JP2002142422A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で高いモータ特性を有する高い実用性を
備えた磁石埋込構造を有する回転電機を得ることを可能
とする。 【解決手段】 永久磁石１４に、コア１３の端面から外
方向側に突出する延長部１４ａを設けるとともに、その
永久磁石１４の両側被挟持面に、コア１３側に接触する
集磁ヨーク１５，１５を密着させることによって、上記
永久磁石１４の延長部１４ａだけ磁束の発生面積を拡大
し、上記永久磁石１４から集磁ヨーク１５を通してコア
１３側に向かう有効磁束を増大するとともに、永久磁石
１４を挟んだ両側のコア１３，１３どうしの間の磁気抵
抗を永久磁石１４の延長部１４ａにより増大させて、漏
れ磁束を低減させたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、埋込磁石型構造の
回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開昭５９−１５３４
５７号公報、特開平１０−３４１５６０号公報におい
て、永久磁石をコアの間に挟み込むようにした埋込磁石
型のモータ等の構造が種々提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな埋込磁石型構造に関する従来の提案では、その基本
的な構造が単に示されているのみであって、実用上必要
とされる特性を得るための構成、例えばコギングを低減
させるための構成や、モータ特性を向上させるための構
成は、いずれの提案においても具体的には開示されてお
らず、そのままでは通常のモータ等の回転電機としての
十分な特性が得られないのが実状である。

【０００４】そこで本発明は、良好な特性を備えた磁石
埋込構造を有する回転電機を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明では、積層コア部材からなるヨー
ク部に対して電機子コイルが巻回された複数個の電機子
コアが、界磁コアに対してラジアル方向に対向しつつ円
周方向に相対移動可能に配置され、それらコアの各々、
又は円周方向に隣接する一対のコアどうしの間部分に、
永久磁石が挟持された回転電機において、上記永久磁石
には、前記各コアのコア積層方向の端面から外側に向か
って突出する延長部が設けられているとともに、その永
久磁石の上記コアによる被挟持面には、磁性部材からな
る集磁ヨークが、少なくとも前記延長部に相当する部位
に密着するように配置され、当該集磁ヨークは、上記永
久磁石から延出して前記コア側に接触するように設けら
れている。

【０００６】また、請求項２記載の発明では、前記請求
項１記載の集磁ヨークが、コアによる被挟持面の全面を
覆うように設けられている。

【０００７】さらに、請求項３記載の発明では、前記請
求項１記載の集磁ヨークが、コアによる被挟持面のうち
の前記延長部に相当する部位から、上記コアのコア積層
方向の端面にかけて折れ曲がるように設けられている。

【０００８】さらにまた、請求項４記載の発明では、前
記請求項１記載の集磁ヨークにおけるコア側との接触面
が、波形状の凹凸面に形成されている。

【０００９】また、請求項５記載の発明では、前記請求
項１記載の集磁ヨークのコア積層方向における両端部分
のうちの少なくとも一方側には、当該集磁ヨークの厚さ
を外方側に向かって連続的に薄肉化する傾斜面からなる
挿入案内部が設けられている。

【００１０】また、請求項６記載の発明では、前記請求
項１記載のコアを保持するケースには、前記永久磁石及
び集磁ヨークをコア側に装着する挿入孔が貫通形成され
ている。

【００１１】このような構成を有する請求項１又は２又
は３記載の発明によれば、上記永久磁石の延長部だけ、
当該永久磁石から磁束を発する面積が拡大されることと
なって、コアの積層高さを拡大することなく、しかも電
機子コイルの巻線スペースを有効利用しつつ、上記永久
磁石から集磁ヨークを通してコア側に向かう有効磁束が
増大される。従って、高価な磁石を用いなくても、特性
の向上が可能となる。

【００１２】加えて、この請求項１又は２又は３記載の
発明によれば、永久磁石を挟んだ両側のコアどうしが、
当該永久磁石の延長部によって仕切られていることによ
って、そのコアどうしの間における磁気抵抗が増大され
ることとなり、その分、漏れ磁束が低減される。従っ
て、その点からも実質的な有効磁束が増大される。

