JP6873250B2 - コンシクエントポール型ロータ、電動機、圧縮機、送風機、及び空気調和機 - Google Patents

コンシクエントポール型ロータ、電動機、圧縮機、送風機、及び空気調和機 Download PDF

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Description

本発明は、電動機に用いられるロータ、特にコンシクエントポール型ロータに関する。
電動機のロータとして、コンシクエントポール型ロータが用いられている。コンシクエントポール型ロータでは、永久磁石を含む領域及び永久磁石を含まない領域に区分される。例えば、永久磁石を含む領域が１つの磁極（例えば、ステータに対してＮ極として機能する磁極）として機能し、周方向において互いに隣接する永久磁石間の領域が、他方の磁極（例えば、ステータに対してＳ極として機能する疑似磁極）として機能する（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１８２２６７号公報
しかしながら、従来の技術では、ステータからコンシクエントポール型ロータの疑似磁極に流れ込んだ磁束が、隣接する他の磁極を周方向に通り抜けやすい。これにより、電動機における騒音が増加するという問題がある。
本発明の目的は、電動機における騒音を低減することである。
本発明の一態様に係るコンシクエントポール型ロータは、第１の磁極及び第２の磁極を有するコンシクエントポール型ロータであって、磁石挿入孔と径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された開口部とを有するロータコアと、前記磁石挿入孔に挿入されており、前記第１の磁極を形成する永久磁石とを備え、前記径方向と直交する方向における前記開口部の第１の最大幅をＬ１とし、前記径方向における前記開口部の第２の最大幅をＬ２としたとき、前記コンシクエントポール型ロータは、Ｌ１＜Ｌ２を満たし、前記開口部から前記磁石挿入孔までの距離は、前記第１の磁極の磁極中心で最も小さい。
本発明の他の態様に係るコンシクエントポール型ロータは、第１の磁極及び第２の磁極を有するコンシクエントポール型ロータであって、磁石挿入孔と径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された複数の開口部とを有するロータコアと、前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石とを備え、前記ロータコアは、前記磁石挿入孔及び前記複数の開口部を含み第１の磁極を形成する第１の領域と、前記第１の領域に隣接し第２の磁極を形成する第２の領域とに区分され、前記複数の開口部は前記第１の領域に形成されており、前記複数の開口部の各々から前記磁石挿入孔までの各最短距離のうち、前記第１の領域において前記径方向と直交する方向における中央部に存在する第１の開口部から前記磁石挿入孔までの最短距離が最も短く、前記径方向における前記第１の開口部の最大幅は、前記径方向と直交する方向における前記第１の開口部の最大幅よりも大きい。
本発明によれば、電動機における騒音を低減することができる。
本発明の実施の形態１に係る電動機の構造を概略的に示す部分断面図である。 電動機の構造を概略的に示す正面図である。 ロータ及びステータの構造を概略的に示す断面図である。 ロータの構造を概略的に示す平面図である。 図４に示されるロータの一部の構造を示す拡大図である。 比較例としての一般的な永久磁石同期モータにおいて、ステータからロータに流れ込む磁束の流れを示す図である。 実施の形態１に係る電動機において、ステータからロータに流れ込む磁束の流れを示す図である。 比Ｌ１／Ｔ１とロータの加振力との関係を示す図である。 比Ｌ４／Ｗ１とロータの回転中に生じる誘起電圧との関係を示す図である。 変形例に係る電動機のロータの一部の構造を概略的に示す拡大図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構成を概略的に示す図である。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る電動機１について説明する。
各図に示されるｘｙｚ直交座標系において、ｚ軸方向（ｚ軸）は、電動機１のシャフト２３の軸線Ａ１と平行な方向（以下「軸方向」という。）を示し、ｘ軸方向（ｘ軸）は、ｚ軸方向（ｚ軸）に直交する方向を示し、ｙ軸方向は、ｚ軸方向及びｘ軸方向の両方に直交する方向を示す。
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機１の構造を概略的に示す部分断面図である。
図２は、電動機１の構造を概略的に示す正面図である。
電動機１は、ロータ２と、ステータ３と、回路基板４と、ロータ２の回転位置を検出する磁気センサ５と、ブラケット６と、ベアリング７ａ及び７ｂと、ロータ２の位置検出用マグネットとしてのセンサマグネット８とを有する。電動機１は、例えば、永久磁石同期モータである。
回路基板４は、軸方向におけるステータ３の一端側に備えられている。回路基板４には、制御回路及び磁気センサ５などの電子部品が取り付けられている。磁気センサ５は、センサマグネット８の回転位置を検出することにより、ロータ２の回転位置を検出する。センサマグネット８は、磁気センサ５と面するように、ロータ２に取り付けられている。センサマグネット８は、円盤形状である。センサマグネット８は、ロータ２と共に回転する。
図３は、ロータ２及びステータ３の構造を概略的に示す断面図である。矢印Ｄ１は、ロータコア２１、ロータ２、及びステータ３の周方向（以下、単に“周方向”という）を示す。すなわち、矢印Ｄ１は、ロータコア２１及びロータ２の外周に沿った方向を示す。
ステータ３は、ステータコア３１と、コイル３２と、インシュレータ３３とを有する。
