JP2017060281A - ステータ、アキシャルギャップ型回転電機、及びステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の大型化やボビン成型時の歩留まり低下を回避しつつ、ステータコアの支持剛性を向上させる。【解決手段】ステータ４は、複数のステータコア２２と、これらに巻回されたコイル２３と、ステータコア２２を支持する一対の支持プレート２６とを含む。ステータコア２２は、コア本体３０と、これを包囲しかつ外周面上にコイル２３が巻回されたボビン３１とを含む。コア本体３０は、鉄心部材３２と、非磁性材料からなりかつ鉄心部材３２の端部であって径方向Ｘの両端部に設けられた支持部材３４ａ、３４ｂとを含み、支持プレート２６は、支持部材３４ａ、３４ｂを介して各ステータコア２２を支持している。【選択図】図１

Description

本発明は、アキシャルギャップ型回転電機（モータ、又は発電機、又はモータ兼発電機）に関するものである。

エアギャップを介してステータとロータとがロータ軸方向に対向するように配置されたアキシャルギャップ型回転電機として、例えば特許文献１に開示されるものが公知である。

このアキシャルギャップ型回転電機において、ステータは、周方向に配列された複数個のステータコア（ポールメンバ）と、これらステータコアを支持する円環状のフレーム（環状化部材）とを有している。ステータコアは、鉄心と、その外周を覆う樹脂製のボビン（インシュレータ）と、ボビンの外側から前記鉄心に巻回されるコイルとによって構成されており、ボビンを介してフレームに固定されている。詳しくは、ボビンのうち、コイルが巻回される部分の両側にはフランジ部が形成されており、これらフランジ部を介して、ステータコアがフレームに固定されている。

特開２０１０−８８１６６号公報

特許文献１のような従来の構造では、ステータコアのうち、フレームへの取付部分、すなわちボビンのフランジ部に応力が集中し易く、ステータコアの支持剛性を確保するには、フランジ部の厚み寸法を大きくしたり、フランジ部に補強リブ等を形成することによりその強度を高めることが考えられる。しかしその場合には、フランジ部の厚み増加に伴いステータコア全体の厚み（回転軸方向の厚み）が大きくなり、結果的に回転電機の大型化を助長したり、補強リブ等を設けることによるボビン形状の複雑化に伴い、ボビン成型時の歩留まり低下を招くといった不都合をもたらす虞がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、アキシャルギャップ型回転電機のステータにおいて、回転電機の大型化やボビン成型時の歩留まり低下を回避しつつ、ステータコアの支持剛性を向上させることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、アキシャルギャップ型回転電機のステータであって、周方向に配列された複数のステータコアと、ステータコアに巻回されたコイルと、各ステータコアを支持するフレームとを含み、前記ステータコアは、コア本体と、絶縁性の樹脂材料から形成され、当該ステータの回転軸方向である第１方向における前記コア本体の端部を露出させた状態で当該コア本体を包囲しかつ外周面上に前記コイルが巻回されたボビンとを含み、前記コア本体は、鉄心部材と、非磁性材料からなりかつ前記鉄心部材の端部であって当該ステータの径方向である第２方向の端部に設けられた支持部材とを含み、前記フレームは、前記支持部材を介して各ステータコアを支持しているものである。

この構成によれば、コア本体を介してステータコアがフレームに支持される。そのため、ボビンのみでステータコアが支持される従来構成のように、ボビンの特定箇所の厚みを増大させたり、ボビンに補強リブを形成するといったことを回避しながら、ステータコアの支持剛性を向上させることが可能となる。従って、ボビンの大型化に起因する回転電機の大型化やボビン成型時の歩留まり低下を回避しつつ、ステータコアの支持剛性を向上させることができる。

上記ステータにおいて、前記鉄心部材は、第２方向に積層一体化された複数枚の電磁鋼板からなり、前記支持部材は、前記鉄心部材のうち、第２方向端部の電磁鋼板に固定されているものである。

この構成によれば、鉄心部材の形状に影響を与えることなく、つまり、磁束形成に影響を与えることなく、コア本体に支持部材を設けることが可能となる。

上記ステータにおいて、前記支持部材は、第２方向における前記コア本体の内端部及び外端部にそれぞれ設けられているのが好適である。

この構成によれば、第２方向におけるコア本体の両端の位置でステータコアが支持されるので、ステータコアの支持剛性をより向上させることが可能となる。

上記ステータにおいては、前記コア本体と前記ボビンとがインサート成型により一体に成型されているのが好適である。

この構成によれば、コア本体とボビンとの一体性に加え、コア本体における鉄心部材と支持部材との一体性も向上する。そのため、ステータコアの支持剛性をより向上させることが可能となる。

この場合、前記ボビンは、前記コア本体を包囲する筒状部と、該筒状部の第１方向両端に各々設けられた一対のフランジ部とを備え、前記複数のステータコアは、隣接するステータコアの前記ボビンのフランジ部同士が連結されることにより一体化されているものであってもよい。

この構成によれば、周方向に隣接するステータコア同士を簡単な構成で連結することが可能となる。

さらにこの場合、前記ボビンは、前記一対のフランジ部のうち一方側のフランジ部と前記筒状部とを含みかつコア本体にインサート成型されたボビン本体と、他方側のフランジ部を含みかつ前記ボビン本体に組付けられる、前記ボビン本体とは別体の分割体とから構成されているのが好適である。

