(57)【要約】【課題】ローターコアに対するスリーブの位置決めが容易で磁力の強いローターコアを有する電動機を提供する。【解決手段】シャフト３０１と、シャフト３０１に固着された円筒状のローターコア３０２と、ローターコア３０２を外包するスリーブ３０３とを備えるローターアセンブリ３００を有し、ローターコア３０２は、異方性材料と樹脂とを混合して成形される磁石を有し、ローターコア３０２は複数の磁極を備え、ローターコア３０２は円筒表面にこの円筒表面から半径方向の高さが同一の複数の凸部３０２ａを備え、複数の凸部３０２ａは、ローターコア３０２を成形した後に成形されるとともにローターコア３０２に固着される。【選択図】          図７
2020162377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、前記シャフトに固着された円筒状のローターコアと、前記ローターコアを外包する円筒状のスリーブとを備えるローターアセンブリを有し、
前記ローターコアは、異方性材料と樹脂とを混合して成形される磁石を有し、
前記ローターコアは複数の磁極を備え、
前記ローターコアは円筒表面に該円筒表面から半径方向の高さが同一の複数の凸部を備え、
前記複数の凸部は、前記ローターコアを成形した後に前記ローターコアを用いて成形されるとともに前記ローターコアに固着される電動機。
【請求項２】
前記複数の凸部は前記シャフトの軸方向に平行な直線状に形成され、前記シャフトの軸のまわりに回転対称となるように配置された、請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記複数の凸部は、前記ローターコアが配向磁場内で成形された後に、２色成形によって形成される、請求項１または請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記複数の凸部は、前記ローターコアの２つの軸方向端面の内いずれか一方に連続して形成され、他方は連続していない、請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
前記複数の凸部は、前記ローターコアとは別の材料からなる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電動機。
【請求項６】
シャフトと、前記シャフトに固着された円筒状のローターコアと、前記ローターコアを外包する円筒状のスリーブとを備えるローターアセンブリを有し、
前記ローターコアは、異方性材料と樹脂とを混合して成形される磁石を有し、
前記ローターコアは複数の磁極を備え、
前記ローターコアは円筒表面に該円筒表面から半径方向の高さが同一の複数の凸部を備え、
前記複数の凸部はローターコアに固着され、
前記ローターコアに対し、前記シャフトの軸方向の一方の端面に固着された接続部を有し、
前記複数の凸部は前記接続部と連続する電動機。
【請求項７】
前記複数の凸部は前記シャフトの軸方向に平行な直線状に形成され、前記シャフトの軸のまわりに回転対称となるように配置された、請求項６に記載の電動機。
【請求項８】
前記接続部の直径は前記複数の凸部に外接する円筒の直径よりも大きいことを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の電動機。
【請求項９】
前記複数の凸部は、前記ローターコアが配向磁場内で成形された後に、２色成形によって形成される、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の電動機。
【請求項１０】
前記複数の凸部は、前記ローターコアとは別の材料からなる、請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の電動機。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の電動機と、インペラを有する電動送風機。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電動送風機を有する電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機、この電動機を備えた電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気機械のローターは、典型的には、シャフトに固着されたローターコアを含み、ローターコアは磁石を含み、磁石をシャフトに接着させる。また、ローターコアには、ローターの回転により生じる応力により磁石にひび割れを生じさせ、破壊してバラバラにすることを防止する目的で、磁石を包囲するスリーブを含む。スリーブは接着などによって磁石に固着される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、電動送風機のローターコアには、様々な永久磁石を採用することが出来る。永久磁石の一つであるボンド磁石は、強磁性粉末と高分子化合物を主体とし、生産性が高いことから射出成形法で製造されることが多い。また、金型内で射出成形し得られた成形体の外周面に異方性方向と同方向に着磁してなる、異方性磁石の、射出成形における製造方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５０６９９２号公報
【特許文献２】特許第６３７１２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シャフトと永久磁石（ローターコア）、及び、永久磁石とスリーブは、それぞれ接着剤を介して結合される。ここで、シャフトに永久磁石を接着し、さらに、永久磁石にスリーブを接着するローターの製造工程においては、接着剤を硬化させる間、それぞれ、接着する両者の相対位置関係が変化しないように維持し続ける必要がある。このため、この工程には長い待機時間が必要となり、ローターの製造コストを増大させる。
【０００６】
ここで、ローターコアの外周面とスリーブの内周面との間に、接着剤を注入するための所定の隙間を形成して、両者の相対位置関係を維持するように、ローターコアに対するスリーブの位置決めをすることが重要である。この位置決めを容易にする手段として、ローターコアの円柱状の外周面に複数の凸形状を形成することが有効である。
