永久磁石式回転電機及びそれを用いた電動圧縮機
【課題】 軸心がずれても特性が低下する虞の少ない永久磁石式回転電機を提供すること。
【解決手段】 固定子鉄心６のティース４に集中巻された電機子巻線を、各ティース４毎に、巻回数の異なる少なくとも２個のコイル８ａ１とコイル８ａ２、コイル８ｂ１とコイル８ｂ２、コイル８ｃ１とコイル８ｃ２、コイル８ｄ１とコイル８ｅ１とコイル８ｅ２、それにコイル８ｆ１とコイル８ｆ２に分け、 これら２個のコイルを同じティース４ごとに並列に接続した上でＹ結線し、電機子巻線としたもの。コイル間の誘導起電力の差が小さくなるので、循環電流が抑えられ、特性が向上する。
【解決手段】 固定子鉄心６のティース４に集中巻された電機子巻線を、各ティース４毎に、巻回数の異なる少なくとも２個のコイル８ａ１とコイル８ａ２、コイル８ｂ１とコイル８ｂ２、コイル８ｃ１とコイル８ｃ２、コイル８ｄ１とコイル８ｅ１とコイル８ｅ２、それにコイル８ｆ１とコイル８ｆ２に分け、 これら２個のコイルを同じティース４ごとに並列に接続した上でＹ結線し、電機子巻線としたもの。コイル間の誘導起電力の差が小さくなるので、循環電流が抑えられ、特性が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石回転界磁型の回転電機に係り、特に、ヒートポンプ用圧縮機に好適な永久磁石式回転電機と、この永久磁石式回転電機を用いた電動圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エアコン、冷凍庫、或いは冷蔵品用ショーケースなどヒートポンプを使用した機器の電動圧縮機には、集中巻方式の電機子巻線を備えた回転界磁型の永久磁石式回転電機が適用されるようになっている。ここで、この集中巻方式とは、電機子鉄心のティースに電機子巻線が集中して施されている方式のことで、回転界磁型の場合、電機子は固定子となり、電機子巻線は固定子巻線となる。また、このときの界磁には希土類のネオジウム永久磁石が採用されるのが通例である。そして、このような永久磁石式回転電機に関しては、その回転子鉄心中にＶ字形状の永久磁石挿入孔を設けて永久磁石を配置し、このとき効率向上の見地から、永久磁石の間に凹部を設け、極間の鉄心が削除された形にする方法が提案されている(例えば、特許文献１参照。)。
【０００３】
また、このような電動圧縮機に使用される永久磁石式回転電機の場合、その駆動にはインバータが用いられるのが通例であるが、この場合のシステム効率は、電動機単体の効率とインバータの効率の乗算値となる。そこで、このシステム効率の向上の観点から、永久磁石式回転電機の極数としては、４極６スロット、或いは６極８スロットが多用されている。一方、特殊な巻線方式、例えば１４極１２スロット、１６極１８スロット、１０極１２スロットの集中巻構成にした場合、巻線インピーダンスのバランスが問題になる。そこで、同一のティース(歯形部)に多層の巻線要素を巻回して接続することにより巻線インピーダンスをバランスさせる方法が従来技術として提案されている(例えば、特許文献２参照。)。
【０００４】
このとき、４極６スロットの場合については、同一コイルをスロット底部側とスロット開口部側と径方向に２分割し、同相のコイルを４並列回路としたＹ結線によるものが提案されており、これら従来技術によれば、電動圧縮機駆動用永久磁石式回転電機の回転子形状の最適化が図られ、また、多極機(１４極１２スロットや１６極１８スロット)の隣接するティースに多層巻線要素を設けたときの各巻線のインピーダンスをバランスさせることができる。
【特許文献１】特開２００２−７８２５５号公報
【特許文献２】特開２００１−１９７６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来技術は、回転電機における軸心のずれに配慮がされておらず、回転子と固定子の空隙が不均一になって特性が低下してしまうという問題があった。すなわち、従来技術は、永久磁石式回転電機の軸心のずれには触れられていない。従って、従来技術では、回転電機の軸心がずれたとき、特性が低下してしまうのである。
【０００６】
本発明の目的は、軸心がずれても特性が低下する虞の少ない永久磁石式回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なるｎ個の巻線要素に分け、これらｎ個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線を構成することにより達成される。
【０００８】
同じく上記目的は、集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる少なくとも２個の巻線要素に分け、これら少なくとも２個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線を構成することにより達成される。
【０００９】
同じく上記目的は、集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる少なくとも３個の巻線要素に分け、これら少なくとも３個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線を構成することにより達成される。
【００１０】
同じく上記目的は、集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる少なくとも４個の巻線要素に分け、これら少なくとも４個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線を構成することにより達成される。
【００１１】
同じく上記目的は、集中巻方式のＹ結線による電機子巻線を二重に備えた永久磁石式回転電機において、前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる２ｎ個の巻線要素に分け、これら２ｎ個の巻線要素のうちの同一ティースに巻回されているｎ個同士を並列に接続した上でそれぞれＹ結線接続し、一方のＹ結線巻線と他方のＹ結線巻線により前記電機子巻線を構成することにより達成される。
【００１２】
このとき、前記一方のＹ結線巻線の中性点と前記他方のＹ結線巻線の中性点が何処にも接続せず、何れも浮かしたままにしておいても上記目的が達成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電機子巻線の巻装方法と結線方法により、偏心回転状態になって回転子が回転した時にも各相巻線間に誘導起電力の偏差が発生せず、循環電流を防止できる。また、誘導起電力の偏差が発生しても、中性点を接続せず、並列回路抵抗が高くなるので、循環電流自体が小さくなるので、特性向上が図れる永久磁石式回転電機が得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明による永久磁石式回転電機及びそれを用いた電動圧縮機について、図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、各図中において、共通する符号は同一物を示す。また、以下の実施形態では、本発明を４極の永久磁石式回転電機に適用し、このとき回転子の極数と固定子のスロット数との比を２：３とした場合について説明するのであるが、始めに、本発明による永久磁石式回転電機の一実施形態が適用されている電動圧縮機について、図３により説明する。
【００１５】
この図３に示した電動圧縮機４０は、例えばエアコンなどに使用される密閉型の圧縮機で、全体がケースの中に密封される。そして、このケースは、円筒状のフレーム３０と、これに接合されている上端側の上蓋３１、及び下端側の下蓋３２により密閉容器として構成され、フレーム３０の中に永久磁石式回転電機１と圧縮要素５０が収納されることになる。このとき、フレーム３０は、図４に示すように、厚板鋼板３００(厚さ３〜５ｍｍ)を両端からＰ方向に折り曲げ、円筒状にして合わせ面を溶接(溶接点３０１)し、端部に上蓋３１と下蓋３２を溶接し、密閉容器としたものである。
