JP7527469B2 - ロータ、電動機、送風機、空気調和装置およびロータの製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、ロータ、電動機、送風機、空気調和装置およびロータの製造方法に関する。

コンシクエントポール型のロータでは、ロータコアに取り付けられた永久磁石が第１の磁極を構成し、ロータコアの一部が第２の磁極を構成する（例えば、特許文献１参照）。

国際公開ＷＯ２０１８／０３７４４９号（図９参照）

ロータから出た磁束は、ロータを囲むステータのコイルに鎖交し、これにより誘起電圧が発生する。電動機の振動を低減するためには、第１の磁極および第２の磁極のいずれにおいても、磁束密度分布が極中心に対して対称であることが望ましい。

しかしながら、ロータには、ステータコイルの電流によって発生するステータ磁界が作用する。第２の磁極には永久磁石が存在しないため、第２の磁極を通過する磁束の進行方向がステータ磁界の影響で変化しやすい。その結果、第２の磁極における磁束密度分布が周方向の一方の側に偏り、これにより振動が増加する可能性がある。

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の表面における磁束密度分布の偏りを抑制し、これにより振動を抑制することを目的とする。

本開示のロータは、軸線を中心とする周方向に延在し、磁石挿入孔を有するロータコアと、ロータコアの磁石挿入孔に取り付けられ、それぞれ第１の磁極を構成する少なくとも２つの永久磁石とを有する。ロータコアにおいて周方向に隣り合う第１の磁極の間に位置する部分が、第２の磁極を構成する。ロータコアは、第２の磁極の周方向の中心に形成された分割面で、少なくとも２つのロータコア片に分割されている。ロータコアは、第２の磁極に、軸線を中心とする径方向に延在する２以上のスリットからなるスリット部を有し、また、ロータコアの径方向における中心位置を通り且つ軸線を中心とする仮想円よりも内側にカシメ部を有する。カシメ部は、スリット部の径方向の内側に形成されている。

本開示によれば、ロータコアの第２の磁極の中心に分割面が形成されているため、ステータ磁界の影響を受けても、第２の磁極を通過する磁束の進行方向の変化が生じにくい。そのため、ロータの表面における磁束密度分布の偏りを抑制し、これにより振動を抑制することができる。

実施の形態１の電動機を示す部分断面図である。 実施の形態１のステータコアを示す平面図である。 実施の形態１のロータを示す横断面図である。 実施の形態１のロータの１磁極に相当する部分を示す横断面図である。 実施の形態１のロータコア片および永久磁石を示す図である。 実施の形態１のロータを示す縦断面図である。 実施の形態１のロータの製造工程を示すフローチャートである。 実施の形態１のロータの積層要素が打ち抜かれる母材基板を示す平面図である。 実施の形態１の成形金型を示す縦断面図である。 実施の形態１のロータコア片とシャフトとを成形金型内に配置した状態を示す模式図である。 比較例１のロータを示す断面図（Ａ）および比較例２のロータを示す断面図（Ｂ）である。 比較例２のロータにおける磁束の流れを示す模式図（Ａ），（Ｂ）である。 実施の形態１のロータにおける磁束の流れを示す模式図（Ａ），（Ｂ）である。 実施の形態２のロータを示す横断面図（Ａ）およびロータの一部を示す横断面図（Ｂ）である。 実施の形態２のロータにおける磁束の流れを示す模式図（Ａ），（Ｂ）である。 実施の形態３のロータを示す横断面図（Ａ）およびロータの一部を示す横断面図（Ｂ）である。 実施の形態３のロータにおける磁束の流れを示す模式図（Ａ），（Ｂ）である。 実施の形態４のロータを示す横断面図（Ａ）およびロータの一部を示す横断面図（Ｂ）である。 実施の形態４のロータにおける磁束の流れを示す模式図（Ａ），（Ｂ）である。 ロータの一構成例を示す横断面図（Ａ）およびロータの一部を示す横断面図（Ｂ）である。 各実施の形態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。

実施の形態１．
＜電動機１の構成＞
図１は、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。また、電動機１は、ロータ２に永久磁石２５が埋め込まれたＩＰＭ（磁石埋込型）モータである。

電動機１は、シャフト１１と、シャフト１１に取り付けられたロータ２と、ロータ２を囲むモールドステータ５とを有する。モールドステータ５は、ロータ２を囲む環状のステータ５Ａと、ステータ５Ａを覆うモールド樹脂部５６とを有する。シャフト１１は、ロータ２の回転軸である。

以下の説明では、シャフト１１の中心軸である軸線Ａｘの方向を、「軸方向」と称する。また、シャフト１１の軸線Ａｘを中心とする周方向（図２等に矢印Ｒで示す）を、「周方向」と称する。シャフト１１の軸線Ａｘを中心とする半径方向を、「径方向」と称する。軸方向に垂直な面における断面図を横断面図と称し、軸方向に平行な面における断面図を縦断面図と称する。

シャフト１１は、モールドステータ５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２１（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。

＜モールドステータ５の構成＞
モールドステータ５は、上記の通り、ステータ５Ａとモールド樹脂部５６とを有する。ステータ５Ａは、ロータ２を径方向外側から囲んでいる。ステータ５Ａは、ステータコア５０と、ステータコア５０に設けられた絶縁部５４と、絶縁部５４を介してステータコア５０に巻き付けられたコイル５５とを有する。

モールド樹脂部５６は、不飽和ポリエステル樹脂（ＢＭＣ）、エポキシ樹脂等の熱硬化性のモールド樹脂で形成される。モールド樹脂部５６は、軸方向の一方の側（ここでは反負荷側）に軸受支持部５７を有し、他方の側（ここでは負荷側）に開口部５８を有する。ロータ２は、開口部５８からモールドステータ５の内部の中空部分に挿入される。

