JP2010093950A - 界磁子、回転電機及び界磁子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁束の漏洩を回避又は抑制しつつ、磁気抵抗の増大を回避又は抑制を図る技術を提供する。
【解決手段】バックヨーク１２４は磁石１２２の第２磁極面１２２ｏから端面１２１に跨って設けられる。ただし、バックヨーク１２４が端面１２１と接するのは径Ｒ方向外側においてのみであり、バックヨーク１２４の径Ｒ方向内側の端部１２８は端面１２１から回転軸Ｑ方向に離れている。つまり、バックヨーク１２４が径Ｒ方向内側に呈する面は、回転軸Ｑに最も近い端部１２８と、回転軸Ｑから最も遠い深奥部１２６ｃとを有し、端部１２８と深奥部１２６ｃとの間は段差１２５ｓを呈している。この段差１２５ｓよりも径Ｒ方向外側においてバックヨーク１２４と磁石１２２とが嵌合する。
【選択図】図４

Description

本発明は界磁子及び回転電機に関し、特に表面磁石型かつラジアルギャップ型の界磁子及び回転電機に関する。

表面磁石型かつラジアルギャップ型の回転電機は、ティースを有する電機子と、磁石を有する界磁子とを備えている。当該界磁子及び当該電機子はいずれも所定の軸を法線とする面内で環状を呈しており、一方が当該軸を回転軸として回転する回転子として、他方が固定子としてそれぞれ採用される。

アウターロータ型のラジアルギャップ型回転電機の場合、回転子たる界磁子は、当該回転軸を中心として環状に配置する永久磁石と、当該永久磁石を径方向外側で保持するバックヨークとを有している。なお、本発明に関連する技術を以下に示す。

特開２００６−３２５３３３号公報

図８は従来技術に係る回転電機９０を示す断面図であり、回転軸Ｑ方向と径Ｒ方向とで規定される面での断面を示している。回転電機９０は、ティース９４２に電機子巻線９４４を巻回してなるステータ９４及び、磁石９２２にバックヨーク９２４を配設してなるロータ９２を備え、両者は径Ｒ方向で対向している。

図８（ａ）に示す如く、バックヨーク９２４のステータ９４側端面９２８と、磁石９２２のステータ９４側端面９２２ｉとが同一平面上にあると、磁石９２２から端面９２８へと磁束が漏洩する。また、図８（ｂ）に示す如く、端面９２８が端面９２２ｉよりも径方向外側にあると、磁石９２２からバックヨーク９２４までの距離が大きいために磁気抵抗が増大し、磁束が低減するという問題がある。

そこで、本発明は磁束の漏洩を回避又は抑制しつつ、磁気抵抗の増大を回避又は抑制を図る技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、第１の発明は、所定の回転軸（Ｑ）を法線とする面内で前記回転軸を中心として環になって配置され、前記環について径（Ｒ）方向内側に第１磁極面（１２２ｉ）を呈し、前記径方向外側に第２磁極面（１２２ｏ）を呈する磁石（１２２）と、前記第２磁極面から前記磁石の前記回転軸方向の端面（１２１）に跨って設けられるヨーク（１２４）とを備える界磁子（１２）であって、前記ヨークの前記径方向内側の端部（１２８）は前記端面から前記回転軸方向に離れている。

第２の発明は、第１の発明であって、前記端部（１２８）と前記回転軸（Ｑ）との距離は、前記回転軸と前記第１磁極面（１２２ｉ）との第１距離と同じか又は前記第１距離よりも大きく、前記回転軸と前記第２磁極面（１２２ｏ）との第２距離よりも小さい。

第３の発明は、第１又は第２の発明であって、前記ヨーク（１２４）は前記端部（１２８）から前記径（Ｒ）方向外側へ向かうに従って、前記回転軸（Ｑ）方向の厚みが漸次大きくなる。

第４の発明は、第１ないし第３の発明のいずれか１つの界磁子（１２）と、前記界磁子に対して前記径（Ｒ）方向内側に設けられる電機子（１４）とを備える。

第５の発明は、第１の発明の界磁子（１２）を製造する方法であって、前記磁石（１２２）は前記ヨーク（１２４）を位置決めした後に射出成型によって形成する。

第１の発明によれば、凹部の辺縁と、第１磁極面との間に空隙を呈するので、漏洩磁束を低減できる。

第２の発明によれば、第１磁極面とヨークの端部とが接近するので、第１磁極面とヨークとの間の磁気抵抗の増大を抑制する。したがって、界磁子よりも径方向内側に電機子が配置される場合に、回転磁界による磁束が磁石を通過する量を多く取れる。また、電機子で発生する回転磁界による磁束がヨークに直接流れることを回避又は抑制できる。

第３の発明によれば、第１磁極面の一点からヨークまでの距離が等しい領域の面積が増大するので、第１磁極面とヨークとの間の磁気抵抗を更に抑制できる。もって、回転磁界によって磁石を通る磁束を多く取ることができる。

第４の発明によれば、回転電機の高効率化を図ることができる。

第５の発明によれば、製造が容易である。

〈第１実施形態〉
図１は本発明の第１実施形態に係る回転電機１０と、回転電機１０によって回転させられるルームエアコン室内機用のクロスフローファン２０との構成の概略を示す断面図である。

