(57)【要約】【課題】モータの効率を維持しつつ回転部の冷却性能をより向上させることを可能とした永久磁石形回転電機を提供する。【解決手段】フレーム１と、フレーム１の両端に装着されるブラケット２，３と、軸受け４，５を介して回転可能に支持される回転軸６と、回転軸６に嵌着され、磁極として永久磁石９を備える回転子鉄心７と、回転子鉄心７の外側に設けられ、コイル１０を備える固定子鉄心８とを有する永久磁石形回転電機において、フレーム１、ブラケット２，３、固定子鉄心８の回転子鉄心７に対向する面の回転子鉄心７から放出される熱輻射が入射される面を粗面化する構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の収納体と、前記収納体に軸受けを介して回転可能に支持される回転軸と、前記回転軸に嵌着され、磁極として永久磁石を備える回転子と、前記収納体内であって前記回転子の外側に設けられ、コイルを備える固定子とを有する永久磁石形回転電機において、前記収納体の内面、又は、前記固定子の前記回転子に対向する面のうちの少なくとも一方の面であって、前記回転子から放出される熱輻射が入射される面を粗面化することを特徴とする永久磁石形回転電機。
【請求項２】
前記コイルの前記回転子に対向する表面が、地色または着色により淡色に配色され、且つ、円滑化されたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転電機。
【請求項３】
前記コイルの絶縁体の前記回転子に対向する表面が、地色または着色により淡色に配色され、且つ、円滑化されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石形回転電機。
【請求項４】
前記永久磁石の表面が、該永久磁石の地色または着色により淡色に配色され、且つ、円滑化されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の永久磁石形回転電機。
【請求項５】
前記コイルのコイル端部が、固定子鉄心側から端部側へ向かうに従って前記回転軸径方向の幅が広く、前記回転軸周方向の幅が狭く形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の永久磁石形回転電機。
【請求項６】
前記固定子が、前記回転子に対向する面に、前記回転軸の軸方向に沿って延設され回転方向に沿って前記回転子側へ滑らかに隆起すると共に、前記回転子との間に微小空隙を有する突起部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の永久磁石形回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を磁極として備えた永久磁石形回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は永久磁石を磁極として備えた一般的な永久磁石（Permanent Magnet：ＰＭ）形回転電機（以下、ＰＭモータという）の概略断面図、図７は図６のコイル端部近傍を部分的に示す斜視図、図８は図６のコイル端部近傍を部分的に示す正面図である。
【０００３】
図６に示すように、ＰＭモータは収納体としての円筒状のフレーム１及びフレーム１の両端の開口部にそれぞれ装着されるブラケット２，３と、ブラケット２，３に固定された軸受け４，５を介してフレーム１内で回転可能に支持される回転軸６と、回転軸６に嵌着された回転子鉄心７と、回転子鉄心７の外側に所定の間隔をおいて配置された固定子鉄心８とを備えている。
【０００４】
回転子鉄心７には軸方向に沿って延びる孔７ａが設けられ、孔７ａには磁石９が挿入されている。また、固定子鉄心８には軸方向に沿って延びる孔８ａが穿設され、孔８ａにはコイル１０が挿入されている。
【０００５】
また、図７及び図８に示すように、コイル１０の固定子鉄心８から突出した部分（以下、コイル端部という）１０ａは、通常、回転軸６の軸方向に対し、該軸方向に直交する断面の形状がほぼ一定となるように成形されている。
【０００６】
ＰＭモータは誘導型電動機に比較して効率が良く、小型化が容易であり、高出力が得られるものである。なお、図６は、一般的なＰＭモータを模式的に示したものであり、実際の寸法比とは異なる。
【０００７】
しかし、上述したＰＭモータに代表される、回転子に磁石を備えた回転電機においては、磁石が反磁界を受け、かつ高温に晒されると不可逆減磁が発生するという問題があった。不可逆減磁が発生すると、磁石の磁力が小さくなるために、モータの出力は低下してしまう。それゆえ、ＰＭモータにおいては磁石の不可逆減磁を防止するため、磁石の温度上昇を抑制することが考えられている。
【０００８】
