JP2011083168A - 永久磁石埋込型モータの回転子及び送風機及び圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石挿入穴の外周鉄心部に配置されるスリットによる磁気飽和を低減し、さらに電機子反作用の影響を小さくし、トルクリップルを低減可能な永久磁石埋込型モータの回転子を提供する。
【解決手段】この発明に係る永久磁石埋込型モータの回転子は、回転子鉄心１２１の外周部に沿って形成された複数の永久磁石挿入穴１２２と、永久磁石挿入穴１２２の両端部に設けられる永久磁石端部空隙１２４と、永久磁石挿入穴１２２に挿入される永久磁石と、永久磁石挿入穴１２２の外側の鉄心部に形成された複数のスリット１２５ａ〜１２５ｅと、複数のスリット１２５ａ〜１２５ｅのそれぞれの回転子鉄心１２１の外周部１２１ａとの間のスリット薄肉部１２６ａ〜１２６ｅの径方向の寸法を、永久磁石端部空隙１２４と回転子鉄心１２１の外周部１２１ａとの間の永久磁石端部薄肉部１２４ａの径方向の寸法よりも大きくしたものである。
【選択図】図１４

Description

この発明は、永久磁石埋込型モータの回転子に関するもので、特に永久磁石挿入穴の外周鉄心部に配置されるスリット形状に関するものである。また、その永久磁石埋込型モータの回転子を永久磁石埋込型モータに用いる送風機及び圧縮機に関する。

従来、以下に示す構成の永久磁石埋込型モータの回転子が提案されている。即ち、この永久磁石埋込型モータの回転子は、複数枚の電磁鋼板を積層して形成される回転子鉄心と、この回転子鉄心の軸方向に形成され、軸心を中心とする略正多角形の各辺に対応する部位に形成された永久磁石挿入穴と、この永久磁石挿入穴に挿入される永久磁石と、永久磁石挿入穴の外周鉄心部に形成され、永久磁石挿入穴に沿って離隔配置された複数個のスリットと、このスリットの径方向外側端と回転子鉄心の外周との間に設けられ、径方向の幅が磁極中心から極間部に向けて徐々に広くなる外側薄肉部とを備えたものである。このように構成することにより、極間部の磁束密度波形の高調波成分を低減して、誘起電圧の高調波、コギングトルクを低減できることを特徴とする（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１６７５８３号公報

上記特許文献１記載の従来の永久磁石埋込型モータの回転子のスリット形状は、スリットと回転子外周部との間の薄肉の幅を極間部に近づくに従い徐々に広くし、誘起電圧の高調波を低減していた。

しかしながら、より一層誘起電圧の高調波を低減してトルクリップル、騒音を改善することが要望されている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、永久磁石挿入穴の外周鉄心部に配置されるスリットによる磁気飽和を低減し、さらに電機子反作用の影響を小さくし、トルクリップルを低減可能な永久磁石埋込型モータの回転子を提供する。

また、その永久磁石埋込型モータの回転子を永久磁石埋込型モータに用いる送風機及び圧縮機を提供する。

この発明に係る永久磁石埋込型モータの回転子は、所定の形状に打ち抜かれた電磁鋼板を、所定の枚数積層して形成される回転子鉄心と、
回転子鉄心の外周部に沿って形成された複数の永久磁石挿入穴と、
永久磁石挿入穴の両端部に設けられる永久磁石端部空隙と、
永久磁石挿入穴に挿入される永久磁石と、
永久磁石挿入穴の外側の鉄心部に形成された複数のスリットと、
複数のスリットのそれぞれの回転子鉄心外周部との間のスリット薄肉部の径方向の寸法を、永久磁石端部空隙と回転子鉄心外周部との間の永久磁石端部薄肉部の径方向の寸法よりも大きくしたものである。

この発明に係る永久磁石埋込型モータの回転子は、複数のスリットのそれぞれの回転子鉄心外周部との間の径方向の寸法を、永久磁石端部空隙と回転子鉄心外周部との間の永久磁石端部薄肉部の径方向の寸法よりも大きくしたことにより、スリット薄肉部の磁気飽和を緩和し、トルクリップルを低減できる。

比較のために示す図で、一般的な永久磁石埋込型モータ５００の横断面図。 図１の回転子５２０の横断面図。 図２の回転子鉄心５２１の横断面図。 比較のために示す図で、スリットを有する一般的な永久磁石埋込型モータ６００の横断面図。 図４の回転子６２０の横断面図。 図５の回転子鉄心６２１の横断面図。 図６の部分拡大図。 永久磁石埋込型モータ５００（スリットなし）と永久磁石埋込型モータ６００（スリットあり）とのトルクを比較した図。 実施の形態１を示す図で、永久磁石埋込型モータ１００の横断面図。 図９の回転子１２０の横断面図。 図１０の回転子鉄心１２１の横断面図。 図１０の部分拡大図。 図１１の部分拡大図。 図１３の部分拡大図。 実施の形態１を示す図で、スリット薄肉部の寸法を均一としたトルク波形と、スリット薄肉部の関係をｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５とした時のトルク波形を示す図。 実施の形態１を示す図で、変形例の永久磁石埋込型モータ２００の横断面図。 図１６の回転子２２０の横断面図。 図１７の回転子鉄心１２１の横断面図。 図１７の部分拡大図。 図１８の部分拡大図。 図２０の部分拡大図。

