回転子
【課題】回転子の振れ回りに起因する振動を抑制できる回転子を提供する。
【解決手段】複数の永久磁石２０が所定の軸Ｐの周りで環状に配置される。回転子用コア１０は、複数の永久磁石２０によって軸Ｐの周りで交互に異なる極性の磁極を径方向に向かって呈する２Ｎ（Ｎは３以上の自然数）個の磁極面と、永久磁石２０に対して磁極面側に設けられる（（Ｎ−１）×２）個の磁気障壁部１１１とを備える。磁気障壁部１１１の各々は、軸Ｐの周りを角度で（（Ｎ−１）×２）等分した領域の各々に設けられる。（（Ｎ−１）×２）個の磁気障壁部１１１は軸Ｐを中心とした周方向において互いに等間隔に設けられる。
【解決手段】複数の永久磁石２０が所定の軸Ｐの周りで環状に配置される。回転子用コア１０は、複数の永久磁石２０によって軸Ｐの周りで交互に異なる極性の磁極を径方向に向かって呈する２Ｎ（Ｎは３以上の自然数）個の磁極面と、永久磁石２０に対して磁極面側に設けられる（（Ｎ−１）×２）個の磁気障壁部１１１とを備える。磁気障壁部１１１の各々は、軸Ｐの周りを角度で（（Ｎ−１）×２）等分した領域の各々に設けられる。（（Ｎ−１）×２）個の磁気障壁部１１１は軸Ｐを中心とした周方向において互いに等間隔に設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転子に関し、特に回転子用コアの形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１にはコギングトルクを低減するとともに、誘起電圧の高調波含有率を低減し、振動と騒音を低減した回転子が記載されている。当該回転子は、回転子コアと、複数の永久磁石とを有している。複数の永久磁石は回転軸の周りで環状に配置されている。これらの複数の永久磁石は回転子コアに埋設されている。回転子コアの外周側面の径は永久磁石の両端で小さくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５２８２５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、特許文献１では回転子の振れ回りに起因した振動についてはなんら考慮されておらず、かかる振動を低減することができない。なお、ここでいう回転子の振れ回りとは、例えば回転子の中心と固定子の中心とのずれに起因して、回転子の中心が固定子の中心の周りで回転する現象をいう。
【０００５】
かかる振れ回りによって径方向における電磁加振力が増大し、以って振動の増大を招いていた。
【０００６】
そこで、本発明は、回転子の振れ回りに起因する振動を抑制できる回転子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる回転子の第１の態様は、所定の軸（Ｐ）の周りで環状に配置される永久磁石（２０）と、前記永久磁石によって前記軸の周りで交互に異なる極性の磁極が、前記軸を中心とした径方向に向かって呈する２Ｎ（Ｎは３以上の自然数）個の磁極面（１１）と、前記永久磁石に対して前記磁極面側に設けられ、前記軸の周りを角度で（（Ｎ−１）×２）等分した領域の各々に少なくとも一つ存する磁気障壁部（１１１）を有する回転子用コアとを備え、前記領域にそれぞれ存在する（（Ｎ−１）×２）個の前記磁気障壁部（１１１）は前記軸（Ｐ）を中心とした周方向において互いに等間隔に設けられ、前記磁気障壁部は前記周方向において前記永久磁石の前記周方向の両端に設けられる空隙（１２１）とは異なる。
【０００８】
本発明にかかる回転子の第２の態様は、第１の態様にかかる回転子であって、前記磁気障壁部（１１１）は前記磁極面に設けられる溝部（１１２）である。
【０００９】
本発明にかかる回転子の第３の態様は、第１の態様にかかる回転子であって、前記磁気障壁部（１１１）は前記永久磁石と前記磁極面との間に設けられた非磁性体（１１３）である。
【００１０】
本発明にかかる回転子の第４の態様は、第１の態様にかかる回転子であって、前記回転子用コアは、前記軸（Ｐ）に沿う方向に積層された複数の電磁鋼板を更に有し、前記複数の電磁鋼板の少なくとも複数枚には相互に嵌合して前記軸に沿った方向における固定のために凹凸（１１４）が設けられ、当該凹凸は前記磁気障壁部（１１１）として機能する。
【００１１】
本発明にかかる回転子の第５の態様は、第３又は第４の態様にかかる回転子であって、前記磁気障壁部（１１１）は前記永久磁石（２０）を通る最も径が大きい円（Ｒ１）に対して、前記軸（Ｐ）とは反対側に設けられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる回転子の第１の態様によれば、径方向においてエアギャップを介して磁極面と対面するように固定子を配置することで回転電機を実現できる。
【００１３】
かかる回転電機において、回転子用コアには軸の周りを角度で（（Ｎ−１）×２）等分した領域の各々に少なくとも一つの磁気障壁部が設けられる。よって、磁気障壁部は、回転子が固定子へと供給する磁束密度の（Ｎ−１）次の高調波成分（軸を中心とした１周を１周期とする正弦波を基本波）の周期に対応する位置の近傍に設けられる。以って（Ｎ−１）次の高調波成分を比較的バランスよく低減することができる。（Ｎ−１）次の高調波成分は回転子の振れ回りに起因して生じるので、回転子の振れ回りに起因する振動を低減できる。
【００１４】
本発明にかかる回転子の第２の態様によれば、溝部が設けられた位置における、回転子と固定子とのエアギャップを増大できるので、溝部を磁気障壁部として機能させることができる。
【００１５】
本発明にかかる回転子の第３の態様によれば、磁気障壁部が磁極面から離れて設けられているので、磁気障壁部は、回転子の側面（磁極面）と固定子との間のエアギャップの測定を阻害しない。よって、磁気障壁部の位置によらずエアギャップを測定できる。
【００１６】
本発明にかかる回転子の第４の態様によれば、磁気障壁部は電磁鋼板を固定する機能と、磁気障壁の機能とを発揮するので、それぞれの機能を発揮する専用の固定部、磁気障壁部を設ける場合に比べて、製造コストを低減できる。
【００１７】
本発明にかかる回転子の第５の態様によれば、磁気障壁部によって（Ｎ−１）次の高調波成分が低減される量を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態にかかる回転子の概念的な構成を示す断面図である。
【図２】振れ回りを説明するための図である。
【図３】振れ回りを説明するための図である。
【図４】振れ回りを説明するための図である。
【図５】振れ回りを説明するための図である。
【図６】電磁加振力を示すグラフである。
【図７】磁束密度のうちトルクに寄与する成分を示すグラフである。
【図８】第２の実施の形態にかかる回転子の概念的な構成を示す断面図である。
【図９】中心から磁気障壁部までの距離と、磁束密度のうちトルクに寄与する成分に対する３次高調波成分の比との関係を示すグラフである。
【図１０】第３の実施の形態にかかる回転子の概念的な構成を示す断面図である。
【図１１】本回転子を有するモータを備える圧縮機の概念的な構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の実施の形態．
＜回転子の構成＞
図１は回転子１の軸Ｐ（後述）に垂直な断面を示す。ここに例示されるように、回転子１は回転子用コア１０と複数の永久磁石２０とを備えている。
【００２０】
複数の永久磁石２０は例えば希土類磁石（例えばネオジム、鉄、ホウ素を主成分とした希土類磁石）であって、所定の軸Ｐの周りで環状に並んで配置される。図１の例示では、各永久磁石２０は直方体状の板状形状を有している。各永久磁石２０は、軸Ｐを中心とした周方向（以下、単に周方向と呼ぶ）における自身の中央において、その厚み方向が、軸Ｐを中心とした径方向（以下、単に径方向と呼ぶ）に沿う姿勢で配置されている。なお、各永久磁石２０は必ずしも図１に示す形状で配置される必要はない。各永久磁石２０は、例えば軸Ｐに沿う方向（以下、単に軸方向と呼ぶ）に見て、軸Ｐとは反対側（以下、外周側とも呼ぶ）若しくは軸Ｐ側（以下、内周側とも呼ぶ）へと開口するＶ字形状、又は外周側若しくは内周側へと開口する円弧状の形状を有していてもよい。
【００２１】
また図１の例示では、周方向で隣り合う任意の一対の永久磁石２０は外周側へと互いに異なる極性の磁極面２０ａを向けて配置される。これにより各永久磁石２０は、図示せぬ固定子へと界磁磁束を供給する、いわゆる界磁磁石として機能する。
【００２２】
