JP2008535450A - 対称的な部分コイルを備えた電気機器 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気機器（１０）、特に自動車における可動部分を移動もしくは調整するための電気機器（１０）であって、複数のコイル（２６）を備えた２極の電気的な巻線（２５）が配置されているロータ（２０）が設けられている形式のものに関する。このような形式の電気機器において本発明の構成では、コイル（２６）がそれぞれ対称的な２つの部分コイル（２７）として形成されていて、両部分コイル（２７）がロータ（２０）の回転軸線（２３）に関して互いに対称的に配置されており、両部分コイル（２７）が同時に整流可能である。本発明はまた、このような電気機器（１０）を製造する方法に関する。

Description

本発明は、電気機器、特に自動車における可動部分を移動させるための電気機器であって、複数のコイルを備えた２極の電気的な巻線が配置されているロータが設けられている形式のものに関する。

ＵＳＲｅ２７８９３に基づいて公知の、電気機器における電機子巻線では、ほぼ２つのコイルが幾何学的に平行に電機子成層鉄心に配置されている。２つのコイルのこのような配置形式は、２つのフライヤを用いて２つのコイルを同時に巻回することができる巻線機によって生ぜしめられる。ほぼ平行な両方のコイルはしかしながら互いに無関係に独立して給電されるので、運転中におけるコイルの給電時には、電機子に対して半径方向の力成分が発生し、このような力成分は、不都合なモータ騒音の原因となる。

発明の利点
独立請求項の特徴部に記載された本発明による２極の電気機器並びにその製造方法には次のような利点、すなわち対称的に配置された両部分コイルを同時に整流することによって、両部分コイルへの給電時に両部分コイルの半径方向の力成分が相殺される、という利点がある。本発明におけるように、回転軸線に関して両部分コイルを対称的に配置することによって、部分コイルを電流が同時に流れた場合に、静かなモータ回転を得ることができ、これによってモータ騒音は明らかに減じられる。

従属請求項に記載された構成によって、請求項１に記載された特徴の有利な実施形態が可能である。両方の部分コイルが互いに幾何学的にほぼ平行に配置され、回転軸線に対して等しい間隔をおいて配置され、かつ同数の巻きを有していることによって、不都合な半径方向における力成分を特に簡単に相殺することができる。

両部分コイルが互いに逆向きの巻付け方向で電機子成層鉄心に巻回されていると、部分コイルの給電時に部分コイルの半径方向の力成分はそれぞれ、電機子軸に向かって正確に逆向きに方向付けられる。これによって問題の半径方向力を最適に相殺することができる。

本発明の有利な構成では、両部分コイルが互いに電気的に直列接続されており、このように構成されていると、両コイル部分を連続的に１つの線材で相前後して巻回することができる。

この場合相前後して直列接続された両部分コイルは、２つの端部を有しており、この両端部はそれぞれ整流子の整流子片、特に互いに隣り合っている整流子片と直接接続されていることができる。

択一的な構成では、両部分コイルが互いに電気的に並列接続されており、このように構成されていると、両部分コイルを例えば互いに同時に巻回することができる。

並列接続された部分コイルでは、第１の部分コイルの両端部及び第２の部分コイルの両端部はそれぞれ、同じ２つの整流子片と電気的に接続され、これによって両部分コイルを同時に整流することができる。

両部分コイルの互いに対称的な配置形式は、両部分コイルに電流を同時に流した場合に半径方向に作用する力が可能な限り良好に相殺されるように、電機子成層鉄心において最適化される。

本発明の別の構成では、整流子が偶数の整流子片、例えば８又は１０の整流子片を有しており、両方のブラシは、有利には互いに約１８０°ずらされて、整流子片に接触している。この場合それぞれ一対の部分コイルが整流子片対と接続されている。

整流時に可能な限り等しい電流を保証するために、ブラシは、両整流子片を互いに電気的に短絡させるために、該ブラシが整流子の回転時にそれぞれ２つの隣接した整流子片をカバーするように、形成されている。

