JP5972099B2

JP5972099B2 - アキシャルギャップ型回転電機

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Publication number: JP5972099B2
Application number: JP2012176866A
Authority: JP
Inventors: 卓男王; 榎本　裕治; 裕治榎本; 憲一相馬
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-08-09
Also published as: CN103580425B; JP2014036519A; EP2696481A2; EP2696481B1; US9350206B2; EP2696481A3; CN103580425A; US20140042859A1

Description

本発明は回転電機に係り、特に回転軸方向にエアギャップを有してステータとロータを配置したアキシャルギャップ型回転電機に関するものである。

電動機や発電機等の回転電機は多くの産業分野で使用されているが、特にアキシャルギャップ型回転電機はその形状が扁平状で大きなトルクを出すことができるため、ハイブリッド自動車に用いられる電動機や空調装置の室外機の電動機に適用することが期待されている。

例えば、特開２００７−２２８７９０号公報(特許文献１)には回転軸の周囲に鉄心とコイルを組み合わせた複数の磁極を備えたステータを設け、このステータに対して回転軸方向に所定のエアギャップを介して複数の永久磁石を備えたロータを両側に配置した、２ロータ／１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機が示されている。

特開２００７−２２８７９０号公報

ところで、この種のアキシャルギャップ型回転電機において、ロータとステータの間のエアギャップの距離を正確に管理することが効率を向上する上で重要である。

例えば、ロータとステータのエアギャップの寸法が所望の寸法よりも大きくなると、ステータ及びロータの間の吸引力や反発力が所望の大きさよりも小さくなり、回転電機の性能が低下してしまうことがある。このため、回転電機を組み立てる際にはこのエアギャップの寸法精度を高く確保する必要があった。

しかしながら、一般的にアキシャルギャップ型回転電機は、回転軸の軸方向に沿ってアキシャルギャップ型回転電機を構成する部品が積み上げられている構造となっているため、各構成部品の寸法上の誤差が集積されていき、正確なエアギャップを確保するのが困難であった。

本発明の目的は、ロータとステータの間のエアギャップの距離を正確に管理することができるアキシャルギャップ型回転電機を提供することにある。

本発明の特徴は、回転軸に大径部と小径部を形成し、これらの間に段部を形成してロータヨークを固定することでロータの位置を決め、このロータヨークの固定部によって回転軸を軸支するためのハウジングに固定された軸受の位置を決め、この軸受の位置によってハウジングの位置を決めることでハウジングの内周に形成した段部によってステータを固定する位置を決める、ところにある。

本発明によれば、ロータの位置からハウジングの回転軸に対する位置を決め、この状態からステータの固定位置を決めることができるので、ステータとロータの間のエアギャップの距離を正確に得ることができる。

本発明の一実施例になるアキシャルギャップ型回転電機の縦断面図である。図１に示すロータヨークの外観斜視図である。図１に示すリング磁石の外観斜視図である。図１に示すロータの外観斜視図である。図２に示すロータの断面を示す断面図である。図１に示すロータと回転軸を組み合わせた時の縦断面図である。この場合、ステータがロータの間に配置されるが省略している。図４に示すロータと回転軸の固定部位の断面を示す断面図である。図１に示した第２ハウジングを断面した外観斜視図である。図１に示したステータの外観斜視図である。図１に示した第１ハウジングを断面した外観斜視図である。図１に示した第１ハウジングと回転軸付近を拡大して断面した拡大断面図である。第１ハウジングと第２ハウジングを組み合わせ、その内部にステータを配置した時の縦断面図である。この場合、ステータの両側にロータが配置されるが省略している。本発明の一実施例になるアキシャルギャップ型回転電機の組立手順を示す組立図である。この場合、ロータは省略して示してある。本発明の他の実施例になるアキシャルギャップ型回転電機の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

図１は本発明の第１の実施形態を示すアキシャルギャップ型回転電機の縦断面を示している。尚、本実施例は２ロータ／１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機の構成を示している。

