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公開番号2021069268
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210430
出願番号2020117231
出願日20200707
発明の名称アキシャルギャップ型回転電機およびその製造方法
出願人株式会社神戸製鋼所
代理人個人,個人,個人
主分類H02K 1/14 20060101AFI20210402BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】優れた鉄損特性を有し、モータ出力を改善できるアキシャルギャップ型回転電機およびその製造方法を提供する。
【解決手段】アキシャルギャップ型回転電機1は、回転軸10を中心として回転可能なロータ20と、ロータ20に対して空隙を介して回転軸10の軸方向Zに対向配置されたステータ40とを備える。ロータ20は、回転軸10の周方向θに沿って異なる磁極が交互に並ぶように配置された複数の永久磁石22を含む。ステータ40は、周方向θに沿って配置された複数のステータコア50と、各ステータコア50の周囲に巻回された複数のコイル43とを含む。ステータコア50は、軟磁性材料からなる複数の線材51が軸方向Zに沿って束ねられた束状コア53と、複数の線材51のうち少なくとも一部が軸方向Zに対して傾斜した変形コア55とを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
回転軸を中心として回転可能なロータと、
前記ロータに対して空隙を介して前記回転軸の軸方向に対向配置されたステータとを備え、
前記ロータは、前記回転軸の周方向に沿って異なる磁極が交互に並ぶように配置された複数の永久磁石を含み、
前記ステータは、前記回転軸の周方向に沿って配置された複数のステータコアと、各ステータコアの周囲に巻回された複数のコイルとを含み、
前記ステータコアは、軟磁性材料からなる複数の線材が前記回転軸の軸方向に沿って束ねられた束状コアと、複数の線材のうち少なくとも一部が該軸方向に対して傾斜した変形コアとを含む、アキシャルギャップ型回転電機。
続きを表示(約 2,200 文字)【請求項2】
前記ステータの両側に前記ロータがそれぞれ配置されたダブルロータ・シングルステータ型である請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項3】
前記ステータの片側に前記ロータが配置されたシングルロータ・シングルステータ型である請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項4】
前記ロータの両側に前記ステータがそれぞれ配置されたシングルロータ・ダブルステータ型である請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項5】
前記変形コアは、前記コイルの軸方向端面を部分的に覆う形状を有する請求項1〜4のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項6】
前記変形コアは、線材が前記コイルから遠くなるほど、該線材の端面位置は前記ステータコアの中心に接近する段差構造を有する請求項5に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項7】
前記複数の線材は、円形、半円形、六角形、四角形または三角形の断面形状を有し、第1外径を有する第1線材グループと、円形、半円形、六角形、四角形または三角形の断面形状を有し、第1外径より小さい第2外径を有する第2線材グループとを含む請求項1〜6のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項8】
前記束状コアの外部には、複数の線材を束ねるための枠部材が設けられる請求項1〜6のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項9】
前記ステータコアは、前記軟磁性材料からなる複数の線材に加えて、前記軟磁性材料よりも強度の高い材料からなる高強度線材を含む請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項10】
前記複数の線材は、円形、半円形、六角形、四角形または三角形の断面形状を有する第1線材グループと、円形、半円形、六角形、四角形または三角形の断面形状を複数組み合わせた異形断面形状を有する第2線材グループとを含む請求項1〜6のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項11】
前記複数の線材のうち第1線材の側面には、凹部及び/又は凸部が形成され、
