JP4935285B2 - アキシャルギャップ型回転電機のステータ構造 - Google Patents

Description

本発明は、モールドされた回転電機のステータの剛性を高める技術に関するものである。

コアを周方向に複数配置したステータにあっては、各コア間に樹脂を流し込んでモールドすることによりステータを成形することが一般的である。図９は、ロータおよびステータを軸方向に対向配置したアキシャルギャップ型回転電機において、モールドしたステータを、回転軸Ｏを含む面で破断し、半分のみを模式的に示す縦断面図である。また、図１０は図９に表された１個のコアにつき電機子コイルを巻回した状態を示す斜視図である。図中101はコアを、102は電機子コイルを、103は絶縁のためのインシュレータを、104は回転電機ケースを、105は、モールドされた樹脂部材を示す。

ところで、回転電機の運転中は、回転電機のステータには図１０に示すように、軸Ｏ方向の反力Ｆ_ｚおよびトルク反力Ｔ_θが作用するため、各コア101をしっかりとした剛性で支持する必要がある。しかしながら樹脂のみでは剛性が低いことから、金属製の高強度部材をモールドする技術が既に、特許文献１〜特許文献３に開示されている。図１１および図１３は特許文献１〜特許文献３に開示された従来のステータ構造を、回転軸Ｏを含む面で破断し、半分を模式的に示す縦断面図である。また図１２は同ステータ構造の一部を示す斜視図である。また図１４は同ステータ構造を回転軸Ｏ方向から見た状態を一部において示す正面図である。図中106は径方向に延在する高強度部材を、107は周方向に延在する高強度部材を示す。

なお、高強度部材の寸法精度にばらつきが生じると回転電機ケースに対してコアのガタツキが生じてしまう懸念がある。また組み立て作業の効率化を図る必要もある。そこで図１１に示す部位105ｄや部位105ｅのように、高強度部材106およびコア101間、そして高強度部材106および回転電機ケース104間に、樹脂を流し込んでモールドする。

モールドされた樹脂105は、引っ張りに対する剛性が弱いが圧縮に対する剛性は強い。図１４中、コア101にトルク反力Ｔ_θが作用すると、樹脂部材105のうちの部位105ａ,105ｂ,105ｃで周方向の圧縮力が生じることから部位105ａ,105ｂ,105ｃは図１４中に両矢印で示すように圧縮に対して対抗する。また図１１中、コア101に軸方向反力Ｆ_ｚが作用すると、樹脂部材105のうちの部位105eや部位105fで軸方向の圧縮力が生じることから部位105e，105fは図１１中、両矢印で示すような圧縮応力に対して対抗する。したがって、ステータに高強度部材106をモールドすることにより、軸方向反力Ｆ_ｚおよびトルク反力Ｔ_θに対して剛性を高めることができる。
特開２０００−５２６５７号公報 特開２００３−８８０３２号公報 特開２００４−２８２９８９号公報

しかし、上記従来のような技術に基づくステータ構造にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまり、高強度部材としてはアルミ素材やステンレス素材などからなる金属部材が一般的であるが、軸方向の磁束が高強度部材106，107と鎖交して、金属部材内でうず電流が発生してしまうという問題がある。図１２には従来例のステータ構造においてうず電流が発生する様子を二点鎖線で示す。

また設計上、アキシャルギャップ型回転電機の薄型化が進み、ステータの軸方向寸法に対してステータの径方向寸法が大きくなると、図１３に示すような曲げモーメントＭが無視できないほど大きなものとなる。モーメントＭが作用すると、図１３中の部位105eで引っ張り応力が作用することから樹脂部材105が変形してしまい、充分な剛性を確保することができなかった。

本発明は、上述の実情に鑑み、うず電流を防止し、曲げモーメントに対しても剛性を具えたモールドを提案するものである。

この目的のため本発明によるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造は、回転電機のステータにコアを周方向に複数配置し、該ステータに、回転自在に軸支したロータを、軸方向に対向するようを配置したアキシャルギャップ型の回転電機において、周方向で隣り合う前記コア同士の間には、板状の高強度金属部材を、ステータの内径側端部から外径側端部に亘って、軸方向および径方向となり、周方向に直角となるよう配置し、これらコアおよび高強度金属部材を樹脂でモールドして構成し、前記高強度金属部材には、周方向に延在する高強度樹脂部材を一体に結合し、該高強度樹脂部材の周方向先端が前記コアを支持ないし前記コア近傍まで延在することを特徴としたものである。

かかる本発明の構成によれば、周方向で隣り合う前記コア同士の間に、板状の高強度金属部材を、ステータの内径側端部から外径側端部に亘って、軸方向および径方向となり、周方向に直角となるよう配置し、これらコアおよび高強度金属部材を樹脂でモールドして構成し、高強度金属部材には、周方向に延在する高強度樹脂部材を一体に結合し、高強度樹脂部材の周方向先端がコアを支持ないしコア近傍まで延在するため、うず電流を防止することができる。また、曲げモーメントに対しても剛性を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例になるステータ構造の一部を取り出して模式的に示す斜視図である。この実施例は、アキシャルギャップ型の回転電機に係る。コア１は、ステータの周方向に複数配置される。軸方向に延在するコア１の中程には、電機子コイル２を巻回する。電機子コイル２からは、コア１の両端が突出し、鍔状に拡幅する。鍔状のコア端部８は、図示しないロータと対向する。図示しないロータは回転電機において回転自在に軸支される。

