JP2007014199A - 永久磁石形モータ - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石が減磁することを極力防止することにより高性能化を図る。
【解決手段】回転子鉄心１２の内部に形成された貫通孔１３内に、磁極形成用の永久磁石１６を組込んだとき、前記永久磁石１６の両端部に該永久磁石１６における回転子鉄心１２の外周側の面を延長した延長面以内に位置するような空間部１７が形成されるように前記貫通孔１３を構成する。従って、前記永久磁石１６の両端部は、透磁率の低い空気層と隣接する。そのため、逆磁束が前記永久磁石１６内を通過することを極力防止できる。そして、特に、空間部１７の長さ寸法を、永久磁石１６の厚み寸法の２０％〜５０％に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転子鉄心の内部に永久磁石を組み込んで構成された回転子を備えた永久磁石形モータに関する。

この種の永久磁石形モータの一例が特許文献１に開示されており、これを図２２及び図２３を参照して説明する。図２２に示すように、永久磁石形モータ１は、固定子２と、この固定子２の内部に回転可能に設けられた回転子３とから構成されている。前記固定子２は、電磁鋼板等の積層鋼板からなる環状の固定子鉄心４と、この固定子鉄心４のスロット４ａ内に巻装された固定子巻線５とから構成されている。

一方、前記回転子３は、積層鋼板からなる回転子鉄心６と、この回転子鉄心６の内部に形成された例えば４個の貫通孔７内に収納固定された４個の永久磁石８とから構成されている。前記永久磁石８は、図２２及び図２３に示すように、その厚み方向にＮ極、Ｓ極が分布している。また、前記回転子鉄心６の中心部には回転軸９が挿入固定されている。
特開平５−７６１４６号公報

このような構成の永久磁石形モータ１においては、負荷が大きいとき、或いは、過負荷によって動作中にロック状態となったとき、また或いは、起動時等の過渡状態にあるとき、さらには、固定子巻線５が短絡したとき等に大きな電機子反作用が発生する。このため、回転子３に逆方向の磁界（逆磁束Φｒ〜図２３参照）が加わることがあった。
このような逆磁束Φｒは、透磁率が低いところを避けて、できるだけ透磁率が高いところを流れようとする性質がある。即ち、永久磁石８の透磁率（いわゆるリコイル透磁率）は非常に低い（例えば希土類磁石では１．０５）のに対して、電磁鋼板の透磁率は１０００以上と非常に高いため、逆磁束Φｒは永久磁石８を避けて回転子鉄心６の中を流れる。

ところが、永久磁石８の両端部における回転子鉄心６の外周側の角部８ａ周辺の領域は、回転子鉄心６に挟まれている。即ち、回転子鉄心６が永久磁石８を挟んで近接している。そのため、一部の逆磁束Φｒは、図２３に矢印で示すように永久磁石８を通過する。尚、図２３では、１個の永久磁石８についてのみ、逆磁束が流れる様子を示したが、その他の永久磁石８についても同様である。この場合、回転子鉄心６が近接すればするほど多くの逆磁束Φｒが流れるため、角部８ａに近いほどより多くの逆磁束Φｒが流れる。

このように、永久磁石８に逆磁束Φｒが流れると、その分、永久磁石８が減磁して発生磁束が減少し、モータトルクが減少してしまう。また、トルクの減少分を補うためには、電流を多く流す必要があり、その分、効率が低下するという問題があった。
一方、永久磁石８は高温雰囲気下において減磁するという性質がある。従って、モータを高温雰囲気化で使用した場合や、モータの駆動に伴い回転子が発熱することにより永久磁石が減磁する。この場合も、上記した逆磁束Φｒが永久磁石８に加わることによって減磁した場合と同様の問題が生じる。

そこで、本発明の目的は、磁石が減磁することを極力防止することにより高性能化を図り得る永久磁石形モータを提供するにある。

本発明の請求項１の永久磁石形モータは、固定子巻線を有する固定子と、回転子鉄心の内部に設けられた貫通孔に磁極形成用の永久磁石を組み込んで構成された回転子とを備え、前記貫通孔は、その長さ寸法が前記永久磁石の長さ寸法よりも大きく形成されて、前記貫通孔内に前記永久磁石が配設されたとき、前記永久磁石の両端部に該永久磁石における回転子鉄心の外周側の面を延長した延長面以内に位置するような空間部が生じるように構成され、前記空間部の長さ寸法は、前記永久磁石の厚み寸法の２０％〜５０％に設定されていることを特徴とする。

ここで、「長さ寸法」とは、永久磁石及び貫通孔の長手方向の長さ寸法をいう。上記構成によれば、従来、透磁率の高い回転子鉄心に囲まれていたため逆磁束が流れていた前記永久磁石の長手方向の両端部が透磁率の低い空気層からなる空間部と隣接することになる。そのため、永久磁石の両端部にはほとんど逆磁束が流れなくなり、永久磁石が減磁することを防止できる。

ところで、前記空間部が前記永久磁石の外周側の面を越えて形成されていると、前記永久磁石の外周側の面に沿って回転子鉄心を流れる逆磁束の磁路がその空間部によって遮断される。そのため、逆磁束が永久磁石内に向かうおそれがある。そこで、本発明の請求項１の永久磁石形モータでは、前記空間部は、前記永久磁石における回転子鉄心の外周側の面を延長した面以内に位置するように構成されている。上記構成によれば、永久磁石の外周側の面に沿って回転子鉄心を流れる逆磁束を、そのまま空間部の外周側の面に沿って流すことができるので、逆磁束が永久磁石に加わることを極力防止できる。