前記複数の線材のうち、該第1線材に隣接する第2線材の側面には、該第1線材の凹部及び/又は凸部と嵌り合う凸部及び/又は凹部が形成される請求項1〜6のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項12】
前記ロータの両側に前記ステータがそれぞれ配置され、
各ステータの背面側に、磁気回路の一部を構成するバックヨークがそれぞれ設置されたシングルロータ型であって、
該バックヨークは、前記ステータコアを構成する前記複数の線材と一体的に構成される請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項13】
請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機を製造する方法であって、
軟磁性材料からなる複数の線材を束ねて、線材集合体を形成するステップと、
複数の線材のうち少なくとも一部を一端で折り曲げて、第1変形コアを形成するステップと、
前記線材集合体の周囲にコイルを設置するステップと、
前記複数の線材のうち少なくとも一部を他端で折り曲げて、第2変形コアを形成するステップとを含む製造方法。
【請求項14】
請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機を製造する方法であって、
軟磁性材料からなる複数の線材を束ねて、線材集合体を形成するステップと、
前記線材集合体の周囲にコイルを設置するステップと、
金型を用いて、複数の線材のうち少なくとも一部を両端において線材の長手方向に加圧して折り曲げ、第1変形コアおよび第2変形コアを形成するステップとを含む製造方法。
【請求項15】
請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機を製造する方法であって、
軟磁性材料からなる複数の線材を束ねて、線材集合体を形成するステップと、
前記線材集合体の周囲にコイルを設置するステップと、
金型を用いて、複数の線材のうち少なくとも一部を両端において線材の長手方向に加圧して潰し、第1変形コアおよび第2変形コアを形成するステップとを含む製造方法。
【請求項16】
請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機を製造する方法であって、
軟磁性材料からなる複数の線材を束ねて、線材集合体を形成するステップと、
前記線材集合体の周囲にコイルを設置するステップと、
複数の線材のうち少なくとも一部を両端において1本ずつ折り曲げて、第1変形コアおよび第2変形コアを形成するステップとを含む製造方法。
【請求項17】
軟磁性材料からなる複数の線材を束ねて、線材集合体を形成するステップは、
枠部材を用いて複数の線材を束ねるステップと、
束ねた複数の線材を接着するステップと、
接着した複数の線材から前記枠部材を取り外すステップとを含む請求項13〜16のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機の製造方法。

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およびその製造方法に関する。
続きを表示(約 5,100 文字)【背景技術】
【0002】
空隙を介して回転軸の軸方向にロータとステータとが対向配置されたアキシャルギャップ型回転電機が知られている。ステータは、周方向に沿って配置された複数のステータコアと、各ステータコアの周囲に巻回された複数のコイルとを含む。ステータコアは、渦電流損を低減するために、電磁鋼板の積層体(特許文献1)、アモルファス金属箔の巻鉄心(特許文献2)、軟磁性線材の集合体(特許文献3)、磁性粒子のプレス成形品(特許文献4,5)などを用いて製作される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2012−50271号公報
特許第5567311号公報
特開2018−7304号公報
特開2012−518378号公報
特開2013−537797号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
アキシャルギャップ型回転電機の出力は、ロータとステータ間の磁束量によって決まる。この磁束量は磁気抵抗が小さいほど大きくなる。そのためステータコアの磁気抵抗を小さくするための工夫が望まれる。
【0005】
また、従来のステータコアでは、ロータからの磁束がステータコアだけでなく、ステータコアに巻線されたコイルにも侵入することが可能である。そのためコイルにおいて渦電流が発生し、損失が増大してしまう。
【0006】
また、ステータコアを複数のコア部品で組み立てた場合、コア部品の接合面に空隙が生じることが避けられず、これにより磁気抵抗が増加してしまう。
