JP2000308286A - 回転電気機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁石内蔵型回転子の磁束を分散させ、トルク
リップルを低減し回転子の円滑な回転を確保することに
より、高回転、高出力で低コストな回転機を得る。 【解決手段】 回転機の磁石内蔵型回転子１１を、回転
方向に交互に極性が異なる磁極を形成するように複数個
の永久磁石２０を内蔵した複数の分割筒状体３１，３２
と、これらを積層状態で支持するシャフト１２とによっ
て構成する。前記分割筒状体をそれぞれの磁極が回転方
向にずらした状態で軸線方向に積層してシャフト上に嵌
装し、回転方向で係合させることにより一体的に連結す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は種々の機器に回転動
力や電力を供給するために用いる電動機、発電機等の回
転電気機械（以下、回転機という）において、特に電機
子巻線を磁性片に巻付けた固定子と界磁磁石（永久磁
石）を有する磁石内蔵型回転子とを備えているブラシレ
スＤＣモータ（無整流子直流電動機）等のような回転機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数個の永久磁石を界磁磁石とし
て内蔵している磁石内蔵型回転子を構成要素とする電動
機は、回転子の周囲に永久磁石によって形成する極性が
異なる磁極の境界線を、回転子の軸線方向に対して平行
で、しかも一直線に形成しているものが多い。

【０００３】このような従来の磁石内蔵型回転子を用い
た電動機では、いわゆるトルクリップルが発生し、回転
子の円滑な回転を得ることができないという問題があっ
た。しかも、このようなトルクリップルは電動機の振動
となって騒音を誘発する等のおそれもあった。

【０００４】このような永久磁石による磁極部と固定子
側の電機子巻線との間に作用する磁気的吸引力によって
発生するトルクリップルを解消するために、たとえば図
５に示すように回転子１の回転子本体２の外周部におい
て回転方向に沿って永久磁石３によって形成される磁極
部の境界線をスキューさせたものが従来から知られてい
る。

【０００５】このように磁極部の境界線をスキューさせ
る方法として従来から次の二通りが知られている。その
一つは、予め着磁した薄板状の永久磁石を準備し、この
永久磁石を回転子本体２の外周部に極性の異なる磁極部
の境界線が回転子本体２の軸線に所定のスキュー角だけ
傾斜するように順次固着したものである。

【０００６】もう一つは、回転子本体２の外周部に固着
した磁性材製の筒体に、回転方向において異なる極性を
交互に形成するように着磁する際に、それぞれの磁極部
の境界線が回転子１の軸線に対して斜めに傾斜するよう
に着磁したものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者のように
永久磁石３を回転子本体２の外周部に固着した回転子１
は、高回転、高出力の電動機にはむいていない。これ
は、回転子本体２の外周部に固着した永久磁石が剥がれ
るおそれがあるからである。

【０００８】また、後者のように磁性材製の筒体に磁極
部の境界線をスキューさせた状態で着磁するものでは、
着磁作業が面倒で難しく、加工コストが嵩むという問題
があった。さらに、このように磁性材製の筒体に着磁す
ることにより磁極部を形成したものでは筒体表面が脆く
なり強度面で問題であった。したがって、このような構
造の回転子１も高回転、高出力の電動機にはむいていな
い。

【０００９】近年、この種の電動機として、ブラシレス
ＤＣモータを車両等の移動体の動力用として用いること
が検討されている。このようなブラシレスＤＣモータで
は前述した磁石内蔵型回転子を用いており、また最近の
高性能な永久磁石により小型で高出力なモータを実現す
ることが可能になってきている。

【００１０】しかし、このような磁石内蔵型回転子を用
いたモータにおいては、特にトルクリップルの問題が顕
著となる。しかも、このような磁石内蔵型回転子では、
内蔵した永久磁石を回転方向にずらしたり、スキューを
かけて着磁することが構造上困難であった。

