(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを巻装した複数のコアを周方向に並列して、当該複数のコアの外周側をケースで覆うと共に当該複数のコアとケースとの間を樹脂モールドしてなるステータとロータが回転軸に沿って対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、
前記コアの軸方向両端部に前記回転電機の径方向外側に突出する鍔部を設け、前記ケースの内周面の前記鍔部の軸方向内側に隣接する位置に前記回転電機の径方向外側に凹んだ周方向溝を設け、前記鍔部と前記周方向溝の双方に径方向にオーバーラップする形態のインサート部材を設けることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。
【請求項２】
前記コイルと前記コアとの間にインシュレータを介在させると共に、当該インシュレータの軸方向端面と前記鍔部との間に軸方向隙間を設け、前記インサート部材は当該軸方向隙間に設けられている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のステータ構造。
【請求項３】
前記コイルと前記コアとの間にインシュレータを介在させると共に、当該インシュレータの軸方向両端部にそれぞれ、周方向溝を設け、前記インサート部材は当該周方向溝内に設けられている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のステータ構造。
【請求項４】
前記インサート部材の外周側に径方向外側に突出する凸部を設け、内周側に径方向内側に突出する付加凸部を設け、前記周方向溝の溝底に前記凸部に対応する凹部を設け、前記付加凸部を前記コアの鍔部を除く部分と径方向にオーバーラップさせることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。
【請求項５】
前記付加凸部を隣接する前記コアの前記鍔部に対して周方向にオーバーラップさせることを特徴とする請求項４に記載のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。
【請求項６】
前記インサート部材をステータのコイルに電力を供給するバスバーとすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。
【請求項７】
前記インサート部材をセラミックスにより形成することを特徴とする請求項１〜６に記載のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に沿ってステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロータに永久磁石を設けた回転電機は、損失が少なくかつ効率がよく、出力が大きい等の理由により自動車もしくは産業用機械に数多く使用されている。これらの回転電機はラジアルギャップ型とアキシャルギャップ型とに大別され、なかでも、回転軸に沿ってステータとディスク状のロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機は、回転電機自体の軸方向の薄型化が可能であるため、レイアウト上の制約がある場合により多く用いられており、ステータはコアを周方向に並列して、その外周をケースで覆い、ケースとコアの間およびコアとコアの間に隙間なく樹脂を充填する樹脂モールドにより一体成型して形成されている。
【０００３】
ところでこのようなアキシャルギャップ型の回転電機においては、コアに対して、ステータとロータの磁気的な相互作用により、軸方向の力が作用するため、従来技術においては、コアに作用する軸方向の力をケースとコアの間に充填された樹脂により支持することが行われている。
【０００４】
その具体的な構造としては、例えば、図６に示すように、インシュレータ５１を介してコイル５２を巻装された、軸方向両端部に鍔部を設けたコア５３を周方向に並列し、その外周側にケース５４を設けて、当該ケース５４の内周側には周方向溝５５、５６を設けて、ケース５４とコア５３の間に樹脂を充填したものがある。この場合は、コア５３とケース５４との間に充填された樹脂が、コア５３に作用する軸方向の力Ｆを、主に曲げ方向および剪断方向の強度により支持することになる。
【０００５】
ところが、樹脂は曲げおよび剪断方向よりも圧縮方向の強度の方が高いため、このような形態の回転電機は、コアに作用する軸方向の力を樹脂により支持するに当たっては、必ずしも効果的なものではなかった。
【０００６】
また、特許文献１および特許文献２に記載されているように、ケースの内周面に内周側に突出するヨークを設けて、当該ヨークによりコアに作用する軸方向の力を支持することも考えられるが、このような手法によっては、当該ヨークおよびヨークをケースの内周面に固定するためのボルト等の治具が新たな部品として必要となり、回転電機の大型化および重量増加を招くというデメリットがあった。
