JP2010022088A - 磁石回転型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルク及びロストルクの低減を図ることができるようにした磁石回転型回転電機を提供する。
【解決手段】永久磁石１５の断面の、ロータヨーク１４の磁石取付面１４ｄに当接される部分の輪郭形状が、ロータ１１の回転方向に沿う永久磁石１５の周方向の中央部が頂部１５a1となる山形の形状を呈するように各永久磁石が形成されて、各永久磁石の一方の磁極面１５ａがロータヨーク１４の磁石取り付け面１４ｄ側に凸な凸面形状とされる。磁石取り付け面１４ｄの、各永久磁石の一方の磁極面１５ａが当接される部分は、各永久磁石の一方の磁極面の凸面形状と相補的な凹面形状を有するように形成され、各永久磁石の凸面形状とされた部分が磁石取り付け面の凹面形状とされた部分に嵌合された状態で各永久磁石がロータヨーク１４に固定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロータヨークに永久磁石を取り付けてなる表面磁石型のロータと、ステータコアに電機子コイルを巻装してなるステータとを備えて、発電機または電動機として動作する磁石回転型回転電機に関するものである。

磁石回転型回転電機として、表面磁石型のロータを備えたものが多く用いられている。表面磁石型のロータは、鉄等の強磁性材料からなるロータヨークと、厚み方向の一方の面がロータヨークの磁石取り付け面に当接された状態でロータヨークに取り付けられて厚み方向に着磁された複数の永久磁石とにより構成される。ロータと協働するステータは、基本的には、複数の歯部を有するステータコアと、該ステータコアに巻装された電機子コイルとにより構成され、ステータコアの各歯部の先端の磁極面がロータの磁極面にギャップを介して対向させられる。回転電機が磁石発電機として動作させられる場合には、ロータがエンジン等の原動機の回転軸に取り付けられ、ステータが原動機のケーシング等に固定される。回転電機がモータとして動作させられる場合には、ロータが駆動すべき負荷の回転軸に結合される。

またエンジンに適用される磁石回転型回転電機として、スタータジェネレータとして知られているものがある。スタータジェネレータは、エンジンの始動時にエンジンを始動するスタータモータとして動作させられ、エンジンが始動した後は、磁石発電機として動作させられて、各種の電装品に電力を供給する。磁石回転型回転電機をブラシレスモータとして動作させる場合には、各相の電機子コイルに対してロータの回転角度位置を検出する位置センサがステータ側に設けられる。位置センサとしては、例えば、ロータの磁極の極性を検出するホールセンサが用いられる。

磁石回転型回転電機をモータとして動作させる場合に、コギングトルクを小さくしたり、鉄損等に基づくロストルク（空転時に発生するトルク）を極力小さくしたりすることが必要とされることがある。例えば、自動車の電動ステアリング（ＥＰＳ）を駆動するモータとして磁石回転型回転電機を用いる場合には、ステアリングの操作感を良好にするために、コギングトルクを小さくしてトルクの脈動を小さくすることが必要とされる。コギングトルクやロストルクを小さくすることを狙った磁石回転型回転電機として、特許文献１に示されているように、ロータの周方向に沿う各永久磁石の両端の厚みを中央寄りの部分の厚みよりも小さくして、各永久磁石の両端側でステータとの間のギャップを増大させるようにしたものがある。

図１０は、特許文献１に示された磁石回転型回転電機の構成を示したもので、同図において１は表面磁石型のロータ、２はステータである。ロータ１は、図示しない回転軸に取り付けられたロータヨーク１０１と、ロータヨーク１０１の外周に固定された永久磁石１０２とからなる。各永久磁石１０２は、厚み方向の一方の面をロータヨーク１０１の磁石取り付け面１０１ａに当接させた状態でロータヨークに接着されて、厚み方向に着磁されている。コギングトルク及びロストルクを低減させるため、各永久磁石１０２は、ロータの周方向に沿う両端の厚みが中央寄りの部分の厚みよりも小さくなるように形成されている。

ステータ２は多数の歯部２０１を有する電機子鉄心２０２と、電機子鉄心の各歯部２０１に巻回されたコイル２０３を多相結線して構成した電機子コイルとを備えていて、各歯部２０１の先端に形成された磁極面２０１ａがロータの磁極面にギャップを介して対向させられている。