なお図１の例示では４つの永久磁石２０（いわゆる４極の回転子１）が例示されているが、回転子１は２個の永久磁石２０を有していてもよく、６個以上の永久磁石２０を有していてもよい。また図１の例示では、４つの永久磁石２０の各々が一つの界磁磁極を構成しているが、例えば一つの界磁磁極が複数の永久磁石２０によって構成されていてもよい。言い換えれば、例えば図１における各永久磁石２０がそれぞれ複数の永久磁石に分割されていてもよい。
【００２３】
回転子用コア１０は軟磁性体（例えば鉄）で構成されている。図１の例示では、回転子用コア１０は例えば軸Ｐを中心とした略円柱状の形状を有している。
【００２４】
回転子用コア１０には複数の永久磁石２０が格納される複数の磁石格納孔１２が穿たれている。各磁石格納孔１２は各永久磁石２０の形状及び配置に合わせた形状を有している。図１の例示では、４つの磁石格納孔１２が穿たれている。
【００２５】
各永久磁石２０によって、回転子用コア１０の外周側面１１には、軸の周りで交互に異なる極性の磁極を径方向に向かって呈する２ｐ（ｐは１以上の整数）個の磁極面が形成される。図１の例示では、正極の磁極面２０ａを呈する２つの永久磁石２０がそれぞれ外周側面１１に正極の磁極面を形成し、負極の磁極面２０ａを呈する２つの永久磁石２０がそれぞれ外周側面１１に負極の磁極面を形成する。よって図１の例示では外周側面１１には４つの磁極面が形成される。
【００２６】
回転子用コア１０は例えば軸方向に積層された電磁鋼板で構成されてもよい。これにより回転子用コア１０の軸方向における電気抵抗を高めることができ、以って回転子用コア１０を流れる磁束に起因した渦電流の発生を低減することができる。また回転子用コア１０は、意図的に電気的絶縁物（例えば樹脂）を含んで形成される圧粉磁心によって構成されてもよい。絶縁物が含まれているので圧粉磁心の電気抵抗は比較的高く、以って渦電流の発生を低減できる。
【００２７】
回転子用コア１０には例えば軸Ｐを中心とした略円柱状のシャフト用貫通孔１３が設けられていてもよい。シャフト用貫通孔１３を形成する側面は、外周側面１１に対して内周側側面と把握できる。かかるシャフト用貫通孔１３に不図示のシャフトを嵌合させて回転子用コア１０とシャフトとが固定される。またシャフト用貫通孔１３が設けられない場合は、例えば軸方向における回転子用コア１０の両側に端板（不図示）を設け、当該端板にシャフトを取り付ければよい。
【００２８】
図１の例示では、回転子用コア１０には一の界磁磁極を形成する永久磁石２０の周方向における両側で空隙１２１が穿たれている。空隙１２１は永久磁石２０の両側から外周側へと延在している。空隙１２１によって、永久磁石２０の外周側の磁極面２０ａと内周側の磁極面２０ｂとの間で磁束が短絡することを抑制できる。
【００２９】
図１の例示では空隙１２１は磁石格納孔１２と連結されているが、磁石格納孔１２と離間していてもよい。この場合、空隙１２１と磁石格納孔１２との間には回転子用コア１０の一部が介在するので、回転子用コア１０の強度を向上できる。
【００３０】
図１の例示では、周方向で隣り合う永久磁石２０同士の間には回転子用コア１０の一部としてのリブ部１４が介在している。かかるリブ部１４はいわゆるｑ軸リラクタンスを向上することができる。よって、ｄ軸リラクタンスとｑ軸リラクタンスとの差を増大でき、ひいてはリラクタンストルクを向上できる。
【００３１】
図１の例示では、リブ部１４と、永久磁石２０の外周側に存するコア部（回転子用コア１０の一部）とは、空隙１２１の外周側にて相互に連結されている。かかる連結部１５も回転子用コア１０の一部として形成される。これにより、回転子用コア１０の強度を向上することができる。なお、この連結部の径方向における厚みは、当該連結部を通る磁束によって容易に磁気飽和する程度に小さいことが望ましい。これにより、永久磁石２０の磁極面２０ａ，２０ｂの間で磁束が、永久磁石２０の外周側のコア部、連結部１５、リブ部１４、永久磁石２０の内周側のコア部（回転子用コア１０の一部）を経由して短絡することを防止できる。
【００３２】
回転子用コア１０には磁気障壁部１１１が設けられている。磁気障壁部１１１は永久磁石２０に対して外周側面１１側に設けられる。図１の例示では磁気障壁部１１１は外周側面１１に形成された溝部１１２として示されている。図１の例示では、溝部１１２は、周方向に沿った面１１２ａと、当該面１１２ａの周方向における両端から径方向の外周側へと延在する面１１２ｂとを有し、面１１２ｂは面１１２ａと反対側で溝部１１２以外の外周側面１１と連結している。
【００３３】
軸Ｐの周りを角度で（（ｐ＋１）×２）等分した領域の各々に、少なくとも一つの磁気障壁部１１１（図１の例示では溝部１１２）が設けられている。図１ではかかる領域の一例が、軸Ｐを中心とした放射状の二点破線のうち隣り合う二者で挟まれる領域として示されている。
【００３４】
図１の例示では、磁気障壁部１１１は、回転子１の磁極の対の数（以下、極対数と呼ぶ）ｐに１を加えた値を２倍して算出される個数、設けられる。なお回転子１の極対数ｐは、回転子用コア１０の外周側面１１に形成される磁極面の対の数と把握することができる。図１の例示では、回転子１の極対数ｐは２であるので６（＝（２＋１）×２）個の磁気障壁部１１１が設けられている。
【００３５】
本回転子１に対して、径方向においてエアギャップを介して外周側面１１と対面するように固定子（不図示）を配置することで回転電機を実現できる。しかも本回転子１によれば、例えば固定子が有するコイルへと電流を流して回転子１を回転させた場合の、回転子１の振れ回りに起因した振動を低減することができる。以下、振れ回りに起因する磁束密度について説明し、次に振動の低減について具体的に説明する。
【００３６】
＜振れ回りに起因する磁束密度＞
回転子１は理想的には回転軸Ｐを中心とした回転動作を行うものの、実際には例えば回転子１の中心と固定子の中心との間に差が生じることにより、回転子１は軸Ｐを中心とした振れ回りも並行して行う。ここでいう回転動作とは軸Ｐを中心とした回転子１の自転動作であり、振れ回りとは回転子１の中心が軸Ｐを中心として回転する公転動作をいう。
【００３７】
そして、この振れ回りにより回転子１と固定子との間のエアギャップが変動する。例えば図２に示すように、回転子１の中心Ｑ１が固定子の中心Ｑ２よりも紙面下方向にずれている場合のエアギャップについて考察する。なお、図２においては回転子１をより簡略化して示し、また固定子の回転子１に対向する面を破線で示している。また回転子１の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２とのずれは実際には０．１ｍｍ程度であるものの、かかるずれを誇張して示している。
【００３８】
図２に示すように、エアギャップは紙面上側で最も大きく、紙面下側で最も小さく、紙面左右方向における回転子１の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２との位置が一致した際のエアギャップとほぼ一致する。
【００３９】
次に、回転子１が回転する場合に、例えば紙面最上に位置する点Ａを通る位置でのエアギャップの変化について考察する。初期的には、点Ａにおけるエアギャップは最大値を採る。そして、回転子１が例えば反時計回りに振れ回りを伴って回転することにより、点Ａにおけるエアギャップは減少する。そして回転角で９０度回転したときに、図３に示すように、点Ａにおけるエアギャップは、回転子１の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２とが互いに一致したときのエアギャップと略一致する。
【００４０】
続く回転によっても点Ａにおけるエアギャップは減少する。そして回転角で１８０度回転したときに図４に示すように、点Ａにおけるエアギャップは最小値を採る。続く回転によって点Ａにおけるエアギャップは増大する。そして回転角で２７０度回転したときに図５に示すように、点Ａにおけるエアギャップは回転子１の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２とが互いに一致したときのエアギャップと略一致する。続く回転によっても点Ａにおけるエアギャップが増大し、回転角で３６０度、回転したときに再び最大値を採る。
【００４１】
かかる点Ａにおけるエアギャップの変動から理解できるように、点Ａにおけるエアギャップは回転角で３６０度を１周期とする余弦波成分を多く有する。
【００４２】
またエアギャップが増大するに従って磁気抵抗が増大することに鑑みると、回転子１の振れ回りに起因してパーミアンスはエアギャップの変動と同様に変動する。したがって、点Ａにおけるエアギャップの変動を余弦波成分で把握すると、点Ａを通るパーミアンスＲｍを次式で表すことができる。
【００４３】
