JP2001037129A - 電気回転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータによるオイル掻き上げによりロータと
ステータとの対向面の間（ギャップ）にオイルを満たす
電気モータは、該オイルのせん断抵抗によるオイル引き
ずりトルク損失を生じる。 【解決手段】 ステータ１５は、その内径側が磁極部鉄
心５０の連結円環部５０ａからなり、またロータ１３は
ロータ部鉄心に永久磁石５５が埋込まれてなり、ステー
タ及びロータ対向面１５ａ，１３ａが平滑面からなる。
ロータにおける磁石５５の両端近傍に軸方向に延びる小
凹溝５６を形成する。小凹溝内のオイルが循環すること
により該部分でのせん断抵抗を少なくして、かつそれが
小凹溝近傍に影響して、引きずりトルク損失を低減す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石を用いた
電気回転装置、特に電気自動車の駆動源となるブラシレ
スＤＣモータに用いて好適であり、詳しくはオイル潤滑
される電気回転装置におけるロータとステータとの間の
ギャップに満たされるオイルせん断抵抗損失に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、希土類磁石の出現による永久磁石
の性能向上に基づき、電気自動車の駆動源として永久磁
石を用いた電気回転装置（電気モータ、ジェネレータ
等）、特にロータに永久磁石を用いた同期モータである
ブラシレスＤＣモータが注目されている。

【０００３】該電気モータを用いたドライブユニット
は、電気モータの冷却や、更に該モータを小型化すべく
減速機構を用いる場合にはギヤやベアリング等の潤滑も
必要となってくるため、これら潤滑・冷却を効率良く行
なうように内部にオイルを備えたものが提案されてい
る。

【０００４】ここで、オイル引き摺りによるロス低減の
ためオイルポンプ等の装置を用いたり、ドライブユニッ
ト内の回転部材の回転を利用して、ドライブユニット内
に溜められたオイルを掻き上げて、必要箇所を潤滑する
方式等が考えられるが、例えばインホイールタイプのよ
うに狭い設置場所への配置等によるコンパクト性及び低
コスト性が要求される場合には、後者の方式が好まし
い。

【０００５】一方、前記電気モータのステータは、磁極
部鉄心にコイルを巻いて構成されているが、該磁極部鉄
心が内径方向に向って多数の磁極歯を突出形成し、ロー
タとの対向面に多数のスロット開口部を有する形式のも
のにあっては、該磁極歯に磁束が集中することによるト
ルク振動、いわゆるコギングトルクを生じるため、磁極
部鉄心の内径側にリング状の連結環状部を形成し、該環
状部から外径方向放射状に多数の磁極歯を突出して形成
し、そしてこれら磁極歯にコイルを巻いた後にヨーク鉄
心を圧入・嵌合する、いわゆる分割鉄心を用いることが
好ましい。該分割鉄心は、ロータと対向する内周面が平
滑面からなり、上記コギングトルクを低減し得る。

【０００６】また、前記電気モータのロータは、永久磁
石を保持するために該磁石をロータ鉄心の外周縁に露出
して配設するものより、ロータ鉄心に永久磁石を埋込ん
で、ロータの外周面を平滑面としたものを用いることが
好ましい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、ロー
タの回転によりオイルを掻き上げて、電気モータを冷却
・潤滑するものにあっては、対向するロータ外周面とス
テータ内周面（ロータが外径側に配置されるものは、上
記外周面と内周面が逆になる）との間にオイルが満たさ
れ、オイルのせん断抵抗による損失トルクが発生する。
特に、上述したように、モータ性能を向上するために、
それぞれ対向するロータ及びステータの面を平滑面とす
る場合、上記ロータ及びステータの間のオイルの逃げ部
分がなくなり、上記オイルのせん断抵抗（オイル引きず
り）による損失は増大する。

【０００８】そこで、本発明は、ロータとステータとの
対向面の間に介在するオイルの逃げを設けることによ
り、上記オイル引きずりによる損失を低減することを目
的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明
は、ロータ（１５）及びステータ（１３）を備え、ロー
タの回転に基づきオイル溜り（Ｂ）のオイルを掻き上げ
て、前記ロータとステータとの対向面間のギャップ
（Ｇ）に上記オイルを満たしてなる、電気回転装置
（５）において、前記ロータ及びステータの対向する面
（１３ａ）（１５ａ）の少なくともいずれか一方に、軸
方向に延びかつ前記ギャップに開口する小凹溝（５６）
を多数形成したことを特徴とする、電気回転装置にあ
る。

【００１０】請求項２に係る本発明は、前記ステータ
（１３）及びロータ（１５）は、対向する面（１３ａ）
（１５ａ）が前記小凹溝（５６）を除いて平滑面からな
る、請求項１記載の電気回転装置にある。

