WO1992001326A1

WO1992001326A1 - Rotor of brushless motor and manufacture thereof

Info

Publication number: WO1992001326A1
Application number: PCT/JP1991/000925
Authority: WO
Inventors: Takashi Nagate; Kenichi Endo; Yoshikazu Koike; Takeshi Seto; Yoshihiko Yamagishi
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 1990-07-12
Filing date: 1991-07-10
Publication date: 1992-01-23
Also published as: EP0538472A1; DE69128083D1; US5369325A; EP0538472A4; SG47864A1; CN1037646C; EP0538472B1; DE69128083T2; CN1058863A

Description

明細書

ブラシレスモータの回転子及びその製造方法技術分野

本発明は、髙効率で高速回転に好適なブラシレスモータに関するもので、より詳細には、その回転子に関する。背景技術

一般に、ブラシレスモータは、円筒状の回転子の外周面にフエライト等からなる永久磁石が配設されている。

例えば、従来のブラシレスモータ 1は、図 2 8に示すように、モータケース（ステータ） 2を有し、そして、このモータケース

2は、円筒状の側壁 3と、この側壁の両端を閉塞する前面板 4と、後面板 5とを有している。側壁 3の内側には、複数の励磁コィル 6が円筒形をなすように配列されて、壁面に固定されている。回転子（ロータ） 7の中心には、回転軸 8が同心的に固定されている。回転軸 8は、回転子 7の両端より突出し、その一端が、モータケース 2の後面板 5の穴 9に装着された軸受 1 0によって、回転自在に支承されている。回転軸 8の他端は、モータケース 2 の前面板 4の穴 1 1に装着された軸受 1 2によって、回転自在に支承されている。モータケース 2の側壁 3の内側には、円環状の磁極センサ支持部材 1 3が設けられており、回転子 7の表面の近傍に位置するように、複数の磁極センサ 1 4が、該支持部材 1 3 に保持されている。

図 2 9は、従来の回転子 7を示している。この回転子 7は、回転軸 8が円筒状のヨーク 7 0に揷入され、回転軸 8とヨーク 7〇がー体に構成されている。このヨーク 7 0の外周面には、外側が N極、内側が S極に着磁された円弧状の一対の永久磁石 7 1と、外側が S極、内側が N極に着磁された円弧状の一対の永久磁石 7 2が、交互に貼着されている。このブラシレスモータ 1においては、前記磁極センサ 1 4によつて、回転子 7の磁極位置を検知し、図示しない制御回路によつて、対応する励磁コイル 6に電流を流し、電流と磁束の相互作用によって、回転子 7を回転させる。回転された回転子 7の磁極位置は、再び磁極センサ 1 4によって検知され、前記制御回路によつて異なる励磁コイル 6に電流が供給され、再び回転子 7が回転駆動される。上記の動作を繰り返すことにより、回転子 7は連続的に回転し、その回転力が動力として回転軸 8を介して、モータの外部に取り出される。

また、ブラシレスモータ 1は、回転子 7に貼着された永久磁石 7 1， 7 2の遠心力が大きくなるため、図 3 0に示すように、断面円弧状の永久磁石 7 1、 7 2を覆う非磁性金属からなる保護部材 7 3が設けられており、この保護部材 7 3の存在により、高速回転に伴う遠心力によって永久磁石 7 1、 7 2が飛散するのを防止している。

しかしながら、フェライト磁石を使用したブラシレスモータにおいては、最大エネルギー積が 3 . 3 M G O eで、残留磁束密度が 3 . 8 K Gと小さいため、モータの駆動に十分なトルクを発生するには磁気回路のパーミアンスを上げることが必要となり、そのため多量の磁石が必要となって、モータが大型化する不具合がある。

また、高速回転するスクロール型圧縮機等に用いる場合は、高速回転に伴う遠心力による応力が、永久磁石の材料強度や磁石の回転子への固着力よりも大きくなると、永久磁石が破壊したり、永久磁石が飛散するおそれがある。

更に、永久磁石の飛散を防止するため、回転子を保護部材で覆う場合は、回転子の製造工程が複雑になるだけでなく、回転子とステータとの空隙が、実質的に保護部材の厚み分だけ増加したことになり、その結果、磁気抵抗が増加して磁石密度が減少し、効率が低下してしまう不具合がある。

本発明は、上述した従来のブラシレスモータにおける問題に鑑み、これを有効に解決すべくなされたものである。

したがって、本発明の目的は、小型で髙効率に構成でき、更に高速回転時においても永久磁石の破壊や飛散することのないブラシレスモータの回転子を提供することを目的としている。発明の開示

本発明は、永久磁石を有するブラシレスモータの回転子を改良するものであって、積層された複数のけい素鋼板によってヨークが形成され、このヨークは外周上に少なくとも 4つの偶数の磁極を有し、これらの磁極には、界磁用永久磁石を配置するためのスロットがー磁極おきに中心からほぼ等距離に設けられ、このスロットには、回転軸に面する側の面が同一の磁極を有するようにした界磁用永久磁石が配置されているブラシレスモータの回転子である。

このように構成すると、磁極同士の反発によって永久磁石の数の 2倍の磁極数を有する回転子を得ることができる。

また、永久磁石がスロット内に挿入されて半径方向に高透磁率材料に挟まれた構造であるので、高速回転によって飛散することが無く、したがって、回転子の外周を覆う飛散防止用の部材を必要とせず、この飛散防止用の部材による鉄損をなくすことができるとともに、ヨークが積層された鋼板で構成されているので、鉄損を最小限にすることができる。

更に、本発明の永久磁石は簡単な形状に形成されており、高い精度の表面仕上げを要求されないので加工が簡単であり、永久磁石の製作が極めて容易である。図面の簡単な説明【図 1】

