(57)【要約】【課題】磁石の劣化を抑制することができる磁石構造体および回転電機を提供する。【解決手段】  磁石構造体１においては、磁石１０が一対の磁石部品１２、１４を含んでおり、一対の磁石部品１２、１４のそれぞれの対向面１２ａ、１４ａに形成された溝１３、１５により、磁石１０の貫通孔１１が画成されている。そのため、各磁石部品１２、１４の溝１３、１５の内面１３ａ、１５ａを被覆層１６で覆った後に、磁石部品１２、１４同士を対向させることで、磁石１０の貫通孔１１の内面を効果的に防錆処理することができ、磁石１０の劣化を抑制することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機に用いられる磁石構造体であって、
前記磁石構造体の延在方向において対面する一対の端面を有し、かつ、前記磁石構造体の延在方向に対して直交する方向に延びる保持体貫通孔を有する保持体と、
前記保持体に収容され、前記磁石構造体の延在方向に沿って前記保持体の一方の端面から他方の端面まで延び、かつ、前記保持体貫通孔と連通するとともに内面が被覆層で覆われた磁石貫通孔を有する磁石と
を備え、
前記磁石が、前記磁石貫通孔の延在方向に対して交差する方向において対向する一対の磁石部品を含み、前記一対の磁石部品のそれぞれの対向面に、前記磁石貫通孔を画成する貫通孔用溝が形成されている、磁石構造体。
【請求項２】
前記保持体に収容されるとともに前記磁石貫通孔を有しない無孔磁石をさらに備える、請求項１に記載の磁石構造体。
【請求項３】
前記磁石構造体の延在方向に並ぶとともに、前記保持体および前記磁石を含む複数の磁石構造部品と、
前記複数の磁石構造部品を前記磁石構造体の延在方向において拘束する拘束具と
を備える、請求項１または２に記載の磁石構造体。
【請求項４】
前記拘束具が、前記複数の磁石構造部品に亘って架け渡されており、
前記拘束具が、前記保持体貫通孔および前記磁石貫通孔と連通する拘束具貫通孔を有する、請求項３に記載の磁石構造体。
【請求項５】
複数の磁石構造体と複数のステータとを備える回転電機であって、
前記磁石構造体が、該磁石構造体の延在方向において対面する一対の端面を有し、かつ、前記磁石構造体の延在方向に対して直交する方向に延びる保持体貫通孔を有する保持体と、前記保持体に収容され、前記磁石構造体の延在方向に沿って前記保持体の一方の端面から他方の端面まで延び、かつ、前記保持体貫通孔と連通するとともに内面が被覆層で覆われた磁石貫通孔を有する磁石とを備え、
前記磁石が、前記磁石貫通孔の延在方向に対して交差する方向において対向する一対の磁石部品を含み、前記一対の磁石部品のそれぞれの対向面に、前記磁石貫通孔を画成する貫通孔用溝が形成されている、回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石構造体および回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、風力発電機に用いられる磁石構造体が開示されている。近年、風力発電機の大型化に応じて、高磁力の磁石構造体に対する要求が高まっており、磁石構造体に含まれる磁石の大型化とともに磁石構造体自体の大型化も求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１３−５２０１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、上述した磁石構造体を風力発電機のロータに固定する方法として、ボルトを用いる方法について検討を重ね、磁石構造体および磁石にボルトが挿通されるボルト貫通孔を設ける技術を新たに見出した。
【０００５】
磁石構造体に含まれる磁石には、防錆等の目的で被覆層がその表面に形成される。磁石にボルト貫通孔を設ける場合には、ボルト貫通孔の内面にも被覆層を形成する必要があり、ボルト貫通孔の内面に被覆層が形成されないと磁石が劣化する事態が起こり得る。
【０００６】
