電動圧縮機用の電動モータ
【課題】電動圧縮機の大型化を抑制しつつ、電動機側で回転バランスの調整が可能な電動圧縮機用の電動モータの提供にある。
【解決手段】複数のスロット１９に固定子巻線２０が巻回されハウジング１２に固定された固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１の外周側に配置され回転軸１６に連結されると共に内周側に円筒状の磁石群集合体２３が支持された回転支持体２２とを備えた電動圧縮機用の電動モータ１５であって、回転支持体２２は、磁石群集合体２３を支持する円筒部２２Ｃと、円筒部２２Ｃの一方の端部のフランジ部２２Ｂと、フランジ部２２Ｂの中心に設けたボス部２２Ａとを備え、回転支持体２２の円筒部２２Ｃ及びフランジ部２２Ｂには凹部２５及び貫通孔２６がそれぞれ形成され、磁石群集合体２３は、ハルバッハ配列の磁石群２７、２８、２９を軸心方向に３列に連設させ、かつ、円周方向に磁極の位相を所定角度αだけずらして配置する。
【解決手段】複数のスロット１９に固定子巻線２０が巻回されハウジング１２に固定された固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１の外周側に配置され回転軸１６に連結されると共に内周側に円筒状の磁石群集合体２３が支持された回転支持体２２とを備えた電動圧縮機用の電動モータ１５であって、回転支持体２２は、磁石群集合体２３を支持する円筒部２２Ｃと、円筒部２２Ｃの一方の端部のフランジ部２２Ｂと、フランジ部２２Ｂの中心に設けたボス部２２Ａとを備え、回転支持体２２の円筒部２２Ｃ及びフランジ部２２Ｂには凹部２５及び貫通孔２６がそれぞれ形成され、磁石群集合体２３は、ハルバッハ配列の磁石群２７、２８、２９を軸心方向に３列に連設させ、かつ、円周方向に磁極の位相を所定角度αだけずらして配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動圧縮機用の電動モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、密閉ケース内に電動機部としての永久磁石電動機と、永久磁石電動機によりクランクシャフトを介して回転駆動されるロータリ式の圧縮部とを備えた密閉型圧縮機が開示されている。永久磁石電動機は、巻線用の磁極歯が複数形成された固定子と、この固定子の外周側に配置される永久磁石回転子とからなっている。永久磁石回転子は、外周側の回転子鉄心と、この回転子鉄心の内周側に射出成形により取り付けられる樹脂ボンド永久磁石とを備え、回転子鉄心にはクランクシャフトが固着されている。この永久磁石電動機は、固定子が内周側に配置され回転子が外周側に配置された電動機である。また、この密閉型圧縮機は、圧縮部と電動機部とが一体化された電動圧縮機である。
【０００３】
固定子の巻線が通電されると、回転子鉄心の内周側の永久磁石によって形成される磁束を横切るように電流が流れることにより永久磁石回転子及びこの永久磁石回転子と固着されたクランクシャフトが回転する。クランクシャフトが回転することにより、密閉ケース内に設けられた吸込管から吸い込んだ冷媒ガスを圧縮部で圧縮し、吐出管を介して密閉ケース外に吐出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８０５７６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１で開示された従来技術においては、回転子鉄心の内周側に永久磁石が設けられ、永久磁石は円周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された構成を有している。例えば、図１２に示すように、永久磁石７１は、内周側がＮ極に着磁され外周側がＳ極に着磁された磁石と、内周側がＳ極に着磁され外周側がＮ極に着磁された磁石とを円周方向に交互に配置したラジアル配向の磁石配列を有している。この場合、内周側のＮ極から出た磁束は、永久磁石７１の内周側に隙間を介して配置された固定子鉄心７３内を通過し隣接するＳ極の方向に向う磁束の流れ（磁力線）が形成される。永久磁石７１内では、内周側のＳ極から外周側のＮ極に向う磁束の流れと、外周側のＳ極から内周側のＮ極に向う磁束の流れとが形成される。そして、回転子鉄心７２内では、Ｎ極からＳ極に向う磁束の流れが形成される。このように、回転子鉄心７２内を磁束が通過することにより、磁束のループ（磁気回路）が形成されるので、回転子鉄心７２を鉄材などの強磁性体で構成しないと永久磁石電動機の磁気特性が変化し、モータ特性（トルク特性など）が悪化してしまう問題がある。
【０００６】
ところで、圧縮部と電動機部とが一体化された電動圧縮機においては、圧縮部における負荷変動に対処するために、回転軸などにバランスウェイトを設置したものがある。しかし、バランスウェイトを設置する場合には、設置するためのスペースが必要となり、電動圧縮機が大型化し、車両などへの搭載性が悪化する問題がある。
そこで、電動圧縮機の大型化を抑制するために、電動機部における回転子鉄心の形状を変更して電動圧縮機の回転バランスを得る試みがある。しかし、回転子鉄心７２の形状を変更しようとすると下記不具合が発生する恐れがある。すなわち、回転子鉄心７２に孔加工を施して回転子鉄心７２の形状を変更した場合には、孔には磁束の流れが形成されず、永久磁石電動機の磁気特性が変化し必要とするトルクが得られない問題がある。また、回転子鉄心の肉厚を一部変化させる加工を施しても、磁気特性が変化し、同様の問題がおこる。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、電動圧縮機の大型化を抑制しつつ、電動機側で回転バランスの調整が可能な電動圧縮機用の電動モータの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、複数のスロットが形成され該スロットに固定子巻線が巻き回されハウジングに固定された固定子と、前記固定子の外周側に配置され回転軸に一体回転可能に取り付けられた回転子とを備え、前記回転子は、前記回転軸と一体回転可能に固定された回転支持体と、前記回転支持体に支持された磁石とを備えた電動圧縮機用の電動モータであって、前記磁石群の円周方向の磁極配列が、ハルバッハ配列であることを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、磁石の円周方向の磁極配列がハルバッハ配列なので、磁束は回転支持体内をほとんど通過しない。従って、回転支持体の形状を変化させ圧縮機の回転バランスの調整を行っても、電動モータの磁気特性には影響をほとんど及ぼすことなく、電動モータのトルク特性はほとんど変化しない。よって、電動圧縮機の大型化を抑制しつつ、電動機側で回転バランスの調整が可能である。なお、ハルバッハ配列の磁石とは、磁石内における磁化方向が位置により少しずつ変化するように磁化されて、磁石における磁極中心に磁束が集中するように形成された磁石のことを指す。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記回転支持体は、非磁性金属より形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、回転支持体は非磁性金属より形成されているので、強磁性体で回転支持体を構成する場合に比べて、回転支持体の形状を変化させても、電動モータの磁気特性への影響を格段に小さくできる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記非磁性金属が、アルミニウムであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、アルミニウムは非磁性金属の中でも強度がありかつ比重が小さい。よって、電動モータの軽量化が図れると共に、回転に伴う慣性モーメントを小さくできる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記回転支持体は、前記磁石を支持する円筒部と、前記円筒部の一方の開口を閉鎖するフランジ部と、前記フランジ部の中心部に形成され、前記回転軸に固定されるボス部とを備え、前記回転支持体の前記フランジ部に貫通孔を形成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、回転支持体のフランジ部に貫通孔を形成することによって回転バランスの調整が可能である。また、貫通孔によって電動モータ内を冷媒が通りやすくなり、固定子の冷却性が向上する。なお、冷媒は固定子と回転子との間の隙間を通る。回転支持体に貫通孔を形成しても電動モータの磁気特性には影響を及ぼさない。