Ｒｍ＝１＋ａ・ｃｏｓθ ・・・（１）
【００４４】
ただし、回転子１の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２とが一致している場合のパーミアンスを１に規格化している。またａは回転子の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２とのずれに起因する値である。ａは回転子１の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２とのずれが大きいほど大きくなる。
【００４５】
回転子１の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２とが一致している場合の、回転動作に起因する起磁力Ｂ１は次式で表される。
【００４６】
Ｂ１＝ｃｏｓ（ｐθ） ・・・（２）
【００４７】
なお、簡単のためにパーミアンスＲｍと、起磁力Ｂ１との位相差をゼロとしている。また起磁力Ｂ１は磁束密度の振幅を１に規格化して把握されている。
【００４８】
そして、点Ａにおいて回転子１と固定子との間を流れる磁束密度Ｂ２は、回転動作に起因する起磁力Ｂ１と、振れ回りに起因して変動するパーミアンスＲｍとの積で表される。
【００４９】
Ｂ２＝Ｒｍ・Ｂ１
＝（１＋ａ・ｃｏｓθ）ｃｏｓ（ｐθ）
＝ｃｏｓ（ｐθ）
＋ａ／２・｛ｃｏｓ（ｐ＋１）θ＋ｃｏｓ（ｐ−１）θ｝ ・・・（３）
【００５０】
式（３）の右辺で示すｃｏｓ（ｐθ）は回転動作に起因する磁束密度である。式（３）の右辺で示すａ｛ｃｏｓ（ｐ＋１）θ＋ｃｏｓ（ｐ−１）θ｝は振れ回りに起因する磁束密度である。回転子１が定常的に回転しているとき、回転子と固定子のそれぞれの対称性から、値ａは角度θに依存せずに一定値を採ると考えられるので、磁束密度Ｂ２には振れ回りに起因して、回転角３６０度を１周期とする余弦波を基本波とする（ｐ±１）次の高調波成分が生じる。
【００５１】
なお、ここではパーミアンスＲｍと磁束密度Ｂ１との位相差をゼロと仮定したが、この位相差をφとして計算したとしても磁束密度Ｂ２には（ｐ±１）次の高調波成分が生じることが導ける。
【００５２】
また式（２）に示すように振れ回りに起因するパーミアンスＲｍをｃｏｓθで表したが、実際には複数の次数の高調波成分を有する。よって実際には磁束密度Ｂ２にはｎ次の高調波成分を含んでいるものの、式（２）のようにパーミアンスＲｍの変動の主な成分はｃｏｓθで表せるので、磁束密度Ｂ２はｐ次、（ｐ±１）次の高調波成分を他の次数の高調波成分に比べてより多く含む。
【００５３】
ｐ次の高調波成分は回転子１の回転動作に起因して生じるものであり、回転電機のトルクに寄与し、振動の増大を招来しない成分である。これ以外の高調波成分は、径方向の電磁加振力の因子となって振動を招来しえる成分である。特に、ｐとｐ＋１との和（２ｐ＋１）を次数とする電磁加振力は、振動を増大させる比較的大きな要因となる。かかる見解は本願出願人が実験的に確認している。そして（２ｐ＋１）次の電磁加振力は、ｐ次の高調波成分と、（ｐ＋１）次の高調波成分とを因子として計算される。
【００５４】
＜振動の低減＞
図１に示す回転子１においては、｛（ｐ＋１）×２｝個の磁気障壁部１１１が、軸Ｐの周りを角度で｛（ｐ＋１）×２｝等分された領域にそれぞれ設けられている。よって（ｐ＋１）次の高調波成分の周期に対応する位置の近辺に、磁気障壁部１１１が設けられる。磁気障壁部１１１は磁気抵抗の増大を招くので、磁束密度Ｂ２のうち（ｐ＋１）次の高調波成分をバランスよく低減することができる。
【００５５】
図１の例示では、磁気障壁部１１１が周方向で略等間隔に設けられている。これにより、磁気障壁部１１１は（ｐ＋１）次の高調波成分の周期に対応して設けられる。磁気障壁部１１１の位置が（ｐ＋１）次の高調波成分の山と谷とに相当する位置に一致していれば、（ｐ＋１）次の高調波成分を最も低減することができる。
【００５６】
以上のように、（ｐ＋１）次の高調波成分をバランスよく低減できるので、ｐ次の高調波成分と（ｐ＋１）次の高調波成分とによって生じる（２ｐ＋１）次の電磁加振力を低減でき、他の次数の高調波成分を低減するよりも振動を効率的に低減することができる。
【００５７】
図６には、磁束密度Ｂ２の２乗（即ち径方向の電磁加振力）について、５次の電磁加振力の一例が示されている。図６の例示では、磁気障壁部１１１を有さない回転子についての５次の電磁加振力が実線で示され、図１の回転子１についての５次の電磁加振力が破線で示されている。図６に示されるように、磁気障壁部１１１を有する回転子１によれば、５次の電磁加振力を低減することができる。図６の例示では、５次の電磁加振力の振幅が約１割強、低減されている。
【００５８】
図７には、磁束密度Ｂ２のうちトルクに寄与する成分（ここでは２次の高調波成分）の一例が示されている。図７の例示では、磁気障壁部１１１を有さない回転子についての磁束密度Ｂ１が実線で示され、図１の回転子１についての磁束密度Ｂ１が破線で示されている。図７に示されるように、磁気障壁部１１１を有する回転子１によれば、トルクに寄与する成分の振幅はほとんど低減していない。
【００５９】
以上のように、本回転子１によれば、磁気障壁部１１１を有さない回転子に比して、トルクに寄与する成分の振幅の低減を抑制しつつも、５次の電磁加振力を低減することができる。５次の電磁加振力は回転子１の振れ回りに起因して生じて振動の増大させる主要因となるところ、本回転子１によれば５次の電磁加振力を低減できるので効率的に振動を低減することができる。また、振動を低減しつつも、トルクに寄与する成分の振幅の低下を抑制するので、トルクの低下を抑制できる。
【００６０】
なお、上述したように、回転子１の振れ回りに起因して磁束密度Ｂ２は（ｐ±１）次の高調波成分を含む。図１の回転子１では（（ｐ＋１）×２）個の磁気障壁部１１１が回転子用コア１０に設けられているので、（ｐ＋１）次の高調波成分をバランスよく低減できる。一方、（（ｐ−１）×２）個の磁気障壁部１１１が回転子用コア１０に設けられることで、（ｐ−１）次の高調波成分をバランスよく低減することができる。（ｐ−１）次の高調波成分によっても径方向の電磁加振力が増大されて振動の増大を招くところ、この場合であれば、（ｐ−１）次の高調波成分を低減できるので振動を低減することはできる。しかも、式（２）より理解できるように、磁束密度Ｂ２は比較的振幅の大きい（ｐ−１）次の高調波成分を含むので、これを低減できることにより振動を効率的に低減できる。ただし、上述したように、（２ｐ＋１）次の電磁加振力が大きく振動に影響するので、（ｐ＋１）次の高調波成分を低減する場合に比べて、振動の低減効果は低い。
【００６１】
また、（ｐ±１）次の高調波成分に応じて、（（（ｐ＋１）×２）＋（（ｐ−１）×２））個の磁気障壁部１１１が回転子用コア１０に設けられていてもよい。この場合、（ｐ±１）次の高調波成分を低減でき、以ってさらに振動を低減できる。なお、（ｐ＋１）次の高調波成分に対応する磁気障壁部１１１のいくつかと、（ｐ−１）次の高調波成分に対応する磁気障壁部１１１のいくつかとが、周方向で同じ位置に設けられる場合、これらの各々については一つの磁気障壁部１１１が当該位置に設けられればよい。
【００６２】
以下では磁気障壁部１１１として他の態様を例示するが、磁気障壁部１１１の個数及び周方向における位置については第１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００６３】
第２の実施の形態．
図８に示す回転子１は、図１に示す回転子１と比較して磁気障壁部１１１が相違している。
【００６４】
磁気障壁部１１１は孔１１３として示されている。孔１１３はその内部を流体、例えば空気や冷媒が充填されているので磁気障壁として機能することができる。孔１１３は、回転子用コア１０の外周側面１１と永久磁石２０との間（より具体的には、永久磁石２０を通る円環と外周側面１１との間）に設けられる。なお磁気障壁部１１１は孔１１３に限らず、孔１１３に非磁性体が充填されていてもよい。非磁性体が充填されていれば回転子１の強度を向上できる。
【００６５】
図８の例示では、磁気障壁部１１１（孔１１３）は軸方向に沿って見て長尺状の形状を有し、その長辺が周方向に接するように配置されている。回転子用コア１０に空隙１２１が穿たれる場合であれば、図８に示すように磁気障壁部１１１は空隙１２１を避けて設けられてもよい。
【００６６】