本発明は、磁石の劣化を抑制することができる磁石構造体および回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態に係る磁石構造体は、回転電機に用いられる磁石構造体であって、磁石構造体の延在方向において対面する一対の端面を有し、かつ、磁石構造体の延在方向に対して直交する方向に延びる保持体貫通孔を有する保持体と、保持体に収容され、磁石構造体の延在方向に沿って保持体の一方の端面から他方の端面まで延び、かつ、保持体貫通孔と連通するとともに内面が被覆層で覆われた磁石貫通孔を有する磁石とを備え、磁石が、磁石貫通孔の延在方向に対して交差する方向において対向する一対の磁石部品を含み、一対の磁石部品のそれぞれの対向面に、磁石貫通孔を画成する貫通孔用溝が形成されている。
【０００８】
上記磁石構造体においては、磁石が一対の磁石部品を含んでおり、一対の磁石部品のそれぞれの対向面に形成された貫通孔用溝により、磁石の磁石貫通孔が画成される。そのため、各磁石部品の貫通孔用溝の内面を被覆層で覆った後に、磁石部品同士を対向させることで、磁石貫通孔の内面を被覆層で確実に覆うことができる。それにより、磁石の劣化が抑制される。
【０００９】
他の形態に係る磁石構造体は、保持体に収容されるとともに磁石貫通孔を有しない無孔磁石をさらに備える。
【００１０】
他の形態に係る磁石構造体は、磁石構造体の延在方向に並ぶとともに、保持体および磁石を含む複数の磁石構造部品と、複数の磁石構造部品を磁石構造体の延在方向において拘束する拘束具とを備える。この場合、複数の磁石構造部品を、固定対象に対して個別にボルト固定することができる。そのため、固定する際に、磁石構造部品ごとに位置調整することができ、磁石構造体と固定対象とをより強固に固定することができる。
【００１１】
他の形態に係る磁石構造体は、拘束具が、複数の磁石構造部品に亘って架け渡されており、拘束具が、保持体貫通孔および磁石貫通孔と連通する拘束具貫通孔を有する。
【００１２】
本発明の一形態に係る回転電機は、複数の磁石構造体と複数のステータとを備える回転電機であって、磁石構造体が、該磁石構造体の延在方向において対面する一対の端面を有し、かつ、磁石構造体の延在方向に対して直交する方向に延びる保持体貫通孔を有する保持体と、保持体に収容され、磁石構造体の延在方向に沿って保持体の一方の端面から他方の端面まで延び、かつ、保持体貫通孔と連通するとともに内面が被覆層で覆われた磁石貫通孔を有する磁石とを備え、磁石が、磁石貫通孔の延在方向に対して交差する方向において対向する一対の磁石部品を含み、一対の磁石部品のそれぞれの対向面に、磁石貫通孔を画成する貫通孔用溝が形成されている。
【００１３】
上記回転電機においては、磁石構造体の磁石が一対の磁石部品を含んでおり、一対の磁石部品のそれぞれの対向面に形成された貫通孔用溝により、磁石の磁石貫通孔が画成される。そのため、各磁石部品の貫通孔用溝の内面を被覆層で覆った後に、磁石部品同士を対向させることで、磁石貫通孔の内面を被覆層で確実に覆うことができる。それにより、磁石の劣化が抑制される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、磁石の劣化を抑制することができる磁石構造体および回転電機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係る磁石構造体を示した概略斜視図である。
【図２】図１に示した磁石構造体のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１に示した磁石構造部品の概略斜視図である。
【図４】図３に示した磁石の分解斜視図である。
【図５】一実施形態に係る発電機を示した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して種々の実施形態および実施例について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１に示すように、実施形態に係る磁石構造体１は、磁石構造部品２が複数積層された積層体３を備えて構成されている。本実施形態では、積層体３は９つの磁石構造部品２を有する。複数の磁石構造部品２が、磁石構造体１の延在方向（図１のＸ方向）に沿って並んでいる。
