JP2002540754A - 異なる組成の磁石を有する回転電気機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回転電気機器、特に自動車用オルタネータまたはオルタネータ兼スタータは、ステータ（Ｓ）と、ロータ（Ｒ）と、前記ロータまたはステータ内に組み込まれた前記永久磁石とを含み、前記磁石が、少なくとも２つのグループに形成されており、各グループは、特定タイプの組成によって構成されており、各サブアセンブリは、希土類元素を含む磁石とフェライト磁石との組み合わせであり、磁石のうちの少なくとも１つは、放射状に配置されており、径方向と直交する磁束を発生するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、一般的な表現によると、回転電気機器に関する。

【０００２】 本発明は、より詳細には、回転電気機器のロータまたはステータ内に組み込ま
れた永久磁石を内蔵する回転電気機器に関する。

【０００３】 かかる電気機器の実例は、多数存在している。

【０００４】 これら公知の例では、磁石は、一般に専らフェライトから製造されるか、希土
類元素を含むように製造されていた。

【０００５】 これら２つのタイプの磁石は、次のような所定の利点を有する。 ・一定の性能に対し、希土類元素を含む磁石は、よりコンパクトとなり、そ
のため、回転電気機器をより小さい空間に収容することが可能となる。 ・他方、フェライト磁石はより大寸となるが、そのコストは、希土類元素を
含む磁石のコストよりもかなり低い。希土類元素を含んでいると、電気機器の販
売コストは高くなる。

【０００６】 従って、回転電気機器の構造に関連する大きさ、およびコストに関する必要条
件および課題によれば、電気機器内に組み込むべきフェライト磁石または希土類
元素を含む磁石のいずれかが選択される。

【０００７】 特開昭57-97357号公報には、現在回転電気機器で使用されている２つのタイプ
の磁石に関連して、上に説明した利点を組み合わせた回転電気機器が開示されて
いる。

【０００８】 この明細書では、電気機器のロータの回転軸線を中心として、Ｎ（北）極の磁
石とＳ（南）極の磁石とが交互に配置されている。これらＮ極の磁石とＳ極の磁
石とは、表面実装され、図１ａ〜図１ｄに示すように、ほぼ放射状をなすフラッ
クスを発生する。

【０００９】 コストを更に低減させるように、これらの組み合わせを、更に最適化すること
が望ましい。

【００１０】 これに鑑み、本発明は、ステータと、ロータと、前記ステータと前記ロータと
の間に設けられた空隙と、前記ロータまたは前記ステータ内に組み込まれた永久
磁石とを含み、永久磁石が少なくとも２つのグループを構成し、これらグループ
の各々が、特定タイプの組成、すなわち希土類元素を含む磁石の第１グループと
フェライト磁石から成る第２グループとによって構成されており、複数のサブア
センブリ（７２０、７２１〜７３１、７３０、７３２〜８００、８１０....）が
設けられており、各サブアセンブリが、第１グループのうちの少なくとも１つの
磁石と、第２グループのうちの１つの磁石とを組み合わせたものであり、磁石の
うちの少なくとも１つが、径方向と直交する磁束を発生するように、放射状に配
置されている回転電気機器、特に自動車用オルタネータまたはオルタネータ兼ス
タータを提案するものである。

【００１１】 「径方向と直交」なる用語は、当該永久磁石により発生される磁束が、径方向
に対して直角な状態となっていることを意味する。

【００１２】 本発明によれば、高い濃度の磁束が得られ、これにより、電気機器の性能を高
めながら、希土類磁石の容積、すなわちコストを低減することが可能となってい
る。

【００１３】 本発明に係わる回転電気機器の好ましく、かつ非限定的特徴は次のとおりであ
る。

【００１４】 径方向とほぼ直交する磁束を発生するために、各サブアセンブリは、２つのフ
ェライト磁石によって囲まれた希土類元素を含む磁石を備えている。

【００１５】 ロータ内部に磁石の複数のサブアセンブリが設けられ、各サブアセンブリは、
第１グループのうちの少なくとも１つの磁石と第２グループのうちの少なくとも
１つの磁石とを組み合わせたものである。

【００１６】 各サブアセンブリは、希土類元素を含む磁石を含み、この磁石は、空隙の近く
に位置し、フェライト磁石とほぼ径方向に重なった状態に配置されている。

【００１７】 各サブアセンブリが、希土類元素を含む磁石（９１０）を含み、この磁石が、
空隙（Ｅ）の近くに位置し、希土類磁石と同じ厚さのフェライト磁石（９００ａ
、９００ｂ）にほぼ径方向に重なった状態にあり、前記フェライト磁石が割り出
し手段、特に面取りされた部分（９０００ａ）またはノッチ（９０００ｂ）を含
んでいる。

