JP7204018B2 - ロータ、電動機、送風機および空気調和装置 - Google Patents

Description

本開示は、ロータ、電動機、送風機および空気調和装置に関する。

電動機のロータには、永久磁石で構成される磁石磁極と、ロータコアで構成される仮想磁極とを備えたコンシクエントポール型のロータがある（例えば、特許文献１参照）。コンシクエントポール型のロータは、永久磁石の数が通常のロータと比べて半分であるため、製造コストを低減できるメリットがある。

特開２０１４－１３１３７６号公報（図１４参照）

しかしながら、仮想磁極は永久磁石を有さないため、磁石磁極と比較して磁束密度が低く、磁束の流れる方向も変動しやすい。そのため、磁石磁極と仮想磁極とで磁束にアンバランスが生じ、これにより振動および騒音が発生する。

本開示は、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ロータにおける振動および騒音の低減を目的とする。

本開示のロータは、軸線を中心とする周方向に延在する外周を有し、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永久磁石とを有する。永久磁石によって磁石磁極が構成され、ロータコアの一部によって仮想磁極が構成される。ロータコアは、磁石挿入孔よりも軸線の側に、空隙部を有する。仮想磁極の周方向の幅は、永久磁石の周方向の幅よりも狭い。ロータコアは、仮想磁極に少なくとも一つのスリットを有する。当該少なくとも一つのスリットの軸線を中心とする径方向の最大長さＬ３と、空隙部の径方向の最大長さＬ４とは、Ｌ３＜Ｌ４を満足する。

本開示によれば、永久磁石の幅に対して仮想磁極の幅が狭いため、仮想磁極に磁束が集中しやすくなり、磁束密度が高くなる。また、仮想磁極に少なくとも一つのスリットが設けられているため、仮想磁極を通過する磁束の方向を矯正することができる。これにより、磁石磁極と仮想磁極とにおける磁束のアンバランスを抑制し、振動および騒音を低減することができる。

実施の形態１の電動機を示す断面図である。 実施の形態１のロータを示す断面図である。 実施の形態１のロータコアおよび永久磁石を示す断面図である。 実施の形態１の磁石磁極の幅と仮想磁極の幅を説明するための断面図である。 実施の形態１のロータコアにおける磁石挿入孔とスリットとを示す模式図である。 実施の形態１のロータにおける磁束の流れのシミュレーション結果を示す磁束線図である。 実施の形態１のロータの表面磁束分布を示すグラフ（Ａ）と、磁石磁極Ｐ１および仮想磁極Ｐ２の位置を示す模式図（Ｂ）である。 ロータの磁石磁極から出た磁束の流れを示す模式図である。 ロータの仮想磁極を通る磁束の流れを示す模式線図である。 実施の形態１の仮想磁極におけるスリットの配置を示す模式図である。 実施の形態１の仮想磁極におけるスリットの作用を説明するための模式図である。 非コンシクエントポール型のロータを示す断面図である。 スリットとロータコア外周との距離を長くした場合の磁束の流れを示す模式図である。 磁石挿入孔の径方向内側に空隙部を設けない場合の磁束の流れを示す模式図である。 実施の形態１の空隙部の作用を説明するための模式図である。 実施の形態１のスリットおよび空隙部の径方向の長さを説明するための模式図である。 スリットの径方向の長さを空隙部の径方向の長さよりも長くした例を示す模式図である。 図１７の例における磁束の流れを説明するための模式図である。 実施の形態１のカシメ部の配置を説明するための模式図である。 実施の形態１の電動機における磁束の流れのシミュレーション結果を示す磁束線図である。 実施の形態２のロータを示す断面図である。 実施の形態２の磁石挿入孔、スリット、空隙部およびカシメ部の配置を説明するための模式図である。 実施の形態２のカシメ部の他の例を説明するための模式図である。 各実施の形態の電動機が適用される空気調和装置を示す正面図（Ａ）と、その室外機を示す断面図（Ｂ）である。

実施の形態１．
＜電動機の構成＞
図１は、実施の形態１の電動機１００を示す断面図である。電動機１００は、回転可能なロータ１と、ロータ１を囲むように設けられた環状のステータ５とを備えたインナロータ型の電動機である。電動機１００は、また、ロータ１に永久磁石２０を埋め込んだ永久磁石埋込型電動機でもある。ステータ５とロータ１との間には、例えば０．４ｍｍのエアギャップが設けられている。

以下では、ロータ１の回転中心軸を軸線Ｃ１とする。軸線Ｃ１の方向を、「軸方向」と称する。軸線Ｃ１を中心とする周方向（図１に矢印Ｒ１で示す）を、「周方向」と称する。軸線Ｃ１を中心とする半径方向を、「径方向」と称する。なお、図１は、ロータ１の軸線Ｃ１に直交する面における断面図である。

＜ステータの構成＞
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とを有する。ステータコア５０は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定したものである。電磁鋼板の板厚は、例えば０．１ｍｍ～０．７ｍｍ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５１と、ヨーク５１から径方向内側に延在する複数のティース５２とを有する。ティース５２は、周方向に等間隔に配置されている。ティース５２の数は、ここでは１２であるが、１２に限定されるものではない。隣り合うティース５２の間には、コイル５５を収容する空間であるスロットが形成される。

ティース５２の径方向内側の先端部５２ａは、ティース５２の他の部分よりも周方向の幅が広い。ティース５２の先端部５２ａは、上述したエアギャップを介してロータ１の外周に対向する。