また磁石回転型回転電機のトルクの脈動を小さくするためには、一連の永久磁石の位置決め精度を高めて、隣り合う永久磁石の極間寸法のばらつきを少なくすることが必要とされる。磁石の位置決め精度を高める方法としては、図１１に示されているように、ロータヨーク１０１の磁石取り付け面に断面がコの字形を呈する磁石位置決め溝１０１a1を設けておいて、各永久磁石１０２を各磁石位置決め溝１０１a1内に嵌合させた状態で磁石取り付け面に接着する方法が提案されている。このような磁石の位置決め方法は、例えば、特許文献２に示されている。

図１１に示したように、ロータヨークの磁石取り付け面に各永久磁石１０２を位置決めする磁石位置決め溝１０１a1を設けた場合には、隣り合う磁石位置決め溝１０１a1，１０１a1の間を仕切る仕切り壁部１０１a2の部分が隣り合う永久磁石相互間に介在して、隣り合う永久磁石の極間距離を一定に保つ。

図１１に示したように構成すれば、ロータヨークの磁石取り付け面に磁石位置決め溝１０１a1を精度良く設けておくことにより、各永久磁石を正確に位置決めして取り付けることができ、隣り合う磁石の極間寸法にばらつきが生じるのを防ぐことができる。
特開２００７−４９８３８号公報 特開２０００−１５６９６３号公報

磁石回転型回転電機を図１０に示したように構成すれば、コギングトルク及びロストルクを小さくすることができるが、図１０に示した回転電機では、各永久磁石をロータの周方向に正確に位置決めするための手段が設けられていなかったため、隣り合う永久磁石の極間寸法にばらつきが生じ、この極間寸法のばらつきに起因してトルクの脈動が大きくなることがあった。

図１１に示したように、ロータヨークの磁石取り付け面に断面がコの字形を呈する磁石位置決め溝を設けて、各永久磁石を各磁石位置決め溝内に嵌合させた状態で取り付けるようにすれば、一連の永久磁石を精度良く取り付けることができる。しかしながら、コギングトルクの低減を図るために、図１０に示したように、ロータの周方向に沿う各永久磁石の両端の厚みを、中央寄りの部分の厚みより小さくする場合に、図１１に示したように、断面がコの字形を呈する磁石位置決め溝内に各永久磁石を嵌合させた状態で取り付ける構造を採用した場合には、隣り合う磁石位置決め溝の間を仕切る仕切り壁部１０１a2が、隣り合う永久磁石１０２，１０２相互間に介在して各永久磁石からの漏洩磁路を構成するため、各永久磁石の両端部からの漏洩磁束の量が多くなり、回転電機の出力が低下するおそれがあった。

また図１０に示したように、ロータの周方向に沿う各永久磁石の両端の厚みを、中央寄りの部分の厚みより小さくした場合には、各永久磁石の厚みを均一にした場合に比べて、ロータの磁極部とステータの磁極部との間のギャップの平均値が大きくなるため、ロータの磁極部からステータの磁極部に磁束を流す磁路の磁気抵抗が大きくなる。そのため、従来と同じ大きさの磁石を用いた場合には、電機子コイルに作用する磁束の量が減少し、回転電機の出力が低下するという問題があった。図１０に示した構造で、ロータの磁極部とステータの磁極部との間のギャップを均一にした回転電機と同等の出力を得るためには、各永久磁石として従来より大形のものを用いる必要があり、回転電機が大形になるのを避けられない。

本発明の目的は、ロータの周方向に沿う永久磁石の両端の厚みを中央寄りの部分の厚みよりも小さくするとともに、漏洩磁束量を増大させることなく各永久磁石をロータの周方向に正確に位置決めして取り付けることができるようにしてコギングトルク及びロストルクの低減を図ることができるようにした磁石回転型回転電機を提供することにある。

本発明の他の目的は、コギングトルク及びロストルクの低減を図るとともに、特に大形の磁石を用いることなく、電機子コイルに十分な量の磁束を作用させて、所定の出力を得ることができるようにした磁石回転型回転電機を提供することにある。

本発明は、磁石取り付け面を有するロータヨークと一方の磁極面がロータヨークの磁石取り付け面に当接された状態でロータヨークに取り付けられて厚み方向に着磁された複数の永久磁石とを備えた表面磁石型のロータと、ロータの各永久磁石の他方の磁極面にギャップを介して対向する磁極面を有する歯部を複数個備えたステータコアに電機子コイルを巻装してなるステータとを備えた磁石回転型回転電機に適用される。

