JP2006320109A - 回転電機、及び回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子の大型化を抑制しつつ磁石の組付け性に優れた回転電機、及び該回転電機の製造方法を提供する。
【解決手段】回転電機１は、巻線６を有する固定子２と、固定子２に対して回転可能に支持されたロータコア８に、径方向に着磁された主磁石９及び径方向以外に着磁された補助磁石１０が周方向に交互に配置されてなる回転子３とを備えている。ロータコア８は、その外周に、径方向に高低差を有する複数の段差面１３，１４、及び周方向に隣接する段差面１３，１４を径方向に接続する複数の接続面１５を備えている。主磁石９及び補助磁石１０は、それぞれ段差面１３，１４上に配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は回転電機に関するものである。

従来、特許文献１にて開示されているように、永久磁石をハルバッハ配列とした回転電機が提案されている。特許文献１にて開示されている回転電機は、径方向に着磁された複数の主磁石と、径方向以外の方向に着磁された複数の補助磁石とを備えている。主磁石は周方向に間隔を空けて配置され、補助磁石は主磁石間に配置されている。これらの主磁石及び補助磁石は全体で略円筒状をなしている。このように、永久磁石（主磁石及び補助磁石）をハルバッハ配列とすると、特定の方向の磁力を強めることができる。従って、ハルバッハ配列された永久磁石を有する回転電機は、例えば同量の永久磁石で形成された通常配列の永久磁石を備えた回転電機と比べて、マグネットトルクを多く利用することができることから、回転電機を大きくすることなく高出力化を図ることができる。

ところで、特許文献１の回転電機では、主磁石と補助磁石とは異なる方向に着磁されている。また、各主磁石間に複数の補助磁石が配置される場合には、補助磁石同士で異なる方向に着磁されることもある。そのため、円筒状の磁性体を着磁して、主磁石及び補助磁石が一体に構成された永久磁石を形成することは困難である。従って、磁性体よりなる部品に個々に着磁して複数の主磁石及び補助磁石を形成し、これら複数の主磁石及び補助磁石を組み付けて円筒状に構成することになる。しかしながら、複数の主磁石及び補助磁石を組み付けて円筒状とすると、磁石の数が多いことから、その位置決めに手間がかかってしまう。また、複数の主磁石及び補助磁石を組み付けるために治具を使用する必要があり、主磁石及び補助磁石の組付け性が悪いという問題があった。

そこで、特許文献１にて開示されている回転電機では、主磁石及び補助磁石が固定されるロータコアの外周面に拘束部として複数の溝や孔を設け、当該溝や孔に主磁石及び補助磁石を収容することにより、主磁石及び補助磁石の組付け性を向上させている。
特開２００２−３５４７２１号公報 （第１４乃至１９図）

しかしながら、特許文献１にて開示されている回転電機では、隣接する磁石間に磁石拘束部材が介在されることになる。そのため、補助磁石及び主磁石の大きさが変更されない場合には、磁石拘束部材が設けられた分だけ、回転子の外径が大きくなってしまい、該回転子を備えた回転電機が大型化されてしまうという問題があった。近年、様々な電化製品において薄型化、小型化が望まれている。また、自動車に搭載される部品は増加の一途を辿っており、自動車に搭載される回転電機についても小型化が望まれている。そのため、電化製品や自動車に搭載される回転電機が大型化されることは望ましいことではない。

ここで、磁石拘束部材を設けた分だけ、補助磁石及び主磁石の周方向の幅を小さくすることも考えられるが、主磁石及び補助磁石の体積の減少に従って磁束量が少なくなるため、回転電機の性能低下を招くことになる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、回転子の大型化を抑制しつつ磁石の組付け性に優れた回転電機、及び該回転電機の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、巻線を有する固定子と、前記固定子に対して回転可能に支持されたロータコア、径方向に着磁され前記ロータコアの外周に配置された複数の主磁石、及び径方向以外に着磁され前記ロータコアの外周で前記主磁石間に配置された複数の補助磁石を有する回転子とを備えた回転電機であって、前記ロータコアは、その外周に、径方向に高低差を有する複数の段差面、及び周方向に隣接する前記段差面を径方向に接続する複数の接続面を備えており、前記主磁石及び前記補助磁石は、それぞれ前記段差面上に配置されている。

請求項２に記載の発明は、前記主磁石及び前記補助磁石は、前記各段差面上に配置された前記主磁石及び前記補助磁石における前記ロータコア側の側面の周方向幅の合計が、該主磁石及び該補助磁石が配置された前記段差面の周方向幅と等しくなるように形成されると共に、隣接する前記磁石の境目が径方向と一致するように形成されている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の回転電機において、最も低く形成された前記段差面以外の前記段差面上に配置された前記主磁石及び前記補助磁石は、その前記固定子側の側面の径方向位置が、最も低く形成された前記段差面上に配置された前記主磁石及び前記補助磁石の少なくとも一方における前記固定子側の側面の径方向位置と一致するように、最も低く形成された前記段差面上に配置された前記主磁石及び前記補助磁石の少なくとも一方よりも径方向の幅が短く形成されている。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の回転電機において、前記主磁石は、最も低く形成された前記段差面上にそれぞれ配置されている。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の回転電機において、前記ロータコアは、前記段差面及び前記接続面が形成された軟磁性金属製の磁石固定リングを備えている。

