(57)【要約】【課題】  製作コストを低減することのできるロータおよびモータ、または効果的にロータに生じ得る鉄損を低減することのできるロータおよびモータを提供する。【解決手段】  インナーロータ型のモータ１において、ロータ３は、別体で製作された外周側部分３１と内周側部分３２が永久磁石４，４，…を介して接続されることによって形成されている。外周側部分３２は鉄損を低減可能な磁性材料である、例えば高グレード電磁鋼板を積層して製作される。また、外周側部分３２は、電磁鉄粉を筒状にプレス成形することもでき、この場合は筒体５を永久磁石４，４，…の外周に装着する。筒体５には、その周方向に延びる複数の切欠き５１，５１，…が穿設されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを構成するリング状のステータの内側に配設される、平面視が円盤状のロータであって、
前記ロータは、径方向の外周側部分と内周側部分で縁切りされており、少なくとも外周側部分が鉄損を低減可能な磁性材料にて成形されていることを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記鉄損を低減可能な磁性材料が高グレード電磁鋼板であり、該高グレード電磁鋼板が積層されることにより外周側部分が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
請求項１に記載のロータにおいて、
前記外周側部分は筒状に一体成形されており、筒体の外周面には周方向に延びる切欠きが穿設されていることを特徴とするロータ。
【請求項４】
前記ロータの外周側部分と内周側部分との境界に隙間が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。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のロータを備えたことを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ用のロータとモータに係り、特に、製作コストを低減することのできるロータおよび該ロータを備えたモータ、または効果的にロータに生じ得る鉄損を低減することのできるロータおよび該ロータを備えたモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インナーロータ型のモータにおいては、該ロータに生じる鉄損の大部分が高調波磁界による鉄損であり、かかる鉄損がロータの外周部分に集中して分布することが知られている。ロータの外周部分に鉄損が集中する原因の一つは、ステータのスロット部分に高調波磁界が生じ、その影響が該スロット部分に近いロータ外周部分に及ぼされることである。したがって、永久磁石がロータコア内に埋め込まれた埋込み型ロータであっても、永久磁石がロータ外周面に露出した表面型ロータであってもその傾向は同様である。
【０００３】
上記するようにロータの外周部分に鉄損が集中することが周知であるにもかかわらず、従来のロータは、例えば電磁鋼板などからなる単一材料から成形されるのが一般的であった。それは、例えば所定形状（例えば円形）に打ち抜き成形された電磁鋼板を積層することでロータが製作されるといった、ロータの製作面から招来されるものである。したがって、上記するようにロータの外周部分に鉄損が集中しても、この鉄損を低減するために、ロータの全体を高調波性能に優れた材質からなる材料にて製作することとなり、結果としてロータの製作コストの高騰に繋がっていた。
【０００４】
ところで、特許文献１には、モータのステータを構成するティースとヨークを別体で、かつ双方が異なる材料から成形され、両者が接続されることによって構成されるステータ鉄心に関する発明が開示されている。磁性鉄粉成形体からなるティースと、溶製電磁鋼板からなるヨークを接続することによって構成されるティース鉄心を使用することで、モータの騒音低減効果を得ることができる。
【特許文献１】特開２００３−２４４８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示のステータ鉄心を使用すれば、モータの騒音低減効果を得ることができるが、モータに発生する鉄損を低減できるか否かは不明である。また、かかる特許文献においては、経済的に鉄損を低減させるためのロータに関する記載の開示はない。