この構成によれば、ステータコアにコイルを装着する際の作業性が向上する。すなわち、事前に筒状に巻回されたコイルを準備しておき、該コイルをボビン本体の筒状部に装着した後、該ボビン本体に分割体を合体させることで、ステータコアに容易にコイルを装着することが可能となる。つまり、ステータの組立段階で、ステータコアにいちいちコイルを巻回する手間が省ける。また、コイルの占積率を高める目的で、予め平角銅線をエッジワイズコイルに加工したものを装着させることも可能となる。

なお、上記ステータにおいて、前記フレームは、各ステータコアを第１方向の両側から挟んで一体に支持する一対の支持プレートを含み、前記支持部材は、前記ボビンの第１方向の端面と面一の端面を有し、前記支持プレートは、ボビンおよび支持部材の各第１方向の端面を介してステータコアを挟み込むことにより、当該ステータコアを支持しているものであるのが好適である。

この構成によれば、第１方向における支持部材の各端面を介してステータコアが支持プレート（フレーム）に支持されるため、荷重をより広く分散させることができ、ステータコアの支持剛性をより一層向上させることができる。

この場合、前記鉄心部材の第１方向の端部は、前記支持部材の端面よりも外側に突出しており、前記支持プレートは、各ステータコアのコア本体に対応する位置に窓部を有し、当該窓部の内側に前記鉄心部材の端部を介在させた状態で各ステータコアを挟み込んでいるのが好適である。

この構成によれば、支持プレートによって磁束形成が妨げられることを回避でき、回転電機における適切なトルク発生に寄与するものとなる。

一方、本発明のアキシャルギャップ型回転電機は、回転軸およびこの回転軸と共に回転し、かつ前記ステータに対して前記第１方向に所定間隔を隔てて対向するロータ本体を備えるロータとを備えたものである。

この構成によれば、回転電機の大型化やボビン成型時の歩留まり低下を伴うことなくステータコアの支持剛性を向上させたアキシャルギャップ型回転電機を提供することが可能となる。

前記ステータおよび前記ロータを収容する円筒状のケースを含み、前記ステータは、前記一対の支持プレートを有するものであってかつ前記ケースの中心部で当該一対の支持プレートの間に介設される内筒部材を含み、前記一対の支持プレートの外縁部が前記ケースに固定されているものである。

この構成によれば、ステータを安定的にケースに収容、固定することが可能となる。

また、上記ステータにおいて、前記支持プレートは、ボビンの各第１方向の端面及びシール部材を介して前記ケースに固定されているものであるのが好適である。

この構成によれば、前記ケースと前記フランジ部同士が連結され一体化させた前記ボビンとの間において、閉空間を形成することができる。

一方、本発明のステータの製造方法は、リールに巻回された帯状の電磁鋼板を準備する準備工程と、前記リールから電磁鋼板を所定寸法だけ引き出し、この引き出し部分を、引き出し方向の寸法が互いに異なる複数片に切断した後、当該複数片に重なるように、前記リールからの電磁鋼板の引き出しながら前記切断を繰り返すことにより、前記引き出し方向の寸法が互いに異なる複数種類の積層体を形成する積層体形成工程と、各積層体を、前記引き出し方向の寸法が大きいものから順次積層することにより断面台形状の前記鉄心部材を形成する鉄心部材形成工程と、前記鉄心部材に、予め形成されている前記支持部材を固定する組立工程と、を含むものである。

この方法によれば、複数枚の電磁鋼板が積層一体化された鉄心部材と、その端部に支持部材が固定された前記コア本体を効率良く製造することが可能となる。また、多くの金型を用いることなく寸法が互いに異なる上記複数片（電磁鋼板）を形成することができるので、寸法が互いに異なる電磁鋼板が積層された鉄心部材を有するコア本体を安価に製造することが可能となる。

この場合、前記積層体形成工程では、電磁鋼板の前記引き出し部分を同時に互いに異なる複数片に切断するのが好適である。

この方法によれば、電磁鋼板の切断作業を効率的に行うことが可能となり、コア本体の生産性が向上する。

上記方法において、前記準備工程では、それぞれリールに巻回された複数の帯状の電磁鋼板を準備し、前記積層体形成工程では、各リールから電磁鋼板を引き出しつつ積層させた後、当該積層された電磁鋼板を切断するのが好適である。

この方法によれば、前記コア本体をより一層効率良く製造することが可能となる。

なお、上記方法において、積層体形成工程では、引き出した電磁鋼板を、その切断前に、先に引き出されて切断されている下層の電磁鋼板に接着するのが好適である。

この方法によれば、積層された電磁鋼板同士のズレを防止して安定的に電磁鋼板を積層することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、アキシャルギャップ型回転電機のステータにおいて、回転電機の大型化やボビン成型時の歩留まり低下を回避しつつ、ステータコアの支持剛性を向上させることができる。

