JP2006050745A - アキシャルギャップ回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステータコアの基部側における磁束経路の拡大が可能となり、バックコアを磁束経路とする場合に比べ、効率を向上させることができるアキシャルギャップ回転電機を提供すること。
【解決手段】 永久磁石９を配置したロータ２と、ステータコア１１を有するステータ３と、を備え、前記ロータ２と前記ステータ３がアキシャル方向に配設され、前記ロータ２は、ステータ３との間にエアギャップ１０をもって回転可能に保持されたアキシャルギャップ回転電機において、前記ステータコア110を、ロータ２側のティースコア部110aと基部側の1/2バックコア部110b,110bとを一体に有する複数の分割コア110により構成し、かつ、該複数の分割コア110のバックコア部110b,110bを回転電機ケース４に固定した状態で隣接する分割コア110,110同士が互いに接触する手段とした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ステータとロータがアキシャル方向に対向配置されるアキシャルギャップ回転電機の技術分野に属する。

永久磁石をロータ内部に埋め込んだ埋込磁石同期モータ（IPMSM：Interior Permanent Magnet Synchronus Motor）や永久磁石をロータ表面に張り付けた表面磁石同期モータ（SPMSM：Surface Permanent Magnet Synchronus Motor）は、損失が少なく、効率が良く、出力が大きい（マグネットトルクのほかにリラクタンストルクも利用できる）等の理由により、電気自動車用モータやハイブリッド車用モータ等の用途にその応用範囲を拡大している。

このような永久磁石同期モータであって、ステータとロータがアキシャル方向に対向配置されるアキシャルギャップモータは、薄型化が可能であり、レイアウトに制限がある用途に使用されている。例えば、１個のステータと２個のロータがアキシャル方向でエアギャップを保持した回転電機で知られている（例えば、特許文献１参照）。また、アキシャルギャップ型電動モータを動力源に有する電動二輪車が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−０８８０３２号公報 特開２００３−１９１８８３号公報

しかしながら、従来のアキシャルギャップ回転電機にあっては、ステータが、複数のステータコアと、複数のステータコアを固定するバックコアにより構成されていたため、バックコアを磁束経路として使用したとき、バックコアとステータコアとの接合面で磁束の交差が生じ、効率を低下させるという、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、ステータコアの基部側における磁束経路の拡大が可能となり、バックコアを磁束経路とする場合に比べ、効率を向上させることができるアキシャルギャップ回転電機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、永久磁石を配置したロータと、ステータコアを有するステータと、を備え、前記ロータと前記ステータがアキシャル方向に配設され、前記ロータは、ステータとの間にエアギャップをもって回転可能に保持されたアキシャルギャップ回転電機において、
前記ステータコアを、ロータ側のティースコア部と基部側のバックコア部とを一体に有する複数の分割コアにより構成し、かつ、前記複数の分割コアのバックコア部を回転電機ケースに固定した状態で隣接する分割コア同士が互いに接触することを特徴とする。

よって、本発明のアキシャルギャップ回転電機にあっては、ステータコアは、ロータ側のティースコア部と基部側のバックコア部とを一体に有する複数の分割コアにより構成され、かつ、複数の分割コアのバックコア部を回転電機ケースに固定した状態で隣接する分割コア同士が互いに接触するため、磁束経路にバックコアが介在することなく、磁束経路がステータコアのみにより形成される。この結果、ステータコアの基部側における磁束経路の拡大が可能となり、バックコアを磁束経路とする場合に比べ、効率を向上させることができる。

以下、本発明のアキシャルギャップ回転電機を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例３に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１のステータ構造が適用されたアキシャルギャップ回転電機を示す全体断面図であり、アキシャルギャップ回転電機は、回転軸１と、ロータ２と、ステータ３と、回転電機ケース４と、を備えていて、前記回転電機ケース４は、フロント側サイドケース４ａと、リヤ側サイドケース４ｂと、両サイドケース４ａ，４ｂにボルト結合された外周ケース４ｃにより構成されている。

前記回転軸１は、フロント側サイドケース４ａに設けられた第１軸受け５とリヤ側サイドケース４ｂに設けられた第２軸受け６によって回転自在に支持されている。また、前記回転軸１のリヤ側端部には、軸回転数を検出する回転センサ７が設けられている。

前記ロータ２は、前記回転軸１に固定され、ステータ３から与えられる回転磁束に対し、永久磁石９に反力を発生させ、回転軸１を中心に回転するように、回転軸１に固定された電磁鋼鈑（強磁性体）によるロータコア８と、前記ステータ３との対向面に埋め込まれた複数の永久磁石９と、を有して構成されている。前記複数の永久磁石９は、隣接する表面磁極（Ｎ極，Ｓ極）が、互いに相違するよう配置されている。ここで、ロータ２とステータ３の間にはエアギャップ１０と呼ばれる隙間が存在し、互いに接触することはない。

