JP2020080632A - Ｄｃモータ、及びｄｃモータを用いた回転圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣモータにおいて、ロータの高速回転時における鉄損を低減して効率を改善する目的で、ロータの各磁極の円弧状外周面のうち、ロータの回転方向側の外面に所定範囲で斜めにロータの内方に向かって直線でカットされたカット部が形成されている。直線状カットによってステータとロータとの間のエアーギャップに生じる磁束密度変化が急激となり、ステータの歯部先端に生じる吸引力の変化によって僅かな変形が齎され、ロータの高速回転時の振動や騒音発生の原因となる。本発明は、ステータの歯部に掛かる吸引力を低下し、ロータの高速回転時の振動や騒音の低下を図る技術を提供する。【解決手段】ステータに対向するロータの磁極の外面のうちロータの回転方向側外周面が、前記ロータの内方に向かって円弧状に切除された切欠部を有するＤＣモータ、及びこのＤＣモータを備えた回転圧縮機。【選択図】図２

Description

本発明は、コイルが巻回されたステータ内に磁石を備えたロータが回転可能に配置されたＤＣモータ、及び密閉容器内に前記ＤＣモータの電動機要素及び前記ロータの回転にて駆動される回転圧縮要素が収容された回転圧縮機に関する。

この種の回転圧縮機Ｃは、例えば、特許文献１に示される。
この特許文献１の電動機要素を構成するＤＣモータは、４極６スロットタイプであり、ステータの固定子鉄心は、６個の歯部と６個のスロット部を有する形態であり、この歯部にスロット部の空間を利用して固定子巻線を直接巻回する、所謂集中巻き方式によってステータの磁極を形成する構成である。

ロータは、４極の磁極を構成するよう外面が円弧状の磁極を等角度間隔に形成し、ロータの中心に形成した軸孔に回転軸が焼きバメにて取り付けられており、ロータの直径を形成する各磁極の頂点間の外径は、ステータの各歯部の内径で形成されるステータの内径寸法よりも僅かに小さく、ステータとロータとの間に円形状のエアーギャップＡＧが形成され、ステータ内でロータが回転可能である。

ロータは、各磁極に対応して磁性体（永久磁石）が内蔵された構成であり、各磁極に対応して、ロータの回転中心から各磁極の中心部へ延びる半径方向の直線に直角状に形成されたスロットに永久磁石が挿入され、前記直線に直角状の配置である。
永久磁石は、表面にネオジ系磁石（ネオジ、鉄、ボロンからなる）や、サマリウムコバルト系磁石や、プラセオジウム系磁石等の、所謂希土類磁石が採用されている。

上記のＤＣモータにおいて、ロータの各磁極のステータの歯部に対向する円弧状外周面には、ロータの回転方向（図示のものは時計方向）側の外面に、所定範囲で斜めにロータの内方に向かって直線でカットされたカット部３６〜３９が形成されている。

特開２００５−２１０８９８の公報

このような直線状のカット部３６〜３９は、ロータの高速回転時における鉄損を低減して効率を改善する目的であるが、このカット部３６〜３９によって、ステータとロータとの間に形成されるエアーギャップに生じる磁束密度変化が急激となり、ステータの歯部先端（エアーギャップ側）の左右両側の肉厚が薄い箇所に生じる吸引力の変化によって、この部分に僅かな変形が齎され、これによって特にロータの高速回転時の振動や騒音発生の原因となる。

本発明は、このような点に鑑み、ステータの歯部に掛かる吸引力を低下し、ロータの高速回転時の振動や騒音の低下を図ることができる技術を提供するものである。
また、ロータの低速回転から高速回転における平均トルクが大きく、変動トルクが小さなブラシレスＤＣモータを提供するものである。

第１発明は、
永久磁石により等間隔に磁極が形成されたロータをステータ内に配置したDCモータにおいて、前記ロータの各磁極の外周面がロータの回転方向に沿って漸次深くなるよう断面円弧状に切除された切欠部を有することを特徴とするＤＣモータ。

第２発明は、
永久磁石により等間隔に磁極が形成されたロータをステータ内に配置したDCモータにおいて、前記各磁極は、前記ロータの回転中心から所定半径で形成される円弧状外周面をなし、
前記円弧状外周面の前記ロータの回転方向側外周面が、前記ロータの回転中心から前記各磁極の中央部を通る直線上の前記磁極側へ寄った位置を中心として描かれる円に沿って前記ロータの内方に向かって円弧状に切除された切欠部を有する、
ことを特徴とするＤＣモータ。

第３発明は、
永久磁石により等間隔に磁極が形成されたロータをステータ内に配置したDCモータにおいて、
前記各磁極は、前記ロータの回転中心から所定半径で形成される円弧状外周面をなし、
前記各磁極内には、前記ロータの回転中心から前記各磁極の中央部を通る直線に直角状に前記永久磁石が配置され、
前記ステータに対向する前記円弧状外周面の前記ロータの回転方向側外周面が、前記ロータの回転中心から前記直線上の前記磁極側へ寄った位置を中心として描かれる円に沿って前記ロータの内方に向かって円弧状に切除された切欠部を有する、
ことを特徴とするＤＣモータ。

第４発明は、第１発明乃至第３発明のいずれかにおいて、
前記切欠部は、前記ロータの回転中心から前記各磁極の中央部を通る直線上の前記磁極側へ所定寸法だけ寄った位置を中心として半径Ｒ２で描かれる円弧で形成され、
前記ロータの円弧状外周面を形成する半径をＲ１とした場合、
Ｒ２／（Ｒ１−Ｒ２＝Ｂ）＞２である、
ことを特徴とするＤＣモータ。

