JPWO2003047070A1 - アキシャルギャップ型回転電機 - Google Patents
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Abstract
誘導電流によるエネルギー損失を低減して、例えば強い磁石を使用した高トルクの駆動源として小型で高いモータ効率が得られるアキシャルギャップ型回転電機を提供する。回転軸に固定された円板状のロータ側のヨークと、該ロータ側のヨークに対向する円板状のステータ側のヨーク２３と、該ロータ側又はステータ側のいずれか一方のヨークの対向面側に固定されたマグネットと、前記ロータ側又はステータ側の他方のヨークの対向面側に、前記マグネットに対向して放射状に配設され、該ヨーク２３に固定された複数のティース２４と、該複数のティースの各々に巻回されたコイルとからなるアキシャルギャップ型回転電機において、前記ティース２４は、ティース用板材１２４の積層体からなり、前記ティース用板材１２４の重ね合せ面１２４ａを円周方向に配設した。
Description
技術分野
本発明は、電動モータや発電機等を構成し、また車両駆動源として用いた場合には回生ブレーキとしてモータと発電機の両方の作用を利用するロータ及びステータからなる回転電機に関する。
背景技術
電動二輪車等の駆動源やその他一般の電動モータとしてラジアルギャップ型電動モータが用いられている。このラジアルギャップ型電動モータは、例えばロータ側に、マグネットを軸廻りに円筒状に設け、このマグネットの円筒面に対向して複数のティースをステータ側に設け、このティースにコイルを巻回したものである。したがって、マグネットと各ティースの対向面のギャップは軸に沿って円筒状に形成される。
一方、オーディオ機器等の比較的小出力の回転駆動源としてアキシャルギャップ型電動モータが用いられている。このアキシャルギャップ型電動モータは、回転軸に固定された円板状のロータ側のヨークと、該ロータ側のヨークに対向する円板状のステータ側のヨークと、該ロータ側又はステータ側のいずれか一方のヨークの対向面側に固定されたマグネットと、前記ロータ側又はステータ側の他方のヨークの対向面側に、前記マグネットに対向して放射状に配設された複数のティースと、該複数のティースの各々に巻回されたコイルとにより構成される。したがって、マグネットとティースの対向面のギャップは、軸に垂直な平面状に形成される。
図２２は、従来のアキシャルギャップ型電動モータの磁束説明図である。図は１つのティース３についてのみ磁束を示し、その左右隣のティース３については図示省略してある。
ステータ１は、鋼板の積層体からなる円板状ステータヨーク２を備え、このステータヨーク２上に複数の同じく鋼板の積層体からなるティース３を放射状に配設したものである。各ティース３にコイル（不図示）が巻回される。このステータのティース３に対向して円板状のロータ（不図示）が配設される。このロータにマグネットがティース３の上面に対し所定のギャップを隔てて固定される。なお円板状とは円形及び平板リング状（ドーナツ形状）を含む。
不図示のロータとステータとの間で磁気回路が形成され、マグネットのＮ極から出た磁束は、ティース３からステータヨーク２へ流れ（矢印Ａ）、他のティース３を通してマグネットのＳ極へ流れる（不図示）。コイルへの通電により、そのコイルのティースが励磁され、ティース上面に対向するロータのマグネットを吸引及び反発させる。コイルへの通電を順次切換えることにより、励磁するティースを順次移動させてマグネットとともにロータを回転させる。
このようなアキシャルギャップ型モータは、マグネットとティースとの対向面が軸方向に垂直であるため、ラジアルギャップ型に比べ軸方向が短くなる。出力を大きくする場合にも、軸方向を長くすることなくギャップ対向面を大きくできるため、モータの薄型化に寄与できる。
しかしながら、上記アキシャルギャップ型電動モータにおいて、コイルへの通電によりティース３からステータヨーク２へ流れる磁束は、ロータ側のマグネットが回転するため、その向きや大きさが変化し、その変化量に応じた電磁誘導によって、ステータヨーク２の中をティース３を中心にその周囲に渦状の誘導電流Ｂが流れる（図２２）。この誘導電流Ｂはジュール熱となってエネルギーの損失となりモータ効率を低下させる。
このような熱によるエネルギーの損失は、低出力の場合にはそれほど大きな問題とならないが、例えば電動二輪車のように大きなトルクを得るために強いマグネットを用いる場合には、損失が著しく大きくなるとともに温度上昇率も高くなり高温になる。
したがって、このようなアキシャルギャップ型電動モータは、薄型で電動二輪車の車軸等に装着するのに好適であると考えられるにもかかわらず、高トルクで強い磁石を用いる電動二輪車ではモータ効率が著しく低下するため、駆動源としては適用されていなかった。
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、誘導電流によるエネルギー損失を低減して、強い磁石を使用した例えば高トルクの駆動源として小型で高いモータ効率が得られるアキシャルギャップ型回転電機の提供を目的とする。
発明の開示
前記目的を達成するため、本発明では、回転軸に固定された円板状のロータ側のヨークと、該ロータ側のヨークに対向する円板状のステータ側のヨークと、該ロータ側又はステータ側のいずれか一方のヨークの対向面側に固定されたマグネットと、前記ロータ側又はステータ側の他方のヨークの対向面側に、前記マグネットに対向して放射状に配設され、該ヨークに固定された複数のティースと、該複数のティースの各々に巻回されたコイルとからなるアキシャルギャップ型回転電機において、前記ティースは、ティース用板材の積層体からなり、前記ティース用板材の重ね合せ面を円周方向に配設したことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機を提供する。
この構成によれば、マグネットからティースに流れる磁束による誘導電流を有効に低減できる。これは以下の理由による。
マグネットは、円板（ドーナツ状）のため、ティースの円周方向には、ティースの対向していない部分にもマグネットは存在する。このマグネットから出る磁束は、ティースの対向面（上面）ではなく放射方向側の側面（横面）に入る（図１７、１８のＣ）。この側面がティース用板材の重ね合せ面側の場合、面内に過電流が形成されるため、大きな誘導電流が流れる。
一方、放射方向には、ティース対向面からマグネットがはみ出すとしてもわずかであるから、このマグネットから出る磁束（図１７、１８のＤ）の量もわずかである。したがって、この面がティース用板材の重ね合せ面であっても損失は小さい。すなわち、ティースに対向するマグネットは、ティースへの実際の矩形対向面とその４辺外側周縁のはみ出し部分がある。この４辺のはみ出し部分とは放射方向の内外２辺と円周方向の左右２辺の４辺である。このうち、円周方向のはみ出し部分が、放射方向のはみ出し部分より大きいため、円周方向からの磁束に対向して各ティース用板材の側面（板厚を表す面）を配置することにより、渦電流が形成されにくくなって、誘導電流を低減することができる。
言い換えると、放射方向のはみ出し部分が、円周方向のはみ出し部分より小さいため、この部分の磁束をティース用板材の重ね合せ面側とすることにより誘導電流を小さくできる。
なお、マグネットから出る磁束は、ほとんど全て矩形ティースの上面を通してティース内に入り、はみ出し部からの磁束は少ない。
好ましい構成例では、前記ヨークに設けたティース固定用の固定孔は、長手方向を有する形状であって、その長手方向を放射方向としたことを特徴としている。
この構成によれば、各ティース用板材の側面が見える面（渦電流が流れにくい面）を長手方向に配置し、この面を磁束の大きい側に配置するため、誘導電流を効率よく低減できる。
好ましい構成例では、前記固定孔は、長方形であることを特徴としている。
この構成によれば、一定形状のティース用板材を積層してティースを形成することができる。
好ましい構成例では、前記ティースの重ね合せ面側とステータヨークの固定孔との間に磁気抵抗部を設けたことを特徴としている。
この構成によれば、渦電流が形成されやすいティース用板材の重ね合せ面側と固定孔との間に、例えば空間を形成して磁気抵抗を高めることにより、この面を通る磁束が小さくなり、誘導電流が低減する。
