JP2000217287A - 永久磁石形モ―タ及びコンプレッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルクリップルを小さくし、振動・騒音の低
減を図る。 【解決手段】 回転子鉄心１５における永久磁石１６の
各端部１６ａ部分に、それぞれ回転子鉄心１５の外面１
５ｂ近くまで広がる空隙部１８を形成している。さら
に、空隙部１８の内面１８ａと回転子鉄心１５の外面１
５ｂとの間のブリッジ部分１９の厚さ寸法ｔを、永久磁
石１６の端部１６ａ側から隣合う永久磁石１６側に向け
て減少するように設定している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転子鉄心の内部
に径方向と直交する形態でほぼ板状の永久磁石を装着し
て構成された回転子を備えた永久磁石形モータ及びこれ
を搭載したコンプレッサに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】永久磁石形モータにお
いては、最近、高トルク化及び高効率化を図ったものと
して、図１６に示す構成のモータがある。すなわち、固
定子１は固定子鉄心２に固定子巻線３を装着して構成さ
れている。回転子４はこの固定子１内部に微小隙間Ｇを
存して回転可能に設けられている。この回転子４は、回
転子鉄心５に例えば４つの永久磁石６を装着して構成さ
れている。詳細には、回転子鉄心５に、径方向に直交す
る形態のほぼ矩形状の磁石配設用孔部５ａが９０度おき
に４つ形成されており、この磁石配設用孔部５ａに板状
の永久磁石６が嵌合固着されている。この４個の永久磁
石６はＮ極とＳ極とが交互となるように着磁されてい
る。なお、符号７は回転軸である。

【０００３】しかしながら、上記従来構成では、極性の
異なる隣合う永久磁石６の端部からの発生磁界Ｂ_Ｌ（図
１７参照）が回転子鉄心５を磁路として短絡するため、
固定子巻線３を鎖交する磁束が減少し、モータ性能の低
下を招く不具合があった。

【０００４】これを改善するものとして、回転子４を図
１８に示す構成としたものが考えられている。すなわ
ち、回転子鉄心５において各永久磁石６の両端部部分
に、回転子鉄心５の外面側へ延びるようにほぼ矩形状の
空隙部５ｂ、５ｂを形成して短絡磁束を減少させるよう
にしている。

【０００５】しかしながら、このものでは、図１９に示
すように固定子１と回転子４との空隙の磁束密度分布が
矩形波状になり、トルクリップルが大きくなり振動・騒
音が発生するという問題が惹起される。特に、永久磁石
６に希土類磁石を用いると、高性能であるがゆえに、固
定子・回転子間の空隙の磁束密度分布波形がより明確な
矩形波状となってしまい、トルクリップルが大きくな
る。また、上述のモータがエアコンや冷蔵庫のコンプレ
ッサに搭載されていると、特に夜間時に使用されるとき
にこれらエアコン及び冷蔵庫の運転音が大きいという問
題がある。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、回転子鉄心の内部に径方向と直交す
る形態でほぼ板状の永久磁石を装着して構成された回転
子を備えた永久磁石形モータ及びこの種モータを搭載し
たコンプレッサにおいて、トルクリップルを小さくでき
て、振動・騒音の低減を図ることができる永久磁石形モ
ータ及びコンプレッサを提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、固定
子鉄心に複数相の固定子巻線を装着して構成された固定
子と、回転子鉄心の内部に径方向と直交する形態でほぼ
板状の永久磁石を装着して構成され、前記固定子の固定
子鉄心内部に回転可能に配設された回転子とを備えた永
久磁石形モータにおいて、前記回転子鉄心における永久
磁石の各端部部分に、それぞれ回転子鉄心外面近くまで
広がる空隙部を形成し、この空隙部内面と前記回転子鉄
心外面との間の部分の厚さ寸法を、永久磁石端部側から
隣合う永久磁石側に向けて減少するように設定したとこ
ろに特徴を有するものである。