【００１３】加えて、請求項４記載の発明によれば、両
側に集磁ヨークを取り付けた永久磁石をコア内又はコア
どうしの間に挿入する際に、集磁ヨークに設けられた波
形状の凹凸面を潰しながら永久磁石の挿入が行われるこ
ととなるため、永久磁石の表面に寸法精度上のバラツキ
がある場合においても永久磁石の挿入作業は良好に行わ
れる。特に、焼結磁石、ボンド磁石などを使用する場合
には、永久磁石の表面の寸法を高精度に出す必要がなく
なる。また、ゴム磁石の場合においても、その磁石をコ
ア内に埋め込むことができる。

【００１４】さらに、請求項５記載の発明によれば、両
側に集磁ヨークを取り付けた永久磁石をコア内又はコア
どうしの間に挿入する際に、上記集磁ヨークに設けられ
た挿入案内部の傾斜案内作用によって、上記永久磁石の
挿入作業が容易に行われるとともに、永久磁石の割れや
欠け等の発生が防止されるとともに、傾斜形状にするこ
とで漏れ磁束が小さくなる。

【００１５】さらにまた、請求項６記載の発明によれ
ば、ロータ側とステータ側とを組み込んだ後に、ケース
に設けられた挿入孔を通して永久磁石をコア内又はコア
どうしの間に挿入することができることとなり、ギャッ
プの不均衡等による磁石の吸引力でロータとステータと
の組立が困難となるのを防止し、ロータ側とステータ側
との組立が容易かつ良好に行われる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる回転電機を
モータに適用した場合の実施形態を図面に基づいて詳細
に説明する。まず、図１及び図２に示されている実施形
態におけるモータ１では、モータの内部側の中心部分
に、略中空円筒状のコアホルダー１０が固定されてい
て、そのコアホルダー１０の中空内部側に、軸方向に離
隔して取り付けられた一対の玉軸受１１，１１によっ
て、回転軸１２が回転自在に支承されている。

【００１７】また、上記コアホルダー１０の外周壁面側
には、６個の電機子コア１３，１３，・・・が、環状に
並設・集合されるようにして固定されている。これらの
各電機子コア１３は、電磁鋼板の積層体から構成されて
いて、同一形状の板状部材が上記回転軸１２の軸方向に
積み上げられるようにして形成されている。そして、周
方向に隣接する一対の電機子コア１３，１３どうしは、
磁気的に実質上分離された状態にて上記コアホルダー１
０の外周壁面側に固定されている。

【００１８】上記各電機子コア１３は、円周の接線方向
に延在するヨーク部１３ａを備えているとともに、その
ヨーク部１３ａに対して電機子コイル１３ｂが巻回され
ている。また、上記ヨーク部１３ａの延在方向（周方
向）の両端部分には、周端コア部１３ｃ，１３ｃがそれ
ぞれ設けられている。それらの各周端コア部１３ｃは、
半径方向外方に向かって角状に突出する形状を備えてお
り、当該周端コア部１３ｃの突出先端部分は、突極片１
３ｄに形成されている。このとき、上記両周端コア部１
３ｃ，１３ｃにおける電機子コイル１３ｂに対面する側
の表面は、略半径方向に延在する平坦面に形成されてい
る。

【００１９】さらにまた、周方向に隣り合う一対の電機
子コア１３，１３における隣接周端コア部１３ｃ，１３
ｃどうしの間には、永久磁石１４が、鉄などの磁性部材
からなる集磁ヨーク１５を介して、それぞれ軸方向に挿
入されて挟持されている。これらの各永久磁石１４に
は、前記隣接周端コア部１３ｃ，１３ｃの挟持方向であ
る円周方向に沿って着磁が施されている。そのときの着
磁の磁極方向は、円周方向に隣接する永久磁石１４，１
４どうしが互いに反発する方向に設定されており、これ
によって、上記各電機子コア１３における両周端コア部
１３ｃ，１３ｃどうしが互いに同極になされている。

