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JP7471619B1 - Synchronous rotating motor - Google Patents

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JP7471619B1
JP7471619B1 JP2023174376A JP2023174376A JP7471619B1 JP 7471619 B1 JP7471619 B1 JP 7471619B1 JP 2023174376 A JP2023174376 A JP 2023174376A JP 2023174376 A JP2023174376 A JP 2023174376A JP 7471619 B1 JP7471619 B1 JP 7471619B1
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Abstract

【課題】 磁石体及びヨークを反発力に拮抗しながら容易に組み立てることができるようにするとともに、磁石体及びヨークを磁気飽和を防いで安定して一体化できるようにする。
【解決手段】 磁石体2が同極同士を互いに対向させて扇型のヨーク3を介して等角度間隔に配置されたロータにおいて、磁石体2として磁束密度Bが150mT≦Bになるネオジム磁石を用い、ヨーク3の中心角θを20°<θ<40°に設定し、磁石体2の側面をこれに直交する方向から見たとき、磁石体2の側面の周縁からヨーク3の側面の周縁を突出させて磁石体2の側面とヨーク3の側面とを接合させ、ヨーク3のアキシャル方向の突出寸法Ea、アキシャル方向他方側の突出寸法Eb、隣接する磁石体2の最小間隔Gの関係を、0.5mm≦Ea≦5mm、0.5mm≦Eb≦5mm、0.5mm≦G≦5mmに設定した。
【選択図】図6

To easily assemble a magnet body and a yoke while counteracting a repulsive force, and to stably integrate the magnet body and the yoke while preventing magnetic saturation.
[Solution] In a rotor in which magnet bodies 2 are arranged at equal angular intervals via a sector-shaped yoke 3, with like poles facing each other, neodymium magnets with a magnetic flux density B of 150 mT≦B are used as the magnet bodies 2, and the central angle θ of the yoke 3 is set to 20°<θ<40°. When the side of the magnet body 2 is viewed from a direction perpendicular to it, the peripheral edge of the side of the yoke 3 protrudes from the peripheral edge of the side of the magnet body 2 to join the side of the magnet body 2 and the side of the yoke 3. The relationship between the axial protrusion dimension Ea of the yoke 3, the protrusion dimension Eb on the other axial side and the minimum gap G between adjacent magnet bodies 2 are set to 0.5 mm≦Ea≦5 mm, 0.5 mm≦Eb≦5 mm and 0.5 mm≦G≦5 mm.
[Selected Figure] Figure 6

Description

本発明は、回転軸により回転させられるリング状のロータとロータの周囲に設けられるステータとを備え電動機あるいは発電機として構成可能な同期回転電機に係り、特に、永久磁石を同極同士が互いに対向するように独立した扇型のヨークを介して周方向に配置した所謂同極反発型のロータを備えた同期回転電機に関する。 The present invention relates to a synchronous rotating electric machine that can be configured as an electric motor or generator, and that has a ring-shaped rotor that is rotated by a rotating shaft and a stator that is arranged around the rotor, and in particular, to a synchronous rotating electric machine that has a so-called homopolar repulsion type rotor in which permanent magnets are arranged circumferentially via independent sector-shaped yokes so that like poles face each other.

従来、この種の同期回転電機としては、例えば、特開平6-38415号公報(特許文献1)に掲載されたものが知られており、これは、図31に示すように、回転軸(図示せず)により回転させられるリング状のロータ100と、ロータ100の周囲に設けられるステータ(図示せず)とを備え、ロータ100は、回転軸の外側に回転軸の中心軸Pを中心とする円周方向に沿って同極同士を互いに対向させて等角度間隔(45°)に配置され同一形状且つ同一の大きさで細長の直方体に形成された複数の永久磁石からなる磁石体101と、隣接する磁石体101間に配置され磁石体101の側面に接合する側面を有するとともに所定の中心角(45°)を有した扇状で同一形状且つ同一の大きさに形成された複数のヨーク102とを備えて構成されている。 Conventionally, as an example of this type of synchronous rotating electric machine, one that is disclosed in JP Patent Publication 6-38415 (Patent Document 1) is known, which, as shown in FIG. 31, comprises a ring-shaped rotor 100 that is rotated by a rotating shaft (not shown) and a stator (not shown) that is provided around the rotor 100. The rotor 100 is configured with magnet bodies 101 consisting of multiple permanent magnets that are arranged on the outside of the rotating shaft along a circumferential direction centered on the central axis P of the rotating shaft with the same poles facing each other at equal angular intervals (45°) and are formed into elongated rectangular parallelepipeds of the same shape and size, and multiple yokes 102 that are arranged between adjacent magnet bodies 101, have sides that join the sides of the magnet bodies 101, and are formed into sectors of the same shape and size with a predetermined central angle (45°).

ところで、同期回転電機Kaとして、例えばモータ(電動機)の場合、エネルギー効率の高いモータを得るために、ロータ100の磁石体101として、フェライト系のものに代わり、磁束密度の高い例えばネオジム系磁石を用いたい。しかし、この磁束密度の高い磁石体101を用いたロータ100を設計し安価に生産しようとした際に、図31に示す磁石体101を独立したヨーク102を介して周方向に配置するタイプのロータ100においては、磁石体がフェライト系磁石では問題ないものの、高磁束密度の磁石体101の場合には、磁力が強力で組み立て実装工程に困難性が生じる。そのため、従来においては、ロータとして磁石体を鉄心に埋め込むタイプにした所謂IPMモータが普及している(例えば、特開平10-66285号公報等参照)。しかしながら、例えば、EVやロボットなどの分野においては、出来るだけ低重量で高トルク、高回転のモータを利用することが求められ、磁石体101を独立したヨーク102を介して周方向に配置するタイプのロータ100は、単位重量あたりのトルク密度に優れていることから、その普及が望まれる。 Now, in the case of a synchronous rotating electric machine Ka, for example, a motor (electric motor), in order to obtain a motor with high energy efficiency, it is desirable to use, for example, a neodymium-based magnet with high magnetic flux density, instead of a ferrite-based magnet, as the magnet body 101 of the rotor 100. However, when designing and inexpensively producing a rotor 100 using this high-magnetic-flux-density magnet body 101, in a type of rotor 100 in which the magnet body 101 shown in FIG. 31 is arranged in the circumferential direction via an independent yoke 102, there is no problem with the magnet body being a ferrite-based magnet, but in the case of a magnet body 101 with high magnetic flux density, the magnetic force is strong and the assembly and mounting process is difficult. For this reason, so-called IPM motors in which the magnet body is embedded in the iron core as the rotor have been popular (for example, see JP-A-10-66285, etc.). However, for example, in fields such as EVs and robots, there is a demand for motors that are as light as possible and have high torque and high rotation speeds, and the rotor 100 type in which the magnet body 101 is arranged circumferentially via an independent yoke 102 has excellent torque density per unit weight, so it is desirable for it to become more widespread.

特開平6-38415号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-38415 特開平10-66285号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-66285

ここで、再度、磁石体101を独立したヨーク102を介して周方向に配置するタイプのロータ100についての問題点を詳しく挙げると、図31に示すように、このロータ100においては、磁石体101が細長の直方体に形成され、扇型のヨーク102の付け根が広くなっているので、磁束が漏れて本来磁束密度を高めたいラジアル方向の磁束密度が高くならない、本来磁石が保有する磁束を有効に利用することができずエネルギー効率が悪い、という問題がある。そのため、扇型のヨークの付け根幅を狭くするようにし、ヨークの付け根の磁束を極端に少なくしてラジアル方向の磁束密度を高めることが考えられるが、反面、磁気飽和し易くなり、この部分から同極磁石が反発することになるので、上記の実装する場合に磁力が強力で組み立て実装工程に困難性が生じてしまう。 Here, we will go into more detail about the problems with the rotor 100 in which the magnet body 101 is arranged in the circumferential direction via an independent yoke 102. As shown in FIG. 31, in this rotor 100, the magnet body 101 is formed as an elongated rectangular parallelepiped, and the base of the sector-shaped yoke 102 is wide, so there is a problem that the magnetic flux leaks and the magnetic flux density in the radial direction, where it is originally desired to increase the magnetic flux density, does not increase, and the magnetic flux that the magnet originally possesses cannot be effectively utilized, resulting in poor energy efficiency. For this reason, it is possible to narrow the base width of the sector-shaped yoke and extremely reduce the magnetic flux at the base of the yoke to increase the magnetic flux density in the radial direction, but on the other hand, this makes it easier to become magnetically saturated, and magnets of the same polarity will repel from this part, so when mounting as described above, the magnetic force is strong and the assembly mounting process becomes difficult.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、永久磁石を同極同士が互いに対向するように独立した扇型のヨークを介して周方向に配置したロータを備えたものにおいて、ネオジム磁石などの高性能磁石を用いても、磁石体及びヨークを反発力に拮抗しながら容易に組み立てることができるようにするとともに、磁石体から放射される磁束をヨークに有効に導いて、同時に磁気飽和を防いで高性能磁石とヨークの最適構造化を達成し、磁気的に自動安定して一体化し、高性能磁石が保有するほとんどの磁束密度をヨークに吸収し駆動力に貢献する磁束として放出し最大限活かすことができる同期回転電機を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide a synchronous rotating electric machine that has a rotor in which permanent magnets are arranged circumferentially with the same poles facing each other via independent sector-shaped yokes, and that, even when using high-performance magnets such as neodymium magnets, allows the magnet body and yoke to be easily assembled while counteracting repulsive forces, effectively directs the magnetic flux emitted from the magnet body to the yoke, while at the same time preventing magnetic saturation, achieving an optimal structure for the high-performance magnet and yoke, automatically stabilizing the magnets and integrating them, and maximizing the use of most of the magnetic flux density possessed by the high-performance magnets, which are absorbed by the yoke and released as magnetic flux that contributes to the driving force.

本願発明者は、長年の研究により、磁束密度の高い高性能磁石体とヨークとの関係を検討した結果、磁気飽和させること無く最大効率を生み出すことができる条件を見出し、本発明を完成させた。
即ち、上記課題を解決するための本発明の同期回転電機は、回転軸により回転させられるリング状のロータと、ロータの周囲に設けられるステータとを備え、上記ロータを、上記回転軸の外側に該回転軸の中心軸を中心とする円周方向に沿って同極同士を互いに対向させて等角度間隔に配置され同一形状且つ同一の大きさに形成された複数の永久磁石からなる磁石体と、隣接する磁石体間に配置され該磁石体の側面に接合する側面を有するとともに所定の中心角を有した扇状で同一形状且つ同一の大きさに形成された複数のヨークとを備えて構成した同期回転電機において、
記磁石体のアキシャル方向の長さをMa、ラジアル方向の長さをMrとし、上記ヨークのアキシャル方向の長さをYa、ラジアル方向の長さをYrとしたとき、Ma<Ya、Mr<Yrに設定し、上記磁石体のほとんどの磁束を上記ヨークに吸収させる構成としている。
より具体的には、上記磁石体を、その磁束密度をBとしたとき、150mT≦Bの磁石材料で構成し、
上記ヨークの中心角をθとしたとき、20°<θ<40°に設定し、
上記磁石体のアキシャル方向の長さをMa、ラジアル方向の長さをMrとし、上記ヨークのアキシャル方向の長さをYa、ラジアル方向の長さをYrとしたとき、Ma<Ya、Mr<Yrに設定し、
上記磁石体の側面をこれに直交する方向から見たとき該磁石体の側面の周縁から上記ヨークの側面の周縁を突出させて該磁石体の側面と上記ヨークの側面とを接合させ、
上記磁石体の側面のアキシャル方向一方側の周縁に対する上記ヨークの側面のアキシャル方向一方側の周縁の突出寸法をEaとし、上記磁石体の側面のアキシャル方向他方側の周縁に対する上記ヨークの側面のアキシャル方向他方側の周縁の突出寸法をEbとし、隣接する磁石体の最小間隔をGとしたとき、
0.5mm≦Ea≦5mm、0.5mm≦Eb≦5mm、0.5mm≦G≦5mmに
設定した構成としている。
The inventors of the present application conducted research for many years and investigated the relationship between high-performance magnets with high magnetic flux density and the yoke, and as a result discovered the conditions for achieving maximum efficiency without magnetic saturation, thereby completing the present invention.
That is, the synchronous rotating electric machine of the present invention for solving the above-mentioned problems includes a ring-shaped rotor rotated by a rotating shaft, and a stator provided around the rotor, the rotor being configured with magnet bodies made of a plurality of permanent magnets formed with the same shape and size and arranged at equal angular intervals with the same poles facing each other along a circumferential direction centered on the central axis of the rotating shaft on the outside of the rotating shaft, and a plurality of yokes arranged between adjacent magnet bodies, having side surfaces joining to side surfaces of the magnet bodies, and formed with the same shape and size in a sector shape with a predetermined central angle,
When the axial length of the magnet body is Ma and the radial length is Mr, and the axial length of the yoke is Ya and the radial length is Yr, the relationships Ma<Ya and Mr<Yr are set so that most of the magnetic flux of the magnet body is absorbed by the yoke.
More specifically, the magnet body is made of a magnet material having a magnetic flux density of 150 mT≦B, where B is the magnetic flux density of the magnet body;
When the central angle of the yoke is θ, the central angle is set to 20°<θ<40°.
Let Ma be the axial length of the magnet body, Mr be the radial length thereof, and Ya be the axial length of the yoke, Yr be the radial length thereof, so that Ma<Ya and Mr<Yr are satisfied;
when the side surface of the magnet body is viewed in a direction perpendicular to the side surface of the magnet body, the peripheral edge of the side surface of the yoke is caused to protrude from the peripheral edge of the side surface of the magnet body, and the side surface of the magnet body and the side surface of the yoke are joined together;
Let Ea be the protruding dimension of the peripheral edge of the side surface of the yoke in the axial direction relative to the peripheral edge of the side surface of the magnet body in the axial direction on one side, Eb be the protruding dimension of the peripheral edge of the side surface of the yoke in the axial direction on the other side relative to the peripheral edge of the side surface of the magnet body in the axial direction on the other side, and G be the minimum distance between adjacent magnet bodies,
The configuration is set to 0.5 mm≦Ea≦5 mm, 0.5 mm≦Eb≦5 mm, and 0.5 mm≦G≦5 mm.

ここで、150mT≦Bの磁石材料としては、希土類磁石を挙げることができる。希土類磁石は希土類金属(ネオジウム、サマリウム、コバルトなど合計17元素)の粉末を成型してから焼結した高性能なマグネットを言う。サマリウム・コバルトSm-Co系マグネット(通称:サマコバ磁石)と、ネオジウム・鉄・ボロンNd-Fe-B系マグネット(通称:ネオジム磁石)とがある。
また、ヨークとしては、飽和磁束密度が高い鉄系の材料、電磁軟鉄、圧紛鉄心、電磁鋼板、低炭素鋼、珪素鋼板等、適宜の材質のものが選択される。必要に応じて、熱処理を行ない、あるいは、防錆のためのメッキや塗装処理を施すことができる。
Here, rare earth magnets can be cited as examples of magnet materials with a magnetic field strength of 150 mT or less (B). Rare earth magnets are high-performance magnets made by molding and then sintering rare earth metal powder (a total of 17 elements, including neodymium, samarium, and cobalt). There are samarium-cobalt Sm-Co magnets (commonly known as samarium-cobalt magnets) and neodymium-iron-boron Nd-Fe-B magnets (commonly known as neodymium magnets).
The yoke is made of an appropriate material such as an iron-based material with a high saturation magnetic flux density, soft magnetic iron, pressed powder core, magnetic steel sheet, low carbon steel, silicon steel sheet, etc. If necessary, heat treatment may be performed, or anti-rust plating or painting may be performed.

これにより、ロータを組み立てるときは、図5に示すように、例えば、予め、1つのヨークの一方側面に1つの磁石体(一方の磁石体)のS極側面を接合させ、このヨークの他方側面に別の磁石体(他方の磁石体)のS極側面を接合させる。若しくは、図示しないが、予め、1つのヨークの一方側面に1つの磁石体(一方の磁石体)のN極側面を接合させ、このヨークの他方側面に別の磁石体(他方の磁石体)のN極側面を接合させる。 As a result, when assembling the rotor, as shown in Figure 5, for example, the south pole side of one magnet body (one magnet body) is joined to one side of one yoke in advance, and the south pole side of another magnet body (the other magnet body) is joined to the other side of this yoke. Alternatively, although not shown, the north pole side of one magnet body (one magnet body) is joined to one side of one yoke in advance, and the north pole side of another magnet body (the other magnet body) is joined to the other side of this yoke.

この場合、本発明によれば、一方の磁石体が吸着したヨークに他方の磁石体を近づけてこれらの面同士を接合しようとすると反発を受けて吸着できない状態が一時的に生じても、他方の磁石体を更に近接させて面接合させるようにするとそのS極の磁束がヨークに吸収されるようになることから、吸着できるようになる。その理由は、本発明では、図6に示すように、ヨークの中心角θを、20°<θ<40°に設定するとともに、隣接する磁石体の最小間隔Gを0.5mm≦G≦5mmにすることにより、扇型のヨークの付け根幅を狭くするようにし、更に、磁石体の側面をこれに直交する方向から見たとき磁石体の側面の周縁からヨークの側面の周縁を突出させて、即ち、ヨークの周縁(ヨークの全周辺)を磁石体の周縁(磁石体の全周辺)に対して、はみ出すような構成にしたので、特に、図6(b)及び図7(a)に示すように、ヨークの周縁を磁石体の周縁に対して、ラジアル方向のみならずアキシャル方向においても、0.5mm~5mm突出させたので、他方の磁石体を更にヨークに近接させて面接合させると、S極の磁束がヨークに吸収されるようになるからである。 In this case, according to the present invention, even if one magnet body is temporarily unable to be attracted to another magnet body due to repulsion when the two magnet bodies are brought close to the yoke to which the other magnet body is attracted in order to join their surfaces, if the other magnet body is brought even closer to join the surfaces, the magnetic flux of its south pole will be absorbed by the yoke, and the magnets will be able to be attracted to each other. The reason for this is that in the present invention, as shown in FIG. 6, the central angle θ of the yoke is set to 20°<θ<40°, and the minimum gap G between adjacent magnet bodies is set to 0.5 mm≦G≦5 mm, thereby narrowing the base width of the sector-shaped yoke, and furthermore, when the side of the magnet body is viewed in a direction perpendicular to it, the periphery of the side of the yoke protrudes from the periphery of the side of the magnet body, i.e., the periphery of the yoke (the entire periphery of the yoke) protrudes beyond the periphery of the magnet body (the entire periphery of the magnet body). In particular, as shown in FIG. 6(b) and FIG. 7(a), the periphery of the yoke protrudes from the periphery of the magnet body by 0.5 mm to 5 mm in both the radial direction and the axial direction. Therefore, when the other magnet body is brought even closer to the yoke and surface-joined, the magnetic flux of the S pole is absorbed by the yoke.

もし、ヨークの磁石体に対するアキシャル方向の突き出しがない場合には、即ち、図7(b)に示すように、アキシャル方向において、ヨークの中心軸方向に直交する一方面及び他方面と、磁石体の中心軸方向に直交する一方面及び他方面とが面一(フラット)な場合には、一般に、ネオジム磁石のような高機能磁石は欠け易いので、コーナ部がアール(R)状の面取り形成されていることもあって、コーナ部であるアールの部分から磁束がヨークに吸収されず外部に磁束が漏れ、さらにヨークの付け根付近は磁束が飽和し易いことから、ヨークに対峙する磁石体の同極同士が反発し易くなる。そのため、一方の磁石体が吸着したヨークに他方の磁石体のS極から発生している全磁束が吸収されず、結果としてヨークの付け根付近は磁束が磁気飽和し、ヨーク表面から放出しているS極磁束と反発して吸着させることができない。この状態で無理やり、例えば接着剤で接着したり、拘束手段で拘束しても、磁束を有効に使用することができずに、高磁束密度磁石を使用することの意味が少なくなる。本発明においては、この反発して吸着できなくなる現象を避けることが出来るのである。 If there is no axial protrusion of the yoke relative to the magnet body, that is, as shown in FIG. 7(b), in the axial direction, one and the other faces of the yoke perpendicular to the central axis direction and one and the other faces of the magnet body perpendicular to the central axis direction are flush (flat), generally, high-performance magnets such as neodymium magnets are easily chipped, and the corners are chamfered in an R shape, so the magnetic flux is not absorbed by the yoke and leaks out from the corners, and the magnetic flux is easily saturated near the base of the yoke, so the same poles of the magnet body facing the yoke tend to repel each other. Therefore, the yoke to which one magnet body is attracted does not absorb the entire magnetic flux generated from the S pole of the other magnet body, and as a result, the magnetic flux is magnetically saturated near the base of the yoke, and it cannot be attracted by repelling the S pole magnetic flux emitted from the yoke surface. In this state, even if it is forcibly attached with, for example, an adhesive or restrained by a restraining means, the magnetic flux cannot be used effectively, and there is little point in using a high magnetic flux density magnet. In the present invention, this phenomenon of repulsion and inability to adhere can be avoided.