ステータコア３１は、例えば、複数の電磁鋼板を積層することにより形成されている。電磁鋼板の厚さは、例えば、０．２ｍｍから０．５ｍｍである。ステータコア３１は、環状に形成されている。
コイル３２は、例えば、インシュレータ３３を介してステータコア３１のティース部に巻線（例えば、マグネットワイヤ）を巻回することにより形成されている。コイル３２（すなわち、巻線）は、例えば、銅又はアルミニウムを含む材料で形成されている。コイル３２は、インシュレータ３３によって絶縁されている。
インシュレータ３３は、ポリブチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＢｕｔｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰｏｌｙＰｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ：ＰＰＳ）、液晶ポリマー（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＬＣＰ）、及びポリエチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＥＴ）といった絶縁性の樹脂で形成されている。樹脂で形成されたインシュレータ３３は、例えば、０．０３５ｍｍから０．４ｍｍの厚さのフィルムである。
例えば、インシュレータ３３は、ステータコア３１と一体的に成形される。ただし、ステータコア３１とは別にインシュレータ３３が成形されてもよい。この場合、インシュレータ３３が成形された後に、インシュレータ３３がステータコア３１に嵌められる。
本実施の形態では、ステータコア３１、コイル３２、及びインシュレータ３３は、不飽和ポリエステル樹脂のような熱硬化性樹脂（例えば、Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ：ＢＭＣ）によって覆われている。ステータコア３１、コイル３２、及びインシュレータ３３は、例えば、鉄を含む材料で形成された円筒状シェルによって固定されてもよい。この場合、円筒状シェルは、焼き嵌めによって、ステータ３をロータ２と共に覆うことができる。
ステータ３の内側には、エアギャップを介してロータ２が配置されている。ステータ３の負荷側（電動機１の負荷側）の開口部にはブラケット６が圧入されている。ベアリング７ａには、シャフト２３が挿入されており、ベアリング７ａはステータ３の負荷側において固定されている。同様に、ベアリング７ｂには、シャフト２３が挿入されており、ベアリング７ｂはステータ３の反負荷側において固定されている。ロータ２は、ベアリング７ａ及び７ｂによって回転可能に支持されている。
センサマグネット８は、ロータ２の回転位置を検出する。センサマグネット８は、磁気センサ５に面するように、軸方向におけるロータ２の一端側に固定されている。
センサマグネット８は、磁束が磁気センサ５に流入するように、軸方向に磁化されている。これにより、磁気センサ５を、センサマグネット８と面するように、軸方向におけるステータ３の一端側に取り付けることができる。ただし、センサマグネット８からの磁束の方向は軸方向に限定されない。
センサマグネット８の極数は、ロータ２の極数と同一である。センサマグネット８は、センサマグネット８の極性がロータ２の極性と周方向において一致するように位置決めされている。
磁気センサ５は、センサマグネット８の回転位置を検出することにより、ロータ２の回転位置を検出する。磁気センサ５には、例えば、ホールＩＣ、ＭＲ（磁気抵抗）素子、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）素子、又は磁気インピーダンス素子などが用いられる。磁気センサ５は、センサマグネット８から発生する磁束が通る位置（検出位置）に固定されている。
回路基板４に取り付けられた制御回路は、磁気センサ５による検出結果（例えば、センサマグネット８のＮ極とＳ極との間の境界である磁極変更点）を用いてステータ３のコイル３２に流れる電流を制御することにより、ロータ２の回転を制御する。
磁気センサ５は、磁気センサ５に流入する磁界（磁界強度）の変化に基づいて、センサマグネット８及びロータ２の磁極の位置（位相）を検出する。具体的には、磁気センサ５は、センサマグネット８のＮ極からの磁束及びＳ極に向かう磁束を検出することにより、センサマグネット８の周方向（回転方向）において磁界の向きが変わるタイミング（具体的には、センサマグネット８の磁極変更点）を判別する。センサマグネット８は、周方向にＮ極及びＳ極が交互に配列されているので、磁気センサ５が、センサマグネット８の磁極変更点を周期的に検出することにより、回転方向における各磁極の位置（ロータ２の回転角及び位相）が把握可能である。
図４は、ロータ２の構造を概略的に示す平面図である。
図５は、図４に示されるロータ２の一部の構造を示す拡大図である。
ロータ２は、メインマグネット部としてのロータコア２１と、少なくとも１つの永久磁石２２と、シャフト２３とを有する。ロータ２の回転軸は、軸線Ａ１と一致する。ロータ２は、例えば、永久磁石埋め込み型である。本実施の形態では、ロータ２は、コンシクエントポール型ロータである。
コンシクエントポール型のロータ２は、第１の極性を持つ第１の磁極及び第１の極性とは異なる第２の極性を持つ第２の磁極を有する。本実施の形態では、第１の磁極はＮ極であり、第２の磁極はＳ極である。
ロータ２において、永久磁石２２を含む領域（後述する第１の領域Ｒ１）が１つの磁極（例えば、ステータに対してＮ極として機能する磁極）として機能し、周方向において互いに隣接する永久磁石２２間の領域（後述する第２の領域Ｒ２）が、他方の磁極（例えば、ステータに対してＳ極として機能する疑似磁極）として機能する。
