JP2010206944A - 永久磁石電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を向上することができ、かつ、高トルク化を図ることができる永久磁石電動機を提供する。
【解決手段】磁性板材５５が積層されたロータコア５６と、ロータコア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部２２と、ロータ部を囲繞するステータ部２１と、を備えた永久磁石電動機において、開口部に、ロータコアの径方向に沿うように開口部を二分割するリブ６０が設けられ、開口部におけるロータコアの径方向外側部分に、リブからロータコアの周方向に直線部６３が形成されるとともに、直線部の終端部から開口部の周方向端部までの間に面取り部６４が形成され、永久磁石が、リブを介して２分割されて開口部内に保持される際に、開口部におけるロータコアの径方向外側部分で、かつ、ロータコアの周方向両端部近傍において、直線部および面取り部と一点ずつ接触するように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、永久磁石電動機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部と、ロータ部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部とを備えた永久磁石電動機が知られている。このような永久磁石電動機においては、電動機の高トルク化やトルク脈動抑制を図り、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および特許文献２参照）。

特許文献１の永久磁石形モータは、永久磁石を回転軸直角方向断面が内径側と外径側との両方に凸となる形状とするとともに、永久磁石の各磁極における磁気配向の焦点を回転子の外側になるように構成したものである。

また、特許文献２の永久磁石式同期モータは、永久磁石が幅方向に延びる直線部、該直線部の両端に形成され、互いに近接する側に向けて斜め外方に延びるテーパ部、および該両テーパ部間を結ぶ円弧部を備え、かつ、ロータ鉄心に形成された穴の両端に形成され、互いに近接する側に向けて斜め外方に延びる両テーパ部によって支持されるように構成され、ロータを回転させたときに、遠心力が穴のテーパ部に加わるが、円弧部には加わらないように構成したものである。

国際公開第０１／４３２５９号パンフレット 特開平１０−２９５０５１号公報

ところで、上述した特許文献１の永久磁石形モータでは、高トルク化を図るために永久磁石を大きくすると、ロータコアの強度が不足してしまう問題があった。また、モータ駆動中に発生するトルクリップルの低減を図るには、ロータコアの外周面に切欠部を形成することが有効であるが、永久磁石におけるステータとの対向面が単一の曲率半径で形成されていると、切欠部を形成した箇所の強度が不足し、その強度不足を解消するために永久磁石をステータから離れる方向に移動させて配置すると、電動機の性能が低下するという問題があった。
また、特許文献２の永久磁石式同期モータにおいても、高トルク化を図るために永久磁石を大きくすると、ロータコアの強度が不足してしまう問題があった。
さらに、特許文献１および特許文献２に用いている永久磁石は、外形が円弧状に形成された部分を有しているため、永久磁石の加工に手間がかかり生産性が悪いという問題がある。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、生産性を向上することができ、かつ、高トルク化を図ることができる永久磁石電動機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、複数の磁性板材（例えば、実施形態における磁性板材５５）が積層されたロータコア（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（例えば、実施形態における出力軸２４）回りに回転可能に支持されたロータ部（例えば、実施形態におけるロータ部２２）と、該ロータ部を囲繞するように配されたステータ部（例えば、実施形態におけるステータ部２１）と、を備えた永久磁石電動機（例えば、実施形態におけるモータ２３）において、前記開口部に、前記ロータコアの径方向に沿うように該開口部を二分割するリブ（例えば、実施形態におけるリブ６０）が設けられ、前記開口部における前記ロータコアの径方向外側部分に、前記リブから前記ロータコアの周方向に直線部（例えば、実施形態における第三直線部６３）が形成されるとともに、該直線部の終端部から前記開口部の周方向端部までの間に面取り部（例えば、実施形態における面取り部６４）が形成され、前記永久磁石が、前記リブを介して２分割されて前記開口部内に保持される際に、前記開口部における前記ロータコアの径方向外側部分で、かつ、前記ロータコアの周方向両端部近傍において、前記直線部および前記面取り部と一点ずつ接触するように構成されていることを特徴としている。

