JPWO2020261420A1 - 回転子、電動機、送風機、空気調和機、及び回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

回転子（２）は、少なくとも１つの第１永久磁石（２１）と、第２永久磁石（２２）とを有し、２ｎ（ｎは自然数）個の磁極を持つ。少なくとも１つの第１永久磁石（２１）は、回転子（２）の外周面の一部を形成しており、極異方性を持つように磁化されている。第２永久磁石（２２）は、回転子（２）の周方向において少なくとも１つの第１永久磁石（２１）に隣接しており、少なくとも１つの第１永久磁石（２１）の磁力よりも低い磁力を持つ。第２永久磁石（２２）は、３×２ｎ個の磁極を持つ。

Description

本発明は、電動機に用いられる回転子に関する。

一般に、電動機に用いられる回転子として、２種類の磁石を持つ回転子が用いられている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、高い磁力を持つ永久磁石（第１永久磁石ともいう）が、回転子の外周面の全てを形成しており、第１永久磁石の内側に、第１永久磁石よりも低い磁力を持つ永久磁石（第２永久磁石ともいう）が配置されている。この回転子では、第１永久磁石が回転子の外周面の全てを形成しているので、回転子の磁力を効果的に高めることができる。

特開２００５−１５１７５７号公報

しかしながら、高い磁力を持つ第１永久磁石が回転子の外周面の全てを形成している場合、回転子の十分な磁力を得ることができるが、通常、高い磁力を持つ磁石は高価であるので、回転子のコストが増加するという問題がある。

本発明の目的は、高い磁力を持つ第１永久磁石の量を削減した場合でも、回転子の十分な磁力を得ることである。

本発明の一態様に係る回転子は、
２ｎ（ｎは自然数）個の磁極を持つ回転子であって、
前記回転子の外周面の一部を形成しており、極異方性を持つように磁化された少なくとも１つの第１永久磁石と、
前記少なくとも１つの第１永久磁石とは種類が異なっており、前記回転子の周方向において前記少なくとも１つの第１永久磁石に隣接しており、前記少なくとも１つの第１永久磁石の磁力よりも低い磁力を持ち、極異方性を持つように磁化された少なくとも１つの第２永久磁石と
を備え、
前記少なくとも１つの第２永久磁石は、３×２ｎ個の磁極を持つ。
本発明の他の態様に係る回転子は、
２ｎ個（ｎは自然数）の磁極を持ち、軸方向に積層された２層からｍ層（ｍは自然数且つｎの約数）までの複数の層磁石を備えた回転子であって、
前記複数の層磁石の各層磁石は、
前記回転子の外周面の一部を形成しており、極異方性を持つように磁化された少なくとも１つの第１永久磁石と、
前記少なくとも１つの第１永久磁石とは種類が異なっており、前記回転子の周方向において前記少なくとも１つの第１永久磁石に隣接しており、前記少なくとも１つの第１永久磁石の磁力よりも低い磁力を持ち、極異方性を持つように磁化された少なくとも１つの第２永久磁石と
を有し、
前記少なくとも１つの第２永久磁石は、３×２ｎ個の磁極を持ち、
前記複数の層磁石の各第１永久磁石において、１周期を、前記回転子の軸方向と直交する平面におけるＮ極と隣り合うＮ極との間の角度としたとき、前記軸方向において互いに隣接する２つの前記第１永久磁石のＮ極の位置は、周方向において互いにｎ／ｍ周期ずれている。

本発明によれば、高い磁力を持つ第１永久磁石の量を削減した場合でも、回転子の十分な磁力を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る回転子の構造を概略的に示す側面図である。 回転子の構造を概略的に示す平面図である。 回転子における第１永久磁石の配向を示す図である。 各第１永久磁石の構造及び各第１永久磁石における磁極の位置を示す図である。 第２永久磁石の構造を概略的に示す断面図である。 第２永久磁石の構造及び第２永久磁石における磁極の位置を示す図である。 回転子の製造工程の一例を示すフローチャートである。 比較例１に係る回転子の構造を概略的に示す断面図である。 比較例２に係る回転子における、第１永久磁石の構造及び第１永久磁石の配向を示す図である。 比較例２に係る回転子における、第２永久磁石の構造及び配向を示す図である。 比較例２に係る回転子の構造及び配向を示す図である。 表面磁束密度の変化を示すグラフである。 変形例１に係る回転子の構造を概略的に示す断面図である。 変形例２に係る回転子の構造を概略的に示す平面図である。 変形例２に係る回転子の構造を概略的に示す側面図である。 変形例２に係る回転子の構造を概略的に示す断面図である。 変形例３に係る回転子の構造を概略的に示す平面図である。 変形例３に係る回転子の構造を概略的に示す側面図である。 変形例３に係る回転子の構造を概略的に示す断面図である。 変形例４に係る回転子の構造を概略的に示す断面図である。 変形例４に係る回転子の構造を概略的に示す側面図である。 変形例５に係る回転子の構造を概略的に示す断面図である。 変形例５に係る回転子の構造を概略的に示す側面図である。 本発明の実施の形態２に係る電動機の構造を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態３に係るファンの構造を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和機の構成を概略的に示す図である。

実施の形態１．
各図に示されるｘｙｚ直交座標系において、ｚ軸方向（ｚ軸）は、回転子２の軸線Ａｘと平行な方向を示し、ｘ軸方向（ｘ軸）は、ｚ軸方向（ｚ軸）に直交する方向を示し、ｙ軸方向（ｙ軸）は、ｚ軸方向及びｘ軸方向の両方に直交する方向を示す。軸線Ａｘは、回転子２の回転中心である。軸線Ａｘは、後述する電動機１の軸線も示す。軸線Ａｘと平行な方向は、「回転子２の軸方向」又は単に「軸方向」ともいう。「径方向」は、回転子２又は固定子３の半径方向であり、軸線Ａｘと直交する方向である。ｘｙ平面は、軸方向と直交する平面である。矢印Ｄ１は、軸線Ａｘを中心とする周方向を示す。回転子２又は固定子３の周方向を、単に「周方向」ともいう。

