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WO2016031054A1 - 圧縮機のモータ、冷凍サイクル装置 - Google Patents

圧縮機のモータ、冷凍サイクル装置 Download PDF

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WO2016031054A1
WO2016031054A1 PCT/JP2014/072755 JP2014072755W WO2016031054A1 WO 2016031054 A1 WO2016031054 A1 WO 2016031054A1 JP 2014072755 W JP2014072755 W JP 2014072755W WO 2016031054 A1 WO2016031054 A1 WO 2016031054A1
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WO
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compressor
magnet
rotor
rotor core
motor
Prior art date
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PCT/JP2014/072755
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English (en)
French (fr)
Inventor
和慶 土田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to JP2016545197A priority patent/JP6351732B2/ja
Priority to PCT/JP2014/072755 priority patent/WO2016031054A1/ja
Priority to CN201480081473.7A priority patent/CN106605354B/zh
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Definitions

  • the present invention relates to a compressor motor that circulates a low-temperature and low-pressure refrigerant as a high-temperature and high-pressure refrigerant, and a refrigeration cycle apparatus including the compressor.
  • the conventional motor shown in Patent Document 1 below has a cylindrical permanent magnet disposed on the outer periphery of the rotor core and a stainless steel magnetic tube disposed on the outer periphery of the permanent magnet in order to prevent the permanent magnet from being greatly demagnetized due to high temperatures. It is a structure to do.
  • the magnetic resistance of the magnetic circuit viewed from the permanent magnet is reduced by the magnetic tube provided between the permanent magnet and the stator, and the residual magnetic flux density at the operating point of the permanent magnet during the armature reaction is increased.
  • the magnetic flux leading to increases. Therefore, the conventional motor shown in Patent Document 1 described below can prevent demagnetization of the permanent magnet and prevent a decrease in output even when the permanent magnet becomes hot and the armature reaction acts.
  • Patent Document 1 since the magnetic permeability of the stainless steel constituting the magnetic tube is lower than that of silicon steel or armco iron used for the rotor core and stator core, the structure shown in Patent Document 1 is not suitable for improving motor efficiency. is there.
  • the compression torque fluctuates depending on the rotational position during one rotation of the rotor, and the maximum value of the compression torque may reach three times the average torque depending on the operating conditions.
  • the compressor motor since the demagnetization of the rotor magnet is determined by the peak current that flows at the maximum compression torque, the compressor motor is used for a motor represented by Patent Document 1, that is, a mechanism having no load fluctuation. It is necessary to make specifications that consider demagnetization resistance compared to motors that are used.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a compressor motor capable of improving the demagnetization resistance while suppressing a decrease in motor efficiency.
  • the present invention has a plurality of teeth and a plurality of slots formed between the plurality of teeth, and an aluminum winding is concentrated on the plurality of teeth.
  • a stator core disposed on the inner diameter side of the stator core and having a plurality of magnet insertion holes, and a plurality of ferrite magnets inserted into the plurality of magnet insertion holes, and formed on the plurality of teeth.
  • the width of the winding portion is A
  • the axial length of the stator core is L
  • the number of the plurality of slots is S
  • the stator core satisfies 0.3 ⁇ S ⁇ A ⁇ L ⁇ 2.2. It is a shape that satisfies the relationship.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the tooth shown in Fig. 10 along the line aa. Diagram showing loss increase index obtained by actual measurement Side view of motor of compressor according to embodiment 2 of the present invention. Side view of motor of compressor according to embodiment 3 of the present invention. Cross section of the rotor shown in FIG. The figure which shows the modification of the rotor shown in FIG.
  • FIG. 1 is a side view of a motor of a compressor according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the stator and rotor shown in FIG. 1 taken along the line AA
  • FIG. 3 is equipped with the compressor shown in FIG. It is a block diagram of the refrigeration cycle apparatus.
  • a compressor 100 shown in FIG. 1 includes a stator 1 arranged on an inner peripheral surface of a frame (not shown), a rotor 2 arranged on the inner diameter side of the stator 1 via a gap 8, and a shaft 7 penetrating the rotor 2. And a compression unit 3 to be connected. A discharge hole 3 a for discharging the high-pressure refrigerant compressed by the compression unit 3 is formed above the compression unit 3.
  • the stator 1 and the rotor 2 constitute a motor of the compressor 100.
  • the stator 1 is fixed to an inner peripheral surface of a frame (not shown) by press fitting, shrink fitting, or cold fitting.
  • the shaft 7 is held in a rotatable state by bearings (not shown) provided at the upper and lower portions of the compressor 100.
  • the stator 1 shown in FIG. 2 includes an annular stator core 5 in which a plurality of electromagnetic steel sheets punched into a specific shape are laminated in the axial direction, and an aluminum winding 6 to which electric power is supplied from the outside.
  • the stator core 5 includes an annular back yoke 5a and a plurality of teeth 5b that are arranged at regular intervals in the rotational direction on the inner diameter side of the back yoke 5a and extend from the back yoke 5a toward the center of the stator core 5.
  • the teeth 5b include a winding portion 5b1 around which the aluminum winding 6 is wound, and an umbrella-shaped tooth tip portion 5b2 formed on the inner diameter side of each tooth 5b and having a face 5e facing the rotor 2 extending in the rotation direction.
  • stator core 5 is formed with a plurality of slots 5d which are spaces defined by the back yoke 5a, the winding portion 5b1, and the tooth tip portion 5b2.
  • nine teeth 5b are formed.
  • the width of the winding portion 5b1 in the rotation direction is constant from the back yoke 5a to the tooth tip portion 5b2.
