JP5538439B2 - 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（モータ）と呼ぶ場合もある。

従来、以下に示す構成の永久磁石埋込型モータの回転子が提案されている。即ち、この永久磁石埋込型モータの回転子は、複数枚の電磁鋼板を積層して形成される回転子鉄心と、この回転子鉄心の軸方向に形成され、軸心を中心とする略正多角形の各辺に対応する部位に形成された永久磁石挿入穴と、この永久磁石挿入穴に挿入される永久磁石と、永久磁石挿入穴の外周鉄心部に形成され、永久磁石挿入穴に沿って離隔配置された複数個のスリットと、このスリットの径方向外側端と回転子鉄心の外周との間に設けられ、径方向の幅が磁極中心から極間部に向けて徐々に広くなる外側薄肉部とを備えたものである。このように構成することにより、極間部の磁束密度波形の高調波成分を低減して、誘起電圧の高調波、コギングトルクを低減できる、というものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１６７５８３号公報

上記特許文献１に記載されているように、従来の永久磁石埋込型モータの回転子は、永久磁石挿入穴の外周鉄心部に永久磁石挿入穴に沿って複数個のスリットを設ける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、スリットを設けることにより永久磁石のパーミアンス低下、固定子からの磁束が集中して永久磁石に作用するため、永久磁石が減磁しやすい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、永久磁石挿入穴の外周鉄心部にスリットを設ける場合に、減磁しやすい永久磁石端部にかかる磁束を少なくし、減磁耐力が向上した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、両端部に永久磁石端部空隙を有する複数の永久磁石挿入穴と、
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外周鉄心部に形成される複数のスリットと、を備え、
複数のスリットのうち、永久磁石端部の径方向に存在する第１のスリットと、第１のスリットに隣接する磁極中心側の第２のスリットとの間隔が、永久磁石挿入穴の外周鉄心部に存在する他のスリットとスリットとの間隔よりも狭いことを特徴とする。

この発明に係る永久磁石埋込型モータの回転子は、永久磁石端部の径方向に存在する第１のスリットと、第１のスリットに隣接する磁極中心側の第２のスリットとの間隔が、永久磁石挿入穴の外周鉄心部に存在する他のスリットとスリットとの間隔よりも狭いことにより、減磁しやすい永久磁石端部にかかる磁束を少なくし、減磁耐力を向上できる。

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５００の横断面図。 図１の回転子鉄心５０１の横断面図。 図１の永久磁石挿入穴５０２の拡大図。 比較のために示す図で、一般的なスリット６０７を設けた永久磁石埋込型モータの回転子６００の横断面図。 図４の回転子鉄心６０１の横断面図。 図５のＸ部拡大図。 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。 図７の回転子鉄心１０１の横断面図。 図７のＹ部拡大図。 図８のＺ部拡大図。 実施の形態１を示す図で、図７に示す回転子１００と、回転子１００で第２のスリット１０７ｂが存在しないものとについて、固定子の起磁力（巻数×電流）［ＡＴ］に対する減磁率［％］を比較した結果を示す図。 図１１の減磁率が−２％までの特性を示す図。 実施の形態１を示す図で、変形例１の永久磁石埋込型モータの回転子２００の横断面図。 図１３の回転子鉄心２０１の横断面図。 図１４のＷ部拡大図。 実施の形態１を示す図で、変形例２の永久磁石埋込型モータの回転子３００の横断面図。 図１６の回転子鉄心３０１の横断面図。 図１７のＶ部拡大図。 図１８のＰ部拡大図。 実施の形態１を示す図で、変形例３の永久磁石埋込型モータの回転子４００の部分横断面図。 実施の形態１を示す図で、図２０の回転子鉄心４０１の横断面図。 図２１のＱ部拡大図。 実施の形態１を示す図で、変形例４の永久磁石埋込型モータの回転子７００の部分横断面図。 実施の形態１を示す図で、図２３の回転子鉄心７０１の横断面図。 図２４の部分拡大図。

実施の形態１．
図１乃至図６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５００の横断面図、図２は図１の回転子鉄心５０１の横断面図、図３は図１の永久磁石挿入穴５０２の拡大図、図４は一般的なスリット６０７を設けた永久磁石埋込型モータの回転子６００の横断面図、図５は図４の回転子鉄心６０１の横断面図、図６は図５のＸ部拡大図である。

先ず、一般的な永久磁石埋込型モータの回転子５００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５００は、少なくとも回転子鉄心５０１と、永久磁石５０３と、回転軸５０４とを備える。

尚、永久磁石埋込型モータの回転子５００等を、単に回転子５００もしくは回転子と呼ぶ場合もある。

回転子鉄心５０１は、全体の横断面形状が略円形で、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５０１には、横断面が長方形の永久磁石挿入穴５０２が、周方向に略等間隔に複数個（六個）形成されている（図２参照）。また、回転子鉄心５０１の略中心部に回転軸５０４が嵌合する軸孔５０５が形成さている。

永久磁石挿入穴５０２の磁石挿入部５０２ａ（図３参照）の内部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁された六枚の平板形状の永久磁石５０３を挿入することで６極の回転子５００を形成している。

永久磁石５０３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。

図３に示すように、永久磁石挿入穴５０２は、略中央の磁石挿入部５０２ａの両側に、磁石挿入部５０２ａに連結（連通）する永久磁石端部空隙５０２ｂが形成されている。永久磁石端部空隙５０２ｂは、極間（永久磁石５０３で形成される磁極の間、永久磁石挿入穴５０２の間）における永久磁石５０３の漏れ磁束を抑制する。

