(57)【要約】  電動機１は、固定子２と、固定子２の内側に配置された環状の回転子コア１０と回転子コア１０の内部に配置され回転子コア１０の周方向に配列された複数個の永久磁石１１とを有するコンシクエントポール型の回転子４と、を備える。回転子コア１０は、回転子コア１０の内部に設けられ、回転子コア１０の径方向における永久磁石１１の各々の外側に配置された少なくとも１個のスリット１９と、回転子コア１０の外周面に設けられ、互いに隣り合う永久磁石１１間に配置された少なくとも１個のスリット２０とを有する。
2017085814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の固定子と、
前記固定子の内側に配置された環状の回転子コアと前記回転子コアの内部に配置され前記回転子コアの周方向に配列された複数個の永久磁石とを有するコンシクエントポール型の回転子と、
を備え、
前記回転子コアは、前記回転子コアの内部に設けられ、前記回転子コアの径方向における前記永久磁石の各々の外側に配置された少なくとも１個の第１のスリットと、前記回転子コアの外周面に設けられ、互いに隣り合う前記永久磁石間に配置された少なくとも１個の第２のスリットとを有する電動機。
【請求項２】
前記少なくとも１個の第２のスリットの総面積が、前記少なくとも１個の第１のスリットの総面積よりも大きい請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記少なくとも１個の第２のスリットの個数が、前記少なくとも１個の第１のスリットの個数よりも多い請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記回転子コアの径方向における前記少なくとも１個の第２のスリットの幅が、前記径方向における前記少なくとも１個の第１のスリットの幅よりも広い請求項２に記載の電動機。
【請求項５】
前記径方向と直交する方向における前記少なくとも１個の第２のスリットの幅が、前記径方向と直交する方向における前記少なくとも１個の第１のスリットの幅よりも広い請求項２に記載の電動機。
【請求項６】
前記第１の磁極での前記回転子コアの外径は、前記第２の磁極での前記回転子コアの外径に等しい請求項１に記載の電動機。
【請求項７】
前記少なくとも１個の第１のスリット内には第１の樹脂部が設けられ、
前記少なくとも１個の第２のスリット内には第２の樹脂部が設けられる請求項１に記載の電動機。
【請求項８】
前記少なくとも１個の第１のスリットは、前記回転子コアの外周面に開口部を持たず、
前記少なくとも１個の第２のスリットは、前記回転子コアの外周面に開口する請求項１に記載の電動機。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の電動機を備える空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンシクエントポール型の回転子を備えた電動機およびこの電動機を備えた空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和機の省エネ性を向上させるため、空気調和機の圧縮機に搭載される電動機の永久磁石には、ネオジウム焼結磁石のようなエネルギー密度の高い希土類磁石が一般に用いられている。また、空気調和機のファン用に、ネオジウム焼結磁石を用いた電動機が開発されている。【０００３】
このような永久磁石は貴重なレアアース元素を含有しているため、高価である。そのため、永久磁石の使用量および加工費を低減してコストを下げたいという要求は強い。  【０００４】
永久磁石は一般に、ブロック状の塊を切削して指定の形状に加工する。そのため、電動機に使用される永久磁石の個数が多いほど、加工費が増加する。【０００５】
電動機に使用される永久磁石の個数を削減する方法として、回転子をいわゆるコンシクエントポールで構成する方法がある。コンシクエントポール型の回転子では、永久磁石による磁石磁極と永久磁石によらずにコア材に形成される突極とが周方向に交互に配列される（特許文献１）。従って、磁石磁極の個数と突極の個数はいずれも極数の半分の個数である。また、極数の半分の個数の磁石磁極は同一の極性を持ち、極数の半分の個数の突極は磁石磁極と異なる極性を持つ。このように、コンシクエントポール型の回転子では、永久磁石の個数は通常の半分の個数となる。【０００６】
しかしながら、コンシクエントポール型の回転子では、磁石磁極と突極とでインダクタンスが異なり、このインダクタンスのアンバランスに起因して、振動および騒音が大きくなるという課題がある。【０００７】
