JP4726564B2

JP4726564B2 - 回転電機及び電動車椅子

Info

Publication number: JP4726564B2
Application number: JP2005210498A
Authority: JP
Inventors: 真也内藤; 陽至日野
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2025-07-20
Also published as: US7642686B2; CN100581025C; CN1901325A; EP1746704A2; EP1746704A3; EP1746704B8; EP1746704B1; JP2007028855A; US20070018528A1

Description

この発明は、ステータのティースを固定する構造に改良が施された回転電機及び、この回転電機が装備された電動車椅子に関するものである。

従来からこの種の回転電機としては、アキシャルギャップ型のものがあり、この回転電機は、図１６乃至図１９に示すように、ティース２が設けられたステータ３と、図示していないが複数のマグネット（永久磁石）を有するロータとが回転軸心方向に間隙を介して配置されている。

詳しくは、そのティース２は、鉄損対策のため、図１８に示すように、鋼板２ａが複数枚径方向に積層して成り、円板状（略リング状）のステータヨークコア６の周方向に所定間隔に並んで複数挿入配置固定されている。これら複数のティース２には、図１９に示すように、絶縁材(ボビン４)を介してコイル５が巻回され、これらティース２、ステータヨークコア６、コイル５は、モールド樹脂７により一体にモールド固定されており、これらティース２のロータに対する対向面２ｂが露出している。

そのティース２の鋼板２ａは、分離された状態でステータヨークコア６の嵌合孔に組付け後モールドされてモールド樹脂７により一体に固定される。

このティース２は、モールド樹脂７によって固定されるが、ボビン４等で囲まれた部分にはモールド樹脂７が回らないため、ティース２を確実に固定することができない。

しかるに、このティース２は対向するマグネットによって吸引されており、図１９中矢印Ａ方向にマグネット吸引力が作用するため、ティース２が抜けないようにする必要がある。

そこで、抜け止め方法として、ティース２をヨステータヨークコア６に強固に圧入固定したり、溶接によって固定したりすることが考えられる。

また、他の方法として、特許文献１に記載されたようなものがある。これは、ティースにポンチにより割り込みを入れることにより、固定するものである。
特開平１１−１４６６１７号公報。

しかしながら、このような従来のものにあっては、ステータヨークコア６の嵌合孔にティース２を圧入固定したり、溶接固定したりして、両者の密着度を高めると、この固定部分の電気的な抵抗が下がり平面視で嵌合孔周りの閉回路が形成されてしまい、大きな誘導電流が流れ大きな損失が発生してしまう虞がある。また、ポンチを用いるものでは、ポンチによる固定工程が必要となると共に、ポンチにより衝撃を与えるため、寸法管理が難しいものであった。

そこで、この発明は、ティースの固定部分の電気的な抵抗を下げることなく、少ない工程数で、且つ、寸法精度も確保した状態で、ティースを固定できる回転電機及び、この回転電機が装備された電動車椅子を提供することを課題とする。

かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、コイルが巻回された複数のティース及び該各ティース間を繋ぐステータヨークコアを有し、これらがモールド樹脂により一体にモールド固定されたステータと、前記ティースに間隙を介して対向して配置されるマグネットを有するロータとを備えた回転電機において、前記ティースは、前記マグネットに対向する頭部と、前記コイルが巻回される巻回部と、前記ステータヨークコアに挿入される挿入部とを有し、該挿入部には、前記モールド樹脂が充填され、前記ティースの抜止めを行う抜止め部が形成された回転電機としたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記抜止め部は、前記ティースの挿入部の、前記ステータヨークコアを貫通した端部に設けられたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、コイルが巻回された複数のティース及び該各ティース間を繋ぐステータヨークコアを有し、これらがモールド樹脂により一体にモールド固定されたステータと、前記ティースに間隙を介して対向して配置される複数のマグネットを有するロータとを備えた回転電機において、前記ティースは、前記マグネットに対向する頭部と、前記コイルが巻回される巻回部と、前記ステータヨークコアに挿入される挿入部とを有し、前記頭部には、前記ロータ側に対向面が形成され、該対向面の少なくとも一部が前記モールド樹脂の一部で覆われるようにして、前記ティースの抜止めが行われるように構成された回転電機としたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の構成に加え、前記ティースと前記マグネットとは、回転軸心方向に間隙を介して対向して配置されたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一つに記載の構成に加え、前記ティースは、複数の磁性鋼板から成り、該磁性鋼板には、互いに同方向に突出し、突出方向と反対側に凹部を有する嵌合部が形成され、該各嵌合部が互いに凹凸嵌合されることにより、前記各磁性鋼板が積層されたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一つに記載の構成に加え、前記ティースは、複数の磁性鋼板が積層されることにより略Ｔ字状に形成され、前記マグネットに対向する幅広の部分である前記Ｔ字の前記頭部と、前記コイルが巻回される略一定幅の部分である前記Ｔ字の脚部の前記巻回部と、前記ステータヨークコアに挿入される部分である前記Ｔ字の脚部の前記挿入部とを有していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載の回転電機。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか一つに記載の回転電機が駆動輪に連結されて、前記回転電機の駆動力が前記駆動輪に伝達されるように構成された電動車椅子としたことを特徴とする。