一方、永久磁石の透磁率は空気の透磁率よりもわずかに大きい。そのため、空間部の長さ寸法が大きすぎると、逆磁束が永久磁石に加わってしまうことがある。特に、空間部の長さ寸法が永久磁石の厚み寸法（即ち、径方向の長さ寸法）よりも大きいと、逆磁束が永久磁石に向かい易い。そこで、前記空間部における回転子鉄心の外周側の長さ寸法を、永久磁石の厚み寸法以下に設定することが望ましい。

ところで、前記空間部の長さ寸法が大きいと、その分、回転子鉄心が大きくなってしまうため、前記空間部の長さ寸法はできるだけ小さく抑えたい。一方、モータを駆動するインバータ装置では、定格電流の２００％の電流が流れると断電する構成を備えたものが多い。従って、前記空間部の大きさは、モータに最大電流が流れたときに発生する逆磁束に対して、永久磁石の減磁を抑えることができれる程度であれば十分である。本発明者らの調査によれば、永久磁石に逆磁束が加わっても、前記空間部の長さ寸法が永久磁石の厚み寸法の２０％程度であれば、減磁量を永久磁石の元来の発生磁束の約５％に抑えることができ、前記空間部の長さ寸法が永久磁石の厚み寸法の約５０％であれば、減磁量を略ゼロにすることができることが分かっている。そこで、本発明の請求項１の永久磁石モータでは、前記空間部の長さ寸法は、前記永久磁石の厚み寸法の２０％〜５０％に設定されている。

更に、前記空間部の断面形状が、永久磁石における回転子鉄心の外周側の角部を中心とする扇形状となるように構成することも良い構成である（請求項２の発明）。このような構成によれば、永久磁石の外周側の角部から前記空間部を介した回転子鉄心までの距離を十分保持しつつ、空間部の大きさを小さくすることができる。特に、上記構成によれば、空間部の長さ寸法は内周側に向かって小さくなるので、隣接する貫通孔をより近付けて配設することができ、回転子鉄心の小形化を図ることができる。また、空間部の断面形状を扇形状とすると、前記空間部の厚み寸法が永久磁石の厚み寸法よりも小さくなるため、貫通孔内の永久磁石が空間部側にずれ動くことを防止できる。

更にまた、空間部を、回転子鉄心の外周側から内周側に向かって幅狭となるように断面形状が略三角形状に形成することも良い構成である（請求項３の発明）。このような構成においても、空間部を小さくすることができるので、回転子鉄心の小形化を図ることができ、また、貫通孔内の永久磁石が空間部側にずれ動くことを防止できる。

また、前記貫通孔内に収容された永久磁石を位置決めするために、前記空間部に、非磁性体からなる位置決め部材を組み込むと良い（請求項４の発明）。このような構成によれば、空間部の形状にかかわらず、永久磁石が空間部側にずれ動くことを確実に防止できる。また、前記空間部は回転子鉄心を軸方向に貫通していることから、回転子が高速回転すると前記空間部内を流通する空気により騒音が発生したり、回転子が振動する原因となる。これに対して、空間部内に位置決め部材を組み込むと、空間部内を流通する空気量が少なくなるため、騒音や振動の発生を小さく抑えることができる。

また、前記空間部に樹脂を充填すると（請求項５の発明）、空間部を完全に塞ぐことができ、騒音や振動の発生を確実に抑えることができる。
また、本発明の請求項６の永久磁石形モータは、固定子巻線を有する固定子と、回転子鉄心の内部に設けられた貫通孔に磁極形成用の永久磁石を組み込んで構成された回転子とを備え、前記回転子鉄心の軸方向の両端面部に、前記永久磁石に対応する部分を外方に切り起こして形成された冷却フィンを有する一対の端板を設けたことを特徴とする。

このような構成によれば、前記回転子の回転に伴う冷却フィンの送風作用により回転子鉄心と共に永久磁石を冷却することができる。特に、前記冷却フィンを、端板のうちの永久磁石に対応する部分を切り起こして形成し、永久磁石の両端面部が外部に露出するように構成したので、永久磁石の冷却効果が向上する。そのため、永久磁石の温度上昇に伴う減磁を極力抑えることができる。

本発明の永久磁石形モータによれば、回転子鉄心の内部に設けられた貫通孔内に永久磁石が配設されたとき、前記永久磁石の両端部に該永久磁石における回転子鉄心の外周側の面を延長した延長面以内に位置するような空間部が生じるように前記貫通孔の長さ寸法を前記永久磁石の長さ寸法よりも大きく構成したので、永久磁石の両端部に逆磁束がほとんど流れなくなって、永久磁石が減磁することを極力防止することができ、特に、前記空間部の長さ寸法を、前記永久磁石の厚み寸法の２０％〜５０％に設定したので、永久磁石の減磁量を永久磁石の元来の発生磁束の約５％から略ゼロにすることができる。

