JP2006014473A

JP2006014473A - モータ

Info

Publication number: JP2006014473A
Application number: JP2004187426A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Fukushima; 智宏福島; Masashi Sakuma; 昌史佐久間
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-01-12
Also published as: KR20060049698A; EP1610443A1; US7279821B2; US20050285468A1; CN1713484A

Abstract

【課題】モータ軸長を短くすることができるモータを提供すること。
【解決手段】第１の磁石２２が埋め込まれたロータコア２１を軸方向の両側から一対のエンドプレート２３で挟持したロータ２０を備えるモータにおいて、エンドプレート２３に埋め込まれるとともに、軸方向に磁束を供給する第２の磁石２３ｃを備えることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータ軸長を短くすることができるモータに関する。

ステータコアにコイルが巻回されたステータの内周側に所定の間隔をあけて、永久磁石が埋め込まれたロータが配置されてなるブラシレスモータが電気自動車に使用されている。ステータコアは、円筒状に形成された外周部の内周側に突出した複数のティース部を一体的に設けて構成される。コイルは、ステータコアのティース部に巻回される。コイルのステータコアから軸方向に飛び出した部分は、一般にコイルエンドと呼ばれる。ロータは、複数の永久磁石が埋め込まれたロータコアをシャフトに一体的に取り付けて構成され、ステータの内周側に挿入配置される。コイルに適宜に通電することにより、電磁力によってロータが回転する。

このようなロータを備える従来のブラシレスモータについて図面を用いて説明する。図１５を参照すると、ロータ１２０は、ロータコア１２１、永久磁石１２２、エンドプレート１２３、シャフト１２４、リベット１２５を備える。ロータコア１２１は、複数のコアプレート１２６を積層した積層体であり、軸方向の両側から一対のエンドプレート１２３で挟持されており、複数のリベット１２５により一体的に固定される。コアプレート１２６は、珪素鋼板等の鋼板を打ち抜き成形することにより、中央部に形成されたシャフト１２４用の貫通孔１２６ａと、該貫通孔１２６ａの外周側に形成されたリベット１２５用の複数の貫通孔１２６ｂと、該貫通孔１２６ｂのさらに外周側に形成された永久磁石１２２用の複数の貫通孔１２６ｃを有する。永久磁石１２２は、コアプレート１２６の貫通孔１２６ｃに挿入して固定される。エンドプレート１２３は、中央部に形成されたシャフト１２４用の貫通孔１２３ａと、該貫通孔１２３ａの外周側に形成されたリベット用の複数の貫通孔１２３ｂと、を有する。リベット１２５は、エンドプレート１２３の貫通孔１２３ｂ、コアプレート１２６の貫通孔１２６ｂのそれぞれに挿通され、各エンドプレート１２３から突出した両先端部がかしめられる。

特開２０００−１８４６４５号公報

ここで、従来のブラシレスモータは、ステータコア１１１、ロータコア１２１、及び永久磁石１２２に、回転軸の垂直断面方向の磁束を流し、回転トルクを得ている。すなわち、コイルエンド１１２ａ及びエンドプレート１２３により回転軸方向にできるスペースには、有効にトルクを発生させる磁束は流れていない。ゆえに、従来のモータにおいては、このスペースは、トルク発生に寄与していなかった。そのため、コイルエンド１１２ａ又はエンドプレート１２３の回転軸方向の厚さ分、モータの軸長が伸びていた。なお、エンドプレートは、ロータコアに収容された永久磁石の軸方向の保持を担っている。

本発明の第１の目的は、モータ軸長を短くすることができるモータを提供することである。

本発明の第２の目的は、トルクを増加させることができるモータを提供することである。

本発明の第１の視点においては、第１の磁石が埋め込まれたロータコアを軸方向の両側から一対のエンドプレートで挟持したロータを備えるモータにおいて、前記エンドプレートに埋め込まれるとともに、軸方向に磁束を供給する第２の磁石を備えることを特徴とする。

また、本発明の前記モータにおいて、前記第２の磁石は、前記第１の磁石と接触する位置に配されることが好ましい。

また、本発明の前記モータにおいて、前記第２の磁石は、前記第１の磁石の外周側に位置する前記ロータコアの部位と接触する位置に配され、前記第２の磁石の極数は、片側の前記エンドプレートにつき、前記第１の磁石と同数であり、前記第２の磁石の前記ロータコア側の極性は、対応する前記第１の磁石の外周側の極性と同一であることが好ましい。