好ましい構成例では、前記各ティース用板材の板厚を表す側面とステータヨークの固定孔との間に誘導電流に対する抵抗部を設けたことを特徴としている。
この構成によれば、誘導電流が有効に低減される。すなわち、通常は、固定孔に圧入された積層ティース圧入面は密着して電流が流れやすいため、積層されたティース用板材同士間で渦電流が流れる。本発明では、この圧入密着面に空間あるいは絶縁材等を設けることにより電気抵抗を高め、誘導電流を低減する。
発明を実施するための最良の形態
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明のアキシャルギャップ型電動モータが適用される電動二輪車の側面図である。
この電動二輪車１０は、メインフレーム４の前端に固着されたヘッドパイプ５を挿通してハンドル６のステアリング軸（不図示）が装着され、これに連結されたフロントフォーク７を介して前輪８を支持する。車体中央部にサドル９が設けられ、その下側のメインフレーム４にバッテリ１１が固定される。メインフレーム４の中央部から後方に向けて、ピボット１２を介してスイングアーム１３がダンパ１４を介して揺動可能に支持される。スイングアーム１３の後端部にモータケース１６が一体に形成される。このモータケース１６内に後輪１５の車軸（不図示）とともにその車軸と同軸上に後述の本発明に係るアキシャルギャップ型電動モータが装着される。
図２は、上記電動二輪車の後輪部分の要部構成図である。
後輪１５のタイヤ１５ａは、車軸１７に固定されたホイル１８に装着される。スイングアーム１３と一体のモータケース１６内に、アキシャルギャップ型の電動モータ１９が装着される。この電動モータ１９は、ロータ軸２０と、このロータ軸２０に固定されたロータヨーク２１と、ロータヨーク２１に固定されたマグネット２２と、モータケース１６に固定されたステータヨーク２３と、ステータヨーク２３にマグネット２２と対向して放射状に並べて固定された複数のティース２４と、各ティース２４に巻回されたコイル２５とにより構成される。
ロータ軸２０の一方の端部は、ベアリング２６を介してモータケース１６に対し回転可能に支持され、他方の端部は、軸受２７を介して車軸１７に対し回転可能に支持される。ロータ軸２０は、遊星機構２８を介して車軸１７に連結される。この遊星機構２８自体は公知のものであり、モータケース側に固定された筒状ハウジング２９と、このハウジング２９の内面に設けたリングギヤ３０と、ロータ軸２０に設けたサンギヤ３１と、このサンギヤ３１及びリングギヤ３０に噛合って自転及び公転する遊星ギヤ３２と、この遊星ギヤ３２を支持するキャリア３３と、キャリア３３を支持する車軸１７と一体のキャリア支持板３４とにより構成される。車軸１７はベアリング３５を介してハウジング２９に対し回転可能に取付けられている。
図３は、本発明に係るアキシャルギャップ型電動モータのステータ部分の要部構成図である。
鋼板の積層体からなる円板状（ドーナツ状）ステータヨーク２３上に鋼板の積層体からなる複数のティース２４が放射状に配設され、例えば圧入固定される。ステータヨーク２３は、後述の図１１に示すように、鋼板を打ち抜き加工した（この例では図３のようにドーナツ状の）ヨーク用板材１２３を積層して形成したものである。また、ティース２４は、図１１に示すように、鋼板を打ち抜き加工したティース用板材１２４を積層して形成したものである。
ティース用板材１２４は、表裏の板面１２４ａを積層する面として重ね合わせて積層される。鋼板の板厚に相当する側面１２４ｂが積層体であるティース２４の側面に露出する。この例では、積層方向が半径方向（放射方向）であり、重ね合わせ面となる板面１２４ａの方向が円周方向になるように、ティース２４がヨーク２３に圧入され固定される。
各ティース２４にコイル２５（図２）が巻回される。これらのティース２４に対向して、前述の図２に示したように、円板状のロータヨーク２１に固定したマグネット２２が所定のギャップを隔てて配設される。本実施形態では、各ティース２４の外周側のステータヨーク２３を切断してスリット３６を形成している。
図４は、上記ステータヨークに設けたスリットの作用説明図である。
各ティース２４に巻回したコイル（不図示）への通電により、そのコイルのティース２４が励磁され、ティース上面に対向するロータ（不図示）のマグネットを吸引及び反発させる。励磁するコイルを順番に切り換えることにより、マグネットを順番に吸引、反発させてロータを回転させる。このときマグネット側からティース２４に向けて磁束が流れ、マグネットと所定のティース２４とステータヨーク２３を通して磁路が形成される。この磁路を形成する磁束は、所定のティース２４から、矢印Ａのようにステータヨーク２３を通して流れる。このときロータの回転に伴う磁束変化によって、図１７で説明したように、ティース２４の周囲のステータヨーク２３内に誘導電流が発生する（図の点線位置）。しかしながら、本実施形態では、各ティース２４の根元部分の圧入部外周側のステータヨーク２３に、絶縁層となるスリット３６が形成されるため誘導電流が遮断され、実質上この誘導電流は流れない。
すなわち、スリット３６が誘導電流に対する抵抗部となり、誘導電流を遮断又は低減させる。このような抵抗部は、細長い間隔を有するスリットに限らず、ほとんど間隔のない切込み或いは他の形状の孔等の空間部により形成してもよい。また、絶縁フィルムを挟んだり、樹脂等の絶縁剤を充填してもよい。あるいは、ヨークを切り欠くことなく、化学処理やレーザー処理その他の処理で、誘導電流が流れる部分を変質させることにより、絶縁性をもたせて誘導電流を低減してもよい。
図５は、上記本発明実施形態のステータヨークの平面図である。
円環状のステータヨーク２３に複数のティース圧入孔３７が貫通して形成される。各圧入孔３７の外周側に開口するスリット３６がステータヨーク２３を切断して形成される。
この圧入孔３７は、ティースの一部（図１１の圧入部２４ａ）をヨークに対し挿入し固定するための固定部である。この固定部（圧入孔３７）は、後述の図９（Ａ）のように、ヨーク２３をその板厚方向に貫通する孔であってもよいし、あるいは図９（Ｃ）のように、貫通しないで途中まで孔を形成した凹みであってもよい。
図６は、本発明の別の実施形態のステータヨーク平面図である。
この実施形態は、ステータヨーク２３に形成された各ティース圧入孔３７の内周側を切断してスリット３６を形成したものである。このように各ティース圧入孔３７の内周側を切断しても、図５の例と同様に誘導電流を遮断することができる。
図７は、本発明のさらに別の実施形態のステータヨーク平面図である。
この実施形態は、隣り合うティース圧入孔３７の放射方向の中央部同士を連通して円弧状又は直線状のスリット３６を形成したものである。このようにステータヨーク２３の円周方向（放射方向に対し直角方向）に沿ってスリット３６を形成する。このスリット３６により、ティースが固定される圧入孔周囲に形成される誘導電流を遮断または低減できる。
この場合、電気角で３６０°となる１組みのティース２４同士を連結してスリット３６を形成することにより、有効に誘導電流の発生を抑えることができる。図７の例では、１８スロット１２極のモータにおいて、隣接する３個のティース２４（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）で３６０°の電気角を形成した例であり、隣接する３個のティース圧入孔３７ごとに、各ティース圧入孔３７の放射方向の中央部同士を連結してスリット３６が形成されている。なお、スリット３６の位置は中央部以外でもよい。
図８は、本発明のさらに別の実施形態の形状説明図である。
この実施形態は、スリット３６をティース圧入孔３７に開口させずにその手前まで切断し、ティース圧入孔３７の周縁が連続した状態となるようにスリット端部に連結部１３６を形成したものである。これにより、誘導電流を低減するとともに、スリット３６を形成したことによるティース圧入時のステータヨークの変形やティースの圧入保持力の低下を防止することができる。なお、図の例はティースの外周側にスリット３６を形成した図５の実施形態への適用例を示しているが、図６及び図７の例についても同様にティース圧入孔３７に開口させずにティース圧入孔３７の周縁が連続した状態でスリット３６を形成してもよい。
図９は図８のヨーク２３のＸ−Ｘ部の断面図である。
