(57)【要約】【課題】  リング磁石の磁束をより有効に利用することができるリング磁石の固定構造を提供すること。【解決手段】  リング磁石４の内周面４ａにその周方向に亘る波状の起伏６を形成するとともに、モータシャフト２の外周面２ａにリング磁石４側の起伏６に対応する波状の起伏７を形成する。そして、その起伏６の凸部６ａとモータシャフト２側の起伏７の凸部７ａとが対向する状態でリング磁石４をモータシャフト２に固定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のリング磁石を継鉄に固定するリング磁石の固定構造であって、
前記リング磁石側の固定面にはその周方向全周に亘る波状の起伏が形成されるとともに、前記継鉄側の固定面には、前記リング磁石側の前記起伏に対応する波状の起伏が形成され、前記リング磁石は、その前記起伏の凸部と前記継鉄側の起伏の凸部とが対向する状態で該継鉄に固定されること、を特徴とするリング磁石の固定構造。
【請求項２】
請求項１に記載のリング磁石の固定構造において、
前記リング磁石は、その前記凸部が極となるように着磁されること、
を特徴とするリング磁石の固定構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のリング磁石の固定構造において、
前記波状の起伏は、正弦波状に形成されること、を特徴とするリング磁石の固定構造。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のリング磁石の固定構造において、
前記凸部は、その頂部が平坦に形成されてなること、
を特徴とするリング磁石の固定構造。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のリング磁石の固定構造において、
前記継鉄は、回転電機の回転軸、インナコア、又はアウタハウジングの何れかであること、を特徴とするリング磁石の固定構造。
【請求項６】
回転軸又はロータコアに環状のリング磁石が固定されてなる回転子を備えた回転電機であって、
前記リング磁石の内周面にはその周方向全周に亘る波状の起伏が形成されるとともに、前記回転軸の外周面又はロータコアの外周面には、前記リング磁石側の前記起伏に対応する波状の起伏が形成され、前記リング磁石は、その前記起伏の凸部と前記回転軸又はロータコア側の起伏の凸部とが対向する状態で該回転軸又はロータコアに固定されること、
を特徴とする回転電機。
【請求項７】
ヨークハウジングに環状のリング磁石が固定されてなる固定子を備えた回転電機であって、
前記リング磁石側の外周面にはその周方向全周に亘る波状の起伏が形成されるとともに、前記ヨークハウジングの内周面には、前記リング磁石側の前記起伏に対応する波状の起伏が形成され、前記リング磁石は、その前記起伏の凸部と前記ヨークハウジング側の起伏の凸部とが対向する状態で該ヨークハウジングに固定されること、
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、リング磁石の固定構造及び回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータや発電機等の回転電機には、その界磁用永久磁石として環状のリング磁石を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、このようなリング磁石を用いた構成には、その組付けがリング磁石一つで済む、或いはその組付位置の精度が問題となりにくい等といった多くの利点がある。
【０００３】
ところで、リング磁石は、回転電機の回転軸やロータコア、或いはヨーク等、その継鉄に対し、接着により固定されるのが一般的である。そして、その際に形成される接着層には、継鉄の熱膨張（継鉄とリング磁石との間の熱膨張差）に伴いリング磁石に作用する応力を緩和する機能がある。しかしながら、こうした応力緩和機能を有効なものとするには、接着層にある程度の厚みが必要となる一方、接着層の厚みを大とすればリング磁石と継鉄との間の磁気抵抗が増大し、ひいては界磁磁束として利用可能なリング磁石の磁束量が減少してしまうという問題がある。
【０００４】
従来、こうした問題を解消するものとして、継鉄側の固定面との間隔がその磁極中心部よりも磁極境界部において大となるように形成したリング磁石がある（例えば、特許文献２参照）。即ち、このリング磁石においては、磁極境界部に形成される隙間が接着剤だまりとなり、これにより要求される接着層の厚みを確保することが可能になる一方、磁極中心部においては、その継鉄との間の間隔を従来よりも狭めることが可能になる。従って、このような構成を採用することにより、継鉄の熱膨張に伴う応力によってリング磁石が破損するのを防止しつつ、その磁気抵抗を低減してリング磁石の磁束を有効に利用することができるようになる。
