(57)【要約】【課題】磁石の配向を径方向に対し傾斜させて高トルク化を図りつつも、容易に製造することができる回転電機のロータ及びこのロータ備えた回転電機を提供する。【解決手段】周方向に交互に異なる磁極配置とされた磁石は、各磁極においてその外周側に設定された磁極中心線上の一点を通る放射状の磁束が生じるように着磁され、回転軸の軸線から磁極中心線上の一点までの距離Ｒと、回転軸の軸線から磁石の表面（外周面）までの距離ｒとの比の値（Ｒ／ｒ）が１．１以上に設定される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に交互に異なる磁極配置とされた磁石が回転軸に一体回転可能に設けられてなる回転電機のロータであって、
前記磁石は、各磁極においてその外周側に設定された磁極中心線上の一点を通る放射状の磁束が生じるように着磁され、
前記回転軸の軸線から前記磁極中心線上の一点までの距離Ｒと、前記回転軸の軸線から前記磁石の表面までの距離ｒとの比の値（Ｒ／ｒ）が、１．１以上に設定されたことを特徴とする回転電機のロータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機のロータにおいて、
前記距離Ｒ，ｒの比の値（Ｒ／ｒ）が、１．１以上、１．６以下に設定されたことを特徴とする回転電機のロータ。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機のロータにおいて、
前記距離Ｒ，ｒの比の値（Ｒ／ｒ）が、１．１以上、１．２以下に設定されたことを特徴とする回転電機のロータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータと、
前記ロータの周囲に設けられ、該ロータの回転のための磁界を発生させる巻線が巻回されてなるステータと
を備えた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、回転電機のロータ及び回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機のインナロータでは、回転軸の軸線と直交する断面において磁場配向が径方向外側に向かって狭まるように放射状をなす磁石を備えたものがある（例えば特許文献１参照）。このようなロータでは、ステータと対向する磁石表面の磁束密度増加により強磁場が発生し、その結果、回転電機のトルク出力が向上するようになっている。
【特許文献１】特開２００５−２５３１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のようなロータにおいて、磁石における放射状の配向方向を結んだ一点（収束点）が磁石表面から近い、即ち、配向の径方向に対する傾斜が大きいと、大きなトルク向上効果が得られるが、磁石の配向傾斜を大きくしようとする程、その着磁が難しくなるという問題があり、この点においてなお改善の余地があった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、磁石の配向を径方向に対し傾斜させて高トルク化を図りつつも、容易に製造することができる回転電機のロータ及びこのロータを備えた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】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、周方向に交互に異なる磁極配置とされた磁石が回転軸に一体回転可能に設けられてなる回転電機のロータであって、前記磁石は、各磁極においてその外周側に設定された磁極中心線上の一点を通る放射状の磁束が生じるように着磁され、前記回転軸の軸線から前記磁極中心線上の一点までの距離Ｒと、前記回転軸の軸線から前記磁石の表面までの距離ｒとの比の値（Ｒ／ｒ）が、１．１以上に設定されたことをその要旨とする。
【０００６】
この発明では、周方向に交互に異なる磁極配置とされた磁石は、各磁極においてその外周側に設定された磁極中心線上の一点を通る放射状の磁束が生じるように着磁され、回転軸の軸線から磁極中心線上の一点までの距離Ｒと、回転軸の軸線から磁石の表面までの距離ｒとの比の値（Ｒ／ｒ）が１．１以上に設定される。ここで、距離Ｒ，ｒの比の値（ラジアル配向中心位置）とトルクとの関係を示す関係図から（図４参照）、そのＲ／ｒの値が１．１以上の範囲では、回転軸の軸線から磁極中心線上の一点と磁石の表面とが接近しない、即ち、磁石の配向傾斜が大きくならないようにしつつも、配向が径方向に沿う場合（図４中、トルク比が「１」）より大きなトルクを得られる。これにより、磁石の配向を径方向に対し傾斜させて回転電機のトルク出力を向上させつつも容易に製造することが可能となる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転電機のロータにおいて、前記距離Ｒ，ｒの比の値（Ｒ／ｒ）が、１．１以上、１．６以下に設定されたことをその要旨とする。
