WO2020194504A1 - ロータ、モータ、圧縮機、及び空気調和機 - Google Patents

ロータ、モータ、圧縮機、及び空気調和機 Download PDF

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WO2020194504A1
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rotor
slit
slits
rotor core
insertion hole
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隆徳 渡邉
浩二 矢部
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三菱電機株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04C29/0085Prime movers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C2240/40Electric motor
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems

Definitions

  • the present invention relates to a rotor used in a motor.
  • a rotor used in a motor a rotor having a plurality of slits provided between the magnet insertion hole of the rotor core and the outer peripheral surface of the rotor core has been proposed.
  • the harmonic component of the magnetic flux density waveform in the interpole portion of the rotor is reduced, and the cogging torque is reduced (see, for example, Patent Document 1).
  • An object of the present invention is to reduce vibration and noise in a motor.
  • the rotor according to one aspect of the present invention A rotor with a magnetic pole center A rotor core with a magnet insertion hole and With a permanent magnet arranged in the magnet insertion hole,
  • the rotor core An outer slit extending in the circumferential direction of the rotor core provided between the magnet insertion hole and the outer peripheral surface of the rotor core, It is provided between the magnetic pole center portion and the outer slit, and has a plurality of inner slits arranged in the circumferential direction.
  • the plurality of inner slits include a first inner slit adjacent to the magnetic pole center portion.
  • the minimum distance from the first inner slit to the outer peripheral surface of the rotor core is greater than the minimum distance from any inner slit other than the first inner slit among the plurality of inner slits to the outer peripheral surface of the rotor core. Is also long.
  • the motor according to another aspect of the present invention With the stator It includes the rotor arranged inside the stator.
  • the compressor according to another aspect of the present invention With a closed container With the compression device arranged in the closed container, It includes the motor that drives the compression device.
  • the air conditioner according to another aspect of the present invention is With the compressor Equipped with a heat exchanger.
  • vibration and noise in the motor can be reduced.
  • Embodiment 1 In the xyz orthogonal coordinate system shown in each figure, the z-axis direction (z-axis) indicates a direction parallel to the axis Ax of the motor 1, and the x-axis direction (x-axis) is orthogonal to the z-axis direction (z-axis).
  • the y-axis direction (y-axis) indicates a direction orthogonal to both the z-axis direction and the x-axis direction.
  • the axis Ax is the center of rotation of the rotor 2.
  • the direction parallel to the axis Ax is also referred to as "axial direction of rotor 2" or simply "axial direction”.
  • the radial direction is the radial direction of the rotor 2 or the stator 3, and is the direction orthogonal to the axis Ax.
  • the xy plane is a plane orthogonal to the axial direction.
  • the arrow D1 indicates the circumferential direction centered on the axis Ax.
  • the circumferential direction of the rotor 2 or the stator 3 is also simply referred to as "circumferential direction”.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the motor 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the motor 1 has a rotor 2 and a stator 3.
  • the motor 1 is, for example, a permanent magnet synchronous motor (also referred to as a brushless DC motor) such as a permanent magnet embedded motor.
  • the motor 1 may further include a motor frame 4 (also simply referred to as a "frame") that covers the stator 3.
  • the rotor 2 is rotatably arranged inside the stator 3. There is an air gap between the rotor 2 and the stator 3. The rotor 2 rotates about the axis Ax.
  • the stator 3 has a stator core 31 and at least one winding 32.
  • the stator core 31 is made of, for example, a plurality of electromagnetic steel plates.
  • the plurality of electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction.
  • the plurality of electromagnetic steel plates are fixed by caulking.
  • Each electrical steel sheet is processed so as to have a predetermined shape by press working such as punching.
  • the stator core 31 has an annular yoke portion 311 and a plurality of tooth portions 312.
  • the yoke portion 311 extends in the circumferential direction.
  • Each tooth portion 312 extends radially.
  • each tooth portion 312 protrudes from the yoke portion 311 toward the axis Ax.
  • the plurality of tooth portions 312 are arranged at equal intervals in the circumferential direction and extend radially.
  • the winding 32 is wound around a stator core 31, specifically, each tooth portion 312.
  • An insulator may be arranged between the stator core 31 and the winding 32.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the rotor 2.
  • the rotor 2 has a plurality of magnetic pole center portions C1 and a plurality of interpole portions C2.
  • the magnetic pole center portion C1 and the interpole portion C2 are indicated by broken lines.
  • Each magnetic pole center C1 is located at the center of each magnetic pole of the rotor 2 (that is, the north pole or the south pole of the rotor 2).
  • Each magnetic pole of the rotor 2 (also simply referred to as “each magnetic pole” or “magnetic pole”) means a region that serves as the north pole or the south pole of the rotor 2.
  • Each pole-to-pole portion C2 is a boundary between two magnetic poles (that is, the north pole and the south pole of the rotor 2) that are adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the rotor 2 has a rotor core 21, at least one permanent magnet 22 provided on the rotor core 21, and a shaft 24 fixed to the rotor core 21.
  • the rotor core 21 has at least one magnet insertion hole 211 and a shaft hole 212.
  • the rotor core 21 is made of, for example, a plurality of electromagnetic steel plates.
  • the plurality of electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction.
  • the plurality of electromagnetic steel plates are fixed by caulking.
  • Each electrical steel sheet is processed so as to have a predetermined shape by press working such as punching.
  • the rotor core 21 has a plurality of magnet insertion holes 211 (specifically, six magnet insertion holes 211). In the xy plane, the plurality of magnet insertion holes 211 are arranged in the circumferential direction. The number of magnetic poles of the rotor 2 is 2 or more. Each magnet insertion hole 211 corresponds to each magnetic pole of the rotor 2. Therefore, in the present embodiment, the number of magnetic poles of the rotor 2 is 6 poles. At least one permanent magnet 22 is arranged in each magnet insertion hole 211.
  • each magnet insertion hole 211 In the xy plane, the central portion of the magnet insertion hole 211 protrudes toward the axis Ax. That is, in the xy plane, each magnet insertion hole 211 has a V shape.
  • the shape of each magnet insertion hole 211 is not limited to the V shape, and may be, for example, a straight shape.
  • two permanent magnets 22 are arranged in one magnet insertion hole 211. That is, two permanent magnets 22 are arranged for one magnetic pole. Therefore, in the xy plane, a set of permanent magnets 22 are arranged in one magnet insertion hole 211 so as to have a V shape. In this embodiment, the rotor 2 has 12 permanent magnets 22.
  • the shaft 24 is fixed to the shaft hole 212 by a method such as shrink fitting or press fitting.
  • Each permanent magnet 22 is a flat plate-shaped magnet that is long in the axial direction.
  • Each permanent magnet 22 is a rare earth magnet containing, for example, neodymium (Nd), iron (Fe), and boron (B).
  • the two permanent magnets 22 arranged in the one magnet insertion hole 211 serve as one magnetic pole of the rotor 2.
  • the rotor core 21 further has a plurality of outer slits 213 and a plurality of inner slits 214.
  • Each outer slit 213 is provided between the magnet insertion hole 211 and the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21.
  • Each outer slit 213 extends in the circumferential direction of the rotor core 21. As shown in FIG. 3, two outer slits 213 for one magnetic pole are provided between the magnet insertion hole 211 and the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21. Therefore, in this embodiment, the rotor core 21 has 12 outer slits 213.
  • each outer slit 213 is provided on one end side of the magnet insertion hole 211, and the other outer slit 213 is provided on the other end side of the magnet insertion hole 211. ..
