WO2016042730A1 - 電動機およびそれを備える電気機器 - Google Patents

Abstract

本発明の電動機（１００）は、ステータ（４０）と、ロータ（１０）と、一対のベアリング（３０）と、を備える。ステータ（４０）は、環状に形成されるステータコア（４１）を有する。ロータ（１０）は、ステータコア（４１）の内周側に位置し、シャフト（１２）と、ロータコア（１１）と、ボンド磁石（１４）と、を有する。ボンド磁石（１４）は、磁石孔（１３）に充填される。ボンド磁石（１４）は、密度が高い高密度部（１４ｂ）と、高密度部（１４ｂ）よりも密度が低い低密度部（１４ｃ）と、が形成される。電動機（１００）は、シャフト（１２）の軸心（１２ａ）方向において、ロータコア（１１）の中心位置（１１ｂ）がステータコア（４１）の中心位置（４１ｂ）に対して高密度部（１４ｂ）が存在する側に位置する。

Description

電動機およびそれを備える電気機器

　本発明は、ロータコアの内部に、所定の間隔を有して複数の永久磁石が充填された、磁石埋込型ロータを備える電動機と、その電動機を備える電気機器に関する。

　従来、永久磁石が用いられた電動機は、ステータの内周側に、ギャップを介して、ロータが位置する。

　ステータは、略円筒状であり、回転磁界を発生する。

　ロータは、シャフトと、ロータコアと、を備える。ロータは、ロータコアが有する永久磁石により、磁極が形成される。ロータは、シャフトを中心に回転する。

　ロータは、永久磁石がロータコアの一部に用いられる。具体的に、ロータコアには、永久磁石が挿入される磁石孔が形成される。磁石孔には、永久磁石の小片等が挿入される。

　本構成のように、永久磁石がロータコアの内部に埋め込まれた電動機は、磁石埋込型（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ）モータともいう。

　ロータには、つぎの目的を達成するため、磁石埋込型ロータが広く用いられる。

　すなわち、達成する目的のひとつ目は、ロータが高速で回転する際、ロータに加えられる遠心力に対して、ロータの強度を確保することである。

　達成する目的のふたつ目は、永久磁石をロータコアの内部に含むことにより、ロータに磁気的突極性を生じさせることである。ロータに磁気的突極性が生じれば、ロータには、回転トルクが生じる。回転トルクは、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、ロータコアに形成される磁石孔は、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、ロータ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、ロータコアに形成される磁石孔は、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、電動機では、磁石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、つぎの不具合が生じる。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、ロータコアと永久磁石の小片との間には隙間が生じる。ロータコア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、ロータ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、つぎ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、ロータコア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孔に挿入された後、磁石孔にボンド磁石を成す混合物が充填される、磁石埋込型ロータが開示されている。磁石埋込型ロータでは、永久磁石の小片と磁石孔との隙間に、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、磁石埋込型ロータ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、磁石埋込型ロータ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、磁石埋込型ロータが発する磁束密度の向上に対して、あまり貢献しない。

　つぎに、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、磁石埋込型ロータ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、磁石埋込型ロータ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。

　つぎに、特許文献２では、比透磁率が高められたボンド磁石に関する技術が開示されている。

　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。

特開平１０－３０４６１０号公報 国際公開第２０１２／１５７３０４号

　本発明が対象とする電動機は、ステータと、ロータと、一対のベアリングと、を備える。

　ステータは、ステータコアと、巻線と、を有する。ステータコアは、環状に形成される。巻線は、ステータコアに巻き回されて、駆動電流が流される。

　ロータは、ステータコアの内周側に位置し、シャフトと、ロータコアと、ボンド磁石と、を有する。シャフトは、ステータコアの環状中心軸上に、その軸心が位置する。ロータコアは、シャフトに取り付けられて、シャフトの軸心方向に柱体を成す。ロータコアは、軸心に沿って形成される外周面と、外周面に沿って位置する、複数の磁石孔と、を含む。ボンド磁石は、磁石材料と樹脂材料とを混合してなる。ボンド磁石は、複数の磁石孔のそれぞれに充填される。ボンド磁石は、複数の磁石孔のそれぞれに充填される際、充填方向において、密度が高い高密度部と、高密度部よりも密度が低い低密度部と、が形成される。

　一対のベアリングは、ロータコアを挟んで位置する。一対のベアリングは、シャフトを回転自在に支持する。

　さらに、ロータは、複数のｄ軸磁束通路と、複数のｑ軸磁束通路と、を有する。複数のｄ軸磁束通路は、巻線に駆動電流が流されるとき、ステータが発生する回転磁界によってロータに生じる回転トルクのうち、マグネットトルクを発生する。同様に、複数のｑ軸磁束通路は、回転トルクのうち、リラクタンストルクを発生する。