【０００７】
ところで、ローターコアの磁力を強くする手段として、ローターコアの永久磁石に異方性ボンド磁石を採用することが有効である。ローターコアの磁力を強くすると、ローターを回転させる力が強まり、高速回転が可能な電動機が得られる。そして、外周面に位置決め用の凸形状を有するローター用異方性ボンド磁石を成形する場合、ローター用異方性ボンド磁石を成形するための金型内で、ローター用異方性ボンド磁石の着磁用の配向磁場を作るために、ローター用異方性ボンド磁石とは別の配向磁場生成用永久磁石が必要となる。この配向磁場生成用永久磁石は、ローター用異方性ボンド磁石の円柱状の外周面から円柱状のローターコアの半径方向外側に凸形状の高さの分だけ離れて配置する必要があり、配向磁場生成用永久磁石とローター用異方性ボンド磁石の円柱状の外周面との距離が大きくなる。その結果、ローター用異方性ボンド磁石における配向磁場の強さが低下し、ローター用異方性ボンド磁石の成形において、異方性材料（磁性粉）の十分な配向が得られなくなり、磁力の強いローター用異方性ボンド磁石の成形が困難になるという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ローターコアに対するスリーブの位置決めを容易にするとともに磁力の強いローターコアが得られ、製造コストを抑え、高速回転が可能な電動機、この電動機を備えた電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気機器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】
【０００９】
本発明に係る電動機は、シャフトと、シャフトに固着された円筒状のローターコアと、ローターコアを外包するスリーブとを備えるローターアセンブリを有し、ローターコアは、異方性材料と樹脂とを混合して成形される磁石を有し、ローターコアは複数の磁極を備え、ローターコアは円筒表面にこの円筒表面から半径方向の高さが同一の複数の凸部を備え、複数の凸部は、ローターコアを成形した後にローターコアを用いて成形されるとともにローターコアに固着されるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ローターコアの外周に設けられる複数の凸部によって、ローターコアに対するスリーブの位置決めが容易で、また、磁力の強い磁石を有するローターコアを備えるので高速回転が可能な電動機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１の電動機を備える電動送風機の外観斜視図である。
【図２】実施の形態１の電動機を備える電動送風機をローターアセンブリ側の軸方向から見た図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線での断面図である。
【図４】実施の形態１の電動機におけるローターアセンブリの軸に平行で、かつ、軸の中心を通る断面図である。
【図５】実施の形態１の電動機におけるステーターの外観斜視図である。
【図６】実施の形態１の電動機におけるローターアセンブリからスリーブおよび一対の軸受と予圧部を除いたローターサブアセンブリの側面図である。
【図７】図４のＢ−Ｂ線での断面図である。
【図８】図６のＣ部の部分拡大図である。
【図９】実施の形態１の電動機におけるローターコアを金型で成形する段階での軸に垂直な方向の断面図である。
【図１０】実施の形態１の電動機におけるローターコアの複数の凸部を金型で成形する段階での軸に垂直な方向の断面図である。
【図１１】実施の形態１と異なる電動機におけるローターコアを金型で成形する段階での軸に垂直な方向の断面図である。
【図１２】実施の形態２の電動機におけるローターアセンブリの側面図である。
【図１３】実施の形態２の電動機におけるローターアセンブリの軸に平行で、かつ、軸の中心を通る断面図である。
【図１４】実施の形態２の電動機の変形例におけるローターコアの側面図である。
【図１５】実施の形態２の電動機の他の変形例におけるローターコアの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。各図における同一の符号は、同一の部分または相当する部分を示す。本開示では、重複する説明については、適宜に簡略化または省略する。なお、本発明は、以下の各実施の形態に開示される構成のあらゆる組み合わせを含み得るものである。また、本開示にて説明する形状、材質および製造方法等は、特に明示しない場合であっても、本発明の大要に反しないかぎり適宜選択できるものとする。
【００１３】
本開示で特に明示しない場合、軸方向とは、後述する図６に示すシャフト３０１の長手方向に平行な方向とする。また、径方向とは、軸方向に垂直でシャフト３０１の中心を通る方向とする。
【００１４】
実施の形態１．
図１から図３は、実施の形態１に係る電動機１に負荷部としてインペラ１０１が取り付けられた電動送風機１００であり、図１は実施の形態１の電動機１を備える電動送風機１００の外観斜視図である。図２は、実施の形態１の電動機１を備える電動送風機１００を、後述するローターアセンブリ３００側の軸方向から見た図である。図３は、実施の形態１の電動機１を備える電動送風機１００の断面図であり、図２のＡ―Ａ線での断面を示している。このＡ―Ａ線での断面は、電動送風機１００のシャフト３０１の中心軸を通る断面である。
【００１５】
電動機１は、一例として、ブラシレス型の電動機とする。電動機１は、例えば、定格回転数１０００００［ｒ／ｍｉｎ］で回転する。また、取り得る回転数の範囲が３００００〜１２００００［ｒ／ｍｉｎ］であってもよい。
【００１６】
電動機１は、フレーム２００を備える。フレーム２００は、電動機１の外殻を形成する部材である。フレーム２００の形状は、例えば、第１の円筒部２００ａと第２の円筒部２００ｂを備える。第１の円筒部２００ａは第２の円筒部２００ｂよりも直径が小さい。すなわち、フレーム２００は段付きの円筒状であり、フレーム２００の一端側は、他端側よりも細い。また、第２の円筒部２００ｂには第１の円筒部２００ａの反対側に開口部２００ｃを備える。フレーム２００は例えばアルミ合金製である。
【００１７】
