JPWO2017208317A1 - 回転子、電動機、圧縮機、送風機、及び空気調和機 - Google Patents

回転子、電動機、圧縮機、送風機、及び空気調和機 Download PDF

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Abstract

回転子(2)は、電磁鋼板(210)と、永久磁石(220)とを有する。電磁鋼板(210)は、磁石挿入穴(201)と、スリット(202)と、第1の端部(21)と、第2の端部(22)と、第3の端部(23)と、第4の端部(24)と、第5の端部(25)とを有する。第1の端部(21)から磁石挿入穴(201)までの距離をL1とし、第1の端部(21)と第2の端部(22)との間の第1の境界(P1)から磁石挿入穴(201)までの距離をL2とし、第2の端部(22)と第3の端部(23)との間の第2の境界(P2)から磁石挿入穴(201)までの距離をL3としたときに、L1>L2且つL3≧L2の式を満たす。

Description

本発明は、永久磁石を備えた回転子に関する。
電動機の騒音を低減するために、スリットが形成された複数の電磁鋼板を積層することによって得られた回転子が用いられている。電動機において、固定子から発生した磁束(回転子に向かう磁束)の量が多いと、回転子に配置された永久磁石からの磁束の量が低減する。一般に、このような現象は減磁(以下「減磁特性の悪化」ともいう。)と呼ばれている。減磁によって永久磁石からの磁束の量が低減すると、電動機の効率が低下する。そこで、騒音を低減するとともに減磁を抑制するため、電磁鋼板のスリットの傾きが調整された回転子が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
国際公開第2013/114542号
しかしながら、電磁鋼板におけるスリットの位置又は形状によっては、減磁が改善されず、電動機の効率が低下するという問題がある。
そこで、本発明の目的は、回転子に備えられた永久磁石の減磁を改善することである。
本発明の回転子は、磁石挿入穴と、径方向における前記磁石挿入穴よりも外側に形成されたスリットとを有する電磁鋼板と、前記磁石挿入穴に挿入された第1の永久磁石とを備え、前記電磁鋼板は、前記スリットを画定する、第1の端部と、前記第1の端部に隣接する第2の端部と、前記第2の端部に隣接する第3の端部と、前記第3の端部に隣接する第4の端部と、前記第4の端部に隣接する第5の端部とを有し、前記第1の端部から前記磁石挿入穴までの距離をL1とし、前記第1の端部と前記第2の端部との間の第1の境界から前記磁石挿入穴までの距離をL2とし、前記第2の端部と前記第3の端部との間の第2の境界から前記磁石挿入穴までの距離をL3としたときに、L1>L2且つL3≧L2の式を満たす。
本発明によれば、回転子に備えられた永久磁石の減磁を改善することができる。
本発明の実施の形態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。 永久磁石が配置された回転子コア及び固定子コアの構造を概略的に示す平面図である。 (a)は、回転子コアの構造を概略的に示す平面図であり、(b)は、(a)において点線で示される領域C1を示す拡大図である。 (a)及び(b)は、図3(b)において点線で示される領域C2を示す拡大図である。 変形例1に係る電動機の回転子コアの一部の構造を概略的に示す平面図である。 変形例2に係る電動機の回転子コアの構造を概略的に示す正面図である。 回転子コアの複数の電磁鋼板のうちの1つの電磁鋼板の一部の構造を概略的に示す平面図である。 回転子コアの複数の電磁鋼板のうちの1つの電磁鋼板の一部の構造を概略的に示す平面図である。 固定子のコイルに流れる電流と、永久磁石からの磁束量の比率[%]との関係を示す図である。 (a)は、比較例としての電動機の電磁鋼板の一部の構造を概略的に示す平面図であり、(b)は、(a)において点線で示される領域C7を示す拡大図である。 本発明の実施の形態2に係る空気調和機の構成を概略的に示す図である。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係る電動機1について以下に説明する。
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のシャフト26の軸線A1(軸心)と平行な方向(以下「軸方向」という。)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軸方向は、z軸方向及びx軸方向の両方に直交する方向を示す。
図1は、本発明の実施の形態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、永久磁石220が配置された回転子コア20及び固定子コア31の構造を概略的に示す平面図である。矢印D1は、回転子コア20、回転子2、及び固定子コア31の外周に沿った方向(以下“周方向”という)を示す。
電動機1は、回転子2と、固定子3と、回路基板4と、回転子2の回転位置を検出する磁気センサ5と、ブラケット6と、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である。回路基板4には、制御回路及び磁気センサ5などの電子部品が取り付けられている。
回転子2は、回転子コア20と、少なくとも1つの永久磁石220と、シャフト26とを有する。回転子2の回転軸は、軸線A1と一致する。
固定子3は、固定子コア31と、コイル32と、インシュレータ33とを有する。固定子コア31は、例えば、複数の電磁鋼板を積層することにより形成されている。固定子コア31は、環状に形成されている。コイル32は、例えば、インシュレータ33を介して固定子コア31のティース部31aに導線を巻回することにより形成されている。コイル32は、インシュレータ33によって絶縁されている。本実施の形態では、固定子コア31、コイル32、及びインシュレータ33は、不飽和ポリエステル樹脂のような熱可塑性樹脂(モールド樹脂)によって覆われている。
