JP2010246185A - ロータおよびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、永久磁石からの短絡磁束を低減し、トルクを向上することができるロータおよびモータを提供する。
【解決手段】円柱状のロータコア５６と、ロータコアの周方向に略等間隔に形成された開口部５７内に保持された永久磁石５８とを備え、軸線回りに回転可能に支持されたロータ２２において、ロータコアの外周面５６ａにおける隣り合う永久磁石の間に、軸方向に沿って溝部５０が形成され、溝部の最深部５１と軸中心との間の距離Ｘ１が、永久磁石と軸中心との最短距離Ｘ２よりも短い。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロータおよびモータに関するものである。

従来から、軸線周りに回転自在に支持されるとともに、永久磁石が配設されたロータと、ロータの周囲に対向配置されるとともに、コイルが巻回されたステータとを備えたモータが知られている。このようなモータにおいては、モータの高トルク化を図り、電動機の高性能化を図るものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の回転機（モータ）は、回転子鉄心（ロータコア）のうち漏れ磁束（短絡磁束）が生じるブリッジ部にスリット（溝部）を形成し、スリットの内壁に例えばレーザ光を照射する変質処理を施して、漏れ磁束がモータの特性に与える影響を改善したものである。

特開平１１−１８３２４号公報

ところで、上述した特許文献１のモータは、高トルク化を図るためにロータコアの外周面にスリットを形成しているが、スリットの大きさについては検討がなされていなかった。また、特許文献１のモータは、短絡磁束の低減を図るために行う変質処理の工程が必要であり、モータの製造に手間がかかる問題がある。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、永久磁石からの短絡磁束を低減し、トルクを向上することができるロータおよびモータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、円柱状のロータコア（例えば、実施形態におけるロータコア５６）と、該ロータコアの周方向に略等間隔に形成された開口部（例えば、実施形態における開口部５７）内に保持された永久磁石（例えば、実施形態における永久磁石５８）とを備え、軸線回りに回転可能に支持されたロータ（例えば、実施形態におけるロータ２２）において、前記ロータコアの外周面（例えば、実施形態における外周面５６ａ）における隣り合う前記永久磁石の間に、軸方向に沿って溝部（例えば、実施形態における溝部５０）が形成され、前記溝部の最深部（例えば、実施形態における最深部５１）と軸中心との間の距離（例えば、実施形態における距離Ｘ１）が、前記永久磁石と前記軸中心との最短距離（例えば、実施形態における距離Ｘ２）よりも短いことを特徴としている。

請求項２に記載した発明は、前記永久磁石は、前記ロータコアの外周縁に対応した側の周方向両側に面取り部（例えば、実施形態における面取り部７４）が形成されていることを特徴としている。

請求項３に記載した発明は、前記ロータコアにおける前記永久磁石の周方向略中央部に対応した位置に、径方向に沿ってリブ（例えば、実施形態におけるリブ６０）が形成され、前記永久磁石が分割配置されていることを特徴としている。

請求項４に記載した発明は、前記永久磁石における径方向外側の外周面が円弧状に形成されていることを特徴としている。

請求項５に記載した発明は、前記ロータコアの外周面における前記面取り部に対応した位置に、切欠部（例えば、実施形態における切欠部８５）が形成されていることを特徴としている。

請求項６に記載した発明は、上述のいずれかに記載のロータと、該ロータを囲繞するように配された円筒状のステータ（例えば、実施形態におけるステータ２１）と、該ステータのティース部に巻回された巻線（例えば、実施形態におけるコイル２０）と、を備えたモータ（例えば、実施形態におけるモータ２３）であることを特徴としている。

請求項１に記載した発明によれば、隣り合う永久磁石の間を遮るようにロータコアに溝部を形成し、溝部の最深部と軸中心との間の距離が、永久磁石と軸中心との最短距離よりも短くすることにより、隣り合う永久磁石の間に短絡磁束が流れるのをより効果的に抑制することができる。したがって、溝部の深さを調整するだけの簡易な構成で、永久磁石からの短絡磁束を低減し、トルクを向上することができる。

請求項２に記載した発明によれば、永久磁石に面取り部を形成することにより、ロータコアの径方向外側端部と永久磁石との隙間を小さくすることができる。結果として、永久磁石とステータとの距離を近づけることができるため、ｄ軸インダクタンスを小さくすることができ、モータの高出力化を図ることができる。

