(57)【要約】【課題】体格の拡大を抑制しつつ、ロータカップへの磁束の回り込みを抑制可能なアウターロータ型の電動機を提供する。【解決手段】アウターロータ型電動機１は、透磁可能な材料からなる円環状のロータヨーク１１と、ロータヨーク１１の内側に固定される永久磁石１２ａからなり周方向で隣り合う磁極が異極となる複数の磁極部１２と、鋼材からなりロータヨーク１１を内側に保持する円環状のロータカップ１４と、を備えたロータ１０と、ロータ１０の内側に配置され、磁極部１２に対向するように円環状に組みつけられた複数のコイル４を備えたステータ２と、を備える。ロータカップ１４の内周面には、周方向で隣り合う磁極部１２、１２間に、周方向で隣り合う両磁極部１２、１２と周方向でオーバラップするように切欠部１５が形成される。切欠部１５は、磁極部１２の磁束密度と、ロータヨーク１１の径方向幅とに基づいて端部位置が規定される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透磁可能な材料からなる円環状のロータヨークと、該ロータヨークの内側に固定される永久磁石からなり周方向で隣り合う磁極が異極となる複数の磁極部と、鋼材からなり前記ロータヨークを内側に保持する円環状のロータカップと、を備えたロータと、
該ロータの内側に配置され、前記磁極部に対向するように円環状に組みつけられた複数のコイルを備えたステータと、を備えたアウターロータ型の電動機であって、
前記ロータカップの内周面には、周方向で隣り合う磁極部間に、周方向で隣り合う両磁極部と周方向でオーバラップするように切欠部が形成され、
前記切欠部は、前記磁極部の磁束密度と、前記ロータヨークの径方向幅とに基づいて端部位置が規定されることを特徴とするアウターロータ型の電動機。
【請求項２】
前記ロータヨークの径方向幅が一定のとき、前記磁極部の磁束密度が小さくなるほど周方向で隣り合う両磁極部と周方向でオーバラップする長さは短くなることを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アウターロータ型電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の永久磁石をロータヨークの内周面に配置し、ロータに対向配置したステータのコイルに通電して、コイルに発生する回転磁界によってロータを回転させるように構成したアウターロータ型電動機が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のアウターロータ型電動機では、永久磁石の外側のロータヨークにスリットを設けて磁束の透過を変化させて電動機の運転効率を向上させるものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２‐２３３１２２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、アウターロータ型電動機のロータは、永久磁石が取り付けられたロータヨークが円環状のロータカップに保持されている。ロータカップは、通常、製造コスト等の観点から鋼材が用いられるが、ロータヨークの径方向幅が薄いとロータカップまで磁束が回りこむという問題があった。ロータカップへの磁束の回り込みは、渦電流損失を発生させモータ効率を低下させる。
【０００６】
これに対し、ロータヨークの径方向幅を十分厚くすることが考えられるが、一定トルクを出力するためには、ロータ磁路面積を確保するために、軸方向へ体格を大きくする必要が生じてしまい、例えば自動車に搭載しようとすると電動機の搭載が困難となるという問題があった。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、体格の拡大を抑制しつつ、ロータカップへの磁束の回り込みを抑制可能なアウターロータ型の電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
透磁可能な材料からなる円環状のロータヨーク（例えば、後述の実施形態におけるロータヨーク１１）と、該ロータヨークの内側に固定される永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石１２ａ）からなり周方向で隣り合う磁極が異極となる複数の磁極部（例えば、後述の実施形態における磁極部１２）と、鋼材からなり前記ロータヨークを内側に保持する円環状のロータカップ（例えば、後述の実施形態におけるロータカップ１４）と、を備えたロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１０）と、