本発明においては、永久磁石の厚み方向とロータの回転方向との双方に沿う各永久磁石の断面の磁石取り付け面に当接される部分の輪郭形状が、ロータの回転方向に沿う永久磁石の周方向の中央部が頂部となる山形の形状を呈するように各永久磁石が形成されて、各永久磁石の一方の磁極面がロータの磁石取り付け面側に凸な凸面形状とされる。また磁石取り付け面の各永久磁石の一方の磁極面が当接される部分は、各永久磁石の一方の磁極面の凸面形状と相補的な凹面形状を有するように形成され、各永久磁石の凸面形状とされた部分が磁石取り付け面の凹面形状とされた部分に嵌合された状態で各永久磁石がロータヨークに固定されている。

上記のように、ロータヨークの磁石取り付け面に当接される各永久磁石の一方の磁極面を、ロータの回転方向に沿う各永久磁石の周方向の中央部が頂部となる山形の凸面形状とし、ロータヨークの磁石取り付け面の各永久磁石が当接される部分を各永久磁石の一方の磁極面の凸面形状と相補的な凹面形状（該凸面形状を隙間なく嵌合させることができるように該凸面形状と相補い合う凹面形状）として、各永久磁石の凸面形状とされた部分を磁石取り付け面の凹面形状とされた部分に嵌合させた状態で各永久磁石をロータヨークに固定すると、各永久磁石をロータの周方向に正確に位置決めして取り付けることができ、隣り合う磁石の極間距離にばらつきが生じるのを防ぐことができる。

また上記のように各永久磁石を形成すると、各永久磁石の周方向の両端の厚みが中央寄りの部分の厚みより薄くなるため、各永久磁石を正確に位置決めして取り付けることができることと相俟って、コギングトルク及びロストルクの低減を効果的に図ることができる。

更に上記のように各永久磁石を形成すると、ステータの磁極部に対向させられる各永久磁石の他方の磁極面は、その全体を円筒面とすることができるため、ロータの磁極部とステータの磁極部との間のギャップを均一な微小ギャップとすることができ、ロータの磁極部とステータの磁極部との間の磁気抵抗を小さくすることができる。また上記のように構成すると、隣り合う磁石相互間に位置決め用の突起を介在させる必要がないため、各永久磁石からの漏洩磁束が増大するのを防ぐことができる。従って、上記のように構成すると、電機子コイルに作用する磁束の量が減少するのを防ぐことができ、回転電機の出力が低下するのを防ぐことができる。

本発明の好ましい態様では、各永久磁石の断面の輪郭形状の山形の形状が、その両裾部の形状が対称で、かつ各裾部が直線状または折れ線状の形状を有する形状とされる。

本発明の他の好ましい態様では、各永久磁石の断面の輪郭形状の山形の形状が、裾部の形状が対称なＶ字形の形状とされる。

本発明の他の好ましい態様では、各永久磁石の断面の輪郭形状の山形の形状が、両裾部の形状が対称で、かつ各裾部が曲線状の部分を有している形状とされる。

本発明の更に他の好ましい態様では、各永久磁石の断面の輪郭形状の山形の形状が、両裾部の形状が対称で、かつ各裾部が円弧状の形状または２以上の円弧を組み合わせた形状とされる。

本発明は、回転電機が、ロータの磁極面とステータの磁極面とをロータの径方向にギャップを介して対向させるラジアルギャップ型に構成される場合、及びロータの磁極面とステータの磁極面とを軸線方向にギャップを介して対向させるアキシャルギャップ型に構成される場合のいずれの場合にも適用することができる。

回転電機をラジアルギャップ型とする場合、ロータはステータの外側で回転するように設けられる外転形のロータであってもよく、ステータの内側で回転するように設けられる内転形のロータであってもよい。

本発明の好ましい態様では、ロータの磁極面とステータの磁極面との間のギャップがロータ及びステータの周方向に沿って均一になるように各永久磁石の他方の磁極面及びステータの断面の磁極面が形成される。

本発明によれば、ロータヨークの磁石取り付け面に当接される各永久磁石の一方の磁極面を、ロータの回転方向に沿う各永久磁石の周方向の中央部が頂部となる山形の凸面形状とし、ロータヨークの磁石取り付け面の各永久磁石が当接される部分を各永久磁石の一方の磁極面の凸面形状と相補的な凹面形状として、各永久磁石の凸面形状とされた部分を磁石取り付け面の凹面形状とされた部分に嵌合させた状態で各永久磁石をロータヨークに固定するようにしたので、各永久磁石をロータの周方向に正確に位置決めして取り付けることができ、隣り合う磁石の極間距離にばらつきが生じるのを防ぐことができる。

また本発明によれば、各永久磁石の周方向の両端の厚みが中央寄りの部分の厚みより薄くなるため、各永久磁石を正確に位置決めして取り付けることができることと相俟って、コギングトルク及びロストルクの低減を効果的に図ることができる。

