(57)【要約】【課題】簡易な構成でトルクリップルを低減することができる回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１は、巻線６が配設された固定子２と、固定子２に対して回転可能に支持されたロータコア８に、ラジアル方向に着磁された主磁石９とラジアル方向以外に着磁された補助磁石１０とが周方向に交互に設けられてなる回転子３とを備える。主磁石９は、固定子２側の側面の周方向幅Ｗｒが、周方向に主磁石９の間に配置された補助磁石１０の固定子２側の側面の周方向幅Ｗｓよりも小さくなるように設定されている。補助磁石１０は、各主磁石９間にそれぞれ１つ設けられている。【選択図】      図１
2006262603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線が配設された固定子と、
前記固定子に対して回転可能に支持されたロータコアに、ラジアル方向に着磁された主磁石とラジアル方向以外に着磁された補助磁石とが周方向に交互に設けられてなる回転子と、
を備えた回転電機であって、
前記主磁石は、前記固定子側の側面の周方向幅が、周方向に前記主磁石の間に配置された前記補助磁石の固定子側の側面の周方向幅よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記補助磁石は、前記各主磁石間にそれぞれ１つ設けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機において、
前記補助磁石は、該補助磁石の径方向に延びる中心線に対して直角方向に着磁されていることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記各主磁石は、前記固定子側の側面の周方向幅Ｗｒが、磁極ピッチ幅Ｐに対して、
０．２Ｐ＜Ｗｒ＜０．５Ｐ
となる磁石形状を有することを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記主磁石は、径方向に延びる中心線から周方向両端部にかけて、徐々に磁束量が小さくなるように形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記固定子は、スロットレスであることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
巻線が配設された固定子と、
前記固定子に対して回転可能に支持されたロータコアに、ラジアル方向に着磁された主磁石とラジアル方向以外に着磁された補助磁石とが周方向に交互に設けられてなる回転子と、
を備えた回転電機であって、
前記主磁石は、周方向両端面がなす角度が、周方向に前記主磁石の間に配置された前記補助磁石の周方向両端面がなす角度よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に開示されているように、回転子に設けられた永久磁石をハルバッハ配列とした回転電機が提案されている。永久磁石をハルバッハ配列とすることで、特定の方向の磁力を強めることができ、例えば同量の磁石で形成された通常配列の磁石と比較して、マグネットトルクを多く利用することができる。このため、回転電機を大きくすることなく高出力化を図ることができる。
【０００３】
ここで、永久磁石がハルバッハ配列とされた回転電機の一例を図８に示す。図８に示す回転電機２０は、巻線が配設された固定子２１と、永久磁石２２を有する回転子２３とを備えており、永久磁石２２は、ラジアル方向に着磁された主磁石２４と、主磁石２４の磁極方向と直角方向に着磁された補助磁石２５とを備えている。この構成により、永久磁石２２のエアギャップ側の磁力を強めることができるため、例えば永久磁石が補助磁石を含まない場合と比較して、同じ磁石量で高出力化を図ることができる。
【０００４】
このような回転電機における特性の向上が望まれており、例えば特許文献２には、永久磁石を多分割化した回転電機が提案されている。この構成とすれば、回転電機におけるエアギャップ部での表面磁束密度分布が正弦波に近づくため、コギングトルクを低減し低リップル化を図ることができる。
【特許文献１】特開平１１−３０８７９３号公報
【特許文献２】特開２００２−３５４７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の構成であると、多くの永久磁石を組み付ける必要があるため、磁石をそれぞれ高精度で形成する必要があるとともに、組み付けのための工程数が増加する。このため、製造が煩雑であり、手間がかかるという問題があった。また、回転子の表面磁束密度分布が正弦波に近づくといっても、やはりトルクリップルは発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡易な構成でトルクリップルを低減することができる回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、巻線が配設された固定子と、前記固定子に対して回転可能に支持されたロータコアに、ラジアル方向に着磁された主磁石とラジアル方向以外に着磁された補助磁石とが周方向に交互に設けられてなる回転子と、を備えた回転電機であって、前記主磁石は、前記固定子側の側面の周方向幅が、周方向に前記主磁石の間に配置された前記補助磁石の固定子側の側面の周方向幅よりも小さくなるように設定されている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転電機において、前記補助磁石は、前記各主磁石間にそれぞれ１つ設けられている。