JP2008517581A - 電気機器用の電機子を包埋射出成形する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気機器（１０）用の電機子（１４）を包埋射出成形する方法であって、電機子巻線（２０）用の溝（４６）を有する成層鉄心ユニット（１８）を孔（３６）で電機子軸（１６）に差し嵌め、包埋射出成形によって少なくとも溝絶縁層（４８）を設け、プラスチックを、成層鉄心ユニット（１８）の孔（３６）及び電機子軸（１６）の表面に沿って延びる複数の通路（４２）を通して流す形式の方法において、プラスチックを、成層鉄心ユニット（１８）の第１の端面（３８）にだけ射出し、該第１の端面（３８）から溝（４６）内にかつ通路（４２）を通して流し、プラスチックが第２の端面（４０）において通路（４２）から流出した後で、プラスチックを第２の端面（４２）から溝（４６）内に流入させ、第１の端面（３８）からのプラスチックと合流させるようにした。本発明による方法の利点としては次のことが挙げられる。すなわち本発明による方法には、効率を最適化された小型電動モータもしくは電気機器の電機子の成層鉄心ユニットの溝絶縁層と固定部との技術的な転換の利点があり、この場合溝底部における溝絶縁層は同時にこのような包埋射出成形のために最小の層厚さを有しており、これによって最大の銅充填が可能になる。

Description

従来技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の電気機器用の電機子を包埋射出成形（Umspritzen）する方法に関する。この方法では、電機子巻線用の溝を有する成層鉄心ユニットが孔で電機子軸に差し嵌められ、包埋射出成形によって少なくとも溝絶縁層が設けられるようになっている。プラスチックは、成層鉄心ユニットの孔及び電機子軸の表面に沿って延びる通路を通って流れる。

永久磁石励磁式の小型電動モータの電機子は、別個の成層鉄心もしくは取付け準備完了の成層鉄心ユニットから成る金属薄板ユニットを有しており、このような金属薄板ユニットは相応な電機子軸に種々様々な形式で固定される。塑性変形による固定形式（例えばＤＥ１９９３３０３７Ａ）、ピンによる固定形式（Ｆｒ２６４４９４７）、ギザギザを付けられた電機子軸へのプレス嵌めによる固定形式などの他に、端部における射出成形による固定形式や包埋射出成形（Umspritzung）による固定形式も公知である。ホットランナ技術（Heisskanaltechnik）における包埋射出成形では、今日、例えばＰＡＡ６.６を用いて、約３０〜４０ｍｍの成層鉄心ユニット長さにおいて０.４〜０.７ｍｍの溝絶縁層の最小壁厚が、大量生産で可能である。

さらに、冷却用の孔を備えた打抜きユニット（例えばＪＰ２０００１５２５２７）もしくは射出プラスチックの貫流通路として溝絶縁層の射出成形のために孔を備えた打抜きユニットが公知である。

成層鉄心ジオメトリは、結合可能性、方向付け可能性及び磁束のような製造技術上の要求に関連している（例えばＪＰ２００３１６４０８０又はＪＰ２００２１６５３９２）。

発明の利点
請求項１の特徴部記載のように構成された本発明による、電気機器用の電機子を包埋射出成形する方法には、効率を最適化された小型電動モータもしくは電気機器の電機子の成層鉄心ユニットの溝絶縁層と固定部との技術的な転換の利点があり、この場合溝底部における溝絶縁層は同時にこのような包埋射出成形のために最小の層厚さを有しており、これによって最大の銅充填が可能になる。そのために本発明では、電気機器用の電機子を包埋射出成形する方法であって、電機子巻線用の溝を有する成層鉄心ユニットを孔で電機子軸に差し嵌め、包埋射出成形によって少なくとも溝絶縁層を設け、プラスチックを、成層鉄心ユニットの孔及び電機子軸の表面に沿って延びる複数の通路を通して流す形式の方法において、プラスチックを、成層鉄心ユニットの第１の端面にだけ射出し、該第１の端面から溝内にかつ通路を通して流し、プラスチックが第２の端面において通路から流出した後で、プラスチックを第２の端面から溝内に流入させ、第１の端面からのプラスチックと合流させるようにした。

