KR20120036881A

KR20120036881A - 회전자

Info

Publication number: KR20120036881A
Application number: KR1020117030845A
Authority: KR
Inventors: 신따로오 아라끼; 아끼오 야마기와
Original assignee: 다이킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-04-18
Also published as: AU2010274456A1; KR101278008B1; US8803395B2; CN102474141B; US20120112593A1; AU2010274456B2; CN102474141A; EP2458713A1; EP2458713A4; WO2011010565A1

Abstract

본 발명은, 회전자의 요동에 기인하는 진동을 억제할 수 있는 회전자이다. 복수의 영구 자석(20)이 소정의 축(P)의 주위에서 환 형상으로 배치된다. 회전자용 코어(10)는, 복수의 영구 자석(20)에 의해 축(P)의 주위에서 교대로 다른 극성의 자극을 직경 방향을 향하여 발생시키는 2N(N은 3 이상의 자연수)개의 자극면과, 영구 자석(20)에 대하여 자극면측에 설치되는 (2N＋1)개의 자기 장벽부(111)를 구비한다. 자기 장벽부(111)의 각각은, 회전자용 코어(10)를 축(P)의 둘레를 따라 각도로 (2N＋1)등분하여 얻어지는 영역의 각각에 설치된다.

Description

회전자{ROTOR}

본 발명은 회전자에 관한 것이며, 특히 회전자용 코어의 형상에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 코깅 토크를 저감함과 함께 유기 전압의 고조파 함유율을 저감함으로써, 진동과 소음을 저감한 회전자가 기재되어 있다. 당해 회전자는, 회전자 코어와 복수의 영구 자석을 갖고 있다. 복수의 영구 자석은 회전축의 주위에서 환 형상으로 배치되어 있다. 이들 복수의 영구 자석은 회전자 코어에 매설되어 있다. 회전자 코어의 외주 측면의 직경은 영구 자석의 양단부에서 작아져 있다.

일본 특허 공개 제 2005-52825호 공보

그러나, 특허문헌 1에서는 회전자의 요동에 기인한 진동은 어떠한 고려도 되어 있지 않기 때문에, 이러한 진동을 저감할 수 없다. 또한, 여기서 말하는 회전자의 요동이란, 예를 들어 회전자 중심과 고정자 중심의 어긋남에 기인하여 회전자 중심이 고정자 중심의 주위에서 회전하는 현상을 말한다.

이러한 요동에 의해 직경 방향에 있어서의 전자력이 증대되고, 이에 따라 진동의 증대를 초래하고 있었다.

따라서, 본 발명은, 회전자의 요동에 기인하는 진동을 억제할 수 있는 회전자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 회전자의 제1 형태는, 소정의 축(P)의 주위에서 환 형상으로 배치되는 복수의 영구 자석(20)과, 상기 복수의 영구 자석에 의해 상기 축의 주위에서 교대로 다른 극성의 자극을, 상기 축을 중심으로 한 직경 방향을 향하여 각각 발생시키는 2N(N은 자연수)개의 자극면(11)과, 복수의 자기 장벽부를 갖는 회전자용 코어(10)를 구비하고, 상기 복수의 자기 장벽부는 상기 복수의 영구 자석에 대하여 상기 자극면측에 설치되고, 상기 회전자용 코어를 상기 축의 주위를 따라 각도로 (2N＋1)등분하여 얻어지는 영역의 각각에는 상기 복수의 자기 장벽부 중 적어도 하나가 존재한다.

본 발명에 관한 회전자의 제2 형태는, 소정의 축(P)의 주위에서 환 형상으로 배치되는 복수의 영구 자석(20)과, 상기 복수의 영구 자석에 의해 상기 축의 주위에서 교대로 다른 극성의 자극을, 상기 축을 중심으로 한 직경 방향을 향하여 발생시키는 2N(N은 자연수)개의 자극면(11)과, 복수의 자기 장벽부를 갖는 회전자용 코어(10)를 구비하고, 상기 복수의 자기 장벽부는 상기 영구 자석에 대하여 상기 자극면측에 설치되고, 상기 회전자용 코어를 상기 축의 주위를 따라 각도로 ((N＋1)×2)등분하여 얻어지는 영역의 각각에는 상기 복수의 자기 장벽부 중 적어도 하나가 존재한다.

본 발명에 관한 회전자의 제3 형태는, 소정의 축(P)의 주위에서 환 형상으로 배치되는 복수의 영구 자석(20)과, 상기 복수의 영구 자석에 의해 상기 축의 주위에서 교대로 다른 극성의 자극을, 상기 축을 중심으로 한 직경 방향을 향하여 발생시키는 2N(N은 3 이상의 자연수)개의 자극면(11)과, 자기 장벽부(111)를 갖는 회전자용 코어를 구비하고, 상기 복수의 자기 장벽부는 상기 복수의 영구 자석에 대하여 상기 자극면측에 설치되고, 상기 회전자용 코어를 상기 축의 주위를 따라 각도로 ((N-1)×2)등분하여 얻어지는 영역의 각각에는 상기 복수의 자기 장벽부 중 적어도 하나가 존재한다.

본 발명에 관한 회전자의 제4 형태는, 제1 내지 제3 중 어느 하나의 형태에 관한 회전자이며, 상기 복수의 자기 장벽부(111)는 상기 축(P)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 서로 등간격으로 설치된다.

본 발명에 관한 회전자의 제5 형태는, 제1 내지 제4 중 어느 하나의 형태에 관한 회전자이며, 상기 복수의 자기 장벽부(111)는 상기 자극면에 형성되는 홈부(112)이다.

본 발명에 관한 회전자의 제6 형태는, 제1 내지 제4 중 어느 하나의 형태에 관한 회전자이며, 상기 복수의 자기 장벽부(111)는 상기 복수의 영구 자석과 상기 자극면과의 사이에 설치된 비자성체(113)이다.

본 발명에 관한 회전자의 제7 형태는, 제1 내지 제4 중 어느 하나의 형태에 관한 회전자이며, 상기 회전자용 코어는 상기 축(P)를 따르는 방향으로 적층된 복수의 전자기 강판을 갖고, 상기 복수의 전자기 강판 중 적어도 복수매에는 상기 축을 따른 방향에서 서로 끼워 맞추어지는 요철(114)이 설치되고, 당해 요철은 상기 자기 장벽부(111)로서 기능한다.

본 발명에 관한 회전자의 제8 형태는, 제6 또는 제7 형태에 관한 회전자이며, 상기 자기 장벽부(111)는 상기 복수의 영구 자석(20)을 지나는 원 중 가장 큰 직경을 갖는 원(R1)에 대하여, 상기 축(P)과는 반대측에 설치된다.

본 발명에 관한 회전자의 제1 형태에 따르면, 직경 방향에 있어서 에어 갭을 통해 자극면과 대면하도록 고정자를 배치함으로써 회전 전기를 실현할 수 있다.

이러한 회전 전기에 있어서, 회전자용 코어에는 축의 주위를 각도로 (2N＋1) 등분한 영역의 각각에 적어도 하나의 자기 장벽부가 설치된다. 이러한 자기 장벽부에 의해 전자력의 (2N＋1)차의 고조파 성분을 저감할 수 있다.

