WO2016002012A1 - 回転子、電動機、圧縮機、及び送風機 - Google Patents

回転子、電動機、圧縮機、及び送風機 Download PDF

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浩二 矢部
馬場 和彦
堤 貴弘
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三菱電機株式会社
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    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • the present invention relates to a rotor, an electric motor, a compressor, and a blower.
  • Compressor and blower are operated by the power generated by the motor.
  • an induction motor including a stator that generates a rotating magnetic field and a rotor that rotates by an electromagnetic force of an induced current generated by the rotating magnetic field is known.
  • An object of the present invention is to provide a rotor, an electric motor, a compressor, and a blower that can suppress a decrease in efficiency.
  • the present invention relates to a rotor of an electric motor that is connected to a shaft member and rotates about a central axis, and a shaft hole in which at least a part of the shaft member that rotates about the central axis is disposed, and the shaft member
  • a plurality of passages that are arranged around the center axis and pass through in a direction parallel to the central axis, and an inner surface of the passage includes a first surface facing a radially outer side of the shaft member, and the radial direction in the radial direction.
  • a second surface disposed outside the first surface and facing the first surface via a gap; an end portion of the first surface in a rotational direction about the central axis; and an end portion of the second surface And a fourth surface connecting the other end portion of the first surface and the other end portion of the second surface in the rotational direction, and one end portion of the first surface and the first surface
  • the distance between the other end of the surface is C
  • the distance between one end of the second surface and the other end of the second surface is D.
  • a rotor, an electric motor, a compressor, and a blower that can suppress a decrease in efficiency are provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of an electric motor according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of the rotor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of the rotor according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a part of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing the flow of magnetic flux in the electric motor.
  • FIG. 6 is a plan view showing an example of a rotor according to a conventional example.
  • FIG. 7 is a plan view showing an example of the rotor according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a plan view showing an example of the rotor according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a plan view illustrating an example of the rotor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a plan view showing an example of the rotor according to the fifth embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view showing an example of a rotor according to the sixth embodiment.
  • FIG. 12 is a plan view showing an example of a rotor according to the seventh embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the compressor according to the eighth embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a blower according to the ninth embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a blower according to the ninth embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a blower according to the tenth embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of the electric motor 100.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the rotor 10 of the electric motor 100.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of the rotor 10 of the electric motor 100.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a part of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the flow of magnetic flux in the electric motor 100.
  • the electric motor 100 is a two-pole induction motor.
  • the electric motor 100 includes a rotor 10 that is connected to the shaft member 40 and rotates about a central axis AX, and a stator 20 that is disposed around the rotor 10.
  • the rotor 10 is disposed in a space inside the stator 20.
  • the outer surface of the rotor 10 and the inner surface of the stator 20 face each other through a gap.
  • the stator 20 includes a stator core 21 in which a stator slot 22 is formed, and a coil 23 disposed in the stator slot 22.
  • the stator core 21 is a cylindrical member.
  • the stator core 21 is a laminate of a plurality of electromagnetic steel plates.
  • the stator core 21 is manufactured by fixing a plurality of electromagnetic steel plates laminated in the axial direction.
  • a plurality of stator slots 22 are formed in the stator core 21.
  • the plurality of stator slots 22 are arranged at intervals in the rotation direction.
  • the stator slot 22 has an opening facing the space inside the stator core 21.
  • the opening of the stator slot 22 is called slot opening.
  • the coil 23 is inserted into the stator slot 22 via a slot opening.
  • a plurality of coils 23 are arranged in the slot 22.
  • the stator 20 When an alternating current is supplied to the coil 23, the stator 20 generates a rotating magnetic field.
  • the rotor 10 generates an induced current by the rotating magnetic field generated by the stator 20 and rotates by the electromagnetic force of the induced current.
  • the rotor 10 includes a rotor core that is disposed around the shaft member 40 and is connected to the outer surface 41 of the shaft member 40 at least a part of the shaft member 40 that rotates about the central axis AX. 11, a plurality of flow paths 50 arranged around the shaft member 40 and penetrating in a direction parallel to the central axis AX, and a cage conductor 30 connected to the rotor core 11.
  • the rotor core 11 is a cylindrical member.
  • the rotor core 11 is a laminate of a plurality of electromagnetic steel plates.
  • the rotor core 11 is manufactured by fixing a plurality of electromagnetic steel plates laminated in the axial direction.
  • the rotor core 11 has a rotor slot 12 and a shaft hole 13.
  • the shaft hole 13 is formed in the center of the rotor core 11 in a plane orthogonal to the rotation axis AX.
  • the shaft member 40 is connected to the inner surface 14 of the shaft hole 13.
  • the shaft member 40 disposed in the shaft hole 13 is fixed to the rotor core 11.
  • a plurality of rotor slots 12 are formed around the shaft hole 13.
  • the plurality of rotor slots 12 are arranged at intervals in the rotation direction about the central axis AX.
  • the shaft member 40 is fixed to the rotor core 11. At this time, the center axis AX of the shaft member 40 and the center axis AX of the rotor 10 coincide. One end portion of the shaft member 40 and the other end portion of the shaft member 40 in the direction parallel to the central axis AX are disposed outside the rotor core 11.
  • the shaft member 40 is rotatably supported by a bearing.
  • the outer shape of the shaft member 40 is circular in a plane orthogonal to the central axis AX.
  • a direction parallel to the central axis AX is appropriately referred to as an axial direction
  • a rotational direction around the central axis AX is appropriately referred to as a rotational direction
  • a radial direction of the shaft member 40 is appropriately determined as a radial direction.
  • the radial direction includes the radial direction of the central axis AX.
  • the cage conductor 30 includes a nonmagnetic and conductive rotor bar 31 disposed in the rotor slot 12 of the rotor core 11 and an end ring 32 connected to the rotor bar 31.
  • a plurality of rotor bars 31 are arranged around the central axis AX.
  • the rotor bar 31 is made of a nonmagnetic and conductive material such as aluminum or copper.
  • the rotor bar 31 is manufactured by filling the rotor slot 12 with a nonmagnetic and conductive material.
  • the end ring 32 is connected to the end of the rotor bar 31.
  • the end ring 32 has an inner edge portion 32A facing the central axis AX and an outer edge portion 32B disposed outside the inner edge portion 32A in the radial direction.
  • the end ring 32 is disposed at both ends of the rotor bar 31.
  • the end of the rotor bar 31 is short-circuited by the end ring 32.
  • the inner surface 14 of the shaft hole 13 includes a connection region 15 that is connected to the outer surface 41 of the shaft member 40 and a non-connection region 16 that is disposed through a gap with the outer surface 41 of the shaft member 40.
  • the rotor 10 has a recess 17 formed in the inner surface 14 of the shaft hole 13.
  • the recess 17 is formed to be recessed from the inner surface 14 of the shaft hole 13 to the outer side in the radial direction.
  • the non-connection region 16 includes the inner surface of the recess 17.
  • the shaft member 40 is supported by the connection region 15 of the shaft hole 13.
  • a plurality of the flow paths 50 are arranged around the shaft member 40 at intervals.
  • three flow paths 50 are arranged around the shaft member 40.
  • the flow path 50 penetrates the rotor 10 in the axial direction.
  • the flow path 50 connects the first opening formed on one end face of the rotor 10 in the axial direction and the second opening formed on the other end face.
  • a first opening is disposed at one end of the axial flow path 50, and a second opening is disposed at the other end of the radial flow path 50.
  • the first opening and the second opening of the flow path 50 are disposed between the outer surface 41 of the shaft member 40 and the inner edge portion 32A of the end ring 32 in a plane orthogonal to the central axis AX.
  • the fluid flows through the flow path 50.
  • the fluid that has flowed into the flow path 50 through the first opening flows through the flow path 50 and then flows out from the second opening.
  • the fluid flowing through the flow path 50 includes one or both of gas and liquid.
  • the fluid flowing through the flow path 50 includes refrigerant, air, gas, and oil.
  • the channel 50 may be referred to as an air hole.
  • the inner surface of the flow path 50 has a first surface 51 that faces the outer side in the radial direction, a second surface 52 that is disposed on the outer side of the first surface 51 in the radial direction and faces the first surface 51 via a gap, and a rotational direction.
  • a surface 54 is a first surface 51 that faces the outer side in the radial direction, a second surface 52 that is disposed on the outer side of the first surface 51 in the radial direction and faces the first surface 51 via a gap, and a rotational direction.
  • the flow path 50 is formed between the shaft member 40 and the rotor core 11.
  • the flow path 50 is defined by the outer surface 41 of the shaft member 40 and the non-connection region 16 of the rotor core 11.
  • the first surface 51 is provided on the shaft member 40.
  • the second surface 52, the third surface 53, and the fourth surface 54 are provided on the rotor core 11.
  • An outer surface 41 of the shaft member 40 includes a first surface 51.
  • the non-connection region 16 of the rotor core 11 includes a second surface 52, a third surface 53, and a fourth surface 54.
  • the inner surface of the flow path 50 including the first surface 51, the second surface 52, the third surface 53, and the fourth surface 54 is parallel to the central axis AX.