【００１１】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、高回転、高出力を得ることが可能な磁石内
蔵型の回転子を用いた電動機等の回転機において、簡単
な構造で、磁石内蔵型回転子の磁束を分散させ、回転子
の外周部における極性が異なる磁極部の境界線をスキュ
ーさせることによりトルクリップルを低減し回転子の円
滑な回転を確保することができ、しかも低コストな回転
機を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的に応える
ために本発明の請求項１に係る回転機は、複数個の永久
磁石を用いることにより回転方向に交互に極性が異なる
磁極を形成する磁石内蔵型回転子を有する回転機におい
て、前記永久磁石を回転方向に所定間隔をおいて埋設し
た複数の分割筒状体を備え、これらの分割筒状体をそれ
ぞれの磁極が回転方向にずらした状態で軸線方向に積層
して前記磁石内蔵型回転子を形成したことを特徴とす
る。

【００１３】本発明によれば、回転子本体を構成する複
数の分割筒状部を積層するだけで、回転方向におけるそ
れぞれの磁極部の位置をずらすことができ、回転子にス
キューを与えることができる。

【００１４】また、本発明の請求項２に係る回転機は、
請求項１において、前記磁石内蔵型回転子はシャフトを
有し、前記各分割筒状体をこのシャフトに嵌装して積層
し、回転方向で係合させることにより一体的に連結した
ことを特徴とする。

【００１５】本発明によれば、複数の分割筒状体をシャ
フトと回転方向の所望の位置で機械的なかみ合わせた状
態で積層することによって、回転体に所望のスキューを
かけることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１ないし図４は本発明に係る回
転機の一つの実施の形態を示し、この実施の形態では、
回転機が三相同期電動機である例によって説明する。

【００１７】これらの図において、図４中符号１０で示
すものは全体の図示を省略した回転機に用いる磁石内蔵
型回転子であり、この回転子１０は、磁性材料からなる
回転子本体１１と、この回転子本体１１を貫通し回転子
１０の軸となるシャフト１２とを備える。なお、図４中
１３はシャフト１２の一端を図示しないモータハウジン
グに回転自在に軸支するための軸受である。

【００１８】この実施の形態では、回転子本体１１を多
数枚のリング状磁性板１４を積層するとともに、これら
を複数本の通しボルト１５とそのねじ孔を有する締付け
板１６とで挟持することにより一体的に構成した例を示
しているが、これに限らず、全体を磁性材料からなる複
数の円筒体で形成したものでもよい。

【００１９】図中２０は上述した回転子本体１１の回転
方向に交互に極性が異なる磁極部（Ｎ極、Ｓ極）を形成
するための４個の角形形状の永久磁石である。これらの
永久磁石２０は、回転子本体１１の回転方向に等間隔お
いて形成した放射方向の孔２１に挿入することにより埋
設されている。これらの永久磁石２０は、それぞれ隣接
する永久磁石２０と対向する側が同極となるように配列
され、したがってその間の部分がＮ極またはＳ極の磁極
部となる。

【００２０】この実施の形態では、上述した磁石内蔵型
回転子１０の回転子本体１１は、図１および図２（ａ）
に示すように、前記永久磁石２０（詳細は図示せず）を
回転方向に等間隔おいて埋設した複数の分割筒状体３
１，３２を備えている。そして、これらの分割筒状体３
１，３２を、図１、図２（ａ）に示すようにそれぞれの
磁極部（Ｎ極またはＳ極）を回転方向にずらした状態で
軸線方向に積層することにより前記回転子１０を形成し
ている。

【００２１】また、前記磁石内蔵型回転子１０はシャフ
ト１２を有し、前記各分割筒状体３１，３２をこのシャ
フト１２に順次嵌装して積層することにより一体的に連
結している。ここで、図１中４１は各分割筒状体３１，
３２の軸孔、４１ａ，４１ｂはこの軸孔４１の一部に突
出した係合突部で、これに対応してシャフト１２の外周
に係合溝４２（図１の背面側にも形成されるが、その図
示は省略する）を形成している。

