特開2015-228780(P2015-228780A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-228780(P2015-228780A)
(43)【公開日】2015年12月17日
(54)【発明の名称】アキシャルギャップ型回転電機
(51)【国際特許分類】
   H02K 1/18 20060101AFI20151120BHJP
   H02K 1/20 20060101ALI20151120BHJP
   H02K 15/02 20060101ALI20151120BHJP
   H02K 21/24 20060101ALI20151120BHJP
   H02K 9/19 20060101ALI20151120BHJP
【FI】
   H02K1/18 C
   H02K1/18 A
   H02K1/20 Z
   H02K15/02 D
   H02K21/24 M
   H02K9/19 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】26
(21)【出願番号】特願2014-114499(P2014-114499)
(22)【出願日】2014年6月3日
(71)【出願人】
【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100100310
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 学
(74)【代理人】
【識別番号】100098660
【弁理士】
【氏名又は名称】戸田 裕二
(74)【代理人】
【識別番号】100091720
【弁理士】
【氏名又は名称】岩崎 重美
(72)【発明者】
【氏名】中原 明仁
(72)【発明者】
【氏名】出口 見多
(72)【発明者】
【氏名】菊地 聡
(72)【発明者】
【氏名】堤 芳紹
(72)【発明者】
【氏名】田中 雄一郎
【テーマコード(参考)】
5H601
5H609
5H615
5H621
【Fターム(参考)】
5H601AA01
5H601AA09
5H601AA16
5H601CC01
5H601CC15
5H601DD09
5H601DD12
5H601DD22
5H601DD30
5H601EE03
5H601EE14
5H601GA07
5H601GA10
5H601GA38
5H601GA40
5H601GB05
5H601GB13
5H601GD02
5H601GD08
5H601GD12
5H601GD22
5H601GE02
5H601KK08
5H601KK13
5H601KK15
5H601KK18
5H609BB03
5H609BB21
5H609PP02
5H609PP06
5H609PP08
5H609QQ04
5H609QQ11
5H609RR36
5H615AA01
5H615BB01
5H615BB07
5H615BB15
5H615PP01
5H615PP07
5H615SS05
5H615SS19
5H615SS20
5H621GA01
5H621GA04
5H621GA09
5H621GA16
5H621HH01
5H621JK03
5H621JK11
(57)【要約】
【課題】アキシャルギャップ型の回転電機において、積層鉄心を安定に保持するとともに製作を容易にした回転電機を提供する。
【解決手段】固定子と、軸方向に固定子と対向して配置される回転子と、を備え、固定子は、周方向に配置したコアとコアを保持する保持部材と、を備え、コアは、周方向に突出する突出部を有し、保持部材は、径方向に延在する第一延在部及び第二延在部を有し、突出部は、第一延在部と第二延在部で挟み込まれるアキシャルギャップ型回転電機。
【選択図】 図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
固定子と、
軸方向に前記固定子と対向して配置される回転子と、を備え、
前記固定子は、
周方向に配置したコアと
前記コアを保持する保持部材と、を備え、
前記コアは、周方向に突出する突出部を有し、
前記保持部材は、径方向に延在する第一延在部及び第二延在部を有し、
前記突出部は、前記第一延在部と前記第二延在部で挟み込まれるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項2】
請求項1において、
