JP6305535B2 - 回転子、電動機、圧縮機、及び送風機 - Google Patents

Description

本発明は、回転子、電動機、圧縮機、及び送風機に関する。

圧縮機及び送風機は、電動機が発生する動力により作動する。特許文献１及び特許文献２に開示されているような、回転磁界を生成する固定子と回転磁界により発生した誘導電流の電磁力で回転する回転子とを備える誘導電動機が知られている。

国際公開第２０１０／０１６１０６号 特開２０１０−１４４６３５号公報

風穴と呼ばれる流路が回転子に設けられる場合がある。冷媒のような流体が流路を流れる。流路の構造によっては、回転子において磁気飽和が発生する可能性がある。磁気飽和が発生すると、電動機の効率が低下する可能性がある。

本発明は、効率の低下を抑制できる回転子、電動機、圧縮機、及び送風機を提供することを目的とする。

本発明は、シャフト部材と接続され中心軸を中心に回転する電動機の回転子であって、前記中心軸を中心に回転する前記シャフト部材の少なくとも一部が配置されるシャフト孔を有する筒状部材と、前記シャフト部材の周囲に複数配置され前記中心軸と平行な方向に貫通する流路と、前記筒状部材のスロットに配置される非磁性且つ導電性のロータバーと前記ロータバーに接続されるエンドリングとを含むかご形導体と、を備え、前記流路の内面は、前記シャフト部材の径方向の外側を向く第１面と、前記径方向において前記第１面の外側に配置され前記第１面と間隙を介して対向する第２面と、前記中心軸を中心とする回転方向の前記第１面の一端部と前記第２面の一端部とを結ぶ第３面と、前記回転方向の前記第１面の他端部と前記第２面の他端部とを結ぶ第４面と、を含み、前記流路は、前記第１面と前記第３面とを結ぶ第１角部と、前記第１面と前記第４面とを結ぶ第２角部と、前記第２面と前記第３面とを結ぶ第３角部と、前記第２面と前記第４面とを結ぶ第４角部と、を含み、前記シャフト孔の内面は、前記シャフト部材の外面と接続される接続領域と、前記シャフト部材の外面と間隙を介して配置される非接続領域と、を含み、前記第１面は、前記シャフト部材に設けられ、前記第２面、前記第３面、及び前記第４面は、前記筒状部材に設けられ、前記第１面の一端部と前記第１面の他端部との距離をＣ、前記第２面の一端部と前記第２面の他端部との距離をＤとしたとき、Ｃ＜Ｄ、の条件を満たし、前記第１角部は、前記筒状部材の前記接続領域と前記非接続領域の前記第３面との境界に配置され、前記第２角部は、前記筒状部材の前記接続領域と前記非接続領域の前記第４面との境界に配置され、前記接続領域と前記第３面との境界の前記第１角部は、曲面を含み、前記接続領域と前記第４面との境界の前記第２角部は、曲面を含み、前記第２面は、前記中心軸を中心とする曲面を含み、前記エンドリングは前記中心軸に面する内縁部を有し、前記第２面と前記内縁部とが、同心円状に配置される回転子を提供する。

本発明によれば、効率の低下を抑制できる回転子、電動機、圧縮機、及び送風機が提供される。

図１は、実施の形態１に係る電動機の一例を示す断面図である。 図２は、実施の形態１に係る回転子の一例を示す斜視図である。 図３は、実施の形態１に係る回転子の一例を示す平面図である。 図４は、図３の一部を拡大した図である。 図５は、電動機における磁束の流れを示す図である。 図６は、従来例に係る回転子の一例を示す平面図である。 図７は、実施の形態２に係る回転子の一例を示す平面図である。 図８は、実施の形態３に係る回転子の一例を示す平面図である。 図９は、実施の形態４に係る回転子の一例を示す平面図である。 図１０は、実施の形態５に係る回転子の一例を示す平面図である。 図１１は、実施の形態６に係る回転子の一例を示す平面図である。 図１２は、実施の形態７に係る回転子の一例を示す平面図である。 図１３は、実施の形態８に係る圧縮機の一例を示す図である。 図１４は、実施の形態９に係る送風機の一例を示す図である。 図１５は、実施の形態９に係る送風機の一例を示す図である。 図１６は、実施の形態１０に係る送風機の一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。

実施の形態１．
図１は、電動機１００の一例を示す断面図である。図２は、電動機１００の回転子１０の一例を示す斜視図である。図３は、電動機１００の回転子１０の一例を示す平面図である。図４は、図３の一部を拡大した図である。図５は、電動機１００における磁束の流れを示す図である。

電動機１００は、２極の誘導電動機である。電動機１００は、シャフト部材４０と接続され中心軸ＡＸを中心に回転する回転子１０と、回転子１０の周囲に配置される固定子２０とを備えている。回転子１０は、固定子２０の内側の空間に配置される。回転子１０の外面と固定子２０の内面とは、間隙を介して対向する。

固定子２０は、固定子スロット２２が形成された固定子鉄心２１と、固定子スロット２２に配置されるコイル２３とを備えている。

固定子鉄心２１は、筒状部材である。固定子鉄心２１は、複数の電磁鋼板の積層体である。軸方向に積層された複数の電磁鋼板が固定されることによって、固定子鉄心２１が製造される。

固定子スロット２２は、固定子鉄心２１に複数形成される。複数の固定子スロット２２は、回転方向に間隔をあけて配置される。

固定子スロット２２は、固定子鉄心２１の内側の空間に面する開口部を有する。固定子スロット２２の開口部は、スロットオープニングと呼ばれる。コイル２３は、スロットオープニングを介して、固定子スロット２２に挿入される。

