WO2023042366A1 - 回転子、電動機、送風機、空気調和装置、及び回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

回転子（１）は、偶数であるＮ個の磁極を有する。回転子（１）は、極異方性配向を持つように磁化された第１の磁石（２０）と、第１の磁石（２０）の外周（２０ｃ）に配置され、第１の磁石（２０）と異なる材料からなり、極異方性配向を持つように磁化されたＮ個の第２の磁石（３１）とを有する。第１の磁石（２０）における隣り合う磁極の間に形成される磁力線である第１の磁力線（Ｍ１）の方向が、Ｎ個の第２の磁石（３１）のうちの隣り合う第２の磁石（３１）の間に形成される磁力線である第２の磁力線（Ｍ２）の方向と異なる。

Description

回転子、電動機、送風機、空気調和装置、及び回転子の製造方法

　本開示は、回転子、電動機、送風機、空気調和装置、及び回転子の製造方法に関する。

　磁気特性の異なる２種類の永久磁石によって構成された電動機の回転子が知られている。例えば、特許文献１から３を参照。

　特許文献１及び２に記載の回転子は、フェライトボンド磁石と、フェライトボンド磁石の外側に配置された希土類ボンド磁石とを有する。軸方向に見たときの特許文献１及び２の希土類ボンド磁石の形状は、環状である。

　特許文献３に記載の回転子は、フェライトボンド磁石と、フェライトボンド磁石に支持されて且つ周方向に配置された複数の希土類ボンド磁石とを有する。そのため、特許文献３の回転子のコストは、特許文献１及び２の回転子のコストより低減される。

特開２００５－１５１７５７号公報 特開２０１１－８７３９３号公報 特開２００７－２０８１０４号公報

　しかしながら、特許文献３に記載の回転子では、表面磁束密度の変化が不均一となる。具体的には、特許文献３の回転子において、フェライトボンド磁石の磁力は希土類ボンド磁石の磁力より弱いため、当該回転子における表面磁束密度の分布は、均一な正弦波の波形とはならない。そのため、固定子鉄心に鎖交する有効磁束に歪みが発生するという課題がある。

　本開示は、有効磁束の歪みの発生を抑制することを目的とする。

　本開示の一態様に係る回転子は、偶数であるＮ個の磁極を有する回転子であって、極異方性配向を持つように磁化された第１の磁石と、前記第１の磁石の外周に配置され、前記第１の磁石と異なる材料からなり、極異方性配向を持つように磁化されたＮ個の第２の磁石とを有し、前記第１の磁石における隣り合う磁極の間に形成された磁力線である第１の磁力線の方向が、前記Ｎ個の第２の磁石のうちの隣り合う第２の磁石の間に形成された磁力線である第２の磁力線の方向と異なる。

　本開示の他の態様に係る回転子の製造方法は、偶数であるＮ個の磁極を有する回転子の製造方法であって、極異方性配向を持つように磁化された第１の磁石を形成する工程と、前記第１の磁石の外周に配置され、前記第１の磁石と異なる材料からなり、極異方性配向を持つように磁化されたＮ個の第２の磁石を形成する工程とを有し、前記第１の磁石における隣り合う磁極の間に形成された磁力線である第１の磁力線の方向が、前記Ｎ個の第２の磁石のうちの隣り合う第２の磁石の間に形成された磁力線である第２の磁力線の方向と異なる。

　本開示によれば、有効磁束の歪みの発生を抑制することができる。

実施の形態１に係る電動機の構成を示す部分断面図である。 実施の形態１に係る電動機の構成を示す平面図である。 図１及び２に示される電動機の回転子及び固定子の構成を示す部分断面図である。 実施の形態１に係る回転子の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る回転子の構成を示す断面図である。 図４に示される回転子のフェライトボンド磁石の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る回転子に形成された磁力線を示す模式図である。 比較例１に係る回転子に形成された磁力線を示す模式図である。 （Ａ）は、比較例２に係る回転子の構成を示す平面図である。（Ｂ）は、比較例２に係る回転子の構成を示す側面図である。 実施の形態１に係る回転子の表面磁束密度の分布、比較例１に係る回転子の表面磁束密度の分布及び比較例２に係る回転子の表面磁束密度の分布を示すグラフである。 実施の形態１に係る回転子の製造工程を示すフローチャートである。 図３から５に示される回転子本体の製造工程を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る回転子のフェライトボンド磁石に形成された磁力線を示す模式図である。 実施の形態１に係る回転子の希土類ボンド磁石に形成された磁力線を示す模式図である。 実施の形態１に係る回転子のフェライトボンド磁石を成形するための配向磁石及び配向鉄心を示す図である。 実施の形態１に係る回転子の希土類ボンド磁石を成形するための配向磁石及び配向鉄心を示す図である。 （Ａ）は、実施の形態１に係る回転子の一部と当該一部における磁力線を示す平面図である。（Ｂ）は、図１７（Ａ）に示されるＥ部における磁力線を示す拡大平面図である。 実施の形態２に係る送風機の構成を概略的に示す図である。 実施の形態３に係る空気調和装置の構成を概略的に示す図である。

　以下に、本開示の実施の形態に係る回転子、電動機、送風機、空気調和装置、及び回転子の製造方法を、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は、例にすぎず、本開示の種々の範囲内で変更が可能である。

