JP3083510B2 - 無刷子電動機およびその製造方法と磁石回転子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主にルームエアコ
ンや給湯機や換気扇などの送風ファン駆動源として用い
られる小型電動機の一種である無刷子電動機およびその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、この種の無刷子電動機は、低コス
ト化、部品点数・加工工数の削減を実現した上で高品
質、高出力および高効率化が強く要求されている。無刷
子電動機の高出力および高効率化は、固定子は磁気飽和
限界までスロット面積を拡げるとともに、高密度実装巻
線により実現し、また、回転子は磁束密度の高い磁石を
使用することにより対処されている。さらに、最近では
多極化することによって高効率化を実現している。

【０００３】磁石は形状面からはリング型磁石とセグメ
ント型磁石に区分され、セグメント型磁石の方が磁束密
度は高い。また、磁性粉体を金型内で成型するときに磁
場をかけて配向するか、磁場をかけないで配向しないか
によって、異方性磁石、等方性磁石に区分され、磁場を
かけて得られる異方性磁石には、磁場配向によってラジ
アル異方性磁石と極異方性磁石に区分され、極異方性磁
石はラジアル異方性磁石よりも２０％程度磁束密度が高
く、着磁波形は正弦波となるので、低振動化、高出力お
よび高効率化には極異方性磁石が用いられるようになっ
てきた。

【０００４】従来、この種の無刷子電動機について、図
１６および図１７を参照しながら説明する。

【０００５】図に示すように、固定子５４は、６つのス
ロットを有する固定子鉄心５１を一体成形あるいは軸方
向からの挟み込みによりインシュレータ５２にて絶縁
し、電機子巻線５３を直接巻装して構成され、磁石回転
子５５は、シャフト５６を圧入した回転子鉄心５７に４
枚のフェライト異方性セグメント磁石５８を貼り付け、
フェライト異方性セグメント磁石５８の軸方向長さは固
定子鉄心５１の軸方向長さ以上と構成され、５９は磁石
回転子５５の磁極位置を検出するための位置検出素子で
あるホール素子６０を搭載したプリント基板であり、ホ
ール素子６０はフェライト異方性セグメント磁石５８の
漏れ磁束を検出する構成であった。しかし、このような
６スロット４極の無刷子電動機では、極端な高効率化は
できないため、固定子鉄心５１のスロット数を６スロッ
トから９スロットあるいは１２スロットにし、磁石回転
子５５の極数を４極から８極にすることによって、高効
率化する構成が提案されてきている。しかしながら、磁
石回転子５５の極数を４極から８極に増やすことによっ
て、磁石回転子５５の加工工数は２倍になってしまうた
め、コスト高となるので、リング型磁石である極異方性
磁石の採用が増えてきている。中でも、プラスチックフ
ェライト極異方性磁石の採用が増えてきているが、プラ
スチックフェライト極異方性磁石では減磁耐力が劣化す
るうえ、高出力および高効率化が困難であるため、フェ
ライト焼結極異方性磁石が採用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このフェライト焼結極
異方性磁石など焼結リング型磁石は、軸方向長さが３８
ｍｍを超えるものは、成型プレスのストロークおよび耐
圧力の関係で製造できないため、高出力および高効率化
のためには、磁石外径を大きくするとともに固定子鉄心
外径を大きくして対応しているため、電動機が大きくな
り、コスト高になるという課題があった。また、無刷子
電動機を搭載する電気機器の寸法等の制約から大径化で
きない場合があるという課題があった。また、軸方向長
さが２３ｍｍを超えるものは、通常の機械式プレスでは
製造できないため、油圧プレスにて製造するので、生産
タクトが約３倍となり、コスト高となるという課題があ
り、また、軸方向長さが長くなると軸方向の磁性粉体の
密度分布にバラツキが生じて割れやすくなり、コスト高
となるという課題があり、低コストで電動機外径を大き
くすることなく、高出力・高効率が実現できる無刷子電
動機が要求されている。

【０００７】また、焼結極異方性磁石は磁場配向しなが
ら圧縮しているため、成型時に磁石の軸方向において上
側は５％〜１０％程度磁束密度が低くなるので、無刷子
電動機の構成によっては、軸方向の振動が発生するとい
う課題があり、磁石の軸方向の磁束密度分布が軸方向中
心を境に対照になり、軸方向の振動が抑制できる無刷子
電動機が要求されている。

【０００８】また、プリント基板５９を電動機内部に内
蔵し、ホール素子６０を用いて磁石回転子５５の磁極位
置を検出する場合、磁石の軸方向長さは固定子鉄心５１
に巻装された電機子巻線５３の軸方向長さ以上とする必
要があり、前述した軸方向長さが３８ｍｍを超える磁石
が必要となるという課題があった。

【０００９】なお、極異方性磁石の軸方向への積層につ
いては、各種産業機器に用いられるＡＣサーボモータに
おいて、コギングトルクを低減するために、極異方性磁
石を軸方向に複数個に分割して磁極をずらしたあと着磁
して、みかけのスキュー着磁をしたＡＣサーボモータ
（特開平８−３４０６５２号公報参照）の構成が開示さ
れているが、その目的はコギングトルクの低減であり、
この構成をそのまま送風ファン駆動源用の無刷子電動機
に適用した場合、実際の誘起電圧位相とホール素子６０
の検出した磁石回転子５５の位置ズレを生じることから
効率が極端に劣化したり、トルクリップルが増大するな
どの課題があった。また、フェライト焼結極異方性磁石
は磁性粉体を金型内に充填し、磁場をかけて配向しなが
ら、軸方向に３分の１程度まで圧縮した成型体を脱磁
し、焼成し、寸法精度を確保するために、外径・軸方向
端面を研磨して製造されているため、開示されたように
磁極の極間に線を設けることは実際にはできない。さら
に、凹凸を設けて勘合させて積み重ねることも容易に考
えられるが、焼成時の収縮にバラツキが生じるので、積
み重ねた磁石の間に大きな隙間を生じるなど、確実に磁
極を合わせて積み重ねることは困難であるという課題が
あった。また、研磨された焼結極異方性磁石とシャフト
の固定は、ＡＣサーボモータでは焼結極異方性磁石の内
径をさらに研磨して、シャフトに接着固定している。こ
こで、焼結極異方性磁石の内径研磨は加工が困難である
ため、コストが異常に高くなるという課題があり、磁石
の内径研磨を施さなくてもシャフトに磁石を固定でき、
低コストで高出力・高効率の無刷子電動機が要求されて
いる。

