JP2019129638A - 固定子、回転電機および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 コアおよびコイル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。【解決手段】 一実施形態に係る固定子は、第１支持板と、環状のコイルと、複数のコアと、を備えている。第１支持板は、第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、第１面から第２面に貫通する複数の開口と、を有する。コイルは、第１面により支持されている。複数のコアは、コイルの径方向において前記コイルと並び、第１面により支持されるとともに開口から第２面側に露出している。【選択図】 図１０

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。

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。例えば、この種のモータの固定子としては、シャフトの回転軸を中心とした周方向に複数のコアを配列し、各コアを個別に囲うコイルを配置した構成のものがある。

一方、アキシャルギャップモータの構成としては、シャフトを囲う環状のコイルを設け、このコイルの周囲に複数のコアを配列する態様も考えられる。各コアは、シャフトの回転軸を中心とした径方向においてコイルと対向する。このような環状のコイルを用いる場合、径方向のいずれにおいてもコイルが存在することになる。したがって、コイルおよびコアをフレームに固定するための構造に工夫が必要となる。

特開２０１７−５５５５６号公報

本発明が解決しようとする課題は、コアおよびコイル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。

一実施形態に係る固定子は、第１支持板と、環状のコイルと、複数のコアと、を備えている。前記第１支持板は、第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、前記第１面から前記第２面に貫通する複数の開口と、を有する。前記コイルは、前記第１面により支持されている。前記複数のコアは、前記コイルの径方向において前記コイルと並び、前記第１面により支持されるとともに前記開口から前記第２面側に露出している。

図１は、第１実施形態に係るモータの外観構成を示す斜視図である。 図２は、モータの概略的な分解斜視図である。 図３は、モータの概略的な断面図である。 図４は、モータが備える固定子の概略的な分解斜視図である。 図５は、固定子が備えるコアの概略的な斜視図である。 図６は、固定子の製造工程を示す概略的な斜視図である。 図７は、固定子の製造工程を示す概略的な斜視図である。 図８は、固定子の製造工程を示す概略的な斜視図である。 図９は、組み立てられた固定子の概略的な平面図である。 図１０は、図９の線Ｆ１０に沿う固定子の概略的な断面図である。 図１１は、図９の線Ｆ１１に沿う固定子の概略的な断面図である。 図１２は、図９の線Ｆ１２に沿う固定子の概略的な断面図である。 図１３は、モータの適用例を示す図である。 図１４は、第２実施形態に係る固定子の一部の概略的な断面図である。 図１５は、第３実施形態に係る固定子の一部の概略的な断面図である。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以上説明した本実施形態の固定子２（２Ａ〜２Ｃ）においては、フレーム２０（２０Ａ〜２０Ｃ）に固定された第１支持板３および第２支持板４の一方の面で各コア８１〜８３および各コイル９１，９２が支持されている。このような構造であれば、円環状の各コイル９１，９２および各コア８１〜８３を、各コイル９１，９２の径方向に並べた状態でフレーム２０に対して好適に固定することができる。各コイル９１，９２および各コア８１〜８３が各コイル９１，９２の径方向に並ぶことにより、図３に示したように各コア８１〜８３を回転軸ＡＸと平行に通る磁束を発生させることができる。

より具体的には、各コア８１〜８３および各コイル９１，９２は、第１支持板３および第２支持板４により回転軸ＡＸに沿って挟持されている。これにより、固定子２が２つの回転子１の間に配置された構造において、各コア８１〜８３および各コイル９１，９２が双方の回転子１からの力を受けた場合でも、各コア８１〜８３および各コイル９１，９２を好適に固定することができる。

また、各コア８１〜８３は、第１支持板３の各コア開口３１〜３３および第２支持板４の各コア開口４１〜４３から露出している。これにより、各コイル９１，９２の周囲の磁束が各支持板３，４の影響を受けにくくなるので、磁気特性を高めることができる。

また、各支持板３，４は、フレーム２０の開口２１の周囲の段差部２２を軸方向Ｘに挟持している。これにより、各支持板３，４とフレーム２０とを特に軸方向Ｘにおいて強固に固定することができる。

また、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によって挟持されてフレーム２０に対し固定されている。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。

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を通る磁束成分が概ね軸方向Ｘと平行となり、磁気特性を一層高めることができる。
以上のほかにも、本実施形態からは種々の好適な効果を得ることができる。

なお、第１実施形態においては、第１支持板３および第２支持板４により、各コア８１〜８３および各コイル９１，９２が支持される構造を開示した。しかしながら、以下に示す第２実施形態および第３実施形態のように、各コア８１〜８３等を１つの支持板により支持することも可能である。第２実施形態および第３実施形態において、特に言及しない構造は第１実施形態と同様である。