本発明の永久磁石回転子を用いた一タの縦断面図

【図 2】

永久磁石回転子の斜視図。

【図 3】

けい素鋼板の正面図。

【図 4】

ブラシレスモータの内部における永久磁石回転子の磁力線を示す概略図。

【図 5】

本発明の第 2実施例を示し、磁極の幅を変化させた永久磁石回転子の正面図。

【図 6】

磁極にスリットを設けた第 3実施例の永久磁石回転子の正面図

【図 7】

磁極にスリットを設けた第 3実施例の永久磁石回転子のブラシレスモータの内部における磁力線を示す概略図。

【図 8】

本発明の第 4実施例を示し、 6磁極を有する永久磁石回転子の正面図。

【図 9】

本発明の第 5実施例を示し、永久磁石回転子のブリッジ部を拡大して示した断面図。

【図 1 0】

本発明の第 6実施例を示し、けい素鋼板の平面図。

【図 1 1】

磁場解析による、食荷トルクが作用した時の磁束の流れを示す図。

【図 1 2】

本発明の第 7実施例を示し、永久磁石回転子の分解斜視図。【図 1 3】

図 1 2に示す回転子の組み立て後の断面図。

【図 1 4】

磁気回路に組んだ場合の磁束の流れを表す図。

【図 1 5】

本発明の第 1実施例に記載した永久磁石回転子を用いたブラシレスモータの軸方向断面図。

【図 1 6】

本発明の第 8実施例の永久磁石回転子を示した斜視図。

【図 1 7】

同実施例の永久磁石回転子を用いたブラシレスモータの軸方向断面図。

【図 1 8】

本発明の第 9実施例の永久磁石回転子を分解して示した斜視図

【図 1 9】

同実施例の永久磁石回転子の回転軸と直交する断面図。

【図 2 0】

同実施例のヨークの一部を拡大して示したヨークの回転軸と直交する断面図。

【図 2 1】

同実施例の他の例におけるヨークの一部を拡大して示したョークの回転軸と直交する断面図。

【図 2 2】

本発明の第 1 0実施例の永久磁石回転子を拡大して示した軸方向断面図。【図 2 3】

本発明の第 1 1実施例の永久磁石回転子の斜視図。

【図 2 4】

同実施例の他の例における永久磁石回転子の斜視図。

【図 2 5】，

同実施例の回転軸を切断して示す回転子の正面図。

【図 2 6】

本実施例による永久磁石回転子の製造方法の一工程を示した側面断面図。

【図 2 7】

スキューを施した永久磁石回転子の斜視図。

【図 2 8】

ブラシレスモータの従来例を示す縦断面図。

【図 2 9】

永久磁石回転子の従来例を示す斜視図。

【図 3 0】

保護部材を備えた永久磁石回転子の従来例を示す斜視図。発明を実施するための最良の形態

まず、第 1の実施例について図 1ないし図 4を参照して説明する

図 1は、本発明による永久磁石回転子を有するブラシレスモータを示しており、全体を符号 2 0で示すブラシレスモータは、周囲を包囲するモータケース（ステータ） 2を有し、そして、このモータケース 2は、円筒状の側壁 3と、前面板 4と、後面板 5とから構成されている。側壁 3の内側には、複数の励磁コイル 6が、円筒形をなすように配列されて、壁面に固定されている。回転子 7の中心には、回転軸 8が同心的に固定されている。回転軸 8 は、回転子 7の両端より突出し、その一端が、モータケース 2の後面板 5に装着された軸受 1 0を介して、回転自在に支承されている。回転軸 8の他端は、モータケース 2の前面板 4に装着された軸受 1 2を介して、回転自在に支承されている。モータケース 2の側壁 3の内側には、円環状の磁極センサ支持部材 1 3が設けられており、複数の磁極センサ 1 4が、回転子 7の表面の近傍に位置するように、該支持部材 1 3に保持されている。

このブラシレスモータ 2 0においては、前記磁極センサ 1 4によって、回転子 7の磁極位置を検知し、図示しない制御回路によつて、対応する励磁コイル 6に電流を流し、電流と磁束の相互作用によって、回転子 7を回転させる。回転された回転子 7の磁極位置は、再び磁極センサ 1 4によって検知され、前記制御回路によって異なる励磁コイル 6に電流が供給され、再び回転子 7が回転駆動される。上記の動作を繰り返すことにより、回転子 7は連続的に回転し、その回転力が動力として、回転軸 8を介してモータの外部に取り出される。

図 2は本実施例の回転子 7を示し、図 3は回転子 7を構成するけい素鋼板 2 2を示している。回転子 7のヨーク 2 1は、複数のけい素鋼板 2 2が回転軸 8の軸方向に積層され、型押しされて長方形に陥没させられた力シメ部 2 3を、互いに圧入することにより、一体に接合されている。

けい素鋼板 2 2は、高透磁率材料により形成され、その表面には無機質の絶縁被膜が施されて、厚さが 0 . 3 5 mmあるいは〇. 5匪のいずれかであり、図 3に示すように、互いに 9 0 ° の角度をなして放射状に突出した 4つの先端円弧状の磁極 2 4 a， 2 4 bを有し、これらの磁極のうち、互いに対向する 2つの磁極 2 4 aに、永久磁石 3 0と 3 1を挿入する一対のスロット 2 5が、回転中心に対して対称に設けられている。磁極 2 4 aに前記スロット 2 5が設けられたことによリ、磁極 2 4 aの先端部と基部は、スロット両端のブリッジ 2 6によって連結されている。更に、けい素鋼板 2 2の中心には、回転軸 8を挿入するための回転軸開口 2 7が設けられており、この回転軸開口 2 7の周縁部には、キー溝 2 8が設けられている。

回転軸 8は中央部が膨出し、前記回転軸開口 2 7に対して隙間なく嵌合する形状を有している。けい素鋼板 2 2がー体に積層されてヨーク 2 1を構成した後に、前記回転軸 8は回転軸開口 2 7 に挿入される。回転軸 8の膨出した中央部にはキー 2 9が設けられ、これが前記キー溝 2 8と係合し、回転子 7が回転軸 8に対して別個に回転しないように形成されている。

本実施例では、ヨーク 2 1がけい素鋼板 2 2の積層されたものから構成されているが、けい素鋼板 2 2の代わりに冷間圧延鋼材 ( S P C C材) を積層して、ヨーク 2 1を形成してもよい。

前記ヨーク 2 1には、一対の永久磁石 3 0， 3 1が、 N極を相互に対向させつつスロヅト 2 5に挿入されている。したがって、各永久磁石 3 0， 3 1は、高透磁率材料であるけい素鋼板 2 2により、半径方向に挟まれた構造となっている。そして、この永久磁石 3 0， 3 1の1^極が、相互に対向して互いに反発することにより、磁極 2 4 aは S極、 2 4 bは N極の極性を帯び、回転子 7 は全体として 4極の回転子構造となる。