【００１１】請求項３に係る本発明は、前記ステータ
（１３）が、内径側に配置される円環部（５０ａ）及び
該円環部から外径方向に放射状に形成される多数の磁極
歯（５０ｂ）を有する磁極部鉄心（５０）と、前記磁極
歯に巻回されるコイル（５２）と、前記磁極歯の先端に
一体に結合される円環状のヨーク部鉄心（５１）と、を
備え、前記ロータ（１３）が、ロータ部鉄心（５３）に
多数の永久磁石（５５）を埋込んでなり、前記電気回転
装置が、ブラシレスＤＣモータ（５）である、請求項２
記載の電気回転装置にある。

【００１２】請求項４に係る本発明は（図２参照）、前
記ステータ（１３）に前記小凹溝（５６）を形成し、前
記ロータの対向面が平滑面からなる、請求項２又は３記
載の電気回転装置にある。

【００１３】請求項５に係る本発明は（図３参照）、前
記ロータ（１３）に前記小凹溝（５６）を形成し、前記
ステータの対向面が平滑面からなる、請求項２又は３記
載の電気回転装置にある。

【００１４】請求項６に係る本発明（図３ないし図７参
照）は、前記ロータ（１３）における永久磁石（５５）
の端近傍に前記小凹溝（５６）を形成してなる、請求項
５記載の電気回転装置にある。

【００１５】請求項７に係る本発明は（図１０(b) 参
照）、前記小凹溝（５６）を、軸線に対して所定角傾斜
して形成してなる、請求項１ないし５のいずれか記載の
電気回転装置にある。

【００１６】請求項８に係る本発明は（図１参照）、前
記電気回転装置が、電気自動車の駆動源である、請求項
１ないし７のいずれか記載の電気回転装置にある。

【００１７】［作用］以上構成に基づき、ロータ（１
５）が回転することに基づき、オイル溜り（Ｂ）のオイ
ルが該ロータにより掻き上げられ、電気回転装置を冷却
すると共に、ロータとステータとの対向面間のギャップ
（Ｇ）にオイルが満たされる。これにより、相対回転す
るロータとステータとの対向面（１３ａ，１５ａ）間に
オイルのせん断抵抗を生じ、特にモータ性能を向上すべ
く対向面が平滑面からなる場合、大きなオイルせん断抵
抗を生じる。

【００１８】前記対向するロータ及びステータの面（１
３ａ，１５ａ）の少なくとも一方に小凹溝（５６）を形
成し、該小凹溝内のオイルが循環することにより該部分
でのせん断抵抗を少なくし、かつそれが小凹溝近傍に影
響して、オイルせん断抵抗による引きずりトルク損失を
低減する（図８参照）。

【００１９】なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照
するためのものであるが、これにより特許請求の範囲の
構成に何等影響を与えるものではない。

【００２０】

【発明の効果】請求項１に係る本発明によると、ステー
タ及びロータの対向面に小凹溝を設けて、ギャップに満
たされたオイルのせん断抵抗を低減して、オイル引きず
りによるトルク損失を減少し、電気回転装置の効率を向
上することができる。

【００２１】請求項２に係る本発明によると、ステータ
及びロータの対向面が平滑面であると、電気回転装置と
しての性能を向上できるが、ギャップに満たされたオイ
ルによるトルク損失が増大する。上記ギャップに開口す
る小凹溝により、電気回転装置の性能を維持しつつ、オ
イルの引きずりトルク損失を減少することができる。

【００２２】請求項３に係る本発明によると、ステータ
及びロータの対向面を平滑にしたブラシレスＤＣモータ
により、高い性能にて駆動できると共に、オイルの引き
ずりトルク損失を減少して、特に起動時の効率低下を防
止して、例えば車輌発進時に対応する出力トルクの向上
を図ることができる。

【００２３】請求項４に係る本発明によると、ステータ
に小凹溝を形成したので、小凹溝による強度上の問題が
発生することはなく、かつ簡単な構成で容易に製造する
ことができる。

【００２４】請求項５に係る本発明によると、ロータに
小凹溝を形成したので、回転位置にて永久磁石の誘導起
電力を低下させたり、該誘導起電力の歪みが増大するこ
とはなく、該小凹溝による電気回転装置の効率低下を強
力に抑えることができ、また小凹溝によりオイルの掻き
上げ量が増加して、低速回転でも充分なオイルを掻き上
げて、モータ冷却及び必要潤滑箇所への潤滑が可能とな
り、従ってその分オイルレベルを下げることも可能とな
り、前記小凹溝によるオイル引きずりトルクの損失の減
少と相俟って、電気回転装置の性能を向上することがで
きる。

