永久磁石式電動機の回転子及びその製造方法並びに永久磁石式電動機
【課題】永久磁石式電動機の効率を落とすことなく、永久磁石から発生する磁束を有効に利用することで更なる高効率化につながり、かつ、高速運転での機械的な強度の信頼性を向上した永久磁石式電動機の回転子を提供する。
【解決手段】回転子１００は、電磁鋼板が複数枚積層され、回転子の中心側に配置された第１継鉄部１と、第１継鉄部１の外周側に配置された複数個の永久磁石２と、電磁鋼板が複数枚積層され、永久磁石２の外周側に配置された第２継鉄部３と、第２継鉄部３の外周側に設けられ、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を第２継鉄部３の外周側から回転子中心側に押しつけるリング部４と、を有するものである。
【解決手段】回転子１００は、電磁鋼板が複数枚積層され、回転子の中心側に配置された第１継鉄部１と、第１継鉄部１の外周側に配置された複数個の永久磁石２と、電磁鋼板が複数枚積層され、永久磁石２の外周側に配置された第２継鉄部３と、第２継鉄部３の外周側に設けられ、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を第２継鉄部３の外周側から回転子中心側に押しつけるリング部４と、を有するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機やファンモーター等に使われる永久磁石式電動機の回転子及びその製造方法並びに永久磁石式電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年から存在している永久磁石式電動機は、プレス等により一体に打ち抜かれた電磁鋼板を積層して回転子鉄心を形成し、その鉄心の中に永久磁石を埋め込むことにより構成されたものが効率も高く採用されるケースが多い。このような電動機は、一般的にＩＰＭと称されている。また、積層された多角形の回転子鉄心の外側に永久磁石を何らかの方法で固定させた表面配置型で構成される永久磁石式電動機も従来から存在している。このような電動機は、一般にＳＰＭと称されている。
【０００３】
特に近年では、高効率のみならず搭載機器の小型、軽量化を目的に、電動機の高出力化が求められている。出力としては、希土類磁石のような高磁束密度磁石を採用することにより高トルク対応することや、周波数変換装置により可変速範囲の拡大等により高回転速度対応することで実現できる。
【０００４】
そのような背景に対応するものとして、様々な形状の回転子鉄心が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１には、平面形状が多角形をなす回転子鉄心の各頂点から放射状に突起を出し、断面形状が略蒲鉾状の永久磁石を配置させ、永久磁石の外周に非磁性スリーブを嵌着した永久磁石式電動機が開示されている。非磁性スリーブとしては、金属スリーブで例としてはＳＵＳ３０４のステンレス管を採用することが開示されている。また、磁石としては、フェライト系磁石を採用することが開示されている。
【０００５】
そして、回転子鉄心からの放射上の突起により、従来のＳＰＭ型の磁石配置では発生が期待できないリラクタンストルクを発生させ、効率を向上させることができることが開示されている。加えて、ＳＰＭ型の金属スリーブ採用では、金属スリーブでの渦電流損が発生するため、対策として昇圧チョッパ回路等を採用することも開示されている。
【０００６】
また、ＩＰＭ型電動機の回転子鉄心の場合は、磁石側面の鉄心部及び磁石外周の鉄心部の存在により、磁石の発生している磁束の漏洩が大きくなり電動機の効率が下がってしまう。そのために、放射状の突起だけが磁石の側面の鉄心として存在するだけに留めることで磁石の磁束の漏れを低減でき、効率低下を回避できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２９９１５０号公報（２〜４頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されている永久磁石式電動機においては、非磁性スリーブに金属スリーブを採用した場合、スリーブでの渦電流損を低減するために高価な昇圧チョッパ回路等、駆動波形側に制約をつけなければならない。また、駆動波形の高調波成分は、低減できても、回転を動機付ける基本波をなくすことは無理であり、基本波による渦電流を低減するところまでには至らない。
【０００９】
特に今後、高速運転を実現しようとすると、永久磁石の遠心力による飛散を防止するために半径方向の肉厚をあげることが考えられるが、肉厚を上げることにより、渦電流が増加することになる。また、基本波の周波数も増加することから、飛躍的に渦電流損が増加するということが懸念される。なお、渦電流損の課題は、従来のＳＰＭ型電動機でも発生することはいうまでもない。
【００１０】
また、従来のＩＰＭ型電動機の回転子鉄心では、積層された鉄心で回転子を形成することにより、渦電流を低減することができるのであるが、高速運転時において永久磁石や鉄心自身の遠心力に耐えうるため磁石側面の鉄心部を厚く構成することが一般的である。しかしながら、磁石側面の鉄心部を厚くした場合には、磁石の発生している磁束の漏洩を大きくすることとなる。対応としては、必要最低限の厚さ、つまり高速対応するものでは磁束の漏洩しやすい形状を選択することとなり、電動機の効率を低減させてしまうことになる。
【００１１】
ＩＰＭ型電動機の場合、内部に磁石を埋め込むことができるので、磁気回路として、回転子形状で突極性をもたせることができ、リラクタンストルクを利用できることは上述の通りである。しかしながら、特許文献１に記載の電動機では、回転子鉄心の形状が多角形をなし、回転子鉄心の各頂点から放射状に突起を出しており、この突起を磁束が通ることで突極性を出すことはできるが、磁石の磁束の漏れを考慮すると突起の周方向の太さはある程度までしか太くすることができない。そのため、特許文献１に記載の電動機では、ＩＰＭ型電動機の課題を完全には払拭できていない。
【００１２】
また、特許文献１に記載されているような回転子鉄心の形状を打ち抜きにて製作する場合、帯状の電磁鋼板を打ち抜くこととなるが、突起部分があるが故、帯状の電磁鋼板のうち回転子の鉄心とはならない不要な部分が多く発生することになる。したがって、特許文献１に記載されているような回転子鉄心の形状では、いわゆる歩留まりの悪化という観点からは改善の余地がある。歩留まりの悪化は、省資源化や低コスト化といった面からも問題となる。
【００１３】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、永久磁石式電動機の効率を落とすことなく、永久磁石から発生する磁束を有効に利用することで更なる高効率化につながり、かつ、高速運転での機械的な強度の信頼性を向上した永久磁石式電動機の回転子及び永久磁石式電動機を提供することを目的とするものである。また、歩留まりのよい永久磁石式電動機の回転子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る永久磁石式電動機の回転子は、固定子の回転磁束変化に同期して回転する永久磁石式電動機の回転子において、回転子の中心側において電磁鋼板が複数枚積層された第１継鉄部と、前記第１継鉄部の外周に配置された複数個の永久磁石と、前記永久磁石の外周において電磁鋼板が複数枚積層された第２継鉄部と、前記第２継鉄部の外周側に設けられ、前記第１継鉄部、前記永久磁石及び第２継鉄部を前記第２継鉄部の外周側から中心側に押しつけるリング部と、を有するものである。
【００１５】
本発明に係る永久磁石式電動機の回転子の製造方法は、上記の永久磁石式電動機の回転子の製造方法であって、前記永久磁石を着磁する工程と、着磁した前記永久磁石を、所定の磁極方向になるように前記第１継鉄部に張り合わせる工程と、その後、前記第２継鉄部を前記永久磁石の外周側に張り合わせる工程と、前記第２継鉄部でなす外周寸法を把握後、所定の締め代となる内径をもつ前記リング部を選定し、前記第２継鉄部の外周側から前記リング部を圧入をする工程と、を有するものである。
【００１６】
本発明に係る永久磁石式電動機は、上記の永久磁石式電動機の回転子と、前記回転子の外周面側に配設され、固定子鉄心に複数相の固定子巻線が装着された固定子と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る電動機の回転子によれば、従来の回転子（特にＩＰＭ型電動機）の利点であるリラクタンストルクの有効利用を、欠点であった永久磁石の漏れ磁束を解消することで実現できるようにしている。また、本発明に係る電動機の回転子によれば、従来の回転子（特にＳＰＭ型電動機）の利点である高速運転に対する強度信頼性を確保しつつ、欠点であったリング部の渦電流損の発生も改善することができる。
【００１８】
本発明に係る永久磁石式電動機の回転子の製造方法によれば、着磁させた永久磁石の吸引力を利用することができるようにしているため、各部材同士が密着し、第２継鉄部でなす外周寸法が把握しやすくなる。また、本発明に係る電動機の回転子の製造方法によれば、各部材同士が磁気的な安定をとろうとするため、各継鉄部と永久磁石との位置決めを高精度に実行できる。
【００１９】
本発明に係る永久磁石式電動機によれば、上記の回転子を備えているので、上記の回転子と同様の効果を有することになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電動機の回転子を説明するための概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電動機の回転子の平面形状の別の一例を概略的に示す上面図である。
【図３】従来の回転子の磁束を説明するための説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る電動機の回転子の第１継鉄部と第２継鉄部との離間距離について説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る電動機の回転子の回転子鉄心を構成する回転子構成鋼板の製造過程の一部を概略的に示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る電動機の回転子の側面形状の一例を概略的に示す側面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る電動機の回転子の側面形状の一例を概略的に示す側面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る電動機の回転子の平面形状の一例を概略的に示す上面図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係る電動機の回転子の平面形状の一例を概略的に示す上面図である。
【図１０】本発明の実施の形態６に係る電動機の回転子の製造方法を説明するための概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機の回転子１００を説明するための概略図である。図１に基づいて、電動機の回転子１００の構成について説明する。なお、図１（ａ）が回転子１００の平面形状を概略的に示す上面図、図１（ｂ）が回転子１００の縦断面を概略的に示す縦断面図である。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。さらに、図１には、永久磁石２から発生する磁束を矢印（矢印Ａ、矢印Ｂ）で図示している。
【００２２】
この回転子１００は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和機、冷凍装置、給湯器等の冷凍サイクルの構成要素となる圧縮機や、送風機等のファンモーターの電動機の一部として使用される。図１に示すように、回転子１００は、回転中心側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した第１継鉄部１と、第１継鉄部１の外郭（外周側）に配置された複数個（図１（ａ）では４個）の永久磁石２と、それぞれの永久磁石２の外周側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した永久磁石２と同数の第２継鉄部３と、第２継鉄部３の外周側に設けられ、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を包含するリング部４と、を有している。
【００２３】
すなわち、回転子鉄心を構成する第１継鉄部１と第２継鉄部３とが、１枚の電磁鋼板で構成されているのではなく、異なる電磁鋼板で分離されて構成されているのである。また、第１継鉄部１の中央部には、図示省略の回転軸を挿入固着するための貫通孔１１が形成されている。さらに、第１継鉄部１は、平面形状が多角形状に構成されている。なお、第１継鉄部１の作製については図４で詳述する。
【００２４】
永久磁石２は、希土類磁石等で構成されており、図１（ａ）の矢印Ｂで示す方向にそれぞれ磁化されている。図１（ａ）に示すように、永久磁石２を平面視した状態において永久磁石２の短手方向における側面部（以下、単に側面部２ａと称する）は、第１継鉄部１及び第２継鉄部３のいずれにも接触していない。つまり、第１継鉄部１及び第２継鉄部３は、永久磁石２を平面視した状態において永久磁石２の長手方向における側面部と接触しているが、側面部２ａには接触していない。この第１継鉄部１の一部、第２継鉄部３の一部、永久磁石の側面部２ａ、リング部４の内周壁によって囲まれた空間を、極間部５と称する。
【００２５】
