JP7259128B2 - コンシクエントポール型ロータ、電動機、ファン、及び空気調和機 - Google Patents

Description

本開示は、電動機のロータに関する。

電動機用のロータにおける永久磁石の使用量を減らすため、コンシクエントポール型ロータが用いられている。例えば、特許文献１に記載のコンシクエントポール型ロータでは、シャフトと各磁石挿入孔との間に樹脂が充填されている。この構成により、各永久磁石からシャフトへ流入する漏れ磁束を減らすことができる。

国際公開第２０１８／０３７４４９号

例えば、特許文献１の図１９に示されるコンシクエントポール型ロータでは、磁石挿入孔とシャフトとの間に、リブ形状の樹脂が配置されている。この場合、温度変化による樹脂の膨張が発生すると、樹脂と永久磁石との間のロータコアに応力が集中する。その結果、磁石挿入孔が変形し、磁石挿入孔に配置された永久磁石が破損することがある。

本開示の目的は、磁石挿入孔の変形を防ぎ、磁石挿入孔に配置された永久磁石の破損を防ぐことである。

本開示の一態様に係るコンシクエントポール型ロータは、
磁石挿入孔及びシャフト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するコンシクエントポール型ロータであって、
前記磁石挿入孔を含むとともに第１の磁極として機能する第１の磁極領域と、
前記第１の磁極領域に隣接しており、疑似磁極である第２の磁極として機能する第２の磁極領域と、
前記シャフト挿入孔に配置されたシャフトと、
前記シャフト挿入孔に配置されており、前記ロータコアの線膨張係数よりも大きい線膨張係数を持ち、前記シャフトを前記ロータコアに連結する非磁性部材と
を備え、
前記非磁性部材は、前記シャフトから前記第２の磁極領域に延びる梁を有し、
前記シャフトから前記第１の磁極領域に延びる梁は存在しない。
本開示の他の態様に係る電動機は、
前記コンシクエントポール型ロータと、
前記コンシクエントポール型ロータの外側に配置されたステータと
を備える。
本開示の他の態様に係るファンは、
羽根と、
前記羽根を駆動する前記電動機と
を備える。
本開示の他の態様に係る空気調和機は、
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、前記室外機、又は前記室内機及び前記室外機の両方は、前記電動機を有する。

本開示によれば、磁石挿入孔の変形を防ぎ、磁石挿入孔に配置された永久磁石の破損を防ぐことができる。

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断面図である。 ロ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断面図である。 ロータの他の例を示す図である。 ロータのさらに他の例を示す図である。 ロータのさらに他の例を示す図である。 ロータのさらに他の例を示す図である。 比較例としてのロータを示す断面図である。 比較例としてのロータにおいて、梁が膨張したときのロータコアに発生する応力を示す図である。 比較例としてのロータにおいて、梁が膨張したときのロータコアの変位を示す図である。 実施の形態１におけるロータにおいて、梁が膨張したときのロータコアに発生する応力を示す図である。 実施の形態１におけるロータにおいて、梁が膨張したときのロータコアの変位を示す図である。 変形例３におけるロータにおいて、梁が膨張したときのロータコアに発生する応力を示す図である。 変形例３におけるロータにおいて、梁が膨張したときのロータコアの変位を示す図である。 実施の形態２に係るファンの構造を概略的に示す図である。 実施の形態３に係る空気調和機の構成を概略的に示す図である。 空気調和機の送風機としての室外機内の主要な構成要素を概略的に示す図である。

実施の形態１．
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の軸線Ａｘと平行な方向を示し、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（ｙ軸）は、ｚ軸方向及びｘ軸方向の両方に直交する方向を示す。軸線Ａｘは、ロータ２の回転中心、すなわち、ロータ２の回転軸である。軸線Ａｘと平行な方向は、「ロータ２の軸方向」又は単に「軸方向」とも称する。径方向は、ロータ２又はステータ３の半径方向であり、軸線Ａｘと直交する方向である。ｘｙ平面は、軸方向と直交する平面である。矢印Ｄ１は、軸線Ａｘを中心とする周方向を示す。ロータ２又はステータ３の周方向を、単に「周方向」とも称する。