本発明の別の有利な構成では、部分コイルが、横断面を減じられたほぼ平行な２つのコイル素線を備えた二重巻線の形で形成されている。このように構成されていると、製造時間を長くすることなしに、溝の高い充填率を得ることができ、ひいては電動モータの出力を高めることができる。

それぞれ対称的に互いに配置された部分コイルを備えた２極の電気機器の本発明による製造方法によって、例えば自動車における移動もしくは調整のために使用される、騒音を減じられた電気駆動モータを、簡単に製造することができる。しかも本発明による方法では、汎用の巻回方法に比べてほとんどコストを高める必要がなく、その結果このようにしてコストを変えずに、騒音の減少によって電気機器の品質を著しく高めることができる。

図面
次に図面を参照しながら本発明による電気機器の種々様々な実施例を説明する。

図１は、電気機器を示す横断面図であり、
図２は、コイルにおける電流分岐を示す概略図であり、
図３は、従来技術による電機子巻線を示す横断面図であり、
図４は、直列接続された部分コイルを備えた電機子を示す横断面図であり、
図５は、並列接続された部分コイルを備えた電機子を示す横断面図であり、
図６は、電機子巻線を示す横断面図であり、
図７〜図１１は、１０の整流子片を備えた整流子のための種々様々な巻きパターンを示す図であり、
図１２は、整流子の回転もしくはねじれを示す横断面図であり、
図１３及び図１４は、８の整流子片を備えた整流子のための巻きパターンを示す図である。

実施例の記載
図１に横断面図で示された電気機器１０は、この実施例では直流モータとして形成されている。ハウジング１４内には、２つの永久磁石１８を備えたステータ１６が配置されており、このステータ１６は、ハウジング１４内に回転可能に支承されているロータ２０と共働する。ロータ２０はロータ軸２２と電機子成層鉄心２４を有しており、この電機子成層鉄心２４には、弦の形をしたコイル２６が巻回されている。電機子軸２２にはさらに整流子２８が配置されており、この整流子２８はブラシ３０を介して電気的に接触接続可能である。図示の実施例では両方のブラシ３０は、互いに対して約１８０°ずらされて配置されていて、次のように、すなわち両方のブラシ３０が両ブラシ３０に対する整流子２８の回転時に１つの整流子片３２から隣接した整流子片３２への移行時にこの両方の整流子片を互いに短絡させるように、形成されている。両方のブラシ３０は＋と−の記号で特徴付けられており、この記号は、電流をシンボル化し、図３及び図６に示されたコイル２６の電気的な接続部を表している。整流子２８は偶数個の整流子片３２を有しており、これらの整流子片３２は符号０〜９（つまり１０個）で示されている。整流子片３２は互いに対して電気的に絶縁されて形成されている。

図２には、図１に示された整流子片３２に対するブラシ３０の重なりによる電流が示されている。２つの整流子片３２の短絡によって、例えばプラスブラシの下には、隣り合う２つの整流子片３２（９と０）の間におけるコイル２６によって電流Ｉ１が生ぜしめられる。プラスブラシ３０とマイナスブラシ３０との間においては、電流分岐Ｉ２が、別のコイル２６において整流子片３２（０と４）の間において生じ、その後電流Ｉ３が隣り合う２つの整流子片３２（４と５）の間に生じ、さらに電流分岐Ｉ４が、マイナスブラシ３０とプラスブラシ３０（整流子片５と９）との間において生じる。

