(57)【要約】【課題】周方向に隣合う主磁極７同士のつば部７ｂ間に永久磁石から成る補助磁極９を配置したことによる効果を向上できる回転電機を提供する。【解決手段】主磁極７に設けられるつば部７ｂは、周方向両端が軸方向に沿って直線状に設けられ、その直線部分の軸方向長さＬｔが鉄心部７ａの軸方向長さＬｂより長く形成されている。補助磁極９は、周方向に隣接する主磁極７と同極性に着磁された永久磁石であり、永久磁石の軸方向長さが、つば部７ｂの周方向両端の軸方向長さＬｔと同等に設けられ、その全長に渡って、永久磁石の周方向側面９ａとつば部７ｂの周方向側面７ｃとが当接している。上記の様に、つば部７ｂの周方向両端の軸方向長さＬｔを鉄心部７ａの軸方向長さＬｂより長く形成することにより、補助磁極９の磁束量を増加させることができ、隣合うつば部７ｂ同士の間に補助磁極９を配設したことによる効果を十分に得ることができる。【選択図】図２
2008092780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気回路を形成する円筒状のヨークと、
このヨークの内周に固定される鉄心部を有し、且つ、前記鉄心部の内径側端部につば部が設けられた軟磁性体の主磁極と、
この主磁極に巻回される界磁巻線と、
周方向に隣合う前記主磁極同士のつば部間に配設される補助磁極とを有する回転電機であって、
前記主磁極は、前記つば部の周方向両端が軸方向に沿って直線状に設けられると共に、その直線部分の軸方向長さが前記鉄心部の軸方向長さより長く形成され、
前記補助磁極は、周方向に隣接する前記主磁極と同極性に着磁された永久磁石から成り、且つ前記永久磁石の軸方向長さが、前記つば部の直線部分を形成する周方向両端の軸方向長さと同等に設けられ、その全長に渡って前記つば部の周方向側面に当接していることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載した回転電機において、
前記つば部の周方向側面は、前記つば部の外径端より内径端の方が周方向外側へ突き出るテーパ状に設けられ、
前記補助磁極の周方向側面は、前記補助磁極の内径端より外径端の方が周方向外側へ突き出るテーパ状に設けられ、
前記補助磁極は、周方向に隣合う前記つば部同士の間に、互いのテーパ面同士が当接した状態で配設されていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載した回転電機において、
前記界磁巻線は、断面円形の線材を前記鉄心部の周囲に直接巻き付けて形成されると共に、その鉄心部に巻き付けた線材の一部が前記補助磁極の外周面に乗り上げて、前記補助磁極を内径方向へ押圧していることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項２に記載した回転電機において、
前記界磁巻線は、断面矩形の平角線を前記主磁極の径方向に二段に巻回すると共に、その二段のうち外径側（ヨーク側）より内径側（つば部側）の方が巻き数が少なく設定されていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１〜４に記載した何れかの回転電機において、
前記主磁極に巻回された前記界磁巻線と、周方向に隣合う前記主磁極同士のつば部間に配設された前記補助磁極（永久磁石）とが、絶縁樹脂により一体に固着されていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５に記載した何れかの回転電機において、
前記主磁極は、前記鉄心部の内径より、前記つば部の周方向両端の内径の方が大きくなる様に構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項６に記載した回転電機において、
前記主磁極は、前記つば部の内径が、前記つば部の周方向所定位置から周方向端に向かって徐々に大きくなる様に構成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、軟磁性体の主磁極に界磁巻線を巻回した巻線界磁型の回転電機に係わり、周方向に隣合う主磁極同士のつば部間に永久磁石から成る補助磁極を配設した回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、特許文献１に示される直流機がある。
この直流機は、永久磁石で構成された主磁極と、周方向に隣合う主磁極同士の間に配設される補助磁極とを有し、この補助磁極が主磁極と同様に永久磁石で構成されている。補助磁極を構成する永久磁石は、隣接する主磁極の対向側面に対して、主磁極と同一極性の磁極面が対向するように着磁されている。
