JP2015006110A - モータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクに変換される有効磁束量を増やすことができると共に、ロータコアの積層強度を向上することができるスポーク型のモータ装置を提供する。【解決手段】回転可能に支持され、回転中心に対して、永久磁石２とロータコア３とが放射状に配置される回転子４と、回転子４の周方向に設けられる固定子６とを備えたモータ装置において、ロータコア３においては、複数の電磁鋼板を締結するかしめ部７が、固定子側および反固定子側にそれぞれ設けられ、固定子側に位置するかしめ部７ｂの長手方向と回転子の径方向は平行であり、かつ反固定子側に位置するかしめ部７ｂの長手方向と回転子４の径方向とが直交することにより、反固定子側からの漏れ磁束を低減する。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ装置に関する。

回転軸を支点として回転し、その周方向に永久磁石とロータコアとを交互に配置するスポーク型の回転子と、この回転子の外周方向外側に設けられた固定子とを備えたスポーク型のモータ装置に関する従来技術として、特許文献１（特開２０１２−１１０２２７号公報）に記載の技術が知られている。

本従来技術では、偶数個の永久磁石が放射状に配置されたスポーク型の埋め込み型永久磁石（Interior Permanent Magnet、以下ＩＰＭと略記）回転子において、ロータコアは、フラックスバリアと永久磁石との間にいわゆる磁気突極部となる第１の突極部および第２の突極部を有する。フラックスバリアは、永久磁石の第１の磁極面に近接し、第２の磁極面から離れて配置される。これにより、第１の突極部の周方向幅は狭く、第２の突極部の周方向幅は広く形成されている。

また、ロータコアは、回転子の外周面よりほぼ永久磁石の厚さだけ径が小さな円筒ヨーク部と、この円筒ヨーク部から互いに所定の電気角だけ離れて略放射方向へ突出する磁気突極部とからなり、積層電磁鋼板あるいは軟鋼ブロックにより形成されている。

特開２０１２−１１０２２７号公報（図３４）

ところで、モータ装置にあっては性能向上のためトルクを増大することが求められており、前述した従来技術では、フラックスバリアを、永久磁石の第１の磁極面に近接し、第２の磁極面から離れて配置することで、ロータコアに突極性を持たせ、リラクタンストルクを発生させてトータルトルクを向上する。しかしながら、ロータコアを通る磁束が反固定子側から漏れることについて考慮がなされておらず、十分にトルクを向上できなかった。

また、ロータコアは、一般に、積層電磁鋼板で成型されることが多く、複数の電磁鋼板を金型内で積層し、かしめ部により互いに締結される。しかしながら、前述した従来技術では、かしめ部に対して、磁束の漏れについて考慮されてはいなかった。

本発明は、上記の課題を考慮してなされたものであり、その目的は、トルクに変換される有効磁束量を増やすことができるスポーク型のモータ装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明によるモータ装置においては、ロータコアにおいて積層された電磁鋼板を締結するかしめ部が、固定子側および反固定子側にそれぞれ設けられ、固定子側に位置するかしめ部の長手方向と回転子の径方向を平行にして、かつ反固定子側に配置されるかしめ部の長手方向と回転子の径方向とを直交させる。

上記のような本発明の一態様は、回転可能に支持され、回転中心に対して、永久磁石とロータコアとが放射状に配置される回転子と、回転子の周方向に設けられる固定子とを備えたモータ装置である。本一態様においては、ロータコアにおいて、複数の電磁鋼板が積層され、これら複数の電磁鋼板を締結するかしめ部が、固定子側および反固定子側にそれぞれ設けられる。そして、固定子側に位置するかしめ部の長手方向と回転子の径方向は平行であり、かつ反固定子側に配置されるかしめ部の長手方向と回転子の径方向とが直交する。

本発明によれば、反固定子側に配置されるかしめ部の長手方向と回転子の径方向とが直交することにより、反固定子側における漏れ磁束が低減される。これにより、トルクに変換される有効磁束量が増加し、モータ装置を高性能化することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施例であるモータ装置の部分断面図を示す。 本発明の第２の実施例であるモータ装置の部分断面図を示す。 本発明の第３の実施例であるモータ装置の部分断面図を示す。

以下、本発明の実施例を図に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施例であるモータ装置の部分断面図を示す。本モータ装置は、スポーク型かつインナーロータ型のＩＰＭモータ装置であり、図１に示すように、回転軸１を支点として回転し、その周方向に永久磁石２とロータコア３とを交互に配置した回転子４と、この回転子４の周囲、本実施例では外周方向外側に、所定のエアギャップ５を介して設けられた固定子６とを備えている。
なお、図示しないが、回転子４は、モータケースに設けられる軸受に、回転軸１が挿通されることによって、回転可能に支持されている。

ここで、固定子６は公知の構成を備えている。すなわち、固定子コア１０のティース部１１に固定子巻線１２が巻かれ、ティース部１１の先端が、エアギャップ５を介して、ロータコア３の固定子側の先端部と対向する。