（Ａ）に示すように、ステータヨーク２３は、ヨーク用板材１２３の積層体であり、圧入孔３７とスリット３６との間に連結部１３６が形成される。
（Ｂ）は（Ａ）の変形例であり、スリット３６がヨーク２３の板厚方向に貫通しないで途中まで形成した例である。この例では、一番下のヨーク用板材１２３にスリット用の開口が形成されていない。このように、連結部１３６とともにヨークの板厚方向にもスリットの非形成部を設けることにより、ヨークの変形防止効果が大きくなる。
（Ｃ）は圧入孔３７がヨーク２３の板厚方向に貫通しないで途中まで形成した凹み形状の圧入孔３７を示す。この例では、一番下のヨーク用板材１２３に圧入孔３７が形成されていない。
図１０（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明に係る誘導電流に対する抵抗部のさらに別の形状例を示す図である。
（Ａ）は、圧入孔３７の内周側及び外周側に対し交互にスリット３６を形成したものである。１つおきでなくても、複数個ごとに交互に設けてもよい。
（Ｂ）は、外周側（又は内周側）に、２つのスリット３６を逆方向から形成したものである。このようにスリットの一方の端部を開放しないで閉じて連続させた状態で２つ（又はそれ以上）のスリットをラビリンス状に並べることにより、図８の例と同様に、ヨークの強度が維持されるとともに、誘導電流に対する抵抗が大きくなり誘導電流低減の効果が大きくなる。
（Ｃ）は、放射方向のスリット３６の両方の端部を開放しないで閉じて連結させたものである。すなわち、図８の例で、ヨーク２３の外周縁側についてもスリット３６の端部を内周側と同様に連続させたものである。
（Ｄ）は、放射方向のスリット３６を斜め方向に傾斜させたものである。スリット３６は、曲がっていてもよい。
（Ｅ）は、隣接する圧入孔３７の間に、円周方向に複数（この例では３つ）のスリット３６を（Ｂ）と同様にラビリンス状に設けたものである。
（Ｆ）は、隣接する圧入孔３７の間に、円周方向に（Ｃ）と同様に両端が閉じて連続したスリット３６を設けたものである。
（Ｇ）は、スリット３６に代えて円形の孔３６’を圧入孔３７の内周側と外周側に形成して誘導電流に対する抵抗部としたものである。抵抗部（孔３６’）の形状や位置及び数は図の例に限定されない。
図１１は、本発明に係るステータの分解構成図である。
この例は、図５の実施形態に係るステータを示す。ティース圧入孔３７の外周側にスリット３６が形成されたステータヨーク２３は、鋼板からなるヨーク用板材１２３の積層体である。このステータヨーク２３の各ティース圧入孔３７の位置に載置した絶縁材からなるボビン（インシュレータ）３８及びボビンフランジ３９を通して、鋼板からなるティース用板材１２４の積層体であるティース２４が挿入される。ティース２４はその下端の圧入部２４ａをティース圧入孔３７内に圧入されて固定保持される。ボビン３８を介してティース２４にコイル２５が巻回される。
図１２は、本発明に係るステータの全体斜視図である。
前述の図１１で示したように、ボビン３８を介してコイル２５が巻回されたティース２４が、円環状ステータヨーク２３上に放射状に並べて圧入されて固定保持される。これによりステータ１が形成される。この例では、各ティース２４の外周側のステータヨーク２３にスリット３６が形成されている。
図１３は、図１２のステータを組込んだ電動モータ全体の構成図である。
モータ全体を囲うモータケース４０が、円板状のフロントカバー４１、リヤカバー４２及び筒状のサイドカバー４３により構成される。フロントカバー４１に前述の本発明のスリット３６が形成されたステータヨーク２３が固定される。ロータ軸２０の端部がベアリング２６を介してフロントカバー４１に回転可能に装着される。ロータ軸２０の他端部近傍がベアリング４４を介してリヤカバー４２に回転可能に支持される。このロータ軸２０にロータヨーク２１が固定される。ロータヨーク２１にマグネット２２が固定される。ステータヨーク２３に圧入されたティース２４は所定のギャップＧを介してマグネット２２と対向して配置される。
図１４は、樹脂モールドで封止したステータを示す。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
ヨーク２３に複数のティース２４がリング状に装着され、各ティース２４にはボビン３８を介してコイル２５が巻回される。このようなヨーク２３とティース２４からなるステータ１はほぼ全体が樹脂材１３１でモールド成形され封止される。この樹脂モールド体の下面側及び基板取付部１３２には、位置決め用のボス１３０，１３４が形成される。１３５は、基板取付用のネジ孔である。１３３は３相の各コイルの端部である。樹脂モールド体の周縁部には、取付孔１３６が形成されカラー１３７が装着される。
このように、ステータ１を樹脂モールドで封止することにより、コイル等を装着したティース２４がヨーク２３に対し確実に固定保持される。また、誘導電流を低減するための前述の各種スリット３６等を形成した場合、ティース圧入時にヨークが変形しやすくなるが、ヨークが変形した場合であっても、モールド成形するときに、ヨークを金型により矯正した状態でセットすることができ、変形のない高い寸法精度の形状でステータをモールド封止することができる。
このように変形を矯正する場合、金型に設けたヨーク矯正用の押えピンの跡１３８が樹脂モールド１３１の成形体に形成される。この例では、押えピンの跡１３８は各ティース２３間のヨーク上に形成され、この部分には樹脂がなくヨーク表面が露出する。これらの押えピンの跡１３８はステータ１の裏面側にも形成される。
図１５は、本発明の別の実施形態に係るティースの斜視図である。
この実施形態は、ティース２４の積層方向を変えたものである。すなわち、この図１５の例は、積層体であるティース２４を構成する各ティース用板材１２４の重ね合せ面となる板面１２４ａ（１枚ごとの板材１２４について表裏両面をいう）をステータヨーク２３の放射方向としたものである。ティース用板材１２４の側面１２４ｂ（鋼板の板厚を示す面）は、ステータヨーク２３の円周方向に配設される。
このように、各ティース用板材１２４の重ね合せ面となる板面１２４ａを放射方向としても、前述の板面１２４ａを円周方向とした例（図１１）と同様に、スリット３６による誘導電流低減の効果が充分得られる。
図１６は、本発明のさらに別の実施形態の斜視図である。
この実施形態では、ステータヨーク２３に圧入されたティース２４の内周側と外周側（内周側のみ図示）の圧入部に隙間４５を設けたものである。また、この例では、ティース２４の圧入部の長方形断面が、長辺を放射方向、短辺を円周方向としている。この場合、短辺側にティース用板材１２４の重ね合せ面となる板面１２４ａを配設し、長辺側に各ティース用板材１２４の側面１２４ｂ（板厚を示す面）を配設している。したがって、隙間４５は、ティース２４の重ね合せ面となる板面１２４ａ側で且つ長方形の短辺側に形成される。この隙間４５は、ステータヨーク２３に設けたティース圧入孔３７を切欠くことにより形成する。
この隙間４５により、円周方向に配置した短辺側の板面１２４ａを通る磁束が低減され、この磁束に基づく誘導電流が少なくなってエネルギー損失がさらに軽減する。また、各板材１２４の側面１２４ｂを長辺側に配置することにより、その積層境界面の抵抗によって、長辺側に発生する大きな誘導電流を有効に低減できる。
図１７は、前述の図１５に示したティース２４の各ティース用板材１２４の板面１２４ａを放射方向としてこれを円周方向に積層し、圧入部の長辺側を板面１２４ａとした場合の磁束の流れの説明図である。
ティース２４の上面側に不図示のマグネットが対向して配置される。このマグネットからティース上面に磁束（不図示）が流入するとともに、この上面から流入する磁束以外にティース上部の側面から磁束Ｃ及び磁束Ｄが流入する。このとき、ティース２４の重ね合せ面である板面１２４ａ側から流入する磁束Ｃは、板厚を表す面であるティース用板材１２４の側面１２４ｂ側から流入する磁束Ｄより大きい。板面１２４ａには面内で渦電流が流れるため、各板材１２４の面内で磁束Ｃに基づく比較的大きな誘導電流Ｅが発生する。
また、ティース２４からステータヨーク２３側に出る磁束についてみると、長方形断面を有する圧入部の長辺側から大きな磁束Ｆが流れ、短辺側から小さな磁束Ｇが流れる。この出口側の磁束においても、長辺側の大きな磁束に基づく比較的大きな誘導電流Ｈが各鋼板の面内で発生する。
