WO2023026372A1 - ロータ及びモータ - Google Patents

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WO2023026372A1
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magnetic
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ring magnet
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義康 柴山
圭伍 今村
一輝 植田
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川崎重工業株式会社
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
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    • H02K1/2726Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of a single magnet or two or more axially juxtaposed single magnets
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    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the technology disclosed here relates to rotors and motors.
  • Patent Document 1 discloses a rotor provided with polar anisotropic magnets.
  • the strength of the magnetic field formed by magnets becomes difficult to increase when the amount of magnets exceeds a certain amount. That is, the upper limit of the strength of the magnetic field formed by the magnet depends on the physical properties of the magnet material. Therefore, it is difficult to improve the torque of the motor.
  • the technology disclosed here has been made in view of this point, and its purpose is to improve the torque of the motor.
  • the rotor disclosed herein includes a rotor body that rotates around a rotation axis, and a plurality of magnetic poles arranged in a circumferential direction around the rotation axis. and a plurality of magnetic bodies arranged at positions corresponding to the plurality of magnetic poles on the outer peripheral surface of the polar anisotropic magnet.
  • the motor disclosed here includes the rotor and a stator that drives the rotor.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the motor.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a permanent magnet and magnetic bodies.
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view of the rotor.
  • FIG. 4 is an enlarged sectional view of a modified rotor.
  • FIG. 5 is a sectional view of a rotor of another modification.
  • FIG. 1 shows a motor 100 according to an embodiment.
  • the motor 100 includes a rotor 1 that rotates around a predetermined rotation axis A1, and a stator 6 that rotates the rotor 1 around the rotation axis A1.
  • the motor 100 may further include a motor case 7 .
  • a motor case 7 accommodates the rotor 1 and the stator 6 .
  • the stator 6 is fixed with respect to the motor case 7 .
  • the rotor 1 is rotatably supported by the motor case 7 .
  • rotation axis direction A circumferential direction about the rotation axis A1 is called a “circumferential direction”.
  • a radial direction about the rotation axis A1 is called a “radial direction”.
  • the side radially directed toward the axis of rotation A1 is referred to as “radially inner”, and the side opposite to the axis of rotation A1 is referred to as "radially outer”.
  • the stator 6 has a stator core 61 and windings 62 .
  • Stator core 61 is a soft magnetic material.
  • the stator core 61 is formed, for example, from a plurality of laminated electromagnetic steel sheets.
  • the stator core 61 is formed in an annular shape. Specifically, stator core 61 is formed in a cylindrical shape. The stator core 61 is fixed to the motor case 7 . The stator core 61 is formed with a plurality of teeth 61a projecting inwardly of the stator core 61 . A plurality of teeth 61a are arranged in a line in the circumferential direction of stator core 61 at intervals. The winding 62 is wound around a plurality of teeth 61a. By supplying current to the windings 62 , the stator 6 forms a rotating magnetic field that rotates the rotor 1 .
  • the rotor 1 includes a rotor body 2, a polar anisotropic ring magnet 4 (hereinafter referred to as "ring magnet 4"), and a plurality of magnetic bodies 3.
  • the rotor body 2 rotates around the rotation axis A1.
  • the ring magnet 4 is provided on the outer peripheral surface of the rotor body 2 . That is, the motor 100 is an SPM (Surface Permanent Magnet) motor.
  • the ring magnet 4 forms a plurality of magnetic poles 41 (see FIG. 2) arranged in the circumferential direction.
  • the magnetic body 3 is provided on the outer peripheral surface 42 (that is, the radially outer surface) of the ring magnet 4 and concentrates the magnetic flux of the ring magnet 4 .
  • the ring magnet 4 is an example of a polar anisotropic magnet.
  • the rotor body 2 contains, for example, a soft magnetic material.
  • the rotor body 2 includes a rotor core 20 and a shaft 5 .
  • the rotor core 20 is, for example, a soft magnetic material.
  • the rotor core 20 is formed, for example, from a plurality of electromagnetic steel sheets laminated together.
  • the rotor core 20 is formed in an annular shape surrounding the rotation axis A1.
