回転電機
【課題】ロータコアからステータコアに到達する磁束の量が減少するのを抑制することが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】この電動機１００（回転電機）は、ロータコア２２と、ロータコア２２の外周部に対向するように配置されるステータティース１１と、ロータコア２２の内周部近傍から外周部近傍まで半径方向に延びるとともに、ロータコア２２の軸方向の端面から突出する部分を有するように軸方向に延びる永久磁石２３ａおよび２３ｂとを備える。
【解決手段】この電動機１００（回転電機）は、ロータコア２２と、ロータコア２２の外周部に対向するように配置されるステータティース１１と、ロータコア２２の内周部近傍から外周部近傍まで半径方向に延びるとともに、ロータコア２２の軸方向の端面から突出する部分を有するように軸方向に延びる永久磁石２３ａおよび２３ｂとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関し、特に、軸方向に延びる永久磁石を備える回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸方向に延びる永久磁石を備える回転電機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、磁極部材（ロータコア）と、磁極部材の外周部に対向するように配置されたステータコアと、磁極部材の内部に軸方向に延びるように埋め込まれたマグネット（永久磁石）とを備える永久磁石式電動機（回転電機）のロータ構造が開示されている。この永久磁石式電動機では、マグネットの軸方向の端部が磁極部材の軸方向の端面と面一になるように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１４４３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された永久磁石式電動機（回転電機）では、マグネット（永久磁石）の磁束が漏れやすい部分（軸方向の端部）が磁極部材（ロータコア）の軸方向の端面と面一になるように形成されているため、磁極部材の軸方向の端部近傍において磁束漏れが発生する。このため、磁極部材（ロータコア）からステータコアに到達する磁束の量が減少するという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ロータコアからステータコアに到達する磁束の量が減少するのを抑制することが可能な回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による回転電機は、ロータコアと、ロータコアの外周部に対向するように配置されるステータコアと、ロータコアの内周部近傍から外周部近傍まで半径方向に延びるとともに、ロータコアの軸方向の端面から突出する部分を有するように軸方向に延びる永久磁石とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の一の局面による回転電機では、上記のように、ロータコアの軸方向の端面から突出する部分を有するように軸方向に延びるように永久磁石を形成することによって、永久磁石の磁束が漏れやすい部分（軸方向の端部）をロータコアの軸方向の端面よりも外側に突出させて配置することができる。これにより、ロータコアの軸方向の端部近傍における磁束漏れを低減することができるので、ロータコアからステータコアに到達する磁束の量が減少するのを抑制することができる。その結果、回転電機の出力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による電動機のロータおよびステータを軸方向から見た図である。
【図２】図１の２００−２００線に沿った断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による電動機の複数のコア部と複数の永久磁石との配置関係を示した図である。
【図４】本発明の一実施形態による電動機の永久磁石の着磁方向を説明するための拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態による電動機のロータからシャフトおよびプレートを取り外した状態を示した斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態による電動機のロータのプレートを示した斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態の変形例による電動機の軸方向に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
まず、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態による電動機１００の構成について説明する。
【００１２】
図１および図２に示すように、電動機１００は、固定部であるステータ１と、回転部であるロータ２とを備えている。なお、電動機１００は、本発明の「回転電機」の一例である。
【００１３】
図１に示すように、ステータ１は、ステータティース１１と、巻線１２と、ステータヨーク１３とにより構成されている。ステータティース１１は、ロータ２の後述するロータコア２２の外周部に対向するように所定の空間（ギャップ３）を隔てて配置されている。また、ステータティース１１の内側には、複数（本実施形態では、１２個）のスロット１４が形成されている。なお、ステータティース１１は、本発明の「ステータコア」の一例である。
【００１４】
複数のスロット１４は、ロータ２の回転方向（以下、周方向と呼ぶ）に沿って略等角度間隔（本実施形態では、約３０°間隔）で配置されている。巻線１２は、複数のスロット１４の各々の内部に収納されている。ステータヨーク１３は、ステータティース１１の外周部を取り囲むように設けられている。
【００１５】
図１〜図３に示すように、ロータ２は、シャフト２１と、ロータコア２２と、複数の永久磁石２３ａおよび２３ｂと、プレート２４とにより構成されている。シャフト２１は、ロータ２の中心を貫通してＸ方向（図２参照）（以下、軸方向と呼ぶ）に延びるように設けられている。ロータコア２２は、シャフト２１を取り囲むように設けられている。また、ロータコア２２は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板（図２参照）により形成されている。なお、シャフト２１は、本発明の「回転軸部」の一例である。
【００１６】
ここで、本実施形態では、図２に示すように、ロータコア２２の軸方向の長さＬ１は、ステータティース１１の軸方向の長さＬ２よりも小さくなるように形成されている。なお、ロータコア２２の軸方向の端部と、ステータティース１１の軸方向の端部との間の軸方向に沿った方向の距離Ｄは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００１７】
また、本実施形態では、図３〜図５に示すように、ロータコア２２は、ロータ２のＮ極として機能する複数（本実施形態では、５つ）のコア部２２ａと、ロータ２のＳ極として機能する複数（本実施形態では、５つ）のコア部２２ｂとにより構成されている。なお、図３に示すように、複数のコア部２２ａおよび２２ｂは、周方向に沿って略等角度間隔（本実施形態では、略３６°間隔）で１つずつ交互に配置されている。また、複数のコア部２２ａおよび２２ｂの各々の外周部近傍の周方向の中央部には、後述するバー３０が挿入されるバー挿入穴２２ｃが形成されている。
【００１８】
図３〜図５に示すように、複数のコア部２２ａ（２２ｂ）の各々の外周部の周方向の両端部には、コア部２２ａ（２２ｂ）と隣接する永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面のコア部２２ａ（２２ｂ）側の部分を覆う磁石被覆部２２ｄが設けられている。なお、図１に示すように、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面の磁石被覆部２２ｄに覆われていない部分は、ステータ１側に露出している。
【００１９】
図２に示すように、永久磁石２３ａは、ロータコア２２を軸方向の両側から挟み込む２つのプレート２４の間で軸方向に延びるように形成されている。また、図５に示すように、永久磁石２３ｂも、永久磁石２３ａと同様に軸方向に延びるように形成されている。本実施形態では、図２および図５に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、ロータコア２２の軸方向の両端面から外側に突出する部分（突出部２３ｃ）を有するように軸方向に延びるように形成されている。なお、この突出部２３ｃの突出高さＨ１は、３ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定するのが好ましい。
【００２０】
また、図１〜図５に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、ロータコア２２の内周部から外周部近傍まで半径方向に延びるように設けられている。また、図３および図４に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、複数のコア部２２ａおよび２２ｂのうちの隣接するコア部２２ａおよび２２ｂの間に、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面がシャフト２１の外周面に接するように配置されている。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、コア部２２ａおよび２２ｂを介さずに周方向に隣接するように配置されている。
【００２１】
また、図３および図４に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、周方向の幅がロータコア２２（コア部２２ａおよび２２ｂ）の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる矩形形状の断面を有するように形成されている。具体的には、図４に示すように、永久磁石２３ａ（２３ｂ）は、永久磁石２３ａ（２３ｂ）のロータコア２２の外周部側の端部のうちのコア部２２ａ（２２ｂ）に隣接する角部と、永久磁石２３ａ（２３ｂ）のロータコア２２の内周部側の端部のうちの永久磁石２３ｂ（２３ａ）に隣接する角部とが直角になるように形成されている。
