WO2020261420A1 - 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
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Definitions
- the present invention relates to a rotor used in an electric motor.
- Patent Document 1 a permanent magnet having a high magnetic force (also referred to as a first permanent magnet) forms the entire outer peripheral surface of the rotor, and the magnetic force inside the first permanent magnet is lower than that of the first permanent magnet.
- a permanent magnet also referred to as a second permanent magnet
- the first permanent magnet forms the entire outer peripheral surface of the rotor, the magnetic force of the rotor can be effectively increased.
- the first permanent magnet having a high magnetic force forms the entire outer peripheral surface of the rotor, a sufficient magnetic force of the rotor can be obtained, but a magnet having a high magnetic force is usually expensive. , There is a problem that the cost of the rotor increases.
- An object of the present invention is to obtain a sufficient magnetic force of the rotor even when the amount of the first permanent magnet having a high magnetic force is reduced.
- the rotor according to one aspect of the present invention is It is a rotor with 2n (n is a natural number) magnetic poles.
- At least one first permanent magnet forming a part of the outer peripheral surface of the rotor and magnetized so as to have polar anisotropy, It is different from the at least one first permanent magnet, is adjacent to the at least one first permanent magnet in the circumferential direction of the rotor, and is lower than the magnetic force of the at least one first permanent magnet.
- With at least one second permanent magnet that has magnetic force and is magnetized to have polar anisotropy The at least one second permanent magnet has 3 ⁇ 2n magnetic poles.
- the rotor according to another aspect of the present invention is A rotor having 2n (n is a natural number) magnetic poles and having a plurality of layer magnets from two layers stacked in the axial direction to m layers (m is a natural number and a divisor of n).
- Each layer magnet of the plurality of layer magnets At least one first permanent magnet forming a part of the outer peripheral surface of the rotor and magnetized so as to have polar anisotropy, It is different from the at least one first permanent magnet, is adjacent to the at least one first permanent magnet in the circumferential direction of the rotor, and is lower than the magnetic force of the at least one first permanent magnet.
- It has at least one second permanent magnet that has magnetic force and is magnetized to have polar anisotropy.
- the at least one second permanent magnet has 3 ⁇ 2 n magnetic poles and has 3 ⁇ 2 n magnetic poles.
- In each of the first permanent magnets of the plurality of layer magnets when one cycle is an angle between the N pole and the adjacent N pole in the plane orthogonal to the axial direction of the rotor, they are adjacent to each other in the axial direction.
- the positions of the north poles of the two first permanent magnets are offset by n / m cycles from each other in the circumferential direction.
- a sufficient magnetic force of the rotor can be obtained even when the amount of the first permanent magnet having a high magnetic force is reduced.
- FIG. 1 It is a side view which shows schematic structure of the rotor which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a top view which shows the structure of a rotor schematicly. It is a figure which shows the orientation of the 1st permanent magnet in a rotor. It is a figure which shows the structure of each 1st permanent magnet and the position of the magnetic pole in each 1st permanent magnet. It is sectional drawing which shows schematic
- Embodiment 1 In the xyz Cartesian coordinate system shown in each figure, the z-axis direction (z-axis) indicates a direction parallel to the axis Ax of the rotor 2, and the x-axis direction (x-axis) is the z-axis direction (z-axis). The directions orthogonal to each other are shown, and the y-axis direction (y-axis) indicates a direction orthogonal to both the z-axis direction and the x-axis direction.
- the axis Ax is the center of rotation of the rotor 2.
- the axis Ax also indicates the axis of the electric motor 1 described later.
- the direction parallel to the axis Ax is also referred to as "axial direction of rotor 2" or simply “axial direction”.
- the "radial direction” is the radial direction of the rotor 2 or the stator 3 and is a direction orthogonal to the axis Ax.
- the xy plane is a plane orthogonal to the axial direction.
- the arrow D1 indicates the circumferential direction centered on the axis Ax.
- the circumferential direction of the rotor 2 or the stator 3 is also simply referred to as the "circumferential direction”.
- N and S shown in some figures indicate the north and south poles of the rotor 2 (including the modified example), respectively.
- FIG. 1 is a side view schematically showing the structure of the rotor 2 according to the first embodiment of the present invention.
- the broken line indicates the position of the magnetic pole (N pole or S pole) of the rotor 2.
- FIG. 2 is a plan view schematically showing the structure of the rotor 2.
- FIG. 2 is a plan view along the line C2-C2 in FIG.
- the arrows on the rotor 2 indicate the directions of the main magnetic fluxes.
- the rotor 2 is used for an electric motor (for example, an electric motor 1 described later).
- the rotor 2 has at least one first permanent magnet 21 and at least one second permanent magnet 22 of a type different from that of the first permanent magnet 21.
- the "at least one first permanent magnet 21" includes two or more first permanent magnets 21, and the “at least one second permanent magnet 22" includes two or more second permanent magnets 22.
