JP6526316B2 - ロータ、電動機、圧縮機、および冷凍空調機 - Google Patents

Description

本発明は、ロータ、電動機、圧縮機、および冷凍空調機に関する。

電動機には、ロータコアに形成された磁石挿入孔に板状の磁石が挿入されたロータを用いた埋め込み磁石型電動機がある。特許文献１では、磁石挿入孔およびそこに挿入される磁石が、端部に向かうにしたがってロータの外周面に近接するように反った形状となっている。

埋め込み磁石型電動機では、ステータからの反磁界によって磁石が減磁することで、ロータの磁力が下がり、効率の悪化を招くほか、モータ特性が変わることによる制御性の悪化が懸念される。そこで、ステータからの反磁界によって磁石が減磁することを抑えるために、磁石の両端部で磁石挿入孔との間に空隙が設けられる場合がある。

特開２００２−１３６０１１号公報

しかしながら、磁石の端部に空隙を設けることで、磁石挿入孔の内部で磁石が動いてしまう懸念がある。磁石挿入孔の内部で磁石が動くことで、ロータコアと磁石とが接触し、磁石が破損してしまう場合がある。また、磁石挿入孔の内部で磁石が動くことで、磁石の端部で空隙の大きさが不十分となり、ステータからの反磁界による減磁によって、電動機の効率が悪化する場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、磁石挿入孔の内部での磁石の移動を抑えることで、信頼性および効率の向上を図ることのできるロータを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるロータは、ロータコアと、ロータコアに形成された磁石挿入孔に挿入された磁石と、を備える。磁石挿入孔は、ロータコアの回転軸と平行に延びており、回転軸に垂直な断面において、回転軸に向けて凸となる中央部分を有する円弧形状である。磁石挿入孔の円弧形状は、第１の円弧面と、第１の円弧面と中心を同じくするとともに第１の円弧面よりも半径の大きい第２の円弧面とを有して形成されている。第２の円弧面は、第１の円弧面に向けて突出する２つの突部を有する。磁石は、２つの突部の間に挿入されて２つの突部に当接する。

本発明にかかるロータは、磁石挿入孔の内部での磁石の移動を抑えることで、信頼性および効率の向上を図ることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる電動機の概略構成を示す斜視図 実施の形態１にかかる電動機を回転軸に垂直な断面で見た図 図２に示すＡ部分を拡大した部分拡大図 実施の形態１にかかる電動機を用いた圧縮機の断面図 実施の形態１における圧縮機を用いて構成された冷凍空調機の構成図 実施の形態２にかかる電動機を回転軸に垂直な断面で見た図 図６に示すＧ部分を拡大した部分拡大図

以下に、本発明の実施の形態にかかるロータ、電動機、圧縮機、および冷凍空調機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電動機の概略構成を示す斜視図である。電動機５１は、筒状形状のステータ１と、ステータ１の内側に設けられた円柱形状または円筒形状のロータ３と、を備える。ステータ１とロータ３は互いの回転軸Ｃを一致させて配置され、ロータ３は回転軸Ｃを中心に回転する

図２は、実施の形態１にかかる電動機５１を回転軸Ｃに垂直な断面で見た図である。ステータ１は、内側に向けて突出された複数のティース１ａに対して、巻線８が巻き付けられて構成される。ロータ３は、ステータ１との間に隙間を設けて配置される。

ロータ３は、ロータコア４と磁石５とを備える。ロータコア４は、複数の電磁鋼板を回転軸Ｃに沿った方向に積層して形成される。ロータコア４は、円筒形状または円柱形状であり、ロータ３の外郭を構成する。ロータコア４には、回転軸Ｃに沿った方向に延びる磁石挿入穴６が形成される。磁石挿入穴６には、永久磁石である磁石５が挿入されて嵌め込まれる。磁石５は、ネオジムおよびジスプロシウムを主成分とした希土類磁石である。希土類磁石を用いることで、高い残留磁束密度と保磁力を有するため、希土類磁石を用いることで高効率及び減磁耐力に優れた永久磁石埋込型電動機を構成できる。

