(57)【要約】【課題】バックヨークの変形や破損を回避又は抑制して長寿命化を図る技術を提供する。【解決手段】磁石１２２は、径Ｒ方向と非平行な方向（本実施形態では回転軸Ｑ方向）を法線とする端面１２１において、回転軸Ｑ方向に突出する凸部１２６ｍを呈する。磁石１２２の第２磁極面１２２ｏから端面１２１に跨って設けられるバックヨーク１２４は、凸部１２６ｍと対応する位置において、凸部１２６ｍと嵌合する嵌合部１２６ｙを呈する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転軸（Ｑ）を法線とする面内で前記回転軸を中心として環になって配置され、前記環について径（Ｒ）方向内側に第１磁極面（１２２ｉ）を呈し、前記径方向外側に第２磁極面（１２２ｏ）を呈する磁石（１２２）と、
前記第２磁極面から前記磁石の前記回転軸方向の端面に跨って設けられるヨーク（１２４）とを備える界磁子（１２）であって、
前記端面は凹部又は凸部（１２６ｍ）を有し、
前記ヨークには前記凹部又は前記凸部と対応する位置で、前記凹部又は前記凸部と嵌合する嵌合部（１２６ｙ）を有する、界磁子。
【請求項２】
請求項１記載の界磁子（１２）であって、
前記凹部又は前記凸部（１２６ｍ）と、前記嵌合部（１２６ｙ）とが嵌合する面は、前記回転軸（Ｑ）方向及び当該嵌合部における前記径（Ｒ）方向によって規定される面内で曲線を呈する、界磁子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の界磁子（１２）であって、
前記凹部又は前記凸部（１２６ｍ）、及び前記嵌合部（１２６ｙ）は、離散的に配設される、界磁子。
【請求項４】
請求項３記載の界磁子（１２）であって、
前記凹部又は前記凸部（１２６ｍ）と、前記嵌合部（１２６ｙ）とが嵌合する面は、当該嵌合部における前記回転軸（Ｑ）方向を法線とする面内で曲線を呈する、界磁子。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１つ記載の界磁子（１２）であって、
前記磁石（１２２）の前記径（Ｒ）方向外側の第１外周面は、前記回転軸（Ｑ）方向及び前記径（Ｒ）方向によって規定される面内で、前記径方向外側に凸となる、界磁子。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１つ記載の界磁子（１２）であって、
前記ヨーク（１２４）の前記径（Ｒ）方向外側の第２外周面は、前記回転軸（Ｑ）方向及び前記径（Ｒ）方向によって規定される面内で、前記径方向外側に凸となる、界磁子。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１つ記載の界磁子（１２）と、
前記界磁子に対して前記径（Ｒ）方向内側に設けられる電機子（１４）と
を備える、回転電機（１０）。
【請求項８】
請求項１記載の界磁子（１２）を製造する方法であって、
前記磁石（１２２）は前記ヨーク（１２４）を位置決めした後に射出成型によって形成する、界磁子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は界磁子及び回転電機に関し、特に表面磁石型かつラジアルギャップ型の界磁子及び回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面磁石型かつラジアルギャップ型の回転電機は、ティースを有する電機子と、磁石を有する界磁子とを備えている。当該界磁子及び当該電機子はいずれも所定の軸を法線とする面内で環状を呈しており、一方が当該軸を回転軸として回転する回転子として、他方が固定子としてそれぞれ採用される。
【０００３】
アウターロータ型のラジアルギャップ型回転電機の場合、回転子たる界磁子は、当該回転軸を中心として環状に配置する永久磁石と、当該永久磁石を径方向外側で保持するバックヨークとを有している。なお、本発明に関連する技術を以下に示す。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２５３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アウターロータ型のラジアルギャップ型回転電機の運転中は、界磁子が高速で回転するために界磁子自身に大きな遠心応力が作用する。そのため、永久磁石を保持するバックヨークには、バックヨーク自身に作用する遠心応力に加えて、永久磁石によって径方向外側へと押される。
【０００６】
図１１は従来の応力の分布を示す図であり、回転軸Ｑ方向と当該回転軸を中心とする径Ｒ方向とで規定される面における回転子たる界磁子の一部の断面図を示している。なお、当該面内で応力の大きさが等しい点同士を結んだ曲線（以下、「等力線」と称する）Ｓ５〜Ｓ１２によって応力の大きさを示しており、記号Ｓとともに符号を構成する数字５〜１２が小さいほど、当該応力が高いことを示す。また、同一符号の等力線は互いに応力の大きさが等しいことを示す。
