JP6862126B2 - 改善された放熱性を有するプラスチックオーバーモールド成形された固定子システム及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項１の前文に記載の内部回転子を有する電気モータ用固定子システムに関する。一般的な固定子システムは、固定子巻線と、固定子巻線を半径方向に囲む金属外部帰還路とを含む。外部帰還路は固定子システムを一緒に保持する保持構造によって囲まれる。

独立請求項１の前文に記載の固定子システムは従来から知られている。保持構造として殆どの場合金属からなる筐体スリーブが使用され、或いは保持構造はその周囲にプラスチックを注入することによって形成され、外部帰還路を完全に封入する。

一般的な固定子システムは、例えば特許文献１から既知である。この固定子システムの外部帰還路は積層シートからなり、保持構造は薄壁の金属筐体スリーブで形成される。

固定子システムの構成要素は、それらの周囲にプラスチックを注入することによって特に簡単且つ安価な方法で固定することができる。この場合には追加の外部筐体は不要になる。しかしながら、金属筐体スリーブと比較して、プラスチックオーバーモールドは、プラスチックは熱伝達がよくないため外部への放熱性が悪いという欠点を有する。主に、過負荷の可能性があり且つ空芯中空円筒状固定子巻線を有する電気モータの場合には、熱伝達の低下のために最大効率が不必要に制限されることになる。従って、特に４５ｍｍ以下、特に２５ｍｍ以下の直径を有する高速小形のモータに対しては、放熱性の改善が望まれる。

欧州特許出願第２０１７９４４号Ａ１

本発明の目的は、改善された外部放熱性を確保しながら特に容易に安価に製造することができる一般的な固定子システムを提供することにある。

この目的は、独立請求項１の特徴によって達成される。即ち、一般的な固定子システムにおいて、この目的は、本発明に従って保持構造を、外部帰還路がいくつかの領域で保持構造により覆われないで露出されるようにかごの形に外部帰還路にプラスチックで射出成形すれば、達成される。従って、外部帰還路はプラスチックかごの形態の保護構造によって部分的に囲まれ、外部帰還路の露出領域が外部への最適な放熱をもたらす。本発明は、ブラシレス電気モータの固定子システムに特に適している。更に好ましくは、本発明による固定子システムは特に４５ｍｍ以下、特に２５ｍｍ以下の直径を有する高速小形モータに適している。この固定子システムは中空であり、好ましくは内部回転子を受け入れることができるように前端と後端に開口を有する。

本発明の有利な実施形態は従属請求項の要旨である。

本発明の特に好ましい実施形態では、かごは外部帰還路の軸方向に延在するいくつかの横棒を有する。この実施形態では、これは固定子システムの特に安定な結合をもたらす。更に、この実施形態では、このプラスチックオーバーモールドは特に簡単な方法で生産することができる。しかしながら、横棒は固定子システムの軸方向に延在しないで軸に対して斜め方向に延在させてもよく、またかごは、例えば網格子で形成してもよい。

本発明の特に好ましい実施形態では、横棒は外部帰還路の外周で軸方向に延在する凹部内に注入される。これらの凹部は好ましくは外部帰還路の外周に沿って均等に分布される。この実施形態は特に安定で、とりわけコンパクトの設計をもたらす。

更にかごの横棒は外部帰還路の外周の輪郭に密接して嵌合されるようにするのが有利である。これは滑らかの外表面の固定子システム又は電気モータをそれぞれもたらす。

本発明の更に特に好ましい実施形態では、外部帰還路は基本的に方形断面を有し、前記凹部は方形断面の隅部に溝の形で配置される。多くの用途では、これは電気モータの取り付けを容易にする。この実施形態では、外部帰還路の露出領域は本質的に平面であるため、対応する熱伝達率を有する同様に平面の構成要素に設置することができ、改善された放熱性を達成することができる。外部帰還路の断面が基本的に方形である場合、特に簡単な構造が得られる。