図 4は、回転子 7がブラシレスモータ 2 0の内部にある時の該回転子 7の磁力線の流れを示している。永久磁石 3ひの N極よリ出た磁力線は、前記ブリッジ 2 6を通り S極に達するが、ブリツジ 2 6は幅が十分小さく設定されているので、容易に飽和磁束密度に達する。隣り合う S極 2 4 aと N極 2 4 bの間には、切欠部 2 4 ' が設けられ、互いに同一極が対向する永久磁石 3 0， 3 1 の磁極の反発によって、磁力線は、図 4に示すように、磁極 2 4 bの磁極面より出て励磁コイル 6の内部を通り、磁極 2 4 aの磁極面を通って S極に達する。前記力シメ部 2 3は長方形をなしており、この磁力線を干渉しないように、長辺が回転子 7の磁性の向きに対して 4 5 ° の角度傾いている。

このように本実施例においては、けい素鋼板に放射状に突出する複数の磁極を設け、その磁極の一つおきにスロットを設け、このスロットに回転中心に対して同一極を対向させた永久磁石を揷入することにより、磁極同士の反発によって永久磁石の数の 2倍の磁極数を有する回転子を得ることができる。

更に、本実施例の永久磁石は簡単な形状に形成されており、高い精度の表面仕上げを要求されないので加工が簡単であり、永久磁石の製作が極めて容易である。

次に第 2の実施例について図 5を参照して説明する。

図 5において、永久磁石 3 0の N極より出た磁力線の一部は、いわゆる磁束漏れによって、磁極 2 4 bの磁極面を通ることなく S極に戻ってしまうので、磁極 2 4 aの磁極面の幅 W1 と磁極 2 4 bの磁極面の幅 W2 とが等しい場合には、磁極 2 4 aの磁極面の総磁束量は磁極 2 4 bのそれより多くなる。そこで、本実施例では磁極 2 4 bの磁極面の幅 W2 を大きくすることにより、磁極 2 4 a、 2 4 bの磁極面の総磁束量を同一にした。これにより、発生するトルクを均一化することができる。

更に第 3の実施例について、図 6および図 7を参照して説明す本実施例では、図 6に示すように、磁極 2 4 a、 2 4 bにそれぞれの磁性の方向と同一の方向にスリツト 3 3が設けられている。一般に N極を出た磁力線は最短距離を通り、 S極に達する性質を有しているので、先の実施例の図 4に比べ、磁極 2 4 aの磁極面の端部の磁束密度が中央部のそれよリ高くなる。これに対し、磁極にスリット 3 3を設けることにより、強制的に磁力線を案内して、スリツト 3 3に沿って磁極面から出入りさせるようにすることができる。

図 7は、この実施例の磁力線の流れを示しており、永久磁石 3 0の N極から出た磁力線は、磁極 2 4 bのスリット 3 3に案内され、励磁コイル 6を通り、磁極 2 4 aのスリツト 3 3に案内されつつ、永久磁石 3 0の S極に戻る。磁力線は、スリット 3 3によつて、同一磁極面で磁束分布が均一になり、発生するトルクは均一化され、永久磁石回転子の熱分布を改善するとともに、冷却面積を増大する利点を得ることができる。

次に第 4実施例について図 8を参照しつつ説明する。

図 8は、 6磁極を有する回転子 7の断面を示している。この実施例において、各磁極 2 4 a、 2 4 b、 2 4 cは、互いに 6 0 ° の角度をなして放射状に突出し、これらの磁極の一つおきに N極を内側に配置した永久磁石 3 4 a、 3 4 b , 3 4 cが嵌揷されている。ヨーク 2 1の中心には、回転軸を挿入する回転軸開口 2 7 が設けられており、この回転軸開口 2 7には、回転軸が回転子に対して回転するのを防止するキー溝 2 8が設けられている。

この実施例の各永久磁石 3 4 a、 3 4 b、 3 4 cは、 N極が内側に面するように配置されているので、 N極を出た磁束は、図中に示すように、他の永久磁石の N極によって反発され、隣接する磁極面を通って S極に達する。これにより、永久磁石を有する磁極は S極、永久磁石を有しない磁極は N極の磁力を有するようになる。

本実施例においては、永久磁石はブラセォジユーム（P r ) の合金による錶造磁石を用いているが、鎵造型（アルニコ磁石、プラセォジユーム磁石) 、焼結型磁石（フェライト磁石、希土類磁石）、樹脂結合型磁石（フェライト磁石、希土類磁石）のいずれかを用いることができる。

また、永久磁石は、回転子の軸方向と一致する辺の長さが、回転子の回転方向に接する辺の長さの 2倍ないし 5倍の範囲の断面矩形の延板状に形成されている。断面が矩形の延板状であるため、従来の瓦状の磁石と比較して加工が容易であり、更に、ヨークの外周に貼着することがないので、精密な表面仕上げを省略することができる。また、永久磁石は、スロット 2 5に揷入されて、半径方向において高透磁率材料によリ挟まれているので、回転力によって磁石が飛散することがなく、高速回転のモータに用いることが可能である。

一方、本発明のヨーク 2 1のけい素鋼板 2 2は、プレス加工によって形成されるので、高い生産性を得ることができ、更に、精密な外径寸法の回転子を得ることができるので、効率的なモータを得ることができる。

次に、第 5の実施例について説明する。

本実施例では、ブリッジ 2 6に、磁束の通過を制限する溝を設けたものである。

すなわち、磁極 2 4 aの一部を拡大して示した図 9において、界磁用永久磁石 3 0の N極を出た磁束の一部は、図中に示すように、ブリッジ 2 6を通過して永久磁石 3 0の S極側磁極に達する。このブリッジ 2 6を通過する磁束は、ヨーク 2 1の外部の空間を通ることがないので、モータの固定子と交叉することがなく、従って回転子を回転駆動する力を生じることがない。このプリッジ 2 6を通過する磁束を少なくすることにより、永久磁石 3 0の磁力をより有効に利用することができる。

上記プリッジ 2 6を通過する磁束 Φは下記の式によって計算される。ブリッジ 2 6の断面積を Sとし、けい素鋼板 2 2の磁束密度を Bとすると、 Φ = Β Χ S