- the rotor 2 has 2n (n is a natural number) magnetic poles. In this embodiment, n is 4, and the rotor 2 has eight magnetic poles.
- the rotor 2 has a plurality of first permanent magnets 21 and one second permanent magnet 22. In the present embodiment, the rotor 2 has 2n first permanent magnets 21 and one second permanent magnet 22. Therefore, in the present embodiment, the rotor 2 has eight first permanent magnets 21 and one second permanent magnet 22.
- the north pole of the first permanent magnet 21 and the south pole of the first permanent magnet 21 are alternately arranged on the outer peripheral surface of the rotor 2.
- the plurality of first permanent magnets 21 may be connected to each other by, for example, a ring-shaped connecting portion, and the second permanent magnets 22 may be divided into a plurality of portions.
- FIG. 3 is a diagram showing the orientation of the first permanent magnet 21 in the rotor 2, that is, the direction of the magnetic flux from the first permanent magnet 21.
- FIG. 4 is a diagram showing the structure of each of the first permanent magnets 21 and the positions of the magnetic poles in each of the first permanent magnets 21.
- Each first permanent magnet 21 forms a part of the outer peripheral surface of the rotor 2. As shown in FIG. 3, each first permanent magnet 21 is magnetized so as to have polar anisotropy. In other words, each first permanent magnet 21 is magnetized so that the rotor 2 has polar anisotropy. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, a set of first permanent magnets 21 (that is, 2n first permanent magnets 21) forms 2n magnetic poles. Each first permanent magnet 21 is a rare earth magnet. For example, each first permanent magnet 21 is a bond magnet made by mixing a rare earth magnet and a resin, that is, a rare earth bond magnet. Each first permanent magnet 21 has a higher magnetic force than the second permanent magnet 22.
- each first permanent magnet 21 In the xy plane, the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of each first permanent magnet 21 are formed concentrically. That is, the thickness of each first permanent magnet 21 in the xy plane is constant in the circumferential direction.
- the rare earth magnet is, for example, a magnet containing Nd (neodymium) -Fe (iron) -B (boron) or a magnet containing Sm (samarium) -Fe (iron) -N (nitrogen).
- the resin is, for example, a nylon resin, a PPS (polyphenylene sulfide) resin, or an epoxy resin.
- the second permanent magnet 22 is adjacent to the first permanent magnet 21 in the circumferential direction of the rotor 2 and forms a part of the outer peripheral surface of the rotor 2. Specifically, a part of the second permanent magnet 22 is adjacent to the first permanent magnet 21 in the circumferential direction of the rotor 2, and the other part is the first permanent magnet in the radial direction of the rotor 2. It is located inside 21. Therefore, the second permanent magnet 22 is a ring-shaped magnet.
- a plurality of first permanent magnets 21 and a plurality of parts of the second permanent magnets 22 alternate in the circumferential direction of the rotor 2. It is arranged.
- FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the second permanent magnet 22.
- FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line C5-C5 in FIG. In FIG. 5, the arrows on the second permanent magnet 22 indicate the directions of the main magnetic fluxes.
- FIG. 6 is a diagram showing the structure of the second permanent magnet 22 and the positions of the magnetic poles in the second permanent magnet 22.
- the second permanent magnet 22 is magnetized so as to have polar anisotropy.
- the second permanent magnet 22 is magnetized so that the rotor 2 has polar anisotropy.
- the second permanent magnet 22 is a single structure, that is, one magnet.
- the second permanent magnet 22 and each of the first permanent magnets 21 form a magnetic pole in the rotor 2.
- the second permanent magnet 22 is a magnet of a different type from the first permanent magnet 21.
- the second permanent magnet 22 is a ferrite magnet.
- the second permanent magnet 22 is a bond magnet made by mixing a ferrite magnet and a resin, that is, a ferrite bond magnet.
- the resin is, for example, a nylon resin, a PPS (polyphenylene sulfide) resin, or an epoxy resin.
- the second permanent magnet 22 has a magnetic force lower than the magnetic force of each first permanent magnet.
- the second permanent magnet 22 has 3 ⁇ 2n magnetic poles. That is, the second permanent magnet 22 has an easy magnetization axis so as to have 3 ⁇ 2n magnetic poles. Therefore, in the present embodiment, the second permanent magnet 22 has 24 magnetic poles and has an easy magnetization axis in at least 24 directions.
- the orientation of the rotor 2 indicated by the arrow in FIG. 2 is a combination of the orientation of the first permanent magnet 21 shown in FIG. 3 and the orientation of the second permanent magnet 22 shown in FIG.
- the surface magnetic flux density of the rotor 2 that is, the magnetic flux density on the outer peripheral surface of the rotor 2 is maximum at the boundary between each of the first permanent magnets 21 and the second permanent magnets 22.
- a part of the plurality of magnetic poles (for example, some N poles) of the second permanent magnet 22 is adjacent to each first permanent magnet 21.
- the magnetic flux density on the outer peripheral surface of the rotor 2 becomes maximum at the boundary between each of the first permanent magnets 21 and the second permanent magnets 22.
