JP2010246171A - Axial gap type dynamo-electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は軸方向にギャップを有するアキシャルギャップ型回転電機(アキシャルギャップ型モータ)に関する。 The present invention relates to an axial gap type rotating electrical machine (axial gap type motor) having a gap in the axial direction.
近年、産業用機器や家電品、自動車部品等において、省エネルギー化の必要性が重要視されるようになってきた。国内で使用される電力使用量のうちの半分以上は、回転電機(モータ)の駆動によって消費されている。従って、回転電機には高効率化と低コストの両立が求められている。
永久磁石同期式回転電機の基本的構造は、軟磁性材料とコイル、永久磁石から構成されている。そして、この回転電機の損失は、鉄損と銅損に大別される。鉄損は、軟磁性材料の特性によって決まる。銅損は、コイルの抵抗値、すなわち、占積率によって決まり、巻線をコンパクトな構造にすればするほど損失を小さくすることができる。効率を高める方法は、これらの損失を小さくできる回転電機の形状や寸法等の設計によって達成されるものであるが、材料の特性を変更することでも高効率化に寄与できる。
In recent years, the necessity of energy saving has been regarded as important in industrial equipment, home appliances, automobile parts, and the like. More than half of the amount of power used in the country is consumed by driving a rotating electrical machine (motor). Therefore, the rotating electrical machine is required to achieve both high efficiency and low cost.
The basic structure of a permanent magnet synchronous rotary electric machine is composed of a soft magnetic material, a coil, and a permanent magnet. And the loss of this rotary electric machine is divided roughly into an iron loss and a copper loss. The iron loss is determined by the characteristics of the soft magnetic material. The copper loss is determined by the resistance value of the coil, that is, the space factor, and the loss can be reduced as the winding is made more compact. The method of increasing the efficiency is achieved by designing the shape and dimensions of the rotating electrical machine that can reduce these losses. However, changing the material characteristics can also contribute to higher efficiency.
アキシャルギャップ型回転電機は、扁平な回転電機構造においては、損失を小さくする方法の一つと考えられる。ロータ軸の軸線方向に薄い扁平なラジアル型回転電機に用いられるステータでは、電磁鋼板を打抜きしてロータ軸の軸線方向に積層して形成された鉄心部に巻線を施す構造とすることが多い。しかし、ロータに対向するトルク出力に有効な鉄心部に対して、コイルのコイルエンド部分の割合が大きくなるので、コイル抵抗値が大きくなり銅損を増加させる。従って、扁平な回転電機構造においては、トルク出力に寄与する鉄心部のロータに対する対向面をロータ軸の軸線方向に配置したアキシャル型が銅損低減に有効となる。また、鉄心部には、鉄損低減のために、高透磁率で鉄損の低い材料を採用することが望ましい。 The axial gap type rotating electrical machine is considered to be one of the methods for reducing the loss in a flat rotating electrical machine structure. In a stator used in a flat radial type rotary electric machine that is thin in the axial direction of the rotor shaft, a structure is often employed in which a winding is applied to an iron core formed by punching electromagnetic steel sheets and stacking them in the axial direction of the rotor shaft. . However, since the ratio of the coil end portion of the coil to the iron core portion effective for torque output facing the rotor is increased, the coil resistance value is increased and the copper loss is increased. Therefore, in a flat rotating electrical machine structure, the axial type in which the facing surface of the iron core portion that contributes to torque output to the rotor is arranged in the axial direction of the rotor shaft is effective in reducing copper loss. In addition, it is desirable to use a material with high magnetic permeability and low iron loss in order to reduce iron loss.
アキシャルギャップ型回転電機の基本的な構造では、特許文献1に示されるような構造がある。この構造では、ティース部と継鉄部を有している構造であるために、ロータ軸の軸線方向の一方側しかトルク出力に寄与する対向面を持たない。また、ティース部から、継鉄部に磁束を流す構造であるため、三次元的に磁束が流れることを考慮した軟磁性材料を用いる必要がある。これらの要求を満たすためには、圧粉磁心等、磁気特性が三次元的に等方性を有する材料を利用する必要があるが、これらの材料は、一般的に使用される珪素鋼板等に比べて透磁率が低いことや、鉄損が大きいことから、高出力の回転電機を得る上で小形化が困難という問題がある。
As a basic structure of an axial gap type rotating electrical machine, there is a structure as shown in
前記問題を解決するための方法として、特許文献2に記載の回転電機の技術が提案されている。特許文献2に記載の回転電機では、ステータにおいてロータ軸の軸線方向に2面のロータに対する対向面を設けて、鉄心を珪素鋼板で構成する例が示されている。そして、その鉄心の周囲に巻線した後に樹脂部材でモールドして固定し、ステータを形成する方法が開示されている。
As a method for solving the above problem, a rotating electrical machine technique described in
しかしながら、熱硬化性樹脂等のエンジニアリングプラスチック等でモールド固定する方法は、従来から回転電機においても使用されているが、いずれも小容量機の回転電機に限定されている。モールド固定では、強度の点から大きなトルク、または高い回転速度の要求される回転電機への使用は困難であった。 However, methods of mold-fixing with engineering plastics such as thermosetting resins have been conventionally used in rotating electric machines, but all are limited to rotating electric machines of small capacity machines. In mold fixing, it has been difficult to use a rotating electrical machine that requires a large torque or a high rotational speed in terms of strength.
本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、アキシャルギャップ型回転電機の小形化と鉄心保持の高強度化を同時に満足し、高効率で、小形のアキシャルギャップ型回転電機を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a small-sized axial gap type rotating electrical machine that satisfies both the downsizing of the axial gap type rotating electrical machine and the high strength of the iron core holding at the same time, and is highly efficient. For the purpose.
