DE60007474T2

DE60007474T2 - Statoraufbau eines Motors

Info

Publication number: DE60007474T2
Application number: DE60007474T
Authority: DE
Inventors: Akio Wako-shi Matsuzaki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2020-02-12
Also published as: EP1039616A2; EP1039616B1; EP1039616A3; JP2000270506A; US6252327B1; DE60007474D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Struktur für einen Außenstator eines Motors vom Innenrotortyp gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie in der US 4 321 497 offenbart.
Die US 1 512 693 offenbart bogenförmige Verbindungsplatten an Seitenflächen eines Statorkerns. Die Enden der Verbindungsplatten sind integral in Leiterstangen verlängert, die innerhalb der Statorschlitze angeordnet sind.
Eine Mehrzahl von entlang der Achsrichtung weisenden Schlitzen sind in Umfangsrichtung an der Innenoberfläche eines Statorkerns ausgebildet, der für diesen Motortyp in der Form eines Zylinders ausgebildet ist, wobei eine Mehrzahl von Statorwicklungen in einen Schlitz eingesetzt sind.
Das Einsetzen der Mehrzahl von Statorwicklungen in Übereinstimmung mit der Querschnittsform der Schlitze ist nicht problemlos, und es treten Spalte zwischen den Wicklungen und der Innenoberfläche der Schlitze auf, weil Wicklungen mit kreislochförmigen Querschnitten eingesetzt werden, welche bevorzugt zu vermeiden wären.
Dies begrenzt den Raumfaktor eines Leiters innerhalb eines Schlitzes, wobei der Ohm'sche Verlust aufgrund der Volumenaufteilung der Schlitze wesentlich ist und die Kühlung schlecht ist. Daher werden eine Mehrzahl von Schlitzen, die einer Achsrichtung weisen, an einer Innenumfangsfläche eines zylindrischen Statorkerns ausgebildet, wobei Leiter mit angenähert der gleichen Querschnittsform wie die Schlitze in die Schlitze eingesetzt werden.
Ein Kleinmotor, wo die Kapazität der Schlitze effizient genutzt wird, der Raumfaktor der Leiter bis zu nahe 100% angehoben wird, der Ohm'sche Verlust reduziert ist und die Kühlung überragend ist, kann daher bereitgestellt werden, weil die Querschnittsform der Schlitze und der Leiter im Wesentlichen gleich ist (einschließlich dem Fall, wo die Querschnittsformen die gleichen sind).
Weil ein Leiter in einen Schlitz eingesetzt wird, entstehen keine Spalte, etc. zwischen den Wicklungen, die beim Einsetzen einer Mehrzahl von Wicklungen entstehen, ist die Kapazität der Schlitze effizient genutzt und ist der Raumfaktor des Leiters vergrößert.
Da die Schlitze des Statorkerns rechteckig sind und sich längs einer radialen Richtung erstrecken, kann daher eine große Anzahl von Schlitzen an der Innenoberfläche des Statorkerns ausgebildet werden, kann die Anzahl von Leitern erhöht werden und kann daher die Motorleistung verbessert werden.
Die Leiter sind gerade Busstangen, und die Verbindungsplatten, die von der Seite her betrachtet bogenförmig sind, sind entlang den Seitenflächen des Statorkerns angeordnet, wobei die Enden der Verbindungsplatten miteinander derart gekoppelt sind, dass sie an den Enden vorbestimmter Paare von Busstangen vernietet werden, um einen Stromkreis zu bilden. Die Busstangen sind gerade, was die Montage in die Schlitze des Statorkerns problemlos macht.
Es ist nicht erforderlich, die Enden der Busstangen zum Kuppeln zu biegen, weil die Verbindungsplatten zum Kuppeln vorgeschriebener Paare von Busstangen für diesen Zweck genutzt werden und daher kein Problem entsteht, auch wenn die Querschnittsfläche der Busstange ausreichend groß gemacht wird. Dementsprechend kann ein wesentlicher Raumfaktor für die Leiter in den Schlitzen des Statorkerns beibehalten werden.
Die Verbindungsplatten sind von der Seite her betrachtet bogenförmig und sind daher auf im Wesentlichen konzentrischen Kreislöchern an der ringförmigen Seitenfläche des Statorkerns angeordnet, so dass sie flach sind, und der Stator ist daher kompakt.
