JP2007097293A - 電動機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】 コギングトルクを低減して運転効率の向上が図れる電動機の回転子を提供する。
【解決手段】 回転子鉄心３２の各磁石収容孔３２ａ内に上下に２分割した形の永久磁石３３，３４を挿入し、その永久磁石３３，３４を回転子鉄心３２の周方向に沿って互いにずらして設ける。
【選択図】 図２

Description

この発明は、永久磁石を収容した電動機の回転子に関する。

永久磁石を収容してなる電動機の回転子の例として、回転子鉄心の外周に沿って複数の直線状の磁石収容孔を形成し、これら磁石収容孔にそれぞれ永久磁石を収容したものがある（例えば、特許文献１，２，３）。
特開平１０−１７４３２４号公報 特開２００４−２７４８２６号公報 特開２００５−９４９６８号公報

このような電動機の回転子では、各永久磁石から出る磁束が磁路のパーミアンス変化によって増減し、それに伴う磁場のエネルギーの変化により、コギングトルクが正逆方向に交番的に発生する。このコギングトルクは、電動機の運転効率に悪影響を及ぼす。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、コギングトルクを低減して運転効率の向上が図れる電動機の回転子を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明の電動機の回転子は、多数の鋼板を積層してなる回転子鉄心と、この回転子鉄心の外周に沿って形成された複数の磁石収容孔と、これら磁石収容孔に収容される複数の永久磁石とを備え、上記各永久磁石を上記各鋼板の積層方向に沿って２分割し、２分割した永久磁石を上記各磁石収容孔内で上記回転子鉄心の周方向に沿って互いにずらして設けている。

この発明の電動機の回転子によれば、コギングトルクが低減し、運転効率の向上が図れる。

［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
空気調和機や冷蔵庫に搭載される圧縮機の構成を図１に示している。圧縮機１は、金属製の密閉ケース２で覆われている。この密閉ケース２の下部に２本の吸込管３が取付けられ、上部に１本の吐出管４が取付けられている。この吐出管４には冷凍サイクル（図示しない）の高圧側配管が接続され、各吸込管３にはアキュームレータ５を介して同冷凍サイクルの低圧側配管が接続されている。

密閉ケース２の内部には、圧縮機用モータとしてブラシレスＤＣモータ１０が収容されているとともに、圧縮機部２０が収容されている。

ブラシレスＤＣモータ１０は、密閉ケース２の内周面に接するように設けられた筒状の固定子１１、この固定子１１の内側に回転可能に設けられた回転子１２から成る。回転子１２の芯となる部分にシャフト１３が挿通され、そのシャフト１３が圧縮機部２０まで延びている。

圧縮機部２０は、シャフト１３の下部に設けられた２つの偏心部２１、これら偏心部２１の周囲にそれぞれ装着されたローラ２２、これらローラ２２の外周側に設けられた２つの圧縮室２３から成る。

ブラシレスＤＣモータ１０が駆動されてシャフト１３が回転することにより、圧縮機部２０の各ローラ２２が偏心回転し、各圧縮室２３に吸入圧が生じる。この吸入圧によって各吸込管３から各圧縮室２３にガス冷媒が吸込まれる。吸込まれたガス冷媒は各圧縮室２３で圧縮された後、密閉ケース２内へ吐出される。密閉ケース２内へ吐出された冷媒は、上記吐出管４から冷凍サイクル（図示しない）へと供給される。

なお、密閉ケース２の内底部には潤滑油が収容されている。この潤滑油は、圧縮機部２０の機械的な潤滑作用を確保するとともに、圧縮機部２０を冷却するためのものである。

ブラシレスＤＣモータ１０の回転子１２の構成を図２および図３に示している。図２は回転子１２の縦断面を示し、図１３は回転子１２の横断面を示している。

すなわち、回転子１２は、円盤状のバランサ３０を有し、そのバランサ３０の上面に端板３１を設け、その端板３１上に多数枚の薄型鋼板を積層してなる回転子鉄心３２を備えている。この回転子鉄心３２には、外周に沿って４つの直線状の磁石収容孔３２ａが形成されている。これら磁石収容孔３２ａは、各薄型鋼板の積層方向に沿って、回転子鉄心３２を貫通している。

これら磁石収容孔３２ａに、それぞれ永久磁石（フェライト磁石あるいは希土類磁石）３３，３４が収容されている。永久磁石３３，３４は、１つの永久磁石を各薄型鋼板の積層方向に沿って上下に２分割した形のもので、先ず永久磁石３３が磁石収容孔３２ａに挿入され、その永久磁石３３の上に重なるように引き続き永久磁石３４が磁石収容孔３２ａに挿入される。

