(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心の半閉スロットに巻線を装着した固定子と、回転子鉄心の内部に複数片の磁石を装着した回転子とを、前記固定子鉄心の歯部の内周部に前記回転子鉄心の外周部がエアギャップを介して対向するように配置して構成される電動機において、前記回転子鉄心は、その外周部と前記磁石の円弧状外周部との間に介在するブリッジ部と、周方向に隣接する前記磁石の相互間に介在するガード部とを備え、前記ブリッジ部は、前記磁石の１片における周方向中央部と対向する部分に所定の範囲にわたって形成された広幅の部分と、この広幅の部分から周方向両側の前記ガード部にわたって両側均等に形成された狭幅の部分とを備えていることを特徴とする電動機。
【請求項２】
電動機の極数をＰ、前記スロットの数をＮｓとしたとき、前記ブリッジ部の広幅の部分と狭幅の部分の境界から回転子極間部までの軸心からみた開角を、前記固定子鉄心におけるＮｓ／（３Ｐ）個の隣接する歯部の最大開角の近辺の値に設定したことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記ブリッジ部の広幅の部分と狭幅の部分の境界から回転子極間部までの軸心からみた開角を、前記固定子鉄心におけるＮｓ／（３Ｐ）個の隣接するスロットの開口部の最大開角の近辺の値に設定したことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項４】
前記ブリッジ部の広幅の部分は、内側へ向けた凸状に形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動機。
【請求項５】
前記ブリッジ部の広幅の部分は、外側へ向けた凸状に形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動機。
【請求項６】
前記ブリッジ部の広幅の部分の幅を、前記回転子鉄心を構成する薄鉄板の板厚以上としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動機。
【請求項７】
前記ブリッジ部の広幅の部分の幅を、前記狭幅の部分の幅の１．２倍以上としたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、冷凍機や空調機の圧縮機駆動用電動機等に代表される永久磁石界磁を有する同期電動機に関し、特に回転子の鉄心の内部に磁石を埋め込んで構成するいわゆる埋込磁石構造（以下ＩＰＭと称す）の回転子を備えた電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＰＭの回転子として、一般に図１１に示す構成のものが知られている。この回転子は、軸孔５に嵌入される軸によって支持されて、ケーシングに固定された電動機固定子の内側に配置され、回転子鉄心１の外周部が固定子鉄心の内周部との間に所定の空隙を介して対向するように構成される。回転子鉄心１は所定形状に打ち抜いた０．３５ｍｍ，０．５０ｍｍ等の板厚の薄鉄板を多数積層して形成されており、収納した磁石の軸方向両端部を密閉するために端板１０を装着し、軸方向に貫通する複数のカシメピン９によって回転子鉄心１と端板１０とが固定されている。
【０００３】
図１１に示した回転子の平面断面を図１２に示す。薄鉄板の打ち抜きによって形成された回転子鉄心１は、磁石６の収容孔２、カシメピン９の挿通孔８及び軸孔５を備え、各薄鉄板に設けた切り起こし突起による凹凸部を軸方向に隣接する薄鉄板相互で嵌合させて固定する周知のカシメクランプ手段７によって固定されて構成されている。積層後の回転子鉄心１の複数の収容孔２には、これと略相似形の磁石６がすきまばめあるいは圧入等によって挿入され、しかる後、端板１０がカシメピン９によって固定されて収容孔２に蓋がなされるようになっている。
【０００４】
