(57)【要約】【課題】渦電流損低減と耐共振性向上との両立を図ることができる回転電機を提供する。【解決手段】永久磁石５０は、軸方向に３つに分割され、それぞれ同じ径方向に配向されるとともに、軸方向に順番に並設される第１永久磁石部５１、第２永久磁石部５２及び第３永久磁石部５３を有する。第２永久磁石部５２の軸方向長さは、第１永久磁石部５１の軸方向長さ及び第３永久磁石部５３の軸方向長さより長く、第２永久磁石部５２は、第１軸受７０と第２軸受７１との軸方向中間部に位置する。【選択図】図１
2019088111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内にてステータの径方向内側にて回転するロータを有する回転電機であって、
前記ロータは、
円筒材と、
前記円筒材の内側に設けられ、径方向に配向された永久磁石と、
前記円筒材の軸方向両側にそれぞれ嵌合される第１シャフト及び第２シャフトと、
を有し、
前記第１シャフトは、第１軸受を介して回転可能に前記ハウジングに支持され、
前記第２シャフトは、第２軸受を介して回転可能に前記ハウジングに支持され、
前記永久磁石は、
軸方向に３つに分割され、それぞれ同じ径方向に配向されるとともに、軸方向に順番に並設される第１永久磁石部、第２永久磁石部及び第３永久磁石部を有し、
前記第１永久磁石部と前記第３永久磁石部との間に設けられる前記第２永久磁石部の軸方向長さは、前記第１永久磁石部の軸方向長さ及び前記第３永久磁石部の軸方向長さより長く、
前記第２永久磁石部は、前記第１軸受と前記第２軸受との軸方向中間部に位置することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記第１永久磁石部の軸方向長さ及び前記第３永久磁石部の軸方向長さは同じであることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記第１軸受と前記第２軸受との軸方向中間部に、前記第２永久磁石部の軸方向中央部が位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
【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】
ＳＰＭモータは超高速回転可能な回転電機（モータ）であり、そのロータ構造として、円筒材の内側に棒状の永久磁石が設けられるとともに円筒材の両側にシャフトが設けられた構造が知られている（例えば特許文献１）。また、超高速で回転するロータ形状は、耐遠心力性向上のため、低速モータのロータに比べて小径で軸長が大きくなる傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９５２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記回転電機において、渦電流損の低減を目的として、永久磁石を軸方向に分割することがある。しかし、永久磁石を軸方向に分割すると、曲げ方向の剛性が低くなり、ロータに共振が発生しやすくなり回転電機としての危険回転速度（共振回転数）が低下してしまう。
【０００５】
本発明の目的は、渦電流損低減と耐共振性向上との両立を図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】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、ハウジング内にてステータの径方向内側にて回転するロータを有する回転電機であって、前記ロータは、円筒材と、前記円筒材の内側に設けられ、径方向に配向された永久磁石と、前記円筒材の軸方向両側にそれぞれ嵌合される第１シャフト及び第２シャフトと、を有し、前記第１シャフトは、第１軸受を介して回転可能に前記ハウジングに支持され、前記第２シャフトは、第２軸受を介して回転可能に前記ハウジングに支持され、前記永久磁石は、軸方向に３つに分割され、それぞれ同じ径方向に配向されるとともに、軸方向に順番に並設される第１永久磁石部、第２永久磁石部及び第３永久磁石部を有し、前記第１永久磁石部と前記第３永久磁石部との間に設けられる前記第２永久磁石部の軸方向長さは、前記第１永久磁石部の軸方向長さ及び前記第３永久磁石部の軸方向長さより長く、前記第２永久磁石部は、前記第１軸受と前記第２軸受との軸方向中間部に位置することを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、永久磁石が、軸方向に３つに分割され、それぞれ同じ径方向に配向されているので、渦電流損が低減される。また、円筒材の内側に設けられた永久磁石において、第１永久磁石部と第３永久磁石部との間に設けられる第２永久磁石部の軸方向長さは第１永久磁石部の軸方向長さ及び第３永久磁石部の軸方向長さより長く、第２永久磁石部は、第１軸受と第２軸受との軸方向中間部に位置するので耐共振性の向上が図られる。その結果、渦電流損低減と耐共振性向上との両立を図ることができる。