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の回転電機において、前記補助磁石は、該補助磁石の径方向に延びる中心線に対して直角方向に着磁されている。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機において、前記各主磁石は、前記固定子側の側面の周方向幅Ｗｒが、磁極ピッチ幅Ｐに対して、０．２Ｐ＜Ｗｒ＜０．５Ｐとなる磁石形状を有する。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機において、前記主磁石は、径方向に延びる中心線から周方向両端部にかけて、徐々に磁束量が小さくなるように形成されている。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転電機において、前記固定子は、スロットレスである。
請求項７に記載の発明は、巻線が配設された固定子と、前記固定子に対して回転可能に支持されたロータコアに、ラジアル方向に着磁された主磁石とラジアル方向以外に着磁された補助磁石とが周方向に交互に設けられてなる回転子と、を備えた回転電機であって、前記主磁石は、周方向両端面がなす角度が、周方向に前記主磁石の間に配置された前記補助磁石の周方向両端面がなす角度よりも小さくなるように設定されている。
【００１２】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、主磁石は、固定子側の側面の周方向幅が、周方向に主磁石の間に配置された補助磁石の固定子側の側面の周方向幅よりも小さくなるように設定されている。このため、主磁石と補助磁石との境目部分、即ち、主磁石からの磁束と補助磁石からの磁束とがぶつかりあい表面磁束がピークとなる部位が、主磁石の前記周方向幅と補助磁石の前記周方向幅とが等しい場合と比較して近づく。この結果、表面磁束密度分布が正弦波に近づくため、トルクリップルを低減することができる。また、主磁石の固定子側の側面の周方向幅を補助磁石の固定子側の側面の周方向幅よりも小さくするのみの構成であるため、磁極数に対して磁石数を増加させるなどの必要がない。従って、簡易な構成でトルクリップルを低減することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、補助磁石は、各主磁石間にそれぞれ１つ設けられているため、例えば各主磁石間に補助磁石が周方向に複数に形成された場合と比較して、部品点数を低減することができ、しかも補助磁石を形成するために高精度の加工が必要とされない。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、補助磁石の着磁方向は補助磁石の径方向に延びる中心線に対して直角方向とされているため、回転子が正逆何れの方向に回転しても回転力が変わらない。このため、正逆方向ともに出力性能が同じ回転電機とすることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、主磁石の固定子側の側面の周方向幅Ｗｒが、磁極ピッチ幅Ｐに対して０．２Ｐ＜Ｗｒ＜０．５Ｐとされることで、主磁石の周方向幅を補助磁石の周方向幅よりも大きくする場合と比較して、出力トルクを保持しながら、トルクリップルを低減することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、主磁石は補助磁石との境目部分に近づくに従って磁束量が小さくなるように形成されているため、この部分に発生する磁束量のピークが低減され、表面磁束密度分布がより正弦波に近づく。このため、よりトルクリップルを低減することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、固定子がスロットレスとされることで、回転子がスムーズに回転し、よりトルクリップルを低減することができる。
請求項７に記載の発明によれば、主磁石は、周方向両端面がなす角度が、周方向に主磁石の間に配置された補助磁石の周方向両端面がなす角度よりも小さくなるように設定されている。このため、主磁石と補助磁石との境目部分、即ち、主磁石からの磁束と補助磁石からの磁束とがぶつかりあい表面磁束がピークとなる部位が、主磁石の前記角度と補助磁石の前記角度とが等しい場合と比較して近づく。この結果、表面磁束密度分布が正弦波に近づくため、トルクリップルを低減することができる。また、主磁石の周方向両端面がなす角度を補助磁石の周方向両端面がなす角度よりも小さくするのみの構成であるため、磁極数に対して磁石数を増加させるなどの必要がない。従って、簡易な構成でトルクリップルを低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡易な構成でトルクリップルを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施の形態の回転電機１は、固定子２と、回転子３とを備えている。