【００１６】
この図３に示した電動圧縮機４０は、スクロール圧縮機を適用した場合のものであり、このため圧縮要素５０は、固定スクロール部材５１の端板５２に直立する渦巻状ラップ５３と、旋回スクロール部材５４の端板５５に直立する渦巻状ラップ５６とを噛み合わせた上で旋回スクロール部材５４をクランク回転軸１６によって旋回運動させることにより圧縮動作を行うようになっている。このときの旋回運動は、旋回スクロール部材５４に係合しているクランク回転軸１６の軸芯位置と、永久磁石式回転電機１の回転軸１６ａの軸芯位置が異なることによって与えられる。
【００１７】
このスクロール圧縮機では、固定スクロール部材５１と旋回スクロール部材５４により圧縮室５７(５７ａ、５７ｂ、…)が形成されるようになっている。そして、この圧縮室の中で最も外径側に位置している圧縮室が旋回運動に伴って両スクロール部材５１、５４の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。そこで、圧縮室５７ａ、５７ｂが両スクロール部材５１、５４の中心近傍に達すると、両圧縮室５７内の吸入パイプ５８から吸入されたガスが圧縮され、圧縮室５７に連通した吐出口５９から圧縮されたガスが吐出され、吐出された圧縮ガスは固定スクロール部材５１及び固定部材６０に設けられたガス通路(図示せず)を通って固定部材６０下部のフレーム３０内に至り、フレーム３０の側壁に設けられた吐出パイプ６１から電動圧縮機４０外に排出される。
【００１８】
このとき、永久磁石式回転電機１は、別置のインバータ(図示せず)から給電され、圧縮動作に適した回転速度に制御された状態で回転し、旋回スクロール部材５４を旋回駆動する。このため永久磁石式回転電機１は固定子２と回転子３を備え、回転子３は回転軸１６ａに焼き嵌め嵌合されている。そして、この回転軸１６ａは、その上側にクランク回転軸１６を備えていて、これが旋回スクロール部材５４に係合されている。また、この回転軸１６ａの内部には油孔６２が形成され、回転軸１６ａが回転したときフレーム３０の下部にある油溜め部６３に貯溜されている潤滑油が油孔６２を介して滑り軸受タイプの上側軸受部６４と、ボール軸受タイプの下側軸受部６５に供給される。
【００１９】
永久磁石式回転電機１は、固定子巻線８に三相交流電力が供給されることにより回転動作する。従って固定子巻線８に供給する必要があるが、固定子巻線ゆはフレーム３０の中に密閉されている。そこで、これに外部から電力を供給するため、フレーム３０には端子６６が設けてある。一方、下蓋３２には、この電動圧縮機４０を据え付けるための台座６７が設けてある。また、永久磁石式回転電機１の回転軸１６ａにはクランク回転軸１６が形成してあり、従って軸心が異なるため、回転子３のバランスが崩れる。そこで回転子３の両側にカウンターウェイト６８(６８ａ、６８ｂ)を取り付け、バランスがとられるようになっている。
【００２０】
ところで、フレーム３０は、図４で説明したように、板状の鋼板３００を折り曲げて円筒状に形成している関係上、内周の円径寸法に対する精度が緩く、通常、径寸法で±２０ミクロンｍ程度は変動している。また、固定子２の固定子鉄心６は、このフレーム３０の中に焼嵌め嵌合されるので、このとき固定子２がフレーム３０内に強固に保持されるようにするため、締め代が０．１ｍｍ程度設けられている。そして、この電動圧縮機の組立に際しては、まず、フレーム３０内に固定子６を焼き嵌め嵌合させ、次いで圧縮要素５０がフレーム３０に取り付けられることになる。
【００２１】
このとき回転子３の外周面と、固定子鉄心６の内周面間のギャップが均一になるように調整し、その後、ボール軸受タイプの下側軸受部６５がフレーム３０に固定されることになるが、しかして、このとき、上記した締め代が必要なため、固定子鉄心６の外径よりフレーム３０の内径が０．１ｍｍ程度小さくされ、且つ、フレーム３０の内径真円度が悪いため、固定子２と回転子３の間のギャップ(空隙)が０．１〜０．２ｍｍ程度、変動してしまうのが避けられない。従って、従来技術では、永久磁石式回転電機の特性が低下してしまうのであるが、しかし、以下に説明するように、本発明の実施形態によれば、これが抑えられる。
【００２２】
・第１の実施形態
図１は、本発明による永久磁石式回転電機の第１の実施形態を示す断面図で、ここで、まず、固定子２は、固定子鉄心６と電機子巻線８により構成されている。このとき固定子鉄心６には、ティース４とコアバック５が形成されていて、電機子巻線８は、この固定子鉄心６のティース４に集中巻されている。ここで、この電機子巻線８は、Ｕ相巻線８ａ、８ｄと、Ｖ相巻線８ｂ、８e、それにＷ相巻線８ｃ、８ｆにより、ティース４の間のスロット７の中に収まるようにして三相巻線を構成している。なお、上記したように、この永久磁石式回転電機１は４極６スロットのものであるから、スロットピッチは電気角で１２０度になっている。
【００２３】
次に回転子３は、軸孔９が形成してある回転子鉄心１０を備え、その外周面の近傍に一文字形状の永久磁石挿入孔１１を形成し、この孔の中に平板状のネオジウム永久磁石１２を挿入し、回転子鉄心１０に固定して構成されている。なお、詳しくは後述するが、この図には、固定子２と回転子３の間のギャップについて、一方のギャップｇ１と反対側のギャップｇ２に「ｇ１＞ｇ２」で示す不均衡が現れてしまっている状況が示されている。ここで、この図１の実施形態の特徴は、図示のように、電機子巻線８のコイル(巻線要素)の構成と結線方法にある。
【００２４】
まず、一方のＵ相の巻線８を、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ａ１と内側に巻回されるコイル８ａ２の２個に分け、他方のＵ相の巻線８も、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ｄ１と内側に巻回されるコイル８ｄ２の２個に分ける。次に、一方のＶ相の巻線８を、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ｂ１と内側に巻回されるコイル８ｂ２の２個に分け、他方のＶ相の巻線８も、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ｅ１と内側に巻回されるコイル８ｅ２の２個に分ける。また、一方のＷ相の巻線８を、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ｃ１と内側に巻回されるコイル８ｃ２の２個に分け、他方のＷ相の巻線８も、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ｆ１と内側に巻回されるコイル８ｆ２の２個に分ける。
【００２５】
その上で、図２に示すように、まず、Ｕ相のコイル８ａ１とコイル８ａ２、及びコイル８ｄ１とコイル８ｄ２をそれぞれ並列に接続し、これらを直列に接続してＹ結線のＵ相巻線とする。次に、Ｖ相のコイル８ｃ１とコイル８ｃ２、及びコイル８ｆ１とコイル８ｆ２をそれぞれ並列に接続し、これらを直列に接続してＹ結線のＶ相巻線とする。更に、Ｗ相のコイル８ｂ１とコイル８ｂ２、及びコイル８ｅ１とコイル８ｅ２をそれぞれ並列に接続し、これらを直列に接続してＹ結線のＷ相巻線とする。
【００２６】
