JP2019129636A - Stator, rotating electric machine, and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、固定子、回転電機および車両に関する。 Embodiments described herein relate generally to a stator, a rotating electrical machine, and a vehicle.
回転電機の一例として、シャフトに連結された回転子と、固定子とをシャフトの軸方向に隙間を介して対向配置したアキシャルギャップモータが知られている。固定子は、コイルおよびコアを備えている。動作時においてコイルに電流が流れると、固定子のコアは回転子の永久磁石に引き寄せられる。すなわち、コアには軸方向の吸引力が働くので、コアを軸方向に好適に固定する必要がある。 As an example of a rotary electric machine, an axial gap motor is known in which a rotor connected to a shaft and a stator are opposed to each other in the axial direction of the shaft with a gap. The stator includes a coil and a core. When current flows through the coil during operation, the core of the stator is attracted to the permanent magnet of the rotor. That is, since an axial suction force acts on the core, it is necessary to suitably fix the core in the axial direction.
本発明が解決しようとする課題は、コアを好適に固定することが可能な固定子、当該固定子を備える回転電機および当該回転電機を備える車両を提供することである。 Problem to be solved by the invention is providing the stator which can fix a core suitably, the rotary electric machine provided with the said stator, and the vehicle provided with the said rotary electric machine.
一実施形態に係る固定子は、環状の第1コイルと、環状の第2コイルと、複数の第1コアと、複数の第2コアと、複数の第3コアと、第1固定部材と、第2固定部材と、第3固定部材と、を備えている。前記第1コイルは、前記シャフトを囲う。前記第2コイルは、前記第1コイルよりも小さい半径で前記シャフトを囲う。前記複数の第1コアは、第1コア本体と、前記第1コア本体から突出する第1鍔部とを有し、前記第1コイルの外周側に配置されている。前記複数の第2コアは、第2コア本体と、前記第2コア本体から突出する第2鍔部とを有し、前記第1コイルと前記第2コイルの間に配置されている。前記複数の第3コアは、第3コア本体と、前記第3コア本体から突出する第3鍔部とを有し、前記第2コイルの内周側に配置されている。前記第1固定部材は、前記複数の第1コアの各々の前記第1鍔部を保持することにより、前記複数の第1コアを前記軸方向に固定する。前記第2固定部材は、前記複数の第2コアの各々の前記第2鍔部を保持することにより、前記複数の第2コアを前記軸方向に固定する。前記第3固定部材は、前記複数の第3コアの各々の前記第3鍔部を保持することにより、前記複数の第3コアを前記軸方向に固定する。 A stator according to an embodiment includes an annular first coil, an annular second coil, a plurality of first cores, a plurality of second cores, a plurality of third cores, a first fixing member, A second fixing member and a third fixing member are provided. The first coil surrounds the shaft. The second coil surrounds the shaft with a smaller radius than the first coil. The plurality of first cores have a first core body and a first flange projecting from the first core body, and are disposed on the outer peripheral side of the first coil. The plurality of second cores have a second core main body and a second flange projecting from the second core main body, and are disposed between the first coil and the second coil. The plurality of third cores have a third core body and a third flange projecting from the third core body, and are disposed on the inner peripheral side of the second coil. The first fixing member fixes the plurality of first cores in the axial direction by holding the first flange portion of each of the plurality of first cores. The second fixing member fixes the plurality of second cores in the axial direction by holding the second flange portion of each of the plurality of second cores. The third fixing member fixes the plurality of third cores in the axial direction by holding the third flange portion of each of the plurality of third cores.
いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
各実施形態においては、回転電機の一例としてアキシャルギャップモータを開示する。ただし、各実施形態に示す構造の一部は、他種の回転電機に適用することも可能である。
Several embodiments will be described with reference to the drawings.
In each embodiment, an axial gap motor is disclosed as an example of a rotating electrical machine. However, a part of the structure shown in each embodiment can be applied to other types of rotating electrical machines.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係るアキシャルギャップモータM(以下、モータMと称す)の外観構成の一例を概略的に示す斜視図である。
モータMは、4つのハウジング10A,10B,10C,10Dと、3つの矩形状のフレーム20A,20B,20Cと、シャフトSとを備えている。
First Embodiment
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of an appearance configuration of an axial gap motor M (hereinafter referred to as a motor M) according to a first embodiment.
The motor M includes four
フレーム20Aは、ハウジング10A,10Bの間に配置されている。フレーム20Bは、ハウジング10B,10Cの間に配置されている。フレーム20Cは、ハウジング10C,10Dの間に配置されている。ハウジング10Aは有底筒状であり、開口した一端がフレーム20Aに連結されている。ハウジング10Bは筒状であり、一端がフレーム20Aに連結され、他端がフレーム20Bに連結されている。ハウジング10Cは筒状であり、一端がフレーム20Bに連結され、他端がフレーム20Cに連結されている。ハウジング10Dは有底筒状であり、開口した一端がフレーム20Cに連結されている。
The
シャフトSは、ハウジング10A〜10Dおよびフレーム20A〜20Cに通されている。例えば、シャフトSは、ベアリングを介してハウジング10A,10Dにより回転可能に支持されている。
The shaft S is passed through the
フレーム20A〜20Cの4つの角部には、貫通孔Hが設けられている。モータMは、これら貫通孔Hを利用して、設置場所に固定することができる。図1においては、フレーム20A,20Cの下方の貫通孔Hを設置場所の取付具Fに連結した状態を示しているが、モータMの設置方法はこれに限定されない。
Through holes H are provided at the four corner portions of the
図2は、モータMの概略的な分解斜視図である。
ここでは、ハウジング10A〜10Dの図示を省略している。モータMは、ハウジング10Aに収容される回転子1Aと、ハウジング10Bに収容される回転子1Bと、ハウジング10Cに収容される回転子1Cと、ハウジング10Dに収容される回転子1Dとを備えている。さらに、モータMは、フレーム20Aに固定される固定子2Aと、フレーム20Bに固定される固定子2Bと、フレーム20Cに固定される固定子2Cとを備えている。
FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of the motor M. FIG.