モールド樹脂部５６の開口部５８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。シャフト１１には、ブラケット１５の外側を覆うようにキャップ１４が取り付けられている。モールド樹脂部５６の軸受支持部５７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、ステータコア５０を示す平面図である。ステータコア５０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化したものである。積層要素は、例えば電磁鋼板であり、板厚は０．２ｍｍ～０．５ｍｍである。

ステータコア５０は、軸線Ａｘを中心とする周方向に環状に延在するヨーク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の先端部は、ロータ２（図１）の外周に対向する。ティース５２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。

ステータコア５０は、ここでは、ティース５２毎に複数の分割コア５０Ａに分割されている。分割コア５０Ａの数は、ここでは１２である。分割コア５０Ａは、ヨーク５１に形成された分割面５１ａで分割されている。分割面５１ａの終端とヨーク５１の外周との間には、薄肉部５１ｂが形成される。薄肉部５１ｂの塑性変形により、ステータコア５０を帯状に展開することができる。なお、ステータコア５０は、分割コア５０Ａを組み合わせたものには限定されず、環状に一体に形成されていてもよい。

図１に戻り、絶縁部５４は、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）等の絶縁性の樹脂で形成されている。絶縁部５４は、予め成形した樹脂成形体をステータコア５０に取り付けてもよく、ステータコア５０と一体に成形してもよい。また、厚さ０．３５～０．４ｍｍの絶縁フィルムを用いてもよい。

コイル５５は、絶縁部５４を介してティース５２（図２）の周囲に巻き付けられている。コイル５５は、銅線またはアルミニウム線で形成された導体を有する。

ステータ５Ａ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５６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５６の開口部５８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を外側から覆い、軸受１２への水等の侵入を防止する。

なお、電動機１はモールド樹脂部５６を有するものには限定されない。例えば、電動機１のステータ５Ａを、鉄を主成分とする円筒状のシェルの内側に、焼嵌め等によって固定してもよい。

＜ロータ２の構成＞
図３は、ロータ２を示す横断面図である。図４は、ロータ２の１磁極に相当する部分を拡大して示す横断面図である。図５は、ロータコア２０を分割して示す図である。図６は、ロータ２を示す縦断面図である。

図３に示すように、ロータ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ロータコア２０と、ロータコア２０に埋め込まれた複数の永久磁石２５と、シャフト１１とロータコア２０との間に設けられた樹脂部３０とを有する。永久磁石２５の数は、ここでは５個である。

ロータコア２０は、軸線Ａｘを中心とする環状の部材である。ロータコア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。ロータコア２０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固定したものである。積層要素は、例えば電磁鋼板であり、板厚は０．２ｍｍ～０．５ｍｍである。

ロータコア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、且つ軸線Ａｘ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、ロータコア２０の外周２０ａに沿って形成され、ロータコア２０を軸方向に貫通している。

各磁石挿入孔２１には、永久磁石２５が挿入されている。永久磁石２５は平板状であり、軸方向に直交する面において矩形状の断面を有する。永久磁石２５は、希土類磁石であり、より具体的には、ネオジム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）およびホウ素（Ｂ）を含むネオジム磁石、あるいはサマリウム（Ｓｍ）およびコバルト（Ｃｏ）を含むサマリウム磁石である。また、希土類磁石の代わりに、フェライト磁石を用いてもよい。

磁石挿入孔２１は、その周方向の両端に、空隙であるフラックスバリア２２を有する。フラックスバリア２２とロータコア２０の外周２０ａとの間には、薄肉部が形成される。薄肉部の厚さは、隣り合う永久磁石２５の間の磁束の短絡を抑制するため、例えば積層要素の板厚と同じに設定されている。

永久磁石２５は、互いに同一の磁極をロータコア２０の外周側に向けて配置されている。ロータコア２０において、周方向に隣り合う永久磁石２５の間の領域には、永久磁石２５とは反対の磁極が形成される。

そのため、ロータ２には、永久磁石２５で構成される第１の磁極Ｐ１と、ロータコア２０の一領域で構成される第２の磁極Ｐ２とが、周方向に交互に配列される。このような構成を、コンシクエントポール型と称する。ここでは、第１の磁極Ｐ１をＳ極とし、第２の磁極Ｐ２をＮ極とするが、逆であってもよい。周方向において磁極Ｐ１，Ｐ２の間には、極間部Ｍが形成される。

ロータ２は、５つの第１の磁極Ｐ１と、５つの第２の磁極Ｐ２とを有する。すなわち、ロータ２は、１０個の磁極を有する。ロータ２の１０個の磁極Ｐ１，Ｐ２は、極ピッチを３６度として、周方向に等角度間隔に配置される。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。

第１の磁極Ｐ１の周方向中心は、極中心である。第１の磁極Ｐ１の極中心を通る径方向の直線を、磁極中心線Ｎ１とする。同様に、第２の磁極Ｐ２の周方向中心は、極中心である。第２の磁極Ｐ２の極中心を通る径方向の直線を、磁極中心線Ｎ２とする。

ロータコア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、ロータコア２０の外周２０ａは、ロータコア２０の半径が磁極Ｐ１，Ｐ２の各極中心で最大となり、極間部Ｍで最小となるように形成されている。

ロータコア２０の外周２０ａが上記のような花丸形状を有し、また極間部Ｍにフラックスバリア２２が位置しているため、極間部Ｍを通って周方向に流れる漏れ磁束が抑制される。なお、ロータコア２０の外周２０ａは、花丸形状に限らず、円形状を有してもよい。一方、ロータコア２０の内周２０ｂは、軸方向に直交する面において、円形状を有する。

