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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kleinmotor und insbesondere
einen Kleinmotor mit einem Gehäuse,
das eine zylindrische Form mit geschlossenem Boden hat und einen
Magnet einschließt,
der an dessen innerer Oberfläche
befestigt ist; einer Gehäuseabdeckung,
die auf dem Gehäuse
aufgesetzt ist, um einen Öffnungsabschnitt
des Gehäuses
zu verschließen,
und eine Bürste
einschließt,
die daran befestigt ist; und einem Rotor, der eine Welle, einen
laminierten Kern, der eine ungerade Anzahl hervorstehender Magnetpole
bildet und an der Welle befestigt ist, Wicklungen, von der jede
um mehrere hervorstehende Magnetpole gewickelt ist, und einen Kommuntator,
der an der Welle angebracht ist, einschließt, wobei jeder hervorstehende
Magnetpol einen Armabschnitt und Flügelabschnitte einschließt, die
am Ende des Armabschnitts integriert sind und sich symmetrisch mit
Bezug auf den Armabschnitt ringsum erstrecken; und wobei der laminierte
Kern, der aus einem Siliziumstahlblech, das eine Dicke u hat, durch
Pressformen angestanzt ist, einen Durchmesser D hat, und wobei die
Flügelabschnitte
eine Dicke t haben, wie sie von ihrer Wurzel in einer radialen Richtung
gemessen wird.
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STAND DER TECHNIK
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Ein
Kleinmotor, der ein zylindrisches, metallisches Gehäuse und
Magnete einschließt,
die an der inneren Oberfläche
des Gehäuses
befestigt sind und als startorseitiger Magnetpol dienen, wurde verwendet,
um ein elektrisches Gerät
zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug anzutreiben. Rotorseitige
Magnetpole eines solchen Kleinmotors sind ungeradzahlig oder geradzahlig.
Zum Beispiel, wie in 8 gezeigt, in dem Fall eines Kleinmotors,
der rechtsseitige und linkssei tige Magnete 1, die zwei
startorseitige Magnetpole bilden, und einen fünfpoligen laminierten Kern 8 einschließt, der
eine ungerade Anzahl rotorseitige Magnetpole bildet, werden, wenn
ein rotorseitiger Magnetpol auf der x-Achse positioniert ist, die
fünf rotorseitigen
Magnetpole asymmetrisch mit Bezug auf die y-Achse. Wenn jedoch als
ein Ergebnis eines Drehvorgangs ein rotorseitiger Magnetpol auf
der y-Achse positioniert ist, werden die rotorseitigen Magnetpole
symmetrisch mit Bezug auf die y-Achse wie in 9 gezeigt.
Ein Rotor, der eine ungerade Anzahl von Polen hat, ist hinsichtlich
der Vibration nicht vorteilhaft, wenn er wiederholt symmetrisch
und asymmetrisch gemäß der Drehung
wird, wie sie von den stationärseitigen
magnetischen Polen gesehen wird.
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Wenn
im Gegensatz zwei magnetische Pole vom Magnettyp mit einem Rotor
kombiniert werden, der eine ungerade Anzahl von Polen hat, zum Beispiel
sechs Pole, wird der Rotor in jeder Drehposition symmetrisch. Somit
ist der Rotor, der eine gerade Anzahl von Polen hat, hinsichtlich
der Vibration vorteilhaft. Wenn jedoch ein Kleinmotor, der einen
Rotor verwendet, der eine ungerade Anzahl von Polen hat, und derjenige,
der einen Rotor verwendet, der eine gerade Anzahl von Polen hat,
unter im Wesentlichen den gleichen Bedingungen verglichen werden
(Motorgröße, Spannung
und Strom unter anderem), weist der Rotor, der eine ungerade Anzahl
von Polen hat, bekanntlicherweise gewöhnlich ein größeres Drehmoment
auf. Der Kleinmotor, der einen Rotor verwendet, der eine gerade
Anzahl von Polen hat, kann zu einem Verzahnungsproblem führen.
