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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-04-10
(45)【発行日】2025-04-18
(54)【発明の名称】電動機の固定子、圧縮機及び冷凍空調装置
(51)【国際特許分類】
H02K 1/16 20060101AFI20250411BHJP
【ＦＩ】
H02K1/16 C
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2024507210
(86)(22)【出願日】2022-03-14
(86)【国際出願番号】 JP2022011311
(87)【国際公開番号】W WO2023175670
(87)【国際公開日】2023-09-21
【審査請求日】2024-02-05
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002491
【氏名又は名称】弁理士法人クロスボーダー特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】東 優樹
【審査官】服部 俊樹
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－２３２７６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１０５４１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０１９３９８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ １／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
円環状のコアバック部と、前記コアバック部から径方向内側に延びた複数のティース部であって、先端に行くほど細くなる楔形状に周方向両側に突出した楔形部を有する複数のティース部と
を備え、
前記ティース部は、前記楔形部の付け根の径方向の長さである付け根高さＫｔと、前記楔形部の前記先端の径方向の長さである先端高さＫｓとが、１＜Ｋｔ／Ｋｓ≦２．８５の関係を満たす電動機の固定子。
【請求項2】
前記付け根高さＫｔと前記先端高さＫｓとは、２．３３≦Ｋｔ／Ｋｓの関係を満たす請求項１に記載の電動機の固定子。
【請求項3】
前記電動機は、回転子に永久磁石が埋め込まれており、前記付け根高さＫｔと前記先端高さＫｓとは、前記永久磁石の幅Ｗと、前記永久磁石の残留磁束密度Ｂｒとに関して、（Ｋｔ／Ｋｓ）／（Ｗ×Ｂｒ）≦０．０９６５の関係を満たす
請求項１に記載の電動機の固定子。
【請求項4】
前記電動機は、回転子に永久磁石が埋め込まれており、前記複数のティース部のうち隣接する２つのティース部についての前記楔形部の前記先端の間の距離Ｌは、前記永久磁石の幅Ｗと、前記永久磁石の残留磁束密度Ｂｒとに関して、０．０６＜Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）＜０．１の関係を満たす
請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機の固定子。
【請求項5】
前記電動機は、回転子に永久磁石が埋め込まれており、前記回転子において前記永久磁石と前記回転子の外径との間に空隙が設けられた
請求項１から４までのいずれか１項に記載の電動機の固定子。
【請求項6】
前記複数のティース部の間にはスロット部が形成され、前記スロット部には、アルミニウムの巻線が施された
請求項１から５までのいずれか１項に記載の電動機の固定子。
【請求項7】
前記電動機は、回転子に希土類磁石の永久磁石が埋め込まれた請求項１から６までのいずれか１項に記載の電動機の固定子。
【請求項8】
前記固定子における前記コアバック部及び前記ティース部を形成する鉄心部は、鋼板を積層して構成され、前記鋼板の厚さｔは、前記固定子の内径から回転子の外径までの距離Ｄと等しい
請求項１から７までのいずれか１項に記載の電動機の固定子。
【請求項9】
前記電動機は、回転子に永久磁石を埋め込むための永久磁石挿入孔が形成されており、前記永久磁石挿入孔に永久磁石が埋め込まれた
請求項１から８までのいずれか１項に記載の電動機の固定子。
【請求項10】
請求項１から９までのいずれか１項に記載の電動機の固定子が搭載された圧縮機。【請求項11】
請求項１０に記載の圧縮機が搭載された冷凍空調装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電動機の固定子における部の形状に関する。
【背景技術】
【0002】
電動機の固定子において、ティース部が、先端に行くほど径方向に細くなる楔形状に周方向両側に突出した楔形部を有する構成がある。ティース部が有する楔形部の先端部の高さと付け根の高さとの関係には、誘起電圧波形への影響のみならず、モータ効率に関与するパラメータへの影響がある。モータ効率に関与するパラメータとしては、トルク定数及びインダクタンス等がある。
【0003】
特許文献１には、楔形部を有する複数のティース部を備える電動機の固定子が記載されている。特許文献１では、楔形部の付け根高さＫｔが、隣接するティース部の中心間の距離Ｐに対して０．１３から０．１６倍の範囲内に設定される。また、特許文献１では、楔形部の先端高さＫｓが、隣接するティース部の中心間の距離Ｐに対して０．０１７から０．０３５倍の範囲内に設定される。
【0004】
距離Ｐは、固定子の半径Ｒとスロット数Ｓとを用いて、２×π×Ｒ／Ｓにより計算される。固定子の内径が５６ｍｍ（ミリメートル）であり、スロット数が９であるとする。内径が５６ｍｍなので、半径は２８ｍｍである。この場合には、特許文献１では、付け根高さＫｔの最小値は２．５４である。先端高さＫｓの最小値は、０．３３である。付け根高さＫｔの最大値は３．１３である。先端高さＫｓの最大値は、０．６８である。