ステータコア５０には、絶縁部としてのインシュレータ５３が取り付けられている。インシュレータ５３は、ステータコア５０とコイル５５との間に介在し、ステータコア５０とコイル５５とを絶縁するものである。

インシュレータ５３は、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の絶縁性の樹脂で構成される。インシュレータ５３は、樹脂をステータコア５０と一体に成形するか、または別部品として成形した樹脂成形体をステータコア５０に組み付けることで形成される。

コイル５５は、インシュレータ５３を介してティース５２に巻き付けられる。コイル５５は、銅またはアルミニウムで構成されている。コイル５５は、ティース５２毎に巻き付けてもよく（集中巻）、あるいは複数のティース５２に跨って巻き付けてもよい（分布巻）。

＜ロータの構成＞
図２は、ロータ１を示す断面図である。図３は、ロータ１のロータコア１０および永久磁石２０を示す図である。図２に示すように、ロータ１は、回転軸であるシャフト２５と、シャフト２５の径方向外側に設けられたロータコア１０と、ロータコア１０に埋め込まれた複数の永久磁石２０と、シャフト２５とロータコア１０との間に設けられた樹脂部３０とを有する。

図３に示すように、ロータコア１０は、軸線Ｃ１を中心とする環状の部材である。ロータコア１０は、外周１６と内周１７とを有する。外周１６および内周１７は、いずれも、軸線Ｃ１を中心とする周方向に延在する。

ロータコア１０は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ部１４によって固定したものである。電磁鋼板の板厚は、例えば０．１ｍｍ～０．７ｍｍである。

ロータコア１０は、複数の磁石挿入孔１１を有する。磁石挿入孔１１は、周方向に等間隔で、且つ軸線Ｃ１から等距離に配置されている。磁石挿入孔１１の数は、ここでは５個である。磁石挿入孔１１は、ロータコア１０の外周に沿って形成されている。

磁石挿入孔１１は、その周方向中心を通る径方向の直線（磁極中心線）に直交する方向に直線状に延在している。但し、磁石挿入孔１１は、このような形状に限定されるものではなく、例えば、Ｖ字形状であってもよい。

磁石挿入孔１１の周方向の両側には、穴部であるフラックスバリア１２が形成されている。フラックスバリア１２とロータコア１０の外周１６との間の鉄心部分は、薄肉部（ブリッジ部とも称する）となっている。隣り合う磁極間の漏れ磁束を抑制するため、薄肉部の厚さは、ロータコア１０を構成する電磁鋼板の板厚と同じであることが望ましい。

各磁石挿入孔１１には、永久磁石２０が挿入されている。永久磁石２０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。

永久磁石２０は、例えば、希土類磁石で構成される。より具体的には、永久磁石２０は、Ｎｄ（ネオジム）－Ｆｅ（鉄）－Ｂ（ホウ素）を含むネオジム焼結磁石で構成される。

５つの永久磁石２０は、径方向外側に、互いに同一の磁極（例えばＮ極）を有する。ロータコア１０において、周方向に隣り合う永久磁石２０の間には、上記磁極とは反対の磁極（例えばＳ極）が形成される。

そのため、ロータ１には、永久磁石２０で構成される５つの磁石磁極Ｐ１と、ロータコア１０で構成される５つの仮想磁極Ｐ２とが形成される。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、磁石磁極Ｐ１と仮想磁極Ｐ２の両方を含むものとする。ここでは、ロータ１は、１０個の磁極を有する。

磁石磁極Ｐ１および仮想磁極Ｐ２のいずれも、周方向中心が極中心となる。磁石磁極Ｐ１の極中心を通る径方向の直線を、磁極中心線Ｍ１とする。仮想磁極Ｐ２の極中心を通る径方向の直線を、磁極中心線Ｍ２とする。

ロータコア１０の外周１６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。より具体的には、ロータコア１０の外周１６は、磁極Ｐ１，Ｐ２のそれぞれの極中心で外径が最大となり、極間で外径が最小となり、極中心から極間までが弧状となる形状を有する。ロータコア１０の外周１６は、花丸形状に限らず、円形状であってもよい。

コンシクエントポール型のロータ１では、同じ極数の非コンシクエントポール型のロータと比較して、永久磁石２０の数を半分にすることができる。永久磁石２０の数が少ないため、ロータ１の製造コストが低減される。

ここではロータ１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１１に１つの永久磁石２０を配置しているが、１つの磁石挿入孔１１に２つ以上の永久磁石２０を配置してもよい。磁石磁極Ｐ１をＳ極とし、仮想磁極Ｐ２をＮ極としてもよい。

図２に示すように、シャフト２５とロータコア１０との間には、非磁性の樹脂部３０が設けられている。樹脂部３０は、シャフト２５とロータコア１０とを連結するものである。樹脂部３０は、例えば、ＰＢＴ等の熱可塑性樹脂で形成される。

樹脂部３０は、シャフト２５の外周に接する環状の内筒部３１と、ロータコア１０の内周１７に接する環状の外筒部３３と、内筒部３１と外筒部３３とを連結する複数のリブ３２とを有する。

樹脂部３０の内筒部３１には、シャフト２５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、内筒部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、空洞部が形成される。

リブ３２の数は極数の半分であり、それぞれのリブ３２の周方向位置が仮想磁極Ｐ２の極中心と一致している。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の周方向位置が磁石磁極Ｐ１の極中心と一致していてもよい。

図３に示すように、ロータコア１０は、仮想磁極Ｐ２に、少なくとも一つのスリット１３を有する。ここでは、磁極中心線Ｍ２の周方向両側に配置された２つのスリット１３ａと、２つのスリット１３ａの周方向両側に配置された２つのスリット１３ｂとが形成されている。

