JP2023031996A

JP2023031996A - 回転電機

Info

Publication number: JP2023031996A
Application number: JP2021137826A
Authority: JP
Inventors: 徹也小川; Tetsuya Ogawa
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2023-03-09
Also published as: WO2023026675A1

Abstract

【課題】本発明は、磁石の製造に要求される加工精度を低減できる回転電機を提供する。【解決手段】本発明の回転電機は、複数のコイルを備える固定子と、磁気を帯びる複数の磁極ブロック２１ａを備える回転子２ａとを備え、複数の磁極ブロック２１ａは、それぞれ、前記固定子と対向して配設される鉄心２１１ａと、前記固定子との対向面を少なくても開放して鉄心２１１ａを囲む複数の永久磁石２１２ａ、２１３ａ、２１４ａとを備え、複数の永久磁石２１２ａ、２１３ａ、２１４ａは、それぞれ、直方体形状または立方体形状であり、回転子２ａは、回転軸方向を法線方向とする断面での、外周面または内周面における輪郭の形状が多角形形状であって、複数の磁極ブロック２１ａを周方向に平坦な外周面または内周面に順次に配設したバックヨーク２２ａをさらに備える。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ（電動機）および発電機のうちの少なくとも一方として利用される、回転電気に関する。

電気エネルギを機械エネルギへ変換するモータ（電気モータ、電動機）は、様々な用途に利用されており、一般に、出力軸を有し回転するロータ（回転子）と、前記ロータと相互作用するステータ（固定子）とを備え、回転変化する磁界（回転磁界）によって前記ロータを回転させる。

このようなモータのロータは、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示された電気モータのロータ構造部は、多角形の輪郭を有し、ロータ構造部の回転軸と同心的に構成された支持体と、前記支持体の多角形の輪郭部の上に形状結合により装着され、複数の極を有するように磁化された磁石リングと、を備えている。

一方、モータは、電気エネルギの投入を機械エネルギの投入に変えることで、機械エネルギを電気エネルギへ変換する発電機としても機能できる。このため、本書では、モータ（電動機）および発電機のうちの少なくとも一方として利用される装置として回転電機が定義される。

特開２００５－２８７２９２号公報

ところで、前記特許文献１に開示された電気モータのロータ構造部における磁石リングは、周方向に順次に並べられた複数の磁石で構成され、周方向で隣接する２個の磁石における互いに当接する各当接面は、リング状に隙間なく当接させるため、傾斜面となっている。このため、前記磁石リングの製造に高い加工精度が要求されてしまう。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、磁石の製造に要求される加工精度を低減できる回転電機を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる回転電機は、複数のコイルを備える固定子と、磁気を帯びる複数の磁極ブロックを備える回転子とを備え、前記複数の磁極ブロックは、それぞれ、前記固定子と対向して配設される鉄心と、前記固定子との対向面を少なくても開放して前記鉄心を囲む複数の永久磁石とを備え、前記複数の永久磁石は、それぞれ、直方体形状または立方体形状であり、前記回転子は、回転軸方向を法線方向とする断面での、外周面または内周面における輪郭形状が多角形形状であって、前記複数の磁極ブロックを周方向に平坦な外周面または内周面に順次に配設したバックヨークをさらに備える。好ましくは、上述の回転電機において、前記周方向に順次に配設された前記複数の磁極ブロックは、前記回転軸方向に複数列で配設され、前記鉄心は、６面体であり、前記複数の永久磁石は、前記鉄心の底面に配設される第１永久磁石（Ｒ磁石）、前記鉄心における前記回転軸方向に沿う側面に配設される第２永久磁石（ｔｈ磁石）、および、各列間に配設される第３永久磁石（Ｚ磁石）を含む。好ましくは、上述の回転電機において、前記周方向に順次に配設された前記複数の磁極ブロックを外周側から保持する、一周して周方向に延びるように形成された環状保持部材をさらに備える。好ましくは、前記環状保持部材は、前記回転軸方向に間隔を空けて配設される複数である。好ましくは、上述の回転電機において、前記周方向に順次に配設された前記複数の磁極ブロックを外周側から保持する、網目状（格子状）に形成された網目状保持部材（格子状保持部材）をさらに備える。好ましくは、前記網目状保持部材は、一周して周方向に延びるように形成された第１保持部材、および、前記軸方向に沿って延びるように形成され、周方向に間隔を空けて配設される複数の第２保持部材を含む。好ましくは、前記複数の永久磁石は、前記鉄心の側面に配設される永久磁石を含み、前記第１保持部材は、複数であって、前記複数の第１保持部材のうちの少なくとも１つの第１保持部材は、前記鉄心における周方向に沿う側面に配設される永久磁石上に配設されており、前記第２保持部材は、前記鉄心における回転軸方向に沿う側面に配設される永久磁石上に配設されている。好ましくは、前記第１および第２保持部材は、前記鉄心における前記固定子との対向面上にかかるように配設されている。好ましくは、前記回転電機は、インナーロータ型である。好ましくは、前記回転電機は、アウターロータ型である。

