JP4361698B2 - 電気的に整流されたステータと、永久磁石を備えたロータとを備えたモータ - Google Patents

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、別の磁極を備えたステータと、調和された数の永久磁石極を備えたロータとを有するモータであって、ステータとロータとの間の領域の空隙面が、係止モーメント(Rastmoment)を減じるために微細歯列を備えている形式のものに関する。
【０００２】
類似のモータは米国特許第３６０４９６１号明細書に基づき公知である。この公知のモータの場合、インナロータとして形成された電気的に励起されたロータが周面側で一様の蛇行状（メアンダ状）の微細歯列を支持していて、ロータはこのような方向において対称的に構成されている。ステータの磁極は永久磁石から形成されている。しかしながらこれらの磁極は、周方向においては均一に配置されていない。それというのは、磁極が交互に３６０°／ηよりも小さい角度と大きな角度とを成しているからである（この場合ηは磁極の数を示している）。ここではこの異なる角度は、周方向でロータとステータとの間に均一な磁界分布が生ぜしめられるように選択されている。このことにより、ロータとステータとの間の係止モーメントが減じられる。永久磁石のこのようなずれがなければ、磁極数に起因してロータとステータとの間に複数の係止個所が生じてしまう。このような係止個所はロータを手によって回転させるときにロックされ、モータの静寂でない、騒音を伴う運転を生ぜしめるおそれがある。
【０００３】
しかしながらこのような公知の、係止モーメントの減少は、永久磁石の正確な組み込みという、複雑なステータの構造を生ぜしめる。さらにモータのこのような構造により、係止モーメントの減少がある程度制限される。
【０００４】
本発明の課題は、構造上簡単で、運転確実であり、係止モーメントの減少および補償の可能性を著しく改善するような、係止モーメントの補償手段を備えたモータを提供することである。
【０００５】
この課題は請求項１に記載された構成全体を備えたモータによって達成される。
【０００６】
ステータの空隙面の領域に微細歯列を移動させることにより、対称的に形成された永久磁石ロータが生ぜしめられる。この永久磁石ロータは製造が簡単で、周方向において規定の磁界特性をもたらす。このような磁界特性には、ステータに配置された微細歯列を介して多種多様に影響を与えることができる。この場合、ステータはほぼ対称的に構成可能であり続ける。係止モーメントの補償は、微細歯列の構成に制限され続ける。この微細歯列は、磁極を形成するとともに「ソリッドアーマチュア(Massivanker)」を簡単に打ち抜くことにより製造することができる。従って、係止モーメント補償を簡単にモータの製造経過内に組み入れることによりさらに改善することもできる。それというのは、ただ打ち抜き過程を相応に変更すればいいからである。さらに、スライドコンタクトを介した給電が省かれる。それというのはこの給電は簡単な電子制御回路によって行うことができるからである。
【０００７】
モータの特に簡単な構造は、ステータの磁極の数をロータの永久磁石極の数に相当させることによりもたらされる。この場合特に、ステータはインナステータとして、ロータはアウタロータとして形成されている。
【０００８】
係止モーメントの有効な補償は本発明の１つの構成によれば、磁極対の微細歯列のずれが同一に、有利には微細歯列の半分のピッチに相当することにより行われる。
【０００９】
ロータの構造のために本発明の１つの構成によれば、ロータの永久磁石極が、ロータの周面にわたって均一に分配された個別永久磁石によって形成されており、これらの個別永久磁石は周方向で交互の極性を有している。この場合個別永久磁石は単極で磁化されていてもよい。
【００１０】
ロータのための別の構成では、ロータの永久磁石極が、ロータの全周にわたって均一に分配された所定の数の２極のリングセグメント永久磁石によって形成されており、これらのリングセグメント永久磁石が周方向で同一方向に配置されていてよい。この場合永久磁石極は多極のリングセグメント永久磁石によって形成されていてもよい。
