特許 6099215 電気自動車用の回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6099215

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】電気自動車用の回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 5/02 20060101AFI20170313BHJP

   H02K 21/22 20060101ALI20170313BHJP

【ＦＩ】

   H02K5/02

   H02K21/22 M

【請求項の数】2

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-104450(P2015-104450)

(22)【出願日】2015年5月22日

(62)【分割の表示】特願2010-253315(P2010-253315)の分割

【原出願日】2010年11月11日

(65)【公開番号】特開2015-146734(P2015-146734A)

(43)【公開日】2015年8月13日

【審査請求日】2015年6月12日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第３項適用 博覧会名：次世代自動車産業展２０１０ 主催者名：株式会社日刊工業新聞社 開催日：平成２２年６月１６日から平成２２年６月１８日まで

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】507235424

【氏名又は名称】株式会社Ｔａｋａｙａｎａｇｉ

(74)【代理人】

【識別番号】100136674

【弁理士】

【氏名又は名称】居藤 洋之

(72)【発明者】

【氏名】高柳 力也

【審査官】 土田 嘉一

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４２４９０１４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平０５−２０７７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３３７３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３４８７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第００／６４０３６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ５／０２

Ｈ０２Ｋ ２１／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気自動車における車輪を駆動する電気自動車用の回転電機であって、
前記電気自動車におけるバッテリーから電力の供給を受けて磁界を生じさせるコイルと、
平面部の周縁上に環状に起立した環状部を有して有底筒状に形成されるとともに前記コイルに対して回転変位可能に支持されて前記車輪を回転駆動させる繊維強化樹脂製のヨーク保持体と、
前記ヨーク保持体における前記環状部の内周面に設けられて前記環状部の内側に界磁磁束を生じさせる磁石と、
前記ヨーク保持体における前記環状部の内部に設けられて前記磁石とともに磁気回路を形成して前記界磁磁束を生じさせるヨークとを備え、
前記ヨークは、
筒状に形成されて前記環状部内にのみ設けられており、
前記ヨーク保持体は、
前記繊維強化樹脂で形成された前記平面部に前記車輪に連結される駆動軸が取り付けられているとともに、前記平面部および前記環状部に対応した形状に形成されて熱可塑性樹脂を浸潤させた繊維製シート体で構成されており、
前記繊維製シート体は、
前記ヨーク保持体における前記平面部の外側面および内側面に対応する円形状に形成された前記平面部用の繊維製シート体と、
前記ヨーク保持体における前記平面部の外側面および内側面に対応する円形体の周縁部に方形のシート片を放射状に突出して設けて形成されて前記平面部の外側面に対応する円形状に形成された前記平面部用の繊維製シート体と前記平面部の内側面に対応する円形状に形成された前記平面部用の繊維製シート体との間に配置された全体用の繊維製シート体と、
前記ヨーク保持体における前記環状部に対応する筒状に形成されて前記平面部用の繊維製シート体および前記全体用の繊維製シート体の外側に配置された前記環状部用の繊維製シート体とを含むことを特徴とする電気自動車用の回転電機。

【請求項2】

請求項１に記載した電気自動車用の回転電機において、
前記磁石は、
前記環状部の内周面の周方向に沿って貼り付けられた複数の磁石によって環状に形成されていることを特徴とする電気自動車用の回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、界磁磁束を形成する永久磁石に対して相対的に回転変位する導体製のコイルを備えた電気自動車用の回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、界磁磁束を形成する永久磁石に対して相対的に回転変位する導体製のコイルを備えた回転電機、具体的には、電動機や発電機がある。例えば、下記特許文献１には、円筒状のヨーク（「継鉄」ともいう）の内周面に界磁磁束を形成する永久磁石を配置したステータの内側に、略円柱状の鉄心に導体製のコイルを巻いた電機子からなるロータを配置した所謂インナーロータ型の直流モータが開示されている。また、下記特許文献２には、有底円筒状のヨークの内周面に界磁磁束を形成する永久磁石を配置したロータの内側に、略円柱状の鉄心に導体製のコイルを巻いた電機子からなるステータを配置した所謂アウターロータ型の直流モータが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０５−１７６５０９号公報