したがって、このティース２４の重ね合せ面である板面１２４ａを放射方向として長方形断面を有する圧入部の長辺側をこの板面１２４ａとした構成では、前述の図２２に示したティース２４の周囲全体に流れる誘導電流Ｂは、前述のようにスリット３６により有効に遮断されるが、上記ティース２４の横面に直角方向の磁束による比較的大きな誘導電流Ｅ，Ｈが各ティース用板材１２４の面内で流れ、これによるエネルギー損失が発生する。
図１８は、前述の図１１及び図１６に示したティース２４の各ティース用板材１２４の重ね合せ面である板面１２４ａを円周方向とし、これと直角な圧入部の長辺側を各ティース板材１２４の板厚を表す側面１２４ｂとした場合の磁束の流れの説明図である。
前述の図１７の例と同様に、ティース２４の上面側に不図示のマグネットが対向して配置される。このマグネットからティース上面に磁束（不図示）が流入するとともに、この上面から流入する磁束以外にティース上部の横面から磁束Ｃ及び磁束Ｄが流入する。このとき、ティース２４の板材１２４の側面１２４ｂ側の横面から流入する磁束Ｃは重ね合せ面である板面１２４ａ側の横面から流入する磁束Ｄより大きい。
この図１８のティース２４は、板面１２４ａが円周方向であるため、各板材１２４の面内で磁束Ｄに基づいて誘導電流Ｊが発生するが、磁束Ｄが小さいためこの誘導電流Ｊは小さい。
また、ティース２４からステータヨーク２３側に出る磁束についても、前述の図１７の例と同様に、長方形断面を有する圧入部の長辺側から大きな磁束Ｆが流れ、短辺側から小さな磁束Ｇが流れる。この出口側の磁束においても、図１８の例では、ティース２４の板面１２４ａが短辺側であるため、短辺側の磁束Ｇに基づいて鋼板面内で誘導電流Ｋが発生するが、磁束Ｇが小さいため、この誘導電流Ｋは小さい。
したがって、図１８に示すように、ティース２４の各ティース用板材１２４の板厚を表す側面１２４ｂ側の面を放射方向とし、この面を長方形断面の圧入部の長辺側とすることにより、ティース横面を通してティース内に入る磁束による誘導電流を小さくして、エネルギー損失を軽減できる。
図１９（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明のさらに別の実施形態のティース圧入孔の形状説明図である。
（Ａ）は従来の構造であり、ステータヨーク２３の圧入孔３７に鋼板積層体からなるティース２４が圧入されている。この構造では前述のように誘導電流Ｂが発生する。この誘導電流Ｂは、（Ｂ）に示すようにスリット３６を形成することにより遮断される。しかしながら、ティース２４のティース用板材１２４の側面１２４ｂ側の面（図１１、図１６参照）がヨーク２３の圧入孔３７の内面に圧接（低抵抗で接触）していると、（Ｃ）に示すようにこの圧接面を介してスリット３６を迂回する誘導電流Ｙが流れる。本実施形態では、（Ｄ）に示すように、ティース２４の各側面に例えば長辺の半分の長さの隙間４６（または絶縁フィルム）による絶縁層を相互に位置をずらせて設ける。これにより各板材１２４を介する誘導電流Ｙが長辺全長にわたって遮断される。この隙間４６は、（Ｅ）に示すように、圧入孔３７の両側の長辺全長（又は片側のみの長辺全長）に沿って形成してもよい。
（Ｅ）の場合、図２０に示すように、隙間４６をヨーク２３の厚さ方向全体に形成することなく、下部数枚のヨーク用板材１２３には隙間４６を形成しないでおくことにより、この下部数枚の板材１２３でティース２４の圧入部２４ａを圧入孔３７内に確実に固定保持できる。前記（Ｄ）の場合にも、このように下部数枚のヨーク用板材１２３に隙間４６を形成しないで、ティース２４の固定保持力を高めてもよい。
この隙間４６は、誘導電流を遮断するためのものであり、したがって、空間のある隙間に限らず電気的な絶縁材を設けてもよい。すなわち、誘導電流に対する抵抗部となればよい。
図２０は上記圧入部に設けた抵抗部（隙間４６）の形成例を示す。（Ａ）は、ティース２４の下端部に形成された幅の狭い圧入部２４ａの両側に隙間４６を設けたものである。（Ｂ）は、ティース２４の下部全体が下端の圧入部２４ａを含め同一幅の形状であり、この圧入部２４ａの両側のヨーク２３側に隙間４６を形成したものである。（Ｃ）は、ティース２４の下端部の幅を広げて圧入部２４ａを形成し、ヨーク２３側の圧入部３７は同一の貫通孔として圧入部２４ａの上側に隙間４６を形成したものである。なお、いずれの場合もティース２４の片側にのみ隙間４６を形成してもよい。
図２１は、本発明の別の実施形態を示す。
この実施形態は、ティース２４の形状を前述の実施形態と異なり長方形ではなく台形としたものである。この台形は、外周側の辺が長く内周側の辺が短く、長手方向を放射方向とする細長い台形である。このようにティース２４を台形とすることにより、長方形の場合に比べ、隣接するティース２４の外周側の間隔ｗを小さくすることができる。これにより、ティース上面に対向するマグネット（不図示）からティース上面を通して内部に入る磁束を大きくし、横面から入るはみ出し部分の磁束を小さくして誘導電流を小さくすることができる。
このような台形のティース２４は、例えば積層されるティース用板材１２４の形状を徐々に幅が小さくなるように変えることにより形成する。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明では、ティース用板材の積層体からなるティースの各ティース用板材の重ね合せ面を円周方向に配設したことにより、マグネットからティースに流れる磁束による誘導電流を有効に低減できる。
この場合、ヨークに設けたティース固定用の固定孔は、長手方向を有する形状であって、その長手方向を放射方向とした構成によれば、各ティース用板材の側面が見える面（渦電流が流れにくい面）を長手方向に配置し、この面を磁束の大きい側に配置するため、誘導電流を効率よく低減できる。
また、前記固定孔を長方形とした構成によれば、一定形状のティース用板材を積層してティースを形成することができる。
また、ティースの重ね合せ面側とステータヨークの固定孔との間に磁気抵抗部を設けた構成によれば、渦電流が形成されやすいティース用板材の重ね合せ面側と固定孔との間に、例えば空間を形成して磁気抵抗を高めることにより、この面を通る磁束が小さくなり、誘導電流が低減する。
また、各ティース用板材の板厚を表す側面とステータヨークの固定孔との間に誘導電流に対する抵抗部を設けた構成によれば、誘導電流が有効に低減される。すなわち、通常は、固定孔に圧入された積層ティース圧入面は密着して電流が流れやすいため、積層されたティース用板材同士間で渦電流が流れるが、この圧入密着面に空間あるいは絶縁材等を設けることにより電気抵抗を高め、誘導電流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明が適用される電動二輪車の側面図である。
図２は、図１の電動二輪車の後輪部分の構成図である。
図３は、本発明の実施形態に係るステータの要部構成斜視図である。
図４は、本発明の実施形態の作用説明図である。
図５は、本発明の実施形態のステータヨークの平面図である。
図６は、本発明の別の実施形態のステータヨークの平面図である。
図７は、本発明のさらに別の実施形態のステータヨークの平面図である。
図８は、本発明のさらに別の実施形態の形状説明図である。
図９は、ステータヨークの断面図である。
図１０は、スリットの形状例の説明図である。
図１１は、本発明の実施形態のステータの分解図である。
図１２は、図１１のステータの全体斜視図である。
図１３は、図１２のステータを組込んだ電動モータ全体の断面構成図である。
図１４は、樹脂モールドで封止した本発明の実施形態の説明図である。
図１５は、本発明の別の実施形態の斜視図である。
図１６は、本発明のさらに別の実施形態の斜視図である。
図１７は、図１５の実施形態の磁束説明図である。
図１８は、図１１の実施形態の磁束説明図である。
図１９は、本発明の別の実施形態の説明図である。
図２０は、本発明の別の実施形態の説明図である。
図２１は、本発明の別の実施形態の説明図である。
図２２は、従来のステータにおける誘導電流の説明図である。
本発明は、電動モータや発電機等を構成し、また車両駆動源として用いた場合には回生ブレーキとしてモータと発電機の両方の作用を利用するロータ及びステータからなる回転電機に関する。
背景技術
