(57)【要約】  この発明の磁石式電動機では、壁部の軸方向制限部は、軸線方向に４個以上の永久磁石を固着する際に、軸線方向で隣接した中間部の永久磁石同士が反発力で軸線方向に移動するのを制限するようになっている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の固定子と、この固定子の内側に回転可能に支持された回転子と、を備え、
前記回転子は、環状のヨーク部と、このヨーク部の外周面に固着された複数の永久磁石と、を有している永久磁石式回転電機であって、
前記ヨーク部の外周には、前記永久磁石が固着される、軸線方向に沿って延びた磁石取付面と、この磁石取付面の周方向の両側に形成された壁の側面とにより、磁石取付溝が形成されており、
前記磁石取付面は、軸線方向に沿って順次周方向に階段状に変位した複数段の磁石取付面部で構成され、
前記壁は、軸線方向で分断された複数の壁部で構成され、
前記壁部は、側面が前記磁石取付面部に配置された前記永久磁石の周方向の移動を制限する周方向制限部であり、端面が前記永久磁石の軸線方向の移動を制限する軸方向制限部であり、
前記磁石取付面に同極の前記永久磁石が４個以上連続的に配置されたときの中間部に配置された永久磁石は、前記軸線方向に隣接した永久磁石による反発力で軸線方向に移動するのを前記軸方向制限部に当接して制限される
ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
前記磁石取付面は、前記ヨーク部の外周の接線面と平行な平面で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項３】
各前記磁石取付面部は、同一面であることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項４】
前記ヨーク部は、鉄系合金である鋳鉄または鋼を原材料とし、円環状に鋳造された鋳物材で形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項５】
前記周方向制限部及び前記軸方向制限部は、前記磁石取付面に対して垂直方向に延びて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項６】
前記請求項５に記載の永久磁石式回転電機の製造方法であって、
環状部材の外周を軸線方向に沿って軸線に対して平行にフライス加工して前記磁石取付面及び前記周方向制限部を形成する工程と、
前記環状部材の外周に対して接線方向にフライス加工して前記軸方向制限部を形成する工程と、を含むことを特徴とする永久磁石式回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヨーク部の外周面に複数の永久磁石が固着された回転子を有する永久磁石式回転電機、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石式電動機は、複数の永久磁石を回転子の軸線と平行な直線に対して傾斜してヨーク部に配置することで、高調波の発生が低減され、トルク脈動が抑制できる。そして、高調波の低減効果を得るためには、段スキューの段の数を増やす必要がある。
このため、従来の永久磁石式電動機では、回転子のヨーク部の外周面に固着する永久磁石の周方向の位置決めをするために、段スキュー毎にヨーク部の外周面に軸線方向に伸びる壁部が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０４４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の大型な永久磁石式電動機では、回転子は大型化し、軸線方向の寸法が大きくなるが、それに合わせて軸線方向の長い永久磁石を用いた場合には、割れが発生し易くなり永久磁石の歩留まりが悪くなる。このために、永久磁石を分割して軸線方向に並べる小形な永久磁石の数を増やす必要がある。
そして、同極の永久磁石を軸線方向に多数並べてヨーク部の外周面に固着する場合、先に固着する永久磁石と後から固着する永久磁石とが反発して位置にずれが生じる。
軸線方向に３個並べる場合は、先ず回転子の両端側の永久磁石を永久磁石位置決め治具を用いて、ヨーク部の外周面に固着し、最後に中央の永久磁石を固着すればよく、永久磁石の固着作業に支障は生じない。【０００５】
