WO2019215865A1 - ロータ、電動機、圧縮機および空気調和装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a rotor, an electric motor, a compressor, and an air conditioner.
- Patent Document 1 discloses a rotor core having a magnet hole into which a permanent magnet is inserted, wherein an inner surface of the magnet hole is alternately provided with a portion in contact with the permanent magnet and a portion not in contact with the axial direction.
- Patent Document 2 discloses a rotor provided with permanent magnets that are finely divided in the axial direction and the circumferential direction.
- Japanese Patent Laying-Open No. 2015-116105 see FIG. 4
- Japanese Patent Laying-Open No. 2005-354899 see FIG. 5
- Patent Document 1 since there are many non-contact portions between the inner surface of the magnet hole and the permanent magnet, the magnetic flux of the permanent magnet hardly reaches the stator through the rotor core. Therefore, the magnetic flux effectively interlinked with the stator windings is reduced, leading to a reduction in magnetic force. Moreover, in the structure of patent document 2, a leakage magnetic flux is easy to generate
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to reduce eddy current loss while suppressing a decrease in magnetic force.
- the rotor according to the present invention is an annular rotor core centered on an axis, and is a first core portion having a first magnet insertion hole and a second core having a second magnet insertion hole in the direction of the axis.
- a rotor core having a portion, a first permanent magnet disposed in the first magnet insertion hole and configured by a rare earth magnet, and a second permanent magnet disposed in the second magnet insertion hole and configured by a rare earth magnet. Permanent magnet.
- the radial width around the axis of the first magnet insertion hole is wider than the radial width of the second magnet insertion hole.
- the first core portion has one or more N1 slits on the outer side in the radial direction of the first magnet insertion hole, the length in the radial direction being longer than the length in the circumferential direction about the axis.
- the second core portion has zero or more N2 slits on the outer side in the radial direction of the second magnet insertion hole, the length in the radial direction being longer than the length in the circumferential direction.
- N1> N2 holds, and the ratio of the length in the axial direction of the second core portion to the length in the axial direction of the rotor core is 70% or more and less than 100.
- the present invention includes a rotor core having a first core portion having a number N1 of slits and a second core portion having a number N2 ( ⁇ N1) of slits, and a second length relative to the axial length of the rotor core. Since the ratio of the axial length of the core portion is 70% or more and less than 100, eddy current loss can be reduced. Moreover, since a leakage magnetic flux can be reduced compared with the case where a permanent magnet is divided
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a portion corresponding to one magnetic pole of the electric motor according to Embodiment 1.
- FIG. 3 is a perspective view schematically showing a portion corresponding to one magnetic pole of the rotor according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a vertical cross-sectional view in the direction of the arrows along line IV-IV in FIG. 3.
- FIG. 5 is a cross-sectional view in the direction of the arrows along line VV in FIG. 3.
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG.
- 6 is a cross-sectional view of a second core portion of a rotor according to a first modification of the first embodiment.
- FIG. 6 is a cross-sectional view of a second core portion of a rotor according to a second modification of the first embodiment.
- FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view of a second core portion of a rotor according to a third modification of the first embodiment.
- FIG. 6 is a perspective view schematically showing a portion corresponding to one magnetic pole of a rotor according to a second embodiment.
- FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a rotor according to a second embodiment.
- FIG. 10 is a perspective view schematically showing a portion corresponding to one magnetic pole of a rotor according to a third embodiment.
- FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a rotor according to a third embodiment. It is a figure which shows the compressor which can apply the electric motor of each embodiment. It is a figure which shows the air conditioning apparatus using the compressor of FIG.
- FIG. 1A is a cross-sectional view showing electric motor 100 of the first embodiment.
- An electric motor 100 shown in FIG. 1A is incorporated inside a cylindrical shell 5.
- Shell 5 is a part of a container of compressor 500 (FIG. 18) in which electric motor 100 is incorporated.
- the electric motor 100 includes a rotatable rotor 2 and a stator 1 provided so as to surround the rotor 2.
- the stator 1 is incorporated inside the shell 5 described above.
- An air gap (that is, a gap) G of, for example, 0.5 mm is provided between the stator 1 and the rotor 2.
- FIG. 1 is a cross-sectional view (that is, a cross-sectional view) in a plane orthogonal to the axis C1.
- the stator 1 has a stator core 10 and a winding 15 wound around the stator core 10.
- the stator core 10 is formed by laminating a plurality of laminated elements in the axial direction and fastening them by caulking or the like.
- the laminated element is obtained by punching a magnetic steel sheet having a thickness of 0.25 to 0.5 mm, for example.
- the stator core 10 has an annular yoke 11 centering on the axis C1 and a plurality of teeth 12 projecting radially inward from the yoke 11. Although the number of teeth 12 is 18 here, it is not limited to this.
- a winding 15 is wound around the teeth 12 of the stator core 10 via an insulating portion (insulator) (not shown).
- a slot 13 for accommodating the winding 15 is formed between the teeth 12 adjacent in the circumferential direction.
- FIG. 1B is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the winding 15.
- the winding 15 has a conductor 15a made of aluminum or copper and a refrigerant-resistant insulating coating 15b covering the periphery of the conductor 15a. Since the winding 15 contacts the refrigerant inside the compressor 500 (FIG. 18), the conductor 15a is protected by a refrigerant-resistant insulating coating 15b.
- the winding method of the winding 15 may be distributed winding wound over a plurality of teeth 12 or concentrated winding wound around each tooth 12.
- the outer periphery of the stator core 10 is formed with a plurality of contact surfaces 17 that are cylindrical surfaces centered on the axis C1 and a plurality of notches 16 that are flat surfaces parallel to the axis C1.
- the plurality of contact surfaces 17 and the plurality of notches 16 are alternately formed in the circumferential direction.
- the number of the contact surfaces 17 and the notches 16 is six, but is not limited thereto.
- the contact surface 17 is fitted to the inner peripheral surface 51 of the shell 5. Further, a gap is formed between the notch 16 and the inner peripheral surface 51 of the shell 5. This gap becomes a refrigerant flow path in which the refrigerant of the compressor 500 flows in the axial direction.
- the rotor 2 has an annular rotor core 20 centered on the axis C1.
- the rotor core 20 has a cylindrical outer peripheral surface with the axis C1 as the center.
- a shaft hole 24 is formed at the radial center of the rotor core 20.
- a rotary shaft 25 is fixed to the shaft hole 24 by press fitting.
- the rotor 2 has a plurality of magnetic poles in the circumferential direction.
- the number of magnetic poles is equal to the number of first permanent magnets 22A described later, and is also equal to the number of second permanent magnets 22B (FIG. 6).
- the number of magnetic poles of the rotor 2 is six.
- the number of magnetic poles of the rotor 2 is not limited to six, and may be two or more.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing a portion corresponding to one magnetic pole of the rotor 2 and a part of the stator 1 facing this via an air gap.
- a radial straight line passing through the center of the magnetic pole of the rotor 2 is defined as a magnetic pole center line M1.
- a boundary between adjacent magnetic poles is indicated by a symbol M2.
- FIG. 3 is a perspective view schematically showing a portion corresponding to one magnetic pole of the rotor 2.
- 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 3, that is, a longitudinal cross-sectional view of the rotor 2.
- the first permanent magnet 22A in the rotor 2 is represented by a solid line.
- the rotor core 20 has two first core portions 20A and one second core portion 20B in the axial direction. More specifically, one second core portion 20B is disposed between the two first core portions 20A in the axial direction.
- the first core portion 20A has a length L1 in the axial direction
- the second core portion 20B has a length L2 in the axial direction.
- FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV in FIG. 3, that is, a cross-sectional view of the first core portion 20A.
- the first core portion 20A is formed by laminating laminated elements in the axial direction and fastening them by caulking or the like.
- the laminated element is obtained by punching a magnetic steel sheet having a thickness of 0.25 to 0.5 mm, for example.
- a first magnet insertion hole 21A is formed along the outer periphery of the first core portion 20A.
- the first magnet insertion hole 21A penetrates the first core portion 20A in the axial direction.
- six first magnet insertion holes 21A (see FIG. 1) having the same number of magnetic poles as the rotor 2 described above are formed at equal intervals in the circumferential direction.
- the magnetic pole center line M1 described above passes through the center in the circumferential direction of the first magnet insertion hole 21A.
- the first magnet insertion hole 21A extends linearly in a direction orthogonal to the magnetic pole center line M1.
- the first magnet insertion hole 21 ⁇ / b> A includes an outer edge 201 that is a radially outer edge and an inner edge 202 that is a radially inner edge.
- the first permanent magnet 22A is inserted into the first magnet insertion hole 21A.
- the first permanent magnet 22A constitutes one magnetic pole.
- the first permanent magnet 22A has a flat plate shape and has a plate surface orthogonal to the magnetic pole center line M1.
- the first permanent magnet 22A is magnetized so as to have different magnetic poles on the radially outer side and the radially inner side of the first core portion 20A. Moreover, the magnetization directions of the first permanent magnets 22A of the adjacent magnetic poles are opposite to each other.
- a of 1st permanent magnets are comprised with the rare earth magnet (more specifically, rare earth sintered magnet) which has neodymium (Nd), iron (Fe), and boron (B) as a main component, and the surface is insulating. It is covered with a film. Since the rare earth magnet has a high residual magnetic flux density and a coercive force, the motor efficiency and the demagnetization resistance are improved. In order to further increase the coercive force, dysprosium (Dy) or terbium (Tb) may be added to the rare earth magnet.
- Dy dysprosium
- Tb terbium
- Flux barriers 23 are formed on both sides in the circumferential direction of the first magnet insertion hole 21A.
- the flux barrier 23 is a gap extending in the radial direction from the circumferential end of the first magnet insertion hole 21A toward the outer periphery of the first core 20A.
- the flux barrier 23 is provided in order to reduce the leakage magnetic flux between adjacent magnetic poles (that is, the magnetic flux flowing through the gap M2).
- side slits 35 are formed on the inner sides in the circumferential direction of the two flux barriers 23, respectively.
- the side slit 35 is a slit having a longer length in the circumferential direction than a length in the radial direction, and extends along the outer periphery of the first core portion 20A.
- the side slit 35 increases the magnetic resistance in the flux barrier 23 and enhances the effect of reducing the leakage magnetic flux between adjacent magnetic poles. Due to the action of reducing the leakage magnetic flux by the side slit 35 and the flux barrier 23, the magnetic flux (effective magnetic flux) linked to the teeth 12 of the stator 1 is increased, and the motor efficiency is improved.
- the first core portion 20A has several N1 (N1 is an integer of 1 or more) slits on the radially outer side of the first magnet insertion hole 21A.
- N1 is an integer of 1 or more
- two slits 31, 32, 33, and 34 are formed from the center in the circumferential direction of one first magnet insertion hole 21A to the outer side in the circumferential direction. That is, the number N1 of slits is 8.
- the number N1 is not limited to 8, but may be 1 or more.
- the number N1 does not include the number of side slits 35.
- the slits 31, 32, 33, and 34 each have a shape in which the length in the radial direction is longer than the length in the circumferential direction.
- the slits 31, 32, 33, and 34 are provided for reducing torque ripple.
- the slits 31, 32, 33, and 34 are desirably formed symmetrically about the magnetic pole center line M1. Note that being formed symmetrically means that the shape and arrangement are symmetrical.
- the longitudinal direction of the slits 31, 32, 33, 34 is parallel to the magnetic pole center line M1.
- the magnetic flux of the first permanent magnet 22A can be guided to the stator 1 with the shortest distance.
- the longitudinal directions of the slits 31, 32, 33, and 34 may be inclined with respect to the magnetic pole center line M1, but in that case, it is desirable that the slits be inclined symmetrically about the magnetic pole center line M1. .
- first core portion 20A has a first through hole 26, a second through hole 27, and a third through hole 28 on the radially inner side of the first magnet insertion hole 21A.