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Ein
Motor, der einen Rotor verwendet, der eine ungerade Anzahl von Polen
hat, ist vorteilhaft auf Gebieten anwendbar, die ein großes Drehmoment
erfordern und soll gleichzeitig ein inhärentes Vibrationsproblem unterdrücken. Gewöhnlich wurde
das Profil eines laminierten Kerns nicht aus Sicht der Unterdrückung von
Vibrationen betrachtet. Speziell das Profil eines gewöhnlichen
laminierten Kerns, das in 8 und 9 gezeigt ist;
das heißt,
die Breite w der Armabschnitte 16, die Dicke t der Flügelabschnitte 17 und
der Abstand v zwischen benachbarten Flügelabschnitten 17,
die hervorstehende Magnetpole des Rotors bilden, wurden nicht hinsichtlich
der Unterdrückung
von Vibration betrachtet.
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JP 63 310341 A ,
die als Darstellung des relevantesten Stands der Technik betrachtet
wird, offenbart einen Kleinmotor mit einem Rotor, der eine Welle
und einen laminierten Kern einschließt, der eine ungerade Anzahl
hervorstehender Magnetpole aufweist und an der Welle angebracht
ist, wobei jeder hervorstehende Magnetpol einen Armabschnitt
1b und
Flügelabschnitte
1 einschließt, die
in Enden des Armabschnitts
1b integriert sind, und wobei
der laminierte Kern, der aus einem Siliziumstahlblech, das eine
Dicke hat, durch Pressformen ausgeschnitten (ausgestanzt) ist, eine
Dicke D hat, und wobei die Flügelabschnitte
1 eine
Dicke t haben, wie sie von ihrer Wurzel in einer radialen Richtung
gemessen ist, wobei das Verhältnis
der Breite des Armabschnitts zu dem Kerndurchmesser D 0,15 bis 0,3
ist, um so die Verzahnungsbewegung zu verringern, aber weist keine
weiteren Parameter wie oben erwähnt
auf.
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Als
ein weiteres Dokument mit diesbezüglichem Stand der Technik offenbart
US-A-5 949 172 einen Kleinmotor
mit einem Gehäuse,
der eine zylindrische Form mit geschlossenem Boden hat und einen
Magnet einschließt,
der an dessen innerer Oberfläche
befestigt ist, einer Gehäuseabdeckung,
die auf das Gehäuse aufgesetzt
ist, um einen Öffnungsabschnitt
des Gehäuses
zu verschließen,
und eine Bürste
einschließt,
die daran befestigt ist, und einem Rotor, der eine Welle, einen
laminierten Kern, der eine ungerade Anzahl hervorstehender Magnet
bildet und an der Welle befestigt ist, Wicklungen, von der jede
um mehrere hervorstehende Magnetpole gewickelt ist, und einen Kommuntator,
der an der Welle angebracht ist, einschließt, wobei jeder hervorstehende
Magnetpol einen Armabschnitt und Flügelabschnitte einschließt, die
an Enden des Armabschnitts integriert sind und sich symmetrisch
mit Bezug auf den Armabschnitt ringsum erstrecken. Um jedoch die
Verzahnungsbewegung zu verringern, ist eine Platte zum Sammeln von
Magnetfluss angebracht. Diese Anordnung erfordert offensichtlich
ein Extrateil und ein Extraverfahren zum Anbringen des Teils.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kleinmotor zu schaffen,
der ein Problem eines Rotors lösen
kann, der eine ungerade Anzahl von Polen hat, in dem eine Vibration
wahrscheinlich auftritt, um dadurch die Vibration zu unterdrücken, während ein
Merkmal des Rotors, dass er ein großes Drehmoment erzeugen kann,
beibehalten wird.