前記第一延在部は、径方向において前記コアと重なり合う係止部を有するアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項3】
請求項2において、
前記係止部は、径方向において前記突出部と重なり合うように軸方向に屈曲するアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項4】
請求項2において、
前記係止部は、径方向において前記コアと重なり合うように周方向に屈曲するアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項5】
請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記保持部材は、前記第一延在部を有する第一保持部材と、前記第二延在部を有する第二保持部材と、により構成され、
前記第二保持部材は、冷媒が流れる流路空間を設けるように、軸方向に前記第一保持部材と対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項6】
請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記保持部材は、前記第一延在部を有する第一保持部材と、前記第二延在部を有する第二保持部材と、により構成され、
前記第一保持部材は、前記第一延在部と前記第二延在部をボルトにより固定することにより、前記第二保持部材と接続され、
軸方向から投影した場合、前記ボルトは、前記ボルトの射影部が前記突出部の射影部と重なるように形成され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。
【背景技術】
【0002】
固定子と対向して軸方向に回転子が配置されるアキシャルギャップ型の回転電機においては、特許文献1で指摘されているように、所望の磁気回路を構成できるように固定子コアの支持部材を適切に配置する必要がある。例えば、特許文献1では、センターピースの周縁部に設けた複数の被係合部にセグメントステータコアの係合部を係合させることによりコアを保持している。また、特許文献2では金属製の鉄心保持部材に予め設けた溝へ固定子鉄心を圧入する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2013−90461号公報
【特許文献2】特開2010−246171号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、回転電機自体の出力を大きく設計する場合や、設置箇所の振動が大きな場合、上述した方法では固定子に掛かる振動に対して十分な保持強度を得られない可能性がある。
【0005】
また、アキシャルギャップ型回転電機の固定子鉄心は特許文献1のように複数のセグメントあるいはピースから構成されることがあり、こうした場合、積層間を高強度に一体化するカシメなどの加工が出来ない場合もある。こうした場合には、固定子鉄心に積層鋼板を用いる場合には積層間のずれが生じないよう、積層方向に対しても保持する必要がある。
【0006】
さらに、特許文献1に示されるように、各々のセグメントコアを径方向からセンターピースなどの保持部材に組立てることついては、外径から、内径から、のいずれから挿入する場合にも製作時に課題がある。まず、外径方向から組立てる場合には、固定子の外周部を焼き嵌めなどによってハウジングで固定することが困難となる可能性がある。また、内径方向から組立てる場合には、固定子の内周長に対してセグメントコアの径方向寸法が大きな場合、作業性が悪くなる可能性がある。
【0007】
本発明が解決しようとする課題は、アキシャルギャップ型の回転電機において、積層鉄心を安定に保持するとともに製作を容易にした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】
【0008】
上記課題を解決するため、本発明の特徴は、例えば以下の通りである。
【0009】
固定子と、軸方向に固定子と対向して配置される回転子と、を備え、固定子は、周方向に配置したコアとコアを保持する保持部材と、を備え、コアは、周方向に突出する突出部を有し、保持部材は、径方向に延在する第一延在部及び第二延在部を有し、突出部は、第一延在部と第二延在部で挟み込まれるアキシャルギャップ型回転電機。
【発明の効果】
【0010】
本発明により、アキシャルギャップ型の回転電機において、積層鉄心を安定に保持するとともに製作を容易にすることにある。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】
