JP6788779B2 - 電動機要素、電動機、装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転子の磁心の内部に、所定の間隔を有して複数の永久磁石が充填された、磁石埋込型の回転子を備える電動機要素と、その電動機要素を備える電動機、その電動機を備える装置に関する。

従来、永久磁石が用いられた電動機要素は、固定子の内周側に、ギャップを介して、回転子が位置する。

固定子は、略円筒状であり、回転磁界を発生する。

回転子は、シャフトと、回転子の磁心と、を備える。回転子は、回転子の磁心の内部に埋設された永久磁石により、磁極が形成される。回転子は、シャフトを中心に回転する。

回転子は、回転子の磁心と永久磁石とから構成される。具体的には、回転子の磁心自体は、薄い板体状の電磁鋼板を積層した積層体であり、この積層体に設けられた磁石配置孔に永久磁石を配置する構成である。磁石配置孔には、永久磁石の小片等が挿入される。

また、上記の構成のように、永久磁石が回転子の磁心の内部に埋め込まれた電動機要素は、磁石埋込型（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）の電動機要素ともいう。

回転子には、次の目的を達成するため、磁石埋込型の回転子が広く用いられる。

すなわち、永久磁石を回転子の磁心の内部に含むことにより、回転子に磁気的突極性を生じさせることである。回転子に磁気的突極性を有することで、回転子に生じる回転トルクには、マグネットトルクに加えて、リラクタンストルクが生じる。

永久磁石には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石を小片にしたものや、フェライト焼結磁石を小片にしたもの等が広く用いられる。

永久磁石の小片を用いる場合、回転子の磁心に形成される磁石配置孔は、永久磁石の小片の外形よりも少し大きい寸法で形成される。磁石配置孔が永久磁石の小片の外形よりも少し大きい寸法であれば、回転子を組み立てる際の作業性が向上する。作業性が向上する理由は、以下のとおりである。

すなわち、回転子の磁心に形成される磁石配置孔は、金属を加工する工程を経て、形成される。以下、金属を加工する工程を、金属加工工程という。よって、磁石配置孔には、高い精度の加工が施されるため、寸法公差は小さい。

一方、上述した永久磁石の小片は、磁石粉末等を焼結する工程を経て、作成される。以下、磁石粉末等を焼結する工程を、焼結工程という。焼結工程は、陶磁器などが窯で焼かれる工程に似ている。よって、焼結工程を経た、永久磁石の小片には、反りや撓みなどの変形が生じることがある。永久磁石の小片に生じた変形は、砥石等で研磨する工程を経ることができれば、解消できる。以下、砥石等で研磨される工程を、研磨工程という。

電動機要素では、永久磁石の小片に生じた変形に対応するために、研磨工程を採用していない。あるいは、電動機要素において、研磨工程を採用したとしても、永久磁石の小片を研磨できる量は僅かである。しかも、永久磁石の小片を研磨する精度は、低い。

従って、上述したように、電動機要素では、磁石配置孔の寸法を永久磁石の小片の外形よりも少し大きくすることで、永久磁石の小片に生じた変形に対応している。なお、研磨工程を用いる場合、次の不具合が生じる。つまり、不具合とは、設備が必要となる点、作業工程が増える点などである。

しかしながら、磁石配置孔の寸法を永久磁石の小片の外形よりも少し大きくする場合、回転子の磁心と永久磁石の小片との間には隙間が生じる。回転子の磁心と永久磁石の小片との間に生じた隙間は、磁気抵抗として作用する。よって、回転子の表面に生じる磁束密度は低下する。

また、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石やフェライト焼結磁石等で作成される、永久磁石の小片は、陶磁器のように、硬く、脆いという性質を有する。よって、永久磁石の小片は、その形状を複雑にすることができない。

具体的に、永久磁石の小片では、次の形状が採用される。すなわち、永久磁石の小片は、断面形状が長方形である、柱体である。断面形状が長方形の柱体は、平面状の板体である。その他、永久磁石の小片は、断面形状が台形である、柱体である。永久磁石の小片は、断面形状が円弧状である、柱体である。断面形状が円弧状の柱体は、断面形状が略Ｕ字状の板体である。

上述した成形過程を経て作成される、いずれの永久磁石の小片も、寸法公差が大きい。よって、これらの永久磁石の小片を採用する場合、回転子の磁心と永久磁石の小片との間には、隙間が生じる。

