密閉型圧縮機
【課題】回転子に設けられる永久磁石の温度が低くすることで、反磁界電流に対する減磁特性を良好にすることができ、永久磁石のディスプロシウム含有率を減らしても反磁界に対する減磁を抑制することができる密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】この発明に係る密閉型圧縮機は、底部に冷凍機油が貯留する密閉容器と、密閉容器内に設けられ、冷媒を圧縮し、冷凍機油で摺動部が潤滑される圧縮要素と、密閉容器内の圧縮要素の上方に設けられ、圧縮要素を駆動し、固定子と固定子の内側に配置され、永久磁石を使用する回転子とを有する電動要素と、圧縮要素の上方で、かつ電動要素の下方に設けられ、圧縮要素から吐出される冷媒を電動要素の固定子に導く遮蔽板と、を備えたことを特徴とする。
【解決手段】この発明に係る密閉型圧縮機は、底部に冷凍機油が貯留する密閉容器と、密閉容器内に設けられ、冷媒を圧縮し、冷凍機油で摺動部が潤滑される圧縮要素と、密閉容器内の圧縮要素の上方に設けられ、圧縮要素を駆動し、固定子と固定子の内側に配置され、永久磁石を使用する回転子とを有する電動要素と、圧縮要素の上方で、かつ電動要素の下方に設けられ、圧縮要素から吐出される冷媒を電動要素の固定子に導く遮蔽板と、を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、密閉型圧縮機に関する。詳しくは、密閉型圧縮機の内部の冷媒ガス流路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、密閉型圧縮機において、密閉容器内に電動要素と圧縮要素とを備え、中心部を中空としたドーナツ状の形状をした遮蔽板を、電動要素の上方に設け、密閉容器外部へ吐出しようとする冷凍機油吐出量を低減した密閉型圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３１９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の密閉型圧縮機は、密閉容器外部へ吐出される冷凍機油吐出量を低減することはできるが、冷凍機油を含む吐出ガスが電動要素の回転子を通過するため、回転子が吐出ガスにより加熱される。回転子に永久磁石を使用する場合は、永久磁石の温度が高いために、永久磁石の反磁界電流に対する減磁耐力が十分ではないという課題があった。
【０００５】
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、回転子に設けられる永久磁石の温度を低くすることで、反磁界電流に対する減磁特性を良好にすることができ、永久磁石のディスプロシウム含有率を減らしても反磁界に対する減磁を抑制することができる密閉型圧縮機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る密閉型圧縮機は、底部に冷凍機油が貯留する密閉容器と、
密閉容器内に設けられ、冷媒を圧縮し、冷凍機油で摺動部が潤滑される圧縮要素と、
密閉容器内の圧縮要素の上方に設けられ、圧縮要素を駆動し、固定子と固定子の内側に配置され、永久磁石を使用する回転子とを有する電動要素と、
圧縮要素の上方で、かつ電動要素の下方に設けられ、圧縮要素から吐出される冷媒を電動要素の固定子に導く遮蔽板と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る密閉型圧縮機は、圧縮要素の上方で、かつ電動要素の下方に、圧縮要素から吐出される冷媒を電動要素の固定子に導く遮蔽板を設けたので、回転子の温度を下げることができる。そのため、永久磁石のディスプロシウム含有率を減らしても反磁界に対する減磁を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１を示す図で、ロータリ圧縮機３００の永久磁石電動機１００の横断面図。
【図２】実施の形態１を示す図で、固定子１２の横断面図。
【図３】実施の形態１を示す図で、固定子鉄心１２ａの横断面図。
【図４】実施の形態１を示す図で、回転子１１の横断面図。
【図５】実施の形態１を示す図で、回転子鉄心１１ａの横断面図。
【図６】図５の部分拡大図。
【図７】実施の形態１を示す図で、減磁特性を示す図で、反磁界電流に対する磁束量特性図。
【図８】実施の形態１を示す図で、減磁特性を示す図で、反磁界電流に対する磁束量特性図。
【図９】実施の形態１を示す図で、減磁特性を示す図で、ディスプロシウム（Ｄｙ）含有率に対する磁石温度特性図。
【図１０】実施の形態１を示す図で、ロータリ圧縮機３００の縦断面図で、図１のＡ−Ｏ−Ｂ断面図。
【図１１】実施の形態１を示す図で、遮蔽板８０の横断面図。
【図１２】実施の形態１を示す図で、一極当たりの永久磁石の構成図であり、永久磁石１３ｂおよび１３ｃに分割した永久磁石１３ｂ、１３ｃの斜視図。
【図１３】実施の形態１を示す図で、一極当たりの永久磁石の構成図であり、永久磁石１３ｄおよび１３ｅに分割した永久磁石１３ｄ、１３ｅの斜視図。
【図１４】実施の形態１を示す図で、一極当たりの永久磁石の構成図であり、永久磁石１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｊに分割した永久磁石１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｊの斜視図。
【図１５】実施の形態１を示す図で、変形例１のロータリ圧縮機３０１の縦断面図。
【図１６】実施の形態１を示す図で、変形例２のロータリ圧縮機３０２の縦断面図。
【図１７】実施の形態１を示す図で、変形例３のロータリ圧縮機３０３の縦断面図。
【図１８】実施の形態１を示す図で、変形例４のロータリ圧縮機３０４の縦断面図。
【図１９】実施の形態１を示す図で、永久磁石電動機１００の駆動回路１の回路図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は実施の形態１を示す図で、ロータリ圧縮機３００の永久磁石電動機１００の横断面図である。図１に示す永久磁石電動機１００は、６極の集中巻ブラシレスＤＣモータである。永久磁石電動機１００は、固定子１２と回転子１１とを備える。永久磁石電動機１００を、以下、単にモータまたは電動機と呼ぶ場合もある。
【００１０】
図１の部分拡大図に示すように、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（エアーギャップともいう）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。
【００１１】
固定子１２の内周側には空隙６０を介して回転子１１が設けられる。回転子１１の構成については、詳細は後述する。
【００１２】
固定子１２は、後述するロータリ圧縮機３００の密閉容器７２（図１０参照）の胴部７２ａの内周に嵌合している。固定子１２と密閉容器７２の胴部７２ａとの嵌合は、例えば、焼嵌により行われる。
【００１３】
固定子１２と密閉容器７２の胴部７２ａとの焼嵌を行う場合、胴部７２ａは、電磁誘導加熱で２００℃程度に熱せられ、膨張した状態で固定子１２に焼嵌される。胴部７２ａと固定子１２との嵌め代（焼嵌代）は、固定子１２の重量に合わせて、数十〜数百μｍの範囲で適宜選択される。
【００１４】
焼嵌とは、常温で固定子１２の外径よりも胴部７２ａの内径を小さく設定し、胴部７２ａに固定子１２を嵌合する場合に、胴部７２ａを加熱して膨張させ、常温の固定子１２の外径よりも胴部７２ａの内径を大きくして挿入し、固定子１２が常温に戻ると、両者は固定されることをいう。また、嵌め代（焼嵌代）とは、常温での固定子１２の外径と胴部７２ａの内径との差をいう（固定子１２の外径＞胴部７２ａの内径）。
【００１５】
図２は実施の形態１を示す図で、固定子１２の横断面図である。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（９個のスロット、図３参照）にＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相の巻線２０が備えられている。巻線２０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。
【００１６】
尚、固定子スロット１２ｂには、巻線２０と固定子鉄心１２ａとの間に電気的絶縁を確保するために絶縁材１２ｇが挿入される。
【００１７】
図２に示すように、巻線２０は一つの固定子歯部１２ｅ（９個の固定子歯部、図３参照）に絶縁材１２ｇを介して直接巻かれている。このような巻線方式は、一般的に集中巻と呼ばれている。
【００１８】
Ｕ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線は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。
【００１９】
図３は実施の形態１を示す図で、固定子鉄心１２ａの横断面図である。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。
【００２０】
図３に示すように、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。９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３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。
【００２１】
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が形成されている。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３の例では、固定子１２は、９個の固定子スロット１２ｂと、９個の固定子歯部１２ｅとを備える。
【００２２】