この課題に対して、特許文献１では、表面磁石型でかつコンシクエントポール型の回転子において、固定子と回転子との間の空隙の距離を周方向に非一様としている。具体的には、磁石磁極での空隙の距離を突極での空隙の距離よりも小さくすることで、磁石磁極と突極との間の磁気的なアンバランスを低減し、振動および騒音の低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−８３１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載された技術を用いてインダクタンスのアンバランスを低減する場合に、固定子と回転子との間の空隙を広げてインダクタンスを調整したときは、磁束が低下し効率低下に繋がり、空隙を狭めてインダクタンスを調整したときは、組立製造上の裕度が低下する。【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コスト化、低振動化および低騒音化を実現可能な電動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】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電動機は、環状の固定子と、前記固定子の内側に配置された環状の回転子コアと前記回転子コアの内部に配置され前記回転子コアの周方向に配列された複数個の永久磁石とを有するコンシクエントポール型の回転子と、を備え、前記回転子コアは、前記回転子コアの内部に設けられ、前記回転子コアの径方向における前記永久磁石の各々の外側に配置された少なくとも１個の第１のスリットと、前記回転子コアの外周面に設けられ、互いに隣り合う前記永久磁石間に配置された少なくとも１個の第２のスリットとを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低コスト化、低振動化および低騒音化を実現することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係る電動機の構成を示す断面図
【図２】実施の形態１に係る回転子の構成を示す断面図
【図３】図２の部分拡大図
【図４】実施の形態１に係る回転子の磁極を説明するための断面図
【図５】比較例１に係る回転子の構成を示す部分拡大図
【図６】比較例１に係る回転子を有する電動機の部分拡大図
【図７】比較例２に係る回転子の構成を示す部分拡大図
【図８】実施の形態２に係る回転子の構成を示す断面図
【図９】実施の形態２に係る電動機の構成を示す図
【図１０】実施の形態３に係る空気調和機の構成の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態に係る電動機および空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る電動機の構成を示す断面図、図２は、本実施の形態に係る回転子の構成を示す断面図、図３は、図２の部分拡大図、図４は、本実施の形態に係る回転子の磁極を説明するための断面図である。なお、図１から図４は、電動機の回転軸に垂直な面による断面図である。
【００１６】
図１に示すように、電動機１は、環状の固定子２と、固定子２の内側に配置された環状の回転子４とを備える。回転子４は、空隙３を介して固定子２の内側に回転可能に配置される。回転子４は固定子２と同軸的に配置され、いずれの軸も電動機１の回転軸に一致している。図示例では、電動機１は、例えば１０極１２スロットのブラシレスモータである。
【００１７】
固定子２は、環状の固定子コア５と、固定子コア５に巻回されたコイル８とを備える。固定子コア５は、環状のコアバック５ａと、コアバック５ａから径方向の内側に突出した１２個のティース５ｂとを備える。１２個のティース５ｂは、周方向に等間隔で配置される。ここで、径方向は固定子コア５の径方向、周方向は固定子コア５の周方向である。
【００１８】
固定子コア５は、軟磁性材から構成され、具体的には複数枚の電磁鋼板を積層して構成される。電磁鋼板の板厚は０．１ｍｍから０．７ｍｍが一般的である。周方向に互いに隣り合うティース５ｂ間の空間はスロット７と呼ばれる。コイル８は、図示しない絶縁部材を介してティース５ｂに巻回される。コイル８は、集中巻または分布巻される。
【００１９】
次に、回転子４の構成について説明する。以下に説明するように、回転子４は内部磁石型でありかつコンシクエントポール型である。
【００２０】
回転子４は、環状の回転子コア１０と、回転子コア１０の内部に配置された５個の永久磁石１１とを備える。