［第２実施形態］
図１４は、第２実施形態に係る固定子２Ａの一部の概略的な断面図である。固定子２Ｂ，２Ｃの構造は、例えば固定子２Ａと同様である。
固定子２Ａは、支持板２００を備えている。支持板２００は、第１実施形態における第１支持板３と同様の構成であり、第１コア開口３１、第２コア開口３２および第３コア開口３３を有している。支持板２００は、例えば第１実施形態と同じく、ボルトおよびナットによりフレーム２０Ａに固定することができる。固定子２Ａは、第１実施形態と同じく第１押え部材５Ａ，５Ｂ、第２押え部材６Ａ，６Ｂおよび第３押え部材７Ａ，７Ｂを備えるが、図１４においては図示を省略している。

支持板２００は、第１面Ｆ２０１と、第１面Ｆ２０１の反対側の第２面Ｆ２０２とを有している。各コア８１〜８３および各コイル９１，９２は、第１面Ｆ２０１の側に配置されている。

固定子２Ａは、各コア８１〜８３、各コイル９１，９２および第１面Ｆ２０１を覆う絶縁性の樹脂層２０１を備えている。樹脂層２０１は、例えば上述の含浸処理により形成することができる。樹脂層２０１の各コア８１〜８３および各コイル９１，９２を覆う部分の厚さは、例えば支持板２００の厚さよりも小さい。

支持板２００は、第１面Ｆ２０１により各コア８１〜８３および各コイル９１，９２を支持している。具体的には、第１コア８１は、図示せぬ第１押え部材５Ａ，５Ｂおよび樹脂層２０１により第１面Ｆ２０１に対して固定されている。第２コア８２は、図示せぬ第２押え部材６Ａ，６Ｂおよび樹脂層２０１により第１面Ｆ２０１に対して固定されている。第３コア８３は、図示せぬ第３押え部材７Ａ，７Ｂおよび樹脂層２０１により第１面Ｆ２０１に対して固定されている。各コイル９１，９２は、樹脂層２０１により第１面Ｆ２０１に対して固定されている。固定子２Ａは、各コイル９１，９２を支持板２００に固定する部材をさらに備えてもよい。

本実施形態の構造であれば、支持板を１つ省略できるので、固定子２ないしモータＭの製造コストを低減できるとともに、固定子２を薄型化できる。また、絶縁性の樹脂層２０１により、各コア８１〜８３および各コイル９１，９２を強固に固定するとともに、固定子２の絶縁性を高めることができる。

なお、各押え部材５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂを用いずに、樹脂層２０１で各コア８１〜８３および各コイル９１，９２を支持板２００に固定してもよい。この場合には、これら押え部材に相当する部品点数を削減できる。
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。

［第３実施形態］
図１５は、第３実施形態に係る固定子２Ａの一部の概略的な断面図である。固定子２Ｂ，２Ｃの構造は、例えば固定子２Ａと同様である。
固定子２Ａは、支持板３００を備えている。支持板３００は、第１実施形態における第１支持板３と同様の構成であり、第１コア開口３１、第２コア開口３２および第３コア開口３３を有している。支持板３００は、例えば第１実施形態と同じくボルトおよびナットによりフレーム２０Ａに固定することができる。

支持板３００は、第１面Ｆ３０１と、第１面Ｆ３０１の反対側の第２面Ｆ３０２とを有している。第１コア８１は、第１コア開口３１に挿入され、各面Ｆ３０１，Ｆ３０２の双方から突出している。第２コア８２は、第２コア開口３２に挿入され、各面Ｆ３０１，Ｆ３０２の双方から突出している。第３コア８３は、第３コア開口３３に挿入され、各面Ｆ３０１，Ｆ３０２の双方から突出している。

一例として、第１コア８１が第１面Ｆ３０１から軸方向Ｘに突出する長さと、第２面Ｆ３０２から軸方向Ｘに突出する長さとが等しい。ただし、第１コア８１が各面Ｆ３０１，Ｆ３０２から突出する長さが異なってもよい。同様に、第２コア８２が各面Ｆ３０１，Ｆ３０２から軸方向Ｘに突出する長さは例えば等しいが、これら長さが異なってもよい。また、第３コア８３が各面Ｆ３０１，Ｆ３０２から軸方向Ｘに突出する長さは例えば等しいが、これら長さが異なってもよい。

固定子２Ａは、第１面Ｆ３０１に支持された第１コイル３１１と、第２面Ｆ３０２に支持された第２コイル３１２と、第１面Ｆ３０１に支持された第３コイル３１３と、第２面Ｆ３０２に支持された第４コイル３１４とを備えている。これらコイル３１１〜３１４は、いずれも回転軸ＡＸを囲う環状であり、周方向Ｃに素線を巻回して構成されている。第１コイル３１１と第２コイル３１２は、電気的に接続されている。第３コイル３１３と第４コイル３１４は、電気的に接続されている。第１コイル３１１と第２コイル３１２は半径が同じであり、軸方向Ｘに並んでいる。第３コイル３１３と第４コイル３１４は半径が同じであり、軸方向Ｘに並んでいる。第３コイル３１３と第４コイル３１４の半径は、第１コイル３１１と第２コイル３１２の半径よりも小さい。

