(57)【要約】【課題】永久磁石部同士の着磁方向のずれを抑制することができる回転電機を提供する。【解決手段】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。ロータ３０は、円筒材（パイプ）４０と、円筒材４０の内側に嵌合され、径方向に着磁された永久磁石５０と、を有し、永久磁石５０は、軸方向に順番に並設される第１永久磁石部５１と第２永久磁石部５２とを有し、第１永久磁石部５１と第２永久磁石部５２とは、互いに向かい合うとともに、径方向に対して傾斜した端面５１ａ，５２ａを有する。【選択図】図１
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【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嵌合され、径方向に着磁された永久磁石と、
を有し、
前記永久磁石は、
軸方向に順番に並設される第１永久磁石部と第２永久磁石部とを有し、
前記第１永久磁石部と前記第２永久磁石部とは、互いに向かい合うとともに、前記径方向に対して傾斜した端面を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記永久磁石における前記第１永久磁石部及び前記第２永久磁石部での傾斜した端面と着磁方向とは平行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】
前記端面の傾斜角度は５度以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記永久磁石は、前記第２永久磁石部に対して軸方向に並設される第３永久磁石部を有し、
前記第２永久磁石部と前記第３永久磁石部とは、互いに向かい合うとともに、前記径方向に対して傾斜した端面を有し、
前記第２永久磁石部の第３永久磁石部側の端面と前記第２永久磁石部の前記第１永久磁石部側の端面とは同じ傾斜角度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
【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モータの高効率化、低発熱化などを目的として円形の永久磁石を軸方向に分割することで永久磁石中に発生する渦電流を低減する構造が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８３１３６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、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、軸方向に分割した永久磁石１００，１０１を円筒材１０２の内部に嵌合させる構造とする場合において、２つの永久磁石１００，１０１について本来、図１０（ａ）に示すように永久磁石１００，１０１の径方向の着磁方向が周方向においても一致すべきである。しかしながら、図１０（ｂ）に示すように永久磁石の組み付け時（円筒材１０２への圧入時）それぞれの永久磁石１００，１０１の着磁方向がずれて圧入されることが起き得る。
【０００５】
本発明の目的は、永久磁石部同士の着磁方向のずれを抑制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】
【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嵌合され、径方向に着磁された永久磁石と、を有し、前記永久磁石は、軸方向に順番に並設される第１永久磁石部と第２永久磁石部とを有し、前記第１永久磁石部と前記第２永久磁石部とは、互いに向かい合うとともに、前記径方向に対して傾斜した端面を有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、永久磁石の構成として、第１永久磁石部と第２永久磁石部とが軸方向に順番に並設され、第１永久磁石部と第２永久磁石部とは、互いに向かい合うとともに、径方向に対して傾斜した端面を有する。よって、永久磁石分割構造を有する回転電機において第１永久磁石部と第２永久磁石部との相対位置関係が決まり、永久磁石部同士の着磁方向のずれを抑制することができる。
【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、前記永久磁石における前記第１永久磁石部及び前記第２永久磁石部での傾斜した端面と着磁方向とは平行であるとよい。
【０００９】
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、前記端面の傾斜角度は５度以下であるとよい。
請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機において、前記永久磁石は、前記第２永久磁石部に対して軸方向に並設される第３永久磁石部を有し、前記第２永久磁石部と前記第３永久磁石部とは、互いに向かい合うとともに、前記径方向に対して傾斜した端面を有し、前記第２永久磁石部の第３永久磁石部側の端面と前記第２永久磁石部の前記第１永久磁石部側の端面とは同じ傾斜角度であるとよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、永久磁石部同士の着磁方向のずれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態における回転電機の概略断面図。
【図２】（ａ）は実施形態におけるロータの概略断面図、（ｂ）はロータの概略右側面図。
