JP2016525871A - 電気機械 - Google Patents
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Abstract
電気機械(1)は、ケーシング(2)の内側に向かって基部壁(15)から突き出る少なくとも一つの突出部(16)を備える基部壁(15)を具備するケーシング(2)を具備しており;電気機械(1)はまた、それぞれの端部(6a)を各々が有する複数の磁極片(6)を有する強磁性コア(4)により形成される固定子(3)と、固定子巻線(10)を形成する複数のコイル(9)を形成するように磁極片(6)に巻き付けられた複数の導体(8)と、強磁性コア(4)と固定子巻線(10)との間に介在する第1及び第2の絶縁手段(18、19)とを具備しており;巻線(10)の少なくとも一つのコイル(9)は、それとの熱交換のための突出部(16)に係合する端部(12)を有しており;絶縁体(18、19)は少なくとも、突出部(16)に当接するコイル(9)のために、コイル(9)の巻き(11a)の第1の数(N1)のためのハウジング(20、22)とコイル(9)の巻き(11b)の第2の数(N2)のための第2のハウジング(21、23)とを具備しており;第1及び第2のハウジング(20、21、22、23)は、突出部(16)に当接する端部(12)の巻き(11)の層(25)が、全て実質的に互いに同一平面上にある導体(8)の広がりにより形成されるように形作られている。
Description
本発明は、電気機械に係り、特にブラシレス型の電気モータに関する。
一般的には、電気モータの参考の従来技術のタイプは、ケーシングに堅固に拘束された巻線型の固定子を内部に有するケーシングと、例えば永久磁石を有し且つケーシングに回転可能に拘束される回転子とを具備する。
固定子に接続された電子モジュール又は制御電子機器が、固定子に電力を供給するためにケーシングに挿入されている。キャップが、密閉容器を形成するようにケーシングを閉じ、前記密閉容器から接続端子が制御電子機器の電力供給のために突き出ている。
本発明のための参考として使用される電気機械は、特に密封型のもの、即ち密封された電気機械である。
電気機械の巻線、特に固定子巻線は、電気機械の固定子強磁性コアの磁極片の周りに巻き付けられた導電性電線から製作された、通常は銅の導電性材料の複数のコイルを使用して製作されることが知られている。
固定子は、用語「前片」として本技術分野において知られる絶縁体を具備しており、前記絶縁体は、巻線と磁極片との間に介在する強磁性コアの軸方向に対向する側部に配置される。
高い定格値を有することさえある電流が巻線を通過することが、巻線の全体寸法にわたって且つ巻線に隣接する電気機械の区域に広がる、ジュール効果による加熱現象を引き起こす。
特に前記加熱現象は、導電性電線の導電率特性の劣化を引き起こし、そのことは、結果的に、電流の通過に対してより大きな抵抗を生み出し、高く且つしばしば許容できないレベルのエネルギ放散を引き起こすことが分っている。
また、巻線の加熱は、巻線と対応する磁極片との間に介在する電気絶縁材料の上記の層の絶縁特性の急激な劣化のみならず、電子モジュールの過熱も引き起こすことがある。
この状況は、空気の循環を有しない、ケーシング及びキャップにより形成された容器内に巻線が埋め込まれた密閉型回転電気機械において特に悪い。
前記困難を克服することを意図する解決策は、同じ出願人の名義の文献の国際公開第2009/019562号に記載される。その解決策において、キャップによるより効果的な熱交換のために、固定子巻線が適切に絶縁されて当接するケーシングの基部壁の突起の形の複数の停止部が、ケーシングの内部に設けられる。
高出力モータの場合には、約1KWにおいて、従来技術の解決策は、巻線で生成された熱を放散させるという観点において、未だ完全に満足させるものではない。
この文脈において、本発明の主な目的は、上述の欠点を克服することである。
