JP2024078579A - 回転電機の回転子及びこれを備えた回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石の厳格な寸法管理を要することなく且つ少ない加工工数で磁石を組付可能にし、もって、回転子及び回転電機の製造コストを削減する。【解決手段】ロータ４は、複数の磁石１４と、磁石１４の径方向内側に配置されたヨーク１３とを備える。磁石１４の配列は、径方向内側に向く磁極方向を有する第１主磁石３１Ａ及び径方向外側に向く磁極方向を有する第２主磁石３１Ｂを含む１対の主磁石３１の間に第２主磁石３１Ｂに向く成分を含む磁極方向を有する副磁石３３が配置されたハルバッハ配列である。主磁石３１及び副磁石３３の一方は、外側周方向幅が内側周方向幅よりも短い外テーパーの曲台形を呈し、それらの他方は、内側周方向幅が外側周方向幅よりも短い内テーパーの曲台形を呈する。主磁石３１及び副磁石３３は、互いに密着した状態で、それらの外側に配置された非磁性体からなる環状の保持部材３５によって保持される。【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機の回転子及びこれを備えた回転電機に関する。

ロータコアの表面に複数の永久磁石（以下、単に磁石という）が固定された表面磁石型の同期電動機が公知である（特許文献１）。この電動機では、複数の磁石をロータコアの表面に保持するために、磁石を所定位置に固定する固定部材が設けられる。固定部材は、全ての磁石の外周面に締り嵌めの関係で装着され、全ての磁石の外周面に密着してそれら磁石を囲繞する。これにより、磁石が磁気吸引力や遠心力等の半径方向外力によって飛散することが防止される。

また、表面磁石型の同期電動機として、厚さの異なる２種類の分割磁石が周方向に交互に且つ隙間なく並べられたものが公知である（特許文献２の図１４）。この電動機では、厚さの薄い分割磁石がロータコアから離れるように配置されることにより、環状に配置された磁石の内周面に溝（ロータコアとの間の貫通孔）が形成される。或いは、環状に配置された磁石の外周面に溝が形成されるように複数の分割磁石が配置される。それにより、ロータの温度上昇が抑制される。

特開平９－９３８４４号公報 特開平８－２０５４３８号公報

ところで、ロータの磁石配列には、磁化方向がロータの径方向の外側及び内側を向く１対の主磁石の間に、磁化方向がロータの周方向の成分を含む副磁石が配置される磁石配列、いわゆるハルバッハ配列がある。ハルバッハ配列のロータ（回転子）のように、１つの回転子に使用される磁石の数が多い場合には、全ての磁石に対してより精度の高い飛散防止対策を行う必要がある。例えば、磁石をロータコア（ヨーク）の外周面に貼り付け後に磁石の表面に切削加工を施したり、全ての磁石に対して厚みと幅の寸法公差を厳しく管理したりするなどの対策が必要であった。これにより、加工工数や、寸法管理のための費用が増加していた。

本発明は、以上の背景に鑑み、磁石の厳格な寸法管理を要することなく且つ少ない加工工数で磁石を組付可能にし、もって、回転子及び回転電機の製造コストを削減することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明のある態様は、回転電機（１）の回転子（４）であって、周方向に所定の配列をもって配置された複数の磁石（１４）と、前記磁石の径方向内側に配置されたヨーク（１３）とを備え、前記所定の配列は、径方向内側に向く磁極方向を有する第１主磁石（３１Ａ）及び径方向外側に向く磁極方向を有する第２主磁石（３１Ｂ）を含む１対の主磁石（３１）の間に前記第２主磁石に向く成分を含む磁極方向を有する副磁石（３３）が配置されたハルバッハ配列であり、前記主磁石及び前記副磁石の一方は、外側周方向幅が内側周方向幅よりも短い外テーパーの曲台形を呈し、前記主磁石及び前記副磁石の他方は、内側周方向幅が外側周方向幅よりも短い内テーパーの曲台形を呈し、前記主磁石及び前記副磁石が、互いに密着した状態で、それらの外側に配置された非磁性体からなる環状の保持部材（３５）によって保持されている。

この態様によれば、外テーパーの磁石は内テーパーの磁石に密着した状態で径方向外側から内テーパーの磁石によって保持され、内テーパーの磁石は径方向外側から保持部材によって保持される。これにより、これらの磁石が遠心力等の半径方向外力によって飛散することが防止される。また、外テーパーの磁石は径方向外側から内テーパーの磁石によって保持されるため、磁石の寸法を厳しく管理しなくても、これらの磁石を周方向に密着した状態でヨークの外周に組み付けることができる。これにより、加工工数や、寸法管理のための費用が削減される。

上記の態様において、前記主磁石が内テーパーの曲台形を呈するとよい。

この態様によれば、隣り合う主磁石と副磁石とが接する接触部における径方向内側及び径方向外側の隅部に生じる反磁界領域を小さくすることができ、回転子の減磁率が低下する。そのため、回転子の減磁による出力低下が改善される。

