JP2004166494A - 内部回転子直流モータ用のステータ筒及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 効果的にかつ簡単に巻線可能で狭い溝開口部を有する内部回転子直流モータ用のステータ筒を提供する。
【解決手段】 本発明の内部回転子直流モータ用のステータ筒は、１つの環状のステータ筒壁と、所定数の極集電シューとを備え、当該極集電シューは、ステータ筒壁の内側中央の開口部から内側に突出する。ステータ筒は、複数のステータ部材２８，３２，４２に分割され、１つのステータ部材２８，３２，４２は、常に、１つの位相のすべての極集電シュー２９，３６，４６を含む。
【選択図】 図６

Description

本発明は、内部回転子直流モータ用ステータ筒に関し、当該ステータ筒は、１つの環状のステータ筒壁と複数の極集電シューとを含む。この極集電シューは、ステータ筒壁の内側中心の開口から半径方向内側に延在する。さらに一般的には、本発明は、内部回転子直流モータに関し、より詳細には、整流ブラシレス直流モータに関する。

そのようなモータは、多数の分野で、例えば、送風機、冷却ポンプ用の、若しくは操縦システムの支援のための自動車技術において、利用可能になっている。若干の例だけを挙げると、他の分野は、例えば、配管の通風機、データ処理装置用ディスク記憶装置のスピンドルモータである。

整流ブラシレスモータは、原理的には、シャフトと、ロータ部品と、ステータ部品とを含み、該ロータ部品は、シャフトに配置された１つ若しくは複数の永久磁石を有し、ステータ部品は、ステータ筒と位相コイルとを含む。２つの軸受が、ロータ部品とステータ部品とを互いに相対して軸支するために、軸方向に間隔をおいてシャフトに配置されている。

ステータ部品に使用可能なステータ筒の１つの例が、図７に示されている。このステータ筒は、１つの環状のステータ筒壁１０及び複数の極集電シュー１２を含み、該極集電シューは、ステータ筒壁１０の内側中心の開口から半径方向内側に延在する。この極集電シュー１２の間には、ステータ溝（スロット）１４が形成されている。

図７に示される例では、ステータ筒８が極集電シュー１２を有する。このステータ筒８が３相直流モータ用に規定されているという仮定の下では、そのために、各位相コイル用に、９つの極集電シュー１２が用意される。ステータ筒８に３つの位相コイルを巻き付けることを考慮すると、そのためには、極集電シュー１２の間に、コイルを挿入するために十分な空間が用意されなければならないが、その一方で、ステータの電磁気的な設計のためには、ステータ溝１４の狭い開口部１６が有利であるという矛盾が発生する。この矛盾は、図７から容易に理解される。２つの極集電シュー１２の間には、自由空間を低減するために、コイル用に用意された空間が実際に存在し、当該空間は、コイルを挿入するために、常時２つの極集電シュー１２の間で必要とされるという事実により、この矛盾は、増幅される。

下記の特許文献１は、電気モータ用の構造要素を記載し、この構造要素は、ステータ又はロータとして使用可能であり、軸方向に組み立てられる構造要素を形成する２つの支持体から構成される。各支持体は、極歯を有し、ここで、周方向に直接隣り合う極歯は、同じ支持体からは形成されていない。これは、巻回方法若しくは巻線の取付けが極めて簡単にされるような大きさに、個々の支持体の隣接する極歯の間隔を選択するためである。
独国特許第１０１０６７１７Ａ１号公報

そこで、本発明の課題は、良好なモータ機能を保証するために、狭い溝開口部を有する内部回転子直流モータ用のステータ筒を提供することである。また、それにもかかわらず、本発明のステータ筒は、効果的にかつ簡単に巻線可能である。

この課題は、請求項１の特徴を有するステータ筒によって解決される。本発明は、特に、ステータ筒を複数のステータ部材に分割することを備え、ここで、１つのステータ部材は、常時、１つの位相の極集電シューを含む。本発明は、ステータをいくつかの平面に分割するという考えに基づいており、ここで、ステータ部材は、共同して１つの完全なステータ筒を構成するように組み立てられる。

