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公開番号2021125932
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210830
出願番号2020016800
出願日20200204
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
代理人特許業務法人開知国際特許事務所
主分類H02K 5/16 20060101AFI20210802BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】長期間使用しても固定子コアとハウジングを電気的に接続する導電性塗料が切断してしまうことを防止できるアキシャルギャップ型回転電機を提供する。
【解決手段】鉄心22にコイル24が巻回された複数の固定子コア21と、複数の固定子コア21が環状に配列された固定子2と、固定子2にエアギャップを介して対向する回転子3と、固定子2を覆うハウジング5と、固定子2とハウジング5の間に充填されたモールド樹脂9と、ハウジング5に設けられモールド樹脂9と嵌合する嵌合部521と、モールド樹脂9において嵌合部521を中心とする所定の領域12に設けられ鉄心22とハウジング5を電気的に接続する導電性部材10とを備える。
【選択図】 図6
特許請求の範囲【請求項1】
鉄心にコイルが巻回された複数の固定子コアと、
前記複数の固定子コアが環状に配列された固定子と、
前記固定子にエアギャップを介して対向する回転子と、
前記固定子を覆うハウジングと、
前記固定子と前記ハウジングの間に充填されたモールド樹脂と、
前記ハウジングに設けられ、前記モールド樹脂と嵌合する嵌合部と、
前記モールド樹脂の前記回転子に対向する表面における前記嵌合部を中心とする所定の領域に設けられ、前記鉄心と前記ハウジングを電気的に接続する導電性部材とを備えることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
続きを表示(約 2,300 文字)【請求項2】
請求項1記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記固定子は、前記鉄心が前記モールド樹脂から突出した突出部を有し、
前記突出部は、側壁が前記導電性部材と電気的に接続することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項3】
請求項1記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記ハウジングは発熱体により熱を受ける受熱部を有し、
前記嵌合部は、前記ハウジングの中心軸と前記受熱部を通過する面によって前記ハウジングの円筒部が区分されることで得られる2つの半円筒領域の少なくとも1つに設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項4】
請求項3記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記嵌合部は、前記2つの半円筒領域のそれぞれに、前記ハウジングの中心軸を挟んで対向するように設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項5】
請求項4記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記ハウジングの中心軸に直交する平面における前記ハウジングの中心点を基準として、前記受熱部が位置する方向を12時の方向とした場合に、
前記嵌合部は、前記ハウジングの中心点を基準として3時の方向と9時の方向に位置することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項6】
請求項1記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記嵌合部は、くびれ形状の部分を有する凸部または凹部を備えることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項7】
請求項6記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記嵌合部は、くびれ形状の部分を有する凸部を備え、
前記凸部は、前記ハウジングに取り付けられた部材であることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項8】
請求項2記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記導電性部材は、前記モールド樹脂の前記回転子と対向する表面の全てに設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項9】
請求項2記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記固定子は、回転軸が配置される軸心穴と、前記導電性部材を絶縁する第1絶縁部を有し、
前記第1絶縁部は、前記突出部の側壁と前記軸心穴の縁に接することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項10】
