JP6858845B2 - ロータ、電動機、圧縮機および空気調和装置 - Google Patents

ロータ、電動機、圧縮機および空気調和装置 Download PDF

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Description

本発明は、永久磁石埋込型のロータ、並びに、ロータを有する電動機、圧縮機および空気調和装置に関する。
永久磁石埋め込み型のロータでは、ロータコアに形成された磁石挿入孔の内部に、永久磁石が配置される。また、ローコアの強度を高めるため、磁石挿入孔をブリッジによって周方向に2以上に分割したものもある。
一方、磁石挿入孔にブリッジを設けた場合、ステータからの磁界(反磁界)による磁束がブリッジに流れ、ブリッジに面した永久磁石の端部が減磁しやすい。
そこで、特許文献1には、ブリッジを設けた磁石挿入孔と、ブリッジを設けない磁石挿入孔とを有する電磁鋼板を、1枚ずつ90度回転させながら積層したロータが開示されている。
また、特許文献2には、磁石挿入孔にブリッジの代わりに位置決め突起を設けた第1の電磁鋼板と、磁石挿入孔にブリッジを設けた第2の電磁鋼板とを交互に積層したロータが開示されている。
また、特許文献3には、磁石挿入孔にブリッジを設けると共に、ロータコアにおいてブリッジの付け根に相当する部分に、応力集中を軽減するための逃げ部を形成したロータが開示されている。
特開2009−153365号公報(図3参照) 特開2001−157396号公報(図1,10,11参照) 特開2002−136008号公報(図2参照)
しかしながら、特許文献1,2に開示されたロータでは、ブリッジが1枚の電磁鋼板で形成されており、ロータコアの十分な強度を得ることが難しい。また、特許文献3に開示されたロータでは、ステータからブリッジに流れる磁束によって永久磁石の減磁が生じる可能性がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ロータコアの強度を向上し、且つ永久磁石の減磁を抑制することを目的とする。
本発明のロータは、2枚以上の第1の電磁鋼板と第2の電磁鋼板とを軸線の方向に積層した積層体で構成され、積層体を軸線の方向に貫通する磁石挿入孔を有するロータコアと、磁石挿入孔に配置された第1の永久磁石および第2の永久磁石とを備える。磁石挿入孔は、軸線を中心とする周方向に、第1の永久磁石が配置される第1の領域と、第2の永久磁石が挿入される第2の領域とを有する。当該2枚以上の第1の電磁鋼板は、ロータコアの軸線の方向の少なくとも一端に位置する。当該2枚以上の第1の電磁鋼板は、いずれも、磁石挿入孔を第1の領域と第2の領域とに分割するブリッジを有する。第2の電磁鋼板は、第1の領域と第2の領域とが連続して形成された磁石挿入孔を有する。当該2枚以上の第1の電磁鋼板および第2の電磁鋼板は、いずれも、磁石挿入孔の周方向の両側に空隙であるフラックスバリアを有し、当該フラックスバリアはロータコアの外周から離れている。ロータコアは、当該2枚以上の第1の電磁鋼板を含む、第1の数の第1の電磁鋼板と、第2の電磁鋼板を含む、第2の数の第2の電磁鋼板とを有する。第1の数の第1の電磁鋼板および第2の数の第2の電磁鋼板は、第1の数の第1の電磁鋼板の配設密度がロータコアの軸線の方向の中心に近づくほど増加するように配置されている。
本発明によれば、ロータコアを構成する第1の電磁鋼板がブリッジを有するため、ロータコアの強度を向上することができ、第2の電磁鋼板がブリッジを有さないため、永久磁石の減磁を解消することができる。さらに、永久磁石を磁石挿入孔に挿入する際に、第1の電磁鋼板のブリッジがガイドとなるため、永久磁石の挿入が容易になる。また、ブリッジが2枚以上の第1の電磁鋼板で形成されるため、永久磁石の挿入時のブリッジの変形等を抑制することができる。
実施の形態1の電動機の縦断面図である。 実施の形態1の電動機の断面図である。 実施の形態1の電動機のロータの断面図である。 実施の形態1のロータの断面図(A)および第2の電磁鋼板の板面における断面図(B)である。 実施の形態1のロータの断面図(A)および線分5B−5Bにおける断面図(B)である。 比較例のロータの電磁鋼板の断面図(A)および線分6B−6Bにおける断面図(B)である。 実施の形態1のロータの第1の電磁鋼板の磁石挿入孔(A)および第2の電磁鋼板の磁石挿入孔(B)内の永久磁石の減磁の発生状態を説明するための図である。 比較例(A)および実施の形態1(B)においてロータコアに発生する応力を説明するための模式図である。 実施の形態2のロータの断面図(A)、線分9B−9Bにおける断面図(B)および電磁鋼板の他の構成例を示す図(C)である。 実施の形態3のロータの断面図(A)および線分10B−10Bにおける断面図(B)である。 実施の形態4のロータの断面図(A)および線分11B−11Bにおける断面図(B)である。 実施の形態5のロータの断面図(A)および線分12B−12Bにおける断面図(B)である。 実施の形態6のロータの断面図(A)および線分13B−13Bにおける断面図(B)である。 実施の形態7のロータの断面図(A)、(B)および線分14C−14Cにおける断面図(C)である。 実施の形態8のロータの断面図(A)、(B)および線分15C−15Cにおける断面図(C)である。 実施の形態9のロータの断面図(A)、(B)および線分16C−16Cにおける断面図(C)である。 各実施の形態の電動機が適用可能な圧縮機の縦断面図である。 図17の圧縮機を有する空気調和装置(冷凍サイクル装置)を示す図である。
実施の形態1.
<電動機の構成>
まず、本発明の実施の形態1の電動機について説明する。図1は、実施の形態1の電動機100の構成を示す縦断面図である。実施の形態1の電動機100は、ブラシレスDCモータである。また、電動機100は、ロータに永久磁石を埋め込んだ永久磁石埋め込み型電動機である。電動機100は、回転軸であるシャフト3を有するロータ1と、ロータ1の周囲に配置された環状のステータ5と、ステータ5が収容されたハウジング8とを備えている。
以下では、ロータ1の回転軸(すなわちシャフト3の中心軸)である軸線C1の方向を、「軸方向」とする。また、軸線C1を中心とする円周方向(すなわちロータ1およびステータ5の外周に沿った方向)を、「周方向」とし、図2および図3に矢印R1で示す。また、軸線C1を中心とする半径方向(すなわちロータ1およびステータ5の半径方向)を、「径方向」とする。
ハウジング8は、ロータ1の回転軸の方向に、フレーム81とブラケット82とに分割されている。フレーム81は円筒状であり、その内側にステータ5が挿入されている。フレーム81は、ブラケット82側の端部にフランジ部81bを有し、他端部にベアリング保持部81aを有する。ベアリング保持部81aの内側には、ベアリング83が装着されている。
ブラケット82は、円筒状であり、フレーム81側の一端にフランジ部82bを有し、他端にベアリング保持部82aを有する。ベアリング保持部82aには、ベアリング84が装着されている。ベアリング83,84は、ロータ1のシャフト3を回転可能に支持する。フレーム81およびブラケット82のフランジ部81b,82bは、接着、ネジによる締結、または溶接によって互いに固定されている。
フレーム81のベアリング保持部81aとベアリング83との間には、ベアリング83に軸方向の与圧を与えるバネ85が配置されている。バネ85は、例えばウェーブワッシャなどで構成される。
図2は、電動機100の構成を示す断面図であり、ロータ1の回転軸(軸線C1)に直交する断面を示す。なお、図2では、ハウジング8を省略している。電動機100は、環状のステータ5と、ステータ5の内側に配置されたロータ1とを有し、ロータ1とステータ5との間には、エアギャップが設けられている。
ステータ5は、ステータコア50と、ステータコア50に巻き付けられたコイル55とを備えている。ステータコア50は、厚さ0.1〜0.7mm(ここでは0.35mm)の複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により締結したものである。
