(57)【要約】  回転子（２１）は、回転子鉄心（２４）に複数の永久磁石（２５）が所定間隔毎に埋め込まれてなる永久磁石埋込型回転子である。回転子の外周面には、複数の永久磁石のそれぞれの中央部付近に対向して、外向きに突出した略円弧形状断面を有する第１突出部（２６）と、複数の永久磁石のそれぞれの端部付近に対向して、外向きに突出した第２突出部（２７）とが形成されている。１つの永久磁石に対して、１つの第１突出部と２つの第２突出部とが対応している。回転子の外周面に上記のような第１及び第２突出部を形成することにより、トルクリップルとギャップ磁束分布歪に起因する騒音とを十分に低減することができる。
2009119015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心に複数の永久磁石が所定間隔毎に埋め込まれてなる永久磁石埋込型回転子であって、
前記回転子の外周面には、
前記複数の永久磁石のそれぞれの中央部付近に対向して、外向きに突出した略円弧形状断面を有する第１突出部と、
前記複数の永久磁石のそれぞれの端部付近に対向して、外向きに突出した第２突出部と
が形成されており、
１つの前記永久磁石に対して、１つの前記第１突出部と２つの前記第２突出部とが対応する永久磁石埋込型回転子。
【請求項２】
前記第２突出部は、前記第１突出部の前記略円弧形状断面よりも曲率半径が小さな略円弧形状断面を有する請求項１に記載の永久磁石埋込型回転子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の永久磁石埋込型回転子を備えた電動機。
【請求項４】
請求項３に記載の電動機を備えた電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子鉄心に複数の永久磁石が所定間隔毎に埋め込まれてなる永久磁石埋込型回転子およびこれを用いた電動機に関する。また、本発明は、この電動機を備えた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転子鉄心に複数の永久磁石が所定間隔毎に埋め込まれてなる永久磁石埋込型回転子が特許文献１に記載されている。特許文献１では、回転中心軸に垂直な断面において、回転子の外周面に、各永久磁石の中央部付近に対向して、外向きに突出した円弧形状断面を有する突出部が形成されている。回転子がこのような構成を有することにより、回転子と固定子との距離が回転子の磁極端部付近で最大となり、この部分で磁束が通り難くなる。このため、永久磁石により発生する磁束を固定子に有効に鎖交させることができるので、起電力の低下を防止することができる。また、回転子が上記構成を有することにより、回転子により発生する磁束密度分布を正弦波状に近づけることができる。このため、回転時において固定子に鎖交する磁束を滑らかに増減させることができるので、起電力波形の脈動を低減することができる。【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、隣り合う突出部の間の部分で回転子と固定子との距離が大きくなり過ぎるので、トルクリップルを十分に低減することができない。【０００４】
トルクリップルの低減のための発明が特許文献２に記載されている。特許文献２では、回転中心軸に垂直な断面において、回転子の外周面に、各永久磁石の中央付近に対向して外向きに突出した円弧形状断面を有する第１突出部が形成され、さらに、永久磁石間の部分に対向して外向きに突出した第２突出部が形成されている。回転子がこのような構成を有することにより、出力トルクを向上させながらトルクリップルを低減することができる。
【特許文献１】特開２００２−９５１９４号公報
【特許文献１】特開２００５−３５４７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献２に記載の発明は、特許文献１に記載の発明よりもトルクリップルを低減することができる。しかしながら、ギャップ磁束分布歪を低減することができず、ギャップ磁束分布歪に起因する騒音を低減することができないという問題が生じていた。【０００６】
本発明は、以上のような従来の問題を解決するものであり、トルクリップルとギャップ磁束分布歪に起因する騒音とを十分に低減することができる永久磁石埋込型回転子および電動機を提供することを目的とする。また、本発明は、高出力、且つ、低振動、低騒音の電気機器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】
【０００７】
本発明の永久磁石埋込型回転子は、回転子鉄心に複数の永久磁石が所定間隔毎に埋め込まれてなる永久磁石埋込型回転子である。前記回転子の外周面には、前記複数の永久磁石のそれぞれの中央部付近に対向して、外向きに突出した略円弧形状断面を有する第１突出部と、前記複数の永久磁石のそれぞれの端部付近に対向して、外向きに突出した第２突出部とが形成されている。１つの前記永久磁石に対して、１つの前記第１突出部と２つの前記第２突出部とが対応している。【０００８】
本発明の電動機は、上記の本発明の永久磁石埋込型回転子を備える。【０００９】