前記ステータ３は、前記リヤ側サイドケース４ｂに固定され、ステータコア１１と、ステータコイル１２と、を有して構成されている。前記ステータコイル１２は、絶縁部材１３（絶縁体または絶縁紙等）を介し、ステータコア１１を構成する各分割コア110に巻き回される。

図２は実施例１のアキシャルギャップ回転電機におけるステータコアを示す全体斜視図、図３は実施例１のアキシャルギャップ回転電機におけるステータコアを構成する分割コアを示す斜視図である。

実施例１では、図２に示すように、前記ステータコア110を、ロータ２側のティースコア部110aと基部側の1/2バックコア部110b,110bとを一体に有する１２個の分割コア110により構成し、かつ、該１２個の分割コア110のバックコア部110b,110bを回転電機ケース４（リヤ側サイドケース４ｂ）に固定した状態で隣接する分割コア110,110同士が互いに接触するようにしている。

そして、図３に示すように、前記分割コア110を、１つのティースコア部110aの基部から両側に1/2バックコア部110b,110bをそれぞれ一体に連結したＴ字型形状に構成し、隣接する分割コア110,110は、1/2バックコア部110b,110bの周方向端面110b',110b'同士が互いに接触するようにしている。また、前記分割コア110を、ロータ２側から見て、径方向に積層（積層面は周方向）した積層鋼鈑により構成している。

次に、作用を説明する。
［解決課題］
図４の従来例に示すように、バックコア（もしくはバックヨーク）を磁束経路として使用したとき、バックコアとステータコアとの接合面で磁束の交差が生じる。また、ステータコアとバックコアが積層構造で構成されるとき、積層方向が交差することになる。
これらの原因により、ループ電流が起き、電圧が発生し、接触抵抗分の損失が発生することによって効率が落ちていた。

［ステータコアでの磁束の流れ作用］
これに対し、実施例１のアキシャルギャップ回転電機では、ステータコア110を、ロータ２側のティースコア部110aと基部側の1/2バックコア部110b,110bとを一体に有する複数の分割コア110により構成し、かつ、該複数の分割コア110のバックコア部110b,110bを回転電機ケース４のリヤ側サイドケース４ｂに固定した状態で隣接する分割コア110,110同士が互いに接触するようにすることで、上記従来例のように、バックコアを磁束経路とする場合に比べ、効率の向上を図ったものである。

すなわち、周方向に隣接する分割コア110,110の1/2バックコア部110b,110bの周方向端面110b',110b'同士を互いに接触させることにより、図２に示すように、1/2バックコア部110b,110b同士の接触部にも磁束が通るので、従来例に比べ、ステータコア１１の基部側の磁束経路の拡大が可能となる。

さらに、従来例のバックコアを廃止することにより、磁束経路がステータコア→バックコア→ステータコアであったのを、分割コア110→分割コア110に短縮でき、従来例に比べて接合部位を２箇所から１箇所へと減らすことで、磁束損失が軽減されることになる。

加えて、分割コア110の積層方向を同一にすることにより、複数の分割コア110により構成されるステータコア１１への磁束の流れに対して積層方向が常に同じになり、従来例のように、積層鋼板の交差がなくループ電流の発生源とならないので、磁束損失を最小限に抑えることができる。

上記のように、磁束経路の拡大作用と、磁束損失の軽減作用と、磁束損失の最小限抑制作用と、の相乗作用により、ステータコア１１とステータコイル１２により構成される電磁石の磁束密度（単位体積当たりに同じ方向に向かっている磁力線の束）が高くなり、その結果として、モータ効率が向上する。

次に、効果を説明する。
実施例１のアキシャルギャップ回転電機にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 永久磁石９を配置したロータ２と、ステータコア１１を有するステータ３と、を備え、前記ロータ２と前記ステータ３がアキシャル方向に配設され、前記ロータ２は、ステータ３との間にエアギャップ１０をもって回転可能に保持されたアキシャルギャップ回転電機において、前記ステータコア110を、ロータ２側のティースコア部110aと基部側の1/2バックコア部110b,110bとを一体に有する複数の分割コア110により構成し、かつ、該複数の分割コア110のバックコア部110b,110bを回転電機ケース４に固定した状態で隣接する分割コア110,110同士が互いに接触するため、ステータコア１１の基部側における磁束経路の拡大が可能となり、バックコアを磁束経路とする場合に比べ、効率を向上させることができる。

