JP2008029097A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ヨークに設けられる磁極を永久磁石により構成し、該永久磁石を加工することにより、回転電機に生じるコギングトルクを低減するにあたり、加工により永久磁石が破損しないように構成する。
【解決手段】ヨーク２に形成される磁極を、周回り方向少なくとも二つに分割された磁石体５ａと５ｂ、６ａと６ｂを備えた第一、第二永久磁石ユニット５、６により構成し、これら磁石体５ａと５ｂ、６ａと６ｂのあいだに、予め設定される周回り方向長さに設定されたギャップＧが形成されるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される電装品等を構成する回転電機の技術分野に属するものである。

一般に、この種回転電機のなかには、外周に複数のティースが形成されたコア材を回転軸に複数枚積層し、ティース間に形成されたスロットにコイルを巻装して電機子を構成し、該電機子の回転軸を、少なくとも一対の磁極を備えたヨークに回転自在に軸承するように構成したものがある。
ところで、電動モータのような回転電機において、回転時のコギングトルクを低減することが課題であるが、該コギングトルクの主な発生原因の一つは、ヨーク側磁極を形成するために設けられる永久磁石の周回り方向端部となる磁極端において、ティースの磁束密度が変化（磁気抵抗変化）することに基づくことが知られている。これに対処するため、コア材を積層させるときに、スロット対応部位に形成されるコイル溝をアーマチュア軸とは変位する状態、即ちスキューさせる状態とすることが提唱され、このようにすることで、永久磁石の端部とティースとのあいだで生じる磁束密度変化を緩和させるようにしたものが提唱されている。しかるに、このようにスキューさせた場合では、有効磁束の低下に伴い特性劣化が生じ、さらには、コイルの巻線性が悪くなるという不具合が生じて問題があるうえ、コギング低下の効果を充分に得ることができないという問題も残される。そこで、永久磁石の周回り方向両端部を薄板状（偏芯状）として、該部位における磁石とティースとの対向間隔が広くなるようにすることも提唱されるが、このようにすると、磁束低下が生じてモータの小型化が難しいうえ、出力不足を巻線等で補充した場合では重量化、発熱等の問題も生じる。

これを改善するため、永久磁石の内周面に凹部を形成し、これによって、永久磁石の端部で発生するコギングトルクを相殺することにより低減させるように構成したものが提唱され、これによって、磁束低下を抑制しつつ、コギングトルクの低減が図れることが確認されている。
特開２００６−１１５５７８

しかるに、前記従来のものは、永久磁石の内周面を切削加工等による加工を施して凹部を形成し、磁石端部で生じるコギングトルクに対し、凹部により逆位相のコギングトルクを発生させる構成であるが、凹部の加工を精度良く行うことは難しいためバラツキが生じやすく、このようになると、要求されるコギングトルクの低減率を確保できないことがある。これに対応するには、凹部の溝深さを深くすることが考えられるが、このようにした場合では、永久磁石にひびが入ったり、欠けたり、さらには、割れたりすることもあって、製品の不良率が高まって製造コストが上昇するという問題が発生し、ここに本発明が解決しようとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、外周に複数のティースが形成されたコア材を回転軸に複数枚積層し、ティース間に形成されたスロットにコイルを巻装してなる電機子を、少なくとも一対の磁極を備えたヨークに回転自在に軸承してなる回転電機において、前記各磁極のうち、少なくとも一つの磁極は、周回り方向少なくとも二つに分割され、分割部位に所定間隙が設けられた同極の永久磁石により構成されている回転電機である。
請求項２の発明は、各磁極は、少なくとも周回り方向両端部に、板厚を切り落として構成した薄板部が形成されている請求項１に記載の回転電機である。
請求項３の発明は、各磁極の分割部位には、絶縁材が充填されている請求項１または２に記載の回転電機である。

請求項１の発明とすることにより、有効磁束量を低下させることなくコギングトルクの低減率を高めることができるものでありながら、永久磁石の加工を精度良く行うことができて、安定した品質の電動モータを低コストで提供することができる。
請求項２の発明とすることにより、磁極の周回り方向端部部位において発生するコギングトルク自体を低減する。
請求項３の発明とすることにより、永久磁石の組み込み性が向上する。

つぎに、本発明の第一の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図面において、１は車両に搭載する電装品を構成する電動モータ（回転電機）のアーマチュア（本発明の電機子に相当する）であって、該アーマチュア１は、回転中心となる回転軸（アーマチュア軸）１ａの両端部が、有底筒状のヨーク２に回転自在に軸承されている等の基本的な構成は従来通りである。