図１の回転子５００は、永久磁石挿入穴５０２と回転子鉄心５０１の外周部との間の鉄心部にスリットが存在しないため、永久磁石５０３から発生した磁束は、永久磁石５０３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大きくなる傾向がある。

それに対し、図４に示す永久磁石埋込型モータの回転子６００は、永久磁石挿入穴６０２の外周鉄心部に、複数のスリット６０７が、周方向に所定の間隔で形成されている。図４の回転子６００では、一磁極に１０個のスリット６０７が形成されている。

回転子鉄心６０１は、回転子鉄心５０１（図２）と同様、全体の横断面形状が略円形で、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６０１にも、横断面が長方形の永久磁石挿入穴６０２が、周方向に略等間隔に複数個（六個）形成されている（図５参照）。また、回転子鉄心６０１の略中心部に回転軸６０４が嵌合する軸孔６０５が形成されている。永久磁石挿入穴６０２の磁石挿入部６０２ａ（図６参照）の内部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁された六枚の平板形状の永久磁石６０３を挿入することで６極の回転子６００を形成している。

永久磁石６０３にも、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。

図６に示すように、永久磁石挿入穴６０２は、略中央の磁石挿入部６０２ａの両側に、磁石挿入部６０２ａに連結（連通）する永久磁石端部空隙６０２ｂが形成されている。永久磁石端部空隙６０２ｂは、極間（永久磁石６０３で形成される磁極の間、永久磁石挿入穴６０２の間）における永久磁石６０３の漏れ磁束を抑制する。そして、図６に示すように、永久磁石挿入穴６０２の外周鉄心部に、複数のスリット６０７が、周方向に所定の間隔で形成されている。図６に示すように、回転子鉄心６０１では、一磁極に１０個のスリット６０７が、極中心に対して対称に、５個づつ形成されている。

図４に示す回転子６００は、複数のスリット６０７を永久磁石挿入穴６０２の外周鉄心部に配置することにより、トルクリップルを低減している。以下、このスリット６０７の効果について説明する。回転子６００の永久磁石６０３から発生した磁束は、永久磁石６０３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６０３から発生した磁束の磁路は、隣り合うスリット６０７間の鉄心部に規制される。

図１の回転子５００はスリットが存在しないため、永久磁石５０３から発生した磁束は、永久磁石５０３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、スリットは、永久磁石から発生した磁束が永久磁石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、スリットの形状を変えることにより、回転子の外周部の磁束を自由に変えることができる。図４に示す回転子６００は、図１に示したスリットがない回転子５００に比べトルクリップルが低減でき、低騒音な回転子６００を構成することができる。

しかし、図４に示す回転子６００は、永久磁石挿入穴６０２の外周鉄心部に形成されるスリット６０７が、永久磁石６０３近傍まで延びているため、スリット６０７に近い部分の永久磁石６０３のパーミアンスが低下し、減磁耐力が悪化してしまう。さらに永久磁石６０３の減磁しやすい部分は永久磁石６０３の端部であるため、特に永久磁石６０３の端部に存在するスリット６０７によりさらに減磁耐力が低下してしまう。

その減磁耐力を向上する方法として、永久磁石６０３の端部に固定子（図示せず）からの磁束が流れ込まないようにすればよい。

尚、回転軸６０４は、回転軸５０４と同じものである。

従来の永久磁石挿入穴の外周鉄心部に形成されるスリットに関する発明は、誘起電圧の高調波成分の低減やコギングトルクの低減、トルクップルの低減を目的としたものが多い。本実施の形態は、永久磁石挿入穴の外周鉄心部にスリットを付けた時の減磁耐力向上を目的とし、永久磁石端部のスリットと隣り合う磁極中心側のスリットとの間隔に着目するとともに、その間隔の磁気特性に着目し、固定子からの逆磁界がかかりにくい形状に関する。

図７乃至図１９は実施の形態１を示す図で、図７は永久磁石埋込型モータの回転子１００の横断面図、図８は図７の回転子鉄心１０１の横断面図、図９は図７のＹ部拡大図、図１０は図８のＺ部拡大図、図１１は図７に示す回転子１００と、回転子１００でスリット１０７が存在しないものとについて、固定子の起磁力（巻数×電流）［ＡＴ］に対する減磁率［％］を比較した結果を示す図、図１２は図１１の減磁率が−２％までの特性を示す図、図１３は変形例１の永久磁石埋込型モータの回転子２００の横断面図、図１４は図１３の回転子鉄心２０１の横断面図、図１５は図１４のＷ部拡大図、図１６は変形例２の永久磁石埋込型モータの回転子３００の横断面図、図１７は図１６の回転子鉄心３０１の横断面図、図１８は図１７のＶ部拡大図、図１９は図１８のＰ部拡大図である。

図７乃至図１０により、実施の形態１の永久磁石埋込型モータの回転子１００について説明する。回転子１００は、少なくとも回転子鉄心１０１と、永久磁石１０３と、回転軸１０４とを備える。

尚、永久磁石埋込型モータの回転子１００等を、単に回転子１００もしくは回転子と呼ぶ。

回転子鉄心１０１は、全体の横断面形状が略円形で、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。

永久磁石挿入穴１０２の磁石挿入部１０２ａ（図１０参照）の内部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁された六枚の平板形状の永久磁石１０３を挿入することで、６極の回転子１００を形成している。また、回転子鉄心１０１の略中心部に回転軸１０４が嵌合する軸孔１０５が形成さている。