本発明の電気機器は、上記の本発明の電動機を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転子の外周面に、各永久磁石に対して、１つの第１突出部と、これを挟む一対の第２突出部とが形成されているので、トルクリップルとギャップ磁束分布歪に起因する騒音とを十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型回転子を備えた電動機（以下、「永久磁石埋込型電動機」という）の断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型回転子の断面図である。
【図３】図３は、図２の回転子における１磁極に対応する外周面を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機及び従来例１，２に係る永久磁石埋込型電動機のギャップ磁束分布と電気角との関係を示す図である。
【図５】図５は、図４の電気角０乃至１０［ｄｅｇ］の部分を拡大して示す図である。
【図６】図６は、従来例１に係る永久磁石埋込型回転子における１磁極に対応する外周面を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図７】図７は、従来例２に係る永久磁石埋込型回転子における１磁極に対応する外周面を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機及び従来例２に係る永久磁石埋込型電動機の４６次以上の騒音を次数成分毎に分類して示した図である。
【図９】図９は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機及び従来例１，２に係る永久磁石埋込型電動機のトルクと電気角との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、エアコン室内機の一例を示す概略図である。
【図１１】図１１は、エアコン室外機の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機１０の回転中心軸に垂直な面に沿った断面図である。【００１４】
本実施の形態に係る電動機１０は、固定子１１と回転子２１とを備えている。【００１５】
固定子１１は、プレスで打ち抜きされた複数の高透磁率薄鉄板が積層された固定子鉄心１４と、固定子鉄心１４に巻回された巻線（図示しない）とを含む。固定子鉄心１４は、ヨーク１２と、ヨーク１２の内周側に形成された複数のティース１３と、隣り合うティース１３間に形成された複数のスロット１５とを有する。巻線が固定子鉄心１４に集中巻巻線にて巻回され、スロット１５に収納されている。【００１６】
回転子２１は、複数の磁石埋設孔２２が所定間隔で形成された回転子鉄心２４と、それぞれの磁石埋設孔２２に埋設された永久磁石２５と、回転中心軸方向（以下、単に「軸方向」という）の両端に配置された一対の端板（図示しない）とを含む。回転子鉄心２４は、磁石埋設孔２２が形成された複数の高透磁率薄鉄板が軸方向に積層されてなる。そして、回転子２１の磁極を形成するための永久磁石２５がそれぞれの磁石埋設孔２２に収納され保持されている。一対の端板と回転子鉄心２４とは、カシメピン（図示しない）により締結されている。回転子鉄心２４の中央には回転軸（図示しない）が締結されており、回転子鉄心２４は軸受（図示しない）にて回転自在に支承されている。【００１７】
このように構成された回転子２１は、固定子１１のティース１３の内周面とエアギャップを介して対向している。【００１８】
なお、図１においては、回転子２１の極数は８（極対数は４）であり、固定子１１のスロット数は１２の場合を示しているが、本発明はこの組み合わせに限定されるものではなく、その他の組み合わせについても適用できる。【００１９】
図２は回転子２１の回転中心軸に垂直な面に沿った断面図である。図３は、図２の回転子２１における１磁極、すなわち１つの永久磁石２５に対応する回転子２１の外周面を拡大して示す部分拡大断面図である。【００２０】
図２および図３において、磁石埋設孔２２は、挿入される永久磁石２５の断面よりわずかに大きい形状を有している。永久磁石２５は、磁石埋設孔２２に接着剤等により固定される。【００２１】
回転子２１の外周面には、永久磁石２５の各々の中央部付近に対向して、外向きに突出した第１突出部２６と、永久磁石２５の各々の端部付近に対向して、外向きに突出した第２突出部２７とが形成されている。第１突出部２６は略円弧形状断面を有している。第２突出部２７も略円弧形状断面を有することが好ましい。ここで、「略円弧形状断面」とは、回転中心軸に垂直な面に沿った断面形状が略円弧形状であることを意味する。「略円弧形状」とは、正確な円弧である必要はなく、円弧に近似できる形状であれば十分であり、例えば複数の曲線や複数の直線の結合により形成されてもよい。【００２２】
１つの永久磁石２５に対して、１つの第１突出部２６と２つの第２突出部２７とが対応している。即ち、１つの第１突出部２６と、その両側の２つの第２突出部２７とからなる組が、永久磁石２５に一対一に対応して回転子２１の外周面に等角度間隔で形成されている。【００２３】