スリット１３ａ，１３ｂは、いずれも、径方向、より具体的には磁極中心線Ｍ２と平行に延在している。すなわち、スリット１３ａ，１３ｂは、いずれも、径方向の長さが周方向の幅よりも長い。

２つのスリット１３ａは、互いに同じ形状を有し、磁極中心線Ｍ２から周方向に等距離に配置されている。同様に、２つのスリット１３ｂは、互いに同じ形状を有し、磁極中心線Ｍ２から周方向に等距離に配置されている。すなわち、４つのスリット１３ａ，１３ｂは、磁極中心線Ｍ２に対して対称に配置されている。

スリット１３ａの径方向の長さは、スリット１３ｂの径方向の長さよりも短い。スリット１３ａの周方向の幅は、スリット１３ｂの周方向の幅よりも狭い。スリット１３ａの径方向外側の端部は、スリット１３ｂよりも径方向外側の端部よりも、径方向外側に位置している。

なお、ここでは仮想磁極Ｐ２に４つのスリット１３ａ，１３ｂを有しているが、少なくとも一つのスリット１３が設けられていればよい。以下では、スリット１３ａ，１３ｂを区別する必要がない場合には、これらをスリット１３と称する。

ロータコア１０は、磁石挿入孔１１の径方向内側に、空隙部１５を有する。空隙部１５は、磁石磁極Ｐ１の磁極中心線Ｍ１上に位置している。空隙部１５は、軸方向に直交する面において円形状を有する。但し、空隙部１５の形状は円形状に限らず、スリット状でもよい（図２１参照）。

ロータコア１０の内周１７において、空隙部１５の形成された部分には、径方向内側に突出する突出部分１７ａが形成されている。内周１７の突出部分１７ａは、空隙部１５の内周に沿って円弧状に延在している。突出部分１７ａは、樹脂部３０に対するロータコア１０の回転止めとして機能する。但し、内周１７には、このような突出部分１７ａが形成されていなくてもよい。

カシメ部１４は、ロータコア１０を構成する複数の電磁鋼板を一体に固定するためのものである。カシメ部１４は、仮想磁極Ｐ２の磁極中心線Ｍ２上で、スリット１３よりも径方向内側に形成することが望ましい。但し、カシメ部１４を他の部分に形成してもよい。

カシメ部１４は、軸方向に直交する面において円形状を有する。すなわち、カシメ部１４は、丸カシメ部である。但し、カシメ部１４の形状は、円形状に限らず、矩形状であってもよい。すなわち、カシメ部１４は、Ｖカシメ部であってもよい（図２１参照）。

図４は、永久磁石２０の周方向の幅と、仮想磁極Ｐ２の周方向の幅を説明するための断面図である。永久磁石２０の周方向の幅Ｗ１は、ここでは、永久磁石２０の径方向外側の面の周方向の長さ（周方向の一端から他端までの距離）である。

仮想磁極Ｐ２の周方向の幅Ｗ２は、当該仮想磁極Ｐ２の周方向の一方の側に位置するフラックスバリア１２から、当該仮想磁極Ｐ２の周方向の他方の側に位置するフラックスバリア１２までの距離である。

仮想磁極Ｐ２の周方向の幅Ｗ２は、永久磁石２０の周方向の幅Ｗ１よりも狭い。すなわち、Ｗ２＜Ｗ１が成立する。

永久磁石２０の幅Ｗ１に対して仮想磁極Ｐ２の幅Ｗ２を狭くすると、永久磁石２０から出た多くの磁束が狭い仮想磁極Ｐ２を通過することとなるため、仮想磁極Ｐ２における磁束密度が高くなる。すなわち、仮想磁極Ｐ２が永久磁石を有さないことによる磁束密度の低下を、仮想磁極Ｐ２の幅Ｗ２を狭くすることによって補うことができる。

なお、幅Ｗ１，Ｗ２は、周方向の幅に限定されるものではない。すなわち、永久磁石２０の幅Ｗ１を、磁極中心線Ｍ１（図３）に直交する方向の幅としてもよく、仮想磁極Ｐ２の幅Ｗ２を、磁極中心線Ｍ２（図３）に直交する方向の幅としてもよい。この場合も、Ｗ２＜Ｗ１が成立する。

図５は、ロータコア１０における磁石挿入孔１１およびスリット１３の配置を示す模式図である。極中心における磁石挿入孔１１からロータコア１０の外周１６までの距離Ｌ１は、スリット１３からロータコア１０の外周１６までの最短距離Ｌ２よりも長い。この例では、最短距離Ｌ２は、スリット１３ａ，１３ｂのうち、より外周１６側に位置するスリット１３ａからロータコア１０の外周１６までの距離である。

＜作用＞
次に、実施の形態１の作用について説明する。図６は、ロータ１における磁束の流れのシミュレーション結果を示す磁束線図である。

図６に示されているように、磁石磁極Ｐ１の永久磁石２０から出た磁束は、磁極中心線Ｍ１を中心として対称に広がる。この磁束は、隣接する仮想磁極Ｐ２を径方向に通過して、磁石磁極Ｐ１の永久磁石２０に戻る。

永久磁石２０から出た磁束が仮想磁極Ｐ２を通過するため、永久磁石２０の幅Ｗ１に対して仮想磁極Ｐ２の幅Ｗ２を狭くすると、それだけ仮想磁極Ｐ２に磁束が集中することになり、仮想磁極Ｐ２における磁束密度が高くなる。

