JP2012517787A

JP2012517787A - 直流モータ

Info

Publication number: JP2012517787A
Application number: JP2011548556A
Authority: JP
Inventors: クラウトヴォルフガング; ケーニヒティロ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2029-12-14
Also published as: CN102308457A; EP2394353A1; EP2394353B1; JP5474096B2; US8884484B2; WO2010088997A1; US20120043834A1; DE102009000707A1; CN102308457B

Abstract

本発明は、円筒状のコイル支持体（７；１７）を有する直流モータに関する。コイル支持体（７；１７）は、両側に位置する端部部分（２０１，２０２）において、空隙巻線の第１の巻線ワイヤ（８０；１８０）および第２の巻線ワイヤ（８１；１８１）を案内するためのワイヤ案内部材（９；１０，１２）を有している。第１の巻線ワイヤ（８０；１８０）および第２の巻線ワイヤ（８１；１８１）はそれぞれ矩形の巻線部分（２０；１２０）を有する。第１の巻線ワイヤ（８０；１８０）の矩形の巻線部分（２０；１２０）および第２の巻線ワイヤ（８１；１８１）の矩形の巻線部分（２０；１２０）は重畳して円筒状のコイル支持体（７；１７）上に配置されている。第１の巻線ワイヤ（８０；１８０）および第２の巻線ワイヤ（８１；１８１）が相互に接しながら通過して案内されるようにワイヤ案内部材（９；１０，１２）は構成されている。

Description

本発明は、円筒状のコイル支持体を備えた直流モータに関し、このコイル支持体は両側にある端部部分において、空隙巻線の第１の巻線ワイヤおよび第２の巻線ワイヤを案内するためのワイヤ案内部材を有している。

直流モータとは、直流電流により駆動される電気モータを表すか、またはそれとは反対に、機械的なエネルギを電流に変換するジェネレータを表す。直流モータは、不動の部分と、ステータと、回転可能に支承されている部分と、ロータとから構成されている。直流モータをインナーロータまたはアウターロータとして構成することができる。インナーロータでは、直流モータの内側の部分がロータであり、直流モータの外側の部分がステータである。アウターロータは、これとは反対のロータおよびステータの配置構成を有する。

空隙巻線を備えた直流モータは、有利には、ブラシレス直流モータ、または、電子的に整流される直流モータ、または、カップ状電機子モータとも称され、また、空隙巻線が有利には、内部にコイル巻線が延在している空隙を有する２ストランド型の空心コイルとして構成されていること、ならびに、直流モータがコギングトルクを形成せず、かつ、完全に自由に回転できることを特徴としている。さらに空隙巻線は、機械的な振動が少なく、回転時の運転が非常に滑らかであり、またインダクタンスが低い。

DE 20 2006 007 619 U1からは空隙巻線を備えた直流モータが公知である。空隙巻線は多層に構成されており、また斜めに延びる巻線方向を備えた波状巻線として構成されていることから、巻線を構成する際に高いコストが生じる。空隙巻線は、空隙内を回転し、かつ、機械的に整流される空心巻線として構成されている。コイル巻線の巻線ワイヤは自己融着エナメル線材である。コイル巻線の製造後は熱処理が行われる。何故ならば、直流モータにおける巻線は回転部であることから、小型のユニットを形成しなければならないからである。

発明の概要
本発明の課題は、空隙巻線の製造時に巻線ワイヤの簡単な収容および案内を実現する直流モータを提供することである。

本発明のこの課題は、請求項１に記載されている直流モータによって解決される。本発明の別の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明は、円筒状のコイル支持体を備えた直流モータを有する。コイル支持体は両側にある端部部分において、空隙巻線の第１の巻線ワイヤおよび第２の巻線ワイヤを案内するためのワイヤ案内部材を有している。第１の巻線ワイヤおよび第２の巻線ワイヤはそれぞれ矩形の巻線部分を有し、第１の巻線ワイヤの矩形の巻線部分および第２の巻線ワイヤの矩形の巻線部分は重畳して円筒状のコイル支持体上に配置されている。ワイヤ案内部材によって、第１の巻線ワイヤおよび第２の巻線ワイヤは相互に接しながら通過するよう案内される。

本発明による直流モータの利点は、空隙巻線としての巻線の構造が簡単であり、これによってモータの非常に静かで損失の少ない回転が実現されることである。さらに、モータは完全なコギングトルク自由度を有する。直流モータを構成するためには非常に少ない数の構成部品しか必要とされないので、これによって重量が低減され、また製造を簡略化することができる。巻線ワイヤが直流モータの回転する部分に配置されている場合であっても、巻線ワイヤを熱処理または注型する必要は無い。これによって、製造時間が短縮される。