請求項６に記載の発明は、巻線を有する固定子と、前記固定子に対して回転可能に支持されたロータコア、径方向に着磁され前記ロータコアの外周に配置された複数の主磁石、及び径方向以外に着磁され前記ロータコアの外周で前記主磁石間に配置された複数の補助磁石を有する回転子とを備えた回転電機を製造する回転電機の製造方法であって、前記ロータコアの外周には、径方向に高低差を有する複数の段差面、及び周方向に隣接する前記段差面を径方向に接続する複数の接続面が備えられ、最も低く形成された前記段差面に前記主磁石及び前記補助磁石の少なくとも一方が配置され、その後、先に前記主磁石及び前記補助磁石のいずれか一方が配置された前記段差面に周方向に隣接する前記段差面に前記主磁石及び前記補助磁石の何れか一方が配置される。

（作用）
請求項１に記載の発明によれば、主磁石及び補助磁石は、それぞれ段差面上に配置されている。そのため、径方向に高低差を有する段差面のうち、最も高い位置にある段差面よりも低く形成された段差面上に配置された磁石（主磁石及び補助磁石の何れでもよい）は、接続面に当接することにより、周方向の位置決めがなされる。そして、径方向に高低差を有する段差面のうち、最も高い位置にある段差面上に配置された磁石は、該磁石が配置された段差面に隣接する段差面上に配置された磁石に当接することにより、周方向の位置決めがなされる。従って、主磁石及び補助磁石は容易に組付けられる上、主磁石及び補助磁石を組付けるために治具を使用しなくてもよい。また、本発明の回転子においては、従来のように隣接する磁石間に磁石拘束部材が介在されることがないため、従来の回転子と比べて回転子の大型化が抑制される。従って、回転子の大型化を抑制しつつ磁石の組付け性に優れた回転電機を提供することができる。

尚、本発明において、径方向の高低差とは、ロータコアの中心からの距離（ロータコアの径方向に沿った距離）の差に対応している。そして、段差面は、径方向に沿って固定子に近い位置にあるほど、径方向に高い位置にあるものとする。従って、インナロータ型の回転電機においては、段差面は、ロータコアの中心から遠い位置にあるほど、径方向に高い位置にあることになる。逆に、アウタロータ型の回転電機においては、段差面は、ロータコアの中心に近い位置にあるほど、径方向に高い位置にあることになる。

請求項２に記載の発明によれば、主磁石及び補助磁石は、周方向に隙間無く配置されることになる。従って、主磁石及び補助磁石の周方向の位置が一箇所に定まり易くなり、主磁石及び補助磁石の組付け性がより向上する。また、主磁石及び補助磁石の周方向のがたつきが抑制される。

請求項３に記載の発明によれば、主磁石及び補助磁石における固定子側の側面が面一となる。従って、固定子と回転子との径方向の距離が一定に保たれ、エアギャップ（固定子と回転子との間の空間）の径方向の幅が周方向位置によらず一定になる。

請求項４に記載の発明によれば、主磁石が最も低く形成された段差面上に配置されていることから、補助磁石は、最も低く形成された段差面よりも高い位置にある段差面上に配置されることになる。従って、主磁石の径方向幅に比べて補助磁石の径方向幅が短く形成される。その結果、最も低く形成された段差面上に補助磁石が配置され主磁石の径方向幅に比べて補助磁石の径方向幅が長く形成された場合よりも、磁束が流れ易くなり、回転電機の性能低下が抑制される。

請求項５に記載の発明によれば、磁石固定リングがバックヨークとして機能するため、固定子側の磁束密度が高くなる。よって、回転電機の性能低下がより抑制される。
請求項６に記載の発明によれば、径方向に高低差を有する段差面のうち、最も低く形成された段差面上に、最初に磁石（主磁石及び補助磁石の何れでもよい）が配置される。この時、配置された磁石は、接続面に当接することにより周方向の位置決めがなされる。以後、先に磁石が配置された段差面に周方向に隣接する段差面上に主磁石及び補助磁石の何れか一方が配置されていく。この時、後に配置される磁石は、先に配置された磁石に当接することにより周方向の位置決めがなされる。従って、主磁石及び補助磁石は容易に組付けられる上、主磁石及び補助磁石を組付けるために治具を使用しなくてもよい。また、従来のように、隣接する磁石間に磁石拘束部材が介在されることがないため、従来の回転子と比べて回転子の大型化が抑制される。従って、回転子の大型化を抑制しつつ、容易に主磁石及び補助磁石を組付けることができる。

本発明によれば、回転子の大型化を抑制しつつ磁石の組付け性に優れた回転電機、及び該回転電機の製造方法を提供することができる。

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。
まず、本実施形態の回転電機の構成を説明する。図１に示すように、本実施形態の回転電機１は、固定子２と回転子３とを備えている。

