JP4079111B2 - 回転電機のステータ支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、ハウジング内に、回転軸に沿って少なくとも一対の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支持構造に関するものである。

従来、ハウジング内に、回転軸に沿って少なくとも一対の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は、種々の構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−８８０３２号公報

上述した従来のアキシャルギャップ型回転電機では、ステータを支持するにあたり、ステータの外周側端部を、ハウジングの周壁に接してハウジング内に設けたブラケット内に支持することで、ステータをブラケットを介してハウジングに支持していた。また、ステータの内周側端部はロータの回転軸とは接触しておらず、ステータの内周側端部とロータの回転軸との間は空間となっていた。

上述した構成の従来のアキシャルギャップ型回転電機において、ロータとステータとのアキシャル方向のエアーギャップを一定に管理することが重要である。しかしながら、ロータとステータとが複数の構成部品を介して接続されているため、特に、それらの構成部品の中でも他の構成部品に比べて線膨張係数の大きいアルミニウム製のハウジングを介してロータとステータとが接続されているため、部材間の伸びが異なり、アキシャル方向において、ロータとステータとの間のエアーギャップ管理精度を向上させるのが難しい問題があった。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、ロータとステータとの間のアキシャル方向のエアーギャップ管理精度を向上させることができる回転電機のステータ支持構造を提供しようとするものである。

本発明の回転電機のステータ支持構造は、ハウジング内に、回転軸に沿って少なくとも一対の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支持構造において、ロータの回転軸に対してステータの内周側端部を回転可能に支持するとともに、ステータのアキシャル方向の位置決めとともにステータに作用するアキシャル力を支持する位置決め手段を、ロータの回転軸に設け、さらに、ハウジングに対してステータの外周側端部を、アキシャル方向には移動可能で、且つ、周方向には移動しないように支持し、ロータとステータとの間の回転軸上にアキシャル方向規定部を設け、このアキシャル方向規定部によりロータとステータとの間の寸法が規制されることを特徴とするものである。

本発明の回転電機のステータ支持構造によれば、ロータの回転軸に対してステータの内周側端部を回転可能に支持するとともに、ステータのアキシャル方向の位置決めとともにステータに作用するアキシャル力を支持する位置決め手段を、ロータの回転軸に設け、さらに、ハウジングに対してステータの外周側端部を、アキシャル方向には移動可能で、且つ、周方向には移動しないように支持しているため、ロータ、ステータ共にアキシャル方向位置がロータの回転軸によって規制される構造となり、しかも、積み上げ部品が少なく、また、線膨張係数の大きく異なるアルミニウム製のハウジングなどを介さない構造となり、ロータとステータとの間のエアーギャップ管理精度が飛躍的に向上する。

また、ロータの回転軸上に位置決め手段を設けたことにより、ロータ側に作用するアキシャル方向のトルク反力と、ステータ側に作用するアキシャル方向のトルク反力が、ロータの回転軸上で釣り合うので、ロータの回転軸自体にはアキシャル方向力が作用せず、ロータの回転軸のアキシャル方向力の支持構造を簡素化できる。

なお、本発明の回転電機のステータ支持構造の好適例として、ロータとステータとの間の回転軸上にアキシャル方向規定部を設け、このアキシャル方向規定部によりロータとステータとの間の寸法が規制することができる。このように構成すれば、磁石をその内部に有している円盤状のロータが、その磁力によってステータ側へ吸引された場合にも、ロータの回転軸上に設けられたアキシャル方向規定部によって最小アキシャルギャップが確保されるので、組立時のシム選定ミスなどにより、磁石とステータが吸着してしまうようなことがなく、作業性が向上する。

また、本発明の回転電機のステータ支持構造の好適例として、位置決め手段が軸方向の力により軸方向に弾性変形可能な部材から構成することができる。このように構成すれば、ロータの回転軸とステータの内周側端部との間の伸びの差を吸収することができる。