複数片の磁石６は、主にフェライト磁石あるいは希土類磁石が用いられ、磁極軸と平行に磁気配向させた極異方性、あるいは径方向に磁気配向させたラジアル異方性に形成され、１片の磁石が１極を形成するように着磁されて界磁を形成するようになっており、図１２に示すものは４極の界磁構成の場合を示している。この回転子において、磁石６の断面形状は、外径側が円弧状で内径側が直線状の略蒲鉾形をなし、この磁石６の円弧状外周部は回転子鉄心１の外周部と同心状の円弧に形成されている。この結果、回転子鉄心１における外周部と磁石６の円弧状外周部との間に介在する鉄心部分（以下ブリッジ部と称す）３は等幅に形成されている。そしてこのブリッジ部３は、周方向に隣接する磁石６の相互間に介在する鉄心部分（以下ガード部と称す）４によって支持された構成となっている。
【０００５】
磁石の形状としては、図１２に示したもの以外に、外径側と内径側の双方を同心の円弧状に形成した平面断面形状が弓形のもの等も一般に多用されている。この場合、鉄心に設ける複数の収容孔の形状もこの磁石形状と略相似形とすることは勿論である。以上説明したような回転子は、例えば特願平８−９５８２５号等に示されている。
【０００６】
上記回転子は、三相巻線を有する固定子内に配置されて永久磁石型の同期電動機を構成し、インバータを介して固定子巻線を励磁することによって回転を行うようになっている。図１３は、図１２に示す回転子を固定子と対向配置した状態を模式的に示したものである。固定子は、複数のスロット１３を有する固定子鉄心１１に絶縁物を介して三相巻線１４ａ，１４ｂが巻回されて構成されている。この固定子鉄心１１のスロット１３は開口部１７を有する半閉スロットとなっており、隣接するスロット間には歯部１２を備えており、この歯部の内周部に回転子鉄心１の外周部がエアギャップ１６を介して対向している。
【０００７】
このようなＩＰＭの電動機の場合、磁石の磁極中心と回転軸心を結んだ方向をｄ軸とし、このｄ軸に対する電気角９０゜位相をｑ軸とすると、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑの関係がＬｄ＜Ｌｑなるいわゆる逆突極性を示すため、低速域においては、これにより生じるリラクタンストルクと磁石により生じる主磁束トルクの双方のトルクの和が最大となるポイントで駆動するいわゆる最大トルク制御を行い、一方高速域においては進み位相制御を行うのが有効であり、前述の圧縮機等の駆動に用いられている。
【０００８】
即ち、一般にこのような電動機のトルクＴは、主磁束トルクをＴ１、リラクタンストルクをＴ２とすると、
Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２  …（１）
であり、磁石による磁束量をΦ、ｑ軸電流をＩｑ、ｄ軸電流をＩｄとすれば、
Ｔ１＝Φ・Ｉｑ  …（２）
Ｔ２＝（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ・Ｉｑ  …（３）
で表される。
【０００９】
図１３に示す巻線は模式的に示したものであるが、１４ａで示される巻線と１４ｂで示される巻線には互いに逆方向の電流が通電されていることを示しており、これにより固定子鉄心１１には図示するＮ，Ｓで示される固定子側の磁極が生じている状態を表している。一般にこのような電動機の固定子に対してなされる台形波１２０゜通電は、Ｕ−Ｖ，Ｕ−Ｗ，Ｖ−Ｗ，Ｖ−Ｕ，Ｗ−Ｕ，Ｗ−Ｖの６つの通電パターンより成り、各々の通電区間は電気角６０゜となっている。従って、ある特定の巻線に電気角６０゜の通電がなされる間、主磁束トルクとリラクタンストルクの和が最高のトルクを生じる関係となるように通電制御されるようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ＩＰＭの電動機のトルクＴには、主磁束トルクＴ１以外にリラクタンストルクＴ２が大きく寄与しているのであるが、このリラクタンストルクには固定子鉄心の歯部１２と回転子鉄心のガード部４の位置関係に起因するコギングトルク成分が多く含まれており、これによる電動機の振動や騒音が大きな問題となっている。
【００１１】
図１３の電動機において、固定子に対して例えばＵ−Ｖ通電を行うと、図示するような固定子側の磁極が生じ、この磁極の磁極軸ＯＡにこれと極性を異にする回転子の磁石６の磁極軸が一致して静止する。尚、図中Ｏは回転軸心を示している。この回転子が静止する位置を０゜とし、一定電流にてＵ−Ｖ通電を継続しつつ回転子を正規の回転方向と逆方向へ回転させていった場合に、回転子の回転した機械角θに対するトルクＴの値の変化を、図６に三角プロットを破線で結んだＴｂにて示す。破線Ｔｂで明らかなように、この例の場合は回転子の角度θが４０゜〜５５゜近辺にかけてトルクが著しく上下動しており、このトルク変動が振動や騒音を発生させる大きな要素であることが解る。