Here, illustration of the
シャフトSは、回転子1A〜1Dおよび固定子2A〜2Cの中央に通される。回転子1A〜1Dは、シャフトSに取り付けられる。これにより、シャフトSの回転軸AXに沿って、回転子1A、固定子2A、回転子1B、固定子2B、回転子1C、固定子2C、回転子1Dが隙間を介して順に並ぶ。
The shaft S is passed through the centers of the rotors 1A to 1D and the
回転子1A〜1Dは、円盤状の支持板11と、複数の永久磁石12と、複数のコア13とを備えている。コア13は、例えば鉄などの強磁性体の粉末を圧縮して固めた圧粉磁心である。永久磁石12およびコア13は、回転軸AXを中心として放射状に延びる長尺な形状を有しており、回転軸AXを中心とした周方向に交互に配列されている。回転子1Aにおいては、固定子2Aと対向する支持板11の一面にのみ、永久磁石12およびコア13が配置されている。回転子1B,1Cにおいては、支持板11の両面に永久磁石12およびコア13が配置されている。回転子1Dにおいては、固定子2Cと対向する支持板11の一面にのみ、永久磁石12およびコア13が配置されている。
The
図3は、モータMの概略的な断面図である。
ここでは、回転子1A,1Bおよび固定子2Aの一部とシャフトSのみを示し、他の要素の図示を省略している。固定子2Aは、第1支持板3と、第2支持板4とを備えている。各支持板3,4は、非磁性かつ非導電性の材料で形成することが好ましい。例えば、各支持板3,4は、繊維強化プラスチック(FRP)で形成することができる。また、各支持板3,4は、セラミック材料で形成することもできる。セラミック材料は熱伝導率に優れるため、固定子2A〜2Cからの放熱が容易となり、モータMの小型軽量化や高出力化に寄与する。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the motor M.
Here, only a part of the
さらに、固定子2Aは、これら支持板3,4の間に配置された第1コア81と、第2コア82と、第3コア83と、第1コイル91と、第2コイル92とを備えている。第1コア81、第2コア82および第3コア83は、回転軸AXに向けて順に並んでいる。第1コイル91は第1コア81と第2コア82の間に配置され、第2コイル92は第2コア82と第3コア83の間に配置されている。各コア81〜83は、両側面が各支持板3,4からそれぞれ露出し、回転子1A,1Bと対向している。
Further, the
各コイル91,92に電流を流すと、破線および矢印で示したように、各コイル91,92の周囲に磁束が発生する。各コア81〜83を通る磁束は、回転軸AXと概ね平行である。これらの磁束が回転子1A,1Bの永久磁石12に作用し、回転子1A,1BおよびシャフトSが回転する。
When current flows through the
固定子2B,2Cにおいても同様の磁束が発生する。すなわち、本実施形態のモータMは、2つの回転子の間に固定子を配置した構造を3層備えている。固定子2A〜2Cの各コイル91,92には、それぞれ3相交流が供給される。
A similar magnetic flux is generated in the stators 2B and 2C. That is, the motor M of the present embodiment has three layers of a structure in which a stator is disposed between two rotors. Three-phase alternating current is supplied to each of the
続いて、固定子2Aの詳細につき、図4〜図12を用いて説明する。固定子2B,2Cについては、固定子2Aと同様の構造を有するため、説明を省略する。
図4は、固定子2Aの概略的な分解斜視図である。
固定子2Aは、上述した第1支持板3、第2支持板4、複数の第1コア81、複数の第2コア82、複数の第3コア83、第1コイル91および第2コイル92を備えている。さらに、固定子2Aは、第1押え部材5A,5Bと、第2押え部材6A,6Bと、第3押え部材7A,7Bとを備えている。これら押え部材は、非磁性かつ非導電性の材料で形成することが好ましく、例えば各種のプラスチックで形成することができる。
Subsequently, the details of the
FIG. 4 is a schematic exploded perspective view of the
The
本実施形態において、第1押え部材5A,5Bは、複数の第1コア81を固定する第1固定部材5を構成する。また、第2押え部材6A,6Bは、複数の第2コア82を固定する第2固定部材6を構成する。また、第3押え部材7A,7Bは、複数の第3コア83を固定する第3固定部材7を構成する。
In the present embodiment, the first pressing
複数の第1コア81は、回転軸AXを中心とした第1円周C1に沿って配列されている。複数の第2コア82は、回転軸AXを中心とし、かつ第1円周C1よりも小さい半径の第2円周C2に沿って配列されている。複数の第3コア83は、回転軸AXを中心とし、かつ第2円周C2よりも小さい半径の第3円周C3に沿って配列されている。第1コア81の周方向における配置間隔は一定であってもよいし、少なくとも一部において異なってもよい。第2コア82および第3コア83についても同様である。
The plurality of
第1コイル91および第2コイル92は環状であり、回転軸AXを中心として同心円状に配置されている。第2コイル92の半径は、第1コイル91の半径よりも小さい。第1コイル91および第2コイル92は、回転軸AXを中心とした周方向に素線を巻回して構成されている。第1コイル91および第2コイル92の各々において、例えば素線は軸方向に扁平であり、回転軸AXと平行な軸方向および回転軸AXを中心とした径方向に複数段重ねられている。
The
第1支持板3は、回転軸AXを中心とした円形であり、第1面F1と、第1面F1の反対側の第2面F2と、シャフトSを通すための円形の中央開口30と、第1コア81に対応する複数の第1コア開口31と、第2コア82に対応する複数の第2コア開口32と、第3コア83に対応する複数の第3コア開口33とを有している。さらに、第1支持板3は、外周縁に沿って設けられた複数の孔34と、中央開口30に沿って設けられた複数の孔35と、少なくとも2つの位置決め孔36とを有している。各開口30〜33および各孔34〜36は、いずれも第1面F1から第2面F2に貫通している。