前記課題を解決するために、第1の発明のアキシャルギャップ型回転電機は、そのステータが、ロータ軸の軸線を中心軸として円周方向に沿って、かつ、ロータ軸の軸線方向にその軸方向を向けて配置される複数個の棒状の固定子鉄心と、その固定子鉄心の断面形状とほぼ同一形状の孔または溝を、ロータ軸の軸線を中心軸として円周方向に沿って複数個設けた円盤状の固定子鉄心保持部材と、固定子鉄心に巻回されたコイルと、を含んで構成され、固定子鉄心が、固定子鉄心保持部材の孔または溝に挿入され、その軸方向の中央部付近において固定保持されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the axial gap type rotating electrical machine according to the first aspect of the present invention has a stator whose axial direction is along the circumferential direction about the axis of the rotor shaft as a central axis and in the axial direction of the rotor shaft. A plurality of rod-shaped stator cores that are arranged facing each other, and a plurality of holes or grooves having substantially the same shape as the cross-sectional shape of the stator core are provided along the circumferential direction about the axis of the rotor shaft. A disk-shaped stator core holding member and a coil wound around the stator core, and the stator core is inserted into the hole or groove of the stator core holding member, and the axial direction of the stator core It is characterized by being fixedly held near the center.
第1の発明によれば、固定子鉄心保持部材の円盤のスロット部に、固定子鉄心を圧入、または、焼嵌め固定することができ、従来のモールドによる固定子鉄心の固定方法よりもより強度の高い固定とすることができる。 According to the first invention, the stator core can be press-fitted into the disk slot portion of the stator core holding member or can be shrink-fitted and fixed, which is stronger than the conventional method of fixing the stator core using a mold. Can be fixed high.
また、第2の発明は、固定子鉄心保持部材は、導電性の高強度金属材料で構成され、その外周縁から孔または溝に達する径方向の切り欠き部を有し、切り欠き部によって円周方向に区切られた外周縁が、ステータとロータを収容する円筒形状のハウジングの内周面と接触する第1の外周縁部と、ハウジングの内周面との間に間隙を形成する第2の外周縁部から構成されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the stator core holding member is made of a conductive high-strength metal material, has a radial notch that reaches the hole or groove from the outer peripheral edge, and the notch has a circular shape. The outer peripheral edge partitioned in the circumferential direction forms a gap between the first outer peripheral edge portion that contacts the inner peripheral surface of the cylindrical housing that houses the stator and the rotor, and the inner peripheral surface of the housing. It is characterized by being comprised from the outer periphery part.
第2の発明によれば、固定子鉄心保持部材を、例えば、円筒形状のハウジングに圧入固定することができ、固定子鉄心保持部材が金属等の導電材料で構成される場合、固定子鉄心保持部材の外周縁から孔または溝に達する径方向の切り欠き部を有し、固定子鉄心保持部材の外周縁のうち第2の外周縁部はハウジングと接触しないので、固定子鉄心保持部材に生じる渦電流路の一部が遮断されている形状となり、鉄損を減ずることができる。 According to the second invention, the stator core holding member can be press-fitted and fixed to, for example, a cylindrical housing, and when the stator core holding member is made of a conductive material such as metal, the stator core holding It has a notch in the radial direction reaching the hole or groove from the outer peripheral edge of the member, and the second outer peripheral edge portion of the outer peripheral edge of the stator core holding member does not contact the housing, so that it occurs in the stator core holding member A part of the eddy current path is cut off, and iron loss can be reduced.
さらに、第3の発明は、第1の発明の構成に加え、さらに、前記ステータをロータ軸の軸線方向に2つ以上配置することを特徴とする。 Furthermore, the third invention is characterized in that, in addition to the configuration of the first invention, two or more of the stators are arranged in the axial direction of the rotor shaft.
第3の発明によれば、ハウジングに対して強固、高精度に固定子鉄心保持部材を固定することが可能であるため、一つの回転電機に複数個の前記ステータをロータ軸の軸線方向に配置することが可能となる。 According to the third aspect of the invention, the stator core holding member can be fixed firmly and with high precision to the housing, and therefore, a plurality of the stators are arranged in the axial direction of the rotor shaft in one rotating electrical machine. It becomes possible to do.
本発明によれば、アキシャルギャップ型回転電機の小形化と鉄心保持の高強度化を同時に満足し、高効率で、小形のアキシャルギャップ型回転電機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a small-sized axial gap type rotating electrical machine that satisfies both the downsizing of the axial gap type rotating electrical machine and the high strength of holding the iron core at the same time, and is highly efficient.
以下、本発明の第1の実施形態を図1から図9を参照しながら詳細に説明する。
《第1の実施形態》
図1は、第1の実施形態に係る回転電機の部分断面斜視図であり、図2は、第1の実施形態に係る回転電機の構成部品をロータ軸方向に展開した分解斜視図である。図3は、第1の実施形態に係る回転電機のステータを構成する鉄心保持部材の構造図であり、(a)は、斜視図、(b)は、平面図である。
図1に示すように、このアキシャルギャップ型回転電機101(以下、単に「回転電機101」と称する)は、ステータ2と、同ステータ2のロータ軸1の軸線方向両側面に所定の空隙(ギャップ)をもって対向的に配置される一対のロータ3A,3Bとを備え、それらがハウジング4内に格納され、ロータ軸1の軸線方向両外側面(図1における上下外面)を、その中心部にロータ軸孔8a(図2参照)を有する円盤状のカバー8で覆われている。
ちなみに、回転電機101は、三相の永久磁石同期モータである。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view of the rotating electrical machine according to the first embodiment, and FIG. 2 is an exploded perspective view in which components of the rotating electrical machine according to the first embodiment are developed in the rotor axial direction. FIG. 3 is a structural diagram of an iron core holding member constituting the stator of the rotating electrical machine according to the first embodiment, wherein (a) is a perspective view and (b) is a plan view.