　図面相互の関係を理解し易くするために、各図には、ｘｙｚ直交座標系が示されている場合がある。ｚ軸は、回転子の軸線Ａに平行な座標軸である。ｘ軸は、ｚ軸に直交する座標軸である。ｙ軸は、ｘ軸及びｚ軸の両方に直交する座標軸である。

　《実施の形態１》
　〈電動機１００の構成〉
　図１は、実施の形態１に係る電動機１００の構成を示す部分断面図である。図２は、実施の形態１に係る電動機１００の構成を示す平面図である。電動機１００は、例えば、永久磁石同期電動機である。電動機１００は、回転子１と、固定子６とを有する。

　回転子１は、固定子６の内側に配置されている。すなわち、電動機１００は、インナロータ型の電動機である。回転子１と固定子６との間には、エアギャップＧが形成されている。エアギャップＧは、例えば、０．５ｍｍの空隙である。

　回転子１は、回転軸としてのシャフト１０を有する。シャフト１０は、ｚ軸方向に延びている。以下の説明では、ｚ軸方向を「軸方向」とも呼ぶ。また、シャフト１０の軸線Ａを中心とする円の円周に沿った方向を「周方向Ｃ」、ｚ軸方向に直交して軸線Ａを通る直線の方向を「径方向」と呼ぶ。軸線Ａは、回転子１の回転中心軸である。ｘｙ平面は、回転子１の軸方向に垂直な平面である。

　固定子６は、固定子鉄心６１と、コイル６２と、インシュレータ６３と、モールド樹脂部６４とを有する。

　図２に示されるように、固定子鉄心６１は、軸線Ａを中心とする環状のヨーク６１ａと、ヨーク６１ａから径方向の内側に延びる複数のティース６１ｂとを有する。複数のティース６１ｂは、周方向Ｃに等角度の間隔で配置されている。ティース６１ｂは、エアギャップＧを介して回転子１の外周１ｃに対向している。図２に示す例では、ティース６１ｂの個数は、１２個である。なお、ティース６１ｂの個数は１２個に限られず、２個以上の任意の個数であればよい。

　コイル６２は、固定子鉄心６１に巻き付けられている。インシュレータ６３は、固定子鉄心６１とコイル６２とを絶縁している。モールド樹脂部６４は、固定子鉄心６１、コイル６２及びインシュレータ６３を覆っている。

　図１に示す例では、電動機１００は、磁気センサ８ａが備えられた回路基板８を更に有する。磁気センサ８ａは、回転子１に備えられたセンサマグネット（図示せず）の磁界を検出することで、回転子１の周方向Ｃにおける位置を検出する。なお、電動機１００は、磁気センサ８ａを有していなくても実現することができる。

　〈回転子１の構成〉
　次に、回転子１の構成の詳細について説明する。図３は、図１に示される回転子１及び固定子６の構成を示す部分断面図である。図４は、実施の形態１に係る回転子１の構成を示す平面図である。回転子１は、予め定められた偶数であるＮ個（実施の形態１では、例えば、８個）の磁極を有する。

　回転子１は、シャフト１０と、第１の磁石としてのフェライトボンド磁石２０と、複数の第２の磁石としての複数の希土類ボンド磁石３１とを有する。希土類ボンド磁石３１の個数は、回転子１の極数と同じである。すなわち、希土類ボンド磁石３１の個数は、偶数個のＮ個である。

　フェライトボンド磁石２０と複数の希土類ボンド磁石３１とによって、シャフト１０に支持された回転子本体５０が構成される。図３において、回転子本体５０のｚ軸方向の長さをＬ_１、固定子鉄心６１のｚ軸方向の長さをＬ_６としたとき、長さＬ_１は長さＬ_６より長い。これにより、回転子本体５０を構成するボンド磁石（すなわち、フェライトボンド磁石２０及び希土類ボンド磁石３１）から固定子鉄心６１に鎖交する有効磁束の磁束量を増加させることができる。なお、長さＬ_１は、長さＬ_６と同じであってもよい。

　図４に示されるように、回転子本体５０は、樹脂部７を介在させてシャフト１０に支持されている。樹脂部７は、例えば、不飽和ポリエステル樹脂から形成されている。樹脂部７は、内筒部７１と、外筒部７２と、複数（例えば、４個）のリブ７３とを有する。内筒部７１は円筒状であり、シャフト１０の外周１０ａに固定されている。外筒部７２は円筒状であり、フェライトボンド磁石２０の内周２０ｂに固定されている。複数のリブ７３は、内筒部７１と外筒部７２とを接続している。複数のリブ７３は、内筒部７１の外周から径方向の外側に放射状に延びている。なお、フェライトボンド磁石２０は、樹脂部７を介在させずにシャフト１０に直接固定されていてもよい。

　〈フェライトボンド磁石２０の構成〉
　次に、フェライトボンド磁石２０の構成について説明する。フェライトボンド磁石２０は、フェライト磁石と樹脂とを含む。フェライトボンド磁石２０に含まれる樹脂は、例えば、ナイロン樹脂、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙ　Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ　Ｓｕｌｆｉｄｅ）樹脂及びエポキシ樹脂のうちの少なくとも１つ以上である。