図１に示すように、周方向で隣り合うコア１，１同士の間には、板状の高強度金属部材であるフィン９を配置する。フィン９は、コアと同数個配置する。フィン９は回転電機の軸方向および径方向に広がり、周方向と直交する。そしてフィン９の内径方向端には、ステータの径方向内縁部に設けたステータ支持部材１１を連結する。またフィン９の外径方向端には、配管１０を結合する。配管１０もフィン９と同一の金属部材、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスまたはステンレス合金製、であって回転電機の軸方向に延在する。

これらコア１とフィン９との間には樹脂を流し込んでモールドする。そして、全体で１個のステータ１２を形成する。図２は、ステータ１２を、周方向に延在する円筒面で破断し、その一部を展開して示す周方向展開図である。図２中、金属製のコア１と、交流電流が流れる電機子コイル２との間には絶縁体であるインシュレータ３を介挿しておく。電機子コイル２およびインシュレータ３を具えたコア構造体１〜３とフィン９との間には、樹脂部材５を充填する。フィン９は、引っ張り応力および圧縮応力において、樹脂部材５よりもはるかに弾性係数の大きな高強度金属部材であり、樹脂５よりも硬い。

なお、図１および図２に示したコア１については、「背景技術」で前述した図１０に示すコア１０１と同じ構成である。本実施例では図１０中の電機子コイル１０２を電機子コイル２と読み替えて、図１０を援用する。

図１および図２に示す本実施例によれば、コア１を通過する磁気回路の磁束が、ステータ１２を軸方向に通過するため、板状のフィン９と鎖交する磁束は殆どない。したがって、フィン９に発生するうず電流を効果的に低減することができる。

また視覚的理解を容易にするためステータ１２から樹脂部材５を省略して示した斜視図である図３に沿って説明すると、円環状のステータ支持部材１１を支点として、径方向外方に向かうほど軸方向の力が大きな太い矢で示すような曲げモーメントＭがステータ１２に作用しても、フィン９が全体で曲げモーメントＭに対抗するため、図１２に示した従来例のステータ構造と比較して、曲げモーメントに対する剛性を高くすることができる。

また配管１０に冷媒を流すことにより、アルミニウム素材などの熱伝導性に優れたフィン９がステータ１２を効率的に冷却することができる。

次に本発明の他の実施例について説明する。
図４は、他の実施例になるステータ構造を、周方向に延在する円筒面で破断し、その一部を展開して示す周方向展開図である。本実施例のうち、上述した実施例と共通する一部材については、同一符号を付して説明を省略し、異なる部分については新たに符号を付して説明する。

図４に示す実施例では、フィン９に、周方向に延在する高強度樹脂部材１３を結合したものである。高強度樹脂部材１３は、高強度・高耐熱のポリアミノアミド樹脂またはPPS(Polyphenylene Sulfide)樹脂からなる。高強度樹脂部材１３は軸方向からみると扇形状であって、軸方向に厚みをもつ板状である。フィン９と結合した高強度樹脂部材１３の根元部からみて、高強度樹脂部材１３の周方向先端部１３ｓは、コア１の端部８とインシュレータ３との間に介在し、コア１を支持する。あるいは、先端部１３ｓがコア１に接触しないものの、図４に示すようにコア１近傍まで高強度樹脂部材１３を延在させて、高強度樹脂部材１３を端部８とインシュレータ３との間に充分深く挿入される。
そして、フィン９の軸方向両端部にそれぞれ、高強度樹脂部材１３を結合する。

高強度樹脂部材１３の根元部について好適な実施例としては、図５に示すようにフィン９に複数の孔１４を設けておき、図６に示すように、フィン９の両面に高強度樹脂部材１３の根元部１３ｎを取り付ける。ここで、根元部１３の軸方向厚みを孔１４の直径よりも大きくし、高強度樹脂部材１３を孔１４に貫通させてフィン９に充分に接合する。そして、高強度樹脂部材１３の先端部の軸方向厚みを、根元部１３ｎよりも小さくする。

このような本発明の他の実施例によれば、高強度樹脂部材１３は金属製ではないため、うず電流が発生しないという利点がある。また、モールドされたステータ１２の剛性を一層高くすることができる。

なお図には示さなかったが、複数の孔１４に代替して、いわゆるディンプル形状といった凹凸をフィン９に設けてもよい。これによっても、高強度樹脂部材１３をフィン９に充分に接合することができる。

次に本発明のさらに他の実施例について説明する。
図７は、さらに他の実施例になるステータ構造を、周方向に延在する円筒面で破断し、その一部を展開して示す周方向展開図である。また図８は、同図におけるフィンおよび高強度樹脂部材を拡大して示す説明図である。本実施例のうち、上述した各実施例と共通する一部材については、同一符号を付して説明を省略し、異なる部分については新たに符号を付して説明する。

