(57)【要約】  回転子（３）は、永久磁石（３６）と、回転子鉄心（３０）と、回転子鉄心（３０）の外周面を覆う保持部（３７）とを有する。回転子鉄心（３０）は、磁石挿入孔（３５）と、内側鉄心部（３１）と、外側鉄心部（３２）と、継手鉄心部（３３）とを有する。保持部（３７）は、極間部（Ｍ２）以外の回転子鉄心（３０）の外周面の一部に接触しており、極間部（Ｍ２）で回転子鉄心（３０）の外周面に接触していない。
2020053927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極中心部と極間部とを有する回転子であって、
少なくとも１つの永久磁石と、
前記少なくとも１つの永久磁石が配置される磁石挿入孔と、径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された内側鉄心部と、前記径方向における前記磁石挿入孔の外側に形成された外側鉄心部と、前記回転子の外周面と周方向における前記磁石挿入孔の端部との間に形成された継手鉄心部とを有する回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の外周面を覆う保持部と
を備え、
前記保持部は、前記極間部以外の前記回転子鉄心の前記外周面の一部に接触しており、前記極間部で前記回転子鉄心の前記外周面に接触していない
回転子。
【請求項２】
前記回転子鉄心の最大半径は、前記磁極中心部での前記回転子鉄心の半径であり、
前記回転子鉄心の最小半径は、前記極間部での前記回転子鉄心の半径である
請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記回転子鉄心は、軸方向と直交する平面において円形であり、前記回転子鉄心の外径は、周方向において一定である請求項１に記載の回転子。
【請求項４】
前記保持部は、円筒形である請求項１から３のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項５】
前記外周面が前記保持部に接触していない前記外周面の非接触領域は、前記外周面が前記保持部に接触している前記外周面の接触領域よりも、周方向において長い請求項１から４のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項６】
前記保持部は、非磁性材料で作られている請求項１から５のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項７】
前記保持部の線膨張係数は、前記回転子鉄心の線膨張係数よりも小さい請求項１から６のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項８】
前記保持部は、炭素繊維強化プラスチックで作られている請求項１から７のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項９】
前記保持部は、圧入、焼き嵌め、及び冷やし嵌めのいずれかで前記回転子鉄心に固定されている請求項１から８のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの永久磁石は、前記回転子の１磁極を形成する２つの永久磁石を含み、
軸方向と直交する平面において、前記２つの永久磁石はＶ字状に配置されている
請求項１から９のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項１１】
前記２つの永久磁石の間に前記回転子鉄心の一部が存在する請求項１０に記載の回転子。
【請求項１２】
固定子と、
前記固定子の内側に回転可能に配置された、請求項１から１１のいずれか１項に記載の回転子と
を備える
電動機。
【請求項１３】
密閉容器と、
前記密閉容器内に配置された圧縮機構と、
前記圧縮機構を駆動する、請求項１２に記載の電動機と
を備える
圧縮機。
【請求項１４】
請求項１３に記載の圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを備える冷凍空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機用の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動機用の回転子として、回転子鉄心の中に永久磁石を埋め込んだ回転子が用いられている（例えば、特許文献１）。このような回転子では、永久磁石からの磁束の一部が、永久磁石の端部と回転子鉄心の外周面との間の領域（以下、継手鉄心部ともいう）に流れ込む。このような磁束は、漏れ磁束と呼ばれる。漏れ磁束が生じると、永久磁石の磁力を有効に活用できない。そこで、漏れ磁束を低減するためには、径方向における継手鉄心部の幅を狭くすることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−９５３７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、回転子鉄心の継手鉄心部の幅が狭いと、回転子の高速回転時に生じる遠心力によって、継手鉄心部に大きな応力が加わり、継手鉄心部が変形してしまう。一方、継手鉄心部の幅が厚いと回転子の高速回転が可能になるが、漏れ磁束が増加する。その結果、永久磁石の磁力を有効に使用できず、電動機の効率が低下するという問題がある。すなわち、従来の技術では、回転子の高速回転と電動機の効率の改善とを両立することが困難である。【０００５】