  • the first surface 51 includes a curved surface.
  • the second surface 52 is a flat surface.
  • the third surface 53 is a flat surface.
  • the fourth surface 54 is a flat surface.
  • the first surface 51 includes a curved surface protruding outward in the radial direction.
  • the flow path 50 includes a first corner portion 61 that connects the first surface 51 and the third surface 53, a second corner portion 62 that connects the first surface 51 and the fourth surface 54, a second surface 52, and a third surface.
  • a third corner 63 connecting the surface 53 and a fourth corner 64 connecting the second surface 52 and the fourth surface 54 are included.
  • the first corner 61 is provided between one end of the first surface 51 in the rotational direction and the inner end of the third surface 53 in the radial direction.
  • the second corner 62 is provided between the other end of the first surface 51 in the rotational direction and the inner end of the fourth surface 54 in the radial direction.
  • the third corner 63 is provided between one end of the second surface 52 in the rotational direction and the outer end of the third surface 53 in the radial direction.
  • the fourth corner portion 64 is provided between the other end portion of the second surface 52 in the rotational direction and the outer end portion of the fourth surface 54 in the radial direction.
  • the distance C is a linear distance between one end portion of the first surface 51 and the other end portion of the first surface 51.
  • the distance D is a linear distance between one end of the second surface 52 and the other end of the second surface 52.
  • the distance between the inner end of the third surface 53 and the outer end of the third surface 53 is E, and the inner end of the fourth surface 54 and the outer end of the fourth surface 54 are within a plane orthogonal to the central axis AX.
  • E F
  • the flow path 50 satisfies the condition of the expression (2).
  • the distance E is a linear distance between the inner end portion of the third surface 53 and the outer end portion of the third surface 53.
  • the distance F is a linear distance between one end portion of the fourth surface 54 and the other end portion of the fourth surface 54.
  • the distance between the first surface 51 and the second surface 52 in the radial direction is L, L ⁇ C (3)
  • the flow path 50 satisfies the condition of the expression (3).
  • the distance L is the same as the distance E and the distance F.
  • the first imaginary line IL1 connecting the third corner 63 and the central axis AX and the third surface 53 coincide with each other, and the fourth imaginary line 64 connecting the fourth corner 64 and the central axis AX.
  • the two imaginary lines IL2 and the fourth surface 54 coincide.
  • An isosceles triangle is formed by an imaginary line connecting the central axis AX, the third corner portion 63, and the fourth corner portion 64 in a plane orthogonal to the central axis AX.
  • the distance between the third surface 53 and the fourth surface 54 increases toward the outer side in the radial direction between the third surface 53 and the fourth surface 54.
  • the angle ⁇ 1 formed by the first surface 51 and the third surface 53 is substantially 90 degrees.
  • the angle ⁇ 2 formed by the first surface 51 and the fourth surface 54 is substantially 90 degrees.
  • the angle ⁇ 1 and the angle ⁇ 2 are the same.
  • the angle ⁇ 3 formed by the second surface 52 and the third surface 53 is an angle smaller than 90 degrees, that is, an acute angle.
  • the angle ⁇ 4 formed by the second surface 52 and the fourth surface 54 is an angle smaller than 90 degrees, that is, an acute angle.
  • the angle ⁇ 3 and the angle ⁇ 4 are the same.
  • the three flow paths 50 are arranged around the shaft member 40 at the same interval. A part of the rotor core 11 is disposed between the adjacent flow paths 50.
  • one channel 50 is appropriately referred to as a first channel 50, and the other channel 50 adjacent to the first channel 50 is appropriately This is referred to as a second flow path 50.
  • the distance between the third corner 63 of the first channel 50 and the fourth corner 64 of the second channel 50 is A, and the first corner 61 of the first channel 50 and the second channel 50 are the same.
  • the flow path 50 satisfies the formula (4).
  • the distance A is a linear distance between the third corner 63 of the first channel 50 and the fourth corner 64 of the second channel 50.
  • the distance B is a linear distance between the first corner 61 of the first channel 50 and the second corner 62 of the second channel 50.
  • the distance A and the distance D are the same.
  • the distance B and the distance C are the same.
  • the magnetic flux generated by the stator 20 passes through the rotor 10. As indicated by an arrow YJ, the magnetic flux generated by the stator 20 passes through the shaft member 40 disposed at the center of the rotor 10.
  • the number of poles of the stator 20 is two.
  • the number of magnetic fluxes generated by the two-pole stator 20 and passing through the shaft member 40 is larger than the number of magnetic fluxes generated by the four-pole or six-pole stator and passing through the shaft member 40, for example.
  • the magnetic flux generated by a 4-pole or 6-pole stator is dispersed according to the number of poles. However, since the magnetic flux is not dispersed by the 2-pole stator, the magnetic flux density is increased.
  • Magnetic saturation refers to a phenomenon in which the increase in the magnetic flux density of the rotor 10 slows down even when the magnetic force of the magnetic field generated by the stator 20 is increased.
  • the efficiency of the electric motor 100 refers to the ratio between input power and output.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a rotor 10R according to a conventional example.
  • the distance C between the one end portion of the first surface 51 and the other end portion of the first surface 51 is large, and the condition of the expression (1) is not satisfied.
  • the distance B between the first corner 61 of the first channel 50R and the second corner 62 of the second channel 50R becomes shorter. When the distance B is short, magnetic saturation occurs and the efficiency of the electric motor decreases.
  • the flow path 50 satisfies the condition of the expression (1). Therefore, the distance B between the first flow path 50 and the second flow path 50 becomes longer. For example, the distance B is longer than half the distance A. When the distance B is long, the occurrence of magnetic saturation is suppressed. By suppressing the occurrence of magnetic saturation, a decrease in the efficiency of the electric motor 100 is suppressed.
  • the flow path 50 satisfies the condition of the expression (3). That is, the shape of the flow path 50 becomes longer in the rotation direction in a plane orthogonal to the central axis AX. Thereby, the flow path area of the flow path 50 increases, and the fluid can flow smoothly through the flow path 50.
  • the channel area of the channel 50 refers to the area of the channel 50 in a plane orthogonal to the central axis AX.
  • the first surface 51 of the flow channel 50 is provided on the shaft member 40, and the second surface 52, the third surface 53, and the fourth surface 54 of the flow channel 50 are the rotor.
  • the flow path 50 is defined by the shaft member 40 supported by the shaft hole 13 and the concave portion 17 of the rotor core 11 provided in the shaft hole 13.
  • the flow path 50 with a large flow area is arrange
  • the flow path 50 includes the first corner portion 61 that connects the first surface 51 and the third surface 53, and the second corner portion that connects the first surface 51 and the fourth surface 54. 62, a third corner portion 63 connecting the second surface 52 and the third surface 53, and a fourth corner portion 64 connecting the second surface 52 and the fourth surface 54. That is, the channel 50 is substantially rectangular in a plane orthogonal to the central axis AX. Thereby, the fluid can flow smoothly through the flow path 50.
  • the first imaginary line IL1 connecting the third corner portion 63 and the central axis AX coincides with the third surface 53
  • the second imaginary line IL2 connecting the portion 64 and the central axis AX coincides with the fourth surface 54.
  • the flow path 50 is formed so that the third surface 53 coincides with the first imaginary line IL1 and the fourth surface 54 coincides with the second imaginary line IL2, so that the first surface 51 and the third surface 53 are formed.
  • the angle ⁇ 1 formed is 90 degrees
  • the angle ⁇ 2 formed by the first surface 51 and the fourth surface 54 is 90 degrees.
  • the angle formed between the third surface 53 of the rotor core 11 and the contact region 15 of the inner surface 14 is 90 degrees
  • the angle formed between the fourth surface 54 of the rotor core 11 and the contact region 15 of the inner surface 14 is 90 degrees. Degree.
  • the rotor 10 rotates with a two-pole rotating magnetic field generated by the stator 20 of the electric motor 100.
  • the number of magnetic fluxes generated by the two-pole stator 20 and passing through the shaft member 40 is larger than the number of magnetic fluxes generated by the four-pole or six-pole stator and passing through the shaft member 40, for example.
  • the stator 10 has the cage conductor 30 including the rotor bar 31 and the end ring 32 connected to the rotor bar 31.
  • the secondary resistance refers to the electrical resistance of the rotor 10.
  • the efficiency of the electric motor 100 is improved by reducing the secondary resistance.
  • the flow path 50 is formed by satisfying the conditions of the expressions (1) and (3), thereby increasing the size of the end ring 32 and increasing the flow area of the flow path 50. While achieving, the flow path 50 can be disposed between the outer surface 41 of the shaft member 40 and the inner edge portion 32A of the end ring 32 in a plane orthogonal to the central axis AX. By satisfying the conditions of the expressions (1) and (3), smooth fluid flow in the flow path 50 and suppression of the occurrence of magnetic saturation are realized.
  • the induction motor has been described as an example, but the effect can be shown if the motor is a two-pole motor such as a permanent magnet motor or a reluctance motor.