図７，図８に示す実施例では、高強度樹脂部材１３の根元部１３ｎの厚みを段階的に変化するよう形成したものである。このように形成することにより、コア１および電機子コイル２から金属製のフィン９まで、高強度樹脂部材１３の表面に沿って測定した距離（以下、沿面距離という）を確保することが可能となり、電機子コイル２からフィン９を確実に絶縁することができる。

また、高強度１３の厚みを段階的に変化するよう形成して根元部１３ｎにフィン９と平行な表面１５を設けたことから、図７に示すように電機子コイル２を表面１５に着座させて、フィン９を電機子コイル２から周方向に距離Ｃをもって離間させることが可能になる。したがって、電機子コイル２からフィン９を確実に絶縁することができる。

なお、図７，８中、フィンの一方の面のみに高強度樹脂部材１３を表し、他方の面については高強度樹脂部材１３を図略した。また、一層の絶縁性能を得るためフィン９の両面をインシュレータ１６で被覆してもよい。

ところで、上記した各実施例によれば、回転電機のステータ１２にコア１を周方向に複数配置し、周方向で隣り合うコア１，１同士の間には、板状の高強度金属部材であるフィン９を、ステータ１２の内径側端部から外径側端部に亘って、軸方向および径方向に平行となり周方向に直角となるよう配置し、これらコア１およびフィン９を樹脂５でモールドして構成したことから、
フィン９にうず電流が発生することを防止して、コア１に作用する軸方向反力や、周方向トルク反力や、曲げモーメントＭに対する剛性を高めることができる。

また上記した他の実施例によれば、フィン９には、周方向に延在する高強度樹脂部材１３を一体に結合し、高強度樹脂部材１３の周方向先端１３ｓがコア１を支持ないしコア近傍まで延在することから、
うず電流が発生することなく、モールドされたステータ１２の剛性を一層高くすることができる。

また図７，図８に示すように、高強度樹脂部材１３の軸方向厚みを、高強度樹脂部材１３の先端部１３ｓから、フィン９と結合する高強度樹脂部材１３の根元部１３ｎに向かって、段階的に大きくしたことから、
根元部１３ｎの沿面距離を確保することが可能となり、電機子コイル２からフィン９を確実に絶縁することが可能になる。そして、電機子コイル２から周方向に距離Ｃをもって離間させて、電機子コイル２からフィン９を確実に絶縁することができる。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨に逸脱しない範囲において種々変更が加えられうるものである。

本発明の一実施例になるステータ構造の一部を取り出して模式的に示す斜視図である。 同実施例のステータを、周方向に延在する円筒面で破断し、その一部を展開して示す周方向展開図である。 同実施例のステータに、曲げモーメントが作用する様子を示す説明図である。 本発明の他の実施例になるステータ構造を、周方向に延在する円筒面で破断し、その一部を展開して示す周方向展開図である。 同実施例のフィンを一部取り出して示す斜視図である。 同実施例のフィンおよび高強度樹脂部材との結合箇所を模式的に示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施例になるステータ構造を、周方向に延在する円筒面で破断し、その一部を展開して示す周方向展開図である。 同実施例におけるフィンおよび高強度樹脂部材を一部拡大して示す説明図である。 従来例になるモールドしたステータを、軸方向を含む面で破断して示す縦断面図である。 同図に表された１個のコアにつき電機子コイルを巻回した状態を示す斜視図である。 従来のステータ構造を、回転軸Ｏを含む面で破断してみた状態を模式的に示す縦断面図である。 従来のステータ構造の一部を示す斜視図である。 従来のステータ構造を模式的に示す縦断面図である。 従来のステータ構造を回転軸方向から見た状態を一部示す正面図である。

符号の説明

１ コア
２ 電機子コイル
３ インシュレータ
５ 樹脂部材
６ 油圧ブースタ
９ フィン（高強度金属部材）
１０ 配管
１１ ステータ支持部材
１２ ステータ
１３ 高強度樹脂部材
１６ インシュレータ

Claims (2)

1. 回転電機のステータにコアを周方向に複数配置し、該ステータに、回転自在に軸支したロータを、軸方向に対向するようを配置したアキシャルギャップ型の回転電機において、
   周方向で隣り合う前記コア同士の間には、板状の高強度金属部材を、ステータの内径側端部から外径側端部に亘って、軸方向および径方向となり、周方向に直角となるよう配置し、これらコアおよび高強度金属部材を樹脂でモールドして構成し、
   前記高強度金属部材には、周方向に延在する高強度樹脂部材を一体に結合し、該高強度樹脂部材の周方向先端が前記コアを支持ないし前記コア近傍まで延在することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。
2. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、
   前記高強度樹脂部材の軸方向厚みを、前記周方向先端から、前記高強度金属部材と結合する高強度樹脂部材の根元部に向かって、段階的に大きくしたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。

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