JP2005312124A

JP2005312124A - 回転電機の構造

Info

Publication number: JP2005312124A
Application number: JP2004122955A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kato; 崇加藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】各部材の寸法精度がそれほど高くなくても、部材間の高い位置決め精度を達成することができる回転電機の構造を提供する。
【解決手段】複数の部材１１と１４を嵌合部により組み合わせて形成する回転電機の構造において、部材同士の嵌合部に微小隙間２１を設け、この微小隙間に充填材を充填して、形状を成すことで回転電機の構造を得る。この回転電機の構造は、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機、および、ステータとロータとを同心円周状に配置し、エアギャップが円筒形をなすラジアルギャップ型回転電機に適用することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の部材を嵌合部により組み合わせて形成する回転電機の構造に関し、特に、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機、または、ステータとロータとを同心円周状に配置し、エアギャップが円筒形をなすラジアルギャップ型回転電機に好適に適用することができる回転電機の構造に関するものである。

従来、ロータとステータとからなる回転電機は種々の構成のものが知られており、例えば、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機（例えば、特許文献１参照）や、円筒形状のステータとロータとを同心円周状に配置し、エアギャップが円筒形をなすラジアルギャップ型回転電機（例えば、特許文献２参照）が知られている。
特開２００３−８８０３２号公報特開２０００−１４０８６号公報

通常、上述した種々の構造の回転電機では、部材と部材との締結は、部材と部材との嵌合あるいはボルトとナットを利用した結合により行われている。例えば、上述した回転電機において、アキシャルギャップ型回転電機ではステータコアをその支持部材に固定する際は、両者の嵌め合わせによって固定していた。同様に、ラジアルギャップ型回転電機においても、ステータを構成する複数のステータ構成要素同士、および／または、ロータを構成する複数のロータ構成要素同士、を接合する場合も、両者の嵌め合いによって固定していた。

一方、回転電機として、ステータとロータとの位置関係は重要であり、構成部材を締結して回転電機を形成する際、ステータとロータとの間のギャップが一定となるように、ステータとロータとの位置決めを精度良く行うことが重要であった。そのため、ステータとロータとを高精度に加工または組立する必要があった。特に、上述した回転電機で用いるステータやロータでは、磁束の通る方向を考慮して、薄板の電磁鋼板を積層して成る積層体をステータやロータとして使用することが多かった。この場合、薄板毎の寸法のバラツキにより積層体による形状のバラツキがどうしても残るため、寸法精度を高くすることは特に難しい問題があった。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、各部材の寸法精度がそれほど高くなくても、部材間の高い位置決め精度を達成することができる回転電機の構造を提供しようとするものである。

本発明の回転電機の構造は、複数の部材を嵌合部により組み合わせて形成する回転電機の構造において、部材同士の嵌合部に微小隙間を設け、この微小隙間に充填材を充填して、形状を成したことを特徴とするものである。

本発明の回転電機の構造によれば、部材同士の嵌合部に微小隙間を設け、この微小隙間に充填材を充填して、形状を成すことで、充填材が各部材の寸法のバラツキを吸収することができるため、各部材の寸法精度がそれほど高くなくても、部材間の高い位置決め精度を達成することができる回転電機の構造を得ることができる。また、各部材の寸法管理精度を低く設定でき、コスト低減につながる。

なお、本発明の回転電機の構造の好適例として、回転電機の構造を、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機に適用し、ステータコアを軸方向に位置決めする位置決め部材とステータコアに加わるトルク反力を支持する支持部材とを、ステータコアとともに軸方向に締結することで固定してステータを構成するにあたり、ステータコアと支持部材との相対する部分に微小隙間を設け、微小隙間を充填材にて充填した上で、支持部材と位置決め部材とを軸方向に締結することができる。このように構成すれば、薄板の電磁鋼板を積層して成るステータコアの寸法のバラツキを、ステータコアと支持部材との間に形成した微小隙間に充填した充填材により吸収することができる。そのため、ステータコアの軸方向位置を精度良く位置決めすることができる。また、ステータコアと支持部材との間に充填材が充填した微小隙間が存在するため、支持部材に過度の軸方向締結力が作用するのを低減することができ、支持部材の締結力によるステータコアの座屈変形をも抑制することができる。

また、本発明の回転電機の構造の好適例として、ステータのバックヨークを支持部材と兼用するよう構成することができる。このように構成すれば、別途のコア固定部材が不要となるので、構造を簡略化でき、且つ、巻き線部やバックヨーク部の軸方向寸法を大きく採ることが可能となり、トルク密度やパワー密度を向上させることができる。

