JP2019525701A

JP2019525701A - 電気装置

Info

Publication number: JP2019525701A
Application number: JP2019500622A
Authority: JP
Inventors: アレサンドロマルヴァジ，; マルティンヘルミス，
Original assignee: Pierburg Pump Technology GmbH
Current assignee: Pierburg Pump Technology GmbH
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2019-09-05
Also published as: EP3491723A1; US11081949B2; US20190252961A1; CN109328428A; WO2018019378A1; EP3491723B1; CN109328428B

Abstract

本発明は、単相ブラシレス駆動モータ（２０）と、駆動モータ（２０）によって駆動される機械ユニット（１２）と、を備える電気装置（１０）に関し、駆動モータ（２０）は、半径方向に永久磁化され、回転子の回転軸（３３）のまわりで回転するモータ回転子（３０）と、２つの固定極（４１、４２）を定義する回転子開口（１８）および横方向のブリッジ部（４３）を有する非対称の固定子バックアイアン構造（４０）と、ブリッジ部（４３）を包囲する単一の固定子コイル（５０）と、横方向のブリッジ部（４３）の半径方向の反対側にあり、固定極（４１、４２）を磁気的に分離する極分離ギャップ（６０）と、固定子コイル（５０）を駆動するための電子制御装置（１６）と、制御装置（１６）に電気的に接続される単一のホールセンサ（５２；５６）と、を備え、ホールセンサ（５２；５６）は、回転子軸（３３）に対して、固定子コイル（５０）の半径方向のほぼ反対側に配置される。この構成は、ホールセンサのための高い信号品質を提供するので、正確な整流が実現される。【選択図】図１

Description

本発明は、単相ブラシレス駆動モータと、駆動モータによって駆動される機械ユニットと、を有する電気装置に関する。特に、本発明は、自動車用途における電気補助装置、例えば、電気流体ポンプおよび特に電気ガスポンプに関する。本発明は、特に比較的小さい駆動モータを有する比較的小さい装置に関する。

単相駆動モータは、一般的に、小型かつ単純な構造であり、それゆえ、多相駆動モータと比べて比較的安価である。モータがブラシレスであるので、固定子コイルを駆動するためかつ電磁気的整流を提供するための電子制御装置が提供される。

特許文献１には、非対称の固定子バックアイアン構造と、衛星位置に配置される単一の固定子コイルと、を有する典型的な単相駆動モータが開示されている。モータはいかなるホールセンサも備えていないので、正確な整流モーメントを検出することは困難である。

非対称の固定子バックアイアン構造を有する単相駆動モータは、整流モーメントを検出するためのホールセンサを備えていることがありうる。ホールセンサが任意の磁場を検出するので、電磁固定子コイルが、回転するモータ回転子によって生成される回転磁場の変化を正確に検出するための特定の期間の間スイッチオフされる場合、最高のホールセンサ信号品質が達成される。電磁固定子コイルが、回転子の全回転の間ごとに２回スイッチオフされなければならない場合、駆動モータの電気性能が著しく減少するという欠点を有する。

特開２０００―１０２２８３号公報

本発明の目的は、単相ブラシレス駆動モータの高い電気性能を有する電気装置を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する電気装置によって達成される。

本発明による電気装置は、単相ブラシレス駆動モータと、駆動モータによって駆動される機械ユニットと、を備えている。機械ユニットは、好ましくは、流体をポンプ輸送するためのポンプユニットである。

駆動モータは、半径方向に永久磁化され、回転子軸のまわりで回転するモータ回転子を備えている。モータ回転子は、別々の永久磁石を有する回転子本体として実現可能であるが、代替的にかつ好ましくは、単一の強磁性回転子本体として提供可能である。

駆動モータは、軸方向の回転子開口を定義するとともに２つの固定極を定義する非対称の固定子バックアイアン構造を備えている。固定子バックアイアン構造は、２つの固定極を磁気的に接続する横方向のブリッジ部もまた備えている。典型的には、固定子バックアイアン構造は、多数の固定子シートによって定義される。ブリッジ部は、単一の固定子コイルによって包囲される。