本発明によれば、各永久磁石のロータヨークの磁石取り付け面に当接される面を凸面形状とすることにより、各永久磁石の周方向の両端の厚みを中央寄りの部分の厚みより薄くしたので、各永久磁石のステータ側の磁極面の全体を円筒面としてロータの各永久磁石の磁極面とステータの各歯部の磁極面との間のギャップを均一な微小ギャップとすることができ、ロータの磁極面とステータの磁極面との間の磁気抵抗を小さくすることができる。また本発明によれば、隣り合う磁石相互間に位置決め用の突起が介在することがないため、各永久磁石からの漏洩磁束が増大するのを防ぐことができる。従って、電機子コイルに作用する磁束の量が減少するのを防ぐことができ、回転電機の出力が低下するのを防ぐことができる。

以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示したものである。本発明は発電機として動作する磁石回転型回転電機及びモータとして動作する磁石回転型回転電機のいずれにも適用できるが、以下の実施形態では、自動車の電動ステアリング（ＥＰＳ）等の駆動源として用いるブラシレスモータのように、コギングトルク及びロストルクを特に小さくすることが必要とされるモータとして動作させられる磁石型回転電機に本発明を適用するものとする。

図１において、１１は表面磁石型のロータ、１２はステータである。ロータ１１は、回転軸１３に取り付けられたロータヨーク１４と、ロータヨーク１４の外周に固定された永久磁石１５とからなっている。ロータヨーク１４は、鉄等の強磁性体によりカップ状に形成されていて、その底壁部１４ａの中央から図の紙面の手前側に突出した状態でボス部１４ｂが設けられ、ボス部１４ｂに回転軸１３が取り付けられている。ロータヨーク１４の周壁部１４ｃの外周面が磁石取付け面１４ｄとなっていて、等角度間隔で配置されて厚み方向に着磁された複数個（本実施形態では１０個）の永久磁石１５が、それぞれの一方の磁極面１５ａを磁石取付面１４ｄに当接させた状態で、該磁石取付面に接着されている。

各永久磁石１５の他方の磁極面１５ｂは、回転軸１３と中心軸線を共有する円筒面状の形状を呈するように形成されていて、この磁極面１５ｂが、ロータ１１の磁極面として、後記するステータ１２の歯部の磁極面に微小ギャップを介して対向させられる。

本明細書では、各永久磁石１５の各部が沿う方向を以下のように定める。即ち、各永久磁石の、ロータの回転方向に沿う方向を、各永久磁石の周方向とし、各永久磁石の着磁方向を各永久磁石の厚み方向とする。また各永久磁石の周方向及び厚み方向の双方に対して直角な方向を各永久磁石の幅方向とする。

各永久磁石１５は、その厚み方向とロータ１１の回転方向との双方に沿う各永久磁石の断面（図１に示された断面）の磁石取り付け面１４ｄに当接される部分の輪郭形状（一方の磁極面１５ａの断面形状）が、ロータ１１の回転方向に沿う永久磁石１５の周方向の中央部が頂部１５a1となる山形の形状を呈するように形成され、各永久磁石１５の一方の磁極面１５ａがロータヨーク１４の磁石取り付け面１４ｄ側に凸な凸面形状とされている。本実施形態では、各永久磁石１５の断面の輪郭形状の山形形状をなす部分の両裾部の形状が対称で、かつ各裾部が直線状を呈するように、各永久磁石１５の一方の磁極面１５ａの形状が設定されている。即ち、各永久磁石の断面の輪郭形状の山形の形状は、裾部の形状が対称なＶ字形の形状を呈している。

一方ロータヨーク１４の磁石取付け面１４ｄの各部のうち、各永久磁石の一方の磁極面が当接される部分１４d1は、各永久磁石の一方の磁極面１５ａの凸面形状と相補的な凹面形状（各永久磁石の一方の磁極面がなす山形形状と相補い合って、該山形形状を隙間なく嵌合させ得る凹面形状）を呈するように形成されていて、各永久磁石１５の凸面形状とされた部分（磁極面１５ａ）が磁石取り付け面１４ｄの凹面形状とされた部分１４d1に隙間なく嵌合された状態で各永久磁石１５がロータヨーク１４に接着されて固定されている。

ステータ１２は、環状の継鉄部１６ａの内周部から径方向の内側に多数（図示の例では１２個）の歯部１６ｂを突出させた構造を有するステータコア１６と、ステータコアの各歯部１６ｂに巻回されたコイル１７とを備え、一連の歯部１６ｂ，１６ｂ，…に巻回されたコイル１７，１７，…が多相結線（例えば三相結線）されることにより電機子コイルが構成されている。ステータコア１６は、所定の形状に打ち抜かれた多数枚の鋼板を積層して、適宜の手段により積層方向に締結することにより構成される。

