JP2010088219A - 永久磁石埋め込み型回転子及び掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転時の遠心力によって発生する応力を低減することができるとともに磁気特性に優れた永久磁石埋め込み型回転子を得る。
【解決手段】この発明に係る永久磁石埋め込み型回転子は、電磁鋼板を積層して形成される回転子鉄心１０と、回転子鉄心１０の外周部に沿って設けられ、永久磁石３を埋め込む複数の磁石挿入穴４と、回転子鉄心１０の略中心部に設けられる軸穴１５５とを備え、磁石挿入穴４は、全体が略コの字状であり、磁石挿入穴４の両端は内側に屈曲して永久磁石３が存在しない周方向端部が円弧状の空気領域４ａを形成し、空気領域４ａは、永久磁石３の外周側表面よりも軸穴１５５側に配置するように構成されるとともに、永久磁石３の内周側表面よりも軸穴１５５側に延びるように構成される。
【選択図】図３

Description

この発明は、掃除機等に使用され、高速回転を行う永久磁石埋め込み型ロータに関する。また、その永久磁石埋め込み型ロータを搭載した掃除機に関する。

従来、永久磁石式リラクタンス型回転電機の組立時の永久磁石の挿入を容易にし、製造の機械化を可能とする。また永久磁石を固定する接着剤が劣化した場合においても、永久磁石式リラクタンス型回転電機の中の永久磁石の飛散及び回転子の破損の恐れをなくし、高出力化、高効率化、高速化、高信頼性を図るため、永久磁石埋め込み穴に永久磁石位置決め用突起を設けることにより、永久磁石を支持するようにした。また回転子鉄心内の薄肉部の形状を最適化することにより、永久磁石より発生する磁束の漏れを低減し、かつ応力の集中する薄肉部の強度を確保するようにした永久磁石式リラクタンス型回転電機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３３９９１９号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、高速回転時には永久磁石より外周側の空気孔と回転子鉄心外周との間の薄肉部に大きな応力集中が生じる。そのため、薄肉部の径方向幅を遠心力に耐えるように大きく設計する必要があり、その場合、一つの磁石のＮとＳ間の磁束の漏れが大きくなり回転電機特性の低下をもたらすという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、高速回転時の遠心力によって発生する応力を低減することができるとともに磁気特性に優れた永久磁石埋め込み型回転子及び掃除機を提供することを目的とする。

この発明に係る永久磁石埋め込み型回転子は、
電磁鋼板を積層して形成される回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の外周部に沿って設けられ、永久磁石を埋め込む複数の磁石挿入穴と、
前記回転子鉄心の略中心部に設けられる軸穴とを備え、
前記磁石挿入穴は、全体が略コの字状であり、該磁石挿入穴の両端は内側に屈曲して前記永久磁石が存在しない周方向端部が円弧状の空気領域を形成し、
前記空気領域は、前記永久磁石の外周側表面よりも前記軸穴側に配置するように構成されとともに、前記永久磁石の内周側表面よりも前記軸穴側に延びるように構成される。

この発明に係る永久磁石埋め込み型回転子は、磁石挿入穴の両端は内側に屈曲して永久磁石が存在しない周方向端部が円弧状の空気領域を形成し、空気領域は、永久磁石の外周側表面よりも軸穴側に配置するように構成されとともに、且つ永久磁石の内周側表面よりも軸穴側に延びるように構成したので、高速回転時の遠心力による応力集中を緩和するという効果がある。