図１において、アキシャルギャップ型回転電機は、円板状の２個のロータ１０Ａとロータ１０Ｂ、これらのロータ１０Ａ、１０Ｂの間に配置され所定のエアギャップを介して対向したステータ１１と、各ロータ１０Ａ、１０Ｂを固定して回転可能に支持する回転軸１２と、回転軸１２の両端を軸受１３Ａ、１３Ｂによって回転自在に保持する第１ハウジング１４Ａと第２ハウジング１４Ｂとから構成されている。

第１ハウジング１４Ａは有底円筒状(カップ状)の形状をしており、この中にステータ１１が固定されている。第２ハウジング１４Ｂは第１ハウジング１４Ａの開口を覆うようになっており、両者はブラケット１５の部分でボルトによって固定されている。

したがって、第１ハウジング１４Ａの底部１４Ａ-１に設けた軸受１３Ａと、第２ハウジング１４Ｂの中央部１４Ｂ-１に設けた軸受１３Ｂによって回転軸１２は軸支されるようになっている。

第１ハウジング１４Ａの底部に設けた軸受１３Ａの内輪は回転軸１２に固定され、外輪は第１ハウジング１４Ａの底部１４Ａ-１に形成された軸受収納部１６に固定されている。この外輪は第１ハウジング１４Ａの底部１４Ａ-１に設けられた軸受押さえ１７Ａによって第１ハウジング４０Ａと一体化されている。

また、第２ハウジング１４Ｂの中央部１４Ｂ-１に設けた軸受１３Ｂの内輪は回転軸１２に固定され、外輪は第２ハウジング１４Ｂの中央部１４Ｂ-１に形成された軸受収納部１８に固定されている。尚、第２ハウジング側１４Ｂの軸受１３Ｂの内輪に対して回転軸１２が移動可能にするか、或いは外輪が軸受収納部１８に対して移動可能にすれば位置調整を容易とすることができる。本実施例では軸受押さえ１７Ｂによって固定されている。

ステータ１１は外周囲を第１ハウジング１４Ａに接着性を有する合成樹脂１９によって固定されており、ステータ１１の内周囲は回転軸１２に所定の間隙を介して対向している。

このステータ１１は鉄心２０と巻線２１からなり、鉄心２０の周囲に絶縁材を介して巻線２１が巻回されている。

また、ロータ１０Ａ、１０Ｂはロータヨーク２２Ａ、２２Ｂと、このロータヨーク２２Ａ、２２Ｂの表面に円周状に配置された平板状のリング磁石２３から構成されており、リング磁石２３は鉄心２０に所定のエアギャップｇを介して対向、配置されている。

この図面でわかるように、アキシャルギャップ型回転電機においてはロータ１０Ａ、１０Ｂとステータ１１とは回転軸１２の軸方向に並行して配置されており、この軸方向に沿って図面上で下側からロータ１０Ａ、エアギャップｇ、ステータ１１、エアギャップｇ及びロータ１０Ｂの順で配置されている。

ステータ１１の鉄心２０は電磁鋼板やアモルファス箔帯を積層したもの、または、圧粉磁心などの軟磁性体で構成することができ、巻線２２は銅線またはアルミ線で構成することができ、リング磁石１２はフェライト磁石やネオジム磁石などで構成することができる。

このような構成からなるアキシャルギャップ型回転電機の各部品の構成を以下に説明する。

図２乃至図５に代表してロータ１０Ａの構成を示しており、ロータ１０Ｂは実質同様の構成となっているので説明は省略する。

ロータ１０Ａは円環状のロータヨーク２２Ａと、この円環状のロータヨーク２２Ａの表面に配置されたリング磁石２３より構成されている。リング磁石２３は複数の磁極片からなり、この複数の磁極片によって磁極数が決められるものである。

図２にロータヨーク２２Ａの構成を示している、ロータヨーク２２Ａはリング磁石２３の保持機能を備えている。ロータヨーク２２Ａは円環状に形成されており、これは磁力を効率よく伝達するために鉄や磁性ステンレス等の磁性材料を使用して作られている。ロータヨーク２２Ａの外周側には軸方向に立ち上がる外周壁部２４が形成され、内周側にはこれも軸方向に立ち上がる内周壁部２５が形成され、この間にリング磁石２３が収容される円環状の溝部２６が形成される。内周壁部２５にはその中心に回転軸１２に固定される固定孔２７が設けられている。

