JP7256420B1 - 回転子、モータ、圧縮機、および冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ効率の改善と振動の抑制とを両立できる回転子、この回転子を備えるモータ、このモータを備える圧縮機、およびこの圧縮機を備える冷凍装置を提案する。【解決手段】回転子１０の回転子コア２０は、第１部２４ａと、第２部２４ｂとを有する。回転軸Ｃに沿って見た場合に、第１部２４ａは、回転子コア２０の、永久磁石４０が形成する磁極の中心線Ｌから回転方向へ所定の第１角度θ１にわたる範囲である。第２部２４ｂは、回転子コア２０の、第１部２４ａの回転方向側の端部から回転方向へ所定の第２角度θにわたる範囲である。第１部２４ａの外周面は、回転軸に沿って見た場合に、回転軸Ｃとの距離が所定の第１距離ｄ１の円弧となるように形成される。第２部２４ｂの外周面は、各部における回転軸Ｃとの距離が、第１距離ｄ１よりも小さく、かつ、回転方向に向かって小さくなる直線又は曲線となるように形成される。【選択図】図５

Description

回転子、モータ、圧縮機、および冷凍装置に関する。

回転子の電磁構造を変更することによりモータの電磁振動の低減を図る技術が知られている。特許文献１（特開２０１２－５０１８９号公報）は、軸方向に複数の区間に区分され、複数の区間毎に発生するコギングトルクの位相差に応じた幅の溝が外周に形成された回転子と、３軸異方性形状の永久磁石とを備えた高効率の電動機（モータ）を開示している。特許文献１が開示される回転子およびこれを用いたモータによれば、エアギャップにおける磁束密度の高低差が従来技術と比べて低減されるため、磁束密度の高低差に起因する振動（脈動トルク）が抑制される。

特許文献１の回転子では、回転子を軸方向に複数の区間に区分し、複数の区間毎に外周に溝を形成しているため、磁束量の確保が困難となり、充分にモータ効率の改善を図ることができないという課題があった。本開示は、モータ効率の改善と振動の抑制とを両立できる回転子、この回転子を備えるモータ、このモータを備える圧縮機、およびこの圧縮機を備える冷凍装置を提案する。

第１観点の回転子は、回転軸の周りに回転可能に設けられる、モータの回転子である。当該回転子は、コアと、磁石とを有する。コアは、外周形状が同じ複数の鋼板を積層して形成される。磁石は、コアの回転軸周りに所定の間隔で形成された複数の磁石収容孔のそれぞれに収容される。コアは、第１部と、第２部とを有する。第１部は、回転軸に沿って見た場合に、コアの、磁石が形成する磁極の中心線から回転方向へ所定の第１角度にわたる範囲である。第２部は、回転軸に沿って見た場合に、コアの、第１部の回転方向側の端部から回転方向へ所定の第２角度にわたる範囲である。第１部の外周面は、回転軸に沿って見た場合に、回転軸との距離が所定の第１距離の円弧となるように形成される。第２部の外周面は、回転軸に沿って見た場合に、各部における回転軸との距離が、第１距離よりも小さく、かつ、回転方向に向かって小さくなる直線又は曲線となるように形成される。

本回転子によれば、磁石収容孔の外方であってコアの肉厚が最も薄くなるブリッジの回転方向とは反対側の端部周辺において磁束の集中が発生することが抑制される。このため、モータの駆動時の固定子コアにおける鉄損の増大が抑制されるため、従来技術と比べてモータ効率を改善することができる。また、磁束の集中が発生することが抑制されることで、コアの周方向における磁束密度の高低差の発生が抑制される。この結果、モータの駆動により発生する固定子ティース内周部の径方向の電磁力およびこれに起因する振動も抑制される。

したがって、本回転子によれば、モータ効率の改善と振動の抑制とを両立することができる。

第２観点の回転子は、第１観点の回転子であって、コアが、第３部をさらに有する。第３部は、回転軸に沿って見た場合に、コアの、第２部の回転方向側の端部から回転方向へ所定の第３角度にわたる範囲である。第３部の外周面は、回転軸に沿って見た場合に、磁石収容孔の外方に位置し、かつ、第２部側の端部と回転軸との距離が第１距離となるように形成されている。

本回転子は、コアの外周面のうち、第２部の外周面以外が回転軸に沿って見た場合に回転軸との距離が第１距離となるように形成されている。このため、回転子を備えるモータが圧縮機に用いられた場合に、圧縮機の圧縮対象となる流体が第２部の外周面に入り込んで回転子の回転が妨げられることが抑制され、撹拌損失の増加が抑制される。

第３観点の回転子は、第２観点の回転子であって、回転軸に沿って見た場合に、第３部の外周面が、直線となるように形成されている。

本回転子を備えるモータが圧縮機に用いられた場合、第３部の外周面から第２部の外周面に向かって流体が滑らかに流れることができる。このため、本回転子によれば、圧縮機に用いられた場合の撹拌損失の増加が効果的に抑制される。

第４観点の回転子は、第２観点又は第３観点の回転子であって、コアが、接続部をさらに有する。接続部の外周面は、回転軸に沿って見た場合に、第２部の外周面の回転方向側の端部と、第３部の外周面の回転方向と反対側の端部とを接続する。接続部の外周面は、回転軸に沿って見た場合に、磁石収容孔を形成する面の一部と平行となるように形成されている。