このようにして、磁石体とヨークとを順次組み付けてリング状のロータにする。そして、組み立てた状態では、扇型ヨークの付け根幅は狭く、ヨークの周縁を磁石体の周縁に対して、ラジアル方向のみならずアキシャル方向においても、0.5mm~5mm突出しているので、磁気飽和し易いヨークの付け根付近も磁束がヨークに吸収され吸着し、同様にヨーク全体の周縁部においても磁束がヨークに吸収され吸着し、磁石の磁束をヨークに導くことができるようになる。このため、ラジアル方向の総磁束密度がヨークの付け根より格段に高くなり、その結果、磁石体の磁束密度を最大効率で活かすことができるようになる。5mmを超えると磁束密度が低下傾向になり、5mm以下の安定吸着のできる範囲に設定することが望ましい。 In this way, the magnet body and the yoke are assembled in order to form a ring-shaped rotor. In the assembled state, the base width of the sector-shaped yoke is narrow, and the periphery of the yoke protrudes from the periphery of the magnet body by 0.5 mm to 5 mm in both the radial and axial directions, so that the magnetic flux is absorbed and attracted by the yoke near the base of the yoke, which is prone to magnetic saturation, and similarly, the magnetic flux is absorbed and attracted by the yoke at the periphery of the entire yoke, making it possible to guide the magnetic flux of the magnet to the yoke. For this reason, the total magnetic flux density in the radial direction is much higher than the base of the yoke, and as a result, the magnetic flux density of the magnet body can be utilized with maximum efficiency. If it exceeds 5 mm, the magnetic flux density tends to decrease, so it is desirable to set it to a range of 5 mm or less where stable attraction is possible.

ヨークの周縁の磁石体の周縁に対する突き出し量は、図20に示すヨークの突き出し量についての試験結果から、3mm以下の安定吸着のできる範囲に設定することが望ましい。即ち、好ましくは、0.5mm≦Ea≦3mm、0.5mm≦Eb≦3mm、0.5mm≦G≦3mm、より望ましくは、0.5mm≦Ea≦1mm、0.5mm≦Eb≦1mm、0.5mm≦G≦1mmである。Ea=0であると安定吸着ができない。磁石体の磁束密度を最大効率で活かすためには上限値はできるだけ小さい方が良いが、安定吸着ができる突き出し量の範囲で設定することができる。 The protrusion amount of the periphery of the yoke relative to the periphery of the magnet body is desirably set to a range of 3 mm or less that allows stable adsorption, based on the test results for the protrusion amount of the yoke shown in Figure 20. That is, preferably, 0.5 mm ≤ Ea ≤ 3 mm, 0.5 mm ≤ Eb ≤ 3 mm, 0.5 mm ≤ G ≤ 3 mm, and more desirably, 0.5 mm ≤ Ea ≤ 1 mm, 0.5 mm ≤ Eb ≤ 1 mm, 0.5 mm ≤ G ≤ 1 mm. Stable adsorption is not possible when Ea = 0. In order to utilize the magnetic flux density of the magnet body with maximum efficiency, it is better for the upper limit value to be as small as possible, but it can be set within the protrusion amount range that allows stable adsorption.

また、図14乃至図19に示す試験結果から、ヨークの中心角度が20°未満の場合には、ヨークの基端部の磁束が飽和して吸着できないことが分かっており、本発明では、ヨークの中心角θを、20°<θ<40°に設定したので、確実にヨークの基端部の磁束が飽和して吸着できない状態を回避できるようになるのである。40°を超えると、磁束密度が低下してくる。望ましくは、20°<θ≦36°である。 In addition, from the test results shown in Figures 14 to 19, it is known that when the central angle of the yoke is less than 20°, the magnetic flux at the base end of the yoke becomes saturated and cannot be attracted. In the present invention, the central angle θ of the yoke is set to 20°<θ<40°, so that it is possible to reliably avoid a state in which the magnetic flux at the base end of the yoke becomes saturated and cannot be attracted. If it exceeds 40°, the magnetic flux density decreases. It is preferable that 20°<θ≦36°.

このため、本発明においては、ヨークに磁石体を外力で押さえるなどせずに安定して吸着できるので、安定して実装し組み立てることができ、生産性を向上させ、コスト低下を図ることができる。組み立てた状態では、磁石体の表面から発生している全磁束をヨークに吸収させて、ヨークを透磁して表面から磁束を放出させることができるので、高磁束密度磁石の磁束を有効に生かすことができる。本発明では、磁束密度が150mT以上あるネオジム磁石などの高性能磁石を用いたモータを、重量あたり最大の効率で駆動させることができ、組み立てが容易で、高トルク、高効率で、低重量のモータを得ることができる。 Therefore, in the present invention, the magnet body can be stably attached to the yoke without being pressed down by an external force, allowing for stable mounting and assembly, improving productivity and reducing costs. In the assembled state, all of the magnetic flux generated from the surface of the magnet body can be absorbed by the yoke, and the yoke can be magnetized to release the magnetic flux from the surface, making effective use of the magnetic flux of the high magnetic flux density magnet. In the present invention, a motor using a high-performance magnet such as a neodymium magnet with a magnetic flux density of 150 mT or more can be driven with maximum efficiency per weight, resulting in a motor that is easy to assemble, has high torque, is highly efficient, and is lightweight.

そして、必要に応じ、上記磁石体の側面のラジアル方向外側の周縁に対する上記ヨークの側面のラジアル方向外側の周縁の突出寸法をEcとしたとき、0.5mm≦Ec≦5mmに設定した構成としている。望ましくは、0.5mm≦Ec≦3mm、より望ましくは、0.5mm≦Ec≦1mmである。Ec=0であると安定吸着に劣る。磁石体の磁束密度を最大効率で活かすためには上限値はできるだけ小さい方が良いが、安定吸着ができる突き出し量の範囲で設定することができる。
尚、磁石体の側面のラジアル方向内側の周縁に対する上記ヨークの側面のラジアル方向内側の周縁の突出寸法Edは、0.5mm≦G≦5mmに設定していることにより、特に規定しなくても良い。しかし、できるだけ突出寸法Edを小さくすることが望ましい。
If necessary, the protruding dimension Ec of the radially outer periphery of the side surface of the yoke relative to the radially outer periphery of the side surface of the magnet body is set to 0.5 mm≦Ec≦5 mm. Desirably, 0.5 mm≦Ec≦3 mm, and more desirably, 0.5 mm≦Ec≦1 mm. When Ec=0, stable adhesion is poor. In order to utilize the magnetic flux density of the magnet body with maximum efficiency, it is better for the upper limit value to be as small as possible, but it can be set within the range of protrusion amount that allows stable adhesion.
The projection dimension Ed of the radially inner periphery of the side surface of the yoke relative to the radially inner periphery of the side surface of the magnet body is set to 0.5 mm≦G≦5 mm, so it does not need to be specified in particular. However, it is preferable to make the projection dimension Ed as small as possible.

また、必要に応じ、上記ヨークにおいて、25.7°≦θ<36°の範囲であって、該ヨークの数をnとしたとき、n=10,n=12,n=14の何れかにし、上記磁石体を、略直方体状に形成した構成としている。nは整数の偶数である。n=10(θ=36°)、n=12(θ=30°)、n=14(θ≒25.7°)である。n=14の場合、中心角θは割り切れないが、磁石体とヨークの密着性においては誤差範囲であり、作用,効果に影響はなく、ほとんど問題はない。もし、隙間が気になるのであれば、接着剤等を介装すればよい。この範囲で、本発明の作用,効果を最大限に発揮できる。
図19の試験例からも分かるように、n≦8であると、総磁束密度が有効に使えない。
16≦nであると、ヨークが薄くなり、飽和しやすくなる。
In addition, if necessary, the yoke is in the range of 25.7°≦θ<36°, and the number of the yokes is n, n=10, n=12, or n=14, and the magnet body is formed into a substantially rectangular parallelepiped shape. n is an even integer. n=10 (θ=36°), n=12 (θ=30°), or n=14 (θ≒25.7°). In the case of n=14, the central angle θ is not divisible, but this is within the error range in the adhesion between the magnet body and the yoke, and there is no effect on the action and effect, so there is almost no problem. If the gap is a concern, an adhesive or the like can be inserted. Within this range, the action and effect of the present invention can be maximized.
As can be seen from the test example in FIG. 19, when n≦8, the total magnetic flux density cannot be used effectively.
If n is 16 or less, the yoke becomes thin and is prone to saturation.

更に、必要に応じ、上記ヨークの側面の外端部に、周方向に沿って突出形成され上記磁石体の外端面が衝止する突片を形成した構成としている。本発明においては、ヨークに磁石体を外力で押さえるなどせずに磁石体とヨークとを安定吸着できるので、突片は特に必要がないが、組み立て時に磁石体を突片に衝止して位置決めができるので、組み立てをより一層やりやすくすることができる。また、ロータの回転時の遠心力によるずれを確実に防止することができる。 Furthermore, if necessary, a protrusion is formed on the outer end of the side surface of the yoke, protruding in the circumferential direction, against which the outer end surface of the magnet body abuts. In the present invention, the magnet body and the yoke can be stably attracted to each other without pressing the magnet body against the yoke with an external force, so the protrusion is not particularly necessary, but the magnet body can be positioned by abutting against the protrusion during assembly, making assembly even easier. Also, it is possible to reliably prevent misalignment due to centrifugal force when the rotor rotates.

更にまた、必要に応じ、上記ロータを、上記回転軸が挿通されて固定されるとともに上記各ヨークの基端部を保持する非磁性体からなるホルダを備えて構成している。回転軸をホルダに固定できるので、回転軸とロータとの軸心合わせが確実になる。そのため、回転軸に対するロータの取り付けを確実かつ容易に行うことができる。そして、回転軸を回転させたときには、ロータの回転を円滑にすることができる。また、回転時には、ヨーク基端部がロータに保持されているので、ロータの回転時の遠心力によるずれを確実に防止することができ、回転を円滑に行うことができる。 Furthermore, if necessary, the rotor is configured with a holder made of a non-magnetic material through which the rotating shaft is inserted and fixed, and which holds the base ends of the yokes. Since the rotating shaft can be fixed to the holder, the axis alignment between the rotating shaft and the rotor is ensured. Therefore, the rotor can be attached to the rotating shaft reliably and easily. When the rotating shaft is rotated, the rotor can rotate smoothly. Also, since the base ends of the yoke are held by the rotor during rotation, it is possible to reliably prevent misalignment due to centrifugal force when the rotor rotates, and rotation can be performed smoothly.

具体的には、必要に応じ、上記ロータを、上記回転軸が挿通されて固定されるリング状に形成され外周部に上記各ヨークの基端部を保持する非磁性体からなるホルダを備えて構成し、上記ヨークの内端部に周方向左右に突出する係合部を設け、上記ホルダの外周部に上記係合部が該ホルダの上記中心軸に直交する一方面または他方面側から挿入されて係合する被係合部を形成した構成としている。 Specifically, if necessary, the rotor is configured to include a holder made of a non-magnetic material that is formed in a ring shape through which the rotating shaft is inserted and fixed, and that holds the base ends of the yokes on its outer periphery. The inner end of the yoke is provided with an engaging portion that protrudes circumferentially to the left and right, and the outer periphery of the holder is configured to have an engaged portion that engages with the engaging portion when inserted from one side or the other side perpendicular to the central axis of the holder.

これにより、ロータの組み立て時においては、例えば、予め、1つのヨークの一方側面に1つの磁石体のN極側面を接合させて磁石体のS極側面を露出させた第1ユニットと、1つのヨークの一方側面に1つの磁石体のS極側面を接合させて磁石体のN極側面を露出させた第2ユニットとを、必要数作成しておき、この第1ユニットと第2ユニットとを、交互に順番に接合していく。この場合、先ず、第1ユニット若しくは第2ユニットのいずれか一方を、そのヨークの係合部をホルダの被係合部に係合してホルダに取り付ける。次に、第1ユニット若しくは第2ユニットのいずれか他方を、そのヨークの係合部をホルダの被係合部に係合してホルダに取り付ける。 As a result, when assembling the rotor, for example, a required number of first units are prepared in advance, in which the north pole side of one magnet body is joined to one side of one yoke to expose the south pole side of the magnet body, and a required number of second units are prepared in advance, in which the south pole side of one magnet body is joined to one side of one yoke to expose the north pole side of the magnet body, and these first and second units are joined in alternating order. In this case, first, either the first or second unit is attached to the holder by engaging the engaging portion of the yoke with the engaged portion of the holder. Next, the other of the first or second unit is attached to the holder by engaging the engaging portion of the yoke with the engaged portion of the holder.

この場合、第1ユニット若しくは第2ユニットのいずれか一方のヨークの他方側面に、第1ユニット若しくは第2ユニットのいずれか他方の磁石体がスライドして接合するようになるが、そのスライド初期にはこれらは互いに同極で反発して吸着できない状態が一時的に生じるものの、上述したように、更にスライドさせながら近接させて面接合させるようにすると磁石体の磁束がヨークに吸収されるようになることから、吸着できるようになる。このようにして、第1ユニットと第2ユニットとを、交互に順番に接合していく。この際には、ヨークの係合部をホルダの被係合部に係合して押し込むだけで良いので、位置決めを容易に行って組み付けることができ、組み立てを容易に行うことができる。 In this case, the magnet body of either the first unit or the second unit slides onto the other side of the yoke of either the first unit or the second unit to join them. At the beginning of the slide, they are of the same polarity and repel each other, temporarily preventing them from being attracted to each other. However, as described above, if they are further slid closer together and joined by surface bonding, the magnetic flux of the magnet body is absorbed by the yoke, and they can be attracted to each other. In this way, the first unit and the second unit are joined in alternating order. At this time, it is only necessary to engage the engaging portion of the yoke with the engaged portion of the holder and push it in, so positioning can be easily performed and assembly can be easily performed.

次に、このロータのホルダを回転軸に取り付ける。この場合、ホルダを回転軸に固定できるので、回転軸とロータとの軸心合わせが確実になる。そのため、回転軸に対するロータの取り付けを確実かつ容易に行うことができる。そして、回転軸を回転させたときには、ロータの回転を円滑にすることができる。また、回転時には、ヨークの係合部がホルダの被係合部に係合しているので、ロータの回転時の遠心力によるずれを確実に防止することができ、回転を円滑に行うことができる。 Next, the rotor holder is attached to the rotating shaft. In this case, the holder can be fixed to the rotating shaft, so the axis alignment between the rotating shaft and the rotor is ensured. This allows the rotor to be attached to the rotating shaft reliably and easily. When the rotating shaft is rotated, the rotor can rotate smoothly. Furthermore, since the engaging portion of the yoke engages with the engaged portion of the holder during rotation, it is possible to reliably prevent misalignment due to centrifugal force when the rotor rotates, and rotation can be performed smoothly.

また、必要に応じ、上記ロータを、上記回転軸が挿通されて固定されるとともに上記各ヨークの上記中心軸に直交する一方面及び他方面に夫々付設されて上記各ヨークの基端部を保持する非磁性体からなる一対のプレートを備えたホルダを備えて構成し、上記各ヨークの基端部に上記回転軸の軸方向に沿う第1ボルト挿通孔を形成し、上記ホルダの各プレートに上記第1ボルト挿通孔に対応した複数の第2ボルト挿通孔を形成し、上記一方のプレートの第2ボルト挿通孔、上記各ヨークの第1ボルト挿通孔及び上記他方のプレートの第2ボルト挿通孔に非磁性体からなるボルトを挿通し、各ボルトに非磁性体からなるナットを螺合して、上記各ヨークを一対のプレートで挾持する構成としている。 If necessary, the rotor may be configured with a holder having a pair of plates made of a non-magnetic material, through which the rotating shaft is inserted and fixed, and which are attached to one side and the other side of each yoke perpendicular to the central axis to hold the base end of each yoke, a first bolt insertion hole is formed in the base end of each yoke along the axial direction of the rotating shaft, a plurality of second bolt insertion holes corresponding to the first bolt insertion holes are formed in each plate of the holder, bolts made of a non-magnetic material are inserted into the second bolt insertion holes of the one plate, the first bolt insertion holes of each yoke, and the second bolt insertion holes of the other plate, and nuts made of a non-magnetic material are screwed onto each bolt, so that each yoke is held between the pair of plates.

これにより、ロータの組み立て時においては、例えば、予め、1つのヨークの一方側面に1つの磁石体のN極側面を接合させて磁石体のS極側面を露出させた第1ユニットと、1つのヨークの一方側面に1つの磁石体のS極側面を接合させて磁石体のN極側面を露出させた第2ユニットとを、必要数作成しておき、この第1ユニットと第2ユニットとを、交互に順番に接合していく。この場合、ホルダの一方のプレートの各第2ボルト挿通孔に夫々ボルトを挿通して取り付けておく。そして、先ず、第1ユニット若しくは第2ユニットのいずれか一方を、そのヨークの第1ボルト挿通孔をボルトに挿通して一方のプレートに取り付ける。次に、第1ユニット若しくは第2ユニットのいずれか他方を、そのヨークの第1ボルト挿通孔をボルトに挿通して一方のプレートに取り付ける。 As a result, when assembling the rotor, for example, a required number of first units are prepared in advance, in which the north pole side of one magnet body is joined to one side of one yoke to expose the south pole side of the magnet body, and a required number of second units are prepared in advance, in which the south pole side of one magnet body is joined to one side of one yoke to expose the north pole side of the magnet body, and these first and second units are joined in alternating order. In this case, the holder is attached by inserting bolts into each of the second bolt insertion holes of one plate. Then, first, either the first unit or the second unit is attached to one plate by inserting a bolt into the first bolt insertion hole of the yoke. Next, the other of the first unit or the second unit is attached to one plate by inserting a bolt into the first bolt insertion hole of the yoke.

この場合、第1ユニット若しくは第2ユニットのいずれか一方のヨークの他方側面に、第1ユニット若しくは第2ユニットのいずれか他方の磁石体がスライドして接合するようになるが、そのスライド初期にはこれらは互いに同極で反発して吸着できない状態が一時的に生じるものの、上述したように、更にスライドさせながら近接させて面接合させるようにすると磁石体の磁束がヨークに吸収されるようになることから、吸着できるようになる。このようにして、第1ユニットと第2ユニットとを、交互に順番に接合していく。この際には、ヨークの第1ボルト挿通孔をボルトに挿通させて押し込むだけで良いので、位置決めを容易に行って組み付けることができ、組み立てを容易に行うことができる。そして、最後に、他方のプレートを、その第2ボルト挿通孔をボルトに挿通するとともに、ボルトにナットを螺合して取り付ける。これにより、各ヨークが一対のプレートで挾持される。 In this case, the magnet body of either the first unit or the second unit slides onto the other side of the yoke of either the first unit or the second unit to join them. At the beginning of the slide, they are of the same polarity and repel each other, temporarily preventing them from being attracted to each other. However, as described above, if they are further slid closer together and joined to each other by surface bonding, the magnetic flux of the magnet body is absorbed by the yoke, and they can be attracted to each other. In this way, the first unit and the second unit are joined in alternating order. At this time, it is only necessary to insert the bolt into the first bolt insertion hole of the yoke and push it in, so that the positioning can be easily performed and the assembly can be easily performed. Finally, the other plate is attached by inserting the bolt into its second bolt insertion hole and screwing a nut onto the bolt. In this way, each yoke is sandwiched between a pair of plates.

次に、このロータのホルダを回転軸に取り付ける。この場合、ホルダを回転軸に固定できるので、回転軸とロータとの軸心合わせが確実になる。そのため、回転軸に対するロータの取り付けを確実かつ容易に行うことができる。そして、回転軸を回転させたときには、ロータの回転を円滑にすることができる。また、回転時には、各ヨークがその第1ボルト挿通孔にボルトを挿通させて一対のプレートで挾持されているので、ロータの回転時の遠心力によるずれを確実に防止することができ、回転を円滑に行うことができる。また、ヨークの基端部に第1ボルト挿通孔が形成されているので、且つ非磁性体のボルトを使用したことによる磁気抵抗の増大によって、ヨークの基端部の幅が実質的に小さくなることから、磁石の磁束をヨークに導きやすくなる。 Next, the rotor holder is attached to the rotating shaft. In this case, since the holder can be fixed to the rotating shaft, the axis alignment between the rotating shaft and the rotor is ensured. Therefore, the rotor can be attached to the rotating shaft reliably and easily. And, when the rotating shaft is rotated, the rotor can rotate smoothly. Also, during rotation, each yoke is sandwiched between a pair of plates with a bolt inserted into its first bolt insertion hole, so that deviation due to centrifugal force during rotation of the rotor can be reliably prevented, and rotation can be performed smoothly. Also, since the first bolt insertion hole is formed at the base end of the yoke, and the width of the base end of the yoke is effectively reduced due to the increase in magnetic resistance caused by the use of a non-magnetic bolt, the magnetic flux of the magnet can be easily guided to the yoke.

そしてまた、必要に応じ、上記ステータとして、上記ロータの外周面にエアギャップを介して対面するとともに該ロータの回転軸を中心とした円周上に所定間隔で列設された複数のステータコイルを備えたラジアル位置ステータを備えた構成としている。 If necessary, the stator may be a radially positioned stator that faces the outer peripheral surface of the rotor via an air gap and has multiple stator coils arranged at predetermined intervals on a circle centered on the rotation axis of the rotor.

また、必要に応じ、上記ステータとして、上記ロータの中心軸に直交する一方面及び/または他方面にエアギャップを介して対面するとともに該ロータの回転軸を中心とした円周上に所定間隔で列設された複数のステータコイルを備えたアキシャル位置ステータを備えた構成としている。 If necessary, the stator may be configured to include an axial position stator having a plurality of stator coils arranged at predetermined intervals on a circumference centered on the rotation axis of the rotor and facing one side and/or the other side perpendicular to the central axis of the rotor via an air gap.