請求項9記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記第1絶縁部は、前記導電性部材が設けられる前記モールド樹脂の表面から突出したモールド樹脂により形成されていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項11】
請求項1記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記固定子は、前記鉄心が前記モールド樹脂から突出した複数の突出部と、回転軸が配置される軸心穴と、前記導電性部材を絶縁する複数の第2絶縁部とを有し、
前記複数の第2絶縁部の各々は、前記軸心穴の縁に接するとともに、前記複数の突出部のうち前記固定子の周方向に隣合う2つの突出部の間に位置するように設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項12】
請求項11記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記第2絶縁部は、前記導電性部材が設けられる前記モールド樹脂の表面から突出したモールド樹脂によって形成されていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項13】
請求項1記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記固定子は、前記鉄心が前記モールド樹脂から突出した複数の突出部と、回転軸が配置される軸心穴と、前記導電性部材を絶縁する第1絶縁部と複数の第2絶縁部とを有し、
前記第1絶縁部は、前記複数の突出部の各々の側壁と前記軸心穴の縁に接し、
前記複数の第2絶縁部の各々は、前記第1絶縁部と結合するとともに、前記複数の突出部のうち前記固定子の周方向に隣合う2つの突出部の間に位置するように設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項14】
請求項1記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記固定子は、前記鉄心が前記モールド樹脂から突出した複数の突出部と、回転軸が配置される軸心穴と、前記導電性部材を絶縁する複数の第1絶縁部と複数の第2絶縁部とを有し、
前記複数の第1絶縁部の各々は、前記複数の突出部のうちのいずれか1つに備わる側壁に接し、
前記複数の第2絶縁部の各々は、前記軸心穴の縁に接するとともに、前記複数の突出部のうち前記固定子の周方向に隣合う2つの突出部の間に位置するように設けられ、
前記複数の第2絶縁部の各々には、前記複数の第1絶縁部のうちの1つが結合し、
前記複数の第1絶縁部の各々と前記軸心穴の縁の間に前記導電性部材を備えることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項15】
請求項1記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記導電性部材が導電性塗料により形成され、
前記導電性塗料が塗布される前記モールド樹脂の表面が粗面であることを特徴とす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関する。
続きを表示(約 5,500 文字)【背景技術】
【0002】
鉄心に直接またはボビンを介してコイルを巻き回した固定子コアを回転軸に対して環状に配列し、ハウジングとの間にモールド樹脂を充填してハウジングに固定子コアを固定したアキシャルギャップ型回転電機では固定子コアがモールド樹脂により電気的に絶縁されている。そのため、固定子コアの電位は浮遊電位となり、固定子コアと回転子との間に蓄えられた静電容量により軸電圧が発生する。この軸電圧が軸受の油膜の絶縁破壊電圧と比較して大きい場合、軸受に電食が発生し軸受の寿命が低下する一因となる。この軸電圧を低減する技術が特許文献1に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2014−017915号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1には、固定子コアとハウジングとを板状の導電性部材により電気的に接続した後に固定子を樹脂モールドで保持するアキシャルギャップ型回転電機が開示されている。このアキシャルギャップ型回転電機では、板状の導電性部材により固定子コアがハウジングにアースされるため、固定子コアの電位が浮動電位となることが抑制され、軸電圧の発生を防止できる。
【0005】
このアキシャルギャップ型回転電機において、樹脂モールドの回転子と対向する面に導電性塗料を塗布して固定子コアとハウジングを電気的に接続することができれば、板状の導電性部材が不要になり製造コストの削減が見込める。しかしながら、アキシャルギャップ型回転電機は長期間使用すると、樹脂モールドとハウジングの間に隙間ができる場合がある。板状の導電性部材に代えて導電性塗料を用いた場合には、この隙間の発生に伴って導電性塗料が切断され、固定子コアが再び電気的に絶縁される懸念がある。
【0006】