【００１２】
上記トルク変動を図１４に基づいて説明する。図１４は、回転子の角度θが４７．５゜のポイントを図示しており、図１３において固定子の磁極軸ＯＡと一致していた回転子の磁極軸ＯＢが回転方向と逆方向に４７．５゜（電気角９５゜）回転した状態である。この位置においては、固定子巻線１４ａの通電によって発生した固定子磁束の一部は、破線１５ａにて示すような磁路を生じることになる。即ち、固定子鉄心１１の歯部１２ａからエアギャップ１６を経由して回転子鉄心１のガード部４ａへ入り、回転子鉄心内を通過して別のガード部４ｂからエアギャップ１６を経由して固定子鉄心の別の歯部１２ｄへ至る磁路である。この磁路１５ａにおいては、回転子鉄心のガード部４ａ及び４ｂがそれぞれ固定子鉄心の歯部１２ａ及び１２ｄよりも回転方向へ若干変位しているため、磁気的に安定しようとするリラクタンストルク成分、即ちコギングトルクが減速方向に発生することになる。このような現象は、歯部１２とガード部４の位置関係によって、いくつかのポイントにおいて加速方向あるいは減速方向のコギングトルクとして発生することになり、この結果、図６に示したようなトルクＴｂの著しい上下動が生じてしまう。
【００１３】
また、図１２に示したような回転子鉄心１を構成する薄鉄板の打ち抜きは、順送プレス型を用いて行われるものであるが、ブリッジ部３を形成する場合、収容孔２を抜き落とすステーションと鉄心１の外周部を抜き落とすステーションでは抜き方向が異なる方向となる。この結果、図１５に示すように、板厚がＷ２なる各薄鉄板には鉄心の外周部１８と内周側の収容孔２との間に幅がＷ１なるブリッジ部３が打ち抜かれ、このブリッジ部３の内外周面のそれぞれはせん断面１９と破断面２０によって形成されており、破断面２０の先端にはバリ２１が生じている。また打ち抜き型の刃が打ち込まれる板面からせん断面１９にかけては薄板材料が刃に引き込まれて生じるだれ込み部２２が生じる。従ってだれ込み部２２によって、ブリッジ部３の上下板面はせん断方向へ傾斜して形成されることになる。
【００１４】
積層直後の回転子鉄心は、図１５に示すように各薄鉄板に生じたバリ２１によって積層間が浮いた状態となっていて積層密度が悪いため、一般に積層方向に再加圧して増し締めがなされる。このとき鉄心のブリッジ部３においては、幅寸法Ｗ１が小さいために、この寸法Ｗ１に対する前述のだれ込み部２２による傾斜部分の割合がかなり大きくなっており、この結果図１６に示すように、加圧によってブリッジ部３の上下面が滑って積層間にズレが生じたり、ブリッジ部３自体が傾斜して収容孔２側あるいは外周部１８側へ突出するといったいわゆる座屈現象を生じる。このようにブリッジ部３が本来のブリッジ幅Ｗ１に対して径方向内外へ凹凸を生じることにより、収容孔２への磁石６の挿入ができなくなったり、回転子の外周部１８が固定子と接触して電動機として回転不能となったりする問題があった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＩＰＭの電動機において、回転子鉄心におけるブリッジ部を、磁石の１片における周方向中央部と対向する部分に所定の範囲にわたって形成された広幅の部分と、この広幅の部分から周方向両側のガード部にわたって両側均等に形成された狭幅の部分とによって構成するものである。
【００１６】
また電動機の極数をＰ、前記スロットの数をＮｓとしたとき、前記ブリッジ部の広幅の部分と狭幅の部分の境界から回転子極間部までの軸心からみた開角は、前記固定子鉄心におけるＮｓ／（３Ｐ）個の隣接する歯部の最大開角の近辺の値に設定するものである。あるいはこのブリッジ部の広幅の部分と狭幅の部分の境界から回転子極間部までの軸心からみた開角は、前記固定子鉄心におけるＮｓ／（３Ｐ）個の隣接するスロットの開口部の最大開角の近辺の値に設定するものである。
【００１７】
このブリッジ部に設ける広幅の部分の形状は、内側へ向けた凸状または外側へ向けた凸状等により、狭幅の部分に対して磁気抵抗に差異が生じるように構成する。この場合、前記広幅の部分の幅は、機械的構成上は前記回転子鉄心を構成する薄鉄板の板厚以上とすることが好ましく、また磁気的構成上は前記狭幅の部分の幅の１．２倍以上とすることが好ましい。
