JP7435344B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本開示は、固定子の内周側に回転子が配置された内転型の回転電機に関する。

内転型の回転電機において、回転子鉄心の外周面に複数の磁石を周方向に並べて配置し、これらの磁石を非磁性体のホルダを用いて回転子鉄心の外周面に固定するものが開発されている。このような回転電機では、ホルダ及び磁石等の回転子を構成する各部材が破損等した場合、回転時の遠心力により各部材が回転子鉄心から離れて固定子に接触し、回転不能となるおそれがある。そのため、回転電機の故障を防ぐには各部材の飛散を防止する必要があり、従来、回転子鉄心の外周面に並べられた磁石の外周に、非磁性体の材料で円筒形に形成されたカバーを配置して、各部材の飛散を防止していた（例えば、特許文献１参照。）。

国際公開第２００６／００８９６４号

回転電機の動作時における固定子と回転子の接触を避けるため、固定子内周面と回転子外周面との間には空隙を設ける必要がある。一方、固定子と回転子との距離が小さくなれば、回転電機がもつトルクが増大し、回転電機の特性が向上するため、固定子内周面と回転子外周面との間の空隙を狭くするのが好ましい。

しかしながら、磁石の外周に円筒形のカバーを配置する場合、固定子内周面と回転子外周面との間の空隙を狭くするためにカバーの板厚を薄くする必要があるが、カバーの板厚は加工方法によって制限される。薄板を円筒形に加工してカバーを形成すれば、カバーの板厚を薄くできるが、加工時に形成された接合部がカバーの最大外径に影響し、固定子内周面と回転子外周面との間の空隙を狭くできず、回転電機の特性を向上できないという課題があった。

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、接合部がカバーの最大外径に影響せず、回転電機の特性を向上することができる回転電機を提供することを目的とする。

本開示に係る回転電機は、固定子と、固定子の内周側に設けられ、回転軸に固定された回転子鉄心と、回転子鉄心の外周部に、周方向に並べて固定された複数の磁石と、複数の磁石のうち、隣接した磁石の間に固定されたホルダと、ホルダ及び磁石を収容する円筒形のカバーと、を備え、カバーは、カバーの周方向における一端と他端とが接合された接合部を有し、ホルダは、隣接した磁石のそれぞれの外周面を覆う磁石保持部と、磁石保持部の外周側に設けられ、軸方向に形成された磁石保持部の内周側に窪んだ収納部と、を有し、接合部は、収納部に収納されているものである。

本開示によれば、固定子内周面と回転子外周面との間の空隙を狭くできるため、回転電機の特性が向上する。

実施の形態１に係る回転電機を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る回転電機を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る回転子鉄心を示す斜視図である。 実施の形態１に係る回転子の構成の一部を概略的に示す分解図である。 実施の形態１に係る回転子の構成の一部を概略的に示す斜視図である。 実施の形態１に係るカバーを示す斜視図である。 実施の形態１に係る回転子を示す説明図である。 実施の形態１に係る回転子の変形例を示す説明図である。 実施の形態１に係る回転子の変形例を示す説明図である。 実施の形態２に係る回転電機を示す概略断面図である。 実施の形態２に係る回転電機を示す概略断面図である。 実施の形態２に係る回転子の構成の一部を概略的に示す分解図である。 実施の形態２に係る回転子の構成の一部を概略的に示す分解図である。 実施の形態２に係る回転子の構成の一部を概略的に示す斜視図である。 実施の形態２に係る回転子を示す部分拡大図である。 実施の形態２に係る回転子の変形例を示す説明図である。 実施の形態２に係る回転子の変形例を示す説明図である。

以下、図面に基づいて実施の形態について説明する。なお、特に断り無く「軸方向」、「周方向」、「径方向」、「内周側」、「外周側」、「内周面」、及び「外周面」という場合は、それぞれ、回転子の「軸方向」、「周方向」、「径方向」、「内周側」、「外周側」、「内周面」、及び「外周面」をいうものとする。

実施の形態１．
図１及び図２はそれぞれ、実施の形態１に係る回転電機１００を示す概略断面図である。図１には、回転電機１００の軸方向に垂直な断面を示しており、図２には、回転電機１００の軸方向に平行な断面を示している。回転電機１００は、例えば、いわゆる電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）システムに用いられ、円筒形の固定子３と、固定子３の内周側に設けられた回転子６とを有する。また、固定子３は、回転電機１００のモータフレーム２内に固定されており、固定子鉄心３１及び固定子巻線３２を有する。そして、固定子３の内周面と、回転子６の外周面とは対向している。

固定子３の固定子鉄心３１と固定子巻線３２との間には、固定子鉄心３１及び固定子巻線３２間の短絡を防止するため、絶縁部材（図示せず）が配置されている。また、固定子巻線３２は、３相以上の多相の巻線群で構成される。固定子巻線３２の各相の巻線に、制御装置（図示せず）を用いて、回転子６の位相に基づいて所定の電流を順次通電することで、回転子６を回転させることができる。

回転子６は、例えば、圧入、溶接、及び回り止めのキーの組み込み等により、回転電機１００の回転軸６５と固定されている。図２に示すように、回転軸６５は、軸受５に支持されて回動可能に、モータフレーム２に固定されている。そして、回転子６に発生した回転トルクは、回転軸６５を介して回転電機１００の外部に出力される。ここで、回転軸６５と回転子鉄心６１とは、回動時の回転トルクに耐えるよう、強固に固定されている。