更に、必要に応じ、上記ステータとして、上記ロータの外周面にエアギャップを介して対面するとともに該ロータの回転軸を中心とした円周上に所定間隔で列設された複数のステータコイルを備えたラジアル位置ステータと、上記ロータの中心軸に直交する一方面及び/または他方面にエアギャップを介して対面するとともに該ロータの回転軸を中心とした円周上に所定間隔で列設された複数のステータコイルを備えたアキシャル位置ステータとを備えた構成としている。 Furthermore, as required, the stator may be configured to include a radial position stator having a plurality of stator coils arranged at predetermined intervals on a circumference centered on the rotation axis of the rotor and facing the outer peripheral surface of the rotor via an air gap, and an axial position stator having a plurality of stator coils arranged at predetermined intervals on a circumference centered on the rotation axis of the rotor and facing one side and/or the other side perpendicular to the central axis of the rotor via an air gap.

これにより、ラジアル位置ステータとアキシャル位置ステータとを備えたので、ステータコイルは、ロータの磁束を捉えやすく、そのため、同期回転電機の効率を向上させることができる。例えば、磁束密度が150mT以上あるネオジム磁石などの高性能磁石を用いたモータであれば、高効率のモータを得ることができる。 As a result, by having a radial position stator and an axial position stator, the stator coil can easily capture the magnetic flux of the rotor, thereby improving the efficiency of the synchronous rotating electric machine. For example, if a motor uses a high-performance magnet such as a neodymium magnet with a magnetic flux density of 150 mT or more, a highly efficient motor can be obtained.

更にまた、必要に応じ、上記ステータとして、上記ロータの外周面にエアギャップを介して対面するとともに該ロータの回転軸を中心とした円周上に所定間隔で列設された複数のステータコイルと、該複数のステータコイルに夫々対応して設けられステータコイルが巻回される複数のティースとを備えたラジアル位置ステータを備え、
該ラジアル位置ステータのティースを、上記ロータの外周面にエアギャップを介して対面する本体と、該本体の上記中心軸方向両端部から該中心軸に向けて突設され上記ロータの一方面及び他方面に夫々エアギャップを介して対面する対面部を有した凸条体とを備えて構成し、上記ステータコイルを、上記ティースに少なくとも上記凸条体の対面部を露出させて巻回した構成としている。
Furthermore, as required, the stator may be a radial position stator including a plurality of stator coils arranged at predetermined intervals on a circumference centered on the rotation axis of the rotor and facing the outer circumferential surface of the rotor via an air gap, and a plurality of teeth provided corresponding to the plurality of stator coils, respectively, around which the stator coils are wound,
The teeth of the radial position stator are configured to include a main body facing the outer peripheral surface of the rotor via an air gap, and a convex strip protruding from both ends of the main body in the central axial direction toward the central axis and having facing portions facing one side and the other side of the rotor via an air gap, and the stator coil is wound around the teeth with at least the facing portions of the convex strip exposed.

これにより、ラジアル位置ステータのティースは、ロータの外周面に対面する本体と、ロータの一方面及び他方面に夫々対面する対面部を有した凸条体とを備えて構成されているので、ステータコイルは、ロータの磁束を捉えやすく、そのため、同期回転電機の効率を向上させることができる。例えば、磁束密度が150mT以上あるネオジム磁石などの高性能磁石を用いたモータであれば、高効率のモータを得ることができる。 As a result, the teeth of the radial position stator are configured with a main body facing the outer peripheral surface of the rotor and a convex strip having a facing portion facing one side and the other side of the rotor, so that the stator coil can easily capture the magnetic flux of the rotor, thereby improving the efficiency of the synchronous rotating electric machine. For example, if a motor uses a high-performance magnet such as a neodymium magnet with a magnetic flux density of 150 mT or more, a highly efficient motor can be obtained.

この場合、上記本体と上記凸条体との間に非磁性絶縁部材を介装したことが有効である。ロータの外周面に対面する本体と、ロータの一方面及び他方面に夫々対面する対面部を有した凸条体とから放射される磁束密度量のバランスが執れるようになる。 In this case, it is effective to interpose a non-magnetic insulating material between the main body and the protruding strip. This allows for a balance in the amount of magnetic flux density radiated from the main body facing the outer circumferential surface of the rotor and the protruding strip having a facing portion facing one side and the other side of the rotor.

また、この場合、上記ロータ及びステータの組を、同一の回転軸に複数組列設したことが有効である。その結果、高性能磁石からヨークに吸収されて、ロータの外周面とロータの一方面及び他方面に夫々対面する対面部から放射される磁束密度を最大限ステータコイルに導くことができるようになり同期回転電機の効率を向上させることができる。例えば、磁束密度が150mT以上あるネオジム磁石などの高性能磁石を用いたモータであれば、高効率のモータを得ることができる。 In this case, it is also effective to arrange multiple sets of rotors and stators in a row on the same rotating shaft. As a result, the magnetic flux density that is absorbed by the yoke from the high-performance magnet and radiated from the outer circumferential surface of the rotor and the opposing portions facing one side and the other side of the rotor can be guided to the stator coil to the maximum extent, improving the efficiency of the synchronous rotating electric machine. For example, if a motor uses a high-performance magnet such as a neodymium magnet with a magnetic flux density of 150 mT or more, a highly efficient motor can be obtained.

本発明によれば、ネオジム磁石などの高性能磁石を用いても、磁石体及びヨークを反発力に拮抗しながら容易に組み立てることができるようになる。また、磁石体から放射される磁束をヨークに有効に導いて、同時に磁気飽和を防いで高性能磁石とヨークを安定して一体化し、高性能磁石が保有する磁束密度を最大限活かすことができる。これにより、リング状のロータとロータの周囲に設けられるステータとを備えた高効率な電動機(モータ)あるいは発電機として、利用,活用を図ることができる。特に、外形寸法が制限され且つ軽量化が必要な用途、例えば、外形が小さく細長いスピンドルモータ、ロボットの腕関節部やロボットの腕先端に搭載するモータ、医療用モータ等に最適であり、これらを利用することにより、小型軽量が望まれる、工作機械、ロボット、ハンディタイプの手作業ツール、各種医療機器、ドローン等に極めて有用になる。 According to the present invention, even when using high-performance magnets such as neodymium magnets, the magnet body and yoke can be easily assembled while counteracting the repulsive force. In addition, the magnetic flux radiated from the magnet body can be effectively guided to the yoke, and at the same time, magnetic saturation can be prevented, stably integrating the high-performance magnet and the yoke, and the magnetic flux density of the high-performance magnet can be maximized. This allows the motor to be used as a highly efficient electric motor (motor) or generator equipped with a ring-shaped rotor and a stator provided around the rotor. In particular, it is ideal for applications where the external dimensions are limited and weight reduction is required, such as small and slender spindle motors, motors mounted on the arm joints or the tips of robot arms, medical motors, etc., and by using these, it becomes extremely useful for machine tools, robots, handy manual tools, various medical devices, drones, etc., where small and lightweight are desired.

本発明の第一の実施の形態に係る同期回転電機を示し、(a)はロータとステータとを分解して示す分解斜視図、(b)はロータとステータとを組み立てた状態で示す斜視図である。1A is an exploded perspective view showing a rotor and a stator in a synchronous rotating electric machine according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a perspective view showing the rotor and the stator in an assembled state. 本発明の第一の実施の形態に係る同期回転電機のロータの構造を示す分解斜視図である。1 is an exploded perspective view showing a structure of a rotor of a synchronous rotating electric machine according to a first embodiment of the present invention; 本発明の第一の実施の形態に係る同期回転電機のロータを示す図である。1 is a diagram showing a rotor of a synchronous rotating electric machine according to a first embodiment of the present invention; 本発明の第一の実施の形態に係る同期回転電機のロータとロータをエアーギャップを介して取り囲むように円周に存在するステータとの関係を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a relationship between a rotor of a synchronous rotating electric machine according to a first embodiment of the present invention and a stator that is circumferentially surrounding the rotor via an air gap. 本発明の同期回転電機のロータにおいて、磁石体とヨークとの基本構造及びこれらの関係を示し、(a)は一方の磁石体が吸着したヨークに他方の磁石体を吸着させる前の状態を示す正面図、(b)は一方の磁石体が吸着したヨークに他方の磁石体が吸着した状態を示す正面図である。FIG. 2 shows the basic structure of the magnet bodies and yokes and their relationship in the rotor of a synchronous rotating electric machine of the present invention, where (a) is a front view showing a state before one magnet body is attracted to the yoke to which the other magnet body is attracted, and (b) is a front view showing a state in which one magnet body has been attracted to the yoke to which the other magnet body is attracted. 本発明の同期回転電機のロータにおいて、磁石体とヨークとの基本構造及びこれらの関係を示し、(a)は一方の磁石体が吸着したヨークに他方の磁石体を吸着した状態を示す正面図、(b)はヨークの側面に直交する方向から見た側面図である。FIG. 2 shows the basic structure of the magnet bodies and yoke and their relationship in the rotor of a synchronous rotating electric machine of the present invention, where (a) is a front view showing a state in which one magnet body is attracted to a yoke to which the other magnet body is attracted, and (b) is a side view seen from a direction perpendicular to the side of the yoke. 本発明の同期回転電機のロータにおいて、磁石体とヨークとの基本構造及びこれらの関係を示し、(a)はヨークが磁石体に対してアキシャル方向に突出した本発明の図6(a)中A-A線断面図、(b)はヨークが磁石体に対してアキシャル方向に突出していない場合の状態を示す図7(a)相当断面図である。FIG. 6A shows the basic structure of the magnet body and yoke and their relationship in the rotor of a synchronous rotating electric machine of the present invention, with (a) being a cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 6A showing the present invention in which the yoke protrudes axially from the magnet body, and (b) being a cross-sectional view equivalent to FIG. 7A showing the state in which the yoke does not protrude axially from the magnet body. 本発明の第二の実施の形態に係る同期回転電機を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a synchronous rotating electric machine according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第二の実施の形態に係る同期回転電機の変形例を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a modified example of a synchronous rotating electric machine according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第三の実施の形態に係る同期回転電機を示す正面図である。FIG. 11 is a front view showing a synchronous rotating electric machine according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第四の実施の形態に係る同期回転電機を示し、(a)はロータとステータを示す正面図、(b)は1つのロータと1つのステータを組み付けた状態(シングルアキシャル型)を示す断面図、(c)は2つのロータと1つのステータを組み付けた状態(ダブルアキシャル型)を示す断面図である。10A shows a synchronous rotating electric machine according to a fourth embodiment of the present invention, in which (a) is a front view showing a rotor and a stator, (b) is a cross-sectional view showing a state in which one rotor and one stator are assembled (single axial type), and (c) is a cross-sectional view showing a state in which two rotors and one stator are assembled (double axial type). 本発明の第五の実施の形態に係る同期回転電機を示すとともにそのロータとステータとの関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a synchronous rotating electric machine according to a fifth embodiment of the present invention, and illustrating the relationship between a rotor and a stator. 本発明の各実施の形態に係る同期回転電機において、ロータの別の例を示す分解斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view showing another example of the rotor in the synchronous rotating electric machine according to each embodiment of the present invention. 本発明の試験例1(磁石体及びヨーク間距離とヨーク表面の磁束密度との関係に係る試験)において、一方の磁石体が吸着したヨークに他方の磁石体を吸着させる状態を磁束密度センサーとの関係で示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a state in which one magnet body is attracted to a yoke to which the other magnet body is attracted, in relation to the magnetic flux density sensor, in Test Example 1 of the present invention (a test relating to the relationship between the distance between the magnet body and the yoke and the magnetic flux density on the yoke surface). 本発明の試験例1の測定結果を示すグラフ図である。FIG. 2 is a graph showing the measurement results of Test Example 1 of the present invention. 本発明の試験例2(ヨーク表面の磁束密度と磁石体の表面の磁束密度の測定)の測定結果を示すグラフ図である。FIG. 11 is a graph showing the measurement results of Test Example 2 of the present invention (measurement of magnetic flux density on the surface of a yoke and on the surface of a magnet body). 本発明の試験例3(ヨークの中心角θについての試験<その1>)に係り、(a)は一方の磁石体が吸着したヨークに他方の磁石体を吸着させる状態を磁束密度センサーの測定部位(扇型のラジアル方向に広がった外周部位中心部)との関係で示す図、(b)はヨークの異なる中心角度毎に磁束密度を測定した結果を示すグラフ図である。FIG. 11A is a diagram showing a state in which one magnetic body is attracted to a yoke to which another magnetic body is attracted, in relation to the measurement site of the magnetic flux density sensor (the center of the outer circumferential part spreading in the radial direction of the sector), relating to Test Example 3 of the present invention (Test <Part 1> for the central angle θ of the yoke), and FIG. 11B is a graph showing the results of measuring the magnetic flux density for different central angles of the yoke. 本発明の試験例4(ヨークの中心角θについての試験<その2>)に係り、(a)は磁束密度センサーの測定部位を示す図、(b)はヨークの異なる中心角度毎に磁束密度を測定した結果を示すグラフ図である。FIG. 11A is a diagram showing measurement locations of a magnetic flux density sensor, and FIG. 11B is a graph showing the results of measuring the magnetic flux density for different central angles of the yoke, relating to Test Example 4 (Test <Part 2> for central angle θ of the yoke) of the present invention. 本発明の試験例5(ヨークの中心角θについての試験<その3>)に係り、ヨークの異なる中心角度毎に磁石体の単位当たりの磁束強度に極数(ヨークの数)を掛けた値を磁極数合計総磁束強度として算出した結果を示すグラフ図である。FIG. 11 is a graph showing the results of calculating the total magnetic flux intensity for the number of magnetic poles by multiplying the magnetic flux intensity per unit of the magnet body by the number of poles (the number of yokes) for each different central angle of the yoke in Test Example 5 of the present invention (Test <Part 3> for the central angle θ of the yoke). 本発明の試験例6(ヨークの磁石体に対する突き出し量についての試験)に係り、磁石体に対してアキシャル方向の幅の異なるヨークについての磁束密度の測定結果(磁束密度の測定部位は試験例1と同様の位置(図14)である)を示すグラフ図である。FIG. 14 is a graph showing the measurement results of magnetic flux density for yokes having different axial widths relative to the magnet body (the magnetic flux density was measured at the same positions as in Test Example 1 ( FIG. 14 )) relating to Test Example 6 of the present invention (a test on the amount of protrusion of the yoke relative to the magnet body). 本発明の試験例7(磁石体の厚さ(磁石体の周方向の長さMe)についての試験)に係り、ネオジム磁石について厚さと磁束密度との関係を測定した結果を示すグラフ図である。FIG. 13 is a graph showing the results of measuring the relationship between thickness and magnetic flux density of a neodymium magnet, relating to Test Example 7 of the present invention (test on the thickness of the magnet body (the circumferential length Me of the magnet body)). 本発明の試験例8(ホルダの材質についての試験)に係り、(a)は磁束密度センサーの測定部位を示す図、(b)はホルダの材質毎の測定結果を示すグラフ図である。FIG. 13A is a diagram showing measurement sites of a magnetic flux density sensor, and FIG. 13B is a graph showing measurement results for each holder material, relating to Test Example 8 of the present invention (test on holder material). 本発明の試験例9(ロータの大きさについての試験)に係り、(a)はネオジム磁石の大きさとヨークの大きさとの異なる組み合わせにおいて、ヨークの角度と磁束密度との関係を測定した結果を示すグラフ図、(b)はその元になるデータを示す表図である。FIG. 13A is a graph showing the results of measuring the relationship between the yoke angle and magnetic flux density for different combinations of neodymium magnet size and yoke size in Test Example 9 of the present invention (test on rotor size), and FIG. 13B is a table showing the underlying data. 本発明の試験例9(ロータの大きさについての試験)に係り、ネオジム磁石の大きさとヨークの大きさとの異なる組み合わせ(a)(b)(c)(d)を、ヨークの面積比及び実ヨークの表面積比(斜線部)との関係で示す図である。FIG. 13 is a diagram showing different combinations (a), (b), (c), and (d) of the size of the neodymium magnet and the size of the yoke in relation to the area ratio of the yoke and the surface area ratio of the actual yoke (shaded area) in Test Example 9 (test on rotor size) of the present invention. 本発明の試験例9(ロータの大きさについての試験)に係り、重量あたり最大トルクを得るための最適なロータの大きさを決める解析において、ヨーク及びこれを挟むネオジム磁石2個における単位重量当たりのトルク重量比係数Fの概念を視覚的に示す図である。FIG. 13 is a diagram visually illustrating the concept of torque-to-weight ratio coefficient F per unit weight for a yoke and two neodymium magnets sandwiching the yoke in an analysis for determining the optimal rotor size for obtaining maximum torque per weight, relating to Test Example 9 (Test on rotor size) of the present invention. 磁石長Mrとトルク重量比係数Fとの関係を示すグラフ図である。FIG. 11 is a graph showing the relationship between magnet length Mr and torque-to-weight ratio coefficient F. 本発明の各実施の形態に係る同期回転電機に用いることのできるロータの試作品を示す図(a)(b)(c)である。1A, 1B, and 1C show a prototype of a rotor that can be used in a synchronous rotating electric machine according to each embodiment of the present invention. 本発明の実施例を示し、(a)は実施例1(試作機1:ラジアルギャップモータ)を示す斜視図、(b)は実施例2(試作機2:シングルアキシャルギャップモータ)を示す斜視図、(c)は実施例3(試作機3:ダブルアキシャルギャップモータ)を示す斜視図である。1A is a perspective view showing a first embodiment (prototype 1: radial gap motor), FIG. 1B is a perspective view showing a second embodiment (prototype 2: single axial gap motor), and FIG. 1C is a perspective view showing a third embodiment (prototype 3: double axial gap motor) of the present invention. 本発明の試験例10(実施例についてのトルク測定試験)に係り、(a)は実施例1~3の試験結果及び実施例4の試算値を示す表図、(b)は比較例1~7(市販されているモータ1~7)のデータを示す表図である。FIG. 10 is a table showing the test results of Examples 1 to 3 and the estimated values of Example 4 in accordance with Test Example 10 (torque measurement test for the embodiments), and FIG. 10 is a table showing the data of Comparative Examples 1 to 7 (commercially available motors 1 to 7). 本発明の実施の形態に係るロータの変形例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a modified example of a rotor according to an embodiment of the present invention. 従来の同期回転電機のロータをその問題点とともに示す図である。1 is a diagram showing a rotor of a conventional synchronous rotating electric machine together with problems associated therewith.

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係る同期回転電機について詳細に説明する。
図1乃至図4には、本発明の第一の実施の形態に係る同期回転電機Kを示している。この同期回転電機Kは、回転軸S(図4)により回転させられるリング状のロータ1と、ロータ1の周囲に設けられるステータとしてのラジアル位置ステータ20とを備えている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A synchronous rotating electric machine according to an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
1 to 4 show a synchronous rotating electric machine K according to a first embodiment of the present invention. This synchronous rotating electric machine K includes a ring-shaped rotor 1 rotated by a rotating shaft S (FIG. 4) and a radial position stator 20 as a stator provided around the rotor 1.

ロータ1は、回転軸Sの外側に該回転軸Sの中心軸Pを中心とする円周方向に沿って同極同士を互いに対向させて等角度間隔に配置され同一形状且つ同一の大きさに形成された複数の永久磁石からなる磁石体2と、隣接する磁石体2間に配置されこの磁石体2の側面に接合する側面を有するとともに所定の中心角を有した扇状で同一形状且つ同一の大きさに形成された複数のヨーク3と、回転軸Sが挿通されて固定され各ヨーク3の基端部を保持する非磁性体からなるホルダ10とを備えて構成されている。 The rotor 1 is composed of a magnet body 2 made of multiple permanent magnets of the same shape and size arranged at equal angular intervals with the same poles facing each other along the circumferential direction centered on the central axis P of the rotation shaft S on the outside of the rotation shaft S, multiple yokes 3 arranged between adjacent magnet bodies 2, each having a side that joins with the side of the magnet body 2 and formed in a sector shape with a predetermined central angle, and a holder 10 made of a non-magnetic material through which the rotation shaft S is inserted and fixed, and which holds the base end of each yoke 3.

磁石体2は、その磁束密度をBとしたとき、150mT≦Bの磁石材料で構成されている。150mT≦Bの磁石材料としては、希土類磁石を挙げることができる。希土類磁石は希土類金属(ネオジウム、サマリウム、コバルトなど合計17元素)の粉末を成型してから焼結した高性能なマグネットを言う。サマリウム・コバルトSm-Co系マグネット(通称:サマコバ磁石)と、ネオジウム・鉄・ボロンNd-Fe-B系マグネット(通称:ネオジム磁石)とがある。実施の形態では、ネオジム磁石を用いている。磁石体2は、略直方体状に形成されている。 The magnet body 2 is made of a magnet material with a magnetic flux density of 150 mT or less, where B is the magnetic flux density. An example of a magnet material with a magnetic flux density of 150 mT or less is a rare earth magnet. A rare earth magnet is a high-performance magnet made by molding and then sintering rare earth metal powder (a total of 17 elements, including neodymium, samarium, and cobalt). There are samarium-cobalt Sm-Co magnets (commonly known as samarium-cobalt magnets) and neodymium-iron-boron Nd-Fe-B magnets (commonly known as neodymium magnets). In the embodiment, a neodymium magnet is used. The magnet body 2 is formed in an approximately rectangular parallelepiped shape.

ヨーク3はとしては、例えば、透磁率が高く、飽和磁束密度が高い鉄系の材料、電磁軟鉄、圧紛鉄心、低炭素鋼、珪素鋼板等、適宜の材質のものが選択される。必要に応じて、熱処理を行ない、あるいは、防錆のためのメッキや塗装処理を施すことができる。 The yoke 3 is made of an appropriate material, such as an iron-based material with high magnetic permeability and high saturation magnetic flux density, soft magnetic iron, pressed powder core, low carbon steel, silicon steel plate, etc. If necessary, it can be heat-treated or plated or painted to prevent rust.