また、本発明の前記モータにおいて、前記エンドプレートは、前記第２の磁石反ロータ側の部位について軟磁性材よりなり、かつ、少なくとも前記第１の磁石と対応する部位に非磁性部を有することが好ましい。

また、本発明の前記モータにおいて、前記エンドプレートは、前記第２の磁石以外の部位について、前記ロータコア側の部位に非磁性材よりなる非磁性材部を有し、かつ、外部側の部位に軟磁性材よりなる軟磁性材部を有することが好ましい。

また、本発明の前記モータにおいて、前記軟磁性材は、粉体コアであることが好ましい。

また、本発明の前記モータにおいて、前記第２の磁石は、クサビ状に形成され、前記エンドプレートは、前記第２の磁石の形状に対応する収容部を有し、前記第２の磁石を軸方向から前記エンドプレートにはめ込み可能に構成することが好ましい。

本発明（請求項１〜７）によれば、エンドプレートがトルク発生に寄与できるようになるため、ロータコアの積厚を薄くすることが可能であり、モータ軸長を短縮することができる。

本発明（請求項６）によれば、粉体コアにより鉄損の増加を抑えることができるので、エンドプレートでの鉄損の増加を抑えることができる。

本発明（請求項７）によれば、エンドプレートの外径を増加させる飛散防止管などが不要のため、その分、エンドプレートに埋め込まれた永久磁石を外周側に拡大できる。

（実施形態１）
本発明の実施形態１について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係るモータの構成を模式的に示した断面図である。図２は、本発明の実施形態１に係るモータのステータコアの構成を模式的に示した平面図である。図３は、本発明の実施形態１に係るモータのロータの構成を模式的に示した部分拡大断面図である。図４は、本発明の実施形態１に係るモータのエンドプレートの構成を模式的に示した（図３の）ａ方向から見たときの部分拡大平面図である。図５は、本発明の実施形態１に係るモータのエンドプレートの構成を模式的に示した（図３の）ｂ方向から見たときの部分拡大平面図である。図６は、本発明の実施形態１に係るモータのエンドプレートの構成を模式的に示した（図３の）ｃ方向から見たときの部分拡大平面図である。図７は、本発明の実施形態１に係るモータのコアプレートの構成を模式的に示した（図３の）ｄ方向から見たときの部分拡大平面図である。

図１を参照すると、このモータは、ブラシレスタイプのモータであり、ステータ１０と、ロータ２０と、ケーシング３０と、を有する。

ステータ１０は、全体として円環状ないし円筒状に構成され、ステータコア１１と、コイル１２と、を有する。

ステータコア１１は、珪素鋼板等を打ち抜いて作製された複数枚のステータ鋼板（図示せず）を積層してかしめられている。ステータコア１１の外周部１１ａから内径側に８つのティース部１１ｂが突出している（図２参照）。隣り合うティース部１１ｂ間の空間には、スロット部１１ｃが形成されている（図２参照）。なお、実施形態１では、ティース部１１ｂ、スロット部１１ｃはそれぞれ８つ設けられているが、その数や形状には特に限定されず、設計により任意に設定できる。また、実施形態１では、ステータコア１１は複数枚のステータ鋼板を積層して形成されているが、鋼材から加工したり、焼結金属で製造するなど一体で形成されたものでもよい。

ティース部１１ｂには、スロット部１１ｃに通されたコイル１２が巻装されている。コイル１２のステータコア１１から軸方向に飛び出した部分は、コイルエンド１２ａである。コイル１２の端は、ターミナル（図示せず）を介して端子（図示せず）に結合されている。端子は、外部からの電源を供給するために設けられている。なお、ステータコア１１、コイル１２、ターミナルは、絶縁性の封止材（図示せず）によりモールドしてもよい。また、コイル１２で発生した熱を効率よくステータコア１１に伝えるために、ティース部１１ｂとコイル１２の間にできる隙間に、熱伝導性を有するインシュレータ（図示せず）を配設するようにしてもよい。

