JP2006311702A - 回転電機のステータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ティースに対して鍔部を嵌合するための複雑な形状を廃するとともに、アンダーカット形状を廃して、鍔部を後加工する手間を省き、製造工程を簡略化することが出来るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造を提供する。
【解決手段】ロータに対向して複数設けられたティース１と、該ティース１にインシュレータ１１を介して巻装したコイル２と、ティース１のロータに面する側から周方向に突出する鍔部１２と、ティース１を磁気的に連結するバックヨーク部１３とを具える回転電機のステータ構造において、前記鍔部１２を前記ティース１とは別体で設けるとともに、前記鍔部１２を前記インシュレータ１１により前記ティース１に固定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転軸に沿ってステータとロータとが対向して配置される回転電機のステータ構造に関するものである。

ロータに永久磁石を設けた回転電機は、損失が少なくかつ効率がよく、出力が大きい等の理由により自動車もしくは産業用機械に数多く使用されている。

ところで、軸方向にロータとステータとが配置されたアキシャルギャップ型回転電機であれ、同軸で内周側、外周側の各々にロータとステータとが配置されたラジアルギャップ型回転電機であれ、コギングトルクの低減のために、ステータを構成するティースのロータに面する側を周方向に伸ばして鍔部を形成し、かつ、ティースへの巻線作業性の向上のため、当該鍔部やバックヨーク部をティースに対して別体として脱着可能とすることは従来から行われ、例えば特許文献１や特許文献２に記載されているような形態のものが提案されている。
特開２００４−０６４８２７号公報 特開２０００−３４１８８９号公報

ところが、このような形態のステータ構造では、ティースに対して当該鍔部を嵌合するための形状が複雑になり、これらの形状を圧入嵌合するにあたって残留応力が発生して、当該形状付近の鍔部もしくはティースの強度が低下するという問題点があった。また、軟磁性圧粉材料を用いてティース及び鍔部を一体に成形するにあたっては、鍔部及びバックヨーク部が、周方向に出っ張るため、少なくとも二つの型では成形できない、いわゆるアンダーカット形状となり、成形後にワイヤカット切断装置等で当該鍔部を後加工する必要が生じて、ティースの製造工程が煩雑になると言う問題点があった。

本発明は上述したところの課題を解決することを目的とするものであり、その目的は、ティースに対して鍔部を嵌合するための複雑な形状を廃するとともに、アンダーカット形状を廃して、鍔部を後加工する手間を省き、製造工程を簡略化することが出来るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造を提供することにある。

請求項１に係る回転電機のステータ構造は、ロータに対向して複数設けられたティースと、該ティースにインシュレータを介して巻装したコイルと、ティースのロータに面する側から周方向に突出する鍔部と、ティースを磁気的に連結するバックヨーク部とを具える回転電機のステータ構造において、前記鍔部を前記ティースとは別体で設けるとともに、前記鍔部を前記インシュレータにより前記ティースに固定することを特徴とする。

これによれば、鍔部を前記インシュレータにより固定することにより、鍔部をティースに嵌合するための複雑な形状を廃することが出来るため、圧入嵌合による残留応力の発生をも防止して、ティース及び鍔部の強度向上を図ることが出来るとともに、周方向に突出する鍔部をティースとは別個に製造することにより、ティースと鍔部により構成される、アンダーカット形状を廃することができるため、ティースおよび鍔部の製造時において、ワイヤカット切断装置等により後加工する手間を省いて、製造工程を簡略化し、ティースの製造方法の自由度を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は一般的なアキシャルギャップ型回転電機の一実施形態を示す模式断面図である。
このアキシャルギャップ型回転電機は、ティース１にコイル２を巻装してなるステータ３とロータ４が回転軸に沿って所定のギャップを持って対向して配置されるものであって、ロータ４は、複数の永久磁石５を周方向に等間隔に並べて設けるとともにその内周側にシャフト６を具え、このシャフト６は軸受７を介してケース８により回転自在に支持される。さらにケース８には冷却路９が設けられ、ステータ３の損失による発熱を吸収し冷却するための冷却液が循環される。さらにシャフト６の端部にはロータ４の回転量や位置を検出するための、エンコーダ１０が設けられる。

図１に示すアキシャルギャップ型回転電機において、コイル２を図示しないインバータにより励磁すると、ステータ３の周方向に回転磁界が形成され、周方向に交互に極性が異なる複数の永久磁石５が埋設されたディスク状のロータ４がステータ３の発生する回転磁界に吸引反発されてマグネットトルクが発生するとともに、ロータ４を構成する磁性体の存在に起因してリラクタンストルクをも発生して、それらを動力として、ロータ４は回転磁界と同期速度で回転する。