以上が、この実施形態の特徴であるが、この上で更にティース４に対して外側に巻回されるコイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１のそれぞれの巻回数(ターン数)と、同じく内側に巻回されるコイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２のそれぞれの巻回数を異なったものとしてあり、具体的には、各コイルについて、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１のそれぞれの巻回数(ターン数)を、同じく内側に巻回されるコイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２のそれぞれの巻回数よりも所定の回数、多くしておくのである。なお、このときの所定の回数については、詳しくは後述するが、一方のコイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１のそれぞれと、他方のコイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２のそれぞれの起電力が略等しくなるような回数にすることになる。
【００２７】
次に、この実施形態の作用効果について説明すると、図３により既に説明したように、電動圧縮機４０は、固定子２の内径を基準にして回転子３の位置が決定され、この結果、上述したように、固定子２と回転子３のギャップが変動し、回転子３の回転中心が偏心してしまう場合がある。例えば、図１に示す方向にが偏心した場合、ギャップｇ１＞ギャップｇ２になる。このとき、ギャップｇ１側のＵ相では磁束数が減少し、ギャップｇ２側のＵ相では磁束数が増加するので、コイル８ｄ１とコイル８ｄ２の誘導起電力が大きくなり、コイル８ｄ１とコイル８ｄ２の誘導起電力は小さくなる。
【００２８】
ここで、もしも従来技術において、図８に示すように、各相の巻線について、例えばＵ相巻線の場合、コイル８ａ１、８ａ２、８ｄ１、８ｄ２を並列に接続したとすると、コイル８ａ１、８ａ２、８ｄ１、８ｄ２の間に循環電流が流れ、永久磁石式回転電機１の特性が低下してしまう。
【００２９】
このことについて詳細に説明すると、上記した電動圧縮機では、スクロールコンプレッサやロータリーコンプレッサなどの圧縮要素(圧縮機構)５０が永久磁石式回転電機１と同じフレーム３０の中に納められるが、このフレーム３０は、図４で説明したように、平板３００を円筒状に折り曲げ、溶接して作られるので、内周寸法の精度保持が難しい。また、このフレーム３０内には永久磁石式回転電機の固定子２が焼き嵌めされるので、０．１ｍｍ程度の締め代があり、このため焼き嵌めした後で固定子鉄心６の内径が０．１〜０．２ｍｍ程度変形する。そして、この固定子鉄心６の内径を基準にして回転子３の軸心位置が決められるため、回転子３が偏心してしまうことになる。
【００３０】
このように回転子３が偏心していると、回転したとき同一相のテイースのコイル間に誘導する起電力に差が生じてしまう。ここでインバータ装置で駆動した場合、電流は誘導起電力の小さいコイルに流れ易くなり、誘導起電力が大きいコイルには流れ難くなる。この場合、インバータ装置からの電流がアンバランスになってしまい、この結果、トルク脈動を発生したり、コイル間に循環電流が流れたりすることになり、永久磁石式回転電機１の特性が低下してしまうのである。
【００３１】
これに対して、この実施形態の場合、各コイルが、図２に示したように接続してあり、且つ、ここで、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１のそれぞれの巻回数(ターン数)と、同じく内側に巻回されるコイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２のそれぞれの巻回数を異なったものとしてある。
【００３２】
この結果、図２に示すように、ティース４に近いコイルの誘導起電力Ｅａ１と遠いコイルの誘導起電力Ｅａ２について、これらが略同等になるように、つまり「Ｅａ１≒Ｅａ２」となるようにでき、且つ、軸位置の偏心によるギャップｇ１＞ギャップｇ２の結果として現れれる誘導起電力差、すなわち「Ｅａ１、Ｅａ２＜Ｅｄ１、Ｅｄ２」ついても、これらの誘導起電力の和であるＥａ１＋Ｅｄ１とＥａ２＋Ｅｄ２の和、或いはＥａ１＋Ｅｄ２とＥａ２＋Ｅｄ１の和については何れも同等になるので、各相内に誘導起電力の偏差が発生せず、循環電流の抑制が得られることになる。
【００３３】
従って、この第１の実施形態によれば、回転子３が偏心した状態で回転しても、電機子巻線内に循環電流が発生しないので、たとえ軸心がずれていても特性が低下する虞の少ない永久磁石式回転電機を得ることができる。
【００３４】
・第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態について、図５により説明する。ここで、この図５の実施形態が、図１と図２で説明した第１の実施形態と異なる点は、電機子巻線８の分割数にあり、その他の点は同じである。すなわち、この図５の実施形態では、各相の巻線８がそれぞれ３分割され、各相毎に、ティース４の外側から順にコイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１と、コイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２、それにコイル８ａ３、８ｂ３、８ｃ３、８ｄ３、８ｅ３、８ｆ３が巻回されている点で、第１の実施形態とは異なっている。なお、この図５では、回転子が省略してある。
【００３５】
このとき、各コイルの巻回数については、反対にティース４側から順次、多くされていて、コイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１からコイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２、それにコイル８ａ３、８ｂ３、８ｃ３、８ｄ３、８ｅ３、８ｆ３の順にターン数が多くされ、各相で誘導起電力が同等になるようにしてある点は、第１の実施形態の場合と同じであり、各相の巻線がＹ結線されている点も同じである。
【００３６】
・第３の実施形態
次に、同じく本発明の第３の実施形態について、図６により説明する。ここで、この図６の実施形態も、図１と図２で説明した第１の実施形態と異なる点は、電機子巻線８の分割数にあり、その他の点は同じである。すなわち、この図６の実施形態では、各相の巻線８がそれぞれ４分割され、各相毎に、ティース４の外側から順にコイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１と、コイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２、コイル８ａ３、８ｂ３、８ｃ３、８ｄ３、８ｅ３、８ｆ３、それにコイル８ａ４、８ｂ４、８ｃ４、８ｄ４、８ｅ４、８ｆ４が巻回されている。なお、この図６でも、回転子は省略してある。
【００３７】
そして、このとき、各コイルの巻回数についても、反対にティース４側から順次、多くされていて、コイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１からコイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２、コイル８ａ３、８ｂ３、８ｃ３、８ｄ３、８ｅ３、８ｆ３、それにコイル８ａ４、８ｂ４、８ｃ４、８ｄ４、８ｅ４、８ｆ４の順にターン数(巻回数)が多くされ、各相で誘導起電力が同等になるようにしてある点も、第１の実施形態の場合と同じであり、各相の巻線がＹ結線されている点も同じである。
【００３８】