【００２２】
また、図４に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、電動機１００のｑ軸（主磁束に沿った方向の軸（ｄ軸）と電気的に直交する方向の軸）と直交する方向（矢印Ａ方向）に対して所定の角度θだけ傾いた方向に着磁されている。具体的には、コア部２１ａに隣接する永久磁石２３ａは、ｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向）に対して所定の角度θだけ外周側に傾いた方向に着磁されている一方、コア部２１ｂに隣接する永久磁石２３ｂは、ｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向）に対して所定の角度θだけ内周側に傾いた方向に着磁されている。すなわち、コア部２２ａおよびコア部２２ｂの間で周方向に隣接する永久磁石２３ａおよび永久磁石２３ｂの着磁方向は、ｑ軸に対して略線対称になっている。
【００２３】
なお、図１および図４に示すように、本実施形態による電動機１００のｑ軸は、周方向に隣接する永久磁石２３ａと永久磁石２３ｂとが接している線に一致する。また、本実施形態による電動機１００のｑ軸は、図４に示すコア部２２ａを基準磁極とした場合、ロータ２の回転中心Ｏ（図１参照）と、基準磁極と周方向に隣接する磁極（図４に示すコア部２２ｂ）との磁気的な境界とを結ぶ直線（磁極境界線）に一致する。
【００２４】
本実施形態では、上記永久磁石２３ａ（２３ｂ）の着磁方向の傾き角度θは、０°＜θ≦４５°の範囲に設定されている。これにより、永久磁石２３ａ（２３ｂ）をｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向（図４参照））に着磁する場合に比べて、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の着磁方向に沿った方向の厚みを大きくすることが可能になるので、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の動作点を高くすることが可能になる。なお、この角度θは、電動機１００の磁極数（コア部２２ａおよび２２ｂの個数（本実施形態では、１０個））を変更する場合でも、一定の範囲（０°＜θ≦４５°）に設定するのが好ましい。
【００２５】
図１、図２および図６に示すように、プレート２４は、軸方向から見て円環形状を有する板状に形成されている。このプレート２４は、ステンレスや樹脂などの非磁性材料により形成されている。なお、図１に示すように、プレート２４の直径は、ロータ２の外径よりも小さくなるように形成されている。また、図２に示すように、プレート２４の厚みｔ１は、永久磁石２３ａ（２３ｂ）のロータコア２２の軸方向の端面からの突出高さＨ１よりも大きくなるように形成されている。また、プレート２４の厚みｔ１は、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定するのが好ましい。
【００２６】
また、図２に示すように、プレート２４は、ロータコア２２と、永久磁石２３ａおよび２３ｂとを軸方向の両側から挟み込むように２つ設けられている。具体的には、プレート２４は、ロータコア２２の軸方向の両端面を覆うとともに、永久磁石２３ａおよび２３ｂのロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｃ）の表面を露出させずに覆うように形成されている。本実施形態では、図２および図６に示すように、プレート２４のロータコア２２を覆う表面には、永久磁石２３ａおよび２３ｂの突出部２３ｃの形状（高さＨ１を有する角柱形状（図５参照））に対応する凹部２４ａが形成されている。このプレート２４の凹部２４ａは、永久磁石２３ａおよび２３ｂの突出部２３ｃの突出高さＨ１に対応する深さｄを有している。すなわち、永久磁石２３ａおよび２３ｂの突出部２３ｃは、プレート２４の凹部２４ａの内部に嵌め込まれるように構成されている。
【００２７】
また、図１および図６に示すように、プレート２４の内周部（円板状のプレート２４の中央部近傍）には、開口からなるシャフト挿入部２４ｂが設けられている。このシャフト挿入部２４ｂには、歯車状の係合部２４ｃが形成されている。ここで、シャフト２１の外周面のロータコア２２から軸方向にはみ出した部分（図２参照）には、プレート２４の係合部２４ｃに対応する歯車状（図１参照）の係合部２１ａが形成されている。本実施形態では、プレート２４の歯車状の係合部２４ｃと、シャフト２１の歯車状の係合部２１ａとが係合（噛合）することにより、プレート２４とシャフト２１とが固定されている。なお、係合部２１ａは、本発明の「第１係合部」の一例であるとともに、係合部２４ｃは、本発明の「第２係合部」の一例である。
【００２８】
また、プレート２４の外周部近傍には、コア部２２ａ（２２ｂ）のバー挿入穴２２ｃに対応するようにバー挿入穴２４ｄが複数（本実施形態では、１０個）設けられている。これら複数のバー挿入穴２４ｄは、円板状のプレート２４の外周部近傍において周方向に沿って略等角度間隔（本実施形態では、約３６°間隔）で設けられている。図２に示すように、このプレート２４のバー挿入穴２４ｄと、コア部２２ａ（２２ｂ）のバー挿入穴２２ｃとの内部には、軸方向に延びる円柱状のバー３０が挿入されている。
【００２９】
なお、本実施形態では、永久磁石２３ａ（２２ｂ）とコア部２２ａ（２２ｂ）との間、永久磁石２３ａと永久磁石２３ｂとの間、および、永久磁石２３ａ（２３ｂ）とシャフト２１との間は、図示しない接着剤が充填されている。
【００３０】
次に、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態による電動機１００のロータ２の組み立て手順について説明する。
【００３１】
まず、図３に示すように、複数のコア部２２ａと、複数のコア部２２ｂとを１つずつ交互に周状に配置することにより、シャフト２１の外周面上でロータコア２２を構成し、ロータコア２２の内部に、半径方向に延びるとともに軸方向に延びる複数の永久磁石２３ａおよび２３ｂを取り付ける。なお、このとき、図２および図５に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの軸方向の両端部がロータコア２２の軸方向の両端面に対して突出するように、ロータコア２２の内部に永久磁石２３ａおよび２３ｂを取り付ける。また、このとき、図３および図４に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面がシャフト２１の外周面に接するとともに、永久磁石２３ａおよび２３ｂが隣接するコア部２２ａおよび２２ｂの間で周方向に隣接するように、ロータコア２２の内部に永久磁石２３ａおよび２３ｂを取り付ける。また、このとき、永久磁石２３ａ（２３ｂ）とコア部２２ａ（２２ｂ）との間、永久磁石２３ａと永久磁石２３ｂとの間、および、永久磁石２３ａ（２３ｂ）とシャフト２１との間に接着剤を充填する。
【００３２】
次に、図２に示すように、上記ロータコア２２と永久磁石２３ａおよび２３ｂとを取り付けたシャフト２１に対して、円板状のプレート２４（図６参照）を軸方向の外側から取り付ける。具体的には、まず、プレート２４の内周部のシャフト挿入部２４ｂにシャフト２１を挿入する。そして、図１に示すように、シャフト２１の外周部に設けられた歯車状の係合部２１ａと、プレート２４のシャフト挿入部２４ｂに設けられた歯車状の係合部２４ｃとを係合させることにより、シャフト２１とプレート２４とを固定する。なお、このとき、図２に示すように、プレート２４のロータコア２２側の表面に形成された凹部２４ａの内部に、永久磁石２３ａおよび２３ｂのロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｃ）を嵌め込む。また、このとき、プレート２４のバー挿入穴２４ｄと、コア部２２ａ（２２ｂ）のバー挿入穴２２ｃとの位置を合わせる。
【００３３】
最後に、図２に示すように、上記のように位置を合わせたプレート２４のバー挿入穴２４ｄと、コア部２２ａ（２２ｂ）のバー挿入穴２２ｃとに対して、バー３０を軸方向に挿入し、プレート２４とコア部２２ａ（２２ｂ）とを固定する。このようにして、本発明の一実施形態による電動機１００のロータ２の組み立てが行われる。
【００３４】
本実施形態では、上記のように、ロータコア２２の軸方向の端面から突出する部分（突出部２３ｃ）を有するように軸方向に延びるように永久磁石２３ａおよび２３ｂを形成することによって、永久磁石２３ａおよび２３ｂの磁束が漏れやすい部分（軸方向の端部）をロータコア２２の軸方向の端面よりも外側に突出させて配置することができる。これにより、ロータコア２２の軸方向の端部近傍における磁束漏れを低減することができるので、ロータコア２２からステータティース１１に到達する磁束の量が減少するのを抑制することができる。その結果、電動機１００の出力を高めることができる。
【００３５】
