WO2014128938A1 - 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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electric motor
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昌弘 仁吾
中村　英之
和慶 土田
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三菱電機株式会社
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K1/185—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to a permanent magnet embedded electric motor, a compressor, and a refrigeration air conditioner.
  • An embedded permanent magnet electric motor is used as an electric motor for driving a compressor.
  • the stator core (stator core) of an electric motor is often fixed to the inner peripheral portion of a cylindrical airtight container (frame) by shrink fitting. That is, a frame having an inner diameter slightly smaller than the outer diameter of the stator core is manufactured, and this frame is heated and thermally expanded so that the inner diameter of the frame is larger than the outer diameter of the stator core. And after inserting a stator core in an inner diameter part of a frame, it cools to normal temperature. As a result, the inner diameter of the frame is reduced, and the stator core is held on the frame by the tightening force of the frame.
  • stator core When the stator core is fixed to the frame by shrink fitting, a pressing force directed from the inner peripheral surface (frame inner peripheral portion) of the frame toward the axial center acts on the outer peripheral surface (stator outer peripheral portion) of the stator core.
  • the aforementioned pressing force is applied to the entire periphery of the stator outer periphery, and substantially the entire region in the circumferential direction of the stator outer periphery is subjected to compressive stress. receive.
  • the magnetic permeability of the electromagnetic steel sheet constituting the stator core is reduced, the amount of magnetic flux flowing through the electromagnetic steel sheet (that is, the stator core) is reduced, and the torque of the electric motor is reduced.
  • the iron loss density of the electromagnetic steel sheet increases, the iron loss at the time of driving the motor increases, and the efficiency of the motor decreases.
  • a contact surface between the stator outer peripheral portion and the frame inner peripheral portion, and the stator outer peripheral portion and the frame are disposed between the stator outer peripheral portion and the frame inner peripheral portion.
  • a gap (non-contact surface) between the inner peripheral portion and the inner peripheral portion is formed, and the center angle of the contact surface is set within a range of 130 degrees.
  • the axial length of the inner periphery of the frame is formed smaller than the axial length of the stator core. Furthermore, this prior art has a fitting part formed so that the inner diameter dimension of the frame is smaller than the outer diameter dimension of the stator core. And the part facing the fitting part of the stator outer peripheral part is fitted with this fitting part, and the part other than the part facing the fitting part of the stator outer peripheral part (non-opposing part of the stator outer peripheral part) A gap is formed, and a part of the outer periphery of the stator is held on the frame by stator holding means (such as arc spot welding).
  • stator holding means such as arc spot welding
  • the present invention has been made in view of the above, and provides a highly reliable embedded permanent magnet electric motor, a compressor, and a refrigeration air conditioner while ensuring a removal load of a stator core composed of split cores.
  • the purpose is to obtain.
  • the present invention provides a stator core in which three or more divided cores arranged at equal central angles are arranged in an annular shape, and the stator core
  • a permanent magnet embedded type electric motor including a rotor disposed on an inner diameter portion of the rotor and a frame containing the split cores, and an outer peripheral portion of each split core includes a center of the stator core and the split cores.
  • a plurality of projecting protrusions are formed from the outer peripheral portion toward the inner peripheral portion of the frame at a position symmetrical in the circumferential direction with respect to the central axis connecting the center of the core, and a divisor of the total number of divided cores n (n is an integer of 3 or more) divided by 360, and the outer periphery of the split core provided at equal intervals in the circumferential direction at a central angle is a position other than the position where the protrusion is formed, and Front from the inner periphery at a position symmetrical in the circumferential direction with respect to the central axis A plurality of recess reces shaped as a collision in the direction of the outer peripheral portion is formed, characterized by.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a compressor provided with a permanent magnet embedded electric motor according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view taken along arrow AA shown in FIG.
  • FIG. 3 is a detailed view of a main part of the permanent magnet embedded motor shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 1 (cross-sectional view of the permanent magnet embedded electric motor excluding the frame).
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 1 (cross-sectional view of the permanent magnet embedded electric motor excluding the frame).
  • FIG. 7 is a detailed view of the stator core.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a compressor provided with a permanent magnet embedded electric motor according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view taken along arrow AA shown in FIG
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the shrink-fitting allowance and the iron loss.
  • FIG. 9 is a diagram showing a comparison result between the iron loss ratio at the time of driving the conventional permanent magnet embedded electric motor and the iron loss ratio at the time of driving the embedded permanent magnet electric motor according to the embodiment of the present invention. It is.
  • FIG. 10 is a first side view of the stator core.
  • FIG. 11 is a second side view of the stator core.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a compressor provided with a permanent magnet embedded electric motor according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view taken along arrow AA shown in FIG.
  • FIG. 3 is a detailed view of a main part of the permanent magnet embedded motor shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 1 (cross-sectional view of the permanent magnet embedded electric motor excluding the frame).
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 1 (cross-sectional view of the permanent magnet embedded electric motor excluding the frame).
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a compressor provided with a permanent magnet embedded electric motor according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view taken along arrow AA shown in FIG.
  • FIG. 3 is a detailed view of a main part
  • FIG. 7 is a detailed view of the stator core.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the shrink-fitting allowance and the iron loss.
  • FIG. 9 is a diagram showing a comparison result between the iron loss ratio at the time of driving the conventional permanent magnet embedded electric motor and the iron loss ratio at the time of driving the embedded permanent magnet electric motor according to the embodiment of the present invention. It is.
  • FIG. 10 is a side view of the stator core.
  • FIG. 11 is a second side view of the stator core.
  • the frame 6 of the rotary compressor 1 is provided with an embedded permanent magnet electric motor 7 (hereinafter “electric motor 7”) and a compression element 14.
  • the electric motor 7 includes a stator 80, a rotor 22, and a rotating shaft 10, and is, for example, a brushless DC motor.
  • the stator 80 includes a stator core 8 and a stator winding 29, and the rotating shaft 10 is disposed near the center of the stator core 8.
  • the electric motor 7 is used as an electric element of the hermetic rotary compressor 1, but the electric motor 7 can also be applied as an electric element of any device other than the rotary compressor 1.
  • the compression element 14 includes, as main elements, a cylinder 12 provided in a vertically stacked state, a rotating shaft 10 that is rotated by the electric motor 7, a piston 13 that is fitted into the rotating shaft 10, and a cylinder 12 that compresses the inside of the cylinder 12 to the suction side. Attached to the upper frame 17, a vane (not shown) that is divided into a side, a pair of upper and lower frames (an upper frame 17 and a lower frame 16) that are rotatably inserted into the rotary shaft 10 and closes the axial end surface of the cylinder 12.
  • the upper discharge muffler 11 and the lower discharge muffler 15 attached to the lower frame 16 are provided.
  • the frame 6 is formed into a cylindrical shape by drawing a steel plate having a thickness of about 3 mm. Refrigerating machine oil (not shown) that lubricates each sliding portion of the compression element 14 is stored at the bottom of the frame 6. .
  • the rotor 22 is disposed via a gap 26 (see FIG. 2) on the inner diameter side of the stator 8.
