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公開番号2021065096
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210422
出願番号2021002578
出願日20210112
発明の名称アキシャルギャップ型回転電機
出願人株式会社日立産機システム
代理人個人
主分類H02K 5/08 20060101AFI20210326BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】樹脂モールドステータの利点を十分に生かしつつ性能面、信頼面、作業面の利点を追求する。
【解決手段】回転軸方向に磁束面を有する複数のコアユニットが、回転軸を中心に環状に配列してなるステータと、ステータの磁束面と軸方向に面対向するロータと、ステータを格納する内筒空間を有する筺体と、ステータの一部又は全部を覆うと共にステータと前記内筒空間の内周に封入されることでステータと内筒空間の内周を一体的に接続するモールド樹脂とを有するアキシャルギャップ型回転電機であって、筺体が、内筒空間の内周の一部に、軸心側への所定厚みをもって内周に沿った環状の肉厚部を有するものであり、モールド樹脂と内筒空間内周の軸方向端部の境界が、径方向で一致するものである。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項1】
回転軸方向に磁束面を有する複数のコアユニットが、前記回転軸を中心に環状に配列してなるステータと、前記ステータの磁束面と軸方向に面対向するロータと、該ステータを格納する内筒空間を有する筺体と、前記ステータの一部又は全部を覆うと共に該ステータと前記内筒空間の内周に封入されることで前記ステータと前記内筒空間の内周を一体的に接続するモールド樹脂とを有するアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記筺体が、前記内筒空間の内周の一部に、軸心側への所定厚みをもって前記内周に沿った環状の肉厚部を有するものであり、
前記モールド樹脂と前記内筒空間内周の軸方向端部の境界が、径方向で一致するものであるアキシャルギャップ型回転電機。
続きを表示(約 1,300 文字)【請求項2】
請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記肉厚部の軸方向負荷側及び反負荷側の少なくとも一方の端部が、前記内筒空間内周から回転軸心方向への段差をもって形成されるものであり、
前記軸方向境界が、前記段差の回転軸心側角から軸方向内側に位置するものであるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項3】
請求項2に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記段差が、前記回転軸心方向に向かって鉛直となるものであるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項4】
請求項2に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記段差が、前記回転軸心方向に向かって傾斜するものであるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項5】
請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記肉厚部の軸方向負荷側及び反負荷側の少なくとも一方の端部が、前記内筒空間内周から回転軸心方向への段差をもって形成されるものであり、
前記モールド樹脂が、前記段差の表面に配置しないものであるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項6】
請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記肉厚部が、軸方向及び周方向に同厚みで連続した部分を有するものであるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項7】
請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記コアユニットから引き出る導線が、前記内筒空間の内周に沿って配置するものであり、
前記モールド樹脂が前記導線を前記ステータと共に一体にモールドするものであるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項8】
請求項7に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記筐体が、前記導線が外部に引き出る為の引出口を有するものであり、
該引出口は、前記肉厚部の径方向投影面に含まれる位置に配置し、前記モールド樹脂が、前記導線と共に該引出口の一部又は全部を一体にモールドするものであるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項9】
請求項7に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記筐体が、前記導線が外部に引き出る為の引出口を有するものであり、