- FIG. 7 is a flowchart showing an example of the manufacturing process of the rotor 2.
- the raw material of the second permanent magnet 22 is filled in the mold for the second permanent magnet 22.
- the second permanent magnet 22 is formed and the second permanent magnet 22 is oriented.
- a magnetizing magnet is used to generate a polar anisotropic magnetic field inside the mold for the second permanent magnet 22.
- the second permanent magnet 22 is formed, and the second permanent magnet 22 is oriented.
- the second permanent magnet 22 is molded by injection molding, for example.
- the second permanent magnet 22 is formed so that the second permanent magnet 22 has a polar anisotropic orientation and 3 ⁇ 2n magnetic poles.
- an easily magnetized axis is formed in the second permanent magnet 22 so that the second permanent magnet 22 has 3 ⁇ 2n magnetic poles.
- the first step S1 and the second step S2 may be performed at the same time.
- a magnetizing magnet is used to generate a polar anisotropic magnetic field in advance inside the mold for the second permanent magnet 22.
- the raw material of the second permanent magnet 22 is filled in the mold for the second permanent magnet 22 by injection molding. ..
- the second permanent magnet 22 is formed, and at the same time, the second permanent magnet 22 is oriented.
- the second permanent magnet 22 in the mold is cooled.
- the second permanent magnet 22 is taken out from the mold.
- each first permanent magnet 21 Since the mold corresponding to the shape of each first permanent magnet 21 is formed in the mold for the second permanent magnet 22, the second permanent magnet 22 is obtained, and at the same time, the outer peripheral surface of the second permanent magnet 22 is obtained.
- the shape of each first permanent magnet 21 is formed on the surface.
- the second permanent magnet 22 is demagnetized.
- the second permanent magnet 22 is demagnetized with a demagnetizer.
- the second permanent magnet 22 is arranged in the mold for the first permanent magnet 21.
- the raw material of the first permanent magnet 21 is filled in the mold for the first permanent magnet 21.
- the first permanent magnets 21 are formed and each of the first permanent magnets 21 is oriented.
- a magnetizing magnet is used to generate a polar anisotropic magnetic field inside the mold for the first permanent magnet 21.
- a plurality of first permanent magnets 21 are formed, and each of the first permanent magnets 21 is oriented.
- Each first permanent magnet 21 is molded, for example, by injection molding.
- 2n first permanent magnets 21 are formed on the outer peripheral surface of the second permanent magnet 22 so as to form a part of the outer peripheral surface of the rotor 2, and have a polar anisotropic orientation.
- Each first permanent magnet 21 is molded as described above.
- the seventh step S7 and the eighth step S8 may be performed at the same time.
- a magnetizing magnet is used to generate a polar anisotropic magnetic field in advance inside the mold for the first permanent magnet 21.
- the raw material of the first permanent magnet 21 is filled in the mold for the first permanent magnet 21 by injection molding. ..
- each of the first permanent magnets 21 is formed, and at the same time, each of the first permanent magnets 21 is oriented.
- the first permanent magnet 21 in the mold is cooled.
- the first permanent magnet 21 and the second permanent magnet 22 are taken out from the mold.
- the first permanent magnet 21 is demagnetized.
- the first permanent magnet 21 is demagnetized with a demagnetizer.
- the first permanent magnet 21 and the second permanent magnet 22 are magnetized.
- a magnetizer is used to magnetize the first permanent magnet 21 and the second permanent magnet 22 so that the first permanent magnet 21 and the second permanent magnet 22 have polar anisotropy.
- FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the rotor 200 according to Comparative Example 1.
- the arrows on the rotor 200 indicate the directions of the main magnetic fluxes.
- a ring-shaped rare earth bond magnet 201 having a magnetic force higher than that of the ferrite bond magnet 202 is arranged on the outer peripheral surface of the cylindrical ferrite bond magnet 202.
- the ring-shaped rare earth bond magnet 201 extends in the circumferential direction of the rotor 200, and the thickness in the xy plane is constant in the axial direction of the rotor 200. That is, the ring-shaped rare earth bond magnet 201 forms the entire outer peripheral surface of the rotor 200.
- the rotor 2 according to the first embodiment has a plurality of first permanent magnets 21.
- Each first permanent magnet 21 forms a part of the outer peripheral surface of the rotor 2, and does not form the entire outer peripheral surface of the rotor 2.
- the amount of the first permanent magnet 21 having a higher magnetic force can be reduced as compared with the rotor 200 according to Comparative Example 1.
- the first permanent magnet 21 is an expensive rare earth bond magnet
- the amount of the rare earth bond magnet can be reduced as compared with the rotor 200 according to Comparative Example 1, so that the cost of the rotor 2 can be reduced. ..
- FIG. 9 is a diagram showing the structure of the first permanent magnet 301 and the orientation of the first permanent magnet 301 in the rotor 300 according to Comparative Example 2.
