JP2009050044A - アキシャルギャップモータ用ステータコア - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの両側に一対のロータを配したアキシャルギャップモータ用のステータコアにおいて、コイルの外装が容易にできるアキシャルギャップモータ用ステータコアを提供する。
【解決手段】ロータとステータとが回転軸の軸方向に対向して配されるアキシャルギャップモータに用いるステータコアである。このステータコア100は、円盤状のヨーク20と、ヨーク20と一体にされた複数のティース1A，1Bとを備える。このティースは、ヨーク20の一面側に突出して一方のロータに対向する第一ティース1Aと、ヨーク20の他面側に突出して他方のロータに対向する第二ティース1Bとからなる。このステータコア100は、各ティース1A，1Bにコイルを外装した際、隣り合うコイル間にステータコア100の一部が介在されない形状である。
【選択図】図１

Description

本発明は、アキシャルギャップモータ用のステータコアおよびステータに関するものである。特に、ステータの両側に一対のロータを有するアキシャルギャップモータに好適に利用できるアキシャルギャップモータ用ステータコアに関するものである。

ロータとステータが回転軸の軸方向に対向して配されるアキシャルギャップモータが知られている。例えば、特許文献１には、磁性材料からなる円盤状のステータ本体の両側に溝を形成し、その溝の各々に空心のコイルをはめ込んだステータが開示されている。そして、このステータの両側に、共通する回転軸を持つ一対のロータを配置してモータを構成している。

特開2005-237086号公報

しかし、上記のモータに用いるステータコアは、ステータ本体に溝を形成してから、その溝にコイルをはめ込む構造であるため、溝やコイルの加工に高い精度が求められる上、予め磁心となるティースにコイルを巻回しておくことができず、ステータの組立作業性に劣る。

また、ステータの両側のコイルの位置が同じ位置となっているため、ステータの各コイルで励磁される磁界により、ロータに生じるトルクのムラが大きくなる。

さらに、上記のステータコアにコイルを外装すると、隣り合うコイル間にステータコアの一部が介在されるため、コイルの巻回領域が制約されることになる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、ステータの両側に一対のロータを配したアキシャルギャップモータ用のステータコアにおいて、コイルの外装が容易にできるアキシャルギャップモータ用ステータコアを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、上記のアキシャルギャップモータ用ステータコアを用いたステータを提供することにある。

本発明は、ロータとステータとが回転軸の軸方向に対向して配されるアキシャルギャップモータに用いるアキシャルギャップモータ用ステータコアに係るものである。このステータコアは、円盤状のヨークと、ヨークと一体にされた複数のティースとを備える。このティースは、ヨークの一面側に突出して一方のロータに対向する第一ティースと、ヨークの他面側に突出して他方のロータに対向する第二ティースとからなる。そして、このステータコアは、各ティースにコイルを外装した際、隣り合うコイル間にステータコアの一部が介在されない形状であることを特徴とする。

一方、本発明ステータは、上記の本発明ステータコアのティースにコイルが外装されたことを特徴とする。

本発明アキシャルギャップモータ用ステータコアまたはステータによれば、円盤状のヨークの両側に突出してティースが設けられている。そのため、この突出したティースに巻線を巻回することが容易にできる。また、ティースにコイルを外装した際、隣接するコイル間にステータコアの一部が介在されない形状であるため、隣り合うコイルが接する直前まで巻線を巻回することができ、コイルの形成領域をより広く採ることができる。

以下、本発明の構成をより詳しく説明する。

＜ステータコア＞
ステータコアは、積層鋼板や、軟磁性粉末の圧粉成形体などの磁性材料からなる。このうち、圧粉成形体であれば、複雑な三次元形状でも容易に実現できる。

ステータコアは、円盤状のヨークと、コイルが外装される複数のティースとを備える。このティースは、ヨークの一面側に突出して一方のロータに対向する第一ティースと、ヨークの他面側に突出して他方のロータに対向する第二ティースとからなる。ティースは、通常、柱状のものが用いられ、その断面形状は、円形、四角形など種々の形態が考えられる。一方、ヨークの中心には、モータの回転軸が軸支される。本発明のステータコアを用いれば、ステータを挟むように一対のロータを配置したアキシャルギャップモータを構成できる。その際、各ロータの回転軸を独立させれば、個々のロータが独立して回転できるモータを構成でき、両ロータを一つの回転軸で連結すれば、一つのステータに対して一対のロータが同期して回転できるモータを構成できる。