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。

図１０に示すように、永久磁石挿入穴１０２は、略中央の磁石挿入部１０２ａの両側に、磁石挿入部１０２ａに連結（連通）する永久磁石端部空隙１０２ｂが形成されている。永久磁石端部空隙１０２ｂは、極間（永久磁石１０３で形成される磁極の間、永久磁石挿入穴１０２の間）における永久磁石１０３の漏れ磁束を抑制する。

そして、図１０に示すように、永久磁石挿入穴１０２の外周鉄心部に、複数のスリット１０７（第１のスリット１０７ａ、第２のスリット１０７ｂ、第３のスリット１０７ｃ、第４のスリット１０７ｄが磁極中心線に対して左右対称に配置される）が形成されている。尚、スリット１０７等を、単にスリットと呼ぶ場合もある。

複数のスリット１０７について、次のように定義する。即ち、
（１）第１のスリット１０７ａ：永久磁石１０３の端部側（永久磁石端部空隙１０２ｂ側、極間側）に位置し、永久磁石１０３の端部の端面１０３ａの径方向に存在する；
（２）第２のスリット１０７ｂ：第１のスリット１０７ａから間隔Ｌ１だけ磁極中心側に位置する；
（３）第３のスリット１０７ｃ：第２のスリット１０７ｂから間隔Ｌ２だけ磁極中心側に位置する；
（４）第４のスリット１０７ｄ：第３のスリット１０７ｃから間隔Ｌ３だけ磁極中心側に位置する。

一磁極において、第１のスリット１０７ａ、第２のスリット１０７ｂ、第３のスリット１０７ｃ、第４のスリット１０７ｄは、左右対称に配置される。二つの第４のスリット１０７ｄの間の間隔は、Ｌ４である。

図７に示す回転子１００は、図１０に示すように、永久磁石１０３の端部（永久磁石端部空隙１０２ｂ側、極間側）に第１のスリット１０７ａが存在しているため、前述したように永久磁石１０３の端部のパーミアンスが低下し、減磁耐力が悪化する。

回転子鉄心１０１は、第１のスリット１０７ａの磁極中心側に第２のスリット１０７ｂを配置するとともに、第１のスリット１０７ａと第２のスリット１０７ｂとの間隔Ｌ１を、第２のスリット１０７ｂと第３のスリット１０７ｃとの間隔Ｌ２、第３のスリット１０７ｃと第４のスリット１０７ｄとの間隔Ｌ３、二つの第４のスリット１０７ｄの間の間隔Ｌ４よりも小さくする構成である。つまりＬ１＜Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４となっている。

また、スリット１０７とスリット１０７との間隔（第１のスリット１０７ａと第２のスリット１０７ｂとの間隔Ｌ１、第２のスリット１０７ｂと第３のスリット１０７ｃとの間隔Ｌ２、第３のスリット１０７ｃと第４のスリット１０７ｄとの間隔Ｌ３、二つの第４のスリット１０７ｄの間の間隔Ｌ４）が不均一の場合でも、第１のスリット１０７ａと第２のスリット１０７ｂとの間隔Ｌ１を最小とする。

Ｌ１＜Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４とすることにより、スリットとスリットの間（第１のスリット１０７ａと第２のスリット１０７ｂ、第２のスリット１０７ｂと第３のスリット１０７ｃ、第３のスリット１０７ｃと第４のスリット１０７ｄ、二つの第４のスリット１０７ｄの間）の磁束の流れは、第１のスリット１０７ａと第２のスリット１０７ｂとの間が他の箇所より狭いので最も磁束が通りにくくなる。

磁束が通りにくくなると言うことは、永久磁石１０３にかかる固定子からの磁界も低減できるということである。そのため、
Ｌ１＜Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４
とした結果、永久磁石１０３の端部に固定子からの磁界が通りにくくなり、減磁耐力が向上する。

図１１、図１２に、図７に示す回転子１００と、回転子１００で第２のスリット１０７ｂが存在しないものとについて、固定子の起磁力（巻数×電流）［ＡＴ］に対する減磁率［％］を比較した結果を示す。図１２は見やすくするために、図１１の一部を示す。

ここで、「減磁率」とは、減磁前の永久磁石の磁束量に対して、起磁力をかけた後の磁束量の低下分を示している。例えば、グラフ（図１１、図１２）上で−１％とは、永久磁石１０３の磁束量が、１％低減したことを意味する。そのため、同じ固定子の起磁力（巻数×電流）の時に、減磁率が０に近いほど減磁耐力が強いことを示している。

図１１、図１２より、図７に示す回転子１００は、第２のスリット１０７ｂがある時の方が、減磁耐力が強いことを示している。

一般的に、永久磁石挿入穴の外周鉄心部に設けられるスリットの本数を多くすることにより減磁耐力は弱くなる傾向にあるが、本実施の形態の第２のスリット１０７ｂは、逆に永久磁石１０３の減磁耐力を改善していることが分かる。つまり、
（１）第１のスリット１０７ａと第２のスリット１０７ｂとの間隔をＬ１；
（２）第２のスリット１０７ｂと第３のスリット１０７ｃとの間隔をＬ２；
（３）第３のスリット１０７ｃと第４のスリット１０７ｄとの間隔をＬ３；
（４）二つの第４のスリット１０７ｄの間の間隔をＬ４。
とすると、
Ｌ１＜Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４
となる部分にスリットを設けることにより、永久磁石１０３の端部に固定子からの逆磁界がかかりにくくなることにより減磁耐力が向上する。

