特開 2022-155442 アウターロータ、アウターロータ型電動モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022155442

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】アウターロータ、アウターロータ型電動モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/03 20060101AFI20221005BHJP

   H02K 1/27 20220101ALI20221005BHJP

【ＦＩ】

H02K15/03 C

H02K1/27 502A

H02K1/27 502D

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021154690

(22)【出願日】2021-09-22

(31)【優先権主張番号】P 2021057624

(32)【優先日】2021-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000116655

【氏名又は名称】愛知製鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】藤巻 匡

【テーマコード（参考）】

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H622CA01

5H622CA05

5H622CA10

5H622DD04

5H622PP20

5H622QA03

5H622QA10

(57)【要約】

【課題】 アンカー部近傍でマグネット部にクラックが発生することを抑制可能なアウターロータの一例を開示する。
【解決手段】 アンカー部７には、第１母線Ｌｂ１を超えて回転方向一方の向きに膨出する第１膨出部７Ａ、及び第２母線Ｌｂ２を超えて回転方向他方の向きに膨出する第２膨出部７Ｂが設けられている。したがって、第１膨出部７Ａ及び第２膨出部７Ｂにより、回転中心Ｏ１に向かって収縮するバインダの収縮を抑制することが可能となる。このため、マグネット部５の収縮に伴うひずみが、第１膨出部７Ａ及び第２膨出部７Ｂを挟んで外周側と内周側とに分散され得るので、アンカー部７近傍でマグネット部５にクラックが発生することを抑制され得る。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動モータのアウターロータにおいて、
金属にて構成された環状のロータコアと、
前記ロータコアの内周面に設けられ、当該ロータコアの回転中心軸線側に向けて突出したアンカー部と、
前記ロータコアの内周面に設けられ、ボンド磁石にて構成されたマグネット部であって、前記アンカー部全体を前記内周面側から覆うように環状に構成されたマグネット部と、
前記アンカー部に設けられ、回転方向一方の向きに膨出する第１膨出部と、
前記アンカー部に設けられ、回転方向他方の向きに膨出する第２膨出部とを備え、
前記ロータコアの回転中心軸線と直交する仮想平面に投影された前記アンカー部の図心をアンカー中心とし、
前記アンカー中心と前記仮想平面に投影された前記回転中心軸線とを通る仮想線をアンカー中心線とし、
前記仮想平面に投影された前記回転中心軸線を通り、かつ、前記アンカー中心線に対して回転方向一方の向きに予め決められた中心角だけずれた仮想線であって、前記第１膨出部を横断する仮想線を第１母線とし、
前記仮想平面に投影された前記回転中心軸線を通り、かつ、前記アンカー中心線に対して回転方向他方の向きに予め決められた中心角だけずれた仮想線であって、前記第２膨出部を横断する仮想線を第２母線としたとき、
前記第１母線の方向において、前記第１膨出部を挟んで一方側及び他方側に前記マグネット部が存在し、
さらに、前記第２母線の方向において、前記第２膨出部を挟んで一方側及び他方側に前記マグネット部が存在するアウターロータ。

【請求項2】

複数の前記アンカー部が円周方向に沿って等間隔で設けられており、
前記マグネット部の内周面から当該マグネット部の外周面までの寸法であって径方向と平行な部位の寸法を厚み寸法としたとき、
円周方向に沿って隣合う２つの前記アンカー部間の中央位置における厚み寸法は、他の位置における厚み寸法より小さいことを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ。

【請求項3】

前記ロータコアのうち前記中央位置に対応する部位には、前記回転中心軸線側に向けて突出した山部が設けられており、
前記山部の頂部の曲率半径は、前記アンカー部の頂部の曲率半径より大きいことを特徴とする請求項２に記載のアウターロータ。

【請求項4】

前記ロータコアの内周面のうち、円周方向に沿って隣合う２つの前記山部間には、当該ロータコアの外周面側に窪んだ谷部が設けられており、
前記山部の頂部の曲率半径は、前記谷部の窪みを構成する円弧部の曲率半径より小さいことを特徴とする請求項３に記載のアウターロータ。

【請求項5】

前記山部の頂部から前記回転中心軸線までの寸法は、前記アンカー部の頂部から前記回転中心軸線までの寸法より小さいことを特徴とする請求項３又は４に記載のアウターロータ。

【請求項6】

前記マグネット部のうち複数の前記アンカー部の頂部に対応する位置のそれぞれには、ボンド磁石の注入口を示すゲート痕が存在することを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載のアウターロータ。