図２は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の一実施形態を、周方向断面において示す模式図である。なお周方向断面とは、径方向に垂直な断面を示す。
図２に示すように、コイル２をインシュレータ１１を介して巻装したティース１と、ティース１のギャップ側から周方向に突出する鍔部１２と、ティース１を磁気的に連結するバックヨーク部１３とを具えるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記鍔部１２を前記ティース１とは別個に製造するとともに、前記鍔部１２を前記インシュレータ１１と前記ティース１との間に設けた固定部材１４により固定する。具体的には、鍔部１２は固定部材１４に接着材によって固着されており、更に、固定部材１４の外周側のインシュレータ１１は、コイル２がテンションを与えながら巻装されることによって、ティース側へ押圧力が与えられているため、結果的に固定部材１４はティース側に固定される。固定部材１４は、円筒形状であり鍔部を接着した後、ティースに挿入する。その後、断面が半円の半円筒形状の二分割されたインシュレータ１１を固定部材１４を囲むように組み合わせて円筒形状（もちろん筒形状であれば、他の形状も有り得る）にし、コイルを巻装するようにしている。

これによれば、鍔部１２を前記固定部材１４により固定することにより、鍔部１２をティース１に嵌合するために従来技術で用いていた複雑な形状を廃することが出来るため、圧入嵌合による残留応力の発生をも防止して、ティース１及び鍔部１２の強度向上を図ることが出来るとともに、周方向に突出する鍔部１２をティース１とは別個に製造することにより、ティース１と鍔部１２により構成される、アンダーカット形状を廃することができるため、ティース１および鍔部１２を軟磁性圧粉材により製造する場合において、ワイヤカット切断装置等により後加工する手間を省いて、製造工程を簡略化することができる。さらに、ティース１の製造方法の自由度を高め、コイル巻装時の作業性をも高めることができる。更に、二分割したインシュレータを組み合わせてからコイルを巻装するようにしているので、更に、製造の自由度を高めることができる。

図３は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の他の実施形態を、周方向断面において示す模式図である。
図３に示すように、コイル２をインシュレータ１１を介して巻装したティース１と、ティース１のギャップ側から周方向に突出する鍔部１２と、ティース１を磁気的に連結するバックヨーク部１３とを具えるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記鍔部１２を前記ティース１とは別個に製造するとともに、前記鍔部１２を前記インシュレータ１１により固定する。インシュレータ１１は、図２に示した第一の実施例と同様に、断面が半円の二分割された半円筒形状のものでティース１を囲むように組み合わせて円筒形状にし、コイルを巻装するようにしている。本実施例では、鍔部１２は、インシュレータ１１をティース１に組み込んだ後、接着材によってインシュレータ１１に接着し、その後コイル２の巻装による押圧力によってティース１に固定するようにしているが、二分割された半円筒形状のインシュレータ１１に合わせて鍔部１２も二分割し、先に鍔部１２をインシュレータ１１に接着したものを、ティース１に組み込むようにしてもよい。

これによっても、鍔部１２を前記固定部材１４により固定することにより、鍔部１２をティース１に嵌合するために従来技術で用いていた複雑な形状を廃することが出来るため、圧入嵌合による残留応力の発生をも防止して、ティース１及び鍔部１２の強度向上を図ることが出来るとともに、周方向に突出する鍔部１２をティース１とは別個に製造することにより、ティース１と鍔部１２により構成される、アンダーカット形状を廃することができるため、ティース１および鍔部１２を軟磁性圧粉材により製造する場合において、ワイヤカット切断装置等により後加工する手間を省いて、製造工程を簡略化することができる。さらに、ティース１の製造方法の自由度を高め、コイル巻装時の作業性をも高めることができる。

さらに、図２に示した、請求項１に相当する構成に加えて、鍔部１２を固定するための固定部材を廃して、インシュレータ１１により鍔部１２を固定することが出来るので、部品点数を削減することが出来る。

ここで、鍔部１２はあらかじめインシュレータ１１に接合した後に、インシュレータ１１とともに、ティース１に挿入固定することも出来るが、インシュレータ１１をティース１に挿入固定した後に、鍔部１２をインシュレータ１１に接合して固定することも出来る。

加えて、インシュレータ１１をティース１に挿入固定するに当たっては、事前にインシュレータ１１にコイル２を巻装することも出来るし、インシュレータ１１をティース１に挿入固定した後にインシュレータ１１にコイル２を巻装することも出来る。
事前にコイル２をインシュレータ１１に巻装する場合は、インシュレータ１１をティース１に固定する手段として、樹脂モールドや接着剤が用いられ、インシュレータ１１をティース１に挿入固定した後に、インシュレータ１１にコイル２を巻装する場合は、インシュレータ１１をティースに固定する手段として、樹脂モールドや接着剤が用いられる他、コイル２の巻装時の締め付け力によるインシュレータ１１とティース１との間のフリクションを利用することもできる。
なお、樹脂モールドや接着剤により、鍔部１２をティース１の周方向端に接合することが、鍔部１２の剛性確保の点からは好ましい。