第５発明は、
電動機要素と、前記電動機要素の回転軸の回転によって吸入ガスを圧縮する回転圧縮要素が密閉容器内に配置された回転圧縮機において、前記電動機要素が第１発明乃至第４発明のいずれかに記載のＤＣモータである、
ことを特徴とする回転圧縮機。

本発明は、永久磁石により等間隔に磁極が形成されたロータをステータ内に配置したDCモータにおいて、前記ロータの各磁極の外周面が、従来のような直線状カットでなく、ロータの回転方向に沿って漸次深くなるよう断面円弧状に切除された切欠部を有することにより、ステータの歯部に掛かる吸引力を低下し、ロータの高速回転時の振動や騒音の低下を図ることができる。
また、ロータの低速回転から高速回転における平均トルクが高く、変動トルクが小さなブラシレスＤＣモータを提供できる。

また、本発明に係るＤＣモータを回転圧縮機の電動機要素に採用することにより、回転圧縮機が家庭用エアコンディショナや冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルに採用される場合において、騒音の少ない家電機器を提供できるものとなる。

本発明に係る回転圧縮機の縦断面図である。 本発明に係るＤＣモータのステータとロータの関係を説明する横断面図である。 本発明に係るＤＣモータのロータの構成を説明する横断面図である。 本発明に係るＤＣモータと他の形態のモータとのステータの歯部に生じる吸引力の比較を示す図である。 本発明に係るＤＣモータと他の形態のモータとのトルク変動の比較を示す図である。 本発明に係るＤＣモータと他の形態のモータとの平均トルクと変動トルクの比較を示す図である。 本発明に係るＤＣモータのステータ歯部における吸引力のベクトル図である。 本発明に係るＤＣモータのロータが回転する場合の磁束線を示す図である。 本発明に係るＤＣモータのロータに形成する切欠部のカット最大の構成を説明する図である。 本発明に係るＤＣモータのロータに形成する切欠部のカット中の構成を説明する図である。 本発明に係るＤＣモータの永久磁石の配置が異なる他の実施形態を示す図である。 本発明に係るＤＣモータの永久磁石の配置が異なる他の実施形態を示す図である。 本発明に係るＤＣモータのロータに形成する従来形態の直線カットの構成を説明する図である。

本発明は、永久磁石により等間隔に磁極が形成されたロータをステータ内に配置したDCモータにおいて、前記ロータの各磁極の外周面がロータの回転方向に沿って漸次深くなるよう断面円弧状に切除された切欠部を有することを特徴とする。

その一つの構成として、前記各磁極は、前記ロータの回転中心から所定半径で形成される円弧状外周面をなし、前記各磁極内には、前記ロータの回転中心から前記各磁極の中央部を通る直線に直角状に前記永久磁石が配置され、前記ステータに対向する前記円弧状外周面の前記ロータの回転方向側外周面が、前記ロータの回転中心から前記直線上の前記磁極側へ寄った位置を中心として描かれる円に沿って前記ロータの内方に向かって円弧状にカット（以下、カットは「切除」と同じ意味をなす）される形態により、前記ロータの各磁極の外周面がロータの回転方向に沿って漸次深くなるよう断面円弧状に切除された切欠部を有する、ことを特徴とする。

また、本発明は、電動機要素と、前記電動機要素の回転軸の回転によって吸入ガスを圧縮する回転圧縮要素が密閉容器内に配置された回転圧縮機において、前記電動機要素を本発明に係るＤＣモータとすることによって、好ましい回転圧縮機を提供できる。
以下に、本発明に係るＤＣモータの実施例を記載するに当たり、ＤＣモータを回転圧縮機に採用した場合の実施例について記載する。

この種の回転圧縮機Ｃは、図１に示すように、密閉容器１内に電動機要素２が配置され、この電動機要素２の下部に回転圧縮要素３が配置され収容されている。密閉容器１は、上端が開口した有底の円筒形状のシェル部１Ａと、このシェル部１Ａの上端開口を閉塞するエンドキャップ部１Ｂから構成され、シェル部１Ａ内に電動機要素２及び回転圧縮要素３を収容配置した後、エンドキャップ部１Ｂをシェル部１Ａに被せ、その接合部を高周波溶接等によって密閉する構成であり、シェル部１Ａ内底部には回転圧縮要素３の潤滑用オイルを溜めるオイル溜め部ＳＯが形成される。

電動機要素２を構成する本発明に係るＤＣモータ２は、密閉容器１の内壁に溶接にて固定されたステータ（固定子）４と、このステータ４内で回転するように軸受部２９、３０で支持された回転軸１２に固定したロータ（回転子）５を備えるブラシレスＤＣモータ２で構成される。
図２及び図３の実施例に示すＤＣモータ２は、４極６スロットタイプであり、そのステータ４は、略ドーナッツ状の珪素鋼板６Ｆを複数枚積層して構成された固定子鉄心６と、ロータ５に回転磁界を与えるための固定子巻線７とから構成される。固定子鉄心６は、シェル部１Ａ内周面に当接して固定されており、６個の歯部６Ａと６個のスロット部６Ｂを有する形態であり、複数の歯部６Ａ間に内方及び上下に開放したスロット部６Ｂが形成され、この歯部６Ａにスロット部６Ｂの空間を利用して固定子巻線７を直接巻回する、所謂集中巻き方式によってステータ４の磁極を形成する構成である。