【００１８】
【作用】
回転子鉄心のブリッジ部の広幅の部分と狭幅の部分との間に磁気抵抗の差異が生じ、これによって固定子鉄心の歯部と回転子鉄心のガード部の位置関係によって生じるコギングトルクが、前記歯部と前記広幅の部分の位置関係によって生じるリラクタンストルクによって打ち消され、回転子位置の変化に伴うトルク変動が滑らかとなる。
【００１９】
また回転子鉄心の製造過程において、鉄心ブリッジ部の広幅部においては、打ち抜きによるだれ込み部に対してブリッジ部の幅寸法が大きいために広幅部に平坦な板面が存在し、積層方向に鉄心を再加圧して増し締めを行う際に前記平坦な板面で加圧力を受けることができ、この結果ブリッジ部に座屈が生じることがない。
【００２０】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の代表的な実施例を示す回転子の要部平面断面図である。この回転子鉄心１ａのブリッジ部は、従来のように等幅に形成されるのではなく、周方向中央部に広幅部３ａを、そして周方向端部のガード部４近傍の部分には狭幅部３ｂがそれぞれ設けてあり、この狭幅部３ｂは広幅部３ａを挟んで両側均等に構成されている。広幅部３ａは収容孔２ａ内へ突出した凸部によって形成されており、この構成は各極におけるブリッジ部で均等構成となっている。
【００２１】
広幅部３ａの内周部は回転子鉄心１ａの外径１８と同心状に形成され、この回転子鉄心１ａの収容孔２ａに磁石６ａを挿入したとき、広幅部３ａの内周部と磁石６ａの円弧状外周部とは当接状態となり、狭幅部３ｂと磁石６ａとは若干離間するように構成される。その他の構成に関しては、図１１及び図１２の従来例にて説明したものと同一または均等構成となっている。
【００２２】
図２及び図３は、本発明の電動機における回転子鉄心と固定子鉄心との組み合わせ状態を説明するものであり、簡略化のため、例えば収容孔２ａ，２ｄのコーナー部の円弧等は省略して描いてある。回転子鉄心１ａ及び１ｄは、共に極数Ｐ＝４なる４極界磁用の鉄心となっている。また図２の固定子鉄心１１はスロット数Ｎｓ＝１２、図３の固定子鉄心１１ａはＮｓ＝２４のものをそれぞれ示しており、これらスロット１３の間にはスロット数と同数の歯部１２が設けられ、隣接する歯部１２のチップ間にはスロットの開口部１７が形成されている。
【００２３】
図２及び図３の電動機において、α１〜α４は軸心Ｏからみた開角を示しており、α１はブリッジ部の広幅部３ａ，３ｃの開角を表し、またα２は広幅部３ａ，３ｃと狭幅部３ｂ，３ｄの境界から回転子極間部までの開角を表しており、機械角において、
α１＝３６０／Ｐ−２α２  …（４）
なる関係にある。
【００２４】
またα３及びα４は、
ｎ＝Ｎｓ／（３Ｐ）  …（５）
なる関係によって算出された係数ｎをもとにして定めた開角であり、図２の電動機においてはＮｓ＝１２であるためｎ＝１となり、一方図３の電動機においてはＮｓ＝２４であるためｎ＝２となる。そしてα３はｎ個の隣接する歯部１２のエアギャップ１６に臨む部分の最大開角を表し、この場合の歯部とはチップ部の先端までも含めて考慮する。またα４はｎ個の隣接するスロット１３の開口部１７の最大開角を表している。
【００２５】
本発明においては、概ねα２＝α３あるいはα２＝α４なる関係となるように、回転子鉄心１ａ，１ｄのブリッジ部の広幅部３ａ，３ｃ及び狭幅部３ｂ，３ｄの開角を設定する。いま、固定子鉄心のスロット数が１２個の場合について考えると、図４に示す電動機は概ねα２＝α３に設定したものを図示しており、この電動機には図１３にて示した電動機と同様の磁極が形成される。即ち、固定子に対して例えばＵ−Ｖ通電を行って回転子が静止する位置ＯＡを０゜とし、正規回転方向と逆方向への磁極軸ＯＢの開角θが機械角にて４７．５゜（電気角９５゜）のポイントに回転子が位置した状態を示しており、図１４に示した従来例と同一の状態を示している。固定子巻線１４ａへの通電によって発生した固定子磁束の一部は、破線１５ａのような減速方向へのコギングトルクを生じる磁路を形成することは図１４の従来例にて説明したとおりである。本実施例の場合、これに加えて、固定子鉄心１１の歯部１２ｂからエアギャップ１６を経由して回転子鉄心１ａのブリッジ部広幅部３ａへ入り、この広幅部３ａを周方向へ抜けた後、エアギャップ１６を経由して固定子鉄心の別の歯部１２ｄへ至る固定子磁束の磁路１５ｂを生じることになる。
