JP2006311772A

JP2006311772A - 電動機

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Publication number: JP2006311772A
Application number: JP2005134216A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Oki; 俊治大木; Takeshi Ikemi; 健池見
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2025-05-02
Also published as: JP4715291B2

Abstract

【課題】フラックスバリアを備えるロータにおいて、強度を向上できるとともにトルクを向上させることのできる電動機を提供する。
【解決手段】外周に設けられたステータとステータの内周に同軸状に設けられたロータ１とから構成され、ロータが、回転軸に垂直な断面において、極数に応じて、ロータの外周部の円周に沿って設けられた外周表面磁石３とロータの半径方向に沿って設けられた縦磁石４とからなり、縦磁石の内径側に配置されたフラックスバリア５を有する電動機において、１極あたり３箇所以上のブリッジ部６をフラックスバリアに設け、縦磁石の内径側と接するフラックスバリアに設けられたブリッジ部の中心線の延長線（Ａ）が、縦磁石内径側の中心線とロータ中心点とを結ぶ直線（Ｂ）と、ロータの中心点（Ｏ）より外周側の点（Ｃ）で交差するよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、外周に設けられたステータとステータの内周に同軸状に設けられたロータとから構成され、ロータが、回転軸に垂直な断面において、極数に応じて、ロータの外周部の円周に沿って設けられた外周表面磁石とロータの半径方向に沿って設けられた縦磁石とからなり、縦磁石の内径側に配置されたフラックスバリアを有する電動機に関するものである。

従来、外周に設けられたステータとステータの内周に同軸状に設けられたロータとから構成され、ロータが、回転軸に垂直な断面において、極数に応じて、ロータの外周部の円周に沿って設けられた外周表面磁石とロータの半径方向に沿って設けられた縦磁石とからなり、縦磁石の内径側に配置されたフラックスバリアを有する電動機は、種々の構成のものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開２０００−３３３３８９号公報特開２０００−３３３３９０号公報

図１０（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来の電動機における一例の構成を説明するための図である。図１０（ａ）は電動機を構成するロータにおける回転軸に垂直な断面を示し、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の部分を拡大して示している。図１０（ａ）、（ｂ）に示す例において、ロータ１０１は、コア１０２内に、電動機の極数に応じて、ロータ１０１の外周部の円周に沿って設けられた複数の外周表面磁石１０３と、ロータ１０１の半径方向に沿って設けられた複数の縦磁石１０４と、から構成されている。図示しないステータは、ロータ１０１の外周に設けられている。また、縦磁石１０４の内径側に、複数のフラックスバリア１０５を配置している。ここで、フラックスバリア１０５は通常空隙からなるエアギャップが採用される。本例では、フラックスバリア１０５の中央の一箇所に、フラックスバリア１０５を分断するブリッジ部１０６を設けるとともに、箇々のフラックスバリア１０５を直線上に配置している。なお、上述した従来の電動機では、図１０（ｂ）に示すように、ｄ軸磁束とｑ軸磁束とが流れている。

上述した従来の電動機のロータ１０１では、縦磁石１０４の内径側に配置されたフラックスバリア１０５が図１０（ａ）、（ｂ）に示す配置となっていたため、以下のような問題が発生していた。

（１）フラックスバリア１０５のブリッジ部１０６が各フラックスバリア１０５あたり１箇所であるため、モータの急加減速時に発生する慣性力に対し、縦磁石１０４の内径側のコア１０２に曲げ応力が発生し、コア１０２が塑性変形を起こしてしまう。
（２）各フラックスバリア１０５が直線上に配置されており、ロータ１０１の内部空隙に同軸状に配置されるシャフト（図示せず）とフラックスバリア１０５とで囲まれるコア１０２が多角形となっているため、シャフトを通じての伝達トルクが低下してしまう。
（３）縦磁石１０４の内径側にコア１０２が接触しているため、磁石の漏れ磁束が多くトルクが低下する。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、フラックスバリアを備えるロータにおいて、強度を向上できるとともにトルクを向上させることのできる電動機を提供しようとするものである。