接続部が、回転軸に沿って見た場合に、厚みが一定の壁面により形成されることで、ブリッジの回転方向とは反対側の端部周辺においてエアギャップが広く確保される。このため、本回転子によれば、効果的に磁束の集中が発生すること抑制される。

第５観点の回転子は、第２乃至第４観点のいずれか１つの回転子であって、コアが、第４部をさらに有する。第４部は、回転軸に沿って見た場合に、コアの、第３部の回転方向側の端部から、隣接する他の磁石収容孔に収容された磁石が形成する磁極の中心線にわたる範囲である。第４部の外周面は、回転軸との距離が第１距離の円弧を含むように形成されている。

本回転子は、コアの外周面のうち、第２部の外周面以外が回転軸に沿って見た場合に回転軸との距離が第１距離となるように形成されている。このため、回転子を備えるモータが圧縮機に用いられた場合に、圧縮機の圧縮対象となる流体が第２部の外周面に入り込んで回転子の回転が妨げられることが抑制され、撹拌損失の増加が抑制される。

第６観点の回転子は、第１乃至第５観点のいずれか１つの回転子であって、回転軸に沿って見た場合に、第１部の外周面と第２部の外周面とが、曲線により接続されている。

本回転子を備えるモータが圧縮機に用いられた場合、第２部の外周面から第１部の外周面に向かって流体が滑らかに流れることができる。このため、本回転子によれば、圧縮機に用いられた場合の撹拌損失の増加が効果的に抑制される。

第７観点の回転子は、第１乃至第６観点のいずれか１つの回転子であって、磁石が、第１磁石と、第２磁石と、第３磁石とを含む。第１磁石は、回転軸に沿って見た場合に、コアの内側から外側に向かって延びる。第２磁石は、回転軸に沿って見た場合に、磁極の中心線に対して第１磁石と対称に配置される。第３磁石は、回転軸に沿って見た場合に、一端が第１磁石の内側の端部に配置され、他端が第２磁石の内側の端部に配置され、内側に向かって凸となる。

第１磁石、第２磁石、および第３磁石が上記のように配置されることで、永久磁石は、広い表面積を確保できる。この結果、永久磁石による磁束量が確保されるため、本回転子を用いたモータは高いトルク特性を実現できる。

第８観点の回転子は、第１乃至第７観点のいずれか１つの回転子であって、磁石が、フェライト磁石又はボンド磁石である。

第９観点のモータは、固定子と、第１乃至第８観点のいずれか１つの回転子とを備える。

第１０観点の圧縮機は、第９観点のモータを備える。

第１１観点の冷凍装置は、第１０観点の圧縮機を備える。

実施形態の回転子１０の平面図である。 端板３０および締結具５０を外した状態の回転子１０の平面図である。 回転子１０の端板３０の平面図である。 図１のＩＶ－ＩＶ線における断面図である。 回転子１０の磁石収容孔２２周辺を拡大した平面図である。 接続部２４ｅの拡大図である。 第１磁石４１および第２磁石４２の外観図である。 第３磁石４３の外観図である。 モータ１００の横断面図である。 圧縮機２００の縦断面図である。 冷凍装置の概念図である。 コイル７２が励磁されたモータ１００において発生する磁束をモータ１００の断面図上に示した磁束線図である。 図１２の回転子１０を従来技術に係る回転子１０’とした場合の磁束線図である。 第２変形例に係る回転子１０の磁石収容孔２２周辺を拡大した平面図である。

本開示の一実施形態の回転子１０、回転子１０を備えるモータ１００、モータ１００を備える圧縮機２００、および圧縮機２００を備える冷凍装置３００について、図面を参照しながら説明する。

（１）回転子１０の構成
図１～図５に示されるように、回転子１０は、主として、回転子コア２０、端板３０、永久磁石４０、および締結具５０を有する。図１では、永久磁石４０が省略されている。回転子１０は、後述するモータ１００の回転軸Ｃの周りに、図１に矢印Ｒで示される回転方向（平面視において反時計回り）へ回転可能に設けられる。回転子１０には、モータ１００が備えるシャフト６０を取り付けるためのシャフト貫通孔１１が形成されている。回転子１０は６個の磁極が形成された６極回転子である。回転子１０の極数はこれに限定されず、４極、８極、１０極等であってもよい。

（１－１）回転子コア２０
回転子コア２０は、外周形状が同じ複数の鋼板（図示省略）を、回転軸Ｃの延伸方向に積層することにより形成されている。回転子コア２０は、柱状を有する。回転子コア２０には、主として、１つのシャフト収容孔２１、複数の磁石収容孔２２、および複数の締結具収容孔２３が形成されている。シャフト収容孔２１、磁石収容孔２２、および締結具収容孔２３は、回転軸Ｃに沿って回転子コア２０を貫くように形成されている。回転子コア２０は、コアの一例である。

シャフト収容孔２１は、シャフト６０が貫通し、シャフト６０を保持するための孔である。回転軸Ｃに沿って見た場合（言い換えると、回転軸Ｃの延伸方向から見た場合）、シャフト収容孔２１は、円形状を有する。シャフト収容孔２１は、軸心が回転軸Ｃに重なるように形成される。

