JP2008148482A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアの強度低下を抑制しつつモータ効率を向上する。
【解決手段】モータのロータ部は、ロータコア３２およびロータコア３２の周方向に配置されてロータコア３２に保持される複数の界磁用磁石３３を備える。ロータコア３２では、電機子に対向する磁極の極性が互いに異なるとともに隣接する１対の界磁用磁石３３の間のフラックスバリア部３２２に、当該界磁用磁石対が挿入される２つの磁石保持穴３２１から独立したフラックスバリア穴３２３が形成される。また、各磁石保持穴３２１おいて、界磁用磁石３３の側面３３２から隣接するフラックスバリア穴３２３に向かって広がる隙間３２４が設けられる。これにより、ロータコア３２のフラックスバリア部３２２の強度低下を抑制することができるとともに、フラックスバリア部３２２の磁気抵抗を増大させ、異極配置された界磁用磁石対の間における磁束漏れを抑制してモータ効率を向上することができる。
【選択図】図８．Ｂ

Description

本発明は、電動式のモータに関する。

近年、省エネルギーや排気ガス問題の改善等の環境負荷低減を目的とした車両の開発が盛んに行われている。このような車両に搭載される環境負荷を低減する機構の１つとして、車両が停止している際にエンジンを自動的に停止することにより、エンジンから排出される二酸化炭素の量を減らすアイドリングストップが知られている。

ここで、車両の冷暖房装置において、コンプレッサがエンジンにより駆動される場合、アイドリングストップによりエンジンが停止されることにより冷暖房装置も停止してしまう。そこで、冷暖房装置のコンプレッサを電動式とし、当該コンプレッサを車載バッテリーにより駆動することにより、エンジンの停止中であっても冷暖房装置を駆動することが可能となる。このような車載の電動コンプレッサとして利用されるモータの１つとして、電機子の内側に配置されたロータコアに永久磁石が埋め込まれたＩＰＭ（interior permanent magnet（埋込磁石））モータがある。ＩＰＭモータは、永久磁石のロータコアからの脱落を確実に防止することができるため信頼性が高く、また、熱減磁に対しても高い耐久性を有するため、車両搭載用のモータとして適している。

ところで、ＩＰＭモータでは、複数の永久磁石の周囲に磁性体であるロータコアの一部が存在するため、異極配置された隣接する永久磁石の間においてロータコアを介しての磁気短絡（いわゆる、磁束漏れ）が生じる。そこで、ロータコアの永久磁石間の部位における磁気抵抗を大きくして磁束漏れを抑制することにより、モータを駆動する効率（以下、「モータ効率」という。）を向上する技術が提案されている。

例えば、特許文献１の永久磁石式回転電機では、それぞれが１つのポールを構成する複数の磁石群が回転子の周方向に配置されており、各磁石群は、回転子の外周側に向けて開いたＶ字状に配置される複数の永久磁石により構成される。特許文献１の回転子では、各磁石群の周方向の両端部（すなわち、回転子の外周側に近い端部）に、当該各磁石群が収容される穴と連続する空洞が設けられており、当該空洞により隣接する磁石群間における磁気抵抗を大きくして磁束漏れを低減することにより、モータ効率の向上が図られている。

一方、特許文献２の電動機では、両端部がロータ（コア）の外周側を向くＶ字状に配置されるとともに１つのポールを構成する一対の永久磁石（以下、「永久磁石対」という。）がロータの周方向に複数配置されている。当該電動機では、ロータの隣接する永久磁石対の間の部位（すなわち、突極）に突極空隙を設け、各永久磁石対の２つの永久磁石の端部間の部位に磁極空隙を設け、さらに、ステータの各磁極の先端にＣ面取りを施すことにより、最大電流時においても逆突極性を維持し、インダクタンス変化によるロータの回転角度の検出を可能としている。
特開２００５−３２８６７９号公報 特開２０００−６００３８号公報

