JP2004282989A - アキシャルギャップ型電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 アキシャルギャップ型電動機のステータの組み立て作業を渡り線処理などを含めて効率よく行えるようにする。
【解決手段】 ステータコア５は、環状に連結可能な複数個のポールメンバー５ａ〜５ｌを含み、あらかじめコイル巻線が施された各ポールメンバー５ａ〜５ｌを連結して環状のステータコア５を得る。
【選択図】 図２

Description

本発明は、それぞれがほぼ円盤状に形成されており、同一の回転軸に所定の空隙をもって対向的に配置されるステータとロータとを含むアキシャルギャップ型電動機に関し、さらに詳しく言えば、ステータが複数個のポールメンバーにより組み立てられるアキシャルギャップ型電動機に関するものである。

アキシャルギャップ型電動機（軸方向空隙型電動機）は、例えば特許文献１に示すように、円盤状のステータの両側に一対のロータを所定の空隙をもって軸方向に対向配置した電動機であり、ラジアルギャップ型電動機に比べて軸方向長さを短くでき、電動機自体を薄型化し得る利点を備えている。

ところで、従来のアキシャルギャップ型電動機において、ステータは、リング状に形成されたティース（鉄心）の各溝にコイルを巻き付け、その内周部にロータ出力軸に対する軸受部を同軸的に配置し、上記ティースと軸受部とを含む全体を樹脂で一体にモールド成型してなる。

しかしながら、上記従来のようなステータには、製造上次のような課題があった。すなわち、ティースがリング状のであるため、それに例えば３相分のコイルを巻回する場合には、ティースを回転させながら各相を２層置きに巻く必要があり、これには特殊で高価な専用の自動巻線機を導入しなければならない。

また、ティースにコイルを巻き取った後に、結束バンドにより各相の渡り線を束ねる必要があるが、その作業は自動化が困難であるため、従来では手作業によっている。したがって、生産性が悪く量産化によるコストダウンを図ることができない。

また、例えば特許文献２には、リング状のリングスプールと、同リングスプールに取り付けられる６個の小スプールとを有し、２つに分割された第１固定子鉄心と第２固定子鉄心とをリングスプールの両側から取り付けることにより、簡単に固定子が組み立てられるようになっている。

しかしながら、例えば特許文献２に記載の方法は、リングスプールに鉄心を組み込んだ後でコイルを巻回するため、コイルの巻回処理が複雑になるばかりでなく、コイルの線径が制約されてしまう。

他方において、例えば特許文献３には、樹脂で固定した固定子ブロックを内側ケースと外側ケースの間に沿って同心円上に複数個配列したアキシャルギャップ型電動機の固定子構造が開示されているが、各固定子同士を正確に位置決めするための位置決め手段を持たないため、樹脂で固着する際の位置決めが難しい。

また、例えば特許文献４に記載されているように、ラジアルギャップモータではステータコアを分割して棒状に連結した後、環状に折り曲げるように組み上げる方法は、一般的に行われている。しかしながら、アキシャルギャップ型電動機では、ステータを各ティース毎に分割して形成し、最後に、環状に形成する方法は未だ見出されていない。

特開昭６０−１２８８３８号公報 特開２０００−２５３６３５号公報 特開平６−３２７２０８号公報 特開２００２−８４６９８号公報

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、アキシャルギャップ型電動機において、そのステータの組み立て作業を渡り線処理などを含めて効率よく行えるようにすることにある。

上述した目的を達成するため、本発明は、以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１の発明は、それぞれがほぼ円盤状に形成されており、同一の回転軸に所定の空隙をもって対向的に配置されるステータとロータとを含むアキシャルギャップ型電動機において、上記ステータは、環状に連結される複数個のポールメンバーを備え、上記各ポールメンバーには、隣接するポールメンバー同士を連結する連結手段を備えていることを特徴としている。

請求項２の発明は、上記各ポールメンバーは、固定子鉄心を有するとともに、上記固定子鉄心にはコイル巻回用の左右一対のフランジを含むボビン形状のインシュレータが一体的に形成されており、上記インシュレータには、隣接する上記各ポールメンバー同士を連結するための連結手段が設けられていることを特徴としている。

請求項３の発明は、上記フランジは、上記インシュレータに巻回されるコイルの巻幅よりも大きくなるように形成されていることを特徴としている。

請求項４，５または６の発明は、上記連結手段として、隣接する上記各ポールメンバーの上記フランジの対向面の上記ステータの中心から見て外周側（および／または内周側）に設けられたボスとその軸受け凹部との組み合わせからなる回転可能な第１係合部材を備えていることを特徴としている。

請求項７の発明は、上記インシュレータは、単一の絶縁材料からなることを特徴としている。

請求項８の発明は、上記インシュレータは、少なくとも２つに分割された分割パーツからなり、上記各分割パーツは、上記固定子鉄心を互いに挟み込むように形成されていることを特徴としている。

請求項９の発明は、上記各ポールメンバーにおける上記フランジの少なくとも一方には、ポールメンバー間に掛け渡される渡り線を支持する渡り線支持部材が一体に設けられていることを特徴としている。

請求項１０の発明は、上記渡り線支持部材は、上記フランジの側方に張り出すように設けられていることを特徴としている。

請求項１１の発明は、上記渡り線支持部材には、上記渡り線を捕捉する渡り線収納溝が形成されていることを特徴としている。

請求項１２の発明は、上記渡り線収納溝の少なくとも一部は、上記渡り線が容易に脱落し得ないように開口部の溝幅が内部の溝幅よりも狭く形成されていることを特徴としている。

