(57)【要約】【課題】磁極部をロータヨークに強固に固着することができ、油中環境や高温環境において使用することができる表面磁石型で油冷式のアウターロータ型電動機を提供する。【解決手段】油冷式のアウターロータ型電動機１のロータ１０は、電磁鋼板からなる円環状のロータヨーク１１と、径方向に磁化され且つ周方向で交互に磁化方向を反転させるように、ロータヨーク１１の径方向内側で周方向に所定の間隔で配置された複数の磁極部９と、を備える。各磁極部９は、ロータヨーク１１に焼嵌めされて埋め込まれた外径側磁石１２ａと、外径側磁石１２ａの径方向内側にエポキシ系接着剤により接着された内径側磁石１２ｂと、からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、前記ステータの径方向外側に所定のエアギャップを介して配置され、軸心周りに回転可能なロータと、を備えた油冷式のアウターロータ型電動機であって、
前記ロータは、
電磁鋼板からなる円環状のロータヨークと、
径方向に磁化され且つ周方向で交互に磁化方向を反転させるように、前記ロータヨークの径方向内側で周方向に所定の間隔で配置された複数の磁極部と、
を備え、
前記各磁極部は、前記ロータヨークに埋め込まれた外径側磁石と、前記外径側磁石の径方向内側にエポキシ系接着剤により接着された内径側磁石と、
を備えることを特徴とするアウターロータ型電動機。
【請求項２】
前記外径側及び内径側磁石の少なくとも一方は、前記ロータヨークの周方向に沿った両端面に、径方向外側に向かうに従って次第に該両端面間の距離が長くなるテーパー面を有す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電動機。
【請求項３】
前記外径側磁石及び前記電磁鋼板の少なくとも一方を加熱して焼嵌めにより前記外径側磁石を前記ロータヨークに埋め込み固定することで、前記ロータヨークの電磁鋼板には引張り応力が付与されることを特徴とする請求項１または２に記載のアウターロータ型電動機。
【請求項４】
前記内径側磁石に添加される保磁力向上のための添加物の含有量が、前記外径側磁石に添加される保磁力向上のための添加物の含有量より多いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアウターロータ型電動機。
【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】
アウターロータ型電動機としては、永久磁石を備えるロータと、ロータの径方向内側に対向配置されるステータとを備え、ステータのコイルに通電して、コイルが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ものが知られている。また、永久磁石を備えるロータの一つとして、ロータヨークの表面に永久磁石を配置する表面磁石型（ＳＰＭ：ＳｕｒｆａｃｅＰｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）のものが知られており、永久磁石は接着剤などによってロータヨークの表面に固定されている。
【０００３】
また、表面磁石型のロータにおける永久磁石の固定方法としては、図７に示すように、ロータヨーク１００の外周面に、周方向に張出部を有する断面略逆Ｔ字型の溝１０１を複数設け、樹脂製のクリップ状固定具１０２をこの溝１０１に装着して、クリップ状固定具１０２に設けられた傾斜部で永久磁石１０３の端部を保持することによりロータヨーク１００に固定するようにしたインナーロータが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３５４７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のロータでは、クリップ状固定具が必要となり、部品点数が増加すると共に、永久磁石を１つずつクリップ状固定具で固定するため、工数が増加し、製造コストが増大するという問題があった。
【０００６】
また、ロータヨークと永久磁石とを接着固定する場合の接着剤としては、シリコン系接着剤、アクリル系接着剤、及びエポキシ系接着剤が検討されている。シリコン系接着剤は、接着強度は強いが耐油性に乏しく、油冷式モータなどの油中環境で使用されると容易に膨潤して劣化するため、空冷式モータの使用に限定される。アクリル系接着剤は、耐油性はあるものの耐熱性に乏しく、使用が低発熱モータに限定される。一方、エポキシ系接着剤は、上記３種の接着剤の中では、接着強度、耐熱性、耐油性において優れているが、耐熱衝撃性に乏しく、熱膨張係数の異なるロータヨークと永久磁石とを接着すると、加熱、冷却の熱サイクルの繰り返しで発生する熱応力によって剥がれてしまう可能性があった。