コイル２３は、固定子スロット２２に複数配置される。コイル２３に交流の電流が供給されると、固定子２０は回転磁界を生成する。

回転子１０は、固定子２０で生成された回転磁界により誘導電流を発生し、誘導電流の電磁力によって回転する。回転子１０は、中心軸ＡＸを中心に回転するシャフト部材４０の少なくとも一部が配置されるシャフト孔１３と、シャフト部材４０の周囲に配置されシャフト部材４０の外面４１と接続される回転子鉄心１１と、シャフト部材４０の周囲に複数配置され中心軸ＡＸと平行な方向に貫通する流路５０と、回転子鉄心１１と接続されるかご形導体３０とを備えている。

回転子鉄心１１は、筒状部材である。回転子鉄心１１は、複数の電磁鋼板の積層体である。軸方向に積層された複数の電磁鋼板が固定されることによって、回転子鉄心１１が製造される。

回転子鉄心１１は、回転子スロット１２と、シャフト孔１３とを有する。シャフト孔１３は、中心軸ＡＸと直交する平面内において、回転子鉄心１１の中央部に形成される。シャフト部材４０は、シャフト孔１３の内面１４と接続される。シャフト孔１３に配置されたシャフト部材４０は、回転子鉄心１１と固定される。回転子スロット１２は、シャフト孔１３の周囲に複数形成される。複数の回転子スロット１２は、中心軸ＡＸを中心とする回転方向に間隔をあけて配置される。

シャフト部材４０は、回転子鉄心１１に固定される。このとき、シャフト部材４０の中心軸ＡＸと回転子１０の中心軸ＡＸとが一致する。中心軸ＡＸと平行な方向のシャフト部材４０の一端部及びシャフト部材４０の他端部が回転子鉄心１１の外側に配置される。シャフト部材４０は、軸受により回転可能に支持される。中心軸ＡＸと直交する平面内において、シャフト部材４０の外形は、円形である。

以下の説明において、中心軸ＡＸと平行な方向を適宜、軸方向、と称し、中心軸ＡＸを中心とする回転方向を適宜、回転方向、と称し、シャフト部材４０の径方向を適宜、径方向、と称する。径方向は、中心軸ＡＸの放射方向を含む。

かご形導体３０は、回転子鉄心１１の回転子スロット１２に配置される非磁性且つ導電性のロータバー３１と、ロータバー３１に接続されるエンドリング３２とを含む。

ロータバー３１は、中心軸ＡＸを囲んで複数配置される。ロータバー３１は、アルミニウム又は銅のような、非磁性且つ導電性の材料で形成される。ロータバー３１は、非磁性且つ導電性の材料を回転子スロット１２に充填することによって製造される。

エンドリング３２は、ロータバー３１の端部と接続される。エンドリング３２は、中心軸ＡＸに面する内縁部３２Ａと、径方向の内縁部３２Ａの外側に配置される外縁部３２Ｂとを有する。エンドリング３２は、ロータバー３１の両端部に配置される。ロータバー３１の端部は、エンドリング３２で短絡する。

シャフト孔１３の内面１４は、シャフト部材４０の外面４１と接続される接続領域１５と、シャフト部材４０の外面４１と間隙を介して配置される非接続領域１６と、を含む。回転子１０は、シャフト孔１３の内面１４に形成された凹部１７を有する。凹部１７は、シャフト孔１３の内面１４から径方向の外側に凹んで形成される。非接続領域１６は、凹部１７の内面を含む。シャフト部材４０は、シャフト孔１３の接続領域１５に支持される。

流路５０は、シャフト部材４０の周囲に間隔をあけて複数配置される。本実施の形態において、流路５０は、シャフト部材４０の周囲に３つ配置される。流路５０は、回転子１０を軸方向に貫通する。流路５０は、軸方向の回転子１０の一方の端面に形成された第１開口と、他方の端面に形成された第２開口とを結ぶ。軸方向の流路５０の一端部に第１開口が配置され、軸方向の流路５０の他端部に第２開口が配置される。流路５０の第１開口及び第２開口は、中心軸ＡＸと直交する平面内においてシャフト部材４０の外面４１とエンドリング３２の内縁部３２Ａとの間に配置される。

流路５０に、流体が流れる。第１開口を介して流路５０に流入した流体は、流路５０を流れた後、第２開口から流出する。流路５０を流れる流体は、気体及び液体の一方又は両方を含む。流路５０を流れる流体は、冷媒、空気、ガス、及び油を含む。例えば、流路５０に冷媒が流れることによって、回転子１０が冷却される。流路５０を、風穴、と称してもよい。

流路５０の内面は、径方向の外側を向く第１面５１と、径方向において第１面５１の外側に配置され第１面５１と間隙を介して対向する第２面５２と、回転方向の第１面５１の一端部と第２面５２の一端部とを結ぶ第３面５３と、回転方向の第１面５１の他端部と第２面５２の他端部とを結ぶ第４面５４と、を含む。

流路５０は、シャフト部材４０と回転子鉄心１１との間に形成される。流路５０は、シャフト部材４０の外面４１と回転子鉄心１１の非接続領域１６とで規定される。第１面５１は、シャフト部材４０に設けられる。第２面５２、第３面５３、及び第４面５４は、回転子鉄心１１に設けられる。シャフト部材４０の外面４１が、第１面５１を含む。回転子鉄心１１の非接続領域１６が、第２面５２、第３面５３、及び第４面５４を含む。

