(57)【要約】【課題】リラクタンストルクが大きく、センサレスでのロータの位置検出精度を高くでき、磁石発熱を抑制できて減磁し難くいロータを提供する。【解決手段】ロータヨーク４０の外周部に設けられた複数の磁石挿入孔４３にそれぞれ永久磁石片６０を挿入してなるロータ２０において、ロータヨーク４０は、互いに隣り合う永久磁石片６０，６０の間に突極４６を有する第１ロータ鉄心４４と、互いに隣り合う永久磁石片６０，６０の間に凹部４８を有する第２ロータ鉄心４５を、軸方向に交互に配置してなる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ鉄心の外周部または内周部に設けられた複数の磁石取付部にそれぞれ永久磁石片を固定してなる永久磁石式回転子において、
前記ロータ鉄心は、互いに隣り合う前記永久磁石片の間に突極を有する第１ロータ鉄心と、互いに隣り合う前記永久磁石片の間に凹部を有する第２ロータ鉄心を、軸方向に交互に配置してなることを特徴とする永久磁石式回転子。
【請求項２】
前記ロータ鉄心は、その軸方向中央部に前記第２ロータ鉄心を配置し、軸方向両端部に前記第１ロータ鉄心を配置してなることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転子。
【請求項３】
ロータ鉄心の外周部に設けられた複数の磁石取付部にそれぞれ永久磁石片を固定してなる永久磁石式回転子を備え、前記回転子と対向配置されるステータの巻線に位置検出用の高周波電圧を印加したときのモータ電流により前記回転子の位置を検出可能なブラシレスモータにおいて、
前記回転子の前記ロータ鉄心は、互いに隣り合う前記永久磁石片の間に突極を有する第１ロータ鉄心と、互いに隣り合う前記永久磁石片の間に凹部を有する第２ロータ鉄心を、軸方向に交互に配置してなることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項４】
前記ロータ鉄心は、その軸方向中央部に前記第２ロータ鉄心を配置し、軸方向両端部に前記第１ロータ鉄心を配置してなることを特徴とする請求項３に記載のブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロータ鉄心に永久磁石を設けた永久磁石式回転子およびこれを備えるブラシレスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モータに使用される回転子として、ロータ鉄心に複数配置した磁石取付部に永久磁石を設けた永久磁石式回転子が知られている。この永久磁石式回転子には、磁石間に突極があるタイプ（例えば、特許文献１参照）と、磁石間に突極がないタイプ（例えば、特許文献２参照）がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−７６１４６号公報
【特許文献２】
特開平１０−２８５８４９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記両タイプの永久磁石式回転子およびこれを備えるブラシレスモータには、それぞれにメリット、デメリットがある。
突極があるタイプの永久磁石式回転子およびこれを備えるブラシレスモータには、（１）リラクタンストルクが比較的大きい、（２）ステータからの磁束が突極を通って、磁石よりも径方向内側のヨーク部にも磁束が通り易いので磁束飽和しづらくなりセンサレス位置検出の精度がよい、というメリットがある反面、磁石発熱が大きく、減磁に弱いというデメリットがある。ここで、センサレス位置検出とは、ステータの巻線に位置検出用の高周波電圧を印加したときのモータ電流により回転子の位置を検出することをいう。
【０００５】
一方、突極がなく凹部を有するタイプの永久磁石式回転子およびこれを備えるブラシレスモータには、磁石発熱が小さく、減磁に強いというメリットがある反面、（１）リラクタンストルクが比較的小さい、（２）突極がないためステータからの磁束が磁石よりも径方向外側のヨーク部に通りづらいので磁束飽和し易く、センサレス位置検出の精度が悪い、（３）磁石の周方向両側のヨーク部の肉厚が薄くなるので、高回転での遠心力に対する強度が弱い、というデメリットがある。
そこで、この発明は、前記両タイプのメリットを併せ持ち、デメリットをなくした永久磁石式回転子とブラシレスモータを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、ロータ鉄心（例えば、後述する実施の形態におけるロータヨーク４０）の外周部または内周部に設けられた複数の磁石取付部（例えば、後述する実施の形態における磁石挿入孔４３、磁石収容凹部７１）にそれぞれ永久磁石片（例えば、後述する実施の形態における永久磁石片６０）を固定してなる永久磁石式回転子（例えば、後述する実施の形態におけるロータ２０）において、前記ロータ鉄心は、互いに隣り合う前記永久磁石片の間に突極（例えば、後述する実施の形態における突極４６，７２）を有する第１ロータ鉄心（例えば、後述する実施の形態における第１ロータ鉄心４４，４４）と、互いに隣り合う前記永久磁石片の間に凹部（例えば、後述する実施の形態における凹部４８，７４）を有する第２ロータ鉄心（例えば、後述する実施の形態における第２ロータ鉄心４５）を、軸方向に交互に配置してなることを特徴とする。