【図３】実施形態におけるロータの永久磁石の概略斜視図。
【図４】（ａ）は実施形態におけるロータの永久磁石の概略正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面構造図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面構造図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面構造図。
【図５】（ａ）は比較例におけるロータの永久磁石の概略正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面構造図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面構造図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面構造図。
【図６】（ａ），（ｂ）は別例におけるロータの概略断面図。
【図７】（ａ）は別例におけるロータの概略断面図、（ｂ）は別例におけるロータの概略側面図。
【図８】（ａ），（ｂ）は別例におけるロータの概略断面図。
【図９】（ａ）は課題を説明するためのロータの概略断面図、（ｂ）はロータの概略側面図。
【図１０】（ａ），（ｂ）は課題を説明するためのロータの概略側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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の内側に嵌合されている。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、径方向に着磁（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。円筒材４０には、例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）が用いられる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
図２及び図３に示すように、永久磁石５０は、軸方向に２つに分割されている。永久磁石５０は、第１永久磁石部５１と第２永久磁石部５２とを有する。第１永久磁石部５１と第２永久磁石部５２とは、それぞれ、軸方向に順番に並設されている。第１永久磁石部５１と第２永久磁石部５２とは、それぞれ、同じ径方向に着磁（配向）されている。
【００１９】
第１永久磁石部５１及び第２永久磁石部５２の着磁は、円筒材４０の内側に嵌合する前に行っても、円筒材４０の内側に嵌合した後に行ってもよい。永久磁石部５１，５２は着磁に好ましい方向が決まっており、円筒材４０の内側に永久磁石部５１，５２を嵌合した後に着磁する場合にも２つの永久磁石部５１，５２は周方向に好ましい方向に嵌入する必要がある。
【００２０】
第１永久磁石部５１の右端には径方向に対して傾斜した端面５１ａが形成されている。第２永久磁石部５２の左端には径方向に対して傾斜した端面５２ａが形成されている。第１永久磁石部５１と第２永久磁石部５２とは、互いに向かい合う径方向に対して傾斜した端面５１ａ，５２ａを有する。
【００２１】
図４（ａ）〜図４（ｄ）に示すように、永久磁石５０の縦断面での永久磁石部５１，５２の着磁方向（配向方向）と傾斜した端面５１ａ，５２ａとの関係として、永久磁石５０における第１永久磁石部５１及び第２永久磁石部５２での傾斜した端面５１ａ，５２ａと着磁方向（磁束が通る方向）とは平行である。対向する端面５１ａ，５２ａの間は空隙となり、当該空隙を磁束が流れるときに磁気抵抗が大きくなる。傾斜した端面５１ａ，５２ａと着磁方向（磁束が通る方向）とが平行であることにより磁束の流れに対し比較的磁気抵抗が低下しない。このように、端面５１ａ，５２ａは、磁気抵抗が小さくなる方向に傾斜している。
【００２２】
詳しく説明すると、図４（ａ）のロータの永久磁石の概略正面に対し、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線での断面、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線での断面、図４（ｄ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線での断面を示すが、図４（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すごとく中心を通る軸線Ｌ１に対しＳ極とＮ極が対称に位置している。
【００２３】
これに対し図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す比較例では、永久磁石５０における第１永久磁石部５１及び第２永久磁石部５２での傾斜した端面５１ａ，５２ａと着磁方向（磁束が通る方向）とは垂直である。図５（ａ）のロータの永久磁石の概略正面に対し、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線での断面、図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線での断面、図５（ｄ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線での断面を示すが、図５（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すごとく中心を通る軸線Ｌ２に対しＳ極とＮ極が対称に位置していない。この場合には、対向する端面５１ａ，５２ａの間の空隙を磁束が流れるときに磁気抵抗が大きくなってしまう。