さらに、本発明の回転電機の構造の好適例として、ステータコアと支持部材との間に設けた微小隙間の一部、または、位置決め部材に設けた微小隙間と連通する空隙、により、微小隙間に充填した充填材の漏洩分を吸収するよう構成することができる。このように構成すれば、空隙を設けたことにより、ステータコアと支持部材との間の微小隙間に施す充填材が漏洩した際にも、ステータコアと位置決め部材との間に充填材が介入することがなく、軸方向の寸法精度が高まり、ステータとロータとの間のエアギャップを精度良く管理することができる。

さらにまた、本発明の回転電機の構造の好適例として、支持部材を２種類の電磁鋼板の積層体を組み合わせて構成し、ステータコアの被締結部の厚さに対し、２種類の電磁鋼板の積層体のうち位置決め部材側に配置される積層体の積層厚さを厚くなるよう構成することができる。このように構成すれば、支持部材を２種類の電磁鋼板の積層体を組み合わせて構成することで、支持部材を電磁鋼板の積層体により構成できるので、部材内に生じる渦電流損失を低減することができる。また、ステータコアの被締結部の厚さに対し、２種類の電磁鋼板の積層体のうち位置決め部材側に配置される積層体の積層厚さを厚くなるようにすることで、ステータコアと支持部材とを組み立てた際ステータコアの被締結部と支持部材との間に必ず微小隙間を形成することができる。

また、本発明の回転電機の構造の好適例として、回転電機の構造を、ステータとロータとを同心円周状に配置し、エアギャップが円筒形をなすラジアルギャップ型回転電機に適用し、（１）円筒形状のステータを複数のステータ構成要素を締結して得るにあたり、ステータ構成要素同士の相対する部分に微小隙間を設け、微小隙間を充填材にて充填した上で、ステータ構成要素同士を軸方向に締結するよう構成すること、あるいは、（２）回転体であるロータを複数のロータ構成要素を締結して得るにあたり、ロータ構成要素同士の相対する部分に微小隙間を設け、微小隙間を充填材にて充填した上で、ロータ構成要素同士を軸方向に締結するよう構成することができる。このように構成すれば、ステータおよびロータを構成するステータ構成要素およびロータ構成要素を小さく構成することができ、電磁鋼板打ち抜き時の歩留まりが向上すると共に、嵌合部分に微小隙間が設けられるため、組立易い。また、ステータ構成要素およびロータ構成要素とも、各構成要素間に微小隙間を設け、微小隙間に充填材を充填し、内外径部を位置決めした状態で形状を成すので、構成要素の圧入のみで真円度を保つ場合に比べて、各構成部材の寸法精度に左右されない分、高精度の組立を実現できる。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１及び図２はそれぞれ本発明の回転電機の構造を適用したアキシャルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。なお、図２は図１においてＡ−Ａ線に沿った面を矢印方向に見た図を示す。図１及び図２に示すアキシャルギャップ型回転電機１では、回転軸２に沿って、１つのロータ３とそのロータ３の両側に設けられた２つのステータ４のそれぞれとが、エアギャップ５を隔てて対向して配置されている。そして、ロータ３は回転軸２に固定され、回転軸２はラジアル軸受け６及びスラスト軸受け７を介してケース８に回転自在に支持されている。また、ステータ４は、ステータコア１１にインシュレータ１２を介してコイル１３を巻回したものを複数個、ここでは１２個、バックヨーク（支持部材）１４を介してボルト１５により位置決め部材１６に固定されて構成されている。なお、位置決め部材１６はケース８に固定されている。

図３は本発明の回転電機の構造をアキシャルギャップ型回転電機に応用した場合の一例を説明するための図である。図３に示す例では、図１においてステータ４の半径方向の断面を示したのに対し、ステータ４の円周方向の断面を展開して示している。図３に示す例において、本発明の回転電機の構造の特徴は、ステータコア１１を位置決めする位置決め部材１６とステータコア１１に加わるトルク反力を支持する支持部材１４とを、ステータコア１１とともに軸方向に締結して固定するにあたり、ステータコア１１と支持部材１４との相対する部分に微小隙間２１を設け、微小隙間２１を接着剤などの充填材２２にて充填した上で、支持部材１４と位置決め部材１６とをボルト１５により軸方向に締結したことにある。なお、ステータコア１１と支持部材１４との間の微小隙間２１は、図３に示す例において、ロータ側から垂直に伸びる微小隙間２１−１、水平に伸びる微小隙間、垂直に伸びる微小隙間２１−３から構成されている。

