JP3679673B2

JP3679673B2 - 永久磁石型モータの回転子

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Publication number: JP3679673B2
Application number: JP2000022980A
Authority: JP
Inventors: 勝幸武田; 数馬阪井; 好彦長瀬
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2020-01-31
Also published as: JP2001218398A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空気調和機や冷蔵庫などに搭載される圧縮機などを駆動するために用いられる永久磁石型モータの回転子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種永久磁石型モータの回転子は、例えば特開平８−３３１７８３号公報に示される如く、電磁鋼板から成る回転子鉄板を積層して構成された回転子鉄心の内部に永久磁石を埋め込んで構成されている。この場合、回転子は略円筒形状の固定子と略同軸の円筒形状を呈しており、固定子の内周面に対向して例えば四個の磁極を有し、軸を中心として自在に回転するように構成されている。
【０００３】
この回転子鉄心には内周側に凸の円弧形状の永久磁石埋設用のスロットが一極当たりこの場合は半径方向に二層形成され、このスロット内に同形状の永久磁石が埋設される。そして、この回転子は固定子に捲装された巻線にて生成される回転磁界に磁極が吸引又は反発することにより回転するものであった。
【０００４】
図１９は前記公報の如き従来の永久磁石型モータの回転子１００の平面図である。尚、図１９は回転子の１／４のみを示すと共に、この場合スロット１０１は一層形成されている。この図において、スロット１０１は回転子１００の四個の磁極に対応して軸方向に形成されている。このスロット１０１は前述の如く回転子鉄心１０２の内周側の縁部１０１Ａが凸となる円弧状を呈すると共に、外周側は略直線状を呈した形状とされている。
【０００５】
係る形状と成すことにより、回転子鉄心１０２内のスロット１０１の断面積を最大限に拡大でき、それにより当該スロット１０１内部に挿入される永久磁石ＭＧも大きくすることができる。この永久磁石ＭＧは例えばフェライト材料をスロット１０１内に挿入した後に着磁して構成されており、このように大型化することよってマグネットトルクの増大を図っていた。
【０００６】
この場合、永久磁石ＭＧの着磁は、同図に破線及び矢印で示す如くスロット１０１の外側の一点を焦点Ｐ２として磁束が集中するような磁気配向とされていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来では永久磁石ＭＧの形状と磁気配向について何ら規定されていなかったため、図１９に示す如く回転子鉄心１０２の表面側に位置する永久磁石ＭＧの縁部（ハッチングＭＧ１で示す）が最も外側の磁束からはみ出す場合があった。
【０００８】
このように磁気配向及び永久磁石ＭＧの関係が、焦点Ｐ２に集中する磁束から永久磁石ＭＧがはみ出す状態となると、上記ＭＧ１の部分は無効となり、何らモータ性能に寄与しなくなってしまう問題があった。
【０００９】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、回転子鉄心に埋設された永久磁石を有効に利用してモータ特性の改善を図った永久磁石型モータの回転子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の永久磁石型モータの回転子は、略円筒形の回転子鉄心の内部に、各磁極に対応してスロットを軸方向に形成し、各スロットにはそれぞれ永久磁石を埋設して成るものであって、永久磁石は、各部の磁束が一つの焦点に集中する磁気配向に着磁されると共に、当該永久磁石の回転子鉄心表面側の縁部は、焦点に略指向せられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明の永久磁石型モータの回転子は、上記においてスロットとそれに挿入される永久磁石の回転