【００２０】また、上述した集磁ヨーク１５は、前記永
久磁石１４のほぼ全面にわたって接触した状態にて貼り
付けられているが、本実施形態における永久磁石１４及
び集磁ヨーク１５の半径方向長さは、上記周端コア部１
３ｃよりもやや短い長さに設定されていて、上記周端コ
ア部１３ｃにおける突極片１３ｄを除いた半径方向のほ
ぼ全長にわたって上記集磁ヨーク１５が当接した状態に
なされている。

【００２１】ここで、上述したように前記永久磁石１４
及び集磁ヨーク１５は、電機子コア１３どうしの間部分
に挟持されているが、特に図４に示されているように、
これら永久磁石１４は、電機子コア１３のコア積層方向
（軸方向）に電機子コア１３よりも長い寸法を有するよ
うに形成されていて、電機子コア１３のコア積層方向
（軸方向）における両端面のそれぞれからは、延長部１
４ａ，１４ａが、外方側（図示上下方向）に向かってそ
れぞれ突出するように設けられている。

【００２２】一方、上記集磁ヨーク１５は、永久磁石１
４の両側被挟持面における上記延長部１４ａを含む全面
に対して密着するように貼り付けられているが、前記電
機子コア１３側に対しても密着するように配置されてい
る。このとき、特に図５に示されているように、上記集
磁ヨーク１５における電機子コア１３側との接触面１５
ａは、波形状の凹凸面に形成されている。これは、上記
集磁ヨーク１５，１５が永久磁石１４側に貼り付けられ
た状態で電機子コア１３，１３どうしの間部分に永久磁
石１４が挿入される際に、上述した集磁ヨーク１５の波
形状凹凸面によって、電機子コア１３側の波形状凹凸面
をほぼ平坦に押し潰すようにするためであって、それに
より、永久磁石１４が寸法精度的に良好な状態でなくて
も、永久磁石１４の挿入作業が容易に行われる。

【００２３】また、上述したように集磁ヨーク１５は、
永久磁石１４の両側被挟持面にそれぞれ貼り付けられた
状態で電機子コア１３，１３どうしの間部分に挿入され
るものであるが、各集磁ヨーク１５の挿入側（図４の下
端側）の先端部分には、挿入案内部１５ｂがそれぞれ設
けられている。この挿入案内部１５ｂは、当該集磁ヨー
ク１５の厚さを先端側（図４の下端側）に向かって連続
的に薄肉化する傾斜面からなり、当該挿入案内部１５ｂ
の案内作用により、集磁ヨーク１５の挿入作業が容易に
行われるようになっている。

【００２４】再び図１及び図２に戻って、上述したよう
な６個の電機子コア１３，１３，・・・の半径方向外方
側には、ロータを構成する界磁コア１７が回転自在に配
置されている。この界磁コア１７は、前述した回転軸１
２に固定された略カップ状のロータケース１８の外周縁
部分に取り付けられていて、上述した電機子コア１３の
各突極部１３ｄと近接するコア積層体から構成されてい
る。この界磁コア１７の内周側には、凹凸形状をなす多
数の集磁凹凸歯１７ａ，１７ｂが設けられていて、上述
した電機子コアの各突極部１３ｄに対して近接・離間す
るように回転される構成になされている。

【００２５】一方、特に図２及び図３に示されているよ
うに、上述したロータケース１８には、前記永久磁石１
４及び集磁ヨーク１５の配置位置に相当する半径方向位
置に挿入孔１８ａが貫通形成されている。この挿入孔１
８ａは、ロータケース１８の外方側から電機子コア１３
側に対して、両側に集磁ヨーク１５，１５が貼り付けら
れた永久磁石１４を装着するためのものであって、両側
に集磁ヨーク１５，１５が貼り付けられた永久磁石１４
より一回り大きな略矩形状をなすように形成されてい
る。

