JP2021061674A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアの外周側に界磁ヨークが配置された構造であっても、ステータをケースに直接的に固定することができる電動機を提供すること。【解決手段】ロータ１１と、ステータ１２と、ステータコア１２ａの外周側に配置された界磁ヨーク１３と、界磁電流が流れることにより、界磁ヨーク１３を経由してステータ１２およびロータ１１を通る界磁磁束を発生させる界磁コイル１４と、ロータ１１およびステータ１２を収容するケース５と、を備える電動機１であって、ステータ１２は、ケース５に直接的に固定される部位として、ステータコア１２ａから径方向外側に突出し、かつ界磁ヨーク１３よりも径方向外側に突出している固定部１２ｄを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、電動機に関する。

特許文献１には、ロータとステータとに加え、界磁コイルと界磁ヨークとを備えた電動機について、界磁ヨークは、ステータの外周面を周方向全域に亘り覆う円筒部を含むことが開示されている。この界磁ヨークの円筒部は、界磁コイルが通電されることにより生じる界磁磁束を、ステータコアの外周側で軸方向に流すことができる。

特開２０１０−０６８５９８号公報

特許文献１に記載の構成では、界磁ヨークの円筒部がステータの外周面を周方向全域に亘り覆っているため、例えばボルトによってステータをケースに締結するなど、ステータをケースに直接的に固定することができない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ステータコアの外周側に界磁ヨークが配置された構造であっても、ステータをケースに直接的に固定することができる電動機を提供することを目的とする。

本発明は、回転軸に固定されたロータと、前記ロータの外周側に配置された円筒状のステータコア、前記ステータコアから径方向内側に突出するステータティース、および前記ステータティースに巻き回されたステータコイルを有するステータと、前記ステータコアの外周側に配置された界磁ヨークと、界磁電流が流れることにより、前記界磁ヨークを経由して前記ステータおよび前記ロータを通る界磁磁束を発生させる界磁コイルと、前記ロータ、前記ステータ、前記界磁ヨーク、および前記界磁コイルを収容するケースと、を備える電動機であって、前記ステータは、前記ケースに直接的に固定される部位として、前記ステータコアから径方向外側に突出し、かつ前記界磁ヨークよりも径方向外側に突出している固定部を有することを特徴とする。

また、前記界磁ヨークは、前記ステータコアの外周側のうち、前記固定部が設けられていない部分に配置されてもよい。

この構成によれば、固定部が設けられていない部分に界磁ヨークが配置されているので、固定部をケースに直接的に固定することができる。

また、前記固定部は、前記ステータコアの周方向に所定間隔を空けて複数設けられ、前記界磁ヨークは、前記固定部を境にして周方向に分割されてもよい。

この構成によれば、界磁ヨークが固定部を境にして周方向に分割されているので、周方向で固定部同士の間に界磁ヨークを効率的に配置することができる。

また、前記界磁ヨークには、前記固定部に対応する位置で前記ステータコアの径方向に貫通する貫通孔が形成され、前記固定部は、前記貫通孔を通じて前記界磁ヨークよりも径方向外側に突出してもよい。

この構成によれば、界磁ヨークの貫通孔を通じて固定部が径方向外側に突出していることにより、固定部をケースに直接的に固定することができる。

また、前記界磁ヨークは、前記貫通孔を有する一枚のシート状の磁性体から構成され、周方向両側の端部同士を突き合わせて溶接された円筒形に形成されてもよい。

この構成によれば、界磁ヨークが一枚のシート状の磁性体から構成されることにより、部品点数を削減することができる。

また、前記固定部には、前記界磁ヨークよりも径方向外側で軸方向に貫通する締結孔が形成され、前記ステータは、前記締結孔に挿通されたボルトによって前記ケースに締結されてもよい。

この構成によれば、固定部の締結孔に挿通されたボルトによって、ステータをケースに直接的に固定することができる。

また、前記ロータおよび前記ステータと前記回転軸の軸方向の一方側から対向する円環状の第１界磁ヨークと、前記ロータおよび前記ステータと前記軸方向の他方側から対向する円環状の第２界磁ヨークと、をさらに備え、前記ステータコアの外周側に配置された界磁ヨークは、第３界磁ヨークであり、前記第１界磁ヨークは、前記軸方向において、前記第３界磁ヨークの一方側の軸方向端部と接触し、前記第２界磁ヨークは、前記軸方向において、前記第３界磁ヨークの他方側の軸方向端部と接触してもよい。

この構成によれば、第１界磁ヨーク、第２界磁ヨーク、および第３界磁ヨークを備える構成において、固定部が第３界磁ヨークよりも径方向外側に突出しているので、ステータをケースに直接的に固定することができる。

本発明では、ステータコアの外周側に界磁ヨークが配置された構造において、ステータに設けられた固定部が、界磁ヨークよりも径方向外側に突出している。これにより、例えばボルト締結によって固定部をケースに固定するなど、ステータをケースに直接的に固定することができる。

