JP7019033B2 - 電動機、圧縮機および空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機、圧縮機および空気調和装置に関する。

業務用エアコン等の大型空調装置では、圧縮機の容量の増加が求められている。圧縮機の容量を増加させるためには、ストロークボリュームを拡大し、電動機の回転数を高速化する必要がある。電動機の回転数を高速化すると、電動機のコイルに流れる電流の周波数が高くなる。そのため、永久磁石に希土類磁石を用いた永久磁石埋込型の電動機では、永久磁石に渦電流が発生し、電動機効率が低下する。

永久磁石での渦電流を低減するため、特許文献１では、絶縁被膜付きの鋼板を打ち抜いて形成した孔に永久磁石を挿入することが提案されている。また、特許文献２では、永久磁石を軸方向に分割し、分割した永久磁石の間に絶縁層を設けることが提案されている。

特開２０１５－１１６１０５号公報（図１参照） 特開２００５－３５４８９９号公報（図２参照）

しかしながら、特許文献１のように絶縁被膜付きの鋼板を用いた場合には、製造コストが上昇する。また、特許文献２のように永久磁石を分割した場合には、磁石数が増加し、加工費が増加するため、やはり製造コストが上昇する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、製造コストを上昇させずに渦電流損を低減することを目的とする。

本発明の電動機は、回転軸を中心として回転可能なロータと、ロータを囲み、ロータとの間にエアギャップを有するステータとを有する。ロータは、磁石挿入孔を有するロータコアと、磁石挿入孔内に配置された希土類磁石とを有する。ロータコアは、回転軸を中心とする径方向において磁石挿入孔よりも外側に複数のスリットを有し、回転軸を中心とする周方向における磁石挿入孔の両端部からロータコアの外周に向けて延在する２つのフラックスバリアを有し、２つのフラックスバリアの周方向の内側にサイドスリットをそれぞれ有する。複数のスリットはいずれも、径方向の長さが、周方向の長さよりも長い。サイドスリットは、周方向の長さが、径方向の長さよりも長い。複数のスリットは、磁石挿入孔までの最短距離が一定である。当該最短距離をＴとし、エアギャップをＧとすると、２．７５≦Ｔ／Ｇ≦５．２５が成り立つ。サイドスリットから磁石挿入孔までの最短距離は、当該最短距離Ｔよりも短い。

本発明では、複数のスリットと磁石挿入孔との距離が一定であり、当該距離ＴとエアギャップＧとの間に２．７５≦Ｔ／Ｇ≦５．２５が成立するため、渦電流を低減することができる。また、希土類磁石を分割する必要がないため、製造コストを低減することができる。

実施の形態１の電動機を示す断面図（Ａ）および巻線の断面構造を示す模式図（Ｂ）である。 実施の形態１の電動機の一部を拡大して示す断面図である。 実施の形態１のロータコアの一部を拡大して示す断面図である。 実施の形態１のロータコアの外周部分を拡大して示す図である。 実施の形態１のロータとステータとの対向部分を拡大して示す模式図である。 比較例の電動機の一部を拡大して示す断面図である。 比較例のロータコアの外周部分を拡大して示す断面図である。 Ｔ／Ｇと渦電流損との関係を示すグラフである。 実施の形態１のロータコアにおける貫通穴の配置を説明するための図である。 図９の一部を拡大して示す図である。 実施の形態１のロータコアにおけるカシメ部の配置を説明するための図である。 実施の形態２のロータコアの一部を拡大して示す図である。 実施の形態３の電動機の一部を拡大して示す断面図である。 実施の形態４の電動機の一部を拡大して示す断面図である。 各実施の形態の電動機が適用可能な圧縮機を示す図である。 図１５の圧縮機を用いた空気調和装置を示す図である。

実施の形態１．
＜電動機の構成＞
図１（Ａ）は、実施の形態１の電動機１００を示す断面図である。図１（Ａ）に示す電動機１００は、円筒状のシェル５の内側に組み込まれている。シェル５は、電動機１００が組み込まれる圧縮機５００（図１５）の容器の一部である。

電動機１００は、回転可能なロータ２と、ロータ２を囲むように設けられたステータ１とを有する。ステータ１は、上述したシェル５の内側に組み込まれている。ステータ１とロータ２との間には、例えば０．５ｍｍのエアギャップ（すなわち隙間）が設けられている。

以下では、ロータ２の回転軸である軸線Ｃ１の方向を、「軸方向」と称する。また、軸線Ｃ１を中心とする円周に沿った方向を、「周方向」と称する。また、軸線Ｃ１を中心とする半径方向を、「径方向」と称する。なお、図１は、軸線Ｃ１に直交する面における断面図である。

＜ステータの構成＞
ステータ１は、ステータコア１０と、ステータコア１０に巻き付けられた巻線１５とを有する。ステータコア１０は、複数の積層要素を軸方向に積層し、カシメ等により締結したものである。積層要素としては、例えば、厚さ０．２５～０．５ｍｍの電磁鋼板を打ち抜き加工したものを用いる。

ステータコア１０は、軸線Ｃ１を中心とする環状のヨーク１１と、ヨーク１１から径方向内側に突出する複数のティース１２とを有する。ティース１２の数は、ここでは１８個であるが、これに限定されるものではない。ステータコア１０のティース１２には、図示しない絶縁部（インシュレータ）を介して、巻線１５が巻き付けられる。周方向に隣り合うティース１２の間には、巻線１５を収容するためのスロット１３が形成される。

図１（Ｂ）は、巻線１５の断面構造を示す模式図である。巻線１５は、アルミニウムまたは銅で構成された導体１５ａと、導体１５ａの周囲を覆う耐冷媒性の絶縁被膜１５ｂとを有する。巻線１５は、圧縮機５００（図１５）の内部の冷媒に接するため、耐冷媒性の絶縁被膜１５ｂで導体１５ａを保護している。巻線１５の巻き方は、複数のティース１２に跨って巻き付けられる分布巻であってもよく、あるいは、１つのティース１２毎に巻き付けられる集中巻であってもよい。

