WO2016031477A1 - 電動機及び圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

電動機及び圧縮機及び冷凍サイクル装置 Download PDF

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義和 藤末
一弥 熊谷
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electric motor, a compressor, and a refrigeration cycle apparatus.
  • the present invention relates to an electric motor in which a high Br magnet having a high residual magnetic flux density Br is mounted on a rotor and used in various industrial fields.
  • the occurrence of magnetic saturation leads to an increase in iron loss, which causes a reduction in motor efficiency.
  • the occurrence of magnetic saturation increases the spatial harmonics and temporal harmonics of the magnetic flux density distribution and increases torque pulsation.
  • the power supply voltage applied to the armature winding is the sum of the no-load induced voltage and the armature reaction voltage.
  • the flux-weakening control it is required to realize a high-efficiency electric motor that hardly causes magnetic saturation even when a high Br magnet having a high residual magnetic flux density is used.
  • An electric motor is: A rotor having a grain boundary diffusion type magnet and a rotor core in which a plurality of insertion holes into which the magnet is inserted are formed along the circumferential direction; A stator having a winding and a stator core in which a plurality of teeth around which the winding is wound is formed along the circumferential direction; In the state where the centers of one magnet and one tooth are aligned along the radial direction of the rotor core, the surface facing the one tooth of the one magnet is a teeth facing surface, and the one The cross section parallel to the teeth facing surface of the portion where the winding of the teeth is wound is defined as a parallel magnet cross section, and the total area of the parallel magnet cross sections of the plurality of teeth formed in the stator core is plural in the rotor core. It is 0.56 times or more and 0.93 times or less of the total area of the teeth facing surface of the magnet inserted into the formed insertion hole.
  • the total area of the cross sections of the teeth formed on the stator core of the motor is 0.56 times or more the total area of the surface of the magnet inserted into the insertion holes formed on the rotor core of the motor. Since it is 0.93 times or less, it is possible to realize an electric motor that hardly causes demagnetization.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a refrigeration cycle apparatus (during cooling operation) according to an embodiment of the present invention.
  • the circuit diagram of the refrigerating cycle device (at the time of heating operation) concerning an embodiment of the invention.
  • the longitudinal cross-sectional view of the compressor which concerns on embodiment of this invention.
  • AA sectional view of FIG. BB sectional drawing of FIG. The fragmentary sectional view of the electric motor which concerns on embodiment of this invention.
  • the graph which shows the relationship between the structure of the electric motor which concerns on embodiment of this invention, and a demagnetizing field.
  • the graph which shows the relationship between the structure of the electric motor which concerns on embodiment of this invention, and motor efficiency.
  • the refrigeration cycle apparatus 10 is an air conditioner. Note that this embodiment can be applied even if the refrigeration cycle apparatus 10 is a device other than an air conditioner (for example, a heat pump cycle apparatus).
  • any refrigerant such as R407C refrigerant, R410A refrigerant, R1234yf refrigerant, R32 refrigerant, or the like can be used.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the compressor 12. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. In each figure, hatching indicating a cross section is omitted. Moreover, in FIG.4 and FIG.5, only the inner side of the airtight container 20 is shown.
  • the compressor 12 is a one-cylinder rotary compressor. Note that the present embodiment can be applied even when the compressor 12 is a multi-cylinder rotary compressor or a scroll compressor.
  • the compressor 12 includes a sealed container 20, a compression element 30, an electric motor 40, and a crankshaft 50.
  • the compression element 30 is stored in the sealed container 20. Specifically, the compression element 30 is installed in the lower part inside the sealed container 20. The compression element 30 compresses the refrigerant sucked into the suction pipe 21.
  • the compression element 30 includes a cylinder 31, a rolling piston 32, a vane 36, a main bearing 33, and a sub bearing 34.
  • the cylinder 31 is provided with a suction port (not shown) through which gas refrigerant is sucked from the refrigerant circuits 11a and 11b.
  • the suction port passes through the cylinder chamber 62 from the outer peripheral surface of the cylinder 31.
  • the cylinder 31 is provided with a discharge port (not shown) through which the compressed refrigerant is discharged from the cylinder chamber 62.
  • the discharge port is formed by cutting out the upper end surface of the cylinder 31.
  • the rolling piston 32 has a ring shape.
  • the rolling piston 32 moves eccentrically in the cylinder chamber 62.
  • the rolling piston 32 is slidably fitted to the eccentric shaft portion 51 of the crankshaft 50.
  • the main bearing 33 has a substantially inverted T shape when viewed from the side.
  • the main bearing 33 is slidably fitted to a main shaft portion 52 that is a portion above the eccentric shaft portion 51 of the crankshaft 50.
  • the main bearing 33 closes the cylinder chamber 62 and the vane groove 61 of the cylinder 31.
  • the main bearing 33 includes a discharge valve (not shown).
  • a discharge muffler 35 is attached to the outside of the main bearing 33.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged through the discharge valve once enters the discharge muffler 35 and is then discharged from the discharge muffler 35 into the space in the sealed container 20.
  • the discharge valve and the discharge muffler 35 may be provided in the auxiliary bearing 34 or in both the main bearing 33 and the auxiliary bearing 34.
  • the material of the cylinder 31, the main bearing 33, and the auxiliary bearing 34 is gray cast iron, sintered steel, carbon steel, or the like.
  • the material of the rolling piston 32 is, for example, alloy steel containing chromium or the like.
  • the material of the vane 36 is, for example, high speed tool steel.
  • the electric motor 40 includes a substantially cylindrical stator 41 and a substantially columnar rotor 42.
  • the stator 41 is fixed in contact with the inner peripheral surface of the sealed container 20.
  • the rotor 42 is installed inside the stator 41 with a gap of about 0.3 to 1 mm.