【００２２】したがって、上述した分割筒状体３１，３
２として、図１および図２（ａ）に示すように、永久磁
石２０の埋設位置と係合突部４１ａ，４１ｂとの回転方
向における位置をずらしたものを準備し、これらをシャ
フト１２上に嵌装して積層すると、各段の磁極部を回転
方向にずらした状態とすることができる。

【００２３】このような状態では、複数段の分割筒状体
３１，３２において、各磁極部の回転方向の位置によっ
て、いわゆるスキューを与えた状態とすることができ
る。

【００２４】なお、この実施の形態では、磁石内蔵型回
転子１０を２段の分割筒状体３１，３２によって形成し
ているが、図２（ｂ）に示すような３段、またはそれ以
上の多段構造で形成してもよい。図２（ｂ）の場合は、
３段の分割筒状体３１，３２，３３で磁石内蔵型回転子
１０を形成している。

【００２５】上述した構造によれば、回転子本体１１を
軸線方向に所定長さ間隔で複数段に分割構成した分割筒
状部３１，３２または分割筒状体３１，３２，３３を、
回転方向におけるそれぞれの磁極部の位置がずらした状
態で積層することにより、回転子１０にスキューを与え
ることができる。すなわち、このようなスキューは、分
割筒状体３１，３２（３１，３２，３３）における永久
磁石２０による磁極部の位置と、これらの分割筒状体３
１，３２（３１，３２，３３）とシャフト１２との前記
係合突部４１ａ，４１ｂと係合溝４２とを係合位置とい
う機械的なかみ合わせによって簡単に得ることができる
のである。

【００２６】なお、このような係合突部４１ａ，４１ｂ
と係合溝４２とのかみ合わせによる係合構造としては、
このような実施の形態には限定されず、キーとキー溝、
あるいは回転方向に等間隔に設けた突起と溝とによる係
合構造等の種々の変形例が考えられる。

【００２７】磁石内蔵型回転子１０の理想的なスキュー
角αは、３６０／（固定子側の巻線数と磁極数の最小公
倍数）［ｄｅｇ］となり、これに合わせて各分割筒状体
３１，３２における磁極部間のずれ角度を設定するとよ
い。このときの各分割筒状体のずれ角度は、３６０／
（固定子側の巻線数と磁極数の最小公倍数）／ｎ（分割
筒状体の段数）［ｄｅｇ］である。たとえば固定子側の
巻線数が６、回転子１０の磁極数が４であるとスキュー
角αは３０°である。このとき、分割筒状体の段数が２
であると、図２（ａ）に示すように各磁極部間のずれ角
度は１５°となる。また、分割段数が３であれば、図２
（ｂ）に示すように各磁極部間のずれ角度は１０°とな
る。

【００２８】また、分割筒状体３１，３２として、永久
磁石２０の埋設位置による磁極部の位置と係合突部４１
ａ，４１ｂとの回転方向の位置を、たとえば図３
（ａ），（ｂ）に示すように変位させて構成すれば、分
割筒状体３１，３２をそれぞれ同一形状で形成すること
もできる。

【００２９】このような分割筒状体３１，３２は、一端
面と他端面とにおいて、係合突起４１ａ，４１ｂの位置
を決めると磁極部の位置が回転方向においてずれた状態
となる。図３（ａ）は分割筒状体３１，３２の一端面を
示す平面図、図３（ｂ）は分割筒状体３１，３２の他端
面を示す底面図である。ここで、これらの分割筒状体に
おける係合突起４１ａ，４１ｂと磁極部の位置との角度
θは、分割筒状体の段数が２であるときは７．５°とな
る。

【００３０】このような分割筒状体３１，３２によれ
ば、シャフト１２上に嵌装して係合させる積層時におけ
る組付け方向をそれぞれ反転させると、積層状態では各
分割筒状体３１，３２の磁極部が回転方向に所定角度ず
れた状態となり、回転子１０に所望のスキューを与える
ことができる。