この対応として、特許文献１では、高いエネルギー密度を有する、永久磁石の小片が磁石配置孔に挿入された後、磁石配置孔にボンド磁石を成す混合物が充填される、磁石埋込型回転子が開示されている。磁石埋込型回転子では、永久磁石の小片と磁石配置孔との隙間に、ボンド磁石を成す混合物が入り込む。隙間に入り込んだボンド磁石を成す混合物は、隙間が原因で生じていた磁気抵抗を解消する。よって、磁石埋込型回転子が発する磁束密度は、向上する。

ところで、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石やフェライト焼結磁石が有する比透磁率は、空気の比透磁率とほぼ同じである。これらの比透磁率の値は、１．０よりも僅かに大きい。同様に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の粉末を含むボンド磁石やフェライト焼結磁石の粉末を含むボンド磁石が有する比透磁率も、空気の比透磁率とほぼ同じである。これらの比透磁率の値も、１．０よりも僅かに大きい。

換言すれば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の粉末を含むボンド磁石や、フェライト焼結磁石の粉末を含むボンド磁石は、空気の層と等価である。よって、永久磁石の小片と磁石配置孔との隙間に、上述したボンド磁石を充填しても、磁石埋込型回転子が発する磁束密度の向上は、期待できない。

また、永久磁石の小片と磁石配置孔との隙間に入り込んだ混合物は、僅かな厚みである。この僅かな厚みが生じる方向において、ボンド磁石を成す混合物に対して磁化を行っても、混合物から得ることができる磁力は僅かである。その理由は、ボンド磁石を成す混合物には、反磁界の影響が大きいためである。つまり、永久磁石の小片と磁石配置孔との隙間に入り込んだ混合物が有する磁力は、磁石埋込型回転子が発する磁束密度の向上に対して、あまり貢献しない。

次に、空気が有する比透磁率よりも大きな値の比透磁率を有する、ボンド磁石やボンド磁性体を用いれば、磁石埋込型回転子が発する磁束密度は、向上することが期待できる。以下の説明において、ボンド磁石やボンド磁性体は、ボンド磁石等という。しかし、本構成では、ボンド磁石等が外部からの磁界や、永久磁石の小片からの磁界により、磁気飽和に至ることが考えられる。ボンド磁石等が磁気飽和に至った場合、ボンド磁石等が有する比透磁率は、空気の比透磁率に近い値まで低下する。よって、本構成は、空気の層を有する状態と等しくなるため、磁石埋込型回転子が発する磁束密度の向上が、期待できない。

なお、ボンド磁石の材料として、飽和磁束密度が高く、しかも、空気が有する比透磁率よりも大きな値の比透磁率を有するものは、有用な物質である。

ところで、特許文献１では、ボンド磁石の比透磁率や、ボンド磁石の透磁率に関する記載は見当たらない。

当然のことながら、ボンド磁石等を用いる場合、ボンド磁石等が有する比透磁率、あるいは、磁気飽和や反磁界などの影響を確認することは重要である。

また、磁石埋込型（ＩＰＭ）の電動機要素において、回転トルクを更に増す構成として、回転子の磁心の積厚が固定子の磁心の積厚よりも大きくなるように回転軸方向にオーバーハングさせる構成が提案されている（例えば特許文献２など）。

当然、特許文献１等に記載の技術に、特許文献２等に記載の技術を適用することで、ボンド磁石を具備する磁石埋込型（ＩＰＭ）の電動機要素において、回転トルクを更に増す構成として、回転子の磁心の積厚が固定子の磁心の積厚よりも大きくなるように回転軸方向にオーバーハングさせる構成を想起し得る。

しかしながら、依然として、以下に記す課題は解決されない。つまり、特許文献２などに記されるとおり、回転子鉄心の軸方向長さを固定子鉄心軸方向長さより長くすることで、有効磁束を増加することができる。ところが、オーバーハング部の寸法値又はその実効的寸法値がある程度の長さ以上に達すると、回転子側から固定子側へ作用しない磁束（漏れ磁束）という無効成分の増加の方が優るようになる。このため、オーバーハング部の寸法値又はその実効的寸法値の増大化を図っても、有効磁束量の増大化には、寄与しない。換言すれば、オーバーハング部の寸法値又はその実効的寸法値と、有効磁束量とは、相関せず、飽和曲線を示す関係である。そして、オーバーハング部の寸法値又はその実効的寸法値を過大に増しても、電動機要素の高出力化及びトルクアップという効果は、限定的であり、顕著な効果を得られるとは言い難い。

