JP6914884B2 - ステーター装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の位相で電気的に作動する駆動モーターのステーター装置に関し、特に駆動モーターが複数のステーター歯を有するステーターを含み、一つのステーター歯が一つのステーターコイルを含み、複数のステーターコイルが電気的に導通して位相のうちの１つに接続される駆動位相を形成するよう相互接続され、ステーター歯がローターに向かうステーター歯の歯表面を含む駆動モーターのステーター装置に関する。

複数の位相で電気的に駆動可能な駆動モーターは、多くの技術分野で利用されている。このようなモーターは、多くの場合、複数のステーター歯を有するステーター及び回転軸に支持されたローターを備える。ローターに対向するステーター歯の歯表面は、いわゆるエアギャップによりローターの表面から離隔して配置される。各ステーター歯に対してそれぞれ一つのステーターコイルが配置され、このステーターコイルは確定された図式（ｓｃｈｅｍｅ）に従って、例えば、３相の中の一つの活性の位相と電気的に導通するように接続される。それによって、複数のステーター歯の複数のステーターコイルは、モーターを作動させるいくつかの相のうちの１つに接続された、いわゆる駆動位相を形成する。ここで、駆動モーターを外部から起動させる複数の相の数は、駆動モーターに形成される駆動位相の数と一致する。例えば、３つの作動相および３つの駆動位相を含むこのような駆動モーターは、例えばハイブリッドおよび電気自動車における電気空調圧縮機にも使用される。

従来技術によれば、エアギャップ、すなわちローター表面とステーター歯の歯表面間の間隔を一定で、且つ、小さく構成するための試みが行われている。その結果、曲面形態のローター表面の進行に適合する曲面形態の歯表面が形成される。
このような駆動モーターの実施において、回転トルクを形成する磁束の高調波（ｈａｒｍｏｎｉｃ ｗａｖｅ）がステーター表面とローター表面間とのエアギャップにおいて強い振動を引き起こし、これによってモーター表面から騷音を発生させるのが問題となっている。

ノイズ、振動、ハーシュネス（ｈａｒｓｈｎｅｓｓ）、またはＮＶＨの組み合わせとしても知られているこのような騷音及び振動の発生は、特に、車において非常に不快なものと認識されている。このような騒音の知覚、特に自動車の運転者による認識は、製品の全体的な印象に著しく影響を及ぼすので、構成部品の車両製造者および供給者は、このような可聴で知覚可能な振動を回避するよう努力している。騷音及び振動の程度がいわゆる許容限界を超過する場合、これは当然回避すべきである顧客の不満を引き起こすことにもなる。

特許文献１には、駆動モーター内のステーターローター装置が開示されているが、この装置は、発生する騷音及び振動を減少させるためにステーター歯の表面を矯正することを提案する。しかしながら、このような解決策は、騷音形成や振動形成において、現在の要求にともなう充分な低減を提供しない。

特許文献２には、ローターとローター内に配置された永久磁石及びステーターを備えた永久磁石モーターが開示されているが、ローターの外部周縁表面は、ステーターの内部周縁表面の反対側に対向して配置されている。ローターの外部周縁面及び／又はステーターの内部周縁面は半径方向のこれらの表面が変化するようになっていることが提案されている。特に、２つの表面の変化は永久磁石モーターの製造時に支出を増加させることになる。

特開２００５−２７８２６８号公報 米国特許出願公開第２００６／０２７９１５８号明細書

本発明は、上記従来のモーターにおける問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の課題は、駆動モーターの作動中に発生する騷音および振動の低減を改善することができる、ステーター装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明によるステーター装置は、複数のステーター歯を有するステーターを含み、電気によって複数の位相で作動する駆動モーターのステーター装置であって、それぞれのステーター歯は一つのステーターコイルを含み、
それぞれのステーターコイルは前記複数の位相のうちの一つと電気的に接続される駆動モーターの駆動位相となるように相互接続され、前記ステーター歯はローターに対向する歯表面を含み、前記駆動モーターのそれぞれの駆動位相のステーター歯の歯表面に一つ以上の平面状の第１表面領域、及び最大一つの曲率を含む第２表面領域が配置され、前記ステーター歯の全ての平面状の第１表面領域の比率は、前記ステーター歯の全体の歯表面の４５％乃至８０％を占めることを特徴とする。

