WO2014068753A1 - 永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置 - Google Patents

永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置 Download PDF

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WO2014068753A1
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permanent magnet
magnet
electric motor
rotor
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昌弘 仁吾
直弘 桶谷
浩二 矢部
馬場　和彦
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三菱電機株式会社
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F25B31/02—Compressor arrangements of motor-compressor units
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
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    • H02K1/2706—Inner rotors
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    • 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]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles

Definitions

  • the present invention relates to a permanent magnet embedded electric motor, a compressor, and a refrigeration air conditioner.
  • Nd—Fe—B rare earth magnets have a high residual magnetic flux density and are suitable for miniaturization and high efficiency of electric motors, but the coercive force decreases as the temperature increases. Therefore, when a plurality of electric motors manufactured using this rare earth magnet are operated at the same current, the electric motor used in a high temperature atmosphere is more easily demagnetized.
  • a heavy rare earth element such as Dy (dysprosium) or Tb (terbium) is added to a rare earth magnet used in a high temperature atmosphere.
  • permanent magnet insertion holes are formed in a rotor core on which a plurality of electromagnetic steel plates are laminated, and magnetic flux leakage prevention is provided on both sides in the circumferential direction of the permanent magnet insertion holes.
  • the magnetic flux leakage means that, for example, the magnetic flux at the circumferential end of the permanent magnet leaks to the adjacent permanent magnet via the electromagnetic steel plate between the magnetic poles or is short-circuited within the self magnet.
  • this rotor is configured by combining the electrical steel sheet having the above-described protrusion and the electrical steel sheet not having this protrusion.
  • the magnetic steel sheet having protrusions has a shorter distance between the front and back of the magnet than the magnetic steel sheet without protrusions, and the magnetic flux is easily short-circuited within the self-magnet. With this configuration, it is possible to position the permanent magnet inserted into the permanent magnet insertion hole, and it is possible to obtain a highly efficient electric motor with less leakage of magnetic flux by reducing the area of the electromagnetic steel sheet having protrusions. .
  • the permanent magnet motor for example, when the load is large, when it is locked during operation due to overload, when it is in a transient state such as at startup, or when the stator winding is short-circuited A large armature reaction may occur, and a reverse magnetic field may be applied to the rotor.
  • the adjacent teeth instantaneously have different polarities, the inductance increases, and a reverse magnetic field is easily applied to the rotor.
  • the reverse magnetic field is a magnetic field of a pole that is opposite to the direction of the magnetic pole of the rotor that is generated by energizing the stator.
  • the present invention has been made in view of the above, and can suppress the demagnetization of the permanent magnet embedded in the rotor to further improve the reliability. And a refrigeration air conditioner.
  • the present invention is a permanent magnet embedded electric motor in which a rotor core formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates is arranged in a stator core,
  • the rotor core includes a plurality of first electromagnetic steel plates and a plurality of second electromagnetic steel plates stacked in the axial direction, and the first electromagnetic steel plate constitutes a magnetic pole of the rotor core.
  • a plurality of magnet insertion holes for inserting magnets and first gaps formed at both ends in the circumferential direction of the magnet insertion holes are formed.
  • the second electromagnetic steel sheet includes the magnet insertion holes and the magnets.
  • the demagnetizing magnetic flux generated in the stator core is applied to the second electromagnetic steel sheet. Since it is difficult to flow, there is an effect that the demagnetization of the permanent magnet embedded in the rotor can be suppressed to further improve the reliability.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a permanent magnet embedded electric motor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the rotor shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the rotor core.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the rotor in plan view of the second electromagnetic steel sheet.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the rotor core in plan view of the second electromagnetic steel sheet.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the rotor in plan view of the first electromagnetic steel sheet.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the rotor core in plan view of the first electromagnetic steel sheet.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of the rotor.
  • FIG. 9 is a side view of the electric motor for explaining the flow of magnetic flux.
  • FIG. 10 is a diagram showing the correlation between the overhang length of the second electromagnetic steel sheet with respect to the stator core and the demagnetization resistance.
  • FIG. 11 is a diagram showing the demagnetization resistance of a conventional electric motor and the demagnetization resistance of the electric motor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an embedded permanent magnet electric motor (hereinafter “electric motor”) 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the rotor 30 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the rotor core 34.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the rotor 30 in plan view of the second electromagnetic steel plate 34b.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the rotor core 34 in plan view of the second electromagnetic steel plate 34b.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the rotor 30 in plan view of the first electromagnetic steel plate 34a.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the rotor core 34 in plan view of the first electromagnetic steel plate 34a.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part of the rotor 30.
  • FIG. 9 is a side view of the electric motor 100 for explaining the flow of magnetic flux.
  • FIG. 10 is a diagram showing a correlation between the overhang length of the second electromagnetic steel plate 34b with respect to the stator core 10 and the demagnetization resistance.
  • FIG. 11 is a diagram showing the demagnetization resistance of a conventional electric motor and the demagnetization resistance of the electric motor 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the electric motor 100 includes a stator core 10 and a rotor 30.
  • the stator core 10 is formed by stacking a plurality of electromagnetic steel sheets having a thickness of about 0.35 mm punched with a mold in the axial direction.
  • the stator core 10 includes a yoke portion 11 and a plurality of teeth portions 12 extending inward from the yoke portion 11 and provided at equal intervals in the circumferential direction.
  • a winding 51 (see FIG. 9) is wound around the tooth portion 12.
  • a rotating magnetic field is generated by energizing the stator core 10 with a current having a frequency synchronized with the command rotational speed, and the rotor 30 is rotated by the rotating magnetic field.
  • a rotor 30 is disposed on the inner peripheral side of the stator core 10 via an air gap 20.
  • the permanent magnet 40 is, for example, a Nd—Fe—B rare earth magnet formed in a flat plate shape with a thickness of about 2 mm.
  • the type of permanent magnet 40 is not limited to this.
  • the rotor core 34 includes a plurality of first electromagnetic steel plates 34a (first electromagnetic steel plate group) stacked in the axial direction and a plurality of second electromagnetic steel plates stacked in the axial direction at both ends of the first electromagnetic steel plate group. It is comprised with the electromagnetic steel plate 34b (2nd electromagnetic steel plate group).
  • the second electromagnetic steel plate 34b and the first electromagnetic steel plate 34a are manufactured, for example, by punching out an electromagnetic steel plate having a thickness of about 0.35 mm with a die.
  • An insertion hole (shaft hole 32) of a shaft 50 (see FIG. 9) for transmitting rotational energy is provided at the center of the rotor core 34.
  • the shaft hole 32 and the shaft 50 are connected by shrink fitting, press fitting, or the like.
  • the rotor core 34 is provided with magnet insertion holes 36 formed in the number of poles in the circumferential direction at equal intervals on the same circumference.