The
第2支持板4は第1支持板3と概ね同様の形状であり、第1面F1と対向する第3面F3と、第3面F3の反対側の第4面F4と、中央開口40と、複数の第1コア開口41と、複数の第2コア開口42と、複数の第3コア開口43とを有している。さらに、第2支持板4は、外周縁に沿って設けられた複数の孔44と、中央開口40に沿って設けられた複数の孔45と、第2コイル92の素線を引き出すためのスリット46と、少なくとも2つの位置決め孔47とを有している。各開口40〜43および各孔44,45,47は、いずれも第1面F1から第2面F2に貫通している。
The
第1押え部材5A,5Bは、例えば環状であり、複数の第1コア81と同じピッチで並ぶ複数の第1保持部50を内周側に有している。さらに、第1押え部材5A,5Bは、各第1保持部50にそれぞれ設けられた複数の孔51と、外周縁に沿って設けられた複数の孔52と、少なくとも2つの位置決め孔53とを有している。第1押え部材5Aの孔51には雌ねじが設けられている。
The first
複数の第2押え部材6A,6Bは、複数の第2コア82と同じピッチで環状に並んでいる。第2押え部材6A,6Bは、孔61を有している。第2押え部材6Aの孔61には雌ねじが設けられている。
The plurality of second
第3押え部材7A,7Bは、例えば環状であり、複数の第3コア83と同じピッチで並ぶ複数の第2保持部70を外周側に有している。さらに、第3押え部材7A,7Bは、各第2保持部70にそれぞれ設けられた複数の孔72と、内周縁に沿って設けられた複数の孔72とを有している。第3押え部材7Aの孔71には雌ねじが設けられている。
The third
フレーム20Aは、各支持板3,4の外径よりも小さい径の円形の開口21を有している。また、フレーム20Aは、開口21の周縁に環状の段差部22を有している。段差部22は、第1支持板3の側および第2支持板4の側の双方に設けられている。さらに、フレーム20Aは、段差部22に設けられた複数の孔23と、少なくとも2つの位置決め孔24とを有している。
The frame 20 </ b> A has a circular opening 21 having a diameter smaller than the outer diameter of each of the
上述の各円周C1〜C3、各支持板3,4の外周、各中央開口30,40、フレーム20の開口21および各コイル91,92等は、回転軸AXを中心とした同心円状である。
Each of the above-mentioned circumferences C1 to C3, the outer peripheries of the
図5は、第1コア81の概略的な斜視図である。
第2コア82および第3コア83は、第1コア81と同様の形状を有する。図5においては、第1コア81の各部の符号に、対応する第2コア82および第3コア83の各部の符号を括弧書きで併記している。図中のXは回転軸AXと平行な軸方向であり、Rは回転軸AXを中心とした径方向であり、Cは回転軸AXを中心とした周方向である。
FIG. 5 is a schematic perspective view of the
The
第1コア81は、コア本体81aと、一対の鍔部81bとを有している。コア本体81aは、例えば直方体である。一対の鍔部81bは、コア本体81aの周方向Cにおける両側面F11,F12から突出している。図4の例では、一対の鍔部81bの各々は、側面F11,F12の径方向Rにおける両端間の全体に亘って設けられている。すなわち、鍔部81bの径方向Rにおける幅とコア本体81aの径方向Rにおける幅とが一致する。鍔部81bの周方向Cにおける幅は、コア本体81aの周方向Cにおける幅よりも小さい。
The
第1コア81は、回転軸AXと垂直に交わる方向(径方向R)に積層された複数の電磁鋼板810により構成することができる。電磁鋼板810は、コア本体81aに対応する第1部分810aと、各鍔部81bに対応する一対の第2部分810bとを有している。電磁鋼板810は、圧延方向(磁化容易方向)Dにおいて優れた電磁特性を有する方向性電磁鋼板である。圧延方向Dは、例えば軸方向Xと平行である。この場合、圧延方向Dが図3に示した第1コア81を通る磁束の方向と一致する。
The
積層された電磁鋼板810は、各鍔部81b(各第2部分810b)において互いに固定することができる。例えば、各鍔部81bと重畳する一対の固定位置81cにおいて、かしめや鋲打ちにより各電磁鋼板810を固定してもよい。各鍔部81bで電磁鋼板810を固定すればコア本体81aは変形しないので、コア本体81aの電磁特性を良好に保つことができる。
The laminated electromagnetic steel plates 810 can be fixed to each other at the
積層された電磁鋼板810は、接着材により固定されてもよいし、樹脂に含浸した後に当該樹脂を硬化させることで固定されてもよい。これらの場合には、電磁鋼板810が変形しないので、第1コア81の電磁特性が全体的に良好となる。また、積層された電磁鋼板810を溶接により固定することもできる。この場合には、第1コア81の製造が容易である。
The laminated electromagnetic steel plates 810 may be fixed by an adhesive or may be fixed by impregnating the resin and then curing the resin. In these cases, since the electromagnetic steel sheet 810 is not deformed, the electromagnetic characteristics of the
第2コア82は、第1コア81と同じく、例えば直方体のコア本体82aと、コア本体82aの周方向Cにおける両側面F21,F22から突出した一対の鍔部82bとを有している。一対の鍔部82bの各々は、側面F21,F22の径方向Rにおける両端間の全体に亘って設けられている。すなわち、鍔部82bの径方向Rにおける幅とコア本体82aの径方向Rにおける幅とが一致する。鍔部82bの周方向Cにおける幅は、コア本体82aの周方向Cにおける幅よりも小さい。