- These through holes 26, 27, and 28 are refrigerant flow paths.
- the first through holes 26 are formed on both sides of the magnetic pole center line M1, two for each magnetic pole.
- the second through holes 27 are formed one by one for each magnetic pole, radially inward of the first through hole 26 and on the magnetic pole center line M1.
- the third through holes 28 are formed one by one for each magnetic pole, radially inward of the second through holes 27 and in the gap M2. Note that it is not always necessary to provide all of the through holes 26, 27, and 28, and any of the through holes 26, 27, and 28 may be provided. In FIG. 1A described above, the through holes 26, 27, and 28 are omitted.
- FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 3, that is, a cross-sectional view at the second core portion 20B.
- the second core portion 20B is formed by laminating laminated elements in the axial direction and fastening them by caulking or the like.
- the laminated element is obtained by punching a magnetic steel sheet having a thickness of 0.25 to 0.5 mm, for example.
- a second magnet insertion hole 21B is formed along the outer periphery of the second core portion 20B.
- the second magnet insertion hole 21B penetrates the second core portion 20B in the axial direction.
- six second magnet insertion holes 21B having the same number of magnetic poles of the rotor 2 described above are formed at equal intervals in the circumferential direction.
- the first magnet insertion hole 21A (FIG. 5) and the second magnet insertion hole 21B are formed continuously in the axial direction.
- the magnetic pole center line M1 described above passes through the center in the circumferential direction of the second magnet insertion hole 21B.
- the second magnet insertion hole 21B extends linearly in a direction orthogonal to the magnetic pole center line M1.
- the second magnet insertion hole 21B has an outer edge 203 that is a radially outer edge, and an inner edge 204 that is a radially inner edge.
- the second permanent magnet 22B is inserted into the second magnet insertion hole 21B.
- the second permanent magnet 22B constitutes one magnetic pole.
- the second permanent magnet 22B has a flat plate shape and has a plate surface orthogonal to the magnetic pole center line M1.
- the second permanent magnet 22B is magnetized in the same manner as the first permanent magnet 22A adjacent in the axial direction.
- the second permanent magnet 22B is composed of a rare earth magnet (more specifically, a rare earth sintered magnet) mainly composed of neodymium, iron, and boron, and has an insulating surface. It is covered with a film. In order to further increase the coercive force, dysprosium or terbium may be added to the rare earth magnet.
- a rare earth magnet more specifically, a rare earth sintered magnet
- dysprosium or terbium may be added to the rare earth magnet.
- Flux barriers 23 are formed on both sides in the circumferential direction of the second magnet insertion hole 21B.
- the flux barrier 23 is continuous with the flux barrier 23 (FIG. 5) of the first core portion 20A in the axial direction.
- the flux barrier 23 of the second core portion 20B and the flux barrier 23 (FIG. 5) of the first core portion 20A have the same shape and arrangement.
- Side slits 35 are formed on the inner sides in the circumferential direction of the two flux barriers 23, respectively.
- the side slit 35 is continuous with the side slit 35 (FIG. 5) of the first core portion 20A in the axial direction.
- the side slit 35 of the second core part 20B and the side slit 35 (FIG. 5) of the first core part 20A have the same shape and arrangement.
- the second core portion 20B has slits of several N2 (N2 is an integer greater than or equal to 0 and smaller than N1) on the radially outer side of the second magnet insertion hole 21B.
- N2 is zero. That is, no slit is provided on the radially outer side of the second magnet insertion hole 21B of the second core portion 20B.
- the number N2 is not limited to 0 as long as it is smaller than the number N1, and may be 1 or more.
- the number N2 does not include the number of side slits 35.
- the second core portion 20B has a first through hole 26, a second through hole 27, and a third through hole 28 on the radially inner side of the second magnet insertion hole 21B.
- the first through hole 26 is continuous with the first through hole 26 (FIG. 5) of the first core portion 20A in the axial direction.
- the second through hole 27 is continuous with the second through hole 27 (FIG. 5) of the first core portion 20A in the axial direction.
- the third through hole 28 is continuous with the third through hole 28 (FIG. 5) of the first core portion 20A in the axial direction.
- the first magnet insertion hole 21A and the second magnet insertion hole 21B are continuous with each other in the axial direction.
- the radial width W1 of the first magnet insertion hole 21A is wider than the radial width W2 of the second magnet insertion hole 21B.
- the radial width of the first permanent magnet 22A is wider than the radial width of the second permanent magnet 22B.
- the outer end edges 201 and 203 of the magnet insertion holes 21A and 21B have the same radial position.
- the inner edge 202 of the first magnet insertion hole 21A is located radially inward of the inner edge 204 of the second magnet insertion hole 21B.
- the present invention is not limited to such a configuration, and a configuration in which the inner end edges 202 and 204 have the same radial position and the outer end edge 201 is positioned radially inward of the outer end edge 203 is also possible.
- the rotor core 20 includes a plurality of electromagnetic steel plates punched into the shape of the first core portion 20A shown in FIG. 5 and a plurality of electromagnetic steel plates punched into the shape of the second core portion 20B shown in FIG. It is configured by stacking in the direction.
- the circumferential positions at both ends in the circumferential direction of the first magnet insertion hole 21A (FIG. 5) are the same as the circumferential positions at both ends in the circumferential direction of the second magnet insertion hole 21B (FIG. 6).
- the first core portion 20A having the wide first magnet insertion hole 21A is disposed on both axial sides of the second core portion 20B having the narrow second magnet insertion hole 21B. Yes. Therefore, the second permanent magnet 22B is inserted into the second magnet insertion hole 21B from one side of the rotor core 20 in the axial direction, and then each first magnet insertion hole 21A from both sides of the rotor core 20 in the axial direction. The first permanent magnet 22A can be inserted into the.
- the inserted permanent magnets 22A and 22B are guided to the outer end edges 201 and 203. Therefore, the permanent magnets 22A and 22B can be easily inserted into the magnet insertion holes 21A and 21B.
- the permanent magnets 22A and 22B are composed of rare earth magnets, they have conductivity.
- the permanent magnets 22A and 22B pass the magnetic flux generated in the winding 15 of the stator 1 (that is, the stator magnetic flux), but according to the time change (d ⁇ / dt) of the stator magnetic flux ⁇ passing through the permanent magnets 22A and 22B.
- An eddy current flows in each of the permanent magnets 22A and 22B. Since the eddy current becomes a loss (that is, eddy current loss), it causes a reduction in the motor efficiency. Further, since the temperature of the permanent magnets 22A and 22B rises due to Joule heat, it also causes high temperature demagnetization of the permanent magnets 22A and 22B.
- An induced electromotive force is generated inside the eddy current, and eddy currents easily flow.
- the eddy current loss is reduced by reducing the number N2 of the radially outer slits of the second magnet insertion hole 21B of the second core portion 20B.
- the stator magnetic flux is more easily guided to the permanent magnet along the slit, and demagnetization of the permanent magnet is more likely to occur.
- the number N1 of the slits 31 to 34 of the first core portion 20A is larger than the number N2 of the slits of the second core portion 20B.
- the permanent magnet 22B is more difficult to demagnetize (that is, the demagnetization resistance is higher).
- the demagnetization resistance of the rotor 2 as a whole coincides with the lower demagnetization resistance of the first permanent magnet 22A and the second permanent magnet 22B. Therefore, in order to improve the demagnetization resistance of the rotor 2 as a whole, it is necessary to improve the demagnetization resistance of the first permanent magnet 22A.
- the width W1 of the first magnet insertion hole 21A is wider than the width W2 of the second magnet insertion hole 21B (W1> W2).
- the width of the first permanent magnet 22A inserted into the first magnet insertion hole 21A is wider than the width of the second permanent magnet 22B inserted into the second magnet insertion hole 21B. Therefore, the concentration of the stator magnetic flux in the first permanent magnet 22A is relaxed, and demagnetization of the first permanent magnet 22A is less likely to occur. That is, the demagnetization proof strength of the first permanent magnet 22A can be brought close to that of the second magnet insertion hole 21B.
- eddy current loss can be reduced without increasing torque ripple and without reducing demagnetization resistance.
- the motor efficiency can be improved, and since the heat generation of the permanent magnets 22A and 22B can be suppressed, high temperature demagnetization can be prevented.
- the second permanent magnet 22B can be made thinner than the first permanent magnet 22A, the material cost can be reduced, thereby reducing the manufacturing cost of the electric motor 100.
- the leakage magnetic flux unlike the case where the permanent magnet is divided in the circumferential direction is less likely to be generated, and hence the reduction of the magnetic force can be suppressed.
- the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is the ratio (%) of the axial length L2 of the second core portion 20B to the axial length (L1 ⁇ 2 + L2) of the rotor core 20. And expressed by L2 / (L1 ⁇ 2 + L2) ⁇ 100.
- the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 may be considered as the ratio of the volume of the second core portion 20B to the volume of the rotor core 20, or the second ratio relative to the weight of the rotor core 20. It may be considered as a proportion of the weight of the core portion 20B.
- FIG. 7 is a graph showing the relationship between the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 and the volume of the permanent magnets 22A and 22B.
- the volume of the permanent magnets 22A and 22B is such that when the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is 0, that is, the permanent magnet 22A when the rotor core 20 is configured by only the first core portion 20A.
- the volume of 22B is taken as a reference value (100%), and is expressed as a relative value to this reference value.
- FIG. 8 is a graph showing the relationship between the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 and the eddy current loss.
- the eddy current loss is the reference value (100) when the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is 0, that is, when the rotor core 20 is configured only by the first core portion 20A. %) And expressed as a relative value to this reference value.
- the eddy current loss decreases as the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 increases.
- the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is 70% or more, the eddy current loss is reduced to 50% or less when the rotor core 20 is configured by only the first core portion 20A. I understand that.
- This reduction effect of eddy current loss (50%) is generally equivalent to the effect when the permanent magnet is divided into two in the circumferential direction. That is, the rotor core 20 in which the first core portion 20A and the second core portion 20B are combined in the axial direction is used, and the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is set to 70% or more. Thus, it can be seen that the same effect as that obtained when the permanent magnet is divided into two in the circumferential direction can be obtained.
- the upper limit of the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is the case where the first core portion 20A is composed of only one electromagnetic steel sheet. Therefore, the range of the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is 70% or more and less than 100%.
- FIG. 9 is a graph showing the relationship between the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 and the generated torque.
- the generated torque is the reference value (100%) when the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is 0, that is, when the rotor core 20 is configured by only the first core portion 20A. And expressed as a relative value to the reference value.
- FIG. 10 is a graph showing the relationship between the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 and the torque ripple.
- the torque ripple is defined by (T max ⁇ T min ) / T ave ⁇ 100 based on the maximum torque value T max , the minimum torque value T min, and the average torque value T ave in one electrical angle cycle.
- the torque ripple of 100% means that the difference between the maximum value and the minimum value (T max -T min ) of the torque is the same as the average value T ave of the torque.
- the torque ripple has a maximum value (55%) when the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is 100%, that is, when the rotor core 20 is configured by only the second core portion 20B.
- the torque ripple is reduced by 10% with respect to the maximum value (5% on the vertical scale in FIG. 10).
- a 10% reduction in torque ripple corresponds to a reduction in noise of 1 dB. Therefore, in order to obtain a reduction effect equivalent to 1 dB of noise, the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is desirably 90% or less.
- the rotor core 20 includes the first core portion 20A having the first magnet insertion hole 21A and the second core portion having the second magnet insertion hole 21B.
- the permanent magnets 22A and 22B made of rare earth magnets are disposed in the magnet insertion holes 21A and 21B.
- the radial width W1 of the first magnet insertion hole 21A is wider than the radial width W2 of the second magnet insertion hole 21B.
- the first core portion 20A has a large number N1 (1 ⁇ N1) of slits 31 to 34 radially outside the first magnet insertion hole 21A, and the second core portion 20B On the outer side in the radial direction of the second magnet insertion hole 21B, there are a number N2 (0 ⁇ N2 ⁇ N1) of slits that are long in the circumferential direction.