このような回転電機は、磁極ブロックにおける複数の磁石がそれぞれ直方体形状または立方体形状であるので、磁石の製造に要求される加工精度を低減できる。上記回転電機は、バックヨークが多角形形状の輪郭断面を持つので、平坦な外周面または内周面に前記磁石を配設するので、磁石の位置決めが容易となり、磁石とバックヨークとを密着させることが可能となる。このため、隙間の発生による性能低下が防止できる。

他の一態様では、上述の回転電機において、前記鉄心における前記固定子との対向面は、周方向に曲率を持つ曲面である。

このような回転電機は、切削加工の可能な鉄心において、前記固定子との対向面を周方向に曲率を持つ曲面とするので、回転子と固定子との間のエアギャップを精度良く形成できる。

他の一態様では、これら上述の回転電機において、前記複数の永久磁石のうちの前記鉄心の側面に配設される永久磁石が前記バックヨークに配設された場合に、前記鉄心の側面は、前記鉄心の側面に配設される永久磁石と面で当接するように形成されている。

このような回転電機は、前記鉄心と前記永久磁石とが傾斜面で当接しても、切削加工の可能な鉄心において、前記鉄心の側面を、前記鉄心の側面に配設される永久磁石と面で当接するように形成するので、精度良く形成できる。このため、必要な公差の確保が可能となる。

他の一態様では、これら上述の回転電機において、前記磁極ブロックは、外側面に形成された第１係合部を備え、前記第１係合部に係合する第２係合部を備え、前記第１係合部に前記第２係合部を係合させて前記バックヨークの側面に配設された磁極ブロック保持部材をさらに備える。好ましくは、上述の回転電機において、前記第１係合部は、凹部または凸部であり、前記第２係合部は、凸部または凹部である。好ましくは、上述の回転電機において、前記第１係合部は、前記複数の永久磁石のうちの、前記鉄心における前記回転軸方向に沿う側面に当接して配置されている永久磁石（周方向に交差して配置される永久磁石）に形成されている。

回転子が回転する際に、磁極ブロック（鉄心や磁石）には、周方向にトルクを受ける。上記回転電機は、磁極ブロック保持部材を備えるので、磁極ブロックのズレを防止できる。

他の一態様では、これら上述の回転電機において、前記周方向に順次に配設された前記複数の磁極ブロックは、前記回転軸方向に複数列で配設され、各列の磁極ブロックは、互いに周方向にずれて配設されている。

このような回転電機は、各列の磁極ブロックが互いに周方向にずれて配設されているので、いわゆるコギングトルクを低減できる。

他の一態様では、これら上述の回転電機において、前記鉄心は、前記鉄心における前記固定子との対向面が平面視にて平行四辺形となるように形成されている。

このような回転電機は、鉄心が前記平行四辺形となるように形成されているので、いわゆるコギングトルクを低減できる。

他の一態様では、これら上述の回転電機において、前記複数の永久磁石は、前記鉄心の底面に配設される第１永久磁石、および、前記鉄心における前記回転軸方向に沿う側面に配設される第２永久磁石を含み、前記バックヨークにおける前記平坦な外周面または内周面には、前記第１永久磁石および前記第２永久磁石のうちの一方の一部が嵌まり込む凹所が形成されている。

このような回転電機は、バックヨークにおける平坦な周面には前記凹所が形成されているので、回転子が回転する際に磁極ブロック（鉄心や磁石）が受ける周方向のトルクを前記凹所で支えることができる。

本発明にかかる回転電機は、磁石の製造に要求される加工精度を低減できる。

実施形態における回転電機の構成を示す断面図である。前記回転電機における回転子を説明するための図である。前記回転子における磁極ブロックの保持態様を説明するための図である。第1変形形態の回転子を説明するための図である。第２変形形態の回転子を説明するための図である。第３変形形態の回転子を説明するための図である。第４および第５変形形態の回転子を説明するための図である。変形形態における回転電機の構成を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の１または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

