JP2009532010A - ポンプ又は換気装置の駆動用の多相電気モータ - Google Patents

Abstract

本発明は、特に、自動車産業におけるポンプ又は換気装置の駆動に使用される多相電気モータに関する。多相電気モータは、電気コイル（４１〜４６）によって励磁されるステータ部（１）と、交互の態様で径方向に磁化されたＮ対の極を示すロータ（２）とによって形成される。ステータ部（１）は、環状リング（１０）から径方向に延びる幅広ティース（１１〜１６）及び幅狭ティース（１７〜２２）を有する。幅広ティースにはコイル巻き線が設けられ、幅広ティースと幅狭ティースとの間の距離は、幅狭ティースの幅よりも大きい。

Description

本発明は多相電気モータに関し、より具体的には、自動車産業におけるポンプ又は換気装置の駆動に使用される多相電気モータに関する。

産業用及び自動車の分野では、コスト、性能及び寿命といった判定基準に基づき、ポンプ又は換気装置を駆動するための多相電気モータが選択される。性能に関して、出力及びノイズが特に評価される。良好な出力を得るために、抵抗損失を放出するのに十分な量の銅を有するととともに、鉄損を最少とすべく短い磁気回路を有することが必要である。ノイズをできるだけ低減するには、径方向の力を正確に均衡させることのみならず、連続摩擦トルクを低減することが目的となる。モータのコストは、材料のコスト以外に製造コストにも関連し、コイル巻き線の製造に関する経済的な解決手段を提供することが特に重要である。

正確に均衡した径方向の力を示す特許文献１に記載されるような最新技術のモータが知られている。しかしながら、そのようなモータの構造は、コイルを個別に巻いて、それらコイルをステータに挿通することによるコイル巻き線の簡素な製造を許容しない。実際には、連続摩擦トルクを抑制するには、できるだけ幅広の形状を有する極を必要とする。そのようなモータでは、コイル巻き線は、特に狭い切り取り部を通じて銅線を挿通することによって形成される必要がある。コイル巻き線の形成を容易とするために、特定のモータは複数の部品からなるステータを有する。しかしながら、コイル巻き線の簡素化は、多数の部品からなる組み立てに起因して複雑化するステータ回路の設計という犠牲を払うものである。従って、それはコスト高となる。

また、低い連続摩擦トルクを提供しながら、一片からなるステータ上にコイル巻き線を特に簡素かつ経済的に製造することを可能とする最新技術のモータが知られている。しかしながら、そのようなモータは、径方向の力に関して全体的に均衡しておらず、これはノイズおよびベアリングの寿命に関して欠点となる。そのようなモータは、例えば、特許文献２に記載され、また出願人に譲渡されている。
独国特許出願公開第１９９０５７４８号明細書 米国特許第５８８０５５１号明細書

従って、本発明は、大量生産に適用され、銅の体積及び短い磁気回路に起因する出力に関して、並びに均衡した径方向の力及び低レベルの連続摩擦トルクを通じたノイズに関して非常に良好なレベルの性能を示す、経済的かつ強力な解決手段を提供することを目的とする。

この目的のために、本発明は、電気コイルによって励磁されるステータ部と、交互の態様で径方向に磁化されたＮ対の極の型を示すロータとによって形成される多相電気モータに関する。ステータ部は、環状リングから径方向に延びる大きなティース及び幅狭ティースを有する。コイル巻き線を支持する幅広ティースは、幅狭ティースの幅の２倍以上の幅を有する。ステータの内径で測定されるティースの幅のサイズは、モータにおける連続摩擦トルクを打ち消す特性を有する幅広ティース及び幅狭ティースのそれぞれに対して一組の値を使用する。コイルの巻かれた一定の矩形部を有するティースを備えるステータの形状は、ステータの外部で個別に製造された各コイルが幅広ティースの周りに導入されることを許容する。この目的のために、コイル巻き線を受容可能とする切り取り部の幅は、幅狭ティースの幅よりも大きい。前記幅はステータの内径で測定される。

本発明は、添付の図面を参照しながら、以下の説明を参照することにより最も良く理解されるであろう。
図２及び図３に示すような従来のモータでは、ステータ極５１〜５６及び７１〜８２をできるだけ拡大することによって低い連続摩擦トルクが追及されている。これにより、巻き線を導入するための小さな切り出し部が残される。これは、コイル巻き線６１〜６６及び９１〜９６の製造を複雑化するとともに、自動化を困難とし、また良好な充填率が得られない。６ティースのステータに関して言えることは、１２ティースのステータについては拡大する。しかしながら、図５に示すように、３０％を超えて増大された、アンペア回数当たり一定のトルクを有する１２ティースのステータに関して、性能は明らかにより有利である。