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記回転支持体は、前記磁石を支持する円筒部と、前記円筒部の一方の開口を閉鎖するフランジ部と、前記フランジ部の中心部に形成され、前記回転軸に固定されるボス部とを備え、前記回転支持体の前記円筒部に凹部を形成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、回転支持体の円筒部に凹部を形成することによって回転バランスの調整が可能である。永久磁石として粉末状の磁性体を樹脂で固めたボンド磁石を採用した場合、円筒部に貫通孔を設けると磁石の一部が拘束されず遠心力によって径方向外側へと変形しうる懸念があるが、凹部であればそのような問題がない。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項４に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記貫通孔に、前記回転支持体とは異なる非磁性金属を埋め込んだことを特徴とする。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、貫通孔に回転支持体とは異なる非磁性金属を埋め込むことができるので、貫通孔を設けるのみよりも一層回転バランスをとり易くなる。また、貫通孔を設けることによる回転支持体の剛性低下を防ぐことができる。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項５に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記凹部に、前記回転支持体とは異なる非磁性金属を埋め込んだことを特徴とする。
【００２１】
請求項７記載の発明によれば、凹部に回転支持体とは異なる非磁性金属を埋め込むことができるので、凹部を設けるのみよりも一層回転バランスをとり易くなる。また、凹部を設けることによる回転支持体の剛性低下を防ぐことができる。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項６または７に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記非磁性金属が真鍮であることを特徴とする。
【００２３】
請求項８記載の発明によれば、真鍮は非磁性金属の中でも比重が大きいので、さらに回転バランスをとり易くなる。
【００２４】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記磁石を前記回転軸の軸心方向に複数列に連設させると共に、前記磁石の磁極の位相をそれぞれ円周方向に所定角度だけずらして配置したことを特徴とする。
【００２５】
請求項９記載の発明によれば、電動モータのトルクリップルが大幅に低減する。従って、電動モータのＮＶ特性の改善が可能である。なお、トルクリップルとは、モータの回転に際しトルクが持つ変動幅のことを指し、ＮＶ特性とは電動機における振動・騒音特性のことを指す。
【００２６】
請求項１０記載の発明は、請求項９に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記磁石を前記回転軸の軸心方向に２または３列に連設させることを特徴とする。
【００２７】
請求項１０記載の発明によれば、２または３個の磁石を軸心方向に連設させて形成されているので、少ない個数で効果的にトルクリップルを軽減可能である。
【００２８】
請求項１１記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記磁石が、前記円周方向の磁極配列がハルバッハ配列であると共に、前記磁極の位相を前記回転軸の軸心方向に対して螺旋状にずれるように着磁した一個の円筒状磁石であることを特徴とする。
【００２９】
請求項１１記載の発明によれば、複数個の磁石を軸心方向に連設させる必要が無く、組み付けが容易である。また、電動モータのトルクリップルが大幅に低減し、電動モータのＮＶ特性の改善が可能である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、電動圧縮機の大型化を抑制しつつ、電動機側で回転バランスの調整が可能な電動圧縮機用の電動モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施形態に係る電動モータを備えた電動圧縮機の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る電動モータの構成を示す斜視図である。
【図４】第１の実施形態に係る電動モータにおける磁石の配置を示す。（ａ）磁石群の配置を示す斜視図であり、（ｂ）１列目の磁石群の磁極の位相を示し、（ｃ）２列目の磁石群の磁極の位相を示し、（ｄ）３列目の磁石群の磁極の位相を示す。
【図５】第１の実施形態に係る電動モータにおける磁化方向と磁束の流れを説明するための要部拡大断面である。
【図６】第１の実施形態に係る電動モータのトルク特性を示すグラフである。
【図７】第２の実施形態に係る電動モータの構成を示す斜視図である。
【図８】第３の実施形態に係る電動モータの構成を示す斜視図である。
【図９】図８における左側面図である。
【図１０】第３の実施形態に係る電動モータの作用説明用の縦断面模式図である。
【図１１】その他の実施形態に係る電動モータの磁石の構成を示す斜視図である。
【図１２】従来技術に係る電動モータの磁束の流れを説明するための要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る電動圧縮機用の電動モータを図１〜図６に基づいて説明する。
図１は、電動モータを備えた電動圧縮機の全体構成を示す縦断面図であり、図１における電動圧縮機の左側を前部側とし、電動圧縮機の右側を後部側とする。
図１に示す電動圧縮機のハウジングは、フロントハウジング１１とリヤハウジング１２により形成されている。フロントハウジング１１及びリヤハウジング１２は、隔壁１３を間に挟んで接合されており、図示しないが、ボルトによって互いに締結されている。
【００３３】
隔壁１３によりハウジング内の密閉空間は前部空間３０と後部空間３１とに区画されている。前部空間３０には冷媒を圧縮する回転圧縮部１４が設けられている。回転圧縮部１４は、図示しないが、例えば、スクロール式の圧縮機構を備えている。後部空間３１には電動モータ１５が設けられている。また、リヤハウジング１２には冷媒ガスの吸入口３２が設けられ、フロントハウジング１１には、回転圧縮部１４にて圧縮された冷媒ガスの吐出口３３が設けられている。また、隔壁１３には、吸入口３２から後部空間３１に導入された冷媒ガスを前部空間３０に案内する開口１３Ａが形成されている。
リヤハウジング１２の中央部には回転軸１６が配設され、回転軸１６はリヤハウジング１２に設けられた軸受１７と、隔壁１３に設けられた軸受１８により回転自在に軸支されている。回転軸１６は、図示しないが、回転圧縮部１４における圧縮機構と連結されている。（例えば、スクロール式の圧縮機構の場合には、可動スクロールと連結）
【００３４】
図１及び図２に示すように、電動モータ１５は、固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１の外周側に配置され回転軸１６に一体回転可能に取り付けられた回転支持体２２とを備えている。なお、固定子鉄心２１が固定子に相当し、回転支持体２２が回転子に相当する。
【００３５】
固定子鉄心２１は、円筒状の形状を有し、外周側には円周方向に等間隔で複数のスロット１９（この場合には、１２個のスロット１９）が形成されスロット１９には固定子巻線２０が巻き回されている（図２において一部のスロット１９の固定子巻線２０のみを図示している）。固定子巻線２０は、分布巻又は集中巻形式で巻き回されており、３相の交流電圧が印加されている。固定子鉄心２１は、内周側に設けられた支持部材２４に固着されており、支持部材２４は回転軸１６を通す筒状の部位と、リヤハウジング１２に固定される部位を有し、リヤハウジング１２に図示しないボルトなどにより固定されている。支持部材２４と回転軸１６との間には、隙間が形成されている。
【００３６】
回転支持体２２は、有底円筒状で後方が開放され、前方の開口は閉鎖された形状を有している。回転支持体２２は、回転軸１６に嵌合固定された筒状のボス部２２Ａと、ボス部２２Ａの前端部に設けられたフランジ部２２Ｂと、フランジ部２２Ｂの外周縁から後方へ向かって延設された筒状の円筒部２２Ｃとを備えている。回転支持体２２は、アルミニウムにより形成されている。回転支持体２２はアルミニウム以外の非磁性金属により形成してもよい。
【００３７】