ステータコア１０の外周には、軸線Ｃ１を中心とする円筒面である複数の当接面１７と、軸線Ｃ１に平行な平坦面である複数の切欠き部１６とが形成されている。複数の当接面１７と複数の切欠き部１６とは、周方向に交互に形成されている。ここでは、当接面１７および切欠き部１６の数は、それぞれ６個であるが、これに限定されるものではない。

当接面１７は、シェル５の内周面５１に嵌合する。これにより、電動機１００がシェル５に取り付けられる。また、切欠き部１６とシェル５の内周面５１との間には、空隙が形成される。この空隙は、後述するように冷媒流路となる。

＜ロータの構成＞
ロータ２は、複数の磁石挿入孔２１が形成されたロータコア２０と、それぞれの磁石挿入孔２１に配置された永久磁石２２とを有する。ロータコア２０は、積層要素を軸方向に積層し、カシメ等により締結したものである。積層要素としては、例えば、厚さ０．２５～０．５ｍｍの電磁鋼板を打ち抜き加工したものを用いる。

ロータコア２０は、軸線Ｃ１を中心とする円筒状の外周面を有する。ロータコア２０の径方向の中心には、シャフト孔２４が形成されている。シャフト孔２４には、回転シャフト２５が圧入によって固定されている。

磁石挿入孔２１は、ロータコア２０の外周に沿って形成され、ロータコア２０を軸方向に貫通している。磁石挿入孔２１の数は６個であり、ロータコア２０の周方向に等間隔に形成されている。なお、図１（Ａ）に示した例では、１つの磁石挿入孔２１が、ステータ１の３つのスロット１３に対向しているが、このような構成に限定されるものではない。

各磁石挿入孔２１には、それぞれ１つの永久磁石２２が配置されている。永久磁石２２はロータ２の磁極を構成しており、永久磁石２２の数はロータ２の極数と同じである。すなわち、ここでは、ロータ２の極数は６極である。但し、ロータ２の極数は６極に限定されるものではなく、２極以上であればよい。

図２は、電動機１００の１磁極に相当する部分を拡大して示す断面図である。磁石挿入孔２１の周方向の中心を通る径方向の直線を、磁極中心線Ｍ１とする。磁石挿入孔２１は、磁極中心線Ｍ１に対して直交する方向に直線状に延在する。永久磁石２２は平板状であり、磁極中心線Ｍ１に直交する板面を有する。

永久磁石２２は、ネオジウム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）およびボロン（Ｂ）を主成分とする希土類磁石（より具体的には、希土類焼結磁石）で構成される。希土類磁石は、残留磁束密度および保磁力が高いため、電動機１００の高効率化と減磁耐力の向上を実現することができる。永久磁石２２の保磁力をさらに高めるために、ディスプロシウム（Ｄｙ）またはテルビウム（Ｔｂ）を加えてもよい。

永久磁石２２は、ロータコア２０の径方向外側と径方向内側とで異なる磁極を有するように着磁されている。また、周方向に隣り合う永久磁石２２は、着磁方向が互いに逆になっている。

磁石挿入孔２１の周方向の両側には、フラックスバリア２３がそれぞれ形成されている。フラックスバリア２３は、磁石挿入孔２１の周方向端部からロータコア２０の外周に向けて径方向に延在する空隙である。フラックスバリア２３は、隣り合う磁極間の漏れ磁束（すなわち極間を通って流れる磁束）を低減するために設けられる。

ロータコア２０において、２つのフラックスバリア２３の周方向内側には、サイドスリット３５がそれぞれ形成されている。サイドスリット３５は、後述するように周方向に長いスリットであり、ロータコア２０の外周に沿って延在している。

図３は、ロータコア２０の１磁極に相当する部分を拡大して示す図である。図３において、隣接する磁極との境界（すなわち極間）を、符号Ｍ２で示す。磁石挿入孔２１は、径方向外側の端部である第１縁部２１ａと、径方向内側の端部である第２縁部２１ｂとを有する。

ロータコア２０において、磁石挿入孔２１よりも径方向外側には、スリット３１，３２，３３，３４が形成されている。スリット３１，３２，３３，３４をまとめて、スリット群３０と称する。

具体的には、磁石挿入孔２１の周方向中心から周方向一端（図中右端）にかけて、スリット３１，３２，３３，３４がこの順に形成され、磁石挿入孔２１の周方向中心から周方向他端（図中左端）にかけて、スリット３１，３２，３３，３４がこの順に形成されている。スリット３１，３２，３３，３４は、それぞれ２つずつ、磁極中心線Ｍ１を中心として対称に形成されている。なお、対称に形成されているとは、形状および配置が対称であることを言う。

スリット３１，３２，３３，３４は、いずれも径方向に長い形状を有する。なお、径方向に長い形状とは、径方向の長さが周方向の長さよりも長い形状を言う。スリット３１，３２，３３，３４は、いずれも径方向に長い四角形で、４つの角部に相当する部分が湾曲した形状を有する。

具体的には、スリット３１は、径方向外側の端部である外側端部３１ａと、径方向内側の端部である内側端部３１ｂと、周方向両側の端部である２つの側端部３１ｃとを有する。同様に、スリット３２は、外側端部３２ａと、内側端部３２ｂと、２つの側端部３２ｃとを有する。スリット３３は、外側端部３３ａと、内側端部３３ｂと、２つの側端部３３ｃとを有する。スリット３４は、外側端部３４ａと、内側端部３４ｂと、２つの側端部３４ｃとを有する。

スリット３１，３２，３３，３４の外側端部３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａは、ロータコア２０の外周に沿って延在している。スリット３１，３２，３３，３４の内側端部３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂは、磁石挿入孔２１の第１縁部２１ａに沿って延在している。スリット３１，３２，３３，３４の長手方向は、磁極中心線Ｍ１に平行である。