したがって、Ｋｔ／Ｋｓが最大となるのは、付け根高さＫｔが最大の３．１３、先端高さＫｓが最小の０．３３の場合であり、Ｋｔ／Ｋｓは９．４になる。Ｋｔ／Ｋｓが最小となるのは、付け根高さＫｔが最小の２．５４、先端高さＫｓが最大の０．６８の場合であり、Ｋｔ／Ｋｓは３．７になる。つまり、特許文献１では、３．７≦Ｋｔ／Ｋｓ≦９．４である。
したがって、Ｋｔ／Ｋｓが最大となるのは、付け根高さＫｔが最大の３．１３、先端高さＫｓが最小の０．３３の場合であり、Ｋｔ／Ｋｓは９．４になる。Ｋｔ／Ｋｓが最小となるのは、付け根高さＫｔが最小の２．５４、先端高さＫｓが最大の０．６８の場合であり、Ｋｔ／Ｋｓは３．７になる。つまり、特許文献１では、３．７≦Ｋｔ／Ｋｓ≦９．４である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００９－１７６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載された付け根高さＫｔと先端高さＫｓとの関係では、電動機の効率が十分に高くなっているとは言えなかった。
本開示は、電動機の効率をより高くできるようにすることを目的とする。
本開示は、電動機の効率をより高くできるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示に係る電動機の固定子は、
円環状のコアバック部と、
前記コアバック部から径方向内側に延びた複数のティース部であって、先端に行くほど細くなる楔形状に周方向両側に突出した楔形部を有する複数のティース部と
を備え、
前記ティース部は、前記楔形部の付け根の径方向の長さである付け根高さＫｔと、前記楔形部の前記先端の径方向の長さである先端高さＫｓとが、１＜Ｋｔ／Ｋｓ≦２．８５の関係を満たす。
円環状のコアバック部と、
前記コアバック部から径方向内側に延びた複数のティース部であって、先端に行くほど細くなる楔形状に周方向両側に突出した楔形部を有する複数のティース部と
を備え、
前記ティース部は、前記楔形部の付け根の径方向の長さである付け根高さＫｔと、前記楔形部の前記先端の径方向の長さである先端高さＫｓとが、１＜Ｋｔ／Ｋｓ≦２．８５の関係を満たす。
【発明の効果】
【0008】
本開示では、付け根高さＫｔと先端高さＫｓとが１＜Ｋｔ／Ｋｓ≦２．８５の関係を満たす。これにより、電動機の効率をより高くできる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施の形態１に係る電動機１００の構成図。
【図2】Ｋｔ／Ｋｓと基本波鉄損との関係の説明図。
【図3】Ｋｔ／ＫｓとインダクタンスＬｄとの関係の説明図。
【図4】Ｋｔ／ＫｓとインダクタンスＬｑとの関係の説明図。
【図5】Ｋｔ／Ｋｓと鉄損との関係の説明図。
【図6】Ｋｔ／Ｋｓと誘起電圧との関係の説明図。
【図7】変形例１に係る電動機１００の構成図。
【図8】（Ｋｔ／Ｋｓ）／（Ｗ×Ｂｒ）と鉄損との関係の説明図。
【図9】常温時におけるＬ／（Ｗ×Ｂｒ）とトルク定数との関係の説明図。
【図10】高温時におけるＬ／（Ｗ×Ｂｒ）とトルク定数との関係の説明図。
【図11】実施の形態４に係る圧縮機２００の構成図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１を参照して、実施の形態１に係る電動機１００の構成を説明する。
電動機１００は、磁石埋込形の電動機である。電動機１００は、固定子１０と、回転子２０とを備える。
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１を参照して、実施の形態１に係る電動機１００の構成を説明する。
電動機１００は、磁石埋込形の電動機である。電動機１００は、固定子１０と、回転子２０とを備える。
【0011】
固定子１０は、コアバック部１１と、複数のティース部１２とを備える。コアバック部１１は、円環状に形成される。各ティース部１２は、コアバック部１１から径方向内側に延びて形成される。各ティース部１２は、先端に行くほど径方向に細くなる楔形状に周方向両側に突出した楔形部１３を先端部分に有する。隣接するティース部１２の間にはスロット部１４が形成される。スロット部１４には、巻線が施される。巻線の材料は、銅等である。実施の形態１では、固定子１０は、９本のティース部１２を備え、９個のスロット部１４が形成されている。実施の形態１では、固定子１０の内径は５６ｍｍである。
固定子１０においてコアバック部１１及び各ティース部１２を構成する鉄心部は、透磁性が高い電磁鋼板が積層されて構成される。
固定子１０においてコアバック部１１及び各ティース部１２を構成する鉄心部は、透磁性が高い電磁鋼板が積層されて構成される。
【0012】
回転子２０は、永久磁石３０を埋め込むための永久磁石挿入孔２１が形成されている。回転子２０において鉄心部は、透磁性が高い電磁鋼板が積層されて構成される。
【0013】
楔形部１３の付け根１５の径方向の長さを付け根高さＫｔと呼ぶ。楔形部１３の周方向先端１６の径方向の長さを先端高さＫｓと呼ぶ。実施の形態１では、付け根高さＫｔと先端高さＫｓとが１＜Ｋｔ／Ｋｓ≦２．８５の関係を満たす。特に、付け根高さＫｔと先端高さＫｓとは、２．３３≦Ｋｔ／Ｋｓの関係を満たすことが望ましい。
付け根高さＫｔと先端高さＫｓとが上記関係を満たすことが望ましい理由を説明する。以下の説明において、実施の形態１では、永久磁石３０の残留磁束密度Ｂｒと、永久磁石３０の幅Ｗと、ティース部１２間の距離Ｌと、固定子１０と回転子２０との間の距離Ｄとを次の値に固定した。距離Ｌは、隣接する２つのティース部１２についての楔形部１３の周方向先端１６の間の距離である。距離Ｄは、固定子の内径から回転子の外径までの距離である。Ｂｒ＝１．３９Ｔ（テスラ）、Ｗ＝２１．２５ｍｍ、Ｌ＝２．３８５ｍｍ、Ｄ＝０．５ｍｍ。そして、Ｋｔ／Ｋｓの値を２．０３，２．４０，３．６３のように変化させて計測が行われた結果に基づき説明する。