実施の形態１．
図１乃至図１８は実施の形態１を示す図で、図１はブラシレスＤＣモータ１００の横断面図、図２はブラシレスＤＣモータ１００の縦断面図、図３は永久磁石埋め込み型回転子である回転子１の横断面図、図４は空気領域４ａが永久磁石外周側表面３ａよりも外側にある仕様１（ａ）と内側にある仕様２（ｂ）との回転子１を示す断面図、図５は仕様１（図４（ａ））の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）、図６は仕様２（図４（ｂ））の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）、図７は仕様１（ａ）を基準にして最大応力を比較した結果を表で示す図、図８は空気領域４ａの周方向端部の円弧４ｂの半径を磁石挿入穴４の外周側の直線部４ｃの長さを一定として変化させた仕様３（ａ）と仕様４（ｂ）との回転子１を示す横断面図、図９は仕様３（図８（ａ））の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）、図１０は仕様４（図８（ｂ））の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）、図１１は仕様２（図４（ｂ））を基準にして最大応力を比較した結果を表で示す図、図１２はブラシレスＤＣモータ１００の固定子２及び回転子１の磁束線の分布を示す図、図１３は４個の磁石挿入穴４を有する回転子１の横断面図、図１４は回転子１が２極で構成される場合に２枚の永久磁石３で構成した従来の回転子１と、１極を３枚の永久磁石３に分割して６枚の永久磁石３で構成し且つ本実施の形態の形状で構成した回転子１を示す横断面図、図１５は従来の回転子１の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）、図１６は従来の回転子１を基準にして最大応力を比較した結果を表で示す図、図１７は磁石挿入穴４に永久磁石３の固定用の磁石固定部４ｄを設けた回転子１の横断面図、図１８は磁石挿入穴４の空気領域４ａに接着剤もしくは樹脂を流し込み永久磁石３を固定した回転子１の横断面図である。

図１、図２により、ブラシレスＤＣモータ１００の構成を説明する。

ブラシレスＤＣモータ１００は、固定子２と、永久磁石埋め込み型回転子である回転子１とを備える。

固定子２は、周方向に略等間隔に配置される３個のティース６が、リング状のコアバック８の内側に形成される固定子鉄心５と、各ティース６に施される巻線７とを備える。

ティース６は、コアバック８側から内側に向かって略平行の形状を有している。ティース６の先端部６ａ（内径側）は、両サイドが周方向に広がるような円弧状をなしている。但し、円弧状でなくてもよく、例えば、直線状でもよい。

夫々のティース６には、集中巻方式の巻線７が施される。巻線７には、銅線に絶縁被覆が施されたマグネットワイヤが用いられる。

３個の集中巻方式の巻線７により、三相の巻線（例えば、三相Ｙ結線の巻線）が形成される。

固定子鉄心５は、厚さ０．１〜０．７ｍｍ程度の薄い電磁鋼板を一枚一枚打ち抜いて所定の枚数を積層することで構成される。一例では、０．２７ｍｍの電磁鋼板を用いている。

固定子鉄心５の外径は、１００ｍｍ以下で、一例では４０ｍｍ程度である。

回転子１は、回転子鉄心１０と、回転子鉄心１０の６個の磁石挿入穴４に挿入される平板状の６個の永久磁石３と、回転軸９とを備える。詳細は後述するが、６個の永久磁石３で２極の回転子１を構成する。

回転子鉄心１０も、固定子鉄心５と同様、厚さ０．１〜０．７ｍｍ程度の薄い電磁鋼板を一枚一枚打ち抜いて所定の枚数を積層することで構成される。一例では、０．２７ｍｍの電磁鋼板を用いている。

回転子鉄心１０の外径は、７０ｍｍ以下で、一例では２０ｍｍである。

回転子１と固定子２との間の空隙１１は、例えば、径方向幅が０．３〜１．０ｍｍ程度であり、一例では、０．５ｍｍである。

図３は永久磁石埋め込み型回転子である回転子１を示す。回転子鉄心１０には、永久磁石３を埋め込むための磁石挿入穴４が設けられている。本実施の形態では、６箇所に磁石挿入穴４があり、６枚の平板状の永久磁石３が埋め込まれている。詳細は後述するが、永久磁石３は、磁力の強い希土類永久磁石が好ましい。但し、他のフェライト磁石等でもよい。

厚さ０．１〜０．７ｍｍ程度の薄い電磁鋼板の積層方法については、本実施の形態では、電磁鋼板の夫々に接着剤を塗布した後、積層し接着にて固定している。但し、カシメ及びリベット等で固定しても良い。

磁石挿入穴４は、平板状の永久磁石３の形状と同一形状ではなく、全体が略コの字状である。そして、磁石挿入穴４の両端は、内側に屈曲している。この屈曲した部分には、永久磁石３は存在せず、ここは空気領域４ａになっている。

