(57)【要約】【課題】極間に風穴を配置しても永久磁石の磁束の流れを阻害することなく効率よく風穴を配置できる電動機の回転子を提供する。【解決手段】この発明に係る電動機の回転子２００は、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を所定の枚数積層することにより構成される回転子鉄心１と、回転子鉄心１の略中心部に設けられる軸孔４と、回転子鉄心１に設けられ、頂点側を軸孔に向けてＶ字形状に配置されて一極を形成し、Ｖ字形状を極数分だけ円周方向に略等間隔に配置される永久磁石２と、永久磁石２の極間に設けられ、少なくとも径方向よりも周方向に長い形状のものを含む風穴３とを備えたものである。【選択図】図４
2010183800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を所定の枚数積層することにより構成される回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の略中心部に設けられる軸孔と、
前記回転子鉄心に設けられ、頂点側を前記軸孔に向けてＶ字形状に配置されて一極を形成し、前記Ｖ字形状を極数分だけ円周方向に略等間隔に配置される永久磁石と、
前記永久磁石の極間に設けられ、少なくとも径方向よりも周方向に長い形状のものを含む風穴と、を備えたことを特徴とする電動機の回転子。
【請求項２】
前記径方向よりも周方向に長い形状の風穴を、楕円形状としたことを特徴とする請求項１記載の電動機の回転子。
【請求項３】
前記極間に前記風穴が複数存在することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動機の回転子。
【請求項４】
前記極間に存在する複数の前記風穴の中、前記軸孔側に位置する前記風穴を径方向よりも周方向に長い形状とし、当該回転子の外径側に位置する前記風穴を円形状とすることを特徴とする請求項３記載の電動機の回転子。
【請求項５】
前記径方向よりも周方向に長い形状の風穴を、前記軸孔に沿った形状とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動機の回転子。
【請求項６】
前記径方向よりも周方向に長い形状の風穴と前記軸孔との間の寸法を円周方向に略一定にすることを特徴とする請求項５記載の電動機の回転子。
【請求項７】
前記永久磁石を希土類磁石で構成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電動機の回転子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の電動機の回転子を備えたことを特徴とする電動機。
【請求項９】
請求項８に記載の電動機を備えたことを特徴とする送風機。
【請求項１０】
請求項８に記載の電動機を備えたことを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機の回転子に関する。具体的には、永久磁石埋込型電動機の回転子の極間に存在する風穴の形状に関する。また、その電動機の回転子を用いる電動機及び送風機及び圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高速回転に耐えうる回転子強度を確保しつつ冷却性能を向上させ、小型で高トルク、高出力を得ることができると共に、信頼性の向上を図った回転電機を提供するために、環状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に配置された環状の回転子とを備え、固定子は、電機子巻線を持つ固定子鉄心を有し、回転子は、複数個の永久磁石が外周部に沿って装着されると共に冷媒が通る冷却穴が形成された回転子鉄心を有し、冷却穴は、回転子鉄心の外周側に向かって凸となる断面形状を有するように形成されている回転電機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０４８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の回転電機（埋込磁石型電動機）は、風穴（冷却穴）形状を外周に向かって凸となる形状としている。そのため、磁束の流れを阻害する形状であり、風穴（冷却穴）形状を大きくすると磁束の流れを阻害し、磁力を有効に使用できない。従って、効率が低下するという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、極間に風穴を配置しても永久磁石の磁束の流れを阻害することなく効率よく風穴を配置できる電動機の回転子及び電動機及び送風機及び圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電動機の回転子は、
