特開 2025-7152 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】P2025007152

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/276 20220101AFI20250109BHJP

【ＦＩ】

H02K1/276

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023108360

(22)【出願日】2023-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小柴 敦誉

(72)【発明者】

【氏名】杉本 幸彦

【テーマコード（参考）】

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H622AA02

5H622CA02

5H622CA10

5H622CB05

(57)【要約】

【課題】エネルギ効率を高めることができるモータを提供すること。
【解決手段】モータは、ロータコアを有するロータを備える。ロータコアは、磁石孔と、磁石孔の周方向両側に区画壁を介して設けられた空隙と、を有する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータコアを有するロータを備え、
前記ロータコアは、
磁石孔と、
前記磁石孔の周方向両側に区画壁を介して設けられた空隙と、を有する、
モータ。

【請求項2】

前記ロータコアは、外周面から径方向内側に窪む複数の凹部を有する、
請求項１に記載のモータ。

【請求項3】

前記磁石孔に配置される永久磁石を備え、
前記永久磁石の周方向の端面は、前記磁石孔の内面に接触する、
請求項１に記載のモータ。

【請求項4】

前記空隙は、前記ロータコアの軸方向一方側の端面と軸方向他方側の端面と貫くように設けられる、
請求項１に記載のモータ。

【請求項5】

前記空隙の周方向の寸法は、径方向外側に向かって大きくなる、
請求項４に記載のモータ。

【請求項6】

前記磁石孔は、周方向に間隔をあけて複数設けられ、
第１磁石孔の周方向一方側の隣に第２磁石孔が設けられ、
前記第１磁石孔の周方向一方側に設けられた第１空隙と、前記第２磁石孔の周方向他方側に設けられた第２空隙との距離は、周方向における前記区画壁の寸法よりも大きい、
請求項２に記載のモータ。

【請求項7】

前記凹部は、周方向において前記第１空隙の中心よりも前記第１磁石孔に近い位置に設けられる第１凹部を含む、
請求項６に記載のモータ。

【請求項8】

前記第１空隙は、前記第１磁石孔に隣接し、径方向に延びるエッジを有し、
前記第１凹部の少なくとも一部は、前記エッジの延長線上に設けられる、
請求項７に記載のモータ。

【請求項9】

前記ロータの回転軸に直交する面内において、前記回転軸と前記第１凹部の周方向他方側の端部とを結ぶ第１ラインと、前記回転軸と前記第１凹部の周方向一方側の端部とを結ぶ第２ラインとがなす角度をθｉ、
前記回転軸と前記第１空隙と前記第２空隙との中心とを結ぶ第３ラインと、前記第１ラインとがなす角度をθｉｌ、
前記第３ラインと、前記第２ラインとがなす角度をθｉｓ、
極対数をｐ、とした場合、
θｉ＝θｉｌ－θｉｓ、
θｉｓ＜θｉｌ、
２４／ｐ≦θｉｓ≦３４／ｐ、
２４／ｐ≦θｉｌ≦３４／ｐ、
の条件を満足する、
請求項７に記載のモータ。

【請求項10】

前記凹部は、周方向において前記第１空隙と前記第２空隙との間に設けられる第２凹部を含む、
請求項７に記載のモータ。

【請求項11】

前記ロータの回転軸に直交する面内において、前記回転軸と前記第２凹部の周方向他方側の端部とを結ぶ第４ラインと、前記回転軸と前記第２凹部の周方向一方側の端部とを結ぶ第５ラインとがなす角度をθｏ、
前記回転軸と前記第１空隙と前記第２空隙との中心とを結ぶ第３ラインと、前記第４ラインとがなす角度をθｏｌ、
前記第３ラインと、前記第５ラインとがなす角度をθｏｓ、
極対数をｐ、とした場合、
θｏ＝θｏｌ－θｏｓ、
θｏｓ＜θｏｌ、
０≦θｏｓ≦１０／ｐ、
０≦θｏｌ≦１０／ｐ、
の条件を満足する、
請求項１０に記載のモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、モータに関する。

【背景技術】

【0002】

モータに係る技術分野において、特許文献１に開示されているようなモータが知られている。特許文献１において、ロータコアの埋込孔に永久磁石が配置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１９７９７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１では、マグネットトルクを増やし、さらに、リラクタンストルクを利用することでトルクを増大するために、１極当たりの磁石量を増加させている。一方で、１極当たりの磁石量を増加させると、固定子巻線に誘起される電圧は高調波を多く含んだ歪み波形となり、モータのエネルギ効率が低下する可能性がある。