本発明の１つの実施形態においては、コイル支持体の両側にある端部部分は差込可能にリング状に構成されており、有利にはリング部材を介して相互に接続されている。リング部材は端部部分よりも小さい直径を有する。さらに、リング部材の領域には金属薄板積層体が配置されている。個々の構成部品を相互に差し込むだけ良いので、このモジュール形式の構成は直流モータの簡単な製造を実現する。

本発明の別の実施形態においては、コイル支持体の端部部分がキャップ状であり、中心には孔を備えた軸受け座が形成されている。この構成により直流モータの簡単な組み立てが実現される。

本発明の別の実施形態によれば、コイル支持体の両側にある端部部分は、ワイヤ案内部材としての保持部の規則的な配置構成をそれぞれ有する。第１の巻線ワイヤおよび第２の巻線ワイヤは、保持部の側方と保持部上に交互に案内されている。さらに、保持部はＵ字状の溝を有し、この溝の周りに、保持部に案内されている第１の巻線ワイヤおよび第２の巻線ワイヤが固定される。この設計によって、第１の巻線ワイヤおよび第２の巻線ワイヤは相互に接しながら通過するように案内され、空隙巻線の簡単な案内が行われる。

本発明の別の実施形態においては、ワイヤ案内部材として、コイル支持体の両側にある端部部分には突起部が設けられており、第１の巻線ワイヤおよび第２の巻線ワイヤが交互に突起部へと案内されている。両側にある端部部分における突起部は、第１の巻線ワイヤの全長および第２の巻線ワイヤの全長が有利には同一となるように配置されている。第１の巻線ワイヤの全長と第２の巻線ワイヤの全長が等しいことによって、２つの巻線に関して同一の抵抗が生じ、貫流する領域における面の均一性によって、電圧の形状および高さが等しく維持される。

さらに、本発明の別の実施形態においては、コイル支持体が４つのリング状の差込部材を有し、またワイヤ案内部材としての突起部の規則的な配置構成を有する。差込部材は、突起部が突起部を有していない部分と対向するように、相互にずらされて配置されている。第１の巻線ワイヤは第１の差込部材の突起部を介して案内されており、また第２の巻線ワイヤは第２の差込部材の突起部を介して案内されている。さらに、差込部材は金属薄板積層体の両側に配置されている。この設計によって、巻線ワイヤを案内するための溝が設けられることになり、したがって空隙巻線の実施が容易になる。さらに、個々の構成部品を相互に差し込むだけでよいので、直流モータの簡単な構造が保証される。

さらに本発明の別の実施形態によれば、コイル支持体はプラスチックから製造されている。プラスチックは簡単に複雑な形状で注型することができるので、廉価な多機能部品が得られる。

以下では、添付の図面に記載した種々の実施例を参照しながら本発明を詳細に説明する。

本発明による直流モータを示す。空隙巻線を備えた本発明による直流モータにおけるステータの第１の実施形態を示す。空隙巻線を備えていない状態の図２に示した第１の実施形態を示す。空隙巻線を備えた本発明による直流モータにおけるステータの第２の実施形態を示す。

図１は、ロータ２とステータ３とを備えた、本発明による直流モータ１を示す。直流モータ１はアウターロータとして構成されている。ロータ２は永久磁石４と、マルチストランド型の巻線のためのコイル支持体を１７を備えたステータ３とを有する。コイル支持体１７は、キャップ状の端部部分２０１を備えた円筒の形状を有する。

円筒状のコイル支持体１７のキャップ状の端部部分２０１の中央には、軸受け１５を収容するための軸受け座１４が配置されている。軸受け１５はコイル支持体１７の軸受け座１４内に事前に組み付けられている。軸受け１５には直流モータの軸２３が配置されている。さらに、コイル支持体１７のキャップ状の端部部分２０１には、軸受け座１４の周囲において、それぞれ３つの端子軸受け２１が配置されている。端子軸受け２１には端子５が固定されており、それらの端子５はコイル支持体１７において巻線の導体端部部分と接続されている。さらに、コイル支持体１７のキャップ状の端部部分２０１には３つの通気孔２２が設けられている。

