JP2013046568A - 電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ハブと回転子セグメントとの間の接続部における応力をより低減する電気モータを提供する。
【解決手段】電気モータは、巻装された固定子と永久磁石とを備える回転子を有する。該回転子は、軸と、該軸に固定されたハブと、該ハブの周囲に固定された複数の回転子コアセグメントと磁石とを有する。該回転子コアセグメントは、その最内面から内側に延びる少なくとも２つの回転子ブロックを有する。該ハブは、その外周面から等間隔を隔てて外側に突出する多数のハブブロックを有する。各々の回転子コアセグメントの回転子ブロックは、少なくとも１個のハブブロックと係合して、該ハブに対して該回転子コアセグメントを固定する。回転子ブロックの数は、ハブブロックの数より多い。
【選択図】図５

Description

本発明は、電気モータ、特に電気モータ用の永久磁石回転子に関する。

一般的に、永久磁石を有するブラシレス直流（ＰＭＢＬＤＣ）モータは、固定子と回転子を有する。この回転子は、その内部に組み込まれた多数の永久磁石を有する。該固定子は、固定子コアと、この固定子コアに巻装された巻線を有する。この巻線は、永久磁石との相互作用により磁界を発生し、回転子を回転させる。この回転子は、本出願の譲受人に譲渡された特許文献１に開示された構造を有するものとすることができる。この回転子は、多数の回転子セグメントを有する。各々の回転子セグメントは、鳩尾型形状をした端部を有し、この鳩尾型形状が、モータ軸に固定されたハブに形成されている鳩尾型形状溝と係合する。しかしながら、この鳩尾型形状溝の端部にかかる応力集中は比較的大きく、この応力集中により回転子の不調及びモータの損傷を起こすことがあるということが判明した。

米国特許出願２０１２−０１８１８８０号Ａ１公開明細書

このように、ハブと回転子セグメントとの間の接続部における応力をより低減する構造を有する回転子に対する要望がある。

従って、第１の態様において、本発明は、軸と、該軸に固定され、その外周面において等間隔を隔てて外側に突出する複数のハブブロックを有するハブと、該ハブに固定された複数の回転子コアセグメントと、隣接する回転子コアセグメントの各々の間に固定された複数の永久磁石とを有しており、
各々の回転子コアセグメントは、半径方向の最も内面から内側に延びる少なくとも２つの回転子ブロックを有し、各々の回転子コアセグメントの該回転子ブロックは、少なくとも１個のハブブロックと係合して、該ハブに対して前記回転子コアセグメントを固定しており、該回転子ブロックの数が該ハブブロックの数より多いことを特徴とする、
電気モータ用回転子を提供する。

回転子コアセグメントの各々は、軸の周方向に離れて位置する２つ回転子ブロックを有し、これらの間に空間部を形成し、ハブブロックは、この２つの回転子ブロックとの間に形成された該空間部に固定される形態とすることが好ましい。

コアセグメントの２つ回転子ブロックの間に形成された空間部の各々は、鳩尾型形状であり、該ハブブロックはこれに対応した鳩尾型形状であることが好ましい。

各々の回転子コアセグメントの上述した２つ回転子ブロックは、各々の隣接する磁石に接していることが好ましい。

ハブは、インサート成形方法によって軸及び回転子コアセグメントに取り付けられることが好ましい。

回転子コアセグメントの各々は、その半径方向において最外周部の周方向相対する側に位置する２つの舌部を有し、これら舌部は、それぞれ、回転子の周方向に延びるように形成され、各々の磁石の半径方向内端は、ハブの外周面と接触し、各々の磁石の半径方向外端は、２つの隣接する回転子コアセグメントの該舌部に接触することが好ましい。

各々の磁石の半径方向の断面は実質的に台形であり、軸の周方向に測定した値である各々の磁石の厚みは、半径方向内端から半径方向外端にかけて増加するようにすることが好ましい。

各々の磁石の半径方向最内端は、回転子コアセグメントの半径方向最内端より軸に接近していることが好ましい。

２つのカバーが、回転子コアセグメントの各軸方向端部に配設されていることが好ましい。

ハブは、比較的高い磁性抵抗を有する材料により形成されることが好ましい。

本発明の第２の態様によれば、本発明は、複数の歯とこれらの歯に巻装されたコイルとを備えた固定子コアを有する固定子と、該固定子内に配置された回転子とを有し、該回転子が、軸と、該軸に固定されたハブと、該ハブの周囲に交互に固定された複数の回転子コアセグメントと永久磁石とを有しており、
各々の回転子コアセグメントは、その最内面から内側に延びる少なくとも２つの回転子ブロックを有し、該ハブは、その外周面から等間隔を隔てて外側に突出する複数のハブブロックを有し、各々の回転子コアセグメントの該回転子ブロックは、少なくとも１個のハブブロックと係合して、該ハブに該回転子コアセグメントを固定しており、回転子ブロックの数が、ハブブロックの数より多いことを特徴とする、
電気モータを提供する。