ロータコア２１は、少なくとも１つの磁石挿入孔２１ａと、回転軸挿入孔２１ｂと、少なくとも１つの開口部２１ｃとを有する。本実施の形態では、ロータコア２１は、複数の磁石挿入孔２１ａを有し、各磁石挿入孔２１ａには、少なくとも１つの永久磁石２２が挿入されている。
本実施の形態では、永久磁石２２の数は、ロータ２の磁極の数ｎ（ｎは４以上の偶数）の半分である。ロータ２の磁極の数ｎは、ステータ３に対してＮ極として機能する磁極と、ステータ３に対してＳ極として機能する磁極の数との合計数である。
ロータコア２１は、磁石挿入孔２１ａとロータ２の外側表面（外縁）との間に形成された薄板（例えば、電磁鋼板）の一部（具体的には、薄肉部）であるブリッジ部を有してもよい。このブリッジ部は、漏れ磁束の発生を抑制する。
ただし、電動機１は、ＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータでもよい。この場合、ロータコア２１には、磁石挿入孔２１ａが形成されておらず、ロータコア２１の径方向における外側表面に永久磁石２２が取り付けられる。
ロータコア２１は、複数の電磁鋼板によって形成されている。各電磁鋼板は、例えば、０．２ｍｍから０．５ｍｍの厚みを持つ。電磁鋼板は、軸方向に積層されている。ただし、ロータコア２１は、複数の電磁鋼板の代わりに、軟磁性材料及び樹脂を混ぜて形成された樹脂鉄心でもよい。
複数の磁石挿入孔２１ａは、ロータコア２１の周方向に等間隔で形成されている。本実施の形態では、５個の磁石挿入孔２１ａがロータコア２１に形成されている。各磁石挿入孔２１ａは、軸方向にロータコア２１を貫通している。
回転軸挿入孔２１ｂは、ロータコア２１の中央部に形成されている。回転軸挿入孔２１ｂは、軸方向にロータコア２１を貫通している。回転軸挿入孔２１ｂには、シャフト２３が挿入されている。
シャフト２３は、コーキング又はＰＢＴなどの熱可塑性樹脂でロータコア２１と一体化される。熱可塑性樹脂の形状は、電動機１の用途に応じて適切に調整される。この場合、回転軸挿入孔２１ｂに非磁性体である熱可塑性樹脂が充填される。これにより、ステータ３から第２の領域Ｒ２に流れ込んだ磁束が、シャフト２３に流れ込むことを防ぐことができ、後述する開口部２１ｃの効果を充分に得ることができる。
各磁石挿入孔２１ａ内には、永久磁石２２が挿入されている。磁石挿入孔２１ａにおいて、永久磁石２２の周りには樹脂が充填されており、これにより永久磁石２２が磁石挿入孔２１ａ内で固定されている。ただし、樹脂を用いた固定方法以外の方法で永久磁石２２を固定してもよい。永久磁石２２は、例えば、ネオジム又はサマリウムを含む希土類磁石である。永久磁石２２は、鉄を含むフェライト磁石でもよい。永久磁石２２の種類は、本実施の形態の例に限られず、他の材料によって永久磁石２２が形成されていてもよい。
磁石挿入孔２１ａ内の永久磁石２２は、径方向に磁化されており、これによりロータ２からの磁束は、ステータ３に流入する。永久磁石２２は、ロータ２のＮ極（具体的には、ステータ３に対して機能するＮ極）を形成する。さらに、永久磁石２２（具体的には、永久磁石２２からの磁束）は、後述する第２の領域Ｒ２においてロータ２の疑似磁極であるＳ極（具体的には、ステータ３に対して機能するＳ極）を形成する。
ロータコア２１は、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２とに区分されている。図４及び図５に示される例では、第１の領域Ｒ１は、軸方向と直交する平面（以下、「ｘｙ平面」という）上における直線ｅ１（第１の直線）と直線ｅ２（第２の直線）との間の領域であり、第２の領域Ｒ２は、ｘｙ平面上における直線ｅ２と直線ｅ３との間の領域である。
直線ｅ１，ｅ２，及びｅ３は、ｘｙ平面上において第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との間の境界線である。図５に示される例では、直線ｅ１及びｅ２がｘｙ平面上で第１の領域Ｒ１を定め、直線ｅ２及びｅ３がｘｙ平面上で第２の領域Ｒ２を定める。
第１の領域Ｒ１は、磁石挿入孔２１ａ及び開口部２１ｃを含む領域である。したがって、第１の領域Ｒ１は、ステータ３に対して機能するＮ極を形成する。
第２の領域Ｒ２は、第１の領域Ｒ１に隣接する領域である。すなわち、第２の領域Ｒ２は、磁石挿入孔２１ａを含まない領域である。第２の領域Ｒ２は、ステータ３に対して機能するＳ極を形成する。
開口部２１ｃは、径方向における磁石挿入孔２１ａの内側に形成されている。ロータコア２１の剛性を維持するため、開口部２１ｃは、磁石挿入孔２１ａ及び回転軸挿入孔２１ｂと連通していないことが望ましい。
各開口部２１ｃにおいて、開口部２１ｃの幅Ｌ１は、開口部２１ｃの幅Ｌ２よりも小さい。言い換えると、幅Ｌ２は、幅Ｌ１よりも大きい。幅Ｌ１は、径方向と直交する方向における開口部２１ｃの最大幅（第１の最大幅）である。幅Ｌ２は、径方向における開口部２１ｃの最大幅（第２の最大幅）である。
第１の領域Ｒ１において、開口部２１ｃの幅Ｌ１と磁石挿入孔２１ａの幅Ｔ１との関係は、１．５＜Ｌ１／Ｔ１を満たす。さらに、ロータ２は、Ｌ１／Ｔ１＜７．５を満たすことが望ましい。本実施の形態では、幅Ｔ１は、径方向における磁石挿入孔２１ａの幅（最大幅）であり、磁極中心ｃ１上の幅である。
開口部２１ｃにおいて、径方向における外側端部の一部である突出部分２１ｄが、径方向における外側に向けて突出している。開口部２１ｃの突出部分２１ｄは、ｘｙ平面上において磁極中心ｃ１と一致している。そのため、開口部２１ｃから磁石挿入孔２１ａまでの距離Ｌ３は、Ｎ極の磁極中心ｃ１で最も小さい。距離Ｌ３は、開口部２１ｃと磁石挿入孔２１ａとの間に形成されたロータコア２１の一部である連結部分の径方向における幅である。具体的には、距離Ｌ３は、突出部分２１ｄから磁石挿入孔２１ａまでの最短距離である。