(2) 前記分割コア110を、１つのティースコア部110aの基部から両側に1/2バックコア部110b,110bをそれぞれ一体に連結したＴ字型形状に構成し、隣接する分割コア110,110は、1/2バックコア部110b,110bの周方向端面110b',110b'同士が互いに接触するため、従来例に比べて接合部位を減らすことで、磁束損失を軽減することができる。加えて、従来例のバックコアを廃止したことで、部品点数に削減が可能であり、コストダウンを図ることもできる。

(3) 前記分割コア110を、ロータ２側から見て、径方向に積層した積層鋼鈑により構成したため、積層鋼板の交差がなくループ電流の発生源とならないので、磁束損失を最小限に抑制することができる。

実施例２は、ステータコアの分割位置を実施例１のバックコア部に代えティースコア部とした例である。

すなわち、図５及び図６に示すように、ステータコア１１を構成する分割コア110を、一対の1/2ティースコア部110a,110aの基部を全形のバックコア部110bにより連結したコ字型形状に構成し、隣接する分割コア110,110は、1/2ティースコア部110a,110aの周方向端面110a',110a'同士が互いに接触するようにしている。なお、他の構成は実施例１と同様である。

次に、作用を説明すると、実施例２によれば、図５に示すように、磁束経路上に磁束方向に対して垂直な切断面をもたないので、磁束を交差させることなく磁束損失を最小限に抑えることができる。なお、他の作用は実施例１と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例２のアキシャルギャップ回転電機にあっては、実施例１の(1),(3)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(4) 前記分割コア110を、一対の1/2ティースコア部110a,110aの基部を全形のバックコア部110bにより連結したコ字型形状に構成し、隣接する分割コア110,110は、1/2ティースコア部110a,110aの周方向端面110a',110a'同士が互いに接触するため、磁束を交差させることなく、磁束損失を最小限に抑制することができる。加えて、従来例のバックコアを廃止したことで、部品点数に削減が可能であり、コストダウンを図ることもできる。

実施例３は、実施例１に対し、分割コア同士の接触確実性を増し、かつ、分割コアの軸方向固定性を高めるようにした例である。

すなわち、図７に示すように、前記分割コア110のケース固定面に径方向の位置決め凸条110c（凹凸構造）を形成し、該位置決め凸条110cと嵌合する径方向の位置決め凹溝１４ａ（凸凹構造）を形成した位置決めプレート１４を、複数の分割コア110により構成されるステータコア１１のケース固定面に設定した。

そして、前記ステータコア１１のティースコア部110aに対応する位置に貫通穴１５ａを形成したドーナツ形状のステータ固定カバー１５を用意し、該ステータ固定カバー１５を、ロータ２側から軸方向に嵌め込み固定した。なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、実施例３によれば、分割コア110のケース固定面に形成した径方向の位置決め凸条110cを位置決めプレート１４に形成した径方向の位置決め凹溝１４ａに嵌め込み、外周から押さえ込むことで、分割コア110同士の接触を確実なものとする。さらに、ステータ１１の前側（ロータ２側）からステータ固定カバー１５を軸方向に近づけてゆき、貫通穴１５ａをティースコア部110aに嵌め込みながら軸方向に押し込むことでステータコア１１の軸方向の固定を行う。

したがって、ステータコア１１の基部側の固定面積が位置決めプレート１４により広くなることによって、回転方向に対するステータコア１１の倒れが防止される。
また、位置決め凸条110cと位置決め凹溝１４ａとの嵌合により、各分割コア110の周方向設定位置が位置決めプレート１４により規定されることで、分割コア110同士の接触を確実とすることができる。
さらに、この状態で、ロータ２側からステータ固定カバー１５を押し込むことにより、各分割コア110の軸方向設定位置がステータ固定カバー１５により規定される。つまり、各分割コア110の軸方向固定性を高めると共に、分割コア110のロータ対向面110dの軸方向位置の面精度が確保される。なお、他の作用は実施例１と同様であるので、説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例３のアキシャルギャップ回転電機にあっては、実施例１の効果に加えて、下記に列挙する効果を得ることができる。

(5) 前記分割コア110のケース固定面に径方向の位置決め凸条110c（凹凸構造）を形成し、該位置決め凸条110cと嵌合する径方向の位置決め凹溝１４ａ（凸凹構造）を形成した位置決めプレート１４を、複数の分割コア110により構成されるステータコア１１のケース固定面に設定したため、回転方向に対するステータコア１１の倒れを防止できると共に、分割コア110同士の接触の確実性を増すことができる。

