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

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 Download PDF

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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、径方向側面53aが径方向側面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、径方向側面53aが径方向側面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側面53aの位置は、径方向における径方向側面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 径方向側面、53 第2のコア部、53a 径方向側面、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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