以上のことから、永久磁石１０３の端部の第１のスリット１０７ａと、第１のスリット１０７ａから磁極中心側に位置する第２のスリット１０７ｂとの間隔Ｌ１を、他のスリット（第２のスリット１０７ｂ、第３のスリット１０７ｃ、第４のスリット１０７ｄ）間の間隔Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４より小さくすることにより、複数のスリット１０７（第１のスリット１０７ａ、第２のスリット１０７ｂ、第３のスリット１０７ｃ、第４のスリット１０７ｄ）を永久磁石挿入穴１０２の外周鉄心部に設けても、減磁耐力が向上することが確認できた。

また、永久磁石１０３の径方向に存在するスリット１０７（第１のスリット１０７ａ、第２のスリット１０７ｂ、第３のスリット１０７ｃ、第４のスリット１０７ｄ）は、永久磁石１０３に対して略垂直であることが望ましい。スリット１０７が傾いていると、スリット１０７とスリット１０７の間の周方向の間隔が狭くなる場合があり、磁気飽和を起こしやすくなる。そのため、スリット１０７を永久磁石１０３に対して略垂直とすることにより、スリット１０７とスリット１０７との間の間隔が略一定となり、磁気飽和が起こりにくい形状となる。

また、永久磁石１０３の径方向に存在するスリット１０７（第１のスリット１０７ａ、第２のスリット１０７ｂ、第３のスリット１０７ｃ、第４のスリット１０７ｄ）は、永久磁石１０３に対して略垂直でなくても、永久磁石１０３の端部近傍の第１のスリット１０７ａと第２のスリット１０７ｂの間隔Ｌ１が、略一定になるようにすることにより、同様の効果を奏することができる。

永久磁石１０３の端部近傍の第１のスリット１０７ａと第２のスリット１０７ｂの間隔Ｌ１は、回転子１００を構成する電磁鋼板の板厚（例えば、０．１〜１．０ｍｍ程度）以上であり、永久磁石１０３の径方向の厚さＴ（図９参照）以下であることが望ましい。即ち、
電磁鋼板の板厚≦Ｌ１≦Ｔ
回転子鉄心１０１を製造する際に、電磁鋼板を金型により打ち抜くが、薄肉部は一般的に電磁鋼板の板厚以上であることが望ましく、永久磁石１０３の端部近傍の第１のスリット１０７ａと第２のスリット１０７ｂの間隔Ｌ１も電磁鋼板の板厚以上とすることがよい。

さらに、永久磁石１０３の端部近傍の第１のスリット１０７ａと第２のスリット１０７ｂの間隔Ｌ１を永久磁石１０３の径方向の厚さＴより大きくすると、第２のスリット１０７ｂによる永久磁石１０３の端部への反磁界抑制効果が小さくなるため、永久磁石１０３の径方向の厚さＴ以下とするとよい。

また、本実施の形態のスリット１０７は、永久磁石１０３の径方向に存在するスリット１０７を対象としている。即ち、図７に示す回転子１００中心と永久磁石１０３の一方の端部とを通る直線と、回転子１００中心と永久磁石１０３の他方の端部とを通る直線とのなす角度α（図７参照）の範囲に存在する。

以上のことから、
（１）第１のスリット１０７ａと第２のスリット１０７ｂとの間隔をＬ１、第２のスリット１０７ｂと第３のスリット１０７ｃとの間隔をＬ２、第３のスリット１０７ｃと第４のスリット１０７ｄとの間隔をＬ３、二つの第４のスリット１０７ｄの間の間隔をＬ４、とすると、
Ｌ１＜Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４
（２）永久磁石１０３の径方向の厚さをＴとすると、
電磁鋼板の板厚≦Ｌ１≦Ｔ
（３）スリット１０７は、図７に示す回転子１００中心と永久磁石１０３の一方の端部とを通る直線と、回転子１００中心と永久磁石１０３の他方の端部とを通る直線とのなす角度αの範囲に存在する。
（４）スリット１０７は、永久磁石１０３に対して略垂直である、もしくは第１のスリット１０７ａと第２のスリット１０７ｂとの間隔Ｌ１を略一定になるようにする。
とすることにより、トルクリップルを低減して低騒音化を図るために、
複数のスリット１０７（例えば、第１のスリット１０７ａ、第２のスリット１０７ｂ、第３のスリット１０７ｃ、第４のスリット１０７ｄ）を永久磁石挿入穴１０２の外周鉄心部に設けても、減磁耐力が向上することができる。

また、図７に示すように、第１のスリット１０７ａが永久磁石１０３の端部の端面１０３ａの径方向に存在することにより、永久磁石１０３の端部のパーミアンスが低下するが、永久磁石１０３の端部の特に角部にかかる反磁界を低減することができる。そのため、第１のスリット１０７ａを永久磁石１０３の端部の端面１０３ａの径方向に存在するようにすることにより、減磁耐力の向上が可能であり、前述したＬ１＜Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、電磁鋼板の板厚≦Ｌ１≦Ｔと組み合わせることによりさらに効果を示すことができる。

また，スリットにより減磁しやすい永久磁石１０３の端部の特に角部にかかる反磁界を低減するには，第１のスリット１０７ａの永久磁石挿入孔側の端部部分のみ永久磁石１０３の端部の端面１０３ａの径方向に存在すればよい。つまりは，第１のスリット１０７ａが永久磁石１０３の端部の端面１０３ａの径方向に存在しても，第１のスリット１０７ａが永久磁石挿入孔に近接する部分が，永久磁石１０３の端部の端面１０３ａ径方向に存在せず，第１のスリット１０７ａの回転子外周側の部分のみが永久磁石１０３の端部の端面１０３ａに存在する場合，減磁しやすい永久磁石１０３の端部の特に角部にかかる反磁界を低減することはできなく，反磁界を抑える効果を最大限発揮することができない。

