JP2005502291A - ブラシ無しｄｃ電気モータ - Google Patents

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Abstract

この発明は磁気ロータ、ステータとハウジングケースを含むブラシなし電気モータです。磁気ロータはシャフトに対して直角にインストールされている円周に磁気極要素が備えられているディスクです。ステータは少なくとも一つの電気基盤を上で述べたディスクに対して平行に備えていて、その基盤は円周に並べられている磁気フィールドを発生する巻きコイルのハウジングの役目も果たします。巻きコイルは上で述べたディスクの磁気極要素方向と少なくとも部分的に跨る用に軸方向に並べられ、シャフトの回りに半径方向に備えられています。この配置によって上の磁気極要素と巻きコイル間で電磁的インターアクションを起こし磁気ロータを回転させる仕組みです。

Description

【技術分野】
【０００１】
この発明は電気工学に関連して、そのなかでも得に電磁機器（空調、コンプレッサー、ポンプ、電気自動車の車輪などに使用される電気ドライブ）に関連してます。
［背景技術］
【０００２】
よくしられている機械の種類として向き合っているステータとロータ間でインターアクションがある種類で、そのロータがディスクであり、永久磁石が変わりばんこの磁気極方向でディスク表面上の円周に配置されているタイプです。これらの機器ステのステータはディスク（輪）でありロータと同軸に配置され、電磁ステータコイルはステータの終端面にあります。例えば米国特許Ｎｏ．５，４４０，１８５，ＩＰＣ６Ｈ０２Ｋ２１／１２の直電ブラシ無し電気モータ（電気ドライブ式）はこの種類に入ります。この様な知られているデバイスは軸に少なくとも一つのロータが設置され、多数反対方向をもつ磁気極が変わりばんこにディスク円周に配置されている物です。このデバイスはロータの位置を決める少なくとも一つのディスク型のステータ要素、一つのロータまたは複数のロータと一つまたは複数のステータ要素を同じ軸にマウントするしくみ、複数の磁気極磁気ディスク位置をステータ要素に対して決めるセンサー、とステータ要素内の磁気フィールドのプロファイルを見極めるデバイスも含んでます。
ステータ要素の回りに二つのワインディングが巻かれ、ステータの磁極方向は電流がどちらに流れるかで決まります。この知られているデバイスの変わりばんこ変化する磁極方向を持つディスク型ロータ作りの難しさの為簡単には製造できません。
【０００３】
もう一つ知られている電気ドライブはロータが軸に設置されている二つのディスクで構成されたものです。磁極はディスクの円周にあり軸方向円筒磁石が同じ磁極を持ったものは一緒、違う磁極を持ったものは反対側に二つのディスクの間におかれてます。ステータは円周に配置されたコイルで構成されます。この発明ではロータの磁極は軸に直角な二つのディスク外円周にある歯で構成され、ステータコイルはの磁極がデバイスのロータであるロータ磁極と終端面的なインターアクションが起きる様に配置されてます。同出願者の米国出願Ｎｏ．０９／６２１，１０４は爪型角式磁極は持っていません。ロータ磁極は磁気回路として作動する二つのディスクの外円周にある歯で構成されます。これによってロータの強度と単純な製造が可能になります。ロータの磁極はデバイスの軸と直角な面にある二つのディスクの円周にあり、ステータの磁極は極端面的にロータ磁極とインターアクションが起きる用に配置してあることによってデバイスを半径方向に縮小する機会が生まれます。それにステータ磁極は上のディスク上にあるロータ磁極の間に配置することができます。これによってロータ磁極間の磁気フィールド力を最高値にしてドライブの動力を上げることができます。過去のモーターファンはモータとインペラの二つの別な部品を持っている為比較的サイズが大きい物でした。この発明の一例は比較的サイズが小さい二つのステータ基盤と磁気型インペラで構成された物です。この新しいデザインによってより単純な作りと製造コストの削減が可能になるでしょう。