전자력의 (2N＋1)차의 고조파 성분은 회전자의 요동에 의해 발생하며, 다른 차수의 전자력의 고조파 성분에 비해 진동을 초래하기 쉬운 바, 본 회전자를 사용한 회전 전기에 따르면 이러한 진동을 효율적으로 저감할 수 있다.

본 발명에 관한 회전자의 제2 형태에 따르면, 직경 방향에 있어서 에어 갭을 통해 자극면과 대면하도록 고정자를 배치함으로써 회전 전기를 실현할 수 있다.

이러한 회전 전기에 있어서, 회전자용 코어에는 축의 주위를 각도로 ((N＋1)×2)등분한 영역의 각각에 적어도 하나의 자기 장벽부가 설치된다. 따라서, 자기 장벽부는, 회전자가 고정자에 공급하는 자속 밀도의 (N＋1)차의 고조파 성분(축을 중심으로 한 1주를 1주기로 하는 정현파를 기본파로 함)의 주기에 대응하는 위치의 부근에 설치되고, 이에 따라 (N＋1)차의 고조파 성분을 비교적 균형적으로 저감할 수 있다.

(N＋1)차의 고조파 성분은 회전자의 요동에 기인하여 발생고, 이러한 고조파 성분은 (2N＋1)차의 전자 가진력을 증대시킨다. (2N＋1)차의 전자 가진력은 진동을 증대시키는 주요인이 되는 바, 자속 밀도의 (N＋1)차의 고조파 성분을 저감할 수 있기 때문에, 회전자의 요동에 기인하는 진동을 보다 효율적으로 저감할 수 있다.

본 발명에 관한 회전자의 제3 형태에 따르면, 직경 방향에 있어서 에어 갭을 통해 자극면과 대면하도록 고정자를 배치함으로써 회전 전기를 실현할 수 있다.

이러한 회전 전기에 있어서, 회전자용 코어에는 축의 주위를 각도로 ((N-1)×2)등분한 영역의 각각에 적어도 하나의 자기 장벽부가 설치된다. 따라서, 자기 장벽부는, 회전자가 고정자에 공급하는 자속 밀도의 (N-1)차의 고조파 성분(축을 중심으로 한 1주를 1주기로 하는 정현파를 기본파로 함)의 주기에 대응하는 위치의 근방에 설치된다. 이에 따라, (N-1)차의 고조파 성분을 비교적 균형적으로 저감할 수 있다. (N-1)차의 고조파 성분은 회전자의 요동에 기인하여 발생하기 때문에, 회전자의 요동에 기인하는 진동을 저감할 수 있다.

본 발명에 관한 회전자의 제4 형태에 따르면, 자기 장벽부가 전자력의 (2N＋1)차의 고조파 성분의 주기에 대응하는 위치에 설치되기 때문에, 전자력의 (2N＋1)차의 고조파 성분을 적절하게 저감할 수 있으며, 또는 자속 밀도의 (N±1)차의 고조파 성분의 주기에 대응하는 위치에 설치되기 때문에, 자속 밀도의 (N±1)차의 고조파 성분을 적절하게 저감할 수 있다.

본 발명에 관한 회전자의 제5 형태에 따르면, 홈부가 설치된 위치에 있어서의 회전자와 고정자와의 에어 갭을 증대시킬 수 있기 때문에, 홈부를 자기 장벽부로서 기능시킬 수 있다.

본 발명에 관한 회전자의 제6 형태에 따르면, 자기 장벽부가 자극면으로부터 이격되어서 설치되어 있기 때문에, 자기 장벽부는 회전자의 측면(자극면)과 고정자와의 사이의 에어 갭의 측정을 저해하지 않는다. 따라서, 자기 장벽부의 위치에 의존하지 않고 에어 갭을 측정할 수 있다.

본 발명에 관한 회전자의 제7 형태에 따르면, 자기 장벽부는 전자기 강판을 고정하는 기능과 자기 장벽의 기능을 발휘하기 때문에, 각각의 기능을 발휘하는 전용의 고정부, 자기 장벽부를 설치하는 경우에 비해 제조 비용을 저감할 수 있다.

본 발명에 관한 회전자의 제8 형태에 따르면, 자기 장벽부에 의해 전자력의 (2N＋1)차의 고조파 성분이 저감되는 양을 높일 수 있으며, 혹은 자속 밀도의 (N±1)차의 고조파 성분이 저감되는 양을 높일 수 있다.

본 발명의 목적, 특징, 국면 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해 보다 명백해진다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 회전자의 개념적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 요동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 요동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 요동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 요동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 자속 밀도의 2승을 나타내는 그래프이다.
도 7은 자속 밀도 중 토크에 기여하는 성분을 나타내는 그래프이다.
도 8은 제1 실시 형태에 관한 회전자의 개념적인 구성의 다른 일례를 도시하는 단면도이다.
도 9는 제2 실시 형태에 관한 회전자의 개념적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 10은 자속 밀도의 2승을 나타내는 그래프이다.
도 11은 자속 밀도 중 토크에 기여하는 성분을 나타내는 그래프이다.
도 12는 제2 실시 형태에 관한 회전자의 개념적인 구성의 다른 일례를 도시하는 단면도이다.
도 13은 제3 실시 형태에 관한 회전자의 개념적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 14는 제3 실시 형태에 관한 회전자의 개념적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 15는 중심으로부터 자기 장벽부까지의 거리와, 자속 밀도 중 토크에 기여하는 성분에 대한 3차 고조파 성분의 비와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은 제3 실시 형태에 관한 회전자의 개념적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 17은 제3 실시 형태에 관한 회전자가 개념적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 18은 본 회전자를 갖는 모터를 구비하는 압축기의 개념적인 구성을 도시하는 단면도이다.

제1 실시 형태

<회전자의 구성>

도 1은 회전자(1)의 축(P)(후술)에 수직인 단면을 나타낸다. 여기서 예시되는 바와 같이, 회전자(1)는 회전자용 코어(10)와 복수의 영구 자석(20)을 구비하고 있다.

복수의 영구 자석(20)은 예를 들어 희토류 자석(예를 들어 네오디뮴, 철, 붕소를 주성분으로 한 희토류 자석)이며, 소정의 축(P)의 주위에서 환 형상으로 배열되어 배치된다. 도 1의 예시에서는, 각 영구 자석(20)은 직육면체 형상의 판상 형상을 갖고 있다. 각 영구 자석(20)은, 축(P)을 중심으로 한 둘레 방향(이하, 간단히 둘레 방향이라고 함)에 있어서의 자체의 중앙에 있어서, 그 두께 방향이 축(P)을 중심으로 한 직경 방향(이하, 간단히 직경 방향이라고 함)을 따른 자세로 배치되어 있다. 또한, 각 영구 자석(20)은 반드시 도 1에 도시하는 형상으로 배치될 필요는 없다. 각 영구 자석(20)은, 예를 들어 축(P)을 따른 방향(이하, 간단히 축 방향이라고 함)으로 보았을 때 축(P)과는 반대측(이하, 외주측이라고도 함) 또는 축(P)측(이하, 내주측이라도 함)으로 개구되는 V자 형상, 또는 외주측 또는 내주측으로 개구되는 원호 형상의 형상을 가져도 좋다.

또한, 도 1의 예시에서는, 둘레 방향에서 인접하는 임의의 한 쌍의 영구 자석(20)은 외주측으로 서로 다른 극성의 자극면(20a)을 향하여 배치된다. 이에 따라 각 영구 자석(20)은, 도시하지 않은 고정자로 계자 자속을 공급하는, 소위 계자 자석으로서 기능한다.