付け根高さＫｔと先端高さＫｓとが上記関係を満たすことが望ましい理由を説明する。以下の説明において、実施の形態１では、永久磁石３０の残留磁束密度Ｂｒと、永久磁石３０の幅Ｗと、ティース部１２間の距離Ｌと、固定子１０と回転子２０との間の距離Ｄとを次の値に固定した。距離Ｌは、隣接する２つのティース部１２についての楔形部１３の周方向先端１６の間の距離である。距離Ｄは、固定子の内径から回転子の外径までの距離である。Ｂｒ＝１．３９Ｔ（テスラ）、Ｗ＝２１．２５ｍｍ、Ｌ＝２．３８５ｍｍ、Ｄ＝０．５ｍｍ。そして、Ｋｔ／Ｋｓの値を２．０３，２．４０，３．６３のように変化させて計測が行われた結果に基づき説明する。
【0014】
図２を参照して、Ｋｔ／Ｋｓと基本波鉄損との関係を説明する。
基本波鉄損は、Ｋｔ／Ｋｓが３．７の場合に最少になる。基本波鉄損は、Ｋｔ／Ｋｓが小さくなるほど増加する。つまり、Ｋｔ／Ｋｓが、特許文献１で規定された範囲における最小値の場合に、基本波鉄損は最少になる。したがって、基本波鉄損だけを考慮した場合には、従来技術である特許文献１で規定されたＫｔ／Ｋｓの範囲における最小値は適切である。
基本波鉄損は、Ｋｔ／Ｋｓが３．７の場合に最少になる。基本波鉄損は、Ｋｔ／Ｋｓが小さくなるほど増加する。つまり、Ｋｔ／Ｋｓが、特許文献１で規定された範囲における最小値の場合に、基本波鉄損は最少になる。したがって、基本波鉄損だけを考慮した場合には、従来技術である特許文献１で規定されたＫｔ／Ｋｓの範囲における最小値は適切である。
【0015】
図３及び図４を参照して、Ｋｔ／ＫｓとインダクタンスＬｄ，Ｌｑとの関係を説明する。インダクタンスＬｄはｄ軸方向のインダクタンスである。インダクタンスＬｑはｑ軸方向のインダクタンスである。
Ｋｔ／Ｋｓが小さくなるとインダクタンスＬｄ及びインダクタンスＬｑそれぞれが大きくなる。特に、インダクタンスＬｑは反比例的に大きくなる。インダクタンスが増加すると、高調波鉄損が低減する。
Ｋｔ／Ｋｓが小さくなるとインダクタンスＬｄ及びインダクタンスＬｑそれぞれが大きくなる。特に、インダクタンスＬｑは反比例的に大きくなる。インダクタンスが増加すると、高調波鉄損が低減する。
【0016】
図５を参照して、Ｋｔ／Ｋｓと鉄損との関係を説明する。図５における鉄損は、基本波鉄損と高調波鉄損との合計である。
基本波鉄損は、Ｋｔ／Ｋｓが３．７の場合に最少になる。しかし、高調波鉄損は、Ｋｔ／Ｋｓが小さくなると少なくなる。その結果、基本波鉄損と高調波鉄損とのバランスにより、合計の鉄損はＫｔ／Ｋｓが２．８５の場合に最少になる。
基本波鉄損は、Ｋｔ／Ｋｓが３．７の場合に最少になる。しかし、高調波鉄損は、Ｋｔ／Ｋｓが小さくなると少なくなる。その結果、基本波鉄損と高調波鉄損とのバランスにより、合計の鉄損はＫｔ／Ｋｓが２．８５の場合に最少になる。
【0017】
回転子２０には、永久磁石３０が埋め込まれる。永久磁石３０の磁力を有効に活用することで、電動機１００の銅損を低減することが可能である。永久磁石３０の磁力を有効に活用するには、誘起電圧を高くとれるようにする必要がある。後述するように、誘起電圧を高くとれるようにするには、Ｋｔ／Ｋｓを２．８５よりも小さくする必要がある。
また、電動機１００の体格を増加させ、最大出力を高くすることが考えられる。この場合には、巻線は巻きほどかれる。つまり、巻線の巻き数は、少なくなる。その結果、インダクタンスが低下し、高調波鉄損が増加してしまう。この点を考慮すると、インダクタンスを増加させるために、Ｋｔ／Ｋｓを２．８５よりも小さくする必要がある。
これらのことから、Ｋｔ／Ｋｓは、２．８５以下にすることが望ましい。
また、電動機１００の体格を増加させ、最大出力を高くすることが考えられる。この場合には、巻線は巻きほどかれる。つまり、巻線の巻き数は、少なくなる。その結果、インダクタンスが低下し、高調波鉄損が増加してしまう。この点を考慮すると、インダクタンスを増加させるために、Ｋｔ／Ｋｓを２．８５よりも小さくする必要がある。
これらのことから、Ｋｔ／Ｋｓは、２．８５以下にすることが望ましい。
【0018】
楔形部１３の付け根１５側は、楔形部１３の周方向先端１６よりも磁束密度が高くなる。このことから、Ｋｔ／Ｋｓは１よりも大きくすることが望ましい。
【0019】
したがって、付け根高さＫｔと先端高さＫｓとが１＜Ｋｔ／Ｋｓ≦２．８５の関係を満たすことが望ましい。
【0020】
図６を参照して、Ｋｔ／Ｋｓと誘起電圧との関係を説明する。
誘起電圧は、Ｋｔ／Ｋｓが２．３３の場合に最大になる。誘起電圧は、Ｋｔ／Ｋｓが２．３３よりも大きくなっても小さくなっても小さくなる。つまり、Ｋｔ／Ｋｓが２．３３の場合に、最も永久磁石３０の磁力を有効に活用することが可能であり、電動機１００の銅損を低減可能である。
このことを考慮すると、Ｋｔ／Ｋｓは、２．８５以下であり、かつ、２．３３以上の範囲が望ましい。
誘起電圧は、Ｋｔ／Ｋｓが２．３３の場合に最大になる。誘起電圧は、Ｋｔ／Ｋｓが２．３３よりも大きくなっても小さくなっても小さくなる。つまり、Ｋｔ／Ｋｓが２．３３の場合に、最も永久磁石３０の磁力を有効に活用することが可能であり、電動機１００の銅損を低減可能である。
このことを考慮すると、Ｋｔ／Ｋｓは、２．８５以下であり、かつ、２．３３以上の範囲が望ましい。
【0021】
＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態１に係る電動機１００の固定子１０は、付け根高さＫｔと先端高さＫｓとが１＜Ｋｔ／Ｋｓ≦２．８５の関係を満たす。これにより、電動機１００の効率を高くできる。
以上のように、実施の形態１に係る電動機１００の固定子１０は、付け根高さＫｔと先端高さＫｓとが１＜Ｋｔ／Ｋｓ≦２．８５の関係を満たす。これにより、電動機１００の効率を高くできる。
【0022】
特に、２．３３≦Ｋｔ／Ｋｓの関係を満たすようにすることで、鉄損を少なくしつつ、銅損も少なくすることができる。これにより、電動機１００の効率を高くできる。
【0023】
＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例１＞
実施の形態１で説明したＫｔ／Ｋｓの関係を満たすことで、電動機１００の効率を高くできる。そのため、要求スペックによっては、多少効率を犠牲にして低騒音化を図ることが考えられる。つまり、効率余剰分を低騒音化に振り分けることが考えられる。