複数の永久磁石２は、図１のように、回転軸１に対して垂直方向の断面において、回転中心すなわち回転軸に対して放射状、すなわちスポーク状に配列される。また、これら永久磁石２は、図中、永久磁石２内に矢印で示した磁束の方向が示すように、ロータコア３を介して隣り合う永久磁石２の磁極面どうしが同じ磁極（Ｎ極またはＳ極）となるように配列されている。

ロータコア３は、複数の電磁鋼板を積層して形成されるものであり、その根元部が回転軸１に嵌着された状態で、回転軸１に対して放射状に複数配置され、隣り合うロータコア３によって、これらの間に挟まれる永久磁石２の両側を支持している。

本実施例のスポーク型モータ装置では、トルクに変換される有効磁束量を増やすと共に、ロータコア３の積層強度を向上するために、次のような構成が用いられる。すなわち、複数の電磁鋼板を締結するために、長方形状の細長いかしめ部７が設けられている。一つのロータコア３において、固定子側、すなわち回転子４の径方向外側に配置される１個のかしめ部７ａは、かしめ部７ａの長手方向と回転子４の径方向とが平行となるように設けられる。さらに、反固定子側、すなわち回転子４の径方向内側に配置される１個のかしめ部７ｂは、かしめ部７ｂの長手方向と回転子４の径方向とが直交するように設けられている。なお、かしめ部７ａ，７ｂは、ロータコア３において、幅方向、すなわち長手方向と直交する方向における中央部に位置する。

ここで、各かしめ部は、積層された電磁鋼板の最上層を、局所的に打撃あるいは押圧することにより形成される。そして、かしめ部において、積層された電磁鋼板は、相互に密着されることにより、互いに締結される。

図１の実施例においては、永久磁石２内において矢印Ａで示す方向の磁束は、ロータコア３における矢印Ｂで示す有効磁束となり、エアギャップ５を介して固定子６を通りトルクを発生させる。一方、永久磁石２内を通る磁束の一部は、ロータコア３の反固定子側から、隣接する他のロータコア３へ向かい、矢印Ｃで示す漏れ磁束となる。この漏れ磁束は、ほとんどトルクには変換されない。そこで、本実施例では、反固定子側に配置されるかしめ部７ｂを、かしめ部７ｂの長手方向と回転子４の径方向とが直交するように設けることにより、ロータコア３の幅方向において、ロータコア３のかしめ部以外の部分よりも磁気抵抗が大きなかしめ部７ｂが占める割合を大きくする。これにより、かしめ部７ｂによる磁束の遮断量を増やし、漏れ磁束を低減している。

また、本実施例では、固定子側に配置されるかしめ部７ａは、その長手方向と回転子４の径方向とが平行となるように設けられるので、ロータコア３の幅方向においてかしめ部７ａが占める割合が、かしめ部７ｂよりも小さい。これにより、磁気抵抗が大きなかしめ部７ａにより磁束が遮断されることを抑えている。一方、前述したように反固定子側に配置されるかしめ部７ｂは、かしめ部７ｂの長手方向と回転子４の径方向とが直交するように設けることで、漏れ磁束を低減する。これによって、トルクに変換される有効磁束量を増やし、モータ装置のトルクを増大することができる。

本実施例によれば、ロータコア３は、複数の電磁鋼板を積層して形成されると共に、これらの電磁鋼板を固着するかしめ部７ａ，７ｂを設け、固定子側に配置されるかしめ部７ａは、その長手方向と回転子４の径方向とが平行となるように設けられ、かつ反固定子側に配置されるかしめ部７ｂは、その長手方向と回転子４の径方向とが直交するように設けられることにより、固定子側に配置されるかしめ部７ａによる磁束の遮断量を低減すると共に、反固定子側に配置されるかしめ部７ｂによる磁束の遮断量を増やす。これにより、トルクに変換される有効磁束量を増やし、モータ装置を高性能化することができる。

また、かしめ部７ａおよび７ｂを、それぞれ固定子側および反固定子側に配置することにより、ロータコア３は、周方向に作用する力を主にかしめ部７ａで受け、径方向に作用する力を主にかしめ部７ｂで受けることができる。これにより、ロータコア３の積層強度を向上することができる。

図２は、本発明の第２の実施例であるモータ装置の部分断面図を示す。本実施例は、前述した第１の実施例と同様に、スポーク型かつインナーロータ型のＩＰＭモータ装置である。なお、図２において、図１の構成要素に相当する構成要素には、同じ符号を記す。

第２の実施例のスポーク型モータ装置は、図２に示すように、第１の実施例と同様に、複数の電磁鋼板を締結するかしめ部７が設けられ、固定子側、すなわち回転子４の径方向外側に配置されるかしめ部７ａは、かしめ部７ａの長手方向と回転子４の径方向とが平行となるように設けられ、かつ、反固定子側、すなわち回転子４の径方向内側に配置されるかしめ部７ｂは、かしめ部７ｂの長手方向と回転子４の径方向とが直交するように設けられる。ここで、第１の実施例とは異なり、かしめ部７ｂは、各ロータコア３において、複数個、図２では３個設けられる。これら３個のかしめ部７ｂは、回転子４の径方向において、実質等間隔で、互いに異なる位置に配置される。また、かしめ部７ａ，７ｂは、ロータコア３において、幅方向、すなわちロータコア３の長手方向と直交する方向における中央部に位置する。