尚、ロータ１０Ａとステータ１１の鎖交磁束はロータヨーク２２Ａを貫通するため、ロータヨーク２２Ａで渦電流損を発生する。このため、渦電流損を低減するにはロータヨーク２２Ａを電磁鋼板巻鉄心やアモルファス巻鉄心などの積層状鉄心を望ましい。

図３にリング磁石２２３の構成を示している。ここで、リング磁石２３を用いる理由はロータ１０Ａの回転による遠心力を対策するためである。

そして、リング磁石２３には所望の磁極形状を着磁するようにしている。一つの磁極形状の例として放射状に必要数の磁極片２３Ａを形成し、一つの磁極片の形状を扇形にしている。但し、これ以外の形状にしても差し支えないものである。また、磁石の種類はフェライト磁石やネオジム磁石等を使用することができるが、これ以外の適当な磁石を用いることもできる。

このように構成されたリング磁石２３をロータヨ−ク２２Ａの円環状の溝部２６に収容すると、図４及び図５に示すロータ１０Ａが完成される。

円環状の溝部２６の深さはリング磁石２３の半径方向への抜け止めのために、リング磁石２３の厚さに対して１/３以下の長さを有している。この理由は深さを１/３以上にするとロータヨーク２２Ａの剛性等から好ましくないからである。

図４及び図５にあるように、リング磁石２３をロータヨーク２２Ａの円環状の溝部２６内に固定するため、ロータヨーク２２Ａのリング磁石２３の内周部に近い内周壁部２５に円周状にカシメ加工による断面がＶ形状の肉寄せ部２８が形成されている。

このカシメ加工による肉寄せ部２８は、リング磁石２３を溝部２６に載置した後に、リング磁石２３の内周径より短い直径を有する円環状のＶ型パンチを内周壁部２５上で加圧し、リング磁石２３の内周側にロータヨーク２２Ａの内周壁部２５の肉寄せを行なってリング磁石２３とロータヨーク２２Ａを固定するようにしている。尚、ロータヨーク２２Ａの外周側に同様の肉寄せ部を形成しても差し支えないものである。

ロータヨーク２２Ａはリング磁石２３を保持する平面部２２Ａ-１と、固定孔２７を形成する片側ボス部２２Ａ-２を備えており、本実施例では平面部２２Ａ-１の表面から片側ボス部２２Ａ-２の先端部までの長さＬ１は精度よく管理されている。後で述べるが、この長さＬ１はロータ１０Ａ（及び１０Ｂ）とステータ１１の間のエアギャップｇを精度よく組み立てるために重要な働きをするものである。

図６にロータ１０Ａ、１０Ｂと回転軸１２を組み合わせ固定した時の構成を示している。ここで、２つのロータを組み合わせる場合は、実際にはその間にステータ１１が位置するのであるが、説明の都合上でステータ１１の表示を省略している。

回転軸１２は中央付近に大径部１２Ａが形成され、この大径部１２Ａの両側に段部２９を介して小径部１２Ｂが形成されている。大径部１２Ａはステータ１１の内周部と対向する部分であり、小径部１２Ｂはロータヨ-ク２２Ａ、２２Ｂが固定される部分である。ロータヨーク２２Ａ、２２Ｂは段部２９に密着して固定される構成である。

夫々の小径部１２Ｂの間の大径部１２Ａの長さＬ２もロータ１０とステータ１１の間のエアギャップｇを精度よく組み立てるために重要な働きをするものである。つまり、回転軸１２の大径部１２Ａの長さＬ２が精度よく管理されていることによって、２つのロータ１０Ａ、１０Ｂの夫々のロータヨーク２２Ａの平面部２２Ａ-１の間の夫々の長さ（Ｌ２）も精度よく管理されることになる。

また、大径部１２Ａの長さＬ２とロータヨーク２２Ａの片側ボス部２２Ａ-２の長さＬ１とは上述したように精度よく管理されているので、夫々のロータヨーク２２Ａの片側ボス部２２Ａ-２の先端までの長さＬ３も精度よく管理されることになる。