本発明の電動機は、外周に設けられたステータとステータの内周に同軸状に設けられたロータとから構成され、ロータが、回転軸に垂直な断面において、極数に応じて、ロータの外周部の円周に沿って設けられた外周表面磁石とロータの半径方向に沿って設けられた縦磁石とからなり、縦磁石の内径側に配置されたフラックスバリアを有する電動機において、１極あたり３箇所以上のブリッジ部をフラックスバリアに設け、縦磁石の内径側と接するフラックスバリアに設けられたブリッジ部の中心線の延長線が、縦磁石内径側の中心線とロータ中心点とを結ぶ直線と、ロータの中心点より外周側で交差するよう構成したことを特徴とするものである。

本発明では、１極あたり３箇所以上のブリッジ部をフラックスバリアに設け、縦磁石の内径側と接するフラックスバリアに設けられたブリッジ部の中心線の延長線が、縦磁石内径側の中心線とロータ中心点とを結ぶ直線と、ロータの中心点より外周側で交差するよう構成することで、モータの急加減速時の慣性力に対し、コアが圧縮・引っ張りで加重を受けることによりコアの強度が向上する。また、縦磁石の内径側でコアが接触している部分が少ないため、縦磁石からの漏れ磁束の磁路長を増加でき、漏れ磁束が減少しトルクが向上する。

なお、本発明の電動機の好適例として、フラックスバリアの内径側を略円周上に配置することができる。このように構成することで、高回転時の遠心力に対し、コアが一様に引っ張られるため、コア内径部の変形が円周を保ち、トルク伝達性が向上する。

また、本発明の電動機の好適例として、フラックスバリアの外径側を縦磁石の短辺方向と略直角に配置することができる。このように構成することで、フラックスバリアの増加によりｄ軸インダクタンス・磁石漏れ磁束を低減させるとともに、ｑ軸インダクタンスの低下を招かず、トルク・出力が向上する。

さらに、本発明の電動機の好適例として、フラックスバリアに積層位置決め用のピン穴（円弧は１／２以上）を設けることができる。このように構成することで、フラックスバリアの一部をピン穴として共用でき、コアの強度低下、ｑ軸インダクタンスの低下を招くことなく、高精度な積層が可能となる。

さらにまた、本発明の電動機の好適例として、フラックスバリアに補助円弧状磁石を配置することができる。このように構成することで、ブリッジ部分が飽和することにより、主磁石磁束を増加させトルクが向上する。また、補助磁石の接着剤により、耐遠心力特性が向上する。

また、本発明の電動機の好適例として、縦磁石の内径側で接するフラックスバリアを断面三角形状とすることができる。このように構成することで、プレス抜き型を高強度化し、型の摩耗を抑えコスト低減を図ることができる。また、工程内着磁時に、着磁磁束の漏れを防止し着磁性を向上することができる。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の電動機における一例の構成を説明するための図である。図１（ａ）は電動機を構成するロータにおける回転軸に垂直な断面を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）の部分を拡大して示している。図１（ａ）、（ｂ）に示す例において、ロータ１は、コア２内に、電動機の極数に応じて、ロータ１の外周部の円周に沿って設けられた複数の外周表面磁石３と、ロータ１の半径方向に沿って設けられた複数の縦磁石４と、から構成されている。図示しないステータは、ロータ１の外周に設けられている。また、縦磁石４の内径側に、複数のフラックスバリア５を配置している。ここで、フラックスバリア５は通常空隙からなるエアギャップが採用される。上述した構成の電動機においては、ステータから発生される回転磁界により、ロータにマグネットトルク及びリラクタンストルクを発生させて、ロータを回転させ、ロータの中心に設けたシャフト（図示せず）を介して回転力を外部に伝達している。