【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、磁極部をロータヨークに強固に固着することができ、油中環境や高温環境において使用することができる表面磁石型で油冷式のアウターロータ型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、ステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ２）と、前記ステータの径方向外側に所定のエアギャップ（例えば、後述の実施形態におけるエアギャップＳ）を介して配置され、軸心（例えば、後述の実施形態における軸心Ｏ）周りに回転可能なロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１０）と、を備えた油冷式のアウターロータ型電動機（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、
前記ロータは、
電磁鋼板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、
径方向に磁化され且つ周方向で交互に磁化方向を反転させるように、前記ロータヨークの径方向内側で周方向に所定の間隔で配置された複数の磁極部（例えば、後述の実施形態における磁極部９）と、
を備え、
前記各磁極部は、前記ロータヨークに埋め込まれた外径側磁石（例えば、後述の実施形態における外径側磁石１２ａ）と、前記外径側磁石の径方向内側にエポキシ系接着剤により接着された内径側磁石（例えば、後述の実施形態における内径側磁石１２ｂ）と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、前記外径側及び内径側磁石の少なくとも一方は、前記ロータヨークの周方向に沿った両端面に、径方向外側に向かうに従って次第に該両端面間の距離が長くなるテーパー面（例えば、後述の実施形態におけるテーパー面１２ｃ）を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記外径側磁石及び前記ロータヨークの少なくとも一方を加熱して焼嵌めにより前記外径側磁石を前記ロータヨークに埋め込み固定することで、前記ロータヨークの電磁鋼板には、引張り応力が付与されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかの構成に加えて、前記内径側磁石に添加される保磁力向上のための添加物（例えば、後述の実施形態におけるディスプロシウムＤｙやテルビニウムＴｂ）の含有量が、前記外径側磁石に添加される保磁力向上のための添加物の含有量より多いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、外径側磁石がロータヨークに埋め込まれると共に、内径側磁石を外径側磁石にエポキシ系接着剤で接着することにより、エポキシ系接着剤に熱応力が作用することが抑制され、磁極部を強固にロータヨークに固着することができる。また、エポキシ系接着剤の優れた特性である接着強度、耐熱性、耐油性を有効に活用して、従来困難であった油中環境や高温環境においても使用可能なＳＰＭタイプの油冷式アウターロータ型電動機が得られる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、巻線端子間に発生する誘起電圧波形が正弦波に近くなり、これによりコギングトルクを低減させてモータ効率を向上することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、ロータヨークの電磁鋼板に引張り応力を付与することで、電磁鋼板の透磁率が向上して鉄損を減少させることができ、モータ性能を向上させることができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、ディスプロシウム（Ｄｙ）やテルビニウム（Ｔｂ）などの高価な添加物の使用量を抑制することができ、アウターロータ型電動機の製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の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のＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図３】図１に示すアウターロータの要部拡大図である。
【図４】磁石に添加される添加物のディスプロシウム等価量と保磁力との関係を示すグラフである。
