JP2023511052A - マグネット要素の接着のない、破裂防止スリーブを含む回転子を有する電気モータ - Google Patents

Abstract

本発明は、固定子（２）と、回転軸（３）の周りを、固定子（２）に対して回転可能に装着された回転子（４）とを備えた電気モータ（１）に関する。回転子（４）は追加的に、主要部（５）と、周方向に沿って配分され、かつ互いに離隔した様態で主要部（５）の径方向面（６）上に受容された複数のマグネット要素（７）と、主要部（５）およびマグネット要素（７）を覆う破裂防止スリーブ（８）とを有する。破裂防止スリーブ（８）は、その各々がマグネット要素（７）と直接接触する複数のカバーセグメント（９）と、２つの隣接するカバーセグメント（９）どうしを一つに接続する複数の架橋領域（１０）とを有し、破裂防止スリーブ（８）は、マグネット要素（７）を、主要部（５）に対して直接支持するために用いられ、かつ架橋領域（１０）は、周方向に、カバーセグメント（９）よりも小さい曲げ強度を有する。

Description

本発明は、好ましくは、自動車の作動装置のアクチュエータにおいて用いられる電気モータであって、固定子と、回転軸の周りを固定子に対して回転可能に装着された回転子とを有し、回転子は、主要部と、周方向に沿って配分され、かつ主要部の径方向面上に互いに離隔した様態で受容される複数のマグネット要素と、主要部およびマグネット要素を覆う破裂防止スリーブとを追加的に有し、かつ破裂防止スリーブは、その各々がマグネット要素と直接接触する複数のカバーセグメントと、２つの隣接するカバーセグメントどうしを一つに接続する複数の架橋領域と、を有する電気モータに関する。

一般的な電気モータは、先行技術においてすでに十分に知られている。例えば、特許文献１は、強弱の異なる磁気セクションを含む破裂防止スリーブを備えるモータを開示している。このように、電気モータの回転子に、破裂防止スリーブを装備して、電気モータの動作中に緩んでしまう構成部品が、電気モータの他の構成部品に即座に損傷を与えることがないようにすることは既に知られている。

ドイツ特許出願公開第１０ ２０１８ １０８ ５９５ Ａ１号

しかしながら、従来技術から既知のこれらの構成の持つデメリットの１つは、その製造に係る労力が比較的大きくなるということである。この原因は、マグネット要素を回転子の主要部にしっかりと固定するために、通常、接着剤による接続方法が用いられるためである。しかしこれらの接着された回転子の製造コストは比較的高いものとなる。また、接着剤による接続部を設けることに起因し、固定子と回転子との間の、磁気回路における磁気抵抗に関して、結果として生じる不利益が比較的大きくなる。

それゆえ、本発明の目的は、先行技術から既知のデメリットを解消すること、特に、より少ない労力で製造および組み立て可能な電気モータであって、可能な限り高い効率性を提供する電気モータを提供することにある。

本発明によれば、このことは、破裂防止スリーブを使用して、マグネット要素を、主要部に対して直接支持することによって達成され、ここで、架橋領域は、周方向に、カバーセグメントよりも小さい曲げ強度を有する。

架橋領域を介して、カバーセグメントと比較して剛性の低い領域が、意図的に、破裂防止スリーブ内に導入され、その結果として、破裂防止スリーブは、その全体で、ある程度広がることが可能となる。これにより、破裂防止スリーブの組み立てが、はるかに容易になり、締り嵌めにおいてロータマグネットへの重なりが大きい場合にも、組み立てそのものが可能になる。先行技術による構成と比較すると、従来使用されてきた接着剤による接着が不要となることにより、組み立てのための労力が顕著に減少する。

本発明による更なる実施形態は、従属請求項によって特許請求されるが、それらは以下により詳細に説明される。

したがって、破裂防止スリーブが、締り嵌めによって、主要部に取り付けられたマグネット要素上、または主要部とマグネット要素とにより形成されるプリアセンブリ上に固定されるならば、更に有利である。このことは、破裂防止スリーブが可能な限り堅固に締結されることを保証するものである。