〈電動機１〉
図１は、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断面図である。
電動機１は、ロータ２と、ステータ３と、回路基板４と、モールド樹脂５と、ロータ２を回転可能に保持するベアリング７ａ及び７ｂとを有する。電動機１は、例えば、永久磁石埋込型電動機（ＩＰＭモータ）などの永久磁石同期電動機である。

〈ステータ３〉
ステータ３は、ロータ２の外側に配置されている。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、環状のコアバックと、コアバックから径方向に延在する複数のティースとを持つ環状のコアである。

ステータコア３１は、例えば、磁性を持つ複数の鉄の薄板で構成されている。本実施の形態では、ステータコア３１は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されている。ステータコア３１の各電磁鋼板の厚さは、例えば、０．２ｍｍから０．５ｍｍである。

コイル３２（すなわち、巻線）は、ステータコア３１に取り付けられたインシュレータ３３に巻かれている。コイル３２は、インシュレータ３３によって絶縁されている。コイル３２は、例えば、銅又はアルミニウムを含む材料で作られている。

インシュレータ３３は、例えば、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）、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作られている。樹脂で作られたインシュレータ３３は、例えば、０．０３５ｍｍから０．４ｍｍの厚さの絶縁性フィルムである。

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、モールド樹脂５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、鉄を含む材料で作られた円筒状シェルによって固定されてもよい。この場合、例えば、ステータ３は、ロータ２と共に、焼き嵌めによって円筒状シェルで覆われる。

回路基板４は、モールド樹脂５によってステータ３と共に固定されている。回路基板４は、電動機１を制御するための駆動素子を有する。

モールド樹脂５は、回路基板４をステータ３と一体化させる。モールド樹脂５は、例えば、不飽和ポリエステル樹脂（ＢＭＣ）、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂である。

〈ロータ２〉
図３及び図４は、ロータ２の構造を概略的に示す断面図である。図３に示される「Ｎ」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）を示し、「Ｓ」は、ロータ２のＳ極（具体的には、ステータ３に対して機能するＳ極）を示す。
ロータ２は、ロータコア２１と、複数の永久磁石２２と、シャフト２３と、非磁性部材２４とを有する。ロータ２は、ステータ３の内側に回転可能に配置されている。具体的には、各永久磁石２２がステータ３に面するように、ロータ２がステータ３の内側に配置されている。ロータ２の回転軸は、軸線Ａｘと一致する。エアギャップがロータコア２１とステータ３との間に設けられている。

ロータコア２１は、軸方向に積層された複数のコア２１０で構成されている。ロータコア２１（すなわち、複数のコア２１０）は、非磁性部材２４に固定されている。シャフト２３は、ベアリング７ａ及び７ｂによって回転可能に保持されている。電動機１が駆動すると、ロータコア２１及び非磁性部材２４は、シャフト２３と共に回転する。

軸方向において、ロータコア２１は、ステータコア３１よりも長くてもよい。これにより、ロータ２（具体的には、各永久磁石２２）からの磁束が、ステータコア３１に効率的に流入する。

ロータコア２１（すなわち、複数のコア２１０）は、少なくとも１つの磁石挿入孔２１ａと、シャフト挿入孔２１ｂ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、少なくとも１つの永久磁石２２が各磁石挿入孔２１ａに配置されている。

ロータコア２１は、例えば、複数の電磁鋼板によって構成されている。この場合、複数のコア２１０の各々は、電磁鋼板である。ただし、複数のコア２１０は、電磁鋼板以外のコアを含んでもよい。例えば、ロータコア２１は、予め定められた形状を持つ複数の鉄のコアによって構成されてもよく、軟磁性材料及び樹脂の混合物で構成されていてもよい。

ロータコア２１の各コア２１０は、例えば、０．２ｍｍから０．５ｍｍの厚みを持つ。ロータコア２１のコア２１０は、軸方向に積層されている。

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に設けられている。

シャフト挿入孔２１ｂは、ロータコア２１の中央部に設けられている。シャフト挿入孔２１ｂは、軸方向にロータコア２１を貫通している。シャフト挿入孔２１ｂに、シャフト２３が配置されている。

ロータ２は、コンシクエントポール型ロータである。すなわち、ロータ２は、各永久磁石２２によって形成される第１の磁極と、ロータコア２１の周方向において各磁石挿入孔２１ａに隣接するロータコア２１の一部によって形成される疑似磁極である第２の磁極とを持つ。すなわち、第２の磁極は、互いに隣接する２つの磁石挿入孔２１ａの間のロータコア２１の一部によって形成される疑似磁極である。