  • the rotor core 20 is formed in a cylindrical shape centered on the rotation axis A1.
  • the outer peripheral surface of the rotor core 20 forms the outer peripheral surface of the rotor body 2 .
  • the cross-sectional shape of rotor core 20 orthogonal to rotation axis A1 is the same over the entire length of rotor core 20 in the rotation axis direction.
  • the shaft 5 is fitted inside the rotor core 20 .
  • Shaft 5 is fixed to rotor core 20 .
  • the shaft 5 is, for example, a soft magnetic material.
  • the axis of the shaft 5 coincides with the rotation axis A1.
  • the shaft 5 is rotatably supported by the motor case 7 via bearings and the like.
  • the rotor core 20 rotates together with the shaft 5 around the rotation axis A1.
  • the ring magnet 4 is provided on the outer peripheral surface of the rotor core 20 .
  • Ring magnet 4 is formed in an annular shape surrounding rotor core 20 .
  • the ring magnet 4 is formed in a cylindrical shape centered on the rotation axis A1.
  • the ring magnet 4 is formed over the entire length of the rotor core 20 in the rotation axis direction.
  • An air gap is formed between the outer peripheral surface 42 of the ring magnet 4 and the inner peripheral surface of the stator core 61 .
  • the ring magnet 4 is, for example, a bond magnet.
  • a bonded magnet is formed from a magnetic material that includes magnet powder and a binder that binds the magnet powder.
  • the magnetic powder is, for example, a powder of a neodymium magnet, a samarium-iron-nitrogen magnet, a samarium-cobalt magnet, a ferrite magnet, an alnico magnet, or a mixture of two or more of these powders.
  • the binder is, for example, thermosetting resin such as epoxy resin, thermoplastic resin such as polyamide resin, or rubber.
  • a polar anisotropic magnet having a residual magnetic flux density of 0.9 T or less is used.
  • the ring magnet 4 is formed by insert molding, for example.
  • the ring magnet 4 is formed, for example, by injecting a magnet material that will become a bond magnet into a mold containing the rotor core 20 and the plurality of magnetic bodies 3 .
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the ring magnet 4 and the magnetic body 3.
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view of the rotor 1.
  • FIG. Magnetic poles 41 that alternate in the circumferential direction are formed on the outer peripheral surface 42 of the ring magnet 4 .
  • the ring magnet 4 in this example has six magnetic poles 41 .
  • the plurality of magnetic poles 41 are arranged at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface 42 of the ring magnet 4 .
  • the arrow drawn inside the ring magnet 4 in FIG. 2 indicates the orientation direction of the ring magnet 4 .
  • the ring magnet 4 is oriented in a direction extending from the N pole, which is one of the two magnetic poles 41 adjacent in the circumferential direction, toward the S pole, which is the other magnetic pole 41 .
  • the ring magnet 4 is magnetized such that the magnetization direction matches the orientation direction.
  • the ring magnet 4 can concentrate the magnetic flux in a part of the outer peripheral surface 42 in the circumferential direction and increase the magnetic flux density of the magnetic poles 41 compared to the radially anisotropic magnet. Therefore, the ring magnet 4 is advantageous in that the magnet torque can be improved compared to the radially anisotropic magnet.
  • Recesses 43 are formed at positions corresponding to the magnetic poles 41 on the outer peripheral surface 42 of the ring magnet 4 .
  • the outer peripheral surface 42 of the ring magnet 4 is formed by a plurality of curved surfaces 44 that match the outer peripheral surface of a single imaginary cylinder centered on the rotation axis A1, and a plurality of concave portions 43 that are recessed radially inward.
  • the curved surfaces 44 and the recesses 43 are alternately arranged in the circumferential direction.
  • the recess 43 extends in the direction of the rotation axis and opens radially outward.
  • the circumferential width of the concave portion 43 in this example increases radially outward.
  • the cross-sectional shape of the concave portion 43 perpendicular to the rotation axis A1 is symmetrical about the axis of symmetry A2 extending in the radial direction.
  • the magnetic body 3 is arranged at a position corresponding to the magnetic pole 41 (that is, the recess 43) of the ring magnet 4.
