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技術 永久磁石式回転電動機およびこれを用いた圧縮機

出願人 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社
発明者 太田裕樹菊地聡柴田明和
出願日 2015年9月8日 (4年2ヶ月経過) 出願番号 2017-538758
公開日 2018年3月15日 (1年8ヶ月経過) 公開番号 WO2017-042886
状態 特許登録済
技術分野 同期機の永久磁石界磁 回転電機の鉄心
主要キーワード スリット側面 メンテナンス周期 外側鉄心 磁極中心線 効率改善 軸出力 回転子外径 トルク波形
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年3月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題・解決手段

回転子鉄心成形性を容易に維持しつつ、効率の向上、騒音および振動の低減を図った永久磁石式回転電動機およびこれを用いた圧縮機を提供する。回転子鉄心13は、各磁石挿入孔13cの外径側に位置する外側鉄心部13Dを有する。回転子鉄心13において、隣り合う磁石挿入孔13cの間には凹部12が形成されている。外側鉄心部13Dは、永久磁石11の幅方向の両端部の外径側に位置する端部13D1と、端部13D1の間に位置する中央部13D2とを有し、各端部13D1には、一つのスリット13aのみが形成され、中央部13D2は中実に構成されている。

概要

背景

永久磁石式回転電機およびこれを用いた圧縮機の従来技術としては、例えば特許文献1に記載のものがある。特許文献1に記載の永久磁石式回転電機では、回転子鉄心永久磁石挿入孔の外側にスリット複数個形成し、各スリット側面延長線固定子側磁極中心線上の一点で交わるようにしている。これにより、モータ電流を安定させ、特に高速回転時の運転制御性を向上させ、効率改善騒音低減にも効果が得られるとしている。

概要

回転子鉄心の成形性を容易に維持しつつ、効率の向上、騒音および振動の低減をった永久磁石式回転電動機およびこれを用いた圧縮機を提供する。回転子鉄心13は、各磁石挿入孔13cの外径側に位置する外側鉄心部13Dを有する。回転子鉄心13において、隣り合う磁石挿入孔13cの間には凹部12が形成されている。外側鉄心部13Dは、永久磁石11の幅方向の両端部の外径側に位置する端部13D1と、端部13D1の間に位置する中央部13D2とを有し、各端部13D1には、一つのスリット13aのみが形成され、中央部13D2は中実に構成されている。

目的

本発明は、回転子鉄心の成形性を容易に維持しつつ、効率の向上、騒音および振動の低減を図った永久磁石式回転電動機およびこれを用いた圧縮機を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ヨークと、前記ヨークからその径方向内方に向かって延び電機子巻線巻回される複数のティースと、を有する固定子と、外周表面近傍に複数の磁石挿入孔が形成された回転子鉄心と、前記複数の磁石挿入孔に挿入される複数の板状の永久磁石とを備える回転子と、を備え、前記回転子鉄心は、各磁石挿入孔外径側に位置する外側鉄心部を有し、前記回転子鉄心において、隣り合う前記磁石挿入孔の間には凹部が形成され、前記外側鉄心部は、前記永久磁石の幅方向の両端部の外径側に位置する端部と、前記端部の間に位置する中央部とを有し、各端部には、一つのスリットのみが形成され、中央部は中実に構成されている、永久磁石式回転電動機

請求項2

各ティースは、前記ヨークからその径方向の内方に向かって延びるティース基部と、前記ティース基部の先端側に設けられ、円周方向に沿って延びるティース円弧部と、を有し、前記ティース円弧部は、ティース中央部と、前記ティース中央部の前記円周方向の両端に位置する一対のティース拡大部と、を有し、各ティース拡大部と前記外側鉄心部との距離は、前記ティース中央部と前記外側鉄心部との距離よりも大きく構成され、前記ティースと前記外側鉄心部とが径方向に並んだ状態において、前記ティース円弧部の一方の前記ティース拡大部が、前記外側鉄心部の一方の前記スリットに対向し、前記ティース円弧部の他方の前記ティース拡大部が、前記外側鉄心部の他方の前記スリットに対向するように構成されている、請求項1に記載の永久磁石式回転電動機。