［発明の開示］
［発明が解決しようとする課題］
【０００４】
本発明はブラシ無しＤＣ電気モータの二つの組み合わせにとして統合ブラシ無しＤＣ電気モータ／ブローワと統合ブラシ無しＤＣ電気モータ／ポンプを提供します。この電気モータはブローアやポンプの為のインペラによって全体的に高さを大きく縮小する機能を持っています。
［課題を解決するための手段］
【０００５】
課題を解決するための手段として本発明のモータはステータと一枚の基盤または数枚の基盤、ロータやロータ／インペラ、ハウジングケースとコントロールデバイスによって構成されています。
［実施例］
【０００６】
以下の説明はステータにプリント基板を仕様した新しいブラシ無しＤＣ電気モータデザインの説明です。これらのプリント基板を以下からステータ基盤とか基盤と示します。磁気ロータは永久磁石材料によって作られていまして、一体型部品であったり、磁極アセンブリであったりします。この一体型部品や磁極アセンブリを以下からロータディスクまたはロータインペラと示します。以下の説明は六つの部品に分解されます：ステータ基盤、統合モータ／ブローワ、モータコントローラとオペレーション説明。
【０００７】
ステータ基盤
【０００８】
このステータ基盤はＨ−ブリッジドライブコントローラで使えるように作られています。図面ＦＩＧ．１Ａは基板サブストレート３に乗っている金属からエッチングされた二つのコイルを含むステータ基盤１の正面図です。コイルは普通は銅からエッチングされステータ基盤の円周に配置されてます。図面ＦＩＧ．１Ｂはステータ１の後ろ側透明図で、普通銅などの金属からエッチングされたコイル２ａをステータ基盤サブストレート３上の円周に配置したものです。図面ＦＩＧ．１Ａはコイルワインディング１０が動力リード１１と１２をコントローラ１３に結ぶ為にインターラプト（切断）されたことを表示してます。各ステータ基盤はパラレルにもシリアルにも結ぶことができます。
【０００９】
図面ＦＩＧ．２ＡはＦＩＧＳ． １Ａの正面断面図表示、ＦＩＧ．２ＢはＦＩＧＳ１Ｂの透明後ろ断面図表示です。ステータ基盤の各面に二つのライヤのコイル２ａと２ｂがあります。この各レイヤに幾つかのコイルペアが含まれ各ペアはスパイラル型です。図面ＦＩＧ．２ａではスパイラルが基盤の片側にあるスタートコイル６の中心５からエンドコイル８の中心９と結ばれていて、スパイラルの巻き方向は中心５と９に対して同じであることを表示してます。透明図でコイル２と２ａのレイヤが同じであることと、基盤の片側のスタートコイルの中心５が回転角度によって基盤の反対側の中心５ａと電気的に銅でプレートされたヴィア７を通じて結ばれていることを表示してます。コイル６ａはテータ基盤の前側のコイル６と同じ様に結ばれてます。ステータ基盤上の全てのコイル２と２ａは同じ様に繋げられ連続的に結ばれたコイルシリーズを作ります。これらのコイルは正常モータスタート起動の為ニッケル金プレーティングによってロータの永久磁石と磁極方向を並べます。（ニッケル金はケルビン６２７度以下では鉄金属磁気性を持っています。）
【００１０】
ロータ
【００１１】
図面ＦＩＧ．３のロータ５は磁気プラスチック財や他の永久磁石素材や永久磁石１２が埋め込まれたり接続されたりした非磁気素材で作られます。回転軸と直角にステータボード１３に平行にマアントされたディスクで構成されています。ステータ基盤の間に配置され基盤と間のギャップ９と１０を持っています。偶数の磁石が円周に接続され、可能であれば外円周５に同間隔で配置します。各磁石１２の磁極２と３は軸方向に並べられ、ロータディスクの方側と同じ磁極を持ちます。
【００１２】
図面ＦＩＧ．４はＦＩＧ．３のモータを断面観点Ａで表示します。基板１３上の一つ置きのコイル４はディスク５の各磁石１２と直接並びます。ディスクの片側の各隣り同士は同じ磁極を持っています。
【００１３】