コンシクエントポール型のロータ２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２５の数を半分にすることができる。後述するように高価な永久磁石２５の数が少ないため、ロータ２の製造コストが低減される。

ここではロータ２の極数を１０としたが、極数は４以上であればよい。すなわち、第１の磁極Ｐ１の数（永久磁石２５の数）は２つ以上であればよい。

ロータコア２０は、各第２の磁極Ｐ２の極中心すなわち周方向中心に、分割面２３を有する。分割面２３は、ここでは、ロータコア２０の内周２０ｂから外周２０ａまで、径方向に延在している。ロータコア２０は、分割面２３で２以上のロータコア片２４に分割されている。

分割面２３は、第２の磁極Ｐ２の極中心、すなわち磁極中心線Ｎ２上に位置する。言い換えると、分割面２３は、２つの第１の磁極Ｐ１の極中心の中間位置に位置する。さらに言い換えると、分割面２３は、２つの第１の磁極Ｐ１の磁極中心線Ｎ１の２等分線上に位置する。

図４に示すように、各ロータコア片２４は、その周囲に、外周２０ａと、内周２０ｂと、周方向の両側の分割面２３とを有する。各ロータコア片２４には、永久磁石２５が１つずつ形成されている。ロータコア片２４の周方向中心は、第１の磁極Ｐ１の極中心と一致する。

図５に示すように、ロータコア片２４の数は、第１の磁極Ｐ１の数と同じ、言い換えるとロータ２の極数の半分であり、ここでは５個である。周方向に隣り合うロータコア片２４の分割面２３同士は、互いに当接する。５個のロータコア片２４を環状に組み合わせることで、環状のロータコア２０が形成される。

５個のロータコア片２４は、次に説明する樹脂部３０によってシャフト１１と一体に保持されている。なお、ロータコア片２４に、互いに係合する係合部２６（図１４（Ａ））を設けてもよいが、これについては実施の形態２で説明する。

図２に示すように、ロータコア２０に対して径方向内側に、シャフト１１が設けられている。シャフト１１とロータコア２０との間には、樹脂部３０が設けられている。樹脂部３０は、シャフト１１とロータコア２０とを連結するものであり、非磁性である。樹脂部３０は、例えば、ＢＭＣ、ＰＢＴ、ＰＰＳ、またはＰＥＴで形成される。

樹脂部３０は、ここでは、シャフト１１の外周面とロータコア２０の内周２０ｂとの間の空間に充填されている。非磁性の樹脂部３０を設けることにより、ロータコア２０からシャフト１１への磁束漏れが抑制される。なお、樹脂部３０には、空洞部あるいはリブを形成してもよい。

図６に示すように、樹脂部３０は、ロータコア２０の軸方向の一端面を覆う端面部３３と、ロータコア２０の軸方向の他端面を覆う端面部３４とを有する。なお、端面部３３は、ロータコア２０の一端面を完全に覆う必要はなく、少なくとも一部を覆っていればよい。端面部３４も同様である。

樹脂部３０の一部は、ロータコア２０の磁石挿入孔２１の内部にも入り込んでいることが望ましい。樹脂部３０の一部が磁石挿入孔２１内に入り込むことにより、磁石挿入孔２１内での永久磁石２５の位置ずれが抑制される。

樹脂部３０の端面部３４には、センサマグネット３５が保持されている。センサマグネット３５は、軸線Ａｘを中心とするリング状の永久磁石である。センサマグネット３５は、ロータ２の極数と同数の磁極を有する。センサマグネット３５の磁界は、基板６（図１）に搭載された磁気センサに検出され、これに基づいてロータ２の回転位置が検出される。ロータ２には、センサマグネット３５を設けない場合もある。

樹脂部３０は、また、シャフト１１に沿って延在する軸部３１，３２を有する。軸部３１は、ロータコア２０と軸受１２（図１）との間隔を規定し、軸部３２は、ロータコア２０と軸受１３との間隔を規定する。

ここでは、ロータコア２０とシャフト１１との間に樹脂部３０を設けているが、樹脂部３０を設けずに、シャフト１１をロータコア２０の内周２０ｂに固定してもよい。固定方法は、圧入、焼嵌め、コーキング等である。この場合、ロータコア２０からシャフト１１への磁束漏れを抑制するため、シャフト１１は、オーステナイト系ステンレス鋼、アルミニウム等の非磁性材料で形成することが望ましい。

＜ロータ２の製造方法＞
次に、ロータ２の製造方法について説明する。図７は、ロータ２の製造方法の各工程を示すフローチャートである。まず、ロータコア片２４を形成する（ステップＳ１０１）。

図８は、ロータコア片２４を構成する積層要素が打ち抜かれる母材基板２００を示す平面図である。母材基板２００は、板厚が０．２～０．５ｍｍの電磁鋼板である。母材基板２００の打ち抜きには、プレス装置を用いる。

母材基板２００から、ロータコア片２４を構成する積層要素（符号２０１で示す）を打ち抜く。母材基板２００から環状の積層要素を打ち抜く場合、積層要素の内側の部分が無駄になるが、実施の形態１では、母材基板２００から円弧状の積層要素２０１を打ち抜くため、母材基板２００の無駄が少なく、製造コストが低減される。

このようにして打ち抜いた複数の積層要素２０１を軸方向に積層し、カシメ、溶接または接着等で一体化することにより、ロータコア片２４を形成する。

次に、各ロータコア片２４の磁石挿入孔２１に、永久磁石２５を挿入する（ステップＳ１０２）。永久磁石２５は、例えば隙間嵌めにより、磁石挿入孔２１内に固定される。

次に、成形金型９を用いて、各ロータコア片２４とシャフト１１とを樹脂でモールド成形する（ステップＳ１０３）。ここでは、ＰＢＴ、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂を用いることとするが、ＢＭＣ等の熱硬化性樹脂を用いても良い。

