JP4964291B2 - 永久磁石埋込型モータの回転子及び送風機及び圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、永久磁石埋込型モータの回転子に関するもので、特に永久磁石挿入穴の外周鉄心部に配置されるスリット形状に関するものである。また、その永久磁石埋込型モータの回転子を搭載した永久磁石埋込型モータを用いる送風機及び圧縮機に関する。以下、永久磁石埋込型モータを、単に電動機と呼ぶ場合もある。

従来から、回転子を複数の回転子コアに分割し、それぞれを所定の角度周方向にずらしてスキューさせることで、電動機のトルクリプルを軽減する技術が提案されている。

しかしながら、これらの電動機のトルクリプルを軽減する技術は、回転子コアの各々からなる軸方向のずれ角は一つであるため、複数の次数の振動の高調波成分を同時に低減できないという課題があった。

そこで、複数の次数の振動の高調波成分を同時に低減できる回転子を供給することを目的として、以下に示す回転子が提案されている。即ち、回転子は回転軸Ｚ方向に相互に連結された第一の回転子コア、第二の回転子コア、第三の回転子コアを備えている。第一の回転子コア、第二の回転子コア、第三の回転子コアは、互いに同一の構成を有している。第一の回転子コアは、回転軸Ｚに並行な側面と、当該側面に相互に異なる複数の磁極面を極対数で形成する界磁磁石とを備えており、回転軸Ｚ方向に一様な構成である。そして、第一の回転子コア、第二の回転子コアは回転軸Ｚの周方向においてスキュー角θ１度を形成し、第二の回転子コア、第三の回転子コアはスキュー角θ２度を形成している。スキュー角θを３６０／（２ｐｎ）（ｐ：極対数、ｎ：１より大きい整数）により決定することで、ｎを次数とする振動の高調波成分を低減することができる。よって、この場合、２つの次数の振動の高調波成分を低減することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１３１７８３号公報

従来の永久磁石埋込型モータの回転子は、スリットを設けることや、スキューを施すことによりトルクリップルを低減して、低騒音化を図っていた。しかし、スキューを施すことは回転子の位相を変更するため、製造しにくい。そのため製造時のコストが増加し、さらに電動機のトルクの低下により効率が低下するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、スキューを施すことなく、スリットによりトルクリップルが低減可能な永久磁石埋込型モータの回転子を提供する。

また、その永久磁石埋込型モータの回転子を用いる永久磁石埋込型モータを搭載した送風機及び圧縮機を提供する。

この発明に係る永久磁石埋込型モータの回転子は、所定の形状に打ち抜かれた電磁鋼板を、所定の枚数積層して形成される回転子鉄心と、
回転子鉄心の外周部に沿って形成された複数の永久磁石挿入穴と、
永久磁石挿入穴の両端部に設けられる永久磁石端部空隙と、
永久磁石挿入穴に挿入される複数の永久磁石と、
永久磁石挿入穴の外側の鉄心部に形成される複数のスリットと、を備え、
複数のスリットは、磁極中心線に対して略対称に形成されるとともに、スリットの中心線の延長線の交点が、磁極中心線上に少なくとも一点存在するように構成され、
複数の永久磁石で構成される複数の磁極のうちに、スリットの中心線の延長線の交点と永久磁石との間の距離が、他の磁極と異なる磁極が少なくとも一つ存在するものである。

この発明に係る永久磁石埋込型モータの回転子は、複数のスリットが磁極中心線に対して略対称に形成されるとともに、スリットの中心線の延長線の交点が、磁極中心線上に少なくとも一点存在するように構成され、複数の永久磁石で構成される複数の磁極のうちに、スリットの中心線の延長線の交点と永久磁石との間の距離が、他の磁極と異なる磁極が少なくとも一つ存在するようにしたので、磁極のトルク位相がずれる効果により、トルクリップルを低減できる。

比較のために示す図で、一般的な永久磁石埋込型モータの回転子３００の横断面図。 比較のために示す図で、一般的な永久磁石埋込型モータの回転子３００の回転子鉄心３０１の横断面図。 比較のために示す図で、一般的な永久磁石埋込型モータの回転子３００の部分拡大横断面図。 比較のために示す図で、一般的な永久磁石埋込型モータの回転子３００の回転子鉄心３０１の部分拡大横断面図。 比較のために示す図で、一般的な永久磁石埋込型モータの回転子３００において、一磁極の複数のスリット３０５の中心線の延長線の交点Ａと永久磁石３０３との距離Ｌを変更した時のトルクを比較した図。 実施の形態１を示す図で、永久磁石埋込型モータの回転子１００の横断面図。 実施の形態１を示す図で、永久磁石埋込型モータの回転子１００の回転子鉄心１０１の横断面図。 実施の形態１を示す図で、回転子１００の磁極ａ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子鉄心１０１の磁極ａ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子１００の磁極ｂ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子鉄心１０１の磁極ｂ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子１００の磁極ｃ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子鉄心１０１の磁極ｃ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子１００の磁極ｄ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子鉄心１０１の磁極ｄ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、Ｌａ＝Ｌｃ＝Ｌ１、Ｌｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２のときのトルク波形を示す図。 実施の形態１を示す図で、Ｌａ＝Ｌｂ＝Ｌｃ＝Ｌ１且つＬｄ＝Ｌ２、Ｌａ＝Ｌｃ＝Ｌ１且つＬｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２、Ｌａ＝Ｌ１且つＬｂ＝Ｌｃ＝Ｌｄ＝Ｌ２のそれぞれのトルク波形を示す図。 実施の形態１を示す図で、変形例の永久磁石埋込型モータの回転子２００の横断面図。 実施の形態１を示す図で、変形例の永久磁石埋込型モータの回転子２００の回転子鉄心２０１の横断面図。 実施の形態１を示す図で、回転子２００の磁極ａ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子鉄心２０１の磁極ａ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子２００の磁極ｂ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子鉄心２０１の磁極ｂ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子２００の磁極ｃ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子鉄心２０１の磁極ｃ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子２００の磁極ｄ付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、回転子鉄心２０１の磁極ｄ付近の拡大図。