請求項１３の発明は、上記渡り線収納溝は、断面ほぼＣ字状の溝からなることを特徴としている。

請求項１４の発明は、上記渡り線収納溝は、少なくとも相数に応じた数だけ設けられていることを特徴としている。

請求項１５の発明は、上記渡り線支持部材に少なくとも２つの上記渡り線収納溝が設けられる場合において、その一方の渡り線収納溝は上記渡り線支持部材の上面側に配置され、他方の渡り線収納溝は上記渡り線支持部材の下面側に配置されることを特徴としている。

請求項１６の発明は、上記渡り線支持部材には、上記固定子鉄心の周りに巻回されるコイルの巻き始端側およびコイルの巻き終端側が巻き付けられる絡げ部が設けられていることを特徴としている。

請求項１７の発明は、上記絡げ部は、上記コイルの巻き始端側の第１ロッド部と、上記コイルの巻き終端側の第２ロッド部とを有し、上記各ロッド部の頭部には、コイル脱落防止用の拡径されたストッパがそれぞれ形成されていることを特徴としている。

請求項１８の発明は、上記渡り線支持部材に少なくとも２つの上記絡げ部が設けられる場合において、その一方と他方は異なる高さ位置に配置されることを特徴としている。

請求項１９の発明は、上記フランジの上縁には、上記コイルの巻き始端側の第１ロッド部から上記インシュレータ内に至るコイルの一部分および上記インシュレータ内から上記コイルの巻き終端側の第２ロッド部に至るコイルの一部分が通されるコイル係止溝が形成されていることを特徴としている。

請求項２０の発明は、上記固定子鉄心には、上記ロータの回転方向に対して所定角度傾けられたスキューが設けられていることを特徴としている。また、請求項２１の発明は、上記各ポールメンバーの上記フランジの対向面には、上記連結手段としてのボスと凹部との組み合わせからなる係合部材が設けられていることを特徴としている。

請求項２２の発明は、上記係合部材は、上記ステータの中心から見て内周側および／または外周側に設けられていることを特徴としている。

請求項２３の発明は、上記各ポールメンバーにおける少なくとも一方の上記フランジの側面には、ポールメンバー間に掛け渡される渡り線を支持する渡り線収納溝が一体に設けられていることを特徴としている。

請求項２４の発明は、上記渡り線収納溝は、開放端部分が他の部分よりも薄肉化されていることを特徴としている。

請求項２５の発明は、上記渡り線収納溝が２箇所以上併設されている場合、上記各渡り線収納溝は、段差部を介して高さ位置が異なるように設置されていることを特徴としている。

請求項２６の発明は、上記渡り線収納溝には、コイルの一部を引っ掛けて係止するための係止溝が設けられていることを特徴としている。

請求項２７の発明は、上記渡り線収納溝は、内径側の外壁面が半径方向に向かって傾斜されたテーパー面からなることを特徴としている。

請求項２８の発明は、上記インシュレータの一部には、各ポールメンバー同士を繋ぎ合わせて合成樹脂材にて一体化する際に、樹脂の流れをよくするための樹脂導入路が設けられていることを特徴としている。

請求項２９の発明は、上記ロータは、上記ステータを挟んで左右一対に設けられていることを特徴としている。

請求項３０の発明は、上記ポールメンバーが固定子鉄心を備えている場合、上記固定子鉄心は、上記ロータに対向する一対のティース部と、同ティース間に形成され、上記コイルが巻回される巻回部とを有し、上記ティース部は、上記巻回部を挟んだ左右の投影面積が同じであることを特徴としている。

請求項１〜３に記載の発明によれば、ステータを複数個のポールメンバーを互いに組み合わせて１つのステータを構築するようにしたことにより、一体成形した場合に比べて、組立性、生産性、モータ特性のいずれも格段に向上する。また、インシュレータを設けたことで、コイルの巻回性が向上するばかりでなく、個々のポールメンバー同士の組立性も良くなる。

請求項３に記載の発明によれば、フランジの投影面積が左右で同じになるように設計されていることにより、巻線の本数を一定にできる、すなわち単位面積当たりの磁束分布密度を一定にでき、鉄損やコギンクトルクの小さいモータができる。本発明のいう巻幅とは、コイルの巻回方向の厚みをいう。

請求項４〜６に記載の発明によれば、連結手段としては、隣接する各ポールメンバーのフランジの対向面のステータの中心から見て外周側および／または内周側にボスとその軸受け凹部とからなる係合部材を係合させることにより、簡単に位置決めを行うことができる。

請求項７の発明によれば、ティース部以外を全て単一材料で構築したことにより、成形性や生産性が向上するばかりでなく、例えば廃棄物として回収した後のリサイクル性も大幅に向上する。

請求項８に記載の発明によれば、インシュレータを分割して構成しておくことで、固定子鉄心と一体設計した場合に比べて、それぞれを個別に生産するだけでよいため、生産性、コスト、製品品質を良くすることができる。

請求項９，１０または１１に記載の発明によれば、渡り線の処理も同時に行うことができる。なお、渡り線を支持する好適な手段としては、渡り線を捕捉する渡り線収納溝を形成して、そこに渡り線を沿わせて収納することが好ましい。

請求項１２または１３に記載の発明によれば、収納溝の出入り口部分にいわゆる「返り」が形成されるため、組立や運搬時の振動などによって渡り線が渡り線収納溝から容易に脱落しない。具体的な形状としては、断面ほぼＣ字状の溝が好ましい。

請求項１４に記載の発明によれば、渡り線収納溝は、少なくとも相数に応じた数だけ設けられていることにより、例えば３相モータのようにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイルを各ステータコアに順番に巻き付けることができる。

請求項１５に記載の発明によれば、異なる相の渡り線同士が互いに接触してショートする危険を防止することができる。

請求項１６または１７に記載の発明によれば、絡げ部にコイルの一部を巻き取っておくことにより、渡り線の長さを任意に調節することができるばかりでなく、運搬や収納時などにコイルが解れるのを効果的に防ぐことができる。