Die Verbindungsplatte und die Busstangen sind in vernieteter Weise gekoppelt, was die Montage problemlos und die Leitfähigkeit hoch macht.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Anzahl von Teilen zu reduzieren und eine kompakte Konstruktion der Motorstatorstruktur zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Motorstatorstruktur gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die langen und kurzen ersten und zweiten Verbindungsplatten, wo die Enden der bogenförmigen Verbindungsplatten in einer deformierten C-Form radial einwärts gebogen sind, und die dritten Verbindungsplatten, deren Enden in der Umfangsrichtung in einer deformierten C-Form auswärts gebogen sind, sind auf den Seitenflächen des Statorkerns in vorgeschriebenen Zahlen angeordnet.
Der gesamte Statorstromkreis kann aufgebaut werden, indem Paare von Leitern unter Verwendung der drei Verbindungsplattentypen der ersten, zweiten und dritten Verbindungsplatten gekoppelt werden. Es gibt daher wenige Teile, und die Montage ist problemlos.
Die Anzahl der Verbindungsplatten, die aufeinanderliegen, kann klein gemacht werden, und der Stator kann kompakt gemacht werden, weil die langen und kurzen ersten und zweiten Verbindungsplatten, deren Enden in einer deformierten C-Form radial einwärts gebogen sind, und eine dritte Verbindungsplatte, deren Enden in einer deformierten C-Form radial auswärts gebogen sind, auf derselben Oberfläche kombiniert werden können.
Das Folgende ist eine Beschreibung der Ausführungen der vorliegenden Erfindung, die in 1 bis 12 gezeigt ist.
1 ist eine Vorderansicht des Außenstators eines bürstenlosen Gleichstrommotors einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie II-O-II von 1;
3 ist eine vergrößerte Ansicht des gleichen Außenstators;
4 ist eine Perspektivansicht eines Statorkerns;
5 ist eine Seitenansicht einer Busstange;
6 ist eine Vorderansicht derselben;
7 ist eine Seitenansicht der ersten Verbindungsplatte;
8 ist eine Seitenansicht der zweiten Verbindungsplatte;
9 ist eine Seitenansicht der dritten Verbindungsplatte;
10 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie X-X von 9;
11 ist eine Teilperspektivansicht, die eine Situation zeigt, wenn die Busstangen und die Verbindungsplatten an dem Statorkern montiert werden;
12 ist eine Perspektivansicht, die einen Teil einer Kupplungsstruktur eines Ankerstromkreises zeigt;
13 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Stators einer weiteren Ausführung;
14 ist ein Teilquerschnitt eines Stators einer noch weiteren Ausführung.
Der Motor dieser Ausführung ist ein bürstenloser Gleichstrommotor, wo ein Außenrotor 1, der aus einem Dreiphasen-Ankerstromkreis aufgebaut ist, am Außenumfang eines Innenrotors montiert wird, der unter Verwendung eines Permanentmagneten ein Feld erzeugt.
1 ist eine Vorderansicht, wobei die Teile des Außenstators 1 weggelassen sind, eine Querschnittsansicht ist in 2 gezeigt und eine vergrößerte Ansicht ist in 3 gezeigt.
Ein Statorkern 2 eines Außenstators 1 bildet einen flachen Zylinder, wie in 4 gezeigt, wobei eine Mehrzahl von Schlitzen 3 in Umfangsrichtung an der Innenoberfläche des Statorkerns 2 so ausgebildet sind, dass sie in eine axialen Richtung weisen.
Die Querschnittsform eines Schlitzes 3 ist im Wesentlichen rechteckig (mit gerundeten Ecken) und in radialer Richtung lang.
Der Schlitz 3 ist in Richtung des Durchmessers lang und ist in der Umfangsrichtung breitenmäßig schmal, während eine vorbestimmte Querschnittsoberflächenausdehnung beibehalten wird. Eine große Anzahl von Schlitzen 3 einer vorbestimmten Querschnittsoberflächenausdehnung kann daher in einer festen Länge des Innenumfangs des Statorkerns 2 ausgebildet werden.
Busstangen 5, welche durch gerade Leiter aufgebaut sind, werden dann nacheinander in jeden Schlitz 3 dieses festen Stators 2 eingesetzt.
In Bezug auf 5 und 6 haben die Querschnitte der in die Schlitze 3 einzusetzenden Busstangen 5 im Wesentlichen die gleiche Rechteckform (insbesondere eine elliptische Form) wie die Querschnitte der Schlitze 3, haben eine vorbestimmte Länge, die länger ist als die Breite des Statorkerns 2 in der Achsrichtung und weisen säulenförmige Vorsprünge 6 auf, die von der Mitte beider Endflächen davon vorstehen.
Die Busstangen 5 sind aus Aluminium hergestellt.
