JP2014050218A - マルチギャップ型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】片持ち支持されるロータの耐遠心力強度を高めることにより、開放端側の広がりを抑制できるマルチギャップ型モータを提供する。
【解決手段】ロータアームによって片持ち支持されるロータは、円環状のコアシートを積層して構成される積層コアと、この積層コアの軸方向端面に隣接して配置される端面コア９とを有し、端面コア９と積層コアとを軸方向に挿通するリベットによってロータアームに固定される。端面コア９は、軟磁性部を形成する端面セグメント１５と、周方向に隣り合う端面セグメント１５同士の間に非磁性部を形成するセグメント連結部１６とを有し、周方向に当接する端面セグメント１５とセグメント連結部１６との当接面が電子ビーム溶接により接合されて一体リング板として構成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば、車両用の電動機や発電機に用いて好適なマルチギャップ型回転電機に関する。

従来技術として、特許文献１に記載されたダブルステータ型モータがある。
このダブルステータ型モータは、電磁鋼板を使用したコアシートの積層体である積層コアの内外周にそれぞれ永久磁石を装着して構成される環状のロータと、このロータの径方向内側に磁気ギャップを有して配置される内側ステータと、ロータの径方向外側に磁気ギャップを有して配置される外側ステータとを有し、ロータと内外ステータとの間で径方向に二面ギャップを形成することで高出力密度を実現している。

特開２００７−２８２３３１号公報

ところで、特許文献１のモータに使用されるロータは、積層コアの両側にそれぞれアルミ製のコア押さえプレートを配置し、一方のコア押さえプレートの外側（反積層コア側）に配置される連結円盤に対し、スタッドボルトによって締結固定される。
すなわち、上記のロータは、一方のコア押さえプレートが配置される軸方向の一端側が連結円盤に締結され、他方のコア押さえプレートが配置される軸方向の他端側が開放端となる片持ち構造となっている。この片持ち構造のロータは、回転時に発生する遠心力によって積層コアの開放端側が径方向の外側へ広がり易くなる。これに対し、特許文献１のロータは、積層コアの開放端側にアルミ製のコア押さえプレートを配置しているが、ヤング率（縦弾性係数）の小さいアルミ材では、開放端側の広がりを十分に抑えることが出来ない。

また、積層コアの両側に配置されるコア押さえプレートがアルミ製であるため、スタッドボルトによる軸方向の締結力（押圧力）が積層コアに対して十分に働かず、積層面間の摩擦力による保持力が弱くなる。このため、ロータとしての剛性が低下して、内外の永久磁石に働く遠心力を一手に受ける積層コアが高回転の遠心力には耐えられないという問題がある。なお、特許文献１の実施例には、車両のホイール内に組み込んで直接ホイールを駆動するホイールインモータの一例が記載されているが、このホイールインモータの使用回転速度は１０００〜２０００ｒｐｍ程度である。すなわち、特許文献１に開示された従来のロータ構造では、低回転用モータに使用することは可能でも、例えば、７０００ｒｐｍ当たりまで使用されるエンジン直結型モータのような高回転用には採用できない。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、片持ち支持されるロータの耐遠心力強度を高めることにより、開放端側の広がりを抑制できるマルチギャップ型回転電機を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明のマルチギャップ型回転電機は、軸方向の一端側がロータアームに片持ち支持され、且つ、ロータアームを介して回転軸に連結される円環状のロータと、このロータの径方向外側に磁気ギャップを有して配置される外側ステータと、ロータの径方向内側に磁気ギャップを有して配置される内側ステータとを有し、ロータは、軟磁性材から成る複数枚のコアシートを積層して構成される積層コアと、この積層コアの軸方向の他端側端面に隣接して配置され、且つ、外側ステータおよび内側ステータとの間で積層コアと協働して磁束の授受を行う端面コアとを有し、端面コアと積層コアとを軸方向に貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔に挿通される結合部材によってロータアームに結合される。

積層コアは、径方向の内周面および外周面に突極構造を持つ複数のセグメントを有し、この複数のセグメントが径方向の内外に設けられる内側ブリッジと外側ブリッジとによって環状に連結される。
端面コアは、セグメントの周方向位置に対応して周方向に間隔を空けて配置される複数の端面セグメントと、周方向に隣り合う端面セグメント同士の間に非磁性部を形成して端面セグメント同士を連結するセグメント連結部とを有し、端面セグメントは、軟磁性材である鋼板よりプレスで打ち抜いた複数枚のセグメント片を積層して構成され、セグメント連結部は、ステンレス鋼板よりプレスで打ち抜いた複数枚の連結片を積層して構成され、端面セグメントとの当接面が電子ビーム溶接により接合されていることを特徴とする。

