JP6857670B2 - アキシャルギャップ型回転電機 - Google Patents

Description

本発明は軸方向にロータとステータを対向させたアキシャルギャップ型回転電機に関する。

アキシャルギャップ型回転電機は、軸方向にロータとステータを対向させた構造であるため、ラジアルギャップ型に比べて軸方向長さを短くでき、回転電機自体を薄型化できる特徴がある。一方、その製造組み立てにおいては、ロータとステータ間のギャップ調整を行なう必要がある。

本技術分野の背景技術として、特開２０１５−６１３９４号公報（特許文献１）がある。特許文献１では、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が開示され、クランクケースに軸受を介して支持されるクランク軸の一方にテーパ軸が設けられ、テーパ軸にはアダプタが取り付けられ、第１のステータを備えた第１のステータケースが、クランクケースに対して取り付けられる。次いで、テーパ軸に固定されるアダプタには、ロータが組み付けられ、アダプタとロータとの間には、ロータとステータとの間のエアギャップを調整するため所定の厚み寸法を備えるシムが挟み込まれる。そして、第２のステータを備えた第２のステータケースがロータを挟み込むように、第１のステータケースに対して取り付けられる構成が開示されている。

特開２０１５−６１３９４号公報

特許文献１では、ロータとステータとの間のエアギャップを調整するためにシムを挟み込み組立て調整するが、組立て後は、ロータとステータは第１、第２のステータケースで覆われるため、組立て後にエアギャップを目視確認できないという問題がある。そのため、組立てた後にエアギャップが不良であるかの判定が出来ず、不良率が増加するという懸念がある。

本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、アキシャルギャップ型回転電機であって、主軸を中心に回転するロータと、主軸方向にロータと対向して配置されたステータと、ステータを固定するハウジングと、ハウジングに結合され軸受を保持しロータが回転可能に保持されているブラケットと、を有し、ハウジングの内側にロータとステータが配置され、ロータとステータとの間のエアギャップの径方向延長線上に位置する貫通穴をハウジングに有する構成とした。

本発明によれば、組立て後にエアギャップを目視確認できるアキシャルギャップ型回転電機を提供できる。

実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機の主軸に対して片側の断面のみを示す模式図である。 実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機の貫通穴から見た構成の模式図であり、貫通穴形状が円の場合の図である。 実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機の貫通穴から見た構成の模式図であり、貫通穴形状が楕円の場合の図である。 実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機の貫通穴から見た構成の模式図であり、貫通穴形状が横長の矩形の場合の図である。 実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機の貫通穴から見た構成の模式図であり、貫通穴形状が矩形の場合の図である。 実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機の貫通穴から見た構成の模式図であり、貫通穴形状が縦長の楕円の場合の図である。 実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機の貫通穴から見た構成の模式図であり、貫通穴形状が縦長の矩形の場合の図である。 実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴の位置を表す模式図であり、上面の１箇所に貫通穴がある場合の図である。 実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴の位置を表す模式図であり、側面１箇所に貫通穴がある場合の図である。 実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴の位置を表す模式図であり、対向する側面２箇所に貫通穴がある場合の図である。 実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴の位置を表す模式図であり、上面と側面の２箇所に貫通穴がある場合の図である。 実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴の位置を表す模式図であり、斜め方向２箇所に貫通穴がある場合の図である。 実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴の位置を表す模式図であり、上面及び対向する側面の３箇所に貫通穴がある場合の図である。 実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴の位置を表す模式図であり、側面の等ピッチの３箇所に貫通穴がある場合の図である。 実施例1におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴の位置を表す模式図であり、端子箱がない場合の図である。 実施例２におけるアキシャルギャップ型回転電機の貫通穴に貫通穴キャップを取り付けた構成の、主軸に対して片側の断面のみを示す模式図である。 図１６の貫通穴キャップにハウジング用温度センサを取り付けた構成の、主軸に対して片側の断面のみを示す模式図である。 図１６の貫通穴キャップにハウジング内気用温度センサを取り付けた構成の、主軸に対して片側の断面のみを示す模式図である。 図１６の貫通穴キャップに貫通穴を開けセンサ線を取り出した構成の、主軸に対して片側の断面のみを示す模式図である。 図１６の貫通穴をネジ穴とし、貫通穴キャップとして吊りボルトを取り付けた構成の、主軸に対して片側の断面のみを示す模式図である。 従来のアキシャルギャップ型回転電機のステータ、ロータ、ハウジングの位置関係を示す斜視図である。 従来のアキシャルギャップ型回転電機のモータ部の構造を示す斜視図である。 従来のアキシャルギャップ型回転電機のステータ、ロータ、ハウジングの位置関係を示す、主軸に対して片側の断面のみを示す模式図である。