【特許文献１】実開平０７−１６５５８号公報
【特許文献２】特開２００４−２４８３７８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、接着によりリング磁石を継鉄に固定する場合、必然的に、継鉄又はリング磁石の少なくとも一方に接着剤を塗布した後、何れか一方に対して他方を挿入することになる。このため、継鉄とリング磁石との間には、その挿入時における両者の接触に伴い接着剤が拭い落とされるのを防止すべく一定のクリアランスを形成する必要がある。従って、上記従来の構成を採用したとしても、その磁気抵抗低減の程度には限りがあり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、リング磁石の磁束をより有効に利用することができるリング磁石の固定構造及び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】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、環状のリング磁石を継鉄に固定するリング磁石の固定構造であって、前記リング磁石側の固定面にはその周方向全周に亘る波状の起伏が形成されるとともに、前記継鉄側の固定面には、前記リング磁石側の前記起伏に対応する波状の起伏が形成され、前記リング磁石は、その前記起伏の凸部と前記継鉄側の起伏の凸部とが対向する状態で該継鉄に固定されること、を要旨とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記リング磁石は、その前記凸部が極となるように着磁されること、を要旨とする。
請求項３に記載の発明は、前記波状の起伏は、正弦波状に形成されること、を要旨とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記凸部は、その頂部が平坦に形成されてなること、を要旨とする。
上記各構成によれば、継鉄側の起伏の凸部とリング磁石側の起伏の凹部とを（又は継鉄側の起伏の凹部とリング磁石側の起伏の凸部とを）対向させることで、両者の間に所定のクリアランスが形成される。従って、この状態で継鉄をリング磁石内に（又はリング磁石を継鉄内に）挿入し、その後、リング磁石側の凸部とモータシャフト側の凸部とを対向させることで、例えば、接着により環状のリング磁石を継鉄に固定する場合に、挿入時に両者の接触により接着剤が拭い落とされることなく、継鉄とリング磁石との間の磁束経路、即ち固定時における両者の間隔が最も狭い部分の間隔をより狭めることが可能になる。その結果、継鉄とリング磁石との間の磁気抵抗の更なる低減が可能となり、これにより、リング磁石の磁束をより有効に利用することができるようになる。特に、請求項２の構成では、リング磁石は、起伏の凸部が極、その凹部が磁極境界部となるように着磁されるため、熱膨張率の差に起因する応力によりリング磁石に破損が生じた場合であっても、その破損箇所は径方向の厚みの薄い部分、即ち磁極境界部である起伏の凹部となりやすく、その破損に伴う磁束の減少が起こりにくい。従って、回転中心から継鉄側の凸部の頂部までの距離と、回転中心からリング磁石側の凸部の頂部までの距離とが略等しくなるように、即ち固定時においてリング磁石側の凸部の頂部と継鉄側の凸部の頂部とが接触するように設定し、両者間の磁気抵抗を最小とすることができるようになる。また、両者間のクリアランスが狭まることで、接着剤だまりとなる両凹部間の隙間における接着剤の充填率が従来の構成よりも向上する。従って、より確実にリング磁石を継鉄に固定することができるようになる。更に、請求項３の構成では、リング磁石側の磁束分布が理想的な正弦波状となり、また請求項４の構成では、磁束経路となる部分が拡大する。従って、リング磁石の磁束を更に有効に利用することができるようになる。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記継鉄は、回転電機の回転軸、インナコア、又はアウタハウジングの何れかであること、を要旨とする。
上記構成によれば、リング磁石の磁束をより有効に利用して、効率の高い回転電機を提供することができる。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、回転軸又はロータコアに環状のリング磁石が固定されてなる回転子を備えた回転電機であって、前記リング磁石の内周面にはその周方向全周に亘る波状の起伏が形成されるとともに、前記回転軸の外周面又はロータコアの外周面には、前記リング磁石側の前記起伏に対応する波状の起伏が形成され、前記リング磁石は、その前記起伏の凸部と前記回転軸側の起伏の凸部とが対向する状態で該回転軸又はロータコアに固定されること、を要旨とする。