回転子軸に対して、ブリッジ部および固定子コイルの半径方向のほぼ反対側に、２つの固定極を定義するバックアイアン構造の２つのアームを磁気的に分離する極分離ギャップが設けられている。分離ギャップは、バックアイアン構造の２つの固定極アームを互いから完全に分離するように設計可能であるので、エアギャップのみがバックアイアン構造の２つのアーム間に存在する。しかし、代替的に、バックアイアン構造の比較的小さい機械的接続部が、バックアイアン本体のそれぞれの端部および極を機械的に接続するように、分離ギャップを部分的なギャップとして設けることもできる。

駆動モータは、固定子コイルを電気的に駆動するための電子制御装置を備えている。電子制御装置は、固定子コイルを駆動する電気エネルギを整流するためのいくつかのパワー半導体を備える。

制御装置に電気的に接続されることにより、制御装置に整流モーメントを信号送信する単一のホールセンサが設けられている。ホールセンサは、回転子軸に対して、固定子コイルの半径方向のほぼ反対側に配置される。ホールセンサがモータ回転子の半径方向の磁場を基本的に検出するように、ホールセンサをモータ回転子の半径方向外側に設けることは、必須ではないが、好ましい。固定子コイルによって生成される空中磁場が、ホールセンサの位置で比較的弱いように、ホールセンサは、固定子コイルからできるだけ離れて位置決めされる。結果として、固定子コイルによって生成される磁場は、ホールセンサ位置で、モータ回転子によって生成される磁場に対して比較的弱い。結果として、モータ回転子磁場をホールセンサ位置で検出するための十分な電磁気的状況を提供するために固定子コイルをスイッチオフする必要がもはや存在しない。

固定子コイルは、３６０°の全回転の間、ほとんど電磁気的にアクティブのままであるので、駆動モータの利用できる性能は著しく改善する。固定子コイルがほとんど常にアクティブでありうるという事実にも関わらず、ホールセンサ位置でモータ回転子によって生成される検出された磁場は非常に高いので、十分な整流信頼性が実現可能であり、比較的正確な整流モーメントがホールセンサによって制御装置に信号送信される。

結果として、ホールセンサによって生成される整流信号は、制御装置で整流を好ましくは直接トリガするのに十分正確である。それゆえ、制御装置は、整流手段がホールセンサによって生成される整流信号によって直接トリガされるアナログ・ハードウェアのみを備えていることが好ましい。制御装置は、複雑なマイクロプロセッサを備えておらず、または、いかなるデジタル・マイクロプロセッサさえも備えていない。結果として、制御装置は、単純で、信頼性が高く、低コストで提供可能である。

本発明の好適実施形態によれば、ホールセンサは、固定子コイルの中央から見て、回転子の回転軸に関して１６０°から２００°の角度の範囲内に配置される。固定子コイルの中央は、特に、固定子コイルの幾何学的および電磁気的な中央である。ホールセンサは、必ずしも正確に直径方向の反対側にある必要はなく、すなわち、コイル中央に対して正確に１８０°の角度ではなく、１８０°を中心に±２０°の範囲内にあればよく、その結果、固定子コイルによって生成される電磁界と、回転するモータ回転子の磁場と、の干渉がセンサ位置で比較的低くなる。しかしながら、ホールセンサが、整流モーメントに正確に一致する回転位置内に位置決めされることが好ましい。

好ましくは、ホールセンサは、分離ギャップと少なくとも部分的にオーバラップしている。分離ギャップでの軸方向の電磁界は比較的低いので、ホールセンサは、このエリア内のバックアイアン構造から来る電磁界によって生じる比較的弱い干渉信号のみを読み取る。しかしながら、ホールセンサは、モータ回転子によって定義される交差面の外側に位置決め可能であるが、モータ回転子に対する軸方向の変位が最小であることが好ましい。