(6) 前記ステータコア１１のティースコア部110aに対応する位置に貫通穴１５ａを形成したドーナツ形状のステータ固定カバー１５を用意し、該ステータ固定カバー１５を、ロータ２側から軸方向に嵌め込み固定したため、各分割コア110の軸方向固定性を高めることができると共に、分割コア110のロータ対向面110dの軸方向位置の面精度を確保することができる。よって、ロータ２の永久磁石９のステータ側対向面とロータ対向面110dとの間のエアギャップの管理が容易になると共に、エアギャップを効率上有効な小さい隙間とすることができる。

以上、本発明のアキシャルギャップ回転電機を実施例１〜実施例３に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１〜３では、ロータが１つ、ステータが１つの場合を述べているが、例えば、ロータが１つ、ステータが２つの場合、ロータが２つ、ステータが１つの場合、ロータが２つ、ステータが３つの場合、ロータが３つ、ステータが２つの場合等、それら以外の組み合わせでも良い。

実施例３では実施例１のステータコアをベースとして、位置決めプレート１４とステータ固定カバー１５を組み合わせた例を示したが、実施例２のステータコアをベースに位置決めプレート１４とステータ固定カバー１５を組み合わせるようにしても良い。

実施例１〜３では、アキシャルギャップ回転電機と述べているが、それはアキシャルギャップモータとして適用しても良いし、また、アキシャルギャップジェネレータとして適用しても良い。

実施例１のステータ構造が適用されたアキシャルギャップ回転電機を示す全体断面図である。 実施例１のアキシャルギャップ回転電機におけるステータコアを示す全体斜視図である。 実施例１のアキシャルギャップ回転電機におけるステータコアを構成する分割コアを示す斜視図である。 従来例のステータコアを示す斜視図である。 実施例２のアキシャルギャップ回転電機におけるステータコアを示す全体斜視図である。 実施例２のアキシャルギャップ回転電機におけるステータコアを構成する分割コアを示す斜視図である。 実施例３のアキシャルギャップ回転電機におけるステータコアを示す分解斜視図である。

符号の説明

１ 回転軸
２ ロータ
３ ステータ
４ 回転電機ケース
５ 第１軸受け
６ 第２軸受け
７ 回転センサ
８ ロータコア
９ 永久磁石
１０ エアギャップ
１１ ステータコア
110 分割コア
110a ティースコア部110a
110ａ' 周方向端面
110b バックコア部
110b' 周方向端面
110c 位置決め凸条（凹凸構造）
110d ロータ対向面
１２ ステータコイル
１３ 絶縁部材
１４ 位置決めプレート
１４ａ 位置決め凹溝（凸凹構造）
１５ ステータ固定カバー
１５ａ 貫通穴

Claims (6)

1. 永久磁石を配置したロータと、ステータコアを有するステータと、を備え、前記ロータと前記ステータがアキシャル方向に配設され、前記ロータは、ステータとの間にエアギャップをもって回転可能に保持されたアキシャルギャップ回転電機において、
   前記ステータコアを、ロータ側のティースコア部と基部側のバックコア部とを一体に有する複数の分割コアにより構成し、かつ、前記複数の分割コアのバックコア部を回転電機ケースに固定した状態で隣接する分割コア同士が互いに接触することを特徴とするアキシャルギャップ回転電機。
2. 請求項１に記載のアキシャルギャップ回転電機において、
   前記分割コアを、１つのティースコア部の基部から両側に1/2バックコア部をそれぞれ一体に連結したＴ字型形状に構成し、隣接する分割コアは、1/2バックコア部の周方向端面同士が互いに接触することを特徴とするアキシャルギャップ回転電機。
3. 請求項１に記載のアキシャルギャップ回転電機において、
   前記分割コアを、一対の1/2ティースコア部の基部を全形のバックコア部により連結したコ字型形状に構成し、隣接する分割コアは、1/2ティースコア部の周方向端面同士が互いに接触することを特徴とするアキシャルギャップ回転電機。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のアキシャルギャップ回転電機において、
   前記分割コアのケース固定面に径方向の凹凸構造を形成し、該凹凸構造と嵌合する径方向の凸凹構造を形成した位置決めプレートを、複数の分割コアにより構成されるステータコアのケース固定面に設定したことを特徴とするアキシャルギャップ回転電機。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のアキシャルギャップ回転電機において、
   前記ステータコアのティースコア部に対応する位置に貫通穴を形成したドーナツ形状のステータ固定カバーを用意し、該ステータ固定カバーを、ロータ側から軸方向に嵌め込み固定したことを特徴とするアキシャルギャップ回転電機。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のアキシャルギャップ回転電機において、
   前記分割コアを、ロータ側から見て、径方向に積層した積層鋼鈑により構成したことを特徴とするアキシャルギャップ回転電機。

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