本発明の一つの目的は、固定子巻線の冷却が従来技術の解決策と比べて更に改善された電気機械を提供することである。
示された技術的な目的及び指定された狙いは、請求項1に記載の電気機械により実質的に達成される。
本発明の更なる形態及び利点は、添付の図面に示されるように、電気機械の好適で制限されない実施形態を参照して、以下の詳細な説明においてより明らかになる。
添付の図面を参照すると、符号1は、本発明に係る電気機械、特にはブラシレスモータを示す。
回転軸線Rを有する機械1は、要するに、ケーシング2と、ケーシング2を閉じる図示されないキャップと、ケーシング2と一体の固定子3と、図示されない回転子と、図示されない制御回路とを具備する。
固定子は、強磁性コア4を具備しており、前記強磁性コア4は、図1に示すように、環状のクラウン5として形作られた外側部分と、回転軸線Rに向かってクラウン5から延びる複数の磁極片又は歯部6とを有しており、更にその各々はそれぞれの端部6aを有する。
コア4は、複数の重ね合わされた板7を実質的に公知の様態で具備する。固定子3は、強磁性コア4、特には磁極片6、に巻き付けられた複数の相導体8を具備する。
導体8は、磁極片6に巻き付けられて複数のコイル9を形成し、前記複数のコイル9の各々は対応する磁極片6に巻き付けられており、一式のコイル9は、所謂固定子巻線10を形成する。
各コイル9は、それぞれの磁極片6の周りに、所定の総数Nの巻き11で巻き付けられることにより形成される。各コイル9のための巻き11の数及び導体8の直径は、特にモータの期待される性能の関数として、モータの設計時に実質的に公知の方法で決定される。
固定子歯部の半径方向及び軸方向の寸法と導体の直径は、例えば、コイル当たりの巻き数の決定に寄与する。各コイル9は、軸線Rに平行な方向で互いに整列された2つの端部12,13を有する。
ケーシング2は、カップ形状の構造を形成する側壁14及び基部壁15を具備する。基部壁15は、回転軸線Rに平行な方向でケーシング2の内側に向かって突き出る突出部16を具備する。
言い換えれば、突出部16は、電気モータ1の内部空間、特にケーシング2の内部空間に向かって基部壁15の位置する平面から離れて延びる。図示される好適な実施形態において、突出部16は、実質的に環状であり、更に回転軸線Rの周りで延びている。
コイル9は、突出部16によるケーシング2との熱交換のために突出部16に係合する。より正確には、固定子3は、コイル9が突出部16に当接するようなやり方で、ケーシング2内に挿入されている。
図示のように、ケーシング2の基部壁15に対面する端部12の全てが、突出部16に係合する。より具体的には、ケーシング2の基部壁15に対面する端部12の全ては、突出部16に当接する。
固定子巻線10とケーシング2との間における適切な電気的絶縁を保証するために、モータ1は、コイル9と突出部16との間に介在する電気絶縁体17を具備する。
有利には、絶縁体17は、巻線10とケーシング2との間における熱交換を最適化するような方法で熱伝導性である。好適な実施形態において、絶縁体17は、適切な機械的強度と熱伝導性と電気的絶縁性とを保証するシルパド(silpad)のシート又はシート片の形態である。
固定子巻線10と強磁性コア4との間における電気的絶縁を保証するために、電気機械1は、コア4とコイル9との間に配置される「前片」として通常知られる第1及び第2の絶縁体18,19を具備する。
前片18、例えばケーシング2の基部壁15に対面する前片、及び前片19は、概ね環状の半径方向外側部18a、19aを有しており、前記半径方向外側部18a、19aから、放射状の腕部18b、19bが各歯部6において軸線Rに向かって延びている。前片19は、コア4に関して前片18とは反対側に配置されており、前片18、19は、コア4を把持し、更に巻線10からコア4を絶縁する。
有利には、前片18、19の特にコア4に関して相対的に外側の面は、突出部16に当接するコイル9の端部12が、ケーシング2との熱交換の表面を最大にするように実質的に平坦な端部12において巻きの広がりを具備する少なくとも一つの接触面を有するように形作られる。