それぞれの架橋領域が、溝形状の窪みを有している場合には、架橋領域は、可能な限り製造が容易な形状を有しているということになる。溝形状の窪みは、好ましくは、曲げ加工または深絞り加工によって形成される。

それぞれの架橋領域が、破裂防止スリーブの一方の軸方向端部に向かって、または両方の軸方向端部に向かって開かれている場合には、架橋領域は、その長さに沿って、可能な限り一定の曲げ強度を示し、そのことによって、組み立てのための労力が更に削減される。

破裂防止スリーブが、一方の軸方向端部において、直径変化好ましくは直径の増加を有する場合、破裂防止スリーブ用の組み立て補助が、簡単な様態で提供される。これは、そのような直径変化は、組み立てプロセスの初期段階で、破裂防止スリーブが、主要部とマグネット要素とからなるプリアセンブリ上またはその中にスライドされ、誘導されることを可能とするためである。

これに関連して、破裂防止スリーブの軸方向端部において、各々のカバーセグメントが、軸方向に対して斜めに突き出している延長部を有することにより、直径変化が形成されている場合には、それもまた有益である。

この点について、各架橋領域が、破裂防止スリーブの軸方向端部に向かう上り側面を備えることにより、直径変化が形成されていることも、また有益である。

換言すれば、それゆえ直径変化は、好ましくは、円錐状に末広がりの環状リムまたは先細り状環状リムによって形成される。この結果として、主要部とマグネット要素とからなるアセンブリを破裂防止スリーブ内に挿入するために、可能な限り製造が容易な挿入補助が提供される。この環状リムは、好ましくは、破裂防止スリーブの、好ましくは打抜き加工または深絞り加工による形成の、まさにその最中に形成される。

回転子は、延長部が、マグネット要素に軸方向に隣接して配置されるように、固定子に対して更に配置される。その結果、環状リムを設けたことが、電気モータの性能に悪影響を及ぼすことがない。

更に、電気モータが、直流ブラシレスモータとして構成されるならば、有利であるということが判明している。

換言すれば、本発明は、表面マグネット（マグネット要素）と破裂防止スリーブとを備えるＢＬＤＣ回転子の、マグネットの接着剤による接着を全く必要としない、製造性および装着性について改良されたバージョンを提供する。

以下において、本発明は、図面を参照してより詳細に説明される。

本発明の好ましい例示的一実施形態による、電気モータの長手方向断面図であって、電気モータの全体構造を明確に見ることができる図を示す。 回転子の破裂防止スリーブの軸方向端部における、図１中に「ＩＩ」という印がつけられている領域の詳細図を示す。 図１による電気モータの斜視図を示す。 図１～図３において用いられている破裂防止スリーブを前側から見た斜視図を示す。 図４中に「Ｖ」という印がつけられている領域の詳細図であって、破裂防止スリーブの広がった環状リムを図示するための図を示す。 破裂防止スリーブを後側から見た斜視図を示す。 破裂防止スリーブの２つの側面図を示し、左側の部分図は、破裂防止スリーブ全体を示し、右側の部分図は、環状リムの、斜めに突き出している延長部を示す。 破裂防止スリーブを装着した回転子の断面図である。 図８中に「ＩＸ」という印がつけられている領域の詳細図を示す。 図９に示した詳細エリアの斜視図を示す。 回転子を長手方向の断面で示した斜視図を示す。 部分的に分解された電気モータの斜視図であって、回転子と固定子とを、互いに分離した状態で示す図である。 回転子の分解図を示す。