図４に示されるように、ロータ２は、複数の第１の磁極領域Ｎ１と、複数の第２の磁極領域Ｓ１とを有する。各第１の磁極領域Ｎ１は、ｘｙ平面において、１つの磁石挿入孔２１ａの両端とロータ２の回転中心とを通る２直線の間の領域である。同様に、各第２の磁極領域Ｓ１は、ｘｙ平面において、互いに隣接する２つの磁石挿入孔２１ａの各々の一端とロータ２の回転中心とを通る２直線の間の領域であり、第１の磁極領域Ｎ１に隣接する領域である。すなわち、各第１の磁極領域Ｎ１は、磁石挿入孔２１ａ及び永久磁石２２を含む領域であり、各第２の磁極領域Ｓ１は、磁石挿入孔２１ａ及び永久磁石２２を含まない領域である。

各永久磁石２２は、ロータ２の第１の磁極としてＮ極を形成する。ロータコア２１の周方向において各磁石挿入孔２１ａに隣接するロータコア２１の一部は、ロータ２の疑似磁極である第２の磁極としてＳ極を形成する。この場合、各第１の磁極領域Ｎ１は、第１の磁極（本実施の形態では、ステータ３に対してＮ極の役目をする磁極）として機能し、各第２の磁極領域Ｓ１は、第２の磁極（本実施の形態では、ステータ３に対してＳ極の役目をする疑似磁極）として機能する。言い換えると、各第１の磁極領域Ｎ１は第１の極性として機能し、各第２の磁極領域Ｓ１は第１の極性とは異なる第２の極性として機能する。

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２のＮ極及びＳ極は、ロータ２の周方向に交互に位置している。本実施の形態では、ｎ＝１０である。

シャフト２３は、非磁性部材２４でロータコア２１に固定されている。

各磁石挿入孔２１ａ内には、少なくとも１つの永久磁石２２が配置されている。本実施の形態では、各磁石挿入孔２１ａ内には、１つの永久磁石２２が配置されている。各永久磁石２２は、例えば、平板状の永久磁石である。各永久磁石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。

各磁石挿入孔２１ａ内の永久磁石２２は、径方向に磁化されており、これにより各永久磁石２２からの磁束は、ステータ３に流入する。

非磁性部材２４は、シャフト挿入孔２１ｂに配置されている。非磁性部材２４は、シャフト２３をロータコア２１に連結する。

非磁性部材２４は、例えば、オーステナイト系ステンレス、アルミニウム、不飽和ポリエステル樹脂（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ：ＢＭＣ）、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）、ポリエチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＥＴ）といった非磁性材料で作られている。

非磁性部材２４は、例えば、樹脂である。この場合、非磁性部材２４は、例えば、不飽和ポリエステル樹脂（ＢＭＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）といった非磁性樹脂で作られている。

非磁性部材２４は、ロータコア２１の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を持つ。線膨張係数の例は次の通りである。
電磁鋼板：１．０８ｘ１０^－５（１／ｄｅｇＣ）
オーステナイト系ステンレス：１．６３ｘ１０^－５（１／ｄｅｇＣ）
アルミニウム：２．３６ｘ１０^－５（１／ｄｅｇＣ）
ＢＭＣ（不飽和ポリエステル樹脂）：１．５ｘ１０^－５（１／ｄｅｇＣ）～３．０ｘ１０^－５（１／ｄｅｇＣ）
ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）：２ｘ１０^－５（１／ｄｅｇＣ）～９ｘ１０^－５（１／ｄｅｇＣ）
ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）：４．９ｘ１０^－５（１／ｄｅｇＣ）
ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）：６．５ｘ１０^－５（１／ｄｅｇＣ）

非磁性部材２４は、ロータコア２１の弾性係数よりも小さい弾性係数を持つ。弾性係数の例は次の通りである。
電磁鋼板：２３０ＭＰａ
オーステナイト系ステンレス：１９７ＭＰａ
アルミニウム：７２ＭＰａ
ＢＭＣ（不飽和ポリエステル樹脂）：１４０ＭＰａ
ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）：８０ＭＰａ
ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）：１１０ＭＰａ
ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）：１００ＭＰａ