各スリット３１，３２，３３，３４の外側端部３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａからロータコア２０の外周までの距離は、いずれも、ステータコア１０を構成する積層要素（すなわち電磁鋼板）の板厚の２倍以上であることが望ましい。なお、スリット３１，３２，３３，３４は、ここで説明した形状に限定されるものではなく、径方向の長さが周方向の長さよりも長い形状を有していればよい。

図４は、ロータコア２０の磁石挿入孔２１、スリット３１，３２，３３，３４およびサイドスリット３５の位置関係を示す図である。スリット３１から磁石挿入孔２１までの距離（最短距離）、すなわちスリット３１の内側端部３１ｂから磁石挿入孔２１の第１縁部２１ａまでの距離（最短距離）を、Ｔ１とする。

同様に、スリット３２から磁石挿入孔２１までの距離、すなわちスリット３２の内側端部３２ｂから磁石挿入孔２１の第１縁部２１ａまでの距離を、Ｔ２とする。スリット３３から磁石挿入孔２１までの距離、すなわちスリット３３の内側端部３３ｂから磁石挿入孔２１の第１縁部２１ａまでの距離を、Ｔ３とする。スリット３４から磁石挿入孔２１までの距離、すなわちスリット３４の内側端部３４ｂから磁石挿入孔２１の第１縁部２１ａまでの距離を、Ｔ４とする。

スリット３１，３２，３３，３４から磁石挿入孔２１までの距離Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、一定である。すなわち、Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝Ｔ４が成立する。このスリット３１，３２，３３，３４から磁石挿入孔２１までの一定の距離を、距離Ｔとする。距離Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４が一定であるため、スリット３１，３２，３３，３４の内側端部３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂは、一つの直線Ｂ１上に位置する。

図４において、磁極中心線Ｍ１を挟んで相対する２つのスリット３１の周方向の間隔を、Ｓ１とする。また、隣り合うスリット３１，３２の周方向の間隔をＳ２とし、隣り合うスリット３２，３３の周方向の間隔をＳ３とし、隣り合うスリット３３，３４の周方向の間隔をＳ４とする。この実施の形態では、Ｓ１＞Ｓ３＞Ｓ２＞Ｓ４が成り立つようにスリット３１，３２，３３，３４が配置されている。間隔Ｓ１を広くすることで、２つのスリット３１の間に、後述するカシメ部２９（図１１）を形成することができる。

図５は、ロータ２とステータ１との対向部分を拡大して示す模式図である。スリット３１の径方向の長さ（すなわち外側端部３１ａと内側端部３１ｂとの最大距離）を、長さＬ１とする。同様に、スリット３２，３３，３４の径方向の長さを、それぞれ長さＬ２，Ｌ３，Ｌ４とする。

スリット３１，３２，３３，３４の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４を満足する。すなわち、スリット３１，３２，３３，３４の長さは、磁極中心線Ｍ１に近いスリットほど長く、磁極中心線Ｍ１から遠いスリットほど短い。

また、スリット３１は、径方向の長さＬ１が、周方向の長さＷ１よりも長い形状を有する。スリット３２，３３，３４も同様に、径方向の長さが周方向の長さよりも長い形状を有する。

ロータコア２０の外周と、ステータ１のティース１２の内周１２ａとの間には、エアギャップ（すなわち隙間）Ｇが形成されている。上記のスリット３１，３２，３３，３４から磁石挿入孔２１までの距離Ｔと、エアギャップＧとの間には、２．７５≦Ｔ／Ｇ≦５．２５が成立する。理由については、後述する。

フラックスバリア２３の周方向内側には、上述したサイドスリット３５が形成されている。サイドスリット３５は、周方向において、フラックスバリア２３にできるだけ近い位置に形成されていることが望ましい。

サイドスリット３５は、フラックスバリア２３に近い側の端部３５ａと、磁極中心線Ｍ１に近い側の端部３５ｂと、径方向の両側の２つの端部３５ｃとを有する。サイドスリット３５は、周方向の長さ（すなわち端部３５ａ，３５ｂの最大距離）Ｌ５が、径方向の長さＷ５（すなわち２つの端部３５ｃの最大距離）よりも長い形状を有する。

つまり、スリット３１，３２，３３，３４が、径方向の長さが周方向の長さよりも長い形状を有するのに対し、サイドスリット３５は、周方向の長さが径方向の長さよりも長い形状を有する。

フラックスバリア２３の周方向内側にサイドスリット３５を形成することにより、フラックスバリア２３における磁気抵抗を高めることができ、永久磁石２２の磁束が極間Ｍ２を超えて隣接する磁極に流れること（すなわち漏れ磁束）を低減することができる。これにより、ステータ１の巻線１５に鎖交する有効磁束を増加させ、電動機効率を向上することができる。

サイドスリット３５は、スリット３１，３２，３３，３４の内側端部３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂを通る直線Ｂ１よりも、磁石挿入孔２１側（すなわち径方向内側）に突出していることが望ましい。言い換えると、サイドスリット３５から磁石挿入孔２１までの距離は、上述した距離Ｔよりも短いことが望ましい。これにより、サイドスリット３５とフラックスバリア２３との間隔を狭め、漏れ磁束を低減する効果を高めることができる。

＜作用＞
次に、実施の形態１の電動機１００による渦電流損の低減作用について説明する。永久磁石２２は、希土類磁石で構成されているため、導電性を有する。永久磁石２２には、ステータ１の巻線１５で発生した磁束（すなわちステータ磁束）が通過するが、永久磁石２２を通過するステータ磁束Φの時間変化（ｄΦ／ｄｔ）に応じて、永久磁石２２の内部に渦電流が流れる。渦電流は、損失（すなわち渦電流損）となるため、電動機効率の低下の原因となる。また、ジュール熱により永久磁石２２の温度が上昇するため、永久磁石２２の高温減磁の原因ともなる。