【特許文献2】特開２００３−３６５８４号公報

【0004】

しかしながら、これらの回転電機においては、ステータまたはロータに占めるヨークの構成比率が大きいため回転電機を重量化させるとともに同回転電機の効率を低下させるという問題がある。例えば、上記したインナーロータ型の回転電機においては、ステータを構成するヨークがロータを包囲する大きさで形成されるとともに回転電機の筐体を兼ねた大きさで形成されるため、回転電機の重量化の一因となっている。一方、アウターロータ型の回転電機においては、ロータを構成して回転変位するヨークがステータの外周面を覆うとともに回転軸に向かって延びた有底筒状に形成されるため、ヨークの重量が増して回転電機の効率低下の一因となっている。また、ヨークが回転電機内において露出しており腐食しし易い環境にあるため、耐久性を確保し難いという問題もあった。

【0005】

本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、ステータまたはロータを構成するヨークの耐久性を確保しつつコンパクト化することにより、軽量化および高効率化を図ることができる電気自動車用の回転電機を提供することにある。

【発明の概要】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、電気自動車における車輪を駆動する電気自動車用の回転電機であって、電気自動車におけるバッテリーから電力の供給を受けて磁界を生じさせるコイルと、平面部の周縁上に環状に起立した環状部を有して有底筒状に形成されるとともにコイルに対して回転変位可能に支持されて車輪を回転駆動させる繊維強化樹脂製のヨーク保持体と、ヨーク保持体における環状部の内周面に設けられて環状部の内側に界磁磁束を生じさせる磁石と、ヨーク保持体における環状部の内部に設けられて磁石とともに磁気回路を形成して界磁磁束を生じさせるヨークとを備え、ヨークは、筒状に形成されて環状部内にのみ設けられており、ヨーク保持体は、繊維強化樹脂で形成された平面部に車輪に連結される駆動軸が取り付けられているとともに、前記平面部および前記環状部に対応した形状に形成されて熱可塑性樹脂を浸潤させた繊維製シート体で構成されており、繊維製シート体は、ヨーク保持体における平面部の外側面および内側面に対応する円形状に形成された平面部用の繊維製シート体と、ヨーク保持体における平面部の外側面および内側面に対応する円形体の周縁部に方形のシート片を放射状に突出して設けて形成されて平面部の外側面に対応する円形状に形成された平面部用の繊維製シート体と平面部の内側面に対応する円形状に形成された平面部用の繊維製シート体との間に配置された全体用の繊維製シート体と、ヨーク保持体における環状部に対応する筒状に形成されて平面部用の繊維製シート体および全体用の繊維製シート体の外側に配置された環状部用の繊維製シート体とを含むことにある。

【0007】

このように構成した本発明の特徴によれば、電気自動車用の回転電機は、界磁磁束を生じさせるための磁石と磁気回路を形成するヨークが樹脂製のヨーク保持体における環状部内に設けられている。このため、ヨークは、ヨーク保持体の内側に界磁磁束を生じさせるために必要最小限の形状および大きさで形成されていればよく、従来技術のように、回転電機の筐体を構成するための大きさに形成する必要がないとともに、ステータに対して回転可能に支持するために回転軸に向かって延びた形状（例えば、有底円筒状）に形成する必要がない。すなわち、本発明における電気自動車用の回転電機においては、ヨークはヨーク保持体の内側に界磁磁束を生じさせるために必要最小限の形状および大きさで形成されるとともに、回転電機の筐体やヨークを回転可能に支持する部分は、ヨークより軽量な樹脂素材で構成される。この結果、ステータまたはロータを構成するヨークをコンパクトに構成することができるため、回転電機の軽量化および高効率化を図ることができる。また、ヨークがヨーク保持体内に配置されていることにより、ヨーク自身の腐食が防止されるとともにヨークが樹脂製のヨーク保持体の心金として機能してヨーク保持体の機械的強度が向上するため、回転電機の耐久性を向上させることができる。また、磁石は、必要最小限の形状および大きさに形成されたヨークに対してではなく、ヨーク保持体の環状部の内周部に設けられるため、コイルに対して精度良く位置決めされた状態で配置することができる。