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Die
Erfindung erreicht dieses Ziel für
einen Kleinmotor des obigen Typs, indem er einen Flügelabschnitt
mit einer Dicke t umfasst, die innerhalb eines Bereichs liegt, dessen
obere Grenze 5,5 Prozent des Kerndurchmessers D ist und dessen untere
Grenze die Blattdicke u ist, und der Abstand v zwischen benachbarten
Enden der Flügelabschnitte
ist so ausgewählt,
dass er nicht geringer als das 1,2-fachen eines Drahtdurchmessers
der Wicklung ist, und so dass [Abstand v/Durchmesser D × (Anzahl
der Pole)] nicht größer als 0,22
ist. Durch Verwendung eines solchen Bereichs der Dicke t und des
Abstands v kann Vibration unterdrückt werden.
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Gemäß dem Kleinmotor
der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis der Breite w des Armabschnitts 16 zu
dem Kerndurchmesser D 0,14 bis 0,16, wodurch Vibration effektiv
weiter unterdrückt
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Längsschnittansicht
eines Kleinmotors der vorliegenden Erfindung, die im Schnitt die obere
Hälfte
des Motors zeigt;
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2 ist
eine Querschnittsansicht des Kleinmotors aus 1, welche
die Anordnung der rotorseitigen und startorseitigen Magnetpole zeigt;
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3 ist
eine Ansicht eines laminierten Kerns des Kleinmotors, der fünf hervorstehende
Magnetpole bildet;
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4 ist
eine Ansicht der Wicklungen, von denen jede um zwei Pole des laminierten
Kerns aus 3 gewickelt ist, wie sie von
dem Kommuntator gesehen werden;
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5 ist
eine Ansicht, die derjenigen aus 3 ähnlich ist,
welche den Fall von sieben hervorstehenden Magnetpolen zeigt;
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6 ist
eine Ansicht, die derjenigen aus 4 ähnlich ist,
welche den Fall von sieben hervorstehenden Magnetpolen zeigt, wobei
Wicklungen jeweils um die drei Pole gewickelt sind;
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7 ist
ein Graph, welcher das Ergebnis einer Messung zeigt, bei welcher
Resonanz hinsichtlich der Beschleunigung G gemessen wurde, während die
Flügeldicke
variiert wurde.
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8 ist
eine Ansicht, welche die Anordnung von zwei magnetischen Polen vom
Magnettyp und rotorseitige Magnetpole eines gewöhnlichen fünfpoligen laminierten Kerns
zeigt; und
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9 ist
eine ähnliche
Ansicht zu derjenigen aus 8, welche
einen Zustand zeigt, in dem die Drehung von dem Zustand aus 8 fortgeschritten
ist.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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1 ist
eine Längsschnittansicht
eines Kleinmotors der vorliegenden Erfindung, die im Schnitt die obere
Hälfte
des Motors zeigt. 2 ist eine Querschnittsansicht
des Kleinmotors aus 1, welche die Anordnung der
rotorsei tigen und startorseitigen Magnetpole zeigt. Die Magnete 1 sind
an der inneren Oberfläche eines
Gehäuses 2 befestigt,
welches durch einen Metallwerkstoff und in einer zylindrischen Form
mit geschlossenem Boden gebildet wird. Eine Gehäuseabdeckung 5 ist
in das Gehäuse 2 eingepasst,
um so einen Öffnungsabschnitt
des Gehäuses 2 zu
verschließen.
Ein Lager 6 für
eine Welle 7 ist an einem mittleren Abschnitt der Gehäuseabdeckung 5 angebracht.
Das andere Ende der Welle 7 wird von einem Lager 3 gehaltert,
welches in der Mitte eines Bodenabschnitts des Gehäuses 2 angebracht
ist, welches eine zylindrische Form mit geschlossenem Boden hat.