図３に示すように、回転支持体２２の円筒部２２Ｃには凹部２５が形成されている。凹部２５は、回転軸１６の軸心方向において所定の幅を有し円周方向に所定角度だけ円筒部２２Ｃを繰り抜くことにより形成されている。また、回転支持体２２のフランジ部２２Ｂには、丸孔状の貫通孔２６が形成されている。凹部２５及び貫通孔２６は、電動圧縮機における回転バランス調整用の加工部である。すなわち、電動圧縮機の回転圧縮部１４では、回転に伴い負荷変動が発生し回転がアンバランスとなる。その回転のアンバランスを解消するために電動モータ１５に凹部２５及び貫通孔２６を設けたものである。また、凹部２５及び貫通孔２６は、回転軸１６の軸心に対し軸対称とならない位置に形成されている。
【００３８】
図１及び図４（ａ）に示すように、回転支持体２２の円筒部２２Ｃの内周面には、磁石群集合体２３が固着されている。磁石群集合体２３は、軸心方向に３列に連設されることにより形成されている。ここで、１列目の環状磁石群を磁石群２７とし、２列目の環状磁石群を磁石群２８とし、３列目の環状磁石群を磁石群２９とする。磁石群２７、２８、２９は、それぞれ円弧状磁石片２３Ａと円弧状磁石片２３Ｂと円弧状磁石片２３Ｃを円周方向に交互に配置して形成されている。
【００３９】
図２に示すように、磁石群２９は、ハルバッハ配列の円弧状磁石片２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを円周方向に配置したものである。図５に示すように、円弧状磁石片２３Ａは、内周面の中心がＳ極となるように着磁されたハルバッハ配列の円弧状磁石片のことを指し、円弧状磁石片２３Ｂは、周方向の両端面がそれぞれＮ極とＳ極になるように着磁されたハルバッハ配列の円弧状磁石片のことを指し、円弧状磁石片２３Ｃは、内周面の中心がＮ極となるように着磁されたハルバッハ配列の円弧状磁石片のことを指している。円弧状磁石片２３ＡはＳ極同士を向かい合わせた円弧状磁石片２３Ｂによって挟まれ、円弧状磁石片２３ＣはＮ極同士を向かい合わせた円弧状磁石片２３Ｂによって挟まれる。この実施形態においては、計８個の円弧状磁石片２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃによりハルバッハ配列の磁石群２９が形成されている。磁石群２７、２８についても上記と同様である。
【００４０】
また、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に示すように、磁石群２７、２８、２９は、円周方向の磁極の位相を所定角度αだけずらして配置されている。αは磁極の位相のずれ量（角度）を表している。すなわち、図４（ｂ）に示す１列目の磁石群２７の磁極の位相を基準としたときに、図４（ｃ）に示す２列目の磁石群２８の磁極の位相は、時計方向に所定角度αだけずらして配置されており、図４（ｄ）に示す３列目の磁石群２９の磁極の位相は、時計方向に所定角度２αだけずらして配置されている。また、図４（ｄ）に示す３列目の磁石群２９の磁極の位相は、図４（ｃ）に示す２列目の磁石群２８の磁極の位相に対して時計方向に所定角度αだけずらして配置されている。なお、この実施形態においては、α≒１０°に設定されている。
そして、磁石群２７、２８、２９の内周面と固定子鉄心２１の外周面との間には隙間Ｇが形成されている。
【００４１】
以上の構成を有する電動モータ１５につきその作用説明を行う。
図５に示すように、円弧状磁石片２３Ｃの内周側のＮ極から出た磁束は、磁石群２９の内周側に隙間Ｇを介して配置された固定子鉄心２１内を通過し円弧状磁石片２３Ａの内周側のＳ極の方向に向う磁束の流れ（磁力線）が形成される。円弧状磁石片２３Ａ内では内周側のＳ極から外周側のＮ極に向い、円弧状磁石片２３Ｂ内では端面のＳ極から端面のＮ極に向い、円弧状磁石片２３Ｃ内では外周側のＳ極から内周側のＮ極に向う磁束の流れが形成される。
【００４２】
このように、ハルバッハ配列の磁石群２９を用いることにより、Ｎ極から出た磁束は固定子鉄心２１内を通過して隣接するＳ極に向い、円弧状磁石片２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ内を円弧状磁石片２３ＡのＳ極から円弧状磁石片２３ＣのＮ極に直接向うことによって、円筒部２２Ｃ内をほとんど通過しない磁束のループ（磁気回路）が形成される。この磁束の流れを鎖交するように固定子鉄心２１のスロット１９に巻き回された固定子巻線２０に電流が流れることにより、回転支持体２２には力が作用し、回転支持体２２及び回転軸１６は回転駆動される。
よって、円筒部２２Ｃに凹部２５を形成しても、電動モータ１５における磁束の流れに影響を及ぼすことはなく、電動モータ１５のモータ特性（トルク特性など）は変化しない。従って、回転支持体２２のフランジ部２２Ｂに形成された貫通孔２６に加えて、回転支持体２２の円筒部２２Ｃに凹部２５を形成することができ、電動モータ１５側で電動圧縮機における回転バランスの調整が可能である。
【００４３】
また、回転支持体２２に凹部２５及び貫通孔２６を形成することにより、回転バランスの調整が可能なので、回転軸１６などにバランスウェイトを配置する必要がなく、電動圧縮機の大型化を抑制することが可能である。
【００４４】
さらに、回転支持体２２は、鉄材などの強磁性体を用いなくても良くアルミニウムなど非磁性金属を使用することが可能である。特に、アルミニウムは非磁性金属の中でも強度がありかつ比重が小さい。よって、電動モータ１５の軽量化が図れると共に、回転に伴う慣性モーメントを小さくできる。
【００４５】
図６に示すグラフは、本実施形態における電動モータ１５のトルク特性を示すグラフである。横軸に回転角度（°）をとり、縦軸にトルク（任意単位）をとる。実線で示すグラフＴ１は、本実施形態の構成、すなわち、磁石群２７、２８、２９を軸心方向に３列に連設させ、かつ、円周方向に磁極の位相を所定角度αだけずらして配置したときのトルク特性を示したものである。比較例として破線で示すグラフＴ２は、磁石群２７、２８、２９を軸心方向に３列に連設させ、かつ、円周方向に磁極の位相をずらさない構成のときのトルク特性を示したものである。
【００４６】
比較例として示すグラフＴ２では、トルクも大きいが、トルクリップルも大きく、電動モータのＮＶ特性の悪化が懸念される。一方、グラフＴ１では、トルクリップルが大幅に低減する。なお、トルクリップルとは、モータの回転に際しトルクが持つ変動幅のことを指し、ＮＶ特性とは電動機における振動・騒音特性のことを指す。
従って、回転支持体２２としてアルミニウムを使用し、ハルバッハ配列の磁石群２７、２８、２９を軸心方向に３列に連設させ、かつ、円周方向に磁極の位相を所定角度αだけずらして配置することにより、電動モータ１５のＮＶ特性の改善が可能である。
【００４７】
また、磁石群集合体２３は、３個の磁石群２７、２８、２９を３列に連設させて形成されているので、少ない個数で効果的にトルクリップルを軽減可能である。
また、所定角度αは、磁極数とスロット数により自動的に定まる。例えば、本実施形態のように磁極数が４極で、スロット数が１２スロットの場合には、α≒１０°が良好であり、３列に連設された磁石群２７、２８、２９をそれぞれ位相を１０°ずつずらすと、トルクリップルが最小となる。すなわち、磁石群２７および磁石群２８における磁極の位相が１０°ずれるように磁石群２７と磁石群２８を配置し、磁石群２８と磁石群２９における磁極の位相が１０°ずれるように磁石群２８と磁石群２９を配置する。磁石群２７と磁石群２９における磁極の位相が２０°ずれる位置関係にある。
また、６極１８スロットの場合には、α≒６．７°が良好であり、３列に連設された磁石群２７、２８、２９をそれぞれ位相を６．７°ずつずらすと、トルクリップルが最小となる。また、８極１２スロットの場合には、α≒５°が良好であり、３列に連設された磁石群２７、２８、２９をそれぞれ位相を５°ずつずらすと、トルクリップルが最小となる。
【００４８】
第１の実施形態に係る電動モータ１５によれば以下の効果を奏する。
（１）磁石群集合体２３はハルバッハ配列の磁石群２７、２８、２９から構成され、回転支持体２２としてアルミニウムが使用されているので、磁束は回転支持体２２の影響を受けにくい。よって、円筒部２２Ｃに凹部２５を形成しても、電動モータ１５の磁気特性に影響を及ぼさない。従って、回転支持体２２のフランジ部２２Ｂに形成された貫通孔２６に加えて、回転支持体２２の円筒部２２Ｃに凹部２５を形成することができ、電動モータ１５側で電動圧縮機における回転バランスの調整が可能である。
（２）回転支持体２２に凹部２５及び貫通孔２６を形成することにより、回転バランスの調整が可能なので、回転軸１６などにバランスウェイトを配置する必要がなく、電動圧縮機の大型化を抑制することが可能である。
（３）回転支持体２２は、鉄材などの強磁性体を用いなくても良くアルミニウムなど非磁性金属を使用することが可能である。特に、アルミニウムは非磁性金属の中でも強度がありかつ比重が小さい。よって、電動モータ１５の軽量化が図れると共に、回転に伴う慣性モーメントを小さくできる。