更に、ロータ１０とステータ１１の間に生じる磁気吸引力により、両者は強く引き合うことになるが、小径部１２Ｂにロータヨーク２２Ａ、２２Ｂを段部２９と密着して固定するようにしているため、ロータヨーク２２Ａ、２２Ｂの動きが小径部１２Ｂと大径部１２Ａとの間に形成された段部２９の部分で阻止される。これによって、ロータ１０Ａ、１０Ｂの軸方向の位置ずれを抑制することができ、エアギャップｇの高精度の管理が可能となる。

図７に示すように、ロータヨーク２２Ａ、２２Ｂに形成した固定孔２７を形成する固定部として機能する片側ボス部２２Ａ-２と回転軸１２の小径部１２Ｂとの間はナーリング加工部３０によって固定されている。このナーリング加工部３０はロータ１０Ａ、１０Ｂの磁極の位置合わせ、或いは周方向法の位置合わせに利用される。ナーリング加工部３０により、部品を増やさなくてもロータ１０Ａ、１０Ｂの位置が合わせることができる。また、小容量の回転電機であればナーリング加工部３０の数と深さは少なくて差し支えない。一方、大容量の回転電機であればナーリング加工部３０の数と深さは多く設けることが必要となる。

次に、第１ハウジングと１４Ａ、第２ハウジング１４Ｂ及びステータ１１の構成について説明する。

図８は第２ハウジング１４Ｂを示しており、この第２ハウジング１４Ｂは浅い有底円筒状の形状をしている。底部１４Ｂ-２の中央部１４Ｂ-１には軸受１３Ｂを収納する軸受収納部１８が形成されている。また円筒部１４Ｂ-３の先端側の外周囲にはブラケット１５が形成され、また、先端には内周側に縮径した段部３１が形成されている。この段部３１は後述する第１ハウジング１４Ａと印籠係合するものである。また、図１にあるようにこの先端の段部３１はステータ１１の軸方向の移動を阻止する機能を有している。

図９はステータ１１を示しており、ステータ１１は鉄心２０、コイル２１と位置決め板３２よりなり、これらは適切な固定手法で一体的に構成される。ここで、鉄心２０とコイル２１の間は絶縁紙や非磁性ボビンなどの絶縁物が設けられている。また、鉄心は電磁鋼板、アモルファスや圧粉磁心またそれぞれの組み合わせを使用することができる。

鉄心２０とコイル２１は１スロット数に合わせた数だけ設けられており、スロット数分の鉄心２０とコイル２１は位置決め板３２を用いて円環状に配置し、組み合わせしたものは樹脂モールドまた溶接などの方法で固定して一体化することができる。

図１０は第１ハウジング１４Ａを示して、図１１に第１ハウジング１４Ａのボス部１４Ａ-２付近の拡大図を示している。

第１ハウジング１４Ａは第２ハウジング１４Ｂより深い有底円筒状の形状をしており、底部１４Ａ-１の中央付近には軸受収納部１６を形成するボス部１４Ａ-２が設けられている。

また、円筒部１４Ａ-３の内周側の所定位置にステータ１１の位置決め板３２を受け止める段部３３が形成されている。この段部３３を境にして先端側はその直径が拡開されており、先端面で第２ハウジング１４Ｂの円筒部１４Ｂ-３の先端面を受け入れて収納することで印籠係合されるものである。

そして、ボス部１４Ａ-２に形成した軸受収納部１６の軸受１３Ａのロータヨーク１０Ａ側の外輪端面受部１６Ａから段部３３までの長さＬ４も精度よく管理されている。これによって、ロータヨーク１０Ａの片側ボス部の長さＬ１と外輪端面受部１６Ａから段部３３までの長さＬ４とによってステータ１１の配置位置を正確にきめることができる。

図１２に第１ハウジング１４Ａ、第２ハウジング１４とステータ１１を組み合わせ固定した時の構成を示している。ここで、これらを組み合わせる場合は、実際にはその間に図６に示すロータ１０Ａ、１０Ｂと回転軸１２が位置するのであるが、説明の都合上でこれらの表示を省略している。