【0008】

また、本発明の他の特徴は、前記電気自動車用の回転電機において、磁石は、環状部の内周面の周方向に沿って貼り付けられた複数の磁石によって環状に形成されていることにある。

【0009】

削除

【0010】

このように構成した本発明の特徴によれば、電気自動車用の回転電機は、美観良くヨーク保持体を成形することができる。

【0011】

また、本発明の電気自動車用の回転電機においては、ヨーク保持体は、炭素繊維強化プラスチックで構成することができる。これによれば、電気自動車用の回転電機は、ヨーク保持体が炭素繊維強化プラスチックで構成されている。これにより、ヨーク保持体の強度を確保しつつヨーク保持体、延いては回転電機を軽量に構成することができる。

【0012】

また、本発明の電気自動車用の回転電機においては、さらに、ヨーク保持体の内側にコイルが巻かれる磁性体製のコアを備えることができる。これによれば、電気自動車用の回転電機は、ヨーク保持体の内側にコイルが巻かれるコアを備えている。これにより、コイルによって生じる界磁磁束の磁束密度が向上するため、回転電機の発生トルクや発電電力などの出力を向上させることができる。

【0013】

また、本発明の電気自動車用の回転電機においては、さらに、ヨーク保持体を収容するハウジングを備え、ヨーク保持体は、ハウジング内に固定されたコイルに対して回転変位させることができる。これによれば、回転電機は、ヨーク保持体を収容するハウジングを備えるとともに、ヨーク保持体がハウジング内に固定されたコイルに対して回転変位するように構成されている。すなわち、本発明に係る回転電機は、ヨークがロータを構成するとともにコイルがステータを構成する。これにより、回転電機の構成を簡単にすることができる。また、本発明の電気自動車用の回転電機において、ヨーク保持体は、駆動軸に径方向に張り出して形成されたフランジ部に取り付けることができる。

【0014】

また、本発明は、電気自動車用の回転電機として実施できるばかりでなく、同回転電機の製造方法の発明としても実施できるものである。

【0015】

すなわち、電気自動車用の回転電機の製造方法は、平面部の周縁上に環状に起立した環状部を有して有底筒状に形成された樹脂製のヨーク保持体と、ヨーク保持体における環状部の内部に設けられたヨークと、ヨーク保持体における環状部の内周面に設けられてヨークを介して環状部の内側に界磁磁束を生じさせるための磁石と、ヨーク保持体の内側における界磁磁束中に配置された導体製のコイルとを備え、ヨーク保持体とコイルとが相対的に回転変位可能に支持された回転電機の製造方法であって、ヨーク保持体の製造工程は、ヨーク保持体における前記平面部および環状部に対応した形状に形成された繊維製シート体に熱可塑性樹脂を浸潤させる浸潤工程と、繊維製シート体を凹形金型内に積層するシート体積層工程と、凹形金型内に積層されるシート体の間にヨークを配置するヨーク配置工程と、凹形金型内を加熱しながら凸形金型で押圧する押圧工程と、押圧工程によって成形されたヨーク保持体における環状部の内周面に前記磁石を配置する磁石配置工程を含んで構成することができる。

【0016】

これによれば、ヨーク保持体における環状部内に精度良くヨークを配置してヨーク保持体を成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る直流モータの全体構成の概略を模式的に示す断面図である。

【図2】図１に示すＡ−Ａ線から見た直流モータの断面図である。

【図3】図１に示すヨーク保持体の製造工程を説明するためのヨーク保持体の分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明に係る回転電機の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る直流モータ（電動機）１００の全体構成を概略的に示す断面図である。また、図２は、図１に示すＡ−Ａ線から見た直流モータ１００の断面図である。なお、本明細書において参照する各図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。この直流モータ１００は、図示しない電気自動車に搭載されて原動機として機能するものである。