  • An aluminum winding 6 that generates a rotating magnetic field is wound around the winding portion 5b1 by a concentrated winding method.
  • FIG. 2 only the aluminum winding 6 wound around one winding portion 5b1 is shown, and the illustration of the aluminum winding 6 in other portions is omitted.
  • the rotor 2 has a cylindrical rotor core 2a in which a plurality of electromagnetic steel plates punched into a specific shape are stacked in the axial direction, and a curved shape that protrudes radially inward and is provided at regular intervals in the rotational direction corresponding to the number of magnetic poles.
  • the shaft 7 is fixed to the shaft insertion hole 2d by press fitting, shrink fitting, or cold fitting.
  • Each magnet insertion hole 2b extends in the axial direction, and in the illustrated example, six ferrite magnets 2c are inserted into the magnet insertion holes 2b.
  • a gap 8 is formed between the outer peripheral surface of the rotor 2 and the tooth tip 5b2, and a rotating magnetic field is generated between the rotor 2 and the stator 1 by energizing the aluminum winding 6, and the rotor 2 rotates. To do.
  • FIG. 3 includes a compressor 100, a control circuit 31, a temperature sensor 32, a condenser 33, a decompression device 34, an evaporator 35, a bypass circuit 36, and an open / close circuit shown in FIG.
  • a valve 37 and a pressure reducing device 38 are included.
  • the control circuit 31 controls the on-off valve 37 based on the detection result of the temperature sensor 32.
  • the temperature sensor 32 is provided in the vicinity of the gas discharge port of the compressor 100 and detects the temperature of the refrigerant flowing through the gas discharge port.
  • a bypass circuit 36 configured by connecting the pressure reducing device 38 and the on-off valve 37 in series is interposed between the liquid refrigerant discharge port of the condenser 33 and the gas suction port of the compressor 100.
  • the refrigeration cycle apparatus 30 is suitable for an air conditioner.
  • the operation will be described below.
  • the high-temperature and high-pressure refrigerant gas compressed in the compressor 100 is condensed by exchanging heat with air in the condenser 33 to become a liquid refrigerant.
  • the liquid refrigerant expands in the decompression device 34 and becomes low-temperature and low-pressure refrigerant gas.
  • the low-temperature and low-pressure refrigerant gas sucked in the compression unit 3 shown in FIG. 1 is again compressed into the high-temperature and high-pressure by being compressed in the compression unit 3 by the rotation of the rotor 2.
  • the high-temperature and high-pressure refrigerant gas passes through the gap 8 or the slot 5d between the stator 1 and the rotor 2, and is discharged from a discharge pipe (not shown) formed in the compressor 100.
  • the refrigerant circulates in the order of the compressor 100, the condenser 33, the decompression apparatus 34, and the evaporator 35, and returns to the compressor 100 again.
  • FIG. 4 is a diagram showing fluctuations in the compression torque in the compressor. Since the compression operation is performed in the compressor 100, the compression torque fluctuates while the rotor 2 makes one revolution as shown in FIG. When the average torque Ta is 100%, the maximum value of the compression torque may reach 300%, which is three times the average torque Ta, depending on the operating conditions.
  • the motor used in the compressor 100 since the demagnetization of the rotor magnet is determined by the peak current that flows at the maximum compression torque, the motor used in the compressor 100 is a motor used in a mechanism having no load fluctuation. It is necessary to make the specifications considering the demagnetization resistance.
  • the motor of the compressor 100 has an aluminum winding 6 that is an aluminum winding having a lower conductivity than a copper wire used for a general winding.
  • the ferrite magnet 2c having a positive temperature coefficient of coercive force is used.
  • FIG. 5 is a diagram showing the ratio of copper loss between copper wire and aluminum wire
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between magnet temperature and coercive force
  • FIG. 7 is a diagram showing specific heat of ferrite magnet and rotor core
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a surface magnet type rotor.
  • the temperature coefficient of coercivity of the rare earth magnet is negative, whereas the temperature coefficient of coercivity of the ferrite magnet 2c is positive. That is, the ferrite magnet 2c exhibits a characteristic that the coercive force increases as the magnet temperature increases. A higher coercive force is more resistant to a demagnetizing field and increases reliability, so a higher coercive force is desirable.
  • a material having a specific heat lower than the specific heat of the ferrite magnet 2c is used for the embedded magnet type rotor core 2a as shown in FIG.
  • the heat generated in the aluminum winding 6 is effectively applied to the ferrite magnet 2c as compared with the surface magnet type rotor core 20a shown in FIG. I can tell you.
  • the heat transmitted from the teeth 5b is arranged on the outer peripheral surface of the rotor core 20a.
  • the magnet 20c is gradually transmitted from the radially outer peripheral surface of the magnet 20c to the inside of the magnet 20c. That is, in the rotor 20, the heat from the teeth 5b is transmitted only to the outer peripheral surface of the magnet 20c, so that it is difficult for the heat to be transmitted radially inward of the magnet 20c.
  • a plurality of arrows a and b shown in FIG. 8 schematically indicate a path of heat transmitted to the rotor core 2a.
  • the heat generated in the aluminum winding 6 is transmitted to the rotor core 2a in the order of the facing surface 5e of the tooth tip 5b2, the gap 8, and the outer peripheral surface of the rotor core 2a.
  • the heat indicated by the arrow a among the heat transmitted to the rotor core 2a is transmitted to the ferrite magnet 2c from the radially outer portion of the magnet insertion hole 2b.