いくつかの図に示される「Ｎ」及び「Ｓ」は、それぞれ回転子２（変形例を含む）におけるＮ極及びＳ極を示す。

図１は、本発明の実施の形態１に係る回転子２の構造を概略的に示す側面図である。図１において、破線は回転子２の磁極（Ｎ極又はＳ極）の位置を示す。
図２は、回転子２の構造を概略的に示す平面図である。図２は、図１における線Ｃ２−Ｃ２に沿った平面図である。図２において、回転子２上の矢印は、主な磁束の向きを示す。

回転子２は、電動機（例えば、後述する電動機１）に用いられる。

回転子２は、少なくとも１つの第１永久磁石２１と、第１永久磁石２１とは種類が異なる少なくとも１つの第２永久磁石２２とを有する。

「少なくとも１つの第１永久磁石２１」は、２以上の第１永久磁石２１を含み、「少なくとも１つの第２永久磁石２２」は、２以上の第２永久磁石２２を含む。

回転子２は、２ｎ（ｎは自然数）個の磁極を持つ。本実施の形態では、ｎは４であり、回転子２は、８個の磁極を持つ。回転子２は、複数の第１永久磁石２１と、１つの第２永久磁石２２とを有する。本実施の形態では、回転子２は、２ｎ個の第１永久磁石２１と、１つの第２永久磁石２２とを有する。したがって、本実施の形態では、回転子２は、８個の第１永久磁石２１と、１つの第２永久磁石２２とを有する。

例えば、図１に示されるように、回転子２の外周面上に、第１永久磁石２１のＮ極及び第１永久磁石２１のＳ極が交互に配列されている。ただし、複数の第１永久磁石２１は、例えば、リング状の連結部で互いに連結されていてもよく、第２永久磁石２２は、複数の部分に分割されていてもよい。

図３は、回転子２における、第１永久磁石２１の配向、すなわち、第１永久磁石２１からの磁束の向きを示す図である。
図４は、各第１永久磁石２１の構造及び各第１永久磁石２１における磁極の位置を示す図である。

各第１永久磁石２１は、回転子２の外周面の一部を形成している。図３に示されるように、各第１永久磁石２１は、極異方性を持つように磁化されている。言い換えると、各第１永久磁石２１は、回転子２が極異方性を持つように磁化されている。本実施の形態では、図３に示されるように、１組の第１永久磁石２１（すなわち、２ｎ個の第１永久磁石２１）は、２ｎ個の磁極を形成する。各第１永久磁石２１は、希土類磁石である。例えば、各第１永久磁石２１は、希土類磁石と樹脂とを混ぜて作られたボンド磁石、すなわち、希土類ボンド磁石である。各第１永久磁石２１は、第２永久磁石２２よりも高い磁力を持つ。

ｘｙ平面において、各第１永久磁石２１の内周面及び外周面は、同心円状に形成されている。すなわち、ｘｙ平面における各第１永久磁石２１の厚みは、周方向において一定である。

希土類磁石は、例えば、Ｎｄ（ネオジム）−Ｆｅ（鉄）−Ｂ（ホウ素）を含む磁石又はＳｍ（サマリウム）−Ｆｅ（鉄）−Ｎ（窒素）を含む磁石である。樹脂は、例えば、ナイロン樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、又はエポキシ樹脂である。

第２永久磁石２２は、回転子２の周方向において第１永久磁石２１に隣接しており、回転子２の外周面の一部を形成している。具体的には、第２永久磁石２２の一部は、回転子２の周方向において第１永久磁石２１に隣接しており、他の一部は、回転子２の径方向において第１永久磁石２１の内側に位置している。したがって、第２永久磁石２２は、リング状の磁石である。

図１及び図２に示される例では、回転子２の外周面において、複数の第１永久磁石２１と、第２永久磁石２２のうちの複数の部分が、回転子２の周方向に交互に配列されている。

図５は、第２永久磁石２２の構造を概略的に示す断面図である。図５は、図１における線Ｃ５−Ｃ５に沿った断面図である。図５において、第２永久磁石２２上の矢印は、主な磁束の向きを示す。
図６は、第２永久磁石２２の構造及び第２永久磁石２２における磁極の位置を示す図である。

図５に示されるように、第２永久磁石２２は、極異方性を持つように磁化されている。言い換えると、第２永久磁石２２は、回転子２が極異方性を持つように磁化されている。本実施の形態では、第２永久磁石２２は、単一の構造体、すなわち、１つの磁石である。第２永久磁石２２は、各第１永久磁石２１と共に回転子２における磁極を構成する。

第２永久磁石２２は、第１永久磁石２１とは種類が異なる磁石である。第２永久磁石２２は、フェライト磁石である。例えば、第２永久磁石２２は、フェライト磁石と樹脂とを混ぜて作られたボンド磁石、すなわち、フェライトボンド磁石である。樹脂は、例えば、ナイロン樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、又はエポキシ樹脂である。第２永久磁石２２は、各第１永久磁石の磁力よりも低い磁力を持つ。

第２永久磁石２２は、３×２ｎ個の磁極を持つ。すなわち、第２永久磁石２２は、３×２ｎ個の磁極を持つように磁化容易軸を持つ。したがって、本実施の形態では、第２永久磁石２２は、２４個の磁極を持ち、少なくとも２４方向の磁化容易軸を持つ。

図２において矢印で示される回転子２の配向は、図３に示される第１永久磁石２１の配向及び図５に示される第２永久磁石２２の配向の合成である。その結果、回転子２の表面磁束密度、すなわち、回転子２の外周面における磁束密度は、各第１永久磁石２１と第２永久磁石２２との境界で最大である。

第２永久磁石２２の複数の磁極の一部（例えば、一部のＮ極）は、各第１永久磁石２１に隣接している。これにより、回転子２の外周面における磁束密度は、各第１永久磁石２１と第２永久磁石２２との境界で最大になる。

回転子２の製造方法の一例を説明する。
図７は、回転子２の製造工程の一例を示すフローチャートである。

第１の工程Ｓ１では、第２永久磁石２２の原料を第２永久磁石２２用の金型内に充填する。

第２の工程Ｓ２では、第２永久磁石２２を成形し、第２永久磁石２２に配向を施す。例えば、着磁用の磁石を用いて第２永久磁石２２用の金型の内部に極異方性の磁場を発生させる。これにより、第２永久磁石２２が成形され、第２永久磁石２２に配向が施される。第２永久磁石２２は、例えば、射出成形で成形される。本実施の形態では、第２永久磁石２２が極異方性の配向及び３×２ｎ個の磁極を持つように、第２永久磁石２２が成形される。言い換えると、第２永久磁石２２が３×２ｎ個の磁極を持つように第２永久磁石２２に磁化容易軸が形成される。