  • one of the two outer slits 213 faces one end of the magnet insertion hole 211 and the other outer slit 213 faces the other end of the magnet insertion hole 211.
  • each outer slit 213 reduces the leakage flux in the rotor 2. That is, each outer slit 213 serves as a flux barrier.
  • Each inner slit 214 is provided between the magnet insertion hole 211 and the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21. Specifically, at each magnetic pole, a plurality of inner slits 214 are provided between the two outer slits 213. These plurality of inner slits 214 are arranged in the circumferential direction of the rotor core 21. More specifically, these plurality of inner slits 214 are arranged in the xy plane in a direction orthogonal to the virtual line passing through the magnetic pole center portion C1. In the example shown in FIGS. 2 and 3, the imaginary line passing through the magnetic pole center C1 passes between the two permanent magnets 22. The virtual line passing through the magnetic pole center C1 is shown by a broken line in FIGS. 2 and 3. At each magnetic pole, each inner slit 214 extends parallel to a virtual line passing through the magnetic pole center C1.
  • the plurality of inner slits 214 include at least one first inner slit 214a, at least one second inner slit 214b, and at least one third inner slit 214c.
  • Each first inner slit 214a is adjacent to the magnetic pole center portion C1. That is, each of the first inner slits 214a is closest to the magnetic pole center portion C1 among the inner slits 214.
  • Each second inner slit 214b is adjacent to the first inner slit 214a and is located between the first inner slit 214a and the third inner slit 214c.
  • Each third inner slit 214c is adjacent to the second inner slit 214b.
  • each of the first inner slit 214a, each second inner slit 214b, and each third inner slit 214c are arranged in this order in the direction away from the magnetic pole center portion C1. That is, a set of inner slits 214 (specifically, one first inner slit 214a) between the magnetic pole center portion C1 and one outer slit 213 (for example, the outer slit 213 on the right side in FIG. 3). One second inner slit 214b and one third inner slit 214c) are provided. Similarly, between the magnetic pole center C1 and the other outer slit 213 (eg, the left outer slit 213 in FIG. 3), another set of inner slits 214 (specifically, another first). An inner slit 214a, another second inner slit 214b, and another third inner slit 214c) are provided.
  • the rotor core 21 has a set of inner slits 214 between the magnetic pole center portion C1 and one outer slit 213, and the magnetic pole center portion C1 and the other outer slit 213. It has another set of inner slits 214 in between.
  • a plurality of inner slits 214 (for example, one set of inner slits 214 on the right side and another set of inner slits 214 on the left side in FIG. It is symmetric.
  • a plurality of inner slits 214 are provided symmetrically with respect to the magnetic pole center portion C1.
  • two first inner slits 214a, two second inner slits 214b, and two third inner slits 214c are provided between the two outer slits 213. That is, in the present embodiment, six inner slits 214 are provided between the two outer slits 213 at each magnetic pole. However, the number of inner slits 214 at each magnetic pole is not limited to six.
  • the harmonic component of the magnetic flux density waveform from the rotor 2 is reduced. Thereby, the harmonic component of the induced voltage and the cogging torque in the winding 32 can be reduced.
  • the hole between the magnet insertion hole and the outer peripheral surface of the rotor core increases the magnetoresistance and lowers the inductance.
  • the pulse width modulation control method also referred to as the PWM control method
  • the harmonic component of the carrier wave for generating the PWM control signal increases, and the vibration and noise in the motor increase.
  • FIG. 3 is an enlarged view schematically showing a part structure of the rotor 2 shown in FIG.
  • the distance Lo1 is the minimum distance from the first inner slit 214a to the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21.
  • the distance Lo2 is the minimum distance from the second inner slit 214b to the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21.
  • the distance Lo3 is the minimum distance from the third inner slit 214c to the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21.
  • the distance Lo1 which is the minimum distance from the first inner slit 214a to the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21, is the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21 from any inner slit 214 other than the first inner slit 214a. Longer than the minimum distance to. In other words, the distance Lo1 is the longest among the distances from the plurality of inner slits 214 to the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21. In the example shown in FIG. 3, the distance Lo1 is longer than the distance Lo2 and the distance Lo3.
  • Lo_min is the minimum value of the minimum distance from the inner slit 214 other than the first inner slit 214a to the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21 among the plurality of inner slits 214 between the magnetic pole center C1 and one outer slit 213. Then, the relationship between the distance Lo1 and the minimum value Lo_min satisfies 3 ⁇ Lo1 / Lo_min.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the ratio Lo1 / Lo_min and the q-axis inductance.
  • Lo1 / Lo_min ⁇ 3 the magnetic resistance in the q-axis direction increases in the vicinity of the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21, so that the q-axis inductance sharply decreases as shown in FIG.
  • the relationship between the distance Lo1 and the minimum value Lo_min satisfies 3 ⁇ Lo1 / Lo_min.
  • the magnetic resistance in the q-axis direction decreases in the vicinity of the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21, and the decrease in the q-axis inductance can be suppressed. That is, when Lo1 / Lo_min is larger than 3, a sufficient q-axis inductance is obtained.
  • the harmonic component of the carrier wave for generating the PWM control signal is reduced, and the vibration and noise in the motor can be reduced.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the ratio Lo1 / Lo_min and the d-axis inductance. As shown in FIG. 5, when 3 ⁇ Lo1 / Lo_min, the d-axis inductance increases. Therefore, it is desirable that the relationship between the distance Lo1 and the minimum value Lo_min satisfies 3 ⁇ Lo1 / Lo_min. As a result, the magnetic resistance in the d-axis direction decreases in the vicinity of the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21. As a result, in the PWM control method, the harmonic component of the carrier wave for generating the PWM control signal is reduced, and the vibration and noise in the motor can be reduced.
  • FIG. 6 is an enlarged view schematically showing a part structure of the rotor 2 shown in FIG.
  • the distance Li1 is the minimum distance from the first inner slit 214a to the magnet insertion hole 211.
  • the distance Li2 is the minimum distance from the second inner slit 214b to the magnet insertion hole 211.
  • the distance Li3 is the minimum distance from the third inner slit 214c to the magnet insertion hole 211.
  • the minimum distance from the first inner slit 214a to the magnet insertion hole 211 is the first inner slit 214a of the plurality of inner slits 214 between the magnetic pole center C1 and one outer slit 213. It is longer than the minimum distance from any other inner slit 214 to the magnet insertion hole 211.
  • the distance Li1 is the shortest among the distances from the plurality of inner slits 214 to the magnet insertion holes 211. In the example shown in FIG. 6, the distance Li1 is shorter than the distance Li2 and the distance Li3.
  • the minimum value of the minimum distance from the inner slit 214 other than the first inner slit 214a to the magnet insertion hole 211 among the plurality of inner slits 214 between the magnetic pole center C1 and one outer slit 213 was set to Li_min.
  • the relationship between the distance Li1 and the minimum value Li_min satisfies 1 ⁇ Li1 / Li_min.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the ratio Li1 / Li_min and the q-axis inductance.
  • Li1 / Li_min ⁇ 1 the magnetic resistance in the q-axis direction increases in the vicinity of the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21, so that the q-axis inductance sharply decreases as shown in FIG.
  • the relationship between the distance Li1 and the minimum value Li_min satisfies 1 ⁇ Li1 / Li_min.
  • the magnetic resistance in the q-axis direction decreases in the vicinity of the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21, and the decrease in the q-axis inductance can be suppressed. That is, when Li1 / Li_min is larger than 1, a sufficient q-axis inductance can be obtained.