ステータコア50は、軸線C1を中心とする環状のヨーク部51と、ヨーク部51から径方向内側に突出する複数のティース52とを有する。ティース52の数は、ここでは9個であるが、9個に限定されるものではない。周方向に隣り合うティース52の間には、コイル55が配置されるスロットが形成される。各ティース52は、径方向内側の先端に、幅(ステータコア50の周方向の寸法)の広い歯先部を有している。
各ティース52には、ステータ巻線であるコイル55が巻き付けられている。コイル55は、マグネットワイヤを、インシュレータ54を介してティース52に巻回すことによって形成される。また、コイル55は、3相(U相、V相およびW相)をY結線したものである。ステータ5は、例えば焼き嵌めによって、図1に示したフレーム81の内周に固定される。
<ロータの構成>
図3は、実施の形態1の電動機100のロータ1の構成を示す断面図であり、軸線C1に直交する断面を示す。図3に示すように、ロータ1は、シャフト3と、シャフト3に取り付けられたロータコア10と、ロータコア10に埋め込まれた永久磁石2a,2b,2cとを有する。
ロータコア10は、厚さ0.1〜0.7mm(ここでは0.35mm)の複数の電磁鋼板を回転軸方向に積層し、カシメ等により締結したものである。ロータコア10は、後述するように、2種類の電磁鋼板、すなわち電磁鋼板101(図4(A))と電磁鋼板102(図4(B))とを積層した積層体で構成されている。
ロータコア10は、円筒形状を有している。ロータコア10の径方向中心には、シャフト孔19(中心孔)が形成されている。シャフト孔19には、回転軸であるシャフト3が、焼き嵌めまたは圧入等によって固定されている。
ロータコア10の外周に沿って、複数の磁石挿入孔12が形成されている。磁石挿入孔12の数は、ここでは6個である。1磁極に1つの磁石挿入孔12が対応するため、ロータ1の極数は6極となる。なお、磁石挿入孔12の数は、6個に限定されるものではない。隣り合う磁石挿入孔12の間は、極間となる。磁石挿入孔12の周方向の中心は、極中心となる。
磁石挿入孔12は、ロータコア10を軸方向に貫通する(図1参照)。また、磁石挿入孔12は、ロータコア10の外周に沿って直線状に延在している。より具体的には、磁石挿入孔12は、極中心を通る径方向の直線に対して直交する方向に、直線状に延在している。すなわち、磁石挿入孔12は、軸方向に長さを有し、周方向に幅を有し、径方向に厚さを有する。
1つの磁石挿入孔12内には、永久磁石2a(第1の永久磁石)、永久磁石2b(第2の永久磁石)および永久磁石2c(第3の永久磁石)が、周方向に並んで配置される。ここでは、永久磁石2bが周方向の中心に配置され、その両側に永久磁石2a,2cが配置される。
永久磁石2a,2b,2cは、いずれも、ロータコア10の軸方向に長い平板状の部材であり、ロータコア10の周方向に幅を有し、径方向に厚さを有する。永久磁石2a,2b,2cは、例えば、ネオジウム(Nd)、鉄(Fe)およびボロン(B)を含む希土類磁石で構成されている。
永久磁石2a,2b,2cは、いずれも厚さ方向に着磁されている。また、1つの磁石挿入孔12内に配置された久磁石2a,2b,2cは、互いに同一の磁極が径方向の同じ側を向くように着磁されている。
磁石挿入孔12の周方向両側には、フラックスバリア16がそれぞれ形成されている。フラックスバリア16は、磁石挿入孔12に連続して形成された空隙であり、磁石挿入孔12から径方向外側に延在している。フラックスバリア16は、隣り合う磁極間の漏れ磁束(すなわち、極間を通って流れる磁束)を抑制するためのものである。ロータコア10の外周とフラックスバリア16との距離は、例えば、ロータコア10を構成する電磁鋼板の厚さと同じに設定されている。
また、図1に示すように、ロータコア10の軸方向の両端には、磁石挿入孔12から永久磁石2a,2b,2c(永久磁石2とも称する)が抜け出さないようにするため、端板41,42が取り付けられている。端板41,42は、例えば、溶接、接着、ボルトおよびナットによる締結、またはインロー部を設けての圧入により、ロータコア10に固定されている。
次に、ロータコア10の構成について説明する。上記の通り、ロータコア10は、電磁鋼板101(第1の電磁鋼板)と電磁鋼板102(第2の電磁鋼板)とを積層した積層体により構成される。図4(A)は、ロータコア10の電磁鋼板101の板面における断面図である。図4(B)は、ロータコア10の電磁鋼板102の板面における断面図である。
図4(A)に示すように、電磁鋼板101は、磁石挿入孔12を周方向に3つの領域に分割する2つのブリッジ11a,11bを有している。ブリッジ11a,11bは、いずれも、磁石挿入孔12の径方向内側と径方向外側とを連結するように延在している。
磁石挿入孔12の周方向の一端(ここでは左端)とブリッジ11aとの間には、永久磁石2aを挿入する第1の領域12aが形成される。ブリッジ11aとブリッジ11bとの間には、永久磁石2bを挿入する第2の領域12bが形成される。ブリッジ11bと磁石挿入孔12の周方向の他端(ここでは右端)との間には、永久磁石2cを挿入する第3の領域12cが形成される。
第1の領域12aのブリッジ11aと反対側の端部における径方向内側には、永久磁石2aの周方向端面に当接する位置決め部(凸部)17aが形成されている。この位置決め部17aに対して径方向外側には、上記のフラックスバリア16が形成されている。
第3の領域12cのブリッジ11bと反対側の端部における径方向内側には、永久磁石2cの周方向端面に当接する位置決め部(凸部)17bが形成されている。この位置決め部17bに対して径方向外側には、上記のフラックスバリア16が形成されている。
すなわち、永久磁石2aは、位置決め部17aとブリッジ11aとにより、周方向に移動しないように位置決めされる。永久磁石2bは、ブリッジ11aとブリッジ11bとにより、周方向に移動しないように位置決めされる。永久磁石2cは、ブリッジ11bと位置決め部17bとにより、周方向に移動しないように位置決めされる。
また、永久磁石2a,2b,2cは、いずれも、磁石挿入孔12の径方向内側の端縁と径方向外側の端縁との間で、径方向に移動しないように位置決めされる。このようにして、永久磁石2a,2b,2cは、磁石挿入孔12の領域12a,12b,12cの内部で位置決めされている。
また、ブリッジ11a,11bは、磁石挿入孔12内で永久磁石2a,2b,2cを位置決めするだけでなく、磁石挿入孔12の径方向内側と径方向外側とを連結することによりロータコア10の強度を向上する。このように磁石挿入孔12をブリッジ11a,11bで分割した電磁鋼板101は、第1の電磁鋼板とも称する。
ブリッジ11a,11bは、後述するようにステータ5からの磁界(反磁界)による磁束の経路となる。そのため、反磁界による永久磁石2a,2b,2cの減磁を抑制するためには、ブリッジ11a,11bの幅(周方向長さ)をできるだけ狭くすることが望ましい。
但し、電磁鋼板101を打ち抜き加工する際には、電磁鋼板101の板厚よりも微細な形状を加工することは難しい。そのため、ブリッジ11a,11bのそれぞれの幅は、電磁鋼板101の板厚の1.0〜1.5倍に設定される。ここでは、電磁鋼板101の板厚を0.5mmとし、ブリッジ11a,11bの幅もそれぞれ0.5mmとする。
磁石挿入孔12において、第1の領域12aの径方向外側の端縁(辺)でブリッジ11aに隣接する部分、および第1の領域12aの径方向内側の端縁でブリッジ11aに隣接する部分には、それぞれ空隙15が形成されている。
また、第2の領域12bの径方向外側の端縁でブリッジ11aに隣接する部分、および第2の領域12bの径方向内側の端縁でブリッジ11aに隣接する部分にも、それぞれ空隙15が形成されている。
さらに、第3の領域12cの径方向外側の端縁でブリッジ11bに隣接する部分、および第3の領域12cの径方向内側の端縁でブリッジ11bに隣接する部分にも、それぞれ空隙15が形成されている。
加えて、第1の領域12aの径方向内側の端縁で位置決め部17aに隣接する部分、および第3の領域12cの径方向内側の端縁で位置決め部17bに隣接する部分にも、それぞれ空隙15が形成されている。
空隙15は、いずれも、磁石挿入孔12から径方向内側または径方向外側に広がる半円形の溝の形状を有している。すなわち、空隙15の周縁は、円弧状である。空隙15は、ロータ1の回転時に、ロータコア10におけるブリッジ11a,11bの付け根部分および位置決め部17a,17bの付け根部分に発生する応力集中を緩和するために設けられている。