  • the magnet insertion hole 36 has substantially the same shape as the permanent magnet 40.
  • the magnet insertion hole 36 is provided in the vicinity of the rotor outer peripheral surface 38 between the rotor outer peripheral surface 38 and the shaft hole 32. Adjacent permanent magnets 40 are inserted into the magnet insertion holes 36 so as to have opposite polarities in the radial direction. This constitutes each magnetic pole.
  • the number of magnetic poles of the rotor 30 may be two or more, and in this embodiment, a configuration example of the rotor 30 having six magnetic poles will be described as an example.
  • a plurality of slits 37 are provided in the iron core portion between the radially outer surface 36 a of the magnet insertion hole 36 and the rotor outer peripheral surface 38.
  • the slit 37 is for suppressing the armature reaction magnetic flux from the stator core 10 to reduce sound vibration.
  • the rotor core 34 is provided with a plurality of air holes 31 that are air gaps that are refrigerant flow paths between the magnet insertion hole 36 and the shaft hole 32.
  • the rotor core 34 is provided close to the inner diameter side surface 36 b of the magnet insertion hole 36.
  • the second electromagnetic steel plate 34b and the first electromagnetic steel plate 34a are formed such that the slits 37 and the air holes 31 have the same shape.
  • FIG. 4 shows a second electromagnetic steel plate 34 b in which the permanent magnet 40 is inserted into the magnet insertion hole 36
  • FIG. 5 shows a second electromagnetic steel sheet in which the permanent magnet 40 is not inserted into the magnet insertion hole 36
  • a steel plate 34b is shown.
  • the second electromagnetic steel plate 34b is formed with a magnet insertion hole 36, a second flux barrier 33b, which is a gap for preventing a magnetic flux short circuit, and a projection 35 for fixing the magnet.
  • the protrusions 35 are formed at both ends in the circumferential direction of the radially inner side surface 36b of the magnet insertion hole 36, and are provided so as to protrude radially outward from the radially inner side surface 36b.
  • the second flux barriers 33 b are provided on both sides in the circumferential direction of the magnet insertion hole 36.
  • FIG. 6 shows a first electromagnetic steel plate 34a in which the permanent magnet 40 is inserted into the magnet insertion hole 36
  • FIG. 7 shows a first electromagnetic steel plate in which the permanent magnet 40 is not inserted into the magnet insertion hole 36.
  • a steel plate 34a is shown.
  • a magnet insertion hole 36 and a first flux barrier 33a that is a gap for preventing magnetic flux short-circuiting are formed in the first electromagnetic steel plate 34a.
  • the first flux barriers 33 a are provided on both sides of the magnet insertion hole 36 in the circumferential direction.
  • the first electromagnetic steel plate 34 a is not provided with the projection 35 of the second electromagnetic steel plate 34 b, and the inner diameter side surface 36 b of the magnet insertion hole 36 extends linearly to the vicinity of the gap 21.
  • the projection 35 is provided on the second electromagnetic steel plate 34b, but the projection 35 is not provided on the first electromagnetic steel plate 34a.
  • the permanent magnet 40 is positioned at the center of the magnetic pole and is held so that the permanent magnet 40 does not move during driving. be able to.
  • the protrusion 35 becomes the shortest magnetic path to the magnet insertion hole 36, and the magnet magnetic flux (the magnetic flux between the adjacent permanent magnets 40) is easily short-circuited. Therefore, it is desirable that the height of the protrusion 35 (thickness t of the protrusion 35 shown in FIG. 4) be as small as possible (for example, about 1 mm) as long as the permanent magnet 40 can be held.
  • the rotor 30 is designed such that the magnetic path is narrowed by the flux barriers (33a, 33b).
  • the size of the flux barrier in the radial direction is, for example, the same size as that of the electromagnetic steel sheet (about 0.35 mm).
  • the axial length of the rotor core 34 is the rotor stack thickness X
  • the axial length of the stator core 10 is the stator stack thickness Y
  • the axial end from the axial center of the stator core 10 is shown.
  • the length L1 to the portion 10a, the length L2 from the axial center of the rotor core 34 to the axial end 34a, and the difference between the rotor product thickness X and the stator product thickness Y is defined as an overhang length Z To do.
  • the rotor product thickness X is a size obtained by adding the second electrical steel plate group to the first electrical steel plate group, and the rotor product thickness X is formed larger than the stator product thickness Y.
  • the stator stack thickness Y is 40 mm and the rotor stack thickness X is 50 mm.
  • the first electrical steel sheet group is formed so that the thickness thereof is smaller than the stator thickness Y.
  • the second electrical steel sheet group provided at both ends of the first electrical steel sheet group is formed so that the thickness thereof is larger than the overhang length Z, for example. That is, a part of the second electromagnetic steel sheet group (the number of the second electromagnetic steel sheets 34 b is about several) is arranged at a position facing the stator core 10.
  • the axial center of the stator core 10 and the axial center of the rotor 30 are arranged so as to substantially coincide with each other, the first electrical steel sheet group is provided at a position facing the stator core 10, and the second electrical steel sheet 34b. Is provided at a position overhanging from the axial end portion 10 a of the stator core 10. Accordingly, the overhang length Z is 10 mm, and the rotor protrudes from the stator by 5 mm at both ends in the axial direction. Note that the amount of protrusion of the rotor with respect to the stator may be asymmetric at both ends in the axial direction.
  • the permanent magnet 40 inserted into the magnet insertion hole 36 has an axial length that is the same as the rotor stack thickness X.
  • the rotor 30 needs to ensure the holding strength of the permanent magnet 40 against the centrifugal force of the permanent magnet 40 generated by the rotation of the rotor 30 and the vibration of the permanent magnet 40 due to the electromagnetic force applied to the permanent magnet 40. There is. Therefore, when the above holding strength is insufficient, it is necessary to increase the axial thickness of the second electromagnetic steel sheet group.
  • FIG. 8 shows a cross section of a conventional electric motor.
  • the second electromagnetic steel plate 34b1 in which the second flux barrier 33b and the protrusion 35 are formed is provided at a position facing the stator core 10. That is, the protrusion 35 is formed at a position facing the stator core 10.
  • the distance from the radially outer surface 40 a of the permanent magnet 40 to the protrusion 35 is narrower than the thickness of the permanent magnet 40.
  • the demagnetizing magnetic flux a avoiding the second flux barrier 33b having a large magnetic resistance tends to concentrate on the protrusion 35 having a small magnetic resistance.
  • a part of the permanent magnet 40 adjacent to the protrusion 35 is demagnetized, and local partial demagnetization occurs.
  • the permanent magnet 40 retains the original magnetic characteristics until the reverse magnetic field reaches a certain threshold value, but when this threshold is exceeded, the residual magnetic flux density decreases and the irreversible decrease does not return to the original magnetic characteristics. It becomes magnetic.
