JP2012050262A - 永久磁石埋込型電動機及び密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】組込着磁が容易で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供する。
【解決手段】この発明に係る永久磁石埋込型電動機は、組込着磁を行う永久磁石埋込型電動機において、固定子は、固定子鉄心と、複数の固定子スロットと、三相巻線と、を備え、回転子は、回転子鉄心と、複数の磁石挿入孔と、磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、磁石挿入孔の外周側に形成される複数のスリットと、回転子鉄心の積層方向両端面に配置される端板と、を備え、組込着磁を行う際の固定子の巻線の起磁力の軸と、永久磁石の磁化容易方向とが略一致する位置において、複数のスリットのうち、少なくとも一極当たり一つのスリットの中心線の延長線が、固定子鉄心のスロット開口部の内側に配置される構成であり、中心線の延長線が固定子鉄心のスロット開口部の内側に配置されるスリットと固定子鉄心のスロット開口部とを、組込着磁における固定子と回転子との位置決めに用いるものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、永久磁石埋込型電動機に関する。詳しくは、永久磁石埋込型電動機の回転子における磁石挿入孔の外周部に配置されるスリットの形状に関するものである。また、その永久磁石埋込型電動機を搭載した密閉型圧縮機に関する。

従来、永久磁石回転機の着磁方法において、固定子のティース部に切欠部を設け、また回転子の端板にも切欠部を設け、これら切欠部を治具により固定子と回転子の相対位置を位置決め固定し、正確な着磁処理を実現する永久磁石回転機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２７９０８号公報

しかしながら、上記特許文献１の永久磁石回転機の着磁方法では、固定子のティース部に切欠部を設けているため、ティース部の磁束密度が高くなり、永久磁石回転機の運転時の効率が低下する課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、組込着磁が容易で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供する。また、その永久磁石埋込型電動機を用いた密閉型圧縮機を提供する。

この発明に係る永久磁石埋込型電動機は、
固定子の巻線に電流を流すことで、固定子の内周側に空隙を介して配置される回転子の永久磁石を着磁させる組込着磁を行う永久磁石埋込型電動機において、
固定子は、
電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数積層して製作される固定子鉄心と、
固定子鉄心の内周縁に沿って形成される複数の固定子スロットと、
固定子スロットに挿入される三相巻線と、を備え、
回転子は、
電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数積層して製作される回転子鉄心と、
回転子鉄心の外周部に沿って形成される複数の磁石挿入孔と、
磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、
磁石挿入孔の外周側に形成される複数のスリットと、
回転子鉄心の積層方向両端面に配置される端板と、を備え、
組込着磁を行う際の固定子の巻線の起磁力の軸と、永久磁石の磁化容易方向とが略一致する位置において、複数のスリットのうち、少なくとも一極当たり一つのスリットの中心線の延長線が、固定子鉄心のスロット開口部の内側に配置される構成であり、
中心線の延長線が固定子鉄心のスロット開口部の内側に配置されるスリットと固定子鉄心のスロット開口部とを、組込着磁における固定子と回転子との位置決めに用いるものである。

この発明に係る永久磁石埋込型電動機は、組込着磁を行う際の固定子の巻線の起磁力の軸と、永久磁石の磁化容易方向とが略一致する位置において、複数のスリットのうち、少なくとも一極当たり一つのスリットの中心線の延長線が、固定子鉄心のスロット開口部の内側に配置されることで、確実に組込着磁を行うことができ、高効率な永久磁石埋込型電動機を得ることができる。

実施の形態１を示す図で、永久磁石埋込型電動機１００の横断面図。 図１の部分拡大図。 実施の形態１を示す図で、永久磁石埋込型電動機１００の平面図。 実施の形態１を示す図で、固定子１２の横断面図。 実施の形態１を示す図で、固定子鉄心１２ａの横断面図。 実施の形態１を示す図で、回転子１１の横断面図。 図６のＡ−Ａ断面図。 実施の形態１を示す図で、回転子１１の平面図。 実施の形態１を示す図で、端板１１ｄの平面図。 実施の形態１を示す図で、回転子鉄心１１ａの横断面図。 図１０の部分拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子１１にスリット４０を設けた永久磁石埋込型電動機１００とスリット４０を設けない永久磁石埋込型電動機のトルク特性を比較した図。 実施の形態１を示す図で、組込着磁時の結線図。 実施の形態１を示す図で、永久磁石埋込型電動機１００の部分拡大図。 実施の形態１を示す図で、位置決め治具５０の平面図。 実施の形態１を示す図で、位置決め治具５０の側面図。 実施の形態１を示す図で、スクロール圧縮機３００の縦断面図。 図１７のＢ−Ｂ断面図。 図１８の部分拡大図（位置決め治具５０を装着した状態）。 実施の形態１を示す図で、永久磁石埋込型電動機１００の駆動回路１の回路図。