  • the stator 41 includes a stator core 43 and a winding 44.
  • the stator core 43 is formed by punching a plurality of electromagnetic steel sheets having a thickness of 0.1 to 1.5 mm, which are mainly composed of iron, into a predetermined shape, stacked in an axial direction, and fixed by caulking or welding. Produced.
  • the winding 44 is wound around each of the 18 teeth 71 formed on the stator core 43 by distributed winding or concentrated winding via an insulating member 47.
  • the teeth 71 have a shape in which the width gradually decreases from the base, the width is constant at the portion where the winding 44 is wound, and the width is widened at the tip.
  • a plurality of notches may be formed on the outer periphery of the stator core 43 at substantially equal intervals in the circumferential direction. In that case, each notch becomes one of the passages of the gas refrigerant discharged from the discharge muffler 35 to the space in the sealed container 20. Each notch also serves as a passage for the refrigerating machine oil 25 returning from the top of the electric motor 40 to the bottom of the sealed container 20.
  • the rotor 42 includes a rotor core 46 and a magnet 72.
  • the rotor core 46 is formed by punching out a plurality of electromagnetic steel sheets having a thickness of 0.1 to 1.5 mm and having a thickness of 0.1 to 1.5 mm and laminating them in the axial direction. It is manufactured by fixing by caulking or welding.
  • One magnet 72 is inserted into each of the six insertion holes 73 formed in the rotor core 46.
  • the magnet 72 has a rectangular shape and forms a magnetic pole.
  • a magnet manufactured by a grain boundary diffusion method that is, a grain boundary diffusion type is used.
  • a grain boundary diffusion type magnet has a residual magnetic flux density Br of 1.3 T (Tesla) or more at room temperature (for example, 20 ° C.).
  • T Tesla
  • room temperature for example, 20 ° C.
  • Br residual magnetic flux density
  • an upper end plate 48 and a lower end plate 49 are respectively provided at the upper end and the lower end of the rotor 42 (that is, both axial ends).
  • the upper end plate 48 and the lower end plate 49 also serve as a rotation balancer.
  • the upper end plate 48 and the lower end plate 49 are fixed to the rotor core 46 by a plurality of fixing rivets (not shown).
  • a terminal 24 (for example, a glass terminal) connected to an external power source (for example, an inverter device) is attached to the top of the sealed container 20.
  • the terminal 24 is fixed to the sealed container 20 by welding, for example.
  • a lead wire 45 from the electric motor 40 is connected to the terminal 24.
  • a discharge pipe 22 having both axial ends opened is attached at the top of the sealed container 20.
  • the gas refrigerant discharged from the compression element 30 is discharged from the space in the sealed container 20 through the discharge pipe 22 to the external refrigerant circuits 11a and 11b.
  • Electric power is supplied from the terminal 24 to the stator 41 of the electric motor 40 via the lead wire 45.
  • a current flows through the winding 44 of the stator 41 and a magnetic flux is generated from the winding 44.
  • the rotor 42 of the electric motor 40 rotates by the action of the magnetic flux generated from the winding 44 and the magnetic flux generated from the magnet 72 of the rotor 42.
  • the crankshaft 50 fixed to the rotor 42 rotates.
  • the rolling piston 32 of the compression element 30 rotates eccentrically in the cylinder chamber 62 of the cylinder 31 of the compression element 30.
  • the space between the cylinder 31 and the rolling piston 32 is divided into two by the vane 36 of the compression element 30.
  • the volumes of these two spaces change.
  • the volume gradually increases, whereby low-pressure gas refrigerant is sucked from the suction muffler 23.
  • the volume of the gas refrigerant is gradually reduced to compress the gas refrigerant therein.
  • the compressed, high-pressure and high-temperature gas refrigerant is discharged from the discharge muffler 35 into the space in the sealed container 20.
  • the discharged gas refrigerant further passes through the electric motor 40 and is discharged out of the sealed container 20 from the discharge pipe 22 at the top of the sealed container 20.
  • the refrigerant discharged to the outside of the sealed container 20 returns to the suction muffler 23 again through the refrigerant circuits 11a and 11b.
  • the vane 36 is provided integrally with the rolling piston 32, and when the crankshaft 50 is driven, the rolling piston It moves in and out along the receiving groove of the support body rotatably attached to 32.
  • the vane 36 moves in the radial direction while swinging according to the rotation of the rolling piston 32, thereby dividing the inside of the cylinder chamber 62 into a compression chamber and a suction chamber.
  • the support is composed of two columnar members having a semicircular cross section.
  • the support body is rotatably fitted in a circular holding hole formed in an intermediate portion between the suction port and the discharge port of the cylinder 31.
  • the magnitude of the torque generated by the electric motor 40 is determined by the magnitude of the magnetic flux generated by the current flowing through the winding 44 of the stator 41 and the magnetic flux generated by the magnet 72 of the rotor 42.
  • the magnitude of the magnetic flux on the rotor 42 side is mainly determined by the specifications of the magnet 72 selected at the time of design.
  • the magnitude of the magnetic flux on the stator 41 side is determined not only by the number of turns of the winding 44 set at the time of design, but also by the current value to the winding 44 set at the time of operation.
  • the electric motor 40 includes the stator 41 and the rotor 42.
  • the rotor 42 includes a magnet 72 and a rotor core 46 in which six insertion holes 73 into which the magnet 72 is inserted are formed along the circumferential direction.
  • the magnet 72 is of a grain boundary diffusion type, or has a residual magnetic flux density Br of 1.3 T or higher, or is a grain boundary diffusion type and has a residual magnetic flux density Br of 1.3 T or higher.
  • the motor efficiency is improved by devising the configuration of the electric motor 40 to suppress the occurrence of demagnetization, and preferably further suppress the occurrence of magnetic saturation.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the electric motor 40.