ところで、ＩＰＭモータでは、ロータ部の回転時に、ロータコアの界磁用磁石間の部位に、界磁用磁石に働く遠心力が加わるため、ロータコアの当該部位の強度を所定の大きさ以上に維持する必要がある。このため、特許文献１の回転電機では、各磁石群が収容される穴と連続する空洞を回転子の周方向に大きくすることが困難となり、モータ効率の向上に限界がある。また、特許文献２のロータでは、突極空隙の幅が突極の幅とほぼ等しくされているため、ロータの永久磁石間の部位の強度が低下してしまい、ロータの回転時に当該部位に加わる力を十分に支持することができない恐れがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ロータコアの強度低下を抑制しつつモータ効率を向上することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、電動式のモータであって、電機子を有するステータ部と、前記ステータ部に取り付けられた軸受機構と、前記軸受機構を介して所定の中心軸を中心に前記ステータ部に対して回転可能に支持されるロータ部とを備え、前記ロータ部が、シャフトと、前記シャフトに取り付けられ、外周面が前記電機子と対向する略円筒状の磁性体であるロータコアと、前記ロータコアの前記外周面よりも前記中心軸側において前記中心軸を中心とする円周上に配置され、それぞれが前記中心軸に平行に伸びる複数の界磁用磁石とを備え、前記ロータコアが、前記複数の界磁用磁石が挿入される複数の磁石保持穴と、前記電機子に対向する磁極の極性が互いに異なるとともに隣接する複数の界磁用磁石対の間において前記中心軸に平行に伸びる複数のフラックスバリア穴とを備え、前記複数のフラックスバリア穴のそれぞれが、前記中心軸を中心とする周方向両側の２つの界磁用磁石の最近接部を結ぶ面と前記ロータコアの前記外周面との間において、前記２つの界磁用磁石が挿入される２つの磁石保持穴から独立して形成されており、前記複数の磁石保持穴のそれぞれにおいて、保持される界磁用磁石の側面から隣接するフラックスバリア穴に向かって広がる隙間が設けられる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータであって、各フラックスバリア穴と前記ロータコアの前記外周面との間の最短距離、および、前記各フラックスバリア穴に隣接する２つの磁石保持穴と前記各フラックスバリア穴との間のそれぞれの最短距離が等しい。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のモータであって、前記複数の界磁用磁石において、前記電機子に対向する磁極の極性が、前記中心軸を中心とする周方向において２個ずつ変更される。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のモータであって、前記複数の磁石保持穴のそれぞれのフラックスバリア穴とは反対側において、保持される界磁用磁石の側面との間に隙間が設けられている。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のモータであって、前記複数の界磁用磁石のそれぞれが、主面が前記ロータコアの前記外周面側を向く板状であり、前記複数のフラックスバリア穴のそれぞれの断面が、前記ロータコアの前記外周面に略平行な辺と、隣接する２つの界磁用磁石の互いに対向する面に平行な２辺とを有する略三角形である。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のモータであって、前記複数のフラックスバリア穴のそれぞれが、一定の断面形状にて前記ロータコアを貫通する。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のモータであって、前記ロータ部が、前記複数のフラックスバリア穴に埋め込まれ、前記ロータコアよりも透磁率が低い材料により形成された補強部をさらに備える。

請求項８に記載の発明は、請求項６に記載のモータであって、前記ロータ部が、前記ロータコアの前記中心軸方向の両側の端面において前記複数の界磁用磁石の端部を覆うとともに一部が前記複数のフラックスバリア穴に進入する樹脂製の２つのロータカバーをさらに備える。

本発明では、ロータコアの強度低下を抑制しつつモータ効率を向上することができる。請求項２および５の発明では、ロータコアの強度低下の抑制とモータ効率の向上とをバランス良く実現することができる。請求項３および７の発明では、ロータコアの強度低下をより確実に抑制することができる。請求項４および６の発明では、モータ効率をより向上することができる。請求項７の発明では、モータの製造を簡素化することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電動式のモータ１の外観を示す平面図であり、図２は、モータ１を示す縦断面図である。図２では、図１に示すモータ１の中心軸Ｊ１を含む面における断面を示しており、また、当該断面よりも手前側および奥側の構成の一部も併せて示している。モータ１は、いわゆるアイドリングストップ（すなわち、車両が停止している際にエンジンを自動的に停止する機構）が搭載された車両等において、冷暖房装置のコンプレッサとして利用される３相交流モータであり、図１および図２に示すように、中心軸Ｊ１方向の長さが外径の約２倍である縦長のモータである。

図２に示すように、モータ１はインナーロータ型のモータであり、固定組立体であるステータ部２、回転組立体であるロータ部３、ステータ部２に取り付けられるとともにロータ部３を中心軸Ｊ１を中心にステータ部２に対して回転可能に支持する軸受機構４、ロータ部３のステータ部２に対する角度位置を検出する装置であるレゾルバ部５、および、これらの構成を内部に収容する略有底円筒状のハウジング６を備える。以下の説明では、便宜上、中心軸Ｊ１に沿ってレゾルバ部５側を上側、ステータ部２およびロータ部３側を下側として説明するが、中心軸Ｊ１は必ずしも重力方向と一致する必要はない。

ステータ部２は、ハウジング６の内周面に取り付けられる電機子２１を備え、電機子２１は、薄板状の珪素鋼板が積層されて形成されたステータコア２１１を備える。図３は、ステータコア２１１を示す平面図である。図３に示すように、ステータコア２１１は、中心軸Ｊ１を中心として放射状に配置された複数（本実施の形態では、２４本）のティース２１１１、および、複数のティース２１１１の中心軸Ｊ１と反対側の端部を一体的に保持する略円環状のコアバック２１１２を備える。

図４は、電機子２１のステータコア２１１、および、ステータコア２１１に取り付けられる複数（本実施の形態では、４８本）の導線２１２を示す斜視図である。図４に示すように、複数の導線２１２は、複数のティース２１１１間の複数（本実施の形態では、２４個）のスロット２１１３において中心軸Ｊ１に平行に伸びる部位を有する。複数の導線２１２は、図５．Ａおよび図５．Ｂに示す角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂをそれぞれ複数有する。以下の説明では、角形導線２１２ａと丸形導線２１２ｂとを区別する必要がない場合には、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂをまとめて導線２１２と呼ぶ。

図５．Ａに示すように、角形導線２１２ａは、断面形状が矩形のＵ字型導線（すなわち、Ｕ字型の平角線）であり、図５．Ｂに示すように、丸形導線２１２ｂは、断面形状が円形のＵ字型導線（すなわち、Ｕ字型の丸線）である。本実施の形態では、丸形導線２１２ｂの直径は３．１６ｍｍ以上３．２４ｍｍ以下とされる。また、本実施の形態では、角形導線２１２ａの断面積は１２．３ｍｍ^２以上とされ、丸形導線２１２ｂの断面積よりも大きくされる。