図面ＦＩＧ．４．は単極ロータ５の最高磁局数は一つのステータ基盤１３のステータコイル数の半分であることを示しています。．
【００１４】
このロータディスク磁極構成によってロータ５とステータ１３間の磁気インターアクションは最高になります。
【００１５】
モータの説明
【００１６】
図面ＦＩＧ．３は磁気ロータ５、ステータ１３とハウジングケース１１を含むブラシ無しＤＣ電気モータを表示します。磁気ロータは回転する軸７に対して直角に設置されたロータディスク５を含み円周的に配置された磁極２と３も含みます。ロータディスクの反対側にある磁極２と３は反対の磁極方向を持ってます。
【００１７】
ステータは二つの平行基盤１３を持ち、かく基盤には円周的に配置されたコイルワインディング１と４が配置されてます。基盤上の各コイルワインディングはシャフト７と平行である同軸１５を持っています。二つの基盤上の反対向きのステータコイルはそれぞれ反対の磁極方向を持っています。
【００１８】
図面ＦＩＧ．４はＦＩＧ．３のモータの断面観点Ａを表示しています。コイルワインディング４は軸７の周りに半径方向に設置されていて、少なくとも部分的にはロータのディスク磁石１１と半径方向に並んでます。この構成によってロータ磁極２とステータコイルワインディング１間、ロータ磁極３とステータコイルワインディング４間の磁気インターアクションが可能になります。
【００１９】
図面ＦＩＧ．３で表示されてるようにハウジング１１はステータ基盤１３とベアリング１４も含んでます。モータハウジング１１はロータディスク５とステータ基盤１３間のアラインメントを保ちベアリングの為のサポート１４も提供します。ベアリングサポート１４はベアリング６を固定しロータディスク５と軸７の自由な回転を可能にします。ロータディスク５とステータ基盤間のアラインメントはスペーサによって保たれます。
【００２０】
図面ＦＩＧ．５はＦＩＧ．３のモータの違うバージョンです。同じモータに鉄金属プレート１６が各ステータ基盤１３の外の軸７に固く設置されてます。半径方向に歯１７を持つプレート１６はロータディスクとともに回転して各ディスク歯１７に対応するロータ磁極２と３とコイルワインディング１と４の間の磁気流距離を縮め集中させます。これによってより効率なモータデザインが可能です。
【００２１】
図面ＦＩＧ．６はＦＩＧ．５のモータを観点Ｃで表示します。コイルワインディング１は軸７に対して半径方向に設置され少なくとも部分的にはプレート歯１７と半径方向に並びます。この並べ方によってロータディスク２とステータコイルワインディング１間、ロータディスク３とステータコイルワインディング４間の磁気インターアクションを可能にします。
【００２２】
図面ＦＩＧ．７はＦＩＧ．３のモータの一枚ステータ基盤タイプの断面図です。このモータは一つのステータ基盤１３しかありませんがあとの観点からはＦＩＧ．３のモータと全く一緒です。
【００２３】
統合モータ／ブローワ
【００２４】
このモータのユニークなデザインのお陰でモータ／ブローワに非常に適しています。ロータ／インペラはモータのロータの役割と流体を動かすブローワインペラの役割を持ちます。以下の例外以外このモータ／ブローワは図面ＦＩＧ．３のモータと同じです：
【００２５】
１．ロータはデバイスのアプリケーションが必要とするインペラーの形を持ちます。（例えばクロスフローファン、遠心ブローワ、破裂しないシール無しの液体ポンプ）
【００２６】
記述：ロータが磁気ドライブと流体移動の二重役割を持つのでこれら両方のパフォーマンスの最適化が必要になります。
【００２７】
２．モータ／ブローワハウジングは流体の流れを妨害しない仕組みが必要です。
【００２８】
図面ＦＩＧ．８は磁気ロータインペラ５、ステータ１３とハウジング１１を含む統合モータ／ブローワの断面図です。
【００２９】
ロータインペラは固定軸７に直角に設置されたロータディスク５と円周に配置されたインペラの羽ブレードの形を持つ磁極２と３を含みます。ロータ／インペラ５の反対側のブレード磁極２と３は反対の磁気方向性を持っています。