【０００８】
請求項２に記載のように、請求項１に記載の回転電機において、前記第１永久磁石部の軸方向長さ及び前記第３永久磁石部の軸方向長さは同じであるとよい。
請求項３に記載のように、請求項１又は２に記載の回転電機において、前記第１軸受と前記第２軸受との軸方向中間部に、前記第２永久磁石部の軸方向中央部が位置するとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、渦電流損低減と耐共振性向上との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態における回転電機の概略断面図。
【図２】実施形態におけるロータの概略断面図。
【図３】第１比較例におけるロータの概略断面図。
【図４】第２比較例におけるロータの概略断面図。
【図５】１次共振回転数の測定結果を示す図。
【図６】別例におけるロータの概略断面図。
【図７】別例におけるロータの概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を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、回転電機１０は、表面磁石形ロータ３０を有する、いわゆるＳＰＭモータである。
【００１２】
回転電機１０は、ハウジング１１、ステータ２０、ロータ３０を有する。ハウジング１１は、円筒部１１ａと、円筒部１１ａの両端開口部を塞ぐ円板部１１ｂ，１１ｃを有する。ハウジング１１の内部において円筒部１１ａの内面にはステータ２０が固定されている。ステータ２０は、円筒状のステータコア２１とコイル２２を有する。ステータコア２１がハウジング１１の円筒部１１ａの内面に固定されている。コイル２２がステータコア２１に巻回されている。
【００１３】
ハウジング１１内においてステータ２０の径方向内側にロータ３０が回転可能に配置されている。
図１及び図２に示すように、ロータ３０は、円筒材（パイプ）４０と、中実円柱状の永久磁石５０と、第１シャフト６０と、第２シャフト６１を有する。永久磁石５０は、円筒材４０の内側に設けられている。詳しくは、円筒材４０内において永久磁石５０が軸方向中央部分に圧入等により配置される。永久磁石５０は、径方向に配向されている。第１シャフト６０は、円筒材４０の軸方向一端に嵌合されている。第２シャフト６１は、円筒材４０の軸方向他端に嵌合されている。
【００１４】
ロータ３０の第１シャフト６０がハウジング１１の円板部１１ｂの中心部に貫通する状態で配置される。ハウジング１１内において円板部１１ｂの中央部には円筒部１１ｄが突設されており、円筒部１１ｄにはロータ３０の第１シャフト６０が貫通する状態で配置される。円筒部１１ｄの内面には第１軸受７０が配置される。第１軸受７０により第１シャフト６０が回転可能に支持されている。
【００１５】
ハウジング１１内において円板部１１ｃの中央部には円筒部１１ｅが突設されている。円筒部１１ｅにはロータ３０の第２シャフト６１の端部が配置される。円筒部１１ｅの内面には第２軸受７１が配置される。第２軸受７１により第２シャフト６１が回転可能に支持されている。
【００１６】
このように、第１シャフト６０は、第１軸受７０を介して回転可能にハウジング１１に支持されている。第２シャフト６１は、第２軸受７１を介して回転可能にハウジング１１に支持されている。
【００１７】
永久磁石５０は、軸方向に３つに分割されている。永久磁石５０は、第１永久磁石部５１、第２永久磁石部５２及び第３永久磁石部５３を有する。第１永久磁石部５１、第２永久磁石部５２及び第３永久磁石部５３は、それぞれ、軸方向に順番に並設されている。第２永久磁石部５２は、第１永久磁石部５１と第３永久磁石部５３との間に設けられている。第１永久磁石部５１、第２永久磁石部５２及び第３永久磁石部５３は、図１において破線で示すごとく、それぞれ、同じ径方向に配向されている。