  • irreversible demagnetization occurs, the residual magnetic flux density of the permanent magnet 40 decreases, the current for generating torque increases, and not only the efficiency of the motor deteriorates, but also the controllability of the motor deteriorates, and reliability Bring about a decline.
  • Such a problem can be solved by omitting the projection 35 from the magnet insertion hole 36. However, if there is no projection 35, it is difficult to arrange the permanent magnet 40 at the center of the magnetic pole.
  • the permanent magnet 40 when the permanent magnet 40 is displaced in the left-right direction with respect to the magnetic pole, the magnetic flux density distribution on the rotor surface becomes asymmetric with respect to the pole, resulting in the generation of sound vibration and a reduction in efficiency. Further, when the motor is driven, electromagnetic force acts on the permanent magnet, and the permanent magnet 40 may move and break, or the permanent magnet 40 may be a source of sound vibration.
  • the conventional rotor shown in the above-mentioned Patent Document 1 is configured by combining the electrical steel sheet having the projections 35 and the electrical steel sheet not having the projections 35. With this configuration, the permanent magnet can be positioned and the influence of leakage magnetic flux caused by the protrusion 35 can be reduced. However, when the axial thickness of the second electrical steel sheet group is increased in order to provide the above-described holding strength, the demagnetizing magnetic flux concentrates on the projection 35 having a small magnetic resistance, and the permanent magnet is adjacent to the projection 35. Partial demagnetization occurs in the magnet 40.
  • the first electromagnetic steel sheet group that does not have the protrusion 35 and is difficult to demagnetize is provided at a position facing the stator core 10, and the protrusion
  • the second electromagnetic steel plate 34 b that has 35 and is easily demagnetized is provided at a position overhanging the axial end portion 10 a of the stator core 10. Since the second electromagnetic steel sheet group is a magnet-embedded electromagnetic steel sheet group, the magnetic flux b1 of the permanent magnet 40 provided in the second electromagnetic steel sheet group passes through the iron core on the rotor outer peripheral surface 38 side. As a result, the stator core 10 is linked while being curved in the radial direction.
  • this Embodiment is an example at the time of being comprised so that an effect may be acquired to the maximum, and is not limited to this structure.
  • the effect can be obtained even when several second electromagnetic steel plates are arranged at positions facing the stator core 10 within a range where the influence of demagnetization is small.
  • the 2nd electromagnetic steel plate group is arrange
  • the same effect can be obtained even when the second electromagnetic steel sheet group is arranged only on one of the axial ends of the first electromagnetic steel sheet group.
  • the demagnetizing magnetic flux a generated in the stator core 10 tends to pass through the portion having the smallest magnetic resistance, and therefore it is difficult to flow to the second electrical steel sheet group having a large magnetic resistance.
  • the demagnetization resistance can be improved.
  • the insertability of the permanent magnet 40 is also excellent. .
  • the rotor 30 In the rotor 30 according to the present embodiment, after the permanent magnet 40 is positioned by the projection 35, for example, a tapered rod is inserted into the air hole 31, and this rod is inserted in the direction of the arrow shown in FIG.
  • the thin portion 31a interposed between the radially inner side surface 36b of the magnet insertion hole 36 and the air hole 31 is deformed in the radially outward direction.
  • the inner diameter side surface 36 b of the magnet insertion hole 36 is pressed against the inner diameter surface of the permanent magnet 40, and the permanent magnet 40 is held in the magnet insertion hole 36. Therefore, the above holding strength can be ensured without increasing the axial thickness of the second electrical steel sheet group.
  • the projections 35 of the second electromagnetic steel sheet 34b need only have a positioning function in the circumferential direction of the permanent magnet 40, and the rotor 30 relatively reduces the axial thickness of the second electromagnetic steel sheet group. Can be small.
  • the ratio of the thickness of the second electrical steel sheet group at the position overhanging from the axial end portion 10 a of the stator core 10 is 0 mm.
  • the demagnetization characteristic when changing from 10 mm to 10 mm is shown.
  • the horizontal axis shows the ratio of the thickness of the second electrical steel sheet group, and the vertical axis shows the demagnetization resistance.
  • 0 mm on the horizontal axis represents a state where all the second electromagnetic steel sheet groups are disposed at positions facing the stator core 10.
  • the demagnetization resistance is defined as follows. That is, a demagnetizing current is applied at a temperature (for example, about 150 ° C.) assuming the inside of the compressor (a demagnetizing magnetic flux is applied to the permanent magnet), and an induced voltage (when the motor is rotated by external power) It is defined as the ratio of the current value at which the generated voltage is reduced by 1% (irreversibly demagnetizing).
  • the demagnetization resistance is improved as the ratio of the thickness of the second electrical steel sheet group increases from 0 mm. For example, when the thickness is 10 mm, the demagnetization resistance is improved by 5%.
  • the conventional electric motor has protrusions 35 formed on all the electromagnetic steel plates constituting the rotor core.
  • the permanent magnet 40 having a coercive force lower than that of the permanent magnet used in the conventional electric motor can be used. That is, in the electric motor 100, the addition amount of heavy rare earth elements for improving the coercive force can be reduced, and the cost can be reduced.
  • the breakdown of the improvement in the demagnetization resistance shown in FIG. 11 is improved by 5% by reducing the ratio of the first electrical steel sheet group provided with the protrusions 35, and the first electrical steel sheet group is replaced with the stator core 10. It is further improved by 5% by overhanging.
  • the electric motor 100 according to the present embodiment has the following effects regardless of the winding method, the number of slots, and the number of poles.
  • the motor 100 that is resistant to demagnetization can be obtained, a magnet having a low coercive force can be used if the demagnetization resistance is equivalent to that of a conventional motor. It is possible to use an inexpensive rare earth magnet with a small amount. Reducing the addition amount of heavy rare earth elements improves the residual magnetic flux density of the magnet, so that the magnet torque is improved, the current for generating the same torque can be reduced, and the copper loss can be reduced, And it becomes possible to reduce the conduction loss of an inverter.
  • the permanent magnet 40 can be made thinner if a demagnetization resistance equivalent to that of a conventional motor is used, and an expensive rare earth magnet is used. It becomes possible to further reduce the manufacturing cost by suppressing the amount.
  • the permanent magnet 40 is fixed to the magnet insertion hole 36 by deforming the thin portion 31a located in the radially outward direction of the air hole 31.
  • the second electromagnetic steel sheet group needs to have a half thickness (25 mm) of 50 mm.
  • the second electromagnetic steel plate 34b since the permanent magnet 40 is fixed at a portion other than the protrusion 35, the second electromagnetic steel plate 34b only needs to have a function of positioning the permanent magnet 40 in the circumferential direction.