【請求項7】

前記ロータコアの外周のうち、いずれか前記山部に対応する部位には、当該ロータコアの内周面側に陥没した凹部が設けられていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載のアウターロータ。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアウターロータと、
前記アウターロータ内に配置されたインナーステータと
を備えるアウターロータ型電動モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電動モータのアウターロータに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１に記載のアウターロータは、金属にて構成された略円筒状のロータコア、当該ロータコアの内側に配置された略円筒状のマグネット部等を有して構成されている。

【0003】

そして、ロータコアの内周面には、当該ロータコアの回転中心側に向けて突出した複数のアンカー部が設けられている。各アンカー部は、ロータコアに対してマグネット部が円周方向及び回転軸線方向にずれることを規制するための係止部である。

【0004】

マグネット部は、所定形状に成形されたボンド磁石にて構成された永久磁石である。ボンド磁石は、微小な磁石粉と樹脂製のバインダとが混合されたものであって、射出成形方法等により所定形状に成形される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－１１１７３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

マグネット部は、溶融状態のバインダ（樹脂）を射出して成形される。このため、射出成形後に発生するバインダ（樹脂）の収縮により、マグネット部にクラックが発生し易い。

【0007】

本開示は、マグネット部にクラックが発生することを抑制可能なアウターロータの一例を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

電動モータのアウターロータは、例えば、以下の構成要件のうち少なくとも１つを備えることが望ましい。すなわち、当該構成要件は、金属にて構成された環状のロータコア（３）と、ロータコア（３）の内周面に設けられ、当該ロータコア（３）の回転中心軸線側に向けて突出したアンカー部（７）と、ロータコア（３）の内周面に設けられ、ボンド磁石にて構成されたマグネット部（５）であって、アンカー部（７）全体を内周面側から覆うように環状に構成されたマグネット部（５）と、アンカー部（７）に設けられ、回転方向一方の向きに膨出する第１膨出部（７Ａ）と、アンカー部（７）に設けられ、回転方向他方の向きに膨出する第２膨出部（７Ｂ）とを備え、第１母線（Ｌｂ１）の方向において、第１膨出部（７Ａ）を挟んで一方側及び他方側にマグネット部（５）が存在し、さらに、第２母線（Ｌｂ２）の方向において、第２膨出部（７Ｂ）を挟んで一方側及び他方側にマグネット部（５）が存在することが望ましい。

【0009】

なお、仮想平面とは、ロータコア（３）の回転中心軸線と直交する仮想の平面をいう。第１母線（Ｌｂ１）とは、仮想平面に投影された回転中心軸線（以下、回転中心という。）を通り、かつ、アンカー中心線（Ｌｏ）に対して回転方向一方の向きに予め決められた中心角だけずれた仮想線であって、第１膨出部（７Ａ）を横断する仮想線をいう。

【0010】

第２母線（Ｌｂ２）とは、回転中心を通り、かつ、アンカー中心線（Ｌｏ）に対して回転方向他方の向きに予め決められた中心角だけずれた仮想線であって、第２膨出部（７Ｂ）を横断する仮想線をいう。

【0011】

アンカー中心（Ｇｏ）とは、仮想平面に投影されたアンカー部（７）の外縁を示す図形の図心をいう。なお、図心は、仮想平面に投影されたアンカー部（７）の外縁において、面積モーメント（断面一次モーメントともいう。）が釣り合う点である。

【0012】

そして、当該アウターロータでは、第１母線（Ｌｂ１）を超えて回転方向一方の向きに膨出する第１膨出部（７Ａ）、及び第２母線（Ｌｂ２）を超えて回転方向他方の向きに膨出する第２膨出部（７Ｂ）が設けられているので、回転中心軸線に向かって収縮するバインダの収縮を抑制することが可能となる。

【0013】

このため、マグネット部（５）の収縮に伴うひずみが、第１膨出部（７Ａ）及び第２膨出部（７Ｂ）を挟んで外周側（径方向における外側）と内周側（径方向における内側）とに分散され得る。延いては、当該アウターロータによれば、マグネット部にクラックが発生することを抑制され得る。

【0014】

因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本開示は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されない。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態に係るアウターロータを示す図である。