実施の形態１．
図１乃至図５は比較のために示す図で、図１は一般的な永久磁石埋込型モータの回転子３００の横断面図、図２は一般的な永久磁石埋込型モータの回転子３００の回転子鉄心３０１の横断面図、図３は一般的な永久磁石埋込型モータの回転子３００の部分拡大横断面図、図４は一般的な永久磁石埋込型モータの回転子３００の回転子鉄心３０１の部分拡大横断面図、図５は一般的な永久磁石埋込型モータの回転子３００において、複数のスリット３０５の中心線の延長線の交点Ａと永久磁石３０３との距離Ｌを変化させた時のトルクを比較した図である。

先ず、一般的な永久磁石埋込型モータの回転子３００について説明する。図１に示す永久磁石埋込型モータの回転子３００は、少なくとも回転子鉄心３０１と、永久磁石３０３とを備える。

尚、永久磁石埋込型モータの回転子３００を、単に回転子３００と呼ぶ。また、回転子３００等を、単に回転子と呼ぶ場合もある。

回転子鉄心３０１は、全体の横断面形状が略円形状で、薄板の電磁鋼板（例えば、０．１〜１．０ｍｍ程度の板厚で、無方向性電磁鋼板（鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの））を所定の形状に金型で打ち抜き、所定の枚数（複数枚）積層して形成される。

回転子鉄心３０１には、横断面が長方形の四個の永久磁石挿入穴３０２が、周方向に四角形を形成するように形成されている（図２参照）。

永久磁石挿入穴３０２の内部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁された四枚の平板形状の永久磁石３０３を挿入することで４極の回転子３００を形成している。

永久磁石３０３には、例えばネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類などが用いられる。

永久磁石挿入穴３０２の両端部には、永久磁石挿入穴３０２に連結する永久磁石端部空隙３０４が形成されている。

永久磁石端部空隙３０４は、極間における永久磁石３０３の漏れ磁束を抑制する。

永久磁石挿入穴３０２の外周鉄心部に、複数のスリット３０５が、周方向に所定の間隔で形成されている。図１の回転子３００では、一磁極に５個のスリット３０５が形成されている。

５個のスリット３０５は磁極中心に対して対称に配置されており、更に各スリット３０５の中心線の延長線の交点Ａが、磁極中心線上に存在している。

図１に示す回転子３００は、スリット３０５を磁極中心側に傾けることにより永久磁石３０３から発生する磁束を磁極中心に集中させて、回転子３００の外周部の磁束密度を正弦波状にしている。それにより、誘起電圧の高調波が低減するとともに、コギングトルクが低減する。その結果、トルクリップルが低下していた。

以下、スリット３０５の効果について説明する。回転子３００の永久磁石３０３から発生した磁束は、永久磁石３０３の外周鉄心部を通り固定子（図示せず）に流れ込む。

そのとき、永久磁石３０３から発生した磁束の磁路は、隣り合うスリット３０５間の鉄心部に規制される。

スリット３０５が存在しない時は、永久磁石３０３から発生した磁束は、永久磁石３０３の外周鉄心部の中を自由に移動することができるため、磁束が流れやすい方に移動し、その影響によりトルクリップルが悪化していた。

つまり、スリット３０５は、永久磁石３０３から発生した磁束が永久磁石３０３の外周鉄心部を自由に移動しないよう規制する。

そのため、スリット３０５の形状を変えることにより、回転子３００の外周部の磁束を自由に変えることができる。

しかし、図１に示す回転子３００は、回転子３００内の永久磁石３０３から発生した磁力と、固定子（図示せず）から発生する磁力によりトルクが発生し回転する。しかし、スリット３０５のみでは、トルクリップルを十分に低減することが困難であり、騒音が増加するという課題があった。

次に、図１に示す、各磁極の複数のスリット３０５の中心線の延長線の交点Ａと永久磁石３０３との距離Ｌを変更した時のトルクについて説明する。

図５に各磁極の複数のスリット３０５の中心線の延長線の交点Ａと永久磁石３０３との距離ＬをＬ１、Ｌ２と変更した時の、それぞれのトルク波形を示す。

図５に示すトルク波形は、スロット数が６で、集中巻の固定子に、回転子３００を組み合わせた永久磁石埋込型モータ（以下、単にモータという場合もある）のトルク波形である。