この実施の形態１では、ロータコア２０のスリット３１，３２，３３，３４により、渦電流損の低減を図っている。まず、実施の形態１の電動機１００と比較するため、比較例の電動機１００Ｈについて説明する。

図６は、比較例の電動機１００Ｈの１磁極に相当する部分を示す断面図である。比較例の電動機１００Ｈは、ステータ１とロータ２Ｈとを有する。ロータ２Ｈは、ロータコア２０Ｈの構成が、実施の形態１のロータコア２０と異なる。

図７は、比較例のロータコア２０Ｈの１磁極に相当する部分を示す図である。比較例のロータコア２０Ｈでは、スリット３１，３２，３３，３４と磁石挿入孔２１との距離が一定でない。スリット３１，３２，３３，３４から磁石挿入孔２１までの距離Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＝Ｔ４を満足する。

すなわち、最も磁極中心に近いスリット３１から磁石挿入孔２１までの距離Ｔ１が最も短く、スリット３２から磁石挿入孔２１までの距離Ｔ２が２番目に短い。スリット３３，３４から磁石挿入孔２１までの距離Ｔ３，Ｔ４は、互いに等しく、距離Ｔ１，Ｔ２よりも長い。

図８は、スリット３１，３２，３３，３４から磁石挿入孔２１までの距離Ｔと、渦電流損との関係についての３次元電磁界解析の結果を示すグラフである。図８の横軸には、スリット３１，３２，３３，３４から磁石挿入孔２１までの距離ＴをエアギャップＧで除算した値Ｔ／Ｇを示す。縦軸には、渦電流損（相対値）を示す。実施の形態１の電動機１００の解析結果は、実線で示す。

図８には、比較例の電動機１００Ｈのデータ（符号Ｐ）も併せて示す。比較例では、Ｔ１／Ｇ＝１、Ｔ２／Ｇ＝２、Ｔ３／Ｇ＝３、Ｔ４／Ｇ＝３としている。そのため、距離Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の平均をエアギャップＧで除算した値（すなわちＴ／Ｇ）は、２．２５となる。図８の縦軸は、この比較例（Ｔ／Ｇ＝２．２５）における渦電流損（単位：Ｗ）に対する相対値を示している。

図８に示した結果から、２．７５≦Ｔ／Ｇ≦５．２５の範囲では、実施の形態１の電動機１００では、渦電流損が比較例の５０％以下に低減されることが分かる。また、Ｔ／Ｇ＝４の場合には渦電流損が最小となり、比較例の２５％まで低減されることが分かる。

このように渦電流損が低減される理由は、以下のように考えられる。比較例の電動機１００Ｈでは、スリット３１，３２，３３，３４から磁石挿入孔２１までの距離が一定でなく、スリット３１と磁石挿入孔２１との間の磁路が最も狭いため、この部分にステータ磁束が流れると、磁気飽和が生じる。ロータコア２０Ｈにおいて永久磁石２２に対向する部分で磁気飽和が発生すると、永久磁石２２に渦電流が流れやすくなる。

これに対し、実施の形態１の電動機１００（図４）では、スリット３１，３２，３３，３４から磁石挿入孔２１までの距離Ｔが一定であり、この距離Ｔが２．７５≦Ｔ／Ｇ≦５．２５の範囲にある。そのため、スリット３１，３２，３３，３４と磁石挿入孔２１との間に、磁路が局所的に狭くなる部分がなく、磁気飽和の発生が抑えられる。このように磁気飽和の発生を抑えることにより、渦電流損を低減することができる。

一般に、渦電流損を低減するためには、永久磁石２２を複数に分割し、絶縁被膜で互いに絶縁する構成が採用される。しかしながら、この構成では、永久磁石２２の分割により、部品点数が増加する。また、永久磁石２２はサイズが小さくなるほど加工コストが増加する。これらの理由で、永久磁石２２を分割することは製造コストの上昇につながる。

これに対し、この実施の形態１の電動機１００では、スリット３１，３２，３３，３４から磁石挿入孔２１までの距離Ｔを一定とし、Ｔ／Ｇを２．７５～５．２５の範囲内とすることにより、永久磁石２２を分割せずに、永久磁石２２を分割した場合と同等の渦電流損の低減効果を得ることができる。

また、上記のようにスリット３１，３２，３３，３４と磁石挿入孔２１との間に、距離Ｔに相当する幅の磁路が形成されるため、永久磁石２２に向かうステータ磁束を磁路に逃がすことができる。これにより、永久磁石２２にステータ磁束が集中しにくくなり、永久磁石２２の減磁を抑制することができる。すなわち、減磁耐力を向上することができる。

＜冷媒流路＞
次に、電動機１００の冷媒流路について説明する。電動機１００は、例えば、空気調和装置の圧縮機５００（図１５）に用いられる。空気調和装置では、圧縮機５００が圧縮して吐出した冷媒が、冷媒回路を循環して圧縮機５００に戻る。圧縮機５００の内側には電動機１００が嵌合しているため、電動機１００に冷媒の流路（冷媒流路）を設ける必要がある。

そのため、図２に示すように、ステータ１の外周には、切欠き部１６が形成されている。圧縮機５００の動作時には、切欠き部１６とシェル５の内周面５１との間を、冷媒が軸方向に流れる。すなわち、切欠き部１６とシェル５の内周面５１とにより、冷媒流路が構成される。切欠き部１６は、平坦面であることが望ましいが、例えばＶ字状の溝であってもよい。

また、切欠き部１６は、ステータ１の周方向に均等に形成されていることが望ましい。冷媒の流れを均一化できるためである。なお、ステータ１には、６個の切欠き部１６が形成されているが、切欠き部１６の数は６個に限らず、５個以下あるいは７個以上であってもよい。

また、ステータコア１０のヨーク１１には、貫通穴１８が形成されている。貫通穴１８は、ステータコア１０を軸方向に貫通している。圧縮機５００の動作時には、冷媒が貫通穴１８を軸方向に流れる。すなわち、貫通穴１８により、冷媒流路が構成される。