図５．Ａおよび図５．Ｂに示すように、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂはそれぞれ、ステータコア２１１の２つの異なるスロット２１１３（図４参照）にそれぞれ収容されるとともに中心軸Ｊ１に平行に伸びる２本の直線部２１２１、および、２本の直線部２１２１の中心軸Ｊ１方向における下側（すなわち、図２に示すハウジング６の底部側）の端部の間において屈曲しつつ２本の直線部２１２１の当該端部をステータコア２１１の下側にて一体的に接続する屈曲部２１２２を備える。角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂはそれぞれ、直線状の導線を中央部近傍にて屈曲することによりＵ字型に成形される。複数の導線２１２の両端部２１２３（すなわち、２本の直線部２１２１の屈曲部２１２２側とは反対側の端部）は、図４に示すように、ステータコア２１１の上側（すなわち、ハウジング６の底部とは反対側の開口側）において、ステータコア２１１の各スロット２１１３から上向きに突出する。

図６．Ａは、ステータコア２１１および導線２１２（すなわち、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂ）を示す断面図である。図６．Ａでは、図示の都合上、ステータコア２１１および導線２１２の断面を平行斜線を付すことなく示している。図６．Ａに示すように、電機子２１では、ステータコア２１１の各スロット２１１３において、２本の角形導線２１２ａの直線部２１２１（図５．Ａ参照）と２本の丸形導線２１２ｂの直線部２１２１（図５．Ｂ参照）とが中心軸Ｊ１を中心とする径方向に配列されており、丸形導線２１２ｂは角形導線２１２ａの中心軸Ｊ１側に配置されている。

図６．Ｂは、図６．Ａに示すステータコア２１１および導線２１２の一部を拡大して示す図である。図６．Ｂに示すように、角形導線２１２ａのスロット２１１３に収容される部位の断面は、中心軸Ｊ１（図６．Ａ参照）を中心とする径方向に（略）平行な２つの短辺２１２４、および、２つの短辺２１２４に略垂直な（すなわち、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に（略）平行な）２つの長辺２１２５を備える。また、各スロット２１１３の中心軸Ｊ１側の端部近傍では、スロット２１１３の内側面（すなわち、当該スロット２１１３を挟む２つのティース２１１１の側面）が、最も中心軸Ｊ１側に配置された丸形導線２１２ｂのスロット２１１３に収容される部位の外側面に沿うように湾曲している。換言すれば、各スロット２１１３の内側面は、上記丸形導線２１２ｂの外側面に沿う湾曲部２１１４を備える。

図２に示すように、電機子２１は、中心軸Ｊ１方向においてステータコア２１１の上側に配置されて複数のＵ字型の導線２１２の端部２１２３（図４参照）と接続されるバスバーユニット２１３をさらに備え、バスバーユニット２１３は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環状であって中心軸Ｊ１方向に積層された６枚の端子台であるバスバープレート２１３１を備える。以下の説明では、６枚のバスバープレート２１３１をそれぞれ区別して呼ぶ場合には、バスバーユニット２１３における下側（すなわち、ステータコア２１１側）に配置されるものから順に、バスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆと呼ぶ。

図７．Ａないし図７．Ｆは、バスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆを示す平面図である。図７．Ａないし図７．Ｆに示すように、各バスバープレート２１３１（すなわち、バスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆ）は、中心軸Ｊ１方向に関して同じ位置にて周方向に配列された複数の導電体の端子であるバスバー２１３２、および、中心軸Ｊ１を中心とする略円環状であって当該複数のバスバー２１３２が一体的に固定される絶縁体（本実施の形態では、樹脂）の端子保持部であるバスバーホルダ２１３３を備える。各バスバープレート２１３１では、複数のバスバー２１３２が、バスバーホルダ２１３３の外周縁よりも内側にてバスバーホルダ２１３３に固定される。

図２に示すバスバーユニット２１３では、６枚のバスバーホルダ２１３３にそれぞれ保持されたバスバー群が、中心軸Ｊ１方向において互いに異なる位置に配置され、複数の導線２１２の一部にそれぞれ接続される。電機子２１では、６枚のバスバープレート２１３１の複数のバスバー２１３２（図７．Ａないし図７．Ｆ参照）により、複数の導線２１２の端部２１２３（図４参照）がステータコア２１１の上側において周方向に直列に接続されることにより、ステータコア２１１の複数のティース２１１１（図３参照）上に（複数の）コイル２１４が形成される。換言すれば、コイル２１４は、複数のバスバー２１３２、および、複数のバスバー２１３２を介して接続された複数の導線２１２を備える。

電機子２１では、図４に示す複数のティース２１１１のうち、連続する３本のティース２１１１に１ターンを巻回する分布巻きにより各コイル２１４（図２参照）が形成されており、１本の導線２１２の２本の直線部２１２１（図５．Ａおよび図５．Ｂ参照）が挿入される２つのスロット２１１３の間には、他の導線２１２の直線部２１２１が挿入される他の２つのスロット２１１３が挟まれる。本実施の形態では、各コイル２１４のターン数は２とされ、それぞれ１本の角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂ（図５．Ａおよび図５．Ｂ参照）が接続されることにより形成される。電機子２１では、複数の角形導線２１２ａおよび複数の丸形導線２１２ｂが交互に接続されてコイル２１４が形成されており、コイル２１４はバスバーユニット２１３（図２参照）を介して外部電源と接続される。