  • the rotary shaft 10 is held in a freely rotatable state by bearing portions (upper frame 17 and lower frame 16) provided at the lower portion of the rotary compressor 1.
  • the stator core 8 is held on the frame inner periphery 6b (see FIG. 3) by shrink fitting, for example. Electric power from the glass terminal 4 fixed to the frame 6 is supplied to the stator winding 29 wound around the stator core 8.
  • the outer diameter of the stator core 8 is set larger than the inner diameter of the frame 6.
  • a high temperature for example, 300 ° C.
  • the frame 6 expands, and the expanded inner diameter of the frame 6 becomes larger than the outer diameter of the stator core 8 at normal temperature.
  • the normal temperature stator core 8 is inserted into the high temperature frame 6.
  • the frame 6 contracts, and the stator core 8 is fixed to the frame 6.
  • shrink fitting In the stator core 8 after shrink fitting, a compressive stress is generated by the tightening force of the frame 6. Due to this compressive stress, the magnetic permeability of the electrical steel sheet constituting the stator core 8 is lowered and the iron loss is increased.
  • FIG. 8 shows the relationship between the iron loss and the difference between the inner diameter dimension of the frame 6 and the outer diameter dimension of the stator core 8 at room temperature (shrink-fitting allowance).
  • the stator core 8 has a donut shape whose outer diameter is slightly larger than the inner diameter of the frame 6.
  • the shrink-fitting allowance at normal temperature varies depending on the weight of the stator core 8, but the larger the weight of the stator core 8, the greater the shrink-fitting allowance, which is about several tens to several hundreds of micrometers. For example, a compressive stress corresponding to a tightening force generated by contraction of the frame 6 at the time of shrink fitting is generated on the outer peripheral portion of the stator core 8.
  • the compressive stress increases as the shrink-fit allowance increases.
  • the iron loss of the electromagnetic steel plate which comprises the stator core 8 increases with this compressive stress as FIG. 8 shows.
  • the iron loss due to compressive stress has a characteristic (saturation characteristic) that increases greatly with increasing compressive stress until the compressive stress reaches about 70 MPa, but decreases with increasing compressive stress.
  • the iron loss with respect to the shrink-fitting allowance greatly increases in the region where the shrink-fitting allowance is 60 ⁇ m or less, and is saturated in the region where it is 60 ⁇ m or more.
  • FIG. 2 shows an electric motor 7 including a stator core 8 composed of a split core 8A and a rotor 22.
  • a stator core 8 composed of a split core 8A and a rotor 22.
  • six magnet insertion holes having a substantially regular hexagon are formed in the vicinity of the outer periphery thereof, and N poles and S poles are alternately attached to the magnet insertion holes.
  • Six magnetized flat-plate rare earth permanent magnets (neodymium, iron, and boron as main components) are inserted.
  • a shaft hole 21 is formed at the center of the rotor core 23, and a rotating shaft 10 (see FIG. 1) for transmitting rotational energy is connected to the shaft hole 21 by shrink fitting, press fitting, or the like.
  • a plurality of air holes 25 serving as a refrigerant flow path are provided between the magnet insertion hole and the shaft hole 21, a plurality of air holes 25 serving as a refrigerant flow path are provided.
  • the number of magnetic poles of the rotor 22 may be any number as long as it is two or more, but here, a case where the number of magnetic poles of the rotor 22 is six is illustrated.
  • an Nd—Fe—B (neodymium-iron-boron) rare earth magnet is used as the permanent magnet, but the type of permanent magnet is not limited to this.
  • the rare earth magnet used for the rotor 22 of the compressor electric motor 7 has a heavy rare earth element amount of Dy (dysprosium) in order to suppress a decrease in coercive force and a decrease in demagnetization characteristics at high temperatures. ) Is added.
  • the electric motor 7 using the rotor 22 of the present embodiment performs variable speed drive by PWM control by an inverter of a drive circuit (not shown), thereby enabling high-efficiency operation in accordance with required product load conditions. It is carried out.
  • the electric motor 7 using the rotor 22 of this Embodiment is mounted in the compressor of an air conditioner, for example, and guarantees the use in a high temperature atmosphere of 100 degreeC or more.
  • a gap 26 is formed between the outer peripheral surface of the rotor core 23 and the inner peripheral surface of the stator core 8.
  • the air gap 26 is 0.3 mm to 1 mm.
  • the stator core 8 is an annular body arranged in an annular shape by punching a magnetic steel sheet having a thickness of about 0.1 mm to 0.7 mm into a predetermined shape, and connecting a plurality of punched divided core pieces with a connecting portion 27. Multiple sheets are stacked.
  • the connection part 27 is comprised by a joint wrap or a thin connection part, for example.
  • an electromagnetic steel sheet having a thickness of 0.35 mm is used.
  • the stator core 8 is subjected to an annealing process after the electromagnetic steel sheets are laminated in order to alleviate distortion at the time of punching.
  • Each divided core 8A constituting the stator core 8 is formed by laminating a plurality of divided core pieces, and is formed in a substantially T shape.
  • the split core 8A includes a yoke 8A1, a magnetic pole tooth 8A2, and a tooth tip 8A3.
  • a slot 8B is formed by a space defined by the yoke 8A1, the magnetic pole teeth 8A2, and the tooth tip 8A3.
  • nine slots 8B arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction are formed radially.
  • the magnetic pole teeth 8A2 extend from the yoke 8A1 toward the center of the electric motor 7, and the width in the circumferential direction is formed to be substantially equal from the yoke 8A1 to the tooth tip 8A3.
  • a stator winding 29 (see FIG. 1) that generates a rotating magnetic field is wound around the magnetic teeth 8A2.
  • Teeth tip 8A3 is formed in an umbrella shape with both sides extending in the circumferential direction.
  • the stator winding 29 is formed by winding a magnet wire directly around the magnetic pole teeth 8A2 via the insulating portion 9 (see FIG. 1). This winding method is called concentrated winding.
  • the stator winding 29 is connected to a three-phase Y connection. The number of turns and the wire diameter of the stator winding 29 are determined in accordance with required characteristics (rotation speed, torque, etc.), voltage specifications, and slot cross-sectional area.
  • the split core 8A is expanded in a strip shape so that the stator winding 29 can be easily wound, and a magnet wire having a wire diameter of about 0.8 mm is wound around each magnetic pole tooth 8A2 for about 100 turns, and then the split core
  • the stator core 8 is formed by rounding and welding 8A in a ring shape.
  • Two protrusions 8c are provided on the outer peripheral portion 8a of the split core 8A.
  • the center position of the stator core 8 is C
  • the center position of the yoke 8A1 in the circumferential direction is D
  • the line connecting the center position C and the center position D is the teeth center axis 30.
  • each of the divided cores 8A is provided with two protrusions 8c at positions symmetrical with respect to the teeth central axis 30 in the circumferential direction.
  • each protrusion 8 c is provided from one end of the stator core 8 in the axial direction to the other end.
  • the protrusion 8c cannot be effectively used as a magnetic path when the electric motor 7 is driven, it is desirable that the height (step) from the tip of the protrusion 8c to the outer periphery 8a is small.