  • the rotor 1 of this example has the same number of magnetic bodies 3 as the magnetic poles 41 , and the magnetic bodies 3 are arranged at positions corresponding to all the magnetic poles 41 .
  • the magnetic material 3 is, for example, a soft magnetic material.
  • the magnetic body 3 is formed, for example, from a plurality of magnetic steel sheets laminated together.
  • the magnetic permeability of the magnetic body 3 is higher than that of air. For this reason, the magnetic flux of the ring magnet 4 is difficult to enter/exit the air gap, and enters/exits the magnetic body 3 intensively. That is, the magnetic body 3 is a portion of the rotor 1 where the magnetic flux of the ring magnet 4 is most concentrated.
  • the magnetic body 3 has an inner surface 31 positioned within the recess 43 and an outer surface 32 exposed radially outward from the recess 43 .
  • the inner surface 31 is in close contact with the inner surface of the recess 43 of the ring magnet 4 (that is, the magnetic pole 41).
  • the magnetic body 3 is fixed with respect to the ring magnet 4 .
  • the magnetic body 3 is fixed to the ring magnet 4 by, for example, bonding the inner surface 31 to the inner surface of the recess 43 when the ring magnet 4 and the magnetic body 3 are integrally molded.
  • the outer surface 32 of the magnetic body 3 is flush with the curved surface 44 of the ring magnet 4. Specifically, the outer surface 32 forms, together with the curved surface 44, the outer peripheral surface of a single imaginary cylinder centered on the rotation axis A1. The outer peripheral surface of the rotor 1 is formed by the curved surface 44 and the outer surface 32 .
  • the upper limit of the magnetic flux density of the magnetic poles 41 depends on the physical properties of the ring magnet 4 . Specifically, the upper limit of the magnetic flux density of the ring magnet 4 depends on the saturation magnetic flux density of the material of the ring magnet 4 .
  • the magnetic flux of the ring magnet 4 enters and exits the magnetic body 3 in a concentrated manner. That is, the magnetic flux density of the portion corresponding to the magnetic poles 41 on the outer peripheral surface of the rotor 1 increases. Therefore, the magnet torque is improved, and the torque of the motor is improved.
  • the magnetic body 3 is arranged in a recess 43 formed in the outer peripheral surface 42 of the ring magnet 4 . Therefore, the magnetic body 3 can be arranged on the ring magnet 4 without protruding radially outward from the curved surface 44 of the ring magnet 4 . Therefore, the air gap formed between the curved surface 44 of the ring magnet 4 and the stator 6 can be reduced. Therefore, the magnetic flux generated in the stator 6 can easily flow to the rotor 1, and the torque of the motor 100 is improved. Further, the outer surface 32 of the magnetic body 3 is flush with the curved surface 44 of the ring magnet 4 , and no step is formed between the outer surface 32 and the curved surface 44 on the outer peripheral surface of the rotor 1 . Therefore, air resistance during rotation of the rotor 1 is reduced, and the rotor 1 rotates efficiently.
  • the rotor 1 includes the rotor body 2 that rotates about the rotation axis A1, and the plurality of magnetic poles 41 arranged in the circumferential direction around the rotation axis A1.
  • a ring magnet 4 polar anisotropic magnet
  • a plurality of magnetic bodies 3 arranged at positions corresponding to the plurality of magnetic poles 41 on an outer peripheral surface 42 of the ring magnet 4 .
  • the motor 100 also includes the rotor 1 having the configuration described above and the stator 6 that drives the rotor 1 .
  • the magnetic flux of the ring magnet 4 concentrates and enters and exits the magnetic bodies 3 provided on the magnetic poles 41 of the ring magnet 4 . That is, the magnetic flux density of the portion corresponding to the magnetic poles 41 on the outer peripheral surface of the rotor 1 increases. Therefore, the magnet torque is improved, and the torque of the motor is improved.
  • recesses 43 are formed at positions corresponding to the plurality of magnetic poles 41 on the outer peripheral surface 42 of the ring magnet 4 , and the magnetic bodies 3 are arranged in the recesses 43 .