固定子3の内側には、空隙を介して回転子2が挿入されている。固定子3の負荷側(電動機1の負荷側)の開口部にはブラケット6が圧入されている。ベアリング7aには、シャフト26が挿入されており、ベアリング7aは固定子3の負荷側において固定されている。同様に、ベアリング7bには、シャフト26が挿入されており、ベアリング7bは固定子3の反負荷側において固定されている。
回転子コア20の構造について以下に説明する。
図3(a)は、回転子コア20の構造を概略的に示す平面図である。図3(b)は、図3(a)において点線で示される領域C1を示す拡大図である。図3(a)及び(b)の回転子コア20(具体的には、磁石挿入穴201)には永久磁石220が配置されている。
図3(a)に示されるように、磁極中心を示す磁極中心線A2は、永久磁石220(磁石挿入穴201)の長手方向(図3(a)ではx軸方向)における中心及び軸線A1を通る。極間部を示す線A3は、互いに隣接する永久磁石220(磁石挿入穴201)間及び軸線A1を通る。
回転子コア20は、複数の薄い電磁鋼板210が積層されることにより形成されている。1枚の電磁鋼板210の厚さt0は、例えば、0.1mmから1mmである。本実施の形態では、各電磁鋼板210は、予め定められた形状に形成されている。すなわち、本実施の形態では、複数の電磁鋼板210の各々は、互いに同一の構造を持つ。ただし、複数の電磁鋼板210に、異なる構造を持つ電磁鋼板が含まれていてもよい。
電磁鋼板210は、少なくとも1つの磁石挿入穴201と、貫通孔(空隙)である少なくとも1つのスリット202と、シャフト26が挿入される軸孔203とを有する。さらに、電磁鋼板210は、スリット202を画定する、第1の端部21、第2の端部22、第3の端部23、第4の端部24、及び第5の端部25を有する。
電磁鋼板210は、例えば、金型を用いた打ち抜き処理(プレス加工)によって任意の構造に形成される。スリット202の内側の隅を鋭角に打ち抜くとき、金型の鋭角部分が破損しやすくなる。スリット202において鋭角の隅が少ない方が望ましい。そこで、スリット202の内側の隅を丸く形成してもよい。この場合、例えば、スリット202における隅の丸み半径は、0.3mm以下である。
本実施の形態では、複数の磁石挿入穴201(例えば、4つの磁石挿入穴201)が電磁鋼板210に形成されている。各磁石挿入穴201は、軸方向に貫通している。
各磁石挿入穴201内には、永久磁石220が挿入されている。本実施の形態では、1つの磁石挿入穴201に配置された永久磁石220によって回転子2の1磁極が形成されている。1つの磁石挿入穴201に複数の永久磁石220が配置されていてもよい。
永久磁石220は、例えば、ネオジウム、ボロン、及びディスプロシウムの少なくとも1つを主成分とする希土類磁石(ネオジウム希土類磁石ともいう。)である。本実施の形態では、永久磁石220は、鉄、ネオジウム、ボロン、及びディスプロシウムを含有する。永久磁石220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220が形成されていてもよい。
永久磁石220のコストを抑えるため、永久磁石220におけるディスプロシウムの含有量は、4重量%以下であることが望ましい。ディスプロシウムの含有量が少ないとき、永久磁石220の保磁力が低下し、減磁しやすくなる。そのため、例えば、永久磁石220を回転子2(回転子コア20)の径方向(以下“径方向”という)に厚くすることにより、パーミアンスを大きくすることができ、永久磁石220の減磁を補うことができる。しかしながら、永久磁石220を厚くし過ぎるとコスト増加を引き起こす。そこで、本実施の形態では、永久磁石220におけるディスプロシウムの含有量が4重量%以下であり、電磁鋼板210にスリット202が形成されているので、永久磁石220のコストを抑えつつ、減磁特性を改善することができる。
1つの磁石挿入穴201に挿入された永久磁石220の両端部(磁極中心線A2に直交する方向における両端部)は、磁極中心線A2から電気角で±30°(機械角で±15°)よりも外側(極間部側)に位置することが望ましい。径方向における永久磁石220の端部よりも外側に、周方向に延在するスリット202が形成されていることにより、誘起電圧の高調波及びトルクリップルを低減することができる。
さらに、本実施の形態では、径方向における磁石挿入穴201(永久磁石220)よりも外側において、周方向に延在する複数のスリット202(例えば、8つのスリット202)が電磁鋼板210に形成されている。言い換えると、スリット202は、永久磁石220に対して傾斜するように形成されている。各スリット202は、軸方向に貫通している。図3(a)に示される例では、1つの磁石挿入穴201(すなわち、1つの磁極)に対して2つのスリット202が電磁鋼板210に形成されている。
第1の端部21は、第2の端部22及び第5の端部25に隣接する。言い換えると、第1の端部21は、第2の端部22と第5の端部25との間に形成されている。第1の端部21は、第4の端部24に面する。第1の端部21は、第4の端部24から、径方向における内側に離れた位置に形成されている。第1の端部21は、周方向に延在し、永久磁石220の長手方向(xy平面上において磁極中心線A2と直交する方向)に対して傾斜している。本実施の形態では、第1の端部21は、スリット202の内壁を形成する面(内面)である。
第1の端部21は、第4の端部24と共に径方向の空隙を形成する。これにより、その空隙部分(すなわち、スリット202)に永久磁石220からの磁束が通りにくくなり、磁束の流れが変化する。第1の端部21は、誘起電圧の高調波の低減、コギングトルクの低減、及び回転子2の回転時における電動機1の低騒音化に寄与する。
第2の端部22は、第1の端部21及び第3の端部23の端部に隣接する。言い換えると、第2の端部22は、第1の端部21と第3の端部23との間に形成されている。第2の端部22は、第4の端部24から、径方向における内側に離れた位置に形成されている。図3(a)及び(b)に示される例では、第2の端部22は、永久磁石220の長手方向と平行に延在している。第2の端部22は、永久磁石220の長手方向に対して傾斜するように延在していてもよい。本実施の形態では、第2の端部22は、スリット202の内壁を形成する面(内面)である。