電動機１は、ローターアセンブリ３００およびステーター４００を備える。図４は、実施の形態１の電動機１におけるローターアセンブリ３００のシャフト３０１に平行で、かつ、シャフト３０１の中心軸を通る断面図である。図５は実施の形態１の電動機１におけるステーター４００の外観斜視図である。
【００１８】
ローターアセンブリ３００は、シャフト３０１、シャフト３０１に固着された円筒形状のローターコア３０２、ローターコア３０２を外包するスリーブ３０３、第１のエンドキャップ３０４、第２のエンドキャップ３０５、１対の軸受３０６および予圧部３０７を有する。予圧部３０７は１対の軸受３０６の各々へ予圧を付与する。予圧部３０７は、例えば予圧ばね３０７ａ、クッションゴム３０７ｂ、スペーサー３０７ｃから成る。なお予圧部３０７はここで示す構成に限らない。例えば、予圧ばね３０７ａのみの構成としてもよい。
【００１９】
ステーター４００は、薄板電磁鋼板を積層したステーターコア４０１に巻線４０２が巻回されており、巻線４０２の端末線４０２ａは端子４０４にからげられて電気的に接続している。ステーターコア４０１と巻線４０２は絶縁部材４０３により電気的に絶縁されている。端末線４０２ａと端子４０４の接続はここで示す他に、はんだによる接続や、ヒュージングによる接続、あるいは食い込み端子による接続等であってもよい。端子４０４に電流が流れることにより、ステーター４００は磁束を発生させる。そして、この磁束は、ローターコア３０２に固着された、後述する永久磁石に対し、シャフト３０１を回転させる力として当該ローターコア３０２に作用する。
【００２０】
図３および図４に示すように、ローターアセンブリ３００の一対の軸受３０６および予圧部３０７はフレーム２００の第１の円筒部２００ａに収容され、ローターアセンブリ３００の一部およびステーター４００は、フレーム２００の第２の円筒部２００ｂに収容される。ローターアセンブリ３００の一対の軸受３０６の少なくとも一方がフレーム２００の第１の円筒部２００ａの内周面に接着剤等を介して固着されることが望ましい。一対の軸受３０６の少なくとも一方がフレーム２００の第１の円筒部２００ａの内周面に固着されることにより、ローターアセンブリ３００がフレーム２００の第１の円筒部２００ａから抜け出てしまうことを防止することができる。接着剤には、例えば、２液反応型や嫌気性接着剤を用いる。ステーター４００は、例えば、フレーム２００の第２の円筒部２００ｂに締り嵌めによって固着する。例えば、フレーム２００を加熱し熱膨張によってフレーム２００の第２の円筒部２００ｂを拡大させ、ステーター４００を開口部２００ｃから挿入した後、冷却によってフレーム２００の円筒部２００ｂが収縮することにより、フレーム２００がステーター４００を締り嵌めする。
【００２１】
ステーター４００は、ローターコア３０２を取り囲むように設けられる。ローターコア３０２の軸方向の中心はローターコア３０２の磁気的な中心であり、ステーターコア４０１の軸方向の中心はステーターコア４０１の磁気的な中心である。ローターコア３０２の磁気的な中心とは、ローターコア３０２が生成する磁力線の強度分布について、シャフト３０１の軸方向の強度分布が対称となる点を意味する。同様に、ローターコア３０２の磁気的な中心とは、ローターコア３０２が生成する磁力線の強度分布について、シャフト３０１の軸方向の強度分布が対称となる点を意味する。そして、ローターコア３０２とステーターコア４０１とは、ローターコア３０２の磁気的な中心とステーターコア４０１の磁気的な中心が一致するように構成される。
【００２２】
ローターコア３０２とステーターコア４０１は、ローターコア３０２の磁気的な中心とステーターコア４０１の磁気的な中心が一致するように構成されるが、一致しないように構成してもよい。例えば、ローターコア３０２の磁気的な中心がステーターコア４０１の磁気的な中心よりもフレーム２００の開口側（インペラ１０１側の逆側）にあってもよい。ローターコア３０２は、ステーターコア４０１から、ローターコア３０２の磁気的な中心とローターコア３０２の磁気的な中心とが一致する方向に力が働く。例えば、ローターコア３０２の磁気的な中心がステーターコア４０１の磁気的な中心よりもフレーム２００の開口側（インペラ１０１側の逆側）にある場合、ローターコア３０２はフレーム２００の開口と反対側、すなわち、インペラ１０１側に力を受ける。つまり、ローターコア３０２はローターアセンブリ３００全体をインペラ１０１側に押し付けるように作用する。したがって、ローターアセンブリ３００がフレーム２００から抜け落ちることを防止する。
【００２３】
逆に、ローターコア３０２の磁気的な中心がステーターコア４０１の磁気的な中心よりもインペラ１０１側にある場合、ローターコア３０２はフレーム２００の開口側に力を受ける。一方、インペラ１０１の回転により、ローターアセンブリ３００はインペラ１０１側に力を受ける。このように、上記のローターコア３０２とステーターコア４０１の磁気的中心のずれによりローターコア３０２に働く力は、インペラ１０１の回転によりローターコア３０２に働く力を相殺するように作用するので、ローターアセンブリ３００全体をインペラ１０１側に押し付ける力を緩和する。
【００２４】
シャフト３０１は、電動機１の回転軸となる部材であり、例えば、構造用炭素鋼や、より高硬度なマルテンサイト系ステンレス等が用いられる。また、磁場配向金型を利用することを考慮すると、非磁性であるオーステナイト系ステンレス等を用いてもよい。シャフト３０１は、フレーム２００の内部空間の中央部に配置される。ローターコア３０２は、シャフト３０１に、例えば接着剤や、後述する一体成形によって固着される。また、一対の軸受３０６は、シャフト３０１に、例えば締り嵌めによって取り付けられる。シャフト３０１は、軸受３０６を介し、フレーム２００に対して回転可能に支持される。ローターコア３０２は、永久磁石によって形成される。ここでいう永久磁石は、例えば、ネオジムＮｄ、サマリウムコバルトＳｍ２Ｃｏ１７等の希土類磁石の粉末と樹脂とを混合したものを、射出成形や圧縮成形によって形成された、プラスチックマグネットでもよい。ローターコア３０２は、複数の磁極を有する。ローターコア３０２は、ステーター４００から受けた磁力をシャフト３０１へ伝える部材である。ローターコア３０２は、例えば、円筒状に形成される。ローターコア３０２は、シャフト３０１の外周面に固着される。プラスチックマグネットからなるローターコア３０２とシャフト３０１を一体成形とすることができる。ローターコア３０２とシャフト３０１が一体成形によって固着するとき、シャフト３０１の外周面にはローレット加工が施されていることが望ましい。