各ステータ部材が１つの位相のすべての極集電シューを含むために、多数の利点が発生する。各位相コイルがそのステータ部材に完全に巻き付けられて挿入可能であるので、組立が単純化される。モータに個々のステータ部材を組み立てた後に、なお、個々の位相コイルの接続、例えば、三角（デルタ）若しくはスター回路の形成のみが必要である。また、モータの作動方法に対しても、利点が発生する。何故なら、本発明に係る組立方法では、隣接する別の位相からの渦電流によりいかなる影響も起こらず、各位相に対して、同一の電磁気特性が適用され、そのため、各位相に対して、同一の電磁気抵抗が形成されるからである。

各ステータ部材は、好ましくは、常時、環状のステータ筒壁の一部を含み、該ステータ筒壁は、特に、ステータ筒の軸方向長さの一部に亘ってのみ延びるように形成される。さらに、ステータ部材は、１つの位相に属する極集電シューを含み、該極集電シューは、実質的に、ステータ筒の軸方向長さ全体に亘って延在する。環状の筒壁は、特に、ステータ筒の軸方向長さのほんの一部に亘って延びており、当該長さは、位相の総数に対応する。３相モータの場合には、環状のステータ筒壁の軸方向長さは、好ましくは、ステータ筒の全長の３分の１である。

本発明に係るステータ筒は、特に、２つの部分から成る各ステータ部材が互いに接合されるように構成可能である。１つの部分は、１つの閉成されたリングと、１つの位相に属する極集電シューとを含み、該極集電シューは、常時、ステータ筒の上記の軸方向長さのほんの一部に亘って延在し、他の部分は、その位相に属する極集電シューのなお欠けている部分を含む。これは、各位相に属する極集電シューが、常時、ステータ筒の全長に亘って延在するように、第１の部分を補完するためである。この２つの部分は、例えば、打抜き構造、押し出し成形若しくは接着により互いに結合される。

本発明では、３つの位相に対するステータ部材は、別々に製造され、各位相用のステータ部材それぞれの極集電シューは、完全に巻線されたステータを形成するために個々のステータ部材が互いに接合される前に、巻線される。そのため、ステータ部材において、別の位相それぞれに対する極集電シューが欠けており、極集電シューを巻線するために十分な場所が用意される。位相コイルは、ステータ部材の組立前に、さらに押圧することにより形成可能である。最後に、個々のステータ部材が組み立てられ、その際、完全に巻線されたステータを形成するように、互いに嵌め込まれる。

本発明は、また、請求項１０に従うステータ筒の製造方法に関する。本発明の好ましい実施形態は、従属クレームにおいて提供される。

本発明によれば、効果的かつ簡単に巻線可能で狭い溝開口部を有する内部回転子直流モータ用のステータ筒を提供することができる。

本発明の実施の形態にかかる内部回転子直流モータ用のステータ筒及びその製造方法について、以下図面を参照して説明する。

本発明の実施形態と比較するために、まず、従来技術に基づく一般的なステータ筒について説明する。
既に述べられた図７は、電気モータ、特に整流直流モータで使用するためのステータ筒の斜視図を示す。ステータ筒は、環状の筒壁１０と、その間にステータ溝１４が形成されている極集電シュー１２とを有する。１つの溝開口部が１６にて示されている。後述するように、当業者は、本発明が、任意の極／溝数を有するステータ筒に使用可能であることを理解するであろう。

図８は、図７のステータ筒の上面図を模式的に示す。複数の板から構成されるステータ筒の場合には、この上面図は、周知の板断面に対応する。図８に示される板状断面において、環状の筒壁が１０で、極集電シューが１２で示されている。各２つの極集電シュー１２の間には、ステータ溝１４が形成されており、ここで、溝開口部は、１６にて示されている。ステータ溝１４は、位相コイル用に使用される空間を形成し、当該空間は、また、巻き空間としても表される。