該ロータの内側に配置され、前記磁極部に対向するように円環状に組みつけられた複数のコイル（例えば、後述の実施形態におけるコイル４）を備えたステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ２）と、を備えたアウターロータ型の電動機（例えば、後述の実施形態におけるアウターロータ型電動機１）であって、
前記ロータカップの内周面には、周方向で隣り合う磁極部間に、周方向で隣り合う両磁極部と周方向でオーバラップするように切欠部（例えば、後述の実施形態における切欠部１５）が形成され、
前記切欠部は、前記磁極部の磁束密度と、前記ロータヨークの径方向幅とに基づいて端部位置が規定されることを特徴とするアウターロータ型の電動機。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記ロータヨークの径方向幅が一定のとき、前記磁極部の磁束密度が小さくなるほど周方向で隣り合う両磁極部と周方向でオーバラップする長さは短くなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、ロータカップの内周面には、周方向で隣り合う磁極部間に、周方向で隣り合う両磁極部と周方向でオーバーラップするように切欠部が形成されるので、特に磁束の回り込みの大きい磁極部間における磁束のロータカップへの回り込みが抑制され、ロータヨークの径方向幅を厚くしなくても、渦電流損失を抑制しモータ効率を向上させることができる。これにより、電動機の搭載性の悪化も抑制することができる。
また、磁極部の磁束密度と、ロータヨークの径方向幅とに基づいて切欠部の端部位置が規定されるので、不要に切欠部が大きくなることが抑制され、ロータカップの剛性の低下を抑制することができる。さらに、切欠部の生成時における不要な加工を無くし、作業工数を低減することができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、ロータヨークの径方向幅が一定のとき、磁極部の磁束密度が小さくなるほど周方向で隣り合う両磁極部と周方向でオーバラップする長さは短くなるので、磁極部の磁束密度に応じて切欠部の長さを調整することで、ロータカップの剛性の低下を抑制し、切欠部の生成時における不要な加工を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態のアウターロータ型電動機の断面図である。
【図２】図１に示すアウターロータの正面図である。
【図３】図１の部分拡大図である。
【図４】切欠部の端部位置と必要ロータヨーク幅との関係を示すグラフである。
【図５】切欠部の端部位置を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の各実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１に示すように、本実施形態のアウターロータ型電動機１は、ステータ２と、ステータ２の径方向外側に僅かな隙間（以下、エアギャップＳと呼ぶ。）を介して対向配置される円環状のロータ１０と、を備えて構成される。
【００１４】
ステータ２は、ステータコア３と、複数のコイル４とを備える。ステータコア３は、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成され、円環状の支持部３ａから径方向外側に向かって放射状に突出形成された複数のティース３ｂを有する。支持部３ａの内側には、ボルト穴３ｃをそれぞれ有する複数の凸部３ｄが設けられ、ボルト穴３ｃに挿通される不図示のボルトにより、ステータコア３がモータハウジング（図示せず）に固定されている。コイル４は、巻線６を、絶縁特性を有する合成樹脂などで形成されたインシュレータ７を介してステータコア３のティース３ｂの周囲に巻回することで形成される。従って、複数のコイル４は、全体として略円環状に組みつけられている。
【００１５】