磁石挿入孔12の径方向外側および径方向内側の各端縁は、空隙15が形成された部分を除き、直線状に延在している。磁石挿入孔12の直線状に延在する各端縁を、直線部分18と称する。
図4(B)に示すように、電磁鋼板102は、磁石挿入孔12を分割するブリッジ11a,11b(図4(A))を有さない。すなわち、電磁鋼板102の磁石挿入孔12は、永久磁石2aが挿入される第1の領域12aと、永久磁石2bが挿入される第2の領域12bと、永久磁石2cが挿入される第3の領域12cとを有するが、これらの領域12a,12b,12cは連続して形成されている。
また、電磁鋼板102は、磁石挿入孔12の周方向両端に位置決め部17a,17b(図4(A))を有さない。すなわち、電磁鋼板102の磁石挿入孔12は、永久磁石2a,2b,2cを周方向に位置決めする部分を有さない。また、電磁鋼板102は、ブリッジ11a,11bを有さないため、応力集中を緩和するための空隙15(図4(A))も有さない。
電磁鋼板102は、ブリッジ11a,11b、位置決め部17a,17bおよび空隙15を有さないが、その他の点では電磁鋼板101と同様に構成されている。このように磁石挿入孔12の領域12a,12b,12c(少なくとも領域12a,12b)が連続している電磁鋼板102は、第2の電磁鋼板とも称する。
次に、電磁鋼板101および電磁鋼板102の積層構造について説明する。図5(A)は、ロータ1の電磁鋼板101の板面における断面図である。図5(B)は、図5(A)に示す線分5B−5Bにおける矢視方向の断面図である。
図5(B)に示すように、ロータコア10は、軸方向の一端(図中上端)から他端(図中下端)にかけて、2枚の電磁鋼板101と、8枚の電磁鋼板102と、8枚の電磁鋼板101と、8枚の電磁鋼板102と、8枚の電磁鋼板101と、8枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101とを有する。なお、電磁鋼板101,102の総数は、44枚である。電磁鋼板101の数は、第1の数とも称する。電磁鋼板102の数は、第2の数とも称する。
このように、ロータコア10では、電磁鋼板101と電磁鋼板102とが軸方向に交互に配置されている。また、ロータコア10の軸方向の両端には、それぞれ2枚の電磁鋼板101が配置されている。さらに、ロータコア10の電磁鋼板101および電磁鋼板102は、軸方向(積層方向)の中心に対して対称に積層されている。
また、電磁鋼板101および電磁鋼板102は、いずれも等間隔に配置されている。すなわち、電磁鋼板101は、一定枚数(8枚)の電磁鋼板102を挟んで配置されており、電磁鋼板102は、一定枚数(8枚)の電磁鋼板101を挟んで配置されている。
上記のように、電磁鋼板101は、磁石挿入孔12を分割するブリッジ11a,11bを有するため、電磁鋼板102よりも強度が高い。そのため、ロータコア10が電磁鋼板101と電磁鋼板102とを有する構成により、ロータ1の強度を高めることができる。
また、電磁鋼板102は、磁石挿入孔12を分割するブリッジ11a,11bを有さないため、電磁鋼板101と比較して、ステータ5からの反磁界による磁束が永久磁石2a,2b,2cに流れにくい。そのため、ロータコア10が電磁鋼板101と電磁鋼板102とを有する構成により、永久磁石2a,2b,2cの減磁を抑制することができる。
さらに、ロータコア10の軸方向の両端には、それぞれ2枚の電磁鋼板101が配置されている。ロータコア10の軸方向一端に2枚の電磁鋼板101を配置すれば、永久磁石2a,2b,2cをロータコア10の当該一端から挿入する際に、ブリッジ11a,11bが永久磁石2a,2b,2cのガイドとなり、永久磁石2a,2b,2cの挿入が容易になる。
また、ブリッジ11a,11bを1枚の電磁鋼板101で構成した場合、永久磁石2a,2b,2cの挿入時に、永久磁石2a,2b,2cに当接してブリッジ11a,11bが変形する可能性がある。この実施の形態1では、ブリッジ11a,11bが2枚の電磁鋼板101で構成されているため、強度が向上し、永久磁石2a,2b,2cの挿入時の変形を抑制することができる。
さらに、ロータコア10の軸方向の両端に、それぞれ2枚の電磁鋼板101を配置すれば、永久磁石2a,2b,2cをロータコア10の軸方向のどちらの端部から挿入しても、ブリッジ11a,11bが永久磁石2a,2b,2cのガイドとなり、永久磁石2a,2b,2cの挿入作業がさらに容易になる。
なお、図5(B)に示した例では、ロータコア10の軸方向の両端に2枚ずつ電磁鋼板101が積層されているが、ロータコア10の軸方向の少なくとも一端に2枚以上の電磁鋼板101が積層されていればよい。
<比較例>
ここで、実施の形態1のロータ1と対比するため、比較例のロータ1Jについて説明する。図6(A)は、比較例のロータ1Jの電磁鋼板101の板面における断面図である。図6(B)は、図6(A)に示す線分6B−6Bにおける矢視方向の断面図である。
比較例のロータコア10Jは、電磁鋼板101のみで構成されており、電磁鋼板102を有さない。ロータコア10Jの全ての電磁鋼板(電磁鋼板101)がブリッジ11a,11bを有するため、ロータ1Jの強度は高い。但し、ステータ5からの反磁界による磁束がブリッジ11a,11bを経由して永久磁石2a,2b,2cに流れやすく、永久磁石2a,2b,2cの減磁は生じやすい。
<作用>
次に、実施の形態1による永久磁石2a,2b,2cの減磁の抑制作用について説明する。図7(A)および(B)は、ステータ5からの反磁界によって磁石挿入孔12内の永久磁石2a,2b,2cに生じる磁束密度分布を示す模式図である。図7(A)は、ブリッジ11a,11bを有さない電磁鋼板102の磁石挿入孔12内の永久磁石2a,2b,2cに生じる磁束密度分布を示し、図7(B)は、ブリッジ11a,11bを有する電磁鋼板101の磁石挿入孔12内の永久磁石2a,2b,2cに生じる磁束密度分布を示す。
ステータ5からの反磁界による磁束は、磁気抵抗の低い鉄心部を通過する。そのため、図7(A)に示すように、電磁鋼板102の磁石挿入孔12内の永久磁石2a,2b,2cでは、永久磁石2a,2cのフラックスバリア16に近い角部から、徐々に減磁が進行する。
一方、図7(B)に示すように、電磁鋼板101の磁石挿入孔12内の永久磁石2a,2b,2cでは、永久磁石2a,2b,2cのブリッジ11a,11bの付け根に近い角部からも、減磁が進行する。永久磁石2a,2b,2cのブリッジ11a,11bの付け根に近い角部は、特に磁束が流れやすく、減磁が進行しやすい。
このように、電磁鋼板101と電磁鋼板102とを比較すると、電磁鋼板102の方が、磁石挿入孔12内の永久磁石2a,2b,2cの減磁が生じにくい。そのため、電磁鋼板101と電磁鋼板102とで構成したロータコア10は、電磁鋼板101のみで構成したロータコア10J(図6(B))よりも、永久磁石2a,2b,2cの減磁を抑制することができる。
次に、ブリッジ11a,11bの幅と、ロータコア10の強度との関係について説明する。電動機100の運転中には、ロータ1に、回転による遠心力が作用する。特に、ロータコア10の磁石挿入孔12よりも径方向外側の部分は、永久磁石2a,2b,2cによって径方向外側に押圧される。そのため、ロータコア10のブリッジ11a,11bの付け根部分(すなわち、磁石挿入孔12の直線部分18と空隙15との境界部分)には、応力集中が生じる。
なお、空隙15を大きくすれば、応力集中は緩和される。しかしながら、空隙15内の空気は非磁性体であるため、空隙15を大きくすると、永久磁石2a,2b,2cに対向する非磁性部分が増加することとなり、電動機100の出力の低下につながる。そのため、空隙15の大きさには制約がある。
図8(A)は、比較例のロータ1J(図6(B))において、ブリッジ11a,11bの幅を変化させた場合の、ロータコア10Jに発生する最大応力の変化を示すグラフである。横軸はブリッジ11a,11bの幅を示し、縦軸はロータコア10Jに発生する最大応力を示す。ロータコア10Jに発生する最大応力は、上記の通り、磁石挿入孔12の直線部分18と空隙15との境界部分で発生する応力である。
図8(A)には、電動機100が圧縮機300(図17)等で使用される際の回転数の範囲(すなわち実用上の回転数範囲)の最高速度での最大応力(曲線Smax)と、最低速度での最大応力(曲線Smin)とを示す。ロータ1Jが高速で回転するほど、遠心力による応力集中が大きくなり、最大応力が増加するためである。また、図8(A)には、ロータコア10Jの疲労限界も合わせて示す。