請求項１８に記載の発明によれば、高さが異なる位置に配置されていることにより、各相のコイルが互いに接触するのを防止することができる。

請求項１９に記載の発明によれば、インシュレータから巻回されたコイルをスムーズに絡げ部に誘導することができる。

請求項２０〜２２に記載の発明によれば、ティースにスキューを有するポールメンバーを連結手段を介して環状に連結してステータ構造を構成でき、安価かつ簡単に生産することができるばかりでなく、スキューによるコギングトルクを低減することができる。

請求項２３に記載の発明によれば、渡り線を支持する渡り線収納溝をフランジの側面に設けたことにより、各ポールメンバー同士を組み付けて樹脂で一体に固定する際に、溶融樹脂がポールメンバーの側面を無理なく流れるため、溶融樹脂を全体にまんべんなく行き渡らせることができる。

請求項２４に記載の発明によれば、渡り線収納溝の先端部分が薄肉化されているため、溶融樹脂を流し込んだ際にその熱によって薄肉部が柔らかくなり、内部の渡り線を包み組むように保持するため、渡り線の脱落がより一層防止される。

請求項２５に記載の発明によれば、渡り線収納溝が段差部を介して高低差が付けられていることで、樹脂の流れがより一層スムーズになる。

請求項２６に記載の発明によれば、係止溝に渡り線の一部を引っ掛けておくことで、運搬時や組立時に渡り線が解けるのを防止することができる。

請求項２７に記載の発明によれば、渡り線収納溝の外壁面がテーパー面とされていることにより、樹脂の流れをよい一層促進させることができる。

請求項２８に記載の発明によれば、樹脂導入路が設けられていることで、フランジ部の側面などに多少の凹凸があっても、溶融樹脂を確実に流し込んで一体化することができる。

請求項２９に記載の発明によれば、インシュレータを分割して構成しておくことで、固定子鉄心と一体設計した場合に比べて、それぞれを個別に生産するだけでよいため、生産性、コスト、製品品質を良くすることができる。

請求項３０に記載の発明によれば、固定子鉄心のティース部の投影面積が巻回部を挟んで左右同じ大きさに形成されていることにより、コイルの巻数（単位面積当たりのコイルの面積）を一定にすることができ、すなわち、単位面積当たりの磁束分布が同じになるため、鉄損やコギングトルクを少なくすることができる。

次に、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機の内部構造を概略的に示す断面図、図２はそのステータを構成するポールメンバーの連結された状態を示す側面図、図３は図２の平面図である。第１実施例は、１２スロット８極のアキシャルギャップ型電動機に適用した場合である。

このアキシャルギャップ型電動機１は、ほぼ円盤状をなすステータ２と、ステータ２の両側に所定の空隙をもって対向的に配置される一対のロータ３１，３２とを含み、ロータ３１，３２は同一のロータ出力軸４を共有しており、ステータ２は、その内周側にロータ出力軸４を支持する軸受部６を備えている。

なお実際には、ステータ２およびロータ３１，３２は、図示しないブラケット（筐体）内に収納され、ステータ２は、その外周側がブラケットに固定されている。したがって、ロータ３１，３２は、ロータ出力軸４，軸受部６およびステータ２を介してブラケットに支持されることになる。

ステータ２は、環状（いわゆるドーナツ状）に形成されたステータコア５と、ステータコア５の内周側に同軸的に挿入された軸受部６とを備え、それらが合成樹脂２１によって一体的にモールドされている。この例において、軸受部６は、２つのラジアルボールベアリングを備えているが、他の軸受手段が採用されてもよい。

図２に示すように、ステータコア５は、複数個（この例では１２個）のポールメンバー５ａ〜５ｌを環状につなぎ合わせることにより構成されている。各ポールメンバー５ａ〜５ｌはすべて同一形状であり、図４に、そのうちの一つのポールメンバー５ａを抜粋して示す。なお、図４において、（ａ）をポールメンバー５ａの正面図，（ｂ）を平面図，（ｃ）を右側面図，（ｄ）を底面図としている。

ポールメンバー５ａは、図４（ｃ）に示すように、複数枚の金属板を台形状に積層してなるティース（鉄心）５１を備え、ティース５１の周りには、その両側面を除いて合成樹脂からなるインシュレータ５０が一体に形成されている。なお、ティース５１は積層によるものの他に、粉体成形などによって一体的に成形することもできる。

インシュレータ５０は、ティース５１を図示しない成形金型のキャビティ内に入れ、そのキャビティ内に溶融樹脂を注入するインサート成形により形成することができる。この実施形態において、溶融樹脂は比較的流動性のよいＳＰＳ（シンジオタクチック−ポリスチレン）が用いられている。

この実施形態において、各ポールメンバー５ａ〜５ｌには、中央に固定子鉄心５１が配置されているが、この固定子鉄心５１を持たない構造、いわゆる空芯コイルを採用したポールメンバー５ａ〜５ｌに本発明の構造を適用してもよい。

インシュレータ５０は、ティース５１の両側面に沿って左右一対として配置されるほぼ扇型のフランジ５２，５３を含む全体が断面Ｈ字形のボビン状に形成されている。この例において、フランジ５２，５３の扇状の開き角は３０゜（３６０゜／１２）である。このインシュレータ５０があることにより、ティース５１上にコイル７を整然と巻くことができ、また、ティース５１とコイル７との間の電気的な絶縁が保たれる。