子鉄心内周側縁部は、当該回転子鉄心の内周側に凸となる円弧状を呈していることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、略円筒形の回転子鉄心の内部に、各磁極に対応してスロットを軸方向に形成し、各スロットにはそれぞれ永久磁石を埋設して成る永久磁石型モータの回転子において、永久磁石を、各部の磁束が一つの焦点に集中する磁気配向に着磁すると共に、当該永久磁石の回転子鉄心表面側の縁部を、焦点に略指向させたので、永久磁石におけるモータ性能に寄与しない無効部分を無くし、永久磁石の磁束を有効に利用してモータ性能の改善を図ることができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用する実施例としての密閉型圧縮機Ｃの縦断側面図を示している。この図において、１は密閉容器で、この容器内には、二部品から成る枠体２、３と、この枠体２、３の上側に配置された圧縮要素４と、下側に配置されたモータ（永久磁石型モータ。電動要素）５とが収納されている。圧縮要素４とモータ５とは互いに組み付けられて圧縮本体１７を構成しており、この本体１７は密閉容器１の内壁に支持装置６を介して弾性的に取り付けられている。
【００１４】
モータ５は内部に固定子巻線７を備えた固定子８と、この固定子８の内側に配置された回転子９と、この回転子９の中央に挿着されて枠体２の軸受１０で軸支される回転軸１１とで構成されている。
【００１５】
圧縮要素４はシリンダ１２と、このシリンダ１２内を回転軸１１のクランクピン１３に嵌合されて往復摺動するピストン１４と、シリンダ１２の端面に設けられた弁座１５と、この弁座１５を介してシリンダ１２に取り付けられたシリンダヘッド１６とで構成されている。シリンダヘッド１６はボルト１８によってシリンダ１２に固定されている。
【００１６】
密閉容器１内には潤滑油としてエステル系オイルが封入される。また、密閉型圧縮機Ｃは図示しない冷蔵庫の冷凍サイクルを構成するものであり、使用する冷媒としては、例えばＲ−１３４ａなどのＨＦＣ冷媒が充填されている。そして、モータ５の回転子７の回転駆動によって圧縮要素４のピストン１４が往復摺動され、上記冷媒を吸引して圧縮し、吐出する動作を行うものである。
【００１７】
次に、上記モータ２について詳述する。密閉型圧縮機Ｃの電動要素となるこのモータ２は、所謂磁極集中巻方式のＤＣブラシレスモータであり、枠体３及び支持装置６を介して密閉容器１の内壁に固定された前記固定子８と、この固定子８の内側に前記回転軸１１を中心にして回転自在に支持された前記回転子９とから構成されている。
【００１８】
先ず、図２〜図５はこの固定子８を示している。この固定子８は、図６に示す如く略矩形ドーナッツ状の固定子鉄板（珪素鋼板などの電磁鋼板）２１を複数枚積層して構成された固定子鉄心２２と、回転子９に回転磁界を与えるための前記固定子巻線（駆動コイル）７と、この固定子巻線７と固定子鉄心２２との間に介設されたインシュレータ（絶縁材料）２３、２４などから構成されている。
【００１９】
前記固定子鉄心２２の内周には六個の歯部２６・・・が設けられており、これら歯部２６の間に内方および上下に開放したスロット部２７が六箇所形成され、歯部２６の先端には回転子９の外面に沿うように拡開された先端部２６Ａが形成されている。そして、インシュレータ２３、２４を介して各歯部２６・・・にスロット部２７の空間を利用して前記固定子巻線７を直接巻回することにより、所謂集中直巻方式によって固定子８の磁極を形成し、四極六スロットの固定子８を構成している。
【００２０】
この場合、固定子鉄板２１は複数枚積層され、各固定子鉄板２１・・・の四隅部に位置するカシメ部３１・・・おいて相互にカシメ固定される。その後、各固定子鉄板２１・・・の端面が位置する外側四辺２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの中央部を相互に溶接（溶接箇所をＹで示す）することにより、固定子鉄心２２が構成されている。
【００２１】
このように、固定子鉄心２２の外側四辺２２Ａ〜２２Ｄを構成する各固定子鉄板２１・・・の端面中央部を相互に溶接（Ｙ）したので、溶接時に各固定子鉄板２１・・・に加わる熱は固定子鉄板２１・・の四隅部方向に均等に拡散するようになるので、溶接時の熱によって生じる固定子鉄板２１・・・（固定子鉄心２２）の歪みを未然に防止することが可能となる。
