JP2005110485A - モータ用ロータ本体、およびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 シャフトの領域で漂遊磁束が発生する問題を回避できるだけでなく、製造が容易で部品点数が少ない、埋め込まれた永久磁石を有するモータ用ロータ本体を提供する。
【解決手段】 略円筒形状に形成されて中心部にシャフトを取り付けるための中心開口部２８が設けられたロータコア部２２と、ロータコア部２２の内周側から外周側に向けて略スポーク状に貫く方向に配置されてロータコア部２２に埋め込まれる複数の永久磁石３０とを備え、永久磁石３０から隣接するように選択された各対の永久磁石の各端部を磁気的に連結する形状および配置で、各対の永久磁石毎に少なくとも１個の補助磁石７４が設けられる。
【選択図】 図５(a)

Description

本発明は、永久磁石を具備する電子整流式ブラシレスＤＣ（直流）モータ等のモータ、及び、永久磁石を具備するその他のモータのロータに関し、特に、インナーロータ型のモータに具備され、略円筒型であって中心開口部を有するロータコア部と、そのロータコア部をスポーク形状に貫いて埋め込まれた永久磁石を備えるロータ本体に関する。

一般的に、インナーロータ型モータは、モータのシャフトに取り付けられ、且つ、１個又は複数個の永久磁石を含むロータユニットと、多数の金属薄板が積層されて構成されることで巻線を担持してロータを回転駆動させるステータ本体と称されるステータユニットとを含んでいる。ロータユニットはステータユニットと同軸になるように挿入される。また、アウターロータ型モータの場合は、ロータユニットがステータを囲んでいることになる。

図１１は、従来のモータの全体的な構成を概略的に示す側面側から見た断面図である。
図１１は、モータの基本的な構造を示している。冒頭で述べたように、本発明は、略円筒型であって中心開口部を有するロータコア部を備え、そのロータコア部に永久磁石が埋め込まれているロータ本体を備えるモータのロータ本体に関する。

図１１は、ハウジング１１４を備え、そのハウジング１１４の中には、ステータユニット１１８、ロータユニット１１６だけでなく、ロータユニットを回転可能に支持するためのベアリング１２６、１２８を含んでいるモータの構造を示している。ステータユニット１１８には、積層された複数の金属薄板１５５および巻線１６０を備え、ロータユニット１１６を挿入可能な空胴が内周側に設けられている。ロータユニット１１６は、シャフト１１０、ヨーク１１２および永久磁石１２２を含んでいる。また、ロータユニットを軸支するベアリング１２６、１２８は、モータのハウジング１１４のフランジ１２４に一体に組み込まれていてもよい。

永久磁石が埋め込まれたロータは、従来技術で説明されるように一般的に公知である。埋め込まれた永久磁石の横断面の長辺がラジアル方向にスポーク形状に広がって配置されるロータの構成が知られている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に示されるように、ロータ本体を囲むリングまたはチューブにより保護された永久磁石が、その埋め込み時横断面の長辺がラジアル方向に向くようにロータ本体に埋め込んで形成することは公知である。また、永久磁石が埋め込まれるロータ本体は、ヨークの機能を有している。

埋め込まれた永久磁石を備える通常のロータは知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、永久磁石を外周側からロータ本体に挿入する目的でロータ本体に形成されたスリットに挿入された複数の永久磁石が示されている。この文献では、永久磁石の半径方向内周側に位置する端部がロータコア部の部材により覆われている。

永久磁石を埋め込む形式のロータは、永久磁石を完全に密閉できるという利点を有している。このため、例えば腐食から守るための特別な表面保護処理を実施しないままのロータを、腐食性の強い媒体と接触させても永久磁石の磁性材料には腐食等の問題が発生しない。しかしながら、これまでに説明したロータの構成では、ロータコア部のシャフトの近傍において漂遊磁束を発生させるという欠点を有している。

このような漂遊磁束の発生を避けるため、従来の技術では、磁気誘導性が非常に小さい物質、もしくは、磁気誘導性を有していない物質により形成され、且つ、複数の磁気誘導性を有する磁束誘導性部材が固定されるスリーブがシャフトに取り付けられ、その複数の磁束誘導部材の間に永久磁石を埋め込む構造が提案されている（例えば、特許文献２、３、４参照）。このような構造では、ロータ本体における磁気ループ及び磁束密度の分布については、従来の技術と比較して大幅に改善されるが、製造の工数が多く必要になるだけでなく、部品点数が多くなることから誤差寸法が拡大するという機構的な問題を有している。

特許文献３では、永久磁石を外部から完全に保護するため、永久磁石を受け入れるスリットの外周に境界辺部が設けられている形態を示している。

また、各磁極については、より多くの磁極（永久磁石）を有するモータ用永久磁石型ロータが知られている（例えば、特許文献５参照）。この特許文献５に示されたロータでは、各永久磁石は、それらの磁束を集中させるように配置されている。各永久磁石は、平面に囲まれた立方体形状であり、ロータ本体に並んで固定された各磁束誘導部材の間に形成されるロータ内凹部に、ロータのシャフトから半径方向で、スポーク形状に配置されている。永久磁石及び磁束誘導部材の取り付けに際しては、１つの磁極について、各々２分の１の磁極となる永久磁石及び磁束誘導部材の組み合わせにおける同磁極同士が面するように隣接させて配置し、スリーブを介してシャフトに取り付ける。

また、モータに使用されることを前提として、埋め込まれた永久磁石を備えるロータの構造が知られている（例えば、特許文献６参照）。特許文献６に記載されたロータは、その構造が、複数の打ち抜きされた金属薄板が積層されて形成されている。その複数の打ち抜きされた金属薄板は、Ｖ字型に２方向の直線状辺部に分かれて打ち抜かれた抜き部分を有し、その分かれた両方の直線状辺部の各々に各１個の永久磁石が埋設されている。その永久磁石は、ロータコア部を略スポーク形状に貫く方向に配置されている。Ｖ字型に分かれた両方の直線状辺部が交わる頂点部分では、隣接する対の永久磁石が空間によって橋架されている。その空間は、空気又は非磁性の材料により満たされている。特許文献６の構成は、構造が簡単であって、しかもコンパクトである高出力モータを提供することを目的としている。

また、上記した特許文献６で説明されたモータと略同様に構成されるモータに具備される別のロータが知られている（例えば、特許文献７参照）。特許文献７に記載されたロータは、金属薄板が積層されたパッケージの構造を簡単にすることによりシャフトの領域上に発生する漂遊磁束を可能な限り低減させようとするものである。また、埋め込まれた永久磁石を備えるロータの別な構成が知られている（例えば、特許文献８参照）。特許文献８では、永久磁石がロータ本体の半径方向、もしくは、ロータ本体の半径方向と平行に配置されている。特許文献８では、永久磁石が、いわゆる「２重のスポーク形状」に配置されている。その「２重のスポーク形状」を構成する「永久磁石の組」は、各々の磁化方向が略同様である一対の永久磁石により構成される。その一対の永久磁石は、引用文献８に記載されているように互いに平行に配置されても良いし、相対的に一定の角度に傾いた状態で互いに向き合って配置されていても良い。このように配置することで、モータの回転特性の回転トルクむら、特にコギングによるトルクむらを改善することができる。

永久磁石が埋め込まれるロータの更なる設計の構成が知られている（例えば、特許文献９〜１１参照）。

また、複数のステータポールとステータヨークを備えるステータ配置は、インナーロータまたはアウターロータのモータを設計する際の従来技術として一般的に知られている。

「ＤＥＳＩＧＮ ＯＦ ＢＲＵＳＨＬＥＳＳ ＰＥＲＭＡＮＥＮＴ−ＭＡＧＮＥＴ ＭＯＴＯＲＳ」Ｊ．Ｒ． ＨＥＮＤＥＲＳＨＯＴ ＪＲ． ＡＮＤ ＴＨＥ ＭＩＬＬＥＲ、 ＭＡＧＮＡ ＰＨＹＳＩＣＳ ＰＵＢＬＩＳＨＩＮＧ ＡＮＤ ＣＬＡＲＥＮＤＯＮ ＰＲＥＳＳ、 ＯＸＦＯＲＤ、 １９９４ 欧州特許（ＥＰ：Ａ１）第０６９１７２７号明細書 欧州特許（ＥＰ：Ａ１）第０６４１０５９号明細書 欧州特許（ＥＰ：Ｂ１）第０８０３９６２号明細書 独国特許（ＤＥ）出願公開（Ａ１）第１０１００７１８号明細書 国際公開（ＷＯ）第００／５７５３７号パンフレット 米国特許（Ｕ．Ｓ．）４３２７３０２号明細書 欧州特許（ＥＰ：Ａ２）第１３０９０６６号明細書 欧州特許（ＥＰ）出願公開（Ａ１）第０８７２９４４号明細書 英国特許（ＧＢ）第１１７７２４７号明細書 欧州特許（ＥＰ）出願公開（Ａ２）第０９５５７１４号明細書 米国特許（Ｕ．Ｓ．）出願公開（Ａ１）第２００２／００６７０９６号明細書