【0005】

本開示は、エネルギ効率を高めることができるモータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従えば、ロータコアを有するロータを備えるモータが提供される。ロータコアは、磁石孔と、磁石孔の周方向両側に区画壁を介して設けられた空隙と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、エネルギ効率を高めることができるモータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係るモータ装置を示す縦断面図である。

【図2】図２は、実施形態に係るモータ装置を示す平断面図である。

【図3】図３は、実施形態に係るロータの一部を上側から見た模式図である。

【図4】図４は、実施形態に係るロータの一部を上側から見た模式図である。

【図5】図５は、実施形態に係るロータの一部を上側から見た模式図である。

【図6】図６は、実施形態に係るロータの一部を上側から見た模式図である。

【図7】図７は、実施形態に係る角度θｉによるコギングトルクとトルクとの関係を示す図である。

【図8】図８は、実施形態に係る角度θｏによるコギングトルクとトルクリプルとの関係を示す図である。

【図9】図９は、実施形態に係る角度θｏによるトルクの関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

【0010】

実施形態においては、ロータ７の回転軸ＡＸと平行な方向を適宜、軸方向、と称する。ロータ７の回転軸ＡＸの放射方向を適宜、径方向、と称する。ロータ７の回転軸ＡＸを周回する方向を適宜、周方向又は回転方向、と称する。

【0011】

軸方向の一方側の位置又は一方側の方向を適宜、上側又は上方向、と称し、軸方向の他方側の位置又は他方側の方向を適宜、下側又は下方向、と称する。径方向において、ロータ７の回転軸ＡＸに近い位置又は接近する方向を適宜、径方向内側又は内方向、と称し、ロータ７の回転軸ＡＸから遠い位置又は離隔する方向を適宜、径方向外側又は外方向、と称する。周方向の一方側の位置又は一方側の方向を適宜、正転側又は正転方向、と称し、周方向の他方側の位置又は他方側の方向を適宜、逆転側又は逆転方向、と称する。

【0012】

［モータ装置］
図１は、実施形態に係るモータ装置１を示す縦断面図である。図２は、実施形態に係るモータ装置１を示す平断面図である。モータ装置１は、例えば、建設機械の一種である電動式油圧ショベルの油圧ポンプを駆動させるための回転力を発生する。

【0013】

モータ装置１は、モータ２と、モータケース３とを有する。モータ２は、ロータ７と、ステータ８と、固定リング９とを備える。モータ２は、インナロータ型である。ステータ８は、ロータ７の周囲に配置される。ロータ７は、回転軸ＡＸを中心に回転する。

【0014】

ロータ７は、ロータコア２１と、永久磁石２２と、ロータシャフト２３とを有する。

【0015】

ロータコア２１は、積層された複数の鋼板を含む。鋼板は、鉄を主成分とする金属製の板である。ロータコア２１は、回転軸ＡＸを囲むように配置される。

【0016】

永久磁石２２は、ロータコア２１に支持される。永久磁石２２は、ロータコア２１の内部に配置される。永久磁石２２は、回転軸ＡＸの周囲に複数配置される。

【0017】

ロータコア２１は、周方向に間隔をあけて設けられた複数の磁石孔２４を有する。複数の磁石孔２４は、周方向に等間隔で設けられる。磁石孔２４は、ロータコア２１の上端面と下端面とを貫くように設けられる。磁石孔２４には、永久磁石２２が配置される。実施形態において、磁石孔２４の数は、２４個である。実施形態において、永久磁石２２は、軸方向に複数分割されてロータコア２１の内部に配置されている。

【0018】

ロータシャフト２３は、軸方向に延伸する。ロータシャフト２３の中心軸と回転軸ＡＸとは、一致する。ロータシャフト２３は、ロータコア２１の内側に配置される。ロータコア２１とロータシャフト２３とは固定される。ロータシャフト２３の上部は、ロータコア２１の上端面から上側に突出する。ロータシャフト２３の下部は、ロータコア２１の下端面から下側に突出する。