図8(A)から、ブリッジ11a,11bの幅が増加するほど、ロータコア10Jに発生する最大応力が低下することが分かる。上記の通り、ブリッジ11a,11bの幅が0.5mm(電磁鋼板の厚さ)未満では製造が難しい。ブリッジ11a,11bの幅が0.5mmのときには、最高速度でロータコア10Jに発生する最大応力が、ロータコア10Jの疲労限界よりも大幅に低い。
すなわち、比較例のロータコア10J(図6(B))では、ブリッジ11a,11bの幅を製造可能な最小幅(0.5mm)とした場合であっても、最大応力がロータコア10Jの疲労限界よりも大幅に低い。従って、比較例のロータコア10Jでは、強度に十分な余裕あることが分かる。
図8(B)は、実施の形態1のロータ1において、電磁鋼板101のブリッジ11a,11bの幅を変化させた場合の、ロータコア10に発生する最大応力の変化を示すグラフである。横軸はブリッジ11a,11bの幅を示し、縦軸はロータコア10に発生する最大応力を示す。
図8(B)には、図8(A)と同様、電動機100の実用上の回転数範囲の最高速度での最大応力(曲線Smax)と、最低速度での最大応力(曲線Smin)とを示す。また、ロータコア10の疲労限界も合わせて示す。
図8(B)から、ブリッジ11a,11bの幅が増加するほど、ロータコア10に発生する最大応力が低下することが分かる。また、ブリッジ11a,11bの幅が、製造可能な最小幅(0.5mm)のときに、最高速度でロータコア10に発生する最大応力は、図8(A)の比較例よりは高いが、ロータコア10の疲労限界よりも十分に低い。
この結果から、電磁鋼板101と電磁鋼板102とで構成される実施の形態1のロータコア10は、電磁鋼板101のみで構成される比較例のロータコア10よりは強度が低いものの、十分な強度を有することが分かる。
<実施の形態の効果>
以上説明したように、実施の形態1のロータコア10は、電磁鋼板101(第1の電磁鋼板)と電磁鋼板102(第2の電磁鋼板)とを有し、ロータコア10の少なくとも一端に2枚以上の電磁鋼板101を有する。電磁鋼板101では、ブリッジ11a,11bが磁石挿入孔12を領域12a,12b,12cに分割し、電磁鋼板102では、磁石挿入孔12の領域12a,12b,12cが連続して形成される。そのため、永久磁石2a,2b,2cの減磁を抑制すると共に、ロータコア10の強度を確保することができる。また、永久磁石2a,2b,2cを磁石挿入孔12に挿入する際には、電磁鋼板101のブリッジ11a,11bがガイドになるため、永久磁石2a,2b,2cの挿入を容易にすることができる。
特に、ロータコア10の少なくとも一端に2枚以上の電磁鋼板101を配置することにより、ブリッジ11a,11bの強度を向上し、永久磁石2a,2b,2cの挿入時のブリッジ11a,11bの変形を抑制することができる。
また、ロータコア10の軸方向の両端にそれぞれ2枚以上の電磁鋼板101を配置することにより、永久磁石2a,2b,2cをロータコア10の軸方向のどちら側から挿入する場合にもブリッジ11a,11bがガイドとなり、永久磁石2a,2b,2cの挿入をさらに容易にすることができる。
また、ロータコア10の電磁鋼板101および電磁鋼板102を、軸方向に等間隔で配置することにより、ロータコア10の軸方向の重量バランスを向上することができる。また、電磁鋼板101および電磁鋼板102を、軸方向中心に対して対称に積層することによっても、ロータコア10の軸方向の重量バランスを向上することができる。
また、ブリッジ11a,11bの幅(周方向長さ)を、電磁鋼板101の板厚以上で、当該板厚の1.5倍以下とすることにより、ステータ5からの反磁界による磁束がブリッジ11a,11bを経由して永久磁石2a,2b,2cに流れにくくし、永久磁石2a,2b,2cの減磁を抑制することができる。
また、電磁鋼板101において、磁石挿入孔12の径方向外側および径方向内側の端縁のブリッジ11a,11bに隣接する部分に、空隙15をそれぞれ形成することにより、ブリッジ11a,11bの付け根部分における応力集中を緩和することができる。
また、電磁鋼板101の周方向の両端に、永久磁石2a,2cを周方向に位置決めする位置決め部17a,17bを設けることにより、永久磁石2a,2cの位置決めを効果的に行うことができる。
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について説明する。図9(A)は、実施の形態2のロータ1Aの電磁鋼板101の板面における断面図である。図9(B)は、図9(A)に示す線分9B−9Bにおける矢視方向の断面図である。
図9(B)に示すように、ロータコア10Aは、軸方向の一端(図中上端)から他端(図中下端)にかけて、2枚の電磁鋼板101と、1枚の電磁鋼板102と、7枚の電磁鋼板101と、1枚の電磁鋼板102と、7枚の電磁鋼板101と、1枚の電磁鋼板102と、7枚の電磁鋼板101と、1枚の電磁鋼板102と、7枚の電磁鋼板101と、1枚の電磁鋼板102と、7枚の電磁鋼板101と、1枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101とを有している。電磁鋼板101,102の総数は、45枚である。
この実施の形態2のロータコア10Aにおいても、電磁鋼板101(第1の電磁鋼板)と電磁鋼板102(第2の電磁鋼板)とは、軸方向に交互に配置されている。また、ロータコア10Aの軸方向の両端には、それぞれ2枚の電磁鋼板101が配置されている。電磁鋼板101および電磁鋼板102は、ロータコア10Aの軸方向の中心に対して対称に積層されている。
また、電磁鋼板101および電磁鋼板102は、等間隔に配置されている。すなわち、電磁鋼板101は、一定枚数(1枚)の電磁鋼板102を挟んで配置されており、電磁鋼板102は、一定枚数(7枚)の電磁鋼板101を挟んで配置されている。言い換えると、電磁鋼板102は、極数N(この例では6)以上の枚数(第3の数)の電磁鋼板101を挟んで配置されている。
この場合、ロータコア10Aの軸方向の両端を除き、いわゆる回転積層が可能になる。すなわち、図9(C)に示すように、ブリッジ11a,11bで分割された磁石挿入孔12と、ブリッジ11a,11bで分割されていない磁石挿入孔12とを共に有する電磁鋼板102Aを、軸線C1を中心として60度(360度/極数)ずつ回転させながら積層することができる。ここでは、ブリッジ11a,11bで分割された5つの磁石挿入孔12と、ブリッジ11a,11bで分割されていない1つの磁石挿入孔12とを有する電磁鋼板102Aを、1枚ごとに軸線C1を中心として60度ずつ回転させながら積層する。これにより、ロータコア10Aの構成の自由度が向上する。
なお、ロータコア10Aを回転積層によって形成した場合には、ロータコア10Aの軸方向両端の各2枚の電磁鋼板101を除き、図9(C)の電磁鋼板102Aで形成することができる。なお、電磁鋼板102Aは、ブリッジで分割されていない磁石挿入孔12を少なくとも1つ有するので、第2の電磁鋼板とも称する。
実施の形態2の他の構成は、実施の形態1と同様である。電磁鋼板101および電磁鋼板102の配置および積層枚数は、上記の例に限定されるものではない。図9(B)では、ロータコア10Aの軸方向の両端に2枚ずつ電磁鋼板101が配置されているが、ロータコア10Aの軸方向の少なくとも一端に2枚以上の電磁鋼板101が配置されていればよい。
以上説明したように、実施の形態2では、ロータコア10Aが電磁鋼板101(第1の電磁鋼板)および電磁鋼板102(第2の電磁鋼板)を有するため、実施の形態1と同様、永久磁石2a,2b,2cの減磁を抑制すると共に、ロータコア10Aの強度を向上し、さらに永久磁石2a,2b,2cの挿入を容易にすることができる。
また、電磁鋼板101および電磁鋼板102を軸方向に等間隔で配置することにより、また、軸方向中心に対して対称に積層することにより、ロータコア10Aの軸方向の重量バランスを向上することができる。
また、ロータコア10Aを、電磁鋼板102A(図9(C))を回転させながら積層して形成することにより、ロータコア10Aの構成の自由度を向上することができる。
実施の形態3.