【００２２】
また、固定子鉄心２２は四隅のカシメ部３１・・・にてカシメられると共に、その間に位置する四辺２２Ａ〜２２Ｄの中央が溶接固定されることになるので、各固定子鉄板２１・・・は効率的に一体化され、固定子鉄心２２自体の強度も向上する。
【００２３】
次に、前記インシュレータ２３、２４は何れもＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート。硬質合成樹脂）から成型されており、それぞれ固定子鉄心２２のスロット部２７内に進入して歯部２６の外面に密着し、嵌合する図８、図９に示す如き櫛状係合部３３・・・、３４・・・が六箇所ずつ形成されており、各インシュレータ２３、２４の櫛状係合部３３・・・、３４・・・の各一端側には外環状部３６、３７と、その内側で固定子鉄心２２の各歯部２６・・の先端部２６Ａ・・の軸方向外側に位置する内環状部３８、３９とがそれぞれ一体に成形されている。
【００２４】
ここで、一方のインシュレータ２３の平面図を図１０に示している。インシュレータ２３の外環状部３６の外面には、先端が拡開された係支部４１が所定の間隔を存して複数一体に突出形成されており、それらの近傍に位置する外環状部３６には、櫛状係合部３３・・とは反対側の端面から切り込まれた切欠部４２が複数形成されている。
【００２５】
また、外環状部３６の外面には図１２に示す如く略Ｔ字状を呈した係支部４３が外側に向けて一体に突出形成されており、係支部４３の先端両側部には櫛状係合部３３とは反対側に起立した突起部４４、４４が一体に形成されている。そして、この係支部４３の先端両側は外環状部３６側に少許屈曲され、それにより、係支部４３の両側面には外側の一部が切り欠かれた略円形の湾曲面から成る挿通部４７、４７が形成されている（図１２）。更に、この係支部４３の近傍の外環状部３６からは押さえ突起４６が一体に突出形成されている。
【００２６】
他方のインシュレータ２４の外環状部３７の外面には水平方向に延在する保持部５１が複数一体に形成されている。各保持部５１・・・は外環状部３７の幅方向に相互に間隔を存して複数列（実施例では二列）形成されており、外環状部３７の幅方向で重ならないように外環状部３７の半径方向にずれて形成されている。これにより、インシュレータ２４の成型時に、櫛状係合部３４・・の延在方向に成形型を抜く場合にも支障を来さないように構成されている。更に、この外環状部３７にも、櫛状係合部３４・・とは反対側の端面から切り込まれた切欠部５２が複数形成されている。
【００２７】
このようなインシュレータ２３、２４は、固定子鉄心２２にその軸方向の両端部から嵌合される。このとき、各インシュレータ２３、２４の櫛状係合部３３・・・、３４・・・は固定子鉄心２２の各スロット部２７・・・内に進入して歯部２６・・・外面に嵌合する。
【００２８】
ここで、インシュレータ２３の各櫛状係合部３３・・・は先端が細くなるテーパ形状とされており、インシュレータ２３、２４が固定子鉄心２２の両端部から当該固定子鉄心２２に嵌合された状態で、インシュレータ２３の各櫛状係合部３３・・・は対向する他方のインシュレータ２４の各櫛状係合部３４・・・内にその先端から進入し、図８の如く重複する。
【００２９】
この重複代（重複寸法）は、図８の如く櫛状係合部３３が櫛状係合部３４内に浅く進入した状態から、図９の如く深く進入した状態までの任意の範囲で許容される。従って、固定子鉄板２１・・・の積層枚数が多い場合、即ち、固定子鉄心２２の積厚が大きい機種の場合には図８の如く重複代が少なくなり、固定子鉄板２１・・・の積層枚数が少ない場合、即ち、固定子鉄心２２の積厚が小さい機種の場合には図９の如く重複代が多くなる。即ち、インシュレータ２３、２４は種々の積厚の固定子鉄心２２に対して使用することができるように構成されており、著しく汎用性に富んでいる。また、インシュレータ２３の櫛状係合部３３は先細りのテーパ形状とされているので、インシュレータ２４の櫛状係合部３４内への挿入も円滑に行えるようになる。
【００３０】
このようにインシュレータ２３、２４を固定子鉄心２２に嵌合した後、前述の如く各歯部２６・・・にスロット部２７の空間を利用して固定子巻線７を直接巻回することにより、集中直巻方式の四極六スロット固定子８を構成する。
