WO2016056065A1 - 永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調機 - Google Patents

永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調機 Download PDF

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馬場 和彦
昌弘 仁吾
石川 淳史
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a permanent magnet embedded motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor core disposed on the inner diameter side of a stator, a compressor including a permanent magnet embedded motor, and a refrigeration air conditioner including the compressor. Related to the machine.
  • the conventional motor shown in Patent Document 1 is provided with a magnet insertion hole provided in the rotor iron core and a plurality of slits provided on the outer peripheral side of the permanent magnet and connected to the magnet insertion hole, thereby reducing vibration and noise of the motor. It is the structure which suppresses.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a permanent magnet embedded type electric motor that can improve the demagnetization resistance while suppressing a decrease in efficiency and output.
  • an embedded permanent magnet electric motor includes a stator, a rotor disposed on an inner diameter side of the stator, and a rotor of the rotor.
  • a permanent magnet inserted into a plurality of magnet insertion holes formed in the iron core, wherein the rotor core is formed radially outside the magnet insertion hole and communicates with the magnet insertion holes.
  • a plurality of second slits formed at positions facing the plurality of first slits at a distance, and a slit formed between the first slits and the second slits
  • An intermediate iron core portion an outer iron core portion formed between the second slit and the outer peripheral surface of the rotor iron core, a space portion communicating with a rotational direction end of the magnet insertion hole, and the space portion; It is formed between the outer surface of the rotor core and extends in the rotational direction. It has a thin core portion, the that.
  • Sectional drawing of the permanent magnet embedded type electric motor which concerns on Embodiment 1 of this invention Enlarged view of the rotor core shown in FIG. Enlarged view of the magnet insertion hole, the first slit, and the second slit for one magnetic pole in the rotor core shown in FIG.
  • the figure which shows the state which inserted the permanent magnet in the magnet insertion hole shown in FIG. Structural diagram of rotor core according to Embodiment 2 of the present invention
  • Sectional drawing of the compressor which concerns on Embodiment 3 of this invention Configuration diagram of a refrigeration air conditioner according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a permanent magnet embedded electric motor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the permanent magnet embedded type electric motor 100 includes a stator core 1a formed by caulking a plurality of electromagnetic steel plates punched into a specific shape, and laminating them while welding or bonding, and a concentrated winding method on teeth 1a2 of the stator core 1a.
  • a stator 1 composed of a winding 1b wound by a distributed winding method, and a rotor 2 arranged on the inner diameter side of the stator 1 via a gap 4 are provided.
  • the stator core 1a includes an annular back yoke 1a1 and a plurality of teeth 1a2 that are arranged at regular intervals in the rotational direction on the inner diameter side of the back yoke 1a1 and extend from the back yoke 1a1 toward the center of the stator core 1a.
  • the stator core 1a is formed with a plurality of slots 1a3 that are spaces in which the windings 1b are housed and defined by the back yoke 1a1 and the teeth 1a2.
  • “Rotational direction” refers to the rotational direction of the rotor 2.
  • the teeth 1a2 have a winding portion 1a21 around which the winding 1b is wound, and an umbrella-shaped tip portion 1a22 formed on the inner diameter side of each tooth 1a2 and having a rotor facing surface 1a23 extending in the rotation direction.
  • nine teeth 1a2 are formed on the stator core 1a, but the number of teeth 1a2 is not limited to this.
  • the rotor 2 is provided with a cylindrical rotor core 2a formed by caulking, welding, or bonding a plurality of electromagnetic steel plates punched into a specific shape, and provided at regular intervals in the rotation direction corresponding to the number of magnetic poles.
  • a plurality of magnet insertion holes 2b formed, a permanent magnet 2d inserted into the magnet insertion hole 2b and having a shape corresponding to the shape of each magnet insertion hole 2b, and a rotating shaft formed at the radial center of the rotor core 2a And an insertion hole 2c.
  • the outer peripheral surface 2A of the rotor core 2a has a perfect circle shape, and the gap 4 between the stator 1 and the rotor core 2a is uniform over the entire circumference.
  • Each magnet insertion hole 2b has a rectangular shape in which the radial width is narrower than the rotational width, and the width in each rotational direction is the same.
  • Each magnet insertion hole 2b has the same radial position from the center of the rotor core 2a.
  • Each magnet insertion hole 2b extends in the axial direction so as to penetrate both ends of the rotor core 2a, and permanent magnets 2d having different polarities are alternately arranged in the rotation direction in each magnet insertion hole 2b.
  • a rotary shaft 3 to which rotational energy from a drive source (not shown) is transmitted is inserted into the rotary shaft insertion hole 2c by shrink fitting, cold fitting, or press fitting, and the rotor core 2a rotates by the rotational energy from the drive source. .
  • FIG. 2 is an enlarged view of the rotor core shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is an enlarged view of a magnet insertion hole, a first slit, and a second slit for one magnetic pole in the rotor core shown in FIG.
  • FIG. 4 is a view showing a state where a permanent magnet is inserted into the magnet insertion hole shown in FIG. 3.
  • the rotor core 2a includes a first core portion 2a1 formed on the radially outer side of the magnet insertion hole 2b and a second core portion 2a2 formed on the radially inner side of the magnet insertion hole 2b. It consists of and.
  • the rotor core 2a is formed from five first slits 5a1, 5a2, 5a3, 5a4, and 5a5 that are formed radially outside the magnet insertion hole 2b in the first core part 2a1 and communicate with the magnet insertion hole 2b.
