JP2020028144A

JP2020028144A - 電動機

Info

Publication number: JP2020028144A
Application number: JP2018150376A
Authority: JP
Inventors: 服部　宏之; Hiroyuki Hattori; 宏之服部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2020-02-20

Abstract

【課題】ステータの締結強度の低下を抑制しつつ、簡易に界磁ヨークを成形することができる電動機を提供すること。
【解決手段】電動機は、軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、回転軸部材に設けられた円環状のロータコア、及び、ロータコアに設けられた磁石を有するロータと、ロータコアに対して回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア、ステータコアに埋設されたステータ界磁コア、及び、ステータコアに巻き付けられたステータコイルを有するステータと、ステータの軸線方向両端面に沿って延在する界磁ヨークと、ステータコアが固定されたケース部材と、を備え、ステータ界磁コアは、ステータコアの軸線方向両端面から露出して界磁ヨークと対向している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機に関する。

特許文献１には、シャフトに設けられた円環状のロータコアを有するロータと、ロータコアに対して径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコアを有するステータと、ロータ及びステータを内包した円筒状の界磁ヨークと、を備えた電動機が開示されている。この電動機では、界磁ヨークを介してステータがケースに固定されている。

特開２０１２−１５７１８２号公報

特許文献１に開示された電動機のように、界磁ヨークを介してステータがケースに固定されると、ステータの締結強度が低下してしまう。また、大型の電動機では、界磁ヨークを円筒状に成形するのが困難であり、精度不足によって界磁性能の影響が出たり、製造コストが高くなったりする。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ステータの締結強度の低下を抑制しつつ、簡易に界磁ヨークを成形することができる電動機を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電動機は、軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、前記回転軸部材に設けられた円環状のロータコア、及び、該ロータコアに設けられた磁石を有するロータと、前記ロータコアに対して前記回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア、該ステータコアに埋設されたステータ界磁コア、及び、該ステータコアに巻き付けられたステータコイルを有するステータと、前記ステータの軸線方向両端面に沿って延在する界磁ヨークと、前記ステータコアが固定されたケース部材と、を備え、前記ステータ界磁コアは、前記ステータコアの軸線方向両端面から露出して前記界磁ヨークと対向していることを特徴とするものである。

本発明に係る電動機は、ステータの締結強度の低下を抑制しつつ、円筒状に界磁ヨークを形成しなくてもよいため、簡易に界磁ヨークを成形することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る電動機の断面図である。図２は、軸線方向から見たロータ及びステータを部分的に示した図である。図３は、ステータ界磁コアを軸線方向にて分割して設けた場合の電動機の断面図である。

以下に、本発明に係る電動機の一実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る電動機１の断面図である。図１に示すように、実施形態に係る電動機１は、シャフト２、ロータ３、ステータ４、界磁ヨーク５、界磁コイル６、及び、ケース７などを備えている。

シャフト２は、軸線方向に長尺な金属製の回転軸部材である。なお、以下の説明において、「軸線方向」とは、シャフト２の軸線方向（長手方向）と定義する。ロータ３は、ロータコア３１、磁石３２及びロータ界磁コア３３などを有している。ロータコア３１は、複数の電磁鋼板をシャフト２の軸線方向に積層して円筒状に形成されている。ロータコア３１は、軸線方向にて電磁鋼板間に隙間があるため、軸線方向の磁気抵抗が、ロータコア３１の軸線方向と直交する方向である径方向及び周方向の磁気抵抗よりも大きい。そのため、ロータコア３１内では、磁束が軸線方向に流れ難く、径方向及び周方向に磁束が流れやすくなっている。

磁石３２は、ロータコア３１の内部に埋設されており、ロータコア３１の軸線方向にわたって延在している。磁石３２の軸線方向両端面は、それぞれロータコア３１の軸線方向両端面と略面一になっている。

ロータ界磁コア３３は、磁性材によって円筒状に形成されており、ロータコア３１の内周に設けられ、シャフト２と共に回転可能にシャフト２に固設されている。ロータ界磁コア３３の軸線方向両端面は、それぞれロータコア３１の軸線方向両端面と略面一になっている。なお、ロータ界磁コア３３の軸線方向の磁気抵抗は、ロータコア３１の軸線方向の磁気抵抗よりも小さくなっている。そのため、ロータ界磁コア３３では、ロータコア３１内よりも軸線方向に磁束が流れやすくなっている。