実施の形態１．
図１乃至図８は比較のために示す図で、図１は一般的な永久磁石埋込型モータ５００の横断面図、図２は図１の回転子５２０の横断面図、図３は図２の回転子鉄心５２１の横断面図、図４はスリットを有する一般的な永久磁石埋込型モータ６００の横断面図、図５は図４の回転子６２０の横断面図、図６は図５の回転子鉄心６２１の横断面図、図７は図６の部分拡大図、図８は永久磁石埋込型モータ５００（スリットなし）と永久磁石埋込型モータ６００（スリットあり）とのトルクを比較した図である。

先ず、一般的な永久磁石埋込型モータについて説明する。図１に示す永久磁石埋込型モータ５００は、少なくとも固定子５１０と、回転子５２０とを備える。

固定子５１０は、少なくとも固定子鉄心５１１と、巻線５１４とを備える。

固定子鉄心５１１は、薄板の電磁鋼板（例えば０．１〜１．０ｍｍ程度の板厚で、無方向性電磁鋼板（鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの））を所定の形状に金型で打ち抜き、所定の枚数（複数枚）積層して形成される。

固定子鉄心５１１は、全体の横断面形状が略円筒状で、外周側にリング状のコアバック５１５を備える。リング状のコアバック５１５から内側に、放射状に１８個のティース５１２が周方向に略等間隔に伸びる。隣接する二つのティース５１２の間に、巻線５１４が収納されるスロット５１３（１８個）が形成されている。

回転子５２０は、少なくとも回転子鉄心５２１と、永久磁石５２３とを備える。

回転子鉄心５２１は、全体の横断面形状が略円形状で、薄板の電磁鋼板（例えば、０．１〜１．０ｍｍ程度の板厚で、無方向性電磁鋼板（鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの））を所定の形状に金型で打ち抜き、所定の枚数（複数枚）積層して形成される。

回転子鉄心５２１には、横断面が長方形の六個の永久磁石挿入穴５２２が、周方向に六角形を形成するように形成されている（図３参照）。

永久磁石挿入穴５２２の内部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁された六枚の平板形状の永久磁石５２３を挿入することで６極の回転子を形成している（図２参照）。

永久磁石５２３には、例えばネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類が用いられる。

永久磁石挿入穴５２２の両端部には、永久磁石挿入穴５２２に連結される永久磁石端部空隙５２４が形成されている。

永久磁石埋込型モータ５００は、図２に示すように、永久磁石挿入穴５２２の外周鉄心部に磁路ｒが形成され、磁路ｒによりリラクタンストルクが発生する。そのため、トルクリップルが大きく、騒音が増加する課題があった。

その課題を解決する一つの方法として、図４乃至図６に示すように、永久磁石挿入穴の外周鉄心部にスリットを設ける永久磁石埋込型モータ６００が知られている。

図４に示す永久磁石埋込型モータ６００は、少なくとも固定子６１０と、回転子６２０とを備える。

固定子６１０は、少なくとも固定子鉄心６１１と、巻線６１４と備える。

固定子鉄心６１１は、薄板の電磁鋼板（例えば０．１〜１．０ｍｍ程度の板厚で、無方向性電磁鋼板（鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの））を所定の形状に金型で打ち抜き、所定の枚数（複数枚）積層して形成される。

固定子鉄心６１１は、全体の横断面形状が略円筒状で、外周側にリング状のコアバック６１５を備える。リング状のコアバック６１５から内側に、放射状に１８個のティース６１２が周方向に略等間隔に伸びる。隣接する二つのティース６１２の間に、巻線６１４が収納されるスロット６１３（１８個）が形成されている。

図５に示すように、回転子６２０は、少なくとも回転子鉄心６２１と、永久磁石６２３とを備える。

回転子鉄心６２１は、全体の横断面形状が略円形状で、薄板の電磁鋼板（例えば、０．１〜１．０ｍｍ程度の板厚で、無方向性電磁鋼板（鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの））を所定の形状に金型で打ち抜き、所定の枚数（複数枚）積層して形成される。

回転子鉄心６２１には、横断面が長方形の六個の永久磁石挿入穴６２２が、周方向に六角形を形成するように形成されている（図６参照）。

永久磁石挿入穴６２２の内部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁された六枚の平板形状の永久磁石６２３を挿入することで６極の回転子を形成している（図５参照）。

