JP2013106370A - モータおよび圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロータ10と、ロータ10の径方向外側に空隙を介して配置され、巻き線を巻いた複数のスロット22を有するステータコア21を含むステータ20とを備えるモータ1において、ロータ10が、ロータコア11と、該ロータコア11内にロータ周方向に配列される複数のスロット12と、複数のスロット12のそれぞれに、ロータ径方向を厚さとする板状に形成され、ロータ周方向に分割されて配列される2つの磁石13a,13bと、該分割のためのスペーサとを備え、前記2つの磁石13a,13bを前記スペーサにより該2つの磁石を備えるスロット12の周方向の長さLに対して10〜50%の距離cの磁石間隙14で互いに離間して配置する。
【選択図】図1
Description
高保磁力の磁石としては、例えば希土類磁石、特にネオジム系磁石が挙げられる。希土類磁石はジスプロシウムやテルビウムなどの貴重な重希土類元素を用いており、磁石が高コストとなるため、モータをコストダウンする際の課題となっている。
また、例えばエアコン需要は特に近年で著しく増大しているため、エアコンの圧縮機のモータに用いられる希土類磁石の需要も必然的に増加の一途をたどっている。重希土類元素は枯渇が懸念されており、そのため重希土類元素の使用量の削減が急務となってきている。
また、磁石の形状を変更してロータの周方向、軸方向および径方向の磁石寸法を小さくする場合、同時にロータ形状をも変更するとモータ効率の点でより効果的であるが、この場合、ロータの金型を作り直すことになるため莫大なコストが掛かってしまう。しかしながら、ロータ形状を変えずに磁石寸法を単に小さくするだけでは、スロット内で磁石が固定されず問題となり得る。
磁石の耐熱性は、熱減磁の生じにくさを表し、モータの耐熱性に影響するものである。
したがって、パーミアンス係数が向上することによって磁石の耐熱性が向上するため、磁石の重量を削減でき、結果的に磁石の重希土類元素使用量を低減できると考えられる。
図1は、本発明の一実施形態におけるIPMモータであるモータ1の構成図を示している。図1の例では、モータ1は、ロータ10と、ロータ10の径方向外側に空隙を介して配置されるステータ20を備えている。ステータ20は、複数のスロット22を有するステータコア21を備え、この複数のスロット22には巻き線(図示せず)が巻かれている。なお、各図において同様の機能を有する要素には、同一の符号を付した。
図5に示す実機のIPMモータを作成した。ロータコアの直径は49mm、ステータコアの外径は109mmとし、ロータのスロットについて、ロータ周方向の長さは25mm、ロータ径方向の厚さは2mm、ロータ回転軸方向の深さは55mmとした。
ロータのスロット内に配置する2つの磁石は、互いに同一の形状とし、各磁石は、ロータ周方向の長さは10.5mm、ロータ径方向の厚さは2mm、ロータ回転軸方向の高さは55mmとした。この2つの磁石は、ロータのスロット内にロータ周方向中央部分に磁石間隙を生じるように配置し、2つの磁石の間には、ロータ周方向に4mmの間隙幅cを設けた(図6参照)。磁石間隙には、スペーサとしてアルミ製部材(周方向長さ4mm、径方向厚さ2mm、回転軸方向高さ55mm)を挿入し、磁石を固定した。
IPMモータの諸元を表1に示す。
実施例1の磁石のロータ周方向の長さおよび間隙幅cを変化させて、実施例1と同様のIPMモータを作成した。
ロータの各スロット内に配置する2つの磁石は、互いに同一の形状とし、各磁石は、ロータ周方向の長さは9.5mm、ロータ径方向の厚さは2mm、ロータ回転軸方向の高さは55mmとした。この2つの磁石は、ロータのスロット内にロータ周方向中央部分に磁石間隙を生じるように配置し、2つの磁石の間には、ロータ周方向に6mmの間隙幅cを設けた。磁石間隙には、スペーサとしてアルミ製部材(周方向長さ6mm、径方向厚さ2mm、回転軸方向高さ55mm)を挿入し、磁石を固定した。
