(57)【要約】【課題】  永久磁石埋め込み型電動機において、トルク脈動を低減するために回転子鉄心をスキューしても、出力を低下させることなく高調波を打ち消すことは困難であった。【解決手段】  環状のヨークと巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成されている固定子と、前記固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心に埋設された永久磁石にて界磁を発生する回転子とを備えた電動機において、回転子が軸方向に複数個のブロックに分割されており、トルク波形のある特定の高調波成分が低減するように、回転子ブロックを周方向にずらして積層する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のヨークと巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成されている固定子と、前記固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心に埋設された永久磁石にて界磁を発生する回転子とを備えた電動機において、回転子が軸方向に複数個のブロックに分割されており、電動機が出力するトルク波形のある特定の高調波成分が低減されるように、これらの各ブロックが周方向にずらして積層されていることを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項２】
回転子鉄心が軸方向に２分割され、一つの回転子ブロックがもう片方の回転子ブロックに対して周方向にずらして積層されており、この周方向にずらした角度を積層角とすると、これらのブロック間の積層角がトルク波形の任意の高調波成分に対する１／２周期に相当する角度であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石電動機。
【請求項３】
回転子鉄心が軸方向に２分割され、一つの回転子ブロックがもう片方の回転子ブロックに対して周方向にずらして積層されている回転子において、これら回転子ブロック間の積層角が機械角で３６０／（Ｗ×２）×０．７°＜３６０／（Ｗ×２）°＜３６０／（Ｗ×２）×１．４°（Ｗ：低減したい任意の高調波の次数）であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の永久磁石電動機。
【請求項４】
２つ以上に分割された回転子鉄心の少なくとも一つの回転子ブロックの軸方向長さが、その他の回転子ブロックの軸方向長さと異なることを特徴とする請求項１から請求項３記載の永久磁石電動機。
【請求項５】
各回転子ブロックの軸方向の長さが、電動機が出力するトルク波形のある特定の高調波成分の振幅が最小になるような比率であることを特徴する請求項１から請求項４記載の永久磁石電動機。
【請求項６】
環状のヨークと巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成されている固定子と、前記固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心に埋設された永久磁石にて界磁を発生する回転子とを備え、回転子が軸方向に複数のブロックに分割されており、このブロックが周方向にずらして積層されている多相全波駆動の電動機において、周期が３６０／（Φ×２）×２／ｐ  度（Φは駆動相数、ｐは回転子の極数）である高調波成分を打ち消すように構成された請求項１から請求項５記載の永久磁石電動機。
【請求項７】
環状のヨークと巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成されている固定子と、前記固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心に埋設された永久磁石にて界磁を発生する回転子とを備え、回転子が軸方向に複数のブロックに分割されており、このブロックが周方向にずらして積層されている多相半波駆動の電動機において、周期が３６０／Φ×２／ｐ  度（Φは駆動相数、ｐは回転子の極数）である高調波成分を打ち消すように構成された請求項１から請求項５記載の永久磁石電動機。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の電動機を搭載した密閉型圧縮機。
【請求項９】
請求項８記載の密閉型圧縮機を用いたことを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項１０】
請求項９記載の冷凍サイクルで構成された空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子鉄心に永久磁石が埋設された埋め込み磁石型電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動機の回転子は、図５に示すように構成されている。回転子には界磁を発生させる永久磁石が回転子鉄心に半径方向に複数枚埋設されている。
【０００３】
コギングトルクやトルク脈動を低減するために、回転子に埋設された永久磁石を周方向にスキューした形状にしたり、または、軸方向に２箇所に分割された回転子ブロックが周方向にずらして積層されている。
【特許文献１】特開平１０―１７４３２４号公報
