(57)【要約】【課題】ロータの回転方向に基づいて鋼板を巻回することにより、前記鋼板が巻回されたステータコアの巻回状態を維持するアキシャル型回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１０をモータとして使用する場合には、ステータコア１８の内側からその外側に向かって、ロータ１６の回転方向とは逆方向に鋼板２２を巻回し、ステータコア１８を構成する。一方、回転電機１０を発電機として使用する場合には、ステータコア１８の内側からその外側に向かって、ロータ１６の回転方向と同じ方向に鋼板２２を巻回し、ステータコア１８を構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を巻回して形成され、一方の面に複数のティース部が形成されるステータコアおよび前記各ティース部の側面を巻回する巻線を有するステータと、
前記ステータコアの前記一方の面とギャップを介して対向する磁石を有するロータとを具備するアキシャル型回転電機において、
前記アキシャル型回転電機をモータとして使用する際には、前記ステータコアの内側からその外側に向かって、前記ロータの回転方向とは逆方向に前記鋼板を巻回し、
前記アキシャル型回転電機を発電機として使用する際には、前記ステータコアの内側からその外側に向かって、前記ロータの回転方向と同じ方向に前記鋼板を巻回する
ことを特徴とするアキシャル型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板を巻回した該鋼板の積層体の一方の面に複数のティース部が形成され、前記ティース部に巻線が巻回するステータコアを有するステータと、ギャップを介して前記ステータに対向するロータとを有するアキシャル型回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アキシャル型回転電機は、その内部にステータとロータとが同軸に配置されている。前記ステータは、ステータコアと該ステータコアを収容するケースとを含み、前記ステータコアは、帯状の鋼板を巻回した積層体の一方の面に形成された複数のティース部を有し、該各ティース部の側面には巻線が施されている。一方、前記ロータには、前記ティース部に対向して磁石が配置されている。
【０００３】
以上のようなアキシャル型回転電機において、前記ステータコアを製造するには、まず、帯状の鋼板の一部を、例えば、ローラ等の送り装置により円柱状の巻芯に送り、前記鋼板を該巻芯の外周面上に巻回する。次いで、巻回された前記鋼板の両端をそれぞれ固定し、前記鋼板の巻回状態が崩れないようにする。前記鋼板の両端を固定してステータコアを形成する方法としては、巻回された鋼板の積層体をケースに収容する方法（特許文献１参照）や、鋼板の両端を接着または溶接により端面処理する方法（特許文献２参照）等がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１９１６０３号公報（第２−４頁、図１、図２）
【特許文献２】
特開平１０−３０９０４９号公報（第２頁、図１、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したアキシャル型回転電機をモータまたは発電機として使用する場合、ロータの回転に基づいてステータに応力が作用し、この応力によりステータコアの剛性が低下して鋼板が緩み、前記鋼板の巻回状態が崩れるおそれがある。
【０００６】
例えば、前記アキシャル型回転電機がモータである場合、ティース部を囲繞する巻線に電流を流して磁界を発生させると、該磁界に基づいてロータの磁石にトルクが作用し、前記ロータは回転するに至る。その際、前記磁石と前記ステータコアとの間には、吸引力または反発力が発生する。この吸引力または反発力に基づいて、前記ステータコアには前記ロータの回転方向とは逆方向に応力が作用する。この応力の大きさは、前記ロータの回転軸に接続される負荷の状態や、前記巻線を流れる電流の大きさにより変化する。このようなモータを長期間にわたり使用する場合には、ステータコアがケースまたは端面処理により固定されていたとしても、前記応力により前記ステータコアの剛性が低下して、巻回された鋼板が緩み、前記鋼板の巻回状態が崩れるおそれがある。
