WO2017094271A1 - アキシャルギャップ型回転電機およびその製造方法 - Google Patents

アキシャルギャップ型回転電機およびその製造方法 Download PDF

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gap type
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小川　徹
秀哲 有田
大穀　晃裕
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Definitions

  • the present invention relates to an axial gap type rotating electrical machine in which a rotor and a stator face each other in the axial direction, and a method for manufacturing the same.
  • the present invention provides an axial gap type rotating electrical machine capable of improving the fixing strength between the stator and the housing and a method for manufacturing the same.
  • An axial gap type rotating electrical machine includes a rotor, a core back formed in a hollow disk shape, and a plurality of teeth extending in the axial direction from one axial surface of the core back and arranged in the circumferential direction.
  • a stator having a stator core, with the tip of the teeth facing the rotor in the axial direction, and the other axial surface that is opposite to the axial one surface in the core back are overlapped.
  • a housing having a bottom portion and a fixing member that is fixed to the bottom portion at a position shifted in the radial direction from the core back and pushes one axial surface of the core back toward the bottom portion.
  • the fixing member fixed to the housing pushes the core back toward the bottom of the housing, so that the fixing strength between the stator and the housing can be improved.
  • FIG. 1 It is a partially broken perspective view which shows the principal part of the axial gap type rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a perspective view which shows the principal part of the axial gap type rotary electric machine of FIG. It is a perspective view which shows the stator of FIG. It is a perspective view which shows the fixing member which fixes the stator of FIG. 2 to a housing. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state by which the stator was fixed to the housing using the fixing member of FIG. It is a perspective view which shows the modification of the stator core of FIG. It is a perspective view which shows the state by which the stator core of FIG. 6 was fixed to the housing.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a state in which the stator core of FIG. 9 is fixed to the housing.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a state in which the stator core of FIG. 9 is fixed to the housing.
  • FIG. 10 is a perspective view which shows the modification of the stator core of FIG.
  • FIG. 10 is a perspective view which shows the modification of the fixing member of FIG.
  • FIG. 10 is a perspective view which shows the stator fixed to a housing using the fixing member of FIG.
  • FIG. 2 shows the modification of the fixing member of FIG.
  • FIG. 16 is a perspective view showing an eddy current generated in the stator core of FIG. 15. It is a perspective view which shows the eddy current which generate
  • FIG. 1 is a partially broken perspective view showing a main part of an axial gap type rotating electric machine according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the axial gap type rotating electric machine of FIG.
  • the axial gap type rotating electric machine is a permanent magnet type synchronous rotating electric machine.
  • the axial gap type rotating electrical machine includes a rotor 1, a stator 2 facing the rotor 1 in the axial direction, and a housing 3 to which the stator 2 is fixed.
  • the housing 3 is not shown, and the rotor 1 is not shown in FIG.
  • the rotor 1 is fixed to a shaft (not shown).
  • the shaft is made of a massive magnetic material such as iron. Both axial ends of the shaft are rotatably supported by the housing 3 via a pair of bearings (not shown).
  • the shaft may be made of a nonmagnetic material.
  • the rotor 1 has a permanent magnet holder 11 formed in a hollow disk shape and a plurality of permanent magnets 12 fixed to the permanent magnet holder 11.
  • the permanent magnet holder 11 is fixed to the shaft so that the axis of the permanent magnet holder 11 and the axis of the shaft overlap.
  • the plurality of permanent magnets 12 are arranged at equal intervals in the circumferential direction at the radial intermediate portion of the permanent magnet holder 11.
  • the permanent magnet 12 is formed in a fan shape whose length in the circumferential direction increases toward the outer side in the radial direction of the permanent magnet holder 11 when viewed in the axial direction.
  • Each permanent magnet 12 is magnetized in the axial direction so that the end face in the axial direction becomes an N pole or an S pole.
  • the plurality of permanent magnets 12 are arranged such that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction when viewed in the axial direction.
  • FIG. 1 shows one stator 2, but this axial gap type rotating electric machine includes a pair of stators 2 that are arranged apart from each other in the axial direction.
  • the rotor 1 is disposed between the pair of stators 2.
  • One stator 2 in the pair of stators 2 faces one of the axial end faces of the rotor 1, and the other stator 2 in the pair of stators 2 is the rotor. It faces the other of the two axial end faces.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the stator 2 of FIG.
  • the stator 2 has a stator core 21 and a stator winding (not shown) provided on the stator core 21.
  • the stator winding is used as a torque generating drive winding.
  • the stator core 21 has a hollow disk-shaped core back 211 and a plurality of teeth 212 extending in the axial direction from one axial surface of the core back 211. Between the teeth 212 adjacent to each other in the circumferential direction, a slot 213 that is a space in which the stator winding is disposed is formed.
  • the stator core 21 is fixed to the housing 3 so that the axis of the stator core 21 and the axis of the shaft overlap.
  • the plurality of teeth 212 are arranged at equal intervals in the circumferential direction at the radial intermediate portion of the core back 211.
  • the stator 2 is disposed such that the tip end portion of the tooth 212 faces the rotor 1.
  • the teeth 212 are formed in a fan shape whose circumferential length increases as it goes outward in the radial direction of the core back 211 when viewed from the axial direction.
  • the magnetic flux generated from the teeth 212 increases as it goes outward in the radial direction. Thereby, the magnetomotive force of the permanent magnet 12 can be used effectively.
  • the tip of the tooth 212 is opposed to the rotor 1 with a certain gap from the rotor 1.
  • the stator winding is configured such that the conductor wire is wound around the tooth 212 without straddling the slot 213. That is, the stator winding is wound around the teeth 212 by a so-called concentrated winding method.
  • the stator windings for each phase are wound on separate teeth 212.
  • the end coils of the stator windings of each phase are not overlapped with each other in the circumferential direction.
  • the stator winding is a multiphase phase coil.
  • This axial gap type rotating electrical machine is, for example, a 3-phase 2: 3 series.
  • the stator windings wound in the order of the U phase, the V phase, and the W phase are supplied with currents having different phases by 120 °. Thereby, a rotating magnetic field is generated in the stator 2.
  • the housing 3 has a hollow disc-shaped bottom 31 and a cylindrical portion 32 that is fixed to the peripheral edge of the bottom 31 and extends from the bottom 31 in the axial direction.
  • the housing 3 is made of a nonmagnetic material.
  • the other surface in the axial direction which is a surface opposite to the one surface in the axial direction in the core back 211, is overlapped.
  • the bottom 31 and the other axial surface of the core back 211 are in close contact with each other.
  • the magnetic flux emitted from the N pole of the permanent magnet 12 enters the tip of the tooth 212 of the stator core 21 facing the N pole of the permanent magnet 12 as shown by an arrow A in FIG. Pass in the direction and enter the core back 211.
  • the magnetic flux that has entered the core back 211 passes through the core back 211 in the circumferential direction, and enters the proximal end portion of the tooth 212 that is adjacent to the tooth 212 facing the N pole of the permanent magnet 12 in the circumferential direction.
  • the magnetic flux that has entered the base end portion of the tooth 212 passes through the tooth 212 in the axial direction and enters the south pole of the permanent magnet 12.
  • Magnetic flux generated from the permanent magnet 12 passes through the stator core 21 three-dimensionally.
  • This axial gap type rotating electrical machine is different in the direction in which the magnetic flux flows compared to the radial gap type rotating electrical machine in which the magnetic flux passes two-dimensionally in the same direction in the radial direction and the circumferential direction. Is equivalent to a radial gap type rotating electrical machine.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a fixing member for fixing the stator 2 of FIG. 2 to the housing 3.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a state in which the stator 2 is fixed to the housing 3 using the fixing member of FIG. is there.
  • the fixing member 4 is fixed to the inner diameter side fixing portion 41 and is fixed to the inner diameter side fixing portion 41 on the inner side in the radial direction with respect to the core back 211, and extends radially outward from the inner diameter side fixing portion 41.
  • a claw portion 42 a that pushes the radially inner portion of the one surface in the axial direction of the back 211 toward the bottom portion 31, and a bolt 43 that is a fastening member for fixing the inner diameter side fixing portion 41 to the bottom portion 31.
  • a through hole 411 that penetrates in the axial direction is formed in the inner diameter side fixing portion 41.