【００１８】
また、磁石構造体１は、複数の磁石構造部品２を磁石構造体１の延在方向において拘束する拘束具４を備えている。拘束具４は、複数の磁石構造部品２の上面を覆うようにして全ての磁石構造部品２に亘って架け渡されている。拘束具４は、図２に示すようにＵ字状断面を有し、磁石構造体１を構成する各磁石構造部品２のＸ方向への移動を制限している。拘束具４には、後述するボルト５が挿通される複数の貫通孔４ａ（拘束具貫通孔）が設けられている。本実施形態では、貫通孔４ａの断面形状は円形であり、貫通孔３ａの径は、ボルト５の径よりも大きく設計されている。拘束具４は、非磁性材料で構成することができる。拘束具４は、たとえばＳＵＳ３１６（クロム１８％とニッケル１２％を含むステンレス鋼）のような非磁性ステンレス鋼で構成され得る。
【００１９】
磁石構造体１は、複数（本実施形態では９つ）のボルト５によって、固定対象であるロータ６に固定されている。各ボルト５は、上側から磁石構造部品２および拘束具４を貫いてロータ６まで達している。各ボルト５の先端部（ロータ側端部）には、たとえばナットおよびワッシャが取り付けられる。各ボルト５は、たとえば非磁性材料によって構成され得る。
【００２０】
各磁石構造部品２は、図３に示すように、磁石１０と保持体２０とを備えて構成されている。
【００２１】
保持体２０は、たとえば積層電磁鋼板等の磁性材料で構成されている。保持体２０は、略直方体の外形を有する。保持体２０は、互いに平行な第１の端面２０ａおよび第２の端面２０ｂを有し、これらの端面２０ａ、２０ｂは保持体２０の厚さ方向（すなわち、磁石構造体１の延在方向）において対面している。
【００２２】
以下の説明では、保持体２０の第１の端面２０ａと第２の端面２０ｂとが対面する対面方向をＸ軸方向、保持体２０の上下方向をＺ軸方向、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に直交する方向をＹ方向とも称す。
【００２３】
保持体２０は、Ｚ方向において対面する上面２０ｃと下面２０ｄとを有している。また、保持体２０は、Ｙ方向において対面する第１の側面２０ｅと第２の側面２０ｆとを有している。
【００２４】
保持体２０の外形寸法（すなわち、磁石構造部品２の外形寸法）については、一例として、Ｘ方向寸法（長さ）が１２０ｍｍ、Ｙ方向寸法（幅）が２２０ｍｍ、Ｚ方向寸法（高さ）が１１０ｍｍである。また、保持体２０の重さは、一例として１５ｋｇである。
【００２５】
保持体２０は、ボルト５が挿通される貫通孔２１（保持体貫通孔）を有する。貫通孔２１は、保持体２０の上面２０ｃの中央領域から下面２０ｄまでＺ方向に沿って延びている。本実施形態では、貫通孔２１の断面形状は円形であり、貫通孔２１の径は、ボルト５の径よりも大きく設計されている。貫通孔２１の径は、貫通孔２１の内面にボルト５が接しない程度に大きく設計することができる。
【００２６】
磁石１０は、焼結磁石であり、たとえばネオジム磁石等の磁性材料で構成されている。磁石１０は、四角柱状の外形を有する。磁石１０の寸法は、一例として、Ｘ方向寸法（長さ）が１２０ｍｍ、Ｙ方向寸法（幅）が１５０ｍｍ、Ｚ方向寸法（高さ）が５０ｍｍである。磁石１０の重さは、一例として６．８ｋｇである。磁石１０は、保持体２０に収容された状態では、保持体２０の端面２０ａから端面２０ｂまで延びて各端面２０ａ、２０ｂにおいて露出している。磁石１０と保持体２０との間には実質的に隙間が存在していない。
【００２７】
磁石１０は、ボルト５が挿通される貫通孔１１（磁石貫通孔）を有する。貫通孔１１は、保持体２０の貫通孔２１と連通しており、Ｚ方向に沿って延びている。本実施形態では、貫通孔１１の断面形状は円形であり、貫通孔１１の径は、ボルト５の径よりも大きく設計されている。貫通孔１１の径は、貫通孔１１の内面にボルト５が接しない程度に大きく設計することができる。貫通孔１１の径は、保持体２０の貫通孔２１の径と同じであっても異なってもよい。貫通孔１１の内面には、後述する被覆層１６が形成されている。
【００２８】
