JP7062089B2 - 回転子、電動機、送風機、空気調和装置および回転子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転子、電動機、送風機、空気調和装置および回転子の製造方法に関する。

近年、回転子コアに埋め込んだマグネットで第１の磁極を構成し、マグネットに隣接する回転子コアの一部で第２の磁極を構成したコンシクエントポール型の回転子が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５－９２８２８号公報（図２参照）

コンシクエントポール型の回転子では、第２の磁極にマグネットが存在しないため、回転子コアの磁束がシャフトに流れやすい。このようなシャフトへの磁束漏れが生じると、電動機効率の低下を招く。

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、コンシクエントポール型の回転子においてシャフトへの磁束漏れを低減することを目的とする。

本発明の回転子は、シャフトと、シャフトを当該シャフトの中心軸線を中心とする径方向の外側から囲む環状の回転子コアと、回転子コアに取り付けられたマグネットと、シャフトと回転子コアとの間に設けられ、非磁性体で構成された離間部とを備える。マグネットは第１の磁極を構成し、回転子コアの一部が第２の磁極を構成する。回転子コアは、シャフトに対向する内周と、その反対側の外周とを有する。回転子コアは、中心軸線の方向における端面において、中心軸線を中心とする周方向における第１の磁極または第２の磁極の中心部に対して径方向の内側に、コア穴を有する。コア穴は、周方向における第１の磁極または第２の磁極の中心部に対向する対向部を有し、対向部から径方向の内側に向かって周方向に広がる形状を有する。離間部は、回転子コアの内周に接する外周を有する。シャフトの半径Ｒ１と、中心軸線から離間部の外周までの最短距離Ｒ２と、中心軸線から回転子コアの外周までの最長距離Ｒ３との間に、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）≧０．４１が成立する。

本発明によれば、シャフトと回転子コアとの間に非磁性体の離間部が設けられており、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）≧０．４１が成立するため、回転子コアからシャフトに磁束が流れにくくなる。すなわち、シャフトへの磁束漏れを低減することができる。

実施の形態１における電動機を示す部分断面図である。 実施の形態１における固定子コアを示す平面図である。 実施の形態１における回転子を示す縦断面図である。 実施の形態１における回転子を拡大して示す縦断面図である。 実施の形態１における回転子を示す断面図である。 実施の形態１における回転子を示す正面図である。 実施の形態１における回転子を示す背面図である。 実施の形態１における回転子の各部の寸法を示す模式図である。 実施の形態１における（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）と誘起電圧との関係を示すグラフである。 実施の形態１における成形金型を示す縦断面図である。 実施の形態１における回転子の製造工程を示すフローチャートである。 実施の形態１の第１の変形例における回転子を示す断面図である。 実施の形態１の第２の変形例における回転子を示す断面図である。 実施の形態１の第２の変形例における回転子を拡大して示す断面図である。 実施の形態１および各変形例の電動機が適用可能な空気調和装置の構成例を示す図（Ａ）および室外機を示す断面図（Ｂ）である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
＜電動機１の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１における電動機１を示す縦断面図である。電動機１は、例えば空気調和装置の送風機に用いられ、インバータで駆動されるブラシレスＤＣモータである。また、電動機１は、回転子２にマグネット２５が埋め込まれたＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータである。

電動機１は、シャフト１１を有する回転子２と、回転子２を囲むモールド固定子５０とを有する。モールド固定子５０は、回転子２を囲む環状の固定子５と、固定子５を覆うモールド樹脂部５５とを有する。シャフト１１は、回転子２の回転軸である。

以下の説明では、シャフト１１の中心軸線Ｃ１の方向を、「軸方向」と称する。また、シャフト１１の中心軸線Ｃ１を中心とする周方向（図２等に矢印Ｓで示す）を、「周方向」と称する。シャフト１１の中心軸線Ｃ１を中心とする半径方向を、「径方向」と称する。また、軸方向に平行な断面における断面図を、縦断面図と称する。

シャフト１１は、モールド固定子５０から図１における左側に突出しており、その突出部に形成された取付け部１１ａには、例えば送風機の羽根車５０５（図１５（Ａ））が取り付けられる。そのため、シャフト１１の突出側（図１における左側）を「負荷側」と称し、反対側（図１における右側）を「反負荷側」と称する。

＜モールド固定子５０の構成＞
モールド固定子５０は、上記の通り、固定子５とモールド樹脂部５５とを有する。固定子５は、回転子２を径方向外側から囲んでいる。固定子５は、固定子コア５１と、固定子コア５１に設けられた絶縁部（インシュレータ）５２と、絶縁部５２を介して固定子コア５１に巻き付けられたコイル（巻線）５３とを有する。

モールド樹脂部５５は、ＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）等の熱硬化性樹脂で形成される。モールド樹脂部５５は、軸方向の一方の側（ここでは反負荷側）に軸受支持部５５ａを有し、他方の側（ここでは負荷側）に開口部５５ｂを有する。回転子２は、開口部５５ｂからモールド固定子５０の内部の中空部分５６に挿入される。

モールド樹脂部５５の開口部５５ｂには、金属製のブラケット１５が取り付けられている。このブラケット１５には、シャフト１１を支持する一方の軸受１２が保持される。また、ブラケット１５の外側には、水等の侵入を防止するためのキャップ１４が取り付けられている。モールド樹脂部５５の軸受支持部５５ａは、円筒状の内周面を有し、この内周面には、シャフト１１を支持するもう一方の軸受１３が保持される。

図２は、固定子コア５１を示す平面図である。固定子コア５１は、複数の積層要素を軸方向に積層し、カシメ、溶接または接着等によって一体に固定したものである。積層要素は、例えば電磁鋼板である。固定子コア５１は、中心軸線Ｃ１を中心とする周方向に環状に延在するヨーク５１１と、ヨーク５１１から径方向内側に（中心軸線Ｃ１に向かって）延在する複数のティース５１２とを有する。ティース５１２の径方向内側のティース先端部５１３は、回転子２（図１）の外周面に対向する。ティース５１２の数は、ここでは１２であるが、これに限定されるものではない。