＜変形例１＞
実施の形態１で説明したＫｔ／Ｋｓの関係を満たすことで、電動機１００の効率を高くできる。そのため、要求スペックによっては、多少効率を犠牲にして低騒音化を図ることが考えられる。つまり、効率余剰分を低騒音化に振り分けることが考えられる。
【0024】
図７に示すように、回転子２０は、永久磁石挿入孔２１と回転子２０の外径との間の鉄心部に空隙２２が形成されていてもよい。空隙２２を形成することにより、回転子２０に固定子１０が引き付けられる磁気吸引力を抑制することができる。その結果、低騒音化できる。
空隙２２を形成することにより、回転子２０の鉄心部の磁気飽和が増加する。これにより、漏れ経路に磁束がより流れ、誘起電圧の実効値が低下してしまう。そのため、空隙２２を形成する場合には、効率低下か、コア幅を増やすことによるコストアップを許容する必要があった。しかし、実施の形態１で説明したＫｔ／Ｋｓの関係を満たすことで、コストアップ無く電動機１００の効率を高くできる。そのため、空隙２２を形成して、効率余剰分を低騒音化に振り分けることが可能である。
空隙２２を形成することにより、回転子２０の鉄心部の磁気飽和が増加する。これにより、漏れ経路に磁束がより流れ、誘起電圧の実効値が低下してしまう。そのため、空隙２２を形成する場合には、効率低下か、コア幅を増やすことによるコストアップを許容する必要があった。しかし、実施の形態１で説明したＫｔ／Ｋｓの関係を満たすことで、コストアップ無く電動機１００の効率を高くできる。そのため、空隙２２を形成して、効率余剰分を低騒音化に振り分けることが可能である。
【0025】
＜変形例２＞
多少効率を犠牲にして直接材料費を低減することも考えられる。つまり、効率余剰分を直接材料費の低減に振り分けることが考えられる。
巻線の材料として、銅ではなくアルミニウムを用いてもよい。銅に代えてアルミニウムを用いることで、効率が低下してしまうが、費用を抑えることができる。
多少効率を犠牲にして直接材料費を低減することも考えられる。つまり、効率余剰分を直接材料費の低減に振り分けることが考えられる。
巻線の材料として、銅ではなくアルミニウムを用いてもよい。銅に代えてアルミニウムを用いることで、効率が低下してしまうが、費用を抑えることができる。
【0026】
＜変形例３＞
図３及び図４に示すように、Ｋｔ／Ｋｓを小さくした場合におけるインダクタンスＬｄ，Ｌｑの変化は、フェライト磁石を用いた場合に比べて希土類磁石を用いた場合の方が顕著である。
フェライト磁石に比べて希土類磁石の方が磁石の持つ残留磁束密度が大きい。そのため、フェライト磁石を用いた場合に比べて希土類磁石を用いた場合の方が、付け根１５の磁気飽和がより厳しくなる。その結果、フェライト磁石を用いた場合に比べて希土類磁石を用いた場合の方が、インダクタンスＬｄ，Ｌｑの変化が大きくなる。
図３及び図４に示すように、Ｋｔ／Ｋｓを小さくした場合におけるインダクタンスＬｄ，Ｌｑの変化は、フェライト磁石を用いた場合に比べて希土類磁石を用いた場合の方が顕著である。
フェライト磁石に比べて希土類磁石の方が磁石の持つ残留磁束密度が大きい。そのため、フェライト磁石を用いた場合に比べて希土類磁石を用いた場合の方が、付け根１５の磁気飽和がより厳しくなる。その結果、フェライト磁石を用いた場合に比べて希土類磁石を用いた場合の方が、インダクタンスＬｄ，Ｌｑの変化が大きくなる。
【0027】
そこで、永久磁石３０として、希土類磁石を用いることが考えられる。
従来は小型の電動機では、フェライト磁石が広く普及していた。フェライト磁石は、希土類磁石に比べて低価格である。そのため、フェライト磁石と相性の良いＫｔ／Ｋｓが大きい従来技術を適用した電動機が普及していた。
しかし、現在は、希土類磁石の性能が向上している。これにより、希土類磁石を用いて、平面当たりにより磁束を詰め込み小型化した電動機を製造することが可能である。そして、この電動機の方が、鉄心部と磁石と巻線との直接材料費の合計では、フェライト磁石を用いた電動機よりも低価格になっている。ここで、平面当たりの磁束密度が増すことで鉄損の増加が起きる。しかし、実施の形態１で説明したＫｔ／Ｋｓの関係を満たすことで、鉄損増加を抑制できる。そのため、永久磁石３０として、希土類磁石を用いることの有効性が増す。
従来は小型の電動機では、フェライト磁石が広く普及していた。フェライト磁石は、希土類磁石に比べて低価格である。そのため、フェライト磁石と相性の良いＫｔ／Ｋｓが大きい従来技術を適用した電動機が普及していた。
しかし、現在は、希土類磁石の性能が向上している。これにより、希土類磁石を用いて、平面当たりにより磁束を詰め込み小型化した電動機を製造することが可能である。そして、この電動機の方が、鉄心部と磁石と巻線との直接材料費の合計では、フェライト磁石を用いた電動機よりも低価格になっている。ここで、平面当たりの磁束密度が増すことで鉄損の増加が起きる。しかし、実施の形態１で説明したＫｔ／Ｋｓの関係を満たすことで、鉄損増加を抑制できる。そのため、永久磁石３０として、希土類磁石を用いることの有効性が増す。
【0028】
＜変形例４＞
固定子１０と回転子２０との鉄心部は、電磁鋼板を積層して構成されたプレス品である。プレス工程では、１枚の電磁鋼板から回転子２０部分が打ち抜かれた後、固定子１０部分が打ち抜かれる。そのため、固定子１０と回転子２０との間には、ある程度のクリアランスが必要である。クリアランスは、固定子の内径から回転子の外径までの距離Ｄ（図１参照）である。加工精度を担保するためには、クリアランスＤが電磁鋼板の板厚ｔ以上であることが望ましい。
距離Ｄが小さいほど有効に永久磁石の磁束を固定子１０に取り込むことができる。そして、その分磁石サイズを小さくすることができる。しかし、距離Ｄが小さいと、鉄損が大きくなってしまう。そのため、これまでは磁束増加分をすべて有効に活用することはできなかった。しかし、実施の形態１で説明したＫｔ／Ｋｓの関係を満たすことで、鉄損増加を抑制できる。これにより、磁束増加分を有効活用できるため、最も磁石磁束を稼げるＤ＝ｔを選択することが望ましい。