- FIG. 10 is a diagram showing the structure and orientation of the second permanent magnet 302 in the rotor 300 according to Comparative Example 2.
- FIG. 11 is a diagram showing the structure and orientation of the rotor 300 according to Comparative Example 2.
- FIG. 12 is a graph showing changes in the surface magnetic flux density.
- the vertical axis represents the surface magnetic flux density [a. u. ] (Specifically, the surface magnetic flux density at the position of line C5 in FIG. 1), and the horizontal axis indicates the mechanical angle [degree].
- “A” indicates the surface magnetic flux density of the rotor 2 according to the first embodiment
- “B” indicates the surface magnetic flux density of the rotor 200 according to Comparative Example 1
- “C” indicates the surface magnetic flux density of the rotor 200.
- the surface magnetic flux density of the rotor 300 according to Comparative Example 2 is shown.
- the rare earth bond magnet 201 and the ferrite bond magnet 202 are different from the first permanent magnets and the second permanent magnets 22 of the rotor 2 according to the first embodiment in terms of shape. ..
- each of the first permanent magnets 301 and the second permanent magnets 302 is the first permanent magnet and the second permanent magnet 22 of the rotor 2 according to the first embodiment in terms of shape.
- the number of magnetic poles of the second permanent magnet 302 of the rotor 300 according to Comparative Example 2 is different from the number of magnetic poles of the second permanent magnet 22 of the rotor 2 according to the first embodiment.
- the number of magnetic poles of the second permanent magnet 22 of the rotor 2 according to the first embodiment is 24 poles
- the number of magnetic poles of the second permanent magnet 302 of the rotor 300 according to Comparative Example 2 is eight poles.
- the second permanent magnet 22 has 3 ⁇ 2n magnetic poles (24 magnetic poles in the present embodiment), and the magnetic flux density on the outer peripheral surface of the rotor 2. Is maximum at the boundary between each of the first permanent magnets 21 and the second permanent magnets 22. This forms a relatively uniform sine wave, as shown in FIG. That is, in the rotor 2 according to the first embodiment, a rapid change in the surface magnetic flux density is suppressed as compared with the comparative example 2. As a result, vibration and noise during rotation of the rotor 2 can be reduced as compared with Comparative Example 2.
- the amount of the first permanent magnet 21 having a higher magnetic force can be reduced as compared with the rotor 200 according to the comparative example 1.
- the second permanent magnet 21 is different from the rotor 200 according to the comparative example 1. It is possible to reduce the amount of 1 permanent magnet 21 by about 20%.
- the material unit price of a rare earth magnet is 10 times or more that of a ferrite magnet.
- the second permanent magnet 22 when a magnet containing a rare earth magnet (for example, a rare earth bond magnet) is used as the first permanent magnet 21 and a magnet containing a ferrite magnet (for example, a ferrite bond magnet) is used as the second permanent magnet 22, the second permanent magnet is used. Even if the amount of 22 is increased, the cost of the first permanent magnet 21 can be significantly reduced. As a result, the cost of the rotor 2 can be significantly reduced.
- a rare earth magnet for example, a rare earth bond magnet
- a magnet containing a ferrite magnet for example, a ferrite bond magnet
- the rotor 2 According to the method for manufacturing the rotor 2, the rotor 2 having the above-mentioned advantages can be manufactured.
- FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the rotor 2a according to the first modification.
- the angle A1 formed by the rotation center of the rotor 2a (that is, the axis Ax) and the two straight lines T11 passing through both ends P11 of the inner peripheral surface of the first permanent magnet 21 is the rotation center of the rotor 2a and the first permanent. It is larger than the angle A2 formed by the two straight lines T12 passing through both ends P12 of the outer peripheral surface of the magnet 21.
- the inner peripheral surface of the first permanent magnet 21 is the radial inner surface of the first permanent magnet 21.
- the outer peripheral surface of the first permanent magnet 21 is a surface on the outer side in the radial direction of the first permanent magnet 21.
- the inner peripheral surface of the first permanent magnet 21 is longer than the outer peripheral surface of the first permanent magnet 21. As a result, it is possible to prevent the first permanent magnet 21 from coming off from the second permanent magnet 22 due to the centrifugal force generated when the rotor 2a rotates.
- the angle A3 is an angle formed by two straight lines T22 on the inner peripheral surfaces of the two first permanent magnets 21 passing through the end portions P13 facing each other in the circumferential direction of the rotor 2 in the xy plane. In other words, the two ends P13 are adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor 2.
- the angle A4 is an angle formed by two straight lines T21 passing through both ends P21 of the outer peripheral surface of the second permanent magnet 22 between the two first permanent magnets 21 in the xy plane.
- the outer peripheral surface of the second permanent magnet 22 is the outer surface of the second permanent magnet 22 in the radial direction.
- the rotor 2a according to the modified example 1 has the same advantages as the rotor 2 according to the first embodiment.
- FIG. 14 is a plan view schematically showing the structure of the rotor 2b according to the second modification.