第１の工程Ｓ１及び第２の工程Ｓ２は同時に行われてもよい。この場合、例えば、着磁用の磁石を用いて第２永久磁石２２用の金型の内部に極異方性の磁場を、予め発生させる。第２永久磁石２２用の金型の内部に極異方性の磁場が発生している状態で、射出成形で第２永久磁石２２の原料を第２永久磁石２２用の金型内に充填する。これにより、第２永久磁石２２が成形され、同時に、第２永久磁石２２に配向が施される。

第３の工程Ｓ３では、金型内の第２永久磁石２２を冷却する。

第４の工程Ｓ４では、第２永久磁石２２を金型から取り出す。

各第１永久磁石２１の形状に対応する型が、第２永久磁石２２用の金型に形成されているので、第２永久磁石２２が得られるのと同時に、第２永久磁石２２の外周面に各第１永久磁石２１の形状が成形される。

第５の工程Ｓ５では、第２永久磁石２２を脱磁する。例えば、脱磁器で第２永久磁石２２を脱磁する。

第６の工程Ｓ６では、第２永久磁石２２を第１永久磁石２１用の金型内に配置する。

第７の工程Ｓ７では、第１永久磁石２１の原料を第１永久磁石２１用の金型内に充填する。

第８の工程Ｓ８では、第１永久磁石２１を成形し、各第１永久磁石２１に配向を施す。例えば、着磁用の磁石を用いて第１永久磁石２１用の金型の内部に極異方性の磁場を発生させる。これにより、複数の第１永久磁石２１が成形され、各第１永久磁石２１に配向が施される。各第１永久磁石２１は、例えば、射出成形で成形される。本実施の形態では、第２永久磁石２２の外周面に、回転子２の外周面の一部を形成するように２ｎ個の第１永久磁石２１が成形され、極異方性の配向を持つように各第１永久磁石２１が成形される。

第７の工程Ｓ７及び第８の工程Ｓ８は同時に行われてもよい。この場合、例えば、着磁用の磁石を用いて第１永久磁石２１用の金型の内部に極異方性の磁場を、予め発生させる。第１永久磁石２１用の金型の内部に極異方性の磁場が発生している状態で、射出成形で第１永久磁石２１の原料を第１永久磁石２１用の金型内に充填する。これにより、各第１永久磁石２１が成形され、同時に、各第１永久磁石２１に配向が施される。

第９の工程Ｓ９では、金型内の第１永久磁石２１を冷却する。

第１０の工程Ｓ１０では、第１永久磁石２１及び第２永久磁石２２を金型から取り出す。

第１１の工程Ｓ１１では、第１永久磁石２１を脱磁する。例えば、脱磁器で第１永久磁石２１を脱磁する。

第１２の工程Ｓ１２では、第１永久磁石２１及び第２永久磁石２２を着磁する。例えば、着磁器を用いて第１永久磁石２１及び第２永久磁石２２が極異方性を持つように第１永久磁石２１及び第２永久磁石２２を着磁する。

これにより、回転子２が得られる。

実施の形態１に係る回転子２の利点を説明する。
図８は、比較例１に係る回転子２００の構造を概略的に示す断面図である。図８において、回転子２００における矢印は、主な磁束の向きを示す。図８に示される比較例１に係る回転子２００では、円筒形状のフェライトボンド磁石２０２の外周面に、フェライトボンド磁石２０２よりも高い磁力を持つリング形状の希土類ボンド磁石２０１が配置されている。このリング形状の希土類ボンド磁石２０１は、回転子２００の周方向に延在しており、ｘｙ平面における厚みが、回転子２００の軸方向において一定である。すなわち、リング形状の希土類ボンド磁石２０１が、回転子２００の外周面の全てを形成している。

これに対し、実施の形態１に係る回転子２は複数の第１永久磁石２１を有する。各第１永久磁石２１は回転子２の外周面の一部を形成しており、回転子２の外周面の全てを形成していない。これにより、比較例１に係る回転子２００に比べて、高い磁力を持つ第１永久磁石２１の量を削減することができる。第１永久磁石２１が高価な希土類ボンド磁石である場合、比較例１に係る回転子２００に比べて希土類ボンド磁石の量を削減することができるので、回転子２のコストを低減することができる。

図９は、比較例２に係る回転子３００における、第１永久磁石３０１の構造及び第１永久磁石３０１の配向を示す図である。
図１０は、比較例２に係る回転子３００における、第２永久磁石３０２の構造及び配向を示す図である。
図１１は、比較例２に係る回転子３００の構造及び配向を示す図である。

図１２は、表面磁束密度の変化を示すグラフである。図１２において、縦軸は、表面磁束密度［ａ．ｕ．］（具体的には、図１における線Ｃ５の位置における表面磁束密度）を示し、横軸は、機械角［度］を示す。図１２において、「Ａ」は、実施の形態１に係る回転子２の表面磁束密度を示し、「Ｂ」は、比較例１に係る回転子２００の表面磁束密度を示し、「Ｃ」は、比較例２に係る回転子３００の表面磁束密度を示す。

比較例１に係る回転子２００では、希土類ボンド磁石２０１及びフェライトボンド磁石２０２は、形状の点で、実施の形態１に係る回転子２の各第１永久磁石及び第２永久磁石２２とそれぞれ異なる。

比較例２に係る回転子３００では、各第１永久磁石３０１及び第２永久磁石３０２は、形状の点で、実施の形態１に係る回転子２の各第１永久磁石及び第２永久磁石２２と同じであるが、比較例２に係る回転子３００の第２永久磁石３０２の磁極の数が実施の形態１に係る回転子２の第２永久磁石２２の磁極の数と異なる。実施の形態１に係る回転子２の第２永久磁石２２の磁極の数は、２４極であり、比較例２に係る回転子３００の第２永久磁石３０２の磁極の数は８極である。

図１２に示されるように、破線Ｂで示される比較例１に係る回転子２００では、周方向において均一な正弦波が形成されている。これに対して、破線Ｃで示される比較例２に係る回転子３００では、不均一な正弦波が形成されている。そのため、比較例２に係る回転子３００では、比較例１に比べて回転子３００の回転中における、振動及び騒音が大きい。