本発明の目的は、回転子の強度を高めることにより回転子の高速回転を可能にし、回転子における漏れ磁束を低減することによりこの回転子を有する電動機の効率を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の回転子は、磁極中心部と極間部とを有する回転子であって、少なくとも１つの永久磁石と、前記少なくとも１つの永久磁石が配置される磁石挿入孔と、径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された内側鉄心部と、前記径方向における前記磁石挿入孔の外側に形成された外側鉄心部と、前記回転子の外周面と周方向における前記磁石挿入孔の端部との間に形成された継手鉄心部とを有する回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周面を覆う保持部とを備え、前記保持部は、前記極間部以外の前記回転子鉄心の前記外周面の一部に接触しており、前記極間部で前記回転子鉄心の前記外周面に接触していない。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転子の強度を高めることにより回転子の高速回転を可能にし、回転子における漏れ磁束を低減することによりこの回転子を有する電動機の効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電動機の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】回転子の構造を概略的に示す断面図である。
【図３】回転子の構造を概略的に示す断面図である。
【図４】回転子の一部の構造を概略的に示す拡大図である。
【図５】回転子鉄心の他の例を示す図である。
【図６】回転子の構造を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る圧縮機の構造を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
各図に示されるｘｙｚ直交座標系において、ｚ軸方向（ｚ軸）は、電動機１の軸線Ａｘと平行な方向を示し、ｘ軸方向（ｘ軸）は、ｚ軸方向（ｚ軸）に直交する方向を示し、ｙ軸方向（ｙ軸）は、ｚ軸方向及びｘ軸方向の両方に直交する方向を示す。軸線Ａｘは、回転子３の回転中心である。軸線Ａｘと平行な方向は、「回転子３の軸方向」又は単に「軸方向」ともいう。径方向は、回転子３の半径方向であり、軸線Ａｘと直交する方向である。ｘｙ平面は、軸方向と直交する平面である。矢印Ｄ１は、軸線Ａｘを中心とする周方向（以下、単に「周方向」ともいう）を示す。
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機１の構造を概略的に示す断面図である。図１では、ｘｙ平面における電動機１の断面が示されている。
【００１１】
電動機１は、固定子２と、固定子２の内側に回転可能に配置された回転子３とを有する。固定子２と回転子３との間には、０．３ｍｍから１ｍｍの空隙が形成されている。電動機１は、例えば、永久磁石埋込型電動機である。電動機１は、例えば、ロータリー圧縮機に用いられる。
【００１２】
固定子２は、固定子鉄心２０と、固定子鉄心２０に巻回されたコイル２５とを有する。固定子鉄心２０は、複数の電磁鋼板で形成されている。例えば、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することにより、固定子鉄心２０が形成される。各電磁鋼板の厚さは、例えば、０．１ｍｍから０．７ｍｍである。本実施の形態では、固定子鉄心２０の各電磁鋼板の厚さは、０．３５ｍｍである。複数の電磁鋼板は、カシメで固定される。
【００１３】
固定子鉄心２０は、ヨーク２１と、複数のティース２２とを有する。ヨーク２１は、環状に形成されている。言い換えると、ヨーク２１は、周方向に延在する。各ティース２２は、ヨーク２１から径方向に延在している。図１に示される例では、固定子鉄心２０は、９つのティース２２を有する。
【００１４】
互いに隣り合うティース２２間の空間は、コイル２５が配置されるスロットである。各ティースの先端には周方向に延在するティース先端部が形成されている。
【００１５】
各ティース２２には、固定子巻線が巻回されており、これにより、コイル２５が形成されている。固定子巻線は、例えば、マグネットワイヤである。コイル２５とティース２２との間には、絶縁体が配置されていることが望ましい。例えば、コイル２５は、３相コイルであり、Ｙ結線である。
【００１６】
図１に示される例では、固定子鉄心２０は、複数のブロック（具体的には、９つのブロック）で構成されている。各ブロックは、１つのティース２２を有する。互いに隣接するブロックは、ヨーク２１の薄肉部で連結されている。
【００１７】