- FIG. 15 is a side view schematically showing the structure of the rotor 2b according to the modified example 2.
- FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the rotor 2b according to the modified example 2. Specifically, FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line C16-C16 in FIG.
- the first permanent magnet 21 is a single structure.
- the first permanent magnet 21 has a plurality of main bodies 21a and at least one ring-shaped portion 21b.
- the first permanent magnet 21 has two ring-shaped portions 21b.
- the plurality of main bodies 21a correspond to the first permanent magnets 21 (for example, the first permanent magnets 21 shown in FIG. 1) in the first embodiment. Therefore, each main body 21a forms a part of the outer peripheral surface of the rotor 2b and is magnetized so as to have polar anisotropy.
- a part of the second permanent magnet 22 exists between two main bodies 21a adjacent to each other in the circumferential direction.
- the two ring-shaped portions 21b are integrated with the plurality of main bodies 21a as one member (also referred to as a single structure). Therefore, in the second modification, the rotor 2b has one first permanent magnet 21 and one second permanent magnet 22.
- the ring-shaped portions 21b are located at both ends of the first permanent magnet 21 in the axial direction. However, the ring-shaped portion 21b may be located at one end of the first permanent magnet 21 in the axial direction.
- Each ring-shaped portion 21b covers all or part of the end portion of the second permanent magnet 22 in the axial direction of the rotor 2b.
- each ring-shaped portion 21b may have at least one protrusion 21c or at least one recess 21d.
- Each ring-shaped portion 21b may have both at least one protrusion 21c and at least one recess 21d.
- the protrusion 21c protrudes toward the second permanent magnet 22.
- the protrusion 21c engages with a recess formed in the second permanent magnet 22.
- the recess 21d engages with a protrusion formed on the second permanent magnet 22.
- the magnet may be deformed when the temperature of the rotor changes. In this case, one of the two types of magnets may come off the rotor due to the difference in heat shrinkage.
- the second modification since the rotor 2b has the ring-shaped portion 21b, even if the first permanent magnet 21 or the second permanent magnet 22 is deformed due to the difference in the heat shrinkage rate when the temperature of the rotor 2b changes. It is possible to prevent the first permanent magnet 21 (particularly, the main body 21a) from coming off from the second permanent magnet 22. Further, it is possible to prevent the first permanent magnet 21 (particularly, the main body 21a) from coming off from the second permanent magnet 22 due to the centrifugal force generated when the rotor 2b rotates.
- each ring-shaped portion 21b has at least one protrusion 21c that engages with the second permanent magnet 22, the first permanent magnet 21 can be firmly fixed to the second permanent magnet 22. As a result, it is possible to effectively prevent the first permanent magnet 21 (particularly, the main body 21a) from coming off from the second permanent magnet 22.
- each ring-shaped portion 21b has at least one recess 21d that engages with the second permanent magnet 22, the first permanent magnet 21 can be firmly fixed to the second permanent magnet 22. As a result, it is possible to effectively prevent the first permanent magnet 21 (particularly, the main body 21a) from coming off from the second permanent magnet 22.
- the rotor 2b according to the modified example 2 has the same advantages as the rotor 2 according to the first embodiment.
- FIG. 17 is a plan view schematically showing the structure of the rotor 2c according to the third modification.
- FIG. 18 is a side view schematically showing the structure of the rotor 2c according to the third modification.
- FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the rotor 2c according to the modified example 3. Specifically, FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line C19-C19 in FIG.
- the rotor 2c according to the third modification further has at least one resin 25.
- the resin 25 can be integrally formed with a rib for fixing the shaft in the rotor 2c.
- the resin 25 is fixed to both ends of the first permanent magnet 21 in the axial direction of the rotor 2c. That is, in the example shown in FIG. 18, the rotor 2c has two resins 25. However, the resin 25 fixed to both ends of the first permanent magnet 21 in the axial direction of the rotor 2c may be integrated as one member. One resin 25 may be fixed to one end of the first permanent magnet 21 in the axial direction of the rotor 2c. In the example shown in FIG. 17, each resin 25 is a ring-shaped resin in the xy plane. Each resin 25 covers all or part of the end of the first permanent magnet 21 in the axial direction of the rotor 2c and the end of the second permanent magnet 22 in the axial direction.
- each resin 25 may have at least one protrusion 25a or at least one recess 25b.
- Each resin 25 may have both at least one protrusion 25a and at least one recess 25b.
- the protrusion 25a protrudes toward the second permanent magnet 22.
- the protrusion 25a engages with a recess formed in the first permanent magnet 21 or the second permanent magnet 22.
- the recess 25b engages with a protrusion formed on the first permanent magnet 21 or the second permanent magnet 22.
- the magnet may be deformed when the temperature of the rotor changes. In this case, one of the two types of magnets may come off the rotor due to the difference in heat shrinkage.