互いに隣り合う第１突出部２６と第２突出部２７との間には凹みが形成される。即ち、回転子２１の中心点Ｐから第１突出部２６と第２突出部２７との境界点Ａまでの距離よりも、回転子２１の中心点Ｐから第２突出部２７の頂点（中心点Ｐから最も離れた第２突出部２７上の点）までの距離が大きくなるように、第２突出部２７は外向きに突出している。【００２４】
第２突出部２７は、第１突出部２６の略円弧形状断面よりも曲率半径が小さな略円弧形状断面を有することが好ましい。第２突出部２７の略円弧形状断面の曲率半径が大きすぎると、トルクリップルやギャップ磁束分布歪が増大してしまう。【００２５】
その一方で、第１突出部２６を挟む一対の境界点Ａ−Ａ間の距離は、永久磁石２５の長手方向の長さＬｍよりも短いことが好ましい。回転子鉄心２４の外径を一定にしたままで、上記とは逆に一対の境界点Ａ−Ａ間の距離を永久磁石２５の長さＬｍよりも長くすると、第１突出部２６の曲率半径を大きくする必要があり、その結果、起電力波形が矩形波状となり、トルクリップルやギャップ磁束分布歪が増大してしまう。【００２６】
一般に、上記の第２突出部２７の曲率半径を小さくすることと、一対の境界点Ａ−Ａ間の距離を短くすることとは、トレードオフの関係にある。第２突出部２７の曲率半径及び一対の境界点Ａ−Ａ間の距離を上記の好ましい条件を満足するように適切に設定することで、トルクリップルやギャップ磁束分布歪を低減することができる。【００２７】
互いに隣り合う第２突出部２７の境界点Ｂは、回転子２１の中心点Ｐから境界点Ｂまでの距離が、回転子２１の中心点Ｐから第２突出部２７の頂点までの距離よりも短くなるように位置している。このように隣接する第２突出部２７の間に凹みを設けることにより、トルクリップルやギャップ磁束分布歪を低減することができる。【００２８】
回転子鉄心２４を構成する高透磁率薄鉄板を打抜き加工する観点から、磁石埋設孔２２と回転子２１の外周面との間の距離が最小である部分（ロータブリッジ部）２８の幅は、高透磁率薄鉄板の板厚ｄ以上であることが好ましい。ただし、ロータブリッジ部２８の幅が大きくなると、永久磁石２５により発生する磁束のうち、ロータブリッジ部２８を通る磁束が多くなり、固定子１１に鎖交する磁束が少なくなるので、電動機の出力が低下してしまう。従って、ロータブリッジ部２８で磁気飽和するようにロータブリッジ部２８の幅を可能なかぎり小さく設定することは、より多くの磁束を固定子１１に鎖交させることができるので好ましい。【００２９】
次に、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機と従来例に係る永久磁石埋込型電動機とを比較して、本発明の効果について説明する。【００３０】
図４は本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機及び従来例１，２に係る永久磁石埋込型電動機のギャップ磁束分布と電気角との関係を解析により求めた結果を示す図であり、図５は図４の電気角０乃至１０［ｄｅｇ］の部分を拡大して示す図である。図４及び図５では、比較のために正弦波波形を併せて示している。図６及び図７は、それぞれ従来例１及び従来例２に係る永久磁石埋込型電動機の回転子における１磁極、すなわち１つの永久磁石に対応する回転子の外周面を拡大して示す部分拡大図である。【００３１】
図６に示す従来例１の回転子１２１は、上述した特許文献１に記載された永久磁石埋込型回転子に対応する。本発明の回転子２１と同様に、複数の磁石埋設孔１２２のそれぞれに永久磁石１２５が保持されている。回転子１２１の外周面には、永久磁石１２５の各々の中央部付近に対向して、外向きに突出した単一の略円弧形状断面を有する突出部１２６が形成されている。【００３２】
図７に示す従来例２の回転子２２１は、上述した特許文献２に記載された永久磁石埋込型回転子に対応する。本発明の回転子２１と同様に、複数の磁石埋設孔２２２のそれぞれに永久磁石２２５が保持されている。回転子２２１の外周面には、永久磁石２２５の各々の中央部付近に対向して、外向きに突出した略円弧形状断面を有する第１突出部２２６と、隣り合う第１突出部１２６間に、外向きに突出した第２突出部２２７とが形成されている。【００３３】
図４及び図５に示される各チャートの電気角０乃至１０［ｄｅｇ］の部分の傾き（即ち、当該部分を線形近似して得た直線の傾き）は、正弦波波形では０．０１４、本発明の永久磁石埋込型電動機では０．０１０９５、従来例１の永久磁石埋込型電動機では０．０１０８、従来例２の永久磁石埋込型電動機では０．００５９である。つまり、従来例２の永久磁石埋込型電動機のギャップ磁束分布は、特に電気角０乃至１０［ｄｅｇ］において、本発明の永久磁石埋込型電動機と比較して、正弦波波形に対するズレが大きい。これは、従来例２では、第２突出部２２７の存在により、固定子に鎖交する磁束の磁極が切り替わる時に、磁束の流れがスムーズに変化して切り替わることができないためであると考えられる。このような電気角０乃至１０［ｄｅｇ］における正弦波波形に対するズレは、特に４６次以上の高次成分の騒音に大きな影響を及ぼすことになる。【００３４】