そして、この図６の実施形態では、各こいるは図８に示すように接続されるが、この場合、各コイルの巻回数が異なっている。従って、これら第２の実施形態と第３の実施形態によっても、ティース４に近いコイルの誘導起電力と遠いコイルの誘導起電力について略同等になるようになり、且つ、偏心回転状態になっても各相巻線間に誘導起電力の偏差が発生しないようにできることになり、この結果、これら第２の実施形態と第３の実施形態によれば、コイルの分割数を多くした場合でも循環電流が防止でき、且つ、たとえ軸心がずれていても特性が低下する虞の少ない永久磁石式回転電機を得ることができる。
【００３９】
・第４の実施形態
次に、同じく、本発明の第４の実施形態について、図７により説明すると、この図７の実施形態は、図１と図２で説明した第１の実施形態と同じ分割コイルによる巻線構成を備えている点は同じで、このとき各巻線の巻回数が変えられているいる点も同じであり、異なっているのは、図７から明らかなように、電機子巻線８のＹ結線接続にあり、図示のように、Ｙ結線接続が２系統に分けられ＜電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる２ｎ個の巻線要素に分け、これら２ｎ個の巻線要素のうちの同一ティースに巻回されているｎ個同士を並列に接続した上でそれぞれＹ結線接続し、一方のＹ結線巻線と他方のＹ結線巻線により前記電機子巻線が構成ているのが特徴である。
【００４０】
このため電機子巻線８は、ティース４に近い内側から外側に向かって巻回数が少なくされているＵ相巻線８ａ１、８ａ２、８ｄ１、８ｄ２と、Ｖ相巻線８ｂ１、８ｂ２、８ｃ１、８ｃ２、それにＷ相巻線８ｅ１、８ｅ２、８ｆ１、８ｆ２を備えている。従って、この場合は、ｎ＝２となる。そして、まずＵ相巻線８ａ１、８ａ２とＶ相巻線８ｂ１、８ｂ２、それにＷ相巻線８ｃ１、８ｃ２をそれぞれ並列に接続した上で、これらをスター接続して一方のＹ相結線Ｙ１とし、次にＵ相巻線８ｄ１、８ｄ２と、Ｖ相巻線８ｅ１、８ｅ２、それにＷ相巻線８ｆ１、８ｆ２をそれぞれ並列に接続した上で、これらもスター接続して他方のＹ相結線Ｙ２とする。そして、これらＹ相結線Ｙ１の中性点とＹ相結線Ｙ２の中性点は何処にも接続せず、何れも浮いたままにしておくのである。
【００４１】
従って、この第４の実施形態によっても、ティース４に近いコイルの誘導起電力と遠いコイルの誘導起電力について略同等になるようになり、且つ、偏心回転状態になっても各相巻線間に誘導起電力の偏差が発生しないようにできることになり、この結果、コイルの分割数を多くした場合でも循環電流を防止し、たとえ軸心がずれていても特性が低下する虞の少ない永久磁石式回転電機を得ることができる。また、この第４の実施形態によれば、２系統のＹ相結線の中性点が何処にも接続されていないことから、並列回路抵抗が高くなるので、この点でも循環電流の抑制が得られ、たとえ軸心がずれていても特性が低下する虞の少ない永久磁石式回転電機を得ることができる。
【００４２】
ところで、以上の実施形態では、何れも電機子巻線として単線の場合について説明したが、多層巻線の各層の巻線コイルを複数本持ちにより構成しても良く、この場合でも循環電流を抑制し、循環電流の減少が得られる点には変わりない。また、以上の実施形態では、圧縮要素としてスクロール圧縮機を適用した場合について説明したが、本発明による永久磁石式回転電機の適用対象かスクロール圧縮機に限られないことは言うまでもなく、ロータリーコンプレッサやレシプロコンプレッサなどの圧縮機に適用しても良く、勿論、駆動対象が圧縮機に限られないことも、言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による永久磁石式回転電機の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による電機子巻線の結線図である。
【図３】永久磁石式回転電機を搭載した電動圧縮機の一例を示す断面図である。
【図４】電動圧縮機のフレーム製造方法の一例を示す説明図である。
【図５】本発明による永久磁石式回転電機の第２の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明による永久磁石式回転電機の第３の実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態による電機子巻線の結線図である。
【図８】本発明の第３の実施形態による結線図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：永久磁石式回転電機
２：固定子
３：回転子
４：ティース
５：コアバック
６：固定子鉄心
７：スロット
８：電機子巻線
９：シャフト孔
１０：回転子鉄心
１１：永久磁石挿入孔
１２：ネオジウム永久磁石
１６：クランク回転軸
１６a：回転軸
３０：フレーム
３１：上蓋
３２：下蓋
４０：電動圧縮機
５０：圧縮要素
５１：固定スクロール部材
５２：端板
５３：渦巻状ラップ
５４：旋回スクロール部材
５５：端板
５６：渦巻状ラップ
５７：圧縮室
５８：吸入パイプ
５９：吐出口
６０：固定部材
６１：吐出パイプ
６２：油孔
６３：油溜め部
６４：上側軸受部
６５：下側軸受部
６６：ターミナル
６７：台座
６８：カウンターウェイト。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石回転界磁型の回転電機に係り、特に、ヒートポンプ用圧縮機に好適な永久磁石式回転電機と、この永久磁石式回転電機を用いた電動圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エアコン、冷凍庫、或いは冷蔵品用ショーケースなどヒートポンプを使用した機器の電動圧縮機には、集中巻方式の電機子巻線を備えた回転界磁型の永久磁石式回転電機が適用されるようになっている。ここで、この集中巻方式とは、電機子鉄心のティースに電機子巻線が集中して施されている方式のことで、回転界磁型の場合、電機子は固定子となり、電機子巻線は固定子巻線となる。また、このときの界磁には希土類のネオジウム永久磁石が採用されるのが通例である。そして、このような永久磁石式回転電機に関しては、その回転子鉄心中にＶ字形状の永久磁石挿入孔を設けて永久磁石を配置し、このとき効率向上の見地から、永久磁石の間に凹部を設け、極間の鉄心が削除された形にする方法が提案されている(例えば、特許文献１参照。)。
【０００３】
また、このような電動圧縮機に使用される永久磁石式回転電機の場合、その駆動にはインバータが用いられるのが通例であるが、この場合のシステム効率は、電動機単体の効率とインバータの効率の乗算値となる。そこで、このシステム効率の向上の観点から、永久磁石式回転電機の極数としては、４極６スロット、或いは６極８スロットが多用されている。一方、特殊な巻線方式、例えば１４極１２スロット、１６極１８スロット、１０極１２スロットの集中巻構成にした場合、巻線インピーダンスのバランスが問題になる。そこで、同一のティース(歯形部)に多層の巻線要素を巻回して接続することにより巻線インピーダンスをバランスさせる方法が従来技術として提案されている(例えば、特許文献２参照。)。
【０００４】
このとき、４極６スロットの場合については、同一コイルをスロット底部側とスロット開口部側と径方向に２分割し、同相のコイルを４並列回路としたＹ結線によるものが提案されており、これら従来技術によれば、電動圧縮機駆動用永久磁石式回転電機の回転子形状の最適化が図られ、また、多極機(１４極１２スロットや１６極１８スロット)の隣接するティースに多層巻線要素を設けたときの各巻線のインピーダンスをバランスさせることができる。
【特許文献１】特開２００２−７８２５５号公報
【特許文献２】特開２００１−１９７６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来技術は、回転電機における軸心のずれに配慮がされておらず、回転子と固定子の空隙が不均一になって特性が低下してしまうという問題があった。すなわち、従来技術は、永久磁石式回転電機の軸心のずれには触れられていない。従って、従来技術では、回転電機の軸心がずれたとき、特性が低下してしまうのである。