Similar to the
第2コア82は、第1コア81と同じく、径方向Rに積層された複数の電磁鋼板820により構成することができる。電磁鋼板820は、コア本体82aに対応する第1部分820aと、各鍔部82bに対応する一対の第2部分820bとを有している。電磁鋼板820は方向性電磁鋼板であり、その圧延方向Dは軸方向Xと平行である。積層された電磁鋼板820は、例えば各鍔部82bと重畳する一対の固定位置82cにおいて、かしめや鋲打ちにより固定することができる。その他、電磁鋼板820の固定には、電磁鋼板810について上述した種々の方法を適用できる。
Similar to the
第3コア83は、第1コア81と同じく、例えば直方体のコア本体83aと、コア本体83aの周方向Cにおける両側面F31,F32から突出した一対の鍔部83bとを有している。一対の鍔部83bの各々は、側面F31,F32の径方向Rにおける両端間の全体に亘って設けられている。すなわち、鍔部83bの径方向Rにおける幅とコア本体83aの径方向Rにおける幅とが一致する。鍔部83bの周方向Cにおける幅は、コア本体83aの周方向Cにおける幅よりも小さい。
Similar to the
第3コア83は、第1コア81と同じく、径方向Rに積層された複数の電磁鋼板830により構成することができる。電磁鋼板830は、コア本体83aに対応する第1部分830aと、各鍔部83bに対応する一対の第2部分830bとを有している。電磁鋼板830は方向性電磁鋼板であり、その圧延方向Dは軸方向Xと平行である。積層された電磁鋼板830は、例えば各鍔部83bと重畳する一対の固定位置83cにおいて、かしめや鋲打ちにより固定することができる。その他、電磁鋼板830の固定には、電磁鋼板810について上述した種々の方法を適用できる。
Similar to the
なお、電磁鋼板810,820,830の圧延方向Dは、軸方向Xと厳密に一致する必要はなく、軸方向Xと一定の鋭角で交わってもよい。図5においては、軸方向Xと平行な圧延方向Dを示している。例えば、圧延方向Dは、第1部分810aの対角線L1と軸方向Xが成す角度θ1と、対角線L2と軸方向Xが成す角度θ2とを超えない範囲内で定めることができる。
In addition, the rolling direction D of the electromagnetic steel sheets 810, 820, and 830 does not need to exactly coincide with the axial direction X, and may intersect the axial direction X at a certain acute angle. In FIG. 5, a rolling direction D parallel to the axial direction X is shown. For example, the rolling direction D can be determined within a range not exceeding an angle θ1 formed by the diagonal line L1 of the
また、電磁鋼板810,820,830は、無方向性電磁鋼板であってもよい。また、各コア81〜83は、鉄などの強磁性体の粉末を圧縮して固めた圧粉磁心であってもよい。各コア81〜83として圧粉磁心を用いると、例えば高周波域の交流でモータMを駆動する場合の鉄損を低下させることができる。
The electromagnetic steel plates 810, 820, and 830 may be non-oriented electrical steel plates. Each of the
固定子2Aの組み立て手順(製造方法)の一例につき、図4および図6〜図8の斜視図を参照して説明する。
図6は、組み立て途中の固定子2Aを示す概略的な斜視図である。
先ず、少なくとも2つの位置決めピンPを、第1支持板3の位置決め孔36(図4参照)および第1押え部材5Aの位置決め孔53に通す。このとき、第1支持板3の各第1コア開口31が、第1押え部材5Aの各第1保持部50の間に位置する。
An example of the assembly procedure (manufacturing method) of the
FIG. 6 is a schematic perspective view showing the
First, at least two positioning pins P are passed through the positioning holes 36 (see FIG. 4) of the
次に、第1支持板3の第3コア開口33が第3押え部材7Aの各第2保持部70の間に位置するように、第3押え部材7Aを第1支持板3の上に配置する。さらに、第1支持板3の第2コア開口32の間に複数の第2押え部材6Aをそれぞれ配置する。
Next, the third pressing
次に、第1押え部材5Aの各第1保持部50の間および第1支持板3の第1コア開口31に第1コア81のコア本体81aを挿入する。また、隣り合う第2押え部材6Aの間および第1支持板3の第2コア開口32に第2コア82のコア本体82aを挿入する。また、第3押え部材7Aの各第2保持部70の間および第1支持板3の第3コア開口33に第3コア83のコア本体83aを挿入する。
Next, the
さらに、第2押え部材6Bを隣り合う第2コア82の間にそれぞれ配置する。第2コア82の各鍔部82bは、第2押え部材6A,6Bの間に介在する。また、第3押え部材7Bの各第2保持部70の間にそれぞれコア本体83aが挿入されるように第3押え部材7Bを配置する。第3コア83の各鍔部83bは、第3押え部材7A,7Bの双方の第2保持部70の間に介在する。
Further, the second pressing
図7は、固定子2Aの図6に続く組み立て手順を示す概略的な斜視図である。
位置決め孔24に位置決めピンPを通してフレーム20Aを配置する。第1押え部材5Aは、図示したフレーム20Aの裏面側の段差部22に接触する。各押え部材6A,6B,7A,7Bおよび各コア81〜83は、フレーム20Aの開口21内に収まる。
FIG. 7 is a schematic perspective view showing an assembly procedure subsequent to FIG. 6 of the