  • a cross section parallel to the tooth facing surface 83 (for example, a cross section cut at the center 82) of a portion around which the winding 44 of the one tooth 71 is wound is a magnet parallel cross section 84 (hereinafter simply referred to as “teeth cross section”). In some cases).
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the configuration of the electric motor 40 and the demagnetizing field.
  • the motor 40 cannot maintain the required characteristics when the magnet 72 is demagnetized.
  • the magnet 72 is demagnetized when the demagnetizing field exceeds the demagnetization limit demagnetizing field.
  • the magnet 72 having a high residual magnetic flux density Br is particularly easy to demagnetize.
  • the demagnetization limit demagnetizing field of the magnet 72 used for the analysis is 1514AT (ampere turn).
  • the total area of the teeth cross section (the total area of the magnet parallel cross section 84 of the teeth 71 formed on the stator core 43) is the total area of the magnet surface (the rotor core 46).
  • the demagnetizing field is kept below the demagnetization limit demagnetizing field if it is 0.56 times or more and 0.93 times or less of the total area of the teeth facing surface 83 of the magnet 72 inserted into the six insertion holes 73 formed in be able to. Therefore, in this Embodiment, the total area of a teeth cross section shall be 0.56 times or more and 0.93 times or less of the total area of a magnet surface.
  • the graphs of FIGS. 8 and 9 show that, similarly to the configuration described above, there are 18 teeth 71, and 6 magnets 72 are 6 grain boundary diffusion type rare earth magnets having a residual magnetic flux density Br of 1.36 to 1.42T ( 6 shows the result of analyzing the influence of the ratio of the total area of the teeth cross section and the total area of the magnet surface on the motor efficiency and motor loss with a configuration in which the windings 44 are distributed windings.
  • the magnetic flux saturation that causes deterioration of the motor efficiency is the teeth 71 of the stator core 43.
  • the cross-sectional area of the teeth 71 is larger, magnetic flux saturation is less likely to occur. Therefore, when the ratio of the total area of the tooth cross section to the total area of the magnet surface increases, the motor efficiency increases and the motor loss decreases.
  • the larger the cross-sectional area of the teeth 71 the narrower the space (slot) between adjacent teeth 71, and the number of turns of the winding 44 is limited. Therefore, when the ratio of the total area of the teeth cross section to the total area of the magnet surface increases beyond a certain ratio, the motor efficiency decreases and the motor loss increases.
  • the total area of the teeth cross section (the total area of the magnet parallel cross section 84 of the teeth 71 formed on the stator core 43) is the total area of the magnet surface (the rotor core 46).
