JP7025355B2 - アキシャルギャップ型回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、アキシャルギャップ型回転電機に係り、特に、隣りあって配置されるコイルが同相であり、コイルに巻回される電線がつながっているものに関する。

電動機のギャップ（固定子と回転子との空隙）において、Ｎ・Ｓの１対、あるいはそのｎ倍の数の磁極が形成される。この磁極とは必ずしも固定子巻線の数（スロット数）と一致するものではなく、１２スロットで１０極であったり、４８スロットで８極であったりと様々な値に設計されるものである。この極数と、巻線を流れる電流の周波数によって、電動機の同期速度が決まり、回転子はこの同期速度で回転する。これらの磁極を実現するためには、固定子巻線の巻き方に工夫をする必要がある。

例えば、ボビンに固定子巻線を巻きまわしてコイルを形成する電動機において、１つのボビンに１本の固定子巻線を巻きまわすもの、２つのボビンに１本の固定子巻線を巻きまわすもの（以下、連巻と呼ぶ。）、１つのボビンに２本の固定子巻線を巻きまわすもの、など様々な巻き方を用いて任意の磁極数を実現する。

一般に電動機には、出力軸と同一方向にギャップをもつラジアルギャップ型電動機と、出力軸と垂直方向にギャップをもつアキシャルギャップ型電動機がある。このアキシャルギャップ型電動機において、連巻のボビンを作成する手段として、例えば特許文献１がある。特許文献１には、複数のコアユニットを円盤上に配置したステータと、ステータ両側面にギャップを介して対向する１対のロータを備え、各ロータは回転駆動力を出力する出力軸に同軸的に固定されている構造が開示されている。このステータを構成するコアユニットには連結手段が設けられており、コアユニットを一直線上に連結することで一本の巻線を一度に二つのボビンに巻き回して連巻のコイルを製造するものである。

特開２００６－２３０１７９号公報

特許文献１のようにコイルを連巻する際、巻き始めのコアユニットから隣接するコアユニットへ渡す渡り線を最外周の層から渡してしまうと、巻き回し作業が終わって配列させる際にたるみが発生してしまう虞がある。たるんだ渡り線によって巻き崩れが起きたコアユニットは占積率も下がり、性能が落ちてしまうという課題がある。また、ステータをハウジングにモールドするような構造の電動機の場合には、各コアユニットを配列させてハウジング内に並べる際に渡り線が邪魔になったり、コアユニットの下敷きになって渡り線が傷ついたり、あるいはハウジングと渡り線とが接近し過ぎることで絶縁性能を確保できなくなるという課題もある。

電動機の生産性を確保しつつ、性能や信頼性を向上させる技術が望まれる。

上述した課題を解決するため、請求の範囲に記載の構成を適用する。一例をあげるならば、概略柱体からなるコア、該コアに巻き回すコイル及びコア並びにコイルとの間に配設されるボビンとを有する複数のコアユニットが、回転軸を中心に、ハウジング内周面に沿って環状に配列されてなる固定子と、回転軸方向に所定のエアギャップを介してコアの端面の面対向する少なくとも一つの回転子とを備えるアキシャルギャップ型回転電機であって、ボビンが、記コアを挿入する筒部と、該筒部の両開口端部の少なくとも一方の近傍に該筒部の外周と鉛直方向に所定長さ延伸する鍔部とを有するものであり、コイルが、ボビンの筒部外周に整列巻で巻き回されるものであり、鍔部に接触して巻き回された層よりも外側に巻き回される層の１層毎のターン数が、隣接する内側のターン数よりも少なくとも１つずつ減少したターン数となる層が連続してなるものであり、第１のコアユニットの最内周層から隣接する第２のコアユニットの一層目のコイルとして渡り線を配置するものである。

本発明の一側面によれば、隣接して連巻されたコアユニット間の渡り線のたるみが軽減し、回転電機の信頼性・生産性が向上する。

一般的なアキシャルギャップ型の回転電機の断面図である。 本発明を適用した実施例１のコイルの外観図である。 実施例１のコイルを巻き回す過程の斜視図である。 実施例１の連続巻きされたコアユニットの斜視図である。

以下、図面を用いて本発明を実施するための形態を説明する。図１に、本発明を適用した実施例１によるダブルローター型アキシャルギャップ型永久磁石同期モータ１００（以下、単に「モータ１００」という場合がある。）の概要構成を表わす軸方向縦断面図を示す。