図７（Ａ）は、磁束密度の実測によって求めた、ロータ１の外周における磁束密度分布を示すグラフである。縦軸は磁束密度［ｍＴ］であり、横軸は周方向位置、すなわち軸線Ｃ１を中心とする角度［度］である。

図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の磁束密度分布に対応する磁石磁極Ｐ１および仮想磁極Ｐ２の位置を示す模式図である。

図７（Ａ）において、ロータ１の外周における磁束密度（すなわち表面磁束密度）は、磁石磁極Ｐ１ではプラスで現れており、仮想磁極Ｐ２ではマイナスで現れている。表面磁束密度は、フラックスバリア１２に相当する位置でゼロクロスする。なお、磁石磁極Ｐ１および仮想磁極Ｐ２のそれぞれの極中心で表面磁束密度が低下しているのは、磁束が磁極中心線に対して対称に広がるためである（図６参照）。

上述したように、磁石磁極Ｐ１は永久磁石２０を有するが、仮想磁極Ｐ２は永久磁石を有さない。そのため、磁石磁極Ｐ１での表面磁束密度と比較すると、仮想磁極Ｐ２での表面磁束密度は低い。

磁石磁極Ｐ１での表面磁束密度に対して仮想磁極Ｐ２での表面磁束密度が低いことは、ロータ１の振動および騒音の原因となる。これは、磁石磁極Ｐ１とティース５２との間に作用する磁気的吸引力よりも、仮想磁極Ｐ２とティース５２との間に作用する磁気的吸引力が小さいため、ロータ１に加わる径方向の力がアンバランスになり、ロータ１に径方向加振力が作用するためである。

また、ロータ１が回転する際に、磁石磁極Ｐ１が回転方向の前方のティース５２および後方のティース５２から受ける周方向の力と、仮想磁極Ｐ２が回転方向の前方のティース５２および後方のティース５２から受ける周方向の力とが異なる。そのため、ロータ１に加わる周方向の力がアンバランスになり、ロータ１にトルクリップルが生じる。

そのため、磁石磁極Ｐ１での表面磁束密度に対して仮想磁極Ｐ２での表面磁束密度が低いほど、ロータ１に作用する径方向加振力およびトルクリップルが大きくなり、振動および騒音の原因となる。

図４を参照して説明したように、永久磁石２０の幅Ｗ１に対して仮想磁極Ｐ２の幅Ｗ２を狭くすることにより、仮想磁極Ｐ２への磁束の集中が促進されるため、仮想磁極Ｐ２での表面磁束密度が高くなる。そのため、上述した径方向加振力およびトルクリップルを低減し、振動および騒音を低減することができる。

次に、スリット１３の作用について説明する。上述したように仮想磁極Ｐ２の幅Ｗ２を永久磁石２０の幅Ｗ１より狭くしても、仮想磁極Ｐ２での磁束密度は磁石磁極Ｐ１での磁束密度には達しないため、次に説明するように、仮想磁極Ｐ２を通過する磁束が周方向に曲がりやすい。

図８は、磁石磁極Ｐ１の永久磁石２０からの磁束の流れを示す模式図である。ここでは、永久磁石２０の径方向外側をＮ極としている。図８に示すように、磁石磁極Ｐ１では、磁束密度が高いため、磁石磁極Ｐ１から出た磁束は、矢印Ｆで示すように、径方向外側に進行しやすい。

図９は、仮想磁極Ｐ２にスリット１３が設けられていない場合の、仮想磁極Ｐ２での磁束の流れを示す模式図である。ここでは、永久磁石２０の径方向内側をＮ極としている。そのため、仮想磁極Ｐ２では、径方向内側から径方向内外側に向かって磁束が流れる。

しかしながら、仮想磁極Ｐ２での磁束密度が低いため、仮想磁極Ｐ２を流れる磁束は、仮想磁極Ｐ２に対向するティース５２の位置に応じて、矢印Ｆで示すように、周方向に曲がりやすい。このような磁束の曲がりが生じると、上述した径方向加振力およびトルクリップルが大きくなり、振動および騒音の原因となる。

図１０は、実施の形態１の仮想磁極Ｐ２におけるスリット１３の配置を示す模式図である。上記の通り、実施の形態１のロータコア１０は、仮想磁極Ｐ２に少なくとも一つのスリット１３を有する。また、極中心における磁石挿入孔１１からロータコア１０の外周１６までの距離Ｌ１は、スリット１３からロータコア１０の外周１６までの最短距離Ｌ２よりも長い。

磁石磁極Ｐ１の磁石挿入孔１１とロータコア１０の外周１６との間には、磁束が流れるコア領域１０１が形成される。仮想磁極Ｐ２のスリット１３とロータコア１０の外周１６との間には、磁束が流れるコア領域１０２が形成される。

図１１は、実施の形態１の仮想磁極Ｐ２におけるスリット１３の作用を説明するための模式図である。仮想磁極Ｐ２を流れる磁束は、仮想磁極Ｐ２に対向するティース５２（図９）の位置に応じて、周方向に曲がろうとする。

しかしながら、仮想磁極Ｐ２にスリット１３が形成されているため、磁束が周方向に曲がることを抑制し、磁束の流れる方向を径方向に近付けることができる。言い換えると、仮想磁極Ｐ２における磁束の流れを整流することができる。これにより、磁石磁極Ｐ１と仮想磁極Ｐ２とでの表面磁束密度の差を低減することができ、上述した振動および騒音を低減することができる。