第１の領域Ｒ１において、開口部２１ｃの幅Ｌ４と永久磁石２２の幅Ｗ１との関係は、０＜Ｌ４／Ｗ１＜０．２を満たす。幅Ｌ４は、径方向における開口部２１ｃの外側端部（具体的には、突出部分２１ｄ）の、径方向と直交する方向における幅（最大幅）である。幅Ｗ１は、径方向と直交する方向における永久磁石２２の幅（最大幅）である。永久磁石２２の幅Ｗ１は、径方向と直交する方向における磁石挿入孔２１ａの幅よりも、例えば、０．１ｍｍから０．５ｍｍ程度小さい。永久磁石２２の幅Ｔ１は、径方向における磁石挿入孔２１ａの幅よりも、例えば、０．１ｍｍから０．５ｍｍ程度小さい。この場合において、永久磁石２２の幅Ｗ１は、Ｗ１＞５×Ｔ１を満たすことが望ましい。
図５に示されるように、ｘｙ平面上で直線ｅ１と直線ｅ２とが成す角度は、角度θ１（第１の角度）であり、ｘｙ平面上で直線ｅ２と直線ｅ３とが成す角度は、角度θ２（第２の角度）である。この場合において、ロータ２（具体的には、ロータコア２１）は、（θ１＋θ２）×ｎ（ｎは４以上の偶数）／２＝３６０度を満たす。ｎは、第１の領域Ｒ１（具体的には、ロータコア２１における第１の領域Ｒ１の数）と第２の領域Ｒ２（具体的には、ロータコア２１における第２の領域Ｒ２の数）との和である。
本実施の形態では、第１の領域Ｒ１（第１の領域Ｒ１の数は５）と第２の領域Ｒ２（第２の領域Ｒ２の数は５）との和は１０である。
ロータ２の効果について説明する。
図６は、比較例としての一般的な永久磁石同期モータにおいて、ステータ３００からロータ２００に流れ込む磁束ｆの流れを示す図である。
図６に示されるように、一般に、コンシクエントポール型ロータでは、第２の磁極（本実施の形態における第２の領域Ｒ２に相当）に流入した磁束ｆが、第１の磁極（本実施の形態における第１の領域Ｒ１に相当）を通り抜けやすい。これにより、コンシクエントポール型ロータを用いたモータでは、騒音が増加しやすい。
図７は、本実施の形態に係る電動機１において、ステータ３からロータ２に流れ込む磁束の流れを示す図である。
本実施の形態では、ロータ２は、Ｌ１＜Ｌ２を満たす。これにより、コンシクエントポール型ロータとしてのロータ２において、ステータ３から第２の領域Ｒ２に流れ込んだ磁束が第１の領域Ｒ１を通り抜けることを防ぐことができる。その結果、ロータ２を用いた電動機１における騒音を低減することができる。
上述のように、Ｌ１＜Ｌ２を満たすようにロータ２を形成することにより、騒音の増加を防ぐことができる。したがって、幅Ｌ２をできるだけ大きくすることが望ましい。しかしながら、開口部２１ｃから磁石挿入孔２１ａまでの距離が短すぎる場合、永久磁石２２のパーミアンスが低下し、永久磁石２２の磁力が低下する。そこで、本実施の形態では、距離Ｌ３が、Ｎ極の磁極中心ｃ１で最も小さくなるようにロータ２が形成されている。これにより、永久磁石２２のパーミアンスの低下を防ぎ、永久磁石２２の磁力の低下を防ぐことができる。その結果、電動機１の効率（モータ効率ともいう）の低下を防ぐことができる。
さらに、ロータ２がＬ１＜Ｌ２を満たす状態で、幅Ｌ１をできるだけ大きくすることにより、開口部２１ｃの磁気抵抗を高めることができる。これにより、ステータ３から第２の領域Ｒ２に流れ込んだ磁束が、第１の領域Ｒ１を通過することを防ぐことができ、ロータ２の騒音を低減することができる。ただし、開口部２１ｃの幅Ｌ１は、永久磁石２２の幅Ｔ１を考慮して決定することが望ましい。
図８は、開口部２１ｃの幅Ｌ１及び磁石挿入孔２１ａの幅Ｔ１の比Ｌ１／Ｔ１と、径方向におけるロータ２の加振力との関係を示す図である。
図８に示されるように、比Ｌ１／Ｔ１が大きくなるほど加振力が減少する。比Ｌ１／Ｔ１が１．５よりも大きいとき、加振力の減少が飽和する。したがって、ロータ２が１．５＜Ｌ１／Ｔ１を満たすとき、電動機１の騒音を低減することができる。一方、開口部２１ｃの幅Ｌ１が、径方向と直交する方向における磁石挿入孔２１ａの幅（最大幅）よりも大きくなると、ロータコア２１の剛性が低下する。したがって、ロータ２は、１．５＜Ｌ１／Ｔ１＜７．５を満たすことが望ましい。これにより、ロータコア２１の剛性を維持しながら、電動機１の騒音を低減することができる。
図９は、開口部２１ｃの幅Ｌ４及び永久磁石２２の幅Ｗ１の比Ｌ４／Ｗ１と、ロータ２の回転中に生じる誘起電圧との関係を示す図である。誘起電圧は、永久磁石２２の磁力の大きさに比例する。したがって、図９は、比Ｌ４／Ｗ１と永久磁石２２の磁力の大きさとの関係（傾向）を示す。
図９に示されるように、比Ｌ４／Ｗ１が大きくなるほど（すなわち、幅Ｗ１に対して幅Ｌ４が大きくなるほど）、誘起電圧が低下する。したがって、幅Ｌ４が大きくなるほど、永久磁石２２のパーミアンスが低下し、永久磁石２２の磁力が低下する。本実施の形態では、比Ｌ４／Ｗ１が０．２を超えているとき、誘起電圧が大きく低下する。
図９に示されるように、比Ｌ４／Ｗ１がゼロに近い程、永久磁石２２の磁力を維持することができる。したがって、突出部分２１ｄは円弧状に形成されていることが望ましい。
本実施の形態では、ロータ２は、第１の領域Ｒ１において、０＜Ｌ４／Ｗ１＜０．２を満たす。これにより、永久磁石２２の磁力の低下を防ぐことができる。
実施の形態１に係る電動機１はロータ２を有するので、電動機１は上述の効果を有する。
変形例．
図１０は、変形例に係る電動機のロータ２０の一部の構造を概略的に示す拡大図である。図１０に示されるロータ２０の部分は、図５に示されるロータ２の部分に対応する。
ロータ２０では、ロータコア２１０の構造が実施の形態１と異なる。具体的には、各第１の領域Ｒ１において、ロータコア２１０は、複数の開口部（具体的には、開口部２４ａ，２４ｂ，及び２４ｃ）を有する。ロータ２０におけるその他の構造は、ロータ２と同じである。
図１０に示される例では、各第１の領域Ｒ１において、複数の開口部、具体的には、開口部２４ａ（第１の開口部），開口部２４ｂ（第２の開口部），及び開口部２４ｃ（第３の開口部）がロータコア２１０に形成されている。各第１の領域Ｒ１において、開口部２４ａ，２４ｂ，及び２４ｃは、径方向における磁石挿入孔２１ａの内側に形成されている。すなわち、各第１の領域Ｒ１は、磁石挿入孔２１ａ及び複数の開口部（具体的には、開口部２４ａ，２４ｂ，及び２４ｃ）を含む領域である。