ロータ１０は、略円環状のロータヨーク１１と、ロータヨーク１１の内周面に固定される永久磁石１２ａからなる複数の磁極部１２と、ロータヨーク１１を径方向内側に保持すると共に回転軸１３に固定される縁付円盤状のロータカップ１４と、を備える。回転軸１３は、不図示の軸受により、モータハウジングに対して回転自在に支承されており、ステータ２に発生させる回転磁界によってロータ１０が回転駆動される。
【００１６】
ロータヨーク１１は、透磁可能な材料からなる複数の円環状の電磁鋼板を軸方向に積層することにより構成され、外周面１１ａが、ロータカップ１４の縁部内周面１４ａに圧入固定される。なお、圧入代は、スリップトルク以上のトルクが確保できるように設定されている。
【００１７】
複数の磁極部１２は、周方向で隣り合う磁極が異極となるように周方向で交互に設けられており、各磁極部１２は、２つの永久磁石１２ａから構成される。なお、各磁極部１２は、１つの永久磁石１２ａで構成されていてもよい。
【００１８】
ロータカップ１４は、鋼材から構成され、縁部内周面１４ａに軸方向に窪んだ切欠部１５が周方向で等間隔に配置されている。切欠部１５は、周方向で隣り合う磁極部１２、１２間に設けられると共に、周方向で隣り合う両磁極部１２、１２と周方向でオーバーラップするように設けられている。また、切欠部１５は、軸方向の長さが、ロータヨーク１１の軸方向長さと略等しいか、若しくはロータヨーク１１の軸方向長さ以上に設定されている。
【００１９】
ここで切欠部１５を設ける理由について説明する。
本発明者らの鋭意検討の結果、ロータカップ１４を鋼材とした場合に、特に周方向で隣り合う磁極部１２、１２間（以下、磁極部間領域とも呼ぶ）でロータカップ１４への磁束の回り込みが発生することが分かった。この回り込みは、ロータヨーク１１の径方向の厚さである径方向幅（以下、ロータヨーク幅とも呼ぶ。）を十分厚くすることで回避されるが、車両への搭載性の制約からロータヨーク幅はロータカップ１４への磁束の回り込みとは無関係に設定される。
【００２０】
この回り込みは、磁極部間領域を越えて発生するため、周方向で隣り合う両磁極部１２、１２と周方向でオーバーラップするように設けることで、ロータカップ１４への磁束の回りこみを効果的に抑制することができる。一方で、磁極部間領域から離れるに従って、磁束の量も少なくなるため必要なロータヨーク幅も小さくなることが分かっている。
【００２１】
ロータカップ１４に形成する切欠部１５の周方向長さが長すぎると、ロータカップ１４の剛性が低減するするとともに、スリップトルク以上のトルクが確保できないおそれがある。アウターロータ型電動機１においては、ロータ１０に比較的大きな遠心力が作用するためロータカップ１４の剛性を確保することは重要である。また、切欠部１５の周方向長さが長いと、切欠部１５の生成時における作業工数が増加してしまう。
【００２２】
従って、本発明では、磁極部間領域に近いところには切欠部１５を設け、磁極部間領域から離れたところ、即ち、ロータヨーク幅が必要なロータヨーク幅を満たすところには切欠部１５を設けないことで、ロータカップ１４への磁束の回り込みを回避しつつ、ロータカップ１４の剛性及び作業効率の低減を抑制している。
【００２３】
本発明では、下記の式（１）に基づいて切欠部１５の端部位置を規定している。なお、切欠部１５の端部位置は、全ての全ての磁極部間領域で同様に規定されるため、以下の説明では、図５で示す１つの磁極部間領域Ａを例に説明する。
【数１】
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ｘ：磁極部間領域に接する磁極部端部からの距離
ｙ：必要なロータヨーク幅
なお、各磁極部１２を１つの永久磁石１２ａで構成した場合における、磁石幅は、磁極部間領域に接する磁極部端部から永久磁石１２ａの中間位置までの距離である。中間位置を越えた部分については、磁極部間領域Ａと隣り合う磁極部間領域Ｂへの磁束の回り込みに寄与するからである。
【００２４】
上記（１）式から、必要なロータヨーク幅は磁石磁束密度に比例し、電磁鋼板許容磁束密度に反比例する。電磁鋼板許容磁束密度は、仕様により若干のばらつきはあるもののほぼ一定である。また、磁石磁束密度は、磁石の種類によって異なるとともに、エアギャップＳの距離に反比例する。例えば希土類磁石１．１Ｔに対してフェライト磁石は０．２２Ｔである。即ち、上記（１）式から、エアギャップＳを小さくして磁石磁束密度が大きくなれば、必要なロータヨーク幅も大きくなるといえる。
【００２５】