また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２２の軸方向の両端面から突出する部分（突出部２３ｃ）を有するように軸方向に延びるように永久磁石２３ａおよび２３ｂを形成する。これにより、ロータコア２２の軸方向の両側の端部近傍における磁束漏れを低減することができるので、ロータコア２２からステータティース１１に到達する磁束の量が減少するのをより抑制することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２２の軸方向の端面を覆うプレート２４を設け、プレート２４のロータコア２２の軸方向の端面を覆う表面に、永久磁石２３ａおよび２３ｂのロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｃ）の形状（角柱形状）に対応する凹部２４ａを形成する。これにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂのロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｃ）を凹部２４ａの内部に嵌め込むことができるので、ロータコア２２にプレート２４を容易に取り付けることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、上記のように、プレート２４を非磁性材料（ステンレスや樹脂など）により形成し、プレート２４の凹部２４ａを、永久磁石２３ａおよび２３ｂのロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｃ）の表面を露出させずに覆うように形成する。これにより、ロータコア２２の軸方向の端面と、永久磁石２３ａおよび２３ｂのロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｃ）の表面とを、非磁性材料からなるプレート２４によって覆うことができるので、ロータコア２２の軸方向の両側の端部近傍における磁束漏れをさらに低減することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２２の内周部に取り付けるシャフト２１を設け、シャフト２１の外周部に係合部２１ａを形成するとともに、シャフト２１の係合部２１ａと係合する係合部２４ｂをプレートの内周部に形成する。これにより、シャフト２１の係合部２１ａとプレート２４の係合部２４ｂとを係合させることにより、シャフト２１とプレート２４とを強固に固定することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２２の軸方向の長さＬ１を、ステータティース１１の軸方向の長さＬ２よりも小さくなるように形成する。これにより、ロータコア２２からステータティース１１に向かう磁束が軸方向の外側に広がってステータティース１１に到達しなくなるのを容易に抑制することができる。すなわち、ロータコア２２からステータティース１１に到達する磁束の量が減少するのを容易に抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂを、周方向の幅がロータコア２２の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなるように形成する。これにより、ロータコア２２の外周部側の永久磁石２３ａおよび２３ｂの端部の周方向の幅が大きくなる分、ロータコア２２の外周部側の永久磁石２３ａおよび２３ｂの端部の着磁方向（電動機１００のｑ軸と交差する方向）に沿った方向の厚みが大きくなるので、永久磁石２３ａおよび２３ｂの動作点を高くすることができる。その結果、電動機１００の出力を高めることができるとともに、電機子反作用による反磁界の影響を受けやすいロータコア２２の外周部側の永久磁石２３ａおよび２３ｂの端部の不可逆減磁を抑制することができる。また、ロータコア２２の内周部側の永久磁石２３ａおよび２３ｂの端部の周方向の幅が小さくなる分、ロータコア２２の内周部に接する永久磁石２３ａおよび２３ｂの表面積が増加するので、電動機１００の出力をさらに高めることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂを、周方向の幅がロータコア２２の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる矩形形状の断面を有するように形成する。これにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂを矩形形状以外の形状（たとえば、周方向の幅がロータコア２２の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる扇形形状）の断面を有するように形成する場合に比べて、周方向の幅がロータコア２２の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる永久磁石２３ａおよび２３ｂを容易に製造することができる。
【００４２】
また、本実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂを、ｑ軸と直交する方向に対して所定の角度θだけ傾いた方向に着磁する。これにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂをｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向（図４参照））に着磁する場合に比べて、永久磁石２３ａおよび２３ｂの着磁方向に沿った方向の厚みをより大きくすることができるので、永久磁石２３ａおよび２３ｂの動作点をより高くすることができる。その結果、電動機１００の出力をより高めることができるとともに、永久磁石２３ａおよび２３ｂの不可逆減磁をより抑制することができる。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂの着磁方向をｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向）に対して傾けることにより、ロータコア２２が回転する際におけるロータコア２２とステータティース１１との間のギャップ３を流れる磁束の変化を滑らかにすることができる。その結果、電動機１００のコギングトルクを低減することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの着磁方向の傾き角度θを、０°＜θ≦４５°の範囲に設定する。この角度範囲に角度θを設定することにより、容易に、永久磁石２３ａおよび２３ｂの着磁方向に沿った方向の厚みを大きくすることができるとともに、ロータコア２２が回転する際におけるロータコア２２とステータティース１１との間のギャップ３を流れる磁束の変化を滑らかにすることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、上記のように、周方向に間隔を隔てて配置する複数のコア部２２ａおよび２２ｂを含むようにロータコア２２を構成し、複数のコア部２２ａおよび２２ｂのうちの隣接するコア部２２ａおよび２２ｂの間に、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面がシャフト２１の外周面に接するように永久磁石２３ａおよび２３ｂを配置する。これにより、ロータコア２２が周方向に間隔を隔てて配置された複数のコア部２２ａおよび２２ｂに完全に別個に分離されるので、ロータコア２２が外周部または内周部において連続するように形成されている場合と異なり、永久磁石２３ａおよび２３ｂから発生する磁束の一部がステータティース１１側に流れずにロータコア２２の外周部または内周部の連続する部分を介して循環するのを抑制することができる。その結果、漏れ磁束を低減することができるので、電動機１００の出力をより高めることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、上記のように、コア部２２ａ（２２ｂ）と隣接する永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面のコア部２２ａ（２２ｂ）側の部分を覆う磁石被覆部２２ｄをコア部２２ａ（２２ｂ）の外周部に設ける。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面がシャフト２１の外周面に接するとともに、永久磁石２３ａおよび２３ｂの外周面の磁石被覆部２２ｄに覆われていない部分が露出するように、永久磁石２３ａおよび２３ｂを隣接するコア部２２ａおよび２２ｂの間に配置する。これにより、磁石被覆部２２ｄによって、ロータコア２２（コア部２２ａおよび２２ｂ）が回転する際の遠心力によって永久磁石２３ａおよび２３ｂが外周側に外れるのを抑制することができる。
【００４６】
また、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面のコア部２２ａ（２２ｂ）側の部分を磁石被覆部２２ｄにより覆うことによって、ロータコア２２の外周面上のステータティース１１側に流れる磁束が発生する領域の面積を大きくすることができるので、ロータコア２２（コア部２２ａおよび２２ｂ）が回転する際におけるロータコア２２（コア部２２ａおよび２２ｂ）とステータティース１１との間のギャップ３を流れる磁束の変化をより滑らかにすることができる。これにより、電動機１００のコギングトルクをより低減することができる。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂの外周面の磁石被覆部２２ｄに覆われていない部分を露出させることによって、永久磁石２３ａおよび２３ｂの外周面の磁石被覆部２２ｄに覆われていない部分を磁性体などにより覆う場合に比べて、漏れ磁束をより低減することができる。その結果、電動機１００の出力をより高めることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、上記のように、コア部２２ａおよび２２ｂを介さずに周方向に隣接するように、２つの永久磁石２３ａおよび２３ｂを隣接する２つのコア部２２ａおよび２２ｂの間に配置する。これにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂをコア部２２ａまたは２２ｂを介して隣接させる場合と異なり、永久磁石２３ａと永久磁石２３ｂとで構成される磁気回路における空隙の総距離を小さくすることができるので、永久磁石２３ａおよび２３ｂの動作点を高くすることができる。その結果、電動機１００の出力をより高めることができるとともに、永久磁石２３ａおよび２３ｂの不可逆減磁をより抑制することができる。
【００４８】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４９】