所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を所定の枚数積層することにより構成される回転子鉄心と、
回転子鉄心の略中心部に設けられる軸孔と、
回転子鉄心に設けられ、頂点側を軸孔に向けてＶ字形状に配置されて一極を形成し、Ｖ字形状を極数分だけ円周方向に略等間隔に配置される永久磁石と、
永久磁石の極間に設けられ、少なくとも径方向よりも周方向に長い形状のものを含む風穴と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る電動機の回転子は、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を所定の枚数積層することにより構成される回転子鉄心と、回転子鉄心の略中心部に設けられる軸孔と、回転子鉄心に設けられ、頂点側を軸孔に向けてＶ字形状に配置されて一極を形成し、Ｖ字形状を極数分だけ円周方向に略等間隔に配置される永久磁石と、永久磁石の極間に設けられ、少なくとも径方向よりも周方向に長い形状のものを含む風穴とを備えた構成にしたので、極間において永久磁石の磁束の流れを阻害しないため、効率を低下させることなく風穴の面積を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】比較のために示す図で、一般的な永久磁石をＶ字配置した永久磁石埋込型電動機の回転子１００の横断面図。
【図２】図１の風穴１０３付近の要部拡大図。
【図３】図１の風穴１０３を大きくした場合の風穴１０３付近の要部拡大図。
【図４】実施の形態１を示す図で、永久磁石埋込型電動機の回転子２００の横断面図。
【図５】図４の風穴３付近の要部拡大図。
【図６】実施の形態１を示す図で、変形例１の永久磁石埋込型電動機の回転子３００の部分横断面図。
【図７】図６の風穴３ａ，３ｂ付近の要部拡大図。
【図８】実施の形態１を示す図で、変形例２の永久磁石埋込型電動機の回転子４００の部分横断面図。
【図９】図８の風穴３ａ，３ｂ付近の要部拡大図。
【図１０】実施の形態１を示す図で、変形例３の永久磁石埋込型電動機の回転子５００の部分横断面図。
【図１１】図１０の風穴３ａ，３ｂ付近の要部拡大図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
本実施の形態を説明する前に、一般的な永久磁石埋込型電動機の回転子について説明する。
【００１０】
図１乃至図３は比較のために示す図で、図１は一般的な永久磁石をＶ字配置した永久磁石埋込型電動機の回転子１００の横断面図、図２は図１の風穴１０３付近の要部拡大図、図３は図１の風穴１０３を大きくした場合の風穴１０３付近の要部拡大図である。
【００１１】
図１に示す一般的な永久磁石埋込型電動機の回転子１００は、４極のものである。回転子１００は、円筒状で中央部に軸孔１０４を有する回転子鉄心１０１、平板状の永久磁石１０２、図示しない永久磁石１０２の抜け止め用の端板等で構成される。永久磁石１０２を挿入した回転子鉄心１０１の軸方向両端に端板を配置し、全体を例えばリベット等により固定する。
【００１２】
円筒状の回転子鉄心１０１は、厚さ０．１〜１．０ｍｍ程度の薄い電磁鋼板を一枚一枚所定の形状に打ち抜いて、所定の枚数を積層することで構成される。
【００１３】
円筒状の回転子鉄心１０１は、後述するＶ字配置の永久磁石１０２が挿入される磁石挿入穴（図示せず）、回転子鉄心１０１の中心部に設けられる円形の軸孔１０４、極間に配置される風穴１０３（ここでは、４個）を備える。その他、図示しないが、リベット孔も形成されている。
【００１４】
図１に示す一般的な永久磁石埋込型電動機の回転子１００は、一対の断面長方形（平板状）の永久磁石１０２をＶ字形状に配置し、この頂点側を軸孔１０４に向けて永久磁石埋込型電動機の極数（ここでは、４極）分だけ円周方向に等間隔に埋め込んでいる。
【００１５】
一対の永久磁石１０２は、断面長方形のｄ軸側を磁極とするため、断面長方形の長辺と直交する方向に着磁している。隣接する一対の永久磁石１０２同士は異極としている。
【００１６】
上記のように、一対の永久磁石１０２を４極分埋め込んだ永久磁石埋込型電動機の回転子１００により、回転力となるマグネットトルクが発生する。
【００１７】
回転子鉄心１０１において、極間に配置される風穴１０３は、送風機では風を通して冷却する目的で使用される、
また、冷凍空調装置の圧縮機では、風穴１０３は、冷媒、油が通る通路として使用される。
【００１８】
即ち、風穴１０３は永久磁石埋込型電動機のトルク（性能）を向上する目的ではなく、流体（空気、冷媒等）を通す目的で用いられることが多い。
【００１９】