【００１８】 添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施例の次の詳細な説明を読めば
、本発明の上記以外の特徴、目的および利点がより明らかとなろう。

【００１９】

【発明の実施の形態】

次に図１ａ〜図３を参照し、回転電気機器内に磁石を位置決めする３つの公知
の基本的方法について簡単に説明する。下記の例では、これら磁石は、機器のロ
ータ内に組み込まれるが、磁石を機器のステータ内に組み込むことにより、磁石
を取り付ける公知の方法を採用することも可能である。

【００２０】 図１ａ〜図１ｄでは、ロータの回転軸を中心に、Ｎ極磁石ＮとＳ極磁石Ｓとが
、交互に配置されている。このタイプの構造では、磁石は、ほぼ放射状の磁束を
発生する。

【００２１】 図１ａおよび図１ｂでは、Ｎ極磁石ＮとＳ極磁石Ｓとは表面磁石であるが、図
１ｃおよび図１ｄでは、これらの磁石は差し込み磁石である。

【００２２】 図２ａおよび図２ｂは、ほぼ正放射状磁束を発生する３つの実施例を示す。図
２ｃの実施例では、ロータには励磁巻線２０が設けられており、巻線には、ブラ
シ（図示せず）を介して給電されるようになっている。

【００２３】 図２ｃの巻線２０は、省略することが可能であり、１９９８年１０月２０日に
出願されたフランス国特許願第98 13119号明細書に記載されているように、すべ
て同一方向に、例えば時計回り方向に磁束を発生するよう、磁石を放射状に配置
するために、磁石と磁束を透過しないキャビティとが交互に配置される。

【００２４】 図２ａ〜図２ｃおよび図３において、矢印は磁束の方向を示している。 当然ながら、上記のように磁石を位置決めするに際しての磁石の形状は、潜在
的に無限の数だけ存在する。

【００２５】 既に述べたように、現在の電気機器は、フェライト磁石または希土類元素を含
む磁石のいずれかを使用している。専ら希土類元素を含む磁石を使用し、フェラ
イト磁石を使った機器よりも小さい寸法の電気機器よりも、販売価格が低い回転
電気機器を製造できるようにするために、本発明の不可欠な特徴は、異なる組成
（フェライトおよび希土類元素）の磁石の適当な組み合わせを、回転電気機器に
組み込むことにある。

【００２６】 かかる組み合わせは、コストと性能の点において、最良となるようにしなけれ
ばならない。

【００２７】 本発明の主な特徴は、異なる組成の磁石の組み合わせが、磁気的アンバランス
の発生に起因する磁気ノイズに関する電気機器の性能に対し、実質的に不利を及
ぼさないことである。本発明に係わる好ましい組み合わせによると、ロータの回
転軸線を中心として、磁石を注意深く分布させることにより、電気機器を過剰な
磁気ノイズから保護できることが、後に理解されると思う。

【００２８】 本明細書の他の部分では、異なる組成の磁石を効率的に組み合わせた、一般的
に好ましい解決案について説明する。説明を明瞭にするために、図４ａ〜図７に
おいて、ハッチングを付けたものは、フェライトタイプの磁石を示し、希土類元
素を含む磁石は白で示してある。

【００２９】 本発明による第１の一般的な解決策は、各磁石を、異なる組成の複数の磁石を
適当に組み合わせたものと置換することである。

【００３０】 回転電気機器は、公知のように、ロータＲと、ステータＳ（図５）と、ロータ
とステータとの間に設けられた空隙Ｅとを含む。ロータは、ロータの軸線を構成
するシャフトによって支持されている。

【００３１】 より詳細には、本発明によれば、ロータ内に差し込まれており、径方向と直交
する磁束、すなわち図４ａに示すように、径方向に直角な磁束を発生するための
フェライト磁石７０を、次のものに置換することが可能である。

【００３２】 すなわち、ロータのシャフトの近くにおいて、空隙を介して、希土類元素を含
む第２磁石７２１と径方向に重なった状態に配置され、従ってロータの外側表面
近くに位置し、もって、ステータによって磁束を効率的に発生するようにした差
し込みフェライト磁石７２０と置換できる。このタイプの重なった状態は、図４
ｂに示されており、これら２つの磁石は、径方向と直角な方向に磁化されている
。