【００１０】また、ホール素子６０などの位置検出素子
を搭載したプリント基板５９を電動機内部に内蔵する無
刷子電動機において、固定子鉄心５１の軸方向長さに関
係なく、電機子巻線５３が固定子鉄心５１よりも軸方向
に突出する長さは変わらないために、固定子鉄心５１の
軸方向長さが短い場合、磁石の軸方向長さに対する固定
子鉄心５１の軸方向長さの比率が大きくなるため、固定
子鉄心５１が磁気飽和し、誘起電圧に歪みが生じて、誘
起電圧位相とホール素子６０によって検出した位置検出
信号の位相がずれ、効率の劣化や振動が大きくなるとい
う課題があり、固定子鉄心の軸方向長さが短く、ホール
素子を内蔵するために磁石の軸方向長さを長くしても磁
気飽和などの影響が無く、効率の劣化および振動の抑制
ができる無刷子電動機が要求されている。

【００１１】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、電動機の軸方向長さが長くても、ホール
素子などの位置検出素子を搭載したプリント基板を電動
機内部に内蔵でき、高品質を確保するとともに、焼結極
異方性磁石を使用した低コストで低振動・高出力・高効
率を実現できる無刷子電動機を提供することを第１の目
的とする。

【００１２】また、高品質を確保するとともに、極異方
性磁石の軸方向長さを長く構成し、低コストで低振動・
高出力・高効率を実現できる無刷子電動機の製造方法を
提供することを第２の目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の無刷子電動機は
上記第１の目的を達成するために第１の手段は、磁石回
転子は複数段の焼結極異方性磁石を磁極表示マークを合
わせて軸方向に積み重ねて構成され、前記磁極表示マー
クは外径側軸方向角の磁極ピーク部に形成されたことを
特徴とする無刷子電動機の構成としたものである。

【００１４】これにより、磁石の磁性粉体の密度低下が
抑制できることによって、磁石の安定生産ができるとと
もに、高品質を確保でき、加工工数の削減ができ、磁極
合わせが容易になることによって、焼結極異方性磁石の
軸方向長さを容易に長く構成できるので、安価に低振
動、高出力、高効率の無刷子電動機が得られる。

【００１５】また、上記第１の目的を達成するために、
第２の手段は、磁石回転子は複数段の焼結極異方性磁石
をそれぞれの磁極表示マークを合わせて軸方向に積み重
ねて構成され、前記磁極表示マークはくぼみ状に形成さ
れたことを特徴とする無刷子電動機の構成としたもので
ある。

【００１６】これにより、磁石の磁性粉体の密度低下が
抑制できることによって、磁石の安定生産ができるとと
もに、高品質を確保でき、部品点数および加工工数の削
減ができ、安価で低振動、高出力、高効率の無刷子電動
機が得られる。

【００１７】また、上記第１の目的を達成するために、
第３の手段は、磁石回転子は複数段の焼結極異方性磁石
をそれぞれの磁極表示マークを合わせて軸方向に積み重
ね、シャフトに樹脂で一体成型にて構成されたことを特
徴とする無刷子電動機の構成としたものである。

【００１８】これにより、磁石が安価に安定生産ができ
るとともに、高品質を確保でき、部品点数の削減がで
き、さらに作業時間の削減ができ、より安価で、低振
動、高出力、高効率の無刷子電動機が得られる。

【００１９】また、上記第１の目的を達成するために、
第４の手段は、磁極表示マークは同一面上に２カ所１８
０度等配で設けたことを特徴とする無刷子電動機の構成
としたものである。

【００２０】これにより、磁石の安定生産ができるとと
もに、高品質を確保でき、部品点数の削減ができ、さら
に磁石の磁極合わせが短時間ででき、より安価で、低振
動、高出力、高効率の無刷子電動機が得られる。

【００２１】また、上記第１の目的を達成するために、
第５の手段は、１つの磁石の軸方向長さを２３ｍｍ以下
としたことを特徴とする無刷子電動機の構成としたもの
である。

【００２２】これにより、磁石の安定生産が低コストで
できるとともに、高品質を確保でき、さらに安価で低振
動、高出力、高効率の無刷子電動機が得られる。

【００２３】また、上記第１の目的を達成するために、
第６の手段は、磁石回転子の軸方向長さを３８ｍｍ以上
としたことを特徴とする無刷子電動機の構成としたもの
である。

【００２４】これにより、低振動、高出力、高効率の無
刷子電動機が得られる。

【００２５】また、上記第１の目的を達成するために、
第７の手段は、磁石回転子は２段に積み重ねられた焼結
極異方性磁石によって構成され、焼結極異方性磁石の高
磁束側軸方向端面を重ね合わせたことを特徴とする無刷
子電動機の構成としたものである。

【００２６】これにより、軸方向の振動が抑制され、低
振動、高出力、高効率の無刷子電動機が得られる。

【００２７】また、上記第２の目的を達成するために、
第８の手段は、磁石回転子の磁石部は着磁された状態の
前記極異方性磁石を極性の異なる磁極ピーク同士を合わ
せて軸方向に複数段積み重ねた後、脱磁することを特徴
とする磁石回転子の製造方法としたものである。