　図６は、図４に示されるフェライトボンド磁石２０の構成を示す平面図である。図６に示されるように、ｘｙ平面に平行なフェライトボンド磁石２０の平面形状は、軸線Ａを中心とする環状である。フェライトボンド磁石２０の外周２０ｃは、回転子１の外周１ｃ（図２参照）の一部を形成する。

　フェライトボンド磁石２０は、外周２０ｃに設けられた複数の溝部２２を有する。なお、外周２０ｃは、フェライトボンド磁石２０の径方向の外向きの面である。

　複数の溝部２２内には、複数の希土類ボンド磁石３１（図４参照）がそれぞれ配置される。複数の溝部２２の個数は、複数の希土類ボンド磁石３１の個数及び回転子１の極数と同じである。すなわち、複数の溝部２２の個数は、偶数個のＮ個（例えば、８個）である。複数の溝部２２は、周方向Ｃに予め定められた間隔を開けて配置されている。図６に示す例では、複数の溝部２２は、周方向Ｃに等間隔に並ぶように設けられている。溝部２２は、ｚ軸方向に長い長溝である。

　溝部２２は、底面２２ａと、側面２２ｂとを有する。底面２２ａは、溝部２２のうちの径方向の外向きの面である。側面２２ｂは、底面２２ａの幅方向の両側の端部から径方向の外向きに延びている。側面２２ｂは、フェライトボンド磁石２０と希土類ボンド磁石３１との境界部（以下、「磁石境界部」とも呼ぶ。）である。

　フェライトボンド磁石２０は、極異方性の配向を持つように磁化されている。これにより、周方向Ｃに隣り合う２個の溝部２２には、互いに極性が異なる磁極が形成されている。図６において、Ｎ極の溝部２２を２２ｎ、Ｓ極の溝部２２を２２ｓと表記する。実施の形態１では、周方向Ｃにおいて、Ｎ極の溝部２２ｎとＳ極の溝部２２ｓとが交互に配置されている。Ｓ極の溝部２２ｓの径方向の外側から流れ込んだ磁束（図示せず）は、当該溝部２２ｓと周方向Ｃに隣り合うＮ極の溝部２２ｎに進む。よって、回転子１（図３参照）は、フェライトボンド磁石２０より径方向の内側に磁路を構成する回転子鉄心を必要としない。これにより、回転子１における部品点数を削減することができ、且つ回転子１を軽量化することができる。

　フェライトボンド磁石２０において、周方向Ｃに隣り合うＮ極の溝部２２ｎとＳ極の溝部２２ｓとの間の部分２３は、回転子１の極間部を構成する。

　〈希土類ボンド磁石３１の構成〉
　次に、希土類ボンド磁石３１の構成について説明する。希土類ボンド磁石３１は、回転子１の極中心部を構成する。

　希土類ボンド磁石３１は、希土類磁石と樹脂とを含む。希土類磁石は、例えば、ネオジム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）及びホウ素（Ｂ）を含むネオジム磁石、又はサマリウム（Ｓｍ）、Ｆｅ及び窒素（Ｎ）を含むサマリウム鉄窒素磁石などである。希土類ボンド磁石３１に含まれる樹脂は、例えば、フェライトボンド磁石２０に含まれる樹脂と同じである。すなわち、希土類ボンド磁石３１に含まれる樹脂は、例えば、ナイロン樹脂、ＰＰＳ樹脂及びエポキシ樹脂のうちの少なくとも１つ以上である。

　希土類ボンド磁石３１の磁極の強さ（すなわち、磁気量）は、フェライトボンド磁石２０の磁極の強さより大きい。言い換えれば、希土類ボンド磁石３１の磁力は、フェライトボンド磁石２０の磁力より大きい。このように、希土類ボンド磁石３１は、フェライトボンド磁石２０と異なる材料からなる。

　複数の希土類ボンド磁石３１は、周方向Ｃに間隔を開けて配置されている。図４に示す例では、複数の希土類ボンド磁石３１は、周方向Ｃに等間隔に並ぶように設けられている。希土類ボンド磁石３１の外周３１ｃは、回転子１の外周１ｃ（図２参照）の一部を形成している。

　複数の希土類ボンド磁石３１はそれぞれ、極異方性の配向を持つように磁化されている。周方向Ｃに隣り合う複数の希土類ボンド磁石３１は、互いに極性が異なる磁極を有する。

　複数の希土類ボンド磁石３１は、フェライトボンド磁石２０の複数の溝部２２にそれぞれ接合されている。実施の形態１では、フェライトボンド磁石２０及び希土類ボンド磁石３１が一体成形（「２色成形」ともいう）されることによって、希土類ボンド磁石３１がフェライトボンド磁石２０の溝部２２に接合されている。また、複数の希土類ボンド磁石３１は、複数の溝部２２にそれぞれ充填されている。

　以下の説明において、フェライトボンド磁石２０及び希土類ボンド磁石３１が一体成形されるとは、予め製造されたフェライトボンド磁石２０を金型に配置した状態で希土類ボンド磁石３１を成形することである。これにより、予め製造された複数の希土類ボンド磁石３１を金型に配置した状態でフェライトボンド磁石２０を成形する製造工程と比較して、実施の形態１では、複数の希土類ボンド磁石３１を１個ずつ金型に配置する作業が不要となる。そのため、回転子本体５０の生産性を向上させることができる。