図３に示す本発明の回転電機の構造において重要な点は、ステータコア１１を支持部材１４と位置決め部材１６にボルト１５を利用して締結する際に、必ず、ステータコア１１と支持部材１４との間に微小隙間２１（２１−１、２１−２、２１−３）が形成され、その微小隙間２１に充填材２２が充填され硬化された構造となる点である。このように構成することで、ステータコア１１を薄板の電磁鋼板を積層した構成した際の外形寸法のバラツキを、微小隙間２１の充填材２２で吸収することができる。そのため、ステータコア１１の寸法精度がそれほど高くなくても、ステータコア１１の高い位置決め精度を達成することができる回転電機の構造を得ることができる。また、ステータコア１１の寸法管理精度を低く設定でき、コスト低減につながる。さらに、ステータコア１１の軸方向位置を精度良く位置決めすることができる。さらにまた、ステータコア１１と支持部材１４との間に過度の軸方向締結力が作用するのを低減することができるので、ステータコア１１と支持部材１４との間の締結力による座屈変形を抑制することができる。

本発明の回転電機の構造の好適例として、図３に示す例では、支持部材１４をバックヨークにより構成している。そのため、別途のコア固定部材が不要となるので、構造を簡略化でき、且つ、巻き線部やバックヨーク部の軸方向寸法を大きく採ることが可能となり、トルク密度やパワー密度を向上させることができる。

また、本発明の回転電機の構造の好適例として、図３に示す例では、ステータコア１１と支持部材１４との間に設けた微小隙間の一部ここでは微小隙間２１−１と２１−３、および、位置決め部材１６に設けた微小隙間２１−３と連通する空隙２３により、微小隙間２１に充填した充填材２２の漏洩分を吸収できるように構成している。空隙２３を設けたことにより、ステータコア１１と支持部材１４との間の微小隙間２１に施す充填材２２が漏洩した際にも、ステータコア１１と位置決め部材１４との間に充填材２２が介入することがなく、軸方向の寸法精度が高まり、ステータ４とロータ３との間のエアギャップ５を精度良く管理することができる。

さらに、本発明の回転電機の構造の好適例として、図３に示す例では、支持部材１４を、２種類の電磁鋼板の積層体１４−１、１４−２を組み合わせて構成し、ステータコア１１の被締結部の厚さＴ１に対し、位置決め部材１６側に配置される積層体１４−２の積層厚さＴ２をが厚くなるよう構成している。そのため、支持部材１４を電磁鋼板の積層体１４−１、１４−２により構成できるため、部材内に生じる渦電流損失を低減することができる。また、ステータコア１１の被締結部の厚さＴ１に対し、２種類の電磁鋼板の積層体のうち位置決め部材側に配置される積層体１４−２の積層厚さＴ２を厚くなるようにすることで、ステータコア１１と支持部材１４とを組み立てた際ステータコア１１の被締結部と支持部材１４との間に必ず微小隙間２１を形成することができる。

図４及び図５はそれぞれ本発明の回転電機の構造を適用したラジアルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。なお、図５は図４におけるＡ−Ａ線に沿った断面の一部を示す図である。図４及び図５に示すラジアルギャップ型回転電機３１では、回転軸３２を中心にして、ステータ３３とローラ３４とを同心円状に配置し、エアギャップ３５が円筒形を成している。そして、ロータ３４は回転軸３２に固定され、回転軸３２はラジアル軸受け３６及びスラスト軸受け３７を介してケース３８に回転自在に支持されている。また、ステータ３３は、ステータティース４１を有するステータ構成要素４２の複数個を円筒状に接合して構成されている。ロータ３４は、永久磁石５１を有するロータ構成要素５２の複数個を円筒状に接合して構成している。

図６は本発明の回転電機の構造をラジアルギャップ型回転電機に応用した場合の一例を説明するための図である。図６に示す例において、円筒型のステータ３３は、ステータ構成要素４２の端部の内周側及び外周側でフック状に突出する連結部４４を有している。そして、図６に示すように、隣り合うステータ構成要素４２の連結部４４を互いに係合させ、隣りあうステータ構成要素４２を嵌合させる。図６に示すように、隣りあうステータ構成要素４２の連結部４４を嵌合させた状態では微小隙間４５が存在し、この状態では隣りあうステータ構成要素４２の相対位置は規制されていない。ここで微小隙間４５に充填材を充填し、隣りあうステータ構成要素４２の内外周部で形状規制を加えた後、充填材を硬化させることで、ステータ３３を形成している。

図６に示すステータ３３によれば、ステータ３３を構成するステータ構成要素４２を小さく構成することができ、電磁鋼板打ち抜き時の歩留まりが向上すると共に、嵌合部分に微小隙間４５が設けられるため、組立易い。