【０００７】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ロータの回転方向に基づいて鋼板を巻回することにより、前記鋼板が巻回されたステータコアの巻回状態をしっかりと維持し、これによって前記ステータコアの剛性を増加することができるアキシャル型回転電機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアキシャル型回転電機は、鋼板を巻回して形成され、一方の面に複数のティース部が形成されるステータコアおよび前記各ティース部の側面を巻回する巻線とを有するステータと、前記ステータコアの前記一方の面とギャップを介して対向する磁石を有するロータとを具備するアキシャル型回転電機において、前記アキシャル型回転電機をモータとして使用する際には、前記ステータコアの内側からその外側に向かって、前記ロータの回転方向とは逆方向に前記鋼板を巻回し、前記アキシャル型回転電機を発電機として使用する際には、前記ステータコアの内側からその外側に向かって、前記ロータの回転方向と同じ方向に前記鋼板を巻回することを特徴としている。
【０００９】
上記した鋼板の巻回方向は、ロータの回転に基づいてステータコアに応力が作用する方向である。そのため、前記ロータの回転により、前記ステータコアを構成する前記鋼板の巻回状態が維持され、該ステータコアの剛性は向上する。従って、回転電機の運転により、ステータコアの剛性が低下して、巻回された鋼板が緩み、該鋼板の巻回状態が崩れるという問題を回避することができる。この結果、アキシャル回転電機を長期間にわたり使用することが可能となり、該回転電機に対する信頼性が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るアキシャル型回転電機について、その製造方法との関連において、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
【００１１】
本実施の形態に係るアキシャル型回転電機１０（以下、回転電機１０という）は、図１に示すように、ステータ１２と、ギャップ１４を介して該ステータ１２と同軸に配置されているロータ１６とを有する。
【００１２】
ステータ１２は、ステータコア１８を有し、このステータコア１８は、図２および図３に示すように、例えば、珪素鋼板等から構成される鋼板２２を巻回した略円環の積層体からなる。該積層体には、ティース部２４がスロット部２６を介在させて複数個形成されている。前記複数のティース部２４のそれぞれは、ステータコア１８の外周面から内周面にかけて、その幅が狭くなり、かつ、その高さが同一となるように形成されている。一方、ステータコア１８の下部は、各ティース部２４を支持するヨーク部２８として機能する。
【００１３】
ステータコア１８の内周面には、前記ヨーク部２８から該ステータコア１８の中心に向かって突出する複数の突起部３０が等間隔で設けられている。この突起部３０は、複数回に巻回された鋼板２２の一部を、ステータコア１８の中心に向かって湾曲させることにより形成される。このように、鋼板２２の一部を湾曲させることにより、突起部３０において、前記湾曲した鋼板２２と湾曲していない鋼板２２との間に孔３２が形成される。図３のステータコア１８では、９０°ずつ離間する４つの突起部３０にそれぞれ孔３２が形成されている。
【００１４】
そして、図２に示すように、孔３２にボルト５２を挿通し、該ボルト５２を図示しないナットで締め付けることにより、後述するようにステータコア１８を図示しないケース内に収容固定することが可能となる。
【００１５】
ステータコア１８の各ティース部２４の側面は、図１および図２に示すように、電気絶縁物からなるボビン３４で囲繞され、各ボビン３４の側面には、所定回数巻回された導線からなる巻線３６が配置される。この場合、前記導線は、１つのティース部２４の周囲を巻回して１つの巻線３６を形成してもよいし、複数のティース部２４のそれぞれの周囲を巻回して複数の巻線３６を形成してもよい。
【００１６】
図２に示すステータ１２では、３個の１次側端子３８と３個の２次側端子４０とに対して、６本の導線の一端がそれぞれ電気的に接続され、前記各導線は３個のティース部２４の周囲をそれぞれ巻回して巻線３６を形成している。そして、３個の１次側端子３８にそれぞれ接続された３本の前記導線の他端は、金属板４２を介して電気的に接続されている。一方、３つの２次側端子４０には、前記導線とは異なる３本の導線の他端が、前記金属板４２とは異なる金属板を介してそれぞれ電気的に接続されている。