本発明の端面コアは、端面セグメントとセグメント連結部との当接面が電子ビーム溶接により接合されているので、例えば、レーザ溶接と比較しても、接合部断面の溶融幅を狭く（例えば、０．５〜０．７ｍｍ）できる。これにより、軟磁性部を形成する端面セグメントと非磁性部を形成するセグメント連結部との境界を明確にできる、言い換えると、軟磁性部と非磁性部とが溶融した曖昧な部分を極めて狭く形成できるので、端面コアの磁路を設計値通りに作り込むことが可能であり、特性低下を抑制できる。

また、電子ビーム溶接による加工は、エネルギー密度が他の溶接方法と比べて非常に高いため、高速溶接（短時間での溶接）が可能である。その結果、溶接による熱影響が非常に少なく、溶接後に発生する熱ひずみを最小限に抑えることができる。特に、本発明の端面コアは、端面セグメントとセグメント連結部との接合部が周方向に複数カ所設けられるため、溶接後の熱ひずみが大きい溶接方法では、周方向の一部で端面セグメントとセグメント連結部との間に隙間が生じて接合不良を招く、あるいは接合不能となる恐れがある。これに対し、電子ビーム溶接を採用することにより、熱ひずみを小さくできるので、接合不良あるいは接合不能を防止でき、全ての接合カ所を良好に接合できる。その結果、精度の高い端面コアを製造できるので、端面コアに形成される結合孔の位置ずれ（積層コアに形成される結合孔に対する位置ずれ）を防止できる。

さらに、本発明の端面コアは、端面セグメントに使用される鋼板（例えば電磁鋼板）と、セグメント連結部に使用されるステンレス鋼板とを接合して形成されるため、特許文献１に記載されたアルミ製のコア押さえプレートと比較してヤング率が大きくなる。このため、ロータの回転時に発生する遠心力によって端面コアが容易に弾性変形することはない、言い換えると、端面コアが遠心力によって径方向の外側へ変形することはないので、ロータの開放端側が径方向の外側へ広がることを抑制でき、ロータの耐遠心力強度を向上できる。また、端面コアのヤング率が大きいので、端面コアとロータアームとの間で積層コアに働く結合部材の締結力（軸方向の押圧力）が低下することはない。これにより、結合部材の締結力によって積層コアの積層面間に十分な摩擦力が働くため、内側ブリッジと外側ブリッジとで繋がれている剛性の低いコアシートでも外径側へ飛び出すことはない。

さらに、本発明の端面コアは、周方向に積層コアのセグメントに対応して配置される端面セグメントと、周方向に隣り合う端面セグメント間に非磁性部を形成して端面セグメント同士を連結するセグメント連結部を設けているので、耐遠心力強度を高める補強材としての役目を果たすだけでなく、外側ステータおよび内側ステータとの間で積層コアと協働して磁束の授受を行うことができる。その結果、アルミ製のコア押さえプレートを使用する特許文献１の従来技術と比較して、より高出力化を図ることができる。

本発明のマルチギャップ型回転電機を適用したモータの縦断面図である。 実施例１に係るロータの断面図である。 実施例１に係るロータの斜視図である。 実施例１に係る積層コアの平面図である。 実施例１に係る端面コアの平面図である。 実施例１に係るセグメント片の平面図である。 実施例１に係るセグメント連結片の平面図である。 図５に示す端面コアの一部（Ａ部）を示す拡大図である。 図８に示す端面コアの断面図である。 実施例２に係るロータの断面図である。 実施例２に係るロータの斜視図である。 実施例２に係る中間リング板の平面図である。 実施例３に係るモータの縦断面図である。 実施例３に係る端面コアの平面図である。 （ａ）実施例３に係る厚板セグメント片の平面図、（ｂ）同断面図である。 （ａ）実施例３に係る薄板セグメント片の平面図、（ｂ）同断面図である。 図１４に示す端面コアの一部（Ｂ部）を示す拡大図である。 図１７に示す端面コアの断面図である。 実施例４に係るロータの一部を示す斜視図である。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

（実施例１）
実施例１では、本発明のマルチギャップ型回転電機を、ハイブリッド自動車のエンジンと変速機との間に配設されるエンジン直結型モータに適用した一例を説明する。
モータ１は、図１に示す様に、軸方向（図示左右方向）の一端側がロータアーム２に片持ち支持される円環状のロータ３と、このロータ３の径方向外側に磁気ギャップを有して配置される外側ステータ４と、ロータ３の径方向内側に磁気ギャップを有して配置される内側ステータ５とを有し、例えば、エンジンフレーム６に固定されるモータハウジング７の内部に収容される。
ロータアーム２は、例えば、非磁性金属であるＳＵＳ材（ステンレス材）によって形成され、径方向の外周側にロータ３を固定するためのロータ支持部２ａが設けられると共に、径方向の中央部に円筒ボス部２ｂを有し、この円筒ボス部２ｂが図示しないクラッチを介してエンジンのクランク軸に直接または間接的に連結される。