図１は、実施形態の電動機を搭載した車両を模式的に示すスケルトン図である。 図２は、図１に示す電動機の周辺部分を拡大した断面図である。 図３は、軸方向から電動機を見た場合を示す模式図である。 図４は、電動機を模式的に示す斜視図である。 図５は、界磁ヨークの構造を説明するための図である。 図６は、界磁コイルに界磁電流を通電した際に生じる界磁磁束の流れを説明するための図である。 図７は、変形例の第３界磁ヨークを説明するための図である。 図８は、変形例の第３界磁ヨークが円筒状に構成される前の状態を示す模式図である。 図９は、変形例の第３界磁ヨークを備えた電動機を模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における電動機について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図１は、実施形態の電動機を搭載した車両を模式的に示すスケルトン図である。車両Ｖｅは、電動機１と、動力伝達装置２と、車軸３と、駆動輪４と、を備える。車両Ｖｅに搭載された電動機１は走行用の動力源として機能する。車両Ｖｅでは、電動機１から出力された動力が動力伝達装置２から車軸３を介して駆動輪４に伝達される。電動機１は動力伝達装置２に連結されている。動力伝達装置２は、電動機１と車軸３との間の動力伝達経路を形成するものであり、例えば減速機やディファレンシャル機構などのギヤ機構を含んで構成される。なお、電動機１は、図示しないバッテリと電気的に接続されており、バッテリから供給される電力によって駆動することができる。

電動機１は、ロータ１１と、ステータ１２と、界磁ヨーク１３と、界磁コイル１４と、を備える。この電動機１は、ケース５の内部に収容されている。図１に示す例では、ケース５は、電動機１とともに動力伝達装置２を収容するトランスアクスルケースにより構成されている。ロータ１１は、回転軸６に固定されており、回転軸６と一体回転する。回転軸６は軸受７を介してケース５に回転自在に支持されている。ステータ１２は、ボルト８によってケース５に締結されている。ボルト８は、ステータ１２をケース５に固定するための締結部材である。ケース５には、ボルト８が取り付けられるボルト穴が設けられている。電動機１では、ボルト締結によりステータ１２をケース５に直接的に固定している。また、界磁ヨーク１３は、界磁コイル１４に通電することにより生じる界磁磁束を通すための部材である。界磁コイル１４は、界磁電流を流すことにより界磁磁束を生じるものである。つまり、電動機１は、界磁ヨーク１３と界磁コイル１４とにより構成される可変界磁機構を備える。

図２は、図１に示す電動機の周辺部分を拡大した断面図である。図３は、軸方向から電動機を見た場合を示す模式図である。図４は、電動機を模式的に示す斜視図である。図５は、界磁ヨークの構造を説明するための図である。なお、図３には、ロータ１１およびステータ１２の軸方向端面が示されており、回転軸６、ステータコイル１２ｃ、界磁ヨーク１３、および界磁コイル１４は図示されていない。同様に、図４でも、回転軸６、ステータコイル１２ｃ、界磁ヨーク１３、および界磁コイル１４は図示されていない。

ロータ１１は、円筒状のロータコア１１ａと、ロータコア１１ａの内部に埋め込まれた永久磁石１１ｂとを有する。ロータコア１１ａは、円環状の電磁鋼板を軸方向に積層して構成された円筒状の磁性体である。ロータ１１は、ロータコア１１ａの内周部に回転軸６が挿通された状態で回転軸６に固定されている。回転軸６は、ロータ軸であり、電動機１の出力軸として機能する。

永久磁石１１ｂは、ロータコア１１ａの周方向に等間隔を空けて複数配置され、ロータコア１１ａの内部に埋め込まれている。図３に示すように、ロータ１１には、四つの永久磁石１１ｂが周方向に等間隔を空けて配置されている。さらに、永久磁石１１ｂは、径方向位置について、ロータコア１１ａの内周面よりもロータコア１１ａの外周面に近い位置に配置されている。そして、図２に示すように、永久磁石１１ｂはロータコア１１ａの内部を軸方向に沿って延在している。この場合、永久磁石１１ｂの軸方向端面はロータ１１の軸方向端面と同一平面上に配置される。

ステータ１２は、円筒状のステータコア１２ａと、ステータコア１２ａから径方向内側に突出するステータティース１２ｂと、ステータティース１２ｂに巻き回されたステータコイル１２ｃと、ケース５に固定される部位としての固定部１２ｄと、を有する。ステータ１２では、ステータコア１２ａとステータティース１２ｂと固定部１２ｄとが電磁鋼板により一体に形成されている。

ステータコア１２ａは、ロータ１１の外周側に配置されている。ステータティース１２ｂは、ステータコア１２ａから径方向内側に突出している。ステータコア１２ａおよびステータティース１２ｂは、環状の電磁鋼板を軸方向に積層して構成された筒状の磁性体である。ステータティース１２ｂの先端部はロータコア１１ａに向けて突出している。ステータティース１２ｂとロータコア１１ａとの間には、径方向の空隙（エアギャップ）が設けられている。

ステータコイル１２ｃは、三相コイルにより構成される。三相コイルは、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、およびＷ相コイルを含む。ステータコイル１２ｃは、交流電流（三相交流）が流れることにより回転磁界を生じるものである。つまり、電動機１は、回転磁界を発生させるステータコイル１２ｃと、界磁磁界を発生させる界磁コイル１４とを備える可変界磁モータである。また、電動機１には、図示しないインバータが電気的に接続されている。このインバータに含まれるスイッチング素子によって、ステータコイル１２ｃに流す電流を制御することができる。

固定部１２ｄは、ステータコア１２ａから径方向外側に突出する突部により構成される。また、固定部１２ｄには、締結部材であるボルト８が挿通される締結孔１２ｅが形成されている。締結孔１２ｅは、固定部１２ｄの内部を軸方向に貫通する貫通孔である。