図１２において、それぞれのハウジング１４Ａ、１４Ｂには軸受１３Ａ、１３Ｂが軸受収納部１６、１８に収納配置され、これらの軸受は圧入、或いはベアリング押さえ１７Ａ、１７Ｂを用いて固定される。

ステータ１１の一方面に配置された位置決め板３２は第１ハウジング１４Ａの段差３３の部分に位置決めされて配置されている。ステータ１１の他方面に配置された位置決め板３２は第２ハウジング１４Ｂの円筒部１４Ｂ-３の先端で押圧されて位置決めされている。これらの構成よって、ステータ１１の軸方向位置を決定できる。尚、ステータ１１の周方向の回り止めは図示しないノックピンで固定する方法や、ステータ１１と第１ハウジング１４Ａの円筒部１４Ａ-３を樹脂によって一体化モールドして固定することができる。

図１に戻って、本実施例になるアキシャルギャップ型回転電機のロータとステータの間のエアギャップの距離を正確に管理することができる理由を説明する。

上述したように回転軸１２の大径部１２Ａは精度よく制作されており、その長さＬ２は設計寸法通りになっている。したがって、ロータ１０Ａ、１０Ｂの対向するリング磁石２３間の長さもこれにしたがって正確に決められ、これによって各ロータ１０Ａ、１０Ｂの位置が正確に決められる。

次に、ロータヨーク２２Ａが回転軸１２の小径部１２Ｂに固定されるが、ロータヨーク２２Ａの片側ボス部２２Ａ-２の長さＬ１も精度よく制作されており、その長さＬ１は設計寸法通りになっている。したがって、回転軸１２の大径部１２Ａから小径部１２Ｂに変化する段部２９部分からロータヨーク２２Ａの片側ボス部２２Ａ-２の先端までの距離も長さＬ１となって正確に決められている。

このロータヨーク２２Ａの片側ボス部２２Ａ-２の先端は軸受１３Ａの内輪の位置決めを行なう機能を有している。したがって、軸受１３Ａの固定位置はこれも精度よく決められることになる。

軸受１３Ａの位置が決まると、軸受収納部１６を形成した第１ハウジング１４Ａの位置が決まるので、軸受収納部１６の外輪端面受部１６Ａから段部３３までの長さＬ４とによってステータ１１の配置位置を正確にきめることができる。これによって、ロータ１０Ａとステータ１１の間のエアギャップｇを正確に得ることができる。

同様に、ロータ１０Ｂ側も大径部１２Ａの長さＬ２が正確にきめられているので、ステータ１１の軸方向の長さが正確に決められていれば、ロータ１０Ｂとステータ１１の間のエアギャップｇを正確に得ることができる。

以上の説明は回転軸１２側から第１ハウジング１４Ａ側に向けて説明したが、逆に第１ハウジング１４Ａ側から回転軸１２側に向けても同様のことが言えるものである。

図１３に本実施例になるアキシャルギャップ型回転電機の大まかな組立手順を示している。本実施例では先にも述べたように第１ハウジング１４Ａ側から順次積み上げていく方法で組み立てるものである。尚、この図でも説明の都合上からロータ１０Ａ、１０Ｂの表示を省略している。

先ず、第１ハウジングの底部１４Ａ-１に形成したボス部１４Ａ-２に外側から軸受１３Ａを固定する。

次に、小径部１２Ｂにロータ１０Ａを固定した回転軸１２を第１ハウジング１４Ａに配置し、回転軸１２の小径部１２Ｂを軸受１３Ａに挿入し、ロータヨーク２２Ａの片側ボス部２２Ａ-２の先端が軸受１３Ａの内輪に当たるまで挿入する。

