JPWO2018142465A1 - アキシャルギャップ型回転電機 - Google Patents

Abstract

アキシャルギャップ型回転電機は、コアとコイルとボビンにより形成される複数のコアユニットが、回転軸を中心としてハウジング内周面に沿って環状に配置された固定子と、回転軸径方向に所定のギャップを介してコアの端面と面対向する回転子とを有するアキシャルギャップ型回転電機であって、ハウジングは、回転子への配線を外部に引き出すための引出口を有し、ハウジングの引出口の下辺に内周側が下になるような傾斜面を設けるようにした。又はハウジングは、引出口の下に凹部を有し、傾斜面と凹部が一体となるようにした。これにより、ステータをモールド成形する場合に、樹脂モールドを流れやすくして、コアユニットのボビンの破損を回避することができる。

Description

本発明は、アキシャルギャップ型回転電機に係り、特に、ステータ（固定子）をモールド成形するアキシャルギャップ型回転電機に関する。

アキシャルギャップ型回転電機は，円筒状の固定子と円盤状の回転子を、回転軸方向に所定のエアギャップを介して面対向して配置したものである。固定子は、ハウジング部内周方向に反って配置した複数の鉄心と、これに巻き回されたコイルとを含む。アキシャルギャップ型回転電機は、トルクを発生するギャップ面が、おおよそ径の２乗に比例して増加するため、径方向にギャップを有する機構のラジアルギャップ型と比較して、高能率で薄型形状に好適な回転電機と考えられている。

特に、２枚の回転子で一つの固定子を挟み込んだダブルロータ型のアキシャルギャップ型回転電機は，２倍のギャップ面積を確保することができるため、より優れた特性を得られる可能性がある構造として注目されている。このダブルロータ型のアキシャルギャップ型回転電機では、鉄心及びコイルが独立して配置されるため、モールド樹脂でこれらをハウジングに支持固定することが多い。

例えば、特許文献１には、ハウジングが、固定子と対向する面に、外部と連通する穴部を有するようにして、固定子が、複数のコアユニットがハウジング内周面との対向側面と穴部に樹脂が充填されて一体的にモールドしたアキシャルエアギャップ型回転電機が開示されている（図４、段落番号００２４）。

国際公開第２０１５／１６２８１９号公報

上記特許文献１は、ハウジングに樹脂モールドを固定する穴部を設けることにより、回転軸方向及び回転軸径方向に働く力に伴い、当該穴部に充填された樹脂の先端部に作用する引張力を逃がすことができ、ハウジングの損傷を防止することができるとしている。

一般に、樹脂モールドによって成形する場合には熱硬化性樹脂が使用されることが多い。このような樹脂を用いた場合、樹脂封入工程の後半では、先に注入した樹脂の硬化が始まり隅々まで樹脂を充填するには高圧で樹脂封入をする必要がある。

モールドによってステータを成形する際に、樹脂モールドを流れやすくして簡便に製造できるアキシャルギャップ型回転電機が望まれる。

本発明のアキシャルギャップ型回転電機は、好ましくは、コアとコイルとボビンにより形成される複数のコアユニットが、回転軸を中心としてハウジング内周面に沿って環状に配置された固定子と、回転軸径方向に所定のギャップを介してコアの端面と面対向する回転子とを有するアキシャルギャップ型回転電機であって、ハウジングは、前記回転子への配線を外部に引き出すための引出口を有し、ハウジングの引出口の下辺に内周側が下になるような傾斜面を形成するようにしたものである。

また、好ましくは、ハウジングは、引出口の下に凹部を有し、傾斜面と凹部が一体となるようにしたものである。

本発明によれば、ステータをモールド成形する場合に、樹脂モールドを流れやすくして、コアユニットのボビンの破損を回避することのできるアキシャルギャップ型回転電機を提供することができる。