また、回転子６は、固定子３の内周側に配置されており、回転子鉄心６１、回転子鉄心６１の外周部６３に固定された磁石８、及び磁石８を外周側から固定するホルダ７１を有する。さらに、回転子６の外周面と固定子３の内周面との間には、回転子６及び固定子３の接触を防止するため、空隙が設けられており、回転子６の外周にはカバー８１が設けられている。以下、各構成について説明する。

図３は、実施の形態１に係る回転子鉄心６１を示す斜視図である。回転子鉄心６１は、鋼板等、磁性体材料から形成された薄板を積層して構成され、固定子３の内周側に設けられている。回転子鉄心６１を構成する薄板は、積層された薄板同士が、抜きかしめ、溶接、及び接着等の方法により固定されている。また、回転子鉄心６１の平面視（回転子６を軸方向から見た視点）における中心部には、回転軸６５が取り付けられる孔６４が設けられている。なお、回転子鉄心６１と回転軸６５とを回り止めキーにより固定する場合は、回転子鉄心６１の内周面にキー溝を設ければよい。

図１に戻り、回転子鉄心６１の形状と回転子鉄心６１の外周部６３に固定された磁石８とについて説明する。回転子鉄心６１は、平面視において、多角形に形成されており、多角形を構成する各辺、すなわち回転子鉄心６１の外周部６３に磁石８が固定される。回転子鉄心６１の形状及び回転子鉄心６１の外周部６３に配置する磁石８の数は、回転子６の磁数に応じて適宜設計可能であり、図１の例では、回転子鉄心６１の外周部６３のそれぞれに、磁石８が周方向に８個固定されている。なお、磁石８は、例えば永久磁石で構成され、周方向において磁性が交互に異なるよう配置されている。

本実施の形態のように、回転子６が単一の回転子鉄心６１を有し、回転子鉄心６１の外周部６３に磁石８を固定すれば、回転電機１００によって得られるトルクの平均値は、回転子をステップスキューさせた回転電機と比較して増大する。ここで、回転子をステップスキューさせた回転電機とは、回転子を複数の回転子鉄心で構成し、複数の回転子鉄心間で磁石を所定の角度ずらして配置させた回転電機をいう。

また、図３に示すように、回転子鉄心６１は溝部６２を有する。回転子鉄心６１において、多角形の各頂点には溝部６２が設けられている。回転子鉄心６１の溝部６２に、次に説明するホルダ７１の柱状部７４が篏合され、ホルダ７１により、回転子鉄心６１に磁石８が固定される。

磁石保持部７２には内周側に、軸方向に延在する柱状部７４が形成されている。柱状部７４は、回転子鉄心６１の溝部６２と篏合するよう、回転子鉄心６１における外周側の幅が、内周側の幅よりも小さくなっている。ここで、溝部６２は、回転子鉄心６１における外周側の幅が、内周側の幅よりも小さくなっている。このようにすると、回転子６の回転時にホルダ７１が離脱することを防止できる。

図４及び図５はそれぞれ、実施の形態１に係る回転子６の構成の一部を概略的に示す分解図及び斜視図である。図４及び図５には、回転子６が有する、回転子鉄心６１、磁石８、及びホルダ７１を示している。ホルダ７１は、例えば、樹脂等の非磁性体の材料で形成され、回転子６の磁石８を保持する磁石保持部７２と、磁石保持部７２を連結する円環状の連結部７３とを有する。磁石保持部７２は、回転子鉄心６１の周方向に複数設けられ、それぞれ隣接した磁石８の間に固定されている。また、磁石保持部７２は、外周側の両端部が周方向に向かって延在している。これにより、磁石保持部７２が磁石８の外周面を覆い、磁石８の径方向への離脱を防止している。なお、図５の例において、磁石保持部７２は、磁石８の外周面の一部を覆っている。

図４に示す矢印の方向へホルダ７１を移動し、柱状部７４と溝部６２とを篏合させると、図５に示すように回転子鉄心６１、磁石８、及びホルダ７１が組み付けられる。ここで、柱状部７４と溝部６２とは、ねじ等の固定部材、接着剤等で固定されてもよい。

さらに、磁石保持部７２の外周側には、軸方向に延在した収納部７６が設けられている。図４及び図５の例では、収納部７６は、周方向に複数配置された磁石保持部７２の全てに設けられている。このようにすると、部品の共通化ができるとともに、回転子６の回転時にバランスを確保できる。なお、収納部７６についての詳細は後述する。また、磁石保持部７２の軸方向の一端は、連結部７３と接続されており、連結部７３を介して磁石保持部７２は他の磁石保持部７２と連結されている。図４及び図５の例では、磁石保持部７２の上端が連結部７３と接続されている。

図６は、実施の形態１に係るカバー８１を示す斜視図である。カバー８１は、例えばステンレス等の非磁性体の材料で構成された薄板により、円筒形に形成されている。図６（ａ）に示すように、カバー８１は、例えば、薄板を円筒形に成形し、薄板の端部を重ねて溶接、かしめ、接着等により接合して形成される。また、カバー８１は、図６（ｂ）に示すように、例えば内径側に折り込んだ有底形状で形成されていてもよい。深絞り加工の場合、板厚が薄いと加工が困難であるため、円筒形のカバーを形成する際の板厚に制限が生じるが、カバー８１を、薄板を円筒形に成形した構成としたことで、円筒形にする場合の板厚に制限が生じることがない。これによりカバー８１の板厚を薄くでき、固定子３の内周面と回転子６の外周面との間の空隙を狭くできる。