図８に示される板断面は、９つのステータ溝１４と、９つの極集電シュー１２とを有し、３相ブラシレス直流モータ用に規定されている。極集電シューａは、ここでは、位相１用のコイルを支持し、極集電シューｂは、位相２用のコイルを支持し、極集電シューｃは、位相３用のコイルを支持する。

従来のステータ筒の巻線の際には、開口部１６は、少なくとも、コイル線が、これを貫通し得るような大きさでなければならない。さらに、コイル線を挿入するのに十分な場所が、極集電シューの脚部まで存在しなければならないことにより、ステータ溝１４近傍の巻き空間は、制限される。位相コイル用に実用的に使用される空間は、図８において、１８，１８’で、ハッチングにより模式的に示唆される。極集電シュー１２、ステータ溝１４及び開口部１６の寸法は、極集電シュー１２を巻線するためのステータ溝１４にコイル（図示せず）を挿入するための空間が存在するように選択されなければならない。これに対して、モータの電磁気的な設計のためには、特に、殆ど変動のない回転モーメントを形成するために、狭い開口部１６が有利である。

次に、本発明の概念を示す板断面を図１に示す。すなわち、ステータ筒を構成する複数の部材は、図１に示すような同一の板断面を有して、互いに所定の角度だけずらせて（オフセットさせて）組み立てられる。
図１は、同様に９つの溝を有するステータ筒の板断面を（縮尺して）示す。ここで、本実施形態では、極集電シュー２０のみが存在し、該極集電シューは、同じ位相のコイルを支持する。極集電シュー２０は、図８の板断面の場合のように、環状のステータ筒壁１０の内側中央の開口に具備される。本実施形態では、ステータ筒は、３つのステータ部材から構成され、その上面図若しくは板断面が、図１に示すように形成されている。図１から、示されたステータ部材の極集電シュー２０には、問題なく、電気モータの位相のうちの１つに対するコイル線を巻き付け可能であることが、容易に理解可能である。小さい溝開口部若しくはコイル線を挿入するために必要な自由空間による制限は、明らかに存在しない。特に、溝開口部１６に対する最小限の幅は予め定められていないので、極集電シュー２０のハンマー又は歯２２は、従来技術のステータ筒の場合よりも、幅広に作成可能である。

本実施形態では、３つの（２相モータの場合には２つの）ステータ部材は、別々に製造され、一体のステータ筒に組み立てられる前に、巻線される。３つの（若しくは２つの）ステータ部材の上面図又は板断面図は、同一である。第２及び第３のステータ部材は、第２若しくは第３の位相コイルを支持し、図１に示す第１のステータ部材に対してずらせて（オフセットさせて）配置される。位相総数Ｎに応じて、ステータ部材は、常時、略３６０°／Ｎだけ互いにずらせて（オフセットさせて）配置される。示された実施形態の場合には、角度のずれは、３６０°／９＝４０°である。

個々の極集電シュー、例えば、図１における２０を巻線した後で、必要に応じて位相コイルを形成するために、巻線は（図１では示さず）、追加的に、常時、極集電シュー２０の側から押圧される。そのため、各ステータ部材は、１つの位相の極集電シューと位相コイルとを有し、当該極集電シューの歯若しくはハンマー２２は、従来技術の場合よりも、幅広に形成可能である。ここで、各ハンマー２２の幅は、次に隣り合うハンマーによってのみ制限され、該ハンマーは、隣接する位相に属する。これにより、ステータ筒の完成時には、溝開口部は、最小化可能であり、そのため、ステータ筒は、全体として、より大きなフラックスを受けることができ、より僅かな回転モーメントの変動しか発生しない。

本実施形態では、組み立てられたステータ筒は、巻線された３つのステータ部材を互いに嵌め込むことにより製造される。このことは、図２乃至４に関連して説明される。本発明の好ましい実施形態は、３相直流モータに基づいて説明され、ここで、当業者は、本発明が、これに限定されないことを理解するであろう。