固定子コア５１は、ここでは、ティース５１２毎に複数（ここでは１２）の分割コア５１Ａに分割された構成を有する。分割コア５１Ａは、ヨーク５１１に形成された分割面５１４で分割されている。分割面５１４は、ヨーク５１１の内周面から径方向外側に延在する。分割面５１４の終端とヨーク５１１の外周面との間には、塑性変形可能な薄肉部５１５が形成される。薄肉部５１５の塑性変形により、固定子コア５１を帯状に展開することができる。

この構成では、固定子コア５１を帯状に展開した状態で、ティース５１２へのコイル５３の巻き付けを行うことができる。コイル５３の巻き付け後、帯状の固定子コア５１を環状に組み合わせ、端部（図２に符号Ｗで示す）を溶接する。なお、固定子コア５１は、このような分割コアを組み合わせたものには限定されず、一体に構成されていてもよい。

図１に戻り、絶縁部５２は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の熱可塑性樹脂で形成されている。絶縁部５２は、熱可塑性樹脂を固定子コア５１と一体成形するか、あるいは熱可塑性樹脂の成形体を固定子コア５１に組み付けることによって形成される。

コイル５３は、マグネットワイヤを、絶縁部５２を介してティース５１２（図２）の周囲に巻き付けたものである。絶縁部５２は、コイル５３の径方向内側および外側にそれぞれ壁部を有し、コイル５３を径方向両側からガイドする。

固定子５に対して軸方向の一方の側（ここでは反負荷側）には、基板６が配置されている。基板６は、電動機１を駆動するためのパワートランジスタ等の駆動回路６０および磁気センサ等が実装されたプリント基板であり、リード線６１が配線されている。基板６のリード線６１は、モールド樹脂部５５の外周部分に取り付けられたリード線口出し部品６２から、電動機１の外部に引き出される。

ブラケット１５は、モールド樹脂部５５の開口部５５ｂの外周縁に設けられた環状部分に圧入される。ブラケット１５は、導電性を有する金属、例えば亜鉛メッキ鋼板で形成されるが、これに限定されるものではない。キャップ１４は、ブラケット１５の外側に取り付けられ、軸受１２への水等の侵入を防止する。

＜回転子２の構成＞
図３は、回転子２を示す縦断面図である。図４は、回転子２の一部を拡大して示す縦断面図である。図５は、図３に示した線分５－５における矢視方向の断面図である。

図５に示すように、回転子２は、回転軸であるシャフト１１と、シャフト１１に対して径方向外側に距離を開けて設けられた回転子コア２０と、回転子コア２０に埋め込まれた複数のマグネット２５と、シャフト１１と回転子コア２０との間に設けられた離間部３とを有する。マグネット２５の数は、ここでは５個である。マグネット２５は、メインマグネットまたは回転子マグネットとも称する。

シャフト１１は、Ｓ４５Ｃ（炭素鋼）等の磁性材料で構成される。シャフト１１は、上述した中心軸線Ｃ１を中心とする円形断面を有し、半径Ｒ１を有する。Ｓ４５Ｃは、ＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）と比較して材料費が安価であり、加工が容易という利点がある。

回転子コア２０は、中心軸線Ｃ１を中心とする環状の部材である。回転子コア２０は、外周２０ａと内周２０ｂとを有し、内周２０ｂはシャフト１１に距離を開けて対向している。回転子コア２０は、軟磁性材料である複数の積層要素を軸方向に積層し、カシメ、溶接または接着等によって固定したものである。積層要素は、例えば電磁鋼板であり、厚さは０．１ｍｍ～０．７ｍｍである。

回転子コア２０は、周方向に複数の磁石挿入孔２１を有する。磁石挿入孔２１は、周方向に等間隔で、且つ中心軸線Ｃ１から等距離に配置されている。磁石挿入孔２１の数は、ここでは５個である。磁石挿入孔２１は、回転子コア２０の外周２０ａに沿って形成され、回転子コア２０を軸方向に貫通している。

各磁石挿入孔２１には、マグネット２５が挿入されている。マグネット２５は平板状であり、軸方向に直交する断面形状は矩形状である。マグネット２５は、希土類磁石であり、より具体的には、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。磁石挿入孔２１の周方向の両端には、空隙であるフラックスバリア２２が形成されている。フラックスバリア２２は、隣り合うマグネット２５の間の磁束の短絡を抑制する。

マグネット２５は、互いに同一の磁極（例えばＮ極）を回転子コア２０の外周側に向けて配置されている。回転子コア２０において、周方向に隣り合うマグネット２５の間の領域には、マグネット２５とは反対の磁極（例えばＳ極）が形成される。

そのため、回転子２には、５つの第１の磁極Ｐ１（例えばＮ極）と、５つの第２の磁極Ｐ２（例えばＳ極）とが周方向に交互に配列される。従って、回転子２は、１０個の磁極を有する。回転子２の１０個の磁極Ｐ１，Ｐ２は、極ピッチを３６度（３６０度／１０）として、周方向に等角度間隔に配置される。

すなわち、回転子２の１０個の磁極Ｐ１，Ｐ２のうち、半分の５つの磁極（第１の磁極Ｐ１）はマグネット２５によって形成されるが、残りの５つの磁極（第２の磁極Ｐ２）は回転子コア２０によって形成される。このような構成を、コンシクエントポール型と称する。以下では、単に「磁極」という場合、第１の磁極Ｐ１と第２の磁極Ｐ２の両方を含むものとする。

回転子コア２０の外周２０ａは、軸方向に直交する断面において、いわゆる花丸形状を有する。言い換えると、回転子コア２０の外周２０ａは、磁極Ｐ１，Ｐ２のそれぞれの極中心（すなわち周方向の中心）で外径が最大となり、極間Ｍ（隣り合う磁極の間）で外径が最小となり、極中心から極間Ｍまでが弧状となる形状を有する。回転子コア２０の外周２０ａは、花丸形状に限らず、円形状であってもよい。一方、回転子コア２０の内周２０ｂは、軸方向に直交する断面において、円形状を有する。