  • the magnetic body 3 can be arranged without protruding radially outward from the ring magnet 4, and the air gap formed between the ring magnet 4 and the stator 6 can be reduced. Therefore, the magnetic flux generated in the stator 6 can easily flow to the rotor 1, and the torque of the motor 100 is improved.
  • the residual magnetic flux density of the ring magnet 4 is 0.9 T or less.
  • the magnet torque of the rotor 1 provided with the ring magnet 4 having a residual magnetic flux density of 0.9 T or less can be improved.
  • the ring magnet 4 is a bond magnet.
  • the rotor body 2 may be formed only by the rotor core 20 without the shaft 5.
  • the rotor body 2 may be formed only by the shaft 5 without the rotor core 20 .
  • the shaft 5 does not have to be a soft magnetic material.
  • Shaft 5 may be formed integrally with rotor core 20 .
  • the residual magnetic flux density of the ring magnet 4 is not limited to 0.9T or less, and may exceed 0.9T.
  • the ring magnet 4 is not limited to a bonded magnet, and may be, for example, a sintered magnet formed by sintering magnetic powder.
  • the magnetic powder is, for example, a powder of a neodymium magnet, a samarium-iron-nitrogen magnet, a samarium-cobalt magnet, a ferrite magnet, an alnico magnet, or a mixture of two or more of these powders.
  • the ring magnet 4 may be one polar anisotropic magnet continuous in the circumferential direction, or may be a plurality of polar anisotropic magnets divided in the circumferential direction.
  • the number of magnetic poles 41 that the ring magnet 4 has is not limited.
  • the shape of the recess 43 of the ring magnet 4 is not limited.
  • the recess 43 of the ring magnet 4 can be omitted.
  • the outer peripheral surface 42 of the ring magnet 4 may be a curved surface that matches the outer peripheral surface of the virtual cylinder, and the magnetic body 3 may be provided on this curved surface.
  • the number of magnetic bodies 3 included in the rotor 1 is not limited.
  • the magnetic body 3 may be provided only on some of the magnetic poles 41 included in the ring magnet 4 .
  • the shape of the magnetic body 3 is not limited.
  • the outer surface 32 of the magnetic body 3 does not have to be flush with the curved surface 44 of the ring magnet 4 .
  • the outer surface 32 of the magnetic body 3 may protrude radially outward from the outer surface 32 of the magnetic body 3 or may be recessed radially inward.
  • the retaining portion 46 restricts the radially outward movement of the wide portion 33 . Therefore, the magnetic body 3 is less likely to come off from the ring magnet 4 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the rotor 1 of another modified example.
  • the rotor 1 shown in FIG. 5 includes a retaining member 8 that retains the magnetic body 3 arranged in the concave portion 43 .
  • the retaining member 8 is formed in an annular shape surrounding the ring magnet 4 .
  • the retainer member 8 is formed in a cylindrical shape centered on the rotation axis A1.
  • the retaining member 8 is fixed to the ring magnet 4 with the inner peripheral surface of the retaining member 8 in contact with the curved surface 44 of the ring magnet 4 and the outer surfaces 32 of the plurality of magnetic bodies 3 .
  • the retainer member 8 restricts the movement of the plurality of magnetic bodies 3, which receive centrifugal force when the rotor 1 rotates, toward the outside in the radial direction. Therefore, the magnetic body 3 is less likely to come off from the ring magnet 4 .