以下、本発明を適用した実施例を図面を用いて説明する。

まず、本発明の前提となる、アキシャルギャップ型回転電機について説明する。

図２１は、従来のアキシャルギャップ型回転電機のステータ、ロータ、ハウジングの位置関係を示す斜視図である。アキシャルギャップ型回転電機の構成としては、１ステータ１ロータ型、１ステータ２ロータ型、２ステータ１ロータ型、などの組み合わせがあるが、本実施例では、１ステータ２ロータ型を例にとって説明する。

図２１において、ハウジング４０は、基本的に主軸方向に延伸する円筒形状となるが、説明のために断面図を示している。そのハウジング４０の円筒内側にステータ３０とロータ２０を配置する構造となる。ステータ３０は、ハウジング４０の軸方向中央部に配置、固定され、２つのロータ２０が、図示しない主軸方向にステータ３０と対向しステータ３０を挟む形で配置される。

図２２は、従来のアキシャルギャップ型回転電機のステータ３０とロータ２０の構造を示す斜視図である。図２２に示すように、ステータ３０は、鉄心３１、ボビン３２、コイル３３からなり、それらの間の空間を埋めるように絶縁樹脂が充填されて一体のステータとなる。ステータ３０は絶縁樹脂の接着強度でハウジング４０に保持され、ハウジング４０は、その内側には段差を設けてステータ３０の軸方向に外れないように構成し、また、回転方向一部に切り欠きなどの溝、または突起を設け、回転方向にも回転しないような構造とする。ロータ２０は、ロータヨーク２２と永久磁石２１によって構成される。

図２３は、従来のアキシャルギャップ型回転電機のステータ、ロータ、ハウジングの位置関係を示す、主軸６０に対して片側の断面のみを示す模式図である。図２３において、鉄心３１、コイル３３で構成されるステータ３０が絶縁樹脂で充填されてモールド３５で成形されてハウジング４０に固定されている。また、ロータヨーク２２と永久磁石２１によって構成される２つのロータ２０が主軸６０方向にステータ３０を挟む形で配置される。また、ハウジング４０に結合されたブラケット５０に配置された軸受６５でロータ２０が回転可能に保持されている。なお、３４はステータ３０のコイル３３から引き出された渡り線であって、これも絶縁樹脂で充填されてモールド３５で成形される。

ここで、ステータ３０とロータ２０をハウジング４０に組み込む際には、ロータ２０とステータ３０との間のエアギャップ２５を調整する必要があり、予め計算した距離になるようにシムを挟み込む等して組立て調整するが、組立て後は、ロータ２０とステータ３０はハウジング４０で覆われるため、組立て後にエアギャップを目視確認できないという問題がある。そのため、組立て後に正常にエアギャップが形成されているかの確認を行う手立てがなく、不良であった場合は不良率が増加するという懸念がある。

そこで、本実施例のアキシャルギャップ型回転電機においては、ハウジング４０に貫通穴を設け、その貫通穴を介してロータ２０とステータ３０との間のエアギャップを目視できるように構成した。

図１に、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の主軸に対して片側の断面のみを示す模式図を示す。図１において、図２３と同じ構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。図１において、図２３と異なる点は、ハウジング４０に貫通穴７０を設けた点である。図１に示すように、貫通穴７０は、ロータ２０とステータ３０との間のエアギャップ２５の径方向延長線上に位置し、エアギャップ２５を目視できるようにハウジング４０上に配置される。なお、貫通穴７０は、主軸方向で、エアギャップ２５の真上に位置するように配置されるのが望ましい。

また、図１において、貫通穴７０は主軸６０方向に１つしかなく、図１紙面上の右側のロータ２０とステータ３０との間のエアギャップ２５のみを目視できる。これは、図１紙面上の左側のロータ２０とステータ３０との間のエアギャップ２５の紙面上部の位置には渡り線３４があるため、貫通穴を設けてもエアギャップ２５を目視できないからである。なお、渡り線３４を紙面上でステータ３０の１周で左右に振り分けるように配置するか、または、渡り線３４をエアギャップ２５部分にはみ出さないように、ステータ３０の周方向に配置するように構成すれば、貫通穴７０を主軸６０方向に２つ設けることで、左右のロータ２０のエアギャップ２５を目視できる。

