JP6832935B2 - コンシクエントポール型の回転子、電動機および空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、コンシクエントポール型の回転子、電動機および空気調和機に関する。

従来、空気調和機の省エネ性を向上させるため、空気調和機の圧縮機に搭載される電動機の永久磁石には、ネオジム焼結磁石のようなエネルギー密度の高い希土類磁石が一般に用いられている。また、空気調和機のファン用に、ネオジム焼結磁石を用いた電動機が開発されている。

このような永久磁石は貴重なレアアース元素を含有しているため、高価である。そのため、永久磁石の使用量および加工費を低減してコストを下げたいという要求は強い。

永久磁石は一般に、ブロック状の塊を切削して指定の形状に加工する。そのため、電動機に使用される永久磁石の個数が多いほど、加工費が増加する。

電動機に使用される永久磁石の個数を削減する方法として、回転子をいわゆるコンシクエントポールで構成する方法がある。コンシクエントポール型の回転子では、永久磁石による磁石磁極と永久磁石によらずにコア材に形成される突極とが周方向に交互に配列される。従って、磁石磁極の個数と突極の個数は何れも極数の半分の個数である。また、極数の半分の個数の磁石磁極は同一の極性を持ち、極数の半分の個数の突極は磁石磁極と異なる極性を持つ。このように、コンシクエントポール型の回転子では、永久磁石の個数は通常の半分の個数となる。しかしながらコンシクエントポール型の回転子では、磁石磁極と突極とでインダクタンスが異なり、このインダクタンスのアンバランスに起因して、振動および騒音が大きくなるという課題がある。

この課題に対して、特許文献１に開示される特許文献１では、コンシクエントポール型の回転子において、永久磁石両端のフラックスバリア形状を工夫することによって、インダクタンスの非対称性を改善し、振動騒音の低減を図っている。

特開２０１２−２４４７８３号公報

しかしながら特許文献１に開示される従来のコンシクエントポール型の回転子では、回転子コアの軸方向長さに比べて永久磁石の長さが短いため、軸方向における回転子コアの端部から漏れ磁束が発生し、また磁性材のシャフトへの漏れ磁束が発生し、誘起電圧が低下すると共に電動機の出力が低下するという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、誘起電圧の低下を抑制できると共に電動機の出力の低下を抑制できるコンシクエントポール型の回転子を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るコンシクエントポール型の回転子は、回転子コアの径方向の板厚が回転子コアの軸方向に亘って一定であり、回転子コアと回転子コアの内部に配置される永久磁石とを有するコンシクエントポール型の回転子であって、回転子コアは、永久磁石が挿入される第１の領域を有する第１の回転子コアと、第１の領域と連通する第２の領域を有し、第１の回転子コアに積層される第２の回転子コアとを備え、回転子コアの径方向における第１の領域の幅を第１の幅とし、径方向における第２の領域の幅を第２の幅としたとき、第２の幅は第１の幅よりも広く、第１の回転子コアは、第１の領域を含む第１の磁石挿入孔と、第１の磁石挿入孔より径方向の外側に設けられる第１のコア部とを備え、第２の回転子コアは、第２の領域を含む第２の磁石挿入孔と、第２の磁石挿入孔より径方向の外側に設けられる第２のコア部とを備え、径方向における第２のコア部の径方向内側面の位置は、径方向における第１のコア部の径方向内側面の位置と一致している。

本発明に係るコンシクエントポール型の回転子は、誘起電圧の低下を抑制できると共に電動機の出力の低下を抑制できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子を備えた電動機の断面図 図１に示すモールド固定子の断面図 図２に示すモールド固定子に回転子が挿入された状態を示す断面図 複数の分割コア部で構成され帯状に展開された固定子コアの構成図 図４に示す展開された固定子コアを折り曲げて環状に構成した状態を示す図 図１に示す回転子の断面図 図６に示す第１の回転子コアの正面図 図６に示す第２の回転子コアの正面図 図６に示す回転子の正面図 比較例に係るコンシクエントポール型の回転子の断面図 本発明の実施の形態１に係る電動機において発生する磁束の流れを説明するための図 本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第１の変形例を示す図 本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第２の変形例を示す図 本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第３の変形例を示す図 本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第４の変形例を示す図 本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第５の変形例を説明するための第１の図 本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第５の変形例を説明するための第２の図 本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第５の変形例を説明するための第３の図 本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第６の変形例を説明するための図 本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構成の一例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係るコンシクエントポール型の回転子、電動機および空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子を備えた電動機の断面図である。図１に示される電動機１００は、モールド固定子１０と、回転子２０と、モールド固定子１０の軸方向一端部に取り付けられる金属製のブラケット３０とを備える。「軸方向」は回転子２０を構成する複数の回転子コアの積層方向に等しい。電動機１００は、回転子２０に永久磁石を有し、インバータで駆動されるブラシレスＤＣモータである。回転子２０は内部磁石型でありかつコンシクエントポール型である。