  • the retaining member 8 may be, for example, a non-magnetic material such as stainless steel or FRP (Fiber-Reinforced Plastics), or may be a magnetic material such as iron or steel.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

モータのトルクを向上する。ロータ1は、ロータ本体2、極異方性磁石4及び複数の磁性体3を備える。ロータ本体2は、回転軸A1回りに回転する。極異方性磁石4は、回転軸A1を中心とする周方向に並ぶ複数の磁極41を形成し、ロータ本体2の外周面に設けられる。複数の磁性体3は、極異方性磁石4の外周面において、複数の磁極41に対応する位置に配置される。

Description

ロータ及びモータ
 ここに開示された技術は、ロータ及びモータに関する。
 特許文献1には、極異方性磁石を備えたロータが開示されている。
特開2007-74888号公報
 ところで、磁石が形成する磁界の強度は、磁石量が一定量を超えると強くなり難くなる。すなわち、磁石が形成する磁界の強度の上限は、磁石材料の物性に依存する。このため、モータのトルクを向上させることが難しい。
 ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータのトルクを向上させることにある。
 ここに開示されたロータは、回転軸回りに回転するロータ本体と、前記回転軸を中心とする周方向に並ぶ複数の磁極を形成し、前記ロータ本体の外周面に設けられた極異方性磁石と、前記極異方性磁石の外周面において、前記複数の磁極に対応する位置に配置された複数の磁性体とを備える。
 ここに開示されたモータは、前記ロータと、前記ロータを駆動するステータとを備える。
図1は、モータの断面図である。 図2は、永久磁石及び磁性体の断面図である。 図3は、ロータの拡大断面図である。 図4は、変形例のロータの拡大断面図である。 図5は、他の変形例のロータの断面図である。
 以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1に実施形態に係るモータ100を示す。
 モータ100は、所定の回転軸A1回りに回転するロータ1と、ロータ1を回転軸A1回りに回転させるステータ6とを備えている。モータ100は、モータケース7を更に備えてもよい。モータケース7は、ロータ1及びステータ6を収容している。ステータ6は、モータケース7に対して固定されている。ロータ1はモータケース7に回転可能に支持されている。
 以下、回転軸A1が延びる方向を「回転軸方向」と称する。回転軸A1を中心とする周方向を「周方向」と称する。回転軸A1を中心とする半径方向を「半径方向」と称する。半径方向において回転軸A1に向かう側を「半径方向内側」と称し、回転軸A1とは反対側を「半径方向外側」と称する。
 ステータ6は、ステータコア61と、巻線62とを備えている。ステータコア61は、軟磁性体である。ステータコア61は、例えば、積層された複数枚の電磁鋼板から形成される。
 ステータコア61は環状に形成されている。具体的には、ステータコア61は、円筒状に形成されている。ステータコア61は、モータケース7に固定されている。ステータコア61には、ステータコア61の内側に向かって突出した複数のティース61aが形成されている。複数のティース61aは、ステータコア61の周方向に間隔をあけて並んでいる。巻線62は、複数のティース61aに巻かれている。巻線62に電流が供給されることにより、ステータ6は、ロータ1を回転させる回転磁界を形成する。
 ロータ1は、ロータ本体2と、極異方性リング磁石4(以下、「リング磁石4」と称する)と、複数の磁性体3とを備えている。ロータ本体2は、回転軸A1回りに回転する。リング磁石4は、ロータ本体2の外周面に設けられている。すなわち、モータ100は、SPM(Surface Permanent Magnet)モータである。リング磁石4は、周方向に並ぶ複数の磁極41(図2参照)を形成する。磁性体3は、リング磁石4の外周面42(すなわち、半径方向外側の面)に設けられ、リング磁石4の磁束を集中させる。尚、リング磁石4は、極異方性磁石の一例である。