As shown in FIG. 1, this axial gap type rotating electrical machine 101 (hereinafter simply referred to as “rotating
Incidentally, the rotating
(ロータ)
各ロータ3A,3Bは、中心にロータ軸孔32a(図2参照)を有する継鉄(バックヨーク)を兼ねる、例えば、電磁鋼板等からなるロータ円盤32A,32Bの片面に、永久磁石31が、ロータ軸1の軸線を中心軸として円周方向に周期的に接着固定され、回転駆動力を出力するロータ軸1に同軸的に、図示省略のキー等により固定されている。
ロータ3A、ロータ3Bに接着される永久磁石31の数は、図2に示すように例えば、6個であり、必ずしも、ステータ2の固定子鉄心22と鉄心保持部材(固定子鉄心保持部材)21を挟むコイル23の対で構成されるポールメンバーの数、例えば、9個と同一である必要は無く、また、永久磁石31の平面形状も固定子鉄心22の断面形状と一致させる必要は無い。
ただし、ロータ3Aの永久磁石31とロータ3Bの永久磁石31は、ロータ軸1の図2における上側または下側のいずれか一方側から見たとき、周方向に同一位置に、同一形状で周期的に配置されている必要がある。
図2におけるロータ3Aは下面側から見た斜視図であり、図2におけるロータ3Bは上面側から見た斜視図であり、その永久磁石31の周方向の両端の外形を構成する直線がロータ軸1の軸線を中心とする円の接線と交わる角度は、異なるものとされている。
例えば、図2では、永久磁石31の平面形状は、ほぼ菱形形状をしている場合を示している。これは、トルク脈動、コギングトルクを低減するための形状の一例である。
ロータ3A,3Bには、永久磁石を用いない、かご型構造や、磁性体円盤、導電体円盤、リラクタンスが周方向位置によって異なる回転子等も採用可能であると考えられる。
(Rotor)
Each
As shown in FIG. 2, the number of
However, when the
The
For example, FIG. 2 shows a case where the planar shape of the
For the
(ステータ)
図1に示すようにステータ2には、ポールメンバーを構成する棒状の固定子鉄心22が、その軸方向をロータ軸1の軸線方向に向け、ロータ軸1の軸線を中心軸として円周方向に沿って、周期的に配置され、固定子鉄心22の周囲にはコイル23が巻回されている。
(Stator)
As shown in FIG. 1, the
このステータ2は、図2に示すように、径方向内方側にベアリング保持部材(ベアリングの保持部材)25を有している。ベアリング保持部材25は、ロータ軸1の軸線方向両側に有底の円筒形状空所であるベアリング保持孔25a,25a(図3参照)を備え、その中にボールベアリング5、5を格納し、固定する。ベアリング保持部材25の外周面のロータ軸1の軸線方向中央から径方向外方側には、ほぼ円盤状の鉄心保持部材21(図1、図3参照)が径方向外方側に延伸している。
ベアリング保持孔25aの有底部にはロータ軸1が貫通し、その外周面との間に間隙を確保されるロータ軸孔25b(図3参照)が形成されている。
ここでは、鉄心保持部材21とベアリング保持部材25は、ともに、高強度なエンジニアリングプラスチック製であり、一体成型されている。
As shown in FIG. 2, the
The
Here, both the
鉄心保持部材21は、図3に示すように、ベアリング保持部材25の外周面から径方向外方側に延びる環状の円盤部基部領域21dと、その径方向外周側に径方向外方側につながるほぼ扇形状の鉄心保持領域21a,21bが周方向に周期的に、例えば、21a,21b,21b,21a,21b,21b,…と配置されている。
鉄心保持領域21aは、その径方向外方側に、周方向の両側に部材が延びる縁部(第1の外周縁部)21a1を有し、鉄心保持領域21bは、その径方向外方側に、周方向の両側に部材が伸びる縁部(第2の外周縁部)21b1を有している。
As shown in FIG. 3, the iron
The
そして、縁部21a1の径方向外側端のロータ軸1の軸線(回転中心軸)からの距離は、縁部21b1の径方向外側端のそれよりよりもやや大きく設定してある。したがって、ステータ2がハウジング4に組み込まれるとき、縁部21a1の外周面とハウジング4の内周面4a(図9参照)とが当接し、縁部21b1の外周面とハウジング4の内周面4aとの間には、間隙が形成されるように構成されている。
The distance from the axis (rotation center axis) of the
また、周方向に隣接する鉄心保持領域21a,21bとの間には、固定子鉄心22の断面形状とほぼ同一形状の、例えば、ほぼ扇形状の孔または溝21c1が形成され、周方向に隣接する鉄心保持領域21b,21b同士の間には、同様に固定子鉄心22の断面形状とほぼ同一形状の、例えば、ほぼ扇形状の孔または溝21c2が形成されている。
Further, between the
さらに、周方向に隣接する縁部21a1の周方向端と縁部21b1の周方向端との間、および周方向に隣接する縁部21b1の周方向端と縁部21b1の周方向端同士の間には、切り欠き部21eが形成されており、隣接する鉄心保持領域21a,21bの間、及び隣接する鉄心保持領域21b,21bの間は、その径方向外方側で、縁が切られている。
Furthermore, the circumferential direction between the circumferential end of the
なお、ほぼ扇形状の孔または溝21c1,21c2は、平面形状は同一形状であり、ステータのポールメンバーの数に対応させて、ロータ軸1の軸線を中心軸として円周方向に沿って周期的に、例えば、21c1,21c1,21c2,21c1,21c1,21c2の順に、形成されている。
なお、孔または溝21c1,21c2の周縁の隅部は、応力集中を避けるため、角アールを取っておくことが好ましい。
図3の(b)には、鉄心保持部材21の縁部21a1,21b1と、孔または溝21c1,21c2に固定子鉄心22を挿入固定した後に、コイル23を固定子鉄心22に挿入固定した状態におけるコイル23の外形の位置関係を示すため、コイル23の外形の位置を仮想線で示してある。
The substantially fan-shaped holes or
It should be noted that the corners of the periphery of the holes or
3B, the
(固定子鉄心)
次に、固定子鉄心22の構成について、図4を参照して説明する。固定子鉄心22の構成材料は、珪素鋼板、アモルファス、圧粉磁心、パーマロイ、パーメンジュール等の軟磁性材料が使用可能である。珪素鋼板、パーマロイ等の薄板で構成する場合には、図4の(a)に示すような巻鉄心22’としたものを焼鈍して歪取りを行って、樹脂、接着剤等によって固着を行ったものを、図4の(b)のような所定の形状に切断加工して構成した固定子鉄心22A(図1、図2および後記する図5、図7、図9では、代表的に固定子鉄心22と表示)とする。
また、アモルファス等の箔帯から構成する場合も、同様の方法でほぼ扇形状の断面形状を有する鉄心を得ることができる。
なお、アモルファス等の箔帯から構成する場合には、図4の(a)に示す巻鉄心22’の形状から切り出さず、直接アモルファス等の箔帯を断面が扇形状になるように巻いて成形することもできる。
(Stator core)
Next, the configuration of the
Moreover, when it comprises from foil strips, such as an amorphous, the iron core which has a substantially fan-shaped cross-sectional shape can be obtained with the same method.