次に、本発明の実施の形態3について説明する。図10(A)は、実施の形態3のロータ1Bの電磁鋼板101の板面における断面図である。図10(B)は、図10(A)に示す線分10B−10Bにおける矢視方向の断面図である。
図10(B)に示すように、ロータコア10Bは、軸方向の一端(図中上端)から他端(図中下端)にかけて、2枚の電磁鋼板101と、7枚の電磁鋼板102と、1枚の電磁鋼板101と、7枚の電磁鋼板102と、1枚の電磁鋼板101と、7枚の電磁鋼板102と、1枚の電磁鋼板101と、7枚の電磁鋼板102と、1枚の電磁鋼板101と、7枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101とを有する。電磁鋼板101,102の総数は、43枚である。
この実施の形態3のロータコア10Bにおいても、電磁鋼板101(第1の電磁鋼板)と電磁鋼板102(第2の電磁鋼板)とは、軸方向に交互に配置されている。また、ロータコア10Bの軸方向の両端には、それぞれ2枚の電磁鋼板101が配置されている。ロータコア10Bの電磁鋼板101および電磁鋼板102は、軸方向の中心に対して対称に積層されている。
また、電磁鋼板101および電磁鋼板102は、等間隔に配置されている。すなわち、電磁鋼板101は、一定枚数(7枚)の電磁鋼板102を挟んで配置されており、電磁鋼板102は、一定枚数(1枚)の電磁鋼板101を挟んで配置されている。ここでは、電磁鋼板101が、極数N(この例では6)以上の枚数の電磁鋼板102を挟んで配置されていると言うことができる。
この場合、ロータコア10Bの軸方向の両端を除き、いわゆる回転積層が可能になる。すなわち、図9(C)に示したように、ブリッジ11a,11bで分割された磁石挿入孔12と、ブリッジ11a,11bで分割されていない磁石挿入孔12とを共に有する電磁鋼板102Aを、軸線C1を中心として60度ずつ回転させながら積層することができる。ここでは、ブリッジ11a,11bで分割された1つの磁石挿入孔12と、ブリッジ11a,11bで分割されていない5つの磁石挿入孔12とを共に有する電磁鋼板102Aを、1枚ごとに軸線C1を中心として60度ずつ回転させながら積層する。これにより、ロータコア10Bの構成の自由度が向上する。
なお、ロータコア10Bを回転積層によって形成した場合には、ロータコア10Bの軸方向両端の各2枚の電磁鋼板101を除き、図9(C)の電磁鋼板102Aで形成することができる。
ロータコア10Bの軸方向両端を除き、電磁鋼板101はそれぞれ1枚で積層されている。これらの電磁鋼板101では、ブリッジ11a,11bが1枚の電磁鋼板で構成される。しかしながら、ロータコア10Bの軸方向端部でなければ、ブリッジ11a,11bが、挿入時の永久磁石2a,2b,2cに当接することが少ないため、ブリッジ11a,11bの変形等は生じにくい。
実施の形態3の他の構成は、実施の形態1と同様である。電磁鋼板101および電磁鋼板102の配置および積層枚数は、上記の例に限定されるものではない。図10(B)では、ロータコア10Bの軸方向の両端に2枚ずつ電磁鋼板101が配置されているが、ロータコア10Bの軸方向の少なくとも一端に2枚以上の電磁鋼板101が配置されていればよい。
以上説明したように、実施の形態3では、ロータコア10Bが電磁鋼板101(第1の電磁鋼板)および電磁鋼板102(第2の電磁鋼板)を有するため、実施の形態1と同様、永久磁石2a,2b,2cの減磁を抑制すると共に、ロータコア10Bの強度を向上し、永久磁石2a,2b,2cの挿入を容易にすることができる。
また、電磁鋼板101および電磁鋼板102を軸方向に等間隔で配置することにより、また、軸方向中心に対して対称に積層することにより、ロータコア10Bの軸方向の重量バランスを向上することができる。
また、ロータコア10Bを、電磁鋼板102A(図9(C))を回転させながら積層して形成することにより、ロータコア10Bの構成の自由度が向上する。
実施の形態4.
次に、本発明の実施の形態4について説明する。図11(A)は、実施の形態4のロータ1Cの電磁鋼板101の板面における断面図である。図11(B)は、図11(A)に示す線分11B−11Bにおける矢視方向の断面図である。
図11(B)に示すように、ロータコア10Cは、軸方向の一端(図中上端)から他端(図中下端)にかけて、2枚の電磁鋼板101と、1枚の電磁鋼板102と、1枚の電磁鋼板101と、1枚の電磁鋼板102と、1枚の電磁鋼板101と、2枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101と、4枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101と、7枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101と、8枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101と、6枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101とを有する。電磁鋼板101,102の総数は、43枚である。
すなわち、実施の形態4では、電磁鋼板101(第1の電磁鋼板)および電磁鋼板102(第2の電磁鋼板)は、不等間隔で配置されている。言い換えると、電磁鋼板101および電磁鋼板102は、連続する枚数および配置間隔が軸方向に変化する。
特に、電磁鋼板101および電磁鋼板102は、ロータコア10Cの軸方向一端(図中上端)に近づくほど、電磁鋼板101の配設密度(軸方向の単位長さ当たりに存在する枚数)が高くなり、軸方向他端(図中下端)に近づくほど、電磁鋼板102の配設密度が高くなるように積層されている。
すなわち、ロータコア10Cの軸方向一端(図中上端)に近づくほど、ブリッジ11a,11bが密に配置される。そのため、ロータコア10Cの当該一端から永久磁石2a,2b,2cを挿入する際に、永久磁石2a,2b,2cをガイドする部分が多くなり、永久磁石2a,2b,2cの挿入が容易になる。
実施の形態4の他の構成は、実施の形態1と同様である。電磁鋼板101および電磁鋼板102の配置および積層枚数は、上記の例に限定されるものではない。図11(B)では、ロータコア10Cの軸方向の両端に2枚ずつ電磁鋼板101が配置されているが、ロータコア10Cの軸方向の少なくとも一端に2枚以上の電磁鋼板101が配置されていればよい。
以上説明したように、実施の形態4では、ロータコア10Cが電磁鋼板101(第1の電磁鋼板)および電磁鋼板102(第2の電磁鋼板)を有するため、実施の形態1と同様、永久磁石2a,2b,2cの減磁を抑制すると共に、ロータコア10Cの強度を向上し、さらに永久磁石2a,2b,2cの挿入を容易にすることができる。
また、電磁鋼板101および電磁鋼板102を、ロータコア10Cの軸方向の一端に近づくほど電磁鋼板101の配設密度が高くなるように積層することにより、永久磁石2a,2b,2cの挿入をさらに容易にすることができる。
実施の形態5.
次に、本発明の実施の形態5について説明する。図12(A)は、実施の形態5のロータ1Dの電磁鋼板101の板面における断面図である。図12(B)は、図12(A)に示す線分12B−12Bにおける矢視方向の断面図である。
図12(B)に示すように、ロータコア10Dは、軸方向の一端(図中上端)から他端(図中下端)にかけて、2枚の電磁鋼板101と、2枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101と、3枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101と、4枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101と、6枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101と、4枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101と、3枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101と、2枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101とを有する。電磁鋼板101,102の総数は、48枚である。
すなわち、実施の形態5では、電磁鋼板101(第1の電磁鋼板)および電磁鋼板102(第2の電磁鋼板)は、不等間隔で配置されている。言い換えると、電磁鋼板101および電磁鋼板102は、連続する枚数および配置間隔が軸方向に変化する。
特に、電磁鋼板101および電磁鋼板102は、ロータコア10Dの軸方向の各端部(軸方向両端のそれぞれ)に近づくほど電磁鋼板101の配設密度が高くなり、軸方向中心に近づくほど電磁鋼板102の配設密度が高くなるように積層されている。
すなわち、ロータコア10Dの軸方向の各端部に近づくほど、ブリッジ11a,11bが密に配置される。そのため、ロータコア10Dの両端のどちら側から永久磁石2a,2b,2cを挿入する場合にも、永久磁石2a,2b,2cをガイドする部分が多くなり、永久磁石2a,2b,2cの挿入が容易になる。
さらに、電磁鋼板101および電磁鋼板102は、軸方向(積層方向)の中心に対して対称に積層されている。そのため、ロータコア10Dの軸方向の重量バランスが向上する。
実施の形態5の他の構成は、実施の形態1と同様である。電磁鋼板101および電磁鋼板102の配置および積層枚数は、上記の例に限定されるものではない。図12(B)では、ロータコア10Dの軸方向の両端に2枚ずつ電磁鋼板101が配置されているが、ロータコア10Dの軸方向の少なくとも一端に2枚以上の電磁鋼板101が配置されていればよい。
以上説明したように、実施の形態5では、ロータコア10Dが電磁鋼板101(第1の電磁鋼板)および電磁鋼板102(第2の電磁鋼板)を有するため、実施の形態1と同様、永久磁石2a,2b,2cの減磁を抑制すると共に、ロータコア10Dの強度を向上し、さらに永久磁石2a,2b,2cの挿入を容易にすることができる。
また、電磁鋼板101および電磁鋼板102を、ロータコア10Cの軸方向の各端部に近づくほど電磁鋼板101の配設密度が高くなるように積層することにより、永久磁石2a,2b,2cの挿入をさらに容易にすることができる。
さらに、電磁鋼板101および電磁鋼板102を、軸方向中心に対して対称に積層することにより、ロータコア10Dの軸方向の重量バランスを向上することができる。
実施の形態6.