リング部４は、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を、第２継鉄部３の外周側から押さえ込み、回転子１００の外周を構成するものである。すなわち、リング部４は、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を回転子１００の中心側に押し付けるような内圧を発生させる薄肉の円筒となっており、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３に対して圧入や焼嵌されるように構成されている。このリング部４によって、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３は、それぞれが隙間無く密着された状態に組み立てられる。
【００２６】
また、リング部４は、ここでは非磁性体かつ非金属の材質によって構成されているものとする。たとえば、エンジニアリングプラスチック（ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＬＣＰ、ＰＢＴ、ベークライト等が挙げられる。）や、カーボンファイバー、それらの複合品でリング部４を構成するとよい。
【００２７】
この回転子１００が、固定子（たとえば、図４に示す固定子５０）の内周面側に回転可能に配設されて電動機（永久磁石式電動機）を構成するようになっている。つまり、本発明の電動機は、回転子１００内に所定の枚数の永久磁石２を有し、固定子の回転磁束変化に同期して回転子１００が回転するようになっている。そして、回転子１００が回転することで貫通孔１１に固着されている回転軸も回転することになる。なお、図１では、４個の永久磁石２が備わっている状態を例に示しているが、永久磁石２の個数を４個に限定するものではない（図２で説明する）。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１に係る電動機の回転子１００Ａの平面形状の別の一例を概略的に示す上面図である。図２に基づいて、回転子１００Ａの構成について説明する。回転子１００Ａの基本的な構成は、上述した回転子１００と同様であり、同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００２９】
この回転子１００Ａは、回転子１００と同様に機能するものの、永久磁石２の個数が回転子１００の永久磁石２の個数と相違している。それに伴い、第１継鉄部１及び第２継鉄部３の形状も変化するため、回転子１００と区別するために、各部材（第１継鉄部１、永久磁石２、第２継鉄部３）に符号「Ａ」を付記するものとする。なお、リング部４については、永久磁石２の個数の変化で異なることがないため、「リング部」のままとし、「Ａ」を付記していない。
【００３０】
図１では、４個の永久磁石２を用いて回転子１００を構成した場合を例に説明したが、図２に示すように６個の永久磁石２Ａを用いて回転子１００Ａを構成してもよい。回転子１００Ａのように永久磁石２Ａの個数を６個としても、回転子１００Ａは回転子１００と同様に機能することは言うまでもない。この場合、それに応じて、第１継鉄部１Ａ及び第２継鉄部３Ａの平面形状が、回転子１００の第１継鉄部１及び第２継鉄部３の平面形状と異なることになる。ただし、第１継鉄部１Ａの平面が多角形状であることは同様である。なお、図２では、６個の永久磁石２Ａが備わっている状態を例に示しているが、永久磁石２Ａの個数を６個に限定するものではない。
【００３１】
回転子１００は、第１継鉄部１と、永久磁石２と、第２継鉄部３と、非磁性体かつ非金属のリング部４と、で形成されている。よって、図１（ａ）の矢印Ａに示す通り、永久磁石２の磁極面（たとえば紙面上側に示す永久磁石２のＮ極）から出た磁束は、第２継鉄部３（たとえば紙面上側の第２継鉄部３）を通り、固定子に通電することによる回転磁界と鎖交し、所望の回転トルクを発生させ、隣の極の第２継鉄部３（たとえば紙面左側の第２継鉄部３）を通り、隣の永久磁石２の磁極面（たとえば紙面左側の永久磁石２のＳ極）に入り、第１継鉄部１を通り、再び自身の磁極面（Ｓ極）に戻る。
【００３２】
そして、永久磁石２の側面部２ａには、磁気回路となる磁性体が存在しないため、漏れ磁束がなく、永久磁石２から発生する磁束をほぼ完全に利用することができる。よって、高トルクな電動機を得ることができる。または、従来の漏れ磁束のあったＩＰＭ型回転子の永久磁石に対し、漏れ磁束分を減らした小さい永久磁石で同等のトルクを得ることができる。したがって、このような構成にすれば、近年問題となる希土類磁石の省資源化、低コスト化が実現できる。
【００３３】
また、リング部４は、非金属で構成していることから、固定子の発生する磁束による渦電流の発生がない。よって、従来のＳＰＭ型電動機やＩＰＭ型電動機の有していた課題を周波数制御装置等に負担をかけることなく、改善することができる。
【００３４】
さらに、リング部４には、永久磁石２と第２継鉄部３の遠心力により応力が発生し、その応力はほぼ回転速度の２乗に比例することから、高速運転を求められる電動機では特に機械的強度が必要になる。その点では、高強度を有する材質、たとえばエンジニアリングプラスチックをリング部４として使うことにより、従来採用のＳＵＳ３０４金属の１／３程度の引張強度になってしまうものの肉厚をその分増加することで、同等以下の応力に抑えることができる。
【００３５】
すなわち、ＳＵＳ３０４でリング部４を構成し、その肉厚を増加すると渦電流損の増大に繋がることになるが、電気絶縁性の高いエンジニアリングプラスチックをリング部４の構成材料として採用すれば、渦電流損の発生が無いため、損失を増やすことなく高速化に対応することができる。たとえば、３０％ガラス入りＰＥＥＫ材をリング部４の構成材料として採用すれば、０．６ｍｍ程度の肉厚で０．２ｍｍのＳＵＳ３０４と同等の強度となり、通常の電動機のエアギャップ内での肉厚調整に留めることができる。
【００３６】
また、カーボンファイバーやその複合品をリング部の構成材料として採用すれば、従来の金属の１０倍以上の引張強度を有するので、通常想定される３００ｒｐｓ程度の高速運転に十分耐えうることができる。反面、体積抵抗率が下がってしまうこととなるが、ファイバー品を絶縁コーティングすることや、編組の仕方の工夫で繊維同士の接触面を減らすことなどで体積抵抗率を調整することができる。
【００３７】
図３は、従来の回転子の磁束を説明するための説明図である。図３に基づいて、回転子１００の磁束について、従来の回転子と比較しながら説明する。図３（ａ）が特許文献１に記載されている回転子の平面図を、図３（ｂ）が他の従来の回転子の平面図を、それぞれ示している。なお、ここでは、特に説明がない限り、回転子１００には、回転子１００Ａも含まれているものとして説明する。
【００３８】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、回転子鉄心は、電磁鋼板で構成されている。そのため、固定子から発生した磁束は、回転子鉄心を通りやすい。一方、固定子から発生した磁束は、永久磁石を通りにくい。この永久磁石は、固定子から発生した磁束に対して、エアギャップと等価の存在となる。すなわち、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す実線矢印方向に磁束は通りやすいが、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す点線矢印方向に磁束は通りにくい。
【００３９】
回転位相での通りやすさの差によりリラクタンストルクが発生するので、本実施の形態１に係る回転子１００でも第２継鉄部３が存在するため、その差をつけることができ、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す従来の回転子と同様に高効率化が図れる。その際、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す従来の回転子では、リラクタンストルクを得る構造を採用したとしても、電磁鋼板からなる鉄心部分や突起部があるため、永久磁石に磁束の短絡を招いてしまっている。それに対し、回転子１００では、電磁鋼板からなる鉄心部分や突起部がないため、永久磁石に磁束の短絡を招くことがない。
【００４０】
図４は、第１継鉄部１と第２継鉄部３との離間距離について説明するための説明図である。図４に基づいて、第１継鉄部１と第２継鉄部３との離間距離について説明する。図４（ａ）が回転子１００の平面形状の他の一例を概略的に示す上面図を、図４（ｂ）が回転子１００の平面形状の更に他の一例を概略的に示す上面図を、それぞれ示している。また、図４では、リング部４の外周側に固定子５０の一部を併せて図示している。なお、図４では、各部材に図１で示した符号を用いて図示するようにしている。
【００４１】
固定子５０は、回転子１００の外周面側に配設され、固定子鉄心に複数相の固定子巻線（図示省略）が装着されている。この固定子５０と回転子１００とにより、永久磁石式電動機が構成されることになる。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、第２継鉄部３の外周側と固定子５０の内周側との距離が磁気的なエアギャップとして作用する。このエアギャップをｔ１とし、第１継鉄部１と第２継鉄部３との最短距離をｔ２とする。永久磁石２から発生する磁石発生磁束線（図４に示す線Ａ１）は、上述したように第２継鉄部３を通り、エアギャップｔ１を飛び越え、固定子５０が発生させる回転磁界と交差する必要がある。しかしながら、エアギャップｔ１があまりにも遠く、第１継鉄部１と第２継鉄部３との最短距離ｔ２が短いと、せっかく第１継鉄部１と第２継鉄部３と２つに回転子鉄心を分離しても漏れ磁束が発生してしまう。
【００４３】
そこで、回転子１００では、永久磁石２から発生する磁束の漏れを極力低減するために、エアギャップｔ１＜第１継鉄部１と第２継鉄部３との最短距離ｔ２となるように形成されている。このようにすることで、回転子１００では、永久磁石２からの漏れ磁束を極力低減でき、漏れ磁束を発生していた分の永久磁石２が不要となり、従来の回転子に比べて省資源化を図ることができる。
【００４４】
なお、回転子１００は、エアギャップｔ１＜第１継鉄部１と第２継鉄部３との最短距離ｔ２となるように形成されていればよく、極間部５を上面視した状態における平面形状を特に限定するものではない。組立工程を考慮して、図４（ｂ）に示すような平面形状の第２継鉄部３を用いて回転子１００を構成してもよい。図４（ｂ）に示すような形状（円弧と弦を側壁とした形状）で第２継鉄部３を形成してもよい。このようにすれば、第２継鉄部３の極間部５に露出する部分が、永久磁石２との位置決め部として機能することになる。また、第１継鉄部１の４隅（第１継鉄部１の極間部５に露出する部分）を、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように面取りしておけば、第１継鉄部１の極間部５に露出する部分も永久磁石２との位置決め部として機能する。
【００４５】
なお、永久磁石２との位置決め部は必須なものではないが、永久磁石２との位置決め部があると高精度に位置決めをすることができ、機械的回転バランス、及び磁気的バランスがとれるという効果を得られる。その結果、低振動で、高効率なモーターを得ることができる。
【００４６】
したがって、回転子１００によれば、従来の回転子（特にＩＰＭ型電動機）の利点であるリラクタンストルクの有効利用を、欠点であった永久磁石２の漏れ磁束を解消することで実現できるようにしている。また、回転子１００によれば、従来の回転子（特にＳＰＭ型電動機）の利点である高速運転に対する強度信頼性を確保しつつ、欠点であったリング部４の渦電流損の発生も改善することができる。なお、図１では、永久磁石２が平板形状である場合を例に説明したが、永久磁石２の形状を特に限定するものではない。たとえば、永久磁石２を、円弧形状や、平板形状を組み合せたＶ字形状、バスタブ形状にしても同様の効果を得ることができる。
【００４７】
ここで、回転子の鉄心の製造について説明する。図５は、回転子鉄心を構成する回転子構成鋼板（第１継鉄部１（第１継鉄部１Ａを含む）を構成する一枚一枚の電磁鋼板）の製造過程の一部を概略的に示す概略図である。図５（ａ）が回転子１００の回転子構成鋼板の製造過程の一部、図５（ｂ）が回転子１００Ａの回転子構成鋼板の製造過程の一部を、図５（ｃ）が特許文献１に挙げた従来の回転子構成鋼板の製造過程の一部を、それぞれ示している。
【００４８】
回転子１００の回転子鉄心は、回転子構成鋼板を所定の枚数又は積厚まで積層した第１継鉄部１と第２継鉄部３とを複数組み合わせて構成されている。同様に、回転子１００Ａの回転子鉄心は、回転子構成鋼板を所定の枚数又は積厚まで積層した第１継鉄部１Ａと第２継鉄部３Ａとを複数組み合わせて構成されている。なお、図５には、帯状電磁鋼板２０の幅をＬ、回転子構成鋼板の送りピッチをＰとして図示している。
【００４９】
図５（ａ）に示すように、回転子１００の回転子構成鋼板の平面形状は略四角形状（略正方形状）であるため、回転子構成鋼板を帯状電磁鋼板２０の長手方向に沿うように配列し、回転子構成鋼板を作製することとしている。このように回転子構成鋼板を作製することで、帯状電磁鋼板２０の不要部分２１を極力少なくすることを可能としている。
【００５０】
また、図５（ｂ）に示すように、回転子１００Ａの回転子構成鋼板の平面形状は略六角形状であるため、回転子構成鋼板を帯状電磁鋼板２０に対してハニカム状に配列し、回転子構成鋼板を作製することとしている。このように回転子構成鋼板を作製することで、帯状電磁鋼板２０の不要部分２１を極力少なくすることを可能としている。なお、回転子構成鋼板を帯状電磁鋼板２０に対してハニカム状に配列する場合、帯状電磁鋼板２０に回転子構成鋼板の列が少なくとも２列配列することになる。
【００５１】