 ロータ本体2は、例えば、軟磁性体を含む。具体的には、ロータ本体2は、ロータコア20及びシャフト5を含んでいる。ロータコア20は、例えば、軟磁性体である。ロータコア20は、例えば、互いに積層された複数枚の電磁鋼板から形成される。ロータコア20は、回転軸A1を囲む環状に形成されている。具体的には、ロータコア20は、回転軸A1を軸心とする円筒状に形成されている。ロータコア20の外周面は、ロータ本体2の外周面を形成する。ロータコア20の回転軸A1と直交する断面の形状は、ロータコア20の回転軸方向の全長にわたって同じである。
 シャフト5は、ロータコア20の内側に嵌め込まれている。シャフト5は、ロータコア20に対して固定されている。シャフト5は、例えば、軟磁性体である。シャフト5の軸心は、回転軸A1と一致している。シャフト5は、軸受け等を介してモータケース7に回転可能に支持されている。ロータコア20は、シャフト5と共に回転軸A1回りに回転する。
 リング磁石4は、ロータコア20の外周面に設けられている。リング磁石4は、ロータコア20を囲む環状に形成されている。具体的には、リング磁石4は、回転軸A1を軸心とする円筒状に形成されている。リング磁石4は、ロータコア20における回転軸方向の全長にわたって形成されている。リング磁石4の外周面42とステータコア61の内周面との間には、エアギャップが形成されている。
 リング磁石4は、例えば、ボンド磁石である。ボンド磁石は、磁石粉末と磁石粉末を結合するバインダとを含んだ磁石材料から形成される。磁石粉末は、例えば、ネオジム磁石、サマリウム鉄窒素系磁石、サマリウムコバルト系磁石、フェライト磁石若しくはアルニコ磁石等の粉末、又はこれら粉末のうち2種以上の粉末の混合物である。バインダは、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂又はゴムである。リング磁石4としては、例えば、残留磁束密度が0.9T以下の極異方性磁石が用いられる。
 リング磁石4は、例えば、インサート成形によって形成される。リング磁石4は、例えば、ロータコア20及び複数の磁性体3が収容された成形型内にボンド磁石となる磁石材料を射出することによって形成される。
 図2は、リング磁石4及び磁性体3の断面図である。図3は、ロータ1の拡大断面図である。リング磁石4の外周面42には、周方向において交互に異なる磁極41が形成されている。この例のリング磁石4は、6つの磁極41を有している。複数の磁極41は、リング磁石4の外周面42において周方向に等間隔に配置されている。
 図2においてリング磁石4の内部に描かれた矢印は、リング磁石4の配向方向を示している。リング磁石4は、周方向において隣り合う2つの磁極41のうち一方の磁極41であるN極から他方の磁極41であるS極に向かって延びる方向に配向されている。リング磁石4は、磁化方向が配向方向と一致するように着磁される。
 リング磁石4は、ラジアル異方性磁石と比較して、外周面42の周方向の一部に磁束を集中させることができ、磁極41の磁束密度を大きくすることができる。したがって、リング磁石4は、ラジアル異方性磁石と比較して、マグネットトルクを向上できる点で有利である。
 リング磁石4の外周面42において各磁極41に対応する位置には、凹部43が形成されている。リング磁石4の外周面42は、回転軸A1を軸心とする単一の仮想円柱の外周面と一致する複数の曲面44と、半径方向内側に凹む複数の凹部43とによって形成されている。曲面44と凹部43とは、周方向に交互に配置されている。
 凹部43は、回転軸方向に延びると共に、半径方向外側へ開口している。この例の凹部43の周方向の幅は、径方向外側に行くほど大きくなっている。凹部43の回転軸A1と直交する断面形状は、半径方向に延びる対称軸A2を中心とした線対称である。
 磁性体3は、リング磁石4の磁極41(すなわち、凹部43)に対応する位置に配置されている。この例のロータ1は、磁極41と同数の磁性体3を備えており、磁性体3は、全ての磁極41に対応する位置に配置されている。
 磁性体3は、例えば、軟磁性体である。磁性体3は、例えば、互いに積層された複数枚の電磁鋼板から形成される。磁性体3の透磁率は、空気の透磁率よりも高い。このため、リング磁石4の磁束は、エアギャップからは出入りし難く、磁性体3に集中して出入りする。すなわち、磁性体3は、ロータ1においてリング磁石4の磁束が最も集中して出入りする部分となる。