ロータコア部に半径方向に配置の上埋め込まれた永久磁石は、ロータが座しているシャフトの領域で漂遊磁束を発生させる原因になる。シャフトは通常は鋼材であって、ロータコア部による磁束に対する更なるヨークの役目を果たす。このことにより大幅な磁束の漏れによる漂遊損が生じる。この問題には、磁気誘導性が非常に小さい物質、もしくは、磁気誘導性を有さない物質で形成されたスリーブであって、且つ、ロータの磁束誘導部材が固定されたスリーブをシャフトに取り付けることで対応できる。ちなみに、磁束誘導部材の間にも永久磁石が埋め込まれている。但し、このような構成の場合、製造に手間がかかるだけでなく、部品点数も多くなってしまう。

上記した特許文献７に記載されたロータでは、シャフトの領域上に発生される漂遊磁束を減少させる手段として、円板形状に打ち抜きされた金属薄板の円周近辺に等間隔で配置されたＵ字型の抜き部分を設けることが示されている。このＵ字型の抜き部分における２本の直線状辺部は半径方向外周側向きであり、Ｕ字型の抜き部分の各直線状辺部には永久磁石が配置されている。又、その抜き部分の中に配置されている各永久磁石における半径方向内周側に位置する各端部の間には、シャフトの領域上に発生される漂遊磁束を減少させるための空間が設けられている。しかし、出願人の調査によれば、特許文献７に記載された構造を用いても、シャフトの領域上には、なお軽視できないレベルの漂遊磁束が発生することが明らかになっている。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、本発明の課題は、シャフトの領域で漂遊磁束が発生する問題を回避できるだけでなく、製造が容易で部品点数が少ない、埋め込まれた永久磁石を有するモータ用ロータ本体を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明のモータ用ロータ本体は、略円筒形状に形成されてそのロータコア部の中心部にシャフトを取り付けるための中心開口部が設けられたロータコア部と、ロータコア部の内周側から外周側に向けて略スポーク状に貫く方向に配置されてロータコア部に埋め込まれる複数の永久磁石とを備えるモータ用のロータ本体であって、ロータコア部には、その永久磁石から隣接するように選択された各対の永久磁石の各端部を磁気的に連結する形状および配置で各対の永久磁石毎に少なくとも１個の補助磁石が設けられる。

また、本発明のモータは、上記した本発明のロータ本体を含むロータ部と、そのロータ本体を回転駆動させるためのステータ部とを具備するモータであって、ロータ本体は、シャフトに取り付けられ、ステータ部は、ロータ部を囲むように設けられる。

本発明のロータ本体では、略円筒形状のロータコア部の内周側から外周側に向けて略スポーク状に貫く方向に配置される複数の永久磁石から、隣接するように選択された各対の永久磁石の各端部を磁気的に連結する形状および配置で、各対の永久磁石毎に少なくとも１個の補助磁石が設けられ、その補助磁石は、隣接するように選択された各対の永久磁石の間の空間における磁束線を集中させてから外周側のステータに向けることができるように磁化され配置されるので、シャフトの領域で発生する漂遊磁束による磁束損失を減少させることができるだけでなく、隣接するように選択された各対の永久磁石間の磁束線を集中させ、磁束線を増大させながらロータ本体の外部に誘導し、ロータとステータの間の磁束を増大させることでモータの効率及び最大出力を高めることができる。

また、本発明のロータコア部には、補助磁石が設けられる領域に予め各対の永久磁石の各端部を橋架する形状および配置のロータ内凹部が設けられており、補助磁石はそのロータ内凹部に少なくとも部分的に充填されるように補助磁石が設けられるので、ロータ内凹部を設けることによる、ロータ本体のシャフトの領域で発生する漂遊磁束をある程度減少させることができ、磁束損失を減少させることができるという効果に加えて、さらに、上記した補助磁石による効果を得ることができる。

また、各対の永久磁石の半径方向内周側端部を全面的に橋架する補助磁石とを、例えばＵ字型に一体に形成した本発明の場合には、特に簡単な構成を得ることができる。

また、内周側境界辺部が中心開口部に対して閉塞された面を有する切れ目のない環として形成される本発明の場合には、内輪形状の簡単な構成で、且つ、ロータ本体をモータのシャフトに直接に安定して取り付けられるようにモータ用のロータ本体を提供でき、永久磁石をロータコア部に完全に埋め込むことで、腐食性の強い媒体と接触させても永久磁石の磁性材料には腐食等の問題が発生しないことから表面保護処理を不要にでき、さらに、永久磁石を機械的に保護できる。また、本発明のロータ本体で、外周側境界辺部が開口した切れ目のある環として形成される場合、ロータの外周側における磁束を一層強く集中させることができ、これによりモータの効率及び最大出力を更に高めることができる。

また、対の永久磁石が、ロータコア部の間にロータ本体を半径方向に「２重のスポーク形状」になるようにロータ本体４４の半径方向に対して平行あるいは一定の角度で反対側に傾斜をつけた状態で互いに向き合って配置され、各永久磁石の磁化方向が略同一で磁束線が対である各永久磁石間を最短距離で結合して略二重磁石のように作用する本発明の場合、永久磁石を１重のスポーク形状で配置したロータに比べて永久磁石から発生した磁界を増大させることができる。また、永久磁石を、半径方向に対して傾斜をつけた状態で互いに向き合って配置する場合には、回転トルク、特にモータのコギングによるトルクむらを改善させることができる。

また、ロータ本体の外周の外周側境界辺部に均等もしくは不均等な間隔で配置される外周面凹部が設けられる本発明の場合、その外周面凹部を設けない場合よりも、モータ駆動時の回転トルク特性を改善できるだけでなく、モータのコギングによるトルクむらも改善することができる。

また、ロータ本体における永久磁石の半径方向外周側が全面的に囲まれておらず開口している本発明の場合、ロータ本体の各磁束誘導部材は外周側境界辺部によって一体に結合されなくなるので、外周側境界辺部に流れる磁束が減少し、磁束を更に集中させることができ、それによりロータからステータへの磁束を更に強めることができ、モータの効率及び最大出力を一段と高めることができる。

以下に、本発明を実施するための望ましい実施形態を、図面を用いて更に詳しく説明する。

まず、本発明の実施形態を説明する前に、本発明の実施形態との比較のため、従来の磁気をループさせる上で理想的と考えられるスリーブを有するロータ本体について説明する。

図１は、磁気をループさせる上で理想的と考えられるスリーブを有するロータ本体の概略構造を示す上面側から見た断面図である。
ロータ本体１０は、通常の鋼材で形成されたシャフト１２に取り付けられる。このために磁気誘導性を有さないスリーブ１４は、シャフト１２に接着又は圧入され、また、スリーブ１４には、複数の磁気誘導性を有する磁束誘導部材１６が固定されている。

尚、複数の磁束誘導部材１６の間には、永久磁石１８が埋め込まれている。スリーブ１４は、磁束誘導部材１６とシャフト１２の間の漂遊磁束の発生を防止する役目を担っている。このためにスリーブ１４は、磁気誘導性が微小であるか、もしくは、磁気誘導性を持たない材質により形成される。

このスリーブ１４を介在させることで、シャフト１２部分における磁束の漏れによる漂遊損を完全に抑制することができる。このことから図１に示されたロータ本体１０の構成は、ロータの磁気をループさせる上で理想的であると言える。しかしながら、この図１のような構成の場合には、発明が解決しようとする課題に示したように、必要となる部品点数が多くなるだけでなく、製造工数が多く必要であるという問題を有している。

＜第１の実施形態＞
図２(a)は、本発明の第１の本実施形態の出発点となる補助磁石を設置する前のロータ本体の第１の実施例の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た断面図である。尚、図２(a)は、本発明と同一の発明者及び出願人による未公開の独国特許出願ＤＥ１０３１８６２４号に記載されている。
図２(a)に示された本実施例のロータ本体２０は、磁束誘導性部材により形成され、ロータ本体２０の外周部に面する外周側境界辺部２４、および、ロータ本体２０の中心開口部２８に面する内周側境界辺部２６を介して一体に繋がって形成されるロータコア部２２を含んでいる。本実施例では、ロータコア部２２の内周側の内周側境界辺部２６は閉塞された環形状を成しており、この内周側境界辺部２６が中心開口部２８との境界を成している。尚、磁束誘導部材であるロータコア部２２における外周側境界辺部２４と内周側境界辺部２６との間には、ロータ本体２０を半径方向にスポーク形状に貫く永久磁石３０が埋め込まれている。