【特許文献１】特開２００３−８８０３２号公報
【特許文献２】特開２００４−５２６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述したところの課題を解決することを目的とするものであり、その目的は、回転電機の大型化および重量増加を招くことなく、コアに作用する軸方向の力をより効率的に支持することができるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造は、コイルを巻装した複数のコアを周方向に並列して、当該複数のコアの外周側をケースで覆うと共に当該複数のコアとケースとの間を樹脂モールドしてなるステータとロータが回転軸に沿って対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記コアの軸方向両端部に前記回転電機の径方向外側に突出する鍔部を設け、前記ケースの内周面の前記鍔部の軸方向内側に隣接する位置に前記回転電機の径方向外側に凹んだ周方向溝を設け、前記鍔部と前記周方向溝の双方に径方向にオーバーラップする形態のインサート部材を設けることを特徴とする。
ここで、軸方向とは回転電機の中心軸線方向を、径方向とは回転電機の半径方向を、周方向とは回転電機の周方向を指すものとする。
【発明の効果】
【０００９】
これによれば、コアに軸方向の力が作用した場合において、コアの鍔部とインサート部材の径方向にオーバーラップする部分に位置する樹脂が圧縮されるとともに、ケースの周方向溝とインサート部材の径方向にオーバーラップする部分に位置する樹脂が圧縮されることになり、これにより、ケースが樹脂を介してコアに作用する軸方向の力を、樹脂の圧縮方向の高い強度をもってより効果的に支持することができる。
【００１０】
さらに、樹脂を圧縮方向に使用することにより、曲げおよび剪断方向に使用することに比べて、樹脂の劣化および樹脂のコアおよびケースからの剥離を防止して、回転電機としてのガタが発生することを防止することができる。
加えて、従来技術のように、ケースの内周面にコアを支持するためのヨークを設けることに比べて、ヨークおよびそれをケースに固定するための治具を省略して、回転電機としての大型化および重量の増大を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の一実施形態を示す模式断面図である。図１中Ｃは回転電機の中心軸線を示す。
【００１２】
このアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造は、コイル１をインシュレータ２を介して巻装した複数のコア３を周方向に並列して、当該複数のコア３の外周側をケース４で覆い樹脂モールドしてなるステータ５と図示しないロータが回転軸に沿って対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記コア３の軸方向両端部に鍔部３ａ、３ｂを設け、前記ケース４の内周面の前記鍔部３ａ、３ｂの軸方向内側に隣接する位置に周方向溝６、７を設け、前記鍔部３ａと前記周方向溝６の双方に径方向にオーバーラップする形態のインサート部材８を設け、前記鍔部３ｂと前記周方向溝７の双方に径方向にオーバーラップする形態のインサート部材９を設けることを特徴としている。
【００１３】
なお、図１中１０は樹脂を示す。また、鍔部３ａ、３ｂはコア３のそれ以外の部分に対して、径方向および周方向の双方に突出するよう形成している。
また、鍔部３ａとインシュレータ２の左側の軸方向端面、鍔部３ｂとインシュレータ２の右側の軸方向端面との間には、図１に示すように所定の軸方向隙間が設けられ、この軸方向隙間を利用して、インサート部材８、９の内周側を、鍔部３ａ、３ｂに対して径方向にオーバーラップさせている。
【００１４】
これによれば、コア３に左から右に向かう軸方向の力Ｆが作用した場合において、コア３の鍔部３ａとインサート部材８の径方向にオーバーラップする部分Ａに位置する樹脂１０が圧縮されるとともに、ケース４の周方向溝６とインサート部材８の径方向にオーバーラップする部分Ｂに位置する樹脂１０が圧縮されることになり、これにより、ケース３が樹脂１０を介してコア３に作用する軸方向の力Ｆを、樹脂１０の圧縮方向の高い強度をもってより効果的に支持することができる。
【００１５】
図１中においては、左から右に向かう軸方向の力Ｆが作用する場合を示しているが、右から左に向かう軸方向の力が作用する場合は、コア３の鍔部３ｂとインサート部材９の径方向にオーバーラップする部分Ｄに位置する樹脂１０が圧縮されるとともに、ケース４の周方向溝７とインサート部材９の径方向にオーバーラップする部分Ｅに位置する樹脂１０が圧縮されることになり、これによっても、ケース３が樹脂１０を介してコア３に作用する軸方向の力Ｆを、樹脂１０の圧縮方向の高い強度をもってより効果的に支持することができる。