一方、実施の形態１に係る回転子２では、第２永久磁石２２は、３×２ｎ個の磁極（本実施の形態では、２４個の磁極）を持ち、回転子２の外周面における磁束密度は、各第１永久磁石２１と第２永久磁石２２との境界で最大である。これにより、図１２に示されるように、比較的均一な正弦波が形成される。すなわち、実施の形態１に係る回転子２において、比較例２に比べて表面磁束密度の急激な変化が抑えられている。これにより、比較例２に比べて回転子２の回転中における、振動及び騒音を低減することができる。

以上に説明したように、実施の形態１に係る回転子２によれば、比較例１に係る回転子２００に比べて、高い磁力を持つ第１永久磁石２１の量を削減することができる。具体的には、実施の形態１に係る回転子２では、各第１永久磁石２１が回転子２の外周面の一部を形成するので、比較例１に係る回転子２００に比べて、第１永久磁石２１の量を約２０％削減することが可能である。通常、希土類磁石の材料単価は、フェライト磁石の１０倍以上である。したがって、第１永久磁石２１として希土類磁石を含む磁石（例えば、希土類ボンド磁石）を用い、第２永久磁石２２としてフェライト磁石を含む磁石（例えば、フェライトボンド磁石）を用いた場合、第２永久磁石２２の量が多くなっても、第１永久磁石２１のコストを大幅に低減することができる。その結果、回転子２のコストを大幅に低減することができる。

さらに、上述のように、実施の形態１に係る回転子２では、高い磁力を持つ第１永久磁石２１の量を削減しても、表面磁束密度の急激な変化が抑えられている。これにより、比較例２に比べて回転子２の回転中における、振動及び騒音を低減することができる。

回転子２の製造方法によれば、上述の利点を持つ回転子２を製造することができる。

変形例１．
図１３は、変形例１に係る回転子２ａの構造を概略的に示す断面図である。
ｘｙ平面において、回転子２ａの回転中心（すなわち、軸線Ａｘ）と第１永久磁石２１の内周面の両端Ｐ１１を通る２直線Ｔ１１が成す角度Ａ１は、回転子２ａの回転中心と第１永久磁石２１の外周面の両端Ｐ１２を通る２直線Ｔ１２が成す角度Ａ２よりも大きい。第１永久磁石２１の内周面とは、第１永久磁石２１の径方向内側の表面である。第１永久磁石２１の外周面とは、第１永久磁石２１の径方向外側の表面である。

ｘｙ平面において、第１永久磁石２１の内周面は、第１永久磁石２１の外周面よりも長い。これにより、回転子２ａの回転時に生じる遠心力によって、第１永久磁石２１が第２永久磁石２２から外れることを防ぐことができる。

ｘｙ平面において、角度Ａ３は角度Ａ４よりも小さい。これにより、回転子２ａの回転時に生じる遠心力によって、第１永久磁石２１が第２永久磁石２２から外れることを防ぐことができる。角度Ａ３は、ｘｙ平面において、２つの第１永久磁石２１の内周面の、回転子２の周方向において互いに対向する端部Ｐ１３を通る２直線Ｔ２２が成す角度である。言い換えると、２つの端部Ｐ１３は、回転子２の周方向において隣接する。角度Ａ４は、ｘｙ平面において、２つの第１永久磁石２１の間の第２永久磁石２２の外周面の両端Ｐ２１を通る２直線Ｔ２１が成す角度である。第２永久磁石２２の外周面とは、第２永久磁石２２の径方向外側の表面である。

さらに、変形例１に係る回転子２ａは、実施の形態１に係る回転子２と同じ利点を持つ。

変形例２．
図１４は、変形例２に係る回転子２ｂの構造を概略的に示す平面図である。
図１５は、変形例２に係る回転子２ｂの構造を概略的に示す側面図である。
図１６は、変形例２に係る回転子２ｂの構造を概略的に示す断面図である。具体的には、図１６は、図１４における線Ｃ１６−Ｃ１６に沿った断面図である。

変形例２に係る回転子２ｂでは、第１永久磁石２１は、単一の構造体である。第１永久磁石２１は、複数の本体２１ａと、少なくとも１つのリング状部分２１ｂとを有する。図１５に示される例では、第１永久磁石２１は、２つのリング状部分２１ｂを有する。複数の本体２１ａは、実施の形態１における各第１永久磁石２１（例えば、図１に示される各第１永久磁石２１）に対応する。したがって、各本体２１ａは、回転子２ｂの外周面の一部を形成しており、極異方性を持つように磁化されている。周方向において隣接する２つの本体２１ａの間に第２永久磁石２２の一部が存在している。

図１５に示される例では、２つのリング状部分２１ｂは、１つの部材（単一の構造体とも称する）として複数の本体２１ａと一体化されている。したがって、変形例２では、回転子２ｂは、１つの第１永久磁石２１と、１つの第２永久磁石２２とを有する。図１５に示される例では、リング状部分２１ｂは、軸方向における第１永久磁石２１の両端に位置している。ただし、リング状部分２１ｂは、軸方向における第１永久磁石２１の一端に位置していてもよい。各リング状部分２１ｂは、回転子２ｂの軸方向における第２永久磁石２２の端部の全部又は一部を覆う。

図１６に示されるように、各リング状部分２１ｂは、少なくとも１つの突起２１ｃ又は少なくとも１つの凹部２１ｄを有してもよい。各リング状部分２１ｂは、少なくとも１つの突起２１ｃ及び少なくとも１つの凹部２１ｄの両方を有してもよい。突起２１ｃは、第２永久磁石２２に向けて突出している。例えば、突起２１ｃは、第２永久磁石２２に形成された凹部と係合する。例えば、凹部２１ｄは、第２永久磁石２２に形成された突起と係合する。

一般に、回転子の温度が変化したとき、磁石が変形する場合がある。この場合、熱収縮率の違いによって２種類の磁石のうちの一方が、回転子から外れることがある。変形例２では、回転子２ｂがリング状部分２１ｂを有するので、回転子２ｂの温度が変化したとき、熱収縮率の違いによって第１永久磁石２１又は第２永久磁石２２が変形した場合でも、第１永久磁石２１（特に、本体２１ａ）が第２永久磁石２２から外れることを防ぐことができる。さらに、回転子２ｂの回転時に生じる遠心力によって、第１永久磁石２１（特に、本体２１ａ）が第２永久磁石２２から外れることを防ぐことができる。