モールド固定子１０は、固定子４０と固定子４０を覆うモールド樹脂５０とを備え、モールド固定子１０の軸方向は回転子２０に貫通するシャフト２３の軸方向と一致している。図１では、固定子４０の構成要素である、固定子コア４１と、固定子コア４１に巻回されたコイル４２と、固定子コア４１に設けられた絶縁部４３と、絶縁部４３に設けられた中性点端子４４ｂとが示されている。また図１では、固定子４０の構成要素である、絶縁部４３に取り付けられた基板４５と、基板４５に組み付けられたリード線口出し部品４６と、リード線口出し部品４６から口出しされるリード線４７と、基板４５上に実装されたＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）４９ａと、基板４５の回転子２０側の面上に実装された磁気センサであるホールＩＣ４９ｂとが示されている。

回転子２０は、シャフト組立２７と、回転子２０本体とシャフト組立２７とを一体にする樹脂部２４と、シャフト２３に取り付けられると共にモールド固定子１０の軸受支持部１１により支持された負荷側転がり軸受２１ａと、シャフト２３に取り付けられると共にブラケット３０により支持された反負荷側転がり軸受２１ｂとを備える。負荷側１１０は、電動機１００の両端面の内、シャフト２３が突き出ている端面側を表し、反負荷側１２０は、ブラケット３０が設けられている端面側を表す。

シャフト組立２７は、一対の絶縁スリーブ２６−１，２６−２から成る絶縁スリーブ２６を備え、反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３との間に絶縁スリーブ２６が配置される。

図２は図１に示すモールド固定子の断面図である。図２では、図１と同一の構成要素に同一の符号を付している。モールド固定子１０には、モールド固定子１０の軸方向一端部に開口部１０ｂが形成され、回転子２０が開口部１０ｂに挿入される。開口部１０ｂに挿入された回転子２０の負荷側転がり軸受２１ａが嵌め合わされるモールド固定子１０の軸方向端部には、図１に示す回転子２０のシャフト組立２７の径より大きい孔１１ａが開けられている。

図３は図２に示すモールド固定子に回転子が挿入された状態を示す断面図である。図３では、図１と同一の構成要素に同一の符号を付している。図２に示すモールド固定子１０の開口部１０ｂから挿入された回転子２０は、シャフト組立２７の負荷側が図２に示す孔１１ａを貫通して、モールド固定子１０の外部に引き出されるよう配置される。この際、シャフト２３に取り付けられた負荷側転がり軸受２１ａは、図１に示す軸受支持部１１に当接するまで押し込まれて、軸受支持部１１により支持される。軸受支持部１１は、モールド固定子１０の軸方向端部であり、かつ、開口部１０ｂの反対側に設けられている。

シャフト組立２７の反負荷側には、反負荷側転がり軸受２１ｂが取り付けられている。反負荷側転がり軸受２１ｂの取り付けは一般的には圧入による。なお、詳細は後述するが、反負荷側転がり軸受２１ｂとシャフト２３の反負荷側との間には、シャフト２３に一体成形し形成された絶縁スリーブ２６が設けられる。

図１に示すブラケット３０は、図２に示すモールド固定子１０の開口部１０ｂを閉塞すると共に、図３に示す反負荷側転がり軸受２１ｂを支持するものであり、モールド固定子１０に圧入される。ブラケット３０は、軸受支持部３０ａと、軸受支持部３０ａと一体に形成された圧入部３０ｂとを備える。軸受支持部３０ａは、反負荷側転がり軸受２１ｂを支持する。圧入部３０ｂはリング形状である。

モールド固定子１０へのブラケット３０の取り付けは、圧入部３０ｂを、モールド固定子１０の内周部１０ａの開口部１０ｂ側に圧入することでなされる。圧入部３０ｂの外径は、モールド固定子１０の内周部１０ａの内径よりも、圧入代の分だけ大きい。ブラケット３０の材料としては、亜鉛メッキ鋼板、アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス合金、銅合金、鋳鉄、鋼または鉄合金を例示できる。

以下にモールド固定子１０の構成を説明する。図２に示されるモールド固定子１０は、固定子４０と、モールド成形用のモールド樹脂５０とを備える。モールド樹脂５０には不飽和ポリエステル樹脂を使用する。特に不飽和ポリエステル樹脂に各種の添加剤が加えられた塊粘土状の熱硬化性樹脂（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ：ＢＭＣ）が電動機用として望ましい。ポリブチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＢｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ：ＰＰＳ）といった熱可塑性樹脂の方が、成形時のランナーをリサイクルできるため良い面もある。