上記の態様において、前記主磁石及び前記副磁石の一方の径方向の厚さが、前記主磁石及び前記副磁石の他方の径方向の厚さよりも大きいとよい。

この態様によれば、主磁石又は副磁石とヨークとの間、或いは主磁石又は副磁石と保持部材との間に間隙が形成される。これにより、間隙近傍の磁石の隅部における反磁界領域を小さくすることができる。そのため、回転子の減磁による出力低下が更に改善される。

上記の態様において、前記主磁石の径方向の厚さが前記副磁石の径方向の厚さよりも大きいとよい。

この態様によれば、主磁石の径方向の厚さを大きくすることで、副磁石と保持部材との間に間隙が形成される。これにより、間隙近傍の副磁石の隅部における反磁界領域を小さくすることができる。そのため、回転子の減磁による出力低下が一層改善される。

上記の態様において、前記主磁石の内側周方向幅（Ｘ）が、前記主磁石の周方向の両側に配置された前記副磁石の内面間距離（Ａ）よりも大きく、且つ、前記主磁石の外側周方向幅（Ｙ）が、前記副磁石の外面間距離（Ｂ）よりも大きく、前記主磁石は前記保持部材に当接し、且つ前記ヨークとの間に間隙を形成し、前記副磁石は前記ヨークに当接し、且つ前記保持部材との間に間隙を形成するとよい。

この態様によれば、主磁石とヨークとの間及び、副磁石と保持部材との間に間隙が形成されることにより、磁石表面の大気に晒される面積が増える。そのため、回転子の発熱による出力低下が抑制される。

また、上記課題を解決するために本発明のある態様は、回転電機（１）であって、上記の態様の回転子（４）と、前記回転子の外側に設けられた固定子（５）と、前記回転子によって回転駆動される回転軸（１１）と、前記回転軸に設けられ、回転時に前記磁石に向けて送風するファン（２２）とを備える。

この態様によれば、ファンから送られる風によって、また、間隙を通過する風によって磁石が冷却される。これにより、磁石の過熱によるトルクむらを低減することができる。

また、上記課題を解決するために本発明のある態様は、回転電機（１）の回転子（４）であって、周方向に所定の配列をもって配置された複数の磁石（１４）と、前記磁石の径方向内側に配置されたヨーク（１３）とを備え、前記所定の配列は、径方向内側に向く磁極方向を有する第１主磁石（３１Ａ）及び径方向外側に向く磁極方向を有する第２主磁石（３１Ｂ）を含む１対の主磁石（３１）の間に前記第２主磁石に向く成分を含む磁極方向を有する副磁石（３３）が配置されたハルバッハ配列であり、前記主磁石は内側周方向幅が外側周方向幅よりも短い内テーパーの曲台形を呈し、前記副磁石は外側周方向幅が内側周方向幅よりも短い外テーパーの曲台形を呈し、前記主磁石の周方向の両端面による挟み角（α）が前記副磁石の周方向の両端面による挟み角（β）よりも大きく、前記主磁石及び前記副磁石が、それらの外側に配置された非磁性体からなる環状の保持部材（３５）によって互いに密着した状態で保持されている。

この態様によれば、外テーパーの副磁石は内テーパーの主磁石に密着した状態で径方向外側から内テーパーの主磁石によって保持され、内テーパーの主磁石は径方向外側から保持部材によって保持される。これにより、これらの磁石が遠心力等の半径方向外力によって飛散することが防止される。また、外テーパーの副磁石は径方向外側から内テーパーの主磁石によって保持されるため、磁石の寸法を厳しく管理しなくても、これらの磁石を周方向に密着した状態でヨークの外周に組み付けることができる。そのため、加工工数や、寸法管理のための費用が削減される。更に、隣り合う主磁石と副磁石とが接する接触部における径方向内側及び径方向外側の隅部に生じる反磁界領域を小さくすることができる。そのため、回転子の減磁による出力低下が改善される。

以上の態様によれば、磁石の厳格な寸法管理を要することなく且つ少ない加工工数で磁石を組付可能にすることで、回転子及び回転電機の製造コストを削減することができる。

実施形態に係るモータの断面図 第１実施例に係るロータ及びステータの背面図 第１実施例に係るロータの図２中のIII部拡大図 第１実施例に係るロータの要部拡大図 従来例に係るロータの（Ａ）磁束密度分布図、（Ｂ）減磁分布図 第１実施例に係るロータの（Ａ）磁束密度分布図、（Ｂ）減磁分布図 第２実施例に係るロータの要部拡大図 第２実施例に係るロータの（Ａ）磁束密度分布図、（Ｂ）減磁分布図 第３実施例に係るロータの要部拡大図 第３実施例に係るロータの要部を分解して示す説明図 第４実施例に係るロータの要部拡大図 第５実施例に係るロータの要部拡大図 実施例に係るロータの減磁率を示すグラフ 従来例に係るロータの減磁率を示すグラフ 第６実施例に係るロータの要部拡大図 従来例に係るロータの要部拡大図

以下、図面を参照して、本発明に係る回転子が適用された回転電機の実施形態について詳細に説明する。

図１は実施形態に係るモータ１の断面図である。図１に示すように、モータ１は、軸線２を中心とする円筒形をなすケース３と、ケース３によって軸線２の回りに回転可能に支持されたロータ４（回転子）と、ロータ４の外周側に配置され、ケース３に固定されたステータ５（固定子）とを有している。すなわち、モータ１は、インナロータ型且つラジアルギャップ型モータとして構成されている。モータ１は、軸線２が水平に延在する図１に示す姿勢で使用されているが、軸線２が鉛直に延在する姿勢で使用されてもよい。