【００２０】
固定子２は、略円筒形状に形成されたステータコア４と、ステータコア４の内側に放射状に形成された複数の（本実施形態では１２個）のティース５と、これらティース５に巻装された巻線６とを備えている。この巻線６は図示しない電源装置に接続されており、電源供給されることで回転子３を回転させる回転磁界を発生させるように構成されている。
【００２１】
回転子３は、固定子２の内側に回転可能に支持されている。回転子３は、回転軸７を中心に固定子２に対して回転可能に設けられたロータコア８に、主磁石９と補助磁石１０とが周方向に交互に設けられて形成されている。各主磁石９と補助磁石１０との境目は、径方向となるように形成されている。主磁石９はラジアル方向に着磁されており、補助磁石１０は、回転軸７と直交する平面上において、補助磁石１０の径方向に延びる中心線Ｌｓに対して直角方向に着磁されている。尚、主磁石９は周方向にわたって均一に着磁されており、補助磁石１０は径方向に均一に着磁されているものである。本実施の形態では、回転子３は、８極表面磁石形の回転子とされており、補助磁石１０は各主磁石９間にそれぞれ１つ設けられている。また、主磁石９の固定子２側（外周側）の側面の周方向幅Ｗｒは、補助磁石１０の固定子側（外周側）の側面の周方向幅Ｗｓよりも小さくなるように設定されている。詳しくは、主磁石９の周方向両側に形成された補助磁石１０の径方向に延びる中心線Ｌｓ間の周方向幅を磁極ピッチ幅Ｐとすると、主磁石９は、周方向幅Ｗｒが、磁極ピッチ幅Ｐに対して、０．２Ｐ＜Ｗｒ＜０．５Ｐとなるように形成されている。尚、周方向に配置された複数の主磁石９及び補助磁石１０は一体的に形成されており、略円筒形状の磁性体が着磁されることで形成されている。
【００２２】
実施例として、上記の構成の回転電機１について実測を行った。
先ず、回転電機１の表面磁束密度分布を測定した。比較のために、８極表面磁石形の回転電機として、図８に示す従来例の回転電機２０と、図９に示す比較例としての回転電機３０とを用いて表面磁束密度分布を測定した。なお、回転電機２０，３０について、永久磁石２２，３２の体積を、実施例の主磁石９及び補助磁石１０をあわせた体積と同じとし、磁極ピッチ幅を同一にして測定を行った。回転電機２０は、主磁石２４の固定子２１側の側面の周方向幅が補助磁石２５の固定子２１側の側面の周方向幅と略同じである点で本実施例の回転電機１と構成が異なる。また、比較例の回転電機３０は、回転子３１の永久磁石３２が主磁石３３のみで構成されており、補助磁石を含まない点で本実施例の回転電機１と構成が異なる。つまり、回転電機３０の永久磁石３２はラジアル方向に着磁された磁石のみで形成されている。
【００２３】
その結果を図２に示す。ここでは、１極対分に相当する９０°分を電気角３６０゜分として表示している。図２に示すように、回転電機３０では、磁束密度分布は矩形波状の分布となった。また、回転電機２０では磁束密度分布は正弦波形状に近づき、回転電機１で磁束密度分布はより正弦波形状に近づいた。
【００２４】
また、図２に示す磁束密度分布から波形解析を行った結果を図３に示す。図３は、表面磁束密度分布に含まれる高調波成分の強度を示しており、比較例の回転電機３０における高調波成分を基準として、それに対する比率で実施例及び従来例の高調波成分を示している。
【００２５】
図３に示すように、１次の基本成分は、比較例、従来例と比較して、実施例が最も大きくなった。この結果により、本実施例の回転電機１では、従来例の回転電機２０と比較して、大きな回転トルクを発生できるものと考えられる。また、実施例では、従来例と比較して、高調波成分が高次側に移動している。この結果により、本実施例の回転電機１では、コギングトルクを低減できると考えられる。
【００２６】
また、補助磁石１０の固定子２側の側面の周方向幅Ｗｓに対するトルクリップル及び出力トルクの変化を図４に示す。図４に示すように、周方向幅Ｗｓが０．５Ｐ（即ち、従来例の回転電機２０における補助磁石２５の固定子２１側の側面の周方向幅）よりも大きくなるに従い、トルクリップルは徐々に低減された。そして、周方向幅Ｗｓが０．８Ｐよりも大きくなると、トルクリップルが増加傾向となった。
【００２７】
この結果により、補助磁石１０の周方向幅Ｗｓが０．５Ｐ＜Ｗｓ＜０．８Ｐの範囲にあるとき、即ち、主磁石９の周方向幅Ｗｒが０．２Ｐ＜Ｗｒ＜０．５Ｐの範囲にあるとき、従来例の回転電機２０の場合と比較して、トルクリップルの発生を抑制できることが確認できた。なお、図４に示すように、補助磁石１０の周方向幅Ｗｓが０．５Ｐ＜Ｗｓ＜０．８Ｐの範囲にあるとき、出力トルクは低下傾向にあるが、ほぼ保持されていた。
【００２８】
次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）主磁石９は、固定子２側の側面の周方向幅Ｗｒが、周方向に主磁石９の間に配置された補助磁石１０の固定子２側の側面の周方向幅Ｗｓよりも小さくなるように設定されている。このため、主磁石９と補助磁石１０との境目部分、即ち、主磁石９からの磁束と補助磁石１０からの磁束とがぶつかりあい表面磁束がピークとなる部位が、主磁石の前記周方向幅と補助磁石の前記周方向幅とが等しい場合と比較して近づく。この結果、表面磁束密度分布が正弦波に近づくため、トルクリップルを低減することができる。また、主磁石９の固定子２側の側面の周方向幅Ｗｒを補助磁石１０の固定子２側の側面の周方向幅Ｗｓよりも小さくするのみの構成であるため、磁極数に対して磁石数を増加させるなどの必要がない。従って、簡易な構成でトルクリップルを低減することができる。
