DE69632099T2

DE69632099T2 - Statorstruktur für elektrische Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE69632099T2
Application number: DE69632099T
Authority: DE
Inventors: Yuzuru Hamana-gun Suzuki; Sakae Hamakita-shi Fujitani
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1995-04-26
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2016-04-26
Also published as: US5852335A; EP0740397A3; EP0740397B1; JPH08298737A; DE69632099D1; JP3534889B2; EP0740397A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stator für eine elektrische Rotationsmaschine mit einer Struktur, bei der ein mit einer Spule bewickelter Wickelkörper in dem Pol des Stators eingesetzt ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften eines Stators für eine elektrische Rotationsmaschine oder einen Motor.
Beispielsweise bei einem Antrieb für eine Diskette, die beispielsweise als Hilfsspeicher eines persönlichen Computers verwendet wird, wird ein flach geformter, bürstenloser Außenrotor-Gleichstrommotor für den Antrieb der Diskette benutzt. Bei einem bürstenlosen Außenrotor-Gleichstrommotor dieser Art ragen die Pole des Stators radial von der die Mitte bildenden Welle nach außen, und von den Enden der Pole gegenüber einem Rotormagneten erstrecken sich in Drehrichtung des Rotormagneten Polzähne weg. Da der Pol T-förmig ausgebildet ist, kann der Wicklungsteil der Statorspule zwar schlank geformt sein, doch kann der Wickelkörper nicht in den Pol des Stators eingesetzt werden. Die Spule wird daher direkt auf den Pol des Stators gewickelt, so daß zahlreiche Mannstunden für diese Arbeit erforderlich sind. Ferner wird die gesamte Statorstruktur feh lerhaft, wenn nur eine Nut beim Wickeln der Spule fehlerhaft ist, so daß seine Leistung abnimmt.
Um die vorstehend erwähnte Unzulänglichkeit zu vermeiden, werden bei dem herkömmlichen Verfahren alle Polzähne von dem Ende des Statorpols entfernt, der Pol stabförmig ausgebildet, in einem separaten Schritt Spulen auf einen Wickelkörper zur Bildung einer Statorspule gewickelt und dann der Wickelkörper der Statorwicklung in den jeweiligen Pol des Stators eingesetzt.
Bei der Herstellung eines Motors ist das Wickeln sehr zeitaufwendig, so daß es verbessert werden soll. Der Wickelkörper mit der darauf angeordneten Statorwicklung wird in den Pol eingesetzt. Wenn dieses Verfahren bei der Herstellung eines Motors angewandt wird, wird die Herstellung des Motors vereinfacht. Da der Wickelkörper jedoch von dem Ende des Statorpols her eingeführt werden muß, d. h. von der dem Rotormagneten gegenüberliegenden Rotorseite, muß der Zahnvorsprung (Polzahn) des Statorpols gleich dem oder kleiner als der Innendurchmesser des Wickelkörpers sein. Daher ist es natürlich, daß der Polzahn, der gegenüber dem Rotormagneten des Pols liegt, schmaler ausgebildet und das Aufnahmeverhältnis des magnetischen Flusses aus einem Feldmagneten verringert wird, so daß der magnetische Wirkungsgrad verringert wird und mithin die Motoreigenschaften unerwünscht verschlechtert werden.
Die JP-A-60152245 offenbart einen Stator eines Magnet-Generators, der so ausgelegt ist, daß er den magnetischen Fluß wirksam ausnutzt, indem ein Wickelkörper aus Kunststoff mit magnetischem Pulver hergestellt wird.
Die JP-A-61214737 offenbart eine elektrische Rotationsmaschine mit einem Statorkern 2 in der vorgeschriebenen Dicke, der durch Stifte oder Schweißen befestigt ist. Um Polzähne 6 herum sind eine Isolationsschicht 4 und ein Wickelkörper 5, der aus magnetischem Material besteht und mit einer Wicklung 3 versehen ist, angebracht.
Die US-A-3860843 offenbart eine elektrische Rotationsmaschine, bei der das Klebmoment durch entsprechende Formung beider Seiten des Umfangs jedes ausgeprägten Statorpols verringert ist.
Die Erfindung soll obige Umstände berücksichtigen, und ein Ziel der Erfindung ist es, eine Statorstruktur für eine elektrische Rotationsmaschine anzugeben, die Pole eines Ankerkerns aus weichmagnetischem Material und mit Spulen bewickelte Wickelkörper aufweist, die auf die Pole aufgesteckt sind, wobei der mit den Spulen bewickelte Wickelkörper auf den Statorpolen angeordnet werden kann, ohne die Motoreigenschaften zu verschlechtern.
