JP2007523588A - 直流モータ用の電機子 - Google Patents

Abstract

直流モータ用の電機子、とりわけ永久磁石励磁式の直流モータ用の電機子を提案する。該電機子は電機子本体（１９）を有し、該電機子本体（１９）は、等しい円周角度だけずらされ環状継鉄（２１）を介して相互に一体に結合された電機子歯（２０）と、電機子巻線を収容するための歯頸部（２２）を各１つと、該歯頸部（２２）を超えて円周方向に突出する歯先（２３）とを有する。電機子本体（１９）を軸方向に、製造技術上簡単かつ低コストで長くするためには、歯先（２３）の軸方向を向いている端面にそれぞれ磁束案内エレメントが取り付けられている。この磁束案内エレメントのプロフィールは歯先プロフィールに相応し（図２）、有利には積層される。

Description

本発明は、請求項１の上位概念による直流モータ用の電機子、すなわち、電機子本体を有し、該電機子本体は、等しい円周角度だけ相互にずらされ環状継鉄を介して相互に一体に結合された電機子歯を有し、該電機子歯はそれぞれ、電機子巻線を収容するための電機子頸部と、該電機子頸部を円周方向に超えて突出する歯先とを有する形式の電機子に関する。ここでは直流モータは、とりわけ永久磁石励磁式の直流モータである。

従来技術
永久磁石励磁式の直流モータまたはＤＣモータでは、電機子本体において磁束を増加するために、永久磁石の軸方向長さが電機子本体の軸方向長さより大きく選択される（ＤＥ１９９４２９０３Ａ１、図５および１２）。この作用は、電機子本体も付加的に軸方向に長くするとさらに増大される。このように磁束を増大することによって、直流モータの単位出力重量が上昇されるか、または等しいモータ出力で、直流モータの軸方向の構成長さが短くなる。

公知の直流モータ（ＤＥ１００４５５４９Ａ１）では電機子本体は、樹脂から製造された支持部と該支持部に回動不能に設けられたコアとから成る。この支持部は電機子軸と一体に形成されており、該支持部の軸方向の長さは永久磁石より短く、該コアは鋳造成形部品として軟磁性の粉末から製造される。このコアは、軟磁石の粉末から成る統合化された外壁を有し、この外壁はエアギャップを空けて永久磁石に対向して設けられている。この外壁の軸方向の長さは、永久磁石とほぼ等しい。この外壁によって定義される凹面形のセグメントと、該コアの段状のセグメントと、該コアの支持部に接する凹面形のセグメントとによって、電機子巻線の位置決めが行われる。

発明の利点
請求項１の特徴を有する直流モータ用の本発明の電機子は、軸方向を向いている歯先の端面にそれぞれ、該歯先のプロフィールに相応するプロフィールを有する少なくとも１つの磁束案内エレメントが取り付けられていることを特徴とし、次の利点を有する。すなわち、電機子本体を歯先領域において磁束案内エレメントにより、製造技術的に簡単かつ低コストで長くし、これによって磁束を所望のように増大できるという利点を有する。歯先が軸方向に長くされても、電機子本体の形状は、製造技術的に有利かつ簡単な形状である。通常は積層鉄心として構成される電機子本体では、同様に形成された任意の数の積層薄片を工具で相互に重ねて打抜きパッケージングすることによって、任意の電機子長さが実現され、磁束案内エレメントを軸方向に取り付けることにより、磁束が増加される。

別の請求項に記載された構成によって、請求項１に記載された電機子を有利に発展および改善することができる。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、磁束案内エレメントは電機子歯の歯先とスナップボタン状に結合される。本発明の１つの有利な実施形態ではこうするために、歯先の端面に結合孔が設けられ、各磁束案内エレメントに、軸方向に突出する結合ピンが、前記結合孔に押し込まれるように設けられる。前記結合孔は有利には、相互に離隔された２つの結合孔であり、前記結合ピンは有利には、相互に離隔された２つの結合ピンである。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、軸方向を示す環状継鉄の端面上にそれぞれ、リングの形状の障壁が取り付けられる。この障壁によって、軸受または整流子を取り付ける際に露出しなければならない電機子本体の領域に、電機子巻線の捲回ヘッドが突き出るのが阻止される。