  • the step is a distance about twice as large as the shrink-fitting allowance so that the portion of the outer peripheral portion 8a of the split core 8A that is not provided with the protruding portion 8c does not come into contact with the frame 6 when shrink-fitted. It is formed as follows.
  • stator core 8 When the stator core 8 is incorporated into the frame 6, the stator core 8 is first temporarily fixed by shrink fitting with the frame 6 so that the protrusion 8 c fits with the frame inner peripheral portion 6 b (see FIG. 3).
  • the split core 8 ⁇ / b> A constituting the stator core 8 is provided with two protrusions 8 c at positions that are symmetrical in the circumferential direction with respect to the tooth center axis 30. Therefore, each divided core 8A is shrink-fitted with an equal force from the outer peripheral side toward the axis center in this step, and a gap (divided gap) between adjacent divided cores 8A is reduced to ensure roundness. be able to.
  • the roundness of the stator core 8 can be improved by providing a large number of the protrusions 8c that are evenly distributed in the circumferential direction.
  • the stator core 8 shown in FIG. 2 has 18 protrusions 8c as an example. However, in order to improve the roundness, more protrusions 8c may be evenly distributed. desirable.
  • the protrusion 8 c has an area on the frame inner peripheral part 6 b side (part where the protrusion 8 c contacts the frame inner peripheral part 6 b). It is desirable to form so that it may become 20% or less of the total area of the part 8a.
  • the shrinkage allowance is 60 ⁇ m or less. This is because, as shown in FIG. 8, when the shrinkage allowance exceeds 60 ⁇ m, the increase in iron loss against the compressive stress is saturated. That is, if the difference between the inner diameter dimension of the frame 6 and the outer diameter dimension of the stator core 8 (shrink-fitting allowance) is 60 ⁇ m or less, the increase in iron loss after shrink-fitting can be greatly reduced. .
  • a plurality of hollow portions 8b are provided in the outer peripheral portion 8a of the split core 8A.
  • the position where the hollow portion 8b is formed is, for example, an angle obtained by dividing 360 by the divisor n (n is an integer of 3 or more) of the total number of the divided cores 8A among all the divided cores 8A in the circumferential direction. It is the outer peripheral part 8a of the split core 8A provided at equal intervals.
  • the divisor n is 3 or 9.
  • the divisor n is 3, and the three divided cores 8A denoted by reference symbols a, b, and c in FIG.
  • Each of the divided cores 8A is provided with two recessed portions 8b.
  • the recessed portion 8b is provided at a position symmetrical in the circumferential direction with respect to the tooth center axis 30 in the outer peripheral portion 8a of the divided core 8A.
  • the recess 8b is provided only in the vicinity of the center between one end and the other end of the split core 8A with respect to the axial direction of the split core 8A.
  • the hollow part 8b becomes a factor which narrows the magnetic path of the stator core 8 and deteriorates the magnetic characteristic of the electric motor 7, it is desirable to comprise so that the magnitude
  • the recess 8b is formed with a circumferential width of about 4 mm, an axial length of about 5 mm, and a radial depth of about 2 mm. The depth in the radial direction is the length from the bottom 8d (see FIG. 3) of the recess 8b to the outer periphery 8a.
  • hollow part 8b of the example of illustration is provided in the outer side between the two projection parts 8c formed in the division
  • the pressing jig 24 having substantially the same size as or slightly smaller than the recessed portion 8 b and having a planar shape at the tip is attached to the outside of the frame 6.
  • the frame 6 between the frame outer peripheral portion 6a pressed by the pressing jig 24 and the recess portion 8b is plastically deformed, and the deformed portion (pressing portion 6e) is sheared to the recess portion 8b.
  • a concave portion 6c is formed in the frame outer peripheral portion 6a, and the columnar projection 6d (that is, the fixing portion 28) is closely engaged with the recess portion 8b, whereby the frame 6 and the stator core 8 are mutually connected.
  • a fixing portion 28 for fixing the is formed.
  • the divided core 8A is configured to come into contact with the frame inner peripheral portion 6b by the protrusion 8c. Therefore, the recessed portion 8b for locally fixing the stator core 8 to the frame 6 does not have to be formed in all the divided cores 8A constituting the stator core 8. That is, the locally fixed number can be made smaller than the total number of the divided cores 8A.
  • the recessed portions 8 b may be provided near both end portions in the axial direction of the stator core 8 (both near one end and near the other end). .
  • the stator core 8 is not easily displaced in the axial direction, and high reliability can be obtained.
  • the circumferential position of the protrusion 8c is provided so that the central angle with respect to the teeth central axis 30 is 3 degrees to 10 degrees (A degree in the figure). desirable. Further, it is desirable that the circumferential position of the recess 8b is provided so that the central angle with respect to the tooth central axis 30 is 10 degrees to 15 degrees (B degrees in the figure). With this configuration, a uniform tightening force is applied to the split core 8A, and local fixing can be performed without reducing roundness.
  • the stator core 8 configured in this way is shrink-fitted with an equal force from the outer peripheral side toward the axis center, and is locally fixed in a state where roundness is ensured. Accordingly, it is possible to prevent the divided core 8A from being fixed in a greatly distorted state due to the local tightening force at the time of local fixing. It can be fixed to 6b.
  • the electric motor 7 according to the present embodiment has a good roundness, it can reduce vibration. Furthermore, the holding force necessary for fixing the stator core 8 to the frame 6 can be sufficiently secured by performing the local fixing.
  • a local fixing method for example, a method of fixing the stator core 8 to the frame 6 by arc spot welding may be used.
  • FIG. 9 shows the iron loss ratio at the time of driving the conventional electric motor and the iron loss ratio at the time of driving the electric motor 7 according to the embodiment of the present invention.
  • the configuration of the electric motor 7 according to the present embodiment is the same as that of the conventional electric motor except for the stator core 8.
  • the electric motor 7 according to the present embodiment can reduce the iron loss by 19% compared to the conventional electric motor, and the efficiency of the electric motor 7 is greatly improved. I understand.
  • the stress deterioration of iron loss is greater as the magnetic flux density is higher.
  • Electric elements that use concentrated windings with high winding density and that use rare earth permanent magnets for the rotor have a high magnetic flux density, which is particularly effective in reducing iron loss by reducing compressive stress due to shrink fitting. growing.
  • an electric motor using a rare earth magnet having a Dy content of 3% or less has a high magnetic flux density, the effect of improving the efficiency is particularly increased by using the stator core 8 according to the present embodiment.
  • the performance improvement can also be directed to reducing the amount of magnets used.
  • the refrigerant gas supplied from the accumulator 2 is sucked into the cylinder 12 through the suction pipe 3 fixed to the frame 6.
  • the electric motor 7 is rotated by energization of the inverter, the piston 13 fitted to the rotating shaft 10 is rotated in the cylinder 12.
  • the refrigerant is compressed in the cylinder 12.
  • the refrigerant ascends in the frame 6 through the air holes of the electric motor 7. At this time, refrigeration oil is mixed in the compressed refrigerant.
