JP5183608B2

JP5183608B2 - 同期電動機の回転子

Info

Publication number: JP5183608B2
Application number: JP2009237778A
Authority: JP
Inventors: 篤松岡; 和彦馬場
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: JP2011087393A

Description

この発明は、回転子に永久磁石を有する同期電動機の回転子に関する。

家庭用の送風機用途に用いられる同期電動機には、電動機の軽量、低コスト、静音の観点から、回転子にプラスチックマグネットのリングマグネットを用いることが多い。中でも、リングマグネットの製造時に外部より極異方の磁場を印加する極配向のマグネットを用いることが多い。これは、固定子鉄心からみてマグネットの背面にバックヨークとなる鉄心を配置する必要が無くなるため、部品点数の削減ができるとともに、同時に軽量化も可能になるからである。

また、極異方の配向によって、回転子表面の磁束密度分布波形が正弦波状になるため、同期電動機の振動・騒音の要因となる、誘起電圧の歪みやコギングトルクの発生を抑えることができる。

これらの同期電動機に多く用いられるマグネットは、フェライトであることが多く、高出力化，高効率化、小形化が要求される用途に対しては、マグネットの性能が不足している。これに対して、より性能の高い、希土類マグネットを用いたプラスチックマグネットを用いることで、高出力化、高効率化、小形化を図ることが可能であるが、これらの材料は、高価であるため、前述とは逆に薄肉のマグネットを磁性体の鉄心表面に貼り付ける形態を取る場合が多い。しかし、この場合は、部品点数の増加、重量の増加に加えて、金属材料と樹脂材料との接着に関して、十分な信頼性を確保する必要がある。

そこで、希土類のプラスチックマグネットをリング状にしたものを用いて、内周側にフェライトのリングマグネットを配置する回転子が提案されている。この回転子は、希土類のプラスチックマグネットとフェライトのリングマグネットとを一体成形することで接着工程を省くと共に、線膨張係数の近い材料を用いることで、温度変化（ヒートショック）によるマグネット割れを防止することができ、信頼性が高く、磁力の高い回転子が得られる。また、高価な希土類磁石の使用量を抑えて、コストの上昇も抑えられるとしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１５１７５７号公報

しかしながら、上記特許文献１は、回転子の信頼性について言及しているものの、上記技術を用いるときに適した二種類のマグネットの寸法配分等については述べられていない。

前述のように、希土類マグネットは、高価な材料であるため、製品コストを抑えるためには、できるだけ求められる性能に対して、適した形状、使用量とすることが必要である。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、回転子外周部に配置される磁気特性の高い永久磁石と、その内側に配置される磁気特性の低い永久磁石との寸法が最適化された、高出力、高効率、低コストの同期電動機の回転子を提供する。

この発明に係る同期電動機の回転子は、磁気特性の異なる二種類の永久磁石を用いて構成される同期電動機の回転子であって、
回転子表面に磁気特性の高い永久磁石を配置すると共に、磁気特性の高い永久磁石の内側に磁気特性の低い永久磁石を配置し、
磁気特性の高い永久磁石及び磁気特性の低い永久磁石は、共に極異方の配向もしくは着磁がなされており、
磁気特性の高い永久磁石の厚みをＴ１、磁極幅をＷとすると、Ｔ１／Ｗ＜０．３の関係を有し、
且つ磁気特性の低い永久磁石の厚みをＴ２とすると、Ｔ１＊Ｔ２／Ｗ≧１．０の関係を有するものである。

この発明に係る同期電動機の回転子は、回転子外周部に配置される磁気特性の高い永久磁石と、その内側に配置される磁気特性の低い永久磁石との寸法が最適化され、高出力、高効率、低コストの同期電動機の回転子が得られる。