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。
【００２３】
図３に示すように、固定子鉄心１２ａの外周面（固定子歯部１２ｅの外周側）には、固定子切欠１２ｃが９ヶ所設けられている。但し、これは一例であり、固定子切欠１２ｃの数は任意でよい。
【００２４】
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くなる。そのため、通常、固定子歯部１２ｅの外周側（径方向の延長線上）に固定子切欠１２ｃを設ける。固定子スロット１２ｂの外側のコアバック１２ｆに固定子切欠１２ｃを設けると、固定子切欠１２ｃ部分のコアバック１２ｆの磁路断面積が固定子切欠１２ｃの分小さくなる。
【００２５】
冷凍サイクルに用いられる密閉型圧縮機の一例であるロータリ圧縮機３００（後述する）に、永久磁石電動機１００を搭載する場合、固定子１２はロータリ圧縮機３００の円筒状の密閉容器７２の胴部７２ａの内周に焼き嵌めされる。ロータリ圧縮機３００の内部では、冷媒ガス（冷凍機油を含む）が永久磁石電動機１００を通過する。そのため、永久磁石電動機１００には、冷媒ガスの通路が必要となる。
【００２６】
図４は実施の形態１を示す図で、回転子１１の横断面図である。固定子１２の内周側に空隙６０を介して設けられる回転子１１は、回転子鉄心１１ａ、永久磁石１３ａ（６個の永久磁石１３ａで６極の回転子１１を構成する）及び回転軸９０を備える。永久磁石１３ａは、後述するように回転子鉄心１１ａの内部に埋め込まれる。
【００２７】
永久磁石１３ａは、ネオジム（元素記号：Ｎｄ）、鉄（元素記号：Ｆｅ）、ボロン（元素記号：Ｂ）を主成分とした希土類永久磁石であり、保磁力を高めるために、ディスプロシウム（元素記号：Ｄｙ）が含有されている。尚、別の表現をすると、永久磁石１３ａは、ネオジム、鉄、ボロン及びディスプロシウムを含む希土類永久磁石である。
【００２８】
回転子鉄心１１ａの磁石挿入孔１１ｆ（図５参照）に永久磁石１３ａを挿入した後、回転子鉄心１１ａの積層方向両端部に端板（図示せず）を配置し、挿入孔にリベット（図示せず）を挿入して回転子１１が製作される。
【００２９】
図５は実施の形態１を示す図で、回転子鉄心１１ａの横断面図、図６は図５の部分拡大図である。図５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。一般的には、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ことが多い。
【００３０】
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高効率な永久磁石電動機１００を得ることができる。
【００３１】
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１３ａ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が形成されている。
【００３２】
図６に示すように、磁石挿入孔１１ｆは、回転子鉄心１１ａの外周縁の近傍に外周縁に沿うように、周方向に長く形成されている。磁石挿入孔１１ｆの中央部は、永久磁石１３ａが挿入される磁石挿入部１１ｆ−１になっている。磁石挿入部１１ｆ−１の両端は、永久磁石１３ａが挿入された状態でも一部が空間として残る漏れ磁束抑制孔１１ｆ−２になっている。漏れ磁束抑制孔１１ｆ−２は、永久磁石１３ａの周方向端部における磁束の漏れを抑制する。
【００３３】
図５、６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４０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４０が対称に合計７本設けられる。但し、その中の１本は、磁極中心線上にある。
【００３４】
スリット４０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、永久磁石１３ａの磁極中心線の延長線上の一点に集中するように、回転子鉄心１１ａの内周側から外周側に向かって延びるように形成される。
【００３５】
但し、スリット４０の延びる方向は、磁極中心に向かって延びなくてもよい。例えば、永久磁石１３ａの磁化方向に沿って平行に（磁石挿入孔１１ｆに対して直角方向に）向かうようなものでもよい。さらに、スリット４０の形状は、図５、図６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。回転子鉄心１１ａの内周側から外周側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４０を設けたが、非対称に設けてもよい。
【００３６】
複数のスリット４０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。
【００３７】
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。
【００３８】
このトルクリプルは電動機の振動及び騒音を増大させる要因となるが、複数のスリット４０を配置することで、振動や騒音の少ない永久磁石電動機１００を得ることができる。またこの永久磁石電動機１００をロータリ圧縮機３００に搭載することで、低振動・低騒音なロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００３９】
固定子１２の巻線２０に大きな反磁界電流が流れると、永久磁石１３ａは不可逆減磁（以下、減磁）を引き起こし、永久磁石１３ａの磁力（磁束量）が低下することで、電動機の効率が低くなる課題がある。また、反磁界電流による減磁は、永久磁石１３ａの固定子１２に近い側の表面、特に円周方向端部の角部近傍から、徐々に減磁していく傾向にある。
【００４０】
固定子１２の反磁界の磁束は、磁気抵抗の低い鉄心部を通過するため、スリット４０が存在しない場合はもちろんのこと、スリット４０の幅方向寸法（周方向）が小さい場合でも、永久磁石１３ａの円周方向端部が減磁する可能性がある。
【００４１】
図７乃至図９は実施の形態１を示す図で、図７は減磁特性を示す図で、反磁界電流に対する磁束量特性図、図８は減磁特性を示す図で、反磁界電流に対する磁束量特性図、図９は減磁特性を示す図で、ディスプロシウム（Ｄｙ）含有率に対する磁石温度特性図である。
【００４２】
永久磁石１３ａの減磁特性に関して、図７乃至図９を用いて説明する。ここで永久磁石１３ａは前述の通り、ネオジム、鉄、ボロンを主成分とした希土類永久磁石であり、また保磁力を高めるためにディスプロシウム（Ｄｙ）が添加されている。
【００４３】
図７に示すように、例えば、磁石温度Ｔ１において、永久磁石１３ａに反磁界電流を与えた場合、反磁界電流が低い場合は、永久磁石１３ａの磁束量は低減することはないが、所定の反磁界電流が流れると磁束量は低減し、さらにそれ以上の反磁界電流を与えると、磁束量は急激に低下する傾向がある。
【００４４】
磁石温度をＴ２、Ｔ３においてもＴ１と同様の傾向が見られるが、磁束量低減が開始する反磁界電流が変化する。ここでそれぞれの温度は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係であり、磁石温度が高くなると、磁束量低減が開始する反磁界電流が低くなる。すなわち、図７に示すように、磁石温度が低くなると、所定磁束量となる反磁界電流が高くなることがわかる。
【００４５】
つまり、同一の反磁界電流においては、磁石温度が低くなれば減磁しにくく、磁石温度が高くなれば減磁しやすいことを示している。
【００４６】
また、図８は磁石温度一定条件におけるＤｙ含有率を変化させた場合の減磁特性を示しており、Ｄｙ含有率７％の永久磁石はＤｙ含有率３％の場合と比較すると、磁束量低減が開始する反磁界電流が高くなる。すなわちＤｙ含有率が高くなると減磁しにくく、Ｄｙ含有率が低くなると減磁しやすくなることを示している。
【００４７】
図７および図８の特性図から、同一反磁界電流で所定磁束量（所定減磁率）特性となるＤｙ含有率に対する磁石温度特性を図９に示す。Ｄｙ含有率を高くすることで永久磁石１３ａの温度を高くすることができる。すなわち、Ｄｙ含有率が低くなると永久磁石１３ａの温度を低くする必要があることを示している。
【００４８】
図９に示すように、Ｄｙ含有率が４％より高い永久磁石を用いた場合、Ｄｙ含有率を高くしても永久磁石の温度は余り高くすることはできない。つまり、Ｄｙ含有率に対する磁石温度特性が大きく変わらないことを示している。
【００４９】
一方、Ｄｙ含有率が４％以下の永久磁石を用いた場合、Ｄｙ含有率の変化に対して、所定磁束量となる磁石温度特性が急峻に変化することがわかる。つまりＤｙ含有率の永久磁石を使用するためには、磁石温度をより低くする必要がある。
【００５０】
図１０は実施の形態１を示す図で、ロータリ圧縮機３００の縦断面図で、図１のＡ−Ｏ−Ｂ断面図である。
【００５１】
図１０を参照しながら、ロータリ圧縮機３００の構成を説明する。図１０に示すように、ロータリ圧縮機３００は密閉容器７２内に、圧縮要素２００と電動要素である永久磁石電動機１００と図示しない冷凍機油とを収納している。冷凍機油は、密閉容器７２内の底部に貯留している。冷凍機油は主に圧縮要素２００の摺動部を潤滑する。密閉容器７２は上皿容器７２ｂと胴部７２ａとから構成される。
【００５２】
圧縮要素２００は、シリンダ７９、上軸受７４（軸受の一例）、下軸受７５（軸受の一例）、回転軸９０、ローリングピストン７７、吐出マフラ７６、ベーン（図示せず）などで構成される。
【００５３】
内部に圧縮室が形成されるシリンダ７９は、外周が平面視略円形で、内部に平面視略円形の空間であるシリンダ室を備える。シリンダ室は、軸方向両端が開口している。シリンダ７９は、側面視で所定の軸方向の高さを持つ。
【００５４】