４極６スロットのモータは、コギングトルクと誘起電圧の高調波などの影響によりトルクリップルが発生し、一般的にスリットがない形状であると、トルクリップルの基本波成分は、極数（４）と、スロット数（６）との最少公倍数の１２次（１２ｆ）となる。基本波成分１２ｆの１周期は、機械角で３０ｄｅｇである。

図１の回転子３００はスリット３０５を有し、回転子３００の表面磁束を正弦波状に近づけているため、コギングトルクと誘起電圧の高調波成分を低減することが可能である。その結果、トルクリップルの基本波成分である１２ｆを、その整数倍の２４ｆ、３６ｆ、４８ｆ・・・と分散することによりトルクリップルを低減でき、低騒音化が可能である。

図５に示すトルク波形は、４極で固定子のスロットが６個の例であり、機械角３０ｄｅｇで周期性を持つため、機械角３０ｄｅｇまでの波形を示している。

Ｌ１とＬ２とは、Ｌ１＞Ｌ２の関係がある。即ち、各磁極の複数のスリット３０５の中心線の延長線の交点Ａと永久磁石３０３との距離Ｌを大きくすると、図５に示すように、トルクリップル波形が右側にずれる。図５の機械角は、固定子（図示せず）に対する回転子３００の位置を示し、或る任意の位置を機械角０°としている。距離Ｌを変更すると、トルクリップル波形の、例えばピークの位置（機械角）が変化する。

各磁極の複数のスリット３０５の中心線の延長線の交点Ａと永久磁石３０３との距離Ｌを変更することにより、回転子外周の磁束が変化し、その結果、トルク波形も変化することが分かる。

しかし、距離Ｌを変更することによりトルク波形が変化するが、距離Ｌを変更するだけでは、トルクリップル低減効果は少ない。

本実施の形態では、上記のように、各磁極の複数のスリット３０５の中心線の延長線の交点Ａと永久磁石３０３との距離Ｌを変更することにより、トルクリップル波形のピークの位置（機械角）が変化し、ピークの位置（機械角）が異なるトルクリップル波形を合成すれば、合成したトルクリップル波形のピークは低下する点に着目する。

即ち、一磁極の複数のスリットの中心線の延長線の交点と永久磁石との距離Ｌが、回転子の複数（偶数）ある全ての磁極において同一ではなく、磁極間で異なるように組み合わせる。それにより、距離Ｌが異なる磁極によるトルクが合成されることにより、トルクリップル波形のピークが低下することが予想される。

図６乃至図２７は実施の形態１を示す図で、図６は永久磁石埋込型モータの回転子１００の横断面図、図７は永久磁石埋込型モータの回転子１００の回転子鉄心１０１の横断面図、図８は回転子１００の磁極ａ付近の拡大図、図９は回転子鉄心１０１の磁極ａ付近の拡大図、図１０は回転子１００の磁極ｂ付近の拡大図、図１１は回転子鉄心１０１の磁極ｂ付近の拡大図、図１２は回転子１００の磁極ｃ付近の拡大図、図１３は回転子鉄心１０１の磁極ｃ付近の拡大図、図１４は回転子１００の磁極ｄ付近の拡大図、図１５は回転子鉄心１０１の磁極ｄ付近の拡大図、図１６はＬａ＝Ｌｃ＝Ｌ１、Ｌｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２のときのトルク波形を示す図、図１７はＬａ＝Ｌｂ＝Ｌｃ＝Ｌ１且つＬｄ＝Ｌ２、Ｌａ＝Ｌｃ＝Ｌ１且つＬｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２、Ｌａ＝Ｌ１且つＬｂ＝Ｌｃ＝Ｌｄ＝Ｌ２のそれぞれのトルク波形を示す図、図１８は変形例の永久磁石埋込型モータの回転子２００の横断面図、図１９は変形例の永久磁石埋込型モータの回転子２００の回転子鉄心２０１の横断面図、図２０は回転子２００の磁極ａ付近の拡大図、図２１は回転子鉄心２０１の磁極ａ付近の拡大図、図２２は回転子２００の磁極ｂ付近の拡大図、図２３は回転子鉄心２０１の磁極ｂ付近の拡大図、図２４は回転子２００の磁極ｃ付近の拡大図、図２５は回転子鉄心２０１の磁極ｃ付近の拡大図、図２６は回転子２００の磁極ｄ付近の拡大図、図２７は回転子鉄心２０１の磁極ｄ付近の拡大図である。

図６、図７により、本実施の形態の永久磁石埋込型モータの回転子１００（以下、単に回転子１００）について、説明する。

図６に示す永久磁石埋込型モータの回転子１００は、少なくとも回転子鉄心１０１と、永久磁石１０３とを備える。

尚、永久磁石埋込型モータの回転子１００を、単に回転子１００と呼ぶ。また、回転子１００等を、単に回転子と呼ぶ場合もある。

回転子鉄心１０１は、全体の横断面形状が略円形状で、薄板の電磁鋼板（例えば、０．１〜１．０ｍｍ程度の板厚で、無方向性電磁鋼板（鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの））を所定の形状に金型で打ち抜き、所定の枚数（複数枚）積層して形成される。

回転子鉄心１０１には、横断面が長方形の四個の永久磁石挿入穴１０２が、周方向に四角形を形成するように形成されている（図７参照）。

永久磁石挿入穴１０２の内部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁された四枚の平板形状の永久磁石１０３を挿入することで４極の回転子１００を形成している。