第2の端部22は、第4の端部24と共に、永久磁石220の長手方向と直交する方向(図3(b)ではy軸方向)の空隙を形成する。これにより、その空隙部分(すなわち、スリット202)に永久磁石220からの磁束が通りにくくなり、磁束の流れが変化する。第2の端部22は、誘起電圧の高調波の低減、コギングトルクの低減、及び回転子2の回転時における電動機1の低騒音化に寄与する。
第3の端部23は、第2の端部22及び第4の端部24に隣接する。言い換えると、第3の端部23は、第2の端部22と第4の端部24との間に形成されている。図3(a)及び(b)に示される例では、第3の端部23は、永久磁石220の長手方向と直交する方向(磁極中心線A2と平行な方向)に延在している。第3の端部23は、磁極中心線A2に対して傾斜するように延在していてもよい。本実施の形態では、第3の端部23は、スリット202の内壁を形成する面(内面)である。
第3の端部23が電磁鋼板210に形成されていない場合、第2の端部22及び第4の端部24により、スリット202内側の隅が形成され、その隅が鋭角に形成される。スリット202内側の隅が鋭角であるとき、スリット202の幅が小さくなり、永久磁石220からの磁束の方向を規制しにくくなる。さらに、スリット202内側の隅が鋭角であるとき、電磁鋼板210の打ち抜き処理用の金型が破損しやすい。そのため、スリット202内側の隅は鋭角とならないように形成されることが望ましい。言い換えると、スリット202内側において、鋭角の隅が少ないことが望ましい。
第3の端部23は、第2の端部22と第4の端部24との間に第3の端部23が形成されているので、第2の端部22と第3の端部23との間に形成される隅(スリット202内側の隅)を鈍角(90°よりも大きい)に形成することができる。言い換えると、スリット202の内側において第2の端部22と第3の端部23とがなす角が、90°よりも大きくなるように、スリット202を形成することができる。本実施の形態では、スリット202の内側において第2の端部22と第3の端部23とがなす角は、90°である。
同様に、第3の端部23と第4の端部24との間に形成される隅(スリット202内側の隅)を鈍角(90°よりも大きい)に形成することができる。本実施の形態では、スリット202の内側において第3の端部23と第4の端部24とがなす角は、90°よりも大きい。
すなわち、第3の端部23により、第2の端部22と第4の端部24との間に形成される隅(スリット202内側の極間部側の隅)を鈍角(90°よりも大きい)に形成することができる。
上記に説明したように、第3の端部23により、金型の品質を改善することができ、永久磁石220からの磁束の方向を規制しやすくすることができる。さらに、第3の端部23は、誘起電圧の高調波の低減、コギングトルクの低減、及び回転子2の回転時における電動機1の低騒音化に寄与する。
第4の端部24は、第3の端部23及び第5の端部25に隣接する。言い換えると、第4の端部24は、第3の端部23と第5の端部25との間に形成されている。第4の端部24は、周方向に延在し、永久磁石220の長手方向に対して傾斜している。第4の端部24は、第1の端部21に面する。第4の端部24は、第1の端部21から、径方向における外側に離れた位置に形成されている。本実施の形態では、第4の端部24は、スリット202の内壁を形成する面(内面)である。
第4の端部24は、第1の端部21と共に径方向の空隙を形成する。これにより、この空隙部分(すなわち、スリット202)に永久磁石220からの磁束が通りにくくなり、磁束の流れが変化する。第4の端部24は、誘起電圧の高調波の低減、コギングトルクの低減、及び回転子2の回転時における電動機1の低騒音化に寄与する。
第5の端部25は、第4の端部24及び第1の端部21に隣接する。言い換えると、第5の端部25は、第4の端部24と第1の端部21との間に形成されている。第5の端部25は、スリット202の磁極中心側において、永久磁石220の長手方向と直交する方向(磁極中心線A2と平行な方向)に延在している。これにより、永久磁石220からの磁束を、磁極中心側に集めることができる。ただし、第5の端部25は、磁極中心線A2に対して傾斜していてもよい。本実施の形態では、第5の端部25は、スリット202の内壁を形成する面(内面)である。第5の端部25は、誘起電圧の高調波の低減、コギングトルクの低減、及び回転子2の回転時における電動機1の低騒音化に寄与する。
本実施の形態では、スリット202は、第1の端部21から第5の端部25の(すなわち、5つの端部)によって画定されているが、6個以上の端部によってスリット202が画定されていてもよい。
第1の端部21、第2の端部22、第3の端部23、第4の端部24、及び第5の端部25は、磁石挿入穴201を形成する内壁のうちの縁(xy平面に平行な縁)でもよい。この場合、第1の端部21、第2の端部22、第3の端部23、第4の端部24、及び第5の端部25は、z軸方向の任意の位置において、互いに同一平面(xy平面)上に位置する。
図4(a)及び(b)は、図3(b)において点線で示される領域C2を示す拡大図である。
図4(a)に示される距離L1は、第1の端部21のうちの任意の位置(境界P1を含まない)から磁石挿入穴201(永久磁石220)までの最短距離である。距離L2は、第1の端部21と第2の端部22との間の境界P1から磁石挿入穴201(永久磁石220)までの最短距離である。距離L3は、第2の端部22と第3の端部23との間の境界P2から磁石挿入穴201(永久磁石220)までの最短距離である。図4(a)に示される例では、距離L1は、第1の端部21と第5の端部25との間の境界(第1の端部21のうちの第5の端部25に最も近い位置)から磁石挿入穴201(永久磁石220)までの最短距離を示す。
境界P1(第1の境界)は、例えば、第1の端部21と第2の端部22とを区分する。境界P1が明確ではないとき、スリット202の内壁の、第1の端部21及び第2の端部22間の中心を、境界P1とみなしてもよい。例えば、第1の端部21と第2の端部22との間の領域(内壁)が円弧状に形成されているとき、円弧状部分のxy平面上における中心を境界P1とみなしてもよい。