特開平１０−３０４６１０号公報 特開２００６−２１１８０１号公報

本発明の電動機要素は、少なくとも固定子と回転子とを含む電動機要素であり、回転子は磁気的突極性を有する構成を含み、磁気的突極性を有する構成には、固定子からの回転磁界によって発生する回転トルクの成分のうちのマグネットトルクを発生させるための複数のｄ軸磁束通路と、回転トルクの成分のうちのリラクタンストルクを発生させるための複数のｑ軸磁束通路とを含み、ｄ軸磁束通路各々の少なくとも一部分にボンド磁石部を含み且つｑ軸磁束通路各々の少なくとも一部分にボンド磁石部と接する隣接部を含み、更にボンド磁石部の構成要素には、少なくとも磁石粉末と樹脂材料とを含み、且つボンド磁石部とこのボンド磁石部の周囲部分とが互いに密接する密接箇所を含む電動機要素において、固定子の磁心の回転軸方向の長さ寸法よりも、回転子の磁心の回転軸方向の長さ寸法の方が大きい値であり、且つ、前記ボンド磁石部の形状は、前記固定子の磁心に対向する側の面において、前記回転子の回転軸方向の端部の箇所が、前記回転子の軸方向の両端部との間の箇所よりも前記固定子に近接し、前記回転子の回転軸方向の前記端部の箇所は、回 転軸の方向の前記固定子の中央部に向かって傾斜する様態を含む。

また、本発明の電動機要素において、上記ボンド磁石部の回転軸方向の断面形状の様態は、ボンド磁石部の回転軸の方向の両端面間の中央部が、回転子の回転軸の方向へ近接するＶ字状の様態を含む。

また、本発明の電動機要素において、上記ボンド磁石部の回転軸方向の断面形状の様態は、ボンド磁石部の回転軸の方向の両端面間の中央部が、回転子の回転軸の方向へ近接する円弧状の様態を含む。

また、本発明の電動機要素において、上記ボンド磁石部の回転軸方向の断面形状の様態は、ボンド磁石部の回転軸の方向の両端面間の中央部が、回転子の回転軸の方向へ近接する台形形状の短辺部側の形状の様態を含む。

また、本発明の電動機要素において、回転子のボンド磁石部の構成にスキューの構成を含む。

また、本発明の電動機要素において、上記ボンド磁石部の構成要素の樹脂材料には、熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂を含む電動機要素。

また、本発明の電動機要素において、上記ボンド磁石部の構成要素の磁石粉末には、希土類系磁石粉末を含む。

また、本発明の電動機要素において、上記ボンド磁石部の構成要素の磁石粉末には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を含む。

また、本発明の電動機要素において、上記ボンド磁石部と密接する密接箇所の構成要素には、強磁性体、常磁性体又は反磁性体のうち、少なくともいずれか一種を含む。

また、本発明の電動機要素において、上記ボンド磁石部と密接する密接箇所の構成要素には、少なくとも電磁鋼板の積層体を含む。

また、本発明の電動機要素において、固定子の構成要素及び回転子の構成要素に電磁鋼板を含む。

また、本発明の電動機要素において、固定子の固定子磁心の構成要素には、複数のセグメントコアを含む円環状の連結体の構成を含む。

また、本発明の電動機要素において、固定子の固定子巻線の様態には、集中巻の巻線の様態を含む。

また、本発明の電動機要素において、固定子の固定子巻線の様態には、分布巻の巻線の様態を含む。

また、本発明の電動機要素において、固定子の固定子巻線の様態には、波巻の巻線の様態を含む。

また、本発明の電動機要素において、固定子の固定子巻線には絶縁電線を含み、その絶縁電線の芯線の材質には、不可避不純物と、銅、銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金のいずれかを含む。

また、本発明の電動機要素は、第１の発明において、この電動機要素が具備するボンド磁石に含まれる磁石粉末の含有量の範囲は、９３重量％から９７重量％である。

更に、本発明は、上記電動機要素を含む電動機である。

更に、本発明は、上記電動機要素を含む電動機を備えた装置である。

本発明によれば、回転子の磁心を固定子の磁心よりも回転軸方向に突出するようにオーバーハングさせた場合において、回転子の磁心の径方向表面から空気に漏れる磁束を抑制し、固定子側に流れる磁束を増加させ、トルクに寄与する有効磁束量を増加させることが可能である。

図１は、本発明の実施の形態１における電動機要素の回転軸に対して垂直な面の断面を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る電動機要素の概略図である。 図３は、本発明の実施例１に係る電動機要素の部分断面図である。 図４は、回転子の磁心のオーバーハング長さの変化に対する磁束量の変化を示す図である。 図５Ａは、本発明の実施例２に係る電動機要素の部分断面図である。 図５Ｂは、本発明の実施例３に係る電動機要素の部分断面図である。 図５Ｃは、本発明の実施例４に係る電動機要素の部分断面図である。 図５Ｄは、本発明の実施例５に係る電動機要素の部分断面図である。 図６は、本発明の実施の形態２に係る装置の一例としての空気清浄機の構成を示した模式図である。 図７は、従来の永久磁石埋込型電動機要素の部分断面図である。