本発明の特徴は、上述した構成において、内径側のフラックスバリア５のレイアウトを改良した点にある。すなわち、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、まず、１極あたりここでは隣り合う縦磁石４の間において、３箇所以上のブリッジ部６ここでは３箇所のブリッジ部６−１、６−２、６−３を、各フラックスバリア５に設けている。また、図１（ｂ）に示すように、縦磁石４の内径側と接するフラックスバリア５に設けられたブリッジ部６−１、６−３の中心線の延長線（Ａ）が、縦磁石４の内径側と接するフラックスバリア５に設けられたブリッジ部１１の中心線とロータ中心点（Ｏ）とを結ぶ直線（Ｂ）と、ロータの中心点（Ｏ）より外周側の点（Ｃ）で交差するよう構成している。

なお、ブリッジ部１１は、縦磁石４を固定するために設けられたもので、フラックスバリア５を区切る部分であり、本発明が対象とするフラックスバリア５に設けたブリッジ部６とは異なるものである。また、本例では、３箇所のブリッジ部６−１、６−２、６−３のうち、上述した（Ａ）〜（Ｃ）の関係を必要とするブリッジ部として、縦磁石４の内径側に接するフラックスバリア５に設けられたブリッジ部すなわちブリッジ部６−１、６−３を対象としており、ブリッジ部６−２は上述した（Ａ）〜（Ｃ）の関係を有している必要はない。

図１（ａ）、（ｂ）に示す本発明の電動機では、上述した（Ａ）〜（Ｃ）の関係を有するブリッジ部を含む３箇所以上のブリッジ部６をフラックスバリア５に設けているため、モータの急加減速時の慣性力に対し、コア２が圧縮・引っ張りで加重を受けることによりコア２の強度を向上させることができる。また、縦磁石４の内径側でコア２が接触している部分が少ないため、縦磁石４からの漏れ磁束の磁路長を増加でき、漏れ磁束が減少しトルクを向上させることができる。

図２（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の電動機における他の例の構成を説明するための図である。図２（ａ）〜（ｄ）に示す例において、図１（ａ）、（ｂ）に示す部材と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図２（ａ）に示す例では、図１（ａ）、（ｂ）で設けた外周表面磁石３を設けずにロータ１を構成している。図２（ｂ）に示す例では、図１（ａ）、（ｂ）の断面が直線形状の外周表面磁石３に代えて、断面が円弧形状の外周表面磁石３を設けている。図２（ｃ）に示す例では、図１（ａ）、（ｂ）に示す構成に加えて、外周表面磁石３の両端部及び縦磁石３の外周側端部に、内径側のフラックスバリア５とは異なるフラックスバリア１２、１３を設けている。図２（ｄ）に示す例では、図２（ｃ）に示す縦磁石３の外周側端部に設けたフラックスバリア１３を、コア２の外周端部まで連続して構成している。いずれの例においても、縦磁石４の内径側のフラックスバリア５の構成により、本発明の効果を得ることができる。

図３〜図９はそれぞれ本発明の電動機における好適な一例の構成を説明するための図である。図３〜図９に示す例において、図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）〜（ｄ）に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本発明の好適な一例として、図３に示す例では、フラックスバリア５の内径側を略円周上の線（Ｄ）に沿って配置している。本例では、フラックスバリア５の内径側を略円周形状とすることで、ロータ１の高回転時の遠心力に対し、コア２が一様に引っ張られるため、コア２の内径部の変形が円周を保ち、トルク伝達性を向上させることができる。

本発明の好適な他の例として、図４に示す例では、フラックスバリア５の外径側を縦磁石４の短辺方向と略直角の線（Ｅ）に沿って配置している。フラックスバリア５の外径側を縦磁石の短辺に沿った直線形状とすることで、フラックスバリア５の断面積が増加するため、ｄ軸インダクタンス・磁石漏れ磁束を低減させることができるとともに、ｑ軸インダクタンスの低下を招かず、トルク・出力を向上させることができる。