- the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is 70% or more and less than 100%.
- the number N2 of slits of the second core portion 20B is smaller than the number N1 of slits of the first core portion 20A, and the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is 70%.
- the width W1 of the first magnet insertion hole 21A is wider than the width W2 of the second magnet insertion hole 21B, the demagnetization resistance of the first permanent magnet 22A and the demagnetization resistance of the second permanent magnet 22B Can be approached equally.
- the 2nd permanent magnet 22B can be comprised thinly compared with 22 A of 1st permanent magnets, manufacturing cost can be reduced.
- the magnetic flux leakage unlike the case where the permanent magnet is divided in the circumferential direction is not easily generated, it is possible to suppress a decrease in magnetic force.
- the permanent magnets 22A and 22B can be easily inserted into the magnet insertion holes 21A and 21B.
- the weight balance in the axial direction of the rotor 2 is also improved.
- the second permanent magnet 22B is passed through the first magnet insertion hole 21A and the second magnet insertion hole 21A is passed through the second magnet insertion hole 21A. It can be inserted into the magnet insertion hole 21B, and the insertion work is facilitated.
- the first magnet insertion hole 21A and the second magnet insertion hole 21B have their outer end edges.
- the insertion of the permanent magnets 22A and 22B can be guided by 201 and 203 (or the inner end edges 202 and 204), and the insertion work is further facilitated.
- the slits 31, 32, 33, and 34 of the first core portion 20A are formed symmetrically with respect to the magnetic pole center line M1, the spatial harmonics of the magnetic flux generated in the air gap are suppressed, torque ripple and The radial excitation force (attraction force of the rotor core 20 by the stator magnetic field) can be suppressed.
- first core portion 20A has side slits 35 on both sides in the circumferential direction of the first magnet insertion hole 21A
- second core portion 20B has both sides in the circumferential direction of the second magnet insertion hole 21B. Since the side slits 35 are provided, leakage magnetic flux between adjacent magnetic poles can be reduced.
- the core portion on the radially outer side than the magnet insertion holes 21A and 21B can be made smaller. Therefore, the centrifugal force applied to the core portion on the radially outer side than the magnet insertion holes 21A and 21B can be reduced, and the durability of the rotor core 20 can be improved.
- the rotor 2 can be cooled by the refrigerant flowing through the through holes 26, 27, 28. Thereby, the high temperature demagnetization of permanent magnet 22A, 22B can be suppressed.
- the electric motor 100 can be cooled by the refrigerant flowing between the notch 16 and the shell 5.
- the winding 15 of the stator 1 has a conductor 15a made of copper or aluminum and an insulating coating 15b covering the surface of the conductor 15a, for example, corrosion of the winding 15 is prevented in the refrigerant of the compressor 500. can do.
- FIG. 11 is a cross-sectional view of the second core portion 20B of the rotor 2 according to the first modification of the first embodiment.
- two slits 32, 33, and 34 are formed on the outer side in the radial direction of one second magnet insertion hole 21B. That is, the number N2 of slits is 6. Since the number N1 of slits of the first magnet insertion hole 21A of the first core portion 20A is 8, as described above, N1> N2 is established.
- the slits 32, 33, and 34 of the second core portion 20B have, for example, shapes and arrangements with the slits 32, 33, and 34 of the eight slits 31, 32, 33, and 34 of the first core portion 20A. The same. However, the configuration is not limited to this, and it is only necessary that six slits be provided on the radially outer side of each second magnet insertion hole 21B.
- the slits 32, 33, and 34 of the second core portion 20B are formed symmetrically with respect to the magnetic pole center line M1. Thereby, the space harmonic of the magnetic flux which generate
- the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is 70% or more and less than 100. Further, the width W1 of the first magnet insertion hole 21A of the first core portion 20A is wider than the width W2 of the second magnet insertion hole 21B of the second core portion 20B.
- the rotor 2 of the first modified example is configured in the same manner as the rotor 2 of the first embodiment, except that the second core portion 20B has slits 32, 33, 34 on the radially outer side of the magnet insertion hole 21B. ing.
- FIG. 12 is a cross-sectional view of the second core portion 20B of the rotor 2 according to the second modification of the first embodiment.
- the second core portion 20B of the second modification two slits 33 and 34 are formed on the outer side in the radial direction of one second magnet insertion hole 21B. That is, the number of slits N2 is four. Since the number N1 of slits of the first magnet insertion hole 21A of the first core portion 20A is 8, as described above, N1> N2 is established.
- the slits 33 and 34 of the second core part 20B have, for example, the same shape and arrangement as the slits 33 and 34 of the eight slits 31, 32, 33, and 34 of the first core part 20A.
- the configuration is not limited to this, and it is only necessary that four slits be provided on the outer side in the radial direction of each second magnet insertion hole 21B.
- the slits 33 and 34 of the second core portion 20B are formed symmetrically with respect to the magnetic pole center line M1.
- the longitudinal direction of the slits 33 and 34 of the second core portion 20B is preferably parallel to the magnetic pole center line M1.
- the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is 70% or more and less than 100. Further, the width W1 of the first magnet insertion hole 21A of the first core portion 20A is wider than the width W2 of the second magnet insertion hole 21B of the second core portion 20B.
- the rotor 2 of the second modification is configured in the same manner as the rotor 2 of the first embodiment except that the second core portion 20B has slits 33 and 34 on the radially outer side of the second magnet insertion hole 21B. Has been.
- FIG. 13 is a cross-sectional view of second rotor 20B of rotor 2 according to the third modification of the first embodiment.
- the second core portion 20B of the third modified example two slits 34 are formed on the outer side in the radial direction of one second magnet insertion hole 21B. That is, the number N2 of slits is 2. Since the number N1 of slits of the first magnet insertion hole 21A of the first core portion 20A is 8, as described above, N1> N2 is established.
- the slit 34 of the second core portion 20B has the same shape and arrangement as the slit 34 of the eight slits 31, 32, 33, 34 of the first core portion 20A, for example.
- the present invention is not limited to this configuration, and it is only necessary to provide two slits on the outer side in the radial direction of the second magnet insertion hole 21B.
- the slits 34 of the second core portion 20B are formed symmetrically with respect to the magnetic pole center line M1.
- the longitudinal direction of the slit 34 of the second core portion 20B is preferably parallel to the magnetic pole center line M1.
- the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is 70% or more and less than 100. Further, the width W1 of the first magnet insertion hole 21A of the first core portion 20A is wider than the width W2 of the second magnet insertion hole 21B of the second core portion 20B.
- the rotor 2 of the third modified example is configured in the same manner as the rotor 2 of the first embodiment except that the second core portion 20B has a slit 34 on the radially outer side of the second magnet insertion hole 21B. Yes.
- the second core portion 20B has slits on the outer side in the radial direction of the second magnet insertion hole 21B. This is less than the number N1 of slits in the core portion 20A (N2 ⁇ N1). Therefore, eddy current loss in the permanent magnets 22A and 22B can be reduced.
- the widths W1 and W2 of the magnet insertion holes 21A and 21B satisfy W1> W2, the demagnetization resistance of the first permanent magnet 22A and the demagnetization resistance of the second permanent magnet 22B can be made close to each other. it can.
- the second core portion 20B has a slit on the radially outer side of the second magnet insertion hole 21B, the effect of reducing torque ripple is improved as compared with the first embodiment.
- FIG. 14 is a perspective view showing a portion corresponding to one magnetic pole of rotor 2 of the electric motor according to the second embodiment.
- FIG. 15 is a cross-sectional view in the direction of the arrows along line XV-XV in FIG. 14, that is, a vertical cross-sectional view of the rotor 2.
- the two first core portions 20A are provided on both axial sides of the second core portion 20B.
- two second core portions 20B are provided on both axial sides of the first core portion 20A.
- the first core portion 20A has the same configuration as that of the first core portion 20A (FIG. 5) of the first embodiment, and is arranged at the center in the axial direction of the rotor core 20.
- the second core portion 20B has the same configuration as the second core portion 20B (FIG. 6) of the first embodiment, and is disposed at both axial ends of the rotor core 20.
- the first core portion 20A has an axial length L3, and each second core portion 20B has an axial length L4.
- the width W1 of the first magnet insertion hole 21A is wider than the width W2 of the second magnet insertion hole 21B.
- the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is represented by L4 ⁇ 2 / (L3 + L4 ⁇ 2) ⁇ 100. The ratio is 70% or more and less than 100.
- the second core portion 20B does not have a slit on the outer side in the radial direction of the second magnet insertion hole 21B.
- the second magnet insertion hole 21B You may have several N2 ( ⁇ N1) slits on the radially outer side of 21B.
- the second magnet insertion hole 21B having a narrow width W2 is positioned on both axial sides of the first magnet insertion hole 21A having a wide width W1. Therefore, before the rotor core 20 is completed, it is necessary to insert the first permanent magnet 22A into the first magnet insertion hole 21A.
- the first permanent magnet 22A is inserted into the first magnet insertion hole 21A when the first core portion 20A is formed by laminating the electromagnetic steel plates. Thereafter, electromagnetic steel plates are laminated on both axial sides of the first core portion 20A to form the second core portion 20B, and the second permanent magnets 22B are inserted into the respective second magnet insertion holes 21B.
- the rotor 2 of the second embodiment is the same as the rotor 2 of the first embodiment except that the rotor core 20 has two second core portions 20B provided on both sides in the axial direction of the first core portion 20A. It is configured.
- the number N2 of slits of the second core part 20B is smaller than the number N1 of slits of the first core part 20A, and the second core in the rotor core 20 Since the ratio of the axial length of the portion 20B is 70% or more and less than 100%, eddy current loss can be reduced. Further, since the width W1 of the first magnet insertion hole 21A is wider than the width W2 of the second magnet insertion hole 21B, the demagnetization resistance of the first permanent magnet 22A and the demagnetization resistance of the second permanent magnet 22B Can be approached equally. Moreover, since the 2nd permanent magnet 22B can be comprised thinly compared with 22 A of 1st permanent magnets, manufacturing cost can be reduced.
- the two second core portions 20B are provided on both sides in the axial direction of the first core portion 20A, the weight balance in the axial direction of the rotor 2 is improved.
- FIG. 16 is a perspective view showing a portion corresponding to one magnetic pole of rotor 2 of the electric motor according to the third embodiment.
- FIG. 17 is a cross-sectional view in the direction of the arrow in line segment XVII-XVII in FIG. 16, that is, a vertical cross-sectional view of the rotor 2.
- the rotor core 20 according to the first embodiment described above includes two first core portions 20A and one second core portion 20B, and the rotor core 20 according to the second embodiment includes two second core portions 20B. And one first core portion 20A.
- the rotor core 20 of the third embodiment has one first core part 20A and one second core part 20B.
- the first core unit 20A has the same configuration as the first core unit 20A (FIG. 5) of the first embodiment, and the second core unit 20B is the second core unit 20B of the first embodiment.
- the configuration is the same as that shown in FIG.
- the first core portion 20A and the second core portion 20B are provided so as to be adjacent to each other in the axial direction.
- the first core portion 20A has an axial length L5, and each second core portion 20B has an axial length L6.
- the width W1 of the first magnet insertion hole 21A is wider than the width W2 of the second magnet insertion hole 21B.
- the ratio of the axial length of the second core portion 20B in the rotor core 20 is represented by L6 / (L5 + L6). The ratio is 70% or more and less than 100.
- the second core portion 20B does not have a slit on the outer side in the radial direction of the second magnet insertion hole 21B.
- the second magnet insertion hole 21B You may have several N2 ( ⁇ N1) slits on the radially outer side of 21B.