【００２６】
この結果、磁路１５ｂにおいては、回転子鉄心１ａのブリッジ部広幅部３ａの軸心Ｏからみた開角が、固定子鉄心１１の歯部１２ｂから１２ｄまでの開角よりも回転方向と逆方向へ若干変位しているため、磁気的に安定しようとするリラクタンストルク成分が加速方向に発生することになる。従って固定子磁束の磁路１５ａによる減速方向のトルクは、磁路１５ｂによる加速方向のトルクによって打ち消されることになる。このように、歯部１２ａ〜１２ｅとガード部４ａ，４ｂとの位置関係によっていくつかのポイントにおいて発生する加速方向あるいは減速方向のコギングトルクは、歯部１２ａ〜１２ｅと広幅部３ａとの位置関係によって発生する反対方向のリラクタンストルクによって打ち消されることになる。
【００２７】
上記のような作用が生じるため、図４に示したようなα２＝α３なる電動機において、固定子に対して例えばＵ−Ｖ通電を行って回転子が静止する位置を０゜とし、一定電流にてＵ−Ｖ通電を継続しつつ回転子を正規の回転方向と逆方向へ回転させていった場合に、回転子の回転した機械角θに対するトルクＴの値の変化は、図６に丸印プロットを実線で結んだＴａのようになり、従来例の破線Ｔｂと比較してトルクの著しい上下動はなくなって滑らかとなり、この結果振動や騒音の少ない電動機が形成されたことが解る。尚、図６のものは、電動機として極数４、固定子外径φ１０５ｍｍ、スロット数１２、回転子外径φ５４．８ｍｍ、鉄心積厚６８ｍｍのものを用い、出力１５０ｗ時の電流値にて通電を行った場合のデータである。また、この電動機における各部の開角は、α２＝α３＝２３．７５゜、α１＝４２．５゜、α４＝６．２５゜であり、またブリッジ部の狭幅部の径方向幅が０．５ｍｍ、広幅部の径方向幅が０．６５ｍｍであった。
【００２８】
図７は、図６における特性改善効果の著しい機械角θ＝４０゜〜６０゜の範囲をさらに詳細に説明する図であり、図４に示した電動機における開角α１を変えることによる特性の変化をみたものである。前述のようにＴａは広幅部の開角α１＝４２．５゜に設定されたものであり、このときα２＝α３となっている。Ｔｂは均一ブリッジ幅の従来品の場合であり、Ｔａ，Ｔｂについては図６を拡大して示してある。他の折線における符号Ｔの添字はブリッジ部の広幅部の開角α１の機械角を表している。図に示されるように、α１が３７．５゜から４７．５゜まで変化することによってトルクの脈動幅も大きく変化しており、α１＝４２．５゜近辺即ちα２＝α３の近辺で脈動幅が小さくなって滑らかなトルク変化が得られることが解る。図７に示されるように、本発明によるトルクの上下動の改善は、α１が４０゜から４５゜の範囲であれば概ね実用上の効果が期待でき、従って４２．５゜を基準にすると、α１やα２の値を設定する上で、スロット開口部１７の開角の約半分程度に相当する角度分の増減まで許容できる。
【００２９】
図６のＴａに示される特性の改善は、図２の電動機においてα２＝α３とした場合のものであるが、図３に示すような２４スロットの固定子においても前述の係数ｎ＝２とするのみであって、α２＝α３とすれば同様の作用、効果が得られる。また本発明においては、α２＝α４となるように設定しても同様の作用、効果が生じるものである。但し、図２に示すような１２スロットの固定子を用いる場合は、開角α４が小さい値となるためにブリッジ部の凹凸の変化に乏しく、発明の効果が顕著に現れない。従ってα２＝α４とする場合は、図３に示すような２４スロットの固定子を用いる場合に適しているといえる。
【００３０】
図５は、図３の２４スロットの電動機において、概ねα２＝α４に設定した場合の一例を示すものである。この図において、固定子側には図４の場合と略同様の磁極が形成されているが、巻線１４ａの数及び１２ｆ〜１２ｊ等で示す歯部の数は２倍となっている。図５は、固定子に対して例えばＵ−Ｖ通電を行って回転子が静止する位置ＯＡを０゜とし、正規回転方向と逆方向への磁極軸ＯＢの開角θが機械角にて５０゜（電気角１００゜）のポイントに回転子が位置した状態を示している。
【００３１】