【００２５】
第１エンドキャップ３０４および第２エンドキャップ３０５は、略円筒状の部材であり，各々の内周面はシャフト３０１の外周面に固着される。第１エンドキャップ３０４及び第２エンドキャップ３０５は、圧入または接着剤によってシャフト３０１へ固着する。ローターコア３０２とシャフト３０１が一体成形される場合、ローターコア３０２をシャフト３０１へ固着した後に第１エンドキャップ３０４及び第２エンドキャップ３０５をシャフト３０１に固着される。ローターコア３０２とシャフト３０１が接着かつ第１エンドキャップ３０４及び第２エンドキャップ３０５も接着の場合は同時に固着してもよい。
【００２６】
第１のエンドキャップ３０４および第２のエンドキャップ３０５は、ローターコア３０２が割れた場合に永久磁石の破片が軸方向へ飛散するのを防止する。また、各々のエンドキャップは、直接、または接着剤、あるいは後述する接続部３０２ｃなどを介してローターコア３０２と繋がる。ローターアセンブリ３００が回転しているときの遠心力によるローターコア３０２の変形・歪みは各々のエンドキャップ３０４及び３０５によって抑制されるため、ローターコア３０２が割れにくくなる。また、後述する質量不釣り合いの調整のため、ローターコア３０２の両端に配置されて２面修正が可能となる。２面修正によってダイナミックアンバランス(動的質量不釣り合い)が改善される。第１エンドキャップ３０４および第２エンドキャップ３０５は、例えば、外周面で段付きの円筒状であってもよい。第１エンドキャップ３０４および第２エンドキャップ３０５は、非磁性体である。
【００２７】
第１エンドキャップ３０４は、ローターコア３０２と軸受３０６との間に配置される。第２エンドキャップ３０５は、ローターコア３０２を基準として第１エンドキャップ３０４の反対側に配置される。ローターコア３０２におけるインペラ１０１側の側面とこれに対向する第１エンドキャップ３０４の側面、ローターコア３０２におけるインペラ１０１と反対側の側面とこれに対向する第２エンドキャップ３０５の側面とは当接する。第１エンドキャップ３０４とローターコア３０２、または、第２エンドキャップ３０５とローターコア３０２は空隙を有して配置されてもよい。スリーブ３０３をローターコア３０２に接着させる際、接着剤が第１エンドキャップ３０４とローターコア３０２の隙間、または、第２エンドキャップ３０５とローターコア３０２の隙間に含浸させることができる。
【００２８】
ローターコア３０２の重心がシャフト３０１の軸線上にない場合や、シャフト３０１に微小な曲がりがある場合等、ローターアセンブリ３００には質量不釣り合いがある。質量不釣り合いはローターアセンブリ３００が一対の軸受３０６で支持されて回転するとき、径方向の力を発生させる。この径方向の力はローターアセンブリ３００の過大な振れ回りや、一対の軸受３０６の内部へ過大な応力を発生させ、電動送風機１００の性能が低下する。ローターアセンブリ３００の質量不釣り合いを測定し、第１エンドキャップ３０４および第２エンドキャップ３０５の一部を適切な位置で切削することで、ローターアセンブリ３００の質量不釣り合いが低減する。
【００２９】
スリーブ３０３は、ローターコア３０２の外周を覆う部材である。スリーブ３０３は、例えば、円筒状の部材である。スリーブ３０３は、ローターコア３０２を固定するための部材である。本実施の形態において、スリーブ３０３は、ローターコア３０２の外周全体を覆う。または、スリーブ３０３は、第１エンドキャップ３０４の外周の一部と第２エンドキャップ３０５の外周の一部とを覆う。例えば、図４のように第２エンドキャップ３０５が段付きの円筒状であるとき、スリーブ３０３は第２エンドキャップ３０５の小径部を覆い、大径部との段差部分で当接し、位置決めとすることができる。ローターコア３０２とスリーブ３０３と接着剤により固定される。
【００３０】
本実施の形態のスリーブ３０３は、非磁性体である。一例として、スリーブ３０３は、カーボン繊維と樹脂とを含む複合材料によって形成される。カーボン繊維と樹脂とを含む複合材料は、軽量で高強度かつ耐熱性を有する材料の一例である。
【００３１】
電動送風機１００は、電動機１、インペラ１０１、ディフューザー１０２、ブラケット２０１およびカバー２０２を備える。インペラ１０１は、回転することで、カバー２０２側から電動送風機１００の内部の方向に吸引する気流を発生させる部材である。インペラ１０１はシャフト３０１にナット等で締結されている。ブラケット２０１およびカバー２０２は、電動送風機１００の外殻の一部を形成する部材である。カバー２０２は内周面でブラケット２０１外周面と嵌合する。カバー２０２の内周面とブラケット２０１外周面とは接着剤により固着される。
【００３２】
図３に示すように、インペラ１０１は、シャフト３０１のうち、フレーム２００の一端側外方へ突出した部分に取り付けられる。本実施の形態において、一対の軸受３０６は、インペラ１０１とローターコア３０２との間に配置される。なお、インペラ１０１、一対の軸受３０６、ローターコア３０２のそれぞれの配置は、当該配置に限らない。例えば、ローターコア３０２に対しインペラ１０１側の軸方向に一方の軸受３０６を配置し、ローターコア３０２に対しインペラ１０１の反対側の軸方向に他方の軸受３０６を配置してもよい。
【００３３】
ブラケット２０１は、フレーム２００の一端側に取り付けられる。ブラケット２０１は、フレーム２００の第１の円筒部２００ａを囲うように設けられる。カバー２０２は内周面でブラケット２０１の外周面と嵌合する。カバー２０２の内周面とブラケット２０１の外周面とは接着剤により固着される。カバー２０２は、インペラ１０１を覆うように設けられる。カバー２０２の一端側には、インペラ１０１に対し、風上側のカバー２０２に吸気口２０２ａが形成される。ブラケット２０１の一端側には、ディフューザー１０２が取り付けられる。ディフューザー１０２には翼列が形成され、カバー２０２の内面で複数の流路を形成する。
【００３４】