【図５】外径側磁石及び内径側磁石がロータヨークの径方向内側に固定される手順を模式的に示す図である。
【図６】変形例のアウターロータの要部拡大図である。
【図７】従来のロータにおける永久磁石の固定方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、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。
【００１８】
図１から図３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、軸心Ｏを中心として、モータハウジング２１に固定されたステータ２と、ステータ２の径方向外側に僅かなエアギャップＳを介して対向配置され、軸心Ｏ周りに回転可能な円環状のロータ１０とを備えて構成される。
【００１９】
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（図１において紙面と垂直方向）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に挿通されるボルト２２により、ステータコア３がモータハウジング２１に固定されている。なお、ステータコア３は、ボルト締結の代わりに、モータハウジング２に圧入によって固定される構成であってもよく、その場合、支持部３ａの内周面は、凸部３ｄを有しない一様内径に形成されればよい。
【００２０】
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、３相結線されることで、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイルを構成する。
【００２１】
ロータ１０は、略円環状の円環部１４ａ及び該円環部１４ａの回転軸方向一端側（図１において紙面奥側、図２において右側）に設けられ回転シャフト１３に連結された軸連結部１４ｂから構成されるロータカップ１４と、ロータカップ１４の円環部１４ａの内周面１４ｃに保持された略円環状のロータヨーク１１と、ロータヨーク１１の径方向内側に周方向に所定の間隔で配置された複数の磁極部９と、を備えている。
【００２２】
ロータヨーク１１は、複数の円環状の電磁鋼板を軸方向（図１において紙面に直交方向）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の円環部１４ａの内周面１４ｃに保持される。
【００２３】
図２に示すように、回転シャフト１３は、玉軸受２３により、モータハウジング２１に対して回転自在に支承されており、ステータ２が発生する回転磁界によってロータ１０が軸心Ｏ周りに回転駆動される。回転シャフト１３とステータ２との間には、回転シャフト１３の磁極位置を検出するレゾルバ２４が配設されている。
【００２４】
複数の磁極部９は、径方向に磁化され且つ周方向で交互に磁化方向を反転させるように、ロータヨーク１１の径方向内側で周方向に所定の間隔で配置され、各磁極部９は、磁化方向が同じ一対の磁石部１２から構成されている。具体的には、磁極部９ａにおける一対の磁極部１２の径方向外側の磁極がＮ極であるとすると、磁極部９ａと隣り合う磁極部９ｂにおける一対の磁極部１２の径方向外側の磁極がＳ極となるように、複数の磁極部９がロータヨーク１１の内周面１１ｂに配置される。なお、磁極部９は必ずしも一対の磁石部から構成される必要はなく、１つの磁石部から構成されてもよい。
【００２５】
各磁石部１２は、ロータヨーク１１の内周面に形成された複数の溝２０にそれぞれ埋め込まれて径方向外側に配置された外径側磁石１２ａと、外径側磁石１２ａの径方向内側面にエポキシ系接着剤により接着されて径方向内側に配置された内径側磁石１２ｂと、から構成されている。
【００２６】
外径側磁石１２ａ及び内径側磁石１２ｂは、ロータヨーク１１の周方向に沿った両端面に、径方向外側に向かうに従って次第に両端面間の距離が長くなるテーパー面１２ｃを有して、略直方体形状に形成されている。このように、外径側磁石１２ａ及び内径側磁石１２ｂの両端面にテーパー面１２ｃを設けることで、誘起電圧波形が正弦波に近づき、これによりコギングトルクが低減してモータ回転を滑らかにすることができる。また、本実施形態では、外径側磁石１２ａ及び内径側磁石１２ｂは、同一形状の磁石を使用しており、これにより生産性を向上して製造コストを抑制することができる。
【００２７】
また、ロータヨーク１１の内周面１１ｂに形成される複数の溝２０は、一対の磁石部１２の外径側磁石１２ａを収容するように周方向に隣接する一対の溝を、複数の磁極部９に対応して周方向に所定の間隔で設けることで形成されている。各溝２０の周方向両端には、外径側磁石１２ａのテーパー面１２ｃに対応して、径方向外側に向かうに従って次第に両端面間の距離が長くなるテーパー面２０ａが形成される。外径側磁石１２ａと溝２０との断面形状は略同一であり、外径側磁石１２ａが挿入される前の溝２０の寸法は、挿入後の外径側磁石１２ａに引張り応力が付与されるように、外径側磁石１２ａの寸法より僅かに小さくなっている。