固定子２は、略円筒状に形成されたステータコア４と、ステータコア４の内側に放射状に形成された複数（本実施形態では１２個）のティース５と、これらティース５に巻回された巻線６とを備えている。この巻線６は、図示しない電源装置に接続されている。そして、巻線６は、電源装置から電源が供給されると、回転子３を回転させるための回転磁界を発生させるように構成されている。

回転子３は、固定子２の内側に回転可能に支持されている。回転子３は、回転軸７と、該回転軸７を中心に固定子２に対して回転可能に設けられたロータコア８と、複数（本実施形態では８個）の主磁石９と、複数（本実施形態では８個）の補助磁石１０とを備えて構成されている。

ロータコア８は、円筒状をなすロータコア本体１１と、該ロータコア本体１１に外嵌された磁石固定リング１２とから構成されている。磁石固定リング１２は、軟磁性金属により形成されており、略円筒状をなしている。図２に示すように、磁石固定リング１２は、該磁石固定リング１２の外周に設けられた複数（本実施形態では８個）の段差面１３と、該段差面１３よりも径方向（半径方向）外側となる位置に設けられた複数（本実施形態では８個）の段差面１４とを備えている。段差面１３は、周方向に等角度間隔に設けられ、各段差面１３間に段差面１４が設けられている。段差面１３と段差面１４とは、段差面１３よりも径方向外側に段差面１４が形成されることにより、径方向に高低差を有している。段差面１３と段差面１４との高低差は、前記主磁石９及び前記補助磁石１０の径方向の幅よりも小さい。これらの段差面１３，１４は、磁石固定リング１２の内径中心Ｏ（ロータコアの中心に同じ）を曲率中心とする円弧状をなしている。また、周方向に隣接する段差面１３，１４は、径方向に沿って形成された接続面１５によって径方向に接続されている。接続面１５は、軸方向から見ると、回転子３の径方向と一致している。

図１に示すように、前記主磁石９及び補助磁石１０は、ロータコア８の外周に配置されている。詳しくは、主磁石９及び補助磁石１０は、磁石固定リング１２の外周に接着剤等により固定されている。主磁石９は段差面１３上にそれぞれ固定され、補助磁石１０は段差面１３よりも径方向外側に設けられた段差面１４上にそれぞれ固定されている。これにより、主磁石９及び補助磁石１０は周方向に交互に配置され、各主磁石９間に補助磁石１０が一つずつ配置された状態となっている。そして、隣接する主磁石９と補助磁石１０との境目は、回転子３の径方向と一致している。

段差面１４上に配置された補助磁石１０は、該補助磁石１０における固定子２側（径方向外側）の側面１０ａの径方向位置が、段差面１４よりも径方向に低く形成された段差面１３上に配置された主磁石９における固定子２側の側面９ａの径方向位置と一致するように、その径方向の幅が主磁石９の径方向の幅よりも短く形成されている。本実施形態では、主磁石９の径方向の幅と補助磁石１０の径方向の幅との比が６：５となっている。そのため、主磁石９及び補助磁石１０における固定子２側の側面９ａ，１０ａは、面一になっている。また、主磁石９及び補助磁石１０は、主磁石９における固定子２側の側面９ａの周方向幅と、補助磁石１０における固定子２側の側面１０ａの周方向幅とが等しく形成されている。更に、主磁石９及び補助磁石１０は、ロータコア８側（径方向内側であって固定子２と逆側）の側面９ｂ，１０ｂの周方向幅が、各主磁石９及び各補助磁石１０が配置された各段差面１３，１４の周方向幅と等しく形成されている。そして、主磁石９及び補助磁石１０におけるロータコア８側の側面９ｂ，１０ｂは、各主磁石９及び各補助磁石１０が配置された段差面１３，１４の曲率と等しい曲率の円弧状をなしている。

これらの主磁石９は、各接続面１５の周方向両側に設けられた接続面１５に当接（直接当接する場合のほか、固定用の接着剤を介して当接する場合も含む）することにより、周方向の位置決めがなされている。そして、補助磁石１０は、周方向に隣接する主磁石９に当接することにより、周方向の位置決めがなされている。磁石固定リング１２に固定された状態の主磁石９及び補助磁石１０は、磁石固定リング１２と共に全体で円筒状をなしている。

また、主磁石９は径方向に沿って着磁されており、補助磁石１０は、回転軸７と直交する平面上において、径方向に延びる補助磁石１０の中心線Ｌｓに対して直角をなす方向に沿って着磁されている。尚、図１においては、主磁石９及び補助磁石１０の着磁方向を矢印にて示している。主磁石９は周方向にわたって均一に着磁されており、補助磁石１０は、径方向に均一に着磁されている。そして、１つの磁極は、１つの主磁石９と、該主磁石９の両側に配置された補助磁石１０の周方向の半分とで構成されている。即ち、本実施形態の回転子３は、８極表面磁石形の回転子である。

次に、上記のように構成された回転電機１の製造方法を説明する。本実施形態の回転電機１においては、主磁石９及び補助磁石１０の組付け方法に特徴があるため、主磁石９及び補助磁石１０の組付け方法について説明する。

