JP2972423B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石を用いた回転
電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の回転電機、例えば直流モータ等
は、固定子側に界磁用の磁石を設け、界磁用磁石により
生じる磁束中におかれた電機子導体に通電することによ
り、回転子を回転させている。

【０００３】ところで、直流モータの界磁用磁石と回転
子のコアとの間に作用する吸引力は、回転角度によって
急激に変化するため、コギングトルクが発生する。例え
ば、円弧状の２つの界磁用磁石の間に回転子がある場合
を考えると、回転子のコアがいずれかの界磁用磁石と対
向した位置にある場合は、コアに大きなトルクが作用す
る。一方、コアが２つの界磁用磁石の間にある場合は、
作用するトルクは急激に減少する。

【０００４】このコギングトルクは、直流モータの運転
時に振動及び騒音の発生要因となっている。そのため、
このコギングトルクによる振動等を低減するために以下
の，及びに示す対策が施されている。

【０００５】磁石の端部を薄くして磁束密度を下げ
て、滑らかな磁束密度変化を実現する、いわゆる偏心磁
石を用いる。

【０００６】回転子の軸方向より磁束密度分布を回転
方向に漸次ずらす、いわゆるスキュー磁石を用いる。

【０００７】前記，の方式によれば、磁束密度分布
の変化が滑らかになるので、トルクの急激な変化を防止
することができる。

【０００８】特開昭６３−２６０１１８号公報に開示
された着磁装置を用いてラジアル異方性円筒磁石の着磁
を行う。この方式によれば、正弦波形状の滑らかな磁束
分布が得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した
及びの方式においては、回転力に対して有効な磁束を
犠牲にしているため、最大トルク及び出力の低下は避け
られないという問題点があった。また、の方式では、
磁石の端部を薄くするため、電機子反作用による減磁が
起こるという問題点があった。

【００１０】また、の方式においては、着磁制御が難
しいうえに、着磁が不十分な部分ではトルクが減少して
最大トルクの低下は避けられず、出力が低下するという
問題点があった。また、十分に磁化されないため、減磁
も避けることができなかった。

【００１１】その他には、モータのブラケット部にゴム
等を用いて対策を行うことも考えられるが、この場合は
部品追加によるコストの上昇となってしまい、有効な対
策とはいえなかった。

【００１２】これ以外にも、図６に示すように、直流モ
ータの、磁石２の中央部をラジアル配向１００にし、端
部に近づくにしたがってパラレル配向１１０にして、磁
束密度の変化を滑らかにして振動等の対策を行うことも
考えられる。この場合には、パラレル配向部分の等価マ
グネット厚さが大きくなるため、単に配向状態を操作し
ただけでは部分的に磁束密度分布が乱れ（はね上がりが
生じる）、十分な対策とはいえなかった。すなわち、磁
石２の端部付近をパラレル配向１１０にしただけでは、
図中斜線で示す磁石２のヨーク側コーナ部２Ａからの磁
束１１０Ａの回り込みが発生し、この回り込み磁束１１
０Ａは、磁石２と回転子のコア４との間のエアギャップ
が小さい磁石２の回転子側コーナ部付近に集中する。こ
の結果、磁石２の回転子側コーナ部付近の等価マグネッ
ト厚さが実際の厚さｄ₁ より部分的に大きくなり、この
部分から回転子のコア４に流れ込む磁力線が多くなるた
め、図７に矢印Ａで示すように、直流モータの磁束密度
が部分的にはね上がる。

【００１３】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、製造コストを上げず、出力低下や減磁の
発生もなくコギングトルクを減らし、振動や騒音を低減
することができる回転電機を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の回転電機は、固定子側に異方性磁石が
設けられた回転電機であって、前記異方性磁石は、中央
部がラジアル配向され、端部がパラレル配向され、しか
も端部に磁束の回り込み抑制用の切欠き部が形成された
ことを特徴とする。

【００１５】前記切欠き部は、前記異方性磁石の端部の
回転子側の角部を切り欠いて形成され、異方性磁石の端
部の回転子側の角部を曲面または平面で面取りして形成
してもよい。