  • the first slit group 5a and the five second slits 5b1, 5b2, 5b3 formed in the first iron core portion 2a1 and at positions opposed to the individual first slits 5a1 to 5a5 at a distance from each other.
  • the space 2e1 functions as a flux barrier for preventing a magnetic flux short circuit.
  • a thin core 2a3 extending in the rotation direction is formed.
  • the thickness in the radial direction of the thin core 2a3 is the same as the thickness of the rotor core 2a.
  • Each of the first slits 5a1 to 5a5 is in communication with the magnet insertion hole 2b and has an integral structure with the magnet insertion hole 2b.
  • the second slits 5b1 to 5b5 do not communicate with each other, do not communicate with the magnet insertion hole 2b, and do not appear on the outer peripheral surface 2A of the rotor core 2a, that is, the rotor core 2a.
  • the shape is closed inside.
  • the first core portion 2a1 five inter-slit core portions 6a1, 6a2, 6a3, 6a4, 6a5 are formed between the first slit group 5a and the second slit group 5b.
  • the first iron core portion 2a1 includes five outer iron core portions 6b1 arranged on the outer side in the radial direction from the second slit group 5b between the second slit group 5b and the outer peripheral surface 2A of the rotor iron core 2a. , 6b2, 6b3, 6b4, 6b5 are formed.
  • the space portion 2e1 is formed from the inner peripheral surface of the thin core portion 2a3 to the rotational end surface 2d1 of the permanent magnet 2d.
  • the second iron core portion 2a2 is formed with a pair of protrusions 2a21 for restricting the displacement in the rotational direction of each permanent magnet 2d.
  • Each protrusion 2a21 is formed at both ends in the rotation direction of the radially inner side surface 2b1 of the magnet insertion hole 2b.
  • each protrusion 2a21 As the height of each protrusion 2a21, a dimension is secured so that when the permanent magnet 2d is inserted into the magnet insertion hole 2b, it can come into surface contact with the pair of rotational end faces 2d1 positioned in the rotational direction of the permanent magnet 2d.
  • the dimension capable of surface contact is a dimension that can prevent displacement of the permanent magnet 2d at the lower limit of the dimensional tolerance of the permanent magnet 2d, and is 0.5 mm in the present embodiment.
  • the protrusion 2a21 becomes the shortest magnetic path, and the magnetic flux, that is, the magnetic flux between the adjacent permanent magnets 2d is easily short-circuited. Therefore, it is desirable that the height in the radial direction of the protrusion 2a21 be as small as possible within a range in which each permanent magnet 2d can be held.
  • the magnetic flux flowing from the stator core 1a to the rotor 2 is isolated from the permanent magnet 2d by the first slit group 5a and the space 2e1, and easily passes through the inter-slit cores 6a1 to 6a5. Therefore, no magnetic flux is linked to the radially outer surface 2d2 of the permanent magnet 2d facing the first slit group 5a, and the magnetic flux is linked between the adjacent first slits. As a result, the loop of eddy current flowing in the radially outer side surface 2d2 of the permanent magnet 2d is reduced, and eddy current loss, which is iron loss due to eddy current, is reduced.
  • the demagnetization resistance is reduced.
  • the demagnetizing field is reduced by passing through the outer core portions 6b1 to 6b5, the inter-slit core portions 6a1 to 6a5, and the thin core portion 2a3. Magnetic resistance can be improved.
  • FIG. FIG. 5 is a structural diagram of a rotor core according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the first slit and the second slit shown in FIG. 3, and the first slit group 5a.
  • a first slit 5a3, a second slit 5b3 in the second slit group 5b, an inter-slit core portion 6a3, and an outer core portion 6b3 are shown.
  • W1 is the rotational width of the first slit 5a3, H1 is the radial width of the first slit 5a3, W2 is the rotational width of the second slit 5b3, H2 is the radial width of the second slit 5b3, and t1 is The radial width of the inter-slit iron core portion 6a3, t2 represents the radial width of the outer iron core portion 6b3.
  • W1 is the dimension at the boundary between the magnet insertion hole 2b and the first slit 5a3
  • W2 is the dimension of the widest portion of the circumferential width of the second slit 5b3.
  • the thickness of the rotor core 2a is not shown, but is assumed to be t3 in the present embodiment and is 0.2 mm to 0.5 mm.
  • the rotor core 2a according to the present embodiment has a shape that satisfies the relationship of H1> H2. By making the shape satisfying this relationship, the magnetic flux flowing to the rotor 2 can be kept away from the permanent magnet 2d, the eddy current loss of the magnet can be reduced, and the demagnetization resistance can be improved.
  • the rotor core 2a has a shape that satisfies the relationship of W1> W2.
  • the magnetic flux flowing in the radially outer side surface 2d2 of the permanent magnet 2d is distributed across the first slit 5a3, compared with the case where W1 is equal to W2 or when W1 is less than W2.
  • the loop of eddy current flowing in the radially outer surface 2d2 of the permanent magnet 2d can be made smaller. Thereby, the eddy current loss in the permanent magnet 2d is further reduced, and the temperature rise of the permanent magnet 2d is further suppressed.
  • the demagnetization resistance can be improved. Even when the shape satisfies the relationship of W1> W2, when a large demagnetizing field is applied due to overcurrent, the demagnetizing field is affected by the outer iron core portions 6b1 to 6b5, the inter-slit iron core portions 6a1 to 6a5, and the thin-walled iron core. By passing through the part 2a3, the demagnetization resistance can be improved.