実施形態における回転電機は、モータ（電動機）および発電機のうちの少なくとも一方として利用される装置であって、複数のコイルを備える固定子と、磁気を帯びる複数の磁極ブロックを備える回転子とを備える。前記複数の磁極ブロックは、それぞれ、前記固定子と対向して配設される鉄心と、前記固定子との対向面を少なくても開放して前記鉄心を囲む複数の永久磁石とを備え、前記複数の永久磁石は、それぞれ、直方体形状または立方体形状である。そして、前記回転子は、回転軸方向を法線方向とする断面での、外周面または内周面における輪郭形状が多角形形状であって、前記複数の磁極ブロックを周方向に平坦な外周面または内周面に順次に配設したバックヨークをさらに備える。以下、このような回転電機について、より具体的に説明する。以下では、回転電機がモータ（電動機）であるとして説明するが、上述したように、電気エネルギの投入を機械エネルギの投入に変えることで、回転電機は、発電機として機能するので、回転電機が発電機である場合の説明を省略する。

図１は、実施形態における回転電機の構成を示す断面図である。図２は、前記回転電機における回転子を説明するための図である。図２Ａは、回転子の一部の斜視図であり、図２Ｂは、前記回転子の一部の断面図であり、図２Ｃは、図２Ａに示す回転子の一部において、磁石の磁化方向を示すための図である。

実施形態における回転電機Ｍａは、例えば、図１に示すように、固定子１ａと、回転子２ａと、回転軸（出力軸）３ａとを備え、固定子１ａの内側に回転子２ａを回転可能に配置したインナーロータ型である。

固定子１ａは、複数のコイル１３ａを備え、前記複数のコイル１３ａによって、回転子２ａを回転させるための磁界を発生させる部品である。より具体的には、固定子１ａは、例えば、図１に示すように、円環状（円筒状）のヨーク部１１ａと、ヨーク部１１ａの内周面において周方向に等間隔で並び、前記内周面から径方向の内側（中心に向けて）に突出した、柱状の、複数のティース部１２ａと、前記複数のティース部１２ａそれぞれに巻き回された複数のコイル１３ａとを備える。ヨーク部１１ａおよびティース部１２ａは、例えば軟鉄やソフトフェライト等の軟磁性体によって一体的にあるいは複数個の組み合わせで形成されている。

回転子２ａは、磁気を帯びる複数の磁極ブロック２１ａを備え、固定子１ａで生成された各磁界（回転磁界）と前記複数の磁極ブロック２１ａで生成された各磁界との磁気的な相互作用によって回転する部品である。回転子２ａは、円柱状の回転軸（出力軸）３ａに固定的に取り付けられている。より具体的には、回転子２ａは、例えば、図２に示すように、複数の磁極ブロック２１ａと、バックヨーク２２ａとを備える。

前記複数の磁極ブロック２１ａは、それぞれ、固定子１ａと対向して配設される鉄心２１１ａと、前記固定子１ａとの対向面を少なくても開放して前記鉄心２１１ａを囲む複数の永久磁石２１２ａ、２１３ａ、２１４ａとを備える。前記複数の永久磁石２１２ａ、２１３ａ、２１４ａは、それぞれ、直方体形状または立方体形状である。このような磁極ブロック２１ａは、図２Ｃのように磁化し、固定子１ａと回転子２ａとの間のギャップ（エアギャップ）に生じる磁束を増大させる構成であり、例えば、特許第６８３５６９２号公報（特開２０１９－７５８４８号公報）に開示されている。バックヨーク２２ａは、回転軸３ａの延長方向（回転軸方向）を法線方向とする断面での、外周面または内周面における輪郭の形状が多角形形状である部材であり、ヨーク部１１ａと同様に、軟磁性体によって形成されている。ここでは、回転電機Ｍａがインナーロータ型であるので、外周面の輪郭形状が多角形形状になっている。前記多角形形状により形成される平坦な外周面には、周方向に順次に前記複数の磁極ブロック２１ａが配設されている。

より具体的には、前記周方向に順次に配設された前記複数の磁極ブロック２１ａは、前記回転軸方向に複数列で配設され、前記鉄心２１１ａは、６面体であり、前記複数の永久磁石２１２ａ、２１３ａ、２１４ａは、前記鉄心２１１ａの底面に配設される第１永久磁石（Ｒ磁石）２１２ａ、前記鉄心２１１ａにおける前記回転軸方向に沿う側面に配設される第２永久磁石（ｔｈ磁石）２１３ａ、および、各列間に配設される第３永久磁石（Ｚ磁石）２１４ａを含む。当該磁極ブロック２１ａにおいて、前記鉄心２１１ａにおける前記回転軸方向に沿う一方の側面は、当該磁極ブロック２１ａの第２永久磁石２１３ａによって囲まれ、前記鉄心２１１ａにおける前記回転軸方向に沿う他方の側面は、前記複数の磁極ブロック２１ａがバックヨーク２２ａにおける周方向に平坦な各外周面に順次に配設されることで、当該磁極ブロック２１ａの周方向に隣接して配設された他の磁極ブロック２１ａの第２永久磁石２１３ａによって囲まれる。したがって、図２に示す例では、１個の鉄心２１１ａは、底面、前記回転軸方向に沿う２個の側面および列間の側面の４面で第１ないし第３永久磁石２１２ａ、２１３ａ、２１４ａによって囲まれる。なお、図２に示す例では、前記複数の磁極ブロック２１ａは、２列でバックヨーク２２ａの各外周面に配設されているが、これに限定されるものではなく、任意の個数の複数列でバックヨーク２２ａの各外周面に配設されてよい。