第１面５１、第２面５２、第３面５３、及び第４面５４を含む流路５０の内面は、中心軸ＡＸと平行である。第１面５１は、曲面を含む。第２面５２は、平面である。第３面５３は、平面である。第４面５４は、平面である。第１面５１は、径方向の外側に突出する曲面を含む。

流路５０は、第１面５１と第３面５３とを結ぶ第１角部６１と、第１面５１と第４面５４とを結ぶ第２角部６２と、第２面５２と第３面５３とを結ぶ第３角部６３と、第２面５２と第４面５４とを結ぶ第４角部６４と、を含む。

第１角部６１は、回転方向の第１面５１の一端部と、径方向の第３面５３の内端部との間に設けられる。第２角部６２は、回転方向の第１面５１の他端部と、径方向の第４面５４の内端部との間に設けられる。第３角部６３は、回転方向の第２面５２の一端部と、径方向の第３面５３の外端部との間に設けられる。第４角部６４は、回転方向の第２面５２の他端部と、径方向の第４面５４の外端部との間に設けられる。

中心軸ＡＸと直交する平面内において、第１面５１の一端部と第１面５１の他端部との距離をＣ、第２面５２の一端部と第２面５２の他端部との距離をＤとしたとき、
Ｃ ＜ Ｄ …（１）
流路５０は、（１）式の条件を満たす。

距離Ｃは、第１面５１の一端部と第１面５１の他端部との直線距離である。距離Ｄは、第２面５２の一端部と第２面５２の他端部との直線距離である。

中心軸ＡＸと直交する平面内において、第３面５３の内端部と第３面５３の外端部との距離をＥ、第４面５４の内端部と第４面５４の外端部との距離をＦとしたとき、
Ｅ ＝ Ｆ …（２）
流路５０は、（２）式の条件を満たす。

距離Ｅは、第３面５３の内端部と第３面５３の外端部との直線距離である。距離Ｆは、第４面５４の内端部と第４面５４の外端部との直線距離である。

径方向の第１面５１と第２面５２との距離をＬとしたとき、
Ｌ ＜ Ｃ …（３）
流路５０は、（３）式の条件を満たす。本実施の形態において、距離Ｌは、距離Ｅ及び距離Ｆと同一である。

中心軸ＡＸと直交する平面内において、第３角部６３と中心軸ＡＸとを結ぶ第１仮想線ＩＬ１と第３面５３とが一致し、第４角部６４と中心軸ＡＸとを結ぶ第２仮想線ＩＬ２と第４面５４とが一致する。中心軸ＡＸと直交する平面内において、中心軸ＡＸと第３角部６３と第４角部６４とを結ぶ仮想線により、二等辺三角形が形成される。第３面５３と第４面５４とは、径方向の外側に向かって、第３面５３と第４面５４との距離が大きくなっている。

第１面５１と第３面５３とがなす角度θ１は、実質的に９０度である。第１面５１と第４面５４とがなす角度θ２は、実質的に９０度である。角度θ１と角度θ２とは同一である。第２面５２と第３面５３とがなす角度θ３は、９０度よりも小さい角度、すなわち鋭角である。第２面５２と第４面５４とがなす角度θ４は、９０度よりも小さい角度、すなわち鋭角である。角度θ３と角度θ４とは同一である。

流路５０は、シャフト部材４０の周囲において同一の間隔で３つ配置される。隣り合う流路５０の間に、回転子鉄心１１の一部が配置される。以下の説明において、隣り合う２つの流路５０のうち、一方の流路５０を適宜、第１の流路５０、と称し、第１の流路５０の隣の他方の流路５０を適宜、第２の流路５０、と称する。

第１の流路５０の第３角部６３と第２の流路５０の第４角部６４との距離をＡ、第１の流路５０の第１角部６１と第２の流路５０の第２角部６２との距離をＢとしたとき、
Ａ ≧ Ｂ …（４）
流路５０は（４）式を満たしている。

距離Ａは、第１の流路５０の第３角部６３と第２の流路５０の第４角部６４との直線距離である。距離Ｂは、第１の流路５０の第１角部６１と第２の流路５０の第２角部６２との直線距離である。

本実施の形態において、距離Ａと距離Ｄとは同一である。距離Ｂと距離Ｃとは同一である。

図５に示すように、固定子２０で生成された磁束は、回転子１０を通る。矢印ＹＪで示すように、固定子２０で生成された磁束は、回転子１０の中心部に配置されたシャフト部材４０を通る。本実施の形態において、固定子２０の極数は、２である。２極の固定子２０で生成されシャフト部材４０を通る磁束の数は、例えば４極又は６極の固定子で生成されシャフト部材４０を通る磁束の数に比べて、多い。また、例えば４極又は６極の固定子で生成される磁束は、極数に応じ磁束が分散されるが、２極の固定子は磁束が分散されないため、磁束密度が高くなる。

第１の流路５０と第１の流路５０の隣の第２の流路５０との距離が短いと、磁気飽和が発生する可能性がある。磁気飽和が発生すると、電動機１００の効率が低下する可能性がある。磁気飽和とは、固定子２０で生成される磁界の磁気力を増大させても、回転子１０の磁束密度の増大が鈍化する現象をいう。電動機１００の効率とは、入力電力と出力との比をいう。