ステータ４は、ステータコア４１、ステータコイル４２及びステータ界磁コア４３などを有している。ステータコア４１は、ロータコア３１の径方向外方に所定間隔をあけて配置されており、複数枚の電磁鋼板を軸線方向に積層して円筒状に構成されている。ステータコア４１は、軸線方向にて電磁鋼板間に隙間があるため、軸線方向の磁気抵抗が、径方向及び周方向の磁気抵抗よりも大きい。そのため、ステータコア４１内では、磁束が軸線方向に流れ難く、径方向及び周方向に磁束が流れやすくなっている。

ステータコイル４２は、ステータコア４１に巻き付けられており、ステータコア４１の軸線方向両端面よりも外側にコイルエンド４２１を有している。ステータ界磁コア４３は、ステータコア４１の内部における径方向外側に埋設されており、ステータコア４１の軸線方向にわたって延在し、ステータコア４１の軸線方向両端面から露出している。なお、ステータ界磁コア４３の軸線方向両端面は、それぞれステータコア４１の軸線方向両端面と略面一になっているのが望ましい。

界磁ヨーク５Ａ，５Ｂは、磁性材からなり、図１に示すように、軸線方向にてロータ３及びステータ４を挟んで対向しており、端壁部５１Ａ，５１Ｂと外側壁部５２Ａ，５２Ｂと内側壁部５３Ａ，５３Ｂとによって構成されている。端壁部５１Ａ，５１Ｂは、円環状であり、それぞれ軸線方向にてロータ３及びステータ４の両端部から離れた位置に配置されている。外側壁部５２Ａ，５２Ｂは、ステータ界磁コア４３の軸線方向端面からコイルエンド４２１よりも軸線方向外側まで延在しており、端壁部５１Ａ，５１Ｂの径方向外周縁部に連なって円筒状に形成されている。また、外側壁部５２Ａ，５２Ｂの軸線方向内側の端面は、ステータコア４１の軸線方向両端面から露出した、ステータ界磁コア４３の軸線方向端面と対向している。内側壁部５３Ａ，５３Ｂは、端壁部５１Ａ，５１Ｂの径方向内周縁部に連なって円筒状に形成されており、軸線方向にてロータ３の両端部から所定間隔をあけて配置されている。また、内側壁部５３Ａ，５３Ｂは、径方向にてシャフト２から所定間隔をあけて配置されている。

端壁部５１Ａ，５１Ｂの軸線方向におけるロータ３側の面には、界磁コイル６が設けられている。界磁コイル６は、界磁ヨーク５Ａ，５Ｂとロータコア３１との間に磁気回路を形成することによって、ロータコア３１とステータコア４１との間での磁束量を制御可能である。

ケース７は、図１に示すように、端壁部７１Ａ，７１Ｂと外側壁部７２とによって構成され、内部にロータ３、ステータ４及び界磁ヨーク５を収納している。また、ケース７の端壁部７１Ａ，７１Ｂの内周には、それぞれ玉軸受８Ａ，８Ｂが設けられており、玉軸受８Ａ，８Ｂに挿通されたシャフト２とケース７とは、玉軸受８Ａ，８Ｂによって相対回転可能となっている。

端壁部７１Ａ，７１Ｂは、円環状であり、それぞれ軸線方向にて界磁ヨーク５の端壁部５１Ａ，５１Ｂを挟むように対向して配置されている。また、端壁部７１Ａ，７１Ｂにおける、界磁ヨーク５Ａ，５Ｂの端壁部５１Ａ，５１Ｂに開けられた貫通孔５１１に対応した位置には、締結部材であるボルト１０Ａ，１０Ｂが挿入されるボルト穴７１１が開けられている。そして、実施形態に係る電動機１においては、ケース７の端壁部７１Ａ，７１Ｂに開けられたボルト穴７１１と、界磁ヨーク５Ａ，５Ｂの端壁部５１Ａ，５１Ｂに開けられた貫通孔５１１とに、ボルト１０Ａ，１０Ｂを挿入し、ケース７の端壁部７１Ａ，７１Ｂと界磁ヨーク５Ａ，５Ｂの端壁部５１Ａ，５１Ｂとをボルト締結によって固定している。

外側壁部７２は、端壁部７１Ａ，７１Ｂの外周縁部に連なって円筒状に形成されている。外側壁部７２の内周面における、径方向にて界磁ヨーク５Ｂと対向する位置の一部には、径方向内側に突出し、軸線方向にて一端側が端壁部７１Ｂと連続し他端側がステータコア４１と接触可能なボス部７２１が設けられている。このボス部７２１には、ステータコア４１の外周縁部に設けられたケース固定部４１１の貫通孔４１２と連通する位置に、ボルト１１が嵌め込まれるボルト穴７２２が軸線方向に開けられている。