　ｄ軸磁束通路のそれぞれは、複数のボンド磁石のそれぞれと交差して位置する。ｑ軸磁束通路のそれぞれは、複数のボンド磁石のそれぞれに沿って位置する。

　電動機は、シャフトの軸心方向において、ロータコアの中心位置がステータコアの中心位置に対して高密度部が存在する側に位置する。

図１は、本発明の実施の形態１における電動機を構成する主要部の斜視組立図である。 図２は、本発明の実施の形態１における電動機を構成する主要部の組立工程を示すフロー図である。 図３は、本発明の実施の形態１における電動機の概要を示す断面図である。 図４は、図３に示した電動機の要部拡大図である。 図５は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるロータに生じる磁束通路を示す説明図である。 図６は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるロータの平面図である。 図７は、本発明の実施の形態１における他の電動機の概要を示す断面図である。 図８は、本発明の実施の形態２における電動機の概要を示す断面図である。 図９は、図８に示した電動機の要部拡大図である。 図１０は、図９に示した電動機のさらに要部拡大図である。 図１１は、本発明の実施の形態２における他の電動機の概要を示す断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態３における電気機器の概要を示す構成図である。

　本発明の実施の形態である電動機、および、それを備える電気機器は、後述する構成により、ボンド磁石を用いた永久磁石型の電動機の性能ばらつきを抑制できる。その理由は、ボンド磁石を成す混合物を充填することにより、ボンド磁石の密度に疎密の状態が生じても、本実施の形態における電動機が安定した性能を発揮できるためである。

　つまり、従来の永久磁石型の電動機には、つぎの構造上の改善すべき点があった。すなわち、高いエネルギー密度を有するＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系の焼結磁石を、永久磁石の小片として用いた場合、磁石埋込型ロータは高価になる。

　さらに、上述したように、磁石埋込型ロータには、埋め込まれた永久磁石の小片と磁石孔との間に存在する隙間が生じるため、磁石埋込型ロータが発する磁束密度には、損失が生じる。

　また、ボンド磁石が充填される磁石埋込型ロータでは、つぎの改善すべき点がある。ロータコアが含む磁石孔は、ロータコアの中心軸に沿って形成される。磁石孔には、磁石孔の一方に開口された充填口からボンド磁石を成す混合物が充填される。充填された混合物は、硬化して、ボンド磁石となる。

　このような方法で製造されたボンド磁石は、充填口から遠方に位置する部分におけるボンド磁石の密度が、充填口の近傍に位置する部分のボンド磁石の密度よりも低い。

　よって、ボンド磁石には、疎密の状態が生じる。ボンド磁石に疎密の状態が生じると、ロータコアの中心軸方向、すなわち、シャフトの軸心方向において、ボンド磁石から生じる磁束量には、ボンド磁石の疎密状態に応じた、磁気勾配が発生する。したがって、ロータには、シャフトの軸心方向において、この磁気勾配に起因する、磁気吸引力が生じる。

　この結果、永久磁石型の電動機を組み立てる際、シャフトの軸心方向において、ステータコアの中心位置と、ロータコアの中心位置とを合わせても、磁気吸引力により、ステータコアの中心位置とロータコアの中心位置とは、ずれる。磁気吸引力は、シャフトの軸心方向において、ボンド磁石の密度が高い充填口側がステータコアの中心位置が存在する方向に向かって吸引されるよう、作用する。

　このような永久磁石型の電動機は、期待される、所定の性能を発揮することができない。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。

　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１における電動機を構成する主要部の斜視組立図である。図２は、本発明の実施の形態１における電動機を構成する主要部の組立工程を示すフロー図である。

　また、図３は、本発明の実施の形態１における電動機の概要を示す断面図である。図４は、図３に示した電動機の要部拡大図である。図５は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるロータに生じる磁束通路を示す説明図である。図６は、本発明の実施の形態１における電動機に用いられるロータの平面図である。図７は、本発明の実施の形態１における他の電動機の概要を示す断面図である。

　まず、図１、図２を用いて、本発明の実施の形態１における電動機を組み立てる工程の一例について、概要を説明する。なお、以下の説明において、電動機は、永久磁石型の電動機を例示して説明する。