従来、磁石の温度上昇を防ぐ構成としては、回転子の温度上昇を抑制することで磁石の温度上昇を防止することが一般的に考えられている。一例として、回転子が回転するために固体を介した熱伝導によって回転子の熱を回収することは困難であることから、羽根を設け、この羽根によって空気や油等の冷媒を循環させ、回転子の冷却を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、回転子の冷却を行う例として、真空用モータにあって、回転軸を中空部を有するカップ状に形成し、該中空部内に伝熱用固定軸を配設したものがある（例えば、特許文献２参照）。電機子巻線等において発生した熱は、輻射熱として回転子鉄心へと伝えられた後、熱伝導によって回転軸に熱伝導し、更に輻射により伝熱用固定軸へと伝熱してモータ外部へと放熱されるとしている。
【００１０】
また、磁石を分割し、過電流の経路を短くすることで電気抵抗を減らし、空間高調波および電流高調波により発生する渦電流損失を低減するもの（例えば、特許文献３参照）、固定子と回転子の対向する面の少なくとも一部に、熱が輻射しやすい物質、例えばカーボン、黒色セラミックを混入したフッ素樹脂をコーティングする構成としたもの（例えば、特許文献４参照）、回転子鉄心の鉄損を低減するために、回転子鉄心に積層鋼板を採用するものもある。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−３５４７５０号公報
【特許文献２】特開平１０−２４３６０９号公報
【特許文献３】特開２００１−２３１２０１号公報
【特許文献４】特開２００３−２５４２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、冷媒によって回転子で発生する熱を回収し、磁石の温度上昇を抑制する特許文献１の構成にあっては、冷媒が抵抗となり回転子の回転が抑制されることが考えられる。冷媒の熱容量（＝比熱×密度）が大きいほど回転子の回転に対する冷媒の抵抗は大きくなるため、冷却性能を向上させるとモータの効率が低下する虞があった。また、羽根等を設置した場合、これが回転の抵抗となり効率が低下する虞があった。
【００１３】
また、上述した特許文献２の構成にあっては、回転子鉄心以外の冷却を促進するために回転軸を延長する必要が生じ、モータの寸法が大きくなるという問題がある。また、回転軸と固定軸との間の熱伝導が十分に行えない場合、空気、冷却水、油等といった冷媒による冷却が必要となる可能性があり、冷媒用の管路、冷媒流量の制御等が必要となって、コスト上昇、装置構成の複雑化に繋がる虞がある。
【００１４】
なお、特許文献３，４の構成、および積層鋼板を採用する構成を用いれば、回転部の発熱の低減には効果がある。しかし、回転部の冷却を更に促進することができれば、磁石の温度を維持しつつ、通電する電流をより大電流とする、又は回転部の回転速度を高速化することができるなど、より一層高性能化の達成が期待でき、好適である。
【００１５】
このようなことから本発明は、モータの効率を維持しつつ回転部の冷却性能をより向上させることを可能とした永久磁石形回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決する第１の発明に係る永久磁石形回転電機は、円筒状の収納体と、前記収納体に軸受けを介して回転可能に支持される回転軸と、前記回転軸に嵌着され、磁極として永久磁石を備える回転子と、前記収納体内であって前記回転子の外側に設けられ、コイルを備える固定子とを有する永久磁石形回転電機において、前記収納体の内面、又は、前記固定子の前記回転子に対向する面のうちの少なくとも一方の面であって、前記回転子から放出される熱輻射が入射される面を粗面化することを特徴とする。
【００１７】
第２の発明に係る永久磁石形回転電機は、第１の発明に係る永久磁石形回転電機において、前記コイルの前記回転子に対向する表面が、地色または着色により淡色に配色され、且つ、円滑化されたことを特徴とする。
【００１８】
第３の発明に係る永久磁石形回転電機は、第１又は第２の発明に係る永久磁石形回転電機において、前記コイルの絶縁体の前記回転子に対向する表面が、地色または着色により淡色に配色され、且つ、円滑化されたことを特徴とする。
【００１９】
第４の発明に係る永久磁石形回転電機は、第１乃至第３のいずれかの発明に係る永久磁石形回転電機において、前記永久磁石の表面が、該永久磁石の地色または着色により淡色に配色され、且つ、円滑化されたことを特徴とする。
【００２０】
第５の発明に係る永久磁石形回転電機は、第１乃至第４のいずれかの発明に係る永久磁石形回転電機において、前記コイルのコイル端部が、固定子鉄心側から端部側へ向かうに従って前記回転軸径方向の幅が広く、前記回転軸周方向の幅が狭く形成されたことを特徴とする。
