JP2009027813A - 電動機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】主磁石及び補助磁石を備えたものにおいて、それら主磁石及び補助磁石の磁束漏れを極力低減できて、電動機の効率を一層向上させることを可能とする。
【解決手段】回転子鉄心８において、磁極部１８を形成する部分に主磁石９を挿入配置し、磁極間に補助磁石１０を挿入配置する。回転子鉄心８において、補助磁石１０を挿入する補助磁石挿入穴２０の固定子鉄心側に、対応する補助磁石挿入穴２０を固定子鉄心側に開口させる開口部２３を形成する。開口部２３はモールド樹脂１１により塞ぐ。開口部２３を設けたことにより、補助磁石１０の固定子鉄心側での磁気抵抗が高くなり、主磁石９及び補助磁石１０の磁束が隣の極の主磁石９及び補助磁石１０側へ漏れることを極力低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主磁石と補助磁石とを備えた構成の、電動機の回転子に関する。

例えば特許文献１には次のような構成のものが開示されている。インナーロータ型の電動機（モータ）における回転子鉄心において、磁極を形成する部分に主磁石挿入穴を周方向に複数個設けると共に、磁極間に対応する部分に補助磁石挿入穴を周方向に複数個設け、前記主磁石挿入穴にそれぞれ永久磁石からなる主磁石を挿入し、前記補助磁石挿入穴にそれぞれ永久磁石からなる補助磁石を挿入した構成となっている。この場合、前記主磁石は、保持力が高い材料により形成され、径方向で異極となるように着磁されている。前記補助磁石は、主磁石よりも保持力が弱い材料により形成されていて、周方向で異極となるように着磁されている。
特開２００６−２８０１９５号公報

上記した構成のものでは、磁極間に位置する補助磁石の固定子鉄心側（外周部側）が回転子鉄心で覆われている（その部分を橋絡部と称する）ため、主磁石及び補助磁石の磁束がその橋絡部を通って隣の極の主磁石及び補助磁石側へショートサーキットして漏れ易い。このため、主磁石及び補助磁石の磁束が固定子側へ有効に作用せず、電動機の効率を低下させるという欠点がある。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、主磁石及び補助磁石を備えたものにおいて、それら主磁石及び補助磁石の磁束漏れを極力低減できて、電動機の効率を一層向上させることを可能とする電動機の回転子を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明の電動機の回転子は、固定子鉄心に対して径方向から対向する磁極を形成する部分に形成された主磁石挿入穴を周方向に複数個有すると共に、各磁極間に対応する部分に形成された補助磁石挿入穴を周方向に複数個有する回転子鉄心と、前記各主磁石挿入穴に挿入され、径方向で異極となるように着磁された永久磁石からなる複数個の主磁石と、前記各補助磁石挿入穴に挿入され、周方向で異極となるように着磁された永久磁石からなる複数個の補助磁石とを備え、前記回転子鉄心は、前記各補助磁石挿入穴の前記固定子鉄心側に、対応する補助磁石挿入穴を前記固定子鉄心側に開口させる開口部を有することを特徴とする。

本発明によれば、上記開口部を有する構成としたことにより、補助磁石の固定子鉄心側での磁気抵抗が高くなり、主磁石及び補助磁石の磁束が隣の極の主磁石及び補助磁石側へ漏れることを極力低減できて、主磁石及び補助磁石の磁束を固定子鉄心側へ有効に作用させることができるようになり、電動機の効率を一層向上させることが可能となる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図６を参照して説明する。この実施形態では、本発明を、ドラム式洗濯機において、ドラムを回転駆動する洗濯機モータに適用した場合を示している。

図２には、アウターロータ型の電動機（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とから構成されている。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、環状をなすヨーク部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なる被覆部材５を型成形して設けている。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を洗濯機の図示しないモータ取付部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、図３にも示すように、フレーム７と、回転子鉄心８と、それぞれ永久磁石からなる主磁石９及び補助磁石１０と、これらフレーム７、回転子鉄心８、主磁石９及び補助磁石１０を一体化する電気絶縁材製のモールド樹脂１１とからなる。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なしている。