【００２１】
回転子コア１０は、周方向に配列された５個の磁石孔１２を有する。磁石孔１２の個数は回転子４の極数の半分である。ここで、周方向は回転子コア１０の周方向である。５個の磁石孔１２は周方向に等間隔で配列される。５個の磁石孔１２は、回転軸から等距離で配置される。ここで、回転軸は回転子コア１０の軸に一致している。また、５個の磁石孔１２は、回転子コア１０の軸方向に延伸し、回転子コア１０を貫通している。磁石孔１２は、回転子コア１０の外周縁部に形成され、周方向に延伸している。隣り合う磁石孔１２間は離間している。回転子コア１０は、中心部にシャフトが挿入される軸孔１４を有する。
【００２２】
回転子コア１０は、軟磁性材であるコア材から構成され、具体的には複数枚の電磁鋼板を積層して構成される。電磁鋼板の板厚は０．１ｍｍから０．７ｍｍが一般的である。
【００２３】
５個の磁石孔１２には、それぞれ５個の永久磁石１１が挿入されている。永久磁石１１は、断面が例えば矩形の平板状である。永久磁石１１の板厚は、例えば２ｍｍである。
【００２４】
永久磁石１１は、希土類磁石であり、Ｎｄ（ネオジム）−Ｆｅ（鉄）−Ｂ（ホウ素）を主成分とするネオジム焼結磁石である。
【００２５】
磁石孔１２の両端部は、永久磁石１１が磁石孔１２内に配置された状態で、それぞれ空隙である２個のフラックスバリア部１３となる。すなわち、永久磁石１１の周方向の両端面は、それぞれ、空気層からなる２個のフラックスバリア部１３に接している。フラックスバリア部１３は、回転子４の外周面の磁束密度分布を正弦波に近づけ、隣り合う永久磁石１１の磁束が回転子コア１０を介して短絡すること、すなわち漏れ磁束を抑制する働きを持つ。
【００２６】
回転子４は、回転子コア１０の外周面に周方向に極性が交互となるようにして配列される１０個の磁極を有する。詳細には、回転子４は、５個の永久磁石１１によりそれぞれ形成され同一の極性を持つ５個の第１の磁極と、各々が互いに隣り合う永久磁石１１間の回転子コア１０に形成され第１の磁極と異なる極性を持つ５個の第２の磁極とを有する。図示例では、第１の磁極はＮ極、第２の磁極はＳ極としているが、逆にしてもよい。回転子４の１０個の磁極は、極ピッチを３６０度／１０＝３６度として、周方向に等角度間隔で配置される。
【００２７】
このように、回転子４はコンシクエントポール型であり、極数の半分の５個の永久磁石１１がそれぞれ５個の第１の磁極を与える。さらに、極数の半分の５個の第２の磁極は、それぞれ、互いに隣り合う永久磁石１１間において回転子コア１０のコア材に形成される。第２の磁極はいわゆる突極であり、回転子４を着磁することにより形成される。
【００２８】
従って、回転子４では、永久磁石１１を含む磁石磁極部でありかつ第１の磁極を有する第１の磁極部２１と、永久磁石１１を含まないコア磁極部でありかつ第２の磁極を有する第２の磁極部２２とが、回転子４の周方向に交互に配列される。コンシクエントポール型の回転子４では、極数は４以上の偶数となる。
【００２９】
回転子コア１０の外形１５は、いわゆる花丸形状である。ここで、花丸形状とは、回転子コア１０の外径が極中心１６，１７で最大となり、極間１８で最小となる形状であって、極中心１６，１７から極間１８までが弧状となる形状である。ここで、極中心１６は第１の磁極の極中心、極中心１７は第２の磁極の極中心である。図示例では、花丸形状は、１０枚の同形同サイズの花弁が均等角度で配置された形状である。従って、極中心１６での回転子コア１０の外径は、極中心１７での回転子コア１０の外径に等しい。なお、磁石孔１２の周方向の幅は極ピッチよりも広い。
【００３０】
本実施の形態では、回転子コア１０は、回転子コア１０の内部に設けられ、永久磁石１１の外側に配置された６個のスリット１９を有する。６個のスリット１９は永久磁石１１ごとに設けられる。ここで、永久磁石１１の外側は、回転子コア１０の径方向における外側である。すなわち、６個のスリット１９は、永久磁石１１と回転子コア１０の外周との間の回転子コア１０に設けられている。スリット１９は、断面矩形状であり、径方向に延伸し、径方向の幅ｄ１が周方向の幅ｄ２よりも広い。ここで、径方向の幅はｄ軸方向の幅であり、周方向の幅は径方向と直交する方向、すなわちｑ軸方向の幅である。ただし、６個のスリット１９のいずれも回転子コア１０の外周面には達しない。
【００３１】
６個のスリット１９は、極中心１６に近いほど径方向に長尺であり、極中心１６を中心に周方向に対称に配置されている。つまり、スリット１９の幅ｄ１は、スリット１９が極中心１６に近いほど広くなる。スリット１９の幅ｄ２は、スリット１９の周方向の位置によらずに一定である。６個のスリット１９は、回転子コア１０の軸方向に延伸し、回転子コア１０を貫通している。