非磁性部材２４は、シャフト２３から第２の磁極領域Ｓ１に延びる少なくとも１つの梁２４ａを有する。図３及び図４に示される例では、非磁性部材２４は、複数の梁２４ａ（具体的には、５個の梁２４ａ）を有する。５個の梁２４ａは、シャフト２３から放射状に延びている。シャフト２３から第１の磁極領域Ｎ１に延びる梁は、ロータ２に存在しない。すなわち、第１の磁極領域Ｎ１内のロータコア２１に接触する梁は、ロータ２に存在しない。

各梁２４ａは、ｘｙ平面において、互いに隣接する２つの磁石挿入孔２１ａの各々の一端とロータ２の回転中心とを通る２直線の間に位置していればよい。すなわち、各梁２４ａは、第２の磁極領域Ｓ１に位置していればよい。図３及び図４に示される例では、ｘｙ平面において、各梁２４ａは、第２の磁極領域Ｓ１の中心とロータ２の回転中心とを通る直線Ｓ２上に位置している。各直線Ｓ２は、第２の磁極の中心を通る磁極中心線である。

非磁性部材２４は、さらに、シャフト２３の外周面を覆う少なくとも１つのシャフトカバー部２４ｂと、ロータコア２１の内周面を覆う少なくとも１つのコアカバー部２４ｃとを有してもよい。この場合、シャフトカバー部２４ｂ及びコアカバー部２４ｃは、梁２４ａに接続されている。梁２４ａ、シャフトカバー部２４ｂ、及びコアカバー部２４ｃで囲まれた領域は、空隙である。

ただし、ロータ２は、コアカバー部２４ｃを有していなくてもよい。この場合でも、非磁性部材２４（具体的には、梁２４ａ）は、第２の磁極領域Ｓ１内のロータコア２１に接触する。

ロータコア２１、シャフト２３、及び非磁性部材２４は、例えば、金型を用いた一体成形で固定される。この場合、非磁性部材２４の材料（例えば、樹脂）が、ロータコア２１及びシャフト２３が配置された金型によって成形される。その結果、シャフト２３は、ロータコア２１と共に非磁性部材２４に固定される。

変形例１．
図５は、ロータ２の他の例を示す図である。
変形例１では、ロータコア２１は、シャフト２３に向けて突出している少なくとも１つの突出部２１ｃを有する。図５に示される例では、ロータコア２１は、５個の突出部２１ｃを有する。各突出部２１ｃは、ロータコア２１の内周面に形成されている。この場合において、コアカバー部２４ｃは、突出部２１ｃを覆っている。

変形例１において、ロータコア２１は、少なくとも１つの空隙２１ｄを有してもよい。図５に示される例では、ロータコア２１は、５個の空隙２１ｄを有する。各空隙２１ｄは、磁石挿入孔２１ａと突出部２１ｃとの間に設けられており、突出部２１ｃに対向する。ｘｙ平面において、突出部２１ｃの最小幅Ｗ１は、コア２１０の厚みの１倍以上２倍以下である。ｘｙ平面において、突出部２１ｃの最小幅Ｗ１は、コア２１０の厚みの１倍以上４倍以下でもよい。変形例１では、コア２１０の厚みは、例えば、０．３５ｍｍであり、突出部２１ｃの最小幅Ｗ１は、例えば、０．６０ｍｍである。

変形例２．
図６は、ロータ２のさらに他の例を示す図である。
変形例２では、ロータコア２１は、少なくとも１つの空隙２１ｄを有する。各空隙２１ｄは突出部２１ｃに対向しており、各梁２４ａは、空隙２１ｄとロータ２の回転中心とを通る直線上に位置している。図６に示される例では、空隙２１ｄとロータ２の回転中心とを通る直線は、直線Ｓ２である。したがって、各梁２４ａ及び各空隙２１ｄは、直線Ｓ２上に位置している。ｘｙ平面において、突出部２１ｃの最小幅Ｗ１は、変形例１と同じ構成とすることができる。

変形例３．
図７は、ロータ２のさらに他の例を示す図である。
変形例３では、ロータコア２１は、ロータコア２１の外周面に向けてへこんだ少なくとも１つの凹部２１ｅを有する。図７に示される例では、ロータコア２１は、５個の凹部２１ｅを有する。各凹部２１ｅは、ロータコア２１の内周面に形成されている。この場合において、コアカバー部２４ｃは、凹部２１ｅを覆っている。