The frame 20 </ b> A is arranged through the positioning pin P in the positioning hole 24. The first pressing
フレーム20Aを配置した後、第1コイル91を複数の第1コア81と複数の第2コア82の間に配置する。さらに、位置決め孔53に位置決めピンPを通して第1押え部材5Bを配置する。このとき、第1押え部材5Bの各第1保持部50の間にコア本体81aが挿入される。第1押え部材5Bは、フレーム20Aの段差部22に接触する。
After the
第1押え部材5Bを配置した後、第2コイル92を複数の第2コア82と複数の第3コア83の間に配置する。第1コイル91の素線の2つのリード部91aおよび第2コイル92の素線の2つのリード部92aは、例えばフレーム20Aに設けられた孔を通じてフレーム20Aの外部に引き出される。
After the first pressing
各コイル91,92を配置した後、第1押え部材5Bの各孔51にねじS1を挿入し、その先端を第1押え部材5Aの各孔51の雌ねじにねじ込むことで、第1押え部材5A,5Bを連結する(後述の図11参照)。また、第2押え部材6Bの孔61にねじS2を挿入し、その先端を第2押え部材6Aの孔61の雌ねじにねじ込むことで、第2押え部材6A,6Bを連結する(同じく図11参照)。また、第3押え部材7Bの各孔71にねじS3を挿入し、その先端を第3押え部材7Aの各孔71の雌ねじにねじ込むことで、第3押え部材7A,7Bを連結する(同じく図11参照)。図7においては、ねじS1〜S3をそれぞれ1つのみ示している。
After arranging the
図8は、固定子2Aの図7に続く組み立て手順を示す概略的な斜視図である。
位置決め孔47に位置決めピンPを通して第2支持板4を配置する。このとき、第1コア開口41に第1コア81のコア本体81aが挿入され、第2コア開口42に第2コア82のコア本体82aが挿入され、第3コア開口43に第3コア83のコア本体83aが挿入される。第2コイル92のリード部92aは、スリット46に収められる。
FIG. 8 is a schematic perspective view showing an assembly procedure subsequent to FIG. 7 of the
The
第1支持板3および第2支持板4は、例えば複数組のボルトB1およびナットN1と、複数組のボルトB2およびナットN2とによって互いに固定される。図8においては、ボルトB1およびナットN1と、ボルトB2およびナットN2とを、それぞれ一組のみ示している。ボルトB1は、第1支持板3の孔34、第1押え部材5Aの孔52、フレーム20Aの孔23、第1押え部材5Bの孔52、第2支持板4の孔44に順に通され、第2支持板4の側でナットN1にねじ込まれる(後述の図10参照)。ボルトB2は、第1支持板3の孔35、第3押え部材7Aの孔72、第3押え部材7Bの孔72、第2支持板4の孔45に順に通され、第2支持板4の側でナットN2にねじ込まれる(同じく図10参照)。
The
このように組み立てられた固定子2Aには、例えば真空雰囲気において熱硬化性かつ絶縁性の樹脂を用いた含浸処理を施してもよい。この樹脂は、例えば中央開口30,40の近傍などから第1支持板3と第2支持板4の間に入り、固定子2Aの内部において近接する要素同士の隙間を満たす。樹脂を完全に硬化させる前に、固定子2Aを重力方向に立てた状態で回転させることが好ましい。これにより、固定子2Aの外面および内部の樹脂が流れて均一化され、かつ余分な樹脂を落とすことができる。
The
図9は、組み立てられた固定子2Aを第2支持板4の側から見た概略的な平面図である。ここでは固定子2Aの半分のみを示し、かつ第2支持板4の一部を破断している。
第1コア81、第2コア82および第3コア83の位置は、回転軸AXを中心とした周方向において、例えば電気角で120°に相当する角度ずつ互いにずれている。
FIG. 9 is a schematic plan view of the assembled
The positions of the
第1コア81は、第1押え部材5A,5Bと第1コイル91の間に位置する。第1押え部材5A,5Bの第1保持部50は、第1コア81よりも第1コイル91側には延びていない。第2コア82は、各コイル91,92の間に位置する。第2押え部材6A,6Bの径方向Rにおける幅は、第2コア82の径方向Rにおける幅以下である。したがって、第2押え部材6A,6Bは、第2コア82よりも第1コイル91側および第2コイル92側に延びていない。第3コア83は、第3押え部材7A,7Bと第2コイル92の間に位置する。第3押え部材7A,7Bの第2保持部70は、第3コア83よりも第2コイル92側には延びていない。
The
第1コア81の各鍔部81bは、第1コイル91の側の一部が第1押え部材5B(および第1押え部材5A)から露出している。第2コア82の各鍔部82bは、全体が第2押え部材6B(および第2押え部材6A)に接触している。第3コア83の各鍔部83bは、第2コイル92の側の一部が第3押え部材7B(および第3押え部材7A)から露出している。なお、各鍔部81bは、全体が第1押え部材5A,5Bと接触してもよい。同様に、各鍔部83bは、全体が第3押え部材7A,7Bと接触してもよい。また、各鍔部82bは、一部が第2押え部材6A,6Bから露出してもよい。
In each
図10は、図9における線F10に沿う固定子2Aの概略的な断面図である。
上述のボルトB1およびナットN1により、各支持板3,4および第1押え部材5A,5Bがフレーム20Aに固定される。また、上述のボルトB2およびナットN2により、各支持板3,4および第3押え部材7A,7Bが固定される。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of
The
上述の含浸処理を施す場合、固定子2Aの内部には、絶縁性の樹脂層95が形成される。樹脂層95は、各支持板3,4、押え部材5A,5B,6A,6B,7A,7B、各コイル81〜83および各コイル91,92の間の隙間を満たす。これにより、固定子2Aの各要素を強固に固定することができる。図10においては、固定子2Aの内部にのみ樹脂層95を示しているが、第1支持板3の第2面F2、第2支持板4の第3面F3およびフレーム20Aの表面などに樹脂層95が形成されてもよい。