また、ブラケット２０１の他端側には、排気口２０１ａが形成される。排気口２０１ａは、吸気口２０２ａよりもシャフト３０１の径方向外方に設けられる。排気口２０１ａは、フレーム２００よりもシャフト３０１の径方向外方に設けられる。電動送風機１００は、吸気口２０２ａから空気を取り込み、排気口２０１ａから空気を送り出す。
【００３５】
上記したフレーム２００、ブラケット２０１およびカバー２０２は、電動送風機１００の外殻を形成するケーシングの一例である。本実施の形態において、ローターアセンブリ３００、ステーター４００およびインペラ１０１は、このケーシングに収容される。また、吸気口２０２ａおよび排気口２０１ａは、このケーシングに形成されている。
【００３６】
ここで、図３を参照し、電動送風機１００の動作時における空気の流れについて説明する。電動送風機１００は、端子４０４から電流が供給されることにより、ステーター４００がシャフト３０１の周りに時間とともに回転する磁束を発生させ、ローターコア３０２に回転する力が付与される。これにより、ローターコア３０２およびシャフト３０１が回転する。また、シャフト３０１に取り付けられたインペラ１０１が回転する。
【００３７】
インペラ１０１が回転すると、吸気口２０２ａにおける圧力が負圧になる。これにより、吸気口２０２ａからカバー２０２内へと空気が吸い込まれる。吸い込まれた空気は、インペラ１０１の中心部から外周へと送られる。インペラ１０１の外周へ送られた空気は、カバー２０２とディフューザー１０２によって作られる複数の流路に流入する。当該複数の流路を流れる空気は圧力回復を行い、電動送風機１００の送風性能を向上させる。当該複数の流路を通過した空気は、ブラケット２０１の内部を流れ、排気口２０１ａから吹き出される。
【００３８】
また、図３に示すように、フレーム２００には、通気口２００ｄが形成されてもよい。通気口２００ｄは、フレーム２００の第２の円筒部２００ｂの内部空間とブラケット２０１の内部空間とをつなぐ開口である。通気口２００ｄが形成されることで、ブラケット２０１の内部を流れる空気の一部は、当該通気口２００ｄを介して第２の円筒部２００ｂの内部へ流れこむ。第２の円筒部２００ｂの内部へ空気が流れ込むことで、ローターアセンブリ３００またはステーター４００が冷却される。第２の円筒部２００ｂの内部へ流れ込んだ空気は、フレーム２００の他端側の開口部２００ｃから排出される。なお、通気口２００ｄが形成される場合、排気口２０１ａの一部または全部を塞いでもよい。その場合はブラケット２０１を流れる空気の一部または全部が第２の円筒部２００ｂに流れ込み、ローターアセンブリ３００またはステーター４００の冷却効果が向上する。
【００３９】
次に、本発明の実施の形態１にかかるローターアセンブリ３００の構造を図６から図８に基づいて説明する。図６は実施の形態１の電動機１におけるにおけるローター３００のスリーブおよび一対の軸受３０６と予圧部３０７を除いたローターサブアセンブリ３００ａの側面図である。図７は実施の形態１の電動機１におけるローターアセンブリ３００の軸に垂直な断面図であり、図４のＢ−Ｂ断面図である。図８は実施の形態１の電動送風機１００におけるローターアセンブリの部分拡大図であり、図６のＣ部の部分拡大図である。
【００４０】
図６から図８に示すように、ローターサブアセンブリ３００ａのローターコア３０２は、その円筒状の外周面において、シャフト３０１の軸方向に平行な直線状に形成される複数の凸部３０２ａを有する。複数の凸部３０２ａは、ローターコア３０２の円筒表面に、この円筒表面から半径方向に同一の高さを有する。複数の凸部３０２ａはシャフト３０１の中心軸のまわりに回転対称に設けられている。複数の凸部３０１は、磁石であるローターコア３０２の軸方向の他端側端面（インペラ１０１の反対側）に連続して形成される。ローターサブアセンブリ３００ａをスリーブ３０３が外包するとき、複数の凸部３０２ａはスリーブ３０３の内周面と接触し、ローターコア３０２の外周面とスリーブ３０３の内周面との間に均等な隙間を形成する。このように、複数の凸部３０２ａはシャフト３０１の軸方向に平行な直線状に形成されるので、ローターコア３０２の外周面とスリーブ３０３の内周面との間にシャフト３０１の軸方向に均等な隙間を形成でき、充填される接着剤に対し、シャフト３０１の軸方向の片寄りを抑制できる。
【００４１】
ローターコア３０２の外周面とスリーブ３０３の内周面との間には図示しない接着剤が充填されている。複数の凸部３０２ａによって両者の隙間が均等であり、複数の凸部３０２ａがシャフト３０１の中心軸のまわりに回転対称となるように配置されるため、充填される接着剤に対し、シャフト３０１の軸周りの片寄りによる質量不釣り合いの発生を抑制する。スリーブ３０３は、ローターアセンブリ３００ａの回転の角加速度とスリーブ３０３の慣性モーメントにより、スリーブ３０３と接着剤の界面にはローターアセンブリ３００ａの回転方向にせん断応力が作用するが、本実施の形態によれば接着剤の不均一によるせん断応力集中の発生が抑制されるため、信頼性が向上する。また、ローターアセンブリ３００の外部から治具等により位置決め固定を行い、接着剤硬化のため長時間の養生を要する従来の製造工程に比べて、位置決め固定の冶具等が不要で、複数の凸部３０２ａによって均等な隙間が容易に得られる。
【００４２】
図６に示すように、複数の凸部３０２ａはシャフト３０１に平行な直線状であり、ローターコア３０２の軸方向長さよりも短い。これにより、ローターコア３０２とスリーブ３０３の間に形成される隙間は複数の凸部３０２ａにより複数の空間に仕切られず、連続した１つの空間となる。例えば、ローターサブアセンブリ３００ａにスリーブ３０３を装着した後に接着剤を充填する場合、ローターコア３０２とスリーブ３０３の間に形成される隙間は連続した１つの空間となるため、充填する接着剤の注入口を複数設ける必要がなく、製造コストを抑制し、充填量の片寄りによる接着剤の不均一を抑制する。
【００４３】
図８に示すように、複数の凸部３０２ａにおけるインペラ１０１側の端部は角度Ｄ°のスロープ形状となっている。このため、スリーブ３０３をローターコア３０２にインペラ１０１側から装着する際に、スリーブ３０３の端面が凸部３０２ａの端部に引っかかりにくく、作業性がよい。
【００４４】