  • Bolts 43 are inserted into the through holes 411, and the tip ends of the bolts 43 are inserted into screw holes formed in the bottom portion 31.
  • the inner diameter side fixing portion 41 is fixed to the surface of the bottom portion 31 facing the rotor 1 so that the claw portion 42a pushes the radially inner portion on one axial surface of the core back 211 toward the bottom portion 31. .
  • the stator 2 Since the stator 2 is fixed to the housing 3 by receiving the pressing force from the fixing member 4 in the axial direction, the stator 2 is mechanically fixed to the housing 3 without using an adhesive or a mold resin. Thereby, the stator 2 can be assembled from the rotor 1 side with respect to the housing 3 in the axial direction. Moreover, complicated processes such as adhesive coating or molding are not required. Further, in a high temperature environment, the fixing strength may decrease due to a decrease in the adhesive strength of the adhesive, or the fixing strength of the mold resin may decrease due to thermal degradation. Since the stator 2 is fixed to the housing 3, the fixing strength of the stator 2 to the housing 3 is maintained even in a high temperature environment.
  • the housing 3 is cooled by forced cooling such as natural cooling or water cooling. Since the fixing member 4 is in surface contact with the stator core 21, heat is transmitted from the stator core 21 to the fixing member 4. Since the fixing member 4 is in surface contact with the housing 3, heat is transmitted from the fixing member 4 to the housing 3. Therefore, the fixing member 4 enhances the cooling effect of the axial gap type rotating electrical machine.
  • the rotor 1, the core back 211 formed in the shape of a hollow disk, and the shaft from one axial direction of the core back 211 are A stator core 21 including a plurality of teeth 212 extending in the direction and arranged side by side in the circumferential direction, the stator 2 having the tip portion of the teeth 212 facing the rotor 1 in the axial direction, and a shaft in the core back 211
  • 211 is provided with a fixing member 4 that pushes one axial surface toward the bottom 31, so that the fixing strength between the stator 2 and the housing 3 can be improved.
  • the fixing member 4 is fixed to the inner diameter side fixing portion 41 and the inner diameter side fixing portion 41 fixed to the bottom portion 31 on the inner side in the radial direction with respect to the core back 211, and the radial direction on one axial surface of the core back 211. Since the claw part 42a that pushes the inner part toward the bottom part 31 is provided, the radial dimension of the housing 3 can be prevented from increasing.
  • the fixing member 4 is fixed to the outer diameter side fixing portion fixed to the bottom portion 31 on the outer side in the radial direction than the core back 211, and fixed to the outer diameter side fixing portion, and extends radially inward from the outer diameter side fixing portion.
  • the claw portion that pushes the radially outer portion on one axial surface of the core back 211 toward the bottom portion 31 and a bolt that is a fastening member for fixing the outer diameter side fixing portion 44 to the bottom portion 31. May be. Even in this case, the same effect can be obtained.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a modification of the stator core 21 in FIG. 3
  • FIG. 7 is a perspective view showing a state in which the stator core 21 in FIG. 6 is fixed to the housing 3
  • FIG. 8 is a stator core in FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a state in which 21 is fixed to the housing 3.
  • FIG. A groove 214a may be formed in the radially inner portion of the core back 211 facing each slot 213 so as to extend to the radially inner end. The groove 214a is arranged so that the opening faces the slot 213.
  • the claw portion 42a is inserted into the groove 214a.
  • the claw portion 42 a pushes one axial surface of the groove 214 a toward the bottom portion 31. Since the claw portion 42a is inserted in the groove 214a, the claw portion 42a is not disposed in the slot 213.
  • the claw portion 42 a When the groove 214 a is not formed in the core back 211, the claw portion 42 a is disposed in the slot 213. Thereby, the slot area which is a region where the stator winding in the slot 213 is arranged is reduced. On the other hand, when the groove 214 a is formed in the core back 211, the claw portion 42 a is not disposed in the slot 213. As a result, the slot area is not reduced, and the space in which the stator windings are arranged can be used effectively.
  • the amount of magnetic flux that passes through the radially inner portion of the core back 211 is smaller than that of the radially outer portion of the core back 211. Therefore, the core back 211 in which the groove 214a is formed in the radially inner portion has less influence on the magnetic path that is reduced by forming the groove as compared with the core back in which the groove is formed in the radially outer portion. .
  • FIG. 9 is a perspective view showing a modification of the stator core 21 of FIG. 3, and FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a state in which the stator core 21 of FIG.
  • a groove 214b may be formed in the radially outer portion of the core back 211 facing each slot 213 so as to extend to the radially outer end.
  • the groove 214b is disposed such that the opening faces the slot 213.
  • the fixing member 4 is fixed to the outer diameter side fixing portion 44 and the outer diameter side fixing portion 44 that are fixed to the bottom portion 31 on the outer side in the radial direction from the core back 211, and is fixed to the outer diameter side fixing portion 44.
  • a claw portion 42b that extends inward in the direction and pushes the radially outer portion of one axial surface of the core back 211 toward the bottom portion 31, and a bolt 45 that is a fastening member for fixing the outer diameter side fixing portion 44 to the bottom portion 31. And have.
  • the claw portion 42b is inserted into the groove 214b.
  • the claw portion 42 b pushes one axial surface of the groove 214 b toward the bottom portion 31. Since the claw portion 42b is inserted into the groove 214b, the claw portion 42b is not disposed in the slot 213.
  • the amount of magnetic flux passing through the radially outer portion of the core back 211 is larger than that of the radially inner portion of the core back 211. Therefore, the axial electromagnetic force acting on the radially outer portion of the core back 211 is larger than that of the radially inner portion of the core back 211.
  • the groove 214b is formed in the radially outer portion of the core back 211, the magnetic path cross-sectional area is reduced and the magnetic resistance is increased compared to the case where the groove 214a is formed in the radially inner portion of the core back 211.
  • the strength of fixing the stator core 21 to the housing 3 can be further improved by pressing the portion of the core back 211 having a large electromagnetic force toward the bottom 31.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a modification of the stator core 21 of FIG.
  • the core back 211 has a core back body 215 in which a groove 214b is formed, and a thick portion 216 that protrudes from the core back body 215 in a direction opposite to the direction in which the teeth 212 extend from the core back body 215. Yes.
  • the thick portion 216 is disposed so as to overlap with the groove 214b when viewed in the axial direction.
  • the amount of magnetic flux passing through the radially outer portion of the core back 211 is larger than that of the radially inner portion of the core back 211. Therefore, the thick portion 216 that protrudes in the direction opposite to the direction in which the teeth 212 extend is disposed on the radially outer portion of the core back 211, thereby sufficiently securing a magnetic path in a portion with a large amount of magnetic flux. Good magnetic properties can be obtained.
  • the phase of the stator core 21 of each stator 2 affects the characteristics of the rotating electrical machine.
  • the assembly accuracy can be improved.
  • the same effect can be obtained when the thick portion 216 is disposed not only in the radially outer portion of the core back 211 but also in the radially inner portion of the core back 211.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a modification of the fixing member 4 in FIG. 4
  • FIG. 13 is a perspective view showing the stator 2 fixed to the housing 3 using the fixing member 4 in FIG.
  • a groove 214c may be formed in the portion of the core back 211 facing each slot 213 so as to extend over the entire radial direction.
  • the groove 214c is arranged so that the opening faces the slot 213.
  • the fixing member 4 includes an inner diameter side fixing portion 41 fixed to the bottom portion 31 on the inner side in the radial direction from the core back 211 and an outer diameter side fixed to the bottom portion 31 on the outer side in the radial direction than the core back 211.
  • the pressing portion 42c fixed to the fixing portion 44, the inner diameter side fixing portion 41 and the outer diameter side fixing portion 44, and inserted into the groove 214c, and the inner diameter side fixing portion 41 and the outer diameter side fixing portion 44 are fixed to the bottom portion 31.
  • a bolt (not shown) which is a fastening member.
  • the inner diameter side fixing portion 41 is formed with a through hole 411 into which a bolt is inserted, and the outer diameter side fixing portion 44 is formed with a through hole 441 into which a bolt is inserted. Since the inner diameter side fixing portion 41 and the outer diameter side fixing portion 44 are in surface contact with the bottom portion 31, the cooling effect of the axial gap type rotating electrical machine can be further enhanced.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a modification of the fixing member 4 of FIG.