しかしながら、４個以上の永久磁石を軸線方向に沿って固着しようとした場合、中間部の永久磁石の軸線方向の位置を制限する治具等が無い場合には、全ての中間部の永久磁石の固着を終えるまでに、先に固着した中間部の永久磁石が軸線方向に隣接する永久磁石との反発力により移動してしまい、永久磁石をヨーク部の外周面に固着するのに手間がかかるという問題点があった。【０００６】
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、軸線方向に４個以上の永久磁石を固着する際に、軸線方向に隣接する永久磁石同士の反発力により中間部の永久磁石が本来の貼付位置から軸線方向に移動するのを制限して、永久磁石をヨーク部の外周面に円滑に固着できる永久磁石式回転電機、及びその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る永久磁石式回転電機は、環状の固定子と、この固定子の内側に回転可能に支持された回転子と、を備え、
前記回転子は、環状のヨーク部と、このヨーク部の外周面に固着された複数の永久磁石と、を有している永久磁石式回転電機であって、
前記ヨーク部の外周には、前記永久磁石が固着される、軸線方向に沿って延びた磁石取付面と、この磁石取付面の周方向の両側に形成された壁の側面とにより、磁石取付溝が形成されており、
前記磁石取付面は、軸線方向に沿って順次周方向に階段状に変位した複数段の磁石取付面部で構成され、
前記壁は、軸線方向で分断された複数の壁部で構成され、
前記壁部は、側面が前記磁石取付面部に配置された前記永久磁石の周方向の移動を制限する周方向制限部であり、端面が前記永久磁石の軸線方向の移動を制限する軸方向制限部であり、
前記磁石取付面に同極の前記永久磁石が４個以上連続的に配置されたときの中間部に配置された永久磁石は、前記軸線方向に隣接した永久磁石による反発力で軸線方向に移動するのを前記軸方向制限部に当接して制限される。【０００８】
また、この発明に係る永久磁石式回転電機の製造方法によれば、環状部材の外周を軸線方向に沿って軸線に対して平行にフライス加工して前記磁石取付面及び前記周方向制限部を形成する工程と、
前記環状部材の外周に対して接線方向にフライス加工して前記軸方向制限部を形成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る永久磁石式回転電機によれば、壁部の軸方向制限部は、軸線方向に４個以上の永久磁石を固着する際に、軸線方向に隣接する永久磁石同士の反発力により中間部の永久磁石が本来の貼付位置から軸線方向に移動するのを制限するので、永久磁石はヨーク部の外周面に円滑に固着される。
これにより、永久磁石を分割して小形化することができるため、段スキューの段の数を増やすことができ、段スキューを連続スキューに近づけて高調波の発生を低減できる。【００１０】
また、この発明に係る永久磁石式回転電機の製造方法によれば、環状部材の外周に対してフライス加工により、磁石取付面、周方向制限部及び軸方向制限部を簡単に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による永久磁石式電動機を軸線方向に沿って切断したときの断面図である。
【図２】図１の永久磁石式電動機を示す正面図である。
【図３】図１の回転子を示す斜視図である。
【図４】図３の回転子から永久磁石を取り除いた状態を示す斜視図である。
【図５】図４のヨーク部を拡大した平面図である。
【図６】図３の回転子を拡大した平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。
【図８】図６のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。
【図９】図６のＣ−Ｃ線に沿う矢視断面図である。
【図１０】図３のヨーク部の部分正面図である。
【図１１】図４の磁石取付溝を加工するための手順を示す説明図である。
【図１２】従来の永久磁石式電動機の回転子の要部を示す平面図である。
【図１３】従来の永久磁石式電動機の回転子の要部を示す平面図である。
【図１４】この発明の実施の形態２による永久磁石式電動機の回転子の要部を示す平面図である。