図１２は、非コンシクエントポール型のロータ１Ｃを示す断面図である。ロータ１Ｃは、磁石挿入孔１１１を有するロータコア１１０と、磁石挿入孔１１１に挿入された永久磁石１２０とを有する。ロータコア１１０の中心孔１１７には、図示しないシャフトが挿入されている。隣り合う永久磁石１２０は、径方向外側に互いに反対の磁極面を有する。すなわち、ロータ１Ｃの全磁極が、磁石磁極Ｐで形成されている。磁石挿入孔１１１からロータコア１１０の外周１１６までの距離Ｌ１は、全磁極において一定である。

図１３は、コンシクエントポール型のロータにおいて、スリット１３から外周１６までの最短距離を、極中心における磁石挿入孔１１から外周１６までの距離Ｌ１と同じにした構成例を示す。なお、スリット１３は、各仮想磁極Ｐ２につき１つずつ示している。

図１３に示した構成例では、スリット１３から外周１６までの最短距離が、極中心における磁石挿入孔１１から外周１６までの距離Ｌ１と同じであるため、スリット１３の径方向外側のコア領域１０２が広くなる。そのため、永久磁石２０から出た磁束が、矢印Ｆで示すように、仮想磁極Ｐ２のコア領域１０２を周方向に流れやすい。

これに対し、実施の形態１では、スリット１３からロータコア１０の外周１６までの最短距離Ｌ２が、極中心における磁石挿入孔１１からロータコア１０の外周１６までの距離Ｌ１よりも短い。そのため、図１１に示したように、スリット１３の径方向外側のコア領域１０２が狭くなり、磁束がコア領域１０２内を周方向に流れにくくなる。従って、仮想磁極Ｐ２における磁束の流れを径方向に近付ける効果、すなわち磁束の流れを整流する効果を高めることができる。

なお、スリット１３から外周１６までの最短距離Ｌ２は、磁束の流れを整流する効果を高めるためには短いほど望ましいが、当該距離Ｌ２を電磁鋼板の板厚未満にすることは、加工上難しい。そのため、当該距離Ｌ２の下限値は、ロータコア１０の電磁鋼板の板厚となる。

次に、空隙部１５の作用について説明する。図１４は、磁石挿入孔１１の径方向内側に空隙部１５が形成されていない場合の磁束の流れを示す模式図である。磁石磁極Ｐ１の永久磁石２０の径方向内側から出た磁束は、周方向両側の２つの仮想磁極Ｐ２を通って、ティース５２に流れる。

このとき、一方の仮想磁極Ｐ２のティース５２との対向面積が、他方の仮想磁極Ｐ２よりも大きい場合、ティース５２との対向面積が大きい方のティース５２に磁束が多く流れやすい。このような磁束の偏りが生じると、振動および騒音の原因となる。

実施の形態１では、図１５に示すように、磁石挿入孔１１の径方向内側に空隙部１５が形成されている。空隙部１５により、永久磁石２０の径方向内側から出た磁束が、周方向の両側に均等に分流される。これにより、ティース５２の位置に関わらず、永久磁石２０から出た磁束が周方向に均等に流れる。

永久磁石２０から出た磁束を均等に分流する効果を高めるためには、空隙部１５は、磁極中心線Ｍ１上に位置していることが望ましい。

また、永久磁石２０から出た磁束を均等に分流する効果をさらに高めるためには、空隙部１５と磁石挿入孔１１との間隔Ｔ１、および空隙部１５と内周１７との間隔Ｔ２は、いずれも狭いほど望ましい。但し、間隔Ｔ１，Ｔ２を電磁鋼板の板厚未満にすることは、加工上難しい。そのため、当該間隔Ｔ１，Ｔ２の下限値は、いずれも電磁鋼板の板厚となる。

ここでは、永久磁石２０の径方向内側から出た磁束の分流について説明したが、永久磁石２０の径方向内側がＳ極である場合には、永久磁石２０の周方向両側から流れてきた磁束が、空隙部１５により永久磁石２０に周方向に均等に流入する。すなわち、空隙部１５により、永久磁石２０から出た磁束および永久磁石２０に流入する磁束の偏りを抑制することができる。

図１６は、ロータコア１０のスリット１３および空隙部１５の径方向の長さを説明するための模式図である。スリット１３は、径方向の最大長さＬ３を有する。ここでは、スリット１３ｂがスリット１３ａよりも長いため、スリット１３ｂの径方向の長さを最大長さＬ３とする。

空隙部１５は、径方向の最大長さＬ４を有する。ここでは空隙部１５が円形であるため、空隙部１５の最大長さＬ４は、空隙部１５の直径である。スリット１３の最大長さＬ３は、空隙部１５の最大長さＬ４より短い。

図１７は、スリット１３の径方向の最大長さＬ３を、空隙部１５の径方向の最大長さＬ４よりも長くした例を示す模式図である。図１７に示すように、スリット１３の径方向の最大長さＬ３を、空隙部１５の径方向の最大長さＬ４よりも長くすると、スリット１３は径方向内側に伸びることになる。

そのため、図１８に示すように、永久磁石２０から出た磁束が仮想磁極Ｐ２を通過してティース５２に向かう磁路が長くなる。ロータコア１０内の磁路が長くなることは、鉄損の増加につながるため、電動機効率の低下の一因となる。

これに対し、図１６に示したように、スリット１３の径方向の最大長さＬ３が、空隙部１５の径方向の最大長さＬ４より短ければ、永久磁石２０から仮想磁極Ｐ２を通過してティース５２に向かう磁路を短くすることができ、鉄損の増加を抑制することができる。