以下では、本発明の実施の形態及び実施例について、図面を参照して説明する。なお、実施の形態及び実施例によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
（磁石粉末）
本発明において用いる磁石粉末の磁性材料の種類は、特に限定されないが、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末、フェライト系磁石粉末又はこれらの混合物などから適宜選択する。

本発明の電動機要素には、上記磁石粉末の中でも、希土類系磁石粉末を用いることが好ましい。

更に、磁気特性を高めるために、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を用いることが特に好ましい。

なお、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末、フェライト系磁石粉末、これら粉末には、長周期型周期表の第３族に属するスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）及びランタノイド元素を含むものである。ランタノイド元素は、例えば、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビニウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）等であり、これら元素のうち１種又は２種以上の元素を上記粉末には含むものである。

また、耐熱性被膜で予め磁石粉末を被覆することで、磁石粉末の耐熱性を更に高めることができる。本発明において用いられる耐熱性被膜層とは、特に限定されないが、リン酸塩化合物であることが好ましい。

本発明においては、ボンド磁石における希土類系磁石粉末の含有量は、ボンド磁石全体に対して９３重量％〜９７重量％の範囲で混練の工程における不具合は無く好結果を得ている。また、希土類系磁石粉末の含有量は、ボンド磁石全体に対して９７重量％を超える場合や、９８重量％に至る場合では、混練の工程における不具合を得ている。なお、混練の工程における混練温度は、ボンド磁石に含む樹脂の種類に応じて好適な温度にて行う。例えば、ポリアミド６樹脂の場合の混練の温度は、２５０℃程度である。また、ポリフェニレンサルファイド樹脂の場合の混練の温度は、３１０℃程度である。

なお、ボンド磁石全体に対して希土類系磁石粉末の含有量が９３重量％〜９７重量％のときの、ボンド磁石の成形体の密度の値は、約５．４Ｍｇ／ｍ３から６．５Ｍｇ／ｍ３を確認している。

更に、本発明の工程で採用した通常の樹脂成形の工程に加えて、得られた成形体に対して、更に複数回の再加圧や、加圧方法の複合化や、再加圧時の成形温度の再調整をするなどの新工程を加味することで、ボンド磁石の成形体の密度の値を更に数％程度高めることが可能である。このように、ボンド磁石の密度を高めて、ボンド磁石の磁気特性について高性能化を図ることが可能であり、本発明の電動機要素の回転子は、所望の性能を得ることが可能となる。

（その他添加剤）
また、ボンド磁石用のコンパウンドには、必要に応じて酸化防止剤、重金属不活性化剤、可塑剤、変性剤等の添加剤を含んでもよい。

（電動機要素の製造方法）
予め耐候性被膜の施された磁石粉末と、磁石粉末最表層と縮合反応可能な滑剤とを混合し、後に熱可塑性樹脂を加え、高温に加熱した混練押出機、ニーダー等に投入し、混練する。混練物をペレタイザ等でペレット状に加工することで、ボンド磁石用コンパウンドのペレットを作製する。

上述のボンド磁石用コンパウンドの溶融体を、射出成形機又はトランスファー成形機等を用いて、電動機要素の回転子の磁石配置孔へ充填し、構成要素としてボンド磁石を含む電動機要素を作製する。

なお、ボンド磁石部は、このボンド磁石からの磁力を、損失なく有効に作用させるために、ボンド磁石部の磁束方向に、少なくとも強磁性体、常磁性体、反磁性体のいずれかを含む構造体と接する構成を含むことが特に好ましい。

図１は、本発明の電動機要素の一構造例を示す断面図である。図１に示す電動機要素の極数とスロット数の組み合わせは、所謂、６極９スロットの集中巻の構成であり、９つのティース部に集中巻の巻装体を具備する固定子と、磁気的突極性を有する６つの磁極部を具備する回転子とを有する。

なお、本発明の電動機要素の構成は、これに限定されない。なお、図１の例示においては、１つのティース部５に巻線を巻いた集中巻による巻装体６を例示しているが、本発明はこれに限らない。例えば、複数のティース部５に渡って巻線を巻装する分布巻又は波巻など種々の巻線の様態を採用可能である。

例えば、１０極９スロットの集中巻の構成、１０極１２スロットの集中巻の構成、１２極９スロットの集中巻の構成、１４極１２スロットの集中巻の構成、４極２４スロットの分布巻の構成、４極３６スロットの分布巻の構成、６極３６スロットの分布巻の構成、８極４８スロットの分布巻の構成、４極１２スロットの波巻の構成、４極１２スロットの波巻の構成、６極１８スロットの波巻の構成などの周知の極数とスロット数の組み合わせのいずれにも適用可能である。