ロータ本体２０の外周側に位置する外周側境界辺部２４は、永久磁石３０を、ロータ本体２０の中に半径方向外向きに完全に埋め込み、且つ、保護することで、永久磁石３０がロータ本体２０の周囲の媒体に接触させない機能を有している。ロータ本体２０の内周側に位置する内周側境界辺部２６も、同様な機能を有している。内周側に位置する内周側境界辺部２６は、この他に、ロータ本体２０とシャフト１２を回転不能に結合させる機能も有している。

本実施例では、ロータ本体２０を分割できない一体式の筺体として形成できるように、複数の磁束誘導部材であるロータコア部２２が、外周側境界辺部２４及び内周側境界辺部２６により結合されている。これは、本実施例のロータ本体を理想的に機能させるためには、ロータ本体２０における同一磁極を磁気的に結合させる必要があり、そのためには、磁束誘導部材である各ロータコア部２２を、外周側に位置する外周側境界辺部２４又は内周側に位置する内周側境界辺部２６の少なくとも何れかを用いて結合させる必要があるためである。

図２(a)に示された本実施例では、内周側に位置する内周側境界辺部２６が閉塞された環形状を構成するため、ロータ本体２０を、従来のようなスリーブを介在させることなく、例えば、圧入又は接着により図示しないシャフトに取り付けることができる。

内周側に位置する内周側境界辺部２６は、短い半径方向境界辺部４２を介して磁束誘導部材であるロータコア部２２と連結されており、各ロータ内凹部３２に個々に面している。図２(a)に示された本実施例では、ロータ内凹部は、隣接するように選択された各対の永久磁石３０の内周側端部を各々橋架するように設けられる。又、この本実施例では、ロータ本体２０の内周側に位置する内周側境界辺部２６が、各永久磁石３０の同一の磁極が結合されるように設けられる。図２(a)に示されている本実施例では、内周側境界辺部２６は、各永久磁石３０のＳ極同士を連結するように設けられている。なお、内周側に位置する内周側境界辺部２６により、各永久磁石３０のＮ極同士を連結するように構成しても良いことは言うまでもない。

図２(a)のように構成することにより、内周側境界辺部２６が、永久磁石３０の半径方向内周側に位置する端部を各々橋架するように設けられ、且つ、内周側境界辺部２６が、空気又はその他の、磁気誘導性が非常に小さいか、もしくは、磁気誘導性を全く有さない媒体に満たされてよいロータ内凹部３２の境界を区切るための構成の一部となってロータ本体２０が形成される。基本的には、内周側境界辺部２６により、例えば本実施例のＳ極のように、各永久磁石３０の同一の磁極が全て連結されるような構成にしても良いが、図４(a)及び図４(b)を用いて後述するように、各永久磁石３０の内の２個の同一の磁極を、内周側境界辺部２６を介して連結するだけでも、磁気誘導性を有する通常の鋼材で形成されたシャフト１２に取り付けられることを考慮すれば、切れ目のない磁気誘導性を有する環形状を構成することは可能である。

本実施例では、上記したロータ本体２０の構成、及び、特に、図２(a)に示されているロータ内凹部３２の配置により、ロータ本体２０の内周側に位置する内周側境界辺部２６及び中心開口部２８における漂遊磁束の発生を大幅に抑えることができる。この結果、本実施例のロータ本体２０では、例えば、図１に示されたスリーブ１４を有していないような従来の通常の永久磁石埋め込み型ロータ本体と比較して、磁束の漏れによる漂遊損を大きく減少させることができる。

また、本実施例では、磁束誘導部材であるロータコア部２２は、うず電流を発生させないために、強磁性の材質である金属薄板を打ち抜いた（型抜きした）部材が積層されて形成される。また、積層の金属薄板とは別の選択肢として、例えば、フェライト系の材質を用いて形成しても良い。また、ロータ本体２０の磁束誘導部材であるロータコア部２２は、例えば、永久磁石３０が横方向から挿入されて分割できない一体式部材として形成されても良い。この場合には、永久磁石３０を横方向から挿入した後に、ロータ本体２０を閉じることで、永久磁石３０に表面保護処理を施さなくても良いよう永久磁石３０を密封することができる。

本実施例のロータ本体２０は、ステータ本体３６とステータ巻線３８を含むステータ３４に囲まれている。ステータ本体３６は、ロータ本体２０を回転駆動させるものであり、巻線を担持するために、従来の技術に記載されたように、打ち抜いた多数の金属薄板を積層して構成しても良い。

本実施例の永久磁石３０等を形成するための磁気材料としては、永久磁石特性を有するあらゆる材料を用いることができる。例えば、ネオジム鉄ボロン（ＮｄＦｅＢ）、もしくは、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）等の材料が該当する。更に、プラスチック成形により形成された磁性材料も含まれる。

図２(b)は、図２(a)のステータに組み込まれたロータ本体の概略断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された断面図である。
図２(b)には、本発明の作用を説明するために、磁気の流れを示す磁束線４０が記入されている。なお、図２(b)では、図２(a)と同様の部材には同一の符号を付与することで重複する部位の詳しい説明を省略する。

図２(b)では、上記したように磁束線が書き込まれており、磁束線の間隔が狭いほど磁界は強いことから、ロータ内凹部３２における磁束の流れる量は微少であることがわかる。このことから、本実施例では、モータが駆動している時は、ロータ本体２０と、ロータ本体２０が取り付けられているシャフトとの間では微小な漂遊磁束が発生するだけであることがわかる。従って、磁気損失をある程度低レベルに抑えることができている。

図３(a)は、本発明の第１の本実施形態の出発点となる補助磁石を設置する前のロータ本体の第２の実施例の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た断面図である。尚、図３(a)は、本発明と同一の発明者及び出願人による未公開の独国特許出願ＤＥ１０３１８６２４号に記載されている。なお、本実施例では、各部材に付与された符号以外の構成および動作で、上記した第１実施例と同様と考えられる事項については、重複する説明となる記載を省略する。

図３(a)のロータ本体４４は、磁束誘導部材であるロータコア部４６を含み、外周側境界辺部４８を介してロータ本体４４の外周部側で結合されると共に、内周側境界辺部５０を介してロータ本体４４の中心開口部５２側で結合されることで統合されて分割できない一体式筺体を成している。図３(a)に示した本実施例では、内周側に位置する内周側境界辺部５０により閉塞された環形状が形成されており、その環形状は、中心開口部５２の境界を構成している。

磁束誘導部材であるロータコア部４６の間には、ロータ本体４４を半径方向に「２重のスポーク形状」で貫く複数の永久磁石５４、５４’が埋め込まれている。２個の永久磁石５４、５４’は、互いに直接に隣接し、永久磁石の一対を形成している。しかし、一対である各永久磁石５４、５４’は、ロータ本体４４の半径方向に対して所定の角度に傾いた状態で相対的に互いに向き合って配置されている。

尚、本実施例の別な実施例（不図示）としては、一対である永久磁石が互いに平行になるよう配置しても良い。一対を形成する永久磁石５４、５４’の磁化方向は、略同様である。言い換えると、Ｎ極とＳ極の着磁方向の配置が同様になるのであるが、このことは図３(a)に書き込まれた矢印により示されている。これにより、一対である永久磁石５４、５４’の間では、磁極は形成されず、磁束線が一対となる永久磁石の内周側を最短距離で結合するようになる。このことは、後述する図３(b)中の磁束線に示されている。

このように本実施例のロータ本体２０では、第１の実施形態に記載した効果に加えて、一対の永久磁石５４、５４’は、各々略二重磁石のように作用するので、図２(a)に示されている実施例よりも、磁石から発生される磁界を増大させることができる。また、１つの所定の角度に基づいて永久磁石５４、５４’を傾けて配置しているので、回転トルク、特にモータのコギングによるトルクむらを改善させることができる。

本実施例でも、外周側境界辺部４８および内周側境界辺部５０が発揮する機能により、埋め込まれた永久磁石５４、５４’を保護できること、並びに、ロータ本体４４をシャフトに直接に取り付けられることについては、図２(a)、図２(b)を用いて第１の実施例で説明された内容と同様である。更に、内周側境界辺部５０は、半径方向の短い境界辺部５６と共に、隣接するように選択された各対の永久磁石５４、５４’の一対の一方と、それと直接に隣り合う永久磁石５４、５４’の一対の一方の半径方向内周側に位置する各端部とを橋架して設けられるロータ内凹部５８の境界を形成している。