Verbindungsplatten, welche die Vorsprünge 6 der Busstangen 5 verbinden, kuppeln benachbarte Busstangen miteinander.
Es werden drei Typen von Verbindungsplatten benutzt. Eine in 7 gezeigte erste Verbindungsplatte 11 ist eine Aluminiumplatte, die, von der Seite her betrachtet, bogenförmig ist, deren beide Enden in der Umfangsrichtung einwärts gebogen sind, um eine C-Form zu bilden.
An den gebogenen Endteilen an beiden Enden sind Kreislöcher 11a und 11a ausgebildet.
Eine zweite Verbindungsplatte 12 ist eine kurze Aluminiumplatte (siehe 8), die etwas kürzer ist als der Bogenabschnitt der ersten Verbindungsplatte 11, wobei an den gebogenen Enden 12a und 12a identische Kreislöcher 12a und 12a vorgesehen sind.
Eine dritte Verbindungsplatte 12 ist eine Aluminiumplatte, die von der Seite her betrachtet allgemein bogenförmig ist, wie in 9 gezeigt, während beide Enden in Umfangsrichtung einwärts gebogen sind, um eine C-Form zu bilden, wobei an beiden gebogenen Enden Löcher 13a und 13a vorgesehen sind.
Die Abstände zwischen Kreislöchern 13a und 13a der dritten Verbindungsplatte 13 und zwischen den Kreislöchern 12a und 12a der ersten Verbindungsplatte 11 sind gleich.
Wenn man den Querschnitt des Kreisloch 13a betrachtet, hat das Kreisloch 13a einen verjüngten Querschnitt dort, wo der Durchmesser des Lochs zur einen Oberfläche des Kreisloch 13a hin breiter gemacht ist.
Die Kreislöcher 11a und 12a der ersten und zweiten Verbindungsplatten 11 und 12 haben ebenfalls diese verjüngten Querschnitte.
Der Außenstator 1 wird aus dem Statorkern 2, der Mehrzahl von Busstangen 5 und den ersten, zweiten und dritten Verbindungsplatten 11, 12 und 13 montiert.
Ein teilmontierter Zustand ist in 11 gezeigt. Die Busstangen 5 werden in die Schlitze 3 des Statorkerns 2 eingesetzt, und Vorsprünge 6 und 6 zweier vorbestimmter Busstangen 5 und 5 durchsetzen die Kreislöcher 12a und 12a der zweiten Verbindungsplatte 12, die entlang einer Seite des Statorkerns 2 angeordnet ist (die Seite an dieser Seite der Achsrichtung in 11). Die Enden der Vorsprünge 6 und 6 werden dann gestaucht, um eine verstemmte Kupplung vorzusehen. Die erste Verbindungsplatte 12 und die dritte Verbindungsplatte 13, die entlang der anderen Seite des Statorkerns 2 vorgesehen sind, werden ebenfalls durch Vernietung mit Vorsprüngen 6 und 6 zweiter vorbestimmter Busstangen 5 und 5 in der gleichen Weise gekoppelt.
Die ersten, zweiten und dritten Verbindungsplatten 11, 12 und 13 werden derart angeordnet, dass die verjüngten Abschnitte der Kreislöcher 11a, 12a und 13a an der entgegengesetzten Seite (Außenseite) des Statorkerns 2 liegen. Die Spitzen der Vorsprünge 6 der Busstangen 5, welche die Kreislöcher 11a, 12a und 13a durchsetzen, werden dann unter Verwendung einer Presse gestaucht, so dass sie sich in die verjüngten Abschnitte hinein aufspreizen und eine verstemmte Kupplung vorsehen (2).
Die bei dieser Kupplung involvierte Arbeit ist daher problemlos, und die Oberfläche der Verbindungsplatte kann flach gehalten werden, weil die genieteten Abschnitte der Vorsprünge 6 sich in die verjüngten Abschnitte aufspreizen und daher nicht von den Oberflächen der Verbindungsplatten vorstehen.
12 zeigt eine durchgehende Kupplungsstruktur für einen Einphasen-Ankerstromkreis, wobei der Statorkern 2 weggelassen ist.