実施の形態１を示す図で、同期電動機の回転子１００の断面図。図１の一部を拡大した図。実施の形態１を示す図で、回転子１００の外周に一定の空隙３０を設けて磁性体２００を配置した状態の電磁界解析を示す図。実施の形態１を示す図で、回転子１００と外周の磁性体２００との間の空隙３０の磁束密度分布波形を示す図。実施の形態１を示す図で、第二のマグネット２０の厚みＴ２を変化した場合の空隙３０の磁束密度を電磁界解析により求めた結果を示す図。実施の形態１を示す図で、磁極が１０極と１２極とについて、電磁界解析により求めた空隙３０の磁束密度を比較した図。実施の形態１を示す図で、第二のマグネット２０を使用せずに第一のマグネット１０のみを用いた回転子について、回転子の磁極数、第一のマグネット１０の厚みＴ１を変化させた場合の空隙磁束密度を電磁界解析により求めた結果を示す図。実施の形態１を示す図で、図７における各解析結果毎の「第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅」を示す図。実施の形態１を示す図で、第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅と空隙磁束密度との関係を示す図。実施の形態１を示す図で、６極（磁極幅＝２５．６６ｍｍ）の回転子で、第一のマグネット１０の厚みＴ１及び第二のマグネット２０の厚みＴ２を変化させたときの空隙磁束密度及びＴ１＊Ｔ２／Ｗを示す図。実施の形態１を示す図で、８極（磁極幅＝１９．２４ｍｍ）の回転子で、第一のマグネット１０の厚みＴ１及び第二のマグネット２０の厚みＴ２を変化させたときの空隙磁束密度及びＴ１＊Ｔ２／Ｗを示す図。実施の形態１を示す図で、１０極（磁極幅＝１５．３９ｍｍ）の回転子で、第一のマグネット１０の厚みＴ１及び第二のマグネット２０の厚みＴ２を変化させたときの空隙磁束密度及びＴ１＊Ｔ２／Ｗを示す図。実施の形態１を示す図で、１２極（磁極幅＝１２．８３ｍｍ）の回転子で、第一のマグネット１０の厚みＴ１及び第二のマグネット２０の厚みＴ２を変化させたときの空隙磁束密度及びＴ１＊Ｔ２／Ｗを示す図。実施の形態１を示す図で、８極（磁極幅＝１９．２４ｍｍ）の回転子で、第一のマグネット１０の厚みＴ１をパラメータにしたときの第二のマグネット２０の厚みＴ２と空隙磁束密度との関係を示す図。実施の形態１を示す図で、１０極（磁極幅＝１５．３９ｍｍ）の回転子で、第一のマグネット１０の厚みＴ１をパラメータにしたときの第二のマグネット２０の厚みＴ２と空隙磁束密度との関係を示す図。実施の形態１を示す図で、１２極（磁極幅＝１２．８３ｍｍ）の回転子で、第一のマグネット１０の厚みＴ１をパラメータにしたときの第二のマグネット２０の厚みＴ２と空隙磁束密度との関係を示す図。実施の形態１を示す図で、第二のマグネット２０の内径と第一のマグネット１０の厚みＴ１との組み合わせにおける第二のマグネット２０の厚みＴ２を示す図。実施の形態１を示す図で、６極〜１２極の回転子において、空隙磁束密度が第一のマグネット１０の残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）と等しくなる時の第二のマグネット２０の厚みＴ２と第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅Ｗとの関係を示す図。実施の形態２を示す図で、回転子２００の断面図。図１９の部分拡大図。実施の形態２を示す図で、回転子１００の外周に一定の空隙３３０を設けて磁性体４００を配置した部分拡大図。実施の形態２を示す図で、回転子２００の空隙の磁束密度分布波形を示す図。