実施の形態１．
図１乃至図１１は実施の形態１を示す図で、図１は永久磁石埋込型電動機１００の横断面図、図２は図１の部分拡大図、図３は永久磁石埋込型電動機１００の平面図、図４は固定子１２の横断面図、図５は固定子鉄心１２ａの横断面図、図６は回転子１１の横断面図、図７は図６のＡ−Ａ断面図、図８は回転子１１の平面図、図９は端板１１ｄの平面図、図１０は回転子鉄心１１ａの横断面図、図１１は図１０の部分拡大図である。

図１乃至図１１を参照しながら、永久磁石埋込型電動機１００の構成について説明する。

図１に示す永久磁石埋込型電動機１００は、６極のブラシレスＤＣモータである。永久磁石埋込型電動機１００は、固定子１２と回転子１１とを備える。永久磁石埋込型電動機１００を、以下、単にモータまたは電動機と呼ぶ場合もある。尚、図１に示す矢印は、後述する未着磁の永久磁石を組込着磁により着磁する際の組込着磁磁束を示す。

図２に示すように、固定子１２と回転子１１との間に、所定の径方向寸法の空隙６０が設けられる。固定子１２と回転子１１との間の空隙６０は、例えば、径方向寸法が０．２〜２．０ｍｍ程度である。

図３に示すように、固定子１２の内周側には空隙６０（図２参照）を介して回転子１１が設けられ、詳細は後述するが、回転子鉄心１１ａ（図６参照）の積層方向両端部には、永久磁石１１ｃ（図６参照）が磁石挿入孔１１ｆ（図１０参照）から飛び出すのを抑えるため端板１１ｄが設けられ、リベット１１ｅにより、回転子鉄心１１ａ（後述する）と端板１１ｄとが一体化される。

図４に示すように、固定子１２は、略円筒状（ドーナッツ状）の固定子鉄心１２ａと、固定子鉄心１２ａの固定子スロット１２ｂ（１８個のスロット）に挿入されるＵ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃとからなる三相巻線を備える。Ｕ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃには、一般的に銅線の外周に絶縁被膜が施されたマグネットワイヤなどが用いられる。

尚、固定子スロット１２ｂには、巻線２０（Ｕ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃ）と固定子鉄心１２ａとの間に電気的に絶縁を確保するために絶縁材（例えば、スロットセル、ウェッジ等）が挿入されるが、ここでは図示を省略している。

図４に示すように、各々の巻線２０（Ｕ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃ）は数個の固定子スロット１２ｂ（固定子歯部１２ｅ）を跨いで構成されている。図４に示す例では、３個の固定子歯部１２ｅを跨いで一つの巻線２０が構成されている。このような巻線方式は、一般的に分布巻と呼ばれている。

固定子スロット１２ｂの内部には、外周側から順番にＵ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ、Ｗ相巻線２０ｃが配置されるが、一例であって、順番は特に問わない。

Ｕ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃはＹ結線（星形結線、スター結線）で接続され、各々の巻線に三相電圧を印加することで永久磁石埋込型電動機１００がトルクを発生する。ここではＹ結線について説明するが、Δ結線（三角結線）を用いても良い。

図５に示すように、固定子鉄心１２ａは、板厚が０．１〜１．５ｍｍ程度の電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数軸方向に積層し、抜きカシメや溶接等により固定して製作される。

固定子鉄心１２ａには、内周縁に沿って固定子スロット１２ｂが形成されている。１８個の固定子スロット１２ｂは、周方向にほぼ等間隔に配置される。図５の例では、固定子スロット１２ｂはすべて同じ形状であるが、一部の大きさを変更した大小のスロット形状で構成しても良い。

隣り合う固定子スロット１２ｂの間には、固定子鉄心１２ａの一部分である固定子歯部１２ｅが構成されている。そのため固定子スロット１２ｂと固定子歯部１２ｅの数は同一であり、図５の例では、固定子１２は、１８個の固定子スロット１２ｂと１８個の固定子歯部１２ｅを備える。

固定子スロット１２ｂは、半径方向に延在している。固定子スロット１２ｂは、内周縁に開口している。この開口部をスロット開口部１２ｄと言う。このスロット開口部１２ｄからＵ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃが挿入される。