【００１１】
微細歯列は公知のように、蛇行状もしくはメアンダ状(maeanderfoermig)に形成される。最も簡単な構成の場合、微細歯列の歯と歯溝とが同一幅および同一深さとを有している。
【００１２】
係止モーメントの更なる補償は、微細歯列の歯と歯溝とが異なる幅を有してはいるがしかし同一の深さを有しており、磁極対において互いに補足し合うことにより行われるか、または、微細歯列の磁極対の一方の極の歯の幅と他方の極の歯溝の幅とが少なくとも部分周面領域において同様に変化することにより行われる。微細歯列の歯および歯溝の数は、形成された磁極対の数の整数倍であると有利である。
【００１３】
磁極対形成および係止モーメントの補償は、一方ではそれぞれ隣接するかまたは直径方向に配置された磁極から形成された、ステータの磁極対の微細歯列がそれぞれ互いにずらされるように行うことができ、他方では、それぞれ２つの磁極ピッチ分だけずらされた磁極から形成された、ステータの磁極対の微細歯列がそれぞれ互いにずらされるように行うことができる。これら２つの場合、磁極対の微細歯列の歯は周面側で逆相(gegenphasig)にずらされている。しかしながら、ロータの停止時または回転時の偏心性が生じる場合には、補償作用は制限される。
【００１４】
比較的高い磁極のモータの場合、第２の構成が示しているように、微細歯列を二重の磁極ピッチを介して逆相に配置することが有利である。
【００１５】
このようなモータの場合、ロータ偏心性の影響が相殺される。
【００１６】
係止モーメントの補償の有効性のために、歯および歯溝の深さが、ステータとロータとの間の空隙幅と同一かまたはそれよりも大きいように構成されていると有利である。
【００１７】
本発明を図面に示した実施例に基づき詳しく説明する。
【００１８】
図１から図４に基づき、電気的に整流されたステータＳｔに設けられたそれぞれ８つの磁極Ｐ１〜Ｐ８と、ロータＲに設けられた８つの永久磁石極Ｍ１〜Ｍ８とを備えたモータの構造について説明する。図面には、スリーブ状のアウタロータとして形成されたロータＲのそれぞれ１つの回転方向が示されている。
【００１９】
このようなモータ構造の場合、軸線Ａ１〜Ａ４を介して４つの９０°セグメントが形成される。これらの９０°セグメントには、ロータＲのそれぞれ２つの永久磁石極Ｍ１およびＭ２、Ｍ３およびＭ４、Ｍ５およびＭ６、ならびに、Ｍ７およびＭ８と、それぞれ２つの磁極Ｐ１およびＰ２、Ｐ３およびＰ４、Ｐ５およびＰ６、ならびに、Ｐ７およびＰ８とが収納されるようになっている。このことは図３および図４から明らかである。磁極対形成部は、それぞれ２つの磁極ピッチ分だけずらされた、ステータＳｔの磁極対にわたって延びるようになっているので、本発明によれば、磁極Ｐ１およびＰ３、Ｐ２およびＰ４、Ｐ５およびＰ７、ならびに、Ｐ６およびＰ８は、係止モーメントを補償するために、それぞれ互いにずらされた微細歯列を備えていなければならない。
【００２０】
図１〜図４に示した実施例においては微細歯列は常に磁極Ｐ１〜Ｐ８の空隙面全体にわたって延びており、同一かつ不変の歯ピッチを備えるように構成されている。すなわち微細歯列の歯および歯溝の幅が同一の大きさを有している訳である。
【００２１】
図４に示したモータの構造に達するためには、例えば永久磁石極Ｍ７およびＭ８に向いた９０°セグメントに、図１に示したような微細歯列Ｖｚ１が施される。１つの歯の前側面(Vorderflanke)は軸線Ａ１に向けられている。永久磁石極Ｍ３およびＭ４に対応配置された微細歯列Ｖｚ３は、軸線Ａ３に向けられた、１つの歯の前側面が示すように相応に構成される。
【００２２】
永久磁石極Ｍ１およびＭ２に対応配置された９０°セグメントは、微細歯列Ｖｚ２を支持しており、永久磁石極Ｍ５およびＭ６に対応配置された９０°セグメントは、微細歯列Ｖｚ４を支持している。これらの微細歯列Ｖｚ２，Ｖｚ４は軸線Ａ２およびＡ４に対して歯ピッチの半分だけずらされている。歯Ｚと歯溝ＺＬとが均一な幅ａを有している場合、ずれはａに等しい。すなわち微細歯列Ｖｚ２およびＶｚ４は、図２から判るように、１つの前側面で軸線Ａ２およびＡ４に向けられている。従って、ずれａは、磁極対Ｐ１およびＰ３、Ｐ２およびＰ４、Ｐ５およびＰ７、ならびに、Ｐ６およびＰ８において発生する。従って磁極対形成は、ステータＳｔの２つの磁極ピッチ分だけずらされた磁極を介して行われる。この場合９０°セグメント相互間の突き合わせ個所には、より幅広の歯と、より幅広の歯溝とが交互に発生する。