それに対し、図５（ｃ）に示すように、従来の回転子構成鋼板は角部に突起部分があるため、帯状電磁鋼板２０’の不要部分２１’が多くなってしまう。このような形状の回転子構成鋼板では、帯状電磁鋼板２０’に対してどのように配列したとしても、回転子鉄心とはならない不要部分２１’が多く発生することになる。
【００５２】
以上のように、回転子１００の第１継鉄部１、回転子１００Ａの第１継鉄部１Ａのような形状にすれば、帯状電磁鋼板２０の不要部分２１を少なくできるので、従来のものに比べ、歩留まりよく回転子構成鋼板を作製することができる。また、不要部分２１を少なくできるので、省資源化、低コスト化が実現できる。さらに、帯状電磁鋼板２０の幅Ｌ及び送りピッチＰを短くできるので、金型サイズも小さくでき、金型にかかる費用も低減できる。
【００５３】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る電動機の回転子１００Ｂの側面形状の一例を概略的に示す側面図である。図６に基づいて、電動機の回転子１００Ｂの構成について説明する。実施の形態２に係る電動機の回転子１００Ｂの基本的な構成は、実施の形態１で説明した回転子１００と同様である。なお、実施の形態２では実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００５４】
図６に示すように、回転子１００Ｂは、リング部の構成が実施の形態１に係る回転子１００のリング部４と相違している。なお、実施の形態１に係る回転子１００のリング部４と区別するために、リング部４に符号「Ｂ」を付記するものとする。
【００５５】
この回転子１００Ｂは、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、回転中心側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した第１継鉄部１と、第１継鉄部１の外郭（外周側）に配置された複数個の永久磁石２と、それぞれの永久磁石２の外周側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した永久磁石２と同数の第２継鉄部３と、第２継鉄部３の外周側に設けられ、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を包含するリング部４Ｂと、を有している。
【００５６】
リング部４Ｂは、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を、第２継鉄部３の外周側から押さえ込み、回転子１００Ｂの外周を構成するものである。すなわち、リング部４Ｂは、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を半径方向中心側に押し付けるような内圧を発生させる薄肉の円筒が複数に分割された構成となっており、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３に対して圧入や焼嵌されるように構成されている。このリング部４Ｂによって、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３は、それぞれが隙間無く密着された状態に組み立てられる。
【００５７】
また、リング部４Ｂは、ここでは非磁性体の材質によって構成されているものとする。そして、リング部４Ｂは、所定の隙間を介して軸方向に複数に分割された構成となっている。なお、図６では、分割された各リング部４Ｂを便宜的に紙面下側からリング部４Ｂ１、リング部４Ｂ２、リング部４Ｂ３として図示している。また、図６では、３分割された構成のリング部４Ｂを図示しているが、リング部４Ｂの分割数を図６に示す３分割に限定するものではない。
【００５８】
高速運転時の強度信頼性及び安価な材質を重視すると、リング部としては従来のＳＰＭ型の回転子で採用されている非磁性体である金属を採用することとなる。しかしながら、金属でリング部を構成する場合、渦電流損の発生が問題となる。
【００５９】
そこで、実施の形態２では、非磁性体である金属をリング部４Ｂとして採用した場合を考慮し、リング部４Ｂを複数に分割して構成することにしている。したがって、リング部４Ｂ１、リング部４Ｂ２、リング部４Ｂ３のそれぞれの間には、所定の隙間が形成されることになる。このため、渦電流のループ（図６に示す矢印Ｃ）は、リング部４Ｂ１、リング部４Ｂ２、リング部４Ｂ３のそれぞれで発生し、リング部４Ｂがない部分、つまりリング部４Ｂ１、リング部４Ｂ２、リング部４Ｂ３のそれぞれの間に形成される隙間部分では発生しない。また、リング部４Ｂの厚さ（軸方向の高さ）ｌに対して、渦電流損は一般的に２乗に比例して増加するので、ｌを小さくするほど渦電流損を低減できる。
【００６０】
また、機械的な強度は、ｌの軸方向の総和になるので、必要回転速度に対応した総和Σｌを決め、渦電流損失の低減効果分及び部品数を考慮してリング部４Ｂの分割数を決定すればよい。
【００６１】
したがって、回転子１００Ｂによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＩＰＭ型電動機）の利点であるリラクタンストルクの有効利用を、欠点であった永久磁石２の漏れ磁束を解消することで実現できるようにしている。また、回転子１００Ｂによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＳＰＭ型電動機）の利点である高速運転に対する強度信頼性を確保しつつ、欠点であったリング部４の渦電流損の発生も改善することができる。さらに、回転子１００Ｂによれば、機械的強度を落とさずに、リング部４Ｂで発生する渦電流に対応することが可能になる。
【００６２】
なお、リング部４Ｂの材質として、シリコン、アルミニウム、酸素、窒素を含むセラミックス材を採用すれば非磁性体であることと軽量で高強度であることの双方を確保することができる。また、体積抵抗率が１０10、好ましくは１０14Ωｃｍ以上の材質であれば他の電磁鋼板や永久磁石に対し、無視できる程の電気抵抗となるので渦電流損もほぼないものと考えられる。体積抵抗率が１０14Ωｃｍ以上の材質としては、たとえばサイアロン（Ｓｉ（ケイ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）からなる材質（化学式Ｓｉ３Ｎ４・Ａｌ２Ｏ３））等が挙げられる。
【００６３】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る電動機の回転子１００Ｃの側面形状の一例を概略的に示す側面図である。図７に基づいて、電動機の回転子１００Ｃの構成について説明する。実施の形態３に係る電動機の回転子１００Ｃの基本的な構成は、実施の形態１で説明した回転子１００と同様である。なお、実施の形態３では実施の形態１及び実施の形態２との相違点を中心に説明し、実施の形態１及び実施の形態２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００６４】
図７に示すように、回転子１００Ｃは、リング部の構成が実施の形態１に係る回転子１００のリング部４、実施の形態２に係る回転子１００Ｂのリング部４Ｂと相違している。なお、実施の形態１に係る回転子１００のリング部４、実施の形態２に係る回転子１００Ｂのリング部４Ｂと区別するために、リング部４に符号「Ｃ」を付記するものとする。
【００６５】
この回転子１００Ｃは、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、回転中心側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した第１継鉄部１と、第１継鉄部１の外郭（外周側）に配置された複数個の永久磁石２と、それぞれの永久磁石２の外周側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した永久磁石２と同数の第２継鉄部３と、第２継鉄部３の外周側に設けられ、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を包含するリング部４Ｃと、を有している。
【００６６】
リング部４Ｃは、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を、第２継鉄部３の外周側から押さえ込み、回転子１００Ｃの外周を構成するものである。すなわち、リング部４Ｃは、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を半径方向中心側に押し付けるような内圧を発生させる薄肉の円筒が複数に分割された構成となっており、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３に対して圧入や焼嵌されるように構成されている。このリング部４Ｃによって、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３は、それぞれが隙間無く密着された状態に組み立てられる。
【００６７】
また、リング部４Ｃは、ここでは非磁性体の材質によって構成されているものとする。そして、リング部４Ｃは、所定の隙間を介して軸方向に複数に分割された構成となっている。なお、図７では、分割された各リング部４Ｃを便宜的に紙面下側からリング部４Ｃ１、リング部４Ｃ２、リング部４Ｃ３として図示している。また、図７では、３分割された構成のリング部４Ｃを図示しているが、リング部４Ｃの分割数を図７に示す３分割に限定するものではない。
【００６８】
さらに、リング部４Ｃ１、リング部４Ｃ２及びリング部４Ｃ３には、半径方向に沿って開口したスリット４ａが複数形成されている。そして、このスリット４ａは、スリット開口部分（つまり、開口部）と、非開口部（スリット開口部分以外の部分）とが軸方向で一致しないように形成されている。すなわち、スリット４ａは、非開口部が回転軸方向において直進できないように形成されている。
【００６９】
実施の形態２で説明した通り、高速運転時の強度信頼性及び安価な材質を重視すると、リング部としては従来のＳＰＭ型の回転子で採用されている非磁性体である金属を採用することとなるが、渦電流損の発生が問題となる。
【００７０】
そこで、実施の形態３では、非磁性体である金属をリング部４Ｃとして採用した場合を考慮し、リング部４Ｃを複数に分割して構成することにしている。したがって、リング部４Ｃ１、リング部４Ｃ２、リング部４Ｃ３のそれぞれの間には、所定の隙間が形成されることになる。このため、渦電流のループ（図７のリング部４Ｃ３に示す矢印Ｄ）は、リング部４Ｃ１、リング部４Ｃ２、リング部４Ｃ３のそれぞれで発生し、リング部４Ｃがない部分、つまりリング部４Ｃ１、リング部４Ｃ２、リング部４Ｃ３のそれぞれの間に形成される隙間部分では発生しない。
【００７１】
加えて、実施の形態３では、リング部４Ｃ１、リング部４Ｃ２、リング部４Ｃ３のそれぞれにスリット４ａを複数形成することにしている。したがって、リング部４Ｃで発生した渦電流のループは、図７に示す矢印Ｄのように、リング部４Ｃ１、リング部４Ｃ２、リング部４Ｃ３のそれぞれで発生するが、小さいループとなり、リング部４Ｃの厚さ（軸方向の高さ）を小さくしたものと等価になり、渦電流損を低減できる。
【００７２】
また、リング部４Ｃがない部分では渦電流は発生しない。さらに、スリット４ａの長手の方向が周方向と平行に延びるようにしておけば、半径方向に発生する遠心力に対する応力を比較的上げずに済む。よって、実施の形態３に係る回転子１００Ｃでは、機械的強度を落とさずに実施の形態２に記載の効果と同様の効果を部品点数を増やすことなく実現できる。
【００７３】
したがって、回転子１００Ｃによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＩＰＭ型電動機）の利点であるリラクタンストルクの有効利用を、欠点であった永久磁石２の漏れ磁束を解消することで実現できるようにしている。また、回転子１００Ｃによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＳＰＭ型電動機）の利点である高速運転に対する強度信頼性を確保しつつ、欠点であったリング部４の渦電流損の発生も改善することができる。さらに、回転子１００Ｃによれば、部品点数を増やすことなく、実施の形態２に係る回転子１００Ｂと同様に機械的強度を落とさずに、リング部４Ｃで発生する渦電流に対応することができる。
【００７４】
なお、スリット４ａの形成箇所については、スリット開口部分と、非開口部とが軸方向で一致しないようになっていればよく、特に限定するものではない。たとえば、図７に示すようにスリット４ａを規則的に開口形成してもよいが、不規則的にスリット４ａを開口形成してもよい。また、スリット４ａをラビリンス構造を模して開口形成し、スリット開口部分と非開口部とが軸方向で一致しないようにしてもよい。
【００７５】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係る電動機の回転子１００Ｄの平面形状の一例を概略的に示す上面図である。図８に基づいて、電動機の回転子１００Ｄの構成について説明する。実施の形態４に係る電動機の回転子１００Ｄの基本的な構成は、実施の形態１で説明した回転子１００と同様である。なお、実施の形態４では実施の形態１〜実施の形態３との相違点を中心に説明し、実施の形態１〜実施の形態３と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００７６】
図８に示すように、回転子１００Ｄは、第２継鉄部３Ｄの構成が実施の形態１〜実施の形態３に係る回転子の第２継鉄部３（第２継鉄部３Ａを含む）と相違している。なお、第２継鉄部３と区別するために、第２継鉄部３に符号「Ｄ」を付記するものとする。