（４）回転支持体２２としてアルミニウムを使用し、ハルバッハ配列の磁石群２７、２８、２９を軸心方向に３列に連設させ、かつ、円周方向に磁極の位相を所定角度αだけずらして配置することにより、トルクリップルが大幅に低減する。従って、電動モータ１５のＮＶ特性の改善が可能である。
（５）磁石群集合体２３は、３個の磁石群２７、２８、２９を３列に連設させて形成されているので、少ない個数で効果的にトルクリップルを軽減可能である。
【００４９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る電動モータを図７に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における回転支持体２２の形状を変更したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
【００５０】
図７に示すように、この実施形態の電動モータ４０は、第１の実施形態と同様に、回転支持体２２の円筒部２２Ｃには凹部２５が形成され、回転支持体２２のフランジ部２２Ｂには貫通孔２６が形成されている。この凹部２５及び貫通孔２６には真鍮から形成された部材が埋め込まれている。すなわち、凹部２５には、真鍮からなる円弧状の第１部材４１が埋め込まれ、貫通孔２６には、真鍮からなる丸板状の第２部材４２が埋め込まれている。第１部材４１及び第２部材４２は回転バランス調整用のバランサである。
その他の構成は、第１の実施形態と同等であり、説明を省略する。
【００５１】
このように、第２の実施形態においては、凹部２５及び貫通孔２６には真鍮からなる第１部材４１及び第２部材４２がそれぞれ埋め込まれており、第１部材４１及び第２部材４２は回転支持体２２の材料であるアルミニウムとは異なる非磁性金属で形成されている。また、真鍮は黄銅とも呼ばれ、銅と亜鉛との合金であり、非磁性金属の中でも比重が大きい。従って、電動圧縮機における回転バランスを一層とりやすくなり、回転圧縮部１４におけるより大きな負荷変動に対応可能となる。また、凹部２５や貫通孔２６を設けたことによる回転支持体２２の剛性低下を第１部材４１及び第２部材４２が補うことが可能となる。
その他の作用効果については、第１の実施形態における（１）〜（５）と同様であり説明を省略する。
【００５２】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る電動モータを図８〜図１０に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における回転支持体２２のフランジ部２２Ｂに複数の貫通孔を形成したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
【００５３】
図８及び図９に示すように、この実施形態の電動モータ５０は、回転支持体２２のフランジ部２２Ｂに複数の貫通孔５１が形成されている。貫通孔５１は、円周方向に等間隔で４個形成されている。
その他の構成は、第１の実施形態と同等であり、説明を省略する。
【００５４】
以上の構成を有する電動モータ５０につき図１０を用いてその作用説明を行う。
吸入口３２から吸入された冷媒ガスは、図１０に矢印Ｋで示すように、電動モータ５０における磁石群２７、２８、２９の内周面と固定子鉄心２１の外周面との間に形成された隙間Ｇを通って、前方に進み貫通孔５１を通って回転圧縮部１４側に排出される。
このように、貫通孔５１を形成することによって隙間Ｇを冷媒ガスが通過しやすくなり、固定子鉄心２１が冷却され、電動モータ５０のトルク特性を変えることなく固定子鉄心２１の温度上昇を抑制することが可能となる。
その他の作用効果については、第１の実施形態における（３）〜（５）と同様であり説明を省略する。
【００５５】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
○ 第１〜第３の実施形態においては、回転支持体２２をアルミニウムで形成するとして説明したが、アルミニウム以外の非磁性金属を使用しても良い。
○ 第１〜第３の実施形態においては、ハルバッハ配列の磁石群２７、２８、２９を軸心方向に３列に連設させ、かつ、円周方向に磁極の位相を所定角度αだけずらして配置するとして説明したが、図１１に示すように、円周方向の磁極配列がハルバッハ配列であると共に、磁極の位相を回転軸１６の軸心方向に対して螺旋状にずれるように着磁した一個の円筒状磁石６１を用いても良い。この場合には、複数個の磁石群を軸心方向に連設させる必要が無く、組み付けが容易である。
○ 第１〜第３の実施形態においては、磁石群２７、２８、２９は、ハルバッハ配列の円弧状磁石片２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを円周方向に交互に複数個配置することにより形成するとして説明したが、磁石群２７、２８、２９は、それぞれハルバッハ配列の一個の円筒状磁石で形成しても良い。例えば、円筒状磁石は粉末状の磁性体を樹脂で固めて形成したボンド磁石でも良い。ボンド磁石は剛性が低く、円筒部２２Ｃに貫通孔を設けると磁石の一部が拘束されず遠心力によって径方向外側へと変形しうるが、凹部であればそのような問題がない。
○ 第１〜第２の実施形態においては、回転支持体２２の円筒部２２Ｃ及びフランジ部２２Ｂにはそれぞれ凹部２５及び貫通孔２６が一個ずつ形成されているとして説明したが、２個以上形成されていてもよく、また、どちらか一方のみ形成されていても良い。また、凹部２５と貫通孔２６はどのような形状でも良い。
○ 第１〜第２の実施形態においては、回転支持体２２の円筒部２２Ｃには凹部２５が形成されていると説明したが、貫通孔でもよい。
○ 第２の実施形態においては、凹部２５及び貫通孔２６に真鍮からなる第１部材４１及び第２部材４２をそれぞれ埋め込むとして説明したが、非磁性金属であれば真鍮以外の材料でも良い。
【符号の説明】
【００５６】
１１ フロントハウジング
１２ リヤハウジング
１３ 隔壁
１４ 回転圧縮部
１５、４０、５０ 電動モータ
１６ 回転軸
１９ スロット
２０ 固定子巻線
２２ 回転支持体
２２Ａ ボス部
２２Ｂ フランジ部
２２Ｃ 円筒部
２３ 磁石群集合体
２５ 凹部
２６、５１ 貫通孔
２７ 磁石群（１列目）
２８ 磁石群（２列目）
２９ 磁石群（３列目）
Ｇ 隙間
α 磁極の位相のずれ量（角度）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動圧縮機用の電動モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、密閉ケース内に電動機部としての永久磁石電動機と、永久磁石電動機によりクランクシャフトを介して回転駆動されるロータリ式の圧縮部とを備えた密閉型圧縮機が開示されている。永久磁石電動機は、巻線用の磁極歯が複数形成された固定子と、この固定子の外周側に配置される永久磁石回転子とからなっている。永久磁石回転子は、外周側の回転子鉄心と、この回転子鉄心の内周側に射出成形により取り付けられる樹脂ボンド永久磁石とを備え、回転子鉄心にはクランクシャフトが固着されている。この永久磁石電動機は、固定子が内周側に配置され回転子が外周側に配置された電動機である。また、この密閉型圧縮機は、圧縮部と電動機部とが一体化された電動圧縮機である。
【０００３】
固定子の巻線が通電されると、回転子鉄心の内周側の永久磁石によって形成される磁束を横切るように電流が流れることにより永久磁石回転子及びこの永久磁石回転子と固着されたクランクシャフトが回転する。クランクシャフトが回転することにより、密閉ケース内に設けられた吸込管から吸い込んだ冷媒ガスを圧縮部で圧縮し、吐出管を介して密閉ケース外に吐出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８０５７６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１で開示された従来技術においては、回転子鉄心の内周側に永久磁石が設けられ、永久磁石は円周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された構成を有している。例えば、図１２に示すように、永久磁石７１は、内周側がＮ極に着磁され外周側がＳ極に着磁された磁石と、内周側がＳ極に着磁され外周側がＮ極に着磁された磁石とを円周方向に交互に配置したラジアル配向の磁石配列を有している。この場合、内周側のＮ極から出た磁束は、永久磁石７１の内周側に隙間を介して配置された固定子鉄心７３内を通過し隣接するＳ極の方向に向う磁束の流れ（磁力線）が形成される。永久磁石７１内では、内周側のＳ極から外周側のＮ極に向う磁束の流れと、外周側のＳ極から内周側のＮ極に向う磁束の流れとが形成される。そして、回転子鉄心７２内では、Ｎ極からＳ極に向う磁束の流れが形成される。このように、回転子鉄心７２内を磁束が通過することにより、磁束のループ（磁気回路）が形成されるので、回転子鉄心７２を鉄材などの強磁性体で構成しないと永久磁石電動機の磁気特性が変化し、モータ特性（トルク特性など）が悪化してしまう問題がある。
