JP5337769B2 - 電動機、これを備えた密閉型圧縮機及びこれを備えた冷蔵庫 - Google Patents
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Description
本発明は、電動機、これを備えた密閉型圧縮機及びこれを備えた冷蔵庫に関する。
永久磁石式電動機において、高効率化を図るための一つの手段として永久磁石の残留磁束密度を向上させ、ギャップ磁束密度を増加させる方法がある。従来、フェライト磁石に代表されるような安価で磁束密度の低い永久磁石で高効率化を実現するために、例えば特開２００２−４４８８９号公報（特許文献１）のような構造が提案されている。図２によれば、２５ａ〜２５ｄで示された３軸異方性を有するアークセグメント形状の永久磁石を回転子に用いることで、前記永久磁石からの磁力線がＭ１，Ｍ２，Ｍ３方向に発生し、それらが回転子の外周面上に集束し、１磁極を形成することによって有効磁束量を高めている。
しかしながら、この構造において高効率化を図る場合、ギャップ中における磁束密度の高低差が増加するため、これがトルクの最大値と最小値の差分（脈動トルク）の増加となって電動機から発生する騒音の原因となる。
そこで本発明は、高効率化を図り、騒音を抑制した電動機、これを備えた密閉型圧縮機及びこれを備えた冷蔵庫を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、円盤状の電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心に複数個の永久磁石を等間隔に埋め込んだ磁石埋込型の回転子を備えた電動機において、前記永久磁石は３軸異方性形状であって、前記回転子はコギングトルクの振幅が所定の大きさとなるように軸方向に複数の区間に区分され、且つ該複数の区間のうち両端の区間は外周が円弧状であって、前記複数の区間のうち中央の区間の外周はコギングトルクの位相差に応じた幅の溝を有することを特徴とする。
本発明によれば、高効率化を図り、騒音を抑制した電動機、これを備えた密閉型圧縮機及びこれを備えた冷蔵庫を提供することができる。
本発明における実施形態について、図１，図３，図４及び図５を参照して説明する。図１は、永久磁石式電動機の径方向断面図である。図３は、回転子の拡大図である。図４は、回転子の斜視立体図である。図５は、回転子鉄心外周部の拡大図である。
図１の６極９スロット形状の永久磁石式電動機１は固定子２と回転子３から構成される。固定子２はティース４とスロット５を有する固定子鉄心６と、ティース４の周りに集中巻きで巻かれた電機子巻線７からなる。
回転子３は図３に示すように、３軸異方性形状の永久磁石挿入孔８を有する円盤状の回転子鉄心９に、３軸異方性磁石１０が挿入され、回転子３中心にはシャフトを嵌合するためのシャフト孔１１を有する。
図４に示すように、回転子３は軸方向に３つの区間（回転子上面からそれぞれ区間Ａ，区間Ｂ，区間Ｃ）に区分されている。
区間Ａの回転子３は、図５ａに示す円盤状の回転子電磁鋼板１３が複数枚積層されている。電磁鋼板１２の外周は円弧を形成している。
区間Ｂの回転子３は、図５ｂに示す回転子電磁鋼板１３が複数枚積層されている。回転子電磁鋼板１３は、電磁鋼板１２の外周形状に加えて、永久磁石挿入孔８近傍の外周部にそれぞれ２個ずつの溝１４ａ，１４ｂを磁極中心に対して略対称となるように設けている。
区間Ｃの回転子３は、区間Ａの回転子３と同様の構成をしている（図５参照）。
次に、図６は回転子３に発生するトルクを示している。それぞれ、（１）回転子を全て外周部溝無しの電磁鋼板１２で積層した場合、（２）全て溝付きの回転子電磁鋼板１３で積層した場合、及び（３）電磁鋼板１２と回転子電磁鋼板１３の軸方向長さをそれぞれから発生するコギングトルクの振幅が同様の大きさとなる様に積層した場合である。
溝の幅は、図４において区間Ａと区間Ｃの回転子３で発生するコギングトルクと、区間Ｂで発生するコギングトルクを逆位相とするため、約６°に調整している。
また、隣り合う溝の間隔は磁石中心から約１０°とすることで、永久磁石から発生する磁束が磁極中心方向に集中し、かつ磁束飽和が発生しない構造となっている。これにより、モータのトルクを向上させ高効率とすると共に、騒音の原因となる脈動トルクを約３０％低減することができる。
次に本実施形態の密閉型圧縮機５０の縦断面図を図８に示す。
本実施形態の密閉型圧縮機５０は、圧縮要素３０と電動要素４０とを密閉容器１５内に上下に配置すると共にクランクシャフト１６で連結したレシプロ型圧縮機である。圧縮要素３０及び電動要素４０は密閉容器１５に弾性的に支持されている。
圧縮要素３０は、シリンダ室を形成するシリンダ１７と、シリンダ室内を往復動するピストン１８と、このピストン１８を駆動するコネクティングロッド１９と、シリンダ端面に組立てられる多数の部品を備えて構成されている。シリンダ１７は軸受部１７ａ及びフレーム１７ｂを一体に成形している。ピストン１８は、コネクティングロッド１９を介してクランクピン１６ａに連結され、クランクピン１６ａの偏心回転によりシリンダ１７内を往復運動される。