境界P2(第2の境界)は、例えば、第2の端部22と第3の端部23とを区分する。境界P2が明確ではないとき、スリット202の内壁の、第2の端部22及び第3の端部23間の中心を境界P2とみなしてもよい。例えば、第2の端部22と第3の端部23との間の領域(内面)が円弧状に形成されているとき、円弧状部分のxy平面上における中心を境界P2とみなしてもよい。
回転子2(具体的には、電磁鋼板210)は、下記の式(1)を満たす。
L1>L2且つL3≧L2 (1)
図4(a)に示される例では、回転子2(具体的には、電磁鋼板210)において、距離L2は距離L3と等しい。ただし、距離L2及びL3の関係は、L3>L2であってもよい。距離L2及びL3の関係がL3>L2を満たすとき、第2の端部22は、永久磁石220の長手方向に対して傾斜している。
一般的に、スリットと永久磁石との間の距離が狭いと、永久磁石のパーミアンスが低下し、減磁しやすくなる。本実施の形態では、電動機1の回転子2(具体的には、電磁鋼板210)がL3≧L2の式を満たすので、スリット202(例えば、第2の端部22)と永久磁石220との間の距離を大きくすることができ、減磁特性を改善することができる。
回転子2(具体的には、電磁鋼板210)は、L1>L3の式を満たす。これにより、スリット202を周方向に延在するように形成することができる。
第2の端部22から第4の端部までの最短距離(例えば、境界P2から、第3の端部23との第4の端部24との間の境界P3までの距離)をt1とし、第1の端部21から4の端部24までの最短距離をt2としたときに、回転子2(具体的には、電磁鋼板210)は、t2>t1の式を満たす。回転子2(具体的には、電磁鋼板210)が、t2>t1の式を満たすことにより、上記式(1)を満たす回転子2(具体的には、電磁鋼板210)を得ることができる。
境界P3は、例えば、第3の端部23と第4の端部24とを区分する。境界P3が明確ではないとき、スリット202の内壁の、第3の端部23及び第4の端部24間の中心を境界P3とみなしてもよい。例えば、第3の端部23と第4の端部24との間の領域(内面)が円弧状に形成されているとき、円弧状部分のxy平面上における中心を境界P3とみなしてもよい。
距離t1及び電磁鋼板210の厚みt0は、t1≧t0の式を満たす。これにより、電磁鋼板210の打ち抜き処理が容易になる。さらに、t1≧t0の関係を満たすことにより、永久磁石220からの磁束の流れを規制するために必要な空隙(すなわち、スリット202の幅)を得ることができる。
図4(b)に示される距離t4は、第4の端部24のうちの任意の位置から回転子コア20(電磁鋼板210)の外周面までの最短距離(電磁鋼板210の幅)である。距離t4及び電磁鋼板210の厚みt0は、t4>t0の式を満たす。これにより、電磁鋼板210の打ち抜き処理が容易になる。さらに、上述したt2>t1の式を満たすことにより、第4の端部24から回転子コア20(電磁鋼板210)の外周面までの充分な電磁鋼板210の幅(すなわち、距離t4)を得ることができる。
一般的に、プレス加工によって電磁鋼板を形成することにより、減磁特性が悪化する。具体的には、プレス加工によって形成された電磁鋼板の厚さに応じて、電磁鋼板の端部から減磁特性が悪化する。すなわち、スリットの内壁及び電磁鋼板の外周面の各々から、電磁鋼板の厚さに応じた幅の減磁特性の悪化が生じる。したがって、回転子2(具体的には、電磁鋼板210)は、t4≧2×t0の式を満たすことが望ましい。これにより、減磁特性の悪化を低減し、誘起電圧の高調波を低減することができる。
一般的に、スリットと永久磁石との間の領域が磁気飽和すると、透磁率が低下し、永久磁石のパーミアンスが低下する。これにより、減磁特性が悪化する。一般的に、電磁鋼板における飽和磁束密度B2が1.6[T]から1.8[T]の範囲を超えるあたりから急激に透磁率が低下する。
永久磁石220の残留磁束密度をB1[T:テスラ]とし、磁極中心線A2と直交する方向における境界P1と境界P2との間の距離をt3としたとき、スリット202と永久磁石220との間に流れる磁束量は、B1×t3によって表される。
電磁鋼板210の飽和磁束密度をB2[T:テスラ]としたとき、回転子2(具体的には、電磁鋼板210)が、
B2≧B1×t3/L2且つ1.6≦B2[T]≦1.8
の式を満たすことが望ましい。これにより、減磁特性の悪化を抑えることができる。
さらに、回転子2(具体的には、電磁鋼板210)は、
B2≧B1×t3/L3且つ1.6≦B2[T]≦1.8
の式を満たすことが望ましい。これにより、減磁特性の悪化を抑えることができる。
特に、回転子2(具体的には、電磁鋼板210)が、1.6≧B1×t3/L2の式を満たすことにより、減磁特性の悪化を効果的に抑えることができる。
同様に、回転子2(具体的には、電磁鋼板210)が、1.6≧B1×t3/L3の式を満たすことにより、減磁特性の悪化を効果的に抑えることができる。
一般的に、電磁鋼板の打ち抜き歪を考慮すると、電磁鋼板の厚みと同じ幅で電磁鋼板の透磁率が低下する。そのため、本実施の形態において、電磁鋼板210の厚みt0の幅だけ透磁率が低下すると考えると、距離L2で示される範囲において透磁率が高い部分(範囲)は、L2−2×t0で表され、距離L3で示される範囲において透磁率が高い部分(範囲)は、L3−2×t0で表される。
したがって、回転子2(具体的には、電磁鋼板210)は、
B2≧B1×t3/(L2−2×t0)且つ1.6≦B2[T]≦1.8
の式を満たすことが望ましい。これにより、減磁特性の悪化をさらに効果的に抑えることができる。
さらに、回転子2(具体的には、電磁鋼板210)が、
B2≧B1×t3/(L3−2×t0)且つ1.6≦B2[T]≦1.8
の式を満たすことが望ましい。これにより、減磁特性の悪化をさらに効果的に抑えることができる。
よって、1.6≧B1×t3/(L2−2×t0)の式を満たす回転子2(具体的には、電磁鋼板210)が、本実施の形態において最も望ましい距離L2に関する形態である。
同様に、1.6≧B1×t3/(L3−2×t0)の式を満たす回転子2(具体的には、電磁鋼板210)が、本実施の形態において最も望ましい距離L3に関する形態である。
変形例1.