請求項３に記載した発明によれば、永久磁石を収容する開口部にリブを設けたため、ロータコア（開口部）の強度を向上することができる。したがって、開口部を大きくすることができ、より大きな永久磁石を配設することができる。その結果、モータの高トルク化および高出力化を図ることが可能となる。また、リブを設けることで各永久磁石を開口部の周方向中心位置（リブ側）で、径方向外側に保持させることができる。したがって、さらに組立性を向上することができるとともに、永久磁石を確実にロータコアの外周側に保持させることができる。

請求項４に記載した発明によれば、モータを駆動させて、ロータが回転するとロータコアの開口部と永久磁石との接触点には遠心力が働くが、永久磁石の外周面を円弧状に形成することで、ロータコアの径方向外側に受ける力を分散することができ、高回転域までロータコアの強度を確保することができる。したがって、開口部を大きくすることができ、より大きな永久磁石を配設することができるとともに、永久磁石をロータコアの外周縁に寄せて配置することができる。その結果、モータの高トルク化および高出力化を図ることが可能となる。

請求項５に記載した発明によれば、ロータコアにおける永久磁石の面取り部に対応した位置に切欠部を形成したため、トルクリップルを低減することが可能となる。

請求項６に記載した発明によれば、隣り合う永久磁石の間を遮るようにロータコアに溝部を形成し、溝部の最深部と軸中心との間の距離が、永久磁石と軸中心との最短距離よりも短くすることにより、隣り合う永久磁石の間に短絡磁束が流れるのをより効果的に抑制することができる。したがって、溝部の深さを調整するだけの簡易な構成で、永久磁石からの短絡磁束を低減することができるロータを用いているため、高トルク化を図ることが可能なモータを提供することができる。

本発明の実施形態におけるモータユニットの概略構成断面図である。 本発明の実施形態におけるロータの正面図である。 図２のＡ部拡大図である。 本発明の実施形態におけるロータの別の態様を示す正面拡大図（図３に相当）である。

次に、本発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。なお、本実施形態では車両用モータユニットに採用したモータについて説明する。
図１は車両用モータユニットの概略構成断面図である。図１に示すように、車両用モータユニット（以下、モータユニットという。）１０は、ステータ２１およびロータ２２を備えたモータ２３を収容するモータハウジング１１と、モータハウジング１１の一方側に締結され、モータ２３の出力軸２４からの動力を伝達する動力伝達部（不図示）を収容するミッションハウジング１２と、モータハウジング１１の他方側に締結され、モータ２３の回転センサ２５を収容するセンサハウジング１３と、を備えている。なお、モータハウジング１１の内部はモータ室３６として、ミッションハウジング１２の内部はミッション室３７として、センサハウジング１３の内部はセンサ室３８として、それぞれ構成されている。

モータハウジング１１は、モータ２３全体を覆うような略円筒形状で形成されている。モータハウジング１１とミッションハウジング１２との境界部のミッションハウジング１２側には、モータ２３の出力軸２４の一端を回転自在に支持するベアリング２６が設けられ、モータハウジング１１とセンサハウジング１３との境界部のセンサハウジング１３側には、モータ２３の出力軸２４の他端を回転自在に支持するベアリング２７が設けられている。

また、モータハウジング１１の壁部３１、ミッションハウジング１２の壁部３２およびセンサハウジング１３の壁部３３には、互いに連通するブリーザ通路３５がそれぞれ形成されている。

さらに、モータハウジング１１の壁部３１内には、モータ２３を冷却するためのウォータジャケット４０がモータ２３のステータ２１を全周覆うように設けられている。また、ステータ２１は、モータハウジング１１に圧入されており、モータハウジング１１の内周面に密着するように配されている。

ミッションハウジング１２内には、モータユニット１０内で使用している潤滑オイルを分離するためのブリーザ室５１が形成されている。つまり、動力伝達部（ギア）やモータ２３の回転により飛散した潤滑オイルをブリーザ室５１で分離することができ、潤滑オイルがブリーザ室５１に設けられ外部と連通するブリーザ配管３９から外部へ漏れ出すことを防止することができる。

このブリーザ室５１は、モータユニット１０の最上部にあたる位置に形成されている。また、ブリーザ室５１はブリーザ通路３５と連通しており、ブリーザ配管３９からモータユニット１０内の高圧・高温の空気を排出することができるようになっている。さらに、ブリーザ室５１は、ブリーザ通路３５を介してモータ室３６、ミッション室３７、およびセンサ室３８と連通している。