フランジ５２，５３には、隣接するポールメンバー同士を互いに連結するための連結手段が設けられている。この例では、一つのポールメンバーあたり、第１および第２の２つの連結手段を備えている。第１連結手段は、図４（ｃ）において、フランジ５２，５３の幅の広い方の外周側に設けられ、第２連結手段は、幅の狭い方の内周側に設けられている。

第１連結手段は、フランジ５２，５３の一方の端縁５０１の外周側に形成されたボス５４１ａと、他方の端縁５０２の外周側に形成された係合溝５４２ａとを備え、また、第２連結手段は、フランジ５２，５３の一方の端縁５０１の内周側に形成されたボス５４１ｂと、他方の端縁５０２の内周側に形成された係合溝５４２ｂとを備えている。

第１連結手段のボス５４１ａは、隣接するポールメンバー側の第１連結手段の係合溝５４２ａと係合する関係にあり、第２連結手段のボス５４１ｂは、隣接するポールメンバー側の第２連結手段の係合溝５４２ｂと係合する関係にある。

なお、この例では、ボス５４１ａ，５４１ｂをともにフランジ５２，５３の一方の端縁５０１側に配置し、係合溝５４２ａ，５４２ｂをともにフランジ５２，５３の他方の端縁５０２側に配置しているが、ボスと係合溝の位置を入れ替えて、例えば第１連結手段側のボス５４１ａを他方の端縁５０２側に配置し、係合溝５４２ａを一方の端縁５０１側に配置してもよい。

各連結手段は、適度な押圧力によって係合可能であり、かつ、係合された状態において相対的な回転を許容し得るように、ボス５４１ａ，５４１ｂは円柱状で、係合溝５４２ａ，５４２ｂはボスの直径よりも若干狭い開口部を有する、例えばＣ字状の溝であることが好ましい。

フランジ５２，５３には、コイル７の渡り線７１を処理するための渡り線支持部材５５，５６がそれぞれ設けられている。渡り線支持部材５５，５６は、フランジ５２，５３の外周側の上端部から側方に向けて張り出すように形成されており、各ポールメンバー５ａ〜５ｌを環状に連結することに伴って、各渡り線支持部材５５，５６もステータコア２の側面に沿って環状に配置される（図２参照）。

この例において、当該電動機は３相であり、フランジ５２側の渡り線支持部材５５は、そのうちの１相分のコイル７の渡り線７１を受け持ち、フランジ５３側の渡り線支持部材５６は、残りの２相分のコイル７の渡り線７１を受け持つ。

そのため、フランジ５２側の渡り線支持部材５５には、１つの渡り線収納溝５５１が設けられており、フランジ５３側の渡り線支持部材５６には、２つの渡り線収納溝５６１，５６２が設けられている。

なお、渡り線支持部材５６のように、例えば２つの渡り線収納溝５６１，５６２が設けられる場合、その２本の渡り線７１の絡まりや入れ違いを防止する意味で、渡り線支持部材５６の上面側に一方の渡り線収納溝５６１を配置し、下面側に他方の渡り線収納溝５６２を配置することが好ましい。

また、渡り線収納溝５５１，５６１，５６２の各々は、一旦入れられた渡り線７１が容易に抜け出ないようにするため、入り口が狭く内部が広い溝、例えば断面ほぼＣ字型の溝であることが好ましい。

渡り線支持部材５５，５６には、渡り線７１の一部分を巻き付けておくための絡げ部５８ａ〜５８ｃが設けられている。この絡げ部は、渡り線収納溝ごとに設けられる。したがって、この例では、渡り線支持部材５５側には、渡り線収納溝５５１に対応して１つの絡げ部５８ａが設けられ、渡り線支持部材５６側には、渡り線収納溝５６１，５６２に対応して２つの絡げ部５８ｂ，５８ｃが設けられている。

各絡げ部５８ａ〜５８ｃはともに、渡り線支持部材５５，５６の両端からステータコア２の円周方向に沿って突設された一対のロッド５８１ａ，５８１ｂを備え、各ロッド５８１ａ，５８１ｂの先端部には、そのロッドに巻き付けられた渡り線７１の脱落を防止するロッド径よりも大径のストッパ５８２がそれぞれ形成されている。

なお、渡り線支持部材５６のように、例えば２つの絡げ部５８ｂ，５８ｃが設けられる場合、それに対する巻き付け作業を容易とするため、その一方の絡げ部５８ｂと、他方の絡げ部５８ｃは異なる高さ位置に配置されることが好ましい。

さらに、各フランジ５２，５３の外周側の上端に、ティース５１に沿って巻回されたコイル７の両端を係止しておく一対のコイル係止溝５９ａ，５９ｂを設けることにより、巻回されたコイル７のほぐれなどを気にすることなく、その渡り線７１を処理することができる。

次に、図５〜７を参照して、ステータコア２の組立手順の一例を説明する。この例において、当該電動機は３相電動機であるから、図２に示す１２個のポールメンバー５ａ〜５ｌのうち、例えばポールメンバー５ａ，５ｄ，５ｇ，５ｊがＵ相用，ポールメンバー５ｂ，５ｅ，５ｈ，５ｋがＶ相用，ポールメンバー５ｃ，５ｆ，５ｉ，５ｌがＷ相用であるとする。

また、一方の渡り線支持部材５５の渡り線収納溝５５１および絡げ部５８ａをＵ相用として使用し、他方の渡り線支持部材５６の渡り線収納溝５６１および絡げ部５８ｂをＶ相用、同渡り線支持部材５６の渡り線収納溝５６２および絡げ部５８ｃをＷ相用として使用するものとする。

各相ごとに図示しない自動巻線機にてコイルを巻くのであるが、その巻線手順は同一であるため、ここではもっぱらＵ相について説明する。図５に示すように、Ｕ相用の４つのポールメンバー５ａ，５ｄ，５ｇ，５ｊに対して、例えばポールメンバー５ａ側からコイル７を巻いていく。