図４は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造のさらに他の実施形態を、周方向断面において示す模式図である。
図４に示すように、コイル２をインシュレータ１１を介して巻装したティース１と、ティース１のギャップ側から周方向に突出する鍔部１２と、ティース１を磁気的に連結するバックヨーク部１３とを具えるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記鍔部１２を前記ティース１とは別個に製造するとともに、前記鍔部１２を前記インシュレータ１１により固定する。さらに、当該周方向断面内において、インシュレータ１１により前記鍔部１２を外包している。加えて、前記鍔部１２を軟磁性圧粉材料により形成している。

鍔部１２をインシュレータ１１が外包することにより、当該周方向断面内において、コイル２と鍔部１２との間の沿面距離を長くして、絶縁性能を高めることができることに加えて、鍔部１２をあらかじめインシュレータ１１に接合して、鍔部１２とインシュレータ１１をティース１に挿入して固定するにあたって、インシュレータ１１による鍔部１２のステータの軸方向の保持力を高めて、作業性を向上することができる。

さらに、前記鍔部１２を軟磁性圧粉材料により形成していることにより、鍔部１２の形状自由度を高めることができることに加えて、通過する磁束の方向の変化が大きい、鍔部１２を、等方性高抵抗材料である軟磁性圧粉材料とすることにより、磁束の方向の変化に起因する渦電流損失を低減することが出来る。

図５は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造のさらに他の実施形態を、周方向断面において示す模式図である。
図５に示すように、コイル２をインシュレータ１１を介して巻装したティース１と、ティース１のギャップ側から周方向に突出する鍔部１２と、ティース１を磁気的に連結するバックヨーク部１３とを具えるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記鍔部１２を前記ティース１とは別個に製造するとともに、前記鍔部１２を前記インシュレータ１１により固定する。さらに、当該周方向断面内において、インシュレータ１１により前記鍔部１２を外包している。加えて、前記鍔部１２を軟磁性圧粉材料により形成している。

鍔部１２をインシュレータ１１が外包していることにより、当該周方向断面内において、コイル２と鍔部１２との間の沿面距離を長くして、絶縁性能を高めることができることに加えて、鍔部１２をあらかじめインシュレータ１１に接合して、鍔部１２とインシュレータ１１をティース１に挿入して固定するにあたって、インシュレータ１１による鍔部１２のステータの軸方向の保持力を高めて、作業性を向上することができる。なお、図４に示した形態のステータ構造に比して、インシュレータ１１が鍔部１２をより広範囲において外包しているので、インシュレータ１１の鍔部１２に対する、ステータの軸方向に対する保持力をさらに高めることができる。

さらに、前記鍔部１２を軟磁性圧粉材料により形成していることにより、鍔部１２の形状自由度を高めることができることに加えて、通過する磁束の方向の変化が大きい、鍔部１２を、等方性高抵抗材料である軟磁性圧粉材料とすることにより、磁束の方向の変化に起因する渦電流損失を低減することが出来る。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能であり、上記実施の形態では、アキシャルギャップ型回転電機への適用形態のみを示したが、通常のラジアルギャップ型回転電機への適用も可能である。

本発明は、回転電機のステータに用いて好適なものである。

アキシャルギャップ型回転電機を示す模式断面図である。 本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の一実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の他の実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造のさらに他の実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造のさらに他の実施形態を示す模式断面図である。

符号の説明

１ ティース
２ コイル
３ ステータ
４ ロータ
５ 永久磁石
６ シャフト
７ 軸受
８ ケース
９ 冷却路
１０ エンコーダ
１１ インシュレータ
１２ 鍔部
１３ バックコア部
１４ 固定部材

Claims (6)

1. ロータに対向して複数設けられたティースと、該ティースにインシュレータを介して巻装したコイルと、ティースのロータに面する側から周方向に突出する鍔部と、ティースを磁気的に連結するバックヨーク部とを具える回転電機のステータ構造において、前記鍔部を前記ティースとは別体で設けるとともに、前記鍔部を前記インシュレータにより前記ティースに固定することを特徴とする回転電機のステータ構造。
2. 前記インシュレータと前記ティースとの間に固定部材を設け、該固定部材に鍔部を固定するとともに、インシュレータおよびコイルの巻装力によって固定部材及び鍔部をティースへ固定することを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ構造。
3. ロータに対向して複数設けられたティースと、該ティースにインシュレータを介して巻装したコイルと、ティースのロータに面する側から周方向に突出する鍔部と、ティースを磁気的に連結するバックヨーク部とを具える回転電機のステータ構造において、前記鍔部を前記ティースとは別体で設け、前記鍔部を前記インシュレータと一体的に設けたことを特徴とする回転電機のステータ構造。
4. 前記インシュレータを少なくとも二つに分割した状態で成形し、前記ティースに組み付け時に合体させた後、鍔部を一体的に設けると共に、コイルを巻装することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機のステータ構造。
5. 前記インシュレータにより前記鍔部を外包することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。
6. 前記鍔部を軟磁性圧粉材料により形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。

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