【０００６】
本発明の目的は、軸心がずれても特性が低下する虞の少ない永久磁石式回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なるｎ個の巻線要素に分け、これらｎ個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線を構成することにより達成される。
【０００８】
同じく上記目的は、集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる少なくとも２個の巻線要素に分け、これら少なくとも２個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線を構成することにより達成される。
【０００９】
同じく上記目的は、集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる少なくとも３個の巻線要素に分け、これら少なくとも３個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線を構成することにより達成される。
【００１０】
同じく上記目的は、集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる少なくとも４個の巻線要素に分け、これら少なくとも４個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線を構成することにより達成される。
【００１１】
同じく上記目的は、集中巻方式のＹ結線による電機子巻線を二重に備えた永久磁石式回転電機において、前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる２ｎ個の巻線要素に分け、これら２ｎ個の巻線要素のうちの同一ティースに巻回されているｎ個同士を並列に接続した上でそれぞれＹ結線接続し、一方のＹ結線巻線と他方のＹ結線巻線により前記電機子巻線を構成することにより達成される。
【００１２】
このとき、前記一方のＹ結線巻線の中性点と前記他方のＹ結線巻線の中性点が何処にも接続せず、何れも浮かしたままにしておいても上記目的が達成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電機子巻線の巻装方法と結線方法により、偏心回転状態になって回転子が回転した時にも各相巻線間に誘導起電力の偏差が発生せず、循環電流を防止できる。また、誘導起電力の偏差が発生しても、中性点を接続せず、並列回路抵抗が高くなるので、循環電流自体が小さくなるので、特性向上が図れる永久磁石式回転電機が得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明による永久磁石式回転電機及びそれを用いた電動圧縮機について、図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、各図中において、共通する符号は同一物を示す。また、以下の実施形態では、本発明を４極の永久磁石式回転電機に適用し、このとき回転子の極数と固定子のスロット数との比を２：３とした場合について説明するのであるが、始めに、本発明による永久磁石式回転電機の一実施形態が適用されている電動圧縮機について、図３により説明する。
【００１５】
この図３に示した電動圧縮機４０は、例えばエアコンなどに使用される密閉型の圧縮機で、全体がケースの中に密封される。そして、このケースは、円筒状のフレーム３０と、これに接合されている上端側の上蓋３１、及び下端側の下蓋３２により密閉容器として構成され、フレーム３０の中に永久磁石式回転電機１と圧縮要素５０が収納されることになる。このとき、フレーム３０は、図４に示すように、厚板鋼板３００(厚さ３〜５ｍｍ)を両端からＰ方向に折り曲げ、円筒状にして合わせ面を溶接(溶接点３０１)し、端部に上蓋３１と下蓋３２を溶接し、密閉容器としたものである。
【００１６】
この図３に示した電動圧縮機４０は、スクロール圧縮機を適用した場合のものであり、このため圧縮要素５０は、固定スクロール部材５１の端板５２に直立する渦巻状ラップ５３と、旋回スクロール部材５４の端板５５に直立する渦巻状ラップ５６とを噛み合わせた上で旋回スクロール部材５４をクランク回転軸１６によって旋回運動させることにより圧縮動作を行うようになっている。このときの旋回運動は、旋回スクロール部材５４に係合しているクランク回転軸１６の軸芯位置と、永久磁石式回転電機１の回転軸１６ａの軸芯位置が異なることによって与えられる。
【００１７】
このスクロール圧縮機では、固定スクロール部材５１と旋回スクロール部材５４により圧縮室５７(５７ａ、５７ｂ、…)が形成されるようになっている。そして、この圧縮室の中で最も外径側に位置している圧縮室が旋回運動に伴って両スクロール部材５１、５４の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。そこで、圧縮室５７ａ、５７ｂが両スクロール部材５１、５４の中心近傍に達すると、両圧縮室５７内の吸入パイプ５８から吸入されたガスが圧縮され、圧縮室５７に連通した吐出口５９から圧縮されたガスが吐出され、吐出された圧縮ガスは固定スクロール部材５１及び固定部材６０に設けられたガス通路(図示せず)を通って固定部材６０下部のフレーム３０内に至り、フレーム３０の側壁に設けられた吐出パイプ６１から電動圧縮機４０外に排出される。
【００１８】
このとき、永久磁石式回転電機１は、別置のインバータ(図示せず)から給電され、圧縮動作に適した回転速度に制御された状態で回転し、旋回スクロール部材５４を旋回駆動する。このため永久磁石式回転電機１は固定子２と回転子３を備え、回転子３は回転軸１６ａに焼き嵌め嵌合されている。そして、この回転軸１６ａは、その上側にクランク回転軸１６を備えていて、これが旋回スクロール部材５４に係合されている。また、この回転軸１６ａの内部には油孔６２が形成され、回転軸１６ａが回転したときフレーム３０の下部にある油溜め部６３に貯溜されている潤滑油が油孔６２を介して滑り軸受タイプの上側軸受部６４と、ボール軸受タイプの下側軸受部６５に供給される。
【００１９】
永久磁石式回転電機１は、固定子巻線８に三相交流電力が供給されることにより回転動作する。従って固定子巻線８に供給する必要があるが、固定子巻線ゆはフレーム３０の中に密閉されている。そこで、これに外部から電力を供給するため、フレーム３０には端子６６が設けてある。一方、下蓋３２には、この電動圧縮機４０を据え付けるための台座６７が設けてある。また、永久磁石式回転電機１の回転軸１６ａにはクランク回転軸１６が形成してあり、従って軸心が異なるため、回転子３のバランスが崩れる。そこで回転子３の両側にカウンターウェイト６８(６８ａ、６８ｂ)を取り付け、バランスがとられるようになっている。
【００２０】
ところで、フレーム３０は、図４で説明したように、板状の鋼板３００を折り曲げて円筒状に形成している関係上、内周の円径寸法に対する精度が緩く、通常、径寸法で±２０ミクロンｍ程度は変動している。また、固定子２の固定子鉄心６は、このフレーム３０の中に焼嵌め嵌合されるので、このとき固定子２がフレーム３０内に強固に保持されるようにするため、締め代が０．１ｍｍ程度設けられている。そして、この電動圧縮機の組立に際しては、まず、フレーム３０内に固定子６を焼き嵌め嵌合させ、次いで圧縮要素５０がフレーム３０に取り付けられることになる。
【００２１】