- the rotor core 20 is laminated in the axial direction with an electromagnetic steel sheet punched into the shape of the first core part 20A shown in FIG. 5 and an electromagnetic steel sheet punched into the shape of the second core part 20B shown in FIG. It is constituted by. Further, the first permanent magnet 22A is inserted into the first magnet insertion hole 21A of the first core portion 20A from one side of the rotor core 20 (the lower side in FIG. 17). Further, the second permanent magnet 22B is inserted into the second magnet insertion hole 21B of the second core portion 20B from the other side of the rotor core 20 (upper side in FIG. 17).
- the rotor 2 of the third embodiment is configured in the same manner as the rotor 2 of the first embodiment, except that the rotor core 20 has one first core portion 20A and one second core portion 20B.
- the rotor core 20 has the first core portion 20A and the second core portion 20B one by one.
- the configuration of the rotor core 20 is simplified, and the assembly process is also simplified. Thereby, the manufacturing cost of the electric motor 100 can be reduced.
- the magnet insertion holes 21A and 21B extend linearly so as to be orthogonal to the magnetic pole center line M1, but the present invention is limited to such examples. is not.
- the magnet insertion holes 21 ⁇ / b> A and 21 ⁇ / b> B may extend in a V shape whose center in the circumferential direction protrudes radially inward.
- a plurality of permanent magnets may be arranged in one magnet insertion hole.
- FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a compressor 500 including the electric motor 100 of the first embodiment.
- the electric motors of the second and third embodiments or the modifications may be used.
- the compressor 500 is a scroll compressor, and in the storage container 502, a compression mechanism 510, an electric motor 100 that drives the compression mechanism 510, a main shaft 501 that connects the compression mechanism 510 and the electric motor 100, and compression of the main shaft 501. It has a subframe 503 that supports the opposite end (subshaft) of the mechanism 510, and refrigerating machine oil 504 that is stored in a sump 505 at the bottom of the storage container 502.
- the compression mechanism 510 includes a fixed scroll 511 and an orbiting scroll 512, an Oldham ring 513, a compliant frame 514, and a guide frame 515 combined so as to form a compression chamber between the respective plate-like spiral teeth. Have.
- a suction pipe 506 passing through the storage container 502 is press-fitted into the heel fixed scroll 511.
- a discharge pipe 507 that passes through the storage container 502 and discharges high-pressure refrigerant gas discharged from the discharge port of the fixed scroll 511 to the outside (refrigeration cycle) is provided.
- the containment vessel 502 has a cylindrical shell 5 into which the electric motor 100 is incorporated by shrink fitting.
- a glass terminal 508 for electrically connecting the stator 1 of the electric motor 100 and the drive circuit is fixed to the storage container 502 by welding.
- the motors 100 according to the first to third embodiments and the modifications described above have improved motor efficiency by reducing eddy current loss. Therefore, by using the electric motor 100 as the power source of the compressor 500, the operating efficiency of the compressor 500 can be improved and the energy consumption can be reduced.
- the scroll compressor has been described as an example of the compressor, but the electric motor described in each of the above-described embodiments and modifications may be applied to a compressor other than the scroll compressor.
- FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration of the air conditioning apparatus 400.
- An air conditioning apparatus 400 shown in FIG. 19 includes a compressor 401, a condenser 402, a throttle device (decompression device) 403, and an evaporator 404.
- the compressor 401, the condenser 402, the expansion device 403, and the evaporator 404 are connected by a refrigerant pipe 407 to constitute a refrigeration cycle. That is, the refrigerant circulates in the order of the compressor 401, the condenser 402, the expansion device 403, and the evaporator 404.
- the compressor 401, the condenser 402, and the expansion device 403 are provided in the outdoor unit 410.
- the compressor 401 includes the compressor 500 shown in FIG.
- the outdoor unit 410 is provided with an outdoor fan 405 that supplies outdoor air to the condenser 402.
- the evaporator 404 is provided in the indoor unit 420.
- the indoor unit 420 is provided with an indoor blower 406 that supplies indoor air to the evaporator 404.
- the operation of the air conditioner 400 is as follows.
- the compressor 401 compresses and sends out the sucked refrigerant.
- the condenser 402 exchanges heat between the refrigerant flowing in from the compressor 401 and the outdoor air, condenses and liquefies the refrigerant, and sends it out to the refrigerant pipe 407.
- the outdoor blower 405 supplies outdoor air to the condenser 402.
- the expansion device 403 adjusts the pressure and the like of the refrigerant flowing through the refrigerant pipe 407 by changing the opening degree.
- the evaporator 404 exchanges heat between the refrigerant in the low pressure state by the expansion device 403 and the indoor air, causes the refrigerant to evaporate (vaporize) the heat of the air, and sends it to the refrigerant pipe 407.
- the indoor fan 406 supplies indoor air to the evaporator 404. Thereby, the cold air from which heat has been removed by the evaporator 404 is supplied to the room.
- the electric motor 100 described in the first to third embodiments and the modifications is applied to the compressor 401 (the compressor 500 in FIG. 18), the operating efficiency of the compressor 401 during the operation of the air conditioner 400 is improved. The stability of operation can be improved.
- compressor 500 to which the electric motor described in the first to third embodiments and the modifications is applied may be used not only for the air conditioner 400 shown in FIG. 19 but also for other types of air conditioners.
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Abstract
ロータは、軸線を中心とする環状のロータコアであって、軸線の方向に、第1の磁石挿入孔を有する第1のコア部と、第2の磁石挿入孔を有する第2のコア部とを有するロータコアと、第1の磁石挿入孔内に配置され、希土類磁石で構成された第1の永久磁石と、第2の磁石挿入孔内に配置され、希土類磁石で構成された第2の永久磁石とを有する。第1の磁石挿入孔の軸線を中心とする径方向の幅は、第2の磁石挿入孔の径方向の幅よりも広い。第1のコア部は、第1の磁石挿入孔の径方向の外側に、径方向の長さが軸線を中心とする周方向の長さよりも長い、1以上の数N1のスリットを有する。第2のコア部は、第2の磁石挿入孔の径方向の外側に、径方向の長さが周方向の長さよりも長い、0以上の数N2のスリットを有する。N1>N2が成り立ち、ロータコアの軸線の方向の長さに対する第2のコア部の軸線の方向の長さの割合が、70%以上、100未満である。
Description
本発明は、ロータ、電動機、圧縮機および空気調和装置に関する。
業務用エアコン等の大型空調装置では、圧縮機の容量の増加に伴い、電動機の回転数の高速化が求められている。電動機の回転数を高速化すると、電動機の巻線に流れる電流の周波数が高くなる。一方、永久磁石に希土類磁石を用いた永久磁石埋込型の電動機では、高周波数域で永久磁石に渦電流が発生し、電動機効率が低下する可能性がある。そのため、渦電流の低減が課題となる。
特許文献1には、永久磁石を挿入する磁石孔を有するロータコアであって、磁石孔の内面に、永久磁石に接触する部分と接触しない部分とを軸方向に交互に設けたものが開示されている。また、特許文献2には、軸方向および周方向に細かく分割された永久磁石を備えたロータが開示されている。
しかしながら、特許文献1の構成では、磁石孔の内面と永久磁石との非接触部分が多いため、永久磁石の磁束がロータコアを通ってステータまで到達しにくい。そのため、ステータの巻線に有効に鎖交する磁束が減少し、磁力の低下につながる。また、特許文献2の構成では、周方向に分割された永久磁石の間で漏れ磁束が発生しやすく、やはり磁力の低下につながる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、磁力の低下を抑制しながら、渦電流損を低減することを目的とする。
本発明のロータは、軸線を中心とする環状のロータコアであって、軸線の方向に、第1の磁石挿入孔を有する第1のコア部と、第2の磁石挿入孔を有する第2のコア部とを有するロータコアと、第1の磁石挿入孔内に配置され、希土類磁石で構成された第1の永久磁石と、第2の磁石挿入孔内に配置され、希土類磁石で構成された第2の永久磁石とを有する。第1の磁石挿入孔の軸線を中心とする径方向の幅は、第2の磁石挿入孔の径方向の幅よりも広い。第1のコア部は、第1の磁石挿入孔の径方向の外側に、径方向の長さが軸線を中心とする周方向の長さよりも長い、1以上の数N1のスリットを有する。第2のコア部は、第2の磁石挿入孔の径方向の外側に、径方向の長さが周方向の長さよりも長い、0以上の数N2のスリットを有する。N1>N2が成り立ち、ロータコアの軸線の方向の長さに対する第2のコア部の軸線の方向の長さの割合が、70%以上、100未満である。
本発明は、数N1のスリットを有する第1のコア部と、数N2(<N1)のスリットを有する第2のコア部とを有するロータコアを有し、ロータコアの軸方向長さに対する第2のコア部の軸方向長さの割合が、70%以上、100未満であるため、渦電流損を低減することができる。また、永久磁石を周方向に分割した場合と比較して、漏れ磁束を低減できるため、磁力の低下を抑制することができる。また、第2の永久磁石を第1の永久磁石よりも薄く構成できるため、製造コストを低減することができる。
実施の形態1.