この発明では、距離Ｒ，ｒの比の値（Ｒ／ｒ）が１．１以上、１．６以下に設定される。このため、容易に製造しつつも、Ｒ／ｒの値が１の場合、即ち、磁石の配向が最大で製造が最も困難となるとき以上の大きなトルク出力を得ることができる（図４参照）。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の回転電機のロータにおいて、前記距離Ｒ，ｒの比の値（Ｒ／ｒ）が、１．１以上、１．２以下に設定されたことをその要旨とする。
この発明では、距離Ｒ，ｒの比の値（Ｒ／ｒ）を１．１以上、１．２以下に設定することで、１．１以上、１．６以下の範囲の中でもより一層の高トルク化に貢献できる。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータと、前記ロータの周囲に設けられ、該ロータの回転のための磁界を発生させる巻線が巻回されてなるステータとを備えた回転電機であることをその要旨とする。
【００１０】
この発明では、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータがステータの内側に設けられて回転電機が構成される。このため、磁石の配向を径方向に対し傾斜させて高トルク化を図りつつも、容易に製造することができる回転電機を提供することができる。
【発明の効果】
【００１１】
従って、上記記載の発明によれば、磁石の配向を径方向に対し傾斜させて高トルク化を図りつつも、容易に製造することができる回転電機のロータ及びこのロータを備えた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】
【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、回転電機としてのブラシレスモータ（以下、モータという）１は、ステータ２とロータ３とを備える。ステータ２は、略円筒状に形成され、径方向内側に延びる１２個のティース４と、それらティース４にそれぞれ巻回された巻線５とを備える。ステータ２は、その巻線５に図示しない電源装置からの電源が供給されるとロータ３を回転させるための回転磁界を発生するように構成される。
【００１３】
ステータ２の内側に回転可能に支持されたロータ３は、回転軸６と、回転軸６に固着された略円筒状のロータコア７と、ロータコア７の外周面に固定された１０個の磁石８ａ，８ｂとを備えている。各磁石８ａ，８ｂは、円弧状をなし同一形状に形成されるとともに、磁束方向（磁石中の矢印）が外側を向いて外周面がＮ極となっている磁石８ａと、磁束方向が内周側を向いて外周面がＳ極となっている磁石８ｂとが周方向に交互に配置されている（図２参照）。尚、各磁石８ａ，８ｂは周方向において互いに当接している。
【００１４】
図２に示すように、磁石８ａ，８ｂは、回転軸６の軸線Ｌと直交する断面において、径方向外側ほどその磁極中心線ＣＬ（ロータ径方向に沿うとともに各磁石８ａ，８ｂの周方向中心を通る線）に近づくように傾斜する磁束が生じる構成とされている。換言すると、磁石８ａ，８ｂは、その外側に配置された磁極中心線ＣＬ上の一点Ｐを通る放射状の磁束が生じる構成とされている。尚、磁石８ａ，８ｂの周方向中心部においては径方向（磁極中心線ＣＬ）に沿う磁束が生じている。
【００１５】
このような磁石８ａ，８ｂの製造態様について図３に従って説明する。
図３に示すように、磁石８ａは、その製造に際し所謂着磁器の一対の鉄芯１１，１２に挟まれる。この一対の鉄芯１１，１２にはそれぞれコイル（図示略）が巻回されており、一方の鉄芯１１は磁石８ａの内周面全面に当接し、他方の鉄芯１２は磁石８ａの外側でその周方向を２等分する直線（磁極中心線ＣＬに一致）に沿って延出成形されている。そして、各鉄芯１１，１２に巻回されたコイルへの通電によりそれら鉄芯１１，１２に磁石８ａの外側に配置された前記直線（ＣＬ）上の一点（点Ｐに一致）を通る放射状の磁束を生じさせ、磁石８ａは、前述したような外側に配置された点Ｐを中心とする放射状の配向に着磁される。尚、磁石８ｂの着磁は、各鉄芯１１，１２に生じさせる磁束の極性を反転させることを除き、概ね同様に行われるためその説明を割愛する。このような点Ｐを外側に配置する着磁では、その点Ｐを磁石８ａ，８ｂの外周面から遠い位置に設定すればする程、磁石８ａ，８ｂの配向傾斜が緩やかとなり容易に着磁可能となっている。
【００１６】
上記のようなロータ３において、回転軸６の軸線Ｌから磁極中心線ＣＬ上の一点Ｐまでの距離を距離Ｒ、軸線Ｌから磁石８ａ，８ｂの外側の表面（外周面）までの距離を距離ｒとすると、磁石８ａ，８ｂのラジアル配向中心位置（点Ｐ）を表すこれら距離Ｒ，ｒの比の値（Ｒ／ｒ）は、「１．１２５」に設定されている。
【００１７】
ここで、本発明者は、図４に示すように、距離Ｒ，ｒの比の値（Ｒ／ｒ）に対するトルク特性を調べた。尚、同一形状（軸線Ｌから磁石８ａ，８ｂの外周面までの距離ｒが一定）という条件において、磁石８ａ，８ｂを径方向に配向した場合のトルクを「１」としている。
【００１８】