換言すれば、より詳細に以下に記載されるように、前片18、19は、突出部16に当接する、コア4に対して最も外側の巻き11の少なくとも広がりが全て、導体8の重なりなしで同一平面にあるように形作られる。
特に図4を参照すると、図示される好適な実施形態において、前片18は、各歯部6、即ち各コイル9に関して、巻き11aの所定の数N1、つまり巻き11の総数Nの一部のためのハウジング20と、巻き11bの所定の数N2、つまり巻き11の総数Nの一部のための第2のハウジング21と、を有することが理解されるだろう。機械1の磁極片6のための巻きの所定の総数Nは「N1+N2」で与えられる。
前片19は、各歯部6、即ち各コイル9に関して、巻き11aのためのハウジング22と、巻き11bのための第2ハウジング23とを有する。
図示されない代替の実施形態では、前片19が従来のタイプからなる一方で、前片18だけが、対応する歯部6における巻き11の分布を最適化するように、ハウジング20,21を有する。簡略化のために、全てのコイル9が同じ状態で、それぞれの歯部6に巻き付けられることが好ましいので、説明はこれ以降においては 単一の歯部6及び単一のコイル9に対して行われる。
図示のように、N1巻き11aはハウジング20、22内に配置されるのに対して、N2巻き11bはハウジング21,23内に配置される。好適には、固定子3の巻線を最適化するために、N1巻き11aは、回転軸線Rに平行な方向の偶数の重畳層24で、それぞれのハウジング内に配置される。
好適には、固定子3の巻線を最適化するために、N2巻き11bは、偶数の重畳層25で、それぞれのハウジング内に配置される。実際には前片18、19、好適には前片の半径方向の腕部18b、19bは、コイル9の巻き11の所定の総数Nの第1の部分N1のためのハウジング20、22と、コイル9の巻き11の所定の総数Nの第2の部分N2のためのハウジング21、23とを具備する。
好適には、ハウジング20、22は、回転軸線Rに平行な方向で整列される。好適には、ハウジング21、23は、回転軸線Rに平行な方向で整列される。
好適には、腕部18b、19bにおいて、前片18、19は、強磁性コア4に関して対称である。
ハウジング20、22はスロートの形をしており、前記スロートは固定子半径を横切る方向で、特に直角に、前片18、19の特に腕部18b、19bにおいて延びている。
ハウジング21、23はスロートの形をしており、前記スロートは固定子半径を横切る方向で、特に垂直に、前片18、19の特に腕部18b、19bにおいて延びている。
図2に示すように、コイル9は、それぞれの歯部6の延びる半径方向を横切る方向に延びる拡大部26をハウジング20、22に有する。
好適な実施形態において、ハウジング20、22は、前片18、19の外側部分18a、19aにおいて、即ち固定子歯部の端部6aから半径方向で離れて、腕部18b、19bに設けられる。換言すれば、ハウジング20、22は、拡大部26もまた歯部の端部6aから離れるように、それぞれの歯6の端部6aから離れた位置で、腕部18b、19bに設けられる。
このように、巻線10を作成する、公知の図示されないツールの通過のための空間が、歯部6の端部6aの近くに存在する。
図4は、ハウジング20が、互いに対向して半径方向に離間する一対の側壁28、29と、基部壁27とを有することを示す。
壁28の、回転軸線Rに平行な方向に従う測定は、ハウジング又はスロート20の深さを決定する。壁28は、壁27から離れたところに、好適には丸みを付けられた上端部30を有し、前記上端部30からハウジング21の基部壁31が半径方向に延びる。
ハウジング21は、回転軸線Rに平行な方向で基部壁31から延びる壁32により及び壁29により半径方向の端部で区切られている。ハウジング22、23は、ハウジング20、21と同様に、それぞれ形作られることが好ましい。ハウジング21,23は、ハウジング20,22に対して、回転軸線Rに平行な方向で実際には部分的に重ねられている。