の関係が成り立つ。この式から、ブリッジ 2 6を通過する磁束を少なくするには、ブリッジ 2 6の断面積 Sを小さくすればよいことが明らかである。

本実施例においては、ブリッジ 2 6に磁束制限用の溝 2 6 aが刻設されている。この溝 2 6 aを刻設されたブリッジ 2 6の一部分は断面積が小さくなる。この小さい断面積によってブリッジ 2 6を通過する磁束を制限することができる。

上記のような磁束制限用の溝 2 6 aをプリッジ 2 6， 2 6にそれぞれ設けることにより、ブリッジ 2 6， 2 6を通過する磁束を制限し、界磁用永久磁石の磁力を効率よく利用することができ、より効率のよい永久磁石回転子 7を得ることができる。

上記磁束制限用に溝 2 6 aを刻設するには、最初に各けい素鋼板 2 2を型抜加工によって形成し、次にけい素鋼板 2 2を積層してヨーク 2 1を形成し、形成されたヨーク 2 1のブリッジ 2 6 , 2 6にグラインダ等によって溝 2 6 a， 2 6 aを形成する。この溝 2 6 a， 2 6 aを形成する加工は、けい素鋼板 2 2の型抜加工と比較して、髙精度の寸法制御が容易であり、ブリッジ 2 6， 2 6に極めて断面積の小さい部分を形成することができる。このことにより、本発明の永久磁石回転子はブリッジ部に溝を設けていない永久磁石回転子と比較して、製造が容易であり、かつ、断面積が極めて小さいブリッジ部を有することができる。

次に、第 6の実施例について説明する。

本実施例では、前記ブリッジ 2 6が、スロット 2 5の片側だけに設けられており、しかも、該ブリッジ 2 6は回転方向側に存在するようにしたものである。

すなわち、図 1 0に示すように、スロット 2 5は半閉型、すなわち磁極片部 2 6 bと磁極の基部とを連結するブリッジ 2 6が片持ちであり、形状は回転中心に関して点対称で回転方向側にブリッジ 2 6を有し、逆側にはブリッジは無い。

永久磁石 3 0， 3 1は、けい素鋼板を積層後のヨーク 2 1のスロット 2 5に軸方向に挿入される。図 1 0に示すように、けい素鋼板にブリッジのない側には係止部 2 6 cが有り、永久磁石 3 0 ， 3 1を挿入した後ストッパーの役目をするため、回転時でも磁石が飛び出すことはない。

図 1 1に磁場解析による、食荷トルクが作用した時の磁束の流れを示す。ブリッジ 2 6の幅は漏れ磁束が流れる広さであり、かつ永久磁石 3 0は両端で漏れ磁束が生ずる厚さである。

よって、図 1 1のようにブリッジ 2 6で漏れ磁束が流れ、プリッジとその付近の磁極片部で磁束が飽和している。そのため食荷電流を流した場合でも、永久磁石 3 0， 3 1から出た磁束は磁極片部 2 6 bで曲げられにくくなる。したがって、回転子の外周上の磁極の中心は食荷により移動しにくくなり、センサレス技術を導入し易くなる。また、ブリッジのない側では漏れ磁束が生じないため磁極片部の中心より左側は磁束量が多く、ブリッジで磁束が漏れても総磁束については大きく減少することはない。

次に、第 7の実施例について説明する。

本実施例では、ブリッジ 2 6に面する側の永久磁石 3 0， 3 1 の端部 3 0 a， 3 1 aと、該永久磁石の軸方向の端部 3 0 b， 3 l bとを、非磁性体で覆ったものである。

すなわち、図 1 2に示すように、スぺーサ 3 2は、アルミ、または非磁性のステンレス等からなり、永久磁石 3 0， 3 1の両端と軸方向の両端を覆うような枠の形をしている。枠の大きさは中に永久磁石が入る寸法であり、その高さは磁石を入れたとき磁石が飛び出ていないように、磁石の厚さより若干小さい。

組み立ては、スぺーサ 3 2に永久磁石 3 0， 3 1 を磁化方向に揷入して一体とした後、それをヨーク 2 1のスロット 2 5に揷入する。図 1 3に、組み立て後の断面図を示す。また、磁気回路に組み込んだ場合の磁束の流れを図 1 4に示す。図に示すように、永久磁石 3 0の両端に非磁性のスぺーサ 3 2 があるため、そこには磁束が流れにくく、そのため磁石から出た磁束は、ほとんどリークしないので、漏れ磁束を減少させることができ、ギャップ有効磁束を落とさずにすむ。

さらに、永久磁石はスぺーザより飛び出していないので、磁石とスぺーサを揷入する際、磁石がヨークのスロットと触れ合うことはなくなリ、その結果、磁石表面に傷が入らず鑌が生ずる心配もなくなる。

次に、第 8の実施例について説明する。

本実施例では、図 1 6に示すように、前記ヨーク 2 1は前記回転軸 8の外径より大径の回転軸用貫通孔 1 5を有し、この回転軸用貫通孔 1 5の内部には前記回転軸 8がほぼ同心的に配設され、回転軸 8の外周面とヨーク 2 1の回転軸用貫通孔 1 5との間には磁束漏れ防止部材 1 6が形成され、この磁束漏れ防止部材 1 6を介してヨーク 2 1と回転軸 8とは一体に固着されるものである。

すなわち、第 1請求項に示すブラシレスモータは、図 1 5に示すように、回転子 7の磁束は界磁用永久磁石 3 0， 3 1の磁極同士の反発により、永久磁石回転子 7の外部の空間を通り、図中に示すように、固定子鉄心 1 7と交叉する。この固定子鉄心 1 7の磁極は、励磁コイル 6に流される電流によって回転する磁界を発生する。永久磁石回転子 7は前記固定子鉄心 1 7の磁極の回転磁界によって回転駆動される。

