JP2006304421A - Structure of stator for axial gap type rotating-electric machine - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a stator structure of an axial gap type rotating electrical machine in which a stator and a rotor are arranged to face each other along a rotation axis.
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、回転電機自体の軸方向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おり、ステータは突極を周方向に並列して、その全体を樹脂モールドにより一体成型して形成されている。
ところが、このような形態のステータの構造では、突極とモールド樹脂との界面が、ステータの中心軸線方向に沿って平坦な形状であるため、突極とモールド樹脂との間には界面による剪断力しか作用しないため、モールド樹脂による突極の、ステータの軸方向の支持剛性を高めることができず、ステータ全体の剛性を高めることが出来ないという問題点があった。 However, in the structure of the stator having such a configuration, the interface between the salient pole and the mold resin has a flat shape along the direction of the central axis of the stator. Since only the force acts, there is a problem that the axial support rigidity of the salient poles due to the mold resin cannot be increased, and the rigidity of the entire stator cannot be increased.
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、モールド樹脂による突極の支持剛性を高めて、ステータ全体の剛性を高め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。 The present invention is intended to solve the above-described problems, and the purpose thereof is to increase the rigidity of the stator by increasing the support rigidity of the salient poles by the mold resin. A stator structure is provided.
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、コイルを巻装した突極を周方向に複数個並列して樹脂モールドして一体成型してなるステータと周方向に複数個の永久磁石を設けた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、前記突極のいずれかの面に凹凸部を設けることを特徴とする。 The stator structure of an axial gap type rotating electrical machine according to claim 1 includes a stator formed by integrally molding a plurality of salient poles wound with coils in parallel in the circumferential direction and a plurality of permanent magnets in the circumferential direction. In the stator structure of an axial gap type rotating electrical machine in which the rotor provided with the head is disposed so as to be opposed to each other along the rotation axis, an uneven portion is provided on any surface of the salient pole.
これによれば、前記突極に凹凸部を設けることにより、樹脂モールドにより一体成型すると、当該モールド樹脂が凹凸部に入り込み、入り込んだモールド樹脂と突極の凹凸部とが相互に拘束しあって、従来技術においては、突極とモールド樹脂との界面の剪断力のみによってモールド樹脂が突極を支持していたのに対して、モールド樹脂が突極を、界面の剪断力に加えて、曲げ変形に起因する力を持って、強固に支持するため、モールド樹脂の突極に対する支持剛性を高めることができる。これにより、ステータ全体の剛性および強度をも高めることができる。 According to this, when the salient pole is provided with an uneven portion, when the resin mold is integrally molded, the mold resin enters the uneven portion, and the mold resin and the uneven portion of the salient pole are mutually restrained. In the prior art, the mold resin supported the salient pole only by the shearing force at the interface between the salient pole and the mold resin, whereas the mold resin bent the salient pole in addition to the shearing force at the interface. Since it strongly supports with a force resulting from the deformation, the support rigidity of the mold resin with respect to the salient pole can be increased. Thereby, the rigidity and strength of the entire stator can also be increased.
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（ｂ）は図１（ａ）のＺＺ断面を示す。
図２はアキシャルギャップ型回転電機の中心軸線を含んで示す模式断面図である。
また、図３はアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造を、三方向から視て示す模式断面図である。図中左上は、ギャップ側から見た図を、右上は周方向から見た図を、左下は外周側から見た図を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a stator structure of an axial gap type rotating electrical machine. FIG.1 (b) shows the ZZ cross section of Fig.1 (a).
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view including the central axis of the axial gap type rotating electrical machine.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the stator structure of the axial gap type rotating electrical machine as viewed from three directions. In the figure, the upper left shows the view from the gap side, the upper right shows the view from the circumferential direction, and the lower left shows the view from the outer peripheral side.