図９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７と可動金型８とを有する。可動金型８は固定金型７の上方に位置し、固定金型７に対して移動可能である。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を有する。

固定金型７は、内側に空洞部分を有するキャビティ部７１と、キャビティ部７１の軸方向端部に形成された平坦面７２と、シャフト１１の一端部が挿入されるシャフト穴７３と、キャビティ部７１とシャフト穴７３との間に形成された筒状部７４と有する。また、キャビティ部７１には、ロータコア片２４の端面の外周部に当接する当接面７０が形成されている。

可動金型８は、内側に空洞部分を有するキャビティ部８１と、キャビティ部８１の軸方向端部に形成された平坦面８２と、シャフト１１の一端部が挿入されるシャフト穴８３と、キャビティ部８１とシャフト穴８３との間に形成された筒状部８４とを有する。

ステップＳ１０３では、固定金型７のキャビティ部７１の内側に、シャフト１１と、５つのロータコア片２４とを設置する。シャフト１１は、固定金型７のシャフト穴７３に挿入される。５つのロータコア片２４は、固定金型７のキャビティ部７１に沿って環状に配置される。

図１０は、固定金型７の内部に５つのロータコア片２４を環状に並べた状態を示す。図１０に示すように、５つのロータコア片２４は、分割面２３同士が互いに当接するように環状に並べられる。各ロータコア片２４の外周は固定金型７のキャビティ部７１の内周面７１ａに当接し、各ロータコア片２４の下面は当接面７０（図９）に当接する。

これにより、固定金型７の内部において、５つのロータコア片２４が周方向、径方向および軸方向に位置決めされる。固定金型７には、各ロータコア片２４を位置決めするための突起あるいはピン等を設けてもよい。

なお、図９に示すように、センサマグネット３５は、ロータコア片２４を設置する前に、固定金型７の平坦面７２上に設置しておく。但し、センサマグネット３５を、図示しない台座等を用いて、ロータコア片２４の上方に設置してもよい。

その後、可動金型８を図９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。可動金型８のキャビティ部８１はロータコア片２４の外周に当接し、平坦面８２はロータコア片２４の上面に対向する。

この状態で、成形金型９を加熱し、図示しないランナから溶融した樹脂を注入する。樹脂は、ロータコア２０とシャフト１１との間に充填され、磁石挿入孔２１の内部にも入り込む。樹脂は、また、平坦面７２，８２とロータコア片２４との隙間にも充填され、さらに、筒状部７４，８４とシャフト１１との間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、図１に示した樹脂部３０が形成される。また、５つのロータコア片２４が一体化して、ロータコア２０となる。すなわち、シャフト１１およびロータコア２０が樹脂部３０によって一体化され、ロータ２が形成される。

その後、可動金型８を上昇させ、固定金型７からロータ２を取り出す。これにより、図１に示したロータ２の製造が完了する。

一方、ステータコア５０は、積層要素を積層し、カシメ等で固定することにより形成する。ステータコア５０に絶縁部５４を取り付け、コイル５５を巻き付けることにより、ステータ５Ａが得られる。さらに、リード線６１を組み付けた基板６を、ステータ５Ａに取り付ける。

そして、基板６を固定したステータ５Ａを別の成形金型に設置し、ＢＭＣ等の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５６を形成する。これにより、モールドステータ５が完成する。

その後、上記のロータ２のシャフト１１に軸受１２，１３を取り付け、モールドステータ５の開口部５８から内部に挿入する。次に、ブラケット１５をモールドステータ５の開口部５８に取り付け、さらにシャフト１１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。

＜作用＞
次に、実施の形態１の作用について説明する。まず、実施の形態１と対比する比較例１，２について説明する。

図１１（Ａ）は、比較例１のロータ２Ｅを示す横断面図である。比較例１のロータ２Ｅは非コンシクエントポール型であり、全ての磁極が永久磁石２５で構成されている。

ロータ２Ｅのロータコア２０は、極数と同数の磁石挿入孔２１を有し、各磁石挿入孔２１には永久磁石２５が配置されている。隣り合う永久磁石２５は、外周側に互いに逆極性の磁極面を有する。そのため、ある永久磁石２５を第１の磁極Ｐ１とすると、これに隣接する永久磁石２５は第２の磁極Ｐ２となる。

非コンシクエントポール型のロータ２Ｅは、シャフト１１への磁束漏れが生じにくいというメリットがある。そのため、ロータコア２０とシャフト１１との間に樹脂部３０を設ける必要がなく、シャフト１１はロータコア２０の内周２０ｂに固定されている。

永久磁石２５には、高磁力が得られる希土類磁石が用いられるが、希土類磁石はＤｙ（ディスプロシウム）等を含有するため、材料コストがかかる。また、永久磁石２５はブロック状の磁石材料の切削により形成されるため、加工コストもかかる。非コンシクエントポール型のロータ２Ｅは、極数と同数の永久磁石２５を有するため、製造コストが高いというデメリットがある。

図１１（Ｂ）は、比較例２のロータ２Ｆを示す横断面図である。比較例１のロータ２Ｆはコンシクエントポール型であり、実施の形態１と同様、第１の磁極Ｐ１は永久磁石２５で構成され、第２の磁極Ｐ２はロータコア２０の一部で構成されている。また、ロータコア２０とシャフト１１との間には、樹脂部３０が設けられている。