- the third modification since the rotor 2c has the resin 25, even if the first permanent magnet 21 or the second permanent magnet 22 is deformed due to the difference in the heat shrinkage rate when the temperature of the rotor 2c changes, the first is It is possible to prevent the permanent magnet 21 from coming off from the second permanent magnet 22. Further, it is possible to prevent the first permanent magnet 21 from coming off from the second permanent magnet 22 due to the centrifugal force generated during the rotation of the rotor 2c.
- each resin 25 has at least one protrusion 25a that engages with the first permanent magnet 21 or the second permanent magnet 22, each resin 25 covers each first permanent magnet 21.
- the 25 can be firmly fixed to the first permanent magnet 21 or the second permanent magnet 22. As a result, it is possible to effectively prevent the first permanent magnet 21 from coming off from the second permanent magnet 22.
- each resin 25 has at least one recess 25b that engages with the first permanent magnet 21 or the second permanent magnet 22, each resin 25 covers each first permanent magnet 21.
- the 25 can be firmly fixed to the first permanent magnet 21 or the second permanent magnet 22. As a result, it is possible to effectively prevent the first permanent magnet 21 from coming off from the second permanent magnet 22.
- the rotor 2c according to the modified example 3 has at least one resin 25, the amount of the first permanent magnet 21 can be reduced as compared with the rotor 2b according to the modified example 2.
- the rotor 2c according to the modified example 3 has the same advantages as the rotor 2 according to the first embodiment.
- FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the rotor 2d according to the modified example 4. Specifically, FIG. 20 is a cross-sectional view taken along the line C20-C20 in FIG. FIG. 21 is a side view schematically showing the structure of the rotor 2d according to the modified example 4.
- the rotor 2d according to the fourth modification has at least one first permanent magnet 21, one second permanent magnet 22, at least one third permanent magnet 23, and at least one fourth permanent magnet 24. ..
- the structure of each third permanent magnet 23 is the same as that of the first permanent magnet 21, and the magnetic characteristics of each third permanent magnet 23 are the magnetic characteristics of each first permanent magnet 21. Is the same as.
- the structure of each of the fourth permanent magnets 24 is the same as that of the second permanent magnet 22, and the magnetic characteristics of each of the fourth permanent magnets 24 are the same as the magnetic characteristics of the second permanent magnet 22.
- the third permanent magnet 23 may be a single structure or may be divided into a plurality of parts.
- the fourth permanent magnet 24 may be a single structure or may be divided into a plurality of parts.
- the third permanent magnet 23 and the fourth permanent magnet 24 are laminated on the first permanent magnet 21 and the second permanent magnet 22 in the axial direction of the rotor 2d.
- each third permanent magnet 23 forms a part of the outer peripheral surface of the rotor 2d and is magnetized so as to have polar anisotropy.
- Each third permanent magnet 23 is, for example, a bond magnet made by mixing a rare earth magnet and a resin, that is, a rare earth bond magnet.
- Each third permanent magnet 23 has a higher magnetic force than the fourth permanent magnet 24.
- Rare earth magnets are, for example, magnets containing Nd (neodymium) -Fe (iron) -B (boron) or magnets containing Sm (samarium) -Fe (iron) -N (nitrogen).
- the resin is, for example, a nylon resin, a PPS (polyphenylene sulfide) resin, or an epoxy resin.
- the fourth permanent magnet 24 is adjacent to the third permanent magnet 23 in the circumferential direction of the rotor 2d, and forms a part of the outer peripheral surface of the rotor 2d. Specifically, a part of the fourth permanent magnet 24 is adjacent to the third permanent magnet 23 in the circumferential direction of the rotor 2d, and the other part is the third permanent magnet in the radial direction of the rotor 2d. It is located inside 23. Therefore, the fourth permanent magnet 24 is a ring-shaped magnet.
- the fourth permanent magnet 24 is magnetized so as to have polar anisotropy.
- the fourth permanent magnet 24 is a magnet of a different type from the third permanent magnet 23.
- the fourth permanent magnet 24 is, for example, a bond magnet made by mixing a ferrite magnet and a resin, that is, a ferrite bond magnet.
- the resin is, for example, a nylon resin, a PPS (polyphenylene sulfide) resin, or an epoxy resin.
- the fourth permanent magnet 24 has a magnetic force lower than the magnetic force of each third permanent magnet.
- the fourth permanent magnet 24 has 3 ⁇ 2n magnetic poles like the second permanent magnet 22.
- the first permanent magnet 21 is a single structure.
- the first permanent magnet 21 has a plurality of main bodies 21a and at least one ring-shaped portion 21b (also referred to as a first ring-shaped portion in the modified example 4).
- the plurality of main bodies 21a correspond to the first permanent magnets 21 (for example, the first permanent magnets 21 shown in FIG. 1) in the first embodiment. Therefore, each main body 21a forms a part of the outer peripheral surface of the rotor 2d and is magnetized so as to have polar anisotropy.
- a part of the second permanent magnet 22 exists between two main bodies 21a adjacent to each other in the circumferential direction.