　図１に示すように、本実施の形態１における電動機１００は、磁石埋込型ロータ１０と、ステータ４０と、を備える。なお、以下の説明において、磁石埋込型ロータ１０は、単に、ロータ１０ということもある。

　図２に示すように、ロータ１０と、ステータ４０とは、並行して準備される。

　まず、ロータ１０は、ロータコア１１が準備される（Ｓ１）。ロータコア１１を構成する薄い鋼板が、金型で打ち抜かれる。それぞれの鋼板は、金型により、磁石孔も打ち抜かれる。金型で打ち抜かれた、複数の鋼板には、シャフト１２が挿入される。複数の鋼板は、シャフト１２の軸心に沿って積層されて、ロータコア１１を形成する。

　つぎに、ロータコア１１に形成された磁石孔には、ボンド磁石を成す混合物が充填される（Ｓ２）。ボンド磁石を成す混合物は、磁石粉末、樹脂材料および少量の添加剤等が溶融した状態で用いられる。ボンド磁石を成す混合物は、インサート金型が含むゲートから磁石孔に充填される。

　ロータ１０に充填された混合物は、成形工程を経て硬化され、ボンド磁石となる。成形工程は、混合物に含まれる樹脂材料の特性に応じた工程が施される（Ｓ３）。

　ここで、成形工程とは、ボンド磁石が成形される工程をいう。特に、樹脂材料として熱硬化性樹脂が用いられる場合、成形工程は、つぎの工程を含む。すなわち、成形工程では、混合物を加熱して、加熱された混合物を溶融する、加熱工程を含む。加熱された混合物では、熱硬化反応が生じるため、混合物は硬化する。硬化した混合物は、冷却工程を経て、冷却される。冷却された混合物は、ボンド磁石となる。

　また、樹脂材料として熱可塑性樹脂が用いられる場合、成形工程は、つぎの工程を含む。すなわち、成形工程では、混合物を加熱して、加熱された混合物を溶融する、加熱工程を含む。加熱された混合物は、冷却工程を経て、冷却される。冷却された混合物は、再硬化し、ボンド磁石となる。

　なお、以下の説明において、ボンド磁石を成す混合物を、ボンド磁石ということもある。

　一方、ステータ４０は、ステータコア４１が準備される（Ｓ４）。ステータコア４１は、ロータコア１１と同様、薄い鋼板が積層されて形成できる。ステータコア４１には、絶縁部材であるインシュレータ４２が取り付けられる（Ｓ５）。

　つぎに、インシュレータ４２が取り付けられたステータコア４１には、電流が流される巻線４３が巻き回される（Ｓ６）。

　それぞれに準備された、ロータ１０と、ステータ４０とは、組み合わされる（Ｓ７）。

　図３に示すように、本実施の形態１における電動機１００は、ステータ４０の内周側に、ギャップを介して、ロータ１０が組み込まれる。電動機１００の主要部分の説明は、後述する。図１に示すように、ロータ１０が、ステータ４０に組み込まれる際、ロータ１０が有するシャフト１２には、一対のベアリング３０が取り付けられる。ロータ１０は、一対のベアリング３０により、回転自在に支持される。

　つぎに、図３から図６を用いて、本発明の実施の形態１における電動機について、詳細に説明する。なお、図を見易くするため、ハッチングは、主な部材にのみ施している。

　図３、図４に示すように、本実施の形態１における電動機１００は、ステータ４０と、ロータ１０と、一対のベアリング３０と、を備える。

　ステータ４０は、ステータコア４１と、巻線４３と、を有する。ステータコア４１は、環状に形成される。巻線４３は、ステータコア４１に巻き回される。巻線４３には、駆動電流が流される。巻線４３が含む芯線は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金のうち、いずれかを含むものが使用できる。

　ロータ１０は、ステータコア４１の内周側に位置し、シャフト１２と、ロータコア１１と、ボンド磁石１４と、を有する。シャフト１２は、ステータコア４１の環状中心軸４１ａ上に、その軸心１２ａが位置する。ロータコア１１は、シャフト１２に取り付けられて、シャフト１２の軸心１２ａ方向に柱体を成す。図６に示すように、ロータコア１１は、軸心１２ａに沿って形成される外周面１１ｃと、外周面１１ｃに沿って位置する、複数の磁石孔１３と、を含む。ボンド磁石１４は、磁石材料と樹脂材料とを混合してなる。図３に示すように、ボンド磁石１４は、複数の磁石孔１３のそれぞれに充填される。ボンド磁石１４は、複数の磁石孔１３のそれぞれに充填される際、充填方向において、密度が高い高密度部１４ｂと、高密度部１４ｂよりも密度が低い低密度部１４ｃと、が形成される。