開口部２４ａは、ｘｙ平面上において磁極中心ｃ１と平行に形成されている。すなわち、開口部２４ａは、径方向に延在している。開口部２４ｂ及び２４ｃは、開口部２４ａに隣接している。開口部２４ａ，２４ｂ，及び２４ｃは、互いに平行である。
径方向における開口部２４ａの幅Ｌ６（最大幅）は、径方向における開口部２４ｂの幅Ｌ７（最大幅）及び径方向における開口部２４ｃの幅Ｌ８（最大幅）と異なる。図１０に示される例では、幅Ｌ６は、幅Ｌ７及びＬ８よりも大きい。すなわち、第１の領域Ｒ１において、幅Ｌ６は、径方向における複数の幅の中で最も大きい。図１０に示される例では、開口部２４ｂの幅Ｌ７及び開口部２４ｃの幅Ｌ８は、互いに同じである。ただし、開口部２４ｂの幅Ｌ７及び開口部２４ｃの幅Ｌ８は、互いに異なっていてもよい。
径方向と直交する方向における開口部２４ａの幅Ｌ５（最大幅）は、径方向と直交する方向における開口部２４ｂの幅Ｌ９（最大幅）及び径方向と直交する方向における開口部２４ｃの幅Ｌ１０（最大幅）と異なる。図１０に示される例では、幅Ｌ５は、幅Ｌ９及びＬ１０よりも大きい。すなわち、第１の領域Ｒ１において、幅Ｌ５は、径方向と直交する方向における複数の幅の中で最も大きい。図１０に示される例では、開口部２４ｂの幅Ｌ９及び開口部２４ｃの幅Ｌ１０は、互いに同じである。ただし、開口部２４ｂの幅Ｌ９及び開口部２４ｃの幅Ｌ１０は、互いに異なっていてもよい。
幅Ｌ６は、幅Ｌ５，Ｌ９，及びＬ１０よりも大きい。幅Ｌ７は、幅Ｌ５，Ｌ９，及びＬ１０よりも大きい。
開口部２４ａから磁石挿入孔２１ａまでの最短距離Ｌ１１及び開口部２４ｂから磁石挿入孔２１ａまでの最短距離Ｌ１２は互いに異なる。具体的には、最短距離Ｌ１１は最短距離Ｌ１２よりも短い。図１０に示される例では、開口部２４ｂから磁石挿入孔２１ａまでの最短距離Ｌ１２及び開口部２４ｃから磁石挿入孔２１ａまでの最短距離は互いに同じである。したがって、開口部２４ａ，２４ｂ，及び２４ｃから磁石挿入孔２１ａまでの距離の中で、最短距離Ｌ１１が最も短い。ただし、開口部２４ｂから磁石挿入孔２１ａまでの最短距離Ｌ１２及び開口部２４ｃから磁石挿入孔２１ａまでの最短距離は互いに異なっていてもよい。最短距離Ｌ１１及びＬ１２は、例えば、ロータコア２１０を形成するための電磁鋼板の厚さよりも長いことが望ましい。
径方向と直交する方向における複数の開口部（図１０では、開口部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）の各々の最大幅の和Ｓ１と、磁石挿入孔２１ａの幅Ｔ１との関係は、１．５＜Ｓ１／Ｔ１を満たす。最大幅の和Ｓ１は、径方向と直交する方向における開口部２４ａの最大幅（図１０では、幅Ｌ５）と、径方向と直交する方向における開口部２４ｂの最大幅（図１０では、幅Ｌ９）と、径方向と直交する方向における開口部２４ｃの最大幅（図１０では、幅Ｌ１０）との和である。
変形例に係る電動機のロータ２０の効果について説明する。
コンシクエントポール型ロータでは、例えば、図４及び図５に示されるように、ロータコア２１に開口部２１ｃが形成されているとき、ステータ３から第２の領域Ｒ２に流れ込んだ磁束が、第１の領域Ｒ１を通過することを防ぐことができる。その結果、ロータ２における騒音を低減することができる。
しかしながら、各第１の領域Ｒ１において開口部２１ｃが１つである場合、開口部２１ｃの体積の調整が容易ではない。例えば、回転軸挿入孔２１ｂに樹脂を注入することによってシャフト２３を回転軸挿入孔２１ｂに固定する場合、開口部２１ｃにも樹脂が流入することがある。この場合において、開口部２１ｃ内に樹脂が均一に充填されていないとき、ロータ２の構造がアンバランスになる。その結果、電動機１の騒音が充分に低減されないことがある。
変形例では、複数の開口部（すなわち、開口部２４ａ，２４ｂ，及び２４ｃ）が各第１の領域Ｒ１に形成されている。これにより、ロータコア２１０に開口部２４ａ，２４ｂ，及び２４ｃを形成するとき、第１の領域Ｒ１における開口部の体積を調整することが容易になる。したがって、例えば、回転軸挿入孔２１ｂに樹脂を注入することによってシャフト２３を回転軸挿入孔２１ｂに固定する場合、開口部２４ａ，２４ｂ，及び２４ｃ内に樹脂を均一に充填することができる。これにより、ロータ２０の構造の適切なバランスを得ることができ、実施の形態１で説明した効果と同じ効果（例えば、電動機１の騒音の低下）を得ることができる。
ロータ２０において、最短距離Ｌ１１は最短距離Ｌ１２よりも短い。すなわち、開口部２４ａ，２４ｂ，及び２４ｃから磁石挿入孔２１ａまでの距離の中で、最短距離Ｌ１１が最も短い。したがって、第１の領域Ｒ１における複数の開口部（具体的には、開口部２４ａ，２４ｂ，及び２４ｃ）の全体の形状は、実施の形態１で説明した開口部２１ｃと同様に、径方向と直交する方向における中央部が径方向における外側に向けて突出するように形成される。これにより、ステータ３から第２の領域Ｒ２に流れ込んだ磁束が、第１の領域Ｒ１を通過することを防ぐことができる。その結果、永久磁石２２の磁力の低下を防ぎ、ロータ２０を有する電動機における騒音を低減することができる。
比Ｓ１／Ｔ１と径方向におけるロータ２の加振力との関係は、図８に示される関係（傾向）と同じである。すなわち、ロータ２０が１．５＜Ｓ１／Ｔ１を満たすとき、実施の形態１と同様に、ロータ２０の加振力の減少が飽和する。したがって、ロータ２０が１．５＜Ｓ１／Ｔ１を満たすとき、電動機１の騒音を低減することができる。さらに、ロータ２０は、１．５＜Ｓ１／Ｔ１＜７．５を満たすことが望ましい。これにより、ロータコア２１０の剛性を維持しながら、変形例に係る電動機の騒音を低減することができる。
変形例に係る電動機はロータ２０を有するので、変形例に係る電動機は上述の効果を有する。