本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の断面図である。 ステータ（本発明に係るステータ）を示す斜視図である。 アキシャルギャップ型回転電機の断面図（図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図）である。 （ａ）はステータコアを示す平面図であり、（ｂ）は同側面図（（ａ）のｂ矢視図）であり、（ｃ）は同正面図（（ａ）のａ矢視図）である。 コア本体を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ステータ（鉄心部材）の製造方法を示す模式図である。 （ａ）は、コア本体（分割体が未装着の成型体）を示す平面図であり、（ｂ）は、コア本体（分割体が未装着の成型体）の側面図（（ａ）のｂ矢視図）である。 ステータの組立工程を示す説明図であり、（ａ）は、コイルとコア本体（分割体が未装着の成型体）を示す側面図であり、（ｂ）は、コイルが装着されたコア本体（分割体が未装着の成型体）を示す側面図である。 ステータの組立工程を示す説明図であり、（ａ）は、コイルが装着されたコア本体（分割体が未装着の成型体）と分割体とを示す側面図であり、（ｂ）は、コイルが装着されたコア本体を示す側面図である。 コア本体の変形例を示す斜視図である。 ステータ（鉄心部材）の製造方法の変形例を示す模式図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

［アキシャルギャップ型回転電機の全体構成］
図１は、本発明の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機１（以下、回転電機１と略す）の断面図であり、図２は、回転電機１のステータ４を示す斜視図である。

これらの図に示すように、回転電機１は、回転軸１０を中心に備えるロータ２と、ステータ４と、これらロータ２およびステータ４が収容されるハウジング６とを備えている。なお、以下の説明では、回転軸１０と平行な方向を「軸方向Ｙ」、回転軸１０と直交する方向を「径方向Ｘ」、回転軸１０（ロータ２）の回転方向を「周方向Ｓ」と称す。当例では、軸方向Ｙが本発明の第１方向に相当し、径方向Ｘが本発明の第２方向に相当する。

ロータ２は、所定間隔を隔てて対向配置される円盤状の一対のロータ本体１２Ａ、１２Ｂと、これらロータ本体１２Ａ、１２Ｂの中心を貫通する前記回転軸１０とを含む。ロータ本体１２Ａ、１２Ｂは、図示を省略するが、各々、バックヨークを兼ねるロータ円盤と、周方向Ｓに並ぶ状態でロータ円盤に固定される複数の永久磁石とを備えている。ロータ本体１２Ａ、１２Ｂは、回転軸１０に固定されており、回転軸１０は、図外のベアリングを介してハウジング６の側壁内側に支持されている。この構成により、ロータ２がステータ４に対して回転自在に支持されている。

ステータ４は、上記ロータ本体１２Ａ、１２Ｂの間に配置されている。ステータ４は、周方向Ｓに並ぶ複数のステータコア２２と、ステータコア２２に装着（巻回）されるコイル２３と、軸方向Ｙの両側からステータコア２２を支持する一対の支持プレート２６（本発明のフレームの一例）と、複数のステータコア２２の内側に配置されて前記一対の支持プレート２６を連結する内筒部材２０と、前記ステータコア２２と隣接する部材の間に各々介設されるシール部材２４、２５とを含む。

ステータコア２２は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、コア本体３０とこれに装着されるボビン３１とを備えている。

コア本体３０は、ブロック状の鉄心部材３２と、この鉄心部材３２の径方向Ｘの両端面に設けられた支持部材３４ａ、３４ｂとから構成されている。

鉄心部材３２は、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、各々同一形状の複数枚の電磁鋼板３３が積層された複数個の積層体Ｇ１〜Ｇ６が径方向Ｘに積層されることにより構成されている。各積層体Ｇ１〜Ｇ６は、軸方向Ｙの寸法が同一で、径方向Ｘと直交する幅方向（図４（ａ）の左右方向）の寸法が互いに異なり、かつ径方向Ｘにおいて内側に位置する積層体よりも外側に位置する積層体の方が幅方向寸法が大きく設定されている。これにより、鉄心部材３２は、平面視で、径方向Ｘの外側から内側に向かって先細りのほぼ台形状に形成されている。なお、当例では、鉄心部材３２を構成する電磁鋼板３３として、径方向Ｘの磁束形成に有利な磁化特性（透磁率、飽和磁束密度および鉄損特性等）を有する方向性磁性鋼板が適用されている。換言すれば、鉄心部材３２は、径方向Ｘの磁束形成に有効に作用するように複数の方向性磁性鋼板が積層されることにより構成されている。

支持部材３４ａ、３４ｂは、非磁性材料から形成された電磁鋼板３３よりも厚みのある矩形のプレート状部材であり、鉄心部材３２の端面に各々接着剤で固定されている。

径方向Ｘにおける鉄心部材３２の内側端面に固定された支持部材３４ａ（適宜、内端支持部材３４ａという）は、幅方向寸法が最内側に位置する積層体Ｇ１（電磁鋼板３３）の幅方向寸法と同等であり、径方向外側端面に固定された支持部材３４ａ（適宜、外端支持部材３４ｂという）は、幅方向寸法が最外側に位置する積層体Ｇ６（電磁鋼板３３）の幅方向寸法と同等に形成されている。各支持部材３４ａ、３４ｂの軸方向Ｙの寸法は、鉄心部材３２の軸方向寸法よりも若干短く、これにより、コア本体３０は、各支持部材３４ａ、３４ｂの上下端面からそれぞれ所定寸法ｈだけ鉄心部材３２の上下端面３２ａが軸方向Ｙに突出するように構成されている。この寸法ｈは、後記支持プレート２６の厚み寸法と同等である。