外側ステータ４は、複数の外側スロット（図示せず）を有する外側ステータコア４ａと、この外側ステータコア４ａに巻装される外側ステータ巻線４ｂとで構成される。外側スロットは、外側ステータコア４ａの内周面に開口して周方向に等間隔に形成されている。外側ステータ巻線４ｂは、例えば、星型結線される三相コイルによって形成され、各相コイルの端部が図示しないインバータに接続される。
内側ステータ５は、複数の内側スロット（図示せず）を有する内側ステータコア５ａと、この内側ステータコア５ａに巻装される内側ステータ巻線５ｂとで構成される。内側スロットは、内側ステータコア５ａの外周面に開口して周方向に等間隔に形成されている。内側ステータ巻線５ｂは、例えば、星型結線される三相コイルによって形成され、各相コイルの端部が図示しないインバータに接続される。なお、外側ステータ巻線４ｂと内側ステータ巻線５ｂは、例えば、図示しない内外渡り線を介して、互いの相コイル同士を直列に接続することもできる。この場合、インバータを１つに出来る。

ロータ３は、図２、図３示す様に、電磁鋼板よりプレスで打ち抜いた円環状のコアシートを積層して構成される積層コア８と、この積層コア８の軸方向端面（反ロータ支持部側の端面）に隣接して配置される円環状の端面コア９とを有し、端面コア９と積層コア８とを軸方向に挿通するリベット１０（図２参照）によってロータ支持部２ａに固定されている。なお、リベット１０に代えて、ボルトとナットで締結することもできる。
積層コア８は、図４に示す様に、径方向の内周面および外周面に突極構造を持つ複数（実施例１では１６個）のロータセグメント１１を有し、この複数のロータセグメント１１が径方向の内外に設けられる内側ブリッジ１２と外側ブリッジ１３とによって環状に連結されている。また、周方向に隣合うロータセグメント１１同士の間には、内側ブリッジ１２と外側ブリッジ１３との間にセグメント間空洞部１４が形成されている。

ロータセグメント１１は、図４に示す様に、周方向の中央部で両端部より径方向の幅が小さく形成されている。すなわち、ロータセグメント１１の内周面には、周方向の中央部に外径側へ凹む内周凹部１１ａが形成され、その内周凹部１１ａの周方向両側に内側突極１１ｂが形成される。同様に、ロータセグメント１１の外周面には、周方向の中央部に内径側へ凹む外周凹部１１ｃが形成され、その外周凹部１１ｃの周方向両側に外側突極１１ｄが形成される。
また、積層コア８には、各ロータセグメント１１にそれぞれリベット１０を通すための結合孔１１ｅが軸方向に貫通して形成されている。結合孔１１ｅは、各ロータセグメント１１に２カ所ずつ形成されている。

端面コア９は、図５に示す様に、積層コア８の各ロータセグメント１１の周方向位置に対応して配置される複数（実施例１では１６個）の端面セグメント１５と、周方向に隣り合う端面セグメント１５同士を連結する複数（実施例１では１６個）のセグメント連結部１６とで構成される。
端面セグメント１５は、図６に示す複数枚（例えば１８枚）のセグメント片１５Ａを積層して構成される。セグメント片１５Ａは、例えば、板厚＝０．３５ｍｍの電磁鋼板よりプレスで打ち抜いて形成され、周方向の両側に２カ所ずつ、合計４カ所に設けられるカシメ部１５ａで積層方向に全体がカシメ固定される。

この端面セグメント１５は、積層コア８のロータセグメント１１に対応した突極構造を有し、図８に示す様に、周方向の中央部で両端部より径方向の幅が小さく形成されている。つまり、端面セグメント１５の内周側には、周方向の中央部に外径側へ凹む内周凹部１５ｂが形成され、その内周凹部１５ｂの両側が内側突極１５ｃを形成し、同様に、端面セグメント１５の外周側には、周方向の中央部に内径側へ凹む外周凹部１５ｄが形成され、その外周凹部１５ｄの両側が外側突極１５ｅを形成している。

また、端面セグメント１５には、図９に示す様に、リベット１０を通すための結合孔１５ｆが積層方向（図示上下方向）に貫通して２カ所形成されている。この結合孔１５ｆは、ロータセグメント１１に形成された結合孔１１ｅと軸方向に連通している。なお、図９に示す端面セグメント１５の積層方向において、端面セグメント１５の反積層コア側（図示上側）を表面側と呼び、その表面側と反対側を裏面側と呼ぶ時に、端面セグメント１５の表面側には、リベット頭部１０ａ（図２参照）を嵌め込むための逃がし孔１５ｇが形成される。逃がし孔１５ｇの内径は、リベット１０の軸部を通す結合孔１５ｆの内径より大きく形成される。また、逃がし孔１５ｇの深さは、リベット頭部１０ａが端面セグメント１５の表面より突き出ることがない程度の寸法に設定される。