電動二輪車等の駆動源やその他一般の電動モータとしてラジアルギャップ型電動モータが用いられている。このラジアルギャップ型電動モータは、例えばロータ側に、マグネットを軸廻りに円筒状に設け、このマグネットの円筒面に対向して複数のティースをステータ側に設け、このティースにコイルを巻回したものである。したがって、マグネットと各ティースの対向面のギャップは軸に沿って円筒状に形成される。
一方、オーディオ機器等の比較的小出力の回転駆動源としてアキシャルギャップ型電動モータが用いられている。このアキシャルギャップ型電動モータは、回転軸に固定された円板状のロータ側のヨークと、該ロータ側のヨークに対向する円板状のステータ側のヨークと、該ロータ側又はステータ側のいずれか一方のヨークの対向面側に固定されたマグネットと、前記ロータ側又はステータ側の他方のヨークの対向面側に、前記マグネットに対向して放射状に配設された複数のティースと、該複数のティースの各々に巻回されたコイルとにより構成される。したがって、マグネットとティースの対向面のギャップは、軸に垂直な平面状に形成される。
図２２は、従来のアキシャルギャップ型電動モータの磁束説明図である。図は１つのティース３についてのみ磁束を示し、その左右隣のティース３については図示省略してある。
ステータ１は、鋼板の積層体からなる円板状ステータヨーク２を備え、このステータヨーク２上に複数の同じく鋼板の積層体からなるティース３を放射状に配設したものである。各ティース３にコイル（不図示）が巻回される。このステータのティース３に対向して円板状のロータ（不図示）が配設される。このロータにマグネットがティース３の上面に対し所定のギャップを隔てて固定される。なお円板状とは円形及び平板リング状（ドーナツ形状）を含む。
不図示のロータとステータとの間で磁気回路が形成され、マグネットのＮ極から出た磁束は、ティース３からステータヨーク２へ流れ（矢印Ａ）、他のティース３を通してマグネットのＳ極へ流れる（不図示）。コイルへの通電により、そのコイルのティースが励磁され、ティース上面に対向するロータのマグネットを吸引及び反発させる。コイルへの通電を順次切換えることにより、励磁するティースを順次移動させてマグネットとともにロータを回転させる。
このようなアキシャルギャップ型モータは、マグネットとティースとの対向面が軸方向に垂直であるため、ラジアルギャップ型に比べ軸方向が短くなる。出力を大きくする場合にも、軸方向を長くすることなくギャップ対向面を大きくできるため、モータの薄型化に寄与できる。
しかしながら、上記アキシャルギャップ型電動モータにおいて、コイルへの通電によりティース３からステータヨーク２へ流れる磁束は、ロータ側のマグネットが回転するため、その向きや大きさが変化し、その変化量に応じた電磁誘導によって、ステータヨーク２の中をティース３を中心にその周囲に渦状の誘導電流Ｂが流れる（図２２）。この誘導電流Ｂはジュール熱となってエネルギーの損失となりモータ効率を低下させる。
このような熱によるエネルギーの損失は、低出力の場合にはそれほど大きな問題とならないが、例えば電動二輪車のように大きなトルクを得るために強いマグネットを用いる場合には、損失が著しく大きくなるとともに温度上昇率も高くなり高温になる。
したがって、このようなアキシャルギャップ型電動モータは、薄型で電動二輪車の車軸等に装着するのに好適であると考えられるにもかかわらず、高トルクで強い磁石を用いる電動二輪車ではモータ効率が著しく低下するため、駆動源としては適用されていなかった。
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、誘導電流によるエネルギー損失を低減して、強い磁石を使用した例えば高トルクの駆動源として小型で高いモータ効率が得られるアキシャルギャップ型回転電機の提供を目的とする。
発明の開示
前記目的を達成するため、本発明では、回転軸に固定された円板状のロータ側のヨークと、該ロータ側のヨークに対向する円板状のステータ側のヨークと、該ロータ側又はステータ側のいずれか一方のヨークの対向面側に固定されたマグネットと、前記ロータ側又はステータ側の他方のヨークの対向面側に、前記マグネットに対向して放射状に配設され、該ヨークに固定された複数のティースと、該複数のティースの各々に巻回されたコイルとからなるアキシャルギャップ型回転電機において、前記ティースは、ティース用板材の積層体からなり、前記ティース用板材の重ね合せ面を円周方向に配設したことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機を提供する。
この構成によれば、マグネットからティースに流れる磁束による誘導電流を有効に低減できる。これは以下の理由による。
マグネットは、円板（ドーナツ状）のため、ティースの円周方向には、ティースの対向していない部分にもマグネットは存在する。このマグネットから出る磁束は、ティースの対向面（上面）ではなく放射方向側の側面（横面）に入る（図１７、１８のＣ）。この側面がティース用板材の重ね合せ面側の場合、面内に過電流が形成されるため、大きな誘導電流が流れる。
一方、放射方向には、ティース対向面からマグネットがはみ出すとしてもわずかであるから、このマグネットから出る磁束（図１７、１８のＤ）の量もわずかである。したがって、この面がティース用板材の重ね合せ面であっても損失は小さい。すなわち、ティースに対向するマグネットは、ティースへの実際の矩形対向面とその４辺外側周縁のはみ出し部分がある。この４辺のはみ出し部分とは放射方向の内外２辺と円周方向の左右２辺の４辺である。このうち、円周方向のはみ出し部分が、放射方向のはみ出し部分より大きいため、円周方向からの磁束に対向して各ティース用板材の側面（板厚を表す面）を配置することにより、渦電流が形成されにくくなって、誘導電流を低減することができる。
言い換えると、放射方向のはみ出し部分が、円周方向のはみ出し部分より小さいため、この部分の磁束をティース用板材の重ね合せ面側とすることにより誘導電流を小さくできる。
なお、マグネットから出る磁束は、ほとんど全て矩形ティースの上面を通してティース内に入り、はみ出し部からの磁束は少ない。
好ましい構成例では、前記ヨークに設けたティース固定用の固定孔は、長手方向を有する形状であって、その長手方向を放射方向としたことを特徴としている。
この構成によれば、各ティース用板材の側面が見える面（渦電流が流れにくい面）を長手方向に配置し、この面を磁束の大きい側に配置するため、誘導電流を効率よく低減できる。
好ましい構成例では、前記固定孔は、長方形であることを特徴としている。
この構成によれば、一定形状のティース用板材を積層してティースを形成することができる。
好ましい構成例では、前記ティースの重ね合せ面側とステータヨークの固定孔との間に磁気抵抗部を設けたことを特徴としている。
この構成によれば、渦電流が形成されやすいティース用板材の重ね合せ面側と固定孔との間に、例えば空間を形成して磁気抵抗を高めることにより、この面を通る磁束が小さくなり、誘導電流が低減する。
好ましい構成例では、前記各ティース用板材の板厚を表す側面とステータヨークの固定孔との間に誘導電流に対する抵抗部を設けたことを特徴としている。
この構成によれば、誘導電流が有効に低減される。すなわち、通常は、固定孔に圧入された積層ティース圧入面は密着して電流が流れやすいため、積層されたティース用板材同士間で渦電流が流れる。本発明では、この圧入密着面に空間あるいは絶縁材等を設けることにより電気抵抗を高め、誘導電流を低減する。
発明を実施するための最良の形態
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明のアキシャルギャップ型電動モータが適用される電動二輪車の側面図である。
この電動二輪車１０は、メインフレーム４の前端に固着されたヘッドパイプ５を挿通してハンドル６のステアリング軸（不図示）が装着され、これに連結されたフロントフォーク７を介して前輪８を支持する。車体中央部にサドル９が設けられ、その下側のメインフレーム４にバッテリ１１が固定される。メインフレーム４の中央部から後方に向けて、ピボット１２を介してスイングアーム１３がダンパ１４を介して揺動可能に支持される。スイングアーム１３の後端部にモータケース１６が一体に形成される。このモータケース１６内に後輪１５の車軸（不図示）とともにその車軸と同軸上に後述の本発明に係るアキシャルギャップ型電動モータが装着される。