【０００８】上記構成においては、回転子鉄心における
永久磁石の各端部部分に、それぞれ回転子鉄心外面近く
まで広がる空隙部を形成したから、隣合う永久磁石の端
部間での磁界の短絡が防止されるようになる。この結
果、固定子巻線を鎖交する磁束量が増加し、モータ特性
の向上が図れる。

【０００９】さらに、この空隙部内面と前記回転子鉄心
外面との間の部分の厚さ寸法を、永久磁石端部側から隣
合う永久磁石側に向けて減少するように設定したから、
固定子と回転子との空隙の磁束密度分布を、特に高調波
成分が低減された正弦波状にすることが可能となり、ト
ルクリップルが低減され、振動・騒音が少なくなる。請
求項２の発明は、空隙部内面と回転子鉄心外面との間の
部分の厚さ寸法の減少度合いが、隣合う永久磁石側で小
さくなっているところに特徴を有する。この構成におい
ては、空隙部内面と回転子鉄心外面との間の部分の強度
を高めることができるようになる。

【００１０】請求項３の発明は、固定子鉄心に複数相の
固定子巻線を装着して構成された固定子と、回転子鉄心
の内部に径方向と直交する形態でほぼ板状の永久磁石を
装着して構成され、前記固定子の固定子鉄心内部に回転
可能に配設された回転子とを備えた永久磁石形モータに
おいて、前記回転子鉄心における永久磁石の各端部部分
に、それぞれ回転子鉄心外面近くまで広がる空隙部を形
成し、前記回転子鉄心中心から回転子外面までの寸法
を、前記永久磁石の端部側から隣合う永久磁石の間の中
間部に向けて短くなるように設定したところに特徴を有
する。

【００１１】上記構成においては、回転子鉄心における
永久磁石の各端部部分に、それぞれ回転子鉄心外面近く
まで広がる空隙部を形成したから、隣合う永久磁石の端
部間での磁界の短絡が防止されるようになる。この結
果、固定子巻線を鎖交する磁束量が増加し、モータ特性
の向上が図れる。

【００１２】さらに、回転子鉄心中心から回転子外面ま
での寸法を、前記永久磁石の端部側から隣合う永久磁石
の間の中間部に向けて短くなるように設定したから、固
定子と回転子との空隙の磁束密度分布を、特に高調波成
分が低減された正弦波状にすることが可能となり、トル
クリップルが低減され、振動・騒音が少なくなる。

【００１３】請求項４の発明は、固定子鉄心に複数相の
固定子巻線を装着して構成された固定子と、回転子鉄心
の内部に径方向と直交する形態でほぼ板状の永久磁石を
装着して構成され、前記固定子の固定子鉄心内部に回転
可能に配設された回転子とを備えた永久磁石形モータに
おいて、前記回転子鉄心における永久磁石の各端部部分
に、それぞれ回転子鉄心外面近くまで広がる空隙部を形
成し、各永久磁石の一端部側に存する空隙部における該
永久磁石磁極中心側の端部と、他端部側に存する空隙部
における該永久磁石磁極中心側の端部との、回転子鉄心
の中心を基準とした開き角度を、電気角で９０以上１３
０度未満となるように設定したところに特徴を有する。

【００１４】この構成においては、回転子鉄心における
永久磁石の各端部部分に、それぞれ回転子鉄心外面近く
まで広がる空隙部を形成したから、隣合う永久磁石の端
部間での磁界の短絡が防止されるようになる。この結
果、固定子巻線を鎖交する磁束量が増加し、モータ特性
の向上が図れる。

【００１５】さらに、各永久磁石の一端部側に存する空
隙部における該永久磁石磁極中心側の端部と、他端部側
に存する空隙部における該永久磁石磁極中心側の端部と
の、回転子鉄心の中心を基準とした開き角度を、電気角
で９０以上１３０度未満となるように設定したから、固
定子と回転子との空隙の磁束密度分布を、特に高調波成
分が低減された正弦波状にすることが可能となり、トル
クリップルが低減され、振動・騒音が少なくなる。