  • the mixture of the refrigerant and the refrigerating machine oil passes through the air hole provided in the rotor core, the separation of the refrigerant and the refrigerating machine oil is promoted, and the refrigerating machine oil can be prevented from flowing into the discharge pipe 5. In this way, the compressed refrigerant is supplied to the high pressure side of the refrigeration cycle through the discharge pipe 5 provided in the frame 6.
  • R410A, R407C, R22 and the like are used as the refrigerant of the rotary compressor 1, but any refrigerant such as a low GWP (global warming potential) refrigerant can be applied. From the viewpoint of preventing global warming, a low GWP refrigerant is desired.
  • a low GWP refrigerant there are the following refrigerants.
  • HFO is an abbreviation for Hydro-Fluoro-Olefin
  • Olefin is an unsaturated hydrocarbon having one double bond.
  • the GFO of HFO-1234yf is 4.
  • Hydrocarbon having a carbon double bond in the composition for example, R1270 (propylene).
  • GWP is 3, which is smaller than HFO-1234yf, but flammability is larger than HFO-1234yf.
  • stator core 8 is fixed to the frame 6 by shrink fitting.
  • a method other than shrink fitting for example, cold fitting (method for cooling the stator 8), or press fitting is used.
  • a brushless DC motor has been described as an example of the electric motor 7.
  • the fixing method of the stator core 8 according to the present embodiment is an electric motor other than the brushless DC motor, for example, a permanent magnet of an induction motor.
  • the present invention can also be applied to motors that are not used, and similar effects can be obtained with these motors.
  • the electric motor 7 includes the stator core 8 in which three or more divided cores 8A arranged at equal central angles are arranged in an annular shape, and the stator core.
  • 8 is a permanent magnet embedded type electric motor including a rotor 22 disposed on an inner diameter portion of the motor 8 and a frame 6 containing the split core 8A.
  • the outer periphery 8a of each split core 8A includes a stator core 8 A plurality of protruding portions 8c projecting from the outer peripheral portion 8a toward the inner peripheral portion 6b of the frame at a position symmetrical in the circumferential direction with respect to a central axis (teeth central axis 30) connecting the center of the divided core 8A and the center of the divided core 8A
  • the outer peripheral portion 8a of the divided core 8A provided at equal intervals in the circumferential direction at a central angle obtained by dividing 360 by the divisor n (n is an integer of 3 or more) of the total number of the divided cores 8A, At a position other than the position where the protrusion 8c is formed, and at the central axis In symmetrical positions in the circumferential direction and a plurality of depressed portions 8b direction becomes collision the dent shape of the outer peripheral portion 8a is formed from the frame inner periphery portion 6b.
  • stator core 8 configured in this manner is temporarily fixed to the frame inner peripheral portion 6b by shrink fitting, the roundness of the stator core 8 is improved as compared with the prior art. Furthermore, by fixing the stator 8 locally to the inner periphery 6b of the frame after shrink fitting, it is possible to secure the pull-out load of the stator 8 and to minimize the places where the compressive stress is generated inside the core. Therefore, a reduction in efficiency of the electric motor 7 can be suppressed as compared with the prior art, and the electric motor 7 having high efficiency and high reliability can be obtained. In particular, it is highly effective in improving the efficiency of a rare earth-saving motor with a high magnetic flux density, and the performance improvement can be directed to reducing the amount of magnets used. By using the electric motor 7 described above, it is possible to configure a highly efficient compressor and refrigeration air conditioner with low noise and high reliability.