すなわち、所定長さの引出線Ｕａを確保して、まず、コイル７の一部分をポールメンバー５ａに設けられている絡げ部５８ａの一方のロッド５８１ａに所定回数巻き付けた後、一方のコイル係止溝５９ａに係止してインシュレータ５０内に導き入れ、所定のターン数分巻回してコイル７を形成する。

しかる後、コイル７の終端側を他方のコイル係止溝５９ｂに引っかけて他方のロッド５８１ｂに導いて所定回数巻き付ける。そして、おおよそ２つのポールメンバー分の長さに相当する渡り線７１Ｕを確保して、次のポールメンバー５ｄに移り上記ポールメンバー５ａと同様の手順でコイル７を形成する。

残されたポールメンバー５ｇ，ポールメンバー５ｊについても同様にしてコイル７を形成した後、最後のポールメンバー５ｊの絡げ部５８ａの他方のロッド５８１ｂ側から引出線Ｕｂを所定長さ分引き出して、Ｕ相分のコイル巻作業を終了する。

上述した手順と同様にして、Ｖ相用のポールメンバー５ｂ，５ｅ，５ｈ，５ｋおよびＷ相用のポールメンバー５ｃ，５ｆ，５ｉ，５ｌについても、それぞれ渡り線７１Ｖ，７１Ｗでつなげながらコイル７を形成する。この場合、Ｖ相については、渡り線支持部材５６にある外側の絡げ部５８ｂを使用し、Ｗ相については、その内側にある絡げ部５８ｃを使用する。なお、Ｖａ，ＶｂはＶ相用の引出線，Ｗａ，ＷｂはＷ相用の引出線である。

このようにして、３相分のポールメンバーユニットを形成した後、図６に示すように、渡り線７１ＵでつなげられたＵ相用ポールメンバー５ａ，５ｄ，５ｇ，５ｊをそれらの外周側が内側で、内周側が外側となるようにほぼ円弧状に配置し、それら各ポールメンバー５ａ，５ｄ，５ｇ，５ｊの隣にＶ相用ポールメンバー５ｂ，５ｅ，５ｈ，５ｋを配置し、それらの第１連結手段側のボス５４１ａと係合溝５４２ａとにより、ポールメンバー５ａと５ｂ，５ｄと５ｅ，５ｇと５ｈ，５ｊと５ｋとをそれぞれ連結する。

次に、図６で空いているポールメンバー間に、図７に示すように、Ｗ相用のポールメンバー５ｃ，５ｆ，５ｉ，５ｌを配置して、これらの各ポールメンバー５ｃ，５ｆ，５ｉ，５ｌを上記と同様に、第１連結手段側のボス５４１ａと係合溝５４２ａとにより、両隣の各ポールメンバーと連結する。

このようにして、１２個のポールメンバー５ａ〜５ｌを連結した後、それらの外周が外側となるように、両端に位置するポールメンバー５ａと５ｌを図７の矢印方向に回して、ポールメンバー５ａと５ｌとを、それらの第１連結手段側のボス５４１ａと係合溝５４２ａとにより連結する。また、各ポールメンバー５ａ〜５ｌの内周側同士を第２連結手段側のボス５４１ｂと係合溝５４２ｂとにより連結する。

これにより、１２個のポールメンバー５ａ〜５ｌが図２に示すように環状に組み立てられるのであるが、このとき、渡り線の処理を行う。すなわち、Ｕ相の渡り線７１Ｕを例えばポールメンバー５ａを起点として時計方向回りに、ポールメンバー５ｂ，５ｃ，５ｅ，５ｆ，５ｈ，５ｉ，５ｋ，５ｌの各渡り線支持部材５５の渡り線収納溝５５１内に入れる。

同様に、Ｖ相の渡り線７１Ｖを例えばポールメンバー５ｂを起点として時計方向回りに、ポールメンバー５ｃ，５ｄ，５ｆ，５ｇ，５ｉ，５ｊ，５ｌ，５ａの各渡り線支持部材５６の渡り線収納溝５６１内に入れる。Ｗ相の渡り線７１Ｗについても、例えばポールメンバー５ｃを起点として時計方向回りに、ポールメンバー５ｄ，５ｅ，５ｇ，５ｈ，５ｊ，５ｋ，５ａ，５ｂの各渡り線支持部材５６の渡り線収納溝５６２内に入れる。

最後に、ステータコア５の内周側に軸受部６を挿入した後、インサート成形により、図１に示すように、各ポールメンバーの外周部分および内周部分と、その内周部分に接する軸受部６の一部を合成樹脂２１によって固める。

次に、図８〜図１２を参照して、本発明の第２実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機について説明する。なお、上述した第１実施形態と同一もしくは同一と見なされる箇所には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。この第２実施例は、９スロット８極のアキシャルギャップ型電動機に適用した場合である。

このアキシャルギャップ型電動機１ａは、上記第１実施形態と同様にほぼ円盤状をなすステータ２と、ステータ２の両側に所定の空隙をもって対向的に配置される一対のロータ３１，３２とを含み、ロータ３１，３２は同一のロータ出力軸４を共有しており、ステータ２は、その内周側にロータ出力軸４を支持する軸受部６を備えている。なお、このアキシャルギャップ型電動機１ａも図示しないブラケットに収納されている。

ステータ２は、環状（ドーナツ状）に形成されたステータコア５と、ステータコア５の内周側に同軸的に挿入された軸受部６とを備え、それらが合成樹脂２１によって一体的にモールドされている。