ロータ５は、厚さ１．３ｍｍ〜０．７ｍｍ等の電磁鋼板を所定数の磁極５Ａ〜５Ｄを等角度間隔に形成するように、円板状の所定形状に打ち抜き加工した回転子鉄板５Ｐを複数枚積層し、互いにカシメや溶接にて一体に積層された構成であり、４極の磁極を構成するよう外面が円弧状の磁極５Ａ〜５Ｄが電磁鋼板から打ち抜かれ、等角度間隔配置の磁極５Ａ〜５Ｄの相互間に凹部８〜１１が形成される。
ロータ５の中心に形成した軸孔５Ｆには、回転軸１２が焼きバメにて取り付けられる。
各磁極５Ａ〜５Ｄの頂点間の外径５５（ロータ５の直径５５）は、１５フレームの圧縮機では例えば５０ｍｍであり、ステータ４の各歯６Ａ部の内径で形成されるステータ４の内径ＳＮの寸法より僅かに小さく、ステータ４とロータ５との間に円形状のエアーギャップＡＧが形成される。

ロータ５は、等角度間隔に形成される各磁極５Ａ〜５Ｄを構成するように、各磁極５Ａ〜５Ｄ内には磁性体１５（永久磁石１５）が内蔵された構成であり、各磁極５Ａ〜５Ｄに対応して形成したスロットＳ１〜Ｓ４に、平板状の磁性体１５（永久磁石１５）が挿入され、４極の磁極を構成する。
図示のものは、ロータ５の回転中心Ｃ1から各磁極５Ａ〜５Ｄの中央部を通る直線Ｌ１に直角状にスロットＳ１〜Ｓ４が、ロータ５の軸方向長さ（ロータ５の厚さ）に亘って貫通状態に形成されており、各永久磁石１５は、略ロータ５の軸方向長さ（ロータ５の厚さ）に亘る長さを有してそれぞれスロットＳ１〜Ｓ４に挿入され、前記直線Ｌ１に直角状の配置となる。
図示した実施例のＤＣモータ２では、ロータ５の回転中心Ｃ1から各磁極５Ａ〜５Ｄの中央部を通る直線Ｌ１は、ロータ５の回転中心Ｃ1から各磁極５Ａ〜５Ｄの左右間の中心部へ延びる半径方向の直線Ｌ１で表している。
ＤＣモータ２の小型化のために、永久磁石１５は、フェライト系磁石に替わってＢＨ積の大きなネオジ系磁石（ネオジ、鉄、ボロンからなり、表面にニッケルメッキを施している）や、サマリウムコバルト系磁石や、プラセオジウム系磁石等の、所謂希土類磁石が採用される。

ロータ５の回転時等におけるスロットＳ１〜Ｓ４からの永久磁石１５の飛び出しを防止するために、ロータ５の直径よりも若干小さな直径のアルミニウムのような非磁性の端面部材１６、１７がロータ５の上下面に取り付けられている。端面部材１６の上方位置にてロータ５に取り付けられた円盤状のオイル分離板１８を備える。ロータ５の回転時のバランスを取るためのバランスウエイト１９が、端面部材１６とオイル分離板１８の間に取り付けられている。

図１において、回転圧縮要素３は、中間仕切板２０で仕切られた第１のロータリー用シリンダ２１及び第２のロータリー用シリンダ２２を備えている。各シリンダ２１、２２は、それぞれシェル部１Ａ内周面に当接して固定されたシリンダ部材２１Ｆ、２２Ｆ内に上下に貫通して形成され、各シリンダ２１、２２には回転軸１２で回転駆動される偏心部２３、２４が取り付けられており、これら偏心部２３、２４は偏心位置がお互いに１８０度位相がずれている。

２５、２６はそれぞれシリンダ２１、２２内を回転する第１のローラ、第２のローラであり、それぞれ偏心部２３、２４の回転でシリンダ２１、２２内を回る。２７、２８はそれぞれ第１の枠体、第２の枠体であり、第１の枠体２７は複数のネジ５０にてシリンダ部材２１Ｆの上面に固定され、第１の枠体２７は中間仕切板２０との間にシリンダ２１の閉じた圧縮空間を形成させる。また、第２の枠体２２は複数のネジ５１にてシリンダ部材２２Ｆの下面に固定され、第２の枠体２８は同様に中間仕切板８との間にシリンダ２２の閉じた圧縮空間を形成している。また、第１の枠体２７、第２の枠体２８はそれぞれ回転軸１２の下部を回転自在に軸支する軸受部２９、３０を備えている。

３１、３２はカップマフラであり、それぞれ第１の枠体１７、第２の枠体２８を覆うように取り付けられている。尚、シリンダ２１とカップマフラ３１は第１の枠体２７に設けられた図示しない連通孔にて連通されており、シリンダ２２とカップマフラ３２も第２の枠体２８に設けられた図示しない連通孔にて連通されている。そして、この発明では下面のカップマフラ３２内は、シリンダ２１、２２を構成するシリンダ部材２１Ｆ、２２Ｆと、中間仕切板２０を貫通する貫通孔３３を介して、上面のカップマフラ３１内に連通している。カップマフラ３１、３２は、消音室としての機能を有する。

３４は密閉容器１の上に設けられた吐出管であり、３５、３６はアキュムレータ３７からそれぞれシリンダ２１、２２へ繋がる吸入管である。また、３８は密閉ターミナルであり、密閉容器１の外部から供給される電力が密閉ターミナル３８へ供給され、図示しないリード線を介して固定子４の固定子巻線７へ電力を供給するものである。