ステータコア１６の各歯部１６ｂの先端には、回転軸１３と中心軸線を共有する円筒面状の磁極面１６b1が形成され、各歯部１６ｂの先端の磁極面１６b1にロータ１１の永久磁石１５の磁極面１５ｂが微小ギャップを介して対向させられている。

図示してないが、円筒状のケーシングが設けられて、該ケーシングの内周面にステータ１２が嵌合されて固定され、該ケーシングの軸線方向の両端を閉じるエンドカバーに回転軸１３が軸受けを介して回転自在に支持される。また本実施形態では、回転電機をブラシレスモータとして動作させるため、ステータ１２側に、各相の電機子コイルに対してロータの回転角度位置を検出する位置センサ（図示せず。）が設けられている。

上記ロータ１１と、ステータ１２と、これらを収容する図示しないケーシングとにより、磁石回転型の回転電機が構成されている。

上記のように、ロータヨーク１４の磁石取り付け面１４ｄに当接される各永久磁石１５の一方の磁極面１５ａを、ロータの回転方向に沿う各永久磁石の周方向の中央部が頂部となる山形の凸面形状とし、ロータヨーク１４の磁石取り付け面の各永久磁石が当接される部分を各永久磁石の一方の磁極面の凸面形状と相補的な凹面形状として、各永久磁石の凸面形状とされた部分を磁石取り付け面の凹面形状とされた部分に嵌合させた状態で各永久磁石をロータヨークに固定すると、各永久磁石をロータの周方向に正確に位置決めして取り付けることができ、隣り合う磁石の極間距離にばらつきが生じるのを防ぐことができる。

また上記のように各永久磁石１５を形成すると、各永久磁石の周方向の両端の厚みが中央寄りの部分の厚みより薄くなるため、各永久磁石１５をロータの周方向に正確に位置決めして取り付けることができることと相俟って、コギングトルク及びロストルクの低減を効果的に図ることができる。

更に上記のように各永久磁石１５を形成すると、ステータの磁極部に対向させられる各永久磁石１５の磁極面１５ｂは、その全体を円筒面とすることができるため、ロータの磁極面１５ｂとステータの磁極面１６b1との間のギャップをロータの回転方向に沿って均一な微小ギャップとすることができ、これによりロータの磁極部とステータの磁極部との間の磁気抵抗を小さくすることができる。また上記のように構成すると、隣り合う磁石相互間に位置決め用の突起を介在させる必要がないため、各永久磁石１５の周方向の両端側で漏洩磁束が増大するのを防ぐことができる。従って、上記のように構成すると、電機子コイルに作用する磁束の量が減少するのを防いで、回転電機の出力が低下するのを防ぐことができ、磁石を大形にすることなく、コギングトルク及びロストルクの低減を図った回転電機を得ることができる。

図２は本発明の第２の実施形態を示している。図１に示した実施形態では、回転電機が、ステータの内側でロータが回転する、磁石回転子内転型（インナーロータタイプ）に構成されていたが、本実施形態では、回転電機が、ステータの外側でロータが回転する磁石回転子外回転型（アウターロータタイプ）に構成されている。

図２において、２１はロータを示し、２２はステータを示している。ロータ２１は、回転軸２３に取り付けられたロータヨーク２４と、ロータヨーク２４の内周に固定された永久磁石２５とからなっている。ロータヨーク２４は、鉄等の強磁性体によりカップ状に形成されていて、その底壁部２４ａの中央から図の紙面の手前側に突出した状態でボス部２４ｂが設けられ、ボス部１４ｂに回転軸２３が取り付けられている。ロータヨーク２４の周壁部２４ｃの内周面が磁石取付け面２４ｄとなっていて、等角度間隔で配置されて厚み方向に着磁された複数個（図示の例では１０個）の永久磁石２５が、それぞれの一方の磁極面２５ａを磁石取付面２４ｄに当接させた状態で、該磁石取付面に接着されている。

各永久磁石２５の他方の磁極面２５ｂは、回転軸２３と中心軸線を共有する円筒面状の形状を呈するように形成されていて、この磁極面２５ｂが、ロータ２１の磁極面として、ステータ２２の歯部の磁極面に微小ギャップを介して対向させられる。