【００２８】これにより、容易に極異方性磁石の軸方向
長さが長くでき、安価で、低振動、高出力、高効率の磁
石回転子の製造方法が得られる。

【００２９】また、上記第２の目的を達成するために、
第９の手段は、磁石回転子の磁石部は着磁された状態の
前記極異方性磁石を極性の異なる磁極ピーク同士を合わ
せて軸方向に複数段積み重ねた後、非磁性金型内にシャ
フトと積み重ねられた磁石をセットし、樹脂を金型内に
注入し、シャフトと磁石を固定した後、脱磁することを
特徴とする磁石回転子の製造方法としたものである。

【００３０】これにより、容易に極異方性磁石の軸方向
長さが長い磁石回転子ができ、低コストで、低振動、高
出力、高効率の磁石回転子の製造方法が得られる。

【００３１】また、上記第２の目的を達成するために、
第１０の手段は、磁石回転子の磁石部は着磁された状態
の極異方性磁石における軸方向の平坦面に接着剤を塗布
した後、極性の異なる磁極ピーク同士を合わせて軸方向
に複数段積み重ねた後、脱磁することを特徴とする磁石
回転子の製造方法としたものである。

【００３２】これにより、容易に極異方性磁石の軸方向
長さが長い磁石回転子ができ、低コストで、低振動、高
出力、高効率の磁石回転子の製造方法が得られる。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、磁石回転子は複数段の焼結極異方性磁石を磁極表示
マークを合わせて軸方向に積み重ねて構成され、前記磁
極表示マークは外径側軸方向角の磁極ピーク部に形成さ
れたことを特徴とする無刷子電動機の構成としたもので
あり、磁石の磁性粉体の密度低下が抑制できることによ
って、磁石の品質が高レベルで安定するとともに、焼結
極異方性磁石の磁極の位置合わせが容易になり、焼結極
異方性磁石の軸方向長さを長く構成できるという作用を
有する。

【００３４】本発明の請求項２に記載の発明は、磁石回
転子は複数段の焼結極異方性磁石をそれぞれの磁極表示
マークを合わせて軸方向に積み重ねて構成され、前記磁
極表示マークはくぼみ状に形成されたことを特徴とする
無刷子電動機の構成としたものであり、焼結極異方性磁
石の磁性粉体の密度分布がほぼ均一になることによっ
て、磁石の品質が高レベルで安定するとともに、焼結極
異方性磁石の磁極の位置合わせが容易となるという作用
を有する。

【００３５】本発明の請求項３に記載の発明は、磁石回
転子は複数段の焼結極異方性磁石をそれぞれの磁極表示
マークを合わせて軸方向に積み重ね、シャフトに樹脂で
一体成型にて構成されたことを特徴とする無刷子電動機
の構成としたものであり、磁石の内径研磨および積層さ
れた回転子鉄心のシャフトへの圧入が不要となるという
作用を有する。

【００３６】本発明の請求項４に記載の発明は、磁極表
示マークは同一面上に２カ所１８０度等配で設けたこと
を特徴とする無刷子電動機の構成としたものであり、積
み重ねる磁石の磁極合わせに要する時間が短くなるとい
う作用を有する。

【００３７】本発明の請求項５に記載の発明は、１つの
磁石の軸方向長さを２３ｍｍ以下としたことを特徴とす
る無刷子電動機の構成としたものであり、磁石の生産が
機械式プレスにて製造できるので磁石の生産性が向上す
るという作用を有する。

【００３８】本発明の請求項６に記載の発明は、磁石回
転子の軸方向長さを３８ｍｍ以上としたことを特徴とす
る無刷子電動機の構成としたものであり、磁石回転子の
外径を大径化することなく、磁石回転子の磁束量が増加
するという作用を有する。

【００３９】本発明の請求項７に記載の発明は、磁石回
転子は２段に積み重ねられた焼結極異方性磁石によって
構成され、焼結極異方性磁石の高磁束側軸方向端面を重
ね合わせたことを特徴とする無刷子電動機の構成とした
ものであり、磁石の軸方向の磁束密度分布は軸方向中心
部が最大になるとともに、軸方向中心部を境に対照にな
るという作用を有する。

【００４０】本発明の請求項８に記載の発明は、磁石回
転子の磁石部は着磁された状態の前記極異方性磁石を極
性の異なる磁極ピーク同士を合わせて軸方向に複数段積
み重ねた後、脱磁することを特徴とする磁石回転子の製
造方法としたものであり、積み重ねる磁石において磁場
の方向を容易に合わせることができるという作用を有す
る。

【００４１】本発明の請求項９に記載の発明は、磁石回
転子の磁石部は着磁された状態の前記極異方性磁石を極
性の異なる磁極ピーク同士を合わせて軸方向に複数段積
み重ねた後、非磁性金型内にシャフトと積み重ねられた
磁石をセットし、樹脂を金型内に注入し、シャフトと磁
石を固定した後、脱磁することを特徴とする磁石回転子
の製造方法としたものであり、磁石回転子において積み
重ねる磁石の磁場の方向を容易かつ確実に合わせること
ができるという作用を有する。

【００４２】本発明の請求項１０に記載の発明は、磁石
回転子の磁石部は着磁された状態の極異方性磁石におけ
る軸方向の平坦面に接着剤を塗布した後、極性の異なる
磁極ピーク同士を合わせて軸方向に複数段積み重ねた
後、脱磁することを特徴とする磁石回転子の製造方法と
したものであり、積み重ねる磁石において磁束の配向を
容易かつ確実に合わせることができるという作用を有す
る。

【００４３】以下、本発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００４４】

【実施例】（実施例１） 図１〜図６に示すように、１は複数のスロットを有する
固定子鉄心４に絶縁材にて形成されたインシュレータ２
を介して電機子巻線３を巻装した固定子で、固定子１は
熱硬化性樹脂１６にてモールド成型されて外被を形成し
ており、１７はブラケットＡ、１８はブラケットＢで軸
受け１４を保持している。１９はホール素子２０を搭載
したプリント基板で、１０は磁石回転子であり、フェラ
イト焼結極異方性磁石５を使用している。