  • the embodiment of the present invention shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and a part thereof is not deviated from the gist of the present invention. Of course, it is possible to change the configuration such as omission.
  • the present invention can be applied to a permanent magnet embedded electric motor, a compressor, and a refrigeration air conditioner, and in particular, as an invention that can improve reliability while securing a removal load of a stator core. Useful.

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Abstract

　分割コア８Ａの外周部には、固定子コア８の中心と分割コア８Ａの中心とを結ぶ中心軸に対して周方向に対称な位置において、分割コア８Ａ外周部からフレーム内周部に向かって突状の複数の突起部８ｃが形成され、分割コア８Ａの総数の約数ｎ（ｎは３以上の整数）で３６０を除した値の中心角で周方向に等間隔に設けられた分割コア８Ａの外周部には、前記中心軸に対して周方向に対称な位置において、フレーム内周部から分割コア８Ａの外周部の方向に突となる窪み状の複数の窪み部８ｂが形成されている。

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。
　圧縮機を駆動する電動機として永久磁石埋込型電動機が用いられている。圧縮機では、電動機の固定子鉄心（固定子コア）が円筒状の密閉容器（フレーム）の内周部に焼き嵌めで固定されることが多い。すなわち、固定子コアの外径よりわずかに小さい内径のフレームを製造し、このフレームを加熱して、フレーム内径が固定子コアの外径より大きくなるように熱膨張させる。そして、フレーム内径部に固定子コアを挿入した後、常温まで冷却する。これにより、フレーム内径が縮小し、フレームの締め付け力によって固定子コアがフレームに保持される。
　焼き嵌めによって固定子コアをフレームに固定する場合、フレームの内周面（フレーム内周部）から軸中心方向へ向かう押圧力が固定子コアの外周面（固定子外周部）へ作用する。このとき、固定子外周部の全体がフレーム内周部に接している場合、前述した押圧力が固定子外周部の全周に加わり、固定子外周部の周方向の略全領域が圧縮応力を受ける。固定子外周部が圧縮応力を受けた場合、固定子コアを構成する電磁鋼板の透磁率が低下し、電磁鋼板（すなわち固定子コア）を流れる磁束量が減少して電動機のトルクが減少する。トルクの減少を補償するためには、固定子巻線に流す電流を増加させることで、固定子コアに流れる磁束量を増大させる必要があり、銅損およびインバータの通電損失が増加する。また圧縮応力を受けた場合、電磁鋼板の鉄損密度が増加し、電動機駆動時の鉄損が増大し、電動機の効率が低下する。
　下記特許文献１に記される従来技術では、固定子外周部とフレーム内周部との間に、固定子外周部とフレーム内周部とが当接する当接面と、固定子外周部とフレーム内周部との間の空隙（非当接面）とが形成され、当接面の中心角度が１３０度の範囲内に設定されている。この構成により、焼き嵌めによって固定子コアをフレームに固定しながら効率の低下を抑制している。
　また、下記特許文献２に記される従来技術では、フレーム内周部の軸方向長さが固定子コアの軸方向長さよりも小さく形成されている。さらに、この従来技術は、フレームの内径寸法が固定子コアの外径寸法よりも小さく形成された嵌合部を有する。そして、固定子外周部の嵌合部と対向する部分がこの嵌合部と嵌め合わされ、固定子外周部の嵌合部と対向する部分以外の部分（固定子外周部の非対向部）には隙間が形成され、さらに、固定子外周部の一部が固定子保持手段（アークスポット溶接など）によってフレームに保持されている。
特開２００６－１９１７０２号公報 特開２０１０－２４８９９１号公報
　しかしながら、上記特許文献１に記される従来技術では、固定子外周部とフレーム内周部との間の空隙により、固定子コアに作用する締め付け力が緩和されるものの、フレームが固定子コアを保持する力が低下するという課題があった。
　また、上記特許文献２に記される従来技術では、嵌合部を形成することによって、圧縮応力の発生を抑制して高効率な電動機を得ることができる。ただし、この従来技術では、固定子外周部の非対向部がフレームと接触しないため、分割コアで構成された固定子コアをフレームに組み込む場合、局所的な外力が印加されると、この固定子コアには局所的な締め付け力が作用する。その結果、この固定子コアを構成する分割コアの一部が歪んだ状態で固定され、固定子コアの真円度が従来の接触構造のもの（焼き嵌めによる固定子コア）と比べて悪化し、音振動の要因となっていた。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、分割コアで構成された固定子コアの抜け荷重を確保しつつ信頼性の高い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、相互に等しい中心角で配置された３つ以上の分割コアが環状に配設されて成る固定子コアと、前記固定子コアの内径部に配置される回転子と、分割コアを内包するフレームとを備えた永久磁石埋込型電動機であって、前記各分割コアの外周部には、前記固定子コアの中心と前記分割コアの中心とを結ぶ中心軸に対して周方向に対称な位置において、前記外周部から前記フレームの内周部に向かって突状の複数の突起部が形成され、分割コアの総数の約数ｎ（ｎは３以上の整数）で３６０を除した値の中心角で周方向に等間隔に設けられた分割コアの外周部には、前記突起部が形成される位置以外の位置、かつ、前記中心軸に対して周方向に対称な位置において、前記内周部から前記外周部の方向に突となる窪み状の複数の窪み部が形成されていること、を特徴とする。
　この発明によれば、分割コアで構成された固定子コアの抜け荷重を確保しつつ信頼性を高めることができる、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を備えた圧縮機の縦断面図である。 図２は、図１に示されるＡ－Ａ矢視の断面図である。 図３は、図２に示される永久磁石埋込型電動機の要部詳細図である。 図４は、図１に示されるＡ－Ａ矢視の断面図（フレームを除いた永久磁石埋込型電動機の断面図）である。 図５は、図１に示されるＢ－Ｂ矢視の断面図である。 図６は、図１に示されるＢ－Ｂ矢視の断面図（フレームを除いた永久磁石埋込型電動機の断面図）である。 図７は、固定子コアの詳細図である。 図８は、焼嵌締め代と鉄損との関係を示す図である。 図９は、従来の永久磁石埋込型電動機の駆動時における鉄損比率と、と本発明の実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機の駆動時における鉄損比率との比較結果を示す図である。 図１０は、固定子コアの第１の側面図である。 図１１は、固定子コアの第２の側面図である。