ロータコア４には、電動機５１の極数と同じ数の磁石挿入穴６が形成されており、本実施の形態１では６個の磁石挿入穴６が形成されている。磁石挿入孔６は、回転軸Ｃと平行に延びるように形成されており、ロータコア４を貫通する。

図３は、図２に示すＡ部分を拡大した部分拡大図である。磁石挿入孔６は、回転軸Ｃに垂直な断面において、回転軸Ｃに向けて凸となる中央部を有する円弧形状である。その円弧形状は、同じ中心点Ｄを中心とする第１の円弧面６１と第２の円弧面６２とを有して形成されている。第１の円弧面６１の半径よりも第２の円弧面６２の半径のほうが大きくなっている。

また、第１の円弧面６１の端部と第２の円弧面６２の端部とが、ロータコア４の外周面と平行な連結面６３によって連結される。ロータコア４の外周面と連結面６３との距離、すなわちロータコア４の外周面と磁石挿入孔６との間隔である外周ブリッジ幅Ｂは、磁石挿入孔６の両端で等しくなっている。なお、ロータコア４を構成する電磁鋼板をプレス加工によって製造する場合、外周ブリッジ幅Ｂは、ロータコア４を構成する電磁鋼板の板厚以上とする必要がある。回転軸Ｃに垂直な断面において磁石挿入孔６の第１の円弧面６１の中点と、第２の円弧面６２の中点とを結ぶ線を仮想線Ｅとすると、磁石挿入孔６は仮想線Ｅに対称な形状となっている。

第２の円弧面６２には、第１の円弧面６１に向けて突出する２つの突部７が形成される。２つの突部７のそれぞれには、磁石５と当接する突部側当接面７ａが形成される。突部側当接面７ａは平面である。２つの突部７に形成された突部側当接面７ａ同士は、互いに平行となっている。また、突部側当接面７ａ同士は、仮想線Ｅに対称となるように形成されている。

磁石挿入孔６に挿入される磁石５は、磁石挿入孔６と同様に、回転軸Ｃに垂直な断面において円弧形状であり、第１の円弧面６１および第２の円弧面６２に当接する。また、磁石５は、２つの突部７同士の間に挿入される。

磁石５の両端には、突部側当接面７ａに当接する磁石側当接面５ａが形成されている。磁石側当接面５ａは平面である。したがって、突部側当接面７ａと磁石側当接面５ａとの当接は、平面同士の当接となる。磁石挿入孔６に挿入された状態で、磁石５は仮想線Ｅに対称な形状であり、磁石側当接面５ａ同士も仮想線Ｅに対称となる。したがって、ロータ３の磁極中心線と仮想線Ｅとが一致する。なお、磁極中心線とは回転軸Ｃから延びて磁石５の極の中心を通過する線である。

また、磁石５が磁石挿入孔６に挿入された状態で、磁石挿入孔６の連結面６３と磁石５との間には空隙が形成される。連結面６３と磁石５との距離、すなわち空隙の幅Ｆは、磁石５の両端で等しくなっている。

以上説明した電動機によれば、磁石５に形成された磁石側当接面５ａがロータコア４に形成された突部側当接面７ａに当接するため、ロータ３の回転時に磁石挿入孔６の内部での磁石５の移動を抑えることができる。これにより、磁石５の破損を抑えて、電動機５１の信頼性の向上を図ることができる。また、空隙の幅Ｆの縮小による電動機５１の効率の悪化を抑えることができる。

また、本実施の形態１の磁石側当接面５ａのように平行な平面同士であれば、いずれか一方の面を基準面として他方の面までの距離を正確に測ることは容易である。これに対して、平面ではない面同士または平行ではない面同士の距離を正確に測ることは難しい。したがって、磁石５に形成された磁石側当接面５ａ同士が平面かつ平行であるロータ３では、磁石５の製造工程において、磁石側当接面５ａ同士の距離の精度向上が図りやすくなる。これにより、磁石挿入孔６内での磁石５のガタツキをより確実に抑えることが可能となる。

また、突部側当接面７ａと磁石側当接面５ａとの当接が、平面同士の当接であるため、曲面を当接させる場合に比べて精度よく当接させやすく、突部側当接面７ａと磁石側当接面５ａとが点接触または線接触になって当接面積が少なくなってしまうことを防ぎやすくなる。したがって、突部側当接面７ａと磁石側当接面５ａとが当接する面積を十分に確保して、磁石挿入孔６内での磁石５のガタツキをより確実に抑えることが可能となる。