【００１２】
上記構成によれば、リング磁石の磁束をより有効に利用して、効率の高い回転界磁型の回転電機を提供することができる。
請求項７に記載の発明は、ヨークハウジングに環状のリング磁石が固定されてなる固定子を備えた回転電機であって、前記リング磁石側の外周面にはその周方向全周に亘る波状の起伏が形成されるとともに、前記ヨークハウジングの内周面には、前記リング磁石側の前記起伏に対応する波状の起伏が形成され、前記リング磁石は、その前記起伏の凸部と前記ヨークハウジング側の起伏の凸部とが対向する状態で該ヨークハウジングに固定されること、を要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、リング磁石の磁束をより有効に利用して、効率の高い回転電機子型の回転電機を提供することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、リング磁石の磁束をより有効に利用することが可能なリング磁石の固定構造及び回転電機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を回転界磁型モータ（ブラシレスモータ）に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態のモータ１は、回転子側に界磁用永久磁石が設けられた回転界磁型モータ（ブラシレスモータ）である。本実施形態のモータ１では、回転子３は、回転軸としてのモータシャフト２と同モータシャフト２に固定された環状のリング磁石４とにより構成されており、回転子３の外側には、三相（Ｕ，Ｖ，ｗ）のモータコイル（図示略）を有する環状の固定子５が設けられている。固定子５の各モータコイルには、その各相に対応する三相の交流電流が通電されるようになっており、これにより回転子３の周囲に回転磁界が形成される。そして、リング磁石の形成される界磁磁束と固定子５側の回転磁界との関係により、回転子３が回転するようになっている。
【００１６】
（リング磁石の固定構造）
次に、本実施形態におけるリング磁石の固定について説明する。図１に示すように、本実施形態では、リング磁石４は、接着によりモータシャフト２に直接固定されており（尚、接着剤については図示略）、これによりモータシャフト２内にリング磁石４の磁束経路（磁気回路）が形成されるようになっている。即ち、本実施形態では、モータシャフト２が継鉄としての機能を果たしている。
【００１７】
詳述すると、本実施形態では、リング磁石４の内周面４ａには、その周方向に亘って波状の起伏６が形成されている。尚、本実施形態では、リング磁石４は、この起伏６の凸部６ａが極（Ｓ極、Ｎ極）となり、その凹部６ｂが磁極境界部となるように着磁されている。また、モータシャフト２の外周面２ａにも、リング磁石４側の起伏６に対応する波状の起伏７が形成されている。具体的には、本実施形態では、リング磁石４側及びモータシャフト２側の起伏６，７は、ともに正弦波状に形成されている。即ち、リング磁石４の内周輪郭及びモータシャフト２の外周輪郭は、ともに円に正弦波が重畳された形状に形成されている。そして、リング磁石４は、その起伏６の凸部６ａがモータシャフト２側の起伏７の凸部７ａと対向する状態でモータシャフト２に固定されている。尚、リング磁石４側の凹部６ｂとモータシャフト２側の凹部７ｂとの間に形成される隙間は、両者を接着する接着剤の層（接着層）が形成される接着剤だまりとなっている。
【００１８】
さらに詳述すると、本実施形態では、モータシャフト２及びリング磁石４は、その固定面である外周面２ａ及び内周面４ａに接着剤（図示略）を塗布した状態で組み付けられる。このとき、図２（ａ）に示すように、モータシャフト２は、その外周面２ａに形成された起伏７の凸部７ａとリング磁石４側の起伏６の凹部６ｂとが（又は、その起伏７の凹部７ｂとリング磁石４側の起伏６の凸部６ａとが）対向する状態で、リング磁石４内に挿入される。そして、その挿入後、図２（ｂ）に示すように、モータシャフト２とリング磁石４とを相対回転させることにより、リング磁石４側の凸部６ａとモータシャフト２側の凸部７ａとを対向させ、この状態で両者を固定する。
【００１９】