또한, 도 1의 예시에서는 4개의 영구 자석(20)(소위 4극의 회전자(1))이 예시되어 있지만, 회전자(1)는 2개의 영구 자석(20)을 가져도 좋고, 6개 이상의 영구 자석(20)을 가져도 좋다. 또한, 도 1의 예시에서는, 4개의 영구 자석(20)의 각각이 하나의 계자 자극을 구성하고 있지만, 예를 들어 하나의 계자 자극이 복수의 영구 자석(20)에 의해 구성되어 있어도 좋다. 바꾸어 말하면, 예를 들어 도 1에 있어서의 각 영구 자석(20)이 복수의 영구 자석으로 분할되어 있어도 좋다.

회전자용 코어(10)는 연자성체(예를 들어 철)로 구성되어 있다. 도 1의 예시에서는, 회전자용 코어(10)는 예를 들어 축(P)을 중심으로 한 대략 원기둥 형상의 형상을 갖고 있다.

회전자용 코어(10)에는 복수의 영구 자석(20)이 저장되는 복수의 자석 저장 구멍(12)이 뚫려 있다. 각 자석 저장 구멍(12)은 각 영구 자석(20)의 형상 및 배치에 맞춘 형상을 갖고 있다. 도 1의 예시에서는, 4개의 자석 저장 구멍(12)이 뚫려 있다.

영구 자석(20)에 의해, 회전자용 코어(10)의 외주 측면(11)에는 축의 주위에서 교대로 다른 극성의 자극을 직경 방향을 향하여 발생시키는 2p(p는 1 이상의 정수)개의 자극면이 형성된다. 도 1의 예시에서는, 정극의 자극면(20a)을 갖는 2개의 영구 자석(20)이 각각 외주 측면(11)에 정극의 자극면을 형성하고, 부극의 자극면(20a)을 갖는 2개의 영구 자석(20)이 각각 외주 측면(11)에 부극의 자극면을 형성한다. 따라서 도 1의 예시에서는 외주 측면(11)에는 4개의 자극면이 형성된다.

회전자용 코어(10)는, 예를 들어 축 방향으로 적층된 전자기 강판으로 구성되어도 좋다. 따라서, 회전자용 코어(10)의 축 방향에 있어서의 전기 저항을 높일 수 있으며, 이에 따라 회전자용 코어(10)를 흐르는 자속에 기인한 와전류의 발생을 저감할 수 있다. 또한, 회전자용 코어(10)는, 의도적으로 전기적 절연물(예를 들어 수지)을 포함하여 형성되는 압분 자심에 의해 구성되어도 좋다. 절연물이 포함되어 있기 때문에 압분 자심의 전기 저항은 비교적 높으며, 이에 따라 와전류의 발생을 저감할 수 있다.

회전자용 코어(10)에는, 예를 들어 축(P)을 중심으로 한 대략 원기둥 형상의 샤프트용 관통 구멍(13)이 설치되어 있어도 좋다. 샤프트용 관통 구멍(13)을 형성하는 측면은, 외주 측면(11)에 대하여 내주측 측면인 것으로 파악할 수 있다. 이러한 샤프트용 관통 구멍(13)에 도시하지 않은 샤프트를 끼워 맞춤으로써 회전자용 코어(10)와 샤프트가 고정된다. 또한, 샤프트용 관통 구멍(13)이 설치되지 않는 경우에는, 예를 들어 축 방향에 있어서의 회전자용 코어(10)의 양측에 단부판(도시하지 않음)을 설치하고, 당해 단부판에 샤프트를 설치하면 된다.

도 1의 예시에서는, 회전자용 코어(10)에는 하나의 계자 자극을 형성하는 영구 자석(20)의 둘레 방향에 있어서의 양측으로 공극(121)이 뚫려 있다. 공극(121)은 영구 자석(20)의 양측으로부터 외주측으로 연장되어 있다. 공극(121)에 의해, 영구 자석(20)의 외주측의 자극면(20a)과 내주측의 자극면(20b) 사이에서 자속이 단락되는 것을 억제할 수 있다.

도 1의 예시에서는, 공극(121)은 자석 저장 구멍(12)과 연결되어 있지만, 자석 저장 구멍(12)과 이격되어 있어도 좋다. 이 경우, 공극(121)과 자석 저장 구멍(12) 사이에는 회전자용 코어(10)의 일부가 개재하기 때문에, 회전자용 코어(10)의 강도를 향상시킬 수 있다.

도 1의 예시에서는, 둘레 방향에서 인접하는 영구 자석(20)끼리의 사이에 회전자용 코어(10)의 일부로서의 리브부(14)가 개재하고 있다. 이러한 리브부(14)는 소위 q축 릴럭턴스를 향상시킬 수 있다. 따라서, d축 릴럭턴스와 q축 릴럭턴스와의 차를 증대시킬 수 있으며, 나아가서는 릴럭턴스 토크를 향상시킬 수 있다.

도 1의 예시에서는, 리브부(14)와, 영구 자석(20)의 외주측에 존재하는 코어부(회전자용 코어(10)의 일부)는 공극(121)의 외주측으로 서로 연결되어 있다. 이러한 연결부(15)도 회전자용 코어(10)의 일부로서 형성된다. 이에 따라, 회전자용 코어(10)의 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 이 연결부(15)의 직경 방향에 있어서의 두께는, 당해 연결부(15) 자체를 지나는 자속에 의해 용이하게 자기 포화될 정도로 작은 것이 바람직하다. 이에 따라, 영구 자석(20)의 자극면(20a, 20b) 사이에서 자속이 영구 자석(20)의 외주측의 코어부, 연결부(15), 리브부(14) 및 영구 자석(20)의 내주측의 코어부(회전자용 코어(10)의 일부)를 경유하여 단락되는 것을 방지할 수 있다.

회전자용 코어(10)에는 자기 장벽부(111)가 설치되어 있다. 자기 장벽부(111)는 영구 자석(20)에 대하여 외주 측면(11)측에 설치된다. 도 1의 예시에서는, 자기 장벽부(111)는 외주 측면(11)에 형성된 홈부(112)로서 도시되어 있다. 도 1의 예시에서 홈부(112)는 둘레 방향을 따른 면(112a)과, 당해면(112a)의 둘레 방향에 있어서의 양단부로부터 직경 방향의 외주측으로 연장되는 면(112b)을 갖고, 면(112b)은 면(112a)과 반대측에서 홈부(112) 이외의 외주 측면(11)과 연결되어 있다.

이러한 자기 장벽부(111)(도 1의 예시에서는 홈부(112)) 중 적어도 하나가, 회전자용 코어(10)를 축(P)의 주위에 따라 각도로 (2p＋1)등분하여 얻어진 영역의 각각에 설치되어 있다. 도 1에서는 이러한 영역의 일례가, 축(P)을 중심으로 한 방사상의 2점 파선 중 인접하는 양자에 끼워져 있는 영역으로서 도시되어 있다.