  • the rotor core 2a has a shape that satisfies the relationship of t1 ⁇ t2 ⁇ t3.
  • the demagnetizing field passes through the inner iron core portion, so the demagnetization resistance is strong.
  • a permanent magnet embedded motor 100 is obtained.
  • the number of magnetic poles of the permanent magnet 2d is 6, but the number of magnetic poles of the permanent magnet 2d is not limited to this.
  • the permanent magnet 2d has a flat plate shape, but the shape of the permanent magnet 2d is not limited to this, and other shapes corresponding to purposes such as noise reduction and improvement of demagnetization resistance. It is good.
  • the stator core 1a is formed in a shape corresponding to the shape of each permanent magnet 2d.
  • the five first slits and the five second slits are formed in the rotor core 2a, but the number of these slits is not limited to the illustrated example.
  • the split type stator core 1a divided for each tooth is used, but the shape of the stator core 1a is not limited to this.
  • the stator core 1a and the rotor core 2a according to the first and second embodiments are not limited to those obtained by laminating electromagnetic steel plates, but are solidified from an integrated core obtained by processing a steel material and a mixture of resin and iron powder. A resin core or a powder core obtained by press-molding magnetic powder may be used, and the type of the core is properly used depending on the purpose and application.
  • the embedded permanent magnet electric motor 100 includes the stator 1, the rotor 2 disposed on the inner diameter side of the stator 1, and the rotor core of the rotor 2. And a permanent magnet 2d inserted into a plurality of magnet insertion holes 2b formed in 2a.
  • the rotor core 2a is formed on the radially outer side of the magnet insertion hole 2b and communicates with the magnet insertion holes 2b.
  • the first slit, the plurality of second slits formed at positions facing each other with a distance from the first slit, and the inter-slit core portion formed between the first slit and the second slit The outer core portion formed between the second slit and the outer peripheral surface 2A of the rotor core 2a, the space portion 2e1 communicating with the rotation direction end of the magnet insertion hole 2b, the space portion 2e1 and the rotor. It is formed between the outer peripheral surface 2A of the iron core 2a and extends in the rotation direction. Having a thin core portion 2a3, a.
  • the magnetic flux flowing from the stator to the rotor is isolated from the permanent magnet 2d by the first slit and the space 2e1, and the loop of the eddy current flowing on the radially outer surface 2d2 of the permanent magnet 2d is reduced. Therefore, the eddy current loss, which is the iron loss due to the eddy current, is reduced, the decrease in the magnetic force of the permanent magnet 2d due to the temperature rise of the permanent magnet 2d is suppressed, the decrease in efficiency and output is suppressed, and the demagnetization resistance is reduced. Can be improved. Further, even when a large demagnetizing field is applied due to overcurrent, the demagnetization resistance can be improved by passing the demagnetizing field through the outer core part, the inter-slit core part, and the thin core part.
  • FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of a compressor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • a compressor 200 equipped with the embedded permanent magnet electric motor 100 according to the first and second embodiments will be described.
  • the hermetic container 16 of the compressor 200 is formed into a cylindrical shape by drawing a steel plate having a specific thickness, and the hermetic container 16 is provided with the permanent magnet embedded motor 100 and the compression unit 40, and the bottom of the hermetic container 16.
  • the refrigerating machine oil (not shown) that lubricates the sliding portion of the compression unit 40 is stored in the storage.
  • a mechanism such as scroll, rotary, or reciprocation is used.
  • the stator core 1a is held on the inner peripheral portion of the sealed container 16 by shrink fitting, cold fitting, or press fitting. Electric power from the glass terminal 14 fixed to the hermetic container 16 is supplied to the winding 1b wound around the stator core 1a.
  • the rotor 2 is disposed via a gap 4 provided on the inner diameter side of the stator 1 and is held in a freely rotatable state by an upper frame 46 and a lower frame 45 which are bearing portions of the compression unit 40 via the rotation shaft 3. ing.
  • the compression unit 40 includes, as main elements, a pair of upper and lower cylinders 42 that are provided in a vertically stacked state, a piston 43 into which the rotary shaft 3 is inserted, and an axial end surface of the cylinder 42 that is inserted into the rotary shaft 3.
  • the operation of the compressor 200 will be described.
  • the refrigerant gas supplied from the accumulator 12 is sucked into the cylinder 42 from the suction pipe 13 fixed to the sealed container 16.
  • the piston 43 fitted to the rotating shaft 3 rotates in the cylinder 42, and the refrigerant is compressed in the cylinder 42.
  • the compressed high-temperature refrigerant passes through the upper discharge muffler 41 and the lower discharge muffler 44, and then rises in the sealed container 16 through the gap 4 or an air hole (not shown) formed in the rotor 2. It is supplied to the high-pressure side of the refrigeration cycle through the provided discharge pipe 15.
  • R410A and R407C which are conventional HFC hydrofluorocarbon refrigerants, or R22, which is a hydrochlorofluorocarbon refrigerant, is used as the refrigerant of the compressor 200.
  • R22 which is a hydrochlorofluorocarbon refrigerant
  • other refrigerants than low GWP are also applicable. From the viewpoint of preventing global warming, a low GWP refrigerant is desirable.
  • the following refrigerants are typical examples of low GWP 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.
  • R1270 propylene which is an example of a hydrocarbon having a carbon double bond in the composition.
  • GWP is 3, which is smaller than HFO-1234yf, but flammability is larger than HFO-1234yf.