永久磁石６２３には、例えばネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類が用いられる。

永久磁石挿入穴６２２の両端部には、永久磁石挿入穴６２２に連結される永久磁石端部空隙６２４が形成されている。

永久磁石挿入穴６２２の外周鉄心部に、複数のスリット６２５が、周方向に所定の間隔で形成されている。図６の例では、一磁極に９個のスリット６２５が形成されている。

９個のスリット６２５の磁極中心に平行な方向な長さは、磁極中心に位置するスリット６２５が最も長く、極間に向かって徐々に短かくなっている。

また、図７の拡大図に示すように、回転子鉄心６２１の外周部６２１ａとスリット６２５との間のスリット薄肉部６２６ （薄肉鉄心部である）の径方向の寸法ｔは、一磁極の９個のスリット６２５において同じ（均一）である。

図８に永久磁石埋込型モータ５００（スリット６２５なし）と永久磁石埋込型モータ６００（スリット６２５あり）とのトルクを比較した結果を示す。

図８に示すように、回転子鉄心６２１の永久磁石挿入穴６２２の外周鉄心部に、複数のスリット６２５を周方向に所定の間隔で形成することにより（永久磁石埋込型モータ６００）、スリット６２５のないもの（永久磁石埋込型モータ５００）に比べ、トルクリップル（トルクの脈動）が小さくなることが分かる。

これはスリット６２５の存在により、誘起電圧の高調波成分が低減したことと、コギングトルクが低減したことによる効果である。

しかし、図４の永久磁石埋込型モータ６００（スリット６２５あり）は、図１の永久磁石埋込型モータ５００（スリット６２５なし）に対しては、スリット６２５によりトルクリップルを低減できたが、更なる低騒音化を実現するために、トルクリップルの更なる低減が求められている。

図４に示す永久磁石埋込型モータ６００（スリット６２５あり）において、トルクリップルが悪化する一要因として、スリット薄肉部６２６の磁気飽和がある。

スリット６２５は、永久磁石６２３から発生する磁束を正弦波に近づけ、誘起電圧の高調波成分の低減や、コギングトルクの低減に寄与する。

スリット薄肉部６２６の径方向の寸法ｔは、加工可能な最小寸法（一般的に板厚と同等で、０．１〜１．０ｍｍ程度）に設定される。

一方で、スリット薄肉部６２６の径方向の寸法ｔは、遠心力に耐えうる寸法にする必要がある。

さらに、金型形状から制約を受け、所定の寸法以上にする必要もある。

しかし、磁束（図２の磁路ｒを通る磁束）をより制限するため、可能な限り薄く均一にすることが多い。図７においても、スリット薄肉部６２６の径方向の寸法ｔは、各スリット薄肉部６２６において、均一になっている。

ところが、スリット薄肉部６２６をの径方向の寸法ｔを薄く、各スリット薄肉部６２６において均一に構成することにより、スリット薄肉部６２６が磁気飽和し透磁率が低下する。その影響により、トルクリップルが悪化し、騒音が増加する。

図９乃至図２１は実施の形態１を示す図で、図９は永久磁石埋込型モータ１００の横断面図、図１０は図９の回転子１２０の横断面図、図１１は図１０の回転子鉄心１２１の横断面図、図１２は図１０の部分拡大図、図１３は図１１の部分拡大図、図１４は図１３の部分拡大図、図１５はスリット薄肉部の寸法を均一としたトルク波形と、スリット薄肉部の関係をｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５とした時のトルク波形を示す図、図１６は変形例の永久磁石埋込型モータ２００の横断面図、図１７は図１６の回転子２２０の横断面図、図１８は図１７の回転子鉄心１２１の横断面図、図１９は図１７の部分拡大図、図２０は図１８の部分拡大図、図２１は図２０の部分拡大図である。

図９乃至図１４を参照しながら、永久磁石埋込型モータ１００の構成を説明する。

尚、永久磁石埋込型モータ１００を、単に電動機又はモータと呼ぶ場合もある。

図９に示す永久磁石埋込型モータ１００は、少なくとも固定子１１０と、回転子１２０とを備える。

固定子１１０は、少なくとも固定子鉄心１１１と、巻線１１４とを備える。

固定子鉄心１１１は、薄板の電磁鋼板（例えば０．１〜１．０ｍｍ程度の板厚で、無方向性電磁鋼板（鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの））を所定の形状に金型で打ち抜き、所定の枚数（複数枚）積層して形成される。

固定子鉄心１１１は、全体の横断面形状が略円筒状で、外周側にリング状のコアバック１１５を備える。リング状のコアバック１１５から内側に、放射状に１８個のティース１１２が周方向に略等間隔に伸びる。隣接する二つのティース１１２の間に、巻線１１４が収納されるスロット１１３（１８個）が形成されている。

図１０に示すように、回転子１２０は、少なくとも回転子鉄心１２１と、永久磁石１２３とを備える。

回転子鉄心１２１は、全体の横断面形状が略円形状で、薄板の電磁鋼板（例えば、０．１〜１．０ｍｍ程度の板厚で、無方向性電磁鋼板（鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの））を所定の形状に金型で打ち抜き、所定の枚数（複数枚）積層して形成される。

回転子鉄心１２１には、横断面が長方形の六個の永久磁石挿入穴１２２が、周方向に六角形を形成するように形成されている（図１１参照）。

永久磁石挿入穴１２２の内部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁された六枚の平板形状の永久磁石１２３を挿入することで６極の回転子を形成している。