図８は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機及び従来例２に係る永久磁石埋込型電動機の４６次以上の騒音を次数成分毎に分類して示した図である。なお、「Over All」は、全次数成分の騒音の総和を示す。図８から、電気角０乃至１０［ｄｅｇ］においてギャップ磁束分布が正弦波波形に対して大きくズレている従来例２に係る永久磁石埋込型電動機は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機と比較して、４６次以上の高次成分の騒音が大きくなっていることが分かる。【００３５】
図９は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機及び従来例１，２に係る永久磁石埋込型電動機のトルクと電気角との関係を解析により求めた結果を示す図である。縦軸のトルクは、本発明の平均値を「１」として正規化されている。【００３６】
図９に示すように、従来例１に係る永久磁石埋込型電動機は、本発明に係る永久磁石埋込型電動機と比較して、発生トルクが低く、且つ、トルクリップルが大きい。これは、従来例１に係る永久磁石埋込型電動機では、リラクタンストルクが小さいために、マグネットトルクの脈動を打ち消すことができないためであると考えられる。【００３７】
以上から、本発明に係る永久磁石埋込型電動機は、トルクリップルを低減することができ、且つ、騒音を低減することができる点で、トルクリップルを低減できない従来例１（即ち、特許文献１）に係る永久磁石埋込型電動機や、騒音量を低減できない従来例２（即ち、特許文献２）に係る永久磁石埋込型電動機と比較して、高性能であることがいえる。【００３８】
次に、本発明に係る電動機を用いた電気機器の例として、エアコン室内機３００及びエアコン室外機４００を、図面を用いて説明する。【００３９】
図１０は、エアコン室内機３００の一例を示す概略図である。【００４０】
このエアコン室内機３００は、筐体３１１内に電動機３０１が搭載されている。電動機３０１の回転軸にはクロスフローファン３１２が取り付けられている。電動機３０１は電動機駆動装置３１３によって駆動される。電動機駆動装置３１３からの通電により、電動機３０１が回転し、それに伴いクロスフローファン３１２が回転する。クロスフローファン３１２の回転により、室内機用交換器（図示しない）によって空気調和された空気が室内に送風される。電動機３０１として、本発明に係る永久磁石埋込型電動機を適用できる。本発明に係る電動機を適用することにより、高出力であり、かつ、低振動、低騒音のエアコン室内機を実現することができる。【００４１】
図１１は、エアコン室外機４００の一例を示す概略図である。【００４２】
このエアコン室外機４００は、筐体４１１内に電動機４０１を搭載している。電動機４０１の回転軸にはファン４１２が取り付けており、電動機４０１は送風用ファンモータとして機能する。【００４３】
エアコン室外機４００の内部空間は、筐体４１１の底板４０２に立設された仕切り板４０４により、圧縮機室４０６と熱交換器室４０９とに区画される。圧縮機室４０６には圧縮機４０５が配設されている。熱交換器室４０９には熱交換器４０７、電動機４０１、及びファン４１２が配設されている。仕切り板４０４の上部には電装品箱４１０が配設されている。電装品箱４１０内には電動機駆動装置４０３が収容されている。【００４４】
電動機駆動装置４０３からの通電により、電動機４０１が回転し、それに伴いファン４１２が回転する。ファン４１２の回転により熱交換器室４０９内に空気流が発生し、空気流が熱交換器４０７を通過する際に空気流と熱交換器４０７との間で熱の授受が行われる。電動機４０１として、本発明に係る永久磁石埋込型電動機を適用できる。本発明に係る電動機を適用することにより、高出力であり、かつ、低振動、低騒音のエアコン室外機を実現することができる。【００４５】
上記の実施の形態は一例に過ぎず、本発明はこれに限定されず、適宜変更することができる。例えば、上記の実施の形態の構成の一部を公知の他の構成に置き換えてもよい。また、上記の実施の形態で言及されていない構成は任意であり、例えば公知の構成を適宜選択して本発明に組み合わせることができる。【００４６】
本発明の電動機は、上述したエアコン室内機及びエアコン室外機に限定されず、例えば、給湯機、空気清浄機など、電動機が用いられる種々の電気機器に広範囲に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の利用分野は特に制限はなく、例えば永久磁石埋込型回転子を備えた電動機として広範囲に利用することができる。本発明によれば、トルクリップルとギャップ磁束分布歪に起因する騒音とを低減することができるので、高出力、且つ、低振動、低騒音が要求される永久磁石埋込型回転子、電動機、及び電気機器として特に好ましく用いることができる。
【図１】
2009119015.tif 000003
【図２】
2009119015.tif 000004
【図３】
2009119015.tif 000005
【図４】
2009119015.tif 000006
【図５】
2009119015.tif 000007
【図６】
2009119015.tif 000008
【図７】
2009119015.tif 000009
【図８】
2009119015.tif 000010
【図９】
2009119015.tif 000011
【図１０】