  • a mixture of HFO-1234yf which is an example of a mixture containing any one of a halogenated hydrocarbon having a carbon double bond in the composition and a hydrocarbon having a carbon double bond in the composition, and R32 It is.
  • HFO-1234yf is a low-pressure refrigerant, the pressure loss increases, and the performance in the refrigeration cycle, particularly in the evaporator, is likely to deteriorate. For this reason, a mixture with R32 or R41, which is a high-pressure refrigerant, is more effective than HFO-1234yf.
  • the temperature inside the compressor 200 varies depending on the compression load state, that is, the rotational speed, the compression load torque, or the type of the refrigerant, and in the steady state where the temperature is stable, the dependence on the rotational speed is particularly high. .
  • the temperature rise inside the rotary compressor with respect to the rotational speed when the R410 refrigerant is used is 50 ° C. to 60 ° C. in the low speed operation, whereas it is 70 ° C. to 80 ° C. in the medium speed operation and 90 ° C. to 110 ° in the high speed operation. It becomes °C.
  • the characteristic that the temperature inside the compressor 200 rises as the rotational speed of the compressor 200 increases is exhibited.
  • the temperature in the compressor 200 is further increased by 20 ° C. relative to the R410A refrigerant.
  • the temperature rise of the permanent magnet 2d is suppressed by reducing the eddy current flowing through the permanent magnet 2d, and the permanent magnet 2d exists in the high-temperature atmosphere in the compressor 200.
  • the first slit and the radially outer surface 2d2 of the permanent magnet 2d are in contact with each other, when the refrigerant passes through the first slit, the heat of the permanent magnet 2d generated by the eddy current is the refrigerant. Since it is recovered, the temperature rise of the permanent magnet 2d can be suppressed, and the torque reduction can be suppressed.
  • a rare earth magnet having a small coercive force is one having a coercive force of 20 kOe or less.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a refrigeration air conditioner according to Embodiment 4 of the present invention.
  • a refrigeration air conditioner 300 equipped with the compressor 200 according to the third embodiment will be described.
  • the refrigeration air conditioner 300 includes, as main elements, a compressor 200, a four-way valve 35, and a condenser 32 that exchanges heat of high-temperature and high-pressure refrigerant gas compressed in the compressor 200 with air to condense into liquid refrigerant.
  • An expander 33 that expands the liquid refrigerant into a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant
  • an evaporator 34 that absorbs heat from the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant and converts it into a low-temperature and low-pressure gas refrigerant
  • the controller 36 controls the four-way valve 35.
  • the compressor 200, the four-way valve 35, the condenser 32, the expander 33, and the evaporator 34 are each connected by a refrigerant pipe 31 to constitute a refrigeration cycle.
  • the refrigeration air conditioner 300 With high efficiency and high output can be provided.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

 永久磁石埋込型電動機は、固定子の内径側に配置された回転子の回転子鉄心2aは、磁石挿入孔2bの径方向外側に形成され、磁石挿入孔2bと連通する複数の第1のスリット5a1から5a5と、第1のスリット5a1から5a5と距離を隔てて相対する位置に形成された複数の第2のスリット5b1から5b5と、第1のスリット5a1から5a5と第2のスリット5b1から5b5との間に形成されたスリット間鉄心部6a1から6a5と、第2のスリット5b1から5b5と回転子鉄心2aの外周面2Aとの間に形成された外側鉄心部6b1から6b5と、磁石挿入孔2bの回転方向端部と連通する空間部2e1と、空間部2e1と回転子鉄心2aの外周面2Aとの間に形成され、回転方向に伸びる薄肉鉄心部2a3と、を有する。

Description

永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調機
 本発明は、固定子の内径側に配置された回転子鉄心に永久磁石が埋め込まれた永久磁石埋込型電動機、永久磁石埋込型電動機を備えた圧縮機、および圧縮機を備えた冷凍空調機に関する。
 特許文献1に示す従来のモータは、回転子鉄心に設けられた磁石挿入孔と、永久磁石の外周側に複数設けられ磁石挿入孔と連結するスリットとを備えることにより、モータの振動および騒音を抑制する構成である。
特開2005-245148号公報
 しかしながら、特許文献1のモータは、固定子側から回転子へ流れる磁束が磁石挿入孔とスリットの間の鉄心部を通り永久磁石の表面に鎖交し、磁束が時間的に変化することにより永久磁石に渦電流が流れ、損失が増加し、また永久磁石の発熱により磁力が低下して効率および出力の低下を招くという課題があった。さらに特許文献1のモータではスリットが磁石挿入孔の根元から回転子外周部の近くまで伸びているため、固定子の作る反磁界が永久磁石に鎖交し易く、減磁耐力を悪化させる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、効率および出力の低下を抑制しながら減磁耐力を改善することができる永久磁石埋込型電動機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、本発明に係る永久磁石埋込型電動機は、固定子と、前記固定子の内径側に配置された回転子と、前記回転子の回転子鉄心に形成された複数の磁石挿入孔に挿入された永久磁石と、を備え、前記回転子鉄心は、前記磁石挿入孔の径方向外側に形成され、前記磁石挿入孔と連通する複数の第1のスリットと、前記複数の第1のスリットと距離を隔てて相対する位置に形成された複数の第2のスリットと、前記第1のスリットと前記第2のスリットとの間に形成されたスリット間鉄心部と、前記第2のスリットと前記回転子鉄心の外周面との間に形成された外側鉄心部と、前記磁石挿入孔の回転方向端部と連通する空間部と、前記空間部と前記回転子鉄心の外周面との間に形成され、回転方向に伸びる薄肉鉄心部と、を有する。
 この発明によれば、効率および出力の低下を抑制しながら減磁耐力を改善することができる、という効果を奏する。
本発明の実施の形態1に係る永久磁石埋込型電動機の断面図 図1に示す回転子鉄心の拡大図 図2に示す回転子鉄心の内、1磁極分の磁石挿入孔と第1のスリットと第2のスリットの拡大図 図3に示す磁石挿入孔に永久磁石を挿入した状態を示す図 本発明の実施の形態2に係る回転子鉄心の構造図 本発明の実施の形態3に係る圧縮機の断面図 本発明の実施の形態4に係る冷凍空調機の構成図
 以下に、本発明に係る永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調機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1.