【０００６】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、効果的にロータに生じ得る鉄損を低減することのできるロータおよび該ロータを備えたモータを提供することを目的とする。また、製作コストを低減することのできるロータおよび該ロータを備えたモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成すべく、本発明によるロータは、モータを構成するリング状のステータの内側に配設される、平面視が円盤状のロータであって、前記ロータは、径方向の外周側部分と内周側部分で縁切りされており、少なくとも外周側部分が鉄損を低減可能な材質を備えた材料にて成形されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明のロータから構成されるモータは、インナーロータ型のモータであり、ブラシレスＤＣモータやリラクタンスモータなど、適宜の機構のモータを選定できる。また、本発明のロータは、ロータの内部においてその周方向に複数の永久磁石が等間隔で埋め込まれている磁石埋め込み型ロータであることは勿論のこと、永久磁石が露出した表面型ロータであってもよい。
【０００９】
ここで、ロータが、径方向の外周側部分と内周側部分で縁切りされているとは、外周側部分と内周側部分が別体に成形されていて、接着剤等によって両者が接続されることによりロータコアが形成されることを意味している。また、内周側部分の形状は、例えば、中央に配設されるシャフト用の開口が穿設された円盤状であり、外周側部分の形状は、内周側部分の外郭に沿ったリング状とすることができる。このリング状の外周側部分の径方向の幅は、磁束の流れなどを勘案した適宜の幅とすることができる。
【００１０】
磁石埋め込み型ロータの場合には、外周側部分と内周側部分の境界付近に永久磁石が埋め込まれることになる。
【００１１】
また、外周側部分と内周側部分は、同材料から成形されても異なる材料から成形されてもよいが、少なくとも外周側部分は鉄損を低減可能な材質を備えた材料から成形されることを要する。尤も、鉄損がロータの外周に集中することを勘案すると、外周側部分は鉄損を低減可能な材質を備えた材料から成形し、内周側部分はロータの所要強度を確保できれば、適宜の材料（安価な構造材料）にて成形するのが経済的である。
【００１２】
例えば、外周側部分を、一般に量産されている電磁鋼板（いわゆる、自動車用電磁鋼板）から成形し、内周側部分を自動車用電磁鋼板よりも安価な冷延鋼板、熱延鋼板などから成形することができる。
【００１３】
なお、発明者等は、別体に成形された外周側部分と内周側部分とを接続して構成されたロータ（両者は同材料からなる）と、一体成形されたロータとのトルク性能を比較した解析をおこない、前者の方がトルク性能が若干向上することを見出している。したがって、ロータの外周側部分と内周側部分とを縁切りした構成とするだけでも、モータ性能の向上を図ることができる。
【００１４】
また、本発明によるロータの好ましい実施形態は、前記鉄損を低減可能な磁性材料が高グレード電磁鋼板であり、該高グレード電磁鋼板が積層されることにより外周側部分が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
ここでいう高グレード電磁鋼板とは、自動車用途として量産されている電磁鋼板（以下、自動車用電磁鋼板とする）に対して、相対的にモータ損失が低く、かつ電磁鋼板の厚さが０．０１ｍｍ〜０．３０ｍｍの電磁鋼板を指す。自動車用電磁鋼板の厚さは、一般に０．３１ｍｍ〜０．４９ｍｍの範囲にある。それに対して、自動車用途以外にも広く使用されている電磁鋼板で、相対的にモータ損失が高い電磁鋼板（以下、汎用材とする）の厚さは０．５ｍｍ以上である。電磁鋼板の仕様は材料メーカーごとに相違するものであり、モータ損失の大小は、一般に電磁鋼板の成分材料と電磁鋼板の厚さに依存する。高グレード電磁鋼板を使用すれば、自動車用電磁鋼板に比べて、例えば鉄損比を半分程度まで低減することも可能であり、高調波磁界によって発生する渦電流に起因した鉄損を効果的に低減させることが可能となる。
【００１６】