変形例３において、ロータコア２１は、少なくとも１つの空隙２１ｄを有してもよい。図７に示される例では、ロータコア２１は、５個の空隙２１ｄを有する。各空隙２１ｄは、磁石挿入孔２１ａと凹部２１ｅとの間に設けられており、凹部２１ｅに対向する。ｘｙ平面において、凹部２１ｅの最小幅Ｗ２は、コア２１０の厚みの１倍以上２倍以下である。ｘｙ平面において、凹部２１ｅの最小幅Ｗ２は、コア２１０の厚みの１倍以上４倍以下でもよい。変形例３では、コア２１０の厚みは、例えば、０．３５ｍｍであり、凹部２１ｅの最小幅Ｗ２は、例えば、０．６０ｍｍである。

変形例３では、各空隙２１ｄは凹部２１ｅに対向しており、各梁２４ａは、空隙２１ｄとロータ２の回転中心とを通る直線上に位置している。図７に示される例では、空隙２１ｄとロータ２の回転中心とを通る直線は、直線Ｓ２である。したがって、各梁２４ａ及び各空隙２１ｄは、直線Ｓ２上に位置している。

変形例４．
図８は、ロータ２のさらに他の例を示す図である。
変形例４において、ロータコア２１は、少なくとも１つの空隙２１ｄと、空隙２１ｄに対向する少なくとも１つの延在部２１ｆとを有する。図８に示される例では、ロータコア２１は、５個の空隙２１ｄと、５個の延在部２１ｆとを有する。

各延在部２１ｆは、ｘｙ平面において、まっすぐに延在している。例えば、各延在部２１ｆは、ｘｙ平面において、梁２４ａと対向しており、対向する梁２４ａと直交している。各延在部２１ｆは、ロータコア２１の内周面に形成されている。この場合において、コアカバー部２４ｃは、延在部２１ｆを覆っている。

ｘｙ平面において、各空隙２１ｄの形状は、三角形でもよい。この場合、ｘｙ平面において、各空隙２１ｄの１辺は、延在部２１ｆに平行である。

ｘｙ平面において、延在部２１ｆの最小幅Ｗ３は、コア２１０の厚みの１倍以上２倍以下である。ｘｙ平面において、延在部２１ｆの最小幅Ｗ３は、コア２１０の厚みの１倍以上４倍以下でもよい。変形例４では、コア２１０の厚みは、例えば、０．３５ｍｍであり、延在部２１ｆの最小幅Ｗ３は、例えば、０．６０ｍｍである。

<ロータ２の利点>
ロータ２の利点について以下に説明する。
通常、コンシクエントポール型ロータでは、永久磁石２２からシャフト２３に磁束が流入しやすい。永久磁石２２からシャフト２３に流入する磁束（すなわち、漏れ磁束）が増加するほど、ロータ２の効率が低下する。これに対して、本実施の形態では、シャフト挿入孔２１ｂに非磁性部材２４が配置されている。したがって、永久磁石２２からシャフト２３に流入する漏れ磁束を低減することができる。その結果、ロータ２の効率の低下を防ぐことができる。

図９は、比較例としてのロータ２ａを示す断面図である。
比較例としてのロータ２ａでは、各梁２４ａがシャフト２３から第１の磁極領域Ｎ１に延びている。この場合、温度変化による梁２４ａの膨張が発生すると、梁２４ａと永久磁石２２との間のロータコア２１に応力が集中する。特に、非磁性部材２４がロータコア２１の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を持つ場合、梁２４ａの膨張による応力が磁石挿入孔２１ａに対向する領域に集中しやすい。その結果、磁石挿入孔２１ａが変形し、磁石挿入孔２１ａに配置された永久磁石２２が破損することがある。

図１０は、比較例としてのロータ２ａにおいて、梁２４ａが膨張したときのロータコア２１に発生する応力を示す図である。図１０では、ロータ２ａの一部の領域が示されている。
図１１は、比較例としてのロータ２ａにおいて、梁２４ａが膨張したときのロータコア２１の変位を示す図である。図１１では、図１０に示される領域が示されている。
図１０に示されるように、比較例としてのロータ２ａでは、梁２４ａの膨張による応力が磁石挿入孔２１ａに対向する領域に集中している。その結果、図１１に示されるように、磁石挿入孔２１ａに対向する領域の変位が大きい。すなわち、梁２４ａと磁石挿入孔２１ａとの間の領域が、径方向における外側に変形している。この場合、磁石挿入孔２１ａの内壁が永久磁石２２に強く接触し、永久磁石２２が破損することがある。