比較例２のロータ２Ｆは、比較例１のロータ２Ｅと比較して、永久磁石２５の数が半分であるため、製造コストを大幅に低減することができる。但し、比較例２のロータ２Ｆのロータコア２０は、第２の磁極Ｐ２に分割面２３を有さない。すなわち、比較例２のロータ２Ｆのロータコア２０はロータコア片に分割されていない。

図１２（Ａ），（Ｂ）は、比較例２のロータ２Ｆにおける永久磁石２５から出た磁束の流れを示す模式図である。ここでは、第１の磁極Ｐ１をＳ極とし、第２の磁極Ｐ２をＮ極とする。永久磁石２５の内周側の磁極面から出た磁束は、第２の磁極Ｐ２に向かって流れる。

図１２（Ａ）に示すように、第２の磁極Ｐ２では、その両側の永久磁石２５からの磁束が、磁極中心線Ｎ２を中心として対称に流れることが望ましい。

しかしながら、ロータ２Ｆに対向するステータ５Ａにはコイル５５が巻かれており、コイル５５を流れる電流によって、図１２（Ｂ）に矢印Ｗで示すステータ磁界が発生する。ロータ２Ｆの第２の磁極Ｐ２を流れる磁束は、ステータ磁界によって進行方向が変化する。すなわち、ロータ２Ｆの第２の磁極Ｐ２における磁束密度分布が周方向の一方の側に偏り、磁極中心線Ｎ２に対して非対称となる。

ロータ２Ｆから出た磁束は、ステータ５Ａのコイル５５に鎖交し、これにより誘起電圧が発生する。第２の磁極Ｐ２における磁束密度分布が非対称になると、誘起電圧の高調波成分が増加して振動が発生する可能性がある。また、コイル５５に鎖交する磁束量が減少して誘起電圧が低下し、モータ出力が低下する可能性がある。

図１３（Ａ），（Ｂ）は、実施の形態１のロータ２における永久磁石２５から出た磁束の流れを示す模式図である。図１３（Ａ）に示すように、永久磁石２５の内周側の磁極面から出た磁束は、第２の磁極Ｐ２に向かう。

実施の形態１のロータ２では、ロータコア２０が第２の磁極Ｐ２に形成された分割面２３で２以上のロータコア片２４に分割されている。分割面２３は磁気抵抗が大きいため、磁束は分割面２３を跨いで流れにくく、磁束の周方向の流れが抑制される。そのため、第２の磁極Ｐ２では、磁束が径方向に流れるように整流される。

これにより、図１３（Ｂ）に示すようにステータ磁界が発生しても、第２の磁極Ｐ２を流れる磁束の進行方向の変化が抑制される。特に、分割面２３が第２の磁極Ｐ２の磁極中心線Ｎ２上に形成されているため、第２の磁極Ｐ２における磁束密度分布が磁極中心線Ｎ２に対して対称な磁束密度分布に近付く。

その結果、ロータ２の表面の磁束密度分布の偏り抑制し、これにより振動を抑制することができる。また、ロータ２からステータ５Ａに流入する磁束量の減少を抑制し、これによりモータ出力の低下を抑制することができる。

加えて、実施の形態１では、ロータコア２０が２以上のロータコア片２４で形成されるため、図８を参照して説明したように、母材基板２００から、ロータコア片２４となる積層要素２０１を効率よく打ち抜くことができる。

すなわち、比較例２のロータ２Ｆでは、ロータコア２０が環状に一体に形成されているため、母材基板２００から環状の積層要素を打ち抜く必要がある。母材基板２００から環状の積層要素を打ち抜くと、その内側の部分は無駄になるため、母材基板２００を有効に利用することができない。

これに対し、実施の形態１では、母材基板２００から円弧状の積層要素２０１を打ち抜けばよいため、母材基板２００の無駄が少なく、歩留まりが向上する。すなわち、母材基板２００を有効に利用することができ、製造コストを低減することができる。

なお、ここでは、ロータコア２０の磁石挿入孔２１が磁極中心線Ｎ１に直交する方向に直線状に形成されていたが、磁石挿入孔２１はＶ字状に形成されていてもよい。また、各磁石挿入孔２１に２つ以上の永久磁石２５を配置してもよい。各磁石挿入孔２１に２つ以上の永久磁石２５が配置されている場合には、当該２つ以上の永久磁石２５が１つの第１の磁極Ｐ１を構成し、各磁石挿入孔２１の周方向中心が極中心となる。

また、電動機１は、上記の通り、ロータコア２０の磁石挿入孔２１に永久磁石２５を配置したＩＰＭモータであるが、ロータコア２０の表面に永久磁石２５を配置したＳＰＭ（表面磁石型）モータであってもよい。

＜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２は、永久磁石２５で構成された第１の磁極Ｐ１と、ロータコア２０において周方向に隣り合う第１の磁極Ｐ１の間に形成された第２の磁極Ｐ２とを有する。また、ロータコア２０は、第２の磁極Ｐ２の周方向中心に形成された分割面２３で、２以上のロータコア片２４に分割されている。これにより、第２の磁極Ｐ２を通過する磁束の進行方向の変化が生じにくくなり、その結果、ロータ２の表面における磁束密度分布の偏りを抑制し、振動を抑制することができる。

また、ロータコア片２４を構成する積層要素２０１を母材基板２００から打ち抜くことにより、母材基板２００の無駄が少なくなり、歩留まりが向上する。そのため、ロータ２の製造コストを低減することができる。

また、分割面２３が、ロータコア２０の内周２０ｂと外周２０ａとの間で径方向に延在しているため、第２の磁極Ｐ２において磁束を径方向に流れるように効果的に整流することができる。これにより、第２の磁極Ｐ２における磁束密度分布を、磁極中心線Ｎ２に対して対称な磁束密度分布に近づけ、振動抑制効果を高めることができる。