固定子１０と回転子２０との鉄心部は、電磁鋼板を積層して構成されたプレス品である。プレス工程では、１枚の電磁鋼板から回転子２０部分が打ち抜かれた後、固定子１０部分が打ち抜かれる。そのため、固定子１０と回転子２０との間には、ある程度のクリアランスが必要である。クリアランスは、固定子の内径から回転子の外径までの距離Ｄ（図１参照）である。加工精度を担保するためには、クリアランスＤが電磁鋼板の板厚ｔ以上であることが望ましい。
距離Ｄが小さいほど有効に永久磁石の磁束を固定子１０に取り込むことができる。そして、その分磁石サイズを小さくすることができる。しかし、距離Ｄが小さいと、鉄損が大きくなってしまう。そのため、これまでは磁束増加分をすべて有効に活用することはできなかった。しかし、実施の形態１で説明したＫｔ／Ｋｓの関係を満たすことで、鉄損増加を抑制できる。これにより、磁束増加分を有効活用できるため、最も磁石磁束を稼げるＤ＝ｔを選択することが望ましい。
【0029】
＜変形例５＞
実施の形態１では、回転子２０には永久磁石挿入孔２１が形成されており、永久磁石挿入孔２１に永久磁石３０が埋め込まれた。つまり、電動機１００は、ＩＰＭモータであった。ＩＰＭは、Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔの略である。しかし、電動機１００は、回転子２０の表面に永久磁石３０が張り付けられたＳＰＭモータであってもよい。ＳＰＭは、Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔの略である。
但し、以下の理由から、電動機１００は、ＩＰＭモータであることが望ましい。電動機１００は、鉄損が低減されており、電動機効率への磁気飽和の影響を抑制可能である。そのため、電動機１００は、フェライト磁石よりも磁気飽和への影響が強い希土類磁石を使いこなすことができる。希土類磁石を使用する場合、磁石材料単価が高い為、磁石の形状は生産上材料歩留まりのよい四角形状であることが望ましい。ＩＰＭモータでは、四角形状の磁石を採用できる。そのため、実施の形態１に係る電動機１００と相性がよい。
実施の形態１では、回転子２０には永久磁石挿入孔２１が形成されており、永久磁石挿入孔２１に永久磁石３０が埋め込まれた。つまり、電動機１００は、ＩＰＭモータであった。ＩＰＭは、Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔの略である。しかし、電動機１００は、回転子２０の表面に永久磁石３０が張り付けられたＳＰＭモータであってもよい。ＳＰＭは、Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔの略である。
但し、以下の理由から、電動機１００は、ＩＰＭモータであることが望ましい。電動機１００は、鉄損が低減されており、電動機効率への磁気飽和の影響を抑制可能である。そのため、電動機１００は、フェライト磁石よりも磁気飽和への影響が強い希土類磁石を使いこなすことができる。希土類磁石を使用する場合、磁石材料単価が高い為、磁石の形状は生産上材料歩留まりのよい四角形状であることが望ましい。ＩＰＭモータでは、四角形状の磁石を採用できる。そのため、実施の形態１に係る電動機１００と相性がよい。
【0030】
実施の形態２．
実施の形態２は、永久磁石３０の幅Ｗ及び残留磁束密度Ｂｒを考慮してＫｔ／Ｋｓの範囲を定める点が実施の形態１と異なる。実施の形態２では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
実施の形態２は、永久磁石３０の幅Ｗ及び残留磁束密度Ｂｒを考慮してＫｔ／Ｋｓの範囲を定める点が実施の形態１と異なる。実施の形態２では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
【0031】
電動機１００の体格を増加させ、これに伴い永久磁石３０の幅Ｗが広くなることが考えられる。また、磁力が高い永久磁石３０を用いることが考えられる。その結果、永久磁石３０の磁力が増加することが考えられる。永久磁石３０の磁力が増加すると、合計の鉄損が最小になるＫｔ／Ｋｓの値は変化する。
ティース部１２の径方向内側に向かう直線部と、周方向に延びた楔形部１３との成す角θ（図１参照）が一定であるとする。この場合には、磁力増加に伴う付け根高さＫｔにおける磁気飽和を緩和するためには、Ｋｔ／Ｋｓの値を小さくする必要がある。つまり、合計の鉄損が最小になるＫｔ／Ｋｓの値は、２．８５よりも小さくなる。
永久磁石３０の磁束量は、永久磁石３０の幅Ｗと永久磁石３０の残留磁束密度Ｂｒとの積で表すことができる。つまり、永久磁石３０の磁力は、Ｗ×Ｂｒによって表される。
ティース部１２の径方向内側に向かう直線部と、周方向に延びた楔形部１３との成す角θ（図１参照）が一定であるとする。この場合には、磁力増加に伴う付け根高さＫｔにおける磁気飽和を緩和するためには、Ｋｔ／Ｋｓの値を小さくする必要がある。つまり、合計の鉄損が最小になるＫｔ／Ｋｓの値は、２．８５よりも小さくなる。
永久磁石３０の磁束量は、永久磁石３０の幅Ｗと永久磁石３０の残留磁束密度Ｂｒとの積で表すことができる。つまり、永久磁石３０の磁力は、Ｗ×Ｂｒによって表される。
【0032】
図８を参照して、（Ｋｔ／Ｋｓ）／（Ｗ×Ｂｒ）と鉄損との関係を説明する。図８における鉄損は、基本波鉄損と高調波鉄損との合計である。
鉄損は、（Ｋｔ／Ｋｓ）／（Ｗ×Ｂｒ）が０．０９６５の場合に最少になる。鉄損は、（Ｋｔ／Ｋｓ）／（Ｗ×Ｂｒ）が大きくなっても小さくなっても増加する。
実施の形態１で説明したように、誘起電圧を高くとれるようにすること、電動機１００の体格を増加させることが考えられることを考慮すると、（Ｋｔ／Ｋｓ）／（Ｗ×Ｂｒ）は、０．０９６５以下の方が望ましい。
鉄損は、（Ｋｔ／Ｋｓ）／（Ｗ×Ｂｒ）が０．０９６５の場合に最少になる。鉄損は、（Ｋｔ／Ｋｓ）／（Ｗ×Ｂｒ）が大きくなっても小さくなっても増加する。