次に、カシメ部１４の配置による作用について説明する。図１９は、ロータコア１０におけるカシメ部１４の配置を説明するための模式図である。ロータコア１０を構成する複数の電磁鋼板は、上記の通り、カシメ部１４によって一体に固定されている。

カシメ部１４は、電磁鋼板の表面にカシメ用金具を押し当てることによって形成される。電磁鋼板は応力が加わると磁気特性が変化し、鉄損が増加する。そのため、カシメ部１４が磁路中に形成されると、鉄損の増加の原因となる。

そこで、実施の形態１では、図１９に示すように、カシメ部１４を、空隙部１５の径方向外側の端部１５ｅを結んだ円１８（仮想円）の内側に配置している。

磁石磁極Ｐ１の永久磁石２０から出た磁束は、空隙部１５によって周方向両側に分流されて、仮想磁極Ｐ２に向かう。従って、空隙部１５の径方向外側の端部１５ｅで規定される円１８の内側の領域では、磁束の流れる量が少ない。

そのため、カシメ部１４を円１８の内側の領域に配置すれば、カシメ部１４を通る磁束は少ない。すなわち、カシメ部１４を磁束が流れることによる鉄損の増加を抑制することができる。

また、カシメ部１４が内周１７に近い位置に形成されているほど、カシメ部１４を通る磁束が少なくなるため、鉄損の増加を抑制する効果を高めることができる。そのため、カシメ部１４と円１８との距離Ｄ１よりも、カシメ部１４と内周１７との距離Ｄ２が短い方が望ましい。

なお、カシメ部１４は、図１９では仮想磁極Ｐ２の径方向内側に形成されているが、円１８の内側であれば他の位置に形成されていてもよい。また、カシメ部１４は、図１９では丸カシメ部であるが、Ｖカシメ部（図２１）あるいは他の形状のカシメ部であってもよい。

図２０は、実施の形態１の電動機１００における磁束の流れのシミュレーション結果を示す磁束線図である。図２０から、仮想磁極Ｐ２を流れる磁束は、ティース５２の位置に応じて周方向に曲がろうとするが、スリット１３によって磁束の流れが径方向に近付くように整流されていることが分かる。

また、スリット１３から外周１６までの最短距離Ｌ２が、極中心における磁石挿入孔１１から外周１６までの距離Ｌ１よりも短いため、仮想磁極Ｐ２において磁束が周方向に流れることが抑制されていることが分かる。

また、永久磁石２０から出た磁束が、空隙部１５によって周方向に均等に分流され、磁束の偏りが抑制されていることが分かる。また、カシメ部１４を通過する磁束が少ないことも分かる。

次に、樹脂部３０の作用について説明する。コンシクエントポール型のロータ１では、仮想磁極Ｐ２を通った磁束がシャフト２５に流れやすい。

すなわち、非コンシクエントポール型のロータ１Ｃ（図１２）では、径方向内側がＮ極の永久磁石２０と、径方向内側がＳ極の永久磁石２０とが周方向に隣り合うため、ある永久磁石２０のＮ極から出た磁束は、隣接する永久磁石２０のＳ極に流れる。

これに対し、コンシクエントポール型のロータ１では、全ての永久磁石２０の径方向内側が同一の磁極、例えばＮ極である。そのため、永久磁石２０の径方向内側のＮ極から出た磁束は、仮想磁極Ｐ２に流れた磁束を除き、ロータコア１０の中心に向かって流れやすい。このような磁束は、ロータコア１０の中心に固定されたシャフト２５に流れ込み、漏れ磁束となる。

そこで、実施の形態１では、ロータコア１０とシャフト２５との間に、非磁性の樹脂部３０を設けている。ロータコア１０とシャフト２５との間に非磁性の樹脂部３０が介在することにより、ロータコア１０からシャフト２５に磁束が流れ込むことを抑制し、漏れ磁束を低減することができる。

＜実施の形態の効果＞
以上説明したように、実施の形態１のロータ１は、磁石挿入孔１１を有するロータコア１０と、磁石挿入孔１１に配置された永久磁石２０とを有し、永久磁石２０によって磁石磁極Ｐ１が構成され、ロータコア１０の一部によって仮想磁極Ｐ２が構成されている。仮想磁極Ｐ２の周方向の幅Ｗ２は、永久磁石２０の周方向の幅Ｗ１よりも狭く、仮想磁極Ｐ２には少なくとも一つのスリット１３が形成されている。

永久磁石２０の幅Ｗ１に対して仮想磁極Ｐ２の幅Ｗ２を狭くすることにより、仮想磁極Ｐ２に磁束を集中させ、仮想磁極Ｐ２における磁束密度を高くすることができる。また、仮想磁極Ｐ２に設けられた一つのスリット１３により、仮想磁極Ｐ２を流れる磁束の方向を径方向に近付けることができるため、磁石磁極Ｐ１と仮想磁極Ｐ２とにおける磁束のアンバランスを低減することができる。その結果、振動および騒音を低減することができる。

また、スリット１３からロータコア１０の外周１６までの最短距離Ｌ２が、磁石挿入孔１１の周方向中心からロータコア１０の外周１６までの距離Ｌ１よりも短いため、仮想磁極Ｐ２を流れる磁束の方向を径方向に近付ける効果がさらに高まり、振動および騒音の低減効果を高めることができる。

また、磁石挿入孔１１の径方向内側に空隙部１５が形成されているため、永久磁石２０から出た磁束および永久磁石２０に流入する磁束の偏りを抑制し、振動および騒音の低減効果をさらに高めることができる。