図７．Ａないし図７．Ｆに示すバスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆの外径（すなわち、各バスバープレートに外接する仮想円の直径）はそれぞれ、ステータコア２１１（図３参照）の外径よりも小さいため、複数のバスバー２１３２、および、各バスバー２１３２の導線との接合部２１３２ａは、ステータコア２１１の外周縁よりも内側（すなわち、中心軸Ｊ１側）に配置される。したがって、複数の導線２１２と複数のバスバー２１３２の接合部２１３２ａとは、ステータコア２１１の外周縁よりも中心軸Ｊ１側において接合される。本実施の形態では、バスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆの複数のバスバー２１３２と導線２１２との接合はＴＩＧ溶接により行われる。

図２に示すロータ部３は、中心軸Ｊ１を中心とするシャフト３１、シャフト３１の周囲に圧入等により取り付けられた略円筒状のロータコア３２、ロータコア３２に保持されてそれぞれが中心軸Ｊ１に平行に伸びる薄板状の永久磁石である複数の界磁用磁石３３、および、ロータコア３２の中心軸Ｊ１方向の両端面を覆う略円板状のロータカバー３４を備える。ロータコア３２は、薄板状の磁性体の鋼板（すなわち、電磁鋼板）が中心軸Ｊ１方向に積層されて形成されており、その外周面は電機子２１と対向する。また、ロータカバー３４は、非磁性体（例えば、樹脂やアルミニウム）により形成されており、ボルト等によりロータコア３２に固定されて界磁用磁石３３の中心軸Ｊ１方向の移動を規制する。モータ１では、中心軸Ｊ１を中心とする環状の電機子２１の中心軸Ｊ１側に界磁用磁石３３が配置されており、電機子２１と界磁用磁石３３との間で中心軸Ｊ１を中心とする回転力（トルク）を発生する。

図８．Ａは、ロータコア３２および界磁用磁石３３を示す平面図である。図８．Ａに示すように、ロータコア３２には、中心軸Ｊ１に平行であってロータコア３２を貫通する複数（本実施の形態では、１６個）の磁石保持穴３２１が形成されており、当該複数の磁石保持穴３２１のそれぞれに薄板状の界磁用磁石３３が挿入されることにより、複数の界磁用磁石３３が、ロータコア３２の外周面よりも中心軸Ｊ１側において中心軸Ｊ１を中心とする円周上に配置される。本実施の形態では、１個の磁石保持穴３２１に挿入される界磁用磁石３３が中心軸Ｊ１方向に４分割されている。以下の説明では、１個の磁石保持穴３２１に挿入される４分割された界磁用磁石３３をまとめて１個の界磁用磁石３３として取り扱う。１６個の界磁用磁石３３は、それぞれの主面をロータコア３２の外周面側（すなわち、図２に示す電機子２１側）に向けて配列される。

ロータ部３では、ロータコア３２の外周面に向けて開いたＶ字状に配置される隣接する２つの界磁用磁石３３において、電機子２１に対向する磁極の極性が等しくされ（以下、「同極配置」と呼ぶ。）、当該２つの界磁用磁石３３により１つのポールが形成される。換言すれば、複数の界磁用磁石３３において、電機子２１に対向する磁極の極性が、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において２個ずつ変更される。本実施の形態では、ロータ部３のポール数は８とされる。

ロータコア３２では、電機子２１に対向する磁極の極性が互いに異なる（以下、「異極配置」と呼ぶ。）とともに隣接する１対の界磁用磁石３３（以下、「界磁用磁石対」という。）の間の部位３２２（すなわち、中心軸Ｊ１に向けて開いたＶ字状に配置される隣接する界磁用磁石対の中心軸Ｊ１から遠い側の端部の間の部位）に、当該界磁用磁石対が挿入される２つの磁石保持穴３２１から独立した穴部３２３が形成される。中心軸Ｊ１に平行に伸びる穴部３２３は、異極配置された複数の界磁用磁石対の間（すなわち、ロータ部３のポール間）に１つずつ形成されるため、本実施の形態では、８個の穴部３２３が、中心軸Ｊ１を中心とする円周上に等ピッチにて配列される。８個の穴部３２３の形状は全て等しく、また、隣接する２つの磁石保持穴３２１に対する相対位置も等しい。

モータ１のロータコア３２では、異極配置された界磁用磁石３３間の部位３２２に穴部３２３が形成されることにより、当該部位３２２における磁気抵抗が増大する。これにより、異極配置された界磁用磁石３３間における磁気短絡（いわゆる、磁束漏れ）が抑制され、モータ効率が向上される。このように、モータ１では、ロータコア３２の穴部３２３が形成された部位３２２が、いわゆるフラックスバリアの役割を果たす。以下の説明では、部位３２２を「フラックスバリア部３２２」といい、穴部３２３を「フラックスバリア穴３２３」という。