直流モータ１のロータ２はラジアルファン１００によって包囲されている。ラジアルファン１００においては、空気がラジアルファン１００の軸２３に平行に、もしくは軸２３の軸方向に吸気され、半径方向の回転翼の回転によって９０°偏向され、半径方向に吐出される。ケーシングを備えた、またはケーシングを備えていない、一方向または両方向に吸気を行うラジアルファンが存在する。直流モータ１のモジュール形式の構成により、個々の構成部品を相互に差し込むだけで良いので、簡単な製造が実現される。

図２および図３はステータ３の第１の実施形態を示す。ただし図３には、金属薄板積層体６ならびに空隙巻線を備えていない状態のコイル支持体１７が示されている。コイル支持体１７のキャップ状の端部部分２０１，２０２の中心には、孔１９を有する軸受け座１４が形成されている。軸受け座１４のこの孔１９内に直流モータ１の軸受け１５が嵌め込まれる。さらに、軸受け座１４の周囲には３つの端子軸受け２１ならびに３つの通気孔２２が示されている。

円筒状のコイル支持体１７は２ピースで構成されている。つまり、キャップ状の端部部分２０１の他に、有利には同様にキャップ状に構成されている別の端部部分２０２が設けられている。両側にある端部部分２０１，２０２にはワイヤ案内部材１０，１２が設けられている。コイル支持体１７の２つの端部部分２０１，２０２は差込可能にリング状に成形されており、また有利には、図３に示されているリング部材１３を介して相互に接続されている。リング部材１３は円筒状の形状を有し、またコイル支持体１７の端部部分２０１，２０２に比べて小さい直径を有する。図２に示されているように、リング部材１３には金属薄板積層体６が配置されている。金属薄板積層体６はバックアイアンとして使用され、また磁気鉄板から構成されている。金属薄板積層体６は薄い絶縁性のバンドもしくは絶縁性のフィルムによって絶縁される。しかしながら金属薄板積層体６を別のやり方で絶縁することもできる。それどころか金属薄板積層体６を絶縁しないことも考えられる。

コイル支持体１７の両側にある端部部分２０１，２０２には、ワイヤ案内部材としての保持部１０が規則的な間隔を置いて配置されている。各保持部１０はＵ字型の溝１１を有する。さらに、ワイヤ案内部材としての突起部１２が端部部分２０１，２０２に配置されており、それぞれ３つの突起部１２が１つのグループを形成する。保持部１０および突起部１２の代わりに、別の形態で構成されているワイヤ案内部材を配置することもできる。

図２に示されているように、第１の巻線ワイヤ１８０および第２の巻線ワイヤ１８１から構成されている空隙巻線がワイヤ案内部材１０，１２に案内される。さらに、第１の巻線ワイヤ１８０および第２の巻線ワイヤ１８１の他に、別の巻線ワイヤを設けることもできる。第１の巻線ワイヤ１８０は、保持部１０の両側においてその側面において案内されており、またコイル支持体１７の上側のキャップ状の端部部分２０１の突起部グループに案内されている。第２の巻線ワイヤ１８１は、保持部１０の溝１１に案内されており、また図３には明示的に示されていないが、コイル支持体１７の下側のキャップ状の端部部分２０２の突起部グループに案内されている。コイル支持体１７の下側の端部部分２０２の突起部グループの突起部１２は、コイル支持体１７の上側の端部部分２０１の突起部グループの突起部１２に対して半巻分ずらされて配置されている。空隙巻線は矩形状の巻線部分１２０を有する。巻線部分１２０は交互に第１の巻線ワイヤ１８０から第２の巻線ワイヤ１８１へと形成されている。第１の巻線ワイヤ１８０および第２の巻線ワイヤ１８１は相互に接しながら通過するように案内されており、これによって第１の巻線ワイヤ１８０および第２の巻線ワイヤ１８１は重畳する。

第１の巻線ワイヤ１８０は第２の巻線ワイヤ１８１の後ろを通り案内されており、かつ、コイル支持体１７の上側の端部部分２０１の突起部１２に案内されており、また、第２の巻線ワイヤ１８１は第１の巻線コイル１８０の前を通り案内されており、かつ、コイル支持体１７の下側の端部部分２０２の突起部１２に案内されているので、第１の巻線ワイヤ１８０および第２の巻線ワイヤ１８１は有利には空隙コイルの同一の全長を有する。これによって、第１の巻き線ワイヤ１８０および第２の巻線ワイヤ１８１は同一の抵抗を有し、磁束も巻線によって一定に維持される。