より好ましくは、ホールセンサは、少なくとも部分的に分離ギャップ内に位置決めされる。これは、ホールセンサがモータ回転子の交差面内に位置決め可能であるので、回転する回転子によって生じる磁極転移の比較的正確な検出が実現可能である、ということを意味する。

好ましくは、ホールセンサのアクティブ面は、回転軸に配向される。より正確には、ホールセンサのアクティブ面の垂線は、回転子軸に向けられ、回転子軸と交差している。それゆえ、ホールセンサは、通り過ぎる２つの磁気回転子極の磁極転移を正確に検出するのに最適な空間位置内に存在する。

好適実施形態によって、バックアイアン構造は、非円柱状の回転子開口を備え、回転子軸に対して互いに幾何学的に対向する２つの軸方向凹部を備えている。２つの凹部は、円周方向に見て、非対称の電磁気構造を提供し、非対称の電磁気構造は、駆動モータが開始するとき、単一の回転方向を定義する。この構造によって、ポンプとして実現される機械ユニットを駆動することができ、回転方向を検出する必要がないので、単一のホールセンサのみを用いることができる。結果として、電気装置のこの概念によって、低コストの電気ポンプを提供することができる。

好ましくは、モータ回転子は、直径方向に磁化される。モータ回転子を直径方向に磁化することは、ホールセンサ位置で回転するモータ回転子によって生成される擬似正弦波の磁場を提供する。結果として、ホールセンサによる回転子の磁極転移の検出は、正確であり、信頼性が高い。

本発明の２つの実施形態は、図面を参照して記載されている。

分離ギャップ内に配置されるホールセンサを有する電気装置の第１の実施形態を示す。モータ回転子によって定義される交差面に関して軸オフセットを有して配置されるホールセンサを有する電気装置の第２の実施形態を示す。

図１および図２の両方は、機械ユニット１２を直接駆動する単相ブラシレス駆動モータ２０を備える電気装置１０を示す。機械ユニット１２は、一方向ポンプユニットであり、例えば、燃料蒸気をポンプ輸送するためのいわゆるパージポンプとして用いられるガスポンプである。

駆動モータ２０は、永久磁化された強磁性材料の単一モータ回転子本体によって定義されるモータ回転子３０を備える。モータ回転子３０は、直径方向に磁化され、直径方向の磁化８０を定義することにより、２つの磁極３１、３２を定義する。

駆動モータ２０は、非対称の固定子バックアイアン構造４０もまた備え、固定子バックアイアン構造４０は、軸方向の回転子開口１８を有し、直径方向に対向する２つの固定極４１、４２を定義する。軸方向の回転子開口１８は、断面で見ると、円柱状ではなく、２つの軸方向凹部４６、４７を備え、モータ回転子３０の単一の回転開始方向を確実に定義する。固定極４１、４２は、２つの極分離ギャップ７４、６０によって分離され、２つの極分離ギャップ７４、６０は、回転子軸３３に対して互いに正確に直径方向に配置されている。固定子コイル５０の隣の極分離ギャップ７４は、機械的または電磁気的な接続が固定極４１、４２間に存在しないような総ギャップである。他方の極分離ギャップ６０は、固定子コイル５０の交差面に対して、言い換えれば固定子コイル５０の幾何学的な中央５０’に対して、約１７０°の角度で固定子コイル５０から離れている。

バックアイアン構造４０は、回転子軸３３に対する交差面に位置する強磁性金属シート４３によって定義される。バックアイアン構造４０は、２つのバックアイアン固定極４１、４２を機械的かつ磁気的に接続する横方向のブリッジ部３５を備えている。バックアイアン構造は、軸方向のコイル開口７０もまた備え、軸方向のコイル開口７０は、横方向のブリッジ部４３によって定義されるとともに、固定極４１、４２を定義するバックアイアン構造４０の部分によって定義される。