さらに、各リング状部分２１ｂが、第２永久磁石２２と係合する少なくとも１つの突起２１ｃを有するので、第１永久磁石２１を第２永久磁石２２にしっかり固定することができる。これにより、第１永久磁石２１（特に、本体２１ａ）が第２永久磁石２２から外れることを効果的に防ぐことができる。

さらに、各リング状部分２１ｂが、第２永久磁石２２と係合する少なくとも１つの凹部２１ｄを有するので、第１永久磁石２１を第２永久磁石２２にしっかり固定することができる。これにより、第１永久磁石２１（特に、本体２１ａ）が第２永久磁石２２から外れることを効果的に防ぐことができる。

さらに、変形例２に係る回転子２ｂは、実施の形態１に係る回転子２と同じ利点を持つ。

変形例３．
図１７は、変形例３に係る回転子２ｃの構造を概略的に示す平面図である。
図１８は、変形例３に係る回転子２ｃの構造を概略的に示す側面図である。
図１９は、変形例３に係る回転子２ｃの構造を概略的に示す断面図である。具体的には、図１９は、図１７における線Ｃ１９−Ｃ１９に沿った断面図である。

変形例３に係る回転子２ｃは、少なくとも１つの樹脂２５をさらに有する。例えば、樹脂２５は、回転子２ｃにおいてシャフトを固定するためのリブと一体的に成形することができる。

図１８に示される例では、樹脂２５は、回転子２ｃの軸方向における第１永久磁石２１の両端に固定されている。すなわち、図１８に示される例では、回転子２ｃは、２つの樹脂２５を有する。ただし、回転子２ｃの軸方向における第１永久磁石２１の両端に固定された樹脂２５は、１つの部材として一体化されていてもよい。１つの樹脂２５が、回転子２ｃの軸方向における第１永久磁石２１の一端に固定されていてもよい。図１７に示される例では、各樹脂２５は、ｘｙ平面においてリング状の樹脂である。各樹脂２５は、回転子２ｃの軸方向における第１永久磁石２１の端部と軸方向における第２永久磁石２２の端部の全部又は一部を覆う。

図１９に示されるように、各樹脂２５は、少なくとも１つの突起２５ａ又は少なくとも１つの凹部２５ｂを有してもよい。各樹脂２５は、少なくとも１つの突起２５ａ及び少なくとも１つの凹部２５ｂの両方を有してもよい。突起２５ａは、第２永久磁石２２に向けて突出している。例えば、突起２５ａは、第１永久磁石２１又は第２永久磁石２２に形成された凹部と係合する。例えば、凹部２５ｂは、第１永久磁石２１又は第２永久磁石２２に形成された突起と係合する。

一般に、回転子の温度が変化したとき、磁石が変形する場合がある。この場合、熱収縮率の違いによって２種類の磁石のうちの一方が、回転子から外れることがある。変形例３では、回転子２ｃが樹脂２５を有するので、回転子２ｃの温度が変化したとき、熱収縮率の違いによって第１永久磁石２１又は第２永久磁石２２が変形した場合でも、第１永久磁石２１が第２永久磁石２２から外れることを防ぐことができる。さらに、回転子２ｃの回転時に生じる遠心力によって、第１永久磁石２１が第２永久磁石２２から外れることを防ぐことができる。

さらに、各樹脂２５が、第１永久磁石２１又は第２永久磁石２２と係合する少なくとも１つの突起２５ａを有するので、各樹脂２５が各第１永久磁石２１を覆っている状態で、各樹脂２５を第１永久磁石２１又は第２永久磁石２２にしっかり固定することができる。これにより、第１永久磁石２１が第２永久磁石２２から外れることを効果的に防ぐことができる。

さらに、各樹脂２５が、第１永久磁石２１又は第２永久磁石２２と係合する少なくとも１つの凹部２５ｂを有するので、各樹脂２５が各第１永久磁石２１を覆っている状態で、各樹脂２５を第１永久磁石２１又は第２永久磁石２２にしっかり固定することができる。これにより、第１永久磁石２１が第２永久磁石２２から外れることを効果的に防ぐことができる。

さらに、変形例３に係る回転子２ｃは、少なくとも１つの樹脂２５を有するので、変形例２に係る回転子２ｂに比べて第１永久磁石２１の量を削減することができる。

さらに、変形例３に係る回転子２ｃは、実施の形態１に係る回転子２と同じ利点を持つ。

変形例４．
図２０は、変形例４に係る回転子２ｄの構造を概略的に示す断面図である。具体的には、図２０は、図２１における線Ｃ２０−Ｃ２０に沿った断面図である。
図２１は、変形例４に係る回転子２ｄの構造を概略的に示す側面図である。

変形例４に係る回転子２ｄは、少なくとも１つの第１永久磁石２１と、１つの第２永久磁石２２と、少なくとも１つの第３永久磁石２３と、少なくとも１つの第４永久磁石２４とを有する。図２１に示される例では、各第３永久磁石２３の構造は、第１永久磁石２１の構造と同じであり、各第３永久磁石２３の磁気特性は、各第１永久磁石２１の磁気特性と同じである。各第４永久磁石２４の構造は、第２永久磁石２２の構造と同じであり、各第４永久磁石２４の磁気特性は、第２永久磁石２２の磁気特性と同じである。

第３永久磁石２３は、単一の構造体でもよく、複数の部分に分割されていてもよい。第４永久磁石２４は、単一の構造体でもよく、複数の部分に分割されていてもよい。

図２１に示されるように、第３永久磁石２３及び第４永久磁石２４は、回転子２ｄの軸方向において第１永久磁石２１及び第２永久磁石２２に積層されている。

すなわち、各第３永久磁石２３は、回転子２ｄの外周面の一部を形成しており、極異方性を持つように磁化されている。各第３永久磁石２３は、例えば、希土類磁石と樹脂とを混ぜて作られたボンド磁石、すなわち、希土類ボンド磁石である。各第３永久磁石２３は、第４永久磁石２４よりも高い磁力を持つ。希土類磁石は、例えば、Ｎｄ（ネオジム）−Ｆｅ（鉄）−Ｂ（ホウ素）を含む磁石又はＳｍ（サマリウム）−Ｆｅ（鉄）−Ｎ（窒素）を含む磁石である。樹脂は、例えば、ナイロン樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、又はエポキシ樹脂である。