上記請求項１に記載の発明によれば、ティースをコイル、ステータヨークコア等とともにモールド樹脂で一体にモールド固定する場合に、ティース挿入部の抜止め部にモールド樹脂が充填されることにより、ティースが吸引力によりロータ（マグネット）側に抜けることなく、ティースを強固に固定できて抜止めできる。

また、モールド固定時に同時に抜止めも行うことができるため、工程数を増加させることなく、簡単に抜止めを行うことができる。

さらに、従来と異なり、ティースを圧入固定や溶接固定していないため、この固定部分の電気的な抵抗の低下を抑制でき、大きな誘導電流が流れることなく、大きな損失の発生を防止できる。また、ポンチによる衝撃も与えないため、寸法精度も確保できる。

請求項２に記載の発明によれば、抜止め部をティースの、ステータヨークコアを貫通した端部に設けることにより、磁束の流れを妨げないので性能の低下を招くことなく、又、ティースの、ステータヨークコアへの挿入方向と反対方向への抜止めをより有効に行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、ティースをコイル、ステータヨークコア等とともにモールド樹脂で一体にモールド固定する場合に、ティース頭部の対向面の少なくとも一部をモールド樹脂の一部で覆うことにより、ティースが磁石吸引力でロータ（マグネット）側に抜けることがなく強固に固定できる。

請求項４に記載の発明によれば、アキシャルギャップ型の回転電機とすることで、小型、偏平、軽量で、高効率の回転電機を提供できる。

請求項５に記載の発明によれば、各磁性鋼板に形成された各嵌合部は、互いに同方向に突出する凸形状を呈し、各嵌合部が互いに凹凸嵌合されることにより、各磁性鋼板が積層されたため、凹凸嵌合させるだけで各磁性鋼板を容易に積層できる。

請求項７に記載の発明によれば、回転電機はエネルギー損失を低減できることから、小型で、高出力の回転電機を搭載した電動車椅子を提供できる。

以下、この発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］

図１乃至図１１には、この発明の実施の形態１を示す。

まず構成を説明すると、図１中符号１１は、この発明に係る「回転電機」である電動モータ１２が装備された電動車椅子で、その電動モータ１２の駆動力により走行されるようになっている。

その電動車椅子１１は、車両の骨格であるフレーム１３に、使用者が着座するシート部１４と、後述の電動モータ１２が内蔵された一対の駆動輪ユニット１５が配設され、操作部１７を操作することにより、その電動モータ１２を介して駆動輪１６が所定量駆動されるようになっている。その両駆動輪１６は各々独立して駆動されるようになっており、操作部１７の操作により、任意に方向転換及び速度調整されるように構成されている。

その駆動輪ユニット１５は、電動モータ１２，駆動系、駆動輪１６等をユニット化したもので、図２に示すように、フレーム１３にボルト１９とナット１９ａにより固定されている。

その電動モータ１２は、アキシャルギャップ型のもので、ステータ２１とロータ２２とを有し、これらがケース２３とカバー２４により形成された空間に収容されている。前述のボルト１９は、カバー２４に植設されている。

そのステータ２１はケース２３にボルト５１で固定される一方、ロータ２２は、ケース２３側に軸受け２７,２７を介して回転自在に配設されたロータ軸３０にセレーション嵌合されてナット３１により固定されている。