本発明の目的は、長期間使用しても固定子コアとハウジングを電気的に接続する導電性塗料が切断されることを防止でき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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明は、鉄心にコイルが巻回された複数の固定子コアと、前記複数の固定子コアが環状に配列された固定子と、前記固定子にエアギャップを介して対向する回転子と、前記固定子を覆うハウジングと、前記固定子と前記ハウジングの間に充填されたモールド樹脂と、前記ハウジングに設けられ前記モールド樹脂と嵌合する嵌合部と、前記モールド樹脂の前記回転子に対向する表面における前記嵌合部を中心とする所定の領域に設けられ、前記鉄心と前記ハウジングを電気的に接続する導電性部材とを備える。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、アキシャルギャップ型回転電機の製造コストを下げることができるとともに、アキシャルギャップ型回転電機を長期間使用しても軸受電食の発生を抑制できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
比較例に係るアキシャルギャップ型回転電機の断面斜視図である。
比較例に係るアキシャルギャップ型回転電機のハウジングと固定子の断面図である。
比較例に係るアキシャルギャップ型回転電機の固定子と、回転子と、ハウジングの円筒部の斜視図である。
比較例に係るアキシャルギャップ型回転電機を長期間使用する前のハウジングと固定子をシャフトの軸方向から見た模式図である。
比較例に係るアキシャルギャップ型回転電機を長期間使用した後のハウジングと固定子をシャフトの軸方向から見た模式図である。
本発明の第1の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を長期間使用する前のハウジングと固定子をシャフトの軸方向から見た模式図である。
本発明の第1の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の嵌合部の拡大斜視図である。
本発明の第2の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を長期間使用する前のハウジングと固定子をシャフトの軸方向から見た模式図である。
本発明の第3の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を長期間使用する前のハウジングと固定子をシャフトの軸方向から見た模式図である。
本発明の第3の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の嵌合部の拡大斜視図である。
本発明の第4の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の嵌合部の拡大斜視図で、(a)は凸部材をハウジングのガイド部に取り付ける前の図、(b)は凸部材をハウジングのガイド部に取り付けた後の図である。
本発明の第5の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を長期間使用する前のハウジングと板状の第1絶縁部を有する固定子をシャフトの軸方向から見た模式図である。
本発明の第5の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を長期間使用する前のハウジングと環状の第1絶縁部を有する固定子をシャフトの軸方向から見た模式図である。
本発明の第6の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を長期間使用する前のハウジングと固定子をシャフトの軸方向から見た模式図である。
本発明の第7の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を長期間使用する前のハウジングと固定子をシャフトの軸方向から見た模式図である。
本発明の第8の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を長期間使用する前のハウジングと固定子をシャフトの軸方向から見た模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を用いて、本発明の第1〜第8の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の構成及び動作について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。
【0011】
図1は、比較例に係るアキシャルギャップ型回転電機の断面斜視図である。図1に示すように比較例に係るアキシャルギャップ型回転電機100は、2枚の回転子が固定子を挟み込んだダブルロータ型である。
【0012】
アキシャルギャップ型回転電機100は、固定子2と、回転子3、シャフト4と、ハウジング5と、軸受6と、フロントハウジング7と、バックハウジング8とを備えている。
【0013】
固定子2は、複数の固定子コア21をシャフト4に対して環状に配列し固定した電機子である。固定子コア21は、鉄心22とボビン23とコイル24とを備える。鉄心22は所定の形状に打抜いた電磁鋼板等の軟磁性薄板を積層した鉄の塊である。ボビン23は筒状の樹脂である。コイル24は磁界を発生させる電線である。ボビン23の内筒部には鉄心22が挿入される。また、ボビン23の外筒部にはコイル24が巻き回されている。
【0014】
回転子3は、複数の扇状の磁石31と円板状の基台32を有する。複数の扇状の磁石31は、円板状の基台32の固定子2側の端面に環状に固定され、エアギャップを介して固定子2に対向する。基台32の中心にはシャフト4が結合されている。そのため、回転子3とともにシャフト4は回転する。