例えば、固定子鉄心２０の製造工程では、９つのブロックを一列に配列した状態で、各ティース２２にマグネットワイヤを８０ターン巻回する。さらに、これらのブロックを環状に折り曲げ、ブロックの両端を溶接する。ただし、固定子鉄心２０の構造は、図１に示される例に限定されない。
【００１８】
図２及び図３は、回転子３の構造を概略的に示す断面図である。
図２に示されるように、回転子３は、回転子鉄心３０と、回転子鉄心３０に取り付けられた少なくとも１つの永久磁石３６と、回転子鉄心３０の外周面を覆う保持部３７とを有する。少なくとも１つの永久磁石３６とは、２以上の永久磁石３６を含む。
【００１９】
回転子鉄心３０は、円筒形に形成されている。回転子鉄心３０は、シャフト孔３４と、少なくとも１つの磁石挿入孔３５とを有する。
【００２０】
図３に示されるように、回転子３は、少なくとも１つの磁極中心部Ｍ１と、少なくとも１つの極間部Ｍ２とを有する。本実施の形態では、回転子３は、６つの磁極中心部Ｍ１と、６つの極間部Ｍ２とを有する。
【００２１】
磁極中心部Ｍ１は、周方向における回転子３の１つの磁極の中心である。図３に示される例では、磁極中心部Ｍ１は、ｘｙ平面において、回転子３の回転中心と１つの磁石挿入孔３５内の２つの永久磁石３６の中央とを通る直線上に位置する。極間部Ｍ２は、周方向において互いに隣接する２つの磁極の境界である。図３に示される例では、極間部Ｍ２は、ｘｙ平面において、互いに隣接する２つの磁石挿入孔３５の中央を通る直線上に位置する。
【００２２】
回転子鉄心３０は、複数の電磁鋼板で形成されている。例えば、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することにより、回転子鉄心３０が形成される。各電磁鋼板の厚さは、例えば、０．１ｍｍから０．７ｍｍである。本実施の形態では、回転子鉄心３０の各電磁鋼板の厚さは、０．３５ｍｍである。複数の電磁鋼板は、カシメで固定される。
【００２３】
回転子鉄心３０のｘｙ平面における外縁の曲率は、周方向において異なっている。具体的には、図３に示されるように、回転子鉄心３０の最大半径は、磁極中心部Ｍ１での回転子鉄心３０の半径Ｒａである。回転子鉄心３０の最小半径は、極間部Ｍ２での回転子鉄心３０の半径Ｒｂである。回転子鉄心３０の半径は、周方向において磁極中心部Ｍ１から極間部Ｍ２に近づくにつれて小さくなる。これにより、電動機１の駆動中においてコイル２５に発生する誘起電圧の波形を正弦波に近づけることができる。その結果、電動機１におけるトルクの脈動が低減され、電動機１における振動及び騒音を低減することができる。
【００２４】
ただし、回転子鉄心３０の外径は、周方向において一定でもよい。この場合、回転子鉄心３０は、ｘｙ平面において円形である。
【００２５】
シャフト孔３４は、ｘｙ平面における回転子鉄心３０の中央に形成されている。シャフト孔３４は、中心孔ともいう。シャフト孔３４には、回転子３のシャフト（図示しない）が、焼き嵌め又は圧入で取り付けられる。
【００２６】
図２に示される例では、複数の磁石挿入孔３５が周方向に形成されている。具体的には、複数の磁石挿入孔３５が周方向に均等に配置されている。ｘｙ平面において、各磁石挿入孔３５は、Ｖ字形の孔である。すなわち、各磁石挿入孔３５の周方向における中央部が、径方向内側に向かって突出している。
【００２７】
図４は、回転子３の一部の構造を概略的に示す拡大図である。破線で囲まれた部分は、後述する継手鉄心部３３を示す。
各磁石挿入孔３５は、永久磁石３６が配置される空間である少なくとも１つの第１開口部３５ａと、永久磁石３６が配置されない空間である少なくとも１つの第２開口部３５ｂとを有する。図４に示される例では、磁石挿入孔３５は、２つの第１開口部３５ａと、２つの第２開口部３５ｂとを有する。
【００２８】
ｘｙ平面において、各第１開口部３５ａは、長手方向に直線状に延在している。第１開口部３５ａは、第２開口部３５ｂに通じている。ｘｙ平面において、各第１開口部３５ａの短手方向における幅は、永久磁石３６の短手方向における厚みよりもわずかに大きい。これにより、永久磁石３６を、磁石挿入孔３５（具体的には、第１開口部３５ａ）内に容易に挿入できる。
【００２９】
第２開口部３５ｂは、周方向における磁石挿入孔３５の両端に位置する。第２開口部３５ｂは、フラックスバリアとして機能する。すなわち、第２開口部３５ｂは、漏れ磁束（すなわち、極間部Ｍ２を通る永久磁石３６からの磁束）を低減する。
【００３０】
図２及び図３に示される例では、６つの磁石挿入孔３５が回転子鉄心３０に形成されている。図２及び図３に示される例では、各磁石挿入孔３５は、回転子３の１磁極（すなわち、Ｎ極又はＳ極）に対応する。各磁石挿入孔３５には、少なくとも１つの永久磁石３６が配置されている。すなわち、各磁石挿入孔３５に配置された少なくとも１つの永久磁石３６が、回転子３の１磁極を形成する。したがって、図２及び図３に示される例では、回転子３は、６極を持つ。
【００３１】
ただし、回転子３の磁極数は、２極以上であり、６極に限定されない。図２及び図３に示される例では、１つの磁石挿入孔３５が１磁極に対応するが、２つ以上の磁石挿入孔３５が１磁極に対応してもよい。
【００３２】