図１（Ａ）に示した例では、貫通穴１８は、ステータコア１０の当接面１７の径方向内側の１２か所に形成されている。これにより、ステータコア１０の切欠き部１６の径方向内側には、例えばカシメ部を形成することができる。但し、貫通穴１８の数および配置は、このような例に限定されるものではない。

貫通穴１８は、ティース１２の周方向の中心を通る径方向の直線Ａ１上に形成することが望ましい。すなわち、貫通穴１８は、周方向に隣り合うスロット１３から等距離に形成することが望ましい。貫通穴１８が、ティース１２およびヨーク１１を流れる磁束の流れをできるだけ遮らないようにするためである。

ステータ１が冷媒流路としての切欠き部１６および貫通穴１８を有することにより、圧縮機５００を流れる十分な冷媒流量を確保することができる。また、電動機１００を冷媒が通過することにより、電動機１００の熱が冷媒によって放熱される。そのため、電動機１００の温度上昇を抑制し、永久磁石２２の高温減磁を抑制することができる。

なお、ここでは、ステータ１が冷媒流路としての切欠き部１６および貫通穴１８を有しているが、ステータ１が切欠き部１６および貫通穴１８の何れか一方のみを有する構成も可能である。

図９は、ロータ２のロータコア２０を示す図である。図１０は、ロータコア２０の一磁極に相当する部分を示す図である。ロータ２は、冷媒流路として、ロータコア２０の径方向外側から順に、第１の貫通穴２６、第２の貫通穴２７および第３の貫通穴２８を有する。なお、上述した図１（Ａ）では、これらの貫通穴２６，２７，２８は省略されている。

第１の貫通穴２６は、１磁極に２つずつ設けられ、磁極中心線Ｍ１を挟んで周方向の両側に形成されている。第２の貫通穴２７は、１磁極に１つずつ設けられ、磁極中心線Ｍ１上に形成されている。第３の貫通穴２８は、１磁極に１つずつ設けられ、極間Ｍ２を跨ぐように形成されている。また、貫通穴２６，２７，２８の中では、第１の貫通穴２６の内径が最も小さく、第２の貫通穴２７の内径が最も大きい。貫通穴２６，２７，２８は円形状を有するが、これに限定されるものではない。

このように、ロータ２が冷媒流路としての貫通穴２６，２７，２８を有するため、貫通穴２６，２７，２８を流れる冷媒により、ロータ２を効率よく冷却することができる。これにより、永久磁石２２の温度上昇を抑制し、永久磁石２２の高温減磁を抑制することができる。

図９において、ロータコア２０の外径をＤとする。ロータコア２０の貫通穴２６，２７，２８のうちの少なくとも一つは、軸線Ｃ１から穴中心までの距離Ｈが、Ｈ≧Ｄ／４を満足するように形成されている。言い換えると、ロータコア２０の貫通穴２６，２７，２８のうちの少なくとも一つは、ロータコア２０の半径の１／２よりも径方向外側に形成されている。ここでは、軸線Ｃ１から貫通穴２６の中心までの距離Ｈ１が、Ｈ１≧Ｄ／４を満足し、軸線Ｃ１から貫通穴２７の中心までの距離Ｈ２が、Ｈ２≧Ｄ／４を満足する。

貫通穴２６，２７，２８のうちの少なくとも一つ（ここでは第１の貫通穴２６および第２の貫通穴２７）がＨ≧Ｄ／４を満足することにより、冷媒流路を永久磁石２２に接近させることができる。その結果、永久磁石２２を効率よく冷却し、永久磁石２２の高温減磁の抑制効果をさらに高めることができる。

＜カシメ部＞
次に、ロータコア２０のカシメ部２９について説明する。図１１は、ロータコア２０のカシメ部２９の配置を説明するための図である。上記の通り、ロータコア２０は、複数の積層要素を軸方向に積層し、カシメ部２９により一体化したものである。

カシメ部２９は、ロータコア２０の磁石挿入孔２１の径方向外側で、且つ磁極中心線Ｍ１上（すなわち磁石挿入孔２１の周方向の中央）に設けられている。上記の通り、ロータコア２０の２つのスリット３１の間に広い間隔が設けられているため、２つのスリット３１の間にカシメ部２９を形成することができる。また、カシメ部２９とスリット３１との間にも距離を設けて、磁束の集中を回避することができる。

＜実施の形態の効果＞
以上説明したように、本発明の実施の形態１の電動機１００は、ロータコア２０の磁石挿入孔２１よりも径方向外側に、径方向に長い複数のスリット３１，３２，３３，３４を有する。これら複数のスリット３１，３２，３３，３４は、磁石挿入孔２１との距離Ｔが一定であり、この距離Ｔと、ステータ１とロータ２とのエアギャップＧとの間に、２．７５≦Ｔ／Ｇ≦５．２５が成立する。この構成により、永久磁石２２に流れる渦電流を低減することができる。すなわち渦電流損を低減し、電動機効率を向上することができる。また、永久磁石２２の分割が不要になるため、製造コストの上昇を回避することができる。

さらに、永久磁石２２に向かうステータ磁束を、スリット３１，３２，３３，３４と磁石挿入孔２１との間の磁路に逃がすことができるため、永久磁石２２におけるステータ磁束の集中を抑制し、永久磁石２２の減磁を抑制することができる。

また、複数のスリット３１，３２，３３，３４が、いずれも磁極中心線Ｍ１に平行に延在しているため、永久磁石２２から出た磁束を最短距離でステータ１に導くことができる。

また、複数のスリット３１，３２，３３，３４が、磁極中心線Ｍ１に対して対称に形成されているため、エアギャップに発生する磁束の空間高調波を抑制し、トルクリプル（トルク脈動）および径方向加振力を抑制し、これにより騒音および振動を抑制することができる。