2009119015.tif 000012
【図１１】
2009119015.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月14日(2010.7.14)
【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】
回転子鉄心に複数の永久磁石が所定間隔毎に埋め込まれてなる永久磁石埋込型回転子であって、
前記回転子の外周面には、
前記複数の永久磁石のそれぞれの中央部付近に対向して、外向きに突出した略円弧形状断面を有する第１突出部と、
前記複数の永久磁石のそれぞれの端部付近に対向して、外向きに突出した第２突出部と
が形成されており、
１つの前記永久磁石に対して、１つの前記第１突出部と２つの前記第２突出部とが対応する永久磁石埋込型回転子。
【請求項２】
前記第２突出部は、前記第１突出部の前記略円弧形状断面よりも曲率半径が小さな略円弧形状断面を有する請求項１に記載の永久磁石埋込型回転子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の永久磁石埋込型回転子を備えた電動機。
【請求項４】
請求項３に記載の電動機を備えた電気機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子鉄心に複数の永久磁石が所定間隔毎に埋め込まれてなる永久磁石埋込型回転子およびこれを用いた電動機に関する。また、本発明は、この電動機を備えた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転子鉄心に複数の永久磁石が所定間隔毎に埋め込まれてなる永久磁石埋込型回転子が特許文献１に記載されている。特許文献１では、回転中心軸に垂直な断面において、回転子の外周面に、各永久磁石の中央部付近に対向して、外向きに突出した円弧形状断面を有する突出部が形成されている。回転子がこのような構成を有することにより、回転子と固定子との距離が回転子の磁極端部付近で最大となり、この部分で磁束が通り難くなる。このため、永久磁石により発生する磁束を固定子に有効に鎖交させることができるので、起電力の低下を防止することができる。また、回転子が上記構成を有することにより、回転子により発生する磁束密度分布を正弦波状に近づけることができる。このため、回転時において固定子に鎖交する磁束を滑らかに増減させることができるので、起電力波形の脈動を低減することができる。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、隣り合う突出部の間の部分で回転子と固定子との距離が大きくなり過ぎるので、トルクリップルを十分に低減することができない。
【０００４】
トルクリップルの低減のための発明が特許文献２に記載されている。特許文献２では、回転中心軸に垂直な断面において、回転子の外周面に、各永久磁石の中央付近に対向して外向きに突出した円弧形状断面を有する第１突出部が形成され、さらに、永久磁石間の部分に対向して外向きに突出した第２突出部が形成されている。回転子がこのような構成を有することにより、出力トルクを向上させながらトルクリップルを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９５１９４号公報
【特許文献１】特開２００５−３５４７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献２に記載の発明は、特許文献１に記載の発明よりもトルクリップルを低減することができる。しかしながら、ギャップ磁束分布歪を低減することができず、ギャップ磁束分布歪に起因する騒音を低減することができないという問題が生じていた。
【０００７】
本発明は、以上のような従来の問題を解決するものであり、トルクリップルとギャップ磁束分布歪に起因する騒音とを十分に低減することができる永久磁石埋込型回転子および電動機を提供することを目的とする。また、本発明は、高出力、且つ、低振動、低騒音の電気機器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】
【０００８】
本発明の永久磁石埋込型回転子は、回転子鉄心に複数の永久磁石が所定間隔毎に埋め込まれてなる永久磁石埋込型回転子である。前記回転子の外周面には、前記複数の永久磁石のそれぞれの中央部付近に対向して、外向きに突出した略円弧形状断面を有する第１突出部と、前記複数の永久磁石のそれぞれの端部付近に対向して、外向きに突出した第２突出部とが形成されている。１つの前記永久磁石に対して、１つの前記第１突出部と２つの前記第２突出部とが対応している。
【０００９】
本発明の電動機は、上記の本発明の永久磁石埋込型回転子を備える。
【００１０】
本発明の電気機器は、上記の本発明の電動機を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回転子の外周面に、各永久磁石に対して、１つの第１突出部と、これを挟む一対の第２突出部とが形成されているので、トルクリップルとギャップ磁束分布歪に起因する騒音とを十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型回転子を備えた電動機（以下、「永久磁石埋込型電動機」という）の断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型回転子の断面図である。
