JP2006217766A - アキシャルギャップ型回転電機のステータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータのバックコア部の厚みをなるべく薄くして、ステータひいては回転電機全体を小さく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。
【解決手段】コア１にコイル２を巻装してなるステータ３とロータ４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１のバックコア部５の内周面５ａを、前記コア１のコイル２を巻装する部分をなすティース部６の内周面６ａよりも内周側にせり出させることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

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。

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。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、その回転軸方向の厚みの薄型化が可能であるため、特許文献１に記載されているように、レイアウト上の制約がある場合により多く用いられている。
特開２００４−０８０８９７号公報

このような形態のステータの構造では、それぞれのティース部間の磁束を通過させるために、バックコア部の径方向断面（周方向に垂直な断面であって、周方向に隣接するティース部の間に位置するもの）における面積を、磁束を通過させるにあたって必要十分なものとする必要がある。ところが、図９に示すように、コア１のコイル２を巻装する部分であるティース部６と、それぞれのティース部６に発生する磁束を通す役割を果たすバックコア部５の、各々の内周面と外周面とを一致させるように構成していたため、当該バックコア部５の径方向断面の径方向長さ５ａを長くできず、バックコア部５の前記中心軸線方向の長さ、つまりは厚み５ｂを厚くする必要が生じて、これにより、ステータ３のコア１ひいては回転電機全体がその中心軸線方向に大きくなってしまうという問題点があった。

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、ステータのバックコア部の厚みをなるべく薄くして、ステータひいては回転電機全体を小さく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。

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、コアにコイルを巻装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、前記コアのバックコア部の内周面を、前記コアのコイルを巻装する部分をなすティース部の内周面よりも内周側にせり出させることを特徴とする。

これによれば、前記バックコア部の内周面を前記ティース部の内周面よりも内周側にせり出させているので、前述したバックコア部の径方向断面の径方向長さを、従来の形状のものよりも長くすることができるため、このバックコア部の径方向断面の面積を、磁束を通過させるにあたって必要十分なものとするにあたり、バックコア部の厚みを薄くすることができる。これにより、コアひいては回転電機全体がその中心軸線方向に大きくなってしまうことを防止することができる。

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略式断面図である。
このアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造は、コア１にコイル２を巻装してなるステータ３とロータ４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１のバックコア部５の内周面を、前記コア１のコイル２を巻装する部分をなすティース部６の内周面よりも内周側にせり出させることを特徴とする。（請求項１に相当）

これによれば、バックコア部５の内周面５ａを前記ティース部６の内周面６ａよりも内周側にせり出させているので、前述したバックコア部５の径方向断面の径方向長さ５ｂを、図８に示す、従来の形状のものよりも長くすることができるため、このバックコア部の径方向断面の面積を、磁束を通過させるにあたって必要十分なものとするにあたり、バックコア部５の厚み５ｃを、図８に示す従来のものよりも、薄くすることができる。これにより、コア１ひいては回転電機全体がその中心軸線方向に大きくなってしまうことを防止することができる。

なお、ロータ４は、複数の永久磁石７をディスク状の保持部材８に周方向に等間隔に並べて設けるとともに当該保持部材８を回転軸９に連結して構成され、この回転軸９は軸受１０を介してケース１１により回転自在に支持される。さらにケース１０には冷却路１２が設けられ、ティース部６およびコイル３の損失による発熱を吸収し冷却するための冷却液が循環される。さらに回転軸９の端部にはロータ４の回転量や位置を検出するための、エンコーダ１３が設けられ、ロータ４の隣接する永久磁石７の間には、リラクタンストルクを利用するために、電磁鋼板からなるロータコア１４が設けられる。

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２を図示しないインバータにより励磁すると、ステータ３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７が埋設されたディスク状のロータ４は回転磁界に吸引反発されて回転磁界と同期速度で回転する。

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を、ギャップ側から見て示す模式図である。
図２に示すように、コイル２を巻装されたティース部６は周方向に等間隔に設けられ、ティース部６の形状は、ステータ３の中心軸線方向に垂直な断面内において、ティース部６の占有面積をなるべく大きくするべく、台形状、扇形状、楕円状等種々の形態とすることができる。

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、図２のＡＡ断面において示す模式図である。図３中左側が内周側を示す。
このアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造も、前述したものと同じく、コア１にコイル２を巻装してなるステータ３とロータ４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１のバックコア部５の内周面５ａを、前記コア１のコイル２を巻装する部分をなすティース部６の内周面６ａよりも内周側にせり出させている。（請求項１に相当）
請求項１に相当する構成による作用効果は前述したので割愛する。