永久磁石３の周方向端部に隣接して存在する空気領域４ａは、電磁鋼板よりも透磁率が低いため磁束が通りにくく、磁束の通る磁路を制御する役割を有する。

永久磁石３の側部（周方向）に、通常は異なる極性の永久磁石３間には空気領域４ａを広く取り、磁路を狭くすることによる極間部１２の磁束の短絡を低減し、ブラシレスＤＣモータ１００の磁気特性を向上させるよう設計される。回転子１の中心に、回転子１の回転力を伝達する回転軸９と嵌合する軸穴１５が設けられている。

本実施の形態では、回転子１は永久磁石埋め込み型であり、磁石挿入穴４の周方向端部の空気領域４ａの端部の形状が円弧４ｂとなるように構成する。この円弧４ｂは、磁石挿入穴４の外周側の直線部４ｃに接する円の一部である。

空気領域４ａは、永久磁石外周側表面３ａよりも軸穴１５側に配置するように構成され、かつ、空気領域４ａは、永久磁石内周側表面３ｂよりも軸穴１５側に延びるように構成される。

尚、空気領域４ａの周方向端部の円弧４ｂの半径を、磁石挿入穴４の外周側の直線部４ｃの長さを一定として変化させると、円弧４ｂの半径が大きくなるにつれ、極間薄肉部１４の周方向幅が狭くなる。後述する理由により、円弧４ｂの半径は大きい程好ましいが、最小限の極間薄肉部１４の周方向幅が確保される範囲内にする必要がある。極間薄肉部１４の最小限の周方向幅は、電磁鋼板の厚さ（０．１〜０．７ｍｍ程）である。また、極間薄肉部１４の周方向幅は、磁石挿入穴４と回転子鉄心１０との間の薄肉部よりもせまくなるようにしている。

次に動作について説明する。
このように構成された永久磁石埋め込み型回転子である回転子１では、高速回転時の永久磁石３及び磁石挿入穴４の外側の鉄心部分に作用する遠心力による応力が、磁石挿入穴４の空気領域４ａの端部（極間薄肉部１４に連結する根元部分）に集中する。

本実施の形態では、空気領域４ａを永久磁石外周側表面３ａよりも内側に配置しているため、応力集中する空気領域４ａの端部（極間薄肉部１４に連結する根元部分）における外周肉厚を大きく取ることができるので、この部分の強度を高くすることができる。

更に空気領域４ａの端部を円弧４ｂで構成することにより、永久磁石３及び磁石挿入穴４の外側の鉄心部分に作用する応力を分散させ、遠心力による強度を向上させることができる。

空気領域４ａの端部の円弧４ｂは、径が大きいほど応力を分散させる効果は大きい。既に述べたように、円弧４ｂの径は、永久磁石３の径方向厚さよりも大きく、最小限の極間薄肉部１４の周方向幅が確保される範囲内になるように設計することが好ましい。極間薄肉部１４の最小限の周方向幅は、電磁鋼板の厚さ（０．１〜０．７ｍｍ程）である。

図４は空気領域４ａが永久磁石外周側表面３ａよりも外側にある仕様１（ａ）と内側にある仕様２（ｂ）との回転子１を示す断面図である。また、図５は仕様１（図４（ａ））の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）である。さらに、図６は仕様２（図４（ｂ））の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）である。

図５、図６に示すように、応力の大きさは、色の濃さで表している。色の濃いほど応力は大きく、応力の小さい方からレベル１〜レベル６の６段階で表示している。

図５、図６に示すように、仕様１（図４（ａ））、仕様２（図４（ｂ））は、ともに磁石挿入穴４の端部から外側にかけてと極間薄肉部１４とに応力集中が見られる。

特に、空気領域４ａの端部（極間薄肉部１４に連結する根元部分）の応力集中が顕著である。

図７は仕様１（図４（ａ））、仕様２（図４（ｂ））の最大応力を比較した図である。仕様１（図４（ａ））を基準にすると、仕様２（図４（ｂ））は約１１％最大応力が減少している。これは、永久磁石３の側部にある空気領域４ａが永久磁石外周側表面３ａよりも内側にあることの効果である。