【００４５】以上のように構成された無刷子電動機の電
動機本体内部の磁石回転子１０について説明する。焼結
極異方性磁石５は８極に配向されるとともに、外径側軸
方向角７の磁極中心部８に曲面にて形成されるくぼみ状
の磁極表示マーク６を１８０度等配にて２カ所設け、単
体の軸方向長さは２３ｍｍ以下であり、磁石外径と軸方
向端面は研磨されており、軸方向端面は平坦面９であ
る。また、着磁の位置決め用の凹部１３を軸方向端面の
平坦面９に設けている。磁石回転子１０は磁極表示マー
ク６を突き合わせて軸方向に複数段焼結極異方性磁石５
を積み重ね、シャフト１１に樹脂１２で一体成形されて
構成されている。ここで、磁石回転子１０の磁石部の全
軸方向長さは３８ｍｍ以上であり、焼結極異方性磁石５
単体の軸方向長さは略同一であり、樹脂１２は軸受け１
４を保持する突部１５を軸方向に形成している。なお、
図において磁束の配向を示す線は仮想線である。

【００４６】このような本発明の無刷子電動機によれ
ば、磁極表示マーク６を設け、この磁極表示マーク６を
突き合わせて軸方向に平坦面９にて積み重ねて磁石回転
子１０を構成することによって、焼結極異方性磁石の軸
方向長さを、寸法精度を損ねることなく長くでき、磁石
回転子１０の重量アンバランス量の増加を抑制でき、鎖
交磁束が確実な正弦波であり、磁束量を大幅に増加でき
るので、低振動、高出力、高効率の無刷子電動機が得ら
れる。

【００４７】また、磁極表示マーク６を外径側軸方向角
７に設けることによって、焼結極異方性磁石５の磁極の
位置合わせが容易となるため、磁極合わせに要する時間
が短時間化でき、磁石の金型構造が単純化でき、磁石の
外径研磨および軸方向端面研磨は容易にできるので、安
価に低振動、高出力、高効率の無刷子電動機が得られ
る。

【００４８】また、電機子巻線３の軸方向長さよりも磁
石回転子１０の磁石部の軸方向長さを長くできるので、
ホール素子２０を搭載したプリント基板１９を内蔵する
高出力・高効率の無刷子電動機が得られる。

【００４９】また、磁極表示マーク６を磁極中心部８に
設けることによって、磁石の磁性粉体の密度低下が抑制
できるため、磁石焼成時に割れの発生が抑制でき、磁石
の品質が高レベルで安定することとなり、安価に、割れ
にくい焼結極異方性磁石５が製造できるので、高品質を
確保でき、安価で低振動、高出力、高効率の無刷子電動
機が得られる。

【００５０】また、磁極表示マーク６を曲面にて形成さ
れたくぼみ状としたことにより、焼結極異方性磁石５を
構成する磁性粉体の磁極表示マーク６部の密度分布がほ
ぼ均一になるため、磁石焼成時に割れの発生が抑制で
き、磁石の品質が高レベルで安定することとなり、安価
に、割れにくい焼結極異方性磁石５が製造でき、磁極の
位置合わせが容易となるので、磁極合わせに要する時間
が短時間化できるとともに、高品質を確保でき、安価で
低振動、高出力、高効率の無刷子電動機が得られる。

【００５１】また、磁石回転子１０は複数段の焼結極異
方性磁石５の磁極表示マーク６を合わせて軸方向に積み
重ね、シャフト１１に樹脂１２で一体成型にて構成する
ことによって、焼結極異方性磁石５の内径研磨および積
層された回転子鉄心のシャフトへの圧入が不要となるた
め、焼結極異方性磁石５が安価に安定生産ができるとと
もに、部品点数の削減ができ、さらに作業時間の削減が
できるので、より安価で、高品質、低振動、高出力、高
効率の無刷子電動機が得られる。

【００５２】また、磁極表示マーク６を同一面上に２カ
所１８０度等配で設けることにより、積み重ねる磁石の
磁極合わせは、磁石を９０度回転させるのみでよく、磁
極合わせに要する時間が短くなるので、より安価で、高
品質、低振動、高出力、高効率の無刷子電動機が得られ
る。

【００５３】また、１つの焼結極異方性磁石５の軸方向
長さを２３ｍｍ以下とすることにより、焼結極異方性磁
石５の生産が機械式プレスにて製造でき、割れにくくな
るため、焼結極異方性磁石５の生産性が向上するので、
さらに安価で、高品質、低振動、高出力、高効率の無刷
子電動機が得られる。

【００５４】また、磁石回転子１０の磁石部の軸方向長
さを３８ｍｍ以上とすることにより、焼結極異方性磁石
５の生産性の向上による磁石のコスト低減効果が大きく
なるとともに、磁石回転子１０の外径を大径化すること
なく、磁石回転子１０の磁束量が増加するので、低振
動、高出力、高効率で低コストの無刷子電動機が得られ
る。

【００５５】なお、実施例１の図では２段積み重ね磁石
回転子１０ａおよび３段積み重ね磁石回転子１０ｂのみ
を示したが、４段積み重ね以上の磁石回転子とする場合
は３段積み重ねと同様の構成にて実現できる。

【００５６】また、焼結極異方性磁石５の軸方向端面の
平坦面９に着磁の位置決め用の凹部１３を設けている
が、磁極表示マーク６を着磁の位置決めに用いて、凹部
１３を無くしてもよく、その作用効果に差異を生じな
い。