本発明のステータコアの構成によれば、一つのヨークを、一方のロータに対向するティースと、他方のロータに対向するティースとで、いわば共用することになる。そのため、一つのステータコアという最小限の部品点数で、一対のロータを独立してまたは同期して回転することが可能になる。

前記ステータコアのヨークは、第一ティースと一体の第一ヨーク片と、第二ティースと一体の第二ヨーク片とならなり、これら第一ヨーク片と第二ヨーク片とを組み合わせて円盤状にされてなることが好ましい。

この構成によれば、第一ヨーク片と第二ヨーク片とを組み合わせることで、円盤状のヨークを形成でき、かつ円盤状のヨークの形成と同時に、第一ティースと第二ティースとがヨークの各側面に突出したステータコアを構成することができる。第一・第二ヨーク片には、扇形のものが好適に利用できる。また、各ティースと上記の各ヨーク片とも分離可能に構成してもよい。つまり、柱状のティースをヨーク片に接合することで、分割ステータコアを形成でき、この分割ステータコアを複数集合することで容易にステータコアを形成できる。その際、ステータの組立は、ティースに巻線を巻回してから、そのティースをヨーク片に接合しても良いし、ティースをヨーク片に接合してから、そのティースに巻線を巻回してもよい。いずれの場合も、巻線の巻回作業が行い易い。なお、ティースの数は、モータの極数に応じて選択するとよい。

さらに、第一ティースと第二ティースは、互いにヨークの周方向で交互にずれた位置に配されていることが望ましい。

本発明ステータコアを用いたモータでは、第一ティースに外装されるコイルの磁界により一方のロータに回転力が作用し、第二ティースに外装されるコイルの磁界により他方のロータに回転力が作用される。その際、第一ティースと第二ティースとが互いにヨークの周方向で交互にずれた位置に配されていると、両ロータを同期して回転させる場合、一方のロータの回転力が低下する際に他方のロータに回転力が付与されることになる。これに対して、第一ティースと第二ティースとがヨーク周方向の同じ位置に配されている場合は、一方のロータに回転力が付与される際に他方のロータにも回転力が付与される。そのため、第一ティースと第二ティースとを互いにヨークの周方向で交互にずれた位置に配置すれば、両ティースがヨーク周方向の同じ位置に配されている場合に比べて、モータのトルクのムラを大幅に軽減することができる。

その他、ティースは、ヨークとの連結側と反対側の端部からフランジ状に突出する鍔部を備えてもよい。この鍔部により、コイルがティースからずれたり脱落したりすることを防止できる。

＜ロータ＞
ロータは、ステータを挟むように配される一対の部材である。各ロータは、一つの回転軸を備える場合と、独立した回転軸を有する場合のいずれでもよい。いずれの場合も、ロータはステータと同軸状に配置される。また、ロータのステータと対向する面には、通常、永久磁石が配置される。そして、ステータのコイルを励磁することで発生した磁界により永久磁石に対して吸引と反発が繰り返され、それによりロータが回転される。

＜コイル＞
コイルは、ティースの外側に巻線を巻回することで構成される。巻線には、導電性のワイヤの外周に絶縁被覆を施したものが利用される。ワイヤの材質としては、銅・銅合金などが、絶縁被覆にはエナメルなどが好適に利用できる。このようなコイルを複数用いて3相交流を流す場合、相ごとに巻線の端部を結線すればよい。

コイルは、予め空心コイルに成形しておいて、ティースの外側にはめ込んでも良いが、直接ティースの外側に巻線を巻回して形成することが好ましい。本発明ステータコアは、ヨークの両側にティースが突出しているため、そのティースに巻線を巻回することは容易に行える。

図１に本発明に係るステータコアの実施例を示す。本例では、合計１２個の分割ステータコア10A,10Bを組み合わせてステータコア100を構成する。

各分割ステータコア10A,10Bは、軟磁性粉末の圧粉成形体からなり、ティース1A,1B（第一ティース1A、第二ティース1B）とヨーク片2A,2B（第一ヨーク片2A、第二ヨーク片2B）とを備えている。ティース1A,1Bは柱状で、その断面形状は、ほぼ台形状である。一方、ヨーク片2A,2Bは、円盤を１２等分した扇状に構成され、その中心側にモータの回転軸の軸受部がはめ込まれる切欠30(図１(A)参照)が形成されている。この切欠30は、各ヨーク片2A,2Bを円盤状に組み合わせた際、円孔110（図１(B)参照）を形成する。