これらの図は本質的に単なる概略図であり、本発明を理解するためにのみ役立つ。同じ要素には同じ参照記号が付与されている。

図１、図３、および図１２を用いると、本発明による電気モータ１の基本的構造を、容易に認識することが可能である。電気モータ１は、全体として環状の構成を有する、固定子２を装備している。本実施形態では、固定子２は、軸方向に、すなわち電気モータ１の回転子４の回転軸３に沿って、スタック状に配置された複数のステータラミネーション１７を有する。ステータラミネーション１７は、固定子ハウジング／ステータキャリア１８上に受容される。典型的には、巻線１９が更に提供されるが、巻線１９は、図１の断面図においては、ステータラミネーション１７のスタック２０の軸方向端部面に向かっているのを見ることができる。

更に、回転可能に装着された回転子４が、固定子２の（回転軸３について）径方向内部に配置される。本実施形態では、回転子４は、このように、内側回転子として実装されている。しかし更なる実施形態では、回転子４は、原理上、外側回転子として実装されることも可能である。

本実施形態では、回転子４は、一つのピースからなる主要部５を有する。この主要部５はまた、ロータキャリアとも呼ばれるものである。主要部５は、好ましくは、焼結部品として実現される。本発明による更なる実施形態では、主要部５は、代替的に、数枚のロータラミネーションを有する複数の部品で提供され、その数枚のロータラミネーション（各々が好ましくは、電気鉄板（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｈｅｅｔ）から作られる）は、スタック状に配置されてラミネーションスタックを形成する。

数個のマグネット要素７（ここでは永久磁石の形態のものである）が、主要部５上に、周方向に均一に配分されて配置されている。上記の周方向とは、回転軸３に対して同軸に走る架空の円周線に沿った方向として理解されるものである。マグネット要素７は、径方向側部６上、この場合には主要部５の径方向外側部上に、位置している。これに関しては、回転子４の構造をより詳細に示す図８～図１３も参照されたい。マグネット要素７は、その断面を見ると、円弧状のセグメントとして形成されているが、そのようなマグネット要素７は、主要部５の径方向外面２１（外側シェル表面）上に直接支持される。

本発明によれば、破裂防止スリーブ８が、主要部５とマグネット要素７とからなるプリアセンブリ上に、押し込まれ／締り嵌め１６を介して固定される。マグネット要素７を主要部５上に支持しながら、破裂防止スリーブ８が、径方向でマグネット要素７上に外側から押し込まれる。

破裂防止スリーブ８は、周方向には連続的であるように構成されている、すなわち、完全に環状であるように構成されている。図４～図７によれば、破裂防止スリーブ８には、それぞれ剛性の異なる数個の領域が設けられている。この目的のため、破裂防止スリーブ８は、複数の、プレート形状のカバーセグメント９を有し、カバーセグメント９は、周方向に配分される様態で配置され、かつ（マグネット要素７の外面に沿って）円弧セグメント形状に延びている。各カバーセグメント９は、このように、径方向外側部から、マグネット要素７上にぴったりと平らに付着している。周方向にそれぞれ隣り合う２つのカバーセグメント９は、架橋領域１０によって接続されている。架橋領域１０は、カバーセグメント９と比較して、その幾何学形状の構成により、周方向に意図的に曲げ強度を減少／低減されている。

詳しく見ると、各架橋領域１０は、溝形状の窪み１１を示す。窪み１１は、破裂防止スリーブ８の軸方向に延びている。図示されている例示的実施形態では、窪み１１は、破裂防止スリーブ８の（軸方向の）全長に沿って連続的に延びている。例えば、図６に明確に見られるように、窪み１１は、破裂防止スリーブ８の第１の軸方向端部１２ａに向かって完全に開かれており、窪み１１はまた、第１の軸方向端部１２ａとは逆側の第２の軸方向端部１２ｂに向かっても開かれている。しかしながら、第１の端部１２ａと比較すると、窪み１１は、後で詳しく説明する直径変化のため、部分的にしか開かれていない。この結果、破裂防止スリーブ８の幾何学的形状は、広がるか、または縮むことが可能なものとなる。

各架橋領域１０は、主要部５の径方向隆起部２３に対して、径方向隙間／距離２２を形成する（図９）。主要部５の隆起部２３は、マグネット要素７を予め位置決めするために役立つ。このように窪み１１は、２つの互いに隣り合うマグネット要素７どうしの間にある、周方向中間スペース内に、径方向に突き出している。