図１に示すように、本実施例に示す電動機要素１４は、略円筒状の固定子１と、固定子１の内側に回転自在に保持される回転子２とを有している。回転子２の中心にはシャフト孔３が設けられ、シャフト孔３にシャフト（図示せず）が挿通された状態で回転子２とシャフトとが固定されている。なお、シャフトの両端部には、シャフトを回転自在に支承する一対の軸受を具備する。図１においては、シャフト及び軸受については、自明な内容であり図示していない。

固定子１は、略円筒状のヨーク部４とヨーク部４の内側に延出するティース部５とを有する固定子の磁心７と、ティース部５の各々に絶縁電線を巻装して設ける巻装体６とを有している。ティース部５と巻装体６との間には、両者を電気的に絶縁するインシュレータ８が設けられている。また、回転子２は、円筒状の回転子の磁心９と、回転子２の周方向に複数（本例においては６つ）形成された磁石配置孔１１にボンド磁石部１０とを有している。

なお、巻装体６を構成する絶縁電線の芯線の材質には、不可避不純物と、銅、銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金のいずれかを含むものを用いる。

また、ボンド磁石部１０は、少なくとも磁石粉末と樹脂材料を含む。この磁石粉末の磁性材料の種類は、特に限定されないが、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末、フェライト系磁石粉末又はこれらの混合物などから適宜選択する。また、ボンド磁石部１０の軸方向に対して垂直な面の断面形状は、略円弧形状、長方形、台形、Ｖ字形など、仕様に適した様態を適宜選択する。

また、本発明の電動機要素１４においては、回転子２は磁気的突極性を有している。すなわち、図１に示すように、矢印１２の横切る回転子２の部位は、ｄ軸磁束通路構成部であり、固定子１からの回転磁界によって発生する回転トルクの成分のうちのマグネットトルクを発生させる。また、矢印１３の横切る回転子の部位は、ｑ軸磁束通路構成部であり、固定子１からの回転磁界によって発生する回転トルクの成分のうちのリラクタンストルクを発生させる。

また、上述の方法で作製した電動機要素１４は、ボンド磁石が磁石配置孔１１に充填され、磁心９であるコアにより保持されているため、剛性も付与され、ボンド磁石の寸法変化及び強度劣化を抑制する。

以下では、本発明の実施の形態１における電動機要素１４の構成について、図面を参照しながら、更に詳細に説明する。

（実施例１）
図２は、本発明の実施の形態１における電動機要素１４の回転軸の中心軸を含む平面を断面とする断面図であり、電動機要素１４を含む電動機１００の構成を示している。なお、図２、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図６の各図面において示す白抜きの太字の矢印は、ボンド磁石部から生じた磁束を模式的に示すものである。また、同図面における一点鎖線は、回転子の回転軸の中心を示す中心線である。

図２に示すように、電動機要素１４は、固定子の磁心７にインシュレータ８を介して、固定子巻線である巻装体６を巻き回された固定子１と、固定子の磁心７の内側に微小隙間を介して配置された回転子２とで構成されている。回転子２の中心にシャフト３１が固定され、シャフト３１は２つの軸受３２で回転自在に保持されている。また、図２においては、本実施例の電動機要素１４の外装体１０００を図示している。この外装体１０００の構造や材質は、電動機要素１４の仕様に応じて適宜選択する。例えば、外装体１０００の材質は、樹脂材料、金属材料などの採用が一般的であり、その構造は、樹脂材料による一体成形体、金属材料による鋳造体、金属板体の成型体など、多様である。また、軸受３２は、玉軸受、含油軸受などその種類は多様であり、電動機要素の仕様に応じて適宜選択する。

以上、本実施の形態で例示する電動機１００は、図２に示すように、電動機要素１４の回転子２にシャフト３１を固定し、シャフト３１を２つの軸受３２で保持するとともに、外装体１０００内に電動機要素１４を収納して構成されている。

図３は、本実施の形態での実施例１における回転子２の部分断面図である。回転子２は、複数の打ち抜き鋼板を回転軸方向に積層された回転子の磁心９と、回転子の磁心９を貫通するように設けられた磁石配置孔１１と、磁石配置孔１１に充填された、永久磁石であるボンド磁石部１０から構成されている。