【０００７】
図１１に示す如く、バックヨークのうち、径方向外側には応力の高い領域が存在する。よって、バックヨークが変形や破損をしやすいという問題があり、ひいては回転電機の長寿命化を妨げる。
【０００８】
そこで、本発明はバックヨークの変形や破損を回避又は抑制して長寿命化を図る技術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】
【０００９】
上記課題を解決すべく、第１の発明は、所定の回転軸（Ｑ）を法線とする面内で前記回転軸を中心として環になって配置され、前記環について径（Ｒ）方向外側に第１磁極面（１２２ｉ）を呈し、前記径方向内側に第２磁極面（１２２ｏ）を呈する磁石（１２２）と、前記第２磁極面から前記磁石の前記回転軸方向の端面に跨って設けられるヨーク（１２４）とを備える界磁子（１２）であって、前記端面は前記回転軸方向に突出する凹部又は凸部（１２６ｍ）を有し、前記ヨークには前記凹部又は前記凸部と対応する位置で、前記凹部又は前記凸部と嵌合する嵌合部（１２６ｙ）を有する。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明であって、前記凹部又は前記凸部（１２６ｍ）と、前記嵌合部（１２６ｙ）とが嵌合する面は、前記回転軸（Ｑ）方向及び当該嵌合部における前記径（Ｒ）方向によって規定される面内で曲線を呈する。
【００１１】
第３の発明は、第１又は第２の発明であって、前記凹部又は前記凸部（１２６ｍ）、及び前記嵌合部（１２６ｙ）は、離散的に配設される。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明であって、前記凹部又は前記凸部（１２６ｍ）と、前記嵌合部（１２６ｙ）とが嵌合する面は、当該嵌合部における前記回転軸（Ｑ）方向を法線とする面内で曲線を呈する。
【００１３】
第５の発明は、第１ないし第４のいずれか１つの発明であって、前記磁石（１２２）の前記径（Ｒ）方向外側の第１外周面は、前記回転軸（Ｑ）方向及び前記径（Ｒ）方向によって規定される面内で、前記径方向外側に凸となる。
【００１４】
第６の発明は、第１ないし第５のいずれか１つの発明であって、前記ヨーク（１２４）の前記径（Ｒ）方向外側の第２外周面は、前記回転軸（Ｑ）方向及び前記径（Ｒ）方向によって規定される面内で、前記径方向外側に凸となる。
【００１５】
第７の発明は、第１ないし第６のいずれか１つの界磁子（１２）と、前記界磁子に対して前記径（Ｒ）方向内側に設けられる電機子（１４）とを備える、回転電機（１０）である。
【００１６】
第８の発明は、第１の界磁子（１２）を製造する方法であって、前記磁石（１２２）は前記ヨーク（１２４）を位置決めした後に射出成型によって形成する、界磁子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
凹部又は凸部と、嵌合部とが嵌合していない場合には、ヨークの一部には応力が集中的に働く。第１の発明によれば、当該応力を分散するので、ヨークの変形、破損等を回避又は抑制できる。
【００１８】
第２の発明によれば、応力を更に分散できる。
【００１９】
第３の発明によれば、凹部又は凸部と、嵌合部とを端面全周に亘って設ける場合よりも軽量化・低コスト化を図れる。
【００２０】
第４の発明によれば、応力を更に分散できる。
【００２１】
第５の発明によれば、応力を更に分散できる。
【００２２】
第６の発明によれば、応力を更に分散できる。
【００２３】
第７の発明によれば、回転電機の長寿命化が図れる。
【００２４】
第８の発明によれば、製造が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
〈第１実施形態〉
図１は本発明の第１実施形態に係る回転電機１０と、回転電機１０によって回転させられるルームエアコン室内機用のクロスフローファン２０との構成の概略を示す断面図である。
【００２６】
カップ型のファン接続用樹脂部材１１は非磁性体の樹脂で形成されて、回転軸Ｑと一致する円筒軸をもつ円筒部１１ｃ及び回転軸Ｑに垂直な円板部１１ｄを有する。円板部１１ｄの中心には回転軸Ｑ方向に延在するシャフト１３が固定される。シャフト１３は、シャフト受けに回転自在に保持されている。円板部１１ｄは、クロスフローファン２０の複数の羽部２１を端部で固定するエンドプレートも兼ねている。これにより、回転電機１０とクロスフローファン２０とはシャフト１３を介することなく直結されるので、回転電機１０とクロスフローファン２０との間のスペースをなくすことができ、回転電機１０とクロスフローファン２０とを含む送風モジュールを小型化できる。
【００２７】