도 1의 예시에서는, 자기 장벽부(111)는 회전자(1)의 자극이 짝을 이루는 수(이하, 극대수(number of pole pairs)라고 함) p를 2배 하여 1을 가산함으로써 산출되는 개수 설치된다. 또한, 회전자(1)의 극대수(p)는, 회전자용 코어(10)의 외주 측면(11)에 형성되는 자극면이 짝을 이루는 수인 것으로 파악할 수 있다. 도 1의 예시에서는, 회전자(1)의 극대수(p)는 2이기 때문에 5(=2×2＋1)개의 자기 장벽부(111)가 설치되어 있다.

본 회전자(1)에 대하여, 직경 방향에 있어서 에어 갭을 통해 외주 측면(11)과 대면하도록 고정자(도시하지 않음)를 배치함으로써 회전 전기를 실현할 수 있다. 또한, 본 회전자(1)에 따르면, 예를 들어 고정자가 갖는 코일로 전류를 흘려서 회전자(1)를 회전시킨 경우의 회전자(1)의 요동에 기인한 진동을 저감할 수 있다. 이하, 요동에 기인하는 자속 밀도에 대하여 설명하며, 이어서 진동의 저감에 대하여 구체적으로 설명한다.

<요동에 기인하는 전자력>

회전자(1)는 이상적으로는 회전축(P)을 중심으로 한 회전 동작을 행하지만, 실제로는 예를 들어 회전자(1) 중심과 고정자 중심과의 사이에 차가 발생함으로써, 회전자(1)는 축(P)을 중심으로 한 요동도 병행하여 행한다. 여기서 말하는 회전 동작이란 축(P)을 중심으로 한 회전자(1)의 자전 동작이며, 요동이란 회전자(1)의 중심이 축(P)을 중심으로서 회전하는 공전 동작을 말한다.

또한, 이 요동에 의해 회전자(1)와 고정자 사이의 에어 갭이 변동된다. 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 회전자(1)의 중심(Q1)이 고정자의 중심(Q2)보다 지면 하측 방향으로 어긋나 있는 경우의 에어 갭에 대하여 고찰한다. 또한, 도 2에 있어서는 회전자(1)를 보다 간략화하여 도시하며, 고정자의 회전자(1)에 대향하는 면을 파선으로 도시하고 있다. 또한, 회전자(1)의 중심(Q1)과 고정자의 중심(Q2)의 어긋남은 실제로는 0.1mm 정도이지만, 이러한 어긋남을 과장하여 도시하고 있다.

도 2에 도시한 바와 같이 에어 갭은 지면 상측에서 가장 크고, 지면 하측에서 가장 작고, 지면 좌우측에서는 회전자(1) 중심(Q1)의 위치와 고정자 중심(Q2)의 위치가 서로 일치했을 때의 에어 갭과 거의 일치한다.

이어서, 회전자(1)가 회전하는 경우, 예를 들어 지면 최상에 위치하는 점(A)에 있어서의 에어 갭의 변화에 대하여 고찰한다. 중심(Q1),(Q2)이 도 2에 도시한 위치에 있는 상황을 회전의 초기 위치로 하고, 초기적으로는 점(A)에 있어서의 에어 갭은 최대값을 채용한다. 또한, 회전자(1)가 예를 들어 반시계 방향으로 요동을 동반하여 회전함으로써, 점(A)에 있어서의 에어 갭은 감소된다. 또한, 회전자(1)가 회전각으로 90도 회전했을 때, 도 3에 도시한 바와 같이 점(A)에 있어서의 에어 갭은 회전자(1)의 중심(Q1)과 고정자의 중심(Q2)이 서로 일치했을 때의 에어 갭과 대략 일치한다.

계속되는 회전에 의해서도 점(A)에 있어서의 에어 갭은 감소된다. 또한, 회전자(1)가 회전각으로 180도 회전했을 때, 도 4에 도시한 바와 같이 점(A)에 있어서의 에어 갭은 최소값을 채용한다. 계속되는 회전에 의해 점(A)에 있어서의 에어 갭은 증대된다. 또한, 회전자(1)가 회전각으로 270도 회전했을 때, 도 5에 도시한 바와 같이 점(A)에 있어서의 에어 갭은 회전자(1)의 중심(Q1)과 고정자의 중심(Q2)가 서로 일치했을 때의 에어 갭과 대략 일치한다. 계속되는 회전에 의해서도 점(A)에 있어서의 에어 갭이 증대되고, 회전자(1)가 회전각으로 360도 회전했을 때 다시 최대값을 채용한다.

이러한 점(A)에 있어서의 에어 갭의 변동으로부터 알 수 있는 바와 같이, 점(A)에 있어서의 에어 갭은 회전각으로 360도를 1주기로 하는 여현파 성분을 많이 갖는다.

또한, 에어 갭이 증대됨에 따라 자기 저항이 증대되는 것을 감안하면, 회전자(1)의 요동에 기인하여 퍼미언스는 에어 갭의 변동과 마찬가지로 변동된다. 따라서, 점(A)에 있어서의 에어 갭의 변동을 여현파 성분으로 파악하면, 점(A)를 지나는 퍼미언스 Rm을 하기 수학식 1로 표시할 수 있다.

<수학식 1>

Rm=1＋aㆍcosθ

단, 회전자(1)의 중심(Q1)과 고정자의 중심(Q2)이 서로 일치하고 있는 경우의 퍼미언스를 1로 규격화하였다. 또한, a는 회전자의 중심(Q1)과 고정자의 중심(Q2) 사이의 거리(어긋남)에 기인하는 값이다. a는 회전자(1)의 중심(Q1)과 고정자의 중심(Q2)과의 어긋남이 커질수록 커진다.

회전자(1)의 중심(Q1)과 고정자의 중심(Q2)이 서로 일치하고 있는 경우의 회전 동작에 기인하는 기자력 B1은 하기 수학식 2로 표시된다.

<수학식 2>

B1=cos(pθ)

또한, 간단하게 하기 위해 퍼미언스 Rm과 기자력 B1과의 위상차를 0으로 하였다. 또한, 기자력 B1은 자속 밀도의 진폭을 1로 규격화하여 파악되었다.

또한, 점(A)에 있어서 회전자(1)와 고정자 사이를 흐르는 자속 밀도 B2는, 회전 동작에 기인하는 기자력 B1과 요동에 기인하여 변동되는 퍼미언스 Rm과의 곱으로 표시된다.

<수학식 3>

B2=RmㆍB1

　　　=(1＋aㆍcosθ)cos(pθ)

　　　=cos(pθ)

　　　　　＋a/2ㆍ{cos(p＋1)θ＋cos(p-1)θ}

수학식 3의 오른편에 나타내는 cos(pθ)는 회전 동작에 기인하는 자속 밀도이다. 수학식 3의 오른편에 나타내는 a {cos(p＋1)θ＋cos(p-1)θ}는 요동에 기인하는 자속 밀도이다. 회전자(1)가 정상적으로 회전하고 있을 때에는, 회전자와 고정자 각각의 대칭성으로부터 값 a는 각도 θ에 의존하지 않고 일정값을 채용하는 것으로 생각된다. 따라서, 자속 밀도 B2에는, 요동에 기인하여 회전각 360도를 1 주기로 하는 여현파를 기본파로 하는 (p±1)차의 고조파 성분이 발생한다.

또한, 여기서는 퍼미언스 Rm과 자속 밀도 B1 사이의 위상차를 0으로 가정했지만, 이 위상차를 φ로서 계산해도 자속 밀도 B2에는 (p±1)차의 고조파 성분이 발생하게 된다.