このとき回転子３の外周面と、固定子鉄心６の内周面間のギャップが均一になるように調整し、その後、ボール軸受タイプの下側軸受部６５がフレーム３０に固定されることになるが、しかして、このとき、上記した締め代が必要なため、固定子鉄心６の外径よりフレーム３０の内径が０．１ｍｍ程度小さくされ、且つ、フレーム３０の内径真円度が悪いため、固定子２と回転子３の間のギャップ(空隙)が０．１〜０．２ｍｍ程度、変動してしまうのが避けられない。従って、従来技術では、永久磁石式回転電機の特性が低下してしまうのであるが、しかし、以下に説明するように、本発明の実施形態によれば、これが抑えられる。
【００２２】
・第１の実施形態
図１は、本発明による永久磁石式回転電機の第１の実施形態を示す断面図で、ここで、まず、固定子２は、固定子鉄心６と電機子巻線８により構成されている。このとき固定子鉄心６には、ティース４とコアバック５が形成されていて、電機子巻線８は、この固定子鉄心６のティース４に集中巻されている。ここで、この電機子巻線８は、Ｕ相巻線８ａ、８ｄと、Ｖ相巻線８ｂ、８e、それにＷ相巻線８ｃ、８ｆにより、ティース４の間のスロット７の中に収まるようにして三相巻線を構成している。なお、上記したように、この永久磁石式回転電機１は４極６スロットのものであるから、スロットピッチは電気角で１２０度になっている。
【００２３】
次に回転子３は、軸孔９が形成してある回転子鉄心１０を備え、その外周面の近傍に一文字形状の永久磁石挿入孔１１を形成し、この孔の中に平板状のネオジウム永久磁石１２を挿入し、回転子鉄心１０に固定して構成されている。なお、詳しくは後述するが、この図には、固定子２と回転子３の間のギャップについて、一方のギャップｇ１と反対側のギャップｇ２に「ｇ１＞ｇ２」で示す不均衡が現れてしまっている状況が示されている。ここで、この図１の実施形態の特徴は、図示のように、電機子巻線８のコイル(巻線要素)の構成と結線方法にある。
【００２４】
まず、一方のＵ相の巻線８を、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ａ１と内側に巻回されるコイル８ａ２の２個に分け、他方のＵ相の巻線８も、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ｄ１と内側に巻回されるコイル８ｄ２の２個に分ける。次に、一方のＶ相の巻線８を、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ｂ１と内側に巻回されるコイル８ｂ２の２個に分け、他方のＶ相の巻線８も、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ｅ１と内側に巻回されるコイル８ｅ２の２個に分ける。また、一方のＷ相の巻線８を、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ｃ１と内側に巻回されるコイル８ｃ２の２個に分け、他方のＷ相の巻線８も、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ｆ１と内側に巻回されるコイル８ｆ２の２個に分ける。
【００２５】
その上で、図２に示すように、まず、Ｕ相のコイル８ａ１とコイル８ａ２、及びコイル８ｄ１とコイル８ｄ２をそれぞれ並列に接続し、これらを直列に接続してＹ結線のＵ相巻線とする。次に、Ｖ相のコイル８ｃ１とコイル８ｃ２、及びコイル８ｆ１とコイル８ｆ２をそれぞれ並列に接続し、これらを直列に接続してＹ結線のＶ相巻線とする。更に、Ｗ相のコイル８ｂ１とコイル８ｂ２、及びコイル８ｅ１とコイル８ｅ２をそれぞれ並列に接続し、これらを直列に接続してＹ結線のＷ相巻線とする。
【００２６】
以上が、この実施形態の特徴であるが、この上で更にティース４に対して外側に巻回されるコイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１のそれぞれの巻回数(ターン数)と、同じく内側に巻回されるコイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２のそれぞれの巻回数を異なったものとしてあり、具体的には、各コイルについて、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１のそれぞれの巻回数(ターン数)を、同じく内側に巻回されるコイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２のそれぞれの巻回数よりも所定の回数、多くしておくのである。なお、このときの所定の回数については、詳しくは後述するが、一方のコイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１のそれぞれと、他方のコイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２のそれぞれの起電力が略等しくなるような回数にすることになる。
【００２７】
次に、この実施形態の作用効果について説明すると、図３により既に説明したように、電動圧縮機４０は、固定子２の内径を基準にして回転子３の位置が決定され、この結果、上述したように、固定子２と回転子３のギャップが変動し、回転子３の回転中心が偏心してしまう場合がある。例えば、図１に示す方向にが偏心した場合、ギャップｇ１＞ギャップｇ２になる。このとき、ギャップｇ１側のＵ相では磁束数が減少し、ギャップｇ２側のＵ相では磁束数が増加するので、コイル８ｄ１とコイル８ｄ２の誘導起電力が大きくなり、コイル８ｄ１とコイル８ｄ２の誘導起電力は小さくなる。
【００２８】
ここで、もしも従来技術において、図８に示すように、各相の巻線について、例えばＵ相巻線の場合、コイル８ａ１、８ａ２、８ｄ１、８ｄ２を並列に接続したとすると、コイル８ａ１、８ａ２、８ｄ１、８ｄ２の間に循環電流が流れ、永久磁石式回転電機１の特性が低下してしまう。
【００２９】
このことについて詳細に説明すると、上記した電動圧縮機では、スクロールコンプレッサやロータリーコンプレッサなどの圧縮要素(圧縮機構)５０が永久磁石式回転電機１と同じフレーム３０の中に納められるが、このフレーム３０は、図４で説明したように、平板３００を円筒状に折り曲げ、溶接して作られるので、内周寸法の精度保持が難しい。また、このフレーム３０内には永久磁石式回転電機の固定子２が焼き嵌めされるので、０．１ｍｍ程度の締め代があり、このため焼き嵌めした後で固定子鉄心６の内径が０．１〜０．２ｍｍ程度変形する。そして、この固定子鉄心６の内径を基準にして回転子３の軸心位置が決められるため、回転子３が偏心してしまうことになる。
【００３０】
このように回転子３が偏心していると、回転したとき同一相のテイースのコイル間に誘導する起電力に差が生じてしまう。ここでインバータ装置で駆動した場合、電流は誘導起電力の小さいコイルに流れ易くなり、誘導起電力が大きいコイルには流れ難くなる。この場合、インバータ装置からの電流がアンバランスになってしまい、この結果、トルク脈動を発生したり、コイル間に循環電流が流れたりすることになり、永久磁石式回転電機１の特性が低下してしまうのである。
【００３１】
これに対して、この実施形態の場合、各コイルが、図２に示したように接続してあり、且つ、ここで、ティース４に対して外側に巻回されるコイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１のそれぞれの巻回数(ターン数)と、同じく内側に巻回されるコイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２のそれぞれの巻回数を異なったものとしてある。
【００３２】
この結果、図２に示すように、ティース４に近いコイルの誘導起電力Ｅａ１と遠いコイルの誘導起電力Ｅａ２について、これらが略同等になるように、つまり「Ｅａ１≒Ｅａ２」となるようにでき、且つ、軸位置の偏心によるギャップｇ１＞ギャップｇ２の結果として現れれる誘導起電力差、すなわち「Ｅａ１、Ｅａ２＜Ｅｄ１、Ｅｄ２」ついても、これらの誘導起電力の和であるＥａ１＋Ｅｄ１とＥａ２＋Ｅｄ２の和、或いはＥａ１＋Ｅｄ２とＥａ２＋Ｅｄ１の和については何れも同等になるので、各相内に誘導起電力の偏差が発生せず、循環電流の抑制が得られることになる。