実施の形態１で説明したように、誘起電圧を高くとれるようにすること、電動機１００の体格を増加させることが考えられることを考慮すると、（Ｋｔ／Ｋｓ）／（Ｗ×Ｂｒ）は、０．０９６５以下の方が望ましい。
【0033】
＊＊＊実施の形態２の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態２に係る電動機１００の固定子１０は、付け根高さＫｔと先端高さＫｓとが、永久磁石３０の幅Ｗと永久磁石３０の残留磁束密度Ｂｒとに関して、（Ｋｔ／Ｋｓ）／（Ｗ×Ｂｒ）≦０．０９６５の関係を満たす。これにより、永久磁石３０の幅Ｗが広くなった場合、又は、磁力が高い永久磁石３０を用いられた場合においても、電動機１００の効率を高くできる。
以上のように、実施の形態２に係る電動機１００の固定子１０は、付け根高さＫｔと先端高さＫｓとが、永久磁石３０の幅Ｗと永久磁石３０の残留磁束密度Ｂｒとに関して、（Ｋｔ／Ｋｓ）／（Ｗ×Ｂｒ）≦０．０９６５の関係を満たす。これにより、永久磁石３０の幅Ｗが広くなった場合、又は、磁力が高い永久磁石３０を用いられた場合においても、電動機１００の効率を高くできる。
【0034】
実施の形態３．
実施の形態３は、隣接する２つのティース部１２の間の距離Ｌの範囲を定める点が実施の形態１，２と異なる。実施の形態３では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
実施の形態３は、隣接する２つのティース部１２の間の距離Ｌの範囲を定める点が実施の形態１，２と異なる。実施の形態３では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
【0035】
隣接する２つのティース部１２についての楔形部１３の周方向先端１６の間の適正な距離Ｌ（図１参照）は、永久磁石３０の磁力によって変化する。隣接するティース部１２間での漏れ磁束に起因してトルク定数が低下する。そのため、適正な距離Ｌを検討するには、トルク定数の変化を追うことが適切である。
【0036】
図９及び図１０を参照して、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）とトルク定数との関係を説明する。
図９では、常温時におけるＬ／（Ｗ×Ｂｒ）とトルク定数との関係が示されている。図９に示すように、常温時においては、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が大きくなると、トルク定数が増加する。Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が０．０８でトルク定数は概ね最大になる。なお、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が０．０６を境に、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が大きくなることに伴うトルク定数の増加の傾きが緩やかになる。
図１０では、高温時におけるＬ／（Ｗ×Ｂｒ）とトルク定数との関係が示されている。図１０に示すように、高温時においては、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が０．０８でトルク定数は概ね最大になる点は常温時と変わらない。しかし、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が０．０８より大きくなると、トルク定数が低下する。なお、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が０．１を境に、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が大きくなることに伴うトルク定数の増加の傾きが急になる。
図９では、常温時におけるＬ／（Ｗ×Ｂｒ）とトルク定数との関係が示されている。図９に示すように、常温時においては、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が大きくなると、トルク定数が増加する。Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が０．０８でトルク定数は概ね最大になる。なお、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が０．０６を境に、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が大きくなることに伴うトルク定数の増加の傾きが緩やかになる。
図１０では、高温時におけるＬ／（Ｗ×Ｂｒ）とトルク定数との関係が示されている。図１０に示すように、高温時においては、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が０．０８でトルク定数は概ね最大になる点は常温時と変わらない。しかし、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が０．０８より大きくなると、トルク定数が低下する。なお、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が０．１を境に、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が大きくなることに伴うトルク定数の増加の傾きが急になる。
【0037】
以上を踏まえると、Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）が、０．０６より大きく、０．１より小さい範囲であれば、トルク定数に大きな変化はない。そのため、距離Ｌは、永久磁石３０の幅Ｗと永久磁石３０の残留磁束密度Ｂｒとに関して、０．０６＜Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）＜０．１の関係を満たすことが望ましい。
【0038】