【００２５】請求項６に係る本発明によると、永久磁石
の端にてロータ部鉄心を通る磁束の短絡を防止して、電
気回転装置自体の効率も向上することができる。

【００２６】請求項７に係る本発明によると、斜めに延
びる小凹溝により、スクリュポンプのように機能して、
ギャップ内のオイルの供給及び循環性能を向上して、電
気回転装置の冷却機能を向上することができる。

【００２７】請求項８に係る本発明によると、電気自動
車、特にインホイールタイプのドライブユニットに適用
して、コンパクトで簡単な構成でもって、電気回転装置
の冷却・潤滑を効率よく行うと共に、オイル引きずりト
ルク損失を低減して、電気自動車としての性能を向上で
きる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って、本発明の実
施の形態について説明する。図１は、ゴルフカート用電
気自動車に用いて好適なインホイールタイプのドライブ
ユニットを示す図であり、該ドライブユニット１は、駆
動車輪２のホイールリム２ａ内に収められている。

【００２９】該ドライブユニット１は、２つ割ケース３
ａ，３ｂからなる一体ケース３内に収納された電気モー
タ（回転電気装置）５及びプラネタリギヤユニット６を
有しており、上記一体ケース３は、懸架装置７を介して
車体９に懸架されている。また、外側ケース３ａには出
力軸１０がベアリング１１を介して回転自在に支持され
てケース外に突出しており、該出力軸１０にホイールリ
ム２ａ固定用のハブ１２がスプライン係合してナット１
４により抜止め・固定されている。

【００３０】上記電気モータ５は、ブラシレスＤＣモー
タからなり、内側ケース３ｂに固定されているステータ
１３と、該ステータ１３と微小間隔（ギャップ）Ｇを存
して回転自在に支持されているロータ１５とを有してい
る。なお、該電気モータ（電気回転手段）５は、モータ
として回転力を出力すると共に、回生ブレーキとしても
機能し、上記ブラシレスＤＣモータに限らず、他の同期
式又は誘導式の交流モータ、更には直流モータでもよ
い。更に、内側ケース３ｂには多穴形シールコネクタ１
６のための開口が穿設されており、車体内のコントロー
ラ及びバッテリと電気的（電力的及び信号的）に連通し
ている。前記ロータ１５は、後述するロータ部鉄心を支
持するハブ１９を有しており、該ハブは、その内側端に
フランジ部を有している。

【００３１】該ハブ１９はシャフト２０に固定されてお
り、該シャフトは、その両端部にてそれぞれベアリング
を介して前記出力軸１０及び内側ケース３ｂに支持され
ている。また、ハブ１９には内側方向に突出して環状の
凹溝を形成する２条の鍔部が一体に設けられており、こ
れら鍔部の間には前記内側ケース３ｂの外方から回転位
置センサ２１の検出部が嵌挿されて、ロータの回転位置
を検出している。なお、該回転位置センサ２１は、ホー
ル素子からなるものが好ましいが、シャフトエンコーダ
等の光電式、磁気式回転センサ、レゾルバ等の他の回転
変位センサでもよい。

【００３２】一方、前記ハブ１９内には前記プラネタリ
ギヤユニット６が収納されている。該ギヤユニット６
は、軸方向に並べられた２個のシンプルプラネタリギヤ
６ａ，６ｂからなり、内側プラネタリギヤ６ｂのキャリ
ヤＣＲ１が外側プラネタリギヤ６ａのサンギヤＳ２に連
結していると共に、リングギヤＲ１，Ｒ２が一体に構成
されている。また、内側サンギヤＳ１は前記シャフト２
０に一体に形成されて、入力部材を構成しており、外側
サンギヤＳ２はシャフト２０にニードルベアリングを介
して回転自在に支持されており、そして外側キャリヤＣ
Ｒ２が前記出力軸１０に一体に構成されている。なお、
各キャリヤＣＲ１，ＣＲ２はそれぞれ複数のピニオンを
回転自在に支持している。

【００３３】そして、前記リングギヤＲ１，Ｒ２は、ド
ラム状部材２７の内周面に形成された歯数の異なる内歯
ギヤからなり、該ドラム状部材２７の外側外周面にはス
プラインが形成されている。また、外側ケース３ａの内
面には、環状に軸方向内方に突出する鍔部２９が一体に
形成されており、該鍔部２９には環状の円板３０がボル
トにより固定されている。該円板３０の内周面にはスプ
ラインが形成されており、該スプラインが前記ドラム状
部材２７のスプラインに係合してスナップリングにより
抜止めされて、ドラム状部材２７従ってリングギヤＲ
１，Ｒ２がケース３ａに一体に（回転不能に）支持され
ている。