さらに、前記バックコア部５の隣接するティース部６の間に位置する径方向断面における面積（図３中破線より下の部分の面積）を、前記ティース部６のステータの中心軸線に垂直な断面における面積（図１に斜線で示す台形状のティース部の面積）の１／２としている。（請求項２に相当）
これによれば、前記バックコア部５の隣接するティース部６の間に位置する径方向断面における面積を、コイル２の励磁により形成されたティース部６内の磁束を、当該ティース部６の周方向両側に位置するバックコア部５に振り分けて通すために、必要十分な面積とすることができるので、ティース部６およびバックコア部５により構成されるコア１内の、磁束の流れをスムーズなものとすることができる。なおここで１／２とは、略１／２の意味を含むものとする。

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、他の実施形態を、図２のＡＡ断面において示す模式図である。ここでも、図４中左側が内周側を示し、上側がギャップ側を、下側がその反対側である背面側を示す。
このアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造も、前述したものと同じく、コア１にコイル２を巻装してなるステータ３とロータ４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１のバックコア部５の内周面５ａを、前記コア１のコイル２を巻装する部分をなすティース部６の内周面６ａよりも内周側にせり出させている。（請求項１に相当）
請求項１に相当する構成による作用効果は前述したのでここでも割愛する。

さらにここでは、前記バックコア部５の前記ティース部６の内周面６ａよりも内周側にせり出させた部分の背面側の形状５ｄを、当該部分の厚みｔ（ステータの中心軸線方向の長さ）が内周側に行くにつれ徐々に減少するテーパ形状としている。（請求項３に相当）
これによれば、バックコア部５のうち磁束が集中しない部分を削除して、バックコア部５ひいてはコア１全体の軽量化を図ることができ、テーパ形状とした部分が露出するため、コア１の冷却面積を増やして、コア１の冷却効率を高めることができる。

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、さらに他の実施形態を、図２のＡＡ断面において示す模式図である。ここでも、図５中左側が内周側を示し、上側がギャップ側を、下側がその反対側である背面側を示す。
このアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造も、前述したものと同じく、コア１にコイル２を巻装してなるステータ３とロータ４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１のバックコア部５の内周面５ａを、前記コア１のコイル２を巻装する部分をなすティース部６の内周面６ａよりも内周側にせり出させている。（請求項１に相当）
請求項１に相当する構成による作用効果は前述したのでここでも割愛する。

さらにここでは、前記バックコア部５の前記ティース部６の内周面６ａよりも内周側にせり出させた部分の背面側の形状５ｄを、当該部分の厚みｔが内周側に行くにつれ階段状に減少する階段形状としている。（請求項４に相当）
これによっても、バックコア部５のうち磁束が集中しない部分を削除して、バックコア部５ひいてはコア１全体の軽量化を図ることができ、テーパ形状とした部分が露出するため、コア１の冷却面積を増やして、コア１の冷却効率を高めることができる。

図６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、さらに他の実施形態を、図２のＡＡ断面において示す模式図である。ここでも、図６中左側が内周側を示し、上側がギャップ側を、下側がその反対側である背面側を示す。
このアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造も、前述したものと同じく、コア１にコイル２を巻装してなるステータ３とロータ４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１のバックコア部５の内周面５ａを、前記コア１のコイル２を巻装する部分をなすティース部６の内周面６ａよりも内周側にせり出させている。（請求項１に相当）ここで、内周面６ａとは、図６に示すティース部６の最も背面側の内周面を指す。
請求項１に相当する構成による作用効果は前述したのでここでも割愛する。

さらにここでは、前記ティース部６およびバックコア部５のステータの中心軸線方向に垂直な断面における形状を、ギャップ側から背面側に行くにつれ外周側から内周側に階段状にずらせた階段形状としている。（請求項５に相当）これにともない、ティース部６に対して、コイル２も階段形状に巻装される。
これによれば、図３から図５に示した形態のコア１においては、隣接するティース部６間に位置するバックコア部５において、磁束がその内周側をより多く通過することに起因して、ティース部６内の磁束は、図６中矢印Φに示すように、ギャップ側から背面側に行くに従い、外周側から内周側に移動するように通過するので、ティース部６およびバックコア部５の形状を前述したような階段形状とすることにより、コア１を磁束の通路に沿わせた形態として、コア１内の磁束の通過をよりスムーズなものとすることができる。