以下、本発明の第１の実施例を図１及び図２を参照して説明する。尚、本実施例の永久磁石形モータの固定子は、図に示す従来技術の固定子２と同じ構成であるため、ここでは、回転子１１の構成についてのみ説明する。
図１は、回転子１１の上面図を示している。この図１に示すように、回転子１１の回転子鉄心１２は、円板状の電磁鋼板、例えばけい素鋼板を積層して構成されている。各けい素鋼板には、中心部に円形の孔が形成され、その回りにほぼ長方形状の孔が４個形成されている。このようなけい素鋼板を積層することにより、回転子鉄心１２は、その中心部に軸孔１３が形成されると共に、その回りに４個の貫通孔１４が形成されるように構成されている。

前記軸孔１３には、回転軸１５が挿入固定されている。また、前記貫通孔１４内には、断面長方形状の永久磁石１６が収納固定されている。このとき、前記貫通孔１４の長手方向の長さ寸法（以下、単に長さ寸法という）は、前記永久磁石１６の長さ寸法よりも長く設定されている。そして、前記永久磁石１６は、前記貫通孔１４の長さ方向中央部に配置されている。従って、前記貫通孔１４内には、前記永久磁石１６の周方向両端部に位置して同一形状、この場合、断面が矩形状の空間部１７が形成されるように構成されている。尚、本実施例においては、前記空間部１７の長さ寸法は、前記貫通孔１４の径方向の長さ寸法（以下、厚み寸法という）と略同一となるように設定されている。

さて、上記構成の回転子１１に逆磁束Φｒが加わった場合、その逆磁束Φｒは、貫通孔１４の外周側に位置する回転子鉄心１２に、図２に矢印で示すように流れる。即ち、永久磁石１６及び空間部１７内の空気層は共に透磁率が小さいため、ほとんどの逆磁束Φｒは、貫通孔１４における回転子鉄心１２の外周側の面に沿って回転子鉄心１２の中を流れる。ところが、空間部１７のうち該空間部１７の端部の外周側の角部１７ａ周辺の領域は、透磁率の高い回転子鉄心１２に挟まれているため、言い換えると、空気層を介して回転子鉄心１２が近接するため、一部の逆磁束Φｒは、図２に矢印Ａで示すように、空気層を通過して再び回転子鉄心１２の中を流れる。

尚、ここでは、Ｎ極が外周側に、Ｓ極が内周側に分布している永久磁石１６を例に挙げて説明したが、Ｎ極が内周側に、Ｓ極が外周側に分布する永久磁石１６の場合も同様である。この場合は、逆磁束Φｒの向きが逆になる。

このように本実施例においては、永久磁石１６の両端部に空間部１７を設けたので、永久磁石１６の外周側の面に沿うように回転子鉄心１２の中を流れる逆磁束Φｒを、そのまま、空間部１７の外周側の面に沿わせて回転子鉄心１２の中を流すことができる。そのため、大きな電機子反作用が発生して逆磁束Φｒが回転子１１に加わっても、その逆磁束Φｒが永久磁石１６を流れることを防止できる。従って、永久磁石１６が減磁することを防止でき、ひいては、モータのトルク特性が低下することを防止することができる。

また、本実施例では、前記空間部１７の外周側の面が、永久磁石１６の外周側の面を越えないように構成した。言い換えると、前記空間部１７を、永久磁石１６における回転子鉄心１２の外周側の面を延長した面以内（即ち、軸孔１３側）に位置するように構成した。そのため、永久磁石１６の外周側の面に沿うように回転子鉄心１２を流れる逆磁束Φｒの磁路が空間部１７によって遮断されることがない。従って、永久磁石１６の外周側の面に沿って回転子鉄心１２の中を流れる逆磁束Φｒを、そのまま、空間部１７の外周側の面に沿って流すことができる。よって、逆磁束Φｒが永久磁石１６に加わることを確実に防止できる。

ところで、前記空間部１７の長さ寸法が大きければ、その分、永久磁石１６の外周側の角部１６ａから回転子鉄心１２までの距離が長くなるため、永久磁石１６の角部１６ａ周辺の領域に逆磁束Φｒが流れることを確実に阻止することができる。しかし、永久磁石１６の透磁率は空気の透磁率よりもわずかに大きいため、前記空間部１７の長さ寸法が大きすぎると、逆磁束Φｒが永久磁石１６に加わってしまうおそれがある。そこで、上記実施例においては、空間部１７の長さ寸法を永久磁石１６の厚み寸法以下にした。そのため、逆磁束Φｒが永久磁石１６に加わることを確実に防止できる。

一方、前記空間部１７の長さ寸法が大きいと、その分、貫通孔１４の長さ寸法が大きくなる。そのため、回転子鉄心１２、即ちモータが大形化してしまう。一般に、永久磁石形モータを通電駆動するインバータ装置等のモータ駆動装置は、定格電流の２００％の電流が流れると断電する構成を備えている。そのため、モータには、最大、定格電流の２００％の電流が流れることが考えられる。従って、前記空間部１７の大きさは、モータに最大電流が流れているときに逆磁束が発生しても、永久磁石１６がほとんど減磁しない程度にすれば十分である。
本発明者らの調査によれば、空間部１７の長さ寸法が、永久磁石１６の厚み寸法の２０％程度であれば、永久磁石１６に逆磁束が加わっても、減磁量を永久磁石１６の元来の発生磁束の約５％に抑えることができる。また、空間部１７の長さ寸法が、永久磁石１６の厚み寸法の５０％程度であれば、減磁量を略ゼロにすることができる。