【００１６】請求項５の発明は、永久磁石を、希土類磁
石から構成したところに特徴を有する。この構成におい
ては、永久磁石を希土類磁石から構成したことで、トル
クの向上を期待でき、しかも、永久磁石として希土類磁
石を用いながらもトルクリップルの増加をなくし得るよ
うになる。

【００１７】請求項６の発明は、複数相の固定子巻線に
正弦波電流を流す駆動手段を備えたところに特徴を有す
る。この構成においては、巻線電流が正弦波となり、ト
ルクリップルをさらに低減できるようになる。

【００１８】請求項７の発明は、空隙部に永久磁石の端
部と当接するずれ止め部が設けられているところに特徴
を有する。この構成においては、永久磁石の両端部に空
隙部がありながらも、該永久磁石の動き止めを確実に図
ることができるようになる。

【００１９】請求項８の発明のコンプレッサは、圧縮空
間にガスケットを供給する吸入手段と、圧縮空間内に供
給されたガスケットを圧縮する圧縮手段と、該圧縮手段
を駆動する請求項１ないし７のいずれかに記載の永久磁
石形モータと、圧縮されたガスケットを吐出する吐出手
段とを具備したところに特徴を有する。コンプレッサは
エアコンや、冷蔵庫に搭載されることが多く、夜間使用
という観点からしても、低騒音であることが要求される
ものである。しかるに、この構成のコンプレッサでは、
上述の本発明の永久磁石形モータを搭載しているから、
静音化にきわめて有効である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
き図１ないし図７を参照しながら説明する。まず図３に
おいては永久磁石形モータ１０を示している。同図にお
いて、固定子１１は、固定子鉄心１２のティース１２ａ
に、複数相の固定子巻線１３を装着して構成されてい
る。回転子１４はこの固定子１１内部に微小隙間Ｇを存
して回転可能に設けられている。この回転子１４は、回
転子鉄心１５に例えば９０度おきに４つの永久磁石１６
を装着して構成されている。詳細には、回転子鉄心１５
に、径方向に直交する形態のほぼ矩形状の磁石配設用孔
部１５ａが４つ形成されており、この磁石配設用孔部１
５ａに板状の永久磁石１６が嵌合固着されている。この
４個の永久磁石１６はＮ極とＳ極とが交互となるように
着磁されている。この永久磁石１６は、希土類磁石から
なる。なお、符号１７は回転軸である。

【００２１】さて、図１及び図２に示すように、前記回
転子鉄心１５における永久磁石１６の各端部１６ａ部分
には、それぞれ回転子鉄心１５の外面１５ｂ近くまで広
がる空隙部１８が形成されている。この空隙部１８の内
面１８ａと前記回転子鉄心１５の外面１５ｂとの間の部
分１９（以下ブリッジ部分１９と称する）の厚さ寸法ｔ
を、永久磁石１６の端部１６ａ側から隣合う永久磁石１
６側に向けて連続的に減少するように設定している。そ
の厚さ寸法ｔは、隣合う永久磁石１６、１６の間の中間
部（符号Ｃをもって示す）で最も小さくなっている。な
お、図１における二点鎖線ｊは厚み寸法が一定の場合を
厚み比較の参考として示している。また、各空隙部１８
には、永久磁石１６の端部１６ａと当接するように凸状
のずれ止め部２０が形成されている。

【００２２】以上のように構成された永久磁石形モータ
１０は、図４に示すようにコンプレッサ２１に搭載され
ている。このコンプレッサ２１について述べると、その
ケーシング２２の下部には、一対のローラ２３、２４を
有する圧縮手段たる圧縮機構２５が組込まれている。こ
の圧縮機構２５は、ローラ２３、２４の回転により、ア
キュ−ムレ−タ２６内の低圧の冷媒ガスをいずれも吸入
手段に相当する吸入管２７及び吸入口２８を経てガスケ
ット圧縮空間２９に吸い込み、そのガス圧縮空間２９の
容積減少により、冷媒ガスケットを圧縮した後、吐出手
段たる吐出管（図示せず）を介してケーシング２２内に
吐出するように構成されている。