【００２６】このような構成を有する本実施形態では、
上記永久磁石１４の延長部１４ａだけ、当該永久磁石１
４から磁束を発する面積が拡大されることとなって、電
機子コア１３の積層高さを拡大することなく、しかも電
機子コイル１３ｂの巻線スペースを有効利用しつつ、上
記永久磁石１４から集磁ヨーク１５を通して電機子コア
１３側に向かう有効磁束が増大される。従って、高価な
磁石を用いなくても、モータ特性の向上が可能となる。

【００２７】加えて、上記永久磁石１４を挟んだ両側の
電機子コア１３，１３どうしが、当該永久磁石１４の延
長部１４ａにより仕切られていることによって、その電
機子コア１３，１３どうしの間における磁気抵抗が増大
されることとなり、その分、その間部分における漏れ磁
束は、図６のような従来構造の状態から図７の本発明に
かかる状態のように低減され、その点からも実質的な有
効磁束が増大されるようになっている。

【００２８】さらに、本実施形態によれば、両側に集磁
ヨーク１５，１５を取り付けた永久磁石１４を電機子コ
ア１３どうしの間に挿入する際に、集磁ヨーク１５に設
けられた波形状の凹凸面１５ａを潰しながら永久磁石１
４の挿入が行われることとなる。従って、永久磁石１４
の表面に寸法精度上のバラツキがある場合においても永
久磁石１４の挿入作業は良好に行われる。特に、焼結磁
石、ボンド磁石などを使用する場合には、永久磁石の表
面の寸法を高精度に出す必要がなくなる。なお、ゴム磁
石の場合であっても、磁石をコア内に埋め込むことがで
きる。

【００２９】さらにまた、本実施形態においては、両側
に集磁ヨーク１５，１５を取り付けた永久磁石１４を電
機子コア１３，１３どうしの間に挿入する際に、上記各
集磁ヨーク１５にそれぞれ設けられた挿入案内部１５ｂ
の傾斜案内作用によって、上記永久磁石１４の挿入作業
が容易に行われるとともに、永久磁石１４の割れや欠け
等の発生が防止されるとともに、傾斜面形状とすること
で漏れ磁束が低減される。

【００３０】また、本実施形態によれば、ロータ側とス
テータ側とを組み込んだ後に、ロータケース１８に設け
られた挿入孔１８ａを通して、両側に集磁ヨーク１５，
１５が貼り付けられた永久磁石１４を電機子コア１３ど
うしの間に挿入することができることとなり、ギャップ
の不均衡等による磁石の吸引力でロータとステータとの
組立が艱難になることが回避され、その結果、ロータ側
とステータ側との組立が容易かつ良好に行われる。

【００３１】一方、図８及び図９に示されている実施形
態では、一対の集磁ヨーク２５，２５が、永久磁石１４
の延長部１４ａの両側面に対してそれぞれ貼り付けられ
ているが、それらの各集磁ヨーク２５は、上記永久磁石
１４の延長部１４ａの根本部分から、ほぼ直角に折れ曲
がるようにして両側方向に延出しており、電機子コア１
３のコア積層方向の両端面に密着するように配置されて
いる。

【００３２】そして、特に図８の場合には、集磁ヨーク
２５が、電機子コア１３の両端面のほぼ全面を覆うよう
に配置されており、電機子コイル１３ｄは、電機子コア
１３とともに集磁ヨーク２５を挟み込むように巻回され
ている。これに対して、図９の場合には、集磁ヨーク２
５が、電機子コア１３の両端面の一部のみを覆うように
配置されており、電機子コイル１３ｄは、電機子コア１
３のみを挟み込むように巻回されている。