【0019】

（直流モータ１００の構成）
直流モータ１００は、ハウジング１０１および蓋体１０２を備えている。ハウジング１０１および蓋体１０２は、直流モータ１００における筐体を構成する樹脂製の部品である。本実施形態においては、ハウジング１０１および蓋体１０２は、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）で構成されている。これらのうち、ハウジング１０１は、直流モータ１００の各種構成部品を収容するために略有底円筒状に形成されるとともに、開口部の周縁部が径方向にフランジ状に張り出して形成されている。蓋体１０２は、ハウジング１０１の開口部を塞ぐために円盤状に形成されるとともに、中央部に駆動軸１０４が貫通する貫通孔１０２ａが形成されている。この蓋体１０２は、ハウジング１０１における開口部上に配置されてハウジング１０１の周縁部にフランジ状に張り出した部分に対して取付ボルト１０３によって固定的に取り付けられている。

【0020】

駆動軸１０４は、直流モータ１００における回転駆動力を外部に取り出すための鋼製の軸状部材である。この駆動軸１０４は、一方（図示左側）の端部が前記ハウジング１０１における内部中央部に軸受け１０５ａを介して回転自在に支持されるとともに、他方の端部側における前記蓋体１０２の貫通孔１０２ａに貫通する部分が軸受け１０５ｂを介して回転自在に支持されている。また、駆動軸１０４における略中央部には、径方向に鍔状に張り出したフランジ部１０４ａが形成されており、このフランジ部１０４ａにヨーク保持体１０６が取付ボルト１０７によって固定的に取り付けられている。

【0021】

ヨーク保持体１０６は、後述する永久磁石１０８およびヨーク１０９を保持する樹脂製の部品である。本実施形態においては、ヨーク保持体１０６は、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）で構成されている。このヨーク保持体１０６は、駆動軸１０４の軸線方向に延びて環状に形成された環状部１０６ａと、同環状部１０６の一方（図示右側）の端部が駆動軸１０４側に屈曲して同駆動軸１０４側に延びた略板状に形成された側面部１０６ｂとが一体的に成形された略有底筒状に形成されている。環状部１０６ａおよび側面部１０６ｂのうち、環状部１０６ａの内周面は、内周面の真円度が所定の範囲内に収まるように切削加工が施されている。

【0022】

この環状部１０６ａの内周面には、永久磁石１０８が貼り付けられている。永久磁石１０８は、ヨーク保持体１０６の内側に界磁磁束を生じさせるための磁石である。本実施形態においては、永久磁石１０８は、ネオジム磁石で構成されている。この永久磁石１０８は、環状部１０６ａの内周面に対応する曲率に湾曲した方形板状に形成されており、同内周面の周方向に沿って複数枚貼り付けられている。この場合、永久磁石１０８は、互いに隣り合う永久磁石１０８が互いに異なる（反対の）磁極が環状部１０６ａの内側に向って露出する向きで貼り付けられている。本実施形態においては、１６個の永久磁石１０８が互いに接した状態で環状部１０６ａの内周面に接着剤によって貼り付けられている。

【0023】

なお、永久磁石１０８を構成する磁石の種類、大きさ、形状、枚数および配置間隔は、直流モータ１００の仕様（回転速度、回転数、出力トルク、入力電流、トルクムラ、コギングなど）に応じて適宜決定されるものである。例えば、永久磁石１０８は、ネオジム磁石以外の他の磁石、例えば、フェライト磁石を用いることができる。また、永久磁石１０８は、２つの永久磁石１０８を互いに異なる（反対の）磁極が環状部１０６ａの内側に向って露出する向きでヨーク保持体１０６の環状部１０６ａの内周面に貼り付けることもできる。