たとえば、上記実施形態では、ロータコアの軸方向の両端面から突出する部分を有するように永久磁石を形成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、ロータコアの軸方向の一方の端面からのみ突出する部分を有するように永久磁石を形成してもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、ロータコアの軸方向の端面を覆うプレートを設け、プレートにより、永久磁石のロータコアの軸方向の端面から突出した部分を露出させずに覆う例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、ロータコアの軸方向の端面を覆うプレートを設けなくてもよい。すなわち、永久磁石のロータコアの軸方向の端面から突出した部分が露出していてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、図２に示すように、永久磁石２３ａ（２３ｂ）のロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｃ）を露出させずに覆うように、プレート２４に凹部２４ａを形成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、図７に示す変形例のように、永久磁石２３ｄ（２３ｅ）のロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｆ）を露出させるように、プレート１２４に穴部１２４ａを形成してもよい。
【００５２】
この変形例による電動機１００ａ（回転電機）のロータ２ａに取り付けられた永久磁石２３ｄ（２３ｅ）は、図７に示すように、軸方向の両端部がプレート１２４の穴部１２４ａを介して露出されるように軸方向に延びるように形成されている。すなわち、永久磁石２３ｄ（２３ｅ）のロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｆ）の突出高さＨ２は、プレート１２４の厚みｔ２よりも大きくなるように形成されている。
【００５３】
この変形例では、上記のように、永久磁石２３ｄ（２３ｅ）をプレート１２４の穴部１２４ａを介して露出させる。これにより、ロータ２ａが回転する際に、永久磁石２３ｄ（２３ｅ）のプレート１２４の穴部１２４ａを介して露出された部分によって電動機１００ａの内部の空気が撹拌されるので、ステータ１の巻線１２を冷却することができる。その結果、電動機１００ａの出力を効果的に高めることができる。また、永久磁石２３ｄ（２３ｅ）のプレート１２４の穴部１２４ａを介して露出された部分が電動機１００ａの内部の空気に触れて冷却されるので、永久磁石２３ｄ（２３ｅ）が熱により減磁されるのを抑制することができる。
【００５４】
また、上記実施形態では、ロータコアの軸方向の長さをステータティース（ステータコア）の軸方向の長さよりも小さくする例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、ロータコアの軸方向の長さとステータコアの軸方向の長さとを等しくしてもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、永久磁石を、周方向の幅がロータコアの内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる矩形形状の断面を有するように形成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、永久磁石を矩形形状以外の形状（たとえば、周方向の幅がロータコアの内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる扇形形状）の断面を有するように形成してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、永久磁石を電動機（回転電機）のｑ軸と直交する方向に対して傾いた方向に着磁する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、永久磁石を回転電機のｑ軸と直交する方向に着磁してもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、ロータコアを複数のコア部により構成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、複数のコア部の外周部または内周部を連結することによって、ロータコアを一部品として構成してもよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、複数のコア部のうちの隣接する２つのコア部の間に、周方向の幅がロータコアの内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる２つの永久磁石を配置する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、隣接する２つのコア部の間に配置する永久磁石を１つとしてもよいし、３つ以上としてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、コア部に磁石被覆部を設け、磁石被覆部により永久磁石の外周面のコア部側の部分を覆う例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、コア部に磁石被覆部を設けなくてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、シャフト２１（回転軸部）の外周部の係合部２１ａ（第１係合部）と、プレート２４の内周部の係合部２４ｃ（第２係合部）とを歯車状に形成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、第１係合部と第２係合部とを歯車状以外の形状に形成してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１１ ステータティース（ステータコア）
２１ シャフト（回転軸部）
２１ａ 係合部（第１係合部）
２２ ロータコア
２２ａ、２２ｂ コア部
２２ｄ 磁石被覆部
２３ａ、２３ｂ、２３ｄ、２３ｅ 永久磁石
２４ プレート
２４ａ 凹部
２４ｃ 係合部（第２係合部）
１２４ プレート
１２４ａ 穴部
１００、１００ａ 電動機（回転電機）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関し、特に、軸方向に延びる永久磁石を備える回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸方向に延びる永久磁石を備える回転電機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、磁極部材（ロータコア）と、磁極部材の外周部に対向するように配置されたステータコアと、磁極部材の内部に軸方向に延びるように埋め込まれたマグネット（永久磁石）とを備える永久磁石式電動機（回転電機）のロータ構造が開示されている。この永久磁石式電動機では、マグネットの軸方向の端部が磁極部材の軸方向の端面と面一になるように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１４４３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された永久磁石式電動機（回転電機）では、マグネット（永久磁石）の磁束が漏れやすい部分（軸方向の端部）が磁極部材（ロータコア）の軸方向の端面と面一になるように形成されているため、磁極部材の軸方向の端部近傍において磁束漏れが発生する。このため、磁極部材（ロータコア）からステータコアに到達する磁束の量が減少するという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ロータコアからステータコアに到達する磁束の量が減少するのを抑制することが可能な回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による回転電機は、ロータコアと、ロータコアの外周部に対向するように配置されるステータコアと、ロータコアの内周部近傍から外周部近傍まで半径方向に延びるとともに、ロータコアの軸方向の端面から突出する部分を有するように軸方向に延びる永久磁石とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の一の局面による回転電機では、上記のように、ロータコアの軸方向の端面から突出する部分を有するように軸方向に延びるように永久磁石を形成することによって、永久磁石の磁束が漏れやすい部分（軸方向の端部）をロータコアの軸方向の端面よりも外側に突出させて配置することができる。これにより、ロータコアの軸方向の端部近傍における磁束漏れを低減することができるので、ロータコアからステータコアに到達する磁束の量が減少するのを抑制することができる。その結果、回転電機の出力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による電動機のロータおよびステータを軸方向から見た図である。
【図２】図１の２００−２００線に沿った断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による電動機の複数のコア部と複数の永久磁石との配置関係を示した図である。
【図４】本発明の一実施形態による電動機の永久磁石の着磁方向を説明するための拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態による電動機のロータからシャフトおよびプレートを取り外した状態を示した斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態による電動機のロータのプレートを示した斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態の変形例による電動機の軸方向に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
まず、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態による電動機１００の構成について説明する。
【００１２】