コンシクエントポール型の回転子２では、同じ極数の非コンシクエントポール型の回転子と比較して、マグネット２５の数を半分にすることができる。高価なマグネット２５の数が少ないため、回転子２の製造コストが低減される。

ここでは回転子２の極数を１０としたが、極数は４以上の偶数であればよい。また、ここでは１つの磁石挿入孔２１に１つのマグネット２５を配置しているが、１つの磁石挿入孔２１に２つ以上のマグネット２５を配置してもよい。第１の磁極Ｐ１をＳ極とし、第２の磁極Ｐ２をＮ極としてもよい。

回転子コア２０において、磁石挿入孔２１の径方向内側には、複数のコア穴２４が形成されている。コア穴２４の数は、例えば極数の半分であり、ここでは５個である。コア穴２４は、後述する成形金型９（図１０）の位置決め用のピン７８に係合し、成形金型９内で回転子コア２０を位置決めするためのものである。

各コア穴２４は、中心軸線Ｃ１から等距離にあり、また最も近い磁極に対する相対位置が互いに等しい。ここでは、各コア穴２４は、いずれも第１の磁極Ｐ１の極中心の径方向内側に形成されている。このような配置であれば、成形金型９のピン７８に、回転子コア２０のどのコア穴２４を係合させることもできる。

ここでは、各コア穴２４が第１の磁極Ｐ１の極中心の径方向内側に形成されているが、第２の磁極Ｐ２の極中心の径方向内側に形成してもよい。コア穴２４の断面形状は、ここでは円形であるが、例えば矩形状であってもよく、他の断面形状（後述する図１４参照）であってもよい。

コンシクエントポール型の回転子２では、第２の磁極Ｐ２にマグネットが存在しないため、第１の磁極Ｐ１からの磁束が乱れやすい。磁束の乱れは、磁力のアンバランスにつながり、振動あるいは騒音の原因となる。コア穴２４を第１の磁極Ｐ１または第２の磁極Ｐ２の極中心に配置することにより、磁束の流れを整えることができ、これにより振動および騒音を低減することができる。

コア穴２４の数を極数の半分とし、それぞれのコア穴２４の周方向位置を第１の磁極Ｐ１の極中心と一致させることで、回転子コア２０の周方向の重量バランスが向上する。但し、コア穴２４の数は、極数の半分に限定されるものではない。

シャフト１１と回転子コア２０との間には、離間部３が設けられている。離間部３は、シャフト１１と回転子コア２０とを互いに離間させた状態で保持するものであり、非磁性体で形成される。また、離間部３は、電気絶縁性を有する。離間部３は、望ましくは樹脂、より望ましくはＰＢＴ等の熱可塑性樹脂で形成される。

離間部３は、シャフト１１の外周に接する環状の内環部３１と、回転子コア２０の内周２０ｂに接する環状の外環部３３と、内環部３１と外環部３３とを連結する複数のリブ３２とを備えている。リブ３２は、中心軸線Ｃ１を中心として周方向に等間隔に配置されている。リブ３２の数は、例えば極数の半分であり、ここでは５個である。

離間部３の内環部３１には、シャフト１１が軸方向に貫通している。リブ３２は、周方向に等間隔で配置され、内環部３１から径方向外側に放射状に延在している。周方向に隣り合うリブ３２間には、空洞部３５が形成される。空洞部３５は、回転子２を軸方向に貫通することが望ましい。

ここでは、リブ３２の数が極数の半分であり、それぞれのリブ３２の周方向位置が第２の磁極Ｐ２の極中心と一致している。そのため、回転子２の周方向の重量バランスが向上する。但し、リブ３２の数は、極数の半分に限定されるものではない。また、リブ３２の周方向位置が第１の磁極Ｐ１の極中心と一致していてもよい。

コンシクエントポール型の回転子２は、第２の磁極Ｐ２にマグネットが存在しないため、磁束がシャフト１１に流れやすい。非磁性体で形成された離間部３によってシャフト１１と回転子コア２０とを互いに離間させる構成は、コンシクエントポール型の回転子２における磁束漏れの低減に特に有効である。

また、離間部３が電気絶縁性を有することにより、回転子コア２０とシャフト１１とが電気的に絶縁され、その結果、回転子コア２０からシャフト１１に流れる電流（軸電流と称する）が抑制される。これにより軸受１２，１３の電食（すなわち、内輪および外輪の軌道面、並びに転動体の転動面の損傷）が抑制される。

また、離間部３のリブ３２の径方向の長さおよび周方向の幅を変えることによって、回転子２の共振周波数（固有振動数）を調整することができる。例えば、リブ３２の長さが短く、幅が太いほど、回転子２の共振周波数は高くなり、リブ３２の長さが長く、幅が狭いほど、回転子２の共振周波数は低くなる。このように、リブ３２の寸法によって回転子２の共振周波数が調整可能であるため、電動機１とそれに取り付けられる羽根車とのねじり共振、および、送風機を含むユニット全体の共振を抑制し、これにより騒音を抑制することができる。

また、離間部３の一部は、図４に示すように、回転子コア２０のコア穴２４の内部にも入り込んでいる。このように離間部３の一部が回転子コア２０のコア穴２４内に入り込むことで、回転子コア２０と離間部３との周方向の位置ずれが抑制される。

離間部３は、図４に示すように、回転子コア２０の軸方向の一端面（ここでは反負荷側の端面）を覆う端面部３８と、回転子コア２０の軸方向の他端面（ここでは負荷側の端面）を覆う端面部３９とを有する。なお、端面部３８は、回転子コア２０の一端面を完全に覆っている必要はなく、少なくとも一部を覆っていればよい。端面部３９も同様である。