実施の形態１．
図１乃至図１８は実施の形態１を示す図で、図１は同期電動機の回転子１００の断面図、図２は図１の一部を拡大した図、図３は回転子１００の外周に一定の空隙３０を設けて磁性体２００を配置した状態の電磁界解析を示す図、図４は回転子１００と外周の磁性体２００との間の空隙３０の磁束密度分布波形を示す図、図５は第二のマグネット２０の厚みＴ２を変化した場合の空隙３０の磁束密度を電磁界解析により求めた結果を示す図、図６は磁極が１０極と１２極とについて、電磁界解析により求めた空隙３０の磁束密度を比較した図、図７は第二のマグネット２０を使用せずに第一のマグネット１０のみを用いた回転子について、回転子の磁極数、第一のマグネット１０の厚みＴ１を変化させた場合の空隙磁束密度を電磁界解析により求めた結果を示す図、図８は図７における各解析結果毎の「第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅」を示す図、図９は第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅と空隙磁束密度との関係を示す図、図１０は６極（磁極幅＝２５．６６ｍｍ）の回転子で、第一のマグネット１０の厚みＴ１及び第二のマグネット２０の厚みＴ２を変化させたときの空隙磁束密度及びＴ１＊Ｔ２／Ｗを示す図、図１１は８極（磁極幅＝１９．２４ｍｍ）の回転子で、第一のマグネット１０の厚みＴ１及び第二のマグネット２０の厚みＴ２を変化させたときの空隙磁束密度及びＴ１＊Ｔ２／Ｗを示す図、図１２は１０極（磁極幅＝１５．３９ｍｍ）の回転子で、第一のマグネット１０の厚みＴ１及び第二のマグネット２０の厚みＴ２を変化させたときの空隙磁束密度及びＴ１＊Ｔ２／Ｗを示す図、図１３は１２極（磁極幅＝１２．８３ｍｍ）の回転子で、第一のマグネット１０の厚みＴ１及び第二のマグネット２０の厚みＴ２を変化させたときの空隙磁束密度及びＴ１＊Ｔ２／Ｗを示す図、図１４は８極（磁極幅＝１９．２４ｍｍ）の回転子で、第一のマグネット１０の厚みＴ１をパラメータにしたときの第二のマグネット２０の厚みＴ２と空隙磁束密度との関係を示す図、図１５は１０極（磁極幅＝１５．３９ｍｍ）の回転子で、第一のマグネット１０の厚みＴ１をパラメータにしたときの第二のマグネット２０の厚みＴ２と空隙磁束密度との関係を示す図、図１６は１２極（磁極幅＝１２．８３ｍｍ）の回転子で、第一のマグネット１０の厚みＴ１をパラメータにしたときの第二のマグネット２０の厚みＴ２と空隙磁束密度との関係を示す図、図１７は第二のマグネット２０の内径と第一のマグネット１０の厚みＴ１との組み合わせにおける第二のマグネット２０の厚みＴ２を示す図、図１８は６極〜１２極の回転子において、空隙磁束密度が第一のマグネット１０の残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）と等しくなる時の第二のマグネット２０の厚みＴ２と第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅Ｗとの関係を示す図である。

図１に示す本実施の形態の同期電動機の回転子１００は、磁気特性の異なる二つのマグネット（永久磁石）で構成されている。磁気特性の異なる二つのマグネットを、第一のマグネット１０（磁気特性の高い永久磁石）、第二のマグネット２０（磁気特性の低い永久磁石）とする。

第一のマグネット１０、第二のマグネット２０を、単にマグネットと呼ぶ場合もある。

回転子１００の外周側に磁気特性の高い第一のマグネット１０を配置し、第一のマグネット１０の内側に磁気特性の低い第二のマグネット２０を配置している。

これらの第一のマグネット１０及び第二のマグネット２０は、極異方の配向あるいは着磁がなされている。

図１の破線は、マグネット内部の磁束を示している。その磁束は、Ｎ極からＳ極へ向く。

マグネット内部の磁束は、回転子１００の表面から第一のマグネット１０及び第二のマグネット２０に入り、そのほとんどは第二のマグネット２０の内径２０ａより内側に抜けることなく、再び回転子１００の表面へと出て行く。そのため、本実施の形態の回転子１００は、第二のマグネット２０の内側に磁路となる鉄心等の磁性体のバックヨークを必要としない。

図１に示す回転子１００は、例えば、空気調和機に搭載される送風機用の同期電動機に用いるものである。

第一のマグネット１０には、例えば、磁気特性の高い材料である希土類（ＳｍＦｅＮ）のプラスチックマグネット（希土類磁石の粉末を含有した樹脂材料）、第二のマグネット２０には、例えば、磁気特性の低い材料であるフェライトのプラスチックマグネット（フェライトの粉末を含有した樹脂材料）を用いている。

回転子１００の直径は、例えば、４９ｍｍである。

第一のマグネット１０は、リングマグネットで、その厚みＴ１（図２参照）は、例えば、２．８ｍｍである。

第二のマグネット２０は、リングマグネットで、その厚みＴ２（図２参照）は、例えば、厚み６．７ｍｍである。

リングマグネットの第一のマグネット１０と、リングマグネットの第二のマグネット２０とで構成される回転子１００の極数は、例えば、１０極である。但し、回転子１００の極数は、１０極に限定されるものではない。