【図１５】この発明の実施の形態３による永久磁石式電動機の回転子の要部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の各実施の形態の永久磁石式電動機について図に基づいて説明するが、各図において同一または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による永久磁石式電動機を軸線方向に沿って切断したときの断面図、図２は図１の永久磁石式電動機を示す正面図、図３は図１の回転子２を示す斜視図、図４は図３の回転子２から永久磁石９を取り除いた状態を示す斜視図、図５は図４のヨーク部８を拡大した平面図である。
【００１３】
永久磁石式回転電機である永久磁石式電動機は、環状の固定子１と、この固定子１の内側に僅かな隙間を介して回転可能に支持された回転子２と、を備えている。
固定子１は、多数枚の薄板鋼板を積層して構成され、周方向に等分間隔で各先端部が軸線方向に延出した各ティース部６を有する鉄心４と、各ティース部６に電線５が巻回されて構成され鉄心４に装着された複数のコイル３と、を備えている。
回転子２は、軸線に沿って延びた回転軸７と、環状のヨーク部８と、ヨーク部８の外周面に固着された複数の永久磁石９と、を備えている。このヨーク部８は、鉄系合金である鋳鉄または鋼を原材料とし、円環状に鋳造された鋳物材（中実構造材）を加工することで得られる。
【００１４】
ヨーク部８の外周には、軸線方向に沿って階段状に延びた磁石取付面１１と、この磁石取付面１１の左右に形成された壁１２とにより、磁石取付溝１０が形成されている。
磁石取付面１１は、ヨーク部８の外周の接線面と略平行な平面で形成されており、同一平面上に第１の磁石取付面部１１Ａと第２の磁石取付面部１１Ｂと第３の磁石取付面部１１Ｃとを備えている。第１の磁石取付面部１１Ａ、第２の磁石取付面部１１Ｂ及び第３の磁石取付面部１１Ｃは、それぞれが同一面であって、軸線方向に沿って順次周方向に階段状に変位している。
また、軸線方向に延びた磁石取付面１１は、ヨーク部８の外周に周方向に沿って永久磁石式電動機の極数だけ形成されている。
【００１５】
壁１２は、磁石取付面１１から外径側に突出し、第１の磁石取付面部１１Ａの周方向両側に形成された第１の壁部１２Ａと、第２の磁石取付面部１１Ｂの周方向両側に形成された第２の壁部１２Ｂと、第３の磁石取付面部１１Ｃの周方向両側に形成された第３の壁部１２Ｃと、から構成されている。
なお、図５のＡは、平面である磁石取付面１１と、周方向に隣接した平面である磁石取付面１１とが交差する線である。
【００１６】
図６は図３の回転子２を拡大した平面図、図７は図６のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図、図８は図６のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図、図９は図６のＣ−Ｃ線に沿う矢視断面図、図１０は図３のヨーク部８を示す部分正面図である。
第１の永久磁石９Ａ及び第２の永久磁石９Ｂは、第１の磁石取付面部１１Ａに固着され、第３の永久磁石９Ｃ及び第４の永久磁石９Ｄは、第２の磁石取付面部１１Ｂに固着され、第５の永久磁石９Ｅ及び第６の永久磁石９Ｆは、第３の磁石取付面部１１Ｃに固着されている。
即ち、各磁石取付面部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに対して各永久磁石９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆがそれぞれ２個ずつ固着されている。
また、ヨーク部８の周方向で隣接する永久磁石９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆは、異極であり、この磁石取付面１１もヨーク部８の軸線方向に沿って同極の永久磁石９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆが配置されている。
【００１７】
第１の壁部１２Ａは、第１の永久磁石９Ａ、第２の永久磁石９Ｂの周方向の移動を制限する周方向制限部１３を有している。第２の壁部１２Ｂは、第３の永久磁石９Ｃ、第４の永久磁石９Ｄの周方向の移動を制限する周方向制限部１３と、第２の永久磁石９Ｂの軸線方向の移動を制限する軸方向制限部１４と、を有している。第３の壁部１２Ｃは、第５の永久磁石９Ｅ、第６の永久磁石９Ｆの周方向の移動を制限する周方向制限部１３と、第４の永久磁石９Ｄの軸線方向の移動を制限する軸方向制限部１４と、を有している。