　図７は、実施の形態１に係る回転子１に形成された磁力線を示す模式図である。図７において、フェライトボンド磁石２０における周方向Ｃに隣り合う磁極（すなわち、Ｎ極とＳ極）との間に形成される磁力線を「第１の磁力線Ｍ１」とする。第１の磁力線Ｍ１は、フェライトボンド磁石２０の隣り合う磁極によって形成される配向磁界の方向を示す。また、図７において、周方向Ｃに隣り合う希土類ボンド磁石３１の磁極（すなわち、Ｎ極とＳ極）の間に形成される磁力線を「第２の磁力線Ｍ２」とする。第２の磁力線Ｍ２は、周方向Ｃに隣り合う希土類ボンド磁石３１の磁極によって形成される配向磁界の方向を示す。実施の形態１に係る回転子１では、第１の磁力線Ｍ１の方向は、第２の磁力線Ｍ２の方向と異なる。言い換えれば、フェライトボンド磁石２０における配向磁界の方向は、周方向Ｃに隣り合う２個の希土類ボンド磁石３１によって形成される配向磁界の方向と異なる。

　次に、第１の磁力線Ｍ１の方向と第２の磁力線Ｍ２の方向とが互いに異なることによる効果について、比較例１及び２に係る回転子１０１ａ、１０１ｂと対比しながら説明する。

　図８は、比較例１に係る回転子１０１ａに形成された磁力線を示す模式図である。図８に示されるように、回転子１０１ａでは、フェライトボンド磁石２０及び希土類ボンド磁石３１が、互いに同じ極異方性配向を持つように磁化されている点で、実施の形態１に係る回転子１と相違する。すなわち、回転子１０１ａでは、フェライトボンド磁石２０に形成された磁力線Ｍ１１の方向は、複数の希土類ボンド磁石３１のうち周方向Ｃに隣り合う２個の希土類ボンド磁石３１によって形成される磁力線Ｍ１２の方向と同じである。

　図９（Ａ）は、比較例２に係る回転子１０１ｂの構成を示す平面図である。図９（Ｂ）は、比較例２に係る回転子１０１ｂの構成を示す側面図である。図９（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、回転子１０１ｂでは、環状のフェライトボンド磁石１２０ｂの外周１２０ｃに、環状の希土類ボンド磁石１３０ｂが配置されている。すなわち、回転子１０１ｂでは、回転子１０１ｂの外周１０１ｃの全てが、希土類ボンド磁石１３０ｂによって形成されている点で、実施の形態１に係る回転子１と相違する。

　図１０は、実施の形態１に係る回転子１の表面磁束密度の分布、比較例１に係る回転子１０１ａの表面磁束密度の分布及び比較例２に係る回転子１０１ｂの表面磁束密度の分布を示すグラフである。図１０において、横軸は、回転子１、１０１ａ、１０１ｂのそれぞれの外周１ｃ、１０１ｃ、１０１ｄにおける周方向Ｃの位置[度]を示し、縦軸は表面磁束密度［ａ.ｕ．］を示す。また、図１０において、実線は、実施の形態１に係る回転子１の表面磁束密度の分布の波形Ｗ１を示す。更に、図１０において、一点鎖線は比較例１に係る回転子１０１ａの表面磁束密度の分布の波形Ｗ２を示し、破線は比較例２に係る回転子１０１ｂの表面磁束密度の分布の波形Ｗ３を示す。

　波形Ｗ３は、正弦波の波形である。言い換えれば、比較例２に係る回転子１０１ｂでは、周方向Ｃにおいて、表面磁束密度の変化は均一である。一方、波形Ｗ２は、波形Ｗ３と比べて、なだらかではない。言い換えれば、回転子１０１ｂでは、表面磁束密度の変化は均一ではない。具体的には、波形Ｗ２のうち回転子１の極間部において歪みが生じている。表面磁束密度の分布が波形Ｗ２によって表された場合、固定子鉄心６１（図３参照）に鎖交する有効磁束に歪みが発生するという課題がある。

　一方、波形Ｗ１は、波形Ｗ２より正弦波に近似した形状を有する。これは、実施の形態１では、フェライトボンド磁石２０における配向磁界の方向と希土類ボンド磁石３１における配向磁界の方向とが互いに異なるためである。これにより、フェライトボンド磁石２０の磁束が、フェライトボンド磁石２０と希土類ボンド磁石３１との磁石境界部及びその近傍において集中し、磁石境界部及びその近傍における表面磁束密度が高くなる。よって、回転子１の極間部において、固定子鉄心６１（図３参照）に鎖交する有効磁束の歪みの発生を抑制することができる。

　図７に戻って、第１の磁力線Ｍ１及び第２の磁力線Ｍ２の他の特徴について説明する。実施の形態１では、少なくともフェライトボンド磁石２０と希土類ボンド磁石３１との境界部である溝部２２の側面２２ｂの近傍において、ｘｙ平面における第１の磁力線Ｍ１の曲率は、第２の磁力線Ｍ２の曲率より大きい。これにより、回転子１の極間部において、第１の磁力線Ｍ１が径方向に向き易くなる。よって、回転子１の極中心部における表面磁束密度と極間部における表面磁束密度との差が小さくなるため、回転子１の表面磁束密度の波形Ｗ１が、正弦波の波形Ｗ３に近似する（図１０参照）。したがって、有効磁束の歪みの発生を抑制することができる。