永久磁石１２３には、例えばネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類が用いられる。

永久磁石挿入穴１２２の両端部には、永久磁石挿入穴１２２に連結される永久磁石端部空隙１２４が形成されている。

永久磁石挿入穴１２２の外周鉄心部に、複数のスリット１２５ａ〜１２５ｅが、磁極中心に平行に伸び、周方向に所定の間隔で形成されている。図１１の例では、一磁極に９個のスリット１２５ａ〜１２５ｅが形成されている。

図１２、図１３に示すように、一磁極の９個のスリット１２５ａ〜１２５ｅは、磁極中心に対して対称に配置される。

スリット１２５ａが、磁極中心に配置される。スリット１２５ａの両側に、順にスリット１２５ｂ、スリット１２５ｃ、スリット１２５ｄ、スリット１２５ｅが配置される。

回転子鉄心１の外周部１２１ａと、スリット１２５ａ、スリット１２５ｂ、スリット１２５ｃ、スリット１２５ｄ、スリット１２５ｅとの間の薄肉鉄心部を、それぞれスリット薄肉部１２６ａ、スリット薄肉部１２６ｂ、スリット薄肉部１２６ｃ、スリット薄肉部１２６ｄ、スリット薄肉部１２６ｅとする。

また、回転子鉄心１の外周部１２１ａと、永久磁石端部空隙１２４との間の薄肉鉄心部を、永久磁石端部薄肉部１２４ａとする。

そして、図１４に示すように、各薄肉鉄心部の寸法（径方向）を以下に示すように定義する。
ｔ１＝永久磁石端部薄肉部１２４ａの寸法
ｔ２＝スリット薄肉部１２６ｅの寸法
ｔ３＝スリット薄肉部１２６ｄの寸法
ｔ４＝スリット薄肉部１２６ｃの寸法
ｔ５＝スリット薄肉部１２６ｂの寸法
ｔ６＝スリット薄肉部１２６ａの寸法

先ず、図１４に示すｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６の関係を、ｔ１＜ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６とすることにより、誘起電圧が向上し、トルクリップルが低減する原理について説明する。

既に述べたように（図７）、スリット薄肉部を薄く、均一に構成することにより、スリット薄肉部が磁気飽和して透磁率が低下する。すると、トルクリップルが悪化し、騒音が増加する。従って、スリット薄肉部を厚くし、スリット薄肉部の磁気飽和の影響を緩和することにより、トルクリップルが低減可能である。しかし、永久磁石端部薄肉部１２４ａまで大きくすると、磁束の漏れが大きくなり、誘起電圧が低下してしまう。

そのため、ｔ１＜ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６とすることにより、永久磁石端部薄肉部１２４ａからの漏れ磁束が増加することなく、スリット薄肉部１２６ａ〜１２６ｅの磁気飽和の影響を緩和することが可能となり、トルクリップルの低減が可能である。

ここで、ｔ１は、極力薄い方が好ましいが、加工（電磁鋼板のプレス加工）可能な最小寸法（一般的に板厚と同等で、０．１〜１．０ｍｍ程度）に設定される。これは、主に電磁鋼板のプレス加工用金型の制約から、ｔ１を所定の寸法（電磁鋼板の板厚）以上にする必要があるからである。

また、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６とすることにより、より誘起電圧の向上をしつつ、薄肉磁気飽和によるトルクリップル増加を抑えることができる。

ｔ１＜ｔ２＜ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６とすることの効果について、以下に説明する。

極間に最も近いスリット１２５ｅのスリット薄肉部１２６ｅ（寸法ｔ２）は、永久磁石端部薄肉部１２４ａ（寸法ｔ１）と同様に、磁束の漏れ（極間における永久磁石１２３の磁束の漏れ）を防止する効果もある。スリット１２５ｅのスリット薄肉部１２６ｅ（寸法ｔ２）を薄くすることにより、誘起電圧の向上が見込める。

しかし、永久磁石端部薄肉部１２４ａ（寸法ｔ１）は極間部に近いため、磁束密度が低く、磁気飽和の影響によるトルクリップル増加の影響を受けにくかったが、スリット薄肉部１２６ｅ（寸法ｔ２）は磁気飽和の影響によりトルクリップルが増加する要因となる。

そのため、スリット薄肉部１２６ｅ（寸法ｔ２）を、磁気飽和しない程度の寸法に薄くする。

従って、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６の関係となる。この関係を満たすことにより、誘起電圧の向上とトルクリップル低減の両方の効果が得られる。

また、ｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３、ｔ４、ｔ５とすることにより、トルクリップルの低減が可能である。ｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３、ｔ４、ｔ５とすることによる効果について、以下に説明する。

電動機が回転時には、固定子から磁束を受けるため、電機子反作用の影響により、回転子の磁束分布が非対称となる。磁極中心に最も近いスリット薄肉部１２６ａ（寸法ｔ６）は、磁極中心に存在するので、回転子の磁極の対称性を保つ特性がある。そのため、ｔ６を大きくしすぎると電機子反作用の影響によりトルクリップルが増加してしまう。