When the above impregnation treatment is performed, an insulating
第1コア81は、コア本体81aが第1支持板3の第1コア開口31と第2支持板4の第1コア開口41に嵌っているので、これら支持板3,4により径方向Rおよび周方向Cに固定される。同様に、第2コア82および第3コア83も各支持板3,4により径方向Rおよび周方向Cに固定される。コア本体81a〜83aは、それぞれ第1コア開口31〜33から第1支持板3の第2面F2側に露出している。さらに、コア本体81a〜83aは、それぞれ第1コア開口41〜43から第2支持板4の第4面F4側に露出している。
In the
各コイル91,92は、第1支持板3の第1面F1および第2支持板4の第3面F3により支持されている。具体的には、各コイル91,92は、第1面F1および第3面F3に挟持され、これにより軸方向Xに固定される。
Each of the
各支持板3,4の間において、第1コア81、第1コイル91、第2コア82、第2コイル92および第3コア83は、この順で各コイル91,92の径方向に並んでいる。なお、本実施形態においては各コイル91,92が回転軸AXを中心とした同心円状であるため、各コイル91,92の径方向は回転軸AXを中心とした径方向Rと一致する。
Between the
図11は、図9における線F11に沿う固定子2Aの概略的な断面図である。
上述の通り、ねじS1により第1押え部材5A,5Bが連結され、ねじS2により第2押え部材6A,6Bが連結され、ねじS3により第3押え部材7A,7Bが連結されている。図示した例においては、第1押え部材5Bの孔51、第2押え部材6Bの孔61、第3押え部材7Bの孔71にそれぞれザグリが設けられ、このザグリ内にねじS1〜S3の頭部が収容されている。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of
As described above, the first pressing
図12は、図9における線F12に沿う固定子2Aの概略的な断面図である。
この断面図は、第1コア81および第1押え部材5A,5Bを含む。第2コア82および第2押え部材6A,6Bを含む断面と、第3コア83および第3押え部材7A,7Bを含む断面とは、図示した断面と同様である。図12においては、第1コア81および押え部材5A,5Bの各部の符号に、対応する第2コア82および第2押え部材6A,6Bの各部の符号と、第3コア83および第3押え部材7A,7Bの各部の符号とを括弧書きで併記している。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of
This cross-sectional view includes the
第1コア81の各鍔部81bは、第1押え部材5A,5Bの各々の第1保持部50によって挟持されている。これにより、第1コア81は、軸方向Xに固定される。また、第1押え部材5A,5Bは、各支持板3,4によって挟持されている。すなわち、第1コア81は、第1押え部材5A,5Bを介して第1面F1および第3面F3により支持されている。
The
第2コア82の各鍔部82bは、第2押え部材6A,6Bによって挟持されている。これにより、第2コア82は、軸方向Xに固定される。また、第2押え部材6A,6Bは、各支持板3,4によって挟持されている。すなわち、第2コア82は、第2押え部材6A,6Bを介して第1面F1および第3面F3により支持されている。
The
第3コア83の各鍔部83bは、第3押え部材7A,7Bの各々の第2保持部70によって挟持されている。これにより、第2コア82は、軸方向Xに固定される。また、第3押え部材7A,7Bは、各支持板3,4によって挟持されている。すなわち、第3コア83は、第3押え部材7A,7Bを介して第1面F1および第3面F3により支持されている。
Each
図13は、本実施形態に係るモータMの適用例を示す図である。
モータMは、鉄道車両100の主電動機に適用することができる。この鉄道車両100は、車体110と、車体110の下方に配置された台車120と、駆動装置130と、車体110の上方に配置されたパンタグラフ140とを備えている。図示した例では、車体110に対して台車120およびパンタグラフ140が2つずつ設けられ、各台車120に駆動装置130が2つずつ設けられているが、この例に限られない。
FIG. 13 is a diagram illustrating an application example of the motor M according to the present embodiment.
The motor M can be applied to the main motor of the
台車120は、台車フレーム121と、台車フレーム121に取り付けられた複数の車輪122と、台車フレーム121と車体110の間に配置された空気ばね123とを備えている。駆動装置130は、主電動機としてモータMを備えている。さらに、駆動装置130は、モータMを制御する制御装置を備えている。モータMのシャフトSの両側には、それぞれ車輪122が直結されている。パンタグラフ140は、架線150と接触している。パンタグラフ140を介して架線150から取り込まれる電力は駆動装置130に供給され、この電力によりモータMが回転する。
シャフトSの両側に車輪122が直結される構成においては、ギア等を有する伝達装置を介してシャフトSに車輪122を連結する構成に比べ、動力の伝達ロスが抑制され、エネルギ効率が向上する。また、鉄道車両100の小型化も可能となる。
なお、本実施形態に係るモータMは、鉄道車両だけでなく、種々の車両に適用可能である。車両以外にも、モータMは、回転動力を要する種々の装置に適用することができる。
The
In a configuration in which the
Note that the motor M according to the present embodiment can be applied not only to railway vehicles but also to various vehicles. Besides the vehicle, the motor M can be applied to various devices that require rotational power.