  • the outer diameter side fixing portion 44 may be formed extending along the outer peripheral surface of the core back 211.
  • the outer diameter side fixing portion 44 is formed in a hollow disk shape. Since the outer diameter side fixing portion 44 extends along the outer peripheral surface of the core back 211, the contact area between the outer diameter side fixing portion 44 and the bottom portion 31 increases. Thereby, the cooling effect of the axial gap type rotating electrical machine can be further enhanced.
  • the inner diameter side fixing portion 41 may be formed to extend along the outer peripheral surface of the core back 211. In this case, the inner diameter side fixing portion 41 may be formed in a hollow disk shape.
  • the stator core 21 may be composed of electromagnetic steel plates laminated in the radial direction, or may be a magnetic powder material formed into the shape of a stator core, or a bulk magnetic body. May be configured.
  • FIG. FIG. 15 is a perspective view showing a stator core of an axial gap type rotating electric machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the stator core 21 is a wound core obtained by concentrically winding a tape-shaped electromagnetic steel sheet. In addition, you may laminate
  • FIG. 16 is a perspective view showing eddy currents generated in the stator core 21 of FIG. 15, and FIG. 17 is a perspective view showing eddy currents generated in the stator core 21 composed of electromagnetic steel sheets laminated in the axial direction.
  • a magnetic flux parallel to the axial direction passes through the teeth 212 protruding in the axial direction from the disk-shaped core back 211.
  • the stator core 21 composed of electromagnetic steel sheets laminated in the axial direction, since the magnetic flux is directed in a direction perpendicular to the rolling direction of the electromagnetic steel sheets, an eddy current flows through the electromagnetic steel sheets and loss occurs.
  • stator core 21 composed of electromagnetic steel sheets laminated in the radial direction
  • the insulating layers are arranged on both end faces in the width direction of the electromagnetic steel sheets, the area for eddy current flow is reduced, Generation of eddy current is suppressed. As a result, loss can be reduced.
  • the laminated electromagnetic steel sheets can be mechanically joined together by caulking or the like.
  • the stator core 21 composed of a magnetic core wound concentrically with a tape-shaped magnetic steel sheet that is, a magnetic steel sheet laminated in the radial direction
  • An iron core in which electromagnetic steel sheets are laminated in the radial direction is wound with a tape-shaped electromagnetic steel sheet punched with slots 213 concentrically, and then the winding end is temporarily fixed by welding or the like, and an adhesive is impregnated between the layers. Fix the steel plates together.
  • the adhesive has high strength with respect to the force to be peeled off in the radial direction, but the strength is lowered with respect to the shearing force in the axial direction as compared with the force to be peeled off in the radial direction.
  • the axial gap type rotating electrical machine using the stator core 21 in which electromagnetic steel sheets are laminated in the radial direction it is necessary to take measures against the axial attractive force acting on the stator core 21.
  • the tape-shaped electrical steel sheet may be cut in a circumferential unit in the circumferential direction and laminated in the radial direction.
  • the axial gap type rotating electrical machine includes the fixing member 4 shown in FIG. 4 as in the first embodiment.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the axial back surface of the core back 211 is fixed to the bottom 31 at a position shifted in the radial direction from the core back 211. Since the stator core 21 is composed of electromagnetic steel plates laminated in the radial direction, the eddy current generated in the stator core 21 is reduced, and the stator core 21 is pressed against the bottom 31. It is possible to reduce the axial shearing force acting on the iron core 21.
  • the fixing member 4 is fixed to the outer diameter side fixing portion fixed to the bottom portion 31 on the outer side in the radial direction than the core back 211, and fixed to the outer diameter side fixing portion, and extends radially inward from the outer diameter side fixing portion.
  • the claw portion that pushes the radially outer portion on one axial surface of the core back 211 toward the bottom portion 31 and a bolt that is a fastening member for fixing the outer diameter side fixing portion 44 to the bottom portion 31. May be. Even in this case, the same effect can be obtained.
  • a groove 214 a may be formed to extend to the radially inner end portion in the radially inner portion of the core back 211 facing each slot 213.
  • a groove 214b may be formed to extend to the radially outer end portion in the radially outer portion of the core back 211 facing each slot 213.
  • the fixing member 4 is fixed to the outer diameter side fixing portion 44 and the outer diameter side fixing portion 44 that are fixed to the bottom portion 31 on the outer side in the radial direction from the core back 211.
  • a bolt 45 which is a fastening member.
  • the magnetomotive force generated in the radially outer portion of the core back 211 is larger than the magnetomotive force generated in the radially inner portion of the core back 211. Therefore, the area where the fixing member 4 is installed while securing the holding force in the axial direction of the core back 211 by the fixing member 4 by pressing the radially outer portion of the core back 211 toward the bottom 31 by the fixing member 4.
  • the volume of the rotating electrical machine can be reduced by using the inner diameter side of the stator core 21 for bearing installation or the like.
  • the core back 211 is formed with the groove 214b as shown in FIG.
  • the core back main body 215 and the thick portion 216 protruding from the core back main body 215 in the direction opposite to the direction in which the teeth 212 extend from the core back main body 215 may be used.
  • the thick portion 216 is disposed so as to overlap with the groove 214b when viewed in the axial direction.
  • the thick portion 216 may be disposed not only in the radially outer portion of the core back 211 but also in the radially inner portion of the core back 211.
  • the fixing member 4 is fixed to the outer diameter side fixing portion 44 and the outer diameter side fixing portion 44, and extends radially inward from the outer diameter side fixing portion 44.
  • a claw portion 42b that pushes the radially outer portion of the one side surface toward the bottom portion 31, and the outer diameter side fixing portion 44 may be formed to extend along the outer peripheral surface of the core back 211. Since the outer diameter side fixing portion 44 extends along the outer peripheral surface of the core back 211, the contact area between the outer diameter side fixing portion 44 and the bottom portion 31 increases. Thereby, the cooling effect of the axial gap type rotating electrical machine can be further enhanced.
  • the fixing member 4 may have an inner diameter side fixing portion 41, and the inner diameter side fixing portion 41 may be formed to extend along the inner peripheral surface of the core back 211.
  • FIG. FIG. 18 is a perspective view showing a stator core of an axial gap type rotating electric machine according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the axial gap type rotating electric machine is advantageous for forming a so-called flat structure in which the torque generation surface is the facing surface between the rotor 1 and the stator 2 and thus has a large radial dimension and a small axial dimension. is there.
  • the fixing member 4 is arranged in the slot 213 to generate the pressing force in the axial direction as in the first and second embodiments, a space for arranging the stator windings is secured, or the core back 211 is provided.
  • the axial dimension of the stator core 21 may increase.
  • the stator core 21 has a hollow disk-shaped core back 211 and a plurality of teeth 212 extending in the axial direction from one axial surface of the core back 211.
  • the core back 211 has a core back main body 215 provided with a tooth 212 and an inner diameter side protruding portion 217 extending inward in the radial direction from the core back main body 215.
  • the fixing member 4 includes an inner diameter side fixing portion 41 fixed to the bottom portion 31 on the inner side in the radial direction with respect to the inner diameter side protruding portion 217, and an inner diameter side fixing portion. 41, and a claw portion 42a that pushes one axial surface of the inner diameter side overhanging portion 217 toward the bottom portion 31 and a bolt (not shown) for fixing the inner diameter side fixing portion 41 to the bottom portion 31.
  • the inner diameter side fixing part 41 is formed with a through hole 411 into which a bolt is inserted.
  • Other configurations are the same as those in the first or second embodiment.
  • the core back 211 includes the core back body 215 provided with the teeth 212 and the core back body 215 inward in the radial direction. Since it has the extended inner diameter side protruding portion 217, the magnetic path cross-sectional area of the core back 211 is enlarged, and the magnetic resistance is reduced. As a result, the amount of magnetic flux passing through the magnetic circuit is increased, and the characteristics of the rotating electrical machine can be improved. Further, since the fixing member 4 pushes one axial surface of the inner diameter side overhanging portion 217 toward the bottom portion 31, the stator core 21 can be moved even after the stator winding is disposed on the stator core 21. It can be assembled to the housing 3.
  • FIG. 19 is a perspective view showing a modification of the fixing member for fixing the stator 2 of FIG. 18 to the housing
  • FIG. 20 is a longitudinal sectional view showing the fixing member of FIG.