そこで、ｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３、ｔ４、ｔ５とすることにより、電機子反作用の影響を抑えつつ、スリット薄肉部１２６ａ〜１２６ｅの磁気飽和を抑えることが可能となるため、トルクリップルを低減できる。

さらに、ｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５とすることにより、トルクリップルの低減が可能である。ｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５とすることの効果について、以下に説明する。

ｔ３、ｔ４、ｔ５は、薄くしすぎると磁気飽和の影響からトルクリップルが増加する。そのため、大きくする事が好ましい。しかし、磁極中心に近いほど磁束密度は高いので、磁極中心に近いスリットは磁気飽和の影響を受けやすい。そのため、磁極中心に近いスリット薄肉部ほど、スリット薄肉部の径方向の寸法を大きくする必要がある。

また、既に述べたように、磁極中心に最も近いスリット薄肉部１２６ａ（寸法ｔ６）は、電機子反作用の影響を低減するため、ｔ６を大きくしすぎるとトルクリップルが増加する。

従って、ｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５の関係を満たすことにより、誘起電圧が向上し、電機子反作用の影響を抑え、トルクリップルが低減可能となる。

図１５にスリット薄肉部の寸法を均一としたトルク波形と、スリット薄肉部の関係をｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５とした時のトルク波形を示す。

図１５より、ｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５の関係とすることにより、トルクリップルが抑えられることがわかる。ｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５の関係とすることは、低騒音化に有効であると言える。

図１６乃至図２１を参照しながら、変形例の永久磁石埋込型モータ２００の構成を説明する。

変形例の永久磁石埋込型モータ２００は、回転子のスリットの延長線上（磁極中心に平行）の永久磁石挿入穴内に永久磁石が存在しない場合は、そのスリットと永久磁石挿入穴を連結する点に特徴がある（ここでは、符号は省略している）。

永久磁石埋込型モータ２００を、単に電動機又はモータと呼ぶ場合もある。

図１６に示す永久磁石埋込型モータ２００は、少なくとも固定子２１０と、回転子２２０とを備える。

固定子２１０は、少なくとも固定子鉄心２１１と、巻線２１４とを備える。

固定子鉄心２１１は、薄板の電磁鋼板（例えば０．１〜１．０ｍｍ程度の板厚で、無方向性電磁鋼板（鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの））を所定の形状に金型で打ち抜き、所定の枚数（複数枚）積層して形成される。

固定子鉄心２１１は、全体の横断面形状が略円筒状で、外周側にリング状のコアバック２１５を備える。リング状のコアバック２１５から内側に、放射状に１８個のティース２１２が周方向に略等間隔に伸びる。隣接する二つのティース２１２の間に、巻線２１４が収納されるスロット２１３（１８個）が形成されている。

図１７に示すように、回転子２２０は、少なくとも回転子鉄心２２１と、永久磁石２２３とを備える。

回転子鉄心２２１は、全体の横断面形状が略円形状で、薄板の電磁鋼板（例えば、０．１〜１．０ｍｍ程度の板厚で、無方向性電磁鋼板（鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの））を所定の形状に金型で打ち抜き、所定の枚数（複数枚）積層して形成される。

回転子鉄心２２１には、横断面が長方形の六個の永久磁石挿入穴２２２が、周方向に六角形を形成するように形成されている（図１８参照）。

永久磁石挿入穴２２２の内部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁された六枚の平板形状の永久磁石２２３を挿入することで６極の回転子を形成している。

永久磁石２２３には、例えばネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類が用いられる。

永久磁石挿入穴２２２の両端部には、永久磁石挿入穴２２２に連結される永久磁石端部空隙２２４が形成されている。

永久磁石挿入穴２２２の外周鉄心部に、複数のスリット２２５ａ〜２２５ｅが、磁極中心に平行に伸び、周方向に所定の間隔で形成されている。図１８の例では、一磁極に９個のスリット２２５ａ〜２２５ｅが形成されている。

図１９、図２０に示すように、一磁極の９個のスリット２２５ａ〜２２５ｅは、磁極中心に対して対称に配置される。

スリット２２５ａが、磁極中心に配置される。スリット２２５ａの両側に、順にスリット２２５ｂ、スリット２２５ｃ、スリット２２５ｄ、スリット２２５ｅが配置される。

スリット２２５ｅは、永久磁石挿入穴２２２と連結している。そして、永久磁石挿入穴２２２のスリット２２５ｅと連結する部分は、永久磁石２２３が存在しない。

延長線上（磁極中心に平行）に永久磁石２２３が存在するスリット２２５ａ〜２２５ｄは、永久磁石挿入穴２２２と連結すると、永久磁石２２３が空隙（スリット２２５ａ〜２２５ｄ）と接する。そのため、パーミアンスが低下し、減磁耐力の低下や磁束の低下が発生する。

しかし、延長線上（磁極中心に平行）の永久磁石挿入穴２２２内に永久磁石２２３が存在しないスリット２２５ｅは、永久磁石挿入穴２２２と連結しても永久磁石２２３のパーミアンスは変化せず、永久磁石２２３の特性に影響を与えない。