また、実施の形態１では、ロータコア２０とシャフト１１とが樹脂部３０によって保持されているため、ロータコア２０のロータコア片２４の位置精度を向上することができる。また、ロータコア２０からシャフト１１への磁束漏れを抑制し、電動機効率の低下を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１４（Ａ）は、実施の形態２のロータ２Ａを示す横断面図である。図１４（Ｂ）は、実施の形態２のロータ２Ａの１磁極に対応する領域を拡大して示す横断面図である。

図１４（Ａ）に示すように、実施の形態２のロータ２Ａは、各ロータコア片２４の分割面２３に係合部２６を有する。係合部２６は、軸線Ａｘを中心としロータコア２０の径方向の中心位置を通る仮想円Ｃ１の径方向内側に位置する。

図１４（Ｂ）に示すように、各ロータコア片２４の一方の分割面２３には凸部２６ａが形成され、他方の分割面２３には凹部２６ｂが形成されている。例えば、図中左側の分割面２３には凸部２６ａが形成され、図中右側の分割面２３には凹部２６ｂが形成されている。凸部２６ａおよび凹部２６ｂは、互いに対応する形状を有する。凸部２６ａおよび凹部２６ｂを、係合部２６と総称する。

図１４（Ａ）に示すように、ロータコア片２４を組み合わせてロータコア２０を形成すると、あるロータコア片２４の凸部２６ａが、隣接するロータコア片２４の凹部２６ｂに係合する。これにより、ロータコア片２４を互いに強固に固定することができる。

また、実施の形態１で説明したように、ロータコア２０の各ロータコア片２４およびシャフト１１は樹脂部３０で一体に保持されるため、ロータコア片２４をさらに強固に固定することができる。

各ロータコア片２４は、互いに同じ位置に凸部２６ａを有し、また、互いに同じ位置に凹部２６ｂを有する。そのため、各ロータコア片２４の形状を同じにすることができ、積層要素を同一のプレス装置で加工することができる。すなわち、製造設備を簡略化し、製造コストを低減することができる。

図１５（Ａ），（Ｂ）は、実施の形態２のロータ２Ａにおける永久磁石２５から出た磁束の流れを示す模式図である。図１５（Ａ）に示すように、第１の磁極Ｐ１の永久磁石２５から出た磁束は、第２の磁極Ｐ２に向かって流れる。実施の形態２のロータ２Ａにおいても、ロータコア２０の第２の磁極Ｐ２の極中心には、分割面２３が形成されている。

そのため、図１５（Ｂ）に示すようにステータ磁界が発生しても、第２の磁極Ｐ２における磁束の進行方向の変化は生じにくい。これにより、第２の磁極Ｐ２における磁束密度分布を、磁極中心線Ｎ２に対して対称な磁束密度分布に近付けることができる。

また、係合部２６は、上記の通り、軸線Ａｘを中心としロータコア２０の径方向の中心位置を通る仮想円Ｃ１の内側に位置する。永久磁石２５から第２の磁極Ｐ２に向かって流れる磁束のうち、仮想円Ｃ１の内側の領域を流れる磁束は僅かである。すなわち、ロータコア２０において、仮想円Ｃ１の内側は仮想円Ｃ１の外側よりも磁束密度が低い。

そのため、ロータコア２０の仮想円Ｃ１の内側に係合部２６を形成することにより、磁束が係合部２６を通過することによる磁気抵抗の増加を抑制することができる。これにより、誘起電圧の低下および鉄損の増加を抑制することができる。

以上説明したように、実施の形態２では、ロータコア２０のロータコア片２４が分割面２３に係合部２６を有するため、ロータコア片２４を互いに強固に固定することができる。

また、係合部２６が上記の仮想円Ｃ１の内側に位置するため、係合部２６を磁束が通過することによる磁気抵抗の増加を抑制することができ、これにより誘起電圧の低下および鉄損の増加を抑制することができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３について説明する。図１６（Ａ）は、実施の形態３のロータ２Ｂを示す横断面図である。図１６（Ｂ）は、実施の形態３のロータ２Ｂの１磁極に対応する領域を拡大して示す横断面図である。

図１６（Ａ）に示すように、実施の形態３のロータ２Ｂは、各ロータコア片２４の分割面２３にカシメ部２７を有する。カシメ部２７は、ロータコア片２４を形成する積層要素を互いに固定するものである。カシメ部２７は、分割面２３の周方向両側に形成されている。また、カシメ部２７は、軸線Ａｘを中心としロータコア２０の径方向中心を通る仮想円Ｃ１の内側に位置する。

図１６（Ｂ）に示すように、各ロータコア片２４のカシメ部２７は、各分割面２３に沿って２か所に配置されている。外周側のカシメ部２７をカシメ部２７ａとし、内周側のカシメ部２７をカシメ部２７ｂとする。カシメ部２７ａ，２７ｂは、いずれも仮想円Ｃ１の内側に形成されている。

なお、ロータコア片２４の１つの分割面２３に沿って形成されるカシメ部２７の数は２つに限らず、１つでもよく、３つ以上でもよい。

カシメ部２７は、分割面２３のできるだけ近い位置に形成されていることが望ましい。ロータコア片２４を組み合わせてロータコア２０を形成する際に、分割面２３に周方向の外力が作用するが、カシメ部２７を分割面２３のできるだけ近い位置に形成することで、積層要素が外力によって捲れることを抑制できる。

図１７（Ａ），（Ｂ）は、実施の形態３のロータ２Ｂにおける永久磁石２５から出た磁束の流れを示す模式図である。図１７（Ａ）に示すように、第１の磁極Ｐ１の永久磁石２５から出た磁束は、第２の磁極Ｐ２に向かって流れる。実施の形態３のロータ２Ｂにおいても、ロータコア２０の第２の磁極Ｐ２の極中心には、分割面２３が形成されている。