【００７７】
この回転子１００Ｄは、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、回転中心側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した第１継鉄部１と、第１継鉄部１の外郭（外周側）に配置された複数個の永久磁石２と、それぞれの永久磁石２の外周側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した永久磁石２と同数の第２継鉄部３Ｄと、第２継鉄部３Ｄの外周側に設けられ、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３Ｄを包含するリング部４と、を有している。なお、リング部４の代わりに、リング部４Ｂ又はリング部４Ｃを採用してもよい。
【００７８】
第２継鉄部３Ｄには、軸方向に開口するスリット溝３ａが２列形成されている。このスリット溝３ａは、回転子１００Ｄの外周側に中心をもつ円の一部として円弧状に形成されている。
【００７９】
実施の形態１で説明した通り、第２継鉄部３が設けられていることにより、磁束の通りやすい方向と通りにくい方向とを発生させることができ、それによってリラクタンストルクを発生させることができる。そこで、実施の形態４では、第２継鉄部３Ｄにスリット溝３ａを形成することにより、スリット溝３ａが、磁束の通りやすい方向に対しては磁気抵抗としての影響が少なく作用し（図８に示す実線矢印）、通りにくい方向に対してはエアギャップとして作用し、磁束をさらに通りにくく制御している（図８に示す破線矢印）。
【００８０】
このような構成とすることによって、回転子１００Ｄではリラクタンストルクをさらに発生させることができ、電動機の効率が向上することとなる。なお、リラクタンストルクは、マグネットトルクとは発生原理が違う。マグネットトルクは一般に永久磁石２の磁力や大きさを高めると増大することができるが、このような措置をとった場合、電動機の回転時の逆起電力も高まり、高速運転の妨げになってしまう。リラクタンストルクは、そのような高速運転でのトルク発生には、マグネットトルクのような妨げがないため、高速運転を求められる電動機に対しては、スリット溝３ａの形成が有効な手段となる。
【００８１】
したがって、回転子１００Ｄによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＩＰＭ型電動機）の利点であるリラクタンストルクの有効利用を、欠点であった永久磁石２の漏れ磁束を解消することで実現できるようにしている。また、回転子１００Ｄによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＳＰＭ型電動機）の利点である高速運転に対する強度信頼性を確保しつつ、欠点であったリング部４の渦電流損の発生も改善することができる。さらに、回転子１００Ｄによれば、部品点数を増やすことなく、リラクタンストルクに機械の更なる有効利用を図ることが可能になる。
【００８２】
実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５に係る電動機の回転子１００Ｅの平面形状の一例を概略的に示す上面図である。図９に基づいて、電動機の回転子１００Ｅの構成について説明する。実施の形態５に係る電動機の回転子１００Ｅの基本的な構成は、実施の形態１で説明した回転子１００と同様である。なお、実施の形態５では実施の形態１〜実施の形態４との相違点を中心に説明し、実施の形態１〜実施の形態４と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００８３】
図９に示すように、回転子１００Ｅは、第１継鉄部１の側面の一部と、永久磁石２の側面部２ａ、第２継鉄部３の側面の一部、リング部４の内周壁によって囲まれた極間部５に非磁性部材１０を充填している点が実施の形態１〜実施の形態４に係る回転子と相違している。極間部５は、リング部４の内周側であって、いずれの部材も当接していない部分に形成されている空間を指している。なお、リング部４の代わりに、リング部４Ｂ又はリング部４Ｃを採用してもよい。また、第２継鉄部３の代わりに、第２継鉄部３Ｄを採用してもよい。
【００８４】
実施の形態１で説明した通り、リング部４を設けることによって、その内圧により各部品（第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３）は半径方向中心側に押し付けられている。しかしながら、運転時の遠心力が発生すると、回転子１００Ｅにはリング部４の内圧を打ち消す方向の荷重が働く、永久磁石２には、速度変化時の慣性力、固定子との間のトルクが回転子１００Ｅの接線方向に加わるため、リング部４の内圧がなくなってしまうと接線方向に働く荷重（リング部４の内圧を打ち消す方向の荷重）で永久磁石２が外れてしまうことになる。
【００８５】
そこで、回転子１００Ｅでは、極間部５に非磁性部材１０を充填することにしている。極間部５に非磁性部材１０が充填され、極間部５が非磁性部材１０で満たされると、非磁性部材１０の作用によって永久磁石２のズレを規制できる。そのため、リング部４の内圧を打ち消す方向の荷重が働いても、永久磁石２が外れてしまうことがなく、運転を継続することができる。したがって、必要以上にリング部４に内圧を発生させる必要がなく、特に高速運転時での強度信頼性を確保することができる。なお、非磁性部材１０としては、たとえば樹脂や木材等を採用することができる。
【００８６】
したがって、回転子１００Ｅによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＩＰＭ型電動機）の利点であるリラクタンストルクの有効利用を、欠点であった永久磁石２の漏れ磁束を解消することで実現できるようにしている。また、回転子１００Ｅによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＳＰＭ型電動機）の利点である高速運転に対する強度信頼性を確保しつつ、欠点であったリング部４の渦電流損の発生も改善することができる。さらに、回転子１００Ｅによれば、永久磁石２が外れてしまうことを抑制でき、運転の継続性が向上することになる。
【００８７】
なお、非磁性部材１０としては、たとえば樹脂等の熱可塑性の材料を極間部５に流し込み固めることで形成してもよいし、あらかじめ成形された固形部材を極間部５に挿入して形成してもよい。また、非磁性部材１０は、非磁性であるので、永久磁石２の磁束の漏れには影響を与えない。
【００８８】
実施の形態６．
図１０は、本発明の実施の形態６に係る電動機の回転子１００Ｆの製造方法を説明するための概略斜視図である。図１０に基づいて、電動機の回転子１００Ｆの製造方法について説明する。実施の形態６に係る電動機の回転子１００Ｆの基本的な構成は、実施の形態１で説明した回転子１００と同様である。なお、実施の形態６では実施の形態１〜実施の形態５との相違点を中心に説明し、実施の形態１〜実施の形態５と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００８９】
第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３のそれぞれを位置決めし、それから第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３をリング部４で包含することは困難である。また、リング部４に内圧を発生させるには、リング部４の内径寸法のほうが、図１０で示す状態の第２継鉄部３でなす外径寸法より小さくする必要があり、予めリング部４を選定することは難しい。そこで、実施の形態６では、以下のように回転子１００Ｆを製造するようにしている。
【００９０】
まず、永久磁石２を着磁する。そして、着磁した永久磁石２を、所定の磁極方向になるように第１継鉄部１に張り合わせる。その後、第２継鉄部３を永久磁石２の外周側に張り合わせる。この作業時に、永久磁石２と各継鉄部（第１継鉄部１、第２継鉄部３）との位置決めが必要となるが、実施の形態６では、着磁した永久磁石２を用いることにより、永久磁石２の吸引力を利用することできるようにしている。そのため、各部材同士が密着し、第２継鉄部３でなす外周寸法が把握しやすくなる。また、このようにすれば、各部材同士が磁気的な安定をとろうとするため、各継鉄部と永久磁石２の位置精度も出しやすくなる。
【００９１】
第２継鉄部３でなす外周寸法を把握後、所定の締め代となる内径をもつリング部４を選定し、第２継鉄部３の外周側からリング部４を圧入をすれば内圧の安定した回転子１００Ｆを得ることができる。なお、リング部４の材質により、リング部４側を加熱する焼嵌とするのか、第２継鉄部３側を冷却する冷やし嵌とするのか、を選定すればよく、圧入工程が容易に実現できる。
【００９２】
上記のように、本発明について実施の形態を分けて説明したが、各実施の形態の特徴事項を組み合わせることを否定するものではない。
【００９３】
実施の形態１〜実施の形態５に係る回転子を、固定子の内周面側に設置することで本発明の永久磁石式電動機を得ることができる。したがって、本発明の永久磁石式電動機は、実施の形態１〜実施の形態５に係る回転子が有する効果を奏することになる。また、本発明の永久磁石式電動機は、圧縮機やファンモーター等に用いられるようになっているので、圧縮機やファンモーターも、実施の形態１〜実施の形態５に係る回転子が有する効果を奏することになる。さらに、実施の形態６に係る回転子の製造方法によって、本発明の永久磁石式電動機の回転子を製造することができるので、実施の形態６に係る回転子の製造方法が有する効果を奏することになる。
【符号の説明】
【００９４】
１ 第１継鉄部、１Ａ 第１継鉄部、２ 永久磁石、２Ａ 永久磁石、２ａ 側面部、３ 第２継鉄部、３Ａ 第２継鉄部、３Ｄ 第２継鉄部、３ａ スリット溝、４ リング部、４Ｂ リング部、４Ｂ１ リング部、４Ｂ２ リング部、４Ｂ３ リング部、４Ｃ リング部、４Ｃ１ リング部、４Ｃ２ リング部、４Ｃ３ リング部、４ａ スリット、５ 極間部、１０ 非磁性部材、１１ 貫通孔、２０ 帯状電磁鋼板、２１ 不要部分、５０ 固定子、１００ 回転子、１００Ａ 回転子、１００Ｂ 回転子、１００Ｃ 回転子、１００Ｄ 回転子、１００Ｅ 回転子、１００Ｆ 回転子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機やファンモーター等に使われる永久磁石式電動機の回転子及びその製造方法並びに永久磁石式電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年から存在している永久磁石式電動機は、プレス等により一体に打ち抜かれた電磁鋼板を積層して回転子鉄心を形成し、その鉄心の中に永久磁石を埋め込むことにより構成されたものが効率も高く採用されるケースが多い。このような電動機は、一般的にＩＰＭと称されている。また、積層された多角形の回転子鉄心の外側に永久磁石を何らかの方法で固定させた表面配置型で構成される永久磁石式電動機も従来から存在している。このような電動機は、一般にＳＰＭと称されている。
【０００３】
特に近年では、高効率のみならず搭載機器の小型、軽量化を目的に、電動機の高出力化が求められている。出力としては、希土類磁石のような高磁束密度磁石を採用することにより高トルク対応することや、周波数変換装置により可変速範囲の拡大等により高回転速度対応することで実現できる。
【０００４】
そのような背景に対応するものとして、様々な形状の回転子鉄心が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１には、平面形状が多角形をなす回転子鉄心の各頂点から放射状に突起を出し、断面形状が略蒲鉾状の永久磁石を配置させ、永久磁石の外周に非磁性スリーブを嵌着した永久磁石式電動機が開示されている。非磁性スリーブとしては、金属スリーブで例としてはＳＵＳ３０４のステンレス管を採用することが開示されている。また、磁石としては、フェライト系磁石を採用することが開示されている。
【０００５】
そして、回転子鉄心からの放射上の突起により、従来のＳＰＭ型の磁石配置では発生が期待できないリラクタンストルクを発生させ、効率を向上させることができることが開示されている。加えて、ＳＰＭ型の金属スリーブ採用では、金属スリーブでの渦電流損が発生するため、対策として昇圧チョッパ回路等を採用することも開示されている。
【０００６】
また、ＩＰＭ型電動機の回転子鉄心の場合は、磁石側面の鉄心部及び磁石外周の鉄心部の存在により、磁石の発生している磁束の漏洩が大きくなり電動機の効率が下がってしまう。そのために、放射状の突起だけが磁石の側面の鉄心として存在するだけに留めることで磁石の磁束の漏れを低減でき、効率低下を回避できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２９９１５０号公報（２〜４頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されている永久磁石式電動機においては、非磁性スリーブに金属スリーブを採用した場合、スリーブでの渦電流損を低減するために高価な昇圧チョッパ回路等、駆動波形側に制約をつけなければならない。また、駆動波形の高調波成分は、低減できても、回転を動機付ける基本波をなくすことは無理であり、基本波による渦電流を低減するところまでには至らない。
【０００９】
特に今後、高速運転を実現しようとすると、永久磁石の遠心力による飛散を防止するために半径方向の肉厚をあげることが考えられるが、肉厚を上げることにより、渦電流が増加することになる。また、基本波の周波数も増加することから、飛躍的に渦電流損が増加するということが懸念される。なお、渦電流損の課題は、従来のＳＰＭ型電動機でも発生することはいうまでもない。