次に、ステータ１１を第１ハウジング１４Ａに配置し、第１ハウジング１４Ａの段部３３に位置決め板３２が当たるまでステータ１１を挿入する。

次に、回転軸１２の小径部１２Ｂにロータ１０Ｂを大径部１２Ａの段部２９に当たるまで挿入する。

次に、回転軸１２の小径部１２Ｂに軸受１３Ｂを取り付け、最後に第２ハウジング１４Ｂを第１ハウジングに被せ、夫々のブラケット１５をボルトによって固定することで組み立てることができる。尚、軸受１３Ｂは軸受押さえ１７Ｂをばね等の弾性体に変えれば回転軸１２のスラスト方向の動きを制限でき、異音の発生を抑制できる。

以上のような本実施例によれば正確なエアギャップを得ることができる他、次のような新たな作用、効果を奏することができる。

（１）ロータヨークの内周部と回転軸の外周部にナーリング加工部を設けたことにより、各ロータ間の磁極位置を合わせることが容易となる。これによって、部品点数を低減できる。

（２）ロータに使用する磁石をリング磁石としたことにより、回転する時に生じる遠心力に対して強くなる。

（３）ロータヨークに設けた溝部の深さを磁石の厚みの１/３以下とし、かつ内周壁部をカシメ加工したので、ロータヨークとリング磁石を簡単に組立できる。

（４）ロータを軸受と回転軸の大径部の間に挟み込んで固定することで、磁気吸引力による軸受の破損などの問題を少なくすることができる。

（５）少なくとも一つの軸受はハウジングに固定されるステータとロータの位置を正確に決めることができる。また、他方の軸受を軸方向に自由に動けるようにすれば部品の寸法公差を吸収できるようになる。このように、一つの軸受位置が決まれば、これに関連する他の部品の位置も一義的に精度よく決めることができる。更に部品の積み上げによる組立方法を採用でき、分解もしやすくなる。

（６）第１ハウジングと第２ハウジングをブラケットによって固定するため両ハウジングの軸方向の長さが調整できるため、各部品の寸法誤差および組立誤差を吸収できるようになる。

次に本発明の第２の実施形態について図１４を用いて説明する。この実施形態は製品に近い構成を示しているが、基本的には第１の実施形態と同様の構成を採用している。

図１４において、アキシャルギャップ型回転電機は、円板状の２個のロータ１０Ａとロータ１０Ｂ、これらのロータ１０Ａ、１０Ｂの間に配置され所定のエアギャップを介して対向したステータ１１と、各ロータ１０Ａ、１０Ｂを固定して回転可能に支持する回転軸１２と、回転軸１２の両端を軸受１３Ａ、１３Ｂによって回転自在に保持する第１カバー３４と第２カバー３５と、第１カバー３４と第２カバー３５と協働してステータ１１やロータ１０Ａ、１０Ｂを収納する両端開口のハウジング３６等から構成されている。

ハウジング３６は円筒状をしており、この中にステータ１１が固定されている。第１カバー３４と第２カバー３５はハウジング３６の開口を覆うようになっており、両者はボルト３７によって固定されている。

したがって、第１カバー３４のボス部３４Ａに設けた軸受１３Ａと、第２カバー３５の中央部付近のボス部３５Ａに設けた軸受１３Ｂによって回転軸１２は軸支されるようになっている。

第１カバー３４に設けた軸受１３Ａの内輪は回転軸１２の小径部１２Ｂに固定され、外輪は第１カバー３４のボス部３４Ａに形成された軸受収納部３８に固定されている。この外輪は第１カバー３４のボス部３４Ａに設けられた軸受押さえ１７Ａによって第１カバー３４と一体化されている。軸受押さえ１７Ａはボルト３９によってボス部３４Ａに固定されている。

また、第２カバー３５の中央部付近のボス部３５Ａに設けた軸受１３Ｂの内輪は回転軸１２の小径部１２Ｂに固定され、外輪は第２カバー３５のボス部３５Ａに形成された軸受収納部３９に固定されている。

ステータ１１は外周囲をハウジング３６の内周壁に接着性を有する合成樹脂によって固定されており、ステータ１１の内周囲は回転軸１２に所定の間隙を介して対向している。

図面でわかるように、アキシャルギャップ型回転電機においてはロータ１０Ａ、１０Ｂとステータ１１とは回転軸１２の軸方向に並行して配置されており、この軸方向に沿って図面上で下側からロータ１０Ａ、エアギャップｇ、ステータ１１、エアギャップｇ及びロータ１０Ｂの順で配置されている。