図８に空気領域４ａの周方向端部の円弧４ｂの半径を磁石挿入穴４の外周側の直線部４ｃの長さを一定として変化させた仕様３（ａ）と仕様４（ｂ）との回転子１の断面図である。また、図９は仕様３（図８（ａ））の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）、さらに図１０は仕様４（図８（ｂ））の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）である。

図６に示すように、仕様２（図４（ｂ））では、空気領域４ａの端部（極間薄肉部１４に連結する根元部分）でレベル６４の応力集中が見られたが、仕様２（図４（ｂ））よりも円弧４ｂの半径が大きくなる仕様３（図８（ａ））では、図９に示すように、空気領域４ａの端部（極間薄肉部１４に連結する根元部分）でレベル６の応力集中が僅かに認められる程度に低減している。

さらに、円弧４ｂの半径が大きい仕様４（図８（ｂ））では、認められるレベル６の応力はさらに少なくなる程度に、空気領域４ａの端部の応力が低減している。

図１１は仕様２（図４（ｂ））を基準にして、各仕様の最大応力を比較した表である。図１１からわかるように、仕様３（図８（ａ））は、仕様２（図４（ｂ））に対して最大応力が約１１％減少している。

また、仕様４（図８（ｂ））は、仕様２（図４（ｂ））に対して最大応力が２２％減少している。

このように、空気領域４ａの周方向端部の円弧４ｂの半径を、最小限の極間薄肉部１４の周方向幅（電磁鋼板の厚さ程度）が確保される範囲内で極力大きくすることにより、高速回転を行う回転子１の強度を大幅に向上し、製品の耐久性、安全性を大幅に向上できる。

また、通常異極間の磁路では、永久磁石３の磁束が短絡し、トルクに寄与するステータ鎖交磁束が低下してしまうので極間の磁路を狭くする構成が好ましい。

図１２に固定子２及び回転子１内の磁束線の分布を示す。図１２に示すように、本実施の形態の回転子１は２極の構成であるが、応力集中を緩和するため、１極の永久磁石３を分割している。図１２の例は、１極の永久磁石３を３分割している。

本実施の形態では、空気領域４ａを永久磁石内周側表面３ｂよりも内側に延びるよう構成しているので、極間の磁束の短絡の原因となる極間薄肉部１４を、永久磁石３よりも内側の強度的の高い部位に配置し、極間薄肉部１４を狭く設計することができる。そのため、磁気特性に優れた回転子１を構成できる。

なお、遠心力による応力集中を緩和させるために、空気領域４ａ端部の円弧４ｂの半径を大きくとるほど極間薄肉部１４が狭くなるように設計できるため、強度向上と磁気特性向上の両立を実現できる。

図４、図８からわかるように、仕様２（図４（ｂ））に対し、円弧４ｂの半径の大きい仕様３（図８（ａ））、仕様４（図８（ｂ））は、遠心力による応力が低く、かつ、極間薄肉部１４が狭くなっており、とくに仕様４（図８（ｂ））は極間の磁束の短絡の少ない磁気特性に優れた構成である。

本実施の形態１は、６枚の永久磁石３で構成されるが、図１３に示すように、４枚の永久磁石３で構成される回転子１にも適用できる。永久磁石３の枚数、サイズ、形状にはよらず、前記と同様の効果が得られる。

特に、遠心力による応力が問題となる場合は、１枚の永久磁石３を分割して１枚あたりの磁石サイズを小さくすることで遠心力を低減し、応力を低減する。しかし、磁石枚数が多い分、一つの極における永久磁石３自身及び永久磁石３同士の磁束の漏れが多くなるため、極間薄肉部１４を狭く設計できる本実施の形態は有効であるといえる。

図１４は回転子１が２極で構成される場合に２枚の永久磁石３で構成した従来の回転子１と、１極を３枚の永久磁石３に分割して６枚の永久磁石３で構成し且つ本実施の形態の形状で構成した回転子１を示す断面図である。また、図１５は従来の回転子１の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）である。さらに、図１６は従来の回転子１を基準にして最大応力を比較した結果を表で示す図である。