 図1は本発明の実施の形態1に係る永久磁石埋込型電動機の断面図である。永久磁石埋込型電動機100は、特定形状に打ち抜かれた電磁鋼板を複数枚かしめ、溶接、または接着しながら積層してなる固定子鉄心1aと、固定子鉄心1aのティース1a2に集中巻方式または分布巻方式で巻かれる巻線1bとで構成される固定子1と、固定子1の内径側に隙間4を介して配置された回転子2とを備える。
 固定子鉄心1aは、環状のバックヨーク1a1と、バックヨーク1a1の内径側において回転方向に一定間隔で配置されバックヨーク1a1から固定子鉄心1aの中心の方向に伸びる複数のティース1a2とから成る。また固定子鉄心1aには、巻線1bが収納されバックヨーク1a1とティース1a2とで区画される空間である複数のスロット1a3が形成される。「回転方向」とは回転子2の回転方向をいう。ティース1a2は、巻線1bが巻かれる巻線部1a21と、個々のティース1a2の内径側に形成され回転子対向面1a23が回転方向に広がる傘状の先端部1a22とを有する。図示例では固定子鉄心1aに9つのティース1a2が形成されているが、ティース1a2の数はこれに限定されるものではない。
 回転子2は、特定形状に打ち抜かれた電磁鋼板を複数枚かしめ、溶接、または接着しながら積層してなる円柱状の回転子鉄心2aと、磁極数に対応して回転方向に一定間隔で設けられた複数の磁石挿入孔2bと、各磁石挿入孔2bの形に対応した形状であり磁石挿入孔2bに挿入される永久磁石2dと、回転子鉄心2aの径方向中心に形成される回転軸挿入孔2cとを有する。
 回転子鉄心2aの外周面2Aは真円形状を成し、固定子1と回転子鉄心2aとの間の隙間4は全周に渡って均一となっている。各磁石挿入孔2bは、径方向幅が回転方向幅よりも狭い長方形状であり、各々の回転方向の幅が同一である。各磁石挿入孔2bは、回転子鉄心2aの中心からの径方向の位置も各々同一である。各磁石挿入孔2bは回転子鉄心2aの両端を貫通するよう軸方向に伸び、各磁石挿入孔2bには互いに異なる極性の永久磁石2dが回転方向に交互に配置される。回転軸挿入孔2cには図示しない駆動源からの回転エネルギーが伝達される回転軸3が焼き嵌め、冷し嵌め、または圧入で挿入され、駆動源からの回転エネルギーによって回転子鉄心2aが回転する。
 以下、図2から図4を参照して回転子鉄心2aの構造を詳細に説明する。
 図2は図1に示す回転子鉄心の拡大図、図3は図2に示す回転子鉄心の内、1磁極分の磁石挿入孔と第1のスリットと第2のスリットの拡大図、図4は図3に示す磁石挿入孔に永久磁石を挿入した状態を示す図である。
 図2に示すように回転子鉄心2aは、磁石挿入孔2bの径方向外側に形成される第1の鉄心部2a1と、磁石挿入孔2bの径方向内側に形成される第2の鉄心部2a2とで構成されている。
 図3において回転子鉄心2aは、第1の鉄心部2a1において磁石挿入孔2bの径方向外側に形成され磁石挿入孔2bと連通する5つの第1のスリット5a1,5a2,5a3,5a4,5a5から成る第1のスリット群5aと、第1の鉄心部2a1に形成され個々の第1のスリット5a1から5a5と距離を隔てて相対する位置に形成された5つの第2のスリット5b1,5b2,5b3,5b4,5b5から成る第2のスリット群5bと、磁石挿入孔2bの回転方向端部と連通する空間部2e1とを有する。空間部2e1は磁束短絡防止用のフラックスバリアとして機能する。空間部2e1と回転子鉄心2aの外周面2Aとの間には回転方向に伸びる薄肉鉄心部2a3が形成されている。本実施の形態では薄肉鉄心部2a3の径方向の厚みが回転子鉄心2aの板厚と同一である。
 第1のスリット5a1から5a5は、各々が磁石挿入孔2bと連通しており磁石挿入孔2bと一体構造である。それに対して第2のスリット5b1から5b5は、各々が相互に連通せず、かつ、磁石挿入孔2bと連通せず、回転子鉄心2aの外周面2Aに表出しない構造、すなわち回転子鉄心2aの内部で閉じた形状である。
 第1の鉄心部2a1には、第1のスリット群5aと第2のスリット群5bの間に5つのスリット間鉄心部6a1,6a2,6a3,6a4,6a5が形成されている。また第1の鉄心部2a1には、第2のスリット群5bと回転子鉄心2aの外周面2Aとの間において第2のスリット群5bよりも径方向外側に配置される5つの外側鉄心部6b1,6b2,6b3,6b4,6b5とが形成されている。
 図4に示すように磁石挿入孔2bへ永久磁石2dが挿入されたとき、空間部2e1は薄肉鉄心部2a3の内周面から永久磁石2dの回転方向端面2d1までに渡って形成されている。第2の鉄心部2a2には、各永久磁石2dの回転方向の位置ずれを規制する一対の突起2a21が形成されている。各突起2a21は、磁石挿入孔2bの径方向内側面2b1の回転方向両端に形成される。各突起2a21の高さとしては、永久磁石2dを磁石挿入孔2bに挿入した際、永久磁石2dの回転方向に位置する一対の回転方向端面2d1と面接触できる寸法が確保されている。面接触できる寸法とは、永久磁石2dの寸法公差の下限において、永久磁石2dの位置ずれを防止できる寸法であり、本実施の形態では0.5mmである。ただし、突起2a21を設けることにより、突起2a21が最短磁路となり、マグネット磁束、すなわち隣接する永久磁石2d間の磁束が短絡し易くなる。そのため、突起2a21の径方向の高さは、各永久磁石2dを保持可能な範囲で極力小さく形成することが望ましい。
