JP2010124541A - 界磁子、回転電機及び界磁子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バックヨークの変形や破損を回避又は抑制して長寿命化を図る技術を提供する。
【解決手段】磁石１２２は、径Ｒ方向と非平行な方向（本実施形態では回転軸Ｑ方向）を法線とする端面１２１において、回転軸Ｑ方向に突出する凸部１２６ｖを呈する。磁石１２２の第２磁極面１２２ｏから第２端面１２１ｏに跨って設けられるバックヨーク１２４は、凸部１２６ｖと嵌合する凹部１２６ｃを呈する。
【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

アウターロータ型のラジアルギャップ型回転電機の運転中は、界磁子が高速で回転し、界磁子自身に大きな遠心応力が作用する。そのため、永久磁石を保持するバックヨークには、バックヨーク自身に作用する遠心応力に加えて、永久磁石によって径方向外側へと押される力が作用する。

したがって、バックヨークのうち、径方向外側には応力の高い領域が存在する。これにより、バックヨークが変形や破損をしやすいという問題があり、ひいては回転電機の長寿命化を妨げる。

そこで、本発明はバックヨークの変形や破損を回避又は抑制して長寿命化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、前記第２磁極面は前記径方向外側に凸となる凸部（１２６ｖ）を呈し、前記ヨークは前記凸部と嵌合する凹部（１２６ｃ）を呈する。

第２の発明は、第１の発明であって、前記磁石（１２２）のうちで前記凸部（１２６ｖ）の基準となる基準面（１２６Ｓ）上に延在する第１辺縁部（１２６ｗ）の前記回転軸（Ｑ）方向の第１長さ（Ｌ１）は、前記ヨーク（１２４）のうちで前記基準面上に延在する第２辺縁部（１２６ｄ）の前記回転軸方向の第２長さ（Ｌ２）以下である。

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）の前記径（Ｒ）方向内側の端部（１２８）は前記端面（１２１）から前記回転軸（Ｑ）方向に離れている。

第４の発明は、第３の発明であって、前記端部（１２８）は、前記第１磁極面（１２２ｉ）の延在する面と同一面上に位置する。

第５の発明は、第１ないし第４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、回転電機（１０）である。

第６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、界磁子の製造方法である。

凸部と、凹部とが嵌合していない場合には、ヨークの一部、具体的には軸方向における磁石の重心位置に対応する部位に応力が集中的に働く。第１の発明によれば、当該応力を凹部の底と凹部の縁とに分散するので、ヨークの変形、破損等を回避又は抑制できる。

第２の発明によれば、ヨークの径方向内側における回転軸方向の端部には磁石が接触しないので、強度が低いヨークの端部に磁石からの過剰な遠心応力が作用することを回避又は抑制できる。もって、ヨークの変形、破損等を回避又は抑制できる。

第３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４の発明によれば、磁石が呈する面のうち回転軸方向を法線とする端面とヨークの端部とが接近するので鎖交磁束を多くとれる。

第５の発明によれば、回転電機の長寿命化が図れる。

第６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（図示省略）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で図示を省略した電機子巻線１４４を示している。図４に示す如く磁石１２２は、第２磁極面１２２ｏが径Ｒ方向外側に凸となる凸部１２６ｖを呈している。磁石１２２の表面のうち、回転軸Ｑ方向を法線とする面内に延在する端面１２１は、凸部１２６ｖを規定する段差１２５を境界として、段差１２５よりも径Ｒ方向内側の第１端面１２１ｉと、段差１２５よりも径Ｒ方向外側の第２端面１２１ｏとを有している。

バックヨーク１２４は第２磁極面１２２ｏから第２端面１２１ｏに跨る凹部１２６ｃを呈し、凹部１２６ｃと凸部１２６ｖとが嵌合する。具体的には、凹部１２６ｃを規定する径Ｒ方向内側の端面１２９ｉが、第１端面１２１ｉと第２端面１２１ｏとを規定する段差１２５と接触する。また、凹部１２６ｃを規定する回転軸Ｑ方向の端面１２９ｑが第２端面１２１ｏと接触する。さらに、凹部１２６ｃを規定する径Ｒ方向外側の端面１２９ｏが第２磁極面１２２ｏと接触する。換言すれば、バックヨーク１２４の径Ｒ方向内側の端面１２９ｉ，１２９ｏ及び回転軸Ｑ方向の端面１２９ｑは、第１端面１２１ｉと第２端面１２１ｏとを規定する段差１２５及び第２端面１２１ｏと接触する。もって、バックヨーク１２４の径Ｒ方向外側の部位（応力集中部位）に集中して作用していた遠心応力が段差１２５に分散し、径Ｒ方向外側に作用する遠心応力を低減することができる。

遠心応力は回転軸Ｑからの距離が離れるほどに大きくなる。段差１２５は、バックヨーク１２４の応力集中部位よりも径Ｒ方向内側にあるので、段差１２５で低減する遠心応力が僅かであっても、上記応力集中部位への寄与は大きい。したがって、バックヨーク１２４の変形や破損を回避又は抑制することができ、ひいては回転電機１０の長寿命化を図ることができる。

〈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にはバックヨーク１２４と反対側に開口２４が開いている。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２実施形態〉
次に本発明の第２実施形態について説明する。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６は本発明の第２実施形態を適用した場合の界磁子１２の断面図であり、図５で示した射出成型の容器２２と同様の働きをする容器２２Ａとともに示している。