セグメント連結部１６は、図７に示す複数枚（例えば６枚）のセグメント連結片１６ａを積層して構成され、周方向に隣り合う端面セグメント１５同士の間に非磁性部を形成している。セグメント連結片１６ａは、例えば、板厚＝１ｍｍのステンレス鋼板よりプレスで打ち抜いて形成され、径方向の両側に１カ所ずつ、合計２カ所に設けられるカシメ部１６ｂで積層方向に全体がカシメ固定される。
このセグメント連結部１６の径方向の幅は、端面セグメント１５の径方向の最大幅を超えることはない。つまり、図６に示すセグメント片１５Ａの径方向の最大幅をｗ１、図７に示すセグメント連結片１６ａの径方向の幅をｗ２とすると、下記（１）式の関係が成立している。
ｗ１≧ｗ２ …………………………………（１）

上記の端面コア９は、複数の端面セグメント１５がセグメント連結部１６を介して円環状に配置され、周方向に当接する端面セグメント１５とセグメント連結部１６の当接面が電子ビーム溶接により接合されて、図５に示す一体リング板として構成される。
電子ビーム溶接は、図９に示す端面コア９の裏面側（請求項１０に記載した一端面側）から電子ビームを照射して実施される。この一体リング板として構成された端面コア９は、電子ビームの照射側である裏面側を積層コア８の軸方向端面に向けて組み付けられ、リベット１０によって積層コア８と共にロータ支持部２ａに固定される。具体的には、端面コア９の裏面側を積層コア８の軸方向端面に向けて組み付けた状態で、端面セグメント１５に形成される結合孔１５ｆおよびロータセグメント１１に形成される結合孔１１ｅにリベット１０を挿通して、ロータ支持部２ａの反積層コア側（図２の右側）に突き出るリベット１０の先端部を押し潰してカシメることにより、端面コア９とロータ支持部２ａとの間に積層コア８が押圧された状態でロータ支持部２ａに固定される。

次に、モータ１の作動を説明する。
実施例１では、ロータ３の磁極を形成するロータセグメント１１の中心軸からロータ３の回転方向に少し離れた位置（例えば、ロータセグメント１１の中心軸から６０度だけ離れた位置）に電流分布の中心が位置するように、インバータにより外側ステータ巻線４ｂおよび内側ステータ巻線５ｂを励磁して回転磁界を生成する。なお、インバータは、外側ステータ４に生じる回転磁界と内側ステータ５に生じる回転磁界とがロータ３の回転方向に同期するように外側ステータ巻線４ｂおよび内側ステータ巻線５ｂを励磁する。これにより、ロータセグメント１１が磁気的に電流分布の中心位置に引き込まれる、すなわち、リラクタンストルクが作用してロータ３を回転駆動する。

（実施例１の作用および効果）
実施例１に記載したモータ１は、ロータ３の開放端（反ロータ支持部側）に端面コア９を配設している。その端面コア９は、電磁鋼板を使用して形成される端面セグメント１５と、ステンレス鋼板を使用して形成されるセグメント連結部１６とを接合した一体リング板として構成されるので、特許文献１に記載されたアルミ製のコア押さえプレートと比較してヤング率が大きくなる。このため、ロータ３の回転時に発生する遠心力によって端面コア９が容易に弾性変形することはない。すなわち、端面コア９が遠心力によって径方向の外側へ変形することを防止できるので、ロータ３の開放端側が径方向の外側へ広がることを抑制でき、ロータ３の耐遠心力強度が向上する。

また、端面コア９のヤング率が大きいので、端面コア９とロータアーム２との間で積層コア８に働くリベット１０の締結力（軸方向の押圧力）が低下することはない。つまり、積層コア８には、積層されたコアシート表面間に十分な摩擦力が働くため、周方向に隣り合うロータセグメント１１同士が内側ブリッジ１２と外側ブリッジ１３とで繋がれている剛性の低いコアシートでも外径側へ飛び出すことはない。
さらに、端面コア９は、ロータセグメント１１に対応して配置される端面セグメント１５と、周方向に隣り合う端面セグメント１５間に非磁性部を形成して端面セグメント１５同士を連結するセグメント連結部１６を有している。すなわち、端面コア９は、耐遠心力強度を高める補強材としての役目を果たすだけではなく、外側ステータ４および内側ステータ５との間で積層コア８と協働して磁束の授受を行うことができるので、特許文献１の従来技術と比較して、より高出力化を図ることができる。