また、固定部１２ｄは、周方向に所定間隔を空けて複数設けられ、軸方向に沿って延在している。例えば、図３および図４に示すように、三つの固定部１２ｄが周方向に等間隔を空けて配置されている。そのため、ステータ１２の外周面は、ステータコア１２ａの外周面と、固定部１２ｄの外周面とにより構成される。ステータコア１２ａの外周面は、周方向に沿った円弧面である。一方、固定部１２ｄの外周面は、ステータコア１２ａの外周面から径方向外側に突出した突出面である。つまり、ステータ１２の外周面は、ステータコア１２ａからなる円弧面と、固定部１２ｄからなる突出面とが、周方向に交互に配置された形状を有する。

さらに、ステータ１２の外周側のうち、ステータコア１２ａの外周側に界磁ヨーク１３（第３界磁ヨーク１３３）が配置されている。すなわち、固定部１２ｄが設けられていない部分に、界磁ヨーク１３（第３界磁ヨーク１３３）が配置されている。つまり、電動機１では、ステータ１２の外周側の一部に界磁ヨーク１３（第３界磁ヨーク１３３）が配置されている。この場合、ステータ１２の外周部のうち、ステータコア１２ａからなる円弧状の外周面に界磁ヨーク１３（第３界磁ヨーク１３３）が面接触している。そして、固定部１２ｄは、ステータコア１２ａの外周側に配置された界磁ヨーク１３（第３界磁ヨーク１３３）よりも径方向外側に突出している。

界磁ヨーク１３は、ロータ１１およびステータ１２と軸方向の一方側から対向する位置に配置された第１界磁ヨーク１３１と、ロータ１１およびステータ１２と軸方向の他方側から対向する位置に配置された第２界磁ヨーク１３２と、ステータコア１２ａの外周側に配置された第３界磁ヨーク１３３と、を有する。第１界磁ヨーク１３１と第２界磁ヨーク１３２とは、ロータ１１およびステータ１２の軸方向外側に配置された一対の磁性体であり、周方向に沿った円環状に形成されている。この一対の界磁ヨーク１３１，１３２に軸方向両側から挟まれるようにして第３界磁ヨーク１３３およびステータ１２が配置されている。つまり、第１界磁ヨーク１３１および第２界磁ヨーク１３２は、第３界磁ヨーク１３３およびステータ１２と軸方向に接触している。

第１界磁ヨーク１３１は、環状の円板部１３１ａと、内側円筒部１３１ｂと、外側円筒部１３１ｃとを有する。この第１界磁ヨーク１３１は、ロータ１１およびステータ１２に対して軸方向一方側の位置で、界磁コイル１４により生じる界磁磁束を流すための部材である。

円板部１３１ａは、ロータコア１１ａおよびステータ１２と軸方向の一方側から対向する平板部であり、周方向に沿った円環状に形成されている。この円板部１３１ａは、界磁コイル１４に通電することにより生じる界磁磁束を、径方向に流すためのものである。そのため、円板部１３１ａは、ロータコア１１ａとステータコア１２ａと軸方向に対向することが可能な径方向長さを有している。

内側円筒部１３１ｂは、円板部１３１ａの内周部から軸方向で他方側に延びている。また、内側円筒部１３１ｂには、界磁コイル１４（第１界磁コイル１４１）が周方向に沿って円環状に巻き回されている。図２に示すように、内側円筒部１３１ｂは、回転軸６よりも大径に形成され、回転軸６およびロータ１１と非接触である。この内側円筒部１３１ｂは、界磁コイル１４（第１界磁コイル１４１）に通電することにより生じる界磁磁束を、ロータコア１１ａの軸方向端面と繋がるように軸方向に流すためのものである。そのため、内側円筒部１３１ｂは、ロータコア１１ａと軸方向に対向する端部１３１ｄを有する。この端部１３１ｄは、周方向に沿った円環状に形成され、ロータコア１１ａから所定距離だけ離間した位置に配置されている。図２に示すように、内側円筒部１３１ｂの内径および外径は、ロータコア１１ａの内周部よりも径方向外側、かつ永久磁石１１ｂが配置された径方向位置よりも径方向内側に設定されている。つまり、端部１３１ｄは、永久磁石１１ｂとは軸方向に対向しない位置に配置されている。

外側円筒部１３１ｃは、円板部１３１ａの外周部から軸方向で他方側に延びており、ステータコア１２ａの外径よりも大径に形成されている。この外側円筒部１３１ｃは、界磁コイル１４（第１界磁コイル１４１）に通電することにより生じる界磁磁束を、第３界磁ヨーク１３３と繋ぐように軸方向に流すためのものである。そのため、外側円筒部１３１ｃは、第３界磁ヨーク１３３と軸方向に接触する端部１３１ｅを有する。この端部１３１ｅは、周方向に沿った円環状に形成され、第３界磁ヨーク１３３の軸方向端部１３３ａと接触している。さらに、端部１３１ｅの一部はステータ１２の固定部１２ｄの軸方向端面（一方側）と接触している。つまり、端部１３１ｅは、第３界磁ヨーク１３３の軸方向端部１３３ａと接触する部分とステータ１２の固定部１２ｄと接触する部分とが周方向に交互に配置されている。また、外側円筒部１３１ｃの径方向内側には、ステータコイル１２ｃのコイルエンド部が配置されている。第１界磁ヨーク１３１はステータコイル１２ｃのコイルエンド部とは非接触である。