  • the total area of the teeth-facing surface 83 of the magnet 72 inserted into the six insertion holes 73 formed in the first to sixth times is 0.7 times or more and 0.7 times or less. It can be within the range of 1%. Therefore, in the present embodiment, it is desirable that the total area of the teeth cross section is 0.6 to 0.7 times the total area of the magnet surface.
  • the total area of the teeth cross section is 0.62 to 0.67 times the total area of the magnet surface, the motor efficiency is maximized and the motor loss is minimized. can do. Therefore, in the present embodiment, it is more desirable that the total area of the teeth cross section is 0.62 times or more and 0.67 times or less of the total area of the magnet surface.
  • the number of magnets 72 can be changed as appropriate.
  • the magnet 72 is changed to a different type or characteristic (for example, demagnetization limit demagnetizing field), the characteristics shown in FIGS. 7 to 9 can be obtained as long as the residual magnetic flux density Br is high. It is done. Therefore, in the present embodiment, the magnet 72 itself can be appropriately changed to another high Br magnet.
  • a different type or characteristic for example, demagnetization limit demagnetizing field
  • winding 44 is not limited to distributed winding, and may be wound around the teeth 71 by concentrated winding.
  • the quality of the electric motor 40 using the magnet 72 having a high residual magnetic flux density Br can be ensured.

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Abstract

　電動機（４０）の固定子は、巻線（４４）と、巻線（４４）が巻かれるティース（７１）が円周方向に沿って１８個形成された固定子鉄心（４３）とを有する。電動機（４０）の回転子は、磁石（７２）と、磁石（７２）が挿入される挿入孔（７３）が円周方向に沿って６個形成された回転子鉄心（４６）とを有する。磁石（７２）は、残留磁束密度Ｂｒが１．３６～１．４２Ｔの粒界拡散型の希土類磁石である。ティース（７１）の磁石平行断面（８４）の総面積は、磁石（７２）のティース対向表面（８３）の総面積の０．５６倍以上０．９３倍以下である。

Description

電動機及び圧縮機及び冷凍サイクル装置
　本発明は、電動機及び圧縮機及び冷凍サイクル装置に関するものである。本発明は、例えば、回転子に残留磁束密度Ｂｒの高い、高Ｂｒ磁石が搭載され、種々の産業分野に用いられる電動機に関するものである。
　小型かつ高出力の電動機の実現には、残留磁束密度Ｂｒの高い、高Ｂｒ磁石の使用が有効である。しかし、高Ｂｒ磁石を用いた電動機は鉄心の磁束密度が高くなる傾向にあり、磁気飽和が発生しやすくなる。
　磁気飽和の発生は鉄損の増加を招き、モータ効率を低下させる要因となる。また、磁気飽和の発生で、磁束密度分布の空間高調波及び時間高調波が増大し、トルク脈動が増大する。
　磁気飽和による鉄損の増加及び空間高調波、時間高調波の増大によるトルク脈動を低減する手法として、電機子巻線に印加される電源電圧が無負荷誘起電圧と電機子反作用分の電圧の和より大きくなる運転領域において弱め磁束制御を行う方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４－８８９０５号公報
　弱め磁束制御を行うかどうかに関わらず、残留磁束密度の高い、高Ｂｒ磁石を使用しても、磁気飽和が発生しにくい、高効率の電動機を実現することが求められている。
　また、高Ｂｒ磁石は減磁しやすいため、高Ｂｒ磁石を使用しても、減磁が発生しにくい電動機を実現する必要がある。
　本発明は、例えば、残留磁束密度の高い磁石を使用しても、減磁が発生しにくい電動機の構成を得ることを目的とする。
　本発明の一の態様に係る電動機は、
　粒界拡散型の磁石と、当該磁石が挿入される挿入孔が円周方向に沿って複数形成された回転子鉄心とを有する回転子と、
　巻線と、当該巻線が巻かれるティースが円周方向に沿って複数形成された固定子鉄心とを有する固定子とを備え、
　１つの磁石と１つのティースとの中心同士が前記回転子鉄心の半径方向に沿って並んだ状態における、当該１つの磁石の、当該１つのティースに対向する表面をティース対向表面とし、当該１つのティースの巻線が巻かれた部分の、当該ティース対向表面に平行な断面を磁石平行断面として、前記固定子鉄心に複数形成されたティースの磁石平行断面の総面積が、前記回転子鉄心に複数形成された挿入孔に挿入された磁石のティース対向表面の総面積の０．５６倍以上０．９３倍以下である。