図１３乃至図１５により、変形例１の永久磁石埋込型モータの回転子２００について説明する。変形例１の回転子２００は、永久磁石挿入穴１０２の外周鉄心部において、永久磁石２０３の端部と極間との間に、略四角形（例えば、正方形）の第５のスリット２０７ｅ（別のスリット）が設けられている点が、図７の回転子２００と異なる。

変形例１の回転子２００は、少なくとも回転子鉄心２０１と、永久磁石２０３と、回転軸２０４とを備える。

尚、永久磁石埋込型モータの回転子２００等を、単に回転子２００もしくは回転子と呼ぶ。

回転子鉄心２０１は、全体の横断面形状が略円形で、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。

永久磁石挿入穴２０２の磁石挿入部２０２ａ（図１５参照）の内部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁された六枚の平板形状の永久磁石２０３を挿入することで、６極の回転子２００を形成している。また、回転子鉄心２０１の略中心部に回転軸２０４が嵌合する軸孔２０５が形成さている。

永久磁石２０３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。

図１５に示すように、永久磁石挿入穴２０２は、略中央の磁石挿入部２０２ａの両側に、磁石挿入部２０２ａに連結（連通）する永久磁石端部空隙２０２ｂが形成されている。永久磁石端部空隙２０２ｂは、極間（永久磁石２０３で形成される磁極の間、永久磁石挿入穴２０２の間）における永久磁石２０３の漏れ磁束を抑制する。

そして、図１５に示すように、永久磁石挿入穴２０２の外周鉄心部に、複数のスリット２０７（第１のスリット２０７ａ、第２のスリット２０７ｂ、第３のスリット２０７ｃ、第４のスリット２０７ｄ、第５のスリット２０７ｅが磁極中心線に対して左右対称に配置される）が形成されている。

複数のスリット２０７について、次のように定義する。即ち、
（１）第１のスリット２０７ａ：永久磁石２０３の端部側（永久磁石端部空隙２０２ｂ側、極間側）に位置し、永久磁石２０３の端部の端面の径方向に存在する；
（２）第２のスリット２０７ｂ：第１のスリット２０７ａから間隔Ｌ１だけ磁極中心側に位置する；
（３）第３のスリット２０７ｃ：第２のスリット２０７ｂから間隔Ｌ２だけ磁極中心側に位置する；
（４）第４のスリット２０７ｄ：第３のスリット２０７ｃから間隔Ｌ３だけ磁極中心側に位置する。
（５）第５のスリット２０７ｅ：永久磁石２０３の端部と極間との間に設けられ、回転子２００の中心と永久磁石２０３の端部の角を通る直線と、回転子２００の中心と磁極間を通る直線とでなす角度θの範囲内に存在する。

一磁極において、第５のスリット２０７ｅ、第１のスリット２０７ａ、第２のスリット２０７ｂ、第３のスリット２０７ｃ、第４のスリット２０７ｄは、左右対称に配置される。二つの第４のスリット２０７ｄの間の間隔は、Ｌ４である。

回転子鉄心１０１と同様に、回転子鉄心２０１は、第１のスリット２０７ａの磁極中心側に第２のスリット２０７ｂを配置するとともに、第１のスリット２０７ａと第２のスリット２０７ｂとの間隔Ｌ１を、第２のスリット２０７ｂと第３のスリット２０７ｃとの間隔Ｌ２、第３のスリット２０７ｃと第４のスリット２０７ｄとの間隔Ｌ３、二つの第４のスリット２０７ｄの間の間隔Ｌ４よりも小さくする構成である。つまりＬ１＜Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４となっている。

図１５に示す回転子２００の中心と永久磁石２０３の端部の角を通る直線と、回転子２００の中心と磁極間を通る直線とでなす角度θの範囲内に存在する略正方形の第５のスリット２０７ｅ及び永久磁石端部空隙２０２ｂは、永久磁石２０３からの漏れ磁束を防ぐ役割を持つ。

図１０の回転子鉄心１０１では、この角度θの範囲に、永久磁石端部空隙１０２ｂのみ存在していた（但し、図１０では角度θは図示していない）。図１５では、角度θ内に存在する鉄心部（回転子鉄心２０１）に、永久磁石端部空隙２０２ｂの他に第５のスリット２０７ｅを設けることにより、さらに磁束の漏れを防止している。

角度θの範囲外で、永久磁石２０３の径方向に存在するスリット２０７（第１のスリット２０７ａ、第２のスリット２０７ｂ、第３のスリット２０７ｃ、第４のスリット２０７ｄ）は、主にトルクリップル低減に効果があり、角度θ内に存在する第５のスリット２０７ｅは漏れ磁束低減の効果が大きい。

図１６乃至図１９により、変形例２の永久磁石埋込型モータの回転子３００について説明する。変形例２の回転子３００は、変形例１の永久磁石埋込型モータの回転子２００と比較すると、第５のスリット３０７ｅ（別のスリット）の形状が異なる。第５のスリット３０７ｅの形状を、変形例２の回転子３００の第５のスリット２０７ｅに対して、周方向に長い形状にしたものである。それにより、永久磁石３０３の漏れ磁束低減の効果が大きくなり、更なる効果を奏するものである。