この分割ステータコアのティース1A（1B）にはコイル40（4A、4B）が外装される（図２参照）。ここでは、断面が矩形の銅線の表面にエナメル被膜が設けられた巻線を巻回してコイル40を形成している。ヨーク片2A,2Bに対してティース1A（1B）が突出しているため、ティース1A（1B）の外周に巻線を巻回する作業は容易に行える。

分割ステータコア10A,10Bと巻線とをより確実に絶縁するために、分割ステータコア10A,10Bおいて巻線との接触箇所(ティース1A,1B外周およびヨーク片2A,2Bにおけるティース突出側の面)には、インシュレータ(図示せず)を配置してもよい。インシュレータは、PPS(Poly Phenylene Sulfide)、LCP(Liquid Crystal Polymer)などの樹脂といった絶縁材料で構成する。上記樹脂にガラス(二酸化珪素)、アルミナ(酸化アルミニウム)、酸化チタンなどの無機充填剤を添加させてインシュレータの放熱性を向上することもできる。インシュレータの具体的な構成は、ティース1A,1Bの外周を覆う筒状部と、筒状部の各周縁から全周に亘って突出するフランジ部を具える、断面]状のものが挙げられる。一方のフランジ部は、ヨーク20（図１(A)）の一面に接するように配置する。断面]状のインシュレータがつくる空間は、コイル40（図２）の収納部(スロット)となる。このようなインシュレータは、複数の分割片を組み合わせて一体となるように構成とすると、ティースに配置し易い。

このようにコイル40が装着された分割ステータコア10A,10Bのうち、６つの分割ステータコア10Aをティース1A（第一ティース）が上方に向くように配置し、残る６つの分割ステータコア10Bをティース1B（第二ティース）が下方に向くように配置する（図１（A）参照）。その際、６つからなるいずれの分割ステータコア10A,10B群も、隣接する分割ステータコア10A,10Bの間に、分割ステータコア10A,10B一つ分の間隔を設ける。そして、ティースを上向きとした分割ステータコア10Aの間に、ティースを下向きとした分割ステータコア10Bがはめ込まれるように配置する。この配置により、各ヨーク片2A,2Bが組み合わされて、円盤状のヨーク20が形成される（図１（B）参照）。つまり、同一形状の複数の分割ステータコア10A,10Bを用いることで、ステータコア100を容易に組み立てることができる。その後、例えば、ヨーク20の外周にリング体（図示せず）を焼き嵌めするなどして、全ての分割ステータコア10A,10Bを一体にする。

ステータが組み立てられたら、図２に示すように、このステータに一対のロータ210,220を組み合わせてモータを構成する。各ロータ210,220は、円盤状の基体211,221と、その基体211,221の中心を通る回転軸213,223と、基体211,221の一面に固定された複数の永久磁石212,222とを備える。ここでは、各ロータにつき、薄い扇形の永久磁石212,222を４つ用いている。

ヨーク20の中心には円孔110（図１）が形成されているため、この円孔110に軸受部150（図２）を固定する。軸受部150は略円筒状で、その一端側に一方のロータの回転軸を軸支する軸穴151を、他端側に他方のロータの回転軸を軸支する軸穴を有する。図示していないが、各軸穴151には、ベアリングが配されている。

そして、各ロータ210,220をステータの両側に配置し、一方のロータ210の回転軸213を軸受部150の一方の軸穴151にはめ込み、他方のロータ220の回転軸223を軸受部150の他方の軸穴にはめ込む。その際、各ロータ210,220の永久磁石212,222がステータに対向するようにされ、かつ各軸穴にはめ込まれた回転軸213,223は独立して軸受部150に軸支される。

以上の手順により、ロータ210,220とステータが組み合わされ、モータが構成される。組み立てられたモータは、図３に示すように、軸受部150を介して両ロータの回転軸213,223が独立された構成となっている。なお、図２や図３では省略しているが、これらステータ、ロータ210,220の周囲はケースなどで覆われ、各ロータの回転軸213,223におけるステータとは反対側の端部はケースに軸支されている。