  • the thickness of the electrical steel sheet group 2 can be suppressed to about 10 mm. As a result, the area of the second electrical steel sheet group on which the protrusions 35 are formed can be reduced, and the overhang length Z can be reduced.
  • the method of fixing the permanent magnet 40 is not limited to the method of deforming the air hole 31, and the permanent magnet 40 may be bonded to the inner peripheral surface of the magnet insertion hole 36, for example.
  • stator stack thickness Y and the rotor stack thickness X described in the present embodiment are examples, and the second electromagnetic steel plate 34b is overhanging from the axial end portion 10a of the stator core 10. If it is formed, it is possible to obtain the same effect as described above.
  • all the second electromagnetic steel plates 34b constituting the second electromagnetic steel plate group are overhanging from the axial end portion 10a of the stator core 10. Although it is desirable, the same effect can be obtained if at least one second electromagnetic steel plate 34b is overhanging from the axial end portion 10a of the stator core 10.
  • the second electromagnetic steel sheet group is provided at both ends of the rotor core 34.
  • the second electromagnetic steel sheet group is provided only at one end of the rotor core 34.
  • the same effect can be obtained.
  • the electric motor 100 using the rotor 30 performs a variable speed drive by PWM control by an inverter of a drive circuit (not shown), thereby achieving a high efficiency according to a required product load condition.
  • a variable speed drive by PWM control by an inverter of a drive circuit (not shown), thereby achieving a high efficiency according to a required product load condition.
  • it when it is mounted on a compressor of an air conditioner, it can be used in a high temperature atmosphere of 100 ° C. or higher.
  • the electric motor 100 includes the rotor core 34 including the plurality of first electromagnetic steel plates 34a and the plurality of second electromagnetic steel plates 34b that are stacked in the axial direction.
  • the first electromagnetic steel plate 34a has a plurality of magnet insertion holes 36 into which the magnets (40) constituting the magnetic poles of the rotor core 34 are inserted, and first magnets formed at both ends in the circumferential direction of the magnet insertion holes 36.
  • a gap (33a) is formed
  • the second electromagnetic steel plate 34b has a plurality of magnet insertion holes 36, second gaps (33b) formed at both ends in the circumferential direction of the magnet insertion holes 36, and the magnets.
  • Protrusions 35 are formed at both ends in the circumferential direction of the radially inner side surface 36b of the insertion hole 36 to restrict the position of the magnet
  • the second electromagnetic steel plate 34b is an electromagnetic steel plate group composed of a plurality of first electromagnetic steel plates 34a. Stacked on at least one of the axial ends 10a. And is provided at a position overhanging from the axial end 10a of the stator core 10.
  • the permanent magnet embedded electric motor, the compressor, and the refrigerating and air-conditioning apparatus show an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique. However, it is needless to say that modifications can be made such as omitting a part without departing from the gist of the present invention.