【００１０】
また、従来のＩＰＭ型電動機の回転子鉄心では、積層された鉄心で回転子を形成することにより、渦電流を低減することができるのであるが、高速運転時において永久磁石や鉄心自身の遠心力に耐えうるため磁石側面の鉄心部を厚く構成することが一般的である。しかしながら、磁石側面の鉄心部を厚くした場合には、磁石の発生している磁束の漏洩を大きくすることとなる。対応としては、必要最低限の厚さ、つまり高速対応するものでは磁束の漏洩しやすい形状を選択することとなり、電動機の効率を低減させてしまうことになる。
【００１１】
ＩＰＭ型電動機の場合、内部に磁石を埋め込むことができるので、磁気回路として、回転子形状で突極性をもたせることができ、リラクタンストルクを利用できることは上述の通りである。しかしながら、特許文献１に記載の電動機では、回転子鉄心の形状が多角形をなし、回転子鉄心の各頂点から放射状に突起を出しており、この突起を磁束が通ることで突極性を出すことはできるが、磁石の磁束の漏れを考慮すると突起の周方向の太さはある程度までしか太くすることができない。そのため、特許文献１に記載の電動機では、ＩＰＭ型電動機の課題を完全には払拭できていない。
【００１２】
また、特許文献１に記載されているような回転子鉄心の形状を打ち抜きにて製作する場合、帯状の電磁鋼板を打ち抜くこととなるが、突起部分があるが故、帯状の電磁鋼板のうち回転子の鉄心とはならない不要な部分が多く発生することになる。したがって、特許文献１に記載されているような回転子鉄心の形状では、いわゆる歩留まりの悪化という観点からは改善の余地がある。歩留まりの悪化は、省資源化や低コスト化といった面からも問題となる。
【００１３】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、永久磁石式電動機の効率を落とすことなく、永久磁石から発生する磁束を有効に利用することで更なる高効率化につながり、かつ、高速運転での機械的な強度の信頼性を向上した永久磁石式電動機の回転子及び永久磁石式電動機を提供することを目的とするものである。また、歩留まりのよい永久磁石式電動機の回転子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る永久磁石式電動機の回転子は、固定子の回転磁束変化に同期して回転する永久磁石式電動機の回転子において、回転子の中心側において電磁鋼板が複数枚積層された第１継鉄部と、前記第１継鉄部の外周に配置された複数個の永久磁石と、前記永久磁石の外周において電磁鋼板が複数枚積層された第２継鉄部と、前記第２継鉄部の外周側に設けられ、前記第１継鉄部、前記永久磁石及び第２継鉄部を前記第２継鉄部の外周側から中心側に押しつけるリング部と、を有するものである。
【００１５】
本発明に係る永久磁石式電動機の回転子の製造方法は、上記の永久磁石式電動機の回転子の製造方法であって、前記永久磁石を着磁する工程と、着磁した前記永久磁石を、所定の磁極方向になるように前記第１継鉄部に張り合わせる工程と、その後、前記第２継鉄部を前記永久磁石の外周側に張り合わせる工程と、前記第２継鉄部でなす外周寸法を把握後、所定の締め代となる内径をもつ前記リング部を選定し、前記第２継鉄部の外周側から前記リング部を圧入をする工程と、を有するものである。
【００１６】
本発明に係る永久磁石式電動機は、上記の永久磁石式電動機の回転子と、前記回転子の外周面側に配設され、固定子鉄心に複数相の固定子巻線が装着された固定子と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る電動機の回転子によれば、従来の回転子（特にＩＰＭ型電動機）の利点であるリラクタンストルクの有効利用を、欠点であった永久磁石の漏れ磁束を解消することで実現できるようにしている。また、本発明に係る電動機の回転子によれば、従来の回転子（特にＳＰＭ型電動機）の利点である高速運転に対する強度信頼性を確保しつつ、欠点であったリング部の渦電流損の発生も改善することができる。
【００１８】
本発明に係る永久磁石式電動機の回転子の製造方法によれば、着磁させた永久磁石の吸引力を利用することができるようにしているため、各部材同士が密着し、第２継鉄部でなす外周寸法が把握しやすくなる。また、本発明に係る電動機の回転子の製造方法によれば、各部材同士が磁気的な安定をとろうとするため、各継鉄部と永久磁石との位置決めを高精度に実行できる。
【００１９】
本発明に係る永久磁石式電動機によれば、上記の回転子を備えているので、上記の回転子と同様の効果を有することになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電動機の回転子を説明するための概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電動機の回転子の平面形状の別の一例を概略的に示す上面図である。
【図３】従来の回転子の磁束を説明するための説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る電動機の回転子の第１継鉄部と第２継鉄部との離間距離について説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る電動機の回転子の回転子鉄心を構成する回転子構成鋼板の製造過程の一部を概略的に示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る電動機の回転子の側面形状の一例を概略的に示す側面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る電動機の回転子の側面形状の一例を概略的に示す側面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る電動機の回転子の平面形状の一例を概略的に示す上面図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係る電動機の回転子の平面形状の一例を概略的に示す上面図である。
【図１０】本発明の実施の形態６に係る電動機の回転子の製造方法を説明するための概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機の回転子１００を説明するための概略図である。図１に基づいて、電動機の回転子１００の構成について説明する。なお、図１（ａ）が回転子１００の平面形状を概略的に示す上面図、図１（ｂ）が回転子１００の縦断面を概略的に示す縦断面図である。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。さらに、図１には、永久磁石２から発生する磁束を矢印（矢印Ａ、矢印Ｂ）で図示している。
【００２２】
この回転子１００は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和機、冷凍装置、給湯器等の冷凍サイクルの構成要素となる圧縮機や、送風機等のファンモーターの電動機の一部として使用される。図１に示すように、回転子１００は、回転中心側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した第１継鉄部１と、第１継鉄部１の外郭（外周側）に配置された複数個（図１（ａ）では４個）の永久磁石２と、それぞれの永久磁石２の外周側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した永久磁石２と同数の第２継鉄部３と、第２継鉄部３の外周側に設けられ、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を包含するリング部４と、を有している。
【００２３】
すなわち、回転子鉄心を構成する第１継鉄部１と第２継鉄部３とが、１枚の電磁鋼板で構成されているのではなく、異なる電磁鋼板で分離されて構成されているのである。また、第１継鉄部１の中央部には、図示省略の回転軸を挿入固着するための貫通孔１１が形成されている。さらに、第１継鉄部１は、平面形状が多角形状に構成されている。なお、第１継鉄部１の作製については図４で詳述する。
【００２４】
永久磁石２は、希土類磁石等で構成されており、図１（ａ）の矢印Ｂで示す方向にそれぞれ磁化されている。図１（ａ）に示すように、永久磁石２を平面視した状態において永久磁石２の短手方向における側面部（以下、単に側面部２ａと称する）は、第１継鉄部１及び第２継鉄部３のいずれにも接触していない。つまり、第１継鉄部１及び第２継鉄部３は、永久磁石２を平面視した状態において永久磁石２の長手方向における側面部と接触しているが、側面部２ａには接触していない。この第１継鉄部１の一部、第２継鉄部３の一部、永久磁石の側面部２ａ、リング部４の内周壁によって囲まれた空間を、極間部５と称する。
【００２５】
リング部４は、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を、第２継鉄部３の外周側から押さえ込み、回転子１００の外周を構成するものである。すなわち、リング部４は、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を回転子１００の中心側に押し付けるような内圧を発生させる薄肉の円筒となっており、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３に対して圧入や焼嵌されるように構成されている。このリング部４によって、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３は、それぞれが隙間無く密着された状態に組み立てられる。
【００２６】
また、リング部４は、ここでは非磁性体かつ非金属の材質によって構成されているものとする。たとえば、エンジニアリングプラスチック（ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＬＣＰ、ＰＢＴ、ベークライト等が挙げられる。）や、カーボンファイバー、それらの複合品でリング部４を構成するとよい。
【００２７】
この回転子１００が、固定子（たとえば、図４に示す固定子５０）の内周面側に回転可能に配設されて電動機（永久磁石式電動機）を構成するようになっている。つまり、本発明の電動機は、回転子１００内に所定の枚数の永久磁石２を有し、固定子の回転磁束変化に同期して回転子１００が回転するようになっている。そして、回転子１００が回転することで貫通孔１１に固着されている回転軸も回転することになる。なお、図１では、４個の永久磁石２が備わっている状態を例に示しているが、永久磁石２の個数を４個に限定するものではない（図２で説明する）。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１に係る電動機の回転子１００Ａの平面形状の別の一例を概略的に示す上面図である。図２に基づいて、回転子１００Ａの構成について説明する。回転子１００Ａの基本的な構成は、上述した回転子１００と同様であり、同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００２９】
この回転子１００Ａは、回転子１００と同様に機能するものの、永久磁石２の個数が回転子１００の永久磁石２の個数と相違している。それに伴い、第１継鉄部１及び第２継鉄部３の形状も変化するため、回転子１００と区別するために、各部材（第１継鉄部１、永久磁石２、第２継鉄部３）に符号「Ａ」を付記するものとする。なお、リング部４については、永久磁石２の個数の変化で異なることがないため、「リング部」のままとし、「Ａ」を付記していない。
【００３０】
図１では、４個の永久磁石２を用いて回転子１００を構成した場合を例に説明したが、図２に示すように６個の永久磁石２Ａを用いて回転子１００Ａを構成してもよい。回転子１００Ａのように永久磁石２Ａの個数を６個としても、回転子１００Ａは回転子１００と同様に機能することは言うまでもない。この場合、それに応じて、第１継鉄部１Ａ及び第２継鉄部３Ａの平面形状が、回転子１００の第１継鉄部１及び第２継鉄部３の平面形状と異なることになる。ただし、第１継鉄部１Ａの平面が多角形状であることは同様である。なお、図２では、６個の永久磁石２Ａが備わっている状態を例に示しているが、永久磁石２Ａの個数を６個に限定するものではない。
【００３１】
回転子１００は、第１継鉄部１と、永久磁石２と、第２継鉄部３と、非磁性体かつ非金属のリング部４と、で形成されている。よって、図１（ａ）の矢印Ａに示す通り、永久磁石２の磁極面（たとえば紙面上側に示す永久磁石２のＮ極）から出た磁束は、第２継鉄部３（たとえば紙面上側の第２継鉄部３）を通り、固定子に通電することによる回転磁界と鎖交し、所望の回転トルクを発生させ、隣の極の第２継鉄部３（たとえば紙面左側の第２継鉄部３）を通り、隣の永久磁石２の磁極面（たとえば紙面左側の永久磁石２のＳ極）に入り、第１継鉄部１を通り、再び自身の磁極面（Ｓ極）に戻る。
【００３２】
そして、永久磁石２の側面部２ａには、磁気回路となる磁性体が存在しないため、漏れ磁束がなく、永久磁石２から発生する磁束をほぼ完全に利用することができる。よって、高トルクな電動機を得ることができる。または、従来の漏れ磁束のあったＩＰＭ型回転子の永久磁石に対し、漏れ磁束分を減らした小さい永久磁石で同等のトルクを得ることができる。したがって、このような構成にすれば、近年問題となる希土類磁石の省資源化、低コスト化が実現できる。
【００３３】
また、リング部４は、非金属で構成していることから、固定子の発生する磁束による渦電流の発生がない。よって、従来のＳＰＭ型電動機やＩＰＭ型電動機の有していた課題を周波数制御装置等に負担をかけることなく、改善することができる。