図９に示すように、ステータコア５は、複数個（この例では９スロット分）のポールメンバー５ｍ〜５ｕを環状に繋ぎ合わせることにより構成されている。各ポールメンバー５ｍ〜５ｕは全て同一形状であり、図１１にその１つのポールメンバー５ｍを抜粋して示す。なお、図１１において、ポールメンバー５ｍの正面図を（ａ）、平面図を（ｂ）、底面図を（ｃ）、左側面図（ｄ）とし、図１２は要部断面図である。

ポールメンバー５ｍは、図１１（ａ）に示すように、複数枚の電磁鋼板を半径方向に積層してなるティース（鉄心）５１ａを備え、ティース５１ａの周りには、その両側を除いて合成樹脂からなるインシュレータ５０ａが一体に形成されている。なお、ティース５１は、粉末成形などによて一体的に形成してもよい。

インシュレータ５０ａは、ティース５１ａを図示しない成型金型内のキャビティに入れ、そのキャビティ内に溶融樹脂を注入するインサート成型により形成することができる。この実施形態においても、溶融樹脂は比較的流動性のよいＳＰＳ（シンジオタクチック−ポリスチレン）が用いられている。

この実施形態において、インシュレータ５０ａは、ティース５１ａにインサート成型によって形成されているが、例えば、インシュレータ５０ａを予め２つのピースから構成しておき、ティース５１ａを挟んでそれらを両側から挟んで取り付けるようにしてもよい。

ティース５１ａには、ロータ３１，３２の回転方向、この実施形態では時計回り方向に沿って所定角度傾斜されたスキュー５１１ａが形成されている。この実施形態において、スキュー角は、５°に設定されており、これによれば、コギングトルクの発生を抑えることができ、エネルギー変換効率がよくなる。

スキュー５１１ａは、隣接するポールメンバー間のギャップ面に対して直線形状に形成されているが、これ以外に円弧形状であってもよく、コギングトルクを効果的に抑える効果が得られればその形状は特に限定されない。

インシュレータ５０ａは、ティース５１ａの両側面に沿って左右一対として配置されるほぼ扇形のフランジ５２ａ，５３ａを含む全体が断面Ｈ字型のボビン状に形成されている。このインシュレータ５０ａの存在により、ティース５０ａに対してコイル７を整然と巻くことができる。

フランジ５２ａ，５３ａには、隣接するポールメンバー同士を連結するための連結手段が設けられている。この例において、連結手段は、フランジ５２ａ、５２ｂの内周側に設けられている。

連結手段は、フランジ５２ａ、５３ａの一方の端縁５０１の内周側に形成されたボス５４１ｃと、他方の端縁５０２の内周側に形成された係合溝５４２ｃとからなり、それらが互いに係合し合うことにより、図９に示すような、環状のステータコア５が形成される。

この実施形態において、ボス５４１ｃおよび係合溝５４２ｃは、角柱体およびそれに合致する矩形溝からなり、それらを互いに係合させることにより、スキュー５１１ａの位置決め手段としても併用されている。

フランジ５２ａ、５３ａの側面には、コイル７の渡り線７１を処理するための渡り線収納溝５５ａ〜５５ｃが３箇所設けられている。この実施形態において、各渡り線収納溝５５ａ〜５５ｃは、それぞれフランジ５２ａ、５３ａの側面に外周側に沿って円弧状に形成されており、一方のフランジ５２ａ側には２本の渡り線収納溝５５ａ、５５ｂが形成されており、残りの渡り線５５ｃは他方のフランジ５３ａ側に形成されている。

図１２に示すように、各渡り線収納溝５５ａ〜５５ｃはＵ字状の溝からなるが、より好ましくは、開口部の溝幅が内部の溝幅と同一もしくはそれ以下に設計されていることが好ましい。これによれば、渡り線７１の抜け止め効果が得られる。

各渡り線収納溝５５ａ〜５５ｃは、また、その先端部分（開放端側）が他の部分に比べて薄肉化されていることが好ましい。これによれば、各ポールメンバー５ｍ〜５ｕを連結した後、合成樹脂２１によって一体化する際に溶融樹脂の熱が先端部分に伝播することにより、先端部分が軟化して内部に収納された渡り線７１を包み込むことで、渡り線７１の抜け止め効果がより一層向上する。

また、渡り線収納溝５５ａ〜５５ｃが２箇所以上併設されている場合、すなわち、図１２に示す、渡り線収納溝５５ａ、５５ｂのように設置された場合において、渡り線収納溝５５ａ、５５ｂ同士は、段差部を介して高さ位置が異なるように設置されている。なお、この実施形態においての高さ位置とは、軸方向の高さをいう。

この実施形態においては、外周側の渡り線収納溝５５ａが内周側の渡り線収納溝５５ｂよりも一段低く形成されている。これによれば、溶融樹脂が金型キャビティ内をスムーズに流れるため、ステータコア２と合成樹脂２１との間に隙間（ボイド）などを形成することなく、まんべんなく流し込むことができる。

各渡り線収納溝５５ａ〜５５ｃの内、内径側の渡り線収納溝（この実施形態では、渡り線収納溝５５ｂ、５５ｃ）の内周側の各外壁面５７ａが半径方向に向かって傾斜されたテーパー面からなることが好ましい。これによれば、中心から外周側に向かって流れ込んでくる溶融樹脂をより一層スムーズに外周側に流れ込ませることができる。

さらに、溶融樹脂を流れやすくする手段として、フランジ５２ａ、５３ａの一部には、ポールメンバー５ｍ〜５ｕ同士を繋ぎ合わせて一体化する際に、樹脂の流れをよくするための樹脂導入路５２１ａ、５３１ａが設けられている。樹脂導入路５２１ａ、５３１ａは、半径方向に沿ってフランジ５２ａ、５３ａの内径側に形成されたコ字状に溝からなり、ここから溶融樹脂がフランジ５２ａ、５３ａの側面を通って外周部に流れ込む。