また、実施例１に記載した端面コア９は、端面セグメント１５とセグメント連結部１６との当接面が電子ビーム溶接により接合されるので、例えば、レーザ溶接と比較しても、接合部断面の溶融幅を狭く（例えば、０．５〜０．７ｍｍ）形成できる。これにより、軟磁性部を形成する端面セグメント１５と、非磁性部を形成するセグメント連結部１６との境界を明確にできる。言い換えると、軟磁性部と非磁性部とが溶融した曖昧な部分を極めて狭くできるので、端面コア９の磁路を設計値通りに作り込むことが可能であり、モータ１の特性低下を抑制できる。さらに、電子ビーム溶接による加工は、エネルギー密度が他の溶接方法と比べて非常に高いため、高速溶接（短時間での溶接）が可能である。従って、溶接による熱影響が非常に少なく、溶接後に発生する熱ひずみを最小限に抑えることができる。

特に、実施例１の端面コア９は、端面セグメント１５とセグメント連結部１６との接合カ所が周方向に３２カ所設けられるため、溶接後の熱ひずみが大きい溶接方法では、周方向の一部で端面セグメント１５とセグメント連結部１６との間に隙間が生じて接合不良を招く、あるいは接合不能となる恐れがある。これに対し、電子ビーム溶接を採用することにより、溶接後の熱ひずみを小さくできるので、接合不良あるいは接合不能を防止でき、全ての接合カ所を良好に接合できる。その結果、端面コア９を精度良く製造できるので、ロータセグメント１１に形成される結合孔１１ｅに対して、端面セグメント１５に形成される結合孔１５ｆの位置ずれを無くすことができる。これにより、結合孔１５ｆと結合孔１１ｅとにリベット１０を無理なく通すことができるので、ロータ３をリベット１０によってロータ支持部２ａに確実に固定することができる。

また、セグメント連結部１６に使用されるステンレス鋼板の板厚、すなわち、１枚毎のセグメント連結片１６ａの板厚＝１ｍｍは、端面セグメント１５に使用される電磁鋼板の板厚、すなわち、１枚毎のセグメント片１５Ａの板厚＝０．３５ｍｍより厚く形成されている。実施例１の事例では、１枚のセグメント連結片１６ａに対し３枚のセグメント片１５Ａが接合される。このため、仮に、電子ビーム照射側の最下層（図９の最下層）に配置される１枚のセグメント片１５Ａに溶接窪みが発生して、セグメント連結片１６ａと良好に接合されない場合でも、最下層の１枚を除く残り２枚のセグメント片１５Ａがセグメント連結片１６ａと接合することにより、セグメント連結片１６ａがリベット１０によって締結されなくても、セグメント連結片１６ａの一部を確実にセグメント片１５Ａに固定できる。

また、実施例１では、電子ビームの照射側である端面コア９の裏面側を積層コア８の軸方向端面に向けて組み付けるので、積層コア８の軸方向端面と接する裏面側の表面ならし加工が不要である。つまり、端面コア９の表面側には、裏面側から照射された電子ビームが通り抜けることで溶融物の突起が発生するが、電子ビームの照射側（裏面側）には、溶融物の突起発生を抑え、どちらかと言うと窪みが発生する溶接条件を設定することで、平面確保が出来る。従って、端面コア９の裏面側に対して表面ならし加工を行う必要はなく、表面ならし加工に要するコストを削減できる。

さらに、実施例１の端面コア９は、端面セグメント１５の径方向の最大幅ｗ１と、セグメント連結部１６の径方向の幅ｗ２との間に、ｗ１≧ｗ２の関係が成立している。この場合、外側ステータ４および内側ステータ５との間の磁気ギャップを必要以上に大きく取ることはなく、モータ１の特性低下を防ぐことができる。また、耐遠心力強度を上げるために端面コア９の積層厚みを増大した場合でも、外側ステータコア４ａおよび内側ステータコア５ａとの磁気回路に対して影響を与えることはなく、モータ１の特性低下を防ぐことができる。

また、端面セグメント１５を構成する複数枚のセグメント片１５Ａは、電磁鋼板をプレスで打ち抜いて形成されるため、板厚が同じ電磁鋼板を使用する外側ステータコア４ａ、内側ステータコア５ａ、あるいは、積層コア８のコアシートを打ち抜いた残りの端材部分を用いて生産することが可能である。これにより、端面セグメント１５の製造コストを低く抑えることが可能であり、且つ、プレス加工で製作するため、作業性および加工精度とも優れた部品を生産可能にできる。
上記のように、実施例１に記載した端面コア９は、磁気回路と耐遠心力強度を合わせ持つ構造を精度良く、且つ、安価に製造できる。

以下、本発明に係る他の実施例を説明する。
なお、実施例１と同一名称の部品または同一機能を有する部品は、実施例１と同一番号を付して、重複説明は省略する。
（実施例２）
この実施例２は、図１０、図１１に示す様に、積層コア８の軸方向中間部に中間リング板１７を配置した一例であり、端面コア９の構成は実施例１と同じである。
中間リング板１７は、図１２に示す様に、内外周に凹凸形状の無いリング体であり、例えば、非磁性金属であるステンレス鋼板によって形成され、端面コア９のセグメント連結部１６を構成するセグメント連結片１６ａと同一寸法の板厚（１ｍｍ）を有している。