【００３４】上記ドラム状部材２７固定用の環状円板３
０が、前記環状の鍔部２９の先端に密接して固定される
ことにより、該円板３０、外側ケース３ａ及びその環状
鍔部２９の間で環状の空部が形成され、その底部分、即
ちドラム状部材２７の内周面より下方部分が、オイルを
溜め得るオイルリザーバ室Ａとなる。更に、前記環状の
鍔部２９の最下部分に幅狭の切溝（小開口）３９が形成
されており、該切溝３９は、上記オイルリザーバ室Ａに
溜められたオイルを所定量ずつ絞って排出する排出路を
構成している。一方、一体ケース３の下部はオイル溜り
Ｂが形成されており、該オイル溜りＢは下方が小面積と
なるテーパ形状からなり、ロータ１５の端面とケース壁
面との隙間を少なくして、オイルを連れまわし易い構造
となっている。そして、該オイル溜りＢのオイルレベル
は、前記オイルリザーバ室Ａに溜められるオイル量によ
り変化し得る。

【００３５】上述したドライブユニット１は運転者のア
クセルペダルの踏込みに基づき、コントローラからの信
号により電気モータのロータ１５が回転する。該ロータ
１５の回転は、ハブ１９及びシャフト２０を介して内側
サンギヤＳ１に伝達され、内側リングギヤＲ１が固定さ
れていることにより、内側キャリヤＣＲ１が減速して同
方向に回転する。更に、該内側キャリヤＣＲ１は外側サ
ンギヤＳ２を一体に回転し、外側リングギヤＲ２が固定
されていることにより、同様に外側キャリヤＣＲ２が減
速して回転し、出力軸１０に伝達される。即ち、上記ロ
ータ１５の回転は、内側プラネタリギヤ６ｂ及び外側プ
ラネタリギヤ６ａの２段にて減速されて出力軸１０に伝
達され、駆動車輪２を走行駆動する。

【００３６】これにより、ゴルフコース等の起伏の多い
道であっても、上記２段減速による大きなトルクによ
り、かつ運転者のアクセルペダル踏量に基づき、電気モ
ータ５は、始動時の低速回転から、中速、高速回転まで
制御されて、ゴルフカートは所望速度で走行する。ま
た、操縦者のブレーキ操作により、電気モータ５は回生
ブレーキとして機能すると共に、図示しない摩擦ブレー
キの作用により、カートは停止する。

【００３７】そして、上記カートの始動時にあっては、
停止中にオイルリザーバ室Ａ内のオイルは小開口３９か
ら絞られた状態で滴下して、略々空状態にあり、ケース
３下部のオイル溜りＢは、比較的高いオイルレベルにあ
る。この状態で、電気モータのロータ１５が回転する
と、ロータ１５の低回転に拘らず比較的大量のオイルが
掻き上げられ、該掻き上げられたオイルは、始動時の必
要とされる大きなトルク及びそれに伴う大電流に対応し
て、電気モータ５を充分に冷却する。

【００３８】上記掻き上げられたオイルの左方に飛散さ
れたオイルは、後述するように、対向するロータ１５の
外周面とステータ１３の内周面との間のエアギャップＧ
を満たすと共に、各潤滑必要箇所に供給され、そしてそ
の一部が、外側ケース３ａのリブにガイドされて、環状
鍔部２９内の空部に導入され、更に、該空部下方のオイ
ルリザーバ室Ａに溜められる。該オイルリザーバ室Ａ内
のオイルは、一般に、排出路である小開口３９から排出
される量より上述した供給される量の方が多く、その量
を増加する。

【００３９】従って、上記電気モータロータ１５の低速
回転による始動時から、ロータの回転が中速、そして高
速になる所定時間に伴い、オイルリザーバ室Ａのオイル
量は増加し、これに伴い、メインのオイル溜りＢのオイ
ルレベルは低下する。この状態では、上述したようにロ
ータ１５が中速そして高速回転しているが、上記オイル
レベルの低下によりオイルの撹拌ロスが少なく、かつ高
いロータ回転数により必要な量のオイルが掻き上げら
れ、上述したように、モータ５を冷却すると共に各潤滑
必要箇所を充分に潤滑する。

【００４０】そして、ブレーキが踏まれて、カートが停
止すると、この状態では電気モータ５も停止してロータ
によるオイルの掻き上げも停止されるので、オイルリザ
ーバ室Ａへのオイル供給も中止される。従って、オイル
リザーバ室Ａのオイルは、排出路である小開口３９から
徐々に排出されることによりその量を減少し、これに伴
いメインのオイル溜りＢのオイルレベルが上昇する。カ
ートの所定時間の停止時により、オイルリザーバ室Ａ内
のオイルは空になり、その分オイル溜りＢのオイルレベ
ルが上昇して、上述した始動回転に備える。