しかしながら不飽和ポリエステル樹脂およびＢＭＣは、線膨張係数が固定子コア４１、負荷側転がり軸受２１ａおよび反負荷側転がり軸受２１ｂといった鉄系材料の線膨張係数に近く、熱収縮率が熱可塑性樹脂の１／１０以下であることにより、寸法精度を高くするのに優れている。

また鉄およびアルミといった金属で電動機１００の外郭を形成した場合に比べて、不飽和ポリエステル樹脂およびＢＭＣで電動機１００の外郭を形成した場合、放熱性が優れる。また金属で電動機１００の外郭を形成した場合、絶縁性の問題により、電動機１００の外郭を形成する金属を、コイル４２と基板４５とから離して構成される。これに対して不飽和ポリエステル樹脂およびＢＭＣは絶縁物であるため、コイル４２と基板４５を覆っても絶縁性の問題がなく、熱伝導率も高いことから放熱性に優れ、電動機１００の高出力化に貢献する。

負荷側転がり軸受２１ａは、モールド樹脂５０で形成された軸受支持部１１で支持され、反負荷側転がり軸受２１ｂおよびブラケット３０は、モールド樹脂５０で形成された内周部１０ａで支持される。そのためモールド樹脂５０の寸法精度が悪い場合、回転子２０の軸心と固定子４０の軸心とがずれて振動および騒音の発生要因となる。しかしながら熱収縮率の小さな不飽和ポリエステル樹脂およびＢＭＣを使用することによって、モールド成形後の寸法精度を確保しやすくなる。

また線膨張係数が大きな樹脂を使用した場合、電動機１００が高温になった際、軸受のがたつきが問題となる場合がある。不飽和ポリエステル樹脂およびＢＭＣは、線膨張係数が固定子コア４１、負荷側転がり軸受２１ａおよび反負荷側転がり軸受２１ｂといった鉄系材料の線膨張係数に近いため、電動機１００の温度によらず、回転子２０の軸心と固定子４０の軸心とのずれを抑制できる。

また不飽和ポリエステル樹脂およびＢＭＣは、硬化した際に固定子４０を拘束するため、電動機１００の加振力に伴う固定子４０の変形を抑制でき、また振動および騒音を抑制できる。

図４は複数の分割コア部で構成され帯状に展開された固定子コアの構成図である。図４に示す固定子コア４１は、複数の分割コア部４００を、複数の分割コア部４００のそれぞれが複数の分割コア部４００の内の他の隣接する１つと接するように配列したものである。複数の分割コア部４００は、それぞれがバックヨーク４０１とバックヨーク４０１から突出するティース４０２とを有する。隣接するバックヨーク４０１の間には、バックヨーク４０１同士を連結する薄肉部４０３が設けられている。

図５は図４に示す展開された固定子コアを折り曲げて環状に構成した状態を示す図である。図５に示す環状の固定子コア４１は、図４に示す複数のティース４０２のそれぞれに図１のコイル４２が施された後、帯状の分割コア部４００群を薄肉部４０３で折り曲げて環状に形成したものである。

図４および図５のように複数の分割コア部４００で構成された固定子コア４１は、帯状に展開した状態でコイル４２を巻くことができるため、コイル４２の高密度化が可能となり高効率化に有効である。しかしながら分割コア部４００が薄肉部４０３で連結されているため、環状に形成したときの固定子コア４１の剛性が低く、コンシクエントポール型の電動機１００のように加振力が大きなものは、不飽和ポリエステル樹脂で固定子コア４１をモールドすること、すなわち不飽和ポリエステル樹脂で固定子コア４１を覆うことが有効となる。

なお複数の分割コア部４００で構成される固定子コア４１は、図４のように隣接するバックヨーク４０１同士が薄肉部４０３で連結されている構造以外にも、バックヨーク４０１の端部に凹凸状のダボを形成して、ダボを相互に連結する構造のものでもよいし、それぞれが分離された複数のバックヨーク４０１同士を溶接または嵌め合いで固定した構造のものでもよい。このように構成した固定子コア４１を不飽和ポリエステル樹脂で覆うことで、振動および騒音を低減可能である。

このように不飽和ポリエステル樹脂で固定子コア４１を完全に覆うことが望ましいが、図２に示すように固定子コア４１の外周部４１−１から不飽和ポリエステル樹脂の外周部１０−１までの厚みをＴ１とし、固定子コア４１の内周部４１−２から不飽和ポリエステル樹脂の内周部１０−２までの厚みをＴ２としたとき、モールド固定子１０は、Ｔ１＞Ｔ２の関係が満たされるように構成することが望ましい。