図３には、図２に示された電流が、従来技術による短節巻で重ね巻された電機子成層鉄心２４の横断面図で示されている。整流子２８の１０の整流子片３２に相応して、電機子成層鉄心２４は１０の溝３４を有しており、これらの溝３４には全部で１０のコイルが巻回されている。従って各溝３４には、異なったコイル２６の２つの素線束つまりストランド２９が設けられている。プラスブラシ３０とマイナスブラシ３０との間におけるブラシ電圧降下における相違と、製造誤差に基づいて生じるブラシ３０の位置決めの非対称性とによって、互いに向かい合って位置するＩ１及びＩ３の電流値とＩ２及びＩ４の電流値とは等しくない。例えば、電流Ｉ１は弦状に配置されたコイル２６′内を流れ、この場合コイル２６′の巻線は円で囲まれた２つの＋Ｉ１、−Ｉ１によって示されている。同時に電流Ｉ３は図２に示された短絡時に、円で囲まれた＋Ｉ３、−Ｉ３によって示されたコイル２６′′内を流れる。図３から分かるように、従来技術では、電流Ｉ１，Ｉ３が流れるそれぞれ互いに向かい合っている溝３４内において、電流負荷もしくは電流密度（Strombelag）は等しくないので、これによって半径方向に作用する力３６がロータ２０に対して生じる。

図４に横断面図で示されている電機子成層鉄心２４において、コイル２６は本発明によれば２つの部分コイル２７として、異なった溝３４内に巻回されている。両部分コイル２７はほぼ平行な平面３８に配置されており、両平面３８は、電機子軸２２もしくは回転軸線２３に対して等しい間隔をおいて該軸２２もしくは軸線２３に対して対称的に延びている（短節巻）。両部分コイル２７は電気的に直列に接続されているので、電流は第１の整流子片３２からまず初めに第１の部分コイル２７を通って、次いで第２の部分コイル２７を通って、そして第２の整流子片３２へと流れる。両整流子３２がブラシ３０を介して給電されると、両方の対称的な部分コイル２７のそれぞれの半径方向力３６は互いに相殺する。図４には、図面を見易くするために２つの整流子片３２及び一対の部分コイル２７だけが示されている。実際の構成ではそれぞれ複数対の部分コイル２７が各２つの整流子片３２と接続されている。２つの部分コイル２７から成っている、図４に示されたコイル２６は、例えば、図２及び図１に示された整流子片３２（９及び０）の間における電流Ｉ１に配属されることができる。

図５に示された構成においても、２つの部分コイル２７は回転軸線２３に対して対称的に配置されている。両部分コイル２７はそれぞれ異なった溝対３４内において巻かれており、この場合回転軸線２３に対してほぼ等しい間隔をもって部分コイル２７は幾何学的に平行に配置されている。このような短節巻では巻き５４は、回転軸線２３を通って延びていない。この構成では両部分コイル２７はしかしながら電気的に並列接続されているので、第１の部分コイル４１の各端部４２及び第２の部分コイル４３の両端部４４はそれぞれ同様な形式で、両整流子片３２（９及び０）と電気的に接続されている。並列接続されたこれらの部分コイル２７においても、各１対の部分コイル２７は、両整流子片３２を介して同時に整流される。本発明の有利な構成では、両部分コイル２７が直接接続時にも並列接続時にも、互いに異なった回転方向で巻回される。すなわち電機子巻線２５の巻回時にロータ２０を約１８０°回転させた後で、第２の部分コイル２７は、巻線機に関して逆方向で巻回される。

図６には電機子成層鉄心２４が横断面図で示されており、この電機子成層鉄心２４ではそれぞれのコイル２６は互いに対称的に配置された２つの部分コイル２７として形成されており、これによって各溝３４内にはそれぞれ４つのストランド２９が配置されている。このことは、図６に示された本発明によるコイル装置を図３に示された従来技術によるコイル装置と比較することによって、特に明瞭になる。この場合各コイルは図３から対称的に配置された２つの部分コイル２７′，２７′′に分解され、部分コイル２７′，２７′′の直列接続時に両部分コイル２７′，２７′′の巻き５４の総数は、図３に示されたコイル２６の巻き５４の総数と一致している。しかしながらいまや、内部を電流Ｉ１，Ｉ３が流れる互いに向かい合っている溝３４内における電流負荷もしくは電流分布（Strombelegung）は同一である。この場合溝３４′の電流＋Ｉ３，−Ｉ１，＋Ｉ２，−Ｉ４は、向かい合っている溝３４′′の電流−Ｉ３，＋Ｉ１，−Ｉ２，＋Ｉ４と互いに相殺し合う。これによって不都合な半径方向力３６は十分に排除される。