【0007】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、優れた鉄損特性を有し、従来に比して高出力が得られるアキシャルギャップ型回転電機を提供することにある。また、本発明の他の目的は、こうしたアキシャルギャップ型回転電機を効率的に製造できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様のアキシャルギャップ型回転電機は、
回転軸を中心として回転可能なロータと、
前記ロータに対して空隙を介して前記回転軸の軸方向に対向配置されたステータとを備え、
前記ロータは、前記回転軸の周方向に沿って異なる磁極が交互に並ぶように配置された複数の永久磁石を含み、
前記ステータは、前記回転軸の周方向に沿って配置された複数のステータコアと、各ステータコアの周囲に巻回された複数のコイルとを含み、
前記ステータコアは、軟磁性材料からなる複数の線材が前記回転軸の軸方向に沿って束ねられた束状コアと、複数の線材のうち少なくとも一部が該軸方向に対して傾斜した変形コアとを含む。
【0009】
この態様において、アキシャルギャップ型回転電機は、前記ステータの両側に前記ロータがそれぞれ配置されたダブルロータ・シングルステータ型でもよい。
【0010】
この態様において、アキシャルギャップ型回転電機は、前記ステータの片側に前記ロータが配置されたシングルロータ・シングルステータ型でもよい。
【0011】
この態様において、アキシャルギャップ型回転電機は、前記ロータの両側に前記ステータがそれぞれ配置されたシングルロータ・ダブルステータ型でもよい。
【0012】
この態様において、前記変形コアは、前記コイルの軸方向端面を部分的に覆う形状を有してもよい。
【0013】
この態様において、前記変形コアは、線材が前記コイルから遠くなるほど、該線材の端面位置は前記ステータコアの中心に接近する段差構造を有してもよい。
【0014】
この態様において、前記複数の線材は、円形、半円形、六角形、四角形または三角形の断面形状を有し、第1外径を有する第1線材グループと、円形、半円形、六角形、四角形または三角形の断面形状を有し、第1外径より小さい第2外径を有する第2線材グループとを含んでもよい。
【0015】
この態様において、前記束状コアの外部には、複数の線材を束ねるための枠部材が設けられてもよい。
【0016】
この態様において、前記ステータコアは、前記軟磁性材料からなる複数の線材に加えて、前記軟磁性材料よりも強度の高い材料からなる高強度線材を含んでもよい。
【0017】
この態様において、前記複数の線材は、円形、半円形、六角形、四角形または三角形の断面形状を有する第1線材グループと、円形、半円形、六角形、四角形または三角形の断面形状を複数組み合わせた異形断面形状を有する第2線材グループとを含んでもよい。
【0018】
前記複数の線材のうち第1線材の側面には、凹部及び/又は凸部が形成され、
前記複数の線材のうち、該第1線材に隣接する第2線材の側面には、該第1線材の凹部及び/又は凸部と嵌り合う凸部及び/又は凹部が形成されてもよい。
【0019】
前記ロータの両側に前記ステータがそれぞれ配置され、
各ステータの背面側に、磁気回路の一部を構成するバックヨークがそれぞれ設置されたシングルロータ・ダブルステータ型であって、
該バックヨークは、前記ステータコアを構成する前記複数の線材と一体的に構成されてもよい。
【0020】
上記のアキシャルギャップ型回転電機を製造する方法は、
軟磁性材料からなる複数の線材を束ねて、線材集合体を形成するステップと、
複数の線材のうち少なくとも一部を一端で折り曲げて、第1変形コアを形成するステップと、
前記線材集合体の周囲にコイルを設置するステップと、
前記複数の線材のうち少なくとも一部を他端で折り曲げて、第2変形コアを形成するステップとを含む。
【0021】
上記のアキシャルギャップ型回転電機を製造する方法は、
軟磁性材料からなる複数の線材を束ねて、線材集合体を形成するステップと、
前記線材集合体の周囲にコイルを設置するステップと、
金型を用いて、複数の線材のうち少なくとも一部を両端において線材の長手方向に加圧して折り曲げ、第1変形コアおよび第2変形コアを形成するステップとを含む。
【0022】
上記のアキシャルギャップ型回転電機を製造する方法は、
軟磁性材料からなる複数の線材を束ねて、線材集合体を形成するステップと、
前記線材集合体の周囲にコイルを設置するステップと、
金型を用いて、複数の線材のうち少なくとも一部を両端において線材の長手方向に加圧して潰し、第1変形コアおよび第2変形コアを形成するステップとを含む。
【0023】
上記のアキシャルギャップ型回転電機を製造する方法は、
軟磁性材料からなる複数の線材を束ねて、線材集合体を形成するステップと、
前記線材集合体の周囲にコイルを設置するステップと、