ヨーク3は、その中心角をθとしたとき、20°<θ<40°に設定されている。望ましくは、20°<θ≦36°である。より望ましくは、25.7°<θ≦36°の範囲であって、ヨーク3の数をnとしたとき、n=10,n=12,n=14の何れかにしている。実施の形態では、n=10(θ=36°)にしている。ヨーク3の側面の外端部には、周方向に沿って突出形成され磁石体2の外端面が衝止する突片4が形成されている。ヨーク3の内端部には、周方向左右に突出する係合部5が設けられている一方、ホルダ10には、係合部5がホルダ10の中心軸Pに直交する一方面または他方面側から挿入されて係合する被係合部6が形成されている。ヨーク3の基端部7と係合部5は一体に形成され、略T字状に形成されている。一方、被係合部6は、ヨーク3の基端部7と係合部5からなるT字状部分が嵌合するように、凹状に形成されている。被係合部6は、実施の形態では、ヨーク3の数(n=10)に合致して、等角度間隔に10個形成されている。 The yoke 3 is set to 20°<θ<40° when its central angle is θ. Preferably, 20°<θ≦36°. More preferably, the range is 25.7°<θ≦36°, and when the number of yokes 3 is n, n=10, n=12, or n=14. In the embodiment, n=10 (θ=36°). At the outer end of the side surface of the yoke 3, a protruding piece 4 is formed to protrude along the circumferential direction and to abut against the outer end surface of the magnet body 2. At the inner end of the yoke 3, an engaging portion 5 is provided that protrudes left and right in the circumferential direction, while the holder 10 is formed with an engaged portion 6 that engages with the engaging portion 5 by inserting it from one side or the other side perpendicular to the central axis P of the holder 10. The base end 7 of the yoke 3 and the engaging portion 5 are formed integrally and are formed in an approximately T-shape. On the other hand, the engaged portion 6 is formed in a concave shape so that the T-shaped portion consisting of the base end 7 of the yoke 3 and the engaging portion 5 fits into it. In this embodiment, ten engaged portions 6 are formed at equal angular intervals, matching the number of yokes 3 (n=10).

そして、図6に示すように、磁石体2のアキシャル方向の長さをMa、ラジアル方向の長さをMrとし、ヨーク3のアキシャル方向の長さをYa、ラジアル方向の長さをYrとしたとき、Ma<Ya、Mr<Yrに設定し、磁石体2の側面をこれに直交する方向から見たとき、磁石体2の側面の周縁からヨーク3の側面の周縁を突出させて、磁石体2の側面とヨーク3の側面とを接合させている。尚、実施の形態では、ヨーク3は、上記の係合部5を有するので、ヨーク3のラジアル方向の長さYrは、係合部5を含んで設定される。例えば、ロータ1は、その半径R(図3)は、20mm≦R≦80mm程度のものであり、5mm≦Ya≦100mm、5mm≦Yr≦55mmに設定される。また、磁石体2の周方向の長さMe(厚さ)は、半径Rの大きさによっても異なるが、2mm≦Me≦20mmに設定される。また、後述の試験例9から、磁石体2の大きさは、8mm≦Ma≦10mm、5mm≦Mr≦25mmが最適である。各部の寸法は、これらに限定されない。 As shown in FIG. 6, the axial length of the magnet body 2 is Ma, the radial length is Mr, the axial length of the yoke 3 is Ya, and the radial length is Yr. Ma<Ya, Mr<Yr are set, and when the side of the magnet body 2 is viewed from a direction perpendicular to it, the periphery of the side of the yoke 3 protrudes from the periphery of the side of the magnet body 2 to join the side of the magnet body 2 and the side of the yoke 3. In the embodiment, since the yoke 3 has the above-mentioned engagement portion 5, the radial length Yr of the yoke 3 is set including the engagement portion 5. For example, the radius R (FIG. 3) of the rotor 1 is about 20 mm≦R≦80 mm, and is set to 5 mm≦Ya≦100 mm, 5 mm≦Yr≦55 mm. The circumferential length Me (thickness) of the magnet body 2 varies depending on the size of the radius R, but is set to 2 mm≦Me≦20 mm. Furthermore, from Test Example 9 described below, the optimal size of the magnet body 2 is 8 mm≦Ma≦10 mm, 5 mm≦Mr≦25 mm. The dimensions of each part are not limited to these.

また、磁石体2の側面のアキシャル方向一方側の周縁に対するヨーク3の側面のアキシャル方向一方側の周縁の突出寸法をEaとし、磁石体2の側面のアキシャル方向他方側の周縁に対するヨーク3の側面のアキシャル方向他方側の周縁の突出寸法をEbとし、隣接する磁石体2の最小間隔(1つのヨーク3に対して接合された一対の磁石体2の互いに隣接する内側の周縁間)をGとしたとき、0.5mm≦Ea≦5mm、0.5mm≦Eb≦5mm、0.5mm≦G≦5mmに設定している。望ましくは、0.5mm≦Ea≦3mm、0.5mm≦Eb≦3mm、0.5mm≦G≦3mm、より望ましくは、0.5mm≦Ea≦1mm、0.5mm≦Eb≦1mm、0.5mm≦G≦1mmである。 In addition, when the projection dimension of the periphery of one side of the side of the yoke 3 in the axial direction relative to the periphery of the side of the magnet body 2 in the axial direction is Ea, the projection dimension of the periphery of the other side of the side of the yoke 3 in the axial direction relative to the periphery of the side of the magnet body 2 in the axial direction is Eb, and the minimum distance between adjacent magnet bodies 2 (between the adjacent inner peripheries of a pair of magnet bodies 2 joined to one yoke 3) is G, the values are set to 0.5 mm ≦ Ea ≦ 5 mm, 0.5 mm ≦ Eb ≦ 5 mm, and 0.5 mm ≦ G ≦ 5 mm. Desirably, 0.5 mm ≦ Ea ≦ 3 mm, 0.5 mm ≦ Eb ≦ 3 mm, and 0.5 mm ≦ G ≦ 3 mm, and more desirably, 0.5 mm ≦ Ea ≦ 1 mm, 0.5 mm ≦ Eb ≦ 1 mm, and 0.5 mm ≦ G ≦ 1 mm.

また、磁石体2の側面のラジアル方向外側の周縁に対するヨーク3の側面のラジアル方向外側の周縁の突出寸法をEcとしたとき、0.5mm≦Ec≦5mmに設定した構成としている。望ましくは、0.5mm≦Ec≦3mm、より望ましくは、0.5mm≦Ec≦1mmである。Ec=0であると安定吸着ができない。磁石体の磁束密度を最大効率で活かすためには上限値はできるだけ小さい方が良いが、安定吸着ができる突き出し量の範囲で設定することができる。 In addition, when the protruding dimension of the radially outer periphery of the side surface of the yoke 3 relative to the radially outer periphery of the side surface of the magnet body 2 is Ec, it is configured to be set to 0.5 mm ≦ Ec ≦ 5 mm. Preferably, 0.5 mm ≦ Ec ≦ 3 mm, and more preferably, 0.5 mm ≦ Ec ≦ 1 mm. Stable adhesion is not possible when Ec = 0. In order to utilize the magnetic flux density of the magnet body with maximum efficiency, it is better for the upper limit value to be as small as possible, but it can be set within the range of protruding amount that allows stable adhesion.

尚、磁石体2の側面のラジアル方向内側の周縁に対するヨーク3の側面のラジアル方向内側の周縁の突出寸法Edは、0.5mm≦G≦5mmに設定していることにより、特に規定しなくても良い。しかし、できるだけ突出寸法Edを小さくすることが望ましい。実施の形態では、係合部5を設けているので、突出寸法Edは、係合部5を含んで設定される。 The protruding dimension Ed of the radially inner periphery of the side surface of the yoke 3 relative to the radially inner periphery of the side surface of the magnet body 2 is set to 0.5 mm ≤ G ≤ 5 mm, so it does not need to be specified in particular. However, it is desirable to make the protruding dimension Ed as small as possible. In the embodiment, since the engaging portion 5 is provided, the protruding dimension Ed is set to include the engaging portion 5.

ステータとしてのラジアル位置ステータ20は、ロータ1の外周面にエアギャップを介して対面するとともにロータ1の回転軸Sを中心とした円周上に所定間隔で列設された複数(実施の形態では12個)のステータコイル21と、複数のステータコイル21に夫々対応して設けられステータコイル21が巻回される複数(実施の形態では12個)のティース22とを備えて構成されている。ティース22は、ロータ1を囲繞しリング状に形成された非磁性体からなる枠体23に固定されている。 The radial position stator 20 as a stator is configured with a plurality of (12 in the embodiment) stator coils 21 arranged at a predetermined interval on a circumference centered on the rotation axis S of the rotor 1 and facing the outer peripheral surface of the rotor 1 via an air gap, and a plurality of (12 in the embodiment) teeth 22 provided corresponding to the plurality of stator coils 21, respectively, around which the stator coils 21 are wound. The teeth 22 are fixed to a frame 23 made of a non-magnetic material formed in a ring shape surrounding the rotor 1.

ラジアル位置ステータ20のティース22は、図4に示すように、ロータ1の外周面にエアギャップを介して対面する本体24と、本体24の中心軸P方向両端部から中心軸Pに向けて突設されロータ1の一方面及び他方面に夫々エアギャップを介して対面する対面部25aを有した凸条体25とを備えて構成されている。本体24と凸条体25との間には、非磁性絶縁部材26が介装されている。ステータコイル21は、ティース22に少なくとも凸条体25の対面部25aを露出させて、中心軸Pに直交し本体24を通る放射方向の軸Qを中心にして巻回されている。 As shown in FIG. 4, the teeth 22 of the radial position stator 20 are configured to include a main body 24 that faces the outer peripheral surface of the rotor 1 via an air gap, and a convex strip 25 that protrudes from both ends of the main body 24 in the direction of the central axis P toward the central axis P and has a facing portion 25a that faces one side and the other side of the rotor 1 via an air gap. A non-magnetic insulating member 26 is interposed between the main body 24 and the convex strip 25. The stator coil 21 is wound around a radial axis Q that is perpendicular to the central axis P and passes through the main body 24, with at least the facing portion 25a of the convex strip 25 exposed to the teeth 22.

従って、この実施の形態に係る同期回転電機Kにおいて、ロータ1を組み立てるときは、図2に示すように、例えば、予め、1つのヨーク3の一方側面に1つの磁石体2のN極側面を接合させてこの磁石体2のS極側面を露出させた第1ユニットU1と、1つのヨーク3の一方側面に1つの磁石体2のS極側面を接合させてこの磁石体2のN極側面を露出させた第2ユニットU2とを、必要数作成しておく。この場合、組み立て時に磁石体2を突片4に衝止して位置決めができるので、組み立てをより一層やりやすくすることができる。 Therefore, when assembling the rotor 1 in the synchronous rotating electric machine K according to this embodiment, as shown in FIG. 2, for example, a required number of first units U1 are prepared in advance, in which the N pole side of one magnet body 2 is joined to one side of one yoke 3, exposing the S pole side of the magnet body 2, and a required number of second units U2 are prepared in which the S pole side of one magnet body 2 is joined to one side of one yoke 3, exposing the N pole side of the magnet body 2. In this case, the magnet body 2 can be positioned by impacting against the protrusion 4 during assembly, making assembly even easier.

そして、ホルダ10に、第1ユニットU1と第2ユニットU2とを、交互に順番に組み付けていく。この場合、先ず、第1ユニットU1若しくは第2ユニットU2のいずれか一方を、そのヨーク3の係合部5をホルダ10の被係合部6に係合してホルダ10に取り付ける。次に、第1ユニットU1若しくは第2ユニットU2のいずれか他方を、そのヨーク3の係合部5をホルダ10の被係合部6に係合してホルダ10に取り付ける。 Then, the first unit U1 and the second unit U2 are assembled alternately in order to the holder 10. In this case, first, either the first unit U1 or the second unit U2 is attached to the holder 10 by engaging the engaging portion 5 of its yoke 3 with the engaged portion 6 of the holder 10. Next, the other of the first unit U1 or the second unit U2 is attached to the holder 10 by engaging the engaging portion 5 of its yoke 3 with the engaged portion 6 of the holder 10.

この際、第1ユニットU1若しくは第2ユニットU2のいずれか一方のヨーク3の他方側面に、第1ユニットU1若しくは第2ユニットU2のいずれか他方の磁石体2がスライドして接合するようになるが、そのスライド初期にはこれらは互いに同極で反発して吸着できない状態が生じる。しかしながら、それは、一時的に生じるものであり、更にスライドさせながら近接させて面接合させるようにすると磁石体2の磁束がヨーク3に吸収されるようになることから、吸着できるようになる。このようにして、第1ユニットU1と第2ユニットU2とを、交互に順番に接合していく。そのため、ヨーク3の係合部5をホルダ10の被係合部6に係合して押し込むだけで良いので、位置決めを容易に行って組み付けることができ、組み立てを容易に行うことができる。 At this time, the magnet body 2 of either the first unit U1 or the second unit U2 slides onto the other side of the yoke 3 of either the first unit U1 or the second unit U2 to join, but at the beginning of the slide, they are of the same polarity and repel each other, making it impossible to attract them. However, this is only a temporary occurrence, and if they are further slid closer together and joined by surface bonding, the magnetic flux of the magnet body 2 is absorbed by the yoke 3, making it possible to attract them. In this way, the first unit U1 and the second unit U2 are joined in alternating order. Therefore, it is easy to position and assemble the units, as it is only necessary to engage and push the engaging portion 5 of the yoke 3 into the engaged portion 6 of the holder 10.

詳しくは、このように、同極で反発して吸着できない状態が生じるものの、更に近接させて面接合させるようにすると吸着できるようになるのは、図6に示すように、実施の形態では、ヨーク3の中心角θを、20°<θ<40°に設定するとともに、隣接する磁石体2の最小間隔Gを0.5mm≦G≦5mmにすることにより、扇型のヨーク3の付け根幅を狭くするようにし、更に、磁石体2の側面をこれに直交する方向から見たとき磁石体2の側面の周縁からヨーク3の側面の周縁を突出させて、即ち、ヨーク3の周縁(ヨーク3の全周辺)を磁石体2の周縁(磁石体2の全周辺)に対して、はみ出すような構成にしたので、特に、図6(b)及び図7(a)に示すように、ヨーク3の周縁を磁石体2の周縁に対して、ラジアル方向のみならずアキシャル方向においても、0.5mm~5mm突出させたので、一方の磁石体2が吸着したヨーク3に対して他方の磁石体2を更に近接させて面接合させるようにすると、他方の磁石体2のS極の磁束がヨーク3に吸収されるようになるからである。また、磁石体2の側面のラジアル方向外側の周縁に対するヨーク3の側面のラジアル方向外側の周縁の突出寸法Ecを、0.5mm≦Ec≦5mmに設定しているので、この点でも、安定吸着を行わせることができる。 In more detail, although there is a state where the magnets cannot be attracted due to repulsion between the same poles, they can be attracted by bringing them even closer together and joining them by surface contact, as shown in FIG. 6. In this embodiment, the central angle θ of the yoke 3 is set to 20°<θ<40°, and the minimum gap G between adjacent magnet bodies 2 is set to 0.5 mm≦G≦5 mm, thereby narrowing the base width of the sector-shaped yoke 3, and further, when the side of the magnet body 2 is viewed from a direction perpendicular to it, the peripheral edge of the side of the yoke 3 protrudes from the peripheral edge of the side of the magnet body 2. That is, the periphery of the yoke 3 (the entire periphery of the yoke 3) is configured to protrude from the periphery of the magnet body 2 (the entire periphery of the magnet body 2), and as shown in particular in FIG. 6(b) and FIG. 7(a), the periphery of the yoke 3 protrudes from the periphery of the magnet body 2 by 0.5 mm to 5 mm in both the radial direction and the axial direction. Therefore, when one magnet body 2 is brought even closer to the yoke 3 to which the other magnet body 2 is attracted and surface-joined, the magnetic flux of the S pole of the other magnet body 2 is absorbed by the yoke 3. In addition, the protruding dimension Ec of the radially outer periphery of the side of the yoke 3 relative to the radially outer periphery of the side of the magnet body 2 is set to 0.5 mm≦Ec≦5 mm, so that stable attraction can also be achieved in this respect.

このようにして、磁石体2とヨーク3とを順次組み付けてリング状のロータ1にする。このロータ1の組み立てにおいては、ヨーク3に磁石体2を外力で押さえるなどせずに安定して吸着できるので、安定して実装し組み立てることができ、生産性を向上させ、コスト低下を図ることができる。それから、このロータ1のホルダ10を回転軸Sに取り付ける。この場合、ホルダ10を回転軸Sに固定できるので、回転軸Sとロータ1との軸心合わせが確実になる。そのため、回転軸Sに対するロータ1の取り付けを確実かつ容易に行うことができる。また、このロータ1をステータ20とともに組み立てて、同期回転電機Kを完成させる。 In this way, the magnet body 2 and the yoke 3 are assembled in order to form the ring-shaped rotor 1. In assembling this rotor 1, the magnet body 2 can be stably attached to the yoke 3 without being pressed down by an external force, so it can be stably mounted and assembled, improving productivity and reducing costs. Then, the holder 10 of this rotor 1 is attached to the rotating shaft S. In this case, the holder 10 can be fixed to the rotating shaft S, so the axial alignment of the rotating shaft S and the rotor 1 is ensured. Therefore, the rotor 1 can be attached to the rotating shaft S reliably and easily. The rotor 1 is then assembled with the stator 20 to complete the synchronous rotating electric machine K.

この同期回転電機Kにおいては、ロータ1において、扇型ヨーク3の付け根幅は狭く、ヨーク3の周縁を磁石体2の周縁に対して、ラジアル方向のみならずアキシャル方向においても、0.5mm~5mm突出しているので、磁束をヨーク3に導くことができるようになる。このため、図6に示すように、ラジアル方向の総磁束密度がヨーク3の付け根(基端部7)より格段に高くなり、その結果、磁石体2の磁束密度を最大効率で活かすことができるようになる。即ち、ロータ1においては、磁石体2の表面から発生している全磁束をヨーク3に吸収させて、ヨーク3を透磁して表面から磁束を放出させることができるので、、高磁束密度磁石の磁束を有効に生かすことができる。例えば、磁束密度が150mT以上あるネオジム磁石などの高性能磁石を用いたモータを、重量あたり最大の効率で駆動させることができ、組み立てが容易で、高トルク、高効率で、低重量のモータを得ることができる。 In this synchronous rotating electric machine K, the root width of the sector-shaped yoke 3 in the rotor 1 is narrow, and the periphery of the yoke 3 protrudes 0.5 mm to 5 mm from the periphery of the magnet body 2 in both the radial direction and the axial direction, so that the magnetic flux can be guided to the yoke 3. Therefore, as shown in FIG. 6, the total magnetic flux density in the radial direction is significantly higher than that at the root (base end 7) of the yoke 3, and as a result, the magnetic flux density of the magnet body 2 can be utilized with maximum efficiency. In other words, in the rotor 1, the entire magnetic flux generated from the surface of the magnet body 2 can be absorbed by the yoke 3, and the yoke 3 can be magnetized to release the magnetic flux from the surface, so that the magnetic flux of the high magnetic flux density magnet can be effectively utilized. For example, a motor using a high-performance magnet such as a neodymium magnet with a magnetic flux density of 150 mT or more can be driven with maximum efficiency per weight, and a motor that is easy to assemble, has high torque, is highly efficient, and is lightweight can be obtained.

更に、ヨーク3の側面の外端部に、周方向に沿って突出形成され磁石体2の外端面が衝止する突片4を形成しているので、ロータ1の回転時の遠心力による磁石体2のずれを確実に防止することができる。また、ヨーク3の係合部5がホルダ10の被係合部6に係合しているので、ロータ1の回転時の遠心力によるヨーク3のずれを確実に防止することができ、回転を円滑に行うことができる。 Furthermore, the outer end of the side of the yoke 3 is formed with a protrusion 4 that protrudes in the circumferential direction and abuts against the outer end surface of the magnet body 2, so that the magnet body 2 can be reliably prevented from shifting due to the centrifugal force when the rotor 1 rotates. Also, the engaging portion 5 of the yoke 3 engages with the engaged portion 6 of the holder 10, so that the yoke 3 can be reliably prevented from shifting due to the centrifugal force when the rotor 1 rotates, allowing for smooth rotation.

更にまた、ステータとして、ラジアル位置ステータ20を備え、このラジアル位置ステータ20のティース22は、ロータ1の外周面に対面する本体24と、ロータ1の一方面及び他方面に夫々対面する対面部25aを有した凸条体25とを備えて構成されているので、ステータコイル21は、ロータ1の磁束を捉えやすく、そのため、同期回転電機Kの効率を向上させることができる。例えば、磁束密度が150mT以上あるネオジム磁石などの高性能磁石を用いたモータであれば、高効率のモータを得ることができる。また、本体24と凸条体25との間に非磁性絶縁部材26を介装したので、本体24と凸条体25とから放射される磁束密度量のバランスが執れるようになる。 Furthermore, the stator is provided with a radial position stator 20, and the teeth 22 of this radial position stator 20 are configured with a main body 24 facing the outer peripheral surface of the rotor 1 and a convex strip 25 having a facing portion 25a facing one side and the other side of the rotor 1, so that the stator coil 21 can easily capture the magnetic flux of the rotor 1, thereby improving the efficiency of the synchronous rotating electric machine K. For example, if a motor uses a high-performance magnet such as a neodymium magnet with a magnetic flux density of 150 mT or more, a highly efficient motor can be obtained. In addition, since a non-magnetic insulating member 26 is interposed between the main body 24 and the convex strip 25, the magnetic flux density radiated from the main body 24 and the convex strip 25 can be balanced.