部分コイル２７′，２７′′が並列接続されている場合には、総数で見て巻き５４の数は、直列接続された部分コイル２７に対して倍になり、この場合コイル素線４８の素線横断面は相応に半割され、これによって同じ電流負荷もしくは電流分布が生じる。このことは、二重巻線（Doppelwicklung）に相当するが、二重巻線では、両方の部分コイル２７は同じ溝３４内に巻回されるのではなく、回転軸線２３に対して等しい間隔をもって配置された対称的な２つの部分コイル２７として巻回される。この二重巻線のための巻きパターン（Wickelschemata）は図１１及び図１４に示されている。

図７〜図１１には、対称的な部分コイル２７を備えた巻線のための種々異なった実施例が示されており、図７に示されたパターンを例にとって述べる。図の下部領域には整流子の１０の整流子片３２（Lamelle）が、ボックスとして示されており、この場合整流子２８の２回転が展開図で示されている。その上には、電機子成層鉄心２４の溝３４（Nut）が示されており、これも同様に２回転が展開図で示されている。下側の図半部には、上側の表の第２列に相当する一対の部分コイル２７が示されている。整流子片１（右側）を起点としてコイル素線４８はまず初めに溝１内に、次いで溝５内に敷設されているので、これは７つの巻き５４（Wdg）を備えた部分コイル２７を示している。７番目の巻き５４が完成した後で、コイル素線４８はもう一度溝１内に位置し、次いで左に向かって第２の部分コイル２７のために溝６に達する。溝６と溝１０との間において、第２の部分コイル２７は８つのコイル素線で巻かれ、その後もう一度巻線は溝１０と溝５との間において第１の部分コイル２７に巻かれ、その後でコイル素線４８は整流子片２（左側）に接触接続される。このようにして、同数の巻き５４を備えた２つの部分コイル２７の対称的な配置形式が得られる。この巻きパターンでは上の表に示されているように、列毎に各部分コイル２７が巻回されるので、全部で１０の部分コイル対２７が、隣接して位置する２つの整流子片の間に配置されている。

例えば図７〜図１０には、２つの整流子片３２の間にそれぞれ１０の部分コイル対２７を備えた種々異なった実施例が示されている。コイルワイヤ４８はこの場合例えば０.５ｍｍの素線直径を有している。図１１において部分コイル２７は二重巻線として第１の層と第２の層とに配置されており、この場合素線直径は例えば２×０.３５５ｍｍである。

図１２には電機子成層鉄心２４に対する整流子２８の回転が示されている。この場合回転角５０が規定され、この回転角５０は、２つの整流子片３２の間において溝３４の中心からスリット５２の中心までに相当する。図７〜図１１に示された実施例では、整流子回転のこの角度５０はほぼ０°である。図１３及び図１４に示された実施例では、この角度５０は例えば２０９°である。

図１３及び図１４に示されているように、整流子２８は例えば８つの整流子片３２と相応に電機子成層鉄心２４における８つの溝３４とを有している。

図１３には、上側の表の第８列に示されているように、それぞれ２つの整流子片３２の間に、対称的な２つの部分コイル２７が配置されている。この場合個々の巻き５４（Wdg）の数及びコイル素線直径は、その都度の使用例に合わせることができる。図１４には図１１と同様に再び二重巻線が示されており、この二重巻線では図１３に比べて、両部分コイルの巻線（Wdg）の総数は高められ、その代わりに素線直径が減じられる（例えば０.４２５ｍｍから２×０.３ｍｍ）。