ここに示されている本実施例では、ロータ本体４４の内周側に位置する内周側境界辺部５０は、一対の永久磁石５４、５４’の間にある部分と、隣接する他の永久磁石対の間にある部分の各々を連結している。これにより形成されたロータ内凹部５８がどのように作用するかについては、図２(a)及び図２(b)を用いて第１の実施例で説明されており、後述の図３(b)を用いた第３の実施例中でも再度説明されることである。

図３(a)に示された本実施例の場合も、ロータ本体４４の磁束誘導部材であるロータコア部４６は、うず電流の発生を避けるために、強磁性を有している金属薄板を打ち抜いた（型抜きした）ものを積層して形成することが望ましく、また、分割できない一体式筺体として形成されることが望ましい。

図３(a)に示されたロータ本体４４は、第１の実施例と同様にステータ６０に囲まれているが、ステータ６０の内周側表面とロータ本体４４の外周側表面との間には、隙間６２が存在している。ステータ６０は、ステータ本体６４を含み、ステータ本体６４は、内周側にステータとして機能させるための複数のステータ極を有し、各ステータ極には相巻線６６、６６’が巻かれている。尚、ステータ本体６４は、従来技術に記載されたように、金属薄板を打ち抜いたものを積層して形成しても良い。

図３(b)は、図３(a)のステータに組み込まれたロータ本体の変形例の概略断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された断面図である。
図３(b)には、本発明の作用を説明するために、磁気の流れを示す磁束線４０が記入されている。なお、図３(b)では、図３(a)と同様の部材には同一の符号を付与することで重複する部位の詳しい説明を省略する。

図３(c)は、図３(a)のロータ本体の変形例に永久磁石を挿入する工程の途中段階を示す断面図である。
図３(b)及び図３(c)に示した実施例が、図３(a)のロータ本体４４から変形している内容は、外周側境界辺部４８の部分を含むロータ本体４４の外周部分に、均等若しくは不均等に配置された外周面凹部６８が設けられていることである。ロータ本体４４の周囲に外周面凹部６８を形成することにより、モータ駆動時の回転トルク特性を改善できるだけでなく、モータのコギングによるトルクむらも上記した第２の実施例よりも改善することができる。

更に図３(c)からは、本実施例のロータ本体を作るには、永久磁石５４、５４’を受け入れるためのスリット７０をロータ本体４４に設けて良いこと、又、前記永久磁石がスリット７０に挿入された後は、ロータ本体４４が閉塞されることがわかる。

図４(a)は、本発明の第１の本実施形態の出発点となる補助磁石を設置する前のロータ本体の第３の実施例の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。尚、図４(a)は、本発明と同一の発明者及び出願人による未公開の独国特許出願ＤＥ１０３１８６２４号に記載されている。なお、本実施例でも、各部材に付与された符号以外の構成および動作で、上記した第１実施例及び第２実施例と同様と考えられる事項については、重複する説明となる記載を省略する。

図４(a)に示されている本実施例は、図２(a)および図２(b)に示された第１の実施例と類似する部分が多いが、図４(a)の本実施例では、半径方向内周側に位置する内周側境界辺部が閉塞された環形状を構成していない。なお、図４(a)では、図２(a)および図２(b)と同様の部材が多いため、上記したように同一の符号を付与することで重複する部位の詳しい説明を省略する。

図４(a)に示されている本実施例では、ロータ内凹部３２は、短い半径方向境界辺部４２及びロータ本体２０の中心開口部２８に面する幅広の境界辺部７２により仕切られる。本実施例では、半径方向内周側に位置する内周側境界辺部７２は、上記した各実施例のように互いに連結されていない。また、本実施例では、外周側の外周側境界辺部２４により、全ての磁束誘導部材２２が繋がっている分割できない一体式ロータ本体２０が形成される。

図４(b)は、図４(a)のステータに組み込まれたロータ本体の概略断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された断面図である。
図４(b)に示したように本実施例では、内周側境界辺部７２が互いに連結されていないが、凹部３２が存在することから、ロータ本体２０とシャフトの間に生じる漂遊磁束を、上記した各実施例と同等のレベルに抑えることができる。従って、内周側境界辺部７２が互いに連結されていない本実施例のロータ本体２０でも、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。

図５(a)は、本発明の第１の本実施形態のロータ本体の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。
なお、図５(a)に示された本実施形態は、図２(a)に示されているロータ本体２０の構成に基いて補助磁石７４が付加されているが、図３(a)や図４(a)に示された他のロータ構成に基づいて補助磁石を付加しても良い。図５(a)において図２(a)と同一である部材については同一の符号を付すことで、再度の詳細な説明を省略する。

図５(a)に示された本実施形態では、ロータ内凹部３２に補助磁石７４が挿入されている。尚、補助磁石７４は、隣接する対の永久磁石３０の中央に配置されている。永久磁石３０及び補助磁石７４の磁化方向は、図５(a)中に矢印（Ｎ→Ｓ）によって示されている。永久磁石３０の幾何学的配置及び磁化方向は、図２(b)に示した実施例と同様である。本実施形態のロータ本体の構成は、本発明の当該分野における専門的知識を有する者であれば、永久磁石を埋め込む形態をとるロータにおいて様々に応用して実施できることが理解できる。

図５(a)に示されている本発明の実施形態では、補助磁石７４の各々により、各ロータ内凹部３２が部分的に充填されているのみである。この場合、補助磁石７４は、永久磁石３０の半径方向内周側における漂遊磁束を更に抑制する機能を有している。

図５(b)は、図５(a)のステータに組み込まれたロータ本体の概略部分断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された部分断面図である。
補助磁石７４がいかに作用するかについては、図５(a)の記載内容に対応させて磁束線が記入された図５(b)を参照することにより明らかになる。図５(b)からわかるように、補助磁石７４は、隣接する対の永久磁石３０の間の磁束線を、集中させてから所望の方向、すなわち、外周側のステータ３４に向けるようにしている。ロータ２０における永久磁石３０のステータ側で強磁性の磁束誘導部材である外周側境界辺部２４は、モータが駆動している時は、通常、既に磁気的に飽和状態にあるのでそこからさらに磁束が漏れることはない。そのため、永久磁石３０の間の磁束は、補助磁石７４により増大され、それに伴ってロータ２０とステータ３４の間の磁束も増大される。このことで、モータ全体としての効率を引き上げることができる。

図５(a)に示されている本実施形態の更なる利点としては、ロータ本体２０の磁束誘導部材が分割されないで切れ目なく繋がっていることから、ロータ本体２０を一体に形成できることである。尚、補助磁石７４は、ロータ本体２０の横からロータ内凹部３２に挿入すればよい。又、挿入された補助磁石７４を固定する方法としては、補助磁石７４をロータ内凹部３２に接着する方法、ロータ内凹部３２に挿入後にそのロータ内凹部３２に残る空間をモールド成形する方法、変形させた補助磁石７４の復元力によりロータ内凹部３２に固定する方法、又はその他の方法を用いることができる。

このように本実施形態のロータ本体２０、４４は、略円筒形状に形成され、その中心部にシャフト１２を取り付けるために設けられる中心開口部２８を有するロータコア部２２、４６を備える。ロータコア部２２、４６には、そのロータコア部２２、４６を内周側から外周側に向けて略スポーク形状で貫く方向に配置される永久磁石３０、５４、５４’が埋め込まれる。本実施形態では、略円筒形状のロータコア部２２、４６の内周側から外周側に向けて略スポーク状に貫く方向に配置される複数の永久磁石３０、５４、５４’から、隣接するように選択された各対の永久磁石３０、５４、５４’の各端部を磁気的に連結する形状および配置で、各対の永久磁石３０、５４、５４’毎に少なくとも１個の補助磁石７４が設けられ、その補助磁石７４は、隣接するように選択された各対の永久磁石３０、５４、５４’の間の空間における磁束線４０を集中させてから外周側のステータ３４、６０に向けることができるように磁化され配置される。

既に述べたように、従来の技術によるスリーブを有していないロータコア部２２、４６では、ロータコア部２２、４６の内周側に位置する端部のシャフト１２の部分において大きな漂遊磁束が発生するという問題がある。本実施形態は、ロータ本体２０の望まざる漂遊磁束が発生する危険が大きくなる領域においては、磁束線４０を所望の方向、すなわち半径方向の外周側にあるステータ３４、６０の方向に迂回させるという発想に基いてなされたものである。