＊＊＊実施の形態３の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態３に係る電動機１００の固定子１０は、距離Ｌは、永久磁石３０の幅Ｗと永久磁石３０の残留磁束密度Ｂｒとに関して、０．０６＜Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）＜０．１の関係を満たす。これにより、電動機１００の効率を高くできる。
以上のように、実施の形態３に係る電動機１００の固定子１０は、距離Ｌは、永久磁石３０の幅Ｗと永久磁石３０の残留磁束密度Ｂｒとに関して、０．０６＜Ｌ／（Ｗ×Ｂｒ）＜０．１の関係を満たす。これにより、電動機１００の効率を高くできる。
【0039】
実施の形態４．
実施の形態４は、電動機１００を圧縮機２００に搭載する点が実施の形態１～３と異なる。実施の形態４では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
実施の形態４では、圧縮機２００としてロータリー圧縮機を用いて説明する。
実施の形態４は、電動機１００を圧縮機２００に搭載する点が実施の形態１～３と異なる。実施の形態４では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
実施の形態４では、圧縮機２００としてロータリー圧縮機を用いて説明する。
【0040】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１１を参照して、実施の形態４に係る圧縮機２００の構成を説明する。
圧縮機２００は、シェル２１０と、シェル２１０内に配設された圧縮機構２２０と、圧縮機構２２０を駆動する電動機１００とを備えている。電動機１００は、実施の形態１～３で説明されたものである。圧縮機２００は、さらに、電動機１００と圧縮機構２２０とを動力伝達可能に連結するシャフト２３０（クランクシャフト）を有している。シャフト２３０は、電動機１００の回転子２０のシャフト孔２３（図１参照）に嵌合する。
図１１を参照して、実施の形態４に係る圧縮機２００の構成を説明する。
圧縮機２００は、シェル２１０と、シェル２１０内に配設された圧縮機構２２０と、圧縮機構２２０を駆動する電動機１００とを備えている。電動機１００は、実施の形態１～３で説明されたものである。圧縮機２００は、さらに、電動機１００と圧縮機構２２０とを動力伝達可能に連結するシャフト２３０（クランクシャフト）を有している。シャフト２３０は、電動機１００の回転子２０のシャフト孔２３（図１参照）に嵌合する。
【0041】
シェル２１０は、例えば鋼板で形成された密閉容器である。シェル２１０は、電動機１００及び圧縮機構２２０を覆う。シェル２１０は、上部シェル２１１と下部シェル２１２とを有している。上部シェル２１１には、圧縮機２００の外部から電動機１００に電力を供給するための端子部としての気密端子２１３（ガラス端子）と、圧縮機２００内で圧縮された冷媒を外部に吐出するための吐出管２１４とが取り付けられている。気密端子は、密閉容器の壁面に埋め込まれている。下部シェル２１２には、電動機１００及び圧縮機構２２０が収容されている。
【0042】
圧縮機構２２０は、シャフト２３０に沿って、円環状の第１シリンダ２２１及び円環状の第２シリンダ２２２を有している。第１シリンダ２２１及び第２シリンダ２２２は、シェル２１０（下部シェル２１２）の内周部に固定されている。第１シリンダ２２１の内周側には、円環状の第１ピストン２２３が配置されている。第２シリンダ２２２の内周側には、円環状の第２ピストン２２４が配置されている。第１ピストン２２３及び第２ピストン２２４は、シャフト２３０と共に回転するロータリーピストンである。
【0043】
第１シリンダ２２１と第２シリンダ２２２との間には、仕切板２２５が設けられている。仕切板２２５は、中央に貫通穴を有する円板状の部材である。第１シリンダ２２１及び第２シリンダ２２２のシリンダ室には、シリンダ室を吸入側と圧縮側とに分けるベーン（図示せず）が設けられている。第１シリンダ２２１と第２シリンダ２２２と仕切板２２５とは、ボルトによって一体に固定されている。
【0044】
第１シリンダ２２１の上側には、第１シリンダ２２１のシリンダ室の上側を塞ぐように、上部フレーム２２６が配置されている。第２シリンダ２２２の下側には、第２シリンダ２２２のシリンダ室の下側を塞ぐように、下部フレーム２２７が配置されている。上部フレーム２２６及び下部フレーム２２７は、シャフト２３０を回転可能に支持している。
【0045】
シェル２１０の下部シェル２１２の底部には、圧縮機構２２０の各摺動部を潤滑する冷凍機油（図示せず）が貯留されている。冷凍機油は、シャフト２３０の内部に軸方向に形成された孔内を上昇し、シャフト２３０の複数箇所に形成された給油孔から各摺動部に供給される。
【0046】
電動機１００の固定子１０は、焼き嵌めによりシェル２１０の内側に取り付けられている。固定子１０の巻線には、上部シェル２１１に取り付けられた気密端子２１３から、電力が供給される。
【0047】
シェル２１０には、冷媒ガスを貯蔵するアキュムレータ２４０が取り付けられている。アキュムレータ２４０は、例えば、下部シェル２１２の外側に設けられた保持部によって保持されている。シェル２１０には、一対の吸入パイプが取り付けられ、この吸入パイプを介してアキュムレータ２４０からシリンダに冷媒ガスが供給される。
【0048】
冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７ＣまたはＲ２２等を用いてもよい。しかし、地球温暖化防止の観点からは、低ＧＷＰ（地球温暖化係数）の冷媒を用いることが望ましい。低ＧＷＰの冷媒としては、例えば、以下の冷媒を用いることができる。
（１）組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素を用いることができる。例えばＨＦＯ（Ｈｙｄｒｏ－Ｆｌｕｏｒｏ－Ｏｒｅｆｉｎ）－１２３４ｙｆ（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２）を用いることができる。ＨＦＯ－１２３４ｙｆのＧＷＰは４である。