図１に示す回転子１００の製造方法を簡単に説明する。先ず、内径側の第二のマグネット２０の成形を行う。第二のマグネット２０の成形の際には、金型の内部において、極異方の磁場を印加した状態で、フェライトのプラスチックマグネットの射出成形を行い、極配向の施された第二のマグネット２０を成形する。

次に、第二のマグネット２０の外周に、第一のマグネット１０を一体に成形するため、内部に極異方の磁場を形成した金型の内部に第二のマグネット２０を挿入した状態で、第一のマグネット１０の射出成形を行う。これによって回転子１００を得る。

回転子１００の表面の磁束密度分布を求めるため、図３に示すように、回転子１００の外周に一定の空隙３０（ギャップ）を設けて磁性体２００（鉄心）を配置した状態で電磁界解析を行った。尚、空隙３０の寸法（径方向）は、０．４ｍｍとした。また、第二のマグネット２０の内側は、非磁性体４０（例えば、空気）になっている。

電磁界解析において、第一のマグネット１０の残留磁束密度Ｂｒを０．５７Ｔ、第二のマグネット２０の残留磁束密度Ｂｒを０．２９Ｔとした。ここで、単位Ｔはテスラで、１テスラは、「磁束の方向に垂直な面の１平方メートルにつき１ウェーバの磁束密度」と定義される。

図３には、電磁界解析で得られた磁束線図も同時に記載しており、第一のマグネット１０、第二のマグネット２０の極配向の様子がわかる。

このときの回転子１００と外周の磁性体２００との間の空隙３０の磁束密度分布波形を図４に示す。

マグネット（第一のマグネット１０、第二のマグネット２０）が極異方の配向となっているため、空隙３０の磁束密度分布波形は、正弦波状になっている。

また、このときの磁束密度の最大値は、略０．５８Ｔとなっている。

例えば、ラジアル配向のリングマグネットの場合、上記のように厚みＴ１が２．８ｍｍで、空隙３０が０．４ｍｍ、第二のマグネット２０の代わりに鉄心を配置したとしても、空隙３０の部分の磁気抵抗によって空隙３０で磁束密度は、略０．５０Ｔ程度となり、第一のマグネット１０の残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）よりも大きくなることはない。

これに対して、本実施の形態の示す回転子１００では、図４に示すように、磁束密度の最大値は略０．５８Ｔであるから、第一のマグネット１０に用いる材料の残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）以上の数値が得られている。

図５に第二のマグネット２０の厚みＴ２を変化した場合の空隙３０の磁束密度を電磁界解析により求めた結果を示すが、曲線上の白抜き菱形の点が、図１〜図４に示した回転子１００に相当する。

図５に示すように、空隙磁束密度は、第二のマグネット２０の厚みＴ２を薄くすることで小さくなり、厚くすることで大きくなる。

図６に、磁極が１０極と１２極について電磁界解析により求めた空隙３０の磁束密度を比較した結果を示す。図６も第二のマグネット２０の厚みＴ２を変化した場合の空隙３０の磁束密度を電磁界解析により求めたものである。即ち、図５に磁極が１２極の回転子の特性を追記したものである。

１０極と１２極の回転子は、同一形状である。従って、磁極の幅は、略極数に反比例して小さくなる。

図６の結果から、回転子表面の磁極の幅が小さくなると、空隙磁束密度が大きくなることがわかる。

図７は第二のマグネット２０を使用せずに第一のマグネット１０のみを用いた回転子について、回転子の磁極数、第一のマグネット１０の厚みＴ１を変化させた場合の空隙磁束密度を電磁界解析により求めた結果を示している。

図７に、極数が、６、８、１０、１２極の四種類と、第一のマグネット１０の厚みＴ１が、２．０、２．４、２．８、３．２ｍｍの四種類との組み合わせの全て（１６ケース）について空隙磁束密度［Ｔ］（空隙３０の磁束密度）を示した。

全ての組み合わせの回転子において、マグネットは極異方の配向となっている。図７より、磁極の幅が小さく（極数が多い）、第一のマグネット１０の厚みＴ１が厚い方が、空隙磁束密度が高くなっていることがわかる。