【００４１】ついで、本発明の要部である電気モータの
第１の実施例について、図２(a) ，(b) に沿って説明す
る。電気モータ５は、前述したようにステータ１３及び
ロータ１５からなり、ステータ１３は、図２(a) に示す
ように、多数枚の磁性薄板が所定厚さになるように積層
されかつ押え板により一体に固定されてなる磁極部鉄心
５０及びヨーク部鉄心５１を有する。

【００４２】磁極部鉄心５０は、内径側にリング状の連
結円環部５０ａを有しており、該円環部から周方向に等
間隔で外径方向放射状に延びる多数の磁極歯５０ｂが突
出形成されている。これら磁極歯５０ｂには３相（Ｕ
相、Ｖ相、Ｗ相）の界磁コイル５２（図１参照）が巻回
されており、該コイルによって回転磁界が発生される。
また、これら磁極歯５０ｂ先端部分、即ち磁極部鉄心の
外径部分にはヨーク部鉄心５１が固定される。該ヨーク
部鉄心５１は、円環（リング）状の多数の磁性薄板から
なり、その内周面に等間隔に凹溝５１ａが形成されてお
り、これら凹溝に前記磁極歯５０ｂの先端が嵌合して、
圧入及び溶接等により一体に結合されている。

【００４３】一方、ロータ１５は、図２(b) に示すよう
に、多数板の円環（リング）状の磁性薄板が所定厚さに
積層されかつ両端の押え板にて一体に固定されてなる、
同筒状のロータ部鉄心５３を有しており、該ロータ部鉄
心の外周面近傍に希土類磁石等からなる永久磁石５５が
所定の一定間隔毎に埋込まれて構成されている。上記ロ
ータ部鉄心５３は、突起５３ａ等により前記ハブ１９に
一体に回転される。

【００４４】前記ステータ１３はヨーク部鉄心５１に形
成されるボルト孔５１ｂ等によりケース３に一体に固定
して装着され、かつロータ１５は、前記ハブ１９及びシ
ャフト２０を介してケース３に回転自在に支持され、こ
れによりステータ１３の内周面１３ａ即ち磁極部鉄心５
０の円環部５０ａ内周面と、ロータ外周面１５ａ即ちロ
ータ部鉄心５３の外周面ｂとは、小さな間隙（エアギャ
ップ）Ｇ（図１参照）を存して対面している。また、上
記ロータ外周面１５ａは、永久磁石５５が鉄心５３内に
埋込まれて平滑面を構成しており、かつ上記ステータ内
周面１３ａは、連結円環部５０ａにて構成される閉スロ
ット鉄心からなり、これら平滑面からなるロータ及びス
テータが、小さなエアギャップＧにて対面していること
により、トルク振動（コキングトルク）の発生を減少し
た性能の優れたモータが得られる。

【００４５】そして、図２(a) に示すように、ステータ
内周面１３ａである磁極部鉄心の円環部５０ａの内周面
には、２個で１組となる小凹溝（スリット）５６，５６
…が前記磁極歯５０ｂに対応して多数設けられており、
これら小凹溝５６は、軸方向に延びておりかつ比較的小
さな面積で前記エアギャップＧに向けて開口している。

【００４６】これにより、前述したように、ロータ１５
の回転に基づきオイル溜りＢのオイルが掻き上げられ
て、ロータ１５とステータ１３との間のエアギャップＧ
内に満たされる。該ギャップＧは微小であり、かつ対向
するロータ外周面１５ａとステータ内周面１３ａとが略
々平滑面からなるため、ロータとステータとの相対回転
によるオイルのせん断抵抗に基づく引きずりトルクが比
較的大きいが、前記ステータ内周面１３ａに形成された
小凹溝５６の存在により、上記エアギャップＧ内のオイ
ルが該小凹溝５６に逃げ込んで、オイルのせん断抵抗が
低減し、これによりオイルの引きずりトルク損によるモ
ータ効率の低下を減少する。

【００４７】ついで、図３に沿って他の実施例について
説明する。本実施例は、前記小凹溝５６がロータ側に形
成されている点を除き、図２に示した実施例と同様なの
で、同一符号を付して説明を省略する。