ＤＣモータ２の固定子４の固定子巻線７に通電されると、回転磁界が形成されて回転子５が回転する。この回転子５の回転により回転軸１２を介してシリンダ２１、２２内のローラ２５、２６が偏心回転され、吸入管３５、３６から吸入された吸入ガスは圧縮される。オイル溜まりＳＯのオイルは、ロータ５と共に回転する回転軸１２の回転によって、回転軸１２に形成したオイル供給路（図示せず）から回転圧縮要素３へ供給され、その部分の潤滑が行われる。

圧縮された高圧のガスは前記連通孔を介してシリンダ２１からカップマフラ３１内に吐出され、このカップマフラ３１に形成された吐出孔（ 図示せず） から上方の密閉容器１内に吐出される。一方、シリンダ２２からは前記連通孔を介してカップマフラ３２に吐出され、貫通孔３３を通って上面のカップマフラ３１名へ供給され、カップマフラ３１に形成された吐出孔（図示せず）から上方の密閉容器１内に吐出される。

このようにして密閉容器１内に吐出された高圧ガスは、ＤＣモータ２の前記固定子４内に設けられた隙間や固定子鉄心６とロータ５との間のエアーギャップＡＧ、ロータ５の凹部８〜１１等を通過して上昇する。そして、ガスはプレート１８に当たり、遠心力で外側に向かい上昇して吐出管３４から吐出される。またガスと一緒に吐出されたオイルは、プレート１８の回転による遠心力によって外方へ向かい、電動機要素２（ＤＣモータ２）や回転圧縮要素３と密閉容器１との隙間を経てオイル溜まりＳＯへ流下する。

回転圧縮機Ｃの出口側である吐出管３４は凝縮器４０に接続され、凝縮器４０の出口側は図示しないが受液器、液管電磁弁を介して減圧装置としての膨張弁４１に接続されている。膨張弁４１は蒸発器４２に接続され、蒸発器４２の出口側はアキュムレータ３７を介して回転圧縮機Ｃの吸込側３５、３６に接続された環状の冷媒回路が構成されている。回転圧縮機Ｃから吐出された高温高圧のガス冷媒は凝縮器４０にて放熱し、凝縮液化される。そして、膨張弁４１で減圧された後、蒸発器４２に入り、そこで周囲から熱を奪って気化するサイクルを繰り返すものである。

本発明は、上記のように、永久磁石１５により等間隔に磁極５Ａ〜５Ｄが形成されたロータ５をステータ４内に配置したDCモータ２において、ロータ５の各磁極５Ａ〜５Ｄの外周面がロータ５の回転方向Pに沿って漸次深くなるよう断面円弧状に切除された切欠部５０を有する。
この実施形態として、ステータ４に対向する磁極５Ａ〜５Ｄの外面のうち、ロータ５の回転方向側外周面が、ステータ４に対向する磁極５Ａ〜５Ｄの外面のうち、ロータ５の回転方向側外周面には、ロータ５の回転方向側がロータ５の内方に向かって次第に深くなるように、ロータ５の内方に向かって漸次深くなるよう断面円弧状に切除された切欠部５０を有する。
このため、切欠部５０の形成の一つとして、ロータ５の磁極５Ａ〜５Ｄのステータ４の歯部６Ａに対向する円弧状外周面（ロータ５の直径５５を形成するように、ロータ５の中心Ｃ１からロータ５の半径Ｒ１で形成された外面）のうち、ロータ５の回転方向（図示のものは反時計方向）側の外面には、ステータ４に対向する磁極５Ａ〜５Ｄの外面のうち、ロータ５の回転方向側外周面が、磁極５Ａ〜５Ｄの外面よりも小さな曲率で以ってロータ５の内方に向かって曲線でカットされることにより、切欠部５０が形成される。

この切欠部５０の形成において好ましい一つの実施形態として、図示のように、各磁極５Ａ〜５Ｄ内にはそれぞれ永久磁石１５が配置され、ステータ４に対向するロータ５の円弧状外周面のうち、ロータ５の回転方向側の外面には、ロータ５の回転中心Ｃ1から各磁極５Ａ〜５Ｄの左右間の中央部へ向けて延びる直線Ｌ１上の磁極５Ａ〜５Ｄ側へ所定寸法Ｂだけ寄った位置Ｃ２を中心として、所定の半径Ｒ２で描かれる円に沿ってロータ５の内方に向かってカットされた切欠部５０が形成される。

具体的には、ロータ５の半径Ｒ１と、切欠部５０を形成する半径Ｒ２の関係は、ロータ５の回転時にも、各磁極５Ａ〜５Ｄに変形が生じないように、永久磁石１５の左右端部に形成される磁極５Ａ〜５Ｄの肉厚の薄い部分Ｑに最小限度の肉厚が残る状態とすることが望ましい。このため、切欠部５０と永久磁石１５との間にも、最小限度の各磁極５Ａ〜５Ｄの肉厚部が残存する状態でなければならない。
このため、Ｒ２／（Ｒ１−Ｒ２＝Ｂ）が２より大きいことが望ましい、即ち、Ｒ２／（Ｒ１−Ｒ２＝Ｂ）＞２が望ましい。この点に関して、テストに採用されたＤＣモータ２に基づいて以下に説明する。

本発明に係る作用効果を示すために、テストに採用されたＤＣモータ２は、図２及び図３に示すような４極６スロットタイプであり、ロータ５の直径５５（円弧状外形寸法）は５７ｍｍ、ステータ４の直径（外形寸法）は１０９ｍｍであり、これを回転圧縮機Ｃに採用し、これを回転圧縮機Ｃの定格負荷近辺での運転状態において、電流は４Ａｒｍｓ（発生トルクは２．８Ｎｍ）にてテストした。