磁石収容孔２２は、永久磁石４０が収容され、永久磁石４０を保持するための孔である。回転軸Ｃに沿って見た場合、磁石収容孔２２は、略Ｕ字形状を有する。回転軸Ｃに沿って見た場合に、磁石収容孔２２は、回転子１０の内側に向かって凸となる屈曲部２２ａを有する。本実施形態では、回転子コア２０は、６個の磁石収容孔２２を有する。図１および図２に示されるように、６個の磁石収容孔２２は、回転軸Ｃを中心にして等間隔で配置されている。言い換えると、回転軸Ｃに沿って見た場合に、隣接する２個の磁石収容孔２２は、収容される永久磁石４０の磁極の中心線Ｌ（後述）が回転子１０の周方向に沿って６０°間隔となるように配置されている。磁石収容孔２２は、図１に示されるＩＶ－ＩＶ線に対して対称となる形状を有する。

締結具収容孔２３は、締結具５０が収容され、締結具５０を保持するための孔である。回転軸Ｃに沿って見た場合、締結具収容孔２３は、円形状を有する。本実施形態では、回転子コア２０は、６個の締結具収容孔２３を有する。図１および図２に示されるように、６個の締結具収容孔２３は、回転軸Ｃを中心に等間隔で配置されている。言い換えると、回転軸Ｃに沿って見た場合に、隣接する２個の締結具収容孔２３は、回転子１０の周方向に沿って軸心が６０°間隔となるように配置されている。締結具収容孔２３は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、磁石収容孔２２の屈曲部２２ａの外側に位置する。

回転子コア２０は、回転軸Ｃに沿って両端まで延びる溝２４が外周面に形成されている。溝２４は、周方向に沿って等間隔で６本形成されている。以下では、回転子コア２０の外周面の形状について説明をするために、便宜的に、回転軸Ｃに沿って見た回転子コア２０を、第１部２４ａと、第２部２４ｂと、第３部２４ｃと、第４部２４ｄと、接続部２４ｅとに分けて、それぞれについて形状の説明をする（図５参照）。第１部２４ａ、第２部２４ｂ、第３部２４ｃ、および第４部２４ｄは、回転軸Ｃに沿って見た場合に、隣り合う磁石収容孔２２のそれぞれに収容される永久磁石４０の磁極の中心線Ｌの間を、回転軸Ｃを中心として周方向に４つに分けた部分である。接続部２４ｅは、第２部２４ｂの外周面の回転方向側の端部２４ｂ１と、第３部２４ｃの外周面の回転方向と反対側の端部２４ｃ１とを接続する部分である。本実施形態において、回転子コア２０は、第１部２４ａ、第２部２４ｂ、第３部２４ｃ、第４部２４ｄ、および接続部２４ｅをそれぞれ６個有している。

第１部２４ａは、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転子コア２０の、磁極の中心線Ｌから回転子１０の回転方向へ所定の第１角度θ１にわたる範囲である。第１角度θ１は、例えば０度より大きく１５度以下の範囲で形成される。第１部２４ａの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転軸Ｃとの距離が所定の第１距離ｄ１の円弧となるように形成されている。

第２部２４ｂは、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転子コア２０の、第１部２４ａの回転方向側の端部から回転方向へ所定の第２角度θ２にわたる範囲である。第２角度θ２は、例えば０度より大きく２０度以下の範囲で形成される。第２部２４ｂの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、各部における回転軸Ｃとの距離が、第１距離ｄ１よりも小さく、かつ、回転子コア２０の回転方向に向かって小さくなる曲線となるように形成されている。第２部２４ｂの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転子コア２０の回転方向に向かって小さくなる直線となるように形成されていてもよい。

第３部２４ｃは、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転子コア２０の、第２部２４ｂの回転方向側の端部から回転方向へ所定の第３角度θ３にわたる範囲である。第３角度θ３は、例えば２０度以上３０度以下の範囲で形成される。第３部２４ｃの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、磁石収容孔２２の外方に位置するように形成されている。また、第３部２４ｃの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転方向と反対側（第２部２４ｂ側）の端部２４ｃ２と回転軸Ｃとの距離が第１距離ｄ１となるように形成されている。本実施形態では、第３部２４ｃの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転方向側の端部２４ｃ１と回転軸Ｃとの距離および回転方向と反対側の端部２４ｃ２と回転軸Ｃとの距離が、どちらも第１距離ｄ１となるように形成されている。言い換えると、本実施形態では、第３部２４ｃの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転軸Ｃとの距離が第１距離ｄ１の円弧となるように形成されている。

第４部２４ｄは、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転子コア２０の、第３部２４ｃの回転方向側の端部から、隣接する他の磁石収容孔２２に挿入された永久磁石４０が形成する磁極の中心線Ｌにわたる範囲である。言い換えると、第４部２４ｄは、第３部２４ｃの、回転方向側の端部から隣接する他の第１部２４ａの回転方向と反対側の端部にわたる範囲である。第４角度θ４は、例えば２０度以上６０度以下の範囲で形成される。第４部２４ｄの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転軸Ｃとの距離が第１距離ｄ１の円弧を含むように形成されている。本実施形態では、第４部２４ｄの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転軸Ｃとの距離が第１距離ｄ１の円弧となるように形成されている。

以上の結果、回転子コア２０の外周面のうち、第２部２４ｂの外周面に当たる部分が、第１部２４ａ、第３部２４ｃ、および第４部２４ｄの外周面より凹んで形成された溝２４となる。