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Die
Welle 7 weist einen laminierten Kern 8, der ein
Profil annimmt, welches die vorliegende Erfindung gekennzeichnet
und welches später
detailliert beschrieben werden wird, Wicklungen 9, die
um den laminierten Kern 8 gewickelt sind, und einen Kommuntator 10 auf,
wodurch ein Rotor des Kleinmotors gebildet wird. Die Wicklungen 9 der
vorliegenden Erfindung sind jeweils um mehrere Pole gewickelt. Im
Fall einer ungeraden Anzahl von Polen, die gleich oder größer als
fünf Pole
ist, wird jede Wicklung 9 um mehrere Pole wie etwa zwei Pole
oder drei Pole gewickelt, um Variationen der Spannung oder des Stroms
zu variieren, die sich an dem Kommuntator ändern. Durch Verwendung solch
einer Praxis der Wicklung um mehrere Pole wird ein weiterer Winkelbereich
abgedeckt, wodurch ein variierender magnetischer Fluss geglättet wird
und somit ein Vorteil mit Bezug auf der Unterdrückung von Vibration geschaffen
wird.
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Bürsten im
Kontakt mit dem Kommuntator 10 werden von der Gehäuseabdeckung 5 gehaltert,
wie gewöhnlich
verwendet. Eingangsanschlüsse 11,
die mit den Bürsten
verbunden sind, erstrecken sich durch die Gehäuseabdeckung 5 und
springen für
eine elektrische Verbindung nach außen.
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3 stellt
beispielhaft einen laminierten Kern der vorliegenden Erfindung dar,
der fünf
hervorstehende Magnetpole bildet. 4 ist eine
Ansicht von Wicklungen 9, von denen jede um zwei Pole des
laminierten Kerns aus 3 gewickelt ist, wie er von
dem Kommuntator 10 gesehen wird. Wie gewöhnlich umgesetzt,
sind die Kernlaminierungen des laminierten Kerns 8 aus
einem Siliziumstahlblech in einem vorbestimmten Profil durch Pressformen
ausgestanzt und werden dann in den laminierten Kern 8 laminiert.
Der laminierte Kern 8 schließt einen ringförmigen Abschnitt 15 und
so viele Arme wie hervorstehende Magnetpole ein und erstreckt sich
radial von dem ringförmigen
Abschnitt 15. Der ringförmige
Abschnitt 15 hat ein Welleloch 14, das darin in der
Mitte ausgebildet ist. Die Welle 7 ist in das Welleloch 14 eingepasst.
Flügelabschnitte 17 sind
bei den Enden des Arms symmetrisch mit Bezug auf den Arm ausgebildet.
In diesem laminierten Kern wird der Kerndurchmesser durch den Buchstaben
D dargestellt und die Dicke des Flügelabschnitts 17,
wie sie radial bei der Wurzel gemessen wird (einem Teil, an dem
die Arme integriert sind), wird durch den Buchstaben t dargestellt. Gewöhnlich wird
der Wurzel ein Radius „R" gegeben, um die
mechanische Stärke
zu erhöhen.
Die Flügeldicke t
schließt „R" aus.
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5 und
6 ähneln
3 und
4,
unterscheiden sich jedoch darin, dass die Anzahl der hervorstehenden
Magnetpole sieben ist, und dass die Wickelungen jeweils um die drei
Pole gewickelt sind. Deshalb ist die detaillierte Beschreibung der
Figuren ausgelassen. In jedem Fall ist die vorliegende Erfindung
für einen
Kleinmotor verwendbar, der eine ungerade Anzahl von hervorstehenden
Magnetpolen und Wicklungen hat, von denen jede um mehrere Pole gewickelt
ist. [Tabelle 1]
| Flügeldicke
(mm) | Flügeldicke/Durchmesser
(%) | Resonanz
(G) |
| 1,467 | 6,38 | 17 |
| 1,215 | 5,28 | 3,5 |
| 0,970 | 4,22 | 3,5 |
| 0,869 | 3,78 | 3,5 |
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In
Anwendungen wie einem Kleinmotor ist die vorliegende Erfindung durch
das Profil des laminierten Kerns gekennzeichnet.