さらに、本発明の回転電機のステータ支持構造の好適例として、ロータの回転軸をケースの両端にベアリングを介して支持するにあたり、両端の２つのベアリングのうちの一方のベアリングを、軸方向の力により軸方向に移動可能に支持するよう構成することができる。このように構成すれば、ロータの回転軸とハウジングとの間の伸びの差を吸収することができる。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の回転電機のステータ支持構造の一例を説明するための図である。図１に示す例において、回転軸となるロータ軸２と、ロータ軸２に固定された円盤状のロータ３と、ロータ３に対向して設けられた２つのステータ４−１、４−２とを、ハウジング５内に収納して、アキシャルギャップ型回転電機１を構成している。本例において、ロータ軸２は、ベアリング６−１、６−２を介してハウジング５に回転自在に装着されている。また、ロータ３は、ロータヨーク７と、ロータヨーク７の両側に設けられた磁石８−１、８−２とから構成されている。さらに、ステータ４−１、４−２のそれぞれは、円筒形状のステータヨーク９−１、９−２内に、コイル１０−１、１０−２を巻回したステータティース１１−１、１１−２を複数個、等間隔で円周状に配置して構成されるている。

本発明の回転電機のステータ支持構造における第１の特徴は、上述した構成のアキシャルギャップ型回転電機１において、ロータ３を固定したロータ軸２に対してステータ４−１、４−２の内周側の端部を回転可能に支持する点である。図１に示す例では、ステータ４−１、４−２の内周側の端部を構成する内周側ブラケット２１−１、２１−２を、摺動部材２２−１、２２−２を介してロータ軸２に装着している。摺動部材２２−１、２２−２としては、含浸軸受け等の摺動性能が良好な部材を用いることができる。

本発明の回転電機のステータ支持構造における第２の特徴は、ステータ４−１、４−２のアキシャル方向の位置決めとともに、ステータ４−１、４−２に作用するアキシャル力を支持する位置決め手段２３−１、２３−２を、ロータ軸２に設けた点である。図１に示す例では、ステータ４−１、４−２の内周側の端部を構成する内周側ブラケット２１−１、２１−２のそれぞれにおいて、ロータ３の存在する側と反対側に、位置決め手段２３−１、２３−２を設けている。

本発明の回転電機のステータ支持構造における第３の特徴は、ハウジング５の周壁５ａに対して、ステータ４−１、４−２の外周側の端部を、アキシャル方向には移動可能で、且つ、周方向には移動しないよう支持した点である。図１に示す例では、ステータ４−１、４−２の外周側の端部を構成する外周側ブラケット２４−１、２４−２及びステータヨーク９−１、９−２のうち、最外周のステータヨーク９−１、９−２の外周に軸方向に山または谷が伸びるギヤ部２５−１、２５−２（図２参照）を形成するとともに、ハウジング５の周壁５ａにギヤ部２５−１、２５−２が噛合可能な軸方向に延びる溝部２６−１、２６−２を形成し、ギヤ部２５−１、２５−２と溝部２６−１、２６−２とが噛合した状態で指示する。その結果、ステータ４−１、４−２を、アキシャル方向には移動可能で、且つ、周方向には移動しないよう支持することができる。なお、上述した例は一例であり、同様の作用を発揮しさえすれば、他の構成でも良い。

上述した第１の特徴〜第３の特徴を備えることにより、ロータ３、ステータ４−１、４−２共にアキシャル方向位置がロータ軸２によって規制される構造となり、しかも、積み上げ部品が少なく、また、ロータ３とステータ４−１、４−２とが、線膨張係数の大きく異なるアルミニウム製のハウジング５などを介さない構造となり、ロータ３とステータ４−１、４−２との間のエアーギャップ管理精度が飛躍的に向上する。また、ロータ軸２上に位置決め手段２３−１、２３−２を設けたことにより、ロータ３側に作用するアキシャル方向のトルク反力と、ステータ４−１、４−２側に作用するアキシャル方向のトルク反力が、ロータ軸２上で釣り合うので、ロータ軸２自体にはアキシャル方向力が作用せず、ロータ軸２のアキシャル方向力の支持構造を簡素化できる。

また、図１に示す本発明の回転電機のステータ支持構造では、好ましい態様として、ロータ３とステータ４−１、４−２との間のロータ軸２上にアキシャル方向規定部２７−１、２７−２を設けている。そして、アキシャル方向規定部２７−１、２７−２により、ロータ３とステータ４−１、４−２との間の寸法（いわゆるエアーギャップ）を規制して最適の間隔にすることができる。アキシャル方向規定部２７−１、２７−２としては円筒状のスペーサを利用することができ、このスペーサ内にロータ軸２が挿通可能であれば良い。このように構成することで、磁石８−１、８−２をその内部に有している円盤状のロータ３が、その磁力によってステータ側へ吸引された場合にも、ロータ軸２上に設けられたアキシャル方向規定部２７−１、２７−２によって最小アキシャルギャップが確保されるので、組立時のシム選定ミスなどにより、磁石８−１、８−２とステータ４−１、４−２が吸着してしまうようなことがなく、作業性が向上する。