まず、着磁された状態の主磁石９が、磁石固定リング１２の段差面１３上に接着固定される。この時、主磁石９は、段差面１３の周方向両側に設けられた２つの接続面１５に当接することにより、周方向の位置決めがなされる。

次いで、段差面１３に周方向に隣接すると共に段差面１３よりも径方向に高い位置に設けられた段差面１４上に、着磁された状態の補助磁石１０が接着固定される。補助磁石１０が接着固定されると、主磁石９及び補助磁石１０の組付けが完了する。この時、補助磁石１０は、先に段差面１３に接着固定された主磁石９に当接することにより、周方向の位置決めがなされる。そして、主磁石９及び補助磁石１０が固定された状態の磁石固定リング１２がロータコア本体１１に固定される。

ここで、本実施形態の回転電機１について、トルク−回転数特性及びトルク−電流特性を測定した結果を図４に示す。また、本実施形態の回転電機１について、トルク−効率特性を測定した結果を図５に示す。更に、比較例として、図３に示す回転電機２１について、トルク−回転数特性及びトルク−電流特性を測定した結果を図６に、トルク−効率特性を測定した結果を図７に示す。尚、回転電機２１に備えられた回転子２２の主磁石２３及び補助磁石２４は、回転電機１に備えられた主磁石９と径方向の幅が等しく形成されている。

図４及び図６を見てわかるように、回転電機１と回転電機２１とでは、トルク−回転数特性及びトルク−電流特性はほぼ等しい測定結果が得られている。また、図５及び図７を見てわかるように、回転電機１と回転電機２１とでは、トルク−効率特性はほぼ等しい測定結果が得られている。これらのことから、本実施形態の回転電機１は、主磁石２３及び補助磁石２４の径方向の幅が等しく形成された比較例の回転電機２１とほぼ等しい特性を得られることがわかる。

上記したように、本実施形態によれば、以下の作用・効果を有する。
（１）主磁石９は段差面１３上に配置され、補助磁石１０は段差面１４上に配置されている。そのため、径方向に高低差を有する段差面１３，１４のうち、低く形成された段差面１３に主磁石９が配置されると、配置された主磁石９は、接続面１５に当接することにより周方向の位置決めがなされる。そして、補助磁石１０は、先に主磁石９が配置された段差面１３に周方向に隣接する段差面１４上配置されることにより、先に配置された主磁石９に当接して周方向の位置決めがなされる。従って、主磁石９及び補助磁石１０は容易に組付けられる上、主磁石９及び補助磁石１０を組付けるために治具を使用しなくてもよい。また、本実施形態の回転子３においては、従来のように隣接する磁石間に磁石拘束部材が介在されることがないため、従来の回転電機に備えられた回転子に比べて大型化が抑制される。従って、回転子３の大型化を抑制しつつ磁石の組付け性に優れた回転電機１を提供することができる。

（２）主磁石９及び補助磁石１０は、各段差面１３，１４上に配置された主磁石９及び補助磁石１０におけるロータコア８側の側面９ｂ，１０ｂの周方向幅と、該主磁石９及び該補助磁石１０が配置された段差面１３，１４の周方向幅が等しく形成されると共に、隣接する磁石９，１０の境目が径方向と一致するように形成されている。そのため、最も低く形成された段差面１３上に配置された主磁石９は、その周方向両側の端面が、段差面１３の周方向両側に設けられた接続面１５にそれぞれ当接する。従って、主磁石９は、２つの接続面１５によって周方向にがたつくことが抑制される。そして、主磁石９は、２つの接続面１５によってロータコア８の周方向の一箇所に位置決めされるため、主磁石９に当接することにより周方向の位置決めがなされる補助磁石１０をより配置し易い。その結果、主磁石９及び補助磁石１０の組付け性がより向上する。また、主磁石９及び補助磁石１０は、周方向に隙間無く配置されることになるため、主磁石９及び補助磁石１０の周方向のがたつきが抑制され、回転電機１における振動や騒音の発生を抑制することができる。

（３）段差面１４上に配置された補助磁石１０は、該補助磁石１０における固定子２側（径方向外側）の側面１０ａの径方向位置が、段差面１４よりも径方向に低く形成された段差面１３上に配置された主磁石９における固定子２側の側面９ａの径方向位置と一致するように、その径方向の幅が主磁石９の径方向の幅よりも短く形成されている。そのため、主磁石９及び補助磁石１０における固定子２側の側面９ａ，１０ａは、面一になっている。従って、固定子２と回転子３との径方向の距離が一定に保たれ、エアギャップ（固定子２と回転子３との間の空間）の径方向の幅が周方向位置によらず一定になる。その結果、回転電機１におけるトルクムラの発生を抑えて、回転電機１における振動・騒音の発生を抑制することができる。