図8には、第二の実施の形態に係る同期回転電機Kを示している。これは、第一の実施の形態に係るロータ1及びステータ20の組を、同一の回転軸Sに複数組列設して構成されている。そのため、同期回転電機Kの効率を向上させることができる。例えば、磁束密度が150mT以上あるネオジム磁石などの高性能磁石を用いたモータであれば、高効率のモータを得ることができる。モータ直径を大きくしたくないがトルクを高くしたい仕様の場合には特に有効な構成である。 Figure 8 shows a synchronous rotating electric machine K according to the second embodiment. This is configured by arranging multiple sets of the rotor 1 and stator 20 according to the first embodiment in a row on the same rotating shaft S. This improves the efficiency of the synchronous rotating electric machine K. For example, if a motor uses a high-performance magnet such as a neodymium magnet with a magnetic flux density of 150 mT or more, a highly efficient motor can be obtained. This is a particularly effective configuration when the motor diameter is not to be increased but high torque is desired.

図9には、第二の実施の形態に係る同期回転電機Kの変形例を示している。これは、図8に示す各ステータ20のティース22を一体化したものであり、隣接するティース22の凸条体25を共用し、ステータコイル21を、凸条体25の対面部25aを露出させて、全体に巻回したものである。これにより、モータの場合では、凸条体25の両側から発生する磁束を有効に利用でき、電気エネルギーを有効に生かすことができるとともに、単位重量当たりのトルクを高めることができる。 Figure 9 shows a modified example of a synchronous rotating electric machine K according to the second embodiment. In this, the teeth 22 of each stator 20 shown in Figure 8 are integrated, the ridges 25 of adjacent teeth 22 are shared, and the stator coil 21 is wound around the entire ridges 25 with the opposing portions 25a of the ridges 25 exposed. In the case of a motor, this allows the magnetic flux generated from both sides of the ridges 25 to be effectively utilized, making effective use of electrical energy and increasing the torque per unit weight.

図10には、第三の実施の形態に係る同期回転電機Kを示している。これは、ステータとして、ラジアル位置ステータ20を備え、このラジアル位置ステータ20は、ロータ1の外周面にエアギャップを介して対面するとともにロータ1の回転軸Sを中心とした円周上に所定間隔で列設された複数(実施の形態では12個)のステータコイル21と、複数のステータコイル21に夫々対応して設けられステータコイル21が巻回される複数(実施の形態では12個)のティース22とを備えて構成されている。ティース22は、ロータ1を囲繞しリング状に形成された非磁性体からなる枠体27の内側に固定されている。 Figure 10 shows a synchronous rotating electric machine K according to a third embodiment. This machine is equipped with a radial position stator 20 as a stator. This radial position stator 20 faces the outer peripheral surface of the rotor 1 via an air gap and is configured with a plurality of stator coils 21 (12 in this embodiment) arranged at a predetermined interval on a circumference centered on the rotation axis S of the rotor 1, and a plurality of teeth 22 (12 in this embodiment) provided corresponding to the plurality of stator coils 21 and around which the stator coils 21 are wound. The teeth 22 are fixed to the inside of a frame 27 made of a non-magnetic material formed in a ring shape surrounding the rotor 1.

図11には、第四の実施の形態に係る同期回転電機Kを示している。これは、図11(a)に示すように、ステータとして、アキシャル位置ステータ30を備え、このアキシャル位置ステータ30は、ロータ1の中心軸Pに直交する面にエアギャップを介して対面する一方面及び他方面を有するとともにロータ1の回転軸Sを中心とした円周上に所定間隔で列設された複数(実施の形態では12個)のステータコイル21と、複数のステータコイル21に夫々対応して設けられステータコイル21が巻回される複数(実施の形態では12個)のティース22とを備えて構成されている。ロータ1は、ロータ1の中心軸Pに直交する一方の面が付設され、中心軸Pを中心とした円盤31に固定されている。図11(b)は、アキシャル位置ステータ30を固定体(図示せず)に固定し、回転軸Sに1つのロータ1を取り付けて、このロータ1をアキシャル位置ステータ30の一方面に対面させて設けた例(シングルアキシャル型)を示す。図11(c)は、アキシャル位置ステータ30を固定体(図示せず)に固定し、回転軸Sにアキシャル位置ステータ30を挟んで2つのロータ1を取り付けて、一方のロータ1をアキシャル位置ステータ30の一方面に対面させ、他方のロータ1をアキシャル位置ステータ30の他方面に対面させた例(ダブルアキシャル型)を示す。 Figure 11 shows a synchronous rotating electric machine K according to a fourth embodiment. As shown in Figure 11 (a), this includes an axial position stator 30 as a stator, which has one side and the other side facing a surface perpendicular to the central axis P of the rotor 1 via an air gap, and is configured with a plurality of (12 in the embodiment) stator coils 21 arranged at a predetermined interval on a circumference centered on the rotation axis S of the rotor 1, and a plurality of (12 in the embodiment) teeth 22 around which the stator coils 21 are wound, which are provided corresponding to the plurality of stator coils 21. The rotor 1 is fixed to a disk 31 centered on the central axis P, with one side perpendicular to the central axis P of the rotor 1. Figure 11 (b) shows an example (single axial type) in which the axial position stator 30 is fixed to a fixed body (not shown), one rotor 1 is attached to the rotation axis S, and the rotor 1 is arranged to face one side of the axial position stator 30. FIG. 11(c) shows an example (double axial type) in which the axial position stator 30 is fixed to a fixed body (not shown), and two rotors 1 are attached to the rotating shaft S with the axial position stator 30 sandwiched between them, with one rotor 1 facing one side of the axial position stator 30 and the other rotor 1 facing the other side of the axial position stator 30.

図12には、第五の実施の形態に係る同期回転電機Kを示している。これは、第三の実施の形態に係る同期回転電機Kのラジアル位置ステータ20と、第四の実施の形態に係る同期回転電機Kのアキシャル位置ステータ30とを備えて構成されている。そのため、同期回転電機Kの効率を向上させることができる。例えば、磁束密度が150mT以上あるネオジム磁石などの高性能磁石を用いたモータであれば、高効率のモータを得ることができる。 Figure 12 shows a synchronous rotating electric machine K according to the fifth embodiment. This is configured with the radial position stator 20 of the synchronous rotating electric machine K according to the third embodiment and the axial position stator 30 of the synchronous rotating electric machine K according to the fourth embodiment. This improves the efficiency of the synchronous rotating electric machine K. For example, if a motor uses a high-performance magnet such as a neodymium magnet with a magnetic flux density of 150 mT or more, a highly efficient motor can be obtained.

図13には、上記各実施の形態に係る同期回転電機において、ロータの別の例を示す。このロータ1においては、上記各実施の形態におけるロータとはホルダの形態が異なっている。詳しくは、このロータ1は、回転軸(図示せず)が挿通されて固定されるとともにロータ1の中心軸Pに直交する一方面及び他方面に夫々付設されて各ヨーク3の基端部を保持する非磁性体からなる一対のプレート41を備えたホルダ40を備えて構成されている。各ヨーク3の基端部には、回転軸Pの軸方向に沿う第1ボルト挿通孔42が形成されている一方、ホルダ40の各プレートには、第1ボルト挿通孔42に対応した複数の第2ボルト挿通孔43が形成されている。そして、一方のプレート41の第2ボルト挿通孔43、各ヨーク3の第1ボルト挿通孔42及び他方のプレート41の第2ボルト挿通孔43に非磁性体からなるボルト44が挿通され、各ボルト44に非磁性体からなるナット(図示せず)が螺合されて、各ヨーク3は、一対のプレート41で挾持されている。 Figure 13 shows another example of a rotor in the synchronous rotating electric machine according to each of the above embodiments. In this rotor 1, the shape of the holder is different from that of the rotor in each of the above embodiments. In detail, this rotor 1 is configured with a holder 40 having a pair of plates 41 made of a non-magnetic material, which are inserted and fixed by a rotating shaft (not shown) and are attached to one side and the other side of the rotor 1 perpendicular to the central axis P to hold the base end of each yoke 3. A first bolt insertion hole 42 is formed in the base end of each yoke 3 along the axial direction of the rotating shaft P, while each plate of the holder 40 has a plurality of second bolt insertion holes 43 corresponding to the first bolt insertion holes 42. Then, a bolt 44 made of a non-magnetic material is inserted into the second bolt insertion hole 43 of one plate 41, the first bolt insertion hole 42 of each yoke 3, and the second bolt insertion hole 43 of the other plate 41, and a nut (not shown) made of a non-magnetic material is screwed onto each bolt 44, and each yoke 3 is sandwiched between the pair of plates 41.

これにより、ロータ1の組み立て時においては、例えば、予め、1つのヨーク3の一方側面に1つの磁石体2のN極側面を接合させて磁石体2のS極側面を露出させた第1ユニットU1と、1つのヨーク3の一方側面に1つの磁石体2のS極側面を接合させて磁石体のN極側面を露出させた第2ユニットU2とを、必要数作成しておき、この第1ユニットU1と第2ユニットU2とを、交互に順番に接合していく。この場合、ホルダ41の一方のプレート41の各第2ボルト挿通孔43に夫々ボルト44を挿通して取り付けておく。そして、先ず、第1ユニットU1若しくは第2ユニットU2のいずれか一方を、そのヨーク3の第1ボルト挿通孔42をボルト44に挿通して一方のプレート41に取り付ける。次に、第1ユニットU1若しくは第2ユニットU2のいずれか他方を、そのヨーク3の第1ボルト挿通孔42を対応するボルト44に挿通して一方のプレート41に取り付ける。 In this way, when assembling the rotor 1, for example, a first unit U1 in which the N-pole side of one magnet body 2 is joined to one side of one yoke 3 to expose the S-pole side of the magnet body 2 and a second unit U2 in which the S-pole side of one magnet body 2 is joined to one side of one yoke 3 to expose the N-pole side of the magnet body are prepared in advance as many times as necessary, and the first unit U1 and the second unit U2 are joined in turn. In this case, the bolts 44 are inserted into the second bolt insertion holes 43 of one plate 41 of the holder 41 to attach them. Then, first, either the first unit U1 or the second unit U2 is attached to one plate 41 by inserting the bolt 44 into the first bolt insertion hole 42 of the yoke 3. Next, the other of the first unit U1 or the second unit U2 is attached to one plate 41 by inserting the corresponding bolt 44 into the first bolt insertion hole 42 of the yoke 3.

この場合、第1ユニットU1若しくは第2ユニットU2のいずれか一方のヨーク3の他方側面に、第1ユニットU1若しくは第2ユニットU2のいずれか他方の磁石体2がスライドして接合するようになるが、そのスライド初期にはこれらは互いに同極で反発して吸着できない状態が一時的に生じるものの、上述したように、更にスライドさせながら近接させて面接合させるようにすると磁石体2の磁束がヨーク3に吸収されるようになることから、吸着できるようになる。このようにして、第1ユニットU1と第2ユニットU2とを、交互に順番に接合していく。この際には、ヨーク3の第1ボルト挿通孔42をボルト44に挿通させて押し込むだけで良いので、位置決めを容易に行って組み付けることができ、組み立てを容易に行うことができる。そして、最後に、他方のプレート41を、その第2ボルト挿通孔43をボルト44に挿通するとともに、ボルト44にナットを螺合して取り付ける。これにより、各ヨーク3が一対のプレート41で挾持される。 In this case, the magnet body 2 of either the first unit U1 or the second unit U2 slides and joins to the other side of the yoke 3 of either the first unit U1 or the second unit U2. At the beginning of the slide, they are of the same polarity and repel each other, temporarily preventing them from being attracted to each other. However, as described above, if they are further slid and brought closer together for surface joining, the magnetic flux of the magnet body 2 is absorbed by the yoke 3, and they can be attracted to each other. In this way, the first unit U1 and the second unit U2 are joined in turn. At this time, it is only necessary to insert the bolt 44 into the first bolt insertion hole 42 of the yoke 3 and push it in, so that the positioning can be easily performed and the assembly can be easily performed. Finally, the other plate 41 is attached by inserting the bolt 44 into its second bolt insertion hole 43 and screwing a nut onto the bolt 44. As a result, each yoke 3 is sandwiched between the pair of plates 41.

次に、このロータ1のホルダ40を回転軸Sに取り付ける。この場合、ホルダ40を回転軸Sに固定できるので、回転軸Sとロータ1との軸心合わせが確実になる。そのため、回転軸Sに対するロータ1の取り付けを確実かつ容易に行うことができる。そして、回転軸Sを回転させたときには、ロータ1の回転を円滑にすることができる。また、回転時には、各ヨーク3がその第1ボルト挿通孔42にボルト44を挿通させて一対のプレート41で挾持されているので、ロータ1の回転時の遠心力によるずれを確実に防止することができ、回転を円滑に行うことができる。また、ヨーク3の基端部に第1ボルト挿通孔42が形成されているので、さらに非磁性体のボルト44が貫通しているので磁気抵抗が増加し、貫通穴の効果が相乗してヨーク3の基端部の幅が実質的に小さくなることから、磁石の磁束をヨークに導きやすくなる。 Next, the holder 40 of the rotor 1 is attached to the rotating shaft S. In this case, since the holder 40 can be fixed to the rotating shaft S, the axis alignment between the rotating shaft S and the rotor 1 is ensured. Therefore, the rotor 1 can be attached to the rotating shaft S reliably and easily. Then, when the rotating shaft S is rotated, the rotor 1 can rotate smoothly. Also, during rotation, each yoke 3 is sandwiched between a pair of plates 41 with a bolt 44 inserted into its first bolt insertion hole 42, so that deviation due to centrifugal force during rotation of the rotor 1 can be reliably prevented, and rotation can be performed smoothly. Also, since the first bolt insertion hole 42 is formed at the base end of the yoke 3, the non-magnetic bolt 44 penetrates it, so that the magnetic resistance increases, and the effect of the through hole is multiplied, and the width of the base end of the yoke 3 is effectively reduced, making it easier to guide the magnetic flux of the magnet to the yoke.

<試験例>
次に、本発明の裏付けとなる試験例を示す。
(1)試験例1(磁石体2及びヨーク3間距離とヨーク3の表面の磁束密度との関係に係る試験)
図6に示す記号を用い、磁石体2として、ネオジム磁石であって、Ma=10mm、Mr=20mm、Me=8mmのもの(B=430mT)を用いた。ヨーク3として、SS400(鉄材)で、Ya=11mm、Yr=22mmのもの(係合部5の無いもの)で、中心角θを、20°、25°、30°、40°、60°、80°にした6種類を用意した(図15)。
<Test Example>
Next, test examples supporting the present invention will be described.
(1) Test Example 1 (Test on the relationship between the distance between the magnet body 2 and the yoke 3 and the magnetic flux density on the surface of the yoke 3)
6, a neodymium magnet with Ma = 10 mm, Mr = 20 mm, Me = 8 mm (B = 430 mT) was used as the magnet body 2. Six types of yokes 3 were prepared (without engaging portion 5) made of SS400 (iron material) with Ya = 11 mm, Yr = 22 mm, with central angles θ of 20°, 25°, 30°, 40°, 60°, and 80° (FIG. 15).

そして、図14に示すように、中心角θの異なるヨーク3毎に、種類の異なる磁石体2の1対を同極同士を互いに対向させてヨーク3の両側に吸着させるようにし、ヨーク3の表面の磁束密度を測定した。測定器は株式会社マザーツール製「MT-801」を用いた。磁石体2の吸着においては、先に一方の磁石体2をヨーク3に吸着させておき、この状態で他方の磁石体2をヨーク3の側面に近づけて行き、その距離が、100mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2.5mmになるところで、ヨーク3の表面の磁束密度を測定した。磁束密度センサーの厚みが約2mmであるので、2.5mmの隙間を開けて、ヨーク3の中心角θを変化させて測定した。 As shown in Figure 14, a pair of different types of magnet bodies 2 was attached to both sides of the yoke 3 with the same poles facing each other for each yoke 3 with different central angles θ, and the magnetic flux density on the surface of the yoke 3 was measured. The measuring device used was the "MT-801" manufactured by Mother Tool Co., Ltd. In attaching the magnet bodies 2, one magnet body 2 was first attached to the yoke 3, and in this state the other magnet body 2 was brought closer to the side of the yoke 3, and the magnetic flux density on the surface of the yoke 3 was measured when the distance was 100 mm, 40 mm, 20 mm, 10 mm, 5 mm, and 2.5 mm. As the magnetic flux density sensor was approximately 2 mm thick, a gap of 2.5 mm was left and measurements were taken while changing the central angle θ of the yoke 3.

結果を図15に示す。最初は先にヨーク3に着接させた一方の磁石体2(A)の磁束蜜度がヨーク3表面から放出されていたが、他方の磁石体2(B)が接近するに伴い磁石体2(B)の磁束蜜度が有効的にヨーク3に吸収されて行くようになり反転することになることが分かった。5mm辺りからは、容積の大きな磁束吸収容量のある中心角θが25°以上のヨーク3は、磁石体2(B)を吸着させる磁力磁束密度となる。2.5mmの距離では中心角θが20°以外のヨーク3は強い吸着力を発生するが、20°のヨーク3はヨーク3の磁気飽和によって、完全に接近しても吸着することは無い。 The results are shown in Figure 15. Initially, the magnetic flux density of one magnet body 2 (A) that was attached to the yoke 3 first was emitted from the surface of the yoke 3, but as the other magnet body 2 (B) approached, the magnetic flux density of magnet body 2 (B) began to be effectively absorbed by the yoke 3, resulting in a reversal. From around 5 mm, a yoke 3 with a central angle θ of 25° or more, which has a large volume and magnetic flux absorption capacity, will have a magnetic flux density that attracts magnet body 2 (B). At a distance of 2.5 mm, yokes 3 with central angles θ other than 20° generate a strong attraction force, but a yoke 3 with a central angle θ of 20° will not attract even when completely close due to magnetic saturation of the yoke 3.

(2)試験例2(ヨーク3表面の磁束密度と磁石体2の表面の磁束密度の測定)
試験例1の磁石体2とヨーク3の組み合わせにおいて、ヨーク3表面の磁束密度と磁石体2(B)の表面の磁束密度とを、ヨーク3の中心角θを変化させて測定した。結果を図16に示す。この結果から、中心角θが20°のヨーク3について、磁石体2(B)の最接近状態(2.5mm)の詳細について観察することができた。即ち、中心角θが20°のヨーク3においては、ヨーク3表面の磁束密度は380mTで、磁石体2(B)の表面の磁束密度420mTを完全に吸収できていないことが分かった。その要因として、中心角θが20°のヨーク3は、その容積が少ないことから、磁石体2(A)と磁石体2(B)とを合体した磁束密度を完全に吸収できないことにある。そのため、20°のヨーク3の場合は、磁石体2(B)の磁束密度は反対極に誘起されず、吸着する磁力密度が不足して、磁石体2(A)の同極に反発されることになる。一方、中心角θが25°以上のヨーク3では、磁石体2(B)の表面磁束密度はヨーク3に十分流れ込み、ヨーク3表面が反対極(S)に誘起されて、磁気吸着をすることができる。
(2) Test Example 2 (Measurement of magnetic flux density on the surface of the yoke 3 and the surface of the magnet body 2)
In the combination of the magnet body 2 and the yoke 3 in the test example 1, the magnetic flux density on the surface of the yoke 3 and the magnetic flux density on the surface of the magnet body 2 (B) were measured by changing the central angle θ of the yoke 3. The results are shown in FIG. 16. From these results, it was possible to observe the details of the closest state (2.5 mm) of the magnet body 2 (B) for the yoke 3 with a central angle θ of 20°. That is, it was found that in the yoke 3 with a central angle θ of 20°, the magnetic flux density on the surface of the yoke 3 was 380 mT, and the magnetic flux density of the surface of the magnet body 2 (B), 420 mT, could not be completely absorbed. The reason for this is that the yoke 3 with a central angle θ of 20° has a small volume, so it cannot completely absorb the magnetic flux density of the combined magnet body 2 (A) and magnet body 2 (B). Therefore, in the case of the yoke 3 with a central angle θ of 20°, the magnetic flux density of the magnet body 2 (B) is not induced to the opposite pole, and the magnetic force density to be attracted is insufficient, so it is repelled by the same pole of the magnet body 2 (A). On the other hand, in a yoke 3 with a central angle θ of 25° or more, the surface magnetic flux density of the magnet body 2 (B) flows sufficiently into the yoke 3, and the surface of the yoke 3 is induced to the opposite pole (S), allowing magnetic attraction.

(3)試験例3(ヨーク3の中心角θについての試験<その1>)
磁石体2の試験片として、ネオジム磁石(B=430mT)、ネオジム磁石(B=153mT)、フェライト磁石(B=143mT)の3種類を用意した。図6に示す記号を用い、磁石体2は、Ma=10mm、Mr=20mm、Me=8mmのものを用いた。ヨーク3として、Ya=11mm、Yr=22mmのもの(係合部5の無いもの)で、中心角θを、20°~80°の範囲で、5°ずつ異なる9種類を用意した(図17(b))。
(3) Test Example 3 (Test on the central angle θ of the yoke 3 <Part 1>)
Three types of magnet bodies 2 were prepared as test pieces: a neodymium magnet (B=430mT), a neodymium magnet (B=153mT), and a ferrite magnet (B=143mT). Using the symbols shown in Fig. 6, magnet bodies 2 with Ma=10mm, Mr=20mm, and Me=8mm were used. Nine types of yokes 3 with Ya=11mm, Yr=22mm (without engaging portion 5) and central angles θ ranging from 20° to 80° and differing in increments of 5° were prepared (Fig. 17(b)).