  • the harmonic component of the carrier wave for generating the PWM control signal is reduced, and the vibration and noise in the motor can be reduced.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the ratio Li1 / Li_min and the d-axis inductance. As shown in FIG. 8, the change in d-axis inductance is small regardless of the ratio Li1 / Li_min. Therefore, it is desirable that the relationship between the distance Li1 and the minimum value Li_min satisfies 1 ⁇ Li1 / Li_min. Thereby, as described above, vibration and noise in the motor can be reduced.
  • FIG. 9 is an enlarged view schematically showing a part structure of the rotor 2 shown in FIG.
  • the width Ws1 is the maximum width of the first inner slit 214a in the xy plane in the lateral direction.
  • the lateral direction of the first inner slit 214a is a direction orthogonal to the virtual line passing through the magnetic pole center portion C1 in the xy plane.
  • the width Ws2 is the maximum width of the second inner slit 214b in the xy plane in the lateral direction.
  • the lateral direction of the second inner slit 214b is a direction orthogonal to the virtual line passing through the magnetic pole center portion C1 in the xy plane.
  • the width Ws3 is the maximum width in the lateral direction of the third inner slit 214c in the xy plane.
  • the lateral direction of the third inner slit 214c is a direction orthogonal to the virtual line passing through the magnetic pole center portion C1 in the xy plane. That is, the "short direction" is the x-axis direction in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the ratio Ws1 / Ws2_total and the q-axis inductance.
  • Ws1 / Ws2_total ⁇ 0.85
  • the magnetic resistance in the q-axis direction increases in the vicinity of the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21, so that the q-axis inductance is low as shown in FIG.
  • the relationship between the width Ws1 and the total width Ws2_total satisfies Ws1 / (Ws2 + Ws3)> 0.85.
  • the magnetic resistance in the q-axis direction decreases in the vicinity of the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21, and the q-axis inductance increases. That is, when Ws1 / (Ws2 + Ws3) is larger than 0.85, a sufficient q-axis inductance is obtained.
  • the harmonic component of the carrier wave for generating the PWM control signal is reduced, and the vibration and noise in the motor can be reduced.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the ratio Ws1 / Ws2_total and the d-axis inductance. As shown in FIG. 11, a sufficient d-axis inductance is maintained regardless of the ratio Ws1 / Ws2_total. Therefore, it is desirable that the relationship between the width Ws1 and the total width Ws2_total satisfies Ws1 / (Ws2 + Ws3)> 0.85. Thereby, as described above, vibration and noise in the motor can be reduced.
  • the shortest distance from the magnetic pole center C1 to one outer slit 213 is Wr, and the widths of the plurality of inner slits 214 between the magnetic pole center C1 and one outer slit 213 in the lateral direction.
  • the relationship between the shortest distance Wr and the total width Ws1_total satisfies Ws1_total / Wr ⁇ 0.62, where Ws1_total is the total.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the ratio Ws1_total / Wr and the q-axis inductance. As shown in FIG. 12, when Ws1_total / Wr is smaller than 0.62, the change in q-axis inductance is small. Further, when Ws1_total / Wr is smaller than 0.62, a sufficient q-axis inductance is maintained regardless of the ratio Ws1_total / Wr.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the ratio Ws1_total / Wr and the d-axis inductance.
  • the relationship between the shortest distance Wr and the total width Ws1_total satisfies Ws1_total / Wr ⁇ 0.62.
  • the magnetic resistance in the d-axis direction decreases in the vicinity of the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21, and the decrease in the d-axis inductance can be suppressed. That is, when Ws1_total / Wr is smaller than 0.62, a sufficient d-axis inductance can be obtained.
  • the harmonic component of the carrier wave for generating the PWM control signal is reduced, and the vibration and noise in the motor can be reduced.
  • the relationship between the shortest distance Wr and the total width Ws1_total satisfies Ws1_total / Wr ⁇ 0.6.
  • the magnetic resistance in the d-axis direction is further reduced in the vicinity of the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21, and the decrease in the d-axis inductance can be effectively suppressed. That is, when Ws1_total / Wr is smaller than 0.60, the d-axis inductance is further increased.
  • the harmonic component of the carrier wave for generating the PWM control signal is reduced, and the vibration and noise in the motor can be reduced.
  • FIG. 14 is a diagram showing a waveform of a carrier wave in the motor 1.
  • the thick line in FIG. 14 shows the carrier wave in the motor 1, and the thin line shows the carrier wave in the motor as a reference example.
  • the magnetic resistance in the q-axis direction decreases in the vicinity of the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21, the decrease in the q-axis inductance can be suppressed, and a sufficient q-axis inductance can be obtained. ..
  • the harmonic component of the carrier wave for generating the PWM control signal is reduced, and the vibration and noise in the motor can be reduced.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the compressor 6 according to the second embodiment.
  • the compressor 6 has a motor 1 as an electric element, a closed container 61 as a housing, and a compression mechanism 62 as a compression element (also referred to as a compression device).
  • the compressor 6 is a rotary compressor.
  • the compressor 6 is not limited to the rotary compressor.
  • the motor 1 in the compressor 6 is the motor 1 described in the second embodiment.
  • the motor 1 drives the compression mechanism 62.
  • the closed container 61 covers the motor 1 and the compression mechanism 62.
  • the closed container 61 is a cylindrical container. Refrigerating machine oil that lubricates the sliding portion of the compression mechanism 62 is stored in the bottom of the closed container 61.
  • the compressor 6 further has a glass terminal 63 fixed to the closed container 61, an accumulator 64, a suction pipe 65, and a discharge pipe 66.
  • the compression mechanism 62 is attached to the cylinder 62a, the piston 62b, the upper frame 62c (also referred to as the first frame), the lower frame 62d (also referred to as the second frame), and the upper frame 62c and the lower frame 62d. It has a plurality of mufflers 62e.
  • the compression mechanism 62 further has a vane that divides the inside of the cylinder 62a into a suction side and a compression side.
  • the compression mechanism 62 is arranged in the closed container 61.
  • the compression mechanism 62 is driven by the motor 1.
  • the motor 1 is fixed in the closed container 61 by press fitting or shrink fitting.
  • the motor 1 may be directly attached to the closed container 61 by welding instead of press fitting and shrink fitting.
  • Electric power is supplied to the coil of the motor 1 (for example, the winding 32 described in the first embodiment) through the glass terminal 63.
  • the rotor 2 of the motor 1 (specifically, one side of the shaft 24) is rotatably supported by bearings provided on each of the upper frame 62c and the lower frame 62d.
  • a shaft 24 is inserted through the piston 62b.
  • a shaft 24 is rotatably inserted into the upper frame 62c and the lower frame 62d.
  • the upper frame 62c and the lower frame 62d close the end faces of the cylinder 62a.
  • the accumulator 64 supplies a refrigerant (for example, a refrigerant gas) to the cylinder 62a through the suction pipe 65.
  • the refrigerant supplied from the accumulator 64 is sucked into the cylinder 62a from the suction pipe 65 fixed to the closed container 61.
  • the piston 62b fitted to the shaft 24 rotates in the cylinder 62a.
  • the refrigerant is compressed in the cylinder 62a.
  • the compressed refrigerant passes through the muffler 62e and rises in the closed container 61. In this way, the compressed refrigerant is supplied to the high pressure side of the refrigeration cycle through the discharge pipe 66.
  • R410A, R407C, R22, or the like can be used as the refrigerant of the compressor 6.
  • the refrigerant of the compressor 6 is not limited to these types.
  • a refrigerant having a small GWP (global warming potential) for example, the following refrigerant can be used.
  • the GWP of HFO-1234yf is 4.