  • the heat indicated by the arrow b is transmitted to the ferrite magnet 2c from between the adjacent magnet insertion holes 2b via the radially inner portion of the magnet insertion hole 2b.
  • the magnet temperature can be further increased by adopting the concentrated winding method.
  • FIG. 10 is a partially enlarged view of the teeth
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the teeth shown in FIG.
  • the resistance value of the aluminum wire is higher than that of a general copper wire, it is important to shorten the circumferential length of the aluminum winding 6 wound around the tooth 5b.
  • the tooth tip 5b2 of the tooth 5b is formed such that the width B in the rotation direction on the facing surface 5e is larger than the width A in the rotation direction of the winding part 5b1.
  • the teeth tip 5b2 and the winding portion 5b1 Design is important.
  • the width A of the winding portion 5b1 is too large, the cross-sectional area of the slot 5d is reduced, and the winding space is reduced. If a thin aluminum wire is used to secure the number of turns of the aluminum winding 6, copper loss increases and motor efficiency decreases.
  • FIG. 11 shows the product of the width A (mm) of the winding portion 5b1 in the rotation direction, the width B (mm) of the tooth tip portion 5c in the rotation direction, and the axial length of the stator core 5, that is, the product of the stator core 5. Thickness L (mm) is shown. In FIG. 11, the product thickness of the winding portion 5 b 1 and the tooth tip portion 5 c is assumed to be the product thickness L of the stator core 5.
  • the winding circumference per turn of the aluminum winding 6 wound around the winding portion 5b1 can be represented by (A + L) ⁇ 2.
  • Increasing the thickness L of the stator core 5 increases the amount of magnetic flux taken in the axial direction. However, even if the width A of the winding portion 5b1 is increased, there is no change in the amount of magnetic flux taken in, so the width A of the winding portion 5b1. Should be narrow.
  • the ratio of the winding circumference to the stacking thickness L can be defined as (A + L) ⁇ 2 ⁇ L.
  • the number of slots 5d needs to be designed in accordance with the magnetic flux density of the width A of the winding portion 5b1. Therefore, when the number of slots 5d is S, the relationship between the number S of slots 5d and the width A of the winding portion 5b1 is inversely proportional, and when this is included in the above equation, it is expressed as S ⁇ A ⁇ L. Can do.
  • FIG. 12 is a diagram showing a loss increase index obtained by actual measurement.
  • the vertical axis of FIG. 12 represents the loss increase index
  • the horizontal axis represents a value obtained by S ⁇ A ⁇ L.
  • S ⁇ A ⁇ L when the value obtained by S ⁇ A ⁇ L is larger than 0.3 and smaller than 2.2, that is, the stator core 5 has 0.3 ⁇ S ⁇ A ⁇ L ⁇ 2.
  • the shape satisfies the relationship (2), a winding circumference effective for taking in the magnetic flux can be obtained. Therefore, even when the aluminum winding 6 is used, useless copper loss is reduced, and the demagnetization resistance can be improved while suppressing a decrease in motor efficiency.
  • FIG. FIG. 13 is a side view of the motor of the compressor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a compressor 200 shown in FIG. 13 includes an oil separator 4 that is installed on a shaft 7 that penetrates the upper surface of the rotor core 2a and is disposed on the upper surface of the rotor core 2a.
  • the configuration other than the oil separator 4 is the same as that of the compressor 200 shown in FIG.
  • the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only different parts will be described here.
  • the mist-like lubricating oil absorbs heat generated in the aluminum winding 6 when passing through the gap 8 or the slot 5d as indicated by the dotted arrow, and is liquefied by the oil separator 4.
  • the liquefied lubricating oil falls on the axial end surface of the rotor 2 located below the oil separator 4 as indicated by the solid line arrow.
  • the heat of the lubricating oil that has dropped on the axial end surface of the rotor 2 is transmitted from the axial end surface of the rotor 2 to the ferrite magnet 2c.
  • the heat generated in the aluminum winding 6 can be more effectively transmitted to the ferrite magnet 2c, and the demagnetization resistance is further improved.
  • FIG. 14 is a side view of a motor of a compressor according to Embodiment 3 of the present invention
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the rotor shown in FIG.
  • the oil separator 4 is used and the hole 2e is formed in the rotor core 2a.
  • the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only different parts will be described here.
  • the hole 2 e is formed in a hollow shape extending from the surface facing the oil separator 4 toward the compression portion 3, of the two axial end surfaces of the rotor core 2 a.
  • a plurality of holes 2e are provided at regular intervals in the rotation direction between adjacent magnet insertion holes 2b and between magnet insertion holes 2b and shaft insertion holes 2d.
  • the lubricating oil liquefied by the oil separator 4 enters the hole 2e of the rotor core 2a located below the oil separator 4, and the heat of the lubricating oil that has entered the hole 2e is applied from the radially inner side of the ferrite magnet 2c to the ferrite magnet 2c. To be told. As a result, the heat generated in the aluminum winding 6 can be more effectively transmitted to the ferrite magnet 2c, and the demagnetization resistance is further improved.
  • FIG. 16 is a view showing a modification of the rotor shown in FIG.
  • the hole 2e-1 penetrates both axial end faces of the rotor core 2a.
  • the lubricating oil liquefied by the oil separator 4 can enter from the upper side of the hole 2e-1, and the ferrite magnet 2c can be heated.
  • the hole 2e-1 also serves as a refrigerant flow path. That is, the refrigerant that has entered from the lower side of the hole 2e-1 passes through the upper side of the hole 2e-1 and is discharged from a discharge pipe (not shown).