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２及び図３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。回転子鉄心８と段部７ｂとの間には、モールド樹脂１１が設けられている。また、段部７ｂの外側（回転子鉄心８とは反対側）にもモールド樹脂１１が設けられている。段部７ｂには樹脂通孔１２（図４、図５参照）が全周にわたって複数形成されており、段部７ｂの内側及び外側のモールド樹脂１１は、その樹脂通孔１２を通して繋がっている。主板部７ａの中心部には、図２に示すように、軸支体１３がモールド樹脂１１により固定された状態で設けられている。また、主板部７ａにおいて、軸支体１３と段部７ｂとの間の部分には、通風孔１４が放射状に多数形成されていると共に、複数のリブ１５がモールド樹脂１１によって形成されている。回転子２は、軸支体１３を介して、図示しない洗濯機のドラムの回転軸に連結される。したがって、ドラムは、回転子２によって直接回転駆動される。

回転子鉄心８は、磁性体である例えばけい素鋼板１７を多数枚積層して構成したものである。図１にも示すように、回転子鉄心８において、磁極（例えば計４８極）を形成する部分である磁極部１８にはそれぞれ主磁石挿入穴１９が形成され、また、磁極間に対応する部分（隣り合った磁極部１８間）には、補助磁石挿入穴２０が形成されている。これら主磁石挿入穴１９及び補助磁石挿入穴２０は、回転子鉄心８において周方向に等間隔で、複数個、この場合４８個ずつ配置されている。このうち、主磁石挿入穴１９は、平面形状で、周方向に長い横長な矩形状に形成され、補助磁石挿入穴２０は、正方形に近い矩形状に形成されている。

主磁石挿入穴１９及び補助磁石挿入穴２０は、図４及び図５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ある。ただし、回転子鉄心８を構成する多数枚のけい素鋼板１７のうち、図４及び図５において最下部に位置するけい素鋼板１７には、主磁石挿入穴１９及び補助磁石挿入穴２０の内方側へ張り出すように、それぞれ一対の磁石保持部２１，２２が突出形成されている。主磁石挿入穴１９側の磁石保持部２１は径方向に突出し、補助磁石挿入穴２０側の磁石保持部２２は周方向に突出している。

そして、各主磁石挿入孔１９には、矩形の板状をなす主磁石９が挿入配置され、また、各補助磁石挿入穴２０には、角柱状をなす補助磁石１０が挿入配置されている。各主磁石９は、下端部が前記磁石保持部２１にて受けられ、また、各補助磁石１０は、下端部が前記磁石保持部２２にて受けられている。各主磁石９及び補助磁石１０は、対応する主磁石挿入穴１９、補助磁石挿入穴２０に挿入配置された状態において、図４及び５の上端面が回転子鉄心８の上端面とほぼ面一になって外部に露出している。

主磁石９は、図１に示すように、径方向で異極となるように着磁されている。また、各主磁石９は、隣同士で極が異なるように交互に配置されている。補助磁石１０は、周方向で異極となるように着磁されている。また、補助磁石１０は、主磁石９側の極がその主磁石９と同極となるように配置されている（主磁石９の補助磁石１０側の極がＮ極の場合、補助磁石１０のその主磁石９側の極もＮ極となるように配置されている）。そして、この場合、補助磁石１０は、主磁石９よりも磁力が弱く設定されている。

回転子鉄心８において、各補助磁石挿入穴２０の固定子鉄心３側に、対応する補助磁石挿入穴２０を固定子鉄心３側に開口させる開口部２３が形成されている。その開口部２３の周方向の幅寸法Ｌ１（図１参照）は、補助磁石挿入穴２０の周方向の幅寸法Ｌ２よりも狭く設定されている（Ｌ１＜Ｌ２）。各開口部２３を塞ぐようにしてモールド樹脂１１が設けられている。また、回転子鉄心８において、固定子鉄心３に臨む内周面２４は、各磁極部１８の中心部が固定子鉄心３側へ突出し、かつ両側の磁極間側が固定子鉄心３から退避するように山形状に形成されている。