プラスチックが第１の端面を起点として、溝を通って流れるよりも速く通路を通って流れると、有利である。このようにすると、溝は極めて均一にプラスチックによって満たされる。

プラスチックとしてＰＡＡ６.６を使用すると、ＰＡＡ６.６は特に燃料ポンプのために適しているので、特に有利である。

別の有利な方法では、包埋射出成形を屑のない（abfalllos）直接射出（Direktanspritzung）で実施する。さらに、包埋射出成形をホットランナ技術で実施すると、特に有利である。

射出成形型の寸法を、成層鉄心ユニットの両端面の間の間隔に関連して調節し、製造に基づく最大間隔において、各端面に少なくとも０.２ｍｍのプラスチック層が生ぜしめられるように、調節すると、有利である。これによって、製造技術的に成層鉄心ユニットの長さ誤差を容易にコントロールすることができる。平均的な電機子はこれによってそれぞれ１つの端部に、溝絶縁層の他の箇所におけるよりも著しく厚い溝絶縁層を有する。

別の有利な方法では、成層鉄心ユニットが包埋射出成形によって電機子軸に固定される。電機子軸はそのために電機子軸における成層鉄心ユニットの係止力に対する要求に応じて、平滑であるか、ギザギザを付けられているか、又は例えば平らな面取り部のような特殊な係止面を有することができる。

本発明による製造方法によって、汎用の製造方法とは異なり、０.２５〜０.４ｍｍの厚さの溝絶縁層、有利には０.３ｍｍの厚さの溝絶縁層を備えた電機子が可能になる。さらにこれによって、使用される射出成形材料に対して最も薄い溝絶縁層を屑のない直接射出によってホットランナ技術で製造するため並びに成層鉄心ユニットを電機子軸に固定するために適した、例えば燃料ポンプの電動モータの成層鉄心ジオメトリが可能になる。

また同時に成層鉄心ジオメトリは磁束に関しても最適化されている。それというのは、固定のため及び磁束補助として必要なヨーク切欠きは、溝絶縁層包埋射出成形のためにそれぞれ各歯基部の下に位置しており、歯ジオメトリは最大の銅充填率、いわゆる銅率に関して設計されており、ヨーク厚さ及び歯頚部幅は、成層鉄心ユニットの如何なる箇所においても磁気飽和が発生しないように、合わせられているからである。そのために、それぞれ隣接した溝底部に対する通路の間隔は、隣接する溝同士の間隔に比べて次のような大きさ、すなわち成層鉄心ユニットの如何なる箇所においても磁気飽和が生じないような大きさである。この場合、それぞれ隣接した溝底部に対する通路の間隔が、隣接する溝同士の間隔にほぼ等しく、有利には成層鉄心ユニットの如何なる箇所においても磁気飽和が生じないようになっていると、有利である。

別の有利な構成では、包埋射出成形部は、成層鉄心ユニットの両端面を超えて電機子軸に沿って延びている。このような構成は、次いで行われる電機子の完全包埋射出成形（Vollumspritzung）のために規定の縁部を生ぜしめることが望まれている場合に、有利であり、これによって、軸における直接的なシールの形成が可能になる。

本発明のその他の利点及び別の有利な構成は、従属請求項及び明細書の記載から明らかである。

図面
次に、図面を参照しながら本発明の１実施例を詳しく説明する。
図１は、電気機器の縦断面図であり、
図２は、巻線を巻成されていない電機子を示す縦断面図であり、
図３ａ、図３ｂ、図３ｃ及び図３ｄは、本発明による電機子の変化実施例を示す横断面図である。

実施例の説明
図１には、電気機器１０の一部が概略的に縦断面図で示されている。図示の実施例では、この電気機器１０は、整流子モータとも呼ばれる、ブラシを備えた直流モータであり、自動車の燃料ポンプの一部である。しかしながら、自動車におけるファン、ウインドウ昇降装置、ワイパ駆動装置、シート調節装置における使用又はその他の使用も可能である。さらにまたジェネレータであってもよい。電気機器１０は有利にはただ１つの回転方向を有しており、ゆえに電気機器１０は特に、既に述べたファン駆動装置のために特に適している。騒音が小さいことに基づいても、電気機器１０はファン駆動装置のために最も適している。