本発明の課題は、独立請求項１に記載の特徴を有する対象によって解決される。本発明の望ましい実施例は、従属請求項２乃至１０に開示されている。
例えば、電気による冷却剤圧縮機で採用される、電気によって作動する多重位相の駆動モーターのＮＶＨ挙動は、ステーター歯の歯表面の幾何構造を変更することによって改善し得ることを提案する。こういう目的のために、電気によって作動する多重位相の駆動モーターの１つの位相に相当する１つのステーター歯から歯表面の変更が行われるが、この変更は歯表面が１つ以上の平面状の第１表面領域だけでなく、曲率を含む最大一つの第２表面領域も含む方式で行われる。

３位相で駆動される駆動モーターの場合、本発明による歯表面の構造は、各々異なる一つの位相に帰属する３つ以上のステーター歯により行われる。このような帰属性と係って、第１ステーター歯には第１位相と電気的に接続する第１ステーターコイルが提供され、第２ステーター歯には第２位相と電気的に接続する第２ステーターコイルが提供されるなどを意味する。従来技術において通常的なことのように、一つの位相は複数のステーター歯に適用される複数のコイルと接続することができる。
また、ステーター歯の歯表面が実質的に駆動モーターのローター表面に対向して配置されることが提供される。

ステーター歯の中心軸に対して垂直に配置される平面状の第１表面領域の比率は、ステーター歯の全体の歯表面の４５％〜８０％を占めることが重要である。
本発明によって構成されたステーター歯の個数は、駆動位相の個数に対して該駆動位相の個数と、１より大きい範囲の整数の積で形成される。したがって、３位相で駆動される駆動モーターの場合、本発明によって構成された歯表面を備え、最小３個のステーター歯が具現される。対案として、例えば６個、９個、１２個、…などのステーター歯も本発明によって構成された歯表面を備えて具現されることができる。

曲率を含む第２表面領域は凹んだ曲率を備えて具現され、このような凹んだ曲率は曲率（ｒ）を有し、この時、曲率（ｒ）の中心点はステーターの回転軸中心に位置する。
ステーター歯の歯表面は、ステーター歯の中心軸に対して対称に配置することができる。このような場合、曲率を含む第２表面領域は、歯表面の中心にて、第２表面領域が中心軸に対して対称に配置される。また、曲率を含む第２表面領域の両側端部には各々一つの平面状の第１表面領域が配置され、この時、歯表面は全体的な対称構造を維持する。

対案として、ステーター歯の表面はステーター歯の中心軸に対して非対称に配置される。このような場合、ただ一つの平面状第１表面領域および曲率を含むただ一つの第２表面領域が歯表面に配置されることが提案される。この時、第１及び第２表面領域において互いに対する位置は自由に選択可能である。
駆動モーターのローターの表面と曲率を含む第２表面領域との間には、一定する間隙を形成するように提供される。このような表面は、互いに対してマッチングした進行形態を有する。

また、本発明による歯表面を備えて具現されたステーター歯は、ステーターの周縁に沿って互いに対して一定した間隔で配置されることが提供されている。したがって、例えば３個の異なる位相に帰属される該類型の３個のステーター歯は、互いに対して１２０°の角度で配置される。このような角度は、該類型の６個のステーター歯の場合、二つの隣接したステーター歯の間の角度は６０°となり、この時、それぞれ二つのステーター歯は３個の位相の中の１つに帰属する。

本発明に係るステーター装置によれば、駆動モーターの作動中に発生する騷音および振動の低減を改善することができる。

本発明の第１の実施形態による二つの平面状の表面領域および曲率を備える一つの表面領域を有するステーター歯を示す図である。 本発明の第２の実施形態による一つの平面状の表面領域および曲率を備える一つの表面領域を有するステーター歯を示す図である。 本発明の第３の実施形態による一つの平面状の表面領域および曲率を備える一つの表面領域を有するステーター歯を示す図である。

次に、本発明に係るステーター装置を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による二つの平面状の表面領域および曲率を備える一つの表面領域を有するステーター歯を示す図である。

図１を参照すると、本発明によるステーター装置（１）のステーター歯（２）の第１実施形態が図示されている。ステーター歯（２）は歯表面（５）を有し、歯表面（５）は駆動モーターのローター（４）に対向して配置され、二つの平面状の第１表面領域（６ａ、６ｂ）だけでなく、曲率を備える一つの第２表面領域（７）を含む。