ケース３は、軸線方向に分割可能なケース本体６とケース蓋体７とを有し、ロータ４及びステータ５を収容する収容空間を内部に画定している。ケース本体６は円筒形の側壁８と、側壁８のケース蓋体７と相反する側の端部を塞ぐ底壁９とを有している。ケース本体６の底壁９及びケース蓋体７には、軸線２を中心とする貫通孔１０が形成されている。

ロータ４は、軸線２に沿って延在し、モータ１の出力軸をなす回転軸１１と、回転軸１１の周りに配置されたロータハブ１２と、ロータハブ１２の外端に設けられた円筒状のヨーク１３（ロータコア）と、複数の永久磁石（単に磁石１４という）とを備えている。ロータハブ１２は、回転軸１１に一体に設けられていてもよく、遊星歯車機構等を介して回転軸１１に相対回転可能に設けられていてもよい。いずれの構成においても、ロータハブ１２の回転に伴って回転軸１１が回転する。

回転軸１１は、ケース本体６及びケース蓋体７にベアリング１５を介して回転可能に支持されている。回転軸１１はケース本体６及びケース蓋体７の貫通孔１０を貫通してケース３の両面から軸線方向に突出している。他の実施形態では、回転軸１１は、ケース３の片方の面のみから突出していてもよい。ヨーク１３は、軸線２を中心とした略円筒形状の回転子鉄心であり、ロータハブ１２の外縁に一体に形成され、ロータハブ１２と一体に回転する。モータ１は、永久磁石同期モータであり、ヨーク１３の外周には、複数の磁石１４が周方向に所定の配列をもって配置される。ロータ４はモータ１の界磁子をなす。

ステータ５は、ロータ４の外面との間に径方向に所定のギャップを介してケース本体６の側壁８に沿って配置される。ステータ５は、複数のティース１６と、ティース１６の外側に配置されてティース１６を保持するティース保持リング１７（ステータヨーク）とを有するステータコア１８と、ティース１６に巻回された複数のコイル１９とを備えている。ステータ５はモータ１の電機子をなす。ティース保持リング１７は円筒状をしており、軸線２を中心として配置される。ティース１６はティース保持リング１７に沿って周方向に並べられ、ティース保持リング１７の内面から径方向内側に突出する。

ケース蓋体７は、側壁８の開放端を塞ぐ蓋壁２０と、蓋壁２０からケース本体６と相反する側に延出する円筒形のダクト２１とを有している。蓋壁２０から延出した回転軸１１の部分にはファン２２が一体に設けられている。ファン２２は、ダクト２１内に配置されており、径方向内側に配置された円板部２３と、円板部２３の径方向外側に配置されたブレード部２４とを備えている。回転軸１１が回転すると、ファン２２は回転し、ブレード部２４からロータ４及びステータ５に向けて冷却風が送られる。蓋壁２０及びケース本体６の底壁９の外周部には通風口２５、２６が形成されており、冷却風は蓋壁２０の通風口２５を通って収容空間に入り、ロータ４及びステータ５を冷却した後、ケース本体６の通風口２６を通って収容空間の外部に排出される。

図２は、第１実施例に係るロータ４及びステータ５の背面図であり、図３は第１実施例に係るロータ４の図２中のIII部拡大図である。図２及び図３に示すように、磁石１４は、径方向内側に向く磁極方向（磁化方向）を有する第１主磁石３１Ａと、径方向外側に向く磁極方向を有する第２主磁石３１Ｂと、第１主磁石３１Ａと第２主磁石３１Ｂとの間に配置された副磁石３３とを含んでいる。副磁石３３は、周方向成分を含む磁極方向を有している。すなわち、磁石１４はハルバッハ配列をもって環状に配置されている。なお、各磁石１４の磁極方向は図３中に矢印で示されている。副磁石３３の磁極方向は第２主磁石３１Ｂに向いている。

ステータ５は、ティース１６及びコイル１９によって構成される７２個の電磁石を有している。電磁石は周方向に等間隔（５°間隔）に配置されている。ロータ４は、２４個の第１主磁石３１Ａと、２４個の第２主磁石３１Ｂと、４８個の副磁石３３とを有している。

図４は、第１実施例に係るロータ４の要部拡大図である。図３及び図４に示すように、第１主磁石３１Ａ及び第２主磁石３１Ｂは、互いに同じ形状及び寸法を有している。以下、第１主磁石３１Ａ及び第２主磁石３１Ｂを総称する場合及び区別しない場合には、単に主磁石３１ということがある。複数の副磁石３３は、互いに同じ形状且つ主磁石３１と異なる形状をしている。