図5は、変形例1に係る電動機の回転子コア20aの一部の構造を概略的に示す平面図である。図5において点線で示される領域C3は、図3(a)において点線で示される領域C1に対応する。
回転子コア20aは、実施の形態1における回転子2の回転子コア20に対し、電磁鋼板210a(具体的には、磁石挿入穴211)の構造が異なり、さらに、1つの磁石挿入穴211に複数の永久磁石220が挿入されている点が異なる。その他の点は、回転子コア20と同じである。回転子コア20aは、回転子コア20の代わりに実施の形態1に係る電動機1の回転子2に適用可能である。
電磁鋼板210aは、磁石挿入穴211内に挿入された永久磁石220の位置を決める位置決め部204(第1の位置決め部)及び位置決め部205(第2の位置決め部)を有する。位置決め部204及び位置決め部205は、例えば、突起である。図5に示される例では、1つの磁石挿入穴211に対して2つの位置決め部204と1つの位置決め部205が、電磁鋼板210aに形成されている。
図5に示される例では、1つの磁石挿入穴211内に2つの永久磁石220(第1及び第2の永久磁石)が挿入されている。2つの永久磁石220の両側に形成された位置決め部204と、2つの永久磁石220の間に形成された位置決め部205とにより、2つの永久磁石220が固定されている。これにより、2つの永久磁石220が衝突することを防ぐことができる。
一般的に、位置決め部(突起)には、固定子からの磁束が通りやすいので、減磁特性を悪化させることがある。したがって、1磁極(1つの磁石挿入穴)について2つ以上の永久磁石を用いるとき、永久磁石の厚さ(例えば、径方向の厚さ)を大きくすることにより、又は高い磁力を持つ永久磁石を用いることにより、減磁特性の悪化を改善することができる。しかしながら、この場合、永久磁石のコストが増加する。
そこで、変形例1では、1磁極について2つの永久磁石220を用いた場合でも、実施の形態1で説明した上記式(1)を満たすことにより、減磁特性の悪化を改善し、高効率な回転子2(回転子コア20a)を得ることができる。
変形例2.
図6は、変形例2に係る電動機の回転子コア20bの構造を概略的に示す正面図である。
図7は、回転子コア20bの複数の電磁鋼板のうちの1つの電磁鋼板210bの一部の構造を概略的に示す平面図である。図7において点線で示される領域C4は、図3(a)において点線で示される領域C1に対応する。
図8は、回転子コア20bの複数の電磁鋼板のうちの1つの電磁鋼板210cの一部の構造を概略的に示す平面図である。図8において点線で示される領域C5は、図3(a)において点線で示される領域C1に対応する。
回転子コア20bは、実施の形態1における回転子2の回転子コア20に対し、電磁鋼板210b(具体的には、磁石挿入穴212a)及び電磁鋼板210c(具体的には、磁石挿入穴212b)の構造が異なり、さらに、1つの磁石挿入穴212に複数の永久磁石220が挿入されている点が異なる。その他の点は、回転子コア20と同じである。回転子コア20bは、回転子コア20の代わりに実施の形態1に係る電動機1の回転子2に適用可能である。
図7に示される電磁鋼板210bは、位置決め部205を有していない点で変形例1における電磁鋼板210aと異なり、その他の点は、変形例1と同じである。図8に示される電磁鋼板210cは、位置決め部204及び205を有していない点で変形例1における電磁鋼板210aと異なり、その他の点は、変形例1と同じである。
図6に示されるように、回転子コア20bは、電磁鋼板210b及び電磁鋼板210bとは異なる電磁鋼板210cが積層されることによって形成されている。電磁鋼板210b及び210cの組み合わせ(積層数及び積層順)は限定されない。図6に示される例では、複数の電磁鋼板210bによって回転子コア20bの上部層及び下部層が形成されており、複数の電磁鋼板210cによって回転子コア20bの中間層が形成されている。1つの磁石挿入穴212に挿入される永久磁石220の数は1つでもよい。
実施の形態1に係る電動機1及び回転子2(各変形例を含む)の効果を以下に説明する。
図9は、固定子のコイルに流れる電流と、永久磁石からの磁束量の比率[%]との関係を示す図である。図9では、従来の電動機における磁束量の比率と電流との関係がm0で示されており、従来の電動機と比較した場合の、実施の形態1に係る電動機1における磁束量の比率と電流との関係がm1で示されている。従来の電動機(図9におけるm0)の電磁鋼板に形成されたスリットは、L1>L2且つL2>L3を満たすように形成されている。実施の形態1に係る電動機1(図9におけるm1)の電磁鋼板210に形成されたスリット202は、L1>L2且つL3≧L2の式を満たすように形成されている。
図9に示されるように、いずれの電動機も、電流が大きくなるに従い、永久磁石の減磁が発生し、磁束量が低減する。ただし、実施の形態1に係る電動機1(図9におけるm1)は、従来の電動機(図9におけるm0)に比べて永久磁石220からの磁束量が高く維持され、永久磁石220の減磁特性が改善されている。すなわち、実施の形態1に係る電動機1の回転子2(各変形例を含む)は、上記式(1)を満たすので、従来の電磁鋼板を備えた回転子に比べて永久磁石220の減磁特性を改善することができる。
すなわち、実施の形態1に係る電動機1の回転子2(各変形例を含む)は、上記式(1)を満たすので、スリット202を画定する複数の端部のうちの永久磁石220側の端部である第1の端部21及び第2の端部22と永久磁石220との間の距離を大きくすることができる。したがって、スリット202と永久磁石220との間の距離が大きくなり、永久磁石220のパーミアンスが改善され、減磁を改善することができる。