【０００６】
ところで、圧縮部と電動機部とが一体化された電動圧縮機においては、圧縮部における負荷変動に対処するために、回転軸などにバランスウェイトを設置したものがある。しかし、バランスウェイトを設置する場合には、設置するためのスペースが必要となり、電動圧縮機が大型化し、車両などへの搭載性が悪化する問題がある。
そこで、電動圧縮機の大型化を抑制するために、電動機部における回転子鉄心の形状を変更して電動圧縮機の回転バランスを得る試みがある。しかし、回転子鉄心７２の形状を変更しようとすると下記不具合が発生する恐れがある。すなわち、回転子鉄心７２に孔加工を施して回転子鉄心７２の形状を変更した場合には、孔には磁束の流れが形成されず、永久磁石電動機の磁気特性が変化し必要とするトルクが得られない問題がある。また、回転子鉄心の肉厚を一部変化させる加工を施しても、磁気特性が変化し、同様の問題がおこる。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、電動圧縮機の大型化を抑制しつつ、電動機側で回転バランスの調整が可能な電動圧縮機用の電動モータの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、複数のスロットが形成され該スロットに固定子巻線が巻き回されハウジングに固定された固定子と、前記固定子の外周側に配置され回転軸に一体回転可能に取り付けられた回転子とを備え、前記回転子は、前記回転軸と一体回転可能に固定された回転支持体と、前記回転支持体に支持された磁石とを備えた電動圧縮機用の電動モータであって、前記磁石群の円周方向の磁極配列が、ハルバッハ配列であることを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、磁石の円周方向の磁極配列がハルバッハ配列なので、磁束は回転支持体内をほとんど通過しない。従って、回転支持体の形状を変化させ圧縮機の回転バランスの調整を行っても、電動モータの磁気特性には影響をほとんど及ぼすことなく、電動モータのトルク特性はほとんど変化しない。よって、電動圧縮機の大型化を抑制しつつ、電動機側で回転バランスの調整が可能である。なお、ハルバッハ配列の磁石とは、磁石内における磁化方向が位置により少しずつ変化するように磁化されて、磁石における磁極中心に磁束が集中するように形成された磁石のことを指す。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記回転支持体は、非磁性金属より形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、回転支持体は非磁性金属より形成されているので、強磁性体で回転支持体を構成する場合に比べて、回転支持体の形状を変化させても、電動モータの磁気特性への影響を格段に小さくできる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記非磁性金属が、アルミニウムであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、アルミニウムは非磁性金属の中でも強度がありかつ比重が小さい。よって、電動モータの軽量化が図れると共に、回転に伴う慣性モーメントを小さくできる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記回転支持体は、前記磁石を支持する円筒部と、前記円筒部の一方の開口を閉鎖するフランジ部と、前記フランジ部の中心部に形成され、前記回転軸に固定されるボス部とを備え、前記回転支持体の前記フランジ部に貫通孔を形成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、回転支持体のフランジ部に貫通孔を形成することによって回転バランスの調整が可能である。また、貫通孔によって電動モータ内を冷媒が通りやすくなり、固定子の冷却性が向上する。なお、冷媒は固定子と回転子との間の隙間を通る。回転支持体に貫通孔を形成しても電動モータの磁気特性には影響を及ぼさない。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記回転支持体は、前記磁石を支持する円筒部と、前記円筒部の一方の開口を閉鎖するフランジ部と、前記フランジ部の中心部に形成され、前記回転軸に固定されるボス部とを備え、前記回転支持体の前記円筒部に凹部を形成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、回転支持体の円筒部に凹部を形成することによって回転バランスの調整が可能である。永久磁石として粉末状の磁性体を樹脂で固めたボンド磁石を採用した場合、円筒部に貫通孔を設けると磁石の一部が拘束されず遠心力によって径方向外側へと変形しうる懸念があるが、凹部であればそのような問題がない。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項４に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記貫通孔に、前記回転支持体とは異なる非磁性金属を埋め込んだことを特徴とする。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、貫通孔に回転支持体とは異なる非磁性金属を埋め込むことができるので、貫通孔を設けるのみよりも一層回転バランスをとり易くなる。また、貫通孔を設けることによる回転支持体の剛性低下を防ぐことができる。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項５に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記凹部に、前記回転支持体とは異なる非磁性金属を埋め込んだことを特徴とする。
【００２１】
請求項７記載の発明によれば、凹部に回転支持体とは異なる非磁性金属を埋め込むことができるので、凹部を設けるのみよりも一層回転バランスをとり易くなる。また、凹部を設けることによる回転支持体の剛性低下を防ぐことができる。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項６または７に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記非磁性金属が真鍮であることを特徴とする。
【００２３】
請求項８記載の発明によれば、真鍮は非磁性金属の中でも比重が大きいので、さらに回転バランスをとり易くなる。
【００２４】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記磁石を前記回転軸の軸心方向に複数列に連設させると共に、前記磁石の磁極の位相をそれぞれ円周方向に所定角度だけずらして配置したことを特徴とする。
【００２５】
請求項９記載の発明によれば、電動モータのトルクリップルが大幅に低減する。従って、電動モータのＮＶ特性の改善が可能である。なお、トルクリップルとは、モータの回転に際しトルクが持つ変動幅のことを指し、ＮＶ特性とは電動機における振動・騒音特性のことを指す。
【００２６】
請求項１０記載の発明は、請求項９に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記磁石を前記回転軸の軸心方向に２または３列に連設させることを特徴とする。
【００２７】
請求項１０記載の発明によれば、２または３個の磁石を軸心方向に連設させて形成されているので、少ない個数で効果的にトルクリップルを軽減可能である。
【００２８】
請求項１１記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータにおいて、前記磁石が、前記円周方向の磁極配列がハルバッハ配列であると共に、前記磁極の位相を前記回転軸の軸心方向に対して螺旋状にずれるように着磁した一個の円筒状磁石であることを特徴とする。
【００２９】
請求項１１記載の発明によれば、複数個の磁石を軸心方向に連設させる必要が無く、組み付けが容易である。また、電動モータのトルクリップルが大幅に低減し、電動モータのＮＶ特性の改善が可能である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、電動圧縮機の大型化を抑制しつつ、電動機側で回転バランスの調整が可能な電動圧縮機用の電動モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施形態に係る電動モータを備えた電動圧縮機の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る電動モータの構成を示す斜視図である。