図５に示すように、固定子鉄心１２ａの外周面には、外周円形状を略直線状に切り欠いた略直線部をなす固定子切欠１２ｃが四ヶ所に設けられている。四ヶ所の固定子切欠１２ｃは、隣り合うもの同士が略直角に配置される。但し、これは一例であり、固定子切欠１２ｃの数、配置は任意でよい。

また、固定子鉄心１２ａにおいて、固定子スロット１２ｂの外側の鉄心部を、一般的にコアバック１２ｆと呼ぶ。固定子切欠１２ｃが形成された部分の内側のコアバック１２ｆの磁路断面積は、外周が円弧形状の部分の磁路断面積よりも小さい。

冷凍サイクルに用いられる密閉型圧縮機（例えば、スクロール圧縮機）に、図１の永久磁石埋込型電動機１００を搭載する場合、固定子１２は密閉型圧縮機の円筒状の密閉容器の内周に焼き嵌めされる。密閉型圧縮機の内部では、冷媒（冷凍機油を含む）が永久磁石埋込型電動機１００を通過する。そのため、永久磁石埋込型電動機１００には、冷媒の通路が必要である。

略直線部の固定子切欠１２ｃを設けることにより、固定子１２と密閉容器との間に冷媒の通路が形成される。永久磁石埋込型電動機１００の冷媒の通路には、この固定子鉄心１２ａの外周面の固定子切欠１２ｃによるもの以外に、例えば、後述する回転子１１のスリット４０、風穴部１１ｂ及び固定子１２と回転子１１との間の空隙６０（図２参照）がある。

固定子１２の内周側には空隙６０を介して設けられる回転子１１は、図６乃至図８に示すように、回転子鉄心１１ａ、永久磁石１１ｃ、リベット１１ｅ、端板１１ｄ（図９も参照）及び回転軸９０を備える。

図９に示すように、端板１１ｄは略六角形の板状（所定の厚さ）で、中央部に軸孔１１ｊ、軸孔１１ｊの周囲に風穴部１１ｋ（例えば、４個）及びリベット１１ｅが挿入されるリベット挿入用孔１１ｍ（例えば、４個）が形成されている。端板１１ｄには、非磁性体の材料（例えば、ステンレス材）が用いられる。回転子鉄心１１ａの軸方向両端部に、同じ端板１１ｄが設けられる。

図１０に示すように、回転子鉄心１１ａは、固定子鉄心１２ａと同様に板厚が０．１〜１．５ｍｍの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、軸方向に積層し、抜きカシメや接着等により固定して製作される。通常、固定子鉄心１２ａの内側（内周側）の部分の電磁鋼板を利用する。

一般的に回転子鉄心１１ａは、固定子鉄心１２ａと同一の材料から打ち抜くことが多いが、回転子鉄心１１ａの材料を固定子鉄心１２ａの材料と異なるようにしても構わない。例えば、回転子鉄心１１ａの板厚を０．５ｍｍ、固定子鉄心１２ａの板厚を０．３５ｍｍにすることで鉄損を低減させた永久磁石埋込型電動機１００を得ることができる。

回転子鉄心１１ａには、６個の磁石挿入孔１１ｆが設けられ、磁石挿入孔１１ｆには平板状の６枚の永久磁石１１ｃが挿入され、６極の回転子１１を構成している。また、回転子鉄心１１ａの略中心部に回転軸９０が嵌合する軸孔１１ｇが形成され、軸孔１１ｇと磁石挿入孔１１ｆとの間に、風穴部１１ｂ（例えば、４個）、リベット１１ｅが挿入されるリベット挿入用孔１１ｈ（例えば、４個）が形成されている。

永久磁石１１ｃは、ネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類永久磁石を使用することが望ましいが、他の材質（例えばフェライト）の永久磁石を用いても良い。

回転子鉄心１１ａの磁石挿入孔１１ｆに永久磁石１１ｃを挿入した後、回転子鉄心１１ａの積層方向両端部に端板１１ｄを配置し、回転子鉄心１１ａ及び端板１１ｄの両方に設けられたリベット挿入用孔１１ｈ及びリベット挿入用孔１１ｍにリベット１１ｅを挿入して回転子１１が製作される。