図６は、従来例に係る回転子１０Ｒの一例を示す図である。図６に示すように、中心軸ＡＸと直交する平面内において、第１面５１の一端部と第１面５１の他端部との距離Ｃが大きく、（１）式の条件を満たさないと、第１の流路５０Ｒの第１角部６１と第２の流路５０Ｒの第２角部６２との距離Ｂが短くなる。距離Ｂが短いと、磁気飽和が発生し、電動機の効率が低下する。

本実施の形態によれば、流路５０は（１）式の条件を満たす。したがって、第１の流路５０と第２の流路５０との間の距離Ｂは長くなる。例えば、距離Ｂは、距離Ａの半分の値よりも長くなる。距離Ｂが長いと、磁気飽和の発生が抑制される。磁気飽和の発生が抑制されることによって、電動機１００の効率の低下が抑制される。

また、本実施の形態によれば、流路５０は（３）式の条件を満たす。すなわち、中心軸ＡＸと直交する平面内において、流路５０の形状は回転方向に長くなる。これにより、流路５０の流路面積が増大し、流体は流路５０を円滑に流れることができる。流路５０の流路面積とは、中心軸ＡＸと直交する平面内における流路５０の面積をいう。流路５０が、（１）式及び（３）式の両方の条件を満たすことによって、流路５０における流体の円滑な流動と、磁気飽和の発生の抑制との両方が達成される。これにより、電動機１００の効率の低下が抑制される。

また、本実施の形態によれば、流路５０の第１面５１は、シャフト部材４０に設けられ、流路５０の第２面５２と第３面５３と第４面５４とは、回転子鉄心１１に設けられる。すなわち、流路５０は、シャフト孔１３に支持されたシャフト部材４０と、シャフト孔１３に設けられた回転子鉄心１１の凹部１７とによって規定される。これにより、流路面積が大きい流路５０が、中心軸ＡＸに近い位置に配置される。流路５０は中心軸ＡＸに近いほど速度が遅くなる。したがって、回転子１０が回転しても、流体は流路５０を円滑に流れることができる。

また、本実施の形態によれば、流路５０は、第１面５１と第３面５３とを結ぶ第１角部６１と、第１面５１と第４面５４とを結ぶ第２角部６２と、第２面５２と第３面５３とを結ぶ第３角部６３と、第２面５２と第４面５４とを結ぶ第４角部６４と、を含む。すなわち、中心軸ＡＸと直交する平面内において、流路５０は実質的に四角形である。これにより、流体は流路５０を円滑に流れることができる。

また、本実施の形態によれば、中心軸ＡＸと直交する平面内において、第３角部６３と中心軸ＡＸとを結ぶ第１仮想線ＩＬ１と第３面５３とが一致し、第４角部６４と中心軸ＡＸとを結ぶ第２仮想線ＩＬ２と第４面５４とが一致する。流路５０は、第３面５３が第１仮想線ＩＬ１と一致し、第４面５４が第２仮想線ＩＬ２と一致して形成されることにより、第１面５１と第３面５３とがなす角度θ１は９０度であり、第１面５１と第４面５４とがなす角度θ２は９０度である。また、回転子鉄心１１の第３面５３と内面１４の接続領域１５とがなす角度が９０度になり、回転子鉄心１１の第４面５４と内面１４の接続領域１５とがなす角度が９０度になる。これにより、回転子鉄心１１において、鋭角に尖った部分が無くなる。したがって、シャフト部材４０と回転子鉄心１１との接続作業においてシャフト部材４０の外面４１が回転子鉄心１１で損傷してしまうことが抑制される。また、回転子１０の製造において電磁鋼板を金型で打ち抜く作業が行われる場合、金型に鋭角な部分を設ける必要が無い。金型に鋭角な部分が無いので、金型が傷付く可能性を低減できる。

また、本実施の形態によれば、回転子１０は、電動機１００の固定子２０により生成された２極の回転磁界で回転する。２極の固定子２０で生成されシャフト部材４０を通る磁束の数は、例えば４極又は６極の固定子で生成されシャフト部材４０を通る磁束の数よりも多い。シャフト部材４０の周囲に配置される流路５０が、（１）式を満たして形成されることによって、磁気飽和の発生が効果的に抑制される。

また、本実施の形態によれば、回転子１０は、ロータバー３１及びロータバー３１に接続されるエンドリング３２を含むかご形導体３０を有する。エンドリング３２が大型化すると、二次抵抗が低減される。二次抵抗とは、回転子１０の電気抵抗をいう。二次抵抗が低減されることにより、電動機１００の効率が改善される。エンドリング３２の内縁部３２Ａの直径を小さくして、エンドリング３２の内縁部３２Ａと外縁部３２Ｂとの径方向の距離を長くすることにより、エンドリング３２が大型化され、二次抵抗が低減される。本実施の形態によれば、（１）式及び（３）式の条件を満たして流路５０が形成されることにより、エンドリング３２の大型化、及び流路５０の流路面積の増大を達成しつつ、中心軸ＡＸと直交する平面内においてシャフト部材４０の外面４１とエンドリング３２の内縁部３２Ａとの間に流路５０を配置することができる。（１）式及び（３）式の条件が満たされることにより、流路５０における流体の円滑な流通、及び磁気飽和の発生の抑制が実現される。

また、本実施の形態では、誘導電動機を例にして説明したが、永久磁石型電動機、リラクタンス型電動機など２極の電動機であれば効果を示すことができる。また、主巻線と補助巻線とから構成され、単相電源にて駆動可能な単相誘導電動機は起動トルクが小さいため、磁束密度が高く設計される。本発明は、流路５０による磁束飽和を緩和する効果があるため、磁束密度が高い単相誘導電動機に用いることで、より効果を示すことができる。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る回転子１０Ｂの一例を示す図である。図７に示すように、第２面５２は、径方向の外側に凹む曲面を含む。