さらに、回転子鉄心８において、隣り合った磁極部１８，１８間の中央部、この場合、隣り合った主磁石挿入穴１９，１９間は、上下両端部のけい素鋼板１７に形成された橋絡部２５，２５（図４参照）を残して切断されている。具体的には、積層された多数枚のけい素鋼板１７のうち、橋絡部２５が形成された上下のけい素鋼板１７以外の残りのけい素鋼板１７には、切欠部２６が形成されている。切欠部２６は、隣り合った２個の主磁石挿入穴１９，１９と、１個の補助磁石挿入穴２０とを連通させている。そして、この切欠部２６によって形成される空間部２７にもモールド樹脂１１が充填されている。

なお、回転子鉄心８において、積層された各けい素鋼板１７は、モールド樹脂１１による成形の前に、かしめ部２８（図１、図３、図５参照）を形成することによって積層方向で互いに結合されている。この場合、かしめ部２８は、磁極部１８部分と、磁極部１８とは反対側の外周部側の部分とに形成されている。
ここで、モールド樹脂１１は、各主磁石挿入穴１９と主磁石９との間の隙間、及び各補助磁石挿入穴２０と補助磁石１０との間の隙間にも充填されていて、各主磁石９及び補助磁石１０は、モールド樹脂１１により回転子鉄心８に一体化されている。

上記した実施形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。
（１）回転子鉄心８において、各磁極部１８を形成する部分に主磁石９を配置し、磁極間に対応する部分に補助磁石１０を配置した構成としたので、その補助磁石１０の存在により、主磁石９から隣の主磁石９側へ漏れる磁束を低減でき、その分、主磁石９の磁束を固定子１側に有効に作用させることができる。また、補助磁石１０を設けた分、回転子２側から固定子１側へ作用する磁束の量を多くでき、電動機の効率を向上させることができる。

ここで、補助磁石１０を設けたことによる効果について、図６を参照して説明する。図６の（ａ）は、補助磁石１０を設けない場合、（ｂ）は、磁力が比較的小さな補助磁石１０を設けた場合、（ｃ）は、（ｂ）よりも磁力が大きな補助磁石を設けた場合の、固定子１側に作用する磁束密度分布を示している。この図６から、補助磁石１０を設けた（ｂ）、（ｃ）の場合は、補助磁石１０を設けない（ａ）の場合よりも磁束密度が高くなることがわかる。特に（ｃ）の場合は、補助磁石１０付近での磁束密度が高くなり、磁束分布としては矩形波に近くなる。

（２）回転子鉄心８において、各補助磁石挿入穴２０の固定子鉄心３側に、対応する補助磁石挿入穴２０を固定子鉄心３側に開口させる開口部２３を形成した構成としたので、補助磁石１０の固定子鉄心３側での磁気抵抗が高くなり、主磁石９及び補助磁石１０の磁束が隣の極の主磁石９及び補助磁石１０側へ漏れることを一層低減できて、主磁石９及び補助磁石１０の磁束を固定子鉄心３側へ一層有効に作用させることができるようになり、電動機の効率を一層向上させることが可能となる。

（３）開口部２３の周方向の幅寸法Ｌ１は、補助磁石挿入穴２０の周方向の幅寸法Ｌ２よりも狭く設定しているので、補助磁石挿入穴２０に挿入される補助磁石１０の平面方向での位置決めが容易にできる。しかも、補助磁石１０に対して固定子１側から強い磁気吸引力が作用しても、その狭い開口部２３で補助磁石１０を保持でき、強固な構成となる。

（４）主磁石９及び補助磁石１０は、前記開口部２３を塞ぐようにして設けられたモールド樹脂１１により回転子鉄心８に一体化しているので、開口部２３を形成することによる強度低下をそのモールド樹脂１１により補強することができる。また、そのモールド樹脂１１は、主磁石挿入穴１９と主磁石９との間の隙間、及び補助磁石挿入穴２０と補助磁石１０との間の隙間にも入り込み、主磁石９及び補助磁石１０を固定するので、それら主磁石９及び補助磁石１０のがたつきを防止でき、振動や騒音の発生を抑えることができる。