各磁石収容孔３２ａに永久磁石３３，３４がそれぞれ収容された後、各磁石収容孔３２ａを閉塞するように、回転子鉄心３２の上部に端板３５が設けられる。

とくに、磁石収容孔３２ａ内に挿入された永久磁石３３，３４は、回転子鉄心３２の周方向に沿って互いにずれるように、係止部材３６，３７によってそれぞれ保持される。すなわち、端板３１の上面に係止部材３６が突設され、その係止部材３６により、下側の永久磁石３３が横方向一方に片寄るように保持される。また、端板３５の下面に係止部材３７が突設され、その係止部材３７により、上側の永久磁石３４が横方向他方に片寄るように保持される。

このように、各磁石収容孔３２ａ内に上下に２分割した形の永久磁石３３，３４を挿入し、その永久磁石３３，３４を回転子鉄心３２の周方向に沿って互いにずらして設けることにより、各磁石収容孔３２ａ内に２つの永久磁石３３，３４による段違いスキューが形成される。この段違いスキューの形成により、ブラシレスＤＣモータ１０のコギングトルクを低減することができる。ひいては、ブラシレスＤＣモータ１０の運転効率が向上する。

永久磁石３３，３４を回転子鉄心３２の周方向に沿って互いにずらす手段としては、係止部材３６，３７を用いるだけの簡単な構成であり、コギングトルクの低減を低コストで達成することができる。

また、回転子鉄心３２において、各磁石収容孔３２ａの外側位置に、回転子鉄心３２の径方向に沿う細長形状の多数のスリット孔３２ｂが形成されている。これらスリット孔３２ｂは、各薄型鋼板の積層方向に沿って、回転子鉄心３２を貫通している。また、各スリット孔３２ｂは、回転子鉄心３２の径方向外側に位置する端部の相互間隔が一定に設定され、回転子鉄心３２の径方向内側に位置する端部の相互間隔が永久磁石３３，３４の中央部から側部にかけて徐々に狭まるように形成されている。これらスリット孔３２ｂの形成により、回転子鉄心３２における磁束分布が良好となる。

［２］第２の実施形態について説明する。
ブラシレスＤＣモータ１０の回転子１２の構成を図４、図５、図６に示している。図４は第１および第２回転子鉄心の縦断面を示し、図５は第２回転子鉄心の横断面を示し、図６は第１回転子鉄心の横断面を示している。

すなわち、回転子１２は、円盤状のバランサ４０を有し、そのバランサ４０の上面に端板４１を設け、その端板４１上に多数枚の薄型鋼板を積層してなる第１回転子鉄心４２および第２回転子鉄心４３を順次に重ねて設けている。

まず、下側の第１回転子鉄心４２には、図６に示すように、外周に沿って４つの直線状の磁石収容孔４２ａが形成されている。これら磁石収容孔４２ａは、各薄型鋼板の積層方向に沿って、第１回転子鉄心４２を貫通している。この各磁石収容孔４２ａに、永久磁石４５が挿入される。

とくに、各磁石収容孔４２ａは、第１回転子鉄心４２の径方向内側に位置する面の一部が、永久磁石４５の横幅と略同じ幅寸法Ｌ２にわたって径方向内側にわずかに突出しており、その突出部分が永久磁石４５を保持するための磁石保持領域４２ａｘとなっている。この磁石保持領域４２ａｘは磁石収容孔４２ａの横方向の一端側に寄っており、その磁石保持領域４２ａｘに永久磁石４５が収まる。

上側の第２回転子鉄心４３には、図５に示すように、外周に沿って４つの直線状の磁石収容孔４３ａが形成されている。これら磁石収容孔４３ａは、各薄型鋼板の積層方向に沿って、第２回転子鉄心４３を貫通している。この各磁石収容孔４３ａに、永久磁石４６が挿入される。

とくに、各磁石収容孔４３ａは、第１回転子鉄心４３の径方向内側に位置する面が、永久磁石４６の横幅よりも大きい幅寸法Ｌ２（＜Ｌ１）にわたって径方向内側にわずかに突出しており、その突出部分が永久磁石４６を保持するための磁石保持領域４３ａｘとなっている。この磁石保持領域４３ａｘは磁石収容孔４３ａの横方向の中央位置にあり、その磁石保持領域４３ａｘの横方向自由な位置に永久磁石４６を保持することができる。この保持作用は、磁石保持領域４３ａｘの相対向する２つの面からの挟み込みにより、得られる。

こうして、第１回転子鉄心４２および第２回転子鉄心４３に永久磁石４５，４６が挿入された後、第１回転子鉄心４２の各磁石収容孔４２ａを閉塞するように、端板４７が設けられる。

このように、第１回転子鉄心４２の各磁石収容孔４２ａにおける永久磁石４５と、第２回転子鉄心４３の各磁石収容孔４３ａにおける永久磁石４６とが、回転子鉄心４２，４３の周方向に沿って互いにずれることにより、２つの永久磁石４５，４６による段違いスキューが形成される。この段違いスキューの形成により、ブラシレスＤＣモータ１０のコギングトルクを低減することができる。ひいては、ブラシレスＤＣモータ１０の運転効率が向上する。