【0011】
図1】本発明の一実施形態に係る回転電機全体を示す外観図である。
図2】本発明による回転電機全体について一部周長をカットして示した図である。
図3】本発明による回転電機全体を構成部位ごとに分解した図である。
図4】本発明の一実施形態に係る回転電機の回転子を構成する部品を示す図である。
図5】実施形態1による回転電機の固定子を構成部品ごとに分解した図である。
図6】実施形態1による回転電機の固定子鉄心を軸方向出力側から見た図である。
図7】実施形態1による回転電機の固定子鉄心のスロット部における周方向断面図である。
図8】実施形態2による回転電機の固定子鉄心を構成部品ごとに分解した図である。
図9】実施形態2による回転電機の固定子鉄心を軸方向出力側から見た図である。
図10】実施形態3による回転電機の固定子鉄心を構成部品ごとに分解した図である。
図11】実施形態3による回転電機の固定子鉄心と保持部材を示す断面拡大図である。
図12】実施形態3による保持部材の拡大図である。
図13】実施形態4による回転電機の固定子鉄心と保持部材を示す断面拡大図である。
図14】実施形態5による固定子鉄心のスロット部近傍を軸方向から見た図である。
図15】実施形態5による保持部材の拡大図である。
図16】実施形態6による回転電機の固定子鉄心と保持部材を示す断面拡大図である。
図17】実施形態7による回転電機の固定子鉄心と保持部材を示す断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【実施例1】
【0013】
本発明の一実施形態に係る回転電機全体を示す外観図を図1に示した。回転電機100は、図示しない回転子1、図示しない固定子2、シャフト7、ハウジング11、ブラケット12を有する。円筒状のハウジング11とハウジング11の軸方向両端から蓋をするように取付けられたブラケット12で囲まれた空間内に、図示しない回転子1と固定子2が収納されている。ブラケット12は、出力側ブラケット12aおよび反出力側ブラケット12bで構成される。
【0014】
ハウジング11は、固定子2を外径から覆うように取付けられ,固定子2を固定および保持する。
【0015】
出力側ブラケット12aは、軸方向出力側端からハウジング11に取付けられ、軸受8を介して回転子1を保持する。反出力側ブラケット12bは、軸方向反出力側端からハウジング11に取付けられ、軸受8を介して回転子1を保持する。
【0016】
シャフト7は、出力軸であり、回転電機100が電動機として運転される場合には出力を機械的な負荷へ伝達し、発電機の場合には機械動力を回転電機への入力として受け取る。
【0017】
回転電機100の各構成部品は概ね円周あるいは円筒形状であるが、以下の説明では、各構成部品とそれらの断面形状が見えるよう、周方向の一部を削除した図を用いて説明を行う。図2から図5はいずれも実施形態1に関わる図である。
【0018】
図2は回転電機全体について周方向の一部を削除して示したもの、図3は回転電機全体を構成部位ごとに分解した図である。出力側ブラケット12aおよびハウジング11は半周分を切除し、出力側回転子1a、固定子2も周方向の一部を削除して図示している。反出力側回転子1bおよび反出力側ブラケット12bは全周分を図示している。
【0019】
固定子2の軸方向に対向して、出力側回転子1aと反出力側回転子1b、2つの回転子1が配置されており、回転子1はいずれもシャフト7と一体かつ回転可能に構成されており、出力側回転子1aは軸受8によって出力側ブラケット12aに支持されている。図示していない反出力側にも軸受8が配置され、反出力側回転子1bは軸受8によって反出力側ブラケット12bに支持されている。軸受8は、回転子1をブラケット12に回転可能に保持する。
【0020】
図4は、本発明の一実施形態による回転電機の回転子を構成する部品を示した図である。回転子1は、回転子鉄心9と複数の永久磁石10と回転子枠13から構成されている。回転子鉄心9は周方向に連続したヨーク14と、対向する固定子との空隙方向に突出した突極部15からなる。
【0021】