即ち、図２（ａ）に示すように、本実施形態では、リング磁石４側の起伏６及びモータシャフト２側の起伏７は互いに対応するように形成されている。具体的には、その各凸部６ａ，７ａ及び各凹部６ｂ，６ｂの数及びその間隔（角度間隔）が等しく形成されている。また、その凹凸の高さ（径方向の変動幅）もまた略等しく形成されている。従って、上記のようにそれぞれの凸部６ａ，７ａに対し凹部６ｂ，７ｂを対向させることにより、モータシャフト２の外周面２ａとのリング磁石４の内周面４ａとの間には、所定のクリアランスＤが形成される。そして、これにより、モータシャフト２をリング磁石４内に挿入する際においても、両者の接触によって塗布された接着剤が拭い落とされることがないように構成されている。
【００２０】
また、本実施形態では、モータシャフト２の最外殻半径とリング磁石４の最内殻半径とが略等しく設定されている。即ち、回転中心（モータシャフト２の軸心）からモータシャフト２側の凸部７ａの頂部７ｃまでの距離Ｒ１と、回転中心からリング磁石４側の凸部６ａの頂部６ｃまでの距離Ｒ２とが略等しく形成されている。このため、モータシャフト２とリング磁石４とを相対回転させ、リング磁石４側の起伏６の凸部６ａとモータシャフト２側の起伏７の凸部７ａとを対向させることにより、リング磁石４側の凸部６ａの頂部６ｃとモータシャフト２側の凸部７ａの頂部７ｃとが接触する。そして、これにより、継鉄であるモータシャフト２とリング磁石４との間の磁気抵抗が最小となるように構成されている。
【００２１】
（作用・効果）
次に、上記のように構成された本実施形態のモータの作用・効果について説明する。
上述のように、接着によりリング磁石４をモータシャフト２に固定する場合、モータシャフト２とリング磁石４との間には、その挿入の際に、両者の接触によって塗布された接着剤が拭い落とされることがような一定のクリアランスを形成する必要があり、上記従来例では、この挿入時に要するクリアランスが、両者間の磁気抵抗最小化の妨げとなっていた。
【００２２】
この点を踏まえ、本実施形態のモータ１では、リング磁石４の内周面４ａにその周方向に亘る波状の起伏６が形成されるとともに、モータシャフト２の外周面２ａにリング磁石４側の起伏６に対応する波状の起伏７が形成される。そして、リング磁石４は、その起伏６の凸部６ａがモータシャフト２側の起伏７の凸部７ａと対向する状態でモータシャフト２に固定される。
【００２３】
このような構成とすれば、モータシャフト２側の起伏７の凸部７ａとリング磁石４側の起伏６の凹部６ｂとを（又はモータシャフト２側の起伏７の凹部７ｂとリング磁石４側の起伏６の凸部６ａとを）対向させることで、両者の間に所定のクリアランスＤが形成される。従って、この状態でモータシャフト２をリング磁石４内に挿入し、その後、リング磁石４側の凸部６ａとモータシャフト２側の凸部７ａとを対向させることで、挿入時の両者の接触により接着剤が拭い落とされることなく、モータシャフト２とリング磁石４との間の磁束経路、即ち固定時における両者の間隔が最も狭い部分の間隔をより狭めることが可能になる。その結果、モータシャフト２とリング磁石４との間の磁気抵抗の更なる低減が可能となり、これにより、リング磁石４の磁束をより有効に利用することができるようになる。
【００２４】
特に、本実施形態では、リング磁石４は、起伏６の凸部６ａが極、その凹部６ｂが磁極境界部となるように着磁されているため、モータシャフト２とリング磁石４との間の熱膨張率の差に起因する応力によりリング磁石４に破損が生じた場合であっても、その破損箇所は径方向の厚みの薄い部分、即ち磁極境界部である起伏６の凹部６ｂになりやすく、その破損に伴う磁束の減少が起こりにくい。従って、回転中心からモータシャフト２側の凸部７ａの頂部７ｃまでの距離Ｒ１と、回転中心からリング磁石４側の凸部６ａの頂部６ｃまでの距離Ｒ２とが略等しくなるように、即ち固定時においてリング磁石４側の凸部６ａの頂部６ｃとモータシャフト２側の凸部７ａの頂部７ｃとが接触するように設定し、両者間の磁気抵抗を最小とすることができる。
【００２５】
また、両者間のクリアランスが狭まることで、接着剤だまりとなるこの両凹部６ｂ，７ｂ間の隙間における接着剤の充填率が従来の構成よりも向上する。従って、より確実にリング磁石４をモータシャフト２に固定することができるようになる。更に、リング磁石４側の起伏６（及びモータシャフト２側の起伏７）は、正弦波状に形成されているため、その磁束分布もまた理想的な正弦波状となる。従って、リング磁石４の磁束を更に有効に利用することができるようになる。
【００２６】