  • a single-phase induction motor that is composed of a main winding and an auxiliary winding and can be driven by a single-phase power supply is designed to have a high magnetic flux density because the starting torque is small. Since the present invention has an effect of alleviating magnetic flux saturation caused by the flow path 50, it can be more effectively used for a single-phase induction motor having a high magnetic flux density.
  • FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the rotor 10B according to the second embodiment. As shown in FIG. 7, the second surface 52 includes a curved surface that is recessed outward in the radial direction.
  • the second surface 52 is a curved surface centered on the central axis AX. That is, the second surface 52 is an arc in a plane orthogonal to the central axis AX. The center of curvature of the second surface 52 coincides with the central axis AX.
  • the second surface 52 of the flow channel 50 is a curved surface centered on the central axis AX, the second surfaces 52 of the plurality of flow channels 50 move along the same circular trajectory when the rotor 10 rotates. . Thereby, in the state where the rotor 10 is rotating, the fluid smoothly flows into the flow path 50 from the second opening of the flow path 50 and is smoothly discharged from the first opening of the flow path 50. .
  • the inner edge portion 32A of the end ring 32 has a circular shape concentric with the central axis AX. Since the inner edge portion 32A of the end rig 32 and the second surface 52 are arranged concentrically, the end ring 32 and the flow path 50 are prevented from overlapping in a plane orthogonal to the central axis AX, while the end ring The diameter of 32 inner edge portions 32A can be reduced. Accordingly, it is possible to increase the size of the end ring 32 and increase the flow area of the flow path 50.
  • a part of the second surface 52 may be a curved surface centered on the central axis AX.
  • the second surface 52 may be a curved surface having an axis parallel to the central axis AX and different from the central axis AX. Even if the second surface 52 is not a curved surface centered on the central axis AX, the fluid flows into the flow path 50 as compared with the case where the second surface 52 is a flat surface because the second surface 52 is a curved surface recessed radially outward. Smoothly flows into the flow path 50 from the second opening and is smoothly discharged from the first opening of the flow path 50.
  • the second surface 52 is not a curved surface centered on the central axis AX, the second surface 52 is a curved surface that is recessed outward in the radial direction. It is possible to increase the size of the end ring 32 and increase the channel area of the channel 50 while preventing the channel 50 from overlapping.
  • At least one of the first corner 61, the second corner 62, the third corner 63, and the fourth corner 64 may include a curved surface.
  • the third corner portion 63 and the fourth corner portion 64 may include curved surfaces.
  • the third corner 63 includes an arc and the fourth corner 64 includes an arc in a plane orthogonal to the central axis AX.
  • Rq radius of curvature of the third corner 63 and the radius of curvature of the fourth corner 64
  • L the distance between the first surface 51 and the second surface 52 in the radial direction
  • the third corner portion 63 includes a curved surface and the fourth corner portion 64 includes a curved surface
  • the work of punching out the electromagnetic steel sheet with a mold is performed in the manufacture of the rotor 10
  • no acute angle portion is provided in the mold. May be. Therefore, the possibility that the mold is damaged is reduced, and the manufacture of the rotor 10 is smoothly performed.
  • the flow path 50 is suppressed from shortening the distance B by satisfying the condition of the expression (5). Thereby, generation
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a rotor 10C according to the third embodiment.
  • the first corner portion 61 and the second corner portion 62 may include curved surfaces.
  • the first corner 61 includes an arc and the second corner 62 includes an arc in a plane orthogonal to the central axis AX.
  • the mold when the first corner portion 61 includes a curved surface and the second corner portion 62 includes a curved surface, when the work of punching out the electromagnetic steel sheet with the mold is performed in the manufacture of the rotor 10C, the mold is not provided with an acute angle portion. May be. By not providing an acute angle portion in the mold, the possibility of the mold being damaged is reduced. Further, if the first corner portion 61 and the second corner portion 62 are sharp, burrs or the like are likely to occur, and burrs can be caught when the shaft member 40 is connected to the inner surface 14 of the shaft hole 13 by shrink fitting or press fitting. There is sex.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a rotor 10D according to the fourth embodiment.
  • a first imaginary line IL1 connecting the third corner 63 and the central axis AX, and a second connecting the fourth corner 64 and the central axis AX.
  • C is defined.
  • the third surface 53 and the fourth surface 54 are also disposed between the first virtual line IL1 and the second virtual line IL2.
  • the first corner 61 and the third surface 53, and the second corner 62 and the fourth surface 54 are disposed between the first virtual line IL1 and the second virtual line IL2, so that the adjacent flow paths. 50, the distance B between the first corner 61 of the first channel 50 and the second corner 62 of the second channel 50 can be increased. Thereby, generation
  • the angle ⁇ 5 formed by the third surface 53 and the connection region 15 and the angle ⁇ 6 formed by the fourth surface 54 and the connection region 15 are decreased.
  • a portion between the third surface 53 and the connection region 15 and a portion between the fourth surface 54 and the connection region 15 are sharply sharpened. If a sharply pointed portion is provided in the rotor core 11, when the work of punching out the electromagnetic steel sheet with a mold is performed in the manufacture of the rotor 10D, there is a high possibility that the mold will be damaged. Further, the strength of the portion between the third surface 53 and the connection region 15 and the portion between the fourth surface 54 and the connection region 15 may be reduced.
  • the distance between the third corner 63 of the first channel 50 and the fourth corner 64 of the second channel 50 adjacent to the first channel 50 out of the two adjacent channels 50 is determined.
  • A when the distance between the first corner 61 of the first channel 50 and the second corner 62 of the second channel 50 is B, A ⁇ B (6)
  • the flow path 50 may satisfy the condition of the formula (6). Thereby, manufacture of the rotor 10 is performed smoothly and generation
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a rotor 10E according to the fifth embodiment.
  • a part of the rotor core 11 may be disposed between the shaft member 40 and the flow path 50. That is, the first surface 51, the second surface 52, the third surface 53, and the fourth surface 54 of the flow path 50 may be provided in the rotor core 11.
  • the fluid flows through the flow path 50 by forming the flow path 50 so that the condition such as the expression (1) is satisfied. It flows smoothly and the occurrence of magnetic saturation is suppressed.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a rotor 10F according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 11, the first surface 51, the second surface 52, the third surface 53, and the fourth surface 54 of the flow path 50 are provided on the rotor core 11.
  • the first corner 61 includes an arc
  • the second corner 62 includes an arc.
  • the flow path 50 satisfies the condition of the expression (7).
  • the distance L is the same as the dimension of the third surface 53 and the dimension of the fourth surface 54 in the radial direction.
  • the first corner portion 61 includes an arc
  • the second corner portion 62 includes an arc
  • the third corner portion 63 includes an arc in a plane orthogonal to the central axis AX.
  • the quadrangular portion 64 includes an arc.
  • the distance B increases and the occurrence of magnetic saturation is suppressed.
  • the radius Rq is large, the distance A is large, but the effect of improving the magnetic saturation is small as compared with the case where the distance B is large.
  • the flow path 50 satisfies the condition of the expression (8), magnetic saturation can be effectively suppressed while securing the flow path area of the flow path 50.
  • the first corner 61, the second corner 62, the third corner 63, and the fourth corner 64 include arcs.
  • the first corner 61 and the second corner 62 may include an arc, and the third corner 63 and the fourth corner 64 may be angular without including an arc.
  • magnetic saturation is achieved by satisfying the condition of the expression (7). Is suppressed.
  • the shaft hole 13 and the flow path 50 are separated.
  • the flow path 50 may be defined by the shaft member 40 and the recess 17 of the rotor core 11.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a rotor 10G according to the seventh embodiment.
  • three flow paths 50 are arranged around the shaft member 40
  • two flow paths 50 may be arranged around the shaft member 40.
  • the four flow paths 50 may be arrange
  • the number of the flow paths 50 is arbitrary.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the compressor 400 according to the present embodiment.
  • the compressor 400 includes the electric motor 100 described in the above embodiment.
  • a compressor 400 includes an airtight container 2, an electric motor 100 disposed in the internal space of the airtight container 2, and a compression mechanism unit that is disposed in the internal space of the airtight container 2 and operates by power generated by the electric motor 100.
  • the electric motor 100 includes a rotor 10 and a stator 20. Electric power is supplied to the electric motor 100 via the glass terminal 240 and the lead wire 250.
  • the compressor 400 is a two-cylinder rotary compressor.
  • the compressor 400 may be a scroll compressor, a one-cylinder rotary compressor, a multi-stage rotary compressor, a swing rotary compressor, a vane compressor, and a reciprocating compressor.
  • the shaft member 8 includes a main shaft 8a fixed to the rotor 10 of the electric motor 100, a sub shaft 8b, a main shaft side eccentric portion 8c and a sub shaft side eccentric portion disposed between the main shaft 8a and the sub shaft 8b. 8d and an intermediate shaft 8e provided between the main shaft side eccentric portion 8c and the sub shaft side eccentric portion 8d.
  • the main shaft 8a is rotatably supported by the bearing 6.
  • the sub shaft 8b is rotatably supported by the bearing 7.
  • the main shaft 8a corresponds to the shaft member 40 described in the above embodiment.