- the ring-shaped portion 21b is integrated with a plurality of main bodies 21a as one member. Therefore, in the fourth modification, the rotor 2d has one first permanent magnet 21 and one second permanent magnet 22. In the example shown in FIG. 21, the ring-shaped portion 21b is formed at the end of the first permanent magnet 21 in the axial direction. The ring-shaped portion 21b covers the end of the second permanent magnet 22 in the axial direction of the rotor 2d.
- the third permanent magnet 23 is a single structure.
- the third permanent magnet 23 has a plurality of main bodies 23a and at least one ring-shaped portion 23b (also referred to as a second ring-shaped portion in the modified example 4).
- the plurality of main bodies 23a correspond to the first permanent magnets 21 (for example, the first permanent magnets 21 shown in FIG. 1) according to the first embodiment. Therefore, each main body 23a forms a part of the outer peripheral surface of the rotor 2d and is magnetized so as to have polar anisotropy.
- a part of the fourth permanent magnet 24 exists between two main bodies 23a adjacent to each other in the circumferential direction.
- the ring-shaped portion 23b is integrated with a plurality of main bodies 23a as one member. Therefore, in the fourth modification, the rotor 2d has one third permanent magnet 23 and one fourth permanent magnet 24.
- the ring-shaped portion 23b is formed at the end of the third permanent magnet 23 in the axial direction.
- the ring-shaped portion 23b covers the end portion of the fourth permanent magnet 24 in the axial direction of the rotor 2d.
- the ring-shaped portion 21b faces the ring-shaped portion 23b.
- the proportions of the first permanent magnet 21 and the third permanent magnet 23 can be increased in the central portion of the rotor 2d in the axial direction.
- the magnetic flux flowing into the stator from the rotor 2d increases, and the output of the electric motor can be increased.
- the axial length of the rotor 2d is longer than the axial length of the stator. Therefore, the leakage of the magnetic flux from the rotor 2d can be reduced. That is, in the electric motor, the magnetic flux flowing from the rotor 2d to the stator increases, and the output of the electric motor can be increased.
- the rotor 2d has a two-layer magnet.
- the rotor 2d is divided into two layers. That is, the rotor 2d has a first layer composed of the first permanent magnet 21 and the second permanent magnet 22, and a second layer composed of the third permanent magnet 23 and the fourth permanent magnet 24. Therefore, since the rotor 2d has a plurality of layers, the eddy current loss in the rotor 2d can be reduced.
- the magnetic pole center position of the first permanent magnet 21 (for example, the position of the N pole) coincides with the magnetic pole center position of the third permanent magnet 23 (for example, the position of the N pole).
- the magnetic flux density at the center position of each magnetic pole of the rotor 2d can be increased, so that the magnetic flux flowing from the rotor 2d into the stator increases in the electric motor, and the output of the electric motor can be increased.
- the center position of each magnetic pole of the first permanent magnet 21 and the center position of each magnetic pole of the third permanent magnet 23 are the positions shown by the broken lines in FIG.
- the rotor 2d according to the modified example 4 has the same advantages as the rotor 2 according to the first embodiment.
- FIG. 22 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the rotor 2e according to the modified example 5.
- FIG. 22 is a cross-sectional view taken along the line C22-C22 in FIG.
- FIG. 23 is a side view schematically showing the structure of the rotor 2e according to the modified example 5.
- Each layer magnet 20 of the plurality of layer magnets 20 has at least one first permanent magnet 21 and one second permanent magnet 22.
- the plurality of layer magnets 20 are laminated in the axial direction of the rotor 2e.
- the rotor 2e has two layers of magnets. In other words, the rotor 2e is divided into two layers. Therefore, since the rotor 2e has a plurality of layers, the eddy current loss in the rotor 2e can be reduced.
- each first permanent magnet 21 faces the ring-shaped portion 21b of the other first permanent magnet 21.
- the proportion of the first permanent magnet 21 can be increased in the central portion of the rotor 2e in the axial direction.
- the magnetic flux flowing from the rotor 2e to the stator increases, and the output of the electric motor can be increased.
- each of the first permanent magnets 21 of the plurality of layer magnets 20 when one cycle is the angle between the N pole in the xy plane and the adjacent N pole, the two first permanent magnets 21 adjacent to each other in the axial direction
- the positions of the north poles of the above are offset by n / m cycles from each other in the circumferential direction.
- the positions of the S poles of the two first permanent magnets 21 adjacent to each other in the axial direction are also shifted by n / m cycles from each other in the circumferential direction.
- the rotor 2e according to the modified example 5 has the same advantages as the rotor 2 according to the first embodiment.
- FIG. 24 is a partial cross-sectional view schematically showing the structure of the electric motor 1 according to the second embodiment of the present invention.
- the electric motor 1 has a rotor 2 and a stator 3 according to the first embodiment.
- the rotors 2a to 2j according to each modification of the first embodiment can be applied to the electric motor 1.