このように構成することにより、突極を有する第１ロータ鉄心を備えることにより、リラクタンストルクが大きくなり、遠心力に対する強度も大きくでき、また、凹部を有する第２ロータ鉄心を備えることにより、磁石発熱を小さくすることができ、減磁し難くすることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記ロータ鉄心は、その軸方向中央部に前記第２ロータ鉄心を配置し、軸方向両端部に前記第１ロータ鉄心を配置してなることを特徴とする。
このように構成することにより、最も磁石発熱をし易い軸方向中央部に凹部を有する第２ロータ鉄心を配置しているので、磁石発熱を抑制することができ、減磁し難くすることができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、ロータ鉄心（例えば、後述する実施の形態におけるロータヨーク４０）の外周部または内周部に設けられた複数の磁石取付部（例えば、後述する実施の形態における磁石挿入孔４３、磁石収容凹部７１）にそれぞれ永久磁石片（例えば、後述する実施の形態における永久磁石片６０）を固定してなる永久磁石式回転子（例えば、後述する実施の形態におけるロータ２０）を備え、前記回転子と対向配置されるステータ（例えば、後述する実施の形態におけるステータ１０）の巻線（例えば、後述する実施の形態における巻線１２）に位置検出用の高周波電圧を印加したときのモータ電流により前記回転子の位置を検出可能なブラシレスモータ（例えば、後述する実施の形態におけるブラシレスモータ１）において、前記回転子の前記ロータ鉄心は、互いに隣り合う前記永久磁石片の間に突極（例えば、後述する実施の形態における突極４６，７２）を有する第１ロータ鉄心（例えば、後述する実施の形態における第１ロータ鉄心４４，４４）と、互いに隣り合う前記永久磁石片の間に凹部（例えば、後述する実施の形態における凹部４８，７４）を有する第２ロータ鉄心（例えば、後述する実施の形態における第２ロータ鉄心４５）を、軸方向に交互に配置してなることを特徴とする。
このように構成することにより、回転子が突極を有する第１ロータ鉄心を備えることにより、リラクタンストルクが大きくなり、センサレスでロータの位置検出を行う際に磁束飽和しづらくなってロータ位置検出の精度が高くなり、遠心力に対する強度も大きくでき、また、回転子が凹部を有する第２ロータ鉄心を備えることにより、磁石発熱を小さくすることができ、減磁し難くすることができる。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の発明において、前記ロータ鉄心は、その軸方向中央部に前記第２ロータ鉄心を配置し、軸方向両端部に前記第１ロータ鉄心を配置してなることを特徴とする。
このように構成することにより、最も磁石発熱をし易い軸方向中央部に凹部を有する第２ロータ鉄心を配置しているので、磁石発熱を抑制することができ、減磁し難くすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る永久磁石式回転子およびこれを備えたブラシレスモータの実施の形態を図１から図１０の図面を参照して説明する。
図１に示すように、ブラシレスモータ１は、ケーシング２に固定されたステータ１０と、ケーシング２に回転可能に支持されたロータ（永久磁石式回転子）２０を備えている。ステータ１０とロータ２０は同心上に配置されていて、径方向に対向配置されている。
ステータ１０は略円筒状をなし、複数のティース鉄心１１が径方向内側に突出して設けられ、各ティース鉄心１１に巻線１２が巻き付けられて構成されている。
このブラシレスモータ１は、ステータ１０の巻線１２に位置検出用の高周波電圧を印加したときのモータ電流によりロータ２０の位置を検出することができ、所謂センサレス位置検出が可能にされている。このセンサレス位置検出方法については周知技術であるので詳細説明は省略する。
【００１１】
図２および図３に示すように、ロータ２０は、ロータシャフト３０と、ロータヨーク（ロータ鉄心）４０と、一対の端面板５０Ａ，５０Ｂと、複数の永久磁極片６０とから構成されている。
ロータシャフト３０は中空ドラム状をなし鋳造または鍛造により一体に成形されており、外周面３１の軸方向の一端側には径方向外方に延出する延出部３２が設けられ、また、外周面３１には周方向等間隔に三本の溝３３が軸方向に沿って形成されている。
【００１２】