【００５７】また、図５に示すように、２段積み重ねの
場合は磁極表示マーク６を一方の軸方向端面側のみに設
ければよく、さらに、極表示マーク６は１カ所のみでも
よく、極表示マーク６の数が少なければ、無刷子電動機
の組立における磁石回転子１０の搬送時に磁石の割れや
欠けの生じる率は減少するが、磁極表示マーク６の数の
変更によって、その作用効果に差異を生じることはな
い。

【００５８】また、焼結極異方性磁石５単体の軸方向長
さは略同一としたが異なる軸方向長さとしてもよく、そ
の作用効果に差異は生じない。しかし、同一軸方向長さ
とすることによって、磁石の生産性は向上するので、磁
石は安価となり、無刷子電動機の低コスト化が図れる。

【００５９】また、磁石３段積み重ねとしたときに、中
に設置される焼結極異方性磁石５のみ両軸方向端面に磁
極表示マーク６を設け、上段および下段に設置される焼
結極異方性磁石５は中に設置される焼結極異方性磁石５
に接する軸方向端面側のみ磁極表示マーク６を設けても
よく、その作用効果に差異は生じない。しかし、同一形
状の磁石とすることによって、磁石の生産性は向上する
ので、磁石は安価となり、無刷子電動機の低コスト化が
図れる。

【００６０】（実施例２） 図７に示すように、磁極表示マーク６を有する軸方向端
面２１側が磁石のプレス成型時に下型側になるよう設定
して製造された焼結極異方性磁石５は、磁石の軸方向に
おいて磁極表示マーク６を有する側の磁束密度が高くな
っている。この高磁束側軸方向端面２１を、磁極表示マ
ーク６を合わせて重ね、図２に示す２段積みの磁石回転
子１０の構成とする。ここで、上段側磁石および下段側
磁石の軸方向長さは、ほぼ同一になるように構成されて
いる。なお、その他の構成は実施例１と同じである。

【００６１】このような本発明の無刷子電動機によれ
ば、磁極表示マーク６を焼結極異方性磁石５の軸方向に
おいて高磁束密度側に設け、高磁束側軸方向端面２１を
重ね合わせて磁石回転子１０ａを構成することによっ
て、磁石の軸方向の磁束密度分布において、軸方向中心
部が最大になるので、鎖交磁束がより高くなる。また、
軸方向中心部を境に磁束密度分布が対照になるため、軸
方向の振動が抑制され、低振動、高出力、高効率の無刷
子電動機が得られる。

【００６２】（参考例１） 図８〜図１１に示すように、２３は極異方性磁石で、２
２は焼結ラジアル異方性リング型磁石であり、その外径
寸法は焼結極異方性磁石２３と同一である。焼結極異方
性磁石２３の軸方向長さは固定子鉄心４の軸方向長さ以
上に長く、軸方向長さが略同一の焼結ラジアル異方性リ
ング型磁石２２によって、焼結極異方性磁石２３を挟み
込むように設置し、樹脂１２でシャフト１１に一体成形
して磁石回転子２４が形成され、磁石回転子２４の磁石
部の軸方向長さは電機子巻線３部の軸方向長さ以上と
し、着磁は外周側正弦波着磁して構成されている。な
お、図において磁束の配向を示す線は仮想線である。ま
た、無刷子電動機としての主要な構成は実施例１と同じ
である。

【００６３】このような本発明の無刷子電動機によれ
ば、磁石回転子２４は焼結極異方性磁石２３を焼結ラジ
アル異方性リング型磁石２２にて軸方向に挟み込んで構
成することによって、それぞれの磁石の磁場方向を合わ
せることなく、高出力・高効率化のために磁石の軸方向
長さを長くできるうえ、焼結極異方性磁石２３の磁束が
主に電機子巻線３に鎖交するので、鎖交磁束が比較的正
弦波に近づくとともに、磁石回転子２４の磁石部の軸方
向長さが長くなっても、固定子鉄心４の磁気飽和が抑制
されるので、固定子鉄心４の軸方向長さが比較的短い無
刷子電動機としても、ホール素子２０を搭載したプリン
ト基板１９が内蔵でき、出力および効率を高めることが
できるとともに、振動の発生を抑制できる安価な無刷子
電動機が得られる。

【００６４】また、無刷子電動機の要求される出力およ
び効率によっては、焼結ラジアル異方性リング型磁石２
２の代わりに焼結等方性リング型磁石としても、焼結極
異方性磁石２３単体で磁石回転子を構成するよりも、磁
石の軸方向長さを長くできるので、鎖交磁束が増加し、
出力および効率の向上が図れる。

【００６５】また、焼結極異方性磁石２３の軸方向長さ
を固定子鉄心４の軸方向長さ以上にすることによって、
出力および効率を、より一層高めることができる。

【００６６】また、シャフト１１に樹脂１２で一体成型
にて構成することによって、焼結極異方性磁石２３およ
びラジアル異方性リング型磁石２２または焼結等方性リ
ング型磁石の内径研磨および積層された回転子鉄心のシ
ャフト１１への圧入が不要となるため、磁石が安価に安
定生産ができるとともに、部品点数の削減ができ、さら
に作業時間の削減ができるので、より安価で、高品質
で、振動を抑え、出力および効率を高めた無刷子電動機
が得られる。

【００６７】また、焼結極異方性磁石２３の内径Ｄ１よ
りも、焼結ラジアル異方性リング型磁石２２または焼結
等方性リング型磁石の内径Ｄ２を大きくし、シャフト１
１に樹脂１２で一体成形することによって、焼結ラジア
ル異方性リング型磁石２２および焼結等方性リング型磁
石の金型構造が単純化でき、磁石材の量を減らすことが
でき、焼成時に割れにくくなるため、磁石がより安価に
生産できるので、より低コストで、軽量、高品質で、振
動を抑え、出力および効率を高めた無刷子電動機が得ら
れる。