固定子巻線１４ａへの通電によって発生した固定子磁束の一部は、破線１５ｃのような磁路を形成し、これは従来のＩＰＭの電動機において生じている現象である。即ち、固定子鉄心１１ａの歯部１２ｆからエアギャップ１６を経由して回転子鉄心１ｄのガード部４ｃへ入り、回転子鉄心内を通過して別のガード部４ｄからエアギャップ１６を経由して固定子鉄心の別の歯部１２ｊへ至る磁路１５ｃが生じ、このときガード部４ｃ及び４ｄがそれぞれ歯部１２ｆ及び１２ｊよりも回転方向と逆方向へ若干変位しているため、磁気的に安定しようとするコギングトルクが増速方向に発生することになる。これに対し、本発明の構成によりこの場合は、歯部１２ｇからエアギャップ１６を経由してブリッジ部の広幅部３ｃへ入り、この広幅部３ｃを周方向へ抜けた後、エアギャップ１６を経由して別の歯部１２ｈへ至る固定子磁束の磁路１５ｄを生じることになり、この磁路１５ｄにおいては、広幅部３ｃの開角が、歯部１２ｇから１２ｈまでの開角よりも回転方向へ若干変位しているため、磁気的に安定しようとするリラクタンストルクが減速方向に発生することになる。従って磁路１５ｃによる加速方向のトルクは、磁路１５ｄによる減速方向のトルクによって打ち消されることになる。尚図５において、α２＝α３としても同様のコギングトルク低減効果が発揮される。
【００３２】
また、図１に示される回転子鉄心１ａにおいては、鉄心を構成する各薄鉄板を打ち抜く際、図１５にて説明しただれ込み部２２が生じるためにブリッジ部の板面はせん断方向へ傾斜して形成されるのであるが、広幅部３ａを従来のブリッジ部に比べて広幅に形成することにより、だれ込み部に対するブリッジ幅Ｗ１の割合が大きくなるため、平坦な板面を多く残存させて打ち抜くことができる。このため積層方向に鉄心１ａを再加圧して増し締めを行う際に、上記平坦な板面で加圧力を受けることができ、ブリッジ部の座屈が発生することが防止される。
【００３３】
上記効果を得るためのブリッジ部の広幅部３ａの幅寸法は、概ね薄鉄板の板厚以上とすることにより、良好な効果が発揮されることが発明者らによって確認されている。この場合、ブリッジ部の狭幅部３ｂは、鉄心のガード部４に近接しているため、この部分については加圧による座屈は発生しにくい構成となっているため、従来通りの幅あるいは必要に応じてさらに狭幅に形成することも可能である。また図４及び図５にて説明したコギングトルクを打ち消してトルクを滑らかにするといった作用を得るためには、ブリッジ部の広幅部３ａと狭幅部３ｂのそれぞれの径方向の幅は、それらの境界部分において磁気抵抗が明確に変わる程度の差が必要であり、実験的には広幅部３ａの幅が狭幅部３ｂの幅の１．２倍以上の域において顕著な効果が得られるようになる。また前記境界部分は、形状あるいは磁気抵抗がなだらかに変化するように形成しても効果は得られるが、理想的には前述の磁気抵抗が明確に変化するような段差形状が好ましい。
【００３４】
尚、固定子鉄心や回転子鉄心は打ち抜きによって形成されるため、コーナー部分は円弧等によって形成されている場合が多く、これにより固定子鉄心の歯部のチップ部、回転子鉄心のガード部、あるいはブリッジ部の広幅部と狭幅部の境界部分における磁束の流れに若干の変化が生じるため、本発明におけるブリッジ部の広幅部や狭幅部の設定に際しては、前記円弧等による鉄心部分の目減りや増加を考慮に入れて広幅部及び狭幅部の開角を設定することは勿論である。
【００３５】
図８乃至図１０は、本発明による回転子のそれぞれ別の実施例を示したものである。図８の回転子は、図１に示した磁石６ａに代えて、ブリッジ部の狭幅部３ｂに当接するまで磁石の量を増加したものである。磁石６ｂの磁気抵抗は空気同様であるので、このように構成した場合でも、ブリッジ部の広幅部３ａと狭幅部３ｂとによる本発明の効果は図１の場合と同様であり、磁石の量が増加したことにより、主磁束量が若干増加することになる。
【００３６】
図９の回転子は、弓形の磁石６ｃを使用した回転子に本発明を適用した場合の例を示しており、回転子鉄心１ｂは、収容孔２ｂの内径側が磁石形状に合わせた円弧状である点以外は図１に示した回転子鉄心１ａと同様の構成であり、作用、効果に関しても何等変わることはない。この場合は、図１の回転子と比較して、磁石６ｃの内周側の鉄心部分に余裕があるため、例えば圧縮機駆動用電動機等においては、圧縮機構の軸受部分を逃げた空洞部をこの部分に設けることが可能となったり、圧縮機構のアンバランスを矯正するための空孔を鉄心１ｂに設ける等種々の構成に都合がよい。