【００１８】
第２永久磁石部５２の軸方向長さＬ２は、第１永久磁石部５１の軸方向長さＬ１及び第３永久磁石部５３の軸方向長さＬ３より長く、第２永久磁石部５２は、第１軸受７０と第２軸受７１との軸方向中間部に位置している。つまり、軸方向において第１軸受７０と第２軸受７１との中間点に第２永久磁石部５２が位置している。
【００１９】
特に、第１軸受７０と第２軸受７１との軸方向中間部に、第２永久磁石部５２の軸方向中央部が位置する。つまり、軸方向において第１軸受７０と第２軸受７１との中間点と、第２永久磁石部５２の中心点とが一致している。
【００２０】
また、第１永久磁石部５１の軸方向長さＬ１及び第３永久磁石部５３の軸方向長さＬ３は同じ（Ｌ１＝Ｌ３）である。
次に、作用について説明する。
【００２１】
永久磁石５０を３つに分割することにより、各永久磁石部５１，５２，５３においてループ状に渦電流が流れることによって渦電流による損失が小さくなる（渦電流損が低減される）。なお、各永久磁石部５１，５２，５３は端面間に接着剤が介される等により絶縁されている。
【００２２】
分割によるシャフト剛性の低下を回避すべく第１永久磁石部５１の軸方向長さＬ１、第２永久磁石部５２の軸方向長さＬ２、第３永久磁石部５３の軸方向長さＬ３についてＬ２＞Ｌ１、Ｌ２＞Ｌ３とし、第２永久磁石部５２は第１軸受７０と第２軸受７１との軸方向中間部に位置することにより分割シャフト剛性が向上して耐共振性の向上が図られる。
【００２３】
図３は、第１比較例におけるロータの概略断面図であり、１本の円柱永久磁石を用いている。詳しくは、ロータ１００は、円筒材１０１の内側に径方向に配向された１本の永久磁石１０２が配置され、円筒材１０１の軸方向両側に第１シャフト１０３及び第２シャフト１０４が嵌合している。
【００２４】
図４は、第２比較例におけるロータの概略断面図であり、永久磁石を軸方向に均等に３分割している。詳しくは、ロータ２００は、円筒材２０１の内側に永久磁石２０２が配置され、永久磁石２０２は軸方向に３つに均等に分割され、第１永久磁石部２０３、第２永久磁石部２０４及び第３永久磁石部２０５を有する。円筒材２０１の軸方向両側に第１シャフト２０６及び第２シャフト２０７が嵌合している。
【００２５】
図５は、１次共振回転数の測定結果を示す図である。１次共振回転数は、図１において一点鎖線で示すように第１軸受７０と第２軸受７１とを隣り合う節とする１次共振波形が発生する回転数である。図５において、縦軸に１次共振回転数をとっている。横軸は、図３の第１比較例（１本の円柱永久磁石を用いたサンプル）と、図４の第２比較例（永久磁石を軸方向に均等に３分割したサンプル）、図２の実施形態（中央の永久磁石部寸法を両端の永久磁石寸法よりも長くしたサンプル）である。
【００２６】
図５において図３の第１比較例、即ち、１本の円柱永久磁石を用いたサンプルでの１次共振回転数を基準値として「１」とした。これを基準として、図４の第２比較例、即ち、永久磁石を軸方向に均等に３分割したサンプルでの１次共振回転数は、「０．９６２」であり、図２の実施形態、即ち、中央の永久磁石部寸法を両端の永久磁石寸法よりも長くしたサンプルでの１次共振回転数は、「０．９９８」であった。
【００２７】
つまり、図３の第１比較例（分割しないサンプル）に比べて、図４の第２比較例（永久磁石を軸方向に均等に３分割したサンプル）は大きく１次共振回転数が低くなる。これに対し、図２の実施形態、即ち、中央の永久磁石部の軸方向長さを両端の永久磁石部の軸方向長さよりも長くしたサンプルでの１次共振回転数は、僅かに低下するだけであった。つまり、永久磁石の分割による共振周波数の低下を抑制することができる。
【００２８】
このようにして、永久磁石の分割数を増やすほど、曲げ方向の剛性が低くなり、モータとしての危険速度（共振回転数）が低くなる。永久磁石を軸方向に３分割する必要がある場合に、３つの永久磁石部の軸方向長さを均等にせず、中央の永久磁石部の軸方向長さを両端面の永久磁石部の軸方向長さよりも長くすることで、永久磁石を均等に分割した場合に比べ耐共振性を向上させることができる。