請求項3

前記外側鉄心部は、径方向の外端部に、ロータ円弧部と、前記ロータ円弧部の前記円周方向の両端に位置する一対のロータ拡大部と、を有し、各ロータ拡大部は、前記スリットと前記凹部との間に位置し、各ロータ拡大部と前記ティース円弧部との距離は、前記ロータ円弧部と前記ティース円弧部との距離よりも大きく構成されている、請求項1に記載の永久磁石式回転電動機。

請求項4

請求項1〜3のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電動機と、前記永久磁石式回転電動機によって駆動される圧縮機構部と、を備える、圧縮機。

技術分野

0001

本発明は、永久磁石式回転電動機およびこれを用いた圧縮機に関する。

背景技術

0002

永久磁石式回転電機およびこれを用いた圧縮機の従来技術としては、例えば特許文献1に記載のものがある。特許文献1に記載の永久磁石式回転電機では、回転子鉄心永久磁石挿入孔の外側にスリット複数個形成し、各スリット側面延長線固定子側磁極中心線上の一点で交わるようにしている。これにより、モータ電流を安定させ、特に高速回転時の運転制御性を向上させ、効率改善騒音低減にも効果が得られるとしている。

先行技術

0003

特許4340632号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、永久磁石界磁磁束を有効に使うため、永久磁石は可能な限り回転子外径部に近づけて配置される。このため、回転子鉄心のうち、永久磁石挿入孔より固定子側に位置する部分は、非常に小さくなる。このため、特許文献1に記載の効果を得るために、回転子鉄心のうち永久磁石挿入孔より固定子側に位置する部分に、複数個の小さなスリットを形成している。複数個の小さなスリットが形成された回転子鉄心をプレス機にて成形する際には、多くの精密刃具が必要となる。さらには刃具のメンテナンス周期を短くして精密成型を維持する必要がある。

0005

そこで、本発明は、回転子鉄心の成形性を容易に維持しつつ、効率の向上、騒音および振動の低減を図った永久磁石式回転電動機およびこれを用いた圧縮機を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上記目的を達成するため本発明の永久磁石式回転電動機は、ヨークと、前記ヨークからその径方向内方に向かって延び電機子巻線巻回される複数のティースと、を有する固定子と、外周表面近傍に複数の磁石挿入孔が形成された回転子鉄心と、前記複数の磁石挿入孔に挿入される複数の板状の永久磁石とを備える回転子と、を備え、前記回転子鉄心は、各磁石挿入孔外径側に位置する外側鉄心部を有し、前記回転子鉄心において、隣り合う前記磁石挿入孔の間には凹部が形成され、前記外側鉄心部は、前記永久磁石の幅方向の両端部の外径側に位置する端部と、前記端部の間に位置する中央部とを有し、各端部には、一つのスリットのみが形成され、中央部は中実に構成されている。

0007

また、圧縮機は、上記の永久磁石式回転電動機と、前記永久磁石式回転電動機によって駆動される圧縮機構部と、を備える。

発明の効果

0008

本発明によれば、回転子鉄心の成形性を容易に維持しつつ、効率の向上、騒音および振動の低減を図った永久磁石式回転電動機およびこれを用いた圧縮機を提供することができる。

図面の簡単な説明

0009

本実施形態における永久磁石式回転電動機をその回転軸に直交する平面で切った断面図を示す。
本実施形態における回転子の外側鉄心部付近の拡大図を示す。
本実施形態における電動機のトルク波形と、従来の構成の電動機のトルク波形との比較を示す図である。
本実施形態における電動機を備える圧縮機の断面図を示す。

実施例

0010

以下、本発明の実施の形態に係る永久磁石式回転電動機およびこれを用いた圧縮機について、図面を参照して説明する。

0011

図1は、本実施形態における永久磁石式回転電動機100(以下、単に電動機100とする)をその回転軸に直交する平面で切った断面図を示している。図2は、回転子10の外側鉄心部13D付近の拡大図を示す。

0012

図1に示すように、電動機100は、固定子1と、回転子10とを主に備える。固定子1は、円筒状のヨーク6と、複数のティース3を有し、複数のティース3により、複数のスロット部2が形成されている。図示せぬ電機子巻線が、各ティース3を取り囲むように巻回され、スロット部2内に配される。