　本発明では、電動機の固定子鉄心に複数形成されたティースの断面の総面積が、電動機の回転子鉄心に複数形成された挿入孔に挿入された磁石の表面の総面積の０．５６倍以上０．９３倍以下であるため、減磁が発生しにくい電動機を実現することができる。
本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置（冷房運転時）の回路図。 本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置（暖房運転時）の回路図。 本発明の実施の形態に係る圧縮機の縦断面図。 図３のＡ－Ａ断面図。 図３のＢ－Ｂ断面図。 本発明の実施の形態に係る電動機の部分断面図。 本発明の実施の形態に係る電動機の構成と反磁界との関係を示すグラフ。 本発明の実施の形態に係る電動機の構成とモータ効率との関係を示すグラフ。 本発明の実施の形態に係る電動機の構成とモータ損失との関係を示すグラフ。
　以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一又は相当する部分については、その説明を適宜省略又は簡略化する。装置、器具、部品等の構成について、その材質、形状、大きさ等は、本発明の範囲内で適宜変更することができる。
　実施の形態１．
　図１及び図２は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０の回路図である。図１は、冷房運転時の冷媒回路１１ａを示している。図２は、暖房運転時の冷媒回路１１ｂを示している。
　本実施の形態において、冷凍サイクル装置１０は、空気調和機である。なお、冷凍サイクル装置１０が空気調和機以外の機器（例えば、ヒートポンプサイクル装置）であっても、本実施の形態を適用することができる。
　図１及び図２に示すように、冷凍サイクル装置１０は、冷媒が循環する冷媒回路１１ａ，１１ｂを備える。
　冷媒回路１１ａ，１１ｂには、圧縮機１２と、四方弁１３と、室外熱交換器１４と、膨張弁１５と、室内熱交換器１６とが接続されている。圧縮機１２は、冷媒を圧縮する。四方弁１３は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れる方向を切り換える。室外熱交換器１４は、第１熱交換器の例である。室外熱交換器１４は、冷房運転時には凝縮器として動作し、圧縮機１２により圧縮された冷媒を放熱させる。室外熱交換器１４は、暖房運転時には蒸発器として動作し、室外空気と膨張弁１５で膨張した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を加熱する。膨張弁１５は、膨張機構の例である。膨張弁１５は、凝縮器で放熱した冷媒を膨張させる。室内熱交換器１６は、第２熱交換器の例である。室内熱交換器１６は、暖房運転時には凝縮器として動作し、圧縮機１２により圧縮された冷媒を放熱させる。室内熱交換器１６は、冷房運転時には蒸発器として動作し、室内空気と膨張弁１５で膨張した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を加熱する。
　冷凍サイクル装置１０は、さらに、制御装置１７を備える。
　制御装置１７は、例えば、マイクロコンピュータである。図では、制御装置１７と圧縮機１２との接続しか示していないが、制御装置１７は、圧縮機１２だけでなく、冷媒回路１１ａ，１１ｂに接続された各要素に接続される。制御装置１７は、各要素の状態を監視したり、制御したりする。
　冷媒回路１１ａ，１１ｂを循環する冷媒としては、Ｒ４０７Ｃ冷媒、Ｒ４１０Ａ冷媒、Ｒ１２３４ｙｆ冷媒、Ｒ３２冷媒等、任意の冷媒を使用することができる。
　図３は、圧縮機１２の縦断面図である。図４は、図３のＡ－Ａ断面図である。図５は、図３のＢ－Ｂ断面図である。なお、各図において、断面を表すハッチングは省略している。また、図４及び図５では、密閉容器２０の内側のみを示している。
　本実施の形態において、圧縮機１２は、１気筒のロータリ圧縮機である。なお、圧縮機１２が多気筒のロータリ圧縮機、或いは、スクロール圧縮機であっても、本実施の形態を適用することができる。
　図３に示すように、圧縮機１２は、密閉容器２０と、圧縮要素３０と、電動機４０と、クランク軸５０とを備える。
　密閉容器２０は、容器の例である。密閉容器２０には、冷媒を吸入するための吸入管２１と、冷媒を吐出するための吐出管２２とが取り付けられている。
　圧縮要素３０は、密閉容器２０の中に収納される。具体的には、圧縮要素３０は、密閉容器２０の内側下部に設置される。圧縮要素３０は、吸入管２１に吸入された冷媒を圧縮する。
　電動機４０も、密閉容器２０の中に収納される。具体的には、電動機４０は、密閉容器２０の中で、圧縮要素３０により圧縮された冷媒が吐出管２２から吐出される前に通過する位置に設置される。即ち、電動機４０は、密閉容器２０の内側で、圧縮要素３０の上方に設置される。電動機４０は、圧縮要素３０を駆動する。
　密閉容器２０の底部には、圧縮要素３０の各摺動部を潤滑するための冷凍機油２５が貯留されている。冷凍機油２５は、クランク軸５０の回転に伴い、クランク軸５０の下部に設けられたオイルポンプ（図示していない）によって汲み上げられ、圧縮要素３０の各摺動部へ供給される。冷凍機油２５としては、例えば、合成油であるＰＯＥ（ポリオールエステル）、ＰＶＥ（ポリビニルエーテル）、ＡＢ（アルキルベンゼン）が使用される。
　以下では、圧縮要素３０の詳細について説明する。
　図３及び図４に示すように、圧縮要素３０は、シリンダ３１と、ローリングピストン３２と、ベーン３６と、主軸受３３と、副軸受３４とを備える。
　シリンダ３１の外周は、平面視略円形である。シリンダ３１の内部には、平面視略円形の空間であるシリンダ室６２が形成される。シリンダ３１は、軸方向両端が開口している。
　シリンダ３１には、シリンダ室６２に連通し、半径方向に延びるベーン溝６１が設けられる。ベーン溝６１の外側には、ベーン溝６１に連通する平面視略円形の空間である背圧室６３が形成される。
　シリンダ３１には、冷媒回路１１ａ，１１ｂからガス冷媒が吸入される吸入ポート（図示していない）が設けられる。吸入ポートは、シリンダ３１の外周面からシリンダ室６２に貫通している。
　シリンダ３１には、シリンダ室６２から圧縮された冷媒が吐出される吐出ポート（図示していない）が設けられる。吐出ポートは、シリンダ３１の上端面を切り欠いて形成されている。
　ローリングピストン３２は、リング状である。ローリングピストン３２は、シリンダ室６２内で偏心運動する。ローリングピストン３２は、クランク軸５０の偏心軸部５１に摺動自在に嵌合する。