変形例２の回転子３００は、少なくとも回転子鉄心３０１と、永久磁石３０３と、回転軸３０４とを備える。

尚、永久磁石埋込型モータの回転子３００等を、単に回転子３００もしくは回転子と呼ぶ。

回転子鉄心３０１は、全体の横断面形状が略円形で、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。また、回転子鉄心３０１の略中心部に回転軸３０４が嵌合する軸孔３０５が形成さている。

永久磁石挿入穴３０２の磁石挿入部３０２ａ（図１８参照）の内部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁された六枚の平板形状の永久磁石３０３を挿入することで、６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。

図１８に示すように、永久磁石挿入穴３０２は、略中央の磁石挿入部３０２ａの両側に、磁石挿入部３０２ａに連結（連通）する永久磁石端部空隙３０２ｂが形成されている。永久磁石端部空隙３０２ｂは、極間（永久磁石３０３で形成される磁極の間、永久磁石挿入穴３０２の間）における永久磁石３０３の漏れ磁束を抑制する。

そして、図１８に示すように、永久磁石挿入穴３０２の外周鉄心部に、複数のスリット３０７（第１のスリット３０７ａ、第２のスリット３０７ｂ、第３のスリット３０７ｃ、第４のスリット３０７ｄ、第５のスリット３０７ｅが、磁極中心線に対して左右対称に配置される）が形成されている。

複数のスリット３０７について、次のように定義する。即ち、
（１）第１のスリット３０７ａ：永久磁石３０３の端部側（永久磁石端部空隙３０２ｂ側、極間側）に位置し、永久磁石３０３の端部の端面の径方向に存在する；
（２）第２のスリット３０７ｂ：第１のスリット３０７ａから間隔Ｌ１だけ磁極中心側に位置する；
（３）第３のスリット３０７ｃ：第２のスリット３０７ｂから間隔Ｌ２だけ磁極中心側に位置する；
（４）第４のスリット３０７ｄ：第３のスリット３０７ｃから間隔Ｌ３だけ磁極中心側に位置する。
（５）第５のスリット３０７ｅ：永久磁石３０３の端部と極間との間に設けられ、回転子３００の中心と永久磁石３０３の端部の角を通る直線と、回転子３００の中心と磁極間を通る直線とでなす角度θの範囲内に存在する。

一磁極において、第５のスリット３０７ｅ、第１のスリット３０７ａ、第２のスリット３０７ｂ、第３のスリット３０７ｃ、第４のスリット３０７ｄは、左右対称に配置される。二つの第４のスリット３０７ｄの間の間隔は、Ｌ４である。

回転子鉄心１０１と同様に、回転子鉄心３０１は、第１のスリット３０７ａの磁極中心側に第２のスリット３０７ｂを配置するとともに、第１のスリット３０７ａと第２のスリット３０７ｂとの間隔Ｌ１を、第２のスリット３０７ｂと第３のスリット３０７ｃとの間隔Ｌ２、第３のスリット３０７ｃと第４のスリット３０７ｄとの間隔Ｌ３、二つの第４のスリット３０７ｄの間の間隔Ｌ４よりも小さくする構成である。つまりＬ１＜Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４となっている。

図１８に示す回転子３００の中心と永久磁石３０３の端部の角を通る直線と、回転子３００の中心と磁極間を通る直線とでなす角度θの範囲内に存在する断面が略長方形（周方向に長い）の第５のスリット３０７ｅ及び永久磁石端部空隙３０２ｂは、永久磁石３０３からの漏れ磁束を防ぐ役割を持つ。

図１０の回転子鉄心１０１では、この角度θの範囲に、永久磁石端部空隙１０２ｂのみ存在していた（但し、図１０では角度θは図示していない）。図１８では、角度θ内に存在する鉄心部（回転子鉄心３０１）に、永久磁石端部空隙３０２ｂの他に、断面が略長方形（周方向に長い）の第５のスリット３０７ｅを設けることにより、漏れ磁束低減の効果が増し、一層誘起電圧が向上し高効率化に有効である。

しかし、角度θ内にスリット（例えば、第５のスリット３０７ｅ）を設けるということは、逆を言えば固定子からの磁界をより漏れなくし、永久磁石３０３にかかるようなスリット形状でもある。即ち、角度θ内のスリットにより減磁耐力が低減してしまう。

そのため、角度θ内にスリットを設ける形状において、Ｌ１＜Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、電磁鋼板の板厚≦Ｌ１≦Ｔとした形状を組み合わせることにより、角度θ内にスリットにより低減した減磁耐力を改善することができる。さらに、角度θ内のスリット（例えば、第５のスリット３０７ｅ）は周方向に長い形状であると、より漏れ磁束を防ぐことが可能となるが、より減磁耐力は悪化する。そのため、Ｌ１＜Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、電磁鋼板の板厚≦Ｌ１≦Ｔとした形状を組み合わせることにより、低減した減磁耐力を改善することができる。尚、Ｔは永久磁石３０３の厚さである（図９のＴと同じ）。

図２０乃至図２２は実施の形態１を示す図で、図２０は変形例３の永久磁石埋込型モータの回転子４００の部分横断面図、図２１は図２０の回転子鉄心４０１の横断面図、図２２は図２１のＱ部拡大図である。

図２０乃至図２２により、変形例３の永久磁石埋込型モータの回転子４００について説明する。変形例３の回転子４００は、変形例１の永久磁石埋込型モータの回転子２００または変形例２の永久磁石埋込型モータの回転子３００と比較すると、永久磁石４０３の外周鉄心部（径方向）に存在するスリット４０７が異なっている。即ち、回転子中心と永久磁石４０３の一方の端部とを通る直線と、回転子中心と永久磁石４０３の他方の端部とを通る直線とのなす角度α（図７参照）の範囲に存在するスリット４０７が異なっている。