【００６８】また、外周側正弦波着磁することによっ
て、焼結ラジアル異方性リング型磁石２２または焼結等
方性リング型磁石から鎖交する鎖交磁束についても、正
弦波となるため、出力および効率が高く、低振動な無刷
子電動機が得られる。

【００６９】また、焼結等方性リング型磁石の軸方向端
面のどちらか一方にホール素子２０検出用の面着磁を施
した後、外周側正弦波着磁した磁石回転子２４とするこ
とによって、固定子鉄心４に鎖交する磁束が供給できる
とともに、ホール素子２０に対しても確実に磁束を供給
できるので、電機子巻線３からの電機子反作用の影響を
受けることのない位置にホール素子２０を搭載できるた
め、確実な位置検出が可能となり、低コストで、出力お
よび効率が高く、低振動な無刷子電動機が得られる。

【００７０】なお、焼結極異方性磁石２３の軸方向長さ
は、固定子鉄心４の磁気飽和の状態から決定すればよ
く、固定子鉄心４の軸方向長さの１．５倍程度以内であ
れば、磁気飽和も抑制でき、鎖交磁束も正弦波化でき、
その作用効果に差異を生じない。

【００７１】（実施例３） 図１２および図１３に示すように、２５ａおよび２５ｂ
は着磁された同一の内・外径および軸方向長さの極異方
性磁石で、２６は非磁性材料にて製作された金型で、２
７はシャフト、２８は熱可塑性の樹脂であり、以下、磁
石回転子２９の製造方法について説明する。着磁された
極異方性磁石２５ａのＮ極と、極異方性磁石２５ｂのＳ
極とを軸方向端面を合わせて磁石の吸引力によってくっ
つける。このとき極異方性磁石２５ａと２５ｂは互いの
磁極ピーク同士でのみ安定してくっつくこととなる。次
に、この磁石を非磁性の金型２６の下型２６ａ内にセッ
トした後、シャフト２７についても非磁性の金型２６の
下型２６ａ内にセットし、上型２６ｂを閉じて、樹脂２
８を金型２６内に射出して、シャフト２７、極異方性磁
石２５ａ、２５ｂを樹脂２８にて一体的に成形固化して
磁石回転子２９を形成し、金型２６から取り出した後、
脱磁して無刷子電動機の部品としての磁石回転子２９の
製造が完了する。それ以後の組立は通常の無刷子電動機
の製造方法と同じである。

【００７２】このような本発明の無刷子電動機の製造方
法によれば、着磁された状態の極異方性磁石２５ａ、２
５ｂの極性の異なる磁極ピーク同士を合わせて軸方向に
複数段積み重ねた製造方法としたことによって、積み重
ねる磁石において磁束の配向を容易に合わせることがで
きるので、磁石回転子において極異方性磁石の軸方向長
さを容易に長くでき、安価で、低振動、高出力、高効率
の無刷子電動機の製造方法が得られる。

【００７３】また、磁石の吸引力によってくっつけた磁
石を非磁性の金型にセットし、シャフトと磁石を樹脂で
一体成形する製造方法とすることによって、金型２６と
磁石が吸引されることはなく、シャフト２７と磁石を固
定するのに要する時間が短縮できるため、低コストで、
低振動、高出力、高効率の無刷子電動機の製造方法が得
られる。

【００７４】なお、実施例３では磁石を金型２６内にセ
ットしてからシャフト２７を金型２６内にセットした
が、シャフト２７をセットしてから磁石をセットしても
よく、その作用効果に差異を生じない。

【００７５】また、極異方性磁石２５ａ、２５ｂの着磁
の状態については、フル着磁された状態でなくても、磁
石の吸引力によってくっつけばよく、その作用効果に差
異を生じない。

【００７６】また、シャフト２７と磁石は一体成形によ
り固着したが、接着剤によってシャフト２７と磁石ある
いはシャフト２７に圧入された回転子鉄心を固定しても
よく、その作用効果に差異を生じない。

【００７７】また、極異方性磁石２段を積み重ねた磁石
回転子２９の製造方法について説明したが、３段以上の
積み重ねについても、同様の方法にて製造可能である。

【００７８】（実施例４） 図１４および図１５に示すように、２５ａおよび２５ｂ
は着磁された同一の内・外径および軸方向長さの極異方
性磁石で、３０は非磁性材料にて製作された治具で、２
７はシャフトで、３１は接着剤で、３４は一般的な金型
材（磁性材）の金型であり、以下、磁石回転子３２の製
造方法について説明する。着磁された極異方性磁石２５
ａ、２５ｂの軸方向の平坦面３３に接着剤３１を塗布
し、治具３０にセットして外径の振れなどを矯正しなが
ら、極異方性磁石２５ａと２５ｂを接着固定する。次
に、この磁石を治具３０から取り出して脱磁装置（図示
せず）によって脱磁し、磁性材の金型３４の下型３４ａ
内にセットした後、シャフト２７についても金型３４の
下型３４ａ内にセットし、上型３４ｂを閉じて、樹脂２
８を金型３４内に射出して、シャフト２７、極異方性磁
石２５ａ、２５ｂを樹脂２８にて一体的に成形固化して
磁石回転子３２を形成し、金型３２から取り出して無刷
子電動機の部品としての磁石回転子３２の製造が完了す
る。それ以後の組立は通常の無刷子電動機の製造方法と
同じである。

【００７９】このような本発明の無刷子電動機の製造方
法によれば、着磁された状態の極異方性磁石２５ａ、２
５ｂの平坦面３３に接着剤３１を塗布し、極性の異なる
部分を合わせて軸方向に複数段積み重ねて接着固定する
製造方法としたことによって、積み重ねる磁石において
磁束の配向を容易に合わせることができるので、磁石回
転子において極異方性磁石の軸方向長さを容易に長く一
体化でき、安価で、低振動、高出力、高効率の無刷子電
動機に用いる無刷子電動機の製造方法が得られる。