凸部１２６ｖを規定する辺縁の回転軸Ｑ方向の長さと、凹部１２６ｃを規定する辺縁の回転軸Ｑ方向の長さとは次の関係にあることが望ましい。すなわち、具体的には、凸部１２６ｖの基準となる基準面１２６Ｓ上に延在する辺縁部（課題を解決するための手段における、第１辺縁部）１２６ｗの長さ（課題を解決するための手段における、第１長さ）Ｌ１は、当該辺縁部１２６ｗと嵌合する凹部１２６ｃの辺縁部（課題を解決するための手段における、第２辺縁部）１２６ｄの長さ（課題を解決するための手段における、第２長さ）Ｌ２以下であることが望ましい。

なんとなれば、辺縁部１２６ｄの長さＬ２が、辺縁部１２６ｗの長さＬ１よりも短い場合には、相対的に強度の弱い部位たる、辺縁部１２６ｄの回転軸Ｑ方向の端部にも遠心応力が作用することになり、バックヨーク１２４の変形や破損を招来する可能性があるからである。これに対して本発明のように、辺縁部１２６ｗの長さＬ１を、辺縁部１２６ｄの長さＬ２以下にすれば、バックヨーク１２４の変形や破損を回避又は抑制できる。

なお、図６では長さＬ１と長さＬ２とが等しい態様を示している。このような界磁子１２を製造する場合には、図６に示す如く、容器２２Ａをバックヨーク１２４の回転軸Ｑ方向の端面１２１ｑに沿って配置してボンド磁石材料を流し込み磁石１２２を形成する。

〈変形例〉
以上、本発明の好適な態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述の態様及び以下に示す変形例を適宜組み合わせても良い。

図７は本発明の一の変形例に係る界磁子１２Ａの一部を例示する断面図であり、図４で示した界磁子１２の回転軸Ｑ方向の上半分に相当する領域を示している。上記実施形態ではバックヨーク１２４の凹部１２６ｃが磁石１２２の第２磁極面１２２ｏ及び第２端面１２１ｏにのみ跨る態様について説明したが、これらの２面に加えて、図７に示す如く、凹部１２６ｃが磁石１２２の第１端面１２１ｉに跨る態様であっても良い。

この場合、上述の態様と比較して、辺縁部１２６ｄよりも径Ｒ方向内側の端部１２８が第１端面１２１ｉに近付く。もって第１端面１２１ｉとバックヨーク１２４との間の磁気抵抗の増大を抑制できる。したがって、界磁子１２よりも径Ｒ方向内側に電機子（図示省略）が配置される場合に、回転磁界による磁束が磁石１２２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。つまり、高効率の界磁子を得ることができる。

図８は本発明の他の変形例に係る界磁子１２Ｂの一部を例示する断面図であり、図７と同様に図４で示した界磁子１２の回転軸Ｑ方向の上半分に相当する領域を示している。図８に示す如く、端部１２８を第１端面１２１ｉから回転軸Ｑ方向に離しても良い。この場合、端部１２８と第１端面１２１ｉとの間に空隙を呈するので、第１磁極面１２２ｉと、第２磁極面１２２ｏとの間でヨーク１２４を介して流れる漏洩磁束を低減することができ、高効率の界磁子を得ることができる。

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。 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。 本発明の一の変形例に係る界磁子の一部を例示する断面図である。 本発明の他の変形例に係る界磁子の一部を例示する断面図である。

符号の説明

１０ 回転電機
１２ 界磁子
１２１ 端面
１２２ 磁石
１２２ｉ 第１磁極面
１２２ｏ 第２磁極面
１２４ ヨーク
１２６Ｓ 基準面
１２６ｃ 凹部
１２６ｖ 凸部
１２６ｗ 第１辺縁部
１２６ｄ 第２辺縁部
１２８ 端部
１４ 電機子
Ｑ 回転軸
Ｒ 径
Ｌ１ 第１長さ
Ｌ２ 第２長さ

Claims (6)

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）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、
   前記第２磁極面は前記径方向外側に凸となる凸部（１２６ｖ）を呈し、
   前記ヨークは前記凸部と嵌合する凹部（１２６ｃ）を呈する、界磁子。
2. 請求項１記載の界磁子（１２）であって、
   前記磁石（１２２）のうちで前記凸部（１２６ｖ）の基準となる基準面（１２６Ｓ）上に延在する第１辺縁部（１２６ｗ）の前記回転軸（Ｑ）方向の第１長さ（Ｌ１）は、前記ヨーク（１２４）のうちで前記基準面上に延在する第２辺縁部（１２６ｄ）の前記回転軸方向の第２長さ（Ｌ２）以下である、界磁子。
3. 請求項１又は請求項２記載の界磁子（１２）であって、
   前記ヨーク（１２４）の前記径（Ｒ）方向内側の端部（１２８）は前記端面（１２１）から前記回転軸（Ｑ）方向に離れている、界磁子。
4. 請求項３記載の界磁子（１２）であって、
   前記端部（１２８）は、前記第１磁極面（１２２ｉ）の延在する面と同一面上に位置する、界磁子。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の界磁子（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、回転電機（１０）。
6. 請求項１記載の界磁子（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、界磁子の製造方法。

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