ここで、カバー８１において接合された箇所を接合部８２という。つまり、カバー８１は接合部８２を有し、接合部８２は、カバー８１において周方向の一端と他端とが接合された部分である。また、接合部８２は、カバー８１における他の箇所よりも厚く形成されている。図６（ａ）及び図６（ｂ）の例では、接合部８２は、カバー８１を構成する薄板の端部において、カバー８１の周方向における一端の内周面と他端の外周面とが重なって形成されている。さらに、接合部８２は、薄板の端部が重ならず、溶接等により一端と他端との間が、接合材により接合されたものであってもよい。また、カバー８１は、接合部８２の位置と収納部７６の位置が周方向において一致するように角度を合わせて回転子６と組み付けられて、接合部８２がホルダ７１に設けた収納部７６に収納される。なお、図６（ａ）中の符号８３は、カバー８１の周方向における一端を、符号８４は、カバー８１の周方向における他端をそれぞれ示している。

図７は、実施の形態１に係る回転子６を示す説明図である。図７（ａ）は、回転子６の軸方向に垂直な断面を示した断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した断面の部分拡大図である。図７（ａ）に示すように、カバー８１に回転子６が圧入され、回転子鉄心６１の外周面の磁石８及びホルダ７１は、回転子６の最外周に取り付けられたカバー８１に収容される。なお、図７の例では、ホルダ７１の磁石保持部７２を周方向に対称な形状で表しているが、磁石保持部７２は周方向に非対称でもよい。

また、図７（ｂ）に示すように、磁石８は径方向外側に突出した形状を有している。そして、磁石８の外周面に配置されたホルダ７１の最大外径は、磁石８の外周面の最大外径以下となっている。このようにすると、磁石８の外周面とカバー８１の内周面との間に間隙が形成されず、カバー８１の最大外径を縮小することができる。

磁石保持部７２に設けられた収納部７６について説明する。収納部７６は、磁石保持部７２の上端から下端まで連続して設けられており、本実施の形態の例においては図５等に示すように、収納部７６は連結部７３の上端まで延長されて設けられている。図７の例では、収納部７６は、磁石保持部７２の周方向における中心に形成されている。

また、収納部７６は、カバー８１の接合部８２が収納されるように、つまり、収納部７６は、ホルダ７１の最大外径より少なくとも接合部８２の厚み以上、内周側に窪んで溝状に形成されている。すなわち、ホルダ７１の最大外径と収納部７６における底部との間の距離は、少なくとも接合部８２の厚み以上である。さらに、収納部７６の周方向の幅は、少なくとも接合部８２の幅よりも大きい。ここで、ホルダ７１の最大外径とは、ホルダ７１の径方向における回転子６中心からの最大の距離である。また、図７の例では、接合部８２の幅とは、カバー８１を構成する薄板が重なった部分の幅である。なお、溶接等により、接合部８２において薄板が重ならない場合は、接合材が存在する幅が接合部８２の幅である。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、ホルダ７１に収納部７６を設け、収納部７６と接合部８２との位置を合わせてカバー８１を組み付けることで、接合部８２が、カバー８１における他の箇所よりも径方向において外側に突出することがない。すなわち、上述のように収納部７６を設け、この収納部７６に接合部８２を収納することにより、カバー８１を、薄板を丸めた構成としても、ホルダ７１の収納部７６にカバー８１の接合部８２を収納することができる。これにより、カバー８１の板厚を薄くするとともに、接合部８２が回転子６の最大外径に影響しないため、カバー８１の板厚の低減量を固定子３の最内周と磁石８の最外周との磁気的なギャップ量の低減に反映することができる。

このように、回転電機１００に、固定子３と、回転軸６５に固定された回転子鉄心６１と、回転子鉄心６１の外周部６３に、周方向に並べて固定された複数の磁石８と、隣接した磁石８の間に固定されたホルダ７１と、ホルダ７１及び磁石８を収容する円筒形のカバー８１と、を備え、カバー８１は、カバー８１の周方向における一端と他端とが接合された接合部８２を有し、ホルダ７１は、隣接した磁石８のそれぞれの外周面を覆う磁石保持部７２と、磁石保持部７２の外周側に設けられ、軸方向に形成された磁石保持部７２の内周側に窪んだ収納部７６と、を有し、接合部８２は、収納部７６に収納されているものであると、接合部８２がカバー８１の最大外径に影響せず、固定子３の内周面と回転子６の外周面との間の間隙を狭くして回転電機１００の特性を向上することができる。

＜変形例＞
次に、本実施の形態におけるホルダ７１の変形例について説明する。図８は、実施の形態１に係る回転子６の変形例を示す説明図である。上述の説明では、ホルダ７１が磁石保持部７２と連結部７３とを有し、磁石保持部７２の一端が連結部７３と接続されて、磁石保持部７２と他の磁石保持部７２とが連結される例について説明したが、図８に示す変形例のように、ホルダ７１には連結部７３を設けなくてもよい。つまり、ホルダ７１は、連結部７３を有さず、磁石保持部７２が独立して設けられた構成であってもよい。この場合においても、磁石保持部７２に形成された柱状部７４と、回転子鉄心６１の溝部６２とが篏合して磁石保持部７２が固定されるため、磁石保持部７２により磁石８が径方向へ離脱することを防止できる。