また、複数のスリット３１，３２，３３，３４のうち、磁石挿入孔２１の周方向の中心の最も近くに形成された２つのスリット３１の間隔は、他の２つのスリットの間隔よりも広いため、２つのスリット３１の間にカシメ部２９を形成することができる。

また、ロータコア２０が、磁石挿入孔２１の周方向の両端にサイドスリット３５をそれぞれ有するため、隣り合う磁極間の漏れ磁束を低減することができる。

また、磁石挿入孔２１が磁極中心線Ｍ１に直交する方向に直線状に延在しているため、磁石挿入孔２１よりも径方向外側のコア部分を小さくすることができる。そのため、ロータ２の回転時に、磁石挿入孔２１よりも径方向外側のコア部分に加わる遠心力を低減し、ロータコア２０の耐久性を向上することができる。

ロータコア２０は、当該ロータコア２０を軸方向に貫通する貫通穴２６，２７，２８を有するため、貫通穴２６，２７，２８を流れる冷媒により、ロータ２を冷却することができる。これにより、永久磁石２２の高温減磁を抑制することができる。

また、ロータコア２０の直径Ｄと、軸線Ｃ１から貫通穴２７，２８の中心までの距離Ｈとが、Ｄ／４≦Ｈを満足するため、貫通穴２７，２８を流れる冷媒によって永久磁石２２を効率よく冷却することができる。その結果、永久磁石２２の高温減磁の抑制効果を高めることができる。

また、ステータ１の巻線１５が、銅またはアルミニウムで構成された導体１５ａと、導体１５ａの表面を覆う絶縁被膜１５ｂとを有するため、例えば圧縮機５００の冷媒中において巻線１５の腐食を防止することができる。

また、ステータコア１０は、当該ステータコア１０を軸方向に貫通する貫通穴１８および外周の切欠き部１６を有するため、例えば貫通穴１８を流れる冷媒により、電動機１００を冷却することができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図１２は、実施の形態２の電動機のロータコア２０Ａの１磁極に相当する部分を示す図である。実施の形態２の電動機は、ロータコア２０Ａのスリット３１，３２，３３，３４の延在方向が、実施の形態１と異なる。

上述した実施の形態１のスリット３１，３２，３３，３４は、いずれも磁極中心線Ｍ１に平行に延在していた（図３参照）。これに対し、実施の形態２のスリット３１，３２，３３，３４は、磁極中心線Ｍ１に対して傾斜して延在している。スリット３１，３２，３３，３４は、径方向外側ほど磁極中心線Ｍ１に接近する方向に傾斜している。

磁極中心線Ｍ１に対して一方の側（図１２の右側）のスリット３１，３２，３３，３４と、磁極中心線Ｍ１に対して他方の側（図１２の左側）のスリット３１，３２，３３，３４とは、互いに対称に傾斜している。

また、磁極中心線Ｍ１に対して同じ側に位置するスリット３１，３２，３３，３４は互いに平行に延在していることが望ましい。このように構成すれば、スリット間隔が局所的に狭くならず、スリット間での磁気飽和が特に発生しにくいためである。

この実施の形態２においても、スリット３１，３２，３３，３４はいずれも径方向に長い（言い換えると、径方向の長さが周方向の長さよりも長い）。また、スリット３１，３２，３３，３４から磁石挿入孔２１までの距離（すなわち最短距離）は一定であり、この距離Ｔは、２．７５≦Ｔ／Ｇ≦５．２５を満足する。

また、磁極中心線Ｍ１を挟んで隣り合う２つのスリット３１の周方向の間隔Ｓ１と、隣り合うスリット３１，３２の周方向の間隔Ｓ２と、隣り合うスリット３２，３３の周方向の間隔Ｓ３と、隣り合うスリット３３，３４の周方向の間隔Ｓ４とは、Ｓ１＞Ｓ３＞Ｓ２＞Ｓ４を満足する。２つのスリット３１の間に、カシメ部２９（図１１）を形成してもよい。

実施の形態２の電動機は、ロータコア２０Ａのスリット３１，３２，３３，３４が磁極中心線Ｍ１に対して傾斜していることを除き、実施の形態１の電動機と同様に構成されている。

この実施の形態２では、ロータコア２０Ａのスリット３１，３２，３３，３４が磁極中心線Ｍ１に対して傾斜しているが、スリット３１，３２，３３，３４から磁石挿入孔２１までの距離が一定であり、この距離Ｔが２．７５≦Ｔ／Ｇ≦５．２５を満足するため、実施の形態１と同様に、渦電流損を低減することができる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図１３は、実施の形態３の電動機の１磁極に相当する部分を示す断面図である。実施の形態３の電動機は、ロータコア２０Ｂのスリット３１，３２，３３，３４の配置が、実施の形態１と異なる。

上述した実施の形態１のスリット３１，３２，３３，３４は、周方向に不等間隔に配置されていた。これに対し、実施の形態３のスリット３１，３２，３３，３４は、周方向に等間隔に配置されている。

図１３において、磁極中心線Ｍ１を挟んで隣り合う２つのスリット３１の周方向の間隔Ｓ１と、隣り合うスリット３１，３２の周方向の間隔Ｓ２と、隣り合うスリット３２，３３の周方向の間隔Ｓ３と、隣り合うスリット３３，３４の周方向の間隔Ｓ４とは、Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３＝Ｓ４を満足する。

スリット３１，３２，３３，３４は、実施の形態１と同様、磁極中心線Ｍ１に平行に延在している。但し、実施の形態２で説明したように、磁極中心線Ｍ１に対して傾斜して延在していてもよい。その場合には、磁極中心線Ｍ１の一方の側のスリット３１，３２，３３，３４と、他方の側のスリット３１，３２，３３，３４とが、磁極中心線Ｍ１に対して対称に傾斜していることが望ましい。