第４永久磁石２４は、回転子２ｄの周方向において第３永久磁石２３に隣接しており、回転子２ｄの外周面の一部を形成している。具体的には、第４永久磁石２４の一部は、回転子２ｄの周方向において第３永久磁石２３に隣接しており、他の一部は、回転子２ｄの径方向において第３永久磁石２３の内側に位置している。したがって、第４永久磁石２４は、リング状の磁石である。

第４永久磁石２４は、極異方性を持つように磁化されている。第４永久磁石２４は、第３永久磁石２３とは種類が異なる磁石である。具体的には、第４永久磁石２４は、例えば、フェライト磁石と樹脂とを混ぜて作られたボンド磁石、すなわち、フェライトボンド磁石である。樹脂は、例えば、ナイロン樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、又はエポキシ樹脂である。第４永久磁石２４は、各第３永久磁石の磁力よりも低い磁力を持つ。第４永久磁石２４は、第２永久磁石２２と同様に、３×２ｎ個の磁極を持つ。

変形例４に係る回転子２ｄでは、第１永久磁石２１は、単一の構造体である。第１永久磁石２１は、複数の本体２１ａと、少なくとも１つのリング状部分２１ｂ（変形例４において第１リング状部分ともいう）とを有する。複数の本体２１ａは、実施の形態１における各第１永久磁石２１（例えば、図１に示される各第１永久磁石２１）に対応する。したがって、各本体２１ａは、回転子２ｄの外周面の一部を形成しており、極異方性を持つように磁化されている。周方向において隣接する２つの本体２１ａの間に第２永久磁石２２の一部が存在している。

リング状部分２１ｂは、１つの部材として複数の本体２１ａと一体化されている。したがって、変形例４では、回転子２ｄは、１つの第１永久磁石２１と、１つの第２永久磁石２２とを有する。図２１に示される例では、リング状部分２１ｂは、軸方向における第１永久磁石２１の端部に形成されている。リング状部分２１ｂは、回転子２ｄの軸方向における第２永久磁石２２の端部を覆う。

変形例４に係る回転子２ｄでは、第３永久磁石２３は、単一の構造体である。第３永久磁石２３は、複数の本体２３ａと、少なくとも１つのリング状部分２３ｂ（変形例４において第２リング状部分ともいう）とを有する。複数の本体２３ａは、実施の形態１における各第１永久磁石２１（例えば、図１に示される各第１永久磁石２１）に対応する。したがって、各本体２３ａは、回転子２ｄの外周面の一部を形成しており、極異方性を持つように磁化されている。周方向において隣接する２つの本体２３ａの間に第４永久磁石２４の一部が存在している。

リング状部分２３ｂは、１つの部材として複数の本体２３ａと一体化されている。したがって、変形例４では、回転子２ｄは、１つの第３永久磁石２３と、１つの第４永久磁石２４とを有する。図２１に示される例では、リング状部分２３ｂは、軸方向における第３永久磁石２３の端部に形成されている。リング状部分２３ｂは、回転子２ｄの軸方向における第４永久磁石２４の端部を覆う。

回転子２ｄの軸方向において、リング状部分２１ｂは、リング状部分２３ｂに対向している。これにより、回転子２ｄの軸方向における中央部分に、第１永久磁石２１及び第３永久磁石２３の割合を増加させることができる。その結果、電動機において、回転子２ｄから固定子に流入する磁束が増加し、電動機の出力を高めることができる。

電動機内において、回転子２ｄの軸方向における長さは、固定子の軸方向における長さよりも長いことが望ましい。これにより、回転子２ｄからの磁束の漏れを低減することができる。すなわち、電動機において、回転子２ｄから固定子に流入する磁束が増加し、電動機の出力を高めることができる。

変形例４では、回転子２ｄは２層の磁石を持つ。言い換えると、回転子２ｄは、２層に分割されている。すなわち、回転子２ｄは、第１永久磁石２１及び第２永久磁石２２で構成された第１層と、第３永久磁石２３及び第４永久磁石２４で構成された第２層とを持つ。したがって、回転子２ｄは複数の層を持つので、回転子２ｄにおける渦電流損を低減することができる。

ｘｙ平面において、第１永久磁石２１の磁極中心位置（例えば、Ｎ極の位置）は、第３永久磁石２３の磁極中心位置（例えば、Ｎ極の位置）と一致していることが望ましい。これにより、回転子２ｄの各磁極中心位置における磁束密度を高めることができるので、電動機において、回転子２ｄから固定子に流入する磁束が増加し、電動機の出力を高めることができる。第１永久磁石２１の各磁極中心位置及び第３永久磁石２３の各磁極中心位置は、図２１において破線で示されている位置である。

さらに、変形例４に係る回転子２ｄは、実施の形態１に係る回転子２と同じ利点を持つ。

変形例５．
図２２は、変形例５に係る回転子２ｅの構造を概略的に示す断面図である。図２２は、図２３における線Ｃ２２−Ｃ２２に沿った断面図である。
図２３は、変形例５に係る回転子２ｅの構造を概略的に示す側面図である。

変形例５に係る回転子２ｅは、実施の形態１及び上述の各変形例と同様に、２ｎ個（ｎは自然数）の磁極を持つ。さらに、回転子２ｅは、軸方向に積層された２層からｍ層（ｍは自然数且つｎの約数）までの複数の層磁石２０を有する。図２３に示される例では、ｎ＝４、ｍ＝２である。すなわち、図２３に示される例では、回転子２ｅは、２層の層磁石２０を有する。

複数の層磁石２０の各層磁石２０は、少なくとも１つの第１永久磁石２１と、１つの第２永久磁石２２とを有する。

図２３に示されるように、複数の層磁石２０は、回転子２ｅの軸方向において積層されている。上述のように、回転子２ｅは２層の磁石を持つ。言い換えると、回転子２ｅは、２層に分割されている。したがって、回転子２ｅは複数の層を持つので、回転子２ｅにおける渦電流損を低減することができる。