前述したように、巻き11aは、所定の数でハウジング20、22の中を通っており、また軸方向で最も外側の巻き11aの層24が、壁32と実質的に同一平面上にあるように好適に配置されている。実際には、ハウジング21、23の基部は、基部壁31と、軸方向で最も外側の巻き11aの層24とにより形成される。
腕部18b、19bは、導体8が巻き付けられる部分において、従って、壁28において段差を有する。巻き11bは従って、壁31に対して部分的に、及び巻き11aに対して部分的に巻き付けられる。
壁27、28、29、31、32は以下の様態、即ち、モータ1から期待される性能の関数として巻き11の数N及び導体8の直径が与えられると、軸方向で最も外側の層25の巻き11bが、突出部16に当接する端部12の導体の広がりを有して、互いに全て実質的に同一平面上にあるような様態で設計される。
好適には、突出部16に当接する端部12の導体の広がりは、ケーシング2の内部に対面する突出部16の表面に平行な平面を形成し、前記突出部の表面にはコイル9が当接する。
図示されない代替の実施形態において、コイル9のために前片18、19に設けられた導体8のためのハウジングは、段差を有さずに、好適には平坦な基部を有する。
この場合においてもまた、前片18、19は、特にコア4に関して相対的に外側の表面において、突出部16に当接するコイル9の端部12が、端部12における実質的に平坦な巻きの広がりを具備する少なくとも一つの接触面を有するように形作られる。
この様にして、熱交換面16は、各コイル9に関して最大化される。例示的な実施形態において、500ワットの出力を得るように、強磁性コア4の幾何学形状を固定した場合に、0.95mmの直径を有する導体(導体の絶縁被覆なしで)は、34の巻きを有するコイル9に対して使用可能である。
前片18、19は従って、各々6つの巻きからなる2つの層24がハウジング20、22を通る一方で、各々11回の巻きからなる2つの層がハウジング21、23を通るように設計されており、それの最も外側は、突出部16に当接するとともに全て実質的に同一平面上にある少なくとも端部12の導体の広がりを有する。
例示的な実施形態において、850ワットの出力を得るように、強磁性コア4の幾何学形状を固定した場合に、1.15mmの直径を有する導体(導体の絶縁被覆なし)は、21回の巻きを有するコイル9に対して使用可能である。
従って前片18、19は、11回と10回の巻き11の2つの重畳層が、全てのコイル9のための単一のハウジングに配置されるように設計されており、前記コイル9の最も外側は、突出部16に当接するとともに全て実質的に同一平面上にある少なくとも端部12の導体の広がりを有する。
特に、突出部16に対するケーシング2内のコイル9の端部12の正確な位置決めを保証するために、前片18、19、即ち壁27、28、29、31、32は、軸方向の最も外側の端部12の導体の広がりであって互いに同一平面上にある端部12の導体の広がりの、軸線Rに平行な方向に測定されるコア4からの距離が、所定値Dに等しくなるように設計される。
ケーシング2の側壁14は、ケーシング2の内側に向かって半径方向に延びる環状接触面33を有し、前記環状接触面33に対してコア4の外側環状部分34が当接する。
本発明を理解するのに必要である限りにおいてのみ説明された、上記のような機械1の好適な実施形態は、巻き11の数Nと導体の直径が与えられると、少なくとも軸方向に最も外側の層25の巻き11bが、突出部16に当接するとともに全て実質的に同一平面上にある端部12の導体の広がりを有するように、前片18、19及びハウジング20、21を設計する。
より詳しくは、巻き11bの数は、偶数の層25においてハウジング21、23内に配置されており、突出部16に当接するとともに全て実質的に同一平面上にある少なくとも端部12の導体の広がりを有するように、且つコイル9が接触する突出部16の表面に平行な平面内に好ましく配置されるように決定される。