図４に示すような従来のモータでは、幅狭の極P７〜P１２が、幅広の極P１〜P６間のステータ構造に導入されている。これにより、銅の体積を低減することなく、アンペア回数当たりの組における増大を利用することが効果的にできるようになる。しかしながら、再度ステータ極がステータの内周全体をほぼ満たし、コイル巻き線を導入するための狭い切り出し部が僅かに残されるのみである。ステータの内周のこの準連続性は、モータに関して低い連続摩擦トルクを得ることを可能とする。

図６は、通常に得られるものに反して、非常に低い連続摩擦トルクをも得ることができることを示す。実際には、６ティースのステータのティース幅に従って描かれた連続摩擦トルクの曲線は、連続摩擦トルクがゼロである点に関して２つのティース幅が存在することを示す。従って、低い連続摩擦トルクを得ることを可能としながら、１つのモータに対して２つのティース幅を決定することが可能である。これらの２つのティース幅は、一方で比較的に幅広のティースに対応し、他方で幅広ティースの半分未満の幅を有するティースに対応する。

図１に示すように、本発明に従うモータは、最も安定したトルクを提供するとともに、極幅の適切な選択を通じて非常に低い連続摩擦トルクを得ることを可能とする、ステータ１に対して幅広ティース１１〜１６及び幅狭ティース１７〜２２を使用する１２ティース構造を示す。幅狭ティースに対する幅広ティースの幅の比は２．２である。

コイル巻き線４１〜４６は、幅広ティース１１〜１６の周りに配置され、これにより、モータのアンペア回数当たりの最大トルクを得ることができる。実際、アンペア回数当たりのこのトルクは、コイルの巻かれたティースの幅３１に依存するが、コイルの巻かれていないティースが飽和しない限り、コイルの巻かれていないティースの幅３３の影響を受けない。

コイルの巻かれていない幅狭の極を使用することにより、コイル巻き線が通過するための非常に広い切り出し部を有することが可能となる。そのような切り出し部の幅３２は、幅狭ティースの幅３３よりも大きい。ステータのこの特定の形状は、コイル４１〜４６を個別に製造し、それらコイルを幅広ティース１１〜１６の周りにおいてステータに挿通することを可能とする。従って、コイル巻き線の長さ及び銅の体積は最適化され、コイルはティースの磁極片と共に勢いを増し、これにより漏洩磁束が最少となる。

好ましくは、ステータ１は、コイル４１〜４７間において、支持体上の固定部材、例えば螺子又はリベットの挿通用の孔４７ａ〜４７ｆを含む。ステータの形状は、コイルの外径の範囲内で孔４７ａ〜４７ｅを配置することを可能とする。これは、任意の外側のチューブを用いることなく、モータのアセンブリを用意することを可能とする。これは、部品の数の低減を可能とし、モータの外径となるステータ１の直径を有する重量及び寸法の増大をもたらす。

図７ａのモータは、本発明の好適な実施形態を示す。幅狭ティース１７〜２２に対する幅広ティース１１〜１６の幅の比は、４以上である。これにより、コイル巻き線の銅の部位を増大させるとともに、ティース間における漏洩パーミアンスを低減することができる。

図７ｂは、本発明の好適な実施形態を示す。電気モータの限界の１つがその温度上昇であるため、外部との熱交換面を改善することが重要である。この目的のため、ステータは、同ステータの外面に凹部を含み、これにより重要な方法で外部との熱交換面を増大させることができる。コイルの巻かれた各極によって生成される磁束は隣接する２つの極によって閉塞されるため、そのような凹部は磁力線の通過を阻害しない。

本発明に従い図１及び図７に示されるモータは、それらの完全な直径の対称性のため、電流の有無に関わらず、径方向の力に関して完全に均衡している。コストの観点については、コイルの数を低減することが特定の適用において好ましい。この場合、２つのうち１つの幅広ティースのみにコイルが巻かれて、コイルに電力が供給される間に径方向の力の存在が認められるであろう。

図８及び図９は、いまだモータの低い連続摩擦トルクを保証するステータ構造を有するが、コイルを３つのみ有する実施形態を示す。
図８及び図９に示されるモータは、９つの幅狭ティース１１７〜１２５と、３つのコイル巻き線１１４〜１１６を支持する３つの幅広ティース１１１〜１１３を示す。従って、コイルの巻かれていない幅広ティースは、幅狭ティースに変更されている。これにより、コイルの巻かれた大きいティースと隣接するティースとの間の角度１４０を増大させることが可能となる。

図９に示されるモータは、６つの幅狭ティース１２６〜１３１と、３つのコイル巻き線１１４〜１１６を支持する３つの幅広ティース１１１〜１１３とを示す。この場合、コイルの巻かれていない幅広ティースは、省略されている。これにより、前述の場合と同様に、コイルの巻かれた大きいティースと隣接するティースとの間の角度１４０を増大させることが可能となる。従って、空間１５１〜１５３を開放させることが可能となり、例えば、モータのロータ２と協働する位置磁気センサを挿通することを許容する。