さらに、スリット２２５ｅと永久磁石挿入穴２２２を連結することにより、永久磁石挿入穴２２２とスリット２２５ｅの金型を一体化することが可能なため、金型が小さくなり、金型のコストを抑えることができる。

回転子鉄心２２１の外周部２２１ａと、スリット２２５ａ、スリット２２５ｂ、スリット２２５ｃ、スリット２２５ｄ、スリット２２５ｅとの間の薄肉鉄心部を、それぞれスリット薄肉部２２６ａ、スリット薄肉部２２６ｂ、スリット薄肉部２２６ｃ、スリット薄肉部２２６ｄ、スリット薄肉部２２６ｅとする。

また、回転子鉄心２２１の外周部２２１ａと、永久磁石端部空隙２２４との間の薄肉鉄心部を、永久磁石端部薄肉部２２４ａとする。

そして、図２１に示すように、各薄肉鉄心部の寸法を以下に示すように定義する。
ｔ１＝永久磁石端部薄肉部２２４ａの寸法
ｔ２＝スリット薄肉部２２６ｅの寸法
ｔ３＝スリット薄肉部２２６ｄの寸法
ｔ４＝スリット薄肉部２２６ｃの寸法
ｔ５＝スリット薄肉部２２６ｂの寸法
ｔ６＝スリット薄肉部２２６ａの寸法

先ず、図２１に示すｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６の関係を、ｔ１＜ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６とすることにより、誘起電圧が向上し、トルクリップルが低減する原理について説明する。

既に述べたように（図７）、スリット薄肉部を薄く、均一に構成することにより、スリット薄肉部が磁気飽和して透磁率が低下する。すると、トルクリップルが悪化し、騒音が増加する。従って、スリット薄肉部を厚くし、スリット薄肉部の磁気飽和の影響を緩和することにより、トルクリップルが低減可能である。しかし、永久磁石端部薄肉部２２４ａまで大きくすると、磁束の漏れが大きくなり、誘起電圧が低下してしまう。

そのため、ｔ１＜ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６とすることにより、永久磁石端部薄肉部２２４ａからの漏れ磁束が増加することなく、スリット薄肉部２２６ａ〜２２６ｅの磁気飽和の影響を緩和することが可能となり、トルクリップルの低減が可能である。

ここで、ｔ１は、極力薄い方が好ましいが、加工（電磁鋼板のプレス加工）可能な最小寸法（一般的に板厚と同等で、０．１〜１．０ｍｍ程度）に設定される。これは、主に電磁鋼板のプレス加工用金型の制約から、ｔ１を所定の寸法（電磁鋼板の板厚）以上にする必要があるからである。

また、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６とすることにより、より誘起電圧の向上をしつつ、薄肉磁気飽和によるトルクリップル増加を抑えることができる。

ｔ１＜ｔ２＜ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６とすることの効果について、以下に説明する。

極間に最も近いスリット２２５ｅのスリット薄肉部２２６ｅ（寸法ｔ２）は、永久磁石端部薄肉部２２４ａ（寸法ｔ１）と同様に、磁束の漏れ（極間における永久磁石２２３の磁束の漏れ）を防止する効果もある。スリット２２５ｅのスリット薄肉部２２６ｅ（寸法ｔ２）を薄くすることにより、誘起電圧の向上が見込める。

しかし、永久磁石端部薄肉部２２４ａ（寸法ｔ１）は極間部に近いため、磁束密度が低く、磁気飽和の影響によるトルクリップル増加の影響を受けにくかったが、スリット薄肉部２２６ｅ（寸法ｔ２）は磁気飽和の影響によりトルクリップルが増加する要因となる。

そのため、スリット薄肉部２２６ｅ（寸法ｔ２）を、磁気飽和しない程度の寸法に薄くする。

従って、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６の関係となる。この関係を満たすことにより、誘起電圧の向上とトルクリップル低減の両方の効果が得られる。

また、ｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３、ｔ４、ｔ５とすることにより、トルクリップルの低減が可能である。ｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３、ｔ４、ｔ５とすることによる効果について、以下に説明する。

電動機が回転時には、固定子から磁束を受けるため、電機子反作用の影響により、回転子の磁束分布が非対称となる。磁極中心に最も近いスリット薄肉部２２６ａ（寸法ｔ６）は、磁極中心に存在するので、回転子の磁極の対称性を保つ特性がある。そのため、ｔ６を大きくしすぎると電機子反作用の影響によりトルクリップルが増加してしまう。

そこで、ｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３、ｔ４、ｔ５とすることにより、電機子反作用の影響を抑えつつ、スリット薄肉部２２６ａ〜２２６ｅの磁気飽和を抑えることが可能となるため、トルクリップルを低減できる。

さらに、ｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５とすることにより、トルクリップルの低減が可能である。ｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５とすることの効果について、以下に説明する。