該引出口は、前記ステータの径方向投影面に含まれる位置に配置し、前記モールド樹脂が、前記導線と共に該引出口の一部又は全部を一体にモールドするものであるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項10】
請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記肉厚部が、前記筐体の径方向外周側にも肉厚となるものであるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項11】
請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
該回転電機が、電動機又は発電機であり、
磁石型又は誘導型であるアキシャルギャップ型回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、アキシャルギャップ型回転電機に係り、樹脂モールドステータを有するアキシャルギャップ型回転電機に関する。
続きを表示(約 6,700 文字)【背景技術】
【0002】
アキシャルギャップ型回転電機が知られている。例えば、アキシャルギャップ型回転電機は、回転軸方向に一対の円板形状のロータが対向するように配置し、この一対のロータの間に、軸方向に所定のギャップを介してステータを挟み込む構成の2ロータ-1ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機等がある。ロータは、基台としてのバックヨークと、回転方向に複数配置された磁石とから構成され、ステータは、磁束面を軸方向として回転方向に配置する複数のコアユニットから構成される態様等がある。
【0003】
また、アキシャルギャップ型回転電機は、樹脂によってステータをハウジング内周と共に一体的にモールドすることで、絶縁性や耐久性の向上やハウジング内でのステータの固定を確保する構成のものもある。特許文献1は、アキシャルギャップ型の回転電機であって、ハウジング内周に、螺旋状の凸部や所定間隔で回転方向に配列する複数の係止突起を備え、軸心側には複数のステータコアがハウジング内周に沿って環状に配列し、ハウジングとステータに対して樹脂を封入して一体的に構成する樹脂モールドステータを備えるアキシャルギャップ型の回転電機を開示する。特許文献1は、凸部や係止突起によってステータのハウジング内固定をより確実にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
国際公開 WO2013/121590
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
アキシャルギャップ型回転電機は、軸短化(扁平構造)や体格あたりのステータ・ロータの対向面積を大とすることが可能なために高効率化が可能になるというメリットがある。これらの利点を最大化するにあたり、ステータ・ロータ間の狭小なギャップ管理や構成部品同士の気密性確保は重要である。
【0006】
ステータをハウジングといった格納筺体内と共にモールド成型する際、樹脂型と筺体内周との隙間から樹脂がロータ側に漏れでる虞がある。特に、絶縁性やステータの安定設置の要請から、樹脂の封入圧は高圧となる傾向があり、これが樹脂漏れを助長する虞もある。
【0007】
筺体内周に漏れ出た樹脂を放置したままでは、回転駆動時の振動や経年変化等によって剥がれ落ちる虞もある。剥がれた樹脂片がギャップ間に侵入すれば、磁束面や磁石面の損傷を招来したり、他の駆動部品等に影響を与えたりすることも考えられ、性能や信頼面で課題が残る。
【0008】
これに対し、樹脂封入後、樹脂型を抜いた後に漏れた樹脂を除去するとしても、かかる作業に伴い筺体内周やステータ面が損傷するという保守面の課題や、作業性の低下という課題も残る。
【0009】
樹脂モールドステータの利点を十分に生かしつつ性能面、信頼面、作業面の利点を追求し得る技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、例えば請求の範囲に記載の構成等を採用する。即ち 回転軸方向に磁束面を有する複数のコアユニットが、前記回転軸を中心に環状に配列してなるステータと、前記ステータの磁束面と軸方向に面対向するロータと、該ステータを格納する内筒空間を有する筺体と、前記ステータの一部又は全部を覆うと共に該ステータと前記内筒空間の内周に封入されることで前記ステータと前記内筒空間の内周を一体的に接続するモールド樹脂とを有するアキシャルギャップ型回転電機であって、前記筺体が、前記内筒空間の内周の一部に、軸心側への所定厚みをもって前記内周に沿った環状の肉厚部を有するものであり、前記モールド樹脂と前記内筒空間内周の軸方向端部の境界が、径方向で一致するものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明の一側面によれば、モールド樹脂がロータ側に剥離する虞が低減し、性能、信頼性、耐久性、作業性の向上効果がある。
本発明の他の課題・構成・効果は以下の記載から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
本発明を適用した実施例1によるアキシャルギャップ型モータの構成を模式的に示す軸方向縦断面図である。
実施例1によるアキシャルギャップ型モータのコアユニット及びステータの外観構成を模式的に示す斜視図である。