接続部２４ｅは、第２部２４ｂの外周面の回転方向側の端部２４ｂ１と、第３部２４ｃの回転方向と反対側の端部２４ｃ２とを接続する部分である。接続部２４ｅの外周面２４ｅ１は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、磁石収容孔２２を形成する面の一部と平行となるように形成されている。具体的には、接続部２４ｅの外周面２４ｅ１は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、磁石収容孔２２を形成する面の内、接続部２４ｅの外周面と対向する面２２ｂと平行となるように形成されている。接続部２４ｅの厚みＷ（図６参照）は、例えば０．４５ｍｍである。

（１－２）端板３０
端板３０は、永久磁石４０が磁石収容孔２２から外れることを抑制するための部材である。図４に示されるように、回転子コア２０の上面２５および下面２６に、それぞれ、１枚の端板３０が取り付けられている。端板３０は、ステンレス鋼等の非磁性体で形成されている。

図３に示されるように、端板３０は回転子コア２０と同じ外周形状を有する。端板３０には、１つのシャフト開口３１、複数の締結具開口３３、および複数の凹部３４が形成されている。

シャフト開口３１は、シャフト６０が挿入される孔である。回転軸Ｃに沿って見た場合、シャフト開口３１は、円形状を有する。シャフト開口３１は、回転軸Ｃに沿って見た場合の中心が回転軸Ｃに位置するように形成されている。端板３０が回転子コア２０に取り付けられた状態では、回転軸Ｃに沿って見た場合、シャフト開口３１は、シャフト収容孔２１と重なり合う。シャフト開口３１の外径は、シャフト収容孔２１の外径より大きい。シャフト貫通孔１１は、シャフト収容孔２１およびシャフト開口３１から構成される。

締結具開口３３は、締結具５０が挿入される孔である。回転軸Ｃに沿って見た場合、締結具開口３３は、円形状を有する。端板３０が回転子コア２０に取り付けられた状態では、回転軸Ｃに沿って見た場合、締結具開口３３は、締結具収容孔２３と重なり合う。締結具開口３３の外径は、締結具収容孔２３の外径より小さい。

図４に示されるように、回転軸Ｃの方向における磁石収容孔２２の両端は、それぞれ端板３０によって塞がれている。これにより、磁石収容孔２２に収容される永久磁石４０が磁石収容孔２２から外れることが抑制される。

凹部３４は、溝２４に対応するよう形成された切欠形状である。凹部３４は、周方向に沿って等間隔で６個形成されている。なお、凹部３４は、設けられなくてもよい。

（１－３）永久磁石４０
永久磁石４０は、回転子コア２０を着磁する。回転軸Ｃに沿って見た場合、永久磁石４０は、回転軸Ｃに向かって凸となる略Ｕ字形状を有する。便宜上、このＵ字形状を形成する第３磁石４３（後述）の頂点４３ｃと回転軸Ｃとを結ぶ直線を永久磁石４０の磁極の中心線Ｌとよぶ（図６参照）。永久磁石４０は、磁石の一例である。

永久磁石４０は、第１磁石４１と、第２磁石４２と、第３磁石４３とから構成される。第１磁石４１、第２磁石４２、および第３磁石４３は、フェライト磁石である。第１磁石４１、第２磁石４２、および第３磁石４３は、ボンド磁石であってもよい。

図２、図６に示されるように、各磁石収容孔２２には、１個の第１磁石４１と、１個の第２磁石４２と、１個の第３磁石４３とが収容されている。図２に示される矢印Ｍは、永久磁石４０の磁化方向を表す。

第１磁石４１および第２磁石４２は、図７に示されるように、略平板状を有する。第１磁石４１および第２磁石４２の角部は、面取りされている。回転軸Ｃに沿って見た場合、第１磁石４１および第２磁石４２は、回転子１０の内側から外側に向かって延びるように配置される。回転軸Ｃに沿って見た場合、第２磁石４２は、磁極の中心線Ｌに対して第１磁石４１と対称になるように配置される。

第３磁石４３は、図８に示されるように、板状であり、回転軸Ｃに沿って見た場合に、湾曲している。第３磁石４３の角部は、面取りされている。第３磁石４３は、回転子１０の内側における第１磁石４１の第１端部４１ａと、回転子１０の内側における第２磁石４２の第２端部４２ａとの間に配置される。第３磁石４３は、第１磁石４１の第１端部４１ａの近傍に配置される第３端部４３ａと、第２磁石４２の第２端部４２ａの近傍に配置される第４端部４３ｂとを有する。回転軸Ｃに沿って見た場合に、第３磁石４３は、回転子１０の内側に向かって凸となる形状を有する。

（１－４）締結具５０
締結具５０は、回転子コア２０と、２枚の端板３０とを相互に固定する。締結具５０は、例えば、リベット、ボルト、およびナットである。締結具５０は、回転子コア２０の上面２５側の端板３０の締結具開口３３、回転子コア２０の締結具収容孔２３、および、回転子コア２０の下面２６側の端板３０の締結具開口３３、を通るように配置される。その後、締結具５０の下端をかしめる等の方法によって、回転子コア２０と、２枚の端板３０とが相互に固定される。