次に、本発明に係る実施の形態１の電動送風機におけるローターアセンブリ３００の製造方法の一例について、図９、図１０に基づいて説明する。図９は、実施の形態１の電動機１におけるローターコア３０２を製造する方法のうち、ローターコア３０２を金型で成形する段階でのシャフト３０１に垂直な方向の断面図である。図１０は、実施の形態１の電動機１におけるローターコア３０２の複数の凸部３０１ａを金型で成形する段階でのシャフト３０１に垂直な方向の断面図である。図１１は、実施の形態１の電動機１と異なる電動機のローターコア６０１を金型で成形する段階でのシャフト３０１に垂直な方向の断面図である。
【００４５】
実施の形態１のローターコア３０２は、希土類磁石の粉体と樹脂とを混合したものを、射出成形によって形成された、プラスチックマグネットである。また、この粉体は、それぞれ磁化容易軸方向をもつ異方性磁石である。つまり、ローターコア３０２は、異方性材料からなる磁石を有する。異方性磁石の粉体を用いて、配向磁場内で成形することにより、ローターコア３０２は磁化容易方向を持ち、磁化容易方向を持たない等方性磁石の場合に比べて単位体積当たりの磁力が強くなる。異方性プラスチックマグネットによるローターコアを備える電動機は高出力が可能となり、あるいは、同等出力の要求に対してより小形軽量な電動機を提供することができる。
【００４６】
図９は、シャフト３０１の外周にローターコア３０２を成形するための射出成形金型５００の断面を模式的に示した図である。ローターコア３０２は、円筒状の金型スリーブ５０２の中心に、別の金型で成形したシャフト３０１をあらかじめ挿入しておき、金型スリーブ５０２の内周側でシャフト３０１の外側に磁粉と樹脂が混合された材料(以下、プラスティックマグネットコンパウンドと称す。)が充填されることで成形される。射出成形金型５００は、成形機内で磁場を作る複数の配向磁石５０１を備える。すなわち、成形時に、ローターコア３０２と複数の配向磁石５０１とは金型スリーブ５０２によって隔絶される。金型スリーブ５０２は非磁性体であり、径方向の厚みＥを有する。複数の配向磁石５０１は、金型スリーブ５０２の外側に配置される。複数の配向磁石５０１は、シャフト３０１の周りに、Ｎ極とＳ極とが隣接するように配置される。図９中の矢印は、配向磁石５０１が生成する磁力線を示す。
【００４７】
射出成形金型５００に溶融可塑化したプラスティックマグネットコンパウンドが充填されると、プラスティックマグネットコンパウンドに含まれる異方性磁石の粉体は、配向磁石５０１によって作られた磁場に従って、異方性磁石の粉体の磁気モーメントが向きやすい方向である磁化容易方向に配向される。配向磁石５０１とローターコア３０２の距離が小さいほど、配向磁石５０１の磁力はより強力にローターコア３０２に作用する。ここで、金型スリーブ５０２の厚みＥは、金型スリーブ５０２の物理強度、耐摩耗性、疲労特性などからできるだけ薄くすることが望ましい。すなわち、金型スリーブ５０２の厚みＥが小さいほど、配向磁石５０１による磁場は強力にローターコア３０２に作用して磁力の大きいローターコア３０２が成形され、より高速、高出力の高性能な電動機が得られる。
【００４８】
実施の形態１のローターコア３０２は、シャフト３０１を金型内にあらかじめ挿入しておき、そこに溶融したプラスティックマグネットコンパウンドを充填するインサート成形によって製造される。シャフト３０１とローターコア３０２とをインサート成形することにより両者が一体化し、接着など他の方法でシャフト３０１とローターコア３０２を固着させる場合に比べて製造コストが抑制される。
【００４９】
また、図９では、配向磁石５０１を４極使用し、ローターコア３０２が４つの磁極を有する磁石である場合を例にとって説明した。ここで、ローターコア３０２に形成される磁極は、ローターコア３０２に対向する配向磁石５０１の磁極がＮ極の場合はＳ極が、配向磁石５０１の磁極がＳ極の場合はＮ極がそれぞれ形成される。なお、極数が異なる場合であっても同様の製造方法が適用出来る。
【００５０】
図１０は、ローターコア３０２の外周面である円筒面の表面に複数の凸部３０２ａを成形するための射出成形金型５１０の断面を模式的に示した図である。複数の凸部３０２ａは、半径方向の高さがＦである。複数の凸部３０２ａを成形する場合、まず、図９で示した射出成形金型５００の金型スリーブ５０２とは別の金型スリーブであって、射出成形金型５１０の金型スリーブである略円筒状の成形部５１１に、成形したローターコア３０２をあらかじめ挿入する。ここで、成形部５１１の内周には、複数の凸部３０２ａを形成するための複数の凹部が形成される。この凹部は、図１０に示す断面において成形部５１１の内面の円筒面から半径方向外側に抉られるように形成される。そして、シャフト３０１の軸方向に延びるように形成される。そして、複数の凸部３０２ａは、ローターコア３０２の外周円筒表面と射出成形金型５１０の成形部５１１の内周に抉られるように形成された凹部とで囲まれた空間に溶融可塑化した樹脂を充填することで成形される。つまり、複数の凸部３０２ａは磁石であるローターコア３０２に固着され、複数の凸部３０２ａは、磁石であるローターコア３０２が配向磁場内で成形された後に、２色成形によって成形される。
【００５１】
この時、複数の凸部３０２ａの材質はローターコア３０２と化学的な結合をするため、両者の結合面の強度が高まる。また、複数の凸部３０２ａの樹脂は、ローターコア３０２と異なる材料の樹脂であってもよい。例えば、磁石の粉末を含まない樹脂であってもよい。複数の凸部３０２ａの材質がプラスティックマグネットコンパウンドである場合、磁路として機能する。なお、ローターコア３０２を形成するプラスティックマグネットコンパウンドとして、異方性磁石の粉体を樹脂に混合した場合について説明したが、複数の凸部３０２ａの材質としてのプラスティックマグネットコンパウンドは等方性磁石の粉体を混合するものでもよい。このように、複数の凸部３０２ａは、ローターコア３０２とは別の材料からなるので、複数の凸部３０２ａの設計の自由度が高まる。
【００５２】
ここで、比較のために、実施の形態１と異なる電動送風機におけるローターコア６０１について、図１１に基づいて説明する。図１１は実施の形態１と異なる電動送風機におけるローターコア６０１を製造する方法のうち、ローターコア６０１を金型で成形する段階でのシャフト３０１に垂直な方向の断面図である。