そして、図17(a)に示すように、中心角θの異なるヨーク3毎に、種類の異なる磁石体2の1対を同極同士を互いに対向させてヨーク3の両側に吸着させるようにし、ヨーク3の扇型のラジアル方向に広がった外周部位中心部の磁束密度を測定した。測定器は株式会社マザーツール製「MT-801」を用いた。磁石体2の吸着においては、先に一方の磁石体2をヨーク3に吸着させておき、この状態で他方の磁石体2をヨーク3の側面に近づけて行き、吸着させるようにした。 As shown in Figure 17(a), for each yoke 3 with a different central angle θ, a pair of different types of magnet bodies 2 was attached to both sides of the yoke 3 with the same poles facing each other, and the magnetic flux density was measured at the center of the radially spreading sector-shaped outer periphery of the yoke 3. The measuring device used was the "MT-801" manufactured by Mother Tool Co., Ltd. When attaching the magnet bodies 2, one magnet body 2 was first attached to the yoke 3, and in this state the other magnet body 2 was brought close to the side of the yoke 3 and attached.

測定結果を図17(b)に示す。ヨーク3の中心角θが20°の場合は、フェライト磁石は吸着したが、ネオジム磁石では、何れもヨーク3の基端部Xの磁束が飽和して吸着できなかった。しかし、中心角θが25°以上の磁石体2では、接近接合しようとすると反発を受けて一時的に吸着できないが、更に接近させると吸着できた。これは、一方の磁石体2が吸着したヨーク3に他方の磁石体2を近接させると、この他方の磁石体2のS極の磁束がヨーク3に吸収されるからである。また、中心角θが35°以上になると磁束密度は低下傾向になる。 The measurement results are shown in Figure 17 (b). When the central angle θ of the yoke 3 was 20°, the ferrite magnet was attracted, but in the case of neodymium magnets, the magnetic flux at the base end X of the yoke 3 was saturated and attraction was not possible. However, when the magnet bodies 2 had a central angle θ of 25° or more, they were temporarily unable to be attracted when they were brought close together due to repulsion, but were able to be attracted when brought even closer. This is because when one magnet body 2 is brought close to the yoke 3 to which the other magnet body 2 is attracted, the magnetic flux of the S pole of the other magnet body 2 is absorbed by the yoke 3. Furthermore, when the central angle θ is 35° or more, the magnetic flux density tends to decrease.

(4)試験例4(ヨーク3の中心角θについての試験<その2>)
試験片としては、試験例1と同様に、磁石体2として、ネオジム磁石であって、Ma=10mm、Mr=20mm、Me=8mmのもの(B=430mT)を用いた。ヨーク3として、SS400(鉄材)で、Ya=11mm、Yr=22mmのもの(係合部5の無いもの)で、中心角θを、20°、25°、30°、40°、60°にした5種類を用意した(図18(b))。
(4) Test Example 4 (Test on the central angle θ of the yoke 3 <part 2>)
As the test specimens, similar to Test Example 1, a neodymium magnet with Ma = 10 mm, Mr = 20 mm, Me = 8 mm (B = 430 mT) was used as the magnet body 2. Five types of yokes 3 (without engaging portion 5) made of SS400 (iron material) with Ya = 11 mm, Yr = 22 mm were prepared with central angles θ of 20°, 25°, 30°, 40°, and 60° ( FIG. 18( b )).

そして、図18(a)に示すように、ヨーク3のラジアル面(外周)の磁束密度とアキシャル位置(中心軸Pに直交する一方面及び他方面において、外周から5mm内側の点)の磁束密度を、上記と同じ測定器を用いて、中心角θの異なるヨーク3毎に測定した。 As shown in FIG. 18(a), the magnetic flux density on the radial surface (outer periphery) of the yoke 3 and the magnetic flux density at the axial position (a point 5 mm inside from the outer periphery on one and the other surfaces perpendicular to the central axis P) were measured for each yoke 3 with a different central angle θ using the same measuring device as above.

測定結果を図18(b)に示す。この図において、下の折れ線は、一本であるが、ラジアル面、アキシャル面1(一方面)、アキシャル面2(他方面)の磁束密度が略同じなので、これらの折れ線が重なった線になっている。ヨーク3の中心角θが20°の場合は、何れも磁束が飽和して吸着できなかった。この結果、総磁束密度とヨーク3の中心角θとの関係からしても、中心角θが25°以上の磁石体2は、良好であることが分かる。 The measurement results are shown in Figure 18 (b). In this figure, there is only one broken line at the bottom, but because the magnetic flux density is approximately the same on the radial surface, axial surface 1 (one surface), and axial surface 2 (the other surface), these broken lines overlap. When the central angle θ of the yoke 3 was 20°, the magnetic flux was saturated in all cases and adhesion was not possible. As a result, it can be seen that the relationship between the total magnetic flux density and the central angle θ of the yoke 3 also shows that magnet bodies 2 with central angles θ of 25° or more are good.

(5)試験例5(ヨーク3の中心角θについての試験<その3>)
試験例3と同じ試験片を用い、磁石体2の単位当たりの磁束強度に極数(ヨーク3の数)を掛けた値を磁極数合計総磁束強度として算出し、これとヨーク3の中心角θとの関係を見た。結果を図19に示す。
(5) Test Example 5 (Test on the central angle θ of the yoke 3 <part 3>)
Using the same test specimen as in Test Example 3, the magnetic flux intensity per unit of the magnet body 2 was multiplied by the number of poles (the number of yokes 3) to calculate the total magnetic flux intensity for the number of magnetic poles, and the relationship between this and the central angle θ of the yoke 3 was examined. The results are shown in Fig. 19.

この試験例3乃至5の結果から、ヨーク3の中心角θは、20°<θ<40°の範囲が適正と考えられ、40°を超えると、磁束密度が低下してくる。望ましくは、20°<θ≦36°である。実質的には、試験例5の結果から、ヨーク3表面積と極数(ヨーク3の数)を勘案し、実用的には、10極(θ=36°)、12極(θ=30°)、14極(θ≒25.7°)がネオジム磁石の磁束密度を有効に使うことができると想定できる。中心角θが広がると、極数が減ると同時に総磁束密度が減少して効率が低下する。中心角θが20°は磁束がヨーク3を飽和させ吸収せず磁石体2の磁束密度が有効に使用できないので非効率になる。即ち、ヨーク3において、25.7°<θ≦36°の範囲であって、ヨーク3の数をnとしたとき、nは整数の偶数であり、n=10(θ=36°)、n=12(θ=30°)、n=14(θ≒25.7°)の何れかにする構成が好ましいことが分かった。n=14の場合、中心角θは割り切れないが、磁石体2とヨーク3の密着性においては誤差範囲であり、作用,効果に影響はなく、ほとんど問題はない。もし、隙間が気になるのであれば、接着剤等を介装すればよい。 From the results of test examples 3 to 5, the central angle θ of the yoke 3 is considered to be appropriate in the range of 20°<θ<40°, and if it exceeds 40°, the magnetic flux density decreases. Preferably, it is 20°<θ≦36°. In practice, from the results of test example 5, taking into account the surface area of the yoke 3 and the number of poles (number of yokes 3), it can be assumed that 10 poles (θ=36°), 12 poles (θ=30°), and 14 poles (θ≒25.7°) can effectively use the magnetic flux density of the neodymium magnet. If the central angle θ is widened, the number of poles decreases and the total magnetic flux density decreases at the same time, resulting in a decrease in efficiency. If the central angle θ is 20°, the magnetic flux saturates the yoke 3 and is not absorbed, and the magnetic flux density of the magnet body 2 cannot be effectively used, resulting in inefficiency. That is, it was found that the yoke 3 has a range of 25.7°<θ≦36°, and when the number of yokes 3 is n, n is an even integer, and a configuration in which n=10 (θ=36°), n=12 (θ=30°), or n=14 (θ≒25.7°) is preferable. When n=14, the central angle θ is not divisible, but this is within the margin of error in the adhesion between the magnet body 2 and the yoke 3, and does not affect the action or effect, so there is almost no problem. If the gap is a concern, an adhesive or similar can be used.

また、試験例4の結果から、ラジアル面、アキシャル面1(一方面)、アキシャル面2(他方面)の磁束密度が略同じであるので、第五の実施の形態においては、ラジアル面、アキシャル面1(一方面)及び/またはアキシャル面2(他方面)に、ラジアル位置ステータ20とアキシャル位置ステータ30とが夫々面することから、極めて高効率であることが分かる。 In addition, the results of Test Example 4 show that the magnetic flux densities of the radial surface, axial surface 1 (one surface), and axial surface 2 (the other surface) are approximately the same, and therefore, in the fifth embodiment, the radial position stator 20 and the axial position stator 30 face the radial surface, axial surface 1 (one surface), and/or axial surface 2 (the other surface), respectively, and therefore, it can be seen that the fifth embodiment is extremely efficient.

(6)試験例6(ヨーク3の磁石体2に対する突き出し量についての試験)
磁石体2の試験片として、Ma=10mm、Mr=20mm、Me=8mmのもので、ネオジム磁石(B=430mT)を用いた。ヨーク3として、Yr=22mmのもの(係合部5の無いもの)で、中心角θを、θ=30°、θ=60°、θ=80°の3種類について、夫々、Ya=10mm(Ea+Eb=0mm)、Ya=11mm(Ea+Eb=1mm)、Ya=12mm(Ea+Eb=2mm)、Ya=13mm(Ea+Eb=3mm)とアキシャル方向の幅の異なる4種類を用意した(図20)。
(6) Test Example 6 (Test on the amount of protrusion of the yoke 3 from the magnet body 2)
A neodymium magnet (B=430 mT) with Ma=10 mm, Mr=20 mm, and Me=8 mm was used as the test piece for the magnet body 2. The yoke 3 had Yr=22 mm (no engaging portion 5) and three types of central angles θ of θ=30°, θ=60°, and θ=80°, and four types with different axial widths were prepared, Ya=10 mm (Ea+Eb=0 mm), Ya=11 mm (Ea+Eb=1 mm), Ya=12 mm (Ea+Eb=2 mm), and Ya=13 mm (Ea+Eb=3 mm) ( FIG. 20 ).

そして、各ヨーク3毎に、磁石体2の1対を同極同士を互いに対向させてヨーク3の両側に吸着させ、ヨーク3の扇型のラジアル方向に広がった外周部位中心の磁束密度を、上記と同じ測定器を用いて測定した。尚、本試験においては、磁石体2の側面をこれに直交する方向から見たとき、磁石体2の側面の周縁からヨーク3の側面の周縁を突出させて磁石体2の側面とヨーク3の側面とを接合させている。 For each yoke 3, a pair of magnet bodies 2 was attached to both sides of the yoke 3 with the same poles facing each other, and the magnetic flux density at the center of the radially spreading outer periphery of the sector of the yoke 3 was measured using the same measuring device as above. Note that in this test, when the side of the magnet body 2 is viewed from a direction perpendicular to it, the periphery of the side of the yoke 3 protrudes from the periphery of the side of the magnet body 2 to join the side of the magnet body 2 and the side of the yoke 3.

結果を図20に示す。ヨーク3の磁石体2に対する突き出し量が無い(両側合計で、Ea+Eb=0mm)ものは、他と比較して磁束密度は高いが、これは、磁石体2を無理に押さえて吸着状態にしたもので、実際は吸着できない。ヨーク3の磁石体2に対する突き出し量があるものは、安定的に吸着できた。また、突き出し量が増すと、磁束密度が低下することが分かった。ヨーク3の突き出し量は、多すぎるとヨーク3の体積が増大し表面積が増大して、磁束密度が低下する。両側合計で1mm突出しただけで、10%もヨーク3周方向磁束密度が低下する。更に、ヨーク3の中心角θが大きいもの(θ=60°、θ=80°)では、小さいもの(θ=30°)に比較して磁束密度の低下がみられた。 The results are shown in Figure 20. The magnetic flux density was higher in the case where the yoke 3 did not protrude from the magnet body 2 (Ea + Eb = 0 mm in total on both sides) than in the case where the magnet body 2 was forcibly pressed down and attracted, but in reality it was not possible to attract it. The case where the yoke 3 protruded from the magnet body 2 was able to be stably attracted. It was also found that the magnetic flux density decreased as the protrusion amount increased. If the yoke 3 protrudes too much, the volume of the yoke 3 increases, increasing the surface area and decreasing the magnetic flux density. The magnetic flux density in the circumferential direction of the yoke 3 decreased by 10% with only a 1 mm protrusion on both sides in total. Furthermore, a decrease in magnetic flux density was observed in the case where the central angle θ of the yoke 3 was large (θ = 60°, θ = 80°) compared to the case where the central angle was small (θ = 30°).

この結果から、ヨーク3の周縁の磁石体2の周縁に対する突き出し量は、0.5mm≦Ea≦5mm、0.5mm≦Eb≦5mm、望ましくは、0.5mm≦Ea≦3mm、0.5mm≦Eb≦3mm、より望ましくは、0.5mm≦Ea≦1mm、0.5mm≦Eb≦1mmであると言える。 From these results, it can be said that the amount of protrusion of the periphery of the yoke 3 relative to the periphery of the magnet body 2 is 0.5 mm ≤ Ea ≤ 5 mm, 0.5 mm ≤ Eb ≤ 5 mm, preferably 0.5 mm ≤ Ea ≤ 3 mm, 0.5 mm ≤ Eb ≤ 3 mm, and more preferably 0.5 mm ≤ Ea ≤ 1 mm, 0.5 mm ≤ Eb ≤ 1 mm.

また、このことから、ヨーク3の側面のラジアル方向外側の周縁の突出寸法Ecも、0.5mm≦Ec≦5mmに設定することが好ましいと言える。望ましくは、0.5mm≦Ec≦3mm、より望ましくは、0.5mm≦Ec≦1mmである。 Furthermore, from this, it can be said that it is preferable to set the protruding dimension Ec of the radially outer peripheral edge of the side surface of the yoke 3 to 0.5 mm ≤ Ec ≤ 5 mm. Desirably, 0.5 mm ≤ Ec ≤ 3 mm, and more desirably, 0.5 mm ≤ Ec ≤ 1 mm.

尚、ヨーク3の側面のラジアル方向内側の周縁の突出寸法Edは、0.5mm≦G≦5mmに設定していることにより、特に規定しなくても良い。しかし、できるだけ突出寸法Edを小さくすることが望ましい。 The protruding dimension Ed of the radially inner periphery of the side of the yoke 3 is set to 0.5 mm ≤ G ≤ 5 mm, so it does not need to be specified. However, it is desirable to make the protruding dimension Ed as small as possible.

(7)試験例7(磁石体2の厚さ(磁石体2の周方向の長さMe)についての試験)
ネオジム磁石について、厚さと磁束密度との関係を測定した。結果を図21に示す。この結果から、ネオジム磁石においては、150mT以下になることもあるが、フェライトでは得られない150mT以上に実用的価値がある。厚みを増すことで磁束密度は向上するが、重量あたりの効率を考えると6mm≦Me≦10mmあたりが良い。即ち、磁石の厚さMeは2mm~20mmが使用できるが、望ましくは、6mm~10mmの範囲である。
(7) Test Example 7 (Test on the Thickness of the Magnet Body 2 (the Circumferential Length Me of the Magnet Body 2))
The relationship between thickness and magnetic flux density of neodymium magnets was measured. The results are shown in Figure 21. From these results, it can be seen that with neodymium magnets, although they can fall below 150 mT, there is practical value in a magnet exceeding 150 mT, which cannot be achieved with ferrite. Magnetic flux density improves by increasing thickness, but considering efficiency per weight, it is best to keep it in the range of 6 mm≦Me≦10 mm. In other words, magnet thicknesses Me between 2 mm and 20 mm can be used, but a thickness between 6 mm and 10 mm is preferable.

(8)試験例8(ホルダ10の材質についての試験)
図22に示すように、第一の実施の形態と同様のロータ1(10極)において、ホルダ10の材質について試験した。後述する図27(c)に示すように、ロータ1は、磁石体2として、ネオジム磁石であって、Ma=10mm、Mr=20mm、Me=8mmのもの(B=430mT)を用いた。ヨーク3として、SS400(鉄材)で、Ya=11mm、Yr=22mmのもの(係合部5の有るもの)で、中心角θを36°にしたものを用意した。
ホルダ10として、その材質が、一般構造用圧延鋼材(SS400)、ステンレス鋼(SUS304)、アルミニウム合金(A5052)の3種類を作成した(図22(b))。
(8) Test Example 8 (Test on the Material of the Holder 10)
As shown in Fig. 22, the material of the holder 10 was tested for the rotor 1 (10 poles) similar to that of the first embodiment. As shown in Fig. 27(c) described later, the rotor 1 used a neodymium magnet as the magnet body 2 with Ma = 10 mm, Mr = 20 mm, Me = 8 mm (B = 430 mT). The yoke 3 was made of SS400 (iron material), with Ya = 11 mm, Yr = 22 mm (with an engagement portion 5) and a central angle θ of 36°.
The holders 10 were made of three different materials: general structural rolled steel (SS400), stainless steel (SUS304), and aluminum alloy (A5052) (FIG. 22(b)).

そして、この種類の異なるホルダ10を夫々用いて作成した3種類のロータ1(10極)において、夫々、図22(a)に示すように、ヨーク3の外周面(A表面)、ヨーク3の中心軸Pに直交する一方面のうち外側の部位(B表面)、ヨーク3の中心軸Pに直交する一方面のうち内側の部位(C表面)の磁束密度を、上記と同様の測定器を用いて測定した。 Then, for three types of rotors 1 (10 poles) created using different types of holders 10, the magnetic flux density of the outer peripheral surface (surface A) of the yoke 3, the outer portion of one surface perpendicular to the central axis P of the yoke 3 (surface B), and the inner portion of one surface perpendicular to the central axis P of the yoke 3 (surface C) was measured using the same measuring device as above, as shown in Figure 22 (a).

結果を図22(b)に示す。この結果から、ホルダの材質として非磁性体を用いることによって、ヨークの付け根部からの磁束漏れを防ぐことができ、その影響は、ヨークの最も重要な反対側のラジアル円周方向の磁束密度とアキシャル面の磁束密度とを10%以上も向上させるということが言える。 The results are shown in Figure 22 (b). From these results, it can be said that by using a non-magnetic material for the holder, it is possible to prevent magnetic flux leakage from the base of the yoke, and that this has the effect of improving the magnetic flux density in the radial circumferential direction on the most important opposite side of the yoke, and the magnetic flux density on the axial surface, by more than 10%.

(9)試験例9(ロータの大きさについての試験)
(9-1)ロータの内周円の半径(Ra)について
試験例7の結果から、6mm≦Me≦10mmの内、最小のMe=6mmを選択し、0.5mm≦G≦5mmの内、最小のG=0.5mmを選択してこれに設定すると、ロータの内側の半径Raは近似的に、
Ra≒(Me+G)×極数/2π・・・・・・・(式1)
としてよいから、
この式1から、ロータの内周円の周長は、10極(θ=36°)で約65mm(半径約10mm)、になる。
最大の場合は、14極(θ≒25.7°)で、Meが最大の10mm、Gが最大の5mmの場合であり、周長は約210mm(半径約35mm)になる。従って、ネオジム磁石の場合、ロータの内周円の半径(Ra)は、約10mm~約35mmの範囲が最適になる。
(9) Test Example 9 (Test on Rotor Size)
(9-1) Regarding the radius (Ra) of the inner circumference of the rotor From the results of Test Example 7, when the minimum Me = 6 mm is selected from 6 mm ≦ Me ≦ 10 mm, and the minimum G = 0.5 mm is selected from 0.5 mm ≦ G ≦ 5 mm, the inner radius Ra of the rotor is approximately
Ra ≒ (Me + G) × number of poles / 2π (Equation 1)
Because it is okay to
From this formula 1, the circumferential length of the inner circumference of the rotor is approximately 65 mm (radius approximately 10 mm) for 10 poles (θ=36°).
The maximum case is when there are 14 poles (θ≈25.7°), Me is at its maximum of 10 mm, and G is at its maximum of 5 mm, resulting in a circumferential length of approximately 210 mm (radius of approximately 35 mm). Therefore, in the case of neodymium magnets, the optimum range for the radius (Ra) of the rotor's inner circumference is approximately 10 mm to approximately 35 mm.

(9-2)ロータの外周円の半径(R)について
そして、磁石の長さ(Mr)の検討からロータの外周円の直径(半径R)を決めることができる。先ず、図23に示すように、Ma=10mm、Mr=10mm、Me=10mmのネオジム磁石(2a)と、Ma=10mm、Mr=20mm、Me=10mmのネオジム磁石(2b)を用い、ヨークの角度(θ)とヨークの扇型のラジアル方向に広がった外周部位中心の磁束密度との関係を上記の要領で測定した。その結果、ネオジム磁石(2a)では、ヨークの大きさが小さいため、磁気飽和し易くヨークの角度(θ)が20°、25°で吸着が困難になり、30°から吸着が可能となる。ネオジム磁石(2b)では、ヨークの大きさが大きくなるので、磁気飽和をおこし難くなり、ヨークの角度(θ)が20°では吸着しないが、25°で十分な吸着力を得ることができる。
(9-2) Regarding the radius (R) of the rotor's outer circumference The diameter (radius R) of the rotor's outer circumference can be determined by considering the length (Mr) of the magnet. First, as shown in FIG. 23, a neodymium magnet (2a) with Ma=10mm, Mr=10mm, Me=10mm and a neodymium magnet (2b) with Ma=10mm, Mr=20mm, Me=10mm were used to measure the relationship between the yoke angle (θ) and the magnetic flux density at the center of the radially spreading outer circumference of the sector of the yoke in the above manner. As a result, the neodymium magnet (2a) is easily magnetically saturated because the size of the yoke is small, and it is difficult to attract the magnet when the yoke angle (θ) is 20° or 25°, and it is possible to attract the magnet from 30°. The neodymium magnet (2b) is large in size, so it is difficult to cause magnetic saturation, and it is not attracted when the yoke angle (θ) is 20°, but it can obtain sufficient attractive force at 25°.