次に、本発明の実施の形態6について説明する。図13(A)は、実施の形態6のロータ1Eの電磁鋼板101の板面における断面図である。図13(B)は、図13(A)に示す線分13B−13Bにおける矢視方向の断面図である。
図13(B)に示すように、ロータコア10Eは、軸方向の一端(図中上端)から他端(図中下端)にかけて、2枚の電磁鋼板101と、2枚の電磁鋼板102と、3枚の電磁鋼板101と、2枚の電磁鋼板102と、4枚の電磁鋼板101と、2枚の電磁鋼板102と、5枚の電磁鋼板101と、3枚の電磁鋼板102と、5枚の電磁鋼板101と、2枚の電磁鋼板102と、4枚の電磁鋼板101と、2枚の電磁鋼板102と、3枚の電磁鋼板101と、2枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101と、2枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板101とを有する。電磁鋼板101,102の総数は、47枚である。
すなわち、実施の形態6では、電磁鋼板101(第1の電磁鋼板)および電磁鋼板102(第2の電磁鋼板)は、不等間隔で配置されている。言い換えると、電磁鋼板101および電磁鋼板102は、連続する枚数および配置間隔が軸方向に変化する。
特に、電磁鋼板101および電磁鋼板102は、ロータコア10Eの軸方向中心(すなわちロータコア10Eの重心)に近づくほど、電磁鋼板101の配設密度が高くなるように積層されている。電磁鋼板101は、ブリッジ11a,11bの分だけ、電磁鋼板102よりも重いため、電磁鋼板101を軸方向中心で密に配置することにより、ロータコア10Eの軸方向の重量バランスを向上することができる。
さらに、電磁鋼板101および電磁鋼板102は、軸方向(積層方向)の中心に対して対称に積層されている。これにより、ロータコア10Eの軸方向の重量バランスをさらに向上することができる。
実施の形態6の他の構成は、実施の形態1と同様である。電磁鋼板101および電磁鋼板102の配置および積層枚数は、上記の例に限定されるものではない。図13(B)では、ロータコア10Eの軸方向の両端に2枚ずつ電磁鋼板101が配置されているが、ロータコア10Eの軸方向の少なくとも一端に2枚以上の電磁鋼板101が配置されていればよい。
以上説明したように、実施の形態6では、ロータコア10Eが電磁鋼板101(第1の電磁鋼板)および電磁鋼板102(第2の電磁鋼板)を有するため、実施の形態1と同様、永久磁石2a,2b,2cの減磁を抑制すると共に、ロータコア10Eの強度を向上し、さらに永久磁石2a,2b,2cの挿入を容易にすることができる。
また、電磁鋼板101および電磁鋼板102を、ロータコア10Eの軸方向の中心に近づくほど電磁鋼板101の配設密度が高くなるように積層することにより、ロータコア10Eの軸方向の重量バランスを向上することができる。
さらに、電磁鋼板101および電磁鋼板102を、軸方向中心に対して対称に積層することにより、ロータコア10Eの軸方向の重量バランスを向上することができる。
実施の形態7.
次に、本発明の実施の形態7について説明する。実施の形態7のロータコア10Fは、電磁鋼板101に加えて、電磁鋼板103と、電磁鋼板104とを有する。図14(A)は、実施の形態7のロータ1Fの電磁鋼板103の板面における断面図である。図14(B)は、実施の形態7のロータ1Fの電磁鋼板104の板面における断面図である。図14(C)は、図14(A)および図14(B)に示す線分14C−14Cにおける矢視方向の断面図である。
図14(A)に示すように、電磁鋼板103の磁石挿入孔12は、第1の領域12aと第2の領域12bとを分割するブリッジ11aを有さず、第2の領域12bと第3の領域12cとを分割するブリッジ11bを有する。すなわち、第1の領域12aと第2の領域12bとは連続しており、第2の領域12bと第3の領域12cとはブリッジ11bで分割されている。電磁鋼板103の他の構成は、電磁鋼板101と同様である。
図14(B)に示すように、電磁鋼板104の磁石挿入孔12は、第1の領域12aと第2の領域12bとを分割するブリッジ11aを有し、第2の領域12bと第3の領域12cとを分割するブリッジ11bを有さない。すなわち、第1の領域12aと第2の領域12bとはブリッジ11aで分割され、第2の領域12bと第3の領域12cとは連続している。電磁鋼板104の他の構成は、電磁鋼板101と同様である。
なお、電磁鋼板103は、第1の領域12aと第2の領域12bとがブリッジで分割されていないため、第2の電磁鋼板とも称する。電磁鋼板104は、第1の領域12aと第2の領域12bとがブリッジ11aで分割され、第2の領域12bと第3の領域12cとがブリッジで分割されていないため、第3の電磁鋼板とも称する。
図14(C)に示すように、ロータコア10Fは、軸方向の両端にそれぞれ2枚の電磁鋼板101を有する。また、ロータコア10Fは、軸方向の両端を除き、2枚の電磁鋼板103と2枚の電磁鋼板104との組み合わせが、9組積層されている。言い換えると、電磁鋼板103と電磁鋼板104とが、2枚ずつ交互に36枚積層されている。電磁鋼板101,103,104の総数は、40枚である。
すなわち、実施の形態7では電磁鋼板103および電磁鋼板104は、軸方向に等間隔で配置されている。すなわち、電磁鋼板103は、一定枚数(2枚)の電磁鋼板104を挟んで配置されており、電磁鋼板104は、一定枚数(2枚)の電磁鋼板103を挟んで配置されている。これにより、ロータコア10Fの軸方向の重量バランスを向上することができる。
ロータコア10Fの軸方向の両端に電磁鋼板101が配置されているため、実施の形態1と同様、磁石挿入孔12への永久磁石2a,2b,2cの挿入が容易になる。
また、電磁鋼板103は、ブリッジ11aを有さないため、ステータ5からの反磁界の磁束が永久磁石2a,2bに流れにくい一方、ブリッジ11bを有するため、実施の形態1で説明した電磁鋼板102(図4(B))よりも強度が高い。また、電磁鋼板104は、ブリッジ11bを有さないため、反磁界の磁束が永久磁石2b,2cに流れにくい一方、ブリッジ11aを有するため、電磁鋼板102(図4(B))よりも強度が高い。
そのため、ロータコア10Fが電磁鋼板103と電磁鋼板104とを有する構成により、永久磁石2a,2b,2cの減磁を抑制しながら、ロータコア10Fの強度を向上することができる。
実施の形態7の他の構成は、実施の形態1と同様である。電磁鋼板101、電磁鋼板103および電磁鋼板104の配置および積層枚数は、上記の例に限定されるものではない。図14(C)では、ロータコア10Fの軸方向の両端に2枚ずつ電磁鋼板101が配置されているが、ロータコア10Fの軸方向の少なくとも一端に2枚以上の電磁鋼板101が配置されていればよい。
以上説明したように、実施の形態7では、ロータコア10Fが、ブリッジ11a,11bを有する電磁鋼板101と、ブリッジ11bのみを有する電磁鋼板103と、ブリッジ11aのみを有する電磁鋼板104とを備えるため、永久磁石2a,2b,2cの減磁を抑制すると共に、ロータコア10Fの強度を向上し、さらに永久磁石2a,2b,2cの挿入を容易にすることができる。
実施の形態8.