この実施形態において、樹脂導入路５８ａは、フランジ５２ａ、５３ａの内周側に半径方向に沿って１箇所のみ設けられているが、例えば複数箇所に設けてもよく、その数および形状は特に限定されない。

各渡り線収納溝５５ａ〜５５ｃには、半径方向に沿って切り欠かれた係止溝５６ａ〜５６ｄが設けられている。係止溝５６ａ〜５６ｄは、各渡り線収納溝５５ａ〜５５ｃに２箇所設けられており、それらに渡り線７１の一部を引っ掛けておくことにより、運搬時などに渡り線７１が解れるのを防止する。

各ステータコア５ｍ〜５ｕの組立・結線手順は、上述した第１実施形態と基本的に同じであるが、９スロット型の場合は、Ｕ・Ｖ・Ｗ相をそれぞれ（＋）→（−）→（＋）の順に配置する必要があり、真ん中のステータコアの巻回方向を逆にするか、結線を逆に接続する必要がある。

ステータコア５ｍ〜５ｕの組立後は、合成樹脂２１によってインサート成型することでステータ２として形成される。通常、樹脂は溶融状態でステータ２の中心からキャビティ内に流し込まれ、外周側に向かって送り込まれるが、この第２実施形態では、渡り線収納溝５５ａ〜５５ｃがフランジ５２ａ，５３ａの側面に形成されていたり、テーパー面を設けるなど、溶融樹脂の流れをスムーズにするための工夫がなされているため、より均質なステータ２が得られる。

このように、最終的に各ポールメンバーを合成樹脂２１によって永久的に固める場合、各ポールメンバーの内周側に設けられている第２連結手段は必ずしも必要とされない。また、上記の例では、一対のロータ３１，３２を備えているが、片面ロータであってもよい。このように、本発明には、その要旨を逸脱しない範囲内および技術的均等とされる範囲内で、種々の変形例が含まれる。

なお、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、各ポールメンバー５ａ〜５ｌ（第１実施形態）、５ｍ〜５ｕに内蔵される固定子鉄心５１は、そのフランジ５１１（５１２），５１２ａ（５１３ａ）の積層方向に垂直な面への投影面積がスキューの有無に関わらず、左右同じであることが好ましい。

すなわち、図１３（ａ）に示すように、スキューなしの場合は、中央の巻回部５１３を挟んで左右に形成されたフランジ５１１，５２２の投影面積が左右対称となっている。

また、図１３（ｂ）に示すように、ティース５１ａのギャップ間にスキュー５１１ａが形成されている場合においても、巻回部５１４ａの一部がフランジ５１３ａ側に張り出すように形成されていることにより、左右のフランジ部５１２ａ、５１３ａの積層方向に垂直な面への各投影面積が同じになるように形成されている。

これによれば、面積が同じになることにより、巻線をポールメンバーからはみ出すことなく一様に納めることができる。また、巻線がはみ出ないため、ポールメンバー同士を干渉するさせることなく配置できる。

なお、固定子鉄心５１を持たない場合には、各インシュレータ５ａ〜５ｕに形成されたフランジ部５２ａ，５３ａの投影面積を同じにすることにより、同様の効果が得られる。

このアキシャルギャップ型電動機によれば、渡り線７１の処理が容易になることにより、組立性がよく、生産性の向上が図れる。また、コイルの仕様や巻き方についての設計自由度がよく、高効率なモータを得ることができる。さらには、各パーツを一体的に組み込むことで、より安価に生産することができる。

本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機の内部構造を示す概略的な断面図。 上記第１実施形態のアキシャルギャップ型電動機が備えるステータコアを示す側面図。 上記ステータコアの平面図。 上記ステータコアに含まれるポールメンバーの（ａ）正面図，（ｂ）平面図，（ｃ）右側面図，（ｄ）底面図。 上記ステータコアの組立手順を説明する説明図。 上記ステータコアの組立手順を説明する説明図。 上記ステータコアの組立手順を説明する説明図。 本発明の第２実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機の内部構造を示す概略的な断面図。 上記第２実施形態のアキシャルギャップ型電動機が備えるステータコアを示す側面図。 上記第２実施形態のステータコアの平面図。 上記第２実施形態のステータコアに含まれるポールメンバーの（ａ）正面図，（ｂ）平面図，（ｃ）右側面図，（ｄ）底面図。 上記第２実施形態のポールメンバーの断面図。 上記第１および第２実施形態の固定子鉄心の構造を説明する説明図。

符号の説明

１，１ａ アキシャルギャップ型電動機
２ ステータ
３１，３２ ロータ
４ 出力軸
５ ステータコア
５ａ〜５ｌ，５ｍ〜５ｕ ポールメンバー
５０ インシュレータ
５１，５１ａ ティース
５２，５３（５２ａ，５３ａ） フランジ
５４１ａ，５４１ｂ ボス
５４２ａ，５４２ｂ 係合溝
５５，５６ 渡り線支持部材
５５１，５６１，５６２ 渡り線収納溝
５８ａ〜５８ｃ 絡げ部
５９ａ，５９ｂ コイル係止溝
６ 軸受部
７ コイル
７１Ｕ，７１Ｖ，７１Ｗ 渡り線

Claims (30)