（５）回転子鉄心８にあって磁極間の中央部は、回転子鉄心８を構成する鋼板の一部、この場合上下のけい素鋼板１７，１７に形成された橋絡部２５、２５を残し、残りのけい素鋼板１７には切欠部２６を形成して切断した構成としたので、主磁石９の磁束が隣の極の主磁石９側へ漏れることを一層低減できて、主磁石９の磁束を固定子鉄心３側へ一層有効に作用させることができるようになる。この場合、上下のけい素鋼板１７は、橋絡部２５で周りと連結されているから、切欠部２６を形成することによる回転子鉄心８の強度低下を極力防止できる。

（６）主磁石挿入穴１９及び補助磁石挿入穴２０には、最下部に位置するけい素鋼板１７に磁石保持部２１，２２を設けているので、それら主磁石挿入穴１９及び補助磁石挿入穴２０に挿入配置される主磁石９及び補助磁石１０の高さ方向（軸方向）の位置決めを容易に行うことができる。特に、主磁石９の上端面に対向する部分に、回転子２の位置検出用の、例えばホール素子からなる磁気センサを設ける場合に、主磁石９と磁気センサの高さ方向の位置関係を安定させることができるので、検出精度を安定させることができる利点がある。

（７）補助磁石１０は、主磁石９の磁力を補うためのものであり、主磁石９よりも磁力は弱く設定する。これにより、主磁石９と補助磁石１０のトータルで磁力を増加させる。補助磁石１０の磁力が強すぎると、磁極間付近での磁束密度が高くなり、本来低振動のため固定子１側への磁束密度の分布を正弦波状にすることを目指している構成を阻害することになってしまう。補助磁石１０の磁力を主磁石９よりも弱く設定することで、そのような不具合の発生を防止できる。

（第２の実施形態）
図７及び図８は本発明の第２の実施形態を示したものであり、この第２の実施形態は、上記した第１の実施形態とは次の点が異なっている。すなわち、回転子鉄心８を構成する鋼板の一部、この場合上下２枚のけい素鋼板１７，１７に、開口部２３を周方向に横切るように橋絡部３０を設けている。従って、積層されたけい素鋼板１７のうち、上下２枚のけい素鋼板１７には橋絡部３０を設けているが、残りのけい素鋼板１７には、橋絡部３０は設けていない。

このような実施形態によれば、回転子鉄心８を構成するけい素鋼板１７の一部に橋絡部３０を設けたことにより、開口部２３を形成することによる強度低下を極力防止できるようになる。

（第３の実施形態）
図９は本発明の第３の実施形態を示したものであり、この第３の実施形態は、上記した第１の実施形態とは次の点が異なっている。すなわち、主磁石９は、第１実施例と同様に保持力が高い材料、例えばＮｄＦｅＢ磁石とする。補助磁石４０は、保持力が弱い材料、例えばアルニコ磁石、またはＦｅＣｒＣｏ磁石とする。このような補助磁石４０は、固定子１のコイル４に流す電流を制御することにより、着磁を変えることが可能である。補助磁石４０は、当初は、例えば図９の（ａ）で示すように、第１の実施形態の場合と同様な極となるように着磁する。

（ａ）のように着磁した場合には、補助磁石４０部分での磁束漏れを防止でき、主磁石９と補助磁石４０のトータルの磁束密度が高くなるので、洗濯機での洗い時のように、ドラムを低速度（例えば４０〜５０ｒｐｍ）で、しかも高いトルクで回転させる場合に好適する。従って、洗い行程の前には、回転子２（ドラム）を所定の着磁位置に停止させた状態で、固定子１のコイル４に第１の着磁用の電流を流すことにより、補助磁石４０を（ａ）のように着磁する。