さらに、本実施の形態におけるホルダ７１の他の変形例について説明する。図９は、実施の形態１に係る回転子６の変形例を示す説明図である。上述の説明では、ホルダ７１に溝状の収納部７６を設ける例について説明したが、カバー８１の接合部８２を、回転子６の他の部分より径方向外側へ突出することなく収納できれば、収納部７６の形状は溝状でなくてもよい。例えば、図９（ａ）に示すように、収納部７６を、ホルダ７１の円筒面の一部を、回転軸６５と平行な平面として形成してもよい。このとき、ホルダ７１の最大外径は、周方向における端部と回転子６の中心との距離となり、収納部７６はこの最大外径よりも内周側に窪んでいる。なお、前述のように収納部７６が平面として形成されていても、接合部８２を収納できる程度に収納部７６が形成されていれば、溝状でなくても窪んでいるという。収納部７６を軸に平行な平面として形成した場合の回転子６の断面図を図９（ｂ）に示す。この場合においても、図９（ｃ）の部分拡大図に示すように、接合部８２を収納部７６に収納して、二点鎖線で示したカバー８１の最大外径より内側に収めることができる。つまり、接合部８２が回転子９の最大外径に影響しないため、カバー８１の板厚の低減量を、固定子３の最内周と磁石８の最外周との磁気的なギャップ量の低減に反映することができる。

なお、本実施の形態において、周方向に複数配置された磁石保持部７２の全てに収納部７６が設けられている例について説明したが、複数配置された磁石保持部７２のうち、少なくとも一つの磁石保持部７２に収納部７６が設けられていればよい。このようにすると、接合部８２を収納部７６に収納することができるため、カバー８１の板厚を薄くするとともに、接合部８２が回転子６の最大外径に影響しないため、カバー８１の板厚の低減量を固定子３の最内周と磁石８の最外周との磁気的なギャップ量の低減に反映することができる。

また、本実施の形態の回転電機１００を組み立てる場合、例えば、回転子鉄心６１に磁石８とホルダ７１とを組み付け、回転子鉄心６１に回転軸６５を固定し、カバー８１に回転子６を圧入すればよい。なお、回転子鉄心６１に回転軸６５を固定する工程は、回転子鉄心６１に磁石８とホルダ７１とを組み付ける工程の前に行ってもよい。

実施の形態２．
図１０及び図１１はそれぞれ、実施の形態２に係る回転電機１０１を示す概略断面図である。図１０には、回転電機１０１の軸方向に垂直な断面を示しており、図１１には、軸方向に平行な断面を示している。本実施の形態に係る回転電機１０１は、回転子９が複数の回転子鉄心を有してステップスキューしたものであり、ホルダ９１ａ、９１ｂに形成された収納部９６ａ、９６ｂの位置が、複数の回転子鉄心間における磁石８ａ、８ｂの角度のずれに対応する点で実施の形態１と異なる。実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１１に示すように、回転子９は、軸方向に並べられた複数の回転子鉄心を有しており、軸方向において複数の回転子に分割できる。以下、説明のため、回転子９のうち、軸方向において上方の回転子９を第１回転子６ａといい、下方の回転子９を第２回転子６ｂという。さらに、上下に分割された第１回転子６ａ及び第２回転子６ｂがそれぞれ有する回転子鉄心を、それぞれ第１回転子鉄心層６１ａ及び第２回転子鉄心層６１ｂという。つまり、本実施の形態の回転子鉄心は、軸方向に並べられた複数の回転子鉄心層である。第１回転子鉄心層６１ａ及び第２回転子鉄心層６１ｂは軸方向において上下に並べて配置されている。

図１０に戻り、第１回転子鉄心層６１ａの形状と、第１回転子鉄心層６１ａの外周部に固定された磁石（以下、第１磁石８ａという。）とについて説明する。第１回転子鉄心層６１ａは、平面視において、多角形に形成されており、第１回転子鉄心層６１ａの外周部に第１磁石８ａが固定される。図１０の例では、第１回転子鉄心層６１ａの外周部のそれぞれに、第１磁石８ａが周方向に８個固定されている。

図１２は、実施の形態２に係る回転子９の構成の一部を概略的に示す分解図である。第２回転子鉄心層６１ｂも、第１回転子鉄心層６１ａと同様に、平面視において、多角形に形成されており、第２回転子鉄心層６１ｂの外周部のそれぞれに磁石（以下、第２磁石８ｂという。）が固定される。なお、第１回転子鉄心層６１ａ及び第２回転子鉄心層６１ｂは、それぞれ回転軸６５と固定されている。

図１２に示すように、第１回転子鉄心層６１ａと第１磁石８ａとの外周部にはホルダが設けられており、第２回転子鉄心層６１ｂと第２磁石８ｂとの外周部にもホルダが設けられている。以下、説明のため、第１回転子鉄心層６１ａと第１磁石８ａとの外周部に設けられたホルダを第１ホルダ９１ａといい、第２回転子鉄心層６１ｂと第２磁石８ｂとの外周部に設けられたホルダを第２ホルダ９１ｂという。

第１ホルダ９１ａは、例えば、樹脂等の非磁性体の材料で形成され、第１磁石８ａを保持する第１磁石保持部９２ａと、第１磁石保持部９２ａを連結する円環状の第１連結部９３ａとを有する。また、第２ホルダ９１ｂも同様に、例えば、樹脂等の非磁性体の材料で形成され、第２磁石８ｂを保持する第２磁石保持部９２ｂと、第２磁石保持部９２ｂを連結する円環状の第２連結部９３ｂとを有する。

さらに、第１ホルダ９１ａの第１磁石保持部９２ａには、外周側に、軸方向に延在する第１収納部９６ａが設けられている。一方、第２ホルダ９１ｂの第２磁石保持部９２ｂには、外周側に、軸方向に延在する第２収納部９６ｂが設けられている。第１収納部９６ａ及び第２収納部９６ｂについては、詳細を後述する。

