JP2021502795A

JP2021502795A - 単相電子整流モータ

Info

Publication number: JP2021502795A
Application number: JP2020526260A
Authority: JP
Inventors: トニヘンケ，; レネパッツナー，
Original assignee: Pierburg Pump Technology GmbH
Current assignee: Pierburg Pump Technology GmbH
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2021-01-28
Also published as: CN111279594B; CN111279594A; EP3711151A1; WO2019091585A1; EP3711151B1

Abstract

モータ回転子（１５）と積層固定子本体（２１）とを有する単相電子整流モータ（１０）であって、積層固定子本体は、軸方向パンチ突起（３７、３８）によって互いに確実に接続された強磁性の複数の積層シート（２８）から成る少なくとも１つの積層シートセット（２３１−２３６）を備え、積層シートセットは、磁極片（３０）を有する複数の磁極歯（２４１−２４６）を規定し、磁極歯は複数の固定子コイル（２２）を有しており、回転子に対向する磁極片縁（３３）は、半径方向の磁極歯中心線（Ｍ）に対して非対称に形成され、これにより、磁極片縁は、固定子の磁極片とモータ回転子との間に非一定の空隙（３６）を規定しており、固定子の磁極歯の各々は、磁極片縁に近接して半径方向に配置された軸方向パンチ突起（３８）を有し、パンチ突起の端縁と磁極片縁との間の距離（Ｄ１）は、パンチ突起の端縁と他の積層シート縁との間の距離（Ｄ２）未満である。【選択図】図３

Description

本発明は、回転子と積層固定子本体とを有する単相電子整流モータに関する。

これらの電気モータは、少なくとも１組の強磁性の積層シートを含む固定子本体を備えている。積層固定子本体によって、モータ効率を低下させる渦電流が回避され得る、または少なくとも抑制され得る。積層固定子本体の積層シートは、モータ軸方向に積層され、軸方向パンチ突起によって互いに確実に接続されている。これは、一組の積層シートが、同一であり互いに噛み合うパンチ突起を有しており、互いに積層シートの正確な半径方向の位置合わせを確実にすることを意味する。パンチ加工の結果、積層シート特に金属微細構造の機械的変形が生じ、これにより、積層シートにおける磁気伝導がパンチ突起の領域内で変化する。

単相電気モータは、直列に電気接続された複数の固定子コイルを備えている。固定子コイルは、交番通電電圧と同時に通電され、永久磁化されたモータ回転子を駆動する。全ての固定子コイルが同時に通電されるため、規定された回転方向で確実にモータ回転子を始動するには、特別なハードウェア手段が必要となる。幾つかの単相電気モータは、非対称に形成された固定子磁極、例えば、回転子に対向する非対称に形成された磁極片縁を含む磁極歯を備え、これにより、モータ回転子の好ましい回転開始方向を達成する。しかしながら、回転子に対向する磁極片縁の非対称形状により、等距離でない空隙が生じ、その結果、モータ固定子とモータ回転子との間により大きな平均空隙が生じる。平均空隙が大きいことは、電気モータの効率を直接低下させる。

本発明の目的は、モータ効率を著しく低下させることなくモータ回転子の回転開始方向を規定することを可能にする単相電子整流モータを提供することである。

この目的は、請求項１に記載の特徴を有する単相電子整流モータで達成される。

本発明に係る単相電子整流モータは、回転子と積層固定子本体とを備えており、当該積層固定子本体は、軸方向パンチ突起によって互いに確実に連結された少なくとも１組の強磁性の積層シートを含む。積層固定子本体により、固定子内での渦電流が回避され得る、または少なくとも著しく抑制され得る。積層シートセットにおける強磁性の積層シートは軸方向で確実に連結されており、これにより、積層シートのずれを回避し、その結果、積層シートセットにおける積層シートの規定された接線方向及び半径方向での位置合わせが確実になる。

本発明によれば、積層シートセットは、各磁極歯において磁極片を有する複数の磁極歯を規定する。各磁極歯には固定子コイルが設けられており、この場合、隣接する磁極歯は反対方向に巻回されており、これにより、通電された固定子コイルに逆の分極が達成される。回転子に対向する磁極片縁は、磁極歯の半径方向の中心線に対して非対称に形成されている。その結果、磁極片縁は、モータ固定子とモータ回転子との間に非一定の空隙を規定し、これにより、特にモータにおける高エネルギー起動中に、不均質な磁場が発生する。非対称な磁極片縁は、初期トルクを確保し、モータ回転子の好ましい回転開始方向を規定する。