ハウジングの設計後に、巻きN1は、固定子歯部6に巻き付けられて、好適には偶数の層24で、ハウジング20、22を通る。
やはり巻き11aを使用してハウジング21、23の基部を形成する場合には、設計に従って配置可能な層25が巻き付けられる。
軸方向で最も外側の端部12の導体の広がりの軸線Rに平行な方向にコア4から測定された上述の距離が所定値Dに等しいことを保証するために、固定子3は、詳細に説明されないプレスにおいて押圧されて、ケーシング2内に挿入される前に、高さと力が調節されて制御される。
一般的に、この方法は、突出部16に当接する少なくとも導体の広がりの平坦性を確保するような方法で、回転軸線Rに平行な方向に固定子巻線10を押圧する段階を含む。
押圧段階において、所定の距離Dもまた調節される。
Claims (19)
- 回転軸線(R)を有する電気機械であって、
該電気機械は、ケーシング(2)を具備しており、
前記ケーシング(2)は、
前記回転軸線(R)を横切る基部壁(15)と、
前記回転軸線(R)に平行な方向で、前記ケーシング(2)の内側に向かって前記基部壁(15)から突き出る少なくとも一つの突出部(16)と、を具備しており、
該電気機械は、固定子(3)を具備しており、
前記固定子(3)は、
それぞれの端部(6a)を各々が有する複数の磁極片(6)を有する強磁性コア(4)と、
固定子巻線(10)を形成する複数のコイル(9)を形成するように、前記磁極片(6)に巻き付けられた少なくとも一つの導体(8)と、
前記強磁性コア(4)と前記固定子巻線(10)との間に介在する絶縁手段(18、19)と、を具備しており、
前記巻線(10)の少なくとも一つの第1のコイル(9)が、第1の磁極片(6)に巻き付けられる巻き(11)の所定数(N)を具備するとともに、前記突出部(16)に係合する少なくとも一つの端部(12)を有する、電気機械において、
前記第1のコイル(9)の前記端部(12)における前記巻き(11)の少なくとも一つの第1の層(25)が、全て実質的に同一平面上にある前記導体(8)の広がりにより形成されて、
前記第1の層(25)が、前記強磁性コア(4)に対して前記第1のコイル(9)の最も外側にあって、前記突出部(16)に当接することを特徴とする電気機械。 - 前記絶縁手段は、前記第1のコイル(9)の巻き(11、11a、11b)の数に従って設計された、前記第1のコイル(9)のための少なくとも一つのハウジング(20、21、22、23)を具備する、請求項1に記載の機械。
- 前記絶縁手段(18、19)は、少なくとも前記第1のコイル(9)に関して、前記巻き(11)の第1の巻き(11a)の第1の数(N1)のための少なくとも一つの第1のハウジング(20、22)と、前記巻き(11)の第2の巻き(11b)の第2の数(N2)のための少なくとも一つの第2のハウジング(21,23)と、を具備しており、
前記第1の巻き(11a)は、前記第1のハウジング(20、22)に配置されており、前記第2の巻き(11b)は、前記第2のハウジング(21、23)に配置されており、
前記第1のコイル(9)の前記第1の巻き及び前記第2の巻き(11a、11b)は、前記第1のハウジング(20、22)と第2のハウジング(21、23)との間において分割されている、請求項1又は2に記載の機械。 - 前記第1及び第2のハウジング(20、21、22、23)は、前記回転軸線(R)に平行な方向で部分的に重なっており、
前記第2の巻き(11b)は、前記第1の巻き(11a)に少なくとも部分的に重なっている、請求項3に記載の機械。 - 前記第1のハウジング(20,22)内の前記第1の巻き(11a)は、前記第2のハウジング(21、23)の基部を少なくとも部分的に形成する、請求項3又は4に記載の機械。
- 前記絶縁手段(18、19)は、前記強磁性コアに結び付けられて前記基部壁(15)に対面している第1の絶縁体(18)と、前記強磁性コア(4)に結び付けられた第2の絶縁体(19)であって、前記強磁性コア(4)に対して前記第1の絶縁体(18)の反対側に配置された第2の絶縁体(19)とを具備しており、