アキシャルギャップ型の回転電機では、空隙を軸方向に通過した磁束は回転子1あるいは固定子2に設けられたヨーク14において周方向へ移行することで1極対分の磁束経路を形成する。本実施形態では、磁束が周方向に移行するヨーク14が回転子鉄心9に設けてある。したがって、磁束は永久磁石10から対向する固定子鉄心6との空隙を通った後、コア3を軸方向に貫通して、他方の永久磁石10に至り、回転子鉄心9を周方向に通過した後、隣接する極の永久磁石10に至る経路を取る。すなわち、固定子鉄心6に周方向に連続したヨーク14のような磁性体部材を設けた場合、磁束が短絡する経路が形成され、回転電機の出力低下の原因となる。このため、本実施形態では、固定子鉄心6における磁路の短絡を防ぐため、保持部材4は非磁性の金属あるいは樹脂などの材料で作成することが望ましい。
【0022】
図5は固定子2を構成部品ごとに分解したものであり、図6はさらに固定子鉄心6の一部を軸方向出力側から見た図、図7はスロット部における周方向断面図である。
【0023】
固定子2は、コイル5、固定子鉄心6で構成されている。固定子鉄心6は、コア3、2つの保持部材4で構成されている。複数のコア3は2つの保持部材4に保持されている。固定子鉄心6にコイル5が巻回されている。
【0024】
コア3は、周方向に配置されている。コア3は、積層鋼板を径方向に積層して作成したものである。積層鋼板を径方向に積層して作成することで、ギャップを通過する主磁束およびコイル5が作る漏れ磁束が鋼板面に鎖交しにくくなる。コア3は、周方向に突出する突出部31を有する。また、周方向において、コア3の両側面に突出部31が形成されている。
【0025】
図7のように、保持部材4は、径方向に延在する第一延在部41と第二延在部42とを有する。図5においては、2つの保持部材4の内の一方が第一延在部41を有し、他方が第二延在部42を有する。第一延在部41と第二延在部42は、径方向に延在している。保持部材4の第一延在部41と第二延在部42によってコア3の突出部31を挟み込むことによりコア3が保持されている。
【0026】
本構成により、コア3のずれを抑制し、安定した保持が可能である。また、径方向に積層されたコア3の積層鋼板同士が一体化されていない場合においても、板同士のずれる方向の周方向および軸方向を保持部材4によって固定してあるため、ずれを抑制して保持することができる。
【0027】
さらに、保持部材4を円周形状にしてあるため、外径部分でハウジング11と圧入や焼き嵌めなどで固定することが容易である。あるいは、保持部材4の外径側においてボルトなどを用いて固定しても良い。
【0028】
以上のように、本実施の形態によれば、アキシャルギャップ型回転電機の固定子鉄心を安定に保持することが可能である。
【0029】
また、本実施形態の回転電機を製作する手順として、複数のコア3の配置は保持部材4に軸方向から配置することが可能であるから、内周部に十分な空間が無い場合においても組立性を損なう事がない。さらに、保持部材4の第一延在部41と第二延在部42によってコア3の周方向位置を決めるように構成しても良い。すなわち、本実施の形態により、鉄心製作時の作業性を向上し、製作を容易にすることが可能となる。
【実施例2】
【0030】
図8は第2の実施形態による回転電機の固定子鉄心を示す図である。図9は、固定子鉄心の一部を軸方向出力側から見た図である。
【0031】
保持部材4にラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心のスロットに相当するような形状の係止部40を設けている。係止部40は、コア3の外径部に径方向から重なり合ってコア3を係止する。図9では、第一延在部41が径方向においてコア3と重なり合う係止部40を有する構成となっているが、第二延在部42に係止部40を設けてもよく、第一延在部41および第二延在部42ともに係止部40を有していてもよい。
【0032】
上記により、コア3は突出部31を第一延在部41および第二延在部42によって挟み込まれるとともに、外周から係止部40によって、保持部材4により保持される。したがって、保持部材4は軸方向、周方向、外径方向のいずれの方向についてもコア3のずれを抑制し、安定した保持が可能である。
【実施例3】
【0033】
図10は第3の実施形態による回転電機の固定子鉄心を示す図、図11は第3の実施形態による回転電機の固定子鉄心6の周方向断面拡大図、図12は、第3の実施形態による保持部材の拡大図であり、固定子鉄心6に複数設けられたスロット20の周方向中心における断面形状を示している。
【0034】
保持部材4の内径側に軸方向に屈曲した軸方向屈曲部43(係止部)を設け、軸方向屈曲部43は突出部31の内径側と重なり合うことで係止して、内径方向へのずれも抑制することができる。したがって、保持部材4は軸方向、周方向、内径方向、外径方向のいずれの方向についてもコア3のずれを抑制し、安定した保持が可能である。