図２は、上記電動二輪車の後輪部分の要部構成図である。
後輪１５のタイヤ１５ａは、車軸１７に固定されたホイル１８に装着される。スイングアーム１３と一体のモータケース１６内に、アキシャルギャップ型の電動モータ１９が装着される。この電動モータ１９は、ロータ軸２０と、このロータ軸２０に固定されたロータヨーク２１と、ロータヨーク２１に固定されたマグネット２２と、モータケース１６に固定されたステータヨーク２３と、ステータヨーク２３にマグネット２２と対向して放射状に並べて固定された複数のティース２４と、各ティース２４に巻回されたコイル２５とにより構成される。
ロータ軸２０の一方の端部は、ベアリング２６を介してモータケース１６に対し回転可能に支持され、他方の端部は、軸受２７を介して車軸１７に対し回転可能に支持される。ロータ軸２０は、遊星機構２８を介して車軸１７に連結される。この遊星機構２８自体は公知のものであり、モータケース側に固定された筒状ハウジング２９と、このハウジング２９の内面に設けたリングギヤ３０と、ロータ軸２０に設けたサンギヤ３１と、このサンギヤ３１及びリングギヤ３０に噛合って自転及び公転する遊星ギヤ３２と、この遊星ギヤ３２を支持するキャリア３３と、キャリア３３を支持する車軸１７と一体のキャリア支持板３４とにより構成される。車軸１７はベアリング３５を介してハウジング２９に対し回転可能に取付けられている。
図３は、本発明に係るアキシャルギャップ型電動モータのステータ部分の要部構成図である。
鋼板の積層体からなる円板状（ドーナツ状）ステータヨーク２３上に鋼板の積層体からなる複数のティース２４が放射状に配設され、例えば圧入固定される。ステータヨーク２３は、後述の図１１に示すように、鋼板を打ち抜き加工した（この例では図３のようにドーナツ状の）ヨーク用板材１２３を積層して形成したものである。また、ティース２４は、図１１に示すように、鋼板を打ち抜き加工したティース用板材１２４を積層して形成したものである。
ティース用板材１２４は、表裏の板面１２４ａを積層する面として重ね合わせて積層される。鋼板の板厚に相当する側面１２４ｂが積層体であるティース２４の側面に露出する。この例では、積層方向が半径方向（放射方向）であり、重ね合わせ面となる板面１２４ａの方向が円周方向になるように、ティース２４がヨーク２３に圧入され固定される。
各ティース２４にコイル２５（図２）が巻回される。これらのティース２４に対向して、前述の図２に示したように、円板状のロータヨーク２１に固定したマグネット２２が所定のギャップを隔てて配設される。本実施形態では、各ティース２４の外周側のステータヨーク２３を切断してスリット３６を形成している。
図４は、上記ステータヨークに設けたスリットの作用説明図である。
各ティース２４に巻回したコイル（不図示）への通電により、そのコイルのティース２４が励磁され、ティース上面に対向するロータ（不図示）のマグネットを吸引及び反発させる。励磁するコイルを順番に切り換えることにより、マグネットを順番に吸引、反発させてロータを回転させる。このときマグネット側からティース２４に向けて磁束が流れ、マグネットと所定のティース２４とステータヨーク２３を通して磁路が形成される。この磁路を形成する磁束は、所定のティース２４から、矢印Ａのようにステータヨーク２３を通して流れる。このときロータの回転に伴う磁束変化によって、図１７で説明したように、ティース２４の周囲のステータヨーク２３内に誘導電流が発生する（図の点線位置）。しかしながら、本実施形態では、各ティース２４の根元部分の圧入部外周側のステータヨーク２３に、絶縁層となるスリット３６が形成されるため誘導電流が遮断され、実質上この誘導電流は流れない。
すなわち、スリット３６が誘導電流に対する抵抗部となり、誘導電流を遮断又は低減させる。このような抵抗部は、細長い間隔を有するスリットに限らず、ほとんど間隔のない切込み或いは他の形状の孔等の空間部により形成してもよい。また、絶縁フィルムを挟んだり、樹脂等の絶縁剤を充填してもよい。あるいは、ヨークを切り欠くことなく、化学処理やレーザー処理その他の処理で、誘導電流が流れる部分を変質させることにより、絶縁性をもたせて誘導電流を低減してもよい。
図５は、上記本発明実施形態のステータヨークの平面図である。
円環状のステータヨーク２３に複数のティース圧入孔３７が貫通して形成される。各圧入孔３７の外周側に開口するスリット３６がステータヨーク２３を切断して形成される。
この圧入孔３７は、ティースの一部（図１１の圧入部２４ａ）をヨークに対し挿入し固定するための固定部である。この固定部（圧入孔３７）は、後述の図９（Ａ）のように、ヨーク２３をその板厚方向に貫通する孔であってもよいし、あるいは図９（Ｃ）のように、貫通しないで途中まで孔を形成した凹みであってもよい。
図６は、本発明の別の実施形態のステータヨーク平面図である。
この実施形態は、ステータヨーク２３に形成された各ティース圧入孔３７の内周側を切断してスリット３６を形成したものである。このように各ティース圧入孔３７の内周側を切断しても、図５の例と同様に誘導電流を遮断することができる。
図７は、本発明のさらに別の実施形態のステータヨーク平面図である。
この実施形態は、隣り合うティース圧入孔３７の放射方向の中央部同士を連通して円弧状又は直線状のスリット３６を形成したものである。このようにステータヨーク２３の円周方向（放射方向に対し直角方向）に沿ってスリット３６を形成する。このスリット３６により、ティースが固定される圧入孔周囲に形成される誘導電流を遮断または低減できる。
この場合、電気角で３６０°となる１組みのティース２４同士を連結してスリット３６を形成することにより、有効に誘導電流の発生を抑えることができる。図７の例では、１８スロット１２極のモータにおいて、隣接する３個のティース２４（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）で３６０°の電気角を形成した例であり、隣接する３個のティース圧入孔３７ごとに、各ティース圧入孔３７の放射方向の中央部同士を連結してスリット３６が形成されている。なお、スリット３６の位置は中央部以外でもよい。
図８は、本発明のさらに別の実施形態の形状説明図である。
この実施形態は、スリット３６をティース圧入孔３７に開口させずにその手前まで切断し、ティース圧入孔３７の周縁が連続した状態となるようにスリット端部に連結部１３６を形成したものである。これにより、誘導電流を低減するとともに、スリット３６を形成したことによるティース圧入時のステータヨークの変形やティースの圧入保持力の低下を防止することができる。なお、図の例はティースの外周側にスリット３６を形成した図５の実施形態への適用例を示しているが、図６及び図７の例についても同様にティース圧入孔３７に開口させずにティース圧入孔３７の周縁が連続した状態でスリット３６を形成してもよい。
図９は図８のヨーク２３のＸ−Ｘ部の断面図である。
（Ａ）に示すように、ステータヨーク２３は、ヨーク用板材１２３の積層体であり、圧入孔３７とスリット３６との間に連結部１３６が形成される。
（Ｂ）は（Ａ）の変形例であり、スリット３６がヨーク２３の板厚方向に貫通しないで途中まで形成した例である。この例では、一番下のヨーク用板材１２３にスリット用の開口が形成されていない。このように、連結部１３６とともにヨークの板厚方向にもスリットの非形成部を設けることにより、ヨークの変形防止効果が大きくなる。
（Ｃ）は圧入孔３７がヨーク２３の板厚方向に貫通しないで途中まで形成した凹み形状の圧入孔３７を示す。この例では、一番下のヨーク用板材１２３に圧入孔３７が形成されていない。
図１０（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明に係る誘導電流に対する抵抗部のさらに別の形状例を示す図である。
（Ａ）は、圧入孔３７の内周側及び外周側に対し交互にスリット３６を形成したものである。１つおきでなくても、複数個ごとに交互に設けてもよい。
（Ｂ）は、外周側（又は内周側）に、２つのスリット３６を逆方向から形成したものである。このようにスリットの一方の端部を開放しないで閉じて連続させた状態で２つ（又はそれ以上）のスリットをラビリンス状に並べることにより、図８の例と同様に、ヨークの強度が維持されるとともに、誘導電流に対する抵抗が大きくなり誘導電流低減の効果が大きくなる。