　一対のベアリング３０は、ロータコア１１を挟んで位置する。一対のベアリング３０は、シャフト１２を回転自在に支持する。

　さらに、図５に示すように、ロータ１０は、複数のｄ軸磁束通路２０と、複数のｑ軸磁束通路２１と、を有する。複数のｄ軸磁束通路２０は、巻線（４３）に駆動電流が流されるとき、ステータ４０が発生する回転磁界によってロータ１０に生じる回転トルクのうち、マグネットトルクを発生する。同様に、複数のｑ軸磁束通路２１は、回転トルクのうち、リラクタンストルクを発生する。

　ｄ軸磁束通路２０のそれぞれは、複数のボンド磁石１４のそれぞれと交差して位置する。ｑ軸磁束通路２１のそれぞれは、複数のボンド磁石１４のそれぞれに沿って位置する。

　図３、図４に示すように、電動機１００は、シャフト１２の軸心１２ａ方向において、ロータコア１１の中心位置１１ｂがステータコア４１の中心位置４１ｂに対して高密度部１４ｂが存在する側に位置する。

　さらに、図面を用いて、本実施の形態１における電動機について、詳細に説明する。

　図３に示すように、電動機１００は、ステータ４０と、ロータ１０と、を備える。ステータ４０は、ステータコア４１と、ステータコア４１に巻き回された巻線４３と、を有する。ロータ１０は、ステータ４０の内周側に位置する。ロータ１０は、ステータ４０との間に微小隙間を有して、位置する。

　ロータ１０は、ロータコア１１と、シャフト１２と、永久磁石であるボンド磁石１４と、を有する。ロータコア１１は、打ち抜かれた複数の鋼板４１ｃが、シャフト１２の軸心１２ａ方向に積層される。シャフト１２は、ロータコア１１に取り付けられる。ボンド磁石１４は、ロータコア１１に形成された、複数の磁石孔１３に充填される。

　一対のベアリング３０は、シャフト１２を回転自在に支持する。

　ここで、本実施の形態１におけるロータ１０について、説明する。

　図６に示すように、ロータコア１１は、ロータコア１１の外周面１１ｃに沿って、一定の間隔を有して位置する複数の磁石孔１３を含む。磁石孔１３は、外周面１１ｃからシャフト１２に向かって凸となる、円弧状の形状である。具体的には、磁石孔１３は、中央部１３ｂが凸となり、両方の端部１３ｃが外周面１１ｃの近傍に位置する。

　図３に示すように、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａは、磁石材料と、樹脂材料と、複数の添加剤とが、溶融した状態で用いられる。ボンド磁石１４を成す混合物１４ａは、インサート金具であるゲート５０から、充填口１３ａを介して、磁石孔１３に充填される。ボンド磁石１４は、磁石孔１３に混合物１４ａが充填された後、成形工程を経て、硬化される。一般的に、成形工程では、充填された混合物１４ａに圧力を加える工程が含まれる。

　上述したように、特に、樹脂材料として熱硬化性樹脂が用いられる場合、成形工程は、つぎの工程を含む。すなわち、成形工程では、混合物を加熱して、加熱された混合物を溶融する、加熱工程を含む。加熱された混合物では、熱硬化反応が生じるため、混合物は硬化する。硬化した混合物は、冷却工程を経て、冷却される。冷却された混合物は、ボンド磁石となる。

　また、樹脂材料として熱可塑性樹脂が用いられる場合、成形工程は、つぎの工程を含む。すなわち、成形工程では、混合物を加熱して、加熱された混合物を溶融する、加熱工程を含む。加熱された混合物は、冷却工程を経て、冷却される。冷却された混合物は、再硬化し、ボンド磁石となる。

　なお、図３では、ロータ１０とステータ４０とが組み合わされた状態で、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａが、ゲート５０から充填される状態が示されている。図３は、後述する、本実施の形態１における電動機１００の特徴を分かり易く、図示したものである。実際の物づくりでは、ロータ１０が単独の状態で、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａが、磁石孔１３に充填される。

　また、図７に示すように、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａが充填される充填口１３ａは、出力軸１２ｂ側に位置しても、同様の作用効果を得ることができる。このとき、軸心１２ａ方向において、ロータコア１１の中心位置１１ｂは、ステータコア４１の中心位置４１ｂに対して充填口１３ａ側に位置する。

　なお、本実施の形態１における電動機１００において、ロータ１０がステータ４０に組み込まれた状態で、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａが、磁石孔１３に充填されることを排除するものではない。