図２に示されている実施形態においては、第１の巻線ワイヤ１８０の全部で１２個の巻線部分１２０が設けられており、また第２の巻線ワイヤ１８１の全部で１２個の巻線部分１２０が設けられている。しかしながら、それよりも多い数の巻線部分、またはそれよりも少ない数の巻線部分を設けることもできる。第１の巻線ワイヤ１８０の巻線部分１２０および第２の巻線ワイヤ１８１の巻線部分１２０はそれぞれワンピースで巻き付けられている。これによって、２つの巻線ワイヤ１８０，１８１はそれぞれ１つの開始部および終了部を有する。

２つの巻線ワイヤ１８０，１８１の１２個の巻線部分１２０は通電時に、それぞれ６つのＮ極およびＳ極を交互に形成する。さらに、第１の巻線ワイヤ１８０の１２個の巻線部分１２０は第２の巻線ワイヤ１８１の１２個の巻線部分に対して、半分の巻線部分１２０の数だけずらされており、２つの巻線ワイヤ１８０，１８１のＮ極は２つの巻線ワイヤ１８０，１８１のＳ極に続く。択一的に、極の配置構成を変更することができる。２つの巻線ワイヤ１８０，１８１に逆方向に電流が流されると、それら２つの巻線ワイヤ１８０，１８１によって形成される極も反転する。

図４は、第２の実施形態によるステータ３を示す。円筒状のコイル支持体７は環状に構成されており、金属薄板積層体６上に配置されている。金属薄板積層体６はバックアイアンとして使用され、また相互に重ねられて積層化された複数の磁気鉄板から構成されている。磁気鉄板は薄い絶縁性のバンドもしくは絶縁性のフィルムによって外側に向かって電気的に絶縁される。しかしながら、金属薄板積層体６を他のやり方で製造および絶縁することもできる。

コイル支持体７は４つの差込部材７０１，７０２，７１１，７１２を有し、それぞれ２つの差込部材７０１，７０２，７１１，７１２は両側において金属薄板積層体６に被せ嵌められている。さらに、第２の差込部材７０２，７１２はそれぞれ第１の差込部材７０１，７１１の上に被せ嵌められる。この構成は個々の構成部品を簡単に組み立てられるという利点を有する。差込部材７０１，７０２，７１１，７１２は、ワイヤ案内部材としての突起部９の規則的な間隔の配置構成を有する。突起部９は空隙巻線を簡略化するために使用され、またワイヤ案内のための溝１６を有する。さらに、一方の差込部材の突起部９が、他方の差込部材の突起部を有していない部分と対向するように、第１の差込部材７０１，７１１は第２の差込部材７０２，７１２に対してずらされて配置されている。第１の巻線ワイヤ８０は下側の第１の差込部材７０１，７１１の突起部９を介して案内されており、また第２の巻線ワイヤ８１は上側の第２の差込部材７０２，７１２の突起部９を介して案内されており、第１の巻線ワイヤ８０は第２の巻線ワイヤ８１の後ろを通り過ぎるように案内されている。第１の巻線ワイヤ８０および第２の巻線ワイヤ８１は、短絡が生じることなく重畳している。

空隙巻線は矩形の複数の巻線部分２０に分割されており、それらの巻線部分２０は交互に第１の巻線ワイヤ８０および第２の巻線ワイヤ８１によって形成されており、また巻線部分２０は重畳している。第１の巻線ワイヤ８０は下側の差込部材７０１，７１１の突起部９に案内されており、また、第２の巻線ワイヤ８１は上側の差込部材７０２，７１２の突起部９に案内されているので、第１の巻線ワイヤ８０の巻線部分２０は、第２の巻線ワイヤ８１によって形成されている巻線部分２０よりも短く構成されている。この突起部９の代わりに、別のワイヤ案内部材を配置することもできる。

第１の実施形態および第２の実施形態のコイル支持体７，１７は有利にはプラスチックから製造されている。プラスチックは金属または他のセラミック材料に比べて比較的廉価に複雑な形状を形成することができ、導電率が低く、また比較的密度が比較的低いので、コイル支持体７，１７の重量を低減することができる。しかしながら、他の絶縁性の材料を使用することもできる。

第１の実施形態および第２の実施形態に示した第１の巻線ワイヤ８０，１８０および第２の巻線ワイヤ８１，１８１はエナメル銅線から形成されている。エナメル銅線は製造時に、電気的に絶縁されたエナメル層によって被覆される。このエナメル層は同じ効果を有する他の絶縁材料に比べて遥かに薄くかつ軽い。