（２）モータ１００の構成
図９に示されるように、モータ１００は、主として、回転子１０と、固定子７０とを有する。回転子１０は、回転軸Ｃの周りに回転可能に設けられる。回転子１０のシャフト貫通孔１１には、円柱形状のシャフト６０が焼き嵌めによって固定されている。固定子７０は、回転子１０の外側において、回転子１０を囲むように配置される。回転子１０と固定子７０との間には隙間が形成される。固定子７０は、主として、固定子コア７１と、コイル７２とを有する。

固定子コア７１は、例えば、電磁鋼板等の強磁性体の材料から形成される。固定子コア７１は、バックヨーク７１ａと、複数のティース７１ｂとを有する。バックヨーク７１ａは、略円筒形状を有する。ティース７１ｂは、バックヨーク７１ａの内周面から、バックヨーク７１ａの径方向に突出する。固定子コア７１では、９個のティース７１ｂが、バックヨーク７１ａの周方向において、等間隔に配置される。

コイル７２は、例えば、それぞれのティース７１ｂに巻線が巻かれることによって形成される。周方向において隣接する２つのティース７１ｂの間には、コイル７２の巻線が収容される空間が形成されている。ティース７１ｂとコイル７２との間には、絶縁フィルム等の絶縁部材が配置される。固定子コア７１は、９個のコイル７２を有する。しかし、コイル７２の数は特に限定されない。

モータ１００が駆動すると、固定子７０のそれぞれのコイル７２が所定のシーケンスに従って順次選択的に励磁されることにより、回転子１０が、回転軸Ｃの周りをシャフト６０と共に回転する。

（３）圧縮機２００の構成
図１０に示されるように、圧縮機２００は、主として、ケーシング２１０と、圧縮機構２１５と、モータ１００と、シャフト６０と、吸入管２１９と、吐出管２２０とを備える。ケーシング２１０は、圧縮機構２１５、モータ１００およびシャフト６０が収容される密閉容器である。吸入管２１９および吐出管２２０は、ケーシング２１０を貫通し、ケーシング２１０と気密状に連結される。

圧縮機構２１５は、外部の冷媒回路８００（後述）から吸入管２１９を介して吸入された低圧のガス冷媒を圧縮する。圧縮機構２１５によって圧縮された冷媒は、ケーシング２１０内部の高圧空間Ｓ１に吐出され、吐出管２２０を介して外部の冷媒回路８００に高圧のガス冷媒として吐出される。圧縮機構２１５の内部には、圧縮室２１５ａが形成される。圧縮機構２１５は、シャフト６０に連結される。圧縮機構２１５は、回転するシャフト６０によって供給される動力を利用して圧縮室２１５ａの容積を増減させることにより、冷媒を圧縮する。

モータ１００は、圧縮機構２１５の上方または下方に配置される。モータ１００の固定子７０は、ケーシング２１０の内壁面に固定される。モータ１００の回転子１０は、固定子７０の内側において回転自在に配置される。

シャフト６０は、その軸方向が鉛直方向に沿うように配置される。シャフト６０は、モータ１００の回転子１０、および、圧縮機構２１５の圧縮室２１５ａを形成する部材に連結される。モータ１００の駆動によって回転子１０が回転軸Ｃ周りに回転すると、シャフト６０が回転して、圧縮機構２１５によって冷媒が圧縮される。

（４）冷凍装置３００の構成
冷凍装置３００は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、温度調整対象を冷却したり、加熱したりする装置である。冷凍装置３００は、例えば、温度調整対象としての空調対象空間の空気を冷却したり加熱したりする空気調和装置である。ここでは、冷凍装置３００が空気調和装置である場合を例に、冷凍装置３００を説明する。ただし、冷凍装置３００の種類は、空気調和装置に限定されるものではなく、給湯装置、床暖房装置、冷蔵装置等であってもよい。

冷凍装置３００は、図１１のように、主として冷媒回路８００を備える。冷媒回路８００は、主に、圧縮機２００と、流路切換機構４００と、熱源熱交換器５００と、利用熱交換器６００と、膨張機構７００とを有する。冷媒回路８００では、圧縮機２００と、流路切換機構４００と、熱源熱交換器５００と、利用熱交換器６００と、膨張機構７００とが、冷媒配管により接続されている。

流路切換機構４００は、冷媒回路８００の状態を、冷房状態と、暖房状態と、の間で切り換える機構である。限定するものではないが、流路切換機構４００は、四路切換弁である。冷媒回路８００が冷房状態にある時には、冷媒は、圧縮機２００、流路切換機構４００、熱源熱交換器５００、膨張機構７００、利用熱交換器６００、流路切換機構４００、圧縮機２００の順に冷媒回路８００を流れる（図１１の流路切換機構４００内の実線を参照）。冷媒回路８００が暖房状態にある時には、冷媒は、圧縮機２００、流路切換機構４００、利用熱交換器６００、膨張機構７００、熱源熱交換器５００、流路切換機構４００、圧縮機２００の順に冷媒回路８００を流れる（図１１の流路切換機構４００内の破線を参照）。

熱源熱交換器５００は、熱源となる媒体（例えば空気）と冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換器である。冷媒回路８００の状態が冷房状態にある時、熱源熱交換器５００は、冷媒の凝縮器（放熱器）として機能する。冷媒回路８００の状態が暖房状態にある時、熱源熱交換器５００は、冷媒の蒸発器（吸熱器）として機能する。