図１２は、実施の形態１におけるロータ２において、梁２４ａが膨張したときのロータコア２１に発生する応力を示す図である。図１２では、ロータ２の一部の領域が示されている。
図１３は、実施の形態１におけるロータ２において、梁２４ａが膨張したときのロータコア２１の変位を示す図である。図１３では、図１２に示される領域が示されている。
本実施の形態では、各梁２４ａがシャフト２３から第２の磁極領域Ｓ１に延びている。シャフト２３から第１の磁極領域Ｎ１に延びる梁は、ロータ２に存在しない。そのため、温度変化による梁２４ａの膨張が発生した場合でも、図１２に示されるように、梁２４ａの膨張による応力が磁石挿入孔２１ａに対向する領域に集中しない。そのため、図１３に示されるように、梁２４ａと磁石挿入孔２１ａとの間の領域の変形を防ぐことができる。その結果、磁石挿入孔２１ａの変形を防ぎ、磁石挿入孔２１ａに配置された永久磁石２２の破損を防ぐことができる。

図４に示されるように、ｘｙ平面において、梁２４ａが第２の磁極領域Ｓ１の中心とロータ２の回転中心とを通る直線Ｓ２上に位置している場合、梁２４ａは、２つの磁石挿入孔２１ａから均等に離れた位置に設けられている。この場合、温度変化による梁２４ａの膨張が発生した場合でも、梁２４ａと磁石挿入孔２１ａとの間の領域の変形を効果的に防ぐことができる。その結果、磁石挿入孔２１ａの変形を防ぎ、磁石挿入孔２１ａに配置された永久磁石２２の破損を効果的に防ぐことができる。

非磁性部材２４がロータコア２１の弾性係数よりも小さい弾性係数を持つ場合、梁２４ａの膨張による応力が低減され、梁２４ａと磁石挿入孔２１ａとの間の領域の変形を効果的に防ぐことができる。例えば、非磁性部材２４が樹脂である場合、金属に比べて梁２４ａの膨張による応力が低減される。その結果、磁石挿入孔２１ａの変形を防ぎ、磁石挿入孔２１ａに配置された永久磁石２２の破損を効果的に防ぐことができる。

さらに、非磁性部材２４が樹脂である場合、金型を用いた一体成形でロータ２を成形することができる。したがって、圧入、コーキング、焼き嵌めなどの方法に比べて、シャフト２３の固定工程などのロータ２の製造工程を簡素化することができる。

上述の各変形例は、本実施の形態で説明した利点を持つ。上述の各変形例は、本実施の形態で説明した利点に加えて、以下の利点を持つ。

変形例１及び２では、コアカバー部２４ｃは、突出部２１ｃを覆っている。したがって、非磁性部材２４に連結されたシャフト２３が、ロータコア２１に対して周方向にずれることを防止することができる。

ｘｙ平面において、突出部２１ｃの最小幅Ｗ１がコア２１０の厚みの１倍以上４倍以下である場合、打ち抜き処理での加工が容易であり、突出部２１ｃが径方向に変形しやすい。梁２４ａの膨張が膨張した場合、梁２４ａの膨張による応力は突出部２１ｃの変形によって吸収される。したがって、温度変化による梁２４ａの膨張が発生した場合でも、磁石挿入孔２１ａの変形を防ぎ、磁石挿入孔２１ａに配置された永久磁石２２の破損を防ぐことができる。特に、突出部２１ｃの最小幅Ｗ１がコア２１０の厚みの１倍以上２倍以下である場合、磁石挿入孔２１ａの変形を効果的に防ぎ、磁石挿入孔２１ａに配置された永久磁石２２の破損を効果的に防ぐことができる。

変形例３では、コアカバー部２４ｃは、凹部２１ｅを覆っている。したがって、非磁性部材２４に連結されたシャフト２３が、ロータコア２１に対して周方向にずれることを防止することができる。