シリンダ７９の略円形の空間であるシリンダ室に連通し、半径方向に延びる平行なベーン溝（図示せず）が軸方向に貫通して設けられる。
【００５５】
また、ベーン溝の背面（外側）にベーン溝に連通する平面視略円形の空間である背圧室（図示せず）が設けられる。
【００５６】
吸入管７１からの吸入ガスが通る吸入ポートが、シリンダ７９の外周面からシリンダ室に貫通している。
【００５７】
シリンダ７９には、略円形の空間であるシリンダ室を形成する円の縁部付近を切り欠いた吐出ポート（図示せず）が設けられる。
【００５８】
ローリングピストン７７が、シリンダ室内を偏心回転する。ローリングピストン７７はリング状で、ローリングピストン７７の内周が回転軸９０の偏心軸部９０ａに摺動自在に嵌合する。
【００５９】
ベーンがシリンダ７９のベーン溝内に収納され、背圧室に設けられるベーンスプリング（図示せず）で、ベーンが常にローリングピストン７７に押し付けられている。ロータリ圧縮機３００は、密閉容器７２内が高圧であるから、運転を開始するとベーンの背面（背圧室側）に密閉容器７２内の高圧とシリンダ室の圧力との差圧による力が作用するので、ベーンスプリングは主にロータリ圧縮機３００の起動時（密閉容器内とシリンダ室の圧力に差がない状態）に、ベーンをローリングピストン７７に押し付ける目的で使用される。
【００６０】
ベーンの形状は、平たい（周方向の厚さが、径方向及び軸方向の長さよりも小さい）略直方体である。
【００６１】
上軸受７４は、回転軸９０の主軸部９０ｂ（偏心軸部９０ａより上の部分）に摺動自在に嵌合するとともに、シリンダ７９のシリンダ室（ベーン溝も含む）の一方の端面（永久磁石電動機１００側）を閉塞する。
【００６２】
上軸受７４に、吐出弁（図示せず）が取り付けられる。上軸受７４は、側面視略逆Ｔ字状である。
【００６３】
下軸受７５が、回転軸９０の副軸部９０ｃ（偏心軸部９０ａより下の部分）に摺動自在に嵌合するとともに、シリンダ７９のシリンダ室（ベーン溝も含む）の他方の端面（冷凍機油側）を閉塞する。下軸受７５は、側面視略Ｔ字状である。
【００６４】
上軸受７４には、その外側（永久磁石電動機１００側）に吐出マフラ７６が取り付けられる。上軸受７４の吐出弁（図示せず）から吐出される高温・高圧の冷媒ガスは、一端吐出マフラ７６に入り、その後吐出マフラ７６の吐出穴から密閉容器７２内に放出される。
【００６５】
密閉容器７２の横に、冷凍サイクルからの低圧の冷媒ガスを吸入し、液冷媒が戻る場合に液冷媒が直接シリンダ７９のシリンダ室に吸入されるのを抑制する吸入マフラ７８が設けられる。吸入マフラ７８は、シリンダ７９の吸入ポートに吸入管７１を介して接続される。吸入マフラ７８は、溶接等により密閉容器７２の側面に固定される。
【００６６】
図１１は実施の形態１を示す図で、遮蔽板８０の横断面図である。
【００６７】
吐出マフラ７６と永久磁石電動機１００の間に、遮蔽板穴８０ａ（図１１に示す）が設けられた遮蔽板８０が設けられる。遮蔽板８０は、略円板形状である。圧縮要素２００で圧縮された高温・高圧の冷媒ガスは、吐出マフラ７６の吐出穴から吐出され、遮蔽板８０の遮蔽板穴８０ａから、永久磁石電動機１００の固定子切欠１２ｃを通過して、吐出管７０から外部の冷媒回路へ吐出される。
【００６８】
遮蔽板８０の遮蔽板穴８０ａは、外周縁部に周方向に略等間隔に９個設けられる。遮蔽板８０の遮蔽板穴８０ａは、固定子鉄心１２ａの外周面に設けられる９ヶ所の固定子切欠１２ｃに対応している。
【００６９】
つまり、圧縮要素２００で圧縮された高温・高圧の冷媒ガスを固定子切欠１２ｃに通過させ、回転子１１への冷媒ガス通過を抑制するように遮蔽板穴８０ａを備えた遮蔽板８０を設ける。
【００７０】
遮蔽板８０を設け、高温・高圧の冷媒ガスを固定子１２の外周に通過させることで、回転子１１が高温になるのを抑制することができる。つまり、回転子１１に備えられた永久磁石１３ａの温度を低くすることが可能となる。
【００７１】
前述の通り、永久磁石１３ａの温度が低くすることで、反磁界電流に対する減磁特性を良好にすることができ、減磁耐力を改善させたロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００７２】
また同一の反磁界電流であれば、Ｄｙ含有率を低減させることができ、Ｄｙ使用量の低い安価な永久磁石１３ａを使用することができ、安価なロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００７３】
また、Ｄｙ使用量の低い永久磁石１３ａは一般的に残留磁束密度が高くなるため、ロータリ圧縮機３００の動作時に、巻線２０に流れる電流を低くすることができ、高効率な永久磁石電動機１００およびロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００７４】
特に本実施の形態に示すロータリ圧縮機３００においては、遮蔽板８０により永久磁石１３ａの温度を低くすることができ、Ｄｙ含有率（重量比率）が４％以下の永久磁石１３ａを使用することができる。そのため、更に安価で、かつ高効率な永久磁石電動機１００およびロータリ圧縮機３００が得られる。
【００７５】
遮蔽板穴８０ａと固定子切欠１２ｃの数を同数とし、且つ位置（位相）を一致させることで、高温・高圧の冷媒ガスをより固定子切欠１２ｃに通過させることが可能となり、より一層の効果を奏する。
【００７６】
圧縮要素２００で圧縮された高温・高圧の冷媒ガス中には冷凍機油が含まれているが、冷媒ガスと共に冷凍機油がロータリ圧縮機３００の外部に持ち出されると、圧縮要素２００の潤滑不良を起こす課題がある。しかし、吐出マフラ７６の上方に遮蔽板８０を設けることで、冷凍機油が遮蔽板８０の下部に付着させることができ、信頼性の高いロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００７７】
更に固定子１２の上方に、略ドーナツ形状の油遮蔽板８４を設ける。遮蔽板８０を設けても冷凍機油が冷媒ガスに含まれることがあるが、略ドーナツ形状の油遮蔽板８４を固定子１２の上方に設けることで、冷媒ガスに含まれる粘性の高い冷凍機油のみを油遮蔽板８４に付着させ、冷媒ガスのみを吐出管７０より吐出させるようにすることで、更に信頼性の高いロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００７８】
図１１では、遮蔽板穴８０ａの形状を長穴形状としたが、丸穴形状、台形等の他の形状に構成してもよい。また９個の固定子切欠１２ｃに合わせて９個の遮蔽板穴８０ａを設けたが、固定子切欠１２ｃと位置が一致していれば、遮蔽板穴８０ａの個数は、その限りではない。
【００７９】
図１２乃至図１４は実施の形態１を示す図で、図１２は一極当たりの永久磁石の構成図であり、永久磁石１３ｂおよび１３ｃに分割した永久磁石１３ｂ、１３ｃの斜視図、図１３は一極当たりの永久磁石の構成図であり、永久磁石１３ｄおよび１３ｅに分割した永久磁石１３ｄ、１３ｅの斜視図、図１４は一極当たりの永久磁石の構成図であり、永久磁石１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｊに分割した永久磁石１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｊの斜視図である。
【００８０】
一般的に、永久磁石電動機１００は、図１９に示す駆動回路であるインバータによって運転される。またインバータは、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により永久磁石電動機１００に印加する電圧および周波数を制御する。
【００８１】
ＰＷＭ制御を行うことで永久磁石電動機１００の回転子１１に設けられる永久磁石は導体であるため、渦電流が流れ、渦電流損を発生し、永久磁石の温度が上昇する。
【００８２】
本実施の形態では、図１２乃至図１４に示すように一極当たりの永久磁石を分割することにより、永久磁石の電気伝導率を低く（抵抗率を高く）することで流れる渦電流を抑制し、永久磁石の温度を低くすることができる。
【００８３】
図１２に示す例は、一極当たりの永久磁石を周方向に二分割し、一極当たりの永久磁石を、永久磁石１３ｂと永久磁石１３ｃとに分割している。
【００８４】
図１３に示す例は、一極当たりの永久磁石を軸方向に二分割し、一極当たりの永久磁石を、永久磁石１３ｄと永久磁石１３ｅとに分割している。
【００８５】
図１４に示す例は、一極当たりの永久磁石を周方向及び軸方向に四分割し、一極当たりの永久磁石を、永久磁石１３ｆと永久磁石１３ｇと永久磁石１３ｈと永久磁石１３ｉとに分割している。
【００８６】
磁石温度を低くすることで、Ｄｙ含有率の低い永久磁石を使用することができ、安価で高効率な永久磁石電動機１００およびロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００８７】
また、永久磁石の表面に断熱性の高い樹脂などでコーティングすることで、回転子鉄心１１ａの熱が永久磁石に伝達しにくくなり、永久磁石の温度上昇を抑制することができ、安価で高効率なロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００８８】
図１５は実施の形態１を示す図で、変形例１のロータリ圧縮機３０１の縦断面図である。図１５を用いて、密閉型圧縮機の別の一例について説明する。図１５に示す変形例１のロータリ圧縮機３０１は、図１０で示したロータリ圧縮機３００の遮蔽板８０（略水平）に対して、内周側より外周側が高い、傾斜を設けた遮蔽板８１を備えたものである。
【００８９】
遮蔽板８１に、内周側より外周側が高い傾斜を設けることにより、吐出マフラ７６から吐出された高温・高圧の冷媒ガスの流れがスムーズになり、圧力損失を低減させた高効率なロータリ圧縮機３０１を得ることができる。
【００９０】