図６は、回転子２を図３に矢印６で示す方向から見た図、すなわち正面図である。上記の通り、端面部３８は、回転子コア２０の軸方向の一端面を覆っている。また、端面部３８は、回転子コア２０のコア穴２４に対応する位置に、穴部（樹脂穴部と称する）３７を有する。樹脂穴部３７は、回転子コア２０のコア穴２４に成形金型９（図１０）のピン７８が係合する（従って樹脂が入り込まない）ことによって生じた穴である。

なお、ここでは５つのコア穴２４の全てに成形金型９のピン７８が係合するため、端面部３８にコア穴２４と同数の樹脂穴部３７が形成されている。しかしながら、成形金型９のピン７８の数がコア穴２４の数よりも少ない場合には、ピン７８が係合しないコア穴２４には樹脂が入り込むため、ピン７８の数と同数の樹脂穴部３７が形成される。

図７は、回転子２を図３に矢印７で示す方向から見た図、すなわち背面図である。端面部３９は、回転子コア２０の軸方向の他端面を覆うと共に、以下で説明する環状のセンサマグネット４を、その表面を露出させた状態で保持している。但し、端面部３９がセンサマグネット４を完全に覆っていてもよい。

センサマグネット４は、図４に示すように、回転子コア２０に軸方向に対向して配置され、端面部３９によって周囲から保持されている。センサマグネット４は、回転子２の極数と同数（ここでは１０）の磁極を有する。センサマグネット４の磁界は、基板６に搭載された磁気センサによって検出され、これにより回転子２の周方向における位置（回転位置）が検出される。センサマグネット４は、位置検出用マグネットとも称する。

＜磁束漏れを低減するための構成＞
次に、シャフト１１への磁束漏れを低減するための構成について説明する。図８は、回転子２の各部の寸法を示す模式図である。図８に示すように、シャフト１１の半径をＲ１とする。中心軸線Ｃ１から離間部３の外周（すなわち外環部３３の外周）までの最短距離をＲ２とする。中心軸線Ｃ１から回転子コア２０の外周２０ａまでの最長距離をＲ３とする。

ここでは、離間部３の外環部３３の外周は、軸方向に直交する断面形状が円形であり、中心軸線Ｃ１からの距離は周方向位置に関わらず一定であるが、外環部３３の外周は円形には限定されないため、距離Ｒ２を、中心軸線Ｃ１から外環部３３の外周までの最短距離と定義している。

また、回転子コア２０の外周２０ａは上述した花丸形状であり、磁極Ｐ１，Ｐ２の極中心で外径が最大になる。そのため、中心軸線Ｃ１から回転子コア２０の外周２０ａまでの最長距離Ｒ３は、中心軸線Ｃ１から極中心の外周２０ａまでの距離である。Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の関係については、後述する。

Ｒ２－Ｒ１は、シャフト１１から回転子コア２０までの最短距離を意味する。一方、Ｒ３－Ｒ２は、回転子コア２０の磁路（すなわち磁束の通路）の最大幅を意味する。

Ｒ２－Ｒ１が大きいほど、回転子コア２０がシャフト１１から離間するため、シャフト１１への磁束漏れは生じにくくなる。但し、シャフト１１の強度を確保する必要があるため、シャフト１１の半径Ｒ１を小さくすることには限界があり、Ｒ２－Ｒ１を大きくするためには距離Ｒ２を大きくする必要がある。

しかしながら、距離Ｒ２を大きくすると、Ｒ３－Ｒ２が小さくなり、回転子コア２０の磁路が狭くなるため、マグネット２５の磁束の一部が有効に利用できなくなり、電動機効率が低下する。

そこで、この実施の形態１では、（Ｒ２－Ｒ１）と（Ｒ３－Ｒ２）との比である（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）に着目し、この（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）の値を変化させた場合に誘起電圧がどのように変化するかをシミュレーションにより解析した。誘起電圧は、回転子２の回転時にマグネット２５の磁界（回転磁界）によって固定子５のコイル５３に誘起される電圧である。誘起電圧が高いほど、高い電動機効率が得られる。

図９は、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）と誘起電圧との関係を示すグラフである。横軸は、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）を示す。縦軸は、誘起電圧を相対値で示し、最高値をＶｈで示す。なお、このグラフは、Ｒ１とＲ３をいずれも固定値とし、Ｒ２の値を変化させて、シミュレーションにより誘起電圧の変化を解析した結果である。

図９から明らかなように、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）が小さいときには、誘起電圧が低い。これは、Ｒ２－Ｒ１が小さい、すなわちシャフト１１と回転子コア２０との距離が短いことにより、回転子コア２０からシャフト１１への磁束漏れが生じやすいためである。

一方、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）が大きくなるにつれて誘起電圧も上昇し、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）が０．４１以上になると、誘起電圧の上昇が飽和し始める。これは、シャフト１１と回転子コア２０との距離（すなわちＲ２－Ｒ１）が、シャフト１１への漏れ磁束が生じにくい程度に長くなり、なお且つ、回転子コア２０の磁路幅（すなわちＲ３－Ｒ２）が狭くなり過ぎないためである。なお、図９に示した曲線において（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）が０．４１である点は、変曲点に相当する。

さらに、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）が０．５０以上、０．６５以下の範囲では、誘起電圧の上昇が飽和状態に達し、最も高い誘起電圧が得られる。この範囲では、シャフト１１と回転子コア２０との間に、シャフト１１への漏れ磁束の低減に十分な距離が確保され、また、回転子コア２０内に、マグネット２５の磁束を有効に利用するのに十分な磁路幅が確保されるためである。

また、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）が０．７２よりも大きくなると、誘起電圧が低下する。これは、Ｒ３－Ｒ２が小さい、すなわち回転子コア２０内の磁路が狭いことにより、マグネット２５の磁束の一部が有効に利用されないためである。なお、図９に示した曲線において（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）が０．７２である点は、変曲点に相当する。

以上の結果から、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）が０．４１以上、０．７２以下であれば、シャフト１１への漏れ磁束が低減され、高い電動機効率が得られることが分かる。