本発明の１つの有利な実施形態によれば環状の障壁も、磁束案内エレメントと電機子歯の歯先とが結合されるのと同様に、スナップボタン状に環状継鉄と結合される。こうするためには、環状継鉄の端面にも複数の結合孔が設けられ、環状の障壁には、該結合孔に押し込むための相応の結合ピンが設けられる。有利には、環状継鉄の各端面に設けられる結合孔の数と、それに相応して各障壁の端面に設けられる結合ピンの数は、電機子本体の電機子歯の数と等しく選択される。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、電機子本体は連続して並べられた多数の同形状の電機子薄片から構成され、磁束案内エレメントおよび／または環状の障壁も同様に積層される。有利には、磁束案内エレメントの薄片および／または障壁の太さまたは軸方向の幅は、電機子薄片の薄片太さと等しく選択される。

実施例
図面
以下の説明において本発明が、図面に示された実施例に基づいて詳述されている。
図１ 直流モータの縦断面の半分を示している。
図２ 図１に示された直流モータの電機子の電機子本体の端面図である。
図３ 図２の線II‐ＩＩＩに沿って切断された断面図である。
図４ 磁束案内エレメントおよび障壁を除外して図２と同様に示した図である。
図５ 図４の線V‐Vに沿って切断された断面図である。
図６ 図２に示された磁束案内エレメントの側面図である。
図７ 図２に示された障壁の側面図である。

実施例の説明
図１に縦断面の半分が示された直流モータは、ステータ１１とインナロータとして構成されたロータ１２とを有する。この直流モータは、ＤＣモータとも称される。ステータ１１は磁気帰還のためのケーシング１３を有し、このケーシング１３の環状の内壁１３１には、連続的に逆の極性を有する永久磁石１４が、等しい円周角度で相互にずらされて配置されている。ロータ１２は、ステータ１１に２つの回転軸受１５，１６を介して支承されたロータ軸または電機子軸１７と、該電機子軸１７に回動不能に保持される電機子１８とを有する。電機子１８は電機子本体１９を有する。この電機子本体１９は複数の電機子歯２０を有し、これらの電機子歯２０は環状継鉄２１（図４および図５）を介して相互に接続されている。この実施例では、電機子歯２０の個数は６である。電機子巻線２５と、電機子歯２０と、環状継鉄２１とは一体形で形成されている。各電機子歯２０は、半径方向に延在する歯頸部２２と、円周方向に該歯頸部２２から両側に対称的に突出する歯先２３とを有する。各歯頸部２２に、電機子巻線２５のリングコイル２４が捲回されている。リングコイル２４は半径方向に、歯先２３と環状継鉄２１とで支持されている。電機子軸１７には整流子２６が回動不能に配置されており、この電機子軸２６の整流子片２７に、リングコイル２４のコイル終端が接続されている。電機子１８はステータ１１に対して同心で配置されており、永久磁石１４の相互に向けられた内表面と歯先２３の外表面との間にエアギャップ２８が形成されている。

図４および５に示されているように、電機子本体１９は、相互に接している多数の電機子薄片２９から構成されている。これらの電機子薄層２９は打抜きパッケージングによって相互に接続されており、これらはすべて、同じ打抜き断面を有する。このことは、図４の平面図に示されている。したがって各電機子薄層２９ごとに、環状継鉄２１、歯頸部２２および歯先２３の１つの薄片とを有する。中央の貫通孔３０は、積層された電機子本体１９を電機子軸１７に通すために使用される。電機子本体１９の各側に設けられた２つの外側の薄片は、直径が格段に大きい貫通孔３１を有する。これによって電機子本体１９の両端面に凹入部が形成され、軸方向に延在する構成を達成するために、この凹入部の中に、整流子２６または回転軸受１６等のモータの構成要素が突出される。