一方、ドラムを高速回転（例えば１０００〜１２００ｒｐｍ）させるような脱水時の前には、回転子２（ドラム）を所定の着磁位置に停止させた状態で、固定子１のコイル４に、先程とは異なる第２の着磁用の電流を流すことにより、補助磁石４０を（ｂ）のように着磁する。この場合、補助磁石４０における主磁石９側の極が、主磁石９と逆の極となるようにする。このようにした場合には、主磁石９の磁束の一部が補助磁石４０に流れるように、漏れ磁束を誘発するようになるので、主磁石９と補助磁石４０の、固定子１側に作用する磁束密度は、（ａ）の場合よりも低くなる。これにより、回転子２（ドラム）の高速回転に好適するようになる。
ちなみに、回転子２を高速回転させる際に、（ａ）のように固定子１側に作用する磁束密度が高いと、固定子１との磁気吸引力で回転効率が低下することが懸念されるが、上記したように、補助磁石４０を（ｂ）のように着磁することで、高速回転に適するようにできる。

上記したように、補助磁石４０を保持力の弱い材料により形成しておき、必要に応じて着磁状態を変えるようにすることで、低速回転と高速回転の両方に適したものとすることが可能となる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
本発明は、アウターロータ型の電動機の回転子について例示したが、インナーロータ型の電動機の回転子にも適用することができる。

本発明の第１の実施形態を示す回転子の部分平面図 電動機の全体構成を一部破断して示す斜視図 回転子の部分斜視図 図１中Ｘ１−Ｘ１線に沿って示す縦断側面図 図１中Ｘ２−Ｘ２線に沿って示す縦断側面図 補助磁石の効果を説明するためのもので、（ａ）は補助磁石を設けない場合の平面図と磁束密度分布を示す図、（ｂ）は補助磁石の磁力が弱い場合の平面図と磁束密度分布を示す図、（ｃ）は補助磁石の磁力が（ｂ）よりも大きい場合の平面図と磁束密度分布を示す図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 図７中Ｘ３−Ｘ３線に沿って示す縦断側面図 本発明の第３の実施形態を示すもので、（ａ）は補助磁石を低速回転に適するように着磁した状態の平面図と磁束密度分布を示す図、（ｂ）は補助磁石を高速回転に適するように着磁した状態の平面図と磁束密度分布を示す図

符号の説明

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、９は主磁石、１０は補助磁石、１１はモールド樹脂、１７はけい素鋼板（鋼板）、１８は磁極部、１９は主磁石挿入穴、２０は補助磁石挿入穴、２１，２２は磁石保持部、２３は開口部、２５は橋絡部、２６は切欠部、３０は橋絡部、４０は補助磁石を示す。

Claims (6)

1. 固定子鉄心に対して径方向から対向する磁極を形成する部分に形成された主磁石挿入穴を周方向に複数個有すると共に、各磁極間に対応する部分に形成された補助磁石挿入穴を周方向に複数個有する回転子鉄心と、
   前記各主磁石挿入穴に挿入され、径方向で異極となるように着磁された永久磁石からなる複数個の主磁石と、
   前記各補助磁石挿入穴に挿入され、周方向で異極となるように着磁された永久磁石からなる複数個の補助磁石とを備え、
   前記回転子鉄心は、前記各補助磁石挿入穴の前記固定子鉄心側に、対応する補助磁石挿入穴を前記固定子鉄心側に開口させる開口部を有することを特徴とする電動機の回転子。
2. 前記開口部の周方向の幅寸法は、前記補助磁石挿入穴の周方向の幅寸法よりも狭いことを特徴とする請求項１記載の電動機の回転子。
3. 前記主磁石及び補助磁石は、前記開口部を塞ぐようにして設けられたモールド樹脂により前記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または２記載の電動機の回転子。
4. 前記回転子鉄心は複数枚の鋼板を積層して構成され、前記回転子鉄心にあって前記磁極間の中央部は、一部の鋼板に形成された橋絡部を残して切断されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動機の回転子。
5. 前記回転子鉄心は複数枚の鋼板を積層して構成され、前記回転子鉄心を構成する一部の鋼板は、前記開口部を形成する部分に橋絡部を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動機の回転子。
6. 前記補助磁石は、前記主磁石よりも磁力が弱く設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電動機の回転子。

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