  • a hydrocarbon having a carbon double bond in the composition for example, R1270 (propylene) may be used.
  • the GWP of R1270 is 3, which is lower than HFO-1234yf but higher in flammability than HFO-1234yf.
  • a mixture containing at least one of a halogenated hydrocarbon having a carbon double bond in the composition or a hydrocarbon having a carbon double bond in the composition for example, a mixture of HFO-1234yf and R32. May be good. Since the above-mentioned HFO-1234yf is a low-pressure refrigerant, the pressure loss tends to be large, which may lead to deterioration of the performance of the refrigeration cycle (particularly the evaporator). Therefore, it is practically desirable to use a mixture with R32 or R41, which is a high-pressure refrigerant, rather than HFO-1234yf.
  • the compressor 6 according to the second embodiment has the advantages described in the first embodiment.
  • the compressor 6 according to the second embodiment has the motor 1 according to the second embodiment, vibration and noise in the compressor 6 can be reduced.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing the configuration of the refrigerating and air-conditioning apparatus 7 according to the third embodiment of the present invention.
  • the refrigerating and air-conditioning device 7 can be operated for heating and cooling, for example.
  • the refrigerant circuit diagram shown in FIG. 16 is an example of a refrigerant circuit diagram of an air conditioner capable of cooling operation.
  • the refrigerating and air-conditioning device 7 has an outdoor unit 71, an indoor unit 72, and a refrigerant pipe 73 connecting the outdoor unit 71 and the indoor unit 72.
  • the outdoor unit 71 includes a compressor 6, a condenser 74 as a heat exchanger, a throttle device 75, and an outdoor blower 76 (first blower).
  • the condenser 74 condenses the refrigerant compressed by the compressor 6.
  • the drawing device 75 decompresses the refrigerant condensed by the condenser 74 and adjusts the flow rate of the refrigerant.
  • the diaphragm device 75 is also called a decompression device.
  • the indoor unit 72 has an evaporator 77 as a heat exchanger and an indoor blower 78 (second blower).
  • the evaporator 77 evaporates the refrigerant decompressed by the throttle device 75 to cool the indoor air.
  • the refrigerant is compressed by the compressor 6 and flows into the condenser 74.
  • the refrigerant is condensed by the condenser 74, and the condensed refrigerant flows into the drawing device 75.
  • the refrigerant is decompressed by the throttle device 75, and the decompressed refrigerant flows into the evaporator 77.
  • the refrigerant evaporates in the evaporator 77, and the refrigerant (specifically, the refrigerant gas) flows into the compressor 6 of the outdoor unit 71 again.
  • the configuration and operation of the refrigerating and air-conditioning device 7 described above is an example, and is not limited to the above-mentioned example.
  • the refrigerating and air-conditioning apparatus 7 according to the third embodiment, it has the advantages described in the first and second embodiments.
  • the refrigerating and air-conditioning apparatus 7 according to the third embodiment has the compressor 6 according to the second embodiment, vibration and noise in the refrigerating and air-conditioning apparatus 7 can be reduced.

Abstract

ロータ(2)は、ロータコア(21)と、永久磁石(22)とを有する。ロータコア(21)は、磁石挿入孔(211)とロータコア(21)の外周面(21a)との間に設けられた外側スリット(213)と、磁極中心部(C1)と外側スリット(213)との間に設けられた内側スリット(214)とを有する。第1の内側スリット(214a)からロータコア(21)の外周面(21a)までの最小距離(Lo1)は、第1の内側スリット(214a)以外の他のどの内側スリット(214b,214c)からロータコア(21)の外周面(21a)までの最小距離(Lo2,Lo3)よりも長い。

Description

ロータ、モータ、圧縮機、及び空気調和機
 本発明は、モータに用いられるロータに関する。
 一般に、モータに用いられるロータとして、ロータ鉄心の磁石挿入孔とロータ鉄心の外周面との間に設けられた複数のスリットを有するロータが提案されている。このロータでは、ロータの極間部における磁束密度波形の高調波成分が低減され、コギングトルクが低減される(例えば、特許文献1参照)。
特開2011-101595号公報
 しかしながら、従来の技術では、磁石挿入孔とロータコアの外周面との間の複数のスリットが磁気抵抗を大きくし、インダクタンスを低下させる。その結果、ステータ巻線における誘起電圧の高調波成分が増加し、モータにおける振動及び騒音が増加する。
 本発明の目的は、モータにおける振動及び騒音を低減することである。
 本発明の一態様に係るロータは、
 磁極中心部を持つロータであって、
 磁石挿入孔を持つロータコアと、
 前記磁石挿入孔に配置された永久磁石と
 を備え、
 前記ロータコアは、
 前記磁石挿入孔と前記ロータコアの外周面との間に設けられた、前記ロータコアの周方向に延びている外側スリットと、
 前記磁極中心部と前記外側スリットとの間に設けられており、前記周方向に配列された複数の内側スリットと
 を有し、
 前記複数の内側スリットは、前記磁極中心部に隣接する第1の内側スリットを含み、
 前記第1の内側スリットから前記ロータコアの外周面までの最小距離は、前記複数の内側スリットのうちの前記第1の内側スリット以外の他のどの内側スリットから前記ロータコアの外周面までの最小距離よりも長い。
 本発明の他の態様に係るモータは、
 ステータと、
 前記ステータの内側に配置された前記ロータと
 を備える。
 本発明の他の態様に係る圧縮機は、
 密閉容器と、
 前記密閉容器内に配置された圧縮装置と、
 前記圧縮装置を駆動する前記モータと
 を備える。
 本発明の他の態様に係る空気調和機は、
 前記圧縮機と、
 熱交換器と
 を備える。
 本発明によれば、モータにおける振動及び騒音を低減することができる。
本発明の実施の形態1に係るモータの構造を概略的に示す断面図である。 ロータの構造を概略的に示す断面図である。 図2に示されるロータの一部の構造を概略的に示す拡大図である。 比率Lo1/Lo_minとq軸インダクタンスとの関係を示す図である。 比率Lo1/Lo_minとd軸インダクタンスとの関係を示す図である。 図2に示されるロータの一部の構造を概略的に示す拡大図である。 比率Li1/Li_minとq軸インダクタンスとの関係を示す図である。 比率Li1/Li_minとd軸インダクタンスとの関係を示す図である。 図2に示されるロータの一部の構造を概略的に示す拡大図である。 比率Ws1/Ws2_totalとq軸インダクタンスとの関係を示す図である。 比率Ws1/Ws2_totalとd軸インダクタンスとの関係を示す図である。 比率Ws1_total/Wrとq軸インダクタンスとの関係を示す図である。 比率Ws1_total/Wrとd軸インダクタンスとの関係を示す図である。 モータにおけるキャリア波の波形を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る圧縮機の構造を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態3に係る冷凍空調装置の構成を概略的に示す図である。
実施の形態1.