また、以上の結果から、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）が０．５０以上、０．６５以下であれば、シャフト１１への漏れ磁束が最も効果的に低減され、最も高い電動機効率が得られることが分かる。

＜回転子２の製造方法＞
次に、回転子２の製造方法について説明する。回転子２は、シャフト１１と回転子コア２０とを樹脂で一体成形することによって製造される。この例では、シャフト１１および回転子コア２０と共に、センサマグネット４も樹脂で一体成形する。

図１０は、成形金型９を示す縦断面図である。成形金型９は、固定金型（下型）７と可動金型（上型）８とを有する。固定金型７および可動金型８は、互いに対向する金型合わせ面７５，８５を有している。

固定金型７は、シャフト１１の一端部が挿入されるシャフト挿入孔７１と、回転子コア２０が挿入される回転子コア挿入部７３と、回転子コア２０の軸方向端面（ここでは下面）に対向する対向面７２と、回転子コア２０の軸方向端面の外周部に当接する当接部７０と、シャフト１１の外周面に対向する筒状部７４と、回転子コア２０の内側に挿入される空洞形成部７６と、対向面７２から突出する位置決め用のピン（突起部）７８とを有する。ピン７８の数は、回転子コア２０のコア穴２４の数以下であればよい。

可動金型８は、シャフト１１の他端部が挿入されるシャフト挿入孔８１と、回転子コア２０が挿入される回転子コア挿入部８３と、回転子コア２０の軸方向端面（ここでは上面）に対向する対向面８２と、シャフト１１の周囲に対向する筒状部８４と、回転子コア２０の内側に挿入される空洞形成部８６とを有する。

図１１は、回転子２の製造工程を示すフローチャートである。まず、電磁鋼板を積層し、カシメ等で固定することにより、回転子コア２０を形成する（ステップＳ１０１）。次に、回転子コア２０の磁石挿入孔２１に、マグネット２５を挿入する（ステップＳ１０２）。

次に、回転子コア２０とシャフト１１を成形金型９に装着し、ＰＢＴ等の樹脂で一体成形する（ステップＳ１０３）。具体的には、図１０において、シャフト１１を固定金型７のシャフト挿入孔７１に挿入し、回転子コア２０を回転子コア挿入部７３に挿入する。

このとき、固定金型７のピン７８が、回転子コア２０のコア穴２４に係合する。ピン７８とコア穴２４との係合により、成形金型９内で回転子コア２０が位置決めされる。固定金型７のピン７８は、ここでは回転子コア２０のコア穴２４の数（例えば５個）と同数だけ設けられ、コア穴２４と同様に配置されている。但し、ピン７８の数がコア穴２４の数よりも少なくてもよい。

上記の通り、回転子コア２０の複数のコア穴２４は、中心軸線Ｃ１から等距離にあり、また最も近い磁極に対する相対位置が互いに等しいため、回転子コア２０の周方向位置を変えてもコア穴２４とピン７８とを係合させることができる。

さらに、図１０に示すように、センサマグネット４を、回転子コア２０上に台座７７を介して載置する。台座７７は、ＰＢＴ等の樹脂で形成され、成形時に回転子コア２０に対してセンサマグネット４を位置決めするものであり、成形後には離間部３と一体化する。なお、台座７７を用いる以外の方法でセンサマグネット４を位置決めしてもよい。

その後、可動金型８を図１０に矢印で示すように下降させて、金型合わせ面７５，８５を当接させる。金型合わせ面７５，８５が互いに当接した状態で、回転子コア２０の下面と対向面７２との間に隙間が形成され、回転子コア２０の上面と対向面８２との間にも隙間が形成される。

この状態で、成形金型９を加熱し、ランナからＰＢＴ等の溶融した樹脂を注入する。樹脂は、回転子コア挿入部７３，８３に挿入された回転子コア２０の内側、磁石挿入孔２１の内部、およびコア穴２４の内部に充填される。樹脂は、また、筒状部７４，８４の内側の空間にも充填され、さらに、対向面７２，８２と回転子コア２０との隙間にも充填される。

その後、成形金型９を冷却する。これにより、成形金型９内の樹脂が硬化して、離間部３が形成される。すなわち、シャフト１１、回転子コア２０およびセンサマグネット４が、離間部３によって一体化され、回転子２が形成される。

具体的には、成形金型９の筒状部７４，８４とシャフト１１との間で硬化した樹脂は、内環部３１（図５）となる。回転子コア２０の内周側（但し、空洞形成部７６，８６が配置されていない部分）で硬化した樹脂は、内環部３１、リブ３２および外環部３３（図５）となる。成形金型９の空洞形成部７６，８６に相当する部分は、空洞部３５（図５）となる。

また、成形金型９の対向面７２，８２と回転子コア２０との間で硬化した樹脂は、端面部３８，３９（図４）となる。回転子コア２０のコア穴２４およびこれに対向する端面部３８のうち、成形金型９のピン７８が係合していた部分は、樹脂が流入しないため、樹脂穴部３７（図６）となる。

その後、可動金型８を上昇させ、固定金型７から回転子２を取り出す。これにより、回転子２の製造が完了する。

一方、固定子コア５１は、電磁鋼板を積層し、カシメ等で固定することにより形成する。固定子コア５１に絶縁部５２を取り付け、コイル５３を巻き付けることにより、固定子５が得られる。さらに、リード線６１を組み付けた基板６を、固定子５に取り付ける。具体的には、固定子５の離間部３に設けた突起を基板６の取付け穴に挿通し、熱溶着または超音波溶着することで、基板６を固定子５に固定する。

そして、基板６を固定した固定子５を成形金型に設置し、ＢＭＣ等の樹脂（モールド樹脂）を注入して加熱することにより、モールド樹脂部５５を形成する。これにより、モールド固定子５０が完成する。