【００３３】このような図８及び図９に示されている実
施形態においても、上述した実施形態と同様な作用・効
果を奏する。例えば、図８にかかる実施形態の場合に
は、永久磁石１４の延長部１４ａによって、電機子コア
１３，１３どうしの間における磁気抵抗が増大されるこ
ととなり、その分、その間部分における漏れ磁束は、図
１０のような従来構造の状態から図１１の本発明にかか
る状態のように低減されて、実質的な有効磁束が増大さ
れる。

【００３４】以上、本発明者によってなされた発明の実
施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変形可能であるというのはいうまでもない。

【００３５】例えば、上述した各実施形態は、電機子コ
アに対して本発明を適用した場合のものであるが、これ
に限定されるものではなく、界磁コアに対しても同様に
適用することができる。

【００３６】また、上述した各実施形態は、アウターロ
ータ型の固定電機子コアを用いた場合のものであるが、
本発明はそれに限定されることなく、アウターロータ型
の回転電機子コアを用いた場合や、インナーロータ型に
おいて固定電機子コア又は回転電機子コアを用いるよう
にした各構成に対しても同様に適用することが可能であ
る。

【００３７】また、固定電機子コアの内方側及び外方側
の双方にロータを配置などのような両面対向の二重構造
のものに対しても本発明は同様に適用することができ
る。

【００３８】さらに、上述した各実施形態は、モータに
対して本願発明を適用したものであるが、モータ以外の
発電機等に対しても本発明は同様に適用することができ
る。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本願請求項１又は２
又は３記載の発明は、コアのコア積層方向の端面から外
方向側に突出する延長部を永久磁石に設けるとともに、
その永久磁石の少なくとも前記延長部に相当する両側被
挟持面に、コア側に接触する磁性部材からなる集磁ヨー
クを密着させることによって、上記永久磁石の延長部だ
け磁束の発生面積を拡大し、コアの積層高さを拡大する
ことなく、しかも電機子コイルの巻線スペースを有効的
に利用しつつ、上記永久磁石から集磁ヨークを通してコ
ア側に向かう有効磁束を増大し、高価な磁石を用いるこ
となくても特性の向上を可能とするとともに、永久磁石
を挟んだ両側のコアどうしの間の磁気抵抗を、永久磁石
の延長部だけ増大させて、その間部分における漏れ磁束
を低減して実質的な有効磁束を増大させるようにしたも
のであるから、小型で高い回転特性を得ることができ、
高い実用性を備えた磁石埋込構造を有する回転電機を得
ることができる。

【００４０】また、請求項４記載の発明は、集磁ヨーク
におけるコア側との接触面を波形状の凹凸面に形成した
ことによって、永久磁石とともに集磁ヨークをコア内又
はコアどうしの間に挿入する際に、永久磁石の表面に寸
法精度上のバラツキがある場合においても、集磁ヨーク
に設けた波形状の凹凸面を潰しながら上記永久磁石の挿
入を可能とし、特に、焼結磁石、ボンド磁石などを使用
する場合には、永久磁石の表面の寸法を高精度に出す必
要をなくし、ゴム磁石の場合でもコア内に埋め込むこと
を可能としたものであるから、上述した効果をさらに向
上させることができる。

【００４１】さらに、請求項５記載の発明は、集磁ヨー
クのコア積層方向における両端部分のうちの少なくとも
一方側に、当該集磁ヨークの厚さを外方向側に向かって
連続的に薄肉化する傾斜面を有する挿入案内部を設け
て、永久磁石とともに集磁ヨークをコア内又はコアどう
しの間に挿入する作業を、挿入案内部の傾斜面によって
容易化するとともに、永久磁石の割れや欠け等の発生を
防止し、しかもその斜面形状によって漏れ磁束を低減さ
せたものであるから、上述した効果をさらに向上させる
ことができる。

【００４２】さらにまた、請求項６記載の発明は、コア
を保持するケースに、永久磁石及び集磁ヨークをコア側
に装着する挿入孔を設けて、ロータ側とステータ側とを
組み込んだ後に、集磁ヨークが貼り付けられた永久磁石
を、ロータケースに設けられた挿入孔を通してコア内又
はコアどうしの間に挿入可能とし、ギャップの不均衡等
による磁石の吸引力でロータとステータとの組立性を改
善してロータ側とステータ側との組立が容易かつ良好に
行われるようにしたものであるから、上述した効果をさ
らに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかるモータの横断面説
明図である。