永久磁石１０３には、例えばネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類などが用いられる。

永久磁石挿入穴１０２の両端部には、永久磁石挿入穴１０２に連結する永久磁石端部空隙１０４が形成されている。

永久磁石端部空隙１０４は、極間における永久磁石１０３の漏れ磁束を抑制する。

永久磁石挿入穴１０２の外周鉄心部に、複数のスリットが、周方向に所定の間隔で形成されている。図６の回転子１００では、一磁極に５個のスリットが形成されている。

５個のスリットは磁極中心に対して対称に配置されており、更に各スリットの中心線の延長線の交点Ａが、磁極中心線上に存在している。

本実施の形態は、各磁極のスリットの構成が異なることを特徴とする。

図６における、四箇所に位置する各磁極に名前を付ける。図６で、上部の磁極を磁極ａ、右側の磁極を磁極ｂ、下部の磁極を磁極ｃ、左側の磁極を磁極ｄとする。

磁極ａのスリットをスリット１０５ａ、磁極ｂのスリットをスリット１０５ｂ、磁極ｃのスリットをスリット１０５ｃ、磁極ｄのスリットをスリット１０５ｄとする。

磁極ａ〜磁極ｄにおいて、スリット１０５ａ〜スリット１０５ｄを構成するスリットの数は同一で、また各スリットの中心線の延長線の交点が磁極線上に磁極中心線上に存在する点は同じである。

磁極ａ〜磁極ｄにおいて、スリット１０５ａ〜スリット１０５ｄの中心線の延長線の交点と永久磁石１０３との距離が異なる。

図８、図９により、磁極ａの構成を、スリット１０５ａを主体に説明する。図８、図９に示すように、スリット１０５ａは、五つのスリット１０５ａ−１、スリット１０５ａ−２、スリット１０５ａ−３、スリット１０５ａ−４、スリット１０５ａ−５で構成される。

スリット１０５ａ−３は、その中心線が磁極中心線に略一致する。スリット１０５ａ−３の両側のスリット１０５ａ−２及びスリット１０５ａ−４は、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。そして、回転子１００の外部における磁極中心線上の交点Ａで、スリット１０５ａ−２及びスリット１０５ａ−４のそれぞれの中心線の延長線は交わる。

最も周方向の外側に位置するスリット１０５ａ−１及びスリット１０５ａ−５も、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。スリット１０５ａ−１及びスリット１０５ａ−５の傾斜角度は、スリット１０５ａ−２及びスリット１０５ａ−４の傾斜角度よりも大きい。スリット１０５ａ−１及びスリット１０５ａ−５のそれぞれの中心線の延長線も、回転子１００の外部における磁極中心線上の交点Ａで交わる。

磁極ａにおいて、交点Ａと永久磁石１０３との間の距離をＬａとする。

図１０、図１１により、磁極ｂの構成を、スリット１０５ｂを主体に説明する。図１０、図１１に示すように、スリット１０５ｂは、五つのスリット１０５ｂ−１、スリット１０５ｂ−２、スリット１０５ｂ−３、スリット１０５ｂ−４、スリット１０５ｂ−５で構成される。

スリット１０５ｂ−３は、その中心線が磁極中心線に略一致する。スリット１０５ｂ−３の両側のスリット１０５ｂ−２及びスリット１０５ｂ−４は、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。そして、回転子１００の外部における磁極中心線上の交点Ｂで、スリット１０５ｂ−２及びスリット１０５ｂ−４のそれぞれの中心線の延長線は交わる。

最も周方向の外側に位置するスリット１０５ｂ−１及びスリット１０５ｂ−５も、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。スリット１０５ｂ−１及びスリット１０５ｂ−５の傾斜角度は、スリット１０５ｂ−２及びスリット１０５ｂ−４の傾斜角度よりも大きい。スリット１０５ｂ−１及びスリット１０５ｂ−５のそれぞれの中心線の延長線も、回転子１００の外部における磁極中心線上の交点Ｂで交わる。

磁極ｂにおいて、交点Ｂと永久磁石１０３との間の距離をＬｂとする。

図１２、図１３により、磁極ｃの構成を、スリット１０５ｃを主体に説明する。図１２、図１３に示すように、スリット１０５ｃは、五つのスリット１０５ｃ−１、スリット１０５ｃ−２、スリット１０５ｃ−３、スリット１０５ｃ−４、スリット１０５ｃ−５で構成される。

スリット１０５ｃ−３は、その中心線が磁極中心線に略一致する。スリット１０５ｃ−３の両側のスリット１０５ｃ−２及びスリット１０５ｃ−４は、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。そして、回転子１００の外部における磁極中心線上の交点Ｃで、スリット１０５ｃ−２及びスリット１０５ｃ−４のそれぞれの中心線の延長線は交わる。

最も周方向の外側に位置するスリット１０５ｃ−１及びスリット１０５ｃ−５も、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。スリット１０５ｃ−１及びスリット１０５ｃ−５の傾斜角度は、スリット１０５ｃ−２及びスリット１０５ｃ−４の傾斜角度よりも大きい。スリット１０５ｃ−１及びスリット１０５ｃ−５のそれぞれの中心線の延長線も、回転子１００の外部における磁極中心線上の交点Ｃで交わる。