図８．Ｂは、ロータコア３２の１つのフラックスバリア穴３２３近傍を拡大して示す図である。図８．Ｂに示すように、フラックスバリア穴３２３は、異極配置された界磁用磁石対の間のフラックスバリア部３２２において、周方向両側の２つの界磁用磁石３３の最近接部を結ぶ面３３３（すなわち、２つの界磁用磁石３３の中心軸Ｊ１（図８．Ａ参照）側の主面３３１の互いに対向するエッジを結ぶ面３３３であり、図８．Ｂ中に二点鎖線にて示す。）と、ロータコア３２の外周面との間に形成され、ロータコア３２を中心軸Ｊ１方向に貫通する。フラックスバリア穴３２３の断面形状は略三角形であり、中心軸Ｊ１方向において一定である。

磁石保持穴３２１のフラックスバリア穴３２３側の端部では、当該磁石保持穴３２１に保持される界磁用磁石３３の側面３３２から、隣接するフラックスバリア穴３２３に向かって広がる隙間３２４が設けられる。また、磁石保持穴３２１のフラックスバリア穴３２３とは反対側の端部（すなわち、同極配置される隣接する２つの界磁用磁石３３の互いに対向する側の端部）では、磁石保持穴３２１の内側面と当該磁石保持穴３２１に保持される界磁用磁石３３の側面３３２との間に隙間３２５が設けられる。

隙間３２４および隙間３２５はそれぞれ、界磁用磁石３３の主面３３１に略垂直な２つの側面３３２のおよそ半分と対向する。また、界磁用磁石３３の各側面３３２の残り半分は磁石保持穴３２１の内側面と当接しており、これにより、磁石保持穴３２１内における界磁用磁石３３の周方向の動きが規制される。

各フラックスバリア穴３２３の略三角形状の断面は、ロータコア３２の外周面に略平行な辺、および、各フラックスバリア穴３２３に隣接する２つの界磁用磁石３３の互いに対向する側面３３２に略平行な２辺を有する。各フラックスバリア穴３２３とロータコア３２の外周面との間の最短距離Ｄ１、および、各フラックスバリア穴３２３に隣接する２つの磁石保持穴３２１と各フラックスバリア穴３２３との間のそれぞれの最短距離Ｄ２，Ｄ３は等しくされる。

軸受機構４は、図２に示すように、ロータ部３のロータコア３２の上側および下側においてシャフト３１に取り付けられる上部ベアリング４１および下部ベアリング４２、並びに、上部ベアリング４１が収容されるとともにハウジング６に固定されるベアリングホルダ４３を備える。下部ベアリング４２は、ハウジング６の底部中央に設けられた円筒状の側壁を有する収容部の内部に収容される。

次に、モータ１の製造の流れについて説明する。図９は、モータ１の製造の流れを示す図である。また、図１０．Ａないし図１０．Ｃは、製造途上のモータ１を示す正面図であり、図１１．Ａおよび図１１．Ｂは、製造途上のモータ１を示す平面図である。

モータ１が製造される際には、まず、図３に示すステータコア２１１の中心軸Ｊ１方向の両側から、樹脂等の絶縁体により形成されたインシュレータが挿入されてステータコア２１１に装着されることにより、複数のティース２１１１の側面および上下面、並びに、コアバック２１１２の上下面が絶縁体により被覆される。続いて、ステータコア２１１の複数のスロット２１１３に、複数の導線２１２のそれぞれの２本の直線部２１２１（図５．Ａおよび図５．Ｂ参照）がステータコア２１１の下側から挿入され、図４に示すように各導線２１２の端部２１２３がステータコア２１１の上側に突出した状態とされる（ステップＳ１１）。各導線２１２の両端部２１２３では、導線２１２の表面を被覆する厚さ数μｍの絶縁体（例えば、ポリイミドアミド）の膜が予め除去されて側面に導電部が露出しており、当該両端部２１２３は、導電体であるバスバー２１３２の接合部２１３２ａ（図７．Ａないし図７．Ｆ参照）と接合される接合部とされる。

導線２１２の挿入が終了すると、図７．Ａに示すバスバープレート２１３１ａが、図１０．Ａに示すように、ステータコア２１１の上側（すなわち、複数の導線２１２の端部２１２３側）に配置され（ステップＳ１２）、図１１．Ａに示すように、バスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２の接合部２１３２ａに、複数の導線２１２の一部（すなわち、バスバープレート２１３１ａと接合される導線群）の端部２１２３（図１０．Ａ参照）がそれぞれ嵌合される。そして、バスバー２１３２の接合部２１３２ａと導線２１２の端部２１２３との各組み合わせに対してＴＩＧ溶接が行われ、バスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２と複数の導線２１２の一部とが接合される（ステップＳ１３）。

次に、図７．Ｂに示すバスバープレート２１３１ｂが、図１０．Ｂに示すように、ステータコア２１１上に配置されたバスバープレート２１３１ａ上に重ねられ（ステップＳ１４）、図１１．Ｂに示すように、バスバープレート２１３１ｂの複数のバスバー２１３２の接合部２１３２ａに、複数の導線２１２の一部（すなわち、バスバープレート２１３１ｂと接合される導線群）がそれぞれ嵌合される。バスバープレート２１３１ｂの複数のバスバー２１３２は、バスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２のステータコア２１１とは反対側において、バスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２の一部と中心軸Ｊ１方向に関して重なるように配置される。

ここで、バスバープレート２１３１ａおよびバスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２を第１端子台および第１端子と捉え、バスバープレート２１３１ｂおよびバスバープレート２１３１ｂの複数のバスバー２１３２を第２端子台および第２端子と捉えた場合、モータ１では、第２端子台が第１端子台上に重ねられ、複数の第２端子が、中心軸Ｊ１方向に関して複数の第１端子の一部と重なっている。