【図３】図３は、図２の回転子における１磁極に対応する外周面を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機及び従来例１，２に係る永久磁石埋込型電動機のギャップ磁束分布と電気角との関係を示す図である。
【図５】図５は、図４の電気角０乃至１０［ｄｅｇ］の部分を拡大して示す図である。
【図６】図６は、従来例１に係る永久磁石埋込型回転子における１磁極に対応する外周面を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図７】図７は、従来例２に係る永久磁石埋込型回転子における１磁極に対応する外周面を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機及び従来例２に係る永久磁石埋込型電動機の４６次以上の騒音を次数成分毎に分類して示した図である。
【図９】図９は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機及び従来例１，２に係る永久磁石埋込型電動機のトルクと電気角との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、エアコン室内機の一例を示す概略図である。
【図１１】図１１は、エアコン室外機の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機１０の回転中心軸に垂直な面に沿った断面図である。
【００１５】
本実施の形態に係る電動機１０は、固定子１１と回転子２１とを備えている。
【００１６】
固定子１１は、プレスで打ち抜きされた複数の高透磁率薄鉄板が積層された固定子鉄心１４と、固定子鉄心１４に巻回された巻線（図示しない）とを含む。固定子鉄心１４は、ヨーク１２と、ヨーク１２の内周側に形成された複数のティース１３と、隣り合うティース１３間に形成された複数のスロット１５とを有する。巻線が固定子鉄心１４に集中巻巻線にて巻回され、スロット１５に収納されている。
【００１７】
回転子２１は、複数の磁石埋設孔２２が所定間隔で形成された回転子鉄心２４と、それぞれの磁石埋設孔２２に埋設された永久磁石２５と、回転中心軸方向（以下、単に「軸方向」という）の両端に配置された一対の端板（図示しない）とを含む。回転子鉄心２４は、磁石埋設孔２２が形成された複数の高透磁率薄鉄板が軸方向に積層されてなる。そして、回転子２１の磁極を形成するための永久磁石２５がそれぞれの磁石埋設孔２２に収納され保持されている。一対の端板と回転子鉄心２４とは、カシメピン（図示しない）により締結されている。回転子鉄心２４の中央には回転軸（図示しない）が締結されており、回転子鉄心２４は軸受（図示しない）にて回転自在に支承されている。
【００１８】
このように構成された回転子２１は、固定子１１のティース１３の内周面とエアギャップを介して対向している。
【００１９】
なお、図１においては、回転子２１の極数は８（極対数は４）であり、固定子１１のスロット数は１２の場合を示しているが、本発明はこの組み合わせに限定されるものではなく、その他の組み合わせについても適用できる。
【００２０】
図２は回転子２１の回転中心軸に垂直な面に沿った断面図である。図３は、図２の回転子２１における１磁極、すなわち１つの永久磁石２５に対応する回転子２１の外周面を拡大して示す部分拡大断面図である。
【００２１】
図２および図３において、磁石埋設孔２２は、挿入される永久磁石２５の断面よりわずかに大きい形状を有している。永久磁石２５は、磁石埋設孔２２に接着剤等により固定される。
【００２２】
回転子２１の外周面には、永久磁石２５の各々の中央部付近に対向して、外向きに突出した第１突出部２６と、永久磁石２５の各々の端部付近に対向して、外向きに突出した第２突出部２７とが形成されている。第１突出部２６は略円弧形状断面を有している。第２突出部２７も略円弧形状断面を有することが好ましい。ここで、「略円弧形状断面」とは、回転中心軸に垂直な面に沿った断面形状が略円弧形状であることを意味する。「略円弧形状」とは、正確な円弧である必要はなく、円弧に近似できる形状であれば十分であり、例えば複数の曲線や複数の直線の結合により形成されてもよい。
【００２３】
１つの永久磁石２５に対して、１つの第１突出部２６と２つの第２突出部２７とが対応している。即ち、１つの第１突出部２６と、その両側の２つの第２突出部２７とからなる組が、永久磁石２５に一対一に対応して回転子２１の外周面に等角度間隔で形成されている。
【００２４】
互いに隣り合う第１突出部２６と第２突出部２７との間には凹みが形成される。即ち、回転子２１の中心点Ｐから第１突出部２６と第２突出部２７との境界点Ａまでの距離よりも、回転子２１の中心点Ｐから第２突出部２７の頂点（中心点Ｐから最も離れた第２突出部２７上の点）までの距離が大きくなるように、第２突出部２７は外向きに突出している。
【００２５】