第１磁石保持部９２ａは、第１回転子鉄心層６１ａの周方向に複数設けられ、それぞれ隣接する第１磁石８ａの間に固定されている。また、第１磁石保持部９２ａは、外周側の両端部が周方向に向かって延在している。これにより、第１磁石保持部９２ａが第１磁石８ａの外周面を覆い、第１磁石８ａの径方向への離脱を防止している。そして、第１磁石保持部９２ａは、軸方向の一端が第１連結部９３ａと接続されており、それぞれ他の第１磁石保持部９２ａと連結されている。図１２の例では、第１磁石保持部９２ａの上端部が第１連結部９３ａと接続されている。

第２磁石保持部９２ｂについても、第１磁石保持部９２ａと同様に、第２回転子鉄心層６１ｂの周方向に複数設けられ、それぞれ隣接する第２磁石８ｂの間に固定されている。また、第２磁石保持部９２ｂは、外周側の両端部が周方向に向かって延在している。これにより、第２磁石保持部９２ｂが第２磁石８ｂの外周面を覆い、第２磁石８ｂの径方向への離脱を防止している。そして、第２磁石保持部９２ｂは、軸方向の一端が第２連結部９３ｂと接続されており、それぞれ他の第２磁石保持部９２ｂと連結されている。図１２の例では、第２磁石保持部９２ｂの下端部が第２連結部９３ｂと接続されている。

このように、第１ホルダ９１ａと第２ホルダ９１ｂとで、他の回転子鉄心層が配置された側と反対側に、第１連結部９３ａと第２連結部９３ｂとをそれぞれ設けると、第１回転子鉄心層６１ａと第２回転子鉄心層６１ｂとの間の接合を阻害しない。

また、第１磁石保持部９２ａ及び第２磁石保持部９２ｂには、内周側に、軸方向に延在する第１柱状部９４ａ及び第２柱状部９４ｂがそれぞれ形成されている。第１柱状部９４ａ及び第２柱状部９４ｂは、それぞれ第１回転子鉄心層６１ａの第１溝部６２ａ及び第２回転子鉄心層６１ｂの第２溝部６２ｂと篏合するよう、外周側の幅が、内周側の幅よりも小さくなっている。

図１３は、実施の形態２に係る回転子９の構成の一部を概略的に示す分解図である。図１２に示す矢印の方向へ第１ホルダ９１ａを移動し、第１柱状部９４ａと第１溝部６２ａとを篏合させると、図１３に示すように第１回転子鉄心層６１ａ、第１磁石８ａ、及び第１ホルダ９１ａが組み付けられて固定される。

また、図１２に示す矢印の方向へ第２ホルダ９１ｂを移動し、第２柱状部９４ｂと第２溝部６２ｂとを篏合させると、図１３に示すように第２回転子鉄心層６１ｂ、第２磁石８ｂ、及び第２ホルダ９１ｂが組み付けられて固定される。なお、第１柱状部９４ａ及び第２柱状部９４ｂと、第１溝部６２ａ及び第２溝部６２ｂとは、それぞれねじ等の固定部材、接着剤等で固定されてもよい。また、図１３の例において、第１磁石保持部９２ａ及び第２磁石保持部９２ｂはそれぞれ、第１磁石８ａ及び第２磁石８ｂの外周面の一部を覆っている。

図１４は、実施の形態２に係る回転子９の構成の一部を概略的に示す斜視図である。第１回転子鉄心層６１ａ及び第２回転子鉄心層６１ｂは、所定の角度θずれて配置されており、それぞれ回転軸６５と固定されている。第１回転子鉄心層６１ａと第２回転子鉄心層６１ｂとは角度θずれて配置されているため、第１回転子鉄心層６１ａの外周部に配置された第１磁石８ａと、第２回転子鉄心層６１ｂの外周部に配置された第２磁石８ｂとにおいても、両者は角度θずれて配置されている。つまり第１磁石８ａ及び第２磁石８ｂは、固定子３に流れる磁束の周方向の位相が角度θ異なるように配置されている。以下、磁石８ａ、８ｂから固定子３に流れる磁束の周方向の位相を、単に位相という。

なお、回転子９を組み立てる場合、第１回転子鉄心層６１ａと第２回転子鉄心層６１ｂとを、角度θ異なるように回転軸６５に圧入して固定すればよい。また、角度θ異なった第１回転子鉄心層６１ａと第２回転子鉄心層６１ｂとを、溶接、かしめ、接着等により接合したのち、回転軸６５を圧入して固定してもよい。

このように、第１回転子鉄心層６１ａ及び第２回転子鉄心層６１ｂが回転子９に設けられており、第１回転子鉄心層６１ａ及び第２回転子鉄心層６１ｂのそれぞれには、第１磁石８ａ及び第２磁石８ｂが周方向に並べて固定されている。さらに、第１磁石８ａ及び第２磁石８ｂは、回転子鉄心層間で、位相が角度θ異なって配置されている。

すなわち、本実施の形態の回転電機１０１は、回転子９を２段の回転子鉄心層でステップスキューさせたものであり、このようにすると、コギングトルクリプル及び通電トルクリプルを低減できる。コギングトルクリプル及び通電トルクリプルを低減すれば、例えば、回転電機１０１をＥＰＳとして用いる場合に、コギングトルクリプル及び通電トルクリプルによる振動がハンドルを介して運転者に伝播することを抑制できる。ここで、コギングトルクリプルは、回転子に通電していない状態における回転子の回転に伴って発生するトルクをいい、通電トルクリプルは、回転電機の回転時におけるトルクの変動量をいう。以下、コギングトルクリプル及び通電トルクリプルをまとめて、トルクリプルという。