さらに、図１に示す本発明の回転電機のステータ支持構造では、好ましい態様として、位置決め手段２３−１、２３−２が軸方向の力により軸方向に弾性変形可能な部材、例えばワッシャー等から構成されている。このように構成することで、ロータの回転軸とステータの内周側端部との間の伸びの差を吸収することができる。

さらにまた、図１に示す本発明の回転電機のステータ支持構造では、ロータ３のロータ軸２をハウジング５の両端にベアリング６−１、６−２を介して支持するにあたり、２つのベアリング６−１、６−２のうちの一方を、軸方向の力により軸方向に弾性変形可能に支持している。図１の例では、ベアリング６−１はロータ軸２の段部と支持部材２８−１とにより固定されているのに対し、ベアリング６−２はワッシャー等の部材から支持部材２８−２を構成し、軸方向の力により軸方向に弾性変形可能に支持している。このように構成すれば、ロータの回転軸とハウジングとの間の伸びの差を吸収することができる。

上述した構成のアキシャルギャップ端回転電機１の組立は、ロータ３を固定したロータ軸２を何らかの手段でハウジング５の周壁５ａ中に配置させ、その状態でロータ３の左右から、アキシャル方向規定部２７−１、２７−２を挿入し、ギヤ部２５−１、２５−２と溝部２６−１、２６−２とを噛み合わせつつ、ステータ４−１、４−２を挿入し、位置決め手段２３−１、２３−２をステータ４−１、４−２の左右の位置でロータ軸２に設け、最後に、ベアリング６−１、６−２をハウジング５に支持部材２８−１、２８−２とともに設けることで、組み立てることができる。

なお、上述した例では、１つのロータ３に対して２つのステータ４−１、４−２を設けてアキシャルギャップ型回転電機１を構成したが、１つのロータに対して１つのステータの例や、複数対のロータとステータの例でも、同様に本発明を適用することができる。

本発明の回転電機のステータ支持構造は、回転軸に沿って少なくとも一対の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において、ロータとステータとの間のアキシャル方向のエアーギャップ管理精度を向上させる用途に好適に利用することができる。

本発明の回転電機のステータ支持構造の一例を説明するための図である。 本発明の回転電機のステータ支持構造においてステータの外周端部とハウジングとの関係を説明するための図である。

符号の説明

１ アキシャルギャップ型回転電機
２ ロータ軸
３ ロータ
４−１、４−２ ステータ
５ ハウジング
５ａ 周壁
６−１、６−２ ベアリング
７ ロータヨーク
８−１、８−２ 磁石
９−１、９−２ ステータヨーク
１０−１、１０−２ コイル
１１−１、１１−２ ステータティース
２１−１、２１−２ 内周側ブラケット
２２−１、２２−２ 摺動部材
２３−１、２３−２ 位置決め手段
２４−１、２４−２ 外周側ブラケット
２５−１、２５−２ ギヤ部
２６−１、２６−２ 溝部
２７−１、２７−２ アキシャル方向規定部
２８−１、２８−２ 支持部

Claims (3)

1. ハウジング内に、回転軸に沿って少なくとも一対の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支持構造において、ロータの回転軸に対してステータの内周側端部を回転可能に支持するとともに、ステータのアキシャル方向の位置決めとともにステータに作用するアキシャル力を支持する位置決め手段を、ロータの回転軸に設け、さらに、ハウジングに対してステータの外周側端部を、アキシャル方向には移動可能で、且つ、周方向には移動しないように支持し、ロータとステータとの間の回転軸上にアキシャル方向規定部を設け、このアキシャル方向規定部によりロータとステータとの間の寸法が規制されることを特徴とする回転電機のステータ支持構造。
2. 位置決め手段が軸方向の力により軸方向に弾性変形可能な部材から構成されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ支持構造。
3. ロータの回転軸をハウジングの両端にベアリングを介して支持するにあたり、両端の２つのベアリングのうちの一方のベアリングを、軸方向の力により軸方向に移動可能に支持することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機のステータ支持構造。

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