【００２３】圧縮機構２５の上部には、前述したモータ
１０が組込まれている。その固定子１１はケーシング２
２の内周面に固定されており、固定子巻線１３（図４に
は図示せず）は電源接続部３０内に設けられた端子（図
示せず）を通して通電可能に構成されている。また、回
転子１４とローラ２３、２４とは前述の回転軸１７に連
結されている。

【００２４】図５には、モータ１０の制御回路を示して
いる。直流電源３１の両端子間には、インバータ主回路
３２が接続されている。このインバータ主回路３２は、
例えばトランジスタ等のスイッチング素子３２ａ〜３２
ｆを三相ブリッジ接続すると共に、各スイッチング素子
３２ａ〜３２ｆにそれぞれ還流ダイオード３３ａ〜３３
ｆを図示極性で並列に接続して構成されている。このイ
ンバータ主回路３２の各出力端子には、固定子巻線１３
の各相巻線１３ｕ、１３ｖ、１３ｗが接続されている。

【００２５】制御回路３４は前記インバータ主回路３２
とで駆動手段３５を構成しており、この制御回路３４
は、マイクロコンピュータ等を含んで構成されている。
この制御回路３４は、固定子巻線１３の各相巻線１３
ｕ、１３ｖ、１３ｗに発生する誘起電圧を検出すること
により、回転子１１の回転位置を検出するようになって
おり、この位置検出に基づいて各相巻線１３ｕ、１３
ｖ、１３ｗに適宜のタイミングで通断電するようになっ
ている。この場合、各相巻線１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ
に、正弦波電流を流すようになっている。すなわち、例
えばＵ相の巻線１３ｕについて述べると、図６（ａ）に
示すように、搬送波Ｐｚに対して正弦波の信号波ｖａｕ
を重畳させて、同図（ｂ）で示すようにＰＷＭ信号であ
る駆動信号Ｄｕｐを発生し、これに基づいてインバータ
主回路３２の各スイッチング素子３２ａ〜３２ｆをスイ
ッチングすることにより、同図（ｃ）で示すようにＵ相
巻線１３ｕに正弦波電流を供給するようになっている。

【００２６】以上説明した永久磁石形モータ１０によれ
ば、回転子鉄心１５における永久磁石１６の各端部１６
ａ部分に、それぞれ回転子鉄心１５の外面１５ｂ近くま
で広がる空隙部１８を形成したから、隣合う永久磁石１
６の端部１６ａ間での磁界の短絡が防止されるようにな
る。この結果、固定子巻線１３を鎖交する磁束量が増加
し、モータ特性の向上を図ることができる。

【００２７】さらに、空隙部１８の内面１８ａと回転子
鉄心１５の外面１５ｂとの間のブリッジ部分１９の厚さ
寸法ｔを、永久磁石１６の端部１６ａ側から隣合う永久
磁石１６側に向けて減少するように設定したから、固定
子１１と回転子１４との微小隙間Ｇ（図３参照）の磁束
密度分布を、図７に示したように、特に高調波成分が低
減されたほぼ正弦波状にすることができ、トルクリップ
ルが低減され、振動・騒音の低減を大いに図ることがで
きる。

【００２８】また、本実施例によれば、永久磁石１６を
希土類磁石から構成したことで、トルクの向上を期待で
き、しかも、永久磁石１６として希土類磁石を用いなが
らも、上述したように微小隙間Ｇの磁束密度分布を正弦
波状にすることができるから、トルクリップルの増加を
なくし得るものである。

【００２９】さらに本実施例によれば、複数相の固定子
巻線１３に正弦波電流を供給する駆動手段３５を設けた
から、各相の巻線電流が正弦波となり、トルクリップル
をさらに低減できるようになる。さらにまた本実施例に
よれば、空隙部１８に永久磁石１６の端部１６と当接す
るずれ止め部２０が設けたから、永久磁石１６の両端部
１６ａ、１６ａに空隙部１８がありながらも、該永久磁
石１６の動き止めを確実に図ることができる。そして、
上述のモータ１０を搭載したコンプレッサ２１によれ
ば、静音化を充分に図ることができる。