図１および図２に示すように、電動機１００は、固定部であるステータ１と、回転部であるロータ２とを備えている。なお、電動機１００は、本発明の「回転電機」の一例である。
【００１３】
図１に示すように、ステータ１は、ステータティース１１と、巻線１２と、ステータヨーク１３とにより構成されている。ステータティース１１は、ロータ２の後述するロータコア２２の外周部に対向するように所定の空間（ギャップ３）を隔てて配置されている。また、ステータティース１１の内側には、複数（本実施形態では、１２個）のスロット１４が形成されている。なお、ステータティース１１は、本発明の「ステータコア」の一例である。
【００１４】
複数のスロット１４は、ロータ２の回転方向（以下、周方向と呼ぶ）に沿って略等角度間隔（本実施形態では、約３０°間隔）で配置されている。巻線１２は、複数のスロット１４の各々の内部に収納されている。ステータヨーク１３は、ステータティース１１の外周部を取り囲むように設けられている。
【００１５】
図１〜図３に示すように、ロータ２は、シャフト２１と、ロータコア２２と、複数の永久磁石２３ａおよび２３ｂと、プレート２４とにより構成されている。シャフト２１は、ロータ２の中心を貫通してＸ方向（図２参照）（以下、軸方向と呼ぶ）に延びるように設けられている。ロータコア２２は、シャフト２１を取り囲むように設けられている。また、ロータコア２２は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板（図２参照）により形成されている。なお、シャフト２１は、本発明の「回転軸部」の一例である。
【００１６】
ここで、本実施形態では、図２に示すように、ロータコア２２の軸方向の長さＬ１は、ステータティース１１の軸方向の長さＬ２よりも小さくなるように形成されている。なお、ロータコア２２の軸方向の端部と、ステータティース１１の軸方向の端部との間の軸方向に沿った方向の距離Ｄは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００１７】
また、本実施形態では、図３〜図５に示すように、ロータコア２２は、ロータ２のＮ極として機能する複数（本実施形態では、５つ）のコア部２２ａと、ロータ２のＳ極として機能する複数（本実施形態では、５つ）のコア部２２ｂとにより構成されている。なお、図３に示すように、複数のコア部２２ａおよび２２ｂは、周方向に沿って略等角度間隔（本実施形態では、略３６°間隔）で１つずつ交互に配置されている。また、複数のコア部２２ａおよび２２ｂの各々の外周部近傍の周方向の中央部には、後述するバー３０が挿入されるバー挿入穴２２ｃが形成されている。
【００１８】
図３〜図５に示すように、複数のコア部２２ａ（２２ｂ）の各々の外周部の周方向の両端部には、コア部２２ａ（２２ｂ）と隣接する永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面のコア部２２ａ（２２ｂ）側の部分を覆う磁石被覆部２２ｄが設けられている。なお、図１に示すように、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面の磁石被覆部２２ｄに覆われていない部分は、ステータ１側に露出している。
【００１９】
図２に示すように、永久磁石２３ａは、ロータコア２２を軸方向の両側から挟み込む２つのプレート２４の間で軸方向に延びるように形成されている。また、図５に示すように、永久磁石２３ｂも、永久磁石２３ａと同様に軸方向に延びるように形成されている。本実施形態では、図２および図５に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、ロータコア２２の軸方向の両端面から外側に突出する部分（突出部２３ｃ）を有するように軸方向に延びるように形成されている。なお、この突出部２３ｃの突出高さＨ１は、３ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定するのが好ましい。
【００２０】
また、図１〜図５に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、ロータコア２２の内周部から外周部近傍まで半径方向に延びるように設けられている。また、図３および図４に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、複数のコア部２２ａおよび２２ｂのうちの隣接するコア部２２ａおよび２２ｂの間に、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面がシャフト２１の外周面に接するように配置されている。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、コア部２２ａおよび２２ｂを介さずに周方向に隣接するように配置されている。
【００２１】
また、図３および図４に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、周方向の幅がロータコア２２（コア部２２ａおよび２２ｂ）の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる矩形形状の断面を有するように形成されている。具体的には、図４に示すように、永久磁石２３ａ（２３ｂ）は、永久磁石２３ａ（２３ｂ）のロータコア２２の外周部側の端部のうちのコア部２２ａ（２２ｂ）に隣接する角部と、永久磁石２３ａ（２３ｂ）のロータコア２２の内周部側の端部のうちの永久磁石２３ｂ（２３ａ）に隣接する角部とが直角になるように形成されている。
【００２２】
また、図４に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、電動機１００のｑ軸（主磁束に沿った方向の軸（ｄ軸）と電気的に直交する方向の軸）と直交する方向（矢印Ａ方向）に対して所定の角度θだけ傾いた方向に着磁されている。具体的には、コア部２１ａに隣接する永久磁石２３ａは、ｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向）に対して所定の角度θだけ外周側に傾いた方向に着磁されている一方、コア部２１ｂに隣接する永久磁石２３ｂは、ｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向）に対して所定の角度θだけ内周側に傾いた方向に着磁されている。すなわち、コア部２２ａおよびコア部２２ｂの間で周方向に隣接する永久磁石２３ａおよび永久磁石２３ｂの着磁方向は、ｑ軸に対して略線対称になっている。
【００２３】
なお、図１および図４に示すように、本実施形態による電動機１００のｑ軸は、周方向に隣接する永久磁石２３ａと永久磁石２３ｂとが接している線に一致する。また、本実施形態による電動機１００のｑ軸は、図４に示すコア部２２ａを基準磁極とした場合、ロータ２の回転中心Ｏ（図１参照）と、基準磁極と周方向に隣接する磁極（図４に示すコア部２２ｂ）との磁気的な境界とを結ぶ直線（磁極境界線）に一致する。
【００２４】
本実施形態では、上記永久磁石２３ａ（２３ｂ）の着磁方向の傾き角度θは、０°＜θ≦４５°の範囲に設定されている。これにより、永久磁石２３ａ（２３ｂ）をｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向（図４参照））に着磁する場合に比べて、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の着磁方向に沿った方向の厚みを大きくすることが可能になるので、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の動作点を高くすることが可能になる。なお、この角度θは、電動機１００の磁極数（コア部２２ａおよび２２ｂの個数（本実施形態では、１０個））を変更する場合でも、一定の範囲（０°＜θ≦４５°）に設定するのが好ましい。
【００２５】
図１、図２および図６に示すように、プレート２４は、軸方向から見て円環形状を有する板状に形成されている。このプレート２４は、ステンレスや樹脂などの非磁性材料により形成されている。なお、図１に示すように、プレート２４の直径は、ロータ２の外径よりも小さくなるように形成されている。また、図２に示すように、プレート２４の厚みｔ１は、永久磁石２３ａ（２３ｂ）のロータコア２２の軸方向の端面からの突出高さＨ１よりも大きくなるように形成されている。また、プレート２４の厚みｔ１は、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定するのが好ましい。
【００２６】
また、図２に示すように、プレート２４は、ロータコア２２と、永久磁石２３ａおよび２３ｂとを軸方向の両側から挟み込むように２つ設けられている。具体的には、プレート２４は、ロータコア２２の軸方向の両端面を覆うとともに、永久磁石２３ａおよび２３ｂのロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｃ）の表面を露出させずに覆うように形成されている。本実施形態では、図２および図６に示すように、プレート２４のロータコア２２を覆う表面には、永久磁石２３ａおよび２３ｂの突出部２３ｃの形状（高さＨ１を有する角柱形状（図５参照））に対応する凹部２４ａが形成されている。このプレート２４の凹部２４ａは、永久磁石２３ａおよび２３ｂの突出部２３ｃの突出高さＨ１に対応する深さｄを有している。すなわち、永久磁石２３ａおよび２３ｂの突出部２３ｃは、プレート２４の凹部２４ａの内部に嵌め込まれるように構成されている。
【００２７】
また、図１および図６に示すように、プレート２４の内周部（円板状のプレート２４の中央部近傍）には、開口からなるシャフト挿入部２４ｂが設けられている。このシャフト挿入部２４ｂには、歯車状の係合部２４ｃが形成されている。ここで、シャフト２１の外周面のロータコア２２から軸方向にはみ出した部分（図２参照）には、プレート２４の係合部２４ｃに対応する歯車状（図１参照）の係合部２１ａが形成されている。本実施形態では、プレート２４の歯車状の係合部２４ｃと、シャフト２１の歯車状の係合部２１ａとが係合（噛合）することにより、プレート２４とシャフト２１とが固定されている。なお、係合部２１ａは、本発明の「第１係合部」の一例であるとともに、係合部２４ｃは、本発明の「第２係合部」の一例である。