かかる磁気障壁部１１１であっても第１の実施の形態と同様に回転子１の振れ回りに起因する振動を低減することができる。また本磁気障壁部１１１は外周側面１１と永久磁石２０との間に設けられるので、外周側面１１には溝が形成される必要がない。よって、外周側面１１の周方向のいずれの位置においてもエアギャップを測定することができる。換言すれば、磁気障壁部１１１がエアギャップの測定を阻害しない。よって、エアギャップ測定の作業性を向上することができる。
【００６７】
磁気障壁部１１１はその径方向における位置が外周側面１１に近い方が好ましい。図９は、回転子１の中心Ｑ２から磁気障壁部１１１までの距離と、磁束密度Ｂ２のトルクに寄与する成分（２次高調波成分）に対する３次高調波成分の比との関係を示している。図９においては、中心Ｑ２に対する外周側面１１の半径が２９．８ｍｍである回転子１についての結果である。なおグラフにおいて中心Ｑ２と磁気障壁部１１１との距離が２９．８ｍｍとして示されたデータは回転子用コア１０に磁気障壁部１１１が設けられない場合を示している。
【００６８】
図９に示すように、磁気障壁部１１１は外周側面１１に近いほど３次高調波成分を低減できる。そして、磁気障壁部１１１が永久磁石２０の外接円Ｒ１と外周側から接する位置（中心Ｑ２と磁気障壁部１１１との距離が外接円Ｒ１の半径）であるときの、トルクに寄与する成分に対する３次高調波成分は、磁気障壁部１１１が設けられないときのそれと一致している。よって、磁気障壁部１１１は永久磁石２０の外接円Ｒ１と外周側面１１との間に位置することが要求される。
【００６９】
なお、第１の実施の形態と同様に、空隙１２１を磁気障壁部１１１として把握しても良い。図８の例示でいえば、例えば空隙１２１と近接する４つの孔１１３を設けずに、空隙１２１を磁気障壁部１１１として把握しても良い。
【００７０】
第３の実施の形態．
図１０に示す回転子１は、図１に示す回転子１と比較して磁気障壁部１１１が相違している。
【００７１】
回転子用コア１０は軸方向に積層された複数の電磁鋼板により構成されている。複数の電磁鋼板は、それぞれに設けられた凹凸が軸方向で嵌合しあって相互に固定される。かかる凹凸は、軸方向に沿って所定の部材を電磁鋼板に押し込むことで一方の面に凹部を形成するとともに同じ位置の他方の面に凸部を形成して、設けられる。このように凹凸は電磁鋼板の変形によって形成される。よって凹凸の磁気特性は劣化する。また、一の電磁鋼板の凸部とこれと軸方向で接する凹部とは完全に連続しないので、この境界でも磁気特性が劣化する。
【００７２】
かかる磁気特性の劣化を考慮して、図１０に示す回転子１では、磁気障壁部１１１として電磁鋼板を相互に固定する凹凸１１４を採用している。凹凸１１４は、その周方向における位置が第１の実施の形態で説明したように、その径方向における位置が第２の実施の形態で説明したように設けられる。ただし、凹凸１１４の磁気障壁としての能力が孔１１３の磁気障壁としての能力よりも小さい場合は、永久磁石２０の外接円Ｒ１よりも更に外周側面１１側に位置するほうがよい。
【００７３】
これにより、回転子１の振動を低減できるとともに、第２の実施の形態と同様にエアギャップ測定の作業性を向上することができる。しかも、磁気障壁部１１１は複数の電磁鋼板同士を固定する機能と、振動低減のための磁気障壁の機能とを発揮するので、それぞれの機能を発揮する専用の固定部、磁気障壁部を設ける場合に比べて、製造コストを低減できる。
【００７４】
なお、第１の実施の形態と同様に、空隙１２１を磁気障壁部１１１として把握しても良い。図１０の例示でいえば、空隙１２１と近接する４つの凹凸１１４を設けずに、空隙１２１を磁気障壁部１１１として把握しても良い。ただし、電磁鋼板同士を固定する凹凸１１４はその個数が多いほど電磁鋼板を固定する力が大きいので、ある程度の個数を設けることが望ましい。
【００７５】
第４の実施の形態．
第１乃至第３の実施の形態で説明した回転子１は例えば密閉型圧縮機用のモータに用いられる。図１１は、上記のモータが適用される圧縮機の縦断面図である。図１１に示された圧縮機は高圧ドーム型のロータリ圧縮機であって、その冷媒には例えば二酸化炭素が採用される。なお図１１においてはアキュムレータＫ１００も図示されている。
【００７６】
この圧縮機は、密閉容器Ｋ１と、圧縮機構部Ｋ２と、モータＫ３とを備えている。圧縮機構部Ｋ２は密閉容器Ｋ１内に配置されている。モータＫ３は密閉容器Ｋ１内かつ圧縮機構部Ｋ２の上側に配置される。ここで、上側とは密閉容器Ｋ１の中心軸が水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、密閉容器Ｋ１の中心軸に沿った上側をいう。
【００７７】
モータＫ３は回転シャフトＫ４を介して圧縮機構部Ｋ２を駆動する。モータＫ３は回転子１と固定子３とを備えている。
【００７８】
密閉容器Ｋ１の下側側方には吸入管Ｋ１１が接続され、密閉容器Ｋ１の上側には吐出管Ｋ１２が接続される。アキュムレータＫ１００からの冷媒ガス（図示省略）が吸入管Ｋ１１を経由して密閉容器Ｋ１へと供給され、圧縮機構部Ｋ２の吸込側に導かれる。このロータリ圧縮機は縦型であって、少なくともモータＫ３の下部に油溜めを有する。
【００７９】
固定子３は、回転シャフトＫ４に対して回転子１よりも外周側に配置され、密閉容器Ｋ１に固定されている。
【００８０】
圧縮機構部Ｋ２は、シリンダ状の本体部Ｋ２０と、上端板Ｋ８および下端板Ｋ９を備える。上端板Ｋ８および下端板Ｋ９はそれぞれ本体部Ｋ２０の上下の開口端に取り付けられる。回転シャフトＫ４は、上端板Ｋ８および下端板Ｋ９を貫通し、本体部Ｋ２０の内部に挿入されている。回転シャフトＫ４は上端板Ｋ８に設けられた軸受Ｋ２１と、下端板Ｋ９に設けられた軸受Ｋ２２により回転自在に支持されている。
【００８１】
回転シャフトＫ４には本体部Ｋ２０内でクランクピンＫ５が設けられる。ピストンＫ６はクランクピンＫ５に嵌合されて駆動される。ピストンＫ６と、これに対応するシリンダとの間には圧縮室Ｋ７が形成される。ピストンＫ６は偏芯した状態で回転し、または、公転運動を行い、圧縮室Ｋ７の容積を変化させる。
【００８２】
次に、上記ロータリ圧縮機の動作を説明する。アキュムレータＫ１００から吸入管Ｋ１１を経由して圧縮室Ｋ７に冷媒ガスが供給される。モータＫ３により圧縮機構部Ｋ２が駆動されて、冷媒ガスが圧縮される。圧縮された冷媒ガスは冷凍機油（図示省略）と共に、吐出孔Ｋ２３を経由して圧縮機構部Ｋ２から圧縮機構部Ｋ２の上側へ運ばれ、更にモータＫ３を経由して吐出管Ｋ１２から密閉容器Ｋ１の外部に吐出される。
【００８３】
冷媒ガスは冷凍機油と共にモータＫ３の内部を上側へと移動する。冷媒ガスはモータＫ３よりも上側に導かれるが、冷凍機油は回転子１の遠心力で密閉容器Ｋ１の内壁へと向かう。冷凍機油は密閉容器Ｋ１の内壁に微粒子の状態で付着することで液化した後、重力の作用によって、モータＫ３の冷媒ガスの流れの上流側に戻る。
【００８４】
かかる密閉型圧縮機において、モータＫ３の回転子１として第１乃至第３の回転子１を採用することで、回転子１の振動ひいては密閉型圧縮機の振動を低減することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１ 回転子
１０ 回転子用コア
２０ 永久磁石
１１１ 磁気障壁部
１１２ 溝部
１１３ 孔
１１４ 凹凸
１２１ 空隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転子に関し、特に回転子用コアの形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１にはコギングトルクを低減するとともに、誘起電圧の高調波含有率を低減し、振動と騒音を低減した回転子が記載されている。当該回転子は、回転子コアと、複数の永久磁石とを有している。複数の永久磁石は回転軸の周りで環状に配置されている。これらの複数の永久磁石は回転子コアに埋設されている。回転子コアの外周側面の径は永久磁石の両端で小さくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５２８２５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、特許文献１では回転子の振れ回りに起因した振動についてはなんら考慮されておらず、かかる振動を低減することができない。なお、ここでいう回転子の振れ回りとは、例えば回転子の中心と固定子の中心とのずれに起因して、回転子の中心が固定子の中心の周りで回転する現象をいう。
【０００５】
かかる振れ回りによって径方向における電磁加振力が増大し、以って振動の増大を招いていた。
【０００６】