このロータ２２は、図３及び図４に示すように、略円板形状のロータヨーク３３を有し、このロータヨーク３３の中心部が前記ロータ軸３０にセレーション嵌合される一方、このロータヨーク３３の周縁部の片面側に、長方形の複数のマグネット３４が一定間隔で周方向に沿って接着固定されている。そして、このマグネット３４がステータ２１と回転中心方向に間隙Ｃ（図２参照）を介して対向するように配置されている。

これらマグネット３４は、Ｎ極とＳ極とが交互に隣接して配設され、略円形状にロータヨーク３３に接着固定されている。

また、そのロータヨーク３３は、図２及び図３に示すように、中心部側が凹状にプレス加工されており、凹部３３ａには、カバー２４に固定された電磁ブレーキ３６が収容されている。この電磁ブレーキ３６によって回転が停止される環状回転体３６ａとロータ２２はピン３７を介して回転方向に固定されている。さらに、その凹部３３ａの反対側にはセンサーマグネット３８が接着固定され、このセンサーマグネット３８に対向する磁極位置センサー（ホールＩＣ）４０がケース２３に固定され、この磁極位置センサー４０がコントローラ３９に電気的に接続され、この磁極位置センサー４０によってロータ２２の磁極位置を検出している。

さらに、ロータ軸３０にはサンギヤ３０ａが形成されており、２段の遊星減速機４２のプラネタリギヤ４２ａと噛み合っている。その遊星減速機４２はロータ２２の回転を減速してハブ４４に伝達し、このハブ４４の回転により駆動輪１６が回転されるように構成されている。

一方、ステータ２１は、略円板（リング）形状のステータヨークコア４７と、このステータヨークコア４７の円周方向に所定間隔で配設された複数のティース４８と、これら各ティース４８の周囲にボビン４９を介して巻回されたコイル５０とを有し、これらがモールド樹脂５２で一体にモールド固定されている。このときステータ２１の周囲には、複数のカラー５３がインサートされることにより取付フランジ５２ａも同時に成形される。

そして、これら複数の取付フランジ５２ａがボルト５１を介してケース２３に固定されるようになっている。

また、コイル５０はＵ、Ｖ、Ｗ相毎に連結され、各連結コイルの一方は電気的に接続されており（中性点）、他方はドライバと接続するためモールド外部に引き出される。

より詳しくは、ステータヨークコア４７は、図８に示すように、略円板（リング）形状の磁性鋼板５４が複数枚積層されて形成され、前記ティース４８が挿入される嵌合孔４７ａが形成されている。

また、ティース４８は、複数の磁性鋼板５７が積層されることにより略Ｔ字状に形成され、マグネット３４に対向する幅広の部分であるＴ字の頭部４８ａと、前記コイル５０が巻回される略一定幅の部分であるＴ字の脚部４８ｂの巻回部４８ｃと、前記ステータヨークコア４７の嵌合孔４７ａに挿入される部分であるＴ字の脚部４８ｂの挿入部４８ｄとを有している。

そして、その略一定幅の部分の巻回部４８ｃには、互いに重ね合わされる磁性鋼板５７が複数（２カ所）の「嵌合部」としてのハーフピアス部５７ａにより互いに固定されている。また、それらハーフピアス部５７ａは、図１０に示すように、略矩形の嵌合凸部５７ｂが隣接する磁性鋼板５７の嵌合凹部５７に嵌合されるようになっている。

さらに、このティース４８には、図１１等に示すように、挿入部４８ｄに、モールド樹脂５２が充填されることにより、ティース４８の抜止めを行う「抜止め部」としての樹脂充填溝４８ｆが形成されている。

この樹脂充填溝４８ｆは、ティース４８の挿入部４８ｄの、ステータヨークコア４７を貫通した端部の端面側に設けられ、入口が狭く、奥が広い、略円形を呈している。

また、その頭部４８ａには、前記ロータ２２のマグネット３４に対向する対向面４８ｇが形成され、この対向面４８ｇには、ステータ周方向の略中心部に、径方向に延びる凸部４８ｈが形成されている。凸部４８ｈの高さ及び幅は全長に渡って同じである。また、この凸部４８ｈの両側の対向面４８ｇは、図１１に示すように、モールド樹脂５２で埋設されている。