特許文献２の図１４に示されるような従来の一般的なロータ１０４（図５参照）では、複数の永久磁石（単に磁石１１４という）は軸線２から放射状に延びる分割線によって分割されている。すなわち、磁石１１４の実際の周方向の幅寸法は外側ほど大きいが、磁石１１４の径方向外側の円弧状の外面と径方向内側の円弧状の内面とは互いに同一の中心角を有する。本明細書では、中心角によって表される磁石１４、１１４の周方向の寸法を周方向幅と呼ぶ。また、磁石１４、１１４の径方向外側の円弧状の外面の周方向の寸法を外側周方向幅と呼び、磁石１４、１１４の径方向内側の円弧状の内面の周方向の寸法を内側周方向幅と呼ぶ。更に、磁石１４の外面と内面との中心を通る位置における磁石１４の周方向の寸法を、単に周方向幅と呼ぶ。特許文献２の図１４に示される磁石１１４では、外側周方向幅及び内側周方向幅は、互いに等しく、且つ周方向幅と同一である。

これに対し、本実施例では、主磁石３１は、内側周方向幅が外側周方向幅よりも短い内テーパーの曲台形を呈している。言い換えれば、主磁石３１は、軸線２から外周面の両端を通るように放射状に延びる２本の径方向線に対し、周方向の両端面が径方向内側に向けて狭くなる内テーパーの楔形状をしている。一方、副磁石３３は、外側周方向幅が内側周方向幅よりも短い外テーパーの曲台形を呈している。言い換えれば、副磁石３３は、軸線２から内周面の両端を通るように放射状に延びる２本の径方向線に対し、周方向の両端面が径方向外側に向けて狭くなる外テーパー形状をしている。

本実施例では、主磁石３１の周方向幅及び副磁石３３の周方向幅は互いに等しい。他の実施例では、主磁石３１の周方向幅及び副磁石３３の周方向幅が互いに異なっていてもよい。

主磁石３１及び副磁石３３は、互いに同一の厚さ（径方向寸法）を有している。したがって、磁石１４（主磁石３１及び副磁石３３）は、軸線２を中心とする段差のない円形の外周面を形成している。磁石１４の外周には、磁石１４をヨーク１３の表面に保持して磁石１４の飛散を防止するために、磁石１４を径方向の所定位置に保持する保持部材３５が設けられている。

保持部材３５は、磁石１４による磁界に影響を及ぼさないように、樹脂成型材料又は非磁性金属材料等の非磁性体からなっている。保持部材３５は、円筒形状をしており、全ての主磁石３１及び副磁石３３の外面に密接してそれら主磁石３１及び副磁石３３を囲繞している。保持部材３５は、ヨーク１３の外周に配置された磁石１４の外周面の径よりも僅かに小さい内径を有し、磁石１４の外周面に締り嵌めの関係で装着される。

他の実施例では、保持部材３５は、円筒形状部に加えて、円筒形状部の軸方向の一端から半径方向内方に延設された環状の内フランジ（図示せず）を備えていてもよい。複数の磁石１４は接着剤によってヨーク１３の表面に接着されていてもよく、接着剤によって互いに接着されていてもよい。

モータ１は以上のように構成されている。以下、このように構成されたモータ１の作用効果について説明する。

最初に、特許文献２の図１４に示されるような、複数の磁石１１４が軸線２から放射状に延びる分割線によって分割された従来例に係る一般的なロータ１０４の磁束密度及び減磁について説明する。図５は、従来例に係るロータ１０４の（Ａ）磁束密度分布図、（Ｂ）減磁分布図である。図５（Ａ）に示すように、従来例に係るロータ１０４においても、ヨーク１１３の外周に配置された複数の磁石１１４は、複数の第１主磁石１３１Ａ（図１６参照）、複数の第２主磁石１３１Ｂ及び、複数の副磁石１３３を備えている。この例の主磁石１３１（１３１Ａ、１３１Ｂ）は第１実施例の主磁石３１の周方向幅と同じ周方向幅を有し、この例の副磁石１３３は第１実施例の副磁石３３の周方向幅と同じ周方向幅を有している。

図５（Ａ）には、磁石１４の磁力線が破線で、磁石１４の磁化方向が矢印で示されている。磁力線の間隔は磁束密度を示し、磁力線の間隔が狭いことは磁束密度が高いことを意味している。図５（Ａ）に示すように、従来例に係るロータ１０４では、副磁石１３３の径方向外側の隅部及び第２主磁石１３１Ｂの径方向内側の隅部において、磁化方向と逆向きの磁力線が流入している。このような場所では、副磁石１３３の磁力は隣接する第２主磁石１３１Ｂの磁力に打ち消されて減少し、第２主磁石１３１Ｂの磁力は隣接する副磁石１３３の磁力に打ち消されて減少する。

図５（Ｂ）には、磁石１４の各位置における減磁率がハッチングによって示されている。なお、減磁率とは、高負荷駆動前後での磁束量の変化率であり、初期の磁束量から減磁発生時の磁束量を減じて求まる差の、初期の磁束量に対する割合を示している。ハッチングが濃いほど減磁率が大きいことを表している。図５（Ｂ）に示すように、副磁石１３３の径方向外側の隅部及び第２主磁石１３１Ｂの径方向内側の隅部において、減磁率が大きくなっている。減磁率が大きい部分があること及び減磁された領域が広いことは、磁石１４全体としての磁力が低下することを意味する。