また、上記永久磁石回転子 7は、ヨーク 2 1の中心部に回転軸 8とほぼ等しい内径の回転軸用貫通孔を有し、永久磁石回転子 7 の組立て時には、ヨーク 2 1を加熱して上記回転軸用貫通孔を熱膨張させた後に、回転軸 8を圧入する。圧入後、ヨーク 2 1が冷却すれば、ヨーク 2 1の回転軸用貫通孔は回転軸 8の外周面に密着し、ヨーク 2 1は回転軸 8と一体に固着される。ヨーク 2 1の両端面にパランスウェイトを有する永久磁石回転子を組み立てる場合、バランスウェイトを個別の工程で製造した後に、上記と同様にしてパランスウェイトとヨークの回転軸用貫通孔に回転軸を圧入する。

上記の出願人が開発したブラシレスモータの永久磁石回転子は、磁束の一部が、回転軸の内部を通って永久磁石回転子の軸方向端面の外側に漏れる心配がある。もし磁束の一部が漏れると、磁束が固定子鉄心と交叉しないので、永久磁石の磁力が有効にモータの回転に寄与せず、ブラシレスモータの効率が低くなるおそれがある。

そこで、第 8実施例の目的は、上記出願人が開発したブラシレスモータの永久磁石回転子において、磁束が回転子の軸方向の端面の外側に漏れるのをほぼ防止し、製造が容易な永久磁石回転子を提供するものである。

すなわち、図 1 6に示すように、永久磁石回転子 7は、中心部に回転軸用の貫通孔 1 5と、ヨーク 2 1と回転軸 8との間にアルミ · ダイカスト材からなる磁束漏れ防止部材 1 6を有し、さらにヨーク 2 1の両端面にアルミ · ダイカスト材からなるバランスゥエイト 1 8を有している。アルミ · ダイカスト材は磁束を遮断する性質を有しているので、磁束は磁束漏れ防止部材 1 6とパランスウェイト 1 8とを通過することがない。このため、界磁用永久磁石の両端部において、回転軸 8の内部を通ってヨーク 2 1の両端面外側に張出す磁束は、磁束漏れ防止部材 1 6とバランスゥェィト 1 8とによって遮断され、ヨーク 2 1の両端面外側に張出すことがない。

この永久磁石回転子 7をブラシレスモータに用いた場合、磁束は図 1 7に示すように回転軸 8と垂直な面内を通り、すべての磁束が有効に固定子鉄心 1 7と交叉する。ブラシレスモータは、励磁用コイル 6に電流を流し、固定子鉄心 1 7の磁極に回転磁界を発生させ、この固定子鉄心の回転磁界と永久磁石回転子の磁束との相互作用によって永久磁石回転子を回転駆動するので、固定子鉄心と交叉する磁束が多ければ、回転トルクを大きくすることができる。したがって本実施例の永久磁石回転子 7によれば、界磁用永久磁石 3 0， 3 1の磁束はヨーク 2 1の両端面外側に張出すことがなく、すべて固定子鉄心 1 7と交叉するので、その磁束を有効に回転力に寄与させることができる。

また、本実施例の永久磁石回転子 7は、回転軸用貫通孔 1 5に回転軸 8を緩揷し、磁束漏れ防止部材 1 6とパランスウェイト 1 8とをアルミ · ダイカスト材によって一体に成型しているので、パランスウェイトを個別の工程で製造し、これをヨークとともに永久磁石回転子に組み立てる工程を省略することができる。このことにより、永久磁石回転子 7の製造を容易なものとすることができる。

上記実施例では、バランスウェイトを有する永久磁石回転子を用いて説明したが、磁束漏れ防止部材のみの永久磁石回転子でも、磁束漏れ防止部材が回転軸を通過する磁束を遮断し、モータの効率を向上させることができる。

また、磁束漏れ防止部材はアルミ · ダイカスト材に限られることなく、透磁率が低い材料、たとえば樹脂によっても同様の効果を得ることができる。

次に、第 9の実施例について説明する。

本実施例では、前記スロット 2 5を形成するヨーク 2 1の内周面に、スロット内部に圧入される界磁用永久磁石 3 0、 3 1と係合する突出部を設けたものである。

すなわち、図 1 8および図 1 9に示すように、スロット 2 5， 2 5を形成するけい素鋼板 2 2の内側周縁部には、スロット 2 5 の内部に三角形の 2辺を突出させた複数のエッジ 3 6が設けられている。界磁用永久磁石 3 0 , 3 1は、図中に示すように、表面の一部が圧入の時にエッジ 3 6の先端部と係合し、スロット 2 5内部に保持されている。このェヅジ 3 6により永久磁石 3 0 , 3 1はスロット 2 5の内周面とは面で接触しない。このため、永久磁石 3 0， 3 1 をスロット 2 5内部に圧入するときは、永久磁石 3 0 , 3 1とスロット 2 5との接触による摩擦が少なく、小さな力で圧入を行なうことができる。

又、圧入後は図中に示すように、永久磁石の外周面とエッジの先端部とが係合し、永久磁石が脱落することがない。本実施例の永久磁石回転子 7は、接着剤によって永久磁石 3 0， 3 1をスロット 2 5の内部に保持するようにしていないので、冷媒又は加圧流体の内部で使用するような場合に、接着剤が冷媒又は加圧流体に溶解して永久磁石が脱落することがない。

図 2 0に示すように、けい素鋼板 2 2を一体に積層するための力シメ部 2 3は、スロット 2 5を形成するけい素鋼板 2 2の内側周縁部に設けられている。前記力シメ部は金型のプレスによって、けい素鋼板の一部が陥没して形成される。この力シメ部をけい素鋼板の周縁部に設けることによリ、けい素鋼板の周縁部が金型の圧力によって変形し、図中に示すようにスロット 2 5の内部に突出してエッジ 3 6を形成する。このようにしてエッジ 3 6を形成することによリ、エッジを形成するための工程の一部が省略され、製造がより容易な永久磁石回転子 7を得ることができる。

図 2 1は本実施例の永久磁石回転子のさらに他の例におけるョークの一部を示している。

この例においては、けい素鋼板 2 2のエッジ 3 6は、図示しない界磁用永久磁石と係合する三角形の形状の係合部 3 7と、係合部 3 7の三角形の底辺の両側に設けられた切欠部 3 8とから構成されている。係合部 3 7の三角形の底辺は、スロット 2 5を形成するけい素鋼板 2 2の内側周縁部よりヨーク 2 1の内側に設けられている。この係合部 3 7は、前記切欠部 3 8を介してスロヅト 2 5を形成するけい素鋼板の内側周縁部に接続されている。