磁極ｃにおいて、交点Ｃと永久磁石１０３との間の距離をＬｃとする。

図１４、図１５により、磁極ｄの構成を、スリット１０５ｄを主体に説明する。図１４、図１５に示すように、スリット１０５ｄは、五つのスリット１０５ｄ−１、スリット１０５ｄ−２、スリット１０５ｄ−３、スリット１０５ｄ−４、スリット１０５ｄ−５で構成される。

スリット１０５ｄ−３は、その中心線が磁極中心線に略一致する。スリット１０５ｄ−３の両側のスリット１０５ｄ−２及びスリット１０５ｄ−４は、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。そして、回転子１００の外部における磁極中心線上の交点Ｄで、スリット１０５ｄ−２及びスリット１０５ｄ−４のそれぞれの中心線の延長線は交わる。

最も周方向の外側に位置するスリット１０５ｄ−１及びスリット１０５ｄ−５も、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。スリット１０５ｄ−１及びスリット１０５ｄ−５の傾斜角度は、スリット１０５ｄ−２及びスリット１０５ｄ−４の傾斜角度よりも大きい。スリット１０５ｄ−１及びスリット１０５ｄ−５のそれぞれの中心線の延長線も、回転子１００の外部における磁極中心線上の交点Ｄで交わる。

磁極ｄにおいて、交点Ｄと永久磁石１０３との間の距離をＬｄとする。

このように、実施の形態１の回転子１００は、磁極ａ〜磁極ｄにおける交点Ａ〜Ｄと永久磁石１０３との間の距離Ｌａ〜距離Ｌｄが、それぞれの磁極で異なることを特徴としている。

但し、図６〜図１５では、最も好ましい態様である、Ｌａ＝Ｌｃ＝Ｌ１＞Ｌｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２の例を図示している。Ｌａ＝Ｌｃ＝Ｌ１＞Ｌｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２の場合は、磁極ａと磁極ｂとで構成される磁極対と、磁極ｃと磁極ｄとで構成される磁極対とが同じ構成のため、モータとして好ましい態様である。

但し、図６〜図１５は一例であり、磁極ａ〜磁極ｄの少なくともいずれか一つにおいて、交点Ａと永久磁石１０３との間の距離が、他の磁極と異なればよい。

図５に示すように、スリットの延長線上の交点Ａと永久磁石との距離Ｌを変更することにより、トルク波形が変化することから、Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄを異なる寸法とすることにより、一つの回転子１００に四つの異なる波形のトルクが発生することになる。

つまり、回転子１００に発生するトルクは、磁極ａ〜磁極ｄで発生する、異なる波形のトルクを合成したトルクとなる。その合成したトルクは、トルクリップルが小さくなり、低騒音な回転子１００を形成することができる。

図１６に、Ｌａ＝Ｌｃ＝Ｌ１且つＬｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）のときのトルク波形を示す。図１６において、Ｌ＝Ｌ１のトルク波形は、Ｌａ〜Ｌｄが全てＬ１のときのトルク波形を示す。また、Ｌ＝Ｌ２のトルク波形は、Ｌａ〜Ｌｄが全てＬ２のときのトルク波形を示す。

図１６において、Ｌａ＝Ｌｃ＝Ｌ１且つＬｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２のトルク波形は、最も好ましい態様である、Ｌａ＝Ｌｃ＝Ｌ１＞Ｌｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２（図６に示す回転子１００）のときのトルク波形を示す。

Ｌａ＝Ｌｃ＝Ｌ１且つＬｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２のトルク波形は、Ｌ＝Ｌ１のトルク波形とＬ＝Ｌ２のトルク波形とを合成したものとなる。

それにより、Ｌａ＝Ｌｃ＝Ｌ１且つＬｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２のトルク波形におけるトルクリップルは、Ｌａ〜Ｌｄが全てＬ１のとき、もしくはＬａ〜Ｌｄが全てＬ２のときに比べて減少していることが分かる。

このように、磁極ａ〜磁極ｄの距離Ｌａ〜Ｌｄを、Ｌａ＝Ｌｃ＝Ｌ１、Ｌｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）とすることにより、トルクリップルが小さくなり、低騒音な回転子１００が得られる。

図１７に、Ｌａ＝Ｌｂ＝Ｌｃ＝Ｌ１且つＬｄ＝Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）、Ｌａ＝Ｌ１且つＬｂ＝Ｌｃ＝Ｌｄ＝Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）のときのトルク波形を示す。尚、比較のため、図１６で示したＬａ＝Ｌｃ＝Ｌ１且つＬｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）のトルク波形も併せて示す。さらに、Ｌａ＝Ｌｂ＝Ｌｃ＝Ｌｄ＝Ｌ１のときのトルク波形も併せて示す。

Ｌａ＝Ｌｃ＝Ｌ１且つＬｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）、Ｌａ＝Ｌｂ＝Ｌｃ＝Ｌ１且つＬｄ＝Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）、Ｌａ＝Ｌ１且つＬｂ＝Ｌｃ＝Ｌｄ＝Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）のいずれも、Ｌａ＝Ｌｂ＝Ｌｃ＝Ｌｄ＝Ｌ１のときに比べると、トルクリップルが小さくなっている。