次に、第１実施例に係るロータ４の磁束密度及び減磁について説明する。図６は、第１実施例に係るロータ４の（Ａ）磁束密度分布図、（Ｂ）減磁分布図である。なお、図６では、保持部材３５は省略されている。図５においても同様である。図６（Ａ）に示すように、本実施例に係るロータ４では、従来例に比べ、副磁石３３の径方向外側の隅部に向けて第２主磁石３１Ｂの隅部が拡張され、第２主磁石３１Ｂの径方向内側の隅部に向けて副磁石３３の隅部が拡張されている。この構成により、磁力の打ち消し合いが減少する。

図６（Ｂ）に示すように、副磁石３３の径方向外側の隅部において、従来例に比べて減磁率は僅かに小さくなり、第２主磁石１３１Ｂの径方向内側の隅部において、従来例に比べて減磁率は大幅に小さくなっている。これにより、磁石１４全体としての磁力が従来例に比べて増大する。

このように本実施例のロータ４では、図４に示すように、副磁石３３は、外側周方向幅が内側周方向幅よりも短い外テーパーの曲台形を呈し、主磁石３１は、内側周方向幅が外側周方向幅よりも短い内テーパーの曲台形を呈する。そして、主磁石３１及び副磁石３３は、互いに密着した状態で、それらの外側に配置された非磁性体からなる環状の保持部材３５によって保持されている。そのため、外テーパーの副磁石３３は内テーパーの主磁石３１に密着した状態で径方向外側から内テーパーの主磁石３１によって保持され、内テーパーの主磁石３１は径方向外側から保持部材３５によって保持される。これにより、これらの磁石１４が遠心力等の半径方向外力によって飛散することが防止される。また、外テーパーの副磁石３３は径方向外側から内テーパーの主磁石３１によって保持されるため、磁石１４の寸法を厳しく管理しなくても、これらの磁石１４を周方向に密着した状態でヨーク１３の外周に組み付けることができる。これにより、加工工数や、寸法管理のための費用が削減される。

また、本実施例の主磁石３１は内テーパーの曲台形を呈している。これにより、図６に示すように、隣り合う主磁石３１と副磁石３３とが接する接触部における径方向内側及び径方向外側の隅部に生じる反磁界領域が小さくなり、ロータ４の減磁率が低下する。そのため、ロータ４の減磁による出力低下が改善される。減磁率については他の実施例の減磁率と共に、図１３及び図１４を参照して後に詳述する。

また、本実施例のモータ１では、ロータ４によって回転駆動される回転軸１１にファン２２が設けられ、ロータ４の回転時にファン２２が磁石１４に向けて送風する。そのため、ファン２２から送られる風によって磁石１４が冷却され、これにより、磁石１４の過熱によるトルクむらが低減される。

図７及び図８を参照して本発明の第２実施例を説明する。以下の実施例では、第１実施例と同一又は同様の部材に同一の符号を付し、重複する説明は省略する。以降の実施例においても、特段の断りがない限り同様とする。

図７は第２実施例に係るロータ４の要部拡大図である。図７に示すように、本実施例では、主磁石３１（３１Ａ、３１Ｂ）が、外側周方向幅が内側周方向幅よりも短い外テーパーの曲台形を呈している。つまり、主磁石３１は外テーパー形状をしている。一方、副磁石３３は、内側周方向幅が外側周方向幅よりも短い内テーパーの曲台形を呈している。つまり、副磁石３３は内テーパーの楔形状をしている。

そして、主磁石３１及び副磁石３３は、互いに密着した状態で、それらの外側に配置された非磁性体からなる環状の保持部材３５によって保持されている。そのため、外テーパーの主磁石３１は内テーパーの副磁石３３に密着した状態で径方向外側から内テーパーの副磁石３３によって保持され、内テーパーの副磁石３３は径方向外側から保持部材３５によって保持される。これにより、これらの磁石１４が遠心力等の半径方向外力によって飛散することが防止される。

図８は第２実施例に係るロータ４の（Ａ）磁束密度分布図、（Ｂ）減磁分布図である。図８（Ａ）に示すように、本実施例に係るロータ４では、図５に示す従来例に比べ、副磁石３３の径方向外側の隅部が第２主磁石３１Ｂの隅部に向けて拡張され、第２主磁石３１Ｂの径方向内側の隅部が副磁石３３の隅部に向けて拡張されている。この構成においては、減磁分布が図８（Ｂ）に示すように現れるが、第１実施例のような磁石１４全体での減磁率改善効果は確認できなかった。

一方、本実施例においても、外テーパーの主磁石３１は径方向外側から内テーパーの副磁石３３によって保持されるため、磁石１４の寸法を厳しく管理しなくても、これらの磁石１４を周方向に密着した状態でヨーク１３の外周に組み付けることができる。これにより、加工工数や、寸法管理のための費用が削減される。