【００３２】
さらに、本実施の形態では、回転子コア１０は、回転子コア１０の外周面に設けられ、互いに隣り合う永久磁石１１間に配置された８個のスリット２０を有する。８個のスリット２０は互いに隣り合う永久磁石１１間ごとに設けられる。スリット２０は、断面矩形状であり、径方向に延伸し、径方向の幅ｄ３が周方向の幅ｄ４よりも広い。ここで、径方向の幅はｄ軸方向の幅であり、周方向の幅は径方向と直交する方向、すなわちｑ軸方向の幅である。スリット２０は、外周面に開口する溝部である。
【００３３】
８個のスリット２０は、極中心１７に近いほど径方向に長尺であり、極中心１７を中心に周方向に対称に配置されている。つまり、スリット２０の幅ｄ３は、スリット２０が極中心１７に近いほど広くなる。スリット２０の幅ｄ４は、スリット２０の周方向の位置によらずに一定である。８個のスリット２０は、回転子コア１０の軸方向に延伸し、回転子コア１０を貫通している。
【００３４】
図示例では、永久磁石１１間のスリット２０の個数は、永久磁石１１の外側のスリット１９の個数よりも多い。また、幅ｄ３の最小値は、幅ｄ１の最大値よりも大きい。すなわち、最も極中心１６に近いスリット１９の幅ｄ１は、最も極間１８に近いスリット２０の幅ｄ３よりも狭い。なお、幅ｄ２は幅ｄ４に等しい。従って、永久磁石１１間のスリット２０の総面積は、永久磁石１１の外側のスリット１９の総面積よりも大きい。ここで総面積は、回転軸に垂直な断面による断面積である。
【００３５】
電動機１は、図示しない駆動回路のインバータによるＰＷＭ制御により可変速駆動される。インバータのスイッチングキャリアは、空気調和機の圧縮機用電動機またはファン用電動機では、４ｋＨｚから２２ｋＨｚの範囲から選択されることが一般的である。
【００３６】
次に、本実施の形態の作用効果を比較例と対比しながら説明する。一般に、コンシクエントポール型の回転子では、永久磁石による磁石磁極と永久磁石によらない突極とで磁気的なアンバランスが大きい。すなわち、磁石磁極では永久磁石の存在によりコア材の体積が相対的に少なくなるので、磁石磁極でのインダクタンスは突極でのインダクタンスよりも小さくなり、磁気的なアンバランスが生ずる。このインダクタンスのアンバランスは、磁束のアンバランスとなり、その結果、回転子表面の磁束密度分布が正弦波状とならず、振動および騒音が大きくなるという課題がある。なお、振動には、回転方向の振動と径方向の振動がある。
【００３７】
径方向の振動の原因は、固定子に流れる電流により発生する磁束が固定子コアと回転子コアを通る際の固定子と回転子間の吸引力のアンバランスによる。なお、以下では、電流により発生する磁束を、磁石による磁束である磁石磁束と区別して、電流磁束ということもある。電流磁束は固定子コアから空隙を介して回転子コアに流れ、この磁束により固定子と回転子間の吸引力が生ずる。このとき各磁極での磁束の流れ易さ、すなわちインダクタンスのバランスが取れていれば固定子と回転子間の吸引力はバランスが取れるので、回転子全体としての径方向加振力は生じない。
【００３８】
しかしながら、コンシクエントポール型の回転子では、一般に、磁石磁極では、電流磁束は主に永久磁石の外側の回転子コア部分に流れるのに対して、突極では、永久磁石がないためコア部分が相対的に多くなるので、電流磁束は突極部全体に流れやすくなっている。これがアンバランスを生ずる原因となる。
【００３９】
特に、１０極１２スロット、８極９スロット、１０極９スロットのように固定子ティースとロータの磁極とのピッチが回転方向でずれていくスロットコンビネーションでは、このアンバランスがより顕著な問題となる。８極１２スロット、６極９スロットのような２対３系列のスロットコンビネーションでは、この問題はより小さくはなるが、それでも回転子が偏心しまたは回転子の真円度が低い場合のように製造誤差が存在する場合は、依然としてこのアンバランスの問題は大きい。
【００４０】
そこで、図５および図６に示すように、回転子表面にスリットを設けることで、磁極間のインダクタンスのアンバランスを抑制することが考えられる。
【００４１】
図５は、比較例１に係る回転子の構成を示す部分拡大図、図６は、比較例１に係る回転子を有する電動機の部分拡大図である。なお、図５および図６では、図４に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００４２】