永久磁石１５の左右端部に形成される磁極５Ａ〜５Ｄの肉厚の薄い部分Ｑに最小限度の肉厚が残る状態まで切欠部５０がロータ５の内方へ食い込むように形成した状態（これをカット最大と称し、図９に示す）では、テストしたＤＣモータ２では、Ｒ1＝２０．５ｍｍ、Ｂ＝８ｍｍであり、Ｒ２／（Ｒ１−Ｒ２＝Ｂ）＝２．５６である。
また、カット最大よりも切欠部５０がロータ５の内方への食い込みが少ない状態（これをカット中と称し、図１０に示す）では、Ｒ２の中心はロータ５の中心に寄った位置となり、テストした他のＤＣモータ２では、Ｒ1＝２４．５ｍｍ、Ｂ＝４ｍｍであり、Ｒ２／（Ｒ１−Ｒ２＝Ｂ）＝６．１３である。
なお、他のＤＣモータ２では、カット最大の場合Ｒ２／（Ｒ１−Ｒ２＝Ｂ）＝２．１を得ており、カット中ではＲ２／（Ｒ１−Ｒ２＝Ｂ）＝６を得ている。

これによって、図３においてＧ１で示すロータ５の後半部（ロータ５の回転方向から見て後方側）の外周面範囲は半径Ｒ１の円弧状外周面であるが、Ｇ２で示すロータ５の前半部（ロータ５の回転方向から見て前方側）の外周面範囲では、各磁極５Ａ〜５Ｄの円弧状の外周面は、直線Ｌ１からロータ５の回転方向（図示のものは反時計方向）側の外周面が、直線Ｌ１上の点を中心とする半径Ｒ２で描かれる円に沿ってロータ５の内方に向かって円弧状にカットされた切欠部５０となり、切欠部５０は、ロータ５の内方に向かってロータ５の回転方向側が次第に深くなる。
このため、ステータ４の歯部６Ａとロータ５の各磁極５Ａ〜５Ｄとの間のエアーギャップＡＧは、ロータ５の回転方向（図示のものは反時計方向）側が円弧状に徐々に大きくなる関係となる。

また、各磁極５Ａ〜５Ｄ内に内蔵される永久磁石１５の配置として好ましい一つの実施形態として、図３に示すように、各磁極５Ａ〜５Ｄ内には、ロータ５の回転中心Ｃ1から各磁極５Ａ〜５Ｄの左右間の中央部へ向けて延びる直線Ｌ１に直角状にそれぞれ永久磁石１５が配置される構成とする。
この場合、永久磁石１５の左右端部に形成される磁極５Ａ〜５Ｄの肉厚の薄い部分Ｑの肉厚、即ち、切欠部５０のロータ５の外面と永久磁石１５との最短距離部分の肉厚、及び磁極５Ａ〜５Ｄの側壁と永久磁石１５との最短距離ｔの部分の磁極５Ａ〜５Ｄの肉厚が、ロータ５の最大回転数においても変形しないような最小限の厚さを有する状態となるように、ロータ５の回転中心Ｃ1から各磁極５Ａ〜５Ｄの円弧状の外周面の中央部へ延びる直線Ｌ１上のいずれかの点を中心Ｃ２として描く円に沿って、円弧状にカットされたロータの外面が切欠部５０となることが望ましい。図示は一つの磁極５Ｃについて記載しているが、他の磁極においても同様である。

直線Ｌ１は、ロータ５の回転中心Ｃ1から各磁極５Ａ〜５Ｄの左右間の中央部へ向けて延びる直線であり、各磁極５Ａ〜５Ｄの左右間の中心から若干外れてもよいが、図２及び図３に示す形態では、ロータ５の回転中心Ｃ1から半径Ｒ１で形成された円弧状外周面の中心を通る直線Ｌ１とすることにより、切欠部５０がロータ５の円弧状外周面の前半分に形成できるため、所期の効果を得るためロータ５の設計及び製造がし易くなる。

実施例では、永久磁石１５の左右端部に形成される磁極５Ａ〜５Ｄの肉厚の薄い部分Ｑの肉厚を最小限の範囲で確保するために、磁極５Ａ〜５Ｄにおいて、その側壁と永久磁石１５との最短距離ｔの部分は、ロータ５の回転により生じる永久磁石１５の遠心力にて変形しない肉厚が残存する構成とし、ｔ＝０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲とし、通常０．５ｍｍ程度が適切である。
図３では最短距離ｔについては、磁極５Ｃのみに図示しているが、磁極５Ａ〜５Ｄについても同様である。

従来のように直線状カットとする場合は、ＤＣモータ２が運転されロータ５の回転により、永久磁石１５がステータ４の歯部６Ａに近づき遠ざかるまでの間に、エアーギャップＡＧ内の磁束密度変化が急激となり、それに伴ってステータ４の歯部６Ａに生じる吸引力が急激に変化するため、それにより生じる歯部６Ａの変形によって騒音が生じる。
図２に示すように、ステータ４の歯部６Ａの先端（エアーギャップＡＧ側）の左右両側には、スロット６Ｂの形成のために歯部６Ａの肉厚が薄い箇所が形成されるため、前記吸引力によってこの部分に生じる変形が齎されれば、これによって騒音が発生し、特にロータの高速回転時の振動や騒音発生の原因となる。