図１６からわかるように、各極の永久磁石３を３分割した仕様４は、従来のものよりも最大応力が７１％低減できている。単に永久磁石３を分割した場合には、各極における永久磁石３自身及び永久磁石３同士の磁束の漏れが多くなるが、本実施の形態（例えば、仕様４）のように円弧４ｂの径が大きく、且つ極間薄肉部１４が電磁鋼板お厚さと同程度まで狭い構成にすれば、各極における永久磁石３自身及び永久磁石３同士の磁束の漏れを抑制でき、回転子１の磁気特性も優れている。

また、実施の形態１は、ロータの遠心力に対する強度を向上させることを目的としているため、既に述べたように、本実施の形態では、電磁鋼板の夫々に接着剤を塗布した後、積層し接着にて固定している。それにより、より強度の高い回転子１を得ることができる。

以上のような回転子１を構成する場合、永久磁石３の周方向へのすべりを抑制するために、図１７に示すように永久磁石３の周方向の端部を固定する磁石固定部４ｄを、磁石挿入穴４に設けるのが好ましい。尚、図１７では、磁石挿入穴４の数は４個のものを示しているが、磁石挿入穴４の数は任意でよい。

また、磁石固定部４ｄがない場合でも、図１８に示すように、空気領域４ａに接着剤もしくは樹脂等を流し込み固めて、永久磁石３の固定を行っても良い。これにより、永久磁石３の磁石挿入穴４内での回転時の変位を抑制するため、より強度の高い回転子１を構成することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、永久磁石３の周方向側部の空気領域４ａの端部を一部円弧４ｂとなるような形状で構成し、空気領域４ａを永久磁石外周側表面３ａよりも内側に配置するよう構成し、且つ空気領域４ａを永久磁石外周側表面３ａよりも内側に延びるように構成し、高速回転時の遠心力を緩和するようにしたものであるが、この場合、強度は高くても、永久磁石３の極間の磁束の漏れが大きく十分な磁気特性を得られない場合がある。このような場合に、回転子１の遠心力に対する強度を保ったまま、極間部１２の磁束の漏れを低減できる実施の形態２について説明する。

図１９乃至図２１は実施の形態２を示す図で、図１９は極間部１２に空気孔１６を設けた回転子１の横断面図（（ａ）は空気孔１６が円で永久磁石３が４個で４極の例、（ｂ）は空気孔１６が円で永久磁石３が６個で２極の例、（ｃ）は空気孔１６が略三角形で永久磁石３が４個で４極の例）、図２０は極間部１２の外周部に窪み１７を設けた回転子１の横断面図、図２１は極間部１２の外周部付近にカシメ１８（ａ）もしくはリベット１９（ｂ）を設けた回転子１を示す横断面図である。

図１９は極間部１２に空気孔１６を設けた回転子１を示す。本実施の形態は、異極間の磁束の漏れを低減させるため、実施の形態１との組合せで、隣り合う永久磁石３が異極である場合に、極間部１２の外周表面付近に空気孔１６を設けた構成をとる。

図８〜図１１に示すように、実施の形態１では高速回転時の遠心力による応力を永久磁石外周側表面３ａより内側の空気領域４ａの円弧４ｂ部で分散させるため、極間部１２の外周部付近の応力は大きく低減している。

図１９に示すよう、極間部１２に円もしくは一部に円弧の形状を持ち略三角形の空気孔１６を設けることにより、応力を大きく増加させることはないが、空気孔１６により極間部１２の磁路が狭く設計できるため、極間部１２の磁束の漏れを低減させ、磁気特性を大幅に向上させることができる。一つの空気孔１６の代わりに、小さい孔を多数設けることでもよい。

図１９（ａ）に示す例は、永久磁石３を４個使用した４極の回転子１である。この例では、極間部１２が４箇所にあり、夫々に円形の空気孔１６を設けている。

図１９（ｂ）に示す例は、永久磁石３を６個使用した２極の回転子１である。この例では、極間部１２が２箇所にあり、夫々に円形の空気孔１６を設けている。

図１９（ｃ）に示す例は、永久磁石３を４個使用した４極の回転子１である。この例では、極間部１２が４箇所にあり、夫々に略三角形の空気孔１６を設けている。

図２０に示すように、極間部１２に空気孔１６を設ける代わりに、極間部１２の外周部に窪み１７を設けてもよい。この場合も、窪み１７の分だけ極間部１２の磁路が狭くなるため、極間部１２の磁束の漏れを低減させ、磁気特性を大幅に向上させることができる。