図７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、さらに他の実施形態を、図２のＡＡ断面において示す模式図である。ここでも、図７中左側が内周側を示し、上側がギャップ側を、下側がその反対側である背面側を示す。
このアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造も、前述したものと同じく、コア１にコイル２を巻装してなるステータ３とロータ４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１のバックコア部５の内周面を、前記コア１のコイル２を巻装する部分をなすティース部６の内周面よりも内周側にせり出させている。（請求項１に相当）
請求項１に相当する構成による作用効果は前述したのでここでも割愛する。

さらにここでは、前記ティース部６とバックコア部５との接続部分５ｅの内周側の形状を、Ｒ形状としている。（請求項６に相当）ここで、接続部分５ｅとは、図７中Ｌ字状をなすコア１の、内側の角部を指すものとする。
これによれば、当該接続部分５ｅにおいて発生する応力集中を緩和して、コア１の剛性を高めることができる。

なお、以上述べたステータ構造において、前記ティース部６を圧粉コアにより形成することができる。（請求項７に相当）これによれば、より容易にティース部６を形成することができる。
また、前記ティース部６と前記バックコア部５とを分割して形成することもできる。（請求項８に相当）これによれば、ティース部６およびバックコア部５とをそれぞれ、電磁鋼板を積層して形成するに当たり、有利な構成とすることができる。

なお、このように、ティース部６およびバックコア部５とをおのおの別に電磁鋼板で積層して形成する場合においては、図８に示すように、例えば歯車状に形成されたバックコア部５の溝部分に、例えば台形柱状をなすティース部６を外周側から挿入して、コア１を構成することになるが、本発明のようにバックコア部５の内周面を、ティース部６の内周面６ａよりもせり出させて、磁束の通過をスムーズなものとするためには、ティース部６の内周面６ａを、バックコア部５の溝底部分に隙間なく接触させて、磁気的に接続することが必要となる。

あるいは、ティース部６とバックコア部５とを、はじめから一体的に圧粉コアにより形成することも可能である。

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。

本発明は、アキシャルギャップ型回転電機のステータに用いて好適なものである。

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略式断面図である。 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を、ギャップ側から見て示す模式図である。 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、図２のＡＡ断面において示す模式図である。 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、図２のＡＡ断面において示す模式図である。 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、さらに他の実施形態を、図２のＡＡ断面において示す模式図である。 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、さらに他の実施形態を、図２のＡＡ断面において示す模式図である。 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、さらに他の実施形態を、図２のＡＡ断面において示す模式図である。 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、コアの組み立ての形態を示す模式図である。 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略式断面図である。

符号の説明

１ コア
２ コイル
３ ステータ
４ ロータ
５ バックコア部
５ａ 内周面
５ｂ 背面側形状
６ ティース部
６ａ 内周面
７ 永久磁石
８ 保持部材
９ 回転軸
１０ 軸受
１１ ケース
１２ 冷却路
１３ エンコーダ
１４ ロータコア

Claims (8)

1. コアにコイルを巻装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、前記コアのバックコア部の内周面を、前記コアのコイルを巻装する部分をなすティース部の内周面よりも内周側にせり出させ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。
2. 前記バックコア部の隣接するティース部の間に位置する径方向断面における面積を、前記ティース部のステータの中心軸線に垂直な断面における面積の１／２とす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。
3. 前記バックコア部の前記ティース部の内周面よりも内周側にせり出させた部分の背面側の形状を、当該部分の厚みが内周側に行くにつれ徐々に減少するテーパ形状とすることを特徴とする請求項１もしくは２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。
4. 前記バックコア部の前記ティース部の内周面よりも内周側にせり出させた部分の背面側の形状を、当該部分の厚みが内周側に行くにつれ階段状に減少する階段形状とすることを特徴とする請求項１もしくは２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。
5. 前記ティース部およびバックコア部のステータの中心軸線方向に垂直な断面における形状を、ギャップ側から背面側に行くにつれ外周側から内周側に階段状にずらせた階段形状とすることを特徴とする請求項１〜４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。
6. 前記ティース部とバックコア部との接続部分の内周側の形状を、Ｒ形状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。
7. 前記ティース部を圧粉コアにより形成することを特徴とする請求項１〜６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。
8. 前記ティース部と前記バックコア部とを分割して形成することを特徴とする請求項１〜７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。
   
   

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