【００３３】 また、図４ｃに示すように、外側と内側の２つのフェライト磁石７３１および
７３２によって囲まれた希土類元素を含む磁石７３０を、径方向に重なった状態
で設ける。これら３つの磁石も、径方向と直角な方向に磁化されている。

【００３４】 図２ｂに示す別の変形例では、第２グループ内の磁石は、径方向と直交する磁
束を発生するように、放射状に設けられ、第１グループ内の磁石は、径方向に対
して傾斜し、第２グループ内の磁石の径方向延長部を形成している。図２ｂにお
ける磁石は、本発明によるサブアセンブリと置換されている。

【００３５】 いずれの場合においても、永久磁石の複数のサブアセンブリが形成され、各サ
ブアセンブリは、第１グループ（すなわち希土類元素を有する）永久磁石と第２
グループの少なくとも１つの永久磁石（少なくともフェライト磁石）とを組み合
わせたものである。

【００３６】 これら磁石のうちの少なくとも１つは、径方向を向き、径方向と直交する磁束
を発生するようになっている。すなわち、前記磁石の磁化は、矢印で示すように
、径方向と直交する方向となっている。

【００３７】 図５は、フランス国特許願第99 02345号明細書に記載されているものと同じタ
イプの巻線および磁石により、二重励磁を行うようにしたハイブリッド電気機器
における本発明の一実施例を示す。

【００３８】 この電気機器のステータＳは、公知のタイプのものである。本例では、ステー
タＳは３層用ステータであり、互いに分離している溝内に取り付けられたステー
タの歯のまわりに、巻線８０が巻かれている。この例におけるロータＲでは、図
４ｂに示したものと同様の差し込み磁石を４つ組み合わせてなり、これら各組み
合わせに対し、回転軸線Ｘの近くに位置するフェライト磁石８００と、外側の第
２磁石８１０が径方向に重なっている。第２磁石８１０は、希土類元素を含み、
電気機器の空隙の近くに位置している。

【００３９】 従って、図６に示す電気機器は、フェライト磁石のみしか備えていない径方向
と直交する磁束の電気機器よりも、磁気性能が優れており、コストも、希土類元
素の磁石しか使用していない電気機器よりもかなり低い。

【００４０】 図６ａおよび図６ｂは、同じ厚さを有する異なる組成の磁石を使用できる図５
に示された電気機器と類似する回転電気機器で使用するべき磁石の別の２つの例
を示す。２つのグループのうちの磁石が反転しないように、２つの磁石のうちの
一方、例えばフェライト磁石の上に、割り出し手段を設けると有利である。

【００４１】 従って、図６ａは、希土類元素を含む磁石９１０と重なった関係にあるフェラ
イト磁石９００ａを示し、このフェライト磁石の回転軸線に近い端部には、少な
くとも部分的な面取り部９０００ａを設けてある。この場合、ロータのラミネー
トの形状は、磁石９００ａの形状に相補的となるようになっている。

【００４２】 図６ｂは、ノッチ内に相補的に進入する突出する要素（図示せず）を有するノ
ッチ９０００ｂから成る割り出し手段の変形例を示す。

【００４３】 当業者の能力の範囲内では、磁石をロータ内のスロットに挿入しながら、磁石
の反転を防止するために、磁石のうちの１つまたは他方に、他の任意の割り出し
手段を設けることが、明らかに可能である。

【００４４】 従って、本発明に係わる回転電気機器内における異なる組成の磁石の巧妙な組
み合わせは、フェライト磁石しか使用していない電気機器と比較して、全体の寸
法を小さくすることができ、同時に、希土類元素を含む磁石しか使用していない
電気機器と比較して、電気機器の販売価格をかなり低下させることができる。

【００４５】 既に述べたように、上記した例は、ロータ内にのみ磁石を設けてあるが、本発
明によれば、電気機器のステータ内にかかる組み合わせを設けることも可能であ
る。

【００４６】 このような場合（図７）には、ステータ内にフェライト磁石８００’を埋め込
みながら、小さい方の希土類磁石８１０’が、空隙Ｅおよびロータの近くに取り
付けられる。