　ロータ１０を製造する際、ボンド磁石１４を成す混合物１４ａは、インサート金型であるゲート５０から充填口１３ａを介して、磁石孔１３に充填される。上述したように、充填されるボンド磁石１４を成す混合物１４ａは、磁石材料と樹脂材料と少量の添加剤とを混合したものである。このとき、磁石孔１３内において、混合物１４ａに加えられる充填圧力は、均一にならない。つまり、磁石孔１３内において、溶融された状態で充填される混合物１４ａは、充填口１３ａの反対側に位置する部分のボンド磁石の密度が、充填口１３ａ側に位置する部分のボンド磁石の密度よりも低くなる。

　よって、磁石孔１３内に充填されたボンド磁石１４の内部では、密度に疎密の状態が生じる。したがって、ボンド磁石１４は、軸心１２ａに沿った方向において、充填口１３ａ側から反充填口１３ａ側に向かって磁束量が小さくなるという、磁気勾配を有する。磁気勾配は、軸心１２ａ方向に作用する、磁気吸引力を発生する。

　一般的に、この磁気吸引力は、ステータと、ロータとの位置関係がずれる要因となる。つまり、電動機は、ステータとロータとを組み合わせる際、ステータコアの中心位置と、ロータコアの中心位置とが、所定の位置関係となるよう、組み合わされる。ステータとロータとが組み合わされた後、磁気吸引力が作用するため、ステータコアの中心位置とロータコアの中心位置との位置関係は、所定の位置関係を維持できない。換言すれば、電動機は、ステータコアの中心位置と、ロータコアの中心位置との位置関係に、ずれが生じる。よって、電動機は、期待される、所定の特性を得ることができない。

　そこで、図３、図４に示すように、本実施の形態１における電動機１００は、磁気勾配に応じて、ロータコア１１の中心位置１１ｂが、ステータコア４１の中心位置４１ｂに対して、軸心１２ａ方向にずらされて、組み立てられる。

　具体的には、本実施の形態１における電動機１００は、軸心１２ａ方向において、ロータコア１１の中心位置１１ｂが、ステータコア４１の中心位置４１ｂに対して充填口１３ａ側にずらされて、組み立てられる。

　換言すれば、電動機１００は、磁石孔１３に充填されたボンド磁石１４の疎密状態に応じて、軸心１２ａ方向において、ロータコア１１の中心位置１１ｂが、ステータコア４１の中心位置４１ｂに対して充填口１３ａ側にずらされて、組み立てられる。

　よって、電動機１００は、軸心１２ａ方向において、磁気勾配に起因する磁気吸引力がロータコア１１に作用しても、安定した性能を発揮することができる。

　すなわち、電動機１００において、ロータ１０は、ステータ４０の内周側に組み合わされる。軸心１２ａ方向において、ロータコア１１の中心位置１１ｂは、ステータコア４１の中心位置４１ｂに対して、磁気勾配に応じた距離分、充填口１３ａ側にずらされて、組み立てられる。

　電動機１００が組み立てられた後、ロータ１０には、ロータコア１１を出力軸１２ｂ側へ吸引する磁気吸引力が作用する。よって、電動機１００は、軸心１２ａ方向において、ロータコア１１の中心位置１１ｂと、ステータコア４１の中心位置４１ｂとが一致する。

　軸心１２ａ方向において、ロータコア１１の中心位置１１ｂと、ステータコア４１の中心位置４１ｂとが一致すれば、ロータ１０とステータ４０との間において、相互に作用する磁気力が、最低限の損失で利用できる。よって、電動機１００は、エネルギー効率が向上し、特性も安定する。

　なお、上述した説明において、図３に示した電動機１００は、充填口１３ａが反出力軸１２ｂ側に位置する。

　本発明の技術的範囲は、本構成に限定されるものではない。すなわち、図７に示すように、電動機１００は、充填口１３ａが出力軸１２ｂ側に位置しても、同様の作用効果を得ることができる。このとき、軸心１２ａ方向において、ロータコア１１の中心位置１１ｂは、ステータコア４１の中心位置４１ｂに対して充填口１３ａ側に位置する。

　また、図６に示したロータ１０は、極数が６である。つまり、磁石孔１３の数は、６である。

　本発明の技術的範囲は、他の極数のロータにも及ぶ。具体的には、ｎを自然数とするとき、ロータが２ｎ倍の極数を有していれば、本発明の技術的範囲は、本構成のロータにも及ぶ。