該固定子は１２枚の歯を有し、該回転子は１０個の回転子コアセグメントを有することが好ましい。

回転子コアセグメントの各々は、軸の周方向に離れた２つ回転子ブロックを有し、これらの間に空間部を形成し、該ハブブロックが、この２つの回転子ブロックの間の該空間部に固定される形態とすることが好ましい。

回転子コアセグメントの２つ回転子ブロックの間に形成された各々の空間部は、鳩尾型形状であり、ハブブロックはこれに対応した鳩尾型形状であることが好ましい。

各々の回転子コアセグメントの該２つ回転子ブロックは、それぞれの隣接する磁石に接していることが好ましい。

ハブは、インサート成形方法によって軸及び回転子コアセグメントに固定されることが好ましい。

各々の回転子コアセグメントは、その半径方向最外周部において周方向相対する側に形成され、回転子の周方向に延びる２つの舌部を有し、各々の磁石の半径方向内端はハブの外周面と接触し、該磁石の半径方向外端は、２つの隣接した回転子コアセグメントの該舌部に当接するようにすることが好ましい。

各々の磁石の半径方向断面は実質的に台形であり、軸の周方向に測定した値である磁石の厚みは、半径方向内端から半径方向外端にかけて増加するようにすることが好ましい。

各々の磁石の半径方向最内端は、各々の回転子コアセグメントの半径方向最内端より軸に接近していることが好ましい。

２つのカバーは、回転子コアセグメントの各軸方向端部に配設されていることが好ましい。

本発明の好ましい実施形態が、添付図面の各図を参照して例示的な方法のみによって以下に説明される。図において、一つ以上の図に表される同一の構造、要素又は部品は、全図において全体的に同じ参照番号で表される。図示される構成部品及び形状の寸法は、全体的に説明の便宜と明確にするためのものであり、必ずしも縮尺で示されるものではない。図面は以下の通りである。

本発明における実施形態による電気モータを示し、該モータは固定子コア、巻線、２つの端部キャップ及び回転子を含む。 一方の端部キャップと巻線を取り除いて図１のモータを示す。 図１のモータ用の回転子を示し、該回転子は２つのカバーを有する。 該カバーを外した、図３の回転子の平面図である。 図４の回転子の一部拡大平面図である。

図１及び図２を参照すると、本発明の好ましい実施形態による電気モータ１は、固定子１０と、該固定子１０の内部に回転可能に配置された回転子２０とを有する。該固定子１０は、固定子コア１１と、該固定子コア１１の周りに巻装された巻線（図示せず）と、該固定子コア１１の各々の軸方向端部に設けられた２つの端部キャップ１６、１８とを有する。この固定子コア１０は、一般的に、多数の薄板を一体に積層して製造される。該コアは、実質的に四角形のヨーク１３と、該ヨーク１３から内側に延びる、本実施形態では１２枚の歯である、多数の突出歯１２とを有する。この巻線は、これらの歯の周りに巻装されたコイルを有しており、一般的に集中巻きとして知られる、一歯毎に一コイル及び一コイル毎に一歯の形態であることが好ましい。端部キャップ１６、１８と固定子コア１１とは、その周辺部において、モータ１の回転軸と実質的に平行な方向に貫通して延びる多数の開口（穴）１７を定める。ねじ（図示せず）が、これらの開口１７を貫通することにより、端部キャップ１６、１８をこの固定子コア１１に締結する。

図３から図５までを参照すると、好ましい実施形態における回転子２０は、軸２１と、該軸２１に同軸的に固定された実質的に多角形のハブ２７とを有し、このハブ２７の周りに、１０個の回転子コアセグメント２４及び１０個の永久磁石２６とを交互に配設して有している。このハブ２７は、ハブ外周面から等間隔を隔てて外側に突出する多数のハブブロック２９を有する。各々の回転子コアセグメント２４は、その最内面から内側に延びる少なくとも２つの回転子ブロック２８を有する。該ハブブロック２９と、同一の回転子コアセグメントに形成された隣接する回転子ブロック２８との間に形成された空間部は、この両者が実質的に鳩尾型形状又は楔型形状をなしている。勿論、該ハブブロック２９と該空間部は、望まれる場合には、円形のような他の形状にすることもできる。各々の回転子コアセグメント２４の回転子ブロック２８は、少なくとも１個のハブブロック２９と係合する。好ましい実施形態では、２つの回転子ブロック２８が、１つのハブブロック２９と係合して、該ハブ２７に対して該回転子コアセグメント２４を固定する。該回転子コアセグメント２４は、前記軸２１の周りに互いに間隔をもった位置で半径方向に延びる溝２５を定めるように構成されている。複数の磁石２６は、軸２１の周方向に実質的に偏向されて、隣接する磁石２６に接触する回転子ブロック２８の各々によって形成される、対応する溝２５内に収容され、保持される。該回転子コアセグメント２４は、隣接する磁石２６によって誘起される磁束を集中させる。この磁気回路構造により、モータの出力トルクが増大する。

本実施形態では、隣接する回転子コアセグメント２４は、互いに離れており、該回転子コアセグメント２４と該磁石２６は、ハブ２７によって、軸２１から半径方向に間隔をもって位置している。ハブは高磁性抵抗を有するので、軸２１に流れる磁束を減少させる。このように磁束漏洩を最小とすることができるので、フェライト製磁石２６を使用することができる。特許文献１に記載された構造と比較すると、ハブブロックに加わる応力集中が相対的に小さくなり、回転子２０をより長寿命とすることができることが判明した。

