(57)【要約】【課題】回転子鉄心の積層鋼板の加工が容易であり、積層された鋼板のみでバランサを構成した場合でも、回転子鉄心の側面からバランサの積層部分に向かって漏洩磁束が発生せず、効率のよい回転子を提供する。【解決手段】回転子１を、中心に配設された回転軸２と、円柱形の３つの永久磁石３と、積層された鋼板からなる４つの突極鉄心４とで構成する。突極鉄心４には、円形の鋼板の外周より放射状に突出形成した２つの突極４ａが設けられており、この突極４ａが回転軸２を中心として対象に配設されている。また、この突極鉄心４で永久磁石３を左右から挟持し、それぞれの突極鉄心４が回転軸２を中心として互いに電気角で１８０度ずれるように配設する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転磁界を発生する固定子の内側に配置され、中心に回転軸と同回転軸の外周に配設された継鉄と永久磁石とを備えた電動機の回転子において、
前記継鉄の外周に少なくとも一対の突極を設けた突極鉄心が、前記永久磁石を前記回転軸方向の両側から挟持するとともに、対向する前記突極鉄心を所定の電気角でずらして配設してなることを特徴とする電動機の回転子。
【請求項２】
前記所定の電気角を１８０度にしてなる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】
前記回転軸方向に前記突極鉄心と前記永久磁石とを交互に複数配設してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機の回転子。
【請求項４】
前記突極鉄心で挟持された前記永久磁石の構成を１組とし、少なくとも２組以上で前記回転子を構成し、隣接する組を円周方向にずらして配設することにより、スキューを設けてなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電動機の回転子。
【請求項５】
前記回転子の側面側の前記突極鉄心側面に、前記回転軸とともに回転する回転体のアンバランス量に相当する溝を切り欠いて形成してなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電動機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の回転子に係わり、より詳細には、固定子の内側で回転する永久磁石型電動機の回転子構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転子を備えた電動機は、例えば図４の断面図に示す構造となっている。
固定子８１は、固定子鉄心の継鉄部の内周に複数の歯部を備えており、この歯部の両側にスロットを形成して巻線８２を巻装する。一方、回転子８３は、回転子鉄心の内部に永久磁石８５を備えており、回転子８３の中心に回転軸８４を備えている。また回転軸８４に向かった歯部の先端面と、永久磁石の外周面とを隙間を隔てて相対向させ、回転子８３の回転軸８４を軸受８７によって軸支する。この軸受８７を固定したブラケット８８が固定子８１を両側から保持する構造となっている。
また、図示しないがブラケット８８に代替して、固定子と回転子とを密閉型圧縮機の内部に直接配置する構造（ビルトイン）もある。
【０００３】
図３（Ａ）は、このような電動機に使用される従来の固定子と回転子との正面の断面図であり、また、図３（Ｂ）は、固定子と回転子との側面の要部断面図である。なお、固定子鉄心８１ａの歯部８１ｂには巻線８２が巻装されているが、図３（Ａ）においては図示しない。
回転子８３は図３（Ａ）に示すように、回転子鉄心８３ａの内部に１極当たり１つの断面バスタブ曲面形状の永久磁石８３ｂの底部（凸部）を回転軸８４に向けて配置し、さらに、この永久磁石８３ｂを円周方向に４個埋設し、かつ、隣接する極の永久磁石８３ｂを異極に埋設している（例えば、特許文献１参照。）。
また、回転子８３にバランサを備えた例として、図３（Ｂ）に示すように、回転子鉄心８３ａの片側面にバランス調整用の打ち抜き部８３ｃを設け、積層された鋼板のみでバランサを構成したものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
しかしながら、図３（Ａ）の構造では、隣接する永久磁石８３ｂの漏洩磁束を減少させるため、永久磁石８３ｂの端部と固定子８１の歯部８１ｂとの間の回転子鉄心８３ａの幅を狭くしなければならない。これは回転子鉄心８３ａの強度を弱めることであり、最悪の場合は回転子８３の遠心力により永久磁石８３ｂが飛散する恐れがあり、さらに、回転子鉄心８３ａは鋼板の打ち抜きで製作されるため、永久磁石８３ｂが挿入される孔の高度な加工精度が必要であり、加工経費のコストアップとなっていた。
また、このような回転子８３に、積層された鋼板のみでバランサを構成した場合、回転子鉄心８３ａの側面からバランサの積層部分に向かって漏洩磁束が発生し、電動機の効率を下げるという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２８５１８５号公報  （第３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１−１５２９３５号公報  （第２頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上述べた問題点を解決し、回転子鉄心の積層鋼板の加工が容易であり、積層された鋼板のみでバランサを構成した場合でも、回転子鉄心の側面からバランサの積層部分に向かって漏洩磁束が発生せず、効率のよい回転子を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するため、回転磁界を発生する固定子の内側に配置され、中心に回転軸と同回転軸の外周に配設された継鉄と永久磁石とを備えた電動機の回転子において、