また、磁石の長さ(Mr)とヨーク、そしてラジアル周方向磁束密度の関係を確認した。図23の結果から、ヨークの角度が大きくなり体積が増えると磁束密度が低下することが分る。また、例えば、ヨーク(θ=30°)で比較検討すると、図24(b)(c)も参照し、ネオジム磁石(2a)のヨークと、ネオジム磁石(2b)のヨークとでは、ネオジム磁石の大きさ(体積)は2倍違うが、ヨークの大きさ(体積)は4倍違うことになる。従って、結果的にはヨークの体積が大きくなると効率が極端に低下することになる。実測値でみると、ネオジム磁石(2a)を用いたヨークの中心の磁束密度は332mTであり、ネオジム磁石(2b)を用いたヨークの中心の磁束密度は285mTであり、磁石の大きさを2倍にしたにも関わらず、磁束密度は約85%の値に低下する。これは、ネオジム磁石(2b)を用いたヨークにおいては、磁気飽和は起き難くなるが、反面、ヨークの中に磁束が十分吸収され全体に拡散することになり、結果として、ヨーク中心に現れる磁束密度がかなり低下することになるからである。この磁束密度が約85%低下する点は、図23の結果から、ヨークの角度θが30°の場合に限らず、各角度θにおいて共通する。透磁率の良い材料などを用いることでこの低下率を良い方向に変化させることができる。ヨーク材料として高透磁率材料が開発されることが期待される。 We also confirmed the relationship between the length of the magnet (Mr), the yoke, and the radial magnetic flux density. From the results in Figure 23, it can be seen that the magnetic flux density decreases as the angle of the yoke increases and the volume increases. Also, for example, when comparing the yoke (θ = 30°), referring to Figures 24 (b) and (c), the size (volume) of the neodymium magnet is twice as large as that of the yoke of the neodymium magnet (2a) and the yoke of the neodymium magnet (2b), but the size (volume) of the yoke is four times as large. Therefore, as a result, the efficiency decreases drastically when the volume of the yoke increases. Looking at the actual measured values, the magnetic flux density at the center of the yoke using the neodymium magnet (2a) is 332 mT, and the magnetic flux density at the center of the yoke using the neodymium magnet (2b) is 285 mT, and the magnetic flux density decreases to about 85% despite the size of the magnet being doubled. This is because, although magnetic saturation is less likely to occur in a yoke using a neodymium magnet (2b), the magnetic flux is fully absorbed within the yoke and diffuses throughout, resulting in a significant reduction in the magnetic flux density that appears at the center of the yoke. From the results in Figure 23, this reduction in magnetic flux density of approximately 85% is not limited to when the yoke angle θ is 30°, but is common to all angles θ. This rate of reduction can be changed in a positive direction by using a material with good magnetic permeability. It is hoped that high-permeability materials will be developed as yoke materials.

次に、重量あたり最大トルクを得るための最適なロータの大きさを決める要素関係を解析した。図1に示す実施の形態に係るステータ(ラジアル型という)を想定した場合(A)と、図11(a)に示す実施の形態に係るステータ(アキシャル型という)を想定した場合(B)とで解析した。 Next, we analyzed the factor relationships that determine the optimal rotor size to obtain maximum torque per weight. We performed the analysis assuming (A) a stator (called a radial type) according to the embodiment shown in Figure 1, and (B) a stator (called an axial type) according to the embodiment shown in Figure 11(a).

(A)図1に示す実施の形態に係るステータ(ラジアル型)を想定した場合
図25に示すように、ヨーク及びこれを挟むネオジム磁石2個における単位重量当たりのトルク重量比係数をFとして、これを、
F≒(R×B×H)÷(M+Y)=[(Ra+Mr)×B×H]÷(M+Y)
・・・・・・(式2)
と定義した。
(A) In the case of assuming the stator (radial type) according to the embodiment shown in FIG. 1, as shown in FIG. 25, the torque-to-weight ratio coefficient per unit weight of the yoke and the two neodymium magnets sandwiching it is F, and this is expressed as follows:
F ≒ (R × B × H) ÷ (M + Y) = [(Ra + Mr) × B × H] ÷ (M + Y)
... (Equation 2)
It was defined as:

ここで、
F:トルク重量比係数
Mr:磁石体のロータの半径方向の長さ
Ra:ロータの内周円の半径。ここでは、半径を15mmとする。
R(≒Ra+Mr):ロータの外周円の半径
H:実ヨークの表面積比(ステータ寄与表面積比)。ここでは、図1に示す実施の形態に係るステータを想定し、ティース22の凸条体25の最大長さを10mm程度として、図図24に示すように、ネオジム磁石(2a)を用いたヨークの表面積(図24(b))をアキシャル面とラジアル面を合計して分り易いように2とした。即ち、図24(b)中、ヨークの斜線部分が表裏にあるので、この表裏の斜線部分を1とし、ヨークのラジアル周方向面(図示せず)を1とし、これらを足し合わせて2とした。
here,
F: torque-to-weight ratio coefficient Mr: length of the magnet body in the radial direction of the rotor Ra: radius of the inner circumferential circle of the rotor Here, the radius is set to 15 mm.
R (≈Ra+Mr): radius of rotor outer circumferential circle H: surface area ratio of actual yoke (surface area ratio contributed by stator). Here, assuming the stator according to the embodiment shown in Fig. 1, the maximum length of the convex stripes 25 of the teeth 22 is about 10 mm, and as shown in Fig. 24, the surface area of the yoke using neodymium magnets (2a) (Fig. 24(b)) is set to 2 for easy understanding by adding up the axial surface and radial surface. That is, in Fig. 24(b), since the hatched parts of the yoke are on the front and back, the hatched parts on the front and back are set to 1, and the radial circumferential surface of the yoke (not shown) is set to 1, and these are added together to get 2.

M:ネオジム磁石の重量比。ここでは、ネオジム磁石(2a)の重量を2とした。
Y:ヨークの重量比。ここでは、ネオジム磁石(2a)を用いたヨークの重量を1とした。
B(=0.85):ヨークの磁束密度比。ここでは、上記の図23の結果から、磁束密度がネオジム磁石の長さMrが10mm長くなると、その都度、約85%の値に低下することとし、ネオジム磁石(2a)を用いた場合のnを、n=0とし(ヨークの磁束密度比Bを1とし)、長さMrが10mm増えるごとに、nに1を加える。ネオジム磁石(2b)を用いた場合は、長さMrが20mmなので、n=1であるから、B=0.85となる。長さMrが30mmの場合は、n=2であるから、B=(0.85)=0.72となる。
M: weight ratio of neodymium magnet. Here, the weight of the neodymium magnet (2a) was set to 2.
Y: weight ratio of the yoke. Here, the weight of the yoke using the neodymium magnet (2a) was set to 1.
B (= 0.85n ): magnetic flux density ratio of the yoke. Here, based on the results of Figure 23 above, it is assumed that the magnetic flux density drops to approximately 85% each time the length Mr of the neodymium magnet increases by 10 mm, and n is set to 0 when a neodymium magnet (2a) is used (magnetic flux density ratio B of the yoke is set to 1), and 1 is added to n for each 10 mm increase in length Mr. When a neodymium magnet (2b) is used, the length Mr is 20 mm, so n = 1, and therefore B = 0.85. When the length Mr is 30 mm, n = 2, and therefore B = (0.85) 2 = 0.72.

そして、ネオジム磁石を2個用いたヨークの場合、ネオジム磁石の長さMrを、5mm、10mm(ネオジム磁石(2a)を2個用いたヨークの場合)、20mm(ネオジム磁石(2b)を2個用いたヨークの場合)、30mm、40mm、50mmの各場合において、夫々、トルク重量比係数をFa~Ffとして、式2により計算すると、以下のようになる。
尚、磁石長Mrが5mmのネオジム磁石の場合には、側面のティースの形成が難しいので、10mmのものと比較して比表面積Hを0.5とし、磁石重量比Mを1.0とした。
Fa≒[(15+5)×1.17×0.5]÷(1.0+0.25)≒9.4
Fb≒[(15+10)×1×2]÷(2+1)≒16.7
Fc≒[(15+20)×0.85×5]÷(4+4)≒18.6
Fd≒[(15+30)×0.72×8]÷(6+9)≒17.3
Fe≒[(15+40)×0.61×11]÷(8+16)≒15.4
Ff≒[(15+50)×0.51×14]÷(10+25)≒13.3
In the case of a yoke using two neodymium magnets, when the length Mr of the neodymium magnets is 5 mm, 10 mm (in the case of a yoke using two neodymium magnets (2a)), 20 mm (in the case of a yoke using two neodymium magnets (2b)), 30 mm, 40 mm, or 50 mm, and the torque-to-weight ratio coefficients are respectively set to Fa to Ff, the calculation results are as follows using Equation 2:
In the case of a neodymium magnet with a magnet length Mr of 5 mm, since it is difficult to form teeth on the side surface, the specific surface area H is set to 0.5 and the magnet weight ratio M is set to 1.0 compared to one with a magnet length Mr of 10 mm.
Fa ≒ [(15 + 5) × 1.17 × 0.5] ÷ (1.0 + 0.25) ≒ 9.4
Fb ≒ [(15 + 10) x 1 x 2] ÷ (2 + 1) ≒ 16.7
Fc ≒ [(15 + 20) x 0.85 x 5] ÷ (4 + 4) ≒ 18.6
Fd ≒ [(15 + 30) x 0.72 x 8] ÷ (6 + 9) ≒ 17.3
Fe ≒ [(15 + 40) x 0.61 x 11] ÷ (8 + 16) ≒ 15.4
Ff ≒ [(15 + 50) x 0.51 x 14] ÷ (10 + 25) ≒ 13.3

この結果をグラフ化すると、磁石長Mrとトルク重量比係数との関係は、図26(a)に示すようになる。また、図26(b)に、磁石長Mrとトルク(トルク重量比係数の算出式において、トルクに関与する分子部分)との関係を示す。例えば、ネオジム磁石(2b)を用いたロータはネオジム磁石(2a)を用いたロータに比較して、そのトルクは比例して増えると想定されるが、単純な比例関係にはない。
即ち、トルク重量比係数の算出式において、トルクに関与する分子部分(ここではトルクとする)の各要素は1次関数であり、磁石長が長くなると、この分子部分は、図26(b)のように一次関数的に増加する。分母のヨーク重量は2次関数になるので、トルク重量比係数は、図26(a)のように長さ10~20mmを最大にして、磁石の大きさが長くなると分母が大きくなり、徐々に低下することになる。
When these results are graphed, the relationship between magnet length Mr and torque weight ratio coefficient is as shown in Figure 26(a). Figure 26(b) shows the relationship between magnet length Mr and torque (the numerator part related to torque in the calculation formula for torque weight ratio coefficient). For example, it is expected that the torque of a rotor using neodymium magnet (2b) will increase proportionally compared to a rotor using neodymium magnet (2a), but there is no simple proportional relationship.
That is, in the torque weight ratio coefficient calculation formula, each element of the numerator related to torque (torque in this case) is a linear function, and as the magnet length increases, this numerator increases linearly as shown in Figure 26(b). Since the yoke weight in the denominator is a quadratic function, the torque weight ratio coefficient is maximum for a length of 10 to 20 mm as shown in Figure 26(a), and as the magnet size increases, the denominator increases and gradually decreases.

(B)図11(a)に示す実施の形態に係るステータ(アキシャル型という)を想定した場合
ここでは、上記と同様にトクル比係数を算出するが、ヨークの大きさに近似してアキシャルタイプは、ステータが大きくなるため、その分を考慮して、ヨークの重量比部分の数値を、2Yにした。また、磁石の長さMrに変えて、トルクを生じるヨークの重心位置までの長さLとした。実ヨーク表面積Hは、ステータのコイルに実質対峙する部分の面積とした。他は上記と同様である。
(B) In the case of the stator (called axial type) according to the embodiment shown in Fig. 11(a), the torque ratio coefficient is calculated in the same manner as above, but since the axial type stator is large in size to approximate the size of the yoke, the value of the weight ratio portion of the yoke is set to 2Y to take this into consideration. Also, the length of the magnet Mr is replaced by the length L to the center of gravity of the yoke where torque is generated. The actual yoke surface area H is the area of the portion of the stator that actually faces the coil. The rest is the same as above.

よって、ヨーク及びこれを挟むネオジム磁石2個における単位重量当たりのトルク重量比係数Fは、
F≒(R×B×H)÷(M+2Y)=[(Ra+L)×B×H]÷(M+2Y)
・・・・・・(式3)
となる。
Therefore, the torque-to-weight ratio coefficient F per unit weight of the yoke and the two neodymium magnets sandwiching it is:
F ≒ (R × B × H) ÷ (M + 2Y) = [(Ra + L) × B × H] ÷ (M + 2Y)
... (Equation 3)
It becomes.

上記と同様に、ネオジム磁石を2個用いたヨークの場合、ネオジム磁石の長さMrを、5mm(L=3mm)、10mm(L=7mm)、20mm(L=14mm)、30mm(L=20mm)、40mm(L=24mm)、50mm(L=32mm)の各場合において、夫々、トルク重量比係数をFa~Ffとして、式2により計算すると、以下のようになる。
Fa≒[(15+3)×1.17×0.2]÷(1.0+0.5)≒2.8
Fb≒[(15+7)×1×0.75]÷(2+2)≒4.1
Fc≒[(15+14)×0.85×3.5]÷(4+8)≒7.2
Fd≒[(15+20)×0.72×8]÷(6+18)=8.4
Fe≒[(15+24)×0.61×15]÷(8+32)≒8.9
Ff≒[(15+32)×0.51×23]÷(10+50)≒9.2
Similarly, in the case of a yoke using two neodymium magnets, when the length Mr of the neodymium magnets is 5 mm (L = 3 mm), 10 mm (L = 7 mm), 20 mm (L = 14 mm), 30 mm (L = 20 mm), 40 mm (L = 24 mm), and 50 mm (L = 32 mm), the torque-to-weight ratio coefficients are Fa to Ff, and the calculation using Equation 2 yields the following results.
Fa ≒ [(15 + 3) × 1.17 × 0.2] ÷ (1.0 + 0.5) ≒ 2.8
Fb ≒ [(15 + 7) x 1 x 0.75] ÷ (2 + 2) ≒ 4.1
Fc ≒ [(15 + 14) x 0.85 x 3.5] ÷ (4 + 8) ≒ 7.2
Fd ≒ [(15 + 20) x 0.72 x 8] ÷ (6 + 18) = 8.4
Fe ≒ [(15 + 24) x 0.61 x 15] ÷ (8 + 32) ≒ 8.9
Ff ≒ [(15 + 32) x 0.51 x 23] ÷ (10 + 50) ≒ 9.2

この結果をグラフ化すると、磁石長Mrとトルク重量比係数との関係は、図26(c)に示すようになる。また、図26(d)に、磁石長Mrとトルク(トルク重量比係数の算出式において、トルクに関与する分子部分)との関係を示す。アキシャル型(図11(a))の場合は、ヨークの面積が磁石長との関係で2次関数的に増加することが分る。磁石長30mmまでは、ラジアル型(図1)が有利であるが、磁石長40mm超えの大径モータでは、アキシャル型(図11(a))、ダブルアキシャル型(図11(b))が有効であるといえる。 When these results are graphed, the relationship between magnet length Mr and torque-to-weight ratio coefficient is as shown in Figure 26(c). Figure 26(d) shows the relationship between magnet length Mr and torque (the numerator involved in torque in the torque-to-weight ratio coefficient calculation formula). In the case of the axial type (Figure 11(a)), it can be seen that the yoke area increases quadratically in relation to the magnet length. For magnet lengths up to 30 mm, the radial type (Figure 1) is advantageous, but for large-diameter motors with magnet lengths exceeding 40 mm, the axial type (Figure 11(a)) and double axial type (Figure 11(b)) are effective.

(9-3)まとめ
以上の結果をまとめると、6mm≦Me≦10mm、0.5mm≦G≦5mmの条件下では、ロータの内周円の半径Raは約10mm~35mmの範囲、磁石体のロータの半径方向の長さMrは、5mm~50mmを使うことができ、その結果、ロータの外周円の半径Rは15mm~85mmの範囲が良好であることが分かった。尚、細長い形状の特徴を活かす場合は長さMrが5mmのものを使用するメリットはある。
(9-3) Summary To summarise the above results, under the conditions of 6mm≦Me≦10mm and 0.5mm≦G≦5mm, the radius Ra of the rotor's inner circumference can be in the range of approximately 10mm to 35mm, and the length Mr of the magnet body in the rotor's radial direction can be in the range of 5mm to 50mm, and as a result, it was found that a radius R of the rotor's outer circumference in the range of 15mm to 85mm is preferable. Note that when taking advantage of the characteristics of the elongated shape, there is an advantage to using a length Mr of 5mm.

次に、実施例について示す。
先ず、図27に示すようなロータを作成した。ロータは、図2及び図3に示す構造のものであり、中心角θが36°のヨークを用いた10極にした。図27(a)に示すロータは、直径が40mm、ネオジム磁石は、長さ(Mr)5mm×幅(Ma)10mm×厚さ(Me)6mmで、磁束密度460mTである。図27(b)に示すロータは、直径が50mm、ネオジム磁石は、長さ(Mr)10mm×幅(Ma)10mm×厚さ(Me)8mmである。図27(c)に示すロータは、直径が70mm、ネオジム磁石は、長さ(Mr)20mm×幅(Ma)10mm×厚さ(Me)8mmである。
Next, an example will be described.
First, a rotor as shown in FIG. 27 was created. The rotor has the structure shown in FIG. 2 and FIG. 3, and has 10 poles using a yoke with a central angle θ of 36°. The rotor shown in FIG. 27(a) has a diameter of 40 mm, the neodymium magnet has a length (Mr) of 5 mm, a width (Ma) of 10 mm, and a thickness (Me) of 6 mm, and a magnetic flux density of 460 mT. The rotor shown in FIG. 27(b) has a diameter of 50 mm, the neodymium magnet has a length (Mr) of 10 mm, a width (Ma) of 10 mm, and a thickness (Me) of 8 mm. The rotor shown in FIG. 27(c) has a diameter of 70 mm, and the neodymium magnet has a length (Mr) of 20 mm, a width (Ma) of 10 mm, and a thickness (Me) of 8 mm.

そして、図28に示すように、図10及び図11に示す実施の形態に係るロータ及びステータを用いたモータの試作機(実施例1~3)を作成した。各実施例において、ロータ1は、図27(a)に示すロータ(直径Rが40mm、ネオジム磁石は、長さ(Mr)5mm×幅(Ma)10mm×厚さ(Me)6mm、磁束密度460mT)を用いた。 As shown in Fig. 28, motor prototypes (Examples 1 to 3) were created using the rotor and stator according to the embodiment shown in Fig. 10 and Fig. 11. In each example, the rotor 1 used was the rotor shown in Fig. 27(a) (diameter R is 40 mm, neodymium magnet length (Mr) 5 mm × width (Ma) 10 mm × thickness (Me) 6 mm, magnetic flux density 460 mT).

<実施例1(試作機:(ラジアルギャップモータ)>
図28(a)に示すように、これは、図10に示すタイプのもので、ロータ1及びラジアル位置ステータ20を備えるとともに、ベース50と、軸方向の途中にロータ1を固定した回転軸Sの両端側を軸支する一対の軸受体51と、ベース50に設けられラジアル位置ステータ20を固定する固定体52とを備えて構成されている。
Example 1 (Prototype: (Radial Gap Motor))
As shown in Figure 28 (a), this is of the type shown in Figure 10, and is equipped with a rotor 1 and a radial position stator 20, as well as a base 50, a pair of bearing bodies 51 that support both ends of a rotating shaft S to which the rotor 1 is fixed halfway in the axial direction, and a fixed body 52 that is provided on the base 50 and fixes the radial position stator 20.

<実施例2(試作機2:シングルアキシャルギャップモータ)>
図28(b)に示すように、これは、図11(b)に示すシングルアキシャルタイプのもので、1つのロータ1及びアキシャル位置ステータ30とを備えるとともに、ベース50と、ベース50に設けられ軸方向の途中にロータ1を固定した回転軸Sの両端側を軸支する一対の軸受体51と、ベース50に設けられアキシャル位置ステータ30を固定する固定体52とを備えて構成されている。ロータ1は、アキシャル位置ステータ30の一方面に対面させて設けられる。
<Example 2 (Prototype 2: Single Axial Gap Motor)>
28(b), this is a single axial type shown in Fig. 11(b), and is equipped with one rotor 1 and axial position stator 30, as well as a base 50, a pair of bearing bodies 51 that are provided on the base 50 and support both ends of a rotating shaft S to which the rotor 1 is fixed midway in the axial direction, and a fixed body 52 that is provided on the base 50 and fixes the axial position stator 30. The rotor 1 is provided facing one surface of the axial position stator 30.