各支持部材３４ａ、３４ｂは、強度を有した非磁性材料から形成されており、当例では、例えばステンレス（オーステナイト系）、アルミ、セラミック、ガラス、又は強化樹脂などで形成されている。なお、ステアタイト、アルミナ、又はジルコンコージェライトなどのセラミックは、電気絶縁性（少渦電流損）、低誘電損失、機械的強度、耐熱性の何れかにおいても優れた物性を有するため、各支持部材３４ａ、３４ｂの材料として特に好適である。

ボビン３１は、絶縁性を有する樹脂材料により形成されており、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、コア本体３０を包囲する筒状部４０とその上下両端部に形成される一対のフランジ部４２とを有し、筒状部４０の外周面上に上記コイル２３が装着されている。

ボビン３１の軸方向Ｙの端面は、コア本体３０の上記支持部材３４ａ、３４ｂの端面と面一に形成されている（図１参照）。これにより、コア本体３０は、鉄心部材３２の両端部がボビン３１の端面から軸方向Ｙに突出する状態で当該ボビン３１に包囲されている。

ボビン３１の各フランジ部４２は、図４（ａ）に示すように、平面視で略扇型に形成されている。各フランジ部４２のうち、周方向Ｓの一端側には、同方向に突出して径方向Ｘに延びる凸部４２ａが形成され、他端側には、前記フランジ部４２を嵌合させることが可能な周方向Ｓに延びる凹部４２ｂが形成されている。すなわち、ステータコア２２を並べてボビン３１のフランジ部４２同士を嵌合させることにより、ステータコア２２を連結できる構成となっている（図３参照）。そして、複数のステータコア２２は、このように隣接するステータコア２２のボビン３１同士が嵌合されることにより、図２に示すように、円環状に連結されている。この場合、隣接するステータコア２２（ボビン３１）のフランジ部４２同士は、凸部４２ａと凹部４２ｂとの嵌合により液密状態に連結されている。なお、凸部４２ａと凹部４２ｂの隙間にシール剤を塗布することで、液密状態が確実に確保される。

なお、当例では、ボビン３１の一部とコア本体３０とが一体成型されている。詳しくは、ボビン３１は、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、筒状部４０と一方側（図４（ｃ）では下側）のフランジ部４２とを含むボビン本体３１ａと、他方側のフランジ部４２を含みかつボビン本体３１ａに対して軸方向Ｙに沿って組付けられる、当該ボビン本体３１ａとは別体の分割体３１ｂとから構成されている。そして、コア本体３０を金属部品とし、ボビン３１のうちボビン本体３１ａを樹脂部品とするインサート成型によりコア本体３０とボビン本体３１ａとが一体に成型され、この成型体のボビン本体３１ａに分割体３１ｂが組付けられることによってステータコア２２が構成されている。

ボビン３１を形成する樹脂材料には、例えばガラス繊維、炭素繊維、ウィスカ、タルク等のフィラーが含まれており、これによりボビン３１の線膨張係数がコア本体３０の線膨張係数とほぼ同等となるように当該ボビン３１が形成されている。

支持プレート２６は、図１および図２に示すような円盤状の部材である。支持プレート２６は、非磁性材料により形成されており、当例では、支持部材３４ａ、３４ｂと同様に、例えばステンレス（オーステナイト系）、アルミ、セラミック、ガラス、又は強化樹脂などで形成されている。なお、この支持プレート２６についても、電気絶縁性（少渦電流損）、低誘電損失、機械的強度、耐熱性の何れかにおいても優れた物性を有するステアタイト、アルミナ、又はジルコンコージェライトなどのセラミックを適用するのが好適である。

各支持プレート２６は、円環状に連結されたステータコア２２（以下、便宜上「ステータコア連結体」と称す）を軸方向両側から挟み込むように設けられている。より詳しく説明すると、支持プレート２６には、軸孔５０を中心としてその周囲に、コア本体３０の鉄心部材３２に対応する形状の複数の窓部５４が形成されており、図１及び図２に示すように、ステータコア２２のうち、鉄心部材３２の両端部が前記５４に嵌合するように、各支持プレート２６がステータコア連結体の両側に重ねられている。このように各支持プレート２６の窓部５４に鉄心部材３２の両端部が嵌合することで、各ステータコア２２のコア本体３０の端面が窓部５４を通じてロータ本体１２Ａ、１２Ｂに対面するとともに、支持プレート２６に対して各ステータコア２２が位置決めされている。

なお、上述した通り、コア本体３０は、各支持部材３４ａ、３４ｂの上下端面からそれぞれ所定寸法ｈ、すなわちシール部材２４の厚み寸法と支持プレート２６の厚み寸法とを足し合わせた寸法分だけ鉄心部材３２の上下端面３２ａが突出するように構成されている。そのため、ステータコア連結体が各支持プレート２６により軸方向両側から挟み込まれた状態では、図１〜図３に示すように、軸方向Ｙにおいて支持プレート２６の端面とコア本体３０の鉄心部材３２の端面とが面一となっている。各支持部材３４ａ、３４ｂにおいて、鉄心部材３２に対向する側のコーナー部には、コイル２３が巻き付けられるように、軸方向Ｙの全域に渡ってＲ面取り加工が施されている。