ここで、ロータ２２の構成について図２、図３を用いて説明する。図２はロータの正面図であり、図３はロータの部分拡大図（図２のＡ部）である。
図２に示すように、ロータ２２は、軸方向から見た正面視略リング状の磁性板材５５が複数積層されたロータコア５６と、ロータコア５６に周方向に略等間隔に形成された開口部５７内に保持された永久磁石５８とを備え、出力軸（軸線）２４に回転可能に支持されている。ロータ２２はコイル２０が巻回されたステータ２１と所定間隔を空けて対向配置されている。つまり、永久磁石５８がロータコア５６に埋め込まれた、所謂ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータを構成している。

図３に示すように、本実施形態では、ロータコア５６の正面視において、開口部５７の略中央でロータコア５６の径方向に沿う方向に、開口部５７を二分割するようにリブ６０が形成されている。つまり、このリブ６０により、開口部は、右側開口部５７Ａと左側開口部５７Ｂに分割され、永久磁石５８は、右側永久磁石５８Ａと左側永久磁石５８Ｂに分割される。

以下の説明では、開口部および永久磁石の形状について説明するが、右側開口部５７Ａと左側開口部５７Ｂの形状、および右側永久磁石５８Ａと左側永久磁石５８Ｂの形状はともにリブ６０を介して対称であるため、右側の形状についてのみ説明する。

右側開口部５７Ａは、リブ６０の側面に対応し、正面視で直線状に示される第一直線部６１と、リブ６０における出力軸２４側（内径側）の端部から第一直線部６１に対して略直角方向に延設された第二直線部６２と、リブ６０におけるステータ２１側（外径側）の端部から円弧状に延設された円弧部６３と、円弧部６３の端部からロータコア５６の外周縁に沿うように延設された直線状の面取り部６４と、を有している。なお、第二直線部６２の端部には、接着剤を充填するための充填用切欠部６５が形成され、充填用切欠部６５の端部と面取り部６４の端部とが繋がっている。

一方、右側永久磁石５８Ａは、右側開口部５７Ａの第一直線部６１に対応した第一直線部７１と、右側開口部５７Ａの第二直線部６２に対応した第二直線部７２と、右側開口部５７Ａの円弧部６３に対応した円弧部７３と、右側開口部５７Ａの面取り部６４に対応した面取り部７４と、第二直線部７２の端部と面取り部７４の端部とを繋ぎ、第二直線部７２に対して略直角方向に延設された第三直線部７５と、を有している。

また、ロータコア５６の外周面５６ａにおける右側永久磁石５８Ａの面取り部７４に対応した位置に切欠部８５が形成されている。切欠部８５は正面視において略Ｖ字状に形成されており、リブ６０側の直線部８６は、右側開口部５７Ａの面取り部６４と略平行になるように形成されている。

ここで、ロータコア５６における隣り合う永久磁石５８，５８間には、ロータコア５６の外周面５６ａから軸中心Ｃに向かって溝部５０が形成されている。溝部５０は、隣り合う永久磁石５８，５８の周方向略中央部に形成されている。

溝部５０の深さＤ１は、隣り合う永久磁石５８，５８の短絡磁束を低減する深さで形成されている。具体的には、軸中心Ｃと溝部５０の最深部５１とを結んだ距離Ｘ１が軸中心Ｃと永久磁石５８とを結ぶ最短距離Ｘ２よりも短くなるように、溝部５０の深さＤ１が設定されている（図２参照）。なお、本実施形態では、隣り合う永久磁石５８，５８の間に溝部５０が１箇所形成されている。また、溝部５０の周方向に沿う幅は、特に限定する必要はないが、ロータコア５６の強度が確保される幅にすることが望ましい。

本実施形態によれば、隣り合う永久磁石５８，５８の間を遮るようにロータコア５６に溝部５０を形成し、溝部５０の最深部５１と軸中心Ｃとの間の距離Ｘ１が、永久磁石５８と軸中心Ｃとの最短距離Ｘ２よりも短くなるように溝部５０の深さＤ１を設定することにより、隣り合う永久磁石５８，５８の間に短絡磁束が流れるのをより効果的に抑制することができる。したがって、溝部５０の深さＤ１を調整するだけの簡易な構成で、永久磁石５８からの短絡磁束を低減し、トルクを向上することができるとともに、渦電流による熱の発生を防止することができる。