【図４】第１の実施形態に係る電動モータにおける磁石の配置を示す。（ａ）磁石群の配置を示す斜視図であり、（ｂ）１列目の磁石群の磁極の位相を示し、（ｃ）２列目の磁石群の磁極の位相を示し、（ｄ）３列目の磁石群の磁極の位相を示す。
【図５】第１の実施形態に係る電動モータにおける磁化方向と磁束の流れを説明するための要部拡大断面である。
【図６】第１の実施形態に係る電動モータのトルク特性を示すグラフである。
【図７】第２の実施形態に係る電動モータの構成を示す斜視図である。
【図８】第３の実施形態に係る電動モータの構成を示す斜視図である。
【図９】図８における左側面図である。
【図１０】第３の実施形態に係る電動モータの作用説明用の縦断面模式図である。
【図１１】その他の実施形態に係る電動モータの磁石の構成を示す斜視図である。
【図１２】従来技術に係る電動モータの磁束の流れを説明するための要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る電動圧縮機用の電動モータを図１〜図６に基づいて説明する。
図１は、電動モータを備えた電動圧縮機の全体構成を示す縦断面図であり、図１における電動圧縮機の左側を前部側とし、電動圧縮機の右側を後部側とする。
図１に示す電動圧縮機のハウジングは、フロントハウジング１１とリヤハウジング１２により形成されている。フロントハウジング１１及びリヤハウジング１２は、隔壁１３を間に挟んで接合されており、図示しないが、ボルトによって互いに締結されている。
【００３３】
隔壁１３によりハウジング内の密閉空間は前部空間３０と後部空間３１とに区画されている。前部空間３０には冷媒を圧縮する回転圧縮部１４が設けられている。回転圧縮部１４は、図示しないが、例えば、スクロール式の圧縮機構を備えている。後部空間３１には電動モータ１５が設けられている。また、リヤハウジング１２には冷媒ガスの吸入口３２が設けられ、フロントハウジング１１には、回転圧縮部１４にて圧縮された冷媒ガスの吐出口３３が設けられている。また、隔壁１３には、吸入口３２から後部空間３１に導入された冷媒ガスを前部空間３０に案内する開口１３Ａが形成されている。
リヤハウジング１２の中央部には回転軸１６が配設され、回転軸１６はリヤハウジング１２に設けられた軸受１７と、隔壁１３に設けられた軸受１８により回転自在に軸支されている。回転軸１６は、図示しないが、回転圧縮部１４における圧縮機構と連結されている。（例えば、スクロール式の圧縮機構の場合には、可動スクロールと連結）
【００３４】
図１及び図２に示すように、電動モータ１５は、固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１の外周側に配置され回転軸１６に一体回転可能に取り付けられた回転支持体２２とを備えている。なお、固定子鉄心２１が固定子に相当し、回転支持体２２が回転子に相当する。
【００３５】
固定子鉄心２１は、円筒状の形状を有し、外周側には円周方向に等間隔で複数のスロット１９（この場合には、１２個のスロット１９）が形成されスロット１９には固定子巻線２０が巻き回されている（図２において一部のスロット１９の固定子巻線２０のみを図示している）。固定子巻線２０は、分布巻又は集中巻形式で巻き回されており、３相の交流電圧が印加されている。固定子鉄心２１は、内周側に設けられた支持部材２４に固着されており、支持部材２４は回転軸１６を通す筒状の部位と、リヤハウジング１２に固定される部位を有し、リヤハウジング１２に図示しないボルトなどにより固定されている。支持部材２４と回転軸１６との間には、隙間が形成されている。
【００３６】
回転支持体２２は、有底円筒状で後方が開放され、前方の開口は閉鎖された形状を有している。回転支持体２２は、回転軸１６に嵌合固定された筒状のボス部２２Ａと、ボス部２２Ａの前端部に設けられたフランジ部２２Ｂと、フランジ部２２Ｂの外周縁から後方へ向かって延設された筒状の円筒部２２Ｃとを備えている。回転支持体２２は、アルミニウムにより形成されている。回転支持体２２はアルミニウム以外の非磁性金属により形成してもよい。
【００３７】
図３に示すように、回転支持体２２の円筒部２２Ｃには凹部２５が形成されている。凹部２５は、回転軸１６の軸心方向において所定の幅を有し円周方向に所定角度だけ円筒部２２Ｃを繰り抜くことにより形成されている。また、回転支持体２２のフランジ部２２Ｂには、丸孔状の貫通孔２６が形成されている。凹部２５及び貫通孔２６は、電動圧縮機における回転バランス調整用の加工部である。すなわち、電動圧縮機の回転圧縮部１４では、回転に伴い負荷変動が発生し回転がアンバランスとなる。その回転のアンバランスを解消するために電動モータ１５に凹部２５及び貫通孔２６を設けたものである。また、凹部２５及び貫通孔２６は、回転軸１６の軸心に対し軸対称とならない位置に形成されている。
【００３８】
図１及び図４（ａ）に示すように、回転支持体２２の円筒部２２Ｃの内周面には、磁石群集合体２３が固着されている。磁石群集合体２３は、軸心方向に３列に連設されることにより形成されている。ここで、１列目の環状磁石群を磁石群２７とし、２列目の環状磁石群を磁石群２８とし、３列目の環状磁石群を磁石群２９とする。磁石群２７、２８、２９は、それぞれ円弧状磁石片２３Ａと円弧状磁石片２３Ｂと円弧状磁石片２３Ｃを円周方向に交互に配置して形成されている。
【００３９】
図２に示すように、磁石群２９は、ハルバッハ配列の円弧状磁石片２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを円周方向に配置したものである。図５に示すように、円弧状磁石片２３Ａは、内周面の中心がＳ極となるように着磁されたハルバッハ配列の円弧状磁石片のことを指し、円弧状磁石片２３Ｂは、周方向の両端面がそれぞれＮ極とＳ極になるように着磁されたハルバッハ配列の円弧状磁石片のことを指し、円弧状磁石片２３Ｃは、内周面の中心がＮ極となるように着磁されたハルバッハ配列の円弧状磁石片のことを指している。円弧状磁石片２３ＡはＳ極同士を向かい合わせた円弧状磁石片２３Ｂによって挟まれ、円弧状磁石片２３ＣはＮ極同士を向かい合わせた円弧状磁石片２３Ｂによって挟まれる。この実施形態においては、計８個の円弧状磁石片２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃによりハルバッハ配列の磁石群２９が形成されている。磁石群２７、２８についても上記と同様である。
【００４０】
また、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に示すように、磁石群２７、２８、２９は、円周方向の磁極の位相を所定角度αだけずらして配置されている。αは磁極の位相のずれ量（角度）を表している。すなわち、図４（ｂ）に示す１列目の磁石群２７の磁極の位相を基準としたときに、図４（ｃ）に示す２列目の磁石群２８の磁極の位相は、時計方向に所定角度αだけずらして配置されており、図４（ｄ）に示す３列目の磁石群２９の磁極の位相は、時計方向に所定角度２αだけずらして配置されている。また、図４（ｄ）に示す３列目の磁石群２９の磁極の位相は、図４（ｃ）に示す２列目の磁石群２８の磁極の位相に対して時計方向に所定角度αだけずらして配置されている。なお、この実施形態においては、α≒１０°に設定されている。
そして、磁石群２７、２８、２９の内周面と固定子鉄心２１の外周面との間には隙間Ｇが形成されている。
【００４１】
以上の構成を有する電動モータ１５につきその作用説明を行う。
図５に示すように、円弧状磁石片２３Ｃの内周側のＮ極から出た磁束は、磁石群２９の内周側に隙間Ｇを介して配置された固定子鉄心２１内を通過し円弧状磁石片２３Ａの内周側のＳ極の方向に向う磁束の流れ（磁力線）が形成される。円弧状磁石片２３Ａ内では内周側のＳ極から外周側のＮ極に向い、円弧状磁石片２３Ｂ内では端面のＳ極から端面のＮ極に向い、円弧状磁石片２３Ｃ内では外周側のＳ極から内周側のＮ極に向う磁束の流れが形成される。
【００４２】
このように、ハルバッハ配列の磁石群２９を用いることにより、Ｎ極から出た磁束は固定子鉄心２１内を通過して隣接するＳ極に向い、円弧状磁石片２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ内を円弧状磁石片２３ＡのＳ極から円弧状磁石片２３ＣのＮ極に直接向うことによって、円筒部２２Ｃ内をほとんど通過しない磁束のループ（磁気回路）が形成される。この磁束の流れを鎖交するように固定子鉄心２１のスロット１９に巻き回された固定子巻線２０に電流が流れることにより、回転支持体２２には力が作用し、回転支持体２２及び回転軸１６は回転駆動される。