（４）主磁石９が径方向に低い方の段差面１３に配置されていることから、補助磁石１０は、段差面１３よりも径方向に高い段差面１４に配置される。従って、主磁石９の径方向幅に比べて補助磁石１０の径方向幅が短く形成されている。その結果、段差面１４に補助磁石１０が配置され主磁石９の径方向幅に比べて補助磁石１０の径方向幅が長く形成された場合よりも、磁束が流れやすくなり、回転電機１の性能低下が抑制される。また、主磁石９及び補助磁石１０は、軟磁性金属製の磁石固定リング１２に固定されている。従って、磁石固定リング１２がバックヨークとして機能するため、固定子２側の磁束密度が高くなる。その結果、回転電機１の性能低下がより抑制される。よって、本実施形態の回転電機１は、主磁石２３及び補助磁石２４の径方向の幅が主磁石９の径方向の幅と等しく形成された比較例の回転電機２１とほぼ等しいモータ特性を得ることができる。

（５）主磁石９及び補助磁石１０の固定子２と逆側の側面９ｂ，１０ｂは、各主磁石９及び各補助磁石１０が配置された段差面１３，１４の曲率と等しい曲率の円弧状をなしている。従って、主磁石９及び補助磁石１０は、より容易に段差面１３，１４上に配置される。また、主磁石９及び補助磁石１０は、段差面１３，１４上に安定して固定されるため、主磁石９及び補助磁石１０の磁石固定リング１２からの脱落を抑制することができる。

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、主磁石９における固定子２側の側面９ａの周方向幅と、補助磁石１０における固定子２側の側面１０ａの周方向幅と等しく形成されているが、これに限らない。例えば、主磁石９における固定子２側の側面９ａの周方向幅が、補助磁石１０における固定子２側の側面１０ａの周方向幅よりも短く形成されていてもよい。

○上記実施形態では、段差面１３，１４は、磁石固定リング１２の内径中心Ｏを曲率中心とする円弧状をなしている。しかしながら、段差面１３，１４は平面状をなしていてもよい。この場合、主磁石９及び補助磁石１０における径方向内側の側面９ｂ，１０ｂも、段差面１３，１４に応じて平面状に形成されるとよい。

○上記実施形態では、段差面１３，１４のうち、径方向に低い位置にある段差面１３に固定される主磁石９は、着磁後に段差面１３に固定される。しかしながら、主磁石９は、段差面１３に固定されてから着磁されてもよい。

○ロータコア８は、磁石固定リング１２を備えない構成であってもよい。この場合、ロータコア８は、ロータコア本体１１のみから構成され、ロータコア本体１１の外周に段差面１３，１４及び接続面１５が設けられる。このように構成すると、部品点数が減少することから、製造コストの低減を図ることができる。

○上記実施形態では、主磁石９が径方向に低い段差面１３上に配置され、補助磁石１０が段差面１３より径方向に高い段差面１４上に配置されている。しかしながら、補助磁石１０が段差面１３上に配置され、主磁石９が段差面１４上に配置される構成であってもよい。

○上記実施形態では、主磁石９及び補助磁石１０は、主磁石９の径方向の幅と補助磁石１０の径方向の幅との比が６：５となるように形成されているが、これに限らない。主磁石９の径方向の幅と補助磁石１０の径方向の幅との比は、補助磁石１０における固定子２側の側面１０ａの径方向位置と、主磁石９における固定子２側の側面９ａの径方向位置とが一致するように、段差面１３，１４の径方向の高低差に応じて設定されればよい。

○上記実施形態では、磁石固定リング１２には、径方向の高さが異なる（径方向に高低差を有する）２種類の段差面１３，１４が設けられている。しかしながら、段差面は、３種類以上設けられてもよい。例えば、図８に示す磁石固定リング３１（図８には、円筒状の磁石固定リング３１の４分の１のみを図示している）の外周には、８個の段差面３２、該段差面３２よりも径方向に高い位置に設けられた１６個の段差面３３、及び該段差面３３よりも径方向に高い位置に設けられた８個の段差面３４が設けられている。段差面３２は周方向に等角度間隔に設けられ、段差面３３は段差面３２間に設けられている。また、段差面３４は、段差面３２と段差面３３との間にそれぞれ設けられている。そして、周方向に隣接する段差面３２，３３は、接続面３５によって径方向に接続されている。また、周方向に隣接する段差面３３，３４は、接続面３６によって径方向に接続されている。このように、磁石固定リング３１には、径方向の高さが異なる３種類の段差面３２〜３４が設けられている。そして、段差面３２上に主磁石４１が配置され、段差面３３，３４上に補助磁石としての斜め方向着磁磁石４２及び周方向着磁磁石４３が配置されている。斜め方向着磁磁石４２は、回転軸７と直交する平面上において径方向に延びる斜め方向着磁磁石４２の中心線Ｌ１に対して傾斜すると共に、中心線Ｌ１に対して直角をなす方向に対して傾斜した方向に沿って着磁されている。そして、周方向着磁磁石４３は、回転軸７と直交する平面上において径方向に延びる周方向着磁磁石４３の中心線Ｌ２に対して直角をなす方向に沿って着磁されている。主磁石４１、斜め方向着磁磁石４２、及び周方向着磁磁石４３は、そのロータコア側の側面４１ｂ，４２ｂ，４３ｂの周方向幅が、それぞれが配置された段差面３２〜３４の周方向幅と等しく形成されると共に、隣接する磁石４１〜４３の境目が径方向と一致するように形成されている。また、段差面３３及び段差面３４に配置された斜め方向着磁磁石４２及び周方向着磁磁石４３は、その固定子側の側面４２ａ，４３ａの径方向位置が、最も低く形成された段差面３２上に配置された主磁石４１における固定子側の側面４１ａの径方向位置と一致するように、主磁石４１よりも径方向の幅が短く形成されている。これにより、主磁石４１、斜め方向着磁磁石４２、及び周方向着磁磁石４３の固定子側（径方向外側）の側面４１ａ，４２ａ，４３ａは、面一となっている。