また、突部７が第１の円弧面６１に形成されている場合には、ロータ３の回転時に磁石５から突部７に加わる力が、ロータコア４の外周面と連結面６３との間となる部分に集中して加わることとなる。ここで、ロータコア４の外周面と連結面６３との間となる部分の幅、すなわち外周ブリッジ幅Ｂは、電動機５１の効率向上のためなるべく小さくされる。したがって、突部７が第１の円弧面６１に形成されている場合には、突部７に加わる力によって、ロータコア４の外周面と連結面６３との間となる部分で破損が生じるおそれがある。しかしながら、本実施の形態１の電動機５１では、第２の円弧面６２に突部７が形成されているため、ロータコア４の外周面と連結面６３との間となる部分で破損が生じにくい。

なお、突部７の形状は、図２，３に示す形状に限定されず、回転軸Ｃに垂直な断面において、四角形状であってもよいし、その他の形状であってもよい。

次に、電動機５１を用いた圧縮機について説明する。図４は、実施の形態１にかかる電動機５１を用いた圧縮機の断面図である。圧縮機２００の密閉容器１６は、鋼板を絞り加工して円筒形状に形成したものである。密閉容器１６には、電動機５１と圧縮部６０とが設けられ、密閉容器１６の底部には、圧縮部６０の摺動部を潤滑する冷凍機油が貯留されている。圧縮部６０には、スクロール、ロータリ、またはレシプロといった機構が用いられる。

ステータ１は、焼き嵌め、冷し嵌め、または圧入で密閉容器１６の内周部に保持される。ステータ１に巻かれた巻線８には密閉容器１６に固定されるガラス端子１４からの電力が供給される。

ロータ３は、ロータ３から延びる軸部３ａが、軸受け部である上部フレーム６６および下部フレーム６５に保持されて、回転自在な状態となっている。

圧縮部６０は、上下積層状態に設けられたシリンダ７２と、軸部３ａが挿入されるピストン７３と、軸部３ａが挿入されシリンダ７２の軸方向端面を閉塞する上下一対の上部フレーム６６および下部フレーム６５と、上部フレーム６６に装着された上部吐出マフラ７１と、下部フレーム６５に装着された下部吐出マフラ６４と、シリンダ７２内を吸入側と圧縮側に分ける図示しないベーンとを有する。

圧縮機２００の動作を説明する。アキュムレータ１２から供給された冷媒ガスは、密閉容器１６に固定された吸入パイプ１３よりシリンダ７２内へ吸入される。インバータの通電によりロータ３が回転することで、軸部３ａに嵌合されたピストン７３がシリンダ７２内で回転し、シリンダ７２内では冷媒の圧縮が行われる。圧縮された高温の冷媒は、上部吐出マフラ７１および下部吐出マフラ６４を経た後、ステータ１とロータ３との隙間、またはロータ３に形成された図示しない風穴を通って密閉容器１６内を上昇し、密閉容器１６に設けられた吐出パイプ１５を通って冷凍サイクルの高圧側へと供給される。

次に、電動機５１を用いた冷凍空調機について説明する。図５は、実施の形態１における圧縮機２００を用いて構成された冷凍空調機の構成図である。冷凍空調機３００は、電動機５１を備える圧縮機２００と、四方弁３５と、圧縮機２００において圧縮された高温高圧の冷媒ガスの熱を空気と熱交換して凝縮し液冷媒にする凝縮器３２と、液冷媒を膨張させて低温低圧の液冷媒にする膨張器３３と、低温低圧の液冷媒に吸熱させて低温低圧のガス冷媒にする蒸発器３４と、圧縮機２００、膨張器３３、および四方弁３５を制御する制御部３６とで構成される。圧縮機２００、四方弁３５、凝縮器３２、膨張器３３、および蒸発器３４は、各々冷媒配管３１により接続され冷凍サイクルを構成する。圧縮機２００を用いることにより高効率で高出力な冷凍空調機３００を提供できる。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２にかかる電動機１５１を回転軸に垂直な断面で図である。図７は、図６に示すＧ部分を拡大した部分拡大図である。なお、実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施の形態２にかかる電動機１５１では、磁石挿入孔６の第２の円弧面６２に形成された突部１０７の形状、特に突部側当接面１０７ａの形状が実施の形態１と異なっている。具体的には、突部側当接面１０７ａ同士が、第２の円弧面６２から離れるにしたがって互いの距離が近くなる。これは、突部側当接面１０７ａが仮想線Ｅに向けて延びるように形成されているとも換言できるし、突部側当接面１０７ａが磁極中心線に向けて延びるように形成されているとも換言できる。