（Ｃ）は、放射方向のスリット３６の両方の端部を開放しないで閉じて連結させたものである。すなわち、図８の例で、ヨーク２３の外周縁側についてもスリット３６の端部を内周側と同様に連続させたものである。
（Ｄ）は、放射方向のスリット３６を斜め方向に傾斜させたものである。スリット３６は、曲がっていてもよい。
（Ｅ）は、隣接する圧入孔３７の間に、円周方向に複数（この例では３つ）のスリット３６を（Ｂ）と同様にラビリンス状に設けたものである。
（Ｆ）は、隣接する圧入孔３７の間に、円周方向に（Ｃ）と同様に両端が閉じて連続したスリット３６を設けたものである。
（Ｇ）は、スリット３６に代えて円形の孔３６’を圧入孔３７の内周側と外周側に形成して誘導電流に対する抵抗部としたものである。抵抗部（孔３６’）の形状や位置及び数は図の例に限定されない。
図１１は、本発明に係るステータの分解構成図である。
この例は、図５の実施形態に係るステータを示す。ティース圧入孔３７の外周側にスリット３６が形成されたステータヨーク２３は、鋼板からなるヨーク用板材１２３の積層体である。このステータヨーク２３の各ティース圧入孔３７の位置に載置した絶縁材からなるボビン（インシュレータ）３８及びボビンフランジ３９を通して、鋼板からなるティース用板材１２４の積層体であるティース２４が挿入される。ティース２４はその下端の圧入部２４ａをティース圧入孔３７内に圧入されて固定保持される。ボビン３８を介してティース２４にコイル２５が巻回される。
図１２は、本発明に係るステータの全体斜視図である。
前述の図１１で示したように、ボビン３８を介してコイル２５が巻回されたティース２４が、円環状ステータヨーク２３上に放射状に並べて圧入されて固定保持される。これによりステータ１が形成される。この例では、各ティース２４の外周側のステータヨーク２３にスリット３６が形成されている。
図１３は、図１２のステータを組込んだ電動モータ全体の構成図である。
モータ全体を囲うモータケース４０が、円板状のフロントカバー４１、リヤカバー４２及び筒状のサイドカバー４３により構成される。フロントカバー４１に前述の本発明のスリット３６が形成されたステータヨーク２３が固定される。ロータ軸２０の端部がベアリング２６を介してフロントカバー４１に回転可能に装着される。ロータ軸２０の他端部近傍がベアリング４４を介してリヤカバー４２に回転可能に支持される。このロータ軸２０にロータヨーク２１が固定される。ロータヨーク２１にマグネット２２が固定される。ステータヨーク２３に圧入されたティース２４は所定のギャップＧを介してマグネット２２と対向して配置される。
図１４は、樹脂モールドで封止したステータを示す。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
ヨーク２３に複数のティース２４がリング状に装着され、各ティース２４にはボビン３８を介してコイル２５が巻回される。このようなヨーク２３とティース２４からなるステータ１はほぼ全体が樹脂材１３１でモールド成形され封止される。この樹脂モールド体の下面側及び基板取付部１３２には、位置決め用のボス１３０，１３４が形成される。１３５は、基板取付用のネジ孔である。１３３は３相の各コイルの端部である。樹脂モールド体の周縁部には、取付孔１３６が形成されカラー１３７が装着される。
このように、ステータ１を樹脂モールドで封止することにより、コイル等を装着したティース２４がヨーク２３に対し確実に固定保持される。また、誘導電流を低減するための前述の各種スリット３６等を形成した場合、ティース圧入時にヨークが変形しやすくなるが、ヨークが変形した場合であっても、モールド成形するときに、ヨークを金型により矯正した状態でセットすることができ、変形のない高い寸法精度の形状でステータをモールド封止することができる。
このように変形を矯正する場合、金型に設けたヨーク矯正用の押えピンの跡１３８が樹脂モールド１３１の成形体に形成される。この例では、押えピンの跡１３８は各ティース２３間のヨーク上に形成され、この部分には樹脂がなくヨーク表面が露出する。これらの押えピンの跡１３８はステータ１の裏面側にも形成される。
図１５は、本発明の別の実施形態に係るティースの斜視図である。
この実施形態は、ティース２４の積層方向を変えたものである。すなわち、この図１５の例は、積層体であるティース２４を構成する各ティース用板材１２４の重ね合せ面となる板面１２４ａ（１枚ごとの板材１２４について表裏両面をいう）をステータヨーク２３の放射方向としたものである。ティース用板材１２４の側面１２４ｂ（鋼板の板厚を示す面）は、ステータヨーク２３の円周方向に配設される。
このように、各ティース用板材１２４の重ね合せ面となる板面１２４ａを放射方向としても、前述の板面１２４ａを円周方向とした例（図１１）と同様に、スリット３６による誘導電流低減の効果が充分得られる。
図１６は、本発明のさらに別の実施形態の斜視図である。
この実施形態では、ステータヨーク２３に圧入されたティース２４の内周側と外周側（内周側のみ図示）の圧入部に隙間４５を設けたものである。また、この例では、ティース２４の圧入部の長方形断面が、長辺を放射方向、短辺を円周方向としている。この場合、短辺側にティース用板材１２４の重ね合せ面となる板面１２４ａを配設し、長辺側に各ティース用板材１２４の側面１２４ｂ（板厚を示す面）を配設している。したがって、隙間４５は、ティース２４の重ね合せ面となる板面１２４ａ側で且つ長方形の短辺側に形成される。この隙間４５は、ステータヨーク２３に設けたティース圧入孔３７を切欠くことにより形成する。
この隙間４５により、円周方向に配置した短辺側の板面１２４ａを通る磁束が低減され、この磁束に基づく誘導電流が少なくなってエネルギー損失がさらに軽減する。また、各板材１２４の側面１２４ｂを長辺側に配置することにより、その積層境界面の抵抗によって、長辺側に発生する大きな誘導電流を有効に低減できる。
図１７は、前述の図１５に示したティース２４の各ティース用板材１２４の板面１２４ａを放射方向としてこれを円周方向に積層し、圧入部の長辺側を板面１２４ａとした場合の磁束の流れの説明図である。
ティース２４の上面側に不図示のマグネットが対向して配置される。このマグネットからティース上面に磁束（不図示）が流入するとともに、この上面から流入する磁束以外にティース上部の側面から磁束Ｃ及び磁束Ｄが流入する。このとき、ティース２４の重ね合せ面である板面１２４ａ側から流入する磁束Ｃは、板厚を表す面であるティース用板材１２４の側面１２４ｂ側から流入する磁束Ｄより大きい。板面１２４ａには面内で渦電流が流れるため、各板材１２４の面内で磁束Ｃに基づく比較的大きな誘導電流Ｅが発生する。
また、ティース２４からステータヨーク２３側に出る磁束についてみると、長方形断面を有する圧入部の長辺側から大きな磁束Ｆが流れ、短辺側から小さな磁束Ｇが流れる。この出口側の磁束においても、長辺側の大きな磁束に基づく比較的大きな誘導電流Ｈが各鋼板の面内で発生する。
したがって、このティース２４の重ね合せ面である板面１２４ａを放射方向として長方形断面を有する圧入部の長辺側をこの板面１２４ａとした構成では、前述の図２２に示したティース２４の周囲全体に流れる誘導電流Ｂは、前述のようにスリット３６により有効に遮断されるが、上記ティース２４の横面に直角方向の磁束による比較的大きな誘導電流Ｅ，Ｈが各ティース用板材１２４の面内で流れ、これによるエネルギー損失が発生する。
図１８は、前述の図１１及び図１６に示したティース２４の各ティース用板材１２４の重ね合せ面である板面１２４ａを円周方向とし、これと直角な圧入部の長辺側を各ティース板材１２４の板厚を表す側面１２４ｂとした場合の磁束の流れの説明図である。
前述の図１７の例と同様に、ティース２４の上面側に不図示のマグネットが対向して配置される。このマグネットからティース上面に磁束（不図示）が流入するとともに、この上面から流入する磁束以外にティース上部の横面から磁束Ｃ及び磁束Ｄが流入する。このとき、ティース２４の板材１２４の側面１２４ｂ側の横面から流入する磁束Ｃは重ね合せ面である板面１２４ａ側の横面から流入する磁束Ｄより大きい。
この図１８のティース２４は、板面１２４ａが円周方向であるため、各板材１２４の面内で磁束Ｄに基づいて誘導電流Ｊが発生するが、磁束Ｄが小さいためこの誘導電流Ｊは小さい。