 磁性体3は、リング磁石4の凹部43に嵌め込まれている。磁性体3の回転軸A1と直交する断面形状は、凹部43と同じである。すなわち、磁性体3の周方向の幅は、半径方向外側に行くほど大きくなっている。磁性体3の回転軸A1と直交する断面形状は、半径方向に延びる対称軸A2を中心とした線対称である。ロータ1のd軸は、例えば、磁性体3を通過するように、又は対称軸A2と一致するように設定される。
 磁性体3は、凹部43内に位置する内面31と、凹部43から半径方向外側に露出する外面32とを有している。内面31は、リング磁石4の凹部43の内面(すなわち、磁極41)に密接している。磁性体3は、リング磁石4に対して固定される。磁性体3は、例えば、リング磁石4が磁性体3と一体成形された際に内面31が凹部43の内面に接着されることにより、リング磁石4に対して固定される。
 磁性体3の外面32は、リング磁石4の曲面44と面一である。具体的には、外面32は、曲面44と共に回転軸A1を軸心とする単一の仮想円柱の外周面を形成する。ロータ1の外周面は、曲面44と外面32とによって形成されている。
 ステータ6の巻線62に電流が供給されて回転磁界が形成されると、リング磁石4で生じた磁束が巻線62に鎖交し、マグネットトルクが発生する。これにより、ロータ1は、回転軸A1を中心に回転する。
 ところで、リング磁石4の磁束密度は、リング磁石4の磁石量が一定量を超えるとそれ以上大きくなり難い。すなわち、磁極41の磁束密度の上限は、リング磁石4の物性に依存する。具体的には、リング磁石4の磁束密度の上限は、リング磁石4の材料の飽和磁束密度に依存する。しかし、この例では、リング磁石4の各磁極41に、磁性体3が設けられるため、リング磁石4の磁束は磁性体3に集中して出入りする。すなわち、ロータ1の外周面における磁極41に対応する部分の磁束密度が高くなる。したがって、マグネットトルクが向上し、モータのトルクが向上する。
 また、磁性体3は、リング磁石4の外周面42に形成された凹部43に配置されている。このため、磁性体3は、リング磁石4の曲面44よりも半径方向外側に突出しない状態でリング磁石4に配置することができる。したがって、リング磁石4の曲面44とステータ6との間に形成されるエアギャップを小さくすることができる。このため、ステータ6で生じた磁束がロータ1へ流れやすくなり、モータ100のトルクが向上する。また、磁性体3の外面32は、リング磁石4の曲面44と面一であり、ロータ1の外周面における外面32と曲面44との間には、段差が形成されない。このため、ロータ1の回転時における空気抵抗が小さくなり、ロータ1が効率良く回転する。
 以上のように、ロータ1は、回転軸A1回りに回転するロータ本体2と、回転軸A1を中心とする周方向に並ぶ複数の磁極41を形成し、ロータ本体2の外周面に設けられたリング磁石4(極異方性磁石)と、リング磁石4の外周面42において、複数の磁極41に対応する位置に配置された複数の磁性体3とを備える。
 また、モータ100は、前述した構成を有するロータ1と、ロータ1を駆動するステータ6とを備える。
 これらの構成によれば、リング磁石4の磁束は、リング磁石4の磁極41に設けられた磁性体3に集中して出入りする。すなわち、ロータ1の外周面における磁極41に対応する部分の磁束密度が高くなる。したがって、マグネットトルクが向上し、モータのトルクが向上する。
 また、リング磁石4の外周面42における複数の磁極41に対応する位置に、凹部43が形成されており、磁性体3は、凹部43に配置される。
 この構成によれば、磁性体3を、リング磁石4よりも半径方向外側に突出させることなく配置して、リング磁石4とステータ6との間に形成されるエアギャップを小さくすることができる。このため、ステータ6で生じた磁束がロータ1へ流れやすくなり、モータ100のトルクが向上する。
 また、リング磁石4の残留磁束密度は、0.9T以下である。
 この構成によれば、残留磁束密度が0.9T以下のリング磁石4を備えたロータ1のマグネットトルクを向上させることができる。
 また、リング磁石4は、ボンド磁石である。
 この構成によれば、リング磁石4を所望の形状に形成しやすい。また、ボンド磁石からなるリング磁石4を備えたロータ1のマグネットトルクを向上させることができる。
 《その他の実施形態》
 以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