本発明の好適なさらに他の例として、図５及び図６に示す例では、フラックスバリア５に積層位置決め用のピン穴１４（円弧は１／２以上）を設けている。ここで、図５に示す例では、円形状のピン穴１４を示すとともに、図６に示す例では、内径側が直線形状で外径側が円形状のピン穴１４を示している。本例では、フラックスバリア５に積層位置決め用のピン穴１４を設けることで、フラックスバリア５の一部をピン穴１４として共用でき、コア２の強度低下、ｑ軸インダクタンスの低下を招くことなく、高精度な積層が可能となる。なお、図５及び図６に示す例では、ピン穴１４をフラックスバリア５の一部に設けることで、４箇所のブリッジ部６−１〜６−４を形成している。

本発明の好適なさらに他の例として、図７に示す例では、フラックスバリア５に補助円弧状磁石１５を配置している。本例では、フラックスバリア５に補助円弧状磁石１５を設けることで、ブリッジ部６の部分が飽和することにより、主磁石磁束を増加させることができる。

本発明の好適なさらに他の例として、図８及び図９に示す例では、縦磁石４の内径側で接するフラックスバリア１６を断面三角形状としている。ここで、図８に示す例では、断面三角形状のフラックスバリア１６を１つ設けた例を示し、図９に示す例では、断面三角形状のフラックスバリアとして２つのフラックスバリア１６−１（内径側で接する）及び１６−２（１６−１と対向する）を設けた例を示している。本例では、縦磁石４の内径側で接するフラックスバリア１６を断面三角形状とすることで、プレス抜き型を高強度化し、型の摩耗を抑えコスト低減を図ることができる。また、縦磁石４の内径部に接する部分の大部分（両端の一部は固定のためコア２と接している）がフラックスバリア１６と接するため、工程内着磁時に、着磁磁束の漏れを防止し、着磁性を向上することができる。

本発明の電動機によれば、１極あたり３箇所以上のブリッジ部をフラックスバリアに設け、縦磁石の内径側と接するフラックスバリアに設けられたブリッジ部の中心線の延長線が、縦磁石内径側の中心線とロータ中心点とを結ぶ直線と、ロータの中心点より外周側で交差するよう構成することで、フラックスバリアを備えるロータにおいて、強度を向上させるとともにトルクを向上させる用途に好適に用いることができる。

（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の電動機における一例の構成を説明するための図である。（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の電動機における他の例の構成を説明するための図である。本発明の電動機における好適な一例の構成を説明するための図である。本発明の電動機における好適な他の例の構成を説明するための図である。本発明の電動機における好適なさらに他の例の構成を説明するための図である。本発明の電動機における好適なさらに他の例の構成を説明するための図である。本発明の電動機における好適なさらに他の例の構成を説明するための図である。本発明の電動機における好適なさらに他の例の構成を説明するための図である。本発明の電動機における好適なさらに他の例の構成を説明するための図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来の電動機における一例の構成を説明するための図である。

符号の説明

１ロータ
２コア
３外周表面磁石
４縦磁石
５、１２、１３、１６、１６−１、１６−２フラックスバリア
６、６−１〜６−４、１１ブリッジ部
１４積層位置決め用のピン穴
１５補助円弧状磁石

Claims

外周に設けられたステータとステータの内周に同軸状に設けられたロータとから構成され、ロータが、回転軸に垂直な断面において、極数に応じて、ロータの外周部の円周に沿って設けられた外周表面磁石とロータの半径方向に沿って設けられた縦磁石とからなり、縦磁石の内径側に配置されたフラックスバリアを有する電動機において、１極あたり３箇所以上のブリッジ部をフラックスバリアに設け、縦磁石の内径側と接するフラックスバリアに設けられたブリッジ部の中心線の延長線が、縦磁石内径側の中心線とロータ中心点とを結ぶ直線と、ロータの中心点より外周側で交差するよう構成したことを特徴とする電動機。
フラックスバリアの内径側を略円周上に配置することを特徴とする請求項１に記載の電動機。
フラックスバリアの外径側を縦磁石の短辺方向と略直角に配置することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
フラックスバリアに積層位置決め用のピン穴を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機。
フラックスバリアに補助円弧状磁石を配置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動機。
縦磁石の内径側で接するフラックスバリアを断面三角形状とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機。