また、図２１に示すように、隣り合う永久磁石３が異極である場合に、極間部１２の外周部付近にカシメ１８もしくは、リベット１９を設けても良い。

図２１（ａ）は、永久磁石３を４個使用した４極の回転子１であり、４箇所にある極間部１２の外周部付近にカシメ１８を夫々設けている。

図２１（ｂ）は、永久磁石３を４個使用した４極の回転子１であり、４箇所にある極間部１２の外周部付近にリベット１９を夫々設けている。

カシメ１８やリベット１９は、電磁鋼板の磁気特性を劣化させるため、極間部１２の磁路を狭くしたのと同様の効果を得ることができ、磁気特性を大幅に向上させることができる。同時に電磁鋼板の積層して固定する働きをもち、回転子１の強度向上にも有効である。

空気孔１６、カシメ１８、リベット１９は、夫々を単独に使用する以外に、それらを適宜組み合わせて用いることでもよい。

空気孔１６、カシメ１８、リベット１９は、極間部１２の磁路を狭くして磁束漏れを抑制するように作用するので、これらを総称して、「磁束漏れ抑制部」と呼ぶ。

空気孔１６もしくは窪み１７は、極間部１２の磁束漏れを抑制するとともに、それらの大きさを調節することにより回転子のバランスをとり、高速回転時の遠心力による強度を確保しつつ、振動・騒音を抑制することができる。

尚、空気孔１６、または窪み１７は軸方向に連通させる必要はなく、回転子の重量バランスがとれる範囲で設ければよい。

空気孔１６及び窪み１７は、夫々が同じ形状でなくてもよい。即ち、対称性は問わない。

実施の形態３．
遠心力を分散させるために１つの極の永久磁石３を分割して、１枚あたりの磁石サイズを小さくし、遠心力を低減させることについては、既に述べた。

実施の形態２の方法では、隣り合う永久磁石３が同極の場合には、空気孔１６、窪み１７、カシメ１８、リベット１９等の「磁束漏れ抑制部」は、有効磁束の磁路を妨害となる。そこで、実施の形態３では、隣り合う永久磁石３が異極の場合には、極間部１２の外周部付近に「磁束漏れ抑制部」を設け、隣り合う永久磁石３が同極の場合には、同極間部２０の内側で磁石挿入穴４よりも軸穴１５側に「磁束漏れ抑制部」を設ける構成をとるものである。

図２２は実施の形態３を示す図で、回転子１の横断面図（（ａ）は永久磁石３を２分割した２極の回転子１で空気孔１６を用いる回転子１の横断面図、（ｂ）は永久磁石３を３分割した２極の回転子１で空気孔１６を用いる回転子１の横断面図、（ｃ）は永久磁石３を２分割した２極の回転子１でカシメ１８を用いる回転子１の横断面図、（ｄ）は永久磁石３を２分割した２極の回転子１で軸位置決め用キー溝１５ａを用いる回転子１の横断面図）である。

図２２（ａ）に示す回転子１は、永久磁石３を２分割した２極の回転子１である。極間部１２には外周部付近に円形の空気孔１６が設けられる。また、同極の分割された永久磁石３の間の同極間部２０（２箇所）には、磁石挿入穴４よりも内側に空気孔１６を配置する。これにより、有効磁束の磁路を妨害することを回避できる。

図２２（ｂ）に示す回転子１は、永久磁石３を３分割した２極の回転子１である。極間部１２には外周部付近に空気孔１６が設けられる。また、同極の分割された永久磁石３の間の同極間部２０（４箇所）には、磁石挿入穴４よりも内側に空気孔１６を配置する。これにより、有効磁束の磁路を妨害することを回避できる。

図２２（ｃ）に示す回転子１は、永久磁石３を２分割した２極の回転子１である。極間部１２には外周部付近にカシメ１８が設けられる。また、同極の分割された永久磁石３の間の同極間部２０（２箇所）には、磁石挿入穴４よりも内側にカシメ１８を配置する。これにより、有効磁束の磁路を妨害することを回避できる。