実施例1によるアキシャルギャップ型モータの導線構成及びハウジング内への配置構成の様を模式的にしめす斜視図である。
実施例1によるアキシャルギャップ型モータの樹脂モールド工程の様を模式的に示す断面図である。
実施例1による樹脂モールド工程で使用する樹脂型及びシール部材の構成を示す模式図である。
実施例1によるアキシャルギャップ型モータの樹脂モールド工程におけるシール部材の変形の様を模式的に示す状態遷移図である。
実施例1によるアキシャルギャップ型モータの樹脂モールド工程後の構成を模式的に示す縦断面図である。
本発明を適用した実施例2によるアキシャルギャップ型モータの樹脂モールド工程におけるシール部材の変形の様を模式的に示す状態遷移図である。
実施例2によるアキシャルギャップ型モータの樹脂モールド工程後の様を模式的に示す縦断面図である。
本発明を適用した変形例によるアキシャルギャップ型モータの肉厚部、シール部材及び樹脂型の構成を模式的に示す縦断面図である。
本発明を適用した変形例によるアキシャルギャップ型モータのハウジングの構成を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を適用した実施例であるアキシャルギャップ型電動機(以下、単に「モータ」と称する場合がある。)100について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施例はモータを例とするが、本発明はジェネレータにも適用することができる。
【実施例】
【0014】
図1に、モータ100の回転軸方向縦断面を模式的に示す。モータ100は、ハウジング1、ブラケット2、軸受3、回転軸4、ロータ7及びステータ12を備える。ハウジング1は、モータハウジングであり、ステータ等を格納する筺体の例である。ハウジング1は、筒形状からなり、回転軸4、ロータ7及びステータ12を内包する内筒空間を有する。
【0015】
ロータ7は、基台として円盤状のバックヨーク6を有し、バックヨーク6のステータ側の面に、複数の(永久)磁石5を配置する。磁石5は、概略台形や扇形といった種々の形状からなり、回転軸4を中心に回転方向に環状に配置し、隣接する磁石5同士で磁極が異なるようになっている。なお、磁石5を1枚の環状体とし、着磁の際に隣接する極を違える構成であってもよい。
【0016】
バックヨーク6は、中央に軸方向の貫通孔を有し、これに貫通する回転軸4と共回りするように固定される。ロータ7は、ステータ12と軸方向で所定のギャップを介して挟むように2つ配置する。本実施例は、所謂1ステータ・2ロータ構成を例示するが、本発明は、その趣旨を違えぬ範囲で、ステータやロータの数に限定されるものではない。
【0017】
回転軸4は、延伸方向の両端部がラジアル或いはスラスト方向の軸受3を介して、ブラケット2に回転可能に軸支される。
【0018】
ステータ12は、コア8やコイル9等を有する複数のコアユニット12aが、回転軸4を中心に環状に配置してなる。また、ステータ12は、これら複数のコアユニット12a同士を一体的に覆うモールド樹脂10を有する所謂モールドステータである。モールド樹脂10が配置した後も、ステータ12の中央は軸方向に貫通した孔を有し、回転軸4がこの孔を非接触で貫通するようになっている。
【0019】
また、モールド樹脂10は、ステータ12をハウジング1に固定する機能も有する。モールド樹脂10は、樹脂を封入する封入装置の封入圧によって、後述するハウジング1の一部の内周に配置する肉厚部13とコアユニット12aの間や環状に配置された複数のコアユニット12aの間に回り込むことで、ステータ12をハウジング1の内筒空間に一体的に接続・固定するようになっている。モールド樹脂10は、ステータ12の全部を覆う構成でもよいし、例えば、コア8の軸方向端面といった一部は覆わずに露出させるなど、種々のモールド態様が適用できる。
【0020】
図2に、コアユニット12a及びステータ12の構成を模式的に示す。
図2(a)に、コアユニット12aの外観斜視図を示す。コアユニット12aは、コア8、ボビン11及びコイル9を有する。コア8は、鋼板や箔体の積層による積層コア、圧粉コア、削り出しによるコアなど種々の構成が適用可能であり、概略台形の柱体形状を有する。なお、コアが台形や柱体以外の構成であってもよい。ボビン11は、絶縁部材であり、種々の構成を適用することができるが、本実施例では樹脂性の筒形状を有する部材を適用するものとする。ボビン11の内筒にコア8を配置し、ボビン11の外筒にコイル9が巻き回るようになっている。
【0021】
図2(b)に示すように、複数のコアユニット12aが環状配置したステータ12の外観斜視図を示す。各コアユニット12aは、概略台形の断面形状を有する各コアユニット12aの上底側を回転軸4側に向けて環状に配置し、負荷側、反負荷側端面の径方向外周に、互いを接続する連結部材14によって締結されるようになっている。なお、本発明において、ステータの構成はかかる例に限定されるものではい。
【0022】
図3に、ステータ12及びこれがハウジング1に配置した様を示す。図3(a)に示すように、ステータ12の反負荷側の周囲には、各コアユニット12aから引き出た導線(渡線)30が、ハウジング1の内周面に沿って配置する。なお、本実施例では、3本の導線30を図示するが、これに限定するものではない。導線30は、ボビン11の下底側鍔と接続する導線保持部材31によってハウジング1の内周面に保持されるようになっている。