また、ティース２４からステータヨーク２３側に出る磁束についても、前述の図１７の例と同様に、長方形断面を有する圧入部の長辺側から大きな磁束Ｆが流れ、短辺側から小さな磁束Ｇが流れる。この出口側の磁束においても、図１８の例では、ティース２４の板面１２４ａが短辺側であるため、短辺側の磁束Ｇに基づいて鋼板面内で誘導電流Ｋが発生するが、磁束Ｇが小さいため、この誘導電流Ｋは小さい。
したがって、図１８に示すように、ティース２４の各ティース用板材１２４の板厚を表す側面１２４ｂ側の面を放射方向とし、この面を長方形断面の圧入部の長辺側とすることにより、ティース横面を通してティース内に入る磁束による誘導電流を小さくして、エネルギー損失を軽減できる。
図１９（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明のさらに別の実施形態のティース圧入孔の形状説明図である。
（Ａ）は従来の構造であり、ステータヨーク２３の圧入孔３７に鋼板積層体からなるティース２４が圧入されている。この構造では前述のように誘導電流Ｂが発生する。この誘導電流Ｂは、（Ｂ）に示すようにスリット３６を形成することにより遮断される。しかしながら、ティース２４のティース用板材１２４の側面１２４ｂ側の面（図１１、図１６参照）がヨーク２３の圧入孔３７の内面に圧接（低抵抗で接触）していると、（Ｃ）に示すようにこの圧接面を介してスリット３６を迂回する誘導電流Ｙが流れる。本実施形態では、（Ｄ）に示すように、ティース２４の各側面に例えば長辺の半分の長さの隙間４６（または絶縁フィルム）による絶縁層を相互に位置をずらせて設ける。これにより各板材１２４を介する誘導電流Ｙが長辺全長にわたって遮断される。この隙間４６は、（Ｅ）に示すように、圧入孔３７の両側の長辺全長（又は片側のみの長辺全長）に沿って形成してもよい。
（Ｅ）の場合、図２０に示すように、隙間４６をヨーク２３の厚さ方向全体に形成することなく、下部数枚のヨーク用板材１２３には隙間４６を形成しないでおくことにより、この下部数枚の板材１２３でティース２４の圧入部２４ａを圧入孔３７内に確実に固定保持できる。前記（Ｄ）の場合にも、このように下部数枚のヨーク用板材１２３に隙間４６を形成しないで、ティース２４の固定保持力を高めてもよい。
この隙間４６は、誘導電流を遮断するためのものであり、したがって、空間のある隙間に限らず電気的な絶縁材を設けてもよい。すなわち、誘導電流に対する抵抗部となればよい。
図２０は上記圧入部に設けた抵抗部（隙間４６）の形成例を示す。（Ａ）は、ティース２４の下端部に形成された幅の狭い圧入部２４ａの両側に隙間４６を設けたものである。（Ｂ）は、ティース２４の下部全体が下端の圧入部２４ａを含め同一幅の形状であり、この圧入部２４ａの両側のヨーク２３側に隙間４６を形成したものである。（Ｃ）は、ティース２４の下端部の幅を広げて圧入部２４ａを形成し、ヨーク２３側の圧入部３７は同一の貫通孔として圧入部２４ａの上側に隙間４６を形成したものである。なお、いずれの場合もティース２４の片側にのみ隙間４６を形成してもよい。
図２１は、本発明の別の実施形態を示す。
この実施形態は、ティース２４の形状を前述の実施形態と異なり長方形ではなく台形としたものである。この台形は、外周側の辺が長く内周側の辺が短く、長手方向を放射方向とする細長い台形である。このようにティース２４を台形とすることにより、長方形の場合に比べ、隣接するティース２４の外周側の間隔ｗを小さくすることができる。これにより、ティース上面に対向するマグネット（不図示）からティース上面を通して内部に入る磁束を大きくし、横面から入るはみ出し部分の磁束を小さくして誘導電流を小さくすることができる。
このような台形のティース２４は、例えば積層されるティース用板材１２４の形状を徐々に幅が小さくなるように変えることにより形成する。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明では、ティース用板材の積層体からなるティースの各ティース用板材の重ね合せ面を円周方向に配設したことにより、マグネットからティースに流れる磁束による誘導電流を有効に低減できる。
この場合、ヨークに設けたティース固定用の固定孔は、長手方向を有する形状であって、その長手方向を放射方向とした構成によれば、各ティース用板材の側面が見える面（渦電流が流れにくい面）を長手方向に配置し、この面を磁束の大きい側に配置するため、誘導電流を効率よく低減できる。
また、前記固定孔を長方形とした構成によれば、一定形状のティース用板材を積層してティースを形成することができる。
また、ティースの重ね合せ面側とステータヨークの固定孔との間に磁気抵抗部を設けた構成によれば、渦電流が形成されやすいティース用板材の重ね合せ面側と固定孔との間に、例えば空間を形成して磁気抵抗を高めることにより、この面を通る磁束が小さくなり、誘導電流が低減する。
また、各ティース用板材の板厚を表す側面とステータヨークの固定孔との間に誘導電流に対する抵抗部を設けた構成によれば、誘導電流が有効に低減される。すなわち、通常は、固定孔に圧入された積層ティース圧入面は密着して電流が流れやすいため、積層されたティース用板材同士間で渦電流が流れるが、この圧入密着面に空間あるいは絶縁材等を設けることにより電気抵抗を高め、誘導電流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明が適用される電動二輪車の側面図である。
図２は、図１の電動二輪車の後輪部分の構成図である。
図３は、本発明の実施形態に係るステータの要部構成斜視図である。
図４は、本発明の実施形態の作用説明図である。
図５は、本発明の実施形態のステータヨークの平面図である。
図６は、本発明の別の実施形態のステータヨークの平面図である。
図７は、本発明のさらに別の実施形態のステータヨークの平面図である。
図８は、本発明のさらに別の実施形態の形状説明図である。
図９は、ステータヨークの断面図である。
図１０は、スリットの形状例の説明図である。
図１１は、本発明の実施形態のステータの分解図である。
図１２は、図１１のステータの全体斜視図である。
図１３は、図１２のステータを組込んだ電動モータ全体の断面構成図である。
図１４は、樹脂モールドで封止した本発明の実施形態の説明図である。
図１５は、本発明の別の実施形態の斜視図である。
図１６は、本発明のさらに別の実施形態の斜視図である。
図１７は、図１５の実施形態の磁束説明図である。
図１８は、図１１の実施形態の磁束説明図である。
図１９は、本発明の別の実施形態の説明図である。
図２０は、本発明の別の実施形態の説明図である。
図２１は、本発明の別の実施形態の説明図である。
図２２は、従来のステータにおける誘導電流の説明図である。
Claims (5)
- 回転軸に固定された円板状のロータ側のヨークと、該ロータ側のヨークに対向する円板状のステータ側のヨークと、該ロータ側又はステータ側のいずれか一方のヨークの対向面側に固定されたマグネットと、前記ロータ側又はステータ側の他方のヨークの対向面側に、前記マグネットに対向して放射状に配設され、該ヨークに固定された複数のティースと、該複数のティースの各々に巻回されたコイルとからなるアキシャルギャップ型回転電機において、前記ティースは、ティース用板材の積層体からなり、前記ティース用板材の重ね合せ面を円周方向に配設したことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
- 前記ヨークに設けたティース固定用の固定孔は、長手方向を有する形状であって、その長手方向を放射方向としたことを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
- 前記固定孔は、長方形であることを特徴とする請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
- 前記ティースの重ね合せ面側とステータヨークの固定孔との間に磁気抵抗部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
- 前記各ティース用板材の板厚を表す側面とステータヨークの固定孔との間に誘導電流に対する抵抗部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
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