図２から図４に示される例では、１つの磁石挿入孔３５に２つの永久磁石３６が配置されている。したがって、１つの磁石挿入孔３５に配置された２つの永久磁石３６が１磁極を形成する。すなわち、図２から図４に示される例では、回転子３の１磁極ごとに２つの永久磁石３６が配置されている。ｘｙ平面において、１磁極を形成する２つの永久磁石３６は、Ｖ字状に配置されている。図２及び図３に示される例では、１２個の永久磁石３６が回転子鉄心３０に固定されている。
【００３３】
各永久磁石３６は、平板状の磁石であり、軸方向に長い。ｘｙ平面において、各永久磁石３６は、長手方向に幅を持ち、短手方向に厚みを持つ。各永久磁石３６の短手方向における厚みは、例えば、２ｍｍである。各永久磁石３６は、例えば、ネオジウム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）、及びボロン（Ｂ）を含む希土類磁石である。
【００３４】
ｘｙ平面において、各永久磁石３６は短手方向に着磁されている。１つの磁石挿入孔３５内の２つの永久磁石３６の磁極の向きは、互いに同じである。すなわち、１つの磁石挿入孔３５内の２つの永久磁石３６は、固定子２に対してＮ極又はＳ極として機能する。言い換えると、各磁石挿入孔３５において、短手方向における各永久磁石３６の片側がＮ極であるとき、短手方向における各永久磁石３６の反対側がＳ極である。一方、各磁石挿入孔３５において、短手方向における各永久磁石３６の片側がＳ極であるとき、短手方向における各永久磁石３６の反対側がＮ極である。
【００３５】
ｘｙ平面において、回転子鉄心３０は、１つの内側鉄心部３１と、少なくとも１つの外側鉄心部３２と、少なくとも１つの継手鉄心部３３とを有する。内側鉄心部３１、少なくとも１つの外側鉄心部３２、及び少なくとも１つの継手鉄心部３３は、互いに一体化されている。内側鉄心部３１は、第１鉄心部ともいう。外側鉄心部３２は、第２鉄心部ともいう。継手鉄心部３３は、第３鉄心部ともいう。
【００３６】
内側鉄心部３１は、回転子鉄心３０の一部である。内側鉄心部３１は、径方向における磁石挿入孔３５の内側に形成されている。内側鉄心部３１は、ｘｙ平面において、回転子３の回転中心と磁石挿入孔３５との間の領域である。言い換えると、内側鉄心部３１は、シャフト孔３４と磁石挿入孔３５との間の領域である。
【００３７】
外側鉄心部３２は、回転子鉄心３０の一部である。外側鉄心部３２は、径方向における磁石挿入孔３５の外側に形成されている。言い換えると、外側鉄心部３２は、回転子鉄心３０の外周面と磁石挿入孔３５との間の領域である。図２に示される例では、回転子鉄心３０は、複数の外側鉄心部３２（具体的には、６つの外側鉄心部３２）を有する。
【００３８】
継手鉄心部３３は、回転子鉄心３０の一部である。継手鉄心部３３は、回転子３の外周面と周方向における磁石挿入孔３５の端部との間の領域に形成されている。言い換えると、継手鉄心部３３は、回転子３の極間部Ｍ２を含む領域に形成されている。継手鉄心部３３は、内側鉄心部３１と外側鉄心部３２とを連結する領域である。図２及び図３に示される例では、回転子鉄心３０は、複数の継手鉄心部３３（具体的には、６つの継手鉄心部３３）を有する。
【００３９】
図４に示されるように、各継手鉄心部３３は、径方向に延在する第１部分３３１（第１の継手部又は単に「継手部」ともいう）と、周方向に延在する第２部分３３２（ブリッジ部ともいう）とを有する。各第１部分３３１は、周方向において第２開口部３５ｂに対向している。言い換えると、各第１部分３３１は、周方向において第２開口部３５ｂに隣接している。各第２部分３３２は、第２開口部３５ｂと回転子鉄心３０の外周面との間の領域である。各第２部分３３２は、径方向において第２開口部３５ｂに対向している。言い換えると、各第２部分３３２は、径方向において第２開口部３５ｂに隣接している。
【００４０】
各第２部分３３２の径方向における幅は、各第１部分３３１の径方向における幅よりも狭い。これにより、漏れ磁束を低減することができ、永久磁石３６の磁束を有効に使用することができる。その結果、電動機１におけるマグネットトルクを増加させることができる。例えば、各第２部分３３２の径方向における幅は、回転子鉄心３０の１つの電磁鋼板の厚みと同じである。本実施の形態では、各第２部分３３２の径方向における幅は０．３５ｍｍである。
【００４１】
第１部分３３１は、電動機１におけるリラクタンストルクを高めるために用いられる。固定子２からの磁束が第１部分３３１を通り、リラクタンストルクが発生する。例えば、各第１部分３３１の周方向における幅は、回転子鉄心３０の１つの電磁鋼板の厚みの２倍である。本実施の形態では、各第１部分３３１の周方向における幅は、０．７ｍｍである。
【００４２】
図５は、回転子鉄心３０の他の例を示す図である。
回転子３の各磁極において、磁石挿入孔３５は２つの孔に分割されていてもよい。この場合、回転子３の各磁極において、２つの永久磁石３６の間の領域３８は、空間ではなく、電磁鋼板の一部（第２の継手部ともいう）である。すなわち、２つの永久磁石３６の間に回転子鉄心３０の一部が存在する。これにより、回転子鉄心３０の剛性を高めることができ、電動機１における回転子３のより高速な回転が可能になる。
【００４３】