<電動機の構成>
図1(A)は、実施の形態1の電動機100を示す断面図である。図1(A)に示す電動機100は、円筒状のシェル5の内側に組み込まれている。シェル5は、電動機100が組み込まれる圧縮機500(図18)の容器の一部である。
<電動機の構成>
図1(A)は、実施の形態1の電動機100を示す断面図である。図1(A)に示す電動機100は、円筒状のシェル5の内側に組み込まれている。シェル5は、電動機100が組み込まれる圧縮機500(図18)の容器の一部である。
電動機100は、回転可能なロータ2と、ロータ2を囲むように設けられたステータ1とを有する。ステータ1は、上述したシェル5の内側に組み込まれている。ステータ1とロータ2との間には、例えば0.5mmのエアギャップ(すなわち隙間)Gが設けられている。
以下では、ロータ2の回転軸である軸線C1の方向を、「軸方向」と称する。また、軸線C1を中心とする円周に沿った方向を、「周方向」と称する。また、軸線C1を中心とする半径方向を、「径方向」と称する。なお、図1は、軸線C1に直交する面における断面図(すなわち横断面図)である。
<ステータの構成>
ステータ1は、ステータコア10と、ステータコア10に巻き付けられた巻線15とを有する。ステータコア10は、複数の積層要素を軸方向に積層し、カシメ等により締結したものである。積層要素は、例えば、厚さ0.25~0.5mmの電磁鋼板を打ち抜き加工したものである。
ステータ1は、ステータコア10と、ステータコア10に巻き付けられた巻線15とを有する。ステータコア10は、複数の積層要素を軸方向に積層し、カシメ等により締結したものである。積層要素は、例えば、厚さ0.25~0.5mmの電磁鋼板を打ち抜き加工したものである。
ステータコア10は、軸線C1を中心とする環状のヨーク11と、ヨーク11から径方向内側に突出する複数のティース12とを有する。ティース12の数は、ここでは18個であるが、これに限定されるものではない。ステータコア10のティース12には、図示しない絶縁部(インシュレータ)を介して、巻線15が巻き付けられる。周方向に隣り合うティース12の間には、巻線15を収容するためのスロット13が形成される。
図1(B)は、巻線15の断面構造を示す模式図である。巻線15は、アルミニウムまたは銅で構成された導体15aと、導体15aの周囲を覆う耐冷媒性の絶縁被膜15bとを有する。巻線15は、圧縮機500(図18)の内部の冷媒に接するため、耐冷媒性の絶縁被膜15bで導体15aを保護している。巻線15の巻き方は、複数のティース12に跨って巻き付けられる分布巻であってもよく、あるいは、1つのティース12毎に巻き付けられる集中巻であってもよい。
ステータコア10の外周には、軸線C1を中心とする円筒面である複数の当接面17と、軸線C1に平行な平坦面である複数の切欠き部16とが形成されている。複数の当接面17と複数の切欠き部16とは、周方向に交互に形成されている。ここでは、当接面17および切欠き部16の数は、それぞれ6個であるが、これに限定されるものではない。
当接面17は、シェル5の内周面51に嵌合する。また、切欠き部16とシェル5の内周面51との間には、隙間が形成される。この隙間は、圧縮機500の冷媒が軸方向に流れる冷媒流路となる。
<ロータの構成>
ロータ2は、軸線C1を中心とする環状のロータコア20を有する。ロータコア20は、軸線C1を中心とする円筒状の外周面を有する。ロータコア20の径方向の中心には、シャフト孔24が形成されている。シャフト孔24には、回転シャフト25が圧入によって固定されている。
ロータ2は、軸線C1を中心とする環状のロータコア20を有する。ロータコア20は、軸線C1を中心とする円筒状の外周面を有する。ロータコア20の径方向の中心には、シャフト孔24が形成されている。シャフト孔24には、回転シャフト25が圧入によって固定されている。
ロータ2は、周方向に複数の磁極を有する。磁極の数は、後述する第1の永久磁石22Aの数と等しく、第2の永久磁石22B(図6)の数とも等しい。ここでは、ロータ2の磁極数は6極である。但し、ロータ2の磁極数は6極に限定されるものではなく、2極以上であればよい。
図2は、ロータ2の1磁極に相当する部分と、これにエアギャップを介して対向するステータ1の一部を示す断面図である。図2において、ロータ2の磁極の中心を通る径方向の直線を、磁極中心線M1とする。隣り合う磁極との境界(すなわち極間)を、符号M2で示す。
図3は、ロータ2の1磁極に相当する部分を模式的に示す斜視図である。図4は、図3における線分IV-IVにおける矢視方向の断面図、すなわちロータ2の縦断面図である。なお、図3では、ロータ2内の第1の永久磁石22Aは、実線で表されている。
図3および図4に示すように、ロータコア20は、軸方向に、2つの第1のコア部20Aと、1つの第2のコア部20Bとを有する。より具体的には、軸方向において、2つの第1のコア部20Aの間に、1つの第2のコア部20Bが配置されている。第1のコア部20Aは軸方向に長さL1を有し、第2のコア部20Bは軸方向に長さL2を有する。
図5は、図3における線分V-Vにおける矢視方向の断面図、すなわち第1のコア部20Aにおける断面図である。第1のコア部20Aは、積層要素を軸方向に積層し、カシメ等により締結したものである。積層要素は、例えば、厚さ0.25~0.5mmの電磁鋼板を打ち抜き加工したものである。
第1のコア部20Aの外周に沿って、第1の磁石挿入孔21Aが形成されている。第1の磁石挿入孔21Aは、第1のコア部20Aを軸方向に貫通している。ここでは、上述したロータ2の磁極数と同じ6個の第1の磁石挿入孔21A(図1参照)が、周方向に等間隔に形成されている。
上述した磁極中心線M1は、第1の磁石挿入孔21Aの周方向の中心を通る。第1の磁石挿入孔21Aは、磁極中心線M1に対して直交する方向に直線状に延在している。また、第1の磁石挿入孔21Aは、径方向外側の端縁である外側端縁201と、径方向内側の端縁である内側端縁202とを有する。
第1の磁石挿入孔21Aには、第1の永久磁石22Aが挿入されている。第1の永久磁石22Aは、1磁極を構成する。第1の永久磁石22Aは平板状であり、磁極中心線M1に直交する板面を有する。
第1の永久磁石22Aは、第1のコア部20Aの径方向外側と径方向内側とで異なる磁極を有するように着磁されている。また、隣り合う磁極の第1の永久磁石22Aは、着磁方向が互いに逆になっている。
第1の永久磁石22Aは、ネオジウム(Nd)、鉄(Fe)およびボロン(B)を主成分とする希土類磁石(より具体的には、希土類焼結磁石)で構成され、表面が絶縁性の被膜で覆われている。希土類磁石は、残留磁束密度および保磁力が高いため、電動機効率および減磁耐力が向上する。保磁力をさらに高めるために、希土類磁石にディスプロシウム(Dy)またはテルビウム(Tb)を加えてもよい。
第1の磁石挿入孔21Aの周方向の両側には、フラックスバリア23が形成されている。フラックスバリア23は、第1の磁石挿入孔21Aの周方向端部から第1のコア部20Aの外周に向けて径方向に延在する空隙である。フラックスバリア23は、隣り合う磁極間の漏れ磁束(すなわち極間M2を通って流れる磁束)を低減するために設けられる。
第1のコア部20Aにおいて、2つのフラックスバリア23の周方向内側には、サイドスリット35がそれぞれ形成されている。サイドスリット35は、周方向の長さが径方向の長さよりも長いスリットであり、第1のコア部20Aの外周に沿って延在している。
サイドスリット35は、フラックスバリア23における磁気抵抗を増加させ、隣り合う磁極間の漏れ磁束を低減する効果を高めるものである。サイドスリット35およびフラックスバリア23による漏れ磁束の低減作用により、ステータ1のティース12に鎖交する磁束(有効磁束)が増加し、電動機効率が向上する。
第1のコア部20Aは、第1の磁石挿入孔21Aの径方向外側に、数N1(N1は1以上の整数)のスリットを有している。ここでは、1つの第1の磁石挿入孔21Aの周方向中心から周方向外側にかけて、スリット31,32,33,34が2つずつ形成されている。すなわち、スリットの数N1は、8である。但し、数N1は8に限らず、1以上であればよい。なお、数N1には、サイドスリット35の数は含まない。
スリット31,32,33,34は、いずれも、径方向の長さが周方向の長さよりも長い形状を有する。スリット31,32,33,34は、トルクリプルの低減のために設けられている。トルクリプルの低減効果を高めるためには、スリット31,32,33,34は、磁極中心線M1を中心として対称に形成されていることが望ましい。なお、対称に形成されるとは、形状および配置が対称であることを言う。
スリット31,32,33,34の長手方向は、磁極中心線M1に平行であることが望ましい。スリット31,32,33,34を磁極中心線M1に平行にすることで、第1の永久磁石22Aの磁束を最短距離でステータ1に導くことができる。なお、スリット31,32,33,34の長手方向は、磁極中心線M1に対して傾斜していてもよいが、その場合には磁極中心線M1を中心として対称に傾斜していることが望ましい。
また、第1のコア部20Aは、第1の磁石挿入孔21Aよりも径方向内側に、第1の貫通穴26、第2の貫通穴27および第3の貫通穴28を有する。これらの貫通穴26,27,28は、冷媒流路である。
第1の貫通穴26は、1磁極に2つずつ、磁極中心線M1の両側に形成されている。第2の貫通穴27は、1磁極に1つずつ、第1の貫通穴26よりも径方向内側で、且つ磁極中心線M1上に形成されている。第3の貫通穴28は、1磁極に1つずつ、第2の貫通穴27よりも径方向内側で、且つ極間M2に形成されている。なお、必ずしも貫通穴26,27,28の全てが設けられている必要はなく、貫通穴26,27,28のうちの何れかが設けられていればよい。上述した図1(A)では、貫通穴26,27,28は省略されている。
図6は、図3における線分VI-VIにおける矢視方向の断面図、すなわち第2のコア部20Bにおける断面図である。第2のコア部20Bは、積層要素を軸方向に積層し、カシメ等により締結したものである。積層要素は、例えば、厚さ0.25~0.5mmの電磁鋼板を打ち抜き加工したものである。
第2のコア部20Bの外周に沿って、第2の磁石挿入孔21Bが形成されている。第2の磁石挿入孔21Bは、第2のコア部20Bを軸方向に貫通している。ここでは、上述したロータ2の磁極数と同じ6個の第2の磁石挿入孔21Bが、周方向に等間隔に形成されている。第1の磁石挿入孔21A(図5)と第2の磁石挿入孔21Bとは、軸方向に連続して形成されている。
上述した磁極中心線M1は、第2の磁石挿入孔21Bの周方向の中心を通る。第2の磁石挿入孔21Bは、磁極中心線M1に対して直交する方向に直線状に延在する。また、第2の磁石挿入孔21Bは、径方向外側の端縁である外側端縁203と、径方向内側の端縁である内側端縁204とを有する。
第2の磁石挿入孔21Bには、第2の永久磁石22Bが挿入されている。第2の永久磁石22Bは、1磁極を構成する。第2の永久磁石22Bは平板状であり、磁極中心線M1に直交する板面を有する。また、第2の永久磁石22Bは、軸方向に隣接する第1の永久磁石22Aと同様に着磁されている。
第2の永久磁石22Bは、第1の永久磁石22Aと同様、ネオジウム、鉄およびボロンを主成分とする希土類磁石(より具体的には、希土類焼結磁石)で構成され、表面が絶縁性の被膜で覆われている。また、保磁力をさらに高めるために、希土類磁石にディスプロシウムまたはテルビウムを加えてもよい。
第2の磁石挿入孔21Bの周方向の両側には、フラックスバリア23が形成されている。フラックスバリア23は、第1のコア部20Aのフラックスバリア23(図5)と軸方向に連続している。第2のコア部20Bのフラックスバリア23と、第1のコア部20Aのフラックスバリア23(図5)とは、形状および配置が同じである。
2つのフラックスバリア23の周方向内側には、サイドスリット35がそれぞれ形成されている。サイドスリット35は、第1のコア部20Aのサイドスリット35(図5)と軸方向に連続している。第2のコア部20Bのサイドスリット35と、第1のコア部20Aのサイドスリット35(図5)とは、形状および配置が同じである。
また、第2のコア部20Bは、第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側に、数N2(N2は0以上で、N1より小さい整数)のスリットを有している。ここでは、数N2は0である。すなわち、第2のコア部20Bの第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側には、スリットは設けられていない。数N2は、数N1より小さければ、0に限らず、1以上であってもよい。なお、数N2には、サイドスリット35の数は含まない。
第2のコア部20Bは、第2の磁石挿入孔21Bよりも径方向内側に、第1の貫通穴26、第2の貫通穴27および第3の貫通穴28を有する。第1の貫通穴26は、第1のコア部20Aの第1の貫通穴26(図5)と軸方向に連続している。第2の貫通穴27は、第1のコア部20Aの第2の貫通穴27(図5)と軸方向に連続している。第3の貫通穴28は、第1のコア部20Aの第3の貫通穴28(図5)と軸方向に連続している。
図4に戻り、第1の磁石挿入孔21Aと第2の磁石挿入孔21Bとは、軸方向に互いに連続している。第1の磁石挿入孔21Aの径方向の幅W1は、第2の磁石挿入孔21Bの径方向の幅W2よりも広い。また、第1の永久磁石22Aの径方向の幅は、第2の永久磁石22Bの径方向の幅よりも広い。
磁石挿入孔21A,21Bの外側端縁201,203は、径方向位置が互いに同じである。一方、第1の磁石挿入孔21Aの内側端縁202は、第2の磁石挿入孔21Bの内側端縁204よりも径方向内側に位置する。なお、このような構成に限らず、内側端縁202,204の径方向位置が互いに同じで、外側端縁201が外側端縁203よりも径方向内側に位置する構成も可能である。
ロータコア20は、図5に示した第1のコア部20Aの形状に打ち抜いた複数の電磁鋼板と、図6に示した第2のコア部20Bの形状に打ち抜いた複数の電磁鋼板とを、軸方向に積層することにより構成される。第1の磁石挿入孔21A(図5)の周方向両端の周方向位置は、第2の磁石挿入孔21B(図6)の周方向両端の周方向位置と同じである。
ロータコア20では、幅の広い第1の磁石挿入孔21Aを有する第1のコア部20Aが、幅の狭い第2の磁石挿入孔21Bを有する第2のコア部20Bの軸方向両側に配置されている。そのため、ロータコア20の軸方向の一方の側から、第2の磁石挿入孔21Bに第2の永久磁石22Bを挿入し、その後、ロータコア20の軸方向の両側から、各第1の磁石挿入孔21Aに第1の永久磁石22Aを挿入することができる。
上記の通り、磁石挿入孔21A,21Bの外側端縁201,203の径方向位置が互いに同じであるため、挿入される永久磁石22A,22Bが外側端縁201,203に案内される。そのため、永久磁石22A,22Bを磁石挿入孔21A,21Bに容易に挿入することができる。
<作用>
次に、実施の形態1の電動機100の作用について説明する。永久磁石22A,22Bは、希土類磁石で構成されているため、導電性を有する。永久磁石22A,22Bには、ステータ1の巻線15で発生した磁束(すなわちステータ磁束)が通過するが、永久磁石22A,22Bを通過するステータ磁束Φの時間変化(dΦ/dt)に応じて、永久磁石22A,22Bのそれぞれの内部に渦電流が流れる。渦電流は、損失(すなわち渦電流損)となるため、電動機効率の低下の原因となる。また、ジュール熱により永久磁石22A,22Bの温度が上昇するため、永久磁石22A,22Bの高温減磁の原因ともなる。