 各図に示されるxyz直交座標系において、z軸方向(z軸)は、モータ1の軸線Axと平行な方向を示し、x軸方向(x軸)は、z軸方向(z軸)に直交する方向を示し、y軸方向(y軸)は、z軸方向及びx軸方向の両方に直交する方向を示す。軸線Axは、ロータ2の回転中心である。軸線Axと平行な方向は、「ロータ2の軸方向」又は単に「軸方向」ともいう。径方向は、ロータ2又はステータ3の半径方向であり、軸線Axと直交する方向である。xy平面は、軸方向と直交する平面である。矢印D1は、軸線Axを中心とする周方向を示す。ロータ2又はステータ3の周方向を、単に「周方向」ともいう。
 図1は、本発明の実施の形態1に係るモータ1の構造を概略的に示す断面図である。
 モータ1は、ロータ2と、ステータ3とを有する。モータ1は、例えば、永久磁石埋込型電動機などの永久磁石同期電動機(ブラシレスDCモータともいう)である。モータ1は、さらに、ステータ3を覆うモータフレーム4(単に「フレーム」とも称する)を有してもよい。
 ロータ2は、ステータ3の内側に回転可能に配置されている。ロータ2とステータ3との間には、エアギャップが存在する。ロータ2は、軸線Axを中心として回転する。
 ステータ3は、ステータコア31と、少なくとも1つの巻線32とを有する。
 ステータコア31は、例えば、複数の電磁鋼板で作られている。この場合、複数の電磁鋼板は、軸方向に積層されている。複数の電磁鋼板は、カシメで固定されている。各電磁鋼板は、打ち抜き処理などのプレス加工で予め定められた形状を持つように加工されている。
 ステータコア31は、環状のヨーク部311と、複数のティース部312とを有している。ヨーク部311は、周方向に延在する。各ティース部312は、径方向に延在する。具体的には、各ティース部312は、ヨーク部311から軸線Axに向けて突出している。複数のティース部312は、周方向に等間隔で配置されており、放射状に延在する。
 巻線32は、ステータコア31、具体的には、各ティース部312に巻回されている。ステータコア31と巻線32との間にインシュレータが配置されていてもよい。
 図2は、ロータ2の構造を概略的に示す断面図である。
 ロータ2は、複数の磁極中心部C1及び複数の極間部C2を持つ。図2に示される例では、磁極中心部C1及び極間部C2は、破線で示されている。
 各磁極中心部C1は、ロータ2の各磁極(すなわち、ロータ2のN極又はS極)の中心に位置する。ロータ2の各磁極(単に「各磁極」又は「磁極」とも称する)とは、ロータ2のN極又はS極の役目をする領域を意味する。
 各極間部C2は、周方向において隣接する2つの磁極(すなわち、ロータ2のN極及びS極)の境界である。
 ロータ2は、ロータコア21と、ロータコア21に設けられた少なくとも1つの永久磁石22と、ロータコア21に固定されたシャフト24とを有する。
 ロータコア21は、少なくとも1つの磁石挿入孔211と、シャフト孔212とを持っている。
 ロータコア21は、例えば、複数の電磁鋼板で作られている。この場合、複数の電磁鋼板は、軸方向に積層されている。複数の電磁鋼板は、カシメで固定されている。各電磁鋼板は、打ち抜き処理などのプレス加工で予め定められた形状を持つように加工されている。
 本実施の形態では、ロータコア21は、複数の磁石挿入孔211(具体的には、6個の磁石挿入孔211)を有する。xy平面において、複数の磁石挿入孔211は、周方向に配列されている。ロータ2の磁極数は、2以上である。各磁石挿入孔211は、ロータ2の各磁極に対応する。したがって、本実施の形態では、ロータ2の磁極数は、6極である。各磁石挿入孔211には、少なくとも1つの永久磁石22が配置されている。
 xy平面において、磁石挿入孔211の中央部は、軸線Axに向けて突出している。すなわち、xy平面において、各磁石挿入孔211はV字形状を持っている。各磁石挿入孔211の形状は、V字形状に限定されるものではなく、例えばストレート形状であってもよい。
 本実施の形態では、1つの磁石挿入孔211内には、2つの永久磁石22が配置されている。すなわち、1磁極について2つの永久磁石22が配置されている。したがって、xy平面において、1組の永久磁石22は、V字形状を持つように1つの磁石挿入孔211内に配置されている。本実施の形態では、ロータ2は、12個の永久磁石22を有する。
 シャフト24は、焼き嵌め、圧入などの方法で、シャフト孔212に固定されている。
 各永久磁石22は、軸方向に長い平板状の磁石である。各永久磁石22は、例えば、ネオジウム(Nd)、鉄(Fe)、及びボロン(B)を含む希土類磁石である。1つの磁石挿入孔211内に配置された、2つの永久磁石22は、ロータ2の1つの磁極の役目をする。
 ロータコア21は、複数の外側スリット213と、複数の内側スリット214とをさらに有する。
 各外側スリット213は、磁石挿入孔211とロータコア21の外周面21aとの間に設けられている。各外側スリット213は、ロータコア21の周方向に延びている。図3に示されるように、1つの磁極について2つの外側スリット213が磁石挿入孔211とロータコア21の外周面21aとの間に設けられている。したがって、本実施の形態では、ロータコア21は、12個の外側スリット213を有する。
 各磁極において、2つの外側スリット213のうちの1つは、磁石挿入孔211の一端側に設けられており、もう1つの外側スリット213は、磁石挿入孔211の他端側に設けられている。言い換えると、各磁極において、2つの外側スリット213のうちの1つは、磁石挿入孔211の一端に対向しており、もう1つの外側スリット213は、磁石挿入孔211の他端に対向している。これにより、各外側スリット213は、ロータ2における漏れ磁束を低減する。すなわち、各外側スリット213は、フラックスバリアの役目をする。
 各内側スリット214は、磁石挿入孔211とロータコア21の外周面21aとの間に設けられている。具体的には、各磁極において、複数の内側スリット214は、2つの外側スリット213の間に設けられている。これらの複数の内側スリット214は、ロータコア21の周方向に配列されている。より具体的には、これらの複数の内側スリット214は、xy平面において、磁極中心部C1を通る仮想線と直交する方向に配列されている。図2及び図3に示される例では、磁極中心部C1を通る仮想線は、2つの永久磁石22の間を通る。磁極中心部C1を通る仮想線は、図2及び図3において破線で示されている。各磁極において、各内側スリット214は、磁極中心部C1を通る仮想線と平行に延びている。
 複数の内側スリット214は、少なくとも1つの第1の内側スリット214a、少なくとも1つの第2の内側スリット214b、及び少なくとも1つの第3の内側スリット214cを含む。
 各第1の内側スリット214aは、磁極中心部C1に隣接している。すなわち、各第1の内側スリット214aは、内側スリット214のうちで最も磁極中心部C1に近い。
 各第2の内側スリット214bは、第1の内側スリット214aに隣接しており、第1の内側スリット214aと第3の内側スリット214cとの間に位置する。
 各第3の内側スリット214cは、第2の内側スリット214bに隣接している。
 xy平面において、各第1の内側スリット214a、各第2の内側スリット214b、及び各第3の内側スリット214cは、磁極中心部C1から離れる方向にこの順で配列されている。すなわち、磁極中心部C1と1つの外側スリット213(例えば、図3において右側の外側スリット213)との間に、1組の内側スリット214(具体的には、1つの第1の内側スリット214a、1つの第2の内側スリット214b、及び1つの第3の内側スリット214c)が設けられている。同様に、磁極中心部C1ともう1つの外側スリット213(例えば、図3において左側の外側スリット213)との間に、もう1組の内側スリット214(具体的には、もう1つの第1の内側スリット214a、もう1つの第2の内側スリット214b、及びもう1つの第3の内側スリット214c)が設けられている。
 すなわち、ロータ2の各磁極において、ロータコア21は、磁極中心部C1と1つの外側スリット213との間に一組の内側スリット214を有し、磁極中心部C1ともう1つの外側スリット213との間にもう一組の内側スリット214を有する。
 本実施の形態では、ロータ2の各磁極において、複数の内側スリット214(例えば、図3において右側の一組の内側スリット214及び左側のもう一組の内側スリット214)は、磁極中心部C1に関して対称である。言い換えると、ロータ2の各磁極において、複数の内側スリット214は、磁極中心部C1に関して対称的に設けられている。