保持部３７は、円筒形である。ただし、ｘｙ平面において、保持部３７は真円でなくてもよい。保持部３７は、回転子鉄心３０の外周面を覆っており、回転子鉄心３０に固定されている。これにより、回転子３の強度を高めることができる。保持部３７は、接着剤、圧入、焼き嵌め、及び冷やし嵌めのいずれかで回転子鉄心３０に固定されている。
【００４４】
電動機１が圧縮機用に用いられる場合、保持部３７は、圧入、焼き嵌め、及び冷やし嵌めのいずれかで回転子鉄心３０に固定されていることが望ましい。これにより、高温の冷媒中において、保持部３７を十分に回転子鉄心３０に固定させることができる。
【００４５】
保持部３７は、回転子鉄心３０の外周面の全体を覆うことが望ましい。これにより、回転子３の強度をより高めることができる。保持部３７は、極間部Ｍ２以外の回転子鉄心３０の外周面の一部に接触しており、極間部Ｍ２で回転子鉄心３０の外周面に接触していない。図３に示される例では、保持部３７は、磁極中心部Ｍ１で回転子鉄心３０の外周面に接触しており、極間部Ｍ２で回転子鉄心３０の外周面に接触していない。ただし、保持部３７は、必ずしも磁極中心部Ｍ１で回転子鉄心３０の外周面に接触していなくてもよい。保持部３７の材料は、回転子３の機械的強度を高める材料である。保持部３７は、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ステンレス、又は樹脂で作られている。
【００４６】
さらに、保持部３７は、非磁性材料で作られていることが望ましい。したがって、保持部３７の材料は、非磁性の炭素繊維強化プラスチック、ステンレス、又は樹脂であることが望ましい。
【００４７】
保持部３７の線膨張係数は、回転子鉄心３０の線膨張係数よりも小さいことが望ましい。例えば、保持部３７が炭素繊維強化プラスチックで作られている場合、保持部３７の線膨張係数は、回転子鉄心３０（具体的には、回転子鉄心３０を形成する電磁鋼板）の線膨張係数よりも小さい。
【００４８】
回転子３は上述の保持部３７を有するので、回転子３の強度を高めることができる。これにより、継手鉄心部３３（具体的には、第２部分３３２）の径方向における幅を広く形成せずに電動機１における高速回転が可能になり、電動機１の出力を増加させることができる。
【００４９】
図６は、回転子３の構造を概略的に示す断面図である。
図６に示されるように、回転子３において、回転子鉄心３０の外周面の接触領域Ｃ１は、回転子鉄心３０の外周面が保持部３７に接触している領域である。回転子鉄心３０の外周面の非接触領域Ｃ２は、回転子鉄心３０の外周面が保持部３７に接触していない領域である。図６に示される例では、ｘｙ平面において、複数の接触領域Ｃ１及び複数の非接触領域Ｃ２が存在する。各非接触領域Ｃ２は、各接触領域Ｃ１よりも、周方向において長いことが望ましい。
【００５０】
回転子３の効果について説明する。
回転子３は保持部３７を有するので、回転子３の強度を高めることができる。具体的には、継手鉄心部３３（特に、第２部分３３２）の径方向における幅が小さくても、回転子３の強度を維持することができる。これにより、漏れ磁束を低減することができ、永久磁石３６の磁束を有効に使用することができる。その結果、電動機１におけるマグネットトルクを増加させることができ、回転子３の高速回転が可能になる。
【００５１】
さらに、保持部３７は、磁極中心部Ｍ１以外の回転子鉄心３０の外周面の一部に接触しており、極間部Ｍ２で回転子鉄心３０の外周面に接触していない。これにより、電動機１の駆動中において、回転子鉄心３０に生じる応力、具体的には、圧縮応力が極間部Ｍ２に集中しやすい。極間部Ｍ２の周方向における両側には継手鉄心部３３の第２部分３３２が形成されているので、各第２部分３３２に圧縮応力が生じ、透磁率が低下する。したがって、各第２部分３３２に磁束が通りにくくなり、漏れ磁束を低減することができる。その結果、回転子３の磁力を高めることができ、電動機１の効率を高めることができる。
【００５２】
図２に示されるように、ｘｙ平面において、回転子３は、回転子３の１磁極ごとにＶ字状の永久磁石３６を有する。具体的には、２つの永久磁石３６がＶ字状に配置されている。これにより、ｘｙ平面において１磁極を形成する１以上の永久磁石が直線的に配置された回転子に比べて、永久磁石３６の電気抵抗が増加し、永久磁石３６上の渦電流損を低減することができる。その結果、電動機１の駆動中における永久磁石３６上の渦電流損が低減され、電動機１の効率をさらに高めることができる。
【００５３】
回転子鉄心３０の最大半径は、磁極中心部Ｍ１での回転子鉄心３０の半径Ｒａである。回転子鉄心３０の最小半径は、極間部Ｍ２での回転子鉄心３０の半径Ｒｂである。これにより、電動機１の駆動中においてコイル２５に発生する誘起電圧の波形を正弦波に近づけることができる。その結果、電動機１における振動及び騒音を低減することができる。
【００５４】
ただし、ｘｙ平面において、回転子鉄心３０の外径は、周方向において一定でもよい。回転子鉄心３０の外径が周方向において一定である場合、ｘｙ平面において、極間部Ｍ２での保持部３７の内径が、磁極中心部Ｍ１での保持部３７の内径よりも大きい。これにより、回転子３の極間部Ｍ２で非接触領域Ｃ２を得ることができ、回転子３の磁極中心部Ｍ１で接触領域Ｃ１を得ることができる。その結果、上述の回転子３の効果を得ることができる。