【0023】
モールド樹脂10を封入する前、図3(b)に示すように、ステータ12は、ハウジング1の内筒に配置する。ハウジング1は、導線30をハウジングの外部に引き出すための引出口33を有する。ハウジング1の内周に沿って配置する導線30は、やがて引出口33から外部に案内され、電源等と接続するようになっている。引出口33は、複数であってもよいし、その位置も本例に限定するものではない。
なお、詳細は後述するが、本実施例では、導線30及び導線保持部材31もステータ12と共にモールド樹脂10にモールドされるようになっている。
【0024】
図4に、モールド樹脂10を封入する工程例を模式的に示す。なお、本図では、図3とは天地(図での上下)が逆転し、図の上側が負荷側として説明する。ハウジング1の反負荷側の開口から下型Bが内筒空間に進入し、ステータ12がハウジング1の内筒空間に配置する。ステータ12の中央には、中型Cが配置する。次いで、上型Aがハウジング1の負荷側開口から内筒空間に挿入することで、ステータ12がハウジング1の肉厚部13内周、上型A、下型B及び中型Cによって囲繞された空間に位置決めされる。
【0025】
ここで、ステータ12は、軸方向でハウジング1の肉厚部13の幅内に位置するようになっている。肉厚部13は、ハウジング1内周の軸方向中央部分で、所定の厚みをもって軸心側に肉厚となる部分である。肉厚部13は、軸方向及び周方向に連続して同厚みをもって軸心方向に環状の凸部となる形状を有する。なお、肉厚部13のすべての領域が同厚み部分で占められる必要はなく、肉厚部13の一部が外周方向への凹部等を有していてもよい。以下に述べるように、モールド樹脂10の封入圧力に対する筐体の耐性を確保できる構成であれば、肉厚部13は、軸方向及び周方向に同厚みで連続した部分で概ね構成されていれば効果をえることができる。
【0026】
モールド樹脂10は、絶縁性と、ステータ12の耐久性と、ハウジング内での確実な固定をするために、樹脂がコアユニット12a間やハウジング内周との間に隙間なく十分に回り込むのが好ましい。このためにモールド樹脂10の封入圧は高圧となる場合もある。ハウジング1は、内部からの高圧環境に十分に耐えうる必要があるため、高圧に晒されるモールド領域に肉厚部13を有することで、径方向への圧力耐性を確保することができる。
【0027】
モールド樹脂10は、上型A・下型Bの樹脂封入穴(不図示)から囲繞空間(ステータ12側)に封入されるようになっている。モールド樹脂10が、コアユニット12a間やコアユニット12aの軸方向端面の一部又は全部やステータ12とハウジング1の肉厚部13の間等に回り込み、ステータ12の絶縁と、ハウジング1との固定とをするようになっている。なお、モールド樹脂10の封入後、上型A、下型B及び中型Cは軸方向に離間する。
【0028】
ここで、モールド樹脂10の封入によって、ステータ12がモールドステータとなるが、上型Aや下型Bと、ハウジング1内周の隙間から樹脂が漏れる虞がある。樹脂漏れの面からは、上型A、下型Bの外径と、ハウジング2の内径とを可能な限り隙間の無い寸法とすることが好ましいが、隙間を完全に無くす精度は作業性やコスト面からの課題が残る。また、ステータ12の安定的固定及び絶縁の信頼性の面から、モールド樹脂10がステータ12及びハウジング1内周間に隙間なく回り込めるように、樹脂の封入圧を高圧とする場合があるのは先に述べたが、かかる圧力は樹脂漏れを助長することにも作用する。モールド樹脂の封入後、隙間から漏れ出たモールド樹脂10を剥離するのは作業面から好ましくなく又そのまま硬化させ放置すれば、経年劣化等や駆動振動による自然剥離を招来し、ステータ12やロータ7といった部品に影響を及ぼす虞もある。
【0029】
そこで、本実施例の特徴の1つは、ハウジング1の肉厚部13の軸方向幅内に、ステータ10及びこれをモールドするモールド樹脂10が配置する構成を有する点である。換言すれば、ハウジング1の内周と、これに接するモールド樹脂10との境界が、肉厚部13の軸方向幅内に位置する構成である。更に換言すれば、モールド樹脂10と、これに接するハウジング1の内周との軸方向幅が、肉厚部13の軸方向幅以内となり、両者の軸方向の接触領域が肉厚部13の径方向投影面以内となる点である。
【0030】
このような構成を実現する構成及び一手段を図5及び図6を用いて説明する。
図5(a)は、上型Aをステータ12側から観察した場合の正面図である。上型Aは、ハウジング1の内筒内径よりもやや小且つ肉厚部13の内径よりは大となる外径を有する。ステータ10との対向面の外周寄りには、所定深さの環状の溝A5(図中ハッチングで示す。)を有する。
図5(b)に、図5(a)O-O´線の矢視断面を模式的に示す。溝A5は、図5(c)に示すような環状のシール部材15が配置する場所である。本実施例では、シール部材15の断面径は、溝A5の溝幅と概略同径或いはやや大径とし、溝A5に配置した際に、天地が逆転しても溝A5からシール部材15が脱落しないようになっている。また、溝A5の深さは、シール部材15の断面径よりも小となっている。このように、シール部材15を後述する肉厚部13の軸方向端面13a(段差面)と対向配置することができる。なお、シール部材15の断面形状は円形や楕円形として説明するが、矩形等他の形状であってもよい。
(【0031】以降は省略されています)

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