そのため、風穴１０３はできるだけ永久磁石埋込型電動機の性能を阻害することない形状と配置とすることが必要となる。
【００２０】
図２に示すように、永久磁石１０２がＶ字形状に配置され、極間に存在する風穴１０３の形状が円形とすると、磁束（実線矢印）の流れを阻害していることが分かる。
【００２１】
また、図３に示すように、風穴１０３を円のまま大きくすると、より磁束の流れを阻害し、磁束が流れにくくなり、永久磁石埋込型電動機の効率が低下する。
【００２２】
図４乃至図１１は実施の形態１を示す図で、図４は永久磁石埋込型電動機の回転子２００の横断面図、図５は図４の風穴３付近の要部拡大図、図６は変形例１の永久磁石埋込型電動機の回転子３００の部分横断面図、図７は図６の風穴３ａ，３ｂ付近の要部拡大図、図８は変形例２の永久磁石埋込型電動機の回転子４００の部分横断面図、図９は図８の風穴３ａ，３ｂ付近の要部拡大図、図１０は変形例３の永久磁石埋込型電動機の回転子５００の部分横断面図、図１１は図１０の風穴３ａ，３ｂ付近の要部拡大図である。
【００２３】
図４に示すように、本実施の形態の永久磁石埋込型電動機の回転子２００は、風穴３以外の構成は図１の一般的な永久磁石埋込型電動機の回転子１００と同じである。
【００２４】
即ち、図４に示す本実施の形態の永久磁石埋込型電動機の回転子２００も、４極のものである。回転子２００は、円筒状で中央部に軸孔４を有する回転子鉄心１、平板状の永久磁石２、図示しない永久磁石２の抜け止め用の端板等で構成される。永久磁石２を挿入した回転子鉄心１の軸方向両端に端板を配置し、全体を例えばリベット等により固定する。
【００２５】
４極の永久磁石埋込型電動機の回転子２００を一例として説明するが、極数は４極に限定されない。
【００２６】
円筒状の回転子鉄心１は、厚さ０．１〜１．０ｍｍ程度の薄い電磁鋼板を一枚一枚所定の形状に打ち抜いて、所定の枚数を積層することで構成される。
【００２７】
円筒状の回転子鉄心１は、Ｖ字配置の永久磁石２が挿入される磁石挿入穴（図示せず）、回転子鉄心１の中心部に設けられる円形の軸孔４、極間に配置される風穴３（ここでは、４個）を備える。その他、図示しないが、リベット孔も形成されている。
【００２８】
回転子２００は、一対の断面長方形（平板状）の永久磁石２をＶ字形状に配置し、この頂点側を軸孔４に向けて永久磁石埋込型電動機の極数（ここでは、４極）分だけ円周方向に等間隔に埋め込んでいる。
【００２９】
一対の永久磁石２は、断面長方形のｄ軸側を磁極とするため、断面長方形の長辺と直交する方向に着磁している。隣接する一対の永久磁石２同士は異極としている。
【００３０】
図４に示すように、極間に存在する風穴３の形状を、永久磁石２から発生する磁束の流れに沿った方向に長い長穴形状にすることにより（図５の拡大図も参照）、図１に示す円形状よりも風穴３の面積が大きく、且つ磁束の流れを阻害しにくい形状にすることができる。
【００３１】
また、別の表現をすれば、極間に存在する風穴３の形状を略円周方向に長い長穴形状とすることにより、磁束の流れを阻害しない形状となり、図１に示す円形状よりも風穴３の面積が大きく、さらに永久磁石埋込型電動機の効率が低下しにくい形状となる。
【００３２】
極間に存在する長穴形状の風穴３は、極間において、回転子鉄心１の外周縁部より離れた軸孔４に近いところに配置する。これにより、永久磁石２の極間における磁束の流れを阻害する恐れが少なくなる。
【００３３】
周方向に長い風穴３の形状を長穴形状で、且つ楕円形状とする事により、永久磁石２の磁束の流れがスムーズになり、より磁束の流れを阻害しない形状となる。
【００３４】
さらに周方向両端部が円弧形状であるため（角が面取りされている）、金型の打ち抜き性が向上し、生産性も向上する。
【００３５】
図６、図７により変形例１の永久磁石埋込型電動機の回転子３００の構成を説明する。
【００３６】
変形例１の永久磁石埋込型電動機の回転子３００は、図６、図７に示すように、極間に複数の風穴が存在する。例えば、円周方向の長さの長い風穴３ａを軸孔４に近いところに配置する。また、円周方向の長さが風穴３ａより短い風穴３ｂを風穴３ａよりも外側（回転子鉄心１の外周縁部側）に配置する。
【００３７】
変形例１の回転子３００は、図５に示す回転子２００と比較すると、極間の磁路断面積は小さくなるが、風穴の断面積が大きくなる。そのため、回転子２００を冷却するために風穴を用いる場合は、その冷却効果が高まる。また、圧縮機のように、冷媒の通路として風穴を用いる場合は、冷媒の流路が大きくなる。
【００３８】
風穴が複数存在する時も、風穴を円周方向に長い長穴形状（例えば、図６、図７の風穴３ａ，３ｂ）とすることにより、磁束の流れを阻害せずに、さらに風穴面積を拡大することができる。
【００３９】
図８、図９により変形例２の永久磁石埋込型電動機の回転子４００の構成を説明する。