図２に示す第１のステータ部材２８は、環状のステータ筒壁の第１の部分２４と、１つの位相に属する極集電シュー２９とを含む。

第１のステータ部材２８は、複数の部分から組み立てられており、特に、図２においてハッチングで示される閉成された環状の部品、環状のステータ筒壁の第１の部分の一部２４並びに、当該位相に属する極集電シュー２９の一部２６を含む。環状のステータ筒壁の一部２４及び極集電シュー（図２では、１つの位相の極集電シューのうちで１つのみが示されている）が、常時、ステータ筒の軸方向長さＬの３分の１（位相の総数は３である）に亘って延在する。この位相に対する第１のステータ部材２８の第２の部分は、この位相に属する極集電シュー２９の常時なお欠けている部分３０により、形成されている。この極集電シュー部分３０は、例えば、位相１である１つの位相に対する極集電シュー２９を形成するために、極集電シューの一部２６を補完し、極集電シュー２９は、ステータ筒の全長Ｌに亘って延在する。極集電シューの欠けている部分３０の軸方向長さは、示された実施形態では、ステータ長さＬの３分の２であり、より一般的には、（位相総数−１）／位相総数×ステータ長さである。第１のステータ部材２８を巻線する前に、第１のステータ部材２８の部分２４，２６，３０は、例えば、押し出し成形又は接着により、互いに接合される。

図２では、簡単のために、環状のステータ筒壁１０の一部と１つの極集電シュー２９のみが図示されている。当業者は、図２に示す第１のステータ部材２８が、図１の上面図に対応し、閉成された環状のステータ筒壁の一部２４並びに１つの位相のすべての極集電シューを含むことを理解するであろう。

図３は、第２のステータ部材３２、例えば、位相２に対するステータ部材の一部を模式的に示す。このステータ部材は、環状のステータ筒壁のさらなる一部３４並びに位相２に配置される極集電シュー３６を含み、ここで、図３では、１つの極集電シューのみが示されている。図３に示されている第２のステータ部材３２は、３つの部分から組み立てられており、より詳細には、環状のステータ筒壁の一部３４、位相２の極集電シューの一部３８並びに位相２の極集電シューのなお欠けている部分４０，４０’であり、極集電シューの一部３８は、常時、ステータ筒の軸方向長さの３分の１に亘って延在し、部分４０，４０’は、極集電シュー部分３８を補完する。個々の部分３４，３８，４０，４０’は、再度、押し出し成形若しくは接着により、１つのステータ部材３２に互いに接合される。最後に、極集電シュー３６は、位相２用コイルで巻線される。

図４は、第３の位相用の第３のステータ部材４２を示し、当該ステータ部材は、第１の位相のステータ部材２８と鏡像関係になるように構成されている。ステータ部材２８は、再度、環状のステータ筒壁の一部４４並びに位相３に配置される極集電シュー４６を含み、当該部分４４は、ステータ筒の軸方向長さの３分の１に亘って延在する。図４に示されているステータ部材４２は、図２の第１のステータ部材２８に対応して、２つの部分から製造され得る。

図５−（ａ），（ｂ），（ｃ）は、組み立てられたステータ筒の斜視図、上面図及び側面図を示し、当該ステータ筒は、３つのステータ部材２８，３２，４２から組み立てられている。

図６−（ａ）及び（ｂ）は、ステータ筒の分解図を示し、当該分解図では、これらが完全にステータ筒に組み立てられる前の３つのステータ部材２８，３２，４２が認識可能である。これらの図では、ステータ部材に属する環状のステータ筒壁の一部２４，４３，４４、並びに、これらに付属する極集電シュー２９，３６若しくは４６が認識される。