そこで、本発明は、回転子の振れ回りに起因する振動を抑制できる回転子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる回転子の第１の態様は、所定の軸（Ｐ）の周りで環状に配置される永久磁石（２０）と、前記永久磁石によって前記軸の周りで交互に異なる極性の磁極が、前記軸を中心とした径方向に向かって呈する２Ｎ（Ｎは３以上の自然数）個の磁極面（１１）と、前記永久磁石に対して前記磁極面側に設けられ、前記軸の周りを角度で（（Ｎ−１）×２）等分した領域の各々に少なくとも一つ存する磁気障壁部（１１１）を有する回転子用コアとを備え、前記領域にそれぞれ存在する（（Ｎ−１）×２）個の前記磁気障壁部（１１１）は前記軸（Ｐ）を中心とした周方向において互いに等間隔に設けられ、前記磁気障壁部は前記周方向において前記永久磁石の前記周方向の両端に設けられる空隙（１２１）とは異なる。
【０００８】
本発明にかかる回転子の第２の態様は、第１の態様にかかる回転子であって、前記磁気障壁部（１１１）は前記磁極面に設けられる溝部（１１２）である。
【０００９】
本発明にかかる回転子の第３の態様は、第１の態様にかかる回転子であって、前記磁気障壁部（１１１）は前記永久磁石と前記磁極面との間に設けられた非磁性体（１１３）である。
【００１０】
本発明にかかる回転子の第４の態様は、第１の態様にかかる回転子であって、前記回転子用コアは、前記軸（Ｐ）に沿う方向に積層された複数の電磁鋼板を更に有し、前記複数の電磁鋼板の少なくとも複数枚には相互に嵌合して前記軸に沿った方向における固定のために凹凸（１１４）が設けられ、当該凹凸は前記磁気障壁部（１１１）として機能する。
【００１１】
本発明にかかる回転子の第５の態様は、第３又は第４の態様にかかる回転子であって、前記磁気障壁部（１１１）は前記永久磁石（２０）を通る最も径が大きい円（Ｒ１）に対して、前記軸（Ｐ）とは反対側に設けられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる回転子の第１の態様によれば、径方向においてエアギャップを介して磁極面と対面するように固定子を配置することで回転電機を実現できる。
【００１３】
かかる回転電機において、回転子用コアには軸の周りを角度で（（Ｎ−１）×２）等分した領域の各々に少なくとも一つの磁気障壁部が設けられる。よって、磁気障壁部は、回転子が固定子へと供給する磁束密度の（Ｎ−１）次の高調波成分（軸を中心とした１周を１周期とする正弦波を基本波）の周期に対応する位置の近傍に設けられる。以って（Ｎ−１）次の高調波成分を比較的バランスよく低減することができる。（Ｎ−１）次の高調波成分は回転子の振れ回りに起因して生じるので、回転子の振れ回りに起因する振動を低減できる。
【００１４】
本発明にかかる回転子の第２の態様によれば、溝部が設けられた位置における、回転子と固定子とのエアギャップを増大できるので、溝部を磁気障壁部として機能させることができる。
【００１５】
本発明にかかる回転子の第３の態様によれば、磁気障壁部が磁極面から離れて設けられているので、磁気障壁部は、回転子の側面（磁極面）と固定子との間のエアギャップの測定を阻害しない。よって、磁気障壁部の位置によらずエアギャップを測定できる。
【００１６】
本発明にかかる回転子の第４の態様によれば、磁気障壁部は電磁鋼板を固定する機能と、磁気障壁の機能とを発揮するので、それぞれの機能を発揮する専用の固定部、磁気障壁部を設ける場合に比べて、製造コストを低減できる。
【００１７】
本発明にかかる回転子の第５の態様によれば、磁気障壁部によって（Ｎ−１）次の高調波成分が低減される量を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態にかかる回転子の概念的な構成を示す断面図である。
【図２】振れ回りを説明するための図である。
【図３】振れ回りを説明するための図である。
【図４】振れ回りを説明するための図である。
【図５】振れ回りを説明するための図である。
【図６】電磁加振力を示すグラフである。
【図７】磁束密度のうちトルクに寄与する成分を示すグラフである。
【図８】第２の実施の形態にかかる回転子の概念的な構成を示す断面図である。
【図９】中心から磁気障壁部までの距離と、磁束密度のうちトルクに寄与する成分に対する３次高調波成分の比との関係を示すグラフである。
【図１０】第３の実施の形態にかかる回転子の概念的な構成を示す断面図である。
【図１１】本回転子を有するモータを備える圧縮機の概念的な構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の実施の形態．
＜回転子の構成＞
図１は回転子１の軸Ｐ（後述）に垂直な断面を示す。ここに例示されるように、回転子１は回転子用コア１０と複数の永久磁石２０とを備えている。
【００２０】
複数の永久磁石２０は例えば希土類磁石（例えばネオジム、鉄、ホウ素を主成分とした希土類磁石）であって、所定の軸Ｐの周りで環状に並んで配置される。図１の例示では、各永久磁石２０は直方体状の板状形状を有している。各永久磁石２０は、軸Ｐを中心とした周方向（以下、単に周方向と呼ぶ）における自身の中央において、その厚み方向が、軸Ｐを中心とした径方向（以下、単に径方向と呼ぶ）に沿う姿勢で配置されている。なお、各永久磁石２０は必ずしも図１に示す形状で配置される必要はない。各永久磁石２０は、例えば軸Ｐに沿う方向（以下、単に軸方向と呼ぶ）に見て、軸Ｐとは反対側（以下、外周側とも呼ぶ）若しくは軸Ｐ側（以下、内周側とも呼ぶ）へと開口するＶ字形状、又は外周側若しくは内周側へと開口する円弧状の形状を有していてもよい。
【００２１】
また図１の例示では、周方向で隣り合う任意の一対の永久磁石２０は外周側へと互いに異なる極性の磁極面２０ａを向けて配置される。これにより各永久磁石２０は、図示せぬ固定子へと界磁磁束を供給する、いわゆる界磁磁石として機能する。
【００２２】
なお図１の例示では４つの永久磁石２０（いわゆる４極の回転子１）が例示されているが、回転子１は２個の永久磁石２０を有していてもよく、６個以上の永久磁石２０を有していてもよい。また図１の例示では、４つの永久磁石２０の各々が一つの界磁磁極を構成しているが、例えば一つの界磁磁極が複数の永久磁石２０によって構成されていてもよい。言い換えれば、例えば図１における各永久磁石２０がそれぞれ複数の永久磁石に分割されていてもよい。
【００２３】
回転子用コア１０は軟磁性体（例えば鉄）で構成されている。図１の例示では、回転子用コア１０は例えば軸Ｐを中心とした略円柱状の形状を有している。
【００２４】
回転子用コア１０には複数の永久磁石２０が格納される複数の磁石格納孔１２が穿たれている。各磁石格納孔１２は各永久磁石２０の形状及び配置に合わせた形状を有している。図１の例示では、４つの磁石格納孔１２が穿たれている。
【００２５】
各永久磁石２０によって、回転子用コア１０の外周側面１１には、軸の周りで交互に異なる極性の磁極を径方向に向かって呈する２ｐ（ｐは１以上の整数）個の磁極面が形成される。図１の例示では、正極の磁極面２０ａを呈する２つの永久磁石２０がそれぞれ外周側面１１に正極の磁極面を形成し、負極の磁極面２０ａを呈する２つの永久磁石２０がそれぞれ外周側面１１に負極の磁極面を形成する。よって図１の例示では外周側面１１には４つの磁極面が形成される。
【００２６】
回転子用コア１０は例えば軸方向に積層された電磁鋼板で構成されてもよい。これにより回転子用コア１０の軸方向における電気抵抗を高めることができ、以って回転子用コア１０を流れる磁束に起因した渦電流の発生を低減することができる。また回転子用コア１０は、意図的に電気的絶縁物（例えば樹脂）を含んで形成される圧粉磁心によって構成されてもよい。絶縁物が含まれているので圧粉磁心の電気抵抗は比較的高く、以って渦電流の発生を低減できる。
【００２７】
回転子用コア１０には例えば軸Ｐを中心とした略円柱状のシャフト用貫通孔１３が設けられていてもよい。シャフト用貫通孔１３を形成する側面は、外周側面１１に対して内周側側面と把握できる。かかるシャフト用貫通孔１３に不図示のシャフトを嵌合させて回転子用コア１０とシャフトとが固定される。またシャフト用貫通孔１３が設けられない場合は、例えば軸方向における回転子用コア１０の両側に端板（不図示）を設け、当該端板にシャフトを取り付ければよい。
【００２８】
図１の例示では、回転子用コア１０には一の界磁磁極を形成する永久磁石２０の周方向における両側で空隙１２１が穿たれている。空隙１２１は永久磁石２０の両側から外周側へと延在している。空隙１２１によって、永久磁石２０の外周側の磁極面２０ａと内周側の磁極面２０ｂとの間で磁束が短絡することを抑制できる。
【００２９】