図５に示すように、比較例１に係る回転子４ａは、回転子コア１０の内部に設けられ永久磁石１１の外側に配置された４個のスリット１９ａと、回転子コア１０の内部に設けられ互いに隣り合う永久磁石１１間に配置された６個のスリット１９ｂとを有する。すなわち、比較例１に係る回転子４ａは、本実施の形態に係る回転子４と比較して、永久磁石１１間に配置されるスリット１９ｂが回転子コア１０の内部に設けられている点が異なる。
【００４３】
ここで、スリット１９ａ，１９ｂは磁束の流れ方を規制する効果があるため、永久磁石１１間での磁束をより高めるようにスリット１９ａ，１９ｂを配置することで、回転子表面の磁束密度分布をより正弦波に近い状態にすることができる。
【００４４】
すなわち、回転子４ａのような構成を用いることにより、回転子表面の磁束密度分布を正弦波に近づけ、かつ極ピッチを均一にすることができ、振動および騒音の原因となるトルクリプルを小さくすることができる。
【００４５】
しかしながら、回転子４ａのような構成では、回転方向の振動は抑制できるが、径方向の振動の抑制は依然として制限される。これは、以下で説明する理由による。
【００４６】
図６では、固定子２に流れる電流２７を示すとともに、電流２７により発生し回転子コア１０内を流れる磁束２８ａ，２９ａを示している。磁束２８ａは、スリット１９ａと回転子４ａの外周面との間の薄肉部２５を流れる。同様に、磁束２９ａは、スリット１９ｂと回転子４ａの外周面との間の薄肉部２６を流れる。磁束２９ａは、本実施の形態のスリット２０のように回転子コア１０の外周面に開口していないので、磁束２９ａは薄肉部２６を流れ、突極でのインダクタンスを十分に低減するには限界がある。
【００４７】
スリット１９ｂの面積を増加させれば薄肉部２６を流れる磁束分を補償するようにインダクタンスを低減させることも可能ではあるが、この場合は、スリット１９ｂが磁石磁束の磁気抵抗となってしまい、磁石磁束の減少と電動機効率の低下に繋がってしまう。なお、磁石磁束は、永久磁石１１から発生した磁束である。
【００４８】
そこで、図７に示すように、回転子表面に開口するスリットを設けることで、磁極間のインダクタンスのアンバランスを抑制することが考えられる。
【００４９】
図７は、比較例２に係る回転子の構成を示す部分拡大図である。なお、図７では、図５に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００５０】
図７に示すように、比較例２に係る回転子４ｂは、回転子コア１０の外周面に設けられ、永久磁石１１の外側に配置された７個のスリット２０ａと、回転子コア１０の外周面に設けられ、周方向に互いに隣り合う永久磁石１１間に配置された８個のスリット２０ｂを有する。すなわち、比較例２に係る回転子４ｂは、本実施の形態に係る回転子４と比較して、永久磁石１１の外側に配置されるスリット２０ａが回転子コア１０の外周面に設けられている点が異なる。
【００５１】
しかしながら、回転子コア１０の外周面に開口し空隙３に連通するスリット２０ａは、回転時の遠心力に対する回転子４ｂの強度を弱めることとなる。詳細には、磁石磁極では、回転子４ｂの回転により、永久磁石１１の外側のコア部および永久磁石１１にかかる遠心力が、回転子コア１０の外周面とフラックスバリア部１３との間の薄肉ブリッジ３０に応力を発生させる。スリット２０ａを設けた場合は、磁石孔１２とスリット２０ａとの間の薄肉ブリッジ３１に曲げモーメントが発生し、薄肉ブリッジ３０は強度がさらに弱いものになってしまう。
【００５２】
遠心力耐力を上げるため、薄肉ブリッジ３０の径方向の幅を広くすれば磁石磁束の漏洩が増加し、磁束の低下および電動機効率の低下に繋がってしまう。また、薄肉ブリッジ３１の径方向の幅を広くすれば、電流磁束が流れやすくなり、磁束のアンバランスを生じ易くなる。
【００５３】
なお、突極では、回転子４ｂの回転による遠心力はコア部全体で受けられるため、強度的に強く、スリット２０ｂが回転子４ｂの外周面に開口していても遠心力耐力を確保することができる。
【００５４】
これに対して、本実施の形態では、突極である第２の磁極では、回転子コア１０の外周面にスリット２０を設けることでインダクタンスを大きく下げ、磁石磁極である第１の極では、回転子コア１０の内部にスリット１９を設けることでインダクタンスを小さく下げる。これにより、第１の磁極と第２の磁極とでインダクタンスの差が比較例１よりも小さくなる。
【００５５】
また、本実施の形態では、永久磁石１１の外側のスリット１９は回転子コア１０の外周面に開口部を持たないので、比較例２のような遠心力耐力の問題も生じない。永久磁石１１間では、図７のような薄肉ブリッジ３０，３１が存在しないので、遠心力は問題とならず、回転子コア１０の外周面に開口するスリット２０を設けても遠心力耐力に支障がない。