【図２】図１に示されたモータの縦断面説明図である。

【図３】図１に示されたモータの特にロータケース部分
を表した平面説明図である。

【図４】電機子コアの永久磁石挿入部分を一部を拡大し
て表した側面説明図である。

【図５】永久磁石と集磁ヨークとの密着境界部分を表し
た側面拡大説明図である。

【図６】従来構造における電機子コアの永久磁石挿入部
分を拡大して表した側面説明図である。

【図７】本発明の図４の実施形態にかかる電機子コアの
永久磁石挿入部分を拡大して表した側面説明図である。

【図８】本発明の他の実施形態にかかる電機子コアの永
久磁石挿入部分を拡大して表した側面説明図である。

【図９】本発明の更に他の実施形態にかかる電機子コア
の永久磁石挿入部分を拡大して表した側面説明図であ
る。

【図１０】従来構造における電機子コアの永久磁石挿入
部分を拡大して表した側面説明図である。

【図１１】本発明の図８の実施形態にかかる電機子コア
の永久磁石挿入部分を拡大して表した側面説明図であ
る。

【符号の説明】

１ モータ １３ 電機子コア １３ａ ヨーク部 １３ｂ 電機子コイル １３ｃ 周端コア部 １３ｄ 突極片 １４ 永久磁石 １５ 集磁ヨーク １５ａ 波形状凹凸面 １５ｂ 挿入案内部 １７ 界磁コア（ロータ） １７ａ，１７ｂ 集磁凹凸歯 １７ａ 凸形状部分 １７ｂ 凹形状部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 草間 健司 長野県諏訪郡原村10801番地の２ 株式会 社三協精機製作所諏訪南工場内 Ｆターム(参考） 5H002 AA02 AA07 AB05 AE07 AE08 5H619 AA01 AA05 BB01 BB06 BB15 BB24 PP01 PP04 PP08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層コア部材からなるヨーク部に対して
   電機子コイルが巻回されたコアが、界磁コアに対してラ
   ジアル方向に対向しつつ円周方向に相対移動可能に配置
   され、 それらのコアの各々、又は円周方向に隣接する一対のコ
   アどうしの間部分に、永久磁石が挟持された回転電機に
   おいて、 上記永久磁石には、前記各コアのコア積層方向の端面か
   ら外側に向かって突出する延長部が設けられているとと
   もに、 その永久磁石の上記コアによる被挟持面には、磁性部材
   からなる集磁ヨークが、少なくとも前記延長部に相当す
   る部位に密着するように配置され、 当該集磁ヨークは、上記永久磁石から延出して前記コア
   側に接触するように設けられていることを特徴とする回
   転電機。
2. 【請求項２】 前記集磁ヨークが、コアによる被挟持面
   の全面を覆うように設けられていることを特徴とする請
   求項１記載の回転電機。
3. 【請求項３】 前記集磁ヨークが、コアによる被挟持面
   のうちの前記延長部に相当する部位から、上記コアのコ
   ア積層方向の端面にかけて折れ曲がるように設けられて
   いることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
4. 【請求項４】 前記集磁ヨークにおけるコア側との接触
   面が、波形状の凹凸面に形成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の回転電機。
5. 【請求項５】 前記集磁ヨークのコア積層方向における
   両端部分のうちの少なくとも一方側には、当該集磁ヨー
   クの厚さを外方側に向かって連続的に薄肉化する傾斜面
   からなる挿入案内部が設けられていることを特徴とする
   請求項１記載の回転電機。
6. 【請求項６】 前記コアを保持するケースには、前記永
   久磁石及び集磁ヨークをコア側に装着する挿入孔が貫通
   形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電
   機。