【００２８】
また、外径側磁石１２ａ及び内径側磁石１２ｂには、保磁力を高めるためにディスプロシウム（Ｄｙ）やテルビニウム（Ｔｂ）など添加物が添加されている。図４は、添加物の量を代表的なディスプロシウムで置き換えたディスプロシウム等価量（重量％）と保磁力との関係を示すグラフであり、ディスプロシウム等価量が多いほど保磁力も高くなることが知られている。即ち、各ディスプロシウム等価量に対する磁石の保磁力は、直線Ａと直線Ｂとの間の範囲で表わされる。
【００２９】
磁極部９は、外径側磁石１２ａと内径側磁石１２ｂとの複数枚の磁石が貼り合わされた構造を有するので、ステータ２に近く強い反磁界を受ける内径側磁石１２ｂには、ディスプロシウム等価量が多く保磁力が高い、領域Ｃの磁石を、またステータ２から遠い外径側磁石１２ａには、ディスプロシウム等価量が少なく保磁力が低い、領域Ｄの磁石を用いることで、全体として高価な添加物の使用量を抑制することができる。
【００３０】
次に、ロータヨーク１１に対する外径側磁石１２ａ及び内径側磁石１２ｂの固定について、図５を参照して説明する。図５は外径側磁石及び内径側磁石がロータヨークの径方向内側に固定される手順を模式的に示す図であり、まず、図５（ａ）に示すように、外径側磁石１２ａと内径側磁石１２ｂがエポキシ系接着剤により接着される。なお、外径側磁石１２ａと内径側磁石１２ｂは、各表面（接着面）に対して垂直方向（ロータヨーク１１の径方向）に磁化されている。
【００３１】
次に、図５（ｂ）に示すように、外径側磁石１２ａをロータヨーク１１の溝２０に焼嵌めするため、エポキシ系接着剤で接着された外径側磁石１２ａ及び内径側磁石１２ｂを、例えば、１５０℃を上限として加熱すると共に、ロータヨーク１１を、例えば、８００℃を上限として加熱する。それぞれの上限温度は、強度や保磁力などの特性に影響を及ぼすことのない範囲に設定することが望ましい。ロータヨーク１１を構成する電磁鋼板の熱膨張係数は１１．０×１０−６／℃であるので、加熱により溝２０が破線で示す位置から実線で示すように周方向長さが長くなる。一方、磁石（Ｆｅ‐Ｎｄ‐Ｂ磁石）の磁化方向と直角方向（磁石の長手方向）の熱膨張係数は、−１．５×１０−６／℃であるので、加熱によって破線で示す位置から実線で示すように長さが収縮する。
【００３２】
そして、図４（ｃ）に示すように、加熱により膨張したロータヨーク１１の溝２０に、収縮した外径側磁石１２ａを挿入した後に冷却することで、溝２０が収縮すると共に外径側磁石１２ａが膨張して元の状態に復帰して、外径側磁石１２ａがロータヨーク１１の溝２０に焼嵌めされる。なお、電磁鋼板は、性能向上のため、例えば、７５０〜８００℃で焼鈍される場合があるが、そのときには焼鈍工程の直後に外径側磁石１２ａを挿入すれば、効率的に焼嵌めすることができる。
【００３３】
そして、図４（ｄ）に示すように、焼嵌めによってロータヨーク１１に固定された外径側磁石１２ａには圧縮応力が付与されると共に、ロータヨーク１１の電磁鋼板には周方向（磁路に対して平行）に引張り応力が付与される。
【００３４】
ロータヨーク１１の電磁鋼板に適度な引張り応力が作用すると、電磁鋼板の透磁率が高まり、これによって鉄損が低減することが知られている。従って、外径側磁石１２ａを焼嵌めによってロータヨーク１１の溝２０に固定することで、ロータヨーク１１に引張り応力を付与し、鉄損を減少させることで、アウターロータ型電動機１の性能が向上する。
【００３５】
また、外径側磁石１２ａは、ロータヨーク１１の溝２０に焼嵌めされるので、従来の圧入による固定と比較して磁石表面に与える損傷を防止することができ、且つ機械的に強固に固定されて固定に対する信頼性が向上する。また、ロータヨーク１１の溝２０と外径側磁石１２ａとの間にクリアランスがない状態で固定されるので、ロータ１０が回転したとき、溝２０内で外径側磁石１２ａが微動することによるフレッティング摩耗を防止することができる。
【００３６】