　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を備えた圧縮機の縦断面図である。図２は、図１に示されるＡ－Ａ矢視の断面図である。図３は、図２に示される永久磁石埋込型電動機の要部詳細図である。図４は、図１に示されるＡ－Ａ矢視の断面図（フレームを除いた永久磁石埋込型電動機の断面図）である。図５は、図１に示されるＢ－Ｂ矢視の断面図である。図６は、図１に示されるＢ－Ｂ矢視の断面図（フレームを除いた永久磁石埋込型電動機の断面図）である。図７は、固定子コアの詳細図である。図８は、焼嵌締め代と鉄損との関係を示す図である。図９は、従来の永久磁石埋込型電動機の駆動時における鉄損比率と、と本発明の実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機の駆動時における鉄損比率との比較結果を示す図である。図１０は、固定子コアの側面図である。図１１は、固定子コアの第２の側面図である。
　ロータリ圧縮機１のフレーム６には、永久磁石埋込型電動機７（以下「電動機７」）と圧縮要素１４とが設けられている。電動機７は、固定子８０と回転子２２と回転軸１０とから成り、例えばブラシレスＤＣモータである。固定子８０は、固定子コア８と固定子巻線２９とから成り、固定子コア８の中心付近には回転軸１０が配置される。なお、本実施の形態では、密閉型のロータリ圧縮機１の電動要素として電動機７が用いられているが、電動機７は、ロータリ圧縮機１以外のあらゆる装置の電動要素としても適用可能である。
　圧縮要素１４は、主な要素として、上下積層状態に設けられたシリンダ１２と、電動機７により回転する回転軸１０と、回転軸１０に嵌挿されるピストン１３と、シリンダ１２内を吸入側と圧縮側に分けるベーン（図示せず）と、回転軸１０が回転自在に嵌挿されシリンダ１２の軸方向端面を閉塞する上下一対のフレーム（上部フレーム１７および下部フレーム１６）と、上部フレーム１７に装着された上部吐出マフラ１１と、下部フレーム１６に装着された下部吐出マフラ１５とを備える。フレーム６は、厚さ３ｍｍ程度の鋼板を絞り加工により円筒形状に形成され、フレーム６の底部には、圧縮要素１４の各摺動部を潤滑する冷凍機油（図示せず）が貯留されている。
　回転子２２は、固定子８の内径側の空隙２６（図２参照）を介して配置されている。回転軸１０は、ロータリ圧縮機１の下部に設けた軸受け部（上部フレーム１７および下部フレーム１６）により回転自在な状態で保持されている。固定子コア８は、例えば焼き嵌めによりフレーム内周部６ｂ（図３参照）に保持される。固定子コア８に巻回された固定子巻線２９には、フレーム６に固定されるガラス端子４からの電力が供給される。
　以下、焼き嵌めについて説明する。常温において、固定子コア８の外径はフレーム６の内径よりも大きく設定される。このフレーム６を高温（例えば、３００℃）に加熱することによってフレーム６が膨張し、膨張したフレーム６の内径寸法は、常温時の固定子コア８の外径寸法よりも大きくなる。この状態で常温の固定子コア８が高温のフレーム６に挿入される。その後、フレーム６の温度が下がるとフレーム６が収縮するため、フレーム６に固定子コア８が固定される。これを焼き嵌めという。焼き嵌め後の固定子コア８には、フレーム６の締め付け力によって圧縮応力が生じる。この圧縮応力により、固定子コア８を構成する電磁鋼板の透磁率が低下し、かつ、鉄損が増加する。
　図８には、常温におけるフレーム６の内径寸法と固定子コア８の外径寸法との差（焼嵌締め代）と鉄損との関係が示されている。固定子コア８は、その外径寸法がフレーム６の内径寸法よりも僅かに大きいドーナツ形状である。常温における焼嵌締め代は、固定子コア８の重量によっても異なるが、固定子コア８の重量が大きいほど焼嵌締め代も大きく、数十から数百μｍ程度である。固定子コア８の外周部には、例えば焼き嵌め時におけるフレーム６の収縮で発生する締め付け力に応じた圧縮応力が発生する。
　この締め付け力は、焼嵌締め代が大きくなるため、圧縮応力は焼嵌締め代が大きくなるほど大きくなる。そして、この圧縮応力により固定子コア８を構成する電磁鋼板の鉄損が図８に示されるように増加する。すなわち、圧縮応力による鉄損は、圧縮応力が７０ＭＰａ程度までは圧縮応力の増加に対して大きく増加していくが、それ以上の圧縮応力に対しては小さくなる特性（飽和特性）を持つ。そのため、焼嵌締め代に対する鉄損は、焼嵌締め代が６０μｍ以下の領域では大きく増加し、６０μｍ以上の領域では飽和する。
　以下、この圧縮応力を低減する構成例を説明する。
　図２には、分割コア８Ａで構成される固定子コア８と回転子２２から成る電動機７が示されている。回転子２２の回転子コア２３には、その外周部近傍に略正六角形をなす６個の磁石挿入穴が形成され、各磁石挿入穴にはＮ極とＳ極とが交互になるように着磁された６枚の平板形状の希土類永久磁石（ネオジウム、鉄、ボロンを主成分とするもの）が挿入されている。また回転子コア２３にはその中心にシャフト孔２１が形成され、シャフト孔２１には回転エネルギーを伝達するための回転軸１０（図１参照）が焼き嵌めや圧入等により連結されている。磁石挿入孔とシャフト孔２１との間には、冷媒の流路となる風穴２５が複数設けられている。
　なお、回転子２２の磁極数は、２極以上であればいくつでもよいが、ここでは、回転子２２の磁極数が６極の場合を例示している。また本実施の形態では永久磁石としてＮｄ－Ｆｅ－Ｂ（ネオジム－鉄－ボロン）系の希土類磁石を用いているが、永久磁石の種類はこれに限るものではない。また、圧縮機用の電動機７の回転子２２に用いる希土類磁石には、高温時に保磁力が低下して減磁特性が低下するのを抑制するため、重希土類元素量であるＤｙ（ディスプロシウム）を添加する。希土類磁石にＤｙを添加すると、保磁力が向上する反面、残留磁束密度が低下する特性を持ち、ここでは、希土類磁石のＤｙ含有量が２％のものを使用している。また、本実施の形態の回転子２２を用いた電動機７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っている。また、本実施の形態の回転子２２を用いた電動機７は、例えば、空気調和機の圧縮機に搭載され、１００℃以上の高温雰囲気中での使用を保証する。
　回転子コア２３の外周面と固定子コア８の内周面との間には空隙２６が形成される。この空隙２６は０．３ｍｍから１ｍｍである。指令回転数に同期した周波数の電流を固定子コア８に通電することにより回転磁界が発生し、回転子コア２３が回転する。
　固定子コア８は、厚さ０．１ｍｍから０．７ｍｍ程度の電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、打ち抜かれた複数の分割コア片を連結部２７で連結することによって環状に配列した環状体が複数枚積層されたものである。連結部２７は、例えば、ジョイントラップもしくは薄肉連結部で構成される。ここでは、板厚が０．３５ｍｍの電磁鋼板を用いている。固定子コア８は、電磁鋼板を積層後に、打ち抜き時の歪みを緩和するために焼鈍処理が行われる。
　固定子コア８を構成する各分割コア８Ａは、分割コア片が複数枚積層されたものであり、概略Ｔ字状に形成されている。分割コア８Ａは、ヨーク８Ａ１、磁極ティース８Ａ２、およびティース先端部８Ａ３を有して構成されている。ヨーク８Ａ１、磁極ティース８Ａ２、およびティース先端部８Ａ３で区画される空間によってスロット８Ｂが形成される。
　図示例では、周方向に略等間隔に配置された９個のスロット８Ｂが放射状に形成されている。磁極ティース８Ａ２は、ヨーク８Ａ１から電動機７の中心の方向に延び、その周方向の幅は、ヨーク８Ａ１からティース先端部８Ａ３にかけて略等しくなるように形成されている。磁極ティース８Ａ２には、回転磁界を発生させる固定子巻線２９（図１参照）が巻かれている。ティース先端部８Ａ３は両サイドが周方向に広がる傘状に形成される。
　固定子巻線２９は、マグネットワイヤを、絶縁部９（図１参照）を介して磁極ティース８Ａ２に直接巻き付けて形成される。この巻線方式を集中巻線という。そして、固定子巻線２９は３相Ｙ結線に結線される。固定子巻線２９のターン数や線径は、要求される特性（回転数やトルク等）、電圧仕様、スロットの断面積に応じて定まる。本実施の形態では、固定子巻線２９が巻き易いように、分割コア８Ａを帯状に展開し、線径φ０．８ｍｍ程度のマグネットワイヤを各磁極ティース８Ａ２に１００ターン程度巻き付け、その後に分割コア８Ａを環状に丸めて溶接し、固定子コア８を構成している。
　分割コア８Ａの外周部８ａには２つの突起部８ｃが設けられている。図７において、例えば固定子コア８の中心位置をＣとし、ヨーク８Ａ１の周方向における中心位置をＤとし、中心位置Ｃと中心位置Ｄとを結ぶ線をティース中心軸３０とする。このとき、各分割コア８Ａには、ティース中心軸３０に対して周方向に対称な位置に２つの突起部８ｃが設けられている。また、図１０に示されるように、各突起部８ｃは、固定子コア８の軸方向の一端から他端に渡って設けられている。