0013

回転子10は、回転子鉄心13と複数(本実施形態では6枚)の永久磁石11とにより構成される。回転子鉄心13の外周表面近傍には、複数の磁石挿入孔13cが形成されている。各磁石挿入孔13cに対し、板状の永久磁石11が挿入されている。永久磁石11により、磁極が構成される。回転子鉄心13において、隣り合う永久磁石11(磁石挿入孔13c)の間には、凹部12が形成されている。

0014

回転子鉄心13は、磁石挿入孔13c(永久磁石11)の外径側に位置する外側鉄心部13Dを有する。外側鉄心部13Dにおいて、永久磁石11の幅方向両端部の外径側に位置する端部13D1(図2)に、一対のスリット13aが形成されている。すなわち、各端部13D1に一つのスリット13aのみが形成されている。また、外側鉄心部13Dにおいて、一対の端部13D1の間に位置する中央部13D2(図2)は中実に構成されている。

0015

図1図2に示すように、ティース3は、ヨーク6から径方向の内方に向かって延びるティース基部7と、ティース基部7の先端側に設けられ、円周方向に沿って延びるティース円弧部4とを備える。ティース円弧部4は、内周面が円弧状をなすティース中央部8と、一対のティース拡大部5を備える。一対のティース拡大部5は、ティース中央部8の円周方向の両端に位置している。各ティース拡大部5と外側鉄心部13Dとの距離は、ティース中央部8と外側鉄心部13Dとの距離よりも大きく構成されている。本実施の形態では、ティース拡大部5の内面は、円周方向の外方に向かうにつれて、外側鉄心部13Dからの距離が大きくなるように構成されている。換言すれば、ティース拡大部5の内面は、ティース中央部8の内面よりも径方向において外側に位置している。

0016

ティース3と外側鉄心部13Dとが径方向に並んだ状態において、ティース円弧部4の一方のティース拡大部5が、外側鉄心部13Dの一方のスリット13aに対向し、ティース円弧部4の他方のティース拡大部5が、外側鉄心部13Dの他方のスリット13aに対向するように構成されている。

0017

回転子10の外側鉄心部13Dは、径方向の外端部に、ロータ円弧部14と、一対のロータ拡大部15とを有する。ロータ円弧部14は、ティース3に対向する外周面が円弧状をなしている。各ロータ拡大部15は、スリット13aと凹部12との間に位置している。各ロータ拡大部15とティース円弧部4との距離は、ロータ円弧部14とティース円弧部4との距離よりも大きく構成されている。本実施の形態では、ロータ拡大部15の外面は、円周方向の外方に向かうにつれて、ティース円弧部4からの距離が大きくなるように構成されている。換言すれば、ロータ拡大部15の外面は、ロータ円弧部14の外面よりも径方向において内側に位置している。

0018

以上のように、回転子鉄心13において、隣り合う永久磁石11(磁極)の間に、凹部12が形成されているので、隣り合う永久磁石11間での界磁磁束の短絡を防止することができる。回転子10の外側鉄心部13Dには、永久磁石11の幅方向両端部に対応する端部13D1に、一対のスリット13aが形成されている。外側鉄心部13Dにおいて、一対のスリット13aの間に位置する中央部13D2は中実に構成されている。これにより、界磁磁束の短絡をさらに防止できるとともに、磁束分布の円滑化を図ることができ、電機子反作用の低減を図ることができる。その結果、電動機100の効率向上が可能となる。

0019

また、回転子10の外側鉄心部13Dには、一対のスリット13aが形成され、一対のスリット13aの間に位置する中央部13D2は中実に構成されている。よって、回転子鉄心13の製造時に多くの精密刃具を必要とせず、回転子鉄心13の成形性を容易に維持することができる。

0020

また、ティース円弧部4は、ティース中央部8と、ティース中央部8の円周方向の両端に位置する一対のティース拡大部5とを有し、各ティース拡大部5と外側鉄心13D部との距離は、ティース中央部8と外側鉄心部13Dとの距離よりも大きく構成されている。ティース3と外側鉄心部13Dとが径方向に並んだ状態において、ティース円弧部4の一方のティース拡大部5が、外側鉄心部13Dの一方のスリット13aに対向し、ティース円弧部4の他方のティース拡大部5が、外側鉄心部13Dの他方のスリット13aに対向するように構成されている。