この中間リング板１７には、リベット１０を通すための結合孔１７ａが複数箇所に形成されるが、積層コア８のセグメント間空洞部１４（図４参照）に相当する空間部が形成されることはなく、且つ、積層コア８のコアシートより板厚が厚いので、コアシートより高い耐遠心力強度を有している。
実施例２に示すロータ３は、耐遠心力強度が高い中間リング板１７を積層コア８の軸方向中間部に挟み込んでいるので、積層コア８の軸方向中央部が径方向の外側へ太鼓状に膨らむことを抑制できる。
また、中間リング板１７は、非磁性金属（ステンレス鋼板）によって形成されるため、磁気回路として働くことはないが、中間リング板１７を磁性材で形成した場合の漏れ磁束によるトルク低下に比べて、その影響（トルク低下）は小さくできる。

さらに、ロータアーム２に片持ち支持されるロータ３は、開放端に配置される端面コア９が遠心力による広がりの影響を一番受けやすく、端面コア９とロータ支持部２ａとの中間部に位置する中間リング板１７はその影響が小さい。このため、中間リング板１７の板厚を必要以上に厚く設定しなくても良いので、積層コア８の軸方向中間部に非磁性金属である中間リング板１７を配置しても、トルク低下の影響を小さくできる。
また、中間リング板１７に板厚１ｍｍのステンレス鋼板を使用することで、その中間リング板１７を打ち抜いた残りの端材部分を利用して、端面コア９に使用されるセグメント連結片１６ａを生産できる。よって、セグメント連結部１６の製造コストを低く抑えることが可能であり、且つ、プレス加工で製作するため、作業性および加工精度とも優れた部品を生産可能にできる。

（実施例３）
この実施例３は、図１３に示す様に、ロータ３の開放端側に磁気ギャップを有して側面ステータ１８を配置した一例である。
側面ステータ１８は、外側ステータコア４ａと内側ステータコア５ａとを連結する側面ステータコア１８ａと、この側面ステータコア１８ａに巻装される側面ステータ巻線１８ｂとで構成される。
側面ステータコア１８ａは、径方向の外周側が外側ステータコア４ａの軸方向他端側に連接され、径方向の内周側が内側ステータコア５ａの軸方向他端側に連接されて、端面コア９の軸方向端面と対向するロータ対向面を有し、このロータ対向面に側面ステータ１８巻線１８ｂを収容する側面スロット（図示せず）が形成されている。なお、側面スロットは、外側ステータコア４ａに形成される外側スロットと、内側ステータコア５ａに形成される内側スロットとを連通して形成される。また、側面ステータ巻線１８ｂは、外側ステータ巻線４ｂおよび内側ステータ巻線５ｂの相コイル同士を直列に接続する三相コイルによって形成される。

端面コア９は、図１４に示す様に、実施例１と同様に、端面セグメント１５とセグメント連結部１６とを電子ビーム溶接により円環状に接合することにより、一体リング板として構成される。但し、端面セグメント１５は、図１５に示す厚板セグメント片１５Ａ１と、図１６に示す薄板セグメント片１５Ａ２とを積層して構成される。具体的には、図１８に示す様に、端面コア９の表面側の最上層に配置される１枚の厚板セグメント片１５Ａ１と、この厚板セグメント片１５Ａ１の反側面ステータ側に配置される複数枚（例えば１４枚）の薄板セグメント片１５Ａ２とを積層して構成される。

厚板セグメント片１５Ａ１は、例えば、板厚ｔ１＝１．６ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）よりプレスによって形成され、薄板セグメント片１５Ａ２は、実施例１と同じく、板厚ｔ２＝０．３５ｍｍの電磁鋼板よりプレスによって形成される。なお、厚板セグメント片１５Ａ１には、リベット頭部１０ａ（図２参照）を嵌め込むための逃がし孔１５ｇが形成され、薄板セグメント片１５Ａ２には、リベット１０の軸部を通すための結合孔１５ｆが形成される。
また、厚板セグメント片１５Ａ１は、図１７に示す様に、内周凹部１５ａと外周凹部１５ｄとの間の径方向幅（以下、磁路幅と呼ぶ）が、薄板セグメント片１５Ａ２の磁路幅より若干大きく形成されている（薄板セグメント片１５Ａ２の内周凹部１５ａを図中に破線で示している）。