前記継鉄の外周に少なくとも一対の突極を設けた突極鉄心が、前記永久磁石を前記回転軸方向の両側から挟持するとともに、対向する前記突極鉄心を所定の電気角でずらして配設する。
【０００８】
また、前記所定の電気角を１８０度にする。
【０００９】
また、前記回転軸方向に前記突極鉄心と前記永久磁石とを交互に複数配設する。
【００１０】
また、前記突極鉄心で挟持された前記永久磁石の構成を１組とし、少なくとも２組以上で前記回転子を構成し、隣接する組を円周方向にずらして配設することにより、スキューを設ける。
【００１１】
また、前記回転子の側面側の前記突極鉄心側面に、前記回転軸とともに回転する回転体のアンバランス量に相当する溝を切り欠いて形成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明による回転子を詳細に説明する。
図１は本発明による電動機の回転子の一実施例を示す（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面の断面図である。
この回転子１は、中心に配設された回転軸２と、円柱形の３個の永久磁石３と、積層された鋼板からなる４個の突極鉄心４とで構成されており、回転軸２の方向に突極鉄心４と永久磁石３とが交互に配設され、隣接する突極鉄心４が円周方向に９０度ずらして配設されるとともに、突極鉄心４と永久磁石３とが回転軸２に固定されている。この構造により、必要な電動機のトルクを突極鉄心と永久磁石との組合せだけで容易に設定できる。つまり、一種類の突極鉄心４と永久磁石３とを用意しておくだけで色々なトルク仕様の電動機に対応できるため、部材の管理や製造が容易となる。
【００１３】
この例では磁極が４極の場合を説明しており、隣接する突極鉄心４を所定の電機角である１８０度ずらして配設している。この場合、所定の電機角１８０度と対応する機械的なずれは９０度となる。この電気角で１８０度のずれは、本願の回転子をもっとも効率的に回転させることができる。もし、固定子と対応して他の極数で使用する場合は、突極鉄心を電気角で１８０度と対応する機械的な角度に配設する。
【００１４】
また、この所定の電機角を１８０度でなく、例えば１７５度や１８５度などのように意図的にずらして設定してもよい。このようにすることにより、不等配ピッチの効果により、コギングトルクを減少させて騒音を低減させることができる。また、この実施例では永久磁石３を円柱形としているが、本願はこれに限るものではなく、六角柱や八角柱など他の形状でも同様の効果を得ることができる。
【００１５】
続いて各部の形状を具体的に説明する。
突極鉄心４は、回転の中心となる回転軸２に嵌合され、積層された円形の鋼板からなる継鉄の外周に突極４ａを放射状、この例では２カ所であるため一対として対称に突出して形成されている。そして、この２個の突極鉄心４を回転軸２に同心円状に配置するとともに９０度ずらしている。さらに、この突極鉄心４は永久磁石３を左右から挟持する構造となっている。
なお、この例では磁極を４極で構成するため、１個の突極鉄心４では２個の突極４ａを配設しているが、本願はこれに限るものではなく、固定子の極数に対応して１個の突極鉄心に複数の突極を設けてもよい。例えば図２の斜視図では、１個の突極鉄心に３個の突極を設けた例を示している。
【００１６】
そして、図１（Ｂ）に示すように回転子１は、突極鉄心４で挟持された永久磁石３の構成、つまり、Ｎ極、Ｓ極を１組（スタック）として２組で構成されており、隣接する組は図１（Ｂ）で示すように同じ極性を持つ突極４ａが重なるように配設されている。
この組を円周方向に、例えば角度を５度ずらして配設し、隣接する組の間を電磁的に遮蔽することなく、スキューの機能を持たせてコギングトルクを低減させ、振動音を低減させることができる。
【００１７】
図３は、このスキューをかけるための構造を説明するための斜視図である。
回転軸２２の軸方向に突極鉄心２４、永久磁石２５、突極鉄心２６が配置されてＡの組を構成しており、続いて突極鉄心２７、永久磁石２８、突極鉄心２９が配置されてＢの組を構成している。また、それぞれの突極鉄心には、３個の突極が円周方向に均等の角度で備えられている。
そして、Ａの組とＢの組とは、回転軸２２の円周方向にスキュー角度だけずれた、例えば５度だけ突極鉄心がずれた構造となっている。図１の構造とは、突極鉄心と永久磁石との数、および突極鉄心に備えられた突極の数が異なっているが、スキューをかけるための原理は同じである。
さらに、本願の構造による回転子では、組と組とをずらしてスキューを施す場合に、組と組との間に磁気的絶縁層が不要な構造である。
例えば、回転子鉄心によって挟持された永久磁石からなる組と組とをずらしてスキューを施すような構造の回転子の場合には、着磁装置により全ての磁石が同時に着磁されるため、組と組との間には、漏れ磁束を抑制するための磁気的絶縁層が必要となるが、本願の構造による回転子では、ステータコイルを用いる巻線着磁による着磁が可能であるため、突極鉄心によって挟持された永久磁石からなる組と組とをずらしてスキューを施す場合に、組と組との間に磁気的絶縁層が不要となり、軸方向の回転子寸法を短縮し、出力密度を上げることができる。
