(57)【要約】【課題】バックヨークの厚み寸法の増加を抑えつつモータ特性の改善を図る。【解決手段】ロータコア１０の内部にＶ字状の挿入孔１７を設け、その内部に一対の永久磁石１８を配設する。挿入孔１７は、中央の折曲部がロータコア１０の外周側に位置すると共に周方向両端部がロータコア１０の内周側に位置する向きに配置されており、折曲部において前記ロータコア１０の外周面に開口している。各永久磁石１８は厚み方向に着磁されており、一対の永久磁石１８は、内周側の極性が同じになるように各収納部１７ａ，１７ｂに配設されている。【選択図】　図３
2004023976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子の外周部に配設された円環状の回転子鉄心と、前記回転子鉄心の内部に組み込まれた磁極形成用の複数の永久磁石とを有する外転形永久磁石モータの回転子において、
前記永久磁石は、前記回転子鉄心の内部に軸方向に延びるように設けられ、断面略Ｖ字状若しくは略円弧状に構成されていると共にその凸部が前記回転子鉄心の外周側に向くように配設された挿入孔に収納されていることを特徴とする外転形永久磁石モータの回転子。
【請求項２】
各磁極を形成する永久磁石は、挿入孔の周方向一方側半部及び他方側半部に配設された２個の永久磁石から構成されていることを特徴とする請求項１記載の外転形永久磁石モータの回転子。
【請求項３】
各永久磁石は、略平板状に構成されていることを特徴とする請求項２記載の外転形永久磁石モータの回転子。
【請求項４】
回転子鉄心は、積層鉄板から構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の外転形永久磁石モータの回転子。
【請求項５】
回転子鉄心は、複数の分割回転子鉄心を環状に配置することにより構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の外転形永久磁石モータの回転子。
【請求項６】
永久磁石は、挿入孔に嵌入されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の外転形永久磁石モータの回転子。
【請求項７】
中心部に軸支持部を有する円形状の主板部及び前記主板部の外周縁部に立設され回転子鉄心の外周面に沿う環状壁を有するフレームを備え、
前記回転子鉄心及び前記フレームは、樹脂により一体的に構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の外転形永久磁石モータの回転子。
【請求項８】
挿入孔は、回転子鉄心の外周面において開口していることを特徴とする請求項７記載の外転形永久磁石モータの回転子。
【請求項９】
挿入孔の軸方向両端部のうちの一方は閉塞されていることを特徴とする請求項７記載の外転形永久磁石モータの回転子。
【請求項１０】
挿入孔は、永久磁石に対応する形状の収納部と、前記収納部の外周部に設けられ前記収納部に前記永久磁石が収納されたときに前記永久磁石の外周部に空間部を生じさせる凹部とから構成されていることを特徴とする請求項７記載の外転形永久磁石モータの回転子。
【請求項１１】
回転子鉄心には、前記回転子鉄心とフレームとを樹脂で一体化するときに前記樹脂が流入する貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項７記載の外転形永久磁石モータの回転子。
【請求項１２】
貫通孔は、回転子鉄心のうち永久磁石よりも外周部に設けられていることを特徴とする請求項１１記載の外転形永久磁石モータの回転子。
【請求項１３】
回転子鉄心の各磁極の内周面は、前記磁極の中央部が周方向両端部よりも固定鉄心との間の距離が小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の外転形永久磁石モータの回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転子鉄心の内部に磁極形成用の永久磁石を組み込んでなる外転形永久磁石モータの回転子に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の外転形永久磁石モータとして例えば特許第３０１７９５３号公報に記載されたものがある。前記永久磁石モータは、円板部及び前記円板部の外周部に一体的に設けられた環状壁を有する磁性体製のフレーム、前記環状壁の内周面に沿って環状配置された複数の永久磁石、前記フレームの外周面に設けられた磁性体製のリング部材からなる回転子を備えている。
