(57)【要約】【課題】永久磁石電動機の外転型回転子において、磁極の磁力を強くする場合に永久磁石の厚さを厚くせずとも済み、また、磁極の磁束密度をサインカーブ状に近付け易くする。【解決手段】回転子鉄心８の磁極を形成する部分１３に凸字状の穴１４を形成し、この穴１４内に幅が大小異なる２個の永久磁石９ａ，９ｂを重ねて配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心を外側から囲む環状をなし、磁極を形成する部分に穴を有した回転子鉄心を備え、この鉄心の穴内に永久磁石を配置して構成する外転型永久磁石電動機の回転子において、
前記回転子鉄心の各穴に、複数の永久磁石を前記回転子鉄心の径方向に重ねて配置したことを特徴とする外転型永久磁石電動機の回転子。
【請求項２】
各穴内に配置される複数の永久磁石は、径方向に沿う方向の厚さが異なることを特徴とする請求項１記載の外転型永久磁石電動機の回転子。
【請求項３】
各穴内に配置される複数の永久磁石は、円周方向に沿う方向の幅が異なることを特徴とする請求項１記載の外転型永久磁石電動機の回転子。
【請求項４】
各穴内に配置される複数の永久磁石は、幅広のものほど、回転子鉄心の径方向外側に位置していることを特徴とする請求項３記載の外転型永久磁石電動機の回転子。
【請求項５】
各穴内に配置される複数の永久磁石は、材質が異なることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の外転型永久磁石電動機の回転子。
【請求項６】
回転子鉄心の磁極を形成する部分の固定子鉄心と対向する面は、円弧凸面状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の外転型永久磁石電動機の回転子。
【請求項７】
回転子鉄心の磁極を構成する部分は、互いに隔てて設けられ、且つ穴の周側部のうち円周方向に沿う方向の両側部の肉厚は、０．５ｍｍ以下に定められていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の外転型永久磁石電動機の回転子。
【請求項８】
永久磁石は、一部が露出するようにしてモールド樹脂により回転子鉄心に一体化されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の外転型永久磁石電動機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子鉄心の磁極を形成する部分に有する孔内に永久磁石を配置して構成する外転型永久磁石電動機の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、永久磁石電動機の回転子においては、その鉄心の磁極を形成する部分に有する穴内に平板状の永久磁石を挿入配置する構成のものが供されている（例えば特許文献１参照）。
一方、最近の脱水兼用洗濯機では、永久磁石電動機をインバータ駆動する方式が採用されているが、その回転子としては、外転型とすることが一般的で、この外転型永久磁石電動機においても、その回転子鉄心の磁極を形成する部分に穴を設け、この穴内に永久磁石を挿入配置する構成が採用されている。
【特許文献１】特開平８−１８２２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の脱水兼用洗濯機に用いられている外転型永久磁石電動機の回転子鉄心では、各穴内に１個の永久磁石を配置する構成としているため、トルクアップなどを目的に、永久磁石の磁力を強くしようとすると、永久磁石の厚さを厚くしなければならない。しかしながら、平板状の永久磁石は、磁性粉をプレスして焼結し、研磨して所定の寸法に仕上げるという製造過程を経るため、厚い永久磁石は製造し難く、製造コストが嵩むという問題があった。
【０００４】
また、脱水兼用洗濯機などにおいて運転騒音の低減のためには、電動機のコギングトルクを低減することが好ましい。コギングトルク低減のためには、回転子鉄心の各磁極の磁束密度がサインカーブ状を呈することが効果的であるとされるが、１枚の平板状の永久磁石で磁極を構成すると、磁束密度が台形状になり、サインカーブ状にすることが難しい。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、磁極の磁力を強くする場合に永久磁石の厚さを厚くせずとも済み、また、磁極の磁束密度をサインカーブ状に近付け易い外転型永久磁石電動機の回転子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、回転子鉄心の各穴に、複数の永久磁石を回転子鉄心の径方向に重ねて配置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