 例えば、ロータ本体2は、シャフト5を備えず、ロータコア20だけで形成されてもよい。ロータ本体2は、ロータコア20を備えず、シャフト5だけで形成されてもよい。シャフト5は軟磁性体でなくてもよい。シャフト5は、ロータコア20と一体に形成されてもよい。
 リング磁石4の残留磁束密度は、0.9T以下に限定されず、0.9Tを超えてもよい。リング磁石4は、ボンド磁石に限定されず、例えば、磁性粉末を焼結することによって形成された焼結磁石であってもよい。この場合、磁性粉末は、例えば、ネオジム磁石、サマリウム鉄窒素系磁石、サマリウムコバルト系磁石、フェライト磁石若しくはアルニコ磁石等の粉末、又はこれら粉末のうち2種以上の粉末の混合物である。リング磁石4は、周方向に連続した一つの極異方性磁石であってもよいし、周方向に分割された複数の極異方性磁石であってもよい。
 リング磁石4が有する磁極41の数は、限定されない。リング磁石4の凹部43の形状は限定されない。リング磁石4の凹部43は省略可能である。例えば、リング磁石4の外周面42は、仮想円柱の外周面と一致する曲面であってもよく、この曲面に磁性体3が設けられてもよい。
 ロータ1が備える磁性体3の数は、限定されない。磁性体3は、リング磁石4が備える複数の磁極41のうち一部の磁極41にのみ設けられてもよい。磁性体3の形状は限定されない。磁性体3の外面32は、リング磁石4の曲面44と面一でなくてもよい。磁性体3の外面32は、磁性体3の外面32よりも半径方向外側に突出してもよいし、半径方向内側に凹んでもよい。
 図4は、変形例のロータ1の拡大断面図である。図4に示されるロータ1のリング磁石4は、凹部43に配置された磁性体3の抜け止めを行う抜止部46を有している。具体的には、リング磁石4の凹部43のうち半径方向外側の端部には、周方向において凹部43の内側に向かって突出した2つの抜止部46が形成されている。一方、磁性体3は、半径方向において2つの抜止部46よりも内側に位置し、かつ、周方向における幅が2つの抜止部46の周方向における間隔よりも広くなった幅広部33を有している。ロータ1の回転時において磁性体3が遠心力を受けたときには、幅広部33の半径方向外側への移動が抜止部46によって規制される。このため、磁性体3がリング磁石4から外れ難い。
 図5は、他の変形例のロータ1の断面図である。図5に示すロータ1は、凹部43に配置された磁性体3を抜止めする抜止部材8を備えている。抜止部材8は、リング磁石4を囲む環状に形成されている。具体的には、抜止部材8は、回転軸A1を軸心とする円筒状に形成されている。抜止部材8は、抜止部材8の内周面がリング磁石4の曲面44及び複数の磁性体3の外面32に接した状態で、リング磁石4に対して固定されている。抜止部材8は、ロータ1の回転時において遠心力を受けた複数の磁性体3が、半径方向外側に向かって移動することを規制する。このため、磁性体3がリング磁石4から外れ難い。尚、抜止部材8は、例えば、ステンレス又はFRP(Fiber-Reinforced Plastics)等の非磁性体であってもよいし、鉄又は鋼等の磁性体であってもよい。
100 モータ
1   ロータ
2   ロータ本体
3   磁性体
4   リング磁石(極異方性磁石)
41  磁極
43  凹部
45  外周面
6   ステータ
A1   回転軸

Claims (5)

  1.  回転軸回りに回転するロータ本体と、
     前記回転軸を中心とする周方向に並ぶ複数の磁極を形成し、前記ロータ本体の外周面に設けられた極異方性磁石と、
     前記極異方性磁石の外周面において、前記複数の磁極に対応する位置に配置された複数の磁性体とを備えたロータ。
  2.  請求項1に記載のロータにおいて、
     前記極異方性磁石の前記外周面における前記複数の磁極に対応する位置に、凹部が形成されており、
     前記磁性体は、前記凹部に配置されたロータ。
  3.  請求項1又は請求項2に記載のロータにおいて、
     前記極異方性磁石の残留磁束密度は、0.9T以下であるロータ。
  4.  請求項1乃至3のいずれか1つに記載のロータにおいて、
     前記極異方性磁石は、ボンド磁石であるロータ。
  5.  請求項1乃至4の何れか1つに記載のロータと、
     前記ロータを駆動するステータとを備えたモータ。
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