　例えば、ステータコアに巻線が集中巻で巻き回される電動機では、つぎの極数とスロット数の組合せでも、同様の作用効果を得ることができる。すなわち、極数とスロット数の組合せには、１０極９スロットや、１０極１２スロットや、１２極９スロットや、１４極１２スロット等がある。

　また、ステータコアに巻線が分布巻で巻き回される電動機では、つぎの極数とスロット数の組合せでも、同様の作用効果を得ることができる。すなわち、極数とスロット数の組合せには、４極２４スロットや、４極３６スロットや、６極３６スロットや、８極４８スロット等がある。

　また、ステータコアに巻線が波巻で巻き回される電動機では、つぎの極数とスロット数の組合せでも、同様の作用効果を得ることができる。すなわち、極数とスロット数の組合せには、４極１２スロットや、６極１８スロット等がある。

　さらに、図６に示したロータ１０は、磁石孔１３の形状が円弧状である。

　本発明の技術的範囲は、他の形状の磁石孔にも及ぶ。具体的には、磁石孔は、異なる２以上の曲率を含む円弧状でも、同様の作用効果を得ることができる。その他、磁石孔は、Ｖ字状や、Ｕ字状、底部が角を有するＵ字状などでも、同様の作用効果を得ることができる。

　（実施の形態２）
　図８は、本発明の実施の形態２における電動機の概要を示す断面図である。図９は、図８に示した電動機の要部拡大図である。図１０は、図９に示した電動機のさらに要部拡大図である。図１１は、本発明の実施の形態２における他の型電動機の概要を示す断面図である。

　なお、本実施の形態１における電動機と同様の構成については、同じ符号を付して、説明を援用する。

　図８から図１０に示すように、本発明の実施の形態２における電動機１００ａは、実施の形態１にて説明した電動機１００に加えて、以下の構成を備える。

　すなわち、一対のベアリング３０のうち、高密度部１４ｂが存在する側に位置するベアリング３０ａは、押圧機構３１を有する。押圧機構３１は、シャフト１２の軸心１２ａ方向において、低密度部１４ｃが存在する側に向けてロータコア１１を押圧する。

　特に、押圧機構３１は、弾性体で形成される。

　また、顕著な作用効果を奏する、実施の形態は、以下のとおりである。

　すなわち、図９、図１０に示すように、一対のベアリング３０のうち、高密度部１４ｂが存在する側である、充填口１３ａ側に位置するベアリング３０ａは、玉軸受１３０である。玉軸受１３０は、内輪１３０ａと、外輪１３０ｂと、球体１３０ｃと、を含む。内輪１３０ａは、シャフト１２に取り付けられる。外輪１３０ｂは、内輪１３０ａと対向して位置する。複数の球体１３０ｃは、内輪１３０ａと外輪１３０ｂとの間に位置する。

　シャフト１２の軸心１２ａ方向において、外輪１３０ｂは、弾性体（３１）を有する。弾性体（３１）は、低密度部１４ｃが存在する側である、充填口１３ａが位置する側の反対側に向けて、ロータコア１１を押圧する。弾性体（３１）は、外輪１３０ｂの充填口１３ａが位置する側の反対側の端面１３０ｄに取り付けられる。

　さらに、図面を用いて、本実施の形態２における電動機について、詳細に説明する。

　図８に示すように、電動機１００ａは、軸心１２ａ方向において、充填口１３ａ側に位置するベアリング３０ａに、押圧機構３１を有する。押圧機構３１は、軸心１２ａ方向において、充填口１３ａ側から反充填口１３ａ側に向かって、ロータ１０を押圧する。

　つまり、実施の形態１で示した形態では、つぎの現象が生じることがある。

　すなわち、電動機１００は、軸心１２ａ方向において、磁気勾配に起因する磁気吸引力がロータコア１１に作用する。電動機１００は、磁気吸引力により、ロータコア１１の中心位置１１ｂと、ステータコア４１の中心位置４１ｂとが一致する。

　ところで、実施の形態１で示した電動機１００は、ロータ１０とステータ４０との位置関係が磁気吸引力という磁力によって保持される、形態である。

　本形態の場合、電動機１００が駆動する際、ロータ１０が軸心１２ａ方向に振動することがある。ロータ１０の振動は、電動機１００が振動する要因となる。あるいは、ロータ１０の振動は、電動機１００から騒音が生じる要因となる。