本発明によれば、固定子磁極歯の各々は、磁極片縁に半径方向で近接して配置された軸方向パンチ突起を備え、この際、パンチ突起端縁と磁極片縁との間の距離は、パンチ突起端縁と他の積層シート縁との間の距離よりも小さい。パンチ加工は、積層シート特に微細構造を機械的に変形させ、その結果、積層シートの磁気伝導は、パンチ突起内およびその直接近傍で変化する。本発明によれば、パンチ突起は、磁極歯の磁極片において回転子に対向する端縁に近接して半径方向に配置されている。パンチ突起の比較的高い磁気抵抗は、非対称な磁極片形状によって生じる固定子磁場の非対称性を強化する。これは、非対称性がより小さな磁極片形状を使用して、好ましいモータ回転子の回転開始方向を規定し、保証することができる。この結果、モータ固定子とモータ回転子との間の平均空隙を低減することができ、モータ効率を向上することができる。

好ましくは、磁極歯のパンチ突起は半径方向の磁極歯中心線に配置されており、これにより、意図しない、特に、パンチ加工中における磁極歯の非対称な機械的変形が回避される。

好ましい実施形態において、パンチ突起端縁と最も近い他の積層シート縁との間の距離に対する、パンチ突起端縁と磁極片縁との間の距離の比は、０．３〜０．８の範囲、好ましくは０．５〜０．６５の範囲内にある。これは、パンチ加工によって生じる、磁極片縁の意図しない機械的変形の危険を生じることなく、固定子磁場の非対称性を効果的に強化することを可能にする。

好ましい実施形態では、両磁極片腕部における磁極片後端は略同一の半径を有し、これにより、磁極片、結果として磁極歯全体の機械的安定性を改善する。

好ましくは、パンチ突起端縁と磁極片縁との間の距離は、磁極片後端と磁極片縁との間の距離よりも小さい。このパンチ突起の位置により、固定子磁場の非対称性は非常に効果的に強化される。

好ましい実施形態において、積層固定子本体は、磁性の後部鉄製リングを形成する積層シートセットを有し、磁性の後部鉄製リング積層シートの各々は、少なくとも１つの磁極歯積層シートの、回転子から離れた端部に確実に接続される。磁性の後部鉄製リングにより、モータ効率が向上する。

別の好ましい実施形態では、少なくとも２つの強磁性の磁極歯積層シートセットは、非磁性の結合体によって接線方向で確実に連結されている。非磁性の結合体は、好ましくはプラスチックから、例えば射出成形によって製造されており、固定子磁場に大きな影響を与えることなく、固定子本体の磁極歯積層シートセットを規定された半径方向及び接線方向位置に保持する。

好ましくは、積層固定子本体は、積層固定子本体の内側でモータ回転子が回転するように、モータ回転子を取り囲んでいる。これにより、特にコンパクトなモータ設計が可能になる。

本発明の一実施形態は、添付図面を参照して説明される。

図１は、本発明に係る単相電子整流モータの概略長手方向断面を示す。図２は、図１のモータの積層固定子本体の半径方向断面を示す。図３は、図１のモータにおける、磁極片を有する磁極歯、及び、後部鉄製リングの一部を示す。

図１は、一緒に回転可能となるようにモータ軸１６に取り付けられた永久磁化モータ回転子１５を備えた単相電子整流モータ１０を示す。また、モータ１０は、積層固定子本体２１と固定子コイル２２とを有するモータ固定子２０を備えている。モータ１０は、固定子コイル２２に通電するため、当該固定子コイル２２に電気接続されたモータ制御ユニット５０を備える。モータ１０はまた、モータハウジング５５及びモータ缶体５６を備える。

モータ１０は、いわゆるキャンドモータ（canned motor）として設けられており、この場合、モータ缶体５６は、モータ回転子１５をモータ固定子２０から流体的に分離する。モータ回転子１５はモータ缶体５６の内部に配置され、周囲のモータ固定子２０はモータ缶体５６の外部に配置されている。モータ回転子１５は、回転軸Ａを中心として回転可能であり、モータ軸１６に回転不能に取り付けられている。

図２は、積層固定子本体２１の半径方向断面を示す。固定子本体２１は、６個の磁極歯２４_１−２４_６を規定する６個の磁極歯積層シートセット２３_１−２３_６を備え、６個の磁極歯２４_１−２４_６は回転軸Ａを中心に等間隔に円形に配置されている。磁極歯２４_１−２４_６の各々には、固定子コイル２２が設けられている。６個の磁極歯積層シートセット２３_１−２３_６は、非磁性の積層シート保持ユニット２５によって保持され、これにより、固定子本体２１の磁極歯２４_１−２４_６の半径方向および接線方向での正確な配置を規定する。積層シート保持部２５は、好ましくはプラスチックから、例えば射出成形によって製造される。積層シート保持ユニット２５は非磁性であるため、固定子磁界は積層シート保持ユニット２５の影響をあまり受けず、特に、積層シート保持ユニット２５は磁極歯２４_１−２４_６の間に磁束経路を提供しない。矢印Ｐは、モータ回転子１５、結果としてモータ軸１６の好ましい回転方向を示す。