端面板５０Ａ，５０Ｂは円環状をなし、その中央に形成された孔５１は、ロータシャフト３０の外周面３１に圧入する為に、外周面３１の外径より若干小さい内径にされている。なお、端面板５０Ａ，５０Ｂは例えばオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４などの非磁性体で構成されている。
【００１３】
ロータヨーク４０は、電磁鋼板を多数積層して構成され、円環状をなしている。ロータヨーク４０の中央には、ロータシャフト３０が挿入される貫通孔４１が設けられており、その内周面には周方向等間隔に三つの突起４２が軸方向に沿って設けられている。
ロータヨーク４０の外周部には永久磁石６０が挿入される複数の磁石挿入孔（磁石取付部）４３が周方向等間隔に配置されて設けられており、各磁石挿入孔４３はロータヨーク４０を軸方向に貫通している。
【００１４】
ロータヨーク４０は軸方向に三つの領域に分けられており、図４に示すように、軸方向の両端部が第１ロータ鉄心４４，４４とされ、軸方向の中央部が第２ロータ鉄心４５とされている。つまり、ロータヨーク４０は、第１ロータ鉄心４４と第２ロータ鉄心４５が軸方向に交互に配置されて構成されている。第１ロータ鉄心４４，４４は、図５に示すように、互いに隣り合う磁石挿入孔４３，４３の間に介在して連結するように、あるいは、突出するようにして設けられる突極４６を有する電磁鋼板４７Ａを多数積層して構成されている。一方、第２ロータ鉄心４５は、図６に示すように、互いに隣り合う磁石挿入孔４３，４３の間に凹部４８が形成された電磁鋼板４７Ｂを多数積層して構成されている。すなわち、第２ロータ鉄心４５は互いに隣り合う磁石挿入孔４３，４３の間に突極を有していない。なお、第１ロータ鉄心４４，４４と第２ロータ鉄心４５の相違点は突極４６の有無だけである。この電磁鋼板４７Ｂを積層する際には凹部４８が周方向同じ位置に重なるようにする。
【００１５】
このロータ２０は例えば次のようにして組み立てられたものである。
まず、端面板５０Ａをロータシャフト３０の他端面３４側からロータシャフト３０の外周面３１に圧入して嵌め込む。
次に、第１ロータ鉄心４４と第２ロータ鉄心４５を交互に配置してなるロータヨーク４０を、ロータシャフト３０の他端面３４側からロータシャフト３０の外周面３１に圧入して嵌め込む。その際、ロータヨーク４０の突起４２をロータシャフト３０の外周面３１の溝３３に係合させながら圧入する。
続いて、ロータヨーク４０の各磁石挿入孔４３にそれぞれ永久磁極片６０を一つずつ挿入し、その後、端面板５０Ｂをロータシャフト３０の他端面３４側からロータシャフト３０の外周面３１に圧入して嵌め込む。
以上のように組み立てることにより、ロータシャフト３０と、ロータヨーク４０と永久磁極片６０と端面板５０Ａ，５０Ｂが一体化され、図２に示すようなロータ２０が完成する。このように組み立てられたロータ２０では、各磁石挿入孔４３の両端開口が端面板５０Ａ，５０Ｂによって塞がれ、永久磁極片６０がロータヨーク４０から離脱するのが阻止される。
【００１６】
このように構成されたブラシレスモータ１によれば、ロータ２０が、突極４６を有する第１ロータ鉄心４４を備えているので、突極がない場合に比べてリラクタンストルクを大きくできる。
また、図７に示すように、突極４６を有する第１ロータ鉄心４４においては、ステータ１０からの磁束Ｇ１が永久磁石片６０よりも径方向内側のヨーク部４９にも通ることができるので磁束飽和しづらく、したがって、ロータ２０のセンサレス位置検出の精度が極めて高い。
さらに、突極４６を有する第１ロータ鉄心４４はヨーク部４９の肉厚が厚いので、第１ロータ鉄心４４を備えたロータ２０は遠心力に対する機械的強度が高い。
【００１７】
また、ロータの磁石発熱については一般に、軸方向の両端部は磁石発熱が比較的に小さく、軸方向の中央部で磁石発熱が比較的に大きいことが、実験的および経験的に知られているが、このブラシレスモータ１のロータ２０では、軸方向の中央部を、凹部４８を有する第２ロータ鉄心４５で構成しているので、該中央部の磁石発熱を小さくすることができ、その結果、ロータ２０全体としても磁石発熱を抑制することができて、減磁し難くすることができる。
すなわち、このロータ２０およびブラシレスモータ１においては、リラクタンストルクを有効に使うことができ、且つ、ロータ２０のセンサレス位置検出精度を高くでき、しかも、磁石発熱を抑制できて減磁し難くすることができ、且つ、機械的強度を高くすることができる。
【００１８】
なお、第１ロータ鉄心４４，４４と第２ロータ鉄心４５の比率は使用目的に応じて適宜設定することができる。
例えば、磁石発熱が比較的に大きいブラシレスモータ１では第２ロータ鉄心４５の比率を大きくし、磁石発熱が比較的に小さいブラシレスモータ１では第１ロータ鉄心４４，４４の比率を大きくする。
また、前述した実施の形態では、二つの第１ロータ鉄心４４，４４の間に一つの第２ロータ鉄心４５を配置したが、第１ロータ鉄心４４と第２ロータ鉄心４５が軸方向に交互に配置されていれば各鉄心の数に限定はない。