磁石挿入孔６に挿入される磁石１０５には、突部側当接面１０７ａに当接する磁石側当接面１０５ａが形成されている。磁石側当接面１０５ａ同士は、磁石挿入孔６に挿入された状態で、第２の円弧面６２から離れるにしたがって互いの距離が近くなる。

実施の形態２にかかる電動機１５１では、突部側当接面１０７ａと磁石側当接面１０５ａとが当接するため、実施の形態１と同様に、磁石挿入孔６の内部での磁石１０５の移動を抑えることができる。

また、図７に示すように、突部側当接面１０７ａがロータコア４の外周側から磁石１０５に当接するため、ロータ３の回転時に磁石１０５に生じる遠心力を、突部側当接面１０７ａで受けることができる。したがって、ロータ３の回転時に磁石挿入孔６内での磁石１０５の移動をより確実に抑えることができる。

なお、ロータ３の回転時に磁石１０５に生じる遠心力を突部側当接面１０７ａで受けるため、突部１０７にはある程度の強度が求められる。そこで、突部１０７は、根元部の幅Ｈ、すなわち突部１０７と第２の円弧面６２との境界分での幅Ｈを、外周ブリッジ幅Ｂより大きくして、突部１０７の強度を確保することが好ましい。

突部１０７の形状は、図６，７に示す形状に限定されず、回転軸Ｃに垂直な断面において三角形形状であってもよいし、その他の形状であってもよい。また、突部側当接面１０７ａと磁石側当接面１０５ａは、互いに平面であってもよいし、互いに曲面であってもよい。なお、互いに平面とすることで、突部側当接面１０７ａと磁石側当接面１０５ａとが点接触または線接触になって当接面積が少なくなってしまうことを防ぎやすくなる。

また、本実施の形態２にかかる電動機１５１を、図４および図５に示した圧縮機および冷凍空調機に用いてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ ステータ、１ａ ティース、３ ロータ、３ａ 軸部、４ ロータコア、５，１０５ 磁石、５ａ，１０５ａ 磁石側当接面、６ 磁石挿入孔、７，１０７ 突部、７ａ，１０７ａ 突部側当接面、８ 巻線、５１，１５１ 電動機、６１ 第１の円弧面、６２ 第２の円弧面、６３ 連結面。

Claims (4)

1. ロータコアと、
   前記ロータコアに形成された磁石挿入孔に挿入された磁石と、を備え、
   前記磁石挿入孔は、前記ロータコアの回転軸と平行に延びており、前記回転軸に垂直な断面において、前記回転軸に向けて凸となる中央部分を有する円弧形状であり、
   前記磁石挿入孔の円弧形状は、第１の円弧面と、前記第１の円弧面と中心を同じくするとともに前記第１の円弧面よりも半径の大きい第２の円弧面とを有して形成され、
   前記第２の円弧面は、前記第１の円弧面に向けて突出する２つの突部を有し、
   前記突部のそれぞれには、平面であって、かつ互いに平行で前記磁石に当接する突部側当接面が形成されており、
   前記磁石は、前記２つの突部の間に挿入され、
   前記磁石には、平面であって、かつ前記突部側当接面に当接する磁石側当接面が形成されているロータ。
2. 筒状形状のステータと、
   前記ステータの内側に回転可能に設けられた請求項１に記載のロータと、を備える電動機。
3. 請求項２に記載の電動機を備える圧縮機。
4. 請求項３に記載の圧縮機を備える冷凍空調機。

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