この構成のモータによれば、第一ティース1Aに外装されたコイル4Aと、第二ティース1Bに外装されたコイル4Bとに流す電流を個別に制御することで、各ロータ210,220を独立して回転させることができる。もちろん、両ロータ210,220を同期して回転させることもできる。

また、このモータは、一つのステータコア100を用いて、一対のロータ210,220を独立して回転できるため、少ない部品点数にて２つのロータ210,220を回転制御することができる。

さらに、ヨーク片2A,2Bに対してティース1A,1Bが突出した分割ステータコア10A,10Bを用いているため、ティース1A,1Bの外側に巻線を巻回してコイル4A,4Bを形成でき、コイル40の巻回作業性に優れる。特に、本例の構成では、隣り合うコイル40間にステータコア100の一部が存在しないため、コイル40の巻回領域を大きく確保できる。通常、第一ティース1Aまたは第二ティース1Bにおける隣接するティースにヨーク20を介した磁路が形成されるため、隣り合うコイル40間にステータコア100の一部が存在しなくても問題ない。なお、第一ティース側のコイル4Aで生成された磁束と、第二ティース側のコイル4Bで生成された磁束がヨーク20内で干渉する場合、ヨーク20の厚みを大きくするなどすればよい。

その他、第一ティース1Aと第二ティース1Bがヨーク周方向の交互にずれた位置に配置されるため、両ロータ210,220を同期して回転する場合、一方のロータ210（220）の回転力が低下する際に他方のロータ220（210）に回転力が付与されることになる。そのため、第一ティース1Aと第二ティース1Bとがヨーク周方向の同じ位置に配されている場合に比べて、モータのトルクのムラを大幅に軽減することができる。

なお、上述の実施例は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、ステータコアを圧粉成形体に代えて、磁性材料からなる板材の積層体とすることができる。また、一対のロータを共通する一つの回転軸で連結してもよい。その場合、この回転軸は、軸受部を貫通することになる。その他、第一ティースと第二ティースがヨーク表裏の同じ位置に設けられるようにしてもよい。

本発明アキシャルギャップモータ用ステータコアは、電気自動車やハイブリッド自動車などのモータ、産業機械の駆動用モータなど種々の分野において好適に利用できる。

(A)は本発明実施例に用いるステータコアの分解斜視図、(B)は同組立状態を示す斜視図である。 図１のステータコアを用いたモータの概略分解斜視図である。 図１のステータコアを用いたモータの模式側面図である。

符号の説明

100 ステータコア 10A、10B 分割ステータコア
1A 第一ティース（ティース） 1B 第二ティース（ティース）
20 ヨーク 2A 第一ヨーク片（ヨーク片）、2B 第二ヨーク片（ヨーク片）
30 切欠
40、4A、4B コイル
110 円孔
210、220 ロータ
211、221 基体 212、222 永久磁石 213、223 回転軸
150 軸受部 151 軸穴

Claims (5)

1. ロータとステータとが回転軸の軸方向に対向して配されるアキシャルギャップモータに用いるアキシャルギャップモータ用ステータコアであって、
   円盤状のヨークと、
   ヨークと一体にされた複数のティースとを備え、
   このティースは、ヨークの一面側に突出して一方のロータに対向する第一ティースと、ヨークの他面側に突出して他方のロータに対向する第二ティースとからなり、
   各ティースにコイルを外装した際、隣り合うコイル間にステータコアの一部が介在されない形状であることを特徴とするアキシャルギャップモータ用ステータコア。
2. 前記ヨークは、第一ティースと一体の第一ヨーク片と、第二ティースと一体の第二ヨーク片とならなり、これら第一ヨーク片と第二ヨーク片とを組み合わせて円盤状にされてな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モータ用ステータコア。
3. 前記第一ティースと第二ティースは、互いにヨークの周方向で交互にずれた位置に配されていることを特徴とする請求項1または2に記載のアキシャルギャップモータ用ステータコア。
4. 前記ステータコアが、軟磁性粉末の圧粉成形体からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか１つに記載のアキシャルギャップモータ用ステータコア。
5. 請求項1〜4のいずれか１つに記載のステータコアのティースにコイルが外装されたことを特徴とするアキシャルギャップ用ステータ。

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