図10(a)は、比較例としての電動機の電磁鋼板300の一部の構造を概略的に示す平面図である。図10(b)は、図10(a)において点線で示される領域C7を示す拡大図である。図10(a)において点線で示される領域C6は、図3(a)において点線で示される領域C1に対応する。
図10(b)に示される境界P4は、図4(a)に示される境界P1に対応し、境界P5は、図4(a)に示される境界P2に対応する。図10(b)に示される端部41は、図4(a)に示される第1の端部21に対応し、端部42は、図4(a)に示される第2の端部22に対応する。
図10(b)に示されるように、例えば、4つの端部41,42,43,及び44によって、L1>L2且つL3≧L2の式を満たすように、周方向に延在するスリット301の位置及び形状を設定する場合、スリット301の内側の隅(例えば、端部42及び43によって形成される隅)が鋭角に形成される。この場合、スリット301の幅が小さくなり、永久磁石220からの磁束の方向を規制しにくくなる。さらに、スリット内側の隅が鋭角であるとき、電磁鋼板の打ち抜き処理用の金型が破損しやすい。
本実施の形態では、少なくとも5つの端部(例えば、第1の端部21から第5の端部25)によって、L1>L2且つL3≧L2の式を満たすように、周方向に延在するスリット202の位置及び形成が設定されているので、減磁特性を改善するとともに、電磁鋼板210の打ち抜き処理用の金型の破損を防ぐことが可能な電磁鋼板210を得ることができる。
回転子2(具体的には、電磁鋼板210)が、L1>L3の式を満たすことにより、スリット202を周方向に延在するように形成することができ、回転子2の回転時の騒音を低減することができる。
回転子2(具体的には、電磁鋼板210)が、t2>t1の式を満たすことにより、第4の端部24から回転子コア20(電磁鋼板210)の外周面までの充分な電磁鋼板210の幅(すなわち、距離t4)を得ることができ、電磁鋼板210の打ち抜き処理が容易になる。
回転子2(具体的には、電磁鋼板210)が、t1≧t0の式を満たすことにより、電磁鋼板210の打ち抜き処理が容易になる。さらに、t1≧t0の関係を満たすことにより、永久磁石220からの磁束の流れを規制するために必要な空隙(すなわち、スリット202の幅)を得ることができる。
回転子2(具体的には、電磁鋼板210)が、
B2≧B1×t3/L2且つ1.6≦B2[T]≦1.8
の式を満たすことにより、減磁特性の悪化を抑えることができる。
さらに、回転子2(具体的には、電磁鋼板210)が、
B2≧B1×t3/(L2−2×t0)且つ1.6≦B2[T]≦1.8
の式を満たすことにより、減磁特性の悪化を効果的に抑えることができる。
一般的に、回転子が回転している間に、固定子のティース部中心と回転子の磁極中心線とが一致し、且つ、スリットの径方向側に固定子のスロットオープニング(ティース部間の領域)が位置するとき、誘起電圧の高調波が増加する。例えば、径方向における永久磁石よりも外側に、周方向に延在するスリットが形成されているとき、誘起電圧の高調波が増加しやすい。特に、スリットから回転子の外周面までの距離が短いとき、電磁鋼板の透磁率が低下し、回転子表面を通る磁束が乱れ、誘起電圧の高調波が増加する。そこで、本実施の形態では、回転子2(具体的には、電磁鋼板210)が、t4≧2×t0の式を満たすことにより、スリット202から回転子2の外周面までの距離を長くすることができ、誘起電圧の高調波を低減することができる。
変形例1によれば、1磁極について2つの永久磁石220を用いた場合でも、実施の形態1で説明した上記式(1)を満たすことにより、減磁特性の悪化を改善し、高効率な回転子2(回転子コア20a)を得ることができる。
変形例2によれば、位置決め部204を有する電磁鋼板210bと、位置決め部204を有さない電磁鋼板210cとを組み合わせることによって、減磁特性の悪化を改善することができ、回転子コア20bのコストを抑制することができる。さらに、実施の形態1で説明した上記式(1)を満たすことにより、減磁特性の悪化を改善し、高効率な回転子2(回転子コア20b)を得ることができる。
上記に説明したように、電動機1は、回転子2を有するので、誘起電圧の高調波及びトルクリップルを低減しながら、減磁特性の悪化を抑制することができる。さらに、回転子2及び電動機1の製造コストを抑えることができる。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る空気調和機10について説明する。
図11は、本発明の実施の形態2に係る空気調和機10の構成を概略的に示す図である。
実施の形態2に係る空気調和機10(例えば、冷凍空調装置)は、送風機(第1の送風機)としての室内機11と、冷媒配管12と、冷媒配管12によって室内機11と接続された送風機(第2の送風機)としての室外機13とを備える。
室内機11は、電動機11a(例えば、実施の形態1の電動機1)と、電動機11aによって駆動されることにより、送風する送風部11bとを有する。送風部11bは、例えば、電動機11aによって駆動される羽根を有する。
室外機13は、電動機13a(例えば、実施の形態1の電動機1)と、送風部13bと、圧縮機13cと、熱交換器(図示しない)とを有する。送風部13bは、電動機13aによって駆動されることにより、送風する。送風部13bは、例えば、電動機13aによって駆動される羽根を有する。圧縮機13cは、電動機13d(例えば、実施の形態1の電動機1)と、電動機13dによって駆動される圧縮機構13e(例えば、冷媒回路)と、電動機13d及び圧縮機構13eを覆うハウジング13fとを有する。