　次に、実施の形態１に係る回転子１のコストについて、比較例２に係る回転子１０１ｂと対比しながら説明する。上述した通り、比較例２に係る回転子１０１ｂでは、回転子１０１ｂの外周１０１ｄの全てが、希土類ボンド磁石１３０ｂによって構成されている。

　これに対し、上述した図２に示されるように、回転子１の外周１ｃは、フェライトボンド磁石２０の外周２０ｃ及び複数の希土類ボンド磁石３１のそれぞれの外周３１ｃによって形成されている。これにより、回転子１では、回転子１０１ｂと比べて、希土類ボンド磁石３１の使用量を削減することができる。具体的には、回転子１では、回転子１０１ｂと比べて、希土類ボンド磁石３１の使用量を約２０％削減することができる。

　また、希土類ボンド磁石３１は、フェライトボンド磁石２０より高価である。例えば、希土類ボンド磁石３１の材料単価は、フェライトボンド磁石２０の材料単価の１０倍以上である。そのため、回転子１の外周１ｃが、フェライトボンド磁石２０の外周２０ｃ及び希土類ボンド磁石３１の外周３１ｃによって構成されていることで、希土類ボンド磁石３１の使用量を削減することができる。よって、実施の形態１によれば、回転子１のコストを低減することができる。

　〈回転子１の製造方法〉
　次に、図１１を用いて回転子１の製造方法について、説明する。図１１は、回転子１の製造工程を示すフローチャートである。回転子１の製造工程では、着磁器が用いられる。

　ステップＳＴ１では、回転子本体５０を形成する。なお、ステップＳＴ１の詳細については後述する。

　ステップＳＴ２では、回転子本体５０をシャフト１０に連結する。実施の形態１では、回転子本体５０及びシャフト１０が樹脂部７を介して一体化されることで、回転子本体５０がシャフト１０に連結される。

　ステップＳＴ３では、例えば、着磁器を用いて回転子本体５０を着磁する。

　次に、図１２を用いて回転子本体５０を形成する工程（すなわち、図１１に示されるステップＳＴ１）の詳細について説明する。図１２は、図３から５に示される回転子本体５０を形成する工程を示すフローチャートである。回転子本体５０を形成する工程では、フェライトボンド磁石２０を成形するための第１の金型、希土類ボンド磁石３１を成形するための第２の金型、磁場配向用の磁石及び磁場配向用の鉄心が用いられる。

　ステップＳＴ１１では、フェライトボンド磁石２０を成形するための第１の金型の内部に、フェライトボンド磁石２０の原料を充填する。フェライトボンド磁石２０は、例えば、射出成形により成形される。なお、フェライトボンド磁石２０は、射出成形に限らず押圧成形などの他の成形方法によって成形されてもよい。

　ステップＳＴ１２では、フェライトボンド磁石２０を配向しつつ、予め定められた形状を有するフェライトボンド磁石２０を成形する。ステップＳＴ１２では、例えば、配向用の配向鉄心（具体的には、後述する図１５に示される配向鉄心９１）及び配向用の配向磁石（具体的には、後述する図１５に示される配向磁石８１）を用いて、第１の金型の内部に極異方性を有する磁場を発生させた状態で、フェライトボンド磁石２０の原料を配向しつつ、フェライトボンド磁石２０を成形する。これにより、極異方性配向を持つフェライトボンド磁石２０が成形される。

　ステップＳＴ１２では、フェライトボンド磁石２０は、複数の溝部２２の間の表面磁束密度が側面２２ｂに近づくほど大きくなるように着磁される。すなわち、フェライトボンド磁石２０は、フェライトボンド磁石２０と希土類ボンド磁石３１との境界部の外周において、表面磁束密度が最大となるように極異方性配向がなされる。なお、フェライトボンド磁石２０を配向するための方法の詳細については後述する。

　ステップＳＴ１３では、成形されたフェライトボンド磁石２０を冷却する。

　ステップＳＴ１４では、フェライトボンド磁石２０を第１の金型から取り出す。

　ステップＳＴ１５では、取り出されたフェライトボンド磁石２０を脱磁する。

　ステップＳＴ１６では、希土類ボンド磁石３１を射出成形するための第２の金型の内部に、フェライトボンド磁石２０を配置する。

　ステップＳＴ１７では、第２の金型に配置されたフェライトボンド磁石２０の溝部２２に、希土類ボンド磁石３１の原料を充填する。希土類ボンド磁石３１は、例えば、射出成形により成形される。なお、希土類ボンド磁石３１は、射出成形に限らず押圧成形などの他の成形方法によって成形されてもよい。

　ステップＳＴ１８では、希土類ボンド磁石３１の原料を配向しつつ、予め定められた形状を有する希土類ボンド磁石３１を成形する。ステップＳＴ１８では、例えば、磁場配向用の配向鉄心（具体的には、後述する図１６に示される配向鉄心９２）及び磁場配向用の磁石（具体的には、後述する図１６に示される配向磁石８１）を用いて、第２の金型の内部に極異方性を有する磁場を発生させた状態で、希土類ボンド磁石３１の原料を配向しつつ、希土類ボンド磁石３１を成形する。これにより、フェライトボンド磁石２０及び複数の希土類ボンド磁石３１が一体成形された回転子本体５０を形成することができる。