よって、円筒部２２Ｃに凹部２５を形成しても、電動モータ１５における磁束の流れに影響を及ぼすことはなく、電動モータ１５のモータ特性（トルク特性など）は変化しない。従って、回転支持体２２のフランジ部２２Ｂに形成された貫通孔２６に加えて、回転支持体２２の円筒部２２Ｃに凹部２５を形成することができ、電動モータ１５側で電動圧縮機における回転バランスの調整が可能である。
【００４３】
また、回転支持体２２に凹部２５及び貫通孔２６を形成することにより、回転バランスの調整が可能なので、回転軸１６などにバランスウェイトを配置する必要がなく、電動圧縮機の大型化を抑制することが可能である。
【００４４】
さらに、回転支持体２２は、鉄材などの強磁性体を用いなくても良くアルミニウムなど非磁性金属を使用することが可能である。特に、アルミニウムは非磁性金属の中でも強度がありかつ比重が小さい。よって、電動モータ１５の軽量化が図れると共に、回転に伴う慣性モーメントを小さくできる。
【００４５】
図６に示すグラフは、本実施形態における電動モータ１５のトルク特性を示すグラフである。横軸に回転角度（°）をとり、縦軸にトルク（任意単位）をとる。実線で示すグラフＴ１は、本実施形態の構成、すなわち、磁石群２７、２８、２９を軸心方向に３列に連設させ、かつ、円周方向に磁極の位相を所定角度αだけずらして配置したときのトルク特性を示したものである。比較例として破線で示すグラフＴ２は、磁石群２７、２８、２９を軸心方向に３列に連設させ、かつ、円周方向に磁極の位相をずらさない構成のときのトルク特性を示したものである。
【００４６】
比較例として示すグラフＴ２では、トルクも大きいが、トルクリップルも大きく、電動モータのＮＶ特性の悪化が懸念される。一方、グラフＴ１では、トルクリップルが大幅に低減する。なお、トルクリップルとは、モータの回転に際しトルクが持つ変動幅のことを指し、ＮＶ特性とは電動機における振動・騒音特性のことを指す。
従って、回転支持体２２としてアルミニウムを使用し、ハルバッハ配列の磁石群２７、２８、２９を軸心方向に３列に連設させ、かつ、円周方向に磁極の位相を所定角度αだけずらして配置することにより、電動モータ１５のＮＶ特性の改善が可能である。
【００４７】
また、磁石群集合体２３は、３個の磁石群２７、２８、２９を３列に連設させて形成されているので、少ない個数で効果的にトルクリップルを軽減可能である。
また、所定角度αは、磁極数とスロット数により自動的に定まる。例えば、本実施形態のように磁極数が４極で、スロット数が１２スロットの場合には、α≒１０°が良好であり、３列に連設された磁石群２７、２８、２９をそれぞれ位相を１０°ずつずらすと、トルクリップルが最小となる。すなわち、磁石群２７および磁石群２８における磁極の位相が１０°ずれるように磁石群２７と磁石群２８を配置し、磁石群２８と磁石群２９における磁極の位相が１０°ずれるように磁石群２８と磁石群２９を配置する。磁石群２７と磁石群２９における磁極の位相が２０°ずれる位置関係にある。
また、６極１８スロットの場合には、α≒６．７°が良好であり、３列に連設された磁石群２７、２８、２９をそれぞれ位相を６．７°ずつずらすと、トルクリップルが最小となる。また、８極１２スロットの場合には、α≒５°が良好であり、３列に連設された磁石群２７、２８、２９をそれぞれ位相を５°ずつずらすと、トルクリップルが最小となる。
【００４８】
第１の実施形態に係る電動モータ１５によれば以下の効果を奏する。
（１）磁石群集合体２３はハルバッハ配列の磁石群２７、２８、２９から構成され、回転支持体２２としてアルミニウムが使用されているので、磁束は回転支持体２２の影響を受けにくい。よって、円筒部２２Ｃに凹部２５を形成しても、電動モータ１５の磁気特性に影響を及ぼさない。従って、回転支持体２２のフランジ部２２Ｂに形成された貫通孔２６に加えて、回転支持体２２の円筒部２２Ｃに凹部２５を形成することができ、電動モータ１５側で電動圧縮機における回転バランスの調整が可能である。
（２）回転支持体２２に凹部２５及び貫通孔２６を形成することにより、回転バランスの調整が可能なので、回転軸１６などにバランスウェイトを配置する必要がなく、電動圧縮機の大型化を抑制することが可能である。
（３）回転支持体２２は、鉄材などの強磁性体を用いなくても良くアルミニウムなど非磁性金属を使用することが可能である。特に、アルミニウムは非磁性金属の中でも強度がありかつ比重が小さい。よって、電動モータ１５の軽量化が図れると共に、回転に伴う慣性モーメントを小さくできる。
（４）回転支持体２２としてアルミニウムを使用し、ハルバッハ配列の磁石群２７、２８、２９を軸心方向に３列に連設させ、かつ、円周方向に磁極の位相を所定角度αだけずらして配置することにより、トルクリップルが大幅に低減する。従って、電動モータ１５のＮＶ特性の改善が可能である。
（５）磁石群集合体２３は、３個の磁石群２７、２８、２９を３列に連設させて形成されているので、少ない個数で効果的にトルクリップルを軽減可能である。
【００４９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る電動モータを図７に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における回転支持体２２の形状を変更したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
【００５０】
図７に示すように、この実施形態の電動モータ４０は、第１の実施形態と同様に、回転支持体２２の円筒部２２Ｃには凹部２５が形成され、回転支持体２２のフランジ部２２Ｂには貫通孔２６が形成されている。この凹部２５及び貫通孔２６には真鍮から形成された部材が埋め込まれている。すなわち、凹部２５には、真鍮からなる円弧状の第１部材４１が埋め込まれ、貫通孔２６には、真鍮からなる丸板状の第２部材４２が埋め込まれている。第１部材４１及び第２部材４２は回転バランス調整用のバランサである。
その他の構成は、第１の実施形態と同等であり、説明を省略する。
【００５１】
このように、第２の実施形態においては、凹部２５及び貫通孔２６には真鍮からなる第１部材４１及び第２部材４２がそれぞれ埋め込まれており、第１部材４１及び第２部材４２は回転支持体２２の材料であるアルミニウムとは異なる非磁性金属で形成されている。また、真鍮は黄銅とも呼ばれ、銅と亜鉛との合金であり、非磁性金属の中でも比重が大きい。従って、電動圧縮機における回転バランスを一層とりやすくなり、回転圧縮部１４におけるより大きな負荷変動に対応可能となる。また、凹部２５や貫通孔２６を設けたことによる回転支持体２２の剛性低下を第１部材４１及び第２部材４２が補うことが可能となる。
その他の作用効果については、第１の実施形態における（１）〜（５）と同様であり説明を省略する。
【００５２】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る電動モータを図８〜図１０に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における回転支持体２２のフランジ部２２Ｂに複数の貫通孔を形成したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
【００５３】
図８及び図９に示すように、この実施形態の電動モータ５０は、回転支持体２２のフランジ部２２Ｂに複数の貫通孔５１が形成されている。貫通孔５１は、円周方向に等間隔で４個形成されている。
その他の構成は、第１の実施形態と同等であり、説明を省略する。
【００５４】
以上の構成を有する電動モータ５０につき図１０を用いてその作用説明を行う。
吸入口３２から吸入された冷媒ガスは、図１０に矢印Ｋで示すように、電動モータ５０における磁石群２７、２８、２９の内周面と固定子鉄心２１の外周面との間に形成された隙間Ｇを通って、前方に進み貫通孔５１を通って回転圧縮部１４側に排出される。
このように、貫通孔５１を形成することによって隙間Ｇを冷媒ガスが通過しやすくなり、固定子鉄心２１が冷却され、電動モータ５０のトルク特性を変えることなく固定子鉄心２１の温度上昇を抑制することが可能となる。
その他の作用効果については、第１の実施形態における（３）〜（５）と同様であり説明を省略する。
【００５５】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
○ 第１〜第３の実施形態においては、回転支持体２２をアルミニウムで形成するとして説明したが、アルミニウム以外の非磁性金属を使用しても良い。
○ 第１〜第３の実施形態においては、ハルバッハ配列の磁石群２７、２８、２９を軸心方向に３列に連設させ、かつ、円周方向に磁極の位相を所定角度αだけずらして配置するとして説明したが、図１１に示すように、円周方向の磁極配列がハルバッハ配列であると共に、磁極の位相を回転軸１６の軸心方向に対して螺旋状にずれるように着磁した一個の円筒状磁石６１を用いても良い。この場合には、複数個の磁石群を軸心方向に連設させる必要が無く、組み付けが容易である。