そこで、図３に示す本発明の第２の実施例においては、空間部１７の長さ寸法Ｌ１を永久磁石１６の厚み寸法Ｌ２の例えば５０％になるように貫通孔１４を構成している。このような構成によれば、永久磁石１６を上記第１の実施例と同一寸法としたまま、貫通孔１４の大きさを小さくすることができるので、回転子鉄心１２を小さくコンパクトに構成することができ、ひいては、モータの小形化を図ることができる。尚、前記空間部１７の長さ寸法Ｌ１は、永久磁石１６の厚み寸法Ｌ２の２０〜５０％であれば良く、モータの小形化と減磁量とを比較考量して適宜設定すれば良い。

図４は、本発明の第３の実施例を示しており、上記第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。本実施例においては、空間部１７の断面形状が、永久磁石１６の角部１６ａを中心とし、永久磁石１６の厚み寸法を半径とする扇形状となっている。

このような構成によれば、永久磁石１６の外周側の角部１６ａから前記空間部１７を介した回転子鉄心１２までの距離を十分保持しつつ、空間部１７を小さくすることができる。特に、上記構成によれば、空間部１７のうち内周側の長さ寸法を小さくすることができるので、隣接する貫通孔１４を近付けることができる。そのため、永久磁石１６に逆磁束Φｒが流れることを極力防止する構成としながら、回転子鉄心の大形化を一層抑えることができる。
さらに、空間部１７を扇形状としたため、貫通孔１４のうち永久磁石１６が配置される中央部分の厚み寸法よりも空間部１７の厚み寸法の方が小さくなる。そのため、前記貫通孔１４に組込まれた永久磁石１６が周方向にずれ動いてしまうことを防止できる。

図５は、本発明の第４の実施例を示しており、上記第２の実施例と異なるところを説明する。尚、第２の実施例と同一部分には同一符号を付している。第２の実施例において述べたように、空間部１７の長さ寸法は、永久磁石１６の厚み寸法の約５０％であれば十分減磁を防止できる。そこで、この第４の実施例においては、空間部１７の長さ寸法を永久磁石１６の厚み寸法の約５０％としたとき、前記空間部１７の断面形状が次のような形状となるように構成されている。即ち、まず、永久磁石１６の外周側の角部１６ａを中心とする扇形を作成する。続いて、永久磁石１６の内周側の角部１６ｂから前記扇形の円弧上に向かって接線を引く。そして、前記円弧、接線、永久磁石１６の両側の辺部に囲まれた部分が断面形状となるように空間部１７を形成する。

この場合も、永久磁石１６の角部１６ａから空間部１７を介した回転子鉄心１２までの距離を少なくとも永久磁石１６の厚み寸法の約５０％としながら、空間部１７を小さくすることができる。特に、前記空間部１７のうちの内周側の幅寸法が小さくなるため、隣接する貫通孔１４をより一層近付けることができ、回転子１１の小形化を図ることができる。また、この場合も、空間部１７の厚み寸法が永久磁石１６の厚み寸法よりも小さくなるため、貫通孔１４に収納された永久磁石１６が周方向にずれ動くことがない。

尚、本実施例においては、空間部１７の断面形状を上述のように作図したが、空間部１７の角部１７ａと永久磁石１６の内周側の角部１６ｂとを直線で結ぶことにより作図して、空間部１７の断面形状を三角形状となるように構成しても良い。

次に、図６は本発明の第５の実施例を示しており、上記第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。
本実施例においては、空間部１７に、円柱状をなす非磁性体、例えばプラスチック製の位置決め部材２１が組み込まれている。これにより、貫通孔１４に組み込まれた永久磁石１６が周方向にずれ動いてしまうことを防止でき、前記永久磁石１６を前記貫通孔１４の中央部に位置決めすることができる。

また、前記空間部１７は前記回転子鉄心１２の軸方向に貫通しているため、空間部１７内が空洞であると、回転子１１の高速回転時に前記空間部１７内に空気が流通して騒音が発生したり、回転子１１が振動する。これに対して、本実施例においては、空間部１７内に位置決め部材２１を組込んだため、空間部１７内を流通する空気量が少なくなり、騒音や振動の発生を抑えることができる。

ところで、位置決め部材を空間部１７の断面形状と略同じ断面形状にすると、位置決め部材により空間部１７を塞ぐことができる。しかし、積層鋼板により回転子鉄心１２を構成すると、空間部１７（貫通孔１４）の内側面が凸凹になるため、上記形状の位置決め部材を空間部１７へ挿入する作業は非常に困難となる。これに対して、本実施例では円柱状の位置決め部材２１を空間部１７内に挿入するように構成した。従って、位置決め部材２１と空間部１７の内面とが線接触することになり、位置決め部材２１の挿入作業を簡単にすることができる。