  • the refrigerant flow rate in the compressor 300 increases, and the refrigeration capacity of the refrigeration cycle apparatus 30 can be improved.
  • the positions of the hole 2e and the hole 2e-1 shown in the third embodiment are not limited between the adjacent magnet insertion holes 2b and between the magnet insertion hole 2b and the shaft insertion hole 2d.
  • a plurality of magnet insertion holes 2b and shaft insertion holes 2d may be provided at regular intervals in the rotation direction. Even in such a configuration, the heat generated in the aluminum winding 6 can be effectively transmitted to the ferrite magnet 2c.
  • the compressors 100, 200, and 300 according to Embodiments 1 to 3 in the refrigeration cycle apparatus 30, the refrigeration cycle apparatus 30 with high efficiency and high reliability can be obtained.
  • the compressors 100, 200, and 300 include the stator core 5 in which the aluminum winding 6 is concentratedly wound around the plurality of teeth 5b, and the inner diameter side of the stator core 5.
  • a rotor core 2a having a plurality of magnet insertion holes 2b and a plurality of ferrite magnets 2c inserted into the plurality of magnet insertion holes 2b, and having a width of a winding portion 5b1 formed in the plurality of teeth 5b.
  • A is the length of the stator core 5 in the axial direction and L is the number of slots 5d
  • the stator core 5 has a shape that satisfies the relationship of 0.3 ⁇ S ⁇ A ⁇ L ⁇ 2.2.
  • the compressors 200 and 300 according to the second and third embodiments have the oil separator 4 disposed on the shaft 7 penetrating on the upper surface side of the rotor core 2a and disposed on the upper surface side of the rotor core 2a.
  • the rotor core 2a of the compressor 300 according to Embodiment 3 is formed with holes 2e and 2e-1 formed between the magnet insertion hole 2b and the shaft insertion hole 2d and opening on the oil separator 4 side. .
  • the heat of the lubricating oil liquefied by the oil separator 4 is transmitted from the radially inner side of the ferrite magnet 2c to the ferrite magnet 2c, and the ferrite magnet 2c can be effectively heated.
  • the hole 2e-1 according to the third embodiment penetrates through both end faces of the rotor core 2a, the flow rate of the refrigerant in the compressor 300 increases, and the refrigeration capacity of the refrigeration cycle apparatus 30 can be improved.
  • the configuration shown in the above embodiment is an example of the configuration of the present invention, and can be combined with another known technique, and a part of the configuration can be used without departing from the gist of the present invention. It can be omitted or changed.