本発明に従うモータの断面図を示す。モータは、６つの幅広ティース１１〜１６及び６つの幅狭ティース１７〜２２を有するステータ１と、交互の態様で径方向に磁化されたＮ対の極Ａ１〜Ａ１０を有するロータ２とを含む。 従来技術に従い、６つの極５１〜５６を含むステータを備えるモータの断面図を示す。 従来技術に従い、１２の極７１〜８２を含むステータを備えるモータの断面図を示す。 従来技術に従い、６つの幅広の極Ｐ１〜Ｐ６及び６つの幅狭の極Ｐ７〜Ｐ１２を含むステータを備えるモータの断面図を示す。 ６つ及び１２ティースのステータに関して、それぞれのティース幅に依存するアンペア回数当たり一定の組みの変化を表す図を示す。 ６ティースのステータのティース幅に関する連続摩擦トルクの変化を表す曲線を示す。 幅狭ティースに対する幅広ティースの幅の比が特に高い場合における、本発明に従うモータ断面図を示す。 コイル間に位置してステータの外面に６つの凹部１０１〜１０６を有するステータ１を備える、本発明に従うモータ断面図を示す。 ３つの幅広ティース１１１〜１１３及び９つの幅狭ティース１１７〜１２５を含むステータ１を備える、本発明に従うモータ断面図を示す。 ３つの幅広ティース１１１〜１１３及び６つの幅狭ティース１２６〜１３１を含むステータ１を備える、本発明に従うモータ断面図を示す。

Claims (14)

1. 電気コイル（４１〜４６）によって励磁されるステータ部（１）と、交互の態様で径方向に磁化されたＮ対の極を示すロータ（２）とによって形成され、前記ステータ部（１）は環状リング（１０）から径方向に延びる幅広ティース（１１〜１６）及び幅狭ティース（１７〜２２）を有する多相電気モータにおいて、前記コイルは前記幅広ティースの周りに配置され、前記幅広ティースは、前記幅狭ティースの幅（３３）の２倍よりも大きい幅（３１）を有し、切り出し部の幅（３２）は幅狭ティースの幅（３３）よりも大きいことを特徴とする多相電気モータ。
2. 前記コイルの巻き線は前記幅広ティースの周りに配置され、前記幅広ティースは前記幅狭ティースの幅（３３）の実質的に２倍の幅（３１）を有し、切り出し部の幅（３２）は幅狭ティースの幅（３３）よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の多相電気モータ。
3. 電気コイル（４１〜４６）によって励磁されるステータ部（１）と、交互の態様で径方向に磁化されたＮ対の極を示すロータ（２）とによって形成され、前記ステータ部（１）は環状リング（１０）から径方向に延びる幅広ティース（１１〜１６）及び幅狭ティース（１７〜２２）を有する多相電気モータにおいて、前記コイルの巻き線は前記幅広ティースの周りに配置され、前記幅狭ティースの幅（３３）に対する前記幅広ティースの幅（３１）の比は２乃至８であり、切り出し部の幅（３２）は幅狭ティースの幅（３３）よりも大きいことを特徴とする多相電気モータ。
4. 前記コイルの巻き線は前記幅広ティースの周りに配置され、前記幅狭ティースの幅（３３）に対する前記幅広ティースの幅（３１）の比は４乃至５であり、切り出し部の幅（３２）は幅狭ティースの幅（３３）よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の多相電気モータ。
5. 前記ステータ（１）は、幅広ティースの数と同数の幅狭ティースを有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の多相電気モータ。
6. 前記ステータ（１）は、幅広ティースの数の倍数の幅狭ティースを有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の多相電気モータ。
7. 前記ステータ（１）は、前記各幅広ティース上に巻き線を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の多相電気モータ。
8. 前記各第２の幅広ティース上に巻かれたコイル巻き線を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の多相電気モータ。
9. コイルの巻かれた各ティースは、横断平面において、実質的に一定な台形部を有することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の多相電気モータ。
10. 前記コイルは個別に巻かれて、前記ステータに挿通されることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の多相電気モータ。
11. 磁極片の前端が、前記コイルの内側の前面の平面に配置されることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の多相電気モータ。
12. 前記ロータと共に作用する位置検出素子を備えることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の多相電気モータ。
13. 前記ステータ（１）は、前記コイルの巻き線の外径よりも小さい径の中に配置された固定孔（４７ａ〜４７ｅ）を含むことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の多相電気モータ。
14. 前記ステータ（１）は、前記コイル間に配置された凹部（１０１〜１０６）を有することを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の多相電気モータ。

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