次に、実施の形態1の電動機100の作用について説明する。永久磁石22A,22Bは、希土類磁石で構成されているため、導電性を有する。永久磁石22A,22Bには、ステータ1の巻線15で発生した磁束(すなわちステータ磁束)が通過するが、永久磁石22A,22Bを通過するステータ磁束Φの時間変化(dΦ/dt)に応じて、永久磁石22A,22Bのそれぞれの内部に渦電流が流れる。渦電流は、損失(すなわち渦電流損)となるため、電動機効率の低下の原因となる。また、ジュール熱により永久磁石22A,22Bの温度が上昇するため、永久磁石22A,22Bの高温減磁の原因ともなる。
一般に、磁石挿入孔の径方向外側のスリットの数が多いほど、スリットと磁石挿入孔との間の領域にステータ磁束が集中しやすくなり(すなわち磁束密度が高くなり)、磁束の変動によって永久磁石の内部で誘導起電力が発生し、渦電流が流れやすくなる。この実施の形態1では、第2のコア部20Bの第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側のスリットの数N2を少なくすることにより、渦電流損を低減している。
一方、磁石挿入孔の径方向外側のスリットの数が少ない場合、渦電流損は低減されるが、トルクリプル(トルク脈動)が増加し、電動機100の騒音および振動の原因となる。この実施の形態1では、第1のコア部20Aが第1の磁石挿入孔21Aの径方向外側に数N1(>N2)のスリット31~34を有するため、トルクリプルを低減し、これにより電動機100の騒音および振動を低減することができる。
また、磁石挿入孔の径方向外側のスリットの数が多いほど、ステータ磁束がスリットに沿って永久磁石に誘導されやすくなり、永久磁石の減磁が生じやすくなる。この実施の形態1では、第1のコア部20Aのスリット31~34の数N1が、第2のコア部20Bのスリットの数N2よりも多いため、第1の永久磁石22Aよりも第2の永久磁石22Bの方が減磁しにくい(すなわち減磁耐力が高い)。
但し、ロータ2の全体としての減磁耐力は、第1の永久磁石22Aおよび第2の永久磁石22Bのうちの低い方の減磁耐力と一致する。そのため、ロータ2の全体としての減磁耐力を向上するためには、第1の永久磁石22Aの減磁耐力を向上する必要がある。
そこで、この実施の形態1では、第1の磁石挿入孔21Aの幅W1を、第2の磁石挿入孔21Bの幅W2よりも広くしている(W1>W2)。これにより、第1の磁石挿入孔21Aに挿入される第1の永久磁石22Aの幅が、第2の磁石挿入孔21Bに挿入される第2の永久磁石22Bの幅よりも広くなる。そのため、第1の永久磁石22Aにおけるステータ磁束の集中が緩和され、第1の永久磁石22Aの減磁が生じにくくなる。すなわち、第1の永久磁石22Aの減磁耐力を、第2の磁石挿入孔21Bと同等に近付けることができる。
このように、第1のコア部20Aと第2のコア部20Bとを組み合わせることにより、トルクリプルを増加させることなく、また、減磁耐力を低下させることなく、渦電流損を低減することができる。渦電流損の低減により、電動機効率を向上することができ、また、永久磁石22A,22Bの発熱が抑えられるため、高温減磁を防止することができる。
また、第1の永久磁石22Aと比較して第2の永久磁石22Bを薄く構成できるため、材料コストを低減し、これにより電動機100の製造コストを低減することができる。加えて、永久磁石を周方向に分割した場合のような漏れ磁束が生じにくく、従って磁力の低下を抑制することができる。
次に、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合について説明する。ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合とは、ロータコア20の軸方向長さ(L1×2+L2)に対する、第2のコア部20Bの軸方向長さL2の割合(%)であり、L2/(L1×2+L2)×100で表される。
なお、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合は、ロータコア20の体積に対する第2のコア部20Bの体積の割合と考えてもよく、あるいは、ロータコア20の重量に対する第2のコア部20Bの重量の割合と考えてもよい。
図7は、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合と、永久磁石22A,22Bの体積との関係を示すグラフである。永久磁石22A,22Bの体積は、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合が0の場合、すなわちロータコア20を第1のコア部20Aのみで構成した場合の永久磁石22A,22Bの体積を基準値(100%)とし、この基準値に対する相対値で表す。
図7から、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合が増加するほど、永久磁石22A,22Bの体積が減少することが分かる。これは、第2のコア部20Bの第2の磁石挿入孔21Bの幅W2が第1のコア部20Aの第1の磁石挿入孔21Aの幅W1より狭いためである。
図8は、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合と、渦電流損との関係を示すグラフである。渦電流損は、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合が0の場合、すなわちロータコア20を第1のコア部20Aのみで構成した場合の渦電流損を基準値(100%)とし、この基準値に対する相対値で表す。
図8から、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合が増加するほど、渦電流損が減少することが分かる。特に、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合が70%以上では、渦電流損が、ロータコア20を第1のコア部20Aのみで構成した場合の50%以下に低減することが分かる。
この渦電流損の低減効果(50%)は、一般に、永久磁石を周方向に2分割した場合の効果と同等である。すなわち、第1のコア部20Aと第2のコア部20Bとを軸方向に組み合わせたロータコア20を用い、そのロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合を70%以上にすることで、永久磁石を周方向に2分割した場合と同等の効果が得られることが分かる。
永久磁石を周方向に2分割した場合、渦電流損は低減されるが、周方向に分割された永久磁石の間で漏れ磁束が発生する。このように漏れ磁束が発生すると、トルク定数(すなわち、発生トルクT=定数K×電流Iと表した場合の定数K)が低下する。この実施の形態1では、永久磁石を周方向に分割する必要がないため、漏れ磁束によるトルク定数の低下を抑えることができる。すなわち、永久磁石を周方向に2分割した場合のような、漏れ磁束による磁力の低下を抑えることができる。
なお、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合の上限は、第1のコア部20Aが1枚の電磁鋼板のみで構成されている場合とする。そのため、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合の範囲は、70%以上、100%未満である。
図9は、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合と、発生トルクとの関係を示すグラフである。発生トルクは、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合が0の場合、すなわちロータコア20を第1のコア部20Aのみで構成した場合の発生トルクを基準値(100%)とし、この基準値に対する相対値で表す。
図9から、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合が増加するほど、発生トルクが増加することが分かる。これは、第2のコア部20Bのスリットの数N2が少ない(具体的には0である)ため、第2の永久磁石22Bからステータ1に向かう磁束を遮るものが少なく、その結果、ティース12に鎖交する磁束(有効磁束)が増加するためである。
図10は、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合と、トルクリプルとの関係を示すグラフである。トルクリプルは、電気角1周期におけるトルクの最大値Tmaxと、トルクの最小値Tminと、トルクの平均値Taveとに基づき、(Tmax-Tmin)/Tave×100で定義される。例えば、トルクリプル100%とは、トルクの最大値と最小値との差(Tmax-Tmin)が、トルクの平均値Taveと同じであることを意味する。
図10から、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合が増加するほど、トルクリプルが増加することが分かる。これは、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合が増加するほど、トルクリプル低減のためのスリット31~34を有する第1のコア部20Aの軸方向長さの割合が減少することによるものである。
トルクリプルは、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合が100%の場合、すなわちロータコア20を第2のコア部20Bのみで構成した場合に最大値(55%)となる。ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合が90%の場合には、トルクリプルが最大値に対して10%(図10の縦軸目盛では5%)低下する。トルクリプルの10%の低減は、騒音1dBの低減に相当する。そのため、騒音1dB分の低減効果を得るためには、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合は、90%以下であることが望ましい。
<実施の形態の効果>
以上説明したように、実施の形態1のロータ2では、ロータコア20が、第1の磁石挿入孔21Aを有する第1のコア部20Aと、第2の磁石挿入孔21Bを有する第2のコア部とを備え、磁石挿入孔21A,21Bには、希土類磁石で構成された永久磁石22A,22Bが配置される。第1の磁石挿入孔21Aの径方向の幅W1は、第2の磁石挿入孔21Bの径方向の幅W2よりも広い。第1のコア部20Aは、第1の磁石挿入孔21Aの径方向外側に、径方向に長い数N1(1≦N1)のスリット31~34を有し、第2のコア部20Bは、第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側に、周方向に長い数N2(0≦N2<N1)のスリットを有する。ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合は、70%以上、100%未満である。
以上説明したように、実施の形態1のロータ2では、ロータコア20が、第1の磁石挿入孔21Aを有する第1のコア部20Aと、第2の磁石挿入孔21Bを有する第2のコア部とを備え、磁石挿入孔21A,21Bには、希土類磁石で構成された永久磁石22A,22Bが配置される。第1の磁石挿入孔21Aの径方向の幅W1は、第2の磁石挿入孔21Bの径方向の幅W2よりも広い。第1のコア部20Aは、第1の磁石挿入孔21Aの径方向外側に、径方向に長い数N1(1≦N1)のスリット31~34を有し、第2のコア部20Bは、第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側に、周方向に長い数N2(0≦N2<N1)のスリットを有する。ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合は、70%以上、100%未満である。
このように、第2のコア部20Bのスリットの数N2が第1のコア部20Aのスリットの数N1よりも少なく、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合が70%以上、100%未満であるため、渦電流損を低減することができる。また、第1の磁石挿入孔21Aの幅W1が第2の磁石挿入孔21Bの幅W2よりも広いため、第1の永久磁石22Aの減磁耐力と第2の永久磁石22Bの減磁耐力とを同等に近付けることができる。また、第1の永久磁石22Aと比較して第2の永久磁石22Bを薄く構成できるため、製造コストを低減することができる。また、永久磁石を周方向に分割した場合のような漏れ磁束が生じにくいため、磁力の低下を抑制することができる。
また、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合を90%以下とすることにより、トルクリプルに起因する騒音を低減することができる。
また、第2のコア部20Bの軸方向の両側に2つの第1のコア部20Aが設けられているため、磁石挿入孔21A,21Bへの永久磁石22A,22Bの挿入が容易であり、また、ロータ2の軸方向の重量バランスも向上する。
また、第1の磁石挿入孔21Aと第2の磁石挿入孔21Bとが軸方向に互いに連続しているため、第2の永久磁石22Bを第1の磁石挿入孔21Aを通過させて第2の磁石挿入孔21Bに挿入することができ、挿入作業が容易になる。
また、第1の磁石挿入孔21Aと第2の磁石挿入孔21Bとは、外側端縁201,203(または内側端縁202,204)が互いに同一の径方向位置にあるため、その外側端縁201,203(または内側端縁202,204)によって永久磁石22A,22Bの挿入を案内することができ、挿入作業がさらに容易になる。
また、第1のコア部20Aのスリット31,32,33,34が、磁極中心線M1に対して対称に形成されているため、エアギャップに発生する磁束の空間高調波を抑制し、トルクリプルおよび径方向加振力(ステータ磁界によるロータコア20の吸引力)を抑制することができる。
また、第1のコア部20Aが、第1の磁石挿入孔21Aの周方向の両側にサイドスリット35を有し、第2のコア部20Bが、第2の磁石挿入孔21Bの周方向の両側にサイドスリット35を有するため、隣り合う磁極間の漏れ磁束を低減することができる。
また、磁石挿入孔21A,21Bは、磁極中心線M1に直交するように直線状に延在しているため、磁石挿入孔21A,21Bよりも径方向外側のコア部分を小さくすることができる。そのため、磁石挿入孔21A,21Bよりも径方向外側のコア部分に加わる遠心力を低減し、ロータコア20の耐久性を向上することができる。
また、ロータコア20を軸方向に貫通する貫通穴26,27,28が設けられているため、貫通穴26,27,28を流れる冷媒により、ロータ2を冷却することができる。これにより、永久磁石22A,22Bの高温減磁を抑制することができる。
また、ステータコア10の外周に切欠き部16が設けられているため、この切欠き部16とシェル5との間を流れる冷媒により、電動機100を冷却することができる。
また、ステータ1の巻線15が、銅またはアルミニウムで構成された導体15aと、導体15aの表面を覆う絶縁被膜15bとを有するため、例えば圧縮機500の冷媒中において巻線15の腐食を防止することができる。
第1の変形例.