図２は、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の貫通穴から見た構成の模式図である。図２においては、貫通穴７０は円形状としており、エアギャップ２５を測定するためのゲージが挿入できる形状、大きさが望ましい。また、貫通穴７０は、エアギャップ２５が貫通穴７０の中心に位置するように配置するのが望ましい。円形状とすることで、加工が簡単であるという効果がある。

図３は、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の貫通穴から見た構成の模式図であり、貫通穴形状が楕円の場合を示している。貫通穴７０をエアギャップ２５に沿って長円とすることで、エアギャップ２５を広い範囲にわたって一覧できる効果がある。なお、図４のようにエアギャップの長手方向に横長の矩形としても同様の効果を得ることができる。

図５は、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の貫通穴から見た構成の模式図であり、貫通穴形状が矩形の場合を示している。貫通穴７０をロータ２０とステータ３０の断面に沿った２辺をもつ矩形とすることで、エアギャップ２５が平行になっているか、言い換えれば、ステータ３０に対してロータ２０が平行に配置されているかを目視で確認できる効果がある。また、円形に比べて、同じ直径の場合、見える範囲が広いので見やすいという効果がある。また、ロータ２０やステータ３０の外観に異常がないか等の確認も可能である。

図６は、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の貫通穴から見た構成の模式図であり、貫通穴形状が縦長の楕円の場合を示している。貫通穴７０をエアギャップ２５の長手方向と直交する方向に長円とすることで、ロータ・ステータの構成を変えてエアギャップ位置やエアギャップ長を変更した場合にも、ハウジングを共用化することができる。また、図７のように縦長の矩形としても同様の効果を得ることができる。

もちろん、本実施例において、貫通穴は図２から図７の形状に限らず、ロータ・ステータの側面およびエアギャップ長が確認できる大きさがあれば円形・矩形以外の形状でも構わない。例えば、軸方向に対して斜めの長円あるいは多角形でもよい。

図８は、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴７０の位置を表す模式図である。図８において、４５はハウジング脚であって、アキシャルギャップ型回転電機の上部に端子箱４１を有しており、貫通穴７０も上部に１箇所設けている。貫通穴７０を上部に設けることで、貫通穴７０を介してエアギャップ２５を目視する際に楽に確認ができるという効果がある。また、端子箱４１と同じ面に配置することで、端子箱４１によって風の流れが遮られるため、ほこり等が入りづらいという効果がある。なお、貫通穴７０が１箇所であっても、ロータを回転させることでロータ側のゆがみも確認することが可能である。

図９は、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴７０の位置を表す模式図であり、ハウジング４０の側面１箇所に貫通穴７０がある場合を示している。図９の構成は、アキシャルギャップ型回転電機は軸方向に薄くできるという効果があるので、端子箱４１の位置と異なる位置に貫通穴７０を設けることで、軸方向に薄くできるという特徴を生かすことができる。

図１０は、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴７０の位置を表す模式図であり、ハウジング４０の対向する側面２箇所に貫通穴がある場合を示している。端子箱４１の位置と異なる位置に貫通穴７０を設けるという点で、図９と同様の効果があるのに加え、また、複数の貫通穴７０を有するので、スキマゲージで、エアギャップ２５の奥まで確認できる。また、複数の貫通穴７０からの確認で、ロータ側に加え、ステータ側のゆがみも確認することが可能である。

図１１は、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴の位置を表す模式図であり、上面と側面の２箇所に貫通穴がある場合を示している。図８、図９と同様の効果があるのに加え、図１０と同様の効果がある。

図１２は、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴の位置を表す模式図であり、斜め方向２箇所に貫通穴がある場合の図である。図１１と同様の効果があるのに加え、図１１より、貫通穴７０を介してエアギャップ２５を目視する際に楽に確認ができるという効果がある。

図１３は、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴の位置を表す模式図であり、上面及び対向する側面の３箇所に貫通穴がある場合を示している。図１１に比べて観察できる貫通穴が増加した分、より広範囲にエアギャップ２５および、ステータ側のゆがみを確認することが可能である。