【００３１】
この場合、相対向する歯部２６、２６に巻回された固定子巻線７が一相となり、固定子８には三相の固定子巻線７が巻回されることになるので、相対向する歯部２６、２６に巻回された固定子巻線７は、インシュレータ２４側において渡り線５３により相互に連結され、更にインシュレータ２３側で各相の固定子巻線７は連結されて三相の中性点が構成される。
【００３２】
また、各相の渡り線５３・・は図５に示す如くインシュレータ２４の切欠部５２から外側に引き出されて外環状部３７の外面に沿わされると共に、図３に示す如く保持部５１・・を間に挟んで引き回される。これら保持部５１・・・により、各渡り線５３・・はそれぞれ離間した状態で保持されるので（図３）、各相の渡り線５３・・・の接触による短絡故障は未然に阻止される。
【００３３】
一方、インシュレータ２３側では、各相の固定子巻線７に引き出し線５４がそれぞれ接続される。この引き出し線５４・・は絶縁材にて被覆されると共に、図４に示される如くインシュレータ２３の外環状部３６の切欠部４２から外側に引き出され、係支部４１の下側を引き回されて被覆５６にて最終的に一本に纏められた後、端部のコネクタ５７に接続されている。
【００３４】
この場合、各引き出し線５４・・・は被覆５６の手前で押さえ突起４６の下側をくぐらされており、一本に纏められた被覆５６部分は係支部４３の固定子鉄心２２側を回って挿通部４７内を通り、突起部４４に係支されてコネクタ５７（電力供給用の図示しないターミナルに接続される）に至るように引き回される（図２、図４）。このように、引き出し線５４・・・を係支する係支部４１・・・や係支部４３、押さえ突起（係支部の作用を成す）４６をインシュレータ２３に一対に形成しているので、格別なカバーなどを取り付けること無く、固定子巻線７の引き出し線５４・・をインシュレータ２３の外環状部３６外面に沿って保持することができるようになる。
【００３５】
尚、５８は絶縁性の筒部材であり、スロット部２７内で隣接する固定子巻線７間に挿入されている。そして、この筒部材５８内には巻回された固定子巻線７と引き出し線５４との接続部分が挿入され、保持される。また、５９は各相の対向する歯部２６、２６の固定子巻線７を相互に連結する中性線である。そして、同様に切欠部４２から外側に引き出されて係支部４１の下側を引き回され、それにより外環状部３６の外面に沿わされている。また、６１はこの中性線５９の接続部分を同様に挿入する同様の筒部材である。
【００３６】
次に、前記回転子９について詳述する。６３は回転子９の回転子鉄心であり、図１４に示す如く例えば厚さ０．３ｍｍ〜０．７ｍｍの電磁鋼板から図１５の如き円形状に打ち抜いた回転子鉄板６４を複数枚積層し、互いにかしめて一体に積層されている。
【００３７】
回転子鉄心６３内には四極の磁極に対応してスロット６６・・・が軸方向に構成されており、これらスロット６６・・・内にはフェライト製の永久磁石ＭＧが挿入される。そして、回転子鉄心６３の軸方向の端面に端面部材６７を被せた状態で図示しないリベットにて一体化している。尚、後述する如く永久磁石ＭＧはスロット６６内に挿入された後、着磁されるものである。また、図１５において６８は上記リベット挿通用の孔である。
【００３８】
ここで、各スロット６６・・・の回転子鉄心６３の内周側の縁部６６Ａは、当該内周側に凸となる円弧状を呈しており、外周側は略直線状を呈した形状とされている。係る形状と成すことにより、回転子鉄心６３内のスロット６６の断面積を最大限に拡大でき、それにより当該スロット６６内部に挿入される永久磁石ＭＧを大きくして、マグネットトルクの増大が図れる。
【００３９】
また、図１６に示す如くスロット６６の回転子鉄心６３の表面側の縁部６６Ｂは、回転子鉄心６３の表面に略沿った形状とされており、この表面側の縁部６６Ｂと内周側の縁部６６Ａがつくる隅角部Ｐ１は０．４Ｒ以下の極小径の円弧形状とされている。相互に隣接する磁極のスロット６６、６６の隅角部Ｐ１、Ｐ１は回転子鉄心６３の表面側で付き合わされるかたちとなるが、隅角部Ｐ１を微小円弧形状としていることにより、隣接する隅角部Ｐ１、Ｐ１間に介在する回転子鉄心６３の面積（平面視）は小さくなる。これにより、両磁極間に生じる漏れ磁束は著しく減少する。
【００４０】