また、永久磁石５８に面取り部７４を形成することにより、ロータコア５６の外周面５６ａと永久磁石５８との隙間を小さくすることができる。結果として、永久磁石５８とステータ２１との距離を近づけることができるため、ｄ軸インダクタンスを小さくすることができ、モータ２３の高出力化を図ることができる。

また、永久磁石５８を収容する開口部５７にリブ６０を設けたため、ロータコア５６（開口部５７）の強度を向上することができる。したがって、開口部５７を大きくすることができ、より大きな永久磁石５８を配設することができる。その結果、モータ２３の高トルク化および高出力化を図ることが可能となる。また、リブ６０を設けることで各永久磁石５８を開口部５７の周方向中心位置（リブ６０側）で、径方向外側に保持させることができる。さらに、組立性を向上することができるとともに、永久磁石５８を確実にロータコア５６の外周面５６ａ側に保持させることができる。

さらに、モータ２３を駆動させてロータ５６が回転すると、ロータコア５６の開口部５７と永久磁石５８との接触点には遠心力が働くが、永久磁石５８の外周面を円弧状に形成することで、ロータコア５６の径方向外側に受ける力を分散することができ、高回転域までロータコア５６の強度を確保することができる。したがって、開口部５７を大きくすることができ、より大きな永久磁石５８を配設することができるとともに、永久磁石５８をロータコア５６の外周面５６ａ側に寄せて配置することができる。また、永久磁石５８が外周面５６ａ側に配置されることにより、溝部５０が形成されていてもモータ２３の駆動に有効に作用する磁束の流れを邪魔することがない。その結果、モータ２３の高トルク化および高出力化を図ることが可能となる。

そして、ロータコア５６における永久磁石５８の面取り部７４に対応した位置に切欠部８５を形成したため、トルクリップルを低減することが可能となる。

尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態においては、開口部に充填用切欠部を形成したが、他の手段により開口部内に永久磁石を固定できる場合には充填用切欠部は形成しなくてもよい。
また、本実施形態においては、切欠部の形状を正面視略Ｖ字状に形成した場合の説明をしたが、正面視略Ｕ字状など他の形状であってもよい。

さらに、本実施形態においては、開口部と永久磁石との隙間に接着剤を充填する場合の説明をしたが、永久磁石を開口部内に保持可能な充填剤であればよい。
そして、本実施形態においては、ロータコアに切欠部を形成した場合の説明をしたが、該切欠部は形成しなくてもよい。

そして、本実施形態では、隣り合う永久磁石の間に溝部を１箇所形成した場合の説明をしたが、図４に示すように、隣り合う永久磁石５８，５８の間に溝部１５０を２箇所形成してもよい。また、溝部１５０をロータコア５６の切欠部８５に連接するように形成することで、溝部１５０と切欠部８５とを同時に形成することができる。

２０…コイル（巻線） ２１…ステータ ２２…ロータ ２３…モータ ５０…溝部 ５１…最深部 ５６…ロータコア ５６ａ…外周面 ５７…開口部 ５８…永久磁石 ６０…リブ ７４…面取り部 ８５…切欠部 Ｘ１…溝部の最深部と軸中心との間の距離 Ｘ２…永久磁石と軸中心との最短距離

Claims (6)

1. 円柱状のロータコアと、該ロータコアの周方向に略等間隔に形成された開口部内に保持された永久磁石とを備え、軸線回りに回転可能に支持されたロータにおいて、
   前記ロータコアの外周面における隣り合う前記永久磁石の間に、軸方向に沿って溝部が形成され、
   前記溝部の最深部と軸中心との間の距離が、前記永久磁石と前記軸中心との最短距離よりも短いことを特徴とするロータ。
2. 前記永久磁石は、前記ロータコアの外周縁に対応した側の周方向両側に面取り部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. 前記ロータコアにおける前記永久磁石の周方向略中央部に対応した位置に、径方向に沿ってリブが形成され、前記永久磁石が分割配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。
4. 前記永久磁石における径方向外側の外周面が円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロータ。
5. 前記ロータコアの外周面における前記面取り部に対応した位置に、切欠部が形成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のロータ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のロータと、
   該ロータを囲繞するように配された円筒状のステータと、
   該ステータのティース部に巻回された巻線と、を備えていることを特徴とするモータ。

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