 ロータ2の各磁極において、2つの外側スリット213の間に、2つの第1の内側スリット214a、2つの第2の内側スリット214b、及び2つの第3の内側スリット214cが設けられている。すなわち、本実施の形態では、各磁極において、2つの外側スリット213の間に、6個の内側スリット214が設けられている。しかしながら、各磁極における内側スリット214の数は6個に限定されない。
 複数の内側スリット214が磁石挿入孔211とロータコア21の外周面21aとの間に設けられているので、ロータ2からの磁束密度波形の高調波成分が低減される。これにより、巻線32における誘起電圧の高調波成分及びコギングトルクを低減することができる。
 しかしながら、通常、磁石挿入孔とロータコアの外周面との間の孔は、磁気抵抗を大きくし、インダクタンスを低下させる。その結果、例えば、パルス幅変調制御方式(PWM制御方式とも称する)において、PWM制御信号を生成するためのキャリア波の高調波成分が増加し、モータにおける振動及び騒音が増加する。
 図3は、図2に示されるロータ2の一部の構造を概略的に示す拡大図である。
 距離Lo1は、第1の内側スリット214aからロータコア21の外周面21aまでの最小距離である。距離Lo2は、第2の内側スリット214bからロータコア21の外周面21aまでの最小距離である。距離Lo3は、第3の内側スリット214cからロータコア21の外周面21aまでの最小距離である。
 本実施の形態では、第1の内側スリット214aからロータコア21の外周面21aまでの最小距離である距離Lo1は、第1の内側スリット214a以外の他のどの内側スリット214からロータコア21の外周面21aまでの最小距離よりも長い。言い換えると、複数の内側スリット214からロータコア21の外周面21aまでの距離の中で、距離Lo1が最も長い。図3に示される例では、距離Lo1は、距離Lo2及び距離Lo3よりも長い。
 磁極中心部C1から1つの外側スリット213の間の複数の内側スリット214のうちの第1の内側スリット214a以外の内側スリット214からロータコア21の外周面21aまでの最小距離のうちの最小値をLo_minとしたとき、距離Lo1及び最小値Lo_minの関係は、3<Lo1/Lo_minを満たす。
 図3に示される例では、Lo1>Lo3>Lo2である。図3に示される例では、各内側スリット214からロータコア21の外周面21aまでの最小距離のうちの最小値は、Lo2である。すなわち、図3に示される例では、Lo_min=Lo2である。この場合、距離Lo1及び最小値Lo2の関係は、3<Lo1/Lo2を満たす。
 図4は、比率Lo1/Lo_minとq軸インダクタンスとの関係を示す図である。
 Lo1/Lo_min≦3では、ロータコア21の外周面21a付近においてq軸方向における磁気抵抗が増加するため、図4に示されるように、q軸インダクタンスが急激に低下する。
 上述のように、本実施の形態では、距離Lo1及び最小値Lo_minの関係は、3<Lo1/Lo_minを満たす。これにより、ロータコア21の外周面21a付近においてq軸方向における磁気抵抗が低下し、q軸インダクタンスの低下を抑えることができる。すなわち、Lo1/Lo_minが3より大きいとき、充分なq軸インダクタンスが得られる。その結果、PWM制御方式において、PWM制御信号を生成するためのキャリア波の高調波成分が減少し、モータにおける振動及び騒音を低減することができる。
 図5は、比率Lo1/Lo_minとd軸インダクタンスとの関係を示す図である。
 図5に示されるように、3<Lo1/Lo_minでは、d軸インダクタンスが増加する。したがって、距離Lo1及び最小値Lo_minの関係は、3<Lo1/Lo_minを満たすことが望ましい。これにより、ロータコア21の外周面21a付近においてd軸方向における磁気抵抗が低下する。その結果、PWM制御方式において、PWM制御信号を生成するためのキャリア波の高調波成分が減少し、モータにおける振動及び騒音を低減することができる。
 図6は、図2に示されるロータ2の一部の構造を概略的に示す拡大図である。
 距離Li1は、第1の内側スリット214aから磁石挿入孔211までの最小距離である。距離Li2は、第2の内側スリット214bから磁石挿入孔211までの最小距離である。距離Li3は、第3の内側スリット214cから磁石挿入孔211までの最小距離である。
 本実施の形態では、第1の内側スリット214aから磁石挿入孔211までの最小距離は、磁極中心部C1から1つの外側スリット213の間の複数の内側スリット214のうちの第1の内側スリット214a以外の他のどの内側スリット214から磁石挿入孔211までの最小距離よりも長い。言い換えると、複数の内側スリット214から磁石挿入孔211までの距離の中で、距離Li1が最も短い。図6に示される例では、距離Li1は、距離Li2及び距離Li3よりも短い。
 磁極中心部C1から1つの外側スリット213の間の複数の内側スリット214のうちの第1の内側スリット214a以外の内側スリット214から磁石挿入孔211までの最小距離のうちの最小値をLi_minとしたとき、距離Li1及び最小値Li_minの関係は、1<Li1/Li_minを満たす。
 図6に示される例では、第1の内側スリット214a以外の内側スリット214から磁石挿入孔211までの最小距離のうちの最小値は、Li3である。すなわち、図6に示される例では、Li_min=Li3である。図6に示される例では、Li1<Li3<Li2である。この場合、距離Li1及び最小値Li3の関係は、1<Li1/Li3を満たす。
 図7は、比率Li1/Li_minとq軸インダクタンスとの関係を示す図である。
 Li1/Li_min≦1では、ロータコア21の外周面21a付近においてq軸方向における磁気抵抗が増加するため、図7に示されるように、q軸インダクタンスが急激に低下する。
 上述のように、本実施の形態では、距離Li1及び最小値Li_minの関係は、1<Li1/Li_minを満たす。これにより、ロータコア21の外周面21a付近においてq軸方向における磁気抵抗が低下し、q軸インダクタンスの低下を抑えることができる。すなわち、Li1/Li_minが1より大きいとき、充分なq軸インダクタンスが得られる。その結果、PWM制御方式において、PWM制御信号を生成するためのキャリア波の高調波成分が減少し、モータにおける振動及び騒音を低減することができる。
 図8は、比率Li1/Li_minとd軸インダクタンスとの関係を示す図である。
 図8に示されるように、比率Li1/Li_minに関わらず、d軸インダクタンスの変化は小さい。したがって、距離Li1及び最小値Li_minの関係は、1<Li1/Li_minを満たすことが望ましい。これにより、上述のように、モータにおける振動及び騒音を低減することができる。
 図9は、図2に示されるロータ2の一部の構造を概略的に示す拡大図である。
 幅Ws1は、xy平面における第1の内側スリット214aの短手方向の最大幅である。第1の内側スリット214aの短手方向は、xy平面において、磁極中心部C1を通る仮想線と直交する方向である。幅Ws2は、xy平面における第2の内側スリット214bの短手方向の最大幅である。第2の内側スリット214bの短手方向は、xy平面において、磁極中心部C1を通る仮想線と直交する方向である。幅Ws3は、xy平面における第3の内側スリット214cの短手方向の最大幅である。第3の内側スリット214cの短手方向は、xy平面において、磁極中心部C1を通る仮想線と直交する方向である。すなわち、「短手方向」は、図9では、x軸方向である。
 磁極中心部C1から1つの外側スリット213の間の複数の内側スリット214のうちの第1の内側スリット214以外の内側スリット214の短手方向の幅の総計をWs2_totalとしたとき、Ws1/Ws2_total>0.85を満たす。
 図9に示される例では、磁極中心部C1から1つの外側スリット213の間の第1の内側スリット214以外の内側スリット214の短手方向の幅の総計は、幅Ws2と幅Ws3との総計である。すなわち、図9に示される例では、Ws2_total=Ws2+Ws3である。この場合、幅Ws1及び幅の総計Ws2_totalの関係は、Ws1/(Ws2+Ws3)>0.85を満たす。
 図10は、比率Ws1/Ws2_totalとq軸インダクタンスとの関係を示す図である。
 Ws1/Ws2_total≦0.85では、ロータコア21の外周面21a付近においてq軸方向における磁気抵抗が増加するため、図10に示されるように、q軸インダクタンスが低い。
