JP5256147B2

JP5256147B2 - ロータおよびモータ

Info

Publication number: JP5256147B2
Application number: JP2009196577A
Authority: JP
Inventors: 貴紀鈴木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2029-08-27
Also published as: JP2011050179A

Description

本発明は、ロータおよびモータ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と、ロータ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とを備えたモータが知られている。このようなモータにおいては、モータの高トルク化を図り、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１参照）。

特許文献１の永久磁石式回転子（ロータ）は、ロータヨーク（ロータコア）の外周部に設けられた平面視長方形の永久磁石と、互いに隣り合う永久磁石の間に設けられた凹部と、凹部の径方向外側に突出するように設けられた突部と、を有している。

特開２００５−１１７８５５号公報

ところで、上述した特許文献１のロータにおいて、更なる高トルク化を図るために永久磁石をよりロータコアの外周面側に寄せて配置しようとすると、磁束飽和を防止するためのフラックスバリアの開口が大きくなり、トルクリップルが発生しやすくなるという問題がある。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、トルクリップルを低減することができるとともに、トルクを上昇させることができるロータおよびモータ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、円柱状のロータコア（例えば、実施形態におけるロータコア５６）と、該ロータコアの周方向に略等間隔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、軸線回りに回転可能に支持されたロータ（例えば、実施形態におけるロータ２２）において、前記永久磁石は、径方向の厚みが周方向中央部より周方向両側部が薄くなるような面取り部（例えば、実施形態における面取り部７４）が形成されており、前記ロータコアにおける周方向に隣り合う前記永久磁石間に溝部（例えば、実施形態における溝部５０）が周方向に所定間隔を空けて二箇所形成され、該溝部の最深部（例えば、実施形態における最深部５１）と軸中心（例えば、実施形態における軸中心Ｃ）との距離（例えば、実施形態における距離Ｘ１）が、近接する前記永久磁石の径方向最遠部と前記軸中心との距離（例えば、実施形態における距離Ｘ２）よりも短くなっているとともに、前記ロータコアにおける前記二つの溝部に挟まれた磁束通過部（例えば、実施形態における磁束通過部９０）の周方向の厚みが、径方向内側の厚み（例えば、実施形態における厚みＷ１）よりも外周縁部の厚み（例えば、実施形態における厚みＷ２）の方が厚く形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、前記ロータコアの磁束通過部における外周面（例えば、実施形態における外周面９０ｂ）と前記軸中心との径方向の長さは、該磁束通過部の周方向中央部から周方向両端部に向かって徐々に短くなっ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、前記ロータコアの磁束通過部における外周縁部（例えば、実施形態における外周縁９０ａ）に、周方向に突出した凸部（例えば、実施形態における凸部９１）が形成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、前記溝部の最深部がＵ字状に形成されていることを特徴としている。

請求項５に記載した発明は、前記ロータコアの外周面における前記永久磁石の面取り部に対応した位置が、該面取り部と略平行になるように切り欠かれているとともに、前記溝部近傍において前記磁束通過部の周方向端部に向かって傾斜しており、前記ロータコアの外周面に略Ｖ字状の切欠部（例えば、実施形態における切欠部８５）が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、モータ（例えば、実施形態におけるモータ２３）が、請求項１〜５のいずれかに記載のロータと、該ロータを囲繞するように配された円筒状のステータ（例えば、実施形態におけるステータ２１）と、該ステータのティース部に巻回された巻線と、を備え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、永久磁石に面取り部を形成したため、永久磁石をロータコアの径方向外側に寄せて配置しても永久磁石をロータコアに強固に保持させることができる。また、ロータコアにおける隣り合う永久磁石の間に、溝部を二箇所形成したため、ｑ溝効果によりトルクリップルを低減することができるとともに、トルクを上昇させることができる。また、ロータコアに溝部を形成することにより、ロータを軽量化することができ、モータとしての応答性を向上させることができる。また、トルクリップルを低減することにより、モータからの騒音・振動の発生を抑制することができる。さらに、トルクの最低値が上昇するため、ヒルホールド状態での電流値が低減する。その結果、ヒルホールド状態での発熱を低減することができる。そして、二つの溝部に挟まれた磁束通過部の周方向の厚みが、径方向内側の厚みよりも外周縁部の厚みの方が厚くなるように構成したため、磁束通過部に磁束を通し易くすることができる。つまり、磁束通過部を通過する主磁束が増加するため、モータ出力を向上させることができる。