尚、本実施例においては、円柱状の位置決め部材２１を空間部１７に組み込むように構成したが、例えば、図７に示す本発明の第６の実施例のように、位置決め部材として弾性部材、例えば断面Ｚ字状の板ばね３１を空間部１７内に組み込んでも良い。
このような構成によっても、永久磁石１６が周方向にずれ動くことを防止できる。
また、図８に示す本発明の第７の実施例のように、空間部１７内に、例えば発泡樹脂４１を充填することによっても、永久磁石１６が周方向にずれ動くことを防止できる。そして、上記構成によれば、空間部１７を完全に塞ぐことができ、騒音や振動の発生を確実に抑えることができる。

ところで、前記発泡樹脂４１を空間部１７内に注入する際は、流動性を有する前記発泡樹脂４１が漏れないように、前記空間部１７の一方の開口を塞ぐ必要がある。そこで、図９に示す本発明の第８の実施例においては、回転子鉄心１２の軸方向の両端面部のうちの一方の端面部に位置するけい素鋼板５１を、次のように構成した。即ち、前記けい素鋼板５１の貫通孔（図示せず）の形状を、前記永久磁石１６よりやや小さい大きさに対応する形状とした。そのため、前記空間部１７のうち、回転子鉄心１２の一方の端面部側の開口部は、前記けい素鋼板５１により塞がれている。
従って、図９に示すように、前記けい素鋼板５１が下部に位置するように回転子鉄心１２を配置し、例えば樹脂挿入ガン５２によって発泡樹脂４１を空間部１７に注入したとき、前記発泡樹脂４１が漏れ出ることがない。

尚、本実施例においては、回転子鉄心１２の一方の端面部に位置するけい素鋼板５１により空間部１７の一方の開口を塞ぐように構成した。従って、前記けい素鋼板５１が端板として機能する。これに対して、図示はしないが、回転子鉄心１２の一方の端面部に、前記回転子鉄心１２と略同一形状であって、前記貫通孔に対応する孔を有しない例えば樹脂製の端板を取り付けても良い。

図１０は、本発明の第９の実施例を示しており、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。本実施例においては、回転子鉄心１２の軸方向の両端面部には、一対のけい素鋼板からなる端板６１が固定されている。前記端板６１には、回転子鉄心１２に組込まれた永久磁石１６に対応する４個の窓部６２と、前記軸孔１３に対応する孔部６３が形成されている。

前記窓部６２の長さ寸法ｍ１及び厚み寸法ｍ２は、前記永久磁石１６の長さ寸法Ｍ１及び厚み寸法Ｍ２よりも小さく設定されている。このため、前記貫通孔１４に組み込まれた永久磁石１６は、窓部６２から貫通孔１４の外方に抜け出ることがない。従って、前記貫通孔１４内の永久磁石１６が軸方向にずれ動くことを防止することができる。また、前記窓部６２によって、永久磁石１６の位置を確認することができるという効果も得られる。

ところで、端板６１をけい素鋼板により構成すると、前記永久磁石１６からの磁束が端板６１に漏れることが考えられる。しかし、本実施例においては、前記端板６１の永久磁石１６に対応する位置に窓部６２を設けたため、永久磁石１６からの磁束を窓部６２によって遮断することができる。しかも、端板６１が回転子鉄心１２と同じけい素鋼板からなるため、端板６１を、回転子鉄心１２のケイ素鋼板と共に積層することができる。即ち、けい素鋼板を積層して回転子鉄心１２を構成する作業と、端板６１を回転子鉄心１２の端面に取付ける作業を同時に行える。そのため、製造性が良い。

尚、本実施例においては、前記端板６１を回転子鉄心１２と同じ材質にしたが、非磁性体である例えば樹脂により構成しても良い。そして、非磁性体により端板６１を構成したときは、永久磁石１６からの磁束が端板に漏れることはないため、窓部を設けることを省略しても良い。

また、図１１に示す本発明の第１０の実施例のように、端板７１を樹脂により構成した場合には、前記端板７１の所定位置に前記永久磁石１６を予め固定しておくことも良い構成である。このような構成によれば、４個の永久磁石１６をまとめて貫通孔１４内に挿通することができるので作業性が良い。また、前記永久磁石１６が端板７１に固定されているため、貫通孔１４内に収容された永久磁石１６が幅方向にずれ動くことも防止できる。

尚、図１１は、永久磁石１６を貫通孔１４内に挿入する前の状態を示しているが、この場合も、貫通孔１４内に永久磁石１６を収納すると、前記永久磁石１６の両側に空間部１７（図１参照）が形成されるように構成されている。
また、前記端板７１を構成する樹脂がセミ・キュアー状態のときに前記端板７１を回転子鉄心１２に取付け、その後、樹脂がキュアー状態となるようにすると良い。このような構成によれば、永久磁石１６と貫通孔１４との間の隙間に樹脂が入り込み、前記永久磁石１６を貫通孔１４内に固定することができる。

次に、図１２は本発明の第１１の実施例を示しており、第１の実施例と異なるところを説明する。第１の実施例と同一部分には同一符号を付している。上記第１１の実施例においては、貫通孔１４に代えての貫通孔８１が回転子鉄心１２に形成されている。即ち、回転子鉄心１２には、貫通孔８１の幅方向両端部のうち外周側に位置する部分に凹部８２が形成されると共に、内周側に位置する部分には突部８３が形成されている。また、回転子鉄心１２のうち、隣接する突部８３間に位置する部分には、円孔８４が形成されている。