（２）組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素を用いてもよい。例えばＲ１２７０（プロピレン）を用いてもよい。Ｒ１２７０のＧＷＰは３であり、ＨＦＯ－１２３４ｙｆより低いが、可燃性はＨＦＯ－１２３４ｙｆより高い。
（３）組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素又は組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素の少なくともいずれかを含む混合物を用いてもよい。例えばＨＦＯ－１２３４ｙｆとＲ３２との混合物を用いてもよい。上述したＨＦＯ－１２３４ｙｆは低圧冷媒のため圧損が大きくなる傾向があり、冷凍サイクル（特に蒸発器）の性能低下を招く可能性がある。そのため、ＨＦＯ－１２３４ｙｆよりも高圧冷媒であるＲ３２又はＲ４１との混合物を用いることが実用上は望ましい。
（１）組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素を用いることができる。例えばＨＦＯ（Ｈｙｄｒｏ－Ｆｌｕｏｒｏ－Ｏｒｅｆｉｎ）－１２３４ｙｆ（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２）を用いることができる。ＨＦＯ－１２３４ｙｆのＧＷＰは４である。
（２）組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素を用いてもよい。例えばＲ１２７０（プロピレン）を用いてもよい。Ｒ１２７０のＧＷＰは３であり、ＨＦＯ－１２３４ｙｆより低いが、可燃性はＨＦＯ－１２３４ｙｆより高い。
（３）組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素又は組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素の少なくともいずれかを含む混合物を用いてもよい。例えばＨＦＯ－１２３４ｙｆとＲ３２との混合物を用いてもよい。上述したＨＦＯ－１２３４ｙｆは低圧冷媒のため圧損が大きくなる傾向があり、冷凍サイクル（特に蒸発器）の性能低下を招く可能性がある。そのため、ＨＦＯ－１２３４ｙｆよりも高圧冷媒であるＲ３２又はＲ４１との混合物を用いることが実用上は望ましい。
【0049】
圧縮機２００の基本動作は、以下の通りである。
アキュムレータ２４０から供給された冷媒ガスは、吸入パイプを通って第１シリンダ２２１及び第２シリンダ２２２の各シリンダ室に供給される。電動機１００が駆動されて回転子２０が回転すると、回転子２０と共にシャフト２３０が回転する。そして、シャフト２３０に嵌合する第１ピストン２２３及び第２ピストン２２４が各シリンダ室内で偏心回転し、各シリンダ室内で冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は、電動機１００の回転子２０に設けられた穴（図示せず）を通ってシェル２１０内を上昇し、吐出管から外部に吐出される。
アキュムレータ２４０から供給された冷媒ガスは、吸入パイプを通って第１シリンダ２２１及び第２シリンダ２２２の各シリンダ室に供給される。電動機１００が駆動されて回転子２０が回転すると、回転子２０と共にシャフト２３０が回転する。そして、シャフト２３０に嵌合する第１ピストン２２３及び第２ピストン２２４が各シリンダ室内で偏心回転し、各シリンダ室内で冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は、電動機１００の回転子２０に設けられた穴（図示せず）を通ってシェル２１０内を上昇し、吐出管から外部に吐出される。
【0050】
圧縮機２００は、空気調和機等の冷凍サイクルに用いられる。これにより、冷凍空調装置が構成される。
【0051】
＊＊＊実施の形態４の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態４に係る圧縮機２００は、実施の形態１～３に係る電動機１００を用いて構成される。圧縮機２００は、直接材料費の半分以上を電動機１００が占める。実施の形態１～３に係る電動機１００を圧縮機２００に用いることで、より設計自由度を高くできる。そして、高効率又は低原価に特化した圧縮機２００を構成すること等ができる。
以上のように、実施の形態４に係る圧縮機２００は、実施の形態１～３に係る電動機１００を用いて構成される。圧縮機２００は、直接材料費の半分以上を電動機１００が占める。実施の形態１～３に係る電動機１００を圧縮機２００に用いることで、より設計自由度を高くできる。そして、高効率又は低原価に特化した圧縮機２００を構成すること等ができる。
【0052】
さらに、圧縮機２００を用い冷凍空調装置を構成することで、高効率又は低原価に特化した冷凍空調装置を構成することができる。
【0053】
以上、本開示の実施の形態及び変形例について説明した。これらの実施の形態及び変形例のうち、いくつかを組み合わせて実施してもよい。また、いずれか１つ又はいくつかを部分的に実施してもよい。なお、本開示は、以上の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【0054】
１００ 電動機、１０ 固定子、１１ コアバック部、１２ ティース部、１３ 楔形部、１４ スロット部、１５ 付け根、１６ 周方向先端、２０ 回転子、２１ 永久磁石挿入孔、２２ 空隙、２３ シャフト孔、３０ 永久磁石、２００ 圧縮機、２１０ シェル、２１１ 上部シェル、２１２ 下部シェル、２１３ 気密端子、２１４ 吐出管、２２０ 圧縮機構、２２１ 第１シリンダ、２２２ 第２シリンダ、２２３ 第１ピストン、２２４ 第２ピストン、２２５ 仕切板、２２６ 上部フレーム、２２７ 下部フレーム、２３０ シャフト、２４０ アキュムレータ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】