○ 第１〜第３の実施形態においては、磁石群２７、２８、２９は、ハルバッハ配列の円弧状磁石片２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを円周方向に交互に複数個配置することにより形成するとして説明したが、磁石群２７、２８、２９は、それぞれハルバッハ配列の一個の円筒状磁石で形成しても良い。例えば、円筒状磁石は粉末状の磁性体を樹脂で固めて形成したボンド磁石でも良い。ボンド磁石は剛性が低く、円筒部２２Ｃに貫通孔を設けると磁石の一部が拘束されず遠心力によって径方向外側へと変形しうるが、凹部であればそのような問題がない。
○ 第１〜第２の実施形態においては、回転支持体２２の円筒部２２Ｃ及びフランジ部２２Ｂにはそれぞれ凹部２５及び貫通孔２６が一個ずつ形成されているとして説明したが、２個以上形成されていてもよく、また、どちらか一方のみ形成されていても良い。また、凹部２５と貫通孔２６はどのような形状でも良い。
○ 第１〜第２の実施形態においては、回転支持体２２の円筒部２２Ｃには凹部２５が形成されていると説明したが、貫通孔でもよい。
○ 第２の実施形態においては、凹部２５及び貫通孔２６に真鍮からなる第１部材４１及び第２部材４２をそれぞれ埋め込むとして説明したが、非磁性金属であれば真鍮以外の材料でも良い。
【符号の説明】
【００５６】
１１ フロントハウジング
１２ リヤハウジング
１３ 隔壁
１４ 回転圧縮部
１５、４０、５０ 電動モータ
１６ 回転軸
１９ スロット
２０ 固定子巻線
２２ 回転支持体
２２Ａ ボス部
２２Ｂ フランジ部
２２Ｃ 円筒部
２３ 磁石群集合体
２５ 凹部
２６、５１ 貫通孔
２７ 磁石群（１列目）
２８ 磁石群（２列目）
２９ 磁石群（３列目）
Ｇ 隙間
α 磁極の位相のずれ量（角度）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスロットが形成され該スロットに固定子巻線が巻き回されハウジングに固定された固定子と、前記固定子の外周側に配置され回転軸に一体回転可能に取り付けられた回転子とを備え、前記回転子は、前記回転軸と一体回転可能に固定された回転支持体と、前記回転支持体に支持された磁石とを備えた電動圧縮機用の電動モータであって、
前記磁石の円周方向の磁極配列が、ハルバッハ配列であることを特徴とする電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項２】
前記回転支持体は、非磁性金属より形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項３】
前記非磁性金属が、アルミニウムであることを特徴とする請求項２に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項４】
前記回転支持体は、前記磁石を支持する円筒部と、前記円筒部の一方の開口を閉鎖するフランジ部と、前記フランジ部の中心部に形成され、前記回転軸に固定されるボス部とを備え、前記回転支持体の前記フランジ部に貫通孔を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項５】
前記回転支持体は、前記磁石を支持する円筒部と、前記円筒部の一方の開口を閉鎖するフランジ部と、前記フランジ部の中心部に形成され、前記回転軸に固定されるボス部とを備え、前記回転支持体の前記円筒部に凹部を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項６】
前記貫通孔に、前記回転支持体とは異なる非磁性金属を埋め込んだことを特徴とする請求項４に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項７】
前記凹部に、前記回転支持体とは異なる非磁性金属を埋め込んだことを特徴とする請求項５に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項８】
前記非磁性金属が真鍮であることを特徴とする請求項６または７に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項９】
前記磁石を前記回転軸の軸心方向に複数列に連設させると共に、前記磁石の磁極の位相をそれぞれ円周方向に所定角度だけずらして配置したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項１０】
前記磁石を前記回転軸の軸心方向に２または３列に連設させることを特徴とする請求項９に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項１１】
前記磁石が、前記円周方向の磁極配列がハルバッハ配列であると共に、前記磁極の位相を前記回転軸の軸心方向に対して螺旋状にずれるように着磁した一個の円筒状磁石であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項１】
複数のスロットが形成され該スロットに固定子巻線が巻き回されハウジングに固定された固定子と、前記固定子の外周側に配置され回転軸に一体回転可能に取り付けられた回転子とを備え、前記回転子は、前記回転軸と一体回転可能に固定された回転支持体と、前記回転支持体に支持された磁石とを備えた電動圧縮機用の電動モータであって、
前記磁石の円周方向の磁極配列が、ハルバッハ配列であることを特徴とする電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項２】
前記回転支持体は、非磁性金属より形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項３】
前記非磁性金属が、アルミニウムであることを特徴とする請求項２に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項４】
前記回転支持体は、前記磁石を支持する円筒部と、前記円筒部の一方の開口を閉鎖するフランジ部と、前記フランジ部の中心部に形成され、前記回転軸に固定されるボス部とを備え、前記回転支持体の前記フランジ部に貫通孔を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項５】
前記回転支持体は、前記磁石を支持する円筒部と、前記円筒部の一方の開口を閉鎖するフランジ部と、前記フランジ部の中心部に形成され、前記回転軸に固定されるボス部とを備え、前記回転支持体の前記円筒部に凹部を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項６】
前記貫通孔に、前記回転支持体とは異なる非磁性金属を埋め込んだことを特徴とする請求項４に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項７】
前記凹部に、前記回転支持体とは異なる非磁性金属を埋め込んだことを特徴とする請求項５に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項８】
前記非磁性金属が真鍮であることを特徴とする請求項６または７に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項９】
前記磁石を前記回転軸の軸心方向に複数列に連設させると共に、前記磁石の磁極の位相をそれぞれ円周方向に所定角度だけずらして配置したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項１０】
前記磁石を前記回転軸の軸心方向に２または３列に連設させることを特徴とする請求項９に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【請求項１１】
前記磁石が、前記円周方向の磁極配列がハルバッハ配列であると共に、前記磁極の位相を前記回転軸の軸心方向に対して螺旋状にずれるように着磁した一個の円筒状磁石であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動圧縮機用の電動モータ。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−７４７２６（Ｐ２０１３−７４７２６Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１１９９６（Ｐ２０１１−２１１９９６）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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