In addition, when it comprises from foil strips, such as amorphous, it does not cut out from the shape of wound core 22 'shown to (a) of
磁性粉を樹脂でコーティングしたものを圧粉成形した圧粉磁心で構成される固定子鉄心22Bは、その形状を図4の(c)に示すように直接成形することが可能である。また、成形時に異方性をつけて矢印で示した軸方向に磁気特性の良い方向として構成することも可能である。固定子鉄心22を圧粉磁心で構成する場合は、軸方向断面の形状が、どのような形状でも成形できるので、図4の(d)に示す固定子鉄心22Cの様な角部に角アールのある形状に成形することが可能である。
The shape of the stator core 22B composed of a powder magnetic core obtained by compacting a magnetic powder coated with a resin can be directly molded as shown in FIG. 4 (c). Further, it is possible to provide an anisotropy at the time of molding so that the axial direction indicated by the arrow has a good magnetic property. When the
板材で固定子鉄心22を構成する場合、前記と別の方法として、プレス積層方式が考えられる。その場合、扇形形状とせず、図4の(e)のような略四角形の断面形状であれば、このような方法でも固定子鉄心22Dを製造可能である。
固定子鉄心22の断面形状は、前記したほぼ略扇形形状、矩形に限定されず、円形、楕円の形状でも良い。
When the
The cross-sectional shape of the
次に、図5から図9を参照しながら、適宜図2、図3を参照して、ステータ2の組立方法および回転電機101の組立方法について説明する。
Next, the assembly method of the
(鉄心保持部材への固定子鉄心の取り付け)
図5は、ステータを構成する鉄心保持部材に固定子鉄心を固定した後の斜視図である。
図5に示すように先ず鉄心保持部材21に形成された扇形状の孔または溝21c1,21c2(図3参照)に固定子鉄心22を圧入し、固定する。これは、例えば、孔または溝21c1,21c2に固定子鉄心22を一方側から挿入して反対側に突出させる深さ分の受け孔を所定個数有する冶具台上に、鉄心保持部材21を固定して、固定子鉄心22を一方側から一つずつ順に圧入することにより、固定子鉄心22の軸方向中央部が鉄心保持部材21に容易に固定保持される。ここで、切り欠き部21eが形成されていることにより、鉄心保持領域21a,21bが圧入時に周方向に逃げることができ、孔または溝21c1,21c2に亀裂が入るのが防止できる。また、孔または溝21c1,21c2の周縁の隅部には前記したように角アールを取ってあるので、固定子鉄心22の圧入時に、隅部で亀裂が入るのを防止できる。
(Attaching the stator core to the core holding member)
FIG. 5 is a perspective view after the stator core is fixed to the core holding member constituting the stator.
As shown in FIG. 5, first, the
(固定子鉄心へのコイルの取り付け)
図6は、固定子鉄心にコイルを取り付ける方法の説明図であり、図7は、第1の実施の形態に係る回転電機のステータの全体斜視図である。
コイル23,23は、巻き線中間部23aで接続されて一つポールコンポーネントのコイルとして構成される。このコイルの製造方法は、絶縁ボビンに巻かれたコイルを組立てる方法や、固定子鉄心22に直接巻線を施す方法等で製造される。この際、コイルの巻き線中間部23aの接続は、後工程となると複雑な製造工程となるので、固定子鉄心22の軸方向に配置される2つのコイル23,23は連続して巻線を行っておき、軸方向両側から組立てられるような巻き線中間部23aを有するようにすることが望ましい。また、さらには、配線の合理化のためには、巻き線端23b、23bに続けてコイル23を接続し、3相回転電機としての同一の相のコイルを連続で巻線して組立てする方法が考えられる。このような手順により、回転電機101のステータ2を得ることができる。
(Mounting the coil to the stator core)
FIG. 6 is an explanatory view of a method of attaching a coil to the stator core, and FIG. 7 is an overall perspective view of the stator of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
The
具体的に1例を説明すると、図6に示すように2組のコイル23を巻き線中間部23aで連結したように、固定子鉄心22の断面形状が同じ絶縁ボビン(図示せず)2つを用いて、1つのポールメンバー用のコイル23,23を形成する。そして、図7に示すようにコイル23,23を1つの固定子鉄心22に対して鉄心保持部材21の両側から嵌め込む。このとき、ロータ軸1の軸線方向に対して巻き線方向は同じ方向にして組み付ける。その後、樹脂等をコイル23に含滲させて固定子鉄心22と固着させる。
ちなみに、巻き線端23b、23bは同相の他のポールコンポーネント用のコイル23に接続していても良い。
なお、巻き線中間部23aや巻き線端23bはステータ2の鉄心保持領域21a,21bに樹脂等で接着し、ロータ3A,3Bと接触しないように固定する。
A specific example will be described. As shown in FIG. 6, two insulating bobbins (not shown) having the same cross-sectional shape of the
Incidentally, the winding ends 23b and 23b may be connected to the
The winding
(ステータのハウジングへの取り付け)
次に、図8を参照しながら、ステータ2をハウジング4に固定する方法を説明する。
図8は、第1の実施形態に係る型回転電機におけるステータの外周縁とハウジング内周面との固定時の取り合い関係を示す説明図である。
図8に示すように円筒状のハウジング4にステータ2を圧入して、ステータ2とハウジング4とを固定可能である。前記したように、鉄心保持部材21の扇形状の鉄心保持領域21aの縁部のみがハウジング4の内周面4aと当接して、固定される。
なお、図8では図示省略してあるが、既に図8において上面側のベアリング孔25bにはボールベアリング5も挿入固定されている。
(Attaching the stator to the housing)
Next, a method for fixing the
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a relationship between the outer peripheral edge of the stator and the inner peripheral surface of the housing in the mold rotating electric machine according to the first embodiment when being fixed.