  • stator 1 stator, 2 rotor, 3 compression section, 4 oil separator, 5 stator core, 6 aluminum winding, 7 shaft, 8 gap, 20 rotor, 30 refrigeration cycle device, 31 control circuit, 32 temperature sensor, 33 condenser, 34 decompression Equipment, 35 evaporator, 36 bypass circuit, 37 on-off valve, 38 decompressor, 100, 200, 300 compressor.

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Abstract

　圧縮機は、複数のティース５ｂにアルミニウム巻線６が集中巻されたステータコア５と、ステータコア５の内径側に配置され、複数の磁石挿入孔２ｂを有するロータコア２ａと、複数の磁石挿入孔２ｂに挿入される複数のフェライト磁石２ｃと、を備え、複数のティース５ｂに形成された巻線部５ｂ１の幅をＡ、ステータコア５の軸方向の長さをＬ、複数のスロット５ｄの数をＳとしたとき、ステータコア５は、０．３＜Ｓ×Ａ÷Ｌ＜２．２の関係を満たす形状である。

Description

圧縮機のモータ、冷凍サイクル装置
　本発明は、低温低圧の冷媒を高温高圧の冷媒にして循環させる圧縮機のモータ、圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関する。
　下記特許文献１に示す従来のモータは、高温による永久磁石の大幅に減磁を防ぐため、ロータコアの外周に円筒状の永久磁石を配置し、さらに永久磁石の外周にステンレス鋼の磁性管を配置する構造である。永久磁石からみた磁気回路の磁気抵抗は、永久磁石とステータとの間に設けられた磁性管によって減少し、電機子反作用時の永久磁石の動作点の残留磁束密度が増加し、永久磁石からステータコアに至る磁束が増加する。従って、下記特許文献１に示される従来のモータは、永久磁石が高温となり電機子反作用が働いたときでも、永久磁石の減磁を防ぎ、出力の低下を防ぐことが可能である。
特開平７－３２２５３９号公報
　しかしながら磁性管を構成するステンレス鋼の透磁率は、ロータコアおよびステータコアに用いられる珪素鋼あるいはアームコ鉄の透磁率に比べて低いため、上記特許文献１に示す構造は、モータ効率の改善には不向きである。一方、圧縮機では、ロータが１回転する間にその回転位置によって圧縮トルクが変動し、運転条件によっては圧縮トルクの最大値が平均トルクの３倍に達することもある。圧縮機のモータでは、最大の圧縮トルクのときに流れるピーク電流でロータ磁石の減磁が決まるため、圧縮機のモータは、上記特許文献１に代表されるモータ、すなわち負荷変動が無い機構に用いられるモータに比べて、減磁耐力を考慮した仕様にする必要がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータ効率の低下を抑制しながら減磁耐力を改善することができる圧縮機のモータを得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のティースと前記複数のティース間に形成された複数のスロットとを有し、前記複数のティースにアルミニウム巻線が集中巻されたステータコアと、前記ステータコアの内径側に配置され、複数の磁石挿入孔を有するロータコアと、前記複数の磁石挿入孔に挿入される複数のフェライト磁石と、を備え、前記複数のティースに形成された巻線部の幅をＡ、前記ステータコアの軸方向の長さをＬ、前記複数のスロットの数をＳとしたとき、前記ステータコアは、０．３＜Ｓ×Ａ÷Ｌ＜２．２の関係を満たす形状である。
　この発明によれば、モータ効率の低下を抑制しながら減磁耐力を改善することができる、という効果を奏する。
本発明の実施の形態１に係る圧縮機のモータの側面図 図１に示すステータおよびロータのＡ－Ａ矢視断面図 図１に示す圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置の構成図 圧縮機における圧縮トルクの変動を示す図 銅線とアルミニウム線の銅損の比率を示す図 磁石温度と保磁力の関係を示す図 フェライト磁石とロータコアの比熱を示す図 ロータコア内に伝達する熱を表す図 表面磁石型ロータの断面図 ティースの部分拡大図 図１０に示すティースのａ－ａ矢視断面図 実測で得られた損失増加指数を表す図 本発明の実施の形態２に係る圧縮機のモータの側面図 本発明の実施の形態３に係る圧縮機のモータの側面図 図１４に示すロータの断面図 図１４に示すロータの変形例を示す図
　以下に、本発明に係る圧縮機のモータおよび冷凍サイクル装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は本発明の実施の形態１に係る圧縮機のモータの側面図、図２は図１に示すステータおよびロータのＡ－Ａ矢視断面図、図３は図１に示す圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置の構成図である。
　図１に示す圧縮機１００は、図示しないフレームの内周面に配置されるステータ１と、ステータ１の内径側に隙間８を介して配置されるロータ２と、ロータ２に貫通するシャフト７が接続される圧縮部３とを有する。圧縮部３の上方には、圧縮部３で圧縮された高圧の冷媒を吐き出す吐出孔３ａが形成されている。
　ステータ１とロータ２は圧縮機１００のモータを構成する。ステータ１は、図示しないフレームの内周面に圧入、焼き嵌め、または冷し嵌めで固定される。シャフト７は、圧縮機１００の上部と下部に設けた図示しない軸受により回転自在な状態で保持されている。