請求項２に記載した発明によれば、磁束通過部の外周面形状を、該外周面とロータコアの軸中心との径方向の長さが周方向中央部から周方向両端部に向かって徐々に短くなるようにしたため、磁束通過部に磁束をさらに通し易くすることができ、トルクリップルをさらに低減することができる。また、磁束通過部を通過する主磁束を増加することができるため、ｄ軸インダクタンスが低下する。その結果、モータの出力を向上させることができる。

請求項３に記載した発明によれば、磁束飽和レベルが低いロータコアの外周縁部に凸部を形成したため、トルクをさらに上昇させることができる。

請求項４に記載した発明によれば、溝部の最深部をＵ字状に形成したため、ロータコアの強度を確保することができるとともに、ロータコアに磁束を通し易くすることができる。

請求項５に記載した発明によれば、ロータコアの外周面に略Ｖ字状の切欠部を形成することにより、リラクタンストルクを発生させつつ、トルクリップルを低減することができる。また、溝部の開口部分を狭くすることができるため、トルクをより向上させることができる。

請求項６に記載した発明によれば、永久磁石に面取り部を形成したため、永久磁石をロータコアの径方向外側に寄せて配置しても永久磁石をロータコアに強固に保持させることができる。また、ロータコアにおける隣り合う永久磁石の間に形成された磁束通過部に、溝部を二箇所形成したため、ｑ溝効果によりトルクリップルを低減することができるとともに、トルクを上昇させることができるモータを提供することができる。

本発明の実施形態におけるモータユニット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の正面図である。図２のＡ部拡大図である。従来のロータの概略構成図である。従来のロータに溝部を形成した状態の概略構成図である。図４と図５のロータのトルク特性を示すグラフである。図２と図５のロータのトルク特性を示すグラフである。

次に、本発明の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。なお、本実施形態では車両用モータユニットに採用したモータについて説明する。
図１は車両用モータユニットの概略構成断面図である。図１に示すように、車両用モータユニット（以下、モータユニットという。）１０は、コイル２０が巻回されたステータ２１および永久磁石５８が配されたロータ２２を備えたモータ２３を有している。また、モータユニット１０は、モータ２３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、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２１を全周覆うように設けられている。また、ステータ２１は、モータハウジング１１に圧入されており、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、モータユニット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４２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４２で分離することができ、潤滑オイルがブリーザ室４２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４２は、モータユニット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４２はブリーザ通路３５と連通しており、ブリーザ配管３９からモータユニット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４２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はロータの正面図であり、図３はロータの部分拡大図（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に周方向に略等間隔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２２はコイル２０が巻回されたステータ２１と所定間隔を空けて対向配置されている。つまり、永久磁石５８がロータコア５６に埋め込まれた、所謂ＩＰＭ（ＩｎｔｅｒｉｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）モータを構成している。

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に分割されている。

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２１側（外径側）の端部からロータコア５６の外周縁に沿うように円弧状に延設された円弧部６３と、円弧部６３の端部からロータコア５６の外周縁に沿うよう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、接着剤を充填するための充填用切欠部６５およびフラックスバリア６７が形成されて端部同士が繋がっている。このフラックスバリア６７は、右側永久磁石５８Ａの第三直線部７５（後に詳述する。）から周方向外方へ膨出するように形成されている。

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の円弧部６３に対応した円弧部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三直線部７５と、を有している。

また、ロータコア５６の外周面５６ａ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、右側永久磁石５８Ａの面取り部７４と略平行になるように形成されている。また、直線部８６に連続して形成された直線部８７は、直線部８６と逆向きの傾斜で形成され、略Ｖ字状の切欠部８５が形成されている（後に詳述する。）。

ここで、ロータコア５６における隣り合う永久磁石５８，５８間には、ロータコア５６の外周面５６ａから軸中心Ｃに向かって溝部５０が形成されている。溝部５０は、隣り合う永久磁石５８，５８のそれぞれ近傍に１箇所ずつ、計２箇所形成されている。この溝部５０，５０に挟まれた領域が磁束通過部９０として構成される。