さらに、図１８に示す様に、端面セグメント１５の積層厚さをｄ１、セグメント連結部１６の積層厚さをｄ２とすると、下記（２）式の関係が成立している。
ｄ１≧ｄ２ …………………………………（２）
上記の構成によれば、ロータ３と外側ステータ４および内側ステータ５との間に形成される磁気ギャップに加えて、端面コア９と側面ステータ１８との間に軸方向の磁気ギャップが形成される。つまり、磁気ギャップを３面に形成できるので、実施例１に記載した構成と比較してトルクアップが可能である。
また、端面コア９は、磁気ギャップを介して側面ステータ１８と対向する表面側の最上層に１枚の厚板セグメント片１５Ａ１を配置し、且つ、その厚板セグメント片１５Ａ１の磁路幅が薄板セグメント片１５Ａ２の磁路幅より若干大きく形成されているので、側面ステータコア１８ａとの間で軸方向に行き来する磁束をスムーズに流すことができる。

さらに、実施例３の端面コア９は、端面セグメント１５の積層厚さｄ１と、セグメント連結部１６の積層厚さｄ２との間に、ｄ１≧ｄ２の関係が成立している。すなわち、図１８に示す様に、表面側の最上層に配置される厚板セグメント片１５Ａ１の表面（図示上面）より、セグメント連結部１６の表面が側面ステータ１８側（図示上側）へ突き出ることはない。この場合、側面ステータ１８との間の磁気ギャップを必要以上に大きくことはなく、モータ１の特性低下を防ぐことができる。
また、端面コア９は、表面側の最上層に配置される厚板セグメント片１５Ａ１がセグメント連結部１６に接合されることで耐遠心力強度をより高めることが可能であり、ロータ３の開放端側が遠心力によって径方向の外側へ広がることを抑制できる効果が大きくなる。

（実施例４）
この実施例４は、図１９に示す様に、積層コア８のセグメント間空洞部１４（図２参照）に永久磁石１９を挿入した一例である。なお、図１９は、永久磁石１９を分かりやすく示すために、積層コア８を省略した状態を図示している。
永久磁石１９は、中間リング板１７によって仕切られたセグメント間空洞部１４の軸方向一端側と他端側とにそれぞれ挿入され、周方向に着磁されている。また、周方向に隣合う一方の永久磁石１９と他方の永久磁石１９は、周方向に対向する磁極の極性が同一となる向きに配置されている。

端面コア９は、実施例１あるいは実施例３に記載した構成を採用できる。
この実施例４に係るモータ１は、積層コア８のセグメント間空洞部１４に永久磁石１９を挿入することにより、リラクタンストルクに加えてマグネットトルクを利用できるため、更なるトルクアップを図ることができる。
なお、図１９は、積層コア８の軸方向中央部に中間リング板１７を配置した構成であるが、中間リング板１７の無い構成（実施例１の構成）に対しても永久磁石１９を使用できることは言うまでもない。

（変形例）
実施例１に記載した端面コア９は、端面セグメント１５に突極構造を持たせるために、端面セグメント１５の内周面および外周面に内周凹部１５ａおよび外周凹部１５ｄを形成しているが、突極構造を持たない単純なリング形状とした端面コア９を採用することもできる。
本発明に係る端面コア９は、端面セグメント１５とセグメント連結部１６とを接合する手段として、接合部断面の溶融幅を狭くできる電子ビーム溶接を採用しているが、例えば、レーザ溶接でも、技術の進歩によって電子ビーム溶接と同程度（例えば、０．５〜０．７ｍｍ）の溶融幅で接合できるようになれば、将来的にレーザ溶接を採用することも出来る。

１ モータ（マルチギャップ型回転電機）
２ ロータアーム
３ ロータ
４ 外側ステータ
５ 内側ステータ
８ 積層コア
９ 端面コア
１０ リベット（結合部材）
１１ ロータセグメント
１１ｅ 結合孔（貫通孔）
１５ 端面セグメント
１５ｆ 結合孔（貫通孔）
１６ セグメント連結部

Claims (10)