このような磁石固定リング３１に、主磁石４１、斜め方向着磁磁石４２，及び周方向着磁磁石４３を固定する際には、まず、径方向に最も低い段差面３２上に主磁石４１が配置される。この時、主磁石４１は、段差面３２の周方向両側に設けられた接続面３５に当接することにより、周方向の位置決めがなされる。次いで、主磁石４１が配置された段差面３２に周方向に隣接する段差面３３上に斜め方向着磁磁石４２が配置される。この時、斜め方向着磁磁石４２は、先に配置された主磁石４１と、段差面３２において主磁石４１と逆側の周方向端部に設けられた接続面３６とに当接することにより、周方向の位置決めがなされる。次いで、斜め方向着磁磁石４２が配置された段差面３３に周方向に隣接する段差面３４上に周方向着磁磁石４３が配置される。この時、周方向着磁磁石４３は、周方向両側に隣接する斜め方向着磁磁石４２に当接することにより、周方向の位置決めがなされる。こうして、主磁石４１と周方向着磁磁石４３との間に斜め方向着磁磁石４２が１つずつ配置される。

主磁石間に配置される補助磁石の数が４つ以上になる場合には、それに応じて段差面の種類を増やせばよい。因みに、種類を増やすとは、径方向の高さが異なる段差面を増やすことを意味する。この場合、まず、径方向に最も低い段差面上に主磁石が配置され、その後、先に主磁石が配置された段差面に周方向に隣接する段差面上に補助磁石が配置される。以後、先に補助磁石が配置された段差面に周方向に隣接する段差面上に順次補助磁石が配置されていく。

尚、主磁石及び補助磁石の組付けの順序は、この順序に限らない。主磁石及び補助磁石は、径方向に最も高い段差面上に、主磁石及び補助磁石の少なくとも一方が最後に配置されるような順序で、配置されてもよい。このようにすると、一つの段差面上に一つの主磁石若しくは補助磁石が配置される構成の場合には、最も高い段差面以外の段差面上に配置される磁石は、少なくとも一つの接続面に当接することになる。よって、最も高い段差面以外の段差面上に配置された磁石は、少なくとも一つの当接面に当接することにより、周方向の位置決めがなされる。

このように構成すると、どれだけ補助磁石の分割数が増えても、径方向の高低差が異なる段差面の種類を増やすだけでよいため、回転子（回転電機）の大型化を抑制しつつ、主磁石及び補助磁石の組付け性を向上させることができる。

○上記実施形態では、一つの段差面１４上には、一つの補助磁石１０が配置されているがこれに限らない。例えば、図９に示す磁石固定リング５１（図９には、円筒状の磁石固定リング５１の４分の１のみを図示している）の外周には、８個の段差面５２、段差面５２よりも径方向に高い位置に設けられた８個の段差面５３、及び周方向に隣接する段差面５２，５３を径方向に接続する１６個の接続面５４が設けられている。段差面５２は周方向に等角度間隔に設けられ、段差面５２間に段差面５３がそれぞれ設けられている。そして、段差面５２上に主磁石６１が配置され、段差面５３上に２つの補助磁石６２が配置されている。因みに、２つの補助磁石６２は、回転軸７と直交する平面上において径方向に延びる補助磁石６２の中心線Ｌ３に対して傾斜すると共に、中心線Ｌ３に対して直角をなす方向に対して傾斜した方向に沿って着磁された斜め方向着磁磁石である。主磁石６１は、主磁石６１におけるロータコア側の側面６１ｂの周方向幅が、該主磁石６１が配置された段差面５２の周方向幅と等しく形成されている。また、２つの補助磁石６２は、段差面５３上に配置された２つの補助磁石６２におけるロータコア側の側面６２ｂの周方向幅の合計が、段差面５３の周方向幅と等しくなるように形成されている。そして、隣接する磁石６１，６２の境目は、径方向と一致している。

この場合、磁石固定リング５１には、まず、段差面５３よりも径方向に低く形成された段差面５２上に主磁石６１が配置される。この時、主磁石６１は、段差面５２の周方向両側に設けられた２つの接続面５４に当接することにより周方向の位置決めがなされる。次いで、段差面５２に周方向に隣接する段差面５３上に、２つの補助磁石６２のうち何れか一方が配置される。この時、配置される補助磁石６２は、先に配置された主磁石６１に当接することにより、周方向の位置決めがなされる。次いで、２つの補助磁石６２のうち何れか他方が段差面５３上に配置される。この時、後から配置された補助磁石６２は、先に配置された補助磁石６２及び主磁石６１に当接することにより、周方向の位置決めがなされる。このように構成しても、この磁石固定リング５１を備えた回転電機の大型化を抑制しつつ、主磁石６１及び補助磁石６２の組付け性を向上させることができる。