　ステップＳＴ１９では、ステップＳＴ１８において形成された回転子本体５０を冷却する。

　ステップＳＴ２０では、第２の金型から冷却された回転子本体５０を取り出す。

　ステップＳＴ２１では、ステップＳＴ２０において取り出した回転子本体５０を脱磁する。

　図１３は、図１２に示されるステップＳＴ１２において着磁されたフェライトボンド磁石２０の第１の磁力線Ｍ１を示す模式図である。図１４は、図１２に示されるステップＳＴ１８において着磁された希土類ボンド磁石３１の第２の磁力線Ｍ２を示す模式図である。図１４において、Ｎ極の希土類ボンド磁石３１を３１ｎ、Ｓ極の希土類ボンド磁石３１を３１ｓと表記する。図１３及び１４に示されるように、ステップＳＴ１２では、フェライトボンド磁石２０の第１の磁力線Ｍ１の方向が希土類ボンド磁石３１の第２の磁力線Ｍ２の方向となるように着磁される。

　次に、図１５を用いて、極異方性配向を持つフェライトボンド磁石２０を成形するための具体的な方法について説明する。図１５は、フェライトボンド磁石２０を成形するための配向磁石８１及び配向鉄心９１を示す模式図である。フェライトボンド磁石２０の成形時に、配向磁石８１及び複数の配向鉄心９１は、図示しない金型内に配置される。複数の配向鉄心９１は、周方向Ｃに等間隔で配置されている。配向磁石８１及び複数の配向鉄心９１は、極異方性の配向磁界Ｂ１を印加するための磁気回路を構成する。

　配向鉄心９１の先端部９１ａは、径方向の外側から内側に向かうほど周方向Ｃに分岐している。配向鉄心９１の先端部９１ａは、フェライトボンド磁石２０の周方向Ｃの隣り合う溝部２２の間の部分２３と対向するように配置されている。これにより、フェライトボンド磁石２０と希土類ボンド磁石３１との境界部（すなわち、溝部２２の側面２２ｂ）及びその近傍に、配向鉄心９１の先端部９１ａを近づけて配置することができる。よって、ｘｙ平面におけるフェライトボンド磁石２０の第１の磁力線Ｍ１の曲率を大きくすることができる。言い換えれば、実施の形態１によれば、フェライトボンド磁石２０の第１の磁力線Ｍ１が径方向の外側に向き易くなる。

　次に、図１６を用いて、極異方性配向を持つ希土類ボンド磁石３１を成形するための具体的な方法について説明する。図１６は、希土類ボンド磁石３１を成形するための配向磁石８１及び配向鉄心９２を示す模式図である。希土類ボンド磁石３１の磁場配向にあたっては、磁場配向用の磁石である配向磁石８１及び磁場配向用の鉄心である複数の配向鉄心９２が用いられる。上述した図１２に示されるステップＳＴ１８では、配向磁石８１及び配向鉄心９２は、図示しない金型内に配置される。複数の配向鉄心９２は、予め定められた間隔で配置されている。配向磁石８１及び複数の配向鉄心９２は、極異方性の配向磁界Ｂ２を印加するための磁気回路を構成する。

　配向鉄心９２の径方向内側の先端部９２ａは、上述した図１５に示される配向鉄心９１の先端部９１ａと異なり、希土類ボンド磁石３１の周方向Ｃの中央部と対向している。これにより、極中心部である希土類ボンド磁石３１の周方向Ｃの中央部に磁束を集中させることができる。

　図１７（Ａ）は、実施の形態１に係る回転子１の一部と当該一部における磁力線Ｍ１、Ｍ２を示す平面図である。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）に示されるＥ部における磁力線Ｍ１、Ｍ２を示す拡大平面図である。図１７（Ａ）及び（Ｂ）において、軸線Ａと溝部２２の側面２２ｂとを結ぶ直線をＤとする。直線Ｄとフェライトボンド磁石２０の第１の磁力線Ｍ１とがなす角度αは、直線Ｄと希土類ボンド磁石３１の第２の磁力線Ｍ２とがなす角度βより小さい。これにより、フェライトボンド磁石２０の配向磁界を、境界部である溝部２２の側面２２ｂに集中させることができ、回転子１の極間部における表面磁束密度を高めることができる。よって、回転子１の表面磁束密度の分布の波形Ｗ１が正弦波の波形Ｗ３と近似するため（図１０参照）、固定子鉄心６１（図３参照）に鎖交する有効磁束の歪みの発生を抑制することができる。

　〈実施の形態１の効果〉
　以上に説明した実施の形態１によれば、偶数であるＮ個の希土類ボンド磁石３１が、フェライトボンド磁石２０のＮ個の溝部２２にそれぞれ配置されている。これにより、回転子１では、上述した図９（Ａ）及び（Ｂ）に示される比較例２に係る回転子１０１ｂと比較して、高価な希土類ボンド磁石３１の使用量が削減される。よって、回転子１のコストを低減することができる。