  • the present invention can be applied to a permanent magnet embedded electric motor, and is particularly useful as an invention capable of further reducing the manufacturing cost while improving the efficiency of the electric motor.

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Abstract

　回転子コアは、軸方向に積層された複数の第１の電磁鋼板３４ａと、この電磁鋼板群の両端において軸方向に積層された複数の第２の電磁鋼板３４ｂとから成り、第１の電磁鋼板３４ａには、磁石挿入孔と第１のフラックスバリアとが形成され、第２の電磁鋼板３４ｂには、磁石挿入孔と第２のフラックスバリアと磁石の位置を規制する突起とが形成され、第２の電磁鋼板３４ｂは、複数の第１の電磁鋼板３４ａから成る電磁鋼板群の軸方向端部１０ａの少なくとも一方に積層され、かつ、固定子コア１０の軸方向端部１０ａよりオーバーハングした位置に設けられている。

Description

永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置
　本発明は、永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置に関するものである。
　冷凍空調装置の圧縮機に搭載される電動機は、省エネ・低騒音が求められると共に、約１５０℃の高温雰囲気中での使用を保証する必要がある。一般に、Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ系希土類磁石は、残留磁束密度が高く、電動機の小型・高効率化に向いているが、高温になるほど保磁力が低下する。そのため、この希土類磁石を用いて製作された複数の電動機を同一電流で運転させた場合、高温雰囲気で使用される電動機の方が減磁し易い。このような問題を解決するための方法としては、高温雰囲気中で使用される希土類磁石に、例えばＤｙ（ディスプロシウム）、Ｔｂ（テルビウム）といった重希土類元素を添加することである。このことにより、保磁力が向上して減磁に強い電動機が得られる。しかしながら、近年、重希土類元素の希少価値が高まり、調達性や価格高騰のリスクが大きくなっている。そのような情勢を反映して、高効率で低騒音、かつ、保磁力の低い希土類磁石でも減磁せずに使用可能な電動機が求められている。
　下記特許文献１に記される従来の回転子には、複数枚の電磁鋼板が積層される回転子コアに永久磁石挿入穴が形成され、この永久磁石挿入穴の周方向両側に磁束漏れ防止用の空隙（フラックスバリア）が設けられ、さらに、この永久磁石挿入穴の周方向両側に永久磁石固定用の突起が設けられている。磁束漏れとは、例えば永久磁石の周方向端部の磁束が磁極間の電磁鋼板を介して隣の永久磁石に漏れたり、自己磁石内で短絡することである。このことにより従来の回転子では、永久磁石の位置決めが行われると共に、磁束漏れが抑制され、高効率な電動機が得られる。
　またこの回転子は、上記の突起を有する電磁鋼板とこの突起を有さない電磁鋼板とを組み合わせて構成されている。突起を有する電磁鋼板は、突起を有さない電磁鋼板に対して、突起を設けた分、磁石表裏間の距離が短くなり、自己磁石内で磁束が短絡し易い。この構成により、永久磁石挿入穴に挿入された永久磁石の位置決めを行うことができると共に、突起を有する電磁鋼板の領域を低減することで、より磁束の漏れが少ない、高効率な電動機が得られる。
特開２００７－１８１２５４号公報
　ここで、永久磁石電動機においては、例えば、負荷が大きいとき、過負荷によって動作中にロック状態となったとき、起動時等の過渡状態にあるとき、或いは、固定子巻線が短絡したときに、大きな電機子反作用が発生し、回転子に逆磁界が加わることがある。特に、集中巻方式の場合には、瞬時的に隣接するティースが異極となってインダクタンスが大きくなり、逆磁界が回転子にかかり易くなる。逆磁界とは、固定子に通電することで発生する回転子の磁極の向きとは相反する極の磁界である。
　上記特許文献１に示される従来の回転子のように、永久磁石固定用の突起を有する電磁鋼板とこの突起を有さない電磁鋼板とを組み合わせた場合、逆磁界による減磁磁束が、磁気抵抗の大きいフラックスバリアを避けて、磁気抵抗の小さい磁路である上記の突起を通過しようとする。従って、突起の設けられている領域に減磁磁束が集中してしまい、突起に隣接する永久磁石の一部が減磁するなどの局所的な部分減磁が発生し易いという課題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転子に埋め込まれる永久磁石の減磁を抑制して、更なる信頼性の向上を図ることができる永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の電磁鋼板を積層してなる回転子コアを固定子コア内に配置して成る永久磁石埋込型電動機であって、前記回転子コアは、軸方向に積層された複数の第１の電磁鋼板と、複数の第２の電磁鋼板とから成り、前記第１の電磁鋼板には、前記回転子コアの磁極を構成する磁石を挿入する複数の磁石挿入孔と、この磁石挿入孔の周方向両端に形成される第１の空隙とが形成され、前記第２の電磁鋼板には、前記各磁石挿入孔と、この磁石挿入孔の周方向両端に形成される第２の空隙と、この磁石挿入孔の径内側面の周方向両端に形成され前記磁石の位置を規制する突起とが形成され、前記第２の電磁鋼板は、前記複数の第１の電磁鋼板から成る電磁鋼板群の軸方向端部の少なくとも一方に積層され、かつ、前記固定子コアの軸方向端部よりオーバーハングした位置に設けられていることを特徴とする。
　この発明によれば、突起を有する第２の電磁鋼板を固定子コアの軸方向端部よりもオーバーハングした位置に設けることにより、固定子コアで発生した減磁磁束が第２の電磁鋼板に流れ難くしたので、回転子に埋め込まれる永久磁石の減磁を抑制して、更なる信頼性の向上を図ることができる、という効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機の断面図である。 図２は、図１に示される回転子の斜視図である。 図３は、回転子コアの斜視図である。 図４は、第２の電磁鋼板を平面視した回転子の断面図である。 図５は、第２の電磁鋼板を平面視した回転子コアの断面図である。 図６は、第１の電磁鋼板を平面視した回転子の断面図である。 図７は、第１の電磁鋼板を平面視した回転子コアの断面図である。 図８は、回転子の要部断面図である。 図９は、磁束の流れを説明するための電動機の側面図である。 図１０は、固定子コアに対する第２の電磁鋼板のオーバーハング長と減磁耐力との相関関係を示す図である。 図１１は、従来の電動機の減磁耐力と本発明の実施の形態に係る電動機の減磁耐力とを示す図である。
　以下に、本発明に係る永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態．