또한, 수학식 2에 나타낸 바와 같이 요동에 기인하는 퍼미언스 Rm을 cosθ로 표시했지만, 실제로는 복수의 차수의 고조파 성분을 갖는다. 그러나, 수학식 2와 같이 퍼미언스 Rm의 변동의 주된 성분은 cosθ로 표시할 수 있다. 따라서, 자속 밀도 B2는 (p±1)차의 고조파 성분을 다른 차수의 고조파 성분에 비해 보다 많이 포함한다. 또한, cos(pθ)는 토크에 기여하는 성분이며, 자속 밀도 B2는 다른 고조파 성분에 비해 p차의 고조파 성분을 가장 많이 포함한다.

전자력은 자속 밀도 B2의 2승으로 표시되는 바, 하기 수학식 4와 같이 전자력은 cos(pθ)와 cos(p＋1)θ와의 곱을 포함한다.

<수학식 4>

B2²=[cos(pθ)＋a/2ㆍ{cos(p＋1)θ＋cos(p-1)θ}]²

　　　=cos²(pθ)＋a²/4ㆍcos²(p＋1)θ＋a²/4ㆍcos²(p-1)θ

　　　　＋aㆍcos(pθ)cos(p＋1)θ＋a²/2ㆍcos(p＋1)θcos(p-1)θ

　　　　＋aㆍcos(pθ)cos(p-1)θ

수학식 1에 있어서 값 a는 1보다 작은 것으로 생각되기 때문에, a²를 계수로 갖는 항을 무시할 수 있다. 이에 따라, 상기 수학식은 cos²(pθ)＋aㆍ{cos(pθ)cos(p＋1)θ＋cos(pθ)cos(p-1)θ}에 근사된다. 또한, 삼각함수의 곱합(積和) 공식을 이것에 적용하면, 전자력은 하기 수학식 5와 같이 근사된다.

<수학식 5>

B2²=1/2＋cos(2pθ)/2＋a/2 {cos(2p＋1)θ＋cos(2p-1)θ＋2cosθ}

바꾸어 말하면, 전자력은 (2p±1)차의 고조파 성분을 포함한다. 이것은 상술한 바와 같이, 자속 밀도 B2는 p차, (p±1)차의 고조파 성분을 다른 차수의 고조파 성분에 비해 보다 많이 포함하기 때문이다. 또한, 전자력의 (2p±1)차의 고조파 성분은 다른 차수의 전자력의 고조파 성분에 비해 진동을 초래하기 쉽다. 따라서, 전자력의 (2p±1)차의 고조파 성분을 저감하는 것이 요망되고 있었다.

<진동의 저감>

도 6에는, 본 회전자(1)에 관한 시뮬레이션에 의한 전자력의 5차의 고조파 성분의 일례가 도시되어 있다. 도 6의 예시에서는, 자기 장벽부(111)를 갖지 않는 회전자에 관한 5차의 전자력의 고조파 성분이 실선으로 도시되어 있으며, 도 1의 회전자(1)에 관한 5차의 전자력의 고조파 성분이 파선으로 도시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 자기 장벽부(111)를 갖는 회전자(1)에 따르면 전자력의 5차의 고조파 성분을 저감할 수 있다. 도 6의 예시에서는, 전자력의 5차의 고조파 성분의 진폭이 3분의 1 이하로 저감되어 있다.

도 7에는, 자속 밀도 B2 중 토크에 기여하는 성분(여기서는 2차의 고조파 성분)의 일례가 도시되어 있다. 도 7의 예시에서는, 자기 장벽부(111)를 갖지 않는 회전자에 관한 자속 밀도가 실선으로 도시되어 있으며, 도 1의 회전자(1)에 관한 자속 밀도가 파선으로 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 자기 장벽부(111)를 갖는 회전자(1)에 따르면 토크에 기여하는 성분의 진폭은 대부분 저감되어 있지 않다.

이상과 같이 본 회전자(1)에 따르면, 자기 장벽부(111)를 갖지 않는 회전자에 비해 토크에 기여하는 성분의 진폭의 저감을 억제하면서도 전자력의 5차의 고조파 성분을 저감할 수 있다. 전자력의 5차의 고조파 성분은 회전자(1)의 요동에 기인하여 발생하여 진동을 증대시키는 주요인이 된다. 본 회전자(1)에 따르면 전자력의 5차의 고조파 성분을 저감할 수 있기 때문에, 효율적으로 진동을 저감할 수 있다.

또한, 도 6, 7에서는 극대수가 2인 회전자에 대한 결과가 나타나 있지만, 극대수는 2로 제한되지 않는다. (2p＋1)(p는 극대수)개의 자기 장벽부(111)를 갖는 회전자여도, 토크에 기여하는 성분의 진동의 저감을 억제하면서도 전자력의 (2p＋1)차의 고조파 성분을 저감할 수 있다.

또한, 도 1에 예시에서는, 자기 장벽부(111)는 둘레 방향에 있어서 서로 대략 등간격으로 배치되어 있다. 따라서, 전자력의 (2p＋1)차의 고조파 성분의 주기에 대응하여 자기 장벽부(111)가 설치된다. 이에 따라, 전자력의 (2p＋1)차의 고조파 성분을 보다 효율적으로 저감할 수 있다.

또한, 공극(121)을 자기 장벽부(111)로서 파악해도 좋다. 도 8의 예시에서는 하나의 영역에 존재하는 공극(121)이 하나의 자기 장벽부(111)의 기능을 실현하고 있다. 나머지 4개의 영역에서는 홈부(112)가 각각 자기 장벽(111)의 기능을 실현한다. 이에 따라서도, 전자력의 5(=2p＋1)차의 고조파 성분을 저감할 수 있다.

제2 실시 형태

도 9에 예시하는 회전자(1)는 자기 장벽부(111)의 개수의 관점에서 도 1에 예시하는 회전자(1)와 상이하다.

도 9의 예시에서는, 자기 장벽부(111) 중 적어도 하나가, 회전자용 코어(10)를 축(P)의 주위를 따라 각도로 ((p＋1)×2)등분하여 얻어진 영역의 각각에 존재하고 있다(도 9의 예시에서는 홈부(112)). 도 9에서는 이러한 영역의 일례가, 축(P)을 중심으로 한 방사상의 2점 파선 중 인접하는 양자에 끼워져 있는 영역으로서 도시되어 있다.

제1 실시 형태에서도 설명한 바와 같이, 수학식 3을 참조하여 자속 밀도 B2의 p차 고조파 성분은 회전자(1)의 회전 동작에 기인하여 발생하는 것이며, 회전 전기의 토크에 기여하여 진동의 증대를 초래하지 않는 성분이다. 이외의 고조파 성분은, 직경 방향의 전자력의 인자가 되어 진동을 초래할 수 있는 성분이다. 특히, p와 p＋1과의 합인 (2p＋1)을 차수로서 갖는 전자력은, 진동을 증대시키는 비교적 큰 요인이 된다. 이러한 견해는 본원 출원인이 실험적으로 확인하였다. 또한, (2p＋1)차의 전자력은, 수학식 4로부터 알 수 있는 바와 같이 p차의 고조파 성분과 (p＋1)차의 고조파 성분을 인자로서 계산된다.