各永久磁石２５は、その厚み方向とロータ２１の回転方向との双方に沿う各永久磁石の断面（図２に示された断面）の磁石取り付け面２４ｄに当接される部分の輪郭形状（一方の磁極面２５ａの断面形状）が、ロータ２１の回転方向に沿う永久磁石２５の周方向の中央部が頂部２５a1となる山形の形状を呈するように形成され、各永久磁石２５の一方の磁極面２５ａがロータヨーク２４の磁石取り付け面２４ｄ側に凸な凸面形状とされている。本実施形態では、各永久磁石２５の断面の輪郭形状の山形形状をなす部分の両裾部の形状が対称で、かつ各裾部が直線状を呈するように、各永久磁石２５の一方の磁極面２５ａの形状が設定されている。

ロータヨーク２４の磁石取付け面２４ｄの各部のうち、各永久磁石２５の一方の磁極面２５ａが当接される部分２４d1は、各永久磁石の一方の磁極面２５ａの凸面形状と相補的な凹面形状を呈するように形成されていて、各永久磁石２５の凸面形状とされた部分（磁極面２５ａ）が磁石取り付け面２４ｄの凹面形状とされた部分２４d1に嵌合された状態で各永久磁石２５がロータヨーク２４に接着されて固定されている。

ステータ２２は、鋼板の積層体からなっていて、環状の継鉄部２６ａの外周部から径方向の外側に多数（図示の例では１２個）の歯部２６ｂを放射状に突出させた構造を有するステータコア２６と、ステータコア２６の各歯部２６ｂに巻回されたコイル２７とを備え、一連の歯部２６ｂ，２６ｂ，…に巻回されたコイル２７，２７，…が多相結線（例えば三相結線）されることにより電機子コイルが構成されている。

ステータコア２６の各歯部２６ｂの先端には、回転軸２３と中心軸線を共有する円筒面状の磁極面２６b1が形成され、各歯部２６ｂの先端の磁極面２６b1にロータ２１の永久磁石２５の磁極面２５ｂが微小ギャップを介して対向させられている。

ステータ２２は、図示しないフレームに固定される。該フレームに軸受けを介して回転軸２３が回転自在に支持され、該回転軸に取付けられたロータ２１の磁極面２５ｂがステータの磁極面２６b1に微小ギャップを介して対向させられる。

上記のように構成した場合も、図１の実施形態について説明した効果と同様の効果を得ることができる。

従来の磁石回転子外回転型の回転電機は、図９に示すように、ロータヨーク２４′の周壁部の円筒面状の内周面に周方向に沿って均一な厚みを有する永久磁石２５′を固定した構造を有していた。この場合、各永久磁石２５′からロータヨーク２４′の周壁部側に出た磁束φが、隣り合う永久磁石の極間に集中するため、隣り合う磁石２５′，２５′の極間の部分では、ロータヨークの周壁部２４ｃ′の断面積を十分に大きくしておかないと、磁束が飽和し、電機子コイルに作用する磁束の量が制限されてしまう。従って、磁石２５′，２５′の極間の部分では、ロータヨーク２４′の周壁部２４ｃ′の肉厚を薄くすることができない。これに対し、ロータヨーク２１′の周壁部の、磁石中心部の外側に位置する部分には、それほど磁束が通らないため、その部分の外周側の部分の肉を削って、局部的にロータヨークの周壁部の外径を小さくすることが考えられる。しかし、このようにロータヨークの周壁部の肉厚を局部的に小さくすると、ロータの軽量化を図ることはできるが、ロータ全体の小形化を図ることはできないため、メリットが大きいとはいえない。

これに対し、図２に示したように構成した場合には、ロータヨークの周壁部の内周の磁極取付け面の永久磁石２５が当接される部分を凹面形状とした分だけ、ロータヨーク２４の周壁部２４ｃの内周面及び外周面を各永久磁石２５の内周面に近づけることができるため、ロータヨークの周壁部２４ｃ全体の外径を小さくすることができ、ロータ２１の小形化を図ることができる。

上記の実施形態では、ロータ及びステータが径方向にギャップを介して対向するラジアルギャップ型の回転電機に本発明を適用したが、ロータ及びステータが軸線方向にギャップを介して対向させられるアキシャルギャップ型の回転電機にも本発明を適用することができる。

図３ないし図７に、アキシャルギャップ型の回転電機に本発明を適用した実施形態を示した。図３は同実施形態に係わる回転電機の正面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図、図５は図３のＶ−Ｖ線断面図である。また図６はステータの正面図、図７はロータの背面図である。これらの図において、３１は表面磁石型のロータ、３２はステータであり、ロータ３１は、回転軸３３に取付けられたロータヨーク３４と、ロータヨーク３４に固定された永久磁石３５とからなっている。