モータ１００は、ハウジング５０の内周面に沿ってドーナツ状に配置された固定子１０を、円盤状の２つの回転子３０が、回転軸径方向に所定のエアギャップを介して挟むように、夫々面対向して配置される。回転子３０は、円盤中央が回転軸４０と固定される。回転軸４０は、固定子１０の中央部分を貫通して配置され、両端部が軸受７０を介してブラケット６０と回転可能に固定される。エンドブラケット６０は、概略円筒形からなるハウジング５０の両開口端部付近で固定される。なお、本発明はこれに限定されず、シングルロータ式、複数の固定子と複数の回転子とからなる形式など種々の形式に適用することができる。

回転子３０は、円形の基台３３に、ヨーク３２を介して永久磁石３１を備える。永久磁石は、回転軸を中心とする概略扇形の形状の内周を有する複数の平板状の磁石からなり、回転方向に異なる極性の磁石が配置される。なお、本実施例では永久磁石３１としてフェライト磁石を適用するものとするが、本発明はこれに限るものではない。例えばヨーク３２を省略する構成としてもよい。

固定子１０は、回転軸心Ａを中心方向としてハウジング３０の内周に沿って配置された１２個のコアユニット２０からなる。１つのコアユニット２０が、１スロットを構成するようになっている。また、コアユニット２０同士及びハウジング５０の内周面は、樹脂モールドによって互いに一体的に成形され、また固定子に固定されるようになっている。

図２を用いてコアユニットの構成を説明する。図２（ａ）はコアユニットの斜視図であり、（ｂ）は断面図である。コアユニット２０は、鉄心（コア）２１、ボビン２２及びコイル２３を有する。鉄心２１は、回転子３０と面対向する端面が概略台形（扇形やそれに準ずる形状を含む）の形状を有する柱体からなる積層鉄心である。積層鉄心は、磁性体材料を含有する板状（あるいは帯状やテープ状を含む。）を、回転軸心Ａからハウジング内周面に向かうにつれて、次第に幅が大となる板片を積層することで得る。また、鉄心２１は、これに限るものではなく、圧粉鉄心でも削り出しのものでもよく又回転軸方向の断面がＴ、Ｈ若しくはＩ字型の形状をするものであってもよい。なお、磁性体材料としては、アモルファス金属を適用するものとするが、これに限るものではない。

ボビン２２は、樹脂等からなる絶縁部材であり、鉄心２１の外形と概略一致する内径を有する筒部と筒部の両開口端部近傍から鉛直方向の全周にわたって所定長さ延伸する鍔部とを有する。所定長さは鍔部全体で一律である必要はなく、仕様に応じて適宜設定可能である。本実施例では、回転軸回転方向の左右に位置する部分（台形の斜辺に対向する部分）及びハウジング５０の内周側に位置する部分（台形の下底に対向する部分）は、巻き回されたコイル２３の積厚保よりも若干長くなっており、隣接するコアユニットのコイル２３やハウジング５０の内周面との絶縁を図っている。また、回転軸芯方向に延伸する部分はこれらよりも若干長くなっている。なお、鍔部はコイル積厚以下とする構成も可能である。

筒部の外周側面であって、両鍔部の間にコイル２３が巻きまわされる。コイル２３は巻線張力を高くして、高占積率で巻き回される。なお、本実施例ではコイル２３に丸線を適用するものとするが、角線の対角線を鉄心２１の延伸方向と鉛直にして使用する場合にも本発明を適用することができる。

図２（ｂ）はコアユニットの径方向断面図を示す。コイル２３は、鍔部の筒部側の面の付け根部分を巻き始めとして、整列巻によって巻き回されるようになっている。また、コイル２３は両鍔部側に第１領域２３１が形成されるように、ボビン２２の外側に巻き回されるコイルほど、１層あたりのターン数が１ターン減じて巻き回されるようになっている。

まず１層目のコイル２３は（図中上方の）鍔部の付け根から巻き始められ（２３ａ）、その後他方鍔部の付け根部分まで巻き回される。２層目は、２層目のコイル２３の間になるべく配置されるように折り返して巻き回すようになっている。

また、（図中上方の）鍔部側まで折り返し巻き回された２層目のコイル２３は、１層目の巻始めのコイル２３ａの次のターンで巻き回されたコイル２３ｂとコイル２３ｃとの間に巻き回すのを最後に、３層目の巻回しに折り返すようになっている。その後４層目、５層目、６層目は夫々、隣接する層のターン数から１ターン減じて巻き回すようになっている。この結果図２（ｂ）に示す如く、コイル２３は鍔部との間で角θをなる段巻を形成する。最終層まで巻き回されたコイル２３は隣接するボビン鍔部の根本へそのまま巻き回される。