【特許文献２】特開２０００−３０８２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の構成では、図５に示すように回転子の永久磁石を軸方向に対して斜めに配置するため、軸に垂直な断面から見た磁石配置可能な面積に対して実際に永久磁石が配置されている面積は少なくなる。すなわち、有効磁束数が減少するため、電動機の出力が低下する。また、図６に示すようにロータを軸方向に２つのブロックに分割し、それらを周方向にずらして軸方向に積層することによってコギングトルクを低下させる場合においても、回転子ブロック間の積層角度に言及したものはなく、積層角を固定子のスロットピッチの１／２とすることが多い。この場合には、固定子と回転子の相対的な位置関係が各ブロックで異なるため、磁気抵抗も異なり、ある回転子ブロックで生じるコギングトルクともう一方の回転子ブロックで生じるコギングトルクは回転子ブロック間の積層角度分位相がずれる。すなわち、各回転子ブロックのコギングトルクが最大となる回転子の位置が分散されるので、コギングトルクを低減することができる。しかし、回転子を半径方向にずらすと、固定子と回転子の相対位置が回転子ブロックによって異なるので、電動機駆動時の回転子に対する固定子に通電する電流または電圧位相も異なる。駆動する位相が違うと発生するトルク波形も異なるので、トルク脈動の任意の高調波を完全に打ち消すことは困難である。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、トルク脈動の任意の高調波成分を低減した、低振動・低騒音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】
【０００６】
上記の課題を解決するために本発明は、環状のヨークと巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成されている固定子と、前記固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心に埋設された永久磁石にて界磁を発生する回転子とを備えた電動機において、回転子が軸方向に複数個のブロックに分割されており、電動機が出力するトルク波形のある特定の高調波成分が低減されるように、これらの各ブロックを周方向にずらして積層し第１の発明の永久磁石電動機を構成する。
【０００７】
また、第１の発明の永久磁石電動機において、回転子鉄心が軸方向に２分割され、一つの回転子ブロックがもう片方の回転子ブロックに対して周方向にずらして積層されており、これらのブロック間の積層角がトルク波形の任意の高調波成分に対する１／２周期に相当する角度である第２の発明の永久磁石電動機を構成する。
【０００８】
また、第１の発明又は第２の発明の永久磁石電動機において、回転子鉄心が軸方向に２分割され、一つの回転子ブロックがもう片方の回転子ブロックに対して周方向にずらして積層されている回転子において、これら回転子ブロック間の積層角が機械角で３６０／（Ｗ×２）×０．７°＜３６０／（Ｗ×２）°＜３６０／（Ｗ×２）×１．３°（Ｗ：低減したい任意の高調波の次数）である第３の発明の永久磁石電動機を構成する。
【０００９】
また、第１の発明から第３の発明の永久磁石電動機において、２つ以上に分割された回転子鉄心の少なくとも一つの回転子ブロックの軸方向長さが、その他の回転子ブロックの軸方向長さと異なる第４の発明の永久磁石電動機を構成する。
【００１０】
また、第１の発明から第４の発明の永久磁石電動機において、各回転子ブロックの軸方向長さがそれぞれ異なり、その軸方向の長さが、電動機が出力するトルク波形のある特定の高調波成分の振幅が最小になるような比率である第５の発明の永久磁石電動機を構成する。
【００１１】
また、第１の発明から第５の発明の永久磁石電動機において、環状のヨークと巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成されている固定子と、前記固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心に埋設された永久磁石にて界磁を発生する回転子とを備え、回転子が軸方向に複数のブロックに分割されており、このブロックが周方向にずらして積層されている多相全波駆動の電動機において、周期が３６０／（Φ×２）×２／ｐ  度（Φは駆動相数、ｐは回転子の極数）である高調波成分を打ち消すように第６の発明の永久磁石電動機を構成する。
【００１２】
また、第１の発明から第５の発明の永久磁石電動機において、環状のヨークと巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成されている固定子と、前記固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心に埋設された永久磁石にて界磁を発生する回転子とを備え、回転子が軸方向に複数のブロックに分割されており、このブロックが周方向にずらして積層されている多相半波駆動の電動機において、周期が３６０／Φ×２／ｐ  度（Φは駆動相数、ｐは回転子の極数）である高調波成分を打ち消すように第７の発明の永久磁石電動機を構成する。
【００１３】
上記手段によって、各々の回転子のブロックが発生するトルク波形は任意の高調波成分において互いに打ち消しあうので、大幅に低減させることができる。その結果、電動機駆動時の騒音や振動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、回転子を軸方向に分割し、周方向にずらして積層することにより、トルク波形の任意の高調波成分を大幅に低減し、運転時の騒音や振動を低減できる。
【００１５】
また、請求項２記載の発明によれば、２つの回転子ブロックで構成するため、運転時の騒音や振動を低減できるとともに、回転子ブロックの間で生じる軸方向の漏洩磁束を抑えることができ、電動機が高出力化できる。