【０００３】
前記永久磁石は径方向に着磁されており、隣接する永久磁石の内周側の極性が異なるように交互に配置されている。前記回転子では、隣接する永久磁石間を流れる還流磁束はフレームの環状壁及びリング部材の中を通るようになっている。従って、環状壁及びリング部材は、永久磁石の磁路を十分に確保できる厚み寸法が必要となる。
【０００４】
前記永久磁石モータでは、前記永久磁石の磁力を増大させることによりモータ特性を改善することができ、その方法として、前記永久磁石の厚みを大きくしたり、高エネルギー積の永久磁石を採用したりすることが考えられる。しかし、永久磁石の磁力が増大すると、その分、バックヨークとしての環状壁やリング部材の厚み寸法を大きくする必要がある。このため、回転子全体の重量が増加すると共に大形化するという問題があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バックヨークの厚み寸法の増加を抑えつつモータ特性の改善を図ることができる外転形永久磁石モータの回転子を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の外転形永久磁石モータの回転子は、固定子の外周部に配設された円環状の回転子鉄心と、この内部に組み込まれた磁極形成用の複数の永久磁石とを有し、前記永久磁石を、前記回転子鉄心の内部に軸方向に延びるように設けられ、断面略Ｖ字状若しくは略円弧状に構成されていると共にその凸部が前記回転子鉄心の外周側に向くように配設された挿入孔に収納したことを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、各永久磁石を出入りする磁束の向きが周方向に傾く。このため、回転子鉄心のうち永久磁石よりも外周部に磁路を形成するためのスペースを確保する必要がなく、また、バックヨークとしての環状壁やリング部材を不要とすることができる。また、永久磁石よりも内周側の回転子鉄心を流れる磁束は磁極中央部に集中するため、磁束密度分布を正弦波形状に近づけてコギングトルクの低減を図ることができる。
【０００８】
本発明の請求項２の外転形永久磁石モータの回転子は、各磁極を形成する永久磁石を、挿入孔の周方向一方側半部及び他方側半部に配設された２個の永久磁石から構成したことを特徴とする。
【０００９】
挿入孔の周方向中央部に配置される永久磁石は、その磁気方向が径方向となるため、その分、バックヨークの厚み寸法の増大を招く。各磁極を形成する永久磁石を挿入孔の周方向一方側半部及び他方側半部に配置される２個の永久磁石とすることにより、挿入孔の周方向中央部に永久磁石が存在しない構成とすることができる。
【００１０】
この場合、各永久磁石を、標準的な形状である略平板状に構成すると、その製造コストの低減を図ることができる（請求項３の発明）。
【００１１】
また、前記回転子鉄心を積層鉄板から構成すると、エネルギーロスを小さく抑えることができる（請求項４の発明）。
【００１２】
更に、前記回転子鉄心を、複数の分割回転子鉄心を環状に配置することにより構成すると、材料取りの効率が向上する（請求項５の発明）。
【００１３】
本発明の請求項６の外転形永久磁石モータの回転子は、前記挿入孔に前記永久磁石を嵌入したことを特徴とする。上記構成によれば、永久磁石を回転子鉄心の内部に強固に組み込むことができる。
【００１４】
また、本発明の請求項７の外転形永久磁石モータの回転子は、中心部に軸支持部を有する円形状の主板部及び前記主板部の外周縁部に立設され前記回転子鉄心の外周面に沿う環状壁を有するフレームを備え、前記回転子鉄心と前記フレームとを樹脂により一体的に構成したことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、回転子鉄心の強度向上を図ることができる。また、回転子鉄心とフレームとを一体化する樹脂により、挿入孔に収納された永久磁石を強固に固定することができる。