その後、上記の回転子２のシャフト１１に軸受１２，１３を取り付け、モールド固定子５０の開口部５５ｂから中空部分５６に挿入する。次に、ブラケット１５をモールド固定子５０の開口部５５ｂに取り付ける。さらに、ブラケット１５の外側にキャップ１４を取り付ける。これにより、電動機１が完成する。

なお、マグネット２５の着磁は、回転子２の完成後に行ってもよく、電動機１の完成後に行ってもよい。回転子２の完成後にマグネット２５を着磁する場合には、着磁装置を用いる。電動機１の完成後にマグネット２５を着磁する場合には、固定子５のコイル５３に着磁電流を流す。この明細書では、着磁前のマグネット（すなわち磁性体）であっても、マグネットと称する。

図１０に示した例では、位置決め用のピン７８を固定金型７に設けたが、可動金型８に設けてもよい。何れの場合も、成形金型９に対して回転子コア２０を位置決めすることができる。

＜実施の形態の効果＞
以上説明したように、実施の形態１のコンシクエントポール型の回転子２は、シャフト１１と回転子コア２０とが非磁性の離間部３で互いに離間されており、シャフト１１の半径Ｒ１と、中心軸線Ｃ１から離間部３の外周までの最短距離Ｒ２と、中心軸線Ｃ１から回転子コア２０の外周２０ａまでの最長距離Ｒ３との間に、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）≧０．４１が成立する。そのため、回転子コア２０からシャフト１１への磁束漏れを低減し、電動機効率を向上することができる。また、シャフト１１を細くする必要がないため、十分な強度を確保することができる。また、シャフト１１をＳＵＳ等の非磁性体で構成する必要がないため、電動機１の製造コストを低減することができる。

また、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）≧０．５０が成立することにより、回転子コア２０からシャフト１１への磁束漏れをより効果的に低減し、電動機効率をさらに向上することができる。

また、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）≦０．７２が成立することにより、回転子コア２０の磁路幅を確保してマグネット２５の磁束の利用効率を向上し、電動機効率を向上することができる。

また、（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）≦０．６５が成立することにより、回転子コア２０における磁路幅を十分に確保してマグネット２５の磁束の利用効率をさらに向上し、電動機効率をさらに向上することができる。

また、離間部３が、シャフト１１の外周に接する内環部３１と、回転子コア２０の内周２０ｂに接する外環部３３と、内環部３１と外環部３３とを連結するリブ３２とを有するため、リブ３２の間に空洞部３５ができる。これにより、離間部３を形成する材料の使用量を低減し、製造コストを低減することができる。また、リブ３２の寸法によって回転子コア２０の共振周波数を調整することが可能になるため、例えば送風機等における振動および騒音を抑制することができる。

また、離間部３が樹脂で構成されるため、回転子２を軽量化することができる。加えて、シャフト１１、回転子コア２０およびマグネット２５を樹脂で一体成形することで離間部３を形成することができるため、製造工程を簡単にすることができる。

また、回転子コア２０が軸方向の端面にコア穴２４を有するため、成形金型９に設けたピン７８をコア穴２４に係合させて回転子コア２０を位置決めすることができる。また、離間部３を構成する樹脂の一部がコア穴２４に入り込むことで、回転子コア２０と離間部３との周方向の位置ずれを防止することができる。

また、コア穴２４が第１の磁極Ｐ１または第２の磁極Ｐ２の極中心の径方向内側に位置しているため、回転子コア２０内の磁束の流れを整えることができ、これにより磁力のアンバランスを抑え、振動および騒音を抑制することができる。

また、回転子コア２０の複数のコア穴２４は、中心軸線Ｃ１から等距離にあり、且つ、それぞれに最も近い磁極に対する相対位置が互いに等しいため、成形金型９で回転子コア２０の周方向位置を変えても、コア穴２４とピン７８とを係合させることができる。

また、回転子２の製造工程において、シャフト１１と回転子コア２０とを樹脂で一体成形するため、シャフト１１の圧入工程等が不要になり、回転子２の製造工程を簡単にすることができる。また、成形時に、成形金型９のピン７８を回転子コア２０のコア穴２４に係合させることにより、成形金型９内で回転子コア２０を位置決めすることができる。

第１の変形例．
図１２は、実施の形態１の第１の変形例の回転子２Ａを示す断面図であり、図３に示した線分５－５における矢視方向の断面図に相当する。第１の変形例の回転子２Ａは、シャフト１１と回転子コア２０との間の離間部３０が、リブ３２（図５）を有さない点で、実施の形態１の回転子２と異なる。

第１の変形例の回転子２Ａの離間部３０は、シャフト１１と回転子コア２０との間に充填されている。離間部３０の外周は回転子コア２０の内周２０ｂに接し、離間部３０の内周はシャフト１１の外周に接している。離間部３０は、実施の形態１の離間部３と同様に、シャフト１１と回転子コア２０とマグネット２５とを、樹脂で一体成形することによって形成される。

また、第１の変形例では、回転子コア２０のコア穴２６が実施の形態１のコア穴２４よりも大きい。回転子コア２０の内周２０ｂは、コア穴２６の径方向内側に、コア穴２６の外周に沿う円弧状の突出部２０ｃを有する。第１の変形例では、中心軸線Ｃ１から突出部２０ｃまでの距離が、中心軸線Ｃ１から離間部３０の外周までの最短距離Ｒ２となる。

シャフト１１の直径Ｒ１と、中心軸線Ｃ１から離間部３０の外周までの最短距離Ｒ２と、中心軸線Ｃ１から回転子コア２０の外周２０ａまでの最長距離Ｒ３との関係は、実施の形態１で説明した通りである。

第１の変形例の回転子２Ａは、離間部３０並びに回転子コア２０のコア穴２６および突出部２０ｃを除き、実施の形態１の回転子２と同様に構成されている。

この第１の変形例においても、実施の形態１と同様に、回転子コア２０からシャフト１１への漏れ磁束を抑制し、電動機効率を向上することができる。

第２の変形例．
図１３は、実施の形態１の第２の変形例の回転子２Ｂを示す断面図であり、図３に示した線分５－５における矢視方向の断面図に相当する。第２の変形例の回転子２Ｂは、回転子コア２０のコア穴２７の形状が、実施の形態１のコア穴２４および第１の変形例のコア穴２６と異なる。