図２２（ｄ）に示す回転子１は、永久磁石３を２分割した２極の回転子１である。極間部１２には外周部付近に円形の空気孔１６が設けられる。また、同極の分割された永久磁石３の間の同極間部２０（２箇所）には、磁石挿入穴４よりも内側に位置する軸穴１５に形成される軸位置決め用キー溝１５ａを配置する。これにより、有効磁束の磁路を妨害することを回避できる。

以上のように、本実施の形態によれば、異極間の磁束の漏れは低減し、同極間の磁束は有効に利用することができ、磁気特性を大幅に向上させることができる。

実施の形態４
上記実施の形態１〜３のような回転子１よりも、更に強度、磁気特性を向上させる構成を説明する。

図２３は実施の形態４を示す図で、永久磁石外周側表面３ａの外側にスリット２１を設けた回転子１の断面図である。

図２３に示すように、永久磁石３の永久磁石外周側表面３ａの外側にスリット２１を設ける。この例では、長穴状のスリット２１が、一つの永久磁石３に対して４個形成されている。但し、スリット２１の形状、個数はこれに限定されない。

このスリット２１は、回転子１から固定子２へ流れる磁束の高調波成分を低減する効果を有する。更に、回転子１の外周部の鉄の量を削減させるため、重量低減による遠心力低減効果があり、応力低減に有効である。

実施の形態１〜４は、ブラシレスＤＣモータのトルクに寄与する有効磁束を向上させるので、とくに磁束密度の高くなる希土類磁石を用いた回転子１においてより大きな効果を得ることができる。

本発明は、最高回転数が５×１０^４以上のモータの耐久性を大幅に向上させ、製品の寿命、安全性を向上させることができる。

具体的には、例えば掃除機用モータ等の高速回転を行うモータの耐久性を大幅に向上させ、製品の寿命、安全性を向上させることができる。

実施の形態１を示す図で、ブラシレスＤＣモータ１００の横断面図。 実施の形態１を示す図で、ブラシレスＤＣモータ１００の縦断面図。 実施の形態１を示す図で、永久磁石埋め込み型回転子である回転子１の横断面図。 実施の形態１を示す図で、空気領域４ａが永久磁石外周側表面３ａよりも外側にある仕様１（ａ）と内側にある仕様２（ｂ）との回転子１を示す断面図。 実施の形態１を示す図で、仕様１（図４（ａ））の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）。 実施の形態１を示す図で、仕様２（図４（ｂ））の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）。 実施の形態１を示す図で、仕様１（ａ）を基準にして最大応力を比較した結果を表で示す図。 実施の形態１を示す図で、空気領域４ａの周方向端部の円弧４ｂの半径を磁石挿入穴４の外周側の直線部４ｃの長さを一定として変化させた仕様３（ａ）と仕様４（ｂ）との回転子１を示す横断面図。 実施の形態１を示す図で、仕様３（図８（ａ））の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）。 実施の形態１を示す図で、仕様４（図８（ｂ））の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）。 実施の形態１を示す図で、仕様２（図４（ｂ））を基準にして最大応力を比較した結果を表で示す図。 実施の形態１を示す図で、ブラシレスＤＣモータ１００の固定子２及び回転子１の磁束線の分布を示す図。 実施の形態１を示す図で、４個の磁石挿入穴４を有する回転子１の横断面図。 実施の形態１を示す図で、回転子１が２極で構成される場合に２枚の永久磁石３で構成した従来の回転子１と、１極を３枚の永久磁石３に分割して６枚の永久磁石３で構成し且つ本実施の形態の形状で構成した回転子１を示す横断面図。 従来の回転子１の回転時における応力のシミュレーション解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）。 実施の形態１を示す図で、従来の回転子１を基準にして最大応力を比較した結果を表で示す図。 実施の形態１を示す図で、磁石挿入穴４に永久磁石３の固定用の磁石固定部４ｄを設けた回転子１の横断面図。 実施の形態１を示す図で、磁石挿入穴４の空気領域４ａに接着剤もしくは樹脂を流し込み永久磁石３を固定した回転子１の横断面図。 実施の形態２を示す図で、極間部１２に空気孔１６を設けた回転子１の横断面図（（ａ）は空気孔１６が円で永久磁石３が４個で４極の例、（ｂ）は空気孔１６が円で永久磁石３が６個で２極の例、（ｃ）は空気孔１６が略三角形で永久磁石３が４個で４極の例）。 実施の形態２を示す図で、極間部１２の外周部に窪み１７を設けた回転子１の横断面図。 実施の形態２を示す図で、極間部１２の外周部付近にカシメ１８（ａ）もしくはリベット１９（ｂ）を設けた回転子１を示す横断面図。 実施の形態３を示す図で、回転子１の横断面図（（ａ）は永久磁石３を２分割した２極の回転子１で空気孔１６を用いる回転子１の横断面図、（ｂ）は永久磁石３を３分割した２極の回転子１で空気孔１６を用いる回転子１の横断面図、（ｃ）は永久磁石３を２分割した２極の回転子１でカシメ１８を用いる回転子１の横断面図、（ｄ）は永久磁石３を２分割した２極の回転子１で軸位置決め用キー溝１５ａを用いる回転子１の横断面図）。 実施の形態４を示す図で、永久磁石外周側表面３ａの外側にスリット２１を設けた回転子１の横断面図。