【００４８】ステータ１３は、前述したように、円環部
５０ａを有する磁極部鉄心５０とヨーク部鉄心５１とを
有しており、ステータ内周面１３ａとなる円環部５０ａ
の内周面は、閉スロット構造からなり、かつ小凹溝も形
成されていない平滑面からなる。一方、ロータ外周面１
５ａとなるロータ部鉄心５５の外周面における前記永久
磁石５５の周方向両端近傍には小凹溝（スリット）５
６，５６がそれぞれ形成されている。これら小凹溝５６
は、軸方向に延びかつ比較的小さな面積で前記エアギェ
ップＧに向けて開口している。

【００４９】これにより、ロータ１５の回転に基づきオ
イル溜りＢのオイルが掻き上げられて、前述したように
電気モータを冷却すると共に各潤滑必要箇所にオイルが
供給される。この際、小凹溝５６のない略々完全な平滑
面からなる円筒ロータ（図２(b) 参照）のものに比し、
上記小凹溝５６の存在により、本実施例によるロータは
オイルの掻上げ量を増大し、低回転でも十分なオイル量
が掻き上げられ、これによりオイルレベルを下げること
が可能となる。そして、前述したように、ロータ１５と
ステータ１３との間のエアギャップＧ内にはオイルが満
たされており、かつ前述と同様に、オイルせん断抵抗に
よる引きずりトルクが比較的大きいが、オイルが上記ロ
ータ外周面１５ａに形成された小凹溝に逃げ込むことに
より、オイルのせん断抵抗を低減し、これによりオイル
の引きずりトルク損を減少する。

【００５０】更に、ロータ外周面１３ａに小凹溝５６を
形成した場合、先の実施例のようにステータ内周面１５
ａに小凹溝を形成した場合に比し、ロータ回転位置に拘
らず、永久磁石５５に対する小凹溝５６の位置が決まっ
ているので、永久磁石の誘導起電力がロータ回転位置で
変化して低下したり、誘導起電力の歪みが増大すること
がなく、小凹溝５６に起因するモータ効率の低下を、殆
ど無視できる程度に低下し得る。また、上記小凹溝５６
は、外径側及び内径にて異なる極性が着磁されている永
久磁石５５の両端近傍に配置されているので、該磁石の
両端部分においてロータ部鉄心を通って磁束が短絡する
ことを防止して、その分ステータとロータとの間のエア
ギャップＧを通る磁束の量が大きくなり、モータトルク
を大きくすることになる。これにより、上記オイルの引
きずりトルク損の減少と相俟って、電気モータ１５の性
能を向上し得る。

【００５１】図４は、上述した引きずりトルクの測定試
験結果を示す図であり、同じ条件のオイル量、油温及び
回転方向にて、各電気モータの出力回転数に対する引き
ずりトルク損失量を示すものである。これにより、小凹
溝（スリット）をロータ及びステータの両方に形成しな
いもの（スリットなし）は、特に低速から中速回転にか
けて大きな引きずりトルク損失があるが、ロータ又はス
テータに小凹溝（スリット）を入れることにより、上記
スリットなしに比して、比較的低速回転から引きずりト
ルク損失が小さくなることが解る。特にロータ外周面に
小凹溝（スリット）を形成したもの（ロータスリット）
は、ステータ外周面に小凹溝（スリット）を形成したも
の（ステータスリット）に比して、更に低速回転から引
きずりトルク損失が小さくなることが解る。これによ
り、特に、車輌発進に対応して、大きな出力トルクが必
要となる電気モータ起動時における引きずりトルク損失
を減少して、比較的大きなトルクに基づく車輌の発進性
能を向上し得る。

【００５２】ついで、図５ないし図７に沿って、前記ロ
ータに形成した小凹溝（スリット）の位置について説明
する。ロータ１５の外周面１５ａに形成した小凹溝（ス
リット）５６が、永久磁石５５の磁束の短絡を阻止し
て、電気モータ５の効率を向上することを述べたが、永
久磁石の端からのスリット５６の距離によるトルクへの
影響を解析した。図５(a) ，(b) 及び図６(a) ，(b)
は、永久磁石５５の端からスリット５６の距離ｃ，ｄ，
ｅ，ｆがそれぞれ異なる（ｃ＜ｄ＜ｅ＜ｆ）各ロータ１
５₁ ，１５₂ ，１５₃ ，１５₄ を用い、かつ円環部にて
内周面１３ａが平滑面からなる同じステータ１３を用い
た電気モータ５₁ ，５₂ ，５₃ ，５₄ を示す。なお、上
記各スリット５６は、すべて同じ幅ｂからなり、かつ各
スリットの深さｇ，ｈ，ｉ，ｊは、スリットまでの距離
が長くなるに従って僅かずつ深くなるように設定されて
おり（ｇ＜ｈ＜ｉ＜ｊ）、従って各スリットの面積Ｃ，
Ｄ，Ｅ，Ｆは、スリットまでの距離が長くなるに従って
僅かずつ大きくなるように設定されている（Ｃ＜Ｄ＜Ｅ
＜Ｆ）。