【００１９】
なお、前述した実施の形態では、ロータ鉄心に永久磁石を埋め込んだ永久磁石式回転子について説明しているが、図８〜図１０に示すように、ロータ鉄心の外周面に磁石を固定する永久磁石式回転子に適用することもできる。
図８〜図１０に示されるロータ２０について簡単に説明すると、ロータヨーク４０の外周面には、磁石挿入孔４３の代わりとなる磁石収容凹部（磁石取付部）７１が設けられており、第１ロータ鉄心４４，４４は、図９に示すように、互いに隣り合う磁石収容凹部７１，７１の間に突極７２を有する電磁鋼板７３Ａを多数積層して構成され、第２ロータ鉄心４５は、図１０に示すように、互いに隣り合う磁石収容凹部７１，７１の間に凹部７４を有する電磁鋼板７３Ｂを多数積層して構成されている。なお、第２ロータ鉄心４５を構成する電磁鋼板７３Ｂには、磁石収容凹部７１と凹部７４との間に磁石係止部７５が設けられており、磁石６０は、第１ロータ鉄心４４の突極７２および第２ロータ鉄心４５の磁石係止部７５に係止されて、径方向外方への離脱が阻止されている。その他の構成については前述した実施の形態（図１〜図７）のものと同じであるので同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
この発明において、磁石取付部は、図２〜図６に示す磁石挿入孔４３だけでなく図８〜図１０に示す磁石収容凹部７１を含んでいる。
また、前述した実施の形態では、ロータ鉄心の外周部に永久磁石を固定するインナーロータを示しているが、ロータ鉄心の内周部に永久磁石を固定するアウターロータにこの発明を適用しても同様の効果を得ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に係る発明によれば、突極を有する第１ロータ鉄心を備えることにより、リラクタンストルクが大きくなり、遠心力に対する強度も大きくでき、また、凹部を有する第２ロータ鉄心を備えることにより、磁石発熱を小さくすることができ、減磁し難くすることができる。
請求項２に係る発明によれば、最も磁石発熱をし易い軸方向中央部に凹部を有する第２ロータ鉄心を配置しているので、磁石発熱を抑制することができ、減磁し難くすることができる。
【００２１】
請求項３に係る発明によれば、回転子が突極を有する第１ロータ鉄心を備えることにより、リラクタンストルクが大きくなり、センサレスでロータの位置検出を行う際に磁束飽和しづらくなってロータ位置検出の精度が高くなり、遠心力に対する強度も大きくでき、また、回転子が凹部を有する第２ロータ鉄心を備えることにより、磁石発熱を小さくすることができ、減磁し難くすることができる。
請求項４に係る発明によれば、回転子のロータ鉄心において最も磁石発熱をし易い軸方向中央部に凹部を有する第２ロータ鉄心を配置しているので、磁石発熱を抑制することができ、減磁し難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るブラシレスモータの第１の実施の形態における概略断面図である。
【図２】前記第１の実施の形態におけるブラシレスモータの一部を構成するロータの外観斜視図である。
【図３】前記第１の実施の形態におけるロータの分解斜視図である。
【図４】前記第１の実施の形態におけるロータの要部を拡大して示す斜視図である。
【図５】前記第１の実施の形態におけるロータの第１ロータ鉄心を構成する電磁鋼板の一部を示す正面図である。
【図６】前記第１の実施の形態におけるロータの第２ロータ鉄心を構成する電磁鋼板の一部を示す正面図である。
【図７】前記第１ロータ鉄心において磁束が通る部分を説明する図である。
【図８】この発明に係るブラシレスモータの第２の実施の形態におけるロータの分解斜視図である。
【図９】前記第２の実施の形態におけるロータの第１ロータ鉄心の部分正面図である。
【図１０】前記第２の実施の形態におけるロータの第２ロータ鉄心の部分正面図である。
【符号の説明】
１  ブラシレスモータ
１０  ステータ
２０  ロータ（永久磁石式回転子）
４０  ロータヨーク（ロータ鉄心）
４３  磁石挿入孔（磁石取付部）
４４  第１ロータ鉄心
４５  第２ロータ鉄心
４６  突極
４８  凹部
６０  永久磁石片
７１  磁石収容凹部（磁石取付部）
７２  突極
７４  凹部
【図１】
2004350380.tif 000003
【図２】
2004350380.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004350380.tif 000008
【図７】
2004350380.tif 000009
【図８】
2004350380.tif 000010
【図９】
2004350380.tif 000011
【図１０】
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