複数の線材のうち少なくとも一部を両端において1本ずつ折り曲げて、第1変形コアおよび第2変形コアを形成するステップとを含む。
【0024】
軟磁性材料からなる複数の線材を束ねて、線材集合体を形成する上記ステップは、
枠部材を用いて複数の線材を束ねるステップと、
束ねた複数の線材を接着するステップと、
接着した複数の線材から前記枠部材を取り外すステップとを含んでもよい。
【0025】
なお、コイルは、第1変形コアおよび第2変形コアを形成した後に線材集合体の周囲に巻線することによって製作することも可能である。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、優れた鉄損特性を有し、従来に比して高出力が得られるアキシャルギャップ型回転電機を提供できる。
また本発明によれば、こうしたアキシャルギャップ型回転電機を効率的に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
本実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の構成の一例を示す縦断面図。
ダブルロータ・シングルステータ型のアキシャルギャップ型回転電機の概略構成を示す斜視図。
シングルロータ・シングルステータ型のアキシャルギャップ型回転電機の概略構成を示す斜視図。
シングルロータ・ダブルステータ型のアキシャルギャップ型回転電機の概略構成を示す斜視図。
ロータに設置される永久磁石の配置の一例を示す平面図。
ステータに設置されるステータコアおよびコイルの配置の一例を示す平面図。
ステータコアおよびコイルの形状の一例を示す斜視図。
コイルなし状態でのステータコアの形状の一例を示す斜視図。
ステータコアおよびコイルの形状の一例を示す平面図。
コイルなし状態でのステータコアの形状の一例を示す側面図。
ステータコアおよびコイルの形状の他の例を示す斜視図。
コイルなし状態でのステータコアの形状のさらに他の例を示す斜視図。
コイルなし状態でのステータコアの形状のさらに他の例を示す斜視図。
図14(A)は、異なる直径を有する円形断面の線材を束ねたコアを示す平面図。図14(B)は、異なる直径を有する六角形断面および円形断面の線材を束ねたコアを示す平面図。
図15(A)〜(D)は、変形コアの機能を示す説明図。
本実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の製造方法の一例を示すフローチャート。
製造方法の一例を示す説明図。
本実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の製造方法の他の例を示すフローチャート。
製造方法の他の例を示す説明図。
本実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の製造方法のさらに他の例を示すフローチャート。
本実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の製造方法のさらに他の例を示すフローチャート。
製造方法のさらに他の例を示す説明図。
線材集合体を形成するステップの具体例を示す説明図。
ステータコアおよびコイルの形状のさらに他の例を示す斜視図。
ステータコアに引張荷重が作用する状態を示す説明図。
複数の線材に引張荷重が作用する状態を示すモデル図。
ステータコアが異形断面形状を有する線材を含む状態を示す斜視図。
線材の側面に凹部及び/又は凸部が形成された状態の一例を示す断面図。
線材の側面に凹部及び/又は凸部が形成された状態の他の例を示す断面図。
複数の線材が図28に示す凹凸配列パターンで配置された状態を示す斜視図。
シングルロータ・ダブルステータ型のアキシャルギャップ型回転電機においてバックヨークを複数の線材で構成した例を示す斜視図。
図32(A)は、ステータユニットをロータユニット側から見た部分斜視図。図32(B)は、ステータユニットの部分側面図。図32(C)は、ステータユニットのバックヨークを示す部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【0029】
(実施形態1)
図1は、本実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の構成の一例を示す縦断面図であり、部分的に側面図を含む。なお、「回転電機」とは、回転部を有する電気機械であり、電動機、発電機、電動機兼発電機を含む総称である。
【0030】
アキシャルギャップ型回転電機1は、回転軸10を中心として回転可能なロータ20と、ロータ20に対して空隙を介して回転軸10の軸方向Zに対向配置されたステータ40とを備える。
(【0031】以降は省略されています)

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