ロータヨーク３４は、円盤状に形成されたヨーク本体３４ａと、ヨーク本体３４ａの中心部からステータ３２側に突出したボス部３４ｂとを一体に有し、ボス部３４ｂに回転軸３３が取付けられている。回転軸３３は図示しないフレームに軸受けを介して回転自在に支持されている。

ロータヨーク３４のヨーク本体３４ａの円盤状の部分のステータ側の面が磁石取付け面３４ｄとなっていて、等角度間隔で配置されて厚み方向に着磁された複数個（本実施形態では６個）の永久磁石３５が、それぞれの一方の磁極面３５ａを磁石取付面３４ｄに当接させた状態で、該磁石取付面に接着されている。

各永久磁石３５の他方の磁極面３５ｂは、平坦に形成されていて、この磁極面３５ｂが、ロータ３１の磁極面として、ステータ３２の歯部の磁極面に微小ギャップを介して対向させられる。

各永久磁石３５は、扇形に形成されていて、その厚み方向と周方向（ロータ３１の回転方向）との双方に沿う各永久磁石の断面（図５に示された断面）の磁石取り付け面３４ｄに当接される部分の輪郭形状（一方の磁極面３５ａの断面形状）が、ロータ３１の回転方向に沿う永久磁石３５の周方向の中央部が頂部３５a1となる山形の形状を呈するように形成され、各永久磁石３５の一方の磁極面３５ａがロータヨーク３４の磁石取り付け面３４ｄ側に凸な凸面形状とされている。本実施形態においても、各永久磁石３５の断面の輪郭形状の山形形状をなす部分の両裾部の形状が対称で、かつ各裾部が直線状を呈するように、各永久磁石３５の一方の磁極面３５ａの形状が設定されている。

ロータヨーク３４の磁石取付け面３４ｄの各部のうち、各永久磁石の一方の磁極面３５ａが当接される部分３４d1は、各永久磁石の一方の磁極面３５ａの凸面形状と相補的な凹面形状を呈するように形成されている。図示の例では、磁石取付面３４ｄに、断面がＶ字形を呈する６個の溝Ｇ（図７参照）が放射状に形成されることにより、ロータヨーク３４の磁石取付け面３４ｄに、各永久磁石３５の一方の磁極面３５ａの凸面形状と相補的な凹面形状を呈する部分が形成されている。各永久磁石３５の凸面形状とされた部分（磁極面３５ａ）が磁石取り付け面３４ｄの凹面形状とされた部分３４d1に嵌合された状態で各永久磁石３５がロータヨーク３４に接着されて固定されている。

ステータ３２は、鋼板の積層体からなる環状の継鉄部３６ａと、継鉄部３６ａに等角度間隔で形成された複数（図示の例では１２個）の孔にそれぞれ嵌合されることにより継鉄部３６ａに結合されて、継鉄部３６ａの積層方向（軸線方向）の一端から軸線方向に沿ってロータ側に突出した複数（図示の例では１２個）の歯部３６ｂとを有するステータコア３６と、ステータコア３６の各歯部３６ｂに巻回されたコイル３７とを備え、一連の歯部３６ｂ，３６ｂ，…に巻回されたコイル３７，３７，…が多相結線されることにより電機子コイルが構成されている。

ステータコア３６の各歯部３６ｂの先端には、回転軸３３と中心軸線と直交する平坦な磁極面３６b1が形成され、各歯部３６ｂの先端の磁極面３６b1にロータ３１の永久磁石３５の磁極面３５ｂがギャップを介して対向させられている。

上記の各実施形態では、各永久磁石の断面の輪郭形状の山形の形状を、その両裾部の形状が対称で、かつ各裾部が直線状を呈する形状（Ｖ字形の形状）としたが、本発明は、各永久磁石の断面の輪郭形状の山形の形状を上記実施形態のように設定する場合に限定されない。例えば、図８（Ａ）に示すように、各永久磁石の断面の輪郭形状の山形の形状を、両裾部の形状が対称で、かつ各裾部が曲線状の部分を有している形状とすることもできる。図８（Ａ）に示した例では、各裾部の頂部１５a1寄りの部分が曲線状を呈するように形成されている。また図８（Ｂ）に示すように、各永久磁石の断面の輪郭形状の山形の形状を、両裾部の形状が対称で、かつ２以上の円弧を組み合わせた形状とすることもできる。