なお、高グレード電磁鋼板は自動車用電磁鋼板に比べて高価であるため、ロータの外周側部分を高グレード電磁鋼板から成形し、内周側部分を自動車用電磁鋼板や汎用材、冷延鋼板、熱延鋼板などから成形することが経済的である。
【００１７】
また、本発明によるロータの他の実施形態は、前記外周側部分が筒状に一体成形されており、筒体の外周面には周方向に延びる切欠きが穿設されていることを特徴とする。
【００１８】
筒体は、例えば、電磁鉄粉をプレス加工するなどして成形することができる。内周側部分は自動車用電磁鋼板や汎用材、冷延鋼板、熱延鋼板、炭素鋼などから成形し、両者を接続して本発明のロータを成形する。
【００１９】
ここで、筒体はバルク材であるため、板材を積層した構成に比べて渦電流損が大きくなる傾向にある。そこで、筒体の外周面に周方向に延びる切欠きを穿設することで渦電流の流れる経路を減少させ、渦電流損の低減を図ることが可能となる。この切欠きは、ロータの軸線方向に所定の間隔を置いて複数設けることが好ましく、切欠きの幅や深さ、切欠き同士の間隔は、ロータの剛性やモータ性能を勘案して適宜の値に設定するのがよい。
【００２０】
また、本発明によるロータの他の実施形態は、前記ロータの外周側部分と内周側部分との境界に隙間が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
隙間は、例えば、内周側部分の外径を外周側部分の内径よりも小さくなるように両者を成形し、両者を同心軸状に配設することによって形成できる。この場合、外周側部分と内周側部分との接続は、埋め込まれる永久磁石を介しておこなうことができる。
【００２２】
ロータの外周側部分と内周側部分との間に隙間を設けることにより、モータのトルク性能にほとんど寄与しない、いわゆる無効磁束（内周側部分へ流れ込む磁束）をこの隙間で阻止することができる。隙間で無効磁束を阻止することにより、この無効磁束はモータトルクに寄与する磁束として利用できることになり、したがってモータのトルク性能の向上を図ることができる。
また、本発明によるモータは、前記ロータを備えたことを特徴とする。
【００２３】
本発明のロータを備えたモータとすることで、従来に比べて経済的なモータ、またはトルク性能に優れたモータを製作することができる。また、構成材料の異なる外周側部分と内周側部分の組み合わせのバリエーションにより、コスト面を考慮せずにトルク性能の向上を重視した場合のモータや、コスト低減を重視したモータなど、適宜のモータを選定することも可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
以上の説明から理解できるように、本発明のロータおよびモータによれば、同一または異なる材料にて別体で成形された外周側部分と内周側部分とを接続することによって構成されるロータを使用することにより、ロータに発生する鉄損を効果的に低減できるモータまたは製作コストを低減可能なモータを製作することができる。モータ性能を重視するか、製作コストを重視するかは状況に応じてモータ製作者の適宜の判断に委ねればよい。また、本発明のロータおよびモータによれば、ロータの外周側部分に集中する渦電流損に起因する鉄損、中でも高調波磁界によって生じる渦電流損に起因する鉄損を効果的に低減することができ、モータのトルク性能の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明のモータの一実施形態を示した斜視図であり、図２は、本発明のモータの他の実施形態を示した斜視図である。なお、ティースのまわりのコイルの図示は省略している。
【００２６】
図１は、本発明のモータ１を示している。モータ１は、平面視がリング状のステータ２と、ステータ２を構成するティース２１，２１，…の内側に配設された平面視が円盤状のロータ３から構成されている。
【００２７】
ロータ３は、中央に配設されたシャフト６のまわりに、鋼板を積層してなる内周側部分３２が設けられており、内周側部分３２の外側には、隙間３３を置いて外周側部分３１が設けられている。
【００２８】
隙間３３は平面視がリング状でロータ３の両端面間にわたって設けられている。外周側部分３１と内周側部分３２とは、ロータ３の内部に埋め込まれている複数の永久磁石４，４，…を介して接続される。
【００２９】