図１の例示では空隙１２１は磁石格納孔１２と連結されているが、磁石格納孔１２と離間していてもよい。この場合、空隙１２１と磁石格納孔１２との間には回転子用コア１０の一部が介在するので、回転子用コア１０の強度を向上できる。
【００３０】
図１の例示では、周方向で隣り合う永久磁石２０同士の間には回転子用コア１０の一部としてのリブ部１４が介在している。かかるリブ部１４はいわゆるｑ軸リラクタンスを向上することができる。よって、ｄ軸リラクタンスとｑ軸リラクタンスとの差を増大でき、ひいてはリラクタンストルクを向上できる。
【００３１】
図１の例示では、リブ部１４と、永久磁石２０の外周側に存するコア部（回転子用コア１０の一部）とは、空隙１２１の外周側にて相互に連結されている。かかる連結部１５も回転子用コア１０の一部として形成される。これにより、回転子用コア１０の強度を向上することができる。なお、この連結部の径方向における厚みは、当該連結部を通る磁束によって容易に磁気飽和する程度に小さいことが望ましい。これにより、永久磁石２０の磁極面２０ａ，２０ｂの間で磁束が、永久磁石２０の外周側のコア部、連結部１５、リブ部１４、永久磁石２０の内周側のコア部（回転子用コア１０の一部）を経由して短絡することを防止できる。
【００３２】
回転子用コア１０には磁気障壁部１１１が設けられている。磁気障壁部１１１は永久磁石２０に対して外周側面１１側に設けられる。図１の例示では磁気障壁部１１１は外周側面１１に形成された溝部１１２として示されている。図１の例示では、溝部１１２は、周方向に沿った面１１２ａと、当該面１１２ａの周方向における両端から径方向の外周側へと延在する面１１２ｂとを有し、面１１２ｂは面１１２ａと反対側で溝部１１２以外の外周側面１１と連結している。
【００３３】
軸Ｐの周りを角度で（（ｐ＋１）×２）等分した領域の各々に、少なくとも一つの磁気障壁部１１１（図１の例示では溝部１１２）が設けられている。図１ではかかる領域の一例が、軸Ｐを中心とした放射状の二点破線のうち隣り合う二者で挟まれる領域として示されている。
【００３４】
図１の例示では、磁気障壁部１１１は、回転子１の磁極の対の数（以下、極対数と呼ぶ）ｐに１を加えた値を２倍して算出される個数、設けられる。なお回転子１の極対数ｐは、回転子用コア１０の外周側面１１に形成される磁極面の対の数と把握することができる。図１の例示では、回転子１の極対数ｐは２であるので６（＝（２＋１）×２）個の磁気障壁部１１１が設けられている。
【００３５】
本回転子１に対して、径方向においてエアギャップを介して外周側面１１と対面するように固定子（不図示）を配置することで回転電機を実現できる。しかも本回転子１によれば、例えば固定子が有するコイルへと電流を流して回転子１を回転させた場合の、回転子１の振れ回りに起因した振動を低減することができる。以下、振れ回りに起因する磁束密度について説明し、次に振動の低減について具体的に説明する。
【００３６】
＜振れ回りに起因する磁束密度＞
回転子１は理想的には回転軸Ｐを中心とした回転動作を行うものの、実際には例えば回転子１の中心と固定子の中心との間に差が生じることにより、回転子１は軸Ｐを中心とした振れ回りも並行して行う。ここでいう回転動作とは軸Ｐを中心とした回転子１の自転動作であり、振れ回りとは回転子１の中心が軸Ｐを中心として回転する公転動作をいう。
【００３７】
そして、この振れ回りにより回転子１と固定子との間のエアギャップが変動する。例えば図２に示すように、回転子１の中心Ｑ１が固定子の中心Ｑ２よりも紙面下方向にずれている場合のエアギャップについて考察する。なお、図２においては回転子１をより簡略化して示し、また固定子の回転子１に対向する面を破線で示している。また回転子１の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２とのずれは実際には０．１ｍｍ程度であるものの、かかるずれを誇張して示している。
【００３８】
図２に示すように、エアギャップは紙面上側で最も大きく、紙面下側で最も小さく、紙面左右方向における回転子１の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２との位置が一致した際のエアギャップとほぼ一致する。
【００３９】
次に、回転子１が回転する場合に、例えば紙面最上に位置する点Ａを通る位置でのエアギャップの変化について考察する。初期的には、点Ａにおけるエアギャップは最大値を採る。そして、回転子１が例えば反時計回りに振れ回りを伴って回転することにより、点Ａにおけるエアギャップは減少する。そして回転角で９０度回転したときに、図３に示すように、点Ａにおけるエアギャップは、回転子１の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２とが互いに一致したときのエアギャップと略一致する。
【００４０】
続く回転によっても点Ａにおけるエアギャップは減少する。そして回転角で１８０度回転したときに図４に示すように、点Ａにおけるエアギャップは最小値を採る。続く回転によって点Ａにおけるエアギャップは増大する。そして回転角で２７０度回転したときに図５に示すように、点Ａにおけるエアギャップは回転子１の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２とが互いに一致したときのエアギャップと略一致する。続く回転によっても点Ａにおけるエアギャップが増大し、回転角で３６０度、回転したときに再び最大値を採る。
【００４１】
かかる点Ａにおけるエアギャップの変動から理解できるように、点Ａにおけるエアギャップは回転角で３６０度を１周期とする余弦波成分を多く有する。
【００４２】
またエアギャップが増大するに従って磁気抵抗が増大することに鑑みると、回転子１の振れ回りに起因してパーミアンスはエアギャップの変動と同様に変動する。したがって、点Ａにおけるエアギャップの変動を余弦波成分で把握すると、点Ａを通るパーミアンスＲｍを次式で表すことができる。
【００４３】
Ｒｍ＝１＋ａ・ｃｏｓθ ・・・（１）
【００４４】
ただし、回転子１の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２とが一致している場合のパーミアンスを１に規格化している。またａは回転子の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２とのずれに起因する値である。ａは回転子１の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２とのずれが大きいほど大きくなる。
【００４５】
回転子１の中心Ｑ１と固定子の中心Ｑ２とが一致している場合の、回転動作に起因する起磁力Ｂ１は次式で表される。
【００４６】
Ｂ１＝ｃｏｓ（ｐθ） ・・・（２）
【００４７】
なお、簡単のためにパーミアンスＲｍと、起磁力Ｂ１との位相差をゼロとしている。また起磁力Ｂ１は磁束密度の振幅を１に規格化して把握されている。
【００４８】
そして、点Ａにおいて回転子１と固定子との間を流れる磁束密度Ｂ２は、回転動作に起因する起磁力Ｂ１と、振れ回りに起因して変動するパーミアンスＲｍとの積で表される。
【００４９】
Ｂ２＝Ｒｍ・Ｂ１
＝（１＋ａ・ｃｏｓθ）ｃｏｓ（ｐθ）
＝ｃｏｓ（ｐθ）
＋ａ／２・｛ｃｏｓ（ｐ＋１）θ＋ｃｏｓ（ｐ−１）θ｝ ・・・（３）
【００５０】
式（３）の右辺で示すｃｏｓ（ｐθ）は回転動作に起因する磁束密度である。式（３）の右辺で示すａ｛ｃｏｓ（ｐ＋１）θ＋ｃｏｓ（ｐ−１）θ｝は振れ回りに起因する磁束密度である。回転子１が定常的に回転しているとき、回転子と固定子のそれぞれの対称性から、値ａは角度θに依存せずに一定値を採ると考えられるので、磁束密度Ｂ２には振れ回りに起因して、回転角３６０度を１周期とする余弦波を基本波とする（ｐ±１）次の高調波成分が生じる。
【００５１】
なお、ここではパーミアンスＲｍと磁束密度Ｂ１との位相差をゼロと仮定したが、この位相差をφとして計算したとしても磁束密度Ｂ２には（ｐ±１）次の高調波成分が生じることが導ける。
【００５２】
また式（２）に示すように振れ回りに起因するパーミアンスＲｍをｃｏｓθで表したが、実際には複数の次数の高調波成分を有する。よって実際には磁束密度Ｂ２にはｎ次の高調波成分を含んでいるものの、式（２）のようにパーミアンスＲｍの変動の主な成分はｃｏｓθで表せるので、磁束密度Ｂ２はｐ次、（ｐ±１）次の高調波成分を他の次数の高調波成分に比べてより多く含む。
【００５３】