【００１６】

【作用】本発明の回転電機においては、固定子側に設け
られた異方性磁石の中央がラジアル配向となっており、
端部がパラレル配向となっている。そのため、磁石の端
部に近づくにしたがって磁束密度が少しずつ減少する。

【００１７】また、異方性磁石の端部には、磁束の回り
込み抑制用の切欠き部が形成されており、端部をパラレ
ル配向としたことにより等価マグネット厚さが部分的に
大きくなることを防いでいる。従って、部分的に等価マ
グネット厚さが大きくなって磁石全体の磁束密度分布を
乱すこともない。

【００１８】このように、本発明においては、異方性磁
石の端部付近をパラレル配向とするとともに、磁束の回
り込み抑制用の切欠き部を形成することにより、このパ
ラレル配向による等価マグネット厚さの増大を防止し
て、滑らかな磁束密度分布を得ることができ、コギング
トルクの大幅な減少による振動及び騒音の低減が可能に
なる。

【００１９】また、磁石の配向及び形状を変えただけで
あり、部品点数や組み付け工程等には影響がないため、
製造コストが上がることもない。また、磁石の端部付近
の体積がわずかに減少するだけであり、出力に与える影
響もほとんどない。

【００２０】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

【００２１】図１は、本発明の回転電機を適用した一実
施例における直流モータの構成を示す図である。

【００２２】同図において、異方性磁石１０，１２は、
円弧状（瓦状）の永久磁石で構成されており、一般的に
はネオジウム等の希土類磁石やフェライト磁石等が用い
られる。これらの異方性磁石は、円弧形状の中央付近は
径方向に配向（ラジアル配向）され、端部に近づくにし
たがって径方向から漸次ずらして配向（パラレル配向）
されている。

【００２３】図１において、異方性磁石１０，１２内に
示した矢印が配向方向、すなわち磁力線の方向を表して
いる。矢印Ａ〜Ｅは中央部付近の磁力線の方向であり、
円弧の中心に向かっている。また、矢印Ｆ，Ｇ，Ｈ及び
矢印ｆ，ｇ，ｈは端部付近の磁力線の方向であり、Ｆ→
Ｇ→Ｈあるいはｆ→ｇ→ｈと端部に近づくにしたがっ
て、円弧の中心方向からずれる方向となる。

【００２４】このような配向方向を有する異方性磁石１
０，１２を、直流モータに組み込んだ状態で、あるいは
磁石単体で着磁を行う。この着磁は、異方性磁石１０，
１２の各部が飽和磁束密度となるように行う。

【００２５】また、異方性磁石１０，１２の端部には、
磁束の回り込み抑制用の切欠き部１０Ａ，１０Ｂが形成
されており、端部をパラレル配向としたことにより等価
マグネット厚さが部分的に大きくなることを防いでい
る。実施例において、この切欠き部１０Ａ，１２Ａは、
異方性磁石１０，１２の端部の回転子１４側コーナ部
に、所定のＲを付けるようにして形成されている（曲面
の面取りを行うことを「Ｒをつける」という）。このＲ
の大きさは、異方性磁石１０，１２の径方向の厚さｄに
対し２／３ｄ≦Ｒ≦ｄの範囲に設定することが望まし
く、より望ましくはＲ＝ｄに設定すればよい。

【００２６】回転子１４は、コア１６と、このコア１６
に巻かれたコイル１８とを含む。なお、本実施例では、
説明に直接関係のないブラシ等の構成部品は省略してあ
る。

【００２７】ヨーク２０は、２つの異方性磁石１０，１
２間の磁路を形成しており、軟鉄等により構成される。
従って、ヨーク２０，異方性磁石１０，１２、および回
転子１４のコア１６によって磁気回路が形成され、回転
子１４のコイル１８に、例えば図１に示すように通電す
ることにより、回転子１４が回転駆動されることにな
る。