実施の形態１のコア穴２４（図５）および第１の変形例のコア穴２６（図１２）は、いずれも断面形状が円形であった。これに対し、第２の変形例のコア穴２７は、第１の磁極Ｐ１の極中心（すなわち周方向中心）に対向する頂点を有し、この頂点から径方向内側に向かって周方向に扇状に広がる形状を有する。

図１４は、回転子コア２０のコア穴２７を含む部分を拡大して示す図である。図１４において、第１の磁極Ｐ１の極中心を示す径方向の直線を、極中心線Ｌとする。コア穴２７は、第１の磁極Ｐ１の極中心に対向する頂点（対向部）２７ａから径方向内側に向かって極中心線Ｌから周方向に離れるように延在する湾曲形状の一対の側縁部２７ｂと、回転子コア２０の内周２０ｂに沿って延在する内縁部２７ｃとを有する。

コア穴２７の一対の側縁部２７ｂは、第１の磁極Ｐ１から径方向内側に流れる磁束を、極中心線Ｌを中心として周方向両側に案内するように湾曲している。そのため、回転子コア２０内の磁束の流れを整え、これにより磁束の乱れに伴う磁力のアンバランスを低減し、振動および騒音を低減することができる。

コア穴２７の内縁部２７ｃは、極中心線Ｌに直交する方向に延在している。内縁部２７ｃの周方向両端は、回転子コア２０の内周２０ｂからの距離Ｄが互いに等しい。なお、図１４では側縁部２７ｂと内縁部２７ｃとが離れているが、側縁部２７ｂが内縁部２７ｃに接していてもよい。

シャフト１１の直径Ｒ１と、中心軸線Ｃ１から離間部３０の外周までの最短距離Ｒ２と、中心軸線Ｃ１から回転子コア２０の外周２０ａまでの最長距離Ｒ３との関係は、実施の形態１で説明した通りである。

第２の変形例の回転子２Ｂは、回転子コア２０のコア穴２７の形状を除き、実施の形態１の回転子２または第１の変形例の回転子２Ａと同様に構成されている。なお、図１３では、回転子２Ｂが、第１の変形例と同様の離間部３０を有しているが、実施の形態１で説明したリブ３２を有する離間部３（図５）を有していてもよい。

第２の変形例では、コア穴２７が、第１の磁極Ｐ１の極中心に対向する頂点２７ａを有し、この頂点２７ａから径方向内側に向かって周方向に広がる形状を有しているため、第１の磁極Ｐ１からの磁束の流れを整えることができ、これにより磁力のアンバランスを低減し、振動および騒音を低減することができる。

なお、ここでは、コア穴２７の頂点２７ａが第１の磁極Ｐ１の極中心に対向しているが、第２の磁極Ｐ２の極中心に対向していてもよい。

＜空気調和装置＞
次に、上述した実施の形態１または各変形例の電動機を適用した空気調和装置について説明する。図１５（Ａ）は、実施の形態１の電動機１を適用した空気調和装置５００の構成を示す図である。空気調和装置５００は、室外機５０１と、室内機５０２と、これらを接続する冷媒配管５０３とを備える。

室外機５０１は、例えばプロペラファンである室外送風機５１０を備え、室内機５０２は、例えばクロスフローファンである室内送風機５２０を備える。室外送風機５１０は、羽根車５０５と、これを駆動する電動機１とを有する。室内送風機５２０は、羽根車５２１と、これを駆動する電動機１とを有する。電動機１は、いずれも実施の形態１で説明した構成を有する。なお、図１５（Ａ）には、冷媒を圧縮する圧縮機５０４も示されている。

図１５（Ｂ）は、室外機５０１の断面図である。電動機１は、室外機５０１のハウジング５０８内に配置されたフレーム５０９によって支持されている。電動機１のシャフト１１には、ハブ５０６を介して羽根車５０５が取り付けられている。

室外送風機５１０では、電動機１の回転子２の回転により、シャフト１１に取り付けられた羽根車５０５が回転し、室外に送風する。冷房運転時には、圧縮機５０４で圧縮された冷媒が凝縮器（図示せず）で凝縮する際に放出された熱を、室外送風機５１０の送風によって室外に放出する。同様に、室内送風機５２０（図１５（Ａ））では、電動機１の回転子２の回転により、羽根車５２１が回転し、蒸発器（図示せず）で熱が奪われた空気を室内に送風する。

上述した実施の形態１の電動機１は、磁束漏れの低減により高い電動機効率を有するため、空気調和装置５００の運転効率を向上することができる。また、電動機１の共振周波数が調整可能であるため、電動機１と羽根車５０５（５２１）との共振、室外機５０１全体の共振、および室内機５０２全体の共振を抑制することができ、騒音を低減することができる。

なお、電動機１に、第１の変形例（図１２）の回転子２Ａまたは第２の変形例の回転子２Ｂ（図１３）を用いてもよい。また、ここでは、室外送風機５１０の駆動源および室内送風機５２０の駆動源に電動機１を用いたが、少なくとも何れか一方の駆動源に電動機１を用いていればよい。