第１磁石保持部９２ａの外周側及び第２磁石保持部９２ｂの外周側には、それぞれ軸方向に延在した第１収納部９６ａ及び第２収納部９６ｂが設けられている。ここで、第１収納部９６ａ及び第２収納部９６ｂは、カバー８１の接合部８２が収納されるように形成されている。

つまり、第１収納部９６ａは、第１ホルダ９１ａの最大外径より少なくとも接合部８２の厚み以上、内周側に窪んで溝状に形成されている。すなわち、第１ホルダ９１ａの最大外径と第１収納部９６ａにおける底部との間の距離は、少なくとも接合部８２の厚み以上である。一方、第２収納部９６ｂについても同様に、第２ホルダ９１ｂの最大外径より少なくとも接合部８２の厚み以上、内周側に窪んで溝状に形成されている。すなわち、第２ホルダ９１ｂの最大外径と第２収納部９６ｂにおける底部との間の距離は、少なくとも接合部８２の厚み以上である。なお、第１収納部９６ａ及び第２収納部９６ｂの周方向の幅は、少なくとも接合部８２の幅よりも大きい。

さらに、第１収納部９６ａと第２収納部９６ｂとの位置関係について説明する。第１収納部９６ａ及び第２収納部９６ｂは、複数の回転子鉄心層６１ａ、６１ｂで、軸方向に連続している。そして、第１ホルダ９１ａの上端及び第２ホルダ９１ｂの下端まで、つまり回転子９の軸方向において上端から下端まで連続している。図１４の例では、第１収納部９６ａと第２収納部９６ｂとは、第１収納部９６ａの周方向の中心と、第２収納部９６ｂの周方向の中心とが、軸方向において一致するように配置されている。このようにすると、第１磁石８ａ及び第２磁石８ｂの位相が所定角度異なって配置されていても、カバー８１の接合部８２を第１収納部９６ａ及び第２収納部９６ｂに収納できる。

図１５は、実施の形態２に係る回転子９を示す部分拡大図である。図１５に示す角度Ａは、第１磁石保持部９２ａと周方向に隣接した第１磁石８ａの中心及び回転子９の中心を結ぶ線Ｌ１と、第１収納部９６ａの周方向の中心及び回転子９の中心を結ぶ線Ｌ２がなす角度である。第１磁石保持部９２ａが、周方向において左右対称の形状である場合、角度Ａは、第１磁石保持部９２ａの中心及び回転子９の中心を結ぶ線と、第１収納部９６ａの周方向の中心及び回転子９の中心を結ぶ線がなす角度である。

第１磁石８ａと第２磁石８ｂとの位相のずれの角度がθである場合、角度Ａはθ／２であると好ましい。このようにすると、第１ホルダ９１ａと第２ホルダ９１ｂを同一の形状とし、第１ホルダ９１ａと第２ホルダ９１ｂとを反転させて配置すれば、第１収納部９６ａと第２収納部９６ｂとの角度ずれが、第１磁石８ａと第２磁石８ｂとの位相のずれの角度θと等しくなり、第１収納部９６ａの周方向の中心と、第２収納部９６ｂの周方向の中心とが、軸方向において一致する。これにより、第１ホルダ９１ａ及び第２ホルダ９１ｂの形状を同一として部品種類数を低減でき、誤った部品の組み付けの発生の抑制及びコストの削減ができる。この場合、収納部９６ａは、周方向における磁石保持部９２ａの中心から第１の方向へθ／２、つまり角度θの半分ずれた位置に配置され、収納部９６ｂは、周方向における磁石保持部９２ｂの中心から第１の方向と反対の第２の方向へθ／２、つまり角度θの半分ずれた位置に配置される。

このように、回転子９に多段の回転子鉄心層を設け、各回転子鉄心層に設けられたホルダの収納部９６ａ、９６ｂを、複数の回転子鉄心層６１ａ、６１ｂで軸方向において連続させることで、回転電機１０１が回転子９を多段の回転子鉄心層でステップスキューさせたものであっても、接合部８２がカバー８１の最大外径に影響せず、固定子３の内周面と回転子９の外周面との間の間隙を狭くして回転電機１０１の特性を向上することができる。

＜変形例＞
次に、本実施の形態に係る第１ホルダ９１ａ及び第２ホルダ９１ｂの変形例について説明する。図１６は、実施の形態２に係る回転子９の変形例を示す説明図である。上述の説明では、第１ホルダ９１ａが第１磁石保持部９２ａと第１連結部９３ａとを有し、第１磁石保持部９２ａの一端が第１連結部９３ａと接続されて、第１磁石保持部９２ａと他の第１磁石保持部９２ａとが連結される例について説明したが、図１６（ａ）に示すように、第１ホルダ９１ａには第１連結部９３ａを設けなくてもよい。つまり、第１ホルダ９１ａは、第１連結部９３ａを有さず、第１磁石保持部９２ａが独立して設けられた構成であってもよい。この場合においても、第１磁石保持部９２ａに形成された第１柱状部９４ａと、第１回転子鉄心層６１ａの第１溝部６２ａとが篏合して第１磁石保持部９２ａが固定されるため、第１磁石保持部９２ａにより第１磁石８ａが径方向へ離脱することを防止できる。なお、図１６（ｂ）に示すように、第２ホルダ９１ｂについても同様に、第２連結部９３ｂを有さず、第２磁石保持部９２ｂが独立して設けられた構成であってもよい。