【００２８】図２は、異方性磁石１０の端部付近の拡大
図である。同図に示すように、異方性磁石１０の端部の
回転子１４側コーナ部にＲをつけているため、コーナ部
付近の等価マグネット厚さは、Ｒをつけない場合に比べ
ると小さくなっている。従って、異方性磁石１０，１２
端部付近での磁束密度分布のはね上りを減少させること
ができ、特に、Ｒを異方性磁石１０の厚さｄとほぼ等し
くした場合は、コーナ部におけるパラレル配向方向への
マグネット厚さｄ₂ は厚さｄとほぼ等しくなり、即ち、
ラジアル配向された他の部分と等しくなり、異方性磁石
１０の端部付近での磁束密度分布がはね上がりをより良
好に防止することができる。さらに、Ｒをつけることに
より、Ｒがついた部分では異方性磁石１０と回転子１４
のコア１６との距離が大きくなって磁路長、即ち磁気抵
抗が大となるため、磁束の回り込みがコーナ部に集中す
ることを防止でき、この面からも、端部付近で磁束密度
分布がはね上がることを防止することができる。

【００２９】なお、図２では、異方性磁石１０から回転
子１４のコア１６に磁束が流れ込む場合を例にとって説
明したが、コア１６から異方性磁石１２に磁束が流れ込
む場合についても全く同様である。

【００３０】図３は、本実施例の直流モータにおいて、
異方性磁石１０，１２と回転子１４のコア１６とのギャ
ップ磁束密度波形の説明図である。異方性磁石１０，１
２の端部付近にＲをつけているため、特に磁束密度分布
がはね上がることもなく、ほぼ正弦波形状となっている
ことがわかる。磁石の端部を単にパラレル配向とした場
合（図７）と比べると、端部付近の磁束密度のはね上が
りが改善されていることがよくわかる。

【００３１】図４は、本実施例の直流モータと従来品と
のコギングトルクの比較を示す説明図である。縦軸はコ
ギングトルクの大きさを示しており、本実施例によれば
磁石の端部を単にパラレル配向とした従来品に比べてコ
ギングトルクが約１／４に低減されることがわかる。

【００３２】このように、異方性磁石１０，１２の中央
部はラジアル配向とし、端部に近づくにしたがって漸次
パラレル配向とするとともに、端部にＲをつけることに
より、回転子１４のコア１６との間の磁束密度分布が滑
らかになり、コギングトルクを大幅に減少させることが
できる。その結果、直流モータの振動及び騒音も低減す
ることができる。

【００３３】また、従来の界磁用磁石と比べると、異方
性磁石１０，１２の端部にＲをつけているだけであるた
め、磁石体積の減少がほとんどなく、従来品に比べて最
大トルク及び出力の低下もほとんどない。

【００３４】また、異方性磁石１０，１２の端部のＲを
つけた部分のパラレル配向方向へのマグネット厚さｄ₂
は、他の部分のラジアル配向方向へのマグネット厚さｄ
₁ とほぼ等しくなっているため、磁石端部を薄くして振
動対策を行った場合等のように減磁が起こることもな
い。

【００３５】さらに、異方性磁石１０，１２の端部付近
の配向を変えるとともに、この端部付近の形状をわずか
に変更するだけであり、ブラケット部に振動対策を施す
場合のように部品の追加等が不要であり、製造コストは
ほとんど変わらない。

【００３６】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。

【００３７】例えば、上述した実施例では、異方性磁石
１０，１２の端部にＲを付ける場合を説明したが、端部
を平面で面取りした場合であっても同等の効果を得るこ
とができる。図５は、端部を平面で面取りした場合の他
の実施例の部分的構成を示す図である。同図に示すよう
に、端部の等価マグネット厚さが平面の面取りにより小
さくなり、同時に、端部付近の磁路長が大となる点は、
Ｒをつけた場合と全く同様である。

【００３８】本発明とは異なり、異方性磁石１０，１２
の切欠き部１０Ａ，１２Ａを、異方性磁石１０，１２の
ヨーク側角部を切り欠いて形成してもよい。図８，図９
は、この場合の例を示す図である。