第２の実施例によれば、反固定子側に、複数のかしめ部７ｂを配置することにより、漏れ磁束（矢印Ｃ）を確実に低減することができる。これにより、トルクに変換される有効磁束量を増やし、モータ装置を高性能化することができる。また、かしめ部７ｂが複数個設けられることにより、ロータコア３の積層強度を向上することができる。

図３は、本発明の第３の実施例であるモータ装置の部分断面図を示す。本実施例は、前述した第１および第２の実施例と同様に、スポーク型かつインナーロータ型のＩＰＭモータ装置である。なお、図３において、図１，２の構成要素に相当する構成要素には、同じ符号を記す。

第３の実施例のスポーク型モータ装置は、図３に示すように、第１および第２の実施例と同様に、複数の電磁鋼板を締結するかしめ部７が設けられ、固定子側、すなわち回転子４の径方向外側に配置されるかしめ部７ａは、かしめ部７ａの長手方向と回転子４の径方向とが平行となるように設けられ、かつ、反固定子側、すなわち回転子４の径方向内側に配置されるかしめ部７ｂは、かしめ部７ｂの長手方向と回転子４の径方向とが直交するように設けられている。また、第２の実施例と同様に、かしめ部７ｂは、各ロータコア３において、複数個、図３では２個設けられる。ここで、第２の実施例とは異なり、各ロータコア３において、２個のかしめ部７ｂは、周方向、すなわちロータコア３の長手方向と直交する方向に沿って、中央部から、互いに反対方向にずらして配置されている。しかも、２個のかしめ部７ｂは、ロータコア３の長手方向に沿って見た時に、ロータコアの幅方向の中央部付近で、互いにオーバーラップしている。

第３の実施例によれば、反固定子側に、各ロータコアにおいて２個のかしめ部７ｂを配置すると共に、これらのかしめ部７ｂを周方向に互いにずらして配置することにより、ロータコア３の幅方向において、磁気抵抗が大きなかしめ部７ｂが占める割合を大きくすることができる。これにより、確実に漏れ磁束を低減することができる。さらに、ロータコア３の中央部でかしめ部７ｂどうしがオーバーラップしているので、これによってもロータコア３の幅方向において、磁気抵抗が大きなかしめ部７ｂが占める割合を大きくすることができる。このため、漏れ磁束を確実に低減することができる。従って、本実施例によれば、トルクに変換される有効磁束量を増やし、モータ装置を高性能化することができる。

また、２個のかしめ部７ｂを周方向に互いにずらして配置することにより、ロータコア３の幅方向において、かしめ部によって電磁鋼板どうしが固定される領域が増えるので、ロータコア３の積層強度を向上することができる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例１〜３は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、さらに、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらにまた、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

例えば、かしめ部７ａ，７ｂの個数は、上記実施例における個数に限らず、モータ装置の大きさや要求される強度などに応じて、任意の個数とすることができる。また、複数のロータコアにおいて、かしめ部７ａ，７ｂの個数を一部異ならしめたり、実施例２および実施例３におけるかしめ部の構成を併用したりしても良い。

また、本発明は、固定子が回転子の内周側に位置するアウターロータ型ＩＰＭにも適用することができる。この場合も、上記実施例と同様に、回転中心に対して、複数の永久磁石と複数のロータコアが放射状に、かつ交互に配置される。さらに、回転軸あるいは回転子軸におけるロータコアの嵌着部を構成する材料を、非磁性金属、例えばステンレスとしても良い。これにより、漏れ磁束が低減される。

１ 回転軸
２ 永久磁石
３ ロータコア
４ 回転子
５ エアギャップ
６ 固定子
７，７ａ，７ｂ かしめ部
１０ 固定子コア
１１ ティース部
１２ 固定子巻線

Claims (3)

1. 回転可能に支持され、回転中心に対して、永久磁石とロータコアとが放射状に配置される回転子と、
   前記回転子の周方向に設けられる固定子と、
   を備えたモータ装置において、
   前記ロータコアにおいては、複数の電磁鋼板が積層され、前記複数の電磁鋼板を締結するかしめ部が、固定子側および反固定子側にそれぞれ設けられ、
   前記固定子側に位置する前記かしめ部の長手方向と前記回転子の径方向は平行であり、かつ前記反固定子側に配置される前記かしめ部の長手方向と前記径方向とが直交することを特徴とするモータ装置。
2. 請求項１に記載されるモータ装置において、前記反固定子側に位置する前記かしめ部は、複数個設けられることを特徴とするモータ装置。
3. 請求項２に記載されるモータ装置において、前記反固定子側においては、２個の前記かしめ部が、周方向に互いにずらして配置されることを特徴とするモータ装置。

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