実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機の概要構成図である（その一）。 実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機の概要構成図である（その二）。 コアユニットの斜視図である。 固定子の樹脂モールド成形の様子を示す図である。 従来技術のアキシャルギャップ型回転電機の固定子部分を詳細に描いた断面図である。 樹脂モールドを満たしたときの図４のアキシャルギャップ型回転電機の固定子部分のＢ−Ｂ断面図である。 樹脂モールドを満たしたときの図４のアキシャルギャップ型回転電機のコアユニットとハウジング周辺の要部拡大した断面図である。 実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機のコアユニットとハウジング周辺の要部拡大図である（その一）。 実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機のコアユニットとハウジング周辺の要部拡大図である（その二）。 実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機のハウジングの引き出し口近傍の斜視図である。 樹脂モールドを満たしたときの実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機のコアユニットとハウジング周辺の要部拡大した断面図である（その一）。 樹脂モールドを満たしたときの実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機のコアユニットとハウジング周辺の要部拡大した断面図である（その二）。 実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機のコアユニットとハウジング周辺の要部拡大図である（その一）。 実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機のコアユニットとハウジング周辺の要部拡大図である（その二）。 実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機のハウジングの引き出し口近傍の斜視図である。 樹脂モールドを満たしたときの実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機のコアユニットとハウジング周辺の要部拡大した断面図である（その一）。 樹脂モールドを満たしたときの実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機のコアユニットとハウジング周辺の要部拡大した断面図である（その二）。

以下、本発明を適用した各実施形態を、図１Ａないし図１２Ｂを用いて説明する。

実施形態１

以下、本発明に係る実施形態１を、図１Ａないし図９Ｂを用いて説明する。

先ず、図１Ａ及び図１Ｂを用いて実施形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機の全体構成について説明する。

図１Ａの断面図は、実施形態１に係るダブルロータ型アキシャルギャップ型永久磁石同期モータ１（以下、単に「モータ１」という場合がある。）の概要構成を表わしている。

モータ１は、図１Ａに示されるように、ハウジング５０の内周面に沿って配置されたドーナツ形状の固定子１９を、円盤状の２つの回転子３０が、回転軸径方向に所定のエアギャップを介してはさむようにして、それぞれ面対向して配置されている。ここで、ハウジング５０は、例えばアルミダイキャスト鋳造により成形される。

回転子３０は、円盤中央が回転軸４０と固定されている。そして、回転軸４０は、固定子１９の中央部分を貫通して配置され、両端部が軸受７０を介してエンドブラケット６０と回転可能に固定されている。また、エンドブラケット６０は、概略円筒形からなるハウジング５０の両開口端部付近で固定される。

さらに、回転子３０は、円形のヨーク３３に、ローターベース３２を介して永久磁石３１を備えている。ヨーク３３はなくとも構わないし、ローターベース３２がヨークの役割を果たす材質でできていてもよい。永久磁石は、回転軸４０方向を中心とする概略扇形の形状からなる複数の平板状の磁石からなり、回転方向に異なる極性の磁石が配置される。なお、永久磁石３１はフェライトを適用するものとするが、これに限るものではない。

モータ１の電機子構成は、図１Ｂの斜視図に示されるようになる。固定子１９は、回転軸心Ａを中心方向としてハウジング５０の内周に沿って配置された１２個のコアユニット２０からなる。一つのコアユニット２０が、１スロットを構成するようになっている。また、コアユニット２０同士及びハウジング５０の内周面は、樹脂モールドによって互いに一体的に成形され、固定子に固定されるようになっている（後述）。

次に、図２を用いてコアユニットの構成について説明する。

コアユニット２０は、図２に示されるように、ボビン２２、コア２１及びコイル２３を備えてなる。コア２１は、徐々に幅が大きくなるように成形された金属板が径方向に順次積層されてなる概略台形あるいは三角柱状の形状を有する鉄を主成分とするアモルファス金属である。なお、コア２１の断面形状には、概略台形や三角形以外にも、延長方向に交点を有する二つの斜辺を有する断面であればよい。積層される金属板としては、鉄等であってもよいが、本実施形態ではアモルファスを含有する金属をテープ状に薄板化し、順次回転方向幅を大にして積層することでコア２１を得るようになっている。

次に、図３を用いてコアユニット２０同士及びハウジング５０内周と一体に成形する樹脂モールド工程の様子を説明する。

コアユニット２０同士及びハウジング５０内周と一体に成形する樹脂モールドする際には、図３に示されるように、ハウジング５０が、その内径が略一致する下金型６２に挿入され、ハウジング５０の反対側開口から、後に回転軸が貫通するための軸芯空間を形成するための筒状の中金型６１が、下金型６２の中央に配置される。コアユニット２０が、中金型６１を中心として環状に配列される。このとき、ボビンのつば部２２ｂが、径方向の位置決めや隣接するコアユニット２０との回転軸回転方向の位置決めを行うようになっている。