【００１６】
また、請求項３記載の発明によれば、回転子ブロック間の積層角を機械角で３６０／（Ｗ×２）×０．７°＜３６０／（Ｗ×２）°＜３６０／（Ｗ×２）×１．４°とすることにより、低減したい周波数の騒音や振動を有効に低減することができる。
【００１７】
また、請求項４の発明によれば、２つ以上に分割された回転子鉄心の少なくとも一つの回転子ブロックの軸方向長さを、その他の回転子ブロックの軸方向長さと異ならせことによって、発生トルクが大きくなる電流位相で駆動されるところに相当する回転子ブロックの軸方向長さを長くすることができるので、低振動・低騒音に加えて、高出力化できる。
【００１８】
また、請求項５の発明によれば、電動機が出力するトルク波形のある特定の高調波成分の振幅が最小になるので、この次数の振動や騒音を大幅に減少させることができる。
【００１９】
また、請求項６記載の発明によれば、多相全波駆動される電動機において、トルク脈動が加振源となって生じる振動への影響が最も大きい、高調波の最小次数成分を効率良く低減することができるので、低振動、低騒音の多相全波駆動電動機が実現できる。
【００２０】
また、請求項７記載の発明によれば、多相半波駆動される電動機において、トルク脈動の振幅が最も大きい高調波である最小次数成分を効率良く低減することができるので、低振動、低騒音の多相半波駆動電動機が実現できる。
請求項８から請求項１０記載の発明によれば、家電機器や自動車の低騒音化・低振動化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、環状のヨークと巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成されている固定子と、前記固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、回転子鉄心に埋設された永久磁石にて界磁を発生する回転子とを備えた電動機において、回転子が軸方向に複数個のブロックに分割されており、電動機が出力するトルク波形のある特定の高調波成分が低減されるように、これらの各ブロックを周方向にずらして積層されているものである。
【００２２】
さらに、回転子鉄心が軸方向に２分割され、一つの回転子ブロックがもう片方の回転子ブロックに対して周方向にずらして積層されており、これらのブロック間の積層角がトルク波形の任意の高調波成分に対する１／２周期に相当する角度としたものである。
さらに、回転子鉄心が軸方向に２分割され、一つの回転子ブロックがもう片方の回転子ブロックに対して周方向にずらして積層されている回転子において、これら回転子ブロック間の積層角が機械角で３６０／（Ｗ×２）×０．７°＜３６０／（Ｗ×２）°＜３６０／（Ｗ×２）×１．４°（Ｗ：低減したい任意の高調波の次数）としたものである。
【００２３】
さらに、２つ以上に分割された回転子鉄心の少なくとも一つの回転子ブロックの軸方向長さが、その他の回転子ブロックの軸方向長さと異なるものである。
【００２４】
さらに、各回転子ブロックの軸方向の長さが、電動機が出力するトルク波形のある特定の高調波成分の振幅が最小になるような比率のものである。
【００２５】
さらに、３相全波で駆動される電動機においては、一般的に電気角で３６０°／（３相×２）＝６０°周期のトルク脈動が主な高調波となるので、その高調波成分を低減させるために、回転子ブロック間の積層角を６０°／極数  付近に設定したものである。
【００２６】
また、半波で駆動される電動機においては電気角で３６０°／相数  周期のトルク脈動が主な高調波となるので、回転子ブロック間の積層角を３６０°／Φ×１／ｐ  （ｐは回転子の極数、Φは相数）付近のものである。
【００２７】
このように、多相駆動される電動機のトルク脈動の任意の高調波成分を低減することができる。
【００２８】
このような構成により、トルク脈動の任意の高調波成分を打ち消すことができ、電動機を低騒音・低振動化できる。
【００２９】
本発明のより具体的な実施例について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００３０】
本発明の請求項１に記載の電動機は、図１に示す様に環状のヨーク１と巻線用溝であるスロット２となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティース３が形成され、これらのティースに巻線を施した固定子４と、前記固定子と半径方向に僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持された回転子５を備え、この回転子に半径方向に埋設された永久磁石６にて界磁を発生する電動機において、前記回転子が軸方向に複数ブロックに分割され、その回転子ブロック７が周方向にずらして積層されていることを特徴とする。
【００３１】
回転子鉄心を複数ブロックに分割して周方向にずらして積層することによって、固定子と回転子の相対的な位置もずれる。これにより、各回転子ブロックによって磁気抵抗が異なるので、固定子と回転子間に生じる吸引力が分散され、コギングトルクが減少する。また、通電時において、ある特定の次数Ｗの振動や騒音を低減したい場合、トルク脈動のＷ次高調波を低減すればよいことが一般的に知られているが、固定子や回転子の形状や磁石の配置などで特定の高調波を大幅に低減することは困難である。そこで、回転子を軸方向に複数段に分割し、これらを半径方向にずらして積層することにより、発生するトルク波形の特定の高調波を低減することができる。
【実施例２】
【００３２】