また、本実施例における電動機要素１４の様態には、次の構成を含む。固定子の磁心７の回転軸方向の長さ寸法よりも、回転子の磁心９の回転軸方向の長さ寸法の方が大きい値である構成を具備し、且つ、ボンド磁石部１０の形状は、固定子の磁心７に対向する側の面において、回転子２の回転軸方向の端部の箇所よりも、回転子２の軸方向の両端部の間の中央部付近の箇所の方が回転子２の回転軸に近接する様態を含む。

つまり、図３においては、固定子の磁心７の回転軸方向の長さ寸法（Ｌ２）よりも、回転子の磁心９の回転軸方向の長さ寸法（Ｌ１）の方が大きい値である構成を具備する。更に、ボンド磁石部１０の形状は、固定子の磁心７に対向する側の面において、回転子２の回転軸方向の端部の箇所（図３においては寸法Ｄ１の回転軸方向側の端部の位置）よりも、回転子２の軸方向の両端部との間の中央部付近の箇所（図３においては寸法Ｄ２の回転軸方向側の端部の位置）の方が回転子２の回転軸に近接する構成である。

図７は、比較のための代表的な従来の構成である比較例を示す図である。図７に示す比較例では、図３に示す本実施例に対して、回転子２に設けた磁石配置孔９１及びそれに充填されたボンド磁石部９０の構造のみが異なっている。図７に示す埋め込み磁石型回転子の部分断面図のように、回転子の磁心を回転軸方向に固定子の磁心の回転軸方向の寸法よりも大きく延設する構成（オーバーハングさせる構成）のみでは、ボンド磁石部９０から発生した磁束が図７にて模式的に示す矢印１０５のように、固定子の磁心７よりも突出した回転子の磁心９の径方向表面から空気に漏洩する。そして、この漏洩により、固定子側に流れる磁束の総量が減少することで、トルクに寄与する有効磁束量が有効に増加しなくなる。

これに対し、図３に示すように、本実施例の回転子２においては、磁石配置孔１１が回転子の磁心９の面内方向に傾斜し、回転子の磁心９の中央部に磁束が集中する。このため、回転軸方向において固定子の磁心７よりも突出した回転子の磁心９での径方向表面から空気に漏れる磁束量を減少させることができる。

これを確認するために、有限要素法による磁界の数値解析を実施した。図４は、本実施例と図７に示す比較例について、回転子の磁心をオーバーハングした場合の固定子の磁心に流れる磁束量の計算結果を示している。図４からわかるように、本発明の図２、図３に示す電動機要素１４の回転子の磁心９は、比較例における図７の電動機要素の回転子の磁心９をオーバーハングさせるよりも、固定子の磁心７に流れる磁束量を増加させることが示される。また、本発明における回転子の磁心９のオーバーハング量が多くなるほど、比較例と比較して磁束量増加の効果があることが示される。

なお、図４においては、回転子の磁心、固定子の磁心、各々の回転軸方向長さ寸法と、その径方向の寸法とがほぼ同じ値で、その比率が１に近い場合における計算結果を示している。また、割愛するが、回転子の磁心、固定子の磁心、各々の径方向の寸法に対して、回転子の磁心、固定子の磁心、各々の回転軸方向長さ寸法の方が大きく、その比率が１を上回る場合においても、同様な傾向の結果が得られ、有用な効果が得られる。

また、本実施例の他の形態として、図３の回転子の磁心９が固定子の磁心７の回転軸方向の少なくとも片方に、オーバーハングする構成であっても、ほぼ同様の効果が得られる。すなわち、磁石配置孔１１は、固定子の磁心７の回転軸方向の両端面間の略中央部に対して、ボンド磁石部１０から生じる磁束が収束するような構成であれば、ほぼ同様の効果が得られる。

また、本実施例では、回転子の磁心９は、固定子の磁心７の内側に配置されるインナー回転子型の構成としているが、回転子の磁心９が固定子の磁心７の外側に配置されるアウター回転子型の構成であってもよい。

また、回転子の磁心９を回転積層することで、ボンド磁石部１０を回転軸方向にスキューした形状としてもよい。

（実施例２）
図５Ａは、本発明の第２の実施例における、回転子２の部分断面図である。なお、実施例１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略する。

図５Ａにおいて、本実施例が実施例１と相違する点は、回転子２に設けられた磁石配置孔１１を、回転軸方向に平行な断面に対して、Ｖ字形状とした点である。つまり、ボンド磁石部１０の回転軸方向の断面形状の様態は、ボンド磁石部１０の回転軸方向の両端面間の中央部が、回転子２を保持した回転軸のある方へと近接するＶ字形状を有する。この構成においても、磁石配置孔１１に充填、硬化されるボンド磁石部１０から生じる磁束は、回転子の磁心９の中央部に収束するので、実施例１と同様の効果が得られる。