図３は、磁極歯積層シートセット２３における強磁性の磁極歯積層シート２８と、磁性の後部鉄製リング２６における強磁性の後部鉄製リングシート２９の一部分とを示す。後部鉄製リング２６は接続凹部４０を備え、固定子本体２１における全ての磁極歯２４の、回転子から離れた遠位端を磁気接続する。後部鉄製リング２６は、磁極歯２４に亘ってモータの軸方向において動かすことができ、特に回転軸Ａに平行に動かすことができ、その結果、磁極歯積層シート２８の後部鉄接続ノーズ部２７が、後部鉄製リングシート２９における対応する磁極歯接続凹部４０と噛み合う。

磁極歯積層シートセット２３によって規定された磁極歯２４は磁極片３０を備え、当該磁極片３０は、磁極片後端３４、３５を含む接線方向に延びる２つの磁極片腕部３２，３２を備える。磁極片３０は、非対称に形成された、回転子に対向して隣接する磁極片縁３３を備える。回転子に対向する磁極片縁３３は、半径Ｒ１を有する円中心Ｃの円の一部分として設けられている。磁極片後端３４、３５は、半径Ｒ２を有する円中心Ｃの円の一部分として設けられている。円中心Ｃは、半径方向の磁極歯中心線Ｍまで所定の距離、好ましくは、少なくとも数十ミリメートルの距離に位置している。その結果、回転子に対向する磁極片縁３３は、半径方向の中心線Ｍに対して非対称に形成され、これにより、モータ固定子２０の磁極片３０とモータ回転子１５を取り囲むモータ缶体５６との間に非等距離の固定子ギャップ３６が生じる。非対称に形成された磁極片３０は、モータ固定子２０とモータ回転子１５との間に非対称の「空隙」を規定し、永久磁化されたモータ回転子１５を好ましい回転方向Ｐで確実に始動及び駆動するようにする。

全ての磁極歯積層シート２８には、磁極歯中心線Ｍに位置する２つの軸方向パンチ突起３７，３８が設けられている。好ましくは、パンチ突起は円形であり、呼び径が約１ｍｍである。第１パンチ突起３７は、磁極歯積層シート２８の、回転子から離れた遠位の端部に配置され、第２パンチ突起３８は、磁極歯積層シート２８の、回転子に対向して隣接する端部に配置されている。当該パンチ突起３８は、回転子に対向する磁極片縁３３まで距離Ｄ１に配置されており、当該距離Ｄ１は、最も近い他の磁極歯積層シート縁３９までの距離Ｄ２未満であり、また、回転子に対向する磁極片縁３３と磁極片後端３４，３５との間の距離Ｄ３未満である。好ましくは、距離Ｄ１は、モータ回転子の直径の２．５％から３．５％の範囲内にあり、当該距離Ｄ１は、モータ１０に関し約０．７ｍｍから０．８ｍｍの範囲に対応する。

パンチ加工中の磁極歯積層シート２８の機械的変形により、パンチ突起３８の領域における磁気抵抗の増加が生じる。パンチ突起における磁気抵抗は、磁極歯積層シート２８、特に磁極片３０内の磁束に影響を及ぼす。その結果、回転子に対向する非対称な磁極片縁３３によって生じる固定子磁場の非対称性が著しく強化される。これは磁極片縁３３におけるより小さな非対称の設計を可能にし、これにより、円中心Ｃを磁極歯中心線Ｍに近接して位置付けることができる。その結果、固定子ギャップ３６の平均厚さを低減し、モータ効率を向上させることができる。

モータ固定子２０の製造工程では、まず、磁極歯積層シートセット２３における全ての磁極歯積層シート２８と、後部鉄製リング２６における全ての後部鉄製リングシート２９とを一体化して軸方向に固定する。続いて、固定子本体２１における６個の磁極歯積層シートセット２３_１−２３_６を積層シート保持ユニット２５に射出成形により位置決めし、これにより、磁極歯２４_１−２４_６の半径方向及び接線方向での位置を規定する。磁極歯積層シートセット２３_１−２３_６によって規定される各磁極歯２４_１−２４_６は、半径方向外側から巻回されて、これにより６つの固定子コイル２２を規定し、この場合、隣接する磁極歯２４_１−２４_６は、反対方向に巻回される。固定子コイル２２_１−２２_６は直列に電気的に接続されている。