As shown in FIG. 8, the
Although not shown in FIG. 8, the
(ステータとロータの組立)
図9は、第1の実施形態に係る回転電機の1つのロータの斜視図である。
図2と図9を参照しながらロータ3A,3Bのステータ2への組み込み手順を説明する。
まず、図9に示すようにロータ軸1をロータ3Bのロータ軸孔32aに軸線方向片側から挿入して、キー等によりロータ軸1と一体に固定する。次いで、図9においてロータ3Bの上面側にボールベアリング5をロータ軸1に嵌める。そして、それを既にハウジング4に固定されたステータ2のロータ軸孔25bに、図2において下方側からロータ軸1を挿入し、ロータ軸1に嵌められたボールベアリング5をステータ2の下側のベアリング保持孔25a内に嵌合する。このとき、ベアリング保持部材25の下端部側に位置して保持されるロータ円盤32Bは、永久磁石31と固定子鉄心22の対向面において、あらかじめ設計されたギャップ寸法となるような位置関係となっている。
(Assembly of stator and rotor)
FIG. 9 is a perspective view of one rotor of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
A procedure for incorporating the
First, as shown in FIG. 9, the
ロータ軸1は、ステータ2の図2おいて上側に突き出る形となる。この上側において、ボールベアリング5をステータ2の上側のベアリング保持孔25a内に嵌合するとともに、ロータ円盤32Aのロータ軸孔32aにロータ軸1を通し、軸線方向の位置が設計されたギャップ寸法となるような位置関係で組立てる。このとき、ベアリング保持部材25の上端部側に位置して保持されるロータ円盤32Aは、永久磁石31と固定子鉄心22の対向面において、あらかじめ設計されたギャップ寸法となるような位置関係となっている。
The
最後に図2における上下のカバー8をハウジングに接着等の方法で取り付ける。
なお、ステータ2の各ポールコンポーネントに供給する三相電源用の回路基板を一方のカバー8の内部に設けても良い。
Finally, the upper and
A circuit board for a three-phase power supply to be supplied to each pole component of the
本実施形態における回転電機101は、ロータ軸1は、ストレート軸としており、ボールベアリング5,5の内輪や、ロータ円盤32A,32Bのロータ軸孔32a,32aとは、圧入で固定されているものとして図示していが、実際には、段付きの軸とすることによって、軸方向の寸法関係を高精度に維持することが可能となる。ベアリング保持部材25と鉄心保持部材21は、ハウジング4に強固に固定される構造としてあるので、ハウジング4を外部に固定した構造で、ロータ軸1(出力軸)からの回転出力を得ることができる構造となっている。
In the rotating
《第1の実施形態の変形例》
なお、本実施形態では、鉄心保持部材21の円盤部基部領域21d(図3参照)の径方向外方側を、周方向に区切られた鉄心保持領域21a,21bの構成としたがそれに限定されるものではなく、単に、ほぼ扇形状の孔または溝21c1,21c2が形成された環状円盤の領域の形状でも良い。その場合は切り欠き部21eを設ける必要は無く、必要に応じて、外周部の一部を一定量だけ外方側に張り出した形状としても良い。
<< Modification of First Embodiment >>
In the present embodiment, the radially outer side of the disk
本実施形態およびその変形例によれば、鉄心保持部材21は、エンジニアリングプラスチックで構成されているので、ロータ3A,3Bの回転によって鉄心保持部材21に渦電流が発生することが無く、鉄損の少ない効率の良い回転電機が実現できる。
According to this embodiment and its modification, since the iron
《第2の実施形態》
次に、図1から図9を参照しながら本発明の第2の実施形態について説明する。
第1の実施形態においては、鉄心保持部材21およびベアリング保持部材25は、高強度なエンジニアリングプラスチック製であり、一体成型されているとしたが、それに限定されるものではない。
本実施形態では、鉄心保持部材21とベアリング保持部材25は、個別に製作され、鉄心保持部材21は、例えば、アルミ合金、鋼板等の強度の高い金属材料で構成し、中心部に、例えば、鋼製のほぼ円筒状のベアリング保持部材25を嵌め込むための円形の孔を有する第1の実施形態における図3に示すような固定子鉄心22の断面形状とほぼ同一形状の、例えば、ほぼ扇形状の孔または溝21c1,21c2が形成されたほぼ円盤形状とする。そして、前記した鉄心保持部材21の中心部の孔に、ベアリング保持部材25を圧入、焼き嵌め、隙間嵌め等の方法により嵌め込み固定する。
ちなみに、ベアリング保持部材25は、第1の実施形態と同じ形状をしている。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the first embodiment, the iron
In this embodiment, the iron
Incidentally, the
また、固定子鉄心22を、孔または溝21c1,21c2に嵌め込み固定する前に、孔または溝21c1,21c2の縁部及び固定子鉄心22の側面の少なくとも一方には、電気絶縁のためのコーティングが施され、その後に、孔または溝21c1,21c2に固定子鉄心22を圧入、焼嵌め、隙間嵌め等の方法により、固定子鉄心22の軸方向中央部を鉄心保持部材21に固定する。
電気絶縁のためのコーティングとしては、セラミックや、樹脂等非導電材料によるコーティングが圧入時などに剥離し難いので、単なる塗装より都合が良い。もし、塗装の場合は、焼付け塗装が好ましい。
Further, the
As a coating for electrical insulation, a coating made of a non-conductive material such as ceramic or resin is difficult to peel off during press-fitting or the like, which is more convenient than mere painting. In the case of painting, baking painting is preferable.