さらに、回転電機１０１の変形例について説明する。図１７は、本実施の形態に係る回転子９の変形例を示す説明図である。上述の説明では、回転子９を２段の回転子鉄心層でステップスキューさせたものとして説明したが、回転子９を３段以上の回転子鉄心層でステップスキューさせてもよい。この場合、複数の回転子鉄心層のそれぞれに設けられたホルダが有する磁石保持部のそれぞれに収納部を設け、複数の回転子鉄心層で収納部が軸方向に連続するようにすれば、接合部８２を収納部に収納できる。回転子９を多段の回転子鉄心層でステップスキューさせれば、より高次のトルクリプルを低減でき、例えば、回転電機１０１をＥＰＳとして用いる場合に、高次のトルクリプルによる振動がハンドルを介して運転者に伝播することを抑制できる。

図１７には、回転子９が３段の回転子鉄心層でステップスキューさせたものである例を示している。図１７の例において、回転子１１１ａ～１１１ｃがそれぞれ有する磁石１１２ａ～１１２ｃは、それぞれの位相が角度θ１ずつずれている。また、磁石保持部１１３ａ～１１３ｃにそれぞれ形成された収納部１１４ａ～１１４ｃは、回転子１１１ａの上端及び回転子１１１ｃの下端まで、つまり回転子９の上端から下端まで、軸方向において連続している。このようにすると、磁石１１２ａ～１１２ｃの位相が異なって配置されていても、カバー８１の接合部８２を収納部１１４ａ～１１４ｃに収納できる。

さらに、回転子１１１ａ～１１１ｃにおける回転方向の角度ずれの合計がθ、つまり上端の回転子１１１ａと下端の回転子１１１ｃとの間において位相がθ異なる場合、収納部１１４ａを磁石保持部１１３ａの中心からθ／２、つまり角度θの半分ずらした位置に形成し、収納部１１４ｂを磁石保持部１１３ｂの中心に形成すると好ましい。このようにして、磁石保持部１１３ｃに替えて、磁石保持部１１３ａを上下反転させて回転子１１１ｃに取り付ければ、回転子９の上端から下端まで収納部が軸方向において連続するため、ホルダの種類を２種類とすることができ、誤った部品の組み付けの発生の抑制及びコストの削減ができる。この場合、収納部１１４ａは、磁石保持部１１３ａの中心から第１の方向へθ／２、つまり角度θの半分ずれた位置に配置され、収納部１１４ｃは、磁石保持部１１３ｃの中心から第１の方向と反対の第２の方向へθ／２ずれた位置に配置される。

なお、本実施の形態において、ホルダに溝状の収納部を設ける例について説明したが、カバー８１の接合部８２を、回転子９の他の部分より径方向外側へ突出することなく収納できれば、収納部の形状は溝状でなくてもよい。収納部は、例えば図９（ａ）で示したように、ホルダの円筒面の一部を、軸に平行な平面として形成されていてもよい。この場合、多段の回転子鉄心層間で、それぞれの回転子鉄心層に設けられたホルダの収納部の中心が、軸方向において一致するように収納部を設ければよい。

また、本実施の形態において、周方向に複数配置された第１磁石保持部９２ａの全てに第１収納部９６ａが設けられている例について説明したが、複数配置された第１磁石保持部９２ａのうち、少なくとも一つの第１磁石保持部９２ａに第１収納部９６ａが設けられていればよい。なお、第２収納部９６ｂについても、周方向に複数配置された第２磁石保持部９２ｂの少なくとも一つに設けられていればよい。この場合、第１収納部９６ａ及び第２収納部９６ｂは、第１収納部９６ａの周方向の中心と、第２収納部９６ｂの周方向の中心とが、軸方向において一致するように配置すればよい。このようにすると、接合部８２を第１収納部９６ａ及び第２収納部９６ｂに収納することができるため、カバー８１の板厚を薄くするとともに、接合部８２が回転子９の最外径に影響しないため、カバー８１の板厚の低減量を固定子３の最内周と磁石８の最外周との磁気的なギャップ量の低減に反映することができる。

なお、実施の形態１～２において、円筒形、多角形等の用語を用いて部品の形状等を説明したが、これらの用語は、製造上の公差や組み立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含む。つまり、回転電機１００、１０１における、部品の形状等は、製造上の公差又は組み立て上のばらつきを含んでもよい。

また、本明細書中に開示する各実施の形態は、その範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることが可能であり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

２ モータフレーム、３ 固定子、６、９、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ 回転子、６ａ 第１回転子、６ｂ 第２回転子、８、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ 磁石、８ａ 第１磁石、８ｂ 第２磁石、３１ 固定子鉄心、３２ 固定子巻線、６１ 回転子鉄心、６１ａ 第１回転子鉄心層、６１ｂ 第２回転子鉄心層、６２ 溝部、６２ａ 第１溝部、６２ｂ 第２溝部、６３ 外周部、６４ 孔、６５ 回転軸、７１ ホルダ、７２、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ 磁石保持部、７３ 連結部、７４ 柱状部、７６、１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ 収納部、８１ カバー、８２ 接合部、９１ａ 第１ホルダ、９１ｂ 第２ホルダ、９２ａ 第１磁石保持部、９２ｂ 第２磁石保持部、９３ａ 第１連結部、９３ｂ 第２連結部、９４ａ 第１柱状部、９４ｂ 第２柱状部、９６ａ 第１収納部、９６ｂ 第２収納部、１００、１０１ 回転電機。

Claims (9)