図２は回転電機１０の斜視図であり、電機子１４は電機子用磁芯１４２のみを示している。また、図３は図２の一部を仮想的に切り出したときの斜視図である。図２に示す如く回転電機１０は、回転軸Ｑ方向を法線とする面内において回転軸Ｑを中心に放射状に複数配置される電機子用磁芯１４２と、その径Ｒ方向外側で環になって配置される複数の磁石１２２と、磁石１２２の更に径Ｒ方向外側で磁石１２２を保持するバックヨーク１２４とを備えている。
【００２８】
電機子用磁芯１４２は径Ｒ方向に延在する部位に電機子巻線（図示省略）が巻回される。
【００２９】
磁石１２２はいずれも、当該環について径Ｒ方向における一方側（本実施形態では内側）に第１磁極面１２２ｉを、他方側（本実施形態では外側）に第２磁極面１２２ｏをそれぞれ呈する。
【００３０】
図４は図３で示される位置Ａ−Ａにおける断面図であり、回転電機１０の周方向に垂直な断面を示している。なお、図４では図２及び図３で省略した電機子巻線１４４を示している。また、位置Ａ−Ａは、一の磁石１２２の周方向の中心に相当する。
【００３１】
図４に示す如く磁石１２２は、径Ｒ方向と非平行な方向（本実施形態では回転軸Ｑ方向）を法線とする端面１２１において、回転軸Ｑ方向に突出する凸部１２６ｍを呈している。凸部１２６ｍは、周方向に沿って離散的に設けられており、例えば一の磁石１２２に対して１つ設けられている。
【００３２】
バックヨーク１２４は磁石１２２の第２磁極面１２２ｏから端面１２１に跨って設けられる。つまり、概形としては、バックヨーク１２４は図４の断面視で第２磁極面１２２ｏの全体、２つの端面１２１それぞれの径Ｒ方向外側の一部を覆っている。詳しくは、バックヨーク１２４は、離散的に設けられる凸部１２６ｍと対応する位置において、凸部１２６ｍと嵌合する嵌合部１２６ｙを呈している。
【００３３】
図５は環状に配列した磁石１２２の平面図であり、回転軸Ｑ方向からの俯瞰視で示している。図５に示す如く、凸部１２６ｍ及び嵌合部１２６ｙが周方向に離散的に配設されることによって、端面１２１全周に亘って設ける場合よりも軽量化・低コスト化を図ることが可能になる。なお、図５ではバックヨーク１２４、ひいては嵌合部１２６ｙの図示を省略している。
【００３４】
図６は図４の領域Ｐの応力の分布を例示する断面図であり、回転子たる界磁子１２が回転によって変形している状態を示している。図６に示す如く、磁石１２２の端面１２１が凸部１２６ｍを呈し、バックヨーク１２４が嵌合部１２６ｙを呈することにより、バックヨーク１２４の径Ｒ方向外側に働く応力は、図１１の場合に比べて低減できる。ここで、図６及び図８に示す等力線Ｓｎ（ただしｎは自然数）は、図１１で示した等力線と同一であり、記号Ｓとともに符号を構成する数字が小さいほど、当該応力が高いことを示す。また、同一符号の等力線は互いに応力の大きさが等しいことを示す。
【００３５】
図６に対応する従来技術の図１１では、磁石９２２の回転軸Ｑ方向と略平行な方向を法線とする面９２１と対向する面近傍においてバックヨーク９２４に作用する応力は、面９２１と対向する面全体に亘って等力線Ｓ５〜Ｓ８で示されている。また、径Ｒ方向外側の応力集中部位においてバックヨーク９２４に作用する応力は等力線Ｓ５〜Ｓ１２で示されている。
【００３６】
これに対して、図６で径Ｒ方向外側の領域に作用する応力は、等力線Ｓ５〜Ｓ１２で示されているものの、等力線Ｓ５で囲まれる領域が、図１１における当該領域よりも縮小していることが分かる。つまり、応力の大きい領域が縮小している。
【００３７】
凸部１２６ｍ及び嵌合部１２６ｙは磁石１２２の端面１２１上にあるので、遠心応力の一部を受けることできる。したがって、上記応力集中部位に作用していた応力を凸部１２６ｍ及び嵌合部１２６ｙに作用させることができ、局所的に作用していた遠心応力を分散することができる。もって、バックヨーク１２４の変形や破損を回避又は抑制する。ひいては回転電機１０の長寿命化を図ることができる。
【００３８】
〈界磁子１２の製造方法〉
図７は本発明の実施形態に係る界磁子１２の製造方法を説明する断面図である。当該製造方法では、バックヨーク１２４の、界磁子１２を形成したときに内周側となる方から、容器２２を固定し、その後に磁石１２２をボンド磁石にて形成する。容器２２にはバックヨーク１２４と反対側に開口２４が空いている。開口２４から流動性を有するボンド磁石材料を、容器２２とバックヨーク１２４とで囲まれる空間に流し込む。その後、ボンド磁石材料を固化させ、ボンド磁石材料に着磁を行って磁石１２２を形成する。ボンド磁石材料への着磁の前後いずれかにおいて容器２２をバックヨーク１２４から取外す。このようにして界磁子１２を製造することにより、磁石１２２とバックヨーク１２４とが密に接する。
【００３９】
〈第２実施形態〉