ステータ部材２８，３２，４２がそれぞれ巻線された後で（図では示されない）、これらの部材は、軸方向に互いに嵌め込まれる。ここで、第１及び第３のステータ部材２８及び４２は、上から若しくは下から第２のステータ部材３２に嵌め込まれ、その結果、環状のステータ筒壁の一部３４は、第１及び第３のステータ部材２８及び４２の筒壁部分２４及び４４の間に載置されるようになる。その際、極集電シュー２９，３６，４６は、略４０°（３６０°／９）だけ互いにずれて配置される。

個々のステータ部材は、好ましくは、筒壁の互いに隣接する面とそれぞれの別の位相の極集電シューとの間に、磁気的作用のある間隙が存在しないように、互いに結合される。このことは、良好な隘路嵌合により、並びに、場合によっては、磁気的作用のある充填材若しくは接着剤の使用により保証され、該充填材は、例えば、特開平１−２７２１０２号公報に記載されている。

個々のステータ部材２８，３２，４２を巻線して組み立てた後で、巻線されたステータ筒が得られ、当該ステータ筒は、極集電シューの間の巻き空間を最適に利用し、通常、従来技術におけるよりも小さい溝開口部を有する。本発明に係るステータ筒により、一方では、それぞれの位相に対する極集電シューを巻線することがかなり簡略化され、他方では、全体として、より良好な出力性能を有するモータが得られる。本発明では、特に、１つの位相のコイルが１つのステータ部材に完全に用意されて、個々のステータ部材が互いに接合される前に、これに挿入され得る。最後に、完全に挿入された位相コイルは、さらに、三角回路（デルタ回路）若しくはスター回路に結合されるのみである。なお、それぞれの位相コイルは、極集電シューに巻線した後で、例えば、該巻線を押圧して容易に形成可能である。

本発明に係るステータ筒は、好ましくは、整流ブラシレス直流モータに使用される。

上記の記載、クレーム及び図面に開示された特徴は、単独でも、任意の組み合わせでも、本発明を実現するために、異なる実施形態において、重要である。

本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の思想を逸脱しない範囲で、その応用及び変形等は任意である。
例えば、上記の実施形態では、ステータ筒が同一の板断面を有する３つのステータ筒部材から構成され、各ステータ部材の極集電シューは、互いに略４０°だけオフセットさせて配置されると説明した。しかし、例えば、ステータ筒部材の数及びオフセット角度等はこれに限定されず任意である。また、上記の実施形態では、３相ブラシレス直流モータ用のステータ筒として説明したが、本発明のステータ筒は、他の電気モータにも使用可能である。

本発明に係るステータ筒の模式的な板断面である。 本発明に係るステータ筒の第１のステータ部材の一部の模式的な斜視図である。 本発明に係るステータ筒の第２のステータ部材の一部の模式的な斜視図である。 本発明に係るステータ筒の第３のステータ部材の一部の模式的な斜視図である。 （ａ）は、本発明に係る組み立てられたステータ筒の斜視図を示す。 （ｂ）は、本発明に係る組み立てられたステータ筒の上面図を示す。 （ｃ）は、本発明に係る組み立てられたステータ筒の側面図を示す。 本発明に係るステータ筒の分解図である。 従来のステータ筒の模式的な斜視図である。 ９つの磁極片を有するステータ筒の模式的な上面図（板断面）である。

符号の説明

８ ステータ筒
１０ ステータ筒壁
１２ 極集電シュー
１４ ステータ溝
１６ 開口部
１８ 位相コイル
１８’ 位相コイル
２０ 極集電シュー
２２ ハンマー（歯）
２４ ステータ筒壁の一部
２６ 極集電シューの一部
２８ 第１のステータ部材
２９ 極集電シュー
３０ 極集電シューの欠けている部分
３２ 第２のステータ部材
３４ ステータ筒壁の一部
３６ 極集電シュー
３８ 極集電シューの一部
４０ 極集電シューの一部
４０’ 極集電シューの一部
４２ 第３のステータ部材
４４ ステータ筒壁の一部
４６ 極集電シュー

Claims (13)