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る空気調和機５０について説明する。
図１１は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機５０の構成を概略的に示す図である。
実施の形態２に係る空気調和機５０（例えば、冷凍空調装置）は、送風機（第１の送風機）としての室内機５１と、冷媒配管５２と、冷媒配管５２によって室内機５１に接続された送風機（第２の送風機）としての室外機５３とを備える。
室内機５１は、電動機５１ａ（例えば、実施の形態１に係る電動機１）と、電動機５１ａによって駆動されることにより、送風する送風部５１ｂと、電動機５１ａ及び送風部５１ｂを覆うハウジング５１ｃとを有する。送風部５１ｂは、例えば、電動機５１ａによって駆動される羽根５１ｄを有する。例えば、羽根５１ｄは、電動機５１ａのシャフト（例えば、シャフト２３）に固定されており、気流を生成する。
室外機５３は、電動機５３ａ（例えば、実施の形態１に係る電動機１）と、送風部５３ｂと、圧縮機５４と、熱交換器（図示しない）とを有する。送風部５３ｂは、電動機５３ａによって駆動されることにより、送風する。送風部５３ｂは、例えば、電動機５３ａによって駆動される羽根５３ｄを有する。例えば、羽根５３ｄは、電動機５３ａのシャフト（例えば、シャフト２３）に固定されており、気流を生成する。圧縮機５４は、電動機５４ａ（例えば、実施の形態１に係る電動機１）と、電動機５４ａによって駆動される圧縮機構５４ｂ（例えば、冷媒回路）と、電動機５４ａ及び圧縮機構５４ｂを覆うハウジング５４ｃとを有する。
空気調和機５０において、室内機５１及び室外機５３の少なくとも１つは、実施の形態１で説明した電動機１（変形例を含む）を有する。具体的には、送風部の駆動源として、電動機５１ａ及び５３ａの少なくとも一方に、実施の形態１で説明した電動機１が適用される。さらに、圧縮機５４の電動機５４ａとして、実施の形態１で説明した電動機１（変形例を含む）を用いてもよい。
空気調和機５０は、例えば、室内機５１から冷たい空気を送風する冷房運転、又は温かい空気を送風する暖房運転等の運転を行うことができる。室内機５１において、電動機５１ａは、送風部５１ｂを駆動するための駆動源である。送風部５１ｂは、調整された空気を送風することができる。
実施の形態２に係る空気調和機５０によれば、電動機５１ａ及び５３ａの少なくとも一方に、実施の形態１で説明した電動機１（変形例を含む）が適用されるので、実施の形態１で説明した効果と同じ効果を得ることができる。これにより、空気調和機５０の騒音を低減することができる。
さらに、送風機（例えば、室内機５１）の駆動源として、実施の形態１に係る電動機１（変形例を含む）を用いることにより、実施の形態１で説明した効果と同じ効果を得ることができる。これにより、送風機の騒音を低減することができる。実施の形態１に係る電動機１と電動機１によって駆動される羽根（例えば、羽根５１ｄ又は５３ｄ）とを有する送風機は、送風する装置として単独で用いることができる。この送風機は、空気調和機５０以外の機器にも適用可能である。
さらに、圧縮機５４の駆動源として、実施の形態１に係る電動機１（変形例を含む）を用いることにより、実施の形態１で説明した効果と同じ効果を得ることができる。これにより、圧縮機５４の騒音を低減することができる。
実施の形態１で説明した電動機１は、空気調和機５０以外に、換気扇、家電機器、又は工作機など、駆動源を有する機器に搭載できる。
以上に説明した各実施の形態における特徴（変形例を含む）は、互いに適宜組み合わせることができる。
１，５１ａ，５４ａ 電動機、 ２ ロータ、 ３ ステータ、 ２１ ロータコア、 ２１ａ 磁石挿入孔、 ２１ｂ 回転軸挿入孔、 ２１ｃ 開口部、 ２１ｄ 突出部分、 ２２ 永久磁石、 ２３ シャフト、 ３１ ステータコア、 ３２ コイル、 ３３ インシュレータ、 ５０ 空気調和機、 ５１ 室内機、 ５１ｄ，５３ｄ 羽根、 ５２ 冷媒配管、 ５３ 室外機、 ５４ 圧縮機、 ５４ｂ 圧縮機構。

Claims (18)

  1. 第１の磁極及び第２の磁極を有するコンシクエントポール型ロータであって、
    磁石挿入孔と径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された開口部とを有するロータコアと、
    前記磁石挿入孔に挿入されており、前記第１の磁極を形成する永久磁石と
    を備え、
    前記径方向と直交する方向における前記開口部の第１の最大幅をＬ１とし、前記径方向における前記開口部の第２の最大幅をＬ２としたとき、
    前記コンシクエントポール型ロータは、Ｌ１＜Ｌ２を満たし、
    前記開口部から前記磁石挿入孔までの距離は、前記第１の磁極の磁極中心で最も小さい
    コンシクエントポール型ロータ。
  2. 前記第１の最大幅をＬ１とし、前記径方向における前記磁石挿入孔の幅をＴ１としたとき、
    前記コンシクエントポール型ロータは、
    １．５＜Ｌ１／Ｔ１
    を満たす
    請求項１に記載のコンシクエントポール型ロータ。
  3. 前記コンシクエントポール型ロータは、
    Ｌ１／Ｔ１＜７．５
    を満たす
    請求項２に記載のコンシクエントポール型ロータ。
  4. 前記径方向における前記開口部の外側端部の前記径方向と直交する方向における幅をＬ４とし、
    前記径方向と直交する方向における前記永久磁石の幅をＷ１としたとき、
    前記コンシクエントポール型ロータは、
    ０＜Ｌ４／Ｗ１＜０．２
    を満たす
    請求項１から３のいずれか１項に記載のコンシクエントポール型ロータ。
  5. 第１の磁極及び第２の磁極を有するコンシクエントポール型ロータであって、