そして、縁部21a1の径方向外側端のロータ軸1の軸線(回転中心軸)からの距離は、縁部21b1の径方向外側端のそれよりよりもやや大きく設定してある。したがって、ステータ2がハウジング4に組み込まれるとき、縁部21a1の外周面とハウジング4の内周面4a(図9参照)とが当接し、縁部21b1の外周面とハウジング4の内周面4aとの間には、間隙が形成されるように構成されている。
さらに、第1の実施形態において、図3で説明したように、周方向に隣接する縁部21a1の周方向端と21b1の周方向端との間、および周方向に隣接する縁部21b1の周方向端と21b1の周方向端同士の間には、切り欠き部21eが形成されており、隣接する鉄心保持領域21a,21bの間、及び隣接する鉄心保持領域21b,21bの間は、その径方向外方側で、縁が切られている。
The distance from the axis (rotation center axis) of the
Further, in the first embodiment, as described with reference to FIG. 3, between the circumferential end of the circumferential end and 21b 1 edge 21a 1 adjacent in the circumferential direction, and the circumferential adjacent direction edges 21b A notch 21e is formed between the circumferential end of 1 and the circumferential end of 21b 1 , and between adjacent iron
本実施形態におけるステータ2(図1参照)を、ハウジング4に組み込む場合、ロータ軸1の軸線方向に、ステータ2を焼嵌め、圧入、隙間嵌め等の方法を用いてハウジング4とステータ2とを固定可能である。このとき、鉄心保持部材21は、充分に強度の高い素材を用いているために、圧入や焼嵌めの応力に耐えることができる。
When the stator 2 (see FIG. 1) in the present embodiment is incorporated in the
また、ステータ2がハウジング4に組み込まれたとき、縁部21a1の外周面とハウジング4の内周面4a(図9参照)とが当接し、縁部21b1の外周面とハウジング4の内周面4aとの間には、間隙が形成されるように構成されているので、回転電機101の固定子鉄心22を流れる磁束によって、鉄心保持部材21にその磁束を妨げる方向に渦電流が発生するが、ハウジング4が鋼板やアルミ合金等の導電性部材で構成されていても固定子鉄心22の周囲を流れる電流路を遮断することができる。もちろん、ハウジング4が鋼板やアルミ合金等の導電性部材で構成されている場合は、縁部21a1の外周面及びハウジング4の内周面4aの内の少なくとも一方を前記したように電気絶縁コーティングしておくことが望ましい。
Further, when the
また、固定子鉄心22の側面及びほぼ扇形状の孔または溝21c1,溝21c2の縁部のうちの少なくとも一方が、電気絶縁コーティングされているので、固定子鉄心22を保持した鉄心保持部材21の孔または溝21c1,溝21c2の縁部と固定子鉄心22との間の電気的導通による渦電流損失の発生が抑制できる。
本実施形態によれば、ベアリング保持部材25と鉄心保持部材21は、ハウジング4に強固に固定される構造としてあるので、ハウジング4を外部に固定した構造で、第1の実施形態の場合よりもロータ軸1(出力軸)からのより大きな回転出力を得ることができる構造となっている。
Further, since at least one of the side surface of the
According to this embodiment, since the
《第3の実施形態》
次に、図10から図14を参照しながら第3の実施形態に係る回転電機について説明する。
図10は、第3の実施形態に係る回転電機の部分断面斜視図であり、図11は、第3の実施形態に係る回転電機の構成部品をロータ軸方向に展開した分解斜視図である。
<< Third Embodiment >>
Next, a rotating electrical machine according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 14.
FIG. 10 is a partial cross-sectional perspective view of the rotating electrical machine according to the third embodiment, and FIG. 11 is an exploded perspective view in which components of the rotating electrical machine according to the third embodiment are developed in the rotor axial direction.
図10に示すように、このアキシャルギャップ型回転電機105(以下、単に「回転電機105」と称する)は、前記した第1の実施形態または第2の実施形態におけるステータ2が、2段にロータ軸1の軸線方向にハウジング4内に格納され、図10において上段のステータ2の上側には、前記した第1の実施形態におけるロータ3Aが配置され、上下2段のステータ2,2の間には中間ロータであるロータ3Cが配置され、図10において下段のステータ2の下側には、前記した第1の実施形態におけるロータ3Bが配置され、ロータ軸1の軸線方向両外側面(図10における上下面)を、その中心部にロータ軸孔8a(図11参照)を有する円盤状のカバー8で覆われている。
ちなみに、回転電機105は、三相の永久磁石同期モータである。
As shown in FIG. 10, this axial gap type rotating electrical machine 105 (hereinafter simply referred to as “rotating electrical machine 105”) is configured such that the
Incidentally, the rotating electrical machine 105 is a three-phase permanent magnet synchronous motor.