上記の構成によれば、周方向に隣合う主磁極間の漏れ磁束を低減できると共に、永久磁石本来の磁束も有効磁束として作用する。その結果、トルク特性が向上するため、直流機の小型化を図ることができる。さらに、電機子反作用による主磁極の磁界の偏りを緩和する作用も生じるため、整流子型回転電機においては、ブラシ寿命を向上でき、耐久性能の優れた回転電機を得ることが可能である。
【特許文献１】特公昭５７−１２３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、軟磁性体の主磁極に界磁巻線を巻回して構成される巻線界磁型の回転電機においても、周方向に隣合う主磁極同士の間に永久磁石から成る補助磁極を配設することにより、主磁極を永久磁石で構成した場合と同様の作用を得ることができる。
しかし、主磁極を軟磁性体で構成した回転電機では、周方向に隣合う主磁極同士のつば部間に補助磁極（永久磁石）が配設される。この場合、補助磁極の周方向側面に対向するつば部の周方向側面の面積が小さい、つまり、補助磁極とつば部との接触面積が小さいため、主磁極を永久磁石で構成したものと比較して、十分な作用効果を得ることができなかった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、周方向に隣合う主磁極同士のつば部間に永久磁石から成る補助磁極を配置したことによる効果（トルク特性の向上）を向上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】
【０００４】
（請求項１の発明）
本発明は、磁気回路を形成する円筒状のヨークと、このヨークの内周に固定される鉄心部を有し、且つ、鉄心部の内径側端部につば部が設けられた軟磁性体の主磁極と、この主磁極に巻回される界磁巻線と、周方向に隣合う主磁極同士のつば部間に配設される補助磁極とを有する回転電機であって、主磁極は、つば部の周方向両端が軸方向に沿って直線状に設けられると共に、その直線部分の軸方向長さが鉄心部の軸方向長さより長く形成され、補助磁極は、周方向に隣接する主磁極と同極性に着磁された永久磁石から成り、且つ永久磁石の軸方向長さが、つば部の直線部分を形成する周方向両端の長さと同等に設けられ、その全長に渡って、つば部の周方向側面に当接していることを特徴とする。
【０００５】
上記の構成によれば、直線状に設けられたつば部の周方向両端の軸方向長さを鉄心部の軸方向長さより長く形成しているので、そのつば部の周方向側面の全長に渡って補助磁極（永久磁石）の周方向側面を当接させることができる。これにより、つば部の周方向両端の軸方向長さが鉄心部の軸方向長さと同等に設けられている場合と比較して、補助磁極とつば部との接触面積を増大できるので、補助磁極の磁束量を増加させることができ、トルク特性を向上できる等の十分な効果を得ることが可能である。
【０００６】
（請求項２の発明）
請求項１に記載した回転電機において、つば部の周方向側面は、つば部の外径端より内径端の方が周方向外側へ突き出るテーパ状に設けられ、補助磁極の周方向側面は、補助磁極の内径端より外径端の方が周方向外側へ突き出るテーパ状に設けられ、補助磁極は、周方向に隣合うつば部同士の間に、互いのテーパ面同士が当接した状態で配設されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、補助磁極が内径側へ脱落することはなく、周方向に隣合うつば部同士の間に補助磁極を保持できる。なお、「互いのテーパ面」とは、テーパ状に設けられたつば部の周方向側面と、テーパ状に設けられた補助磁極の周方向側面を言う。
【０００７】
（請求項３の発明）
請求項２に記載した回転電機において、界磁巻線は、断面円形の線材を鉄心部の周囲に直接巻き付けて形成されると共に、その鉄心部に巻き付けた線材の一部が補助磁極の外周面に乗り上げて、補助磁極を内径方向へ押圧していることを特徴とする。
この場合、補助磁極は、周方向に隣合うつば部同士の間で互いのテーパ面同士が当接することによって内径側への脱落が防止され、且つ、補助磁極の外周面に乗り上げた線材の弾性力によって内径方向へ押圧されることにより、周方向に隣合うつば部同士の間に確実に保持及び固定される。これにより、補助磁極を固定するために特別な固定手段を用いる必要はない。
【０００８】
（請求項４の発明）
請求項２に記載した回転電機において、界磁巻線は、断面矩形の平角線を主磁極の径方向に二段に巻回すると共に、その二段のうち外径側（ヨーク側）より内径側（つば部側）の方が巻き数が少なく設定されていることを特徴とする。
内径側の巻き数を少なくすることにより、つば部の外周面より外径側へ突出する補助磁極と平角線との干渉を防止でき、且つ、径方向に二段に巻回して外径側の巻き数を内径側より多くすることにより、占積率を向上できる。
【０００９】