図１１に示すように、回転子鉄心１１ａには、磁石挿入孔１１ｆの外周側に存在する鉄心部に、複数のスリット４０ａ〜４０ｅが設けられている。磁極中心線の両側に、例えば、複数のスリット４０ａ〜４０ｅが対称に合計１０本設けられる。スリット４０ａは、一磁極の端部に設けられ、永久磁石１１ｃのロータ内部での磁束の漏れを抑制する役目を持つ。スリット４０ｂ〜４０ｅは、磁石挿入孔１１ｆの外周側の鉄心部の磁束分布を滑らかにするもので、例えば、磁石挿入孔１１ｆに直角の方向で、ロータ内部から外部に向かって延びて形成される。但し、スリット４０ｂ〜４０ｅの延びる方向は、磁石挿入孔１１ｆに直角でなくてもよい。例えば、磁極中心に向かうようなものでもよい。さらに、スリット４０ｂ〜４０ｅの形状は、図１０の例では、断面が略四角形であるが、この形状に限定されるものではない。ロータ内部から外部に向かって延びて形成されるものであれば、楕円、台形等どのような形状でもよい。また、磁極中心線の両側に対称にスリット４０ａ〜４０ｅを設けたが、非対称に設けてもよい。

複数のスリット４０（スリット４０ａ〜４０ｅ）を配置することにより、回転子鉄心１１ａの外周部の磁束分布を滑らかにすることができ、固定子１２の巻線２０に誘起される電圧の高調波成分を低減することができる。

巻線２０に三相正弦波交流電圧を印加して駆動する場合、永久磁石埋込型電動機１００のトルクとして有効に寄与するのは、固定子１２の巻線２０に誘起される電圧の基本波成分のみであり、高調波成分はトルク脈動（トルクリプル）となる。

このトルクリプルにより、電動機の振動及び騒音が増大するが、複数のスリット４０ａ〜４０ｅを配置することで、振動や騒音の少ない永久磁石埋込型電動機１００を得ることができる。

図１２は実施の形態１を示す図で、回転子１１にスリット４０を設けた永久磁石埋込型電動機１００とスリット４０を設けない永久磁石埋込型電動機のトルク特性を比較した図である。巻線２０に三相交流電源を印加した特性図であり、横軸は回転角度、縦軸は瞬時トルクを示している。

スリット４０を設けない電動機は、固定子の巻線に誘起される電圧（誘起電圧）に多くの高調波成分を含んでいるため、回転角度に対するトルク脈動が大きくなっていることがわかる。

スリット４０を設けることにより、固定子１２の巻線２０に誘起される誘起電圧の高調波成分を少なくすることができるため、トルク脈動を小さくすることができ、振動・騒音の少ない永久磁石埋込型電動機１００を得ることができる。

図８に示すように、回転子１１を積層方向の一端面から見ると、端板１１ｄの外周側からスリット４０の一部を視認することができ、そのスリット４０は積層方向に貫通された空気層（孔）となっている。

そのため、永久磁石埋込型電動機１００を密閉型圧縮機に搭載した場合、スリット４０の一部は冷媒の通路（流路）として使用することができるため、冷媒の通路を確保した信頼性の高い密閉型圧縮機を得ることができる。

永久磁石埋込型電動機１００を密閉型圧縮機に搭載した場合、磁化されていない（未着磁の）永久磁石１１ｃを有する回転子１１と固定子１２とを密閉型圧縮機の密閉容器に固定した後、固定子１２の巻線２０に大電流を流すことで永久磁石１１ｃを磁化させる、組込着磁という方式を採用する。

図１３は実施の形態１を示す図で、組込着磁時の結線図である。Ｕ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ、Ｗ相巻線２０ｃはＹ結線で接続されている。Ｖ相巻線２０ｂとＷ相巻線２０ｃを接続したものが電解コンデンサ６８ｂのマイナス側端子に接続され、Ｕ相巻線２０ａは、スイッチ６９ｂを介して電解コンデンサ６８ｂのプラス側端子に接続される。

また電解コンデンサ６８ｂはスイッチ６９ａを介して直流電源６８ａに接続される。直流電源６８ａの電圧は、例えば１０００〜２０００Ｖである。

続いて組込着磁方式の動作について説明する。先ず、最初にスイッチ６９ｂをＯＦＦの状態で、スイッチ６９ａをＯＮさせて、電解コンデンサ６８ｂに直流電源６８ａの電圧（１０００〜２０００Ｖ）が充電される。

電解コンデンサ６８ｂへの充電が完了した後、スイッチ６９ａはＯＦＦされる。

その後、スイッチ６９ｂをＯＮさせることで、Ｕ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ、Ｗ相巻線２０ｃに大電流、例えば１０００〜８０００Ａ程度が流れ、図１、図３に示す矢印の向きに組込着磁磁束が発生し、永久磁石１１ｃが完全に着磁（磁化）されて、永久磁石埋込型電動機１００が完成する。