図１４は、変形例３におけるロータ２において、梁２４ａが膨張したときのロータコア２１に発生する応力を示す図である。図１４では、ロータ２の一部の領域が示されている。
図１５は、変形例３におけるロータ２において、梁２４ａが膨張したときのロータコア２１の変位を示す図である。図１５では、図１４に示される領域が示されている。
ｘｙ平面において、凹部２１ｅの最小幅Ｗ２がコア２１０の厚みの１倍以上４倍以下である場合、凹部２１ｅが径方向に変形しやすい。特に、凹部２１ｅの最小幅Ｗ２がコア２１０の厚みの１倍以上２倍以下である場合、凹部２１ｅが径方向により変形しやすい。梁２４ａの膨張が膨張した場合、図１４及び図１５に示されるように、梁２４ａの膨張による応力は凹部２１ｅの変形によって吸収される。したがって、温度変化による梁２４ａの膨張が発生した場合でも、磁石挿入孔２１ａの変形を防ぎ、磁石挿入孔２１ａに配置された永久磁石２２の破損を防ぐことができる。

変形例４では、コアカバー部２４ｃは、延在部２１ｆを覆っている。この場合でも、変形例１から３と同様に、非磁性部材２４に連結されたシャフト２３が、ロータコア２１に対して周方向にずれることを防止することができる。さらに、ｘｙ平面において、延在部２１ｆの最小幅Ｗ３がコア２１０の厚みの１倍以上４倍以下である場合、打ち抜き処理での加工が容易であり、延在部２１ｆが径方向に変形しやすい。梁２４ａの膨張が膨張した場合、梁２４ａの膨張による応力は延在部２１ｆの変形によって吸収される。したがって、温度変化による梁２４ａの膨張が発生した場合でも、磁石挿入孔２１ａの変形を防ぎ、磁石挿入孔２１ａに配置された永久磁石２２の破損を防ぐことができる。特に、延在部２１ｆの最小幅Ｗ３がコア２１０の厚みの１倍以上２倍以下である場合、磁石挿入孔２１ａの変形を効果的に防ぎ、磁石挿入孔２１ａに配置された永久磁石２２の破損を効果的に防ぐことができる。

実施の形態２．
図１６は、実施の形態２に係るファン６０の構造を概略的に示す図である。
ファン６０は、羽根６１と、電動機６２とを有する。ファン６０は、送風機とも称する。電動機６２は、実施の形態１に係る電動機１である。羽根６１は、電動機６２のシャフトに固定されている。電動機６２は、羽根６１を駆動する。具体的には、電動機６２は、羽根６１を回転させる。電動機６２が駆動すると、羽根６１が回転し、気流が生成される。これにより、ファン６０は送風することができる。

実施の形態２に係るファン６０では、電動機６２に実施の形態１で説明した電動機１が適用されるので、実施の形態１で説明した利点と同じ利点を得ることができる。さらに、ファン６０の効率の低下を防ぐことができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る空気調和機５０（冷凍空調装置又は冷凍サイクル装置とも称する）について説明する。
図１７は、実施の形態３に係る空気調和機５０の構成を概略的に示す図である。
図１８は、空気調和機５０の送風機としての室外機５３内の主要な構成要素を概略的に示す図である。

実施の形態３に係る空気調和機５０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、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。例えば、室外機５３は、冷媒配管５２を通して室内機５１に接続されている。

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、送風部５３ｂ、圧縮機５４、及び熱交換器を覆うハウジング５３ｃ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を有する。すなわち、室内機５１、室外機５３、又はこれらの両方は、実施の形態１で説明した電動機１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。すなわち、室内機５１、室外機５３、又はこれらの両方に、実施の形態１で説明した電動機１が適用される。圧縮機５４の電動機５４ａに、実施の形態１で説明した電動機１を適用してもよい。

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、温かい空気を送風する暖房運転等の空調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。

図１８に示されるように、室外機５３において、電動機５３ａは、例えば、ねじ５３ｅによって室外機５３のハウジング５３ｃに固定されている。

実施の形態３に係る空気調和機５０では、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が適用されるので、実施の形態１で説明した利点と同じ利点を得ることができる。その結果、空気調和機５０の効率の低下を防ぐことができる。

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が用いられる場合、実施の形態１で説明した利点と同じ利点を得ることができる。その結果、送風機の効率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が用いられる場合、実施の形態１で説明した利点と同じ利点を得ることができる。その結果、圧縮機５４の効率の低下を防ぐことができる。