界磁用永久磁石ど係合するためには、エッジの突起は所定角度以内の頂角と所定の高さを有していなければならない。エッジの突起の頂角が大き過ぎる場合には、界磁用永久磁石の圧入に大きな力が必要となる。また、エッジが所定の高さを有していない場合には、界磁用永久磁石の圧入によってエッジが変形し、エッジがその役割を果さなくなる。しかし、スロットを形成するけい素鋼板の周縁に上記条件の頂角と高さとを有するエッジを設けることは、スロットに圧入できる界磁用永久磁石の断面積を小さくし、或いはスロットの開口部を大きくすることとなり、ブラシレスモータの小形化 ·高効率化の要求に反する。

エッジ 3 6は、前記係合部 3 7と切欠部 3 8とを有することによって、スロット 2 5の開口部を大きくすることなく、あるいは界磁用永久磁石の断面積を小さくすることなく永久磁石の圧入を容易にするとともに、圧入後は有効に永久磁石と係合して脱落を防止する。

なお、上記の界磁用永久磁石と係合する突出部として三角の形状を有するエッジを用いて説明したが、突出部の形状はこれに限られることなく、例えば先端が小径の半円形に形成された突出部であってもよい。

また、ヨークは、けい素鋼板の積層したものでなく、一体の金属から形成され、内部に界磁用永久磁石を圧入するスロットを有し、さらにスロットの内周面に界磁用永久磁石と係合する突出部を有するようにしてもよい。

次に、第 1 0の実施例について説明する。

本実施例では、前記スロット 2 5にヨーク 2 1の軸方向の長さより短い界磁用永久磁石 3 0， 3 1を挿入し、界磁用永久磁石揷入後の前記スロットの空洞部に、回転駆動される物の重心の偏位に応じてパテ材を充填し、固化した前記パテ材によってバランスウェイト 3 9を形成するようにしたものである。

すなわち、図 2 2はバランスウェイトを設けられた永久磁石回転子 7を示すものであって、該永久磁石回転子 7は、界磁用永久磁石 3 0， 3 1の長さがヨーク 2 1の軸方向の長さより短く形成されており、従って、ヨーク 2 1のスロット 2 5には空洞部が存在する。この空洞部に、図中に示すように、金属の微小な粒と樹脂とを混合したパテ材を充填し、このパテ材を固化させてバランスウェイト 3 9を形成する。

このように、永久磁石回転子 7のヨーク 2 1の内部にはパランスウェイト 3 9， 3 9が界磁用永久磁石 3 0， 3 1のそれぞれ異なる側に設けられているので、ヨーク 2 1の重心位置はヨーク 2 1の両端部においてそれぞれ偏位し、回転軸と前記偏心ロータとからなる系全体の振動モードの同調を防止し、回転による偏心口ータの振動を吸収することができる。

図 2 2において、バランスウェイト 3 9 , 3 9は上記目的を達成するように、その重さが調節される。すなわちパランスウェイト 3 9， 3 9は、回転軸と前記偏心ロータとからなる系全体の振動モードの同調を打消すように、パテ材の樹脂に対する金属粒子の割合を調節して、スロット 2 5の空洞部に充填される。あるいはパテ材の量を調節して、異なる大きさのバランスウェイト 3 9 を形成してもよい。また、上記パテ材は金属粒子と樹脂とからなるパテ材の他、アルミダイカストを用いてもよい。

上述したように、本実施例の永久磁石回転子のバランスゥェィトはヨーク内部に形成されているので、ヨークの外表面にパランスウェイトの突出部がなく、回転中にパランスウェイトの突出部が流体抵抗を受けることがない。さらに、パランスウェイトがョークの内部に設けられているので、永久磁石の回転による遠心力によってバランスウェイトが飛散することがない。このことにより、回転駆動の効率がよく、パランスウェイトが飛散する事故を完全に防止する永久磁石回転子を得ることができるものである。

次に、第 1 1の実施例について説明する。

本実施例は、回転子に冷却構造を付加したものである。

すなわち、図 2 3において、前記永久磁石 3 0， 3 1に接するように、ヒートパイプ 1 9， 1 9をヨーク 2 1に埋め込んだものである。ヒートパイプ 1 9内には、作動液が満たされていて、この作動液で熱交換を行う。これを詳細に説明すると、ヨーク 2 1 の内部に挿入されている受熱部からヨーク内部熱を受熱したヒートパイプ 1 9はヨークより突出している放熱部で外気と熱交換し、ヒートパイブ 1 ·9の作動液が再び受熱部へ戻る。このようにしてヒートパイプ 1 9はたえず永久磁石やヨークの内部熱を外部へ放出して、永久磁石回転子を冷却する。

図 2 4及び図 2 5は、回転軸 8をヒートパイプ軸としたものである。このように構成した場合は、全閉型で且つ外部に熱を放出可能な永久磁石回転子を得ることができる。尚、この例の場合は、ヨークに、焼結合金、塊状鉄、冷間圧延鋼材（S P C C材）を用いることができる。

次に、本発明に係る回転子の製造方法について詳細に説明する既に説明したことから明らかなように、本発明の永久磁石回転子は、界磁用永久磁石を挿入するスロットを有するヨークを形成する一方、ヨークのスロットと整合する形状の界磁用永久磁石を形成し、ヨークのスロットに前記界磁用永久磁石を圧入して製造される。

すなわち、永久磁石回転子 7においては、ヨーク 2 1と界磁用永久磁石 3 0， 3 1 とを別々に製造し、製造された界磁用永久磁石をヨークの内部に挿入して永久磁石回転子 7を形成する。ョーク 2 1は多数のけい素鋼板 2 2を積層することによって形成される。各けい素鋼板 2 2は、外周に磁極 2 4 ( 2 4 a , 2 4 b , 2 4 c ) を有し、磁極の内側に界磁用永久磁石を貫通させる開口を有する形状に型抜きされている。さらに各けい素鋼板 2 2は、型押しされて長方形に陥没させられた力シメ部 2 3を設けている。

上記各けい素鋼板 2 2の力シメ部 2 3を互いに圧入することにより、けい素鋼板 2 2は一体に接合され、ヨーク 2 1を形成する。けい素鋼板 2 2の開口は重ね合わされ、界磁用永久磁石 3 0 , 3 1を挿入するためのスロヅト 2 5を形成する。