<実施例3(試作機3:ダブルアキシャルギャップモータ)>
図28(c)に示すように、これは、図11(c)に示すダブルアキシャルタイプのもので、2つのロータ1及びアキシャル位置ステータ30とを備えるとともに、ベース50と、ベース50に設けられ軸方向の途中に2つのロータ1を固定した回転軸Sの両端側を軸支する一対の軸受体51と、ベース50に設けられアキシャル位置ステータ30を固定する固定体(図示せず)とを備えて構成されている。アキシャル位置ステータ30を挟んで2つのロータ1が回転軸Sに取り付けられ、一方のロータ1をアキシャル位置ステータ30の一方面に対面させ、他方のロータ1をアキシャル位置ステータ30の他方面に対面させている。
<Example 3 (Prototype 3: Double Axial Gap Motor)>
28(c), this is a double axial type shown in Fig. 11(c), and includes two rotors 1 and an axial position stator 30, a base 50, a pair of bearing bodies 51 that support both ends of a rotating shaft S that is provided on the base 50 and has two rotors 1 fixed midway in the axial direction, and a fixed body (not shown) that is provided on the base 50 and fixes the axial position stator 30. The two rotors 1 are attached to the rotating shaft S with the axial position stator 30 sandwiched between them, with one rotor 1 facing one side of the axial position stator 30 and the other rotor 1 facing the other side of the axial position stator 30.

<実施例4(仮想の例)>
これは、図1に示した構造(シングルラジアル+ダブルアキシャル)の仮想のモータである。
Example 4 (hypothetical example)
This is a hypothetical motor with the structure shown in Figure 1 (single radial + double axial).

そして、これらの実施例1~3において、ステータのコイルに電流を流し、回転軸に負荷をかけて最大トルクを計測した。実施例4(仮想)については、実施例1~3の計測結果から試算した。また、単位重量当たりの最大トルクを算出した。更に、実装モータでは外装とシャフトの重量が追加されるので、(シャフト+外装)分について100gの重量増加を見込んだ単位重量当たりの最大トルクも算出した(カッコ内に記載)。結果を図29(a)に示す。また、図29(b)に、比較例として、市販されている7種のモータについての最大トルク及び単位重量当たりの最大トルクを示す。 In these examples 1 to 3, current was passed through the stator coil, a load was applied to the rotating shaft, and the maximum torque was measured. Example 4 (hypothetical) was calculated from the measurement results of examples 1 to 3. The maximum torque per unit weight was also calculated. Furthermore, since the weight of the exterior and shaft is added to the mounted motor, the maximum torque per unit weight was also calculated taking into account a weight increase of 100 g for (shaft + exterior) (shown in parentheses). The results are shown in Figure 29 (a). Also, Figure 29 (b) shows the maximum torque and maximum torque per unit weight for seven types of commercially available motors as comparative examples.

この結果から、本発明を適用したモータ(実施例1~4)は、市販されているモータ(比較例1~7)に比較して、何れも、単位重量当たりの最大トルクが大きくなることが分かった。また、実施例3(試験機3)の結果及び試算からも分かるように、ダブルアキシャルタイプを採用することで、高効率化が可能となることも分かった。 These results show that the motors to which the present invention is applied (Examples 1 to 4) all have a higher maximum torque per unit weight than commercially available motors (Comparative Examples 1 to 7). In addition, as can be seen from the results and calculations of Example 3 (Test Machine 3), it was also found that high efficiency can be achieved by adopting a double axial type.

これらの結果から、図27(c)に示す長さ(Mr)20mmのネオジム磁石を用いたロータの場合、図26(b)の磁石長とトルク比係数試験から想定されることとして、長さ(Mr)20mmのネオジム磁石を用いた場合の単純トルク値が148であるから、長さ(Mr)5mm磁石のトルク値12からの比例計算を行うと、約10倍のトルクが得られるものと想定される。従って、例えば、図1に示す構造のモータでは、24V駆動で約10N・mのトルクを発生することができると想定され、外装を入れたモータの重量も約500gにすることができると想定される。更に、2連装ロータ化(図8参照)した場合には、外装を入れた重量が約1kg相当で、約20N・mものトルクを得ることができると考えられる。駆動電圧を高く、例えば50Vにすれば1kg重量のモータで40N・mの高出力も可能となる。 From these results, in the case of a rotor using a neodymium magnet with a length (Mr) of 20 mm shown in FIG. 27(c), it is assumed from the magnet length and torque ratio coefficient test in FIG. 26(b) that the simple torque value when using a neodymium magnet with a length (Mr) of 20 mm is 148, so if a proportional calculation is performed from the torque value of 12 for a magnet with a length (Mr) of 5 mm, it is assumed that about 10 times the torque can be obtained. Therefore, for example, with a motor with the structure shown in FIG. 1, it is assumed that a torque of about 10 N.m can be generated when driven at 24 V, and the weight of the motor with the exterior can be about 500 g. Furthermore, in the case of a double rotor (see FIG. 8), it is thought that a torque of about 20 N.m can be obtained with a weight of about 1 kg including the exterior. If the driving voltage is increased, for example to 50 V, a high output of 40 N.m can be obtained with a motor weighing 1 kg.

また、図26(a)の磁石長とトルク重量比係数から想定されることとして、図1に示す構成のモータにおいては、磁石長(Mr)20mmのネオジム磁石を用いた場合が重量比あたり効率としては最善であることが想定される。重量を考慮しなければ、磁石長をさらに50mmまで長くすることも可能である。しかし、トルクの立ち上がりや、最大回転数を考えると、磁石長(Mr)20mm前後のロータ径を多段に組み合わせたロータ(図8参照)を用いたモータや、アキシャルタイプ(図11参照)との組み合わせ、更にこれを多段にした構成が有効であると考えられる。このため、本発明は、重量当りのトルクが大きく、外形が小さく細長い、スピンドルモータ、小型軽量が望まれる、工作機械、ロボット、手作業ツール、ドローン等に極めて有用であると言える。 In addition, based on the magnet length and torque-to-weight ratio coefficient in FIG. 26(a), it is assumed that in the motor with the configuration shown in FIG. 1, the best efficiency per weight ratio is achieved when a neodymium magnet with a magnet length (Mr) of 20 mm is used. If weight is not a consideration, the magnet length can be further increased to 50 mm. However, considering the torque rise and maximum rotation speed, a motor using a rotor (see FIG. 8) with a rotor diameter of about 20 mm in magnet length (Mr) combined in multiple stages, a combination with an axial type (see FIG. 11), or a configuration with multiple stages of this is considered to be effective. For this reason, the present invention can be said to be extremely useful for spindle motors with large torque per weight, small and slender external shapes, and machine tools, robots, hand tools, drones, etc., where small and lightweight are desired.

尚、上記実施の形態に係る同期回転電機Kのロータ1において、磁石体2は直方体状に形成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、図30に示すように、扇型(中心角α)になっていても良く適宜変更して差支えない。また、ヨーク3の数(極数)も上述した数に限定されるものではなく、適宜変更して差支えない。更に、上記実施の形態において、ホルダ10の形態は上述したものに限定されず適宜変更して差支えない。要するに、本発明は、上述した本発明の実施の形態に限定されず、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施の形態に多くの変更を加えることが容易であり、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。 In the rotor 1 of the synchronous rotating electric machine K according to the above embodiment, the magnet body 2 is formed in a rectangular parallelepiped shape, but this is not necessarily limited to this, and for example, as shown in FIG. 30, it may be sector-shaped (with a central angle α) and may be modified as appropriate. The number of yokes 3 (number of poles) is also not limited to the above number and may be modified as appropriate. Furthermore, in the above embodiment, the shape of the holder 10 is not limited to the above and may be modified as appropriate. In short, the present invention is not limited to the above-described embodiment of the present invention, and those skilled in the art can easily make many modifications to these exemplary embodiments without substantially departing from the novel teachings and effects of the present invention, and these many modifications are included in the scope of the present invention.

本発明によれば、リング状のロータとロータの周囲に設けられるステータとを備えた高効率な電動機(モータ)あるいは発電機として、利用,活用を図ることができ、重量当りのトルクが大きく、外形が小さく細長い、スピンドルモータ、小型軽量が望まれる、工作機械、ロボット、手作業ツール、ドローン等に極めて有用である。 The present invention can be used and utilized as a highly efficient electric motor (motor) or generator equipped with a ring-shaped rotor and a stator arranged around the rotor, and is extremely useful for spindle motors with large torque per weight, small and slender external shapes, and for machine tools, robots, hand tools, drones, etc. where small and lightweight are desired.

K 同期回転電機
S 回転軸
1 ロータ
P 中心軸
2 磁石体
3 ヨーク
θ 中心角
4 突片
5 係合部
6 被係合部
7 基端部
10 ホルダ
20 ラジアル位置ステータ
21 ステータコイル
22 ティース
23 枠体
24 本体
25 凸条体
25a 対面部
26 非磁性絶縁部材
U1 第1ユニット
U2 第2ユニット
27 枠体
30 アキシャル位置ステータ
31 円盤
40 ホルダ
41 プレート
42 第1ボルト挿通孔
43 第2ボルト挿通孔
44 ボルト
50 ベース
51 軸受体
52 固定体
K synchronous rotating electric machine S rotating shaft 1 rotor P central axis 2 magnet body 3 yoke θ central angle 4 protrusion 5 engaging portion 6 engaged portion 7 base end portion 10 holder 20 radial position stator 21 stator coil 22 teeth 23 frame body 24 main body 25 convex strip body 25a facing portion 26 non-magnetic insulating member U1 first unit U2 second unit 27 frame body 30 axial position stator 31 disk 40 holder 41 plate 42 first bolt insertion hole 43 second bolt insertion hole 44 bolt 50 base 51 bearing body 52 fixed body

Claims (14)

回転軸により回転させられるリング状のロータと、ロータの周囲に設けられるステータとを備え、上記ロータを、上記回転軸の外側に該回転軸の中心軸を中心とする円周方向に沿って同極同士を互いに対向させて等角度間隔に配置され同一形状且つ同一の大きさに形成された複数の永久磁石からなる磁石体と、隣接する磁石体間に配置され該磁石体の側面に接合する側面を有するとともに所定の中心角を有した扇状で同一形状且つ同一の大きさに形成された複数のヨークとを備えて構成した同期回転電機において、
記磁石体のアキシャル方向の長さをMa、ラジアル方向の長さをMrとし、上記ヨークのアキシャル方向の長さをYa、ラジアル方向の長さをYrとしたとき、Ma<Ya、Mr<Yrに設定し、上記磁石体のほとんどの磁束を上記ヨークに吸収させることを特徴とする同期回転電機。
A synchronous rotating electric machine comprising a ring-shaped rotor rotated by a rotating shaft and a stator provided around the rotor, the rotor being configured with magnet bodies made of a plurality of permanent magnets of the same shape and size arranged at equal angular intervals with like poles facing each other along a circumferential direction centered on the central axis of the rotating shaft on the outside of the rotating shaft, and a plurality of yokes arranged between adjacent magnet bodies, having side surfaces joining to side surfaces of the magnet bodies, and formed in a sector shape with a predetermined central angle, the same shape and the same size ,
A synchronous rotating electric machine characterized in that , when the axial length of the magnet body is Ma, the radial length of the magnet body is Mr, the axial length of the yoke is Ya, and the radial length of the yoke is Yr, Ma<Ya and Mr<Yr are set, and most of the magnetic flux of the magnet body is absorbed by the yoke .
上記磁石体を、その磁束密度をBとしたとき、150mT≦Bの磁石材料で構成し、
上記ヨークの中心角をθとしたとき、20°<θ<40°に設定し、
上記磁石体の側面をこれに直交する方向から見たとき該磁石体の側面の周縁から上記ヨークの側面の周縁を突出させて該磁石体の側面と上記ヨークの側面とを接合させ、
上記磁石体の側面のアキシャル方向一方側の周縁に対する上記ヨークの側面のアキシャル方向一方側の周縁の突出寸法をEaとし、上記磁石体の側面のアキシャル方向他方側の周縁に対する上記ヨークの側面のアキシャル方向他方側の周縁の突出寸法をEbとし、隣接する磁石体の最小間隔をGとしたとき、
0.5mm≦Ea≦5mm、0.5mm≦Eb≦5mm、0.5mm≦G≦5mmに設定したことを特徴とする請求項1記載の同期回転電機
The magnet body is made of a magnet material having a magnetic flux density of 150 mT or less, where B is the magnetic flux density of the magnet body;
When the central angle of the yoke is θ, the central angle is set to 20°<θ<40°.
when the side surface of the magnet body is viewed in a direction perpendicular to the side surface of the magnet body, the peripheral edge of the side surface of the yoke is caused to protrude from the peripheral edge of the side surface of the magnet body, and the side surface of the magnet body and the side surface of the yoke are joined together;
Let Ea be the protruding dimension of the peripheral edge of the side surface of the yoke in the axial direction relative to the peripheral edge of the side surface of the magnet body in the axial direction on one side, Eb be the protruding dimension of the peripheral edge of the side surface of the yoke in the axial direction on the other side relative to the peripheral edge of the side surface of the magnet body in the axial direction on the other side, and G be the minimum distance between adjacent magnet bodies.
2. The synchronous rotating electric machine according to claim 1, wherein the following are set: 0.5 mm≦Ea≦5 mm, 0.5 mm≦Eb≦5 mm, and 0.5 mm≦G≦5 mm..
上記磁石体の側面のラジアル方向外端側の周縁に対する上記ヨークの側面のラジアル方向外側の周縁の突出寸法をEcとしたとき、0.5mm≦Ec≦5mmに設定したことを特徴とする請求項2記載の同期回転電機。 3. A synchronous rotating electric machine according to claim 2 , characterized in that, when a protruding dimension Ec of the radially outer peripheral edge of the side surface of the yoke relative to a peripheral edge on the radially outer end side of the side surface of the magnet body is set to 0.5 mm≦Ec≦5 mm. 上記ヨークにおいて、25.7°<θ≦36°の範囲であって、該ヨークの数をnとしたとき、n=10,n=12,n=14の何れかにし、上記磁石体を、略直方体状に形成したことを特徴とする請求項3記載の同期回転電機。 4. The synchronous rotating electric machine according to claim 3, wherein the yoke has an angle θ in the range of 25.7°< θ≦36 °, the number of the yokes being n, and n being any one of n=10, n=12, and n=14, and the magnet body is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape. 上記ヨークの側面の外端部に、周方向に沿って突出形成され上記磁石体の外端面が衝止する突片を形成したことを特徴とする請求項4記載の同期回転電機。 5. A synchronous rotating electric machine according to claim 4 , wherein a protrusion is formed on the outer end of a side surface of said yoke, said protruding piece being formed along the circumferential direction and adapted to abut against the outer end surface of said magnet body. 上記ロータを、上記回転軸が挿通されて固定されるとともに上記各ヨークの基端部を保持する非磁性体からなるホルダを備えて構成したことを特徴とする請求項5記載の同期回転電機。 6. The synchronous rotating electric machine according to claim 5, wherein said rotor further comprises a holder made of a non-magnetic material through which said rotating shaft is inserted and fixed and which holds the base ends of said yokes. 上記ロータを、上記回転軸が挿通されて固定されるリング状に形成され外周部に上記各ヨークの基端部を保持する非磁性体からなるホルダを備えて構成し、上記ヨークの内端部に周方向左右に突出する係合部を設け、上記ホルダの外周部に上記係合部が該ホルダの上記中心軸に直交する一方面または他方面側から挿入されて係合する被係合部を形成したことを特徴とする請求項5記載の同期回転電機。 6. The synchronous rotating motor according to claim 5, wherein the rotor is configured to include a holder made of a non-magnetic material formed in a ring shape through which the rotating shaft is inserted and fixed, the holder having an outer periphery which holds the base ends of each of the yokes, the inner ends of the yokes being provided with engaging portions which protrude circumferentially to the left and right, and the outer periphery of the holder is formed with engaged portions which engage with the engaging portions when inserted from one or the other side of the holder perpendicular to the central axis. 上記ロータを、上記回転軸が挿通されて固定されるとともに上記各ヨークの上記中心軸に直交する一方面及び他方面に夫々付設されて上記各ヨークの基端部を保持する非磁性体からなる一対のプレートを備えたホルダを備えて構成し、上記各ヨークの基端部に上記回転軸の軸方向に沿う第1ボルト挿通孔を形成し、上記ホルダの各プレートに上記第1ボルト挿通孔に対応した複数の第2ボルト挿通孔を形成し、上記一方のプレートの第2ボルト挿通孔、上記各ヨークの第1ボルト挿通孔及び上記他方のプレートの第2ボルト挿通孔に非磁性体からなるボルトを挿通し、各ボルトに非磁性体からなるナットを螺合して、上記各ヨークを一対のプレートで挾持することを特徴とする請求項5記載の同期回転電機。 6. The synchronous rotating electric machine according to claim 5, wherein the rotor is configured to include a holder having a pair of plates made of a non-magnetic material, into which the rotating shaft is inserted and fixed, and which are attached to one and the other faces of each of the yokes perpendicular to the central axis, respectively, to hold a base end of each of the yokes, a first bolt insertion hole is formed in the base end of each of the yokes along the axial direction of the rotating shaft, a plurality of second bolt insertion holes corresponding to the first bolt insertion holes are formed in each of the plates of the holder, bolts made of a non-magnetic material are inserted into the second bolt insertion holes of the one plate, the first bolt insertion holes of each of the yokes and the second bolt insertion holes of the other plate, and nuts made of a non-magnetic material are screwed onto each bolt, so that each of the yokes is held by the pair of plates. 上記ステータとして、上記ロータの外周面にエアギャップを介して対面するとともに該ロータの回転軸を中心とした円周上に所定間隔で列設された複数のステータコイルを備えたラジアル位置ステータを備えたことを特徴とする請求項1乃至8何れかに記載の同期回転電機。 9. A synchronous rotating electric machine according to claim 1, further comprising a radial position stator, the stator being provided with a plurality of stator coils arranged at predetermined intervals on a circumference centered on the rotation axis of the rotor and facing the outer circumferential surface of the rotor via an air gap . 上記ステータとして、上記ロータの中心軸に直交する一方面及び/または他方面にエアギャップを介して対面するとともに該ロータの回転軸を中心とした円周上に所定間隔で列設された複数のステータコイルを備えたアキシャル位置ステータを備えたことを特徴とする請求項1乃至8何れかに記載の同期回転電機。 9. A synchronous rotating electric machine according to claim 1, further comprising an axial position stator having a plurality of stator coils arranged at predetermined intervals on a circumference centered on the rotation axis of the rotor and facing one and/ or the other surface perpendicular to the central axis of the rotor via an air gap. 上記ステータとして、上記ロータの外周面にエアギャップを介して対面するとともに該ロータの回転軸を中心とした円周上に所定間隔で列設された複数のステータコイルを備えたラジアル位置ステータと、上記ロータの中心軸に直交する一方面及び/または他方面にエアギャップを介して対面するとともに該ロータの回転軸を中心とした円周上に所定間隔で列設された複数のステータコイルを備えたアキシャル位置ステータとを備えたことを特徴とする請求項1乃至8何れかに記載の同期回転電機。 9. The synchronous rotating electric machine according to claim 1, further comprising: a radial position stator having a plurality of stator coils arranged in a row at predetermined intervals on a circumference centered on the rotational axis of the rotor and facing an outer peripheral surface of the rotor via an air gap; and an axial position stator having a plurality of stator coils arranged in a row at predetermined intervals on a circumference centered on the rotational axis of the rotor and facing one side and/or the other side perpendicular to the central axis of the rotor via an air gap. 上記ステータとして、上記ロータの外周面にエアギャップを介して対面するとともに該ロータの回転軸を中心とした円周上に所定間隔で列設された複数のステータコイルと、該複数のステータコイルに夫々対応して設けられステータコイルが巻回される複数のティースとを備えたラジアル位置ステータを備え、
該ラジアル位置ステータのティースを、上記ロータの外周面にエアギャップを介して対面する本体と、該本体の上記中心軸方向両端部から該中心軸に向けて突設され上記ロータの一方面及び他方面に夫々エアギャップを介して対面する対面部を有した凸条体とを備えて構成し、上記ステータコイルを、上記ティースに少なくとも上記凸条体の対面部を露出させて巻回したことを特徴とする請求項1乃至8何れかに記載の同期回転電機。
The stator is a radial position stator including a plurality of stator coils arranged at predetermined intervals on a circumference centered on a rotation axis of the rotor and facing an outer circumferential surface of the rotor via an air gap, and a plurality of teeth provided corresponding to the plurality of stator coils, respectively, around which the stator coils are wound,
9. A synchronous rotating electric machine as claimed in any one of claims 1 to 8, characterized in that the teeth of the radial position stator are configured to include a main body facing the outer peripheral surface of the rotor via an air gap, and a convex strip protruding from both ends of the main body in the central axial direction towards the central axis and having facing portions facing one side and the other side of the rotor via an air gap, and the stator coil is wound around the teeth with at least the facing portions of the convex strip exposed.
上記本体と上記凸条体との間に絶縁部材を介装したことを特徴とする請求項12記載の同期回転電機。 13. The synchronous rotating electric machine according to claim 12, further comprising an insulating member interposed between said main body and said ridges. 上記ロータ及びステータの組を、同一の回転軸に複数組列設したことを特徴とする請求項13記載の同期回転電機。 14. The synchronous rotating electric machine according to claim 13, wherein a plurality of said rotor/stator pairs are arranged in line on the same rotating shaft.
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