本実施形態では、補助磁石７４は、隣接するように選択された各対の永久磁石３０、５４、５４’の間の空間における磁束線４０を集中させることができるように磁化され配列されることが好ましく、こうすることで、ロータ本体２０、４４とステータ本体３６、６４との間の磁束線４０を増大させることができ、それによってモータの効率も高めることができる。また、この補助磁石７４で磁束線４０を集中させることにより、ロータ本体２０、４４における磁束の漏れによる漂遊損を大幅に減少させることができる。さらに、本実施形態のロータ本体２０、４４では、図２(b)に示されたように、磁束線４０は増大されてロータ本体２０、４４の外部に誘導されるので、その結果モータの効率を高めることができる。

また、本実施形態では、ロータ本体２０、４４の構成によっては、隣接するように選択された各対の永久磁石３０、５４、５４’を連結するために、１個又は複数の補助磁石７４を設けることができる。

また、本実施形態では、半径方向内周側に位置し、隣接する対の永久磁石３０、５４、５４’の端部は、ロータ内凹部３２、５８を介して各々橋架されることが望ましい。その際に、補助磁石７４は、永久磁石３０、５４、５４’を磁気的に連結するために、ロータ内凹部３２、５８内に配置される。補助磁石７４は、図５(b)に示したように、隣接するように選択された各対の永久磁石３０、５４、５４’の間の空間における磁束線４０を集中させる働きをしている。又、本実施形態では、ロータ内凹部３２、５８は、空気、もしくは、磁気誘導性に優れないその他の物質で充填される。

本実施形態では、ロータ内凹部３２、５８の境界は、ロータ本体２０、４４の中心開口部２８、５２の周辺に配置される内周側境界辺部２６、５０あるいは幅広の境界部７２、及び、隣接するように選択された各対の永久磁石３０、５４、５４’の半径方向内周側端部、及び、半径方向境界辺部４２、５６により、ロータコア部２２、４６の中心開口部２８、５２に対して閉じるか、あるいは、開口させるように構成しても良い。ロータ本体２０の中心開口部２８、５２周辺に配置される境界辺部の形成は、図２(a)あるいは図３(a)の内周側境界辺部２６、５０のような切れ目のない環形状として形成するか、図４(a)のような幅広の境界部７２のような分断部分を有する環形状として形成するかの何れによっても実現できる。図２(a)あるいは図３(a)のように境界辺部を切れ目のない環形状で形成する実施例の場合には、ロータ本体２０、４４が、シャフト１２に取り付けられる内輪状の内周側境界辺部２６、５０によって安定すること、及び、永久磁石３０、５４、５４’が全面的に埋め込まれることで保護されるという利点を有している。

ロータコア部２２にスポーク状に配列されている場合の本実施形態の永久磁石３０は、前記した各対ごとに磁気的に連結され、連結された永久磁石３０の対に対して、１個又は複数の補助磁石７４によって磁気的に連結されると特に効果が発揮されやすくなる。１つの対に属する永久磁石３０は、同一の磁極が同方向に向くように磁化されても良いし、互いに逆の磁極が同方向に向くように磁化されても良い。

２重のスポーク形状となるように一対に配置される場合の本実施形態の永久磁石５４、５４’は、一対の永久磁石は、各々の磁極が同一方向となるように磁化されている。尚、直接に隣接する対の永久磁石５４、５４’は、各々、半径方向内周側に位置する端部のところで補助磁石７４によって磁気的に連結される。

本実施形態における１個または複数個の補助磁石７４は、半径方向に磁化されていることが好ましい。これは、隣接するように選択された各対の永久磁石３０、５４、５４’の間の空間における磁束線４０を集中させるためである。その際に、隣り合って配置される各補助磁石７４は、磁束線４０を集中させることができれば、半径方向に同一の磁極が向くように磁化されても良いし、互いに逆の磁極が同一方向に向くように磁化されても良い。

本実施形態では、永久磁石３０、５４、５４’は、その永久磁石３０、５４、５４’の半径方向内周側に位置する端部または半径方向外周側に位置する端部の少なくとも一方側においてロータコア部２２、４６に囲まれるように構成されている。これは、ロータコア部２２、４６を、切れ目のない一体に形成するためである。例えば、磁束誘導部材であるロータコア部２２、４６の内輪側が軸方向に分断されていたとしても、ロータ本体２０、４４の外周側で永久磁石３０、５４、５４’が囲まれている限り切れ目のない磁束誘導部材を得ることができる。

本実施形態では、永久磁石３０、５４、５４’は、半径方向外周側に位置する端部においてロータコア部２２、４６によって全面的に囲まれている。これにより、永久磁石３０、５４、５４’が全面的に埋め込まれたロータ本体２０、４４を得ることができ、ロータ本体２２、４４を腐食性の強い媒体と接触させても永久磁石３０、５４、５４’が劣化する問題が無くなる。又、本実施形態では、永久磁石３０、５４、５４’として、多数の磁性材料を用いて構成しても良く、特に、外気にさらされる可能性がある場合には従来は追加的な表面保護処理が必要であった材料を、本実施形態の永久磁石用として用いることができる。

本実施形態のロータコア部２２、４６は、うず電流を避けるために、強磁性の材質の打ち抜きされた金属薄板を積層して形成されることが好ましい。本実施形態のロータコア部２２、４６の別な選択肢としては、フェライト系の材質を用いて形成しても良い。また、本実施形態のロータコア部２２、４６に、永久磁石３０、５４、５４’を横（側面）から挿入するためのスリットを設けるようにしても良い。その場合、次いで、永久磁石３０、５４、５４’を密封閉塞するためにロータコア部２２、４６の側面を閉じる。こうすることで永久磁石３０、５４、５４’には表面保護処理を施す必要が無くなる。永久磁石３０、５４、５４’を構成する磁性材料としては、例えば、ネオジム鉄ボロン(ＮｄＦｅＢ)又はサマリウムコバルト(ＳｍＣｏ)が用いられる。これらの磁性材料には、本来ならば腐食を防ぐために表面保護処理を施さなければならない。しかしながら、本実施形態では、これらの磁性材料から構成される永久磁石３０、５４、５４’をロータコア部２２、４６に完全に埋め込むことで、表面保護処理を不要にすることができる。更に、本実施形態では、永久磁石３０、５４、５４’をロータコア部２２、４６に完全に埋め込むことで、永久磁石３０、５４、５４’を機械的に保護することもできる。

このように本実施形態のロータ本体２０では、略円筒形状のロータコア部の内周側から外周側に向けて略スポーク状に貫く方向に配置される複数の永久磁石から、隣接するように選択された各対の永久磁石の各端部を磁気的に連結する形状および配置で、各対の永久磁石毎に少なくとも１個の補助磁石が設けられ、その補助磁石は、隣接するように選択された各対の永久磁石の間の空間における磁束線を集中させてから外周側のステータに向けることができるように磁化され配置されるので、シャフトの領域で発生する漂遊磁束による磁束損失を減少させることができるだけでなく、隣接するように選択された各対の永久磁石間の磁束線を集中させ、磁束線を増大させながらロータ本体の外部に誘導し、ロータとステータの間の磁束を増大させることでモータの効率及び最大出力を高めることができる。

＜第２の実施形態＞
図６(a)は、本発明の第２の実施形態のロータ本体の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。
図６(a)に示された本実施形態では、補助磁石７６の大きさあるいはロータ内凹部３２における補助磁石７６の占有比率を除いて、図５(a)に示された第１の実施形態と類似する実施形態を示している。図６(a)に示された本実施形態では、補助磁石７６は、ロータ内凹部３２内において、第１の実施形態よりも大きな占有比率の部分を充填している。尚、図６(a)の本実施形態に示されている部材で、図５(a)に示されている第１の実施形態の部材と同様な部材については、同一の符号を付与し、重複した説明となる記載を省略する。

図６(b)は、図６(a)のステータに組み込まれたロータ本体の概略部分断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された部分断面図である。

図５(a)に示されたロータ内凹部３２における補助磁石７４の構成と、図６(a)に示されているロータ内凹部３２における補助磁石７６の構成を参照することにより、補助磁石７６は、隣接するように選択された各対の永久磁石の各端部を磁気的に連結し、各対の永久磁石の間の空間における磁束線を集中させてから外周側のステータに向けることができるように磁化され配置されれば、多様な形状および寸法に形成できることがわかる。又、多様に形成された補助磁石７６は、図２(a)〜図４(a)に示された本発明の出発点となる補助磁石を設置する前のロータ本体の各実施例で説明した全ての種類のロータ本体の構成に用いることができるだけではなく、他の埋め込み型永久磁石を備えるロータ本体においても使用することができる。又、補助磁石７６は、１個の磁石で構成しても良いし、複数の磁石を組み合わせて構成しても良い。

また、本実施形態でも、ロータ内凹部３２は、空気、もしくは、磁気誘導性に優れないその他の物質で充填されるが、ロータ内凹部３２内の一部は、その空気、もしくは、磁気誘導性に優れないその他の物質に代えて、補助磁石７６によって充填される。