また、スリット１３の径方向の最大長さＬ３が、空隙部１５の径方向の最大長さＬ４より短いため、仮想磁極Ｐ２を通過する磁路を短くすることができ、鉄損の増加を抑制することができる。

また、カシメ部１４が、空隙部１５の径方向外側の端部１５ｅを通る円１８の内側に形成されているため、磁束がカシメ部１４を通過することによる鉄損の増加を抑制することができる。

また、スリット１３が径方向に延在しているため、仮想磁極Ｐ２を流れる磁束の方向を径方向に近付ける効果を高めることができる。加えて、磁極中心線Ｍ２に対して複数のスリット１３ａ，１３ｂが対称に形成されているため、仮想磁極Ｐ２を流れる磁束の方向を径方向に近付ける効果をさらに高めることができる。

また、ロータコア１０とシャフト２５との間に、非磁性の樹脂部３０が設けられているため、コンシクエントポール型のロータに特有の、ロータコア１０からシャフト２５への漏れ磁束を効果的に抑制することができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２について説明する。図２１は、実施の形態２のロータ１Ａのロータコア１０Ａおよび永久磁石２０を示す断面図である。実施の形態２のロータ１Ａは、ロータコア１０Ａのスリット１３、空隙部１５Ａおよびカシメ部１４Ａの形状および配置が、実施の形態１のロータ１と異なる。

実施の形態２では、各仮想磁極Ｐ２に、径方向に長い２つのスリット１３が形成されている。２つのスリット１３は、互いに同一形状を有し、磁極中心線Ｍ２の周方向両側に、磁極中心線Ｍ２から等距離に形成されている。なお、各仮想磁極Ｐ２のスリット１３の数は、２つに限らず、１つでもよく（図２２）、あるいは３つ以上でもよい。

また、磁石挿入孔１１の径方向内側に形成される空隙部１５Ａは、径方向に長いスリット状である。空隙部１５Ａは、磁極中心線Ｍ１上に形成されていることが望ましい。

カシメ部１４Ａは、空隙部１５Ａの径方向外側の端部を結ぶ円１８の内側に形成されている。カシメ部１４Ａは、Ｖカシメ部である。Ｖカシメ部は、電磁鋼板の表面にＶ字状のカシメ用金具を押し当てて形成される。そのため、カシメ部１４Ａは、軸方向に直交する面内では、長方形状である。

カシメ部１４Ａは、仮想磁極Ｐ２の磁極中心線Ｍ２上に、長手方向が径方向と一致するように形成することが望ましい。カシメ部１４Ａをこのように配置すれば、カシメ部１４Ａを通過する磁束が最も少なくなり（図２０参照）、鉄損の増加を効果的に抑制できるためである。

ロータコア１０Ａの外周１６および内周１７は、いずれも、軸線Ｃ１を中心とする円形である。但し、外周１６は、実施の形態１のロータコア１０の外周１６のような花丸形状（図４）であってもよい。内周１７は、実施の形態１のロータコア１０の内周１７のように突出部分１７ａ（図４）を有していてもよい。

図２２は、実施の形態２のスリット１３、空隙部１５Ａおよびカシメ部１４Ａの配置を説明するための模式図である。スリット１３からロータコア１０Ａの外周１６までの最短距離Ｌ２は、極中心における磁石挿入孔１１からロータコア１０Ａの外周１６までの距離Ｌ１よりも短い。また、スリット１３の径方向の最大長さＬ３は、空隙部１５Ａの径方向の最大長さＬ４より短い。

実施の形態２のロータ１Ａは、スリット１３、空隙部１５Ａおよびカシメ部１４Ａの形状および配置を除き、実施の形態１のロータ１と同様に構成されている。

実施の形態２のロータ１Ａにおいても、仮想磁極Ｐ２にスリット１３が形成されているため、仮想磁極Ｐ２を流れる磁束の方向を径方向に近付けることができる。これにより、磁石磁極Ｐ１と仮想磁極Ｐ２とにおける磁束のアンバランスを低減することができ、振動および騒音を低減することができる。

また、スリット１３からロータコア１０Ａの外周１６までの最短距離Ｌ２が、極中心における磁石挿入孔１１からロータコア１０Ａの外周１６までの距離Ｌ１よりも短いため、磁束が仮想磁極Ｐ２で周方向に流れにくくなり、振動および騒音の低減効果をさらに高めることができる。

また、磁石挿入孔１１の径方向内側に空隙部１５Ａが形成されているため、永久磁石２０から出た磁束が周方向に均等に流れ、磁束のアンバランスが抑制され、振動および騒音の低減効果をさらに高めることができる。

なお、実施の形態１のロータ１に、実施の形態２のロータ１Ａの一部を組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１のロータ１の円形の空隙部１５の代わりに、実施の形態２のロータ１Ａのスリット状の空隙部１５Ａを設けてもよい。また、実施の形態１のロータ１のカシメ部１４（丸カシメ部）の代わりに、実施の形態２のロータ１Ａのカシメ部１４Ａ（Ｖカシメ部）を設けてもよい。

また、図２３に示すように、ロータコア１０Ａの円１８（図２１）よりも内側に、軸方向に直交する面内の形状が三角形状のカシメ部１４Ｂを形成してもよい。図２３に示したカシメ部１４Ｂの配置は、図２１，２２に示したカシメ部１４Ａと同様である。