電気機器１０には、それがブラシを備えた直流モータである場合のために、電機子軸に整流子が配置されている。ジェネレータの場合には、これはスリップリングである。

電気機器１０はハウジング、特に極管１２とその中に配置された電機子１４とを有している。電機子１４は電機子軸１６と、電機子巻線２０を備えた成層鉄心ユニット１８とを有している。電機子巻線２０はワイヤ２２を介して、整流子２４のフックと接続されている。電機子巻線２０のワイヤ２２はフックに巻き付けられていて、フックと一緒に高温プレスされている。整流子２４は、図示されていない２つの炭素ブラシもしくはブラシによって負荷される。ブラシは、同様に図示されていないブラシホルダに配置されており、このブラシホルダはプラスチック射出成形部品として製造されている。電機子軸１６は、端面側の２つの軸受２６に配置されており、両軸受２６は２つの軸受カバー２８に固定されている。さらに、極管１２の内周部には成層鉄心ユニット１８の周囲に磁石３０が配置されている。

図２及び図３ａには、略示された射出成形型３３（図２）内における電機子１４が示されている。成層鉄心ユニット１８は、孔３６を備えたリング状のヨーク３４を有しており、このヨーク３４の孔３６によって成層鉄心ユニット１８は電機子軸１６に差し込まれている。孔３６に沿って、成層鉄心ユニット１８の第１の端面３８から第２の端面４０に向かって溝状の通路４２が延びている。溝状の通路４２はしかしながらまた択一的に又は付加的に電機子軸１６の外周部に沿って延びていてもよい。ヨーク３４からは半径方向の極歯４４が突出しており、これらの極歯４４はそれぞれ対を成してアンダカットされた溝４６を画成している。溝４６及び端面３８，４０は、プラスチック層、有利にはＰＡＡ６.６によって被覆されている。少なくとも溝４６が備えている溝絶縁層４８（図３ｄ）の厚さは、０.２５〜０.４ｍｍ、有利には０.３ｍｍであり、この場合製造に基づく誤差は０.０５ｍｍである。

それぞれ隣接した溝底部に対する通路４２の間隔は、隣接した溝４６同士の間隔もしくは極歯４４の厚さに比べて、成層鉄心ユニット１８の如何なる箇所においても磁気飽和が生じないような大きさである。それぞれ隣接した溝底部に対する通路４２の間隔が、隣接した溝４６同士の間隔にほぼ等しいもしくは極歯４４の厚さにほぼ等しいと有利であり、このようになっていると、成層鉄心ユニット１８の如何なる箇所においても磁気飽和が発生せず、有利である。成層鉄心横断面における通路４２の直径は、使用される射出材料に関連しており、特に射出状態における射出材料の流動性（ＬＣＰは例えば明らかにＰＡＡ６.６よりも流動性が高いが、しかしながらその代わりに燃料中における使用のためには適していない）と、さらに電機子軸１６における必要な係止力とに関連している。

包埋成形部は、電機子軸１６に沿って成層鉄心ユニット１８の端面３８，４０を超えて延びている。可動子軸１６は滑らか（図３ａ）であっても、ギザギザをつけられていても（図３ｂ）又は、少なくとも１つの平らな面取り部（図３ｃ）を備えていてもよい。