本発明では、切欠部５０の形成によって、エアーギャップＡＧはロータ５の回転方向（図示のものは反時計方向）側が円弧状に次第に大きくなる関係となるため、直線状カットに比してエアーギャップＡＧの急激な変化が少なくなる。
このため、切欠部５０によって、ロータ５の高速回転時における鉄損を低減して効率を改善することができると共に、振動による騒音の低減が達成できる。
即ち、ステータ４の歯部６Ａに掛かる急激な吸引力の変化を低下し、ロータ５の高速回転時の振動や騒音の低下を図ることができる技術を提供できることとなる。

また、ロータ５の低速回転から高速回転における平均トルクが大きく、変動トルクが小さなブラシレスＤＣモータ２を提供するものである。
これらのことは、図４乃至図６に基づき以下に記載する。

本発明に係る作用効果を示すためのテストに採用されたＤＣモータ２は、図２及び図３に示すような４極６スロットタイプであり、ロータ５の直径５５（円弧状外形寸法）は５７ｍｍ、ステータ４の直径（外形寸法）は１０９ｍｍであり、これを回転圧縮機Ｃに採用し、これを回転圧縮機Ｃの定格負荷近辺での運転状態において、電流は４Ａｒｍｓ（発生トルクは２．８Ｎｍ）にてテストした。
磁極５Ａ〜５Ｄに働く吸引力の算出方法は、磁界解析を実施し、ステータ４の歯部６Ａに働く節点力を計算したものが図７であり、図７において矢印で示す各ベクトルが吸引力を示しており、矢印の長さによって吸引力の大きさを表している。
図８には、ロータ５が回転する場合、その一つの状態における磁束密度を複数の線Ｊで示すものであり、固定子巻線７は省略して図示している。

図４は、ロータ５の磁極５Ａ〜５Ｄのロータ５の回転方向側の外面に形成するカット部の形状の種類によって、ＤＣモータ２の運転によってステータ歯部６Ａに生じる吸引力がどのように変化するかを示す図である。
本発明の実施テストにおいて、ＤＣモータ２の運転によってステータ４の各歯部６Ａには、図２に矢印Ｙで示す方向に吸引力が発生する。実施したＤＣモータ２において、図７は一つの磁極についての吸引力をベクトルで示すものであるが、各磁極５Ａ〜５Ｄにおける吸引力も同様である。
ロータ５の外周面のカットの種類は、図３において、各磁極５Ａ〜５Ｄの円弧状の外周面は、直線Ｌ１からロータ５の回転方向（図示のものは反時計方向）側の外周面が、半径Ｒ１の円弧状外周面と同一形成の形態（カット無の形態）、即ち図３においてロータ５の外周面がＧ１及びＧ２で示す全範囲で半径Ｒ１の円弧である形態と、特許文献１（特開２００５−２１０８９８）のようにロータ５の外周面が図３のＧ１の範囲が半径Ｒ１の円弧であるがＧ２の範囲が直線状にカットされた形態（直線カットの形態と称し、図１３に示す）と、本発明のようにロータ５の外周面が図３のＧ１の範囲が半径Ｒ１の円弧状であるがＧ２の範囲が円弧状にカットされた切欠部５０であって小さな曲率でカットした形態（カット最大の形態と称し、図９で示す）と、本発明のようにロータ５の外周面が図３のＧ１の範囲が半径Ｒ１の円弧状であるがＧ２の範囲が円弧状にカットされた切欠部５０であってロータカット最大よりも大きな曲率でカットした形態（カット中の形態と称し、図１０で示す）と、におけるロータの回転角に対するステータ歯部６Ａに生じる吸引力の変化を示している。

上記において、カット最大とは、切欠部５０のロータ５の外周面と永久磁石１５との最短距離が、ロータの最大回転数においても変形しないような最小限の厚さを有する状態である。また、カット中とは、切欠部５０がカット最大に至るほどに深くロータ５内方へ入り込んだ状態よりも少なくロータ５内方へ入り込んだ状態となるように、所定の曲率で以って円弧状に形成された場合である。

このため、ロータの外径、各磁極５Ａ〜５Ｄの幅、各磁極５Ａ〜５Ｄにおける磁石１５の挿入位置等によって、切欠部５０のロータ５の外面と永久磁石１５との最短距離及び磁極５Ａ〜５Ｄの側壁と永久磁石１５との最短距離ｔが、ロータの最大回転数においても変形しないような最小限の厚さを有する状態となるように、ロータ５の回転中心Ｃ1から各磁極５Ａ〜５Ｄの円弧状の外周面へ延びる直線Ｌ1上のいずれかの点を中心Ｃ２として描く円に沿って円弧状にカットされたロータの外面が切欠部５０となることが望ましい。

図４は、ステータ歯部６Ａの一つに関して、ロータ５の回転角が０度〜１８０度までの範囲におけるデータであり、ロータ５の１回転におけるステータ歯部６Ａに生じる吸引力の変化は、同様の変化をするため、ロータ５の１回転におけるステータ歯部６Ａに生じる吸引力の変化を知ることができる。

これによって、ステータ歯部６Ａに生じる吸引力は、従来の直線カットの形態と、本発明における円弧状の切欠部５０の形態では、略同じであるため、本発明における円弧状の切欠部５０によってステータ歯部６Ａに生じる変形が憂慮されることはない。