Nimmt man diese Seite in der Achsrichtung in 12 als die Vorderseite (die Vorderfläche des festen Stators 2) und die Rückseite als die Hinterseite (die Rückfläche des Statorkerns 2), werden eine Busstange 5, und eine Busstange 5₃ fünfzehn Schlitze herum nach rechts von der Busstange 5, durch die erste Verbindungsplatte 11 an der Rückseite verbunden. Die Busstange 5₂ und eine Busstange 5₃ dreizehn Schlitze zurück herum nach links werden durch die zweite Verbindungsplatte 12 an der Vorderseite gekoppelt. Die Busstange 5₃ und eine Busstange 5₄ fünfzehn Schlitze herum nach rechts werden durch eine dritte Verbindungsplatte 13 an der Rückseite gekoppelt. Die Busstange 5₄ und eine Busstange 5₅ dreizehn Schlitze herum nach rechts werden an der Vorderseite durch eine zweite Verbindungsplatte 12 gekoppelt. Der obige Kopplungszyklus wird dann für dreieinhalb Zyklen wiederholt, bis kurz bevor ein kompletter Zyklus hergestellt ist.
Benachbarte Busstangen 5₁ und 5₂ , und 5₂ und 5₄ , etc. sind derart strukturiert, dass in benachbarten Busstangen in der gleichen Richtung Strom fließt.
Diese fortlaufende durchgehende Busstangenkupplungstruktur und ein anderer Typ einer durchgehenden Busstangenkupplungsstruktur werden relativ zueinander in schlitzweiser Richtung verschoben, um einen Einzelphasen-Ankerstromkreis zu bilden, wobei auch weitere zwei Phasen in schlitzweiser Richtung verschoben werden, so dass sie insgesamt einen Dreiphasen-Ankerstromkreis ergeben.
Wie in 2 und 3 gezeigt, ist die zweite Verbindungsplatte 12 an der Vorderseite des Statorkerns 2 mit dazwischen eingelegtem Isolierpapier überlagert, und die erste Verbindungsplatte 11 und die dritte Verbindungsplatte 13 sind an der Rückfläche des Statorkerns 2 mit dazwischen eingelegtem Isolierpapier vorgesehen.
Die vernieteten Kreislöcher 13a und 13a der dritten Verbindungsplatte 13, die an der Rückseite des Statorkerns 2 angeordnet ist, werden an den gebogenen Endabschnitten von der Mitte des Statorkerns 2 nach außen weggebogen, und der Hauptkörper steht daher leicht einwärts zur Mitte des Statorkerns 2 vor (siehe 1 und 2).
Der Innenrotor kann daher von der Vorderseite des Statorkerns 2 eingesetzt werden, ohne dass er durch die dritte Verbindungsplatte 13 behindert wird, d.h. er wird in der Richtung des Pfeils von 2 eingesetzt.
In Bezug auf den Außenstator 1 dieses bürstenlosen Gleichstrommotors wird eine Busstange 5 in einen Schlitz 3 des Statorkerns 2 eingesetzt, und der Querschnitt der Busstange stimmt mit dem Querschnitt des Schlitzes 3 im Wesentlichen überein. Die Kapazität in dem Schlitz wird daher effizient genutzt, und der Raumfaktor des Leiters wird maximiert.
Ferner sind die Schlitze 3 im Wesentlichen rechteckig, so dass sie in der Durchmesserrichtung des festen Kerns 2 lang sind, und es kann eine große Anzahl von Schlitzen 3 an der Innenumfangsfläche des Statorkerns 2 ausgebildet werden, so dass eine große Anzahl von Busstangen 5 eingesetzt werden kann.
Die Enden der Busstangen 5 treten mit den Verbindungsplatten vertikal in Eingriff, und es ist daher nicht erforderlich, die Busstangen selbst umzubiegen. Es ist daher leicht, die Querschnittsfläche der Busstange 5 als Leiter einzuhalten und es kann ein großer Raumfaktor innerhalb des Schlitzes 3 eingehalten werden.
Gemäß der obigen Konfiguration fließt Strom effizient in den Ankerleiter der Busstange 5, wird der Ohm'sche Verlust reduziert, kann eine überragende Kühlung eingehalten werden und kann eine Miniaturisierung erreicht werden.
Die Busstangen 5 und die ersten, zweiten und dritten Verbindungsplatten 11, 12 und 13 sind aus Aluminium hergestellt und daher leichtgewichtig und billig.
Die Typenanzahl von Elementen zum Kuppeln der Busstangen 5 ist mit den drei Typen der ersten, zweiten und dritten Verbindungsplatten 11, 12 und 13 niedrig, die Busstangen 5 werden problemlos direkt in die Schlitze 3 eingesetzt und die Kupplung der ersten, zweiten und dritten Verbindungsplatten 11, 12 und 13 wird durch Vernieten erreicht, was die beim Zusammenbau involvierte Arbeit leicht macht.
Der Außenstator ist auch kompakt, weil die plattenförmigen ersten, zweiten und dritten Verbindungsplatten 11, 12 und 13 auf den Seiten des Statorkerns 2 aufliegen.