【００１６】
本発明の請求項８の外転形永久磁石モータの回転子は、前記挿入孔を、回転子鉄心の外周面において開口するように構成したことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、前記挿入孔の外周面の開口から永久磁石を挿入孔内に挿入することができる。そして、挿入孔に永久磁石を挿入した後、回転子鉄心とフレームとを一体化することにより、前記開口はフレームの環状壁によって塞がれる。このため、前記開口を通して永久磁石が抜け出ることもない。また、前記開口から永久磁石を挿入孔に挿入可能なことから、挿入孔の軸方向両端面を塞いで永久磁石の軸方向の位置決めをすることができる。
【００１８】
本発明の請求項９の外転形永久磁石モータの回転子は、前記挿入孔の軸方向両端部のうち、一方を閉塞したことを特徴とする。
上記構成によれば、回転子鉄心の内部に配設された永久磁石を軸方向に位置決めすることができる。
【００１９】
また、本発明の請求項１０の外転形永久磁石モータの回転子は、前記挿入孔を、前記永久磁石に対応する形状の収納部と、前記収納部の外周部に設けられ前記収納部に前記永久磁石が収納されたときに前記永久磁石の外周部に空間部を生じさせる凹部とから構成したことを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、回転子鉄心とフレームとを樹脂で一体化する際に前記空間部に樹脂が進入し、その樹脂によって永久磁石が収納部の内面のうち反凹部側の面に押され、位置決めされる。
【００２１】
本発明の請求項１１の外転形永久磁石モータの回転子は、回転子鉄心に、前記回転子鉄心とフレームとを樹脂で一体化するときに前記樹脂が流入する貫通孔を設けたことを特徴とする。
上記構成によれば、回転子鉄心のフレーム対する固定をより強固なものにすることができる。
【００２２】
ところで、回転子鉄心のうち永久磁石よりも内周部に位置する部分は、固定子との磁路が形成される部分であるため、その部分に貫通孔を設けるとモータ特性の低下を招く。そこで、本発明の請求項１２の外転形永久磁石モータの回転子では、前記貫通孔を回転子鉄心のうち永久磁石よりも外周部に設けている。
上記構成によれば、貫通孔を設けたことによりモータ特性が低下することがない。
【００２３】
本発明の請求項１３の外転形永久磁石モータの回転子は、回転子鉄心の各磁極の内周面は、前記磁極の中央部が周方向両端部よりも固定鉄心との間の距離が小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【００２４】
上記構成により、鉄心間空隙の磁束密度が磁極端部から中央部にかけてなだらかに変化するように、空隙磁束密度分布をより正弦波形状に近付けることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例を図１ないし図６を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係る外転形永久磁石モータを構成するステータ（固定子）１を、図２ないし図５はロータ（回転子）２を示している。まず、図１において、ステータ１のステータコア３は、環状をなすヨーク部４と、このヨーク部４の外周部に放射状に突出するように設けられた多数個のティース５を有する構成となっている。この場合、ステータコア３は、複数個の分割コア（図示せず）を周方向に連結することにより環状をなすように形成されている。各分割コアは、所定形状に打ち抜かれたけい素鋼板を多数枚積層して構成されている。
【００２６】
ステータコア３におけるヨーク部４及び各ティース５の外面のほぼ全体には、絶縁樹脂製の被覆部材６がモールド成形により設けられている。被覆部材６には、ヨーク部４の内周側に位置させて複数個の取付部７が一体に設けられている。この取付部７は、ステ−タコア３を例えば洗濯機の機構部（図示せず）に取り付ける際に利用される。各ティース５にはコイル８が巻装されており、以上によりステータ１が構成される。
【００２７】
