JP2004343992A - リニアドライブのための電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】材料及び製造について少ない経費及び費用により製造可能な、リニアドライブのための電気モータを提供する。
【解決手段】ステータ44は、ステータ本体64と、位相接続部68に接続された位相巻線とを含む。ロータ42は、ロータハブ52に装着されており、ロータハブは、転がり軸受62を介してモータハウジング76に軸支されるとともに、ロータの回転運動をネジ付きシャフト56の並進運動に変換するためにねじ山を介してネジ付きシャフトと連結されている。モータハウジングは、ステータがステータ本体及び位相巻線とともに内部に埋封された射出成形品を有している。モータハウジングの射出成形品に、ネジ付きシャフトを収容、固定するための直線案内部72が組み込まれている。ロータハブも、ロータが内部に固定された射出成形品によって形成されており、ロータハブの射出成形品は、ネジ付きシャフトの雄ネジ58と協働する雌ねじを有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、リニアドライブのための電気モータに関する。このモータは、ステータと、ロータと、ネジ付きシャフトとが内部に収容されたモータハウジングを有している。ステータは、ステータ本体と、位相接続部に接続された位相巻線とを含んでいる。ロータは、ロータハブに装着されている。ロータハブは、転がり軸受を介してモータハウジングに軸支されるとともに、ロータの回転運動をネジ付きシャフトの並進運動に変換するために、ねじ山を介してネジ付きシャフトと連結されている。

このような電気モータは、例えば、自動車機構においてリニアアクチュエータとして用いられる。あくまでも一例として、気化器バルブをアイドル制御するためのアクチュエータや、ロービームヘッドライトの照射角度を調整するためのアクチュエータを挙げておく。本発明が特定の用途に限定されるものでないことは自明である。

従来の技術においては、このようなリニアアクチュエータには、クローポール型ステッピングモータやハイブリッド型ステッピングモータ等のステッピングモータが使用されるのが通常である。

図１には、クローポール型ステッピングモータの一例が部分破断斜視図として示されている。図２ａ及び図２ｂは、ハイブリッド型ステッピングモータの一例を断面図及び部分破断斜視図としてそれぞれ模式的に示している。

図１には、通常のクローポール型ステッピングモータが図示されている。このステッピングモータは、クローポール１６、１８を介して結合された第１のステータシステム１０、第２のステータシステム１２及び永久磁石ロータ１４を含んでいる。

図２ａ及び図２ｂに示すハイブリッド型ステッピングモータは、リラクタンスモータ（ＶＲモータ）の要素と永久磁石モータ（ＰＭモータ）の要素とを組み合わせたものである。図２ａ及び図２ｂに示すハイブリッド型モータは、ロータ２２が装着された軸２０を含んでいる。ロータ２２は、Ｓ極環状歯車又は磁極ディスク２４と、Ｎ極環状歯車又は磁極ディスク２６とを含んでおり、これらの間に永久磁石２８が配置されている。両方の磁極ディスク２４、２６と永久磁石２８とは、保磁子３０を介して軸２０と結合されている。ロータ２２は、ステータ３２の内部で転がり軸受（図示せず）によって回転可能に軸支されている。ステータ３２は、ステータ巻線３８を支持するステータ磁極３６と結合されたステータ保磁子３４を含んでいる。

ハイブリッド型ステッピングモータは、通常のクローポール型ステッピングモータに比較して、減衰が優れており、自己保持モーメントを生成するという利点がある。始動周波数領域及び回転数に関する動作挙動は、クローポール型ステッピングモータの場合よりも優れており、容積及びサイズが同じならば、あるいは容積及びサイズが小さくても、出力はこちらのほうが高い。

基本的に、ステッピングモータの信頼性を向上させるために、ステータを合成樹脂によりカプセル封止することが公知である。それによって、モータのロバスト性及び振動抵抗性が改善され、モータの熱的な絶縁が得られる。ステッピングモータのステータをカプセル封止するための最適な材料の一つは、例えばデュポン・ド・ネモン（Dupont de Nemon）社からＲＹＮＩＴＥ（登録商標）ＰＥＴの商品名で提供されている。電気モータのステータをカプセル封止するための別の成形材料が欧州特許出願第ＥＰ０８０７６４４Ｂ１号明細書（特許文献１）に記載されている。同文献に記載されている成形材料は、モータのリサイクルが可能なように調合されている。注型又はカプセル封止されたステータを備えているその他の電気モータは、米国特許第６，０２０，６６１号明細書（特許文献２）やドイツ特許出願公開第ＤＥ−Ａ−１０１３３９６６号明細書（特許文献３）に記載されている。
欧州特許出願第ＥＰ０８０７６４４Ｂ１号明細書 米国特許第６，０２０，６６１号明細書 ドイツ特許出願公開第ＤＥ−Ａ−１０１３３９６６号明細書