図１に示すように、アキシャルギャップ型回転電機のステータは、一般に、周囲にコイル１５が巻装された突極１１を、その中心軸線から放射状に延びる爪状のプレートをなす、複数のバックヨーク１２間に挟み込み、前記バックヨーク１２をバックプレート１３に対してボルトや接着剤等で固定したものを、モールド樹脂１４によって樹脂モールドして一体成型することによって、構成される。なお当該ステータには後述するロータのシャフトが貫通することとなるが、ここでは説明の便宜上、図示は省略する。
As shown in FIG. 1, a stator of an axial gap type rotating electrical machine generally includes a plurality of back yokes having a
図２にアキシャルギャップ型回転電機全体の構成を示す。前記ステータ２１は、回転体であり永久磁石を回転軸に対し周方向に等間隔に具えるロータ２２を軸方向両側から挟み込む用に、ロータ２２の軸方向両側に位置するように固定され、前記ロータ２２はその内周側に回転中心軸としてのシャフト２３を具え、シャフト２３はここでは図示しない軸受を介して、これも図示しないケースに回転自在に支持される。前記シャフト２３内には、図示しないオイルポンプにより供給される潤滑油を、ロータ２２とステータ２１間に供給するための油穴２５が設けられている。ロータ２２とステータ２１の間には、少量の隙間（ギャップ２４）が設けられている。
FIG. 2 shows the overall configuration of the axial gap type rotating electrical machine. The
図４は、アキシャルギャップ型回転電機の磁束の流れを示す模式図である。
図４に示すように、突極aに巻かれたコイルは、突極内に磁束Φを発生させ、突極a内を通過した後、ギャップを介してロータの永久磁石ｂを通過し、更に反対側のギャップを通過した後、発生した突極と反対側の突極ｃに入る。続いて磁束は突極cと接触しているバックヨークｄ及び隣接する突極ｅを通過し、再びギャップ及びロータを介して突極ｇ及びバックヨークhを通過し、元の突極aへと循環する。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the flow of magnetic flux of the axial gap type rotating electrical machine.
As shown in FIG. 4, the coil wound around the salient pole a generates magnetic flux Φ in the salient pole, passes through the salient pole a, passes through the permanent magnet b of the rotor through the gap, After passing through the gap on the opposite side, it enters the salient pole c on the opposite side to the generated salient pole. Subsequently, the magnetic flux passes through the back yoke d in contact with the salient pole c and the adjacent salient pole e, and again passes through the salient pole g and the back yoke h through the gap and the rotor to return to the original salient pole a. Circulate.
この磁束Φの循環の中において、ステータからロータへと通過する磁束Φはロータ内に設けてある永久磁石が突極の正面に位置する様に、永久磁石を引張る力を発生させる。この力を回転軸周方向に設置してある各突極において、ロータの回転と同期させる事によって、ロータには常に突極から発生する磁束に引張られる様に回転駆動力が与えられる。 In the circulation of the magnetic flux Φ, the magnetic flux Φ passing from the stator to the rotor generates a force that pulls the permanent magnet so that the permanent magnet provided in the rotor is located in front of the salient pole. By rotating this force in each salient pole installed in the circumferential direction of the rotation axis in synchronization with the rotation of the rotor, a rotational driving force is applied to the rotor so that it is always pulled by the magnetic flux generated from the salient pole.
図５は、アキシャルギャップ型回転電機の磁束の流れと引張力との関係を示す模式図である。
図５に示すように、前記引張力Ｆは、ロータ２２に対し周方向のみならず、軸方向にも働くため、ステータ２１の突極１１にはギャップ方向つまりはステータの中心軸線方向へ抜け出る力が発生するため、突極１１に対するモールド樹脂１４の支持剛性を高める必要が生じる。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between the flow of magnetic flux and the tensile force of an axial gap type rotating electrical machine.
As shown in FIG. 5, the tensile force F acts on the
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一実施形態を示す模式断面図である。
なお、図６（ａ）（ｂ）は当該ステータ構造を三角法的に示したものであり、図中、左上が突極をギャップ側から見た図を、右上が突極の周方向から見た図を、左下が突極を外周側から見た図を示す。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a stator structure of an axial gap type rotating electrical machine according to the present invention.
6 (a) and 6 (b) show the stator structure in a trigonometric manner. In the figure, the upper left shows the salient pole as viewed from the gap side, and the upper right shows the salient pole from the circumferential direction. The lower left shows the salient pole as seen from the outer periphery.