以上説明した本実施形態の固定子2(2A〜2C)においては、第1コア81が周方向Cに突出する一対の鍔部81bを有し、これら鍔部81bが一対の第1押え部材5A,5Bによって保持されている。このような構造であれば、第1コア81を軸方向Xにおいて好適に固定することができる。第2コア82および第3コア83についても同様に、それぞれ第2押え部材6A,6Bおよび第3押え部材7A,7Bにより軸方向Xにおいて好適に固定することができる。
In the stator 2 (2A to 2C) of the present embodiment described above, the
また、第1コア81が第1押え部材5A,5Bと第1コイル91の間に位置し、第1押え部材5A,5Bの各々の第1保持部50により鍔部81bが挟持されている。このような構造であれば、第1コア81と第1コイル91の間に第1押え部材5A,5Bを配置する必要がないので、第1コイル91の配置スペースを大きく確保できる。これにより、第1コイル91の素線の巻き数を増やし、第1コイル91の周囲に強い磁束を発生させることが可能となる。
Further, the
また、第2押え部材6A,6Bは周方向Cに隣り合う第2コア82の間にそれぞれ配置されている。このような構造であれば、第2押え部材6A,6Bを第2コア82の並びから径方向Rに突出させることなく配置することが可能であり、各コイル91,コイル92の配置スペースを大きく確保できる。これにより、各コイル91,92の素線の巻き数を増やし、各コイル91,92の周囲に強い磁束を発生させることが可能となる。
The second
また、第3コア83が第3押え部材7A,7Bと第2コイル92の間に位置し、第3押え部材7A,7Bの各々の第2保持部70により鍔部83bが挟持されている。このような構造であれば、第3コア83と第2コイル92の間に第3押え部材7A,7Bを配置する必要がないので、第2コイル92の配置スペースを大きく確保できる。これにより、第2コイル92の素線の巻き数をさらに増やし、より強い磁束を発生させることが可能となる。
Further, the
また、各コア81〜83は小片化されたブロック状のシンプルな形状であるため、それぞれ積層された電磁鋼板810,820,830によって構成することができる。これにより、例えば各コア81〜83を圧粉磁心とする場合に比べて、各コア81〜83の飽和磁束密度、耐熱性および強度が高まる。飽和磁束密度が高まることで、モータMの高出力化を実現できる。さらに、上述したように圧延方向(磁化容易方向)Dを回転軸AXに合せることで、各コア81〜83を通る磁束が概ね軸方向Xと平行となり、磁気特性を一層高めることができる。
In addition, since each of the
また、各コア81〜83の各鍔部81b〜83b、各コイル91,92、各押え部材5A,5B,6A,6B,7A,7Bは、第1支持板3および第2支持板4の間に配置されているため、これら要素を回転軸AXに沿ういずれの方向においても各支持板3,4により支持することができる。
In addition, the
[第2実施形態]
第1実施形態においては、固定部材5〜7の一例として、各押え部材5A,5B,6A,6B,7A,7Bを開示した。第2実施形態においては、固定部材5〜7の他の例を開示する。特に言及しない構造は、第1実施形態と同様である。
Second Embodiment
In 1st Embodiment, each pressing
図14は、本実施形態における各コア81〜83および各固定部材5〜7を概略的に示す斜視図である。
複数の第1コア81は、絶縁性の樹脂材料で形成された第1固定部材5により固定されている。第1固定部材5は、第1実施形態における第1押え部材5A,5Bの間の隙間を埋めた形状を有している。具体的には、第1固定部材5は、隣り合う第1コア81の間に位置する複数の第1保持部55を有している。第1保持部55は、隣り合う第1コア81の双方の鍔部81bの両面を覆っている。第1保持部55は、コア本体81aの側面にも接触している。
FIG. 14 is a perspective view schematically showing the
The plurality of
複数の第2コア82は、絶縁性の樹脂材料により形成された第2固定部材6により固定されている。第2固定部材6は、第1実施形態における第2押え部材6A,6Bの間の隙間を埋めた形状を有している。具体的には、第2固定部材6は、隣り合う第2コア82の間にそれぞれ配置され、隣り合う第2コア82の双方の鍔部82bの両面を覆っている。第2固定部材6は、コア本体82aの側面にも接触している。
The plurality of
複数の第3コア83は、絶縁性の樹脂材料により形成された第3固定部材7により固定されている。第3固定部材7は、第1実施形態における第3押え部材7A,7Bの間の隙間を埋めた形状を有している。具体的には、第3固定部材7は、隣り合う第3コア83の間に位置する複数の第2保持部75を有している。第2保持部75は、隣り合う第3コア83の双方の鍔部83bの両面を覆っている。第2保持部75は、コア本体83aの側面にも接触している。
The plurality of
第1固定部材5は、第1コア81を金型内に配置し、当該金型内に樹脂を注入するインサートモールドにより、第1コア81と一体的に成形することができる。第2固定部材6および第3固定部材7も同様に、インサートモールドによりそれぞれ第2コア82および第3コア83と一体的に成形することができる。
The
第1固定部材5と第1コア81、第2固定部材6と第2コア82、第3固定部材7と第3コア83は、第1実施形態と同じく各支持板3,4の間に挟持される。各固定部材5〜7と各支持板3,4とがボルトおよびナットにより連結されてもよい。
The
本実施形態の構造であれば、第1実施形態のように一対の押え部材により各コア81〜83を保持する場合に比べ、各コア81〜83を固定するための部品点数を削減できる。これにより、固定子2の組み立て工程数を減らすことができる。
その他、本実施形態からは第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
With the structure of the present embodiment, the number of parts for fixing the
In addition, the same effects as those of the first embodiment can be obtained from this embodiment.
なお、本実施形態においては、4つの回転子1A〜1Dと3つの固定子2A〜2Cを備えるモータMを開示した。しかしながら、モータMは、より多い数の固定子と回転子を備えてもよいし、より少ない数の固定子と回転子を備えてもよい。
In the present embodiment, the motor M including the four rotors 1A to 1D and the three
第1コア81の鍔部81bは、コア本体81aから周方向Cに突出するものに限られず、軸方向Xと交わる他の方向に突出してもよい。例えば、鍔部81bは、コア本体81aから径方向Rに突出してもよい。第2コア82の鍔部82bおよび第3コア83の鍔部83bについても同様である。
The
第1支持板3を非磁性かつ非導電性の材料で形成する場合、各コイル91,92の周囲の磁束が阻害されないのであれば、各コア開口31〜33は必ずしも設ける必要はない。第2支持板4の各コア開口41〜43についても同様である。
When the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
M…モータ、S…シャフト、AX…回転軸、1A〜1D…回転子、2A〜2C…固定子、3…第1支持板、4…第2支持板、5A,5B…第1押え部材、6A,6B…第2押え部材、7A,7B…第3押え部材、10A〜10D…ハウジング、20A〜20C…フレーム、31〜33,41〜43…コア開口、50,70…保持部、81…第1コア、82…第2コア、83…第3コア、81b〜83b…鍔部、91…第1コイル、92…第2コイル、810〜830…電磁鋼板、X…軸方向、R…径方向、C…周方向、D…圧延方向。 M: motor, S: shaft, AX: rotary shaft, 1A to 1D: rotor, 2A to 2C: stator, 3: first support plate, 4: second support plate, 5A, 5B: first pressing member, 6A, 6B: second pressing member, 7A, 7B: third pressing member, 10A to 10D: housing, 20A to 20C: frame, 31 to 33, 41 to 43: core opening, 50, 70: holding portion, 81: 81 First core, 82: second core, 83: third core, 81b-83b: collar portion, 91: first coil, 92: second coil, 810 to 830: electromagnetic steel plate, X: axial direction, R: diameter Direction, C ... circumferential direction, D ... rolling direction.