【００３０】図８及び図９は本発明の第２の実施例を示
しており、この実施例においては、隣合う永久磁石１
６、１６の間のブリッジ部分１９における回転子鉄心１
５外面１５ｂの回転子１４の中心Ｐからの寸法Ｑを、各
永久磁石１６の端部１６ａから該隣合う永久磁石１６の
間の中間部Ｃに向けて連続的に短くなるように形成した
点が第１の実施例と異なる。この結果、回転子鉄心１５
の外面１５ｂのうち上記中間部分Ｃが若干凹状となって
いる。なお、二点鎖線ｊ′は、回転子鉄心１５の外面１
５ｂが一定半径寸法の場合を参考として示している。こ
のような第２の実施例においても第１の実施例と同様の
効果を得ることができる。

【００３１】図１０は本発明の第３の実施例を示してお
り、この実施例においては、空隙部１８の内面１８ａと
回転子鉄心１５の外面１５ｂとの間のブリッジ部分１９
の厚さ寸法ｔの減少度合いが、隣合う永久磁石１６側で
小さくなっている（その部分を符号１９′で示す）とこ
ろに特徴を有する。この実施例によれば、空隙部１８の
内面１８ａと回転子鉄心１５の外面１５ｂとの間のブリ
ッジ部分１９の強度を高めることができる。

【００３２】図１１は本発明の第４の実施例を示してお
り、この実施例においては、空隙部１８の内面１８ａと
回転子鉄心１５の外面１５ｂとの間のブリッジ部分１９
の厚さ寸法ｔの減少度合いが、段階的に小さくなってい
るところが、第１の実施例と異なる。この実施例におい
ても、全体的にはほぼ正弦波状の磁束密度分布が得ら
れ、従来の場合に比して振動・騒音の低減を図ることが
できる。

【００３３】図１２ないし図１５は本発明の第５の実施
例を示しており、この実施例では、次の点が第１の実施
例と異なる。すなわち、各空隙部４１Ａ、４１Ｂをほぼ
三角形状に形成しており、各永久磁石１６の一端部１６
Ａ側の空隙部４１Ａにおける該永久磁石１６磁極中心側
の端部４１Ａａと、他端部１６Ｂ側の空隙部４１Ｂにお
ける該永久磁石１６の磁極中心側の端部４１Ｂａとの、
回転子鉄心１５の中心Ｐを基準とした開き角度θを、電
気角で９０度以上１３０度未満となるように設定してい
る。

【００３４】この設定の趣旨は次にある。図１４には、
開き角度θを変化させたときに、微小隙間Ｇにおける磁
束密度分布の第３次高調波成分の割合［％］がどのよう
に変化したかについての、本発明者による実験結果を示
している。この場合、第３次高調波成分の割合が＋２０
％以上及び−２０％以下（マイナスは逆位相）となる
と、磁束密度分布が正弦波状になることは期待できな
い。しかるに、同図から判るように、第３次高調波成分
の割合が絶対値で２０％以下となる開き角度θは、符号
Ｋで示す範囲であるが、安全的に余裕をみて電気角で９
０度以上１３０度未満であれば良い。これにより、図１
５に示すように、上記磁束密度分布がほぼ正弦波状にな
り、トルクリップルが低減され、振動・騒音が少なくな
る。

【００３５】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、回転子鉄心の内部に径方向と直交する形態でほぼ板
状の永久磁石を装着して構成された回転子を備えた永久
磁石形モータ及びこの種モータを搭載したコンプレッサ
において、トルクリップルを小さくできて、振動・騒音
の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す回転子の空隙部部
分の平面図