【００４０】
変形例２の永久磁石埋込型電動機の回転子４００は、図８、図９に示すように、極間に複数の風穴が存在する。例えば、円周方向の長さの長い風穴３ａを軸孔４に近いところに配置する。また、円形状の風穴３ｃを風穴３ａよりも外側（回転子鉄心１の外周縁部側）に配置する。
【００４１】
Ｖ字形状に永久磁石２を配置すると、極間の寸法は回転子内径側（軸孔４側）の方が大きく、回転子内径側に存在する風穴３ａの方が円周方向に長い形状にしやすい。そのため、回転子内径側（軸孔４側）に存在する風穴３ａのみを周方向に長い形状としても、磁束を阻害することなく風穴面積を拡大することが可能である。
【００４２】
変形例２の永久磁石埋込型電動機の回転子４００のように、極間に存在する風穴の一部（風穴３ａ）のみ周方向に長い形状としても、磁束を阻害することなく風穴面積を拡大する効果が得られる。
【００４３】
本実施の形態にて説明した周方向に長い風穴３（図４）、風穴３ａ（図６、図８）、風穴３ｂ（図６）は、周方向両端部を円弧形状（角が面取りされている）としたが、角を面取りしないで直線で構成しても同様の効果（生産性も向上を除く）が得られる。
【００４４】
図１０、図１１により変形例３の永久磁石埋込型電動機の回転子５００の構成を説明する。
【００４５】
変形例３の永久磁石埋込型電動機の回転子５００は、図１０、図１１に示すように、極間に存在する周方向に長い風穴３ｄの形状を、回転子内径（軸孔４）に沿った円弧形状としている。
【００４６】
極間における磁束の流れは永久磁石２から隣り合う永久磁石２へと流れるため、回転子内径側（軸孔４）は磁束の流れは小さく、風穴を設ける時は内周側に近い方が磁束の流れを妨げる影響が小さい。
【００４７】
そのため、本実施の形態にて説明した周方向に長い風穴を内径側に近づけることにより、より磁束の流れを阻害しない形状となる。
【００４８】
風穴を内径側に近づけ、より風穴面積を大きくするためには、風穴の形状を内径（軸孔４）に沿った円弧形状（風穴３ｄ）とすればよい。
【００４９】
そのため、風穴３ｄのように内径（軸孔４）に沿った円弧形状とすることにより、より風穴面積の拡大が可能であり、さらに磁束の流れを阻害しにくい形状となる。
【００５０】
また、風穴３ｄと内径（軸孔４）との間の寸法を円周方向に略一定にして風穴３ｄを配置することにより、より風穴面積の拡大が可能である。
【００５１】
本実施の形態における回転子２００〜５００の風穴は、極間に存在する風穴の関するものであるが、他の部分（極間以外）に風穴があっても関係しない。また極間以外に存在する風穴の形状や個数に関係なく効果が得られる。
【００５２】
実施の形態２．
実施の形態１の回転子２００〜５００を電動機（例えば、永久磁石埋込型電動機）に用いることにより、高効率で低コストな電動機を得ることができる。
【００５３】
また、永久磁石２に焼結希土類磁石を使用すると、焼結希土類磁石は高磁力のため、回転子の磁束密度が他の磁石を使用した時よりも高くなり、極間に存在する風穴の影響が大きくなる。
【００５４】
そのため、回転子に焼結希土類磁石を使用する時、実施の形態１の回転子２００〜５００を用いることにより、磁束の流れを阻害せずに風穴面積の拡大する効果が高まる。
【００５５】
また、実施の形態１に示す回転子を用いた電動機（例えば、永久磁石埋込型電動機）は、効率の低下なく風穴面積を増加することが可能であり、流路の確保、冷却性向上が可能となり、経年変化が小さくなり、長寿命な電動機が得られる。
【００５６】
また、実施の形態１に示す回転子を用いた電動機（例えば、永久磁石埋込型電動機）を、冷凍サイクル装置等の圧縮機、空気調和機等の送風機に搭載することにより、高効率で低コスト、長寿命な圧縮機、送風機が得られる。
【符号の説明】
【００５７】
１  回転子鉄心、２  永久磁石、３  風穴、３ａ  風穴、３ｂ  風穴、３ｃ  風穴、３ｄ  風穴、４  軸孔、１００  回転子、１０１  回転子鉄心、１０２  永久磁石、１０３  風穴、１０４  軸孔、２００  回転子、３００  回転子、４００  回転子、５００  回転子。
【図１】
2010183800.tif 000003
【図２】
2010183800.tif 000004
【図３】
2010183800.tif 000005
【図４】
2010183800.tif 000006
【図５】
2010183800.tif 000007
【図６】
2010183800.tif 000008
【図７】
2010183800.tif 000009
【図８】
2010183800.tif 000010
【図９】
2010183800.tif 000011
【図１０】
2010183800.tif 000012
【図１１】
2010183800.tif 000013