  • the fixing member 4 may be formed in a hollow disk shape. Specifically, the fixing member 4 is fixed to the inner diameter side fixing portion 41 and the inner diameter side fixing portion 41, which is fixed to the bottom portion 31 on the inner side in the radial direction with respect to the inner diameter side protruding portion 217. You may have the press part 46 which pushes the one axial direction surface in 217 toward the bottom part 31, and the volt
  • the pressing portion 46 is formed in an annular shape, but may be a claw portion that extends radially outward from the inner diameter side fixing portion 41.
  • FIG. 21 is a perspective view showing a modification of the stator core 21 in FIG. 18,
  • FIG. 22 is a perspective view showing a fixing member for fixing the stator 2 in FIG. 21 to the housing
  • FIG. 23 is a longitudinal section showing the fixing member in FIG. FIG.
  • the core back 211 may include a core back main body 215 provided with the teeth 212 and an outer diameter side protruding portion 218 extending outward from the core back main body 215 in the radial direction.
  • the fixing member 4 is fixed to the outer diameter side fixing portion 44 and the outer diameter side fixing portion 44 that are fixed to the bottom portion 31 on the outer side in the radial direction with respect to the outer diameter side protruding portion 218.
  • the pressing portion 47 which pushes the one axial direction surface in the protrusion part 218 toward the bottom part 31.
  • the pressing portion 47 is formed in an annular shape, but may be a claw portion that extends radially inward from the outer diameter side fixing portion 44.
  • FIG. 24 is a longitudinal sectional view showing a modification of the stator core 21 of FIG. FIG. 24 also shows the housing 3 and the fixing member 4 that fixes the stator core 21 to the housing 3.
  • the core back 211 includes a core back main body 215 provided with the teeth 212, an inner diameter side protruding portion 217 extending inward in the radial direction from the core back main body 215, and an outer diameter extending outward from the core back main body 215 in the radial direction. You may have the side overhang
  • the fixing member 4 is fixed to the inner diameter side fixing portion 41 and is fixed to the inner diameter side fixing portion 41 on the inner side in the radial direction with respect to the inner diameter side protruding portion 217, and the shaft of the inner diameter side protruding portion 217 is fixed.
  • a pressing portion 46 that pushes one surface in the direction toward the bottom portion 31, an outer diameter side fixing portion 44 that is fixed to the bottom portion 31 on the outer side in the radial direction with respect to the outer diameter side overhanging portion 218, and an outer diameter side fixing portion 44
  • a pressing portion 47 that is fixed and pushes one axial surface of the outer diameter side overhanging portion 218 toward the bottom portion 31 may be provided.
  • the pressing portion 46 is formed in an annular shape, but it may be a claw portion extending radially outward from the inner diameter side fixing portion 41, and the pressing portion 47 is formed in an annular shape. However, it may be a claw portion extending radially inward from the outer diameter side fixing portion 44.
  • the configuration of the axial gap type rotating electric machine including the pair of stators 2 separated in the axial direction has been described.
  • the axial gap type rotating electric machine including one stator 2 is used. May be.
  • the magnetomotive force of the axial gap type rotating electrical machine is increased by further providing a member such as iron as a core back on the surface opposite to the surface facing the stator 2 in the rotor 1. Can do.
  • the configuration in which the permanent magnet 12 and the teeth 212 are fan-shaped when viewed from the axial direction has been described.
  • the present invention is not limited to the fan-shaped shape, for example, when viewed from the axial direction.
  • the permanent magnet 12 and the teeth 212 may have a rectangular shape.
  • FIG. 25 is an explanatory view showing a method of fixing the stator core and the fixing member to the housing.
  • the stator core 21 and the fixing member 4 are characterized by being fixed to the housing 3 toward the bottom in the axial direction. After the stator core 21 is set in the axial direction with respect to the housing 3, the fixing member 4 is set in the axial direction, and the stator core 21 and the fixing member 4 are fixed to the housing 3 using bolts or the like.