図１３に示す組込着磁の結線図では、図１、図３に示すように巻線２０に電流が流れ、矢印の向きに組込着磁磁束が発生する。未着磁の永久磁石１１ｃを有効に着磁させるためには、矢印の向きと永久磁石１１ｃの磁化容易方向を揃える必要があり、そのため固定子１２と回転子１１の位置（位相）を合わせる必要がある。

固定子１２と回転子１１の位相を合わせる方法として、固定子鉄心１２ａ、回転子鉄心１１ａ及び端板１１ｄの一部に切欠部を設け、その切欠部の位置（位相）を合わせる方法がある。しかし、固定子鉄心１２ａや回転子鉄心１１ａに切欠部（空気層）を設けると磁路が遮断されるため、完全着磁を行うためには、切欠部を設けない電動機に比べ、更に大きな電流を流す必要がある。

大電流が巻線２０に流れると、各々の巻線同士が反発して、巻線にダメージを与えることがあり、信頼性の低い密閉型圧縮機となる課題がある。

また、例えば、回転子鉄心１１ａに設けた切欠部が一ヶ所の場合、回転子１１が６極であると、極のアンバランスを生じ、密閉型圧縮機の運転時の振動や騒音が増加するという課題があった。

また、端板１１ｄの一部に切欠部を設けた場合、固定子１２と回転子１１との位相を合わせるためには、端板１１ｄの厚さ（回転子鉄心１１ａの積層方向の厚さ）を厚くする必要があり、端板１１ｄのコストが高くなる課題があった。

図１４乃至図１６は実施の形態１を示す図で、図１４は永久磁石埋込型電動機１００の部分拡大図、図１５は位置決め治具５０の平面図、図１６は位置決め治具５０の側面図である。

本実施の形態では、一例として、図１４に示すように、回転子鉄心１１ａに設けた複数のスリット４０のうち、一磁極における二つのスリット４０ｄと固定子鉄心１２ａの隣接する二つのスロット開口部１２ｄの位置を合わせる方式を採用する。

図１４乃至図１６を参照しながら、固定子１２と回転子１１との位相を決める方法について説明する。

図１４に示すように、固定子１２の巻線２０の起磁力の軸と、永久磁石１１ｃの磁化容易方向とが略一致する位置において（図１４の矢印と一致する）、二つのスリット４０ｄの中心線の延長線上に、固定子鉄心１２ａの隣接する二つのスロット開口部１２ｄが配置されるように、二つのスリット４０ｄを設ける。

端板１１ｄは、永久磁石１１ｃを完全に覆うように、略六角形の形状である。端板１１ｄの六角形を構成する直線部から、スリット４０の一部を視認できるが、そのうち、スリット４０ｄがその他のスリット（スリット４０ａ〜４０ｃ，４０ｅ）よりも、端板１１ｄの六角形を構成する直線部から最も外側に突出するようにスリット４０を配置する。

図１５、図１６に示す位置決め治具５０のうち、二つの開口部用突起５１ｄを固定子１２の隣接する二つのスロット開口部１２ｄに合わせて挿入する。また、二つのスリット用突起５０ｄを回転子鉄心１１ａに設けた二つのスリット４０ｄの孔に入れるように、位置決め治具５０をセットする。このように位置決め治具５０を、モータにセットすることで、組込着磁を行う際の、固定子１２と回転子１１との位相を確実に合わせることが可能となる。

組込着磁時の位相を確実に合わせることにより、未着磁の永久磁石１１ｃを完全に着磁させるために必要な電流を小さくすることができ、巻線のダメージを抑制した、信頼性の高い密閉型圧縮機を得ることができる。

また、組込着磁に必要な電流を低減することができるため、密閉型圧縮機の製造（組立）に必要な電力を抑制することができ、製造コストを抑えた安価な密閉型圧縮機を得ることができる。

更にスリット４０は極数分、６ヶ所等ピッチで配置されているため、極のアンバランスを発生することがなく、振動や騒音の低い密閉型圧縮機を得ることができる。

本実施の形態では、開口部用突起５１ｄおよびスリット用突起５０ｄをそれぞれ２個で構成する位置決め治具５０を使用した例について説明したが、それぞれ１個でも良いし、一方が２個で、他方が１個の位置決め治具５０を使用しても良い。

また、位置決め治具５０を挿入した状態で、スイッチ６９ｂをＯＮさせて巻線２０に大電流を流しても良いし、位置決め治具５０を挿入した後、例えば回転軸９０をロックさせ、位置決め治具５０を抜いてから、巻線２０に大電流を流しても良い。

図１７乃至図１９は実施の形態１を示す図で、図１７はスクロール圧縮機３００の縦断面図、図１８は図１７のＢ−Ｂ断面図、図１９は図１８の部分拡大図（位置決め治具５０を装着した状態）である。