  • the compression mechanism 500 is disposed in the internal space of the first cylinder 5a, the first piston 9a disposed in the internal space of the first cylinder 5a, the second cylinder 5b, and the second cylinder 5b. And a second piston 9b.
  • the first cylinder 5a has a suction port for taking in gas from the refrigeration cycle into the internal space of the first cylinder 5a, and a discharge port for discharging gas in the internal space of the first cylinder 5a.
  • the second cylinder 5b has a suction port for taking in gas from the refrigeration cycle into the internal space of the second cylinder 5b, and a discharge port for discharging gas in the internal space of the second cylinder 5b.
  • the accumulator 310 is disposed outside the sealed container 2.
  • the first cylinder 5a is connected to the accumulator 310 via the suction pipe 320a.
  • the second cylinder 5b is connected to the accumulator 310 via the suction pipe 320b.
  • the refrigerant gas compressed by the first cylinder 5a and the second cylinder 5b is discharged into the internal space of the sealed container 2 and supplied from the discharge pipe 330 to the refrigeration cycle of the refrigeration air conditioner.
  • the lubricating oil 260 that lubricates the sliding portion of the compression mechanism 500 is stored at the bottom of the internal space of the sealed container 2. Due to the centrifugal force of the rotating shaft member 8, the lubricating oil 260 at the bottom of the sealed container 2 is formed along the shaft member 8. Lubricating oil 26 is supplied to the sliding portion of the compression mechanism 500 through an oil supply hole provided in the shaft member 8.
  • the lubricating oil 260 includes a sliding portion between the main shaft 8a and the bearing 6, a sliding portion between the main shaft side eccentric portion 8c and the first piston 9a, a sub shaft side eccentric portion 8d and the second piston. The sliding portion between 9b and the sliding portion between the sub shaft 8b and the bearing 7 is supplied.
  • the compressor 400 includes the electric motor 100 described in the above embodiment. Therefore, the efficiency of the compressor 400 can be increased.
  • a fluid such as refrigerant and oil exists in the internal space of the sealed container 2 of the compressor 400.
  • the fluid passes through the rotor 10.
  • the rotor 10 has the flow path 50 described in the above embodiment. The fluid can smoothly flow through the flow path 50.
  • the occurrence of magnetic saturation in the electric motor 100 is suppressed. Thereby, the high efficiency of the electric motor 100 and the compressor 400 is achieved.
  • FIG.14 and FIG.15 is a figure which shows an example of the air blower 500 which concerns on this Embodiment.
  • the blower 500 includes the electric motor 100 described in the above embodiment. 14 and 15, the blower 500 includes an outdoor unit of an air conditioner.
  • the electric motor 100 drives the fan 501.
  • the electric motor 100 and the fan 501 are disposed in the internal space of the housing 502.
  • Fan 501 is operated by the power generated by electric motor 100.
  • a vibration isolation member 503 is disposed at a connection portion between the fan 501 and the output shaft of the electric motor 100 and a connection portion between the electric motor 100 and the housing 502.
  • the blower 500 includes the electric motor 100 described in the above embodiment. Therefore, high efficiency of the blower 500 can be achieved.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the blower 600 according to the present embodiment.
  • the blower 600 includes the electric motor 100 described in the above embodiment.
  • the blower 600 includes an indoor unit of an air conditioner.
  • the electric motor 100 drives the fan 601.
  • the electric motor 100 and the fan 601 are disposed in the internal space of the housing 602.
  • Fan 601 is operated by the power generated by electric motor 100.
  • a vibration isolation member 603 is disposed at a connection portion between the fan 601 and the output shaft of the electric motor 100 and a connection portion between the electric motor 100 and the housing 602.
  • the blower 600 includes the electric motor 100 described in the above embodiment. Therefore, high efficiency of the blower 600 can be achieved.
  • the induction motor rotor 10 includes a rotor core 11 and a cage conductor 30.
  • the electric motor 100 may be a synchronous motor.
  • the rotor of the synchronous motor includes a permanent magnet.
  • the rotor includes a cylindrical member that is disposed around the shaft member and connected to the outer surface of the shaft member.
  • the flow path 50 described in the above embodiment may be provided in the rotor of the synchronous motor.
  • the present invention is useful for an electric motor rotor, an electric motor having a rotor, a compressor having an electric motor, and a blower.

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Abstract

 電動機の回転子10は、シャフト部材40と接続され中心軸AXを中心に回転する。回転子10は、中心軸AXを中心に回転するシャフト部材40の少なくとも一部が配置されるシャフト孔13と、シャフト部材40の周囲に複数配置され中心軸AXと平行な方向に貫通する流路50と、を備える。流路50の内面は、シャフト部材40の径方向の外側を向く第1面51と、径方向において第1面51の外側に配置され第1面51と間隙を介して対向する第2面52と、中心軸AXを中心とする回転方向の第1面51の一端部と第2面52の一端部とを結ぶ第3面53と、回転方向の第1面51の他端部と第2面52の他端部とを結ぶ第4面54と、を含む。第1面51の一端部と第1面51の他端部との距離をC、第2面52の一端部と第2面52の他端部との距離をDとしたとき、C < D、の条件を満たす。

Description

回転子、電動機、圧縮機、及び送風機
 本発明は、回転子、電動機、圧縮機、及び送風機に関する。
 圧縮機及び送風機は、電動機が発生する動力により作動する。特許文献1及び特許文献2に開示されているような、回転磁界を生成する固定子と回転磁界により発生した誘導電流の電磁力で回転する回転子とを備える誘導電動機が知られている。
国際公開第2010/016106号 特開2010-144635号公報
 風穴と呼ばれる流路が回転子に設けられる場合がある。冷媒のような流体が流路を流れる。流路の構造によっては、回転子において磁気飽和が発生する可能性がある。磁気飽和が発生すると、電動機の効率が低下する可能性がある。
 本発明は、効率の低下を抑制できる回転子、電動機、圧縮機、及び送風機を提供することを目的とする。
 本発明は、シャフト部材と接続され中心軸を中心に回転する電動機の回転子であって、前記中心軸を中心に回転する前記シャフト部材の少なくとも一部が配置されるシャフト孔と、前記シャフト部材の周囲に複数配置され前記中心軸と平行な方向に貫通する流路と、を備え、前記流路の内面は、前記シャフト部材の径方向の外側を向く第1面と、前記径方向において前記第1面の外側に配置され前記第1面と間隙を介して対向する第2面と、前記中心軸を中心とする回転方向の前記第1面の一端部と前記第2面の一端部とを結ぶ第3面と、前記回転方向の前記第1面の他端部と前記第2面の他端部とを結ぶ第4面と、を含み、前記第1面の一端部と前記第1面の他端部との距離をC、前記第2面の一端部と前記第2面の他端部との距離をDとしたとき、C < D、の条件を満たす回転子を提供する。
 本発明によれば、効率の低下を抑制できる回転子、電動機、圧縮機、及び送風機が提供される。
図1は、実施の形態1に係る電動機の一例を示す断面図である。 図2は、実施の形態1に係る回転子の一例を示す斜視図である。 図3は、実施の形態1に係る回転子の一例を示す平面図である。 図4は、図3の一部を拡大した図である。 図5は、電動機における磁束の流れを示す図である。 図6は、従来例に係る回転子の一例を示す平面図である。 図7は、実施の形態2に係る回転子の一例を示す平面図である。 図8は、実施の形態3に係る回転子の一例を示す平面図である。 図9は、実施の形態4に係る回転子の一例を示す平面図である。 図10は、実施の形態5に係る回転子の一例を示す平面図である。 図11は、実施の形態6に係る回転子の一例を示す平面図である。 図12は、実施の形態7に係る回転子の一例を示す平面図である。 図13は、実施の形態8に係る圧縮機の一例を示す図である。 図14は、実施の形態9に係る送風機の一例を示す図である。 図15は、実施の形態9に係る送風機の一例を示す図である。 図16は、実施の形態10に係る送風機の一例を示す図である。
 以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
実施の形態1.