一方、図２ないし図５に示すように、ロータ２は、フレーム９とロータコア（回転子鉄心）１０とを合成樹脂１１で一体的に成形することにより構成されている。フレーム９は、磁性体である例えば電磁鉄板をプレス加工することによって偏平な有底円筒状に形成したもので、中心部に軸支持体取付孔１２を有する主板部１３と前記主板部１３の外周縁部に立設された環状壁１４とから構成されている。前記軸支持体取付孔１２には、回転軸を支持する軸支持体（いずれも図示せず）が取り付けられるようになっている。前記回転軸は図示しない軸受を介して回転自在に支持されるようになっている。
【００２８】
前記主板部１３の外周部には全周に亘って段部１５が設けられており、前記ロータコア１０は段部１５及び環状壁１４に囲まれた空間に配置されている。このとき、ロータコア１０の内周面と段部１５の内周面は略面一となるように構成されている。前記段部１５には複数の孔１６が全周に亘って形成されている。
【００２９】
また、前記主板部１３のうち前記段部１５よりも内周部寄りの部分には、切り起こし加工により形成された複数の通風孔１３ａが軸支持体取付孔１２を中心に放射状に配置されている。尚、図２では、フレーム９の上下を逆に示している。
【００３０】
前記ロータコア１０は、略円環状に打ち抜かれた磁性体である例えば鉄板を多数枚積層することにより構成されている。前記ロータコア１０の内部には、多数のＶ字状の挿入孔１７が設けられており、各挿入孔１７にはそれぞれ磁極形成用の一対の永久磁石１８が配設されている。本実施例では、各磁極は一対の永久磁石１８から構成される。
【００３１】
前記挿入孔１７は、中央の折曲部がロータコア１０の外周側に位置し、周方向両端部がロータコア１０の内周側に位置する向きに配置されており、前記折曲部において前記ロータコア１０の外周面に開口している。ロータコア１０を構成する積層鉄板のうち軸方向両端部に位置する１ないし複数枚の鉄板には挿入孔１７に対応する孔が形成されていない。従って、前記挿入孔１７の軸方向両端部は開口していない。
【００３２】
前記一対の永久磁石１８は矩形状の平板状をなし、前記挿入孔１７のうち折曲部から一端部までの収納部１７ａ、折曲部から他端部までの収納部１７ｂにそれぞれ配設されている。各収納部１７ａ，１７ｂの外周部中央には、それぞれ軸方向一杯に延びる断面半円状の凹部１９が設けられている。前記永久磁石１８は、挿入孔１７の開口１７ｃを通してロータコア１０の外周面から各収納部１７ａ，１７ｂに挿入されるようになっている。このとき、前記凹部１９には永久磁石１８は位置せず、空間部が生じる。
【００３３】
前記永久磁石１８は、その磁力が約３１６（ＭＡ／ｍ）以上の高エネルギー積のものが採用されている。各永久磁石１８は厚み方向に着磁されており、一対の永久磁石１８は内周側の極性が同じになるように各収納部１７ａ，１７ｂに配設されている。
【００３４】
また、前記ロータコア１０のうち前記挿入孔１７の間に位置する部分には軸方向に貫通する円形状の貫通孔２０が設けられている。更に、前記ロータコア１０の外周面のうち前記挿入孔１７の間に位置する部分には軸方向に貫通する半円状の切欠２１が設けられている。
【００３５】
前記ロータ２は、前記フレーム９の環状壁１４及び段部１５と前記ロータコア１０との間に合成樹脂１１を充填し硬化させてフレーム９とロータコア１０とを一体化することにより構成されている。このとき、前記合成樹脂１１は孔１６を通してフレーム９の外部にも位置するようになっている。また、前記合成樹脂１１は、貫通孔２０及び切欠２１の内部にも充填されるようになっている。以上の構成により、ロータコア１０はフレーム９に対して強固に固定される。
【００３６】
また、前記合成樹脂１１は、開口１７ｃを通して挿入孔１７にも流入するようになっている。これにより、各永久磁石１８は収納部１７ａ，１７ｂの内周側端部に押し当てられて位置決めされる。また、挿入孔１７に流入した樹脂１１は永久磁石１８と収納部１７ａ，１７ｂとの間の隙間を通って凹部（空間部）１９に流入する。これにより、永久磁石１８は収納部１７ａ，１７ｂの内面のうち反凹部１９側の面に押し当てられて位置決めされる。
【００３７】
次に上記構成の作用について図６を参照して説明する。図６は永久磁石１８を出入りする磁束を示している。尚、図６ではロータコア１０の下側が内周側（ステータ１側）を示している。
【００３８】