図６（ａ）に示すように、従来平面であった突極１１とモールド樹脂１４の界面に凹凸部３１を設ける（請求項１に相当）事によって、モールド樹脂１４による突極１１に対する支持剛性を高めることができる。これは、突極１１に引張力が働いた際に、従来技術ではモールド樹脂１４と突極１１間の界面に働く剪断力のみで突極１１を支持していたことに対し、凹凸部３１を設けることによって、モールド樹脂１４の曲げ剛性による力及び剪断力によって、前記引張力を支持することができるためである。
As shown in FIG. 6 (a), by providing a concavo-
また、バックヨーク１３と突極１１の接触面では、高密度の磁束を効率良く流すため、突極１１を平坦な形状とし、前記凹凸部３１を突極１１の外周面と内周面の少なくとも一方ここでは両方に設ける（請求項２に相当）ことによって、磁束密度の高い突極の周方向端面は平坦形状に形成することができ、これにより、磁束を突極１１の背面側（ギャップと反対側）に効率的に流すことができ、加えて、磁束密度の小さい突極１１の内周面及び外周面においては、モールド樹脂１４の突極１１に対する支持剛性を高めることができる。
Further, in order to efficiently flow a high-density magnetic flux on the contact surface between the
また、図６（ｂ）に示すように、突極１１の凹凸部３２をテーパ形状とすることによって、凹凸部３２角部の応力集中を低減する事ができる。
この場合、突極１１内の磁束の流れは凹凸部３２によって阻害されることがないため、突極１１とバックヨーク１３との接触面もテーパ形状にすることができ、これによりバックヨーク１２によっても突極１１を支持させて、突極１１の支持剛性をさらに高めることができる。
Moreover, as shown in FIG.6 (b), the stress concentration of the uneven | corrugated | grooved
In this case, since the flow of the magnetic flux in the
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他の実施形態を示す模式断面図である。
図７（ａ）〜（ｄ）とも、上は突極を外周側から見た図を、下は突極をギャップ側から見た図を示す。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of a stator structure of an axial gap type rotating electrical machine according to the present invention.
7A to 7D, the top shows a view of salient poles from the outer peripheral side, and the bottom shows a view of salient poles seen from the gap side.
同期型回転電機では、ロータの永久磁石が突極の正面に位置する様、引張力を発生させる事により、駆動力が発生するが、突極と永久磁石が回転方向にオフセットしている状態において、突極から発生する磁束が永久磁石に到達すると、永久磁石は周方向に加速し、オフセット量が少なくなると、加速度は減少する。この加減速は回転軸にコギングトルクを発生させる事となる。
従来技術においては、突極のギャップ付近の周方向端面が平坦形状であったため、密度の高い磁束が永久磁石に到達すると、永久磁石は急加速を行い、コギングトルクの増大につながっていた。
In a synchronous rotating electrical machine, a driving force is generated by generating a tensile force so that the permanent magnet of the rotor is positioned in front of the salient pole, but in a state where the salient pole and the permanent magnet are offset in the rotational direction. When the magnetic flux generated from the salient pole reaches the permanent magnet, the permanent magnet accelerates in the circumferential direction, and when the offset amount decreases, the acceleration decreases. This acceleration / deceleration generates a cogging torque on the rotating shaft.
In the prior art, the circumferential end surface in the vicinity of the gap between the salient poles has a flat shape. Therefore, when a high-density magnetic flux reaches the permanent magnet, the permanent magnet accelerates rapidly, leading to an increase in cogging torque.