　ベーン３６の形状は、平坦な略直方体である。ベーン３６は、シリンダ３１のベーン溝６１内に設置される。ベーン３６は、背圧室６３に設けられるベーンスプリング３７によって常にローリングピストン３２に押し付けられている。密閉容器２０内が高圧であるため、圧縮機１２の運転が開始すると、ベーン３６の背面（即ち、背圧室６３側の面）に密閉容器２０内の圧力とシリンダ室６２内の圧力との差による力が作用する。このため、ベーンスプリング３７は、主に圧縮機１２の起動時（密閉容器２０内とシリンダ室６２内の圧力に差がないとき）に、ベーン３６をローリングピストン３２に押し付ける目的で使用される。
　主軸受３３は、側面視略逆Ｔ字状である。主軸受３３は、クランク軸５０の偏心軸部５１よりも上の部分である主軸部５２に摺動自在に嵌合する。主軸受３３は、シリンダ３１のシリンダ室６２及びベーン溝６１の上側を閉塞する。
　副軸受３４は、側面視略Ｔ字状である。副軸受３４は、クランク軸５０の偏心軸部５１よりも下の部分である副軸部５３に摺動自在に嵌合する。副軸受３４は、シリンダ３１のシリンダ室６２及びベーン溝６１の下側を閉塞する。
　主軸受３３は、吐出弁（図示していない）を備える。主軸受３３の外側には、吐出マフラ３５が取り付けられる。吐出弁を介して吐出される高温かつ高圧のガス冷媒は、一旦吐出マフラ３５に入り、その後吐出マフラ３５から密閉容器２０内の空間に放出される。なお、吐出弁及び吐出マフラ３５は、副軸受３４、或いは、主軸受３３と副軸受３４との両方に設けられてもよい。
　シリンダ３１、主軸受３３、副軸受３４の材質は、ねずみ鋳鉄、焼結鋼、炭素鋼等である。ローリングピストン３２の材質は、例えば、クロム等を含有する合金鋼である。ベーン３６の材質は、例えば、高速度工具鋼である。
　密閉容器２０の横には、吸入マフラ２３が設けられる。吸入マフラ２３は、冷媒回路１１ａ，１１ｂから低圧のガス冷媒を吸入する。吸入マフラ２３は、液冷媒が戻る場合に液冷媒が直接シリンダ３１のシリンダ室６２に入り込むことを抑制する。吸入マフラ２３は、シリンダ３１の吸入ポートに吸入管２１を介して接続される。吸入マフラ２３の本体は、溶接等により密閉容器２０の側面に固定される。
　以下では、電動機４０の詳細について説明する。
　本実施の形態において、電動機４０は、残留磁束密度Ｂｒの高い、高Ｂｒ磁石を用いたブラシレスＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ・Ｃｕｒｒｅｎｔ）モータである。なお、電動機４０が高Ｂｒ磁石を用いたモータであれば、ブラシレスＤＣモータ以外のモータであっても、本実施の形態を適用することができる。
　図３及び図５に示すように、電動機４０は、略円筒状の固定子４１と、略円柱状の回転子４２とを備える。
　固定子４１は、密閉容器２０の内周面に当接して固定される。回転子４２は、固定子４１の内側に０．３～１ｍｍ程度の空隙を介して設置される。
　固定子４１は、固定子鉄心４３と、巻線４４とを備える。固定子鉄心４３は、鉄を主成分とする、厚さが０．１～１．５ｍｍの複数枚の電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、軸方向に積層し、カシメや溶接等により固定して製作される。巻線４４は、固定子鉄心４３に形成された１８個のティース７１のそれぞれに絶縁部材４７を介して分布巻又は集中巻で巻かれている。ティース７１は、根元から幅が徐々に狭くなり、巻線４４が巻かれる部分では幅が一定で、先端において幅が広がった形状となっている。巻線４４に電流が流されると、巻線４４が巻きつけられたティース７１が磁極となる。磁極の方向は、巻線４４に流される電流の方向によって決まる。巻線４４は、芯線と、芯線を覆う少なくとも１層の被膜とからなる。芯線の材質は、例えば、銅である。被膜の材質は、例えば、ＡＩ（アミドイミド）／ＥＩ（エステルイミド）である。絶縁部材４７の材質は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、フェノール樹脂である。巻線４４には、リード線４５が接続されている。
　固定子鉄心４３の外周には、円周方向に略等間隔に複数の切欠が形成されていてもよい。その場合、それぞれの切欠は、吐出マフラ３５から密閉容器２０内の空間へ放出されるガス冷媒の通路の１つとなる。それぞれの切欠は、電動機４０の上から密閉容器２０の底部に戻る冷凍機油２５の通路にもなる。
　回転子４２は、回転子鉄心４６と、磁石７２とを備える。回転子鉄心４６は、固定子鉄心４３と同様に、鉄を主成分とする、厚さが０．１～１．５ｍｍの複数枚の電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、軸方向に積層し、カシメや溶接等により固定して製作される。磁石７２は、回転子鉄心４６に形成される６個の挿入孔７３のそれぞれに１個ずつ挿入される。磁石７２は、直方形状であり、磁極を形成する。
　磁石７２としては、粒界拡散工法により製造されたもの、即ち、粒界拡散型のものが使用される。一般的に、粒界拡散型の磁石は、常温（例えば、２０℃）における残留磁束密度Ｂｒが１．３Ｔ（テスラ）以上となる。本実施の形態では、磁石７２として、このような高Ｂｒ磁石を使用することを前提としている。残留磁束密度Ｂｒが１．３Ｔ以上であれば、磁石７２として、粒界拡散型以外の種類のものを使用しても構わない。
　磁石７２が軸方向に抜けないようにするために、回転子４２の上端及び下端（即ち、軸方向両端）には、それぞれ上端板４８及び下端板４９が設けられる。上端板４８及び下端板４９は、回転バランサを兼ねる。上端板４８及び下端板４９は、複数の固定用リベット（図示していない）等により回転子鉄心４６に固定されている。
　回転子鉄心４６の平面視中心には、クランク軸５０の主軸部５２が焼嵌又は圧入される軸孔７４が形成されている。回転子鉄心４６の軸孔７４の周囲には、略軸方向に貫通する複数の貫通孔７５が形成されている。それぞれの貫通孔７５は、吐出マフラ３５から密閉容器２０内の空間へ放出されるガス冷媒の通路の１つとなる。
　密閉容器２０の頂部には、外部電源（例えば、インバータ装置）と接続する端子２４（例えば、ガラス端子）が取り付けられている。端子２４は、例えば、溶接により密閉容器２０に固定されている。端子２４には、電動機４０からのリード線４５が接続される。
　密閉容器２０の頂部には、軸方向両端が開口した吐出管２２が取り付けられている。圧縮要素３０から吐出されるガス冷媒は、密閉容器２０内の空間から吐出管２２を通って外部の冷媒回路１１ａ，１１ｂへ吐出される。
　以下では、圧縮機１２の動作について説明する。