このように第１の実施形態に対して形状及び寸法を変更した補助磁石７６を用いた本実施形態のロータ本体２０でも、隣接するように選択された各対の永久磁石の間の空間における磁束線を集中させてから外周側のステータに向けることができるので、シャフトの領域で発生する漂遊磁束による磁束損失を減少させることができるだけでなく、隣接するように選択された各対の永久磁石間の磁束線を集中させ、磁束線を増大させながらロータ本体の外部に誘導し、ロータとステータの間の磁束を増大させることでモータの効率及び最大出力を高めることができる。

＜第３の実施形態＞
図７(a)は、本発明の第３の実施形態のロータ本体の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。
図７(a)に示された本実施形態でも、補助磁石７８の大きさあるいはロータ内凹部３２における補助磁石７８の占有比率を除いて、図５(a)に示された第１の実施形態と類似する実施形態を示している。図７(a)に示された本実施形態では、補助磁石７８は、ロータ内凹部３２内において、上記した第２の実施形態よりもさらに大きな占有比率の部分、というよりも、補助磁石７８は、ロータ内凹部３２内を完全に占有して充填している。尚、図７(a)の本実施形態に示されている部材で、図５(a)に示されている第１の実施形態の部材と同様な部材については、同一の符号を付与し、重複した説明となる記載を省略する。

図７(b)は、図７(a)のステータに組み込まれたロータ本体の概略部分断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された部分断面図である。

図５(a)に示されたロータ内凹部３２における補助磁石７４の構成と、図６(a)に示されているロータ内凹部３２における補助磁石７６の構成と、図７(a)に示されているロータ内凹部３２における補助磁石７８の構成を参照することにより、補助磁石７８は、隣接するように選択された各対の永久磁石の各端部を磁気的に連結し、各対の永久磁石の間の空間における磁束線を集中させてから外周側のステータに向けることができるように磁化され配置されれば、第２の実施形態よりもさらに多様な形状および寸法に形成できることがわかる。又、本実施形態でも、多様に形成された補助磁石７８は、図２(a)〜図４(a)に示された本発明の出発点となる補助磁石を設置する前のロータ本体の各実施例で説明した全ての種類のロータ本体の構成に用いることができるだけではなく、他の埋め込み型永久磁石を備えるロータ本体においても使用することができ、又、補助磁石７８は、１個の磁石で構成しても良いし、複数の磁石を組み合わせて構成しても良い。

また、本実施形態でも、ロータ内凹部３２は、空気、もしくは、磁気誘導性に優れないその他の物質で充填されるが、本実施形態では、例えば、図７(a)及び図７(b)を用いて示したように、空気、もしくは、磁気誘導性に優れないその他の物質に代えて、ロータ内凹部３２、５８内を部分的、もしくは、全面的に補助磁石７８によって充填される。

本実施形態では、隣接する対の永久磁石の半径方向内周側端部は、各々が１個の補助磁石により全面的に橋架されるように構成されることが望ましい。

このように第１の実施形態に対して形状及び寸法を変更した補助磁石７８を用いてロータ内凹部３２内を完全に占有して充填するようにした本実施形態のロータ本体２０でも、隣接するように選択された各対の永久磁石の間の空間における磁束線を集中させてから外周側のステータに向けることができるので、シャフトの領域で発生する漂遊磁束による磁束損失を減少させることができるだけでなく、隣接するように選択された各対の永久磁石間の磁束線を集中させ、磁束線を増大させながらロータ本体の外部に誘導し、ロータとステータの間の磁束を増大させることでモータの効率及び最大出力を高めることができる。

＜第４の実施形態＞
図８は、本発明の第４の実施形態のロータ本体の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。
図８に示された本実施形態のロータ本体２０は、そのロータ本体２０の中心開口部５２を囲んで設けられる内周側境界辺部８４と、中心開口部５２から半径方向に設けられる半径方向境界辺部８２と、半径方向境界辺部８２及び内周側境界辺部８４を介して連結される磁束誘導部材８０とを含んでいる。内周側境界辺部８４は、閉じられた環形状を成しており、その環形状がロータ本体２０の中心開口部２８との境界を形成している。

磁束誘導部材８０の間には、隣接するように選択される各対の永久磁石８８を受け入れるためのスペースを提供するためと、さらに、永久磁石８８の半径方向内周側端部の間に位置するロータ内凹部９０を形成するために打抜部８６（または切り落とし部）が設けられている。１個の打抜部８６の中においては、隣接するように選択された各対の永久磁石８８の間に更なる磁束誘導部材９２が設けられるが、打抜部８６の半径方向外周側は永久磁石８８を受け入れるために開口されている。すなわち、本実施形態の永久磁石８８は、磁束誘導部材８０及び９２によって全面的に囲まれていない。それ故、本実施形態におけるロータ本体２０の磁束誘導部材８０及び９２は、一体に結合されていない。

本実施形態でも、ロータ内凹部９０には、磁束線を集中させ、且つ、所望の方向に向けるために補助磁石９４が配置されている。図８には、永久磁石８８及び補助磁石９４の磁化方向が符号「Ｓ」及び「Ｎ」で示されている。

永久磁石８８を半径方向において遠心力の作用から保護するため、個々の磁束誘導部材８０、９２の外周に永久磁石８８を保持するノーズが設けられている。図８に示されている実施例では、ロータ全体にプラスチックを射出するか若しくはロータ全体を鋳込むことが有効である。他の実施例によるロータの場合もロータ全体にプラスチックを射出するか若しくはロータ全体を鋳込んで良いことは言うまでもない。

図８に示された本実施形態のロータ本体２０の構成が有する利点は、上記した他の実施形態と同様に、ロータ内凹部９０のみの場合に比べて補助磁石９４により、磁束を更に集中させることができることと、それに伴って、ロータ本体２０からステータ本体への磁束を更に増大させることができることである。このことにより、モータの効率及び最大出力を一段と高めることができる。

本実施形態では、ロータ本体２０に、永久磁石８８を外周側から挿入するため切り落とし部又は打抜部８６が設けられている。この場合、その切り落とし部又は打抜部８６は半径方向外周側で開口しており、ここに取り付けられた永久磁石８８はもはやロータ本体２０の外周面によって全面的に囲まれることはなくなる。又、磁束誘導部材８０、９２も外周側で互いに一体に結合されなくなる。但し、本実施形態では、磁束誘導部材８０、９２が外周側で不連続になることから、ロータ外周側における磁束が一層強く集中させられるという利点を有する。このことでモータの効率及び最大出力が更に高められる。

このようにロータ本体に永久磁石を外周側から挿入するための打抜部を設け、その打抜部が半径方向外周側で開口するようにした本実施形態のロータ本体２０でも、隣接するように選択された各対の永久磁石の間の空間における磁束線を集中させてから外周側のステータに向けることができるので、シャフトの領域で発生する漂遊磁束による磁束損失を減少させることができるだけでなく、隣接するように選択された各対の永久磁石間の磁束線を集中させ、磁束線を増大させながらロータ本体の外部に誘導できるが、本実施形態では、磁束誘導部材８０、９２が外周側で不連続になることからロータ外周側における磁束を一層強く集中させられるので、ロータとステータの間の磁束を増大させることでモータの効率及び最大出力を更に高めることができる。

＜第５の実施形態＞
図９(a)は、本発明の第５の実施形態のロータ本体の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。

図９(a)は、ほぼ図４(a)の実施例に示されているロータ本体２０の構成に基いており、補助磁石９６が付加された構成を示している。
図９(a)に示した本実施形態では、補助磁石９６は、ロータ内凹部３２の中に配置されているというよりも、ロータ本体２０における、内周側に位置する各幅広の境界辺部７２の間に相当する部分に一体に形成されている。

図９(a)におけるその他の部材については図４(a)の実施例に関連して説明済みであるので、本実施形態では、図４(a)と同一である部材については同一の符号を付すことで、再度の詳細な説明を省略する。尚、それらの部材の詳細については、前記図４(a)の実施例に関連する説明を参照すればよい。

内周側に位置する各幅広の境界辺部７２の間の部分に配置された補助磁石９６については、同一方向に同一の磁極が向くように磁化されても良いし、同一方向に互いに逆の磁極が向くように磁化されても良いが、本実施形態では図９(a)の矢印で示されているとおり同一方向に磁極が向くように磁化されている。更に、補助磁石９６については、単一の磁石で構成しても良いし、複数の磁石を組み合わせて構成しても良いが、本実施形態では図９(a)に示されているとおり単一の磁石で構成されている。なお、図９(a)の実施形態における、補助磁石９６が単一の磁石で構成され、同一方向に磁極が向くように磁化されている場合の磁束線については、後述する第６の実施形態の図９(c)に示された磁束線を参照すればよい。