符号の説明

１ 回転子、２ 固定子、３ 永久磁石、３ａ 永久磁石外周側表面、３ｂ 永久磁石内周側表面、４ 磁石挿入穴、４ａ 空気領域、４ｂ 円弧、４ｃ 直線部、４ｄ 磁石固定部、５ 固定子鉄心、６ ティース、６ａ 先端部、７ 巻線、８ コアバック、９ 回転軸、１０ 回転子鉄心、１１ 空隙、１２ 極間部、１４ 極間薄肉部、１５ 軸穴、１５ａ 軸位置決め用キー溝、１６ 空気孔、１７ 窪み、１８ カシメ、１９ リベット、２０ 同極間部、２１ スリット、１００ ブラシレスＤＣモータ。

Claims (13)

1. 電磁鋼板を積層して形成される回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心の外周部に沿って設けられ、永久磁石を埋め込む複数の磁石挿入穴と、
   前記回転子鉄心の略中心部に設けられる軸穴とを備え、
   前記磁石挿入穴は、全体が略コの字状であり、該磁石挿入穴の両端は内側に屈曲して前記永久磁石が存在しない周方向端部が円弧状の空気領域を形成し、
   前記空気領域は、前記永久磁石の外周側表面よりも前記軸穴側に配置するように構成されとともに、前記永久磁石の内周側表面よりも前記軸穴側に延びるように構成されることを特徴とする永久磁石埋め込み型回転子。
2. 前記空気領域の周方向端部の円弧は、前記磁石挿入穴の外周側の直線部に接する円の一部であり、前記円弧の半径を前記磁石挿入穴の外周側の前記直線部の長さを一定として変化させ、極間薄肉部の所定の周方向幅が確保される範囲内で大きくしたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石埋め込み型回転子。
3. 前記極間薄肉部の周方向幅を、前記磁石挿入穴と前記回転子鉄心との間の薄肉部よりも狭くしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石埋め込み型回転子。
4. １極を構成する前記永久磁石を複数に分割して、前記磁石挿入穴に埋め込むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子。
5. 前記磁石挿入穴に、前記永久磁石の周方向の端部を固定する磁石固定部を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子。
6. 前記空気領域に接着剤もしくは樹脂等を充填して前記永久磁を固定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子。
7. 隣り合う異極の永久磁石の間の極間部の外周部付近に、磁束漏れ抑制部を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子。
8. 隣り合う異極の永久磁石の間の極間部の外周部に窪みを設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子。
9. 隣り合う異極の永久磁石の間の極間部の外周部付近に磁束漏れ抑制部を設け、隣り合う同極の永久磁石の間の同極間部の内側で前記磁石挿入穴よりも前記軸穴側に前記磁束漏れ抑制部を設けることを特徴とする請求項４記載の永久磁石埋め込み型回転子。
10. 前記回転子鉄心の永久磁石を埋め込む前記磁石挿入穴の外側に、スリットを設けたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子。
11. 前記永久磁石は、希土類磁石で構成されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子。
12. 前記回転子鉄心は、電磁鋼板の夫々に接着剤を塗布した後、接着にて固定して積層されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子を搭載したことを特徴とする掃除機。