そこで、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、突極１１のギャップ側に周方向に突出する鍔部１６を設ける（請求項４に相当）。これによれば、磁束が永久磁石に到達し始める時の磁束密度を低減させ、突極と永久磁石のオフセット量が小さくなるにつれ、序々に磁束密度を増大させることによって、コギングトルクを低減させることができる。
さらに鍔部１６に凹凸部としての切り欠き溝１７ａを設けることによって、モールド樹脂１４の突極１１に対する支持剛性を、ギャップ面近傍においても向上させることができる。
Therefore, as shown in FIGS. 7A to 7D, a
Further, by providing the
図７（ａ）に示すように、突極１１のギャップ面に周方向に突出する鍔部１６を設け、前記鍔部１６に凹凸部としても切欠き溝１７ａを設ける。これにより、コギングトルクを低減することができる。さらに、鍔部１６に設けられた切り欠き溝１７ａにモールド樹脂１４が入り込むため、鍔部１６は前述した凹凸部と同様の機能をも果たすことになり、モールド樹脂１４の突極１１に対する支持剛性を高めることができる。図７（ａ）に示す形態のステータ構造では、鍔部１６を大きく形成することができるが、鍔部１６の軸方向の寸法が増大する。
As shown in FIG. 7A, a
この鍔部１６は図７（ｂ）に示す形態とすることもできる。ここでも、突極１１のギャップ側に周方向に突出する鍔部１６を設けている。ここでは鍔部１６をギャップ面よりも背面側にずらせて設けることによって、鍔部１６とギャップ面との間の領域１７ｂにモールド樹脂が入り込み、鍔部１６は前記凹凸部としても機能して、モールド樹脂１４による突極１１の支持剛性を高めることができる。この場合、鍔部１６の厚みは少なくなるが、モールド樹脂１４の層を厚く設けることができる。
The
さらに鍔部１６は図７（ｃ）に示す形態とすることもできる。ここでも、突極１１のギャップ側に周方向に突出する鍔部１６を設けている。ギャップ面での突極１１の外周側から見た形状を円弧状に設けたものである。これにより、磁束密度の変化はより滑らかになり、コギングトルクより効果的に低減することが出来る。加えて、突極１１を円弧状とすることにより、鍔部１６の軸方向前後にモールド樹脂１４が入り込み、鍔部１６は凹凸部としても機能して、モールド樹脂１４の突極１１に対する支持剛性を高めることができる。ただしこの形態のステータ構造においては、突極１１の周方向中央部のモールド樹脂１４の層が薄くなるため、モールド樹脂１４による突極１１の支持剛性を高める上では、図７（ａ）（ｂ）に示した形態のステータ構造の方が有利となる。
Furthermore, the
さらに突極１１のギャップ面を図７（ｄ）に示す形態とすることもできる。ここでも、突極１１のギャップ側に周方向に突出する鍔部１６を設けている。図７（ａ）に示した構成に加えて、凹凸部としての溝部１７ｃを突極１１のギャップ面に設け、ギャップ面の周方向中央部分には凸部を位置させる。（請求項３に相当）これにより、ギャップ面にてモールド樹脂１４が介在する量を増大させる事ができるため、モールド樹脂１４による突極１１の支持剛性をさらに高めることができる。ただし、この形態のステータ構造では、突極１１のギャップ面の、磁束密度の高い中央付近にモールド樹脂１４を介在させることになるため、永久磁石に通過する磁束密度を確保する上では、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した形態のステータ構造の方が有利となる。
Furthermore, the gap surface of the
更に、突極１１のギャップ面の周方向中央部では、突極１１の表面が凸部となる様に設ける事により、磁束密度が高い突極１１の周方向中央部にて、効率良く磁束を流す事ができる。
Furthermore, by providing the surface of the
図８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示す模式図である。
図８の上は突極をギャップ側から見た図を、下は内周側から見た図を示す。
ここでも、突極１１のギャップ側に周方向に突出する鍔部１６を設けている。（請求項４に相当）これにより、前述したものと同様にコギングトルクを低減することが出来る。さらに、凹凸部としての溝部８１を突極１１のギャップ面に設け、ギャップ面の周方向中央部分には凸部を位置させる。（請求項３に相当）突極１１のギャップ面に設けられた凹凸部としての溝部８１にはモールド樹脂を充填しないように樹脂モールドによる一体成型を行っている。（請求項５に相当）
FIG. 8 is a schematic view showing still another embodiment of the stator structure of the axial gap type rotating electric machine according to the present invention.
8 shows a view of the salient pole as viewed from the gap side, and the lower view as seen from the inner periphery side.