厚みＴ２をあまり大きくすると、回転子２０の直径を小さくしなければならず、固定子コア４１と回転子２０との間の磁気的な隙間が大きくなり、電動機特性が低下する。そこで実施の形態１に係るモールド固定子１０では、厚みＴ１を厚みＴ２よりも大きくすることにより、径方向外側の厚みＴ１の剛性を高くしている。「径方向」は回転子２０の径方向を示す。

なお回転子２０の軸心と固定子４０の軸心とがずれて、固定子コア４１と回転子２０との間の隙間にアンバランスが生じると、偏心による加振力が重畳されるため、偏心を極力小さく組み付けなければならない。厚みＴ２が大きくなるとその分だけ上記の隙間にアンバランスが生じやすくなるため、厚みＴ２をゼロにすることも有効である、ただし、その場合には固定子コア４１の隣接するティース４０２の間の空間をティース先端まで不飽和ポリエステル樹脂で埋めるようにする。加振力としては、ティース先端を左右に揺らす力もあり、ティース４０２の間の空間を完全に埋めることがこの力の影響を抑制することに繋がる。

また図４および図５に示す固定子コア４１の場合、隣接する分割コア部４００の間の分割面４０４に不飽和ポリエステル樹脂を設けることにより、ティース４０２に働く加振力の影響を抑制できる。

そこで固定子コア４１には、図５に示す環状の固定子コア４１の分割面４０４に孔４０５が形成される。この孔４０５は、隣接するバックヨーク４０１の間に溝または切り欠きを設けることにより形成される。環状の固定子コア４１に不飽和ポリエステルをモールド成形する際、孔４０５に不飽和ポリエステル樹脂が充填される。孔４０５には、固定子コア４１の軸方向の一端面から他端面までの全ての領域に不飽和ポリエステルを充填する必要はなく、固定子コア４１の軸方向の一端面から僅かに充填されていればよく、この場合でも振動を減衰する効果が期待できる。充填量を多くするために孔４０５を大きくするほど磁気特性が低下するため、充填量は適宜決定される。なお分割面４０４の孔４０５は、固定子コア４１の外周面に開口する溝形状、またはスロット４０６側に開口する溝形状でも、同様の効果を得ることができる。

次に図１に示す回転子２０の構成について説明する。

図６は図１に示す回転子の断面図である。図６に示す回転子２０は、環状の回転子コア５と、回転子コア５に貫通するシャフト２３と、回転子コア５の内部に配置される複数の永久磁石１と、軸方向における回転子コア５の両端面に設置される２つのエンドプレート８とを有する。回転子コア５は、第１の回転子コア５−１を軸方向に複数枚積層した回転子コアブロック５１と、回転子コアブロック５１の軸方向における両端部に設置される２つの第２の回転子コア５−２とを有する。第１の回転子コア５−１は、永久磁石１が挿入される第１の磁石挿入孔２−１を備え、第２の回転子コア５−２は、永久磁石１が挿入される第２の磁石挿入孔２−２を備える。

第１の回転子コア５−１および第２の回転子コア５−２は、軟磁性材であるコア材から構成され、具体的には複数枚の電磁鋼板を積層して構成される。電磁鋼板１枚の板厚は０．１ｍｍから０．７ｍｍが一般的である。永久磁石１は、断面が矩形の平板状である。永久磁石１の板厚としては２ｍｍを例示できる。永久磁石１は、希土類磁石であり、Ｎｄ（ネオジム）−Ｆｅ（鉄）−Ｂ（ホウ素）を主成分とするネオジム焼結磁石である。

回転子２０は、内部磁石型であるため、軸方向における永久磁石１の抜け防止のためにエンドプレート８を備える。ところが、永久磁石１の軸方向長さＬ２が、回転子コアブロック５１に第２の回転子コア５−２を積層した回転子コア群の軸方向長さＬより長い場合、エンドプレート８の装着時にエンドプレート８が永久磁石１と接触し、永久磁石１が割れる恐れがある。

従って、回転子２０は、寸法公差を考慮して、永久磁石１の軸方向長さＬ２が回転子コア群の軸方向長さＬよりも短くなるように構成される。図６に示す回転子２０では、永久磁石１の軸方向長さＬ２が回転子コアブロック５１の軸方向長さＬ１と等しい。また軸方向における永久磁石１の軸方向端面１ａは、軸方向における回転子コアブロック５１の軸方向端面５１ａ、すなわち第１の回転子コア５−１の軸方向端面と一致している。このように回転子２０が構成されている理由は後述する。