【図2】第１実施形態に係るアウターロータの端面図である。

【図3】第１実施形態に係るアウターロータの一部拡大図である。

【図4】第２実施形態に係るアウターロータの端面図である。

【図5】第２実施形態に係るアウターロータの一部拡大図である。

【図6】第２実施形態に係るロータコアの一部拡大図である。

【図7】その他の実施形態に係るロータコアの一部拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下の「発明の実施形態」は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されない。

【0017】

なお、各図に付された方向を示す矢印及び斜線等は、各図相互の関係及び各部材又は部位の形状を理解し易くするために記載されたものである。したがって、本開示に示された発明は、各図に付された方向に限定されない。斜線が付された図は、必ずしも断面図を示すものではない。

【0018】

少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位は、「１つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも１つ設けられている。つまり、「１つの」等の断りがない場合には、当該部材は２以上設けられていてもよい。本開示に示されたアウターロータは、少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位等の構成要素、並びに図示された構造部位を備える。

【0019】

（第１実施形態）
＜１．アウターロータの概要＞
本実施形態は、スタータモータ等の内燃機関の始動用電動モータ用のアウターロータに本開示に係るアウターロータの一例が適用されたものである。図１に示されるように、アウターロータ１は、ロータコア３及びマグネット部５等を有して構成されている。なお、マグネット部５は、二点鎖線の斜線が付された部位である。

【0020】

ロータコア３は、マグネット部５の外周側に位置する部材であって、金属にて構成された略円筒状の部材である。具体的には、当該ロータコア３は、電磁鋼板等の鉄損が小さい鋼板３Ａが、当該ロータコア３の回転中心軸線Ｌｒと平行な方向に多数枚積層されて円筒状に構成されたものである。

【0021】

マグネット部５は、ロータコアの内側に配置された略円筒状の部材である。当該マグネット部５は、所定形状に成形されたボンド磁石である。ボンド磁石は、微小な磁石粉と樹脂製のバインダとが混合されたものであって、射出成形方法等により略円筒状に成形された永久磁石である。

【0022】

そして、ロータコア３の内周面には、回転中心軸線Ｌｒ側に向けて突出した複数のアンカー部７が設けられている。各アンカー部７は、ロータコア３に対してマグネット部５が円周方向及び回転中心軸線Ｌｒの方向（以下、軸線方向という。）にずれることを規制するための係止部である。

【0023】

なお、各アンカー部７は、ロータコア３と共に一体形成された部位である。つまり、各アンカー部７は、ロータコア３を構成する各鋼板３Ａと共にプレス成形にて一体成形された部位である。このため、各アンカー部７は、軸線方向に延びる突条となっている。なお、複数のアンカー部７は、円周方向に沿って等間隔で設けられている。

【0024】

＜２．アウターロータの詳細＞
＜アンカー部の詳細＞
図２は、回転中心軸線Ｌｒと直交する仮想平面に投影されたアウターロータ１を示している。具体的には、図２は、図１に示されるアウターロータ１の軸線方向端面図に等しい。なお、以下、当該仮想平面に投影された回転中心軸線Ｌｒを回転中心Ｏ１という。

【0025】

当該仮想平面に投影されたロータコア３（以下、ロータコア３と略す。）は、図２に示されるように、略環状に構成されている。当該仮想平面に投影されたアンカー部７（以下、アンカー部７と略す。）は、ロータコア３の内周面において回転中心Ｏ１側に向けて突出した突起状の部位である。

【0026】

当該仮想平面に投影されたマグネット部５（以下、マグネット部５と略す。）は、ロータコア３の内周面に設けられ、各アンカー部７全体を内周面側から覆うよう略環状に構成されている。

【0027】

そして、図３に示されるように、各アンカー部７の一方側の側面には、第１膨出部７Ａが設けられている。各アンカー部７の他方側の側面には、第２膨出部７Ｂが設けられている。アンカー部７の側面とは、当該アンカー部７の突出方向及び軸線方向と直交する方向、つまり、アウターロータ１の回転方向の端面をいう。

【0028】

したがって、各第１膨出部７Ａは、当該第１膨出部７Ａが設けられたアンカー部７から回転方向一方の向きに膨出した部位である。各第２膨出部７Ｂは、当該第２膨出部７Ｂが設けられたアンカー部７から回転方向他方の向きに膨出した部位である。

【0029】

なお、各第１膨出部７Ａ及び各第２膨出部７Ｂは、対応するアンカー部７と共に一体成形された部位である。具体的には、第１膨出部７Ａ、第２膨出部７Ｂ及びアンカー部７は、ロータコア３を構成する鋼板３Ａと共にプレス成形にて一体成形された部位である。