【００３３】
従って、この第１の実施形態によれば、回転子３が偏心した状態で回転しても、電機子巻線内に循環電流が発生しないので、たとえ軸心がずれていても特性が低下する虞の少ない永久磁石式回転電機を得ることができる。
【００３４】
・第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態について、図５により説明する。ここで、この図５の実施形態が、図１と図２で説明した第１の実施形態と異なる点は、電機子巻線８の分割数にあり、その他の点は同じである。すなわち、この図５の実施形態では、各相の巻線８がそれぞれ３分割され、各相毎に、ティース４の外側から順にコイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１と、コイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２、それにコイル８ａ３、８ｂ３、８ｃ３、８ｄ３、８ｅ３、８ｆ３が巻回されている点で、第１の実施形態とは異なっている。なお、この図５では、回転子が省略してある。
【００３５】
このとき、各コイルの巻回数については、反対にティース４側から順次、多くされていて、コイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１からコイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２、それにコイル８ａ３、８ｂ３、８ｃ３、８ｄ３、８ｅ３、８ｆ３の順にターン数が多くされ、各相で誘導起電力が同等になるようにしてある点は、第１の実施形態の場合と同じであり、各相の巻線がＹ結線されている点も同じである。
【００３６】
・第３の実施形態
次に、同じく本発明の第３の実施形態について、図６により説明する。ここで、この図６の実施形態も、図１と図２で説明した第１の実施形態と異なる点は、電機子巻線８の分割数にあり、その他の点は同じである。すなわち、この図６の実施形態では、各相の巻線８がそれぞれ４分割され、各相毎に、ティース４の外側から順にコイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１と、コイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２、コイル８ａ３、８ｂ３、８ｃ３、８ｄ３、８ｅ３、８ｆ３、それにコイル８ａ４、８ｂ４、８ｃ４、８ｄ４、８ｅ４、８ｆ４が巻回されている。なお、この図６でも、回転子は省略してある。
【００３７】
そして、このとき、各コイルの巻回数についても、反対にティース４側から順次、多くされていて、コイル８ａ１、８ｂ１、８ｃ１、８ｄ１、８ｅ１、８ｆ１からコイル８ａ２、８ｂ２、８ｃ２、８ｄ２、８ｅ２、８ｆ２、コイル８ａ３、８ｂ３、８ｃ３、８ｄ３、８ｅ３、８ｆ３、それにコイル８ａ４、８ｂ４、８ｃ４、８ｄ４、８ｅ４、８ｆ４の順にターン数(巻回数)が多くされ、各相で誘導起電力が同等になるようにしてある点も、第１の実施形態の場合と同じであり、各相の巻線がＹ結線されている点も同じである。
【００３８】
そして、この図６の実施形態では、各こいるは図８に示すように接続されるが、この場合、各コイルの巻回数が異なっている。従って、これら第２の実施形態と第３の実施形態によっても、ティース４に近いコイルの誘導起電力と遠いコイルの誘導起電力について略同等になるようになり、且つ、偏心回転状態になっても各相巻線間に誘導起電力の偏差が発生しないようにできることになり、この結果、これら第２の実施形態と第３の実施形態によれば、コイルの分割数を多くした場合でも循環電流が防止でき、且つ、たとえ軸心がずれていても特性が低下する虞の少ない永久磁石式回転電機を得ることができる。
【００３９】
・第４の実施形態
次に、同じく、本発明の第４の実施形態について、図７により説明すると、この図７の実施形態は、図１と図２で説明した第１の実施形態と同じ分割コイルによる巻線構成を備えている点は同じで、このとき各巻線の巻回数が変えられているいる点も同じであり、異なっているのは、図７から明らかなように、電機子巻線８のＹ結線接続にあり、図示のように、Ｙ結線接続が２系統に分けられ＜電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる２ｎ個の巻線要素に分け、これら２ｎ個の巻線要素のうちの同一ティースに巻回されているｎ個同士を並列に接続した上でそれぞれＹ結線接続し、一方のＹ結線巻線と他方のＹ結線巻線により前記電機子巻線が構成ているのが特徴である。
【００４０】
このため電機子巻線８は、ティース４に近い内側から外側に向かって巻回数が少なくされているＵ相巻線８ａ１、８ａ２、８ｄ１、８ｄ２と、Ｖ相巻線８ｂ１、８ｂ２、８ｃ１、８ｃ２、それにＷ相巻線８ｅ１、８ｅ２、８ｆ１、８ｆ２を備えている。従って、この場合は、ｎ＝２となる。そして、まずＵ相巻線８ａ１、８ａ２とＶ相巻線８ｂ１、８ｂ２、それにＷ相巻線８ｃ１、８ｃ２をそれぞれ並列に接続した上で、これらをスター接続して一方のＹ相結線Ｙ１とし、次にＵ相巻線８ｄ１、８ｄ２と、Ｖ相巻線８ｅ１、８ｅ２、それにＷ相巻線８ｆ１、８ｆ２をそれぞれ並列に接続した上で、これらもスター接続して他方のＹ相結線Ｙ２とする。そして、これらＹ相結線Ｙ１の中性点とＹ相結線Ｙ２の中性点は何処にも接続せず、何れも浮いたままにしておくのである。
【００４１】
従って、この第４の実施形態によっても、ティース４に近いコイルの誘導起電力と遠いコイルの誘導起電力について略同等になるようになり、且つ、偏心回転状態になっても各相巻線間に誘導起電力の偏差が発生しないようにできることになり、この結果、コイルの分割数を多くした場合でも循環電流を防止し、たとえ軸心がずれていても特性が低下する虞の少ない永久磁石式回転電機を得ることができる。また、この第４の実施形態によれば、２系統のＹ相結線の中性点が何処にも接続されていないことから、並列回路抵抗が高くなるので、この点でも循環電流の抑制が得られ、たとえ軸心がずれていても特性が低下する虞の少ない永久磁石式回転電機を得ることができる。
【００４２】
ところで、以上の実施形態では、何れも電機子巻線として単線の場合について説明したが、多層巻線の各層の巻線コイルを複数本持ちにより構成しても良く、この場合でも循環電流を抑制し、循環電流の減少が得られる点には変わりない。また、以上の実施形態では、圧縮要素としてスクロール圧縮機を適用した場合について説明したが、本発明による永久磁石式回転電機の適用対象かスクロール圧縮機に限られないことは言うまでもなく、ロータリーコンプレッサやレシプロコンプレッサなどの圧縮機に適用しても良く、勿論、駆動対象が圧縮機に限られないことも、言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による永久磁石式回転電機の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による電機子巻線の結線図である。
【図３】永久磁石式回転電機を搭載した電動圧縮機の一例を示す断面図である。
【図４】電動圧縮機のフレーム製造方法の一例を示す説明図である。
【図５】本発明による永久磁石式回転電機の第２の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明による永久磁石式回転電機の第３の実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態による電機子巻線の結線図である。