 図1は、電動機100の一例を示す断面図である。図2は、電動機100の回転子10の一例を示す斜視図である。図3は、電動機100の回転子10の一例を示す平面図である。図4は、図3の一部を拡大した図である。図5は、電動機100における磁束の流れを示す図である。
 電動機100は、2極の誘導電動機である。電動機100は、シャフト部材40と接続され中心軸AXを中心に回転する回転子10と、回転子10の周囲に配置される固定子20とを備えている。回転子10は、固定子20の内側の空間に配置される。回転子10の外面と固定子20の内面とは、間隙を介して対向する。
 固定子20は、固定子スロット22が形成された固定子鉄心21と、固定子スロット22に配置されるコイル23とを備えている。
 固定子鉄心21は、筒状部材である。固定子鉄心21は、複数の電磁鋼板の積層体である。軸方向に積層された複数の電磁鋼板が固定されることによって、固定子鉄心21が製造される。
 固定子スロット22は、固定子鉄心21に複数形成される。複数の固定子スロット22は、回転方向に間隔をあけて配置される。
 固定子スロット22は、固定子鉄心21の内側の空間に面する開口部を有する。固定子スロット22の開口部は、スロットオープニングと呼ばれる。コイル23は、スロットオープニングを介して、固定子スロット22に挿入される。
 コイル23は、スロット22に複数配置される。コイル23に交流の電流が供給されると、固定子20は回転磁界を生成する。
 回転子10は、固定子20で生成された回転磁界により誘導電流を発生し、誘導電流の電磁力によって回転する。回転子10は、中心軸AXを中心に回転するシャフト部材40の少なくとも一部が配置されるシャフト孔13と、シャフト部材40の周囲に配置されシャフト部材40の外面41と接続される回転子鉄心11と、シャフト部材40の周囲に複数配置され中心軸AXと平行な方向に貫通する流路50と、回転子鉄心11と接続されるかご形導体30とを備えている。
 回転子鉄心11は、筒状部材である。回転子鉄心11は、複数の電磁鋼板の積層体である。軸方向に積層された複数の電磁鋼板が固定されることによって、回転子鉄心11が製造される。
 回転子鉄心11は、回転子スロット12と、シャフト孔13とを有する。シャフト孔13は、回転軸AXと直交する平面内において、回転子鉄心11の中央部に形成される。シャフト部材40は、シャフト孔13の内面14と接続される。シャフト孔13に配置されたシャフト部材40は、回転子鉄心11と固定される。回転子スロット12は、シャフト孔13の周囲に複数形成される。複数の回転子スロット12は、中心軸AXを中心とする回転方向に間隔をあけて配置される。
 シャフト部材40は、回転子鉄心11に固定される。このとき、シャフト部材40の中心軸AXと回転子10の中心軸AXとが一致する。中心軸AXと平行な方向のシャフト部材40の一端部及びシャフト部材40の他端部が回転子鉄心11の外側に配置される。シャフト部材40は、軸受により回転可能に支持される。中心軸AXと直交する平面内において、シャフト部材40の外形は、円形である。
 以下の説明において、中心軸AXと平行な方向を適宜、軸方向、と称し、中心軸AXを中心とする回転方向を適宜、回転方向、と称し、シャフト部材40の径方向を適宜、径方向、と称する。径方向は、中心軸AXの放射方向を含む。
 かご形導体30は、回転子鉄心11の回転子スロット12に配置される非磁性且つ導電性のロータバー31と、ロータバー31に接続されるエンドリング32とを含む。
 ロータバー31は、中心軸AXを囲んで複数配置される。ロータバー31は、アルミニウム又は銅のような、非磁性且つ導電性の材料で形成される。ロータバー31は、非磁性且つ導電性の材料を回転子スロット12に充填することによって製造される。
 エンドリング32は、ロータバー31の端部と接続される。エンドリング32は、中心軸AXに面する内縁部32Aと、径方向の内縁部32Aの外側に配置される外縁部32Bとを有する。エンドリング32は、ロータバー31の両端部に配置される。ロータバー31の端部は、エンドリング32で短絡する。
 シャフト孔13の内面14は、シャフト部材40の外面41と接続される接続領域15と、シャフト部材40の外面41と間隙を介して配置される非接続領域16と、を含む。回転子10は、シャフト孔13の内面14に形成された凹部17を有する。凹部17は、シャフト孔13の内面14から径方向の外側に凹んで形成される。非接続領域16は、凹部17の内面を含む。シャフト部材40は、シャフト孔13の接続領域15に支持される。
 流路50は、シャフト部材40の周囲に間隔をあけて複数配置される。本実施の形態において、流路50は、シャフト部材40の周囲に3つ配置される。流路50は、回転子10を軸方向に貫通する。流路50は、軸方向の回転子10の一方の端面に形成された第1開口と、他方の端面に形成された第2開口とを結ぶ。軸方向の流路50の一端部に第1開口が配置され、径方向の流路50の他端部に第2開口が配置される。流路50の第1開口及び第2開口は、中心軸AXと直交する平面内においてシャフト部材40の外面41とエンドリング32の内縁部32Aとの間に配置される。
 流路50に、流体が流れる。第1開口を介して流路50に流入した流体は、流路50を流れた後、第2開口から流出する。流路50を流れる流体は、気体及び液体の一方又は両方を含む。流路50を流れる流体は、冷媒、空気、ガス、及び油を含む。例えば、流路50に冷媒が流れることによって、回転子10が冷却される。流路50を、風穴、と称してもよい。
 流路50の内面は、径方向の外側を向く第1面51と、径方向において第1面51の外側に配置され第1面51と間隙を介して対向する第2面52と、回転方向の第1面51の一端部と第2面52の一端部とを結ぶ第3面53と、回転方向の第1面51の他端部と第2面52の他端部とを結ぶ第4面54と、を含む。
 流路50は、シャフト部材40と回転子鉄心11との間に形成される。流路50は、シャフト部材40の外面41と回転子鉄心11の非接続領域16とで規定される。第1面51は、シャフト部材40に設けられる。第2面52、第3面53、及び第4面54は、回転子鉄心11に設けられる。シャフト部材40の外面41が、第1面51を含む。回転子鉄心11の非接続領域16が、第2面52、第3面53、及び第4面54を含む。
 第1面51、第2面52、第3面53、及び第4面54を含む流路50の内面は、中心軸AXと平行である。第1面51は、曲面を含む。第2面52は、平面である。第3面53は、平面である。第4面54は、平面である。第1面51は、径方向の外側に突出する曲面を含む。
 流路50は、第1面51と第3面53とを結ぶ第1角部61と、第1面51と第4面54とを結ぶ第2角部62と、第2面52と第3面53とを結ぶ第3角部63と、第2面52と第4面54とを結ぶ第4角部64と、を含む。
 第1角部61は、回転方向の第1面51の一端部と、径方向の第3面53の内端部との間に設けられる。第2角部62は、回転方向の第1面51の他端部と、径方向の第4面54の内端部との間に設けられる。第3角部63は、回転方向の第2面52の一端部と、径方向の第3面53の外端部との間に設けられる。第4角部64は、回転方向の第2面52の他端部と、径方向の第4面54の外端部との間に設けられる。
 中心軸AXと直交する平面内において、第1面51の一端部と第1面51の他端部との距離をC、第2面52の一端部と第2面52の他端部との距離をDとしたとき、
 C < D   …(1)
流路50は、(1)式の条件を満たす。
 距離Cは、第1面51の一端部と第1面51の他端部との直線距離である。距離Dは、第2面52の一端部と第2面52の他端部との直線距離である。
 中心軸AXと直交する平面内において、第3面53の内端部と第3面53の外端部との距離をE、第4面54の内端部と第4面54の外端部との距離をFとしたとき、
 E = F   …(2)
流路50は、(2)式の条件を満たす。
 距離Eは、第3面53の内端部と第3面53の外端部との直線距離である。距離Fは、第4面54の一端部と第4面54の他端部との直線距離である。
 径方向の第1面51と第2面52との距離をLとしたとき、
 L < C   …(3)
流路50は、(3)式の条件を満たす。本実施の形態において、距離Lは、距離E及び距離Fと同一である。
 中心軸AXと直交する平面内において、第3角部63と中心軸AXとを結ぶ第1仮想線IL1と第3面53とが一致し、第4角部64と中心軸AXとを結ぶ第2仮想線IL2と第4面54とが一致する。中心軸AXと直交する平面内において、中心軸AXと第3角部63と第4角部64とを結ぶ仮想線により、二等辺三角形が形成される。第3面53と第4面54とは、径方向の外側に向かって、第3面53と第4面54との距離が大きくなっている。
 第1面51と第3面53とがなす角度θ1は、実質的に90度である。第1面51と第4面54とがなす角度θ2は、実質的に90度である。角度θ1と角度θ2とは同一である。第2面52と第3面53とがなす角度θ3は、90度よりも小さい角度、すなわち鋭角である。第2面52と第4面54とがなす角度θ4は、90度よりも小さい角度、すなわち鋭角である。角度θ3と角度θ4とは同一である。
 流路50は、シャフト部材40の周囲において同一の間隔で3つ配置される。隣り合う流路50の間に、回転子鉄心11の一部が配置される。以下の説明において、隣り合う2つの流路50のうち、一方の流路50を適宜、第1の流路50、と称し、第1の流路50の隣の他方の流路50を適宜、第2の流路50、と称する。
 第1の流路50の第3角部63と第2の流路50の第4角部64との距離をA、第1の流路50の第1角部61と第2の流路50の第2角部62との距離をBとしたとき、
 A ≧ B   …(4)
流路50は(4)式を満たしている。
 距離Aは、第1の流路50の第3角部63と第2の流路50の第4角部64との直線距離である。距離Bは、第1の流路50の第1角部61と第2の流路50の第2角部62との直線距離である。