このティース４８の対向面４８ｇと、ロータ２２のマグネット３４とは、回転軸心方向に間隙Ｃを介して対向して配置されている。

なお、図２中符号５９はスポーク、符号６０はハンドリムである。

次に、作用について説明する。

電動モータ１２を駆動させるべく、コイル５０に通電されると、ステータ２１とロータ２２との間に磁力が作用して、そのロータ２２が回転させられ、ロータ軸３０、ハブ４４等を介して駆動輪１６が駆動される。

この際には、ロータヨーク３３、マグネット３４、ティース４８及びステータヨークコア４７に、磁束が流れ、図１１に示すように、ティース４８には、矢印Ａ方向にマグネット吸引力が作用する。

この実施の形態では、ティース４８をコイル５０、ステータヨークコア４７等とともにモールド樹脂５２で一体にモールド固定する場合に、ティース挿入部４８ｄの樹脂充填溝４８ｆにモールド樹脂５２が充填されると共に、ティース対向面４８ｇの凸部４８ｈ以外の部分がモールド樹脂５２で覆われているため、ティース４８を強固に固定できて抜止めできる。

また、従来と異なり、ティース４８を圧入固定や溶接固定していないため、この固定部分の電気的な抵抗の低下を抑制でき、大きな誘導電流が流れることなく、大きな損失の発生を防止できる。さらに、ポンチによる衝撃も与えないため、寸法精度も確保できる。しかも、モールド樹脂５２による既存のモールド工程により、同時に抜止めも行うことができるため、従来と異なり、工程数を増加させることがない。

さらにまた、樹脂充填溝４８ｆをティース４８の、ステータヨークコア４７を貫通した端部に設けることにより、磁束の流れを妨げないので性能の低下を招くことなく、ティース４８の、ステータヨークコア４７への挿入方向と反対方向への抜止めをより有効に行うことができる。

また、ティース４８は、一種類の磁性鋼板５７を多数積層して形成しているため、加工費および金型費を抑えることができると共に、これら磁性鋼板５７は、ハーフピアス部５７ａによりカシメ固定されているため簡単に積層できる。

そして、この電動モータ１２はエネルギー損失を低減できることから、小型で、高出力の電動モータ１２を搭載した電動車椅子１１を提供できる。
［発明の実施の形態２］

図１２には、この発明の実施の形態２を示す。

この実施の形態２は、「抜止め部」の構成が実施の形態１と相違している。実施の形態１では、「抜止め部」である樹脂充填溝４８ｆが、ティース４８の挿入部４８ｄの、ステータヨークコア４７を貫通した端部の端面側に設けられているが、この実施の形態２では、「抜止め部」である切欠き溝４８ｉが、ティース４８の挿入部４８ｄの、ステータヨークコア４７を貫通した端部の側面側に設けられている。

このようにしても、モールド樹脂５２でモールド固定することにより、その切欠き溝４８ｉにモールド樹脂５２が充填されることから、ティース４８の抜止めを行うことができる。

他の構成及び作用は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
［発明の実施の形態３］

図１３乃至図１５には、この発明の実施の形態３を示す。

上記実施の形態１では、ティース対向面４８ａの凸部４８ｂ以外の部分全面がモールド樹脂５２で覆われるようにしているが、この実施の形態１は、凸部４８ｂ以外の部分の一部をモールド樹脂５２で覆うようにしている。

この場合には、ステータ２１をモールドするには、図１５に示すように、上型６３の押さえ部６３ａで、ティース対向面４８ａの凸部４８ｂを押さえ、上型６３の他の押さえ部６３ｂで、ティース対向面４８ａの凸部４８ｂ以外の部分の一部を押さえるようにしている。また、下型６４には、位置決めピン６４ａが形成され、この位置決めピン６４ａを、ステータヨークコア４７に当接させて位置決めするようにしている。