図１６は実施の形態１を示す図で、変形例２のロータリ圧縮機３０２の縦断面図である。図１６に示す変形例２のロータリ圧縮機３０２は、内周側より外周側が低くなるように傾斜を設けた遮蔽板８２を備えたものである。
【００９１】
内周側より外周側が低くなるように傾斜を設けた遮蔽板８２を設けることで、遮蔽板８２の上面に溜まった冷凍機油が、ロータリ圧縮機３０２が停止した後、すなわち回転子１１の回転が停止した後、遮蔽板８２の外周側に設けた遮蔽板穴８２ａを通過して下面に落ちるため、冷凍機油が不足することがなくなり、信頼性の高いロータリ圧縮機３０２を得ることができる。
【００９２】
図１７は実施の形態１を示す図で、変形例３のロータリ圧縮機３０３の縦断面図である。変形例３のロータリ圧縮機３０３は、図１０で示したロータリ圧縮機３００の遮蔽板８０の遮蔽板穴８０ａにパイプ８３を通し、そのパイプ８３を固定子切欠１２ｃにかかる（届く）長さに設定したものである。
【００９３】
遮蔽板穴８０ａと固定子切欠１２ｃをパイプ８３で直結することで、圧縮要素２００で圧縮された高温・高圧の冷媒ガスがより固定子切欠１２ｃに通過しやすくなるため、回転子１１、すなわち永久磁石１３ａの温度を低くすることが可能となり、安価で高効率な永久磁石電動機１００およびロータリ圧縮機３０３を得ることができる。
【００９４】
図１８は実施の形態１を示す図で、変形例４のロータリ圧縮機３０４の縦断面図である。変形例４のロータリ圧縮機３０４は、回転子１１に直結された回転遮蔽板８５を圧縮要素２００の側に設けることにより、冷媒ガスを固定子切欠１２ｃに通過するようにしたものである。
【００９５】
回転子１１に直結された回転遮蔽板８５を設けることで、冷媒ガスに含まれる粘性の高い冷凍機油が吐出管７０から吐出することを抑制することができ、信頼性の高いロータリ圧縮機３０４を得ることができる。
【００９６】
また、一般的にロータリ圧縮機は、一回転中に負荷脈動（回転ムラ）があるため、振動・騒音が大きくなる傾向がある。本実施の形態では、回転遮蔽板８５を回転子１１に直結させることで、回転子１１のイナーシャが大きくなり、一回転中の回転ムラを抑制した低振動・低騒音なロータリ圧縮機３０４を得ることができる。
【００９７】
次に、永久磁石電動機１００の駆動回路１について説明する。図１９は実施の形態１を示す図で、永久磁石電動機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で可変電圧および可変周波数の交流電圧に変換されて永久磁石電動機１００に印加される。永久磁石電動機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。
【００９８】
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シリコンカーバイト（ＳｉＣ）を用いた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。
【００９９】
なおここでは、ＳｉＣを用いた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たＩＣモジュールとする。ＩＧＢＴ６ａ〜６ｆはＳｉＣを用いたＩＧＢＴに代えて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。
【０１００】
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。
【０１０１】
永久磁石電動機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。
【０１０２】
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電動機１００の回転子１１の回転位置を演算し、回転子１１の位置情報を出力電圧演算部９に出力する。尚、ここでは、永久磁石電動機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し、他の組合せの二相分の電流を検出しても良い。
【０１０３】
尚、回転子位置検出部１０は、永久磁石電動機１００の端子電圧を検出して、永久磁石電動機１００の回転子１１の位置を検出するようにしてもよい。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
ここで固定子１２の反磁界を抑制する制御方法について説明する。固定子１２の反磁界は誤って巻線２０（Ｕ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃ）に大電流が流れることによって発生する。
【０１０７】
本実施の形態では、巻線２０に流れる電流の瞬時値を検出しており、検出した瞬時電流値が所定電流値より高くなった場合、出力電圧演算部９はＰＷＭ信号生成部３１への出力を停止するように制御しているため、巻線２０に大電流が流れることがなくなり、固定子１２の反磁界による永久磁石１３ａの減磁を抑制することができ、信頼性の高い永久磁石電動機１００を得ることができる。
【０１０８】
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、ＩＧＢＴ６ａ〜６ｆおよび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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
永久磁石電動機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。
【０１１５】
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、Ｓｉを用いたインバータ主回路に対して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電動機１００を得ることができる。
【０１１６】
またスイッチング周波数を高周波にすることにより、永久磁石１３ａに発生する渦電流損が増加するため、永久磁石１３ａの温度が増加して、反磁界に対する減磁特性が悪化してしまう課題があった。
【０１１７】
本実施の形態では、前述の通り、一極当たりの永久磁石を分割させることで、永久磁石の固有抵抗値を上げて、渦電流を抑制することができるため、スイッチング周波数を高周波にした場合でも、永久磁石の温度を低下させることが可能である。その結果、Ｄｙ含有率の低い永久磁石を用いた安価で高効率な密閉型圧縮機を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明の活用例として、永久磁石電動機が搭載された密閉型圧縮機がある。
【符号の説明】
【０１１９】
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、６ａ〜６ｆ ＩＧＢＴ、７ａ〜７ｆ ＳｉＣ−ＳＢＤ、８ 直流電圧検出部、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、１１ｆ 磁石挿入孔、１１ｆ−１ 磁石挿入部、１１ｆ−２ 漏れ磁束抑制孔、１１ｇ 軸孔、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、１２ｇ 絶縁材、１３ａ〜１３ｉ 永久磁石、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、６０ 空隙、７０ 吐出管、７１ 吸入管、７２ 密閉容器、７２ａ 胴部、７２ｂ 上皿容器、７４ 上軸受、７５ 下軸受、７６ 吐出マフラ、７７ ローリングピストン、７８ 吸入マフラ、７９ シリンダ、８０ 遮蔽板、８０ａ 遮蔽板穴、８１ 遮蔽板、８２ 遮蔽板、８３ パイプ、８４ 油遮蔽板、８５ 回転遮蔽板、９０ 回転軸、９０ａ 偏心軸部、９０ｂ 主軸部、９０ｃ 副軸部、１００ 永久磁石電動機、２００ 圧縮要素、３００ ロータリ圧縮機、３０１ ロータリ圧縮機、３０２ ロータリ圧縮機、３０３ ロータリ圧縮機、３０４ ロータリ圧縮機。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、密閉型圧縮機に関する。詳しくは、密閉型圧縮機の内部の冷媒ガス流路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、密閉型圧縮機において、密閉容器内に電動要素と圧縮要素とを備え、中心部を中空としたドーナツ状の形状をした遮蔽板を、電動要素の上方に設け、密閉容器外部へ吐出しようとする冷凍機油吐出量を低減した密閉型圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３１９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の密閉型圧縮機は、密閉容器外部へ吐出される冷凍機油吐出量を低減することはできるが、冷凍機油を含む吐出ガスが電動要素の回転子を通過するため、回転子が吐出ガスにより加熱される。回転子に永久磁石を使用する場合は、永久磁石の温度が高いために、永久磁石の反磁界電流に対する減磁耐力が十分ではないという課題があった。
【０００５】
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、回転子に設けられる永久磁石の温度を低くすることで、反磁界電流に対する減磁特性を良好にすることができ、永久磁石のディスプロシウム含有率を減らしても反磁界に対する減磁を抑制することができる密閉型圧縮機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る密閉型圧縮機は、底部に冷凍機油が貯留する密閉容器と、
密閉容器内に設けられ、冷媒を圧縮し、冷凍機油で摺動部が潤滑される圧縮要素と、
密閉容器内の圧縮要素の上方に設けられ、圧縮要素を駆動し、固定子と固定子の内側に配置され、永久磁石を使用する回転子とを有する電動要素と、