【0024】

また、環状部１０６ａ内には、ヨーク１０９が設けられている。ヨーク１０９は、前記永久磁石１０８により界磁磁束を生じさせる際に永久磁石１０８とともに磁気回路を形成するための磁性体部品であり、環状部１０６ａの径に対応する環状に形成されている。本実施形態においては、ヨーク１０９は、厚さが約２ｍｍ、幅が永久磁石１０８の幅より若干長い幅（例えば、約３０ｍｍ）の帯状の鋼板を円筒形に丸めた筒状に形成されている。このヨーク１０９は、永久磁石１０８に対向した状態で同永久磁石１０８の外側における環状部１０６ａの内部に内包されている。なお、ヨーク１０９は、永久磁石１０８とともに磁気回路を形成可能な素材、形状および大きさに形成されて環状部１０６ａ内に配置されていれば、必ずしも本実施形態に限定されるものではない。

【0025】

そして、ヨーク保持体１０６は、永久磁石１０８およびヨーク１０９を一体的に備えた状態で駆動軸１０４の回転駆動によって、これらの永久磁石１０８およびヨーク１０９とともに、駆動軸１０４を回転中心として回転駆動する。すなわち、ヨーク保持体１０６は、直流モータ１００における所謂ロータを構成する。

【0026】

一方、ヨーク保持体１０６の内側には、電機子１１０が設けられている。電機子１１０は、ヨーク保持体１０６に対して、連続的な回転エネルギを生じさせるための電磁装置であり、主として電機子コア１１１と電機子コイル１１２とで構成されている。

【0027】

電機子コア１１１は、電機子コイル１１２とともに磁気回路を形成して電機子コイル１１２によって生じる磁束の密度を増加させるための磁性体からなる部品であり、環状に形成された基部１１１ａの外周面上に略Ｔ字状の磁極部１１１ｂが放射状に突出して設けられて構成されている。本実施形態においては、電機子コア１１１は、基部１１１ａの外周面上に２４個の磁極部１１１ｂが形成されている。この電機子コア１１１は、円板状の基部１１１ａおよび略Ｔ字状の磁極部１１１ｂが形成された薄板状の磁性体素材（例えば、ケイ素鋼板）を駆動軸１０４の軸線方向に沿って複数枚積層して構成されている。なお、この電機子コア１１１は、電機子コイル１１２とともに磁気回路を形成可能な素材、形状（磁極部１１１ｂの形成数も含む）および大きさに形成されていれば、必ずしも本実施形態に限定されるものではなく、直流モータ１００の仕様に応じて適宜決定されるものである。

【0028】

電機子コイル１１２は、図示しない整流回路を介して供給される電機子電流によって回転磁界を生じさせる導体で構成される線状部品である。本実施形態においては、電機子コイル１１２は、銅線で構成されている。この電機子コイル１１２は、電機子コア１１１における各磁極部１１１ｂの胴部に樹脂製の絶縁シート（図示せず）を介して螺旋状に巻き回して構成されている。

【0029】

この電機子１１０は、電機子コア１１１における基部１１１ａがスリーブ１１３およびブラケットプレート１１４を介して取付ボルト１１５によってハウジング１０１内に取り付けられている。すなわち、電機子１１０は、直流モータ１００におけるステータを構成する。スリーブ１１３は、電機子１１０をハウジング１０１内における略中央部に支持するためのアルミニウム製の筒状部材である。また、ブラケットプレート１１４は、駆動軸１０４およびヨーク保持体１０６に対して電機子１１０の芯を位置決めするためのアルミニウム製のドーナツ状円板部品である。

【0030】

（ヨーク保持体の製造過程）
ここで、ヨーク保持体１０６の製作過程について簡単に説明しておく。ヨーク保持体１０６は、ヨーク保持体１０６の形状に対応する形状に形成された凸状の凸形金型２０１と凹状の凹形金型２０２とで成形される。まず、ヨーク保持体１０６の製作する作業者は、ＣＦＲＰの基材となる炭素繊維シート体２０３およびヨーク１０９をそれぞれ用意する。これらのうち、炭素繊維シート体２０３は、互いに異なる４つの形状にそれぞれ形成された４種類の炭素繊維シート体２０３ａ〜２０３ｄによって構成されている。