第１の実施形態と同様に、ロータヨーク２２Ａはリング磁石２３を保持する平面部２２Ａ-１と、固定孔２７を形成する両側ボス部２２Ａ-２を備えており、本実施例では平面部２２Ａ-１の表面から両側ボス部２２Ａ-２の先端部までの長さＬ１は精度よく管理されている。後で述べるが、この長さＬ１はロータ１０Ａ（及び１０Ｂ）とステータ１１の間のエアギャップｇを精度よく組み立てるために重要な働きをするものである。

回転軸１２は中央付近に大径部１２Ａが形成され、この大径部１２Ａの両側に小径部１２Ｂが形成されている。大径部１２Ａはステータ１１の内周部と対向する部分であり、小径部１２Ｂはロータヨ-ク２２Ａ、２２Ｂが固定される部分である。

また、大径部１２Ａの長さＬ２とロータヨーク２２Ａの両側ボス部２２Ａ-２の長さＬ１とは上述したように精度よく管理されているので、夫々のロータヨーク２２Ａの両側ボス部２２Ａ-２の先端までの長さも精度よく管理されることになる。

更に、ロータ１０Ａ、１０Ｂとステータ１１の間に生じる磁気吸引力により、両者は強くひきあうことになるが、小径部１２Ｂにロータヨーク２２Ａ、２２Ｂを固定するようにしているため、ロータヨーク２２Ａ、２２Ｂの動きが小径部１２Ｂと大径部１２Ａとの間に形成された段部２９の部分で阻止される。これによって、ロータ１０Ａ、１０Ｂの軸方向の位置ずれを抑制することができ、エアギャップｇの高精度の管理が可能となる。

ハウジング３６の内周側の所定位置にステータ１１の位置決め板３２を受け止める段部４０が形成されている。この段部４０を境にして先端側はその直径が拡開されており、先端面で第２カバー３５とボルト３７によって固定されている。

そして、第１カバー３４のボス部３４Ａに形成した軸受収納部３８の軸受１３Ａのロータヨーク１０Ａ側の外輪端面受部３８Ａから段部３３までの長さＬ４も精度よく管理されている。これによって、ロータヨーク１０Ａの両側ボス部の長さＬ１と外輪端面受部１６Ａから段部３３までの長さＬ４とによってステータ１１の配置位置を正確にきめることができる。

ステータ１１の一方面に配置された位置決め板３２はハウジング３６の段部４０の部分に位置決めされて配置されている。ステータ１１の周方向の回り止めは図示しないノックピンで固定する方法や、ステータ１１とハウジング３６の内周部を樹脂によって一体化モールドして固定することができる。

尚、第２カバー３５の外側の回転軸１２には冷却ファン４１が固定されており、コイル２１で発生した熱を外部に排出するように構成されている。
冷却ファン４１は網目、或いはこれに類似した形状の防護カバー４２によって覆われ、安全対策が施されている。

本実施例になるアキシャルギャップ型回転電機のロータとステータの間のエアギャップの距離を正確に管理することができる理由を説明する。

次に、ロータヨーク２２Ａが回転軸１２の小径部１２Ｂに固定されるが、ロータヨーク２２Ａの両側ボス部２２Ａ-２の長さＬ１も精度よく制作されており、その長さＬ１は設計寸法通りになっている。したがって、回転軸１２の大径部１２Ａから小径部１２Ｂに変化する部分からロータヨーク２２Ａの両側ボス部２２Ａ-２の先端までの距離も長さＬ１となって正確に決められている。

このロータヨーク２２Ａの両側ボス部２２Ａ-２の先端は軸受１３Ａの位置決めを行なう機能を有している。したがって、軸受１３Ａの固定位置はこれも精度よく決められることになる。