図５のトルクは、図４のステータ歯部６Ａの吸引力と同じ条件で計算したものである。
図５は、図４の場合と同様に、ロータ５の外周面のカットの種類は、図３において、各磁極５Ａ〜５Ｄの円弧状の外周面は、直線Ｌ１からロータ５の回転方向（図示のものは反時計方向）側の外周面が、半径Ｒ１の円弧状外周面と同一形成の形態（カット無の形態）、即ち図３においてロータ５の外周面がＧ１及びＧ２で示す全範囲で半径Ｒ１の円弧である形態と、特許文献１（特開２００５−２１０８９８）のようにロータ５の外周面が図３のＧ１の範囲が半径Ｒ１の円弧であるがＧ２の範囲が直線状にカットされた形態（直線カットの形態と称し、図１３に示す）と、本発明のようにロータ５の外周面が図３のＧ１の範囲が半径Ｒ１の円弧であるがＧ２の範囲が円弧状にカットされた切欠部５０であって小さな曲率でカットした形態（カット最大の形態と称し、図９に示す）と、本発明のようにロータ５の外周面が図３のＧ１の範囲が半径Ｒ１の円弧であるがＧ２の範囲が円弧状にカットされた切欠部５０であってロータカット最大よりも大きな曲率でカットした形態（カット中の形態と称し、図１０に示す）と、におけるロータの回転角に対するトルク変動の状態を示している。
カット最大の形態とは、ロータ５の回転により切欠部５０と永久磁石１５との最短距離ｔの部分に変形が生じない状態まで最大限の切欠部５０を形成した場合を言う。

図５から明らかなように、本発明のＤＣモータ２は、ロータ５の回転角に対するトルクの変動幅が、０．５Ｎｍ以下である。
図５から明らかなように、カット無の形態と直線カットの形態に比して、本発明における円弧状の切欠部５０の形態では、本発明の方がトルク変動が少なく、特に、カット最大の形態がトルク変動が小さい。
トルク変動が大きくなれば振動が生じ騒音発生の原因となり、特に、高速回転になる程、その状態が大きくなる。このことからすれば、本発明では、高速回転においても騒音が少なくなり、騒音の少ない家電機器への適用に優れたＤＣモータ２となる。

図６のトルクは、図４のステータ歯部６Ａの吸引力と同じ条件で計算したものである。
図６は、図４の場合と同様に、ロータ５の外周面のカットの種類は、図３において、各磁極５Ａ〜５Ｄの円弧状の外周面は、直線Ｌ１からロータ５の回転方向（図示のものは反時計方向）側の外周面が、半径Ｒ１の円弧外周面と同一形成の形態（カット無の形態）、即ち図３においてロータ５の外周面がＧ１及びＧ２で示す全範囲で半径Ｒ１の円弧状である形態と、特許文献１（特開２００５−２１０８９８）のようにロータ５の外周面が図３のＧ１の範囲が半径Ｒ１の円弧状であるがＧ２の範囲が直線状にカットされた形態（直線カットの形態と称し、図１３に示す）と、本発明のようにロータ５の外周面が図３のＧ１の範囲が半径Ｒ１の円弧状であるがＧ２の範囲が円弧状にカットされた切欠部５０であって小さな曲率でカットした形態（カット最大の形態と称し、図９に示す）と、本発明のようにロータ５の外周面が図３のＧ１の範囲が半径Ｒ１の円弧状であるがＧ２の範囲が円弧状にカットされた切欠部５０であってロータカット最大よりも大きな曲率でカットした形態（カット中の形態と称し、図１０に示す）と、における平均トルクと変動トルクの大きさを比較した図である。

平均トルクが大きく変動トルクが小さなＤＣモータ２が運転中の騒音が少ない。
図６から明らかなように、カット無の形態と直線カットの形態に比して、本発明における円弧状の切欠部５０の形態では、本発明の方が平均トルクが大きく、変動トルクが小さいため、騒音が少なくなり、騒音の少ない家電機器への適用に優れたＤＣモータ２となる。
特に、カット最大の形態であれば、平均トルクが大きく変動トルクが小さなモータの形成となり、高速回転中での騒音の少ないＤＣモータ２とすることができるため、騒音の少ない家電機器への適用に優れたＤＣモータ２となる。
なお、カット無のものは、他のものに比して変動トルクも平均トルクも大きいため、騒音は無視して低速回転で使用するモータに適するものと言える。

図６から明らかなように、本発明に係るテストしたＤＣモータ２は、低速回転から高速回転までの平均トルクと変動トルクの差が、２Ｎｍ以上である。

上記で説明したＤＣモータ２は、４極６スロットタイプであるが、磁極及びスロットの数によって、４極６スロット、６極９スロット、８極１２スロットのように、所定の形態とすることができる。この場合においても、６極９スロット及び８極１２スロットのＤＣモータにおいても、ステータ４及びロータ５の構成と極数及びスロット数が異なるだけで、それに係る構成、機能及び効果は、４極６スロットタイプで説明したことと基本的に同様である。

本発明に係るＤＣモータが家庭用送風機に採用される場合や、本発明に係るＤＣモータを採用した回転圧縮機が家庭用エアコンディショナや冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルに採用される場合において、騒音の少ない家電機器を提供できるものとなる。

本発明は、永久磁石により等間隔に磁極が形成されたロータをステータ内に配置したDCモータにおいて、前記ロータの各磁極の外周面がロータの回転方向に沿って漸次深くなるよう断面円弧状に切除された切欠部を有することを特徴とするＤＣモータである。この技術思想を備える形態のＤＣモータとして、永久磁石１５の配置が上記実施形態とは異なる形態を図１１と図１２に示す。