【0030】

＜第１膨出部及び第２膨出部の詳細＞
図３に示されるように、第１母線Ｌｂ１の方向において、第１膨出部７Ａを挟んで一方側及び他方側にマグネット部５が存在する。第２母線Ｌｂ２の方向において、第２膨出部７Ｂを挟んで一方側及び他方側にマグネット部５が存在する。

【0031】

つまり、図３においては、第１膨出部７Ａの紙面上側及び紙面下側にマグネット部５が存在し、かつ、第２膨出部７Ｂの紙面上側及び紙面下側にマグネット部５が存在する。なお、第１母線Ｌｂ１及び第２母線Ｌｂ２の定義は、以下の通りである。

【0032】

＜用語の定義＞
第１母線Ｌｂ１とは、回転中心Ｏ１を通り、かつ、アンカー中心線Ｌｏに対して回転方向一方の向きに予め決められた中心角θ１だけずれた仮想線であって、第１膨出部７Ａを横断する仮想線をいう。

【0033】

第２母線Ｌｂ２とは、回転中心Ｏ１を通り、かつ、アンカー中心線Ｌｏに対して回転方向他方の向きに予め決められた中心角θ２だけずれた仮想線であって、第２膨出部７Ｂを横断する仮想線をいう。

【0034】

アンカー中心線Ｌｏとは、アンカー中心Ｇｏと回転中心Ｏ１とを通る仮想線をいう。アンカー中心Ｇｏとは、アンカー部７の外縁を示す図形の図心をいう。なお、図心は、アンカー部７の外縁において、断面一次モーメントが釣り合う点をいう。

【0035】

＜３．本実施形態に係るアウターロータの特徴＞
本実施形態に係るアウターロータ１の各アンカー部７には、第１母線Ｌｂ１を超えて回転方向一方の向きに膨出する第１膨出部７Ａ、及び第２母線Ｌｂ２を超えて回転方向他方の向きに膨出する第２膨出部７Ｂが設けられている（図３参照）。

【0036】

したがって、第１膨出部７Ａ及び第２膨出部７Ｂにより、回転中心軸線Ｌｒに向かって収縮するバインダの収縮を抑制することが可能となる。このため、マグネット部５の収縮に伴うひずみが、第１膨出部７Ａ及び第２膨出部７Ｂを挟んで外周側と内周側とに分散され得る。延いては、当該アウターロータ１によれば、マグネット部５にクラックが発生することを抑制され得る。

【0037】

特に、マグネット部５における内周側からクラックが発生することを抑制され得る。さらには、アンカー部７近傍におけるマグネット部５にクラックが発生することを抑制され得る。

【0038】

（第２実施形態）
上述の実施形態に係るアウターロータ１では、マグネット部５の厚み寸法が、アンカー部７が設けられた部位を除いて、円周方向全域に亘って均一であった。なお、厚み寸法とは、マグネット部５の内周面から当該マグネット部５の外周面までの寸法であって径方向と平行な部位の寸法をいう。

【0039】

これに対して、本実施形態に係るアウターロータ１では、図４に示されるように、厚み寸法が部位によって異なる。具体的には、円周方向に沿って隣合う２つのアンカー部７間の中央位置におけるマグネット部５の厚み寸法Ｔ１（図５参照）は、他の位置における厚み寸法より小さい。

【0040】

換言すれば、ロータコア３のうち上記（アンカー部７間）の中央位置に対応する部位には、回転中心Ｏ１側に向けて突出した山部８が設けられている。このため、本実施形態では、複数の山部８が円周方向に沿って等間隔で設けられた構成となる。

【0041】

ロータコア３の内周面のうち、円周方向に沿って隣合う２つの山部８間には、当該ロータコア３の外周面側に窪んだ谷部９が設けられている。そして、図６に示されるように、各山部８の頂部の曲率半径Ｒ１は、アンカー部７の頂部の曲率半径Ｒ２より大きくなっている。

【0042】

各山部８の頂部の曲率半径Ｒ１は、各谷部９の窪みを構成する円弧部９Ａの曲率半径Ｒ３より小さい。さらに、図４に示されるように、各山部８の頂部から回転中心Ｏ１までの寸法Ｒ４は、アンカー部７の頂部から回転中心Ｏ１までの寸法Ｒ５より小さい。