第１ないし第３永久磁石２１２ａ、２１３ａ、２１４ａは、それぞれ、例えばアルニコ磁石、フェライト磁石等であってよいが、強力であることから、ネオジム磁石である。第１ないし第３永久磁石２１２ａ、２１３ａ、２１４ａは、それぞれ、上述したように、直方体形状または立方体形状であることから、第１ないし第３永久磁石２１２ａ、２１３ａ、２１４ａは、それぞれ、図２Ｂに示すように、バックヨーク２２ａの平坦な外周面に密着して当接される。一方、第１永久磁石２１２ａにおける前記回転軸方向に沿う両側面と、これら両側面それぞれに配設される各第２永久磁石２１３ａにおける前記回転軸方向に沿う各側面とは、図２Ｂに示すように、くさび形の隙間が若干空いている。

鉄心２１１ａは、ヨーク部１１ａと同様に、軟磁性体によって形成された部材である。鉄心２１１ａにおける固定子１ａとの対向面（永久磁石が当接していない開方面）は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、周方向に曲率を持ち、回転軸方向に曲率を持たない（曲率半径が無限大）曲面である。前記複数の永久磁石２１２ａ、２１３ａ、２１４ａのうちの前記鉄心２１１ａの側面に配設される第２永久磁石２１３ａが前記バックヨーク２２ａに配設された場合に、前記鉄心２１１ａの側面は、前記鉄心２１１ａの側面に配設される第２永久磁石２１３ａと面で当接するように形成される。図２に示す例では、第２永久磁石２１３ａが直方体形状または立方体形状であることから、前記鉄心２１１ａの側面は、平面であり、第２永久磁石２１３ａがバックヨーク２２ａの平坦な外周面に配設されることから、前記鉄心２１１ａの側面は、傾斜面である。より詳しくは、前記鉄心２１１ａにおける回転軸方向に沿う両側面（周方向で対向する両側面）は、径方向内側から径方向外側に向けて広がる傾斜面となっている。そして、第１永久磁石２１２ａと当接する鉄心２１１ａの底面は、第１永久磁石２１２ａが直方体形状または立方体形状であることから、平面であり、第３永久磁石２１４ａと当接する鉄心２１１ａにおける周方向に沿う側面は、第３永久磁石２１４ａが直方体形状または立方体形状であることから、平面である。

以上説明したように、実施形態における回転電機Ｍａは、磁極ブロック２１ａにおける複数の第１ないし第３永久磁石２１２ａ～２１４ａがそれぞれ直方体形状または立方体形状であるので、磁石の製造に要求される加工精度を低減できる。上記回転電機Ｍａは、バックヨーク２２ａが多角形形状の輪郭断面を持つので、平坦な外周面に前記第１ないし第３永久磁石２１２ａ～２１４ａを配設するので、磁石の位置決めが容易となり、第１ないし第３永久磁石２１２ａ～２１４ａとバックヨーク２２ａとを密着させることが可能となる。このため、隙間の発生による性能低下が防止できる。

上記回転電機Ｍａは、切削加工の可能な鉄心２１１ａにおいて、前記固定子１ａとの対向面を周方向に曲率を持つ曲面とするので、回転子２ａと固定子１ａとの間のエアギャップを精度良く形成できる。

上記回転電機Ｍａは、前記鉄心２１１ａと第２永久磁石２１３ａとが傾斜面で当接しても、切削加工の可能な鉄心において、前記鉄心２１１ａの側面を、前記鉄心２１１ａの側面に配設される第２永久磁石２１３ａと面で当接するように形成するので、精度良く形成できる。このため、必要な公差の確保が可能となる。

なお、上述の実施形態では、各磁極ブロック２１ａは、例えば、図３Ａに示すように、接着剤による接着でバックヨーク２２ａの外周面に配設されてよいが、回転子２ａの回転によって生じる遠心力により磁極ブロック２１ａの脱落を防止するために、図３Ｂや図３Ｃに示すように、回転子２ａは、磁極ブロック２１ａの保持部材をさらに備えてもよい。