図７は図６に示す第１の回転子コアの正面図である。図７では図６に示す永久磁石１の図示を省略している。第１の回転子コア５−１は中心部にシャフト挿入孔７−１を有する。また第１の回転子コア５−１は、周方向に配列された５個の第１の磁石挿入孔２−１を有する。「周方向」は図６に示す回転子２０の周方向を示す。第１の磁石挿入孔２−１の個数は回転子２０の極数の半分である。５個の第１の磁石挿入孔２−１は周方向に等間隔で配列され、回転軸６から等距離で配置される。

第１の磁石挿入孔２−１は、永久磁石１が挿入される矩形状の第１の領域３Ａと、永久磁石１が挿入されない２つの領域３Ｂとで構成される。

領域３Ｂは、第１の領域３Ａの長手方向の両端に１カ所ずつ形成されている。領域３Ｂは、第１の領域３Ａに挿入された永久磁石１に対して漏れ磁束を抑制するフラックスバリアの働きを有しており、第１の回転子コア５−１の外周面の磁束密度分布を正弦波に近づけ、隣接した第１の磁石挿入孔２−１に挿入される永久磁石１の磁束を第１の回転子コア５−１を介して短絡させる働きを有している。

図７では、第１の回転子コア５−１の径方向における第１の領域３Ａの幅を第１の幅Ｗ１としている。第１のコア部５２は、第１の磁石挿入孔２−１に挿入される永久磁石１の径方向外側と第１の回転子コア５−１の外周面との間の鉄心部分である。図７では、第１のコア部５２の径方向内側の面を径方向内側面５２ａとしている。

図８は図６に示す第２の回転子コアの正面図である。図８では図６に示す永久磁石１の図示を省略している。第２の回転子コア５−２は中心部にシャフト挿入孔７−２を有する。また第２の回転子コア５−２は、周方向に配列された５個の第２の磁石挿入孔２−２を有する。第２の磁石挿入孔２−２の個数は回転子２０の極数の半分である。５個の第２の磁石挿入孔２−２は周方向に等間隔で配列され、回転軸６から等距離で配置される。

第２の回転子コア５−２の第２の磁石挿入孔２−２は、矩形状の第２の領域４Ａと、２つの領域４Ｂとで構成される。第２の領域４Ａは図７に示す第１の領域３Ａと連通する。

領域４Ｂは、第２の領域４Ａの長手方向の両端に１カ所ずつ形成されている。領域４Ｂは、第２の領域４Ａに永久磁石１が挿入されたとき、図７に示す領域３Ｂと同様のフラックスバリアの働きを有する。

第２の領域４Ａは、回転子コア５に発生する磁束のショートループを抑制するフラックスバリアの働きを有する。このショートループの詳細は後述する。

図８では、第２の回転子コア５−２の径方向における第２の領域４Ａの幅を第２の幅Ｗ２としている。第２のコア部５３は、第２の磁石挿入孔２−２に挿入される永久磁石１の径方向外側と第２の回転子コア５−２の外周面との間の鉄心部分である。図８では、第２のコア部５３の径方向内側の面を径方向内側面５３ａとしている。

図９は図６に示す回転子の正面図である。図９に示す回転子２０の回転軸６は回転子コア５の軸に一致している。５個の第１の磁石挿入孔２−１および第２の磁石挿入孔２−２は、回転子コア５の軸方向に貫通している。第１の磁石挿入孔２−１および第２の磁石挿入孔２−２は、回転子コア５の外周面寄りに形成され、周方向に延伸している。隣接する磁石挿入孔間は離間している。

回転子２０は、回転子コア５の外周面に周方向に極性が交互となるようにして配列される１０個の磁極を有する。詳細には、回転子２０は、５個の永久磁石１によりそれぞれ形成され同一の極性を持つ５個の第１の磁極と、各々が互いに隣接する永久磁石１間の回転子コア５に形成され第１の磁極と異なる極性を持つ５個の第２の磁極とを有する。図示例では、第１の磁極はＮ極、第２の磁極はＳ極としているが、逆にしてもよい。回転子２０の１０個の磁極は、極ピッチを３６０度／１０＝３６度として、周方向に等角度間隔で配置される。

このようにコンシクエントポール型の回転子２０は、極数の半分の５個の永久磁石１がそれぞれ５個の第１の磁極を与える。さらに極数の半分の５個の第２の磁極のそれぞれは、互いに隣接する永久磁石１間において回転子コア５のコア材に形成される。第２の磁極はいわゆる突極であり、回転子２０を着磁することにより形成される。

従って回転子２０では、永久磁石１を含み永久磁石１による第１の極性を持つ第１の磁極部分６０と、永久磁石１を含まないコア磁極部でありかつ仮想極である第２の磁極を有する第２の磁極部分６１とが、回転子２０の周方向に交互に配列される。コンシクエントポール型の回転子２０では、極数は４以上の偶数となる。