【００３０】
ステータは円周的に配置されたコイルワインディング１と４を含む二つの平行な基盤１３で構成されてます。二つの基盤上の各コイルワインディングはロータインペラの固定シャフト７と平行な同じ軸１５を持っています。二つの基盤上の反対側に向き合っているステータコイルワインディングは反対な磁極方向を持っています。
【００３１】
ＦＩＧ．９はＦＩＧ．８のモータ／ブローワの断面観点Ｂを表示しています。コイルワインディング４は軸７に対して半径方向に配置されて、少なくとも部分的にはロータ／インペラ磁石１２と半径方向に並んでいます。この配置によってロータ／インペラ磁極２とステータコイルワインディング１間、ロータ／インペラ磁極３とステータコイルワインディング４間の磁気インターアクションが可能になります。
【００３２】
図面ＦＩＧ．８ではモータ／ブローワハウジング１１は流体の流れも制御するステータ基盤１３を含みます。モータハウジング１１はロータ／インペラ５とステータ１３のアラインメントを保ち、ロータ／インペラ軸７とシャフトサポートピン１４も含みます。シャフトサポートピン１４は固定軸７をステータ基盤１３に押さえます。ベアリング６の外側レースはロータ／インペラに接続され、軸７の周りを自由に回転します。ロータ／インペラ５は固定軸７とスペーサ８によってステータ基盤１３間のギャップ９と１０を保ちます。
【００３３】
モータコントローラ
【００３４】
この電気ドライブのコミュテーションを制御するセンサーデバイスはホールスイッチかホールエレメントです。光デバイスも使えますが周辺の光に影響される為限界があります。ホールデバイスはロータの近くに設置されて最適なパフォーマンスの得る為コイルに対して正しい回転方向に向ける必要があります。エレクトロニクスはＨブリッジドライブか２フェーズシングルエンドドライブです。シングルエンドドライブステータは別な電気回路が必要です。基盤回路は同じ方向に巻かれている同じ磁極を持った二つのループのコイルが必要です。一つのグループのコイルは隣のコイルと同間隔でシリーズ的に結ばれてます。各グループのコイルの終端はモータ電源のプラスまたはマイナスリートと繋がれます。（もしシングルエンドドライバがローエンドドライバである場合電源のプラス側に接続されます；もしハイエンドドライブであればマイナスグランドに繋げられます。）二つのグループのもう一つの終端はシングルエンドドライバに接続されます。一遍に一つだけのコイルグループしかエネルギーを受け取りません。
【００３５】
シングルエンドドライブには様々なプロテクション方式があります。しかし基本的には同じコントロール機能を持ってます。以下の表に示されてるようにＨブリッジドライブはシングルエンドドライブと比べて幾つかの利点を持っています。
Figure 2005502291
【００３６】
オペレーションの説明
【００３７】
この電子ドライブのホールデバイスからロータディスクの回転を含む簡単な説明をします。
【００３８】
ホールデバイスはＨブリッジコントローラのオペレーションに必要な電子ステートかレベルの変化を提供します。これらのステートはロータディスクの磁極とギャップによって変化します。もしホールデバイスがどれかの磁極をセンシングしない場合コイルにエネルギーを送る信号をブリッジドライバに提供します。エネルギーが入ったコイルは磁極を引き寄せるステータのコイルワインディングの方向に動きます。このコイルに到着する前にホールデバイスは磁極をセンシングして次か隣のコイルに引き寄せられるドライバ信号に変えます。この磁極が引き寄せているコイルに来る前にホールデバイスは磁極が失われたことをセンシングしてドライバアウトプットを次のコイルに引き寄せられる信号を出します。このプロセスがロータの同じ方向の継続的な回転を保ちます。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