周方向制限部１３は、各壁部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの周方向の両面であり、この両面は、磁石取付面１１に対して垂直かつ、軸線に対して平行となる平面である。
軸方向制限部１４は、第２の壁部１２Ｂ，第３の壁部１２Ｃの片側端面であり、この端面は、磁石取付面１１に対して略垂直かつ、軸線に対して垂直となる平面である。
【００１８】
第１の永久磁石９Ａ及び第２の永久磁石９Ｂと、第５の永久磁石９Ｅ及び第６の永久磁石９Ｆとは、ヨーク部８の周方向へ互いにスキュー角θだけずれている。
即ち、第１の永久磁石９Ａ及び第２の永久磁石９Ｂの頂点と回転子２の軸線とを結ぶ直線と、第５の永久磁石９Ｅ及び第６の永久磁石９Ｆの頂点と回転子２の軸線とを結ぶ直線とは、ヨーク部８の周方向に互いにスキュー角θだけずれている。
【００１９】
次に、ヨーク部８の磁石取付溝１０の形成方法について図１１に基づいて説明する。
図１１は、磁石取付溝１０を形成するための手順を示す説明図である。
磁石取付溝１０は、環状部材の外周を、例えばフライス加工により切削することで得ることができる。
具体的には、環状部材が回転しないように固定した後に、環状部材の外周に対して略垂直に配置されたエンドミルを、環状部材の軸線方向の端面から軸線方向に沿って略水平移動させる（円Ｉから円ＩＩ）。
その後に、エンドミルを環状部材の外周接線面と平行であって軸線に対して垂直方向に移動させる（円ＩＩから円ＩＩＩ）。
次に、エンドミルを環状部材の外周接線面と略平行に再び軸線側に移動させる（円ＩＩＩから円ＩＶ）。円ＩＶは、円ＩＩと比較して左側にずれている。
これにより、第１の磁石取付面部１１Ａと、第１の壁部１２Ａの周方向制限部１３と、第２の壁部１２Ｂの軸方向制限部１４が形成される。
【００２０】
この後、エンドミルを環状部材の軸線方向に沿って略水平移動させる（円ＩＶから円Ｖ）。
その後に、エンドミルを環状部材の外周接線面と平行であって軸線に対して垂直方向に移動させる（円Ｖから円ＶＩ）。
次に、エンドミルを環状部材の外周接線面と略平行に再び軸線側に移動させる（円ＶＩから円ＶＩＩ）。円ＶＩＩは、円Ｖと比較して左側にずれている。
これにより、第２の磁石取付面部１１Ｂと、第２の壁部１２Ｂの周方向制限部１３と、第３の壁部１２Ｃの軸方向制限部１４が形成される。
【００２１】
この後、エンドミルを環状部材の軸線方向に沿って略水平移動させる（円ＶＩＩから円ＶＩＩＩ）。
これにより、第３の磁石取付面部１１Ｃと、第３の壁部１２Ｃの周方向制限部１３が形成される。
【００２２】
こうして、ヨーク部８の外周には、軸線方向に沿って順次周方向に変位した階段状の磁石取付面１１と、この磁石取付面１１の左右に形成された、第１の壁部１２Ａ、第２の壁部１２Ｂ、第３の壁部１２Ｃとから構成された壁１２とからなる磁石取付溝１０が形成される。
【００２３】
次に、環状部材の固定を解き、環状部材を周方向に所定角度だけ回転させた後に、再び固定して上記フライス加工を行う。
そして、フライス加工を環状部材の周方向に等しい間隔で、環状部材の全周にわたって行ない、外周に複数の磁石取付溝１０を有するヨーク部８が形成される。
【００２４】
以上説明したように、この実施の形態による永久磁石式電動機によれば、第２の壁部１２Ｂ、第３の壁部１２Ｃは、それぞれ軸方向制限部１４も有しているので、磁石取付面１１に同極の永久磁石９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆが連続的に配置されたときに中間に配置された永久磁石９Ｂ，９Ｄは、軸線方向に隣接した永久磁石９Ａ，９Ｃによる反発力により軸線方向に移動するのを軸方向制限部１４に当接して制限される。
【００２５】
即ち、図１２に示す、軸方向制限部１４が無いヨーク部８Ａの場合には、一続きの２段の壁２０を有しており、また図１３に示す、軸方向制限部１４が無いヨーク部８Ｂの場合には、一続きの４段の壁２０Ａを有しており、両ヨーク部８Ａ，８Ｂでは、２個の永久磁石９をヨーク部８Ａ，８Ｂの両端に固着し、その後３個目の永久磁石９を固着しようとすると、反発力でこの永久磁石９が４個目の永久磁石９を固着する領域まではみ出してしまう。