Also here, a
鍔部１６を設けることにより、コギングトルクを低減し、突極１１のモールド樹脂１４による支持剛性を高めることができる。さらに、突極１１の周方向中央部Ｃを凸形状とすることにより、磁束密度が高い突極１１の周方向中央部Ｃにて、効率良く磁束を流す事ができる。
By providing the
ところで、突極１１はコイルによって発生された磁束を常時流すため、鉄損による発熱が発生し、かつ、アキシャルギャップ型回転電機においては、冷却媒体を通過させるスペースが少ないため、ギャップ面での油冷は効果的となる。
そこで、請求項５に相当する構成として、ステータを樹脂モールドにより一体成型するに当たり、突極１１のギャップ面に設けられた放射状の油溝８１に熱伝達率の低いモールド樹脂を充填しないことにより、図２に示した記載のシャフト２３から供給される冷却油を前記溝部８１に通過させることができ、効率良く突極１１を冷却することができる。
By the way, since the
Therefore, as a configuration corresponding to claim 5, when the stator is integrally molded with a resin mold, by not filling the
図９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示す模式図である。
ここでは、図９（ａ）に示すように、隣接する突極１１の背面側を相互に磁気的に接続させるように、それぞれの突極１１の背面側に周方向に突出する突部９１を設けている。（請求項６に相当）
この突部９１は、前記凹凸部としても機能し、突極１１のモールド樹脂１４による支持剛性を高めるとともに、従来、隣接する突極１１をバックヨークにより磁気的に接続していたものを、図９（ｂ）に示すように、突極１１のみにて磁気的に接続することが出来るため、バックヨークを省略して、部品点数を削減することができ、アキシャルギャップ型回転電機のステータの製造コストを低減することができる。
FIG. 9 is a schematic view showing still another embodiment of the stator structure of the axial gap type rotating electric machine according to the present invention.
Here, as shown in FIG. 9A,
The
図１０は、図９に示した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、中心軸線方向から見て示す模式図である。
周方向断面形状がＴ字状をなす突極１１の底面に位置決め用の図示しない穴を設け、バックプレート１３に設けられたこれも図示しない位置決めピンに挿入することによって、周方向に円弧を描く様に突極１１が配置される。ここで、隣り合う突極１１はその背面側にて磁気的に接続するように、位置決めピンが設けられる。さらに、突極１１とバックプレート１３はモールド樹脂１４によって一体成型されることによって固定される。
尚、全実施例において、突極を圧粉材料によって形成させる事によって、凹凸部や鍔部、突部等の複雑な形状を含む突極を、低コストに製造することが可能となる。（請求項７に相当）
FIG. 10 is a schematic view showing the stator structure of the axial gap type rotating electric machine according to the present invention shown in FIG. 9 as seen from the central axis direction.
A hole (not shown) for positioning is provided on the bottom surface of the
In all of the embodiments, by forming the salient poles with a dust material, salient poles including complicated shapes such as irregularities, flanges, and projections can be manufactured at low cost. (Equivalent to claim 7)
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。上述したように、鍔部が凹凸部を兼ねる、あるいは、突部が凹凸部を兼ねる構成の他、鍔部と凹凸部をおのおの別個に設け、あるいは突部を凹凸部と別個に設けることも可能である。さらに、アキシャルギャップ型回転電機の形態としては、上述したような、一つのロータに二つのステータを対向させる形態としても良いし、一つのロータに対して、一つのステータを対向させる形態としても良い。 In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, Many deformation | transformation or a change is possible. As described above, it is also possible to provide the flange part as an uneven part, or provide the protrusion part as an uneven part, or provide the flange part and the uneven part separately, or provide the protrusion separately from the uneven part. It is. Furthermore, as a form of the axial gap type rotating electrical machine, as described above, a form in which two stators are opposed to one rotor, or a form in which one stator is opposed to one rotor may be employed. .
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、特にはステータ構造の剛性を高めることができるものである。 The present invention is suitable for use in an axial gap type rotating electrical machine, and in particular, can increase the rigidity of the stator structure.
１１ 突極
１２ バックヨーク
１３ バックプレート
１４ モールド樹脂
１５ コイル
１６ 鍔部
１７ 切り欠き
２１ ステータ
２２ ロータ
２３ シャフト
２４ ギャップ
３１ 凹凸部
８１ 溝部
９１ 突部
11
Claims (7)
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| JP2005119528A JP2006304421A (en) | 2005-04-18 | 2005-04-18 | Structure of stator for axial gap type rotating-electric machine |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20220239210A1 (en) * | 2021-01-22 | 2022-07-28 | Yasa Limited | Axial flux machine shoe optimisation |
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2005
- 2005-04-18 JP JP2005119528A patent/JP2006304421A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
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