一方、界磁用永久磁石は、最初に磁性体の粉末とエポキシパインダーを混練して型に入れ、磁場中で所定の形状に成形される。成形された界磁用永久磁石は熱処理によって硬化され、さらに前記ヨーク 2 1のスロット 2 5と整合するように表面を切削加工され、組立て用の界磁用永久磁石 3 0， 3 1となる。

上記の界磁用永久磁石は、ヨーク 2 1のスロット 2 5に圧入され、永久磁石回転子 7が完成する。

次に、複雑な形状の界磁用永久磁石を有する永久磁石回転子を製造することができ、永久磁石回転子の組立時に界磁用永久磁石が破損することがなく、製造が容易なブラシレスモータの永久磁石回転子の他の製造方法を説明する。

すなわち、その製造方法は、ブラシレスモータの永久磁石回転子のヨークの内部に界磁用永久磁石を配置するスロットを設け、このスロットの内部に、粉砕された磁性体の粉末とエポキシバインダ一とを混線して装填し、永久磁石回転子の回転軸に関して放射方向に印加された磁場中で前記磁性体の粉末とエポキシバインダ一とを圧縮し、圧縮成形後に熱硬化処理してヨークのスロット内部に直接界磁用永久磁石を形成するようにしたものである。

図 2 6は、スロット 2 5中で界磁用永久磁石を形成する工程を示している。ヨーク 2 1は図中に示すように、コイル 4 1 を有する台座 4 2の上面に配置される。ヨーク 2 1の頂面には、スロヅト 2 5と同一の形状の圧縮用開口 4 3と圧縮用ピストン 4 4とを有する治具 4 0を配置する。この治具 4 0にはコイル 4 5が備えられている。ヨーク 2 1のスロット 2 5の内部に磁性体の粉末とエポキシバインダーとを混線した永久磁石の原料 4 6を装填する。永久磁石の原料 4 6は圧縮によって体積が縮小するので、予めスロット 2 5の容積より多く装填し、一部は前記治具 4 0の圧縮用開口 4 3の内部に膨出させる。

コイル 4 1とコイル 4 5とに電流を流して、図中に示すように、磁束がヨーク 2 1の中心を通り、スロット 2 5の内側から外側に向って装填された永久磁石の原料 4 6と交叉する磁場を形成する。次に油圧等の手段によって圧縮用ビストン 4 4を強制的に図中に示すような方向 Pに移動させ、永久磁石の原料 4 6を圧縮して、界磁用永久磁石を形成する。

上記の圧縮成形の後に、ヨーク 2 1を治具 4 0および台座 4 2 から取除き、 1 0 0 ° C乃至 1 5 0 ° Cの温度で熱硬化処理を施し、ヨーク 2 1内の界磁用永久磁石を硬化させる。

このようにして図 4等に示すように、永久磁石回転子 7のスロット 2 5内部には、界磁用永久磁石が形成されている。界磁用永久磁石は、圧縮成形時の磁場の影響で内側が S極、外側が N極に着磁されている。界磁用永久磁石 3 0， 3 1は互いに同一の磁性を有する磁極面を対向させているので、互いに反発して図中に示すように、磁束がヨーク 2 1の磁極 2 4 aから出て磁極 2 4 に到達する。この磁束が図示しないヨークの外周面の近傍に配設されたモータの固定子と交叉し、固定子との相互作用によって永久磁石回転子 7を回転駆動する。

上記のように本実施例の永久磁石回転子の製造方法によれば、ヨークの内部で直接界磁用永久磁石を形成することができるので、製造が容易であり、界磁用永久磁石をヨークに圧入する過程で破損することがない。また、ヨークの内部に複雑な形状の界磁用永久磁石を形成することができ、特にヨークの磁極が永久磁石回転子の軸方向に沿って少しずつ位置が回転しているスキュー（s k e w) を施した永久磁石回転子において、この効果は顕著であ図 2 7に示すように、スキューを施した永久磁石回転子 7では、多数のけい素鋼板 2 2が回転軸 8に関して微小の角度ずつ回転して積層されている。この永久磁石回転子 7のスロット 2 5は永久磁石回転子 7の内部で螺旋状に湾曲している。この様な複雑な形状のスロット 2 5に対しても、図 2 6において説明した方法と同一の方法により、スロット 2 5の内部に直接界磁用永久磁石 3 0 , 3 1を形成することができる。

なお上記実施例ではヨークの内部に一対の界磁用永久磁石を有し、この界磁用永久磁石同士の反発によって外周面に交互に Nと Sの磁性を帯びる 4つの磁極を有する永久磁石回転子を用いて説明したが、本発明のブラシレスモータの永久磁石回転子の製造方法は上記構造の永久磁石回転子に限られることがない。すなわち、外周面に任意の数の磁極を有する永久磁石回転子や、各磁極に界磁用永久磁石を有する永久磁石回転子においても同様にヨークの内部に界磁用永久磁石を直接形成することができる。

また、実施例では断面矩形の界磁用永久磁石を用いて説明したが、界磁用永久磁石の断面形状は任意のものでもよい。

上述した製造方法によれば、容易かつ効率的な永久磁石回転子を得ることができる。また、この製造方法によれば、製造過程で永久磁石を切削する必要がない。さらに製造過程で永久磁石が破損することがないので、永久磁石を有効に使用することができるまた、ヨークのスロットの内部に直接界磁用永久磁石を形成するので、複雑な形状のスロットにも対応できる。断面形状が複雑な界磁用永久磁石を容易に形成できる他、ヨークの内部でスロットが湾曲するような永久磁石回転子に対しても容易な製造方法を得ることができる。産業上の利用可能性

以上のように、本発明にかかる永久磁石回転子を用いると、簡易な構造であリながら効率の高い、しかも高速回転に好適なブラシレスモータが実施可能となる。

Claims

請求の範囲

1 . 永久磁石を有するブラシレスモータの回転子において、積層された複数のけい素鋼板によってヨークが形成され、このヨークは外周上に少なくとも 4つの偶数の磁極を有し、これらの磁極には、界磁用永久磁石を配置するためのスロットがー磁極おきに中心からほぼ等距離に設けられ、このスロットには、回転軸に面する側の面が同一の磁性を有するようにした界磁用永久磁石が配置されていることを特徴とするブラシレスモータの回転子。