【0019】

ステータ８は、ステータコア１３と、ステータコア１３に固定されるインシュレータ１４と、インシュレータ１４を介してステータコア１３に装着されるコイル１５とを備える。

【0020】

ステータコア１３は、ロータコア２１の周囲に配置される。ステータコア１３は、積層された複数の鋼板を含む。鋼板は、鉄を主成分とする金属製の板である。ステータコア１３は、円環状のヨークと、ヨークの内周面から径方向内側に突出する複数のティースとを有する。ヨークは、回転軸ＡＸを囲むように配置される。ティースは、周方向に複数配置される。複数のティースは、周方向に等間隔で配置される。隣り合う一対のティースの間には、スロットが設けられる。

【0021】

インシュレータ１４は、ステータコア１３の表面の少なくとも一部を覆うように配置される。インシュレータ１４は、合成樹脂製の電気絶縁部材である。インシュレータ１４は、ステータコア１３に固定される。ステータコア１３とコイル１５とは、インシュレータ１４により電気的に絶縁される。実施形態において、インシュレータ１４は、例えば射出成形法のような任意の成形法により成形された後、ステータコア１３に装着される。

【0022】

コイル１５は、インシュレータ１４を介してティースに巻かれる。実施形態において、コイル１５は、ティースに集中巻によって巻かれている。コイル１５の一部は、スロットの内側に配置される。コイル１５の一部は、ステータコア１３の上端面から上側に突出する。コイル１５の一部は、ステータコア１３の下端面から下側に突出する。実施形態において、コイル１５は、１つのティースに１つずつ巻かれる。すなわち、１つのティースに１つのコイル１５が巻かれる。

【0023】

接続端子１０を介してコイル１５に駆動電流が供給される。複数のコイル１５は、渡り線１１を介して接続される。コイル１５に駆動電流が供給されることにより、コイル１５とロータ７との間で回転磁界が生成され、ロータが回転する。

【0024】

固定リング９は、ステータコア１３の周囲に配置される。固定リング９は、ステータコア１３に固定される。

【0025】

モータケース３は、モータ２を収容する。モータケース３は、固定リング９の周囲に配置される。モータケース３は、ケース本体４と、ケース蓋５とを有する。

【0026】

ケース本体４の内周面には、冷媒流路１８が形成される。冷媒流路１８は、ケース本体４の内周面から径方向外側に窪むように形成される。冷媒流路１８は、螺旋状である。冷媒流路１８は、回転軸ＡＸの周囲を周回するように設けられる。なお、冷媒流路１８は、パルス状でもよい。

【0027】

冷媒流路１８は、冷媒供給回路１６及び冷媒排出回路１７のそれぞれに接続される。冷媒は、冷媒供給回路１６を介して冷媒流路１８に供給される。冷媒は、冷媒流路１８を流れる。冷媒流路１８を流れた冷媒は、冷媒排出回路１７を介して冷媒流路１８から排出される。

【0028】

ケース蓋５は、ケース本体４の上端部の開口を塞ぐように配置される。ケース本体４とケース蓋５とは、ボルト６により固定される。モータケース３の内部空間は、密閉空間である。

【0029】

図３は、実施形態に係るロータ７一部を上側から見た模式図である。図４は、実施形態に係るロータ７の一部を上側から見た模式図である。図４は、図３の一部を拡大した図に相当する。図５は、実施形態に係るロータ７の一部を上側から見た模式図である。図６は、実施形態に係るロータ７を上側から見た模式図である。

【0030】

ロータコア２１は、周方向に間隔をあけて設けられた複数の磁石孔２４と、磁石孔２４の周方向両側に区画壁５０を介して設けられた空隙３０と、を有する。

【0031】

区画壁５０は、ロータコア２１の一部である。区画壁５０は、磁石孔２４と空隙３０とを仕切る。ロータコア２１を例えば穴あけ加工することにより、磁石孔２４及び空隙３０のそれぞれが形成される。磁石孔２４と空隙３０とは繋がっていない。

【0032】

複数の磁石孔２４のそれぞれの周方向両側に、区画壁５０を介して空隙３０が設けられる。磁石孔２４と磁石孔２４の周方向正転側に配置される空隙３０との距離と、磁石孔２４と磁石孔２４の周方向逆転側に配置される空隙３０との距離とは、等しい。