（実施例３）
図５Ｂは、本発明の第３の実施例における、回転子２の部分断面図である。なお、実施例１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略する。

図５Ｂにおいて、本実施例が実施例１と相違する点は、回転子２に設けられた磁石配置孔１１を、回転軸方向に平行な断面に対して円弧形状とした点である。つまり、ボンド磁石部１０の回転軸方向の断面形状の様態は、ボンド磁石部１０の回転軸方向の両端面間の中央部が、回転子を保持した回転軸のある方へと近接する円弧形状を有する。この構成においても、磁石配置孔１１に充填、硬化されるボンド磁石部１０から生じる磁束は、回転子の磁心９の中央部に収束するので、実施例１と同様の効果が得られる。

（実施例４）
図５Ｃは、本発明の第４の実施例における、回転子２の部分断面図である。なお、実施例１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略する。

図５Ｃにおいて、本実施例が実施例１と相違する点は、回転子２に設けられた磁石配置孔１１を、回転軸方向に平行な断面に対して、Ｖ字形状に類似の形状に加えて回転軸方向に平行な直線により構成した点である。つまり、ボンド磁石部１０の回転軸方向の断面形状の様態は、ボンド磁石部１０の回転軸方向の両端面間の中央部が、回転子を保持した回転軸のある方へと近接する台形形状の短辺部側の形状を有する。この構成においても、磁石配置孔１１に充填、硬化されるボンド磁石部１０から生じる磁束は、回転子の磁心９の中央部に収束するので、実施例１と同様の効果が得られる。

（実施例５）
図５Ｄは、本発明の第５の実施例における、回転子２の部分断面図である。なお、実施例１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略する。

図５Ｄにおいて、本実施例が実施例１と相違する点は、回転子２に設けられた磁石配置孔１１を、回転軸方向に平行な断面に対して、円弧形状と回転軸方向に平行な直線により構成した点である。つまり、ボンド磁石部１０の回転軸方向の断面形状の様態は、ボンド磁石部１０の回転軸方向の両端面間の中央部が、回転子を保持した回転軸のある方へと近接する台形形状の短辺部側の形状に類似の様態を有する。そして、実施例４に対して相違する様態は、ボンド磁石部１０の回転軸方向の両端面近傍が直線状ではなく、円弧又は曲線の様態に置換する様態である。この円弧又は曲線の様態は、回転子外周部側に向かって凸状又は凹状のいずれでも良く、又は、回転子外周部側に向かって凸状及び凹状を含む複合的曲線の様態でも良く、電動機要素の所望の仕様を満足する様態であればいずれでも良く、特に限定しない。この構成においても、磁石配置孔１１に充填、硬化されるボンド磁石部１０から生じる磁束は、回転子の磁心９の中央部にほぼ収束するので、実施例１とほぼ同様の効果が得られる。

以上説明したように、本発明によれば、回転子の磁心の積厚が固定子の磁心の積厚よりも大きくなるように回転軸方向にオーバーハングさせる構成においても、回転子側から固定子側へ作用しない磁束（漏れ磁束）という無効な磁束の増加を抑制し、電動機要素の高出力化及びトルクアップという効果を更に高める、新規な構成の電動機要素を提供できる。

（実施の形態２）
次に、本発明にかかる電動機を搭載した装置である電気機器の例として、空気清浄機の構成を実施の形態２として、詳細に説明する。図６において、空気清浄機３４０の筐体３４１内には、電動機３４３が搭載されている。その電動機３４３の回転軸には、空気循環用のファン３４２が取り付けられている。電動機３４３は、電動機駆動装置３４４によって駆動される。

電動機駆動装置３４４からの通電により、電動機３４３が回転し、それに伴いファン３４２が回転する。そのファン３４２の回転により空気を循環する。ここで、電動機３４３は、例えば、上記実施の形態１で説明した電動機要素１４を含む電動機１００が適用できる。

本発明の電動機要素は、回転子の磁心をオーバーハングさせた場合において、固定子の磁心より突出した回転子の磁心の径方向表面からの漏れ磁束を抑制し、固定子側に流れる磁束を増加させ、トルクに寄与する有効磁束量を増加させることができるという効果を有し、電動機要素を用いる電気機器に広範囲に利用することができる。

１ 固定子
２ 回転子
３ シャフト孔
４ ヨーク部
５ ティース部
６ 巻装体
７ 固定子の磁心
８ インシュレータ
９ 回転子の磁心
１０，９０ ボンド磁石部
１１，９１ 磁石配置孔
１２，１３，１０４，１０５ 矢印
１４ 電動機要素
３１ シャフト
３２ 軸受
１００ 電動機
３４０ 空気清浄機
３４１ 筐体
３４２ ファン
３４３ 電動機
３４４ 電動機駆動装置
１０００ 外装体