本発明の請求項２に記載の電動機は図２に示す様に、回転子を軸方向に２つのブロックに分割し、これを周方向にずらして積層したものである。この場合は、積層角８を低減したい高調波成分の次数Ｗの位相が第１ブロックから発生するトルク波形と第２ブロックから発生するトルク波形とで１／２周期異なるような角度とする。積層角を３６０／（Ｗ×２）°（機械角）とすれば、コギングトルクのＷ次成分は大幅に低減できる。しかし、通電時に発生するトルク波形に関しては積層角３６０／（Ｗ×２）°が最適とは限らない。これは、回転子の第１ブロックと第２ブロックとで固定子と回転子の相対位置が違う、すなわち電流位相が異なるからである。電流位相が違うと発生するトルク波形も異なる。したがって、同じＷ次成分の高調波も各回転子ブロックによって位相が異なって生じる。これらの理由から、低減したい任意の高調波成分の次数をＷとすると、回転子の積層角をトルク波形のＷ次成分の位相が第１ブロックから発生するトルク波形と第２ブロックから発生するトルク波形とで１／２周期異なるような積層角にすることにより、有効にＷ次高調波を低減することができる。
【００３３】
また、電流位相に対するトルク波形の変化の仕方は回転子や固定子の形状や駆動方法によっても異なり一様ではない。ここで、回転子鉄心の形状の違う２種類の電動機について積層角とＷ次高調波の振幅についての特性を図３に示す。図からわかるようにＷ次高調波の振幅が最小になる積層角は異なっている。これらより、請求項３記載のように、回転子の積層角は３６０／（Ｗ×２）×０．７°＜３６０／（Ｗ×２）°＜３６０／（Ｗ×２）×１．４°（機械角）の範囲でＷ次のトルク脈動を最小にすることができる。
【実施例３】
【００３４】
本発明の請求項４または請求項５に記載の電動機は、図４に示す様に軸方向に分割された回転子ブロックのうち、少なくとも一つの回転子ブロックの軸方向の長さがその他の回転子ブロックの軸方向長さと異なるものである。一例として、回転子ブロックを２分割した場合を考えると、低減したい高調波に対して回転子の第１ブロック９と第２ブロック１０とでＷ次成分のトルク波形の位相が１８０度になるような積層角８を設けるとトルク波形のＷ次成分は大幅に減少できる。ここで、回転子の第１ブロックと第２ブロックの軸方向の長さを、トルク波形のＷ次高調波成分の振幅が等しくなるような長さにすることにより、トルク波形のＷ次高調波は回転子の第１ブロックと第２ブロックとで、１８０度位相が異なり振幅が等しくなる。これら２つの回転子ブロックから発生するトルク波形を合成するとトルク波形のＷ次成分を完全に打ち消すことができるので、Ｗ次の振動や騒音をさらに低減することができる。
【００３５】
ここでは、回転子ブロックが軸方向に２分割されている例を示したが、３つ以上の複数ブロックに分割されていても、同様の効果が得られる。この場合は、各ブロックで生じるトルク波形を合成するとＷ次成分高調波が零になるような積層角、軸方向長さにする。
【実施例４】
【００３６】
本発明の請求項６に記載の電動機は、回転子を軸方向に複数ブロックに分割し、これらを周方向にずらして積層することにより、周期が３６０／（Φ×２）×２／ｐ  度（Φは駆動相数、ｐは回転子の極数）である高調波成分を打ち消すように構成されたものである。３相全波駆動の電動機では一般的に電気角で６０°周期トルク脈動が発生する。このトルク脈動はトルク波形歪みの基本次数である場合が多く、この次数の高調波を低減すると、電動機の騒音や振動に対する性能が大幅に改善される。
【００３７】
同様に、５相全波で駆動される電動機においては電気角で３６０°／（５相×２）＝３６°周期のトルク脈動が主な高調波となる。
【実施例５】
【００３８】
本発明の請求項７に記載の電動機は、多相半波で駆動される場合において電気角で３６０°／相数  周期のトルク脈動を打ち消すような積層角が設けられているものである。半波駆動の場合、（極数×相数×１／２）次成分が主な高調波となるので、トルク波形の（極数×相数×１／２）次成分が打ち消されるような積層角を設けることによりトルク脈動を大幅に減少させることができる。
【００３９】
このように、多相駆動される電動機のトルク脈動の任意の高調波成分を低減することにより、電動機の低振動・低騒音化ができる。
【００４０】
上記の構成において、駆動時のトルク脈動を低減することにより、運転時の騒音や振動を抑制することができる。また、近年、家電機器や自動車等に搭載される空気調和機に対して、低騒音・低振動の要求が高まってきていることより、本発明の電動機をこれらの機器に適用することにより、騒音や振動の低い家電機器、自動車が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の電動機は、低振動、低騒音な動力源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例１を示す電動機及び回転子、（ａ）電動機の斜視図、（ｂ）回転子の斜視図
【図２】本発明の実施例２を示す回転子、（ａ）斜視図、（ｂ）断面透視図
【図３】積層角−Ｗ次成分振幅特性のグラフ
【図４】本発明の実施例３を示す回転子の斜視図
【図５】従来例第１の電動機の斜視図
【図６】従来例第２の電動機の斜視図
【符号の説明】
【００４３】
１  ヨーク
２  スロット
３  ティース
４  固定子
５  回転子
６  永久磁石
７  回転子ブロック
８  積層角
９  第１ブロック
１０  第２ブロック
【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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