コイル１２に用いられるコイル素線には、被覆線が用いられ、ティース部１１ｂに必要回数巻回される。コイル素線の材質には、銅、アルミニウム、黄銅等の導電性材料が用いられる。

ロータ２０は、複数の永久磁石２２が埋め込まれたロータコア２１をシャフト２４に一体的に取り付けて構成され、ステータ１０の内周側に挿入配置される。ロータ２０は、ロータコア２１、永久磁石２２、エンドプレート２３、シャフト２４、リベット２５を有する。

ロータコア２１は、複数のコアプレート２６を積層した積層体であり、軸方向の両側から一対のエンドプレート２３で挟持されており、複数のリベット２５により一体的に固定される。

コアプレート２６は、珪素鋼板等の鋼板を打ち抜き成形することにより、中央部に形成されたシャフト２４用の貫通孔２６ａと、該貫通孔２６ａの外周側に形成されたリベット２５用の複数の貫通孔２６ｂと、該貫通孔２６ｂのさらに外周側に形成された永久磁石２２用の複数の貫通孔２６ｃを有する。貫通孔２６ｃにおいて、永久磁石２２で満たされていない領域（永久磁石２２の両側端部）に空所２６ｄを有する。

永久磁石２２は、コアプレート２６の貫通孔２６ｃに挿入して固定される。

エンドプレート２３は、中央部に形成されたシャフト２４用の貫通孔２３ａと、該貫通孔２３ａの外周側に形成されたリベット用の複数の貫通孔２３ｂと、を有する。エンドプレート２３には、ロータコア２１側の部位に複数の永久磁石２３ｃが埋め込まれている。エンドプレート２３は、永久磁石２３ｃ以外の部分について軟磁性材（例えば、鉄など）よりなる。エンドプレート２３の厚さは、永久磁石２３ｃの磁束により磁気飽和が発生しない程度とすることが望ましい（図５参照）。永久磁石２３ｃの内周側の面とエンドプレート２３の軟磁性材部との間に非磁性部となる空所２３ｄを有する。空所２３ｄは、（ロータコア２１に埋め込まれた）永久磁石２２からの磁束漏れを防止するためのものであり、少なくとも永久磁石２２の軸方向の端面のうち、永久磁石２２と永久磁石２３ｃとが接触する領域以外の領域を含むように配される（図３〜７参照）。

永久磁石２３ｃは、（ロータコア２１に埋め込まれた）永久磁石２２の外周側に位置するロータコア２１の部位と接触する位置に配され、永久磁石２３ｃの一部は、永久磁石２２よりも外周側に配される（図３〜６参照）。永久磁石２３ｃは、軸方向に着磁されている。永久磁石２３ｃの極数は、片側のエンドプレート２３につき（ロータコア２１に埋め込まれた）永久磁石２２と同数である。永久磁石２３ｃのロータコア２１側の極性は、対応する永久磁石２２の外周側の極性と同一である。すなわち、永久磁石２２が外周方向に着磁している場合は永久磁石２３ｃを永久磁石２２側の方向に着磁するように配置し、永久磁石２２が内周方向に着磁している場合は永久磁石２３ｃを永久磁石２２側の方向と反対の方向に着磁するように配置する（図３、図６及び図７参照）。

シャフト２４は、ボールベアリング３２を介して各プレート３１に回転自在に支持されている。

リベット２５は、エンドプレート２３の貫通孔２３ｂ、コアプレート２６の貫通孔１２６ｂのそれぞれに挿通され、各エンドプレート２３から突出した両先端部がかしめられる。

ケーシング３０は、ステータ１０の外周を囲んだ円筒状の部材であり、その軸方向の両端部にそれぞれプレート３１を有する。

次に、実施形態１に係るモータのトルクと従来例に係るモータ（図１５参照）のトルクの違いについて説明する。図８は、本発明の実施形態１に係るモータのトルクと従来例に係るモータのトルクの違いを説明するためのグラフである。トルクは、ＦＥＭ（Finite Element Method）磁場解析により計算したものである。実施形態１と従来例について同じサイズ（ステータ外径φ１９０ｍｍ、コア積厚４５ｍｍ）のモータを比較した場合、実施形態１に係るモータのトルクは、従来例に係るモータのトルクに比べ１．０７となった。