上記ハウジング６は、ロータ２及びステータ４が組付けられる円筒ハウジング７（本発明のケースに相当する）と、この円筒ハウジング７の軸方向両端を塞ぐ円盤状の一対のエンドカバー（図示省略）とを含む。

図１に示すように、円筒ハウジング７の内側であってかつ軸方向Ｙの中央部には、内径が他の部分よりも小さく設定された小径部７ａが形成されており、この小径部７ａに、シール部材２４を挟んで上記ステータ４が組み付けられている。具体的には、小径部７ａには、その内径側が段差により更に小さく設定された段差部７ｂが形成されており、上記ステータコア連結体（ステータコア２２）が小径部７ａの内側に配置され、当該ステータコア連結体および小径部７ａを軸方向両側から挟み込むように上記一対の支持プレート２６が重ね合わされた状態で、各支持プレート２６が軸方向Ｙの両側からボルトＢによって小径部７ａに固定されている。そして、段差部７ｂと支持プレート２６との間にボビン３１のフランジ部４２及びシール部材２４が挟み込まれた構造となっている。なお、シール部材２４は、例えばゴムや合成樹脂等から形成されたＯリングである。

上記ステータコア連結体の内側には、上記内筒部材２０が配置されている。内筒部材２０は、支持プレート２６と同様に非磁性材料（オーステナイト系ステンレス、アルミ等）で形成されている。内筒部材２０の外側であってかつ軸方向Ｙの中央部には、外径が他の部分よりも小さく設定された小径部２０ａが形成されている。内筒部材２０は、図１に示すように、上記一対の支持プレート２６の間に配置され、ボルトＢにより各支持プレート２６に固定されている。具体的には、上記ステータコア連結体（ステータコア２２）が小径部２０ａの外側に配置され、当該ステータコア連結体および小径部２０ａを軸方向両側から挟み込むように上記一対の支持プレート２６が重ね合わされた状態で、各支持プレート２６が軸方向Ｙの両側からボルトＢによって内筒部材２０を固定している。そして、小径部２０ａと支持プレート２６との間に、ボビン３１のフランジ部４２及び例えばゴムや合成樹脂等から形成されたＯリングシール部材２５が挟み込まれた構造となっている。

なお、前記ボルトＢは、いずれも頭部が支持プレート２６の端面からロータ２側に突
出せぬよう、皿ネジであるのが好適である。

上記のように構成された回転電機１において、上記ハウジング６の内側には、ステータ４の各支持プレート２６、内筒部材２０（小径部２０ａ）、円筒ハウジング７（小径部７ａ）、シール部材２４、２５およびボビン３１によって平面視円環状の閉空間が形成されている。そして、図１に示すように、上記円筒ハウジング７のうち、上記閉空間を挟んだ径方向Ｘの互いに反対側の位置に冷却液の導入用ポートＩＰと導出用ポートＯＰとが設けられ、上記閉空間に対してオイル等の冷却液が供給されるようになっている。つまり、この回転電機１では、導入用ポートＩＰから上記閉空間に冷却液を導入しつつ導出用ポートＯＰから外部に導出させることで冷却液を上記閉空間に対して循環させ、これにより上記コイル２３を冷却するように構成されている。

［回転電機１の作用効果］
以上説明した回転電機１によれば、ステータコア２２のコア本体３０が鉄心部材３２とその両端面に固定された支持部材３４ａ、３４ｂとから構成され、図１に示すように、これら支持部材３４ａ、３４ｂを介して各ステータコア２２が支持プレート２６により支持されている。つまり、ステータコア２２は、コア本体３０を介して支持プレート２６により支持されており、これによって、樹脂材料から形成されるボビン３１による荷重の支持負担が軽減されている。そのため、ステータコアの荷重をボビンだけで支える従来構造のように、ボビンの特定箇所の厚みを増大させたり、ボビンに補強リブを形成するといったことを回避しながら、ステータコア２２の支持剛性を向上させることができる。

従って、上記ステータ４によれば、ボビン３１の大型化に起因する回転電機の大型化や、ボビン成型時の歩留まり低下を回避しつつ、ステータコア２２の支持剛性を向上させることができる。

特に、上記ステータコア２２では、コア本体３０を包囲するように当該コア本体３０とボビン３１（ボビン本体３１ａ）とがインサート成型により一体に成型されているので、ステータコア２２の支持剛性が効果的に向上するという利点がある。すなわち、隣接する電磁鋼板３３の間や、電磁鋼板３３と支持部材３４ａ、３４ｂとの間への樹脂材料の浸潤（アンカー効果）により、コア本体３０とボビン３１との一体性が向上することに加え、コア本体３０における鉄心部材３２と支持部材３４ａ、３４ｂとの一体性も向上する。そのため、ステータコア２２の支持剛性が向上する。

しかも、ボビン３１はボビン本体３１ａと分割体３１ｂとから構成されており、ボビン本体３１ａのみがコア本体３０と一体に成型されているので、ステータコア２２の一体性の向上という上記の利点を享受しつつ、さらにステータコア２２にコイル２３を装着する際の作業性を向上させることができるという利点もある。すなわち、この構成によれば、後に詳述する通り、事前に筒状に巻回されたコイル２３を準備しておき、該コイル２３をボビン本体３１ａの筒状部４０に装着した後、該ボビン本体３１ａに分割体３１ｂを合体させることで、ステータコア２２に容易にコイル２３を装着することが可能となる。つまり、ステータ４の組立段階で、ステータコア２２にいちいちコイルを巻回する手間が省ける。従って、ステータコア２２にコイル２３を装着する際の作業性が向上する。また、コイルの占積率を高める目的で、予め平角銅線をエッジワイズコイルに加工したものを装着させることも可能となる。