回転子２ｅの軸方向において、各第１永久磁石２１のリング状部分２１ｂは、他の第１永久磁石２１のリング状部分２１ｂに対向している。これにより、回転子２ｅの軸方向における中央部分に、第１永久磁石２１の割合を増加させることができる。その結果、電動機において、回転子２ｅから固定子に流入する磁束が増加し、電動機の出力を高めることができる。

複数の層磁石２０の各第１永久磁石２１において、１周期を、ｘｙ平面におけるＮ極と隣り合うＮ極との間の角度としたとき、軸方向において互いに隣接する２つの第１永久磁石２１のＮ極の位置は、周方向において互いにｎ／ｍ周期ずれている。軸方向において互いに隣接する２つの第１永久磁石２１のＳ極の位置も、周方向において互いにｎ／ｍ周期ずれている。これにより、各層磁石２０が配向のばらつきを持つ場合であっても、回転子２ｅにおいて均一な配向を得ることができる。その結果、例えば、図１２において「Ａ」で示される例と同様に、回転子２ｅ全体において、周方向において磁束密度の急激な変化が抑えられ、電動機における振動及び騒音を低減することができる。

さらに、変形例５に係る回転子２ｅは、実施の形態１に係る回転子２と同じ利点を持つ。

実施の形態２．
図２４は、本発明の実施の形態２に係る電動機１の構造を概略的に示す部分断面図である。
電動機１は、実施の形態１に係る回転子２と、固定子３とを有する。回転子２の代わりに、実施の形態１の各変形例に係る回転子２ａから２ｊを、電動機１に適用可能である。

電動機１は、回転子２と、固定子３と、回路基板４と、回転子２の回転位置を検出する磁気センサ５と、ブラケット６と、ベアリング７ａ及び７ｂと、回転子２の回転位置検出用マグネットとしてのセンサマグネット８と、回転子２に固定されたシャフト３７とを有する。電動機１は、例えば、永久磁石同期電動機である。

回転子２は、固定子３の内側に回転可能に配置されている。回転子２と固定子３との間には、エアギャップが形成されている。回転子２は、軸線Ａｘを中心として回転する。

実施の形態２に係る電動機１は、実施の形態１に係る回転子２（各変形例を含む）を有するので、実施の形態１で説明した回転子２の効果（各変形例の効果を含む）と同じ効果が得られる。

実施の形態２に係る電動機１は、実施の形態１に係る回転子２を有するので、電動機１の効率を改善することができる。

実施の形態３．
図２５は、本発明の実施の形態３に係るファン６０の構造を概略的に示す図である。
ファン６０は、羽根６１と、電動機６２とを有する。ファン６０は、送風機とも言う。電動機６２は、実施の形態２に係る電動機１である。羽根６１は、電動機６２のシャフトに固定されている。電動機６２は、羽根６１を駆動させる。電動機６２が駆動すると、羽根６１が回転し、気流が生成される。これにより、ファン６０は送風することができる。

実施の形態３に係るファン６０によれば、電動機６２に実施の形態２で説明した電動機１が適用されるので、実施の形態２で説明した効果と同じ効果を得ることができる。さらに、ファン６０の効率を改善することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る空気調和機５０（冷凍空調装置又は冷凍サイクル装置ともいう）について説明する。
図２６は、実施の形態４に係る空気調和機５０の構成を概略的に示す図である。

実施の形態４に係る空気調和機５０は、送風機（第１の送風機）としての室内機５１と、冷媒配管５２と、冷媒配管５２を介して室内機５１に接続された送風機（第２の送風機）としての室外機５３とを備える。

室内機５１は、電動機５１ａ（例えば、実施の形態２に係る電動機１）と、電動機５１ａによって駆動されることにより、送風する送風部５１ｂと、電動機５１ａ及び送風部５１ｂを覆うハウジング５１ｃとを有する。送風部５１ｂは、例えば、電動機５１ａによって駆動される羽根５１ｄを有する。例えば、羽根５１ｄは、電動機５１ａのシャフトに固定されており、気流を生成する。

室外機５３は、電動機５３ａ（例えば、実施の形態２に係る電動機１）と、送風部５３ｂと、圧縮機５４と、熱交換器（図示しない）とを有する。送風部５３ｂは、電動機５３ａによって駆動されることにより、送風する。送風部５３ｂは、例えば、電動機５３ａによって駆動される羽根５３ｄを有する。例えば、羽根５３ｄは、電動機５３ａのシャフトに固定されており、気流を生成する。圧縮機５４は、電動機５４ａ（例えば、実施の形態２に係る電動機１）と、電動機５４ａによって駆動される圧縮機構５４ｂ（例えば、冷媒回路）と、電動機５４ａ及び圧縮機構５４ｂを覆うハウジング５４ｃとを有する。

空気調和機５０において、室内機５１及び室外機５３の少なくとも１つは、実施の形態２で説明した電動機１を有する。具体的には、送風部の駆動源として、電動機５１ａ及び５３ａの少なくとも一方に、実施の形態２で説明した電動機１が適用される。すなわち、室内機５１又は室外機５３が、実施の形態２で説明した電動機１を有してもよく、室内機５１及び室外機５３の両方が実施の形態２で説明した電動機１を有してもよい。さらに、圧縮機５４の電動機５４ａに、実施の形態２で説明した電動機１を適用してもよい。

空気調和機５０は、例えば、室内機５１から冷たい空気を送風する冷房運転、又は温かい空気を送風する暖房運転等の運転を行うことができる。室内機５１において、電動機５１ａは、送風部５１ｂを駆動するための駆動源である。送風部５１ｂは、調整された空気を送風することができる。

実施の形態４に係る空気調和機５０によれば、電動機５１ａ及び５３ａの少なくとも一方に、実施の形態２で説明した電動機１が適用されるので、実施の形態２で説明した効果と同じ効果を得ることができる。さらに、空気調和機５０の効率を改善することができる。

さらに、送風機（例えば、室内機５１）の駆動源として、実施の形態２に係る電動機１を用いることにより、実施の形態２で説明した効果と同じ効果を得ることができる。これにより、送風機の効率を改善することができる。実施の形態２に係る電動機１と電動機１によって駆動される羽根（例えば、羽根５１ｄ又は５３ｄ）とを有する送風機は、送風する装置として単独で用いることができる。この送風機は、空気調和機５０以外の機器にも適用可能である。