【００３１】この実施の形態のように、上述した回転子
本体１１を二つの分割筒状体３１，３２で構成すれば、
回転子本体１１の構造が最も簡単な形状となり、しかも
このときの連結手段の結合位置は一種類でよい。勿論、
複数段であってもよく、これに限らない。

【００３２】なお、本発明は上述した実施の形態で説明
した構造には限定されず、磁石内蔵型回転子１０の各部
の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまで
もない。また、上述した実施の形態では、固定子側の具
体的な形状、構造等についての図示は省略したが、固定
子の内周部に求心方向に複数の磁極片が形成され、それ
ぞれに電機子巻線を巻回している構造のものであればよ
く、種々の変形例が考えられる。

【００３３】また、上述した実施の形態では、回転機と
して電動機を例示したが、本発明はこれに限らず、発電
機であってもよい。

【００３４】また、上述した実施の形態では、複数段の
分割筒状体３１，３２；３１，３２，３３を一体的に連
結する手段をシャフト１２との間に設けた例を述べた
が、これに限定されず、分割筒状体３１，３２間に設け
てもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る回転機
によれば、強度面で優れている磁石内蔵型回転子の回転
方向における磁極の磁束分布を、見かけ上軸線方向にお
いてねじれた状態とすることができ、いわゆるスキュー
を与えることができ、回転子の滑らかな回転を得ること
ができる。したがって、このような磁石内蔵型回転子を
用いると、高回転、高トルクで低コストな回転機を簡単
に得ることができる。

【００３６】このようなスキューは、回転子を構成する
分割筒状体の積層段数やそれぞれの磁極のずれ量によっ
て決まるため、所要のスキューを与えて、回転機におけ
るトルクリップルを最適にすることができる。

【００３７】また、本発明によれば、分割筒状体の係合
突部とシャフトの係合溝とによる凹凸係合のような機械
的なかみ合わせによって、磁石内蔵型回転子にスキュー
を与えることができる。

【００３８】また、本発明によれば、分割筒状体として
磁極部と凹凸係合部の回転方向の位置をずらして形成し
たものを準備することにより、同一形状の分割筒状体を
組立時の組付け姿勢を変更するだけで、各段の分割筒状
体の磁極部の回転方向の位置を適宜ずらし、所要のスキ
ューを与えることが、きわめて簡単に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る回転機の一つの実施の形態を示
し、回転機における磁石内蔵型回転子を説明するための
分解斜視図である。

【図２】 （ａ），（ｂ）は本発明の要部とする磁石内
蔵型回転子における分割筒状体およびその積層状態を説
明するための分解斜視図である。

【図３】 本発明の要部である分割筒状体を示し、
（ａ）は分割筒状体の一端面を示す平面図、（ｂ）は他
端面を示す底面図である。

【図４】 本発明を適用する回転機における磁石内蔵型
回転子を示し、（ａ）は磁石内蔵型回転子の一部を断面
した側面図、（ｂ）はその上方から見た端面図、（ｃ）
は（ａ）のIV−IV線断面図である。

【図５】 従来の回転機における磁石内蔵型回転子の概
略を説明するための図である。

【符号の説明】

１０…磁石内蔵型回転子、１１…回転子本体、１２…シ
ャフト、２０…永久磁石、３１，３２；３３…分割筒状
体、４１…軸孔、４１ａ，４１ｂ…係合突起（連結手
段）、４２…係合溝（連結手段）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の永久磁石を用いることにより回
   転方向に交互に極性が異なる磁極を形成する磁石内蔵型
   回転子を有する回転電気機械において、 前記永久磁石を回転方向に所定間隔をおいて埋設した複
   数の分割筒状体を備え、 これらの分割筒状体をそれぞれの磁極が回転方向にずら
   した状態で軸線方向に積層して前記磁石内蔵型回転子を
   形成したことを特徴とする回転電気機械。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回転電気機械におい
   て、 前記磁石内蔵型回転子はシャフトを有し、 前記各分割筒状体をこのシャフトに嵌装して積層し、回
   転方向で係合させることにより一体的に連結したことを
   特徴とする回転電気機械。