溝部５０は、ロータコア５６におけるフラックスバリア６７の直近に、平面視略Ｕ字状に形成されている。ここで、右側永久磁石５８Ａの近傍に形成された溝部を溝部５０Ａとし、左側永久磁石５８Ｂの近傍に形成された溝部を溝部５０Ｂとする。つまり、ロータコア５６における溝部５０Ａと溝部５０Ｂとの間に挟まれた領域が磁束通過部９０となっている。

磁束通過部９０における外周縁９０ａには径方向外側へ突出した凸部９１が両側に形成されている。つまり、磁束通過部９０の周方向の厚みが、径方向内側の厚みＷ１よりも外周縁９０ａの厚みＷ２の方が厚く形成されている。この凸部９１の形状としては、平面視で略矩形状の形状が望ましい。凸部９１を略矩形状にすることにより、溝部５０の幅を確保しつつ、凸部９１の面積をできる限り大きく確保することができる。

また、磁束通過部９０における外周面９０ｂと軸中心Ｃとの径方向の長さは、磁束通過部９０の周方向中央部から周方向両端部に向かって徐々に短くなっている。つまり、磁束通過部９０の周方向中央部と軸中心Ｃと間の長さＨ１と、磁束通過部９０の周方向端部と軸中心Ｃとの間の長さＨ２と、を比較するとＨ１＞Ｈ２となっている。本実施形態では、磁束通過部９０の外周面９０ｂは湾曲形成されている。

また、溝部５０の深さＤ１は、隣り合う永久磁石５８，５８の短絡磁束を低減する深さで形成されている。具体的には、軸中心Ｃと溝部５０の最深部５１とを結んだ距離Ｘ１が、近接する永久磁石５８の径方向最遠部と軸中心Ｃとの距離Ｘ２よりも短くなっている。つまり、溝部５０と永久磁石５８とが周方向にラップするように、溝部５０の深さが設定されている。

なお、溝部５０の周方向に沿う幅は、特に限定する必要はないが、ロータコア５６の強度が確保される幅にすることが望ましい。また、溝部５０はできる限り永久磁石５８側に寄せて形成することがモータ２３の性能にとっては好ましいが、溝部５０と開口部５７との間の肉厚Ｗ３はロータコア５６の強度を考慮して設定することが必要である。また、ロータコア５６における溝部５０と開口部５７との間の領域は、最も磁束が飽和する箇所になるため、一方に永久磁石５８の開口部５７にフラックスバリア６７を形成するとともに、他方に溝部５０を形成することにより磁束短絡が生じるのを防ぐことができる。

さらに、ロータコア５６の外周面５６ａには切欠部８５が形成されている。切欠部８５は平面視で略Ｖ字状に形成されており、直線部８６と直線部８７とを有している。直線部８６は、永久磁石５８の面取り部７４と略平行になるように形成されている。直線部８７の一端側は直線部８６の端部に接続されており、直線部８７は直線部８６と逆向きの傾斜角度で磁束通過部９０の凸部９１の方向へ向かって形成されている。直線部８７の他端側はロータコア５６の外周面５６ａまで延設されている。

このように構成したロータコア５６と従来のロータコアとのトルク波形について比較をする。図４が従来のロータの構成図、図５がロータコアに溝部のみを形成したロータの構成図である。

図６に示すように、図４のロータと図５のロータとでは、溝部を形成することにより、トルクリップルを低減できることが分かる。また、トルクの最低値を上昇させることができる。

さらに、図７に示すように、図５のロータと図２のロータとでは、磁束通過部９０に凸部９１をさらに形成することにより、トルクリップルをさらに低減できることが分かる。また、トルクの最低値もさらに上昇させることができる。