  • FIG. 26 is an explanatory view showing a method of winding the stator core having the inner diameter side fixing portion
  • FIG. 27 is an explanatory view showing a method of fixing the stator core of FIG. 26 together with the fixing member to the housing. It is characterized in that after performing the winding step of winding the stator core 21, the stator core fixing step of fixing the stator core 21 and the fixing member 4 to the housing 3 is performed. The assembly process is facilitated by fixing the stator core 21 to the housing 3 after winding the stator core 21.
  • a coil ASSY that is pre-wound on an insulating bobbin may be used, or a winding may be applied to each tooth after an insulator for insulation is attached.
  • the fixing member 4 is fixed to the housing 3 using bolts or the like. It is preferable to arrange the fixing members 4 in the circumferential direction so that the bolts are arranged at an equal pitch in the circumferential direction. Moreover, after all the bolts are temporarily tightened, it is preferable to perform diagonal tightening to tighten the bolts on the diagonal line. By performing diagonal fastening, the accuracy of the flatness of the surface of the stator core 21 facing the rotor 1 is improved.

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Abstract

　回転子と、中空円盤状に形成されたコアバックおよびコアバックの軸方向一方面から軸方向に延び周方向に並んで配置された複数のティースを含む固定子鉄心を有し、ティースの先端部が軸方向について回転子に対向する固定子と、コアバックにおける軸方向一方面に対して軸方向について反対側の面である軸方向他方面が重ねられる底部を有するハウジングと、コアバックよりも径方向についてずれた位置で底部に固定され、コアバックにおける軸方向一方面を底部に向かって押す固定部材とを備えている。

Description

アキシャルギャップ型回転電機およびその製造方法
　この発明は、回転子と固定子とが軸方向に対向するアキシャルギャップ型回転電機およびその製造方法に関する。
　従来、回転子と、軸方向について回転子に対向する固定子と、固定子が固定されるハウジングとを備え、固定子が接着剤を用いてハウジングに固定されるアキシャルギャップ型回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０－１５４６１０号公報
　しかしながら、固定子が接着剤を用いてハウジングに固定されているので、環境温度が上昇した場合に、固定子とハウジングとの固定強度が低下してしまうという問題点があった。
　この発明は、固定子とハウジングとの固定強度を向上させることができるアキシャルギャップ型回転電機およびその製造方法を提供するものである。
　この発明に係るアキシャルギャップ型回転電機は、回転子と、中空円盤状に形成されたコアバックおよびコアバックの軸方向一方面から軸方向に延び周方向に並んで配置された複数のティースを含む固定子鉄心を有し、ティースの先端部が軸方向について回転子に対向する固定子と、コアバックにおける軸方向一方面に対して軸方向について反対側の面である軸方向他方面が重ねられる底部を有するハウジングと、コアバックよりも径方向についてずれた位置で底部に固定され、コアバックにおける軸方向一方面を底部に向かって押す固定部材とを備えている。
　この発明に係るアキシャルギャップ型回転電機によれば、ハウジングに固定された固定部材が、コアバックをハウジングの底部に向かって押すので、固定子とハウジングとの固定強度を向上させることができる。
この発明の実施の形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機の要部を示す一部破断斜視図である。 図１のアキシャルギャップ型回転電機の要部を示す斜視図である。 図１の固定子を示す斜視図である。 図２の固定子をハウジングに固定する固定部材を示す斜視図である。 図４の固定部材を用いて固定子がハウジングに固定された状態を示す縦断面図である。 図３の固定子鉄心の変形例を示す斜視図である。 図６の固定子鉄心がハウジングに固定された状態を示す斜視図である。 図６の固定子鉄心がハウジングに固定された状態を示す縦断面図である。 図３の固定子鉄心の変形例を示す斜視図である。 図９の固定子鉄心がハウジングに固定された状態を示す縦断面図である。 図９の固定子鉄心の変形例を示す斜視図である。 図４の固定部材の変形例を示す斜視図である。 図１２の固定部材を用いてハウジングに固定される固定子を示す斜視図である。 図１０の固定部材の変形例を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２に係るアキシャルギャップ型回転電機の固定子鉄心を示す斜視図である。 図１５の固定子鉄心に発生する渦電流を示す斜視図である。 軸方向に積層された電磁鋼板から構成された固定子鉄心に発生する渦電流を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３に係るアキシャルギャップ型回転電機の固定子鉄心を示す斜視図である。 図１８の固定子をハウジングに固定する固定部材の変形例を示す斜視図である。 図１９の固定部材を示す縦断面図である。 図１８の固定子鉄心の変形例を示す斜視図である。 図２１の固定子をハウジングに固定する固定部材を示す斜視図である。 図２２の固定部材を示す縦断面図である。 図１８の固定子鉄心の変形例を示す縦断面図である。 固定子鉄心および固定部材のハウジングへの固定方法を示す説明図である。 内径側固定部を有する固定子鉄心に巻線を施す方法を示す説明図である。 図２６の固定子鉄心を固定部材とともにハウジングへ固定する方法を示す説明図である。
　実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機の要部を示す一部破断斜視図、図２は図１のアキシャルギャップ型回転電機の要部を示す斜視図である。この例では、アキシャルギャップ型回転電機は、永久磁石型同期回転電機となっている。アキシャルギャップ型回転電機は、回転子１と、軸方向について回転子１と対向する固定子２と、固定子２が固定されるハウジング３とを備えている。なお、図１ではハウジング３を示しておらず、図２では回転子１を示していない。回転子１は、図示しないシャフトに固定される。シャフトは、鉄などの塊状磁性体から構成されている。シャフトの軸方向両端部は、図示しない一対のベアリングを介してハウジング３に回転可能に支持される。なお、シャフトは、非磁性体から構成されてもよい。
　回転子１は、中空円盤状に形成された永久磁石保持体１１と、永久磁石保持体１１に固定された複数の永久磁石１２とを有している。永久磁石保持体１１は、永久磁石保持体１１の軸線とシャフトの軸線とが重なるようにシャフトに固定される。複数の永久磁石１２は、永久磁石保持体１１の径方向中間部において、周方向に等間隔に並んで配置されている。
　永久磁石１２は、軸方向に視た場合に、永久磁石保持体１１における径方向外側に向かうにつれて周方向長さが大きくなる扇型形状に形成されている。それぞれの永久磁石１２は、軸方向端面がＮ極またはＳ極となるように軸方向に磁化されている。複数の永久磁石１２は、軸方向に視た場合に、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に並ぶように配置されている。
　図１では１個の固定子２を示しているが、このアキシャルギャップ型回転電機では、軸方向に離れて配置された一対の固定子２を備えている。一対の固定子２の間に回転子１が配置される。一対の固定子２の中の一方の固定子２は、回転子１の軸方向両端面の中の一方の面に対向し、一対の固定子２の中の他方の固定子２は、回転子１の軸方向両端面の中の他方の面に対向する。
　図３は図１の固定子２を示す斜視図である。固定子２は、固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に設けられる図示しない固定子巻線とを有している。固定子巻線は、トルク発生用駆動巻線として用いられる。
　固定子鉄心２１は、中空円盤状のコアバック２１１と、コアバック２１１の軸方向一方面から軸方向に延びる複数のティース２１２とを有している。周方向に隣り合うティース２１２の間には、固定子巻線が配置される空間であるスロット２１３が形成されている。固定子鉄心２１は、固定子鉄心２１の軸線とシャフトの軸線とが重なるようにハウジング３に固定されている。複数のティース２１２は、コアバック２１１の径方向中間部において、周方向に等間隔に並んで配置されている。固定子２は、ティース２１２の先端部が回転子１に対向するように配置されている。