［ステータ４の製造方法］
次に、上記回転電機１のステータ４の製造方法について説明する。上記ステータ４は、概略的には、以下に説明するコア本体製造工程、ステータコア製造工程、およびステータ組立工程を経て製造される。

（１）コア本体製造工程
コア本体製造工程は、上記コア本体３０を形成する工程である。このコア本体製造工程は、図６（ａ）に示すように、リール６０に巻回された帯状の電磁鋼板６２（便宜上、材料鋼板６２と称す）を準備する準備工程と、図６（ｂ）に示すように、昇降可能なテーブル７０上に材料鋼板６２を所定寸法だけ引き出し、この引き出し部分を、ロールカッター７２を用いて引き出し方向（同図では左右方向）の寸法が互いに異なる複数片に切断した後、テーブル７０を下降させ、さらに先に切断された複数片に重なるように、リール６０から電磁鋼板６２を引き出しながら前記切断を繰り返すことで、図６（ｃ）に示すように、引き出し方向の寸法が互いに異なる上記積層体Ｇ１〜Ｇ６を形成する積層体形成工程と、各積層体Ｇ１〜Ｇ６を、引き出し方向の寸法が大きいものから順次積層することにより断面台形状の上記鉄心部材３２を形成する鉄心部材形成工程と、この鉄心部材３２に、予め形成されている上記支持部材３４ａ、３４ｂを接着固定することによりコア本体３０（図５（ａ））を組み立てるコア本体組立工程（本発明の組立工程に相当する）とを含む。

なお、前記テーブル７０の先端には位置決め壁７１を設けておき、リール６０から引き出された材料鋼板６２の先端を当該位置決め壁７１に突き当てることで、材料鋼板６２の引き出し部分をテーブル７０に位置決めするようにする。

また、上記ロールカッター７２としては、上記引き出し方向に所定間隔で並ぶ複数の刃部７２ａを備えたものを使用する。隣接する刃部７２ａの間隔は、上記引き出し方向の先端側から順次大きくなるように設定しておき、これにより、図６（ｂ）に示すように、１回の切断作業で、具体的には、材料鋼板６２の引き出し方向と直交する方向にロールカッター７２を１度移動させる作業で、材料鋼板６２の引き出し部分を上記複数片に切断する。つまり、材料鋼板６２の引き出し部分を上記積層体Ｇ１〜Ｇ６にそれぞれ対応する幅寸法の複数片に同時に切断する。

また、積層体形成工程では、引き出された材料鋼板６２を、先に切断された複数片に（下層の電磁鋼板）に接着し、その後、材料鋼板６２を切断する。これにより、積層体Ｇ１〜Ｇ６を構成する電磁鋼板３３同士のズレを防止するようにする。

（２）ステータコア製造工程
ステータコア製造工程は、コイル２３が巻回されたステータコア２２を製造する工程である。具体的には、コア本体製造方法で製造されたコア本体３０（図５参照）を金属部品、ボビン３１の上記ボビン本体３１ａを樹脂部品とするインサート成型を実施することにより、図７（ａ）、（ｂ）に示すような、コア本体３０にボビン本体３１ａが一体的に設けられた成型体８０を成型するとともに、これとは別に、ボビン３１の分割体３１ｂを成型する。また、筒状に巻回された上記コイル２３を単独で形成する。当例では、コイル２３は、断面長方形の平角銅線をその短辺面を内径面として巻回したいわゆるエッジワイズコイルである（図１参照）。

そして、図８（ａ）に示すように、上記成型体８０とコイル２３とを準備し、成型体８０のボビン本体３１ａの外周面上にコイル２３を外嵌することにより、コイル２３をボビン本体３１ａに装着する（図８（ｂ））。次に、図９（ａ）に示すように、分割体３１ｂを準備し、コイル２３が装着された上記成型体８０のボビン本体３１ａに分割体３１ｂを合体させてボビン３１を形成する。これによりコイル２３が巻回されたステータコア２２が完成する（図９（ｂ））。

なお、図示を省略しているが、例えばボビン本体３１ａの筒状部４０の端面には、その全周に亘って凹部（溝部）が形成されおり、他方、分割体３１ｂには上記凹部に嵌合可能な凸部が形成されている。つまり、ボビン本体３１ａと分割体３１ｂとは、それらの凹部と凸部とを互いに嵌合させることで合体されるように構成されている。

（３）ステータ組立工程
ステータコア製造工程は、ステータコア製造工程で製造された複数のステータコア２２（コイル２３が各々装着された複数のステータコア２２）を連結し、これに別途製造されたシール部材２４及び支持プレート２６を組み付ける工程である。