図７は本発明の回転電機の構造をラジアルギャップ型の回転電機に応用した場合の他の例を説明するための図である。図７に示す例において、回転体であるロータ３４は、ロータ構成要素５２の端部の内周側及び外周側でフック状に突出する連結部５３を有している。そして、図７に示すように、隣りあうロータ構成要素５２の連結部５３を互いに係合させ、隣りあうロータ構成要素５２を嵌合させる。図７に示すように、隣りあうロータ構成要素５２の連結部５３を嵌合させた状態では微小隙間５４が存在し、この状態では隣りあうロータ構成要素５２の相対位置は規制されていない。ここで微小隙間５４に充填材を充填し、隣りあうロータ構成要素５２の内外周部で形状規制を加えた後、充填材を硬化させることで、ロータ３４を形成している。

図７に示すロータ３４によれば、ロータ３４を構成するロータ構成要素５２を小さく構成することができ、電磁鋼板打ち抜き時の歩留まりが向上すると共に、嵌合部分に微小隙間５４が設けられるため、組立易い。

また、図６に示すステータ３３と図７に示すロータ３４とを利用することで、ステータ構成要素４２およびロータ構成要素５２とも、各構成要素間に微小隙間を設け、微小隙間に充填材を充填し、内外径部を位置決めした状態で形状を成すので、構成要素の圧入のみで真円度を保つ場合に比べて、各構成部材の寸法精度に左右されない分、高精度の組立を実現できる。

本発明の回転電機の構造は、複数の部材を嵌合部により組み合わせて形成する回転電機の構造において、各部材の寸法精度がそれほど高くなくても、部材間の高い位置決め精度を達成する用途に好適に使用することができる。

本発明の回転電機の構造を適用したアキシャルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。図１においてＡ−Ａ線に沿った面を矢印方向に見た図である。本発明の回転電機の構造をアキシャルギャップ型回転電機に応用した場合の一例を説明するための図である。本発明の回転電機の構造を適用したラジアルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。図４におけるＡ−Ａ線に沿った断面の一部を示す図である。本発明の回転電機の構造をラジアルギャップ型回転電機に応用した場合の一例を説明するための図である。本発明の回転電機の構造をラジアルギャップ型の回転電機に応用した場合の他の例を説明するための図である。

符号の説明

１アキシャルギャップ型回転電機
２、３２回転軸
３、３４ロータ
４、３３ステータ
５、３５エアギャップ
６、３６ラジアル軸受
７、３７スラスト軸受
８、３８ケース
１１ステータコア
１２インシュレータ
１３、４３コイル
１４支持部材（バックヨーク）
１４−１、１４−２積層体
１５ボルト
１６位置決め部材
２１、２１−１、２１−２、２１−３、４５、５４微小隙間
２２充填材
２３空隙
３１ラジアルギャップ型回転電機
４１ステータティース
４２ステータ構成要素
４４、５３連結部
５１永久磁石
５２ロータ構成要素

Claims

複数の部材を嵌合部により組み合わせて形成する回転電機の構造において、部材同士の嵌合部に微小隙間を設け、この微小隙間に充填材を充填して、形状を成したことを特徴とする回転電機の構造。
請求項１に記載の回転電機の構造を、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機に適用し、ステータコアを軸方向に位置決めする位置決め部材とステータコアに加わるトルク反力を支持する支持部材とを、ステータコアとともに軸方向に締結することで固定してステータを構成するにあたり、ステータコアと支持部材との相対する部分に微小隙間を設け、微小隙間を充填材にて充填した上で、支持部材と位置決め部材とを軸方向に締結したことを特徴とする回転電機の構造。
ステータのバックヨークを支持部材と兼用することを特徴とする請求項２に記載の回転電機の構造。
ステータコアと支持部材との間に設けた微小隙間の一部、または、位置決め部材に設けた微小隙間と連通する空隙、により、微小隙間に充填した充填材の漏洩分を吸収することを特徴とする請求項２または３に記載の回転電機の構造。
支持部材を２種類の電磁鋼板の積層体を組み合わせて構成し、ステータコアの被締結部の厚さに対し、２種類の電磁鋼板の積層体のうち位置決め部材側に配置される積層体の積層厚さを厚くしたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の回転電機の構造。
請求項１に記載の回転電機の構造を、ステータとロータとを同心円周状に配置し、エアギャップが円筒形をなすラジアルギャップ型回転電機に適用し、円筒形状のステータを複数のステータ構成要素を締結して得るにあたり、ステータ構成要素同士の相対する部分に微小隙間を設け、微小隙間を充填材にて充填した上で、ステータ構成要素同士を軸方向に締結したことを特徴とする回転電機の構造。
請求項１に記載の回転電機の構造を、ステータとロータとを同心円周状に配置し、エアギャップが円筒形をなすラジアルギャップ型回転電機に適用し、回転体であるロータを複数のロータ構成要素を締結して得るにあたり、ロータ構成要素同士の相対する部分に微小隙間を設け、微小隙間を充填材にて充填した上で、ロータ構成要素同士を軸方向に締結したことを特徴とする回転電機の構造。