【００１８】
図１の構成において、つぎにその動作を説明する。
前述のように永久磁石３は円柱形をしており、回転軸２の方向に磁極のＳとＮが発生する。従って隣接する突極鉄心４は、この磁力を受けてそれぞれ、Ｓ極とＮ極とに磁化される。つまり、永久磁石３の一方の面の突極鉄心４の２つの突極４ａはＳ極に、他方の面の突極鉄心４の２つの突極４ａはＮ極になり、それぞれの突極鉄心４が９０度ずれて配置されているため、図１（Ａ）で示すように円周方向に磁極がＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓと交互に配置されることになる。
この磁極の配置は従来例での図３（Ａ）の回転子と同じ配置であり、公知の動作原理により回転子を回転させることができる。
【００１９】
このような構造により、従来の構造に比べ、永久磁石を回転子鉄心の中に配置する必要がないため、回転子鉄心を構成する鋼板の打ち抜き作業が容易となり、また、回転子鉄心に永久磁石を挿入する工数も不要となる。さらに、回転子鉄心の中に永久磁石用の孔が不要となり強度が向上するため、高回転に耐える回転子を作成することが容易となる。
また、この実施例では突極鉄心が４枚、永久磁石が３枚の例を説明しているが、本願はこれに限るものではなく、突極鉄心が２枚、永久磁石が１枚以上であれば、必要に応じて追加できる。
【００２０】
次にこの回転子に備えられているバランサについて説明する。
図１に示すように、回転子１の側面側の突極鉄心側面には、回転体、例えばスクロール圧縮機（図示せず）にこの回転子の構造を適用した場合は、負荷となるスクロール圧縮部も含めた回転機構全体のアンバランス量に相当する溝４ｂを、積層された鋼板を切り欠くことにより形成している。
この溝４ｂは突極４ａも含め突極鉄心４のほぼ半分の面積の内周部分を占めており、鋼板を切り欠いていない残り半分の部分とで重量のアンバランスを形成し、結果的にバランサとして機能する構造となっている。
このように１つの極性を持った突極鉄心４にバランサを設けることにより、従来例よりも漏洩磁束を低減させ、電動機の効率を向上させることができる。また、この実施例では溝を回転子の一方の側面側にのみ設けた例を説明しているが、本願はこれに限るものではなく、他方の側面に設けてもよいし、両側面に設けてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による電動機の回転子によれば、請求項１に係わる発明は、継鉄の外周に少なくとも一対の突極を設けた突極鉄心が、永久磁石を回転軸方向の両側から挟持するとともに、対向する突極鉄心を所定の電気角でずらして配設する構造とすることにより、
従来の構造に比べ、永久磁石を回転子鉄心の中に配置する必要がないため、回転子鉄心を構成する鋼板の打ち抜き作業が容易となり、また、積層された回転子鉄心に永久磁石を挿入する工数も不要となる。さらに、回転子鉄心の中に永久磁石用の孔が不要となり強度が向上するため、高回転に耐える回転子を作成することが容易となる。
また、突極鉄心を所定の電気角でずらして配設することにより、不等配ピッチの効果により、コギングトルクを減少させて騒音を低減させることができる。
さらに、本願の構造による回転子では、ステータコイルを用いる巻線着磁による着磁が可能であるため、突極鉄心によって挟持された永久磁石からなる組と組とをずらしてスキューを施す場合に、組と組との間に磁気的絶縁層が不要となり、軸方向の回転子寸法を短縮し、出力密度を上げることができる。
【００２２】
また、請求項２に係わる発明は、所定の電気角を１８０度にすることにより、本願の回転子をもっとも効率的に回転させることができる。
【００２３】
また、請求項３に係わる発明は、回転軸方向に突極鉄心と永久磁石とを交互に複数配設することにより、必要な電動機のトルクを突極鉄心と永久磁石との組合せだけで容易に設定できる。
【００２４】
また、請求項４に係わる発明は、突極鉄心で挟持された永久磁石の構成を１組とし、少なくとも２組以上で回転子を構成し、隣接する組を円周方向にずらしてスキューを設けることにより、コギングトルクを低減させ、振動音を低減することができる。
【００２５】
また、請求項５に係わる発明は、回転子の側面側の突極鉄心側面に、回転軸とともに回転する回転体のアンバランス量に相当する溝を切り欠いて形成することにより、１つの極性を持った突極鉄心にバランサを設けることになり、従来例より漏洩磁束を低減させ、電動機の効率を向上させることができる。
【００２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電動機の回転子の一実施例を示す（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面の断面図である。
【図２】本発明による電動機の回転子の別の実施例を示す斜視図である。
【図３】従来の電動機に使用される（Ａ）は固定子と回転子との正面の断面図、（Ｂ）は固定子と回転子との側面の要部断面図である。
【図４】従来の電動機を示す断面図である。
【符号の説明】
１  回転子
２、２２  回転軸
３、２５、２８  永久磁石
４、２４、２６、２７、２９  突極鉄心
４ａ  突極
４ｂ  溝
【図１】
2004260918.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004260918.tif 000005
【図４】
2004260918.tif 000006