【００１６】
さらに、樹脂１０を圧縮方向に使用することにより、曲げおよび剪断方向に使用することに比べて、樹脂１０の劣化および樹脂１０のコア３およびケース４からの剥離を防止して、回転電機としてのガタが発生することを防止することができる。
【００１７】
加えて、従来技術のように、ケースの内周面にコアを支持するためのヨークを設けることに比べて、ヨークおよびそれをケースに固定するための治具を省略して、回転電機としての大型化および重量の増大を防止することができる。
【００１８】
図１に示すアキシャルギャップ型回転電機において、コイル１を図示しないインバータにより励磁すると、ステータ５の周方向に回転磁界が形成され、周方向に交互に極性が異なる複数の永久磁石が埋設されたディスク状の図示しないロータがステータ５の発生する回転磁界に吸引反発されてマグネットトルクが発生して、それを動力として、ロータは回転磁界と同期速度で回転する。
【００１９】
図２は本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の他の実施形態を示す模式断面図である。図２中Ｃは回転電機の中心軸線を示す。
図１に示した形態のステータ構造では、インサート部材８および９を、コア３の鍔部３ａ、３ｂに径方向にオーバーラップさせるにあたり、コア３の鍔部３ａおよび３ｂと、インシュレータ２の軸方向端面との間に設けた軸方向隙間を利用したが、図２に示す形態のステータ構造では、コア３の鍔部３ａおよび３ｂとインシュレータ２の軸方向端面との間には軸方向隙間を設けない構成とし、インシュレータ２の軸方向両端部に周方向溝２ａ、２ｂを設けて、そこに、インサート部材８、９を入れ込むことにより、インサート部材８および９を、コア３の鍔部３ａ、３ｂに径方向にオーバーラップさせている。
【００２０】
これによっても、コア３に左から右に向かう軸方向の力Ｆが作用した場合において、コア３の鍔部３ａとインサート部材８の径方向にオーバーラップする部分に位置する樹脂１０が圧縮されるとともに、ケース４の周方向溝６とインサート部材８の径方向にオーバーラップする部分に位置する樹脂１０が圧縮されることになり、これにより、ケース３が樹脂１０を介してコア３に作用する軸方向の力Ｆを、樹脂１０の圧縮方向の高い強度をもってより効果的に支持することができる。
【００２１】
図２中においては、左から右に向かう軸方向の力Ｆが作用する場合を示しているが、右から左に向かう軸方向の力が作用する場合は、コア３の鍔部３ｂとインサート部材９の径方向にオーバーラップする部分に位置する樹脂１０が圧縮されるとともに、ケース４の周方向溝７とインサート部材９の径方向にオーバーラップする部分に位置する樹脂１０が圧縮されることになり、これによっても、ケース３が樹脂１０を介してコア３に作用する軸方向の力Ｆを、樹脂１０の圧縮方向の高い強度をもってより効果的に支持することができる。
【００２２】
ここで、インサート部材８および９は、例えば、ほぼ円環状の高強度部材により構成され、高強度部材としては、例えば、アルミ、ＳＵＳ、セラミックス等を用いることが可能である。
特にインサート部材をセラミックスを用いて構成した場合は、アルミやＳＵＳに比べて同等の強度を保つとともに、渦電流の発生を抑制することができる。（請求項５に相当）
【００２３】
回転電機を組み立てるに当たっては、種々の形態が考えられ、インサート部材をスナップリング状として組み込むこともできるし、インサート部材を周方向に分割可能なタイプとして組み込むこともできる。あるいはケースを軸方向に分割可能なタイプとして、円環状のインサート部材を組み込むこともできる。さらに、複数のインサート部材を周方向に断続的に並べて設けても良い。
【００２４】
図３は本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の一実施形態を中心軸線方向外側から見て示す模式図である。
図３中３はコアを示し、８はインサート部材を、４はケースを示す。
図１に示した構成に加えて、前記インサート部材８の外周側に径方向外側に突出する凸部８ａを設け、内周側に径方向内側に突出する付加凸部８ｂを設け、前記周方向溝の溝底に前記凸部８ａに対応する凹部４ａを設け、前記付加凸部８ｂを前記コア３の鍔部３ａを除く部分と径方向にオーバーラップさせる。（請求項２に相当）
【００２５】
もちろん付加凸部８ｂは隣接するコア３の中間に位置させることは言うまでもない。ここでは、付加凸部８ｂの周方向位置と凸部８ａの周方向位置とを一致させている。さらに、前記凸部８ａに対応する凹部４ａの「対応する」とは、図３に示すように凹部４ａが凸部８ａを所定の隙間を持って覆い、凹部４ａに凸部８ａが径方向にオーバーラップする形態を示すものとする。
【００２６】