図８に図７における各解析結果毎の「第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅」を示す。「第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅」は、第一のマグネット１０の厚みＴ１が大きくなるに従って増加し、且つ極数が大きくなるに従って増加する。

図９に第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅と空隙磁束密度との関係を示す。図９は、横軸が第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅であり、縦軸が空隙磁束密度［Ｔ］である。

これより、空隙磁束密度は、第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅に対して、概ね一つの曲線上に乗る特性を示していることがわかる。

このことから、極異方の希土類リングマグネット単体で、材料の残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）の値以上の磁束密度が得られるのは、第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅の値が０．３以上必要であることがわかる。

逆の言い方をすると、本実施の形態の回転子１００は、第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅の値が０．３以上の場合には、第二のマグネット２０の効果が少なくなることを示している。

同様に、本実施の形態の回転子１００に関して、磁極の幅（極数）と、第一のマグネット１０の厚みＴ１及び第二のマグネット２０の厚みＴ２を変化させたときの空隙磁束密度（Ｔ１＊Ｔ２／Ｗも併記）を電磁界解析により求めた結果を図１０〜図１３に示す。図１０が６極（磁極幅Ｗ＝２５．６６ｍｍ）、図１１が８極（磁極幅Ｗ＝１９．２４ｍｍ）、図１２が１０極（磁極幅Ｗ＝１５．３９ｍｍ）、図１３が１２極（磁極幅Ｗ＝１２．８３ｍｍ）の空隙磁束密度及びＴ１＊Ｔ２／Ｗのデータ及び数値である。

ここでは、第二のマグネット２０の厚みＴ２の代わりに、第二のマグネット２０の内径２０ａの寸法をパラメータにしてまとめた。

また、極数で磁極幅Ｗが変化するので、第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅Ｗの値も、図１０〜図１３の空隙磁束密度の欄に記載した。

第二のマグネット２０の内径２０ａの寸法が大きくなると、第二のマグネット２０の厚みＴ２は、薄くなる。

即ち、図１７に示すように、例えば、第一のマグネット１０の厚みＴ１を２．０ｍｍに固定した場合、第二のマグネット２０の内径２０ａの寸法が２４．０ｍｍでは、第二のマグネット２０の厚みＴ２は、１０．５ｍｍであるが、第二のマグネット２０の内径２０ａの寸法が３８．０ｍｍに増加すると、第二のマグネット２０の厚みＴ２は、３．５ｍｍまで小さくなる。

また、第一のマグネット１０の厚みＴ１が大きくなると、第二のマグネット２０の厚みＴ２は、薄くなる。

即ち、図１７に示すように、例えば、第二のマグネット２０の厚みＴ２を２４．０ｍｍに固定した場合、第一のマグネット１０の厚みＴ１が２．０ｍｍでは、第二のマグネット２０の厚みＴ２は、１０．５ｍｍであるが、第一のマグネット１０の厚みＴ１が３．２ｍｍに増加すると、第二のマグネット２０の厚みＴ２は、９．３ｍｍまで小さくなる。

図１０〜図１３には、空隙磁束密度の他に、第一のマグネット１０の厚みＴ１及び第二のマグネット２０の厚みＴ２を変化させたときのＴ１＊Ｔ２／Ｗの値を、併記している。

図１０〜図１３では、３２組（８行＊４列）の空隙磁束密度のデータ中で、第一のマグネット１０に設定した残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）より大きな空隙磁束密度が得られている組合せについては、大文字の太字斜体で示している。

図１０の６極の場合は、第一のマグネット１０に設定した残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）より大きな空隙磁束密度になる組合せは、存在しない。

図１１の８極の場合は、第一のマグネット１０に設定した残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）より大きな空隙磁束密度になる組合せが、４組存在する。

図１２の１０極の場合は、第一のマグネット１０に設定した残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）より大きな空隙磁束密度になる組合せが、１６組存在する。

図１３の１２極の場合は、第一のマグネット１０に設定した残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）より大きな空隙磁束密度になる組合せが、２７組存在する。

次に、図１０の６極の場合を除いて、図１１〜図１３のそれぞれについて、第一のマグネット１０の厚みＴ１をパラメータにしたときの第二のマグネット２０の厚みＴ２と空隙磁束密度との関係をグラフ化して、図１４〜図１６に示す。