即ち、磁極ａ〜磁極ｄの少なくともいずれか一つにおいて、交点Ａと永久磁石１０３との間の距離を他の磁極と異なるようにすることにより、磁極ａ〜磁極ｄの交点Ａ〜Ｄと永久磁石１０３との間の距離が同一の場合に比べて、トルクリップルが小さくなる。

中でも、Ｌａ＝Ｌｃ＝Ｌ１且つＬｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）のときが、最もトルクリップルが小さくなっていることが分かる。

Ｌａ＝Ｌｃ＝Ｌ１且つＬｂ＝Ｌｄ＝Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）とすることにより、ＬａとＬｃの磁極部分と、ＬｂとＬｄの磁極部分とのトルク波形が変化し、その合成された値がトルクとして発生する。その結果、トルクの脈動が小さくなり、トルクリップルが低減する。

最も好ましい態様である図６の回転子１００は、４極である。磁極ａと磁極ｂとで一磁極対を構成する場合、磁極ｃと磁極ｄとで構成される他の一つの磁極対も、スリットの構成は同じになる。これを一般化すると、各磁極対の構成が、最も好ましい態様である図６の回転子１００の磁極対の構成であれば、トルクの脈動が小さくなり、トルクリップルが低減することができる。

図１８乃至図２７を参照しながら変形例の回転子２００について説明する。変形例の回転子２００は、各磁極において、外側に配置されるスリットの中心線の延長線の交点と、磁極中心線上にあるスリットの両側のスリットの中心線の延長線の交点とが、磁極中心線上の異なる点に位置する点に特徴がある。外側に配置されるスリットの中心線の延長線の交点が、磁極中心線上にあるスリットの両側のスリットの中心線の延長線の交点よりも永久磁石から離れている。

変形例の回転子２００は、一つの磁極にスリットが４本以上形成されるとともに、スリットの中心線の延長線の交点が、磁極中心線上の異なる点に二つ以上存在するものである。

変形例の回転子２００は、上記相違点以外の構成は、回転子１００と同様である。磁極ａ〜磁極ｄの構成を、スリット２０５ａ〜スリット２０５ｄを主体に説明する。

変形例の回転子２００の回転子鉄心２０１の永久磁石挿入穴２０２、永久磁石２０３、永久磁石端部空隙２０４は、回転子１００の回転子鉄心１０１の永久磁石挿入穴１０２、永久磁石１０３、永久磁石端部空隙１０４と同じものである。

図２０、図２１により、磁極ａの構成を、スリット２０５ａを主体に説明する。図２０、図２１に示すように、スリット２０５ａは、五つのスリット２０５ａ−１、スリット２０５ａ−２、スリット２０５ａ−３、スリット２０５ａ−４、スリット２０５ａ−５で構成される。

スリット２０５ａ−３は、その中心線が磁極中心線に略一致する。スリット２０５ａ−３の両側のスリット２０５ａ−２及びスリット２０５ａ−４は、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。そして、回転子２００の外部における磁極中心線上の交点Ａ１で、スリット２０５ａ−２及びスリット２０５ａ−４のそれぞれの中心線の延長線は交わる。

最も周方向の外側に位置するスリット２０５ａ−１及びスリット２０５ａ−５も、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。スリット２０５ａ−１及びスリット２０５ａ−５の傾斜角度は、スリット２０５ａ−２及びスリット２０５ａ−４の傾斜角度よりも大きい。スリット２０５ａ−１及びスリット２０５ａ−５のそれぞれの中心線の延長線は、回転子２００の外部における磁極中心線上の交点Ａ２で交わる。

磁極ａにおいて、交点Ａ１と永久磁石２０３との間の距離をＬａ１とする。また、交点Ａ２と永久磁石２０３との間の距離をＬａ２とする。距離Ｌａ１と距離Ｌａ２とは、Ｌａ２＞Ｌａ１の関係がある。

図２２、図２３により、磁極ｂの構成を、スリット２０５ｂを主体に説明する。図２２、図２３に示すように、スリット２０５ｂは、五つのスリット２０５ｂ−１、スリット２０５ｂ−２、スリット２０５ｂ−３、スリット２０５ｂ−４、スリット２０５ｂ−５で構成される。

スリット２０５ｂ−３は、その中心線が磁極中心線に略一致する。スリット２０５ｂ−３の両側のスリット２０５ｂ−２及びスリット２０５ｂ−４は、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。そして、回転子２００の外部における磁極中心線上の交点Ｂ１で、スリット２０５ｂ−２及びスリット２０５ｂ−４のそれぞれの中心線の延長線は交わる。

最も周方向の外側に位置するスリット２０５ｂ−１及びスリット２０５ｂ−５も、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。スリット２０５ｂ−１及びスリット２０５ｂ−５の傾斜角度は、スリット２０５ｂ−２及びスリット２０５ｂ−４の傾斜角度よりも大きい。スリット２０５ｂ−１及びスリット１０５ｂ−５のそれぞれの中心線の延長線は、回転子２００の外部における磁極中心線上の交点Ｂ２で交わる。

磁極ｂにおいて、交点Ｂ１と永久磁石２０３との間の距離をＬｂ１とする。また、交点Ｂ２と永久磁石２０３との間の距離をＬｂ２とする。距離Ｌｂ１と距離Ｌｂ２とは、Ｌｂ２＞Ｌｂ１の関係がある。