これによれば、図３中に示すように、ステータとロータの磁気的な相互作用により、時計回りの周方向の力Ｔがコアに作用した場合に、コア３の鍔部３ａを除く部分と前記付加凸部８ｂの径方向にオーバーラップする部分Ｆに位置する樹脂１０が圧縮されるとともに、凸部８ａと凹部４ａの径方向にオーバーラップする部分Ｇに位置する樹脂１０が圧縮されるため、ケース３が樹脂１０を介してコア３に作用する周方向の力Ｔを、樹脂１０の圧縮方向の高い強度をもってより効果的に支持することができる。
【００２７】
加えて、樹脂１０を圧縮方向に使用することにより、曲げおよび剪断方向に使用することに比べて、樹脂１０の劣化および樹脂１０のコア３およびケース４からの剥離を防止して、回転電機としてのガタが発生することを防止することができる。
なお、図３では図１に示したインサート部材８のみについて示したが、インサート部材９についても同様の構成とすることができる。
【００２８】
図４は本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の一実施形態を中心軸線方向外側から見て示す模式図である。
図４中３はコアを示し、８はインサート部材を、４はケースを示す。
【００２９】
図１に示した構成に加えて、前記インサート部材８の外周側に径方向外側に突出する凸部８ａを設け、内周側に径方向内側に突出する付加凸部８ｂを設け、前記周方向溝の溝底に前記凸部８ａに対応する凹部４ａを設け、前記付加凸部８ｂを前記コア３の鍔部３ａを除く部分と径方向にオーバーラップさせる。（請求項２に相当）
さらに、付加凸部８ｂを隣接する前記コア３の前記鍔部３ａに対して周方向にオーバーラップさせるよう周方向長さを長くする。（請求項３に相当）
【００３０】
これによれば、前述した請求項２に相当する構成による作用効果に加えて、コア３に軸方向の力が作用した場合に、インサート部材８の内周側と鍔部３ａが径方向にオーバーラップする部分に位置する樹脂１０が圧縮されるとともに、コア３の鍔部３と付加凸部８ｂの周方向にオーバーラップする部分に位置する樹脂１０が圧縮されるため、ケース４によりコア３を樹脂１０の圧縮方向の高い強度を持ってさらに効果的に支持することができる。
【００３１】
図５は本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の一実施形態を示す模式図である。
ここでは図１に示した構成に加えて、インサート部材８、９をステータ５のコイル１に電力を供給するバスバーとする。（請求項４に相当）
【００３２】
これによれば、コイル１に電力を供給する電線またはバスバーの容積および重量を、前記インサート部材８、９の容積および重量と兼ねることにより省略して、回転電機全体の小型化および軽量化を図ることができる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、アキシャルギャップ型回転電機に用いて好適なものであり、特にはステータを構成するコアの軸方向両側にロータが位置し、コアの軸方向両端面がギャップ面となるアキシャルギャップ型回転電機の、バックヨークあるいはボルト等の治具を用いてコアを背面側から固定できない形態のステータにおいて、ケースによるコアの支持強度を高めるにあたって、効果的なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の一実施形態を示す模式断面図である。
【図２】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の他の実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の一実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の一実施形態を示す模式図である。
【図５】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の他の実施形態示す模式図である。
【図６】従来のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造を示す模式図断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  コイル
２  インシュレータ
３  コア
３ａ  鍔部
３ｂ  鍔部
４  ケース
４ａ  凹部
５  ステータ
６  周方向溝
７  周方向溝
８  インサート部材
８ａ  凸部
８ｂ  付加凸部
９  インサート部材
１０  樹脂
５１  コイル
５２  インシュレータ
５３  コア
５４  ケース
５５  周方向溝
５６  周方向溝
【図１】
0004701921.tif 000002
【図２】
0004701921.tif 000003
【図３】
0004701921.tif 000004
【図４】
0004701921.tif 000005
【図５】
0004701921.tif 000006
【図６】
0004701921.tif 000007