ｐ次の高調波成分は回転子１の回転動作に起因して生じるものであり、回転電機のトルクに寄与し、振動の増大を招来しない成分である。これ以外の高調波成分は、径方向の電磁加振力の因子となって振動を招来しえる成分である。特に、ｐとｐ＋１との和（２ｐ＋１）を次数とする電磁加振力は、振動を増大させる比較的大きな要因となる。かかる見解は本願出願人が実験的に確認している。そして（２ｐ＋１）次の電磁加振力は、ｐ次の高調波成分と、（ｐ＋１）次の高調波成分とを因子として計算される。
【００５４】
＜振動の低減＞
図１に示す回転子１においては、｛（ｐ＋１）×２｝個の磁気障壁部１１１が、軸Ｐの周りを角度で｛（ｐ＋１）×２｝等分された領域にそれぞれ設けられている。よって（ｐ＋１）次の高調波成分の周期に対応する位置の近辺に、磁気障壁部１１１が設けられる。磁気障壁部１１１は磁気抵抗の増大を招くので、磁束密度Ｂ２のうち（ｐ＋１）次の高調波成分をバランスよく低減することができる。
【００５５】
図１の例示では、磁気障壁部１１１が周方向で略等間隔に設けられている。これにより、磁気障壁部１１１は（ｐ＋１）次の高調波成分の周期に対応して設けられる。磁気障壁部１１１の位置が（ｐ＋１）次の高調波成分の山と谷とに相当する位置に一致していれば、（ｐ＋１）次の高調波成分を最も低減することができる。
【００５６】
以上のように、（ｐ＋１）次の高調波成分をバランスよく低減できるので、ｐ次の高調波成分と（ｐ＋１）次の高調波成分とによって生じる（２ｐ＋１）次の電磁加振力を低減でき、他の次数の高調波成分を低減するよりも振動を効率的に低減することができる。
【００５７】
図６には、磁束密度Ｂ２の２乗（即ち径方向の電磁加振力）について、５次の電磁加振力の一例が示されている。図６の例示では、磁気障壁部１１１を有さない回転子についての５次の電磁加振力が実線で示され、図１の回転子１についての５次の電磁加振力が破線で示されている。図６に示されるように、磁気障壁部１１１を有する回転子１によれば、５次の電磁加振力を低減することができる。図６の例示では、５次の電磁加振力の振幅が約１割強、低減されている。
【００５８】
図７には、磁束密度Ｂ２のうちトルクに寄与する成分（ここでは２次の高調波成分）の一例が示されている。図７の例示では、磁気障壁部１１１を有さない回転子についての磁束密度Ｂ１が実線で示され、図１の回転子１についての磁束密度Ｂ１が破線で示されている。図７に示されるように、磁気障壁部１１１を有する回転子１によれば、トルクに寄与する成分の振幅はほとんど低減していない。
【００５９】
以上のように、本回転子１によれば、磁気障壁部１１１を有さない回転子に比して、トルクに寄与する成分の振幅の低減を抑制しつつも、５次の電磁加振力を低減することができる。５次の電磁加振力は回転子１の振れ回りに起因して生じて振動の増大させる主要因となるところ、本回転子１によれば５次の電磁加振力を低減できるので効率的に振動を低減することができる。また、振動を低減しつつも、トルクに寄与する成分の振幅の低下を抑制するので、トルクの低下を抑制できる。
【００６０】
なお、上述したように、回転子１の振れ回りに起因して磁束密度Ｂ２は（ｐ±１）次の高調波成分を含む。図１の回転子１では（（ｐ＋１）×２）個の磁気障壁部１１１が回転子用コア１０に設けられているので、（ｐ＋１）次の高調波成分をバランスよく低減できる。一方、（（ｐ−１）×２）個の磁気障壁部１１１が回転子用コア１０に設けられることで、（ｐ−１）次の高調波成分をバランスよく低減することができる。（ｐ−１）次の高調波成分によっても径方向の電磁加振力が増大されて振動の増大を招くところ、この場合であれば、（ｐ−１）次の高調波成分を低減できるので振動を低減することはできる。しかも、式（２）より理解できるように、磁束密度Ｂ２は比較的振幅の大きい（ｐ−１）次の高調波成分を含むので、これを低減できることにより振動を効率的に低減できる。ただし、上述したように、（２ｐ＋１）次の電磁加振力が大きく振動に影響するので、（ｐ＋１）次の高調波成分を低減する場合に比べて、振動の低減効果は低い。
【００６１】
また、（ｐ±１）次の高調波成分に応じて、（（（ｐ＋１）×２）＋（（ｐ−１）×２））個の磁気障壁部１１１が回転子用コア１０に設けられていてもよい。この場合、（ｐ±１）次の高調波成分を低減でき、以ってさらに振動を低減できる。なお、（ｐ＋１）次の高調波成分に対応する磁気障壁部１１１のいくつかと、（ｐ−１）次の高調波成分に対応する磁気障壁部１１１のいくつかとが、周方向で同じ位置に設けられる場合、これらの各々については一つの磁気障壁部１１１が当該位置に設けられればよい。
【００６２】
以下では磁気障壁部１１１として他の態様を例示するが、磁気障壁部１１１の個数及び周方向における位置については第１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００６３】
第２の実施の形態．
図８に示す回転子１は、図１に示す回転子１と比較して磁気障壁部１１１が相違している。
【００６４】
磁気障壁部１１１は孔１１３として示されている。孔１１３はその内部を流体、例えば空気や冷媒が充填されているので磁気障壁として機能することができる。孔１１３は、回転子用コア１０の外周側面１１と永久磁石２０との間（より具体的には、永久磁石２０を通る円環と外周側面１１との間）に設けられる。なお磁気障壁部１１１は孔１１３に限らず、孔１１３に非磁性体が充填されていてもよい。非磁性体が充填されていれば回転子１の強度を向上できる。
【００６５】
図８の例示では、磁気障壁部１１１（孔１１３）は軸方向に沿って見て長尺状の形状を有し、その長辺が周方向に接するように配置されている。回転子用コア１０に空隙１２１が穿たれる場合であれば、図８に示すように磁気障壁部１１１は空隙１２１を避けて設けられてもよい。
【００６６】
かかる磁気障壁部１１１であっても第１の実施の形態と同様に回転子１の振れ回りに起因する振動を低減することができる。また本磁気障壁部１１１は外周側面１１と永久磁石２０との間に設けられるので、外周側面１１には溝が形成される必要がない。よって、外周側面１１の周方向のいずれの位置においてもエアギャップを測定することができる。換言すれば、磁気障壁部１１１がエアギャップの測定を阻害しない。よって、エアギャップ測定の作業性を向上することができる。
【００６７】
磁気障壁部１１１はその径方向における位置が外周側面１１に近い方が好ましい。図９は、回転子１の中心Ｑ２から磁気障壁部１１１までの距離と、磁束密度Ｂ２のトルクに寄与する成分（２次高調波成分）に対する３次高調波成分の比との関係を示している。図９においては、中心Ｑ２に対する外周側面１１の半径が２９．８ｍｍである回転子１についての結果である。なおグラフにおいて中心Ｑ２と磁気障壁部１１１との距離が２９．８ｍｍとして示されたデータは回転子用コア１０に磁気障壁部１１１が設けられない場合を示している。
【００６８】
図９に示すように、磁気障壁部１１１は外周側面１１に近いほど３次高調波成分を低減できる。そして、磁気障壁部１１１が永久磁石２０の外接円Ｒ１と外周側から接する位置（中心Ｑ２と磁気障壁部１１１との距離が外接円Ｒ１の半径）であるときの、トルクに寄与する成分に対する３次高調波成分は、磁気障壁部１１１が設けられないときのそれと一致している。よって、磁気障壁部１１１は永久磁石２０の外接円Ｒ１と外周側面１１との間に位置することが要求される。
【００６９】
なお、第１の実施の形態と同様に、空隙１２１を磁気障壁部１１１として把握しても良い。図８の例示でいえば、例えば空隙１２１と近接する４つの孔１１３を設けずに、空隙１２１を磁気障壁部１１１として把握しても良い。
【００７０】
第３の実施の形態．
図１０に示す回転子１は、図１に示す回転子１と比較して磁気障壁部１１１が相違している。
【００７１】
回転子用コア１０は軸方向に積層された複数の電磁鋼板により構成されている。複数の電磁鋼板は、それぞれに設けられた凹凸が軸方向で嵌合しあって相互に固定される。かかる凹凸は、軸方向に沿って所定の部材を電磁鋼板に押し込むことで一方の面に凹部を形成するとともに同じ位置の他方の面に凸部を形成して、設けられる。このように凹凸は電磁鋼板の変形によって形成される。よって凹凸の磁気特性は劣化する。また、一の電磁鋼板の凸部とこれと軸方向で接する凹部とは完全に連続しないので、この境界でも磁気特性が劣化する。
【００７２】
かかる磁気特性の劣化を考慮して、図１０に示す回転子１では、磁気障壁部１１１として電磁鋼板を相互に固定する凹凸１１４を採用している。凹凸１１４は、その周方向における位置が第１の実施の形態で説明したように、その径方向における位置が第２の実施の形態で説明したように設けられる。ただし、凹凸１１４の磁気障壁としての能力が孔１１３の磁気障壁としての能力よりも小さい場合は、永久磁石２０の外接円Ｒ１よりも更に外周側面１１側に位置するほうがよい。
