(57)【要約】【課題】接着しなくても、スロットに対して永久磁石を安定的に固定することができるモータ及びモータの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】モータが、内部にスロットが設けられると共に当該スロットに永久磁石を収容するロータと、当該ロータの外周面に対向する極歯を有するステータを具備するモータであって、スロットは、ロータの外周方向に延びかつ対向する内側面同士の距離がロータの径の外周方向に向かって狭くなる形状を有しており、永久磁石は、ロータの回転によって生じる遠心力によって、スロット内をロータの径の外周方向へ移動し、当該移動によってスロットの前記内側面に挟持されることで固定される。【選択図】図１
2011004499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にスロットが設けられると共に当該スロットに永久磁石を収容するロータと、当該ロータの外周面に対向する極歯を有するステータを具備するモータであって、
前記スロットは、前記ロータの外周方向に延びかつ対向する内側面同士の距離が前記ロータの径の外周方向に向かって狭くなる形状を有しており、
前記永久磁石は、前記ロータの回転によって生じる遠心力によって、前記スロット内を前記ロータの径の外周方向へ移動し、当該移動によって前記スロットの前記内側面に挟持されることで固定されることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記スロットは、回転中心に直交する前記ロータの横断面における形状が、台形状であることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
内部にスロットが設けられると共に当該スロットに永久磁石を収容するロータと、当該ロータの外周面に対向する極歯を有するステータを具備するモータの製造方法であって、
前記ロータの外周方向に延びかつ対向する内側面同士の距離が前記ロータの径の外周方向に向かって狭くなる形状の前記スロットを前記ロータに形成するスロット形成工程を具備することを特徴とするモータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中心にシャフトが挿通されると共にスロットに永久磁石を収容するロータと、当該ロータの周面に対向配置されると共に上記ロータの回転を制御する巻線を内部に収容するステータとを備えるモータ及びモータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境に配慮し、エネルギーを効率良く利用する為に、エンジンと共にモータを搭載したハイブリッド自動車の普及が目覚しい。そして、現在、このようなハイブリッド自動車に搭載するモータとして永久磁石同期モータが採用されている。この永久磁石同期モータとは、永久磁石が埋め込まれたロータと、巻線が巻き回されたティースを含むステータから構成され、ロータに埋め込まれた永久磁石の磁極位置に応じて巻線に電流が流れることによってトルクの制御が行われるモータである。そして、永久磁石同期モータのロータに埋め込まれた永久磁石は、ロータコアに設けられたスロットに収容される共にスロットの内面に接着されることによって、固定される。
【０００３】
そして、上記のように永久磁石がロータに搭載されたモータの永久磁石の接着固定方法に関する発明として、下記特許文献１には、磁石表面に設けた電気めっき膜に、磁石角部及びエッジ(稜線)に沿った部分を厚くした厚膜めっき部を設け、永久磁石は厚膜めっき部を介してロータコアの穴部内の角部で当接支持される永久磁石埋め込み型モータ回転子が開示されている。また、その他に、モータにおける永久磁石の接着固定方法に関する発明として、下記特許文献２〜６が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１７７９３号公報
【特許文献２】特開２００６−３４５６００号公報
【特許文献３】特開２００８−２４５４１４号公報
【特許文献４】特開２０００−３４１９２０号公報
【特許文献５】特開２０００−１７５３８８号公報
【特許文献６】特開２００６−１０９６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来技術では、モータのロータコアに設けられたスロットに永久時磁石を収容し、接着によって永久磁石をスロットに固定していた。しかしながら、スロットと永久磁石とを接着する為に、当該永久磁石及びスロットの寸法を厳しく管理しなければならずに、モータの製作に多大な労力が必要になってしまうという問題があった。
また、モータでは、回転時に、遠心力のはたらきによってロータコアのスロットが変形してしまう為に、スロットと永久磁石との接着部がはずれてしまうことがあった。これにより、モータでは、全体のバランスが崩れ、軸振動が大きくなってしまう為に、回転することができなくなる恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、接着しなくても、スロットに対して永久磁石を安定的に固定することができるモータ及びモータの製造方法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】