図３は、前記回転子における磁極ブロックの保持態様を説明するための図である。図３Ａは、接着剤のみで磁極ブロック２１ａをバックヨーク２２ａに配設した場合を示し、図３Ｂは、第１態様の保持部材で磁極ブロック２１ａをバックヨーク２２ａに保持した場合を示し、図３Ｃは、第２態様の保持部材で磁極ブロック２１ａをバックヨーク２２ａに保持した場合を示す。

より具体的には、第１態様の保持部材４は、例えば、図３Ｂに示すように、前記周方向に順次に配設された前記複数の磁極ブロック２１ａを外周側から保持する、一周して周方向に延びるように形成された環状保持部材４１（４１－１～４１－３）を備え、前記環状保持部材４１－１～４１－３は、前記回転軸方向に間隔を空けて配設される複数、図３Ｂに示す例では、３個である。より詳しくは、第１態様の保持部材４は、一周して周方向に延びるように形成された複数の環状保持部材（第１保持部材）４１（４１－１～４１－３）に加えて、前記回転軸方向に沿って延びるように形成され、周方向に間隔を空けて配設される複数の第２保持部材４２を含む（図３Ｂには、前記複数の第２保持部材４２のうちの４個の第２保持部材４２－１～４２－４が図示されている）。言い換えれば、第１態様の保持部材４は、前記周方向に順次に配設された前記複数の磁極ブロック２１ａを外周側から保持する、網目状（格子状）に形成された網目状保持部材（格子状保持部材）４である。第１態様の保持部材４は、３個の第１保持部材４１－１～４１－３のうちの少なくとも１つ、図３Ｂに示す例では、真ん中の第１保持部材４１－２が鉄心２１１ａにおける周方向に沿う側面に配設される第３永久磁石４１４ａ上に配設されており、複数の第２保持部材４２は、それぞれ、鉄心４１１ａにおける回転軸方向に沿う側面に配設される第２永久磁石４１３ａ上に配設されている。言い換えれば、鉄心２１１ａを第１および第２保持部材４１、４２の網目で取り囲むことで、磁極ブロック２１ａが保持されている。

第２態様の保持部材５は、例えば、図３Ｃに示すように、第１態様の保持部材４と同様に、前記周方向に順次に配設された前記複数の磁極ブロック２１ａを外周側から保持する、網目状（格子状）に形成された網目状保持部材（格子状保持部材）５であるが、第２態様の保持部材５では、複数４個の第１保持部材５１－１～５１－４のうちの内側の２個の第１保持部材５１－２、５１－３および複数の第２保持部材５１、５２は、鉄心２１１ａにおける固定子１ａとの対向面上にかかるように配設されている。図３Ｃには、前記複数の第２保持部材５２のうちの４個の第２保持部材５２－１～５２－４が図示されている。

なお、上述の第１および第２保持態様において、環状保持部材４１、５１が鉄心２１１ａにかかるように、前記周方向に順次に配設された前記複数の磁極ブロック２１ａは、両外端部に一周して周方向に延びるように形成された凹条を備えてもよい。

また、上述の実施形態において、回転子２ａが回転すると、上述の遠心力だけでなく、周方向にトルクが磁極ブロック２１ａにかかる。このため、回転電機Ｍａは、外側面に形成された第１係合部を備える磁極ブロックを備え、前記第１係合部に係合する第２係合部を備え、前記第１係合部に前記第２係合部を係合させて前記バックヨークの側面に配設された磁極ブロック保持部材をさらに備えてもよい。これにより、磁極ブロック２１ｂのズレを防止できる。

図４は、第１変形形態の回転子を説明するための図である。図４Ａは、両側面それぞれに各磁極ブロック保持部材６（６－１、６－２）を配設した第１変形態様の回転子２ｂを径方向から見た上面図であり、図４Ｂは、磁極ブロック保持部材６の斜視図であり、図４Ｃは、磁極ブロック保持部材６の一部拡大平面である。

この第１変形形態における回転子２ｂは、磁極ブロック２１ａに代え磁極ブロック２１ｂを用い、磁極ブロック保持部材６をさらに備える点を除き、上述の回転子２ａと同様に構成されている。

前記第１変形形態における回転子２ｂに用いられる磁極ブロック２１ｂは、図４Ａに示すように、第１係合部として凹部２１５ｂを、第２永久磁石２１３ｂにおける外側面の上端部を切り欠くことで、形成している点を除き、上述の磁極ブロック２１ａと同様に構成されている。