　図１は、本発明の実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機（以下「電動機」）１００の断面図である。図２は、図１に示される回転子３０の斜視図である。図３は、回転子コア３４の斜視図である。図４は、第２の電磁鋼板３４ｂを平面視した回転子３０の断面図である。図５は、第２の電磁鋼板３４ｂを平面視した回転子コア３４の断面図である。図６は、第１の電磁鋼板３４ａを平面視した回転子３０の断面図である。図７は、第１の電磁鋼板３４ａを平面視した回転子コア３４の断面図である。図８は、回転子３０の要部断面図である。図９は、磁束の流れを説明するための電動機１００の側面図である。図１０は、固定子コア１０に対する第２の電磁鋼板３４ｂのオーバーハング長と減磁耐力との相関関係を示す図である。図１１は、従来の電動機の減磁耐力と本発明の実施の形態に係る電動機１００の減磁耐力とを示す図である。
　図１において電動機１００は、固定子コア１０および回転子３０を有して構成されている。固定子コア１０は、例えば厚さ０．３５ｍｍ程度の電磁鋼板を金型で打ち抜いたものが軸方向に複数枚積層して構成されたものである。固定子コア１０は、ヨーク部１１と、ヨーク部１１から径内方向に延び円周方向に等間隔で設けられる複数のティース部１２とを有して構成されている。ティース部１２には巻線５１（図９参照）が巻回される。電動機１００では、指令回転数に同期した周波数の電流が固定子コア１０に通電されることにより回転磁界が発生し、この回転磁界により回転子３０が回転される。固定子コア１０の内周側には、エアギャップ２０を介して回転子３０が配設されている。
　図２に示される回転子３０は、主たる構成として、回転子コア３４および永久磁石４０を有して構成されている。なお、図２では、後述する突起３５と永久磁石４０との関係を分かり易くするため、図２の手前側に示される永久磁石４０の径外側の鉄心部が省かれている。永久磁石４０は、例えば厚さ２ｍｍ程度の平板状に形成されたＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系の希土類磁石である。なお、永久磁石４０の種類はこれに限るものではない。
　回転子コア３４は、軸方向に積層された複数の第１の電磁鋼板３４ａ（第１の電磁鋼板群）と、第１の電磁鋼板群の両端において軸方向に積層された複数の第２の電磁鋼板３４ｂ（第２の電磁鋼板群）とにより構成される。第２の電磁鋼板３４ｂおよび第１の電磁鋼板３４ａは、例えば厚さが約０．３５ｍｍの電磁鋼板を金型で打ち抜いて製作される。
　回転子コア３４の中心部には、回転エネルギーを伝達するためのシャフト５０（図９参照）の挿入孔（シャフト孔３２）が設けられている。シャフト孔３２とシャフト５０は、焼嵌、圧入等により連結される。図３に示されるように、回転子コア３４には、周方向へ極数分形成された磁石挿入孔３６が同一円周上で等間隔に設けられている。磁石挿入孔３６は、永久磁石４０とほぼ同一の形状である。磁石挿入孔３６は、回転子外周面３８とシャフト孔３２との間において、回転子外周面３８の近傍に設けられている。磁石挿入孔３６には、隣り合う永久磁石４０が径方向に互いに逆極性となるように挿入される。このことにより、それぞれの磁極が構成される。なお、回転子３０の磁極数は、２極以上であればよく、本実施の形態では一例として磁極数が６極の回転子３０の構成例を説明する。
　磁石挿入孔３６の径外側面３６ａと回転子外周面３８との間の鉄心部には、スリット３７が複数設けられている。このスリット３７は、固定子コア１０からの電機子反作用磁束を抑制して音振動を小さくするためのものである。また、回転子コア３４には、磁石挿入孔３６とシャフト孔３２との間に、冷媒の流路である空隙である風穴３１が複数設けられている。回転子コア３４は、磁石挿入孔３６の径内側面３６ｂに近設して設けられている。第２の電磁鋼板３４ｂおよび第１の電磁鋼板３４ａは、これらのスリット３７と風穴３１が同一の形状になるように形成される。
　図４には、磁石挿入孔３６に永久磁石４０が挿入されている第２の電磁鋼板３４ｂが示され、図５には、磁石挿入孔３６に永久磁石４０が挿入されていない第２の電磁鋼板３４ｂが示されている。第２の電磁鋼板３４ｂには、磁石挿入孔３６と、磁束短絡防止用の空隙である第２のフラックスバリア３３ｂと、磁石固定用の突起３５とが形成されている。突起３５は、磁石挿入孔３６の径内側面３６ｂの周方向両端に形成され、かつ、径内側面３６ｂから径外方向に突出するように設けられている。第２のフラックスバリア３３ｂは、磁石挿入孔３６の周方向両側に設けられている。
　図６には、磁石挿入孔３６に永久磁石４０が挿入されている第１の電磁鋼板３４ａが示され、図７には、磁石挿入孔３６に永久磁石４０が挿入されていない第１の電磁鋼板３４ａが示されている。第１の電磁鋼板３４ａには、磁石挿入孔３６と、磁束短絡防止用の空隙である第１のフラックスバリア３３ａとが形成されている。第１のフラックスバリア３３ａは、磁石挿入孔３６の周方向両側に設けられている。第１の電磁鋼板３４ａには、第２の電磁鋼板３４ｂの突起３５が設けられておらず、磁石挿入孔３６の径内側面３６ｂが極間２１付近まで直線状に延びている。
　このように第２の電磁鋼板３４ｂには突起３５が設けられているが、第１の電磁鋼板３４ａにはこの突起３５が設けられていない。本実施の形態に係る回転子３０では、第２の電磁鋼板３４ｂに突起３５を設けることにより、永久磁石４０が磁極中心に位置決めされ、かつ、駆動中に永久磁石４０が動かないように保持することができる。ただし、突起３５を設けることにより、突起３５が磁石挿入孔３６への最短磁路となり、マグネット磁束（隣接する永久磁石４０間の磁束）が短絡し易くなる。そのため、突起３５の高さ（図４に示される突起３５の厚みｔ）は、永久磁石４０を保持可能な範囲で極力小さく形成（例えば１ｍｍ程度）することが望ましい。
　また、隣接する永久磁石４０間では磁束が短絡し易いため、回転子３０は、フラックスバリア（３３ａ、３３ｂ）により磁路が狭くなるように設計されている。フラックスバリアの径方向の大きさは、例えば電磁鋼板と同等程度の大きさ（約０．３５ｍｍ）である。この構成により、永久磁石４０の端部での磁束の短絡が防止され、この磁束が固定子コア１０（図１参照）に渡り易くなり、発生トルクを大きくすることができる。
　なお、回転子３０を製作する場合、突起３５を有する磁石挿入孔３６の形状の刃物と、突起３５を有さない磁石挿入孔３６の形状の刃物とを切り替えてプレス加工を行えばよい。
　図９において、回転子コア３４の軸方向長さを回転子積厚Ｘとし、固定子コア１０の軸方向長さを固定子積厚Ｙとし、固定子コア１０の軸方向中心から軸方向端部１０ａまでの長さＬ１とし、回転子コア３４の軸方向中心から軸方向端部３４ａまでの長さＬ２とし、回転子積厚Ｘと固定子積厚Ｙとの差分をオーバーハング長Ｚとする。
　このとき、回転子積厚Ｘは、第１の電磁鋼板群に第２の電磁鋼板群を加えた大きさとなり、回転子積厚Ｘは固定子積厚Ｙよりも大きく形成されている。本実施の形態に係る電動機１００では、例えば固定子積厚Ｙが４０ｍｍ、回転子積厚Ｘが５０ｍｍに形成されている。そして、第１の電磁鋼板群は、その積厚が固定子積厚Ｙより小さい値となるように形成されている。また、第１の電磁鋼板群の両端に設けられた第２の電磁鋼板群は、その積厚が例えばオーバーハング長Ｚより大きくなるように形成されている。すなわち、第２の電磁鋼板群の一部（第２の電磁鋼板３４ｂが数枚程度）が、固定子コア１０と対向する位置に配置されている。