 上述のように、本実施の形態では、幅Ws1及び幅の総計Ws2_totalの関係は、Ws1/(Ws2+Ws3)>0.85を満たす。これにより、ロータコア21の外周面21a付近においてq軸方向における磁気抵抗が低下し、q軸インダクタンスが増加する。すなわち、Ws1/(Ws2+Ws3)が0.85より大きいとき、充分なq軸インダクタンスが得られる。その結果、PWM制御方式において、PWM制御信号を生成するためのキャリア波の高調波成分が減少し、モータにおける振動及び騒音を低減することができる。
 図11は、比率Ws1/Ws2_totalとd軸インダクタンスとの関係を示す図である。
 図11に示されるように、比率Ws1/Ws2_totalに関わらず、充分なd軸インダクタンスが維持されている。したがって、幅Ws1及び幅の総計Ws2_totalの関係は、Ws1/(Ws2+Ws3)>0.85を満たすことが望ましい。これにより、上述のように、モータにおける振動及び騒音を低減することができる。
 図9に示されるように、磁極中心部C1から1つの外側スリット213までの最短距離をWrとし、磁極中心部C1から1つの外側スリット213の間の複数の内側スリット214の短手方向の幅の総計をWs1_totalとしたとき、最短距離Wr及び幅の総計Ws1_totalの関係は、Ws1_total/Wr<0.62を満たす。
 図9に示される例では、磁極中心部C1から1つの外側スリット213の間の複数の内側スリット214の短手方向の幅の総計は、幅Ws1、幅Ws2、及び幅Ws3の総計である。すなわち、図9に示される例では、Ws1_total=Ws1+Ws2+Ws3である。この場合、最短距離Wr及び幅の総計Ws1_totalの関係は、(Ws1+Ws2+Ws3)/Wr<0.62を満たす。
 図12は、比率Ws1_total/Wrとq軸インダクタンスとの関係を示す図である。
 図12に示されるように、Ws1_total/Wrが0.62よりも小さいとき、q軸インダクタンスの変化は小さい。さらに、Ws1_total/Wrが0.62よりも小さいとき、比率Ws1_total/Wrに関わらず、充分なq軸インダクタンスが維持されている。
 図13は、比率Ws1_total/Wrとd軸インダクタンスとの関係を示す図である。
 0.62≦Ws1_total/Wrでは、ロータコア21の外周面21a付近においてd軸方向における磁気抵抗が増加するため、図13に示されるように、q軸インダクタンスが急激に低下する。
 上述のように、本実施の形態では、最短距離Wr及び幅の総計Ws1_totalの関係は、Ws1_total/Wr<0.62を満たす。これにより、ロータコア21の外周面21a付近においてd軸方向における磁気抵抗が低下し、d軸インダクタンスの低下を抑えることができる。すなわち、Ws1_total/Wrが0.62より小さいとき、充分なd軸インダクタンスが得られる。その結果、PWM制御方式において、PWM制御信号を生成するためのキャリア波の高調波成分が減少し、モータにおける振動及び騒音を低減することができる。
 最短距離Wr及び幅の総計Ws1_totalの関係は、Ws1_total/Wr<0.6を満たすことがより望ましい。これにより、ロータコア21の外周面21a付近においてd軸方向における磁気抵抗がさらに低下し、d軸インダクタンスの低下を効果的に抑えることができる。すなわち、Ws1_total/Wrが0.60より小さいとき、d軸インダクタンスがさらに増加する。その結果、PWM制御方式において、PWM制御信号を生成するためのキャリア波の高調波成分が減少し、モータにおける振動及び騒音を低減することができる。
 図14は、モータ1におけるキャリア波の波形を示す図である。
 図14における太線は、モータ1におけるキャリア波を示し、細線は、参考例としてのモータにおけるキャリア波を示す。参考例としてのモータにおけるロータでは、Lo1=Lo2=Lo3であり、且つLi1=Li2=Li3である。
 上述のように、ロータ2を有するモータ1では、ロータコア21の外周面21a付近においてq軸方向における磁気抵抗が低下し、q軸インダクタンスの低下を抑えることができ、充分なq軸インダクタンスが得られる。その結果、図14に示されるように、PWM制御方式において、PWM制御信号を生成するためのキャリア波の高調波成分が減少し、モータにおける振動及び騒音を低減することができる。
実施の形態2.
 本発明の実施の形態2に係る圧縮機6について説明する。
 図15は、実施の形態2に係る圧縮機6の構造を概略的に示す断面図である。
 圧縮機6は、電動要素としてのモータ1と、ハウジングとしての密閉容器61と、圧縮要素(圧縮装置ともいう)としての圧縮機構62とを有する。本実施の形態では、圧縮機6は、ロータリー圧縮機である。ただし、圧縮機6は、ロータリー圧縮機に限定されない。
 圧縮機6内のモータ1は、実施の形態2で説明したモータ1である。モータ1は、圧縮機構62を駆動する。
 密閉容器61は、モータ1及び圧縮機構62を覆う。密閉容器61は、円筒状の容器である。密閉容器61の底部には、圧縮機構62の摺動部分を潤滑する冷凍機油が貯留されている。
 圧縮機6は、さらに、密閉容器61に固定されたガラス端子63と、アキュムレータ64と、吸入パイプ65と、吐出パイプ66とを有する。
 圧縮機構62は、シリンダ62aと、ピストン62bと、上部フレーム62c(第1のフレームとも称する)と、下部フレーム62d(第2のフレームとも称する)と、上部フレーム62c及び下部フレーム62dに取り付けられた複数のマフラ62eとを有する。圧縮機構62は、さらに、シリンダ62a内を吸入側と圧縮側とに分けるベーンを有する。圧縮機構62は、密閉容器61内に配置されている。圧縮機構62は、モータ1によって駆動される。
 モータ1は、圧入又は焼き嵌めで密閉容器61内に固定されている。圧入及び焼き嵌めの代わりに溶接でモータ1を密閉容器61に直接取り付けてもよい。
 モータ1のコイル(例えば、実施の形態1で説明した巻線32)には、ガラス端子63を通して電力が供給される。
 モータ1のロータ2(具体的には、シャフト24の片側)は、上部フレーム62c及び下部フレーム62dの各々に備えられた軸受けによって回転自在に支持されている。
 ピストン62bには、シャフト24が挿通されている。上部フレーム62c及び下部フレーム62dには、シャフト24が回転自在に挿通されている。上部フレーム62c及び下部フレーム62dは、シリンダ62aの端面を閉塞する。アキュムレータ64は、吸入パイプ65を通して冷媒(例えば、冷媒ガス)をシリンダ62aに供給する。
 次に、圧縮機6の動作について説明する。アキュムレータ64から供給された冷媒は、密閉容器61に固定された吸入パイプ65からシリンダ62a内へ吸入される。モータ1が回転することにより、シャフト24に嵌合されたピストン62bがシリンダ62a内で回転する。これにより、シリンダ62a内で冷媒が圧縮される。
 圧縮された冷媒は、マフラ62eを通り、密閉容器61内を上昇する。このようにして、圧縮された冷媒が、吐出パイプ66を通って冷凍サイクルの高圧側へ供給される。
 圧縮機6の冷媒として、R410A、R407C、又はR22等を用いることができる。ただし、圧縮機6の冷媒は、これらの種類に限られない。圧縮機6の冷媒として、GWP(地球温暖化係数)が小さい冷媒、例えば、下記の冷媒を用いることができる。
(1)組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素、例えばHFO(Hydro-Fluoro-Orefin)-1234yf(CF3CF=CH2)を用いることができる。HFO-1234yfのGWPは4である。
(2)組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素、例えばR1270(プロピレン)を用いてもよい。R1270のGWPは3であり、HFO-1234yfより低いが、可燃性はHFO-1234yfより高い。
(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又は組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素の少なくとも何れかを含む混合物、例えばHFO-1234yfとR32との混合物を用いてもよい。上述したHFO-1234yfは低圧冷媒のため圧損が大きくなる傾向があり、冷凍サイクル(特に蒸発器)の性能低下を招く可能性がある。そのため、HFO-1234yfよりも高圧冷媒であるR32又はR41との混合物を用いることが実用上は望ましい。
 実施の形態2に係る圧縮機6は、実施の形態1で説明した利点を持つ。
 さらに、実施の形態2に係る圧縮機6は、実施の形態2に係るモータ1を有するので、圧縮機6における振動及び騒音を低減することができる。
実施の形態3.