外周側部分３１は、鉄損を低減可能な材質を備えた材料から形成される。かかる材料としては、自動車用電磁鋼板や、高グレード電磁鋼板が使用できる。また、モータの製作コストの低減を重視する場合には汎用材を使用してもよい。
【００３０】
一方、内周側部分３２は、自動車用電磁鋼板のほか、汎用材、冷延鋼板、熱延鋼板、炭素鋼などの材料から製作できる。
【００３１】
外周側部分３１と内周側部分３２を、それぞれ上記する材料にて製作してなるロータのバリエーションは多様である。したがって、モータの製作コストを考慮せずにモータのトルク性能の向上を図ろうとする場合には外周側部分３１を高グレード電磁鋼板から成形するのが好ましい。一方、モータの製作コストの低減を重視する場合には、外周側部分３１は汎用材にて製作し、内周側部分３２は熱延鋼板などにて製作するのが好ましい。
【００３２】
以下に、発明者等によるモータの鉄損を比較した解析結果をコスト比較とあわせて説明する。
【００３３】
表１は、各材料で製作されたロータからなるモータごとの鉄損比とコスト比を示している。また、表２は、材料を変えて製作されたロータの外周側部分と内周側部分の組み合わせごとに鉄損とコストを算出し、双方の材料が自動車用電磁鋼板からなるモータの鉄損およびコストに対する比率で表したものである。なお、鉄損の算出に際しては、モータベンチにて回転数ごとの引きずりトルクを測定し、該引きずりトルクと角速度の積をもってモータの鉄損としている。各モータに使用されるステータは同等品を使用しているため、算出された結果（鉄損の差）はロータ鉄損によるものとすることができる。したがって、表１，２で示された鉄損比はロータの鉄損比とすることができる。
【００３４】
【表１】
2006149175.tif 000003
【００３５】
【表２】
2006149175.tif 000004
【００３６】
表２より、モータのトルク性能の向上を図ろうとする場合には、鉄損比が少なくなるＮｏ．６〜９の組み合わせの中から採用するのが好ましい。
【００３７】
一方、モータの製作コストの低減を図ろうとする場合には、Ｎｏ．２〜５、１１〜１５の組み合わせの中から採用するのが好ましい。
【００３８】
なお、別途の解析により、外周側部分３１と内周側部分３２との間に隙間を設けることにより、無効磁束を有効に利用することで、隙間を設けない場合に比べてトルク値が１割程度上昇するという結果を得ている。
【００３９】
図２は、他の実施形態のモータ１ａを示している。モータ１ａを構成するロータ３ａは、内周側部分３２の外周面に複数の永久磁石４，４，…が貼り付けられており、この永久磁石４，４，…の外周には筒体５が装着されている。
【００４０】
筒体５の表面には、その周方向に延びる切欠き５１，５１，…が所定間隔を置いて複数穿設されている。この切欠き５１の幅や深さ、切欠き５１，５１同士の間隔は適宜設定できるが、例えば、幅を０．２ｍｍ、間隔を０．１５ｍｍ、深さは筒体５の剛性確保を前提に可能な限り深い実施形態とすることができる。
【００４１】
炭素鋼を材料とする内周側部分３２を備えたロータ３ａから構成されるモータ１ａにおいて、切欠きの存否による鉄損の比較を発明者等がおこなった。その結果、切欠きがない場合（これを１．０とする）に対して、切欠きを設けると鉄損比が０．９５に低減される結果を得ている。なお、この解析では、切欠き同士の間隔を１．０ｍｍ、切欠きの深さを１０ｍｍとしている。
【００４２】
また、幅を０．２ｍｍ、間隔を０．１５ｍｍの複数の切欠きを設けることで、切欠きがない場合に比べて渦電流損を５０％程度低減できるという解析結果も得ている。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のモータの一実施形態を示した斜視図であって、外周側部分の一部を破断してロータを可視化した図。
【図２】本発明のモータの他の実施形態を示した斜視図であって、外周側部分の一部を破断してロータを可視化した図。
【符号の説明】
【００４５】
１，１ａ…モータ、２…ステータ、３，３ａ…ロータ、４…永久磁石、５…筒体、６…シャフト、３１…外周側部分、３２…内周側部分、３３…隙間、５１…切欠き
【図１】
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【図２】
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