なお、第1及び第2の実施形態では、ステータ2を構成しているベアリング保持部材25のロータ軸1の軸線方向両側のベアリング保持孔25a,25a(図1、図3参照)それぞれにボールベアリング5,5が嵌め込まれているが、本実施形態においては、図10において上段のステータ2を構成しているベアリング保持部材25の上側のベアリング保持孔25aにボールベアリング5が嵌め込まれ、下段のステータ2を構成しているベアリング保持部材25の下側のベアリング保持孔25aにボールベアリング5が嵌め込まれている点が、第1の実施形態及び第2の実施形態と異なる。
第1の実施形態または第2の実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
In the first and second embodiments, each of the
The same code | symbol is attached | subjected to the same structure as 1st Embodiment or 2nd Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
(中間ロータ)
次に、図12を参照しながら本実施形態の特徴である中間ロータであるロータ3Cの構成について説明する。図12は、第3の実施形態に係る回転電機の中間ロータの磁石保持方法の説明図であり、(a)は、分解斜視図、(b)は組立斜視図である。
ロータ3A,3Bは、そのロータ円盤32A,32Bが永久磁石31に対する継鉄部(バックヨーク)を構成する構造であるが、ロータ3Cでは、そのロータ円盤(界磁極保持部材)32Cは永久磁石31に対する継鉄部を構成しない。つまり、ロータ円盤32Cは、非磁性体や、非導電性の材料で構成されることが好ましく、例えば、高強度のエンジニアリングプラスチックで構成されたほぼ円盤状の構成である。そして、ロータ円盤32Cは、中心にロータ軸孔32aを有するとともに、永久磁石31を保持するための保持孔(磁石保持孔)32bを、ロータ3A,3Bにおける永久磁石31の配置と同じ周期性及び形状でもって設けられている。永久磁石31は、保持孔32bに接着固定する構造とする。これによって、ロータ3Cの永久磁石31は、図12の(b)に示すように、ロータ円盤32Cの中にきっちり配置されてロータ軸1の軸線方向両側の面を有効に使用できるロータを構成することができる。
(Intermediate rotor)
Next, the configuration of the
The
ちなみに、図11において、周方向に同一の位置に配置されるロータ3Aの永久磁石31と、ロータ3Cの永久磁石31と、ロータ3Bの永久磁石31とは、ステータ2側に面する磁性の極性が、例えば、上から順にN極(ロータ3A)、S極(ロータ3Cの図11における上側の面)、N極(ロータ3Cの図11における下側の面)、S極(ロータ3B)、または、上から順にS極(ロータ3A)、N極(ロータ3Cの図11における上側の面)、S極(ロータ3Cの図11における下側の面)、N極(ロータ3B)になるように配置する。
Incidentally, in FIG. 11, the
本実施形態の回転電機105によれば、トルク出力に寄与するギャップ面を4面有することになり、出力の大きな回転電機105を得ることができる。アキシャルギャップ型回転電機においては、ロータ軸1の軸線方向に扁平となる特徴を有しており、その出力を大きくするためには、径を大きくする必要があったが、本実施形態によれば、ロータ軸1の軸線方向にステータと中間ロータを重ねていくことで大きな出力の回転電機を得ることが可能となる。
また、ハウジング4へのステータ2の固定方法については、ハウジング4の内径を変化させて段付きとすることで、ハウジング4内へステータ2を固定する場合の、ステータ2のロータ軸1の軸線方向の位置決め精度を向上することも可能である。
According to the rotating electrical machine 105 of the present embodiment, there are four gap surfaces that contribute to torque output, and a rotating electrical machine 105 with a large output can be obtained. The axial gap type rotating electrical machine has a feature that is flat in the axial direction of the
As for the method of fixing the
(中間ロータの磁石固定方法の第1の変形例)
次に、図13を参照しながら永久磁石31Bを前記と同様の構造となるよう保持するロータ3Cの第1の変形例であるロータ3Dの構造について説明する。
図13は、第3の実施形態に係る回転電機の中間ロータの磁石保持方法の第1の変形例を説明する図であり、(a)は、展開斜視図、(b)は、組立斜視図である。
ロータ3Dは、中心部にロータ軸孔33aを有する2枚のロータ円盤片面(界磁極保持部材)33A、33Bと、その間に挟まれて保持される永久磁石31Bとから構成される。図13の(a)に示すように永久磁石31Bは、両面にほぼ径方向の溝31a1,31a2を有する。そして、ロータ円盤片面33A、33Bは、永久磁石31Bを保持するための保持孔(磁石保持孔)33bをロータ3Cの保持孔32b(図12参照)と同様に有するが、保持孔32bの永久磁石31の前記した溝31a1,31a2と対応する位置に、かつ、ステータ2(図11参照)に面する側に、永久磁石31Bのロータ軸1の軸線方向の移動を拘束するためのブリッジ部33c1,33c2が設けられている。このブリッジ部33c1,33c2は、ロータ円盤片面33A、33Bのロータ軸1の軸線方向の厚みよりも薄く構成して、ブリッジ部33c1,33c2の位置に対応する部分の永久磁石31Bのロータ軸1の軸線方向の厚みを著しく低下させないようにする。ちなみに、2枚のロータ円盤片面33A、33Bは、ロータ3Dの厚さが、永久磁石31Bの最大厚みよりも大きくならないようにしてある。
(First modification of magnet fixing method for intermediate rotor)
Next, the structure of a
FIG. 13 is a diagram for explaining a first modification of the magnet holding method for the intermediate rotor of the rotating electrical machine according to the third embodiment, where (a) is an exploded perspective view and (b) is an assembled perspective view. It is.
The
ロータ円盤片面33A、33Bの間に永久磁石31Bを配置して、ロータ円盤片面33A、33B同士及び永久磁石31Bを接着材で図13の(b)に示すように組み立てる。
永久磁石31Bは、保持孔32bの窓33b1,33b2(図13の(a)参照)から磁性の極面をステータ2側(図11参照)露出する。
なお、図13においては、溝31a1,31a2やブリッジ部33c1,33c2をほぼ径方向に同一周方向位置で設ける構成としたがそれに限定されるものではない。より永久磁石31Bの溝31a1,31a2における強度を上げるために、ブリッジ部33c1,33c2を、例えば、X字状に配置し、溝31a1,31a2をそれに対応させて設けても良い。
The
The
In FIG. 13, the grooves 31a 1 and 31a 2 and the bridge portions 33c 1 and 33c 2 are provided at substantially the same circumferential position in the radial direction, but the present invention is not limited to this. In order to increase the strength of the grooves 31a 1 and 31a 2 of the
本変形例のように永久磁石31Bをロータ3Dに固定することにより、ロータ3Cにおける永久磁石31と保持孔32bの縁部との接着面よりも接着面積が増えることと、ブリッジ部33c1,33c2による保持とにより、永久磁石31Bに対するロータ軸1の軸線方向の吸引力や斥力に対するロータ3Dの永久磁石31Bの保持機能が強化され、永久磁石31Bの脱落などの可能性を低減できる。かつ、ロータ軸1の軸線方向に薄い中間ロータを構成できる。
By fixing the
(中間ロータの磁石固定方法の第2の変形例)
次に、図14を参照しながら永久磁石31Cを前記と同様の構造となるよう保持するロータ3Cの第2の変形例であるロータ3Eの構造について説明する。
図14は、第3の実施形態に係る回転電機の中間ロータの磁石保持方法の第2の変形例を説明する図であり、(a)は、中間ロータの部分断面斜視図とその永久磁石の斜視図、(b)は、(a)におけるA部、B部のロータ円盤と永久磁石との固定時の取り合い関係を説明する図である。本変形例のロータ3Eを構成するロータ円盤(界磁極保持部材)32Dは、その中心部にロータ軸孔32aを有する1枚もののほぼ円盤形状をしており、永久磁石31Cを保持するための保持孔(磁石保持孔)32bを、ロータ3A,3Bにおける永久磁石31の配置と同じ周期性及び形状でもって設けられている。