上記手段を採用した本発明によれば、回転子鉄心の各磁極の穴内に複数の永久磁石を配置するので、磁力を強くする場合、１個１個の永久磁石としては、その厚さを厚くしなくとも済む。また、各磁極は、複数個の永久磁石からなるので、磁束密度をサインカーブ状に近づけ易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を脱水兼用洗濯機の洗濯機モータ（撹拌体と回転槽の回転駆動源）に適用して図面を参照しながら説明する。
図３には、外転型永久磁石電動機（ブラシレスモータ）の固定子１と回転子２とが示されている。そのうち、固定子１は、固定子鉄心３とコイル４とからなる。更に、固定子鉄心３は、磁性体であるけい素鋼板を多数枚積層して構成したもので、環状を成すヨーク部３ａと、これの外周部から放射状に突出する多数のティース部３ｂとを有しており、そのほぼ全体の外面に電気絶縁材である合成樹脂から成る被覆部材５を型成形して設けている。
【０００９】
被覆部材５には、内周部に複数個の取付部６を形成しており、これによって固定子１を脱水兼用洗濯機のモータ取付部（図示せず）に取付けるようにしている。そして、各ティース部３ｂには、前記コイル４が被覆部材５の各外周から巻装されている。固定子１は、以上のように構成されている。
これに対して、回転子２は、フレーム７と回転子鉄心８と永久磁石９からなる。そのうち、フレーム７は、磁性体である例えば鉄板をプレス加工することにより形成したもので、円形の主板部７ａと、この主板部７ａの外周部から段部７ｂを経て起立する環状の周側壁７ｃとを有する、扁平な有底円筒状を成している。
【００１０】
回転子鉄心８は、環状をなし、フレーム７の周側壁７ｃの内周部に配置されている。また、回転子鉄心８は、図１および図２に示すように、フレーム７の段部７ｂからは軸方向（図で上方）にやや離間して、周側壁７ｃよりも更に軸方向にやや突出するように配置されている。そして段部７ｂには、樹脂通孔１０が全周にわたって複数形成されており、一方、主板部７ａには、図３に示すように、中心部に軸支体挿着孔１１が形成されている。そして、この軸支体挿着孔１１と段部７ｂとの間の部分には、通風孔１２が放射状に多数形成されている。
【００１１】
回転子鉄心８は、図４に示すように、ほぼ弧状に打ち抜いた磁性体である例えばけい素鋼板を多数枚積層することで構成した単位鉄心８ａを、複数個（例えば６個）継ぎ合わせることにより、環状に構成したものであり、この回転子鉄心８の、磁極（例えば計４８極）を形成する部分１３には、それぞれ穴１４が形成されている。この穴１４は、図１に示すように、回転子鉄心８の軸方向片側の端面部である下端面から反対側の端面部である上端面まで達して開通する深さのもので、図５に示すように、回転子鉄心８の内周側（固定子鉄心３側）が幅狭となるほぼ凸字状の平面形状を有している。また、穴１４のうち、外周側内面中央には、外方への凹欠部１５が形成されている。
【００１２】
このような回転子鉄心８に対して、永久磁石９は、図５に示すように、幅が大小異なる２個の永久磁石９ａ，９ｂからなっている。そして、図１および図２に示すように、幅広の永久磁石９ａは、回転子鉄心８の穴１４のうち、外周側の幅広部１４ａ内に挿入配置され、幅狭の永久磁石９ｂは、内周側の幅狭部１４ｂ内に挿入配置されている。この両永久磁石９ａ，９ｂを穴１４内に配置した状態において、その一部、例えば図示上端面が回転子鉄心８の上端面と面一になって外部に露出している。なお、永久磁石９ａ，９ｂは接着後、穴１４内に挿入するようにしても良い。
【００１３】
回転子２を構成するフレーム７、回転子鉄心８および永久磁石９ａ，９ｂは、モールド樹脂１６によって一体化されている。図６には、モールド樹脂１６の成形型１７が示されている。図６に示されている通り、成形型１７は、下型１８と、これに被せられる上型１９とからなる。下型１８は、基盤面１８ａから突出する凸部２０を有しており、上述の永久磁石９ａ，９ｂを穴１４に挿入した回転子鉄心８は、この下型１８の凸部２０の外周に嵌合され、その上からフレーム７が被せられる。
【００１４】