利用熱交換器６００は、温度調整対象（ここでは、空調対象空間の空気）と冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換器である。冷媒回路８００の状態が冷房状態にある時、利用熱交換器６００は、冷媒の蒸発器（吸熱器）として機能する。冷媒回路８００の状態が暖房状態にある時、利用熱交換器６００は、冷媒の凝縮器（放熱器）として機能する。

膨張機構７００は、膨張機構７００を通過する高圧の冷媒（主に液体の冷媒）を減圧し、低圧の冷媒（液体と気体とからなる二相の冷媒）にする。膨張機構７００は、例えば電子膨張弁である。ただし、膨張機構７００の種類は電子膨張弁に限定されず、感温筒を有する温度自動膨張弁や、キャピラリチューブであってもよい。

冷凍装置３００の行う冷房運転と暖房運転とについて説明する。

冷凍装置３００が冷房運転を行う場合、圧縮機２００は、低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、高圧のガス冷媒として吐出する。圧縮機２００が吐出する高圧のガス冷媒は、流路切換機構４００を通過して、凝縮器として機能する熱源熱交換器５００に供給される。熱源熱交換器５００は、熱源となる媒体と高圧のガス冷媒とを熱交換させて、高圧のガス冷媒を凝縮させ、高圧の液冷媒にする。熱源熱交換器５００から流出する高圧の液冷媒は、膨張機構７００を通過して低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器として機能する利用熱交換器６００に供給される。利用熱交換器６００は、空調対象空間の空気と低圧の気液二相冷媒とを熱交換させて、気液二相冷媒に含まれる液冷媒を蒸発させ、低圧のガス冷媒にする。この際、空調対象空間の空気は、冷媒により冷却される。利用熱交換器６００から流出する低圧のガス冷媒は、流路切換機構４００を通過し、圧縮機２００に再び吸入される。

冷凍装置３００が暖房運転を行う場合、圧縮機２００は、低圧のガス冷媒を吸入して加圧し、高圧のガス冷媒として吐出する。圧縮機２００が吐出する高圧のガス冷媒は、流路切換機構４００を通過して、凝縮器として機能する利用熱交換器６００に供給される。利用熱交換器６００は、空調対象空間の空気と高圧のガス冷媒とを熱交換させて、高圧のガス冷媒を凝縮させ、高圧の液冷媒にする。この際、空調対象空間の空気は、冷媒により加熱される。利用熱交換器６００から流出する高圧の液冷媒は、膨張機構７００を通過して低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器として機能する熱源熱交換器５００に供給される。熱源熱交換器５００は、熱源となる媒体と低圧の気液二相冷媒とを熱交換させて、気液二相冷媒に含まれる液冷媒を蒸発させ、低圧のガス冷媒にする。熱源熱交換器５００から流出する低圧のガス冷媒は、流路切換機構４００を通過し、圧縮機２００に再び吸入される。

なお、ここでは、冷凍装置３００の一例としての空気調和装置が、冷房運転と暖房運転とを実行する装置である場合を例に説明したが、空気調和装置は、冷房運転と暖房運転との一方だけを行う装置であってもよい。この場合には、冷凍装置３００の一例としての空気調和装置は、流路切換機構４００を有していなくてもよい。

（５）特徴
（５－１）
回転子１０は、回転軸Ｃの周りに回転可能に設けられる、モータ１００の回転子である。回転子１０は、回転子コア２０と、永久磁石４０とを有する。回転子コア２０は、外周形状が同じ複数の鋼板を積層して形成される。永久磁石４０は、回転子コア２０の回転軸Ｃ周りに所定の間隔で形成された複数の磁石収容孔２２のそれぞれに収容される。回転子コア２０は、第１部２４ａと、第２部２４ｂとを有する。第１部２４ａは、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転子コア２０の、永久磁石４０が形成する磁極の中心線Ｌから回転方向へ所定の第１角度θ１にわたる範囲である。第２部２４ｂは、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転子コア２０の、第１部２４ａの回転方向側の端部から回転方向へ所定の第２角度θにわたる範囲である。第１部２４ａの外周面は、回転軸に沿って見た場合に、回転軸Ｃとの距離が所定の第１距離ｄ１の円弧となるように形成される。第２部２４ｂの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、各部における回転軸Ｃとの距離が、第１距離ｄ１よりも小さく、かつ、回転方向に向かって小さくなる直線又は曲線となるように形成される。

回転子１０は、次に図１２および図１３を用いて説明をするように、回転子コア２０の外周面に溝２４が形成されていることで、固定子７０との間で発生する磁束が所定部位において集中すること抑制できる。図１２は、コイル７２が励磁されたモータ１００において、回転子１０に発生する磁束をモータ１００の断面図上に示した磁束線図である。図１３は、図１０の回転子１０を従来技術に係る回転子１０’とした磁束線図である。

ここで、回転子１０と回転子１０’との相違点は、回転子コア２０の形状である。具体的には、回転子１０’の回転子コア２０は、溝２４が形成されていない。回転子１０’の回転子コア２０は、半径が第１距離ｄ１の円柱状に形成されている。

図１３に示されるように、回転子１０’に発生する磁束は、磁石収容孔２２の外方であって、回転軸Ｃに沿って見た場合に回転子コア２０の肉厚が最も薄くなる「ブリッジ」と呼ばれる箇所の回転方向とは反対側の端部周辺（点線の枠で囲んだ領域）に集中する。磁束の集中は、回転子コア２０の外周面における径方向の磁束密度を増加させ、モータ１００の駆動時の回転子コア２０における鉄損の増大をまねく。