回転子コア５の外形はいわゆる花丸形状である。花丸形状は、回転子コア５の外径が極中心６２，６３で最大となり、極間６４で最小となる形状であって、極中心６２，６３から極間６４までが弧状となる形状である。極中心６２は第１の磁極の極中心であり、極中心６３は第２の磁極の極中心である。図示例では、花丸形状は、１０枚の同形同サイズの花弁が均等角度で配置された形状である。従って、極中心６２での回転子コア５の外径は、極中心６３での回転子コア５の外径に等しい。なお、磁石挿入孔２の周方向の幅は極ピッチよりも広い。

図１０は比較例に係るコンシクエントポール型の回転子の断面図である。図１０に示す回転子２０Ａと図６に示す回転子２０との違いは、回転子２０Ａは、回転子コアブロック５１と、回転子コアブロック５１の軸方向における両端部に設置された２つのエンドプレート８とを備えるが、図６に示す第２の回転子コア５−２を備えていないことである。

回転子２０Ａでは、第１の回転子コア５−１に設けられた第１の領域３Ａに挿入された永久磁石１の径方向外側のＮ極から発生した磁束の一部は、永久磁石１の径方向外側の第１の回転子コア５−１に流れた後、軸方向に流れる。さらにこの磁束は、第１の領域３Ａを介して、永久磁石１の径方向内側のコア部を通り、再び当該永久磁石１のＳ極に入る。図１０ではこのように流れる漏れ磁束の軌跡をショートループａとして表記している。

なお、回転子２０Ａでは、シャフト２３が磁性材料で構成されるため、永久磁石１から漏れ出た磁束が、不図示の固定子コア、シャフト２３、第１の回転子コア５−１および永久磁石１の順で流れる。図１０ではこのように流れる漏れ磁束の軌跡をロングループｂとして表記している。

コンシクエントポール型の回転子２０Ａでは、図９に示す第２の磁極部分６１に相当する仮想磁極部分で発生する磁力が、図９に示す第１の磁極部分６０に相当する磁石磁極部分で発生する磁力に比べて弱いため、ショートループａの漏れ磁束が生じ易い。

図１１は本発明の実施の形態１に係る電動機において発生する磁束の流れを説明するための図である。図１１に示す電動機１００にはでは図６に示す回転子２０が固定子４０に組み込まれている。図６で説明したように回転子２０では、回転子コアブロック５１の軸方向における両端部には第２の回転子コア５−２が設置され、第２の回転子コア５−２には、図１０に示す第１の領域３Ａよりも幅広の第２の領域４Ａが形成されている。永久磁石１から漏れ出た磁束に対して、第２の領域４Ａによる磁気抵抗は第１の領域３Ａによる磁気抵抗よりも高い値となる。そのため回転子２０が用いられた電動機１００では、図１０に示すショートループａの漏れ磁束が抑制され、永久磁石１から発生した磁束ｃを固定子４０に流入する磁束として利用できる。

図１２は本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第１の変形例を示す図である。図６に示す回転子２０と図１２に示す回転子２０−１との違いは第２の回転子コア５−２の形状である。回転子２０−１が備える第２の回転子コア５−２は、径方向内側面５３ａが径方向内側面５２ａよりもシャフト２３寄りに位置している。このように構成された回転子２０−１では、図１０に示す回転子２０Ａに比べてショートループａの漏れ磁束が抑制される。さらに回転子２０−１では、径方向内側面５３ａが永久磁石１の抜け止め部材として機能するため、エンドプレート８を薄くすることができ、またはエンドプレート８を省くことができる。

図１３は本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第２の変形例を示す図である。図６に示す回転子２０と図１３に示す回転子２０−２との違いは第２の回転子コア５−２の形状である。回転子２０−２が備える第２の回転子コア５−２は、径方向内側面５３ａが径方向内側面５２ａよりも第２の回転子コア５−２の外周面寄りに位置している。このように構成された回転子２０−２では、図１０に示す回転子２０Ａに比べてショートループａの漏れ磁束が抑制される。

ただし、図１２に示す回転子２０−１では、図６に示す回転子２０に比べて永久磁石１から漏れ出た磁束に対する磁気抵抗が低下する。また図１３に示す回転子２０−２では、永久磁石１から発生して不図示の固定子へ向かう磁束の流れが第２の磁石挿入孔２−２により妨げられる。

そこで図６に示す回転子２０のように、径方向における径方向内側面５３ａの位置は、径方向における径方向内側面５２ａの位置と一致させることが望ましい。これにより、図１０に示すショートループａの漏れ磁束が抑制され、不図示の固定子のコイルに鎖交する磁力が増え、誘起電圧が増加するため、モータトルクが増加し、小型で高効率な電動機１００を実現できる。