可動子軸１６に向かって相応な通路４２を備えた成層鉄心ジオメトリは、磁束に関して次のように、すなわち磁場が静的な場合に磁気飽和がヨーク領域においても十分に回避されるように、最適化されている。そのために通路４２は、極歯４４の中心線の半径方向における延長線上に配置され、かつ極歯４４の中心線を挟んで対称的である。このような配置形式によって、各１つの半分の楕円の外輪郭に沿って隣接した２つの通路４２に移動する、ヨーク領域において最大の磁気飽和を有する領域が、最小にされる。それというのは、この領域は、ヨーク近傍の成層鉄心ジオメトリの最大幅の領域に置かれ、内側領域における溝４６の巻線室をさらに軸に向かって開放させるからである。さらに通路４２の数は、電機子軸１６に対する接触面が十分に残されるように、歯数に関連して選択されている。このように構成されていると、電機子軸１６が一般的に同様に鉄をベースとした材料から成っていることに基づいて、電機子軸１６を、磁束を通す際に関与させることができ、従って、銅線のための巻線室を最大に残しながら、全体として最大磁束もしくは最小飽和を、達成することができる。

屑の出ないように射出された最小の溝絶縁層は、必要な完全な絶縁による最小の巻線室損失のために働き、これによってより高い効率に関する最適化を付加的に促進する。ＰＡ６.６によって屑のない直接射出法で溝絶縁包埋射出成形される、本発明によるジオメトリを備えた燃料ポンプ駆動装置のために、層厚さは大量生産（＞１ Mio./a）において約２００〜最大３００μｍであり、従って、今日屑のない包埋射出成形として知られている厚さを、５０μｍ以上下回っている。巻線室をさらに増大させるために、さらに成層鉄心の歯頚部幅は、流れが、ヨーク領域における射出通路開口を介しての最大の流れ領域におけるのと同様な大きさにまで、減じられることができる。

包埋射出成形時に電機子１４には、包埋射出成形によって少なくとも溝絶縁層が設けられる。プラスチックは端面３８の領域においてしか射出されない。端面３８の側からプラスチックは、第１の端面３８から溝４６内に流れ、かつ通路４２を通って流れる。プラスチックが第１の端面３８を起点として、溝４６を通って流れるよりも速く通路４２を通って流れると、有利である。プラスチックが第２の端面において通路４２から流出した後で、流出したプラスチックは第２の端面４０から溝内に流入し、そして第１の端面３８からのプラスチックと合流する。この包埋射出成形は屑のない直接射出で実施される。さらに包埋射出成形はホットランナ技術において行われる。また、成層鉄心ユニット１８は包埋射出成形によって電機子軸１４に固定される。

射出成形型の寸法は、成層鉄心ユニット１８の両端面３８，４０の間の間隔に関連して次のように、すなわちこの場合、製造誤差に基づく最大間隔において、各端面３８，４０に少なくとも０.２ｍｍのプラスチック層、有利には０.３ｍｍのプラスチック層が生ぜしめられるように、調節される。

全体的に見て、かつ成層鉄心ユニットの固定の最適化、溝絶縁層及び成層鉄心横断面の効率を最適化された設計、並びに製造方法としてホットランナ技術において屑のない直接射出成形のプロセスを使用することによって、最適化されたステップが得られ、この最適化されたステップは、全体として上述の成層鉄心ジオメトリ及び溝絶縁層ジオメトリを生ぜしめ、かつ大量生産において相応な直接射出成形法によって高いプロセス確実性と品質とをもって、公知の電機子ジオメトリ及び製造方法におけるよりも安価に、実施されることができる。

本発明による個々の処置は特に全体的にかつ製造技術的な観点、つまりホットランナ直接包埋射出成形法が、例えば粉体被覆法、完成したプラスチックキャップの被せ嵌め、又は屑の出るホットランナ射出成形法、紙による絶縁法などの公知の択一的な方法に対して大きな利点を有しているという観点に基づいて働く。例えば後処理ステップ（射出通路の剪断、剥離、洗浄など）、材料屑の回避、僅かな汚れ（例えば粉体による汚れ）、高いプロセス確実性のようなこれらの利点を、特に製造側において利用するために、かつロータの最小直径（例えば回転数と共に強く上昇する液圧損失を小さく保つため）及び最小の電機子長さ（例えば燃料ポンプモジュールのための最小の組付け高さを得るため）と同時に、例えば燃料（もしくは液体）下で運転される小型電動モータの効率を最適化するためには、成層鉄心ユニットのジオメトリの最適化と、流れを導くための軸材料の利用と、特に歯の間の中空室における最小の溝絶縁層（これによって銅線のための最大可能な巻線室を生ぜしめることができる）とを本発明のように組み合わせることが必要である。巻線室のサイズは、可能な流れの完全な利用を可能にし、ひいては電機子の磁気誘導による回転及びモータの効率のためにワイヤを通る電気エネルギの最適な利用を可能にし、また同時に、電機子軸における成層鉄心ユニットの固定、溝絶縁層、ユニット長さの許容誤差及び屑の回避並びに清浄確実性及びプロセス確実性に関して、コストの点で最適化された製造技術が得られる。