　端子２４からリード線４５を介して電動機４０の固定子４１に電力が供給される。これにより、固定子４１の巻線４４に電流が流れ、巻線４４から磁束が発生する。電動機４０の回転子４２は、巻線４４から発生する磁束と、回転子４２の磁石７２から発生する磁束との作用によって回転する。回転子４２の回転によって、回転子４２に固定されたクランク軸５０が回転する。クランク軸５０の回転に伴い、圧縮要素３０のローリングピストン３２が圧縮要素３０のシリンダ３１のシリンダ室６２内で偏心回転する。シリンダ３１とローリングピストン３２との間の空間は、圧縮要素３０のベーン３６によって２つに分割されている。クランク軸５０の回転に伴い、それらの２つの空間の容積が変化する。一方の空間では、徐々に容積が拡大することにより、吸入マフラ２３から低圧のガス冷媒が吸入される。他方の空間では、徐々に容積が縮小することにより、中のガス冷媒が圧縮される。圧縮され、高圧かつ高温となったガス冷媒は、吐出マフラ３５から密閉容器２０内の空間に吐出される。吐出されたガス冷媒は、さらに、電動機４０を通過して密閉容器２０の頂部にある吐出管２２から密閉容器２０の外へ吐出される。密閉容器２０の外へ吐出された冷媒は、冷媒回路１１ａ，１１ｂを通って、再び吸入マフラ２３に戻ってくる。
　なお、圧縮機１２がスイング式のロータリ圧縮機として構成される場合（図示していない）には、ベーン３６が、ローリングピストン３２と一体に設けられ、クランク軸５０が駆動されると、ローリングピストン３２に回転自在に取り付けられた支持体の受入溝に沿って出入する。ベーン３６は、ローリングピストン３２の回転に従って揺動しながら半径方向へ進退することによって、シリンダ室６２の内部を圧縮室と吸入室とに区画する。支持体は、横断面が半円形状の２つの柱状部材で構成される。支持体は、シリンダ３１の吸入口と吐出口との中間部に形成された円形状の保持孔に回転自在に嵌められる。
　圧縮要素３０による冷媒の吸入、圧縮、吐出の各工程に必要な負荷量が大きいほど、電動機４０が発生させる回転力、即ち、発生トルクを大きくする必要がある。電動機４０の発生トルクの大きさは、固定子４１の巻線４４に流す電流によって発生する磁束と、回転子４２の磁石７２に発生する磁束との大きさによって決まる。回転子４２側の磁束の大きさは、主に、設計時に選択される磁石７２の仕様によって決まる。固定子４１側の磁束の大きさは、設計時に設定される巻線４４の巻数だけでなく、運用時に設定される巻線４４への電流値によって決まる。そのため、運用時には、外部電源からリード線４５と端子２４とを介して巻線４４に流れる電流を制御することで、圧縮要素３０の負荷量に合わせて電動機４０の発生トルクを制御することができる。即ち、電動機４０の発生トルクを大きくしたい場合は、巻線４４に流す電流を増加させる。電動機４０の発生トルクを小さくしたい場合は、巻線４４に流す電流を減少させる。
　前述したように、電動機４０は、固定子４１と、回転子４２とを備える。
　固定子４１は、巻線４４と、巻線４４が巻かれるティース７１が円周方向に沿って１８個形成された固定子鉄心４３とを有する。
　回転子４２は、磁石７２と、磁石７２が挿入される挿入孔７３が円周方向に沿って６個形成された回転子鉄心４６とを有する。
　磁石７２は、粒界拡散型のもの、若しくは、残留磁束密度Ｂｒが１．３Ｔ以上のもの、又は、粒界拡散型であって残留磁束密度Ｂｒが１．３Ｔ以上のものである。このような高Ｂｒ磁石を使用することで、電動機４０の小型化及び高出力化を図ることができるが、固定子鉄心４３の磁束密度が高くなることによる磁気飽和の発生を抑える必要が生じる。また、電動機４０の特性劣化の要因となる減磁の発生も抑える必要がある。
　そこで、本実施の形態では、電動機４０の構成を工夫して、減磁の発生を抑え、望ましくは、さらに磁気飽和の発生を抑えることで、モータ効率を向上させている。
　図６は、電動機４０の部分断面図である。
　図６に示すように、回転子４２の回転角度によって、１つの磁石７２の中心８１と１つのティース７１の中心８２とが回転子鉄心４６の半径方向に沿って並んだ状態になることがある。この状態における、当該１つの磁石７２の、当該１つのティース７１に対向する表面（即ち、回転子鉄心４６の半径方向外側を向く面）をティース対向表面８３（以下、単に「磁石表面」という場合がある）とする。また、当該１つのティース７１の巻線４４が巻かれた部分の、当該ティース対向表面８３に平行な断面（例えば、中心８２で切断した断面）を磁石平行断面８４（以下、単に「ティース断面」という場合がある）とする。
　図７は、電動機４０の構成と反磁界との関係を示すグラフである。
　図７のグラフは、ティース７１を１８個とし、磁石７２として残留磁束密度Ｂｒが１．３６～１．４２Ｔの粒界拡散型の希土類磁石を６個（６極分）使用し、巻線４４を分布巻とした構成で、電動機４０から所望の出力（固定値）を得るために必要な電流値が、ティース断面の総面積と磁石表面の総面積との比率に応じてどのように変わるかを解析した結果を示している。電流値は、反磁界（巻線４４の巻数×巻線４４に流れる電流）に換算して示している。
　電動機４０は、磁石７２が減磁すると所要の特性を維持できなくなる。磁石７２は、反磁界が減磁限界反磁界を超えると減磁する。残留磁束密度Ｂｒが高い磁石７２は、特に減磁しやすい。解析に用いた磁石７２の減磁限界反磁界は、１５１４ＡＴ（アンペアターン）である。
　図７に示した結果からわかるように、ティース断面の総面積（固定子鉄心４３に１８個形成されたティース７１の磁石平行断面８４の総面積）が、磁石表面の総面積（回転子鉄心４６に６個形成された挿入孔７３に挿入された磁石７２のティース対向表面８３の総面積）の０．５６倍以上０．９３倍以下であれば、反磁界を減磁限界反磁界以下に抑えることができる。そのため、本実施の形態では、ティース断面の総面積が磁石表面の総面積の０．５６倍以上０．９３倍以下であるものとする。これにより、磁石７２が減磁しにくくなるため、電動機４０において所要の特性を維持できる。
　図８は、電動機４０の構成とモータ効率との関係を示すグラフである。図９は、電動機４０の構成とモータ損失との関係を示すグラフである。
　図８及び図９のグラフは、前述した構成と同様に、ティース７１を１８個とし、磁石７２として残留磁束密度Ｂｒが１．３６～１．４２Ｔの粒界拡散型の希土類磁石を６個（６極分）使用し、巻線４４を分布巻とした構成で、ティース断面の総面積と磁石表面の総面積との比率がモータ効率及びモータ損失に与える影響を解析した結果を示している。
　電動機４０において、モータ効率の悪化を招く磁束飽和の発生箇所は、固定子鉄心４３のティース７１である。ティース７１の断面積が大きいほど、磁束飽和が発生しにくくなる。そのため、磁石表面の総面積に対するティース断面の総面積の比率が増加すると、モータ効率は増加し、モータ損失は低減する。しかし、ティース７１の断面積が大きいほど、隣り合うティース７１の間の空間（スロット）が狭くなり、巻線４４の巻数が制限される。そのため、磁石表面の総面積に対するティース断面の総面積の比率が一定の比率を過ぎて増加すると、モータ効率は減少し、モータ損失は増大する。