<진동의 저감>

도 9에 도시하는 회전자(1)에 있어서는, {(p＋1)×2}개의 자기 장벽부(111)가 회전자용 코어(10)를 축(P)의 주위를 따라 각도로 {(p＋1)×2}등분되어 얻어지는 영역에 각각 설치되어 있다. 따라서, 자속 밀도 B2의 (p＋1)차의 고조파 성분의 주기에 대응하는 위치의 부근에 자기 장벽부(111)가 설치된다. 자기 장벽부(111)는 자기 저항의 증대를 초래하기 때문에, 자속 밀도 B2 중 (p＋1)차의 고조파 성분을 균형적으로 저감할 수 있다.

도 9의 예시에서는, 자기 장벽부(111)가 둘레 방향에서 대략 등간격으로 설치되어 있다. 이에 따라, 자기 장벽부(111)는 자속 밀도 B2의 (p＋1)차의 고조파 성분의 주기에 대응하여 설치된다. 자기 장벽부(111)의 위치가 이 (p＋1)차의 고조파 성분의 산과 골에 상당하는 위치에 일치하고 있으면, 이 (p＋1)차의 고조파 성분을 가장 저감할 수 있다.

이상과 같이, 자속 밀도 B2의 (p＋1)차의 고조파 성분을 균형적으로 저감할 수 있기 때문에, p차 고조파 성분과 (p＋1)차의 고조파 성분에 의해 발생하는 (2p＋1)차의 전자력을 저감할 수 있으며, 다른 차수의 고조파 성분을 저감하는 것보다도 진동을 효율적으로 저감할 수 있다.

도 10에는, 자속 밀도 B2의 2승(즉 전자력)에 대하여 5차의 전자력의 일례가 도시되어 있다. 도 10의 예시에서는, 자기 장벽부(111)를 갖지 않은 회전자에 관한 5차의 전자력이 실선으로 도시되어 있으며, 도 10의 회전자(1)에 관한 5차의 전자력이 파선으로 도시되어 있다. 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 자기 장벽부(111)를 갖는 회전자(1)에 따르면 5차의 전자력을 저감할 수 있다. 도 10의 예시에서는, 5차의 전자력의 진폭이 약 1할 이상 저감되어 있다.

도 11에는, 자속 밀도 B2 중 토크에 기여하는 성분(여기서는 2차의 고조파 성분)의 일례가 도시되어 있다. 도 11의 예시에서는, 자기 장벽부(111)를 갖지 않은 회전자에 관한 자속 밀도 B1이 실선으로 도시되어 있으며, 도 11의 회전자(1)에 관한 자속 밀도 B1가 파선으로 도시되어 있다. 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 자기 장벽부(111)를 갖는 회전자(1)에 따르면 토크에 기여하는 성분의 진폭은 대부분 저감되어 있지 않다.

이상과 같이, 본 회전자(1)에 따르면, 자기 장벽부(111)를 갖지 않는 회전자에 비해 토크에 기여하는 성분의 진폭의 저감을 억제하면서도 5차의 전자력을 저감할 수 있다. 5차의 전자력은 회전자(1)의 요동에 기인하여 발생하여 진동의 증대시키는 주요인이 된다. 본 회전자(1)에 따르면 5차의 전자력을 저감할 수 있기 때문에, 효율적으로 진동을 저감할 수 있다. 또한, 진동을 저감하면서도 토크에 기여하는 성분의 진폭의 저하를 억제하기 때문에, 토크의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 수학식 3을 참조하여 회전자(1)의 요동에 기인하여 자속 밀도 B2는 (p±1)차의 고조파 성분을 포함한다. 도 9의 회전자(1)에서는 ((p＋1)×2)개의 자기 장벽부(111)가 회전자용 코어(10)에 설치되어 있기 때문에, 자속 밀도 B2의 (p＋1)차의 고조파 성분을 균형적으로 저감할 수 있다. 한편, ((p-1)×2)개의 자기 장벽부(111)가 회전자용 코어(10)에 설치됨으로써, 자속 밀도 B2의 (p-1)차의 고조파 성분을 균형적으로 저감할 수 있다. 이 (p-1)차의 고조파 성분에 의해서도 직경 방향의 전자력이 증대되어 진동의 증대를 초래한다. 이 경우에는, 자속 밀도 B2의 (p-1)차의 고조파 성분을 저감할 수 있기 때문에 진동을 저감할 수 있다. 또한, 수학식 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 자속 밀도 B2는 비교적 진폭이 큰 (p-1)차의 고조파 성분을 포함하기 때문에, 이것을 저감할 수 있으면 진동을 효율적으로 저감할 수 있다. 단, 상술한 바와 같이, (2p＋1)차의 전자력이 크게 진동에 영향을 미치기 때문에 (p＋1)차의 고조파 성분을 저감하는 경우에 비해 진동의 저감 효과는 낮다.

또한, (p±1)차의 고조파 성분에 따라, (((p＋1)×2)＋((p-1)×2))개의 자기 장벽부(111)가 회전자용 코어(10)에 설치되어 있어도 좋다. 이 경우, (p±1)차의 고조파 성분을 저감할 수 있으며, 이에 따라 진동을 더 저감할 수 있다. 또한, (p＋1)차의 고조파 성분에 대응하는 자기 장벽부(111)의 몇 개와, (p-1)차의 고조파 성분에 대응하는 자기 장벽부(111)의 몇 개가 둘레 방향에서 서로 동일한 위치에 설치되는 경우, 이들 각각에 대해서는 하나의 자기 장벽부(111)가 당해 위치에 설치되면 좋다.

또한, 도 12에 도시한 바와 같이 공극(121)을 자기 장벽부(111)로서 파악해도 좋다. 도 12의 예시에서는 회전자용 코어(10)를 축(P)의 주위를 따라 각도로 6 (=(p＋1)×2)등분하여 얻어지는 영역 중, 4개의 영역에 공극(121)이 존재하고 있다. 따라서, 이러한 4개의 영역에는 홈부(112)를 설치하지 않고 나머지 2개의 영역에 홈부(112)를 설치해도 좋다. 이에 따라서도, 자속 밀도 B2의 3(=(p＋1))차의 고조파 성분을 비교적 균형적으로 저감할 수 있다.

이하에서는 자기 장벽부(111)로서 다른 형태를 예시하지만, 자기 장벽부(111)의 개수 및 둘레 방향에 있어서의 위치에 대해서는 제1 또는 제2 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

제3 실시 형태

도 13, 14에 도시하는 회전자(1)는 자기 장벽부(111)의 구성에서 각각 도 1, 9에 도시하는 회전자(1)와 상이하다.

자기 장벽부(111)는 구멍(113)으로서 도시되어 있다. 구멍(113)의 내부에는 유체, 예를 들어 공기나 냉매가 충전되어 있기 때문에 구멍(113)은 자기 장벽으로서 기능할 수 있다. 구멍(113)은, 회전자용 코어(10)의 외주 측면(11)과 영구 자석(20) 사이(보다 구체적으로는, 영구 자석(20)을 지나는 원환과 외주 측면(11) 사이)에 설치된다. 또한, 자기 장벽부(111)는 구멍(113)으로 한정되지 않으며, 구멍(113)에 비자성체가 충전되어 있어도 좋다. 비자성체가 충전되어 있으면 회전자(1)의 강도를 향상시킬 수 있다.