　図２に示すステータ１は、特定形状に打ち抜かれた電磁鋼板を軸方向に複数積層した環状のステータコア５と、外部からの電力が供給されるアルミニウム巻線６とから成る。
　ステータコア５は、環状のバックヨーク５ａと、バックヨーク５ａの内径側において回転方向に一定間隔で配置されバックヨーク５ａからステータコア５の中心の方向に伸びる複数のティース５ｂとを有する。
　ティース５ｂは、アルミニウム巻線６が巻かれる巻線部５ｂ１と、個々のティース５ｂの内径側に形成されロータ２との対向面５ｅが回転方向に広がる傘状のティース先端部５ｂ２とを有する。
　また、ステータコア５には、バックヨーク５ａと巻線部５ｂ１とティース先端部５ｂ２とで区画される空間である複数のスロット５ｄが形成される。
　図示例では９つのティース５ｂが形成されている。巻線部５ｂ１の回転方向の幅は、バックヨーク５ａからティース先端部５ｂ２までの間が一定である。巻線部５ｂ１には、回転磁界を発生させるアルミニウム巻線６が集中巻方式で巻かれている。なお、図２では１つの巻線部５ｂ１に巻かれたアルミニウム巻線６のみ示し、他の部分におけるアルミニウム巻線６に関しては図示を省略している。
　ロータ２は、特定形状に打ち抜かれた電磁鋼板を軸方向に複数積層した円柱状のロータコア２ａと、磁極数に対応して回転方向に一定間隔で設けられ径方向内側へ突状の湾曲形状の複数の磁石挿入孔２ｂと、各磁石挿入孔２ｂの形状に対応した形状であり磁石挿入孔２ｂに挿入されるフェライト磁石２ｃと、ロータコア２ａの径方向中心に形成されるシャフト挿入孔２ｄとを有する。
　シャフト挿入孔２ｄにはシャフト７が圧入、焼き嵌め、または冷し嵌めにより固定される。各磁石挿入孔２ｂは軸方向に伸び、図示例では６つのフェライト磁石２ｃが磁石挿入孔２ｂに挿入されている。
　ロータ２の外周面とティース先端部５ｂ２との間には隙間８が形成され、アルミニウム巻線６に通電されることでロータ２とステータ１との間に回転磁界が発生し、ロータ２が回転する。
　図３に示す冷凍サイクル装置３０は、図１に示す圧縮機１００と、制御回路３１と、温度センサ３２と、凝縮器３３と、減圧装置３４と、蒸発器３５と、バイパス回路３６と、開閉弁３７と、減圧装置３８とを有する。
　制御回路３１は、温度センサ３２の検出結果に基づいて、開閉弁３７を制御する。温度センサ３２は、圧縮機１００のガス吐出口付近に設けられ、ガス吐出口に流れる冷媒の温度を検出する。減圧装置３８と開閉弁３７とが直列に接続されて構成されるバイパス回路３６は、凝縮器３３の液冷媒吐出口と圧縮機１００のガス吸入口との間に介在する。なお、冷凍サイクル装置３０は空気調和機に好適である。
　以下、動作を説明する。圧縮機１００において圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、凝縮器３３において空気と熱交換して凝縮して液冷媒となる。液冷媒は、減圧装置３４において膨張して低温低圧の冷媒ガスとなる。図１に示す圧縮部３で吸入された低温低圧の冷媒ガスは、ロータ２の回転により圧縮部３で圧縮されることで再び高温高圧となる。高温高圧の冷媒ガスは、ステータ１とロータ２との間の隙間８あるいはスロット５ｄを通過し、圧縮機１００に形成された図示しない吐出パイプから吐出される。このように冷凍サイクル装置３０では、圧縮機１００、凝縮器３３、減圧装置３４、蒸発器３５の順に冷媒が循環し再び圧縮機１００に戻る。
　図４は圧縮機における圧縮トルクの変動を示す図である。圧縮機１００では圧縮動作が行われるため、図４に示すようにロータ２が１回転する間に圧縮トルクが変動する。平均トルクＴａを１００％としたとき、運転条件によっては圧縮トルクの最大値が平均トルクＴａの３倍の３００％に達することもある。
　ここで、圧縮機１００に用いられるモータでは、最大の圧縮トルクのときに流れるピーク電流でロータ磁石の減磁が決まるため、圧縮機１００に用いられるモータは、負荷変動が無い機構に用いられるモータに比べて、減磁耐力を考慮した仕様にする必要がある。
　実施の形態１に係る圧縮機１００のモータは、減磁耐力を改善するため、一般的な巻線に用いられる銅線に比べて導電率が低いアルミニウム製の巻線であるアルミニウム巻線６と、保磁力の温度係数が正のフェライト磁石２ｃとを用いている。
　図５は銅線とアルミニウム線の銅損の比率を示す図、図６は磁石温度と保磁力の関係を示す図、図７はフェライト磁石とロータコアの比熱を示す図、図８はロータコア内に伝達する熱を表す図、図９は表面磁石型ロータの断面図である。
　図５に示すように銅線の銅損を１００％としたとき、アルミニウム線の銅損は、銅線の１．６倍の１６０％に達する。従ってステータ１に巻く巻線を銅線からアルミニウム線に置き換えることにより、図２に示すステータ１では、銅線の銅損とアルミニウム線の銅損との差分に相当する熱が発生する。
　一方、図６に示すように希土類磁石の保磁力の温度係数は負であるのに対して、フェライト磁石２ｃの保磁力の温度係数は正である。すなわちフェライト磁石２ｃは磁石温度の上昇に伴い保磁力が高まる特性を示す。保磁力が高まると反磁界に強くなり信頼性が増すため、保磁力は高いほうが望ましい。
　ここで埋込磁石型のロータコア２ａには、図７に示すようにフェライト磁石２ｃの比熱よりも低い比熱の材質が用いられている。このように低い比熱の材質を埋込磁石型のロータコア２ａに用いた場合、図９に示す表面磁石型のロータコア２０ａに比べて、アルミニウム巻線６で発生した熱をフェライト磁石２ｃへ効果的に伝えることができる。
　このことを具体的に説明すると、図９に示す表面磁石型のロータ２０を図２に示すステータ１に配置した場合、ロータ２０では、ティース５ｂから伝わる熱が、ロータコア２０ａの外周面に配置された磁石２０ｃの径方向外側の外周面から磁石２０ｃの内部へ徐々に伝わる。すなわち、ロータ２０では、ティース５ｂからの熱が磁石２０ｃの外周面のみに熱が伝わるため、磁石２０ｃの径方向内側に熱が伝わり難い。