その後、ハウジング５０の内径と概略一致する外径を有すると共に中金型６１を貫通するために中央に円筒空間を有する上金型が、下金型６２と反対側のハウジング開口から挿入され、コアユニット２０を挟みこんで支持する。その後、上金型及び下金型６２の対向面からモールド樹脂８０が封入されるようになっている。モールド樹脂は、コアユニット２０間、ハウジング５０内周面、中金型６１方向及びボビンのつば部２２ｂの回転子３０との対向面上に略隙間なく充填される。このモールド樹脂８０は、成形収縮率が低く、寸法安定性が高い熱硬化性の不飽和ポリエステル樹脂（例えば、ＢＭＣ（Bulk Molding Compound））が使われるのが通例である。

次に、図４ないし図９Ｂを用いて本実施形態のハウジングの構造について説明する。

アキシャルギャップ型回転電機の固定子部分を断面から見ると、図４に示されるようになり、この図４のＢ―Ｂ断面図を示すと、図５のようになる。ハウジング５０の内周に９０度間隔でモールド樹脂８０と固定子１９を定着されるための凹部５１が設けられている。

ハウジング５０の内周側の一箇所に、例えば凹部５１の上方に、凹部形状の引出口５２が設けられており、引出口５２から配線穴５３を設けて配線を外部から固定子のコイル２３に接続できるようになっている。

図３により示した樹脂モールド工程により、固定子をモールド樹脂８０に固定するときには、図４、図６のＭ−Ｍ線まで、すなわち、コアユニット２０の上部を十分満たす程度にまで、モールド樹脂８０が充填される。このときに、特に、充填の最終段階で、先に注入した樹脂が硬化し始めることにより樹脂の粘度が高まり、周囲の構造物にかかる圧力が増加することで、コアユニット２０のボビン２２のつば部２２Ｂが高温、高圧の影響で破損しやすくなる虞がある。

そこで、本実施形態では、引出口５２において下辺を拡張するようにして、図７Ａ、図８に示されるように、引出口５２の下辺に傾斜面５４を形成する。これにより、図９Ａに示されるように、充填の最終段階で、モールド樹脂８０がこの部分に流れ込み、封入圧が低下して、コアユニット２０のボビン２２の破損を防止することができる。

なお、引出口５２の下辺に設ける傾斜面は、図７Ｂ、図９Ｂに示されるように、平面に限らず、上に凸のＲ（ラウンド）面５５であってもよい。また、引出口５２に形成される斜面の形状は、平面状の斜面やＲ面に限らず、階段状形状や、平面状斜面でもよく、傾斜角がだんだんと異なる傾斜形状であってもよい。

実施形態２

以下本発明を適用した実施形態２を、図１０Ａないし図１２Ｂを用いて説明する。

実施形態１では、モールド樹脂８０の充填の最終段階で、引出口５２の下辺に、モールド樹脂８０を逃がすための傾斜面を形成した。

実施形態２では、同様に、引出口５２の下辺にモールド樹脂８０を逃がすための傾斜面を形成したのであるが、引出口５２と凹部５１の形状が異なっている。

本実施形態では、図１０Ａ、図１１、図１２Ａに示されるように、引出口５２の傾斜面５４ａと凹部５１ａが一体につながった形状になっている。この形状は、モールド樹脂８０の流れ込みによるコアユニット２０のボビン２２の破損を防止するという効果に加えて、成形が容易であるという利点がある。

また、図１０Ｂ、図１２Ｂに示されるように、引出口５２の下辺に設ける傾斜面は、平面に限らず、上に凸のＲ面５５であってもよい。階段状形状や、平面状斜面でもよく、傾斜角がだんだんと異なる傾斜形状であってもよい。

１…モータ、１９…固定子、２０…コアユニット、２１…コア、２２…ボビン、２３…コイル、３０…回転子、３１…永久磁石、３２…ローターベース、３３…ヨーク、４０…回転軸、５０…ハウジング、５１、５１ａ…凹部、５２…引出口、５３…配線穴、５４、５４ａ…傾斜面、５５…Ｒ面、６０…エンドブラケット、７０…軸受、８０…モールド樹脂

Claims (3)

1. コアとコイルとボビンにより形成される複数のコアユニットが、回転軸を中心としてハウジング内周面に沿って環状に配置された固定子と、回転軸径方向に所定のギャップを介して前記コアの端面と面対向する回転子とを有するアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記ハウジングは、前記回転子への配線を外部に引き出すための引出口を有し、
   前記ハウジングの引出口の下辺に内周側が下になるような傾斜形状の面を形成したことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
2. 前記ハウジングは、前記引出口の下に凹部を有し、前記傾斜面と前記凹部が一体となったことを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機。
3. 前記傾斜形状の面は、Ｒ面であることを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機。

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