図１１のものは、各磁極５Ａ〜５Ｄを形成する平板状の永久磁石１５は、ロータ５の回転方向から見て、磁極の後端部と前端部に磁極の内方から外方に向かって、各磁極５Ａ〜５Ｄが扇形状をなすような配置である。図示のものは４極６スロットタイプであり、各磁極５Ａ〜５Ｄの永久磁石１５は、各磁極５Ａ〜５Ｄ間の凹部８〜１１において並行に向かい合う配置をなし、図１１にＮ、Ｓの符号を付した着磁状態の配置によって、矢印Ｆで示すようなＳ極側からＮ極側へ向かう弧状の磁束通路が形成される（矢印Ｆの磁束通路は磁極５Ａに関して図示しているが、他の磁極においても同様である）。６０はロータ５を回転軸１２と並行に貫通するフラックスバリア孔である。
図１乃至図１０と同一符号箇所は、図１乃至図１０に記載した構成及び効果と同様である。

図１２のものは、各磁極５Ａ〜５Ｆを形成する平板状の永久磁石１５は、ロータ５の回転中心Ｃ１から各磁極５Ａ〜５Ｆの左右間の中央部へ向けて延びる直線Ｌ１に直角状に、平板状の永久磁石１５が各磁極５Ａ〜５Ｆの内方部に配置される。図示のロータ５は６極タイプであり、図１２にＮ、Ｓの符号を付した着磁状態の配置によって、矢印Ｆで示すようなＳ極側からＮ極側へ向かう弧状の磁束通路が形成される（矢印Ｆの磁束通路は磁極５Ａに関して図示しているが、他の磁極においても同様である）。６０はロータ５を回転軸１２と並行に貫通するフラックスバリア孔である。
図１乃至図１０と同一符号箇所は、図１乃至図１０に記載した構成及び効果と同様である。

図１１及び図１２の形態においても、上記同様に切欠部５０が形成され、図１から図９において説明したことと同様の作用効果が得られるものであり、ステータ４の歯部に掛かる吸引力を低下し、ロータ５の高速回転時の振動や騒音の低下を図ることができる。
また、ロータ５の低速回転から高速回転における平均トルクが高く、変動トルクが小さなブラシレスＤＣモータを提供できる。
更に、本発明に係るＤＣモータを回転圧縮機の電動機要素に採用することにより、回転圧縮機が家庭用エアコンディショナや冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルに採用される場合において、騒音の少ない家電機器を提供できるものとなる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

１・・・・・・・密閉容器
２・・・・・・・電動機要素（ＤＣモータ）
３・・・・・・・回転圧縮要素
４・・・・・・・ステータ
５・・・・・・・ロータ
５Ａ〜５Ｄ・・・磁極
６・・・・・・・固定子鉄心
６Ａ・・・・・・歯部
６Ｂ・・・・・・スロット
７・・・・・・・固定子巻線
１２・・・・・・回転軸
１５・・・・・・永久磁石
２０・・・・・・中間仕切版
２１、２２・・・シリンダ
２３、２４・・・偏心部
２５、２６・・・ローラ
２７・・・・・・第１の枠体
２８・・・・・・第２の枠体
２９、３０・・・軸受部
５０・・・・・・切欠部
５５・・・・・・ロータ５の直径
ＡＧ・・・・・・エアーギャップ
Ｃ・・・・・・・回転圧縮機
Ｃ１・・・・・・ロータ５の回転中心
Ｃ２・・・・・・切欠部５０の中心Ｌ１・・・・・ロータの回転中心から各磁極の中央部を通る直線
Ｒ１・・・・・・ロータ５の半径
Ｒ２・・・・・・切欠部５０を描く半径
Ｓ１〜Ｓ４・・・永久磁石１５の挿入用スロット

Claims (5)

1. 永久磁石により等間隔に磁極が形成されたロータをステータ内に配置したDCモータにおいて、
   前記ロータの各磁極の外周面がロータの回転方向に沿って漸次深くなるよう断面円弧状に切除された切欠部を有することを特徴とするＤＣモータ。
2. 永久磁石により等間隔に磁極が形成されたロータをステータ内に配置したDCモータにおいて、
   前記各磁極は、前記ロータの回転中心から所定半径で形成される円弧状外周面をなし、
   前記円弧状外周面の前記ロータの回転方向側外周面が、前記ロータの回転中心から前記各磁極の中央部を通る直線上の前記磁極側へ寄った位置を中心として描かれる円に沿って前記ロータの内方に向かって円弧状に切除された切欠部を有する、
   ことを特徴とするＤＣモータ。
3. 永久磁石により等間隔に磁極が形成されたロータをステータ内に配置したDCモータにおいて、
   前記各磁極は、前記ロータの回転中心から所定半径で形成される円弧状外周面をなし、
   前記各磁極内には、前記ロータの回転中心から前記各磁極の中央部を通る直線に直角状に前記永久磁石が配置され、
   前記ステータに対向する前記円弧状外周面の前記ロータの回転方向側外周面が、前記ロータの回転中心から前記直線上の前記磁極側へ寄った位置を中心として描かれる円に沿って前記ロータの内方に向かって円弧状に切除された切欠部を有する、
   ことを特徴とするＤＣモータ。
4. 前記切欠部は、前記ロータの回転中心から前記各磁極の中央部を通る直線上の前記磁極側へ所定寸法だけ寄った位置を中心として半径Ｒ２で描かれる円弧で形成され、
   前記ロータの円弧状外周面を形成する半径をＲ１とした場合、
   Ｒ２／（Ｒ１−Ｒ２＝Ｂ）＞２である、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＤＣモータ。
5. 電動機要素と、前記電動機要素の回転軸の回転によって吸入ガスを圧縮する回転圧縮要素が密閉容器内に配置された回転圧縮機において、前記電動機要素が請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のＤＣモータである、
   ことを特徴とする回転圧縮機。

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