また、実施の形態１および各変形例で説明した電動機１は、空気調和装置の送風機以外の電気機器に搭載することもできる。

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。

１ 電動機、 ２，２Ａ，２Ｂ 回転子、 ３ 離間部、 ４ センサマグネット（検出用マグネット）、 ５ 固定子、 ６ 基板、 ７ 固定金型、 ８ 可動金型、 ９ 成形金型、 １１ シャフト、 ２０ 回転子コア、 ２０ａ 外周、 ２０ｂ 内周、 ２０ｃ 突出部、 ２１ 磁石挿入孔、 ２２ フラックスバリア、 ２４ コア穴、 ２５ マグネット、 ２６ コア穴、 ２７ コア穴、 ２７ａ 頂点、 ２７ｂ 側縁部、 ２７ｃ 内縁部、 ３０ 離間部、 ３１ 内環部、 ３２ リブ、 ３３ 外環部、 ３５ 空洞部、 ３７ 樹脂穴部（穴部）、 ３８，３９ 端面部、 ５０ モールド固定子、 ５１ 固定子コア、 ５２ 絶縁部、 ５３ コイル、 ５５ モールド樹脂部、 ７０ 当接部、 ７１ シャフト挿入孔、 ７２ 対向面、 ７３ 回転子コア挿入部、 ７４ 筒状部、 ７５ 金型合わせ面、 ７６ 空洞形成部、 ７７ 台座、 ７８ ピン（突起部）、 ８１ シャフト挿入孔、 ８２ 対向面、 ８３ 回転子コア挿入部、 ８４ 筒状部、 ８５ 金型合わせ面、 ８６ 空洞形成部、 ５００ 空気調和装置、 ５０１ 室外機、 ５０２ 室内機、 ５０３ 冷媒配管、 ５０５ 羽根車、 ５１０ 室外送風機、 ５２０ 室内送風機。

Claims (15)

1. シャフトと、
   前記シャフトを、前記シャフトの中心軸線を中心とする径方向の外側から囲む環状の回転子コアと、
   前記回転子コアに取り付けられたマグネットと、
   前記シャフトと前記回転子コアとの間に設けられ、非磁性体で構成された離間部と
   を備え、
   前記マグネットが第１の磁極を構成し、前記回転子コアの一部が第２の磁極を構成し、
   前記回転子コアは、前記シャフトに対向する内周と、その反対側の外周とを有し、
   前記回転子コアは、前記中心軸線の方向における端面において、前記中心軸線を中心とする周方向における前記第１の磁極または前記第２の磁極の中心部に対して前記径方向の内側に、コア穴を有し、
   前記コア穴は、前記周方向における前記第１の磁極または前記第２の磁極の中心部に対向する対向部を有し、前記対向部から前記径方向の内側に向かって前記周方向に広がる形状を有し、
   前記離間部は、前記回転子コアの前記内周に接する外周を有し、
   前記シャフトの半径Ｒ１と、前記中心軸線から前記離間部の前記外周までの最短距離Ｒ２と、前記中心軸線から前記回転子コアの前記外周までの最長距離Ｒ３との間に、
   （Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）≧０．４１
   が成立する回転子。
2. さらに、
   （Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）≧０．５０
   が成立する請求項１に記載の回転子。
3. さらに、
   （Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）≦０．７２
   が成立する請求項１または２に記載の回転子。
4. さらに、
   （Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）≦０．６５
   が成立する請求項１から３までの何れか１項に記載の回転子。
5. 前記離間部は、前記シャフトの外周に接する内環部と、前記回転子コアの内周に接する外環部と、前記内環部と前記外環部とを連結するリブとを有する
   請求項１から４までの何れか１項に記載の回転子。
6. 前記離間部は、樹脂で構成される
   請求項１から５までの何れか1項に記載の回転子。
7. 前記回転子コアは、前記中心軸線の方向における端面に、前記中心軸線から等距離にある複数のコア穴を有し、
   前記複数のコア穴は、それぞれに最も近い磁極に対する相対位置が互いに等しい
   請求項１から６までの何れか１項に記載の回転子。
8. 前記離間部は、前記中心軸線の方向における前記回転子コアの端面の少なくとも一部を覆う端面部を有し、
   前記端面部は、前記複数のコア穴の数以下の数の穴部を有する
   請求項７に記載の回転子。
9. 前記シャフトは、炭素鋼で構成され、
   前記回転子コアは、電磁鋼板の積層体で構成され、
   前記離間部は、非磁性の樹脂で構成され、
   前記マグネットは、希土類磁石で構成されている
   請求項１から８までの何れか１項に記載の回転子。
10. 請求項１から９までの何れか１項に記載の回転子と、
    前記回転子を前記径方向の外側から囲む固定子と
    を備えた電動機。
11. 請求項１０に記載の電動機と、
    前記電動機によって回転駆動される羽根車と
    を備えた送風機。
12. 室外機と、室内機と、前記室外機と前記室内機とを連結する冷媒配管とを備え、
    前記室外機と前記室内機の少なくとも一方は、
    請求項１１に記載の送風機を有する
    空気調和装置。
13. 第１の磁極を構成するマグネットが取り付けられ、一部が第２の磁極を構成する環状の回転子コアと、シャフトとを用意する工程と、
    成形金型内に、前記回転子コアが前記シャフトを囲むように、前記シャフトと前記回転子コアとを配置し、非磁性の樹脂により前記シャフトと前記回転子コアとの間に離間部を形成する工程と
    を有し、
    前記回転子コアは、前記シャフトの中心軸線の方向における端面において、前記中心軸線を中心とする周方向における前記第１の磁極または前記第２の磁極の中心部に対して前記シャフトの径方向の内側に、コア穴を有し、
    前記コア穴は、前記周方向における前記第１の磁極または前記第２の磁極の中心部に対向する対向部を有し、前記対向部から前記径方向の内側に向かって前記周方向に広がる形状を有し、
    前記シャフトの半径Ｒ１と、前記シャフトの前記中心軸線から前記離間部の外周までの最短距離Ｒ２と、前記中心軸線から前記回転子コアの外周までの最長距離Ｒ３との間に、
    （Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）≧０．４１
    が成立する回転子の製造方法。
14. 前記離間部を形成する工程では、前記成形金型に設けられた突起部を、前記回転子コアの前記コア穴に係合させる
    請求項１３に記載の回転子の製造方法。
15. 前記シャフトは、炭素鋼で構成され、
    前記回転子コアは、電磁鋼板の積層体で構成され、
    前記離間部は、非磁性の樹脂で構成され、
    前記マグネットは、希土類磁石で構成されている
    請求項１３または１４に記載の回転子の製造方法。

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