第２突出部２７は、第１突出部２６の略円弧形状断面よりも曲率半径が小さな略円弧形状断面を有することが好ましい。第２突出部２７の略円弧形状断面の曲率半径が大きすぎると、トルクリップルやギャップ磁束分布歪が増大してしまう。
【００２６】
その一方で、第１突出部２６を挟む一対の境界点Ａ−Ａ間の距離は、永久磁石２５の長手方向の長さＬｍよりも短いことが好ましい。回転子鉄心２４の外径を一定にしたままで、上記とは逆に一対の境界点Ａ−Ａ間の距離を永久磁石２５の長さＬｍよりも長くすると、第１突出部２６の曲率半径を大きくする必要があり、その結果、起電力波形が矩形波状となり、トルクリップルやギャップ磁束分布歪が増大してしまう。
【００２７】
一般に、上記の第２突出部２７の曲率半径を小さくすることと、一対の境界点Ａ−Ａ間の距離を短くすることとは、トレードオフの関係にある。第２突出部２７の曲率半径及び一対の境界点Ａ−Ａ間の距離を上記の好ましい条件を満足するように適切に設定することで、トルクリップルやギャップ磁束分布歪を低減することができる。
【００２８】
互いに隣り合う第２突出部２７の境界点Ｂは、回転子２１の中心点Ｐから境界点Ｂまでの距離が、回転子２１の中心点Ｐから第２突出部２７の頂点までの距離よりも短くなるように位置している。このように隣接する第２突出部２７の間に凹みを設けることにより、トルクリップルやギャップ磁束分布歪を低減することができる。
【００２９】
回転子鉄心２４を構成する高透磁率薄鉄板を打抜き加工する観点から、磁石埋設孔２２と回転子２１の外周面との間の距離が最小である部分（ロータブリッジ部）２８の幅は、高透磁率薄鉄板の板厚ｄ以上であることが好ましい。ただし、ロータブリッジ部２８の幅が大きくなると、永久磁石２５により発生する磁束のうち、ロータブリッジ部２８を通る磁束が多くなり、固定子１１に鎖交する磁束が少なくなるので、電動機の出力が低下してしまう。従って、ロータブリッジ部２８で磁気飽和するようにロータブリッジ部２８の幅を可能なかぎり小さく設定することは、より多くの磁束を固定子１１に鎖交させることができるので好ましい。
【００３０】
次に、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機と従来例に係る永久磁石埋込型電動機とを比較して、本発明の効果について説明する。
【００３１】
図４は本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機及び従来例１，２に係る永久磁石埋込型電動機のギャップ磁束分布と電気角との関係を解析により求めた結果を示す図であり、図５は図４の電気角０乃至１０［ｄｅｇ］の部分を拡大して示す図である。図４及び図５では、比較のために正弦波波形を併せて示している。図６及び図７は、それぞれ従来例１及び従来例２に係る永久磁石埋込型電動機の回転子における１磁極、すなわち１つの永久磁石に対応する回転子の外周面を拡大して示す部分拡大図である。
【００３２】
図６に示す従来例１の回転子１２１は、上述した特許文献１に記載された永久磁石埋込型回転子に対応する。本発明の回転子２１と同様に、複数の磁石埋設孔１２２のそれぞれに永久磁石１２５が保持されている。回転子１２１の外周面には、永久磁石１２５の各々の中央部付近に対向して、外向きに突出した単一の略円弧形状断面を有する突出部１２６が形成されている。
【００３３】
図７に示す従来例２の回転子２２１は、上述した特許文献２に記載された永久磁石埋込型回転子に対応する。本発明の回転子２１と同様に、複数の磁石埋設孔２２２のそれぞれに永久磁石２２５が保持されている。回転子２２１の外周面には、永久磁石２２５の各々の中央部付近に対向して、外向きに突出した略円弧形状断面を有する第１突出部２２６と、隣り合う第１突出部１２６間に、外向きに突出した第２突出部２２７とが形成されている。
【００３４】
図４及び図５に示される各チャートの電気角０乃至１０［ｄｅｇ］の部分の傾き（即ち、当該部分を線形近似して得た直線の傾き）は、正弦波波形では０．０１４、本発明の永久磁石埋込型電動機では０．０１０９５、従来例１の永久磁石埋込型電動機では０．０１０８、従来例２の永久磁石埋込型電動機では０．００５９である。つまり、従来例２の永久磁石埋込型電動機のギャップ磁束分布は、特に電気角０乃至１０［ｄｅｇ］において、本発明の永久磁石埋込型電動機と比較して、正弦波波形に対するズレが大きい。これは、従来例２では、第２突出部２２７の存在により、固定子に鎖交する磁束の磁極が切り替わる時に、磁束の流れがスムーズに変化して切り替わることができないためであると考えられる。このような電気角０乃至１０［ｄｅｇ］における正弦波波形に対するズレは、特に４６次以上の高次成分の騒音に大きな影響を及ぼすことになる。
【００３５】
図８は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機及び従来例２に係る永久磁石埋込型電動機の４６次以上の騒音を次数成分毎に分類して示した図である。なお、「Over All」は、全次数成分の騒音の総和を示す。図８から、電気角０乃至１０［ｄｅｇ］においてギャップ磁束分布が正弦波波形に対して大きくズレている従来例２に係る永久磁石埋込型電動機は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機と比較して、４６次以上の高次成分の騒音が大きくなっていることが分かる。