実施の形態2に係る空気調和機10において、室内機11及び室外機13の少なくとも一つは、実施の形態1で説明した電動機1(各変形例を含む)を有する。具体的には、送風部の駆動源として、電動機11a及び13aの少なくとも一方に、実施の形態1で説明した電動機1(変形例を含む)が適用される。さらに、圧縮機13cの電動機13dとして、実施の形態1で説明した電動機1(各変形例を含む)を用いてもよい。
空気調和機10は、例えば、室内機11から冷たい空気を送風する冷房運転、又は温かい空気を送風する暖房運転等の運転を行うことができる。室内機11において、電動機11aは、送風部11bを駆動するための駆動源である。送風部11bは、調整された空気を送風することができる。
実施の形態1で説明した電動機1(各変形例を含む)は、空気調和機10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。
実施の形態2に係る空気調和機10によれば、電動機11a及び13aの少なくとも一方に、実施の形態1で説明した電動機1(各変形例を含む)が適用されるので、実施の形態1で説明した効果と同様の効果が得られる。
さらに、実施の形態2によれば、実施の形態1で説明した電動機1(各変形例を含む)を用いることにより、運転効率が良い、送風機(室内機11及び室外機13)、圧縮機13c、及び空気調和機10を得ることができる。
一般的に、圧縮機の電動機は、100℃以上の温度環境下で用いられることが多いため、減磁特性を悪化させないようにする必要がある。そこで、電動機13dとして、実施の形態1で説明した電動機1を用いることにより、圧縮機13cのコストを抑え、減磁特性の悪化を抑えることができる。
一般的に、送風機に異物が混入したり、送風機が逆風を受けたりすると、電動機の急激なトルクの変化又は電動機のロック状態が発生する。これにより、電動機への電流が急激に上昇するため、減磁特性を悪化させないようにする必要がある。そこで、送風機(例えば、送風部11b又は13b)の電動機(例えば、電動機11a又は13a)として、実施の形態1で説明した電動機1を用いることにより、送風機のコストを抑え、減磁特性の悪化を抑えることができる。
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。
1,11a,13a,13d 電動機、 2 回転子、 3 固定子、 4 回路基板、 5 磁気センサ、 6 ブラケット、 7a,7b ベアリング、 10 空気調和機、 11 室内機(第1の送風機)、 11b,13b 送風部、 12 冷媒配管、 13 室外機(第2の送風機)、 13c 圧縮機、 13e 圧縮機構、 13f ハウジング、 20,20a,20b 回転子コア、 21 第1の端部、 22 第2の端部、 23 第3の端部、 24 第4の端部、 25 第5の端部、 26 シャフト、 31 固定子コア、 31a ティース部、 32 コイル、 33 インシュレータ、 201,211,212a,212b 磁石挿入穴、 202 スリット、 203 軸孔、 204,205 位置決め部、 210,210a,210b,210c 電磁鋼板、 220 永久磁石。
本発明の回転子は、磁石挿入穴と、径方向における前記磁石挿入穴よりも外側に形成されたスリットとを有する電磁鋼板と、前記磁石挿入穴に挿入された第1の永久磁石とを備え、前記電磁鋼板は、前記スリットを画定する、周方向に延在する第1の端部と、前記第1の端部に隣接する第2の端部と、前記第2の端部に隣接する第3の端部と、前記第3の端部に隣接する第4の端部と、前記第4の端部に隣接する第5の端部とを有し、前記第1の端部から前記磁石挿入穴までの距離をL1とし、前記第1の端部と前記第2の端部との間の第1の境界から前記磁石挿入穴までの距離をL2とし、前記第2の端部と前記第3の端部との間の第2の境界から前記磁石挿入穴までの距離をL3としたときに、L1>L2、L1>L3、且つL3≧L2の式を満たす。

Claims (15)

  1. 磁石挿入穴と、径方向における前記磁石挿入穴よりも外側に形成されたスリットとを有する電磁鋼板と、
    前記磁石挿入穴に挿入された第1の永久磁石と
    を備え、
    前記電磁鋼板は、前記スリットを画定する、第1の端部と、前記第1の端部に隣接する第2の端部と、前記第2の端部に隣接する第3の端部と、前記第3の端部に隣接する第4の端部と、前記第4の端部に隣接する第5の端部とを有し、
    前記第1の端部から前記磁石挿入穴までの距離をL1とし、前記第1の端部と前記第2の端部との間の第1の境界から前記磁石挿入穴までの距離をL2とし、前記第2の端部と前記第3の端部との間の第2の境界から前記磁石挿入穴までの距離をL3としたときに、
    L1>L2且つL3≧L2
    の式を満たす
    回転子。
  2. 前記第1の端部は、前記第5の端部に隣接しており、前記距離L1は、前記第1の端部のうちの前記第5の端部に最も近い位置から前記磁石挿入穴までの距離である請求項1に記載の回転子。
  3. L1>L3の式を満たす請求項1又は2に記載の回転子。
  4. 前記第2の端部から前記第4の端部までの最短距離をt1とし、前記第1の端部から前記4の端部までの最短距離をt2としたときに、
    t2>t1
    の式を満たす
    請求項1から3のいずれか1項に記載の回転子。
  5. 前記電磁鋼板の厚みをt0としたときに、
    t1≧t0
    の式を満たす