【００３４】
さらに、リング部４には、永久磁石２と第２継鉄部３の遠心力により応力が発生し、その応力はほぼ回転速度の２乗に比例することから、高速運転を求められる電動機では特に機械的強度が必要になる。その点では、高強度を有する材質、たとえばエンジニアリングプラスチックをリング部４として使うことにより、従来採用のＳＵＳ３０４金属の１／３程度の引張強度になってしまうものの肉厚をその分増加することで、同等以下の応力に抑えることができる。
【００３５】
すなわち、ＳＵＳ３０４でリング部４を構成し、その肉厚を増加すると渦電流損の増大に繋がることになるが、電気絶縁性の高いエンジニアリングプラスチックをリング部４の構成材料として採用すれば、渦電流損の発生が無いため、損失を増やすことなく高速化に対応することができる。たとえば、３０％ガラス入りＰＥＥＫ材をリング部４の構成材料として採用すれば、０．６ｍｍ程度の肉厚で０．２ｍｍのＳＵＳ３０４と同等の強度となり、通常の電動機のエアギャップ内での肉厚調整に留めることができる。
【００３６】
また、カーボンファイバーやその複合品をリング部の構成材料として採用すれば、従来の金属の１０倍以上の引張強度を有するので、通常想定される３００ｒｐｓ程度の高速運転に十分耐えうることができる。反面、体積抵抗率が下がってしまうこととなるが、ファイバー品を絶縁コーティングすることや、編組の仕方の工夫で繊維同士の接触面を減らすことなどで体積抵抗率を調整することができる。
【００３７】
図３は、従来の回転子の磁束を説明するための説明図である。図３に基づいて、回転子１００の磁束について、従来の回転子と比較しながら説明する。図３（ａ）が特許文献１に記載されている回転子の平面図を、図３（ｂ）が他の従来の回転子の平面図を、それぞれ示している。なお、ここでは、特に説明がない限り、回転子１００には、回転子１００Ａも含まれているものとして説明する。
【００３８】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、回転子鉄心は、電磁鋼板で構成されている。そのため、固定子から発生した磁束は、回転子鉄心を通りやすい。一方、固定子から発生した磁束は、永久磁石を通りにくい。この永久磁石は、固定子から発生した磁束に対して、エアギャップと等価の存在となる。すなわち、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す実線矢印方向に磁束は通りやすいが、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す点線矢印方向に磁束は通りにくい。
【００３９】
回転位相での通りやすさの差によりリラクタンストルクが発生するので、本実施の形態１に係る回転子１００でも第２継鉄部３が存在するため、その差をつけることができ、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す従来の回転子と同様に高効率化が図れる。その際、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す従来の回転子では、リラクタンストルクを得る構造を採用したとしても、電磁鋼板からなる鉄心部分や突起部があるため、永久磁石に磁束の短絡を招いてしまっている。それに対し、回転子１００では、電磁鋼板からなる鉄心部分や突起部がないため、永久磁石に磁束の短絡を招くことがない。
【００４０】
図４は、第１継鉄部１と第２継鉄部３との離間距離について説明するための説明図である。図４に基づいて、第１継鉄部１と第２継鉄部３との離間距離について説明する。図４（ａ）が回転子１００の平面形状の他の一例を概略的に示す上面図を、図４（ｂ）が回転子１００の平面形状の更に他の一例を概略的に示す上面図を、それぞれ示している。また、図４では、リング部４の外周側に固定子５０の一部を併せて図示している。なお、図４では、各部材に図１で示した符号を用いて図示するようにしている。
【００４１】
固定子５０は、回転子１００の外周面側に配設され、固定子鉄心に複数相の固定子巻線（図示省略）が装着されている。この固定子５０と回転子１００とにより、永久磁石式電動機が構成されることになる。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、第２継鉄部３の外周側と固定子５０の内周側との距離が磁気的なエアギャップとして作用する。このエアギャップをｔ１とし、第１継鉄部１と第２継鉄部３との最短距離をｔ２とする。永久磁石２から発生する磁石発生磁束線（図４に示す線Ａ１）は、上述したように第２継鉄部３を通り、エアギャップｔ１を飛び越え、固定子５０が発生させる回転磁界と交差する必要がある。しかしながら、エアギャップｔ１があまりにも遠く、第１継鉄部１と第２継鉄部３との最短距離ｔ２が短いと、せっかく第１継鉄部１と第２継鉄部３と２つに回転子鉄心を分離しても漏れ磁束が発生してしまう。
【００４３】
そこで、回転子１００では、永久磁石２から発生する磁束の漏れを極力低減するために、エアギャップｔ１＜第１継鉄部１と第２継鉄部３との最短距離ｔ２となるように形成されている。このようにすることで、回転子１００では、永久磁石２からの漏れ磁束を極力低減でき、漏れ磁束を発生していた分の永久磁石２が不要となり、従来の回転子に比べて省資源化を図ることができる。
【００４４】
なお、回転子１００は、エアギャップｔ１＜第１継鉄部１と第２継鉄部３との最短距離ｔ２となるように形成されていればよく、極間部５を上面視した状態における平面形状を特に限定するものではない。組立工程を考慮して、図４（ｂ）に示すような平面形状の第２継鉄部３を用いて回転子１００を構成してもよい。図４（ｂ）に示すような形状（円弧と弦を側壁とした形状）で第２継鉄部３を形成してもよい。このようにすれば、第２継鉄部３の極間部５に露出する部分が、永久磁石２との位置決め部として機能することになる。また、第１継鉄部１の４隅（第１継鉄部１の極間部５に露出する部分）を、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように面取りしておけば、第１継鉄部１の極間部５に露出する部分も永久磁石２との位置決め部として機能する。
【００４５】
なお、永久磁石２との位置決め部は必須なものではないが、永久磁石２との位置決め部があると高精度に位置決めをすることができ、機械的回転バランス、及び磁気的バランスがとれるという効果を得られる。その結果、低振動で、高効率なモーターを得ることができる。
【００４６】
したがって、回転子１００によれば、従来の回転子（特にＩＰＭ型電動機）の利点であるリラクタンストルクの有効利用を、欠点であった永久磁石２の漏れ磁束を解消することで実現できるようにしている。また、回転子１００によれば、従来の回転子（特にＳＰＭ型電動機）の利点である高速運転に対する強度信頼性を確保しつつ、欠点であったリング部４の渦電流損の発生も改善することができる。なお、図１では、永久磁石２が平板形状である場合を例に説明したが、永久磁石２の形状を特に限定するものではない。たとえば、永久磁石２を、円弧形状や、平板形状を組み合せたＶ字形状、バスタブ形状にしても同様の効果を得ることができる。
【００４７】
ここで、回転子の鉄心の製造について説明する。図５は、回転子鉄心を構成する回転子構成鋼板（第１継鉄部１（第１継鉄部１Ａを含む）を構成する一枚一枚の電磁鋼板）の製造過程の一部を概略的に示す概略図である。図５（ａ）が回転子１００の回転子構成鋼板の製造過程の一部、図５（ｂ）が回転子１００Ａの回転子構成鋼板の製造過程の一部を、図５（ｃ）が特許文献１に挙げた従来の回転子構成鋼板の製造過程の一部を、それぞれ示している。
【００４８】
回転子１００の回転子鉄心は、回転子構成鋼板を所定の枚数又は積厚まで積層した第１継鉄部１と第２継鉄部３とを複数組み合わせて構成されている。同様に、回転子１００Ａの回転子鉄心は、回転子構成鋼板を所定の枚数又は積厚まで積層した第１継鉄部１Ａと第２継鉄部３Ａとを複数組み合わせて構成されている。なお、図５には、帯状電磁鋼板２０の幅をＬ、回転子構成鋼板の送りピッチをＰとして図示している。
【００４９】
図５（ａ）に示すように、回転子１００の回転子構成鋼板の平面形状は略四角形状（略正方形状）であるため、回転子構成鋼板を帯状電磁鋼板２０の長手方向に沿うように配列し、回転子構成鋼板を作製することとしている。このように回転子構成鋼板を作製することで、帯状電磁鋼板２０の不要部分２１を極力少なくすることを可能としている。
【００５０】
また、図５（ｂ）に示すように、回転子１００Ａの回転子構成鋼板の平面形状は略六角形状であるため、回転子構成鋼板を帯状電磁鋼板２０に対してハニカム状に配列し、回転子構成鋼板を作製することとしている。このように回転子構成鋼板を作製することで、帯状電磁鋼板２０の不要部分２１を極力少なくすることを可能としている。なお、回転子構成鋼板を帯状電磁鋼板２０に対してハニカム状に配列する場合、帯状電磁鋼板２０に回転子構成鋼板の列が少なくとも２列配列することになる。
【００５１】
それに対し、図５（ｃ）に示すように、従来の回転子構成鋼板は角部に突起部分があるため、帯状電磁鋼板２０’の不要部分２１’が多くなってしまう。このような形状の回転子構成鋼板では、帯状電磁鋼板２０’に対してどのように配列したとしても、回転子鉄心とはならない不要部分２１’が多く発生することになる。
【００５２】
以上のように、回転子１００の第１継鉄部１、回転子１００Ａの第１継鉄部１Ａのような形状にすれば、帯状電磁鋼板２０の不要部分２１を少なくできるので、従来のものに比べ、歩留まりよく回転子構成鋼板を作製することができる。また、不要部分２１を少なくできるので、省資源化、低コスト化が実現できる。さらに、帯状電磁鋼板２０の幅Ｌ及び送りピッチＰを短くできるので、金型サイズも小さくでき、金型にかかる費用も低減できる。
【００５３】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る電動機の回転子１００Ｂの側面形状の一例を概略的に示す側面図である。図６に基づいて、電動機の回転子１００Ｂの構成について説明する。実施の形態２に係る電動機の回転子１００Ｂの基本的な構成は、実施の形態１で説明した回転子１００と同様である。なお、実施の形態２では実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００５４】
図６に示すように、回転子１００Ｂは、リング部の構成が実施の形態１に係る回転子１００のリング部４と相違している。なお、実施の形態１に係る回転子１００のリング部４と区別するために、リング部４に符号「Ｂ」を付記するものとする。
【００５５】
この回転子１００Ｂは、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、回転中心側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した第１継鉄部１と、第１継鉄部１の外郭（外周側）に配置された複数個の永久磁石２と、それぞれの永久磁石２の外周側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した永久磁石２と同数の第２継鉄部３と、第２継鉄部３の外周側に設けられ、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を包含するリング部４Ｂと、を有している。
【００５６】
リング部４Ｂは、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を、第２継鉄部３の外周側から押さえ込み、回転子１００Ｂの外周を構成するものである。すなわち、リング部４Ｂは、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を半径方向中心側に押し付けるような内圧を発生させる薄肉の円筒が複数に分割された構成となっており、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３に対して圧入や焼嵌されるように構成されている。このリング部４Ｂによって、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３は、それぞれが隙間無く密着された状態に組み立てられる。
【００５７】
また、リング部４Ｂは、ここでは非磁性体の材質によって構成されているものとする。そして、リング部４Ｂは、所定の隙間を介して軸方向に複数に分割された構成となっている。なお、図６では、分割された各リング部４Ｂを便宜的に紙面下側からリング部４Ｂ１、リング部４Ｂ２、リング部４Ｂ３として図示している。また、図６では、３分割された構成のリング部４Ｂを図示しているが、リング部４Ｂの分割数を図６に示す３分割に限定するものではない。
【００５８】
高速運転時の強度信頼性及び安価な材質を重視すると、リング部としては従来のＳＰＭ型の回転子で採用されている非磁性体である金属を採用することとなる。しかしながら、金属でリング部を構成する場合、渦電流損の発生が問題となる。
【００５９】
そこで、実施の形態２では、非磁性体である金属をリング部４Ｂとして採用した場合を考慮し、リング部４Ｂを複数に分割して構成することにしている。したがって、リング部４Ｂ１、リング部４Ｂ２、リング部４Ｂ３のそれぞれの間には、所定の隙間が形成されることになる。このため、渦電流のループ（図６に示す矢印Ｃ）は、リング部４Ｂ１、リング部４Ｂ２、リング部４Ｂ３のそれぞれで発生し、リング部４Ｂがない部分、つまりリング部４Ｂ１、リング部４Ｂ２、リング部４Ｂ３のそれぞれの間に形成される隙間部分では発生しない。また、リング部４Ｂの厚さ（軸方向の高さ）ｌに対して、渦電流損は一般的に２乗に比例して増加するので、ｌを小さくするほど渦電流損を低減できる。