【0031】

炭素繊維シート体２０３ａは、ヨーク保持体１０６における側面部１０６ｂの外側面および内側面を構成するためにこれら外側面および内側面に対応する円形状に形成されている。また、炭素繊維シート体２０３ｂは、ヨーク保持体１０６における環状部１０６ａを構成するために同環状部１０６ａに対応する環状（筒状）に形成されている。また、炭素繊維シート体２０３ｃは、炭素繊維シート体２０３ａの周縁部にヨーク保持体１０６における環状部１０６ａを構成する略方形のシート片を放射状に突出して設けて形成されている。また、炭素繊維シート体２０３ｄは、炭素繊維シート体２０３ｃにおける放射状に突出したシート片の突出量がヨーク１０９の幅に対応する長さだけ短く形成されている。

【0032】

作業者は、炭素繊維シート体２０３ａ〜２０３ｄに液状の熱硬化性樹脂（例えば、ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂など）を浸潤させる（浸潤工程）。次いで、作業者は、図３に示すように、凹形金型２０２内に、各１枚ずつの炭素繊維シート体２０３ａおよび炭素繊維シート体２０３ｂ、複数枚の炭素繊維シート体２０３ｃ、複数枚の炭素繊維２０３ｄをこの順番で配置した後、炭素繊維シート体２０３ｄ上にヨーク１０９を配置する（シート体積層工程、ヨーク配置工程）。そして、作業者は、ヨーク１０９の内側に更に、複数枚の炭素繊維シート体２０３ｃを配置した後、各１枚ずつの炭素繊維シート体２０３ａおよび炭素繊維シート体２０３ｂをそれぞれ配置する（シート体積層工程）。なお、本実施形態においては、約０.６ｍｍ厚の炭素繊維シート体２０３を３０枚積層している（図３に示した枚数とは一致しない）。

【0033】

そして、作業者は、図示しないプレス装置を操作することにより、凹形金型２０２内を加熱および脱泡（脱気）しながら凸形金型２０１と凹形金型２０２とで所定時間の間圧縮する（押圧工程）。これにより、ヨーク保持体１０６の外形が最終形状に近い形状で成形される。この場合、成形されたヨーク保持体１０６の外側面および内側面は、それぞれ炭素繊維シート体２０３ａおよび炭素繊維シート体２０３ｂによって構成されており、これらの外側面および内側面を炭素繊維シート体２０３ｃで構成した場合に比べて美観良くヨーク保持体１０６を成形することができる。なお、炭素繊維シート体２０３ｃはヨーク１０９が永久磁石１０８とともに磁気回路を形成可能な厚さの範囲で積層されるとともに、炭素繊維シート体２０３ｄはヨーク１０９の厚さに応じて積層される。

【0034】

次いで、作業者は、凹形金型内２０２内から取り出したヨーク保持体１０６を図示しない切削加工機を用いて仕上げ加工を行う。具体的には、作業者は、ヨーク保持体１０６の環状部１０６ａの内周面を規定の真円度および表面粗さとなるように仕上げ加工するとともに、側面部１０６ｂの中央部に駆動軸１０４を挿通させるための貫通孔を加工する。そして、作業者は、環状部１０６ａの内周面に永久磁石１０８を接着剤により貼り付けて固定する（磁石配置工程）。これにより、永久磁石１０８およびヨーク１０９を備えたヨーク保持体１０６が完成する。このように、ヨーク１０９をヨーク保持体１０６の環状部１０６ａ内に配置するとともに環状部１０６ａの内周面に永久磁石１０８を配置することにより、ヨーク１０９が心金としてヨーク保持体１０６の強度を向上させることができるとともに、厚さの薄いヨーク１０９を用いても永久磁石１０８は厚さが十分確保された環状部１０６ａに配置されるため電機子１１０に対して精度良く位置決めした状態で配置することができる。なお、ハウジング１０１および蓋体１０２も同様の製造工程によって製作することができる。