そして、図２０に示すように、永久磁石挿入穴４０２の外周鉄心部に、複数のスリット４０７（第１のスリット４０７ａ、第２のスリット４０７ｂ、第３のスリット４０７ｃ、第４のスリット４０７ｄ、第５のスリット４０７ｅが磁極中心線に対して左右対称に配置される）が形成されている。

複数のスリット４０７について、次のように定義する。即ち、
（１）第１のスリット４０７ａ：永久磁石４０３の端部側（永久磁石端部空隙４０２ｂ側、極間側）に位置し、永久磁石４０３の端部の端面の径方向に存在する；
（２）第２のスリット４０７ｂ：第１のスリット４０７ａから間隔Ｌ１だけ磁極中心側に位置する；
（３）第３のスリット４０７ｃ：第２のスリット４０７ｂから間隔Ｌ２だけ磁極中心側に位置する；
（４）第４のスリット４０７ｄ：第３のスリット４０７ｃから間隔Ｌ３だけ磁極中心側に位置する。
（５）第５のスリット４０７ｅ：永久磁石４０３の端部と極間との間に設けられ、回転子４００の中心と永久磁石４０３の端部の角を通る直線と、回転子４００の中心と磁極間を通る直線とでなす角度θの範囲内に存在する（図１９と同じ）。

変形例１の永久磁石埋込型モータの回転子２００または変形例２の永久磁石埋込型モータの回転子３００と異なる点として、第１のスリット４０７ａ（第２のスリット４０７ｂ〜第５のスリット４０７ｅは除く）と、回転子４００外周との間隔Ｄ１が、第１のスリット４０７ａと永久磁石挿入穴４０２との間隔Ｄ２よりも大きい点である。即ち、Ｄ１＞Ｄ２である。

前述したように、永久磁石４０３の減磁は端部から起りやすい。そのため、第１のスリット４０７ａにより減磁耐力が悪化するが、Ｌ１＜Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、電磁鋼板の板厚≦Ｌ１≦Ｔとした形状を組み合わせることにより、低減した減磁耐力を改善することができる。

図２０乃至図２２に示す変形例３の永久磁石埋込型モータの回転子４００は、変形例１の永久磁石埋込型モータの回転子２００または変形例２の永久磁石埋込型モータの回転子３００よりも、さらに低減した減磁耐力を改善可能なものである。

第１のスリット４０７ａ（第２のスリット４０７ｂ〜第５のスリット４０７ｅは除く）と回転子４００外周との間隔Ｄ１を、第１のスリット４０７ａと永久磁石挿入穴４０２との間隔Ｄ２よりも大きくすることにより、永久磁石４０３にかかる反磁界が、第１のスリット４０７ａと回転子４００外周を通りやすくなるため、永久磁石４０３に反磁界がかかりにくくなる。その結果、永久磁石４０３にかかるはずであった固定子からの反磁界が第１のスリット４０７ａと回転子４００外周を通り永久磁石４０３にかからないようになるため、永久磁石４０３の減磁耐力が向上する。

図２３乃至図２５は実施の形態１を示す図で、図２３は変形例４の永久磁石埋込型モータの回転子７００の部分横断面図、図２４は図２３の回転子鉄心７０１の横断面図、図２５は図２４の部分拡大図である。

図２３乃至図２５に、第１のスリット７０７ａ〜第４のスリット７０７ｄ（第５のスリット７０７ｅは除く）と回転子７００外周と間隔（Ｄ１ａ、Ｄ１ｂ、Ｄ１ｃ、Ｄ１ｄ）が、第１のスリット７０７ａ〜第４のスリット７０７ｄと永久磁石挿入穴７０２との間隔（Ｄ２ａ、Ｄ２ｂ、Ｄ２ｃ、Ｄ２ｄ）よりも大きい回転子７００を示す。即ち、Ｄ１ａ＞Ｄ２ａ、Ｄ１ｂ＞Ｄ２ｂ、Ｄ１ｃ＞Ｄ２ｃ、Ｄ１ｄ＞Ｄ２ｄである。

永久磁石７０３の減磁は端部から起りやすいが、永久磁石７０３中心部でもスリット７０７が存在する部分ではパーミアンスが低下するため、スリット７０７が内部分よりも減磁が起こりやすくなっている。そのため、永久磁石７０３端部以外のスリット７０７である第２のスリット７０７ｂ〜第４のスリット７０７ｄにおいても、回転子７００外周との間隔が、永久磁石挿入穴７０２との間隔に対して大きい方が減磁耐力を改善可能である。

また、スリット７０７と回転子７００外周との間隔を広げることにより、その部分の磁気飽和を緩和することができる。回転子７００外周部の磁束分布は、スリット７０７と回転子７００外周部との間の磁気飽和の影響により高調波を含む波形となり、その結果、誘起電圧の高調波成分が増加し、さらにコギングトルクが増加するため、トルクリップルが悪化し、騒音が増加する原因でもあった。

そのため、スリット７０７と回転子７００外周と間隔を広げることにより、その部分の磁気飽和を緩和し、回転子７００外周部の磁束分布の高調波成分が低減するため、誘起電圧の高調波成分低減、コギングトルク低減の効果からトルクリップル低減が可能となり、その結果、低騒音化にも有効な形状である。

また、本実施の形態の効果として、減磁耐力向上のみならず、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、減磁特性として、図１２では、減磁率が−２％までの特性を示している。即ち、本実施の形態の減磁特性改善は、２％まで減磁耐力が改善したことを示している。