これに対して、回転子１０は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、第２部２４ｂの外周面の各部における回転軸Ｃとの距離が、第１距離ｄ１よりも小さく、かつ、回転方向に向かって小さくなる直線又は曲線となるように形成されている。言い換えると、回転子１０は、回転子コア２０の外周面に溝２４が形成されている。このため、回転子１０は、従来技術において磁束の集中が発生していた箇所（回転方向とは反対側の端部周辺）と固定子コア７１との間に、同じ箇所に回転子１０’の回転子コア２０が固定子コア７１との間で形成するものよりも広いエアギャップを形成することができる。この結果、回転子１０によれば、図１２に示されるように、ブリッジの回転方向とは反対側の端部周辺（点線の枠で囲んだ領域）において磁束の集中が発生することが抑制される。このため、回転子１０によれば、モータ１００の駆動時の回転子コア２０における鉄損の増大が抑制されるため、従来技術と比べてモータ効率を改善することができる。

また、磁束の集中が発生することが抑制されることで、回転子コア２０の周方向における磁束密度の高低差の発生が抑制される。この結果、モータ１００の駆動により発生する脈動トルクおよびこれに起因する振動も抑制される。

したがって、回転子１０によれば、モータ効率の改善と振動の抑制とを両立することができる。

（５－２）
回転子コア２０は、第３部２４ｃをさらに有する。第３部２４ｃは、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転子コア２０の、第２部２４ｂの回転方向側の端部から回転方向へ所定の第３角度θ３にわたる範囲である。第３部２４ｃの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、磁石収容孔２２の外方に位置し、かつ、第２部２４ｃ側の端部２４ｃ２と回転軸Ｃとの距離が第１距離ｄ１となるように形成されている。

（５－３）
回転子コア２０は、第４部２４ｄをさらに有する。第４部２４ｄは、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転子コア２０の、第３部２４ｃの回転方向側の端部２４ｃ１から、隣接する他の磁石収容孔２２に収容された永久磁石４０が形成する磁極の中心線Ｌにわたる範囲である。第４部２４ｄの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、回転軸Ｃとの距離が第１距離の円弧を含むように形成されている。

本実施形態では、回転子１０は、回転子コア２０の外周面のうち、第２部２４ｂの外周面以外が回転軸Ｃに沿って見た場合に回転軸Ｃとの距離が第１距離となるように形成されている。言い換えると、回転子コア２０の外周面は、溝２４以外に凹凸が形成されていない。

このため、回転子１０を備えるモータ１００が圧縮機２００に用いられた場合に、圧縮機２００の圧縮対象となる流体が溝２４に入り込んで回転子１０の回転が妨げられることが抑制されるため、撹拌損失の増加が抑制される。

特に、第２部２４ｂの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、各部における回転軸Ｃとの距離が、回転方向に向かって小さくなるように形成されているため、溝２４に入り込んだ流体は回転子１０の回転にしたがって容易に溝２４から抜け出ることができる。このため、回転子１０によれば、圧縮機２００に用いられた場合の撹拌損失の増加が効果的に抑制される。

（５－４）
回転子コア２０は、接続部２４ｅをさらに有する。接続部２４ｅの外周面は、回転軸ｃに沿って見た場合に、第２部２４ｂの外周面の回転方向側の端部２４ｂ１と、第３部２４ｃの外周面の回転方向と反対側の端部２４ｃ２とを接続する。接続部２４ｅの外周面は、磁石収容孔２２を形成する面の一部と平行となるように形成されている。具体的には、接続部２４ｅの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、磁石収容孔２２を形成する面の内、接続部２４ｅの外周面と対向する面２２ｂと平行となるように形成されている。

接続部２４ｅが、回転軸Ｃに沿って見た場合に、厚みが一定の壁面により形成されることで、ブリッジの回転方向とは反対側の端部周辺においてエアギャップが広く確保される。このため、回転子１０によれば、効果的に磁束の集中が発生すること抑制される。

（５－５）
永久磁石４０は、第１磁石４１と、第２磁石４２と、第３磁石４３とを含む。第１磁石４１は、回転軸に沿って見た場合に、回転子コア２０の内側から外側に向かって延びる。第２磁石４２は、磁極の中心線Ｌに対して第１磁石４１と対称に配置される。第３磁石４３は、一端が第１磁石４１の内側の端部４１ａに配置され、他端が第２磁石４２の内側の端部４２ａに配置され、内側に向かって凸となる。

第１磁石４１、第２磁石４２、および第３磁石４３が上記のように配置されることで、永久磁石４０は、広い表面積を確保できる。この結果、永久磁石４０による磁束量が確保されるため、回転子１０を用いたモータ１００は高いトルク特性を実現できる。

（５－６）
永久磁石４０は、フェライト磁石又はボンド磁石である。

（６）変形例
（６－１）第１変形例
第１部２４ａの外周面と第２部２４ｂの外周面とは、回転軸Ｃに沿って見た場合に、曲線により接続されてもよい。

これにより、回転子１０を備えるモータ１００が圧縮機２００に用いられた場合、第２部２４ｂの外周面から第１部２４ａの外周面に向かって流体が滑らかに流れることができる。このため、本特徴を有する回転子１０によれば、圧縮機２００に用いられた場合の撹拌損失の増加が効果的に抑制される。