    磁石挿入孔と径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された複数の開口部とを有するロータコアと、
    前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石と
    を備え、
    前記ロータコアは、前記磁石挿入孔及び前記複数の開口部を含み第１の磁極を形成する第１の領域と、前記第１の領域に隣接し第２の磁極を形成する第２の領域とに区分され、
    前記複数の開口部は前記第１の領域に形成されており、
    前記複数の開口部の各々から前記磁石挿入孔までの各最短距離のうち、前記第１の領域において前記径方向と直交する方向における中央部に存在する第１の開口部から前記磁石挿入孔までの最短距離が最も短く、
    前記径方向における前記第１の開口部の最大幅は、前記径方向と直交する方向における前記第１の開口部の最大幅よりも大きい
    コンシクエントポール型ロータ。
  6. 軸方向と直交する平面上で前記第１の領域を定める２つの直線を、第１の直線及び第２の直線とし、
    前記平面上で前記第２の領域を定める２つの直線を、前記第２の直線及び第３の直線とし、
    前記平面上で前記第１の直線と前記第２の直線とが成す角度をθ１とし、
    前記平面上で前記第２の直線と前記第３の直線とが成す角度をθ２とし、
    前記第１の領域と前記第２の領域との和をｎ（ｎは４以上の偶数）としたとき、
    前記コンシクエントポール型ロータは、（θ１＋θ２）×ｎ／２＝３６０度を満たす
    請求項５に記載のコンシクエントポール型ロータ。
  7. 前記径方向における前記第１の開口部の最大幅は、前記径方向と直交する方向における前記複数の開口部のうちの、前記第１の開口部に隣接する第２の開口部の最大幅よりも大きい請求項５又は６に記載のコンシクエントポール型ロータ。
  8. 前記径方向における前記第１の開口部の最大幅は、前記径方向における前記複数の開口部のうちの、前記第１の開口部に隣接する第２の開口部の最大幅よりも大きい請求項５から７のいずれか１項に記載のコンシクエントポール型ロータ。
  9. 前記径方向と直交する方向における前記複数の開口部の各々の最大幅の和をＳ１とし、前記径方向における前記磁石挿入孔の幅をＴ１としたとき、
    前記コンシクエントポール型ロータは、
    １．５＜Ｓ１／Ｔ１
    を満たす請求項５から８のいずれか１項に記載のコンシクエントポール型ロータ。
  10. 前記コンシクエントポール型ロータは、
    Ｓ１／Ｔ１＜７．５
    を満たす
    請求項９に記載のコンシクエントポール型ロータ。
  11. ステータと、
    第１の磁極及び第２の磁極を有するコンシクエントポール型ロータと
    を備え、
    前記コンシクエントポール型ロータは、
    磁石挿入孔と径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された開口部とを有するロータコアと、
    前記磁石挿入孔に挿入されており、前記第１の磁極を形成する永久磁石と
    を有し、
    前記径方向と直交する方向における前記開口部の第１の最大幅をＬ１とし、前記径方向における前記開口部の第２の最大幅をＬ２としたとき、
    前記コンシクエントポール型ロータは、Ｌ１＜Ｌ２を満たし、
    前記開口部から前記磁石挿入孔までの距離は、前記第１の磁極の磁極中心で最も小さい
    電動機。
  12. ステータと、
    第１の磁極及び第２の磁極を有するコンシクエントポール型ロータと
    を備え、
    前記コンシクエントポール型ロータは、
    磁石挿入孔と径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された複数の開口部とを有するロータコアと、
    前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石と
    を有し、
    前記ロータコアは、前記磁石挿入孔及び前記複数の開口部を含み第１の磁極を形成する第１の領域と、前記第１の領域に隣接し第２の磁極を形成する第２の領域とに区分され、
    前記複数の開口部は前記第１の領域に形成されており、
    前記複数の開口部の各々から前記磁石挿入孔までの各最短距離のうち、前記第１の領域において前記径方向と直交する方向における中央部に存在する第１の開口部から前記磁石挿入孔までの最短距離が最も短く、
    前記径方向における前記第１の開口部の最大幅は、前記径方向と直交する方向における前記第１の開口部の最大幅よりも大きい
    電動機。
  13. 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、
    第１の磁極及び第２の磁極を有するコンシクエントポール型ロータと
    を有し、
    前記コンシクエントポール型ロータは、
    磁石挿入孔と径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された開口部とを有するロータコアと、
    前記磁石挿入孔に挿入されており、前記第１の磁極を形成する永久磁石と
    を有し、
    前記径方向と直交する方向における前記開口部の第１の最大幅をＬ１とし、前記径方向における前記開口部の第２の最大幅をＬ２としたとき、
    前記コンシクエントポール型ロータは、Ｌ１＜Ｌ２を満たし、
    前記開口部から前記磁石挿入孔までの距離は、前記第１の磁極の磁極中心で最も小さい
    圧縮機。
  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、
    前記電動機は、
    ステータと、
    第１の磁極及び第２の磁極を有するコンシクエントポール型ロータと