本発明の課題は、材料及び製造について少ない経費及び費用により製造可能な、リニアドライブのための電気モータを提供することである。

この課題は、請求項１乃至請求項６の構成要件を備えている電気モータによって解決される。

本発明は、ステータと、ロータと、ネジ付きシャフトとが内部に収容されたモータハウジングを備えている、リニアドライブのための電気モータに関するものである。ステータは、ステータ本体と、位相接続部に接続された位相巻線とを含んでいる。ロータは、ロータハブに装着されている。ロータハブは、転がり軸受を介してモータハウジングに軸支されるとともに、ロータの回転運動をネジ付きシャフトの並進運動に変換するために、ねじ山を介してネジ付きシャフトと連結されている。本発明の第１の観点においては、モータハウジングは、ステータがステータ本体及び位相巻線とともに内部に埋封された射出成形品を有しており、モータハウジングに、ネジ付きシャフトを収容、案内するための直線案内部が組み込まれている。本発明の第２の観点においては、ロータハブも、ロータが内部に固定された射出成形品によって形成されており、ロータハブは、ネジ付きシャフトの雄ネジと協働する雌ねじを有している。

このように本発明においては、少なくともモータハウジング又はロータハブが、但し有利にはこの両者が、電気モータの主要な機能構成要素、即ち、ステータ及び／又はロータが内部に埋封された射出成形品として構成される。さらに、この射出成形品にリニアドライブの主要な機能部材が組み込まれ、即ち、ネジ付きシャフトのための直線案内部、及び／又は、ネジ付きシャフトの雄ネジと協働する雌ねじが組み込まれる。

上述したような構造により、リニアドライブのための電気モータを、材料及び製造について最低限の経費及び費用により製造することが可能である。リニアドライブのための主要な機能部材、即ち、調節ロッド（ネジ付きシャフト）の直線案内部及びこれに付属するねじ山は、電気モータ自体の主要な機能部材、即ち、ステータ及びロータと同じく、前述した射出成形品に直接組み込まれる。これらの部材は、射出成形品によって正確に位置決めされて固定されるので、ステータ及びロータの組み付け、位置決め、保持のために追加の構成要素を必要としない。これに加えて、本発明の構造は、ステータ及びロータを互いに相対的に高い精度で位置決めし、これらの間に最低限の公差を有する正確な空隙を設定することを可能にする。本発明に係る電気モータのステータが完全にカプセル封止されることのさらに別の効果は、環境要因に対して、特に液体の浸入に対して、ステータが密閉、保護されることである。

本発明の設計により、予想外に、前述した電気モータの精度、特に図２ａ及び図２ｂに示すようなハイブリッド型ステッピングモータの精度を、空隙に関して明らかに向上させることができ、それにより、偏心率を最低限に抑制することができる。モータの製造が簡素化されると同時に、明らかにコストが削減される。実験により判明したところでは、精度の向上により、従来式の設計を有するハイブリッド型ステッピングモータに比較しておよそ１０％の性能改善を実現することができている。これに加えて、ねじ山が直接射出成形される本発明のロータハブの構成により、ロータとネジ付きシャフトとの間の壁厚を低減することができ、それによって逆に、モータ全体の設計サイズを増大させることなく、ロータの利用可能な磁石面を増加させることができ、それに伴って、ロータの体積に依存して決まる性能を向上させることができる。

本発明の有利な実施の形態においては、上記に加えて、モータハウジングの射出成形品に、直線案内部と協働してネジ付きシャフトの運動を制限する、ネジ付きシャフトを位置決めするためのストッパが組み込まれる。

格別にコンパクトで好都合な設計形態は、ロータを軸支する転がり軸受のためのベアリングキャリヤもモータハウジングに組み込まれており、かつ、モータフランジがモータハウジングの射出成形品に直接一体成形されている場合に得られる。転がり軸受のための対応するベアリングキャリヤも、ロータハブに組み込まれているのが好ましい。

本発明に係る電気モータは、ハイブリッド型ステッピングモータとして構成されるのが好ましく、この場合、ロータは、磁気ディスクによって分離された２個の磁極ディスクを有している。磁極ディスクと磁気ディスクとは、ロータハブにより保持、位置決めされるのが好ましい。

次に、図面と関連する有利な実施の形態を参照しながら、本発明について詳細に説明する。

図３は、本発明の有利な実施の形態に基づくリニアドライブのための電気モータを示している。図３に示す電気モータは、ハイブリッド型ステッピングモータである。本発明は、これ以外の電気モータにも適用可能であるが、このようなハイブリッド型ステッピングモータとの関連において採用するのが好ましい。