第２界磁ヨーク１３２は、環状の円板部１３２ａと、内側円筒部１３２ｂと、外側円筒部１３２ｃとを有する。この第２界磁ヨーク１３２は、ロータ１１およびステータ１２に対して軸方向他方側の位置で、界磁コイル１４により生じる界磁磁束を流すための部材である。

円板部１３２ａは、ロータコア１１ａおよびステータ１２と軸方向の他方側から対向する平板部であり、周方向に沿った円環状に形成されている。この円板部１３２ａは、界磁コイル１４（第２界磁コイル１４２）に通電することにより生じる界磁磁束を、径方向に流すためのものである。そのため、円板部１３２ａは、ロータコア１１ａとステータコア１２ａと軸方向に対向することが可能な径方向長さを有している。

内側円筒部１３２ｂは、円板部１３２ａの内周部から軸方向で一方側に延びている。また、内側円筒部１３２ｂには、界磁コイル１４（第２界磁コイル１４２）が周方向に沿って円環状に巻き回されている。図２に示すように、内側円筒部１３２ｂは、回転軸６よりも大径に形成され、回転軸６およびロータ１１と非接触である。この内側円筒部１３２ｂは、界磁コイル１４（第２界磁コイル１４２）に通電することにより生じる界磁磁束を、ロータコア１１ａの軸方向端面と繋がるように軸方向に流すためのものである。そのため、内側円筒部１３２ｂは、ロータコア１１ａと軸方向に対向する端部１３２ｄを有する。この端部１３２ｄは、周方向に沿った円環状に形成され、ロータコア１１ａから所定距離だけ離間した位置に配置されている。図２に示すように、内側円筒部１３２ｂの内径および外径は、ロータコア１１ａの内周部よりも径方向外側、かつ永久磁石１１ｂが配置された径方向位置よりも径方向内側に設定されている。つまり、端部１３２ｄは、永久磁石１１ｂとは軸方向に対向しない位置に配置されている。

外側円筒部１３２ｃは、円板部１３２ａの外周部から軸方向で一方側に延びており、ステータコア１２ａの外径よりも大径に形成されている。この外側円筒部１３２ｃは、界磁コイル１４（第２界磁コイル１４２）に通電することにより生じる界磁磁束を、第３界磁ヨーク１３３と繋ぐように軸方向に流すためのものである。そのため、外側円筒部１３２ｃは、第３界磁ヨーク１３３と軸方向に接触する端部１３２ｅを有する。この端部１３２ｅは、周方向に沿った円環状に形成され、第３界磁ヨーク１３３の軸方向端部１３３ｂと接触している。さらに、端部１３１ｅの一部はステータ１２の固定部１２ｄの軸方向端面（他方側）と接触している。つまり、端部１３２ｅは、第３界磁ヨーク１３３の軸方向端部１３３ｂと接触する部分とステータ１２の固定部１２ｄと接触する部分とが周方向に交互に配置されている。また、外側円筒部１３２ｃの径方向内側には、ステータコイル１２ｃのコイルエンド部（他方側）が配置されている。第２界磁ヨーク１３２はステータコイル１２ｃのコイルエンド部とは非接触である。なお、第２界磁ヨーク１３２は第１界磁ヨーク１３１と対をなす部材であるため、形状としては第１界磁ヨーク１３１と同じものを用いることが可能である。

第３界磁ヨーク１３３は、ステータコア１２ａの外周面に沿った円弧状の内周面を有し、ステータコア１２ａの軸方向長さに対応して軸方向に延在している。この第３界磁ヨーク１３３は、界磁コイル１４（第１界磁コイル１４１および第２界磁コイル１４２）に通電することにより生じる界磁磁束を、ステータコア１２ａの外周側で軸方向に流すための部材である。

図３および図４に示すように、第３界磁ヨーク１３３は、固定部１２ｄを境にして周方向に分割されている。すなわち、第３界磁ヨーク１３３は、ステータコア１２ａの外周側において、固定部１２ｄが設けられている部分には配置されていない。電動機１では、複数の第３界磁ヨーク１３３が設けられており、図３に示す例では、第３界磁ヨーク１３３が３つ設けられている。そして、第３界磁ヨーク１３３は、固定部１２ｄに固定されている。この固定方法としては、例えば溶接によって第３界磁ヨーク１３３を固定部１２ｄに接合することができる。なお、溶接に限らず、接着によって第３界磁ヨーク１３３と固定部１２ｄとを固定する固定方法であってもよい。

図５は、界磁ヨークの構造を説明するための図である。図５に示すように、第３界磁ヨーク１３３は周方向に均等に分割された構造を有する。この第３界磁ヨーク１３３は、一方側の軸方向端部１３３ａと、他方側の軸方向端部１３３ｂと、周方向端部１３３ｃと、を有する。