さらに、圧縮機５４の駆動源として、実施の形態２に係る電動機１を用いることにより、実施の形態２で説明した効果と同じ効果を得ることができる。さらに、圧縮機５４の効率を改善することができる。

実施の形態２で説明した電動機１は、空気調和機５０以外に、換気扇、家電機器、又は工作機など、駆動源を有する機器に搭載できる。

以上に説明した各実施の形態における特徴及び各変形例における特徴は、互いに適宜組み合わせることができる。

１ 電動機、 ２ 回転子、 ３ 固定子、 ２１ 第１永久磁石、 ２２ 第２永久磁石、 ２３ 第３永久磁石、 ２４ 第４永久磁石、 ２５ 樹脂、 ５０ 空気調和機、 ５１ 室内機、 ５１ｄ，６１ 羽根、 ５３ 室外機、 ６０ ファン（送風機）。

Claims (14)

1. ２ｎ（ｎは自然数）個の磁極を持つ回転子であって、
   前記回転子の外周面の一部を形成しており、極異方性を持つように磁化された少なくとも１つの第１永久磁石と、
   前記少なくとも１つの第１永久磁石とは種類が異なっており、前記回転子の周方向において前記少なくとも１つの第１永久磁石に隣接しており、前記少なくとも１つの第１永久磁石の磁力よりも低い磁力を持ち、極異方性を持つように磁化された少なくとも１つの第２永久磁石と
   を備え、
   前記少なくとも１つの第２永久磁石は、３×２ｎ個の磁極を持つ
   回転子。
2. 前記回転子の外周面における磁束密度は、前記少なくとも１つの第１永久磁石と前記少なくとも１つの第２永久磁石との境界で最大である請求項１に記載の回転子。
3. 前記少なくとも１つの第１永久磁石は、２つの第１永久磁石を含み、
   前記回転子の軸方向と直交する平面において、前記２つの第１永久磁石の内周面の、前記回転子の周方向において互いに対向する端部を通る２直線が成す角度は、前記２つの第１永久磁石の間の前記第２永久磁石の外周面の両端を通る２直線が成す角度よりも小さい請求項１又は２に記載の回転子。
4. 前記少なくとも１つの第１永久磁石は、前記回転子の軸方向における前記少なくとも１つの第２永久磁石の端部を覆うリング状部分を有する請求項１又は２に記載の回転子。
5. 前記回転子の軸方向における前記少なくとも１つの第１永久磁石の端部及び前記軸方向における前記少なくとも１つの第２永久磁石の端部を覆う樹脂をさらに有する請求項１又は２に記載の回転子。
6. 前記回転子の外周面の一部を形成しており、極異方性を持つように磁化された少なくとも１つの第３永久磁石と、
   前記少なくとも１つの第３永久磁石とは種類が異なっており、前記周方向において前記少なくとも１つの第３永久磁石に隣接しており、前記少なくとも１つの第３永久磁石の磁力よりも低い磁力を持ち、極異方性を持つように磁化された少なくとも１つの第４永久磁石と
   をさらに備え、
   前記少なくとも１つの第１永久磁石は、前記回転子の軸方向における前記第２永久磁石の端部を覆う第１リング状部分を有し、
   前記少なくとも１つの第３永久磁石は、前記回転子の軸方向における前記第４永久磁石の端部を覆う第２リング状部分を有し、
   前記回転子の軸方向において、前記第１リング状部分は、前記第２リング状部分に対向している
   請求項１又は２に記載の回転子。
7. 前記回転子の軸方向と直交する平面において、前記少なくとも１つの第１永久磁石の磁極中心位置は、前記少なくとも１つの第３永久磁石の磁極中心位置と一致している請求項６に記載の回転子。
8. ２ｎ個（ｎは自然数）の磁極を持ち、軸方向に積層された２層からｍ層（ｍは自然数且つｎの約数）までの複数の層磁石を備えた回転子であって、
   前記複数の層磁石の各層磁石は、
   前記回転子の外周面の一部を形成しており、極異方性を持つように磁化された少なくとも１つの第１永久磁石と、
   前記少なくとも１つの第１永久磁石とは種類が異なっており、前記回転子の周方向において前記少なくとも１つの第１永久磁石に隣接しており、前記少なくとも１つの第１永久磁石の磁力よりも低い磁力を持ち、極異方性を持つように磁化された少なくとも１つの第２永久磁石と
   を有し、
   前記少なくとも１つの第２永久磁石は、３×２ｎ個の磁極を持ち、
   前記複数の層磁石の各第１永久磁石において、１周期を、前記回転子の軸方向と直交する平面におけるＮ極と隣り合うＮ極との間の角度としたとき、前記軸方向において互いに隣接する２つの前記第１永久磁石のＮ極の位置は、周方向において互いにｎ／ｍ周期ずれている
   回転子。
9. 前記少なくとも１つの第１永久磁石は、希土類磁石である請求項１から８のいずれか１項に記載の回転子。
10. 前記少なくとも１つの第２永久磁石は、フェライト磁石である請求項１から９のいずれか１項に記載の回転子。
11. 固定子と、
    前記固定子の内側に回転可能に配置された、請求項１から１０のいずれか１項に記載の回転子と
    を備えた電動機。
12. 請求項１１に記載の電動機と、
    前記電動機によって駆動される羽根と
    を備えた送風機。
13. 室内機と、
    前記室内機に接続された室外機と
    を備え、
    前記室内機及び前記室外機の少なくとも１つは請求項１１に記載の電動機を有する
    空気調和機。
14. 第１永久磁石と、周方向において前記第１永久磁石に隣接しており、前記第１永久磁石の磁力よりも低い磁力を持つ第２永久磁石とを有し、２ｎ（ｎは自然数）個の磁極を持つ回転子の製造方法であって、
    前記第２永久磁石の原料を前記第２永久磁石用の金型内に充填することと、
    極異方性の配向及び３×２ｎ個の磁極を持つように前記第２永久磁石を成形することと、
    前記第２永久磁石を前記第１永久磁石用の金型内に配置することと、
    前記第１永久磁石の原料を前記第１永久磁石用の金型内に充填することと、
    極異方性の配向を持つように前記第１永久磁石を成形することと
    を備える回転子の製造方法。

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