 この構成により、固定子鉄心1aから回転子2へ流れる磁束が第1のスリット群5aおよび空間部2e1で永久磁石2dから隔離されると共にスリット間鉄心部6a1から6a5を通過し易くなる。そのため、第1のスリット群5aと対向する永久磁石2dの径方向外側面2d2には磁束が鎖交せず、隣接する第1のスリットの間に磁束が鎖交する。これにより永久磁石2dの径方向外側面2d2に流れる渦電流のループが小さくなり、渦電流に起因した鉄損である渦電流損が低減される。渦電流損が低減されることで、永久磁石2dの温度上昇が抑制され、温度上昇に伴う永久磁石2dの発生磁力の低下が抑制され、効率および出力の低下を抑制すると共に、減磁耐力を改善することができる。また、過電流により大きな反磁界が印加された場合であっても、反磁界が外側鉄心部6b1から6b5と、スリット間鉄心部6a1から6a5と、薄肉鉄心部2a3とを通過することで、減磁耐力を改善することができる。
実施の形態2.
 図5は本発明の実施の形態2に係る回転子鉄心の構造図であり、図5には図3に示す第1のスリットと第2のスリットを拡大して示し、第1のスリット群5aの内の第1のスリット5a3と、第2のスリット群5bの内の第2のスリット5b3と、スリット間鉄心部6a3と、外側鉄心部6b3とが示されている。W1は第1のスリット5a3の回転方向幅、H1は第1のスリット5a3の径方向幅、W2は第2のスリット5b3の回転方向幅、H2は第2のスリット5b3の径方向幅、t1はスリット間鉄心部6a3の径方向幅、t2は外側鉄心部6b3の径方向幅を表す。ここでは、W1は磁石挿入孔2bと第1のスリット5a3との境界部における寸法とし、W2は第2のスリット5b3の周方向幅の中で最も広い部分の寸法とする。また回転子鉄心2aの板厚は、図示していないが本実施の形態ではt3と仮定し0.2mmから0.5mmである。
 本実施の形態に係る回転子鉄心2aは、H1>H2の関係を満たす形状である。この関係を満たす形状にすることで、回転子2へ流れる磁束を永久磁石2dから遠ざけることができ、磁石の渦電流損を低減することができると共に減磁耐力を改善することができる。
 また本実施の形態に係る回転子鉄心2aは、W1>W2の関係を満たす形状である。この関係を満たす形状にすることで、W1がW2と等しい場合、またはW1がW2未満の場合に比べて、第1のスリット5a3を隔てて永久磁石2dの径方向外側面2d2に流れる磁束を分散させる効果が向上し、永久磁石2dの径方向外側面2d2に流れる渦電流のループをより小さくできる。これにより、永久磁石2dにおける渦電流損がより低減され、永久磁石2dの温度上昇がより抑制される。従って、温度上昇に伴う永久磁石2dの発生磁力の低下が抑制され、効率および出力の低下を抑制すると共に、減磁耐力を改善することができる。また、W1>W2の関係を満たす形状にした場合であっても、過電流により大きな反磁界が印加された際、反磁界が外側鉄心部6b1から6b5とスリット間鉄心部6a1から6a5と薄肉鉄心部2a3とを通過することで、減磁耐力を改善することができる。
 また本実施の形態に係る回転子鉄心2aは、t1≧t2≧t3の関係を満たす形状である。この関係を満たす形状にすることで、回転子鉄心2aの強度を確保しつつ、固定子側から反磁界が印加された場合でも、反磁界が内側鉄心部を経由するため、減磁耐力の強い永久磁石埋込型電動機100が得られる。
 なお図5では、第1のスリット5a3、第2のスリット5b3、スリット間鉄心部6a3、および外側鉄心部6b3の寸法の関係性のみ説明したが、第1のスリット5a3および第2のスリット5b3以外の各スリットの寸法の関係性も上記と同様であり、スリット間鉄心部6a3および外側鉄心部6b3以外の各鉄心部の寸法の関係性も上記と同様である。
 また実施の形態1,2では、永久磁石2dの磁極数が6極であるが永久磁石2dの磁極数はこれに限定されるものではない。また実施の形態1,2では、永久磁石2dが平板形状であるが永久磁石2dの形状はこれに限定されるものではなく騒音の低減や減磁耐力の向上などの目的に対応した他の形状としてもよい。その場合、固定子鉄心1aは各永久磁石2dの形状に対応した形に形成されているものとする。
 また実施の形態1,2では5つの第1のスリットと5つの第2のスリットとが回転子鉄心2aに形成されているがこれらのスリットの数は図示例に限定されるものではない。また実施の形態1,2では、ティース毎に分割された分割タイプの固定子鉄心1aが用いられているが固定子鉄心1aの形状はこれに限定されるものではない。また実施の形態1,2に係る固定子鉄心1aおよび回転子鉄心2aは、電磁鋼板を積層したものに限定されず、鋼材を加工した一体型コア、樹脂と鉄粉を混ぜたものを固めた樹脂コア、または磁性粉を加圧成形した圧粉コアでもよく、コアの種類は目的と用途によって使い分けられる。
 以上に説明したように実施の形態1,2に係る永久磁石埋込型電動機100は、固定子1と、固定子1の内径側に配置された回転子2と、回転子2の回転子鉄心2aに形成された複数の磁石挿入孔2bに挿入された永久磁石2dと、を備え、回転子鉄心2aは、磁石挿入孔2bの径方向外側に形成され、磁石挿入孔2bと連通する複数の第1のスリットと、第1のスリットと距離を隔てて相対する位置に形成された複数の第2のスリットと、第1のスリットと第2のスリットとの間に形成されたスリット間鉄心部と、第2のスリットと回転子鉄心2aの外周面2Aとの間に形成された外側鉄心部と、磁石挿入孔2bの回転方向端部と連通する空間部2e1と、空間部2e1と回転子鉄心2aの外周面2Aとの間に形成され、回転方向に伸びる薄肉鉄心部2a3と、を有する。この構成により、ステータからロータへ流れる磁束が第1のスリットおよび空間部2e1で永久磁石2dから隔離され、永久磁石2dの径方向外側面2d2に流れる渦電流のループが小さくなる。従って渦電流に起因した鉄損である渦電流損が低減され、永久磁石2dの温度上昇に伴う永久磁石2dの磁力の低下が抑制され、効率および出力の低下を抑制すると共に、減磁耐力を改善することができる。また、過電流により大きな反磁界が印加された場合であっても、反磁界が外側鉄心部とスリット間鉄心部と薄肉鉄心部とを通過することで、減磁耐力を改善することができる。