　ティース２１２は、軸方向から視た場合に、コアバック２１１における径方向外側に向かうにつれて周方向長さが大きくなる扇型形状に形成されている。ティース２１２から発生する磁束は、径方向外側に向かうにつれて大きくなる。これにより、永久磁石１２の起磁力を有効利用することができる。ティース２１２の先端部は、回転子１との間に一定のギャップをあけて回転子１に対向している。
　固定子巻線は、導体線がスロット２１３を跨がないでティース２１２に巻かれることによって構成されている。つまり、固定子巻線は、いわゆる集中巻き方式でティース２１２に巻かれている。各相の固定子巻線が、別々のティース２１２に巻かれている。各相の固定子巻線のエンドコイルは、互いに周方向に関して重ならないようになっている。固定子巻線は、多相の相コイルとなっている。
　このアキシャルギャップ型回転電機は、例えば、３相の２：３系列となっている。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順番に巻かれたそれぞれの固定子巻線には、それぞれ１２０°だけ位相の異なる電流が供給される。これにより、固定子２に回転磁界が発生する。
　図２に示すように、ハウジング３は、中空円盤状の底部３１と、底部３１の周縁部に固定され、底部３１から軸方向に延びる円筒部３２とを有している。ハウジング３は、非磁性体から構成されている。底部３１には、コアバック２１１における軸方向一方面に対して軸方向について反対側の面である軸方向他方面が重ねられている。底部３１とコアバック２１１の軸方向他方面とは、互いに密接している。
　永久磁石１２のＮ極から出た磁束は、図１の矢印Ａに示すように、永久磁石１２のＮ極に対向する固定子鉄心２１のティース２１２の先端部に入り、さらに、ティース２１２を軸方向に通過して、コアバック２１１に入る。コアバック２１１に入った磁束は、コアバック２１１を周方向に通過し、永久磁石１２のＮ極に対向するティース２１２に対して周方向に隣接するティース２１２の基端部に入る。ティース２１２の基端部に入った磁束は、ティース２１２を軸方向に通過し、永久磁石１２のＳ極に入る。永久磁石１２から発生する磁束は、３次元的に固定子鉄心２１内を通過する。このアキシャルギャップ型回転電機は、磁束が径方向および周方向に同一面内を２次元的に通過するラジアルギャップ型回転電機と比較して、磁束の流れる方向が異なるが、回転電機のトルク発生原理としては、ラジアルギャップ型回転電機と等しい。
　図４は図２の固定子２をハウジング３に固定する固定部材を示す斜視図、図５は図４の固定部材を用いて固定子２がハウジング３に固定された状態を示す縦断面図である。固定部材４は、コアバック２１１よりも径方向について内側において底部３１に固定される内径側固定部４１と、内径側固定部４１に固定され、内径側固定部４１から径方向外側に延び、コアバック２１１の軸方向一方面における径方向内側部分を底部３１に向かって押す爪部４２ａと、内径側固定部４１を底部３１に固定するための締結部材であるボルト４３とを有している。内径側固定部４１には、軸方向に貫通する貫通孔４１１が形成されている。貫通孔４１１にボルト４３が挿入され、ボルト４３の先端部が底部３１に形成されたねじ孔に挿入される。これにより、爪部４２ａがコアバック２１１の軸方向一方面における径方向内側部分を底部３１に向かって押すように、内径側固定部４１が底部３１における回転子１に対向する面に固定される。
　固定部材４から軸方向に押付力を受けて固定子２がハウジング３に固定されるので、接着剤またはモールド樹脂などを用いることなく、機械的に固定子２をハウジング３に固定される。これにより、ハウジング３に対して軸方向について回転子１側から固定子２を組み立てることができる。また、接着剤塗装またはモールド成形などの複雑な工程が不要となる。また、高温環境下では、接着剤の接着強度の低下により固定強度が低下し、または、モールド樹脂は熱劣化により固定強度が低下する可能性がある一方、本発明は、固定部材４が機械的に固定子２をハウジング３に固定するので、高温環境下においても、固定子２のハウジング３への固定強度が維持される。
　固定子巻線において発生する銅損による熱は、固定子鉄心２１を介してハウジング３に伝達される。ハウジング３は、自然冷却または水冷などの強制冷却により冷却される。固定子鉄心２１には、固定部材４が面接触しているので、固定子鉄心２１から固定部材４にも熱が伝達される。ハウジング３には、固定部材４が面接触しているので、固定部材４からハウジング３にも熱が伝達される。したがって、固定部材４により、アキシャルギャップ型回転電機の冷却効果が高まる。
　以上説明したように、この発明の実施の形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機によれば、回転子１と、中空円盤状に形成されたコアバック２１１およびコアバック２１１の軸方向一方面から軸方向に延び周方向に並んで配置された複数のティース２１２を含む固定子鉄心２１を有し、ティース２１２の先端部が軸方向について回転子１に対向する固定子２と、コアバック２１１における軸方向一方面に対して軸方向について反対側の面である軸方向他方面が重ねられる底部３１を有するハウジング３と、コアバック２１１よりも径方向についてずれた位置で底部３１に固定され、コアバック２１１における軸方向一方面を底部３１に向かって押す固定部材４とを備えているので、固定子２とハウジング３との固定強度を向上させることができる。
　また、固定部材４は、コアバック２１１よりも径方向について内側において底部３１に固定される内径側固定部４１と、内径側固定部４１に固定され、コアバック２１１における軸方向一方面における径方向内側部分を底部３１に向かって押す爪部４２ａを有しているので、ハウジング３の径方向の寸法が大きくなることを防ぐことができる。
　なお、固定部材４は、コアバック２１１よりも径方向について外側において底部３１に固定される外径側固定部と、外径側固定部に固定され、外径側固定部から径方向内側に延び、コアバック２１１の軸方向一方面における径方向外側部分を底部３１に向かって押す爪部と、外径側固定部４４を底部３１に固定するための締結部材であるボルトとを有する構成であってもよい。この場合であっても、同様の効果を得ることができる。
　図６は図３の固定子鉄心２１の変形例を示す斜視図、図７は図６の固定子鉄心２１がハウジング３に固定された状態を示す斜視図、図８は図６の固定子鉄心２１がハウジング３に固定された状態を示す縦断面図である。それぞれのスロット２１３に対向するコアバック２１１の部分であって径方向内側部分には、溝２１４ａが径方向内側端部にまで延びて形成されてもよい。溝２１４ａは、開口部がスロット２１３を向くように配置される。
　爪部４２ａは、溝２１４ａに挿入される。爪部４２ａは、溝２１４ａにおける軸方向一方面を底部３１に向かって押す。爪部４２ａが溝２１４ａに挿入されているので、爪部４２ａはスロット２１３に配置されていない。
　コアバック２１１に溝２１４ａが形成されていない場合には、爪部４２ａがスロット２１３に配置される。これにより、スロット２１３における固定子巻線が配置される領域であるスロット面積が減少する。一方、コアバック２１１に溝２１４ａが形成されている場合には、爪部４２ａがスロット２１３に配置されない。これにより、スロット面積が減少せず、固定子巻線が配置されるスペースを有効に使用することができる。
　コアバック２１１における径方向内側部分は、コアバック２１１における径方向外側部分と比較して、通過する磁束量が少ない。したがって、径方向内側部分に溝２１４ａが形成されたコアバック２１１は、径方向外側部分に溝が形成されたコアバックと比較して、溝を形成することによって減少する磁路への影響が少ない。
　図９は図３の固定子鉄心２１の変形例を示す斜視図、図１０は図９の固定子鉄心２１がハウジング３に固定された状態を示す縦断面図である。それぞれのスロット２１３に対向するコアバック２１１の部分であって径方向外側部分には、溝２１４ｂが径方向外側端部にまで延びて形成されてもよい。溝２１４ｂは、開口部がスロット２１３を向くように配置される。
　この場合、固定部材４は、コアバック２１１よりも径方向について外側において底部３１に固定される外径側固定部４４と、外径側固定部４４に固定され、外径側固定部４４から径方向内側に延び、コアバック２１１の軸方向一方面における径方向外側部分を底部３１に向かって押す爪部４２ｂと、外径側固定部４４を底部３１に固定するための締結部材であるボルト４５とを有する。
　爪部４２ｂは、溝２１４ｂに挿入される。爪部４２ｂは、溝２１４ｂにおける軸方向一方面を底部３１に向かって押す。爪部４２ｂが溝２１４ｂに挿入されているので、爪部４２ｂはスロット２１３に配置されていない。
　アキシャルギャップ型回転電機は、コアバック２１１における径方向内側部分と比較してコアバック２１１の径方向外側部分の方が、通過する磁束量が多い。したがって、コアバック２１１における径方向内側部分と比較してコアバック２１１の径方向外側部分の方が、作用する軸方向の電磁力が大きい。コアバック２１１の径方向外側部分に溝２１４ｂを形成すると、コアバック２１１の径方向内側部分に溝２１４ａを形成する場合と比較して、磁路断面積が減少し、磁気抵抗が増加して、モータ特性が低下する可能性があるものの、コアバック２１１における電磁力の大きな部分を底部３１に向かって押すことにより、固定子鉄心２１のハウジング３への固定強度をさらに向上させることができる。
　図１１は図９の固定子鉄心２１の変形例を示す斜視図である。コアバック２１１は、溝２１４ｂが形成されたコアバック本体２１５と、コアバック本体２１５からティース２１２が延びる方向に対して反対の方向にコアバック本体２１５から突出する肉厚部２１６とを有している。肉厚部２１６は、軸方向に視た場合に、溝２１４ｂと重なるように配置されている。
　アキシャルギャップ型回転電機では、コアバック２１１の径方向内側部分よりも、コアバック２１１の径方向外側部分の方が、通過する磁束量が多い。したがって、コアバック２１１が径方向外側部分にティース２１２が延びる方向に対して反対側の方向に突出する肉厚部２１６が配置されることによって、磁束量の多い部分の磁路を十分に確保し、良好な磁気特性を得ることができる。
　回転子１の軸方向両側に固定子２を配置する場合には、それぞれの固定子２の固定子鉄心２１の位相が回転電機の特性に影響を与える。肉厚部２１６を周方向の位置決めとして使用することによって、組立精度を向上させることができる。肉厚部２１６は、コアバック２１１の径方向外側部分だけでなく、コアバック２１１の径方向内側部分にも配置しても、同様の効果を得ることができる。