図７に示す例においては、第２面５２は、中心軸ＡＸを中心とする曲面である。すなわち、中心軸ＡＸと直交する平面内において、第２面５２は、円弧である。第２面５２の曲率中心は、中心軸ＡＸと一致する。

流路５０の第２面５２が中心軸ＡＸを中心とする曲面であるため、回転子１０Ｂが回転する状態において、複数の流路５０の第２面５２は、同一の円形の軌跡を移動する。これにより、回転子１０Ｂが回転している状態において、流体は、流路５０の第１開口から流路５０の内部に円滑に流入して、流路５０の第２開口から円滑に排出される。

また、エンドリング３２の内縁部３２Ａは、中心軸ＡＸと同心の円形である。エンドリング３２の内縁部３２Ａと第２面５２とが同心円状に配置されることにより、中心軸ＡＸと直交する平面内においてエンドリング３２と流路５０とが重複することを抑制しつつ、エンドリング３２の内縁部３２Ａの直径を小さくすることができる。したがって、エンドリング３２の大型化、及び流路５０の流路面積の増大を図ることができる。

なお、第２面５２の一部が、中心軸ＡＸを中心とする曲面でもよい。第２面５２が、中心軸ＡＸと平行で中心軸ＡＸとは異なる軸を中心とする曲面でもよい。第２面５２が、中心軸ＡＸを中心とする曲面でなくても、径方向の外側に凹む曲面であることにより、第２面５２が平面である場合に比べて、流体は、流路５０の第１開口から流路５０の内部に円滑に流入して、流路５０の第２開口から円滑に排出される。また、第２面５２が、中心軸ＡＸを中心とする曲面でなくても、径方向の外側に凹む曲面であることにより、第２面５２が平面である場合に比べて、エンドリング３２と流路５０とが重複することを抑制しつつ、エンドリング３２の大型化、及び流路５０の流路面積の増大を図ることができる。

第１角部６１、第２角部６２、第３角部６３、及び第４角部６４の少なくとも一つは、曲面を含んでもよい。これにより、回転子１０Ｂの製造において電磁鋼板を金型で打ち抜く作業が行われる場合、金型に鋭角な部分を設けなくてもよい。金型が傷つく可能性が低減され、回転子１０Ｂの製造が円滑に行われる。

図７に示すように、第３角部６３及び第４角部６４が曲面を含んでもよい。図７に示す例においては、中心軸ＡＸと直交する平面内において、第３角部６３は円弧を含み、第４角部６４は円弧を含む。第３角部６３の曲率半径及び第４角部６４の曲率半径をＲｑ、径方向の第１面５１と第２面５２との距離をＬとしたとき、
Ｒｑ ＜ Ｌ／２ …（５）
流路５０は（５）式の条件を満たす。距離Ｌは、第３面５３の径方向の寸法及び第４面５４の径方向の寸法と同一である。

第３角部６３が曲面を含み、第４角部６４が曲面を含むことにより、回転子１０Ｂの製造において電磁鋼板を金型で打ち抜く作業が行われる場合、金型において鋭角な部分を設けなくてもよい。したがって、金型が傷つく可能性が低減され、回転子１０Ｂの製造が円滑に実施される。

半径Ｒｑが大きいと、流路５０の流路面積が小さくなる。（５）式の条件を満たさない場合（Ｒｑ≧Ｌ／２の場合）、径方向の第３面５３の中心よりも内側に円弧が存在することとなる。径方向の第３面５３の中心よりも内側に円弧が存在すると、隣り合う第１の流路５０と第２の流路５０との距離Ｂが短くなり、磁気飽和が発生する可能性が高くなる。

流路５０は、（５）式の条件を満たすことにより、距離Ｂが短くなることが抑制される。これにより、磁気飽和の発生が抑制される。

実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係る回転子１０Ｃの一例を示す図である。図８に示すように、第１角部６１及び第２角部６２が曲面を含んでもよい。図８に示す例においては、中心軸ＡＸと直交する平面内において、第１角部６１は円弧を含み、第２角部６２は円弧を含む。

第１角部６１が曲面を含み、第２角部６２が曲面を含むことにより、回転子１０Ｃの製造において電磁鋼板を金型で打ち抜く作業が行われる場合、金型に鋭角な部分を設けなくてもよい。金型に鋭角な部分を設けないことにより、金型の傷つく可能性が低減される。また、第１角部６１及び第２角部６２が尖っていると、バリなどが発生し易く、シャフト部材４０を焼嵌め又は圧入によりシャフト孔１３の内面１４と接続するときにバリが引っかかる可能性がある。また、第１角部６１及び第２角部６２が尖っていると、シャフト部材４０と回転子鉄心１１とを接続する作業においてシャフト部材４０の外面４１が傷付く可能性がある。第１角部６１及び第２角部６２が丸みを帯びることにより、シャフト部材４０の外面４１の損傷が抑制され、回転子１０Ｃの製造が円滑に行われる。

実施の形態４．
図９は、実施の形態４に係る回転子１０Ｄの一例を示す図である。図９に示すように、中心軸ＡＸと直交する平面内において、第３角部６３と中心軸ＡＸとを結ぶ第１仮想線ＩＬ１と、第４角部６４と中心軸ＡＸとを結ぶ第２仮想線ＩＬ２との間に、第１角部６１及び第２角部６２が配置されることを条件に、回転方向の第１面５１の一端部と第１面５１の他端部との距離Ｃが定められる。第３面５３及び第４面５４も、第１仮想線ＩＬ１と第２仮想線ＩＬ２との間に配置される。