【0015】
シャフト4は動力を出力する回転軸である。シャフト4は2つの軸受6により支持されている。2つの軸受6のそれぞれは、フロントハウジング7とバックハウジング8に備わっている。
【0016】
ハウジング5は、固定子2を覆う円筒部51を有する金属部材である。ハウジング5の端部には、フロントハウジング7とバックハウジング8が取り付けられている。
【0017】
図2に比較例に係るアキシャルギャップ型回転電機100のハウジング5と固定子2の断面図を示す。ハウジング5の円筒部51には、図2に示すように、ハウジング5の内径方向に突き出たガイド部52が設けられている。ガイド部52によってハウジング5内の所定位置に固定子2は配置される。ハウジング5内に位置決めされた固定子2とハウジング5の間には、図2に示すようにモールド樹脂9が充填され固化している。これにより、固定子2はハウジング5に固定される。
【0018】
このように構成されたアキシャルギャップ型回転電機100はコイル24に交流電力を供給すると回転トルクが出力され、モータとして使用できる。また、アキシャルギャップ型回転電機100は、シャフト4に回転動力を供給すると電気を出力し、発電機として使用できる。
【0019】
図3は、比較例に係るアキシャルギャップ型回転電機100の固定子2と、回転子3と、ハウジング5の円筒部51の斜視図である。なお、モールド樹脂9の形状を明らかにするため、ハウジング5の円筒部51は前側を省略した。また、ガイド部52についても省略した。
【0020】
図3に示すようにモールド樹脂9は、固定子2とハウジング5の間に充填され固化している。そのため、上記のように固定子2はモールド樹脂9によりハウジング5に固定されている。また、モールド樹脂9の回転子3に対向する面には鉄心22の端部が突出し、突出部221を形成している。これにより、固定子2は、回転子3に対向する面に複数の突出部221を有している。
【0021】
図4は、比較例に係るアキシャルギャップ型回転電機100を長期間使用する前のハウジング5及び固定子2をシャフト4の軸方向から見た模式図である。
【0022】
図4に示すように、モールド樹脂9は、回転子3と対向する表面に、複数の突出部221と1つの軸心穴25を有している。また、回転子3に対向するモールド樹脂9とガイド部52の表面には導電性部材10が設けられている。
【0023】
モールド樹脂9の表面に設けられた導電性部材10は、突出部221の側面222と接触している。これにより、ガイド部52を有するハウジング5と鉄心22は、導電性部材10により電気的に接続している。
【0024】
なお、導電性部材10は導電性塗料であることが好ましい。このことにより、導電性塗料をモールド樹脂9とガイド部52の表面に塗布するという容易な工程で導電性部材10を設けることができ、製造コストを削減できる。
【0025】
導電性塗料のベース基材には、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、シリコーン系樹脂などが、単独または混合して使用される。また、導電性塗料の導電性粒子は、導電性を有する物質であれば良く、例えば、銀、銅、金、ニッケル、アルミニウム、炭素などが用いられ、電気抵抗値が低い銀や銅が特に好ましい。また、導電性部材10は、ペースト状導電性粒子が溶融後固化する材料を用いてもよい。
【0026】
また、導電性部材10は非磁性体であることが好ましい。非磁性体の導電性部材10をモールド樹脂9の回転子3に対向する面に設けることにより、コイル24から回転子3へ誘起されるコモンモード電圧による静電結合を導電性部材10は遮蔽(シールド)することができる。これにより、軸受6に加わる電圧は低減される。そのため、軸受6の電食は抑制される。したがって、非磁性体の導電性部材10は、モールド樹脂9の回転子3に対向する全面に設けることが好ましい。
【0027】
一方、突出部221の回転子3に対向する表面には、導電性部材10を設けない。これにより、コイル24から発せられる回転磁力は、導電性部材10によりシールドされることなく、鉄心22の一方の端面から他方の端面を通過し、回転子3を回転させる。これにより、アキシャルギャップ型回転電機100のモータ効率の低下を防ぐことができる。
【0028】
なお、複数の突出部221のそれぞれの周囲に導電性部材10を設けると、突出部221の周囲を渦電流101(矢印の向きは例示)が周回するようになる。また、軸心穴25の縁251からハウジング5に向かって伸び、複数の突出部221のうち固定子2の周方向に隣合う2つの突出部221の間を通過にように設けられた導電性部材10を渦電流102(矢印の向きは例示)が周回するようになる。
【0029】
ハウジング5の円筒部51には、コイル24と結線する渡り線(図示せず)を引き出すための口出し開口部53が設けられている。そして、口出し開口部53が設けられた円筒部51の外側には端子台54が設けられている。端子台54には、口出し開口部53から引き出された渡り線(図示せず)と、電源に電気的に接続する電線(図示せず)が、電気的に接続されている。
【0030】
端子台54が設けられた円筒部51には、端子台54を覆う端子箱55が取り付けられている。電源と電気的に接続する端子台54は熱を発する。そのため、円筒部51は、端子台54から発せられた熱を受ける受熱部56を有している。
(【0031】以降は省略されています)

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