図１４に示すように、８極の場合は、空隙磁束密度が第一のマグネット１０に設定した残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）と等しくなる条件は、以下に示すとおりである。
（１）第一のマグネット１０の厚みＴ１が３．２ｍｍ（Ｔ１／Ｗ＝０．１６６）で、第二のマグネット２の厚みＴ２が６．５ｍｍのとき。
（２）第一のマグネット１０の厚みＴ１が２．８ｍｍ（Ｔ１／Ｗ＝０．１４６）で、第二のマグネット２の厚みＴ２が８．８ｍｍのとき。

図１５に示すように、１０極の場合は、空隙磁束密度が第一のマグネット１０に設定した残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）と等しくなる条件は、以下に示すとおりである。
（１）第一のマグネット１０の厚みＴ１が３．２ｍｍ（Ｔ１／Ｗ＝０．２０８）で、第二のマグネット２の厚みＴ２が３．４ｍｍのとき。
（２）第一のマグネット１０の厚みＴ１が２．８ｍｍ（Ｔ１／Ｗ＝０．１８２）で、第二のマグネット２の厚みＴ２が４．７ｍｍのとき。
（３）第一のマグネット１０の厚みＴ１が２．４ｍｍ（Ｔ１／Ｗ＝０．１５３）で、第二のマグネット２の厚みＴ２が６．５ｍｍのとき。

図１６に示すように、１２極の場合は、空隙磁束密度が第一のマグネット１０に設定した残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）と等しくなる条件は、以下に示すとおりである。
（１）第一のマグネット１０の厚みＴ１が２．８ｍｍ（Ｔ１／Ｗ＝０．２１８）で、第二のマグネット２の厚みＴ２が３．０ｍｍのとき。
（２）第一のマグネット１０の厚みＴ１が２．４ｍｍ（Ｔ１／Ｗ＝０．１８７）で、第二のマグネット２の厚みＴ２が４．４ｍｍのとき。
（３）第一のマグネット１０の厚みＴ１が２．０ｍｍ（Ｔ１／Ｗ＝０．１５６）で、第二のマグネット２の厚みＴ２が７．０ｍｍのとき。

図１４〜図１６において、空隙磁束密度が第一のマグネット１０の残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）と等しくなる時の第二のマグネット２０の厚みＴ２と、第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅Ｗとの関係をグラフ化すると図１８のようになる。

図１８より、第二のマグネット２０の厚みＴ２と、第一のマグネット１０の厚みＴ１／磁極幅Ｗとの間には、概ね反比例に近い関係が見られる。

このことから、図１０〜図１３に示した電磁界解析に用いた回転子の各寸法から、第一のマグネット１０の厚みＴ１と第二のマグネット２０の厚みＴ２との積を、磁極幅Ｗで割った値（Ｔ１＊Ｔ２／Ｗ）を、図１０〜図１３のそれぞれの右側に示す。この値の中で、Ｔ１＊Ｔ２／Ｗが１．０以上となるものを大文字の太字斜体で示す。

図１１〜図１３において、空隙磁束密度の値が第一のマグネット１０の残留磁束密度Ｂｒよりも大きくなる寸法の組合せと、第一のマグネット１０の厚みＴ１と第二のマグネット２０の厚みＴ２との積を磁極幅Ｗで割った値（Ｔ１＊Ｔ２／Ｗ）が１．０より大きくなる寸法の組合せとが、概ね同じであることがわかる。

ここで、寸法の組合せとは、回転子１００の外径は一定（例えば、４９ｍｍ）で、第二のマグネット２０の内径（２４、２６、２８〜３８ｍｍ）と第一のマグネット１０の厚みＴ１（２、２．４、２．８、３．２）との組合せをいう。

これらのことから、異なる磁気特性を持った二種類の材料の異なるマグネット（例えば、磁気特性の高い材料である希土類（ＳｍＦｅＮ）のプラスチックマグネットで構成される第一のマグネット１０、磁気特性の低い材料であるフェライトのプラスチックマグネットで構成される第一のマグネット１０）を用いた回転子１００において、それぞれのマグネットの厚みの積（例えば、第一のマグネット１０の厚みＴ１と第二のマグネット２０の厚みＴ２との積）を回転子１００の磁極幅Ｗで割った数値が１．０以上となるように、それぞれの寸法（第一のマグネット１０の厚みＴ１、第二のマグネット２０の厚みＴ２）を定めることで、回転子１００の外周側に配置する高磁力なマグネット（例えば、第一のマグネット１０）の残留磁束密度Ｂｒよりも高い磁束密度が得られる回転子１００を実現することができる。