請求項２に記載した発明は、前記開口部における前記直線部と前記面取り部とが連結される角部に対応する位置の径方向外側部分に、角除け部（例えば、実施形態における角除け部９０）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、前記角除け部に、前記永久磁石を前記開口部内に保持するための充填剤（例えば、実施形態における接着剤Ｓ）が充填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、前記ロータコアの外周縁における前記開口部の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）を形成し、前記永久磁石における前記切欠部に対応した位置に面取り部（例えば、実施形態におけ面取り部７４）を形成したことを特徴としている。

請求項５に記載した発明は、前記切欠部の最深部（例えば、実施形態における最深部８７）が、前記永久磁石と前記開口部の前記面取り部との接触点より前記リブ側に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、前記開口部における前記直線部と前記面取り部とが連結される角部に対応する位置の径方向外側部分に角除け部が形成されており、該角除け部は前記直線部方向に偏って形成されてい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、永久磁石電動機を駆動させて、ロータ部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、その接触点の一方をリブの近傍（直線部端部）に設定し、他方を開口部の面取り部端部に設定したため、ロータコアの径方向外側に受ける力を振り分けて支持することができ、ロータコア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、永久磁石電動機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、開口部に直線部および面取り部を形成することにより、開口部におけるロータコアの径方向外側部分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部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、永久磁石電動機の高出力化を図ることができる。
さらに、平面視長方形の直方体形状の永久磁石に対して、角部を面取りするだけで所望の永久磁石を製造することができるため、容易に永久磁石を製造することができ、生産性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、永久磁石と開口部の角部とが接触することで開口部が破壊するのを防止することができる。したがって、角除け部を形成することで、ロータコアの強度を確保することができる。

請求項３に記載した発明によれば、角除け部内に充填剤を充填することにより、永久磁石と開口部の角部とが接触することで開口部が破壊するのをより確実に防止することができる。したがって、角除け部に充填剤を充填することで、ロータコアの強度をより確実に確保することができる。

請求項４に記載した発明によれば、ロータコアに切欠部を形成するとともに、永久磁石における切欠部に対応した位置に面取り部を形成することで、トルクリップルを低減することが可能となる。

請求項５に記載した発明によれば、永久磁石と開口部との接触点に生ずる遠心力（応力）が切欠部に影響するのを防ぐことができる。したがって、ロータコアの強度を確保しつつ、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、永久磁石と開口部の角部とが接触することで開口部が破壊するのを防止することができる。また、角除け部を直線部方向側に形成することにより、切欠部と開口部の面取り部との間のロータコアの厚さを確保することができる。したがって、角除け部を直線部方向側に偏って形成することで、ロータコアの強度を確保することができる。

本発明の実施形態におけるパワートレイン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部の正面図である。 図２のＡ部拡大図である。

次に、本発明の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。なお、本実施形態では車両用パワートレインに採用した永久磁石電動機について説明する。
図１は車両用パワートレインの概略構成断面図である。図１に示すように、車両用パワートレイン（以下、パワートレインという。）１０は、ステータ部２１およびロータ部２２を備えたモータ(永久磁石電動機)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、ミッションハウジング１２は、モータハウジング１１に締結された共用ハウジング１２Ａと、共用ハウジング１２Ａに締結されたギアハウジング１２Ｂとで構成されている。また、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内で、ブリーザ通路３５よりも内周側には、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のステータ部２１を全周覆うように設けられている。また、ステータ部２１は、モータハウジング１１に焼き嵌めされており、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、パワートレイン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、パワートレイン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からパワートレイン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、ロータ部２２の構成について図２、図３を用いて説明する。図２はロータ部の正面図であり、図３はロータ部の部分拡大図（図２のＡ部）である。図２に示すように、ロータ部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。ロータ部２２はコイルが巻回されたステータ部２１と所定間隔を空けて対向配置されている。