磁石１０は、図４に示すように、一対の磁石部品１２、１４を含んで構成されている。一対の磁石部品１２、１４は、Ｘ方向において対向配置されている。各磁石部品１２、１４は、略直方体状の外形を有する。各磁石部品１２、１４の対向面１２ａ、１４ａには、互いに対応する領域に溝１３、１５（貫通孔用溝）が形成されている。溝１３、１５はいずれも、略半円形の断面を有し、Ｚ方向に沿って延びている。一対の磁石部品１２、１４が接合されて、対向面１２ａ、１４ａ同士が接すると、２つの溝１３、１５によって上述した貫通孔１１が画成される。一対の磁石部品１２、１４は、接着材を介して接合することができる。
【００２９】
一対の磁石部品１２、１４はいずれも、プレス成型により得ることができる。なお、貫通孔１１を有する磁石１０をプレス成型で一体的に設ける場合には、貫通孔１１の延在方向が磁化方向となるため、縦磁場成型する必要が生じる。また、貫通孔１１を有しない磁石１０をプレス成型で一体的に設けた後、貫通孔１１を機械加工により形成する場合には、貫通孔１１の縁領域等において割れや欠けが生じやすく、また製造工程の増加や製造時間の延長を招く。
【００３０】
各磁石部品１２、１４は、表面全体が被覆層１６によって覆われている。本実施形態では、被覆層１６は、防錆効果を有するエポキシ樹脂によって構成された樹脂層である。このような樹脂層は、磁石部品１２、１４の表面全体に樹脂をスプレー塗布することにより形成され得る。被覆層１６は、対向面１２ａ、１４ａに形成された溝１３、１５の内面１３ａ、１５ａも覆っている。スプレー塗布により被覆層１６を形成することで、溝１３、１５の内面１３ａ、１５ａを含む対向面１２ａ、１４ａの全面を、容易かつ確実に被覆層１６で覆うことができる。
【００３１】
上述した磁石構造体１においては、磁石１０が一対の磁石部品１２、１４を含んでおり、一対の磁石部品１２、１４のそれぞれの対向面１２ａ、１４ａに形成された溝１３、１５により、磁石１０の貫通孔１１が画成されている。
【００３２】
そのため、各磁石部品１２、１４の溝１３、１５の内面１３ａ、１５ａを含む表面全体を被覆層１６で覆った後に、磁石部品１２、１４同士を対向配置させて接合することができる。この場合、被覆層１６を形成する際に、貫通孔１１の内面となる溝１３、１５の内面１３ａ、１５ａを完全に露出することができるため、貫通孔１１の内面を容易かつ確実に被覆層１６で覆うことができる。
【００３３】
それにより、磁石１０の貫通孔１１の内面を効果的に防錆処理することができ、磁石１０の劣化を抑制することができる。
【００３４】
また、磁石構造体１は、磁石構造体１よりも小さい寸法を有する複数の磁石構造部品２によって構成されている。それにより、複数の磁石構造部品２を、図２に示すように、固定対象であるロータ６に対して個別にボルト固定することができる。そのため、固定する際に、磁石構造部品２とロータ６との間に隙間が生じないように、磁石構造部品２ごとに位置調整することができる。したがって、磁石構造部品２に分割可能な磁石構造体１によれば、一体的に構成された磁石構造体に比べて、磁石構造体１とロータ６とをより強固に固定することができる。たとえば、磁石構造体１やロータ６に、多少の寸法誤差や歪みが生じている場合であっても、磁石構造部品２ごとに位置調整することで、磁石構造体１とロータ６とを確実に固定することができる。
【００３５】
上述した磁石構造体１は、図５に示した発電機５０に適用することができる。
【００３６】
発電機５０は、たとえば数百メートル級の巨大な風力発電機の一部を構成する発電機である。発電機５０は、複数の磁石構造体１を備え、さらに、回転軸５２と複数のステータ５４とを備える。発電機５０は、回転軸５２の外周に固定された複数のステータ５４の周りに、ロータとして複数の磁石構造体１が配置されたアウターロータ型の発電機である。各磁石構造体１は、保持体２０の上面が発電機５０の半径方向内側を向くように配置されている。また、各磁石構造体１は、磁石構造体１の磁界の範囲内にステータ５４が位置するように、ステータ５４に近接して配置されている。さらに、磁石構造体１は、半径方向内側の面の極性が、回転軸５２の周方向に沿って交互に反転するように配置されている。発電機５０の直径は、一例として１０ｍである。たとえば、磁石構造体１を１２０極とし、ステータを１４４極とすることができる。なお、磁石構造体１は、インナーロータ型の発電機に適用することもできる。