　また、実施の形態１によれば、フェライトボンド磁石２０の隣り合う磁極によって形成される第１の磁力線Ｍ１の方向が、周方向Ｃに隣り合う希土類ボンド磁石３１の第２の磁力線Ｍ２の方向と異なる。具体的には、少なくともフェライトボンド磁石２０と希土類ボンド磁石３１との境界部である溝部２２の側面２２ｂの近傍において、ｘｙ平面における第１の磁力線Ｍ１の曲率は、第２の磁力線Ｍ２の曲率より小さい。これにより、フェライトボンド磁石２０の配向磁界を、境界部である溝部２２の側面２２ｂに集中させることができる。よって、回転子１の表面磁束密度の分布の波形Ｗ１が正弦波の波形Ｗ３と近似するため、固定子鉄心６１に鎖交する有効磁束の歪みの発生を抑制することができる。したがって、回転子１では、コストを低減しつつ、有効磁束の歪みの発生を抑制することができる。

　また、実施の形態１によれば、回転子１の極間部（すなわち、フェライトボンド磁石２０の周方向Ｃに隣り合う溝部２２の間の部分２３）から固定子鉄心６１に流入する磁束の磁束量を増加させることができる。

　また、実施の形態１によれば、軸線Ａと溝部２２の側面２２ｂとを結ぶ直線をＤとしたとき、直線Ｄとフェライトボンド磁石２０の第１の磁力線Ｍ１とがなす角度αは、直線Ｄと希土類ボンド磁石３１の第２の磁力線Ｍ２とがなす角度βより小さい。これにより、フェライトボンド磁石２０の配向磁界を、少なくともフェライトボンド磁石２０と希土類ボンド磁石３１との磁石境界部（具体的には、溝部２２の側面２２ｂ）近傍に集中させることができる。よって、回転子１の表面磁束密度の分布の波形Ｗ１が正弦波の波形Ｗ３と近似するため、有効磁束の歪みの発生を抑制することができる。

　また、実施の形態１によれば、フェライトボンド磁石２０の磁場配向用の配向鉄心９１は、フェライトボンド磁石２０と希土類ボンド磁石３１との境界部に対向するように配置されている。これにより、フェライトボンド磁石２０の配向磁界を、少なくともフェライトボンド磁石２０と希土類ボンド磁石３１との磁石境界部近傍に集中させることができる。よって、回転子１の表面磁束密度の分布の波形Ｗ１が正弦波の波形Ｗ３と近似するため、有効磁束の歪みの発生を抑制することができる。

　また、実施の形態１によれば、電動機１００は、回転子１と、固定子６とを有する。上述したように、回転子１では、有効磁束の歪みの発生を抑制することができる。よって、電動機１００が当該回転子１を有することにより、電動機１００における出力の低下を抑制することができる。

　《実施の形態２》
　次に、実施の形態２に係る送風機２００の構成について説明する。図１８は、実施の形態２に係る送風機２００の構成を概略的に示す図である。

　図１８に示されるように、送風機２００は、電動機１００と、電動機１００によって駆動される羽根車としてのファン２０１とを有する。ファン２０１は、電動機１００のシャフト１０（例えば、図１参照）に取り付けられている。電動機１００のシャフト１０が回転すると、ファン２０１が回転し、気流が生成される。送風機２００は、例えば、後述する図１９に示される空気調和装置３００の室外機３２０の室外送風機として用いられる。この場合、ファン２０１は、例えば、プロペラファンである。

　〈実施の形態２の効果〉
　以上に説明した実施の形態２によれば、送風機２００は、実施の形態１で説明した電動機１００を有する。上述した通り、電動機１００では、出力の低下が抑制されているため、当該電動機１００を有する送風機２００においても、出力の低下を抑制することができる。

　《実施の形態３》
　次に、実施の形態２に係る送風機２００を有する空気調和装置３００の構成について説明する。図１９は、実施の形態３に係る空気調和装置３００の構成を概略的に示す図である。

　図１９に示されるように、空気調和装置３００は、室内機３１０と、室外機３２０と、冷媒配管３３０とを有する。室内機３１０及び室外機３２０は、冷媒配管３３０によって接続されることで、冷媒が循環する冷媒回路を構成する。空気調和装置３００は、例えば、室内機３１０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３１０は、室内送風機３１１と、室内送風機３１１を収容するハウジング３１２とを有する。室内送風機３１１は、電動機３１１ａと、電動機３１１ａによって駆動されるファン３１１ｂとを有する。ファン３１１ｂは、電動機３１１ａのシャフトに取り付けられている。電動機３１１ａのシャフトが回転することで、ファン３１１ｂが回転し、気流が生成される。ファン３１１ｂは、例えば、クロスフローファンである。

　室外機３２０は、室外送風機としての送風機２００と、圧縮機３２１と、送風機２００及び圧縮機３２１を収容するハウジング３２２とを有する。圧縮機３２１は、冷媒を圧縮する圧縮機構部３２１ａと、圧縮機構部３２１ａを駆動する電動機３２１ｂとを有する。圧縮機構部３２１ａと電動機３２１ｂとは、回転軸３２１ｃによって互いに連結されている。なお、圧縮機３２１の電動機３２１ｂには、実施の形態１に係る電動機１００が用いられてもよい。