次に、本発明の実施の形態8について説明する。実施の形態8のロータコア10Gは、電磁鋼板101、電磁鋼板102、電磁鋼板103、および電磁鋼板104を全て有する。図15(A)は、実施の形態8のロータ1Gの電磁鋼板103の板面における断面図である。図15(B)は、ロータ1Gの電磁鋼板104の板面における断面図である。図15(C)は、図15(A)および図15(B)に示す線分15C−15Cにおける矢視方向の断面図である。
図15(C)に示すように、ロータコア10Gは、軸方向の両端にそれぞれ2枚の電磁鋼板101を有し、軸方向の中心にも2枚の電磁鋼板101を有している。
ロータコア10Gの軸方向の一端(図中上端)の2枚の電磁鋼板101と、軸方向の中心の2枚の電磁鋼板101との間には、2枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板104と、2枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板103と、2枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板104と、2枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板103と、2枚の電磁鋼板102とが配置されている。
また、ロータコア10Gの軸方向の中心の2枚の電磁鋼板101と、軸方向の他端(図中下端)の2枚の電磁鋼板101との間には、2枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板104と、2枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板103と、2枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板104と、2枚の電磁鋼板102と、2枚の電磁鋼板103と、2枚の電磁鋼板102とが配置されている。
すなわち、軸方向に隣り合う2枚の電磁鋼板101と2枚の電磁鋼板104との間、および、2枚の電磁鋼板101と2枚の電磁鋼板103との間には、それぞれ2枚の電磁鋼板102が配置されている。
ロータコア10Gは、ブリッジ11a,11bを有する電磁鋼板101と、ブリッジ11a,11bを有さない電磁鋼板102と、ブリッジ11bのみを有する電磁鋼板103と、ブリッジ11aのみを有する電磁鋼板104とを備えることにより、永久磁石2a,2b,2cの減磁を抑制しながら、ロータコア10Gの強度を向上することができる。加えて、軸方向において電磁鋼板101,103,104の間に電磁鋼板102を配置することで、永久磁石2a,2b,2cの減磁を抑制する効果を高めることができる。
また、ロータコア10Gの軸方向の両端に電磁鋼板101が配置されているため、実施の形態1と同様、磁石挿入孔12への永久磁石2a,2b,2cの挿入が容易になる。ロータコア10Gの軸方向の中心に電磁鋼板101が配置されているため、磁石挿入孔12内で永久磁石2a,2b,2cを確実に位置決めすることができる。
なお、実施の形態7でも説明したように、電磁鋼板103は第2の電磁鋼板とも称し、電磁鋼板104は第3の電磁鋼板とも称する。また、電磁鋼板102は、この実施の形態8の構成に関しては、第4の電磁鋼板とも称する。
実施の形態8の他の構成は、実施の形態1と同様である。電磁鋼板101、電磁鋼板102、電磁鋼板103および電磁鋼板104の配置および積層枚数は、上記の例に限定されるものではない。図15(C)では、ロータコア10Gの軸方向の両端に2枚ずつ電磁鋼板101が配置されているが、ロータコア10Gの軸方向の少なくとも一端に2枚以上の電磁鋼板101が配置されていればよい。
以上説明したように、実施の形態8では、ロータコア10Gが、ブリッジ11a,11bを有する電磁鋼板101と、ブリッジ11a,11bを有さない電磁鋼板102と、ブリッジ11bのみを有する電磁鋼板103と、ブリッジ11aのみを有する電磁鋼板104とを備えるため、永久磁石2a,2b,2cの減磁をより効果的に抑制し、また、ロータコア10Gの強度を向上することができる。
実施の形態9.
次に、本発明の実施の形態9について説明する。上述した実施の形態1〜8では、ロータコア10の磁石挿入孔12がブリッジ11a,11bによって3つの領域12a,12b,12cに分割されていた。これに対し、この実施の形態9では、磁石挿入孔12がブリッジ11aによって2つの領域12a,12bに分割される。また、実施の形態9のロータコア10Hは、電磁鋼板105(第1の電磁鋼板)および電磁鋼板106(第2の電磁鋼板)によって構成される。
図16(A)は、実施の形態9のロータ1Hの電磁鋼板105の板面における断面図である。図16(B)は、ロータ1Hの電磁鋼板106の板面における断面図である。図16(C)は、図16(A)および図16(B)に示す線分16C−16Cにおける矢視方向の断面図である。
図16(A)に示すように、ロータコア10Hの電磁鋼板105は、磁石挿入孔12の周方向中心に、ブリッジ11aを有する。ブリッジ11aは、磁石挿入孔12の径方向内側と径方向外側とを連結し、磁石挿入孔12を周方向に第1の領域12aと第2の領域12bとに分割する。第1の領域12aおよび第2の領域12bには、それぞれ永久磁石2a,2bが挿入される。
磁石挿入孔12において、第1の領域12aの径方向外側の端縁でブリッジ11aに隣接する部分、および第1の領域12aの径方向内側の端縁でブリッジ11aに隣接する部分には、それぞれ空隙15が形成されている。また、第2の領域12bの径方向外側の端縁でブリッジ11aに隣接する部分、および第2の領域12bの径方向内側の端縁でブリッジ11aに隣接する部分にも、それぞれ空隙15が形成されている。
加えて、第1の領域12aの径方向内側の端縁で位置決め部17aに隣接する部分、および第3の領域12cの径方向内側の端縁で位置決め部17bに隣接する部分にも、それぞれ空隙15が形成されている。電磁鋼板105の他の構成は、実施の形態1で説明した電磁鋼板101と同様である。
図16(C)に示すように、ロータコア10Hの電磁鋼板106は、磁石挿入孔12を分割するブリッジ11aを有さない。すなわち、電磁鋼板106は、実施の形態1で説明した電磁鋼板102と同様の構成を有する。
電磁鋼板105と電磁鋼板106とは、実施の形態1の電磁鋼板101と電磁鋼板102との積層構造(図5(B))と同様に積層されている。但し、実施の形態2〜8で説明したように積層してもよい。
実施の形態9の他の構成は、実施の形態1と同様である。図16(C)では、ロータコア10Hの軸方向の両端に2枚ずつ電磁鋼板105が積層されているが、ロータコア10Hの軸方向の少なくとも一端に2枚以上の電磁鋼板105が積層されていればよい。
この実施の形態9においても、ロータコア10Hが電磁鋼板105と電磁鋼板106とを有するため、永久磁石2a,2bの減磁を抑制すると共に、ロータコア10Hの強度を確保することができる。また、ロータコア10Hの軸方向の少なくとも一端に2枚以上の電磁鋼板101を有するため、永久磁石2a,2bの挿入作業が簡単になる。
以上説明したように、実施の形態9によれば、磁石挿入孔12をブリッジ11aで2つの領域12a,12bに分割するロータコア10Hにおいても、永久磁石2a,2bの減磁を抑制すると共に、ロータコア10Hの強度を向上し、さらに永久磁石2a,2bの挿入を容易にすることができる。
なお、上述した実施の形態1〜9では、ロータコア10の磁石挿入孔12がブリッジ11a,11b(またはブリッジ11a)によって2つまたは3つの領域に分割されていたが、磁石挿入孔12が4つ以上に分割されていてもよい。
<圧縮機>
次に、実施の形態1〜9で説明した電動機100が適用可能な圧縮機300について説明する。図17は、圧縮機300の構成を示す断面図である。圧縮機300は、ここではロータリ圧縮機として構成され、例えば空気調和装置に用いられる。圧縮機300は、密閉容器307と、密閉容器307内に配設された圧縮機構301と、圧縮機構301を駆動する電動機100とを備えている。
圧縮機構301は、シリンダ室303を有するシリンダ302と、電動機100によって回転するシャフト3と、シャフト3に固定されたローリングピストン304と、シリンダ室303内を吸入側と圧縮側に分けるベーン(図示せず)と、シャフト3が挿入されてシリンダ室303の軸方向端面を閉鎖する上部フレーム305および下部フレーム306とを有する。上部フレーム305および下部フレーム306には、上部吐出マフラ308および下部吐出マフラ309がそれぞれ装着されている。
密閉容器307は、円筒状の容器である。密閉容器307の底部には、圧縮機構301の各摺動部を潤滑する冷凍機油(図示せず)が貯留されている。シャフト3は、軸受部としての上部フレーム305および下部フレーム306によって回転可能に保持されている。
シリンダ302は、内部にシリンダ室303を備えており、ローリングピストン304は、シリンダ室303内で偏心回転する。シャフト3は偏心軸部を有し、その偏心軸部にローリングピストン304が嵌合している。
電動機100のステータ5は、焼き嵌め等の方法により、密閉容器307のフレームの内側に組み込まれている。ステータ5のコイル55には、密閉容器307に固定されたガラス端子311から電力が供給される。シャフト3は、ロータ1のロータコア10(図2)の中央に形成されたシャフト孔19に固定されている。
密閉容器307の外部には、冷媒ガスを貯蔵するアキュムレータ310が取り付けられている。密閉容器307には吸入パイプ313が固定され、この吸入パイプ313を介してアキュムレータ310からシリンダ302に冷媒ガスが供給される。また、密閉容器307の上部には、冷媒を外部に吐出する吐出パイプ312が設けられている。