図３においては、電気モータ全体に符号４０が付されている。この電気モータは、ロータ４２とステータ４４とを含んでいる。ロータ４２は、永久磁石５０によって分離された、第１の磁極ディスク４６、例えばＳ極環状歯車と、第２の磁極ディスク４８、例えばＮ極環状歯車とを有している。ロータ４２は、ロータハブ５２の上において位置決めされ、固定されている。

ロータハブ５２は、本発明によれば、ロータ４２が内部に固定された射出成形品として構成されている。ロータ４２は、ロータハブ５２により部分的に押出被覆されていてよく、又は、ロータハブに挿入若しくは接着されていてよい。ロータ４２とロータハブ５２とのこれ以外の結合方法も考えられる。

ロータハブ５２は貫通孔５４を有しており、その中に雌ネジ（図３には図示せず）が形成されており、この雌ネジは、ロータハブ５２の射出成形品とともに１回の製造工程により製作されるのが好ましい。

貫通孔５４にはネジ付きシャフト５６が収容されており、このネジ付きシャフトはその長さの一部に雄ネジ５８を備えており、この雄ネジがロータハブ５２の雌ネジと協働して、ロータハブ５２の回転運動をネジ付きシャフト５６の並進運動に変換する。

さらに、ロータハブ５２は、一体化されたベアリングキャリヤ６０を有しており、このベアリングキャリヤは、ロータハブ５２をステータ４４に対して相対的に軸支するために、転がり軸受６２、特に玉軸受を受容することができる。

ステータ４４は、例えば、積層された薄板スタックとして構成されるステータ本体６４と、位相巻線６６とを含んでいる。位相巻線６６は、位相接続部６８と接続されている。

ステータ本体６４と、位相巻線６６と、位相接続部６８とを備えているステータ４４は、電気モータ４０のモータハウジングを直接形成する射出成形品７０に完全に埋封されている。これに代わる実施の形態においては、この射出成形品７０が、特に金属からなる別個のモータ被覆によりさらに包囲されていてよい。便宜上、以下の説明では、射出成形品７０のことをモータハウジングと称する。

モータハウジング７０は、ステータ４４を完全に包囲しているので、ステータは、環境要因、特に液体の浸入に対して防護されている。モータハウジング７０には、直線案内部７２とストッパ７３とがネジ付きシャフト５６の位置決め及び案内のために組み込まれている。さらに、モータハウジング７０は、転がり軸受６２を受容するためのベアリングキャリヤ７４を有している。モータフランジ７６が、モータハウジング７０の射出成形品に直接一体成形されており、また、位相接続部６８を収容して電気モータを電力供給部及び／又は外部の制御部と接続するためのプラグ／ブッシュ部７８も同様である。

転がり軸受６２は、モータハウジング７０の内部において波形ばね座金８０又はこれに類似する部材を介して予圧がかけられている。

図示した実施の形態においては、本発明に係る電気モータは、例えば、自動車の内燃機関の気化器のアイドリング制御弁を操作するためのバルブヘッド８２に対するアクチュエータとしての役目を果たす。当業者であれば理解できるように、これは、本発明のリニアドライブの考えられる多数の用途のうちの一例に過ぎない。ネジ付きシャフト５６は調節ロッドの機能を有しており、ロータハブ５２が回転したときに回転方向に応じて、バルブヘッド８２を図面で見て右方又は左方へと動かす。バルブヘッド８２を案内、保持するために、取付部材８４と、スリーブ８８により包囲されたばね８６が設けられている。これらの部材は、図示したバルブのリニアアクチュエータとして本発明に係る電気モータを利用するために固有のものであり、本発明に係るモータの別の用途では、適当な別の調節装置又は取付装置により置き換えることができる。

以上の説明、特許請求の範囲及び図面に開示されている構成要件は、単独でも、それぞれ任意の組み合せとしても、様々な実施の形態において本発明を具体化するために有意義であり得る。

従来の技術に基づくクローポール型ステッピングモータを示す模式的な部分破断斜視図である。 従来の技術に基づくハイブリッド型ステッピングモータを示す模式的な縦断面図である。 図２ａのハイブリッド型ステッピングモータを示す模式的な部分破断斜視図である。 本発明に基づくリニアドライブのための電気モータを示す模式的な断面図である。