【００３９】すなわち、磁石１０，１２の端部付近をパ
ラレル配向１１０にしただけでは、図９において点線で
示すヨーク側コーナ部１０Ａ，１２Ａからの磁束１１０
Ａの回り込みが発生し、これが直流モータの磁束密度の
部分的なはね上がりの原因となることは前述した。この
例では、前記ヨーク側コーナ部１０Ａ，１２Ａを切欠
き、この部分からの磁束の回り込みを防止するよう形成
されている。これにより、異方性磁石１０，１２の端部
をパラレル配向とした場合でも、この部分の等価マグネ
ット厚さが部分的に大きくなることが無く、磁石全体の
磁束密度分布を乱すことが防止される。

【００４０】ここにおいて、前記切欠き部１０Ａ，１２
Ａは、磁石１０，１２の回転子側角部ｘ1 のパラレル配
向方向と同方向で、かつこの角部ｘ1を含む平面で異方
性磁石１０，１２の端部を切断することが好ましい。な
お、同図において、異方性磁石１０，１２の内径は
ｄ₁₀、外径はｄ ₂₀ 、マグネット角はθで表されている。

【００４１】以上説明したように、異方性磁石１０，１
２の端部をパラレル配向方向と平行にかつ磁石内径エッ
ジ部を含むよう切断することにより、エッジ部における
磁束の跳ね上がりを低減し、コギングトルクの大幅に減
少することができる。

【００４２】しかも、磁石端部付近の体積が僅かに減少
するのみであり、かつ自己減磁が小さくなるため、、モ
ータ出力の低下もほとんどない。

【００４３】なお、上述した各実施例では、モータのコ
ギングトルクを減らして振動及び騒音対策を行う場合を
説明したが、発電機についても適用することができる。

【００４４】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、異方
性磁石の端部付近をパラレル配向とするとともに、磁束
の回り込み抑制用の切欠き部を形成することにより、こ
のパラレル配向による等価マグネット厚さの増大を防止
して、滑らかな磁束密度分布を得ることができ、コギン
グトルクの大幅な減少による振動及び騒音の低減が可能
になる。

【００４５】また、磁石の配向及び形状を変えただけで
あり、部品点数や組み付け工程等には影響がないため、
製造コストを上げることもない。また、磁石の端部付近
の体積がわずかに減少するだけであり、出力に与える影
響もほとんどない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における直流モータの構成図
である。

【図２】実施例の異方性磁石の端部付近の部分的拡大図
である。

【図３】実施例の直流モータの磁束密度変化の説明図で
ある。

【図４】実施例の直流モータと従来品とのコギングトル
クの比較を示す説明図である。

【図５】異方性磁石の端部の面取り形状を変えた他の実
施例の部分的構成図である。

【図６】界磁用磁石の端部を単にパラレル配向にした場
合の従来例の部分的構成図である。

【図７】図６の直流モータの磁束密度変化の説明図であ
る。

【図８】本発明とは異なる例の説明図である。

【図９】図８の例に用いられる異方性磁石の説明図であ
る。

【符号の説明】

１０，１２ 異方性磁石 １４ 回転子 １６ コア １８ コイル ２０ ヨーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02K 23/40 H01F 13/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子側に異方性磁石が設けられた回転
   電機であって、 前記異方性磁石は、中央部がラジアル配向され、端部が
   パラレル配向され、しかも端部の回転子側の角部に磁束
   の回り込み抑制用の切欠き部が形成されたことを特徴と
   する回転電機。
2. 【請求項２】 固定子側に異方性磁石が設けられた回転
   電機であって、 前記異方性磁石は、中央部がラジアル配向され、端部が
   パラレル配向され、しかも端部に磁束の回り込み抑制用
   の切欠き部が形成され、 前記切欠き部は、異方性磁石の端部の回転子側の角部を
   曲面で面取りして形成されることを特徴とする回転電
   機。
3. 【請求項３】 固定子側に異方性磁石が設けられた回転
   電機であって、 前記異方性磁石は、中央部がラジアル配向され、端部が
   パラレル配向され、しかも端部に磁束の回り込み抑制用
   の切欠き部が形成され、 前記切欠き部は、異方性磁石の端部の回転子側の角部を
   平面で面取りして形成されることを特徴とする回転電
   機。