カップ型のファン接続用樹脂部材１１は非磁性体の樹脂で形成されて、回転軸Ｑと一致する円筒軸をもつ円筒部１１ｃ及び回転軸Ｑに垂直な円板部１１ｄを有する。円板部１１ｄの中心には回転軸Ｑ方向に延在するシャフト１３が固定される。シャフト１３は、シャフト受けに回転自在に保持されている。円板部１１ｄは、クロスフローファン２０の複数の羽部２１を端部で固定するエンドプレートも兼ねている。これにより、回転電機１０とクロスフローファン２０とはシャフト１３を介することなく直結されるので、回転電機１０とクロスフローファン２０との間のスペースをなくすことができ、回転電機１０とクロスフローファン２０とを含む送風モジュールを小型化できる。

図２は回転電機１０の斜視図であり、電機子１４は電機子用磁芯１４２のみを示している。また、図３は図２の一部を仮想的に切り出したときの斜視図である。図２に示す如く回転電機１０は、回転軸Ｑ方向を法線とする面内において回転軸Ｑを中心に放射状に複数配置される電機子用磁芯１４２と、その径Ｒ方向外側で環になって配置される複数の磁石１２２と、磁石１２２の更に径Ｒ方向外側で磁石１２２を保持するバックヨーク１２４とを備えている。

電機子用磁芯１４２は径Ｒ方向に延在する部位に電機子巻線（図示省略）が巻回される。

磁石１２２はいずれも、当該環について径Ｒ方向における一方側（本実施形態では内側）に第１磁極面１２２ｉを、他方側（本実施形態では外側）に第２磁極面１２２ｏをそれぞれ呈する。

図４は図３で示される位置Ａ−Ａにおける断面図であり、回転電機１０の周方向に垂直な断面を示している。なお、図４では図２及び図３で省略した電機子巻線１４４を示している。また、位置Ａ−Ａは、一の磁石１２２の周方向の中心に相当する。

図４に示す如くバックヨーク１２４は磁石１２２の第２磁極面１２２ｏから端面１２１に跨って設けられる。ただし、バックヨーク１２４が端面１２１と接するのは径Ｒ方向外側においてのみであり、バックヨーク１２４の径Ｒ方向内側の端部１２８は端面１２１から回転軸Ｑ方向に離れている。つまり、バックヨーク１２４が径Ｒ方向内側に呈する面は、回転軸Ｑに最も近い端部１２８と、回転軸Ｑから最も遠い深奥部１２６ｃとを有し、端部１２８と深奥部１２６ｃとの間は段差１２５ｓを呈している。この段差１２５ｓよりも径Ｒ方向外側においてバックヨーク１２４と磁石１２２とが嵌合する。

換言すれば、段差１２５ｓよりも径Ｒ方向内側において磁石１２２とバックヨーク１２４とは離隔している。つまり、第１磁極面１２２ｉと端部１２８とは空隙を介しているので、漏洩磁束を低減できる。また、第２磁極面１２２ｏと、端面１２１の径Ｒ方向外側とがバックヨーク１２４に接しているので、磁石１２２の径Ｒ方向の位置決め及び、回転軸Ｑ方向の位置決めに資する。

なお、本実施形態では、端部１２８と回転軸Ｑとの距離が、回転軸Ｑと第１磁極面１２２ｉとの距離と同じ態様を示しているが、端部１２８は第１磁極面１２２ｉと同じ面内かそれよりも遠くにありかつ、第２磁極面１２２ｏよりも近ければ良い。

〈界磁子１２の製造方法〉
図５は本発明の実施形態に係る界磁子１２の製造方法を説明する断面図である。当該製造方法では、バックヨーク１２４の、界磁子１２を形成したときに内周側となる方から、容器２２を固定し、その後に磁石１２２をボンド磁石にて形成する。容器２２は段差１２５ｓと滑らかに嵌合する。容器２２にはバックヨーク１２４と反対側に開口２４が空いている。開口２４から流動性を有するボンド磁石材料を、容器２２とバックヨーク１２４とで囲まれる空間に流し込む。その後、ボンド磁石材料を固化させ、ボンド磁石材料に着磁を行って磁石１２２を形成する。ボンド磁石材料への着磁の前後いずれかにおいて容器２２をバックヨーク１２４から取外す。このようにして界磁子１２を製造することにより、磁石１２２とバックヨーク１２４とが密に接する。

〈第１実施形態の変形例〉
以上、本発明の第１実施形態について説明したが、以下のような態様であっても良い。

図６は第１実施形態の変形例に係る界磁子の製造方法を説明する断面図である。バックヨーク１２４Ａは例えば段差１２５ｓよりも急峻な段差１２５ｔを呈し、容器２２Ａをバックヨーク１２４Ａに固定したときに段差１２５ｕが形成される。この状態でボンド磁石材料を流し込んで磁石を形成して界磁子を製造すれば、段差１２５ｔが磁石の係止に資する。また、当該界磁子を備える回転電機の動作中には当該磁石に対して遠心応力が作用するが、バックヨーク１２４Ａが段差１２５ｔを呈していることにより、深奥部１２６ｃに作用する遠心応力を段差１２５ｔに分散することができるので、バックヨーク１２４Ａの破損を回避又は抑制できる。