実施例1の磁石のロータ周方向の長さおよび間隙幅cを変化させて、実施例1と同様のIPMモータを作成した。
ロータの各スロット内に配置する2つの磁石は、互いに同一の形状とし、各磁石は、ロータ周方向の長さは12.5mm、ロータ径方向の厚さは2mm、ロータ回転軸方向の高さは55mmとした。この2つの磁石は、ロータのスロット内にロータ周方向に配置し、2つの磁石間の間隙幅は0mmとした。
実施例1,2および比較例1によるモータについて熱減磁試験を行った。
熱減磁試験は先ず、加熱前に電力計を用いて無負荷誘起電圧を計測し、電流進角90°の状態でロータを固定した後に、オーブンにて110℃まで加熱した。オーブン内において、十分にモータが加熱されて温度が安定化したことを確認して、U相に定格10倍に相当する25Aの電流を印加した。印加後はオーブンからモータを取り出し、常温まで冷却してから再度誘起電圧を計測して、加熱前の無負荷誘起電圧から減磁率を算出した。
磁石間隙を設けない比較例1において、磁石の耐熱性を変化させ、上記の熱減磁試験と同様の方法で減磁率を求めた。IPMモータには、比較例1と同様のモータを使用し、磁石の耐熱性のみ変化させた。モータのスロット内に挿入する磁石は、ロータのスロット内にてロータ周方向に2分割とした。磁石は、比較例1で用いた希土類磁石であるNd−Fe−B磁石に換えて、Nd−Fe−B磁石の低耐熱性磁石(比較例2)および高耐熱性磁石(比較例3)を用いた。
実施例1および2の磁石間隙の位置を変化させて、実施例1と同様のIPMモータを作成し、それぞれ比較例4および5とした。
実施例1および2と同様の磁石を、ロータのスロット内に、図7に示すようにスロット両端部に間隙幅dを生じるように配置した。比較例4の間隙幅dはそれぞれ2mm、比較例5の間隙幅dはそれぞれ3mmとした。磁石間隙には、スペーサとしてアルミ製部材(周方向長さ2mm(比較例2)または3mm(比較例3)、径方向厚さ2mm、回転軸方向高さ55mm)を挿入し、磁石を固定した。
比較例4および5によるモータについて、熱減磁試験の際と同様に無負荷誘起電圧を計測した。スロット両端部に間隙を設けたモータ(比較例4、5)において得られた無負荷誘起電圧と、磁石間に間隙を設けたモータ(実施例1、2)において前記熱減磁試験で得られた無負荷誘起電圧について、間隙を設けないモータ(比較例1)において前記熱減磁試験で得られた無負荷誘起電圧に対する増減比(%)を求めた。
したがって、スロット内においてロータ周方向中央部分は、ロータ内の磁石による発生磁場への寄与が小さい領域であることが確認された。
10 ロータ
11 ロータコア
12 スロット
13a,13b 磁石
14 磁石間隙
15 突起
16 非磁性部材
20 ステータ
21 ステータコア
22 スロット
Claims (4)
- ロータと、前記ロータの径方向外側に空隙を介して配置され、巻き線を巻いた複数のスロットを有するステータコアを含むステータとを備えるモータであって、
前記ロータが、ロータコアと、前記ロータコア内に前記ロータの周方向に配列される複数のスロットと、前記複数のスロットのそれぞれに、前記径方向を厚さとする板状に形成され、前記周方向に分割されて配列される2つの磁石と、前記分割のためのスペーサとを備え、
前記2つの磁石が、前記径方向外側にS極およびN極の一方で同じ磁極を有し、前記径方向内側にS極およびN極の他方で同じ磁極を有し、
前記2つの磁石が、前記スペーサにより該2つの磁石を備えるスロットの周方向の長さに対して10〜50%の距離で互いに離間して配置される
ことを特徴とするモータ。 - 前記スペーサが、前記ロータコア内の前記複数のスロットの内壁に設ける突起、または非磁性部材である、請求項1に記載のモータ。
- 前記2つの磁石が、同一の形状を有する、請求項1に記載のモータ。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のモータを用いる圧縮機。
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