ｔ３、ｔ４、ｔ５は、薄くしすぎると磁気飽和の影響からトルクリップルが増加する。そのため、大きくする事が好ましい。しかし、磁極中心に近いほど磁束密度は高いので、磁極中心に近いスリットは磁気飽和の影響を受けやすい。そのため、磁極中心に近いスリット薄肉部ほど、スリット薄肉部の径方向の寸法を大きくする必要がある。

また、既に述べたように、磁極中心に最も近いスリット薄肉部２２６ａ（寸法ｔ６）は、電機子反作用の影響を低減するため、ｔ６を大きくしすぎるとトルクリップルが増加する。

従って、ｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５の関係を満たすことにより、誘起電圧が向上し、電機子反作用の影響を抑え、トルクリップルが低減可能となる。

変形例の永久磁石埋込型モータ２００は、スリット２２５ｅと永久磁石挿入穴２２２を連結することにより、永久磁石挿入穴２２２とスリット２２５ｅの金型を一体化することが可能なため、金型が小さくなり、金型のコストを抑えることができる。

また、各スリット薄肉部の寸法を、ｔ１＜ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、またはｔ１＜ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、またはｔ１＜ｔ２＜ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、またはｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３、ｔ４、ｔ５、またはｔ１＜ｔ２＜ｔ６＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５の関係とすることにより、金型のコストを抑えつつ誘起電圧が向上し、電機子反作用の影響を抑え、トルクリップルを低減できる。

本実施の形態では、スリット薄肉部の寸法を大きくすることにより、スリット薄肉部の磁気飽和を緩和でき、トルクリップルの低減に有効であることを示した。

スリット薄肉部の寸法を大きくしていくと、図１に示す一般的な永久磁石埋込型モータ５００（スリットなし）と同じ特性に近づくことになる。

つまり、スリット薄肉部を大きくしすぎても、逆にトルクリップルが悪化する可能性がある。

そのため、スリット薄肉部の寸法は、永久磁石端部空隙１２４，２２４と、回転子外周部１２１ａ，２２１ａとの間の永久磁石端部薄肉部１２４ａ，２２４ａの寸法ｔ１の６倍よりも小さくする。それにより、スリット薄肉部の磁気飽和を緩和し、更にトルクリップルの低減が可能となる。

これを式で表すと、
６×ｔ１＞ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６
となる。

更に、スリットの効果を奏するには、スリットの径方向の寸法が重要となる。スリットの径方向の寸法は、図１７、図２１に示すように、
Ｌ２＝スリット１２５ｅ、スリット２２５ｅの径方向の寸法
Ｌ３＝スリット１２５ｄ、スリット２２５ｄの径方向の寸法
Ｌ４＝スリット１２５ｃ、スリット２２５ｃの径方向の寸法
Ｌ５＝スリット１２５ｂ、スリット２２５ｂの径方向の寸法
Ｌ６＝スリット１２５ａ、スリット２２５ａの径方向の寸法
とする。

各々のスリット薄肉部の寸法を、各々のスリットの径方向の寸法より小さくすることにより、スリットの効果を奏することができ、スリット薄肉部の磁気飽和が緩和しつつスリットの効果も奏することができ、トルクリップルの低減が可能となる。

即ち、
ｔ２＜Ｌ２
ｔ３＜Ｌ３
ｔ４＜Ｌ４
ｔ５＜Ｌ５
ｔ６＜Ｌ６
である。

また、本実施の形態の効果として、スリット薄肉部の磁気飽和の影響を抑えることにより、誘起電圧の高調波成分の低減が可能であり、高調波鉄損が低減して、高効率な回転子を構成することができる。

また、トルクリップルが低減することにより、低振動な回転子を構成することができるため、長寿命な回転子が得られる。

スリットは、永久磁石に対して、略垂直であるのが好ましい。スリットが永久磁石に対して垂直でないと（スリットが平行でない）、スリットとスリットとの間の寸法が徐々に狭くなり、磁束密度が高くなるため、磁気飽和が生じ、誘起電圧の低下を招いてしまう。

スリットが永久磁石に対して垂直であると、スリットとスリットとの間の部分の磁束密度が一定となるため、磁気飽和が発生せず、磁気飽和による効率低下がないため、高効率な回転子が得られる。

また、以上説明した回転子は、極数が６極の回転子であるが、６極以外の回転子にも、本実施の形態を適用することにより、誘起電圧が向上し電機子反作用の影響を抑え、トルクリップルが低減でき、高効率で低騒音な回転子を構成することができる。

また、スリットの本数は、一磁極当たり９本のものを示したが、スリットの本数にも制約はない。スリットの本数が何本でも、本実施の形態の効果を奏することができる。

スリットの本数が偶数の場合は、磁極中心に最も近いスリットが２本存在するが、その場合は２本のスリットが磁極中心に最も近いスリットとなるため、磁極中心のスリット薄肉部は二箇所が対象となる。

また、本実施の形態の固定子１１０，２１０は、１８スロット６極分布巻の構成であるが、回転子によるトルクリップル低減効果であるため、スロット数、巻線方法（集中巻、分布巻）、極数によらず効果を奏することができる。