尚、主磁石６１間に配置される補助磁石６２が３つ以上となり、一つの段差面５３上に３つ以上の補助磁石６２が配置される場合には、まず、主磁石６１を段差面５２上に配置する。次いで、段差面５３上において、周方向に主磁石６１に隣接する位置に補助磁石６２を配置する。その後、段差面５３上において、先に配置された主磁石６１若しくは補助磁石６２に隣接する位置に、順次補助磁石６２を配置していけばよい。このようにすれば、先に配置された主磁石６１若しくは補助磁石６２によって、後に配置される補助磁石６２の周方向の位置決めがなされる。

○上記実施形態では、主磁石９及び補助磁石１０における固定子２側の側面９ａ，１０ａは、面一になっているが、側面９ａ，１０ａは、面一とされなくてもよい。
○上記実施形態では、主磁石９及び補助磁石１０は、各段差面１３，１４上に配置された主磁石９及び補助磁石１０におけるロータコア８側の側面９ｂ，１０ｂの周方向幅と、該主磁石９及び該補助磁石１０が配置された段差面１３，１４の周方向幅が等しく形成されると共に、隣接する磁石９，１０の境目が径方向と一致するように形成されている。しかしながら、主磁石９及び補助磁石１０は、隣接する磁石９，１０間に間隙が設けられるように形成されてもよい。

○上記実施形態では、径方向の高さが異なる段差面１３，１４がそれぞれ８個ずつ設けられている。しかしながら、磁石固定リング１２の外周に設けられる段差面は、径方向の高さが異なる２種類の段差面が少なくとも１つずつ設けられればよい。

○主磁石９及び補助磁石１０の外周側に、ステンレス等で形成された金属製のカバーを被せてもよい。このように構成すると、例えば、ロータコア８から主磁石９及び補助磁石１０が外れた場合に、主磁石９及び補助磁石１０の飛散を防止することができる。

○上記実施形態では、８極の磁極を有する回転子３を備えた回転電機１に本発明を適用したが、主磁石９及び補助磁石１０によって構成される磁極は、８極より少なくてもよいし、８極より多くてもよい。

○上記実施形態では、回転電機１はインナロータ型であるが、アウタロータ型の回転電機に本発明を適用してもよい。また、スロットレスの固定子を備えた回転電機に本発明を適用してもよい。

上記実施形態、及び上記各変更例から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（イ）請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の回転電機において、前記補助磁石は、前記主磁石間にそれぞれ１つ設けられていることを特徴とする回転電機。このように構成すると、補助磁石は、各主磁石に対して１つ分設けられることになる。そのため、各主磁石に対して複数の補助磁石が設けられ、主磁石間に周方向に複数の補助磁石が配置される場合と比べて、部品点数が減少される。また、各主磁石に対して複数の補助磁石が設けられる場合に比べて、補助磁石の数が少ないことから、補助磁石を精度良く加工する手間が省かれる。その結果、製造時間の短縮、及び製造コストの低減を図ることができる。

（ロ）請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の回転電機において、前記補助磁石は、該補助磁石の径方向に延びる中心線に対して直角をなす方向に沿って着磁された周方向着磁磁石と、前記中心線に対して傾斜した方向に沿って着磁された斜め方向着磁磁石とから構成され、前記主磁石と前記周方向着磁磁石との間に、前記斜め方向着磁磁石が配置されると共に、最も低く形成された前記段差面上に前記主磁石が配置され、最も高く形成された前記段差面上に前記周方向着磁磁石が配置されていることを特徴とする回転電機。このように構成すると、補助磁石が各主磁石間にそれぞれ一つ設けられた場合に比べて、磁石の分割数が多くなる。そのため、トルクリップルを低減させることができる。

（ハ）請求項１乃至請求項５、及び前記（イ）（ロ）の何れか１項に記載の回転電機において、前記主磁石及び前記補助磁石の前記固定子と逆側の側面の形状と、前記段差面の形状が等しいことを特徴とする回転電機。このように構成すると、主磁石及び補助磁石は、より容易に段差面上に配置される。また、主磁石及び補助磁石は、段差面上に安定して固定されるため、主磁石及び補助磁石のロータコアからの脱落を抑制することができる。