【0033】

磁石孔２４は、ロータコア２１の上端面と下端面と貫くように設けられる。空隙３０は、ロータコア２１の上端面と下端面と貫くように設けられる。

【0034】

回転軸ＡＸに直交する面内において、磁石孔２４は、周方向に長い長方形状である。回転軸ＡＸに直交する面内において、永久磁石２２は、周方向に長い長方形状である。永久磁石２２の径方向外側を向く端面及び径方向内側を向く端面のそれぞれは、磁石孔２４の内面に接触する。永久磁石２２の周方向正転側を向く端面及び周方向逆転側を向く端面のそれぞれは、磁石孔２４の内面に接触する。すなわち、永久磁石２２は、磁石孔２４に隙間なく配置される。なお、図４に示すように、永久磁石２２の角部と磁石孔２４との間に微小な隙間２５が存在してもよい。また、永久磁石２２の外周と磁石孔２４との間に微小な隙間が存在してもよい。隙間２５には、合成樹脂が充填されてもよい。

【0035】

周方向において、空隙３０の寸法は、磁石孔２４の寸法よりも小さい。径方向において、空隙３０の寸法は、磁石孔２４の寸法よりも大きい。径方向において、空隙３０の外端部は、磁石孔２４の外端部よりも径方向外側に配置される。

【0036】

図４に示すように、空隙３０の径方向内側のエッジの周方向の寸法Ｗａは、空隙３０の径方向外側のエッジの周方向の寸法Ｗｂよりも小さい。空隙３０の周方向の寸法は、径方向外側に向かって大きくなる。回転軸ＡＸに直交する面内において、空隙３０の形状は、実質的に台形状である。

【0037】

図３及び図４に示すように、第１磁石孔２４Ａの周方向正転側の隣に第２磁石孔２４Ｂが設けられる。第１磁石孔２４Ａの周方向正転側に設けられた第１空隙３０Ａと、第２磁石孔２４Ｂの周方向逆転側に設けられた第２空隙３０Ｂとの距離Ｆは、周方向における区画壁５０の寸法Ｇよりも大きい。

【0038】

ロータコア２１は、ロータコア２１の外周面から径方向内側に窪む第１凹部４１と、ロータコア２１の外周面から径方向内側に窪む第２凹部４２を有する。第１凹部４１及び第２凹部４２のそれぞれは、軸方向に長い溝状である。第１凹部４１は、ロータコア２１の上端部と下端部とに亘って設けられる。第２凹部４２は、ロータコア２１の上端部と下端部とに亘って設けられる。

【0039】

周方向において、第１凹部４１は、第１空隙３０Ａの中心よりも第１磁石孔２４Ａに近い位置に設けられる。図４に示すように、空隙３０は、磁石孔２４に隣接し、径方向に延びるエッジＥＬを有する。第１凹部４１の少なくとも一部は、エッジＥＬから径方向外側に延びた延長線上に設けられる。

【0040】

周方向において、第２凹部４２は、第１空隙３０Ａと第２空隙３０Ｂとの間に設けられる。

【0041】

図５及び図６に示すように、ロータ７の回転軸ＡＸに直交する面内において、回転軸ＡＸと第１凹部４１の周方向逆転側の端部とを結ぶ第１ラインと、回転軸ＡＸと第１凹部４１の周方向正転側の端部とを結ぶ第２ラインとがなす角度をθｉ、とする。回転軸ＡＸと第１空隙３０Ａと第２空隙３０Ｂとの中心とを結ぶ第３ラインである基準軸ＲＬと、第１ラインとがなす角度をθｉｌ、とする。基準軸ＲＬと、第２ラインとがなす角度をθｉｓ、とする。ロータ７の極対数をｐ、とする。基準軸ＲＬは、周方向において、第１空隙３０Ａと第２空隙３０Ｂとの中心を通るラインである。この場合、第１凹部４１は、以下の条件を満足する。

【0042】

θｉ＝θｉｌ－θｉｓ …（１）
θｉｓ＜θｉｌ …（２）
２４／ｐ≦θｉｓ≦３４／ｐ …（３）
２４／ｐ≦θｉｌ≦３４／ｐ …（４）

【0043】

図５及び図６に示すように、ロータ７の回転軸ＡＸに直交する面内において、回転軸ＡＸと第２凹部４２の周方向逆転側の端部とを結ぶ第４ラインと、回転軸ＡＸと第２凹部４２の周方向正転側の端部とを結ぶ第５ラインとがなす角度をθｏ、とする。回転軸ＡＸと第１空隙３０Ａと第２空隙３０Ｂとの中心とを結ぶ第３ラインである基準軸ＲＬと、第４ラインとがなす角度をθｏｌ、とする。第３ラインと、第５ラインとがなす角度をθｏｓ、とする。極対数をｐ、とする。基準軸ＲＬは、周方向において、第１空隙３０Ａと第２空隙３０Ｂとの中心を通るラインである。この場合、第２凹部４２は、以下の条件を満足する。