一方、スロット６６の内周側の縁部６６Ａも隅角部Ｐ１に近づくに従って隣接するスロット６６の縁部６６Ａに接近していくが、この縁部６６Ａには隅角部Ｐ１に連続する部分に所定幅の平坦部６９を形成している。これにより、隣接するスロット６６、６６間が一点にて狭まることが無くなり、平坦部６９にて回転子鉄心６３の強度が維持される。
【００４１】
次に、図１７を参照して永久磁石ＭＧの着磁について説明する。前述の如く永久磁石ＭＧの着磁は、フェライト材料を回転子鉄心６３のスロット６６内に挿入した後、その状態で行うものであるが、その際、図１７に破線及び矢印で示す如くスロット６６の外側の一点を焦点Ｐ２として磁束が集中するような磁気配向とする。
【００４２】
更に、スロット６６の回転子鉄心６３表面側の縁部６６Ｂをこの焦点Ｐ２に略指向するように設定する（図１７にＬ１で示す）。これにより、永久磁石ＭＧの回転子鉄心６３表面側の縁部も焦点Ｐ２に略指向することになり、当該縁部において焦点Ｐ２に集中する磁束（Ｌ１）から外側にはみ出す部分が殆ど無くなることになる。よって、永久磁石ＭＧの無効部分は最小限に抑えられ、磁束が有効に利用されることになり、モータ５の特性は著しく改善される。
【００４３】
尚、実施例のスロットでは、回転子鉄心６３の外周側の縁部を平坦としたが、それに限らず、図１８に示すように外周側の縁部６６Ｃも内周側と同様の円弧形状としても良い。但し、磁気配向と縁部６６Ｂの関係は図１８と同様となす必要がある。
【００４４】
また、実施例では圧縮機駆動用のモータに本発明を適用したが、それに限らず、送風機駆動モータなど、種々の永久磁石型モータに本発明は有効である。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、略円筒形の回転子鉄心の内部に、各磁極に対応してスロットを軸方向に形成し、各スロットにはそれぞれ永久磁石を埋設して成る永久磁石型モータの回転子において、永久磁石を、各部の磁束が一つの焦点に集中する磁気配向に着磁すると共に、当該永久磁石の回転子鉄心表面側の縁部を、焦点に略指向させたので、永久磁石におけるモータ性能に寄与しない無効部分を無くし、永久磁石の磁束を有効に利用してモータ性能の改善を図ることができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施例の密閉型圧縮機の縦断側面図である。
【図２】図１の密閉型圧縮機のモータの固定子の斜視図である。
【図３】図２の固定子の裏面斜視図である。
【図４】図１の密閉型圧縮機のモータの平面図である。
【図５】図４のモータの裏面図である。
【図６】図４のモータの固定子鉄心の平面図である。
【図７】図６の固定子鉄心の側面図である。
【図８】図２の固定子のインシュレータの側面図である。
【図９】同じく図２の固定子のインシュレータの側面図である。
【図１０】図８の一方のインシュレータの平面図である。
【図１１】図１０のインシュレータの係支部の正面図である。
【図１２】図１０のインシュレータの係支部の平面図である。
【図１３】図１０のインシュレータの係支部の断面図である。
【図１４】図１の密閉型圧縮機のモータの回転子の回転子鉄心の斜視図である。
【図１５】図１４の回転子鉄心の平面図である。
【図１６】図１５の回転子鉄心の半分の拡大平面図である。
【図１７】図１の密閉型圧縮機のモータの回転子の着磁状態を示す図である。
【図１８】図１７に対応する回転子の他の実施例を示す図である。
【図１９】従来の回転子の永久磁石の形状と着磁状態を示す図である。
【符号の説明】
Ｃ圧縮機
１密閉容器
４圧縮要素
５モータ
７固定子巻線
８固定子
９回転子
１１回転軸
６３回転子鉄心
６６スロット
６６Ａ、６６Ｂ縁部
ＭＧ永久磁石
Ｐ２焦点

Claims

略円筒形の回転子鉄心の内部に、各磁極に対応してスロットを軸方向に形成し、各スロットにはそれぞれ永久磁石を埋設して成る永久磁石型モータの回転子において、
前記永久磁石は、各部の磁束が一つの焦点に集中する磁気配向に着磁されると共に、当該永久磁石の回転子鉄心表面側の縁部は、前記焦点に略指向せられていることを特徴とする永久磁石型モータの回転子。
スロットとそれに挿入される永久磁石の回転子鉄心内周側縁部は、当該回転子鉄心の内周側に凸となる円弧状を呈していることを特徴とする請求項１の永久磁石型モータの回転子。