本実施例では、各永久磁石１８がロータコア１０の内部を斜めに横切るように配置されているため、永久磁石１８を出入りする磁束Фの向きが周方向に傾く。従って、隣接する磁極の還流磁束の磁路は主にロータコア１０の内部に形成され、フレーム９の環状壁１４に磁路を形成するという役割が不要となる。このため、環状壁１４の厚み寸法を、ロータコア１０を支持するために必要な機械的な強度を確保できる寸法に設定すれば良く、従来よりも厚み寸法を小さくして軽量化を図ることができる。
【００３９】
また、永久磁石１８よりも内周側のロータコア１０を流れる磁束Фは磁極中央部に向かうため、磁極中央部の方が端部よりも磁束密度が高くなる。従って、鉄心間空隙における磁束密度分布が正弦波形状に近づき、コギングトルクの低減を図ってモータ特性の向上を図ることができる。
【００４０】
このように、本実施例では、ロータコア１０の内部にＶ字状の挿入孔１７を設け、その挿入孔１７に収納された２個の永久磁石１８から各磁極を構成し、各永久磁石１８の磁気方向が周方向に傾けた。従って、フレーム９の環状壁１４にバックヨークとしての機能が不要となり、その分、環状壁１４の厚み寸法を小さくすることができる。
【００４１】
また、挿入孔１７のうち周方向一方側の収納部１７ａ及び他方側の収納部１７ｂに分けて２個の永久磁石１８を収納した。従って、磁気方向が径方向となる挿入孔１７の周方向中央部に永久磁石が存在しない構成とすることができ、この点からもフレーム９の厚み寸法を小さくすることができる。
【００４２】
ところで、永久磁石１８を、磁気の方向性が周方向となる極異方性の永久磁石（プラスチックマグネット）を採用することにより、ロータコア１０の径方向寸法を小さくすることも考えられる。しかし、極異方性の永久磁石は、製造コストが高いという欠点がある。これに対して本実施例では、標準的な形状である矩形板状の永久磁石１８を用いたため、製造コストを抑えることができる。
【００４３】
更に、前記ロータコア１０を積層鉄板から構成した。このため、エネルギーロスを小さくすることができる。
【００４４】
更にまた、ロータコア１０とフレーム９とを合成樹脂１１で一体化した。特に、本実施例では、ロータコア１０に貫通孔２０や切欠２１を設け、これら貫通孔２０、切欠２１に合成樹脂１１が充填されるように構成したので、ロータコア１０とフレーム９とを強固に一体化することができる。この場合、前記貫通孔２０や切欠２１は、永久磁石１８の外周側に位置するため、モータ特性に悪影響を及ぼすことがない。
【００４５】
また、挿入孔１７をロータコア１０の外周面に開口させると共にその上下端部を塞いだ。このため、永久磁石１８が軸方向にずれ動くことを防止できる。
【００４６】
図７は本発明の第２の実施例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第２の実施例では、複数の分割コア３１を環状に配置することによりロータコア１０を構成している。前記分割コア３１は、ロータコア１０を複数磁極毎に分割したもので、隣接する分割コア３１の連結部３１ａが磁極間に位置するように構成されている。
【００４７】
このため、ロータコア１０の材料取りの効率化を図ることができる。しかも、分割コア３１の連結部が磁極間に位置するように構成したため、鉄心間の磁束密度分布に悪影響を及ぼすことがない。
【００４８】
また、本実施例においては、ロータコア１０の各磁極の周方向両端部における径方向寸法が磁極中央部の径方向寸法よりも短くなるように、前記ロータコア１０の各磁極の内周面のうち周方向両端部を除く部分に円弧面状の凸部３２を設けている。凸部３２の形状及び配置、各部寸法は、空隙磁束密度分布が略正弦波形状となるように設定されており、本発明の発明者が実験的に求めたものである。
【００４９】
上記構成により、モータ特性の向上を図ることができる。
更に、本実施例では、挿入孔１７の収納部１７ａ、１７ｂの幅寸法を、永久磁石１８の厚み寸法と略同じか若しくは若干小さく設定し、前記永久磁石１８を前記収納部１７ａ、１７ｂに嵌入するように構成している。従って、本実施例においては、前記収納部１７ａ、１７ｂの外周部に凹部１９を設けていない。
【００５０】