도 13, 14의 예시에서는, 자기 장벽부(111)(구멍(113))는 축 방향을 따라 보았을 때 긴 형상을 갖고, 그 긴 변이 주위 방향에 접하게 배치되어 있다. 회전자용 코어(10)에 공극(121)이 뚫려 있는 경우이면, 도 13에 도시한 바와 같이 예를 들어 하나의 자기 장벽부(111)의 기능을 공극(121)이 달성해도 좋다. 이것은 도 14에 예시하는 회전자(1)여도 마찬가지이다. 도 14의 예시에서는, 예를 들어 공극(121)과 근접하는 4개의 구멍(113)을 설치하지 않고 공극(121)을 자기 장벽부(111)로서 파악해도 좋다.

이러한 자기 장벽부(111)여도 제1 또는 제2 실시 형태와 마찬가지로 회전자(1)의 요동에 기인하는 진동을 저감할 수 있다. 또한, 자기 장벽부(111)의 직경 방향의 위치는 회전자용 코어(10)의 외주 측면(11)에 가까운 것이 바람직하다. 당해 외주와 자기 장벽부(111) 사이에서 자속이 흘러버리면, 전자력의 (2p＋1)차의 고조파 성분을 저감하는 효과가 완화되기 때문이다.

도 15는, 도 14 예시하는 회전자(1)의 중심(Q2)으로부터 자기 장벽부(111)까지의 거리와, 자속 밀도 (B2)의 토크에 기여하는 성분(2차 고조파 성분)에 대한 3차 고조파 성분의 비와의 관계를 나타내고 있다. 도 15는, 중심(Q2)에 대한 외주 측면(11)의 반경이 29.8mm인 회전자(1)에 관한 결과이다. 또한, 그래프에 있어서 중심(Q2)과 자기 장벽부(111) 사이의 거리가 29.8mm로서 나타난 데이터는 회전자용 코어(10)에 자기 장벽부(111)가 설치되지 않는 경우의 데이터를 나타내고 있다.

도 15에 도시한 바와 같이, 자기 장벽부(111)는 외주 측면(11)에 가까울수록 3차 고조파 성분을 저감할 수 있다. 또한, 자기 장벽부(111)가 영구 자석(20)의 외접원(R1)에 외주측으로부터 접할(중심(Q2)과 자기 장벽부(111)와의 거리가 외접원(R1)의 반경과 동등하) 때의 토크에 기여하는 성분에 대한 3차 고조파 성분은, 자기 장벽부(111)가 설치되지 않을 때의 그것과 일치하고 있다. 따라서, 자기 장벽부(111)는 영구 자석(20)의 외접원(R1)과 외주 측면(11) 사이에 위치하는 것이 요구된다. 또한, 이 내용은 도 13에 예시하는 회전자(1)에도 적용 가능하다.

또한, 도 13, 14의 회전자(1)에 있어서, 본 자기 장벽부(111)는 외주 측면(11)과 영구 자석(20) 사이에 설치되기 때문에 외주 측면(11)에는 홈이 형성될 필요가 없다. 따라서, 외주 측면(11)의 둘레 방향의 어느 위치에 있어서도 에어 갭을 측정할 수 있다. 바꾸어 말하면, 자기 장벽부(111)가 에어 갭의 측정을 저해하지 않는다. 따라서, 에어 갭 측정의 작업성을 향상시킬 수 있다.

제4 실시 형태

도 16, 17에 도시하는 회전자(1)는, 자기 장벽부(111)의 구성에서 각각 도 1, 9에 도시하는 회전자(1)와 상이하다.

회전자용 코어(10)는 축 방향으로 적층된 복수의 전자기 강판에 의해 구성되어 있다. 복수의 전자기 강판은, 각각에 설치된 요철이 축 방향에서 서로 끼워 맞추어져 상호 고정된다. 이러한 요철은, 축 방향을 따라 소정의 부재를 전자기 강판에 압입함으로써 한쪽면에 오목부를 형성함과 함께 동일한 위치의 다른쪽면에 볼록부를 형성함으로써 설치된다. 이와 같이 요철은 전자기 강판의 변형에 의해 형성된다. 따라서, 요철의 자기 특성은 열화된다. 또한, 하나의 전자기 강판의 볼록부와 이것과 축 방향에서 접하는 오목부는 완전히 연속되지 않기 때문에, 이 경계에서도 자기 특성이 열화된다.

이러한 자기 특성의 열화를 고려하여, 도 16, 17에 도시하는 회전자(1)에서는 자기 장벽부(111)로서 전자기 강판을 서로 고정하는 요철(114)을 채용하고 있다. 도 16의 요철(114)은, 둘레 방향에 있어서 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이 위치하고, 직경 방향에 있어서 제3 실시 형태에서 설명한 바와 같이 위치한다. 또한 도 17의 요철(114)은, 둘레 방향에 있어서 제2 실시 형태에서 설명한 바와 같이 위치하고, 직경 방향에 있어서 제3 실시 형태에서 설명한 바와 같이 위치한다. 단, 요철(114)의 자기 장벽으로서의 능력이 구멍(113)의 자기 장벽으로서의 능력보다 작은 경우에는, 영구 자석(20)의 외접원(R1)보다 더욱 외주 측면(11)측에 위치하는 편이 낫다.

이에 따라, 회전자(1)의 진동을 저감할 수 있음과 함께, 제3 실시 형태와 마찬가지로 에어 갭 측정의 작업성을 향상시킬 수 있다. 또한, 자기 장벽부(111)는 복수의 전자기 강판끼리를 고정하는 기능과 진동 저감을 위한 자기 장벽의 기능을 발휘한다. 따라서, 각각의 기능을 발휘하는 전용의 고정부, 자기 장벽부를 설치하는 경우에 비해 제조 비용을 저감할 수 있다.

또한, 제1 또는 제2 실시 형태와 마찬가지로, 공극(121)을 자기 장벽부(111)로서 파악해도 좋다. 도 16의 예시에서는, 예를 들어 하나의 자기 장벽부(111)의 기능이 공극(121)에 의해 실현되어 있다. 도 17의 예시에서는, 공극(121)과 근접하는 4개의 요철(114)을 설치하지 않고, 공극(121)을 자기 장벽부(111)로서 파악해도 좋다. 단, 전자기 강판끼리를 고정하는 요철(114)은 그 개수가 많을수록 전자기 강판을 고정하는 힘이 크기 때문에, 어느 정도의 개수를 설치하는 것이 바람직하다.

제5 실시 형태

제1 내지 제4 실시 형태에서 설명한 회전자(1)는, 예를 들어 밀폐형 압축기용의 모터에 사용된다. 도 18은, 상기한 모터가 적용되는 압축기의 종단면도이다. 도 18에 도시한 압축기는 고압 돔형의 로터리 압축기이며, 그 냉매에는 예를 들어 이산화탄소가 채용된다. 또한 도 18에 있어서는 어큐뮬레이터(K100)도 도시되어 있다.

이 압축기는, 밀폐 용기(K1)와, 압축 기구부(K2)와, 모터(K3)를 구비하고 있다. 압축 기구부(K2)는 밀폐 용기(K1) 내에 배치되어 있다. 모터(K3)는 밀폐 용기(K1) 내이면서도 압축 기구부(K2)의 상측에 배치된다. 여기서, 상측이란 밀폐 용기(K1)의 중심축이 수평면에 대하여 경사져 있는지의 여부에 관계없이, 밀폐 용기(K1)의 중심축을 따른 상측을 말한다.