【0044】

θｏ＝θｏｌ－θｏｓ …（５）
θｏｓ＜θｏｌ …（６）
０≦θｏｓ≦１０／ｐ …（７）
０≦θｏｌ≦１０／ｐ …（８）

【0045】

図７は、実施形態に係る角度θｉによるコギングトルクとトルクとの関係を示す図である。図７において、横軸は［θｉｓ／ｐ－θｉｌ／ｐ］の値を示し、縦軸はコギングトルク及びトルクを示す。

【0046】

図７に示すように、第１凹部４１が設けられることにより、コギングトルクが減少し、トルクが増加する。矢印Ｙａで示すように、横軸の値が大きくなることは、第１凹部４１が空隙３０に近い位置に配置されることを示す。また、横軸の値が大きいほど、コギングトルクが減少し、トルクが増加する。ラインＳＬは、ロータ７の機械強度の上限値を示す。ラインＳＬを超える条件になると、ロータ７の機械強度が許容値を下回る。そのため、矢印Ｙｂで示すように、ラインＳＬよりも小さくなるように横軸の値を選択するのがよい。横軸の値は、ラインＳＬよりも小さい範囲においてラインＳＬに近い値が最もよい。上述の（１）式から（４）式の条件を満足することにより、ロータの強度の低下を抑制しつつ、トルクを低下させることなくコギングトルクを抑制することができる。

【0047】

図８は、実施形態に係る角度θｏによるコギングトルクとトルクリプルとの関係を示す図である。図９は、実施形態に係る角度θｏによるトルクの関係を示す図である。図８において、横軸は［θｏｓ／ｐ－θｏｌ／ｐ］の値を示し、縦軸はトルクリプル及びコギングトルクを示す。図９において、横軸は［θｏｓ／ｐ－θｏｌ／ｐ］の値を示し、縦軸はトルクを示す。

【0048】

図８の矢印Ｙｃで示すように、横軸の値が小さいほど、トルクリプルが減少する。但し、矢印Ｙｄで示す範囲においては、コギングトルクが増加する。横軸の値を矢印Ｙｄで示す範囲よりも小さくすることにより、トルクリプル及びコギングトルクの両方を減少させることができる。一方、図９の矢印Ｙｅで示すように、横軸の値が小さいほど、トルクが減少する。そのため、横軸の値を範囲Ｒａで示す値にすることにより、トルクリプル及びコギングトルクの両方を減少させつつ、トルクを維持することができる。実施形態においては、上述の（５）式から（８）式の条件を満足することにより、トルクリプル及びコギングトルクの両方を減少させつつ、トルクを維持することができる。

【0049】

［効果］
以上説明したように、実施形態によれば、トルクを低下させることなくコギングトルクおよびトルクリプルを抑えることができ、モータ２のエネルギ効率を高めることができる。また、実施形態によれば、永久磁石２２が配置される磁石孔２４と空隙３０との間に区画壁５０が設けられるので、遠心力による機械強度を維持することができ、ロータ７の強度の低下が抑制することができる。実施形態によれば、ロータ７の強度の低下が抑制された状態で、フラックスバリア効果を得ることができる。

【符号の説明】

【0050】

１…モータ装置、２…モータ、３…モータケース、４…ケース本体、５…ケース蓋、６…ボルト、７…ロータ、８…ステータ、９…固定リング、１０…接続端子、１１…渡り線、１３…ステータコア、１４…インシュレータ、１５…コイル、１６…冷媒供給回路、１７…冷媒排出回路、１８…冷媒流路、２１…ロータコア、２２…永久磁石、２３…ロータシャフト、２４…磁石孔、２４Ａ…第１磁石孔、２４Ｂ…第２磁石孔、２５…隙間、３０…空隙、３０Ａ…第１空隙、３０Ｂ…第２空隙、４１…第１凹部、４２…第２凹部、５０…区画壁。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】