 本実施の形態において、距離Aと距離Dとは同一である。距離Bと距離Cとは同一である。
 図5に示すように、固定子20で生成された磁束は、回転子10を通る。矢印YJで示すように、固定子20で生成された磁束は、回転子10の中心部に配置されたシャフト部材40を通る。本実施の形態において、固定子20の極数は、2である。2極の固定子20で生成されシャフト部材40を通る磁束の数は、例えば4極又は6極の固定子で生成されシャフト部材40を通る磁束の数に比べて、多い。また、例えば4極又は6極の固定子で生成される磁束は、極数に応じ磁束が分散されるが、2極の固定子は磁束が分散されないため、磁束密度が高くなる。
 第1の流路50と第1の流路50の隣の第2の流路50との距離が短いと、磁気飽和が発生する可能性がある。磁気飽和が発生すると、電動機100の効率が低下する可能性がある。磁気飽和とは、固定子20で生成される磁界の磁気力を増大させても、回転子10の磁束密度の増大が鈍化する現象をいう。電動機100の効率とは、入力電力と出力との比をいう。
 図6は、従来例に係る回転子10Rの一例を示す図である。図6に示すように、中心軸AXと直交する平面内において、第1面51の一端部と第1面51の他端部との距離Cが大きく、(1)式の条件を満たさないと、第1の流路50Rの第1角部61と第2の流路50Rの第2角部62との距離Bが短くなる。距離Bが短いと、磁気飽和が発生し、電動機の効率が低下する。
 本実施の形態によれば、流路50は(1)式の条件を満たす。したがって、第1の流路50と第2の流路50との間の距離Bは長くなる。例えば、距離Bは、距離Aの半分の値よりも長くなる。距離Bが長いと、磁気飽和の発生が抑制される。磁気飽和の発生が抑制されることによって、電動機100の効率の低下が抑制される。
 また、本実施の形態によれば、流路50は(3)式の条件を満たす。すなわち、中心軸AXと直交する平面内において、流路50の形状は回転方向に長くなる。これにより、流路50の流路面積が増大し、流体は流路50を円滑に流れることができる。流路50の流路面積とは、中心軸AXと直交する平面内における流路50の面積をいう。流路50が、(1)式及び(3)式の両方の条件を満たすことによって、流路50における流体の円滑な流動と、磁気飽和の発生の抑制との両方が達成される。これにより、電動機100の効率の低下が抑制される。
 また、本実施の形態によれば、流路50の第1面51は、シャフト部材40に設けられ、流路50の第2面52と第3面53と第4面54とは、回転子鉄心11に設けられる。すなわち、流路50は、シャフト孔13に支持されたシャフト部材40と、シャフト孔13に設けられた回転子鉄心11の凹部17とによって規定される。これにより、流路面積が大きい流路50が、中心軸AXに近い位置に配置される。流路50は中心軸AXに近いほど速度が遅くなる。したがって、回転子10が回転しても、流体は流路50を円滑に流れることができる。
 また、本実施の形態によれば、流路50は、第1面51と第3面53とを結ぶ第1角部61と、第1面51と第4面54とを結ぶ第2角部62と、第2面52と第3面53とを結ぶ第3角部63と、第2面52と第4面54とを結ぶ第4角部64と、を含む。すなわち、中心軸AXと直交する平面内において、流路50は実質的に四角形である。これにより、流体は流路50を円滑に流れることができる。
 また、本実施の形態によれば、中心軸AXと直交する平面内において、第3角部63と中心軸AXとを結ぶ第1仮想線IL1と第3面53とが一致し、第4角部64と中心軸AXとを結ぶ第2仮想線IL2と第4面54とが一致する。流路50は、第3面53が第1仮想線IL1と一致し、第4面54が第2仮想線IL2と一致して形成されることにより、第1面51と第3面53とがなす角度θ1は90度であり、第1面51と第4面54とがなす角度θ2は90度である。また、回転子鉄心11の第3面53と内面14の接触領域15とがなす角度が90度になり、回転子鉄心11の第4面54と内面14の接触領域15とがなす角度が90度になる。これにより、回転子鉄心11において、鋭角に尖った部分が無くなる。したがって、シャフト部材40と回転子鉄心11との接続作業においてシャフト部材40の外面41が回転子鉄心11で損傷してしまうことが抑制される。また、回転子10の製造において電磁鋼板を金型で打ち抜く作業が行われる場合、金型に鋭角な部分を設ける必要が無い。金型に鋭角な部分が無いので、金型が傷付く可能性を低減できる。
 また、本実施の形態によれば、回転子10は、電動機100の固定子20により生成された2極の回転磁界で回転する。2極の固定子20で生成されシャフト部材40を通る磁束の数は、例えば4極又は6極の固定子で生成されシャフト部材40を通る磁束の数よりも多い。シャフト部材40の周囲に配置される流路50が、(1)式を満たして形成されることによって、磁気飽和の発生が効果的に抑制される。
 また、本実施の形態によれば、固定子10は、ロータバー31及びロータバー31に接続されるエンドリング32を含むかご形導体30を有する。エンドリング32が大型化すると、二次抵抗が低減される。二次抵抗とは、回転子10の電気抵抗をいう。二次抵抗が低減されることにより、電動機100の効率が改善される。エンドリング32の内縁部32Aの直径を小さくして、エンドリング32の内縁部32Aと外縁部32Bとの径方向の距離を長くすることにより、エンドリング32が大型化され、二次抵抗が低減される。本実施の形態によれば、(1)式及び(3)式の条件を満たして流路50が形成されることにより、エンドリング32の大型化、及び流路50の流路面積の増大を達成しつつ、中心軸AXと直交する平面内においてシャフト部材40の外面41とエンドリング32の内縁部32Aとの間に流路50を配置することができる。(1)式及び(3)式の条件が満たされることにより、流路50における流体の円滑な流通、及び磁気飽和の発生の抑制が実現される。
 また、本実施の形態では、誘導電動機を例にして説明したが、永久磁石型電動機、リラクタンス型電動機など2極の電動機であれば効果を示すことができる。また、主巻線と補助巻線とから構成され、単相電源にて駆動可能な単相誘導電動機は起動トルクが小さいため、磁束密度が高く設計される。本発明は、流路50による磁束飽和を緩和する効果があるため、磁束密度が高い単相誘導電動機に用いることで、より効果を示すことができる。
実施の形態2.
 図7は、実施の形態2に係る回転子10Bの一例を示す図である。図7に示すように、第2面52は、径方向の外側に凹む曲面を含む。
 図7に示す例においては、第2面52は、中心軸AXを中心とする曲面である。すなわち、中心軸AXと直交する平面内において、第2面52は、円弧である。第2面52の曲率中心は、中心軸AXと一致する。
 流路50の第2面52が中心軸AXを中心とする曲面であるため、回転子10が回転する状態において、複数の流路50の第2面52は、同一の円形の軌跡を移動する。これにより、回転子10が回転している状態において、流体は、流路50の第2開口から流路50の内部に円滑に流入して、流路50の第1開口から円滑に排出される。
 また、エンドリング32の内縁部32Aは、中心軸AXと同心の円形である。エンドリグ32の内縁部32Aと第2面52とが同心状に配置されることにより、中心軸AXと直交する平面内においてエンドリング32と流路50とが重複することを抑制しつつ、エンドリング32の内縁部32Aの直径を小さくすることができる。したがって、エンドリング32の大型化、及び流路50の流路面積の増大を図ることができる。
 なお、第2面52の一部が、中心軸AXを中心とする曲面でもよい。第2面52が、中心軸AXと平行で中心軸AXとは異なる軸を中心とする曲面でもよい。第2面52が、中心軸AXを中心とする曲面でなくても、径方向の外側に凹む曲面であることにより、第2面52が平面である場合に比べて、流体は、流路50の第2開口から流路50の内部に円滑に流入して、流路50の第1開口から円滑に排出される。また、第2面52が、中心軸AXを中心とする曲面でなくても、径方向の外側に凹む曲面であることにより、第2面52が平面である場合に比べて、エンドリング32と流路50とが重複することを抑制しつつ、エンドリング32の大型化、及び流路50の流路面積の増大を図ることができる。
 第1角部61、第2角部62、第3角部63、及び第4角部64の少なくとも一つは、曲面を含んでもよい。これにより、回転子10の製造において電磁鋼板を金型で打ち抜く作業が行われる場合、金型に鋭角な部分を設けなくてもよい。金型が傷つく可能性が低減され、回転子10の製造が円滑に行われる。
 図7に示すように、第3角部63及び第4角部64が曲面を含んでもよい。図7に示す例においては、中心軸AXと直交する平面内において、第3角部63は円弧を含み、第4角部64は円弧を含む。第3角部63の曲率半径及び第4角部64の曲率半径をRq、径方向の第1面51と第2面52との距離をLとしたとき、
 Rq < L/2   …(5)
流路50は(5)式の条件を満たす。距離Lは、第3面53の径方向の寸法及び第4面54の径方向の寸法と同一である。
 第3角部63が曲面を含み、第4角部64が曲面を含むことにより、回転子10の製造において電磁鋼板を金型で打ち抜く作業が行われる場合、金型において鋭角な部分を設けなくてもよい。したがって、金型が傷つく可能性が低減され、回転子10の製造が円滑に実施される。
 半径Rqが大きいと、流路50の流路面積が小さくなる。(5)式の条件を満たさない場合(Rq≧L/2の場合)、径方向の第3面53の中心よりも内側に円弧が存在することとなる。径方向の第3面53の中心よりも内側に円弧が存在すると、隣り合う第1の流路50と第2の流路50との距離Bが短くなり、磁気飽和が発生する可能性が高くなる。
 流路50は、(5)式の条件を満たすことにより、距離Bが短くなることが抑制される。これにより、磁気飽和の発生が抑制される。
実施の形態3.