Ein Beispiel einer anderen Form für die Schlitze in dem Statorkern ist in 13 gezeigt.
Ein Schlitz 21 eines Statorkerns 20 hat einen Querschnitt, der eine trapezartige Form hat und in der Durchmesserrichtung des Statorkerns 20 lang ist, wobei eine äußere kurze Seite größer ist als eine innere kurze Seite des Trapezoids.
Eine Aluminiumbusstange 22, die den gleichen trapezförmigen Querschnitt hat wie der trapezförmige Querschnitt des Schlitzes 21, wird dann in den Schlitz 21 eingesetzt.
Vorbestimmte Paare von Busstangen 22 und 22 werden dann in der gleichen Weise unter Verwendung der Verbindungsplatten gekuppelt.
Es kann daher ein Kleinmotor vorgesehen werden, wo die Querschnittsfläche der Busstange 22 als Leiter leicht beibehalten werden kann, in dem Schlitz 21 ein großer Raumfaktor eingehalten werden kann, der Ohm'sche Verlust reduziert werden kann und die Kühlung überragend ist.
Auf der Basis von 14 wird nun eine Beschreibung einer weiteren Ausführung angegeben.
Ein Statorkern 30 weist Schlitze 31 auf, die im Querschnitt rechteckig sind und in der Durchmesserrichtung des Statorkerns 30 lang sind, wobei drei Busstangen 32, jeweils mit rechteckigem Querschnitt, in jeden der Schlitze 31 eingesetzt sind.
Die drei Busstangen 32 sind aus Aluminium und haben zusammen einen Querschnitt, der im Wesentlichen gleich dem Querschnitt der Rechteckform des Schlitzes 31 ist, wobei der Schlitz 31 im Wesentlichen ausgefüllt ist und der Raumfaktor daher hoch ist.
Es können Beispiele verschiedener Modifikationen der Querschnittsform des Schlitzes in Betracht gezogen werden.
Ferner kann auch das Einsetzen von zwei oder vier oder mehreren Leitern in einen Schlitz in Betracht gezogen werden.
Oben wird der Außenstator bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor angewendet, kann aber auch in einem Synchronmotor oder anderen Motortypen angewendet werden.
Die Erfindung sieht einen Kleinmotor vor, wo die Montage der Leiter in die Schlitze problemlos ist, der Raumfaktor für die Leiter in dem Schlitz hoch ist, der Ohm'sche Verlust reduziert ist und die Kühlung überragend ist.
Um dies zu erreichen, wird eine Motorstatorstruktur angegeben, wo eine Mehrzahl in einer Achsrichtung weisender Schlitze 3 an der Innenumfangsfläche des eines zylindrischen Statorkerns 2 ausgebildet sind und Leiter 5 mit im Wesentlichen der gleichen Querschnittsform wie die Schlitze 3 in die Schlitze 3 eingesetzt sind.

Claims

Motorstatorstruktur mit einer Mehrzahl von in einer Achsrichtung weisenden Schlitzen (3), die an einer Innenumfangsfläche eines zylindrischen Statorkerns (2) ausgebildet sind, worin Leiter (5) der gleichen Querschnittsform wie die Schlitze (3) in die Schlitze (3) eingesetzt sind, worin ein Leiter (5) in jeden Schlitz eingesetzt ist, worin die Schlitze (3) des Statorkerns (2) rechteckig sind und sich in einer radialen Richtung erstrecken, worin die Leiter gerade Busstangen (5; 22; 32) sind, und Verbindungsplatten (11, 12, 13), die von der Seite her betrachtet bogenförmig sind, entlang den Seitenflächen des Statorkerns (2, 20) angeordnet sind, wobei Enden der Verbindungsplatten derart miteinander gekoppelt sind, dass sie mit den Enden vorbestimmter Paare der Busstangen (5; 22; 32) vernietet werden, um einen Stromkreis zu bilden, gekennzeichnet durch erste Verbindungsplatten (11) und zweite Verbindungsplatten (12), die in der Umfangsrichtung des Statorkerns (2) kürzer sind als die ersten Verbindungsplatten (11), worin die Enden der ersten und zweiten Verbindungsplatten (11, 12) in einer deformierten C-Form radial einwärts gebogen sind; und dritte Verbindungsplatten (13), deren Enden in einer deformierten C-Form auswärts gebogen sind, worin die Verbindungsplatten (11, 12, 13) in der Umfangsrichtung an den Seitenflächen des Statorkerns (2) in vorbestimmten Anzahlen angeordnet sind.