【００８０】また、極異方性磁石２５ａ、２５ｂを積み
重ねて接着固定してから、脱磁してシャフトに固定する
磁石回転子の製造方法とすることによって、金型、設備
などが一般的で安価な磁性材にて構成でき、磁石回転子
３２の製造過程において、鉄粉などのゴミが磁石にくっ
つく可能性が激減するため、寸法精度が高く維持でき、
品質が高く、低コスト、低振動、高出力、高効率の無刷
子電動機に用いる磁石回転子の製造方法が得られる。

【００８１】なお、実施例４では磁石を金型３４内にセ
ットしてからシャフト２７を金型３４内にセットした
が、シャフト２７をセットしてから磁石をセットしても
よく、その作用効果に差異を生じない。

【００８２】また、極異方性磁石２５ａ、２５ｂの着磁
の状態については、フル着磁された状態でなくても、磁
石の吸引力によってくっつけばよく、その作用効果に差
異を生じない。

【００８３】また、シャフト２７と磁石は一体成形によ
り固着したが、接着剤によってシャフト２７と磁石ある
いはシャフト２７に圧入された回転子鉄心を固定しても
よく、その作用効果に差異を生じない。

【００８４】また、極異方性磁石２段を積み重ねた磁石
回転子３２の製造方法について説明したが、３段以上の
積み重ねについても、同様の方法にて製造可能である。

【００８５】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、磁極表示マークは外径側軸方向角の磁極ピー
ク部に設けことによって、磁石の磁性粉体の密度低下が
抑制できるため、磁石焼成時に割れの発生が抑制でき、
磁石の品質が高レベルで安定することとなり、安価に、
割れにくい焼結極異方性磁石が製造できるので、高品質
を確保でき、安価で低振動、高出力、高効率の無刷子電
動機を提供できる。

【００８６】また、磁極表示マークをくぼみ状に形成し
たことにより、焼結極異方性磁石を構成する磁性粉体の
磁極表示マーク部の密度分布がほぼ均一になるため、磁
石焼成時に割れの発生が抑制でき、磁石の品質が高レベ
ルで安定することとなり、安価に、割れにくい焼結極異
方性磁石が製造でき、磁極の位置合わせが容易となるの
で、磁極合わせに要する時間が短時間化できるととも
に、高品質を確保でき、安価で低振動、高出力、高効率
の無刷子電動機を提供できる。

【００８７】また、磁石回転子は複数段の焼結極異方性
磁石を磁極表示マークを合わせて軸方向に積み重ね、シ
ャフトに樹脂で一体成型にて構成することによって、焼
結極異方性磁石の内径研磨および積層された回転子鉄心
のシャフトへの圧入が不要となるため、焼結極異方性磁
石が安価に安定生産ができるとともに、部品点数の削減
ができ、さらに作業時間の削減ができるので、より安価
で、高品質、低振動、高出力、高効率の無刷子電動機を
提供できる。

【００８８】また、磁極表示マークを同一面上に２カ所
１８０度等配で設けることにより、積み重ねる磁石の磁
極合わせは、磁石を９０度回転させるのみでよく、磁極
合わせに要する時間が短くなるので、より安価で、高品
質、低振動、高出力、高効率の無刷子電動機を提供でき
る。

【００８９】また、１つの焼結極異方性磁石の軸方向長
さを２３ｍｍ以下とすることにより、焼結極異方性磁石
の生産が機械式プレスにて製造でき、割れにくくなるた
め、焼結極異方性磁石の生産性が向上するので、さらに
安価で、高品質、低振動、高出力、高効率の無刷子電動
機を提供できる。

【００９０】また、磁石回転子の磁石部の軸方向長さを
３８ｍｍ以上とすることにより、焼結極異方性磁石の生
産性の向上による磁石のコスト低減効果が大きくなると
ともに、磁石回転子の外径を大径化することなく、磁石
回転子の磁束量が増加するので、低振動、高出力、高効
率で低コストの無刷子電動機を提供できる。

【００９１】また、磁極表示マークを焼結極異方性磁石
の軸方向において高磁束密度側に設け、高磁束側の軸方
向端面を重ね合わせて磁石回転子を構成することによっ
て、磁石の軸方向の磁束密度分布において軸方向中心部
が最大になるので、鎖交磁束がより高くなる。また、軸
方向中心部を境に磁束密度分布が対照になるため、軸方
向の振動が抑制され、低振動、高出力、高効率の無刷子
電動機を提供できる。

【００９２】また、着磁された状態の極異方性磁石の、
極性の異なる磁極ピーク同士を合わせて軸方向に複数段
積み重ねた後、脱磁する製造方法としたことによって、
積み重ねる磁石において磁束の配向を容易に合わせるこ
とができるので、磁石回転子において極異方性磁石の軸
方向長さを容易に長くでき、安価で、低振動、高出力、
高効率の無刷子電動機の製造方法を提供できる。

【００９３】また、磁石の吸引力によってくっつけた磁
石を非磁性の金型にセットし、シャフトと磁石を樹脂で
一体成形した後、脱磁する製造方法とすることによっ
て、金型と磁石が吸引されることはなく、シャフトと磁
石を固定するのに要する時間が短縮できるため、低コス
トで、低振動、高出力、高効率の無刷子電動機の製造方
法を提供できる。

【００９４】また、着磁された状態の極異方性磁石の平
坦面に接着剤を塗布し、極性の異なる部分を合わせて軸
方向に複数段積み重ねて接着固定した後、脱磁する製造
方法としたことによって、磁石回転子において極異方性
磁石の軸方向長さを容易に長く一体化でき、安価で、低
振動、高出力、高効率の無刷子電動機の製造方法を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の無刷子電動機の断面図