 図8は、実施の形態3に係る回転子10Cの一例を示す図である。図8に示すように、第1角部61及び第2角部62が曲面を含んでもよい。図8に示す例においては、中心軸AXと直交する平面内において、第1角部61は円弧を含み、第2角部62は円弧を含む。
 第1角部61が曲面を含み、第2角部62が曲面を含むことにより、回転子10Cの製造において電磁鋼板を金型で打ち抜く作業が行われる場合、金型に鋭角な部分を設けなくてもよい。金型に鋭角な部分を設けないことにより、金型の傷つく可能性が低減される。また、第1角部61及び第2角部62が尖っていると、バリなどが発生し易く、シャフト部材40を焼嵌め又は圧入によりシャフト孔13の内面14と接続するときにバリが引っかかる可能性がある。また、第1角部61及び第2角部62が尖っていると、シャフト部材40と回転子鉄心11とを接続する作業においてシャフト部材40の外面41が傷付く可能性がある。第1角部61及び第2角部62が丸みを帯びることにより、シャフト部材40の外面41の損傷が抑制され、回転子10の製造が円滑に行われる。
実施の形態4.
 図9は、実施の形態4に係る回転子10Dの一例を示す図である。図9に示すように、中心軸AXと直交する平面内において、第3角部63と中心軸AXとを結ぶ第1仮想線IL1と、第4角部64と中心軸AXとを結ぶ第2仮想線IL2との間に、第1角部61及び第2角部62が配置されることを条件に、回転方向の第1面51の一端部と第1面51の他端部との距離Cが定められる。第3面53及び第4面54も、第1仮想線IL1と第2仮想線IL2との間に配置される。
 第1仮想線IL1と第2仮想線IL2との間に、第1角部61及び第3面53と、第2角部62及び第4面54とが配置されることにより、隣り合う流路50のうち、第1の流路50の第1角部61と第2の流路50の第2角部62との距離Bを長くすることができる。これにより、磁気飽和の発生が抑制される。
 一方、距離Bを長くするために、距離Cを短くしすぎると、第3面53と接続領域15とがなす角度θ5、及び第4面54と接続領域15とがなす角度θ6が小さくなり、第3面53と接続領域15との間の部分及び第4面54と接続領域15との間の部分が鋭く尖ってしまう可能性がある。回転子鉄心11において鋭く尖る部分が設けられると、回転子10Dの製造において電磁鋼板を金型で打ち抜く作業が行われる場合、金型が傷付く可能性が高くなる。また、第3面53と接続領域15との間の部分及び第4面54と接続領域15との間の部分の強度が低下する可能性がある。
 したがって、隣り合う2つの流路50のうち、第1の流路50の第3角部63と第1の流路50の隣の第2の流路50の第4角部64との距離をA、第1の流路50の第1角部61と第2の流路50の第2角部62との距離をBとしたとき、
 A ≧ B   …(6)
流路50は、(6)式の条件を満たしていてもよい。これにより、回転子10の製造が円滑に行われ、磁気飽和の発生が抑制される。
実施の形態5.
 図10は、実施の形態5に係る回転子10Eの一例を示す図である。図10に示すように、シャフト部材40と流路50との間に、回転子鉄心11の一部が配置されてもよい。すなわち、流路50の第1面51、第2面52、第3面53、及び第4面54が、回転子鉄心11に設けられてもよい。図10に示すように、シャフト孔13と流路50とが分離していても、(1)式などの条件が満たされるように流路50が形成されることによって、流体は流路50を円滑に流れ、磁気飽和の発生が抑制される。
実施の形態6.
 図11は、実施の形態6に係る回転子10Fの一例を示す図である。図11に示すように、流路50の第1面51、第2面52、第3面53、及び第4面54が、回転子鉄心11に設けられている。
 中心軸AXと直交する平面内において、第1角部61は円弧を含み、第2角部62は円弧を含む。第1角部61が曲面を含み、第2角部62が曲面を含むことにより、回転子10Fの製造において電磁鋼板を金型で打ち抜く作業が行われる場合、金型に鋭角な部分を設けなくてよいため、金型が傷付く可能性を低減できる。
 第1角部61の曲率半径及び第2角部62の曲率半径をRp、径方向の第1面51と第2面52との距離をLとしたとき、
 Rp > L/2   …(7)
流路50は、(7)式の条件を満たす。距離Lは、径方向の第3面53の寸法及び第4面54の寸法と同一である。
 流路50が(7)式の条件を満たすことにより、磁気飽和の発生が抑制される。(7)式の条件を満たす場合、径方向の第3面53の中心よりも外側まで円弧が存在することとなる。径方向の第3面53の中心よりも外側まで円弧が存在すると、隣り合う第1の流路50と第2の流路50との距離が大きくなり、磁気飽和の発生が抑制される。
 図11に示す例においては、第1角部61が円弧を含み、第2角部62が円弧を含むとともに、中心軸AXと直交する平面内において、第3角部63が円弧を含み、第4角部64が円弧を含む。
 第1角部61の曲率半径及び第2角部62の曲率半径をRp、第3角部63の曲率半径及び第4角部64の曲率半径をRqとしたとき、
 Rq < Rp   …(8)
流路50は、(8)式の条件を満たす。
 半径Rpが大きいと、距離Bが大きくなり、磁気飽和の発生が抑制される。半径Rqが大きいと、距離Aが大きくなるものの、距離Bが大きくなる場合に比べて、磁気飽和の改善の効果は小さい。流路50が(8)式の条件を満たすことにより、流路50の流路面積を確保しつつ、磁気飽和を効果的に抑制することができる。
 なお、実施の形態6においては、第1角部61、第2角部62、第3角部63、及び第4角部64が円弧を含むこととした。第1角部61及び第2角部62が円弧を含み、第3角部63及び第4角部64が円弧を含まずに角張っていてもよい。第1角部61及び第2角部62が円弧を含み、第3角部63及び第4角部64が円弧を含まない場合においても、(7)式の条件が満たされることにより、磁気飽和の発生が抑制される。
 なお、実施の形態5及び実施の形態6においては、シャフト孔13と流路50とが分かれていることとした。実施の形態5及び実施の形態6において、流路50がシャフト部材40と回転子鉄心11の凹部17とで規定されてもよい。
実施の形態7.
 図12は、実施の形態7に係る回転子10Gの一例を示す図である。上述の実施の形態においては、流路50がシャフト部材40の周囲において3つ配置される例について説明した。図12に示すように、流路50は、シャフト部材40の周囲において2つ配置されてもよい。なお、流路50は、シャフト部材40の周囲において4つ配置されてもよいし、5つ配置されてもよい。流路50の数は、任意である。
実施の形態8.
 次に、実施の形態8に係る圧縮機400の一例について説明する。図13は、本実施の形態に係る圧縮機400の一例を示す図である。圧縮機400は、上述の実施の形態で説明した電動機100を備えている。
 図13において、圧縮機400は、密閉容器2と、密閉容器2の内部空間に配置された電動機100と、密閉容器2の内部空間に配置され、電動機100が発生する動力により作動する圧縮機構部500と、電動機100が発生した動力を圧縮機構部500に伝達するシャフト部材8とを備えている。電動機100は、回転子10と固定子20とを有する。ガラス端子240及びリード線250を経由して電力が電動機100に供給される。
 圧縮機400は、2気筒回転式圧縮機である。なお、圧縮機400は、スクロール圧縮機、1シリンダの回転式圧縮機、複数段の回転式圧縮機、スイング回転式圧縮機、ベーン型圧縮機、及び往復式圧縮機でもよい。
 シャフト部材8は、電動機100の回転子10に固定される主軸8aと、副軸8bと、主軸8aと副軸8bとの間に配置される主軸側偏芯部8c及び副軸側偏芯部8dと、主軸側偏芯部8cと副軸側偏芯部8dとの間に設けられる中間軸8eとを有する。主軸8aは、軸受6に回転可能に支持される。副軸8bは、軸受7に回転可能に支持される。主軸8aが、上述の実施の形態で説明したシャフト部材40に相当する。
 圧縮機構部500は、第1のシリンダ5aと、第1のシリンダ5aの内部空間に配置された第1のピストン9aと、第2のシリンダ5bと、第2のシリンダ5bの内部空間に配置された第2のピストン9bとを有する。
 第1のシリンダ5aは、冷凍サイクルからのガスを第1のシリンダ5aの内部空間に取り入れる吸入ポートと、第1のシリンダ5aの内部空間のガスを排出する吐出ポートとを有する。
 第2のシリンダ5bは、冷凍サイクルからのガスを第2のシリンダ5bの内部空間に取り入れる吸入ポートと、第2のシリンダ5bの内部空間のガスを排出する吐出ポートとを有する。
 密閉容器2の外側にアキュムレータ310が配置される。第1のシリンダ5aは、吸入管320aを介して、アキュムレータ310と接続される。第2のシリンダ5bは、吸入管320bを介して、アキュムレータ310と接続される。
 第1のシリンダ5a及び第2のシリンダ5bで圧縮された冷媒ガスは、密閉容器2の内部空間に吐出され、吐出管330から冷凍空調装置の冷凍サイクルに供給される。
 密閉容器2の内部空間の底部に、圧縮機構部500の摺動部を潤滑する潤滑油260が貯留されている。回転するシャフト部材8の遠心力により、密閉容器2の底部の潤滑油260がシャフト部材8に沿ってする。シャフト部材8に設けられた給油孔を介して、圧縮機構部500の摺動部に潤滑油26が供給される。潤滑油260は、主軸8aと軸受6との間の摺動部、主軸側偏芯部8cと第1のピストン9aとの間の摺動部、副軸側偏芯部8dと第2のピストン9bとの間の摺動部、及び副軸8bと軸受7との間の摺動部に供給される。
 圧縮機400は、上述の実施の形態で説明した電動機100を有する。したがって、圧縮機400の高効率化が可能となる。上述したように、圧縮機400の密閉容器2の内部空間に、冷媒及び油のような流体が存在する。流体は、回転子10を通る。回転子10は、上述の実施の形態で説明した流路50を有する。流体は、流路50を円滑に流れることができる。また、電動機100において磁気飽和の発生が抑制される。これにより、電動機100及び圧縮機400の高効率化が達成される。
実施の形態9.