【００３６】
図９は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機及び従来例１，２に係る永久磁石埋込型電動機のトルクと電気角との関係を解析により求めた結果を示す図である。縦軸のトルクは、本発明の平均値を「１」として正規化されている。
【００３７】
図９に示すように、従来例１に係る永久磁石埋込型電動機は、本発明に係る永久磁石埋込型電動機と比較して、発生トルクが低く、且つ、トルクリップルが大きい。これは、従来例１に係る永久磁石埋込型電動機では、リラクタンストルクが小さいために、マグネットトルクの脈動を打ち消すことができないためであると考えられる。
【００３８】
以上から、本発明に係る永久磁石埋込型電動機は、トルクリップルを低減することができ、且つ、騒音を低減することができる点で、トルクリップルを低減できない従来例１（即ち、特許文献１）に係る永久磁石埋込型電動機や、騒音量を低減できない従来例２（即ち、特許文献２）に係る永久磁石埋込型電動機と比較して、高性能であることがいえる。
【００３９】
次に、本発明に係る電動機を用いた電気機器の例として、エアコン室内機３００及びエアコン室外機４００を、図面を用いて説明する。
【００４０】
図１０は、エアコン室内機３００の一例を示す概略図である。
【００４１】
このエアコン室内機３００は、筐体３１１内に電動機３０１が搭載されている。電動機３０１の回転軸にはクロスフローファン３１２が取り付けられている。電動機３０１は電動機駆動装置３１３によって駆動される。電動機駆動装置３１３からの通電により、電動機３０１が回転し、それに伴いクロスフローファン３１２が回転する。クロスフローファン３１２の回転により、室内機用交換器（図示しない）によって空気調和された空気が室内に送風される。電動機３０１として、本発明に係る永久磁石埋込型電動機を適用できる。本発明に係る電動機を適用することにより、高出力であり、かつ、低振動、低騒音のエアコン室内機を実現することができる。
【００４２】
図１１は、エアコン室外機４００の一例を示す概略図である。
【００４３】
このエアコン室外機４００は、筐体４１１内に電動機４０１を搭載している。電動機４０１の回転軸にはファン４１２が取り付けており、電動機４０１は送風用ファンモータとして機能する。
【００４４】
エアコン室外機４００の内部空間は、筐体４１１の底板４０２に立設された仕切り板４０４により、圧縮機室４０６と熱交換器室４０９とに区画される。圧縮機室４０６には圧縮機４０５が配設されている。熱交換器室４０９には熱交換器４０７、電動機４０１、及びファン４１２が配設されている。仕切り板４０４の上部には電装品箱４１０が配設されている。電装品箱４１０内には電動機駆動装置４０３が収容されている。
【００４５】
電動機駆動装置４０３からの通電により、電動機４０１が回転し、それに伴いファン４１２が回転する。ファン４１２の回転により熱交換器室４０９内に空気流が発生し、空気流が熱交換器４０７を通過する際に空気流と熱交換器４０７との間で熱の授受が行われる。電動機４０１として、本発明に係る永久磁石埋込型電動機を適用できる。本発明に係る電動機を適用することにより、高出力であり、かつ、低振動、低騒音のエアコン室外機を実現することができる。
【００４６】
上記の実施の形態は一例に過ぎず、本発明はこれに限定されず、適宜変更することができる。例えば、上記の実施の形態の構成の一部を公知の他の構成に置き換えてもよい。また、上記の実施の形態で言及されていない構成は任意であり、例えば公知の構成を適宜選択して本発明に組み合わせることができる。
【００４７】
本発明の電動機は、上述したエアコン室内機及びエアコン室外機に限定されず、例えば、給湯機、空気清浄機など、電動機が用いられる種々の電気機器に広範囲に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の利用分野は特に制限はなく、例えば永久磁石埋込型回転子を備えた電動機として広範囲に利用することができる。本発明によれば、トルクリップルとギャップ磁束分布歪に起因する騒音とを低減することができるので、高出力、且つ、低振動、低騒音が要求される永久磁石埋込型回転子、電動機、及び電気機器として特に好ましく用いることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009119015.tif 000014
【図２】
2009119015.tif 000015
【図３】
2009119015.tif 000016
【図４】
2009119015.tif 000017
【図５】
2009119015.tif 000018
【図６】
2009119015.tif 000019
【図７】
2009119015.tif 000020
【図８】
2009119015.tif 000021
【図９】
2009119015.tif 000022
【図１０】
2009119015.tif 000023
【図１１】
2009119015.tif 000024
【国際調査報告】
2009119015.tif 000025
2009119015.tif 000026