図１４は、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴の位置を表す模式図であり、側面の等ピッチの３箇所に貫通穴がある場合を示している。図１３に比べて、等ピッチに貫通穴があるため、より広範囲にエアギャップ２５および、ステータ側のゆがみを確認することが可能となる。

図１５は、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機を主軸方向から見た貫通穴の位置を表す模式図であり、端子箱がない場合の例を示している。貫通穴７０は等ピッチではなく、複数個所設けられている。これら図８から図１５のように、モータを設置する状況に合わせて端子箱の有無、貫通穴７０の位置および個数を変更しても構わない。また、複数個設ける場合も、等ピッチに設けなくともよい。

以上のように、本実施例では、ハウジングに貫通穴を設け、その貫通穴を介してロータとステータとの間のエアギャップを目視できるように構成したので、ステータとロータをハウジングに組み込んだ後でもエアギャップを目視確認できるので、組立て後に正常にエアギャップが形成されているかの確認を行なうことが出来、不良率が低減できるという効果がある。

本実施例は、実施例１で設けた貫通穴を塞ぐ貫通穴キャップを有し、エアギャップの目視確認以外の場合には、貫通穴を塞ぐことでほこりや異物の侵入を防ぐ点について説明する。

図１６は、本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の貫通穴に貫通穴キャップを取り付けた構成の、主軸に対して片側の断面のみを示す模式図である。図１６において、図１と同じ構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。図１６において、図１と異なる点は、貫通穴７０に貫通穴キャップ７４を設けた点である。図１２に示すように、貫通穴７０に貫通穴キャップ７４を設けることで、貫通穴７０を介したエアギャップの目視確認を行なう以外の場合には、貫通穴７０を貫通穴キャップ７４で塞ぐことで、ほこりや異物の侵入を防ぐことが出来る。貫通穴キャップ７４は金属、樹脂でもよい。また、貫通穴キャップ７４を透明部材とすれば、回転状態が外部から観察できる。また、ロータ周面に縞模様を設け貫通穴キャップ７４の透明部材を介して外部からセンサで監視することで回転検出することも可能である。また、貫通穴キャップ７４にセンサを設け、そのセンサで監視することで回転検出することも可能である。

図１７は、図１６の貫通穴キャップ７４にハウジング用温度センサを取り付けた構成の、主軸に対して片側の断面のみを示す模式図である。図１７において、ハウジング用温度センサ７５を貫通穴キャップ７４に設けることで、ハウジング用温度センサ７５用の取付け座を別途設ける必要がなく、別途取付け座を軸方向に設けると軸長が増加し、径方向に設けると取付け座を設けない同じ径寸法に対して磁極の径方向が減少するため磁極面積が減少し出力低下が生じるという問題を解決することが出来る。また、取り外しが簡単という効果もある。

図１８は、図１６の貫通穴キャップ７４にハウジング内気用温度センサを取り付けた構成の、主軸に対して片側の断面のみを示す模式図である。図１８において、内気用温度センサ７６を貫通穴キャップ７４に設けることで、内気用温度センサ７６用の取付け座を別途設ける必要がなく、図１７と同様に、軸長増加や出力低下の問題を解決出来、取り外しが簡単という効果がある。

また、内気用温度センサ７６の代わりに、磁極位置検出センサや回転検出センサ、位置検出センサを取り付けて回転検出してもよい。

図１９は、図１６の貫通穴キャップに貫通穴を設けセンサ線７８を取り出した構成の、主軸に対して片側の断面のみを示す模式図である。図１９において、ステータ３０に貼り付けた熱電対等のセンサからのセンサ線７８を、貫通穴を設けた貫通穴キャップ兼引出線用ブッシュ７７の貫通穴から取り出すように構成している。これにより、センサ線７８を取り出すための穴を別途設ける必要がないという効果がある。

図２０は、図１６の貫通穴７０をネジ穴とし、貫通穴キャップとして吊りボルト７９を取り付けた構成の、主軸に対して片側の断面のみを示す模式図である。図２０において、貫通穴キャップと吊りボルト７９を兼用することで、別途吊りボルトを設ける必要がないという効果がある。

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は１ステータ２ロータ型のアキシャルギャップ型回転電機を例に説明したが、１ステータ１ロータ型や２ステータ１ロータ型でも適用できるのは明らかである。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、例えば、図２から図７に示した形状が異なる貫通穴に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