【図２】同無刷子電動機の磁石２段積み重ね磁石回転子
の斜視図

【図３】同無刷子電動機の磁石２段積み重ね磁石回転子
の断面図

【図４】同無刷子電動機の磁石３段積み重ね磁石回転子
の斜視図

【図５】同無刷子電動機の磁石２段積み重ね用焼結極異
方性磁石単体の斜視図

【図６】同無刷子電動機の磁石３段積み重ね用焼結極異
方性磁石単体の斜視図

【図７】本発明の実施例２の無刷子電動機の焼結極異方
性磁石単体の斜視図

【図８】本発明の参考例１の無刷子電動機の磁石の斜視
図

【図９】同無刷子電動機の断面図

【図１０】同無刷子電動機の磁石回転子の断面図

【図１１】同無刷子電動機の磁石回転子の斜視図

【図１２】本発明の実施例３の無刷子電動機の製造方法
における極異方性磁石を積み重ねる時の斜視図

【図１３】同磁石回転子の樹脂成型時の状態を示す要部
詳細断面図

【図１４】本発明の実施例４の無刷子電動機の製造方法
における磁石接着時の状態を示す斜視図

【図１５】同磁石回転子の樹脂成型時の状態を示す要部
詳細断面図

【図１６】従来の無刷子電動機の固定子、磁石回転子お
よびプリント基板を示す分解斜視図

【図１７】同無刷子電動機の断面図

【符号の説明】

１ 固定子 ２ インシュレータ ３ 電機子巻線 ４ 固定子鉄心 ５ 焼結極異方性磁石 ６ 磁極表示マーク ７ 外径側軸方向角 ８ 磁極中心部 ９ 平坦面 １０ 磁石回転子 １１ シャフト １２ 樹脂 １３ 凹部 １４ 軸受け １５ 突部 １６ 熱硬化性樹脂 １７ ブラケットＡ １８ ブラケットＢ １９ プリント基板 ２０ ホール素子 ２１ 高磁束側軸方向端面 ２２ 焼結ラジアル異方性リング型磁石 ２３ 焼結極異方性磁石 ２４ 磁石回転子 ２５ａ 極異方性磁石ａ ２５ｂ 極異方性磁石ｂ ２６ 非磁性材の金型 ２６ａ 非磁性材金型の下型 ２６ｂ 非磁性材金型の上型 ２７ シャフト ２８ 樹脂 ２９ 磁石回転子 ３０ 治具 ３１ 接着剤 ３２ 磁石回転子 ３３ 平坦面 ３４ 磁性材の金型 ３４ａ 磁性材金型の下型 ３４ｂ 磁性材金型の上型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｋ 29/08 Ｈ０２Ｋ 29/08 (56)参考文献 特開 昭58−56401（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−311678（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−245472（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−308756（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−311147（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−146618（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−201152（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−34903（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−144350（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−88156（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 1/27 - 1/28 H02K 15/03 H01F 7/00 - 7/02 H01F 41/02

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子鉄心に電機子巻線を巻装した固定
   子と、極異方性磁石を用いた磁石回転子よりなる無刷子
   電動機であって、前記磁石回転子は複数段の焼結極異方
   性磁石を磁極表示マークを合わせて軸方向に積み重ねて
   構成され、前記磁極表示マークは外径側軸方向角の磁極
   ピーク部に形成されたことを特徴とする無刷子電動機。
2. 【請求項２】 磁極表示マークはくぼみ状に形成された
   ことを特徴とする請求項１記載の無刷子電動機。
3. 【請求項３】 磁石回転子は複数段の焼結極異方性磁石
   をそれぞれの磁極表示マークを合わせて軸方向に積み重
   ね、シャフトに樹脂で一体成型にて構成されたことを特
   徴とする請求項１または２記載の無刷子電動機。
4. 【請求項４】 磁極表示マークは同一面上に２カ所１８
   ０度等配で設けたことを特徴とする請求項１から３のい
   ずれかに記載の無刷子電動機。
5. 【請求項５】 １つの磁石の軸方向長さを２３ｍｍ以下
   としたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記
   載の無刷子電動機。
6. 【請求項６】 磁石回転子の軸方向長さを３８ｍｍ以上
   としたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記
   載の無刷子電動機。
7. 【請求項７】 磁石回転子は２段に積み重ねられた焼結
   極異方性磁石によって構成され、焼結極異方性磁石の高
   磁束側軸方向端面を重ね合わせたことを特徴とする請求
   項１から６のいずれかに記載の無刷子電動機。
8. 【請求項８】 極異方性磁石を用いた磁石回転子の製造
   方法であって、前記磁石回転子の磁石部は着磁された状
   態の前記極異方性磁石を極性の異なる磁極ピーク同士を
   合わせて軸方向に複数段積み重ねた後、脱磁することを
   特徴とする磁石回転子の製造方法。
9. 【請求項９】 極異方性磁石を用いた磁石回転子の製造
   方法であって、前記磁石回転子の磁石部は着磁された状
   態の前記極異方性磁石を極性の異なる磁極ピーク同士を
   合わせて軸方向に複数段積み重ねた後、非磁性金型内に
   シャフトと積み 重ねられた磁石をセットし、樹脂を金型
   内に注入し、シャフトと磁石を固定した後、脱磁するこ
   とを特徴とする磁石回転子の製造方法。
10. 【請求項１０】 極異方性磁石を用いた磁石回転子の製
    造方法であって、前記磁石回転子の磁石部は着磁された
    状態の極異方性磁石における軸方向の平坦面に接着剤を
    塗布した後、極性の異なる磁極ピーク同士を合わせて軸
    方向に複数段積み重ねた後、脱磁することを特徴とする
    磁石回転子の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項８から１０のいずれかにより製
    造された磁石回転子を着磁することを特徴とする磁石回
    転子の製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項８から１１のいずれかにより製
    造された磁石回転子を電機子巻線を有する固定子に組み
    込んだことを特徴とする無刷子電動機の製造方法。