（請求項５の発明）
請求項１〜４に記載した何れかの回転電機において、主磁極に巻回された界磁巻線と、周方向に隣合う主磁極同士のつば部間に配設された補助磁極（永久磁石）とが、絶縁樹脂により一体に固着されていることを特徴とする。
これにより、補助磁極と界磁巻線との相対振動を防止できるので、外部から受ける強い振動にも耐えることができ、機械的に強固な回転電機を得ることができる。
【００１０】
（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れかの回転電機において、主磁極は、鉄心部の内径より、つば部の周方向両端の内径の方が大きくなる様に構成されていることを特徴とする。
例えば、製造上の寸法誤差により、周方向に隣合うつば部間の隙間が設計値より大きくなると、補助磁極の径方向位置が内径側へ移動して、電機子の外径との間に適正なギャップを確保できなくなり、電機子と干渉する恐れがあるため、信頼性が低下する。
これに対し、鉄心部の内径より、つば部の周方向両端の内径の方が大きくなる様に構成することで、周方向に隣合うつば部間の隙間が設計値より若干大きくなった場合でも、補助磁極と電機子との間にギャップを確保できるため、信頼性を向上できる。
【００１１】
（請求項７の発明）
請求項６に記載した回転電機において、主磁極は、つば部の内径が、つば部の周方向所定位置から周方向端に向かって徐々に大きくなる様に構成されていることを特徴とする。  この場合、補助磁極と電機子との間にギャップを確保できると共に、ギャップが急激に変化することはないので、トルクむらを少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１（ａ）は回転電機１の半断面図、同図（ｂ）は補助磁極の配置状態を示す断面図である。
実施例１に示す回転電機１は、例えば、エンジンを始動するためのスタータモータに採用される直流電動機であり、図１（ａ）に示す様に、回転子を構成する電機子２と、固定子を構成する界磁（以下に説明する）とを備える。
電機子２は、図示しない軸受を介して両端が回転自在に支持された電機子軸３を有し、この電機子軸３の外周に電機子鉄心４が圧入等により固定されている。電機子鉄心４には、外周部に複数のスロットが形成され、このスロット内に電機子コイル５が配設されている。
【００１４】
界磁は、磁気回路を形成するヨーク６と、このヨーク６の内周に配置される複数の主磁極７と、この複数の主磁極７に巻回される界磁巻線８と、周方向に隣合う主磁極７同士の間に配設される補助磁極９とを有する。
ヨーク６は、強磁性体の金属板（例えば軟鋼板）を円筒形状に丸めて形成される。
主磁極７は、軟磁性材料によって形成される鉄心部７ａとつば部７ｂ（図２参照）とで構成され、鉄心部７ａの端面がヨーク６の内周面に溶接等によって固定されている。
つば部７ｂは、鉄心部７ａの径方向反ヨーク側に設けられて、図２に示す様に、周方向両端（図示左右両端）が軸方向（図示上下方向）に沿って直線状に設けられると共に、その直線部分の軸方向長さＬｔが鉄心部７ａの軸方向長さＬｂより長く形成されている。
【００１５】
界磁巻線８は、断面円形の線材８ａ（例えば、Φ１．０以下の銅線）を複数本束ねて、鉄心部７ａの周囲に所定回数（例えば１０ターン）巻き付けられている。
補助磁極９は、周方向に隣接する主磁極７と同極性に着磁された永久磁石であり、図２に示す様に、永久磁石の軸方向長さが、つば部７ｂの直線部分を形成する周方向両端の軸方向長さＬｔと同等に設けられ、その全長に渡って、永久磁石の周方向側面９ａとつば部７ｂの周方向側面７ｃとが当接している。なお、直線状に設けられたつば部７ｂの周方向側面７ｃは、図１（ｂ）に示す様に、つば部７ｂの外径端より内径端の方が周方向外側へ突き出るテーパ状に設けられている。つまり、周方向に隣合うつば部７ｂ同士の内径端と内径端との距離をＷａ、外径端と外径端との距離をＷｂとすると、下記（１）の関係が成立する。
Ｗａ＜Ｗｂ…………………（１）
【００１６】
また、補助磁極９（永久磁石）の周方向側面９ａは、補助磁極９の内径端より外径端の方が周方向外側へ突き出るテーパ状（逆テーパ状と呼ぶ）に設けられている。つまり、補助磁極９の内径側の周方向幅をＷｃ（＝Ｗａ）、補助磁極９の外径側の周方向幅をＷｄ（＞Ｗｂ）とすると、下記（２）の関係が成立する。
Ｗｃ＜Ｗｄ…………………（２）
これにより、テーパ状に設けられたつば部７ｂの周方向側面７ｃと、逆テーパ状に設けられた補助磁極９の周方向側面９ａとが当接して、補助磁極９が内径側へ脱落しない様に構成されている。
なお、補助磁極９は、主磁極７に界磁巻線８を巻回した後、周方向に隣合うつば部７ｂとつば部７ｂとの間に軸方向から挿入される。この時、図１（ａ）に示す様に、鉄心部７ａに巻き付けられた線材８ａの一部が補助磁極９の外周面に乗り上げて、補助磁極９を内径方向へ弾性的に押圧する様に構成されている。