実施形態に係る電動機１では、ステータコア４１のケース固定部４１１の貫通孔４１２と、ケース７のボス部７２１に開けられたボルト穴７２２とに、ボルト１１を挿入して、ステータコア４１とケース７とをボルト締結により固定している。これにより、ステータコア４１が界磁ヨーク５を介さずにステータコア４１がケース７に直接固定されるため、ステータ４の締結強度の低下を抑制することができる。

図２は、軸線方向から見たロータ３及びステータ４を部分的に示した図である。ロータコア３１の内部において径方向外側には、軸線方向と直交する断面の形状が長方形状である磁石３２がロータコア３１に埋設されている。また、ロータコア３１の内部において磁石３２よりも径方向内側には、シャフト２に固設されたロータ界磁コア３３が設けられている。

ステータコア４１の外周縁部には、貫通孔４１２を有するケース固定部４１１が設けられている。また、ステータコア４１の内部において径方向外側には、ステータ界磁コア４３が周方向に所定間隔をあけて複数設けられている。ステータ界磁コア４３は、ステータコア４１にあけられた軸線方向に延在する空孔に挿入されており、この際、圧入や焼嵌めなどによってステータコア４１に固定されている。複数のステータ界磁コア４３は、ステータコア４１の内周に周方向にて所定間隔をあけて設けられた、複数のコイルスロット４４間に配置されている。なお、ステータ界磁コア４３の軸線方向と直交する断面の形状は、径方向内側に凸となる略三角形が望ましいが、丸や四角形や楕円でもよい。

実施形態に係る電動機１においては、ステータコア４１の内部にステータ界磁コア４３を設けることによって、ステータコア４１の内部で軸線方向に磁束を通し、ステータコア４１の径方向に磁束が進入する。また、実施形態に係る電動機１おいては、ステータコア４１の外周全周に界磁ヨークが存在しないため、ステータコア４１の面内の磁束の流れが阻害されにくくなる。そのため、実施形態に係る電動機１では、効率良く界磁磁束による増磁作用によってトルクを向上させることができる。また、実施形態に係る電動機１では、円筒状に界磁ヨークを形成しなくてもよいため、簡易に界磁ヨークを成形することができる。

なお、実施形態に係る電動機１では、ステータコア４１の面内の磁束の流れが阻害されトルクが低下するため、ステータコア４１の外周全周に界磁ヨークを設けていないが、ステータコア４１の外周に周方向にて離間して界磁ヨークを複数配置してもよい。

また、実施形態に係る電動機１においては、ステータコア４１の内部にて軸線方向にステータ界磁コア４３を分割して設けてもよい。例えば、実施形態に係る電動機１では、図３に示すように、ステータコア４１の内部における径方向外側に、軸線方向にてステータ界磁コア４３Ａと樹脂部材４５とステータ界磁コア４３Ｂとを並べて配置し、ステータコア４１に埋設してもよい。

１電動機
２シャフト
３ロータ
４ステータ
５Ａ，５Ｂ界磁ヨーク
６界磁コイル
７ケース
８Ａ，８Ｂ玉軸受
１０Ａ，１０Ｂボルト
１１ボルト
３１ロータコア
３２磁石
３３ロータ界磁コア
４１ステータコア
４２ステータコイル
４３ステータ界磁コア
４４コイルスロット
４５樹脂部材
５１Ａ，５１Ｂ端壁部
５２Ａ，５２Ｂ外側壁部
５３Ａ，５３Ｂ内側壁部
７１Ａ，７１Ｂ端壁部
７２外側壁部
４１１ケース固定部
４１２貫通孔
４２１コイルエンド
５１１貫通孔
７１１ボルト穴
７２２ボルト穴

Claims

軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、
前記回転軸部材に設けられた円環状のロータコア、及び、該ロータコアに設けられた磁石を有するロータと、
前記ロータコアに対して前記回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア、該ステータコアに埋設されたステータ界磁コア、及び、該ステータコアに巻き付けられたステータコイルを有するステータと、
前記ステータの軸線方向両端面に沿って延在する界磁ヨークと、
前記ステータコアが固定されたケース部材と、
を備え、
前記ステータ界磁コアは、前記ステータコアの軸線方向両端面から露出して前記界磁ヨークと対向していることを特徴とする電動機。