【００２４】
また、図２に示すように、第１永久磁石部５１の端面５１ａ、第２永久磁石部５２の端面５２ａの傾斜角度θは５度以下である。図１，２等において傾斜角度θは誇張して描いている。端面５１ａ，５２ａの傾斜角度θが５度以下であると、永久磁石部の端面５１ａ，５２ａにおける軸方向先端部分での永久磁石部の破損防止に好適である。また、永久磁石の縦断面において傾斜角度θが大きくなれば空隙の長さも長くなり磁気抵抗が大きくなるが傾斜角度θが５度以下であれば空隙の長さを短くでき磁気抵抗も抑えられる。
【００２５】
次に、作用について説明する。
永久磁石５０を２つに分割することにより、各永久磁石部５１，５２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は端面間に接着剤が介される等により絶縁されている。
【００２６】
円形永久磁石５０の端面を斜めに分割することで、端面同士を対向させることにより周方向での相対位置が一義的に決まる。これにより、第１永久磁石部５１と第２永久磁石部５２の相対的な着磁方向は一意に定まる。
【００２７】
図９（ａ）及び図９（ｂ）で示したように、永久磁石を単純に軸方向に２分割すると、本来、図１０（ａ）に示すように永久磁石１００，１０１の着磁方向が一致すべきところが、図１０（ｂ）に示すように永久磁石の組み付け時（円筒材１０２への圧入時）に永久磁石１００，１０１の着磁方向がずれて圧入される。
【００２８】
これに対し、本実施形態では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、第１永久磁石部５１と第２永久磁石部５２とは、互いに向かい合うとともに、径方向に対して傾斜した端面５１ａ，５２ａを有するので、永久磁石部５１，５２同士の着磁方向のずれを抑制することができる。
【００２９】
また、図４（ａ）〜図４（ｄ）、図５（ａ）〜図５（ｄ）で示すごとく、永久磁石の配向方向（着磁方向）と傾斜した端面との関係として、本実施形態のロータ構造である図４（ａ）〜（ｄ）の方が磁気抵抗が少ない。さらに、本実施形態のロータ構造である図４（ａ）〜（ｄ）の方がＮ極、Ｓ極が対称になりバランスが良い。このように、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示した着磁方向に比べ図４（ａ）〜図４（ｄ）での着磁方向の方が好ましい。
【００３０】
このようにして、分割永久磁石構造のＳＰＭモータのそれぞれの永久磁石部５１，５２の着磁方向が揃い、位相が完全に一致する。そのため、高トルク、高効率のモータになる。また、組み付け時の永久磁石部５１，５２の着磁方向を揃えるための管理（位相管理）が容易となる。これにより、組み付け性が向上する。
【００３１】
また、永久磁石部５１，５２の着磁方向を揃えるべく永久磁石部５１，５２に着磁方向が分かるようにマーク（目印）を付けたとしても円筒材４０内に永久磁石部５１，５２を圧入すると円筒材４０の内部が見えないので圧入後に測定機器を用いて着磁方向を検査する必要があるが本実施形態では容易に永久磁石部５１，５２の着磁方向を合わすことができる。
【００３２】
さらに、永久磁石部５１，５２を円筒材（パイプ）４０に圧入する際の締め代が極めて小さいとき、即ち、永久磁石部５１，５２の外径寸法と円筒材４０の内径寸法の差が極めて小さいとき、モータ運転中にトルクにより永久磁石部５１，５２が円筒材（パイプ）４０の中で滑り、両永久磁石部５１，５２の着磁方向（位相）がずれることも考えられる。しかしながら、本実施形態においては、対向する端面５１ａ，５２ａ同士が一緒に回ったとしても相対的な位置関係を保持して、上述したような永久磁石部５１，５２の着磁方向（位相）のずれも防止することができる。
【００３３】
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の内側に嵌合され、径方向に着磁された永久磁石５０と、を有する。永久磁石５０は、軸方向に順番に並設される第１永久磁石部５１と第２永久磁石部５２とを有し、第１永久磁石部５１と第２永久磁石部５２とは、互いに向かい合うとともに、径方向に対して傾斜した端面５１ａ，５２ａを有する。
【００３４】
よって、永久磁石分割構造のＳＰＭモータにおいて第１永久磁石部５１と第２永久磁石部５２との相対位置関係（特に周方向の位置）が決まり、永久磁石部５１，５２同士の着磁方向のずれを防止することができる。広義には、永久磁石部５１，５２同士の着磁方向のずれを抑制することができる。なお、傾斜した端面をキー溝構造（一方の永久磁石部の端面に多角形の柱を突設し、他方の永久磁石部の端面に多角形の柱が嵌る凹部を形成した構成）とした場合には周方向にアンバランスになるとともに局所的に応力が加わりやすくなる。本実施形態においては単純に端面を斜状にするだけでよいので、周方向にバランスをとりやすくできるとともに回転の際のバランスがとりやすく円滑に回転する。また、傾斜した端面同士が対向している構成となっているので簡単な構成で強度的にも強くすることができる。
【００３５】
（２）図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、永久磁石部５１，５２の着磁方向（配向方向）と傾斜した端面５１ａ，５２ａとの関係として、永久磁石５０における第１永久磁石部５１及び第２永久磁石部５２での傾斜した端面５１ａ，５２ａと着磁方向とは平行である。よって、図５（ａ）〜（ｄ）と比較して磁気抵抗を小さく抑えることができる。