第１仮想線ＩＬ１と第２仮想線ＩＬ２との間に、第１角部６１及び第３面５３と、第２角部６２及び第４面５４とが配置されることにより、隣り合う流路５０のうち、第１の流路５０の第１角部６１と第２の流路５０の第２角部６２との距離Ｂを長くすることができる。これにより、磁気飽和の発生が抑制される。

一方、距離Ｂを長くするために、距離Ｃを短くしすぎると、第３面５３と接続領域１５とがなす角度θ５、及び第４面５４と接続領域１５とがなす角度θ６が小さくなり、第３面５３と接続領域１５との間の部分及び第４面５４と接続領域１５との間の部分が鋭く尖ってしまう可能性がある。回転子鉄心１１において鋭く尖る部分が設けられると、回転子１０Ｄの製造において電磁鋼板を金型で打ち抜く作業が行われる場合、金型が傷付く可能性が高くなる。また、第３面５３と接続領域１５との間の部分及び第４面５４と接続領域１５との間の部分の強度が低下する可能性がある。

したがって、隣り合う２つの流路５０のうち、第１の流路５０の第３角部６３と第１の流路５０の隣の第２の流路５０の第４角部６４との距離をＡ、第１の流路５０の第１角部６１と第２の流路５０の第２角部６２との距離をＢとしたとき、
Ａ ≧ Ｂ …（６）
流路５０は、（６）式の条件を満たしていてもよい。これにより、回転子１０Ｄの製造が円滑に行われ、磁気飽和の発生が抑制される。

実施の形態５．
図１０は、実施の形態５に係る回転子１０Ｅの一例を示す図である。図１０に示すように、シャフト部材４０と流路５０との間に、回転子鉄心１１の一部が配置されてもよい。すなわち、流路５０の第１面５１、第２面５２、第３面５３、及び第４面５４が、回転子鉄心１１に設けられてもよい。図１０に示すように、シャフト孔１３と流路５０とが分離していても、（１）式などの条件が満たされるように流路５０が形成されることによって、流体は流路５０を円滑に流れ、磁気飽和の発生が抑制される。

実施の形態６．
図１１は、実施の形態６に係る回転子１０Ｆの一例を示す図である。図１１に示すように、流路５０の第１面５１、第２面５２、第３面５３、及び第４面５４が、回転子鉄心１１に設けられている。

中心軸ＡＸと直交する平面内において、第１角部６１は円弧を含み、第２角部６２は円弧を含む。第１角部６１が曲面を含み、第２角部６２が曲面を含むことにより、回転子１０Ｆの製造において電磁鋼板を金型で打ち抜く作業が行われる場合、金型に鋭角な部分を設けなくてよいため、金型が傷付く可能性を低減できる。

第１角部６１の曲率半径及び第２角部６２の曲率半径をＲｐ、径方向の第１面５１と第２面５２との距離をＬとしたとき、
Ｒｐ ＞ Ｌ／２ …（７）
流路５０は、（７）式の条件を満たす。距離Ｌは、径方向の第３面５３の寸法及び第４面５４の寸法と同一である。

流路５０が（７）式の条件を満たすことにより、磁気飽和の発生が抑制される。（７）式の条件を満たす場合、径方向の第３面５３の中心よりも外側まで円弧が存在することとなる。径方向の第３面５３の中心よりも外側まで円弧が存在すると、隣り合う第１の流路５０と第２の流路５０との距離が大きくなり、磁気飽和の発生が抑制される。

図１１に示す例においては、第１角部６１が円弧を含み、第２角部６２が円弧を含むとともに、中心軸ＡＸと直交する平面内において、第３角部６３が円弧を含み、第４角部６４が円弧を含む。

第１角部６１の曲率半径及び第２角部６２の曲率半径をＲｐ、第３角部６３の曲率半径及び第４角部６４の曲率半径をＲｑとしたとき、
Ｒｑ ＜ Ｒｐ …（８）
流路５０は、（８）式の条件を満たす。

半径Ｒｐが大きいと、距離Ｂが大きくなり、磁気飽和の発生が抑制される。半径Ｒｑが大きいと、距離Ａが大きくなるものの、距離Ｂが大きくなる場合に比べて、磁気飽和の改善の効果は小さい。流路５０が（８）式の条件を満たすことにより、流路５０の流路面積を確保しつつ、磁気飽和を効果的に抑制することができる。

なお、実施の形態６においては、第１角部６１、第２角部６２、第３角部６３、及び第４角部６４が円弧を含むこととした。第１角部６１及び第２角部６２が円弧を含み、第３角部６３及び第４角部６４が円弧を含まずに角張っていてもよい。第１角部６１及び第２角部６２が円弧を含み、第３角部６３及び第４角部６４が円弧を含まない場合においても、（７）式の条件が満たされることにより、磁気飽和の発生が抑制される。

なお、実施の形態５及び実施の形態６においては、シャフト孔１３と流路５０とが分かれていることとした。実施の形態５及び実施の形態６において、流路５０がシャフト部材４０と回転子鉄心１１の凹部１７とで規定されてもよい。

実施の形態７．
図１２は、実施の形態７に係る回転子１０Ｇの一例を示す図である。上述の実施の形態においては、流路５０がシャフト部材４０の周囲において３つ配置される例について説明した。図１２に示すように、流路５０は、シャフト部材４０の周囲において２つ配置されてもよい。なお、流路５０は、シャフト部材４０の周囲において４つ配置されてもよいし、５つ配置されてもよい。流路５０の数は、任意である。