【００２８】
また、プレート２４の外周部近傍には、コア部２２ａ（２２ｂ）のバー挿入穴２２ｃに対応するようにバー挿入穴２４ｄが複数（本実施形態では、１０個）設けられている。これら複数のバー挿入穴２４ｄは、円板状のプレート２４の外周部近傍において周方向に沿って略等角度間隔（本実施形態では、約３６°間隔）で設けられている。図２に示すように、このプレート２４のバー挿入穴２４ｄと、コア部２２ａ（２２ｂ）のバー挿入穴２２ｃとの内部には、軸方向に延びる円柱状のバー３０が挿入されている。
【００２９】
なお、本実施形態では、永久磁石２３ａ（２２ｂ）とコア部２２ａ（２２ｂ）との間、永久磁石２３ａと永久磁石２３ｂとの間、および、永久磁石２３ａ（２３ｂ）とシャフト２１との間は、図示しない接着剤が充填されている。
【００３０】
次に、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態による電動機１００のロータ２の組み立て手順について説明する。
【００３１】
まず、図３に示すように、複数のコア部２２ａと、複数のコア部２２ｂとを１つずつ交互に周状に配置することにより、シャフト２１の外周面上でロータコア２２を構成し、ロータコア２２の内部に、半径方向に延びるとともに軸方向に延びる複数の永久磁石２３ａおよび２３ｂを取り付ける。なお、このとき、図２および図５に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの軸方向の両端部がロータコア２２の軸方向の両端面に対して突出するように、ロータコア２２の内部に永久磁石２３ａおよび２３ｂを取り付ける。また、このとき、図３および図４に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面がシャフト２１の外周面に接するとともに、永久磁石２３ａおよび２３ｂが隣接するコア部２２ａおよび２２ｂの間で周方向に隣接するように、ロータコア２２の内部に永久磁石２３ａおよび２３ｂを取り付ける。また、このとき、永久磁石２３ａ（２３ｂ）とコア部２２ａ（２２ｂ）との間、永久磁石２３ａと永久磁石２３ｂとの間、および、永久磁石２３ａ（２３ｂ）とシャフト２１との間に接着剤を充填する。
【００３２】
次に、図２に示すように、上記ロータコア２２と永久磁石２３ａおよび２３ｂとを取り付けたシャフト２１に対して、円板状のプレート２４（図６参照）を軸方向の外側から取り付ける。具体的には、まず、プレート２４の内周部のシャフト挿入部２４ｂにシャフト２１を挿入する。そして、図１に示すように、シャフト２１の外周部に設けられた歯車状の係合部２１ａと、プレート２４のシャフト挿入部２４ｂに設けられた歯車状の係合部２４ｃとを係合させることにより、シャフト２１とプレート２４とを固定する。なお、このとき、図２に示すように、プレート２４のロータコア２２側の表面に形成された凹部２４ａの内部に、永久磁石２３ａおよび２３ｂのロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｃ）を嵌め込む。また、このとき、プレート２４のバー挿入穴２４ｄと、コア部２２ａ（２２ｂ）のバー挿入穴２２ｃとの位置を合わせる。
【００３３】
最後に、図２に示すように、上記のように位置を合わせたプレート２４のバー挿入穴２４ｄと、コア部２２ａ（２２ｂ）のバー挿入穴２２ｃとに対して、バー３０を軸方向に挿入し、プレート２４とコア部２２ａ（２２ｂ）とを固定する。このようにして、本発明の一実施形態による電動機１００のロータ２の組み立てが行われる。
【００３４】
本実施形態では、上記のように、ロータコア２２の軸方向の端面から突出する部分（突出部２３ｃ）を有するように軸方向に延びるように永久磁石２３ａおよび２３ｂを形成することによって、永久磁石２３ａおよび２３ｂの磁束が漏れやすい部分（軸方向の端部）をロータコア２２の軸方向の端面よりも外側に突出させて配置することができる。これにより、ロータコア２２の軸方向の端部近傍における磁束漏れを低減することができるので、ロータコア２２からステータティース１１に到達する磁束の量が減少するのを抑制することができる。その結果、電動機１００の出力を高めることができる。
【００３５】
また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２２の軸方向の両端面から突出する部分（突出部２３ｃ）を有するように軸方向に延びるように永久磁石２３ａおよび２３ｂを形成する。これにより、ロータコア２２の軸方向の両側の端部近傍における磁束漏れを低減することができるので、ロータコア２２からステータティース１１に到達する磁束の量が減少するのをより抑制することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２２の軸方向の端面を覆うプレート２４を設け、プレート２４のロータコア２２の軸方向の端面を覆う表面に、永久磁石２３ａおよび２３ｂのロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｃ）の形状（角柱形状）に対応する凹部２４ａを形成する。これにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂのロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｃ）を凹部２４ａの内部に嵌め込むことができるので、ロータコア２２にプレート２４を容易に取り付けることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、上記のように、プレート２４を非磁性材料（ステンレスや樹脂など）により形成し、プレート２４の凹部２４ａを、永久磁石２３ａおよび２３ｂのロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｃ）の表面を露出させずに覆うように形成する。これにより、ロータコア２２の軸方向の端面と、永久磁石２３ａおよび２３ｂのロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｃ）の表面とを、非磁性材料からなるプレート２４によって覆うことができるので、ロータコア２２の軸方向の両側の端部近傍における磁束漏れをさらに低減することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２２の内周部に取り付けるシャフト２１を設け、シャフト２１の外周部に係合部２１ａを形成するとともに、シャフト２１の係合部２１ａと係合する係合部２４ｂをプレートの内周部に形成する。これにより、シャフト２１の係合部２１ａとプレート２４の係合部２４ｂとを係合させることにより、シャフト２１とプレート２４とを強固に固定することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２２の軸方向の長さＬ１を、ステータティース１１の軸方向の長さＬ２よりも小さくなるように形成する。これにより、ロータコア２２からステータティース１１に向かう磁束が軸方向の外側に広がってステータティース１１に到達しなくなるのを容易に抑制することができる。すなわち、ロータコア２２からステータティース１１に到達する磁束の量が減少するのを容易に抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂを、周方向の幅がロータコア２２の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなるように形成する。これにより、ロータコア２２の外周部側の永久磁石２３ａおよび２３ｂの端部の周方向の幅が大きくなる分、ロータコア２２の外周部側の永久磁石２３ａおよび２３ｂの端部の着磁方向（電動機１００のｑ軸と交差する方向）に沿った方向の厚みが大きくなるので、永久磁石２３ａおよび２３ｂの動作点を高くすることができる。その結果、電動機１００の出力を高めることができるとともに、電機子反作用による反磁界の影響を受けやすいロータコア２２の外周部側の永久磁石２３ａおよび２３ｂの端部の不可逆減磁を抑制することができる。また、ロータコア２２の内周部側の永久磁石２３ａおよび２３ｂの端部の周方向の幅が小さくなる分、ロータコア２２の内周部に接する永久磁石２３ａおよび２３ｂの表面積が増加するので、電動機１００の出力をさらに高めることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂを、周方向の幅がロータコア２２の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる矩形形状の断面を有するように形成する。これにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂを矩形形状以外の形状（たとえば、周方向の幅がロータコア２２の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる扇形形状）の断面を有するように形成する場合に比べて、周方向の幅がロータコア２２の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる永久磁石２３ａおよび２３ｂを容易に製造することができる。
【００４２】