    請求項1から4のいずれか1項に記載の回転子。
  6. 前記電磁鋼板の厚みをt0とし、前記第1の境界から前記第2の境界までの距離をt3とし、前記第1の永久磁石の残留磁束密度をB1とし、前記電磁鋼板の飽和磁束密度をB2としたときに、
    B2≧B1×t3/(L2−2×t0)
    の式を満たす
    請求項1から5のいずれか1項に記載の回転子。
  7. 前記第1の永久磁石の残留磁束密度をB1とし、前記電磁鋼板の飽和磁束密度をB2とし、前記第1の境界から前記第2の境界までの距離をt3としたときに、
    B2≧B1×t3/L2
    の式を満たす
    請求項1から6のいずれか1項に記載の回転子。
  8. 前記電磁鋼板の前記飽和磁束密度は、1.6T以上1.8T以下である請求項6又は7に記載の回転子。
  9. 前記磁石挿入穴に挿入された第2の永久磁石をさらに有する請求項1から8のいずれか1項に記載の回転子。
  10. 前記電磁鋼板は、前記第1の永久磁石の位置を決める位置決め部を有する請求項1から9のいずれか1項に記載の回転子。
  11. 前記第1の永久磁石は、ネオジウム、ボロン、及びディスプロシウムの少なくとも1つを主成分とする希土類磁石であり、前記ディスプロシウムの含有量が4重量%以下である請求項1から10のいずれか1項に記載の回転子。
  12. 固定子と、
    回転子と
    を備え、
    前記回転子は、
    磁石挿入穴と、径方向における前記磁石挿入穴よりも外側に形成されたスリットとを有する電磁鋼板と、
    前記磁石挿入穴に挿入された第1の永久磁石と
    を有し、
    前記電磁鋼板は、前記スリットを画定する、第1の端部と、前記第1の端部に隣接する第2の端部と、前記第2の端部に隣接する第3の端部と、前記第3の端部に隣接する第4の端部と、前記第4の端部に隣接する第5の端部とを有し、
    前記第1の端部から前記磁石挿入穴までの距離をL1とし、前記第1の端部と前記第2の端部との間の第1の境界から前記磁石挿入穴までの距離をL2とし、前記第2の端部と前記第3の端部との間の第2の境界から前記磁石挿入穴までの距離をL3としたときに、
    L1>L2且つL3≧L2
    の式を満たす
    電動機。
  13. 電動機と、
    前記電動機によって駆動される圧縮機構と、
    前記電動機及び前記圧縮機構を覆うハウジングと
    を備え、
    前記電動機は、
    固定子と、
    回転子と
    を有し、
    前記回転子は、
    磁石挿入穴と、径方向における前記磁石挿入穴よりも外側に形成されたスリットとを有する電磁鋼板と、
    前記磁石挿入穴に挿入された第1の永久磁石と
    を有し、
    前記電磁鋼板は、前記スリットを画定する、第1の端部と、前記第1の端部に隣接する第2の端部と、前記第2の端部に隣接する第3の端部と、前記第3の端部に隣接する第4の端部と、前記第4の端部に隣接する第5の端部とを有し、
    前記第1の端部から前記磁石挿入穴までの距離をL1とし、前記第1の端部と前記第2の端部との間の第1の境界から前記磁石挿入穴までの距離をL2とし、前記第2の端部と前記第3の端部との間の第2の境界から前記磁石挿入穴までの距離をL3としたときに、
    L1>L2且つL3≧L2
    の式を満たす
    圧縮機。
  14. 電動機と、
    前記電動機によって駆動される送風部と
    を備え、
    前記電動機は、
    固定子と、
    回転子と
    を有し、
    前記回転子は、
    磁石挿入穴と、径方向における前記磁石挿入穴よりも外側に形成されたスリットとを有する電磁鋼板と、
    前記磁石挿入穴に挿入された第1の永久磁石と
    を有し、
    前記電磁鋼板は、前記スリットを画定する、第1の端部と、前記第1の端部に隣接する第2の端部と、前記第2の端部に隣接する第3の端部と、前記第3の端部に隣接する第4の端部と、前記第4の端部に隣接する第5の端部とを有し、
    前記第1の端部から前記磁石挿入穴までの距離をL1とし、前記第1の端部と前記第2の端部との間の第1の境界から前記磁石挿入穴までの距離をL2とし、前記第2の端部と前記第3の端部との間の第2の境界から前記磁石挿入穴までの距離をL3としたときに、
    L1>L2且つL3≧L2
    の式を満たす
    送風機。
  15. 室内機と、
    前記室内機に接続された室外機と
    を備え、
    前記室内機及び前記室外機の少なくとも1つは電動機を有し、
    前記電動機は、
    固定子と、
    回転子と
    を有し、
    前記回転子は、
    磁石挿入穴と、径方向における前記磁石挿入穴よりも外側に形成されたスリットとを有する電磁鋼板と、
    前記磁石挿入穴に挿入された第1の永久磁石と
    を有し、
    前記電磁鋼板は、前記スリットを画定する、第1の端部と、前記第1の端部に隣接する第2の端部と、前記第2の端部に隣接する第3の端部と、前記第3の端部に隣接する第4の端部と、前記第4の端部に隣接する第5の端部とを有し、
    前記第1の端部から前記磁石挿入穴までの距離をL1とし、前記第1の端部と前記第2の端部との間の第1の境界から前記磁石挿入穴までの距離をL2とし、前記第2の端部と前記第3の端部との間の第2の境界から前記磁石挿入穴までの距離をL3としたときに、
    L1>L2且つL3≧L2
    の式を満たす
    空気調和機。
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