本実施形態によれば、永久磁石５８に面取り部７４を形成し、永久磁石５８を略かまぼこ型に形成したため、永久磁石５８をロータコア５６の径方向外側に寄せて配置しても永久磁石５８をロータコア５６に強固に保持させることができる。また、ロータコア５６における隣り合う永久磁石５８，５８の間に形成された磁束通過部９０に、溝部５０を二箇所形成したため、ｑ溝効果によりトルクリップルを低減することができるとともに、トルクを上昇させることができる。また、ロータコア５６に溝部５０を形成することにより、ロータ２２を軽量化することができ、モータ２３としての応答性を向上させることができる。また、トルクリップルを低減することにより、モータ２３からの騒音・振動の発生を抑制することができる。さらに、トルクの最低値が上昇するため、ヒルホールド状態での電流値が低減する。その結果、ヒルホールド状態での発熱を低減することができる。

また、磁束通過部９０の外周面９０ｂの形状を、該外周面９０ｂとロータコア５６の軸中心Ｃとの径方向の長さが周方向中央部から周方向両端部に向かって徐々に短くなるようにしたため、磁束通過部９０に磁束を通し易くすることができ、トルクリップルをさらに低減することができる。また、磁束通過部９０を通過する主磁束を増加することができるため、ｄ軸インダクタンスが低下する。その結果、モータ２３の出力を向上させることができる。

また、磁束飽和レベルが低いロータコア５６の外周縁（磁束通過部９０の外周縁９０ａ）に凸部９１を形成したため、トルクをさらに上昇させることができる。

また、溝部５０の最深部５１をＵ字状に形成したため、ロータコア５６の強度を確保することができるとともに、ロータコア５６に磁束を通し易くすることができる。

さらに、ロータコア５６の外周面５６ａに略Ｖ字状の切欠部８５を形成することにより、リラクタンストルクを発生させつつ、トルクリップルを低減することができる。また、溝部５０の開口部分を狭くすることができるため、トルクをより向上させることができる。

そして、上記のように形成されたロータコア５６を用いたロータ２２を有したモータ２３を採用することにより、トルクリップルを低減することができるとともに、トルクを上昇させることができるモータを提供することができる。

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、ロータコアにリブを設けて永久磁石を２分割にして配した場合の説明をしたが、永久磁石は分割しなくてもよい。
また、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。

また、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。
また、本実施形態においては、磁束通過部における外周面を湾曲形状にした場合の説明をしたが、テーパ形状であってもよい。

２１…ステータ２２…ロータ２３…モータ５０…溝部５１…最深部５６…ロータコア５７…開口部５８…永久磁石７４…面取り部８５…切欠部９０…磁束通過部９０ａ…外周縁９０ｂ…外周面９１…凸部Ｃ…軸中心Ｘ１…溝部の最深部と軸中心との距離Ｘ２…永久磁石の径方向最遠部と軸中心との距離Ｗ１…磁束通過部の径方向内側の厚みＷ２…磁束通過部の外周縁部の厚み

Claims

円柱状のロータコアと、該ロータコアの周方向に略等間隔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において、
前記永久磁石は、径方向の厚みが周方向中央部より周方向両側部が薄くなるような面取り部が形成されており、
前記ロータコアにおける周方向に隣り合う前記永久磁石間に溝部が周方向に所定間隔を空けて二箇所形成され、
該溝部の最深部と軸中心との距離が、近接する前記永久磁石の径方向最遠部と前記軸中心との距離よりも短くなっているとともに、
前記ロータコアにおける前記二つの溝部に挟まれた磁束通過部の周方向の厚みが、径方向内側の厚みよりも外周縁部の厚みの方が厚く形成されていることを特徴とするロータ。
前記ロータコアの磁束通過部における外周面と前記軸中心との径方向の長さは、該磁束通過部の周方向中央部から周方向両端部に向かって徐々に短くなっていることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
前記ロータコアの磁束通過部における外周縁部に、周方向に突出した凸部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。
前記溝部の最深部がＵ字状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロータ。
前記ロータコアの外周面における前記永久磁石の面取り部に対応した位置が、該面取り部と略平行になるように切り欠かれているとともに、前記溝部近傍において前記磁束通過部の周方向端部に向かって傾斜しており、前記ロータコアの外周面に略Ｖ字状の切欠部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のロータ。
請求項１〜５のいずれかに記載のロータと、
該ロータを囲繞するように配された円筒状のステータと、
該ステータのティース部に巻回された巻線と、を備えていることを特徴とするモータ。