【００７３】
これにより、回転子１の振動を低減できるとともに、第２の実施の形態と同様にエアギャップ測定の作業性を向上することができる。しかも、磁気障壁部１１１は複数の電磁鋼板同士を固定する機能と、振動低減のための磁気障壁の機能とを発揮するので、それぞれの機能を発揮する専用の固定部、磁気障壁部を設ける場合に比べて、製造コストを低減できる。
【００７４】
なお、第１の実施の形態と同様に、空隙１２１を磁気障壁部１１１として把握しても良い。図１０の例示でいえば、空隙１２１と近接する４つの凹凸１１４を設けずに、空隙１２１を磁気障壁部１１１として把握しても良い。ただし、電磁鋼板同士を固定する凹凸１１４はその個数が多いほど電磁鋼板を固定する力が大きいので、ある程度の個数を設けることが望ましい。
【００７５】
第４の実施の形態．
第１乃至第３の実施の形態で説明した回転子１は例えば密閉型圧縮機用のモータに用いられる。図１１は、上記のモータが適用される圧縮機の縦断面図である。図１１に示された圧縮機は高圧ドーム型のロータリ圧縮機であって、その冷媒には例えば二酸化炭素が採用される。なお図１１においてはアキュムレータＫ１００も図示されている。
【００７６】
この圧縮機は、密閉容器Ｋ１と、圧縮機構部Ｋ２と、モータＫ３とを備えている。圧縮機構部Ｋ２は密閉容器Ｋ１内に配置されている。モータＫ３は密閉容器Ｋ１内かつ圧縮機構部Ｋ２の上側に配置される。ここで、上側とは密閉容器Ｋ１の中心軸が水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、密閉容器Ｋ１の中心軸に沿った上側をいう。
【００７７】
モータＫ３は回転シャフトＫ４を介して圧縮機構部Ｋ２を駆動する。モータＫ３は回転子１と固定子３とを備えている。
【００７８】
密閉容器Ｋ１の下側側方には吸入管Ｋ１１が接続され、密閉容器Ｋ１の上側には吐出管Ｋ１２が接続される。アキュムレータＫ１００からの冷媒ガス（図示省略）が吸入管Ｋ１１を経由して密閉容器Ｋ１へと供給され、圧縮機構部Ｋ２の吸込側に導かれる。このロータリ圧縮機は縦型であって、少なくともモータＫ３の下部に油溜めを有する。
【００７９】
固定子３は、回転シャフトＫ４に対して回転子１よりも外周側に配置され、密閉容器Ｋ１に固定されている。
【００８０】
圧縮機構部Ｋ２は、シリンダ状の本体部Ｋ２０と、上端板Ｋ８および下端板Ｋ９を備える。上端板Ｋ８および下端板Ｋ９はそれぞれ本体部Ｋ２０の上下の開口端に取り付けられる。回転シャフトＫ４は、上端板Ｋ８および下端板Ｋ９を貫通し、本体部Ｋ２０の内部に挿入されている。回転シャフトＫ４は上端板Ｋ８に設けられた軸受Ｋ２１と、下端板Ｋ９に設けられた軸受Ｋ２２により回転自在に支持されている。
【００８１】
回転シャフトＫ４には本体部Ｋ２０内でクランクピンＫ５が設けられる。ピストンＫ６はクランクピンＫ５に嵌合されて駆動される。ピストンＫ６と、これに対応するシリンダとの間には圧縮室Ｋ７が形成される。ピストンＫ６は偏芯した状態で回転し、または、公転運動を行い、圧縮室Ｋ７の容積を変化させる。
【００８２】
次に、上記ロータリ圧縮機の動作を説明する。アキュムレータＫ１００から吸入管Ｋ１１を経由して圧縮室Ｋ７に冷媒ガスが供給される。モータＫ３により圧縮機構部Ｋ２が駆動されて、冷媒ガスが圧縮される。圧縮された冷媒ガスは冷凍機油（図示省略）と共に、吐出孔Ｋ２３を経由して圧縮機構部Ｋ２から圧縮機構部Ｋ２の上側へ運ばれ、更にモータＫ３を経由して吐出管Ｋ１２から密閉容器Ｋ１の外部に吐出される。
【００８３】
冷媒ガスは冷凍機油と共にモータＫ３の内部を上側へと移動する。冷媒ガスはモータＫ３よりも上側に導かれるが、冷凍機油は回転子１の遠心力で密閉容器Ｋ１の内壁へと向かう。冷凍機油は密閉容器Ｋ１の内壁に微粒子の状態で付着することで液化した後、重力の作用によって、モータＫ３の冷媒ガスの流れの上流側に戻る。
【００８４】
かかる密閉型圧縮機において、モータＫ３の回転子１として第１乃至第３の回転子１を採用することで、回転子１の振動ひいては密閉型圧縮機の振動を低減することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１ 回転子
１０ 回転子用コア
２０ 永久磁石
１１１ 磁気障壁部
１１２ 溝部
１１３ 孔
１１４ 凹凸
１２１ 空隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸（Ｐ）の周りで環状に配置される永久磁石（２０）と、
前記永久磁石によって前記軸の周りで交互に異なる極性の磁極が、前記軸を中心とした径方向に向かって呈する２Ｎ（Ｎは３以上の自然数）個の磁極面（１１）と、前記永久磁石に対して前記磁極面側に設けられ、前記軸の周りを角度で（（Ｎ−１）×２）等分した領域の各々に少なくとも一つ存する磁気障壁部（１１１）を有する回転子用コアと
を備え、
前記領域にそれぞれ存在する（（Ｎ−１）×２）個の前記磁気障壁部（１１１）は前記軸（Ｐ）を中心とした周方向において互いに等間隔に設けられ、
前記磁気障壁部は前記周方向において前記永久磁石の前記周方向の両端に設けられる空隙（１２１）とは異なる、回転子。
【請求項２】
前記磁気障壁部（１１１）は前記磁極面に設けられる溝部（１１２）である、請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記磁気障壁部（１１１）は前記永久磁石と前記磁極面との間に設けられた非磁性体（１１３）である、請求項１に記載の回転子。
【請求項４】
前記回転子用コアは、
前記軸（Ｐ）に沿う方向に積層された複数の電磁鋼板
を更に有し、
前記複数の電磁鋼板の少なくとも複数枚には相互に嵌合して前記軸に沿った方向における固定のために凹凸（１１４）が設けられ、当該凹凸は前記磁気障壁部（１１１）として機能する、請求項１に記載の回転子。
【請求項５】
前記磁気障壁部（１１１）は前記永久磁石（２０）を通る最も径が大きい円（Ｒ１）に対して、前記軸（Ｐ）とは反対側に設けられる、請求項３又は４に記載の回転子。
【請求項１】
所定の軸（Ｐ）の周りで環状に配置される永久磁石（２０）と、
前記永久磁石によって前記軸の周りで交互に異なる極性の磁極が、前記軸を中心とした径方向に向かって呈する２Ｎ（Ｎは３以上の自然数）個の磁極面（１１）と、前記永久磁石に対して前記磁極面側に設けられ、前記軸の周りを角度で（（Ｎ−１）×２）等分した領域の各々に少なくとも一つ存する磁気障壁部（１１１）を有する回転子用コアと
を備え、
前記領域にそれぞれ存在する（（Ｎ−１）×２）個の前記磁気障壁部（１１１）は前記軸（Ｐ）を中心とした周方向において互いに等間隔に設けられ、
前記磁気障壁部は前記周方向において前記永久磁石の前記周方向の両端に設けられる空隙（１２１）とは異なる、回転子。
【請求項２】
前記磁気障壁部（１１１）は前記磁極面に設けられる溝部（１１２）である、請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記磁気障壁部（１１１）は前記永久磁石と前記磁極面との間に設けられた非磁性体（１１３）である、請求項１に記載の回転子。
【請求項４】
前記回転子用コアは、
前記軸（Ｐ）に沿う方向に積層された複数の電磁鋼板
を更に有し、
前記複数の電磁鋼板の少なくとも複数枚には相互に嵌合して前記軸に沿った方向における固定のために凹凸（１１４）が設けられ、当該凹凸は前記磁気障壁部（１１１）として機能する、請求項１に記載の回転子。
【請求項５】
前記磁気障壁部（１１１）は前記永久磁石（２０）を通る最も径が大きい円（Ｒ１）に対して、前記軸（Ｐ）とは反対側に設けられる、請求項３又は４に記載の回転子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−３０４２７（Ｐ２０１１−３０４２７Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５３６０４（Ｐ２０１０−２５３６０４）
【出願日】平成２２年１１月１２日（２０１０．１１．１２）
【分割の表示】特願２００９−１７２０１３（Ｐ２００９−１７２０１３）の分割
【原出願日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１２日（２０１０．１１．１２）
【分割の表示】特願２００９−１７２０１３（Ｐ２００９−１７２０１３）の分割
【原出願日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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