実施形態１によれば、（ロータコア２１に埋め込まれた）永久磁石２２の磁束漏れを防止しつつ、（エンドプレート２３に埋め込まれた）永久磁石２３ｃの磁束を永久磁石２２に加えることができる。すなわち、トルクを増加させることができる。また、従来、トルク発生に寄与することのできなかったエンドプレートが、トルク発生に寄与できるようになるため、ロータコアの積厚を薄くすることが可能であり、モータ軸長を短縮することができる。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について図面を用いて説明する。図９は、本発明の実施形態２に係るモータの構成を模式的に示した断面図である。図１０は、本発明の実施形態２に係るモータのロータの構成を模式的に示した部分拡大断面図である。図１１は、本発明の実施形態２に係るモータのエンドプレートの構成を模式的に示した（図１０の）ａ方向から見たときの部分拡大平面図である。図１２は、本発明の実施形態２に係るモータのエンドプレートの構成を模式的に示した（図１０の）ｂ方向から見たときの部分拡大平面図である。図１３は、本発明の実施形態２に係るモータのエンドプレートの構成を模式的に示した（図１０の）ｃ方向から見たときの部分拡大平面図である。図１４は、本発明の実施形態２に係るモータのコアプレートの構成を模式的に示した（図１０の）ｄ方向から見たときの部分拡大平面図である。

実施形態２に係るモータは、エンドプレートの構成が実施形態１に係るモータと異なる。実施形態２に係るモータのエンドプレート２３では、永久磁石２３ｃ以外の部位を２種類の材料とし、ロータコア２１側の部位を非磁性材（例えば、ステンレス、アルミ合金、銅合金、セラミックスなど）を用いた非磁性材部２３ｆとし、外部側の部位を軟磁性材（例えば、鉄など）を用いた軟磁性材部２３ｅとしている（図９参照）。軟磁性材部２３ｅの厚さは、永久磁石２３ｃの磁束により磁気飽和が発生しない程度とすることが望ましい（図１２参照）。つまり、実施形態２に係るモータのエンドプレート２３では、（ロータコア２１に埋め込まれた）永久磁石２２の磁束漏れを防止するために、実施形態１に係るモータのエンドプレートの空所（図３の２３ｄ参照）から非磁性材部２３ｆに変えたものである（図１０参照）。その他の構成は、実施形態１と同様である。実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３について説明する。実施形態３に係るモータでは、実施形態１、実施形態２に係るモータのエンドプレート（図３の２３、図１０の２３）において、軟磁性材部（図３の２３のうち永久磁石２３ｃを除く部分、図１０の２３ｅ）に粉体コアを用いる。なお、粉体コアは、絶縁を施した磁性材の粉を押し固めたものである。ここで、エンドプレートに磁性材を用いた場合、エンドプレートの磁束密度が高くなるため、エンドプレートでの鉄損が増加する。したがって、通常の鉄などに比べ、粉体コアは、絶縁層を持つため、鉄損の増加を抑えることができる。よって、実施形態３によれば、エンドプレートでの鉄損の増加を抑えることができる。

（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４について説明する。実施形態１〜３に係るモータにおいて、エンドプレートに埋め込まれた永久磁石（図６の２３ｃ、図１３の２３ｃ）のクサビ状に形成し、エンドプレート（図６の２３、図１３の２３）に当該永久磁石の形状に対応する収容部を形成する。つまり、永久磁石を軸方向からエンドプレートにはめ込んで固定できるようにする。ここで、ロータコアに埋め込まれた永久磁石の外周側に位置するロータコアの部位と、エンドプレートに埋め込まれた永久磁石の接触面積が大きいほうが、磁石の利用率（磁石単位体積あたりのトルク）を下げずにトルクアップ効果を大きくすることができる。エンドプレート磁石を含む磁気回路の磁気抵抗を増やさずにエンドプレート磁石を拡大できるためである。また、組み付け性の要求から、エンドプレートの外径は、ロータコアの外径以下であることが望ましい。エンドプレート組み付け済みのロータをステータに軸方向から組み付けやすくするためである。実施形態４によれば、エンドプレートの外径を増加させる飛散防止管などが不要のため、その分、エンドプレートに埋め込まれた永久磁石を外周側に拡大できる。