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、リング磁石４側及びモータシャフト２側の起伏６，７は、ともに正弦波状、即ち円に正弦波が重畳された形状に形成することとした。しかし、これに限らず、例えば円に台形波又は三角波が重畳された形状等、その他の形状に形成してもよい。また、図３に示すように、各起伏６，７の凸部６ａ，７ａの頂部６ｃ，７ｃを平坦に形成してもよい。これにより、磁束経路となる部分を拡大することができ、その結果、リング磁石４の磁束を更に有効に利用することができるようになる。尚、この場合において、図中に示すように、その両平坦部６ｄ，７ｄが互いに接触するように設定する場合には、両者が面接触するように、両平坦部６ｄ，７ｄを周方向に湾曲させるとよい。
【００２７】
・本実施形態では、回転中心からモータシャフト２側の凸部７ａの頂部７ｃまでの距離Ｒ１と、回転中心からリング磁石４側の凸部６ａの頂部６ｃまでの距離Ｒ２とが略等しくなるように設定することとした。しかし、これに限らず、距離Ｒ１よりも距離Ｒ２が大、又は距離Ｒ１よりも距離Ｒ２が小となるように設定してもよい。特に、距離Ｒ１よりも距離Ｒ２を小、即ちモータシャフト２の最外殻半径よりもリング磁石４の最内殻半径を小とすれば、モータシャフト２とリング磁石４とを相対回転させることにより、モータシャフト２側の凸部７ａとリング磁石４側の凸部６ａとを確実に接触させることができる。従って、モータシャフト２とリング磁石４との間のクリアランスを厳密に管理する必要がなくなり、その製造工程及び検査工程を簡略化することができる。
【００２８】
・本実施形態では、モータ１の回転子３は、モータシャフト２と同モータシャフト２に固定された環状のリング磁石４とにより構成され、リング磁石４は、直接に継鉄としてのモータシャフト２に接着固定されることとした。しかし、これに限らず、図４に示すモータ８のように、インナロータとしてモータシャフト２に固定され同モータシャフト２とともに一体回転するロータコア９を有し、リング磁石４がこのロータコア９の外周面９ａに固定されるものに具体化してもよい。
【００２９】
・また、本実施形態では、本発明を回転界磁型モータに具体化したが、図５に示すように、モータシャフト２に固定され同モータシャフト２とともに一体回転する電機子１０と、アウタハウジングとしてのヨークハウジング１１にリング磁石１２が固定されてなる固定子１３とを有するモータ１４、即ち回転電機子型のモータ（ＤＣモータ）に具体化してもよい。尚、この場合には、リング磁石１２の外周面１２ａ及びヨークハウジング１１の内周面１１ａを固定面とし、それぞれに本実施形態のモータ１と同様の起伏１６，１７を形成することで容易に具現化することができる。
【００３０】
・また、本発明は、モータのみならず発電機等、その他の回転電機（発電機能を有するモータも含む）に具体化してもよく、更に、インナロータ型のみならず、アウタロータ型の回転電機に具体化してもよい。
【００３１】
・本実施形態では、起伏６の凸部６ａが極、その凹部６ｂが磁極境界部となるように着磁した。しかし、これに限らず、磁極が複数の凸部６ａ，凹部６ｂを跨ぐように着磁してもよい。
【００３２】
・本実施形態では特に言及しなかったが、リング磁石４（１２）の反固定面側の形状は必ずしも円形でなくともよい。例えば、スキュー（軸方向に沿った螺旋状凸部）がついたものでもよく、この場合、固定面側の起伏６（１６）及び継鉄側の起伏７（１７）もまたスキューに合わせて軸方向に沿って螺旋状に形成するとよい。
【００３３】
・本実施形態では、接着によりリング磁石４をモータシャフト２に固定する場合に具体化した。しかし、これに限らず、両凹部６ｂ，７ｂの間の隙間に固定部材を挿入することにより、リング磁石４とモータシャフト２とを相対回転不能に固定するものに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態のモータの概略構成図。
【図２】（ａ）（ｂ）モータシャフトへのリング磁石の組付け方法を示す説明図。
【図３】別例のリング磁石の固定構造を示す模式図。
【図４】別例のモータの概略構成図。
【図５】別例のモータの概略構成図。
【符号の説明】
【００３５】
１，８，１４…モータ、２…モータシャフト、２ａ…外周面、３…回転子、４，１２…リング磁石、４ａ…内周面、１２ａ…外周面、５，１３…固定子、６，７，１６，１７…起伏、６ａ，７ａ…凸部、６ｂ，７ｂ…凹部、６ｃ，７ｃ…頂部、６ｄ，７ｄ…平坦部、９…ロータコア、９ａ…外周面、１０…電機子、１１…ヨークハウジング、１１ａ…内周面、Ｄ…クリアランス、Ｒ１，Ｒ２…距離。
【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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