また、本実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂを、ｑ軸と直交する方向に対して所定の角度θだけ傾いた方向に着磁する。これにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂをｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向（図４参照））に着磁する場合に比べて、永久磁石２３ａおよび２３ｂの着磁方向に沿った方向の厚みをより大きくすることができるので、永久磁石２３ａおよび２３ｂの動作点をより高くすることができる。その結果、電動機１００の出力をより高めることができるとともに、永久磁石２３ａおよび２３ｂの不可逆減磁をより抑制することができる。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂの着磁方向をｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向）に対して傾けることにより、ロータコア２２が回転する際におけるロータコア２２とステータティース１１との間のギャップ３を流れる磁束の変化を滑らかにすることができる。その結果、電動機１００のコギングトルクを低減することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの着磁方向の傾き角度θを、０°＜θ≦４５°の範囲に設定する。この角度範囲に角度θを設定することにより、容易に、永久磁石２３ａおよび２３ｂの着磁方向に沿った方向の厚みを大きくすることができるとともに、ロータコア２２が回転する際におけるロータコア２２とステータティース１１との間のギャップ３を流れる磁束の変化を滑らかにすることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、上記のように、周方向に間隔を隔てて配置する複数のコア部２２ａおよび２２ｂを含むようにロータコア２２を構成し、複数のコア部２２ａおよび２２ｂのうちの隣接するコア部２２ａおよび２２ｂの間に、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面がシャフト２１の外周面に接するように永久磁石２３ａおよび２３ｂを配置する。これにより、ロータコア２２が周方向に間隔を隔てて配置された複数のコア部２２ａおよび２２ｂに完全に別個に分離されるので、ロータコア２２が外周部または内周部において連続するように形成されている場合と異なり、永久磁石２３ａおよび２３ｂから発生する磁束の一部がステータティース１１側に流れずにロータコア２２の外周部または内周部の連続する部分を介して循環するのを抑制することができる。その結果、漏れ磁束を低減することができるので、電動機１００の出力をより高めることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、上記のように、コア部２２ａ（２２ｂ）と隣接する永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面のコア部２２ａ（２２ｂ）側の部分を覆う磁石被覆部２２ｄをコア部２２ａ（２２ｂ）の外周部に設ける。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面がシャフト２１の外周面に接するとともに、永久磁石２３ａおよび２３ｂの外周面の磁石被覆部２２ｄに覆われていない部分が露出するように、永久磁石２３ａおよび２３ｂを隣接するコア部２２ａおよび２２ｂの間に配置する。これにより、磁石被覆部２２ｄによって、ロータコア２２（コア部２２ａおよび２２ｂ）が回転する際の遠心力によって永久磁石２３ａおよび２３ｂが外周側に外れるのを抑制することができる。
【００４６】
また、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面のコア部２２ａ（２２ｂ）側の部分を磁石被覆部２２ｄにより覆うことによって、ロータコア２２の外周面上のステータティース１１側に流れる磁束が発生する領域の面積を大きくすることができるので、ロータコア２２（コア部２２ａおよび２２ｂ）が回転する際におけるロータコア２２（コア部２２ａおよび２２ｂ）とステータティース１１との間のギャップ３を流れる磁束の変化をより滑らかにすることができる。これにより、電動機１００のコギングトルクをより低減することができる。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂの外周面の磁石被覆部２２ｄに覆われていない部分を露出させることによって、永久磁石２３ａおよび２３ｂの外周面の磁石被覆部２２ｄに覆われていない部分を磁性体などにより覆う場合に比べて、漏れ磁束をより低減することができる。その結果、電動機１００の出力をより高めることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、上記のように、コア部２２ａおよび２２ｂを介さずに周方向に隣接するように、２つの永久磁石２３ａおよび２３ｂを隣接する２つのコア部２２ａおよび２２ｂの間に配置する。これにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂをコア部２２ａまたは２２ｂを介して隣接させる場合と異なり、永久磁石２３ａと永久磁石２３ｂとで構成される磁気回路における空隙の総距離を小さくすることができるので、永久磁石２３ａおよび２３ｂの動作点を高くすることができる。その結果、電動機１００の出力をより高めることができるとともに、永久磁石２３ａおよび２３ｂの不可逆減磁をより抑制することができる。
【００４８】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４９】
たとえば、上記実施形態では、ロータコアの軸方向の両端面から突出する部分を有するように永久磁石を形成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、ロータコアの軸方向の一方の端面からのみ突出する部分を有するように永久磁石を形成してもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、ロータコアの軸方向の端面を覆うプレートを設け、プレートにより、永久磁石のロータコアの軸方向の端面から突出した部分を露出させずに覆う例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、ロータコアの軸方向の端面を覆うプレートを設けなくてもよい。すなわち、永久磁石のロータコアの軸方向の端面から突出した部分が露出していてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、図２に示すように、永久磁石２３ａ（２３ｂ）のロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｃ）を露出させずに覆うように、プレート２４に凹部２４ａを形成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、図７に示す変形例のように、永久磁石２３ｄ（２３ｅ）のロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｆ）を露出させるように、プレート１２４に穴部１２４ａを形成してもよい。
【００５２】
この変形例による電動機１００ａ（回転電機）のロータ２ａに取り付けられた永久磁石２３ｄ（２３ｅ）は、図７に示すように、軸方向の両端部がプレート１２４の穴部１２４ａを介して露出されるように軸方向に延びるように形成されている。すなわち、永久磁石２３ｄ（２３ｅ）のロータコア２２の軸方向の端面から突出した部分（突出部２３ｆ）の突出高さＨ２は、プレート１２４の厚みｔ２よりも大きくなるように形成されている。
【００５３】
この変形例では、上記のように、永久磁石２３ｄ（２３ｅ）をプレート１２４の穴部１２４ａを介して露出させる。これにより、ロータ２ａが回転する際に、永久磁石２３ｄ（２３ｅ）のプレート１２４の穴部１２４ａを介して露出された部分によって電動機１００ａの内部の空気が撹拌されるので、ステータ１の巻線１２を冷却することができる。その結果、電動機１００ａの出力を効果的に高めることができる。また、永久磁石２３ｄ（２３ｅ）のプレート１２４の穴部１２４ａを介して露出された部分が電動機１００ａの内部の空気に触れて冷却されるので、永久磁石２３ｄ（２３ｅ）が熱により減磁されるのを抑制することができる。
【００５４】
また、上記実施形態では、ロータコアの軸方向の長さをステータティース（ステータコア）の軸方向の長さよりも小さくする例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、ロータコアの軸方向の長さとステータコアの軸方向の長さとを等しくしてもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、永久磁石を、周方向の幅がロータコアの内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる矩形形状の断面を有するように形成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、永久磁石を矩形形状以外の形状（たとえば、周方向の幅がロータコアの内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる扇形形状）の断面を有するように形成してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、永久磁石を電動機（回転電機）のｑ軸と直交する方向に対して傾いた方向に着磁する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、永久磁石を回転電機のｑ軸と直交する方向に着磁してもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、ロータコアを複数のコア部により構成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、複数のコア部の外周部または内周部を連結することによって、ロータコアを一部品として構成してもよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、複数のコア部のうちの隣接する２つのコア部の間に、周方向の幅がロータコアの内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる２つの永久磁石を配置する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、隣接する２つのコア部の間に配置する永久磁石を１つとしてもよいし、３つ以上としてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、コア部に磁石被覆部を設け、磁石被覆部により永久磁石の外周面のコア部側の部分を覆う例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、コア部に磁石被覆部を設けなくてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、シャフト２１（回転軸部）の外周部の係合部２１ａ（第１係合部）と、プレート２４の内周部の係合部２４ｃ（第２係合部）とを歯車状に形成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、第１係合部と第２係合部とを歯車状以外の形状に形成してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１１ ステータティース（ステータコア）