圧縮要素の上方で、かつ電動要素の下方に設けられ、圧縮要素から吐出される冷媒を電動要素の固定子に導く遮蔽板と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る密閉型圧縮機は、圧縮要素の上方で、かつ電動要素の下方に、圧縮要素から吐出される冷媒を電動要素の固定子に導く遮蔽板を設けたので、回転子の温度を下げることができる。そのため、永久磁石のディスプロシウム含有率を減らしても反磁界に対する減磁を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１を示す図で、ロータリ圧縮機３００の永久磁石電動機１００の横断面図。
【図２】実施の形態１を示す図で、固定子１２の横断面図。
【図３】実施の形態１を示す図で、固定子鉄心１２ａの横断面図。
【図４】実施の形態１を示す図で、回転子１１の横断面図。
【図５】実施の形態１を示す図で、回転子鉄心１１ａの横断面図。
【図６】図５の部分拡大図。
【図７】実施の形態１を示す図で、減磁特性を示す図で、反磁界電流に対する磁束量特性図。
【図８】実施の形態１を示す図で、減磁特性を示す図で、反磁界電流に対する磁束量特性図。
【図９】実施の形態１を示す図で、減磁特性を示す図で、ディスプロシウム（Ｄｙ）含有率に対する磁石温度特性図。
【図１０】実施の形態１を示す図で、ロータリ圧縮機３００の縦断面図で、図１のＡ−Ｏ−Ｂ断面図。
【図１１】実施の形態１を示す図で、遮蔽板８０の横断面図。
【図１２】実施の形態１を示す図で、一極当たりの永久磁石の構成図であり、永久磁石１３ｂおよび１３ｃに分割した永久磁石１３ｂ、１３ｃの斜視図。
【図１３】実施の形態１を示す図で、一極当たりの永久磁石の構成図であり、永久磁石１３ｄおよび１３ｅに分割した永久磁石１３ｄ、１３ｅの斜視図。
【図１４】実施の形態１を示す図で、一極当たりの永久磁石の構成図であり、永久磁石１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｊに分割した永久磁石１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｊの斜視図。
【図１５】実施の形態１を示す図で、変形例１のロータリ圧縮機３０１の縦断面図。
【図１６】実施の形態１を示す図で、変形例２のロータリ圧縮機３０２の縦断面図。
【図１７】実施の形態１を示す図で、変形例３のロータリ圧縮機３０３の縦断面図。
【図１８】実施の形態１を示す図で、変形例４のロータリ圧縮機３０４の縦断面図。
【図１９】実施の形態１を示す図で、永久磁石電動機１００の駆動回路１の回路図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は実施の形態１を示す図で、ロータリ圧縮機３００の永久磁石電動機１００の横断面図である。図１に示す永久磁石電動機１００は、６極の集中巻ブラシレスＤＣモータである。永久磁石電動機１００は、固定子１２と回転子１１とを備える。永久磁石電動機１００を、以下、単にモータまたは電動機と呼ぶ場合もある。
【００１０】
図１の部分拡大図に示すように、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（エアーギャップともいう）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。
【００１１】
固定子１２の内周側には空隙６０を介して回転子１１が設けられる。回転子１１の構成については、詳細は後述する。
【００１２】
固定子１２は、後述するロータリ圧縮機３００の密閉容器７２（図１０参照）の胴部７２ａの内周に嵌合している。固定子１２と密閉容器７２の胴部７２ａとの嵌合は、例えば、焼嵌により行われる。
【００１３】
固定子１２と密閉容器７２の胴部７２ａとの焼嵌を行う場合、胴部７２ａは、電磁誘導加熱で２００℃程度に熱せられ、膨張した状態で固定子１２に焼嵌される。胴部７２ａと固定子１２との嵌め代（焼嵌代）は、固定子１２の重量に合わせて、数十〜数百μｍの範囲で適宜選択される。
【００１４】
焼嵌とは、常温で固定子１２の外径よりも胴部７２ａの内径を小さく設定し、胴部７２ａに固定子１２を嵌合する場合に、胴部７２ａを加熱して膨張させ、常温の固定子１２の外径よりも胴部７２ａの内径を大きくして挿入し、固定子１２が常温に戻ると、両者は固定されることをいう。また、嵌め代（焼嵌代）とは、常温での固定子１２の外径と胴部７２ａの内径との差をいう（固定子１２の外径＞胴部７２ａの内径）。
【００１５】
図２は実施の形態１を示す図で、固定子１２の横断面図である。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（９個のスロット、図３参照）にＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相の巻線２０が備えられている。巻線２０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。
【００１６】
尚、固定子スロット１２ｂには、巻線２０と固定子鉄心１２ａとの間に電気的絶縁を確保するために絶縁材１２ｇが挿入される。
【００１７】
図２に示すように、巻線２０は一つの固定子歯部１２ｅ（９個の固定子歯部、図３参照）に絶縁材１２ｇを介して直接巻かれている。このような巻線方式は、一般的に集中巻と呼ばれている。
【００１８】
Ｕ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線は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。
【００１９】
図３は実施の形態１を示す図で、固定子鉄心１２ａの横断面図である。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。
【００２０】
図３に示すように、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。９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３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。
【００２１】
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が形成されている。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３の例では、固定子１２は、９個の固定子スロット１２ｂと、９個の固定子歯部１２ｅとを備える。
【００２２】
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。
【００２３】
図３に示すように、固定子鉄心１２ａの外周面（固定子歯部１２ｅの外周側）には、固定子切欠１２ｃが９ヶ所設けられている。但し、これは一例であり、固定子切欠１２ｃの数は任意でよい。
【００２４】
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くなる。そのため、通常、固定子歯部１２ｅの外周側（径方向の延長線上）に固定子切欠１２ｃを設ける。固定子スロット１２ｂの外側のコアバック１２ｆに固定子切欠１２ｃを設けると、固定子切欠１２ｃ部分のコアバック１２ｆの磁路断面積が固定子切欠１２ｃの分小さくなる。
【００２５】
冷凍サイクルに用いられる密閉型圧縮機の一例であるロータリ圧縮機３００（後述する）に、永久磁石電動機１００を搭載する場合、固定子１２はロータリ圧縮機３００の円筒状の密閉容器７２の胴部７２ａの内周に焼き嵌めされる。ロータリ圧縮機３００の内部では、冷媒ガス（冷凍機油を含む）が永久磁石電動機１００を通過する。そのため、永久磁石電動機１００には、冷媒ガスの通路が必要となる。
【００２６】
図４は実施の形態１を示す図で、回転子１１の横断面図である。固定子１２の内周側に空隙６０を介して設けられる回転子１１は、回転子鉄心１１ａ、永久磁石１３ａ（６個の永久磁石１３ａで６極の回転子１１を構成する）及び回転軸９０を備える。永久磁石１３ａは、後述するように回転子鉄心１１ａの内部に埋め込まれる。
【００２７】
永久磁石１３ａは、ネオジム（元素記号：Ｎｄ）、鉄（元素記号：Ｆｅ）、ボロン（元素記号：Ｂ）を主成分とした希土類永久磁石であり、保磁力を高めるために、ディスプロシウム（元素記号：Ｄｙ）が含有されている。尚、別の表現をすると、永久磁石１３ａは、ネオジム、鉄、ボロン及びディスプロシウムを含む希土類永久磁石である。
【００２８】
回転子鉄心１１ａの磁石挿入孔１１ｆ（図５参照）に永久磁石１３ａを挿入した後、回転子鉄心１１ａの積層方向両端部に端板（図示せず）を配置し、挿入孔にリベット（図示せず）を挿入して回転子１１が製作される。
【００２９】
図５は実施の形態１を示す図で、回転子鉄心１１ａの横断面図、図６は図５の部分拡大図である。図５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。一般的には、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ことが多い。
【００３０】
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高効率な永久磁石電動機１００を得ることができる。
【００３１】
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１３ａ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が形成されている。
【００３２】