（ニ）巻線を有する固定子と、前記固定子に対して回転可能に支持されたロータコア、径方向に着磁され前記ロータコアの外周に配置された複数の主磁石、及び径方向以外に着磁され前記ロータコアの外周で前記主磁石間に配置された複数の補助磁石を有する回転子とを備えた回転電機を製造する回転電機の製造方法であって、前記ロータコアの外周には、径方向に高低差を有する複数の段差面、及び周方向に隣接する前記段差面を径方向に接続する複数の接続面が備えられ、最も高い位置にある前記段差面には、主磁石及び補助磁石の少なくとも一方が最後に配置されることを特徴とする回転電機の製造方法。このようにすると、径方向に高低差を有する段差面のうち、最も高い位置にある段差面よりも低く形成された段差面上に配置された磁石（主磁石及び補助磁石の何れでもよい）は、少なくとも一つの接続面に当接することにより、周方向の位置決めがなされる。そして、径方向に高低差を有する段差面のうち、最も高い位置にある段差面上に配置された磁石は、該磁石が配置された段差面に隣接する段差面上に配置された磁石に当接することにより、周方向の位置決めがなされる。従って、主磁石及び補助磁石は容易に組付けられる上、主磁石及び補助磁石を組付けるために治具を使用しなくてもよい。また、本発明の回転子においては、従来のように隣接する磁石間に磁石拘束部材が介在されることがないため、従来の回転子と比べて回転子の大型化が抑制される。従って、回転子の大型化を抑制しつつ磁石の組付け性に優れた回転電機を製造することができる。

本実施形態にかかる回転電機の概略構成図。 主磁石及び補助磁石が固定された磁石固定リングの平面図。 比較例の回転電機の概略構成図。 本実施形態の回転電機におけるトルク−回転数特性図、及びトルク−電流特性図。 本実施形態の回転電機におけるトルク−効率特性図。 比較例の回転電機におけるトルク−回転数特性図、及びトルク−電流特性図。 比較例の回転電機におけるトルク−効率特性図。 別の形態の回転子を示す平面図。 別の形態の回転子を示す平面図。

符号の説明

１…回転電機、２…固定子、３…回転子、６…巻線、８…ロータコア、９，４１，６１…主磁石、９ａ，４１ａ…主磁石の固定子側の側面、９ｂ，４１ｂ，６１ｂ…主磁石のロータコア側の側面、１０，６２…補助磁石、１０ａ…補助磁石の固定子側の側面、１０ｂ，６２ｂ…補助磁石のロータコア側の側面、１２，３１，５１…ロータコアを構成する磁石固定リング、１３，１４，３２〜３４，５２，５３…段差面、１５，３５，３６，５４…接続面、４２…補助磁石としての斜め方向着磁磁石、４２ａ…補助磁石としての斜め方向着磁磁石の固定子側の側面、４２ｂ…補助磁石としての斜め方向着磁磁石のロータコア側の側面、４３…補助磁石としての周方向着磁磁石、４３ａ…補助磁石としての周方向着磁磁石の固定子側の側面、４３ｂ…補助磁石としての周方向着磁磁石のロータコア側の側面。

Claims (6)

1. 巻線を有する固定子と、
   前記固定子に対して回転可能に支持されたロータコア、径方向に着磁され前記ロータコアの外周に配置された複数の主磁石、及び径方向以外に着磁され前記ロータコアの外周で前記主磁石間に配置された複数の補助磁石を有する回転子と
   を備えた回転電機であって、
   前記ロータコアは、その外周に、径方向に高低差を有する複数の段差面、及び周方向に隣接する前記段差面を径方向に接続する複数の接続面を備えており、
   前記主磁石及び前記補助磁石は、それぞれ前記段差面上に配置されていることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記補助磁石及び前記主磁石は、前記各段差面上に配置された前記主磁石及び前記補助磁石における前記ロータコア側の側面の周方向幅の合計が、該主磁石及び該補助磁石が配置された前記段差面の周方向幅と等しくなるように形成されると共に、隣接する前記磁石の境目が径方向と一致するように形成されていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の回転電機において、
   最も低く形成された前記段差面以外の前記段差面上に配置された前記主磁石及び前記補助磁石は、その前記固定子側の側面の径方向位置が、最も低く形成された前記段差面上に配置された前記主磁石及び前記補助磁石の少なくとも一方における前記固定子側の側面の径方向位置と一致するように、最も低く形成された前記段差面上に配置された前記主磁石及び前記補助磁石の少なくとも一方よりも径方向の幅が短く形成されていることを特徴とする回転電機。
4. 請求項３に記載の回転電機において、
   前記主磁石は、最も低く形成された前記段差面上にそれぞれ配置されていることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の回転電機において、
   前記ロータコアは、前記段差面及び前記接続面が形成された軟磁性金属製の磁石固定リングを備えていることを特徴とする回転電機。
6. 巻線を有する固定子と、
   前記固定子に対して回転可能に支持されたロータコア、径方向に着磁され前記ロータコアの外周に配置された複数の主磁石、及び径方向以外に着磁され前記ロータコアの外周で前記主磁石間に配置された複数の補助磁石を有する回転子と
   を備えた回転電機を製造する回転電機の製造方法であって、
   前記ロータコアの外周には、径方向に高低差を有する複数の段差面、及び周方向に隣接する前記段差面を径方向に接続する複数の接続面が備えられ、
   最も低く形成された前記段差面に前記主磁石及び前記補助磁石の少なくとも一方が配置され、その後、先に前記主磁石及び前記補助磁石のいずれか一方が配置された前記段差面に周方向に隣接する前記段差面に前記主磁石及び前記補助磁石の何れか一方が配置されることを特徴とする回転電機の製造方法。

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