このように、ティース対向面４８ａの凸部４８ｂ以外の部分の一部をモールド樹脂５２で覆うようにしても、抜止めを行うことができる。

他の構成及び作用は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

なお、この発明の回転電機は、上記実施の形態のアキシャルギャップ型のものに限らず、ティースをモールド樹脂により固定するものであれば、他の種類のものにも適用できる。

この発明の実施の形態１に係る電動車椅子の側面図である。同実施の形態１に係る電動モータを示す断面図である。同実施の形態１に係る電動モータのロータを示す斜視図である。同実施の形態１に係る電動モータのロータを示す正面図である。同実施の形態１に係る電動モータのステータを示す斜視図である。同実施の形態１に係る電動モータのステータを示す裏面図である。同実施の形態１に係る電動モータのステータのモールド前の状態を示す斜視図である。同実施の形態１に係る電動モータのステータの一部を示す分解斜視図である。同実施の形態１に係るステータのティースの正面図である。同実施の形態１に係る図９のＡ−Ａ線に沿う断面図である。同実施の形態１に係るステータヨークコア，ティース及びコイル等をモールド固定した状態を示す断面図である。この発明の実施の形態２を示す図１１に相当する断面図である。この発明の実施の形態３を示すステータの斜視図である。同実施の形態３に係るステータヨークコア，ティース及びコイル等をモールド固定した状態を示す断面図である。同実施の形態３に係るステータヨークコア，ティース及びコイル等を上型，下型で挟持してモールド固定した状態を示す断面図である。従来例を示すステータの斜視図である。同従来例を示すステータのステータヨークコア及びティースを示す斜視図である。同従来例を示すティースの斜視図である。同従来例を示す図１１に相当する断面図である。

符号の説明

11 電動車椅子
12 電動モータ（回転電機）
21 ステータ
30 ロータ軸
33 ロータヨーク
34 マグネット
47 ステータヨークコア
48 ティース
48a 対向面
48b 凸部
48c 巻回部
48d 挿入部
48f 樹脂充填溝部（抜止め部）
48i 切欠き溝（抜止め部）
49 ボビン
50 コイル
52 モールド樹脂
57 磁性鋼板
57a ハーフピアス部（嵌合部）

Claims

コイルが巻回された複数のティース及び該各ティース間を繋ぐステータヨークコアを有し、これらがモールド樹脂により一体にモールド固定されたステータと、
前記ティースに間隙を介して対向して配置されるマグネットを有するロータとを備えた回転電機において、
前記ティースは、前記マグネットに対向する頭部と、前記コイルが巻回される巻回部と、前記ステータヨークコアに挿入される挿入部とを有し、
該挿入部には、前記モールド樹脂が充填され、前記ティースの抜止めを行う抜止め部が形成されたことを特徴とする回転電機。
前記抜止め部は、前記ティースの挿入部の、前記ステータヨークコアを貫通した端部に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
コイルが巻回された複数のティース及び該各ティース間を繋ぐステータヨークコアを有し、これらがモールド樹脂により一体にモールド固定されたステータと、
前記ティースに間隙を介して対向して配置される複数のマグネットを有するロータとを備えた回転電機において、
前記ティースは、前記マグネットに対向する頭部と、前記コイルが巻回される巻回部と、前記ステータヨークコアに挿入される挿入部とを有し、
前記頭部には、前記ロータ側に対向面が形成され、該対向面の少なくとも一部が前記モールド樹脂の一部で覆われるようにして、前記ティースの抜止めが行われるように構成されたことを特徴とする回転電機。
前記ティースと前記マグネットとは、回転軸心方向に間隙を介して対向して配置されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の回転電機。
前記ティースは、複数の磁性鋼板から成り、該磁性鋼板には、互いに同方向に突出し、突出方向と反対側に凹部を有する嵌合部が形成され、該各嵌合部が互いに凹凸嵌合されることにより、前記各磁性鋼板が積層されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の回転電機。
前記ティースは、複数の磁性鋼板が積層されることにより略Ｔ字状に形成され、前記マグネットに対向する幅広の部分である前記Ｔ字の前記頭部と、前記コイルが巻回される略一定幅の部分である前記Ｔ字の脚部の前記巻回部と、前記ステータヨークコアに挿入される部分である前記Ｔ字の脚部の前記挿入部とを有していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載の回転電機。
請求項１乃至６の何れか一つに記載の回転電機が駆動輪に連結されて、前記回転電機の駆動力が前記駆動輪に伝達されるように構成されたことを特徴とする電動車椅子。