本発明の別の好ましい実施形態では、かごは内部回転子を固定子システムの軸方向の各端で内部回転子を取り付けるためのベアリング受け部を有する。よって、回転子のベアリング受け部は、固定子システムがオーバーモールド成形される際の一処理ステップで簡単且つ安価に製造することができる。

本発明の別の好ましい実施形態では、外部帰還路はパンチ積層された又はインターロック積層された軟磁性シートの積層体である。この実施形態も固定子システムの簡単な製造に寄与する。更に、この実施形態はモータ内部から外部帰還路を経て外部に至る熱伝達を良好にする。積層シートには内面にも外面にも耐蝕皮膜を設けるのが好ましい。

本発明の別の好ましい実施形態では、外部帰還路の前記露出領域は、前記かごとともに固定子システムのなめらかな外表面を形成するようにラッカー処理される。外部帰還路が積層シートからなる場合には、それにより外部帰還路が外部の影響からさらに保護される。

本発明の別の好ましい実施形態では、前記かごに使用されるプラスチックはポリフェタルアミドである。この材料は特に容易に処理することができ、固定子システムの優れた結合性を保証する。

本発明の別の好ましい実施形態では、固定子巻線は空芯中空円筒状巻線である。従って、固定子巻線は固定子の歯に巻かれないで、自立型である。この実施形態は、最初の製造ステップにおいて空芯中空円筒状巻線を外部帰還路内に押し込む又は挿入することによって特に簡単な固定子システムの組立体をもたらす。固定子巻線は好ましくは３相巻線である。固定子巻線は外部帰還路の半径方向に内向きの対応する歯に巻かれたいくつかのコイルからなるものとしてもよいことを指摘したい。

本発明の別の好ましい実施形態では、固定子システムは更に固定子巻線を支持する巻線支持体を備え、この巻線支持体は外部帰還路の軸方向端に配置され且つ外部帰還路の外周の軸方向に延在する前記凹部内に挿入されるいくつかの突部を備え、前記かごが外部帰還路と巻線支持体からなる単位を取り囲む。この実施形態も、本発明による固定子システムの組立を容易にする。巻線支持体は、固定子巻線が外部帰還路内に挿入された後に外部帰還路上に容易に設置することができる。これらの構成要素の最終固定は、それらをプラスチックでかごの形にオーバーモールド成形することによって達成される。巻線支持体もプラスチックからなるものとするのが好ましい。従って、かご形のプラスチックオーバーモールドは巻線支持体にも射出成形され、巻線支持体もその全軸方向長に亘って包囲するのが好ましい。

固定子システムは更に、巻線支持体にピン止めされる接続接点を備え、固定子巻線の巻線タップが前記接続接点と電気的に接続されるようにするのが更に有利である。この実施形態も、固定子システムの簡単且つ安価な製造に寄与する。好ましくは、巻線タップは接続接点にはんだ付けされか、代わりに、抵抗溶接によって接触されてもよい。接続接点は部分的にのみオーバーモールド成形され、プラスチックオーバーモールドから突出する。接続接点は好ましくは固定子システムの軸方向に延在する。更に好ましくは、接続接点が巻線タップ上に軸方向に設置し得るように、巻線タップは半径方向に外側へ折り曲げられる。この目的のために、接続接点は巻線タップを受ける対応スロットを備える。

本発明は更に本発明による固定子システムを製造する方法を提供する。本発明の方法によれば、固定子巻線を最初に外部帰還路内に挿入する。次に、巻線支持体を、その突部が外部帰還路の外周の軸方向に延在する凹部に係合するように、前記外部帰還路上に設置する。次に、外部磁路と巻線支持体からなる単位に、固定子システムのプラスチックからなるかご形の保持構造を射出成形する。上述した接続接点の巻線支持体への設置及び巻線タップとの接触は固定子システムをプラスチックでかご形にオーバーモールド成形する前に行われる。

本発明の一実施形態が図面を参照して以下により詳細に説明される。

本発明による固定子システムの分解図を保持構造なしで示す。 組み立てられた状態の図１の固定子システムを同様に保持構造なしで示す。 固定子システムの外部帰還路に注入されたかごの形の保持構造を備えた図２の固定子システムを示す。 保持構造を含む図３の固定子システムを反対側から示す。