第１コア８１は、第１コイル３１１および第２コイル３１２の外周側において周方向Ｃに配列されている。第２コア８２は、第１コイル３１１および第２コイル３１２と、第３コイル３１３および第４コイル３１４との間で周方向Ｃに配列されている。第３コア８３は、第３コイル３１３および第４コイル３１４の内周側において周方向Ｃに配列されている。

固定子２Ａは、絶縁性の第１樹脂層３０１および第２樹脂層３０２を備えている。第１樹脂層３０１は、第１面Ｆ３０１、第１コイル３１１、第３コイル３１３および第１面Ｆ３０１から突出する各コア８１〜８３を覆っている。第２樹脂層３０２は、第２面Ｆ３０２、第２コイル３１２、第４コイル３１４および第２面Ｆ３０２から突出する各コア８１〜８３を覆っている。第１樹脂層３０１の各コア８１〜８３および各コイル３１１，３１３を覆う部分の厚さは、例えば支持板３００の厚さよりも小さい。同様に、第２樹脂層３０２の各コア８１〜８３および各コイル３１２，３１４を覆う部分の厚さは、例えば支持板３００の厚さよりも小さい。

各コア８１〜８３は、各樹脂層３０１，３０２により支持板３００に固定されている。第１コイル３１１および第３コイル３１３は、第１樹脂層３０１により第１面Ｆ３０１に固定されている。第２コイル３１２および第４コイル３１４は、第２樹脂層３０２により第２面Ｆ３０２に固定されている。

本実施形態の構造であれば、第２実施形態と同じく支持板を１つ省略できるので、固定子２ないしモータＭの製造コストを低減できるとともに、固定子２を薄型化できる。また、支持板３００の軸方向Ｘにおける両側に、各コア８１〜８３およびコイルをバランス良く配置することができる。また、絶縁性の樹脂層３０１，３０２により、各コア８１〜８３および各コイル３１１〜３１４を強固に固定するとともに、固定子２の絶縁性を高めることができる。

以上の第１〜第３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。

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。

各支持板３，４，２００，３００を非磁性かつ非導電性の材料で形成する場合、各コイルの周囲の磁束が阻害されないのであれば、コア開口は必ずしも設ける必要はない。

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。

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、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。

Claims (8)

1. 回転電機の固定子であって、
   第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、前記第１面から前記第２面に貫通する複数の開口と、を有する第１支持板と、
   前記第１面により支持された環状のコイルと、
   前記コイルの径方向において前記コイルと並び、前記第１面により支持されるとともに前記開口から前記第２面側に露出した複数のコアと、
   を備える固定子。
2. 前記コアは、コア本体と、前記コア本体から突出する鍔部と、を有し、
   前記鍔部を保持する固定部材と、
   前記第１面と対向する第３面と、前記第３面の反対側の第４面と、前記第３面から前記第４面に貫通する複数の開口と、を有する第２支持板と、をさらに備え、
   前記固定部材および前記コイルは、前記第１面および前記第３面により挟持され、
   前記コア本体は、前記第１支持板の前記開口から前記第２面側に露出するとともに、前記第２支持板の前記開口から前記第４面側に露出している、
   請求項１に記載の固定子。
3. 前記第１支持板は、前記回転電機のフレームが有する開口の周縁を保持している、
   請求項１または２に記載の固定子。
4. 前記コイル、前記複数のコアおよび前記第１面を覆う樹脂層をさらに備える、
   請求項１に記載の固定子。
5. 回転電機の固定子であって、
   第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、前記第１面から前記第２面に貫通する複数の開口と、を有する支持板と、
   前記第１面により支持された環状の第１コイルと、
   前記第２面により支持され、前記第１コイルと前記支持板を介して対向する環状の第２コイルと、
   前記第１コイルおよび前記第２コイルの径方向において前記第１コイルおよび前記第２コイルと並び、前記開口に通されて前記第１面および前記第２面から突出する複数のコアと、
   を備える固定子。
6. 前記第１面、前記第１コイルおよび前記第１面から突出した前記複数のコアを覆い、前記第１コイルおよび前記複数のコアを前記支持板に固定する第１樹脂層と、
   前記第２面、前記第２コイルおよび前記第２面から突出した前記複数のコアを覆い、前記第２コイルおよび前記複数のコアを前記支持板に固定する第２樹脂層と、を備える、
   請求項５に記載の固定子。
7. 回転軸に沿って延びるシャフトと、
   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６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。
8. 請求項７に記載の回転電機と、
   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。

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