これに対して、この実施の形態では、このような不都合は生じず、永久磁石９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆは、所定の位置に容易に配置できる。
【００２６】
従って、永久磁石９を分割して小形の４個以上の永久磁石９を軸線方向に沿って配置する際、隣接した永久磁石９の反発力で永久磁石９が軸線方向に移動することはなく、この結果多段スキューが可能となり、段スキューの数を増加させて連続スキューに近づけることで、高調波の発生をより低減できる。
また、永久磁石９自身が小型になり製作が容易となる。
【００２７】
また、この実施の形態では、旋盤ではなく、フライス加工により複数の磁石取付溝１０を形成しており、磁石取付面１１が平面である、即ち第１の磁石取付面部１１Ａ、第２の磁石取付面部１１Ｂ及び第３の磁石取付面部１１Ｃは、それぞれが同一面上であるために、加工が容易であり、また永久磁石９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆ側の取付面も平面となり、永久磁石９の加工も容易となる。
また、磁石取付面１１は、永久磁石９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆの下面全体と密着し、曲面同士で取付ける場合に比べて、永久磁石９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆが強固に固着できる。
また、磁石取付面１１は、ヨーク部８の外周の接線面と平行な平面で形成されており、また周方向制限部１３、軸方向制限部１４は、磁石取付面１１に対して垂直方向に延びて形成されているので、フライス加工で簡単に磁石取付溝１０が形成される。
【００２８】
実施の形態２．
図１４は、この発明の実施の形態２による永久磁石式電動機の回転子２の要部を示す平面図である。
この実施の形態では、ヨーク部８Ｃは、第１の壁部２１Ａ及び第２の壁部２１Ｂを有しており、スキューが２段であり、各段に２個の永久磁石９が配置されている。
他の構成は、実施の形態１の永久磁石式電動機と同じであり、また作用、効果も同じである。
【００２９】
実施の形態３．
図１５は、この発明の実施の形態３による永久磁石式電動機の回転子２の要部を示す平面図である。
この実施の形態では、ヨーク部８Ｄは、第１の壁部２２Ａ、第２の壁部２２Ｂ、第３の壁部２２Ｃ及び第４の壁部２２Ｄを有しており、スキューが４段であり、各段に１個の永久磁石９が配置されている。
他の構成は、実施の形態１の永久磁石式電動機と同じであり、また作用、効果も同じである。
【００３０】
なお、上記各実施の形態では、永久磁石式回転電機として永久磁石式電動機について説明したが、永久磁石式発電機についてもこの発明は適用することができる。
また、磁石取付面は、曲面形状であってもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  固定子、２  回転子、３  コイル、４  鉄心、５  電線、６  ティース部、７  回転軸、８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ  ヨーク部、９  永久磁石、９Ａ  第１の永久磁石、９Ｂ  第２の永久磁石、９Ｃ  第３の永久磁石、９Ｄ  第４の永久磁石、９Ｅ  第５の永久磁石、９Ｆ  第６の永久磁石、１０  磁石取付溝、１１  磁石取付面、１１Ａ  第１の磁石取付面部、１１Ｂ  第２の磁石取付面部、１１Ｃ  第３の磁石取付面部、１２，２０，２０Ａ  壁、１２Ａ，２１Ａ，２２Ａ  第１の壁部、１２Ｂ，２１Ｂ，２２Ｂ  第２の壁部、１２Ｃ，２２Ｃ  第３の壁部、１３  周方向制限部、１４  軸方向制限部、２２Ｄ  第４の壁部。
【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】
2014002181.tif 000013
【図１２】
2014002181.tif 000014
【図１３】
2014002181.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
2014002181.tif 000018
2014002181.tif 000019
2014002181.tif 000020
2014002181.tif 000021