【００４７】 本発明は、磁石を有するオルタネータおよびモータの分野、特に自動車の分野
で、特に有利に適用することができる。

【００４８】 図４ａ〜図６ｂでは、磁化方向が径方向と直角となるよう、すなわち、半径に
対して直角となるよう、永久磁石が放射状に配置されている。

【００４９】 図５では、フェライト磁石８００と希土類磁石８０１との組み合わせが、ロー
タの周辺に、極性が交互となるように分散されており、ロータの変位方向に逆成
分を有する永久磁石の２つの連続する組み合わせによって、磁束が発生されるよ
うになっている。

【００５０】 より詳細については、１９９９年２月２５日に出願された上記フランス国特許
願第99 02345号を参照されたい。

【００５１】 従って、突出するポール２５によって分離されているスロット２３内に嵌合さ
れた励磁巻線２６の束の対と、重ねられた永久磁石８００、８０１の組み合わせ
とが、交互に配置されている。

【００５２】 磁石８００、８０１の組み合わせは、スロット１２３の形状をしたハウジング
内にも嵌合されており、スロットは、フェライト磁石よりも浅く、かつ狭くて、
すなわち図６ａおよび図６ｂに示すように、フェライト磁石よりも小さい希土類
永久磁石を取り付けるように、径方向にステップが設けられている。

【００５３】 上記フランス国特許願第99 02345号に記載されているように、励磁されていな
い時の極性ＮＮＳ−ＳＳＳなどは、ロータの巻線２６が励磁されている時の極性
Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓなどに変わる。

【００５４】 上記フランス国特許願明細書に記載されているように、ロータシャフトの近く
に孔２８が設けられており、この孔は、永久磁石の組み合わせの間に分散されて
いる。この孔は、シャフトＡに向かう磁束を制限する絞り表面と共に非磁気ゾー
ンを構成している。

【００５５】 永久磁石のためのハウジング１２３は、全体が湾曲した形状の拡大された開口
部３４の内部で終わっており、この開口部３４は、磁界線を最適にするよう、磁
石８００の両側で３４ａにおいて後方に湾曲している。

【００５６】 図５〜図６ｂにおいて、希土類磁石が突出するポール２５により、外側を向く
放射状に係止され、フェライト磁石によって内側に係止されていることを考慮す
れば、上記構造のいずれによっても、遠心力に対する機械的強度を最適にするこ
とができる。

【００５７】 図４ｂでは、希土類磁石は、フェライト磁石７３１、７３２によって径方向に
固定されており、フェライト磁石のほうが幅広となっている。従って、スロット
にはステップが付いている。本例におけるフェライト磁石７３１、７３２は、径
方向と直角に磁化されるので、径方向と直交する磁束を発生する。

【００５８】 後に理解できるように、磁化方向は、径方向と直角（半径に対して直角）であ
るので、磁束の集中により、希土類磁石の容積が更に縮小され、特に両タイプの
磁石が表面実装されている構造に比して、更に容積が小となっている。更に、表
面実装構造よりも、上記構造における磁束の集中により、フェライト磁石の方が
、より効率的となっている。

【００５９】 主に深さの点で、まずフェライト磁石および希土類磁石を調節し、第２に、ス
ロット２３とフェライト磁石との間の周辺距離を調節することにより、ステータ
とロータとの間の空隙のレベルで、磁束を一様とし、フェライト磁石により発生
される磁束を、希土類磁石により発生される磁束に等しくすることができる。

【００６０】 別の変形例として、磁石をすべて時計回り方向に配列されている図３内の磁石
に、図４ｂおよび図４ｃの構造を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 回転電気機器に磁石を位置決めする公知の第１方法を示す図であり、そのうち
の図１ａは、磁石が連続して表面実装された状態を示し、図１ｂは、磁石が不連
続状態に表面実装された状態を示し、図１ｃは、弓状の磁石が差し込まれた状態
を示し、図１ｄは、矩形の磁石が差し込まれた状態を示す。

【図２】 回転電気機器内に磁石を位置決めする公知の第２の方法を示す図であり、その
うちの図２ａは、矩形の磁石の配置を示し、図２ｂは、くの字形をした磁石の配
置を示し、図２ｃは、ロータに励磁巻線が設けられた状態を示す。

【図３】 回転電気機器に磁石を位置決めする公知の第３の方法の変形例を示す図である
。

【図４】 図４は、回転電気機器に磁石を位置決めする方法を示す図であり、そのうちの
図４ａは、径方向に直交する磁束を発生する表面磁石を位置決めする公知の方法
を示し、図４ｂおよび図４ｃは、ほぼ等価的な径方向に直交する磁束を発生する
本発明に係わる回転電気機器に磁束を位置決めする第１の方法の他の２つの変形
例を示す。