＜空気調和装置＞
次に、上述した各実施の形態の電動機を適用した空気調和装置について説明する。図２４（Ａ）は、実施の形態１の電動機１００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１００Ａ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１００Ｂとを有する。電動機１００Ａ，１００Ｂは、実施の形態１で説明した電動機１００で構成される。なお、図２４（Ａ）には、冷媒を圧縮する圧縮機５０４も示されている。

図２４（Ｂ）は、室外機５０１の断面図である。電動機１００Ａ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１００Ａのシャフト２５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１００Ａのロータ１の回転により、羽根車５０５が回転し、熱交換器（図示せず）に空気を送風する。空気調和装置５００の冷房運転時には、圧縮機５０４で圧縮された冷媒が熱交換器（凝縮器）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。

室内送風機５２０（図２４（Ａ））では、電動機１００Ｂのロータ１の回転により、羽根車５２１が回転し、室内に送風する。空気調和装置５００の冷房運転時には、冷媒が蒸発器（図示せず）で蒸発する際に熱が奪われた空気を、室内送風機５２０の送風によって室内に送風する。

上述した実施の形態１で説明した電動機１００は振動および騒音が少ないため、送風機５１０，５２０の静音性を向上することができる。これにより、空気調和装置５００の静音性を向上することができる。

ここでは、室外送風機５１０の電動機１００Ａおよび室内送風機５２０の電動機１００Ｂに、実施の形態１の電動機１００を用いたが、電動機１００Ａ，１００Ｂの少なくとも一方が実施の形態１の電動機１００を用いていればよい。また、実施の形態１の電動機１００の代わりに、実施の形態２のロータ１Ａ（図２１）を備えた電動機を用いてもよい。

また、実施の形態１および２で説明した電動機１００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、本開示の望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本開示は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変形を行なうことができる。

１，１Ａ ロータ、 ５ ステータ、 １０，１０Ａ ロータコア、 １１ 磁石挿入孔、 １２ フラックスバリア（穴部）、 １３，１３ａ，１３ｂ スリット、 １４，１４Ａ カシメ部、 １５，１５Ａ 空隙部、 １５ｅ 端部、 １６ 外周、 １７ 内周、 １７ａ 突出部分、 １８ 円、 ２０ 永久磁石、 ２５ シャフト、 ３０ 樹脂部、 ３１ 内筒部、 ３２ リブ、 ３３ 外筒部、 ５０ ステータコア、 ５１ ヨーク、 ５２ ティース、 ５２ａ 先端部、 ５３ インシュレータ（絶縁部）、 ５５ コイル、 １００，１００Ａ，１００Ｂ 電動機、 １０１，１０２ コア領域、 ５００ 空気調和装置、 ５０１ 室外機、 ５０２ 室内機、 ５０３ 冷媒配管、 ５０４ 圧縮機、 ５０５ 羽根車、 ５０８ ハウジング、 ５１０ 室外送風機（送風機）、 ５２０ 室内送風機（送風機）、 ５２１ 羽根車、 Ｍ１，Ｍ２ 磁極中心線、 Ｐ１ 磁石磁極、 Ｐ２ 仮想磁極、 Ｗ１，Ｗ２ 周方向の幅。

Claims (12)

1. 軸線を中心とする周方向に延在する外周を有し、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永久磁石と
   を有し、
   前記永久磁石によって磁石磁極が構成され、前記ロータコアの一部によって仮想磁極が構成され、
   前記ロータコアは、前記磁石挿入孔よりも前記軸線の側に、空隙部を有し、
   前記仮想磁極の前記周方向の幅は、前記永久磁石の前記周方向の幅よりも狭く、
   前記ロータコアは、前記仮想磁極に少なくとも一つのスリットを有し、
   前記少なくとも一つのスリットの前記軸線を中心とする径方向の最大長さＬ３と、前記空隙部の前記径方向の最大長さＬ４とが、Ｌ３＜Ｌ４を満足する
   ロータ。
2. 前記磁石挿入孔の前記周方向の中心から前記外周までの距離Ｌ１と、前記少なくとも一つのスリットから前記外周までの最短距離Ｌ２とが、Ｌ１＞Ｌ２を満足する
   請求項１に記載のロータ。
3. 前記ロータコアは、カシメ部を有し、
   前記カシメ部は、前記空隙部において前記軸線から最も離れた端部を通り前記軸線を中心とする円の内側に形成されている
   請求項１または２に記載のロータ。
4. 前記カシメ部から前記円までの距離は、前記カシメ部から前記ロータコアの内周までの距離よりも長い
   請求項３に記載のロータ。
5. 前記空隙部は、円形状またはスリット状である
   請求項１から４までの何れか１項に記載のロータ。
6. 前記空隙部は、前記磁石挿入孔の前記周方向の中心と前記軸線とを結ぶ直線上に位置している
   請求項１から５までの何れか１項に記載のロータ。
7. 前記少なくとも一つのスリットは、前記軸線を中心とする径方向に長い
   請求項１から６までの何れか１項に記載のロータ。
8. 前記少なくとも一つのスリットは、前記仮想磁極の前記周方向の中心を通る前記径方向の直線に対して対称に配置された複数のスリットを有する
   請求項７に記載のロータ。
9. 前記軸線を中心とするシャフトと、前記シャフトと前記ロータコアとの間に設けられた非磁性の樹脂部とをさらに有する
   請求項１から８までの何れか１項に記載のロータ。
10. 請求項１から９までの何れか１項に記載のロータと、
    前記ロータを、前記軸線を中心とする径方向の外側から囲むステータと
    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する羽根車と
    を備えた送風機。
12. 室外機と、前記室外機に冷媒配管により接続された室内機とを備え、
    前記室外機および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。

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