 次に、実施の形態9に係る送風機500の一例について説明する。図14及び図15は、本実施の形態に係る送風機500の一例を示す図である。送風機500は、上述の実施の形態で説明した電動機100を備えている。図14及び図15に示す例において、送風機500は、空気調和機の室外機を含む。
 電動機100は、ファン501を駆動する。電動機100及びファン501は、ハウジング502の内部空間に配置される。ファン501は、電動機100が発生する動力により作動する。図14及び図15に示す例において、ファン501と電動機100の出力軸との接続部、及び電動機100とハウジング502との接続部に、防振部材503が配置されている。
 送風機500は、上述の実施の形態で説明した電動機100を有する。したがって、送風機500の高効率化が可能となる。
実施の形態10.
 次に、実施の形態10にかかる送風機600の一例について説明する。図16は、本実施の形態に係る送風機600の一例を示す図である。送風機600は、上述の実施の形態で説明した電動機100を備えている。図16に示す例において、送風機600は、空気調和機の室内機を含む。
 電動機100は、ファン601を駆動する。電動機100及びファン601は、ハウジング602の内部空間に配置される。ファン601は、電動機100が発生する動力により作動する。図16に示す例において、ファン601と電動機100の出力軸との接続部、及び電動機100とハウジング602との接続部に、防振部材603が配置される。
 送風機600は、上述の実施の形態で説明した電動機100を有する。したがって、送風機600の高効率化が可能となる。
 なお、上述の実施の形態においては、電動機100が誘導電動機である例について説明した。誘導電動機の回転子10は、回転子鉄心11及びかご形導体30を含む。電動機100は、同期電動機でもよい。同期電動機の回転子は、永久磁石を含む。同期電動機においても、回転子は、シャフト部材の周囲に配置されシャフト部材の外面と接続される筒状部材を備える。同期電動機の回転子に、上述の実施の形態で説明した流路50が設けられてもよい。
 なお、上述の実施の形態で説明した構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を含まない場合もある。
 本発明は、電動機の回転子、回転子を有する電動機、電動機を有する圧縮機及び送風機に有用である。
 10 回転子、11 回転子鉄心、12 回転子スロット、13 シャフト孔、14 内面、15 接続領域、16 非接続領域、17 凹部、20 固定子、21 固定子鉄心、22 固定子スロット、23 コイル、30 かご形導体、31 ロータバー、32 エンドリング、32A 内縁部、32B 外縁部、40 シャフト部材、41 外面、50 流路、51 第1面、52 第2面、53 第3面、54 第4面、61 第1角部、62 第2角部、63 第3角部、64 第4角部、100 電動機、AX 中心軸、IL1 第1仮想線、IL2 第2仮想線。

Claims (19)

  1.  シャフト部材と接続され中心軸を中心に回転する電動機の回転子であって、
     前記中心軸を中心に回転する前記シャフト部材の少なくとも一部が配置されるシャフト孔と、
     前記シャフト部材の周囲に複数配置され前記中心軸と平行な方向に貫通する流路と、
    を備え、
     前記流路の内面は、前記シャフト部材の径方向の外側を向く第1面と、前記径方向において前記第1面の外側に配置され前記第1面と間隙を介して対向する第2面と、前記中心軸を中心とする回転方向の前記第1面の一端部と前記第2面の一端部とを結ぶ第3面と、前記回転方向の前記第1面の他端部と前記第2面の他端部とを結ぶ第4面と、を含み、
     前記第1面の一端部と前記第1面の他端部との距離をC、前記第2面の一端部と前記第2面の他端部との距離をDとしたとき、
     C < D、
    の条件を満たす回転子。
  2.  前記径方向の前記第1面と前記第2面との距離をLとしたとき、
     L < C、
    の条件を満たす請求項1に記載の回転子。
  3.  前記シャフト部材の周囲に配置され前記シャフト部材の外面と接続される筒状部材を備え、
     前記第1面は、前記シャフト部材に設けられ、
     前記第2面、前記第3面、及び前記第4面は、前記筒状部材に設けられる請求項1又は請求項2に記載の回転子。
  4.  前記第2面は、前記径方向の外側に凹む曲面を含む請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の回転子。
  5.  前記第2面は、前記中心軸を中心とする曲面を含む請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の回転子。
  6.  前記流路は、前記第1面と前記第3面とを結ぶ第1角部と、前記第1面と前記第4面とを結ぶ第2角部と、前記第2面と前記第3面とを結ぶ第3角部と、前記第2面と前記第4面とを結ぶ第4角部と、を含む請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の回転子。
  7.  前記第1角部、前記第2角部、前記第3角部、及び前記第4角部の少なくとも一つは、曲面を含む請求項6に記載の回転子。
  8.  前記中心軸と直交する平面内において、前記第1角部は円弧を含み、前記第2角部は円弧を含み、
     前記第1角部の曲率半径及び前記第2角部の曲率半径をRp、前記径方向の前記第1面と前記第2面との距離をLとしたとき、
     Rp > L/2、
    の条件を満たす請求項6又は請求項7に記載の回転子。
  9.  前記中心軸と直交する平面内において、前記第3角部は円弧を含み、前記第4角部は円弧を含み、
     前記第3角部の曲率半径及び前記第4角部の曲率半径をRq、前記径方向の前記第1面と前記第2面との距離をLとしたとき、
     Rq < L/2、
    の条件を満たす請求項6又は請求項7に記載の回転子。
  10.  前記中心軸と直交する平面内において、前記第1角部は円弧を含み、前記第2角部は円弧を含み、前記第3角部は円弧を含み、前記第4角部は円弧を含み、
     前記第1角部の曲率半径及び前記第2角部の曲率半径をRp、前記第3角部の曲率半径及び前記第4角部の曲率半径をRqとしたとき、
     Rq < Rp、
    の条件を満たす請求項6又は請求項7に記載の回転子。
  11.  前記中心軸と直交する平面内において、前記第3角部と前記中心軸とを結ぶ第1仮想線と、前記第4角部と前記中心軸とを結ぶ第2仮想線との間に前記第1角部及び前記第2角部が配置されることを条件に、前記第1面の一端部と前記第1面の他端部との距離が定められる請求項6から請求項10のいずれか一項に記載の回転子。
  12.  第1の前記流路の前記第3角部と第1の前記流路の隣の第2の前記流路の前記第4角部との距離をA、第1の前記流路の前記第1角部と第2の前記流路の前記第2角部との距離をBとしたとき、
     A ≧ B、
    の条件を満たす請求項11に記載の回転子。
  13.  前記中心軸と直交する平面内において、前記第3角部と前記中心軸とを結ぶ第1仮想線と前記第3面とが一致し、前記第4角部と前記中心軸とを結ぶ第2仮想線と前記第4面とが一致する請求項6から請求項10のいずれか一項に記載の回転子。
  14.  前記シャフト部材の周囲に配置され前記シャフト部材の外面と接続される回転子鉄心と、
     前記回転子鉄心のスロットに配置される非磁性且つ導電性のロータバーと前記ロータバーに接続されるエンドリングとを含むかご形導体と、を有する請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の回転子。
  15.  前記電動機は単相誘導電動機である請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の回転子。
  16.  前記電動機の固定子により生成された2極の回転磁界で回転する請求項1から請求項15のいずれか一項に記載の回転子。
  17.  回転磁界を生成する固定子と、
     前記固定子の前記回転磁界で回転する請求項1から請求項16のいずれか一項に記載の回転子と、
    を備える電動機。
  18.  請求項17に記載の電動機を備える圧縮機。
  19.  請求項17に記載の電動機を備える送風機。
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