更に、フレーム７の上から上型１９が被せられて、図７に示すように型締めされる。この型締め状態において、回転子鉄心８および永久磁石９ａ，９ｂは、下型１８の基盤面１８ａに当接している。そして、型締め後、下型１８および上型１９間のキャビティ２１に、例えば熱可塑性の樹脂１６が注入され充填される。上記樹脂１６の注入方向は、図７に矢印Ａで示すように、上型１９側から下型１８側に向かってであり、すなわち、図７でフレーム７の回転子鉄心８を組み込んだ側とは反対側の上部にゲート（図示せず）が存在している。
【００１５】
この結果、樹脂１６が、図１に示すように、フレーム７の段部７ｂの樹脂通孔１０を通って、回転子鉄心８とフレーム７の段部７ｂとの間から、回転子鉄心８の穴１４と２個の永久磁石９ａ，９ｂとの間の隙間および凹欠部１５に充填されて、永久磁石９ａ，９ｂを外側から包み込むと共に、回転子鉄心８とフレーム７の段部７ｂとの間、並びに回転子鉄心８の磁極を形成する部分１３の相互間の谷部２２に図２に示すように充填され、そして、フレーム７の段部７ｂの樹脂通孔１０から回転子鉄心８側とは反対の段部７ｂ外面側にも充填されて環状に成形される。
【００１６】
また、そのとき、樹脂１６は、別のゲート（図示省略）から、図３に示すように、フレーム７の軸支体挿着孔１１の部分に至ってインサート部品である軸支体２３を包み込んで保持するように成形されると共に、その周囲に放射状に延びる複数のリブ２４が形成される。かくして、フレーム７、回転子鉄心８、および永久磁石９ａ，９ｂが樹脂１６によって一体に固着され、軸支体２３の保持、並びに複数のリブ２４の成形もなされて、回転子２が製造される。なお、成形型１７は、樹脂１６が硬化した時点で、上型１９を取り除き、下型１８から回転子２の全体を取り上げる。
【００１７】
さて、回転子鉄心８の磁極を形成する部分１３において、固定子鉄心３と対向する面（内周側の面）１３ａは、図５および図９（ａ−３）にも示すように、中高の円弧凸面状に形成されている。また、部分１３の相互間は、谷部２２によって隔てられているが、穴１４の周側部のうち円周方向に沿う両側の側部１３ｂは、肉厚が０．５ｍｍ以下に定められている。そして、穴１４が凸字状をなしていることにより、谷部２２は、図９（ａ−３）に示すように、穴１４とは逆向きの凸字状になっていて、隣同士の部分１３は、外周側の永久磁石９ａどうしの間隔が、内周側の永久磁石９ｂどうしの間隔よりも狭くなるようにしている。
【００１８】
回転子２は、固定子１と共に電動機として組み立てられた状態では、図１に示すように、固定子２に取り付けられた回路基板２５が回転子鉄心８の上端面に対向している。この回路基板２５には、永久磁石９の磁気検出によって回転子２の回転位置を検出するための磁気センサ２６が配設されている。
【００１９】
上記磁気センサ２６は、ホール素子などからなり、外周側の永久磁石９ａの磁気を検出する。つまり、外周側の永久磁石９ａは、図９（ａ−２），（ａ−３）に示すように隣どうしで反対の磁極を有しており、隣どうしの永久磁石９ａ間では、図９（ａ−２）に矢印Ｂで示すような漏れ磁束を生ずる。この漏れ磁束は、図９（ａ−１）に示すように、途中で極性が反転するので、この磁極の反転を一定のしきい値をもって検出する。そして、この極性反転をとらえて磁気センサ２６は、位置検出信号を出力する。図示しないモータ制御回路部では、磁気センサ２６から検出信号により回転子２の位置を演算し、固定子鉄心３のコイル４をインバータ駆動して回転子２の回転を制御する。
【００２０】
以上の構成によれば、次のような優れた作用効果を得ることができる。
（１）回転子鉄心８の磁極を形成する部分１３に穴１４を形成し、この穴１４内に複数個、例えば２個の永久磁石９ａ，９ｂを配置したので、磁極での磁力を強くしようとした場合、個々の永久磁石９ａ，９ｂの厚さをそれ程厚くせずとも、個々の永久磁石９ａ，９ｂの磁力を強くでき、製造コストの大幅な上昇を回避できる。
【００２１】
しかも、個々の永久磁石９ａ，９ｂの磁束密度は、台形状であるが、重ねたときの合成磁束密度は、図８に示すように、よりサインカーブに近付くようになる。このため、コギングトルクの発生が減少し、騒音低下に寄与することができる。
つまり、図８（ａ）は、永久磁石９ａ，９ｂを同じ幅、同じ磁束密度とした場合であるが、その合成磁束密度は、台形状からサインカーブ状に近付く。
【００２２】
図８（ｂ）は、本実施形態のように、２個の永久磁石９ａ，９ｂの幅を異ならせた場合（磁束密度は同じ）であるが、重ねたときの合成磁束密度は、図８（ａ）よりもサインカーブに近付くようになる。図８（ｃ）は、２個の永久磁石９ａの磁束密度を永久磁石９よりも高くした場合であるが、この場合には、一層サインカーブに近くなる。なお、永久磁石９ａ，９ｂの厚さを異ならせたり、永久磁石９ａ，９ｂの構成材料を異ならせたりして夫々の磁力を強弱異ならせ、これにより合成磁束密度が一層サインカーブに近づくようにしても良い。