バスバープレート２１３１ｂでは、バスバープレート２１３１ａの接合と同様に、バスバー２１３２の接合部２１３２ａと導線２１２の端部２１２３との各組み合わせに対してＴＩＧ溶接が行われ、バスバープレート２１３１ｂの複数のバスバー２１３２と複数の導線２１２の一部とが接合される（ステップＳ１５）。

以下、同様に、全てのバスバープレート２１３１が導線２１２と接合されるまで（ステップＳ１６）、次のバスバープレート２１３１を接合済みのバスバープレート２１３１上に重ねて当該バスバープレート２１３１のバスバー２１３２と複数の導線２１２の一部とをＴＩＧ溶接により接合する工程が繰り返され（ステップＳ１４〜Ｓ１６）、図１０．Ｃに示すように、バスバーユニット２１３（すなわち、ステータコア２１１上に積層された６枚のバスバープレート２１３１）を有する電機子２１が形成される。バスバーユニット２１３では、各バスバープレート２１３１の複数のバスバー２１３２（図７．Ａないし図７．Ｆ参照）が、他のバスバープレート２１３１の複数のバスバー２１３２の一部と中心軸Ｊ１方向において重なる。

全ての（本実施の形態では、６枚の）バスバープレート２１３１が導線２１２と接合されて電機子２１の製造が終了すると、加熱されたハウジング６（図２参照）に対して、電機子２１が複数の導線２１２の屈曲部２１２２側から挿入され、焼き嵌めにより電機子２１がハウジング６の内部に固定される（ステップＳ１７）。続いて、略円環板状のコイルカバーがハウジング６の内部に取り付けられ、電機子２１のバスバーユニット２１３の上側が覆われる。

次に、図２に示すロータ部３、並びに、ロータ部３のシャフト３１に取り付けられた上部ベアリング４１および下部ベアリング４２が、ハウジング６内部の電機子２１の内側（すなわち、中心軸Ｊ１側）に挿入される（ステップＳ１８）。ロータ部３の組み立て、並びに、シャフト３１への上部ベアリング４１および下部ベアリング４２の取り付けは、上述の電機子２１の組み立て（ステップＳ１１〜Ｓ１６）とは独立して、電機子２１の組み立てよりも前または後に、あるいは、電機子２１の組み立てと並行して行われる。

ロータ部３が電機子２１の内側に挿入されると、ベアリングホルダ４３が電機子２１の上側（すなわち、ハウジング６の開口側）においてハウジング６に固定され（ステップＳ１９）、その後、ベアリングホルダ４３の上側においてレゾルバ部５がハウジング６に固定されることにより、モータ１の製造が終了する（ステップＳ２０）。

以上に説明したように、モータ１のロータ部３では、ロータコア３２のフラックスバリア部３２２にフラックスバリア穴３２３を形成して磁気抵抗を増大させることにより、異極配置された界磁用磁石対の間における磁束漏れを抑制し、モータ効率を向上することができる。また、各磁石保持穴３２１おいて、界磁用磁石３３の側面３３２から隣接するフラックスバリア穴３２３に向かって広がる隙間３２４が設けられることにより、異極配置された界磁用磁石対の間における磁束漏れをより一層抑制し、モータ効率をより向上することができる。

ロータ部３では、フラックスバリア穴３２３を、隣接する２つの磁石保持穴３２１から独立させることにより、ロータコア３２のフラックスバリア部３２２の強度低下を抑制することができる。また、上記隙間３２４を設けることにより、フラックスバリア穴３２３が過剰に大きくなることを防止し、フラックスバリア部３２２の強度低下をより一層抑制することができる。その結果、ロータ部３の回転時に界磁用磁石３３に働く遠心力を、フラックスバリア部３２２にて確実に支持することができ、モータ１の信頼性を向上することができる。

車両の冷暖房装置のコンプレッサとして利用されるモータでは、高い信頼性と高効率が要求される。本実施の形態に係るモータ１は、上述のように、ロータコア３２の強度低下を抑制しつつモータ効率を向上することができるため、車両の冷暖房装置のコンプレッサとして特に好ましく利用することができる。

ロータ部３では、各フラックスバリア穴３２３が、一定の断面形状にてロータコア３２を貫通する貫通穴とされることにより、フラックスバリア部３２２における磁気抵抗を中心軸Ｊ１方向において均一に増大させることができ、モータ効率をさらに向上することができる。また、各磁石保持穴３２１のフラックスバリア穴３２３とは反対側において、界磁用磁石３３の側面３３２との間に隙間３２５が設けられることにより、同極配置された２つの界磁用磁石の間における比較的小さな磁束漏れをも抑制し、モータ効率をより一層向上することができる。

さらには、ロータ部３において、隣接する２つの界磁用磁石３３により１つのポールを形成し、当該２つの界磁用磁石３３をそれぞれ独立する磁石保持穴３２１に保持することにより、ロータ部３の回転時に界磁用磁石３３に働く遠心力を小さくし、ロータコア３２のフラックスバリア部３２２に加えられる荷重を低減することができる。すなわち、遠心力に対するフラックスバリア部３２２の強度を相対的に向上し、ロータコア３２の相対的な強度低下をより一層抑制することができる。