磁極ブロック保持部材６は、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、例えば加工性を勘案してアルミニウムや真鍮等の非磁性材料やあるいは例えば炭素繊維材やプラスチック等の非磁性材料で形成された円環状の板状部材であり、その側面には、第２係合部として、周方向に等間隔で前記回転軸方向に突出した複数の凸部６１が形成されている。２個の磁極ブロック保持部材６－１、６－２が用意され、磁極ブロック保持部材６－１は、各磁極ブロック２１ｂの各第１係合部２１５ｂに各第２係合部６１を係合させてバックヨーク２２ｂ（不図示）における一方の側面に配設され、磁極ブロック保持部材６－２は、各磁極ブロック２１ｂの各第１係合部２１５ｂに各第２係合部６１を係合させてバックヨーク２２ｂ（不図示）における他方の側面に配設される。

なお、上述では、第１係合部としての凹部２１５ｂは、第２永久磁石２１３ｂにおける外側面の上端部に形成したが、これに限定されるものではなく、磁極ブロック２１ｂの外側面に形成されればよい。例えば、第１係合部としての凹部２１５ｂは、第２永久磁石２１３ｂにおける外側面のいずれかの位置に形成されてよく、あるいは、鉄心２１１ｂの外側面のいずれかの位置に形成されてよい。また、上述では、第１係合部は、凹部２１５ｂであって、第２係合部は、凸部６１であったが、第１係合部は、凸部であって、第２係合部は、凹部であってもよい。

また、上述の実施形態では、前記周方向に順次に配設された前記複数の磁極ブロック２１ａは、前記回転軸方向に複数列で配設され、各列の磁極ブロック２１ａは、互いに周方向に揃えて配設されたが、前記周方向に順次に配設された前記複数の磁極ブロック２１ｃは、前記回転軸方向に複数列で配設され、各列の磁極ブロックは、互いに周方向にずれて配設されてもよい。これにより、いわゆるコギングトルクが低減できる。

図５は、第２変形形態の回転子を説明するための図である。より具体的には、この第２変形形態における回転子２ｃは、バックヨーク２２ａに代え、前記多角形形状により形成される各稜線を各列ごとに周方向にずらしたバックヨーク（図略）を用いる点を除き、上述の回転子２ａと同様に構成されている。この第２変形形態の前記バックヨーク（図略）における各稜線が各列ごとに周方向にずれているので、前記複数の磁極ブロック２１ｃを前記バックヨーク（図略）における平坦な外周面に周方向に順次に配設することで、各列の磁極ブロック２１ｃは、互いに周方向にずれて配設される。なお、図５に示す例では、回転子２ｃは、上述の磁極ブロック保持部材６（６－１、６－２）も備えている。

また、上述では、図１、図２および図３に示すように、固定子１ａとの対向面が平面視にて長方形または正方形（直角四辺形）となるように形成された鉄心２１１ａ、２１１ｃを備える磁極ブロック２１ａ、２１ｃが用いられるが、固定子１ａとの対向面が平面視にて平行四辺形となるように形成された鉄心を備える磁極ブロックが用いられてもよい。これにより、いわゆるコギングトルクが低減できる。

図６は、第３変形形態の回転子を説明するための図である。より具体的には、この第３変形形態における回転子２ｄは、鉄心２１１ａに代え、図６に示すように、固定子１ａとの対向面が平面視にて平行四辺形となるように形成された鉄心を備え、バックヨーク２２ａに代え、平坦な外周面が前記鉄心の平行四辺形に応じて平面視にて平行四辺形となるように形成されたバックヨーク（図略）を備える点を除き、上述の回転子２ａと同様に構成されている。第３変形形態の回転子２ｄにおける複数の磁極ブロック２１ｄは、第３変形形態の前記バックヨーク（図略）における、平面視にて平行四辺形である平坦な外周面に周方向に順次に配設される。

また、上述の実施形態において、前記複数の永久磁石は、前記鉄心の底面に配設される第１永久磁石、および、前記鉄心における前記回転軸方向に沿う側面に配設される第２永久磁石を含み、前記バックヨークにおける前記平坦な外周面または内周面には、前記第１永久磁石および前記第２永久磁石のうちの一方の一部が嵌まり込む凹所が形成されてもよい。このような回転電機は、回転子が回転する際に磁極ブロック（鉄心や磁石）が受ける周方向のトルクを前記凹所で支えることができる。

図７は、第４および第５変形形態の回転子を説明するための図である。図７Ａは、第４変形形態における回転子２ｅを説明するための断面図であり、図７Ｂは、第５変形形態における回転子２ｆを説明するための断面図である。図７に示す例では、回転電機Ｍａがインナーロータ型であるので、前記平坦な外周面に前記凹所が形成される。なお、回転電機Ｍがアルターロータ型である場合には、前記平坦な内周面に前記凹所が形成される。