【図２】回転子の平面図

【図３】モータの平面図

【図４】コンプレッサの破断側面図

【図５】電気回路図

【図６】正弦波電流を説明するための波形図

【図７】固定子及び回転子間の磁束密度分布を示す図

【図８】本発明の第２の実施例を示す図２相当図

【図９】図１相当図

【図１０】本発明の第３の実施例を示す図１相当図

【図１１】本発明の第４の実施例を示す図１相当図

【図１２】本発明の第５の実施例を示す図２相当図

【図１３】図１相当図

【図１４】開き角度と第３次高調波成分の割合の関係を
示す図

【図１５】固定子及び回転子間の磁束密度分布を示す図

【図１６】従来例を示す図３相当図

【図１７】図２相当図

【図１８】異なる従来例を示す図２相当図

【図１９】固定子及び回転子間の磁束密度分布を示す図

【符号の説明】

１０は永久磁石形モータ、１１は固定子、１２は固定子
鉄心、１３は固定子巻線、１４は回転子、１５は回転子
鉄心、１６が永久磁石、１８は空隙部、１９はブリッジ
部分（空隙部内面と回転子鉄心外面との間の部分）、２
０はずれ止め部、２１はコンプレッサ、３５は駆動手
段、４１Ａ及び４１Ｂは空隙部を示す。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子鉄心に複数相の固定子巻線を装着
   して構成された固定子と、 回転子鉄心の内部に径方向と直交する形態でほぼ板状の
   永久磁石を装着して構成され、前記固定子の固定子鉄心
   内部に回転可能に配設された回転子とを備えた永久磁石
   形モータにおいて、 前記回転子鉄心における永久磁石の各端部部分に、それ
   ぞれ回転子鉄心外面近くまで広がる空隙部を形成し、 この空隙部内面と前記回転子鉄心外面との間の部分の厚
   さ寸法を、永久磁石端部側から隣合う永久磁石側に向け
   て減少するように設定したことを特徴とする永久磁石形
   モータ。
2. 【請求項２】 空隙部内面と回転子鉄心外面との間の部
   分の厚さ寸法の減少度合いが、隣合う永久磁石側で小さ
   くなっていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石
   形モータ。
3. 【請求項３】 固定子鉄心に複数相の固定子巻線を装着
   して構成された固定子と、 回転子鉄心の内部に径方向と直交する形態でほぼ板状の
   永久磁石を装着して構成され、前記固定子の固定子鉄心
   内部に回転可能に配設された回転子とを備えた永久磁石
   形モータにおいて、 前記回転子鉄心における永久磁石の各端部部分に、それ
   ぞれ回転子鉄心外面近くまで広がる空隙部を形成し、 前記回転子鉄心中心から回転子外面までの寸法を、前記
   永久磁石の端部側から隣合う永久磁石の間の中間部に向
   けて短くなるように設定したことを特徴とする請求項１
   記載の永久磁石形モータ。
4. 【請求項４】 固定子鉄心に複数相の固定子巻線を装着
   して構成された固定子と、 回転子鉄心の内部に径方向と直交する形態でほぼ板状の
   永久磁石を装着して構成され、前記固定子の固定子鉄心
   内部に回転可能に配設された回転子とを備えた永久磁石
   形モータにおいて、 前記回転子鉄心における永久磁石の各端部部分に、それ
   ぞれ回転子鉄心外面近くまで広がる空隙部を形成し、 各永久磁石の一端部側に存する空隙部における該永久磁
   石磁極中心側の端部と、他端部側に存する空隙部におけ
   る該永久磁石磁極中心側の端部との、回転子鉄心の中心
   を基準とした開き角度を、電気角で９０以上１３０度未
   満となるように設定したことを特徴とする永久磁石形モ
   ータ。
5. 【請求項５】 永久磁石は、希土類磁石からなることを
   特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の永久磁
   石形モータ。
6. 【請求項６】 複数相の固定子巻線に正弦波電流を流す
   駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし４の
   いずれかに記載の永久磁石形モータ。
7. 【請求項７】 空隙部には永久磁石の端部と当接するず
   れ止め部が設けられていることを特徴とする請求項１な
   いし４のいずれかに記載の永久磁石形モータ。
8. 【請求項８】 圧縮空間にガスケットを供給する吸入手
   段と、 圧縮空間内に供給されたガスケットを圧縮する圧縮手段
   と、 該圧縮手段を駆動する請求項１ないし７のいずれかに記
   載の永久磁石形モータと、 圧縮されたガスケットを吐出する吐出手段とを具備した
   ことを特徴とするコンプレッサ。