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公開番号2020025422
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200213
出願番号2018149471
出願日20180808
発明の名称電動機
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人特許業務法人酒井国際特許事務所
主分類H02K 1/12 20060101AFI20200121BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】外径側での磁束密度の低下を抑えるとともに、界磁ヨークの質量増加を抑制できる電動機を提供すること。
【解決手段】軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、回転軸部材に設けられた円環状のロータコア、及び、ロータコアに設けられた磁石を有するロータと、ロータコアに対して回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア、及び、ステータコアに巻き付けられたステータコイルを有するステータと、ロータ及びステータを内包した円筒状の界磁ヨークと、界磁ヨークに設けられ、界磁ヨークとロータコアとの間に磁気回路を形成することによって、ロータコアとステータコアとの間の磁束密度を制御可能な界磁コイルと、を備えた電動機であって、界磁ヨークは、径方向外側に向かうほど薄くなっている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、
前記回転軸部材に設けられた円環状のロータコア、及び、該ロータコアに設けられた磁石を有するロータと、
前記ロータコアに対して前記回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア、及び、該ステータコアに巻き付けられたステータコイルを有するステータと、
前記ロータ及び前記ステータを内包した円筒状の界磁ヨークと、
前記界磁ヨークに設けられ、前記界磁ヨークと前記ロータコアとの間に磁気回路を形成することによって、前記ロータコアと前記ステータコアとの間の磁束密度を制御可能な界磁コイルと、
を備えた電動機であって、
前記界磁ヨークは、径方向外側に向かうほど薄くなっていることを特徴とする電動機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電動機に関する。
続きを表示(約 3,900 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、シャフトに設けられた円環状のロータコアを有するロータと、ロータコアに対して径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコアを有するステータと、ロータ及びステータを内包した円筒状の界磁ヨークと、ロータコアとステータコアとの間での磁束量を制御可能な界磁コイルと、を備えた電動機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2010−068596号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に開示された電動機では、界磁ヨークの厚みが一定のため、径方向外側に向かって、界磁の磁気回路の磁束に垂直な断面の断面積が増加しており、外径側での磁束密度が低下してしまう。また、界磁ヨークの質量増加を抑制するという観点では改善の余地があった。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、外径側での磁束密度の低下を抑えるとともに、界磁ヨークの質量増加を抑制できる電動機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電動機は、軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、前記回転軸部材に設けられた円環状のロータコア、及び、該ロータコアに設けられた磁石を有するロータと、前記ロータコアに対して前記回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア、及び、該ステータコアに巻き付けられたステータコイルを有するステータと、前記ロータ及び前記ステータを内包した円筒状の界磁ヨークと、前記界磁ヨークに設けられ、前記界磁ヨークと前記ロータコアとの間に磁気回路を形成することによって、前記ロータコアと前記ステータコアとの間の磁束密度を制御可能な界磁コイルと、を備えた電動機であって、前記界磁ヨークは、径方向外側に向かうほど薄くなっていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0007】
本発明に係る電動機は、磁束(磁気方向)に垂直な断面の断面積を一定に近づけることができるため、外径側での磁束密度の低下を抑えて、磁束密度の分布を一様に近づけることができるとともに、界磁ヨークの質量増加を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1は、実施形態に係る電動機の断面図である。
図2は、界磁ヨークの端壁部の角を削った場合の電動機の断面図である。
図3は、界磁ヨークの端壁部の軸線方向内側の面を軸線方向外側に傾けた場合の電動機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、本発明に係る電動機の一実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