軸方向端部１３３ａは、周方向に沿った形状に形成され、軸方向の一方側で第１界磁ヨーク１３１と接触する。軸方向端部１３３ｂは、周方向に沿った形状に形成され、軸方向の他方側で第２界磁ヨーク１３２と接触する。第３界磁ヨーク１３３は、均一の厚さに形成されており、図２に示すように、第１界磁ヨーク１３１の外側円筒部１３１ｃおよび第２界磁ヨーク１３２の外側円筒部１３２ｃと略同等の厚さに形成されている。この場合、外側円筒部１３１ｃの端部１３１ｅは、径方向全域が軸方向端部１３３ａに接触する。同様に、外側円筒部１３２ｃの端部１３２ｅは、径方向全域が軸方向端部１３３ｂに接触する。さらに、軸方向端部１３３ａは、ステータコア１２ａの軸方向一方側の端面と同一平面上に配置されており、軸方向端部１３３ｂは、ステータコア１２ａの軸方向他方側の端面と同一平面上に配置されている。電動機１では、第３界磁ヨーク１３３の軸方向長さは、ステータコア１２ａの軸方向長さと同じである。

周方向端部１３３ｃは、軸方向に沿った形状に形成され、ステータ１２の固定部１２ｄに接触する。この周方向端部１３３ｃは固定部１２ｄに固定される部位である。例えば、周方向端部１３３ｃを軸方向に沿って直線状に溶接して、固定部１２ｄに接合する。あるいは、軸方向に所定間隔を空けた位置で周方向端部１３３ｃと固定部１２ｄとを溶接してもよい。この固定部１２ｄは、ステータコイル１２ｃが通電された際に生じる磁束が通る経路には含まれない部位である。そのため、ステータコア１２ａではなく、固定部１２ｄに第３界磁ヨーク１３３を溶接することが望ましい。ステータコア１２ａは、ステータコイル１２ｃにより生じる磁束が流すための部材であるため、溶接部による回転磁界への影響を考慮すると、ステータコア１２ａには第３界磁ヨーク１３３との溶接部が設けられないことが望ましい。

また、図２および図３に示すように、第３界磁ヨーク１３３は、周方向で固定部１２ｄ同士の間に配置され、径方向でステータコア１２ａの外周面に密着している。第３界磁ヨーク１３３の内周面はステータコア１２ａの外周面に沿った円弧状の面である。そして、第３界磁ヨーク１３３の内周面とステータコア１２ａの外周面とが密着していることにより、界磁コイル１４により生じる界磁磁束が、第３界磁ヨーク１３３とステータコア１２ａとの間で径方向に流れることが可能になる。

界磁コイル１４は、第１界磁ヨーク１３１の内側円筒部１３１ｂに巻き回された第１界磁コイル１４１と、第２界磁ヨーク１３２の内側円筒部１３２ｂに巻き回された第２界磁コイル１４２とを含む。この界磁コイル１４は、界磁電流が流されることによって、第３界磁ヨーク１３３を経由してロータ１１およびステータ１２を通る界磁磁束を発生させる。

第１界磁コイル１４１に界磁電流を流すと、第１界磁コイル１４１は、第１界磁ヨーク１３１および第３界磁ヨーク１３３を経由してステータ１２およびロータ１１を流れる界磁磁束を発生させる。一方、第２界磁コイル１４２に界磁電流を流すと、第２界磁コイル１４２は、第２界磁ヨーク１３２および第３界磁ヨーク１３３を経由してステータ１２およびロータ１１を流れる界磁磁束を発生させる。電動機１では、制御装置によって、界磁コイル１４に通電される界磁電流が制御され、界磁磁束の発生が制御される。例えば、制御装置は、電動機１の動作点に応じて、界磁コイル１４への通電を制御し、ロータ１１とステータ１２との間の径方向の空隙を通る磁束量を制御する。

図６は、界磁コイルに界磁電流を通電した際に生じる界磁磁束の流れを説明するための図である。電動機１では、図６に示す矢印の方向に流れる界磁磁束が発生するように、第１界磁コイル１４１および第２界磁コイル１４２に界磁電流を流すことができる。

第１界磁コイル１４１への通電により生じる界磁磁束は、第１界磁ヨーク１３１の円板部１３１ａ、外側円筒部１３１ｃ、第３界磁ヨーク１３３、ステータコア１２ａ、ステータティース１２ｂ、ロータコア１１ａ、第１界磁ヨーク１３１の内側円筒部１３１ｂ、円板部１３１ａの順に流れる。

より詳細には、第１界磁コイル１４１による界磁磁束は、ステータコア１２ａの外周側において第３界磁ヨーク１３３の内部を軸方向に流れる。また、ステータコア１２ａは電磁鋼板を軸方向に積層した構造であるため、ステータコア１２ａの内部では径方向の磁気抵抗が軸方向の磁気抵抗よりも小さい。そのため、図６に示すように、第１界磁コイル１４１による界磁磁束は、第３界磁ヨーク１３３からステータコア１２ａの内部へと径方向に流れ、ステータティース１２ｂからロータコア１１ａへと空隙を介して径方向に流れる。ロータコア１１ａは、ステータコア１２ａと同様に、電磁鋼板を軸方向に積層した構造であるため、ロータコア１１ａの内部では径方向の磁気抵抗が軸方向の磁気抵抗よりも小さい。そのため、図６に示すように、第１界磁コイル１４１による界磁磁束は、ロータコア１１ａの外周部から内周部へと、ロータ１１の内部を径方向内側に向けて流れる。この場合、第１界磁コイル１４１による界磁磁束は永久磁石１１ｂの内部を径方向に流れる。