具体的には、複数のステータコア２２を周方向Ｓに並べてそれらのボビン３１のフランジ部４２同士を嵌合させる、つまり、隣接するフランジ部４２の凹部４２ｂと凸部４２ａとを嵌合させることにより、複数のステータコア２２を円環状に連結する。なお、連結する際には、凹部と凸部の隙間にシール剤を塗布することで、上記閉空間内を循環する冷却液の漏れを確実に防ぐことができる。そして、その中心に内筒部材２０を挿入した後、円環状に連結されたステータコア２２の軸方向Ｙの両側からシール部材２５および支持プレート２６を順次重ね合わせ、各支持プレート２５をボルトＢで内筒部材２０に固定する。これによりステータ４が完成する（図１）。

なお、ここでは、ステータ４を単独で組み立てる場合について説明したが、上記の通り、上記回転電機１では、ステータ４の各支持プレート２６が円筒ハウジング７の小径部７ａに固定されるため、シール部材２４および支持プレート２６の固定等の作業は、円筒ハウジング７へのステータ４の組付作業と共に行われることとなる。

［上記製造方法の作用効果］
上記のようなステータ４の製造方法のうち、特に、図６（ａ）〜（ｃ）に示したコア本体３０の製造方法によれば、帯状の材料鋼板（電磁鋼板）６２をリール６０から引き出し、この材料鋼板６２をロールカッター７２で互いに異なる複数片に切断しながら積層することで、複数の積層体Ｇ１〜Ｇ６を同時に製造するので、幅寸法が互いに異なる当該積層体Ｇ１〜Ｇ６を非常に効率良く形成することができる。従って、当該積層体Ｇ１〜Ｇ６が積層された上記鉄心部材３２、ひいてはコア本体３０を効率良く製造することが可能になる。

また、上記製造方法によれば、リール６０から引き出された材料鋼板６２を、単一のロールカッター７２を用いて、互いに幅方向寸法が異なる複数片（電磁鋼板３３）に同時に切断するため、例えばプレス成形により電磁鋼板３３を形成する場合、つまり、サイズの異なる複数の金型を用いて電磁鋼板３３を形成する場合に比べると、非常に効率的に、しかも安価にコア本体３０を製造することができる。

［変形例等］
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態に係る回転電機１、ステータ４及びステータ４の製造方法は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機、ステータ及びステータの製造方法の好ましい実施形態の例示であって、回転電機１やステータ４の具体的な構成や具体的なステータ４の製造方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態のコア本体３０の鉄心部材３２は、幅方向寸法が同一の複数枚の電磁鋼板３３が積層された積層体であって、互いに幅方向寸法が異なる複数個の積層体Ｇ１〜Ｇ６が径方向Ｘに積層されることにより構成されているが、鉄心部材３２は、図１０に示すように、幅方向の寸法が径方向Ｘの内側から外側に向かって漸増するように形成された複数枚の電磁鋼板３３が積層されることにより構成されたものであってもよい。このような鉄心部材３２は、当該鉄心部材３２を構成する電磁鋼板３３を一度に切断することが可能なロールカッター７２を用い、リール６０から引き出した材料鋼板６２を当該ロールカッター７２で複数片に同時に切断した後、当該切断片を積層することで製造することができる。

また、上記実施形態のステータコア２２では、ボビン３１がボビン本体３１ａと分割体３１ｂとで構成されているが、ボビン３１は、その全体が同一材料により一体に形成されているものであってもよい。この場合には、上記ステータコア製造工程において、鉄心部材３２を金属部品、ボビン３１を樹脂部品とするインサート成型によりコア本体３０を一体に成型した後、ボビン３１の外周面上に平角銅線を巻回してコイル２３を形成するようにすればよい。

また、上記ステータコア２２では、支持部材３４ａ、３４ｂの軸方向Ｙの端面とボビン３１の軸方向Ｙの端面とが面一とされ、これにより、各支持プレート２６が、ボビン３１および支持部材３４ａ、３４ｂの各端面を介して各ステータコア２２を支持する構成であるが、勿論、支持プレート２６が支持部材３４ａ、３４ｂのみを支持する構成であってもよい。但し、各支持プレート２６が、ボビン３１および支持部材３４ａ、３４ｂの各端面を介して各ステータコア２２を支持する構成によれば、ステータコア２２の荷重をより分散させつつ支持プレート２６で支持することができるため、ステータコア２２の支持剛性を向上させる観点からは有利である。

また、図６（ａ）〜（ｃ）に示したステータ４の製造方法（コア本体製造工程）では、リール６０に巻回された帯状の電磁鋼板（材料鋼板６２）を一つだけ準備し、当該リールから材料鋼板６２を引き出しながら切断しているが、例えば、図１１に示すように、リール６０に巻回された帯状の材料鋼板（電磁鋼板）６２を複数（図示の例では上下２つ）準備し、各リール６０から材料鋼板６２を引き出しつつ積層した後（重ね合わせた後）、当該積層された複数の材料鋼板６２をロールカッター７２で一体に切断するようにしてもよい。このような製造方法によれば、より効率良く鉄心部材３２を製造することが可能になる。この場合、２つのリール６０から引き出される材料鋼板６２を互いに接着しながらテーブル７０上に引き出すようにするのが好適である。