【0043】

ロータコア３の外周には、少なくとも１つ（本実施形態では、複数）の凹部１０が設けられている。具体的には、各凹部１０は、ロータコア３の外周のうちいずれか山部８に対応する部位に設けられている。

【0044】

各凹部１０は、ロータコア３の内周面側に陥没した部位である。なお、本実施形態に係る各凹部１０は、回転中心軸線Ｌｒと平行な方向に延びる溝状の陥没部である。そして、マグネット部５のうち各アンカー部７の頂部に対応する位置のそれぞれには、ボンド磁石の注入口を示すゲート痕５Ａが存在する。

【0045】

＜本実施形態に係るアウターロータの特徴＞
本実施形態では、円周方向に沿って隣合う２つのアンカー部７間の中央位置における厚み寸法Ｔ１が他の位置における厚み寸法より小さい。したがって、アンカー部７近傍における応力集中を避けることができ得る。延いては、マグネット部５の割れを抑制でき得る。

【0046】

換言すると、アンカー部７は、隣合う２つの山部８間の中央位置である谷部９に位置している。当該部位は、マグネット部５の厚みが最も厚く成形収縮が大きいため、磁石内部に発生する歪みが大きくなるため割れ易い。

【0047】

しかし、本実施形態では、アンカー部７が設けられているので、磁石内部に発生する歪みが緩和し、効果的に応力集中を避けることができ得る。延いては、マグネット部５の割れを抑制でき得る。

【0048】

本実施形態に係る磁極間の境界は、円周方向に沿って隣合う２つのアンカー部７間の中央位置に設定され、かつ、当該中央位置におけるマグネット部５の厚み寸法Ｔ１は、他の位置における厚み寸法より小さい。

【0049】

そして、磁極間の境界付近の磁力は、アウターロータ１の回転に寄与し難いので、本実施形態のようにアンカー部７間の中央位置であるマグネット部５の厚みが小さい構成であれば、回転トルクを維持したまま磁石使用量を少なくすることができる。

【0050】

本実施形態では、山部８の頂部の曲率半径Ｒ１がアンカー部７の頂部の曲率半径Ｒ２より大きい。これにより、山部８の近傍において応力集中が発生することを回避でき得る。

【0051】

本実施形態では、谷部９の付近での磁力を確保しつつ、山部８の近傍にて応力集中が発生することを回避でき得る。

【0052】

本実施形態では、山部８の頂部から回転中心Ｏ１までの寸法Ｒ４がアンカー部７の頂部から回転中心Ｏ１までの寸法Ｒ５より小さい。これにより、谷部９の付近における磁力をより確保し易くなり得る。

【0053】

本実施形態では、マグネット部５のうち各アンカー部７の頂部に対応する位置のそれぞれには、ボンド磁石の注入口を示すゲート痕５Ａが存在する。これにより、ウェルド部をクラックが発生し易い部位、つまり応力が集中し易い部位から外すことが可能となり得る。なお、ウェルド部とは、異なる注入口から射出されたボンド磁石が合わさる部位をいう。

【0054】

（その他の実施形態）
上述の実施形態に係るアンカー部７は、アンカー中心線Ｌｏに対して線対称な形状であって、かつ、中心角θ１と中心角θ２とは同一の角度であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、アンカー中心線Ｌｏに対して非対称な形状のアンカー部７、又は中心角θ１と中心角θ２とが異なる値であってもよい。

【0055】

上述の実施形態では、アンカー部７が複数設けられていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、アンカー部７は、少なくとも１つ設けられていれば十分である。つまり、アンカー部７の個数は、図２に示された個数に限定されない。

【0056】

上述の実施形態に係るアウターロータ１は、始動用電動モータに用いられるものであった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、ワイパーモータやパワーウインドウモータ等、その他の電動モータにも適用可能である。

【0057】

上述の実施形態に係るアンカー部７は、図３に示されるように、円弧を組み合わせた形状であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、図７に示されるように、円弧と直線とが組み合わされた形状を有するアンカー部７であってもよい。

【0058】

さらに、本開示は、上述の実施形態に記載された開示の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも２つの実施形態が組み合わせられた構成、又は上述の実施形態において、図示された構成要件もしくは符号を付して説明された構成要件のうちいずれかが廃止された構成であってもよい。

【符号の説明】

【0059】

１… アウターロータ
３… ロータコア
５… マグネット部
７… アンカー部
７Ａ… 第１膨出部
７Ｂ… 第２膨出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】