図６に示すように、磁石挿入孔１１ｆは、回転子鉄心１１ａの外周縁の近傍に外周縁に沿うように、周方向に長く形成されている。磁石挿入孔１１ｆの中央部は、永久磁石１３ａが挿入される磁石挿入部１１ｆ−１になっている。磁石挿入部１１ｆ−１の両端は、永久磁石１３ａが挿入された状態でも一部が空間として残る漏れ磁束抑制孔１１ｆ−２になっている。漏れ磁束抑制孔１１ｆ−２は、永久磁石１３ａの周方向端部における磁束の漏れを抑制する。
【００３３】
図５、６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４０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４０が対称に合計７本設けられる。但し、その中の１本は、磁極中心線上にある。
【００３４】
スリット４０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、永久磁石１３ａの磁極中心線の延長線上の一点に集中するように、回転子鉄心１１ａの内周側から外周側に向かって延びるように形成される。
【００３５】
但し、スリット４０の延びる方向は、磁極中心に向かって延びなくてもよい。例えば、永久磁石１３ａの磁化方向に沿って平行に（磁石挿入孔１１ｆに対して直角方向に）向かうようなものでもよい。さらに、スリット４０の形状は、図５、図６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。回転子鉄心１１ａの内周側から外周側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４０を設けたが、非対称に設けてもよい。
【００３６】
複数のスリット４０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。
【００３７】
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。
【００３８】
このトルクリプルは電動機の振動及び騒音を増大させる要因となるが、複数のスリット４０を配置することで、振動や騒音の少ない永久磁石電動機１００を得ることができる。またこの永久磁石電動機１００をロータリ圧縮機３００に搭載することで、低振動・低騒音なロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００３９】
固定子１２の巻線２０に大きな反磁界電流が流れると、永久磁石１３ａは不可逆減磁（以下、減磁）を引き起こし、永久磁石１３ａの磁力（磁束量）が低下することで、電動機の効率が低くなる課題がある。また、反磁界電流による減磁は、永久磁石１３ａの固定子１２に近い側の表面、特に円周方向端部の角部近傍から、徐々に減磁していく傾向にある。
【００４０】
固定子１２の反磁界の磁束は、磁気抵抗の低い鉄心部を通過するため、スリット４０が存在しない場合はもちろんのこと、スリット４０の幅方向寸法（周方向）が小さい場合でも、永久磁石１３ａの円周方向端部が減磁する可能性がある。
【００４１】
図７乃至図９は実施の形態１を示す図で、図７は減磁特性を示す図で、反磁界電流に対する磁束量特性図、図８は減磁特性を示す図で、反磁界電流に対する磁束量特性図、図９は減磁特性を示す図で、ディスプロシウム（Ｄｙ）含有率に対する磁石温度特性図である。
【００４２】
永久磁石１３ａの減磁特性に関して、図７乃至図９を用いて説明する。ここで永久磁石１３ａは前述の通り、ネオジム、鉄、ボロンを主成分とした希土類永久磁石であり、また保磁力を高めるためにディスプロシウム（Ｄｙ）が添加されている。
【００４３】
図７に示すように、例えば、磁石温度Ｔ１において、永久磁石１３ａに反磁界電流を与えた場合、反磁界電流が低い場合は、永久磁石１３ａの磁束量は低減することはないが、所定の反磁界電流が流れると磁束量は低減し、さらにそれ以上の反磁界電流を与えると、磁束量は急激に低下する傾向がある。
【００４４】
磁石温度をＴ２、Ｔ３においてもＴ１と同様の傾向が見られるが、磁束量低減が開始する反磁界電流が変化する。ここでそれぞれの温度は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係であり、磁石温度が高くなると、磁束量低減が開始する反磁界電流が低くなる。すなわち、図７に示すように、磁石温度が低くなると、所定磁束量となる反磁界電流が高くなることがわかる。
【００４５】
つまり、同一の反磁界電流においては、磁石温度が低くなれば減磁しにくく、磁石温度が高くなれば減磁しやすいことを示している。
【００４６】
また、図８は磁石温度一定条件におけるＤｙ含有率を変化させた場合の減磁特性を示しており、Ｄｙ含有率７％の永久磁石はＤｙ含有率３％の場合と比較すると、磁束量低減が開始する反磁界電流が高くなる。すなわちＤｙ含有率が高くなると減磁しにくく、Ｄｙ含有率が低くなると減磁しやすくなることを示している。
【００４７】
図７および図８の特性図から、同一反磁界電流で所定磁束量（所定減磁率）特性となるＤｙ含有率に対する磁石温度特性を図９に示す。Ｄｙ含有率を高くすることで永久磁石１３ａの温度を高くすることができる。すなわち、Ｄｙ含有率が低くなると永久磁石１３ａの温度を低くする必要があることを示している。
【００４８】
図９に示すように、Ｄｙ含有率が４％より高い永久磁石を用いた場合、Ｄｙ含有率を高くしても永久磁石の温度は余り高くすることはできない。つまり、Ｄｙ含有率に対する磁石温度特性が大きく変わらないことを示している。
【００４９】
一方、Ｄｙ含有率が４％以下の永久磁石を用いた場合、Ｄｙ含有率の変化に対して、所定磁束量となる磁石温度特性が急峻に変化することがわかる。つまりＤｙ含有率の永久磁石を使用するためには、磁石温度をより低くする必要がある。
【００５０】
図１０は実施の形態１を示す図で、ロータリ圧縮機３００の縦断面図で、図１のＡ−Ｏ−Ｂ断面図である。
【００５１】
図１０を参照しながら、ロータリ圧縮機３００の構成を説明する。図１０に示すように、ロータリ圧縮機３００は密閉容器７２内に、圧縮要素２００と電動要素である永久磁石電動機１００と図示しない冷凍機油とを収納している。冷凍機油は、密閉容器７２内の底部に貯留している。冷凍機油は主に圧縮要素２００の摺動部を潤滑する。密閉容器７２は上皿容器７２ｂと胴部７２ａとから構成される。
【００５２】
圧縮要素２００は、シリンダ７９、上軸受７４（軸受の一例）、下軸受７５（軸受の一例）、回転軸９０、ローリングピストン７７、吐出マフラ７６、ベーン（図示せず）などで構成される。
【００５３】
内部に圧縮室が形成されるシリンダ７９は、外周が平面視略円形で、内部に平面視略円形の空間であるシリンダ室を備える。シリンダ室は、軸方向両端が開口している。シリンダ７９は、側面視で所定の軸方向の高さを持つ。
【００５４】
シリンダ７９の略円形の空間であるシリンダ室に連通し、半径方向に延びる平行なベーン溝（図示せず）が軸方向に貫通して設けられる。
【００５５】
また、ベーン溝の背面（外側）にベーン溝に連通する平面視略円形の空間である背圧室（図示せず）が設けられる。
【００５６】
吸入管７１からの吸入ガスが通る吸入ポートが、シリンダ７９の外周面からシリンダ室に貫通している。
【００５７】
シリンダ７９には、略円形の空間であるシリンダ室を形成する円の縁部付近を切り欠いた吐出ポート（図示せず）が設けられる。
【００５８】
ローリングピストン７７が、シリンダ室内を偏心回転する。ローリングピストン７７はリング状で、ローリングピストン７７の内周が回転軸９０の偏心軸部９０ａに摺動自在に嵌合する。
【００５９】
ベーンがシリンダ７９のベーン溝内に収納され、背圧室に設けられるベーンスプリング（図示せず）で、ベーンが常にローリングピストン７７に押し付けられている。ロータリ圧縮機３００は、密閉容器７２内が高圧であるから、運転を開始するとベーンの背面（背圧室側）に密閉容器７２内の高圧とシリンダ室の圧力との差圧による力が作用するので、ベーンスプリングは主にロータリ圧縮機３００の起動時（密閉容器内とシリンダ室の圧力に差がない状態）に、ベーンをローリングピストン７７に押し付ける目的で使用される。
【００６０】
ベーンの形状は、平たい（周方向の厚さが、径方向及び軸方向の長さよりも小さい）略直方体である。
【００６１】
上軸受７４は、回転軸９０の主軸部９０ｂ（偏心軸部９０ａより上の部分）に摺動自在に嵌合するとともに、シリンダ７９のシリンダ室（ベーン溝も含む）の一方の端面（永久磁石電動機１００側）を閉塞する。
【００６２】
上軸受７４に、吐出弁（図示せず）が取り付けられる。上軸受７４は、側面視略逆Ｔ字状である。
【００６３】
下軸受７５が、回転軸９０の副軸部９０ｃ（偏心軸部９０ａより下の部分）に摺動自在に嵌合するとともに、シリンダ７９のシリンダ室（ベーン溝も含む）の他方の端面（冷凍機油側）を閉塞する。下軸受７５は、側面視略Ｔ字状である。
【００６４】
上軸受７４には、その外側（永久磁石電動機１００側）に吐出マフラ７６が取り付けられる。上軸受７４の吐出弁（図示せず）から吐出される高温・高圧の冷媒ガスは、一端吐出マフラ７６に入り、その後吐出マフラ７６の吐出穴から密閉容器７２内に放出される。
【００６５】
密閉容器７２の横に、冷凍サイクルからの低圧の冷媒ガスを吸入し、液冷媒が戻る場合に液冷媒が直接シリンダ７９のシリンダ室に吸入されるのを抑制する吸入マフラ７８が設けられる。吸入マフラ７８は、シリンダ７９の吸入ポートに吸入管７１を介して接続される。吸入マフラ７８は、溶接等により密閉容器７２の側面に固定される。
【００６６】
図１１は実施の形態１を示す図で、遮蔽板８０の横断面図である。
【００６７】
吐出マフラ７６と永久磁石電動機１００の間に、遮蔽板穴８０ａ（図１１に示す）が設けられた遮蔽板８０が設けられる。遮蔽板８０は、略円板形状である。圧縮要素２００で圧縮された高温・高圧の冷媒ガスは、吐出マフラ７６の吐出穴から吐出され、遮蔽板８０の遮蔽板穴８０ａから、永久磁石電動機１００の固定子切欠１２ｃを通過して、吐出管７０から外部の冷媒回路へ吐出される。