【００５３】
図１１は、ローターコア６０１を成形するための射出成形金型７００の断面を模式的に示した図である。射出成形金型７００は金型スリーブ７０２を備え、金型スリーブ７０２の内周面に異方性プラスティックマグネットコンパウンドを充填することで、実施の形態１と異なるローターコア６０１が形成される。また、射出成形金型７００は複数の配向磁石７０１を備える。実施の形態１と異なるローターコア６０１は、ローターコア６０１と連続した複数の凸部６０１ａを備える。
【００５４】
射出成形金型７００に溶融可塑化したプラスティックマグネットコンパウンドが充填されると、プラスティックマグネットコンパウンドに含まれる異方性磁石の粉体は、配向磁石７０１によって作られた磁場に従って配向される。金型スリーブ７０２における薄肉部の厚みＥは、磁力の大きいローターコアを製造するためにはできるだけ薄くすることが望ましいが金型スリーブ７０２の物理強度、耐摩耗性、疲労特性、要求寿命などから最小の厚みＥ以下にすることができない。また、ローターコア６０１に形成される複数の凸部６０１ａは、ローターコア６０１の円筒表面から径方向外向きにＦの高さを有する。すなわち、実施の形態１と異なる電動送風機におけるローターコア６０１は、配向磁石７０１における金属スリーブ７０２と対向する面からＥ＋Ｆだけ離れた位置に配向磁場が形成され、この磁場内で成形される。これは、実施の形態１の電動送風機におけるローターコア３０２が配向磁石５０１からＥだけ離れていることに比べて、ローターコア６０１は配向磁石７０１との距離が大きく、配向磁石７０１から受ける磁力が比較的小さいことを意味する。その結果、実施の形態１と異なる電動送風機におけるローターコア６０１では高性能な電動機を得るのが困難である。
【００５５】
このように、複数の凸部３０２ａは、磁石であるローターコア３０２が配向磁場内で成形された後に、２色成形によって形成されるので、複数の凸部３０２ａが成形される前のローターコア３０２と配向磁石との距離を複数の凸部の高さＦ分だけ小さくすることができ、磁力の大きい磁石を備える電動機が得られる。また、複数の凸部の成形の自由度が高まる。
【００５６】
このように、実施の形態１に記載の電動機は、シャフトと、シャフトに固着された円筒状のローターコアと、ローターコアを外包するスリーブとを備えるローターアセンブリを有し、ローターコアは、異方性材料と樹脂とを混合して成形される磁石を有し、ローターコアは複数の磁極を備え、磁石は円筒表面に円筒表面から半径方向の高さが同一の複数の凸部を備え、複数の凸部はローターコアを成形した後にローターコアを用いて成形されるとともに磁石に固着されているので、位置決め冶具等を必要とせず、スリーブが複数の凸部によってローターコアの外周に容易に位置決めされる。その結果、スリーブとローターコアとの接着が容易になる。また、複数の凸部を除くローターコアは、複数の凸部を成形する前に成形されるので、複数の凸部が成形される前のローターコアと配向磁石との距離を複数の凸部の高さ分だけ小さくすることができ、磁力の大きい磁石を有するローターコアが得られる。つまり、ローターコアの外周に設けられる複数の凸部によって、ローターコアに対するスリーブの位置決めが容易で、また、磁力の強い磁石を有するローターコアを備えるので高速回転が可能な電動機を得ることができる。また、ローターコアを射出成形で製造でき、製造コストの上昇を抑えることができる。
【００５７】
また、複数の凸部はシャフトの軸方向に平行な直線状に形成され、シャフトの軸のまわりに回転対称となるように配置されるので、ローターコアの外周面とスリーブの内周面との間にシャフトの軸方向に均等な隙間を形成できるとともに、この隙間に接着剤を充填する場合、複数の凸部の偏り及び接着剤の片寄りによる質量不釣り合いの発生を抑制できる。
【００５８】
また、複数の凸部は、ローターコアが配向磁場内で成形された後に、２色成形によって形成されるので、複数の凸部が成形される前のローターコアと配向磁石との距離を複数の凸部の高さ分だけ小さくすることができ、磁力の大きい磁石を備える電動機が得られる。また、複数の凸部の成形の自由度が高まる。
【００５９】
また、複数の凸部は、ローターコアの２つの軸方向端面の内いずれか一方に連続して形成され、他方は連続していない。複数の凸部がローターコアの軸方向端面と連続していないことにより、ローターコアの外周面とスリーブの内周面との間に形成された隙間が一つの空間として連続するため、接着剤を充填させるときに、複数の凸部によって遮られることがなく、隙間全体に接着剤を充填することができる。また、複数の凸部はーターコアの２つの軸方向端面の内いずれか一方に連続して形成されているため、複数の凸部が金型内で成形される際に、金型の構造を複雑にすることなく成形することができる。
【００６０】
また、複数の凸部は、ローターコアとは別の材料からなるので、複数の凸部の設計の自由度が高まる。
【００６１】
実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る電動機について説明する。実施の形態２については、上述した実施の形態１の電動機との相違点を中心に説明する。実施の形態１と同一または相当する部分については、同じ符号を付し、また、説明を簡略化および省略する。実施の形態１では、複数の凸部３０２ａは、成形したローターコア３０２と金型スリーブである成形部５１１とを用いて成形した。実施の形態２では、複数の凸部３０２ｂを成形するときに、成形したローターコア３０２を用いない点が異なる。図１２は実施の形態２の電動機１におけるローターアセンブリ３１０ａの側面図である。図１３は実施の形態２の電動機１におけるローターアセンブリ３１０ａのシャフト３０１に平行で、かつ、シャフト３０１の中心を通る断面図である。
【００６２】
ローターアセンブリ３１０ａは、シャフト３０１に固着されたローターコア３０２を備える。また、ローターコア３０２の円筒表面には複数の凸部３０２ｂを備える。複数の凸部３０２ｂのそれぞれは、ローターアセンブリ３１０ａの軸方向の他端側で接続部３０２ｃと連続する。図１２および図１３に示すローターアセンブリ３１０ａは、ローターコア３０２の一端側（インペラ１０１側）に第１のエンドキャプ３０４を備える。
【００６３】