　例えば、空気調和装置３００の冷房運転時に、圧縮機３２１で圧縮された冷媒が凝縮器（図示せず）で凝縮する際に放出された熱が、送風機２００の送風によって室外に放出される。室外機３２０は、冷媒の流れ方向を切り替える四方弁（図示せず）を更に有する。室外機３２０の四方弁は、圧縮機３２１から送り出された高温高圧の冷媒ガスを、冷房運転時には室外機３２０の熱交換器に流し、暖房運転時には室内機３１０の熱交換器に流す。なお、実施の形態２に係る送風機２００は、室外機３２０の室外送風機に限らず、上述した室内送風機３１１として用いられてもよい。また、送風機２００は、空気調和装置３００に限らず、他の電気機器に備えられていてもよい。

　〈実施の形態３の効果〉
　以上に説明した実施の形態３によれば、空気調和装置３００は、実施の形態２で説明した送風機２００を有する。上述した通り、送風機２００では出力の低下が抑制されているため、当該送風機２００を有する空気調和装置３００においても、出力の低下を抑制することができる。

　１　回転子、　６　固定子、　１０　シャフト、　２０　フェライトボンド磁石、　２０ｃ　外周、　２２、２２ｎ、２２ｓ　溝部、　２２ａ　底面、　２２ｂ　側面（境界部）、　３１　希土類ボンド磁石、　９１、９２　配向鉄心、　１００　電動機、　２００　送風機、　２０１　ファン、　３００　空気調和装置、　３１０　室内機、　３２０　室外機、　Ａ　回転中心軸、　Ｄ　直線、　Ｍ１　第１の磁力線、　Ｍ２　第２の磁力線、　α、β　角度。

Claims (12)

1. 　偶数であるＮ個の磁極を有する回転子であって、
   　極異方性配向を持つように磁化された第１の磁石と、
   　前記第１の磁石の外周に配置され、前記第１の磁石と異なる材料からなり、極異方性配向を持つように磁化されたＮ個の第２の磁石と
   　を有し、
   　前記第１の磁石における隣り合う磁極の間に形成された磁力線である第１の磁力線の方向が、前記Ｎ個の第２の磁石のうちの隣り合う第２の磁石の間に形成された磁力線である第２の磁力線の方向と異なる
   　回転子。
2. 　少なくとも前記第１の磁石と前記Ｎ個の第２の磁石の各第２の磁石との境界部近傍において、前記回転子の軸方向に垂直な平面における前記第１の磁力線の曲率は、前記平面における前記第２の磁力線の曲率より大きい
   　請求項１に記載の回転子。
3. 　前記第１の磁石は、前記外周に等間隔で設けられたＮ個の溝部を有し、
   　前記Ｎ個の第２の磁石は、前記Ｎ個の溝部にそれぞれ配置され、
   　前記Ｎ個の溝部の各溝部は、
   　前記第１の磁石の径方向の外向きの底面と、
   　前記底面の幅方向の端部から前記径方向の外向きに延びる前記境界部としての側面と
   　を有する
   　請求項２に記載の回転子。
4. 　前記回転子の回転中心軸と前記側面とを通る直線と前記第１の磁力線とがなす角度は、前記直線と前記第２の磁力線とがなす角度より小さい
   　請求項３に記載の回転子。
5. 　前記第２の磁石における磁極の強さは、前記第１の磁石における磁極の強さより大きい
   　請求項１から４のいずれか１項に記載の回転子。
6. 　前記第１の磁石は、フェライトボンド磁石であり、
   　前記第２の磁石は、希土類ボンド磁石である
   　請求項１から５のいずれか１項に記載の回転子。
7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の回転子と、
   　固定子と
   　を有する電動機。
8. 　請求項７に記載の電動機と、
   　前記電動機によって駆動される羽根車と
   　を有する送風機。
9. 　室内機と、
   　前記室内機に接続される室外機と
   　を有し、
   　前記室内機及び前記室外機のうちの少なくとも一方は、請求項８に記載の前記送風機を有する
   　空気調和装置。
10. 　偶数であるＮ個の磁極を有する回転子の製造方法であって、
    　極異方性配向を持つように磁化された第１の磁石を形成する工程と、
    　前記第１の磁石の外周に配置され、前記第１の磁石と異なる材料からなり、極異方性配向を持つように磁化されたＮ個の第２の磁石を形成する工程と
    　を有し、
    　前記第１の磁石における隣り合う磁極の間に形成された磁力線である第１の磁力線の方向が、前記Ｎ個の第２の磁石のうちの隣り合う第２の磁石の間に形成された磁力線である第２の磁力線の方向と異なる
    　回転子の製造方法。
11. 　前記第１の磁石を形成する工程では、前記第１の磁石は、前記第１の磁石と前記Ｎ個の第２の磁石のうちの各第２の磁石との境界部に対向する配向鉄心によって着磁される
    　請求項１０に記載の回転子の製造方法。
12. 　前記第１の磁石は、前記外周に等間隔で設けられたＮ個の溝部を有し、
    　前記Ｎ個の第２の磁石は、前記Ｎ個の溝部にそれぞれ配置され、
    　前記Ｎ個の溝部の各溝部は、
    　前記第１の磁石の径方向の外向きの底面と、
    　前記底面の幅方向の端部から前記径方向の外向きに延びる前記境界部としての側面と
    　を有し、
    　前記第１の磁石を形成する工程では、前記第１の磁石は、前記複数の溝部のうちの隣り合う溝部の間の表面磁束密度が前記側面に近づくほど大きくなるように着磁される
    　請求項１１に記載の回転子の製造方法。

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