【００２９】
（２）補助磁石１０は、各主磁石９間にそれぞれ１つ設けられているため、例えば各主磁石間に補助磁石が周方向に複数に形成された場合と比較して、部品点数を低減することができ、しかも補助磁石１０を形成するために高精度の加工が必要とされない。
【００３０】
（３）補助磁石１０の着磁方向は補助磁石１０の径方向に延びる中心線Ｌｓに対して直角方向とされているため、回転子３が正逆何れの方向に回転しても回転力が変わらない。このため、正逆方向ともに出力性能が同じ回転電機とすることができる。尚、この補助磁石１０の着磁方向は、回転軸７と直交する平面上においての方向である。
【００３１】
（４）主磁石９の周方向幅Ｗｒが、磁極ピッチ幅Ｐに対して０．２Ｐ＜Ｗｒ＜０．５Ｐとされることで、主磁石の周方向幅を補助磁石の周方向幅よりも大きくする場合と比較して、出力トルクを保持しながら、トルクリップルを低減することができる。
【００３２】
上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、主磁石９は周方向にわたって均一に着磁されているものとしたが、周方向に磁束量が変化するように着磁してもよい。例えば、図５（ａ）に示す上記実施形態の回転電機１を構成する各主磁石９を、図５（ｂ）に示すように、径方向中心線Ｌｒから両端部にかけて、徐々に磁束量が小さくなるように形成してもよい。このように構成すれば、主磁石９は補助磁石１０との境目部分に近づくに従って磁束量が小さくなるように形成されているため、この部分に発生する磁束量のピークが低減され、図６に太線で示すように、表面磁束密度分布がより正弦波形状に近づく。このため、よりトルクリップルの低減を図ることができる。
【００３３】
・上記実施形態では、複数の主磁石９及び補助磁石１０は、略円筒形状に一体的に形成されているものとしたが、各主磁石及び補助磁石が径方向に沿った面でそれぞれ分割されたものとしてもよい。
【００３４】
・上記実施形態では、複数の主磁石９及び補助磁石１０は、略円筒形状に一体的に形成されているものとしたが、軸方向に垂直な面で複数部に分割し、それぞれを適当なスキュー角だけずらしてもよい。この構成とすれば、コギングトルクを低減することができる。
【００３５】
・主磁石９及び補助磁石１０の外周側に、ステンレス等で形成された金属製のカバーをかぶせてもよい。
・周方向に配置された複数の主磁石９と補助磁石１０とロータコア８との間に、磁性材料で形成された鉄を挟んでもよい。
【００３６】
・上記実施の形態では、固定子２はティース５が形成されることでスロットが形成された構成としたが、図７に示すように、固定子２をスロットレスとした回転電機１５としてもよい。このように構成すれば、回転子３がスムーズに回転し、よりトルクリップルの低減を図ることができる。
【００３７】
・上記実施の形態では、巻線６は集中巻式としたが、分布巻式としてもよい。
・上記実施の形態では、インナロータ型の回転電機について説明したが、本発明をアウトロータ型の回転電機に適用してもよい。その場合、主磁石の内周側面（固定子側の側面）の周方向幅が、補助磁石の内周側面の周方向幅よりも小さくなるように設定すればよい。
【００３８】
・上記実施形態では、主磁石９の固定子２側の側面の周方向幅Ｗｒが補助磁石１０の固定子２側の側面の周方向幅Ｗｓよりも小さくなるように設定したが、主磁石の周方向両端面がなす角度が、補助磁石の周方向両端面がなす角度よりも小さくなるように設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施の形態における回転電機の概略構成図。
【図２】回転電機の電気角−表面磁束密度分布特性図。
【図３】回転電機の表面磁束密度分布の高調波成分の分布を示す説明図。
【図４】補助磁石の固定子側の側面の周方向幅−トルクリップル及び出力トルク特性図。
【図５】（ａ），（ｂ）は変形例の回転電機の説明図。
【図６】変形例の回転電機の電気角−表面磁束密度分布特性図。
【図７】変形例の回転電機の概略構成図。
【図８】従来例の回転電機の概略構成図。
【図９】比較例の回転電機の概略構成図。
【符号の説明】
【００４０】
１,１５…回転電機、２…固定子、３…回転子、６…巻線、８…ロータコア、９…主磁石、１０…補助磁石、Ｗｒ…主磁石の固定子側の側面の周方向幅、Ｗｓ…補助磁石の固定子側の側面の周方向幅、Ｌｒ…主磁石の径方向に延びる中心線、Ｌｓ…補助磁石の径方向に延びる中心線、Ｐ…磁極ピッチ幅。
【図１】
2006262603.tif 000003
【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】
2006262603.tif 000009
【図８】
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【図９】
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