３はアーマチュア１を構成する薄板状のコア材であって、該コア材３は、リング状のボス部３ａの外周に、外径側に放射状に突出する基部３ｂの先端に周回り方向に長く延出する爪部３ｃが形成された略Ｔ字状のティース３ｄが周回り方向に複数形成されたものに構成されている。
そして、複数枚のコア材３のボス部３ａを、アーマチュア軸１ａに回り止め状に外嵌せしめることでアーマチュアコア４を構成するように設定されている。ここで、コア材３は、図１に示すように、周回り方向に２２個のティース３ｄが形成されたものになっており、これによって、コア材３を積層して構成されるアーマチュアコア４の外周には、隣接するティース３ｄ間に、２２個のスロット（コイル溝）４ａが軸方向に長く形成されている。そして、これらスロット４ａにコイル（図示せず）を巻装することにより、アーマチュア１が構成されるように設定されている。尚、前記各コイルの両端部は、アーマチュア軸１ａに一体的に外嵌されるコンミテータ（図示せず）に接続され、該コンミテータを介してコイルに外部電源が供給されるように設定されている。

さて、前記ヨーク２の内周面には、四個の磁極が形成されるべく、Ｎ極に磁化された第一永久磁石ユニット５と、Ｓ極に磁化された第二永久磁石ユニット６とのそれぞれ二つづつ（二対）のものが、周回り方向交互に固定されている。そして、前記それぞれ二つづつの第一、第二永久磁石ユニット５、６とは、ヨーク２の内周面に沿う円弧形状に形成されるが、各第一、第二永久磁石ユニット５、６は、各磁極固定部位を二等分する直線を基準線Ｈとして、該基準線Ｈに互いに平行面となる分断面Ｆを存して二分割された一対の磁石体５ａと５ｂ、６ａと６ｂにより構成されており、これら周回り方向に隣接する磁石体５ａと５ｂ、６ａと６ｂ同士のあいだには、予め設定される長さに設定されたギャップ（隙間）がそれぞれ形成されている。
ここで、磁石体５ａと５ｂ、６ａと６ｂ間に形成されるギャップは、本実施の形態では空気層により構成されており、該ギャップの対向間距離（長さ）Ｇは、前記コア材３のティース３ｄ先端に形成される周回り方向に延出する爪部３ｃの周回り方向長さＴよりも短く（Ｔ＞Ｇ）設定されており、第一、第二永久磁石ユニット５、６とのあいだに形成される隙間Ｓよりも狭く（Ｓ＞Ｇ）なるように設定されている。
これによって、第一、第二永久磁石ユニット５、６の周回り端部部位にティース３ａが対向することにより生じるコギングトルクを、ギャップにティース３ａが対向することにより生じるコギングトルクにより相殺することができて、電動モータのコギングトルクの低減を図ることができるように設定されている。

さらに、各第一、第二永久磁石ユニット５、６とは、周回り方向両端部に位置する部位、即ち、周回り方向に隣接する一対の磁石体５ａと５ｂ、６ａと６ｂのうち、一方の磁石体５ａ、６ａ、即ち、時計回り方向手前側の磁石体５ａ、６ａには、時計回り方向手前側の端縁部における内径側部位および外径側部位をそれぞれ切り落とすことにより、該時計回り方向手前側端縁部の板厚が薄い薄板部５ｃ、６ｃが形成されている。さらに、時計回り方向先側の磁石体５ｂ、６ｂには、時計回り方向先側の端縁部における内径側および外径側部位をそれぞれ切り落とすことにより、該時計回り方向先側端縁部の板厚が薄い薄板部５ｄ、６ｄが形成されている。これによって、第一、第二永久磁石ユニット５、６の周回り方向量端部部位においてティース３ａが対向することにより生じるコギングトルクを低減することができるように構成されている。
ここで、これら一対の磁石体５ａと５ｂ、６ａと６ｂ同士は、ギャップの周回り方向中間位置となる前記基準線Ｈを基準として左右対称状に形成されており、それぞれ同極同士のものにおいて軸方向に反転させることにより、時計回り方向手前側の磁石体５ａ、６ａと先側の磁石体５ｂ、６ｂとを、共通化することが可能となるように構成されている。

叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、アーマチュアコア４の各スロット４ａに巻装されるコイルに通電することで、アーマチュア１の回転がなされるが、このとき、アーマチュア１と第一、第二永久磁石ユニット５、６の磁極端とのあいだにおいて生じるコギングトルクは、第一、第二永久磁石ユニット５、６に形成されているギャップとのあいだにおいて生じるコギングトルクにより相殺されることで低減を図ることができて、コイル溝をスキューさせるもののように有効磁束量を低減させることなくコギングトルクの低減を図れる。しかも、このものでは、各磁極を、二つに分割された磁石体５ａと５ｂ、６ａと６ｂにより第一、第二永久磁石ユニット５、６を構成し、これら磁石体５ａと５ｂ、６ａと６ｂのあいだに形成したギャップＧにより、第一、第二永久磁石ユニット５、６の周回り方向端部において発生するコギングトルクを相殺するコギングトルクを発生させる構成となっているため、従来の永久磁石の内周面に凹部を切削加工して形成するもののように、加工精度が低下して、コギングトルクの低減率を確保できなくなってしまうような不具合がない。そのうえ、凹部を形成するべく永久磁石を切削加工する際に、ひびが入ったり、欠けたり、割れたりする惧れもなく、第一、第二永久磁石ユニット５、６を、目的とする大きさのギャップを精度が良く加工することができて、安定した品質の電動モータを安価に提供することができる。

さらに、本発明が実施されたものにあっては、各第一、第二永久磁石ユニット５、６の周回り方向両端部において薄板部５ｃ、５ｄ、６ｃ、６ｄが形成されているので、前記周回り方向端部部位において発生するコギングトルク自体の低減を図れる。
しかも、このものにあっては、一対の磁石体５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂとは、軸方向の向きを反転させることで、周回り方向手前側、先側の何れに配置することもできて、部材の共通化を図ることができる。

ここで、図３は、本発明が実施されたアーマチュアを用いた電動モータＭの回転角に対するコギングトルク値と、永久磁石形状は薄板部を形成することのない均一板厚の永久磁石を備えたヨークに、コイル溝がスキューされることなく軸方向に平行に形成されたアーマチュアを回転自在に軸承させた従来型の電動モータＭ１の回転角に対するコギングトルク値とを比較したグラフ図である。前記グラフ図からも解るように、本発明に基づくアーマチュアを用いることで、コギングトルクが有効に低減されていることが確認できる。
また、本発明に基づく電動モータＭにおけるコギングトルクの低減率は、従来型の電動モータＭ１における低減率よりも大きいにもかかわらず、有効磁束量の低減率は小さくすることができることが確認され、コギングトルクの低減手段として有効であると判断できる。

尚、本発明は、前記実施の形態に限定されないことは勿論であって、図４に示す第二の実施の形態のようにすることもできる。
このものは、ヨーク２の内周面に四個の磁極を形成するべく、Ｎ極に磁化された第一永久磁石ユニット７とＳ極に磁化された第二永久磁石ユニット８との二対が周回り方向交互に固定されている。そして、この場合に、第一、第二永久磁石ユニット７、８は、それぞれ放射方向を抜く分断面Ｆ１を備えた二つの磁石体７ａと７ｂ、８ａと８ｂによりそれぞれ構成されている。これら各磁石体７ａと７ｂ、８ａと８ｂの周回り方向両端部における内外径部位はそれぞれ切り落とされており、周回り方向両端部においてそれぞれ薄板部７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆが形成されている。そして、これら各磁石体７ａと７ｂ、８ａと８ｂとは、同形状に形成されていて、コア材３の軸芯Ｐを基準として点対称状態になるように形成されるとともに、各磁極固定部位を二等分する基準線Ｈ１を基準として線対称状態になるように形成されている。
さらに、このものでは、各磁極における磁石体７ａと７ｂ、８ａと８ｂとのあいだに形成されるギャップには絶縁材としての樹脂材９が充填されている。
そして、このように構成した場合でも、有効磁束量を確保しながら、コギングトルクの低減を図れ、しかも、第一、第二永久磁石ユニット７、８の組み付け性が向上するという利点がある。

電動モータの側面断面図である。 電動モータにおける磁極形成状態を説明する斜視図である。 本発明に基づく電動モータと従来型の電動モータにおける回転角に対するコギングトルクの測定値を示すグラフ図である。 第二の実施の形態の側面断面図である。

符号の説明

１ アーマチュア
１ａ アーマチュア軸
２ ヨーク
３ コア材
３ｂ ティース
４ アーマチュアコア
４ａ スロット
５ 第一永久磁石ユニット
５ａ 磁石体
５ｃ 切り欠き部

Claims (3)

1. 外周に複数のティースが形成されたコア材を回転軸に複数枚積層し、ティース間に形成されたスロットにコイルを巻装してなる電機子を、少なくとも一対の磁極を備えたヨークに回転自在に軸承してなる回転電機において、前記各磁極のうち、少なくとも一つの磁極は、周回り方向少なくとも二つに分割され、分割部位に所定間隙が設けられた同極の永久磁石により構成されている回転電機。
2. 各磁極は、少なくとも周回り方向両端部に、板厚を切り落として構成した薄板部が形成されている請求項１に記載の回転電機。
3. 各磁極の分割部位には、絶縁材が充填されている請求項１または２に記載の回転電機。

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