実施の形態８．
次に、実施の形態８に係る圧縮機４００の一例について説明する。図１３は、本実施の形態に係る圧縮機４００の一例を示す図である。圧縮機４００は、上述の実施の形態で説明した電動機１００を備えている。

図１３において、圧縮機４００は、密閉容器２と、密閉容器２の内部空間に配置された電動機１００と、密閉容器２の内部空間に配置され、電動機１００が発生する動力により作動する圧縮機構部３００と、電動機１００が発生した動力を圧縮機構部３００に伝達するシャフト部材８とを備えている。電動機１００は、回転子１０と固定子２０とを有する。ガラス端子２４０及びリード線２５０を経由して電力が電動機１００に供給される。

圧縮機４００は、２気筒回転式圧縮機である。なお、圧縮機４００は、スクロール圧縮機、１シリンダの回転式圧縮機、複数段の回転式圧縮機、スイング回転式圧縮機、ベーン型圧縮機、及び往復式圧縮機でもよい。

シャフト部材８は、電動機１００の回転子１０に固定される主軸８ａと、副軸８ｂと、主軸８ａと副軸８ｂとの間に配置される主軸側偏芯部８ｃ及び副軸側偏芯部８ｄと、主軸側偏芯部８ｃと副軸側偏芯部８ｄとの間に設けられる中間軸８ｅとを有する。主軸８ａは、軸受６に回転可能に支持される。副軸８ｂは、軸受７に回転可能に支持される。主軸８ａが、上述の実施の形態で説明したシャフト部材４０に相当する。

圧縮機構部３００は、第１のシリンダ５ａと、第１のシリンダ５ａの内部空間に配置された第１のピストン９ａと、第２のシリンダ５ｂと、第２のシリンダ５ｂの内部空間に配置された第２のピストン９ｂとを有する。

第１のシリンダ５ａは、冷凍サイクルからのガスを第１のシリンダ５ａの内部空間に取り入れる吸入ポートと、第１のシリンダ５ａの内部空間のガスを排出する吐出ポートとを有する。

第２のシリンダ５ｂは、冷凍サイクルからのガスを第２のシリンダ５ｂの内部空間に取り入れる吸入ポートと、第２のシリンダ５ｂの内部空間のガスを排出する吐出ポートとを有する。

密閉容器２の外側にアキュムレータ３１０が配置される。第１のシリンダ５ａは、吸入管３２０ａを介して、アキュムレータ３１０と接続される。第２のシリンダ５ｂは、吸入管３２０ｂを介して、アキュムレータ３１０と接続される。

第１のシリンダ５ａ及び第２のシリンダ５ｂで圧縮された冷媒ガスは、密閉容器２の内部空間に吐出され、吐出管３３０から冷凍空調装置の冷凍サイクルに供給される。

密閉容器２の内部空間の底部に、圧縮機構部３００の摺動部を潤滑する潤滑油２６０が貯留されている。回転するシャフト部材８の遠心力により、密閉容器２の底部の潤滑油２６０がシャフト部材８に沿って流動する。シャフト部材８に設けられた給油孔を介して、圧縮機構部３００の摺動部に潤滑油２６が供給される。潤滑油２６０は、主軸８ａと軸受６との間の摺動部、主軸側偏芯部８ｃと第１のピストン９ａとの間の摺動部、副軸側偏芯部８ｄと第２のピストン９ｂとの間の摺動部、及び副軸８ｂと軸受７との間の摺動部に供給される。

圧縮機４００は、上述の実施の形態で説明した電動機１００を有する。したがって、圧縮機４００の高効率化が可能となる。上述したように、圧縮機４００の密閉容器２の内部空間に、冷媒及び油のような流体が存在する。流体は、回転子１０を通る。回転子１０は、上述の実施の形態で説明した流路５０を有する。流体は、流路５０を円滑に流れることができる。また、電動機１００において磁気飽和の発生が抑制される。これにより、電動機１００及び圧縮機４００の高効率化が達成される。

実施の形態９．
次に、実施の形態９に係る送風機５００の一例について説明する。図１４及び図１５は、本実施の形態に係る送風機５００の一例を示す図である。送風機５００は、上述の実施の形態で説明した電動機１００を備えている。図１４及び図１５に示す例において、送風機５００は、空気調和機の室外機を含む。

電動機１００は、ファン５０１を駆動する。電動機１００及びファン５０１は、ハウジング５０２の内部空間に配置される。ファン５０１は、電動機１００が発生する動力により作動する。図１４及び図１５に示す例において、ファン５０１と電動機１００の出力軸との接続部、及び電動機１００とハウジング５０２との接続部に、防振部材５０３が配置されている。

送風機５００は、上述の実施の形態で説明した電動機１００を有する。したがって、送風機５００の高効率化が可能となる。

実施の形態１０．
次に、実施の形態１０にかかる送風機６００の一例について説明する。図１６は、本実施の形態に係る送風機６００の一例を示す図である。送風機６００は、上述の実施の形態で説明した電動機１００を備えている。図１６に示す例において、送風機６００は、空気調和機の室内機を含む。

電動機１００は、ファン６０１を駆動する。電動機１００及びファン６０１は、ハウジング６０２の内部空間に配置される。ファン６０１は、電動機１００が発生する動力により作動する。図１６に示す例において、ファン６０１と電動機１００の出力軸との接続部、及び電動機１００とハウジング６０２との接続部に、防振部材６０３が配置される。