この第４変形形態における回転子２ｅは、図７Ａに示すように、複数の磁極ブロック２１ｅと、バックヨーク２２ｅとを備える。複数の磁極ブロック２１ｅは、それぞれ、磁極ブロック２１ａにおける鉄心２１１ａおよび第１ないし第３永久磁石２１２ａ～２１４ａと同様な鉄心２１１ｅおよび第１ないし第３永久磁石２１２ｅ～２１４ｅを備える（第３永久磁石２１４ｅは図７Ａに不図示）。これら複数の磁極ブロック２１ｅは、それぞれ、図７Ａに示すように、第１永久磁石２１２ｅの底面が第２永久磁石２１３ｅの底面より径方向の内側に突出するように形成される点を除き、磁極ブロック２１ａと同様に構成されている。バックヨーク２２ｅは、その平坦な外周面に、複数の磁極ブロック２１ｅにおける各第１永久磁石２１２ｅの各一部をそれぞれ嵌め込むための各凹所２２１ｅを形成している点を除き、バックヨーク２２ａと同様に構成されている。各凹所２２１ｅは、それぞれ、径方向の内側に凹むように形成される。これら複数の磁極ブロック２１ｅは、各第１永久磁石２１２ｅの各一部を各凹所２２１ｅに嵌め込みながら、バックヨーク２２ｅにおける周方向に平坦な外周面に順次に配設される。これによって複数の磁極ブロック２１ｅをバックヨーク２２ｅに配設した第４変形形態における回転子２ｅが形成される。

なお、上述では、第１永久磁石２１２ｅの底面全体がバックヨーク２２ｅの凹所２２１ｅに嵌め込まれたが、第１永久磁石２１２ｅの底面の一部がバックヨーク２２ｅの凹所に嵌め込まれてもよい。より具体的には、第１永久磁石２１２ｅには、底面に、底面から径方向の内側に突出する凸部が設けられ、この凸部が嵌まり込むようにバックヨーク２２ｅの凹所が形成される。

この第５変形形態における回転子２ｆは、図７Ｂに示すように、複数の磁極ブロック２１ｆと、バックヨーク２２ｆとを備える。複数の磁極ブロック２１ｆは、それぞれ、磁極ブロック２１ａにおける鉄心２１１ａおよび第１ないし第３永久磁石２１２ａ～２１４ａと同様な鉄心２１１ｆおよび第１ないし第３永久磁石２１２ｆ～２１４ｆを備える（第３永久磁石２１４ｆは図７Ｂに不図示）。これら複数の磁極ブロック２１ｆは、それぞれ、図７Ｂに示すように、第２永久磁石２１３ｆの底面が第１永久磁石２１２ｅの底面より径方向の内側に突出するように形成される点を除き、磁極ブロック２１ａと同様に構成されている。バックヨーク２２ｆは、その平坦な外周面に、複数の磁極ブロック２１ｆにおける各第２永久磁石２１３ｆの各一部をそれぞれ嵌め込むための各凹所２２１ｆを形成している点を除き、バックヨーク２２ａと同様に構成されている。各凹所２２１ｆは、それぞれ、径方向の内側に凹むように形成される。これら複数の磁極ブロック２１ｆは、各第２永久磁石２１３ｆの各一部を各凹所２２１ｆに嵌め込みながら、バックヨーク２２ｆにおける周方向に平坦な外周面に順次に配設される。これによって複数の磁極ブロック２１ｆをバックヨーク２２ｆに配設した第５変形形態における回転子２ｆが形成される。

なお、上述では、第２永久磁石２１３ｆの底面全体がバックヨーク２２ｆの凹所２２１ｆに嵌め込まれたが、第２永久磁石２１３ｆの底面の一部がバックヨーク２２ｆの凹所に嵌め込まれてもよい。より具体的には、第２永久磁石２１３ｆには、底面に、底面から径方向の内側に突出する凸部が設けられ、この凸部が嵌まり込むようにバックヨーク２２ｆの凹所が形成される。

また、上述の実施形態では、回転電機Ｍａは、インナーロータ型であったが、アウターロータ型であってもよい。

図８は、変形形態における回転電機の構成を説明するための図である。図８Ａは、変形形態における回転電機の構成を示す断面図であり、図８Ｂは、前記変形形態の回転電機における回転子の構成を示す断面図であり、図８Ｃは、その一部拡大断面図である。

変形形態における回転電機Ｍｇは、例えば、図８Ａに示すように、固定子１ｇと、回転子２ｇと、支持軸３ｇとを備え、固定子１ｇの外側に回転子２ｇを回転可能に配置したアウターロータ型である。