図９及び図１０を参照して本発明の第３実施例を説明する。本実施例では、第１実施例との相違点を説明する。

図９は第３実施例に係るロータ４の要部拡大図である。図９に示すように、本実施例では、主磁石３１及び副磁石３３が互いに同一の厚さ（径方向寸法）を有する一方、主磁石３１がヨーク１３との間に空隙を形成している。したがって、磁石１４（主磁石３１及び副磁石３３）の外周面には段差が形成されている。保持部材３５は、主磁石３１の外面に密接する一方、副磁石３３との間に空隙を形成している。主磁石３１が内テーパーの楔形状をしていることから、主磁石３１及び副磁石３３が互いに密着した状態で保持部材３５によって保持されることは第１実施例と同様である。

また、本実施例においても、外テーパーの主磁石３１は径方向外側から内テーパーの副磁石３３によって保持されるため、磁石１４の寸法を厳しく管理しなくても、これらの磁石１４を周方向に密着した状態でヨーク１３の外周に組み付けることができる。これにより、加工工数や、寸法管理のための費用が削減される。

図１０は第３実施例に係るロータ４の要部を分解して示す説明図である。図１０に示すように、副磁石３３はヨーク１３の外周面に所定の間隔を空けて配置されている。互いに隣接する２つの副磁石３３の内面間距離Ａは、これらの副磁石３３の外面間距離Ｂよりも小さい。主磁石３１（３１Ａ、３１Ｂ）は保持部材３５の内周面に所定の間隔を空けて配置されている。主磁石３１の内側周方向幅（以下、第１内側周方向幅Ｘという）は、主磁石３１の外側周方向幅（以下、第１外側周方向幅Ｙという）よりも小さい。また、主磁石３１の第１内側周方向幅Ｘは、その周方向の両側に配置された副磁石３３の内面間距離Ａよりも大きく、主磁石３１の第１外側周方向幅Ｙは副磁石３３の外面間距離Ｂよりも大きい。

主磁石３１及び副磁石３３がこのような寸法及び配置を有することにより、主磁石３１は保持部材３５に当接し、且つヨーク１３との間に空隙を形成する。また、副磁石３３はヨーク１３に当接し、且つ保持部材３５との間に空隙を形成する。主磁石３１とヨーク１３との間及び、副磁石３３と保持部材３５との間に空隙が形成されることにより、磁石表面の大気に晒される面積が増える。そのため、ロータ４の発熱による出力低下が抑制される。

なお、磁石１４とヨーク１３又は保持部材３５との間には間隙（磁気ギャップ）が形成されていればよく、空隙である必要はない。したがって、間隙に非磁性体が配置されていてもよい。

特に、モータ１が主磁石３１及び副磁石３３に向けて送風するファン２２を備えるため、ファン２２から送られる風がこれらの空隙を通過することで主磁石３１及び副磁石３３が効果的に冷却される。よって、磁石１４の過熱によるトルクむらが一層低減される。

また、本実施例においては、隣り合う主磁石３１の隅部及び副磁石３３の隅部に生じる反磁界領域が小さくなり、ロータ４の減磁率が効果的に低下するため、ロータ４の減磁による出力低下が大幅に改善される。減磁率については後に詳述する。

図１１を参照して本発明の第４実施例を説明する。本実施例においても、第１実施例との相違点を説明する。

図１１は第４実施例に係るロータ４の要部拡大図である。図１１に示すように、本実施例では、主磁石３１（３１Ａ、３１Ｂ）の径方向の厚さが、副磁石３３の径方向の厚さよりも大きく、副磁石３３と保持部材３５との間に空隙が形成されている。

なお、主磁石３１の第１内側周方向幅Ｘ（図１０の符号を参照。以下同様。）は、その周方向の両側に配置された副磁石３３の内面間距離Ａと等しく、主磁石３１の第１外側周方向幅Ｙは副磁石３３の外面間距離Ｂよりも大きい。したがって、副磁石３３だけでなく主磁石３１もヨーク１３に密接する。

このように本実施例では、主磁石３１の径方向の厚さを大きくすることで、副磁石３３と保持部材３５との間に間隙が形成される。これにより、間隙近傍の副磁石３３の隅部における反磁界領域が小さくなる。そのため、ロータ４の減磁による出力低下が改善される。

なお、主磁石３１及び副磁石３３の一方の径方向の厚さが他方の径方向の厚さよりも大きければ、主磁石３１又は副磁石３３とヨーク１３との間、或いは主磁石３１又は副磁石３３と保持部材３５との間に間隙が形成される。この構成により、間隙近傍の磁石１４の隅部における反磁界領域が小さくなるため、ロータ４の減磁による出力低下が改善される。

図１２を参照して本発明の第５実施例を説明する。本実施例においても、第１実施例との相違点を説明する。

図１２は第５実施例に係るロータ４の要部拡大図である。図１２に示すように、本実施例では、副磁石３３の径方向の厚さが、主磁石３１（３１Ａ、３１Ｂ）の径方向の厚さよりも大きく、主磁石３１とヨーク１３との間に空隙が形成されている。

なお、主磁石３１の第１内側周方向幅Ｘ（図１０の符号を参照。以下同様。）は、その周方向の両側に配置された副磁石３３の内面間距離Ａよりも大きく、主磁石３１の第１外側周方向幅Ｙは副磁石３３の外面間距離Ｂと等しい。したがって、主磁石３１だけでなく副磁石３３も保持部材３５に密接する。