本実施形態では、ロータ本体２０の中心開口部２８を囲むように形成される各幅広の境界辺部７２は、中心開口部２８の周囲で連続しておらず分断されており、補助磁石９６は、中心開口部２８の周囲における各幅広の境界辺部７２が分断された部分に挿入すれば良いように構成されている。本実施形態では、このように構成することで、中心開口部２８の周囲を全面的に閉塞するロータ内輪を形成している。

本実施形態では、ロータコア部２２にスポーク状に配列されている場合の実施形態の永久磁石３０は、前記した各対ごとに磁気的に連結され、連結された永久磁石３０の対に対して、１個又は複数の補助磁石９６によって磁気的に連結されると特に効果が発揮されやすくなる。１つの対に属する永久磁石３０は、同一の磁極が同方向に向くように磁化されても良いし、互いに逆の磁極が同方向に向くように磁化されても良い。

このように中心開口部２８の周囲で連続しておらず分断されて形成される各幅広の各境界辺部７２間に、一方向に磁極が向くように磁化された単一の磁石で構成された補助磁石９６を配置することで中心開口部２８の周囲を全面的に閉塞するロータ内輪を形成するようにした本実施形態のロータ本体２０でも、隣接するように選択された各対の永久磁石の間の空間における磁束線を集中させてから外周側のステータに向けることができるので、シャフトの領域で発生する漂遊磁束による磁束損失を減少させることができるだけでなく、隣接するように選択された各対の永久磁石間の磁束線を集中させ、磁束線を増大させながらロータ本体の外部に誘導し、ロータとステータの間の磁束を増大させることでモータの効率及び最大出力を高めることができる。

＜第６の実施形態＞
図９(b)は、本発明の第６の実施形態のロータ本体の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。
図９(c)は、図９(b)のステータに組み込まれたロータ本体の概略部分断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された部分断面図である。

図９(b)も、図９(a)と同様にほぼ図４(a)の実施例に示されているロータ本体２０の構成に基いており、補助磁石９８が付加された構成を示している。
図９(b)に示した本実施形態でも、補助磁石９８は、ロータ内凹部３２の中に配置されているというよりも、ロータ本体２０における、内周側に位置する各幅広の境界辺部７２の間に相当する部分に一体に形成されている点は図９(a)の場合と同様である。

図９(b)におけるその他の部材については図４(a)の実施例に関連して説明済みであるので、本実施形態でも、図４(a)と同一である部材については同一の符号を付すことで、再度の詳細な説明を省略する。尚、それらの部材の詳細については、前記図４(a)の実施例に関連する説明を参照すればよい。

本実施形態で内周側に位置する各幅広の境界辺部７２の間の部分に配置された補助磁石９８については、同一方向に同一の磁極が向くように磁化されても良いし、同一方向に互いに逆の磁極が向くように磁化されても良いが、本実施形態では図９(b)の矢印で示されているとおり互いに逆方向に磁極が向くように磁化されている。更に、補助磁石９８については、単一の磁石で構成しても良いし、複数の磁石を組み合わせて構成しても良いが、本実施形態では図９(b)に示されているとおり複数の磁石を組み合わせて構成されている。図９(b)の実施形態における、補助磁石９８が複数の磁石を組み合わせて構成され、互いに逆方向に磁極が向くように磁化されている場合の磁束線が、図９(c)に示されている。

本実施形態でも、第５の実施形態と同様にロータ本体２０の中心開口部２８を囲むように形成される各幅広の境界辺部７２は、中心開口部２８の周囲で連続しておらず分断されており、補助磁石９８は、中心開口部２８の周囲における各幅広の境界辺部７２が分断された部分に挿入すれば良いように構成されている。本実施形態では、このように構成することで、中心開口部２８の周囲を全面的に閉塞するロータ内輪を形成している。

本実施形態では、ロータコア部２２にスポーク状に配列されている場合の実施形態の永久磁石３０は、前記した各対ごとに磁気的に連結され、連結された永久磁石３０の対に対して、１個又は複数の補助磁石９８によって磁気的に連結されると特に効果が発揮されやすくなる。１つの対に属する永久磁石３０は、同一の磁極が同方向に向くように磁化されても良いし、互いに逆の磁極が同方向に向くように磁化されても良い。

このように中心開口部２８の周囲で連続しておらず分断されて形成される各幅広の各境界辺部７２間に、互いに逆方向に磁極が向くように磁化された複数の磁石を組み合わせて構成された補助磁石９８を配置することで中心開口部２８の周囲を全面的に閉塞するロータ内輪を形成するようにした本実施形態のロータ本体２０でも、隣接するように選択された各対の永久磁石の間の空間における磁束線を集中させてから外周側のステータに向けることができるので、シャフトの領域で発生する漂遊磁束による磁束損失を減少させることができるだけでなく、隣接するように選択された各対の永久磁石間の磁束線を集中させ、磁束線を増大させながらロータ本体の外部に誘導し、ロータとステータの間の磁束を増大させることでモータの効率及び最大出力を高めることができる。

＜第７の実施形態＞
図１０(a)は、本発明の第７の実施形態のロータ本体の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。
本実施形態では、上記した各実施形態では隣接する対の永久磁石とその各永久磁石に関係する少なくとも１個の補助磁石に分かれて構成されていた複数個の磁石が、ただ１個のＵ字型、Ｖ字型、あるいはそれらに類似する形状の磁石に変更されている。言い換えると、図１０(a)に示した本実施形態では、隣接する対の永久磁石部分とそれに関連する補助磁石部分とが一体となって磁石１００として形成されているということになる。

図１０(a)のロータ本体１０２には、一体型の永久磁石１００を挿入するためのＵ字型若しくはＶ字型の打抜部を設けることが望ましい。また、図１０(a)には、Ｕ字型あるいはＶ字型の永久磁石１００における両端の２本の直線状（足）部分の磁化方向、および、Ｕ字型あるいはＶ字型の永久磁石１００における曲線状部分あるいは直線が交差する部分である頂点部分の磁化方向が矢印により示されている。

図１０(b)は、図１０(a)のステータに組み込まれたロータ本体の概略部分断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された部分断面図である。
図１０(b)からは、ロータ本体１０２の内周側の内輪部分には、漂遊磁束が発生していないことがわかる。

上記した第３の実施形態では、隣接する対の永久磁石の半径方向内周側端部の各々が１個の補助磁石により全面的に橋架されるように構成されることが望ましかったが、本実施形態では、対の永久磁石の半径方向内周側端部の各々の補助磁石による全面的橋架を実現するため、補助磁石と補助磁石に対応する各対の永久磁石を一体に磁石１００として形成した。図１０(a)の場合には、Ｕ字型に形成された磁石が用いられており、これによって、特にロータ本体１０２の構成において、上記した他の実施形態よりも簡単な構成にすることができる。

このように隣接する対の永久磁石部分とそれに関連する補助磁石部分とが一体となった磁石１００が用いられた本実施形態のロータ本体１０２でも、隣接するように選択された各対の永久磁石部分の間の空間における磁束線を集中させてから外周側のステータに向けることができるので、シャフトの領域で発生する漂遊磁束による磁束損失を減少させることができるだけでなく、隣接するように選択された各対の永久磁石部分間の磁束線を集中させ、磁束線を増大させながらロータ本体１０２の外部に誘導し、ロータとステータの間の磁束を増大させることでモータの効率及び最大出力を高めることができる。

上記したように、第１〜第３の各実施形態では、例えば、図２(a)に示されているロータ本体２０の構成に基いてロータ内凹部内に様々な形状および寸法の補助磁石が付加されており、第４の実施形態ではロータ本体２０の外周側が開口されており、第５〜第６の実施形態では内周側境界部の一部（半径方向境界部間）に磁化方向が一方向の単独あるいは逆方向に複数の補助磁石が付加されており、第７の実施形態では、隣接する対の永久磁石部分とそれに関連する補助磁石部分とが一体となった磁石を用いている。上記した各実施形態の説明からわかるように、本発明では、ロータ本体、隣接する対の永久磁石、それに関連する補助磁石として、様々な形状および寸法のものを使用でき、多様な応用が可能であり、上記した各実施形態に限定されるものではない。又、本発明では、上記した各実施形態に示された永久磁石の配置及び形状、補助磁石の配置、形状及び磁化方向、ロータ内凹部を形成に関する各種要素、及び、上記各実施形態に説明されたその他の様々なパラメータを、必要に応じて適宜組み合わせて実施するようにしても良い。