図面ＦＩＧＳ．１Ａはステータ基盤の片側表示、，１Ｂは反対側のコイルの透明表示です。
【００４０】
図面ＦＩＧＳ．２Ａは１Ａのステータ基盤、２Ｂは１Ｂのステータ基盤の断面図です。
【００４１】
図面ＦＩＧ．３はモータの断面図です。
【００４２】
図面ＦＩＧ．４はＦＩＧ．３のモータを観点Ａから表示したものです。
【００４３】
図面ＦＩＧ．５はＦＩＧ．３のモータに鉄金属プレートを付けた断面図です。
【００４４】
図面ＦＩＧ．６はＦＩＧ．５のモータを観点Ｃから表示したものです。
【００４５】
図面ＦＩＧ．７はＦＩＧ．３のモータの違うバージョンで一枚のステータ基盤を持タイプの断面図です。
【００４６】
図面ＦＩＧ．８は統合されたモータ／ブローワの断面図です。
【００４７】
ＦＩＧ．９図面はＦＩＧ．８の統合されたモータ／ブローワを観点Ａで表示したものです。

Claims (13)

  1. 磁気ロータ、ステータとハウジングケースを含むブラシ無しＤＣ電気モータ；その磁気ロータはシャフトに対して直角にインストールされ円周に磁気極要素が備えられているディスクです；そのステータは少なくとも一つの電気基盤を上で述べたディスクに対して平行に備えていて、その基盤は円周に並べられている磁気フィールドを発生する巻きコイルのハウジングの役目も果たします；巻きコイルは上で述べたディスクの磁気極要素方向と少なくとも部分的に跨る用に軸方向に並べられ、シャフトの回りに半径方向に備えられていてこの配置によって上の磁気極要素と巻きコイル間で電磁的インターアクションを起こし磁気ロータを回転させます。
  2. クレーム項目１のブラシ無しＤＣ電気モータの巻きコイルはプリント基板の金属レイヤにエッチングされます。
  3. クレーム項目２のブラシ無しＤＣ電気モータの巻きコイルは金属磁気素材コーティングでプレーティングされている。
  4. クレーム項目３のブラシ無しＤＣ電気モータの金属磁気素材コーティングはニッケルを含む。
  5. クレーム項目２のブラシ無しＤＣ電気モータの基盤の金属レイヤは銅を含む。
  6. クレーム項目２のブラシ無しＤＣ電気モータのステータはＨ−ブリッジ型のコントローラも含み、基盤の両側に巻きコイルも含み、各コイルは幾つものコイルワインディングペアも含み、各ワインディングペアはスタートコイルの中心からエンドコイルの中心までスパイラルで結ばれていて、各ペアスパイラル巻き方向は中心に対して同じであって、コイルワインディングレイヤは透明表示では同じであって、基盤の片側のコイルワインディングの終端が反対側のコイルワインディングの始端と電気的に接続する用に回転角度でシフトされていて、コントローラと電気的に接続する為の区切りをも含みます。
  7. クレーム項目１のブラシ無しＤＣ電気モータの円周に備えられてる磁気極要素は上のコイルワインディングと同じ磁気極方向を持ち数は基盤のコイルワインディングの半分です。
  8. クレーム項目７のブラシ無しＤＣ電気モータの円周に備えられてる磁気極要素は鉄金属性の素材でも磁気性を持たせています。
  9. クレーム項目７のブラシ無しＤＣ電気モータの円周に備えられてる磁気極要素は磁石でもあり、磁気性を持っていない素材内に埋め込んだり、接続することもできます。
  10. クレーム項目１のブラシ無しＤＣ電気モータのロータはディスクと平行である少なくても一つの鉄金属プレートをも含み、上の電気基盤はディスクとプレートの間にも設置することができます。
  11. クレーム項目１のブラシ無しＤＣ電気モータのディスクは円周に半径方向パターンにブレードを設置することもできます。
  12. クレーム項目１１のブラシ無しＤＣ電気モータのブレードは流体（液体や気体）を動かす形をを持つこともできます。
  13. クレーム項目１２のブラシ無しＤＣ電気モータのブレードは部分的に軸と平行な方向に磁気性を持つこともできます。
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