更に、破裂防止スリーブ８は、ある種の挿入補助／組み立て補助を装備している。この目的のため、破裂防止スリーブ８は、直径変化を有して実現され、この場合には、（内）径が、第２の軸方向端部１２ｂに向かって大きくなっている。図７に見ることができるように、各カバーセグメント９には、カバーセグメント９に対して軸方向斜めに延出する延長部１３が隣接している。同時に、窪み１１は、第２の端部１２ｂに向かってその深さが浅くなっている。その結果、各窪み１１／架橋領域１０は、第２の端部１２ｂに向かって円錐状に上る側面１４を有している（図７）。延長部１３と側面１４とが合わさって、破裂防止スリーブ８の第２の軸方向端部１２ｂに、円錐状に広がった環状リム１５を形成しており、これが直径変化を実現している。これにより、破裂防止スリーブ８が、主要部５とマグネット要素７とからなるプリアセンブリ上に、軸方向に押し込まれるのが、更に容易になる。

固定子２に対する回転子４の位置決めについていえば、図２では、環状リム１５が、マグネット要素７から、かつステータラミネーション１７から軸方向にオフセットされて配置されているのを見ることができるが、この配置は、電気モータ１の動作中の渦電流損失を、できる限り最小化するものである。この結果、ステータラミネーション１７と破裂防止スリーブ８の周方向外側側面との間の径方向領域に、一定の厚さの空隙２４が生じる。

好ましくは、破裂防止スリーブ８は、ステンレス鋼で形成される。

このように、好ましくは直流ブラシレスモータとして実現される電気モータ１は、好ましくは全く接着をすることなく、すなわち、特にマグネット要素７の接着をすることなく実現される回転子４を装備している。

換言すれば、本発明によれば、マグネット７どうしの間の破裂防止スリーブ８の特殊な幾何学形状のレリーフが、この破裂防止スリーブ８のマグネット７の外周における剛性を、局所的に（接線方向に）減少させるのに用いられる。このようにして、より小さい力が、スリーブ８の組み立てのために用いられるが、締り嵌め１６を介して、ロータキャリア５／ロータラミネーションスタック上のロータマグネット７にかかる圧入力が、比較的大きくなる。

図１１～図１３は、表面のマグネット７と破裂防止スリーブ８とを備えたＢＬＤＣ回転子４の、マグネット７とＢＬＤＣ固定子２とが接着されていないものの等角図および断面図である。回転子４のアセンブリは、ロータキャリア５、ロータマグネット７、および破裂防止スリーブ８によって構成される。ロータキャリア５は、典型的には、数枚の電気鉄板を有する打抜きスタック（ｐｕｎｃｈ ｓｔａｃｋ）として、構成される。代替的には、ロータキャリア５は、渦電流損失の小さい粉末コア材料から作られる焼結部品として構成される。渦電流損失が、ＢＬＤＣモータ１の構成にとって特に重要というわけではないという場合には、ロータキャリア５は、一般に、強磁性材料（例えば、鋼）から作られてよい。ロータマグネット７は、典型的には、焼結ＮｄＦｅＢ（希土類材料）磁石として構成される。代替的には、マグネット７は、ハードフェライトから作られる焼結部品として構成される。破裂防止スリーブ８は、好ましくは、ステンレス鋼から、深絞り部品として作られる。

ＢＬＤＣ回転子４の好ましい組み立てシーケンスは、以下のようなものである。１）打抜きスタックを形成して（打抜き加工およびスタッキングを行って）ロータキャリア５を形成する、２）打抜きスタック５にロータマグネット７を取り付けるが、その際、マグネット７を何らかのデバイスで保持するか、マグネット７が引き付けられるように、打抜きスタック５にわずかに磁気を帯びさせておく、３）破裂防止スリーブ８を、ロータキャリア５（打抜きスタック）とマグネット７とから構成されるサブアセンブリに取り付けるが、これについては、スリーブ８が押し込まれ、ロータマグネット７が、組み立てデバイス内に軸方向に支持される。