駆動モータ２０は、固定子コイル５０を備え、固定子コイル５０は、単一のコイルワイヤ７２から成り、バックアイアン構造ブリッジ部４３を全体的に包囲する。固定子コイル５０の中央５０’は、固定子コイル５０の軸方向および半径方向の中央に定義および位置付けられ、固定子コイル５０の機械的平衡もまた定義する。固定子コイル５０は、回転子軸３３に対して衛星として提供および位置付けられる。

固定子コイル５０は、モータ制御装置１６によって電気的に駆動され、モータ制御装置１６は、アナログ・ハードウェアのみを備え、いかなるデジタル・マイクロプロセッサも備えていないので、制御装置１６は、単純で、信頼性が高く、コスト効率が高い。

駆動モータ２０は、モータ回転子３０によって生成される磁場を検出するための単一のホールセンサ５６、５２もまた備えている。ホールセンサ５２、５６は、制御装置１６に電気的に接続され、整流信号を制御装置１６に送信する。

図１の第１の実施形態のホールセンサ５６は、極分離ギャップ６０内にかつモータ回転子３０の面内に位置付けおよび配置される。

図２に示される第２の実施形態のホールセンサ５２は、極分離ギャップ６０と軸方向にオーバラップして位置決めされる一方、図１に示される第１の実施形態のホールセンサ５６は、完全に極分離ギャップ６０内に位置決めおよび配置される。それぞれのホールセンサ５２、５６のアクティブ面５２’、５６’は、回転子の回転軸３３に正確に配向される。

Claims

単相ブラシレス駆動モータ（２０）と、前記駆動モータ（２０）によって駆動される機械ユニット（１２）と、を備える電気装置（１０）であって、前記駆動モータ（２０）は、
半径方向に永久磁化され、回転子の回転軸（３３）のまわりで回転するモータ回転子（３０）と、
２つの固定極（４１、４２）を磁気的に接続する横方向のブリッジ部（４３）および前記モータ回転子（３０）のための回転子開口（１８）を有する非対称の固定子バックアイアン構造（４０）と、
前記ブリッジ部（４３）を包囲する単一の固定子コイル（５０）と、
前記横方向のブリッジ部（４３）の半径方向の反対側にあり、前記固定極（４１、４２）を磁気的に分離する極分離ギャップ（６０）と、
前記固定子コイル（５０）を駆動するための電子制御装置（１６）と、
前記制御装置（１６）に電気的に接続されている単一のホールセンサ（５２；５６）と、
を備え、
前記ホールセンサ（５２；５６）は、前記回転子軸（３３）に対して、前記固定子コイル（５０）の半径方向のほぼ反対側に配置される、
電気装置（１０）。
前記ホールセンサ（５２；５６）は、前記固定子コイル（５０）の中央（５０’）から見て、前記回転子軸（３３）に関して１６０°から２００°の角度の範囲内に配置される、
請求項１に記載の電気装置（１０）。
前記ホールセンサ（５２；５６）は、前記分離ギャップ（６０）と少なくとも部分的にオーバラップしている、
請求項１または２に記載の電気装置（１０）。
前記ホールセンサ（５２；５６）のアクティブ面（５２’；５６’）は、前記回転子の回転軸（３３）に配向される、
請求項１から３のいずれかに記載の電気装置（１０）。
前記ホールセンサ（５６）は、前記分離ギャップ（６０）内に位置決めされる、
請求項１から４のいずれかに記載の電気装置（１０）。
前記ホールセンサ（５２；５６）は、前記制御装置（１６）の整流ハードウェアを直接駆動する整流信号を生成する、
請求項１から５のいずれかに記載の電気装置（１０）。
前記バックアイアン構造（４０）は、２つの軸方向凹部（４６，４７）を備えている非円柱状の回転子開口（１８）を備え、前記２つの軸方向凹部（４６，４７）は、前記回転子軸（３３）に対して幾何学的に対向する、
請求項１から６のいずれかに記載の電気装置（１０）。
前記モータ回転子（３０）は、直径方向に磁化される、
請求項１から７のいずれかに記載の電気装置（１０）。