【００６８】
遮蔽板８０の遮蔽板穴８０ａは、外周縁部に周方向に略等間隔に９個設けられる。遮蔽板８０の遮蔽板穴８０ａは、固定子鉄心１２ａの外周面に設けられる９ヶ所の固定子切欠１２ｃに対応している。
【００６９】
つまり、圧縮要素２００で圧縮された高温・高圧の冷媒ガスを固定子切欠１２ｃに通過させ、回転子１１への冷媒ガス通過を抑制するように遮蔽板穴８０ａを備えた遮蔽板８０を設ける。
【００７０】
遮蔽板８０を設け、高温・高圧の冷媒ガスを固定子１２の外周に通過させることで、回転子１１が高温になるのを抑制することができる。つまり、回転子１１に備えられた永久磁石１３ａの温度を低くすることが可能となる。
【００７１】
前述の通り、永久磁石１３ａの温度が低くすることで、反磁界電流に対する減磁特性を良好にすることができ、減磁耐力を改善させたロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００７２】
また同一の反磁界電流であれば、Ｄｙ含有率を低減させることができ、Ｄｙ使用量の低い安価な永久磁石１３ａを使用することができ、安価なロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００７３】
また、Ｄｙ使用量の低い永久磁石１３ａは一般的に残留磁束密度が高くなるため、ロータリ圧縮機３００の動作時に、巻線２０に流れる電流を低くすることができ、高効率な永久磁石電動機１００およびロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００７４】
特に本実施の形態に示すロータリ圧縮機３００においては、遮蔽板８０により永久磁石１３ａの温度を低くすることができ、Ｄｙ含有率（重量比率）が４％以下の永久磁石１３ａを使用することができる。そのため、更に安価で、かつ高効率な永久磁石電動機１００およびロータリ圧縮機３００が得られる。
【００７５】
遮蔽板穴８０ａと固定子切欠１２ｃの数を同数とし、且つ位置（位相）を一致させることで、高温・高圧の冷媒ガスをより固定子切欠１２ｃに通過させることが可能となり、より一層の効果を奏する。
【００７６】
圧縮要素２００で圧縮された高温・高圧の冷媒ガス中には冷凍機油が含まれているが、冷媒ガスと共に冷凍機油がロータリ圧縮機３００の外部に持ち出されると、圧縮要素２００の潤滑不良を起こす課題がある。しかし、吐出マフラ７６の上方に遮蔽板８０を設けることで、冷凍機油が遮蔽板８０の下部に付着させることができ、信頼性の高いロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００７７】
更に固定子１２の上方に、略ドーナツ形状の油遮蔽板８４を設ける。遮蔽板８０を設けても冷凍機油が冷媒ガスに含まれることがあるが、略ドーナツ形状の油遮蔽板８４を固定子１２の上方に設けることで、冷媒ガスに含まれる粘性の高い冷凍機油のみを油遮蔽板８４に付着させ、冷媒ガスのみを吐出管７０より吐出させるようにすることで、更に信頼性の高いロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００７８】
図１１では、遮蔽板穴８０ａの形状を長穴形状としたが、丸穴形状、台形等の他の形状に構成してもよい。また９個の固定子切欠１２ｃに合わせて９個の遮蔽板穴８０ａを設けたが、固定子切欠１２ｃと位置が一致していれば、遮蔽板穴８０ａの個数は、その限りではない。
【００７９】
図１２乃至図１４は実施の形態１を示す図で、図１２は一極当たりの永久磁石の構成図であり、永久磁石１３ｂおよび１３ｃに分割した永久磁石１３ｂ、１３ｃの斜視図、図１３は一極当たりの永久磁石の構成図であり、永久磁石１３ｄおよび１３ｅに分割した永久磁石１３ｄ、１３ｅの斜視図、図１４は一極当たりの永久磁石の構成図であり、永久磁石１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｊに分割した永久磁石１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｊの斜視図である。
【００８０】
一般的に、永久磁石電動機１００は、図１９に示す駆動回路であるインバータによって運転される。またインバータは、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により永久磁石電動機１００に印加する電圧および周波数を制御する。
【００８１】
ＰＷＭ制御を行うことで永久磁石電動機１００の回転子１１に設けられる永久磁石は導体であるため、渦電流が流れ、渦電流損を発生し、永久磁石の温度が上昇する。
【００８２】
本実施の形態では、図１２乃至図１４に示すように一極当たりの永久磁石を分割することにより、永久磁石の電気伝導率を低く（抵抗率を高く）することで流れる渦電流を抑制し、永久磁石の温度を低くすることができる。
【００８３】
図１２に示す例は、一極当たりの永久磁石を周方向に二分割し、一極当たりの永久磁石を、永久磁石１３ｂと永久磁石１３ｃとに分割している。
【００８４】
図１３に示す例は、一極当たりの永久磁石を軸方向に二分割し、一極当たりの永久磁石を、永久磁石１３ｄと永久磁石１３ｅとに分割している。
【００８５】
図１４に示す例は、一極当たりの永久磁石を周方向及び軸方向に四分割し、一極当たりの永久磁石を、永久磁石１３ｆと永久磁石１３ｇと永久磁石１３ｈと永久磁石１３ｉとに分割している。
【００８６】
磁石温度を低くすることで、Ｄｙ含有率の低い永久磁石を使用することができ、安価で高効率な永久磁石電動機１００およびロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００８７】
また、永久磁石の表面に断熱性の高い樹脂などでコーティングすることで、回転子鉄心１１ａの熱が永久磁石に伝達しにくくなり、永久磁石の温度上昇を抑制することができ、安価で高効率なロータリ圧縮機３００を得ることができる。
【００８８】
図１５は実施の形態１を示す図で、変形例１のロータリ圧縮機３０１の縦断面図である。図１５を用いて、密閉型圧縮機の別の一例について説明する。図１５に示す変形例１のロータリ圧縮機３０１は、図１０で示したロータリ圧縮機３００の遮蔽板８０（略水平）に対して、内周側より外周側が高い、傾斜を設けた遮蔽板８１を備えたものである。
【００８９】
遮蔽板８１に、内周側より外周側が高い傾斜を設けることにより、吐出マフラ７６から吐出された高温・高圧の冷媒ガスの流れがスムーズになり、圧力損失を低減させた高効率なロータリ圧縮機３０１を得ることができる。
【００９０】
図１６は実施の形態１を示す図で、変形例２のロータリ圧縮機３０２の縦断面図である。図１６に示す変形例２のロータリ圧縮機３０２は、内周側より外周側が低くなるように傾斜を設けた遮蔽板８２を備えたものである。
【００９１】
内周側より外周側が低くなるように傾斜を設けた遮蔽板８２を設けることで、遮蔽板８２の上面に溜まった冷凍機油が、ロータリ圧縮機３０２が停止した後、すなわち回転子１１の回転が停止した後、遮蔽板８２の外周側に設けた遮蔽板穴８２ａを通過して下面に落ちるため、冷凍機油が不足することがなくなり、信頼性の高いロータリ圧縮機３０２を得ることができる。
【００９２】
図１７は実施の形態１を示す図で、変形例３のロータリ圧縮機３０３の縦断面図である。変形例３のロータリ圧縮機３０３は、図１０で示したロータリ圧縮機３００の遮蔽板８０の遮蔽板穴８０ａにパイプ８３を通し、そのパイプ８３を固定子切欠１２ｃにかかる（届く）長さに設定したものである。
【００９３】
遮蔽板穴８０ａと固定子切欠１２ｃをパイプ８３で直結することで、圧縮要素２００で圧縮された高温・高圧の冷媒ガスがより固定子切欠１２ｃに通過しやすくなるため、回転子１１、すなわち永久磁石１３ａの温度を低くすることが可能となり、安価で高効率な永久磁石電動機１００およびロータリ圧縮機３０３を得ることができる。
【００９４】
図１８は実施の形態１を示す図で、変形例４のロータリ圧縮機３０４の縦断面図である。変形例４のロータリ圧縮機３０４は、回転子１１に直結された回転遮蔽板８５を圧縮要素２００の側に設けることにより、冷媒ガスを固定子切欠１２ｃに通過するようにしたものである。
【００９５】
回転子１１に直結された回転遮蔽板８５を設けることで、冷媒ガスに含まれる粘性の高い冷凍機油が吐出管７０から吐出することを抑制することができ、信頼性の高いロータリ圧縮機３０４を得ることができる。
【００９６】
また、一般的にロータリ圧縮機は、一回転中に負荷脈動（回転ムラ）があるため、振動・騒音が大きくなる傾向がある。本実施の形態では、回転遮蔽板８５を回転子１１に直結させることで、回転子１１のイナーシャが大きくなり、一回転中の回転ムラを抑制した低振動・低騒音なロータリ圧縮機３０４を得ることができる。
【００９７】
次に、永久磁石電動機１００の駆動回路１について説明する。図１９は実施の形態１を示す図で、永久磁石電動機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で可変電圧および可変周波数の交流電圧に変換されて永久磁石電動機１００に印加される。永久磁石電動機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。
【００９８】
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シリコンカーバイト（ＳｉＣ）を用いた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。
【００９９】
なおここでは、ＳｉＣを用いた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たＩＣモジュールとする。ＩＧＢＴ６ａ〜６ｆはＳｉＣを用いたＩＧＢＴに代えて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。