Die Erfindung besteht mithin in einer Statorstruktur für eine elektrische Rotationsmaschine, die aufweist:
Statorpole aus weichmagnetischem Material,
auf jedem Pol jeweils einen Wickelkörper aus nicht-magnetischem Kunststoff mit einem Körperteil, um den die Statorwicklung gewickelt ist, einem ersten Flansch neben einem Statorjoch und einem zweiten Flansch gegenüber einem Rotationspol eines Rotors, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Extrapolationspolzahn aus ferromagnetischem Material an dem zweiten Flansch angebracht und mit dem Wickelkörper durch Einsatzformen integriert ist,
daß der zweite Flansch mit dem Extrapolationspolzahn längs des inneren Umfangs des Läuferpols bogenförmig ist und daß
ein Spalt zwischen dem Rotationspol und dem Extrapolationspolzahn sich in Bezug auf die Drehrichtung ändert, um das Klebmoment und die Drehzahlwelligkeit zu verringern.
Wenn die Wicklung in der Form des Wickelkörpers geformt ist, ist der Grund für die Verschlechterung der Motoreigenschaften durch die Verringerung der Zahnspitzenbreite (Polzahnbreite) zum Einsetzen des Wickelkörpers entfallen. Um beim Stand der Technik die Verringerung der Polzahnbreite auszugleichen, ist der Flansch (der Hilfspolzahn) des Wickelkörpers gegenüber dem Rotor aus Kunststoff geformt, dem weichmagnetisches Material zugesetzt ist, und die Wicklung kann in Form des Wickelkörpers geformt werden, ohne die Motoreigenschaften zu verschlechtern.
Ein anderes wirksames Verfahren besteht erfindungsgemäß darin, den Wickelkörper aus einem herkömmlichen Kunststoff (PA, etc.) zu formen und den Extrapolationspolzahn aus ferromagnetischem Material an der Stirnfläche (dem Flansch) des Wickelkörpers durch Einsatzformen (insert molding) anzubringen.
Da der magnetische Fluß durch den Extrapolationspolzahn am Wickelkörper hindurchgeht, kann die magnetische Reluktanz eines Magnetpfades zu einem rotierenden Pol verringert werden. Darüber hinaus ist die Oberfläche des Extrapolationspolzahns gegenüber dem rotierenden Pol entlang dem inneren Umfang des rotierenden Pols bogenförmig ausgebildet, und ein Spalt zwischen dem rotierenden Pol und dem Extrapolationspolzahn wird ent sprechend der Drehrichtung eingestellt (wobei der Verbesserungseffekt eines Klebmoments/Drehmomentschwankung durch Änderung des Spalts erzielt wird).
In den beiliegenden Zeichnungen stellen dar:
1 eine perspektivische Explosionsansicht eines Wickelkörpers, der von einem Stator abgezogen ist,
2 eine perspektivische Ansicht eines Details einer Ausführung der Erfindung,
3 eine Vorderansicht eines Details eines weiteren Wickelkörpers und
4 Kurvendiagramme von Kennlinien der Erfindung und Motorkennlinien eines herkömmlichen Motors.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
1 stellt eine perspektivische Explosionsansicht des Wickelkörpers 24 zur Ausbildung der Statorwicklung in einer Lage dar, in der er vom Statorpol 21 abgezogen ist. In 1 ist die Wicklung nicht auf den Wickelkörper 24 gewickelt. Der Wickelkörper 24 ist nicht in Übereinstimmung mit der Erfindung aus Kunststoff, wie Polyamid usw., der weichmagnetisches Material aus Eisenoxid enthält, z. B. Mn-Zn-Ferrit usw., hergestellt und wird später ausführlicher beschrieben. Der Wickelkörper 24 hat einen zylindrischen Körperteil 27 mit einem im Querschnitt rechteckigen Loch 26, durch das der Statorpol 21 in der Mitte hindurchgeführt ist, einen am einen Ende des Körperteils 27 ausgebildeten Flansch 28 und ein Anschlußstück 29 zur Halterung der Anschlüsse 25 auf der oberen Oberfläche des Flansches 28. Am anderen Ende des Wickelkörpers 24 ist ein Hilfspol 30 vorgesehen. Der Hilfspol 30 hat die Form eines Flansches oder Kragens, so daß die seitliche Fläche sehr viel größer als die des Loches 26 ist, in dem der vom Joch 31 abstehende Statorpol angeordnet ist.