【００３６】
（３）端面５１ａ，５２ａの傾斜角度θは５度以下である。よって、永久磁石部５１，５２の破損防止に好適である。
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。
【００３７】
○  永久磁石の分割数は３以上でもよい。
具体的には、例えば、図６（ａ）に示すように、永久磁石５０は、第２永久磁石部５２に対して軸方向に並設される第３永久磁石部５３を有する。第２永久磁石部５２の右端には径方向に対して傾斜した端面５２ｂが形成されている。第３永久磁石部５３の左端には径方向に対して傾斜した端面５３ａが形成されている。第２永久磁石部５２の端面５２ｂと第３永久磁石部５３の端面５３ａとは対向している。第２永久磁石部５２の第３永久磁石部５３側の端面に第１永久磁石部５１側の端面５２ａと同じ方向に傾斜した端面５２ｂを有する。即ち、端面５１ａ，５２ａ，５２ｂ，５３ａは共に時計回りに角度θ１だけ傾斜している。この場合、第１永久磁石部５１と第３永久磁石部５３とを同じ形状とすることができる。その結果、同じ部品とすることができ、部品の種類を減らすことができる。
【００３８】
図６（ａ）に代わり図６（ｂ）に示す構成としてもよい。図６（ｂ）において、第３永久磁石部５３の左端には径方向に対して傾斜した端面５３ｂが形成されている。第２永久磁石部５２の右端には径方向に対して傾斜した端面５２ｃが形成されている。第２永久磁石部５２の端面５２ｃと第３永久磁石部５３の端面５３ｂとは対向している。端面５１ａ，５２ａは時計回りに角度θ２（＋θ２）だけ傾斜しているとともに、端面５２ｃ，５３ｂは反時計回りに角度θ２（−θ２）だけ傾斜している。この場合も、第１永久磁石部５１と第３永久磁石部５３とを同じ形状とすることができる。
【００３９】
このようにして、永久磁石５０は、第２永久磁石部５２に対して軸方向に並設される第３永久磁石部５３を有し、第２永久磁石部５２と第３永久磁石部５３とは、互いに向かい合うとともに、径方向に対して傾斜した端面５２ｂ，５３ａ（５２ｃ，５３ｂ）を有し、第２永久磁石部５２の第３永久磁石部５３側の端面５２ｂ（５２ｃ）と第２永久磁石部５２の第１永久磁石部５１側の端面５２ａとは同じ傾斜角度である構成としてもよい。
【００４０】
○  永久磁石の形状は、円柱以外にも、図７（ａ），（ｂ）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８３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２つに分割され、それぞれ同じ径方向に着磁されるとともに、軸方向に並設される第１永久磁石部８１、第２永久磁石部８２を有する。第１永久磁石部８１、第２永久磁石部８２における中心部には軸方向に延びる貫通孔８３が形成されている。貫通孔８３にシャフト８４が嵌合しているとともに、永久磁石部８１と永久磁石部８２とが円筒材（パイプ）８５内に嵌合している。第１永久磁石部８１の右端には径方向に対して傾斜した端面８１ａが形成されている。第２永久磁石部８２の左端には径方向に対して傾斜した端面８２ａが形成されている。第１永久磁石部８１の端面８１ａと第２永久磁石部８２の端面８２ａとは対向している。
【００４１】
また、円筒状の永久磁石を用いた構造とした場合において、永久磁石の分割数は３以上でもよい。具体的には、図８（ａ）に示すように、永久磁石８０は、第２永久磁石部８２に対して軸方向に並設される第３永久磁石部８６を有する。第２永久磁石部８２の右端には径方向に対して傾斜した端面８２ｂが形成されている。第３永久磁石部８６の左端には径方向に対して傾斜した端面８６ａが形成されている。第２永久磁石部８２の端面８２ｂと第３永久磁石部８６の端面８６ａとは対向している。第２永久磁石部８２の第３永久磁石部８６側の端面に、第１永久磁石部８１側の端面８２ａと同じ方向に傾斜した端面８２ｂを有する。即ち、端面８１ａ，８２ａ，８２ｂ，８６ａは共に時計回りに角度θ３だけ傾斜している。この場合、第１永久磁石部８１と第３永久磁石部８６とを同じ形状とすることができる。その結果、同じ部品とすることができ、部品の種類を減らすことができる。
【００４２】
図８（ａ）に代わり図８（ｂ）に示す構成としてもよい。図８（ｂ）において、第３永久磁石部８６の左端には径方向に対して傾斜した端面８６ｂが形成されている。第２永久磁石部８２の右端には径方向に対して傾斜した端面８２ｃが形成されている。第２永久磁石部８２の端面８２ｃと第３永久磁石部８６の端面８６ｂとは対向している。端面８１ａ，８２ａは時計回りに角度θ４（＋θ４）だけ傾斜しているとともに、端面８２ｃ，８６ｂは反時計回りに角度θ４（−θ４）だけ傾斜している。この場合も、第１永久磁石部８１と第３永久磁石部８６とを同じ形状とすることができる。
【００４３】
○  端面５１ａ，５２ａの傾斜角度θは任意であり、５度以下が好ましいが５度より大きくてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
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、５１ａ…端面、５２…第２永久磁石部、５２ａ…端面、５３…第３永久磁石部。
【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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