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におけるステータ部２１側（外径側）の端部から第一直線部６１に対して略直角方向より若干径方向外側に傾斜した向きに延設された第三直線部６３と、第三直線部６３の端部からロータコア５６の外周縁に沿うようにさら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の端部と面取り部６４の端部との間には、接着剤Ｓを充填するための充填用切欠部６５が形成されて端部同士が繋がっている。

ここで、第三直線部６３と面取り部６４とが連結される角部には、径方向外側方向に張り出された角除け部９０が形成されている。また、角除け部９０は第三直線部６３方向に偏って形成されている。

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の第三直線部６３に対応し、第一直線部７１に対して略直角方向に延設された第三直線部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四直線部７５と、を有している。
なお、第三直線部７３と面取り部７４との境界を角部７６とする。つまり、右側永久磁石５８Ａは、略直方体形状の永久磁石の一つの角部を面取りして面取り部７４を形成するだけで製造することができる。

本実施形態では、右側開口部５７Ａに右側永久磁石５８Ａを挿入したときに、右側開口部５７Ａにおけるロータコア５６の外周縁側、つまり、第三直線部６３および面取り部６４において、右側永久磁石５８Ａと２点で接触するように構成されている。
具体的には、右側開口部５７Ａにおける第一直線部６１と第三直線部６３との境界近傍の第一接触点８１、および面取り部６４における角除け部９０が形成された側の反対側の端部近傍の第二接触点８２において、右側開口部５７Ａと右側永久磁石５８Ａとが接触している。つまり、右側開口部５７Ａの第三直線部６３と右側永久磁石５８Ａの第三直線部７３との傾きは異なっており、右側開口部５７Ａの面取り部６４と右側永久磁石５８Ａの面取り部７４との傾きは異なっている。

そして、右側永久磁石５８Ａを右側開口部５７Ａに挿入して、充填用切欠部６５および角除け部９０から接着剤Ｓを開口部内に充填することで、右側永久磁石５８Ａを右側開口部５７Ａ内に固着させている。

また、ロータコア５６の外周縁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のテーパ部６４と略平行になるように形成されている。また、切欠部８５の最深部８７は、第二接触点８２よりもリブ６０側に位置するように形成されている。

さらに、角除け部９０は、切欠部８５が形成されている位置と周方向にずれた位置で、最深部９１がリブ６０側に偏った方向になるように形成されている。つまり、最深部９１が第三直線部６３の面取り部６４側の端部よりも周方向リブ６０側に寄った位置になるように角除け部９０が形成されている。

本実施形態によれば、モータ２３を駆動させてロータ部２２が回転すると、ロータコア５６の径方向外側に向かって遠心力が働く。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（第一接触点８１および第二接触点８２）にも遠心力が働くが、第一接触点８１をリブ６０の近傍（第三直線部６３の端部）になるように設定し、第二接触点８２を開口部５７の面取り部６４の端部になるように設定した。
したがって、ロータコア５６において強度が確保しづらい角部（第三直線部６３と面取り部６４との境界）近傍に応力が集中するのを防止することができ、ロータコア５６の強度を向上させることができる。結果として、リブ６０を設けることで開口部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。つまり、モータ２３の高速回転が可能になり、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、開口部５７に第三直線部６３および面取り部６４を形成することにより、開口部５７におけるロータコア５６の径方向外側部分と永久磁石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とステータ部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、一般的な平面視長方形の直方体形状の永久磁石に対して、一箇所の角を面取りするだけで所望の永久磁石５８を製造することができるため、容易に永久磁石５８を製造することができ、生産性を向上することができる。

また、角除け部９０を形成したため、永久磁石５８と開口部５７の角部とが接触することで開口部５７が破壊するのを防止することができる。したがって、角除け部９０を形成することで、ロータコア５６の強度を確保することができる。