【００２１】
第６の発明に係る永久磁石形回転電機は、第１乃至第５のいずれかの発明に係る永久磁石形回転電機において、前記固定子が、前記回転子に対向する面に、前記回転軸の軸方向に沿って延設され回転方向に沿って前記回転子側へ滑らかに隆起すると共に、前記回転子との間に微小空隙を有する突起部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
上述した本発明に係る永久磁石形回転電機によれば、収納体、固定子等、回転子から放出される熱輻射が入射される部材の表面を粗面化することにより、固定子や収納体における熱輻射の吸収率を向上させ、回転子の放熱を促進させることができるため、磁石の温度上昇を抑制して減磁を防ぐことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の一実施形態を説明する。本実施形態に係る永久磁石形回転電機は、円筒状の収納体と、収納体に軸受けを介して回転可能に支持される回転軸と、回転軸に嵌着され、磁極として永久磁石を備える回転子と、収納体内であって回転子の外側に設けられ、コイルを備える固定子とを有する永久磁石形回転電機であって、収納体の内面、固定子の回転子に対向する面であって、回転子から放出される熱輻射が入射される部分を粗面化するものである。
【００２４】
粗面化は、固定子の内周面等の対象部分を加工することにより形成するほか、対象部分にごく薄くタール又は石膏を塗布する等、固定子が回転子の熱を吸収するための熱伝導を維持できればよい。
【００２５】
更に、塗料を塗布する等により固定子及び収納体の粗面化した部分を黒色、青色、緑色等の濃色とすれば、より輻射熱を吸収しやすくなるため好適である。
【００２６】
上述した本実施形態に係る永久磁石形回転電機によれば、回転子から放出される熱輻射が入射される固定子および収納体の部分が比較的滑らかに形成されていた従来に比較して、固定子および収納体における輻射熱の吸収率を向上させることができる。これにより、回転子に発生する熱を固定子および収納体によって効率良く吸収することができるため、回転子に埋設された磁石の温度上昇を抑制することに繋がり、磁石の不可逆減磁を防止することが可能となる。
【実施例１】
【００２７】
図１に基づき本発明の第１の実施例を詳細に説明する。図１は本実施例に係る永久磁石形回転電機を示す概略図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施例は、図６に示した従来の構造に比較して、フレーム１、ブラケット２，３および固定子鉄心８の内表面であって、回転子鉄心７から放出される輻射熱が入射される面を粗面化する点が異なる。具体的には、回転子鉄心７に面したフレーム１の内周面１ａの固定子鉄心８に対向する部分を除く部分、ブラケット２，３の内壁面２ａ，３ａ、及び固定子鉄心８の内周面８ｂを粗面化するのである。
【００２９】
その他の構成は図６乃至図８に示すものと概ね同様であり、重複する説明は省略する。なお、図１は本実施例に係る永久磁石形回転電機を模式的に示したものであり、実際の寸法比とは異なる。
【００３０】
フレーム１の内周面１ａ、ブラケット２，３の内壁２ａ，３ａ、及び固定子鉄心８の内周面８ｂの粗面化を行う方法としては、それぞれ対象となる部分を粗面に成形するほか、熱伝導を維持できる範囲でタールや石膏等をごく薄く対象部分に塗布して粗面化を行う等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の方法を用いることができる。
【００３１】
更に、粗面化したフレーム１の内周面１ａ、ブラケット２，３の内壁２ａ，３ａ、及び固定子鉄心８の内周面８ｂは、塗料を塗布するなどして黒、青又は緑等の濃色に着色するとより好適である。
【００３２】
また、発熱部であるコイル１０やその絶縁体は、製造時に加工されたままの金属地とする、または塗料を塗布して白色等の淡色に着色すると好適である。更に、磁石９は回転子鉄心７との間に隙間を有して輻射熱の影響を受けるため、表面を円滑面とするとともに塗料を塗布する等により淡色となるようにすれば好適である。
【００３３】
以下に、本実施例による作用効果を説明する。
【００３４】
通常、固定子鉄心８はケイ素鋼板で製造され、回転子鉄心７に対抗する面（以下、ギャップ面という）は旋盤等の機械加工が施されたままであるため、従来の配色は材料の固有の色、即ち銀（薄い灰）色である。また、ギャップ面は比較的滑らかな状態に形成されている。これは回転子鉄心７についても同様であって、回転子鉄心７の配色は材料固有の色であり、その内面は機械加工されたままの円滑面となっている。
【００３５】
ここで、フレーム１や固定子鉄心８等の輻射による放熱特性は、次の（１）式で表される。