そして、上記貫通孔８１には、前記突部８３の先端部８３ａ間の距離よりも大きい長さ寸法の永久磁石（図示せず）が挿入される。従って、前記永久磁石を貫通孔に挿入すると、前記突部８３は前記円孔８４側に押圧され、その結果、永久磁石は貫通孔内に固定される。また、前記凹部８２内には前記永久磁石は配置されないため、前記凹部８２が空間部として機能する。

更にまた、前記突部８３の押圧変形により、前記円孔８４は押し潰される。回転子鉄心１２に孔（即ち、空気ギャップ）があると、磁気回路の障害になる。しかし、前記円孔８４は押し潰されて小さくなるため、貫通孔８１を上記構成としたことによる磁気回路の障害を小さく抑えることができる。尚、永久磁石の幅方向両端部が、図１２に破線で示す位置にある場合には、前記突部８３が押圧変形されたとき、前記円孔８４を略完全に押し潰すことができる。

次に、図１３は本発明の第１２の実施例を示しており上記第１１の実施例と異なるところを説明する。この第１２の実施例においては、前記貫通孔８１の形状や前記円孔８４の位置等は第１１の実施例と同様であるが、前記貫通孔８１に永久磁石を固定する方法が異なる。

即ち、上記第１２の実施例においては、前記貫通孔８１に、前記突部８３の先端部８３ａ間の距離と略同じ長さ寸法の永久磁石８５が挿入される。その後、前記円孔８４の中に、プレス型８６のピン８６ａを圧入する。前記ピン８６ａは、前記円孔８４の内径寸法よりも若干大きい外径寸法を有している。従って、前記円孔８４内に前記ピン８６ａが圧入されると、前記円孔８４は押し広げられ、前記突部８３は前記永久磁石８５を押圧する方向に変形される。この結果、前記永久磁石８５はかしめにより固定される。

この場合、前記プレス型８６のピン８６ａにより前記円孔８４を押し広げることに代えて、図１４に示す第１３の実施例のように、回転子鉄心１２の両端面に、ピン９１ａを有する端板９１を装着するように構成しても良い。前記ピン９１ａは、前記ピン８６ａと同様に、前記円孔８４の内径寸法よりも若干径大に構成されている。また、前記ピン９１ａは、前記回転子鉄心１２の軸方向長さ寸法の略半分の長さ寸法を有している。更に、前記端板９１は例えば樹脂製で、前記ピン８６ａは、回転子鉄心１２と同じ材質から形成されている。

従って、前記ピン９１ａを前記円孔８４に圧入しつつ前記端板９１を前記回転子鉄心１２の両端面に装着することにより、前記突部８３が前記永久磁石８５を押圧する方向に変形され、前記永久磁石８５がかしめにより固定される。また、上記第１２の実施例と異なり、前記円孔８４は前記ピン９１ａにより塞がれるため、円孔８４を設けたことによる回転子鉄心１２の磁気回路の障害を無くすことができる。更に、前記端板９１により前記永久磁石８５が軸方向にずれ動くことを防止するという作用も得られる。
尚、前記回転子鉄心１２の両端面部に前記端板９１を装着する構成に代えて、前記回転子鉄心１２の一方の端面部にピンを備えた端板を装着するようにしても良い。この場合、前記ピンの長さ寸法を、回転子鉄心１２の軸方向長さ寸法と略同じにする。

次に、図１５は本発明の第１４の実施例を示しており、上記第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１４の実施例は、貫通孔１４に組み込まれる永久磁石１０１の構成が上記第１の実施例と異なっている。
具体的には、前記貫通孔１４には、エネルギー積の大きい永久磁石１０２と、この永久磁石１０２の両端部に配置された保持力の大きい２個の永久磁石１０３とが組み込まれている。従って、本実施例においては、前記永久磁石１０２及び１０３から永久磁石１０１が構成されている。
この場合、前記永久磁石１０１の長さ寸法（即ち、永久磁石１０２の長さ寸法と永久磁石１０３の長さ寸法とを合わせた寸法）は、前記貫通孔１４の幅さ寸法と略同じに設定されている。従って、前記貫通孔１４内に前記永久磁石１０１が収納されたとき、前記永久磁石１０１の両端部には空間部は形成されない。
上記構成において、回転子鉄心１２に逆磁束が流れたとき、前記永久磁石１０１の両端部のうち外周側の角部１０１ａ周辺の領域に逆磁束が流れるおそれがある。しかし、前記角部１０１ａ周辺の領域は、保持力の大きい永久磁石１０３から構成されているため、逆磁束が流れてもほとんど減磁することがない。

ところで、保持力の大きい永久磁石１０３はエネルギー積が小さいという性質を有する。従って、前記永久磁石１０１を全て保持力の大きい永久磁石により構成すると、十分なモータトルクを得ることができない。しかし、本実施例においては、永久磁石１０１のうち逆磁束が流れるおそれの少ない中央部分をエネルギー積の大きい永久磁石１０２により構成した。そのため、永久磁石１０３を用いたことによるモータトルクの低下を補うことができるので、良好なモータ特性を維持することができる。