　図８に示す複数の矢印ａ，ｂは、ロータコア２ａに伝わった熱の経路を模式的に示すものである。まず図２において、アルミニウム巻線６で発生した熱は、ティース先端部５ｂ２の対向面５ｅ、隙間８、ロータコア２ａの外周面の順でロータコア２ａに伝わる。図８において、ロータコア２ａに伝わった熱の内、矢印ａで示す熱は、磁石挿入孔２ｂの径方向外側の部分からフェライト磁石２ｃに伝わる。一方、ロータコア２ａに伝わった熱の内、矢印ｂで示す熱は、隣接する磁石挿入孔２ｂの間から磁石挿入孔２ｂの径方向内側の部分を経由してフェライト磁石２ｃに伝わる。
　このように、埋込磁石型のロータコア２ａにおいてフェライト磁石２ｃの比熱よりも低い比熱の材質を用いることで、アルミニウム巻線６で発生した熱をフェライト磁石２ｃの径方向外側と径方向内側の双方に伝えることができる。すなわち、表面磁石型のロータコア２０ａでは磁石２０ｃの径方向外側の外周面のみに熱が伝わるのに対して、埋込磁石型のロータコア２ａでは、フェライト磁石２ｃの外周面全体に熱を伝えることができる。従って、ロータ２は、ロータ２０に比べて磁石温度を効果的に高めることができるため、ロータ２では、磁石温度の上昇に伴い保磁力が高まり、減磁耐力が改善する。
　なお、集中巻方式ではアルミニウム巻線６とステータコア５との密着度が高まるため、集中巻方式を採用することで磁石温度をより一層高めることができる。
　ここまではフェライト磁石２ｃの温度を高めることで減磁耐力を改善させる構成に関して説明した。ただし、アルミニウム巻線６は、銅線に比べて損失が大きくなるため、モータ効率の低下が懸念される。以下、モータ効率の低下を抑制しながら減磁耐力を改善する構成を説明する。
　図１０はティースの部分拡大図、図１１は図１０に示すティースのａ－ａ矢視断面図である。前述したようにアルミニウム線の抵抗値は一般的な銅線に比べ高いため、ティース５ｂに巻かれるアルミニウム巻線６の周長を短くすることが重要となる。
　図１０に示すようにティース５ｂのティース先端部５ｂ２は、対向面５ｅにおける回転方向の幅Ｂが、巻線部５ｂ１の回転方向の幅Ａよりも大きく形成されている。
　ロータ２からの磁束は、ティース先端部５ｂ２と巻線部５ｂ１とを経由してバックヨーク５ａに入るため、磁束を有効にバックヨーク５ａへ取り込むには、ティース先端部５ｂ２と巻線部５ｂ１の設計が重要である。
　ここで巻線部５ｂ１の幅Ａは、あまり広すぎるとスロット５ｄの断面積が小さくなり、巻線スペースが減る。アルミニウム巻線６の巻き数を確保するために細いアルミニウム線を使うと銅損が増え、モータ効率が低下する。
　図１１に示す実線は、巻線部５ｂ１の外郭を表し、図１１に示す点線は、ステータコア５の径方向外側から径方向内側の方向に見たときティース先端部５ｂ２の外郭を表す。また図１１には、巻線部５ｂ１の回転方向の幅Ａ（ｍｍ）と、ティース先端部５ｃの回転方向の幅Ｂ（ｍｍ）と、ステータコア５の軸方向の長さ、すなわちステータコア５の積厚Ｌ（ｍｍ）とが示されている。なお図１１では、巻線部５ｂ１およびティース先端部５ｃの積厚をステータコア５の積厚Ｌに見立てている。
　巻線部５ｂ１に巻かれるアルミニウム巻線６の１周当たりの巻線周長は（Ａ＋Ｌ）×２で表すことができる。ステータコア５の積厚Ｌを大きくすると、軸方向における磁束の取り込み量が増えるが、巻線部５ｂ１の幅Ａを大きくしても磁束の取り込み量に変化はないため、巻線部５ｂ１の幅Ａは狭くしたほうが望ましい。
　この積厚Ｌに対する巻線周長の割合を、（Ａ＋Ｌ）×２÷Ｌと定義することができる。ただし、スロット５ｄの数は、巻線部５ｂ１の幅Ａの磁束密度に合わせた設計にする必要がある。そのため、スロット５ｄの数をＳとしたとき、スロット５ｄの数Ｓと巻線部５ｂ１の幅Ａとの関係は反比例の関係にあり、これを上記式に盛り込むとＳ×Ａ÷Ｌで表すことができる。
　図１２は実測で得られた損失増加指数を表す図である。図１２の縦軸には損失増加指数を表し、横軸にはＳ×Ａ÷Ｌで得られる値が示される。図１２に示すようにＳ×Ａ÷Ｌで得られる値が０．３より大きく、かつ、２．２より小さい値であるとき、すなわちステータコア５が０．３＜Ｓ×Ａ÷Ｌ＜２．２の関係を満たす形状である場合、磁束を取り込むのに有効な巻線周長が得られる。従って、アルミニウム巻線６を用いた場合でも無駄な銅損が低減され、モータ効率の低下を抑制しながら減磁耐力を改善することができる。
実施の形態２．
　図１３は本発明の実施の形態２に係る圧縮機のモータの側面図である。図１３に示す圧縮機２００は、ロータコア２ａの上面側に貫通したシャフト７に設置されロータコア２ａの上面側に配置されるオイルセパレータ４を有する。オイルセパレータ４以外の構成は図１に示す圧縮機２００と同様にある。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
　図１３に示す点線の矢印は、冷媒とミスト状の潤滑油の経路を表し、実線の矢印はオイルセパレータ４で液化された潤滑油の経路を表す。図１３に示すオイルセパレータ４を設けた場合、圧縮機２００の運転時には、圧縮部３で圧縮された冷媒が圧縮部３の上方に掻き上げられ、圧縮された冷媒は、隙間８あるいはスロット５ｄを通過し、図示しない吐出パイプへ至る。このとき、圧縮機２００の下方に貯留された潤滑油がミスト化した状態で圧縮部３の上方に掻き上げられる。ミスト状の潤滑油は、点線の矢印で示すように隙間８あるいはスロット５ｄを通過する際、アルミニウム巻線６で発生した熱を吸収し、オイルセパレータ４で液化される。液化した潤滑油は、実線の矢印で示すようにオイルセパレータ４の下方に位置するロータ２の軸方向端面に落下する。ロータ２の軸方向端面に落下した潤滑油の熱は、ロータ２の軸方向端面からフェライト磁石２ｃに伝えられる。その結果、アルミニウム巻線６で発生した熱をより効果的にフェライト磁石２ｃへ伝えることができ、減磁耐力がより改善される。
実施の形態３．
　図１４は本発明の実施の形態３に係る圧縮機のモータの側面図、図１５は図１４に示すロータの断面図である。図１４に示す圧縮機３００では、オイルセパレータ４が用いられると共に、ロータコア２ａに穴２ｅが形成されている。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