図１７に示すように、スクロール圧縮機３００（密閉型圧縮機の一例）は、密閉容器７０内に、少なくとも圧縮機構部２００と、永久磁石埋込型電動機１００と、圧縮機構部２００と永久磁石埋込型電動機１００とを連結する回転軸９０と、回転軸９０の圧縮機構部２００の反対側の端部を支持する軸受を構成するサブフレーム７１と、密閉容器７０の底部に貯留される冷凍機油２１０ｅと、を備える。

圧縮機構部２００は、少なくともそれぞれの板状渦巻歯の相互間に圧縮室を形成するように噛み合わされる固定スクロール２０１及び揺動スクロール２０２と、オルダムリング２０９と、ガイドフレーム２１５と、を備える。

固定スクロール２０１の板状渦巻歯に直角方向から吸入圧力空間に連通するように、吸入管２１０ａが密閉容器７０を貫通して、固定スクロール２０１の圧入されている。

ガイドフレーム２１５の外周面は、焼きばめ、もしくは溶接などによって密閉容器７０に固定されている。そして、ガイドフレーム２１５の外周部を切り欠いた切り欠き部により、固定スクロール２０１の吐出ポートから吐出される高圧の冷媒ガスを圧縮機構部２００と永久磁石埋込型電動機１００との間に設けられた吐出管２１０ｂに導く流路が確保されている。切り欠き部は、吐出管２１０ｂとは反対側の位置（略１８０°位相が異なる位置）に設けられている。

密閉容器７０の圧縮機構部２００と永久磁石埋込型電動機１００との間に、永久磁石埋込型電動機１００に電力を供給するガラス端子２１０ｆが溶接により固定されている。

図１７に示すように、密閉型圧縮機がスクロール圧縮機３００の場合、永久磁石埋込型電動機１００の上側に圧縮機構部２００が設けられ、また永久磁石埋込型電動機１００の下側にサブフレーム７１が設けられているので、回転子１１の永久磁石１１ｃの組込着磁の際に、固定子１２と回転子１１の位相を合わせるのが困難になる。

図１８に示すように、サブフレーム７１は回転軸９０の中心から３方向に放射される略Ｙ字形状をしているため、６極の回転子１１のうちの、３極分のスリット４０の一部を視認することができる。

固定子１２の巻線２０の起磁力の軸と、永久磁石１１ｃの磁化容易方向とが略一致する位置において（図１８の矢印と一致する）、３極分のうち、少なくとも１極に配置される二つのスリット４０ｄと二つのスロット開口部１２ｄに位置決め治具５０を挿入することで、組込着磁における固定子１２と回転子１１の位相を確実に決めることができる（図１９参照）。そのため、組込着磁電流を少なくすることができ、信頼性の高いスクロール圧縮機３００を得ることができる。

次に、永久磁石埋込型電動機１００の駆動回路１について説明する。図２０は実施の形態１を示す図で、永久磁石埋込型電動機１００の駆動回路１の回路図である。外部に設けられた商用交流電源２から交流の電力が駆動回路１に供給される。商用交流電源２から供給される交流電圧は、整流回路３で直流電圧に変換される。整流回路３で変換された直流電圧は、インバータ主回路４で可変電圧及び可変周波数の交流電圧に変換されて永久磁石埋込型電動機１００に印加される。永久磁石埋込型電動機１００はインバータ主回路４から供給される可変周波数の交流電力により駆動される。尚、整流回路３には商用交流電源２の電圧を整流するダイオードブリッジ、商用交流電源２から印加される電圧を昇圧するチョッパー回路や整流した直流電圧を平滑にする平滑コンデンサなどを有する。

インバータ主回路４は３相ブリッジのインバータ回路であり、インバータ主回路４のスイッチング部はインバータ主素子となる６つのＩＧＢＴ６ａ〜６ｆ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）と６つのフライホイルダイオード（ＦＲＤ）としてシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を用いたＳｉＣ−ＳＢＤ７ａ〜７ｆ（ショットキーバリアダイオード）を備えている。ＦＲＤであるＳｉＣ−ＳＢＤ７ａ〜７ｆはＩＧＢＴ６ａ〜６ｆが電流をＯＮからＯＦＦする時に生じる逆起電力を抑制する逆電流防止手段である。