送風機６００は、上述の実施の形態で説明した電動機１００を有する。したがって、送風機６００の高効率化が可能となる。

なお、上述の実施の形態においては、電動機１００が誘導電動機である例について説明した。誘導電動機の回転子１０は、回転子鉄心１１及びかご形導体３０を含む。電動機１００は、同期電動機でもよい。同期電動機の回転子は、永久磁石を含む。同期電動機においても、回転子は、シャフト部材の周囲に配置されシャフト部材の外面と接続される筒状部材を備える。同期電動機の回転子に、上述の実施の形態で説明した流路５０が設けられてもよい。

なお、上述の実施の形態で説明した構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を含まない場合もある。

本発明は、電動機の回転子、回転子を有する電動機、電動機を有する圧縮機及び送風機に有用である。

１０ 回転子、１１ 回転子鉄心、１２ 回転子スロット、１３ シャフト孔、１４ 内面、１５ 接続領域、１６ 非接続領域、１７ 凹部、２０ 固定子、２１ 固定子鉄心、２２ 固定子スロット、２３ コイル、３０ かご形導体、３１ ロータバー、３２ エンドリング、３２Ａ 内縁部、３２Ｂ 外縁部、４０ シャフト部材、４１ 外面、５０ 流路、５１ 第１面、５２ 第２面、５３ 第３面、５４ 第４面、６１ 第１角部、６２ 第２角部、６３ 第３角部、６４ 第４角部、１００ 電動機、ＡＸ 中心軸、ＩＬ１ 第１仮想線、ＩＬ２ 第２仮想線。

Claims (10)

1. シャフト部材と接続され中心軸を中心に回転する電動機の回転子であって、
   前記中心軸を中心に回転する前記シャフト部材の少なくとも一部が配置されるシャフト孔を有する筒状部材と、
   前記シャフト部材の周囲に複数配置され前記中心軸と平行な方向に貫通する流路と、
   前記筒状部材のスロットに配置される非磁性且つ導電性のロータバーと前記ロータバーに接続されるエンドリングとを含むかご形導体と、
   を備え、
   前記流路の内面は、前記シャフト部材の径方向の外側を向く第１面と、前記径方向において前記第１面の外側に配置され前記第１面と間隙を介して対向する第２面と、前記中心軸を中心とする回転方向の前記第１面の一端部と前記第２面の一端部とを結ぶ第３面と、前記回転方向の前記第１面の他端部と前記第２面の他端部とを結ぶ第４面と、を含み、
   前記流路は、前記第１面と前記第３面とを結ぶ第１角部と、前記第１面と前記第４面とを結ぶ第２角部と、前記第２面と前記第３面とを結ぶ第３角部と、前記第２面と前記第４面とを結ぶ第４角部と、を含み、
   前記シャフト孔の内面は、前記シャフト部材の外面と接続される接続領域と、前記シャフト部材の外面と間隙を介して配置される非接続領域と、を含み、
   前記第１面は、前記シャフト部材に設けられ、
   前記第２面、前記第３面、及び前記第４面は、前記筒状部材に設けられ、
   前記第１面の一端部と前記第１面の他端部との距離をＣ、前記第２面の一端部と前記第２面の他端部との距離をＤとしたとき、
   Ｃ ＜ Ｄ、
   の条件を満たし、
   前記第１角部は、前記筒状部材の前記接続領域と前記非接続領域の前記第３面との境界に配置され、
   前記第２角部は、前記筒状部材の前記接続領域と前記非接続領域の前記第４面との境界に配置され、
   前記接続領域と前記第３面との境界の前記第１角部は、曲面を含み、
   前記接続領域と前記第４面との境界の前記第２角部は、曲面を含み、
   前記第２面は、前記中心軸を中心とする曲面を含み、
   前記エンドリングは前記中心軸に面する内縁部を有し、
   前記第２面と前記内縁部とが、同心円状に配置される
   回転子。
2. 前記径方向の前記第１面と前記第２面との距離をＬとしたとき、
   Ｌ ＜ Ｃ、
   の条件を満たす請求項１に記載の回転子。
3. 前記中心軸と直交する平面内において、前記第３角部と前記中心軸とを結ぶ第１仮想線と、前記第４角部と前記中心軸とを結ぶ第２仮想線との間に前記第１角部及び前記第２角部が配置されることを条件に、前記第１面の一端部と前記第１面の他端部との距離が定められる請求項１又は請求項２に記載の回転子。
4. 第１の前記流路の前記第３角部と第１の前記流路の隣の第２の前記流路の前記第４角部との距離をＡ、第１の前記流路の前記第１角部と第２の前記流路の前記第２角部との距離をＢとしたとき、
   Ａ ≧ Ｂ、
   の条件を満たす請求項３に記載の回転子。
5. 前記中心軸と直交する平面内において、前記第３角部と前記中心軸とを結ぶ第１仮想線と前記第３面とが一致し、前記第４角部と前記中心軸とを結ぶ第２仮想線と前記第４面とが一致する請求項１又は請求項２に記載の回転子。
6. 前記電動機は単相誘導電動機である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の回転子。
7. 前記電動機の固定子により生成された２極の回転磁界で回転する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の回転子。
8. 回転磁界を生成する固定子と、
   前記固定子の前記回転磁界で回転する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回転子と、
   を備える電動機。
9. 請求項８に記載の電動機を備える圧縮機。
10. 請求項８に記載の電動機を備える送風機。

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