    を有し、
    前記コンシクエントポール型ロータは、
    磁石挿入孔と径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された複数の開口部とを有するロータコアと、
    前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石と
    を有し、
    前記ロータコアは、前記磁石挿入孔及び前記複数の開口部を含み第１の磁極を形成する第１の領域と、前記第１の領域に隣接し第２の磁極を形成する第２の領域とに区分され、
    前記複数の開口部は前記第１の領域に形成されており、
    前記複数の開口部の各々から前記磁石挿入孔までの各最短距離のうち、前記第１の領域において前記径方向と直交する方向における中央部に存在する第１の開口部から前記磁石挿入孔までの最短距離が最も短く、
    前記径方向における前記第１の開口部の最大幅は、前記径方向と直交する方向における前記第１の開口部の最大幅よりも大きい
    圧縮機。
  15. 電動機と、
    前記電動機によって駆動される羽根と
    を備え、
    前記電動機は、
    ステータと、
    第１の磁極及び第２の磁極を有するコンシクエントポール型ロータと
    を有し、
    前記コンシクエントポール型ロータは、
    磁石挿入孔と径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された開口部とを有するロータコアと、
    前記磁石挿入孔に挿入されており、前記第１の磁極を形成する永久磁石と
    を有し、
    前記径方向と直交する方向における前記開口部の第１の最大幅をＬ１とし、前記径方向における前記開口部の第２の最大幅をＬ２としたとき、
    前記コンシクエントポール型ロータは、Ｌ１＜Ｌ２を満たし、
    前記開口部から前記磁石挿入孔までの距離は、前記第１の磁極の磁極中心で最も小さい
    送風機。
  16. 電動機と、
    前記電動機によって駆動される羽根と
    を備え、
    前記電動機は、
    ステータと、
    第１の磁極及び第２の磁極を有するコンシクエントポール型ロータと
    を有し、
    前記コンシクエントポール型ロータは、
    磁石挿入孔と径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された複数の開口部とを有するロータコアと、
    前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石と
    を有し、
    前記ロータコアは、前記磁石挿入孔及び前記複数の開口部を含み第１の磁極を形成する第１の領域と、前記第１の領域に隣接し第２の磁極を形成する第２の領域とに区分され、
    前記複数の開口部は前記第１の領域に形成されており、
    前記複数の開口部の各々から前記磁石挿入孔までの各最短距離のうち、前記第１の領域において前記径方向と直交する方向における中央部に存在する第１の開口部から前記磁石挿入孔までの最短距離が最も短く、
    前記径方向における前記第１の開口部の最大幅は、前記径方向と直交する方向における前記第１の開口部の最大幅よりも大きい
    送風機。
  17. 室内機と、
    前記室内機に接続された室外機と
    を備え、
    前記室内機及び前記室外機の少なくとも１つは電動機を有し、
    前記電動機は、
    ステータと、
    第１の磁極及び第２の磁極を有するコンシクエントポール型ロータと
    を有し、
    前記コンシクエントポール型ロータは、
    磁石挿入孔と径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された開口部とを有するロータコアと、
    前記磁石挿入孔に挿入されており、前記第１の磁極を形成する永久磁石と
    を有し、
    前記径方向と直交する方向における前記開口部の第１の最大幅をＬ１とし、前記径方向における前記開口部の第２の最大幅をＬ２としたとき、
    前記コンシクエントポール型ロータは、Ｌ１＜Ｌ２を満たし、
    前記開口部から前記磁石挿入孔までの距離は、前記第１の磁極の磁極中心で最も小さい
    空気調和機。
  18. 室内機と、
    前記室内機に接続された室外機と
    を備え、
    前記室内機及び前記室外機の少なくとも１つは電動機を有し、
    前記電動機は、
    ステータと、
    第１の磁極及び第２の磁極を有するコンシクエントポール型ロータと
    を有し、
    前記コンシクエントポール型ロータは、
    磁石挿入孔と径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された複数の開口部とを有するロータコアと、
    前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石と
    を有し、
    前記ロータコアは、前記磁石挿入孔及び前記複数の開口部を含み第１の磁極を形成する第１の領域と、前記第１の領域に隣接し第２の磁極を形成する第２の領域とに区分され、
    前記複数の開口部は前記第１の領域に形成されており、
    前記複数の開口部の各々から前記磁石挿入孔までの各最短距離のうち、前記第１の領域において前記径方向と直交する方向における中央部に存在する第１の開口部から前記磁石挿入孔までの最短距離が最も短く、
    前記径方向における前記第１の開口部の最大幅は、前記径方向と直交する方向における前記第１の開口部の最大幅よりも大きい
    空気調和機。
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