【００６０】
また、機械的な強度は、ｌの軸方向の総和になるので、必要回転速度に対応した総和Σｌを決め、渦電流損失の低減効果分及び部品数を考慮してリング部４Ｂの分割数を決定すればよい。
【００６１】
したがって、回転子１００Ｂによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＩＰＭ型電動機）の利点であるリラクタンストルクの有効利用を、欠点であった永久磁石２の漏れ磁束を解消することで実現できるようにしている。また、回転子１００Ｂによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＳＰＭ型電動機）の利点である高速運転に対する強度信頼性を確保しつつ、欠点であったリング部４の渦電流損の発生も改善することができる。さらに、回転子１００Ｂによれば、機械的強度を落とさずに、リング部４Ｂで発生する渦電流に対応することが可能になる。
【００６２】
なお、リング部４Ｂの材質として、シリコン、アルミニウム、酸素、窒素を含むセラミックス材を採用すれば非磁性体であることと軽量で高強度であることの双方を確保することができる。また、体積抵抗率が１０10、好ましくは１０14Ωｃｍ以上の材質であれば他の電磁鋼板や永久磁石に対し、無視できる程の電気抵抗となるので渦電流損もほぼないものと考えられる。体積抵抗率が１０14Ωｃｍ以上の材質としては、たとえばサイアロン（Ｓｉ（ケイ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）からなる材質（化学式Ｓｉ３Ｎ４・Ａｌ２Ｏ３））等が挙げられる。
【００６３】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る電動機の回転子１００Ｃの側面形状の一例を概略的に示す側面図である。図７に基づいて、電動機の回転子１００Ｃの構成について説明する。実施の形態３に係る電動機の回転子１００Ｃの基本的な構成は、実施の形態１で説明した回転子１００と同様である。なお、実施の形態３では実施の形態１及び実施の形態２との相違点を中心に説明し、実施の形態１及び実施の形態２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００６４】
図７に示すように、回転子１００Ｃは、リング部の構成が実施の形態１に係る回転子１００のリング部４、実施の形態２に係る回転子１００Ｂのリング部４Ｂと相違している。なお、実施の形態１に係る回転子１００のリング部４、実施の形態２に係る回転子１００Ｂのリング部４Ｂと区別するために、リング部４に符号「Ｃ」を付記するものとする。
【００６５】
この回転子１００Ｃは、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、回転中心側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した第１継鉄部１と、第１継鉄部１の外郭（外周側）に配置された複数個の永久磁石２と、それぞれの永久磁石２の外周側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した永久磁石２と同数の第２継鉄部３と、第２継鉄部３の外周側に設けられ、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を包含するリング部４Ｃと、を有している。
【００６６】
リング部４Ｃは、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を、第２継鉄部３の外周側から押さえ込み、回転子１００Ｃの外周を構成するものである。すなわち、リング部４Ｃは、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３を半径方向中心側に押し付けるような内圧を発生させる薄肉の円筒が複数に分割された構成となっており、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３に対して圧入や焼嵌されるように構成されている。このリング部４Ｃによって、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３は、それぞれが隙間無く密着された状態に組み立てられる。
【００６７】
また、リング部４Ｃは、ここでは非磁性体の材質によって構成されているものとする。そして、リング部４Ｃは、所定の隙間を介して軸方向に複数に分割された構成となっている。なお、図７では、分割された各リング部４Ｃを便宜的に紙面下側からリング部４Ｃ１、リング部４Ｃ２、リング部４Ｃ３として図示している。また、図７では、３分割された構成のリング部４Ｃを図示しているが、リング部４Ｃの分割数を図７に示す３分割に限定するものではない。
【００６８】
さらに、リング部４Ｃ１、リング部４Ｃ２及びリング部４Ｃ３には、半径方向に沿って開口したスリット４ａが複数形成されている。そして、このスリット４ａは、スリット開口部分（つまり、開口部）と、非開口部（スリット開口部分以外の部分）とが軸方向で一致しないように形成されている。すなわち、スリット４ａは、非開口部が回転軸方向において直進できないように形成されている。
【００６９】
実施の形態２で説明した通り、高速運転時の強度信頼性及び安価な材質を重視すると、リング部としては従来のＳＰＭ型の回転子で採用されている非磁性体である金属を採用することとなるが、渦電流損の発生が問題となる。
【００７０】
そこで、実施の形態３では、非磁性体である金属をリング部４Ｃとして採用した場合を考慮し、リング部４Ｃを複数に分割して構成することにしている。したがって、リング部４Ｃ１、リング部４Ｃ２、リング部４Ｃ３のそれぞれの間には、所定の隙間が形成されることになる。このため、渦電流のループ（図７のリング部４Ｃ３に示す矢印Ｄ）は、リング部４Ｃ１、リング部４Ｃ２、リング部４Ｃ３のそれぞれで発生し、リング部４Ｃがない部分、つまりリング部４Ｃ１、リング部４Ｃ２、リング部４Ｃ３のそれぞれの間に形成される隙間部分では発生しない。
【００７１】
加えて、実施の形態３では、リング部４Ｃ１、リング部４Ｃ２、リング部４Ｃ３のそれぞれにスリット４ａを複数形成することにしている。したがって、リング部４Ｃで発生した渦電流のループは、図７に示す矢印Ｄのように、リング部４Ｃ１、リング部４Ｃ２、リング部４Ｃ３のそれぞれで発生するが、小さいループとなり、リング部４Ｃの厚さ（軸方向の高さ）を小さくしたものと等価になり、渦電流損を低減できる。
【００７２】
また、リング部４Ｃがない部分では渦電流は発生しない。さらに、スリット４ａの長手の方向が周方向と平行に延びるようにしておけば、半径方向に発生する遠心力に対する応力を比較的上げずに済む。よって、実施の形態３に係る回転子１００Ｃでは、機械的強度を落とさずに実施の形態２に記載の効果と同様の効果を部品点数を増やすことなく実現できる。
【００７３】
したがって、回転子１００Ｃによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＩＰＭ型電動機）の利点であるリラクタンストルクの有効利用を、欠点であった永久磁石２の漏れ磁束を解消することで実現できるようにしている。また、回転子１００Ｃによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＳＰＭ型電動機）の利点である高速運転に対する強度信頼性を確保しつつ、欠点であったリング部４の渦電流損の発生も改善することができる。さらに、回転子１００Ｃによれば、部品点数を増やすことなく、実施の形態２に係る回転子１００Ｂと同様に機械的強度を落とさずに、リング部４Ｃで発生する渦電流に対応することができる。
【００７４】
なお、スリット４ａの形成箇所については、スリット開口部分と、非開口部とが軸方向で一致しないようになっていればよく、特に限定するものではない。たとえば、図７に示すようにスリット４ａを規則的に開口形成してもよいが、不規則的にスリット４ａを開口形成してもよい。また、スリット４ａをラビリンス構造を模して開口形成し、スリット開口部分と非開口部とが軸方向で一致しないようにしてもよい。
【００７５】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係る電動機の回転子１００Ｄの平面形状の一例を概略的に示す上面図である。図８に基づいて、電動機の回転子１００Ｄの構成について説明する。実施の形態４に係る電動機の回転子１００Ｄの基本的な構成は、実施の形態１で説明した回転子１００と同様である。なお、実施の形態４では実施の形態１〜実施の形態３との相違点を中心に説明し、実施の形態１〜実施の形態３と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００７６】
図８に示すように、回転子１００Ｄは、第２継鉄部３Ｄの構成が実施の形態１〜実施の形態３に係る回転子の第２継鉄部３（第２継鉄部３Ａを含む）と相違している。なお、第２継鉄部３と区別するために、第２継鉄部３に符号「Ｄ」を付記するものとする。
【００７７】
この回転子１００Ｄは、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、回転中心側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した第１継鉄部１と、第１継鉄部１の外郭（外周側）に配置された複数個の永久磁石２と、それぞれの永久磁石２の外周側に電磁鋼板を軸方向に積層して形成した永久磁石２と同数の第２継鉄部３Ｄと、第２継鉄部３Ｄの外周側に設けられ、第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３Ｄを包含するリング部４と、を有している。なお、リング部４の代わりに、リング部４Ｂ又はリング部４Ｃを採用してもよい。
【００７８】
第２継鉄部３Ｄには、軸方向に開口するスリット溝３ａが２列形成されている。このスリット溝３ａは、回転子１００Ｄの外周側に中心をもつ円の一部として円弧状に形成されている。
【００７９】
実施の形態１で説明した通り、第２継鉄部３が設けられていることにより、磁束の通りやすい方向と通りにくい方向とを発生させることができ、それによってリラクタンストルクを発生させることができる。そこで、実施の形態４では、第２継鉄部３Ｄにスリット溝３ａを形成することにより、スリット溝３ａが、磁束の通りやすい方向に対しては磁気抵抗としての影響が少なく作用し（図８に示す実線矢印）、通りにくい方向に対してはエアギャップとして作用し、磁束をさらに通りにくく制御している（図８に示す破線矢印）。
【００８０】
このような構成とすることによって、回転子１００Ｄではリラクタンストルクをさらに発生させることができ、電動機の効率が向上することとなる。なお、リラクタンストルクは、マグネットトルクとは発生原理が違う。マグネットトルクは一般に永久磁石２の磁力や大きさを高めると増大することができるが、このような措置をとった場合、電動機の回転時の逆起電力も高まり、高速運転の妨げになってしまう。リラクタンストルクは、そのような高速運転でのトルク発生には、マグネットトルクのような妨げがないため、高速運転を求められる電動機に対しては、スリット溝３ａの形成が有効な手段となる。
【００８１】
したがって、回転子１００Ｄによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＩＰＭ型電動機）の利点であるリラクタンストルクの有効利用を、欠点であった永久磁石２の漏れ磁束を解消することで実現できるようにしている。また、回転子１００Ｄによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＳＰＭ型電動機）の利点である高速運転に対する強度信頼性を確保しつつ、欠点であったリング部４の渦電流損の発生も改善することができる。さらに、回転子１００Ｄによれば、部品点数を増やすことなく、リラクタンストルクに機械の更なる有効利用を図ることが可能になる。
【００８２】
実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５に係る電動機の回転子１００Ｅの平面形状の一例を概略的に示す上面図である。図９に基づいて、電動機の回転子１００Ｅの構成について説明する。実施の形態５に係る電動機の回転子１００Ｅの基本的な構成は、実施の形態１で説明した回転子１００と同様である。なお、実施の形態５では実施の形態１〜実施の形態４との相違点を中心に説明し、実施の形態１〜実施の形態４と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００８３】
図９に示すように、回転子１００Ｅは、第１継鉄部１の側面の一部と、永久磁石２の側面部２ａ、第２継鉄部３の側面の一部、リング部４の内周壁によって囲まれた極間部５に非磁性部材１０を充填している点が実施の形態１〜実施の形態４に係る回転子と相違している。極間部５は、リング部４の内周側であって、いずれの部材も当接していない部分に形成されている空間を指している。なお、リング部４の代わりに、リング部４Ｂ又はリング部４Ｃを採用してもよい。また、第２継鉄部３の代わりに、第２継鉄部３Ｄを採用してもよい。
【００８４】
実施の形態１で説明した通り、リング部４を設けることによって、その内圧により各部品（第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３）は半径方向中心側に押し付けられている。しかしながら、運転時の遠心力が発生すると、回転子１００Ｅにはリング部４の内圧を打ち消す方向の荷重が働く、永久磁石２には、速度変化時の慣性力、固定子との間のトルクが回転子１００Ｅの接線方向に加わるため、リング部４の内圧がなくなってしまうと接線方向に働く荷重（リング部４の内圧を打ち消す方向の荷重）で永久磁石２が外れてしまうことになる。