0021

これにより、ティース円弧部4の円周方向の端部に界磁磁束が集中することを防止することができるので、磁束分布の円滑化を図ることができ、トルク変動も低く抑えることが可能である。すなわち、凹部12とスリット13aとの組み合わせのみでは、界磁磁束がティース円弧部4の円周方向の端部に集中することで、磁束分布が円滑に変化し難くなってしまい、トルク変動が大きくなってしまう可能性があるが、これを防止することができる。

0022

また、外側鉄心部13Dは、径方向の外端部に、ロータ円弧部14と、ロータ円弧部14の円周方向の両端に位置する一対のロータ拡大部15と、を有し、 各ロータ拡大部15は、スリット13aと凹部12との間に位置し、各ロータ拡大部15とティース円弧部4との距離は、ロータ円弧部14とティース円弧部4との距離よりも大きく構成されている。このため、さらに磁束分布の円滑化を図ることができ,トルク変動を低く抑えることができる。

0023

図3は、本実施形態における電動機100のトルク波形と、従来の構成(スリット13a、凹部12等が形成されていない)の永久磁石式回転電動機のトルク波形との比較を示す図である。図3では、所定の運転条件回転数軸出力)におけるトルク変動を示しており、横軸が時間、縦軸トルクを示している。図3において、実線101は、本実施形態における電動機100のトルク波形を示し、点線102は、従来の構成の電動機のトルク波形を示している。

0024

図3に示すように、本実施形態における電動機100のトルク波形の方が、トルク変動の振幅が小さくなり、かつ波形のひずみが小さくなっている。よって、本実施形態の電動機100によれば、トルク変動に起因する振動や騒音を低減させることができる。

0025

図4は、電動機100を備える圧縮機200の断面図を示している。

0026

圧縮機200は、圧力容器を兼ねた筒状のケース203と、電動機100と、駆動軸202と、圧縮機構部201とを備える。

0027

固定子1は、ケース203に支持されている。回転子10には駆動軸202が取り付けられている。駆動軸202はケース203に回転可能に支持されている。圧縮機構部201は、スクロール式の圧縮機構部である。圧縮機200では、回転子10の回転が駆動軸202を介して、圧縮機構部201に伝達され、圧縮機構部201でガスが圧縮され、圧縮ガスはケース203外に排出される。

0028

このように、電動機100のトルクは、駆動軸202を介して圧縮機構部201に直接伝達されるため、電動機100のトルク変動は、圧縮機200全体の振動および騒音の原因となる。しかし、圧縮機200が本実施形態のトルク変動を低減した電動機100を備え、圧縮機構部201を電動機100により駆動することにより、圧縮機200において、効率を向上させ、振動および騒音を低減させることができる。

0029

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

0030

例えば、上記の実施形態において、電動機100は、6極、9スロットであったが、磁極の数およびスロット数はこれに限らない。また、ティース拡大部5の内面は、円周方向の外方に向かうにつれて、外側鉄心部13Dからの距離が大きくなるように構成されていた。しかし、各ティース拡大部5と外側鉄心部13Dとの距離が、ティース中央部8と外側鉄心部13Dとの距離よりも大きく構成されていれば良く、ティース拡大部5の内面は、円周方向に沿って、外側鉄心部13Dとの距離が一定であっても良い。

0031

同様に、ロータ拡大部15の外面は、円周方向の外方に向かうにつれて、ティース円弧部4からの距離が大きくなるように構成されていた。しかし、各ロータ拡大部15とティース円弧部4との距離は、ロータ円弧部14とティース円弧部4との距離よりも大きく構成されていれば良く、ロータ拡大部15の外面は、円周方向に沿って、ティース円弧部4との距離が一定であっても良い。

0032

1固定子
3ティース
4 ティース円弧部
5 ティース拡大部
6ヨーク
7 ティース基部
8 ティース中央部
10回転子
12 凹部
11永久磁石
13回転子鉄心
13aスリット
13c磁石挿入孔
13D外側鉄心部
13D1 端部
13D2 中央部
14ロータ円弧部
15 ロータ拡大部
100永久磁石式回転電動機
200圧縮機
201圧縮機構部

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