また、ロータコア１１ａのうち径方向内側の部分は、軸方向の一方側において、第１界磁ヨーク１３１の内側円筒部１３１ｂの端部１３１ｄと対向している。そのため、ロータコア１１ａのうち径方向内側の部分では、磁気回路が内側円筒部１３１ｂの端部１３１ｄと繋がる経路となるように、界磁磁束は軸方向に流れる。そして、ロータコア１１ａの軸方向端面から軸方向の空隙を介して内側円筒部１３１ｂの端部１３１ｄへと界磁磁束が流れ込む。

第１界磁ヨーク１３１の内部を流れる界磁磁束は、内側円筒部１３１ｂを軸方向一方側に向けて流れた後、円板部１３１ａを径方向外側に向けて流れる。さらに、その界磁磁束は、円板部１３１ａから外側円筒部１３１ｃへと流れた後、外側円筒部１３１ｃを軸方向他方側に向けて流れる。そして、この界磁磁束は外側円筒部１３１ｃの端部１３１ｅから第３界磁ヨーク１３３の軸方向端部１３３ａを介して第３界磁ヨーク１３３の内部へと流れ込む。

第２界磁コイル１４２への通電により生じる界磁磁束は、第２界磁ヨーク１３２の円板部１３２ａ、外側円筒部１３２ｃ、第３界磁ヨーク１３３、ステータコア１２ａ、ステータティース１２ｂ、ロータコア１１ａ、第２界磁ヨーク１３２の内側円筒部１３２ｂ、円板部１３２ａの順に流れる。

より詳細には、第２界磁コイル１４２による界磁磁束は、ステータコア１２ａの外周側において第３界磁ヨーク１３３の内部を軸方向に流れる。また、図６に示すように、第２界磁コイル１４２による界磁磁束は、第３界磁ヨーク１３３からステータコア１２ａの内部へと径方向に流れ、ステータティース１２ｂからロータコア１１ａへと空隙を介して径方向に流れる。さらに、第２界磁コイル１４２による界磁磁束は、ロータコア１１ａの外周部から内周部へと、ロータ１１の内部を径方向内側に向けて流れる。この場合、第２界磁コイル１４２による界磁磁束は永久磁石１１ｂの内部を径方向に流れる。

また、ロータコア１１ａのうち径方向内側の部分は、軸方向の他方側において、第２界磁ヨーク１３２の内側円筒部１３２ｂの端部１３２ｄと対向している。そのため、ロータコア１１ａのうち径方向内側の部分では、磁気回路が内側円筒部１３１ｂの端部１３１ｄと繋がる経路となるように、第２界磁コイル１４２による界磁磁束は軸方向に流れる。そして、ロータコア１１ａの軸方向端面から軸方向の空隙を介して内側円筒部１３２ｂの端部１３２ｄへと界磁磁束が流れ込む。

第２界磁ヨーク１３２の内部を流れる界磁磁束は、内側円筒部１３２ｂを軸方向他方側に向けて流れた後、円板部１３２ａを径方向外側に向けて流れる。さらに、その界磁磁束は、円板部１３２ａから外側円筒部１３１ｃへと流れた後、外側円筒部１３２ｃを軸方向一方側に向けて流れる。そして、この界磁磁束は、外側円筒部１３２ｃの端部１３１ｅから第３界磁ヨーク１３３の軸方向端部１３３ｂを介して第３界磁ヨーク１３３の内部へと流れ込む。

このように、電動機１は、回転磁界を発生させるステータコイル１２ｃと、界磁磁界を発生させる界磁コイル１４とを備える。そして、電動機１では、モータの動作点に応じて、界磁コイル１４に界磁電流を通電する場合と、界磁コイル１４に界磁電流を通電しない場合とを使い分けることによって、ロータ１１とステータ１２との間の径方向の空隙を通る磁束量を制御することができる。

以上説明した通り、実施形態によれば、ステータ１２に設けられた固定部１２ｄは、ステータコア１２ａの外周側に配置された界磁ヨーク１３（第３界磁ヨーク１３３）よりも径方向外側に突出しているので、固定部１２ｄをケース５に直接的に固定することができる。これにより、経時的にステータ１２とケース５との固定力が安定する。

また、電動機１によれば、ステータコア１２ａの外周側において、第３界磁ヨーク１３３が固定部１２ｄに固定されているため、歪みよる損失が発生しない。この歪みによる損失とは、例えば円筒状の界磁ヨークを焼嵌めによって円筒状のステータコアに固定した構造では、焼嵌めによる界磁ヨークからの締め付けによってステータコアが変形することが考える。このステータコアの変形による歪みが生じると、損失が発生してしまう。さらに、この円筒状の界磁ヨークを製造する場合と比較して、上述した第３界磁ヨーク１３３では製造が容易になる。加えて、第３界磁ヨーク１３３によれば、歩留まりが向上するとともに、電動機１を軽量化できる。

なお、第３界磁ヨーク１３３および固定部１２ｄの構造は、上述した実施形態の構造に限定されない。例えば、固定部１２ｄは、必ずしも周方向に等間隔を空けた位置でなくてもよく、その数も三つに限定されない。同様に、第３界磁ヨーク１３３は、固定部１２ｄの数に応じて複数に分割されていればよい。四つの固定部１２ｄを備えるステータ１２の場合には、四つの第３界磁ヨーク１３３を備えた電動機１を構成すればよい。さらに、固定部１２ｄを境にして周方向に分割された第３界磁ヨーク１３３を備える電動機１では、固定部１２ｄと軸方向に対向する位置に第３界磁ヨーク１３３が配置されていないことになる。そのため、固定部１２ｄに設けられた締結孔１２ｅは、第３界磁ヨーク１３３よりも径方向外側に設けられなくてもよい。これは、締結孔１２ｅにボルト８を挿通する際、第３界磁ヨーク１３３が妨げとはならないためである。例えば、締結孔１２ｅは、第３界磁ヨーク１３３が配置された径方向位置と重なる径方向位置に設けられてもよい。すなわち、締結孔１２ｅは、少なくとも一部が第３界磁ヨーク１３３よりも径方向外側に配置されてもよい。