図１には、一つのステーター歯（２）を有するステーター装置（１）のステーター（３）の１つのセクターだけを図示するが、ステーター（３）はステーター（３）の周縁にわたって分布した複数のステーター歯（２）を含む。図示したステーター歯（２）は、例えば駆動モーターの第１位相に割り当てられ、このことは、図１には図示しないステーターコイルが駆動モーターの第１位相と電気的に接続されることを意味する。この駆動モーターの第１位相は、別のステーター歯（２）のさらなるステーターコイルと接続することができる。

本発明によると、図１〜３の実施形態に示すように、駆動モーターのそれぞれの位相に一つ以上のステーター歯（２）を形成することが提供される。したがって、例えば３位相で駆動される駆動モーターの場合、３個以上のステーター歯（２）が、すなわち、それぞれの位相毎に一つのステーター歯（２）が本発明による歯表面（５）に関する構造を含む。

また、本発明によって構成されたステーター歯（２）の個数は、駆動モーターの位相の個数の整数倍であることが提供される。３相で駆動される駆動モーターの場合、本発明に従って変更された歯表面（５）を有する３個、６個、９個、…などのステーター歯（２）として具現される。

図１には、ステーター歯（２）の歯表面（５）の全体長さ（９）が、ローターセクターとしてだけ図示されているローター（４）の回転方向（１３）に延長されることが示されている。また、この延長部には、平面状の二つの第１表面領域（６ａ及び６ｂ）の二つの長さ（１０ａ及び１０ｂ）が配置されている。

平面状の二つの第１表面領域（６ａ及び６ｂ）の長さ（１０ａ及び１０ｂ）の合計の全体長さ（９）に対する比は、０．４５〜０．８の値を有することが有利である。このことは、平面状の二つの第１表面領域の合計長さ（１０ａ及び１０ｂ）の値は、全体長さ（９）の０．４５倍以上であり、全体長さ（９）の最大０．８倍であることを意味する。また、全体長さ（９）は直接的な長さとも言える。

図１〜図３の図面と関連して、ステーター歯（２）の歯表面（５）がそれぞれの図面の深さ方向に延長されるために、記載された大きさは第１表面領域（６ａ及び６ｂ）にも適用される。したがって、図１において、部分領域（６ａ及び６ｂ）で構成される平面状の第１表面領域（６）の比率はステーター歯（２）の全体の歯表面（５）に対して約４５％〜８０％の範囲を占める。曲率で形成される一つの第２表面領域（７）によってもたらされる潜在的な不正確性は無視できる。

互いに対する長さ（平面状の第１表面領域の長さに対する回転方向（１３）における直接的な長さ、または全体長さ）の関係は、例えば次のように表される。
０．４５＊直接的な長さ＜ａ＋ｂ≦０．８＊直接的な長さ
ここで、ａは第１表面領域（６ａ）の長さ（１０ａ）であって、ｂは第１表面領域（６ｂ）の長さ（１０ｂ）である。

図１で曲率を含む第２表面領域（７）は平面状の第１表面領域（６ａ）及び（６ｂ）の中間に配置される。この場合、歯表面（５）はステーター歯（２）の中心軸（８）に対して対称的に設けられる。

図１に示すように、曲率を含む第２表面領域（７）の方向はローター（４）の表面の方向に適合させることができる。ローター（４）の表面及び第２表面領域（７）は互いに一定の間隔をおいて延長される。これらの表面の間に提供される間隙（１１）の大きさは、第２表面領域（７）の領域で同一である。

また、本発明によれば、平面状の第１表面領域（６ａ及び６ｂ）はステーター歯（２）の中心軸（８）に対し垂直に配置される。これは、図１〜図３で直角の記号によって示される。

上述した長さ、または表面の大きさによって、平面状の第１表面領域（６ａ）及び／または（６ｂ）の一部がローター表面の広がりではなく、ステーター歯（２）の幅（１２）の内部に配置される。これにより、駆動モーターによる騷音形成の減少が改善される。