電気機器の縦断面図である。 巻線を巻成されていない電機子を示す縦断面図である。 本発明による電機子の変化実施例を示す横断面図である。 本発明による電機子の変化実施例を示す横断面図である。 本発明による電機子の変化実施例を示す横断面図である。 本発明による電機子の変化実施例を示す横断面図である。

Claims (13)

1. 電気機器（１０）用の電機子（１４）を包埋射出成形する方法であって、電機子巻線（２０）用の溝（４６）を有する成層鉄心ユニット（１８）を孔（３６）で電機子軸（１６）に差し嵌め、包埋射出成形によって少なくとも溝絶縁層（４８）を設け、プラスチックを、成層鉄心ユニット（１８）の孔（３６）及び電機子軸（１６）の表面に沿って延びる複数の通路（４２）を通して流す形式の方法において、プラスチックを、成層鉄心ユニット（１８）の第１の端面（３８）にだけ射出し、該第１の端面（３８）から溝（４６）内にかつ通路（４２）を通して流し、プラスチックが第２の端面（４０）において通路（４２）から流出した後で、プラスチックを第２の端面（４２）から溝（４６）内に流入させ、第１の端面（３８）からのプラスチックと合流させることを特徴とする、電気機器用の電機子を包埋射出成形する方法。
2. プラスチックを第１の端面（３８）を起点として、溝（４６）を通して流すよりも速く通路（４２）を通して流す、請求項１記載の方法。
3. プラスチックとしてＰＡＡ６６を使用する、請求項１又は２記載の方法。
4. 包埋射出成形を、屑のない直接射出及び／又はホットランナ技術で実施する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 射出成形型の寸法を、成層鉄心ユニット（１８）の両端面（３８，４０）の間の間隔に関連して調節し、製造に基づく最大間隔において、各端面（３８，４０）に少なくとも０.２ｍｍのプラスチック層が生ぜしめられるように、調節する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 成層鉄心ユニット（１８）を、包埋射出成形によって電機子軸（１６）に固定する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の方法に基づいて製造された電機子（１４）であって、溝絶縁層（４８）が０.２５〜０.４ｍｍの厚さ、有利には０.３ｍｍの厚さを有していることを特徴とする電機子（１４）。
8. それぞれ隣接した溝底部に対する通路（４２）の間隔が、隣接する溝（４６）同士の間隔に比べて次のような大きさ、すなわち成層鉄心ユニット（１８）の如何なる箇所においても磁気飽和が生じないような大きさである、請求項７記載の電機子（１４）。
9. それぞれ隣接した溝底部に対する通路（４２）の間隔が、隣接する溝（４６）同士の間隔にほぼ等しく、有利には成層鉄心ユニット（１８）の如何なる箇所においても磁気飽和が生じないようになっている、請求項７又は８記載の電機子（１４）。
10. 包埋射出成形が、成層鉄心ユニット（１８）の両端面（３８，４０）を超えて電子軸（１６）に沿って延びている、請求項７から９までのいずれか１項記載の電機子（１４）。
11. 電機子軸が平滑であるか、ギザギザをつけられているか、又は少なくとも１つの平らな面取り部を備えている、請求項７から１０までのいずれか１項記載の電機子（１４）。
12. 請求項７から１１までのいずれか１項記載の電機子（１４）を備えた電気機器（１０）。
13. 請求項１２記載の電気機器（１０）を備えた燃料ポンプ。

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