図11は、実施の形態1の第1の変形例のロータ2の第2のコア部20Bにおける断面図である。第1の変形例の第2のコア部20Bでは、1つの第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側に、スリット32,33,34が2つずつ形成されている。すなわち、スリットの数N2は、6である。第1のコア部20Aの第1の磁石挿入孔21Aのスリットの数N1は、上記の通り8であるため、N1>N2が成り立つ。
図11は、実施の形態1の第1の変形例のロータ2の第2のコア部20Bにおける断面図である。第1の変形例の第2のコア部20Bでは、1つの第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側に、スリット32,33,34が2つずつ形成されている。すなわち、スリットの数N2は、6である。第1のコア部20Aの第1の磁石挿入孔21Aのスリットの数N1は、上記の通り8であるため、N1>N2が成り立つ。
第2のコア部20Bのスリット32,33,34は、例えば、第1のコア部20Aの8個のスリット31,32,33,34のうちのスリット32,33,34と、形状および配置が同じである。しかしながら、このような構成に限らず、各第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側に6個のスリットが設けられていればよい。
第2のコア部20Bのスリット32,33,34は、磁極中心線M1に対して対称に形成されていることが望ましい。これにより、エアギャップに発生する磁束の空間高調波を抑制し、トルクリプルおよび径方向加振力を低減することができる。また、第2のコア部20Bのスリット32,33,34の長手方向は、磁極中心線M1と平行であることが望ましい。これにより、第2の永久磁石22Bの磁束を最短距離でステータ1に導くことができる。
この第1の変形例においても、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合は、70%以上、100未満である。また、第1のコア部20Aの第1の磁石挿入孔21Aの幅W1は、第2のコア部20Bの第2の磁石挿入孔21Bの幅W2よりも広い。
第1の変形例のロータ2は、第2のコア部20Bが磁石挿入孔21Bの径方向外側にスリット32,33,34を有することを除き、実施の形態1のロータ2と同様に構成されている。
第2の変形例.
図12は、実施の形態1の第2の変形例のロータ2の第2のコア部20Bにおける断面図である。第2の変形例の第2のコア部20Bでは、1つの第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側に、スリット33,34が2つずつ形成されている。すなわち、スリットの数N2は、4である。第1のコア部20Aの第1の磁石挿入孔21Aのスリットの数N1は、上記の通り8であるため、N1>N2が成り立つ。
図12は、実施の形態1の第2の変形例のロータ2の第2のコア部20Bにおける断面図である。第2の変形例の第2のコア部20Bでは、1つの第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側に、スリット33,34が2つずつ形成されている。すなわち、スリットの数N2は、4である。第1のコア部20Aの第1の磁石挿入孔21Aのスリットの数N1は、上記の通り8であるため、N1>N2が成り立つ。
第2のコア部20Bのスリット33,34は、例えば、第1のコア部20Aの8個のスリット31,32,33,34のうちのスリット33,34と、形状および配置が同じである。しかしながら、このような構成に限らず、各第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側に4個のスリットが設けられていればよい。
第2のコア部20Bのスリット33,34は、磁極中心線M1に対して対称に形成されていることが望ましい。また、第2のコア部20Bのスリット33,34の長手方向は、磁極中心線M1と平行であることが望ましい。
この第2の変形例においても、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合は、70%以上、100未満である。また、第1のコア部20Aの第1の磁石挿入孔21Aの幅W1は、第2のコア部20Bの第2の磁石挿入孔21Bの幅W2よりも広い。
第2の変形例のロータ2は、第2のコア部20Bが第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側にスリット33,34を有することを除き、実施の形態1のロータ2と同様に構成されている。
第3の変形例.
図13は、実施の形態1の第3の変形例のロータ2の第2のコア部20Bにおける断面図である。第3の変形例の第2のコア部20Bでは、1つの第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側に、2つのスリット34が形成されている。すなわち、スリットの数N2は、2である。第1のコア部20Aの第1の磁石挿入孔21Aのスリットの数N1は、上記の通り8であるため、N1>N2が成り立つ。
図13は、実施の形態1の第3の変形例のロータ2の第2のコア部20Bにおける断面図である。第3の変形例の第2のコア部20Bでは、1つの第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側に、2つのスリット34が形成されている。すなわち、スリットの数N2は、2である。第1のコア部20Aの第1の磁石挿入孔21Aのスリットの数N1は、上記の通り8であるため、N1>N2が成り立つ。
第2のコア部20Bのスリット34は、例えば、第1のコア部20Aの8個のスリット31,32,33,34のうちのスリット34と、形状および配置が同じである。しかしながら、このような構成に限らず、第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側に2つのスリットが設けられていればよい。
第2のコア部20Bのスリット34は、磁極中心線M1に対して対称に形成されていることが望ましい。また、第2のコア部20Bのスリット34の長手方向は、磁極中心線M1と平行であることが望ましい。
この第3の変形例においても、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合は、70%以上、100未満である。また、第1のコア部20Aの第1の磁石挿入孔21Aの幅W1は、第2のコア部20Bの第2の磁石挿入孔21Bの幅W2よりも広い。
第3の変形例のロータ2は、第2のコア部20Bが第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側にスリット34を有することを除き、実施の形態1のロータ2と同様に構成されている。
第1~第3の変形例(図11~図13)では、第2のコア部20Bが第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側にスリットを有するが、そのスリットの数N2は、第1のコア部20Aのスリットの数N1よりも少ない(N2<N1)。そのため、永久磁石22A,22Bにおける渦電流損を低減することができる。また、磁石挿入孔21A,21Bの幅W1,W2がW1>W2を満足するため、第1の永久磁石22Aの減磁耐力と第2の永久磁石22Bの減磁耐力とを同等に近付けることができる。
また、第2のコア部20Bが第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側にスリットを有するため、実施の形態1よりもトルクリプルの低減効果が向上する。
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について説明する。図14は、実施の形態2の電動機のロータ2の1磁極に相当する部分を示す斜視図である。図15は、図14における線分XV-XVにおける矢視方向の断面図、すなわちロータ2の縦断面図である。
次に、本発明の実施の形態2について説明する。図14は、実施の形態2の電動機のロータ2の1磁極に相当する部分を示す斜視図である。図15は、図14における線分XV-XVにおける矢視方向の断面図、すなわちロータ2の縦断面図である。
上述した実施の形態1では、2つの第1のコア部20Aが第2のコア部20Bの軸方向両側に設けられていた。これに対し、この実施の形態2では、2つの第2のコア部20Bが第1のコア部20Aの軸方向両側に設けられている。
第1のコア部20Aは、実施の形態1の第1のコア部20A(図5)と同様の構成を有し、ロータコア20の軸方向中央に配置されている。第2のコア部20Bは、実施の形態1の第2のコア部20B(図6)と同様の構成を有し、ロータコア20の軸方向両端に配置されている。
図15に示すように、第1のコア部20Aは軸方向の長さL3を有し、各第2のコア部20Bは軸方向の長さL4を有する。第1の磁石挿入孔21Aの幅W1は、第2の磁石挿入孔21Bの幅W2よりも広い。ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合は、L4×2/(L3+L4×2)×100で表される。当該割合は、70%以上、100未満である。
なお、第2のコア部20Bは、第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側にスリットを有さないが、各変形例(図11~13)で説明したように、第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側に数N2(<N1)のスリットを有していてもよい。
この実施の形態2では、幅W1の広い第1の磁石挿入孔21Aの軸方向両側に、幅W2の狭い第2の磁石挿入孔21Bが位置する。そのため、ロータコア20が完成する前に、第1の磁石挿入孔21Aに第1の永久磁石22Aを挿入する必要がある。
そのため、電磁鋼板を積層して第1のコア部20Aを形成した段階で、その第1の磁石挿入孔21Aに第1の永久磁石22Aを挿入する。その後、第1のコア部20Aの軸方向両側に電磁鋼板を積層して第2のコア部20Bを形成し、それぞれの第2の磁石挿入孔21Bに第2の永久磁石22Bを挿入する。
実施の形態2のロータ2は、ロータコア20において、2つの第2のコア部20Bが第1のコア部20Aの軸方向両側に設けられていることを除き、実施の形態1のロータ2と同様に構成されている。
以上説明したように、この第2の実施の形態においても、第2のコア部20Bのスリットの数N2が第1のコア部20Aのスリットの数N1よりも少なく、ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合が70%以上、100%未満であるため、渦電流損を低減することができる。また、第1の磁石挿入孔21Aの幅W1が第2の磁石挿入孔21Bの幅W2よりも広いため、第1の永久磁石22Aの減磁耐力と第2の永久磁石22Bの減磁耐力とを同等に近付けることができる。また、第1の永久磁石22Aと比較して第2の永久磁石22Bを薄く構成できるため、製造コストを低減することができる。
また、第1のコア部20Aの軸方向の両側に、2つの第2のコア部20Bが設けられているため、ロータ2の軸方向の重量バランスが向上する。
実施の形態3.