【0035】

（直流モータ１００の作動）
次に、このように構成した直流モータ１００の作動について説明する。この直流モータ１００は、例えば、図示しない電気自動車（ＥＶ）の原動機として電気自動車を構成するシャーシ（図示せず）上に取り付けられる。この場合、直流モータ１００は、電機子電流を入力するための入力端子（図示せず）にインバータ（図示せず）を介してバッテリー（図示せず）が接続されるとともに、駆動軸１０４にデフ（デファレンシャルギア）（図示せず）を介して電気自動車の車輪（駆動輪）が接続される。

【0036】

この直流モータ１００は、非駆動（静止）状態および駆動状態を問わず常にハウジング１０１内において界磁磁束が生じている。すなわち、ハウジング１０１内におけるヨーク保持体１０６の内側には、ヨーク保持体１０６の環状部１０６ａの内周面に同内周面を覆う状態で貼り付けられた永久磁石１０８と環状部１０６ａの内部に設けられたヨーク１０９とによって形成される磁気回路によって常に界磁磁束が生じている。

【0037】

そして、直流モータ１００の電機子１１０の電機子コイル１１２に前記整流回路およびインバータを介してバッテリーから電機子電流が供給されると、電機子コイル１１２の内側に配置された電機子コア１１１には磁界が形成されて磁束が生じる。この場合、電機子１１１には、整流回路により回転磁界が生じる。これにより、ヨーク保持体１０６に対して周方向に沿って回転駆動力が作用するため、同ヨーク保持体１０６に一体的に組み付けられた駆動軸１０４がヨーク保持体１０６とともに回転駆動する。

【0038】

この場合、ヨーク保持体１０６は、永久磁石１０８とともに磁気回路を形成するヨーク１０８が永久磁石１０８の幅に対応する幅の環状に形成されているとともに、同ヨーク１０９以外の部分がＣＦＲＰ材で構成されている。このため、ヨーク保持体１０６および駆動軸１０４からなるロータは、従来のロータ、すなわち、ロータの全体がヨークと同一の磁性体素材（例えば、軟鉄材）で構成されたロータに比べて質量が軽くなるため効率良く回転駆動する。また、駆動軸１０４の回転を止めるまたは回転方向を逆回転させる場合には、ヨーク保持体１０６の慣性が前記技術のロータに比べて小さくなるため、小さい力で迅速に駆動軸１０４の回転を停止または逆回転させることができる。

【0039】

上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、直流モータ１００は、界磁磁束を生じさせるために永久磁石１０８とともに磁気回路を形成するヨーク１０９がＣＦＲＰ製のヨーク保持体１０６における環状部１０６ａ内に設けられている。このため、ヨーク１０９は、ヨーク保持体１０６の内側に界磁磁束を生じさせるために必要最小限の形状および大きさで形成されていればよく、従来技術のように、直流モータの筐体を構成するための大きさに形成する必要がないとともに、ステータに対して回転可能に支持するために回転軸に向かって延びた形状に形成する必要がない。すなわち、本発明における直流モータ１００においては、ヨーク１０９はヨーク保持体１０６の内側に界磁磁束を生じさせるために必要最小限の形状および大きさで形成されるとともに、直流モータ１００の筐体やヨーク１０９を回転可能に支持する部分は、ヨーク１０９より軽量なＣＦＲＰ材で構成されている。この結果、ロータを構成するヨーク１０９をコンパクトに構成することができるため、直流モータ１００の軽量化および高効率化を図ることができる。また、ヨーク１０９がヨーク保持体１０６内に配置されていることにより、ヨーク１０９自身の腐食が防止されるとともにヨーク１０９がＣＦＲＰ製のヨーク保持体１０６の心金として機能してヨーク保持体１０６の機械的強度が向上するため、直流モータ１００の耐久性を向上させることができる。また、永久磁石１０８は、必要最小限の形状および大きさに形成されたヨーク１０９に対してではなく、ヨーク保持体１０６の環状部１０６ａの内周部に設けられるため、電機子コイル１１２に対して精度良く位置決めされた状態で配置することができる。