　そこで、本実施の形態２における電動機１００ａは、物理的な手段として、押圧機構３１を有する。

　すなわち、電動機１００ａは、ステータ４０の内周部にロータ１０を組み込む際、つぎの対応が行われる。

　まず、電動機１００ａは、軸心１２ａ方向において、ロータコア１１の中心位置１１ｂがステータコア４１の中心位置４１ｂに対して、高密度部１４ｂが存在する側である、充填口１３ａ側にずらされて、組み込まれる。

　さらに、電動機１００ａは、軸心１２ａ方向において、充填口１３ａ側に位置するベアリング３０ａに、押圧機構３１が取り付けられる。押圧機構３１は、軸心１２ａ方向において、ベアリング３０ａがロータ１０を出力軸１２ｂ方向に押圧する力を作用するよう、取り付けられる。

　具体例として、図９、図１０に示すように、ベアリング３０ａが、玉軸受１３０である場合を示す。

　玉軸受１３０は、内輪１３０ａと、外輪１３０ｂと、球体１３０ｃと、を含む。内輪１３０ａは、シャフト１２に取り付けられる。外輪１３０ｂは、内輪１３０ａと対向して位置する。内輪１３０ａと外輪１３０ｂとの間には、球体１３０ｃが位置する。

　このとき、軸心１２ａ方向において、外輪１３０ｂは、充填口１３ａと対向する端面の反対側に位置する端面１３０ｄに、押圧機構３１が取り付けられる。

　本構成とすれば、押圧機構３１は、玉軸受１３０を介して、ロータ１０を出力軸１２ｂ方向へ押圧する。

　よって、本実施の形態２における電動機１００ａは、ボンド磁石１４に生じた磁気勾配に起因する磁気吸引力が生じたとしても、２つの力により、軸心１２ａ方向において、ロータ１０とステータ４０との位置関係を維持できる。

　すなわち、２つの力のうち、ひとつは、実施の形態１で説明した磁気吸引力である。軸心１２ａ方向において、電動機１００ａは、ロータコア１１の中心位置１１ｂとステータコア４１の中心位置４１ｂとがずらされて、組み合わされる。磁気吸引力は、ロータコア１１の中心位置１１ｂとステータコア４１の中心位置４１ｂとが、一致するよう、作用する。

　また、２つの力のうち、他のひとつは、上述した押圧機構３１による、押圧力である。軸心１２ａ方向において、押圧力は、ロータ１０を出力軸１２ｂ方向に作用する。

　上述した２つの力により、本実施の形態２における電動機１００ａは、電動機１００ａが駆動している場合でも、ロータ１０とステータ４０との位置関係を安定して維持できる。

　特に、押圧機構３１は、弾性体で構成される。弾性体の具体例として、ばね座金（Ｓｐｒｉｎｇ　Ｗａｓｈｅｒ）や、皿ばね座金（Ｃｏｎｉｃａｌ　Ｓｐｒｉｎｇ　Ｗａｓｈｅｒ）などを用いることができる。同様の作用効果を奏するものであれば、他の部材を用いることもできる。

　本構成とすれば、軸心１２ａ方向において、磁気吸引力に起因する、ロータ１０の振動が生じても、弾性体が、この振動を吸収する。よって、電動機１００ａは、安定した性能を提供するとともに、低振動、低騒音で駆動される。

　なお、上述した説明において、図８に示した電動機１００ａは、充填口１３ａが反出力軸１２ｂ側に位置する。

　本発明の技術的範囲は、本構成に限定されるものではない。すなわち、図１１に示すように、電動機１００ａは、充填口１３ａが出力軸１２ｂ側に位置しても、同様の作用効果を得ることができる。このとき、押圧機構３１は、出力軸１２ｂ側に位置するベアリング３０ｂに取り付けられる。また、軸心１２ａ方向において、ロータコア１１の中心位置１１ｂは、ステータコア４１の中心位置４１ｂに対して充填口１３ａ側に位置する。

　（実施の形態３）
　図１２は、本発明の実施の形態３における電気機器の概要を示す構成図である。

　なお、本実施の形態１、２における電動機と同様の構成については、同じ符号を付して、説明を援用する。

　図１２に示すように、本発明の実施の形態３における電気機器２００は、実施の形態１にて説明した電動機１００と、電動機１００を制御する制御部２０１と、を備える。

　あるいは、本発明の実施の形態３における電気機器２００は、実施の形態２にて説明した電動機１００ａと、電動機１００ａを制御する制御部２０１と、を備える。

　本構成とすれば、上述した実施の形態１、２で説明した作用効果が援用される、電気機器２００を得ることができる。

　具体的には、電気機器２００は、エアコンなどの家電機器がある。あるいは、電気機器２００は、ロボットなどの産業機器がある。

　本発明の電動機は、ボンド磁石を成す混合物を充填した結果、ボンド磁石の密度に疎密状態が生じても、安定した性能を発揮することができる。本発明の型電動機は、特に用途は限定されない。本発明の電動機は、エアコンなどの家電機器や、ロボットなどの産業機器など、各種の電気機器に適用できる。