また、回転子１００外周側のマグネットの厚み（例えば、第一のマグネット１０）を磁極幅Ｗで割った値が０．３以下であれば、内径側のマグネット（例えば、第二のマグネット２０）の磁力が効果的に得られるため、外周側に用いる高価なマグネット（例えば、第一のマグネット１０）の使用量を減らしながら、より高磁力な回転子１００を実現できる。

実施の形態２．
図１９乃至図２２は実施の形態２を示す図で、図１９は回転子３００の断面図、図２０は図１９の部分拡大図、図２１は回転子３００の外周に一定の空隙３３０を設けて磁性体４００を配置した部分拡大図、図２２は回転子３００の空隙３３０の磁束密度分布波形を示す図である。

実施の形態２の回転子３００は、磁極数が１０極である。回転子３００の外周に希土類のプラスチックマグネットで構成される第三のマグネット３１０（磁気特性の高い永久磁石）、内側にフェライトのプラスチックマグネットで構成される第四のマグネット３２０（磁気特性の低い永久磁石）を配置している。

第三のマグネット３１０、第四のマグネット３２０は、共にリングマグネットである。

外周側の第三のマグネット３１０は、磁極の中心が極間よりも肉厚になっている。即ち、磁極中心の第三のマグネット３１０の厚みをＴ３、極間の第三のマグネット３１０の厚みをＴ３’とすると、Ｔ３＞Ｔ３’の関係になる（図２０参照）。

磁極中心の第三のマグネット３１０の厚みＴ３は２．９ｍｍ、第四のマグネット３２０の厚みＴ４は、６．６ｍｍである。回転子３００の直径は４９ｍｍであるため、１磁極の磁極幅Ｗは、１５．３９ｍｍである。

これより、Ｔ３／Ｗ＝０．１９、Ｔ３＊Ｔ４／Ｗ＝１．２４となる。

従って、Ｔ３／Ｗ（０．１９）＜０．３、Ｔ３＊Ｔ４／Ｗ（１．２４）Ｗ＞１．０となり、上記実施の形態１で示した範囲内に入っている（Ｔ１／Ｗ＜０．３，Ｔ１＊Ｔ２／Ｗ≧１．０）。ここで、Ｔ３はＴ１に、Ｔ４はＴ２に相当する。

図２２に、図２１に示すように回転子３００の外周に磁性体４００を配置したときの、回転子３００の空隙３３０の磁束密度分布波形を示す。

図２２の空隙３３０の磁束密度分布波形は、空隙３３０の径方向の寸法は、０．５ｍｍである。第三のマグネット３１０の残留磁束密度Ｂｒを０．５７Ｔ、第四のマグネット３２０の残留磁束密度Ｂｒを０．２８７Ｔとした時の電磁界解析の結果である。

図２２の空隙３３０の磁束密度分布波形の波高値は、０．５８２Ｔであり、第三のマグネット３１０の残留磁束密度Ｂｒ（０．５７Ｔ）よりも高い値を示している。

このように、回転子３００の磁極中心の厚み（第三のマグネット３１０の厚みＴ３、第四のマグネット３２０の厚みＴ４）が、前述の寸法の関係（Ｔ３／Ｗ（０．１９）＜０．３、Ｔ３＊Ｔ４／Ｗ（１．２４）Ｗ＞１．０）を満たすことで、より高性能な回転子３００が実現できることを示している。

第三のマグネット３１０の形状を、本実施の形態のように磁極中心と極間で異ならせることにより（Ｔ３＞Ｔ３’）、磁力が高く、材料コストの高いマグネット材料の使用量を減らすことができ（希土類のプラスチックマグネットで構成される第三のマグネット３１０の使用量を減らすこと）、回転子３００のコストを抑えることが可能となる。