〈第２実施形態〉
上記第１実施形態ではバックヨーク１２４のうち磁石１２２の端面１２１と対向する部位が矩形状を呈している態様について図示したが、本発明はこれに限定されるものではない。ここでは本発明の第２実施形態としてバックヨークの当該部位が径Ｒ方向内側へ向かうに従って先細りする態様について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の機能を有する構成については、第１実施形態で用いた符号と同一の符号を付してその説明を省略する。

図７本発明の第２実施形態に係る回転電機に採用される界磁子１２Ａを例示する断面図であり、図４で示した界磁子１２に相当する領域のみを示している。第２実施形態に係るバックヨーク１２４Ｂは図７に示す如く、段差１２５ｔよりも径Ｒ方向内側の部位が端部１２８へと向かうに従って先細りを呈する。具体的にバックヨーク１２４Ｂは、磁石１２２Ｂの第２磁極面１２２ｏから端面１２１の径Ｒ方向外側に跨って設けられている。そして、端面１２１と接する面１２７ｉよりも磁石１２２から遠い面１２７ｏは、その延在する領域全体にわたって回転軸Ｑ方向を法線としている。

つまり、バックヨーク１２４Ｂの段差１２５ｔよりも径Ｒ方向内側の面１２７ｊは面１２７ｏに漸近する。換言すれば、端部１２８から径Ｒ方向外側へ向かうに従って、バックヨーク１２４Ｂの回転軸Ｑ方向の厚みが漸次大きくなる。

面１２７ｊが面１２７ｏに漸近するとき、面１２７ｊは第１磁極面１２２ｉの一点（例えば図７の紙面上の回転軸Ｑ方向の端点）からの距離が等しい領域が、上記第１実施形態の態様よりも相対的に増大するような面を呈することが望ましい。具体的には、当該一点を焦点とする円弧を呈することにより、当該一点からバックヨーク１２４Ｂまでの距離が等しい領域の面積を大きく確保できるので、第１磁極面１２２ｉとバックヨーク１２４Ｂとの間の磁気抵抗を抑制できる。もって、回転磁界によって磁石を通る磁束を多くとることができる。

本発明の第１実施形態に係る回転電機によって回転させられるクロスフローファンの概略構成を例示する断面図である。 回転電機を概念的に例示する斜視図である。 図２の一部を仮想的に切り出したときの斜視図である。 図３に示される位置Ａ−Ａにおける断面図である。 本発明の実施形態に係る界磁子の製造方法を説明する断面図である。 第１実施形態の変形例に係る界磁子の製造方法を説明する断面図である。 本発明の第２実施形態に係る回転電機に採用される界磁子を例示する断面図である。 従来技術に係る回転電機を示す断面図である。

符号の説明

１０ 回転電機
１２，１２Ｂ 界磁子
１２２，１２２Ｂ 磁石
１２２ｉ 第１磁極面
１２２ｏ 第２磁極面
１２４，１２４Ａ，１２４Ｂ ヨーク
１４ 電機子
Ｑ 回転軸
Ｒ 径

Claims (5)

1. 所定の回転軸（Ｑ）を法線とする面内で前記回転軸を中心として環になって配置され、前記環について径（Ｒ）方向内側に第１磁極面（１２２ｉ）を呈し、前記径方向外側に第２磁極面（１２２ｏ）を呈する磁石（１２２，１２２Ｂ）と、
   前記第２磁極面から前記磁石の前記回転軸方向の端面（１２１）に跨って設けられるヨーク（１２４，１２４Ａ，１２４Ｂ）とを備える界磁子（１２，１２Ｂ）であって、
   前記ヨークの前記径方向内側の端部（１２８）は前記端面から前記回転軸方向に離れている、界磁子。
2. 請求項１記載の界磁子（１２，１２Ｂ）であって、
   前記端部（１２８）と前記回転軸（Ｑ）との距離は、前記回転軸と前記第１磁極面（１２２ｉ）との第１距離と同じか又は前記第１距離よりも大きく、前記回転軸と前記第２磁極面（１２２ｏ）との第２距離よりも小さい、界磁子。
3. 請求項１又は請求項２記載の界磁子（１２Ｂ）であって、
   前記ヨーク（１２４Ｂ）は前記端部（１２８）から前記径（Ｒ）方向外側へ向かうに従って、前記回転軸（Ｑ）方向の厚みが漸次大きくなる、界磁子。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の界磁子（１２，１２Ｂ）と、
   前記界磁子に対して前記径（Ｒ）方向内側に設けられる電機子（１４）と
   を備える、回転電機。
5. 請求項１記載の界磁子（１２，１２Ｂ）を製造する方法であって、
   前記磁石（１２２，１２２Ｂ）は前記ヨーク（１２４，１２４Ａ，１２４Ｂ）を位置決めした後に射出成型によって形成する、界磁子の製造方法。

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