さらに付言すると、図示のすべての実施例に関して、個々の特徴を互いに種々様々に組み合わせることが可能である。例えば整流子片３２の数及び溝３４の数並びにそれらの具体的な構成を変化させることができる。同様に、図示の複数の巻きパターンは、対称的な部分コイル２７の巻線に関して制限されているのものではなく、１つの部分コイル２７から他の部分コイル２７への種々異なった移行が可能である。図７〜図１４に示された実施例は、種々様々電気機器の具体的な構成と製造方法を示している。特に図面によって、本発明による対称的な部分コイル２７を巻回する方法が示されている。

電気機器を示す横断面図である。 コイルにおける電流分岐を示す概略図である。 従来技術による電機子巻線を示す横断面図である。 直列接続された部分コイルを備えた電機子を示す横断面図である。 並列接続された部分コイルを備えた電機子を示す横断面図である。 電機子巻線を示す横断面図である。 １０の整流子片を備えた整流子のための巻きパターンを示す図である。 １０の整流子片を備えた整流子のための巻きパターンを示す図である。 １０の整流子片を備えた整流子のための巻きパターンを示す図である。 １０の整流子片を備えた整流子のための巻きパターンを示す図である。 １０の整流子片を備えた整流子のための巻きパターンを示す図である。 整流子の回転もしくはねじれを示す横断面図である。 ８の整流子片を備えた整流子のための巻きパターンを示す図である。 ８の整流子片を備えた整流子のための巻きパターンを示す図である。

Claims (12)

1. 電気機器（１０）、特に自動車における可動部分を移動させるための電気機器（１０）であって、複数のコイル（２６）を備えた２極の電気的な巻線（２５）が配置されているロータ（２０）が設けられている形式のものにおいて、コイル（２６）がそれぞれ対称的な２つの部分コイル（２７）として形成されていて、両部分コイル（２７）がロータ（２０）の回転軸線（２３）に対して互いに対称的に配置されており、両部分コイル（２７）が同時に整流可能であることを特徴とする、対称的な部分コイルを備えた電気機器（１０）。
2. 両部分コイル（２７）が等しい数の複数の巻き（５４）を有していて、ほぼ幾何学的に互いに平行に配置されている、請求項１記載の電気機器（１０）。
3. 両部分コイル（２７）が互いに逆向きの巻付け方向で電機子成層鉄心（２４）に巻回されている、請求項１又は２記載の電気機器（１０）。
4. 両部分コイル（２７）が互いに電気的に直列接続されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気機器（１０）。
5. 直列接続された両部分コイル（２７）が、一緒に２つの端部（４０）を有していて、両端部（４０）がそれぞれ整流子（２８）の整流子片（３２）と接続されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気機器（１０）。
6. 両部分コイル（２７）が互いに電気的に並列接続されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気機器（１０）。
7. 並列接続された両部分コイル（２７）がそれぞれ２つの端部（４２，４４）を有していて、両端部（４２，４４）がそれぞれ各１つの整流子片（３２）と接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の電気機器（１０）。
8. 部分コイル（２７）が互いに対称的に配置されていて、該部分コイル（２７）の給電時に磁界において、ロータ（２０）に対して作用する半径方向力（３６）がほとんど生じない、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機器（１０）。
9. 整流子（２８）が偶数の整流子片（３２）を有していて、整流子（２８）に互いに向かい合って位置する２つのブラシ（３０）が接触している、請求項１から８までのいずれか１項記載の電気機器（１０）。
10. ブラシ（３０）が各２つの隣接した整流子片（３２）をカバーしていて、これによって両整流子片（３２）が互いに電気的に短絡する、請求項１から９までのいずれか１項記載の電気機器（１０）。
11. 対称的な部分コイル（２７）が、コイル素線直径を減じられた二重巻線（４６）として２層に形成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電気機器（１０）。
12. 請求項１から１１までのいずれか１項記載の、ロータ（２０）に対称的に配置された部分コイル（２７）を備えた電気機器（１０）を、巻回する方法。

Images