【0040】

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【0041】

例えば、上記実施形態においては、ヨーク保持体１０６は、ＣＦＲＰ材を用いて構成されている。しかし、ヨーク保持体１０６は、永久磁石１０８およびヨーク１０９を保持可能であり、ロータ（またはステータ）として機能を確保できる樹脂素材で構成されていれば、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。具体的には、ヨーク保持体１０６は、ＣＦＲＰ以外の他の樹脂素材、例えば、ガラス繊維を含んだガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、樹脂繊維を含んだ樹脂繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ、ＫＦＲＰ、ＤＦＲＰ）などの繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で構成することもできる。また、樹脂素材としても、ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂以外の樹脂、例えば、ポリアミド樹脂やフェノール樹脂などの各種熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂などの各種熱可塑性樹脂などを用いることができる。この場合、これらの樹脂には、ポリアミド樹脂などのエンジニアプラスチックやポリフェニレンスルファイド樹脂などのスーパーエンジニアプラスチックなどを含むことは当然である。

【0042】

また、これらの樹脂に繊維物を含ませて繊維強化プラスチックを形成する方法も、繊維シート体に樹脂材を浸潤させる方法も液状の樹脂材に繊維シート体を浸す方法以外に、繊維シート体に熱可塑性樹脂製シート体を重ねて配置した後加熱することにより繊維シート体中に樹脂材を浸潤させることができる。また、樹脂素材中に繊維物を練り混んで繊維強化プラスチックを形成することもできる。なお、ヨーク保持体１０６は、強度を確保できれば、必ずしも繊維物などの補強材を用いる必要はない。また、ハウジング１０１および蓋体１０２も同様に、ＣＦＲＰ以外の樹脂素材や金属素材（例えば、ステンレス材、アルミニウム材など）などを用いて構成することができる。

【0043】

また、上記実施形態においては、直流モータ１００は、ヨーク保持体１０６が電機子１１０に対して回転駆動する所謂アウターロータ型で構成されている。しかし、直流モータ１００は、電機子１１０が駆動軸１０４に連結されるとともにヨーク保持体１０６がハウジング１０１に固定されて電機子１１０がヨーク保持体１０６に対して回転駆動する所謂インナーロータ型に構成することもできる。

【0044】

また、上記実施形態においては、電機子１１０は、電機子コア１１１を備えて構成されている。しかし、電機子１１０は、電機子コア１１１を省略して電機子コイルのみで構成してもよい。すなわち、直流モータ１００は、コアレスモータとして構成することもできる。

【0045】

また、上記実施形態においては、直流モータ１００は、ハウジング１０１の開口部が蓋体１０２で閉塞されて構成されている。しかし、直流モータ１０１は、ハウジング１０１の開口部を直流モータ１００が接続される駆動対象物、例えば、デフの筐体に直接組み付けて構成することもできる。これによれば、蓋体１０２が省略されるため、直流モータ１００が搭載される被搭載物の総重量を軽くすることができ、結果として直流モータ１００の効率を向上させることができる。

【0046】

また、上記実施形態においては、本発明に係る回転電機を直流モータ１００に適用した実施例について説明した。しかし、本発明に係る回転電機は、電動機と基本的な構成が同じである発電機にも適用することができる。すなわち、本発明に係る回転電機を発電機に適用することにより効率良く発電することができる。

【符号の説明】

【0047】

１００…直流モータ、
１０１…ハウジング、
１０２…蓋体、
１０３…取付ボルト、
１０４…駆動軸、１０４ａ…フランジ部、
１０５ａ，１０５ｂ…軸受け、
１０６…ヨーク保持体、１０６ａ…環状部、１０６ｂ…側面部
１０７…取付ボルト、
１０８…永久磁石、
１０９…ヨーク、
１１０…電機子、
１１１…電機子コア、１１１ａ…基部、１１１２ｂ…磁極部、
１１２…電機子コイル、
１１３…スリーブ、
１１４…ブラケットプレート、
１１５…取付ボルト
２０１…凸形金型、
２０２…凹形金型、
２０３…炭素繊維シート体。

【図1】

【図2】

【図3】