尚、ここでは、ＩＧＢＴ６ａ〜６ｆとＳｉＣ−ＳＢＤ７ａ〜７ｆは同一リードフレーム上に各チップが実装されエポキシ樹脂でモールドされてパッケージされたＩＣモジュールとする。ＩＧＢＴ６ａ〜６ｆはシリコンを用いたＩＧＢＴ（Ｓｉ−ＩＧＢＴ）に代えてＳｉＣ、ＧａＮ（窒化ガリウム）を用いたＩＧＢＴとしてもよく、またＩＧＢＴに代えてＳｉもしくはＳｉＣ、ＧａＮを用いたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの他のスイッチング素子を使用してもよい。

整流回路３とインバータ主回路４の間には直列に接続された２つの分圧抵抗８ａ，８ｂが設けられており、この分圧抵抗８ａ，８ｂによる分圧回路にて高圧直流電圧を低圧化した電気信号をサンプリングし保持する直流電圧検出部８が設けられている。

永久磁石埋込型電動機１００のＵ相巻線２０ａ及びＷ相巻線２０ｃに流れる電流を検出する電流検出素子３０ａ，３０ｃが設けられている。電流検出素子３０ａ，３０ｃは直流電流トランス（ＤＣＣＴ）や交流電流トランス（ＡＣＣＴ）などが用いられ、Ｕ相巻線２０ａ、Ｗ相巻線２０ｃに流れる電流の瞬時値を検出する。

回転子位置検出部１０は、電流検出素子３０ａ，３０ｃの出力信号から永久磁石埋込型電動機１００の回転子１１の位置を演算し、回転子１１の位置情報を出力電圧演算部９に出力する。なおここでは、永久磁石埋込型電動機１００のＵ相巻線２０ａ及びＷ相巻線２０ｃの二相分の電流を検出したが、Ｖ相巻線２０ｂの電流も加えた三相分の電流を検出しても良い。

尚、回転子位置検出部１０は、永久磁石埋込型電動機１００の端子電圧を検出して、永久磁石埋込型電動機１００の回転子１１の位置を検出するようにしてもよい。

回転子位置検出部１０が検出する回転子１１の位置情報は出力電圧演算部９に出力される。この出力電圧演算部９は、駆動回路１の外部から与えられる目標回転数Ｎの指令もしくは装置の運転条件の情報と回転子１１の位置情報に基づいて、永久磁石埋込型電動機１００に加えられるべき最適なインバータ主回路４の出力電圧を演算する。出力電圧演算部９はその演算した出力電圧をＰＷＭ信号生成部３１に出力する。ＰＷＭは、Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎの略語である。

ＰＷＭ信号生成部３１は、出力電圧演算部９から与えられた出力電圧となるようなＰＷＭ信号をインバータ主回路４のそれぞれのＩＧＢＴ６ａ〜６ｆを駆動する主素子駆動回路４ａに出力し、インバータ主回路４のＩＧＢＴ６ａ〜６ｆはそれぞれ主素子駆動回路４ａによってスイッチングされる。

ここでワイドバンドギャップ半導体について説明する。ワイドバンドギャップ半導体はＳｉよりもバンドギャップが大きい半導体の総称であって、ＳｉＣ−ＳＢＤ７ａ〜７ｆに使用しているＳｉＣはワイドバンドギャップ半導体の一つであり、その他には窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンドなどがある。さらにワイドバンドギャップ半導体、特にＳｉＣはＳｉに比べて耐熱温度や絶縁破壊強度や熱伝導率が大きい。尚、ここでは、ＳｉＣをインバータ回路のＦＲＤに用いる構成としているが、ＳｉＣに代えてその他のワイドバンドギャップ半導体を用いてもよい。

ＳｉＣを用いたスイッチング素子は、簡単な構成で低損失のスイッチング素子が実現され、さらに高温での動作も可能である。そのため、高温となる電動機（もしくは電動機を含む機器）近くで使用することも可能となり、さらに冷却ファンなども不要、もしくは風量の少ないものや、放熱フィン（ヒートシンクなど）の小形化・軽量化も可能となる。

このようなＳｉＣ（ワイドバンドギャップ半導体）によって形成されたスイッチング素子やダイオード素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子やダイオード素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子やダイオード素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。

また耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化が可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。

更に電力損失が低いため、スイッチング素子やダイオード素子の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの高効率化が可能になるものである。

スイッチング周波数を高周波にすることにより、インバータ主回路４で生成される交流電圧は、より正弦波に近い、高調波成分の少ない交流電圧を出力することができる。

永久磁石埋込型電動機１００に印加される交流電力の高調波成分は、永久磁石埋込型電動機１００のトルクリプルとなり、振動及び騒音が増加するだけでなく、高調波成分の電流によるモータ損失（銅損及び鉄損）も増加するため、効率が低くなる課題があった。