【実施例4】
【0035】
図13は第4の実施形態による回転電機の固定子鉄心を示す図である。
【0036】
保持部材4の第一延在部41の内周側に周方向に屈曲した周方向屈曲部44(係止部)を設け、周方向屈曲部43はコア3の内径側と重なり合うことで係止して、内径方向へのずれも抑制することができる。したがって、保持部材4は軸方向、周方向、内径方向、外径方向のいずれの方向についてもコア3のずれを抑制し、安定した保持が可能である。また、周方向屈曲部44が周方向に形成されていることで、コア3と周方向屈曲部44との係止部を長くできる。
【実施例5】
【0037】
図14は、第5の実施形態による固定子鉄心のスロット近傍を軸方向から見た図である。図15は、第5の実施形態による保持部材の拡大図である。
【0038】
本実施例では、二つの保持部材4の一方の保持部材が、第一延在部41と第二延在部42をボルト200により固定することにより、二つの保持部材4の他方の保持部材と接続され、軸方向から投影した場合、ボルト200は、ボルト200が突出部31の射影部と重なるように形成されている。
【0039】
保持部材4の第一延在部41および第二延在部42にネジ穴を設け、ボルト200により接続している。また、ボルト200の頭部射影部がコア3の突出部31に重なるよう配置されている。これにより、コア3を強固に固定できる。
【実施例6】
【0040】
図16は第6の実施形態による回転電機の固定子鉄心の周方向断面拡大図であり、固定子鉄心に複数設けられたスロットの周方向中心における断面形状を示している。本実施例では、二つの保持部材4の一方の保持部材が、冷媒が流れる流路空間を設けるように、軸方向に二つの保持部材4の他方の保持部材と対向して配置されている。
【0041】
保持部材4に冷媒流路空間51を設けている。その他の構成は実施形態3と同様である。冷媒流路空間51は図示しない冷媒入口および冷媒出口に繋がっており、回転電機の内外から供給される冷媒を固定子鉄心6内に導入する役割がある。
【0042】
冷媒流路空間51は保持部材4の製作時に中空状に形成する他、保持部材4を2つの部材から構成する場合には、片方の部材に溝を形成した後、もう一方の部材とで囲まれた空間を形成することで構成しても良い。冷媒流路空間51の断面形状は図16のような矩形に限らず、多角形の他、円形や楕円形であっても構わない。
【0043】
保持部材4に冷媒流路空間51を設けたことにより、コイル5や固定子鉄心6の近傍まで冷媒を導入することが可能であり、これらに生じる発熱を効率よく冷却することが可能となる。
【実施例7】
【0044】
図17は第7の実施形態による回転電機の固定子鉄心の周方向断面拡大図であり、固定子鉄心6に複数設けられたスロットの周方向中心における断面形状を示している。本実施例では、二つの保持部材4の一方の保持部材が、冷媒が流れる流路配管を設けるように、軸方向に二つの保持部材4の他方の保持部材と対向して配置されている。
【0045】
保持部材4に冷媒配管52を設けている。その他の構成は実施形態3と同様である。冷媒配管52は図示しない冷媒入口および冷媒出口に繋がっており、回転電機の内外から供給される冷媒を固定子鉄心6内に導入する役割がある。
【0046】
冷媒配管52の断面形状は図17のような円形に限らず、楕円の他、矩形などの多角形であっても構わない。
【0047】
保持部材4に冷媒配管52を設けたことにより、コイル5や固定子鉄心6の近傍まで冷媒を導入することが可能であり、これらに生じる発熱を効率よく冷却することが可能となる。また、冷媒配管52を通すことで、例えば水などの冷媒を用いた場合にも回転電機100内まで冷媒を導入できる。
【符号の説明】
【0048】
1 回転子
1a 出力側回転子
1b 反出力側回転子
2 固定子
3 コア
4 保持部材
5 コイル
6 固定子鉄心
7 シャフト
8 軸受
9 回転子鉄心
10 永久磁石
11 ハウジング
12 ブラケット
12a 出力側ブラケット
12b 反出力側ブラケット
13 回転子枠
14 ヨーク
15 突極部
20 スロット
31 突出部
40 係止部
41 第一延在部
42 第二延在部
43 軸方向屈曲部
44 周方向屈曲部
51 冷媒流路空間
52 冷媒配管
100 回転電機
200 ボルト
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17