【０１００】
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。
【０１０１】
永久磁石電動機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。
【０１０２】
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電動機１００の回転子１１の回転位置を演算し、回転子１１の位置情報を出力電圧演算部９に出力する。尚、ここでは、永久磁石電動機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し、他の組合せの二相分の電流を検出しても良い。
【０１０３】
尚、回転子位置検出部１０は、永久磁石電動機１００の端子電圧を検出して、永久磁石電動機１００の回転子１１の位置を検出するようにしてもよい。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
ここで固定子１２の反磁界を抑制する制御方法について説明する。固定子１２の反磁界は誤って巻線２０（Ｕ相巻線２０ａ、Ｖ相巻線２０ｂ及びＷ相巻線２０ｃ）に大電流が流れることによって発生する。
【０１０７】
本実施の形態では、巻線２０に流れる電流の瞬時値を検出しており、検出した瞬時電流値が所定電流値より高くなった場合、出力電圧演算部９はＰＷＭ信号生成部３１への出力を停止するように制御しているため、巻線２０に大電流が流れることがなくなり、固定子１２の反磁界による永久磁石１３ａの減磁を抑制することができ、信頼性の高い永久磁石電動機１００を得ることができる。
【０１０８】
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、ＩＧＢＴ６ａ〜６ｆおよび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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
永久磁石電動機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。
【０１１５】
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、Ｓｉを用いたインバータ主回路に対して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電動機１００を得ることができる。
【０１１６】
またスイッチング周波数を高周波にすることにより、永久磁石１３ａに発生する渦電流損が増加するため、永久磁石１３ａの温度が増加して、反磁界に対する減磁特性が悪化してしまう課題があった。
【０１１７】
本実施の形態では、前述の通り、一極当たりの永久磁石を分割させることで、永久磁石の固有抵抗値を上げて、渦電流を抑制することができるため、スイッチング周波数を高周波にした場合でも、永久磁石の温度を低下させることが可能である。その結果、Ｄｙ含有率の低い永久磁石を用いた安価で高効率な密閉型圧縮機を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明の活用例として、永久磁石電動機が搭載された密閉型圧縮機がある。
【符号の説明】
【０１１９】
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、６ａ〜６ｆ ＩＧＢＴ、７ａ〜７ｆ ＳｉＣ−ＳＢＤ、８ 直流電圧検出部、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、１１ｆ 磁石挿入孔、１１ｆ−１ 磁石挿入部、１１ｆ−２ 漏れ磁束抑制孔、１１ｇ 軸孔、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、１２ｇ 絶縁材、１３ａ〜１３ｉ 永久磁石、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、６０ 空隙、７０ 吐出管、７１ 吸入管、７２ 密閉容器、７２ａ 胴部、７２ｂ 上皿容器、７４ 上軸受、７５ 下軸受、７６ 吐出マフラ、７７ ローリングピストン、７８ 吸入マフラ、７９ シリンダ、８０ 遮蔽板、８０ａ 遮蔽板穴、８１ 遮蔽板、８２ 遮蔽板、８３ パイプ、８４ 油遮蔽板、８５ 回転遮蔽板、９０ 回転軸、９０ａ 偏心軸部、９０ｂ 主軸部、９０ｃ 副軸部、１００ 永久磁石電動機、２００ 圧縮要素、３００ ロータリ圧縮機、３０１ ロータリ圧縮機、３０２ ロータリ圧縮機、３０３ ロータリ圧縮機、３０４ ロータリ圧縮機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に冷凍機油が貯留する密閉容器と、
前記密閉容器内に設けられ、冷媒を圧縮し、前記冷凍機油で摺動部が潤滑される圧縮要素と、
前記密閉容器内の前記圧縮要素の上方に設けられ、前記圧縮要素を駆動し、固定子と前記固定子の内側に配置され、永久磁石を使用する回転子とを有する電動要素と、
前記圧縮要素の上方で、かつ前記電動要素の下方に設けられ、前記圧縮要素から吐出される前記冷媒を前記電動要素の前記固定子に導く遮蔽板と、を備えたことを特徴とする密閉型圧縮機。
【請求項２】
前記固定子は外周部に複数個の切欠きを有し、
前記遮蔽板は、前記固定子の前記切欠きに対応する複数個の遮蔽板穴を外周部に備えることを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
前記遮蔽板穴と前記固定子切欠きの位相を合わせることを特徴とする請求項２記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
前記遮蔽板は、略円板形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
【請求項５】
前記遮蔽板は、内周側よりも外周側が高くなるように傾斜していることを特徴とする請求項４記載の密閉型圧縮機。
【請求項６】
前記遮蔽板は、内周側よりも外周側が低くなるように傾斜していることを特徴とする請求項４記載の密閉型圧縮機。
【請求項７】
前記遮蔽板穴と前記固定子切欠きを連通するパイプを設けたことを特徴とする請求項２記載の密閉型圧縮機。
【請求項８】
前記遮蔽板を、前記回転子の前記圧縮要素側において、該回転子に直結される回転遮蔽板で構成することを特徴とする請求項２記載の密閉型圧縮機。
【請求項９】
前記回転子に使用される前記永久磁石は、ネオジム・鉄・ボロン・ディスプロシウムが含有された希土類永久磁石であることを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
【請求項１０】
前記ディスプロシウムの含有率を重量比率４％以下としたことを特徴とする請求項９記載の密閉型圧縮機。
【請求項１１】
一極当たりの前記永久磁石を分割したことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
【請求項１】
底部に冷凍機油が貯留する密閉容器と、
前記密閉容器内に設けられ、冷媒を圧縮し、前記冷凍機油で摺動部が潤滑される圧縮要素と、
前記密閉容器内の前記圧縮要素の上方に設けられ、前記圧縮要素を駆動し、固定子と前記固定子の内側に配置され、永久磁石を使用する回転子とを有する電動要素と、
前記圧縮要素の上方で、かつ前記電動要素の下方に設けられ、前記圧縮要素から吐出される前記冷媒を前記電動要素の前記固定子に導く遮蔽板と、を備えたことを特徴とする密閉型圧縮機。
【請求項２】
前記固定子は外周部に複数個の切欠きを有し、
前記遮蔽板は、前記固定子の前記切欠きに対応する複数個の遮蔽板穴を外周部に備えることを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
前記遮蔽板穴と前記固定子切欠きの位相を合わせることを特徴とする請求項２記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
前記遮蔽板は、略円板形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
【請求項５】
前記遮蔽板は、内周側よりも外周側が高くなるように傾斜していることを特徴とする請求項４記載の密閉型圧縮機。
【請求項６】
前記遮蔽板は、内周側よりも外周側が低くなるように傾斜していることを特徴とする請求項４記載の密閉型圧縮機。
【請求項７】
前記遮蔽板穴と前記固定子切欠きを連通するパイプを設けたことを特徴とする請求項２記載の密閉型圧縮機。
【請求項８】
前記遮蔽板を、前記回転子の前記圧縮要素側において、該回転子に直結される回転遮蔽板で構成することを特徴とする請求項２記載の密閉型圧縮機。
【請求項９】
前記回転子に使用される前記永久磁石は、ネオジム・鉄・ボロン・ディスプロシウムが含有された希土類永久磁石であることを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
【請求項１０】
前記ディスプロシウムの含有率を重量比率４％以下としたことを特徴とする請求項９記載の密閉型圧縮機。
【請求項１１】
一極当たりの前記永久磁石を分割したことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−１７２６２２（Ｐ２０１２−１７２６２２Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３６９８６（Ｐ２０１１−３６９８６）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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