図６では凸部１２６ｍ及び嵌合部１２６ｙがともに矩形を呈している態様について図示したが、本発明はこれに限定されるものではない。ここでは本発明の第２実施形態として凸部２２６ｍ及び嵌合部２２６ｙが図６と同じ断面視で曲線を呈する態様について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の機能を有する構成については、第１実施形態で用いた符号と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
図８は本発明の第２実施形態を図４の領域Ｐに適用した場合の応力の分布を例示する断面図であり、図６と同様に回転子たる界磁子１２が回転によって変形している状態を示している。
【００４１】
凸部２２６ｍは磁石１２２の端面１２１において、回転軸Ｑ方向からの俯瞰視で略楕円形（図示省略）を呈し、凸部２２６ｍの先端部２２５はドーム型を呈する。また、凸部２２６ｍの基底部２２８は曲面を呈する。
【００４２】
嵌合部２２６ｙは凸部２２６ｍと隙間無く嵌合する。すなわち、嵌合部２２６ｙもまた、回転軸Ｑ方向からの仰瞰視で略楕円形（図示省略）を呈し、嵌合部２２６ｙの深奥部２２７は上記ドーム型に対応するお椀型を呈する。また、嵌合部２２６ｙと、端面１２１と対向するバックヨーク１２４側の端面１２３との接続箇所は曲線を呈する。
【００４３】
これによって、上記第１実施形態の凸部１２６ｍ及び嵌合部１２６ｙで角張った部位に集中する応力を分散できる。
【００４４】
〈変形例〉
以上、本発明の好適な態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述の態様及び以下に示す変形例を適宜組み合わせても良い。
【００４５】
例えば、上記実施形態では磁石１２２が端面１２１から回転軸Ｑ方向に突出する凸部１２６ｍ，２２６ｍを呈し、嵌合部１２６ｙ，２２６ｙが凸部１２６ｍ，２２６ｍと対応する凹みを呈する態様について説明したが、磁石１２２が端面１２１から回転軸Ｑ方向に凹む凹部を呈し、嵌合部が当該凹部と対応する凸を呈しても良い。
【００４６】
図９は本発明の変形例に係る界磁子に採用される磁石１２２の平面図であり、回転軸Ｑ方向からの俯瞰視で示している。上記実施形態では凸部１２６ｍ，２２６ｍ及び嵌合部１２６ｙ，２２６ｙが周方向に沿って離散的に配設される態様について説明したが、図８に示す如く凸部３２６ｍが全周に亘って設けられても良い。なお、凸部３２６ｍと嵌合する嵌合部については図示を省略する。
【００４７】
また、以下のような態様であっても奏功する。
【００４８】
図１０は本発明の変形例に係る界磁子の断面図であり、回転軸Ｑ方向と径Ｒ方向によって規定される面内での断面を示している。
【００４９】
図１０（ａ）ではバックヨーク１２４Ａの径Ｒ方向外側の外周面が、当該断面視で径Ｒ方向外側に凸を呈し、磁石１２２の第２磁極面１２２ｏは第１、第２実施形態と同様に当該断面視で平坦を呈する。これによって、バックヨーク１２４Ａは、回転軸Ｑ方向の中心において、径Ｒ方向に肉厚となるので、遠心応力に強い。
【００５０】
図１０（ｂ）ではバックヨーク１２４Ｂの径Ｒ方向外側の外周面は第１、第２実施形態と同様に当該平面視で平坦を呈し、磁石１２２Ｂの径Ｒ方向外側の外周面が、当該断面視で径Ｒ方向外側に凸を呈する。これによって、磁石１２２Ｂに作用する遠心応力が回転軸Ｑ方向の中心に集中することを回避するので、もってバックヨーク１２４Ｂに作用する遠心応力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る回転電機によって回転させられるクロスフローファンの概略構成を例示する断面図である。
【図２】回転電機を概念的に例示する斜視図である。
【図３】図２の一部を仮想的に切り出したときの斜視図である。
【図４】図３に示される位置Ａ−Ａにおける断面図である。
【図５】環状に配列した磁石の平面図である。
【図６】図４の領域Ｐの応力の分布を例示する断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る界磁子の製造方法を説明する断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態を図４の領域Ｐに適用した場合の応力の分布を例示する断面図である。
【図９】本発明の変形例に係る界磁子に採用される磁石の平面図である。
【図１０】本発明の変形例を示す断面図である。
【図１１】従来の応力の分布を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  回転電機
１２  界磁子
１２２  磁石
１２２ｉ  第１磁極面
１２２ｏ  第２磁極面
１２４  ヨーク
１２６ｍ  凸部
１２６ｙ  嵌合部
１４  電機子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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