(Second modification of intermediate magnet fixing method)
Next, the structure of a
FIG. 14 is a diagram for explaining a second modification of the magnet holding method for the intermediate rotor of the rotating electrical machine according to the third embodiment, and (a) is a partial sectional perspective view of the intermediate rotor and the permanent magnets thereof. A perspective view and (b) are the figures explaining the relationship at the time of fixation of the rotor disk of A part and B part and permanent magnet in (a). A rotor disk (field pole holding member) 32D constituting the
保持孔32bに取り付ける永久磁石31Cは、先に成形されたロータ円盤32Dに設けられた保持孔32bに、後から射出成形等の手段を用いてインサート成形された樹脂成形磁石である。このような成形法により、永久磁石31Cは、図14の(a)のA部、B部を示した図14の(b)に示すように、その平面形状の周縁部のロータ軸1の軸線方向両側が保持孔32bの縁部を挟み込むように成形され、ロータ円盤32Dに固定される。そして、永久磁石31Cのロータ軸1の軸線方向両面が、露出し、ロータ円盤32Dの厚みは、永久磁石31Cよりも薄く構成されている。
なお、樹脂成形磁石は、例えば、フェライトと熱可塑性樹脂からなるフェライトボンド磁石用樹脂複合材料を用いて成形されるものが良く知られている。
The
In addition, what is shape | molded using the resin composite material for ferrite bond magnets which consists of a ferrite and a thermoplastic resin is well known as a resin molding magnet, for example.
本変形例のように永久磁石31Cをロータ3Eに固定することにより、ロータ3Cにおける永久磁石31と保持孔32bの縁部との接着面よりも、永久磁石31Cに対するロータ軸1の軸線方向の吸引力や斥力に対するロータ3Eの永久磁石31Cの保持機能が強化され、永久磁石31Cの脱落などの可能性を低減できる。かつ、ロータ軸1の軸線方向に薄い中間ロータを構成できる。
By fixing the
1 ロータ軸
2 ステータ
3A,3B,3C,3D,3E ロータ
4 ハウジング
4a 内周面
5 ボールベアリング
8 カバー
8a ロータ軸孔
21 鉄心保持部材
21a1 縁部(第1の外周縁部)
21b1 縁部(第2の外周縁部)
21c1,21c2 孔または溝
21 鉄心保持部材(固定子鉄心保持部材)
21a,21b 鉄心保持領域
21d 円盤部基部領域
21e 切り欠き部
22,22A,22B,22D 固定子鉄心
23 コイル
23a 巻き線中間部
23b 巻き線端
25 ベアリング保持部材(ベアリングの保持部材)
25a ベアリング保持孔
25b ロータ軸孔
31,31B,31C 永久磁石
31a1,31a2 溝
32A,32B ロータ円盤
32C,32D ロータ円盤(界磁極保持部材)
32a,33a ロータ軸孔
32b,33b 保持孔(磁石保持孔)
33A,33B ロータ円盤片面(界磁極保持部材)
33c1,33c2 ブリッジ部
33b1,33b2 窓
101,105 アキシャルギャップ型回転電機
DESCRIPTION OF
21b 1 edge (second outer peripheral edge)
21c 1 , 21c 2 hole or groove 21 Iron core holding member (stator core holding member)
21a, 21b Iron
25a bearing holding
32a, 33a
33A, 33B One side of rotor disk (field pole holding member)
33c 1 , 33c 2 bridge part 33b 1 , 33b 2 window 101, 105 axial gap type rotating electrical machine
Claims (16)
前記ステータは、
前記ロータ軸の軸線を中心軸として円周方向に沿って、かつ、前記ロータ軸の軸線方向にその軸方向を向けて配置される複数個の棒状の固定子鉄心と、
該固定子鉄心の断面形状とほぼ同一形状の孔または溝を、前記ロータ軸の軸線を中心軸として円周方向に沿って前記複数個設けた円盤状の固定子鉄心保持部材と、
前記固定子鉄心に巻回されたコイルと、を含んで構成され、
前記固定子鉄心が、前記固定子鉄心保持部材の前記孔または溝に挿入され、その軸方向の中央部付近において固定保持されることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。 In the axial gap type rotating electrical machine in which the rotor is disposed oppositely across the stator with a predetermined gap along the axial direction of the rotor shaft,
The stator is
A plurality of rod-shaped stator iron cores arranged along the circumferential direction about the axis of the rotor shaft as a central axis and facing the axial direction of the axis of the rotor shaft;
A disk-shaped stator core holding member provided with a plurality of holes or grooves having substantially the same shape as the cross-sectional shape of the stator core along the circumferential direction about the axis of the rotor shaft;
A coil wound around the stator core,
An axial gap type rotating electrical machine, wherein the stator iron core is inserted into the hole or groove of the stator iron core holding member and fixed and held in the vicinity of the central portion in the axial direction thereof.
該切り欠き部によって円周方向に区切られた前記外周縁が、前記ステータとロータを収容する円筒形状のハウジングの内周面と接触する第1の外周縁部と、前記ハウジングの内周面との間に間隙を形成する第2の外周縁部から構成されることを特徴とするア請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機。 The stator core holding member is made of a conductive high-strength metal material, and has a radial notch that reaches the hole or groove from the outer periphery thereof,
A first outer peripheral edge in which the outer peripheral edge partitioned in the circumferential direction by the notch contacts the inner peripheral face of a cylindrical housing that houses the stator and the rotor; and an inner peripheral face of the housing The axial gap type rotating electrical machine according to claim 1, comprising a second outer peripheral edge portion that forms a gap therebetween.
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