なお、永久磁石４５，４６による段違いスキューは、その永久磁石４５，４６に対する着磁処理の前は形成されず、着磁処理によって永久磁石４５，４６の相互間に反発力が生じることによって形成される。

他の構成、作用、効果は、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［３］第３の実施形態について説明する。
ブラシレスＤＣモータ１０の回転子１２の縦断面を図７に示している。
回転子１２は、多数枚の薄型鋼板を積層してなる回転子鉄心５０を有している。この回転子鉄心５０において、シャフト１３を囲む位置に４つの円弧状の磁石収容孔が形成されており、その各磁石収容孔に下側永久磁石５１および上側永久磁石５２が順に挿入されている。

挿入された下側永久磁石５１および上側永久磁石５２は、回転子鉄心５０の周方向に沿って互いにずれた状態で固定される。このずれを設定する手段は、第１の実施形態の構成あるいは第２の実施形態の構成と同じである。

こうして、下側永久磁石５１および上側永久磁石５２による段違いスキューが形成されることにより、ブラシレスＤＣモータ１０のコギングトルクを低減することができる。ひいては、ブラシレスＤＣモータ１０の運転効率が向上する。

他の構成、作用、効果は、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［４］第４の実施形態について説明する。
ブラシレスＤＣモータ１０の回転子１２の縦断面を図８に示している。
回転子１２は、多数枚の薄型鋼板を積層してなる回転子鉄心６０を有している。この回転子鉄心６０の周縁部に、４つの円弧状の磁石収容孔が形成されており、その各磁石収容孔に下側永久磁石６１および上側永久磁石６２が順に挿入されている。

挿入された下側永久磁石６１および上側永久磁石６２は、回転子鉄心６０の周方向に沿って互いにずれた状態で固定される。このずれを設定する手段は、第１の実施形態の構成あるいは第２の実施形態の構成と同じである。

こうして、下側永久磁石６１および上側永久磁石６２による段違いスキューが形成されることにより、ブラシレスＤＣモータ１０のコギングトルクを低減することができる。ひいては、ブラシレスＤＣモータ１０の運転効率が向上する。

他の構成、作用、効果は、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［５］なお、この発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

各実施形態に係る圧縮機の内部の構成を示す図。 第１の実施形態における回転子鉄心の縦断面を示す図。 第１の実施形態における回転子鉄心の横断面を示す図。 第２の実施形態における回転子鉄心の縦断面を示す図。 第２の実施形態における第２の回転子鉄心の横断面を示す図。 第２の実施形態における第１の回転子鉄心の横断面を示す図。 第３の実施形態における回転子鉄心の横断面を示す図。 第４の実施形態における回転子鉄心の横断面を示す図。

符号の説明

１…圧縮機、２…密閉ケース、１０…ブラシレスＤＣモータ、１１…固定子、１２…回転子、１３…シャフト、２０…圧縮機部、３０…バランサ、３１…端板、３２…回転子鉄心、３２ａ…磁石収容孔、３２ｂ…スリット孔、３３，３４…永久磁石、３５…端板、３６，３７…係止部材、４２…第１回転子鉄心、４２ａ…磁石収容孔、４２ａｘ…磁石保持領域、４３…第２回転子鉄心、４３ａ…磁石収容孔、４３ａｘ…磁石保持領域、５０…回転子鉄心、５１…下側永久磁石、５２…上側永久磁石、６０…回転子鉄心、６１…下側永久磁石、６２…上側永久磁石

Claims (2)

1. 多数の鋼板を積層してなる回転子鉄心と、この回転子鉄心の外周に沿って形成された複数の磁石収容孔と、これら磁石収容孔に収容される複数の永久磁石とを備え、前記各永久磁石を前記各鋼板の積層方向に沿って２分割し、２分割した永久磁石を前記各磁石収容孔内で前記回転子鉄心の周方向に沿って互いにずらして設けたことを特徴とする電動機の回転子。
2. 多数の鋼板を積層してなる第１回転子鉄心と、多数の鋼板を積層してなり前記第１回転子鉄心上に重ねて設けられる第２回転子鉄心と、前記第１回転子鉄心に形成された複数の第１磁石収容孔と、前記第２回転子鉄心の外周に沿って形成された複数の第２磁石収容孔と、これら第１磁石収容孔および第２磁石収容孔に収容される複数の永久磁石とを備え、前記各第１磁石収容孔の磁石保持領域と前記各第２磁石収容孔の磁石保持領域とを前記各回転子鉄心の周方向に沿って互いにずらしたことを特徴とする電動機の回転子。

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