 実施の形態2に係る圧縮機6を有する、空気調和機としての冷凍空調装置7について説明する。
 図16は、本発明の実施の形態3に係る冷凍空調装置7の構成を概略的に示す図である。
 冷凍空調装置7は、例えば、冷暖房運転が可能である。図16に示される冷媒回路図は、冷房運転が可能な空気調和機の冷媒回路図の一例である。
 実施の形態3に係る冷凍空調装置7は、室外機71と、室内機72と、室外機71及び室内機72を接続する冷媒配管73とを有する。
 室外機71は、圧縮機6と、熱交換器としての凝縮器74と、絞り装置75と、室外送風機76(第1の送風機)とを有する。凝縮器74は、圧縮機6によって圧縮された冷媒を凝縮する。絞り装置75は、凝縮器74によって凝縮された冷媒を減圧し、冷媒の流量を調節する。絞り装置75は、減圧装置とも言う。
 室内機72は、熱交換器としての蒸発器77と、室内送風機78(第2の送風機)とを有する。蒸発器77は、絞り装置75によって減圧された冷媒を蒸発させ、室内空気を冷却する。
 冷凍空調装置7における冷房運転の基本的な動作について以下に説明する。冷房運転では、冷媒は、圧縮機6によって圧縮され、凝縮器74に流入する。凝縮器74によって冷媒が凝縮され、凝縮された冷媒が絞り装置75に流入する。絞り装置75によって冷媒が減圧され、減圧された冷媒が蒸発器77に流入する。蒸発器77において冷媒は蒸発し、冷媒(具体的には、冷媒ガス)が再び室外機71の圧縮機6へ流入する。室外送風機76によって空気が凝縮器74に送られると冷媒と空気との間で熱が移動し、同様に、室内送風機78によって空気が蒸発器77に送られると冷媒と空気との間で熱が移動する。
 以上に説明した冷凍空調装置7の構成及び動作は、一例であり、上述した例に限定されない。
 実施の形態3に係る冷凍空調装置7によれば、実施の形態1から2で説明した利点を持つ。
 さらに、実施の形態3に係る冷凍空調装置7は、実施の形態2に係る圧縮機6を有するので、冷凍空調装置7における振動及び騒音を低減することができる。
 以上に説明したように、好ましい実施の形態を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
 以上に説明した各実施の形態における特徴は、互いに適宜組み合わせることができる。
 1 モータ、 2 ロータ、 3 ステータ、 6 圧縮機、 7 冷凍空調装置、 21 ロータコア、 21a 外周面、 22 永久磁石、 61 密閉容器、 62 圧縮機構、 211 磁石挿入孔、 213 外側スリット、 214 内側スリット、 214a 第1の内側スリット、 214b 第2の内側スリット、 214c 第3の内側スリット。

Claims (10)

  1.  磁極中心部を持つロータであって、
     磁石挿入孔を持つロータコアと、
     前記磁石挿入孔に配置された永久磁石と
     を備え、
     前記ロータコアは、
     前記磁石挿入孔と前記ロータコアの外周面との間に設けられた、前記ロータコアの周方向に延びている外側スリットと、
     前記磁極中心部と前記外側スリットとの間に設けられており、前記周方向に配列された複数の内側スリットと
     を有し、
     前記複数の内側スリットは、前記磁極中心部に隣接する第1の内側スリットを含み、
     前記第1の内側スリットから前記ロータコアの外周面までの最小距離は、前記複数の内側スリットのうちの前記第1の内側スリット以外の他のどの内側スリットから前記ロータコアの外周面までの最小距離よりも長い
     ロータ。
  2.  前記第1の内側スリットから前記ロータコアの外周面までの前記最小距離をLo1とし、前記複数の内側スリットのうちの前記第1の内側スリット以外の内側スリットから前記ロータコアの外周面までの最小距離のうちの最小値をLo_minとしたとき、
     3<Lo1/Lo_minを満たす請求項1に記載のロータ。
  3.  前記第1の内側スリットから前記磁石挿入孔までの最小距離は、前記複数の内側スリットのうちの前記第1の内側スリット以外の他のどの内側スリットから前記磁石挿入孔までの最小距離よりも短い請求項1又は2に記載のロータ。
  4.  前記第1の内側スリットから前記磁石挿入孔までの前記最小距離をLi1とし、前記複数の内側スリットのうちの前記第1の内側スリット以外の内側スリットから前記磁石挿入孔までの最小距離のうちの最小値をLi_minとしたとき、
     1<Li1/Li_minを満たす請求項1から3のいずれか1項に記載のロータ。
  5.  前記ロータの軸方向と直交する平面において、前記第1の内側スリットの短手方向の幅をWs1とし、前記複数の内側スリットのうちの前記第1の内側スリット以外の内側スリットの前記短手方向の幅の総計をWs2_totalとしたとき、
     Ws1/Ws2_total>0.85を満たす請求項1から4のいずれか1項に記載のロータ。
  6.  前記磁極中心部から前記外側スリットまでの最短距離をWrとし、前記複数の内側スリットの短手方向の幅の総計をWs1_totalとしたとき、
     Ws1_total/Wr<0.62を満たす請求項1から5のいずれか1項に記載のロータ。
  7.  前記ロータコアは、一組の内側スリットをさらに有し、
     前記複数の内側スリット及び前記一組の内側スリットは、前記磁極中心部に関して対称である請求項1から6のいずれか1項に記載のロータ。
  8.  ステータと、
     前記ステータの内側に配置された請求項1から7のいずれか1項に記載のロータと
     を備えるモータ。
  9.  密閉容器と、
     前記密閉容器内に配置された圧縮装置と、
     前記圧縮装置を駆動する請求項8に記載のモータと
     を備える圧縮機。
  10.  請求項9に記載の圧縮機と、
     熱交換器と
     を備える空気調和機。
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