また、第３界磁ヨーク１３３を固定する部分は、固定部１２ｄに限らず、ステータコア１２ａであってもよい。例えば、ステータコア１２ａの軸方向端面側から、第３界磁ヨーク１３３とステータコア１２ａとを溶接してもよい。この場合、第３界磁ヨーク１３３を固定部１２ｄに接触させなくてもよい。そのため、第３界磁ヨーク１３３は、ステータコア１２ａに溶接された場合、周方向端部１３３ｃは固定部１２ｄに接触しない位置に配置されてもよい。すなわち、固定部１２ｄ同士の間で、ステータコア１２ａの外周面を周方向全域に亘って第３界磁ヨーク１３３で覆わなくてもよい。

また、固定部１２ｄが第３界磁ヨーク１３３よりも径方向外側に突出した構造であればよいので、固定部１２ｄの一部に第３界磁ヨーク１３３の一部が配置された構造であってもよい。例えば、固定部１２ｄがステータコア１２ａの外周面から緩やかに径方向外側に突出する構造となる場合、この固定部１２ｄのうち突出し始めの部分には第３界磁ヨーク１３３が配置されることになる。

また、電動機１は、ステータコア１２ａの外周側に第３界磁ヨーク１３３を備える構成であればよく、必ずしも上述した実施形態の構造に限定されない。

例えば、ロータ１１は、永久磁石１１ｂを有するものに限定されない。具体的には、ロータ１１は、永久磁石１１ｂを有さず、突極構造に構成されたロータコア１１ａを有するものであってもよい。つまり、電動機１は、突極構造のロータ１１と突極構造のステータ１２とを備えるリラクタンスモータであってもよい。

また、第３界磁ヨーク１３３の厚さと外側円筒部１３１ｃおよび外側円筒部１３２ｃの厚さとの関係は、特に限定されない。例えば、第３界磁ヨーク１３３の厚さは、外側円筒部１３１ｃの厚さおよび外側円筒部１３２ｃの厚さと同じ厚さであってもよく、あるいは異なる厚さであってもよい。さらに、外側円筒部１３１ｃの厚さと外側円筒部１３２ｃの厚さの関係も、特に限定されない。つまり、外側円筒部１３１ｃは、外側円筒部１３２ｃと同じ厚さであってもよく、あるいは異なる厚さであってもよい。

また、第３界磁ヨーク１３３は、軸方向端部１３３ａ，１３３ｂがステータコア１２ａよりも軸方向外側に突出した構造であってもよい。つまり、第３界磁ヨーク１３３は、軸方向の両側において、第１界磁ヨーク１３１および第２界磁ヨーク１３２と接触していればよいので、必ずしもステータコア１２ａと同じ軸方向長さでなくてもよい。

また、第１界磁ヨーク１３１および第２界磁ヨーク１３２は、第３界磁ヨーク１３３と接触していればよいので、外側円筒部１３１ｃ，１３２ｃを有さない構造であってもよい。例えば、第１界磁ヨーク１３１の円板部１３１ａが、ステータコア１２ａよりも軸方向一方側に突出した軸方向端部１３３ａと軸方向に接触する。同様に、第２界磁ヨーク１３２の円板部１３２ａが、ステータコア１２ａよりも軸方向他方側に突出した軸方向端部１３３ｂと軸方向に接触する。

また、第３界磁ヨーク１３３は、周方向に複数の部材に分割された構造に限らず、１つの部材から構成されてもよい。例えば、第３界磁ヨーク１３３は一枚のシート状の磁性体から構成されてもよい。この変形例の第３界磁ヨーク１３３について、図７〜図９に構造を例示した。

図７は、変形例の第３界磁ヨークを説明するための図である。図８は、変形例の第３界磁ヨークが円筒状に構成される前の状態を示す模式図である。図９は、変形例の第３界磁ヨークを備えた電動機を模式的に示す断面図である。

図７および図８に示すように、変形例の第３界磁ヨーク１３３は、一枚のシート状の磁性体から構成されている。この第３界磁ヨーク１３３は、固定部１２ｄに対応する位置に形成された貫通孔１３３ｄと、周方向の突き合わせ部となる周方向端部１３３ｅとを有する。貫通孔１３３ｄは、第３界磁ヨーク１３３の厚さ方向、すなわちステータコア１２ａの径方向に貫通している。この貫通孔１３３ｄは、ステータ１２に取り付けられた際に、固定部１２ｄが径方向外側に貫通するための孔である。周方向端部１３３ｅは、第３界磁ヨーク１３３の周方向両側の端部同士を突き合わせて接合される部位である。