本発明の実施形態１に係るモータの構成を模式的に示した断面図である。本発明の実施形態１に係るモータのステータコアの構成を模式的に示した平面図である。本発明の実施形態１に係るモータのロータの構成を模式的に示した部分拡大断面図である。本発明の実施形態１に係るモータのエンドプレートの構成を模式的に示した（図３の）ａ方向から見たときの部分拡大平面図である。本発明の実施形態１に係るモータのエンドプレートの構成を模式的に示した（図３の）ｂ方向から見たときの部分拡大平面図である。本発明の実施形態１に係るモータのエンドプレートの構成を模式的に示した（図３の）ｃ方向から見たときの部分拡大平面図である。本発明の実施形態１に係るモータのコアプレートの構成を模式的に示した（図３の）ｄ方向から見たときの部分拡大平面図である。本発明の実施形態１に係るモータのトルクと従来例に係るモータのトルクの違いを説明するためのグラフである。本発明の実施形態２に係るモータの構成を模式的に示した断面図である。本発明の実施形態２に係るモータのロータの構成を模式的に示した部分拡大断面図である。本発明の実施形態２に係るモータのエンドプレートの構成を模式的に示した（図１０の）ａ方向から見たときの部分拡大平面図である。本発明の実施形態２に係るモータのエンドプレートの構成を模式的に示した（図１０の）ｂ方向から見たときの部分拡大平面図である。本発明の実施形態２に係るモータのエンドプレートの構成を模式的に示した（図１０の）ｃ方向から見たときの部分拡大平面図である。本発明の実施形態２に係るモータのコアプレートの構成を模式的に示した（図１０の）ｄ方向から見たときの部分拡大平面図である。従来例に係るモータの構成を模式的に示した断面図である。

符号の説明

１０、１１０ステータ
１１、１１１ステータコア
１１ａ外周部
１１ｂティース部
１１ｃスロット部
１２、１１２コイル
１２ａ、１１２ａコイルエンド
２０、１２０ロータ
２１、１２１ロータコア
２２、１２２永久磁石（第１の磁石）
２３、１２３エンドプレート
２３ａ、１２３ａ（シャフト用）貫通孔
２３ｂ、１２３ｂ（リベット用）貫通孔
２３ｃ永久磁石（第２の磁石）
２３ｄ空所
２３ｅ軟磁性材部
２３ｆ非磁性材部
２４、１２４シャフト
２５、１２５リベット
２６、１２６コアプレート
２６ａ、１２６ａ（シャフト用）貫通孔
２６ｂ、１２６ｂ（リベット用）貫通孔
２６ｃ、１２６ｃ（永久磁石用）貫通孔
２６ｄ空所
３０、１３０ケーシング
３１、１３１プレート
３２、１３２ボールベアリング

Claims

第１の磁石が埋め込まれたロータコアを軸方向の両側から一対のエンドプレートで挟持したロータを備えるモータにおいて、
前記エンドプレートに埋め込まれるとともに、軸方向に磁束を供給する第２の磁石を備えることを特徴とするモータ。
前記第２の磁石は、前記第１の磁石と接触する位置に配されることを特徴とする請求項１記載のモータ。
前記第２の磁石は、前記第１の磁石の外周側に位置する前記ロータコアの部位と接触する位置に配され、
前記第２の磁石の極数は、片側の前記エンドプレートにつき、前記第１の磁石と同数であり、
前記第２の磁石の前記ロータコア側の極性は、対応する前記第１の磁石の外周側の極性と同一であることを特徴とする請求項１又は２記載のモータ。
前記エンドプレートは、前記第２の磁石の反ロータ側の部位について軟磁性材よりなり、かつ、少なくとも前記第１の磁石と対応する部位に非磁性部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のモータ。
前記エンドプレートは、前記第２の磁石以外の部位について、前記ロータコア側の部位に非磁性材よりなる非磁性材部を有し、かつ、外部側の部位に軟磁性材よりなる軟磁性材部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のモータ。
前記軟磁性材は、粉体コアであることを特徴とする請求項４又は５記載のモータ。
前記第２の磁石は、クサビ状に形成され、
前記エンドプレートは、前記第２の磁石の形状に対応する収容部を有し、
前記第２の磁石を軸方向から前記エンドプレートにはめ込み可能に構成したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載のモータ。