【００５５】
回転子鉄心３０の外周面の各非接触領域Ｃ２が、回転子鉄心３０の外周面の各接触領域Ｃ１よりも、周方向において長いとき、極間部Ｍ２を含む広い範囲で圧縮応力が集中しやすい。これにより、継手鉄心部３３（特に、第２部分３３２）における透磁率がさらに低下し、漏れ磁束をさらに低減することができる。その結果、回転子３の磁力をさらに高めることができ、電動機１の効率をさらに高めることができる。
【００５６】
保持部３７が非磁性材料で作られている場合、回転子３における漏れ磁束をさらに低減することができる。その結果、回転子３の磁力をさらに高めることができ、電動機１の効率をさらに高めることができる。
【００５７】
回転子３の温度が上昇したとき、回転子鉄心３０が膨張する。したがって、保持部３７の線膨張係数が回転子鉄心３０の線膨張係数よりも小さい場合、回転子鉄心３０は保持部３７によって圧縮される。これにより、継手鉄心部３３（特に、第２部分３３２）に圧縮応力が生じる。この場合、上述のように、継手鉄心部３３（特に、第２部分３３２）における透磁率が低下し、漏れ磁束を低減することができる。その結果、回転子３の磁力を高めることができ、電動機１の効率を高めることができる。回転子３が高速で回転すると、回転子３の温度が上昇しやすい。したがって、回転子３が高速で回転する場合、上述の効果が得られやすい。
【００５８】
特に、保持部３７が炭素繊維強化プラスチックで作られている場合、保持部３７の線膨張係数は、回転子鉄心３０（具体的には、回転子鉄心３０を形成する電磁鋼板）の線膨張係数よりも小さい。これにより、回転子３の温度が上昇したときに、継手鉄心部３３（特に、第２部分３３２）に圧縮応力が生じやすくなり、継手鉄心部３３（特に、第２部分３３２）における透磁率が低下し、漏れ磁束をさらに低減することができる。その結果、回転子３の高速回転時において上述の効果を効果的に得ることができる。
【００５９】
さらに、保持部３７が炭素繊維強化プラスチックで作られている場合、回転子３の高速回転時において、回転子３に生じる渦電流の増加を抑制することができる。さらに、炭素繊維強化プラスチックは、熱に強いという特性を持つ。したがって、回転子３の高速回転時において、回転子３の温度が上昇した場合でも、保持部３７の変形を防ぐことができる。
【００６０】
さらに、炭素繊維強化プラスチックは高い強度を有するので、保持部３７の厚みを小さくすることができる。これにより、固定子２と回転子鉄心３０との間の空隙の幅を小さくすることができ、永久磁石３６の磁力を有効に使用することができる。その結果、回転子３の高速回転及び電動機１の効率の改善を両立することができる。さらに、炭素繊維強化プラスチックは温度変化による変形が小さいので、固定子２と回転子鉄心３０との間の空隙の幅の変化を低減することができる。さらに、保持部３７が炭素繊維強化プラスチックで作られている場合、回転子３に生じる渦電流の増加を抑制できるという利点も得られる。
【００６１】
保持部３７は、圧入、焼き嵌め、及び冷やし嵌めのいずれかで回転子鉄心３０に固定されていることが望ましい。これにより、回転子３の回転が停止するとき（すなわち、回転子３が減速する時）、回転子鉄心３０の継手鉄心部３３に圧縮応力が生じる。この場合、継手鉄心部３３（特に、第２部分３３２）の磁気特性が劣化し、透磁率が低下する。その結果、再び電動機１を高速で回転させるとき、漏れ磁束を低減することができる。さらに、電動機１が圧縮機用に用いられる場合、高温の冷媒中において、保持部３７を十分に回転子鉄心３０に固定させることができる。
【００６２】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る圧縮機６について説明する。
図７は、実施の形態２に係る圧縮機６の構造を概略的に示す断面図である。
【００６３】
圧縮機６は、電動要素としての電動機６０と、ハウジングとしての密閉容器６１と、圧縮要素としての圧縮機構６２とを有する。本実施の形態では、圧縮機６は、ロータリー圧縮機である。ただし、圧縮機６は、ロータリー圧縮機に限定されない。
【００６４】
電動機６０は、実施の形態１に係る電動機１である。電動機６０は、圧縮機構６２を駆動する。
【００６５】
密閉容器６１は、電動機６０及び圧縮機構６２を覆う。密閉容器６１は、例えば、厚さ３ｍｍの鋼板で形成された円筒状の容器である。密閉容器６１の底部には、圧縮機構６２の摺動部分を潤滑する冷凍機油が貯留されている。
【００６６】
圧縮機６は、さらに、密閉容器６１に固定されたガラス端子６３と、アキュムレータ６４と、吸入パイプ６５と、吐出パイプ６６とを有する。
【００６７】
圧縮機構６２は、シリンダ６２ａと、ピストン６２ｂと、上部フレーム６２ｃ（第１のフレーム）と、下部フレーム６２ｄ（第２のフレーム）と、上部フレーム６２ｃ及び下部フレーム６２ｄにそれぞれ取り付けられた複数のマフラ６２ｅとを有する。圧縮機構６２は、さらに、シリンダ６２ａ内を吸入側と圧縮側とに分けるベーンを有する。圧縮機構６２は、電動機６０によって駆動される。
【００６８】
電動機６０は、圧入又は焼き嵌めで密閉容器６１内に固定されている。圧入及び焼き嵌めの代わりに溶接で固定子２を密閉容器６１に直接取り付けてもよい。