【図８】本発明の第３の実施形態による結線図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：永久磁石式回転電機
２：固定子
３：回転子
４：ティース
５：コアバック
６：固定子鉄心
７：スロット
８：電機子巻線
９：シャフト孔
１０：回転子鉄心
１１：永久磁石挿入孔
１２：ネオジウム永久磁石
１６：クランク回転軸
１６a：回転軸
３０：フレーム
３１：上蓋
３２：下蓋
４０：電動圧縮機
５０：圧縮要素
５１：固定スクロール部材
５２：端板
５３：渦巻状ラップ
５４：旋回スクロール部材
５５：端板
５６：渦巻状ラップ
５７：圧縮室
５８：吸入パイプ
５９：吐出口
６０：固定部材
６１：吐出パイプ
６２：油孔
６３：油溜め部
６４：上側軸受部
６５：下側軸受部
６６：ターミナル
６７：台座
６８：カウンターウェイト。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、
前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なるｎ個の巻線要素に分け、
これらｎ個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線が構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、
前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる少なくとも２個の巻線要素に分け、
これら少なくとも２個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線が構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】
集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、
前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる少なくとも３個の巻線要素に分け、
これら少なくとも３個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線が構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項４】
集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、
前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる少なくとも４個の巻線要素に分け、
これら少なくとも４個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線が構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項５】
集中巻方式のＹ結線による電機子巻線を二重に備えた永久磁石式回転電機において、
前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる２ｎ個の巻線要素に分け、
これら２ｎ個の巻線要素のうちの同一ティースに巻回されているｎ個同士を並列に接続した上でそれぞれＹ結線接続し、一方のＹ結線巻線と他方のＹ結線巻線により前記電機子巻線が構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項６】
請求項５に記載の永久磁石式回転電機において、
前記一方のＹ結線巻線の中性点と前記他方のＹ結線巻線の中性点が何処にも接続せず、何れも浮かしたままにされていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の永久磁石式回転電機を搭載したことを特徴とする電動圧縮機。
【請求項１】
集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、
前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なるｎ個の巻線要素に分け、
これらｎ個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線が構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、
前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる少なくとも２個の巻線要素に分け、
これら少なくとも２個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線が構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】
集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、
前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる少なくとも３個の巻線要素に分け、
これら少なくとも３個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線が構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項４】
集中巻方式の電機子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、
前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる少なくとも４個の巻線要素に分け、
これら少なくとも４個の巻線要素を並列に接続して前記電機子巻線が構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項５】
集中巻方式のＹ結線による電機子巻線を二重に備えた永久磁石式回転電機において、
前記電機子巻線の電機子鉄心のティースに集中巻された部分を、巻回数の異なる２ｎ個の巻線要素に分け、
これら２ｎ個の巻線要素のうちの同一ティースに巻回されているｎ個同士を並列に接続した上でそれぞれＹ結線接続し、一方のＹ結線巻線と他方のＹ結線巻線により前記電機子巻線が構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項６】
請求項５に記載の永久磁石式回転電機において、
前記一方のＹ結線巻線の中性点と前記他方のＹ結線巻線の中性点が何処にも接続せず、何れも浮かしたままにされていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の永久磁石式回転電機を搭載したことを特徴とする電動圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−３１２５１３（Ｐ２００７−３１２５１３Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３９２６４（Ｐ２００６−１３９２６４）
【出願日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【出願人】（５０２１２９９３３）株式会社日立産機システム (1,140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【出願人】（５０２１２９９３３）株式会社日立産機システム (1,140)
【Ｆターム（参考）】
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