【００２９】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ハウジング１１内にてステータ２０の径方向内側にて回転するロータ３０を有する回転電機１０の構成として、ロータ３０は、円筒材（パイプ）４０と、円筒材４０の内側に設けられ、径方向に配向された永久磁石５０と、円筒材４０の軸方向両側にそれぞれ嵌合される第１シャフト６０及び第２シャフト６１と、を有する。第１シャフト６０は、第１軸受７０を介して回転可能にハウジング１１に支持されている。第２シャフト６１は、第２軸受７１を介して回転可能にハウジング１１に支持されている。永久磁石５０は、軸方向に３つに分割され、それぞれ同じ径方向に配向されるとともに、軸方向に順番に並設される第１永久磁石部５１、第２永久磁石部５２及び第３永久磁石部５３を有する。第１永久磁石部５１と第３永久磁石部５３との間に設けられる第２永久磁石部５２の軸方向長さＬ２は、第１永久磁石部５１の軸方向長さＬ１及び第３永久磁石部５３の軸方向長さＬ３より長く、第２永久磁石部５２は、第１軸受７０と第２軸受７１との軸方向中間部に位置する。
【００３０】
よって、永久磁石５０が、軸方向に３つに分割され、それぞれ同じ径方向に配向されているので、渦電流損が低減される。また、円筒材４０の内側に支持された永久磁石５０において、第２永久磁石部５２の軸方向長さＬ２は第１永久磁石部５１の軸方向長さＬ１及び第３永久磁石部５３の軸方向長さＬ３より長く、第２永久磁石部５２は、第１軸受７０と第２軸受７１との軸方向中間部に位置するので耐共振性の向上が図られる。その結果、渦電流損低減と耐共振性向上（分割シャフト剛性向上）との両立を図ることができる。
【００３１】
（２）第１永久磁石部５１の軸方向長さＬ１及び第３永久磁石部５３の軸方向長さＬ３は同じである。よって、第１永久磁石部５１、第２永久磁石部５２及び第３永久磁石部５３について、それぞれ長さが異なる場合（３種類の長さの永久磁石部を用いる場合）に比べ第１永久磁石部５１と第３永久磁石部５３の長さが等しいので２種類の長さの永久磁石部を用いればよく部品の種類を少なくすることができる。
【００３２】
（３）第１軸受７０と第２軸受７１との軸方向中間部に、第２永久磁石部５２の軸方向中央部が位置する。よって、第１軸受７０と第２軸受７１との間に、永久磁石５０の第２永久磁石部５２を、軸方向において対称とすることができる。なお、第１軸受７０と第２軸受７１との軸方向中間部と、第２永久磁石部５２の軸方向中央部との差が少ない方がよりよい。
【００３３】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○永久磁石の形状は、円柱以外にも、図６に示すように、円筒形状でもよい。即ち、中心に軸方向に延びる貫通孔８４を有する構成であってもよい。詳しくは、永久磁石８０は、軸方向に３つに分割され、それぞれ同じ径方向に配向されるとともに、軸方向に順番に並設される第１永久磁石部８１、第２永久磁石部８２及び第３永久磁石部８３を有する。第１永久磁石部８１、第２永久磁石部８２及び第３永久磁石部８３における中心部には軸方向に延びる貫通孔８４が形成されている。そして、貫通孔８４に冷却気体等を通すことにより第１永久磁石部８１、第２永久磁石部８２及び第３永久磁石部８３を容易に冷却することができる。
【００３４】
○第１永久磁石部５１の軸方向長さＬ１と第３永久磁石部５３の軸方向長さＬ３とは異なっていてもよい。その例として、図７に示す構成としてもよい。図７において、第１シャフト６５における第１軸受７０の位置と端面との距離Ｌ２０と、第２シャフト６６における第２軸受７１の位置と端面との距離Ｌ２１とが異なっている。この場合、第１軸受７０と第２軸受７１との軸方向中間部に、永久磁石９０の第１永久磁石部９１と第３永久磁石部９３に挟まれた第２永久磁石部９２の軸方向中央部が位置するように、第１永久磁石部９１の軸方向長さＬ１１と第３永久磁石部９３の軸方向長さＬ１３とを異ならせている。図７では、第１永久磁石部９１の軸方向長さＬ１１は第３永久磁石部９３の軸方向長さＬ１３よりも長くなっている。
【符号の説明】
【００３５】
１０…回転電機、１１…ハウジング、２０…ステータ、３０…ロータ、４０…円筒材、５０…永久磁石、５１…第１永久磁石部、５２…第２永久磁石部、５３…第３永久磁石部、６０…第１シャフト、６１…第２シャフト、７０…第１軸受、７１…第２軸受、Ｌ１…第１永久磁石部の軸方向長さ、Ｌ２…第２永久磁石部の軸方向長さ、Ｌ３…第３永久磁石部の軸方向長さ。
【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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