この場合、永久磁石１０１のうち逆磁束が流れるのは、前記角部１０１ａ周辺の領域であるため、図１６に示す第１５の実施例のように、エネルギー積の大きい永久磁石１０２を断面台形状に構成すると共に、保持力の大きい永久磁石１０３を断面三角形状とし、永久磁石１０１全体として長方形状となるように構成しても良い。
上記構成によれば、永久磁石１０１全体に対するエネルギー積の大きい永久磁石１０２の割合を大きくすることができるので、上記第１４の実施例に比べてモータ特性を向上することができる。

ところで、磁極の向きが同じとなるように複数の永久磁石を並べると、磁極間の反発力によって、前記永久磁石は離反する。そのため、上記第１４或いは第１５の実施例に示す構成では、磁極間の反発力に抗しながら前記永久磁石１０２及び永久磁石１０３を貫通孔１４内に組み込まなければならない。
そこで、図１７に示す本発明の第１６の実施例においては、エネルギー積の大きい磁石材料が中央部に、保持力の大きい磁石材料が両端部に配置されるように両磁石材料を成形型に入れて圧縮成形した後、この成形物を焼結することにより永久磁石１０１を構成した。従って、永久磁石１０１のうち長さ方向の中央部１０１ｂはエネルギー積が大きく、両端部１０１ｃは保持力が大きい。このような構成によれば、永久磁石１０１を貫通孔１４に簡単に挿入することができ、作業性が向上する。

尚、上記第１４ないし第１６の実施例では、永久磁石１０１は貫通孔１４内を占有している。そのため、前記永久磁石１０１は、周方向にずれ動くことはないが、軸方向にずれ動くおそれがあるため、回転子鉄心１２の両端面部に一対の端板を装着することも良い構成である。

次に、図１８及び図１９は本発明の第１７の実施例を示しており、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。また、図１８は回転軸１５を省略して示す回転子１１の上面図、図１９は縦断面図である。

上記第１７の実施例においては、回転子鉄心１２の軸方向の両端面部に、それぞれ非磁性体からなる端板１１１が装着されている。前記端板１１１には、外方に突出する４個の冷却フィン１１２が形成されている。前記冷却フィン１１２は、前記永久磁石１６の周方向長さの略中央部であって、前記永久磁石１６の外周側の端面部と直交するように配置されている。この場合、前記冷却フィン１１２は、端板１１１の一部を切り起こすことにより形成されており、この切り起こしに伴い前記端板１１１には４個の窓部１１３が形成されている。また、前記端板１１１の中央部には、前記軸孔１３に対応する孔部１１４が形成されている。

上記構成の回転子１１を備えた永久磁石形モータが駆動されると、回転子１１の回転に伴う前記冷却フィン１１２の送風作用により前記回転子１１の端板１１１付近の空気が撹拌される。そのため、前記端板１１１を介して回転子１１の熱が奪われ、回転子１１、ひいては、永久磁石１６を冷却することができる。

また、本実施例においては、前記窓部１１３が永久磁石１６と対応するように構成したため、永久磁石１６の軸方向両端面の一部が外部に露出する。そのため、前記永久磁石１６の端面が端板１１１によって完全に覆われている場合に比べて前記永久磁石１６の温度上昇を抑えることができる。従って、永久磁石１６の温度上昇に伴う減磁を極力抑えることができる。

更に、本実施例においては、窓部１１３により磁極の位置を永久磁石１６の位置を確認することができるという作用も得られる。
尚、本実施例においては、永久磁石１６の両端部に空間部１７を設け、逆磁束が前記永久磁石１６に加わることを防止して該永久磁石１６の減磁を抑える構成とした。しかし、本実施例は、従来の永久磁石形モータ１のように、貫通孔７と永久磁石８の大きさが略同じで、前記永久磁石８の両端部に空間部を有しない構成に適用することも可能である。

次に、図２０及び図２１は本発明の第１８の実施例を示しており、第２の実施例と異なるところを説明する。本実施例においては、前記貫通孔１４内に永久磁石１６が組込まれたとき、前記永久磁石１６の内周部に溝部１２１が形成されるように前記貫通孔１４が構成されている。前記溝部１２１は、前記永久磁石１６の幅方向いっぱいに延びるように構成されている。

そして、前記回転子鉄心１２の軸方向の両端面部には磁性体からなる端板１２２が装着されている。前記端板１２２には、前記溝部１２１内に圧入される４個の突片部１２３が形成されている。これにより、前記永久磁石１６は、前記貫通孔１４内に強く固定される構成となっている。また、前記突片部１２３は、前記端板１２２を切り起こすことにより形成されたもので、この切り起こしに伴って前記端板１２２には４個の開口部１２４が形成されている。尚、前記端板１２２には、前記軸孔１３に対応して孔部１２５が形成されている。

積層鋼板から回転子鉄心１２が構成されている場合、積層方向（即ち、軸方向）の熱伝導が悪いため、回転子鉄心１２の中心部は温度上昇し易いという事情がある。これに対して、本実施例は、端板１２２と一体に形成された突片部１２３を溝部１２１内に配置することにより、永久磁石１６の熱を前記突片部１２３を介して端板１２２に伝えて、その熱を前記端板１２２から外部に放出するように構成したものである。従って、本実施例においては、永久磁石１６の温度上昇に伴う減磁を抑えることができる。