軸受１３Ａの位置が決まると、軸受収納部３８を形成した第１カバー３４の位置が決まるので、軸受収納部３８の外輪端面受部３８Ａから段部４０までの長さＬ４とによってステータ１１の配置位置を正確にきめることができる。これによって、ロータ１０Ａとステータ１１の間のエアギャップｇを正確に得ることができる。

以上述べたように、アキシャルギャップ型回転電機は回転軸の軸方向に沿って構成部品が積み上げられている構造となっているため、各構成部品の寸法上の誤差が集積されていき、正確なエアギャップを確保するのが困難であったが、本発明によればロータとステータの間のエアギャップの距離を正確に管理することができるようになるものである。

尚、本発明は２ロータ／１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機の例を示したが、これ以外に１ロータ／１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機、１ロータ／２ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機等にも適用できるものである。

１０Ａ、１０Ｂ…ロータ、１１…ステータ、１２…回転軸、１３Ａ、１３Ｂ…軸受、１４Ａ、１４Ｂ…ハウジング、１５…ブラケット、１６…軸受収納部、１７Ａ、１７Ｂ…軸受押さえ、１８…軸受収納部、２０…鉄心、２１…コイル、２２Ａ…ロータヨーク、２２Ａ-１…平面部、２２Ａ-２…ボス部、２３…リング磁石、２４…外周壁部、２５…内周壁部、２６…溝部、２７…固定孔、２８…カシメ部、２９…段部、３１…段部、３２…位置決め板、４０…段部。

Claims

大径部と、この大径部の両端に形成された第１の段部及び第２の段部を介して形成された第１の小径部及び第２の小径部を有する回転軸と、
前記１の段部に密着して前記第１の小径部に固定された第１のロータヨーク、及び前記第１のロータヨークの内側の面に固定された第１の永久磁石とよりなる第１のロータと、
前記２の段部に密着して前記第２の小径部に固定された第２のロータヨーク、及び前記第２のロータヨークの内側の面に固定された第２の永久磁石とよりなる第２のロータと、
前記第１のロータヨークを前記第１の小径部に固定する前記第１のロータヨークに設けられたボス部によって位置決めされ、前記第１の小径部を回転自在に軸支する第１の軸受を保持する第１のハウジングと、
前記第１のロータと前記第２のロータの間に配置され、前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石と所定のエアギャップを介して対向する、前記第１のハウジングの内周壁に形成した段部で位置決めされて前記第１のハウジングの前記内周壁に固定されるステータと、
前記第１のハウジングの反対側に位置して前記第１のハウジングと連結され、更に、前記第１のハウジングとは反対側の位置で前記ステータの軸方向の移動を阻止する移動阻止機能部を備えると共に、前記第２の小径部を回転自在に軸支する第２の軸受を保持する第２のハウジングとを備え、
前記第１のロータヨークに設けられた前記ボス部は、前記第１の軸受の内輪の位置決めを行ない、前記第１の軸受の外輪は前記第１のハウジング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。
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記第１の軸受の外輪は前記第１のハウジングに軸受押さえを介して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。
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記第２のロータヨークにも、前記第２の小径部に前記第２のロータヨークを固定するボス部が設けられ、双方の前記ボス部の内周部と双方の前記小径部の外周部にはナーリング加工部が形成され、双方の前記ボス部の内周部と双方の前記小径部の外周部は前記ナーリング加工部によって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。
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
双方の前記永久磁石は、リング磁石であることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
請求項４に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
双方の前記ロータヨークは外周壁部と内周壁部を備え、この間の円環状の溝部に前記リング磁石を配置すると共に、この溝の深さを前記リング磁石の厚みの１/３以下の長さとしたことを特徴とするアキシャルギャップ回転電機。
請求項４に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
双方の前記ロータヨークは外周壁部と内周壁部を備え、この間の円環状の溝部にリング磁石を配置すると共に、前記内周壁部の一部を前記リング磁石の内周側に肉寄せして前記ロータヨークと前記リング磁石を固定することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記第１のロータヨークの前記ボス部を、前記第１の軸受と前記回転軸の前記第１の段部の間で挟み込んで固定したことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記第１のハウジングと前記第２のハウジングは、その外周に形成した接合ブラケッドによって連結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。