本発明の第１の実施形態に係わる回転電機の構成を示した断面図である。 本発明の第２の実施形態に係わる回転電機の構成を示した断面図である。 本発明の第３の実施形態に係わる回転電機の正面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図３のＶ−Ｖ線断面図である。 第３の実施形態で用いるステータの正面図である。 第３の実施形態で用いるロータの背面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は本発明で用いる磁石の断面形状の異なる変形例を示した断面図である。 従来の磁石回転型回転電機の要部の構成を示した断面図である。 他の従来例の要部の構成を示した断面図である。 更に他の従来例で用いられていたロータの正面図である。

符号の説明

１１ ロータ
１２ ステータ
１３ 回転軸
１４ ロータヨーク
１４ｄ 磁石取付け面
１５ 永久磁石
１５ａ 磁石の一方の磁極面
１５a1 頂部
１５ｂ 他方の磁極面
１６ ステータコア
１６ｂ 歯部
１６b1 磁極面
１７ コイル
２１ ロータ
２２ ステータ
２３ 回転軸
２４ ロータヨーク
２４ｄ 磁石取付け面
２５ 永久磁石
２５ａ 磁石の一方の磁極面
２５a1 頂部
２５ｂ 他方の磁極面
２６ ステータコア
２６ｂ 歯部
２６b1 磁極面
２７ コイル
３１ ロータ
３２ ステータ
３３ 回転軸
３４ ロータヨーク
３４ｄ 磁石取付け面
３５ 永久磁石
３５ａ 磁石の一方の磁極面
３５a1 頂部
３５ｂ 他方の磁極面
３６ ステータコア
３６ｂ 歯部
３６b1 磁極面
３７ コイル

Claims (10)

1. 磁石取り付け面を有するロータヨークと一方の磁極面が前記ロータヨークの磁石取り付け面に当接された状態で前記ロータヨークに取り付けられて厚み方向に着磁された複数の永久磁石とを備えた表面磁石型のロータと、前記ロータの各永久磁石の他方の磁極面にギャップを介して対向する磁極面を有する歯部を複数個備えたステータコアに電機子コイルを巻装してなるステータとを備えた磁石回転型回転電機において、
   前記永久磁石の厚み方向と前記ロータの回転方向との双方に沿う各永久磁石の断面の前記磁石取り付け面に当接される部分の輪郭形状が、前記ロータの回転方向に沿う前記永久磁石の周方向の中央部が頂部となる山形の形状を呈するように各永久磁石が形成されて、各永久磁石の前記一方の磁極面が前記ロータヨークの磁石取り付け面側に凸な凸面形状とされ、
   前記磁石取り付け面の各永久磁石の一方の磁極面が当接される部分は、各永久磁石の一方の磁極面の凸面形状と相補的な凹面形状を有するように形成され、
   前記各永久磁石の凸面形状とされた部分が前記磁石取り付け面の凹面形状とされた部分に嵌合された状態で各永久磁石が前記ロータヨークに固定されていること、
   を特徴とする磁石回転型回転電機。
2. 前記各永久磁石の断面の輪郭形状の山形の形状は、その両裾部の形状が対称で、かつ各裾部が直線状または折れ線状の形状を有する形状である請求項１に記載の磁石回転型回転電機。
3. 前記各永久磁石の断面の輪郭形状の山形の形状は、裾部の形状が対称なＶ字形の形状である請求項１に記載の磁石回転型回転電機。
4. 前記各永久磁石の断面の輪郭形状の山形の形状は、両裾部の形状が対称で、かつ各裾部が曲線状の部分を有している形状である請求項１に記載の磁石回転型回転電機。
5. 前記各永久磁石の断面の輪郭形状の山形の形状は、両裾部の形状が対称で、かつ各裾部が円弧状の形状または２以上の円弧を組み合わせた形状を有している請求項４に記載の磁石回転型回転電機。
6. 前記ロータの磁極面とステータの磁極面とが、ロータの径方向にギャップを介して対向させられている請求項１ないし５のいずれか一つに記載の磁石回転型回転電機。
7. 前記ロータは前記ステータの外側で回転するように設けられた外転形のロータである請求項１ないし６のいずれか一つに記載の磁石回転型回転電機。
8. 前記ロータは前記ステータの内側で回転するように設けられた内転形のロータである請求項１ないし６のいずれか一つに記載の磁石回転型回転電機。
9. 前記ロータの磁極面とステータの磁極面とが軸線方向に対向させられている請求項１ないし５のいずれか一つに記載の磁石回転型回転電機。
10. 前記ロータの磁極面とステータの磁極面との間のギャップが前記ロータ及びステータの周方向に沿って均一になるように各永久磁石の他方の磁極面及び前記ステータの歯部の磁極面が形成されている請求項１ないし９のいずれか一つに記載の磁石回転型回転電機。

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