【００１７】
ステータコア１８とボビン３４と巻線３６とは、図１に示すように、樹脂４４、４６で囲繞されている。
【００１８】
図１において、ロータ１６は、ギャップ１４を介して該ステータ１２の上面を覆うように配置され、前記ロータ１６には、ステータコア１８の上面と対向して略円環状の磁石４８が配置されている。以上のような構成において、回転電機１０を構成する巻線３６に電流を流すと、ステータコア１８から発生する回転磁界により、ロータ１６は、ステータ１２の中心と該ロータ１６の中心とを結ぶ軸線を支軸として回転することは容易に諒解されよう。
【００１９】
ところで、本実施の形態に係る回転電機１０では、該回転電機をモータまたは電動機として使用する場合、図４および図５に示すような巻回方向で鋼板２２を巻回する。
【００２０】
回転電機１０をモータとして使用する場合には、図４に示すように、ロータ１６を回転させると、該ロータ１６の回転方向とは逆方向に、ステータコア１８に対して応力が作用する。そこで、ステータコア１８の内側から外側に向かって、鋼板２２をロータ１６の回転方向とは逆方向に巻回することにより、ステータコア１８を構成する。
【００２１】
一方、回転電機１０を発電機として使用する場合には、図５に示すように、ロータ１６を回転させると、該ロータ１６の回転方向と同じ方向に、ステータコア１８に対して応力が作用する。そこで、ステータコア１８の内側から外側に向かって、鋼板２２をロータ１６の回転方向と同じ方向に巻回し、該ステータコア１８を構成する。
【００２２】
次に、本実施の形態に係る回転電機１０を、自動車のワンウェイクラッチシステムにおけるスタータおよびオルタネータとして使用した一例について、図６〜図８を参照しながら説明する。
【００２３】
回転電機１０をスタータおよびオルタネータとして使用する場合には、自動車の運転状態に対応して、該回転電機１０をスタータまたはオルタネータに切り換える必要がある。そこで、図６に示す制御システムを用いて、上記した切り換えを行う。まず、電源１２０から供給された電流をロータ回転方向判定部１２２に供給する。ロータ回転方向判定部１２２では、自動車の運転状態に応じて、回転電機１０をスタータとして使用するか、あるいは、オルタネータとして使用するかを判定する。
【００２４】
例えば、自動車のエンジンを始動するときには、ロータ回転方向判定部１２２は、回転電機１０をスタータとして使用する判定を行う。例えば、自動車のエンジンを始動するときには、ロータ回転方向判定部１２２は、回転電機１０をスタータとして使用する判定を行う。また、自動車の運転時において、エンジンの動力を電気エネルギに変換してバッテリに充電する場合には、ロータ回転方向判定部１２２は、回転電機１０をオルタネータとして使用する判定を行う。
【００２５】
ロータ回転方向判定部１２２において、回転電機１０をスタータまたはオルタネータとして使用すると判定した情報は、該ロータ回転方向判定部１２２からインバータ１２４に供給される。インバータ１２４では、前記情報に基づいて回転電機１０に電流を供給する。
【００２６】
図７は、回転電機１０をスタータ１３０として使用した例を示す。
【００２７】
ロータ１６に対して同軸に連結された軸部１３２に、第１および第２のギヤ１３４、１３６が連結されている。第１のギヤ１３４は、軸部１３８に対して同軸に連結された第３のギヤ１４０と係合している。また、第２のギヤ１３６は、軸部１４２に対して同軸に連結された第４および第５のギヤ１４４、１４６のうち、第５のギヤ１４６と係合している。さらに、軸部１４２に対してエンジン１５０が連結されている。
【００２８】
この場合、ステータ１２の巻線３６に電流を流し、ステータコア１８により発生した磁界に基づいてロータ１６を回転させると、軸部１３２ならびに第１および第２のギヤ１３４、１３６が回転する。このとき、第２のギヤ１３６の回転力が第５のギヤ１４６に伝達され、軸部１４２が回転する。この軸部１４２の回転によりエンジン１５０が始動する。
【００２９】
図８は、回転電機１０をオルタネータ１５２として使用した例を示す。
【００３０】
この例では、第１のギヤ１３４と第３のギヤ１４０とが係合し、第３のギヤ１４０と第４のギヤ１４４とが係合している。
【００３１】