【００３７】
図１０の回転子は、ブリッジ部の広幅部３ａを外側へ向けた凸状に形成したものである。図１０のような鉄心１ｃにおいては、図１に示した回転子と同様の作用、効果を得ることができるとともに、磁石の量を増加させて主磁束量を増すことができる。尚、広幅部３ａの突出によって回転子と固定子間の空隙が縮小するが、前述したブリッジ部の座屈が発生した場合に比べれば突出寸法は相対的に小さなものであり、且つ寸法上の品質も安定しているので、固定子との間に所定の空隙を維持して回転子が回転を行うに際して支障は生じない。但し、エアギャップ寸法が小さい場合や、狭幅部３ｂの幅が小さくて鉄心が変形する不安等がある場合は、図１に示した内側へ向けた凸状の広幅部３ａとすることが好ましい。また広幅部３ａは、内側と外側の両側へ向けた凸状となる形状に構成してもよいことは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、固定子鉄心の歯部と回転子鉄心のガード部の位置関係によって生じるコギングトルクが、ブリッジ部の広幅の部分と狭幅の部分の磁気抵抗の差異によって生じるリラクタンストルクによって打ち消され、回転子位置の変化に伴うトルク変動が滑らかとなる。この結果、電動機の振動や騒音が大幅に低減されるものである。また鉄心ブリッジ部の広幅部の存在によって、積層方向に鉄心を加圧して増し締めを行う際にブリッジ部に積層間のズレや傾斜による座屈が発生することが防止される。この結果、鉄心の収容孔への磁石の挿入が容易となって製造上の歩留まりが向上するとともに、回転子の外周部が固定子と接触するといった事故をなくすことができ、品質の良い電動機を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す電動機の回転子の要部平面断面図。
【図２】図１の回転子鉄心と固定子鉄心との組み合わせ状態を説明する要部平面図。
【図３】図１の回転子鉄心と別の固定子鉄心との組み合わせ状態を説明する要部平面図。
【図４】図１の回転子を用いた電動機における固定子磁束の流れを示す説明図。
【図５】図１の回転子を用いた電動機における固定子磁束の流れを示す説明図。
【図６】固定子に対する特定の通電パターン時における回転子位置による電動機のトルクの変化を示す特性図。
【図７】図６の要部の詳細を説明する特性図。
【図８】本発明の第２実施例を示す回転子の要部平面断面図。
【図９】本発明の第３実施例を示す回転子の要部平面断面図。
【図１０】本発明の第４実施例を示す回転子の要部平面断面図。
【図１１】一般的なＩＰＭの回転子を示す斜視図。
【図１２】従来例を示す回転子の平面断面図。
【図１３】図１２の回転子を用いた電動機における磁極構成を示す説明図。
【図１４】図１３の電動機における固定子磁束の流れを示す説明図。
【図１５】従来の回転子鉄心のブリッジ部の打ち抜き後の状態を示す正面断面図。
【図１６】図１５のブリッジ部の加圧後の状態を示す正面断面図。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ  回転子鉄心
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  収容孔
３  ブリッジ部
３ａ，３ｃ  広幅部
３ｂ，３ｄ  狭幅部
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ  ガード部
５  軸孔
６，６ａ，６ｂ，６ｃ、６ｄ  磁石
７，７ａ  カシメクランプ手段
９  カシメピン
１１，１１ａ  固定子鉄心
１２，１２ａ〜１２ｊ  歯部
１３  スロット
１４ａ，１４ｂ  巻線
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ  固定子磁束
１６  エアギャップ
１７  スロット開口部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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