次に、本発明の実施の形態3について説明する。図16は、実施の形態3の電動機のロータ2の1磁極に相当する部分を示す斜視図である。図17は、図16における線分XVII-XVIIにおける矢視方向の断面図、すなわちロータ2の縦断面図である。
次に、本発明の実施の形態3について説明する。図16は、実施の形態3の電動機のロータ2の1磁極に相当する部分を示す斜視図である。図17は、図16における線分XVII-XVIIにおける矢視方向の断面図、すなわちロータ2の縦断面図である。
上述した実施の形態1のロータコア20は、2つの第1のコア部20Aと1つの第2のコア部20Bとを有し、実施の形態2のロータコア20は、2つの第2のコア部20Bと1つの第1のコア部20Aとを有していた。
これに対し、実施の形態3のロータコア20は、第1のコア部20Aと第2のコア部20Bとを1つずつ有する。第1のコア部20Aは、実施の形態1の第1のコア部20A(図5)と同様の構成を有し、第2のコア部20Bは、実施の形態1の第2のコア部20B(図6)と同様の構成を有する。第1のコア部20Aと第2のコア部20Bとは、軸方向に隣り合うように設けられている。
図17に示すように、第1のコア部20Aは軸方向の長さL5を有し、各第2のコア部20Bは軸方向の長さL6を有する。第1の磁石挿入孔21Aの幅W1は、第2の磁石挿入孔21Bの幅W2よりも広い。ロータコア20における第2のコア部20Bの軸方向長さの割合は、L6/(L5+L6)で表される。当該割合は、70%以上、100未満である。
なお、第2のコア部20Bは、第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側にスリットを有さないが、各変形例(図11~13)で説明したように、第2の磁石挿入孔21Bの径方向外側に数N2(<N1)のスリットを有していてもよい。
ロータコア20は、図5に示した第1のコア部20Aの形状に打ち抜いた電磁鋼板と、図6に示した第2のコア部20Bの形状に打ち抜いた電磁鋼板とを、軸方向に積層することにより構成される。また、ロータコア20の一方の側(図17における下側)から、第1のコア部20Aの第1の磁石挿入孔21Aに第1の永久磁石22Aを挿入する。また、ロータコア20の他方の側(図17における上側)から、第2のコア部20Bの第2の磁石挿入孔21Bに第2の永久磁石22Bを挿入する。
実施の形態3のロータ2は、ロータコア20が第1のコア部20Aと第2のコア部20Bとを1つずつ有することを除き、実施の形態1のロータ2と同様に構成されている。
以上説明したように、この実施の形態3によれば、実施の形態1で説明した効果に加えて、ロータコア20が第1のコア部20Aと第2のコア部20Bとを1つずつ有するため、ロータコア20の構成が簡単になり、組立工程も簡単になる。これにより、電動機100の製造コストを低減することができる。
上述した実施の形態1~3および各変形例では、磁石挿入孔21A,21Bが、磁極中心線M1に直交するように直線状に延在していたが、このような例に限定されるものではない。例えば、磁石挿入孔21A,21Bは、周方向中心が径方向内側に突出するV字状に延在していてもよい。また、1つの磁石挿入孔に、複数の永久磁石を配置してもよい。
<スクロール圧縮機>
次に、上述した実施の形態1~3および各変形例の電動機が適用可能な圧縮機について説明する。図18は、実施の形態1の電動機100を備えた圧縮機500の構成を示す断面図である。なお、実施の形態1の電動機100に代えて、実施の形態2,3または各変形例の電動機を用いてもよい。
次に、上述した実施の形態1~3および各変形例の電動機が適用可能な圧縮機について説明する。図18は、実施の形態1の電動機100を備えた圧縮機500の構成を示す断面図である。なお、実施の形態1の電動機100に代えて、実施の形態2,3または各変形例の電動機を用いてもよい。
圧縮機500は、スクロール圧縮機であり、格納容器502内に、圧縮機構510と、圧縮機構510を駆動する電動機100と、圧縮機構510と電動機100とを連結する主軸501と、主軸501の圧縮機構510の反対側の端部(副軸部)を支持するサブフレーム503と、格納容器502の底部の油だめ505に貯留される冷凍機油504とを有する。
圧縮機構510は、それぞれの板状渦巻歯の間に圧縮室を形成するように組み合わされた固定スクロール511および揺動スクロール512と、オルダムリング513と、コンプライアントフレーム514と、ガイドフレーム515とを有する。
固定スクロール511には、格納容器502を貫通した吸入管506が圧入されている。また、格納容器502を貫通して、固定スクロール511の吐出ポートから吐出される高圧の冷媒ガスを外部(冷凍サイクル)に吐出する吐出管507が設けられている。
格納容器502は、電動機100が焼嵌めによって組み込まれる円筒状のシェル5を有する。また、格納容器502には、電動機100のステータ1と駆動回路とを電気的に接続するためのガラス端子508が溶接により固定されている。
上述した実施の形態1~3および各変形例の電動機100は、渦電流損の低減により電動機効率を向上している。そのため、圧縮機500の動力源に電動機100を用いることで、圧縮機500の運転効率を向上し、消費エネルギーを低減することができる。
ここでは、圧縮機の一例としてスクロール圧縮機について説明したが、上述した各実施の形態および変形例で説明した電動機は、スクロール圧縮機以外の圧縮機に適用してもよい。
<空気調和装置>
次に、上述した圧縮機500を備えた空気調和装置400について説明する。図19は、空気調和装置400の構成を示す図である。図19に示した空気調和装置400は、圧縮機401と、凝縮器402と、絞り装置(減圧装置)403と、蒸発器404とを有する。圧縮機401、凝縮器402、絞り装置403および蒸発器404は、冷媒配管407によって連結されて冷凍サイクルを構成している。すなわち、圧縮機401、凝縮器402、絞り装置403および蒸発器404の順に、冷媒が循環する。
次に、上述した圧縮機500を備えた空気調和装置400について説明する。図19は、空気調和装置400の構成を示す図である。図19に示した空気調和装置400は、圧縮機401と、凝縮器402と、絞り装置(減圧装置)403と、蒸発器404とを有する。圧縮機401、凝縮器402、絞り装置403および蒸発器404は、冷媒配管407によって連結されて冷凍サイクルを構成している。すなわち、圧縮機401、凝縮器402、絞り装置403および蒸発器404の順に、冷媒が循環する。
圧縮機401、凝縮器402および絞り装置403は、室外機410に設けられている。圧縮機401は、図18に示した圧縮機500で構成されている。室外機410には、凝縮器402に室外の空気を供給する室外側送風機405が設けられている。蒸発器404は、室内機420に設けられている。この室内機420には、蒸発器404に室内の空気を供給する室内側送風機406が設けられている。
空気調和装置400の動作は、次の通りである。圧縮機401は、吸入した冷媒を圧縮して送り出す。凝縮器402は、圧縮機401から流入した冷媒と室外の空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させて冷媒配管407に送り出す。室外側送風機405は、凝縮器402に室外の空気を供給する。絞り装置403は、開度を変化させることによって、冷媒配管407を流れる冷媒の圧力等を調整する。
蒸発器404は、絞り装置403により低圧状態にされた冷媒と室内の空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発(気化)させて、冷媒配管407に送り出す。室内側送風機406は、蒸発器404に室内の空気を供給する。これにより、蒸発器404で熱が奪われた冷風が、室内に供給される。
圧縮機401(図18の圧縮機500)には、実施の形態1~3および各変形例で説明した電動機100が適用されるため、空気調和装置400の運転時における圧縮機401の運転効率を高め、動作の安定性を向上することができる。
なお、実施の形態1~3および各変形例で説明した電動機を適用した圧縮機500は、図19に示した空気調和装置400に限らず、他の種類の空気調和装置に用いてもよい。
以上、本発明の望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変形を行なうことができる。
1 ステータ、 2 ロータ、 5 シェル、 10 ステータコア、 11 ヨーク、 12 ティース、 13 スロット、 15 巻線、 15a 導体、 15b 絶縁被膜、 16 切欠き部、 17 当接面、 20 ロータコア、 20A 第1のコア部、 20B 第2のコア部、 21A 第1の磁石挿入孔、 21B 第2の磁石挿入孔、 22A 第1の永久磁石、 22B 第2の永久磁石、 23 フラックスバリア、 24 シャフト孔、 25 回転シャフト、 26 第1の貫通穴、 27 第2の貫通穴、 28 第3の貫通穴、 31,32,33,34 スリット、 35 サイドスリット、 100 電動機、 201,203 外側端縁、 202,204 内側端縁、 400 空気調和装置、 401 圧縮機、 402 凝縮器、 403 絞り装置、 404 蒸発器、 405 室外側送風機、 406 室内側送風機、 407 冷媒配管、 410 室外機、 420 室内機、 500 圧縮機、 501 主軸、 502 格納容器、 503 サブフレーム、 506 吸入管、 507 吐出管、 508 ガラス端子、 510 圧縮機構、 511 固定スクロール、 512 揺動スクロール、 513 オルダムリング、 514 コンプライアントフレーム、 515 ガイドフレーム。
Claims (17)
- 軸線を中心とする環状のロータコアであって、前記軸線の方向に、第1の磁石挿入孔を有する第1のコア部と、第2の磁石挿入孔を有する第2のコア部とを有するロータコアと、
前記第1の磁石挿入孔内に配置され、希土類磁石で構成された第1の永久磁石と、
前記第2の磁石挿入孔内に配置され、希土類磁石で構成された第2の永久磁石と
を有し、
前記第1の磁石挿入孔の前記軸線を中心とする径方向の幅は、前記第2の磁石挿入孔の前記径方向の幅よりも広く、
前記第1のコア部は、前記第1の磁石挿入孔の前記径方向の外側に、前記径方向の長さが前記軸線を中心とする周方向の長さよりも長い、1以上の数N1のスリットを有し、
前記第2のコア部は、前記第2の磁石挿入孔の前記径方向の外側に、前記径方向の長さが前記周方向の長さよりも長い、0以上の数N2のスリットを有し、
N1>N2が成り立ち、
前記ロータコアの前記軸線の方向の長さに対する前記第2のコア部の前記軸線の方向の長さの割合が、70%以上、100未満である
ロータ。 - 前記ロータコアの前記軸線の方向の長さに対する前記第2のコア部の前記軸線の方向の長さの割合が、90%以下である
請求項1に記載のロータ。 - 前記ロータコアは、前記第2のコア部の前記軸線の方向の両側に、2つの前記第1のコア部を有する
請求項1または2に記載のロータ。 - 前記ロータコアは、前記第1のコア部の前記軸線の方向の両側に、2つの前記第2のコア部を有する
請求項1または2に記載のロータ。 - 前記ロータコアは、前記軸線の方向に隣り合うように前記第1のコア部と前記第2のコア部とを1つずつ有する
請求項1または2に記載のロータ。 - 前記第1の磁石挿入孔と前記第2の磁石挿入孔とは、前記軸線の方向に互いに連続している
請求項1から5までの何れか1項に記載のロータ。 - 前記第1の磁石挿入孔と前記第2の磁石挿入孔とは、前記径方向の外側または内側の端縁が、互いに同一の径方向位置にある
請求項1から6までの何れか1項に記載のロータ。 - 前記第1のコア部の前記数N1のスリットは、前記第1の磁石挿入孔の前記周方向の中心を通る前記径方向の直線に対して対称に形成された複数のスリットである
請求項1から7までの何れか1項に記載のロータ。 - 前記第2のコア部の前記数N2のスリットは、前記第2の磁石挿入孔の前記周方向の中心を通る前記径方向の直線に対して対称に形成された複数のスリットである
請求項1から8までの何れか1項に記載のロータ。 - 前記第1のコア部は、前記第1の磁石挿入孔の前記周方向の両端に、前記周方向の長さが前記径方向の長さよりも長いサイドスリットを有し、
前記第2のコア部は、前記第2の磁石挿入孔の前記周方向の両端に、前記周方向の長さが前記径方向の長さよりも長いサイドスリットを有する
請求項1から9までのいずれか1項に記載のロータ。 - 前記第1の磁石挿入孔は、当該第1の磁石挿入孔の前記周方向の中心を通る前記径方向の直線に直交するように直線状に延在し、
前記第2の磁石挿入孔は、当該第2の磁石挿入孔の前記周方向の中心を通る前記径方向の直線に直交するように直線状に延在している
請求項1から10までのいずれか1項に記載のロータ。 - 前記ロータコアは、当該ロータコアを軸方向に貫通する貫通穴を有する
請求項1から10までのいずれか1項に記載のロータ。 - 請求項1から12までの何れか1項に記載のロータと、
前記ロータを囲むステータコアと、前記ステータコアに巻かれた巻線とを有するステータと
を有する電動機。 - 前記ステータコアは、当該ステータコアの外周に切欠き部を有する
請求項13に記載の電動機。 - 前記巻線は、銅またはアルミニウムで構成された導体と、前記導体の表面を覆う絶縁被膜とを有する
請求項13または14に記載の電動機。 - 格納容器と、
前記格納容器内に配置された圧縮機構と、
前記圧縮機構を駆動する電動機と
を備え、
前記電動機は、
請求項1から12までの何れか1項に記載のロータと、
前記ロータを囲み、前記ロータとの間にエアギャップを有するステータと
を有する圧縮機。 - 圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を備え、
前記圧縮機は、
格納容器と、
前記格納容器内に配置された圧縮機構と、
前記圧縮機構を駆動する電動機と
を備え、
前記電動機は、
請求項1から12までの何れか1項に記載のロータと、
前記ロータを囲み、前記ロータとの間にエアギャップを有するステータと
を有する空気調和装置。
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