また、例えば、上記した各実施形態で説明したモータに対して半分の磁極数しか有さないモータに本発明を適用する場合には、ロータ本体２０内に並んで配置される２個の永久磁石毎に、連続して隣接する各永久磁石の磁極が同一方向になるように磁化するか、もしくは、隣接する対の永久磁石のうち一方の磁石を省き、省かれた方の磁石を受け入れるために設けられていた空間をそのまま残すように構成すれば良い。本願の明細書、図面及び請求項に開示された各事項（特徴）は、単独であるか任意の組み合わせであるかにかかわらず、本発明を実現するために用いられるものである。

また、上記各実施形態に示された本発明によるロータ本体は、例えば、ブラシレスＤＣモータ、または、ブラシレスＤＣモータとは異なる永久磁石型シンクロモータに対して好適に用いられることができる。このような本発明のロータ本体を用いたモータは、例えば、ハードディスクドライブ用スピンドルモータ、自動車のパワーアシストステアリング或いはブレーキシステムのような、モータにより補助される自動車関連の機構、又は、電動工具等の多種多様の用途に用いることができる。

また、上記した各実施形態では、本発明のロータ本体がインナーロータ型モータに適用される場合について説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、アウターロータ型モータにも適用することができる。その場合、隣接するように選択された各対の永久磁石を橋架するように設けられるロータ内凹部、及び、各対の永久磁石の磁気を橋架するように設けられる補助磁石は、ロータコア部の外周側の近辺に設けられることになる。

磁気をループさせる上で理想的と考えられるスリーブを有するロータ本体の概略構造を示す上面側から見た断面図である。 本発明の第１の実施形態の出発点となる補助磁石を設置する前のロータ本体の第１の実施例の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た断面図である。尚、図２(a)は、本発明と同一の発明者及び出願人による未公開の独国特許出願ＤＥ１０３１８６２４号に記載されている。 図２(a)のステータに組み込まれたロータ本体の概略断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された断面図である。 本発明の第１の実施形態の出発点となる補助磁石を設置する前のロータ本体の第２の実施例の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た断面図である。尚、図３(a)は、本発明と同一の発明者及び出願人による未公開の独国特許出願ＤＥ１０３１８６２４号に記載されている。 図３(a)のステータに組み込まれたロータ本体の概略断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された断面図である。 図３(a)のロータ本体に永久磁石を挿入する工程の途中段階を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の出発点となる補助磁石を設置する前のロータ本体の第３の実施例の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。尚、図４(a)は、本発明と同一の発明者及び出願人による未公開の独国特許出願ＤＥ１０３１８６２４号に記載されている。 図４(a)のステータに組み込まれたロータ本体の概略断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された断面図である。 本発明の第１の実施形態のロータ本体の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。 図５(a)のステータに組み込まれたロータ本体の概略部分断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された部分断面図である。 本発明の第２の実施形態のロータ本体の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。 図６(a)のステータに組み込まれたロータ本体の概略部分断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された部分断面図である。 本発明の第３の実施形態のロータ本体の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。 図７(a)のステータに組み込まれたロータ本体の概略部分断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された部分断面図である。 本発明の第４の実施形態のロータ本体の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。 本発明の第５の実施形態のロータ本体の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。 本発明の第６の実施形態のロータ本体の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。 図９(b)のステータに組み込まれたロータ本体の概略部分断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された部分断面図である。 本発明の第７の実施形態のロータ本体の概略構造をステータ本体と共に示す上面側から見た部分断面図である。 図１０(a)のステータに組み込まれたロータ本体の概略部分断面図にモータ駆動の際に発生する磁束線が追記された部分断面図である。 従来のモータの全体的な構成を概略的に示す側面側から見た断面図である。

符号の説明

１０、２０、４４、１０２ ロータ本体
１２、１１０ シャフト
１４ スリーブ
１６、８０、９２ 磁束誘導部材
１８、３０、５４、５４’、８８、１２２ 永久磁石
２２、４６ ロータコア部（磁束誘導部材）
２４、４８ 外周側境界辺部
２６、５０、８４ 内周側境界辺部
２８、５２ 中心開口部
３２、５８、９０ ロータ内凹部
３４、６０ ステータ
３６、６４ ステータ本体
３８ ステータ巻線
４０ 磁束線
４２、５６、８２ 半径方向の境界辺部
６２ 隙間
６６、６６’ （ステータの）相巻線
６８ 外周面凹部
７０ スリット
７２ 幅広の境界辺部
７４、７６、７８、９４、９６、９８ 補助磁石
８６ 打抜部
１００ 永久磁石（Ｕ字型）
１１２ ヨーク
１１４ ハウジング
１１６ ロータユニット
１１８ ステータユニット
１２４ フランジ
１２６、１２８ ベアリング
１５５ 金属薄板
１６０ 巻線

Claims (19)

1. 略円筒形状に形成されて中心部にシャフトを取り付けるための中心開口部が設けられたロータコア部と、前記ロータコア部の内周側から外周側に向けて略スポーク状に貫く方向に配置されて前記ロータコア部に埋め込まれる複数の永久磁石とを備えるモータ用のロータ本体であって、
   前記ロータコア部には、前記永久磁石から隣接するように選択された各対の永久磁石の各端部を磁気的に連結する形状および配置で、各対の永久磁石毎に少なくとも１個の補助磁石が設けられる
   ことを特徴とするモータ用ロータ本体。
2. 前記ロータコア部には、前記補助磁石が設けられる領域に、前記各対の永久磁石の各端部を橋架する形状および配置のロータ内凹部が設けられ、前記補助磁石は、前記ロータ内凹部の内部に配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ用ロータ本体。
3. 前記補助磁石は、前記ロータ内凹部の少なくとも一部を充填する形状である
   ことを特徴とする請求項２に記載のモータ用ロータ本体。
4. 前記補助磁石は、前記ロータ内凹部を完全に充填する形状である
   ことを特徴とする請求項２に記載のモータ用ロータ本体。
5. 前記補助磁石は、前記各対の永久磁石の半径方向内周側端部を橋架する形状および配置である
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ用ロータ本体。
6. 前記補助磁石は、前記各対の永久磁石と一体に形成される
   ことを特徴とする請求項５に記載のモータ用ロータ本体。
7. 前記ロータコア部では、前記ロータ内凹部が、前記各対の永久磁石の半径方向内周側端部を橋架するように形成され、
   前記ロータ内凹部とその周囲との境界は、前記ロータコア部に設けられた中心開口部の全周を囲む内周側境界辺部と、隣接するように選択された各対の永久磁石の半径方向内周側端部と、前記ロータ内凹部の側面に位置する半径方向境界辺部により形成され、
   前記補助磁石は、前記中心開口部の全周を囲む内周側境界辺部と一体に形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ用ロータ本体。
8. 前記中心開口部の全周を囲む内周側境界辺部には、前記補助磁石が組み込まれる内周側凹部を有する
   ことを特徴とする請求項７に記載のモータ用ロータ本体。
9. 前記補助磁石は、前記各対の永久磁石の半径方向内周側端部を磁気的に連結する
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のモータ用ロータ本体。
10. 前記各対の永久磁石における個々の永久磁石の磁極は、各々が同一方向に磁化される
    ことを特徴とする請求項９に記載のモータ用ロータ本体。
11. 前記各対の永久磁石における個々の永久磁石の磁極は、各々が互いに逆方向に磁化される
    ことを特徴とする請求項９に記載のモータ用ロータ本体。
12. 前記各対の永久磁石は、前記ロータコア部に、各々の磁化方向が各対毎に同様である一対の永久磁石が２重のスポーク形状となるように配置され、
    前記各対の永久磁石の半径方向内周側端部の対は、各々補助磁石によって磁気的に連結される
    ことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体。
13. 前記補助磁石は、隣接するように選択された各対の永久磁石の間に磁束線が集中するように、磁極が半径方向に向くように磁化される
    ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体。
14. 前記補助磁石は、各磁極が同一方向又は逆方向に向くように磁化される
    ことを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体。
15. 前記ロータコア部は、前記永久磁石の少なくとも半径方向内周側端部、又は、半径方向外周側端部を閉塞させている
    ことを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体。
16. 前記ロータコア部は、強磁性を有する材質により形成される
    ことを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体。
17. 前記ロータコア部は、金属性の薄板が積層されて形成される
    ことを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体。
18. 前記ロータコア部は、前記永久磁石が挿入されるスリットが設けられる
    ことを特徴とする請求項１〜１７の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体。
19. 前記請求項１〜１８の何れか１項に記載のモータ用ロータ本体と、該ロータ本体を回転駆動させるためのステータ本体とを具備するモータであって、
    前記ロータ本体は、シャフトに取り付けられ、前記ステータ本体は、前記ロータ本体を囲むように設けられる
    ことを特徴とするモータ。

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