このように本実施例では、副磁石３３の径方向の厚さが主磁石３１の径方向の厚さよりも大きいため、主磁石３１とヨーク１３との間に間隙が形成される。これにより、間隙近傍の磁石１４の隅部における反磁界領域が小さくなるため、ロータ４の減磁による出力低下が改善される。

次に、図１３及び図１４を参照して、実施例に係るモータ１の作用効果について説明する。

図１３は実施例に係るロータ４の減磁率を示すグラフであり、図１４は従来例に係るロータ１０４の減磁率を示すグラフである。図１３には、第１、第３～第５実施例に係るロータ４の減磁率が示されている。図１４には、第１実施例に対応する従来例（図５に示す構成）及び、第３～第５実施例に対応して従来例に係るロータ１０４の減磁率が示されている。

従来例に係るロータ１０４のそれぞれは、磁石１１４が軸線２から放射状に延びる分割線によって分割された構成を有している。第１従来例に係るロータ１０４は、図５に示したように、磁石１１４の径方向内側にも径方向外側にも空隙を有していない。第３従来例に係るロータ１０４は、図９の第３実施例と同様に、磁石１１４の径方向内側及び径方向外側に空隙を有している。第４従来例に係るロータ１０４は、図１１の第４実施例と同様に、磁石１１４の径方向内側には空隙を有さず、径方向外側に空隙を有している。第５従来例に係るロータ１０４は、図１２の第５実施例と同様に、磁石１１４の径方向内側に空隙を有し、径方向外側に空隙を有していない。

図１４に示すように、第１従来例では、ロータ１０４の減磁率は２．９１％であった。これに対し、第１実施例では、磁石１４が図４に示す構成とされたことにより、ロータ４の減磁率が２．７２％に改善された（図１３参照）。図１４に示すように、磁石１１４の径方向内側に空隙が形成された第５従来例では、ロータ１０４の減磁率は第１従来例との比較において改善は見られなかった。一方、第５実施例では、図１３に示すように、主磁石３１の径方向内側に空隙が形成されたことにより、ロータ４の減磁率が２．６６％に改善された。また、第３実施例ではロータ４の減磁率が１．３８％に大幅に改善され、第４実施例ではロータ４の減磁率が１．２８％に更に大幅に改善された。図１４に示すように磁石１１４の径方向外側に空隙が形成された第３従来例及び第４従来例においても、ロータ１０４の減磁率はそれぞれ１．８３％、１．７３％に改善されたが、第３実施例及び第４実施例ほどに大きな改善は見られなかった。

このように本実施例では、主磁石３１及び副磁石３３の一方が外テーパーの曲台形を呈し、主磁石３１及び副磁石３３の他方が内テーパーの曲台形を呈することにより、ロータ４の減磁率が改善された。

次に、図１５を参照して本発明の第６実施例を説明する。第６実施例に係るロータ４は、図９に示した第３実施例と同様の構成を有している。

具体的には、主磁石３１は内側周方向幅が外側周方向幅よりも短い内テーパーの曲台形を呈し、副磁石３３は外側周方向幅が内側周方向幅よりも短い外テーパーの曲台形を呈している。また、主磁石３１は保持部材３５に当接し、且つヨーク１３との間に空隙を形成し、副磁石３３はヨーク１３に当接し、且つ保持部材３５との間に空隙を形成している。更に、主磁石３１及び副磁石３３は、それらの外側に配置された非磁性体からなる環状の保持部材３５によって互いに密着した状態で保持されている。

図１５に示す軸線方向視において、第１主磁石３１Ａの周方向の両端面を延長すると、両端面は第１主磁石３１Ａよりも径方向内側の交点ａにて挟み角αをもって交差する。第２主磁石３１Ｂの周方向の両端面を延長すると、両端面は第２主磁石３１Ｂよりも径方向内側の交点ｂにて挟み角αをもって交差する。副磁石３３の周方向の両端面を延長すると、両端面は副磁石３３よりも径方向外側の交点ｃにて挟み角βをもって交差する。第１主磁石３１Ａと第２主磁石３１Ｂの周方向に離間する側の各端面を延長すると、両端面は交点ａ及び交点ｂよりも径方向内側の交点ｄにて所定の角度（図示例では２β）をもって交差する。

主磁石３１の周方向の両端面による挟み角αは、副磁石３３の周方向の両端面による挟み角β以上である（α≧β）。主磁石３１の両端面による挟み角αは、例えば、図１５に示されるように副磁石３３の両端面による挟み角βの１．５倍であってよい（α＝１．５β）。この場合、交点ａｄｂを結ぶ直線がなす角度（２β）は、交点ａｃｂを結ぶ直線がなす角度（β）の２倍になる。本実施例のロータ４はこのような構成を有している。

図１６は、従来例に係るロータ１０４の要部拡大図である。このロータ１０４は図５に示したものを同じ構成を有している。つまり、複数の磁石１１４（第１主磁石１３１Ａ、第２主磁石１３１Ｂ、副磁石１３３）は、軸線２から放射状に延びる分割線によって分割されている。なお、上記のように図５では省略されているが、磁石１１４の外周には保持部材１３５が設けられている。