　図８に示した結果からわかるように、ティース断面の総面積（固定子鉄心４３に１８個形成されたティース７１の磁石平行断面８４の総面積）が、磁石表面の総面積（回転子鉄心４６に６個形成された挿入孔７３に挿入された磁石７２のティース対向表面８３の総面積）の０．６倍以上０．７倍以下であれば、モータ効率の最大効率との差を０．１％の範囲内に収めることができる。したがって、本実施の形態では、ティース断面の総面積が磁石表面の総面積の０．６倍以上０．７倍以下であることが望ましい。そのような構成を採用することで、高効率の電動機４０が実現できる。また、磁気飽和の発生が抑制されるため、低騒音の電動機４０も実現できる。
　また、図８及び図９に示したように、ティース断面の総面積が磁石表面の総面積の０．６２倍以上０．６７倍以下であれば、モータ効率を最大化し、モータ損失を最小化することができる。したがって、本実施の形態では、ティース断面の総面積が磁石表面の総面積の０．６２倍以上０．６７倍以下であることがより望ましい。
　なお、ティース７１の数を、１８個ではなく、９個、１２個、３６個といった別の数に変えても、図７から図９に示したような特性が得られる。よって、本実施の形態では、ティース７１の数は適宜変更することができる。
　また、磁石７２の数を、６個ではなく、４個、９個といった別の数に変えても、図７から図９に示したような特性が得られる。よって、本実施の形態では、磁石７２の数も適宜変更することができる。
　また、磁石７２を、種類又は特性（例えば、減磁限界反磁界）が異なるものに変えても、残留磁束密度Ｂｒが高いものであれば、図７から図９に示したような特性が得られる。よって、本実施の形態では、磁石７２自体を別の高Ｂｒ磁石に適宜変更することができる。
　また、巻線４４は、分布巻に限らず、集中巻でティース７１に巻かれていてもよい。
　本実施の形態によれば、残留磁束密度Ｂｒの高い磁石７２を使用した電動機４０の品質を確保することができる。
　この電動機４０を圧縮機１２に適用することで、所定の効率を満足させつつ、安価で低騒音で品質の高い圧縮機１２を得ることができる。
　さらに、その圧縮機１２を冷凍サイクル装置１０に適用することで、信頼性の高い冷凍サイクル装置１０を得ることができる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、この実施の形態を部分的に実施しても構わない。例えば、この実施の形態の説明において「部」として説明するもののうち、いずれか１つのみを採用してもよいし、いくつかの任意の組み合わせを採用してもよい。なお、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
　１０　冷凍サイクル装置、１１ａ，１１ｂ　冷媒回路、１２　圧縮機、１３　四方弁、１４　室外熱交換器、１５　膨張弁、１６　室内熱交換器、１７　制御装置、２０　密閉容器、２１　吸入管、２２　吐出管、２３　吸入マフラ、２４　端子、２５　冷凍機油、３０　圧縮要素、３１　シリンダ、３２　ローリングピストン、３３　主軸受、３４　副軸受、３５　吐出マフラ、３６　ベーン、３７　ベーンスプリング、４０　電動機、４１　固定子、４２　回転子、４３　固定子鉄心、４４　巻線、４５　リード線、４６　回転子鉄心、４７　絶縁部材、４８　上端板、４９　下端板、５０　クランク軸、５１　偏心軸部、５２　主軸部、５３　副軸部、６１　ベーン溝、６２　シリンダ室、６３　背圧室、７１　ティース、７２　磁石、７３　挿入孔、７４　軸孔、７５　貫通孔、８１　中心、８２　中心、８３　ティース対向表面、８４　磁石平行断面。

Claims (6)

  1. 　粒界拡散型の磁石と、当該磁石が挿入される挿入孔が円周方向に沿って複数形成された回転子鉄心とを有する回転子と、
    　巻線と、当該巻線が巻かれるティースが円周方向に沿って複数形成された固定子鉄心とを有する固定子と
    を備え、
    　１つの磁石と１つのティースとの中心同士が前記回転子鉄心の半径方向に沿って並んだ状態における、当該１つの磁石の、当該１つのティースに対向する表面をティース対向表面とし、当該１つのティースの巻線が巻かれた部分の、当該ティース対向表面に平行な断面を磁石平行断面として、前記固定子鉄心に複数形成されたティースの磁石平行断面の総面積が、前記回転子鉄心に複数形成された挿入孔に挿入された磁石のティース対向表面の総面積の０．５６倍以上０．９３倍以下であることを特徴とする電動機。
  2. 　残留磁束密度が１．３テスラ以上の磁石と、当該磁石が挿入される挿入孔が円周方向に沿って複数形成された回転子鉄心とを有する回転子と、
    　巻線と、当該巻線が巻かれるティースが円周方向に沿って複数形成された固定子鉄心とを有する固定子と
    を備え、
    　１つの磁石と１つのティースとの中心同士が前記回転子鉄心の半径方向に沿って並んだ状態における、当該１つの磁石の、当該１つのティースに対向する表面をティース対向表面とし、当該１つのティースの巻線が巻かれた部分の、当該ティース対向表面に平行な断面を磁石平行断面として、前記固定子鉄心に複数形成されたティースの磁石平行断面の総面積が、前記回転子鉄心に複数形成された挿入孔に挿入された磁石のティース対向表面の総面積の０．５６倍以上０．９３倍以下であることを特徴とする電動機。
  3. 　前記固定子鉄心に複数形成されたティースの磁石平行断面の総面積が、前記回転子鉄心に複数形成された挿入孔に挿入された磁石のティース対向表面の総面積の０．６倍以上０．７倍以下であることを特徴とする請求項１又は２の電動機。
  4. 　前記固定子鉄心に複数形成されたティースの磁石平行断面の総面積が、前記回転子鉄心に複数形成された挿入孔に挿入された磁石のティース対向表面の総面積の０．６２倍以上０．６７倍以下であることを特徴とする請求項１又は２の電動機。
  5. 　請求項１から４のいずれかの電動機と、
    　前記電動機により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮要素と
    を備えることを特徴とする圧縮機。
  6. 　請求項５の圧縮機が接続され、前記冷媒が循環する冷媒回路を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
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