また図６に示す回転子２０では、軸方向長さＬが永久磁石１の軸方向長さＬ２よりも長くなるように構成されているため、エンドプレート８の装着時にエンドプレート８が永久磁石１に接触することによる永久磁石１の割れを防止できる。

図１４は本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第３の変形例を示す図である。図６に示す回転子２０と図１４に示す回転子２０−３との違いは永久磁石１の軸方向長さＬ２である。回転子２０−３では、永久磁石１の軸方向長さＬ２が回転子コアブロック５１の軸方向長さＬ１よりも短く、永久磁石１の軸方向端面１ａが回転子コアブロック５１の軸方向端面５１ａよりも第１の回転子コア５−１寄りに位置している。このように構成された回転子２０−３では、図１０に示す回転子２０Ａに比べてショートループａの漏れ磁束が抑制される。

図１５は本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第４の変形例を示す図である。図６に示す回転子２０と図１５に示す回転子２０−４との違いは永久磁石１の軸方向長さＬ２である。回転子２０−４では、永久磁石１の軸方向長さＬ２が回転子コアブロック５１の軸方向長さＬ１よりも長く、永久磁石１の軸方向端面１ａが回転子コアブロック５１の軸方向端面５１ａよりもエンドプレート８寄りに位置している。このように構成された回転子２０−４では、図１０に示す回転子２０Ａに比べてショートループａの漏れ磁束が抑制される。

ただし、図１４に示す回転子２０−３では、第１の回転子コア５−１の第１の磁石挿入孔２−１を介して磁束のショートループが生じ易い。また図１５に示す回転子２０−４では、第２の回転子コア５−２の第２の磁石挿入孔２−２にはみ出した永久磁石１から発生する磁束を有効に利用できない。

そこで、図６に示す回転子２０のように、永久磁石１の軸方向端面１ａは、回転子コアブロック５１の軸方向端面５１ａと一致させることが望ましい。これにより、図１０に示すロングループｂの漏れ磁束が抑制され、不図示の固定子のコイルに鎖交する磁力が増え、誘起電圧が増加するため、モータトルクが増加し、小型で高効率な電動機１００を実現できる。

図１６は本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第５の変形例を説明するための第１の図である。図１６には図７に示す第１の回転子コア５−１を変形した第１の回転子コア５−１Ａが示される。第１の回転子コア５−１Ａでは、シャフト挿入孔７−１と複数の第１の磁石挿入孔２−１との間に樹脂５４が充填されている。

図１７は本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第５の変形例を説明するための第２の図である。図１７には図８に示す第２の回転子コア５−２を変形した第２の回転子コア５−２Ａが示される。第２の回転子コア５−２Ａでは、シャフト挿入孔７−２と複数の第２の磁石挿入孔２−２との間に樹脂５４が充填されている。

図１８は本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第５の変形例を説明するための第３の図である。図１８には、図１６および図１７に示される第１の回転子コア５−１Ａおよび第２の回転子コア５−２Ａにより構成される回転子２０−５が示される。回転子２０−５では、シャフト２３、第１の回転子コア５−１Ａ、第２の回転子コア５−２Ａおよび樹脂５４を不図示の金型で一体成型することにより製造される。樹脂５４を用いることにより、永久磁石１から発生する磁束のショートループａおよびロングループｂを抑制できる。また回転子２０−５の一体成型時に永久磁石１が樹脂５４で覆われるため、酸素および水分が永久磁石１に接触することを防止でき、永久磁石１の腐食による磁力の劣化を防止できる。また回転子２０−５によれば、コア部材の使用量が低減され、低コスト化を実現できる。

図１９は本発明の実施の形態１に係るコンシクエントポール型の回転子の第６の変形例を説明するための図である。図１９には図７に示す第１の回転子コア５−１を変形した第１の回転子コア５−１Ｂが示される。第１の回転子コア５−１Ｂでは、シャフト挿入孔７−１と複数の第１の磁石挿入孔２−１との間にリブ形状の樹脂５４が充填されている。樹脂５４の径方向における幅および軸方向における長さを調整することにより、第１の回転子コア５−１Ｂを有して構成される不図示の回転子の固有振動数を調節でき、当該回転子に接続される不図示のファンとのねじり共振を調節できる。

なお実施の形態１では、軸方向における回転子コアブロックの両端部に第２の回転子コアを設けた例を説明したが、第２の回転子コアは、軸方向における回転子コアブロックの一端部に設けても同様の効果が得られる。