実施の形態3.
 図6は本発明の実施の形態3に係る圧縮機の断面図である。実施の形態3では実施の形態1,2に係る永久磁石埋込型電動機100を搭載した圧縮機200について説明する。
 圧縮機200の密閉容器16は、特定厚の鋼板を絞り加工により円筒形状に形成され、密閉容器16には、永久磁石埋込型電動機100と圧縮部40とが設けられ、密閉容器16の底部には、圧縮部40の摺動部を潤滑する図示しない冷凍機油が貯留されている。圧縮部40には、スクロール、ロータリ、またはレシプロといった機構が用いられる。
 固定子鉄心1aは、焼き嵌め、冷し嵌め、または圧入で密閉容器16の内周部に保持される。固定子鉄心1aに巻かれた巻線1bには密閉容器16に固定されるガラス端子14からの電力が供給される。
 回転子2は、固定子1の内径側に設けた隙間4を介して配置され、回転軸3を介し圧縮部40の軸受け部である上部フレーム46および下部フレーム45により回転自在な状態で保持されている。
 圧縮部40は、主な要素として、上下積層状態に設けられたシリンダ42と、回転軸3が挿入されるピストン43と、回転軸3が挿入されシリンダ42の軸方向端面を閉塞する上下一対の上部フレーム46および下部フレーム45と、上部フレーム46に装着された上部吐出マフラ41と、下部フレーム45に装着された下部吐出マフラ44と、シリンダ42内を吸入側と圧縮側に分ける図示しないベーンとを有して構成されている。
 圧縮機200の動作を説明する。アキュムレータ12から供給された冷媒ガスは、密閉容器16に固定された吸入パイプ13よりシリンダ42内へ吸入される。インバータの通電により回転子2が回転することで、回転軸3に嵌合されたピストン43がシリンダ42内で回転し、シリンダ42内では冷媒の圧縮が行われる。圧縮された高温の冷媒は、上部吐出マフラ41および下部吐出マフラ44を経た後、隙間4、あるいは回転子2に形成された図示しない風穴を通って密閉容器16内を上昇し、密閉容器16に設けられた吐出パイプ15を通って冷凍サイクルの高圧側へと供給される。
 圧縮機200の冷媒には、従来から存在するHFCハイドロフルオロカーボン系冷媒であるR410AおよびR407C、またはハイドロクロロフルオロカーボン系冷媒であるR22が用いられているが、低地球温暖化係数(以下「低GWP」)の冷媒および低GWPの冷媒以外の冷媒も適用できる。地球温暖化防止の観点からは低GWPの冷媒が望ましい。低GWPの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の一例である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。なお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の一例であるR1270プロピレンである。なお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と組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素との何れかを含む混合物の一例であるHFO-1234yfと、R32との混合物である。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またはR41との混合物が実用上は有力になる。
 圧縮機200の内部の温度は、圧縮負荷状態、すなわち回転速度、圧縮負荷トルク、または冷媒の種類によって異なり、温度が安定した定常状態においては、特に回転速度に対して依存性が高くなっている。R410冷媒を使用したときの回転速度に対するロータリ圧縮機内部の温度上昇は、低速運転では50℃から60℃であるのに対し、中速運転では70℃から80℃、高速運転では90℃から110℃となる。このように圧縮機200の回転速度が大きくなるにしたがい、圧縮機200の内部の温度が上昇するという特性を示す。R32冷媒を用いた場合、R410A冷媒に対し、圧縮機200内の温度がさらに20℃上昇する。
 このように構成された圧縮機200においては、永久磁石2dに流れる渦電流が低減されることで永久磁石2dの温度上昇が抑制され、永久磁石2dが圧縮機200内の高温雰囲気中で存在しても永久磁石2dの減磁がし難く、信頼性の高い圧縮機200を提供できるという効果を奏する。
 また、第1のスリットと永久磁石2dの径方向外側面2d2とが接しているため、第1のスリットの中を冷媒が通過することにより、渦電流によって発生した永久磁石2dの熱が冷媒で回収されるため、永久磁石2dの温度上昇を抑制し、トルクの低下を抑制することができる。
 また、磁石の減磁耐力が改善するため、保磁力の小さい希土類磁石の使用が可能となり、低コスト化が図れる。保磁力の小さい希土類磁石とは保磁力が20kOe以下のものを示す。
実施の形態4.