さらに、誘起電圧の高調波成分を低減やコギングトルク低減の効果も得られるため、トルクリップルが低減し、低振動、低騒音な回転子を得られ、さらに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６極の回転子であったが、６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減磁耐力を向上し、さらに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８本のスリットが存在していたが、一つの磁極に対して４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、減磁耐力が強く、高効率で低コスト、長寿命な圧縮機、送風機が得られる。

特に圧縮機内部は高温（１００℃以上）となる場合が多く、希土類磁石は高温になるほど減磁耐力が低減する。そのため、希土類磁石を使用した圧縮機用電動機の回転子における減磁耐力が問題となる。本実施の形態の回転子を用いることにより、スリット形状を用いても減磁耐力をできるだけ改善し、減磁耐力が強い回転子及び電動機、圧縮機を構成することが可能となる。

１００ 回転子、１０１ 回転子鉄心、１０２ 永久磁石挿入穴、１０２ａ 磁石挿入部、１０２ｂ 永久磁石端部空隙、１０３ 永久磁石、１０３ａ 端面、１０４ 回転軸、１０５ 軸孔、１０７ スリット、１０７ａ 第１のスリット、１０７ｂ 第２のスリット、１０７ｃ 第３のスリット、１０７ｄ 第４のスリット、２００ 回転子、２０１ 回転子鉄心、２０２ 永久磁石挿入穴、２０２ａ 磁石挿入部、２０２ｂ 永久磁石端部空隙、２０３ 永久磁石、２０４ 回転軸、２０５ 軸孔、２０７ スリット、２０７ａ 第１のスリット、２０７ｂ 第２のスリット、２０７ｃ 第３のスリット、２０７ｄ 第４のスリット、２０７ｅ 第５のスリット、３００ 回転子、３０１ 回転子鉄心、３０２ 永久磁石挿入穴、３０２ａ 磁石挿入部、３０２ｂ 永久磁石端部空隙、３０３ 永久磁石、３０４ 回転軸、３０５ 軸孔、３０７ スリット、３０７ａ 第１のスリット、３０７ｂ 第２のスリット、３０７ｃ 第３のスリット、３０７ｄ 第４のスリット、３０７ｅ 第５のスリット、４００ 回転子、４０１ 回転子鉄心、４０２ 永久磁石挿入穴、４０２ａ 磁石挿入部、４０２ｂ 永久磁石端部空隙、４０３ 永久磁石、４０４ 回転軸、４０７ スリット、４０７ａ 第１のスリット、４０７ｂ 第２のスリット、４０７ｃ 第３のスリット、４０７ｄ 第４のスリット、４０７ｅ 第５のスリット、５００ 回転子、５０１ 回転子鉄心、５０２ 永久磁石挿入穴、５０２ａ 磁石挿入部、５０２ｂ 永久磁石端部空隙、５０３ 永久磁石、５０４ 回転軸、６００ 回転子、６０１ 回転子鉄心、６０２ 永久磁石挿入穴、６０２ａ 磁石挿入部、６０２ｂ 永久磁石端部空隙、６０３ 永久磁石、６０４ 回転軸、６０７ スリット、７００ 回転子、７０１ 回転子鉄心、７０２ 永久磁石挿入穴、７０２ａ 磁石挿入部、７０２ｂ 永久磁石端部空隙、７０３ 永久磁石、７０４ 回転軸、７０７ スリット、７０７ａ 第１のスリット、７０７ｂ 第２のスリット、７０７ｃ 第３のスリット、７０７ｄ 第４のスリット、７０７ｅ 第５のスリット。

Claims (11)

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、両端部に永久磁石端部空隙を有する複数の永久磁石挿入穴と、
   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外周鉄心部に形成され、磁極中心に対して対称に配置される複数のスリットと、を備え、
   前記複数のスリットのうち、前記永久磁石の各端部の径方向に存在する第１のスリットと、前記第１のスリットに隣接する磁極中心側の第２のスリットとの間隔が、前記永久磁石挿入穴の外周鉄心部に存在する他のすべての隣接するスリット間の間隔よりも狭いことを特徴とする永久磁石埋込型モータの回転子。
2. 前記永久磁石の各端部の径方向に存在する前記第１のスリットが、前記永久磁石の各端部の端面の径方向に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. 前記第１のスリットと極間との間でかつ前記第１のスリットと前記永久磁石端部空隙との間に、別のスリットが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石埋込型モータの回転子。
4. 前記別のスリットの断面形状は、略四角形であることを特徴とする請求項３記載の永久磁石埋込型モータの回転子。
5. 前記別のスリットの断面形状が、周方向に長い形状であることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の永久磁石埋込型モータの回転子。
6. 前記永久磁石挿入穴の前記永久磁石径方向の外周鉄心部に存在する前記スリットが、前記永久磁石に対して略垂直であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の永久磁石埋込型モータの回転子。
7. 前記第１のスリットと前記第２のスリットとの間隔が、前記回転子鉄心を構成する電磁鋼板の厚さより大きく、且つ前記永久磁石の径方向の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の永久磁石埋込型モータの回転子。
8. 前記第１のスリットと前記回転子の外周との間隔が、前記第１のスリットと前記永久磁石挿入穴との間隔よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の永久磁石埋込型モータの回転子。
9. 前記永久磁石が存在する部分の径方向に存在する前記複数のスリットと前記回転子の外周との間隔が、前記スリットと前記永久磁石挿入穴との間隔よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の永久磁石埋込型モータの回転子。
10. 請求項１乃至９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。
11. 請求項１乃至９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。

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