２０：ロータ、２１：永久磁石、２２：ロータヨーク、２５：エアギャップ、３０：ステータ、３１：鉄心、３２：ボビン、３３：コイル、３４：渡り線、３５：モールド、４０：ハウジング、４１：端子箱、４５：ハウジング脚、５０：ブラケット、６０：主軸、６５：軸受、７０：貫通穴、７４：貫通穴キャップ、７５、７６：温度センサ、７７：貫通穴キャップ兼引出線用ブッシュ、７８：センサ線、７９：吊りボルト

Claims (12)

1. 主軸を中心に回転するロータと、
   前記主軸方向に前記ロータと対向して配置されたステータと、
   前記ステータを固定するハウジングと、
   前記ハウジングに結合され軸受を保持し前記ロータが回転可能に保持されているブラケットと、を有し、
   前記ハウジングの内側に前記ロータと前記ステータが配置され、前記ロータと前記ステータとの間のエアギャップの径方向延長線上に位置する貫通穴を前記ハウジングに有し、
   前記貫通穴は、前記エアギャップに沿って前記主軸に垂直な方向に延びる長円形状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。
2. 主軸を中心に回転するロータと、
   前記主軸方向に前記ロータと対向して配置されたステータと、
   前記ステータを固定するハウジングと、
   前記ハウジングに結合され軸受を保持し前記ロータが回転可能に保持されているブラケットと、を有し、
   前記ハウジングの内側に前記ロータと前記ステータが配置され、前記ロータと前記ステータとの間のエアギャップの径方向延長線上に位置する貫通穴を前記ハウジングに有し、
   前記貫通穴は、前記ロータと前記ステータの前記主軸に垂直な方向の断面に沿った前記ハウジング上の２辺をもつ矩形形状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。
3. 主軸を中心に回転するロータと、
   前記主軸方向に前記ロータと対向して配置されたステータと、
   前記ステータを固定するハウジングと、
   前記ハウジングに結合され軸受を保持し前記ロータが回転可能に保持されているブラケットと、を有し、
   前記ハウジングの内側に前記ロータと前記ステータが配置され、前記ロータと前記ステータとの間のエアギャップの径方向延長線上に位置する貫通穴を前記ハウジングに有し、
   前記貫通穴は、前記エアギャップの長手方向と直交し前記主軸の方向に延びる長円形状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。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記ハウジングは前記主軸方向に延伸する円筒形状であって、
   前記ハウジングに設けたハウジング脚側を前記ハウジングの下部としたとき、前記ハウジングの上部に端子箱を有し、
   前記ハウジング上の前記貫通穴の位置を前記主軸方向から見て前記端子箱の位置としたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
5. 請求項１から３の何れか１項に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記ハウジングは前記主軸方向に延伸する円筒形状であって、
   前記ハウジングに設けたハウジング脚側を前記ハウジングの下部としたとき、前記ハウジング上の前記貫通穴の位置を前記主軸方向から見て前記ハウジングの側面としたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
6. 請求項１から３の何れか１項に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記ハウジングは前記主軸方向に延伸する円筒形状であって、
   前記ハウジングに設けたハウジング脚側を前記ハウジングの下部としたとき、前記ハウジングの上部に端子箱を有し、
   前記ハウジング上の前記貫通穴の位置を前記主軸方向から見て前記端子箱の位置からずらした位置としたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
7. 請求項５記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記ハウジング上の前記貫通穴の位置を前記主軸方向から見て前記ハウジングの対向する側面２箇所としたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
8. 請求項１から３の何れか１項に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記ハウジングは前記主軸方向に延伸する円筒形状であって、
   前記ハウジングに設けたハウジング脚側を前記ハウジングの下部としたとき、前記ハウジング上の前記貫通穴の位置を前記主軸方向から見て前記ハウジングの側面の等ピッチの３箇所としたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
9. 請求項１から３の何れか１項に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記貫通穴に貫通穴キャップを取り付け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記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
    前記貫通穴キャップにハウジング用温度センサまたは内気用温度センサを取り付けた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９記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
    前記貫通穴キャップに貫通穴を設け、センサ線を取り出す構成としたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
12. 請求項９記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
    前記貫通穴キャップは透明部材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。

Images