Obwohl es nicht dargestellt ist, ist der Wickelkörper 32 mit einer Wicklung bewickelt, deren Enden mit den Anschlüssen 25 verdrahtet sind. Das freie Ende des Statorpols 21 ist in das mittlere Loch 26 des Wickelkörpers 32 zwangsweise so weit eingeführt, bis der Flansch 28 am Joch 31 am Fuße des Statorpols 21 anliegt und angehalten wird. Das Ende des Statorpols 21 ragt in dieser Lage aus dem Ende des Hilfspolzahns 30 heraus. Der mit der Statorwicklung 22 versehene Statorpol 21, wobei die Statorwicklung um den Wickelkörper 32 herumgewickelt ist, ist an der feststehenden Basis 3 befestigt. Danach wird die Welle 12 des Rotors 8 zur Halterung des rotierenden Pols 9, der auf der Oberfläche, die dem äußeren Umfang des Statorpols 21 gegenüberliegt, multipolar magnetisiert ist, in den Lagerzylinder 4 eingeführt, um einen bürstenlosen Außenrotor-Gleichstrommotor zu bilden. In diesem Fall ist das für den Wickelkörper 32 verwendete weichmagnetische Material mit weichem Ferrit, z. B. Mn-Zn, Ni-Zn usw., und einem Polymermaterial (z. B. PA) so vermischt, daß der Ferritgehalt 80 Gew.-% oder mehr beträgt.
2 stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar. Der Wickelkörper 32 ist nicht aus Kunststoff, dem weichmagnetisches Material zugesetzt ist, sondern aus einem Mehrzweck-Polymermaterial (PBT, PA usw.) herge stellt. Mit dem Wickelkörper 32 ist ein aus ferromagnetischem Material, z. B. einer Eisenplatte, bestehender Extrapolationspolzahn 34 am Flansch 33 durch Einsatzformen (insert molding) integriert. Zusätzlich zu dem Einsatzformen kann der Extrapolationspolzahn 34 durch Schmelzverbindung oder Schweißen, Ankleben usw. mit dem Wickelkörper 32 verbunden sein.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, wie sie in 3 dargestellt ist, ist zur Verringerung eines Spalts 36 zwischen dem rotierenden Pol 9 und dem Hilfspolzahn 30 die Oberfläche des Extrapolationspolzahns 30 gegenüber dem rotierenden Pol 9 als Bogen entlang dem inneren Umfang des rotierenden Pols 9 ausgebildet.
4 veranschaulicht den Unterschied der Kennlinien (Eigenschaften) der Erfindung gegenüber herkömmlichen Motorkennlinien. Nach 4 verbessert die Erfindung die Eigenschaften des Motors deutlich in der Weise, daß seine Drehmomentkonstanz um 28% (296,3 gcm/A bis 378,4 gcm/A) und sein Drehmomentbereich um 6% (100 gcm bis 106 gcm) durch die Hinzunahme des Hilfspolzahns 30 oder des Extrapolationspolzahns 34 verbessert worden sind.
Die Erfindung ist offensichtlich nicht nur bei allen Motoren oder Generatoren anwendbar, bei denen die Pole durch Verwendung eines Kerns aus weichmagnetischem Material trotz des bürstenlosen Gleichstrommotors ausgebildet sind, sondern auch bei solchen mit Innen- und Außenrotor.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung kann die Anzahl der Windungen der Statorwicklung ferner wirksam vorgesehen sein, ohne die Eigenschaften der rotierenden elektrischen Maschine zu verschlechtern. Durch die Struktur der rotierenden elektrischen Maschine kann der Wirkungsgrad verbessert werden. Die Kosten der rotierenden elektrischen Maschine können ferner verringert werden. Ferner hat die Erfindung den Vorteil, daß der Wickelkörper nur mit der Wicklung bewickelt zu werden braucht.

Claims

Statorstruktur für eine elektrische Rotationsmaschine, die aufweist: Statorpole (21) aus weichmagnetischem Material, auf jedem Pol jeweils einen Wickelkörper (32) aus nicht-magnetischem Kunststoff mit einem Körperteil (27), um den die Statorwicklung gewickelt ist, einem ersten Flansch (28) neben einem Statorjoch (31) und einem zweiten Flansch (33) gegenüber einem Rotationspol eines Rotors, dadurch gekennzeichnet, daß ein Extrapolationspolzahn (34) aus ferromagnetischem Material an dem zweiten Flansch (33) angebracht und mit dem Wickelkörper (32) durch Einsatzformen integriert ist, daß der zweite Flansch (33) mit dem Extrapolationspolzahn (34) längs des inneren Umfangs des Läuferpols bogenförmig ist und daß ein Spalt zwischen dem Rotationspol (9) und dem Extrapolationspolzahn (34) sich in Bezug auf die Drehrichtung ändert, um das Klebmoment und die Drehzahlwelligkeit zu verringern.
Statorstruktur für eine elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1, bei der der erste Flansch (28) ein Anschlußstück (29) aufweist, an dem Anschlüsse (25) angebracht sind.
Statorstruktur für eine elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1, die als bürstenloser Außenrotor-Gleichstrommotor ausgebildet ist.