上記目的を達成するために、本発明では、モータに係る第１の解決手段として、内部にスロットが設けられると共に当該スロットに永久磁石を収容するロータと、当該ロータの外周面に対向する極歯を有するステータを具備するモータであって、前記スロットは、前記ロータの外周方向に延びかつ対向する内側面同士の距離が前記ロータの径の外周方向に向かって狭くなる形状を有しており、前記永久磁石は、前記ロータの回転によって生じる遠心力によって、前記スロット内を前記ロータの径の外周方向へ移動し、当該移動によって前記スロットの前記内側面に挟持されることで固定されるという手段を採用する。
【０００８】
本発明では、モータに係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記スロットは、回転中心に直交する前記ロータの横断面における形状が、台形状であるという手段を採用する。
【０００９】
また、本発明では、モータの製造方法に係る第１の解決手段として、内部にスロットが設けられると共に当該スロットに永久磁石を収容するロータと、当該ロータの外周面に対向する極歯を有するステータを具備するモータの製造方法であって、前記ロータの外周方向に延びかつ対向する内側面同士の距離が前記ロータの径の外周方向に向かって狭くなる形状の前記スロットを前記ロータに形成するスロット形成工程を具備するという手段を採用する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、モータが、内部にスロットが設けられると共に当該スロットに永久磁石を収容するロータと、当該ロータの外周面に対向する極歯を有するステータを具備するモータであって、スロットは、ロータの外周方向に延びかつ対向する内側面同士の距離がロータの径の外周方向に向かって狭くなる形状を有しており、永久磁石は、ロータの回転によって生じる遠心力によって、スロット内をロータの径の外周方向へ移動し、当該移動によってスロットの内側面に挟持されることで固定される。
【００１１】
これにより、モータでは、接着しなくても、スロットに対して永久磁石１ｂを安定的に固定することができる。
また、モータでは、スロットに永久磁石を接着する必要がない為、モータの製造時間及び製造コストを低減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る永久磁石同期モータＡの概略構成を模式的に示した回転中心軸Ｐに直交する横断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る永久磁石同期モータＡのロータ１回転前及びロータ１回転後のロータ１のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示す横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る永永久磁石同期モータＡの第１変形例のロータ１回転前及びロータ１回転後のロータ１のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示す横断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る永永久磁石同期モータＡの第２変形例のロータ１回転前及びロータ１回転後のロータ１のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示す横断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る永永久磁石同期モータＡの第３変形例のロータ１回転前及びロータ１回転後のロータ１のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、モータの１つである永久磁石同期モータに関する。
図１は、本実施形態に係る永久磁石同期モータＡの概略構成を模式的に示した回転中心軸Ｐに直交する横断面図である。
【００１４】
永久磁石同期モータＡは、図１に示すように、ロータ１、ステータ２、回転軸３及びケーシング４から構成されている。
ロータ１は、円筒状のロータコア１ａ及び４枚の永久磁石１ｂによって構成されている。
【００１５】
ロータコア１ａは、中空円盤形状の鋼鈑を複数枚積層した積層鋼板であり、その中心軸上に設けられた貫通孔に回転軸３が圧入・固定されている。
そして、ロータコア１ａには、図１に示すように、４枚の永久磁石１ｂを収容する為に、外周面に沿って４つのスロット１ａ‐１が、略等間隔を空けて円弧状に設けられている。このスロット１ａ‐１は、図１に示すように、回転中心軸Ｐに直交する横断面の形状が、対向する内側面同士の距離がロータの径の外周方向に向かって狭くなる台形状に形成されている。
【００１６】