【００５３】図７は、界磁角３５度において、上記各電
気モータ５₁ ，５₂ ，５₃ ，５₄ による平均トルクとト
ルク振幅を示す。これにより、永久磁石の端からスリッ
トまでの距離が小さくなることに略々比例して、平均ト
ルク及び振幅が増加することが解る。これにより、前述
した小凹溝（スリット）５６が、永久磁石５５の端での
磁束の短絡を防止してモータトルクの増加を図れること
が証明され、かつその効果は、スリット５６が永久磁石
５５の端から短い程高いことが解る。

【００５４】ついで、前記小凹溝（スリット）５６部分
を拡大した図８に沿って、作用について説明する。ロー
タ１５が矢印Ｈ方向に回転すると、該ロータ外周面１５
ａとステータ内周面１３ａとの間のギャップＧに満たさ
れているオイルは、図に示すようなせん断抵抗を示す。
及びに示す、小凹溝５６から離れてその影響が殆ど
ない場所にあっては、ロータ外周面及びステータ内周面
の対向する平坦面の相対移動により、比較的大きなせん
断抵抗を生ずる。一方、小凹溝５６の位置する場所で
は、に示すように、小凹溝５６内でオイルが循環して
ロータ外周面１５ａで抵抗に殆どならないので、オイル
のせん断抵抗は殆ど生じない。この影響を受けて、小凹
溝５６に近傍箇所，，にあっては、オイルのせん
断抵抗は小さく、更に小凹溝５６から離れるに従ってそ
の影響が少なくなり、，に示すようにオイルせん断
抵抗が徐々に大きくなる。これにより、前記図４に示す
ように、オイルのせん断抵抗による引きずりトルク損失
は、小凹溝５６のないものに比して小さくなる。

【００５５】また、ロータ部鉄心に埋込まれている永久
磁石５５は、外径側が一方の磁性（例えばＮ極）、内径
側が他方の磁極（例えばＳ極）になるが、磁石端におい
て、ロータ部鉄心を通って上記両極間に磁束Ｊが短絡す
るが、上記小凹溝５６により上記短絡が防止され、その
分ギャップＧを通る磁束の量を多くして、モータトルク
の増大が図れる。

【００５６】図９は、小凹溝の異なる形状を示す実施例
であって、(a) は、断面半円形状の小凹溝５６₂ を示
し、該小凹溝も同様に、半円形内をオイルが循環するこ
とによりオイルせん断抵抗を減少する。(b) は、断面略
円形の湾状の小凹溝５６₃ を示し、該小凹溝はギャップ
Ｇと開口５６₃ ａで連通しており、該小凹溝も同様に、
略円形内をオイルが循環することによりオイルせん断抵
抗を減少する。(c) は、断面略３角形状の小凹溝５６₄
を示し、該小凹溝も同様にオイルせん断抵抗を減少す
る。なお、上述実施例は、小凹溝をロータ外周面に形成
したものを説明したが、ステータ内周面にも同様に各形
状の小凹溝を形成し得る。

【００５７】図１０は、ロータ１５に外周面に形成した
小凹溝５６を示す。(a) は、先の実施例を示すものであ
り、ロータ１５の外周面１５ａに、軸線方向に平行に小
凹溝５６が形成されている。該小凹溝５６は、ロータ部
鉄心５３の外周面に形成された各小凹溝（スリット）５
６ｂを軸線方向に揃うように並べることにより構成され
る。

【００５８】(b) は、一部変更した実施例を示す図であ
り、ロータ外周面１５ａに、軸線方向に対して所定角度
斜めに、即ち軸方向に螺旋状に形成されている。該小凹
溝５６は、ロータ部鉄心５３の外周面に形成された各小
凹溝（スリット）５６ｂを隣接するロータ部鉄心のもの
に比して所定角ずつ周方向にずらすことにより構成され
る。該斜めに延びる小凹溝を用いることにより、ギャッ
プＧに満たされたオイルがスクリュポンプのように機能
して、ギャップ内のオイルの供給及び循環性能を向上し
て、モータの冷却性能を高めることができる。なお、上
記実施例は、小凹溝をロータ外周面に形成したものにつ
いて説明したが、ステータ内周面にも同様に適用でき
る。