また、内径側磁石１２ｂは、同じような特性、特に、近似する熱膨張係数を有する外径側磁石１２ａにエポキシ系接着剤によって接着されているので、加熱、冷却の熱サイクルによってエポキシ系接着剤に作用する熱応力が大幅に低減し、耐熱衝撃性が弱いエポキシ系接着剤を使用して外径側磁石１２ａと内径側磁石１２ｂとを強固に接着することができる。これにより、他の接着剤にはないエポキシ系接着剤の持つ優れた特性である接着強度、耐熱性、耐油性を有効に活用して、信頼性の高い磁石固定が可能となる。従って、従来、接着剤の使用が困難であった高温、油中環境でも使用可能な信頼性の高い油冷式のアウターロータ型電動機１が得られる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態に係るアウターロータ型電動機１によれば、ロータ１０は、電磁鋼板からなる円環状のロータヨーク１１と、径方向に磁化され且つ周方向で交互に磁化方向を反転させるように、ロータヨーク１１の径方向内側で周方向に所定の間隔で配置された複数の磁極部９とを備え、複数の磁極部９が、ロータヨーク１１に埋め込まれた外径側磁石１２ａ及び外径側磁石１２ａの径方向内側にエポキシ系接着剤により接着された内径側磁石１２ｂと、を備える。これにより、外径側磁石１２ａをロータヨーク１１に埋め込むと共に、内径側磁石１２ｂを外径側磁石１２ａにエポキシ系接着剤で接着することにより、エポキシ系接着剤に熱応力が作用することを抑制して、磁極部９を強固にロータヨーク１１に固定することができる。また、エポキシ系接着剤の優れた特性である接着強度、耐熱性、耐油性を有効に活用して、従来困難であった油中環境や高温環境においても使用可能な表面磁石型で油冷式のアウターロータ型電動機１が得られる。
【００３８】
また、外径側及び内径側磁石１２ａ、１２ｂの少なくとも一方は、ロータヨーク１１の周方向に沿った両端面に、径方向外側に向かうに従って次第に該両端面間の距離が長くなるテーパー面１２ｃを有するので、巻線端子間に発生する誘起電圧波形を正弦波に近付けることができ、これによりコギングトルクを低減させてモータ効率を向上することができる。
【００３９】
更に、外径側磁石１２ａとロータヨーク１１とを加熱して焼嵌めにより外径側磁石１２ａをロータヨーク１１に埋め込み固定することで、ロータヨーク１１の電磁鋼板に引張り応力が付与され、電磁鋼板の透磁率が向上して鉄損を減少させることができ、モータ性能が向上する。また、外径側磁石１２ａを焼嵌めすることで、外径側磁石１２ａを圧入する場合に発生しうる磁石表面の損傷を防止することができる。
【００４０】
また、外径側磁石１２ａに添加される保磁力向上のための添加物の含有量が、内径側磁石１２ｂに添加される保磁力向上のための添加物の含有量より少ないので、ディスプロシウム（Ｄｙ）やテルビニウム（Ｔｂ）などの高価な添加物の使用量を抑制することができ、アウターロータ型電動機１の製造コストを低減することができる。
【００４１】
なお、外径側磁石１２ａ及び内径側磁石１２ｂは、上記実施形態に示すような、ロータヨーク１１の周方向に沿った両端面全体にテーパー面１２ｃを有する形状に限らず、例えば、図６に示す変形例のように、ロータヨーク１１の周方向に沿った両端面のうち、径方向内側面１２ｄ寄りの部分に、径方向外側に向かうに従って次第に両端面間の距離が長くなるテーパー面１２ｅを有するようにしてもよい。このようなテーパー面１２ｅを有する外径側磁石１２ａ及び内径側磁石１２ｂによっても、巻線端子間に発生する誘起電圧波形を正弦波に近づけることができ、効果的にコギングトルクを低減することができる。なお、この場合、ロータヨーク１１の溝２０も、外径側磁石１２ａの形状に対応して形成されている。
【００４２】
尚、本発明は、前述した実施形態及び変形例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。
上記実施形態では、添加物量を外径側磁石１２ａと内径側磁石１２ｂとで変えることで、全体として添加物の使用量を抑制することができるが、外径側磁石１２ａと内径側磁石１２ｂを、添加物量の等しい同一材料で構成することで、永久磁石の共通化を図っても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１              アウターロータ型電動機
２              ステータ
９、９ａ、９ｂ  磁極部
１０            ロータ
１１            ロータヨーク
１２            磁石
１２ａ          外径側磁石
１２ｂ          内径側磁石
１２ｃ          テーパー面
Ｏ              軸心
Ｓ              エアギャップ
【図１】
2012239263.tif 000003
【図２】
2012239263.tif 000004
【図３】
2012239263.tif 000005
【図４】
2012239263.tif 000006
【図５】
2012239263.tif 000007
【図６】
2012239263.tif 000008
【図７】
2012239263.tif 000009