記回転子の外径をＤとしたとき、Ｆ／Ｄが、Ｆ／Ｄ＝０．０６７～０．１２１とされ、Ｌ／Ｄが、Ｌ／Ｄ＝０．０６２～０．０８２とされている電動モータ。
  9. 　圧縮機構と、該圧縮機構と連結された電動モータとを備え、前記圧縮機構が前記電動モータを介して駆動可能とされている電動圧縮機において、
    　前記電動モータが請求項１ないし８のいずれかの電動モータとされている電動圧縮機。
     
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