ロータ部３では、フラックスバリア穴３２３とロータコア３２の外周面との間の距離Ｄ１、および、各フラックスバリア穴３２３に隣接する２つの磁石保持穴３２１と各フラックスバリア穴３２３との間のそれぞれの最短距離Ｄ２，Ｄ３が等しくされることにより、フラックスバリア穴３２３の断面積を大きく確保しつつロータ部３の回転時のフラックスバリア部３２２における応力集中を緩和することができる。その結果、ロータコア３２の強度低下の抑制とモータ効率の向上とをバランス良く実現することができる。

また、フラックスバリア穴３２３の断面形状が、ロータコア３２の外周面、および、隣接する２つの界磁用磁石３３の側面３３２にそれぞれ略平行な３辺を有する略三角形とされることにより、フラックスバリア穴３２３と磁石保持穴３２１との間の細い部位（すなわち、磁路面積が小さく磁気抵抗が大きい部位）の長さを長くしてフラックスバリア部３２２の磁気抵抗をより大きくしつつロータ部３の回転時のフラックスバリア部３２２における応力集中を緩和することができる。その結果、ロータコア３２の強度低下の抑制とモータ効率の向上とをさらにバランス良く実現することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るモータについて説明する。図１２は、第２の実施の形態に係るモータのロータ部３ａを示す縦断面図であり、図１３は、ロータ部３ａの一部を拡大して示す横断面図である。図１２では、ロータ部３ａの中心軸Ｊ１を含むとともにロータコア３２のフラックスバリア穴３２３を通る面における断面を示しており、また、図１３では、図１２に示す中心軸Ｊ１に垂直な面における断面を示している。図１２では、図示の都合上、シャフト３１の一部の図示を省略している。

図１２および図１３に示すように、ロータ部３ａでは、各フラックスバリア穴３２３の中心軸Ｊ１方向の全長に亘って、ロータコア３２よりも透磁率が低い材料（好ましくは非磁性体であり、本実施の形態では樹脂）により形成された補強部３４１が埋め込まれている。その他の構成は図１ないし図８．Ｂと同様であり、以下の説明において同符号を付す。

図１２に示すように、ロータ部３ａでは、ロータコア３２の中心軸Ｊ１方向の両側の端面において複数の界磁用磁石３３（図１３参照）の端部を覆う２つのロータカバー３４が、補強部３４１と同様の樹脂により形成されており、当該２つのロータカバー３４は、インサート成形により補強部３４１と一体的に形成される。ここで、樹脂製の補強部３４１を、同じく樹脂製のロータカバー３４の一部と捉えた場合、ロータ部３ａでは、２つのロータカバー３４の一部が複数のフラックスバリア穴３２３に進入している状態となっている。

図１３に示すように、ロータ部３ａでは、第１の実施の形態と同様に、ロータコア３２のフラックスバリア部３２２に磁石保持穴３２１と独立するフラックスバリア穴３２３が形成され、さらに、各磁石保持穴３２１おいて、界磁用磁石３３の側面３３２から隣接するフラックスバリア穴３２３に向かって広がる隙間３２４が設けられることにより、ロータコア３２のフラックスバリア部３２２の強度低下を抑制することができるとともに、異極配置された界磁用磁石対の間における磁束漏れを抑制してモータ効率を向上することができる。

ロータ部３ａでは、特に、各フラックスバリア穴３２３に補強部３４１が埋め込まれることにより、ロータコア３２のフラックスバリア部３２２の強度低下をより一層抑制することができる。また、複数の補強部３４１が、インサート成形により２つのロータカバー３４と一体的に成形されることにより、ロータ部３ａおよびモータの製造を簡素化することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、第２の実施の形態に係るモータでは、２つのロータカバー３４が複数の補強部３４１を介して強固に締結されている場合、ロータカバー３４をロータコア３２に固定するボルト等は省略されてもよい。また、補強部３４１は、ロータ部３ａの回転バランスを調整する重りとして利用されてもよい。

上記実施の形態に係るモータでは、各フラックスバリア部３２２に形成されるフラックスバリア穴３２３の断面形状は、略三角形以外の他の形状とされてもよい。また、各フラックスバリア部３２２に、中心軸Ｊ１方向に伸びる２つ以上の貫通穴がフラックスバリア穴として設けられてもよい。これにより、ロータコア３２のフラックスバリア部３２２の強度向上を図ることができる。

フラックスバリア穴３２３は、必ずしも中心軸Ｊ１方向にロータコア３２を貫通する必要はなく、各フラックスバリア部３２２に、ロータコア３２の一方の端面から中心軸Ｊ１方向に伸びる凹部がフラックスバリア穴３２３として形成されてもよい。また、ロータコア３２の両側の端面から中心軸Ｊ１方向にそれぞれ伸びる凹部が形成されてもよく、当該２つの凹部の間において中心軸Ｊ１方向に伸びる空隙がさらに設けられてもよい。

上記実施の形態に係るロータ部では、各ポールは必ずしもＶ字状に配置された２個の界磁用磁石３３により構成される必要はなく、例えば、３個以上の界磁用磁石により構成されてもよく、１個の平板状の界磁用磁石により構成されてもよい。ただし、上記実施の形態のように、ロータコア３２の外周面に向かってＶ字状に開いた２個の界磁用磁石３３により１つのポールを構成することにより、平板状の１個の界磁用磁石により１つのポールを構成する場合に比べて、両界磁用磁石３３の中心線に向かって磁束を集中して磁束密度を高くすることができ、その結果、モータ効率を向上することができる。