また、角除け部９０内に接着剤Ｓを充填することにより、永久磁石５８と開口部５７の角部近傍とが接触することで開口部５７が破壊するのをより確実に防止することができる。したがって、角除け部９０に接着剤Ｓを充填することで、ロータコア５６の強度をより確実に確保することができる。また、開口部５７内に接着剤Ｓを充填して永久磁石５８を保持することにより、回転時の振動による永久磁石５８の摩耗を防ぐことができる。さらに、開口部５７と永久磁石５８とのクリアランス（隙間）を適切に設定することで、接着剤Ｓの回り込みをコントロールし、所望の位置に接着剤Ｓが充填されるようにしている。このようにすることで、ロータコア５６の強度を確保できるとともに、永久磁石５８をより大きくすることができるため、高トルク化を実現することができる。

また、ロータコア５６の外周縁に切欠部８５を形成するとともに、永久磁石５８における切欠部８５に対応した位置にテーパ部７４を形成することで、トルクリップルを低減することが可能となる。

さらに、切欠部８５の最深部８７が、第二接触点８２よりリブ６０側に位置するように切欠部８５を形成したため、永久磁石５８と開口部５７との接触点（第一接触点８１および第二接触点８２）に生ずる遠心力（応力）が切欠部８５に影響するのを防ぐことができる。したがって、ロータコア５６の強度を確保しつつ、トルクリップルを低減することが可能となる。

そして、角除け部９０を第三直線部６３方向側に形成することにより、切欠部８５と開口部５７の面取り部６４との間のロータコア５６の厚さを確保することができる。したがって、角除け部９０を第三直線部６３方向側に偏って形成することで、ロータコア５６の強度を確保しつつ、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。また、切欠部を形成しない場合には、角除け部はリブ側に偏った形状にせず、径方向外側に延出された形状にしてもよい。

２１…ステータ部 ２２…ロータ部 ２３…モータ（永久磁石電動機） ２４…出力軸（軸線） ５５…磁性板材 ５６…ロータコア ５７…開口部 ５８…永久磁石 ６０…リブ ６３…第三直線部（直線部） ６４…面取り部 ７４…面取り部 ８５…切欠部 ８７…最深部 ９０…角除け部

Claims (6)

1. 複数の磁性板材が積層されたロータコアと、該ロータコア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部と、
   該ロータ部を囲繞するように配されたステータ部と、を備えた永久磁石電動機において、
   前記開口部に、前記ロータコアの径方向に沿うように該開口部を二分割するリブが設けられ、
   前記開口部における前記ロータコアの径方向外側部分に、前記リブから前記ロータコアの周方向に直線部が形成されるとともに、該直線部の終端部から前記開口部の周方向端部までの間に面取り部が形成され、
   前記永久磁石が、前記リブを介して２分割されて前記開口部内に保持される際に、前記開口部における前記ロータコアの径方向外側部分で、かつ、前記ロータコアの周方向両端部近傍において、前記直線部および前記面取り部と一点ずつ接触するように構成されていることを特徴とする永久磁石電動機。
2. 前記開口部における前記直線部と前記面取り部とが連結される角部に対応する位置の径方向外側部分に、角除け部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
3. 前記角除け部に、前記永久磁石を前記開口部内に保持するための充填剤が充填されていることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石電動機。
4. 前記ロータコアの外周縁における前記開口部の前記面取り部に対応した位置に切欠部を形成し、前記永久磁石における前記切欠部に対応した位置に面取り部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
5. 前記切欠部の最深部が、前記永久磁石と前記開口部の前記面取り部との接触点より前記リブ側に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の永久磁石電動機。
6. 前記開口部における前記直線部と前記面取り部とが連結される角部に対応する位置の径方向外側部分に角除け部が形成されており、該角除け部は前記直線部方向に偏って形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の永久磁石電動機。

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