　図１２は図４の固定部材４の変形例を示す斜視図、図１３は図１２の固定部材４を用いてハウジング３に固定される固定子２を示す斜視図である。それぞれのスロット２１３に対向するコアバック２１１の部分には、溝２１４ｃが径方向全域に延びて形成されてもよい。溝２１４ｃは、開口部がスロット２１３を向くように配置されている。
　この場合、固定部材４は、コアバック２１１よりも径方向について内側において底部３１に固定される内径側固定部４１と、コアバック２１１よりも径方向について外側において底部３１に固定される外径側固定部４４と、内径側固定部４１および外径側固定部４４に固定され、溝２１４ｃに挿入される押圧部４２ｃと、内径側固定部４１および外径側固定部４４を底部３１に固定するための締結部材である図示しないボルトとを有する。内径側固定部４１には、ボルトが挿入される貫通孔４１１が形成され、外径側固定部４４には、ボルトが挿入される貫通孔４４１が形成される。内径側固定部４１および外径側固定部４４が底部３１に面接触するので、アキシャルギャップ型回転電機の冷却効果をさらに高めることができる。
　図１４は図１０の固定部材４の変形例を示す斜視図である。外径側固定部４４は、コアバック２１１の外周面に沿って延びて形成されてもよい。図１４では、外径側固定部４４は、中空円盤状に形成されている。外径側固定部４４が、コアバック２１１の外周面に沿って延びているので、外径側固定部４４と底部３１との接触面積が増加する。これによって、アキシャルギャップ型回転電機の冷却効果をさらに高めることができる。なお、図示していないが、内径側固定部４１が、コアバック２１１の外周面に沿って延びて形成されてもよい。この場合、内径側固定部４１は、中空円盤状に形成されてもよい。
　なお、上記実施の形態１では、固定子鉄心２１は、径方向に積層された電磁鋼板から構成されてもよく、磁性圧粉材料を固定子鉄心の形状に成形したものでもよく、塊状磁性体から構成されてもよい。
　実施の形態２．
　図１５はこの発明の実施の形態２に係るアキシャルギャップ型回転電機の固定子鉄心を示す斜視図である。固定子鉄心２１は、テープ状電磁鋼板を同心状に巻いた巻鉄心となっている。なお、シート状に切断した電磁鋼板を径方向に積層してもよい。いずれの場合であっても、固定子鉄心２１が径方向に積層された電磁鋼板から構成される。
　図１６は図１５の固定子鉄心２１に発生する渦電流を示す斜視図、図１７は軸方向に積層された電磁鋼板から構成された固定子鉄心２１に発生する渦電流を示す斜視図である。円盤状のコアバック２１１から軸方向に突出するティース２１２には、軸方向に平行な磁束が通過する。軸方向に積層された電磁鋼板から構成された固定子鉄心２１の場合、磁束が電磁鋼板の圧延方向に対して垂直の方向を向くので、電磁鋼板に渦電流が流れて、損失が発生する。一方、径方向に積層された電磁鋼板から構成された固定子鉄心２１の場合、電磁鋼板の幅方向両端面には絶縁層が配置されているので、渦電流が流れるための面積が小さくなり、渦電流の発生が抑制される。その結果、損失を低減させることができる。
　軸方向に積層された電磁鋼板から構成された固定子鉄心２１の場合、積層された電磁鋼板同士をかしめ等により機械的に接合可能である。一方、テープ状電磁鋼板を同心状に巻いた巻鉄心、つまり、径方向に積層された電磁鋼板から構成された固定子鉄心２１の場合、電磁鋼板をかしめ等で機械的に接合することは難しい。電磁鋼板を径方向に積層した鉄心は、スロット２１３を打ち抜いたテープ状電磁鋼板を同心状に巻いた後、巻終わり部分を溶接等で仮止めして、接着剤を層間に含浸させて、電磁鋼板同士を固定する。
　接着剤は、径方向に引きはがす力に対しては高強度であるが、径方向に引きはがす力と比較して、軸方向のせん断力に対しては強度が低下する。電磁鋼板を径方向に積層した固定子鉄心２１を用いたアキシャルギャップ型回転電機では、固定子鉄心２１に作用する軸方向吸引力への対策が必要となる。
　なお、テープ状電磁鋼板は、周方向に一周単位で切断されてそれぞれを径方向に積層してもよい。
　図示していないが、アキシャルギャップ型回転電機は、実施の形態１と同様に、図４に示す固定部材４を備えている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
　以上説明したように、この発明の実施の形態２に係るアキシャルギャップ型回転電機によれば、コアバック２１１よりも径方向についてずれた位置で底部３１に固定され、コアバック２１１における軸方向一方面を底部３１に向かって押す固定部材４を備え、固定子鉄心２１は、径方向に積層された電磁鋼板から構成されているので、固定子鉄心２１に発生する渦電流を低減するとともに、固定子鉄心２１に軸方向のせん断力が作用することを低減させることができる。
　なお、固定部材４は、コアバック２１１よりも径方向について外側において底部３１に固定される外径側固定部と、外径側固定部に固定され、外径側固定部から径方向内側に延び、コアバック２１１の軸方向一方面における径方向外側部分を底部３１に向かって押す爪部と、外径側固定部４４を底部３１に固定するための締結部材であるボルトとを有する構成であってもよい。この場合であっても、同様の効果を得ることができる。
　また、図６に示すように、それぞれのスロット２１３に対向するコアバック２１１の部分であって径方向内側部分には、溝２１４ａが径方向内側端部にまで延びて形成されてもよい。
　また、図９に示すように、それぞれのスロット２１３に対向するコアバック２１１の部分であって径方向外側部分には、溝２１４ｂが径方向外側端部にまで延びて形成されてもよい。この場合、図１０に示すように、固定部材４は、コアバック２１１よりも径方向について外側において底部３１に固定される外径側固定部４４と、外径側固定部４４に固定され、外径側固定部４４から径方向内側に延び、コアバック２１１の軸方向一方面における径方向外側部分を底部３１に向かって押す爪部４２ｂと、外径側固定部４４を底部３１に固定するための締結部材であるボルト４５とを有する。
　アキシャルギャップ型回転電機では、コアバック２１１における径方向外側部分に発生する起磁力は、コアバック２１１における径方向内側部分に発生する起磁力よりも大きい。したがって、コアバック２１１における径方向外側部分を固定部材４が底部３１に向かって押すことによって、固定部材４によるコアバック２１１の軸方向への保持力を確保しつつ、固定部材４を設置する面積を低減し、固定子鉄心２１の内径側をベアリング設置等に利用して、回転電機の体積を小型化することができる。
　また、それぞれのスロット２１３に対向するコアバック２１１の部分であって径方向外側部分に溝２１４ｂが形成されている場合には、図１１に示すように、コアバック２１１は、溝２１４ｂが形成されたコアバック本体２１５と、コアバック本体２１５からティース２１２が延びる方向に対して反対の方向にコアバック本体２１５から突出する肉厚部２１６とを有する構成であってもよい。この場合、肉厚部２１６は、軸方向に視た場合に、溝２１４ｂと重なるように配置されている。肉厚部２１６は、コアバック２１１の径方向外側部分だけでなく、コアバック２１１の径方向内側部分にも配置してもよい。
　また、図１４に示すように、固定部材４は、外径側固定部４４と、外径側固定部４４に固定され、外径側固定部４４から径方向内側に延び、コアバック２１１の軸方向一方面における径方向外側部分を底部３１に向かって押す爪部４２ｂとを有し、外径側固定部４４は、コアバック２１１の外周面に沿って延びて形成されてもよい。外径側固定部４４が、コアバック２１１の外周面に沿って延びているので、外径側固定部４４と底部３１との接触面積が増加する。これによって、アキシャルギャップ型回転電機の冷却効果をさらに高めることができる。なお、図示していないが、固定部材４が内径側固定部４１を有し、内径側固定部４１が、コアバック２１１の内周面に沿って延びて形成されてもよい。
　実施の形態３．
　図１８はこの発明の実施の形態３に係るアキシャルギャップ型回転電機の固定子鉄心を示す斜視図である。アキシャルギャップ型回転電機は、トルクの発生面が回転子１と固定子２との対向面となるので、径方向の寸法が大きく、軸方向の寸法が小さい、いわゆる扁平構造化するのに有利である。実施の形態１、実施の形態２のようにスロット２１３に固定部材４を配置して軸方向についての押付力を発生させる場合、固定子巻線が配置されるスペースの確保、または、コアバック２１１の磁路面積の確保のため、固定子鉄心２１の軸方向の寸法が大きくなる場合がある。
　このアキシャルギャップ型回転電機では、固定子鉄心２１は、中空円盤状のコアバック２１１と、コアバック２１１の軸方向一方面から軸方向に延びる複数のティース２１２とを有している。コアバック２１１は、ティース２１２が設けられるコアバック本体２１５と、コアバック本体２１５から径方向について内側に延びた内径側張出部２１７とを有している。
　実施の形態１と同様に、固定部材４は、図４に示すように、内径側張出部２１７よりも径方向について内側において底部３１に固定される内径側固定部４１と、内径側固定部４１に固定され、内径側張出部２１７における軸方向一方面を底部３１に向かって押す爪部４２ａと、内径側固定部４１を底部３１に固定するための図示しないボルトとを有している。内径側固定部４１には、ボルトが挿入される貫通孔４１１が形成されている。その他の構成は、実施の形態１または実施の形態２と同様である。
　以上説明したように、この発明の実施の形態３に係るアキシャルギャップ型回転電機によれば、コアバック２１１は、ティース２１２が設けられるコアバック本体２１５と、コアバック本体２１５から径方向について内側に延びた内径側張出部２１７とを有しているので、コアバック２１１の磁路断面積が拡大し、磁気抵抗が減少する。これにより、磁気回路を通過する磁束量が増大し、回転電機の特性を向上させることができる。また、固定部材４は、内径側張出部２１７における軸方向一方面を底部３１に向かって押すので、固定子鉄心２１に固定子巻線を配置した後であっても、固定子鉄心２１をハウジング３に組み付けることができる。
　図１９は図１８の固定子２をハウジングに固定する固定部材の変形例を示す斜視図、図２０は図１９の固定部材を示す縦断面図である。固定部材４は、中空円盤状に形成されてもよい。具体的には、固定部材４は、内径側張出部２１７よりも径方向について内側において底部３１に固定される内径側固定部４１と、内径側固定部４１に固定され、内径側張出部２１７における軸方向一方面を底部３１に向かって押す押圧部４６と、内径側固定部４１を底部３１に固定する図示しないボルトとを有してもよい。なお、図２０では、押圧部４６が円環状に形成されているが、内径側固定部４１から径方向外側に延びる爪部であってもよい。