【００６９】
電動機６０の固定子２の巻線には、ガラス端子６３を通して電力が供給される。
【００７０】
電動機６０の回転子（具体的には、シャフト６７の片側）は、上部フレーム６２ｃ及び下部フレーム６２ｄの各々に備えられた軸受けによって回転自在に支持されている。
【００７１】
ピストン６２ｂには、シャフト６７が挿通されている。上部フレーム６２ｃ及び下部フレーム６２ｄには、シャフト６７が回転自在に挿通されている。上部フレーム６２ｃ及び下部フレーム６２ｄは、シリンダ６２ａの端面を閉塞する。アキュムレータ６４は、吸入パイプ６５を通して冷媒（例えば、冷媒ガス）をシリンダ６２ａに供給する。
【００７２】
次に、圧縮機６の動作について説明する。アキュムレータ６４から供給された冷媒は、密閉容器６１に固定された吸入パイプ６５からシリンダ６２ａ内へ吸入される。電動機６０が回転することにより、シャフト６７に嵌合されたピストン６２ｂがシリンダ６２ａ内で回転する。これにより、シリンダ６２ａ内で冷媒の圧縮が行われる。
【００７３】
冷媒は、マフラ６２ｅを通り、密閉容器６１内を上昇する。このようにして、圧縮された冷媒が、吐出パイプ６６を通って冷凍サイクルの高圧側へ供給される。
【００７４】
圧縮機６の冷媒として、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、又はＲ２２等を用いることができる。ただし、圧縮機６の冷媒は、これらの種類に限られない。例えば、圧縮機６の冷媒として、ＧＷＰ（地球温暖化係数）が小さい冷媒等を用いることができる。
【００７５】
実施の形態２に係る圧縮機６は、実施の形態１で説明した効果を有する。
【００７６】
電動機６０として実施の形態１に係る電動機１を用いることにより、電動機６０の高速回転を可能にし、圧縮機６の出力を高めることができる。
【００７７】
さらに、電動機６０として実施の形態１に係る電動機１を用いることにより、電動機６０の効率を改善することができ、その結果、圧縮機６の効率を改善することができる。
【００７８】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置７について説明する。
図８は、実施の形態３に係る冷凍空調装置７の構成を概略的に示す図である。
【００７９】
冷凍空調装置７は、実施の形態２に係る圧縮機６と、四方弁７１と、凝縮器７２と、減圧装置７３（膨張器ともいう）と、蒸発器７４と、冷媒配管７５と、制御部７６とを有する。図８に示される例では、圧縮機６、凝縮器７２、減圧装置７３、及び蒸発器７４は、冷媒配管７５によって連結され、冷凍サイクルを構成している。
【００８０】
冷凍空調装置７の動作の一例について説明する。圧縮機６は、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒を送り出す。四方弁７１は、冷媒の流れ方向を切り換える。図８に示される例では、四方弁７１は、圧縮機６から送り出された冷媒を凝縮器７２に流す。凝縮器７２は、圧縮機６から送り出された冷媒と空気（例えば、室外の空気）との熱交換を行うことにより、冷媒を凝縮し、液化された冷媒を送り出す。減圧装置７３は、凝縮器７２から送り出された冷媒（すなわち、液化された冷媒）を膨張させて、低温低圧の液化された冷媒を送り出す。
【００８１】
蒸発器７４は、減圧装置７３から送り出された低温低圧の液化された冷媒と空気（例えば、室内の空気）との熱交換を行うことにより、冷媒を気化させ、気化された冷媒（すなわち、ガス冷媒）を送り出す。蒸発器７４で熱が奪われた空気は、例えば、送風機により、対象空間（例えば室内）に供給される。四方弁７１及び圧縮機６の動作は、制御部７６によって制御される。
【００８２】
実施の形態３に係る冷凍空調装置７は、実施の形態２で説明した効果を有する。
【００８３】
さらに、冷凍空調装置７が圧縮機６を有するので、冷凍空調装置７の効率を改善することができる。
【００８４】
さらに、冷凍空調装置７が圧縮機６を有するので、冷凍空調装置７の出力を高めることができる。
【００８５】
実施の形態１で説明した電動機１は、圧縮機６及び冷凍空調装置７以外に、送風機、換気扇、家電機器、又は工作機などの機器における駆動源に適用できる。
【００８６】
上述の実施の形態に示した例は、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、構成の一部を省略又は変更することも可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１，６０  電動機、  ２  固定子、  ３  回転子、  ６  圧縮機、  ７  冷凍空調装置、  ３０  回転子鉄心、  ３１  内側鉄心部、  ３２  外側鉄心部、  ３３  継手鉄心部、  ３５  磁石挿入孔、  ３６  永久磁石、  ３７  保持部、  ６１  密閉容器、  ６２  圧縮機構、  ７２  凝縮器、  ７３  減圧装置、  ７４  蒸発器、  Ｍ１  磁極中心部、  Ｍ２  極間部。
【図１】
2020053927.tif 000003
【図２】
2020053927.tif 000004
【図３】
2020053927.tif 000005