【図５】 本発明の第１実施例に従って取り付けられた磁石を内蔵する、本発明に係わる
回転電気機器の一部の略図である。

【図６】 図５と類似する回転電気機器内の磁石の構造を示す詳細図であり、そのうちの
図６ａは、希土類磁石にフェライト磁石が重なった状態を示し、図６ｂは、割り
出し手段が設けられた第２変形例を示す。

【図７】 ステータ内に磁石を取り付ける態様を示す部分図である。

【符号の説明】

Ｓ ステータ Ｒ ロータ Ｅ 空隙 ７２０、７２１〜７３１、７３０、 ７３２〜８００、８１０ サブアセンブリ ７２１、７３０、８１０、９１０ 希土類磁石 ７２０、７３１、７３２、８００ フェライト磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA01 AA09 AB08 AE08 5H621 AA03 BB07 GA01 GA04 GA12 GA16 GA18 HH01 PP10 5H622 AA03 CA02 CA07 CA10 CA13 CB02 CB03 DD01 DD02 PP03

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータ（Ｓ）と、ロータ（Ｒ）と、前記ステータ（Ｓ）と
   前記ロータ（Ｒ）との間に設けられた空隙（Ｅ）と、前記ロータまたはステータ
   内に組み込まれた前記永久磁石とを含み、永久磁石が少なくとも２つのグループ
   を構成し、それらグループの各々が、特定タイプの組成、すなわち希土類元素を
   含む磁石の第１グループとフェライト磁石から成る第２グループとによって構成
   されている、自動車用オルタネータまたはオルタネータ兼スタータ等の回転電気
   機器であって、 複数のサブアセンブリ（７２０、７２１〜７３１、７３０、７３２〜８００、
   ８１０....）が設けられており、各サブアセンブリが、第１グループのうちの少
   なくとも１つの磁石と、第２グループのうちの１つの磁石とを組み合わせたもの
   であり、磁石のうちの少なくとも１つが、径方向と直交する磁束を発生するよう
   に、放射状に配置されていることを特徴とする、回転電気機器。
2. 【請求項２】 ロータ内部に磁石の複数のサブアセンブリ（７２０〜７２１
   、７３０〜７３２、８００〜８１０）が設けられており、各サブアセンブリが、
   第１グループのうちの少なくとも１つの磁石と、第２グループのうちの少なくと
   も１つの磁石とを組み合わせたものであり、前記磁石のうちの少なくとも１つが
   、径方向に直交する磁束を発生するように、放射状に配置されていることを特徴
   とする、請求項１記載の回転電気機器。
3. 【請求項３】 各サブアセンブリが、希土類元素を含む（７２１、８１０）
   を含み、この磁石が空隙（Ｅ）の近くに位置し、フェライト磁石（７２０、８０
   ０）とほぼ径方向に重なった状態に配置されていることを特徴とする、請求項２
   記載の回転電気機器。
4. 【請求項４】 各サブアセンブリが、希土類元素を含む磁石（７３０）を含
   み、この希土類磁石が、この磁石を囲む２つのフェライト磁石（７３１、７３２
   ）に径方向に重なった状態にあることを特徴とする、請求項２記載の回転電気機
   器。
5. 【請求項５】 各サブアセンブリが、希土類元素を含む磁石（９１０）を含
   み、この磁石が、空隙（Ｅ）の近くに位置し、希土類磁石と同じ厚さのフェライ
   ト磁石（９００ａ、９００ｂ）にほぼ径方向に重なった状態にあり、前記フェラ
   イト磁石が、割り出し手段、特に面取りされた部分（９０００ａ）、またはノッ
   チ（９０００ｂ）を含むことを特徴とする、請求項３または４記載の回転電気機
   器。
6. 【請求項６】 前記希土類磁石から成る第１グループが、前記フェライト磁
   石から成る第２グループよりも寸法が小さいことを特徴とする、請求項１〜５の
   いずれかに記載の回転電気機器。
7. 【請求項７】 前記ロータ（Ｒ）内に、前記サブアセンブリが実装されてい
   ることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の回転電気機器。
8. 【請求項８】 前記各サブアセンブリが、前記ロータ（Ｒ）の表面近くに位
   置し、ほぼ径方向に重なった状態に配置された第１グループの磁石（７２１、８
   １０....）と、前記ロータの回転軸線近くに位置するフェライト磁石（７２０、
   ８００）とから成ることを特徴とする、請求項７記載の回転電気機器。