　なお、突起部８ｃは、電動機７が駆動する際の磁路として有効に利用することができないため、突起部８ｃの先端から外周部８ａまでの高さ（段差）は、小さいことが望ましい。本実施の形態では、分割コア８Ａの外周部８ａの内、突起部８ｃを設けていない部分が焼き嵌め時にフレーム６と接触しないように、段差が焼嵌締め代の２倍程度の距離となるように形成されている。
　固定子コア８をフレーム６に組み込む場合、突起部８ｃがフレーム内周部６ｂ（図３参照）と嵌め合うように、まず固定子コア８がフレーム６によって焼き嵌めで仮止めされる。固定子コア８を構成する分割コア８Ａには、ティース中心軸３０に対して周方向に対称な位置に、２つの突起部８ｃが設けられている。そのため、各分割コア８Ａは、本工程により、外周側からの軸中心に向かう均等な力で焼き嵌めされ、隣接する分割コア８Ａの間の隙間（分割隙間）が縮まり、真円度を確保することができる。
　なお、突起部８ｃが周方向に均等に分散して数多く設けられている方が固定子コア８の真円度を向上させることができる。図２に示される固定子コア８には一例として１８個の突起部８ｃが設けられているが、真円度の向上を図る観点ではより多くの突起部８ｃを均等に分散して設けることが望ましい。
　また、仮止めとしての焼き嵌めでは、固定子コア８が抜けないような大きな力を与えるのではなく、分割隙間を吸収する程度の力が固定子コア８に与えられる。このことにより、固定子コア８の内部には、従来の焼き嵌め時のような大きな圧縮応力が発生しない。固定子コア８に大きな圧縮応力を加えないようにするため、突起部８ｃは、フレーム内周部６ｂ側（突起部８ｃがフレーム内周部６ｂと接する部分）の面積が各分割コア８Ａの外周部８ａの総面積の２０％以下となるように形成することが望ましい。
　また、固定子コア８に大きな圧縮応力を加えないようにするためには、焼嵌締め代が６０μｍ以下となることが望ましい。これは、図８に示したように焼嵌締め代が６０μｍを超えると圧縮応力に対する鉄損増加が飽和してしまうためである。すなわち、フレーム６の内径寸法と固定子コア８の外径寸法との差（焼嵌締め代）が６０μｍ以下となるように構成すれば、焼き嵌め後の鉄損増加を大きく低減することができる。
　次に窪み部８ｂを説明する。図２において、分割コア８Ａの外周部８ａには複数の窪み部８ｂが設けられている。窪み部８ｂが形成される位置は、例えば、全ての分割コア８Ａの内、分割コア８Ａの総数の約数ｎ（ｎは３以上の整数）で３６０を除した値の角度で、周方向に等間隔に設けられた分割コア８Ａの外周部８ａである。分割コア８Ａの総数が９個の場合、約数ｎが３または９となる。本実施の形態では約数ｎを３としており、図２において符号ａ，ｂ，ｃが付された３つの分割コア８Ａは、１２０度で周方向に等間隔に設けられている。これらの分割コア８Ａには、それぞれ２つの窪み部８ｂが設けられている。窪み部８ｂは、分割コア８Ａの外周部８ａにおいて、ティース中心軸３０に対して周方向に対称な位置に設けられている。
　また、図１０に示されるように、窪み部８ｂは、分割コア８Ａの軸方向に対して、分割コア８Ａの一端と他端との間の中心付近のみに設けられている。なお、窪み部８ｂは、固定子コア８の磁路を狭くして電動機７の磁気特性を悪化させる要因となるため、その大きさが小さくなるように構成することが望ましい。窪み部８ｂは、例えば周方向の幅が約４ｍｍ、軸方向の長さが約５ｍｍ、径方向の深さが約２ｍｍで形成されている。径方向の深さは、窪み部８ｂの底部８ｄ（図３参照）から外周部８ａまでの長さである。
　なお、図示例の窪み部８ｂは、分割コア８Ａに形成された２つの突起部８ｃの間（図７の中心位置Ｄ付近）の外側に設けられているが、２つの突起部８ｃの間に設けてもよい。
　焼き嵌め後に固定子コア８を固定する場合、図３に示されるように、窪み部８ｂと略同一寸法または僅かに小さく、かつ、先端が平面形状である押付け治具２４を、フレーム６の外側から窪み部８ｂの底部８ｄに向けて押し付ける。このことにより、押付け治具２４で押されたフレーム外周部６ａと窪み部８ｂとの間のフレーム６が塑性変形し、この変形した部分（押付部６ｅ）がせん断された状態で窪み部８ｂに入り込む。その結果、フレーム外周部６ａには凹部６ｃが形成され、円柱状の突部６ｄ（すなわち固定部２８）が窪み部８ｂと緊密に係合することによって、フレーム６と固定子コア８とを相互を固定する固定部２８が形成される。
　本実施の形態では、突起部８ｃによって分割コア８Ａがフレーム内周部６ｂに接触するように構成されている。そのため、フレーム６に固定子コア８を局所固定するための窪み部８ｂは、固定子コア８を構成する全ての分割コア８Ａに形成する必要はない。すなわち、局所固定の数は分割コア８Ａの総数よりも少なくすることができる。
　また、局所固定による保持力の観点では、図１１に示されるように、窪み部８ｂは固定子コア８の軸方向の両端部付近（一端付近と他端付近との双方）に設けてもよい。この構成により、固定子コア８が軸方向にずれ難くなり、高い信頼性を得ることができる。
　また、図７に示されるように、突起部８ｃの周方向の位置は、ティース中心軸３０に対する中心角が３度から１０度（図中のＡ度）となるように設けられていることが望ましい。また、窪み部８ｂの周方向の位置は、ティース中心軸３０に対する中心角が１０度から１５度（図中のＢ度）となるように設けられていることが望ましい。この構成により、分割コア８Ａに均等な締め付け力が印加され、真円度を低下させることなく局所固定することができる。
　このように構成された固定子コア８は、外周側からの軸中心に向かう均等な力で焼き嵌めされ、真円度が確保された状態で局所固定される。従って、局所固定時の局所的な締め付け力によって分割コア８Ａが大きく歪んだ状態で固定されるということを抑制することができ、固定子コア８は、真円度の良い状態でフレーム内周部６ｂに固定することができる。
　また、固定子コア８の内周部には、焼き嵌めによる従来の圧縮応力よりも小さい圧縮応力が生じる。また、局所固定による応力も部分的なものである。そのため、従来の固定方法に比べて、電動機全体での圧縮応力が小さくなり、固定子コア８の固定に伴う鉄損の増加が小さくなる。
　また、本実施の形態に係る電動機７は、真円度も良いため低振動化を図ることができる。さらに、局所固定を行うことによって、固定子コア８をフレーム６に固定させるために必要な保持力も十分に確保することができる。なお、局所固定の方法としては、例えばアークスポット溶接によって固定子コア８をフレーム６に固定する方法を用いてもよい。
　図９には、従来の電動機の駆動時の鉄損比率と、本発明の実施の形態に係る電動機７の駆動時における鉄損比率とが示されている。なお、本実施の形態に係る電動機７の構成は、固定子コア８を除き、従来の電動機の構成と同一である。図９の比較結果からも明らかなように、本実施の形態に係る電動機７は、従来の電動機に比べ鉄損を１９％低減することができ、電動機７の効率が大幅に改善していることが分かる。鉄損の応力劣化は磁束密度が高い程大きい。巻線の密度が高い集中巻線を採用し、かつ、回転子に希土類永久磁石を使用した電動要素では、磁束密度が高いため、焼き嵌めによる圧縮応力を低減したことによる鉄損低減効果が特に大きくなる。特に、Ｄｙ含有量が３％以下の希土類磁石を用いた電動機では磁束密度が高いため、本実施の形態に係る固定子コア８を用いることによって効率改善の効果が特に大きくなる。また、性能改善分は磁石使用量の削減に振り向けることもできる。
　次に、係るロータリ圧縮機１の動作について説明する。アキュームレータ２から供給された冷媒ガスは、フレーム６に固定された吸入パイプ３よりシリンダ１２内へ吸入される。インバータの通電によって電動機７が回転されていることで、回転軸１０に嵌合されたピストン１３がシリンダ１２内で回転される。それにより、シリンダ１２内では冷媒の圧縮が行われる。冷媒は、マフラを経た後、電動機７の風穴等を通ってフレーム６内を上昇する。このとき、圧縮された冷媒には冷凍機油が混入している。この冷媒と冷凍機油の混合物は、ロータ鉄心に設けた風穴を通過する際に、冷媒と冷凍機油との分離を促進され、冷凍機油が吐出パイプ５へ流入するのを防止できる。このようにして、圧縮された冷媒が、フレーム６に設けられた吐出パイプ５を通って冷凍サイクルの高圧側へと供給される。
　なお、ロータリ圧縮機１の冷媒には、従来からＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ２２等が用いられているが、低ＧＷＰ（地球温暖化係数）の冷媒等などいかなる冷媒も適用できる。地球温暖化防止の観点からは、低ＧＷＰ冷媒が望まれている。低ＧＷＰ冷媒の代表例として、以下の冷媒がある。