界磁用磁石３３は必ずしも平板状には限定されず、例えば、湾曲した薄板状とされてもよい。また、中心軸Ｊ１方向に伸びる円柱状の永久磁石が界磁用磁石として用いられてもよい。

また、モータは、車両の冷暖房装置のコンプレッサ以外に、いわゆるハイブリッドカー（すなわち、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と電動式モータの双方により駆動される車両）や電気自動車等の車両の駆動源として利用されてもよく、その他、様々な装置やその駆動源として利用されてよい。

第１の実施の形態に係るモータの平面図である。 モータの縦断面図である。 ステータコアの平面図である。 ステータコアおよび導線の斜視図である。 角形導線の斜視図である。 丸角形導線の斜視図である。 ステータコアおよび導線の断面図である。 １つのスロットを拡大して示す図である。 バスバープレートの平面図である。 バスバープレートの平面図である。 バスバープレートの平面図である。 バスバープレートの平面図である。 バスバープレートの平面図である。 バスバープレートの平面図である。 ロータコアおよび界磁用磁石の平面図である。 フラックスバリア穴近傍を拡大して示す図である。 モータの製造の流れを示す図である。 製造途上のモータを示す正面図である。 製造途上のモータを示す正面図である。 製造途上のモータを示す正面図である。 製造途上のモータを示す平面図である。 製造途上のモータを示す平面図である。 第２の実施の形態に係るモータのロータ部の縦断面図である。 ロータ部の一部を拡大して示す横断面図である。

符号の説明

１ モータ
２ ステータ部
３，３ａ ロータ部
４ 軸受機構
２１ 電機子
３１ シャフト
３２ ロータコア
３３ 界磁用磁石
３４ ロータカバー
３２１ 磁石保持穴
３２３ フラックスバリア穴
３２４ 隙間
３２５ 隙間
３３１ 主面
３３２ 側面
３３３ 面
３４１ 補強部
Ｊ１ 中心軸

Claims (8)

1. 電動式のモータであって、
   電機子を有するステータ部と、
   前記ステータ部に取り付けられた軸受機構と、
   前記軸受機構を介して所定の中心軸を中心に前記ステータ部に対して回転可能に支持されるロータ部と、
   を備え、
   前記ロータ部が、
   シャフトと、
   前記シャフトに取り付けられ、外周面が前記電機子と対向する略円筒状の磁性体であるロータコアと、
   前記ロータコアの前記外周面よりも前記中心軸側において前記中心軸を中心とする円周上に配置され、それぞれが前記中心軸に平行に伸びる複数の界磁用磁石と、
   を備え、
   前記ロータコアが、
   前記複数の界磁用磁石が挿入される複数の磁石保持穴と、
   前記電機子に対向する磁極の極性が互いに異なるとともに隣接する複数の界磁用磁石対の間において前記中心軸に平行に伸びる複数のフラックスバリア穴と、
   を備え、
   前記複数のフラックスバリア穴のそれぞれが、前記中心軸を中心とする周方向両側の２つの界磁用磁石の最近接部を結ぶ面と前記ロータコアの前記外周面との間において、前記２つの界磁用磁石が挿入される２つの磁石保持穴から独立して形成されており、
   前記複数の磁石保持穴のそれぞれにおいて、保持される界磁用磁石の側面から隣接するフラックスバリア穴に向かって広がる隙間が設けられることを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータであって、
   各フラックスバリア穴と前記ロータコアの前記外周面との間の最短距離、および、前記各フラックスバリア穴に隣接する２つの磁石保持穴と前記各フラックスバリア穴との間のそれぞれの最短距離が等しいことを特徴とするモータ。
3. 請求項１または２に記載のモータであって、
   前記複数の界磁用磁石において、前記電機子に対向する磁極の極性が、前記中心軸を中心とする周方向において２個ずつ変更されることを特徴とするモータ。
4. 請求項３に記載のモータであって、
   前記複数の磁石保持穴のそれぞれのフラックスバリア穴とは反対側において、保持される界磁用磁石の側面との間に隙間が設けられていることを特徴とするモータ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のモータであって、
   前記複数の界磁用磁石のそれぞれが、主面が前記ロータコアの前記外周面側を向く板状であり、
   前記複数のフラックスバリア穴のそれぞれの断面が、前記ロータコアの前記外周面に略平行な辺と、隣接する２つの界磁用磁石の互いに対向する面に平行な２辺とを有する略三角形であることを特徴とするモータ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のモータであって、
   前記複数のフラックスバリア穴のそれぞれが、一定の断面形状にて前記ロータコアを貫通することを特徴とするモータ。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のモータであって、
   前記ロータ部が、前記複数のフラックスバリア穴に埋め込まれ、前記ロータコアよりも透磁率が低い材料により形成された補強部をさらに備えることを特徴とするモータ。
8. 請求項６に記載のモータであって、
   前記ロータ部が、前記ロータコアの前記中心軸方向の両側の端面において前記複数の界磁用磁石の端部を覆うとともに一部が前記複数のフラックスバリア穴に進入する樹脂製の２つのロータカバーをさらに備えることを特徴とするモータ。

Images