ｑ＝αＴ4  ・・・（１）
（ただし、ｑ：熱フラックス、α：形態または放射率による係数、Ｔ：温度）
【００３６】
そして、係数αは、輻射熱を吸収する部材（本実施例ではフレーム１、ブラケット２，３、固定子鉄心８）の色が濃色であるほど、また輻射熱が入射される面における反射率が小さいほど値が大きくなることが知られている。
【００３７】
本実施例に係る永久磁石形回転電機によれば、回転子鉄心７から放出された輻射熱を吸収するフレーム１の内周面１ａ、ブラケット２，３の内壁２ａ，３ａ、及び固定子鉄心８の内周面８ｂを粗面化することにより、輻射熱に対する反射率を低減させることができる。これにより係数αの値が大きくなり、（１）式から熱フラックスｑの値が増加する。
【００３８】
即ち、回転子鉄心７に対向するフレーム１の内周面１ａ、ブラケット２，３の内壁２ａ，３ａ、及び固定子鉄心８の内周面８ｂにおける熱輻射の吸収率を上昇させることにより回転子鉄心７において発生する熱を効率的に放熱させることが可能となり、従来に比較して磁石９の温度上昇を抑制することが可能となった。更に、粗面化した部分の配色を濃色とすれば、輻射熱の吸収率が更に上昇し、回転子鉄心７による熱輻射が促進されて磁石９の温度上昇をより抑制することができる。
【００３９】
更に加えて、コイル１０及びその絶縁体（図示省略）、更に磁石９の表面を、円滑化するとともに塗料を塗布する等によって淡色となるように配色することにより、回転子鉄心７から放出される輻射熱に対してコイル１０、その絶縁体、および磁石９表面の反射率が大きくなるため、コイル１０、その絶縁体、および磁石９における熱輻射の吸収を抑制し、これらの温度上昇を抑制することができる。
【００４０】
以上説明した通り、本実施例によれば、固定子鉄心８のギャップ面やフレーム１の内面を放熱に積極的に利用することにより、一般的に回転子鉄心７、冷媒、固定子鉄心８、フレーム１、外気という経路で行われる回転子鉄心７の放熱が従来に比較して促進されるために、磁石９の温度上昇を防止し、磁石９の減磁を抑制することが可能となる。
【００４１】
これにより、永久磁石形回転電機を従来と同一温度で動作させる場合は通電する電流量を増やすことができ、永久磁石形回転電機の小型化が可能となる。更に、永久磁石形回転電機の小型化に伴いコスト低下、省資源化が可能となる。また、永久磁石形回転電機の電流量を一定とする場合は磁石温度を従来と比較して低温に維持できるため、信頼性が向上するとともに、永久磁石形回転電機の寿命を延長させることが可能となった。
【実施例２】
【００４２】
図２，３に基づいて本発明の第２の実施例を詳細に説明する。図２は本実施例に係る永久磁石形回転電機のコイル端部近傍を部分的に示す斜視図、図３は本実施例に係る永久磁石形回転電機のコイル端部近傍を部分的に示す正面図である。
【００４３】
図２及び図３に示すように、本実施例は、上述した実施例１に比較して、コイル端部１０ｂの形状を回転軸６の軸方向に沿って漸次変化させたものである。その他の構成は実施例１と概ね同様であり、以下、実施例１と重複する説明は省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００４４】
本実施例にあって、コイル端部１０ｂは、固定子鉄心８側から端部側（図２中、左方）に向かうに従って、回転軸６径方向の幅が広く、回転軸６周方向の幅が狭くなるように成形されている。このように成形することにより、コイル端部１０ｂの回転子鉄心７に対向する面の面積は、従来に比較して縮小されている。
【００４５】
また、コイル端部１０ｂの図示しない湾曲部分についても、回転軸６径方向の幅が長い状態、換言すると、回転子鉄心７に対向する面の面積が従来に比較して縮小された状態を保持しつつ束ねるものとする。なお、回転軸６の軸方向に直交するコイル端部１０ｂの断面が略一定の面積に保持されることはいうまでもない。
【００４６】
本実施例に係る永久磁石形回転電機によれば、コイル端部１０ｂを回転子鉄心７に対向する面の面積が従来に比較して狭くなるように成形する構成としたため、回転子鉄心７において発生しコイル１０に入射される輻射熱の量を低減し、コイル１０の温度上昇を抑制することができる。これにより、上述した実施例１による効果に加えてより回転子鉄心７の冷却効果を向上させることが可能となった。
【００４７】
コイル端部１０ｂは、固定子鉄心８から突出しているため、回転子鉄心７において発生する輻射熱が直接入射される部分である。一方、コイル１０のコイル端部１０ｂ以外の部分は固定子鉄心８に囲まれており、回転子鉄心７において発生した輻射熱は固定子鉄心８に吸収されることとなる。
【００４８】