最後に、後部鉄製リング２６が磁極歯積層シートセット２３_１−２３_６上に軸方向に移動され、これにより、後部鉄製リング２６の磁極歯接続凹部４０が磁極歯積層シートセット２３_１−２３_６の後部鉄製接続ノーズ部２７_１−２７_６と噛み合う。

１０単相電子整流モータ
１５モータ回転子
１６モータ軸
２０モータ固定子
２１固定子本体
２２固定子コイル
２３_１−２３_６磁極歯積層シートセット
２４_１−２４_６磁極歯
２５積層シート保持ユニット
２６後部鉄製リング
２７_１−２７_６後部鉄製接続ノーズ部
２８磁極歯積層シート
２９後部鉄製リングシート
３０磁極片
３１磁極片腕部
３２磁極片腕部
３３回転子に対向する磁極片縁
３４磁極片後端
３５磁極片後端
３６固定子ギャップ
３７パンチ突起
３８パンチ突起
３９磁極歯積層シート縁
４０磁極歯接続凹部
５０モータ制御ユニット
５５モータハウジング
５６モータ缶体
Ａ回転軸
Ｃ円中心
Ｄ１パンチ突起と回転子に対向する磁極片縁との距離
Ｄ２パンチ突出と最も近い他の磁極歯積層シート縁との間の距離
Ｄ３回転子に対向する磁極片縁と磁極片後端との間の距離
Ｍ磁極歯中心線
Ｐ好ましい回転方向

Claims

モータ回転子（１５）と積層固定子本体（２１）とを有する単相電子整流モータ（１０）であって、
前記積層固定子本体（２１）は、軸方向パンチ突起（３７、３８）によって互いに確実に接続された、強磁性の複数の積層シート（２８）から成る少なくとも１つの積層シートセット（２３_１−２３_６）を備え、
前記積層シートセット（２３_１−２３_６）は、磁極片（３０）を有する複数の磁極歯（２４_１−２４_６）を規定し、該磁極歯（２４_１−２４_６）は複数の固定子コイル（２２）を有しており、
前記回転子に対向する磁極片縁（３３）は、半径方向の磁極歯中心線（Ｍ）に対して非対称に形成され、これにより、前記磁極片縁（３３）は、前記固定子の磁極片（３０）と前記モータ回転子（１５）との間に非一定の空隙（３６）を規定しており、
前記固定子の前記磁極歯（２４_１−２４_１）の各々は、前記磁極片縁（３３）に近接して半径方向に配置された軸方向パンチ突起（３８）を有し、前記パンチ突起の端縁と前記磁極片縁との間の距離（Ｄ１）は、前記パンチ突起の端縁と他の積層シート縁との間の距離（Ｄ２）未満である、ことを特徴とする単相電子整流モータ（１０）。
前記磁極歯の前記パンチ突起（３８）は、前記半径方向の磁極歯中心線（Ｍ）に配置されている、請求項１記載の単相電子整流モータ（１０）。
前記パンチ突起の端縁と最も近い他の積層シート縁との間の距離（Ｄ２）に対する、前記パンチ突起の端縁と前記磁極片縁との間の距離（Ｄ１）の比は、０．３〜０．８の範囲、好ましくは０．５〜０．６５の範囲内にある、請求項１又は２記載の単相電子整流モータ（１０）。
前記磁極片の両腕部（３１，３２）における磁極片後端（３４，３５）は、略同一の半径（Ｒ２）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の単相電子整流モータ（１０）。
前記パンチ突起の端縁と前記磁極片縁との間の距離（Ｄ１）は、前記磁極片後端と前記磁極片縁との間の距離（Ｄ３）よりも小さい、請求項４記載の単相電子整流モータ（１０）。
前記積層固定子本体（２１）は、磁性の後部鉄製リング（２６）を形成する積層シートセットを有し、磁性の後部鉄製リング積層シート（２９）の各々は、少なくとも１つの磁極歯積層シート（２８）の、回転子から離れた端部に確実に接続される、請求項１から５までのいずれか１項記載の単相電子整流モータ（１０）。
少なくとも２つの強磁性の磁極歯積層シートセット（２３_１−２３_６）は、非磁性の結合体（２５）によって接線方向に確実に連結されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の単相電子整流モータ（１０）。
前記積層固定子本体（２１）は前記モータ回転子（１５）を取り囲んでいる、請求項１から７までのいずれか１項記載の単相電子整流モータ（１０）。