Claims (10)
環状の第1コイルと、
前記第1コイルよりも小さい半径の環状の第2コイルと、
第1コア本体と、前記第1コア本体から突出する第1鍔部とを有し、前記第1コイルの外周側に配置された複数の第1コアと、
第2コア本体と、前記第2コア本体から突出する第2鍔部とを有し、前記第1コイルと前記第2コイルの間に配置された複数の第2コアと、
第3コア本体と、前記第3コア本体から突出する第3鍔部とを有し、前記第2コイルの内周側に配置された複数の第3コアと、
前記複数の第1コアの各々の前記第1鍔部を保持することにより、前記複数の第1コアを固定する第1固定部材と、
前記複数の第2コアの各々の前記第2鍔部を保持することにより、前記複数の第2コアを固定する第2固定部材と、
前記複数の第3コアの各々の前記第3鍔部を保持することにより、前記複数の第3コアを固定する第3固定部材と、
を備える固定子。 Stator of a rotating electric machine,
An annular first coil;
An annular second coil having a smaller radius than the first coil;
A plurality of first cores having a first core main body and a first ridge portion protruding from the first core main body, and arranged on the outer peripheral side of the first coil;
A plurality of second cores having a second core main body and a second flange projecting from the second core main body and disposed between the first coil and the second coil;
A plurality of third cores having a third core body and a third flange projecting from the third core body and disposed on the inner peripheral side of the second coil;
A first fixing member that fixes the plurality of first cores by holding the first flange portion of each of the plurality of first cores;
A second fixing member that fixes the plurality of second cores by holding the second flange of each of the plurality of second cores;
A third fixing member for fixing the plurality of third cores by holding the third brim portion of each of the plurality of third cores;
Stator.
前記第1固定部材は、隣り合う前記第1コアの間にそれぞれ位置する複数の第1保持部を有する一対の第1押え部材を含み、
前記一対の第1押え部材の各々の前記第1保持部により前記第1鍔部が挟持されている、
請求項1に記載の固定子。 The first core is located between the first fixing member and the first coil,
The first fixing member includes a pair of first pressing members each having a plurality of first holding portions positioned between the adjacent first cores,
The first collar portion is held by the first holding portion of each of the pair of first pressing members.
The stator according to claim 1.
前記一対の第2押え部材により前記第2鍔部が挟持されている、
請求項1または2に記載の固定子。 The second fixing member includes a pair of second pressing members disposed between the adjacent second cores,
The second collar is sandwiched by the pair of second pressing members;
The stator according to claim 1.
前記第3固定部材は、隣り合う前記第3コアの間にそれぞれ位置する複数の第2保持部を有する一対の第3押え部材を含み、
前記一対の第3押え部材の各々の前記第2保持部により前記第3鍔部が挟持されている、
請求項1ないし3のうちいずれか1項に記載の固定子。 The third core is located between the second fixing member and the second coil,
The third fixing member includes a pair of third pressing members each having a plurality of second holding portions positioned between the adjacent third cores,
The third collar portion is held by the second holding portion of each of the pair of third pressing members.
The stator according to any one of claims 1 to 3.
請求項1ないし4のうちいずれか1項に記載の固定子。 At least one of the first core, the second core, and the third core includes a plurality of laminated electromagnetic steel plates.
The stator according to any one of claims 1 to 4.
前記第1コア本体、前記第2コア本体または前記第3コア本体に対応する第1部分と、
前記第1鍔部、前記第2鍔部または前記第3鍔部に対応する第2部分と、を有し、
前記複数の電磁鋼板は、前記第2部分において互いに連結されている、
請求項5に記載の固定子。 Each of the plurality of electromagnetic steel plates is
A first portion corresponding to the first core body, the second core body, or the third core body;
And a second portion corresponding to the first ridge portion, the second ridge portion, or the third ridge portion,
The plurality of electromagnetic steel sheets are connected to each other in the second portion.
The stator according to claim 5.
請求項1ないし4のうちいずれか1項に記載の固定子。 At least one of the first core, the second core, and the third core is a dust core,
The stator according to any one of claims 1 to 4.
前記第1鍔部、前記第2鍔部、前記第3鍔部、前記第1コイル、前記第2コイル、前記第1固定部材、前記第2固定部材および前記第3固定部材は、前記第1支持板と前記第2支持板の間に配置されている、
請求項1ないし7のうちいずれか1項に記載の固定子。 It further comprises a first support plate and a second support plate facing each other,
The first collar portion, the second collar portion, the third collar portion, the first coil, the second coil, the first fixing member, the second fixing member and the third fixing member are the first Disposed between the support plate and the second support plate,
The stator according to any one of claims 1 to 7.
前記シャフトに取り付けられた回転子と、
前記回転軸と平行な軸方向において前記回転子と隙間を介して対向する請求項1ないし8のうちいずれか1項に記載の固定子と、
を備える回転電機。 A shaft extending along the rotational axis,
A rotor mounted on the shaft;
The stator according to any one of claims 1 to 8, opposed to the rotor via a gap in an axial direction parallel to the rotation axis,
A rotating electrical machine.
前記回転電機のシャフトの両側に設けられる車輪と、
を備える車両。 A rotating electrical machine according to claim 9;
Wheels provided on both sides of the shaft of the rotating electrical machine;
A vehicle comprising:
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