（６－２）第２変形例
第３部２４ｃの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、直線となるように形成されてもよい。

これにより、回転子１０を備えるモータ１００が圧縮機２００に用いられた場合、第３部２４ｃの外周面から第２部２４ｂの外周面に向かって流体が滑らかに流れることができる。このため、本特徴を有する回転子１０によれば、圧縮機２００に用いられた場合の撹拌損失の効果が効果的に抑制される。

なお、図１４に示されるように、第２磁石４２の外側に位置する第４部２４ｄの外周面も、回転軸Ｃに沿って見た場合に、直線となるように形成されてもよい。この場合、第３部２４ｃと第４部２４ｄの一部とは、回転軸Ｃに沿って見た場合に、両者の外周面が形成する直線が連続した直線となるように形成されてもよい（図１４参照）。より詳細には、第４部２４ｄの外周面は、回転軸Ｃに沿って見た場合に、第３部２４ｃ側の端部から回転方向へ所定の角度（例えば、第３角度θ３）にわたって、第３部２４ｃの外周面の形成する直線と連続する直線となるように形成されてもよい。そして、第４部２４ｄの外周面は、直線となるように形成された外周面の回転方向側の端部から隣接する他の磁石収容孔２２に挿入された永久磁石４０が形成する磁極の中心線Ｌにわたる範囲まで、回転軸Ｃとの距離が第１距離ｄ１の円弧となるように形成されてもよい。

―むすび―
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１０ ：回転子
２０ ：回転子コア（コア）
２４ ：溝
２４ａ ：第１部
２４ｂ ：第２部
２４ｃ ：第３部
２４ｄ ：第４部
２４ｅ ：接続部
２２ ：磁石収容孔
４０ ：永久磁石（磁石）
４１ ：第１磁石
４２ ：第２磁石
４３ ：第３磁石
７０ ：固定子
１００ ：モータ
２００ ：圧縮機
３００ ：冷凍装置
θ１ ：第１角度
θ２ ：第２角度
Ｃ ：回転軸

特開２０１２－５０１８９号公報

Claims (8)

1. 回転軸（Ｃ）の周りに回転可能に設けられる、モータの回転子であって、
   外周形状が同じ複数の鋼板を積層したコア（２０）と、
   前記コアの前記回転軸周りに所定の間隔で形成された複数の磁石収容孔（２２）のそれぞれに収容された磁石（４０）と
   を有し、
   前記回転軸に沿って見た場合に、
   前記コアは、
   前記磁石が形成する磁極の中心線から回転方向へ所定の第１角度（θ１）にわたる範囲である第１部（２４ａ）と、
   前記第１部の前記回転方向側の端部から前記回転方向へ所定の第２角度（θ２）にわたる範囲である第２部（２４ｂ）と、
   前記第２部の前記回転方向側の端部から前記回転方向へ所定の第３角度（θ３）にわたる範囲である第３部（２４ｃ）と
   前記第２部の外周面の前記回転方向側の端部（２４ｂ１）と、前記第３部の外周面の前記回転方向と反対側の端部（２４ｃ２）とを接続する接続部（２４ｅ）と
   を有し、
   前記第１部の外周面は、
   前記回転軸との距離が所定の第１距離の円弧となるように形成され、
   前記第２部の外周面は、
   各部における前記回転軸との距離が、前記第１距離よりも小さく、かつ、前記回転方向に向かって小さくなる直線又は曲線となるように形成され、
   前記第３部の外周面は、
   前記磁石収容孔の外方に位置し、かつ、前記第２部側の端部（２４ｃ２）と前記回転軸との距離が前記第１距離となるように形成され、
   前記接続部の外周面は、
   前記磁石収容孔を形成する面の一部と平行となるように形成されている、
   前記磁石は、
   前記コアの内側から外側に向かって延びる第１磁石（４１）と、
   前記磁極の前記中心線に対して前記第１磁石と対称に配置された第２磁石（４２）と、
   一端が前記第１磁石の内側の端部に配置され、他端が前記第２磁石の内側の端部に配置され、内側に向かって凸となる第３磁石（４３）とを含む、
   回転子（１０）。
2. 前記回転軸に沿って見た場合に、
   前記第３部の外周面は、
   直線となるように形成されている、
   請求項１に記載の回転子。
3. 前記回転軸に沿って見た場合に、
   前記コアは、
   前記第３部の前記回転方向側の端部から、隣接する他の前記磁石収容孔に収容された前記磁石が形成する前記磁極の中心線にわたる範囲である第４部（２４ｄ）をさらに有し、
   前記第４部の外周面は、
   前記回転軸との距離が前記第１距離の円弧を含むように形成されている、
   請求項１又は２に記載の回転子。
4. 前記回転軸に沿って見た場合に、
   前記第１部の外周面と前記第２部の外周面とは、
   曲線により接続されている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の回転子。
5. 前記磁石は、
   フェライト磁石又はボンド磁石である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の回転子。
6. 固定子（７０）と、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の回転子と
   を備える、
   モータ（１００）。
7. 請求項６に記載のモータを備える、
   圧縮機（２００）。
8. 請求項７に記載の圧縮機を備える、
   冷凍装置（３００）。

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