従来技術で通常的なように、ステーター歯（２）は、同一に打ち抜かれた複数の金属シートを保有する一つのパケット内の金属材料の複数の平面または層から構成することができる。この場合、ステーター歯（２）の歯表面（５）は個別層の部分表面によって形成され、これは本発明に何らの影響を及ぼさない。

図２は本発明の第２の実施形態による一つの平面状の表面領域および曲率を備える一つの表面領域を有するステーター歯を示す図である。
図２には一つの平面状の第１表面領域（６）、及び曲率を含む一つの第２表面領域（７）を備えた本発明の第２実施形態を示す。図２の図面において曲率を含む第２表面領域（７）は平面状の第１表面領域（６）の右側に配置される。

図１に対する相異点は、ステーター歯（２）の歯表面（５）にただ一つの平面状の第１表面領域（６）が配置されていることである。
また、本実施形態によれば、ステーター歯（２）の全体の歯表面（５）に対する平面状の第１表面領域（６）の比が約４５％〜８０％の範囲を占める。したがって、回転方向（１３）における平面状の第１表面領域（６）の長さ（１０）は同じく回転方向（１３）で見ても全体長さ（９）、又は直接的な長さの０．４５倍〜０．８倍の範囲を占める。
したがって次のように表される。
０．４５＊全体長さ＜平面状の第１表面領域（６）≦０．８＊全体長さ

本発明は、図２に示すように、曲率を含む第２表面領域（７）の方向がローター（４）の表面の方向に適合することを提供する。ローター（４）の表面及び第２表面領域（７）の表面は、相互に対して平行となるように延長されるか、例えば間隙（１１）によって図示される相互に対向する表面などの間隔がそれぞれの対向する点上で一定の大きさを有する。
また、平面状の第１表面領域（６）は、ステーター歯（２）の中心軸（８）に対し垂直になるように配置される。

相互に対する長さ（平面状の第１表面領域の長さに対する回転方向（１３）の直接的な長さ、または全体長さ（９））の関係は、例えば次のように表される。
０．４５＊直接的な長さ＜ａ≦０．８＊直接的な長さ
ここで、ａは第１表面領域（６）の長さ（１０）である。

図３には一つの平面状の第１表面領域（６）、及び曲率を含む一つの第２表面領域（７）を備えた本発明の第３の実施形態を示す。図２に示した実施形態と反対に、図３では曲率を含む一つの第２表面領域（７）は平面状の第１表面領域（６）の左側に配置されている。

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更することが可能である。

１ ステーター装置
２ ステーター歯
３ ステーター（ステーターセクター）
４ ローター（ローターセクター）
５ 歯表面
６、６ａ、６ｂ 第１表面領域
７ 第２表面領域
８ 中心軸
９ 全体長さ（直接的な長さ）
１０、１０ａ、１０ｂ 第１表面領域の長さ
１１ 間隙
１２ ステーター歯の幅
１３ 回転方向

Claims (3)

1. 複数のステーター歯を有するステーターを含み、電気によって複数の位相で作動する駆動モーターのステーター装置であって、
   それぞれのステーター歯は一つのステーターコイルを含み、
   それぞれのステーターコイルは前記複数の位相のうちの一つと電気的に接続される駆動モーターの駆動位相となるように相互接続され、
   前記ステーター歯はローターに対向する歯表面を含み、
   前記駆動モーターのそれぞれの駆動位相のステーター歯の歯表面に１つの平面状の第１表面領域、及び一つの曲率を含む第２表面領域が配置され、
   前記ステーター歯の平面状の第１表面領域の比率は、前記ステーター歯の全体の歯表面の４５％乃至８０％を占め、
   ローターに向かって凹んでおり、曲率半径（ｒ）を有する第２表面領域は、平面状の第１表面領域の一側に配置され、
   平面状の第１表面領域は、ステーター歯の中心軸に対し垂直に配置され、
   前記第２表面領域の曲率半径（ｒ）の中心点は、ローターの回転軸と一致するように配置されることを特徴とするステーター装置。
2. 第１及び第２表面領域を含む駆動モーターの電気的駆動位相のステーター歯は、ステーターの周縁にわたって相互に対して一定の間隔で離隔して配置されることを特徴とする請求項１に記載のステーター装置。
3. 第１及び第２表面領域を含む、駆動モーターのそれぞれの電気的駆動位相でステーター歯の数は駆動モーターの前記位相の数の定数倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載のステーター装置。
   

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