　固定子コア１０の軸方向中心と回転子３０の軸方向中心は略一致するように配置され、第１の電磁鋼板群は固定子コア１０と対向する位置に設けられ、第２の電磁鋼板３４ｂの一部が固定子コア１０の軸方向端部１０ａよりもオーバーハングした位置に設けられている。従って、オーバーハング長Ｚは１０ｍｍとなり、固定子に対して回転子が軸方向両端部に５ｍｍずつはみ出した状態となる。なお、固定子に対する回転子のはみ出し量は軸方向両端部で非対称であっても良い。また、磁石挿入孔３６に挿入される永久磁石４０は、その軸方向長さが回転子積厚Ｘと同じ長さに形成されている。
　ここで、回転子３０は、回転子３０の回転により発生する永久磁石４０の遠心力や永久磁石４０への電磁力による永久磁石４０の振動に対して、永久磁石４０の保持強度を確保する必要がある。そのため、上記の保持強度が不足する場合、第２の電磁鋼板群の軸方向の積厚を大きくする必要がある。
　ただし、回転子３０では、減磁の観点より、回転子３０に対する第２の電磁鋼板群の割合が少ない方が望ましい。以下、具体的に説明する。図８には従来の電動機の断面が示されている。この電動機の回転子では、第２のフラックスバリア３３ｂと突起３５とが形成された第２の電磁鋼板３４ｂ１が、固定子コア１０と対向する位置に設けられている。すなわち、突起３５が固定子コア１０と対向する位置に形成されている。そして、回転子では、永久磁石４０の径外側面４０ａから突起３５までの距離が永久磁石４０の厚さよりも狭くなる。従って、磁気抵抗の大きい第２のフラックスバリア３３ｂを回避した減磁磁束ａが、磁気抵抗の小さい突起３５に集中して流れようとする。その結果、突起３５に隣接する永久磁石４０の一部が減磁し、局所的な部分減磁が発生する。
　なお、永久磁石４０は、逆磁界がある閾値の大きさになるまでは元の磁気特性を保持するが、この閾値を超えたとき残留磁束密度が低下し、元の磁気特性に戻らない不可逆減磁となる。不可逆減磁が起きたとき、永久磁石４０の残留磁束密度が低下し、トルクを発生させるための電流が増加し、電動機の効率を悪化させるだけでなく、電動機の制御性が悪化し、信頼性の低下をもたらす。このような問題は、磁石挿入孔３６から突起３５を省くことで解消されるが、突起３５が無い場合、永久磁石４０を磁極中心に配置することが困難となる。すなわち、永久磁石４０が磁極に対して左右方向に位置ずれした場合、回転子表面の磁束密度分布が極に対して非対称となり、音振動の発生や効率の低下をもたらす。また、モータ駆動時に永久磁石に電磁力が働き、永久磁石４０が移動して割れる場合や、永久磁石４０が音振動の発生源となる場合がある。
　上記特許文献１に示される従来の回転子は、上記の突起３５を有する電磁鋼板とこの突起３５を有さない電磁鋼板とを組み合わせて構成されている。この構成により、永久磁石の位置決めを行うことができると共に、突起３５による漏れ磁束の影響を緩和することができる。ただし、上述した保持強度を持たせるために第２の電磁鋼板群の軸方向の積厚を大きくした場合、減磁磁束が磁気抵抗の小さい突起３５に集中して流れ、突起３５に隣接する永久磁石４０に部分減磁が発生する。
　本実施の形態に係る電動機１００では、図９に示されるように、突起３５を有さないため減磁し難い第１の電磁鋼板群が、固定子コア１０と対向する位置に設けられ、突起３５を有するため減磁し易い第２の電磁鋼板３４ｂが、固定子コア１０の軸方向端部１０ａよりもオーバーハングした位置に設けられている。第２の電磁鋼板群は、磁石埋め込み型の電磁鋼板群であるため、第２の電磁鋼板群内に設けられた永久磁石４０の磁束ｂ１は、回転子外周面３８側の鉄心部を通過して径方向に湾曲しながら固定子コア１０に鎖交する。なお、本実施の形態は、効果が最大限に得られるように構成した場合の一例であり、この構成に限定されるものではない。例えば磁石挿入性を改善するために、減磁の影響が小さい範囲で第２の電磁鋼板を固定子コア１０と対向する位置に数枚配置した場合でも効果は得られる。また、本実施の形態では、第２の電磁鋼板群が第１の電磁鋼板群の軸方向両端部に配置されているが、これに限定されるものではない。例えば、第１の電磁鋼板群の軸方向端部の一方のみに第２の電磁鋼板群を配置するように構成した場合でも、同様の効果は得られる。
　一方、固定子コア１０で発生した減磁磁束ａは、磁気抵抗が最も小さい部分を通過しようとするため、オーバーハングして磁気抵抗の大きい第２の電磁鋼板群には流れ難い。その結果、突起３５が設けられている第２の電磁鋼板群では局所的な減磁が発生し難く、突起３５が設けられていない第１の電磁鋼板群でも局所的な減磁が発生することがなく、減磁耐力を改善することが出来る。
　また、本実施の形態に係る回転子３０では、第２の電磁鋼板群が第１の電磁鋼板群の両端に一定間隔を隔てて設けられているため、永久磁石４０の挿入性の面でも優れる。
　なお、本実施の形態に係る回転子３０では、突起３５で永久磁石４０の位置決めが行われた後に、例えば、風穴３１にテーパー状の棒が挿入され、この棒を図４に示される矢印方向に動かすことによって、磁石挿入孔３６の径内側面３６ｂと風穴３１との間に介在する薄肉部３１ａが径外方向に変形する。このことにより、磁石挿入孔３６の径内側面３６ｂが永久磁石４０の径内側面に押しつけられ、永久磁石４０が磁石挿入孔３６に保持される。従って、第２の電磁鋼板群の軸方向の積厚を大きくしなくとも、上記の保持強度を確保することができる。その結果、第２の電磁鋼板３４ｂの突起３５は永久磁石４０の周方向の位置決め機能のみを有すればよく、回転子３０では、第２の電磁鋼板群の軸方向の積厚を相対的に小さくすることができる。
　図１０の表は、例えば回転子積厚Ｘを５０ｍｍと仮定したときに、固定子コア１０の軸方向端部１０ａよりもオーバーハングした位置における第２の電磁鋼板群の積厚の割合を０ｍｍから１０ｍｍまで変化させたときにおける減磁特性を示している。横軸にはこの第２の電磁鋼板群の積厚の割合が示され、縦軸には減磁耐力が示されている。例えば、横軸の０ｍｍとは、全ての第２の電磁鋼板群が固定子コア１０と対向する位置に配置されている状態を表している。また、横軸の１０ｍｍとは、全ての第２の電磁鋼板群が固定子コア１０の軸方向端部１０ａよりもオーバーハングした位置に配置されている状態を表している。なお、図１０では減磁耐力を以下のように定義している。すなわち、圧縮機の内部を想定した温度（例えば約１５０℃）において減磁電流を通電し（永久磁石に減磁磁束を印加し）、誘起電圧（モータを外部動力で回転させたとき巻線に発生する電圧）が１％低下する（不可逆減磁する）電流値の比と定義している。
　図１０に示されるように、減磁耐力は、第２の電磁鋼板群の積厚の割合が０ｍｍから大きくなるに従って改善され、例えば１０ｍｍのとき、減磁耐力は５％改善される。
　なお、電動機１００が減磁した場合、電動機１００が搭載される圧縮機や冷凍空調機の性能が変動し、また電動機１００で発生する電圧が変化するため、電動機１００の制御性が悪化する。従って、製品の信頼性を満足するためには、減磁率は１％程度の低下に抑止する必要がある。図１１において、従来の電動機は、回転子コアを構成する全ての電磁鋼板に突起３５が形成されているものである。従来の電動機の減磁耐力と本実施の形態に係る電動機１００の減磁耐力とを比較した場合、電動機１００は、従来の電動機に比べて減磁耐力が１０％改善されている。従って、電動機１００は、従来の電動機と同じ電流範囲で使用した場合、従来の電動機に用いられている永久磁石よりも保磁力の低い永久磁石４０を使用することができる。すなわち、電動機１００では、保磁力を向上させるための重希土類元素の添加量を減らすことができ、低コスト化を図ることができる。
　図１１に示される減磁耐力の改善の内訳としては、突起３５が設けられた第１の電磁鋼板群の割合を減らしたことにより５％改善され、第１の電磁鋼板群を固定子コア１０よりもオーバーハングさせたことにより更に５％改善されている。