実施の形態１と同様、スリット３１，３２，３３，３４から磁石挿入孔２１までの距離は一定であり、この距離Ｔは、２．７５≦Ｔ／Ｇ≦５．２５を満足する。

実施の形態３の電動機は、ロータコア２０Ｂのスリット３１，３２，３３，３４が等間隔に配置されていることを除き、実施の形態１の電動機と同様に構成されている。

この実施の形態３では、ロータコア２０Ｂのスリット３１，３２，３３，３４が周方向に等間隔で配置されているため、実施の形態１で説明した効果に加えて、ロータコア２０Ｂに流入したステータ磁束を均一に分散させることができ、ロータコア２０Ｂのスリット間での磁気飽和を抑制することができる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。図１４は、実施の形態４の電動機の１磁極に相当する部分を示す断面図である。実施の形態４の電動機は、ロータコア２０Ｃの１磁極当たりのスリットの数が、実施の形態１と異なる。

上述した実施の形態１のロータコア２０は、各磁極に８つのスリットを有していたが、この実施の形態２のロータコア２０Ｃは、各磁極に２つのスリット３１を有する。この２つのスリット３１は、磁極中心線Ｍ１から等距離に配置されている。

２つのスリット３１は、磁極中心線Ｍ１に平行に延在しているが、実施の形態２で説明したように、磁極中心線Ｍ１に対して傾斜していてもよい。その場合には、２つのスリット３１が磁極中心線Ｍ１に対して対称に傾斜していることが望ましい。

２つのスリット３１から磁石挿入孔２１までの距離は一定であり、この距離Ｔは、２．７５≦Ｔ／Ｇ≦５．２５を満足する。

実施の形態４の電動機は、ロータコア２０Ｃが各磁極に２つのスリット３１を有することを除き、実施の形態１の電動機と同様に構成されている。

この実施の形態４では、ロータコア２０Ｃの各磁極のスリット数は２つであるが、スリット３１から磁石挿入孔２１までの距離が一定であり、この距離Ｔが２．７５≦Ｔ／Ｇ≦５．２５を満足するため、実施の形態１と同様に、渦電流損を低減することができる。

なお、実施の形態１～４では、ロータコアの各磁極のスリットの数が８つの場合と２つの場合について説明したが、スリットの数は２つ以上であればよい。

＜スクロール圧縮機＞
次に、上述した各実施の形態の電動機が適用可能な圧縮機について説明する。図１５は、実施の形態１の電動機１００を備えた圧縮機５００の構成を示す断面図である。なお、実施の形態１の電動機１００に代えて、実施の形態２～４の電動機を用いてもよい。

圧縮機５００は、スクロール圧縮機であり、格納容器５０２内に、圧縮機構５１０と、圧縮機構５１０を駆動する電動機１００と、圧縮機構５１０と電動機１００とを連結する主軸５０１と、主軸５０１の圧縮機構５１０の反対側の端部（副軸部）を支持するサブフレーム５０３と、格納容器５０２の底部の油だめ５０５に貯留される冷凍機油５０４とを有する。

圧縮機構５１０は、それぞれの板状渦巻歯の間に圧縮室を形成するように組み合わされた固定スクロール５１１および揺動スクロール５１２と、オルダムリング５１３と、コンプライアントフレーム５１４と、ガイドフレーム５１５とを有する。

固定スクロール５１１には、格納容器５０２を貫通した吸入管５０６が圧入されている。また、格納容器５０２を貫通して、固定スクロール５１１の吐出ポート５１１ａから吐出される高圧の冷媒ガスを外部（冷凍サイクル）に吐出する吐出管５０７が設けられている。

格納容器５０２は、電動機１００が焼嵌めによって組み込まれる円筒状のシェル５を有する。また、格納容器５０２には、電動機１００のステータ１と駆動回路とを電気的に接続するためのガラス端子５０８が溶接により固定されている。

上述した実施の形態１～４の電動機１００は、渦電流損の低減により電動機効率を向上している。そのため、圧縮機５００の動力源に電動機１００を用いることで、圧縮機５００の運転効率を向上し、消費エネルギーを低減することができる。

ここでは、圧縮機の一例としてスクロール圧縮機について説明したが、上述した各実施の形態の電動機は、スクロール圧縮機以外の圧縮機に適用してもよい。

＜空気調和装置＞
次に、上述した圧縮機５００を備えた空気調和装置４００について説明する。図１６は、空気調和装置４００の構成を示す図である。図１６に示した空気調和装置４００は、圧縮機４０１と、凝縮器４０２と、絞り装置（減圧装置）４０３と、蒸発器４０４とを有する。圧縮機４０１、凝縮器４０２、絞り装置４０３および蒸発器４０４は、冷媒配管４０７によって連結されて冷凍サイクルを構成している。すなわち、圧縮機４０１、凝縮器４０２、絞り装置４０３および蒸発器４０４の順に、冷媒が循環する。

圧縮機４０１、凝縮器４０２および絞り装置４０３は、室外機４１０に設けられている。圧縮機４０１は、図１５に示した圧縮機５００で構成されている。室外機４１０には、凝縮器４０２に室外の空気を供給する室外側送風機４０５が設けられている。蒸発器４０４は、室内機４２０に設けられている。この室内機４２０には、蒸発器４０４に室内の空気を供給する室内側送風機４０６が設けられている。

空気調和装置４００の動作は、次の通りである。圧縮機４０１は、吸入した冷媒を圧縮して送り出す。凝縮器４０２は、圧縮機４０１から流入した冷媒と室外の空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させて冷媒配管４０７に送り出す。室外側送風機４０５は、凝縮器４０２に室外の空気を供給する。絞り装置４０３は、開度を変化させることによって、冷媒配管４０７を流れる冷媒の圧力等を調整する。

蒸発器４０４は、絞り装置４０３により低圧状態にされた冷媒と室内の空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発（気化）させて、冷媒配管４０７に送り出す。室内側送風機４０６は、蒸発器４０４に室内の空気を供給する。これにより、蒸発器４０４で熱が奪われた冷風が、室内に供給される。