【００５９】なお、上記小凹溝５６…は、上述した実施
例に示す形状に限らず、他の形状でもよいことは勿論で
ある。また、ロータを内径側に、ステータを外径側に配
置したインナーロータタイプのモータについて説明した
が、ロータを外径側に、ステータを内径側に配置したア
ウターロータタイプのモータにも同様に適用できる。ま
た、電気回転装置（電気モータ）は、上述した実施例の
ように、インホイールタイプのドライブユニットに限ら
ず、その他の電気自動車のドライブユニット（ノートラ
ンスミッション方式、デフレス方式等）に適用してもよ
く、またハイブリッド車輌の駆動源として、更には他の
運搬、運輪機械、産業機構等の他のあらゆる装置に適用
可能である。また、上述した実施例では、オイルを掻き
上げることのみによる潤滑・冷却について説明したが、
これは、オイル掻き上げと共に、補助的にオイルポンプ
を用いてベアリング等を潤滑するものにも同様に適用可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用し得るインホイールタイプのドラ
イブユニットを示す正面断面図。

【図２】本発明の実施例を示す図で、(a) はステータ
を、(b) はロータを示す側面断面図。

【図３】他の実施例を示す電気モータの側面断面図。

【図４】従来の技術と前記各実施例とを比較した、引き
ずりトルク測定試験の結果を示す図。

【図５】(a) ，(b) は、永久磁石の端からの距離を変え
た小凹溝を有するロータを備えた磁場解析モデルを示す
図。

【図６】(a) ，(b) は、図５と同様に磁場解析モデルを
示す図。

【図７】ロータのスリット位置（磁石からの距離）のト
ルクの影響を示す図。

【図８】小凹部（スリット）部分の拡大断面図。

【図９】(a) ，(b) ，(c) は、それぞれ異なる形状の小
凹溝を示す断面図。

【図１０】ロータに形成した小凹溝（スリット）を示す
斜視図で、(a) は小凹溝をロータ軸線に平行に形成した
実施例、(b) は小凹溝をロータ軸線に対して斜めに形成
した実施例を示す。

【符号の説明】

１ ドライブユニット ２ 駆動車輪 ３ ケース ５ 電気回転装置（電気モータ、ブラシレスＤＣ
モータ） ６ プラネタリギヤユニット １３ ステータ １３ａ 対向面（内周面） １５ ロータ １５ａ 対向面（外周面） ５０ 磁極部鉄心 ５０ａ （連結）円環部 ５０ｂ 磁極歯 ５１ ヨーク部鉄心 ５３ ロータ部鉄心 ５５ 永久磁石 ５６ 小凹溝（スリット） Ｇ （エア）ギャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀江 竜太 愛知県安城市藤井町高根10番地 アイシ ン・エィ・ダブリュ株式会社内 (72)発明者 田中 悟 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 (72)発明者 吉田 寿久 愛知県安城市藤井町丸山60番地 株式会社 エィ・ダブリュ・エンジニアリング内 Ｆターム(参考） 5H002 AA10 AB01 AB07 AE08

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータ及びステータを備え、ロータの回
   転に基づきオイル溜りのオイルを掻き上げて、前記ロー
   タとステータとの対向面間のギャップに上記オイルを満
   たしてなる、電気回転装置において、 前記ロータ及びステータの対向する面の少なくともいず
   れか一方に、軸方向に延びかつ前記ギャップに開口する
   小凹溝を多数形成したことを特徴とする、 電気回転装置。
2. 【請求項２】 前記ステータ及びロータは、対向する面
   が前記小凹溝を除いて平滑面からなる、 請求項１記載の電気回転装置。
3. 【請求項３】 前記ステータが、内径側に配置される円
   環部及び該円環部から外径方向に放射状に形成される多
   数の磁極歯を有する磁極部鉄心と、前記磁極歯に巻回さ
   れるコイルと、前記磁極歯の先端に一体に結合される円
   環状のヨーク部鉄心と、を備え、 前記ロータが、ロータ部鉄心に多数の永久磁石を埋込ん
   でなり、 前記電気回転装置が、ブラシレスＤＣモータである、請
   求項２記載の電気回転装置。
4. 【請求項４】 前記ステータに前記小凹溝を形成し、前
   記ロータの対向面が平滑面からなる、 請求項２又は３記載の電気回転装置。
5. 【請求項５】 前記ロータに前記小凹溝を形成し、前記
   ステータの対向面が平滑面からなる、 請求項２又は３記載の電気回転装置。
6. 【請求項６】 前記ロータにおける永久磁石の端近傍に
   前記小凹溝を形成してなる、 請求項５記載の電気回転装置。
7. 【請求項７】 前記小凹溝を、軸線に対して所定角傾斜
   して形成してなる、 請求項１ないし５のいずれか記載の電気回転装置。
8. 【請求項８】 前記電気回転装置が、電気自動車の駆動
   源である、 請求項１ないし７のいずれか記載の電気回転装置。