【００８５】
そこで、回転子１００Ｅでは、極間部５に非磁性部材１０を充填することにしている。極間部５に非磁性部材１０が充填され、極間部５が非磁性部材１０で満たされると、非磁性部材１０の作用によって永久磁石２のズレを規制できる。そのため、リング部４の内圧を打ち消す方向の荷重が働いても、永久磁石２が外れてしまうことがなく、運転を継続することができる。したがって、必要以上にリング部４に内圧を発生させる必要がなく、特に高速運転時での強度信頼性を確保することができる。なお、非磁性部材１０としては、たとえば樹脂や木材等を採用することができる。
【００８６】
したがって、回転子１００Ｅによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＩＰＭ型電動機）の利点であるリラクタンストルクの有効利用を、欠点であった永久磁石２の漏れ磁束を解消することで実現できるようにしている。また、回転子１００Ｅによれば、実施の形態１に係る回転子１００と同様に、従来の回転子（特にＳＰＭ型電動機）の利点である高速運転に対する強度信頼性を確保しつつ、欠点であったリング部４の渦電流損の発生も改善することができる。さらに、回転子１００Ｅによれば、永久磁石２が外れてしまうことを抑制でき、運転の継続性が向上することになる。
【００８７】
なお、非磁性部材１０としては、たとえば樹脂等の熱可塑性の材料を極間部５に流し込み固めることで形成してもよいし、あらかじめ成形された固形部材を極間部５に挿入して形成してもよい。また、非磁性部材１０は、非磁性であるので、永久磁石２の磁束の漏れには影響を与えない。
【００８８】
実施の形態６．
図１０は、本発明の実施の形態６に係る電動機の回転子１００Ｆの製造方法を説明するための概略斜視図である。図１０に基づいて、電動機の回転子１００Ｆの製造方法について説明する。実施の形態６に係る電動機の回転子１００Ｆの基本的な構成は、実施の形態１で説明した回転子１００と同様である。なお、実施の形態６では実施の形態１〜実施の形態５との相違点を中心に説明し、実施の形態１〜実施の形態５と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００８９】
第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３のそれぞれを位置決めし、それから第１継鉄部１、永久磁石２及び第２継鉄部３をリング部４で包含することは困難である。また、リング部４に内圧を発生させるには、リング部４の内径寸法のほうが、図１０で示す状態の第２継鉄部３でなす外径寸法より小さくする必要があり、予めリング部４を選定することは難しい。そこで、実施の形態６では、以下のように回転子１００Ｆを製造するようにしている。
【００９０】
まず、永久磁石２を着磁する。そして、着磁した永久磁石２を、所定の磁極方向になるように第１継鉄部１に張り合わせる。その後、第２継鉄部３を永久磁石２の外周側に張り合わせる。この作業時に、永久磁石２と各継鉄部（第１継鉄部１、第２継鉄部３）との位置決めが必要となるが、実施の形態６では、着磁した永久磁石２を用いることにより、永久磁石２の吸引力を利用することできるようにしている。そのため、各部材同士が密着し、第２継鉄部３でなす外周寸法が把握しやすくなる。また、このようにすれば、各部材同士が磁気的な安定をとろうとするため、各継鉄部と永久磁石２の位置精度も出しやすくなる。
【００９１】
第２継鉄部３でなす外周寸法を把握後、所定の締め代となる内径をもつリング部４を選定し、第２継鉄部３の外周側からリング部４を圧入をすれば内圧の安定した回転子１００Ｆを得ることができる。なお、リング部４の材質により、リング部４側を加熱する焼嵌とするのか、第２継鉄部３側を冷却する冷やし嵌とするのか、を選定すればよく、圧入工程が容易に実現できる。
【００９２】
上記のように、本発明について実施の形態を分けて説明したが、各実施の形態の特徴事項を組み合わせることを否定するものではない。
【００９３】
実施の形態１〜実施の形態５に係る回転子を、固定子の内周面側に設置することで本発明の永久磁石式電動機を得ることができる。したがって、本発明の永久磁石式電動機は、実施の形態１〜実施の形態５に係る回転子が有する効果を奏することになる。また、本発明の永久磁石式電動機は、圧縮機やファンモーター等に用いられるようになっているので、圧縮機やファンモーターも、実施の形態１〜実施の形態５に係る回転子が有する効果を奏することになる。さらに、実施の形態６に係る回転子の製造方法によって、本発明の永久磁石式電動機の回転子を製造することができるので、実施の形態６に係る回転子の製造方法が有する効果を奏することになる。
【符号の説明】
【００９４】
１ 第１継鉄部、１Ａ 第１継鉄部、２ 永久磁石、２Ａ 永久磁石、２ａ 側面部、３ 第２継鉄部、３Ａ 第２継鉄部、３Ｄ 第２継鉄部、３ａ スリット溝、４ リング部、４Ｂ リング部、４Ｂ１ リング部、４Ｂ２ リング部、４Ｂ３ リング部、４Ｃ リング部、４Ｃ１ リング部、４Ｃ２ リング部、４Ｃ３ リング部、４ａ スリット、５ 極間部、１０ 非磁性部材、１１ 貫通孔、２０ 帯状電磁鋼板、２１ 不要部分、５０ 固定子、１００ 回転子、１００Ａ 回転子、１００Ｂ 回転子、１００Ｃ 回転子、１００Ｄ 回転子、１００Ｅ 回転子、１００Ｆ 回転子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子の回転磁束変化に同期して回転する永久磁石式電動機の回転子において、
回転子の中心側において電磁鋼板が複数枚積層された第１継鉄部と、
前記第１継鉄部の外周に配置された複数個の永久磁石と、
前記永久磁石の外周において電磁鋼板が複数枚積層された第２継鉄部と、
前記第２継鉄部の外周側に設けられ、前記第１継鉄部、前記永久磁石及び第２継鉄部を前記第２継鉄部の外周側から中心側に押しつけるリング部と、を有する
ことを特徴とする永久磁石式電動機の回転子。
【請求項２】
前記リング部は、
非磁性体かつ非金属の材質で構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項３】
前記リング部は、
非磁性体の材質で構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項４】
前記リング部は、
体積抵抗率が１０10Ωｃｍ以上である材質で構成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項５】
前記リング部は、
シリコン、アルミニウム、酸素、窒素を含むセラミックス材で構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項６】
前記第２継鉄部の外周側と前記固定子の内周側との距離を、前記第１継鉄部と前記第２継鉄部との最短距離よりも小さくしている
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項７】
前記リング部は、
所定の隙間を形成するように回転軸方向に複数に分割されている
ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項８】
複数に分割された前記リング部は、
半径方向に開口する複数のスリットを有している
ことを特徴とする請求項７に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項９】
前記複数のスリットは、
前記リング部のスリット開口部以外の非開口部が回転軸方向において直進できないように形成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項１０】
前記第２継鉄部は、
少なくとも１列以上の回転軸方向に開口するスリット溝を有している
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項１１】
前記スリット溝は、
回転子の外周側に中心をもつ円の一部として円弧状に形成されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項１２】
前記第１継鉄部の一部、前記永久磁石の側面部、前記第２継鉄部の一部、及び、前記リング部の内壁面で形成される空間には、非磁性体部材が充填されている
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の永久磁石式電動機の回転子の製造方法であって、
前記永久磁石を着磁する工程と、
着磁した前記永久磁石を、所定の磁極方向になるように前記第１継鉄部に張り合わせる工程と、
その後、前記第２継鉄部を前記永久磁石の外周側に張り合わせる工程と、
前記第２継鉄部でなす外周寸法を把握後、所定の締め代となる内径をもつ前記リング部を選定し、前記第２継鉄部の外周側から前記リング部を圧入をする工程と、を有する
ことを特徴とする永久磁石式電動機の回転子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の永久磁石式電動機の回転子と、
前記回転子の外周面側に配設され、固定子鉄心に複数相の固定子巻線が装着された固定子と、を備えた
ことを特徴とする永久磁石式電動機。
【請求項１】
固定子の回転磁束変化に同期して回転する永久磁石式電動機の回転子において、
回転子の中心側において電磁鋼板が複数枚積層された第１継鉄部と、
前記第１継鉄部の外周に配置された複数個の永久磁石と、
前記永久磁石の外周において電磁鋼板が複数枚積層された第２継鉄部と、
前記第２継鉄部の外周側に設けられ、前記第１継鉄部、前記永久磁石及び第２継鉄部を前記第２継鉄部の外周側から中心側に押しつけるリング部と、を有する
ことを特徴とする永久磁石式電動機の回転子。
【請求項２】
前記リング部は、
非磁性体かつ非金属の材質で構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項３】
前記リング部は、
非磁性体の材質で構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項４】
前記リング部は、
体積抵抗率が１０10Ωｃｍ以上である材質で構成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項５】
前記リング部は、
シリコン、アルミニウム、酸素、窒素を含むセラミックス材で構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項６】
前記第２継鉄部の外周側と前記固定子の内周側との距離を、前記第１継鉄部と前記第２継鉄部との最短距離よりも小さくしている
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項７】
前記リング部は、
所定の隙間を形成するように回転軸方向に複数に分割されている
ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項８】
複数に分割された前記リング部は、
半径方向に開口する複数のスリットを有している
ことを特徴とする請求項７に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項９】
前記複数のスリットは、
前記リング部のスリット開口部以外の非開口部が回転軸方向において直進できないように形成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項１０】
前記第２継鉄部は、
少なくとも１列以上の回転軸方向に開口するスリット溝を有している
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項１１】
前記スリット溝は、
回転子の外周側に中心をもつ円の一部として円弧状に形成されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項１２】
前記第１継鉄部の一部、前記永久磁石の側面部、前記第２継鉄部の一部、及び、前記リング部の内壁面で形成される空間には、非磁性体部材が充填されている
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の永久磁石式電動機の回転子。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の永久磁石式電動機の回転子の製造方法であって、
前記永久磁石を着磁する工程と、
着磁した前記永久磁石を、所定の磁極方向になるように前記第１継鉄部に張り合わせる工程と、
その後、前記第２継鉄部を前記永久磁石の外周側に張り合わせる工程と、
前記第２継鉄部でなす外周寸法を把握後、所定の締め代となる内径をもつ前記リング部を選定し、前記第２継鉄部の外周側から前記リング部を圧入をする工程と、を有する
ことを特徴とする永久磁石式電動機の回転子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の永久磁石式電動機の回転子と、
前記回転子の外周面側に配設され、固定子鉄心に複数相の固定子巻線が装着された固定子と、を備えた
ことを特徴とする永久磁石式電動機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１１５８９９（Ｐ２０１３−１１５８９９Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５９１０３（Ｐ２０１１−２５９１０３）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]