【００３７】
風力発電機に用いられるような大型の磁石構造体１は、その寸法や重量が比較的大きなものになり得る。たとえば、数百メートル級の巨大な風力発電機に組み込まれる大型の磁石構造体は、その長さが数十センチとなり、かつ、その重量は数十キロとなる。そのような大型の磁石構造体を作製するには、磁石を別途で着磁した後に磁石構造体に組み立てる方法が考えられるが、組み立て作業時において磁石に強力な磁気吸引力や磁気反発力が働くため、安全に作業をおこなうことが難しい。そのため、上述した磁石構造体１においては、未着磁の磁石で磁石構造体を組み立てた後に磁石構造体ごと着磁することが好ましく、それにより、組み立て作業時は磁石は未着磁であるため、安全に作業をおこなうことができる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更をおこなうことができる。
【００３９】
たとえば、磁石構造体に含まれる磁石構造部品の数は、９つに限らず、適宜増減することができる。また、磁石構造部品に含まれる磁石の数は、１つに限らず、複数であってもよい。磁石構造部品に複数の磁石が含まれる場合、少なくとも一つの磁石が貫通孔を画成する一対の磁石部品で構成されていればよく、残りの磁石は貫通孔を有しない磁石（無孔磁石）であってもよい。磁石構造部品に複数の磁石が含まれる場合には、磁石に生じ得る渦電流を抑制する効果が大きくなり、発電機の発電効率が向上する。磁石構造部品に含まれる複数の磁石は、接着材により互いに接着されてもよい。
【００４０】
各磁石構造部品は、たとえば、各磁石構造部品は、磁石１０の他に、Ｚ軸に平行な基準線に関して線対称の断面形状および端面形状を有する一対の磁石（たとえば基準線に関してＶ字状を構成するように傾斜配置された一対の磁石）を収容する態様であってもよい。さらに、磁石１０の形状は、断面形状および端面形状が三角形状や台形状、弓状であってもよい。一対の磁石部品は、Ｘ方向において対向配置された態様に限らず、磁石貫通孔に対して交差する方向に対向している態様であればよく、たとえばＹ方向に対向配置された態様であってもよい。
【００４１】
また、保持体貫通孔、磁石貫通孔および拘束具貫通孔の断面形状は、円形断面に限らず、四角形断面等の多角形断面であってもよい。被覆層は、樹脂層に限らず、金属メッキ層や酸化皮膜等であってもよい。拘束具の形態は、たとえば磁石構造部品の積層体を収容可能な形状を有するケースであってもよい。
【００４２】
拘束具の形態は、上述した形態に限らず、複数の磁石構造部品を磁石構造体の延在方向において拘束できる限りにおいて、様々な形態を採り得る。たとえば、磁石構造体の延在方向（Ｘ方向）に沿って延びるとともに各磁石構造部品に設けられ貫通孔を貫通する形態の拘束具を用いて、複数の磁石構造部品を拘束することができる。この場合、上述した形態の拘束具よりも、磁石構造体の外形寸法を小さくすることができる。
【００４３】
さらに、上述した実施形態では、回転電機の一種として発電機について説明したが、本発明は、回転電機の一種であるモータにも適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…磁石構造体、２…磁石構造部品、３…積層体、４…拘束具、４ａ…貫通孔、５…ボルト、６…ロータ、１０…磁石、１１…貫通孔、１２、１４…磁石部品、１２ａ、１４ａ…対向面、１３、１５…溝、１３ａ、１５ａ…内面、１６…被覆層、５０…発電機、５４…ステータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020058127.tif 000005
【図４】
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【図５】
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