従って、本実施例のように、コイル１０の固定子鉄心８に囲まれた部分の形状は従来と同様とし、コイル端部１０ｂの形状を、回転子鉄心７に対向する面の面積が従来に比較して縮小するように成形することで、コイル１０の温度上昇を抑制する効果を十分に付与することができるのである。
【実施例３】
【００４９】
図４及び図５に基づいて本発明の第３の実施例を詳細に説明する。図４は本実施例に係る永久磁石形回転電機を示す断面図、図５は図４の回転軸径方向に沿った断面図である。
【００５０】
図４及び図５に示すように、本実施例は、上述した実施例１または実施例２において、固定子鉄心８の回転子鉄心７に対向する内周面８ｂに突起部１１を設けたものである。突起部１１は内周面８ｂに軸方向に沿って延設され、内周壁８ｂに対して周方向に滑らかに隆起した形状となっている。なお、突起部１１は、回転子鉄心７との間に微小空隙を有している。その他の構成は実施例１または実施例２と概ね同様であり、以下、重複する説明は省略する。
【００５１】
回転子鉄心７の冷却においては、回転子鉄心７と固定子鉄心８間の空隙（以下、ギャップという）及び回転子鉄心７とブラケット２，３間の空隙において空気等の冷媒を攪拌する必要があるが、特許文献１に記載されたような羽根等を設置した場合、これが回転の抵抗となり効率が低下する虞があった。また、ギャップの径方向の幅は微小であるため、ギャップ内を冷媒が循環しにくい場合があった。
【００５２】
これに対し、本実施例に係る永久磁石形回転電機によれば、固定子鉄心８の内周面８ｂに突起部１１を設けることにより、回転子鉄心７等の回転部が一回転するごとにギャップ内の冷媒を入れ替えることができるため、回転部の回転に伴ってギャップ内の冷媒を攪拌すると共に、冷媒をギャップ内からブラケット２側又はブラケット３側へ円滑に流動させることが可能となる。そして、ギャップの内外で円滑に冷媒を循環させることができることにより、上述した実施例１，２の効果に加え、回転子鉄心７の冷却をより促進し、磁石９の温度上昇を更に抑制することが可能となる。
【００５３】
なお、突起部１１は非磁性材料である高分子材料や無機材料で製作し、接着剤等で固定子鉄心８の所望の位置に固定する等とすればよい。また、突起部１１は固定子鉄心８に対して滑らかに隆起しているため、回転に対する冷媒の抵抗は少なく、効率に対する影響は軽微である。
【００５４】
更に、本実施例では固定子鉄心８が一つの突起部１１を軸方向に沿って設ける例を示したが、固定子鉄心８の内周面８ｂに螺旋状に突起部１１を設ける、また、突起部１１を複数箇所に設ける等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、永久磁石形回転電機において、輻射熱を固定子やブラケット側に吸収させる表面加工を施すものであり、ＰＭモータやダイナモなど、回転子に磁石が用いられている永久磁石形回転電機の回転子の冷却に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施例１に係る永久磁石形回転電機を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る永久磁石形回転電機のコイル端部近傍を部分的に示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例２に係る永久磁石形回転電機のコイル端部近傍を部分的に示す正面図である。
【図４】本発明の実施例３に係る永久磁石形回転電機を示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施例３に係る永久磁石形回転電機の径方向の断面図である。
【図６】従来の永久磁石形回転電機を示す概略断面図である。
【図７】従来の永久磁石形回転電機のコイル端部近傍を部分的に示す斜視図である。
【図８】従来の永久磁石形回転電機のコイル端部近傍を部分的に示す正面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  フレーム
１ａ  フレーム内周面
２，３  ブラケット
２ａ，３ａ  内壁
４，５  軸受け
６  回転軸
７  回転子鉄心
７ａ  孔
８  固定子鉄心
８ａ  孔
８ｂ  内周面
９  磁石
１０  コイル
１０ａ，１０ｂ  コイル端部
１１  突起部
【図１】
2008167574.tif 000003
【図２】
2008167574.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008167574.tif 000006
【図５】
2008167574.tif 000007
【図６】
2008167574.tif 000008
【図７】
2008167574.tif 000009
【図８】
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