1. 環状のステータ筒壁（１０）と、該ステータ筒壁（１０）の内側中央の開口部から内側に突出する所定数の極集電シュー（１２）と、を備える内部回転子直流モータ用のステータ筒であって、
   ステータ筒（８）が複数のステータ部材（２８，３２，４２）に分割され、
   １つの前記ステータ部材（２８，３２，４２）は、常に、１つの位相のすべての極集電シュー（２９，３６，４６）を含む、
   ことを特徴とする内部回転子直流モータ用のステータ筒。
2. 各ステータ部材（２８，３２，４２）は、常に、前記環状のステータ筒壁（１０）の一部分（２４，３４，４４）を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のステータ筒。
3. 前記ステータ筒（８）は、モータ軸と同心であり、
   前記各ステータ部材（２８，３２，４２）の前記極集電シュー（２９，３６，４６）は、実質的に、前記ステータ筒（８）の軸方向長さ（Ｌ）全体に亘って延在する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のステータ筒。
4. 前記各ステータ部材（２８，３２，４２）は、常に、前記環状のステータ筒壁（１０）の一部分（２４，３４，４４）を含み、
   当該部分は、前記ステータ筒（８）の軸方向長さ（Ｌ）の一部に亘って延在する、
   ことを特徴とする請求項３に記載のステータ筒。
5. 前記環状のステータ筒壁（１０）の前記一部分（２４，３４，４４）は、常に、１つの閉成された環であり、
   当該部分は、前記ステータ筒（８）の軸方向長さのＮ倍に亘って延び、Ｎは、Ｎ＝１／（位相の総数）で定められる、
   ことを特徴とする請求項４に記載のステータ筒。
6. 前記各ステータ部材（２８，３２，４２）は、複数の部分から組み立てられ、
   １つの部分は、閉成された環（２４，３４，４４）及び前記ステータ筒の軸方向長さのＮ倍に亘って延在し１つの位相に属する極集電シュー（２６，３８）の一部により形成され、
   他の部分は、当該位相に属する極集電シュー（３０，４０，４０’）の残部を含み、
   当該極集電シューは、前記ステータ筒の軸方向長さのＮ×（位相の総数−１）倍に亘って延在し、
   Ｎは、Ｎ＝１／（位相の総数）で定められる、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のステータ筒。
7. 前記複数の部分は、互いに接合されている、ことを特徴とする請求項６に記載のステータ筒。
8. 前記ステータ部材（２８，３２，４２）は、互いに嵌め込まれ、
   当該ステータ部材のそれぞれの前記極集電シューは、所定の角度だけオフセットさせて配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のステータ筒。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のステータ筒を有する電気モータ。
10. 各位相に対して、第１の部品及び少なくとも１つの第２の部品を製造し、
    前記第１の部品は、１つの閉成された環（２４，３４，４４）及びステータ筒の軸方向長さのＮ倍に亘って延在し１つの位相に属する極集電シューの一部分（２６，３８）により形成され、
    前記第２の部品は、前記ステータ筒の軸方向長さのＮ×（位相の総数−１）倍に亘って延在し当該位相に属する極集電シュー（３０，４０，４０’）の残部により形成され、
    前記第１の部品及び前記少なくとも１つの第２の部品を互いに接合し、
    Ｎは、Ｎ＝１／（位相の総数）で定められる、
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のステータ筒の製造方法。
11. 前記第１の部品及び前記少なくとも１つの第２の部品は、押し出し成形若しくは接着により互いに接合される、ことを特徴とする請求項１０に記載のステータ筒の製造方法。
12. 各位相に対し、１つのステータ部材（２８，３２，４２）を製造し、
    巻線されたステータを形成するために個々の前記ステータ部材（２８，３２，４２）を互いに接合する前に、当該ステータ部材の極集電シュー（２９，３６，４６）を巻線する、
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のステータ筒を有するステータの製造方法。
13. 前記極集電シュー（２９，３６，４６）に巻線した後で、位相コイルを押圧により形成する、
    ことを特徴とする請求項１２に記載のステータの製造方法。

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