【００５６】
なお、スリット１９，２０は、磁石磁束の磁気抵抗にならず、電流磁束の磁気抵抗になるように設けるのが望ましい。つまり、スリット１９，２０は、磁石磁束に平行になるように、すなわちｄ軸方向に細長く配置する一方で、ｄ軸と直交するｑ軸方向には、磁気抵抗になるようなるべく長く配置する。ｑ軸方向の磁気抵抗はｑ軸インダクタンスを低減させる。これにより、電流磁束が回転子コア１０を流れにくくなり、振動および騒音の主要因であるｑ軸インダクタンスのアンバランスを低減できる。また、ｄ軸方向には磁気抵抗とならないようにスリット１９，２０を設けるので、永久磁石１１の磁力の低下を抑制することができる。スリット１９，２０のサイズは、磁気的バランス、強度、および金型プレスによる生産性を踏まえ、適宜設定する。
【００５７】
本実施の形態では、互いに隣り合う永久磁石１１間のスリット２０の総面積は、回転子コア１０の径方向における永久磁石１１の外側のスリット１９の総面積よりも大きい。これにより、第１の磁極と第２の磁極とのインダクタンスのアンバランスをさらに抑制することができる。スリット１９の総面積とスリット２０の総面積は、磁気的バランス、強度、および金型プレスによる生産性を踏まえ、適宜設定する。
【００５８】
スリット２０の総面積をスリット１９の総面積よりも大きくするために、スリット２０の個数をスリット１９の個数よりも多くしてもよいし、スリット２０の径方向の幅をスリット１９の径方向の幅よりも広くしてもよいし、あるいは、スリット２０の径方向と直交する方向の幅をスリット１９の径方向と直交する方向の幅よりも広くしてもよい。
【００５９】
また、本実施の形態では、永久磁石１１ごとにスリット１９を６個設け、永久磁石１１間ごとにスリット２０を８個設けているが、スリット１９の個数とスリット２０の個数はこれに限定されない。スリット１９の個数とスリット２０の個数は、磁気的バランス、強度、および金型プレスによる生産性を踏まえ、適宜設定する。
【００６０】
なお、インダクタンスのバランスだけを考慮すると永久磁石１１を含む第１の磁極部２１にはスリット１９を設けない方が効果的であるが、スリット１９により電流磁束を流れにくくすることによって、磁石磁束を乱す電気子反作用を減少させることができ、乱れた磁束での磁束の高次成分による振動および騒音を防止することできる。従って、永久磁石１１を含む第１の磁極部２１にもスリット１９を設けることが好ましい。すなわち、永久磁石１１ごとにスリット１９の個数と永久磁石１１間ごとのスリット２０の個数は、それぞれ少なくとも１個とすることができる。
【００６１】
本実施の形態では、回転子コア１０の外形１５を花丸形状とし、磁石孔１２の周方向の幅を極ピッチよりも広くしている。これにより、回転子４の表面磁束密度分布をより正弦波状に近づけ、回転方向の振動騒音をより抑制することができる。
【００６２】
また、本実施の形態では、極中心１６での回転子コア１０の外径は、極中心１７での回転子コア１０の外径に等しい。インダクタンスのアンバランスを抑制するために、極中心１７での回転子コア１０の外径を極中心１６での回転子コア１０の外径よりも小さくして、極中心１７での空隙３の長さを拡大する方法もあるが、本実施の形態では、空隙３を第１の磁極と第２の磁極とで不均一に設定することなく、インダクタンスのアンバランスの抑制が可能である。
【００６３】
なお、空隙３が第１の磁極と第２の磁極とで不均一になると、電動機製造時に、回転子４を保持する治具を円形ではなく外径の段差に沿った治具にする必要がある。また、空隙３をギャップゲージでチェックするには、第１の磁極と第２の磁極とでギャップゲージを分けなければならず、作業工程が増える要因となる。
【００６４】
一般に、空気調和機の圧縮機用電動機またはファン用電動機には、高効率化の観点から、フェライト焼結磁石、フェライトボンド磁石またはＳｍ（サマリウム）−Ｆｅ（鉄）−Ｂ（ホウ素）ボンド磁石に替えて、より磁力の強い、Ｎｄ（ネオジム）−Ｆｅ（鉄）−Ｂ（ホウ素）を主成分とするネオジム焼結磁石が使用されるようになってきている。
【００６５】
しかしながら、ネオジム焼結磁石に使用されるＮｄ、および保磁力を向上させるためにネオジム焼結磁石に添加されるＤｙ（ジスプロシウム）、Ｔｂ（テルビウム）の希土類元素が高価かつ調達性が不安定なことから、永久磁石１１の使用量と加工費の低減が求められている。
【００６６】