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及び各変形例における特徴は、互いに適宜組み合わせることができる。

１，５１ａ，５３ａ，６２ 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 シャフト挿入孔、 ２１ｃ 突出部、 ２１ｄ 空隙、 ２１ｅ 凹部、 ２４ 非磁性部材、 ２４ａ 梁、 ２４ｂ シャフトカバー部、 ２４ｃ コアカバー部、 ５０ 空気調和機、 ５１ 室内機、 ５３ 室外機、 ６０ ファン、 ６１ 羽根、 ２１０ コア、 Ｎ１ 第１の磁極領域、 Ｓ１ 第２の磁極領域。

Claims (14)

1. 磁石挿入孔及びシャフト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するコンシクエントポール型ロータであって、
   前記磁石挿入孔を含むとともに第１の磁極として機能する第１の磁極領域と、
   前記第１の磁極領域に隣接しており、疑似磁極である第２の磁極として機能する第２の磁極領域と、
   前記シャフト挿入孔に配置されたシャフトと、
   前記シャフト挿入孔に配置されており、前記ロータコアの線膨張係数よりも大きい線膨張係数を持ち、前記シャフトを前記ロータコアに連結する非磁性部材と
   を備え、
   前記非磁性部材は、前記シャフトから前記第２の磁極領域に延びる梁を有し、
   前記シャフトから前記第１の磁極領域に延びる梁は存在しない
   コンシクエントポール型ロータ。
2. 前記コンシクエントポール型ロータの軸方向と直交する平面において、前記梁は、前記第２の磁極領域の中心と前記コンシクエントポール型ロータの回転中心とを通る直線上に位置している請求項１に記載のコンシクエントポール型ロータ。
3. 前記ロータコアは、前記ロータコアの内周面に形成されており、前記シャフトに向けて突出している突出部を有し、
   前記非磁性部材は、前記梁に接続されており前記突出部を覆うコアカバー部を有する
   請求項１又は２に記載のコンシクエントポール型ロータ。
4. 前記ロータコアは、前記突出部に対向する空隙を有し、
   前記梁は、前記空隙と前記コンシクエントポール型ロータの回転中心とを通る直線上に位置している
   請求項３に記載のコンシクエントポール型ロータ。
5. 前記ロータコアは、前記コンシクエントポール型ロータの軸方向に積層された複数のコアで構成されており、
   前記コンシクエントポール型ロータの軸方向と直交する平面において、前記突出部の最小幅は、前記コアの厚みの１倍以上２倍以下である
   請求項３又は４に記載のコンシクエントポール型ロータ。
6. 前記ロータコアは、前記ロータコアの内周面に形成されており、前記ロータコアの外周面に向けてへこんだ凹部を有し、
   前記非磁性部材は、前記梁に接続されており前記凹部を覆うコアカバー部を有する
   請求項１又は２に記載のコンシクエントポール型ロータ。
7. 前記ロータコアは、前記凹部に対向する空隙を有し、
   前記梁は、前記空隙と前記コンシクエントポール型ロータの回転中心とを通る直線上に位置している
   請求項６に記載のコンシクエントポール型ロータ。
8. 前記ロータコアは、前記コンシクエントポール型ロータの軸方向に積層された複数のコアで構成されており、
   前記コンシクエントポール型ロータの軸方向と直交する平面において、前記凹部の最小幅は、前記コアの厚みの１倍以上２倍以下である
   請求項６又は７に記載のコンシクエントポール型ロータ。
9. 前記ロータコアは、空隙と、前記空隙に対向しており前記ロータコアの内周面に形成された延在部とを有し、
   前記コンシクエントポール型ロータの軸方向と直交する平面において、前記延在部は、前記梁と対向しており、前記梁と直交している
   請求項１又は２に記載のコンシクエントポール型ロータ。
10. 前記非磁性部材は、樹脂である請求項１から９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。
11. 前記非磁性部材は、前記ロータコアの弾性係数よりも小さい弾性係数を持つ請求項１から１０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。
12. 請求項１から１１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と、
    前記コンシクエントポール型ロータの外側に配置されたステータと
    を備えた電動機。
13. 羽根と、
    前記羽根を駆動する請求項１２に記載の電動機と
    を備えたファン。
14. 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、前記室外機、又は前記室内機及び前記室外機の両方は、請求項１２に記載の電動機を有する
    空気調和機。

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