永久磁石１ｂは、図１に示すように、回転中心軸Ｐに直交する横断面の形状が台形状に形成され、スロット１ａ‐１の内面との間に隙間が存在するように、スロット１ａ‐１の大きさよりも１回り小さい大きさになっている。その為、この永久磁石１ｂは、ロータ１の回転が一度も行われていない時に、図１に示すように、スロット１ａ‐１の重力方向の内面に寄り掛かっている。
【００１７】
そして、永久磁石１ｂでは、ロータコア１ａの外周側にＮ極の極性を持つ永久磁石１ｂとＳ極の極性を持つ永久磁石１ｂとのそれぞれ２枚が、スロット１ａ‐１のそれぞれに収容されている。具体的には、ロータコア１ａの外周側にＮ極の極性を向けた永久磁石１ｂとＳ極の極性を向けた永久磁石１ｂとが交互に並ぶように、スロット１ａ‐１に収容されている。ロータ１は、この永久磁石１ｂとステータ２との間に発生する磁気吸引力と磁気反発力によって、回転軸３の回転中心Ｐを中心に回転する。
【００１８】
ステータ２は、略円筒形状のステータコア２ａと当該ステータコア２ａに巻回された巻線２ｂとから構成されている。
ステータコア２ａは、複数の金属製のコアプレートが積層されて構成されており、円環状に形成されたヨーク２ａ‐１から内周側に突設されたティース２ａ‐２を等角度間隔に備えている。そして、このティース２ａ‐２の先端部は、全体として略円管状の内周面を形成している。
【００１９】
巻線２ｂは、ティース２ａ‐２に複数巻き回されており、モールド剤によってティース２ａ‐２に固定されている。また、この巻線２ｂは、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線の３相の巻線から構成されており、インバータ（図示略）から供給される３相に応じたモータ駆動信号によって磁極の向きが切り替わる。このような構成のステータ２は、内周面が所定の隙間を介してロータ１の外周面に対向している。
【００２０】
回転軸３は、円柱状部材であって、複数の径を有して多段状に形成されたものである。この回転軸３の最大径を有する部位にロータコア１ａが固定されており、この最大径を有する部位を挟むように両側に一対の軸受（図示略）が圧入・固定されている。この軸受は、ボールベアリングであり、内輪が回転軸３に固定され、外輪がケーシング４に固定され、回転軸３を回転自在に支持している。
【００２１】
ケーシング４は、回転中心軸Ｐを中心とする略円筒状に形成されており、内部空間にステータ２と上記一対の軸受によって回転中心軸Ｐが回転中心となるように回転自在に支持されたロータ１とを収容する。具体的に、ケーシング４は、回転中心軸Ｐを軸心とする円筒壁部と、この円筒壁部の両端に配置されると共に回転中心軸Ｐを中心とする略円形の一対の端壁部（図示略）と、端壁部の中心近傍に各々設けられ、上記軸受が各々固定される一対の軸受取付部（図示略）と，回転軸３の各端部が挿通される開口部（図示略）を備えている。
【００２２】
そして、上記円筒壁部及び上記各端壁部によって囲まれた空間に略円筒状のステータ２を、またこのステータ２の内側かつ上記一対の軸受取付部の間にロータ１を収容する。また、上記軸受取付部には、軸受の外輪が固定されている。このようなケーシング４において、円筒壁部内には、外部から供給される冷却水の流路（冷却流路４ａ）がステータ２の外周に沿って形成されている。
【００２３】
次に、このように構成された永久磁石同期モータＡの動作について、詳しく説明する。
まず、インバータが、モータ起動指示に基づいて、永久磁石同期モータＡへのモータ駆動信号の出力を開始する。
永久磁石同期モータＡでは、インバータからのモータ駆動信号が巻線２ｂに入力されると、ステータコア２ａ、巻線２ｂ及び永久磁石１ｂによって磁気回路が形成され、ロータ１が回転を開始する。
【００２４】
このような動作時における永久磁石１ｂのスロット１ａ‐１内の位置について、図２を参照して、詳細に説明する。
図２は、本実施形態に係る永久磁石同期モータＡのロータ１回転前及びロータ１回転後のロータ１のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示す横断面図である。なお、図２の（ａ）は、ロータ１回転前のロータ１のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示し、図２の（ｂ）は、ロータ１回転後のロータ１のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示している。
【００２５】
永久磁石同期モータＡでは、ロータ１が一度も回転していない時に、図２の（ａ）に示すように、永久磁石１ｂは、スロット１ａ‐１の重力方向の内面に寄り掛かっている。
そして、永久磁石同期モータＡでは、ロータ１の回転が開始すると、ロータ１の回転によって生じる遠心力によって、永久磁石１ｂは、スロット１ａ‐１内をロータ１の径の外周方向へ向って移動する。
【００２６】
そして、スロット１ａ‐１の対向する内側面の距離がロータ１の径の外周方向に向かって狭くなっている為に、永久磁石１ｂは、スロット１ａ‐１内をロータ１の径の外周方向へ向って移動し、図２の（ｂ）に示すように、スロット１ａ‐１の対向する内側面によって挟持されることでスロット１１ａ‐１内の位置が固定される。