特に、本実施例においては、前記突片部１２３が磁性体であるため、溝部１２１内に突片部１２３を配設しても磁路が遮断されず、磁気特性が低下することがない。
尚、本実施例では、前記突片部１２３を端板１２２の一部を切り起こして形成した。そのため、突片部１２３の先端部は永久磁石１６の軸方向中心に届かず、前記永久磁石１６の中心部の熱を十分に放熱することができない。これに対して、端板に別部材の突片部を例えば溶接により固定するように構成すれば、前記突片部の先端部が、前記永久磁石１６の軸方向中心付近に位置するように構成することができ、前記永久磁石１６の冷却作用が向上する。

また、本発明は、上記し図面に示した実施例に限定されるものではなく、例えば永久磁石の形状としては、断面円弧状のものや、くの字形状のものにも適用できる等、要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明の第１の実施例を示すものであり、回転子の上面図 下半分を省略して示す回転子の横断面図 本発明の第２の実施例を示す図２相当図 本発明の第３の実施例を示す図２相当図 本発明の第４の実施例を示す図２相当図 本発明の第５の実施例を示す図２相当図 本発明の第６の実施例を示す図２相当図 本発明の第７の実施例を示す図２相当図 本発明の第８の実施例を示すもので、空間部に樹脂を充填する作業を説明する回転子鉄心の斜視図 本発明の第９の実施例を示すもので、一方の端板を取り外した状態で示す回転子鉄心の斜視図 本発明の第１０の実施例を示すもので、端板を取り外した状態で示す回転子鉄心の斜視図 本発明の第１１の実施例を示すもので、下半分を省略して示す永久磁石の挿入前の回転子の横断面図 本発明の第１２の実施例を示すもので、ピンを挿入する前の回転子鉄心の斜視図 本発明の第１３の実施例を示すもので、回転子鉄心の分解斜視図 本発明の第１４の実施例を示す図２相当図 本発明の第１５の実施例を示す永久磁石の上面図 本発明の第１６の実施例を示す永久磁石の上面図 本発明の第１７の実施例を示すものであり、回転軸を省略して示す回転子の上面図 図１８中、Ｘ−Ｘ線に沿う縦断面図 本発明の第１８の実施例を示す図１相当図 図２０中、Ｙ−Ｙ線に沿う縦断面図 従来構成を示す永久磁石形モータの横断面図 永久磁石に逆磁束が流れる様子を示す図

符号の説明

図中、１は永久磁石形モータ、２は固定子、５は固定子巻線、１１は回転子、１２は回転子鉄心、１４，８１は貫通孔、１６，１０１は永久磁石、１７は空間部、２１は位置決め部材、３１は板ばね（弾性部材）、４１は樹脂、５１，６１，７１，９１，１１１，１２２は端板、８３は突部、８４は円孔、８５ａ，９１ａはピン、１０２はエネルギー積の大きい永久磁石、１０３は保持力の大きい永久磁石、１１２は冷却フィン、１２１は溝部、１２３は突片部を示す。

Claims (6)

1. 固定子巻線を有する固定子と、回転子鉄心の内部に設けられた貫通孔に磁極形成用の永久磁石を組み込んで構成された回転子とを備えてなる永久磁石形モータにおいて、
   前記貫通孔は、その長さ寸法が前記永久磁石の長さ寸法よりも大きく形成されて、前記貫通孔内に前記永久磁石が配設されたとき、前記永久磁石の両端部に該永久磁石における回転子鉄心の外周側の面を延長した延長面以内に位置するような空間部が生じるように構成され、前記空間部の長さ寸法は、前記永久磁石の厚み寸法の２０％〜５０％に設定されていることを特徴とする永久磁石形モータ。
2. 固定子巻線を有する固定子と、回転子鉄心の内部に設けられた貫通孔に磁極形成用の永久磁石を組み込んで構成された回転子とを備えてなる永久磁石形モータにおいて、
   前記貫通孔は、その長さ寸法が前記永久磁石の長さ寸法よりも大きく形成されて、前記貫通孔内に前記永久磁石が配設されたとき、前記永久磁石の両端部に空間部が生じるように構成され、前記空間部は、その断面形状が、前記永久磁石における回転子鉄心の外周側の角部を中心とする扇形状となるように形成されていることを特徴とする永久磁石形モータ。
3. 固定子巻線を有する固定子と、回転子鉄心の内部に設けられた貫通孔に磁極形成用の永久磁石を組み込んで構成された回転子とを備えてなる永久磁石形モータにおいて、
   前記貫通孔は、その長さ寸法が前記永久磁石の長さ寸法よりも大きく形成されて、前記貫通孔内に前記永久磁石が配設されたとき、前記永久磁石の両端部に空間部が生じるように構成され、前記空間部は、前期回転子鉄心の外周側から内周側に向かって幅狭となるように断面形状が略三角形状に形成されていることを特徴とする永久磁石形モータ。
4. 空間部には、非磁性体からなる位置決め部材が組み込まれていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形モータ。
5. 空間部には、樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形モータ。
6. 固定子巻線を有する固定子と、回転子鉄心の内部に設けられた貫通孔に磁極形成用の永久磁石を組み込んで構成された回転子とを備えてなる永久磁石形モータにおいて、
   前記回転子鉄心の軸方向の両端面部に、前記永久磁石に対応する部分を外方に切り起こして形成された冷却フィンを有する一対の端板を設けたことを特徴とする永久磁石形モータ。

Images