本実施の形態では、インバータ主回路４にＳｉＣを用いることでスイッチング周波数を高速にすることができ、振動及び騒音が低く、かつ高効率な永久磁石埋込型電動機１００を得ることができる。

本発明の活用例として、密閉型圧縮機に用いられる永久磁石埋込型電動機がある。

１ 駆動回路、２ 商用交流電源、３ 整流回路、４ インバータ主回路、４ａ 主素子駆動回路、６ａ〜６ｆ ＩＧＢＴ、７ａ〜７ｆ ＳｉＣ−ＳＢＤ、８ａ 分圧抵抗、８ｂ 分圧抵抗、９ 出力電圧演算部、１０ 回転子位置検出部、１１ 回転子、１１ａ 回転子鉄心、１１ｂ 風穴部、１１ｃ 永久磁石、１１ｄ 端板、１１ｅ リベット、１１ｆ 磁石挿入孔、１１ｇ 軸孔、１１ｈ リベット挿入用孔、１１ｊ 軸孔、１１ｋ 風穴部、１１ｍ リベット挿入用孔、１２ 固定子、１２ａ 固定子鉄心、１２ｂ 固定子スロット、１２ｃ 固定子切欠、１２ｄ スロット開口部、１２ｅ 固定子歯部、１２ｆ コアバック、２０ 巻線、２０ａ Ｕ相巻線、２０ｂ Ｖ相巻線、２０ｃ Ｗ相巻線、３０ａ 電流検出素子、３０ｃ 電流検出素子、３１ ＰＷＭ信号生成部、４０ スリット、４０ａ〜４０ｅ スリット、５０ 位置決め治具、５０ｄ スリット用突起、５１ｄ 開口部用突起、６０ 空隙、６８ａ 直流電源、６８ｂ 電解コンデンサ、６９ａ スイッチ、６９ｂ スイッチ、７０ 密閉容器、７１ サブフレーム、９０ 回転軸、１００ 永久磁石埋込型電動機、２００ 圧縮機構部、２０１ 固定スクロール、２０２ 揺動スクロール、２０９ オルダムリング、２１０ａ 吸入管、２１０ｂ 吐出管、２１０ｅ 冷凍機油、２１０ｆ ガラス端子、２１５ ガイドフレーム、３００ スクロール圧縮機。

Claims (6)

1. 固定子の巻線に電流を流すことで、前記固定子の内周側に空隙を介して配置される回転子の永久磁石を着磁させる組込着磁を行う永久磁石埋込型電動機において、
   前記固定子は、
   電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数積層して製作される固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心の内周縁に沿って形成される複数の固定子スロットと、
   前記固定子スロットに挿入される三相巻線と、を備え、
   前記回転子は、
   電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数積層して製作される回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心の外周部に沿って形成される複数の磁石挿入孔と、
   前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、
   前記磁石挿入孔の外周側に形成される複数のスリットと、
   前記回転子鉄心の積層方向両端面に配置される端板と、を備え、
   前記組込着磁を行う際の前記固定子の前記巻線の起磁力の軸と、前記永久磁石の磁化容易方向とが略一致する位置において、前記複数のスリットのうち、少なくとも一極当たり一つのスリットの中心線の延長線が、前記固定子鉄心のスロット開口部の内側に配置される構成であり、
   前記中心線の延長線が前記固定子鉄心のスロット開口部の内側に配置される前記スリットと前記固定子鉄心のスロット開口部とを、前記組込着磁における前記固定子と前記回転子との位置決めに用いることを特徴とする永久磁石埋込型電動機。
2. 前記端板は略多角形形状であり、前記端板の多角形を形成する直線部の外周側に前記スリットの一部が形成されると共に、前記スリットは積層方向に貫通していることを特徴とする請求項１記載の永久磁石埋込型電動機。
3. 前記中心線の延長線が前記スロット開口部の内側に配置される前記スリットは、その他のスリットに対して、前記端板の多角形を形成する直線部から最も突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石埋込型電動機。
4. 前記中心線の延長線が前記スロット開口部の内側に配置される前記スリットと、前記スロット開口部とを連結固定する位置決め治具を備え、前記位置決め治具にて前記スリットと前記スロット開口部とを連結固定した後、前記固定子の前記巻線に電流を流すことで前記永久磁石を着磁する前記組込着磁を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の永久磁石埋込型電動機。
5. インバータ主回路のスイッチング部にＳｉＣ（シリコンカーバイド）を用いるデバイスを使用する駆動回路により駆動されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石埋込型電動機。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の永久磁石埋込型電動機を備えたことを特徴とする密閉型圧縮機。

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