１ アキシャルギャップ型回転電機
２ ロータ
４ ステータ
６ ハウジング
１０ 回転軸
１２Ａ、１２Ｂ ロータ本体
２０ 内筒部材
２２ ステータコア
２３ コイル
２４、２５ シール部材
２６ 支持プレート（フレーム）
３０ コア本体
３１ ボビン
３２ 鉄心部材
３３ 電磁鋼板
３４ａ、３４ｂ 支持部材

Claims (14)

1. アキシャルギャップ型回転電機のステータであって、
   周方向に配列された複数のステータコアと、ステータコアに巻回されたコイルと、各ステータコアを支持するフレームとを含み、
   前記ステータコアは、コア本体と、絶縁性の樹脂材料から形成され、当該ステータの回転軸方向である第１方向における前記コア本体の端部を露出させた状態で当該コア本体を包囲しかつ外周面上に前記コイルが巻回されたボビンとを含み、
   前記コア本体は、鉄心部材と、非磁性材料からなりかつ前記鉄心部材の端部であって当該ステータの径方向である第２方向の端部に設けられた支持部材とを含み、
   前記フレームは、前記支持部材を介して各ステータコアを支持している、ことを特徴とするステータ。
2. 請求項１に記載のステータにおいて、
   前記鉄心部材は、第２方向に積層一体化された複数枚の電磁鋼板からなり、前記支持部材は、前記鉄心部材のうち、第２方向端部の電磁鋼板に固定されている、ことを特徴とするステータ。
3. 請求項１又は２に記載のステータにおいて、
   前記支持部材は、第２方向における前記コア本体の内端部及び外端部にそれぞれ設けられている、ことを特徴とするステータ。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のステータにおいて、
   前記コア本体と前記ボビンとがインサート成型により一体に成型されている、ことを特徴とするステータ。
5. 請求項４に記載のステータにおいて、
   前記ボビンは、前記コア本体を包囲する筒状部と、該筒状部の第１方向両端に各々設けられた一対のフランジ部とを備え、
   前記複数のステータコアは、隣接するステータコアの前記ボビンのフランジ部同士が連結されることにより一体化されている、ことを特徴とするステータ。
6. 請求項５に記載のステータにおいて、
   前記ボビンは、前記一対のフランジ部のうち一方側のフランジ部と前記筒状部とを含みかつコア本体にインサート成型されたボビン本体と、他方側のフランジ部を含みかつ前記ボビン本体に組付けられる、前記ボビン本体とは別体の分割体とから構成されている、ことを特徴とするステータ。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載のステータであって、
   前記フレームは、各ステータコアを第１方向の両側から挟んで一体に支持する一対の支持プレートを含み、
   前記支持部材は、前記ボビンの第１方向の端面と面一の端面を有し、
   前記支持プレートは、ボビンおよび支持部材の各第１方向の端面を介してステータコアを挟み込むことにより、当該ステータコアを支持している、ことを特徴とするステータ。
8. 請求項７に記載のステータにおいて、
   前記鉄心部材の第１方向の端部は、前記支持部材の端面よりも外側に突出しており、
   前記支持プレートは、各ステータコアのコア本体に対応する位置に窓部を有し、当該窓部の内側に前記鉄心部材の端部を介在させた状態で各ステータコアを挟み込んでいる、ことを特徴とするステータ。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載のステータと、
   回転軸およびこの回転軸と共に回転し、かつ前記ステータに対して前記第１方向に所定間隔を隔てて対向するロータ本体を備えるロータとを備えた、ことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
10. 請求項９に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
    前記ステータおよび前記ロータを収容する円筒状のケースを含み、
    前記ステータは、前記一対の支持プレートを有するものであってかつ前記ケースの中心部で当該一対の支持プレートの間に介設される内筒部材を含み、前記一対の支持プレートの外縁部が前記ケースに固定されている、ことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
11. 請求項２に記載のステータの前記コア本体の製造方法であって、
    リールに巻回された帯状の電磁鋼板を準備する準備工程と、
    前記リールから電磁鋼板を所定寸法だけ引き出し、この引き出し部分を、引き出し方向の寸法が互いに異なる複数片に切断した後、当該複数片に重なるように、前記リールから電磁鋼板を引き出しながら前記切断を繰り返すことにより、前記引き出し方向の寸法が互いに異なる複数種類の積層体を形成する積層体形成工程と、
    各積層体を、前記引き出し方向の寸法が大きいものから順次積層することにより断面台形状の前記鉄心部材を形成する鉄心部材形成工程と、
    前記鉄心部材に、予め形成されている前記支持部材を固定する組立工程と、を含むことを特徴とするステータの製造方法。
12. 請求項１１に記載のステータコアの製造方法において、
    前記積層体形成工程では、電磁鋼板の前記引き出し部分を同時に互いに異なる寸法を有する複数片に切断する、ことを特徴とするステータの製造方法。
13. 請求項１１又は１２に記載のステータコアの製造方法において、
    前記準備工程では、それぞれリールに巻回された複数の帯状の電磁鋼板を準備し、
    前記積層体形成工程では、各リールから電磁鋼板を引き出しつつ積層させた後、当該積層された電磁鋼板を切断する、ことを特徴とするステータの製造方法。
14. 請求項１１乃至１３の何れか一項に記載のステータコアの製造方法において、
    積層体形成工程では、引き出した電磁鋼板を、その切断前に、先に引き出されて切断された下層の電磁鋼板に接着する、ことを特徴とするステータの製造方法。

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