また、本実施例では、貫通孔２０及び切欠２１をロータコア１０に設けていない。本実施例では、前記ロータコア１０とフレーム９とを合成樹脂１１で一体化する際に、前記樹脂１１がロータコア１０の内周面のうち凸部３２と凸部３２との間に充填されるように構成している。このため、前記貫通孔２０及び切欠２１を省略してもロータコア１０のフレーム９に対する固定を強固なものにすることができる。
【００５１】
しかも、ロータコア１０の内周面のうち凸部３２と凸部３２との間に合成樹脂１１を充填したことにより、ロータコア１０の内周面の凹凸を小さくすることができる。従って、ロータコア１０の内周面に凸部３２を設けたことにより、ロータ１０の回転に伴い発生する騒音の増大を抑えることができる。
【００５２】
図８は本発明の第３の実施例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明する。この第３の実施例では、挿入孔１７の開口１７ｃ付近に突起４１を設けている。前記突起４１は、挿入孔１７の収納部１７ａ、１７ｂのそれぞれに対応して設けられており、各収納部１７ａ、１７ｂに永久磁石を挿入する前は、外周側に突出している。そして、各収納部１７ａ、１７ｂに永久磁石１８を挿入した後、折り曲げて永久磁石１８を内周側に押圧するようになっている。
【００５３】
このような構成においても、永久磁石１８を各収納部１７ａ、１７ｂ内の所定位置に位置決めすることができる。
【００５４】
尚、上記した実施例では、いずれも矩形板状の永久磁石１８をロータコア１０に組み込んでいるが、図９に示す本発明の第４の実施例のように、略円弧板状をなす複数の永久磁石５１をロータコア１０に組み込むようにしても良い。この場合は、１個の永久磁石５１から１個の磁極が形成される。
【００５５】
上記構成においても、永久磁石５１の磁気方向が周方向に傾くため、フレーム９の厚み寸法を小さくすることができる。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば次のような変形が可能である。
フレームはプラスチック製でも良い。即ち、フレームは、主に回転子鉄心を支持する機能を有しており、バックヨークとしての機能は不要である。従って、フレームをプラスチック製にすることにより軽量化を図ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の外転形永久磁石モータの回転子は、固定子の外周部に配設される回転子鉄心の内部に磁極形成用の複数の永久磁石を組み込んだものであって、前記回転子鉄心の内部に軸方向に延びるように設けられ、断面略Ｖ字状若しくは略円弧状に構成されていると共にその凸部が前記回転子鉄心の外周側に向くように配設された挿入孔に前記永久磁石を収納したので、前記永久磁石の磁気方向を周方向に傾けることができ、その分、バックヨークの厚み寸法を小さくすることができる。また、鉄心間の磁束密度分布が正弦波形状に近づくため、コギングトルクの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す外転形永久磁石モータにおけるステータの構成を示す斜視図
【図２】ロータの構成を示す斜視図
【図３】ロータの横断面図
【図４】図３中、Ｘ１−Ｘ１線に沿うロータの縦断面図
【図５】図３中、Ｘ２−Ｘ２線に沿うロータの縦断面図
【図６】磁束密度分布を説明するための図
【図７】本発明の第２の実施例を示す図３相当図
【図８】本発明の第３の実施例を示す図３相当図
【図９】本発明の第４の実施例を示す図６相当図
【符号の説明】
図中、１はステータ（固定子）、２はロータ（回転子）、９はフレーム、１０はロータコア（回転子鉄心）、１１は合成樹脂、１３は主板部、１４は環状壁、１７は挿入孔、１８は永久磁石、１７ａ，１７ｂは収納部、１７ｃは開口、１９は凹部、２０は貫通孔を示す。
【図１】
2004023976.tif 000003
【図２】
2004023976.tif 000004
【図３】
2004023976.tif 000005
【図４】
2004023976.tif 000006
【図５】
2004023976.tif 000007
【図６】
2004023976.tif 000008
【図７】
2004023976.tif 000009
【図８】
2004023976.tif 000010
【図９】
2004023976.tif 000011