図８～図１０は、説明されたＢＬＤＣ回転子４の、等角図および断面図である。本発明によれば、溝１０、１１／局所的レリーフが、破裂防止スリーブ８の外周上、スリーブ８に沿って、軸方向に、ロータマグネット７間に配置されている。このような幾何形状によって、スリーブ８の剛性が局所的に減少し、それに対応して、組み立ての際の力が減少する。それゆえ、破裂防止スリーブは、ロータキャリア５（ラミネーションスタック）とマグネット７によって構成されるサブアセンブリ上に、締り嵌め１６として、比較的小さな力であってもかつ／またはサブアセンブリの公差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）をより大きくしても装着され得る。連続生産においては、すべての公差を維持しながら、少なくとも０．２ｍｍ～０．３ｍｍ以上の許容量（ａｌｌｏｗａｎｃｅ）を伴う締り嵌めを有することが普通である。そのような場合には、鋼製の円筒形スリーブで、これを実現する可能性は事実上ないであろう（組み立て力があまりに大きく、機械的負荷により、スリーブ８／マグネット７には超臨界的応力がかかるため）。スリーブの幾何形状における、ロータマグネット７間のレリーフ１０は、スリーブ８の外周において、接線方向の剛性を局所的に減少させることを可能にする。その結果、組み立て力は比較的小さく、しかも組み立て後にスリーブ８内およびマグネット７内の機械的応力が許容可能なレベルになる。

破裂防止スリーブ８は、締り嵌め１６として押し込まれるが、その破裂防止スリーブ８は、ロータマグネット７を、ロータキャリア５上に押し付ける。この場合、マグネット７を接着する必要がないため、ロータキャリア５とロータマグネット７間の磁気回路の強磁性リターン（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｔｕｒｎ）間に接着用の隙間を設ける必要がない。これにより、磁気抵抗という点で以下のようなメリットが生じる。ロータキャリア５の領域で磁界が閉じるため、効率性が高まる。レリーフ１０の幾何形状、スリーブの厚さ、および締り嵌め１６の許容量により、回転子４のあらゆる重要な、熱機械的、動的負荷、および振動負荷に打ち勝って、摩擦接続（径方向内向きのスリーブ圧力）によって、スリーブ８が、ロータマグネット７を固定し、しっかりと保持するような寸法を、スリーブ８が有するようにできる。

図４～図７は、破裂防止スリーブ８の等角図および断面図を示す。破裂防止スリーブ８を、ロータキャリア５（ロータラミネーションスタック）とマグネット７とのサブアセンブリに装着するのを容易にするため、挿入用エリア（環状リム１５）が設けられ、締り嵌め１６が確立される際には、マグネット７が、スリーブ８の中に挿入されるか、またはスリーブ８が、マグネット７上に押し込まれる。スリーブ８のこの組み立て補助用幾何形状のメリットは、スリーブ８の２つの端部の一方１２ｂにおいて、シート状の金属片の平らなエリアに向かう、軸方向の湾曲部を有する円錐状の移行部が、深絞り工程で作り出されることである。この移行部は通常、打抜きおよび深絞りツール内で、シート状の金属片から、平らなエリアに更に向かって横方向に切り落とされる。この移行部は、円筒形の深絞り部品の場合には、通常、切り落とされる必要があるが、上記の場合には、組み立てのための挿入エリアとして利用される。

図１～図３は、固定子２と回転子４とから構成されるアセンブリの更なる等角図および断面図を示す。固定子２は通常、ステータラミネーションスタック２０と、ポールシュー絶縁部品（ｐｏｌｅ ｓｈｏｅ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｐａｒｔ）と、回路機構および接触インターフェイスを含む巻線１９と、固定子２のオーバーモールディング２６（例えば、ＢＬＤＣ－Ｅモータ１のポンプ用途における、媒体が充満したスペース内に配置されるため、巻線１９および電気接点部を保護するためにしばしば存在する）と、から構成される。