 図7は本発明の実施の形態4に係る冷凍空調機の構成図である。実施の形態4では実施の形態3に係る圧縮機200を搭載した冷凍空調機300について説明する。
 冷凍空調機300は、主たる要素として、圧縮機200と、四方弁35と、圧縮機200において圧縮された高温高圧の冷媒ガスの熱を空気と熱交換して凝縮し液冷媒にする凝縮器32と、液冷媒を膨張させて低温低圧の液冷媒にする膨張器33と、低温低圧の液冷媒から吸熱して低温低圧のガス冷媒にする蒸発器34と、圧縮機200、膨張器33、および四方弁35を制御する制御部36とで構成される。圧縮機200、四方弁35、凝縮器32、膨張器33、および蒸発器34は、各々冷媒配管31により接続され冷凍サイクルを構成する。圧縮機200を用いることにより高効率で高出力な冷凍空調機300を提供できる。
 以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、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、構成の一部を省略、変更することも可能である。
 1 固定子、1a 固定子鉄心、1a1 バックヨーク、1a2 ティース、1a21 巻線部、1a22 先端部、1a23 回転子対向面、1a3 スロット、1b 巻線、2 回転子、2A 外周面、2a 回転子鉄心、2a1 第1の鉄心部、2a2 第2の鉄心部、2a21 突起、2a3 薄肉鉄心部、2b 磁石挿入孔、2b1 径方向内側面、2c 回転軸挿入孔、2d 永久磁石、2d1 回転方向端面、2d2 径方向外側面、2e1 空間部、3 回転軸、4 隙間、5a 第1のスリット群、5a1,5a2,5a3,5a4,5a5 第1のスリット、5b 第2のスリット群、5b1,5b2,5b3,5b4,5b5 第2のスリット、6a1,6a2,6a3,6a4,6a5 スリット間鉄心部、6b1,6b2,6b3,6b4,6b5 外側鉄心部、12 アキュムレータ、13 吸入パイプ、14 ガラス端子、15 吐出パイプ、16 密閉容器、31 冷媒配管、32 凝縮器、33 膨張器、34 蒸発器、35 四方弁、36 制御部、40 圧縮部、41 上部吐出マフラ、42 シリンダ、43 ピストン、44 下部吐出マフラ、45 下部フレーム、46 上部フレーム、100 永久磁石埋込型電動機、200 圧縮機、300 冷凍空調機。

Claims (6)

  1.  固定子と、
     前記固定子の内径側に配置された回転子と、
     前記回転子の回転子鉄心に形成された複数の磁石挿入孔に挿入された永久磁石と、
     を備え、
     前記回転子鉄心は、
     前記磁石挿入孔の径方向外側に形成され、前記磁石挿入孔と連通する複数の第1のスリットと、
     前記複数の第1のスリットと距離を隔てて相対する位置に形成された複数の第2のスリットと、
     前記第1のスリットと前記第2のスリットとの間に形成されたスリット間鉄心部と、
     前記第2のスリットと前記回転子鉄心の外周面との間に形成された外側鉄心部と、
     前記磁石挿入孔の回転方向端部と連通する空間部と、
     前記空間部と前記回転子鉄心の外周面との間に形成され、回転方向に伸びる薄肉鉄心部と、
     を有する永久磁石埋込型電動機。
  2.  前記第1のスリットの径方向幅をH1、前記第2のスリットの径方向幅をH2としたとき、前記回転子鉄心は、H1>H2の関係を満たす形状である請求項1に記載の永久磁石埋込型電動機。
  3.  前記第1のスリットの回転方向幅をW1、前記第2のスリットの回転方向幅をW2としたとき、前記回転子鉄心は、W1>W2の関係を満たす形状である請求項1または請求項2に記載の永久磁石埋込型電動機。
  4.  前記スリット間鉄心部の径方向幅をt1、前記外側鉄心部の径方向幅をt2、前記回転子鉄心を構成する複数の鋼板の内、1枚の鋼板の板厚をt3としたとき、前記回転子鉄心は、t1≧t2≧t3の関係を満たす形状である請求項1から請求項3の何れか一項に記載の永久磁石埋込型電動機。
  5.  請求項1から請求項4の何れか一項に記載の永久磁石埋込型電動機を備えた圧縮機。
  6.  請求項5に記載の圧縮機を備えた冷凍空調機。
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