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Indem
die Dicke t des Flügelabschnitts 17 so
dünn wie
möglich
gemacht wird, kann erstens Vibration unterdrückt werden. Durch Verengen
des Abstands v zwischen benachbarten Flügelabschnittsenden soweit wie
möglich,
kann zweitens Vibration unterdrückt
werden. Durch Auswählen
einer optimalen Armbreite w kann drittens Vibration unterdrückt werden.
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Tabelle
1 zeigt die Ergebnisse des Messens der Resonanz hinsichtlich der
Beschleunigung G mit Bezug auf Kerne, die einen Durchmesser D von
23 mm, eine Armbreite w von 3,4 mm und unterschiedliche Flügeldicken
haben. Die Messergebnisse sind in 7 grafisch
dargestellt. Wie aus den Messergebnissen zu sehen, kann durch Verwendung
von Flügeldicke/Durchmessers,
das nicht größer als
5,5 Prozent ist, Vibration ausreichend unterdrückt werden.
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Die
untere Grenze der Flügeldicke
hängt von
der Bearbeitungsgenauigkeit ab. Kernlaminierungen des laminierten
Kerns werden zum Beispiel aus einem Siliziumstahlblech ausgestanzt,
das eine Dicke u von 0,35 mm oder 0,5 mm hat. Genaues Ausstanzen
einer Kernlaminierung, die eine Flügeldicke hat, welche geringer als
diese Blattdicke u ist, wird schwierig durch einen einzelnen Stanzschritt
ausgeführt.
Die Leistung des Ausstanzens in zwei oder mehr Schritten führt zu einer
erhöhten
Anzahl von Stanzschritten und ver ursacht eine Verringerung der Kernstärke entlang
der Wellenrichtung. Deshalb ist die Flügeldicke t zumindest die Dicke
u eines verwendeten Siliziumstahlblechs, vorzugsweise zumindest
1,5 mal der Dicke u, um dadurch genaues Stanzen auszuführen. [Tabelle 2]
| Flügeldicke
= 1,467 mm
Armbreite = 3,00 mm
Anzahl der Pole = 5
Durchmesser
= 23 mm | Durchschnitt
der maximalen magnetischen Kräfte
(gf) |
| Richtung
x | Richtung
y |
| Getesteter
Kern (1)
Abstand zwischen Flügelenden = 0,5 mm
Abstand/Durchmesser × Anzahl der
Pole = 0,109 | 38 | 119 |
| Getesteter
Kern (2)
Abstand zwischen Flügelenden = 1,0 mm
Abstand/Durchmesser × Anzahl der
Pole = 0,217 | 55 | 148 |
| Getesteter
Kern (3)
Abstand zwischen Flügelenden = 1,6 mm
Abstand/Durchmesser × Anzahl der
Pole = 0,348 | 109 | 195 |
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Die
Resonanz (G) wurde gemessen, während
der Abstand v zwischen benachbarten Flügelabschnittsenden variiert
wurde. Die Ergebnisse der Messung offenbaren, dass je enger der
Abstand v ist, desto effektiver die Resonanz (G) unterdrückt wird.