　また、本実施の形態に係る電動機１００は、巻線方式、スロット数、および極数によらず以下のような効果を奏する。
　（１）フラックスバリア（３３ａ、３３ｂ）を設けることにより、漏れ磁束の少ない高効率な電動機１００を得ることができると共に、永久磁石４０が減磁し難い信頼性の高い電動機１００が得られる。
　（２）また、減磁に強い電動機１００を得ることができるため、従来の電動機と同等の減磁耐力であれば、低保磁力な磁石を使用することが可能となり、重希土類元素の添加量の少ない、安価な希土類磁石を使用することが可能となる。重希土類元素の添加量を減らすと、磁石の残留磁束密度が向上するため、マグネットトルクが向上し、同一トルクを発生させるための電流を小さくすることができ、銅損を低減することができ、かつ、インバータの通電損失を低減させることが可能となる。
　（３）また、減磁に強い電動機１００を得ることができるため、従来の電動機と同等の減磁耐力であれば、永久磁石４０の厚さを薄くすることができ、高価な希土類磁石の使用量を抑制して更なる製造コストの低減を図ることが可能となる。
　（４）また、本実施の形態に係る電動機１００を用いることにより、高効率かつ低騒音で減磁しにくい信頼性の高い圧縮機や冷凍空調装置を得ることができる。
　（５）また、本実施の形態に係る回転子３０では、例えば、風穴３１の径外方向に位置する薄肉部３１ａが変形されることで、永久磁石４０が磁石挿入孔３６に固定される。回転子積厚Ｘが５０ｍｍの場合、第２の電磁鋼板群だけで上記の保持強度を確保するためには、第２の電磁鋼板群の積厚が５０ｍｍの約半分（２５ｍｍ）必要である。本実施の形態に係る回転子３０では、突起３５以外の部位で永久磁石４０が固定されるため、第２の電磁鋼板３４ｂは永久磁石４０の周方向の位置決め機能のみを有すればよく、第２の電磁鋼板群の積厚を約１０ｍｍに抑えることができる。その結果、突起３５が形成された第２の電磁鋼板群の領域を低減でき、オーバーハング長Ｚを小さくすることができる。
　なお、永久磁石４０を固定する方法は、風穴３１を変形される方法に限定されるものではなく、例えば、永久磁石４０を磁石挿入孔３６の内周面に接着させてもよい。
　また、本実施の形態で説明した固定子積厚Ｙや回転子積厚Ｘの値は一例であり、第２の電磁鋼板３４ｂが固定子コア１０の軸方向端部１０ａよりもオーバーハングするように形成すれば上記同様の効果を得ることが可能である。
　また、本実施の形態に係る回転子３０では、第２の電磁鋼板群を構成する全ての第２の電磁鋼板３４ｂが固定子コア１０の軸方向端部１０ａよりもオーバーハングしていることが望ましいが、少なくとも１つの第２の電磁鋼板３４ｂが固定子コア１０の軸方向端部１０ａよりもオーバーハングしていれば、同様の効果を得ることが可能である。
　また、本実施の形態では、回転子コア３４の両端部に第２の電磁鋼板群が設けられているが、回転子コア３４の一方の端部のみに第２の電磁鋼板群を設けるようにしても、同様の効果を得ることができる。
　また、本実施の形態にかかる回転子３０を用いた電動機１００は、駆動回路（図示せず）のインバータによるＰＷＭ制御で可変速駆動を行うことにより、要求の製品負荷条件に合わせた高効率な運転を行うことができ、例えば、空気調和機の圧縮機に搭載された場合、１００℃以上の高温雰囲気中での使用を保証することができる。
　以上に説明したように、本実施の形態に係る電動機１００は、回転子コア３４が、軸方向に積層された複数の第１の電磁鋼板３４ａと、複数の第２の電磁鋼板３４ｂとから成り、第１の電磁鋼板３４ａには、回転子コア３４の磁極を構成する磁石（４０）を挿入する複数の磁石挿入孔３６と、この磁石挿入孔３６の周方向両端に形成される第１の空隙（３３ａ）とが形成され、第２の電磁鋼板３４ｂには、複数の磁石挿入孔３６と、この磁石挿入孔３６の周方向両端に形成される第２の空隙（３３ｂ）と、この磁石挿入孔３６の径内側面３６ｂの周方向両端に形成され磁石の位置を規制する突起３５とが形成され、第２の電磁鋼板３４ｂは、複数の第１の電磁鋼板３４ａから成る電磁鋼板群の軸方向端部１０ａの少なくとも一方に積層され、かつ、固定子コア１０の軸方向端部１０ａよりオーバーハングした位置に設けられている。この構成により、固定子コア１０で発生した減磁磁束ａが第２の電磁鋼板３４ｂに流れ難くなり、回転子３０に埋め込まれる永久磁石４０の減磁を抑制して、更なる信頼性の向上を図ることができる電動機１００が得られる。
　また、本実施の形態に係る電動機１００を圧縮機に搭載し、またこの圧縮機を冷凍空調装置にそれぞれ搭載することにより、高効率かつ低騒音で減磁しにくい信頼性の高い圧縮機や冷凍空調装置を得ることができる。
　なお、本発明の実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略するなど、変更して構成することも可能であることは無論である。
　以上のように、本発明は、永久磁石埋込型電動機に適用可能であり、特に、電動機の高効率化を図りながら更なる製造コストの低減を図ることができる発明として有用である。
　１０　固定子コア、１０ａ　軸方向端部、１１　ヨーク部、１２　ティース部、２０　エアギャップ、２１　極間、３０　回転子、３１　風穴、３１ａ　薄肉部、３２　シャフト孔、３３ａ　第１のフラックスバリア（第１の空隙）、３３ｂ　第２のフラックスバリア（第２の空隙）、３４　回転子コア、３４ａ　第１の電磁鋼板、３４ｂ　第２の電磁鋼板、３４ｂ１　第２の電磁鋼板、３４ｃ　軸方向端部、３５　突起、３６　磁石挿入孔、３６ａ　径外側面、３６ｂ　径内側面、３７　スリット、３８　回転子外周面、４０　永久磁石、４０ａ　径外側面、５０　シャフト、５１　巻線、１００　永久磁石埋込型電動機。
 

Claims (5)

  1. 　複数の電磁鋼板を積層してなる回転子コアを固定子コア内に配置して成る永久磁石埋込型電動機であって、
    　前記回転子コアは、
    　軸方向に積層された複数の第１の電磁鋼板と、複数の第２の電磁鋼板とから成り、
    　前記第１の電磁鋼板には、前記回転子コアの磁極を構成する磁石を挿入する複数の磁石挿入孔と、この磁石挿入孔の周方向両端に形成される第１の空隙とが形成され、
    　前記第２の電磁鋼板には、前記各磁石挿入孔と、この磁石挿入孔の周方向両端に形成される第２の空隙と、この磁石挿入孔の径内側面の周方向両端に形成され前記磁石の位置を規制する突起とが形成され、
    　前記第２の電磁鋼板は、前記複数の第１の電磁鋼板から成る電磁鋼板群の軸方向端部の少なくとも一方に積層され、かつ、前記固定子コアの軸方向端部よりオーバーハングした位置に設けられていることを特徴とする永久磁石埋込型電動機。
  2. 　前記第１の電磁鋼板および前記第２の電磁鋼板には、前記磁石挿入孔と回転子軸との間に位置する空隙が形成され、
    　前記突起で位置が規制された前記磁石は、前記磁石挿入孔の径内側面とこの空隙との間に介在する薄肉部が径外方向に変形することにより、前記磁石挿入孔の内周面に保持されることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
  3. 　前記突起で位置が規制された前記磁石は、前記磁石挿入孔の内周面に接着されることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
  4. 　請求項１から請求項３に記載の永久磁石埋込型電動機を搭載した圧縮機。
  5. 　請求項４に記載の圧縮機を搭載したことを特徴とする冷凍空調装置。
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