また、永久磁石１１は、一般に、ブロック状の塊を切削して指定の形状に加工する。そのため、永久磁石１１が薄く小さいほど材料歩留りが低下し、生産性が低下するので、電動機１台あたりに使用される永久磁石１１の個数が増えるほど、製造コストは磁石加工費分だけ高くなる。
【００６７】
従って、電動機１の低コスト化のためには、必要な磁束量を確保できる範囲で永久磁石１１の個数を削減した方がよい。このとき、電動機１台あたりの永久磁石１１の総使用量が増加しない範囲で永久磁石１１の１枚あたりの体積を大きくしてもよい。永久磁石１１は、生産設備の適正値を超えない範囲で大きくした方が加工費率は下がるので、電動機１台あたりの永久磁石１１の総使用量が同じでも、永久磁石１１の加工費の総額は下がり、電動機１台あたりのコストは下がることになる。
【００６８】
本実施の形態では、回転子４はコンシクエントポール型であり、永久磁石１１の個数は極数の半分である。これにより、すべての磁極を永久磁石１１で形成する場合と比べて、永久磁石１１の使用量と加工費を低減することができる。
【００６９】
以上のように、本実施の形態によれば、低コスト化、低振動化および低騒音化を実現可能な電動機１を提供することができる。
【００７０】
なお、本実施の形態では、電動機１は、１０極１２スロットの電動機としたが、これに限定されない。例えば、１０極９スロット、８極１２スロット、８極９スロット、６極９スロット、または４極６スロットのように、電動機１の用途および性能に応じて極数およびスロット数の組合せが選択される。
【００７１】
また、本実施の形態では、永久磁石１１はネオジム焼結磁石としたが、これ以外の希土類磁石でもよく、希土類磁石以外の永久磁石でもよい。
【００７２】
実施の形態２．
図８は、本実施の形態に係る回転子の構成を示す断面図、図９は、本実施の形態に係る電動機の構成を示す図である。なお、図８は、電動機の回転軸に垂直な面による断面図である。図９は、電動機の回転軸を含む面による断面図を含んでいる。なお、図８および図９では、図１から図３に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。また、図９では、実施の形態１で説明した構成要素の他に、センサ基板４０、センサ基板４０に実装された回転検出部４１、軸孔１４に挿通されるシャフト４３、シャフト４３を支持する１対の軸受４４、後述する樹脂部３５、および固定子２を覆う樹脂部３９を示している。
【００７３】
図８に示すように、本実施の形態に係る回転子４では、スリット１９は樹脂で埋設されてスリット１９内には第１の樹脂部である樹脂部３６が設けられ、スリット２０は樹脂で埋設されてスリット２０内には第２の樹脂部である樹脂部３７が設けられている。樹脂部３６、３７は、回転子コア１０に固定される。
【００７４】
また、フラックスバリア部１３は樹脂で埋設されてフラックスバリア部１３内には第３の樹脂部である樹脂部３８が設けられている。なお、図示は省略しているが、磁石孔１２もフラックスバリア部１３とともに樹脂で埋設される。
【００７５】
また、図８および図９に示すように、回転子コア１０の内周面には環状の樹脂部３５が設けられ、樹脂部３５に軸孔１４が設けられている。
【００７６】
なお、上記した樹脂は、例えばポリブチレンテレフタレートである熱可塑性樹脂である。
【００７７】
このように、スリット１９，２０を樹脂で埋設することで、回転子４の遠心力耐力を増加させることができる。
【００７８】
さらに、フラックスバリア部１３を樹脂で埋設することで、回転子４の遠心力耐力を一層増加させることができる。なお、磁石孔１２がフラックスバリア部１３とともに樹脂で埋設されることで、永久磁石１１の固定を図ることができ、永久磁石１１の磁気振動による騒音を抑制することができる。
【００７９】
また、シャフト４３と回転子コア１０との間に樹脂部３５を設けることで、回転子コア１０とシャフト４３と間が絶縁され、浮遊容量が抑制される。これにより、固定子２−軸受４４−シャフト４３−回転子４−固定子２間の浮遊容量を介して流れる高周波電流によって、軸受４４に電食が発生し軸受４４の寿命が短くなることを抑制できる。
【００８０】
実施の形態３．
図１０は、本実施の形態に係る空気調和機の構成の一例を示す図である。空気調和機３００は、室内機３１０と、室内機３１０に接続される室外機３２０とを備える。室内機３１０には図示しない室内機用送風機が搭載され、室外機３２０には室外機用送風機３３０が搭載されている。また、室外機３２０には図示しない圧縮機が搭載されている。これらの送風機および圧縮機には、実施の形態１または２の電動機１が使用されている。
【００８１】