Tabelle 2 oben zeigt die Ergebnisse des Messens einer magnetischen
Kraft in der x- und y-Richtung, welche eine Motorresonanz hervorrufen
wird. Idealerweise hat ein Motor ein symmetrisches Profil in Bezug
auf seine Welle, so dass keine magnetische Kraft entweder in der
x- oder y-Richtung
entsteht. Durch Minimierung einer solchen magnetischen Kraft kann
die Motorresonanz verringert werden. [Tabelle 3]
| | Durchschnitt
der maximalen magnetischen Kräfte
(gf) |
| Richtung
x | Richtung
y |
| Kern
der vorliegenden Erfindung
Flügeldicke/Durchmesser = 0,970 mm/23
mm = 4,22
Armbreite = 3,4 mm
Armbreite/Durchmesser = 3,4/23 =
0,15
Abstand zwischen Flügelenden
= 0,5 mm | 36 | 57 |
| Gewöhnlicher
Kern (2)
Flügeldicke/Durchmesser
= 1,467 mm/23 mm = 6,38
Armbreite = 3,0 mm
Armbreite/Durchmesser
= 3,0/23 = 0,13
Abstand zwischen Flügelenden = 2,1 mm | 107 | 173 |
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Wie
aus der obigen Tabelle zu erkennen, ist die magnetische Kraft umso
kleiner, je enger der Abstand zwischen Flügelenden ist.
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Jedoch
ist die Wicklungsarbeit unmöglich,
außer
wenn der Abstand zwischen den Flügelenden
zumindest so groß wie
der Drahtdurchmesser der Wicklung ist. Das heißt, der Abstand v zwischen
den Flügelenden ist
wünschenswert
so eng wie möglich,
solange eine Wicklungsarbeit nicht behindert wird.
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Der
Abstand v wird so ausgewählt,
dass er nicht geringer als das 1,2-fache eines Drahtdurchmessers der
Wicklung ist und so dass [Abstand v/Durchmesser D × (der Anzahl
der Pole)] nicht größer als
0,22 ist, wodurch Resonanz ausreichend unterdrückt wird.
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Außerdem wurde
Resonanz (G) gemessen, während
die Armbreite w variiert wurde. Die Ergebnisse der Messung offenbarten,
dass, wenn die Armbreite w zunimmt, Resonanz (G) effektiver unterdrückt wird.
Wie jedoch von dem Kernprofil zu sehen, verursacht eine Zunahme
der Armbreite w eine Verringerung des Abstands der Wicklung, was
zu einem Versagen führt,
ein ausreichendes Drehmoment zu erhalten. Aus Sicht des Erhalts
eines hohen Drehmoments wird die Armbreite w wünschenswert verengt, solange
Resonanz ausreichend unterdrückt
wird. Die Armbreite wird so ausgewählt, dass der Wert der Armbreite/Durchmesser
0,14 bis 0,16 ist, wodurch Vibration unterdrückt wird und ein ausreichend
hohes Drehmoment erhalten wird.
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Tabelle
3 oben zeigt die Ergebnisse des Messens einer magnetischen Kraft
in der x- und y-Richtung mit Bezug auf einen Kleinmotor der vorliegenden
Erfindung und vergleicht Messungen mit denjenigen eines gewöhnlichen
Kleinmotors. Wie aus Tabelle 3 zu sehen, wird die vorliegende Erfindung
beträchtlich
hinsichtlich der magnetischen Kraft verbessert.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie
oben beschrieben liegt die radial gemessene Dicke t des Flügelabschnitts 17 gemäß der vorliegenden
Erfindung in dem Bereich von 5,5% des Kerndurchmessers D als eine
obere Grenze bis zu der Kernlaminierungsdicke u als eine untere
Grenze, wodurch Vibration unterdrückt wird, während ein Merkmal eines Rotors,
der eine ungerade Anzahl von Polen hat, beibehalten wird, so dass
ein großes
Drehmoment erzeugt werden kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Abstand v zwischen benachbarten Enden der Flügelabschnitte
(17) so ausgewählt,
dass er nicht geringer als das 1,2-fache eines Drahtdurchmessers
der Wicklung ist, und so dass [Abstand v/Durchmesser D × (die Anzahl
der Pole)] nicht größer als 0,22
ist, wodurch Vibration effektiv weiter unterdrückt wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist das Verhältnis
der Breite w des Armabschnitts 16 zu dem Kerndurchmesser
D 0,14 bis 0,16, wodurch Vibration effektiv weiter unterdrückt wird.