また、永久磁石に焼結希土類磁石を使用すると、焼結希土類磁石は高磁力のため、回転子の磁束密度が他の磁石を使用した時よりも高くなり、スリットの影響が大きくなる。

そのため、回転子に焼結希土類磁石を使用することにより、より効果を奏することができる。

また、本実施の形態の永久磁石埋込型モータ１００，２００を、冷凍サイクル装置等の圧縮機、空気調和機等の送風機に搭載することにより、高効率で低コスト、長寿命な圧縮機、送風機が得られる。

１００ 永久磁石埋込型モータ、１１０ 固定子、１１１ 固定子鉄心、１１２ ティース、１１３ スロット、１１４ 巻線、１１５ コアバック、１２０ 回転子、１２１ 回転子鉄心、１２１ａ 外周部、１２２ 永久磁石挿入穴、１２３ 永久磁石、１２４ 永久磁石端部空隙、１２４ａ 永久磁石端部薄肉部、１２５ａ スリット、１２５ｂ スリット、１２５ｃ スリット、１２５ｄ スリット、１２５ｅ スリット、１２６ａ スリット薄肉部、１２６ｂ スリット薄肉部、１２６ｃ スリット薄肉部、１２６ｄ スリット薄肉部、１２６ｅ スリット薄肉部、２００ 永久磁石埋込型モータ、２１０ 固定子、２１１ 固定子鉄心、２１２ ティース、２１３ スロット、２１４ 巻線、２１５ コアバック、２２０ 回転子、２２１ 回転子鉄心、２２１ａ 外周部、２２２ 永久磁石挿入穴、２２３ 永久磁石、２２４ 永久磁石端部空隙、２２４ａ 永久磁石端部薄肉部、２２５ａ スリット、２２５ｂ スリット、２２５ｃ スリット、２２５ｄ スリット、２２５ｅ スリット、２２６ａ スリット薄肉部、２２６ｂ スリット薄肉部、２２６ｃ スリット薄肉部、２２６ｄ スリット薄肉部、２２６ｅ スリット薄肉部、５００ 永久磁石埋込型モータ、５１０ 固定子、５１１ 固定子鉄心、５１２ ティース、５１３ スロット、５１４ 巻線、５１５ コアバック、５２０ 回転子、５２１ 回転子鉄心、５２２ 永久磁石挿入穴、５２３ 永久磁石、５２４ 永久磁石端部空隙、６００ 永久磁石埋込型モータ、６１０ 固定子、６１１ 固定子鉄心、６１２ ティース、６１３ スロット、６１４ 巻線、６１５ コアバック、６２０ 回転子、６２１ 回転子鉄心、６２２ 永久磁石挿入穴、６２３ 永久磁石、６２４ 永久磁石端部空隙、６２５ スリット、６２６ スリット薄肉部。

Claims (9)

1. 所定の形状に打ち抜かれた電磁鋼板を、所定の枚数積層して形成される回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心の外周部に沿って形成された複数の永久磁石挿入穴と、
   前記永久磁石挿入穴の両端部に設けられる永久磁石端部空隙と、
   前記永久磁石挿入穴に挿入される永久磁石と、
   前記永久磁石挿入穴の外側の鉄心部に形成された複数のスリットと、
   前記複数のスリットのそれぞれの前記回転子鉄心外周部との間のスリット薄肉部の径方向の寸法を、前記永久磁石端部空隙と前記回転子鉄心外周部との間の永久磁石端部薄肉部の径方向の寸法よりも大きくしたことを特徴とする永久磁石埋込型モータの回転子。
2. 前記複数のスリットの前記スリット薄肉部の径方向の寸法を、極間から磁極中心に向かって徐々に大きくするとともに、前記磁極中心に最も近い前記スリットの前記スリット薄肉部の径方向の寸法は、他の前記スリットの前記スリット薄肉部の径方向の寸法よりも小さくすることを特徴とする請求項１記載の永久磁石埋込型モータの回転子。
3. 前記磁極中心に平行な延長線上に前記永久磁石が存在しない前記スリットは、前記永久磁石挿入穴と連結することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石埋込型モータの回転子。
4. 前記複数のスリットを、前記前記永久磁石挿入穴に対して略垂直に配置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永久磁石埋込型モータの回転子。
5. 前記複数のスリットのそれぞれの前記回転子鉄心外周部との間のスリット薄肉部の径方向の寸法を、前記永久磁石端部空隙と前記回転子鉄心外周部との間の永久磁石端部薄肉部の径方向の寸法の６倍より小さくしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石埋込型モータの回転子。
6. 前記複数のスリットのそれぞれの前記回転子鉄心外周部との間のスリット薄肉部の径方向の寸法を、前記複数のスリットのそれぞれの径方向の寸法よりも小さく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永久磁石埋込型モータの回転子。
7. 前記永久磁石に、希土類磁石を用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の永久磁石埋込型モータの回転子。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の永久磁石埋込型モータの回転子を備えたことを特徴とする送風機。
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載の永久磁石埋込型モータの回転子を備えたことを特徴とする圧縮機。

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