アキュムレータ310から供給された冷媒ガスは、吸入パイプ313を通ってシリンダ302のシリンダ室303内に供給される。電動機100が駆動されてロータ1が回転すると、ロータ1と共にシャフト3が回転する。そして、シャフト3に嵌合するローリングピストン304がシリンダ室303内で偏心回転し、シリンダ室303内で冷媒が圧縮される。シリンダ室303で圧縮された冷媒は、吐出マフラ308,309を通り、さらに風穴(図示せず)を通って密閉容器307内を上昇し、吐出パイプ312から吐出される。
実施の形態1〜9で説明した電動機100は、永久磁石の減磁が生じにくく、高い出力を得ることができるため、圧縮機300の運転効率を向上することができる。
<空気調和装置>
次に、図17に示した圧縮機300を有する空気調和装置400(冷凍サイクル装置)について説明する。図17は、空気調和装置400の構成を示す図である。図17に示した空気調和装置400は、圧縮機401と、凝縮器402と、絞り装置(膨張弁)403と、蒸発器404とを備えている。圧縮機401、凝縮器402、絞り装置403および蒸発器404は、冷媒配管407によって連結されて冷凍サイクルを構成している。すなわち、圧縮機401、凝縮器402、絞り装置403および蒸発器404の順に、冷媒が循環する。
圧縮機401、凝縮器402および絞り装置403は、室外機410に設けられている。圧縮機401は、図17に示した圧縮機300で構成されている。室外機410には、凝縮器402に室外の空気を供給する室外側送風機405が設けられている。蒸発器404は、室内機420に設けられている。この室内機420には、蒸発器404に室内の空気を供給する室内側送風機406が設けられている。
空気調和装置400の動作は、次の通りである。圧縮機401は、吸入した冷媒を圧縮して送り出す。凝縮器402は、圧縮機401から流入した冷媒と室外の空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させて冷媒配管407に送り出す。室外側送風機405は、凝縮器402に室外の空気を供給する。絞り装置403は、開度を変化させることによって、冷媒配管407を流れる冷媒の圧力等を調整する。
蒸発器404は、絞り装置403により低圧状態にされた冷媒と室内の空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発(気化)させて、冷媒配管407に送り出す。室内側送風機406は、蒸発器404に室内の空気を供給する。これにより、蒸発器404で熱が奪われた冷風が、室内に供給される。
圧縮機401(図17の圧縮機300)は、実施の形態1〜9で説明した電動機100を有することにより、高い運転効率を有する。そのため、空気調和装置400の運転効率を向上することができる。
以上、本発明の望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良または変形を行なうことができる。
また、実施の形態1〜9で説明した電動機100は、図8を参照して説明した圧縮機300に限らず、他の種類の圧縮機に適用してもよい。また、電動機100を用いた空気調和装置は、図18を参照して説明した空気調和装置400に限定されるものではない。
1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H,1J ロータ、 2,2a,2b,2c 永久磁石、 3 シャフト、 5 ステータ、 8 ハウジング、 10,10A,10B,10C,10D,10E,10F,10G,10H,10J ロータコア、 11a,11b ブリッジ、 12 磁石挿入孔、 12a 第1の領域、 12b 第2の領域、 12c 第3の領域、 15 空隙、 16 フラックスバリア、 17a,17b 位置決め部、 18 直線部分、 19 シャフト孔、 41,42 端板、 50 ステータコア、 51 ヨーク部、 52 ティース、 54 インシュレータ、 55 コイル、 81 フレーム、 82 ブラケット、 83,84 ベアリング、 85 バネ、 100 電動機、 101 電磁鋼板(第1の電磁鋼板)、 102 電磁鋼板(第2の電磁鋼板、第4の電磁鋼板)、 103 電磁鋼板(第2の電磁鋼板)、 102A 電磁鋼板(第2の電磁鋼板)、 104 電磁鋼板(第3の電磁鋼板)、 105 電磁鋼板(第1の電磁鋼板)、 106 電磁鋼板(第2の電磁鋼板)、 300 圧縮機、 301 圧縮機校、 307 密閉容器、 310 アキュムレータ、 400 空気調和装置(冷凍サイクル装置)、 401 圧縮機、 402 凝縮器、 403 絞り装置、 404 蒸発器、 405 室外側送風機、 406 室内側送風機、 407 冷媒配管、 410 室外機、 420 室内機。

Claims (15)

  1. 2枚以上の第1の電磁鋼板と第2の電磁鋼板とを軸線の方向に積層した積層体で構成され、前記積層体を前記軸線の方向に貫通する磁石挿入孔を有するロータコアと、
    前記磁石挿入孔に配置された第1の永久磁石および第2の永久磁石と
    を備え、
    前記磁石挿入孔は、前記軸線を中心とする周方向に、前記第1の永久磁石が配置される第1の領域と、前記第2の永久磁石が挿入される第2の領域とを有し、
    前記2枚以上の第1の電磁鋼板は、前記ロータコアの前記軸線の方向の少なくとも一端に位置し、
    前記2枚以上の第1の電磁鋼板は、いずれも、前記磁石挿入孔を前記第1の領域と前記第2の領域とに分割するブリッジを有し、
    前記第2の電磁鋼板は、前記第1の領域と前記第2の領域とが連続して形成された前記磁石挿入孔を有し、
    前記2枚以上の第1の電磁鋼板および前記第2の電磁鋼板は、いずれも、前記磁石挿入孔の前記周方向の両側に空隙であるフラックスバリアを有し、当該フラックスバリアは前記ロータコアの外周から離れており、
    前記ロータコアは、前記2枚以上の第1の電磁鋼板を含む、第1の数の第1の電磁鋼板と、前記第2の電磁鋼板を含む、第2の数の第2の電磁鋼板とを有し、
    前記第1の数の第1の電磁鋼板および前記第2の数の第2の電磁鋼板は、前記第1の数の第1の電磁鋼板の配設密度が前記ロータコアの前記軸線の方向の中心に近づくほど増加するように配置されている
    ロータ。
  2. 前記ロータコアは、前記ロータコアの前記軸線の方向の両端に、それぞれ前記2枚以上の第1の電磁鋼板を有する
    請求項1に記載のロータ。
  3. 前記ブリッジの前記周方向の幅は、前記2枚以上の第1の電磁鋼板のそれぞれの板厚以上であり、当該板厚の1.5倍以下である
    請求項1または2に記載のロータ。
  4. 前記2枚以上の第1の電磁鋼板は、いずれも、前記磁石挿入孔の前記軸線を中心とする径方向の両側に、前記ブリッジに隣接する空隙を有する
    請求項1から3までの何れか1項に記載のロータ。
  5. 前記第1の数の第1の電磁鋼板および前記第2の数の第2の電磁鋼板は、前記ロータコアの前記軸線の方向の中心に対して対称に配置されている
    請求項1から4までの何れか1項に記載のロータ。
  6. 前記第2の数の第2の電磁鋼板は、軸方向に連続して配置された、極数以上の第3の数の第2の電磁鋼板を含む
    請求項1から5までの何れか1項に記載のロータ。
  7. 前記第3の数の第2の電磁鋼板は、いずれも、前記第1の領域と前記第2の領域とが連続して形成された前記磁石挿入孔と、前記第1の領域と前記第2の領域とがブリッジで分割された前記磁石挿入孔とを有する
    請求項に記載のロータ。
  8. 前記ロータコアの前記磁石挿入孔は、第3の永久磁石が配置される第3の領域をさらに有し、
    前記2枚以上の第1の電磁鋼板は、いずれも、前記磁石挿入孔を前記第2の領域と前記第3の領域に分割する別のブリッジを有する
    請求項1からまでの何れか1項に記載のロータ。
  9. 前記第2の電磁鋼板は、前記磁石挿入孔の前記第1の領域と前記第2の領域とが連続して形成され、前記第2の領域と前記第3の領域とを分割するブリッジを有する
    請求項に記載のロータ。
  10. 前記ロータコアは、第3の電磁鋼板を有し、
    前記第3の電磁鋼板は、前記磁石挿入孔の前記第1の領域と前記第2の領域を分割するブリッジを有し、前記第2の領域と前記第3の領域とが連続して形成されている
    請求項に記載のロータ。
  11. 前記ロータコアは、第4の電磁鋼板を有し、
    前記第4の電磁鋼板は、前記磁石挿入孔の前記第1の領域と前記第2の領域が連続して形成され、前記第2の領域と前記第3の領域とが連続して形成されている
    請求項10に記載のロータ。
  12. 前記2枚以上の第1の電磁鋼板は、いずれも、前記磁石挿入孔の前記周方向の両側に、前記第1の永久磁石および前記第2の永久磁石を前記周方向に位置決めする位置決め部を有し、
    前記第2の電磁鋼板は、前記位置決め部を有さない
    請求項1から11までの何れか1項に記載のロータ。
  13. ステータと、
    前記ステータの内側に配置された、請求項1から12までのいずれか1項に記載のロータと
    を備えた電動機。
  14. 電動機と、前記電動機によって駆動される圧縮機構とを備えた圧縮機であって、
    前記電動機は、
    ステータと、
    前記ステータの内側に配置された、請求項1から12までのいずれか1項に記載のロータとを備えた
    圧縮機。
  15. 圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を備えた空気調和装置であって、
    前記圧縮機は、電動機と、前記電動機によって駆動される圧縮機構とを備え、
    前記電動機は、
    ステータと、
    前記ステータの内側に配置された、請求項1から12までのいずれか1項に記載のロータとを備えた
    空気調和装置。
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