Claims (19)

1. 少なくとも固定子と回転子とを含む電動機要素であり、前記回転子は磁気的突極性を有する構成を含み、前記磁気的突極性を有する構成には、前記固定子からの回転磁界によって発生する回転トルクの成分のうちのマグネットトルクを発生させるための複数のｄ軸磁束通路と、前記回転トルクの成分のうちのリラクタンストルクを発生させるための複数のｑ軸磁束通路とを含み、前記ｄ軸磁束通路各々の少なくとも一部分にボンド磁石部を含み且つ前記ｑ軸磁束通路各々の少なくとも一部分に前記ボンド磁石部と接する隣接部を含み、更に前記ボンド磁石部の構成要素には、磁石粉末と樹脂材料とを含み、且つ前記ボンド磁石部と前記ボンド磁石部の周囲部分とが互いに密接する密接箇所を含む電動機要素において、
   前記固定子の磁心の回転軸方向の長さ寸法よりも、前記回転子の磁心の回転軸方向の長さ寸法の方が大きい値であり、且つ、
   前記ボンド磁石部の形状は、前記固定子の磁心に対向する側の面において、前記回転子の回転軸方向の端部の箇所が、前記回転子の軸方向の両端部との間の箇所よりも前記固定子 に近接し、前記回転子の回転軸方向の前記端部の箇所は、回転軸の方向の前記固定子の中 央部に向かって傾斜する様態を含む電動機要素。
   
2. 請求項１記載の電動機要素において、前記ボンド磁石部の回転軸方向の断面形状の様態は、前記ボンド磁石部の回転軸の方向の両端面間の中央部が、前記回転子の回転軸の方向へ近接するＶ字状の様態を含む電動機要素。
3. 請求項１記載の電動機要素において、前記ボンド磁石部の回転軸方向の断面形状の様態は、前記ボンド磁石部の回転軸の方向の両端面間の中央部が、前記回転子の回転軸の方向へ近接する円弧状の様態を含む電動機要素。
4. 請求項１記載の電動機要素において、前記ボンド磁石部の回転軸方向の断面形状の様態は、前記ボンド磁石部の回転軸の方向の両端面間の中央部が、前記回転子の回転軸の方向へ近接する台形形状の短辺部側の形状の様態を含む電動機要素。
5. 請求項１記載の電動機要素において、前記回転子の前記ボンド磁石部の構成にスキューの構成を含む電動機要素。
6. 請求項１記載の電動機要素において、前記ボンド磁石部の構成要素の樹脂材料には、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とのいずれかを含む電動機要素。
7. 請求項１記載の電動機要素において、前記ボンド磁石部の構成要素の磁石粉末には、希土類系磁石粉末を含む電動機要素。
8. 請求項１記載の電動機要素において、前記ボンド磁石部の構成要素の磁石粉末には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を含む電動機要素。
9. 請求項１記載の電動機要素において、前記ボンド磁石部と密接する密接箇所の構成要素には、強磁性体、常磁性体又は反磁性体のうち、いずれか一種を含む電動機要素。
10. 請求項１記載の電動機要素において、前記ボンド磁石部と密接する密接箇所の構成要素には、少なくとも電磁鋼板の積層体を含む電動機要素。
11. 請求項１記載の電動機要素において、前記固定子の構成要素及び回転子の構成要素に電磁鋼板を含む電動機要素。
12. 請求項１記載の電動機要素において、前記固定子の磁心の構成要素には、複数のセグメントコアを含む円環状の連結体の構成を含む電動機要素。
13. 請求項１記載の電動機要素において、前記固定子の固定子巻線の様態には、集中巻の巻線の様態を含む電動機要素。
14. 請求項１記載の電動機要素において、前記固定子の固定子巻線の様態には、分布巻の巻線の様態を含む電動機要素。
15. 請求項１記載の電動機要素において、前記固定子の固定子巻線の様態には、波巻の巻線の様態を含む電動機要素。
16. 請求項１記載の電動機要素において、前記固定子の固定子巻線には絶縁電線を含み、前記絶縁電線の芯線の材質には、不可避不純物と、銅、銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金のいずれかを含む電動機要素。
17. 請求項１記載の電動機要素において、前記ボンド磁石に含まれる磁石粉末の含有量の範囲は、９３重量％から９７重量％である電動機要素。
18. 請求項１記載の電動機要素を含む電動機。
19. 請求項１記載の電動機要素を含む電動機を備えた装置。