図３には、二つのボビン２２にコイル２３を連続して巻き回した（連巻）斜視図を示す。図示しないが、巻き回し時には二つのボビン２２を治具に固定する。このとき、切欠き部第１のボビンの切欠き２２ａと第２のボビンの切欠き２２ｂとが近づくよう、二つのボビンを重心を中心として、互いに傾けて配置する。ボビンを治具で固定した後、二つのボビンを巻き回し方向に回転させる。同時に、コイルを支持するノズルを水平方向に移動させることで、コイルを筒部に巻き回すようになっている。

本例では、ノズルを第１のボビンの筒部状を複数回往復させて段巻を形成した後、コイル２３を切欠き部２２ａを通し、対向する第２のボビンの切欠き２２ｂに通す。第２のボビンに対してもボビンを回転させて段巻を形成する。巻回し後、図４に示すようにボビン間のコイル２２を切欠き部から外し、渡り線２３１が第２のボビンの巻線の第１領域を通るように両ボビンを回転させる。これにより巻方向Ｄが異なる連続コイルが完成する。

このように、最内周側から隣接するコアユニット（第２のボビン）に渡り線２３１を渡すことで、渡り線のたるみが低減され、巻き崩れる虞や絶縁性能を確保できなくなる虞を減らすことができる。

巻線を巻く方向は第１のボビンと第２のボビンで逆の向きとなる。例えば、ボビンの真上から見たときに、第１のボビンに反時計回りにコイル２３が巻き回されていれば、連巻される第２のボビンは時計回りにコイル２３が巻き回されることになる。もちろん第１のボビンと第２のボビンの関係は逆でも構わない。

以上、本発明を実施するための実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば本実施例ではダブルロータ型のアキシャルギャップ型モータを例としたが、シングルロータ型であってもよい。また、モータではなく発電機であってもよい。

１…電動機
１０…ステータ
２０…コアユニット
２１…コア
２３…コイル
２２…ボビン
２４…樹脂
３０…ロータ
３１…永久磁石
３２…ベース
４０…回転軸
５０…ハウジング
６０…ブラケット
７０…軸受。

Claims (2)

1. アキシャルギャップ型回転電機を製造する方法であって、
   前記アキシャルギャップ型回転電機は、
   概略柱体からなるコアと、
   該コアに巻回するコイル及び前記コア並びにコイルとの間に配設されるボビンとを有する複数のコアユニットが、回転軸を中心に、ハウジング内周面に沿って環状に配列されてなる固定子と、
   回転軸方向に所定のエアギャップを介して前記コアの端面と面対向する少なくとも一つの回転子と、
   前記コアを挿入する筒部と、該筒部の両開口端部の少なくとも一方の近傍に該筒部の外周と鉛直方向に所定長さ延伸する鍔部とを有する前記ボビンと、
   前記ボビンの前記筒部の外周に整列巻で巻き回されて構成された前記コイルと、
   前記ボビンの前記鍔部と前記コイルとの間に形成される第１領域と、
   を備え、
   前記方法は、
   前記コアユニットの第１のボビンの段巻を形成するステップと、
   前記コイルを前記第１のボビンの切欠き部及び当該第１のボビンに対向する前記コアユニットの第２のボビンの切欠き部に通すステップと、
   前記第２のボビンに対しても段巻を形成するステップと、
   前記第１のボビンと第２のボビンとの間のコイルを前記第１のボビンの切欠き部及び前記第２のボビンの切欠き部から外し、前記第１のボビンからの渡り線が前記第２のボビンの前記第１領域を通るように前記第１のボビンと第２のボビンを回転させるステップと、
   を含み、
   前記コイルは、最内周層よりも外側に巻き回される層の１層毎のターン数が、隣接する内側のターン数よりも少なくとも１つずつ減少したターン数であり、且つ前記最内周層に隣接する層は前記最内周層のターン数よりも少なくとも２つ減少したターン数となるように形成され、且つ前記最内周層の巻き初めのコイルの上には隣接する層のコイルが巻回されない、アキシャルギャップ型回転電機を製造する方法。
2. 前記第２のボビンに対しても段巻を形成するステップでは、前記第１のボビンと対向する前記第２のボビンを、前記第１のボビンの段巻方向と同一方向に回転させて、段巻を形成し、前記第１のボビンと第２のボビンを回転させるステップでは、前記第１のボビンのコイルの巻方向と、前記第２のボビンのコイルの巻方向とが異なるように形成される、請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機を製造する方法。

Images