破裂防止スリーブ８を装着するための挿入エリア１５（図１～図３）は軸方向には、ＢＬＤＣモータ１の回転子４と固定子２との間のスペースに配置され、そこにおいては、その幾何形状は、固定子２と回転子４との間の機械的空隙２４に、何らの不利な影響も及ぼすことはない。電気モータ１の効率性を高めるには、モータ１の固定子２と回転子４との間の機械的空隙２４は、できるだけ小さく維持される必要がある。

１ 電気モータ
２ 固定子
３ 回転軸
４ 回転子
５ 主要部
６ 側部
７ マグネット要素
８ 破裂防止スリーブ
９ カバーセグメント
１０ 架橋領域
１１ 窪み
１２ａ 第１の端部
１２ｂ 第２の端部
１３ 延長部
１４ 側面
１５ 環状リム
１６ 締り嵌め
１７ ステータラミネーション
１８ ステータキャリア
１９ 巻線
２０ スタック
２１ 外面
２２ 距離
２３ 隆起部
２４ 空隙
２５ ポールシュー絶縁部品
２６ オーバーモールディング

Claims (10)

1. 固定子（２）と、回転軸（３）の周りを、前記固定子（２）に対して回転可能に装着された回転子（４）とを備え、前記回転子（４）は、主要部（５）と、周方向に沿って配分され、かつ前記主要部（５）の径方向面（６）上に互いに離隔した様態で受容される複数のマグネット要素（７）と、前記主要部（５）および前記マグネット要素（７）を覆う破裂防止スリーブ（８）とを追加的に有し、かつ前記破裂防止スリーブ（８）は、その各々がマグネット要素（７）と直接接触する複数のカバーセグメント（９）と、２つの隣接するカバーセグメント（９）どうしを一つに接続する複数の架橋領域（１０）とを有する、電気モータ（１）であって、前記破裂防止スリーブ（８）は、前記マグネット要素（７）を、前記主要部（５）に対して直接支持するために用いられ、前記架橋領域（１０）は、前記周方向に、前記カバーセグメント（９）よりも小さい曲げ強度を有することを特徴とする電気モータ（１）。
2. 前記破裂防止スリーブ（８）が、締り嵌め（１６）によって前記主要部（５）に取り付けられた前記マグネット要素（７）上に固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の電気モータ（１）。
3. 前記それぞれの架橋領域（１０）が、溝形状の窪み（１１）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の電気モータ（１）。
4. 前記それぞれの架橋領域（１０）が、前記破裂防止スリーブ（８）の一方の軸方向端部（１２ａ）または両方の軸方向端部（１２ａ、１２ｂ）に向かって開かれていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の電気モータ（１）。
5. 前記破裂防止スリーブ（８）が、一方の軸方向端部（１２ｂ）における直径変化を有することを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の電気モータ（１）。
6. 前記破裂防止スリーブ（８）の前記軸方向端部（１２ｂ）において、各カバーセグメント（９）が、軸方向に対して斜めに突き出している延長部（１３）を有することにより、前記直径変化が形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の電気モータ（１）。
7. 各架橋領域（１０）が、前記破裂防止スリーブ（８）の前記軸方向端部（１２ｂ）に向かう上り側面（１４）を備えることにより、前記直径変化が形成されていることを特徴とする、請求項５または６に記載の電気モータ（１）。
8. 前記直径変化が、円錐状に末広がり状または先細り状の環状リム（１５）によって形成されていることを特徴とする、請求項５～７のいずれか一項に記載の電気モータ（１）。
9. 前記延長部（１３）が、前記マグネット要素（７）に軸方向に隣接して配置されるように、前記回転子（４）が前記固定子（２）に対して配置されていることを特徴とする、請求項５～８のいずれか一項に記載の電気モータ（１）。
10. 前記電気モータ（１）が、直流ブラシレスモータとして構成されていることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の電気モータ（１）。

Images