【0010】
図1は、実施形態に係る電動機1の断面図である。図1に示すように、実施形態に係る電動機1は、シャフト2、ロータ3、ステータ4、界磁ヨーク5、及び、界磁コイル6などを備えている。
【0011】
シャフト2は、軸線方向に長尺な金属製の回転軸部材である。なお、以下の説明において、「軸線方向」とは、シャフト2の軸線方向(長手方向)と定義する。ロータ3は、ロータコア31、磁石32及び界磁コア33などを有している。ロータコア31は、複数の電磁鋼板をシャフト2の軸線方向に積層して円筒状に形成されている。ロータコア31は、軸線方向にて電磁鋼板間に隙間があるため、軸線方向の磁気抵抗が、ロータコア31の軸線方向と直交する方向である径方向及び周方向の磁気抵抗よりも大きい。そのため、ロータコア31内では、磁束が軸線方向に流れ難く、径方向及び周方向に磁束が流れやすくなっている。
【0012】
磁石32は、ロータコア31の内部に埋設されており、ロータコア31の軸線方向にわたって延在している。磁石32の軸線方向両端面は、それぞれロータコア31の軸線方向両端面と略面一になっている。
【0013】
界磁コア33は、磁性材によって円筒状に形成されており、ロータコア31の内周に設けられ、シャフト2と共に回転可能にシャフト2に固設されている。界磁コア33の軸線方向両端面は、それぞれロータコア31の軸線方向両端面と略面一になっている。なお、界磁コア33の軸線方向の磁気抵抗は、ロータコア31の軸線方向の磁気抵抗よりも小さくなっている。そのため、界磁コア33では、ロータコア31内よりも軸線方向に磁束が流れやすくなっている。
【0014】
ステータ4は、ロータコア31の径方向外方に所定間隔をあけて配置された円筒状のステータコア41と、ステータコア41に巻き付けられたステータコイル42とを有している。ステータコア41は、複数枚の電磁鋼板を軸線方向に積層して構成されている。ステータコア41は、軸線方向にて電磁鋼板間に隙間があるため、軸線方向の磁気抵抗が、径方向及び周方向の磁気抵抗よりも大きい。そのため、ステータコア41内では、磁束が軸線方向に流れ難く、径方向及び周方向に磁束が流れやすくなっている。
【0015】
界磁ヨーク5は、磁性材からなり、図1に示すように、一対の端壁部51A,51Bと、外側壁部52と、一対の内側壁部53A,53Bとによって構成されており、ロータ3及びステータ4を内包している。一対の端壁部51A,51Bは、円環状であり、それぞれ軸線方向にてロータ3及びステータ4の両端部から離れた位置に配置されている。外側壁部52は、ステータ4のコイルエンド421よりも軸線方向外側まで延在しており、端壁部51A,51Bの径方向外周縁部に連なって円筒状に形成されている。一対の内側壁部53A,53Bは、端壁部51A,51Bの径方向内周縁部に連なって円筒状に形成されており、軸線方向にてロータ3の両端部から所定間隔をあけて配置されている。また、各内側壁部53A,53Bは、径方向にてシャフト2から所定間隔をあけて配置されている。
【0016】
また、端壁部51A,51Bの軸線方向におけるロータ3側の面には、界磁コイル6が設けられている。界磁コイル6は、界磁ヨーク5とロータコア31との間に磁気回路を形成することによって、ロータコア31とステータコア41との間での磁束量を制御可能である。
【0017】
実施形態に係る電動機1においては、図1に示すように、界磁ヨーク5の端壁部51A,51Bの厚さが、径方向外側に向かうほど薄くなっている。具体的には、端壁部51A,51Bの軸線方向内側の面は、シャフト2の軸線に対してほぼ垂直であるのに対して、端壁部51A,51Bの軸線方向外側の面が、シャフト2の軸線に対して軸線方向外側から内側に向かって傾いている部分を有している。この際、界磁ヨーク5は、磁気回路に対して断面積が一定であり、この断面積は界磁コイル6に最大電流を供給したときに、磁気飽和しない面積以上としている。
【0018】
なお、前記断面積は、磁束(磁気方向)に垂直な断面の断面積であり、界磁ヨーク5の端壁部51A,51Bにおける任意の部位での弧の長さと厚さとを用いて算出することができる。例えば、端壁部51Bにおいて、図1に示すA部での断面積は、弧の長さをrとし厚さをlとすると2πrlであり、図1に示すB部での断面積は、弧の長さをRとし厚さをLとすると2πRLである。
【0019】
実施形態に係る電動機1は、界磁ヨーク5の端壁部51A,51Bの厚さを、径方向外側に向かうほど薄くすることにより、界磁ヨーク5の磁束(磁気方向)に垂直な断面の断面積を一定に近づけることができる。これにより、実施形態1に係る電動機1では、外径側での磁束密度の低下を抑えて、磁束密度の分布を一様に近づけることができるとともに、界磁ヨーク5の質量増加を抑制することができる。
【0020】
なお、実施形態に係る電動機1においては、図2に示すように、界磁ヨーク5の端壁部51A,51Bの角を削って、より断面積を一定に近づけるようにしてもよい。また、図3に示すように、端壁部51A,51Bの軸線方向外側の面は、シャフト2の軸線に対してほぼ垂直であるのに対して、端壁部51A,51Bの軸線方向内側の面を、シャフト2の軸線に対して軸線方向内側から外側に向かって傾けて、端壁部51A,51Bの厚さを、径方向外側に向かうほど薄くしてもよい。
【符号の説明】
【0021】
1 電動機
2 シャフト
3 ロータ
4 ステータ
5 界磁ヨーク
6 界磁コイル
31 ロータコア
32 磁石
33 界磁コア
41 ステータコア
42 ステータコイル
51A,51B 端壁部
52 外側壁部
53A,53B 内側壁部
421 コイルエンド

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