2 . 永久磁石に、錶造型アルニコ磁石、鎵造型プラセォジユーム磁石、焼結型フェライト磁石、焼結型希土類磁石、樹脂結合型フエライト磁石、樹脂結合型希土類磁石のいずれか一つを用いたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載のブラシレスモータの回転子。

3 . 永久磁石が揷入されている磁極の磁極面の幅が、永久磁石が揷入されていない磁極の磁極面の幅よりも小さく設定されていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のブラシレスモータの回転子。

4 . 磁石面上の磁束の分布が均一となるようにそれぞれの磁極にスリットが設けられていることを特徵とする請求の範囲第 1項記載のブラシレスモータの回転子。

5 . 前記スロットの両端に存在して、磁極の先端部と磁極の基部とを連結するプリッジが、該ブリッジを通る磁束の密度が飽和するように十分小さい幅を有していることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のブラシレスモータの回転子。

6 . 前記スロットの両端に存在して、磁極の先端部と磁極の基部とを連結するブリッジに、磁束の通過を制限する溝を設けたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載のブラシレスモータの回転子

7 . 磁極の先端部と磁極の基部とを連結するブリッジが、前記スロットの片側だけに設けられていると共に、該ブリッジが回転方向側に存在することを特徴とする請求の範囲第 1項記載のブラシレスモータの回転子。

8 . 前記ブリッジの幅は、漏れ磁束が流れる広さに設けられ、且つ、前記永久磁石は、両端で漏れ磁束が生ずる厚さであることを特徴とする請求の範囲第 7項記載のブラシレスモータの回転子。 9 . 前記ブリッジに面する側の永久磁石の端部と、該永久磁石の軸方向の両端部とを、非磁性体で覆ったことを特徴とする請求の範囲第 1項記載のブラシレスモータの回転子。

1 〇. 前記ヨークは、前記回転軸の外径よリ大径の回転軸用貫通孔を有し、該回転軸用貫通孔の内部には、前記回転軸がほぼ同心的に配設され、前記回転軸の外周面と前記ヨークの回転軸用貫通孔との間には、磁束漏れ防止部材が配置され、該磁束漏れ防止部材を介してヨークと回転軸とがー体に固着されていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のブラシレスモータの回転子。

1 1 . 前記ヨークは、両端面にパランスウェイトを有し、該パランスウェイトと前記磁束漏れ防止部材とがアルミ · ダイカスト材によって一体に形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載のブラシレスモータの回転子。

1 2 . 前記磁束漏れ防止部材が樹脂からなることを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載のブラシレスモータの回転子。

1 3 . 前記スロットを形成するヨークの内周面には、スロット内部に圧入される前記永久磁石と係合する突出部が設けられていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のブラシレスモータの回転子。

1 4 . 積層された複数のけい素鋼板は、その一部が陥没させられ、該陥没部が他のけい素鋼板の陥没部に嵌合して、一体に積層される積層用の力シメ部を有し、前記突出部は、スロットに近接して設けられたカシメ部により変形したけい素鋼板の周縁部によつて形成されていることを特徵とする請求の範囲第 1 3項記載のブラシレスモータの回転子。

1 5 . 前記突出部は、前記永久磁石と係合する三角形状の係合部を有し、該係合部の三角形の底辺は、スロットを形成するヨークの内周面よリもョ一クの内部に設けられ、前記係合部の三角形の両側は、係合部の突起の高さを確保する切欠き部を介して、スロットを形成するヨークの内周面に連続していることを特徵とする請求の範囲第 1 3項記載のブラシレスモータの回転子。

1 6 . 前記スロットにヨークの軸方向の長さより短い永久磁石を挿入し、該永久磁石挿入後の前記スロットの空洞部に、回転駆動される物の重心の変位に応じてパテ材を充填し、固化した前記パテ材によってバランスウェイトを形成するようにしたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載のブラシレスモータの回転子。

1 7 . 前記永久磁石に接するようにヒートパイプを前記ヨークに埋め込んだことを特徴とする請求の範囲第 1項記載のブラシレスモータの回転子。

1 8 . 前記回転軸をヒートパイプ軸としたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載のブラシレスモータの回転子。

1 9 . 永久磁石を有するブラシレスモータの回転子のヨークに界磁用永久磁石を配置するスロットを設け、該スロットの内部に、粉砕された磁性体の粉末とエポキシバインダーとを混練したものを装填し、永久磁石の回転軸に関してほぼ放射方向に印加された磁場中で前記磁性体の粉末とエポキシバインダーとを圧縮し、圧縮成形後に熱硬化処理してヨークのスロット内部に直接界磁用永久磁石を形成するようにしたことを特徴とするブラシレスモータの回転子の製造方法。

2〇. 外周に磁極部を有し且つ該磁極部の内側に界磁用永久磁石を貫通させる開口を有する形状にけい素鋼板を型抜きし、型抜きしたけい素鋼板を同一軸上に同一の向きで多数積層して永久磁石のヨークを形成し、けい素鋼板の開口によって形成されたスロット内部に、粉砕された磁性体の粉末とエポキシバインダーとを混練したものを装填し、永久磁石の回転軸に関してほぼ放射方向に印加された磁場中で前記磁性体の粉末とエポキシバインダーとを圧縮し、圧縮成形後に熱硬化処理してヨークのスロット内部に直接界磁用永久磁石を形成するようにしたことを特徴とするブラシレスモータの回転子の製造方法。

2 1 . 外周に磁極部を有し且つ該磁極部の内側に界磁用永久磁石を貫通させる開口を有する形状にけい素鋼板を型抜きし、各けい素鋼板を回転軸に関して所定の微小角度ずつ回転させつつ積層してヨークを形成し、けい素鋼板の開口によって形成された螺旋状のスロット内部に、粉砕された磁性体の粉末とエポキシバインダ一とを混線したものを装填し、永久磁石の回転軸に関してほぼ放射方向に印加された磁場中で前記磁性体の粉末とエポキシバインダ一とを圧縮し、圧縮成形後に熱硬化処理してヨークのスロット内部に直接界磁用永久磁石を形成するようにしたことを特徴とするブラシレスモータの回転子の製造方法。