1. 固定子と、
   前記固定子の内周側に設けられ、回転軸に固定された回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心の外周部に、周方向に並べて固定された複数の磁石と、
   複数の前記磁石のうち、隣接した前記磁石の間に固定されたホルダと、
   前記ホルダ及び前記磁石を収容する円筒形のカバーと、を備え、
   前記カバーは、前記カバーの周方向における一端と他端とが接合された接合部を有し、
   前記ホルダは、隣接した前記磁石のそれぞれの外周面を覆う磁石保持部と、前記磁石保持部の外周側に設けられ、軸方向に形成された前記磁石保持部の内周側に窪んだ収納部と、を有し、
   前記接合部は、前記収納部に収納されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記ホルダは、前記回転子鉄心に嵌合されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記収納部は、前記ホルダの最大外径よりも前記接合部の厚み以上、内周側に窪んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
4. 固定子と、
   前記固定子の内周側に設けられ、回転軸に固定された回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心の外周部に、周方向に並べて固定された複数の磁石と、
   複数の前記磁石のうち、隣接した前記磁石の間に固定されたホルダと、
   前記ホルダ及び前記磁石を収容する円筒形のカバーと、を備え、
   前記カバーは、前記カバーの周方向における一端と他端とが接合された接合部を有し、
   前記ホルダは、隣接した前記磁石のそれぞれの外周面を覆う磁石保持部と、前記磁石保持部の外周側に設けられ、軸方向に形成された前記磁石保持部の内周側に窪んだ収納部と、を有し、
   前記接合部は、前記収納部に収納され、
   前記ホルダの最大外径は、前記磁石の最大外径以下であり、
   前記ホルダの最大外径と前記収納部の底部との間の距離は、前記接合部の厚み以上であることを特徴とする回転電機。
5. 固定子と、
   前記固定子の内周側に設けられ、回転軸に固定された回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心の外周部に、周方向に並べて固定された複数の磁石と、
   複数の前記磁石のうち、隣接した前記磁石の間に固定されたホルダと、
   前記ホルダ及び前記磁石を収容する円筒形のカバーと、を備え、
   前記カバーは、前記カバーの周方向における一端と他端とが接合された接合部を有し、
   前記ホルダは、隣接した前記磁石のそれぞれの外周面を覆う磁石保持部と、前記磁石保持部の外周側に設けられ、軸方向に形成された前記磁石保持部の内周側に窪んだ収納部と、を有し、
   前記接合部は、前記収納部に収納され、
   前記回転子鉄心は、軸方向に並べて配置された複数の回転子鉄心層であり、
   前記磁石は、複数の前記回転子鉄心層の外周部にそれぞれ固定されて、複数の前記回転子鉄心層の間において前記固定子に流れる磁束の周方向の位相が異なり、
   前記ホルダは、複数の前記回転子鉄心層のそれぞれにおいて、複数の前記磁石のうち、隣接した前記磁石の間に固定され、
   前記収納部は、複数の前記ホルダが有する前記磁石保持部のそれぞれに形成され、複数の前記回転子鉄心層で、軸方向に連続していることを特徴とする回転電機。
6. 上端の前記回転子鉄心層に固定された前記磁石と、下端の前記回転子鉄心層に固定された前記磁石とは、前記位相が角度θ異なり、
   上端の前記回転子鉄心層に配置された前記ホルダの前記収納部は、周方向における前記磁石保持部の中心から前記角度θの半分の角度、第１の方向へずれた位置に形成され、
   下端の前記回転子鉄心層に配置された前記ホルダの前記収納部は、周方向における前記磁石保持部の中心から前記角度θの半分の角度、前記第１の方向と反対の第２の方向へずれた位置に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
7. 前記ホルダは、円環状の連結部を有し、
   前記磁石保持部は、前記連結部に軸方向の一端が接続されて、他の前記磁石保持部と連結されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の回転電機。
8. 固定子と、
   前記固定子の内周側に設けられ、回転軸に固定された回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心の外周部に、周方向に並べて固定された複数の磁石と、
   複数の前記磁石のうち、隣接した前記磁石の間に固定されたホルダと、
   前記ホルダ及び前記磁石を収容する円筒形のカバーと、を備え、
   前記カバーは、前記カバーの周方向における一端と他端とが接合された接合部を有し、
   前記ホルダは、隣接した前記磁石のそれぞれの外周面を覆う磁石保持部と、前記磁石保持部の外周側に設けられ、軸方向に形成された前記磁石保持部の内周側に窪んだ収納部と、を有し、
   前記接合部は、前記収納部に収納され、
   前記収納部は、溝状に形成され、前記ホルダの最大外径よりも前記接合部の厚み以上、内周側に窪んでいることを特徴とする回転電機。
9. 固定子と、
   前記固定子の内周側に設けられ、回転軸に固定された回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心の外周部に、周方向に並べて固定された複数の磁石と、
   複数の前記磁石のうち、隣接した前記磁石の間に固定されたホルダと、
   前記ホルダ及び前記磁石を収容する円筒形のカバーと、を備え、
   前記カバーは、前記カバーの周方向における一端と他端とが接合された接合部を有し、
   前記ホルダは、隣接した前記磁石のそれぞれの外周面を覆う磁石保持部と、前記磁石保持部の外周側に設けられ、軸方向に形成された前記磁石保持部の内周側に窪んだ収納部と、を有し、
   前記接合部は、前記収納部に収納され、
   前記収納部は、前記回転軸と平行な平面として形成され、前記ホルダの最大外径よりも前記接合部の厚み以上、内周側に窪んでいることを特徴とする回転電機。

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