【００２３】
（２）磁極を形成する部分１３の固定子鉄心３と対向する面１３ａが円弧凸面状となっているので、固定子鉄心３のコイル４に対して鎖交する磁束密度は、より一層サインカーブに近付き、コギングトルクの発生がより減少する。
【００２４】
（３）回転子鉄心８の磁極の間隔を狭くすると、磁極間での漏洩磁束が多くなる。このため、永久磁石９を１個にして示す図９（ｂ−２），（ｂ−３）のように磁極の間隔を広くすることが発生トルクの関係からして好ましいが、磁極の間隔を広くすると、図９（ｂ−１）に示すように磁極間での漏洩磁束密度の変化が緩やかとなるので、磁気センサ２６による位置検出信号の出力タイミングに誤差を生ずる恐れがある。
しかしながら、本実施形態では、各磁極に配置される２個の永久磁石９ａ，９ｂの幅を異ならせ、幅広の永久磁石９ａを固定子鉄心３から遠い側（外周側）に配置し、幅狭の永久磁石９ｂを固定子鉄心３に近い側（内周側）に配置したので、外周側に並ぶ永久磁石９ａの離間間隔を狭くしても、内周側に並ぶ永久磁石９ｂの離間間隔としては、広い状態が得られる。
【００２５】
このようにすると、外周側の永久磁石９ａについては、隣どうしの永久磁石９ａ間の離間間隔が狭く、磁束漏洩の抑制効果は少ないが、その代わり、図９（ａ−１）に示すように、漏洩磁束密度の変化が急となり、磁気センサ２６による位置検出精度が向上する。固定子鉄心３側の永久磁石９ｂは、発生トルクに直接的に影響を与えるが、この永久磁石９ｂについては、隣どうしの永久磁石９ｂ間の離間間隔を広く取れるので、磁束密度を高くしても、磁束漏洩を抑制でき、発生トルクの減少を極力防止できる。
【００２６】
（４）回転子鉄心８の各磁極に配置された２個の永久磁石９ａ，９ｂは、図９（ａ−３）に示すように厚さ方向に異なる磁極で着磁されている。このため、永久磁石９ａ，９ｂでは、幅方向両端面において、図９（ａ−３）に矢印Ｃで示すように、穴１４の側部を磁路として磁束が漏洩する。本実施形態では、回転子鉄心８の磁極を形成する部分１３において、穴１４の両側部の肉厚を０．５ｍｍ以下とした。肉厚が０．５ｍｍ程度であれば、磁気飽和し、漏洩磁束を一定に抑制できると共に、穴１４の側部の強度も確保できる。
【００２７】
（５）穴１４に配置される２個の永久磁石９ａ，９ｂの一端面を露出させたので、モールド樹脂１６の成形時に、回転子鉄心８の一端面と共に永久磁石９ａ，９ｂの一端面を下型１８の基盤面１８ａに当接させて位置決めすることができる。このため、永久磁石９が２個の永久磁石９ａ，９ｂから構成されていても、永久磁石９ａ，９ｂの回転子鉄心８に対する位置関係が安定する。
【００２８】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは変形が可能である。
永久磁石９は、２個の永久磁石９ａ，９ｂにより構成するものに限られず、３個以上の永久磁石から構成しても良い。
永久磁石９を構成する複数の永久磁石は、厚さの異なるものであっても良い。この場合、複数の永久磁石の全てが互いに厚さを異ならせものであっても良いし、同じ厚さの永久磁石の中に異なる厚さの永久磁石が混じっている形態でも良い。
永久磁石９を構成する複数の永久磁石は、材質が異なるものであっても良い。材質としては、フェライト、サマリウムコバルト、鉄−クロム−コバルト、マンガンアルミなど種々考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態を示す回転子の部分断面図
【図２】回転子の部分斜視図
【図３】電動機の全体構成を一部破断して示す斜視図
【図４】回転子鉄心全体の平面図
【図５】回転子の部分的な分解斜視図
【図６】成形型による回転子のモールド工程を示す断面図
【図７】成形型への樹脂充填を示す断面図
【図８】複数枚の永久磁石から構成する場合の合成磁束密度を比較例と共に示す図
【図９】複数枚の永久磁石から構成する場合の漏れ磁束を比較例と共に示す図
【符号の説明】
【００３０】
図面中、１は固定子、２は回転子、３は固定子鉄心、４はコイル、８は回転子鉄心、９ａ，９ｂは永久磁石、１３は磁極を形成する部分、１４は穴、１６は樹脂、１７は成形型、２６は磁気センサを示す。
【図１】
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【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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