電機子本体１９の外側の両薄片２９には、各歯先２３の領域でそれぞれ、円周方向に均等に離隔された結合孔３２が、歯先１つあたり２つ設けられており、かつ継鉄リング２１の領域で結合孔３３が設けられている。この結合孔３３も、円周方向に等間隔で配置されている。図４の実施例では、結合孔３３の数は、存在する電機子歯２０の数に相応する。結合孔３３はそれぞれ環状継鉄２１に、連続する２つの電機子歯２０間の中間に配置されている。

モータの単位出力重量を最大限にするためには、ステータ１１の永久磁石１４を軸方向に電機子本体１９より長く形成し（図１）、かつ電機子本体１９をさらに付加的に軸方向に長くする。このように長くするためには、電機子本体１９の両端面で歯先２３の各端面に取り付けられた磁束案内エレメント３４（図２および７）を使用する。この磁束案内エレメント３４のプロフィールは歯先のプロフィールに整合されており、歯先２５に一致して接している。磁束案内エレメント３４を歯先２３に固定するために、磁束案内エレメント３４は結合ピン３５を有する（図６）。この結合ピン３５は相互間で、外側の両電機子薄片２９の歯先領域に設けられた結合孔３２（図２）と等しい間隔を有する。結合ピン３５は、結合孔３２に摩擦接続的に押し込まれるように形成される。図３および６に示されているように、磁束案内エレメント３４は積層されており、たとえば３つの薄片３６、いわゆる磁束案内薄板から、打抜きパッケージングによって構成される。薄片３６の軸方向の厚さは、電機子薄片２９の軸方向の厚さまたは太さに相応する。ここでは磁束案内エレメントはすべて、同数の薄片３６を有する。

たとえば電機子軸が、モータの取り付けモジュールに固定された偏心軸受に支承される際に電機子に生じる不均衡を補償するためには、少なくとも１つの選択された歯先２３において磁束案内エレメント３４が、次のような薄片から構成される。すなわち、すべてが同じ薄片数を有する他の磁束案内エレメント３４に設けられた磁束案内エレメント３４の薄片数より少数の薄片から構成される。このことは、ここでは詳細に示されていない。歯先２３の選択は、補償すべき不均衡が生じる位置に相応して行われる。ここではこのことは、静的な不均衡補償を対象としている。動的な不均衡補償を行うためには、次のような別の磁束エレメント３４でも、同じように低減された薄片数が選択される。すなわち、低減された薄片数を有する磁束案内エレメント３４を支持する歯先２３に対して対角線上に配置された歯先２３に取り付けられた磁束エレメント３４、すなわち前者の歯先２３に対して１８０［°］の円周角だけずれた歯先２３に取り付けられた磁束エレメント３４でも、同じように低減された薄片数が選択される。このように低減された薄片数を有する磁束案内エレメント３４は、低減された薄片数を有する別の磁束案内エレメント３４を支持する別の歯先２３の端面と反対側の歯先２３の端面に位置する。低減された薄片数を有する両磁束案内エレメント３４に含まれる薄片３６の数は同数である。

整流子２６および／または回転軸受１６に対して露出されたままにしなければならない外側の電機子薄片２９の貫通孔３１の領域に電機子巻線２５のリングコイル２４の捲回ヘッドが突出するのを阻止するためには、環状継鉄２１の領域において電機子本体１９の両端面にそれぞれ、環状の障壁３７が取り付けられる。電機子本体１９の一方の端面に取り付けられた障壁３７は、図２では平面図で示されており、図７では側面図で示されている。障壁３７もまた積層によって構成されており、たとえば２つの薄片３８から打抜きパッケージングによって構成される。一方の薄片３８では、総じて６つの結合ピン３９が突出されており、薄片３８の円周方向に等間隔に配置されている。結合ピン３９の回転角間隔は、電機子本体１９に設けられた環状継鉄２１の領域における結合孔３３の回転角間隔に相応する。磁束案内エレメント３４と同様に、障壁３７もまた、結合ピン３９を結合孔３３に押し込むことによって電機子本体１９に固定される。障壁３７の薄片３８の太さまたは軸方向の幅もまた、電機子薄片２９の薄片太さに相応する。