符号の説明

１０ 第１のステータシステム
１２ 第２のステータシステム
１４ ロータ
１６ クローポール
１８ クローポール
２０ モータ軸
２２ ロータ
２４ Ｓ極環状歯車
２６ Ｎ極環状歯車
２８ 永久磁石
３０ 保磁子
３２ ステータ
３４ ステータ保磁子
３６ ステータ磁極
３８ 巻線
４０ 電気モータ
４２ ロータ
４４ ステータ
４６ 第１の磁極ディスク
４８ 第２の磁極ディスク
５０ 永久磁石
５２ ロータハブ
５４ 貫通孔
５６ ネジ付きシャフト
５８ 雄ネジ
６０ ロータハブのベアリングキャリヤ
６２ 転がり軸受
６４ ステータ本体
６６ 位相巻線
６８ 位相接続部
７０ モータハウジング
７２ 直線案内部
７３ ストッパ
７４ モータハウジングのベアリングキャリヤ
７６ モータフランジ
７８ プラグ／ブッシュ部
８０ 波形ばね座金
８２ バルブヘッド
８４ 取付部材
８６ ばね
８８ スリーブ

Claims (10)

1. リニアドライブのための電気モータであって、ステータ（４４）と、ロータ（４２）と、ネジ付きシャフト（５６）とが内部に収容されたモータハウジング（７０）を備え、
   前記ステータ（４４）は、ステータ本体（６４）と、位相接続部（６８）に接続された位相巻線（６６）とを有しており、
   前記ロータ（４２）は、ロータハブ（５２）に装着されており、
   前記ロータハブ（５２）は、転がり軸受（６２）を介して前記モータハウジング（７０）に軸支されるとともに、前記ロータ（４２）の回転運動を前記ネジ付きシャフト（５６）の並進運動に変換するためにねじ山を介して前記ネジ付きシャフト（５６）と連結されている形態の電気モータにおいて、
   前記モータハウジング（７０）は、前記ステータ（４４）が前記ステータ本体（６４）及び前記位相巻線（６６）とともに内部に埋封された射出成形品を含んでおり、
   前記モータハウジング（７０）の射出成形品に、前記ネジ付きシャフト（５６）を収容、案内するための直線案内部（７２）が組み込まれていることを特徴とする電気モータ。
2. 前記モータハウジング（７０）の射出成形品に、前記直線案内部（７２）と協働する前記ネジ付きシャフト（５６）を位置決めするためのストッパ（７３）が組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
3. 前記位相接続部（６８）も前記モータハウジング（７０）の射出成形品に埋封されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気モータ。
4. 前記ネジ付きシャフト（５６）は雄ネジ（５８）を有しており、前記ロータハブ（５２）は雌ネジを有しており、これらの雄ネジと雌ネジとが協働することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気モータ。
5. 前記ロータハブ（５２）は、前記ロータ（４２）が内部に埋封された射出成形品を含んでいることを特徴とする請求項４に記載の電気モータ。
6. 前記モータハウジング（７０）の射出成形品に、前記転がり軸受（６２）のためのベアリングキャリヤ（７４）が組み込まれており、前記モータハウジング（７０）の射出成形品にモータフランジ（７６）が一体成形されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気モータ。
7. リニアドライブのための電気モータであって、ステータ（４４）と、ロータ（４２）と、ネジ付きシャフト（５６）とが内部に収容されたモータハウジング（７０）を備え、
   前記ロータ（４２）は、ロータハブ（５２）に装着されており、
   前記ロータハブ（５２）は、転がり軸受（６２）を介して前記モータハウジング（７０）に軸支されるとともに、前記ロータ（４２）の回転運動を前記ネジ付きシャフト（５６）の並進運動に変換するためにねじ山を介して前記ネジ付きシャフト（５６）と連結されている形態の電気モータにおいて、
   前記ロータハブ（５２）は、前記ロータ（４２）が内部に固定された射出成形品を含んでおり、前記ロータハブ（５２）の射出成形品は、前記ネジ付きシャフト（５６）の雄ネジ（５８）と協働する雌ねじを有していることを特徴とする電気モータ。
8. 前記ロータ（４２）は、永久磁石（５０）によって分離された２個の磁極ディスク（４６、４８）を有しており、前記磁極ディスク（４６、４８）及び前記永久磁石（５０）は、前記ロータハブ（５２）の射出成形品の内部において保持、位置決めされていることを特徴とする請求項７に記載の電気モータ。
9. 前記ロータハブ（５２）の射出成形品に、前記転がり軸受（６２）のためのベアリングキャリヤ（６０）が組み込まれていることを特徴とする請求項７又は８に記載の電気モータ。
10. 先行する請求項のいずれか一項に記載の電気モータを備えているリニアアクチュエータにおいて、前記電気モータ（４０）は、ハイブリッド型ステッピングモータであることを特徴とするリニアアクチュエータ。

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