1. それぞれがほぼ円盤状に形成されており、同一の回転軸に所定の空隙をもって対向的に配置されるステータとロータとを含むアキシャルギャップ型電動機において、
   上記ステータは、環状に連結される複数個のポールメンバーを備え、上記各ポールメンバーには、隣接するポールメンバー同士を連結する連結手段を備えていることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
2. 上記各ポールメンバーは、固定子鉄心を有するとともに、上記固定子鉄心にはコイル巻回用の左右一対のフランジを含むボビン形状のインシュレータが一体的に形成されており、上記インシュレータには、隣接する上記各ポールメンバー同士を連結するための連結手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型電動機。
3. 上記フランジは、上記インシュレータに巻回されるコイルの巻幅よりも大きくなるように形成されている請求項２に記載のアキシャルギャップ型電動機。
4. 上記連結手段として、隣接する上記各ポールメンバーの上記フランジの対向面の上記ステータの中心から見て外周側に設けられたボスとその軸受け凹部との組み合わせからなる回転可能な第１係合部材を備えている請求項１，２または３に記載のアキシャルギャップ型電動機。
5. 上記連結手段として、隣接する上記各ポールメンバーの上記フランジの対向面の上記ステータの中心から見て内周側に設けられたボスとその軸受け凹部との組み合わせからなる回転可能な第２係合部材を備えている請求項１〜４のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。
6. 上記連結手段として、上記第１係合部材および第２係合部材が設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。
7. 上記インシュレータは、単一の絶縁材料からなる請求項１〜６のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。
8. 上記インシュレータは、少なくとも２つに分割された分割パーツからなり、上記各分割パーツは、上記固定子鉄心を互いに挟み込むように形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。
9. 上記各ポールメンバーにおける上記フランジの少なくとも一方には、ポールメンバー間に掛け渡される渡り線を支持する渡り線支持部材が一体に設けられている請求項１〜８に記載のアキシャルギャップ型電動機。
10. 上記渡り線支持部材は、上記フランジの側方に張り出すように設けられている請求項９に記載のアキシャルギャップ型電動機。
11. 上記渡り線支持部材には、上記渡り線を捕捉する渡り線収納溝が形成されている請求項９または１０に記載のアキシャルギャップ型電動機。
12. 上記渡り線収納溝の少なくとも一部分は、上記渡り線が容易に脱落し得ないように開口部の溝幅が内部の溝幅よりも狭く形成されている請求項１１に記載のアキシャルギャップ型電動機。
13. 上記渡り線収納溝は、断面ほぼＣ字状の溝からなる請求項１１または１２に記載のアキシャルギャップ型電動機。
14. 上記渡り線収納溝は、少なくとも相数に応じた数だけ設けられている請求項１１，１２または１３に記載のアキシャルギャップ型電動機。
15. 上記渡り線支持部材に少なくとも２つの上記渡り線収納溝が設けられる場合において、その一方の渡り線収納溝は上記渡り線支持部材の上面側に配置され、他方の渡り線収納溝は上記渡り線支持部材の下面側に配置される請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。
16. 上記渡り線支持部材には、上記固定子鉄心の周りに巻回されるコイルの巻き始端側およびコイルの巻き終端側が巻き付けられる絡げ部が設けられている請求項９，１０または１１に記載のアキシャルギャップ型電動機。
17. 上記絡げ部は、上記コイルの巻き始端側の第１ロッド部と、上記コイルの巻き終端側の第２ロッド部とを有し、上記各ロッド部の頭部には、コイル脱落防止用の拡径されたストッパがそれぞれ形成されている請求項１６に記載のアキシャルギャップ型電動機。
18. 上記渡り線支持部材に少なくとも２つの上記絡げ部が設けられる場合において、その一方と他方は異なる高さ位置に配置される請求項１６または１７に記載のアキシャルギャップ型電動機。
19. 上記フランジの上縁には、上記コイルの巻き始端側の第１ロッド部から上記インシュレータ内に至るコイルの一部分および上記インシュレータ内から上記コイルの巻き終端側の第２ロッド部に至るコイルの一部分が通されるコイル係止溝が形成されている請求項１７に記載のアキシャルギャップ型電動機。
20. 上記固定子鉄心には、上記ロータの回転方向に対して所定角度傾けられたスキューが設けられている請求項２〜１９のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。
21. 上記各ポールメンバーの上記フランジの対向面には、上記連結手段としてのボスと凹部との組み合わせからなる係合部材が設けられている請求項２０に記載のアキシャルギャップ型電動機。
22. 上記係合部材は、上記ステータの中心から見て内周側および／または外周側に設けられている請求項２０または２１に記載のアキシャルギャップ型電動機。
23. 上記各ポールメンバーにおける少なくとも一方の上記フランジの側面には、ポールメンバー間に掛け渡される渡り線を支持する渡り線収納溝が一体に設けられている請求項１〜３または２０〜２２のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。
24. 上記渡り線収納溝は、開放端部分が他の部分よりも薄肉化されている請求項１〜３または２３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。
25. 上記渡り線収納溝が２箇所以上併設されている場合、上記各渡り線収納溝は、段差部を介して高さ位置が異なるように設置されている請求項１〜３，２３または２４のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。
26. 上記渡り線収納溝には、コイルの一部を引っ掛けて係止するための係止溝が設けられている請求項１〜３または請求項２３〜２５のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。
27. 上記渡り線収納溝は、内径側の外壁面が半径方向に向かって傾斜されたテーパー面からなる請求項１〜３または請求項２０〜２６のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。
28. 上記インシュレータの一部には、各ポールメンバー同士を繋ぎ合わせて合成樹脂材にて一体化する際に、樹脂の流れをよくするための樹脂導入路が設けられている請求項１〜２７のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。
29. 上記ロータは、上記ステータを挟んで左右一対に設けられている請求項１〜２８のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。
30. 上記ポールメンバーが固定子鉄心を備えている場合、上記固定子鉄心は、上記ロータに対向する一対のティース部と、同ティース間に形成され、上記コイルが巻回される巻回部とを有し、上記ティース部は、上記巻回部を挟んだ左右の積層面に対する投影面積が同じである請求項２〜２９のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。

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