図３に示されるように、この回転子２０は、更に、回転子コアセグメント２４の各軸方向端部に配設されたカバー２２、２３を有し、磁束漏洩を最小とするものであることが好ましい。該ハブ２７及び２つのカバー２２，２３は、射出成型により軸２１に取付けることができる。

図４に示されるように、磁石２６の半径方向の断面は実質的に台形であり、軸２１の周方向に測定した値である磁石２６の厚みは、半径方向内端から半径方向外端にかけて増加することが好ましい。この磁石２６の構造により、モータの出力トルクを増加させることができることが判明した。

図５に示されるように、２つの舌部３０が、回転子コアセグメント２４の半径方向最外周部位置で相対向する側において、回転子２０の周方向に延びるように形成されることが好ましい。磁石２６の半径方向内端は、隣接する回転子ブロック２８との間で、ハブ２１の外周面に接触し、一方、磁石２６の半径方向外端は、舌部３０に当接する。この舌部３０は、磁石２６が固定されることの補助となり、磁石２６が半径方向外方に移動することを阻止する。

図５に示されるように、磁石２６の半径方向最内端は、回転子コアセグメント２４の半径方向最内端よりも軸２１に接近していることが好ましい。上述したように、隣接する回転子コアセグメント２４の最内端の間において、磁束が容易に通過することがなく、磁束漏洩を最小にすることができる。

本発明の詳細な説明及び請求項において、動詞「備える」、「含む」、「包含する」 、「有する」 及びそれらの変形例は、互いを包括する意味で使われており、記述された事実の存在を規定するもので、その他の要件の存在を排除するものではない。

本発明が、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明されたが、当業者により種々の変更が想起可能であることが容易に理解されよう。従って本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるべきである。

１ 電気モータ
１０ 固定子
１１ 固定子コア
１２ 突出歯
１３ ヨーク
１６、１８ （モータの）端部キャップ
２０ 回転子
２１ モータ軸
２２、２３ （回転子の）端部キャップ
２４ 回転子コアセグメント
２５ 溝
２６ 磁石
２７ ハブ
２８ 回転子ブロック
２９ ハブブロック
３０ 舌部

Claims (12)

1. 軸と；
   該軸に固定され、その外周面において等間隔を隔てて外側に突出する複数のハブブロックを有するハブと；
   該ハブに固定された複数の回転子コアセグメントと；
   それぞれ隣接した回転子コアセグメントの間に固定された複数の永久磁石と、
   を有しており、
   前記回転子コアセグメントの各々は、その半径方向最内面から内側に延びる少なくとも２つの回転子ブロックを有し、各々の回転子コアセグメントの該回転子ブロックは、少なくとも１個のハブブロックと係合して、該ハブに対して該回転子コアセグメントを固定しており、該回転子ブロックの数が前記ハブブロックの数より多いことを特徴とする、
   電気モータ用回転子。
2. 前記回転子コアセグメントの各々は、前記軸の周方向に離れた２つ回転子ブロックを有し、これらの間に空間部を形成し、前記ハブブロックが該空間部に固定されたことを特徴とする、請求項１に記載された回転子。
3. 該コアセグメントの２つの回転子ブロックの間に形成された前記空間部は、鳩尾型形状であり、該ハブブロックは、これに対応した鳩尾型形状であることを特徴とする、請求項２に記載された回転子。
4. 前記各々の回転子コアセグメントの該２つの回転子ブロックは、隣接する磁石に接していることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載された回転子。
5. 前記ハブは、インサート成形方法によって前記軸及び前記回転子コアセグメントに取り付けられたことを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された回転子。
6. 前記回転子コアセグメントの各々は、その半径方向最外周部の相対向する側に、それぞれ、回転子の周方向に延びるように形成された２つの舌部を有し、各々の磁石の半径方向内端は、前記ハブの半径方向外周面と接触し、各々の磁石の半径方向外端は、２つの隣接した回転子コアセグメントの前記舌部と接触することを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された回転子。
7. 各々の磁石の半径方向における断面は実質的に台形であり、前記軸の周方向に測定した値である各々の磁石の厚みは、半径方向内端から半径方向外端にかけて増加することを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された回転子。
8. 各々の磁石の半径方向最内端は、前記回転子コアセグメントの半径方向最内端より前記軸に接近していることを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された回転子。
9. 更に２つのカバーが、前記回転子コアセグメントの各軸方向端部に配設されたことを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された回転子。
10. 前記ハブは、比較的高磁性抵抗を有する材料により形成されたことを特徴とする、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された回転子。
11. 巻装された固定子コアを有する固定子と；
    該固定子内に配置された回転子と、を有し；
    該回転子が、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載されたものであることを特徴とする、電気モータ。
12. 該固定子コアは１２枚の歯を有し、該回転子は１０個の回転子コアセグメントを有することを特徴とする、請求項１０に記載されたモータ。

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