　１０　ロータ（磁石埋込型ロータ）
　１１　ロータコア
　１１ａ　中心軸
　１１ｂ，４１ｂ　中心位置
　１１ｃ　外周面
　１２　シャフト
　１２ａ　軸心
　１２ｂ　出力軸
　１３　磁石孔
　１３ａ　充填口
　１３ｂ　中央部
　１３ｃ　端部
　１４　ボンド磁石
　１４ａ　混合物
　１４ｂ　高密度部
　１４ｃ　低密度部
　２０　ｄ軸磁束通路
　２１　ｑ軸磁束通路
　３０，３０ａ，３０ｂ　ベアリング
　３１　押圧機構（弾性体）
　４０　ステータ
　４１　ステータコア
　４１ａ　環状中心軸
　４１ｃ　鋼板
　４２　インシュレータ
　４３　巻線
　５０　ゲート
　１００，１００ａ　電動機
　１３０　玉軸受
　１３０ａ　内輪
　１３０ｂ　外輪
　１３０ｃ　球体
　１３０ｄ　端面
　２００　電気機器
　２０１　制御部

Claims (5)

1. 　　　　　　環状に形成されるステータコアと、
   　　　　　　前記ステータコアに巻き回されて、駆動電流が流される巻線と、
   　　　を有するステータと、
   　　　前記ステータコアの内周側に位置し、
   　　　　　　前記ステータコアの環状中心軸上に、その軸心が位置する、シャフトと、
   　　　　　　前記シャフトに取り付けられて、前記シャフトの軸心方向に柱体を成し、
   　　　　　　　　　前記軸心に沿って形成される外周面と、
   　　　　　　　　　前記外周面に沿って位置する、複数の磁石孔と、
   　　　　　　を含む、ロータコアと、
   　　　　　　　　　磁石材料と樹脂材料とを混合して成り、前記複数の磁石孔のそれぞれに充填されるとともに、前記複数の磁石孔のそれぞれに充填される際、充填方向において、
   　　　　　　　　　　　　密度が高い高密度部と、
   　　　　　　　　　　　　前記高密度部よりも密度が低い低密度部と、
   　　　　　　が形成される、ボンド磁石と、
   　　　を有するロータと、
   　　　前記ロータコアを挟んで位置し、前記シャフトを回転自在に支持する、一対のベアリングと、
   を備え、
   前記ロータは、
   　　　前記巻線に前記駆動電流が流されるとき、前記ステータが発生する回転磁界によって前記ロータに生じる回転トルクのうち、マグネットトルクを発生する、複数のｄ軸磁束通路と、
   　　　前記回転トルクのうち、リラクタンストルクを発生する、複数のｑ軸磁束通路と、
   を有し、前記ｄ軸磁束通路のそれぞれは、前記複数のボンド磁石のそれぞれと交差して位置し、前記ｑ軸磁束通路のそれぞれは、前記複数のボンド磁石のそれぞれに沿って位置するとともに、前記軸心方向において、前記ロータコアの中心位置が、前記ステータコアの中心位置に対して前記高密度部が存在する側に位置する、
   電動機。
2. 前記一対のベアリングのうち、前記高密度部が存在する側に位置するベアリングは、前記軸心方向において、前記低密度部が存在する側に向けて前記ロータコアを押圧する、押圧機構を有する、請求項１に記載の電動機。
3. 前記押圧機構は、弾性体で形成される、請求項２に記載の電動機。
4. 前記一対のベアリングのうち、前記高密度部が存在する側に位置するベアリングは、
   　　　前記シャフトに取り付けられる内輪と、
   　　　前記内輪と対向して位置する外輪と、
   　　　前記内輪と前記外輪との間に位置する、複数の球体と、
   を含む、玉軸受であり、
   前記軸心方向において、前記外輪は、前記低密度部が存在する側に向けて前記ロータコアを押圧するとともに、前記外輪の前記低密度部が存在する側の端面に取り付けられる、弾性体を有する、請求項１に記載の電動機。
5. 　　　請求項１から４のいずれか一項に記載した電動機と、
   　　　前記電動機を制御する制御部と、
   を備える電気機器。

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