図２４、図２５により、磁極ｃの構成を、スリット２０５ｃを主体に説明する。図２４、図２５に示すように、スリット２０５ｃは、五つのスリット２０５ｃ−１、スリット２０５ｃ−２、スリット２０５ｃ−３、スリット２０５ｃ−４、スリット２０５ｃ−５で構成される。

スリット２０５ｃ−３は、その中心線が磁極中心線に略一致する。スリット２０５ｃ−３の両側のスリット２０５ｃ−２及びスリット２０５ｃ−４は、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。そして、回転子２００の外部における磁極中心線上の交点Ｃ１で、スリット２０５ｃ−２及びスリット２０５ｃ−４のそれぞれの中心線の延長線は交わる。

最も周方向の外側に位置するスリット２０５ｃ−１及びスリット２０５ｃ−５も、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。スリット２０５ｃ−１及びスリット２０５ｃ−５の傾斜角度は、スリット２０５ｃ−２及びスリット２０５ｃ−４の傾斜角度よりも大きい。スリット２０５ｃ−１及びスリット２０５ｃ−５のそれぞれの中心線の延長線は、回転子２００の外部における磁極中心線上の交点Ｃ２で交わる。

磁極ｃにおいて、交点Ｃ１と永久磁石２０３との間の距離をＬｃ１とする。また、交点Ｃ２と永久磁石２０３との間の距離をＬｃ２とする。距離Ｌｃ１と距離Ｌｃ２とは、Ｌｃ２＞Ｌｃ１の関係がある。

図２６、図２７により、磁極ｄの構成を、スリット２０５ｄを主体に説明する。図図２６、図２７に示すように、スリット２０５ｄｃは、五つのスリット２０５ｄ−１、スリット２０５ｄ−２、スリット２０５ｄ−３、スリット２０５ｄ−４、スリット２０５ｄ−５で構成される。

スリット２０５ｄ−３は、その中心線が磁極中心線に略一致する。スリット２０５ｄ−３の両側のスリット２０５ｄ−２及びスリット２０５ｄ−４は、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。そして、回転子２００の外部における磁極中心線上の交点Ｄ１で、スリット２０５ｄ−２及びスリット２０５ｄ−４のそれぞれの中心線の延長線は交わる。

最も周方向の外側に位置するスリット２０５ｄ−１及びスリット２０５ｄ−５も、磁極中心線側に所定の角度傾斜している。スリット２０５ｄ−１及びスリット２０５ｄ−５の傾斜角度は、スリット２０５ｄ−２及びスリット２０５ｄ−４の傾斜角度よりも大きい。スリット２０５ｄ−１及びスリット２０５ｄ−５のそれぞれの中心線の延長線は、回転子２００の外部における磁極中心線上の交点Ｄ２で交わる。

磁極ｄにおいて、交点Ｄ１と永久磁石２０３との間の距離をＬｄ１とする。また、交点Ｄ２と永久磁石２０３との間の距離をＬｄ２とする。距離Ｌｄ１と距離Ｌｄ２とは、Ｌｄ２＞Ｌｄ１の関係がある。

例えば、回転子２００の磁極ａにおいて、交点Ａ１は、回転子１００の磁極ａの交点Ａに対応する。交点Ａ２は、交点Ａよりも永久磁石２０３から離れている。

但し、上記のような関係に限定されるものではなく、交点Ａ１と交点Ａ２が磁極中心線上にあって、その位置が異なればよい。

変形例の回転子２００のトルクについて検証した結果、回転子１００と略同等の結果が得られた。即ち、或る磁極において、各スリットの中心線の延長線の交点は、磁極中心線上にあれば、何処にあってもよいことになる。

また、例えば、磁極ａにおいて、交点Ａ２が交点Ａ１よりも永久磁石２０３から離れた位置にある場合（図２０、図２１）、外側のスリット２０５ａ−１、スリット２０５ａ−２の傾斜角度は、回転子１００の磁極ａの外側のスリット１０５ａ−１、スリット１０５ａ−２の傾斜角度よりも小さくなる。それにより、スリット２０５ａ−１とスリット２０５ａ−２との間、もしくはスリット２０５ａ−５とスリット２０５ａ−４との間の鉄心部の周方向寸法が、回転子１００の磁極ａのスリット１０５ａ−１とスリット１０５ａ−２との間、もしくはスリット１０５ａ−５とスリット１０５ａ−４との間の鉄心部の周方向寸法よりも大きくなる。その結果、スリット２０５ａ−１とスリット２０５ａ−２との間、もしくはスリット２０５ａ−５とスリット２０５ａ−４との間の鉄心部が飽和しにくいという効果がある。

回転子２００から発生する磁束を正弦波状とするため、磁極中心に磁束を集中することが有効である。Ｌａ１＜Ｌａ２、Ｌｂ１＜Ｌｂ２、Ｌｃ１＜Ｌｃ２、Ｌｄ１＜Ｌｄ２の関係を満たすことにより、磁極中心に近いスリット（例えば、スリット２０５ａ−２、スリット２０５ａ−４）ほど磁極中心に傾く形状となることから、より磁極中心に磁束を集中することが可能となり、低騒音化に有効である。