具体的には、図８に示すように平板状の状態の第３界磁ヨーク１３３は、ステータコア１２ａの外周側に配置される際、図７に示すように円筒状に丸められることが可能である。この際、周方向端部１３３ｅ同士を周方向に突き合わせた状態で溶接によって接合する。さらに、貫通孔１３３ｄを形成している部位を、固定部１２ｄに固定する。つまり、貫通孔１３３ｄを縁取っている磁性体の部分を、軸方向に沿って固定部１２ｄに溶接することができる。

図９に示すように、この変形例では、ステータ１２の固定部１２ｄは、第３界磁ヨーク１３３の貫通孔１３３ｄを通じて径方向外側に突出している。この場合、第３界磁ヨーク１３３の軸方向端部１３３ａは、軸方向一方側において、ステータコア１２ａおよび固定部１２ｄよりも軸方向外側に突出した位置で第１界磁ヨーク１３１の外側円筒部１３１ｃと接触している。同様に、第３界磁ヨーク１３３の軸方向端部１３３ｂは、軸方向他方側において、ステータコア１２ａおよび固定部１２ｄよりも軸方向外側に突出した位置で第２界磁ヨーク１３２の外側円筒部１３２ｃと接触している。例えば、変形例の第３界磁ヨーク１３３は、上述した実施形態の第３界磁ヨーク１３３と同じ材料により構成される。このように、変形例の第３界磁ヨーク１３３を備える電動機１によれば、第３界磁ヨーク１３３を一つの部材により構成することができる。これにより、電動機１の部品点数を削減できるとともに、製造性が向上する。

なお、上述した図７〜図９に例示した第３界磁ヨーク１３３は、固定部１２ｄと軸方向に対向する部分が、ステータコア１２ａに密着して配置された部分と比べて、厚さが薄く形成されてもよい。つまり、ボルト８を締結孔１２ｅに挿通する際に、固定部１２ｄと軸方向に対向する部分となる第３界磁ヨーク１３３が、ボルト８の妨げとならないようにするために、相対的に薄くしてもよい。あるいは、上述した図７〜図９に例示した第３界磁ヨーク１３３について、固定部１２ｄと軸方向に対向する部分を削除した構造であってもよい。

１ 電動機
１１ ロータ
１１ａ ロータコア
１１ｂ 永久磁石
１２ ステータ
１２ａ ステータコア
１２ｂ ステータティース
１２ｃ ステータコイル
１２ｄ 固定部
１２ｅ 締結孔
１３ 界磁ヨーク
１４ 界磁コイル
１３１ 第１界磁ヨーク
１３１ａ 円板部
１３１ｂ 内側円筒部
１３１ｃ 外側円筒部
１３１ｄ，１３１ｅ 端部
１３２ 第２界磁ヨーク
１３２ａ 円板部
１３２ｂ 内側円筒部
１３２ｃ 外側円筒部
１３２ｄ，１３２ｅ 端部
１３３ 第３界磁ヨーク
１３３ａ，１３３ｂ 軸方向端部
１３３ｃ，１３３ｅ 周方向端部
１３３ｄ 貫通孔
１４１ 第１界磁コイル
１４２ 第２界磁コイル

Claims (7)

1. 回転軸に固定されたロータと、
   前記ロータの外周側に配置された円筒状のステータコア、前記ステータコアから径方向内側に突出するステータティース、および前記ステータティースに巻き回されたステータコイルを有するステータと、
   前記ステータコアの外周側に配置された界磁ヨークと、
   界磁電流が流れることにより、前記界磁ヨークを経由して前記ステータおよび前記ロータを通る界磁磁束を発生させる界磁コイルと、
   前記ロータ、前記ステータ、前記界磁ヨーク、および前記界磁コイルを収容するケースと、
   を備える電動機であって、
   前記ステータは、前記ケースに直接的に固定される部位として、前記ステータコアから径方向外側に突出し、かつ前記界磁ヨークよりも径方向外側に突出している固定部を有する
   ことを特徴とする電動機。
2. 前記界磁ヨークは、前記ステータコアの外周側のうち、前記固定部が設けられていない部分に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記固定部は、前記ステータコアの周方向に所定間隔を空けて複数設けられ、
   前記界磁ヨークは、前記固定部を境にして周方向に分割されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
4. 前記界磁ヨークには、前記固定部に対応する位置で前記ステータコアの径方向に貫通する貫通孔が形成され、
   前記固定部は、前記貫通孔を通じて前記界磁ヨークよりも径方向外側に突出している
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
5. 前記界磁ヨークは、前記貫通孔を有する一枚のシート状の磁性体から構成され、周方向両側の端部同士を突き合わせて溶接された円筒形に形成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の電動機。
6. 前記固定部には、前記界磁ヨークよりも径方向外側で軸方向に貫通する締結孔が形成され、
   前記ステータは、前記締結孔に挿通されたボルトによって前記ケースに締結される
   ことを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の電動機。
7. 前記ロータおよび前記ステータと前記回転軸の軸方向の一方側から対向する円環状の第１界磁ヨークと、
   前記ロータおよび前記ステータと前記軸方向の他方側から対向する円環状の第２界磁ヨークと、
   をさらに備え、
   前記ステータコアの外周側に配置された界磁ヨークは、第３界磁ヨークであり、
   前記第１界磁ヨークは、前記軸方向において、前記第３界磁ヨークの一方側の軸方向端部と接触し、
   前記第２界磁ヨークは、前記軸方向において、前記第３界磁ヨークの他方側の軸方向端部と接触している
   ことを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の電動機。

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