図２および３に、磁束案内エレメント３４および障壁３７が取り付けられた電機子本体１９が、平面図（図２）および断面図（図３）で示されている。図３の断面図の上半分に、電機子本体１９、磁束案内エレメント３４および障壁３７の積層が示されている。この積層は、該断面図の下半分では省略されている。図４および５に、磁束案内エレメント３４および障壁３７が除去された電機子本体１９が、平面図（図４）および断面図（図５）で示されている。この積層はここでも、断面図の上半分にのみ示されている。

直流モータの縦断面の半分を示している。 図１に示された直流モータの電機子の電機子本体の端面図である。 図２の線II‐IIIに沿って切断された断面図である。 磁束案内エレメントおよび障壁を除外して図２と同様に示した図である。 図４の線V‐Vに沿って切断された断面図である。 図２に示された磁束案内エレメントの側面図である。 図２に示された障壁の側面図である。

Claims (13)

1. 直流モータ用の電機子であって、
   前記直流モータは、たとえば永久磁石励磁式の直流モータであり、
   該電機子は電機子本体（１９）を有し、
   前記電機子本体（１９）は、等しい円周角度だけ相互にずらされ環状継鉄（２１）を介して相互に一体に結合された電機子歯（２０）を有し、
   前記電機子歯（２０）はそれぞれ、電機子巻線（２５）を収容するための電機子頸部（２２）と、該電機子頸部（２２）を円周方向に超えて突出する歯先（２３）とを有する形式のものにおいて、
   軸方向を向いている歯先（２３）の端面にそれぞれ、該歯先のプロフィールに相応するプロフィールを有する少なくとも１つの磁束案内エレメント（３４）が取り付けられていることを特徴とする電機子。
2. 前記磁束案内エレメント（３４）は歯先（２３）とスナップボタン状に結合される、請求項１記載の電機子。
3. 歯先（２３）の端面に結合孔（３２）が設けられており、
   磁束案内エレメント（３４）に、軸方向に突出する結合ピン（３５）が設けられており、
   前記結合ピン（３５）は、前記結合孔（３２）に押し込まれるように形成されている、請求項２記載の電機子。
4. 歯先（２３）の各端面に、円周方向に相互に離隔された２つの結合孔（３２）が配置されており、
   各磁束案内エレメント（３４）に、円周方向に等しく離隔された２つの結合ピン（３５）が配置されている、請求項３記載の電機子。
5. 軸方向を向いている環状継鉄（２１）の端面にそれぞれ、少なくとも１つの環状の障壁（３７）が取り付けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電機子。
6. 環状の障壁（３７）は環状継鉄（２１）と、スナップボタン状に結合されている、請求項５記載の電機子。
7. 環状継鉄（２１）の各端面に複数の結合孔（３９）が設けられており、
   環状の障壁（３７）に、前記結合孔（３３）に押し込まれるために、一致するように配置された結合ピン（３９）が設けられている、請求項６記載の電機子。
8. 電機子本体（１９）は、相互に接する同形状の複数の電機子薄片（２９）から構成される、請求項１から７までのいずれか１項記載の電機子。
9. 磁束案内エレメント（３４）および／または障壁（３７）は積層されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の電機子。
10. 磁束案内エレメント（３４）の薄片（３６）ないしは障壁（３７）の薄片（３８）の薄片太さは、電機子本体（１９）の電機子薄片（２９）と等しい、請求項９記載の電機子。
11. すべての磁束案内エレメント（３４）が、同数の薄片（３６）を有し、
    少なくとも１つの磁束案内エレメント（３４）が、前記同数の薄片（３６）の個数より少ない数の薄片（３６）から構成される、請求項９または１０記載の電機子。
12. 少なくとも２つの磁束案内エレメント（３４）が、それぞれ薄片（３６）の数が低減されて形成され、対角線上に相互に対向する歯先（２３）の相互に反対側の端面に取り付けられている、請求項１１記載の電機子。
13. 薄片数が低減されて構成された磁束案内エレメント（３４）の薄片数は、同数である、請求項１２記載の電機子。

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