図示されている実施形態におけるコイル支持体７，１７の２つの端部部分２０１，２０２におけるワイヤ案内部材９，１０，１２は、第１の巻線ワイヤ８０，１８０が第２の巻線ワイヤ８１，１８１に相互に接しながら通過するように案内されており、また第１の巻線ワイヤ８０，１８０および第２の巻線ワイヤ８１，１８１が重畳するように設計されている。このことは、空隙巻線としての巻線の簡単な構造を実現し、これによってモータの非常に静かで損失の少ない回転が保証される。さらには、巻線ワイヤが直流モータの回転する部分に配置されている場合であっても、巻線ワイヤを熱処理または注型する必要は無い。これによって、製造時間が短縮される。

Claims

円筒状のコイル支持体（７；１７）を有する直流モータであって、
前記コイル支持体（７；１７）は、両側に位置する端部部分（２０１，２０２）において、空隙巻線の第１の巻線ワイヤ（８０；１８０）および第２の巻線ワイヤ（８１；１８１）を案内するためのワイヤ案内部材（９；１０，１２）を有している、直流モータにおいて、
前記第１の巻線ワイヤ（８０；１８０）および前記第２の巻線ワイヤ（８１；１８１）はそれぞれ矩形の巻線部分（２０；１２０）を有し、
前記第１の巻線ワイヤ（８０；１８０）の矩形の巻線部分（２０；１２０）および前記第２の巻線ワイヤ（８１；１８１）の矩形の巻線部分（２０；１２０）は重畳して前記円筒状のコイル支持体（７；１７）上に配置されており、
前記第１の巻線ワイヤ（８０；１８０）および前記第２の巻線ワイヤ（８１；１８１）が相互に接しながら通過して案内されるように前記ワイヤ案内部材（９；１０，１２）は構成されていることを特徴とする、直流モータ。
前記第１の巻線ワイヤ（８０；１８０）および前記第２の巻線ワイヤ（８１；１８１）の他に別の巻線ワイヤが設けられている、請求項１記載の直流モータ。
前記コイル支持体（１７）の両側にある前記端部部分（２０１，２０２）は差込可能にリング状に構成されている、請求項１または２記載の直流モータ。
前記コイル支持体（１７）の両側にある前記端部部分（２０１，２０２）はリング部材（１３）を介して相互に接続されており、該リング部材（１３）は前記端部部分（２０１，２０２）よりも小さい直径を有し、
前記リング部材（１３）の領域内に金属薄板積層体（６）が配置されている、請求項３記載の直流モータ。
前記コイル支持体（１７）の両側にある前記端部部分（２０１，２０２）はキャップ状に構成されており、かつ、中央には孔（１９）を備えた軸受け座（１４）が形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の直流モータ。
前記コイル支持体（１７）の両側にある前記端部部分（２０１，２０２）には、ワイヤ案内部材（１０，１２）としての保持部（１０）がそれぞれ規則的に配置されており、前記第１の巻線ワイヤ（１８０）および前記第２の巻線ワイヤ（１８１）は、前記保持部（１０）の側方と前記保持部（１０）上に交互に案内されており、
前記保持部（１０）はそれぞれＵ字状の溝（１１）を有し、該溝（１１）の周りに、前記保持部（１０）に案内されている前記第１の巻線ワイヤ（１８０）および前記第２の巻線ワイヤ（１８１）が固定されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の直流モータ。
ワイヤ案内部材（１０，１２）として、前記コイル支持体（１７）の両側にある前記端部部分（２０１，２０２）には突起部（１２）が設けられており、前記第１の巻線ワイヤ（１８０）および前記第２の巻線ワイヤ（１８１）が交互に前記突起部（１２）へと案内されており、
両側にある前記端部部分（２０１，２０２）における突起部（１２）は、前記第１の巻線ワイヤ（１８０）の全長および前記第２の巻線ワイヤ（１８１）の全長が有利には同一となるように配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の直流モータ。
前記コイル支持体（７）は４つの差込部材（７０１，７０２，７１１，７１２）と、ワイヤ案内部材（９）としての突起部（９）の規則的な間隔の配置構成とを有し、
前記差込部材（７０１，７０２，７１１，７１２）は、前記突起部（９）が突起部を有していない部分と対向するように、相互にずらされて配置されており、
前記第１の巻線ワイヤ（８０）は第１の差込部材（７０１，７１１）の突起部（９）を介して案内されており、前記第２の巻線ワイヤ（８１）は第２の差込部材（７０２，７１２）の突起部（９）を介して案内されており、
前記差込部材（７０１，７０２，７１１，７１２）は金属薄板積層体（６）の両側に配置されている、請求項１または２記載の直流モータ。
前記コイル支持体（７；１７）はプラスチックから製造されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の直流モータ。