実施の形態２．
図２０は本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構成の一例を示す図である。空気調和機３００は、室内機３１０と、室内機３１０に接続される室外機３２０とを備える。室内機３１０には不図示の室内機用送風機が搭載され、室外機３２０には室外機用送風機３３０が搭載されている。また、室外機３２０には不図示の圧縮機が搭載されている。室内機用送風機、室外機用送風機３３０および圧縮機には、実施の形態１に係る電動機１００が使用されている。

このように、室内機用送風機、室外機用送風機３３０および圧縮機の駆動源として実施の形態１に係る電動機１００を用いることにより、漏洩磁束を有効に利用することにより空気調和機３００の運転効率が向上する。

なお実施の形態１に係る電動機１００は、空気調和機３００以外の電気機器に搭載することもでき、この場合も、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 永久磁石、１ａ 軸方向端面、２ 磁石挿入孔、２−１ 第１の磁石挿入孔、２−２ 第２の磁石挿入孔、３Ａ 第１の領域、３Ｂ，４Ｂ 領域、４Ａ 第２の領域、５ 回転子コア、５−１，５−１Ａ，５−１Ｂ 第１の回転子コア、５−２，５−２Ａ 第２の回転子コア、６ 回転軸、７−１，７−２ シャフト挿入孔、８ エンドプレート、１０ モールド固定子、１０−１，４１−１ 外周部、１０−２，１０ａ，４１−２ 内周部、１０ｂ 開口部、１１ 軸受支持部、１１ａ 孔、２０，２０−１，２０−２，２０−３，２０−４，２０−５，２０Ａ 回転子、２１ａ 負荷側転がり軸受、２１ｂ 反負荷側転がり軸受、２３ シャフト、２４ 樹脂部、２６，２６−１，２６−２ 絶縁スリーブ、２７ シャフト組立、３０ ブラケット、３０ａ 軸受支持部、３０ｂ 圧入部、４０ 固定子、４１ 固定子コア、４２ コイル、４３ 絶縁部、４４ｂ 中性点端子、４５ 基板、４６ リード線口出し部品、４７ リード線、４９ａ ＩＣ、４９ｂ ホールＩＣ、５０ モールド樹脂、５１ 回転子コアブロック、５１ａ 軸方向端面、５２ 第１のコア部、５２ａ 径方向内側面、５３ 第２のコア部、５３ａ 径方向内側面、５４ 樹脂、６０ 第１の磁極部分、６１ 第２の磁極部分、６２，６３ 極中心、６４ 極間、１００ 電動機、１１０ 負荷側、１２０ 反負荷側、３００ 空気調和機、３１０ 室内機、３２０ 室外機、３３０ 室外機用送風機、４００ 分割コア部、４０１ バックヨーク、４０２ ティース、４０３ 薄肉部、４０４ 分割面、４０５ 孔、４０６ スロット。

Claims (6)

1. 回転子コアと、前記回転子コアの径方向の板厚が前記回転子コアの軸方向に亘って一定であり、前記回転子コアの内部に配置される永久磁石とを有するコンシクエントポール型の回転子であって、
   前記回転子コアは、
   前記永久磁石が挿入される第１の領域を有する第１の回転子コアと、
   前記第１の領域と連通する第２の領域を有し、前記第１の回転子コアに積層される第２の回転子コアと
   を備え、
   前記回転子コアの径方向における前記第１の領域の幅を第１の幅とし、前記径方向における前記第２の領域の幅を第２の幅としたとき、
   前記第２の幅は前記第１の幅よりも広く、
   前記第１の回転子コアは、
   前記第１の領域を含む第１の磁石挿入孔と、
   前記第１の磁石挿入孔より前記径方向の外側に設けられる第１のコア部と
   を備え、
   前記第２の回転子コアは、
   前記第２の領域を含む第２の磁石挿入孔と、
   前記第２の磁石挿入孔より前記径方向の外側に設けられる第２のコア部と
   を備え、
   前記径方向における前記第２のコア部の径方向内側面の位置は、前記径方向における前記第１のコア部の径方向内側面の位置と一致しているコンシクエントポール型の回転子。
2. 前記第２の回転子コアは、前記回転子コアの軸方向における前記第１の回転子コアの一端部または両端部に積層される請求項１に記載のコンシクエントポール型の回転子。
3. 前記回転子コアの軸方向における前記第１の回転子コアの軸方向端面の位置は、前記回転子コアの軸方向における前記永久磁石の軸方向端面の位置と一致している請求項１または２に記載のコンシクエントポール型の回転子。
4. 前記第１の回転子コア、前記第２の回転子コアおよびシャフトが樹脂で一体化されている請求項１から請求項３の何れか一項に記載のコンシクエントポール型の回転子。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載のコンシクエントポール型の回転子と固定子とを備える電動機。
6. 請求項５に記載の電動機を備えた空気調和機。

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