また、本実施の形態の様な回転子３００は、第三のマグネット３１０の形状が複雑となるが、第三のマグネット３１０は第四のマグネット３２０と一体成形によって形成される。そのため、第四のマグネット３２０の成形時に第三のマグネット３１０の内径側の形にあわせた第四のマグネット３２０を成形しておけば、第三のマグネット３１０の形状は比較的容易に形成することが可能となる。

本発明の活用例として、送風機に用いられる同期電動機への適用が可能である。

１０第一のマグネット、２０第二のマグネット、２０ａ内径、３０空隙、４０非磁性体、１００回転子、２００磁性体、３００回転子、３１０第三のマグネット、３２０第四のマグネット、３３０空隙、４００磁性体。

Claims

磁気特性の異なる二種類の永久磁石を用いて構成され、極数が８極の同期電動機の回転子であって、
当該回転子表面に磁気特性の高い永久磁石を配置すると共に、前記磁気特性の高い永久磁石の内側に磁気特性の低い永久磁石を配置し、
前記磁気特性の高い永久磁石及び前記磁気特性の低い永久磁石は、共に極異方の配向もしくは着磁がなされており、
前記磁気特性の高い永久磁石の厚みをＴ１、磁極幅をＷとすると、０．１４６≦Ｔ１／Ｗ≦０．１６６の関係を有し、
且つ前記磁気特性の低い永久磁石の厚みをＴ２とすると、Ｔ１＊Ｔ２／Ｗ≧１．２１４の関係を有することを特徴とする同期電動機の回転子。
Ｔ１／Ｗ＝０．１６６の関係を有し、且つ、Ｔ１＊Ｔ２／Ｗ≧１．３８０の関係を有することを特徴とする請求項１記載の同期電動機の回転子。
磁気特性の異なる二種類の永久磁石を用いて構成され、極数が１０極の同期電動機の回転子であって、
当該回転子表面に磁気特性の高い永久磁石を配置すると共に、前記磁気特性の高い永久磁石の内側に磁気特性の低い永久磁石を配置し、
前記磁気特性の高い永久磁石及び前記磁気特性の低い永久磁石は、共に極異方の配向もしくは着磁がなされており、
前記磁気特性の高い永久磁石の厚みをＴ１、磁極幅をＷとすると、０．１８２≦Ｔ１／Ｗ≦０．２０８の関係を有し、
且つ前記磁気特性の低い永久磁石の厚みをＴ２とすると、Ｔ１＊Ｔ２／Ｗ≧１．１０２の関係を有することを特徴とする同期電動機の回転子。
Ｔ１／Ｗ＝０．２０８の関係を有し、且つ、Ｔ１＊Ｔ２／Ｗ≧１．５１７の関係を有することを特徴とする請求項３記載の同期電動機の回転子。
磁気特性の異なる二種類の永久磁石を用いて構成され、極数が１２極の同期電動機の回転子であって、
当該回転子表面に磁気特性の高い永久磁石を配置すると共に、前記磁気特性の高い永久磁石の内側に磁気特性の低い永久磁石を配置し、
前記磁気特性の高い永久磁石及び前記磁気特性の低い永久磁石は、共に極異方の配向もしくは着磁がなされており、
前記磁気特性の高い永久磁石の厚みをＴ１、磁極幅をＷとすると、０．２１８≦Ｔ１／Ｗ≦０．２４９の関係を有し、
且つ前記磁気特性の低い永久磁石の厚みをＴ２とすると、Ｔ１＊Ｔ２／Ｗ≧１．３２２の関係を有することを特徴とする同期電動機の回転子。
Ｔ１／Ｗ＝０．２４９の関係を有し、且つ、Ｔ１＊Ｔ２／Ｗ≧１．８２１の関係を有することを特徴とする請求項１記載の同期電動機の回転子。
当該回転子表面に配置する前記磁気特性の高い永久磁石は、磁極の中心の肉厚が磁極間の肉厚よりも厚い形状であることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の同期電動機の回転子。
前記磁気特性の高い永久磁石に希土類磁石の粉末を含有した樹脂材料を用い、前記磁気特性の低い永久磁石にフェライトの粉末を含有した樹脂材料を用いることを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載の同期電動機の回転子。
前記磁気特性の高い永久磁石、前記磁気特性の低い永久磁石は、共にリング形状であることを特徴とする請求項１〜８いずれかに記載の同期電動機の回転子。