この図４から明らかなように、距離Ｒ，ｒの比の値（Ｒ／ｒ）が１以上であれば、トルク比が約１．３以上で保持されており、高トルク化が見込めることが確認される。この範囲中において、Ｒ／ｒの値が小さくならない、即ち、磁石８ａ，８ｂの配向傾斜が大きくならない範囲を含まない「１．１」以上の範囲では磁石８ａ，８ｂの着磁容易化に非常に有利となる。また、このようなＲ／ｒの値が「１．１」以上の範囲の中で「１．６」以下の範囲では、配向傾斜が最大で着磁が最も困難となるＲ／ｒの値が「１」のとき以上のトルクを得ることができる。そして、本実施形態のＲ／ｒの値は、この１．１〜１．６の範囲の中でも、特に顕著なトルク向上効果が見込める１．１〜１．２の範囲でトルク比がほぼ最大となる「１．１２５」に設定されている。
【００１９】
また、図５には、距離Ｒ，ｒの比の値（Ｒ／ｒ）を「１．１２５」とした場合のロータ３の表面磁束密度（図５中、実線で示す）と、磁石８ａ，８ｂを径方向に配向した場合のロータの表面磁束密度（図５中、２点鎖線で示す）とを比較して示す。この図５に示すように、距離Ｒ，ｒの比の値（Ｒ／ｒ）を「１．１２５」とした場合のロータ３の表面磁束密度は、磁石８ａ，８ｂを径方向に配向した場合のロータの表面磁束密度と比較して高くなっている。即ち、本実施形態のモータ１の高トルク化が図られている。
【００２０】
こうして構成される本実施形態のモータ１では、点Ｐが外側に配置されるよう磁石８ａ，８ｂの配向を径方向に対し傾斜させることで高トルク化を図りつつも着磁の容易化が図られ、このような磁石８ａ，８ｂを用いることで、ロータ３、ひいてはモータ１全体を容易に製造することが可能となっている。
【００２１】
次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、周方向に交互に異なる磁極配置とされた磁石８ａ，８ｂは、各磁極においてその外周側に設定された磁極中心線ＣＬ上の一点Ｐを通る放射状の磁束が生じるように着磁され、回転軸６の軸線Ｌから磁極中心線ＣＬ上の一点Ｐまでの距離Ｒと、回転軸６の軸線Ｌから磁石８ａ，８ｂの表面（外周面）までの距離ｒとの比の値（Ｒ／ｒ）が１．１以上に設定される。図４に示す距離Ｒ，ｒの比の値（ラジアル配向中心位置）とトルクとの関係を示す関係図から、そのＲ／ｒの値が１．１以上の範囲では、回転軸６の軸線Ｌから磁極中心線ＣＬ上の一点Ｐと磁石８ａ，８ｂの表面とが接近しない、即ち、磁石８ａ，８ｂの配向傾斜が大きくならないようにしつつも、配向が径方向に沿う場合（図４中、トルク比が「１」）より大きなトルクを得られる。これにより、磁石８ａ，８ｂの配向を径方向に対し傾斜させてモータ１のトルク出力を向上させつつも容易に製造することが可能となる。
【００２２】
また、同図４に示すように、Ｒ／ｒの値が１．１以上、１．６以下の範囲では、その値が「１」の場合、即ち、磁石８ａ，８ｂの配向が最大で製造が最も困難となるとき以上の大きなトルク出力を得ることができる。そして、Ｒ／ｒの値が１．１以上、１．２以下の範囲では、１．１〜１．６の範囲の中でもより一層の高トルク化に貢献でき、更にその中でも「１．１２５」に設定する本実施形態では、ほぼ最大のトルク向上効果を得ることができる。
【００２３】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、距離Ｒ，ｒの比の値（Ｒ／ｒ）が「１．１２５」に設定されたが、その値以外に１．１以上の範囲内で変更してもよい。尚、Ｒ／ｒの値を大きくする程、磁石８ａ，８ｂの着磁が容易となる。
【００２４】
・上記実施形態では、磁極毎に分割された全部で１０個の磁石８ａ，８ｂを用いたが、磁極が１０極形成された１個の環状磁石を用いてもよい。
・上記実施形態では、ステータ２の極数を１２（スロット）とし、ロータ３の極数を１０としたが、それぞれ適宜変更してもよい。
【００２５】
・上記実施形態では、ブラシレスモータ１に具体化したが、例えばブラシ付モータ等の他のモータに具体化してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
【００２６】
（イ）距離Ｒ，ｒの比の値（Ｒ／ｒ）が、１．１以上、２．０以下に設定される。
この構成によれば、製造の容易化を図りつつも、回転電機のトルク出力を効率的に向上させることが可能となる（図４参照）。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態におけるブラシレスモータを示す模式図。
【図２】ロータの部分拡大図。
【図３】磁石の製造態様を示す模式図。
【図４】ラジアル配向中心位置とトルクとの関係を示す関係図。
【図５】ロータの表面磁束密度分布図。
【符号の説明】
【００２８】
Ｌ…軸線、ＣＬ…磁極中心線、Ｐ…磁極中心線ＣＬ上の一点、１…回転電機としてのブラシレスモータ、２…ステータ、３…ロータ、５…巻線、６…回転軸、８ａ，８ｂ…磁石。
【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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