以下の説明において、同等部分は同等の参照番号で示されている。図がその図の関連説明に明記されていない参照番号を含む場合には、その図のそれ以前又はその後の説明を参照されたい。

図１〜図４はすべて本発明の一つの同じ固定子システム１を異なる表現で示し、図３及び図４に示す固定子システム１の外部保持構造４は図１及び図２に示されていない。

例示の実施形態に示す固定子システムは小形で高速のブラシレス電気モータの固定子システムである。固定子システム１は空芯中空円筒状固定子巻線２を備え、この巻線は図１の分解図に最も良く示されている。空芯中空円筒状固定子巻線は例示の実施形態では３相設計であり、従って３つの相巻線を有し、それらの巻線タップ１４は固定子巻線の一つの軸方向端で外部へ導かれる。固定子巻線は、電気モータの回転子がその固定子巻線の内部にいわゆる内部回転子として配置されるように設計される。固定子巻線２は巻線タップが導出される軸方向端で巻線支持体１０により保持される。図２に最も良く示されているように、３つの接続接点１３が巻線支持体１０に挿入され、各接続接点は３つの巻線タップ１４の一つと電気的に接続される。

以下で更に詳しく述べるように、固定子巻線２は同様に中空の外部帰還路３で囲まれ、この外部帰還路３に巻線支持体１０が固定される。外部帰還路３はパンチ積層された軟磁性シートの積層体からなる。この軟磁性シートの積層体の可能の実施形態は従来から知られており、ここでは詳細に説明しない。外部帰還路３は基本的には方形断面を有する。従って、外部帰還路の外側は全部で４つの隅部を有する。図１に示すように、４つの隅部の各々に１つの溝６が設けられ、各溝は固定子システムの外部帰還路の軸１２に平行に延在する。

図３及び図４は、外部帰還路３は外部帰還路にかご４の形にプラスチックで射出成形される保持構造で囲まれるため、外部帰還路はいくつかの領域が保持構造で覆われないで露出する。外部帰還路の露出部分９は本質的に、外部帰還路の２つの隅部間にそれぞれ位置するその４つの側面に対応する。かごは、外部帰還路の外周の溝６内に射出成形された軸方向に延在する４つの横棒５を有する。４つの横棒５は外周の輪郭に同一平面で嵌合し、固定子システムの軸方向の前端と後端の両方で互いに接続される。両方の軸方向端で、かご４は電気モータの内部回転子のためのベアリング受け部７及び８を構成する。プラスチックは更に、巻線支持体１０が配置される軸方向端においてこの巻線支持体を外から囲む。よって、本発明によれば巻線支持体１０は固定子システムの外部帰還路３に特に安定に固定される。オーバーモールド成形のために使用するプラスチックはポリフタルアミドが好ましい。

プラスチックオーバーモールド成形によって、本発明による固定子システムは簡単且つ安価な方法で製造することができ、固定子システムのすべての構成要素が互いに固定される。追加の筐体スリーブを使用する従来の解決法に比較して、プラスチックオーバーモールドは明らかに重さの点で有利である。保持構造の本発明によるかごとしての設計によって、電気モータ内部で発生される熱を外部へ最適に放散させることができる。熱伝達は主に外部帰還路３の露出領域９を経て行われる。

以下に、本発明による固定子システムを製造する方法を簡単に説明する。最初のステップにおいて、中空円筒状の空芯固定子巻線２を外部帰還路３内に挿入する。次のステップにおいて、巻線支持体１０を固定子巻線及び外部帰還路３の上に設置する。この目的のために、巻線支持体１０は、この支持体を外部帰還路上に設置するとき、外部帰還路の外周の溝６にある程度係合する４つの突部１１を有する。これはすぐに有効なトルク抵抗をもたらす。次に３つの巻線タップ１４を図１に示す巻線支持体の凹部１５に通して半径方向に外部へ折り曲げる。次に、３つの接続接点１３を巻線支持体１０に、その過程で巻線タップ１４と接続接点１３との間の電気的接触が起こるように固定する。この目的のために、接続接点１３の各々は長さ方向に延びるスロット１６を有し、それぞれのスロット内に半径方向に曲げられた対応する巻線タップ１４が緊締される。最適な電気的接触のために、巻線タップは接続接点に半田付けされる。