（１）組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素：例えば、ＨＦＯ－１２３４ｙｆ（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２）である。ＨＦＯは、Ｈｙｄｒｏ－Ｆｌｕｏｒｏ－Ｏｌｅｆｉｎの略で、Ｏｌｅｆｉｎは、二重結合を一つ持つ不飽和炭化水素のことである。尚、ＨＦＯ－１２３４ｙｆのＧＷＰは４である。
（２）組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素：例えば、Ｒ１２７０（プロピレン）である。尚、ＧＷＰは３で、ＨＦＯ－１２３４ｙｆより小さいが、可燃性はＨＦＯ－１２３４ｙｆより大きい。
（３）組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素または組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素の少なくともいずれかを含む混合物：例えば、ＨＦＯ－１２３４ｙｆとＲ３２との混合物等である。ＨＦＯ－１２３４ｙｆは、低圧冷媒のため圧損が大きくなり、冷凍サイクル（特に、蒸発器において）の性能が低下しやすい。そのため、ＨＦＯ－１２３４ｙｆより高圧冷媒であるＲ３２又はＲ４１等との混合物が実用上は有力になる。
　以上のように構成されたロータリ圧縮機１に電動機７を用いることによって高効率で信頼性の高い圧縮機を得ることができる。また、冷凍空調装置にこのロータリ圧縮機１を用いることによって、高効率かつ低騒音で信頼性の高い冷凍空調装置を得ることができる。
　なお、本実施の形態では、焼き嵌めによって固定子コア８をフレーム６に固定する例を説明したが、焼き嵌め以外の方法、例えば、冷し嵌め（固定子８を冷却する方法）、あるいは圧入等の方法を適用してもよい。また、本実施の形態では、電動機７としてブラシレスＤＣモータを例に説明したが、本実施の形態に係る固定子コア８の固定方法は、ブラシレスＤＣモータ以外の電動機、例えば誘導電動機の永久磁石を用いないモータにも適用でき、これらのモータにおいても同様の効果を得ることができる。
　以上に説明したように、本実施の形態に係る電動機７は、相互に等しい中心角で配置された３つ以上の分割コア８Ａが環状に配設されて成る固定子コア８と、固定子コア８の内径部に配置される回転子２２と、分割コア８Ａを内包するフレーム６とを備えた永久磁石埋込型電動機であって、各分割コア８Ａの外周部８ａには、固定子コア８の中心と分割コア８Ａの中心とを結ぶ中心軸（ティース中心軸３０）に対して周方向に対称な位置において、外周部８ａからフレーム内周部６ｂに向かって突状の複数の突起部８ｃが形成され、分割コア８Ａの総数の約数ｎ（ｎは３以上の整数）で３６０を除した値の中心角で周方向に等間隔に設けられた分割コア８Ａの外周部８ａには、突起部８ｃが形成される位置以外の位置、かつ、前記中心軸に対して周方向に対称な位置において、フレーム内周部６ｂから外周部８ａの方向に突となる窪み状の複数の窪み部８ｂが形成されている。この構成ように構成された固定子コア８は、焼き嵌めでフレーム内周部６ｂに仮止めされるため、従来技術よりも固定子コア８の真円度が向上する。さらに、焼き嵌め後に固定子８をフレーム内周部６ｂに局所固定することによって、固定子８の抜け荷重を確保し、かつ、コア内部の圧縮応力発生箇所を最小限に止めることができる。従って、従来技術に比べて電動機７の効率の低下を抑制することができ、高効率で信頼性の高い電動機７を得ることができる。特に、磁束密度の高い省レアアースモータの効率改善に効果が高く、性能改善分を磁石使用量の削減に振り向けることもできる。上記の電動機７を用いることにより、高効率かつ低騒音な信頼性の高い圧縮機や冷凍空調機を構成することができる。
　また、本発明の実施の形態は、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、一部を省略する等、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、圧縮機、および冷凍空調装置に適用可能であり、特に、固定子コアの抜け荷重を確保しつつ信頼性を高めることができる発明として有用である。
　１　ロータリ圧縮機、２　アキュームレータ、３　吸入パイプ、４　ガラス端子、５　吐出パイプ、６　フレーム、６ａ　フレーム外周部、６ｂ　フレーム内周部、６ｃ　凹部、６ｄ　突部、６ｅ　押付部、７　永久磁石埋込型電動機、８　固定子コア、８ａ　外周部、８ｂ　窪み部、８ｃ　突起部、８ｄ　底部、８Ａ　分割コア、８Ａ１　ヨーク、８Ａ２　磁極ティース、８Ａ３　ティース先端部、８Ｂ　スロット、９　絶縁部、１０　回転軸、１１　上部吐出マフラ、１２　シリンダ、１３　ピストン、１４　圧縮要素、１５　下部吐出マフラ、１６　下部フレーム、１７　上部フレーム、２１　シャフト孔、２２　回転子、２３　回転子コア、２４　押付け治具、２５　風穴、２６　空隙、２７　連結部、２８　固定部、２９　固定子巻線、３０　ティース中心軸、８０　固定子。

Claims (13)

  1. 　相互に等しい中心角で配置された３つ以上の分割コアが環状に配設されて成る固定子コアと、前記固定子コアの内径部に配置される回転子と、分割コアを内包するフレームとを備えた永久磁石埋込型電動機であって、
    　前記各分割コアの外周部には、前記固定子コアの中心と前記分割コアの中心とを結ぶ中心軸に対して周方向に対称な位置において、前記外周部から前記フレームの内周部に向かって突状の複数の突起部が形成され、
    　分割コアの総数の約数ｎ（ｎは３以上の整数）で３６０を除した値の中心角で周方向に等間隔に設けられた分割コアの外周部には、前記突起部が形成される位置以外の位置、かつ、前記中心軸に対して周方向に対称な位置において、前記内周部から前記外周部の方向に突となる窪み状の複数の窪み部が形成されていること、を特徴とする永久磁石埋込型電動機。
  2. 　前記突起部は、前記固定子コアの軸方向の一端から他端に渡って設けられ、
    　前記窪み部は、前記一端から前記他端までの間の中心付近のみに設けられてい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. 　前記突起部は、前記固定子コアの軸方向の一端から他端に渡って設けられ、
    　前記窪み部は、前記一端付近と前記他端付近とに設けられてい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. 　前記突起部は、前記フレームの内周部側の面積が前記各分割コアの外周部の総面積の２０％以下となるように形成されてい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。
  5. 　前記フレームの内径寸法と前記固定子コアの外径寸法との差が６０μｍ以下であ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。
  6. 　前記固定子コアの外周部に設けられた前記突起部の数が１８以上であ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。
  7. 　前記突起部の周方向の位置は、前記中心軸に対する中心角が３度から１０度となるように設けられてい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。
  8. 　前記窪み部の周方向の位置は、前記中心軸に対する中心角が０度から１５度となるように設けられてい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。
  9. 　前記固定子コアと前記フレームとは、アークスポット溶接で固定されてい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。
  10. 　前記固定子コアは、前記各分割コアをジョイントラップにより連結して成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。
  11. 　前記回転子を構成する希土類磁石は、Ｄｙ（ディスプロシウム）含有量が３％以下であ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。
  12. 　請求項１から１１に記載の永久磁石埋込型電動機を搭載したことを特徴とする圧縮機。
  13. 　請求項１２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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