そのため、図１７（Ｂ）に示すようにステータ磁界が発生しても、第２の磁極Ｐ２における磁束の進行方向の変化は生じにくい。これにより、第２の磁極Ｐ２における磁束密度分布を、磁極中心線Ｎ２に対して対称な磁束密度分布に近付けることができる。

また、カシメ部２７は、上記の通り、軸線Ａｘを中心としロータコア２０の径方向の中心位置を通る仮想円Ｃ１の内側に位置する。実施の形態２で説明したように、ロータコア２０の仮想円Ｃ１の内側は磁束密度が低いため、カシメ部２７を磁束が通過することによる磁気抵抗の増加を抑制することができる。これにより、誘起電圧の低下および鉄損の増加を抑制することができる。

以上説明したように、実施の形態３では、ロータコア２０のロータコア片２４がカシメ部２７を有するため、ロータコア片２４を構成する積層要素（電磁鋼板）を強固に固定することができる。

また、カシメ部２７が上記の仮想円Ｃ１の内側に位置するため、磁束がカシメ部２７を通過することによる磁気抵抗の増加を抑制することができ、これにより誘起電圧の低下および鉄損の増加を抑制することができる。

実施の形態４．
次に、実施の形態４について説明する。図１８（Ａ）は、実施の形態４のロータ２Ｃを示す横断面図である。図１８（Ｂ）は、実施の形態４のロータ２Ｃの１磁極に対応する領域を拡大して示す横断面図である。

図１８（Ａ）に示すように、実施の形態４のロータ２Ｃは、第２の磁極Ｐ２にスリット部２８を有する。スリット部２８は、第２の磁極Ｐ２の極中心に集中しやすい磁束を周方向に分散させるものである。スリット部２８は、ここでは４つのスリットであり、分割面２３の周方向両側に形成されている。但し、スリット部２８を構成するスリットの数は、２以上であればよい。

図１８（Ｂ）に示すように、スリット部２８は、ロータコア片２４の分割面２３の周方向両側に形成されたスリット２８ａと、このスリット２８ａの周方向両側に形成されたスリット２８ｂとを有する。スリット２８ａ，２８ｂはいずれも、径方向に長い長孔である。ここでは、スリット２８ｂの長さがスリット２８ｂの長さよりも長いが、これに限定されるものではない。

スリット２８ａ，２８ｂはいずれも、径方向外側の端部がロータコア２０の外周に対向するように形成されている。スリット２８ａ，２８ｂは、実施の形態２，３で説明した仮想円Ｃ１（図１４（Ａ））よりも外側に位置する。

スリット部２８には、樹脂部３０の一部（符号３６で示す）が入り込んでいることが望ましい。具体的には、樹脂部３０のうち、ロータコア２０の端面を覆う端面部３３，３４（図６）の一部がスリット部２８内に入り込んでいることが望ましい。

このように構成すれば、ロータコア２０とシャフト１１とを樹脂部３０によってより強固に固定することができる。すなわち、ロータ２の回転時にロータコア片２４に作用する遠心力に抗して、ロータコア片２４の分離を抑制することができる。

図１９（Ａ），（Ｂ）は、実施の形態４のロータ２Ｃにおける永久磁石２５から出た磁束の流れを示す模式図である。図１９（Ａ）に示すように、第１の磁極Ｐ１の永久磁石２５から出た磁束は、第２の磁極Ｐ２に向かって流れる。実施の形態４のロータ２Ｃにおいても、ロータコア２０の第２の磁極Ｐ２の極中心には、分割面２３が形成されている。

そのため、図１９（Ｂ）に示すようにステータ磁界が発生しても、第２の磁極Ｐ２における磁束の進行方向の変化は生じにくい。これにより、第２の磁極Ｐ２における磁束密度分布を、磁極中心線Ｎ２に対して対称な磁束密度分布に近付けることができる。

スリット部２８は、第２の磁極Ｐ２の極中心に集中しやすい磁束を、周方向に分散させる作用を有する。そのため、分割面２３の効果と合わせて、第２の磁極Ｐ２における磁束密度分布を、より磁極中心線Ｎ２に対して対称な磁束密度分布に近づけることができる。

以上説明したように、実施の形態４では、ロータコア２０が分割面２３の周方向両側にスリット部２８を有するため、第２の磁極Ｐ２における磁束密度分布を磁極中心線Ｎ２に対して対称な磁束密度分布に近付け、これにより振動を抑制することができる。

また、スリット部２８に樹脂部３０の一部が入り込むことにより、樹脂部３０によってロータコア２０とシャフト１１とをより強固に固定することができる。

上述した各実施の形態は、適宜、組み合わせることができる。図２０（Ａ）に示すロータ２Ｄでは、ロータコア２０の第２の磁極Ｐ２に、実施の形態２で説明した係合部２６、実施の形態３で説明したカシメ部２７、および実施の形態４で説明したスリット部２８が設けられている。

図２０（Ｂ）は、ロータ２Ｄの１磁極に対応する領域を拡大して示す横断面図である。係合部２６およびカシメ部２７は仮想円Ｃ１の内側に形成され、スリット部２８は仮想円Ｃ１の外側に形成されている。この構成によれば、各ロータコア片２４をより強固に固定すると共に、第２の磁極Ｐ２における磁束密度分布の対称性を高め、振動をさらに抑制することができる。

＜空気調和装置＞
次に、上述した各実施の形態の電動機が適用可能な空気調和装置について説明する。図２１（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２１（Ａ）には、冷媒を圧縮する圧縮機５０４も示されている。