そして、永久磁石１ｂは、ロータ１の回転が停止しても、くさび効果によるスロット１ａ‐１との間の摩擦力によって、スロット１ａ‐１内の図２の（ｂ）に示す位置に固定されたままになる。
【００２７】
以上のように、本実施形態に係る永久磁石同期モータＡでは、ロータ１の回転中心軸Ｐに直交する横断面の形状が台形状になるようにスロット１ａ‐１が形成され、スロット１ａ‐１の内面との間に隙間が存在するように、スロット１ａ‐１の大きさよりも１回り小さい大きさにする。これにより、永久磁石同期モータＡでは、永久磁石１ｂが、ロータ１の回転によって生じる遠心力によって、ロータ１の径の外周方向へ移動し、スロット１ａ‐１の対向する内側面によって挟持されることで固定される為、接着しなくても、スロット１ａ‐１に対して永久磁石１ｂを安定的に固定することができる。
また、永久磁石同期モータＡでは、スロット１ａ‐１に永久磁石１ｂを接着する必要がない為、永久磁石同期モータＡの製造時間及び製造コストを低減することが出来る。
【００２８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では、ロータ１に４つのスロット１ａ‐１を設け、そのスロット１ａ‐１のそれぞれに永久磁石１ｂを収容したが、本発明はこれに限定されない。
【００２９】
例えば、図３の永久磁石同期モータＡの第１変形例のように、８つのスロット１ａ‐１をロータ１に設け、そのスロット１ａ‐１のそれぞれに永久磁石１ｂを収容するようにしてもよい。図３は、本実施形態に係る永久磁石同期モータＡの第１変形例のロータ１回転前及びロータ１回転後のロータ１のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示す横断面図である。なお、図３の（ａ）は、第１変形例のロータ１回転前のロータ１のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示し、図３の（ｂ）は、第１変形例のロータ１回転後のロータ１のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示している。
すなわち、本発明では、スロット１ａ‐１及び永久磁石１ｂの数は４つに限定されずに、いくつであってもよい。
【００３０】
（２）上記実施形態では、スロット１ａ‐１は、図１に示すように、回転中心軸Ｐに直交する横断面の形状が台形状に形成されているが、本発明はこれに限定されない。
例えば、スロット１ａ‐１は、図４の永久磁石同期モータＡの第２変形例のように、対向する内側面の距離がロータの径の外周方向に向かって狭くなる台形の底辺側に長方形を結合させた形状であってもよい。
【００３１】
図４は、本実施形態に係る永久磁石同期モータＡの第２変形例のロータ１回転前及びロータ１回転後のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示す横断面図である。なお、図４の（ａ）は、第２変形例のロータ１回転前のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示し、図４の（ｂ）は、第２変形例のロータ１回転後のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示している。
【００３２】
また、スロット１ａ‐１は、図５の永久磁石同期モータＡの第３変形例のように、対向する内側面の距離がロータの径の外周方向に向かって狭くなる台形の上辺側に長方形を結合させた形状であってもよい。図５は、本実施形態に係る永久磁石同期モータＡの第３変形例のロータ１回転前及びロータ１回転後のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示す横断面図である。なお、図５の（ａ）は、第３変形例のロータ１回転前のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示し、図５の（ｂ）は、第１変形例のロータ１回転後のスロット１ａ‐１内の永久磁石１ｂの位置を示している。
【００３３】
すなわち、本発明に係るモータでは、スロット１ａ‐１が台形状であることに限定されずに、対向する内側面の距離がロータ１の径の外周方向に向かって狭くなる形状を有していればよい。
なお、図１〜５では、永久磁石１ｂとスロット１ａ‐１との隙間を説明しやすいように大きく記載しているが、実際の設計上の隙間は永久磁石１ｂがスロットに挿入しやすいようにわずかに開いたものである。よって、遠心力により磁石に加わる応力により磁石全体がスロットで支えられ、強度上は問題が無い。
【符号の説明】
【００３４】
Ａ…永久磁石同期モータ、１…ロータ、１ａ…ロータコア、１ａ‐１…スロット、１ｂ…永久磁石、２…ステータ、２ａ…ステータコア、２ａ‐１…ヨーク、２ａ‐２…ティース、２ｂ…巻線、３…回転軸、４…ケーシング、４ａ…冷却流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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