【図４】
2020053927.tif 000006
【図５】
2020053927.tif 000007
【図６】
2020053927.tif 000008
【図７】
2020053927.tif 000009
【図８】
2020053927.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月16日(2020.9.16)
【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】
磁極中心部と極間部とを有する回転子であって、
少なくとも１つの永久磁石と、
前記少なくとも１つの永久磁石が配置される第１開口部及び前記少なくとも１つの永久磁石が配置されない第２開口部を有する磁石挿入孔と、径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された内側鉄心部と、前記径方向における前記磁石挿入孔の外側に形成された外側鉄心部と、前記回転子の外周面と周方向における前記磁石挿入孔の端部との間に形成された継手鉄心部とを有する回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の外周面を覆う保持部と
を備え、
前記保持部は、前記極間部以外の前記回転子鉄心の前記外周面の一部に接触しており、前記極間部で前記回転子鉄心の前記外周面に接触していない
回転子。
【請求項２】
前記回転子鉄心の最大半径は、前記磁極中心部での前記回転子鉄心の半径であり、
前記回転子鉄心の最小半径は、前記極間部での前記回転子鉄心の半径である
請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記回転子鉄心は、軸方向と直交する平面において円形であり、前記回転子鉄心の外径は、周方向において一定である請求項１に記載の回転子。
【請求項４】
前記保持部は、円筒形である請求項１から３のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項５】
前記外周面が前記保持部に接触していない前記外周面の非接触領域は、前記外周面が前記保持部に接触している前記外周面の接触領域よりも、周方向において長い請求項１から４のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項６】
前記保持部は、非磁性材料で作られている請求項１から５のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項７】
前記保持部の線膨張係数は、前記回転子鉄心の線膨張係数よりも小さい請求項１から６のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項８】
前記保持部は、炭素繊維強化プラスチックで作られている請求項１から７のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項９】
前記保持部は、圧入、焼き嵌め、及び冷やし嵌めのいずれかで前記回転子鉄心に固定されている請求項１から８のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの永久磁石は、前記回転子の１磁極を形成する２つの永久磁石を含み、
軸方向と直交する平面において、前記２つの永久磁石はＶ字状に配置されている
請求項１から９のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項１１】
前記２つの永久磁石の間に前記回転子鉄心の一部が存在する請求項１０に記載の回転子。
【請求項１２】
固定子と、
前記固定子の内側に回転可能に配置された、請求項１から１１のいずれか１項に記載の回転子と
を備える
電動機。
【請求項１３】
密閉容器と、
前記密閉容器内に配置された圧縮機構と、
前記圧縮機構を駆動する、請求項１２に記載の電動機と
を備える
圧縮機。
【請求項１４】
請求項１３に記載の圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを備える冷凍空調装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の回転子は、磁極中心部と極間部とを有する回転子であって、少なくとも１つの永久磁石と、前記少なくとも１つの永久磁石が配置される第１開口部及び前記少なくとも１つの永久磁石が配置されない第２開口部を有する磁石挿入孔と、径方向における前記磁石挿入孔の内側に形成された内側鉄心部と、前記径方向における前記磁石挿入孔の外側に形成された外側鉄心部と、前記回転子の外周面と周方向における前記磁石挿入孔の端部との間に形成された継手鉄心部とを有する回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周面を覆う保持部とを備え、前記保持部は、前記極間部以外の前記回転子鉄心の前記外周面の一部に接触しており、前記極間部で前記回転子鉄心の前記外周面に接触していない。
【国際調査報告】
2020053927.tif 000011
2020053927.tif 000012