【００１７】
（実施例１の効果）
本実施例の回転電機１は、直線状に設けられたつば部７ｂの周方向両端の軸方向長さＬｔが鉄心部７ａの軸方向長さＬｂより長く形成され、そのつば部７ｂの周方向側面７ｃの全長に渡って、補助磁極９の周方向側面９ａが当接している。これにより、つば部７ｂの周方向両端の軸方向長さが鉄心部７ａの軸方向長さと同等に設けられている場合と比較して、補助磁極９とつば部７ｂとの接触面積を増大できるので、補助磁極９の磁束量を増加させることができる。その結果、隣合うつば部７ｂ同士の間に補助磁極９（永久磁石）を配設したことによる効果（トルク特性の向上、ブラシ寿命の向上等）を十分に得ることができる。
【００１８】
また、補助磁極９は、図１（ｂ）に示す様に、周方向に隣合うつば部７ｂ同士の間に配設されて、内径側への脱落が防止されると共に、主磁極７の鉄心部７ａに巻き付けられた線材８ａの一部が補助磁極９の外周面に乗り上げて、補助磁極９を内径方向へ弾性的に押圧することにより、周方向に隣合うつば部７ｂ同士の間に確実に保持及び固定される。これにより、補助磁極９を固定するために特別な固定手段を用いる必要はない。
【実施例２】
【００１９】
図３は回転電機１の半断面図である。
本実施例は、界磁巻線８に断面矩形の平角線８ｂを使用した場合の一例である。
界磁巻線８は、図３に示す様に、断面矩形の平角線８ｂを主磁極７の径方向に二段に巻回すると共に、その二段のうち外径側（ヨーク側）より内径側（つば部７ｂ側）の方が巻き数が少なく設定されている。なお、界磁巻線８以外の構成は、実施例１と同じである。  本実施例によれば、界磁巻線８の内径側の巻き数を少なくすることにより、平角線８ｂと干渉することなく、径方向外側に補助磁極９の配置スペースを確保できる。その結果、実施例１に記載した補助磁極９より径方向の寸法を大きく（厚く）して、磁束量を増加させることができるので、更にトルク特性を向上できる。
また、界磁巻線８は、平角線８ｂを主磁極７の径方向に二段に巻回して外径側の巻き数を内径側より多くすることにより、占積率を向上できる。
【実施例３】
【００２０】
図４は回転電機１の半断面図である。
本実施例の回転電機１は、図４に示す様に、主磁極７に巻回された界磁巻線８と、周方向に隣合う主磁極７同士のつば部７ｂ間に配設された補助磁極９とが、絶縁樹脂１０により一体に固着されている。
これにより、補助磁極９と界磁巻線８との相対振動を防止でき、機械的強度が向上するため、外部から受ける強い振動にも耐えることができる。その結果、線材８ａの絶縁被膜が破壊されることを防止でき、機械的に強固な回転電機１を得ることができる。
なお、絶縁樹脂１０としては、液体あるいは粉体のエポキシ樹脂を適用できる。
【実施例４】
【００２１】
図５は回転電機１の半断面図である。
本実施例の回転電機１は、図５に示す様に、主磁極７の鉄心部７ａと電機子２との間に設けられるギャップＧａより、つば部７ｂの周方向両端で電機子２との間に設けられるギャップＧｂの方が大きくなる様に構成されている。
具体的には、つば部７ｂの周方向所定位置から周方向端までの所定の範囲θ内において、つば部７ｂの内径が周方向端に向かって徐々に大きくなる様に形成されている。これにより、主磁極７と電機子２との間に設けられるギャップは、つば部７ｂの所定の範囲θ内において、ＧａからＧｂへ徐々に大きくなっている。
本実施例の構成によれば、周方向に隣合うつば部７ｂ同士の間の間隔が製造上の寸法誤差等により基準値より若干大きくなった場合でも、補助磁極９が電機子２に干渉することはなく、補助磁極９と電機子２との間に所望のギャップを確保できるため、信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）回転電機の半断面図、（ｂ）補助磁極の配置状態を示す断面図である（実施例１）。
【図２】主磁極と補助磁極の展開図である。
【図３】回転電機の半断面図である（実施例２）。
【図４】回転電機の半断面図である（実施例３）。
【図５】回転電機の半断面図である（実施例４）。
【符号の説明】
【００２３】
１    回転電機
２    電機子
６    ヨーク
７    主磁極
７ａ  鉄心部
７ｂ  つば部
７ｃ  つば部の周方向側面
８    界磁巻線
８ａ  断面円形の線材
８ｂ  断面矩形の平角線
９    補助磁極
９ａ  補助磁極の周方向側面
１０    絶縁樹脂
【図１】
2008092780.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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