実施の形態２のローターアセンブリ３１０ａは、実施の形態１のローターアセンブリ３００aと同様に射出成形金型に備えられた配向磁石による磁場内で成形され、さらに別の成形金型にて、複数の凸部３０２ｂと複数の凸部３０２ｂに連続した接続部３０２ｃがローターコア３０２に一体に成形される。つまり、複数の凸部３０２ｂは、磁石であるローターコア３０２が配向磁場内で成形された後に、２色成形によって形成される。接続部３０２ｃと複数の凸部３０２ｂを成形する際には、例えば、接続部３０２ｃの軸方向の端面に樹脂流入ゲートを設け，当該樹脂流入ゲートから溶融した樹脂を充填する。溶融した樹脂が比較的広い部位から充填され、かつすべての複数の凸部３０２ｂが連続しているため、すべての複数の凸部３０２ｂに均一に樹脂が充填され、安定した成形性が得れらるとともに、質量アンバランスやショートショット等成形不具合を抑制できる。
【００６４】
図１４は、実施の形態２の電動機１の変形例におけるローターコアを示す。ローターアセンブリ３１０ａは、他端側（インペラ１０１と反対側）に第２のエンドキャップ３０５を備える。スリーブ３０３の内径および複数の凸部３０２ｂに外接する円筒の直径は等しく，図１４において直径φＧで示す。また、第２のエンドキャップ３０５の外径をφＨで示す。図１４に示すように、φＨをφＧよりも大きくすることで，エンドキャップ３０５はスリーブ３０３の位置決めとして機能する。
【００６５】
図１５は、実施の形態２の電動機１の他の変形例におけるローターコアを示す。ローターアセンブリ３１０ａにおける接続部３０２ｃは、φＧよりも大きいφＩの直径となる範囲を有する。図１５に示すように、φＩをφＧよりも大きくすることで，接続部３０２ｃはスリーブ３０３の位置決めとして機能する。
【００６６】
このように、実施の形態２に記載の電動機は、シャフトと、シャフトに固着された円筒状のローターコアと、ローターコアを外包するスリーブとを備えるローターアセンブリを有し、ローターコアは、異方性材料と樹脂とを混合して成形される磁石を有し、ローターコアは複数の磁極を備え、ローターコアは円筒表面にこの円筒表面から半径方向の高さが同一の複数の凸部を備え、複数の凸部はローターコアに固着され、ローターコアに対し、シャフトの軸方向の一方の端面に複数の凸部と連続した接続部を有するので、スリーブが複数の凸部によって位置決め冶具等を必要とせずにローターコアの外周に容易に位置決めされ、スリーブとローターコアとの接着が容易になる。その結果、複数の凸部が成形される前のローターコアと配向磁石との距離を複数の凸部の高さ分だけ小さくすることができ、磁力の大きい磁石を有するローターコアが得られ、高速回転が可能な電動機を得ることができる。また、複数の凸部が接続部と連絡しているので、すべての複数の凸部３０２ｂに均一に樹脂が充填され、安定した成形性が得らるとともに、質量アンバランスやショートショット等成形不具合を抑制できる。
【００６７】
また、複数の凸部は前記シャフトの軸方向に平行な直線状に形成され、シャフトの軸のまわりに回転対称となるように配置されるので、ローターコアの外周面とスリーブの内周面との間にシャフトの軸方向に均等な隙間を形成できるとともに、この隙間に接着剤を充填する場合、複数の凸部の偏り及び接着剤の片寄りによる質量不釣り合いの発生を抑制できる。
【００６８】
また、接続部の直径は複数の凸部に外接する円筒の直径よりも大きいので、接続部はスリーブの位置決めとして機能する。
【００６９】
また、複数の凸部は、ローターコアが配向磁場内で成形された後に、２色成形によって形成されるので、例えば、複数の凸部３０２ｂの材料をプラスティックマグネットコンパウンドとして、配向磁石を備えた金型内で成形することにより、磁力の強い、接続部３０２ｃと複数の凸部３０２ｂの一体品が得られる。
【００７０】
また、複数の凸部は、ローターコアとは別の材料からなるので、複数の凸部の設計の自由度が高まる。
【００７１】
また、電動送風機１００は、電動機１とインペラ１０１を備える。インペラ１０１は電送機１のシャフト３０１の端部に固定される。電動機１では、磁力の大きい磁石を有するローターコアを射出成形で生産でき、製造コストの上昇を抑えるとともに、吸引力の強い電動送風機が得られる。
【００７２】
なお、電気機器の例として、電動機１を有する電動送風機１００を備えた電気掃除機や、手乾燥装置などに適用できる。電気機器に備えられる電動送風機１００における電動機１では、磁力の大きい磁石を有するローターコアを射出成形で生産でき、製造コストの上昇を抑えるとともに、吸引力や送風力の強い電気機器が得られる。
【符号の説明】
【００７３】
１  電動機、
１００  電動送風機、
１０１  インペラ、
１０２  ディフューザー、
２００  フレーム、
２００ａ  第１の円筒部、
２００ｂ  第１の円筒部、
２００ｃ  開口部、
２００ｄ  通気口、
２０１  ブラケット、
２０１ａ  排気口、
２０２  カバー、
２０２ａ  吸気口、
３００  ローターアセンブリ、
３００ａ  ローターサブアセンブリ、
３０１  シャフト（軸）、
３０２  ローターコア、
３０２ａ  凸部、
３０２ｂ  凸部、
３０２ｃ  接続部、
３０３  スリーブ、
３０４  第１のエンドキャップ、
３０５  第２のエンドキャップ、
３０６  軸受、
３０７  予圧部、
３０７ａ  予圧ばね、
３０７ｂ  クッションゴム、
３０７ｃ  スペーサー、
３１０ａ  ローターアセンブリ、
４００  ステーター、
４０１  ステーターコア、
４０２  巻線、
４０２ａ  端末線、
４０３  絶縁部材、
４０４  端子、
５００  射出成形金型、
５０１  配向磁石、
５０２  金型スリーブ、
５１０  射出成形金型、
６０１  ローターコア、
７００  射出成形金型、
７０１  配向磁石、
７０２  金型スリーブ。
【図１】
2020162377.tif 000003
【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】
2020162377.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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