1. 軸方向の一端側がロータアーム（２）に片持ち支持され、且つ、前記ロータアーム（２）を介して回転軸に連結される円環状のロータ（３）と、
   このロータ（３）の径方向外側に磁気ギャップを有して配置される外側ステータ（４）と、
   前記ロータ（３）の径方向内側に磁気ギャップを有して配置される内側ステータ（５）とを有し、
   前記ロータ（３）は、軟磁性材から成る複数枚のコアシートを積層して構成される積層コア（８）と、この積層コア（８）の軸方向の他端側端面に隣接して配置され、且つ、前記外側ステータ（４）および前記内側ステータ（５）との間で前記積層コア（８）と協働して磁束の授受を行う端面コア（９）とを有し、前記端面コア（９）と前記積層コア（８）とを軸方向に貫通する貫通孔（１５ｆ、１１ｅ）が形成され、この貫通孔（１５ｆ、１１ｅ）に挿通される結合部材（１０）によって前記ロータアーム（２）に結合されるマルチギャップ型回転電機（１）であって、
   前記積層コア（８）は、径方向の内周面および外周面に突極構造を持つ複数のロータセグメント（１１）を有し、この複数のロータセグメント（１１）が径方向の内外に設けられる内側ブリッジ（１２）と外側ブリッジ（１３）とによって環状に連結され、
   前記端面コア（９）は、前記ロータセグメント（１１）の周方向位置に対応して周方向に間隔を空けて配置される複数の端面セグメント（１５）と、周方向に隣り合う前記端面セグメント（１５）同士の間に非磁性部を形成して前記端面セグメント（１５）同士を連結するセグメント連結部（１６）とを有し、
   前記端面セグメント（１５）は、軟磁性材である鋼板よりプレスで打ち抜いた複数枚のセグメント片（１５Ａ）を積層して構成され、
   前記セグメント連結部（１６）は、ステンレス鋼板よりプレスで打ち抜いた複数枚のセグメント連結片（１６ａ）を積層して構成され、前記端面セグメント（１５）との当接面が電子ビーム溶接により接合されていることを特徴とするマルチギャップ型回転電機。
2. 請求項１に記載したマルチギャップ型回転電機（１）において、
   前記端面コア（９）は、前記端面セグメント（１５）の径方向の内周面および外周面に前記ロータセグメント（１１）に対応した突極構造を有していることを特徴とするマルチギャップ型回転電機。
3. 請求項１または２に記載したマルチギャップ型回転電機（１）において、
   前記端面コア（９）は、前記端面セグメント（１５）の径方向の最大幅をｗ１、前記セグメント連結部（１６）の径方向の最大幅をｗ２とすると、
   ｗ１≧ｗ２ …………………………………（１）
   上記（１）式の関係が成立していることを特徴とするマルチギャップ型回転電機。
4. 請求項１〜３に記載した何れか一つのマルチギャップ型回転電機（１）において、
   前記ロータ（３）は、前記コアシートより耐遠心力強度が高い円環状の中間リング板（１７）を前記積層コア（８）の軸方向中間部に挟み込んで構成されることを特徴とするマルチギャップ型回転電機。
5. 請求項４に記載したマルチギャップ型回転電機（１）において、
   前記中間リング板（１７）は、前記セグメント連結片（１６ａ）の板厚と同一寸法の板厚を有するステンレス鋼板よりプレスで円環状に打ち抜いて形成されることを特徴とするマルチギャップ型回転電機。
6. 請求項１〜５に記載した何れか一つのマルチギャップ型回転電機（１）において、
   前記端面コア（９）は、前記セグメント片（１５Ａ）の板厚より、前記セグメント連結片（１６ａ）の板厚の方が厚く形成されていることを特徴とするマルチギャップ型回転電機。
7. 請求項１〜５に記載した何れか一つのマルチギャップ型回転電機（１）において、
   前記端面コア（９）と軸方向に磁気ギャップを有して対向する側面ステータ（１８）を有し、
   前記端面セグメント（１５）を構成する複数枚の前記セグメント片（１５Ａ）は、板厚が厚く形成される１枚の厚板セグメント片（１５Ａ１）と、この厚板セグメント片（１５Ａ１）より板厚が薄く形成される複数枚の薄板セグメント片（１５Ａ２）とを有し、
   前記端面セグメント（１５）は、前記側面ステータ（１８）と磁気ギャップを有して対向する側の最上層に前記厚板セグメント片（１５Ａ１）を配置し、この厚板セグメント片（１５Ａ１）の反側面ステータ側に前記複数枚の薄板セグメント片（１５Ａ２）を積層して構成されることを特徴とするマルチギャップ型回転電機。
8. 請求項７に記載したマルチギャップ型回転電機（１）において、
   前記端面コア（９）は、前記端面セグメント（１５）の積層厚さをｄ１、前記セグメント連結部（１６）の積層厚さをｄ２とすると、
   ｄ１≧ｄ２ …………………………………（２）
   上記（２）式の関係が成立していることを特徴とするマルチギャップ型回転電機。
9. 請求項７または８に記載したマルチギャップ型回転電機（１）において、
   前記端面コア（９）は、前記薄板セグメント片（１５Ａ２）の板厚より、前記セグメント連結片（１６ａ）の板厚の方が厚く形成されていることを特徴とするマルチギャップ型回転電機。
10. 請求項１〜９に記載した何れか一つのマルチギャップ型回転電機（１）において、
    前記端面コア（９）は、積層方向の一端面側から他端面側へ電子ビームを照射して前記端面セグメント（１５）と前記セグメント連結部（１６）とが接合され、前記電子ビームの照射側である前記一端面側を前記積層コア（８）の軸方向端面に向けて組み付けられることを特徴とするマルチギャップ型回転電機。

Images