電動要素４０は、フレーム１７ｂの下方に配置され、固定子２及び回転子３を備えて構成されている。固定子２はフレーム１７ｂに固定され、回転子３はクランクシャフト１６に固定されている。クランクシャフト１６の上端部には、回転中心から偏心したクランクピン１６ａが設けられている。
クランクシャフト１６は、軸受部１７ａを貫通してフレーム１７ｂの下方から上方へ延伸しており、クランクピン１６ａがフレーム１７ｂの上方側に位置するように設けられている。クランクシャフト１６の下部は回転子３と直結しており、電動要素４０の動力によってクランクシャフト１６は回転される。クランクピン１６ａとピストン１８との間はコネクティングロッド１９で連結されており、クランクピン１６ａ及びコネクティングロッド１９を介してピストン１８が往復動する構成となっている。
シリンダ１７内に供給されたガス冷媒は、ピストン１８の往復運動によって圧縮される。圧縮されたガス冷媒は、バルブプレートに設けられた吐出孔を経由し、吐出管へと送られる。吐出管へ送られた冷媒は、凝縮器，減圧機構，蒸発器を経て、再び圧縮機内へと戻される。圧縮機，凝縮器，減圧機構及び蒸発器により冷凍サイクルを形成している。この冷凍サイクルには、イソブタン（Ｒ６００ａ）などの炭化水素系の冷媒（ＨＣ冷媒）が使用されている。
密閉容器１５内には冷凍機油（潤滑油）が溜められており、クランクシャフト１６の回転運動によるポンプ作用で引き上げられ、圧縮要素３０の摺動部へと送られる構造となっている。
また、図８に示すように、上記の密閉型圧縮機５０を冷蔵庫１００に設置することで、騒音を低減するとともに冷却効率を向上でき、冷蔵庫１００の消費電力を低減することができる。
以上より、本発明によれば、円盤状の電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心に複数個の永久磁石を等間隔に埋め込んだ磁石埋込型の回転子を備えた電動機において、前記永久磁石は３軸異方性形状であって、前記回転子は軸方向に複数の区間に区分し、且つ該複数の区間毎に発生するコギングトルクの位相差に応じた幅の溝を外周に有する。すなわち、区分した回転子の軸方向長さを、各区間に発生するコギングトルクの振幅の大きさが同様となるように調整し、かつ前記溝の幅を各区間から発生するコギングトルクの位相差が１８０°となるように調整することで、コギングトルクを減衰させることができる。
また、永久磁石から発生した磁束が磁極側へ集中するように溝の位置、及び深さを調整する。すなわち、溝の軸方向長さはコギングトルクが所定の振幅となるように設ける。また、永久磁石から発生して固定子の電機子巻線へ向かう界磁磁束が磁気飽和しないによう間隔を設ける。これにより、磁束短絡を抑制し、損失の少ない電動機とすることができる。
したがって、電機子巻線を施した固定子と、図１に示すような３軸異方性形状の永久磁石を挿入した回転子から構成される永久磁石式電動機において、ギャップ磁束密度の増加による高効率化と、それに伴って発生するトルク脈動を打ち消し、騒音を軽減できる。
１ 永久磁石式電動機
２ 固定子
３ 回転子
４ ティース
５ スロット
６ 固定子鉄芯
７ 電機子巻線
８ 永久磁石挿入孔
９ 回転子鉄芯
１０ ３軸異方性磁石
１１ シャフト孔
１２ 電磁鋼板
１３ 回転子電磁鋼板
１４ａ，１４ｂ 溝
５０ 密閉型圧縮機
１００ 冷蔵庫
２ 固定子
３ 回転子
４ ティース
５ スロット
６ 固定子鉄芯
７ 電機子巻線
８ 永久磁石挿入孔
９ 回転子鉄芯
１０ ３軸異方性磁石
１１ シャフト孔
１２ 電磁鋼板
１３ 回転子電磁鋼板
１４ａ，１４ｂ 溝
５０ 密閉型圧縮機
１００ 冷蔵庫
Claims (5)
- 円盤状の電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心に複数個の永久磁石を等間隔に埋め込んだ磁石埋込型の回転子を備えた電動機において、
前記永久磁石は３軸異方性形状であって、前記回転子はコギングトルクの振幅が所定の大きさとなるように軸方向に複数の区間に区分され、且つ該複数の区間のうち両端の区間は外周が円弧状であって、前記複数の区間のうち中央の区間の外周はコギングトルクの位相差に応じた幅の溝を有することを特徴とする電動機。 - 請求項１記載の電動機において、前記溝の軸方向長さは前記コギングトルクが所定の振幅となるように設けたことを特徴とする電動機。
- 請求項１記載の電動機において、前記永久磁石から発生して前記固定子の電機子巻線へ向かう界磁磁束が磁気飽和しないによう間隔を設けたことを特徴とする電動機。
- 請求項１乃至３のいずれかに記載の電動機を備えたことを特徴とする密閉型圧縮機。
- 請求項４記載の密閉型圧縮機を備えたことを特徴とする冷蔵庫。
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