固定子１ｇは、複数のコイル１３ｇを備え、前記複数のコイル１３ｇによって、回転子２ｇを回転させるための磁界を発生させる部品である。より具体的には、固定子１ｇは、例えば、図８Ａに示すように、円環状（円筒状）のヨーク部１１ｇと、ヨーク部１１ｇの外周面において周方向に等間隔で並び、前記外周面から径方向の外側に突出した、柱状の、複数のティース部１２ｇと、前記複数のティース部１２ｇそれぞれに巻き回された複数のコイル１３ｇとを備える。固定子１ｇは、円柱状の支持軸３ｇに固定的に取り付けられている。

回転子２ｇは、磁気を帯びる複数の磁極ブロック２１ｇを備え、固定子１ｇで生成された各磁界（回転磁界）と前記複数の磁極ブロック２１ｇで生成された各磁界との磁気的な相互作用によって回転する部品である。なお、図８Ａでは、磁極ブロック２１ｇが省略されている。より具体的には、回転子２ａは、例えば、図８Ｂおよび図８Ｃに示すように、複数の磁極ブロック２１ｇと、バックヨーク２２ｇとを備える。前記複数の磁極ブロック２１ｇは、それぞれ、固定子１ｇと対向して配設される鉄心２１１ｇと、前記固定子１ｇとの対向面を少なくても開放して前記鉄心２１１ｇを囲む複数、この例では３個の、直方体形状または立方体形状である第１ないし第３永久磁石２１２ｇ、２１３ｇ、２１４ｇとを備え、前記鉄心２１１ｇにおける回転軸方向に沿う両側面（周方向で対向する両側面）が径方向外側から径方向内側に向けて狭まる傾斜面となっている点を除き、磁極ブロック２１ａと同様に構成されている。なお、図８Ｂおよび図８Ｃでは、第３永久磁石２１４ｇが省略されている。複数の磁極ブロック２１ｇは、複数の磁極ブロック２１ａと同様に、前記回転軸方向に複数列で配設されている（不図示）。バックヨーク２２ｇは、回転軸方向を法線方向とする断面での、外周面または内周面における輪郭の形状が多角形形状である部材である。ここでは、回転電機Ｍｇがアウターロータ型であるので、内周面の輪郭形状が多角形形状になっている。前記多角形形状により形成される平坦な内周面には、周方向に順次に前記複数の磁極ブロック２１ｇが配設されている。

このような構成のアウターロータ型の回転電機Ｍｇも上述のインナーロータ型の回転電機Ｍａと同様な作用効果を奏する。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｍａ、Ｍｇ回転電機
１ａ、１ｇ固定子
２ａ～２ｇ回転子
２１ａ～２１ｇ磁極ブロック
２１２ａ～２１４ａ、２１３ｂ２１２ｅ、２１３ｅ、２１２ｆ、２１３ｆ、２１２ｇ、２１３ｇ永久磁石
２２ａ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇバックヨーク

Claims

複数のコイルを備える固定子と、
磁気を帯びる複数の磁極ブロックを備える回転子とを備え、
前記複数の磁極ブロックは、それぞれ、前記固定子と対向して配設される鉄心と、前記固定子との対向面を少なくても開放して前記鉄心を囲む複数の永久磁石とを備え、
前記複数の永久磁石は、それぞれ、直方体形状または立方体形状であり、
前記回転子は、回転軸方向を法線方向とする断面での、外周面または内周面における輪郭形状が多角形形状であって、前記複数の磁極ブロックを周方向に平坦な外周面または内周面に順次に配設したバックヨークをさらに備える、
回転電機。
前記鉄心における前記固定子との対向面は、周方向に曲率を持つ曲面である、
請求項１に記載の回転電機。
前記複数の永久磁石のうちの前記鉄心の側面に配設される永久磁石が前記バックヨークに配設された場合に、前記鉄心の側面は、前記鉄心の側面に配設される永久磁石と面で当接するように形成されている、
請求項１または請求項２に記載の回転電機。
前記磁極ブロックは、外側面に形成された第１係合部を備え、
前記第１係合部に係合する第２係合部を備え、前記第１係合部に前記第２係合部を係合させて前記バックヨークの側面に配設された磁極ブロック保持部材をさらに備える、
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
前記周方向に順次に配設された前記複数の磁極ブロックは、前記回転軸方向に複数列で配設され、
各列の磁極ブロックは、互いに周方向にずれて配設されている、
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
前記鉄心は、前記鉄心における前記固定子との対向面が平面視にて平行四辺形となるように形成されている、
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
前記複数の永久磁石は、前記鉄心の底面に配設される第１永久磁石、および、前記鉄心における前記回転軸方向に沿う側面に配設される第２永久磁石を含み、
前記バックヨークにおける前記平坦な外周面または内周面には、前記第１永久磁石および前記第２永久磁石のうちの一方の一部が嵌まり込む凹所が形成されている、
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。