このように、空気調和機３００の送風機および圧縮機の駆動源として実施の形態１または２の電動機１を用いることにより、空気調和機３００の低コスト化、低振動化および低騒音化を図ることができる。
【００８２】
なお、実施の形態１または２に係る電動機１は、空気調和機以外の電気機器に搭載することもでき、この場合も、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１  電動機、２  固定子、３  空隙、４，４ａ，４ｂ  回転子、５  固定子コア、５ａ  コアバック、５ｂ  ティース、７  スロット、８  コイル、１０  回転子コア、１１  永久磁石、１２  磁石孔、１３  フラックスバリア部、１４  軸孔、１５  外形、１６，１７  極中心、１８  極間、１９，１９ａ，１９ｂ，２０，２０ａ，２０ｂ  スリット、２１，２２  磁極部、２５，２６  薄肉部、２７  電流、２８ａ，２９ａ  磁束、３０，３１  薄肉ブリッジ、３５，３６，３７，３８，３９  樹脂部、４０  センサ基板、４１  回転検出部、４３  シャフト、４４  軸受、３００  空気調和機、３１０  室内機、３２０  室外機、３３０  室外機用送風機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月6日(2017.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の固定子と、
前記固定子の内側に配置された環状の回転子コアと前記回転子コアの内部に配置され前記回転子コアの周方向に配列された複数個の永久磁石とを有するコンシクエントポール型の回転子と、
を備え、
前記回転子コアは、前記回転子コアの内部に設けられ、前記回転子コアの径方向における前記永久磁石の各々の外側に配置された少なくとも１個の第１のスリットと、前記回転子コアの外周面に設けられ、互いに隣り合う前記永久磁石間に配置された少なくとも１個の第２のスリットと、を有し、
前記径方向と直交する方向における前記少なくとも１個の第２のスリットの幅が、前記径方向と直交する方向における前記少なくとも１個の第１のスリットの幅よりも広い電動機。
【請求項２】
環状の固定子と、
前記固定子の内側に配置された環状の回転子コアと前記回転子コアの内部に配置され前記回転子コアの周方向に配列された複数個の永久磁石とを有するコンシクエントポール型の回転子と、
を備え、
前記回転子コアは、前記回転子コアの内部に設けられ、前記回転子コアの径方向における前記永久磁石の各々の外側に配置された少なくとも１個の第１のスリットと、前記回転子コアの外周面に設けられ、互いに隣り合う前記永久磁石間に配置された少なくとも１個の第２のスリットとを有し、
前記少なくとも１個の第１のスリットは、前記回転子コアの外周面に開口部を持たず、
前記少なくとも１個の第２のスリットは、前記回転子コアの外周面に開口する電動機。
【請求項３】
前記少なくとも１個の第２のスリットの総面積が、前記少なくとも１個の第１のスリットの総面積よりも大きい請求項１または２に記載の電動機。
【請求項４】
前記少なくとも１個の第２のスリットの個数が、前記少なくとも１個の第１のスリットの個数よりも多い請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
前記回転子コアの径方向における前記少なくとも１個の第２のスリットの幅が、前記径方向における前記少なくとも１個の第１のスリットの幅よりも広い請求項３に記載の電動機。
【請求項６】
前記回転子コアの外周面には、前記永久磁石によって形成される第１の磁極と、前記永久磁石間に形成される第２の磁極とが周方向に交互に配列されており、
前記第１の磁極の極中心での前記回転子コアの外径は、前記第２の磁極の極中心での前記回転子コアの外径に等しい請求項１または２に記載の電動機。
【請求項７】
前記少なくとも１個の第１のスリット内には第１の樹脂部が設けられ、
前記少なくとも１個の第２のスリット内には第２の樹脂部が設けられる請求項１または２に記載の電動機。
【請求項８】
前記少なくとも１個の第１のスリットは、前記回転子コアの外周面に開口部を持たず、
前記少なくとも１個の第２のスリットは、前記回転子コアの外周面に開口する請求項１に記載の電動機。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の電動機を備える空気調和機。
【国際調査報告】
2017085814.tif 000013
2017085814.tif 000014
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