図４は、上記（１）式をグラフ化した、切欠部の端部位置と必要ロータヨーク幅との関係を示すグラフであり、図５は、上記（１）式を本実施形態のロータ１０に当てはめた、切欠部の端部位置を説明する説明図である。
【００２６】
ある希土類磁石を用いて、エアギャップＳをＳ１、永久磁石１２ａの磁石幅をＬとしたとき、上記（１）式からｘ＝０、即ち、磁極部間領域に接する磁極部端部における必要なロータヨーク幅は、図４からＴである。このとき、ロータヨーク幅はレイアウト上、ｙ＝Ｔｒで決められていたとすると、上記（１）から、ｙ＝Ｔｒにおいてｘ＝Ｌ１が導き出される。
【００２７】
従って、ｘ≧Ｌ１においては、実際のロータヨーク幅Ｔｒが必要なロータヨーク幅を満たしているが、ｘ＜Ｌ１においては、実際のロータヨーク幅Ｔｒが必要なロータヨーク幅を満たしていない。従って、この場合、ｘ＝Ｌ１が切欠部１５の端部位置に設定され、ｘ≧Ｌ１においては、ロータヨーク１１が十分な幅を有しているためロータカップ１４への磁束の回り込みが発生せず、そのため切欠部１５は形成されない。一方、ｘ＜Ｌ１においては、ロータヨーク１１が十分な幅を有していないため、ロータカップ１４への磁束の回り込みが発生する。そのため、切欠部１５でロータカップ１４への磁束の回り込みを抑制する。
【００２８】
また、このことは、磁極部間領域Ａを挟んだ反対側の切欠部１５の端部位置についても適用することができる。磁極部間領域に接する磁極部端部からの距離をｘ´とすると、上記（１）式のｘに‐ｘ´を代入すると、図５中、点線で示した関係が得られ、切欠部１５の端部位置ｘ´＝Ｌ１が得られる。即ち、本実施形態では、磁極部間領域Ａを挟んで両側にＬ１の距離だけ切欠部１５が形成される。
【００２９】
なお、図４から、ロータヨーク幅が一定のとき、磁極部１２の磁束密度が小さくなるほど、切欠部１５の端部位置が短くなり、周方向で隣り合う両磁極部と周方向でオーバラップする長さは短くなることが分かる。例えば、ロータヨーク幅がＴｒで一定のとき、磁束密度を実線から一点鎖線に小さくすると、切欠部１５の端部位置がＬ１からＬ２に短くなり、周方向で隣り合う両磁極部１２、１２と周方向でオーバラップする長さは短くなる。
【００３０】
このようにして、全ての磁極部間領域近傍に、周方向で隣り合う両磁極部と周方向でオーバーラップするように切欠部１５を設けることで、特に磁束の回り込みの大きい磁極部間における磁束のロータカップ１４への回り込みが抑制され、ロータヨーク１１の径方向幅を厚くしなくても、渦電流損失を抑制しモータ効率を向上させることができる。これにより、電動機１の搭載性の悪化も抑制することができる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、磁極部１２の磁束密度と、ロータヨーク１１の径方向幅とに基づいて切欠部１５の端部位置が規定されるので、不要に切欠部１５が大きくなることが抑制され、ロータカップ１４の剛性の低下を抑制することができる。さらに、切欠部１５の生成時における不要な加工を無くし、作業工数を低減することができる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、ロータヨーク１１の径方向幅（ロータヨーク幅）が一定のとき、磁極部１２の磁束密度が小さくなるほど周方向で隣り合う両磁極部１２、１２と周方向でオーバラップする長さは短くなるので、磁極部１２の磁束密度に応じて切欠部１５の長さを調整することで、ロータカップ１４の剛性の低下を抑制し、切欠部１５の生成時における不要な加工を無くすことができる。
【００３３】
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、本実施形態では、ロータカップ１４を縁付円盤状の片持ち型のロータカップを例示したがこれに限らず両持ち型のロータカップ等、任意の構成を採用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１      アウターロータ型電動機
２      ステータ
４      コイル
１０    ロータ
１１    ロータヨーク
１２    磁極部
１２ａ  永久磁石
１４    ロータカップ
１５    切欠部
【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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