圧縮機４０１（図１５の圧縮機５００）には、実施の形態１～４で説明した電動機１００が適用されるため、空気調和装置４００の運転時における圧縮機４０１の運転効率を高め、動作の安定性を向上することができる。

なお、実施の形態１～４の電動機を適用した圧縮機５００は、図１６に示した空気調和装置４００に限らず、他の種類の空気調和装置に用いてもよい。

以上、本発明の望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変形を行なうことができる。

１ ステータ、 ２ ロータ、 ５ シェル、 １０ ステータコア、 １１ ヨーク、 １２ ティース、 １３ スロット、 １５ 巻線、 １５ａ 導体、 １５ｂ 絶縁被膜、 １６ 切欠き部、 １７ 当接面、 １８ 貫通穴、 ２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ ロータコア、 ２１ 磁石挿入孔、 ２２ 永久磁石（希土類磁石）、 ２３ フラックスバリア、 ２４ シャフト孔、 ２５ 回転シャフト、 ２６ 第１の貫通穴、 ２７ 第２の貫通穴、 ２８ 第３の貫通穴、 ２９ カシメ部、 ３０ スリット群、 ３１，３２，３３，３４ スリット、 ３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ 外側端部、 ３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ 内側端部、 ３５ サイドスリット、 １００ 電動機、 ４００ 空気調和装置、 ４０１ 圧縮機、 ４０２ 凝縮器、 ４０３ 絞り装置、 ４０４ 蒸発器、 ４０５ 室外側送風機、 ４０６ 室内側送風機、 ４０７ 冷媒配管、 ４１０ 室外機、 ４２０ 室内機、 ５００ 圧縮機、 ５０１ 主軸、 ５０２ 格納容器、 ５０３ サブフレーム、 ５０６ 吸入管、 ５０７ 吐出管、 ５０８ ガラス端子、 ５１０ 圧縮機構、 ５１１ 固定スクロール、 ５１２ 揺動スクロール、 ５１３ オルダムリング、 ５１４ コンプライアントフレーム、 ５１５ ガイドフレーム。

Claims (16)

1. 回転軸を中心として回転可能なロータと、
   前記ロータを囲み、前記ロータとの間にエアギャップを有するステータと
   を有し、
   前記ロータは、磁石挿入孔を有するロータコアと、前記磁石挿入孔内に配置された希土類磁石とを有し、
   前記ロータコアは、前記回転軸を中心とする径方向において前記磁石挿入孔よりも外側に複数のスリットを有し、前記回転軸を中心とする周方向における前記磁石挿入孔の両端部から前記ロータコアの外周に向けて延在する２つのフラックスバリアを有し、前記２つのフラックスバリアの前記周方向の内側にサイドスリットをそれぞれ有し、
   前記複数のスリットはいずれも、前記径方向の長さが、前記周方向の長さよりも長く、
   前記サイドスリットは、前記周方向の長さが、前記径方向の長さよりも長く、
   前記複数のスリットは、前記磁石挿入孔までの最短距離が一定であり、
   前記最短距離をＴとし、前記エアギャップをＧとすると、
   ２．７５≦Ｔ／Ｇ≦５．２５が成り立ち、
   前記サイドスリットから前記磁石挿入孔までの最短距離は、前記最短距離Ｔよりも短い
   電動機。
2. 前記複数のスリットはいずれも、前記磁石挿入孔の前記周方向の中心を通る前記径方向の直線に平行に延在している
   請求項１に記載の電動機。
3. 前記複数のスリットはいずれも、前記磁石挿入孔の前記周方向の中心を通る前記径方向の直線に対して傾斜して延在している
   請求項１に記載の電動機。
4. 前記複数のスリットは、前記磁石挿入孔の前記周方向の中心を通る前記径方向の直線に対して対称に形成されている
   請求項１から３までの何れか１項に記載の電動機。
5. 前記複数のスリットのうち、前記磁石挿入孔の前記周方向の中心の最も近くに形成された２つのスリットの間隔は、他の２つのスリットの間隔よりも広い
   請求項１から４までの何れか１項に記載の電動機。
6. 前記複数のスリットは、前記周方向に等間隔に配置されている
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の電動機。
7. 前記ロータコアは、当該ロータコアを軸方向に貫通する貫通穴を有する
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の電動機。
8. 前記ロータコアの直径Ｄと、前記回転軸から前記貫通穴の中心までの距離Ｈとが、
   Ｄ／４≦Ｈ
   を満足する
   請求項７に記載の電動機。
9. 前記磁石挿入孔は、前記磁石挿入孔の前記周方向の中心を通る前記径方向の直線に直交するように直線状に延在している
   請求項１から８までのいずれか１項に記載の電動機。
10. 前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアに巻かれた巻線とを有する
    請求項１から９までのいずれか１項に記載の電動機。
11. 前記ステータコアは、当該ステータコアを軸方向に貫通する貫通穴を有する
    請求項１０に記載の電動機。
12. 前記ステータコアは、当該ステータコアの外周に切欠き部を有する
    請求項１０または１１に記載の電動機。
13. 前記巻線は、銅またはアルミニウムで構成された導体と、前記導体の表面を覆う絶縁被膜とを有する
    請求項１０から１２までの何れか１項に記載の電動機。
14. 前記複数のスリットのうち、前記磁石挿入孔の前記周方向の中心の最も近くに形成された２つのスリットの間に、カシメ部が形成されている
    請求項１から１３までの何れか１項に記載の電動機。
15. 格納容器と、
    前記格納容器内に配置された圧縮機構と、
    前記圧縮機構を駆動する、請求項１から１４までのいずれか１項に記載の電動機と
    を有する圧縮機。
16. 圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を備え、
    前記圧縮機は、
    格納容器と、
    前記格納容器内に配置された圧縮機構と、
    前記圧縮機構を駆動する、請求項１から１４までのいずれか１項に記載の電動機と
    を有する空気調和装置。

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