次に、これらの構成要素は、図３及ぶ図４に示すプラスチックかご４を予備組立体に射出成形することによって最終的に互いに固定する。この目的のために、この組立体は対応する金型内に置かれ、その後プラスチックで周囲全体をオーバーモールド成形される。

最終ステップにおいて、外部帰還路の露出領域９は、プラスチックオーバーモールドとともに固定子システム又は電気モータの平滑外表面を形成するために、更にラッカー処理されてもよい。このようにすると、外部帰還路の帰還路シートが外部の影響から更に保護される。

Claims (11)

1. 内部回転子を有する電気モータのための固定子システム（１）であって、前記固定子システム（１）は固定子巻線（２）と前記固定子巻線（２）を半径方向に囲む金属外部帰還路（３）とを備え、前記固定子巻線（２）は空芯中空円筒状巻線として設計され、前記外部帰還路（３）内に挿入され、前記外部帰還路（３）は前記固定子システム（１）を一緒に保持する保持構造で囲まれ、前記保持構造は、外部帰還路（３）がいくつかの領域で前記保持構造によって覆われないで露出するように、前記外部帰還路（３）にプラスチックでかご（４）の形に射出成形されており、
   前記固定子システム（１）は更に前記固定子巻線（２）を支持する巻線支持体（１０）を備え、前記巻線支持体（１０）は前記外部帰還路（３）の軸方向端に配置され且つ前記外部帰還路（３）の外周の前記軸方向に延在する凹部内に挿入されるいくつかの突部（１１）を備え、前記かご（４）が前記外部帰還路（３）と前記巻線支持体（１０）からなる単位を取り囲む、固定子システム（１）。
2. 前記かご（４）は前記外部帰還路（３）の軸方向に延在するいくつかの横棒（５）を備える、請求項１記載の固定子システム（１）。
3. 前記横棒（５）は前記外部帰還路（３）の外周に軸方向に延在する凹部内に射出成形される、請求項２記載の固定子システム（１）
4. 前記横棒（５）は前記外周の輪郭に同一平面で嵌合される、請求項３記載の固定子システム（１）。
5. 前記外部帰還路（３）は基本的に方形断面を有し、前記凹部は前記方形断面の隅部に溝（６）の形で位置する、請求項３又は４記載の固定子システム（１）。
6. 前記かご（４）は前記内部回転子を前記固定子システム（１）の軸方向の各端で前記内部回転子を取り付けるためのベアリング受け部（７，８）を有する、請求項１−５の何れかに記載の固定子システム（１）。
7. 前記外部帰還路（３）はパンチ積層された軟磁性シートの積層体である、請求項１−６の何れかに記載の固定子システム（１）。
8. 前記外部帰還路（３）の前記露出領域は、前記かごとともに前記固定子システム（１）のなめらかな外表面が形成されるようにラッカー処理されている、請求項１−７の何れかに記載の固定子システム（１）。
9. 前記プラスチックはポリフェタルアミドである、請求項１−８の何れかに記載の固定子システム（１）。
10. 前記固定子システム（１）は更に前記巻線支持体（１０）にピン止めされる接続接点（１３）を備え、前記固定子巻線（２）の巻線タップ（１４）が前記接続接点（１３）と電気的に接続される、請求項１−９の何れかに記載の固定子システム（１）。
11. 請求項１−１０の何れかに記載の固定子システムを製造する方法であって、前記固定子巻線（２）を最初に前記外部帰還路（３）内に挿入し、次に前記巻線支持体（１０）を、その突部（１１）が前記外部帰還路（３）の外周の軸方向延在凹部に係合するように、前記外部帰還路上に設置し、次に前記保持構造を前記外部帰還路（３）と前記巻線支持体（１０）からなる単位にプラスチックでかご（４）の形に射出成形する方法。
    

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