　穴２ｅは、図１４に示すように、ロータコア２ａの２つの軸方向端面の内、オイルセパレータ４と対向する側の面から圧縮部３に向けて伸びる窪み状に形成されている。また穴２ｅは、図１５に示すように、隣接する磁石挿入孔２ｂの間、かつ、磁石挿入孔２ｂとシャフト挿入孔２ｄとの間において、回転方向に一定間隔で複数設けられている。
　オイルセパレータ４で液化された潤滑油が、オイルセパレータ４の下方に位置するロータコア２ａの穴２ｅへ浸入し、穴２ｅへ浸入した潤滑油の熱は、フェライト磁石２ｃの径方向内側からフェライト磁石２ｃへ伝えられる。その結果、アルミニウム巻線６で発生した熱をより効果的にフェライト磁石２ｃへ伝えることができ、減磁耐力がより改善される。
　図１６は図１４に示すロータの変形例を示す図である。図１６に示す圧縮機３００では、穴２ｅ－１がロータコア２ａの両方の軸方向端面を貫通している。このように構成することで、オイルセパレータ４で液化された潤滑油が穴２ｅ－１の上方側から浸入し、フェライト磁石２ｃを加温することができる。また点線で示すように穴２ｅ－１は冷媒の通流路にもなる。すなわち穴２ｅ－１の下方側から浸入した冷媒は、穴２ｅ－１の上方側へ抜けて図示しない吐出パイプから吐出される。その結果、圧縮機３００における冷媒の通流量が増加し、冷凍サイクル装置３０の冷凍能力の向上を図ることができる。
　なお、実施の形態３に示した穴２ｅおよび穴２ｅ－１の位置は、隣接する磁石挿入孔２ｂの間、かつ、磁石挿入孔２ｂとシャフト挿入孔２ｄとの間に限定されるものではなく、例えば個々の磁石挿入孔２ｂとシャフト挿入孔２ｄとの間において、回転方向に一定間隔で複数設けてもよい。このように構成した場合でもアルミニウム巻線６で発生した熱を効果的にフェライト磁石２ｃへ伝えることができる。また実施の形態１から３に係る圧縮機１００，２００，３００を冷凍サイクル装置３０に搭載することで、高効率で信頼性の高い冷凍サイクル装置３０を得ることができる。
　以上に説明したように実施の形態１から実施の形態３に係る圧縮機１００，２００，３００は、複数のティース５ｂにアルミニウム巻線６が集中巻されたステータコア５と、ステータコア５の内径側に配置され、複数の磁石挿入孔２ｂを有するロータコア２ａと、複数の磁石挿入孔２ｂに挿入される複数のフェライト磁石２ｃと、を備え、複数のティース５ｂに形成された巻線部５ｂ１の幅をＡ、ステータコア５の軸方向の長さをＬ、複数のスロット５ｄの数をＳとしたとき、ステータコア５は、０．３＜Ｓ×Ａ÷Ｌ＜２．２の関係を満たす形状である。この構成により、アルミニウム巻線６で発生した熱をフェライト磁石２ｃに伝えることができ、保磁力が向上する。さらに、磁束を取り込むのに有効な巻線周長が得られるため、アルミニウム巻線６を用いた場合でも無駄な銅損が低減され、モータ効率の低下を抑制しながら減磁耐力を改善することができる。
　また実施の形態２，３に係る圧縮機２００，３００は、ロータコア２ａの上面側に貫通したシャフト７に設置されロータコア２ａの上面側に配置されるオイルセパレータ４を有する。この構成により、オイルセパレータ４で液化された潤滑油の熱をフェライト磁石２ｃに伝えることができるため、フェライト磁石２ｃを効果的に加熱することができる。
　また実施の形態３に係る圧縮機３００のロータコア２ａには、磁石挿入孔２ｂとシャフト挿入孔２ｄとの間に形成され、オイルセパレータ４側に開口する穴２ｅ，２ｅ－１が形成されている。この構成により、オイルセパレータ４で液化された潤滑油の熱がフェライト磁石２ｃの径方向内側からフェライト磁石２ｃへ伝えられ、フェライト磁石２ｃを効果的に加熱することができる。
　また実施の形態３に係る穴２ｅ－１は、ロータコア２ａの両端面に貫通するため、圧縮機３００における冷媒の通流量が増加し、冷凍サイクル装置３０の冷凍能力の向上を図ることができる。
　なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の一部を省略または変更することも可能である。
　１　ステータ、２　ロータ、３　圧縮部、４　オイルセパレータ、５　ステータコア、６　アルミニウム巻線、７　シャフト、８　隙間、２０　ロータ、３０　冷凍サイクル装置、３１　制御回路、３２　温度センサ、３３　凝縮器、３４　減圧装置、３５　蒸発器、３６　バイパス回路、３７　開閉弁、３８　減圧装置、１００，２００，３００　圧縮機。

Claims (6)

  1. 　複数のティースと前記複数のティース間に形成された複数のスロットとを有し、前記複数のティースにアルミニウム巻線が集中巻されたステータコアと、
    　前記ステータコアの内径側に配置され、複数の磁石挿入孔を有するロータコアと、
    　前記複数の磁石挿入孔に挿入される複数のフェライト磁石と、
    　を備え、
    　前記複数のティースに形成された巻線部の幅をＡ、前記ステータコアの軸方向の長さをＬ、前記複数のスロットの数をＳとしたとき、
    　前記ステータコアは、０．３＜Ｓ×Ａ÷Ｌ＜２．２の関係を満たす形状である圧縮機のモータ。
  2. 　前記ロータコアには、前記フェライト磁石の比熱よりも低い比熱の材質が用いられる請求項１に記載の圧縮機のモータ。
  3. 　前記ロータコアの上面側に貫通したシャフトに設置され、前記ロータコアの上面側に配置されるオイルセパレータを有する請求項１または請求項２に記載の圧縮機のモータ。
  4. 　前記ロータコアには、前記磁石挿入孔とシャフト挿入孔との間に形成され、前記オイルセパレータ側に開口する穴が形成されている請求項３に記載の圧縮機のモータ。
  5. 　前記穴は、前記ロータコアの両端面に貫通する請求項４に記載の圧縮機のモータ。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の圧縮機を備えた冷凍サイクル装置。
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