　図２１は図１８の固定子鉄心２１の変形例を示す斜視図、図２２は図２１の固定子２をハウジングに固定する固定部材を示す斜視図、図２３は図２２の固定部材を示す縦断面図である。コアバック２１１は、ティース２１２が設けられるコアバック本体２１５と、コアバック本体２１５から径方向について外側に延びた外径側張出部２１８とを有してもよい。この場合、固定部材４は、外径側張出部２１８よりも径方向について外側において底部３１に固定される外径側固定部４４と、外径側固定部４４に固定され、外径側張出部２１８における軸方向一方面を底部３１に向かって押す押圧部４７とを有してもよい。なお、図２３では、押圧部４７が円環状に形成されているが、外径側固定部４４から径方向内側に延びる爪部であってもよい。
　図２４は図１８の固定子鉄心２１の変形例を示す縦断面図である。図２４ではハウジング３およびハウジング３に固定子鉄心２１を固定する固定部材４も示している。コアバック２１１は、ティース２１２が設けられるコアバック本体２１５と、コアバック本体２１５から径方向について内側に延びた内径側張出部２１７と、コアバック本体２１５から径方向について外側に延びた外径側張出部２１８とを有してもよい。この場合、固定部材４は内径側張出部２１７よりも径方向について内側において底部３１に固定される内径側固定部４１と、内径側固定部４１に固定され、内径側張出部２１７における軸方向一方面を底部３１に向かって押す押圧部４６と、外径側張出部２１８よりも径方向について外側において底部３１に固定される外径側固定部４４と、外径側固定部４４に固定され、外径側張出部２１８における軸方向一方面を底部３１に向かって押す押圧部４７とを有してもよい。なお、図２４では、押圧部４６が円環状に形成されているが、内径側固定部４１から径方向外側に延びる爪部であってもよく、また、押圧部４７が円環状に形成されているが、外径側固定部４４から径方向内側に延びる爪部であってもよい。
　なお、各上記実施の形態では、軸方向に離れた一対の固定子２を備えたアキシャルギャップ型回転電機の構成について説明したが、１個の固定子２を備えたアキシャルギャップ型回転電機であってもよい。この場合、回転子１における固定子２に対向する面とは軸方向について反対側の面にコアバックとなる鉄などの部材をさらに備えることによって、アキシャルギャップ型回転電機の起磁力を大きくすることができる。
　また、各上記実施の形態では、軸方向から視た場合に永久磁石１２およびティース２１２が扇型形状となる構成について説明したが、扇型形状に限らず、例えば、軸方向から視た場合に永久磁石１２およびティース２１２が長方形形状となる構成であってもよい。
　図２５は固定子鉄心および固定部材のハウジングへの固定方法を示す説明図である。固定子鉄心２１および固定部材４は、ハウジング３に軸方向底部に向かって固定されることに特徴がある。ハウジング３に対して固定子鉄心２１を軸方向にセットした後、固定部材４を軸方向にセットし、ボルト等を用いて、固定子鉄心２１および固定部材４をハウジング３に固定する。
　図２６は内径側固定部を有する固定子鉄心に巻線を施す方法を示す説明図、図２７は図２６の固定子鉄心を固定部材とともにハウジングへ固定する方法を示す説明図である。固定子鉄心２１に巻線を施す巻線工程を行った後、固定子鉄心２１および固定部材４をハウジング３に固定する固定子鉄心固定工程を行うことに特徴がある。固定子鉄心２１に巻線を施した後に固定子鉄心２１をハウジング３に固定することによって、組立工程が容易となる。
　巻線は、絶縁用のボビンに予め巻線を施したコイルＡＳＳＹを使用してもよいし、絶縁用のインシュレータを取り付けた後、各ティースに巻線を施してもよい。
　固定部材４は、ボルト等を用いてハウジング３に固定される。ボルトは、周方向に等ピッチに配置されるように固定部材４を周方向に配置することがよい。また、全てのボルトを仮締めした後、対角線上にあるボルトを締める対角締めをすることがよい。対角締めをすることによって、固定子鉄心２１の回転子１との対向面の平面度の精度が向上する。

Claims (17)

  1. 　回転子と、
    　中空円盤状に形成されたコアバックおよび前記コアバックの軸方向一方面から軸方向に延び周方向に並んで配置された複数のティースを含む固定子鉄心を有し、前記ティースの先端部が軸方向について前記回転子に対向する固定子と、
    　前記コアバックの軸方向他方面が接する底部を有するハウジングと、
    　前記コアバックの軸方向一方面を前記底部に向かって押す固定部材と
    　を備えているアキシャルギャップ型回転電機。
  2. 　前記固定部材は、前記コアバックよりも径方向についてずれた位置で前記底部に固定されている請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
  3. 　前記固定子鉄心は、径方向に積層された電磁鋼板から構成されている請求項１または請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
  4. 　周方向に隣り合う前記ティースの間の空間であるスロットに対向する前記コアバックの部分であって径方向の内側の部分には、前記スロット側に開口する溝が径方向内側端部にまで延びて形成されており、
    　前記固定部材は、前記コアバックよりも径方向の内側において前記底部に固定される内径側固定部と、前記内径側固定部に固定され、前記溝における軸方向一方面に接する爪部とを有している請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
  5. 　周方向に隣り合う前記ティースの間の空間であるスロットに対向する前記コアバックの部分であって径方向の外側の部分には、前記スロット側に開口する溝が径方向外側端部にまで延びて形成されており、
    　前記固定部材は、前記コアバックよりも径方向の外側において前記底部に固定される外径側固定部と、前記外径側固定部に固定され、前記溝における軸方向一方面に接する爪部を有している請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
  6. 　前記コアバックは、前記溝が形成されたコアバック本体と、前記コアバック本体から前記ティースが延びる方向に対して反対の方向に前記コアバック本体から突出する肉厚部とを有し、
    　前記肉厚部は、軸方向から視た場合に、前記溝と重なるように配置されている請求項５に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
  7. 　周方向に隣り合う前記ティースの間の空間であるスロットに対向する前記コアバックの部分には、前記スロット側に開口する溝が径方向全域に延びて形成されており、
    　前記固定部材は、前記コアバックよりも径方向の内側において前記底部に固定される内径側固定部と、前記コアバックよりも径方向の外側において前記底部に固定される外径側固定部と、前記内径側固定部および前記外径側固定部に固定され、前記溝における軸方向一方面に接する押圧部とを有している請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
  8. 　前記内径側固定部は、前記コアバックの内周面に沿って延びて形成されている請求項４に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
  9. 　前記外径側固定部は、前記コアバックの外周面に沿って延びて形成されている請求項５に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
  10. 　前記コアバックは、前記ティースが設けられるコアバック本体と、前記コアバック本体から径方向の内側に延びた内径側張出部とを有し、
    　前記固定部材は、前記内径側張出部における軸方向一方面に接する請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
  11. 　前記固定部材は、前記内径側張出部よりも径方向の内側において前記底部に固定される内径側固定部と、前記内径側固定部に固定され、前記内径側張出部における軸方向一方面に接する爪部とを有している請求項１０に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
  12. 　前記固定部材は、中空円盤状に形成されており、前記内径側張出部よりも径方向の内側において前記底部に固定される内径側固定部と、前記内径側固定部に固定され、前記内径側張出部における軸方向一方面に接する押圧部とを有している請求項１０に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
  13. 　前記コアバックは、前記ティースが設けられるコアバック本体と、前記コアバック本体から径方向の外側に延びた外径側張出部とを有し、
    　前記固定部材は、前記外径側張出部における軸方向一方面に接する請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
  14. 　前記固定部材は、前記外径側張出部よりも径方向の外側において前記底部に固定される外径側固定部と、前記外径側固定部に固定され、前記外径側張出部における軸方向一方面に接する爪部とを有している請求項１３に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
  15. 　前記固定部材は、中空円盤状に形成されており、前記外径側張出部よりも径方向の外側において前記底部に固定される外径側固定部と、前記外径側固定部に固定され、前記外径側張出部における軸方向一方面に接する押圧部とを有している請求項１３に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
  16. 　請求項１から請求項１５までの何れか一項に記載のアキシャルギャップ型回転電機の製造方法において、
    　前記固定子鉄心と前記固定部材とを前記ハウジングの前記底部に固定する固定子鉄心固定工程を備えているアキシャルギャップ型回転電機の製造方法。
  17. 　請求項１６に記載のアキシャルギャップ型回転電機の製造方法において、
    　前記固定子鉄心固定工程の前に前記固定子鉄心に巻線を装着する巻線工程をさらに備えているアキシャルギャップ型回転電機の製造方法。
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