一つの磁極に対して、スリットの中心線の延長線の交点は、少なくとも一つ存在すれば本実施の形態の効果を奏することができる。

また、一つの磁極に対して、スリットの中心線の延長線の交点が複数存在する場合でも、その中の一つの交点に対して本実施の形態を適用すれば、効果を奏することができる。

また、本実施の形態の効果として、スリットにより誘起電圧の高調波成分を低減できるとともに、高調波鉄損を低減できるので、高効率な回転子が得られる。

また、トルクリップルが低減することにより、低振動な回転子が得られるので、回転子の長寿命化が図れる。

また、以上説明した回転子は、極数が４極の回転子であったが、４極以外の回転子であっても、本実施の形態の形状を適用することによりトルクリップルを低減することができ、高効率で低騒音な回転子が得られる。

また、以上で説明した回転子は、一つの磁極に対して５本のスリットが存在していたが、一つの磁極に対して２本以上のスリットが存在する形状であれば本実施の形態の効果を奏することができる。

また、図示しない固定子の巻線は、分布巻、集中巻のどちらでもよい。

また、永久磁石１０３，２０３に焼結希土類磁石を使用すると、焼結希土類磁石は高磁力のため、回転子の磁束密度が他の磁石を使用した時よりも高くなり、スリットの影響が大きくなる。そのため、回転子に焼結希土類磁石を使用する時、より効果を奏することができる。

また、実施の形態１の回転子１００，２００を用いた電動機（例えば、永久磁石埋込型モータ）を、冷凍サイクル装置等の圧縮機、空気調和機等の送風機に搭載することにより、高効率で低コスト、長寿命な圧縮機、送風機が得られる。

１００ 回転子、１０１ 回転子鉄心、１０２ 永久磁石挿入穴、１０３ 永久磁石、１０４ 永久磁石端部空隙、１０５ａ スリット、１０５ａ−１ スリット、１０５ａ−２ スリット、１０５ａ−３ スリット、１０５ａ−４ スリット、１０５ａ−５ スリット、１０５ｂ スリット、１０５ｂ−１ スリット、１０５ｂ−２ スリット、１０５ｂ−３ スリット、１０５ｂ−４ スリット、１０５ｂ−５ スリット、１０５ｃ スリット、１０５ｃ−１ スリット、１０５ｃ−２ スリット、１０５ｃ−３ スリット、１０５ｃ−４ スリット、１０５ｃ−５ スリット、１０５ｄ スリット、１０５ｄ−１ スリット、１０５ｄ−２ スリット、１０５ｄ−３ スリット、１０５ｄ−４ スリット、１０５ｄ−５ スリット、２００ 回転子、２０１ 回転子鉄心、２０２ 永久磁石挿入穴、２０３ 永久磁石、２０４ 永久磁石端部空隙、２０５ａ スリット、２０５ａ−１ スリット、２０５ａ−２ スリット、２０５ａ−３ スリット、２０５ａ−４ スリット、２０５ａ−５ スリット、２０５ｂ スリット、２０５ｂ−１ スリット、２０５ｂ−２ スリット、２０５ｂ−３ スリット、２０５ｂ−４ スリット、２０５ｂ−５ スリット、２０５ｃ スリット、２０５ｃ−１ スリット、２０５ｃ−２ スリット、２０５ｃ−３ スリット、２０５ｃ−４ スリット、２０５ｃ−５ スリット、２０５ｄ スリット、２０５ｄ−１ スリット、２０５ｄ−２ スリット、２０５ｄ−３ スリット、２０５ｄ−４ スリット、２０５ｄ−５ スリット、３００ 回転子、３０１ 回転子鉄心、３０２ 永久磁石挿入穴、３０３ 永久磁石、３０４ 永久磁石端部空隙、３０５ スリット。

Claims (6)

1. 所定の形状に打ち抜かれた電磁鋼板を、所定の枚数積層して形成される回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心の外周部に沿って形成された複数の永久磁石挿入穴と、
   前記永久磁石挿入穴の両端部に設けられる永久磁石端部空隙と、
   前記永久磁石挿入穴に挿入される複数の永久磁石と、
   前記永久磁石挿入穴の外側の鉄心部に形成される複数のスリットと、を備え、
   前記複数のスリットは、磁極中心線に対して略対称に形成されるとともに、前記スリットの中心線の延長線の交点が、前記磁極中心線上に少なくとも一点存在するように構成され、
   前記複数の永久磁石で構成される複数の磁極のうちに、前記スリットの中心線の延長線の交点と前記永久磁石との間の距離が、他の磁極と異なる磁極が少なくとも一つ存在することを特徴とする永久磁石埋込型モータの回転子。
2. 一つの前記磁極に前記スリットが４本以上形成されるとともに、前記スリットの中心線の延長線の交点が、前記磁極中心線上の異なる点に二つ以上存在することを特徴とする請求項１記載の永久磁石埋込型モータの回転子。
3. 前記磁極中心から遠い前記スリットの中心線の延長線の交点と永久磁石との間の距離に対し、前記磁極中心に近い前記スリットの中心線の延長線の交点と永久磁石との間の距離が小さいことを特徴とする請求項１又請求項２記載の永久磁石埋込型モータの回転子。
4. 前記永久磁石に、希土類磁石を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の永久磁石埋込型モータの回転子。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石埋込型モータの回転子を備えたことを特徴とする送風機。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石埋込型モータの回転子を備えたことを特徴とする圧縮機。

Images