前記第1及び第2のハウジング(20、21、22、23)は、少なくとも前記第1の絶縁体(18)に設けられている、請求項3から5のいずれか一項に記載の機械。 - 前記第2の絶縁体(19)は、少なくとも前記第1のコイル(9)に対して、前記第1の巻き(11a)のための少なくとも第1のハウジング(22)と、前記第2の巻き(11b)のための少なくとも第2のハウジング(23)と、を具備しており、
前記第1の巻き(11a)は、前記第1及び第2の絶縁体(18、19)において前記第1のハウジング(20、22)に配置されており、
前記第2の巻き(11b)は、前記第1及び第2の絶縁体(18、19)において前記第2のハウジング(21、23)に配置される、請求項6に記載の機械。 - 前記第1の絶縁体(18)における前記第1のハウジング(20)及び前記第2の絶縁体(19)における前記第1のハウジング(22)は、前記回転軸線(R)に平行な方向で整列される、請求項7に記載の機械。
- 前記第1の絶縁体(18)における前記第2のハウジング(21)及び前記第2の絶縁体(19)における前記第2のハウジング(23)は、前記回転軸線(R)に平行な方向で整列される、請求項7又は8に記載の機械。
- 前記第1の絶縁体(18)及び前記第2の絶縁体(19)は、少なくとも前記磁極片(6)において前記強磁性コア(4)に関して対称である、請求項6から9のいずれか一項に記載の機械。
- 前記第1のハウジング(20、22)は、前記固定子(3)の半径を横切る方向で前記絶縁手段(18、19)において延びるスロートの形をとっている、請求項3から10のいずれか一項に記載の機械。
- 前記第1のハウジングは、前記端部(6a)から半径方向に離れた位置において、前記第1の磁極片(6)において配置される、請求項3から11のいずれか一項に記載の機械。
- 前記第1のハウジング(20、22)は、実質的に半径方向に延びる基部壁(27)により、第1の横方向の壁(28)により、及び第2の側壁(29)により画成されており、
前記第1及び第2の側壁(28、29)は、前記回転軸線(R)に平行に延びており、互いに対向しており、及び半径方向に離間している、請求項3から12のいずれか一項に記載の機械。 - 前記第2のハウジング(21、23)は、
半径方向に延びる第2の基部壁(31)と前記第1の巻き(11a)の層(24)とを具備する基部により、
前記第2の側壁(29)により、及び
前記回転軸線(R)に平行に延びる第3の側壁(32)であって、前記第1の側壁(28)に対面し且つ前記第1の側壁(28)から半径方向に離間している第3の側壁(32)により、画成されている、請求項13に記載の機械。 - 前記突出部(16)に当接する前記端部(12)における前記巻き(11)の層(25)を形成する、全て実質的に同一平面上にある前記導体(8)の広がりは、前記強磁性コア(4)から所定の距離(D)で配置されている、請求項1から14のいずれか一項に記載の機械。
- 前記ケーシング(2)は、前記ケーシング(2)の内側に向かって半径方向に延びる環状接触面(33)を具備する側壁(14)を有しており、
前記強磁性コア(4)は、前記接触面(33)に当接する外側環状部分(34)を具備する、請求項1から15のいずれか一項に記載の機械。 - 全て実質的に同一平面上にある前記第1の層(25)の広がりは、前記第1のコイルと接触する突出部(16)の表面に平行な平面に位置する、請求項1から16のいずれか一項に記載の機械。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載の電気機械を製造する方法であって、前記突出部(16)に当接する前記第1の層(25)の広がりの平坦性を確保するように、前記回転軸線(R)に平行な方向で前記固定子巻線(10)を押圧する段階を含む方法。
- 前記押圧する段階は、前記距離(D)を調節する段階を含む請求項18に記載の方法。
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