この場合、エンジン１５０の動力により、軸部１４２ならびに第４および第５のギヤ１４４、１４６が回転する。前記第４のギヤ１４４の回転力は、第３のギヤ１４０に伝達され、第３のギヤ１４０および軸部１３８が回転する。第３のギヤ１４０の回転力は、第１のギヤ１３４に伝達され、第２のギヤ１３６と軸部１３２とが回転する。この軸部１３２の回転によりロータ１６が回転するので、該ロータ１６の回転に基づく変動磁界により、巻線３６には電流が発生する。この電流を図示しないバッテリに充電する。
【００３２】
本実施の形態に係る回転電機１０では、該回転電機１０をモータとして使用する場合には、ステータコア１８の内側からその外側に向かって、ロータ１６の回転方向とは逆方向に鋼板２２を巻回する。また、回転電機１０を発電機として使用する場合には、ステータコア１８の内側からその外側に向かって、ロータ１６の回転方向と同じ方向に鋼板２２を巻回する。上記した鋼板２２の巻回方向は、ロータ１６の回転に基づいてステータコア１８に応力が作用する方向である。そのため、ロータ１６の回転により、ステータコア１８を構成する鋼板２２の巻回状態は維持され、該ステータコア１８の剛性が向上する。従って、回転電機１０の運転により、ステータコア１８の剛性が低下して、巻回された鋼板２２が緩み、該鋼板の巻回状態が崩れるという問題を回避することができる。この結果、回転電機１０を長期間にわたり使用することが可能となり、該回転電機１０に対する信頼性が向上する。
【００３３】
なお、本発明に係るアキシャル型回転電機は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係るアキシャル型回転電機では、アキシャル型回転電機をモータとして使用する際には、ステータコアの内側からその外側に向かって、ロータの回転方向とは逆方向に鋼板を巻回し、アキシャル型回転電機を発電機として使用する際には、ステータコアの内側からその外側に向かって、ロータの回転方向と同じ方向に鋼板を巻回する。
【００３５】
上記した鋼板の巻回方向は、ロータの回転に基づいてステータコアに応力が作用する方向であるので、前記ロータの回転により、前記ステータコアを構成する前記鋼板の巻回状態は維持され、該ステータコアの剛性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る回転電機を示す断面図である。
【図２】図１の回転電機のステータコアを示す分解斜視図である。
【図３】図３のステータコアを示す平面図である。
【図４】図３のステータコアを構成する鋼板の巻回方向を示す概略平面図である。
【図５】図３のステータコアを構成する鋼板の巻回方向を示す概略平面図である。
【図６】図１の回転電機の制御システムを示すブロック図である。
【図７】図１の回転電機がスタータである場合を示す概略正面図である。
【図８】図１の回転電機がオルタネータである場合を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１０…アキシャル型回転電機        １２…ステータ
１４…ギャップ                    １６…ロータ
１８…ステータコア                ２２…鋼板
２４…ティース部                  ２６…スロット部
２８…ヨーク部                    ３０…突起部
３２…孔                          ３４…ボビン
３６…巻線                        ３８、４０…端子
４２…金属板                      ４４、４６…樹脂
４８…磁石                        ５２…ボルト
１２０…電源                      １２２…ロータ回転方向判定部
１２４…インバータ                １３０…スタータ
１３２、１３８、１４２…軸部
１３４、１３６、１４０、１４４、１４６…ギヤ
１５０…エンジン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004312859.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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