- the electric motor 1 detects the rotor 2, the stator 3, the circuit board 4, the magnetic sensor 5 that detects the rotational position of the rotor 2, the bracket 6, the bearings 7a and 7b, and the rotational position of the rotor 2. It has a sensor magnet 8 as a use magnet and a shaft 37 fixed to the rotor 2.
- the electric motor 1 is, for example, a permanent magnet synchronous motor.
- the rotor 2 is rotatably arranged inside the stator 3. An air gap is formed between the rotor 2 and the stator 3. The rotor 2 rotates about the axis Ax.
- the electric motor 1 according to the second embodiment has the rotor 2 (including each modification) according to the first embodiment, the effect of the rotor 2 described in the first embodiment (including the effect of each modification). ) And the same effect can be obtained.
- the efficiency of the electric motor 1 can be improved.
- FIG. 25 is a diagram schematically showing the structure of the fan 60 according to the third embodiment of the present invention.
- the fan 60 has a blade 61 and an electric motor 62.
- the fan 60 is also called a blower.
- the electric motor 62 is the electric motor 1 according to the second embodiment.
- the blades 61 are fixed to the shaft of the electric motor 62.
- the electric motor 62 drives the blades 61.
- the blades 61 rotate to generate an air flow. As a result, the fan 60 can blow air.
- the fan 60 according to the third embodiment since the electric motor 1 described in the second embodiment is applied to the electric motor 62, the same effect as that described in the second embodiment can be obtained. Further, the efficiency of the fan 60 can be improved.
- Embodiment 4 The air conditioner 50 (also referred to as a refrigerating air conditioner or a refrigerating cycle device) according to the fourth embodiment of the present invention will be described.
- FIG. 26 is a diagram schematically showing the configuration of the air conditioner 50 according to the fourth embodiment.
- the air conditioner 50 is an indoor unit 51 as a blower (first blower), a refrigerant pipe 52, and a blower (second blower) connected to the indoor unit 51 via the refrigerant pipe 52. ) As an outdoor unit 53.
- the indoor unit 51 has an electric motor 51a (for example, the electric motor 1 according to the second embodiment), a blower portion 51b that blows air by being driven by the electric motor 51a, and a housing 51c that covers the electric motor 51a and the blower portion 51b. ..
- the blower portion 51b has, for example, blades 51d driven by an electric motor 51a.
- the blade 51d is fixed to the shaft of the electric motor 51a and generates an air flow.
- the outdoor unit 53 includes an electric motor 53a (for example, the electric motor 1 according to the second embodiment), a blower 53b, a compressor 54, and a heat exchanger (not shown).
- the blower unit 53b blows air by being driven by the electric motor 53a.
- the blower portion 53b has, for example, a blade 53d driven by an electric motor 53a.
- the blade 53d is fixed to the shaft of the electric motor 53a and generates an air flow.
- the compressor 54 includes an electric motor 54a (for example, the electric motor 1 according to the second embodiment), a compression mechanism 54b (for example, a refrigerant circuit) driven by the electric motor 54a, and a housing 54c that covers the electric motor 54a and the compression mechanism 54b.
- a compression mechanism 54b for example, a refrigerant circuit
- the indoor unit 51 and the outdoor unit 53 has the electric motor 1 described in the second embodiment.
- the electric motor 1 described in the second embodiment is applied to at least one of the electric motors 51a and 53a as a drive source of the blower unit. That is, the indoor unit 51 or the outdoor unit 53 may have the electric motor 1 described in the second embodiment, and both the indoor unit 51 and the outdoor unit 53 have the electric motor 1 described in the second embodiment. May be good. Further, the electric motor 1 described in the second embodiment may be applied to the electric motor 54a of the compressor 54.
- the air conditioner 50 can perform an operation such as a cooling operation in which cold air is blown from the indoor unit 51 or a heating operation in which warm air is blown, for example.
- the electric motor 51a is a drive source for driving the blower unit 51b.
- the blower portion 51b can blow the adjusted air.
- the electric motor 1 described in the second embodiment is applied to at least one of the electric motors 51a and 53a, so that the same effect as that described in the second embodiment can be obtained. Obtainable. Further, the efficiency of the air conditioner 50 can be improved.
- the electric motor 1 according to the second embodiment as a drive source of the blower (for example, the indoor unit 51), the same effect as that described in the second embodiment can be obtained. Thereby, the efficiency of the blower can be improved.
- the blower having the electric motor 1 and the blades (for example, blades 51d or 53d) driven by the electric motor 1 according to the second embodiment can be used alone as a blower device. This blower can also be applied to equipment other than the air conditioner 50.
- the electric motor 1 according to the second embodiment as the drive source of the compressor 54, the same effect as that described in the second embodiment can be obtained. Further, the efficiency of the compressor 54 can be improved.
- the electric motor 1 described in the second embodiment can be mounted on a device having a drive source, such as a ventilation fan, a home electric appliance, or a machine tool, in addition to the air conditioner 50.
- a drive source such as a ventilation fan, a home electric appliance, or a machine tool, in addition to the air conditioner 50.
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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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