모터(K3)는 회전 샤프트(K4)를 통해 압축 기구부(K2)를 구동한다. 모터(K3)는 회전자(1)와 고정자(3)를 구비하고 있다.

밀폐 용기(K1)의 하측 측방에는 흡입관(K11)이 접속되고, 밀폐 용기(K1)의 상측에는 토출관(K12)이 접속된다. 어큐뮬레이터(K100)로부터의 냉매 가스(도시 생략)가 흡입관(K11)을 경유하여 밀폐 용기(K1)에 공급되고, 압축 기구부(K2)의 흡입측에 유도된다. 이 로터리 압축기는 종형이며, 적어도 모터(K3)의 하부에 오일 저장소를 갖는다.

고정자(3)는, 회전 샤프트(K4)에 대하여 회전자(1)보다 외주측에 배치되고, 밀폐 용기(K1)에 고정되어 있다.

압축 기구부(K2)는 실린더 형상의 본체부(K20)와, 상단부판(K8) 및 하단부판(K9)을 구비한다. 상단부판(K8) 및 하단부판(K9)은 각각 본체부(K20)의 상하의 개구단부에 설치된다. 회전 샤프트(K4)는, 상단부판(K8) 및 하단부판(K9)을 관통하여 본체부(K20)의 내부에 삽입되어 있다. 회전 샤프트(K4)는 상단부판(K8)에 설치된 베어링(K21)과, 하단부판(K9)에 설치된 베어링(K22)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.

회전 샤프트(K4)에는 본체부(K20) 내에서 크랭크 핀(K5)이 설치된다. 피스톤(K6)은 크랭크 핀(K5)에 끼워 맞추어져서 구동된다. 피스톤(K6)과 이것에 대응하는 실린더 사이에는 압축실(K7)이 형성된다. 피스톤(K6)은 편심된 상태로 회전하거나 또는 공전 운동을 행하고, 이에 따라 압축실(K7)의 용적을 변화시킨다.

이어서, 상기 로터리 압축기의 동작을 설명한다. 어큐뮬레이터(K100)로부터 흡입관(K11)을 경유하여 압축실(K7)에 냉매 가스가 공급된다. 모터(K3)에 의해 압축 기구부(K2)가 구동되어 냉매 가스가 압축된다. 압축된 냉매 가스는 냉동기유(도시 생략)와 함께, 토출 구멍(K23)을 경유하여 압축 기구부(K2)로부터 압축 기구부(K2)의 상측으로 운반되고, 모터(K3)를 경유하여 토출관(K12)으부터 밀폐 용기(K1)의 외부에 토출된다.

냉매 가스는 냉동기유와 함께 모터(K3)의 내부를 상측으로 이동한다. 냉매 가스는 모터(K3)보다 상측으로 유도되지만, 냉동기유는 회전자(1)의 원심력으로 밀폐 용기(K1)의 내벽에 향한다. 냉동기유는 밀폐 용기(K1)의 내벽에 미립자의 상태로 부착함으로써 액화한 후, 중력의 작용에 의해 모터(K3)의 냉매 가스 흐름의 상류측으로 복귀된다.

이러한 밀폐형 압축기에 있어서, 모터(K3)의 회전자(1)로서 제1 내지 제4 실시 형태에 관한 회전자(1)를 채용함으로써 회전자(1)의 진동 나아가서는 밀폐형 압축기의 진동을 저감할 수 있다.

본 발명은 상세하게 설명되었지만, 상기한 설명은 모든 국면에 있어서 예시이며, 본 발명이 그것으로 한정되는 것은 아니다. 예시되지 않은 무수한 변형예는, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 상정될 수 있는 것으로 생각된다.

1: 회전자
10: 회전자용 코어
20: 영구 자석
111: 자기 장벽부
112: 홈부
113: 구멍
114: 요철
121: 공극

Claims

소정의 축(P)의 주위에서 환 형상으로 배치되는 복수의 영구 자석(20)과,
상기 복수의 영구 자석에 의해 상기 축의 주위에서 교대로 다른 극성의 자극을, 상기 축을 중심으로 한 직경 방향을 향하여 각각 발생시키는 2N(N은 자연수)개의 자극면(11)과, 복수의 자기 장벽부를 갖는 회전자용 코어(10)를 구비하고,
상기 복수의 자기 장벽부는 상기 복수의 영구 자석에 대하여 상기 자극면측에 설치되고, 상기 회전자용 코어를 상기 축의 주위를 따라 각도로 (2N＋1)등분하여 얻어지는 영역의 각각에는 상기 복수의 자기 장벽부 중 적어도 하나가 존재하는 회전자.
소정의 축(P)의 주위에서 환 형상으로 배치되는 복수의 영구 자석(20)과,
상기 복수의 영구 자석에 의해 상기 축의 주위에서 교대로 다른 극성의 자극을, 상기 축을 중심으로 한 직경 방향을 향하여 발생시키는 2N(N은 자연수)개의 자극면(11)과, 복수의 자기 장벽부를 갖는 회전자용 코어(10)를 구비하고,
상기 복수의 자기 장벽부는 상기 영구 자석에 대하여 상기 자극면측에 설치되고, 상기 회전자용 코어를 상기 축의 주위를 따라 각도로 ((N＋1)×2)등분하여 얻어지는 영역의 각각에는 상기 복수의 자기 장벽부 중 적어도 하나가 존재하는 회전자.
소정의 축(P)의 주위에서 환 형상으로 배치되는 복수의 영구 자석(20)과,
상기 복수의 영구 자석에 의해 상기 축의 주위에서 교대로 다른 극성의 자극을, 상기 축을 중심으로 한 직경 방향을 향하여 발생시키는 2N(N은 3 이상의 자연수)개의 자극면(11)과, 자기 장벽부(111)를 갖는 회전자용 코어를 구비하고,
상기 복수의 자기 장벽부는 상기 복수의 영구 자석에 대하여 상기 자극면측에 설치되고, 상기 회전자용 코어를 상기 축의 주위를 따라 각도로 ((N-1)×2)등분하여 얻어지는 영역의 각각에는 상기 복수의 자기 장벽부 중 적어도 하나가 존재하는 회전자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 자기 장벽부(111)는 상기 축(P)을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서 서로 등간격으로 설치되는 회전자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 자기 장벽부(111)는 상기 자극면에 형성되는 홈부(112)인 회전자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 자기 장벽부(111)는 상기 복수의 영구 자석과 상기 자극면과의 사이에 설치된 비자성체(113)인 회전자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자용 코어는, 상기 축(P)을 따르는 방향으로 적층된 복수의 전자기 강판을 갖고,
상기 복수의 전자기 강판 중 적어도 복수매에는 상기 축을 따른 방향으로 서로 끼워 맞추어지는 요철(114)이 설치되고, 그 요철은 상기 자기 장벽부(111)로서 기능하는 회전자.
제6항에 있어서,
상기 자기 장벽부(111)는 상기 복수의 영구 자석(20)을 지나는 원 중 가장 큰 직경을 갖는 원(R1)에 대하여, 상기 축(P)과는 반대측에 설치되는 회전자.
제7항에 있어서,
상기 자기 장벽부(111)는 상기 복수의 영구 자석(20)을 지나는 원 중 가장 큰 직경을 갖는 원(R1)에 대하여, 상기 축(P)과는 반대측에 설치되는 회전자.