図２１（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のロータ２の回転により、羽根車５０５が回転し、室外に送風する。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。

室内送風機５２０（図２１（Ａ））では、電動機１のロータ２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の電動機１は、振動を抑制することができるため、室外送風機５１０および室内送風機５２０の静音性を向上することができ、空気調和装置５００の全体の静音性を向上することができる。

電動機１は、実施の形態１で説明した構成を有しているが、実施の形態２～４で説明した構成を有してもよい。また、各実施の形態で説明した電動機１は、ここでは室外送風機５１０および室内送風機５２０の両方に用いられているが、いずれか一方のみに用いられていてもよい。

各実施の形態で説明した電動機１は、空気調和装置以外の電気機器、例えば、家庭用電気機器、換気扇、工作機械等に搭載してもよい。

以上、望ましい実施の形態について具体的に説明したが、これらの実施の形態には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，２Ｃ，２Ｄ ロータ、 ５Ａ ステータ、 ６ 基板、 ７ 固定金型、 ８ 可動金型、 ９ 成形金型、 １１ シャフト、 ２０ ロータコア、 ２０ａ 外周、 ２０ｂ 内周、 ２１ 磁石挿入孔、 ２２ フラックスバリア、 ２３ 分割面、 ２４ ロータコア片、 ２５ 永久磁石、 ２６ 係合部、 ２６ａ 凸部、 ２６ｂ 凹部、 ２７，２７ａ，２７ｂ カシメ部、 ２８ スリット部、 ２８ａ，２８ｂ スリット、 ３０ 樹脂部、 ３３，３４ 端面部、 ５ モールドステータ、 ５０ ステータコア、 ５１ ヨーク、 ５２ ティース、 ５４ 絶縁部、 ５５ コイル、 ５６ モールド樹脂部、 ７１，８１ キャビティ部、 ２００ 母材基板、 ２０１ 積層要素、 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、 ５２１ 羽根車。

Claims (14)

1. 軸線を中心とする周方向に延在し、磁石挿入孔を有するロータコアと、
   前記ロータコアの前記磁石挿入孔に取り付けられ、それぞれ第１の磁極を構成する少なくとも２つの永久磁石と
   を有し、
   前記ロータコアにおいて前記周方向に隣り合う前記第１の磁極の間に位置する部分が、第２の磁極を構成し、
   前記ロータコアは、前記第２の磁極の前記周方向の中心に形成された分割面で、少なくとも２つのロータコア片に分割され、
   前記ロータコアは、前記第２の磁極に、前記軸線を中心とする径方向に延在する２以上のスリットからなるスリット部を有し、また、前記ロータコアの前記径方向における中心位置を通り且つ前記軸線を中心とする仮想円よりも内側にカシメ部を有し、
   前記カシメ部は、前記スリット部の前記径方向の内側に形成されている
   ロータ。
2. 前記分割面は、前記ロータコアの内周から外周まで、前記径方向に延在している
   請求項１に記載のロータ。
3. 前記少なくとも２つのロータコア片はいずれも、前記分割面に係合部を有する
   請求項１または２に記載のロータ。
4. 前記係合部は、前記径方向における前記ロータコアの中心位置を通り且つ前記軸線を中心とする仮想円よりも内側に形成されている
   請求項３に記載のロータ。
5. 前記係合部は、凸部または凹部である
   請求項３または４に記載のロータ。
6. 前記カシメ部は、前記係合部の前記径方向の両側に形成されている
   請求項３から５までのいずれか１項に記載のロータ。
7. 前記カシメ部は、前記分割面の前記周方向の両側に形成されている
   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２以上のスリットは、前記分割面を中心として前記周方向に対称に形成されている
   請求項１から７までのいずれか１項に記載のロータ。
9. 前記軸線から前記ロータコアの外周までの距離は、前記第１の磁極および前記第２の磁極において最大であり、前記第１の磁極と前記第２の磁極との間の極間部で最小である
   請求項１から８までの何れか１項に記載のロータ。
10. 前記ロータコアの内周側に配置されたシャフトと、
    前記ロータコアおよび前記シャフトを連結し、前記ロータコアの前記軸線の方向の端面を覆う樹脂部と
    をさらに有し、
    前記樹脂部は、前記磁石挿入孔の内部および前記２以上のスリットの内部に入り込んでいる
    請求項１から９までの何れか１項に記載のロータ。
11. 請求項１から１０までの何れか１項に記載のロータと、
    前記ロータを前記径方向の外側から囲むステータと
    を備えた電動機。
12. 請求項１１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。
13. 室外機と、室内機とを備え、
    前記室外機と前記室内機の少なくとも一方は、
    請求項１２に記載の送風機を有する
    空気調和装置。
14. 成形金型内に、それぞれ永久磁石が取り付けられた少なくとも２つのロータコア片と、シャフトとを設置する工程であって、前記少なくとも２つのロータコア片が前記シャフトの軸線を中心とする周方向に並ぶように設置する工程と、
    前記少なくとも２つのロータコア片と前記シャフトとを樹脂により一体に成形する工程と
    を有し、
    前記少なくとも２つのロータコア片はロータコアを構成し、
    前記永久磁石が第１の磁極を構成し、前記ロータコアにおいて前記周方向に隣り合う前記第１の磁極の間に位置する部分が第２の磁極を構成し、
    前記ロータコアは、前記第２の磁極に、前記軸線を中心とする径方向に延在する２以上のスリットからなるスリット部を有し、また、前記ロータコアの前記径方向における中心位置を通り且つ前記軸線を中心とする仮想円よりも内側にカシメ部を有し、
    前記カシメ部は、前記スリット部の前記径方向の内側に形成されている
    ロータの製造方法。

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