これに対し、本実施例のロータ４は図１５を参照して説明した上記構成を有する。具体的には、主磁石３１の周方向の両端面による挟み角αが、副磁石３３の周方向の両端面による挟み角βよりも大きく、主磁石３１及び副磁石３３が、それらの外側に配置された非磁性体からなる環状の保持部材３５によって互いに密着した状態で保持されている。

これにより、外テーパーの副磁石３３は内テーパーの主磁石３１に密着した状態で径方向外側から内テーパーの主磁石３１によって保持され、内テーパーの主磁石３１は径方向外側から保持部材３５によって保持される。これにより、これらの磁石１４が遠心力等の半径方向外力によって飛散することが防止される。また、外テーパーの副磁石３３は径方向外側から内テーパーの主磁石３１によって保持されるため、磁石１４の寸法を厳しく管理しなくても、これらの磁石１４を周方向に密着した状態でヨーク１３の外周に組み付けることができる。そのため、加工工数や、寸法管理のための費用が削減される。更に、隣り合う主磁石３１と副磁石３３とが接する接触部における径方向内側及び径方向外側の隅部に生じる反磁界領域が小さくなり、ロータ４の減磁による出力低下が改善される。

以上で具体的な実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態や実施例に限定されることなく、幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、本発明に係る回転子が、モータ１のロータ４に適用されているが、ジェネレータのロータ４に適用されてもよい。また、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、素材など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更することができる。また、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

１ ：モータ（回転電機の一例）
４ ：ロータ（回転子）
５ ：ステータ（固定子）
１１ ：回転軸
１３ ：ヨーク（ロータコア）
１４ ：磁石
２２ ：ファン
３１ ：主磁石
３１Ａ ：第１主磁石
３１Ｂ ：第２主磁石
３３ ：副磁石
３５ ：保持部材
Ａ ：副磁石３３の内面間距離
Ｂ ：副磁石３３の外面間距離
Ｘ ：主磁石３１の第１内側周方向幅
Ｙ ：主磁石３１の第１外側周方向幅
α ：主磁石３１の両端面の挟み角
β ：副磁石３３の両端面の挟み角

Claims (7)

1. 回転電機の回転子であって、
   周方向に所定の配列をもって配置された複数の磁石と、
   前記磁石の径方向内側に配置されたヨークと、を備え、
   前記所定の配列は、径方向内側に向く磁極方向を有する第１主磁石及び径方向外側に向く磁極方向を有する第２主磁石を含む１対の主磁石の間に前記第２主磁石に向く成分を含む磁極方向を有する副磁石が配置されたハルバッハ配列であり、
   前記主磁石及び前記副磁石の一方は、外側周方向幅が内側周方向幅よりも短い外テーパーの曲台形を呈し、前記主磁石及び前記副磁石の他方は、内側周方向幅が外側周方向幅よりも短い内テーパーの曲台形を呈し、
   前記主磁石及び前記副磁石が、互いに密着した状態で、それらの外側に配置された非磁性体からなる環状の保持部材によって保持されている、回転電機の回転子。
2. 前記主磁石が内テーパーの曲台形を呈する、請求項１に記載の回転電機の回転子。
3. 前記主磁石及び前記副磁石の一方の径方向の厚さが、前記主磁石及び前記副磁石の他方の径方向の厚さよりも大きい、請求項２に記載の回転電機の回転子。
4. 前記主磁石の径方向の厚さが前記副磁石の径方向の厚さよりも大きい、請求項３に記載の回転電機の回転子。
5. 前記主磁石の内側周方向幅が、前記主磁石の周方向の両側に配置された前記副磁石の内面間距離よりも大きく、且つ、前記主磁石の外側周方向幅が、前記副磁石の外面間距離よりも大きく、
   前記主磁石は前記保持部材に当接し、且つ前記ヨークとの間に間隙を形成し、
   前記副磁石は前記ヨークに当接し、且つ前記保持部材との間に間隙を形成する、請求項２に記載の回転電機の回転子。
6. 請求項３～５のいずれか１項に記載の回転子と、
   前記回転子の外側に設けられた固定子と、
   前記回転子によって回転駆動される回転軸と、
   前記回転軸に設けられ、回転時に前記磁石に向けて送風するファンと、を備える回転電機。
7. 回転電機の回転子であって、
   周方向に所定の配列をもって配置された複数の磁石と、前記磁石の径方向内側に配置されて前記磁石を保持するヨークとを備え、
   前記所定の配列は、径方向内側に向く磁極方向を有する第１主磁石及び径方向外側に向く磁極方向を有する第２主磁石を含む１対の主磁石の間に前記第２主磁石に向く成分を含む磁極方向を有する副磁石が配置されたハルバッハ配列であり、
   前記主磁石は外側周方向幅が内側周方向幅よりも短い外テーパーの曲台形を呈し、前記副磁石は内側周方向幅が外側周方向幅よりも短い内テーパーの曲台形を呈し、
   前記主磁石の周方向の両端面による挟み角が前記副磁石の周方向の両端面による挟み角よりも大きく、前記主磁石及び前記副磁石が、それらの外側に配置された非磁性体からなる環状の保持部材によって互いに密着した状態で保持されている、回転電機の回転子。

Images