２１ シャフト（回転軸部）
２１ａ 係合部（第１係合部）
２２ ロータコア
２２ａ、２２ｂ コア部
２２ｄ 磁石被覆部
２３ａ、２３ｂ、２３ｄ、２３ｅ 永久磁石
２４ プレート
２４ａ 凹部
２４ｃ 係合部（第２係合部）
１２４ プレート
１２４ａ 穴部
１００、１００ａ 電動機（回転電機）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアと、
前記ロータコアの外周部に対向するように配置されるステータコアと、
前記ロータコアの内周部近傍から外周部近傍まで半径方向に延びるとともに、前記ロータコアの軸方向の端面から突出する部分を有するように軸方向に延びる永久磁石とを備える、回転電機。
【請求項２】
前記永久磁石は、前記ロータコアの軸方向の両端面から突出する部分を有するように軸方向に延びるように形成されている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記ロータコアの軸方向の端面を覆うように取り付けられるプレートをさらに備え、
前記プレートの前記ロータコアの軸方向の端面を覆う表面には、前記永久磁石の前記ロータコアの軸方向の端面から突出した部分の形状に対応する凹部または穴部が形成されている、請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記プレートは、非磁性材料からなり、
前記プレートの前記ロータコアの軸方向の端面を覆う表面には、前記凹部が形成されており、
前記凹部は、前記永久磁石の前記ロータコアの軸方向の端面から突出した部分の表面を露出させずに覆うように形成されている、請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記ロータコアの内周部に取り付けられる回転軸部をさらに備え、
前記回転軸部の外周部には、第１係合部が形成されており、
前記プレートの内周部には、前記回転軸部の前記第１係合部と係合する第２係合部が形成されている、請求項３または４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記ロータコアは、軸方向の長さが前記ステータコアの軸方向の長さよりも小さくなるように形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記永久磁石は、周方向の幅が前記ロータコアの内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなるように形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記永久磁石は、周方向の幅が前記ロータコアの内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる矩形形状の断面を有するように形成されている、請求項７に記載の回転電機。
【請求項９】
前記永久磁石は、前記回転電機のｑ軸と交差する方向に着磁されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記永久磁石は、前記ｑ軸と直交する方向に対して所定の角度θだけ傾いた方向に着磁されている、請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記所定の角度θは、０°＜θ≦４５°の範囲に設定されている、請求項１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記ロータコアの内周部に取り付けられる回転軸部をさらに備え、
前記ロータコアは、周方向に間隔を隔てて配置される複数のコア部を含むように構成されており、
前記永久磁石は、前記複数のコア部のうちの隣接するコア部の間に、前記永久磁石の内周面が前記回転軸部の外周面に接するように配置されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記コア部の外周部には、前記コア部と隣接する前記永久磁石の外周面の前記コア部側の部分を覆う磁石被覆部が設けられており、
前記永久磁石は、前記複数のコア部のうちの隣接するコア部の間に、前記永久磁石の内周面が前記回転軸部の外周面に接するとともに、前記永久磁石の外周面の前記磁石被覆部に覆われていない部分が露出するように配置されている、請求項１２に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記永久磁石は、前記複数のコア部のうちの隣接する２つのコア部の間に、前記コア部を介さずに周方向に２つ隣接するように配置されている、請求項１２または１３に記載の回転電機。
【請求項１】
ロータコアと、
前記ロータコアの外周部に対向するように配置されるステータコアと、
前記ロータコアの内周部近傍から外周部近傍まで半径方向に延びるとともに、前記ロータコアの軸方向の端面から突出する部分を有するように軸方向に延びる永久磁石とを備える、回転電機。
【請求項２】
前記永久磁石は、前記ロータコアの軸方向の両端面から突出する部分を有するように軸方向に延びるように形成されている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記ロータコアの軸方向の端面を覆うように取り付けられるプレートをさらに備え、
前記プレートの前記ロータコアの軸方向の端面を覆う表面には、前記永久磁石の前記ロータコアの軸方向の端面から突出した部分の形状に対応する凹部または穴部が形成されている、請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記プレートは、非磁性材料からなり、
前記プレートの前記ロータコアの軸方向の端面を覆う表面には、前記凹部が形成されており、
前記凹部は、前記永久磁石の前記ロータコアの軸方向の端面から突出した部分の表面を露出させずに覆うように形成されている、請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記ロータコアの内周部に取り付けられる回転軸部をさらに備え、
前記回転軸部の外周部には、第１係合部が形成されており、
前記プレートの内周部には、前記回転軸部の前記第１係合部と係合する第２係合部が形成されている、請求項３または４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記ロータコアは、軸方向の長さが前記ステータコアの軸方向の長さよりも小さくなるように形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記永久磁石は、周方向の幅が前記ロータコアの内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなるように形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記永久磁石は、周方向の幅が前記ロータコアの内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる矩形形状の断面を有するように形成されている、請求項７に記載の回転電機。
【請求項９】
前記永久磁石は、前記回転電機のｑ軸と交差する方向に着磁されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記永久磁石は、前記ｑ軸と直交する方向に対して所定の角度θだけ傾いた方向に着磁されている、請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記所定の角度θは、０°＜θ≦４５°の範囲に設定されている、請求項１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記ロータコアの内周部に取り付けられる回転軸部をさらに備え、
前記ロータコアは、周方向に間隔を隔てて配置される複数のコア部を含むように構成されており、
前記永久磁石は、前記複数のコア部のうちの隣接するコア部の間に、前記永久磁石の内周面が前記回転軸部の外周面に接するように配置されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記コア部の外周部には、前記コア部と隣接する前記永久磁石の外周面の前記コア部側の部分を覆う磁石被覆部が設けられており、
前記永久磁石は、前記複数のコア部のうちの隣接するコア部の間に、前記永久磁石の内周面が前記回転軸部の外周面に接するとともに、前記永久磁石の外周面の前記磁石被覆部に覆われていない部分が露出するように配置されている、請求項１２に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記永久磁石は、前記複数のコア部のうちの隣接する２つのコア部の間に、前記コア部を介さずに周方向に２つ隣接するように配置されている、請求項１２または１３に記載の回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２１８４４（Ｐ２０１３−２１８４４Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４３８７（Ｐ２０１１−１５４３８７）
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
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