【００２３】
ソリッドステータ(Massivestator)つまり塊状ステータが図３に相応して打ち抜かれると、図４に示した磁極Ｐ１〜Ｐ８が形成される。微細歯列Ｖｚ１，Ｖｚ２，Ｖｚ３，Ｖｚ４はそれぞれ２つの同一の（部分）微細歯列Ｖｚ１１およびＶｚ１２、Ｖｚ２１およびＶｚ２２、Ｖｚ３１およびＶｚ３２、ならびに、Ｖｚ４１およびＶｚ４２に分割される。微細歯列Ｖｚ１１およびＶｚ２１、Ｖｚ１２およびＶｚ２２、Ｖｚ３１およびＶｚ４１、ならびに、Ｖｚ３２およびＶｚ４２相互間のずれａは維持され、全周にわたって、係止モーメントの補償に貢献する。
【００２４】
この実施例においては、永久磁石極Ｍ１〜Ｍ８は２極の環状セグメント永久磁石によって形成される。これらの環状セグメント永久磁石は、これらのニュートラルな中心軸線が軸線Ａ１〜Ａ４に向けられており、周方向で環状セグメント永久磁石の磁極が同一方向に整列させられているので、ロータＲの磁極ギャップにおいて、環状セグメント永久磁石のそれぞれ異なる磁極が互いに突き合わされている。ロータ構造は多極（２つよりも多い）の環状セグメント永久磁石で構成することもできる。
【００２５】
この実施例の場合、ステータＳｔおよびロータＲが同数のη＝８磁極を有している。この磁極の数は、より少なくとも多くてもよく、ただ偶数であればよい。ステータＳｔの磁極の数はロータＲの磁極の数と異なっていてもよい。ロータＲの永久磁石極Ｍ１〜Ｍ８は、単極で磁化された個別永久磁石によって形成されてもよい。
【００２６】
図５に基づいて、図４に示した構造を備えたモータのためにもう一度、磁極Ｐ１の微細歯列Ｖｚ２１と磁極Ｐ３の微細歯列Ｖｚ３１との間のずれａを示す。これらの磁極Ｐ１およびＰ３は、永久磁石極Ｍ１，Ｍ３に関連して示されている。永久磁石極Ｍ１およびＭ３が個別永久磁石として形成されている場合、微細歯列Ｖｚ３１の１つの歯Ｚの前側面が永久磁石極Ｍ３の端縁部に向けられており、微細歯列Ｖｚ２１の１つの歯溝ＺＬの前側面が永久磁石極Ｍ１の端縁部に向けられており、微細歯列Ｖｚ２１およびＶｚ３１は磁極Ｐ１およびＰ３の磁極幅、ならびに、永久磁石極Ｍ１およびＭ３の磁極幅と合致している。
【００２７】
磁極Ｐ１およびＰ３は間隔（ｎ＋２）γを置いて配置されている。この場合符号ｎ＝１または２であり、符号γは磁極ピッチである。
【００２８】
しかしながら微細歯列は、磁極Ｐ１〜Ｐ８の部分周面領域にわたってだけ延びていてもよい。この場合磁極対の部分周面領域は通常、互いに調和されている、すなわち磁極対の磁極で同じように選択されている。
【００２９】
均一に形成された歯Ｚと歯溝とを備えた歯ピッチは必ずしも必要ではない。補償可能性を高めるために、磁極対の微細歯列において歯および歯溝の一部だけが互いにずらされていてよい。さらに、微細歯列における歯および歯溝の幅は、少なくとも部分的に変更を加えられてよい。この場合、一方の磁極の歯列の歯Ｚをその磁極対の他方の磁極の微細歯列の歯溝ＺＬで補足すると有利である。このことから明らかなように、係止モーメントに対して影響を与えるための可能性が多数もたらされる。このことは図３に示された、ステータＳｔの打ち抜き過程によるだけで行うことができる。この場合、ステータＳｔの対称的な基本構造はほぼ保たれ続ける。磁極Ｐ１〜Ｐ８の空隙面の微細歯列だけが変化する。
【００３０】
図６が示すように、ステータＳｔにおける磁極対形成を、磁極Ｐ１およびＰ５で示したように、直径方向に配置された磁極対によって行うこともできる。微細歯列Ｖｚ２１およびＶｚ４１が歯ピッチの半分だけ互いにずらされている。このことは永久磁石Ｍ１およびＭ５の走出縁部(Auslaufkante)に対する、微細歯列の前側面から明らかである。
【００３１】
磁極対形成は、互いに隣接する磁極によって、つまり１磁極ピッチ分だけずらされた磁極によって、例えば磁極Ｐ１およびＰ２〜Ｐ７およびＰ８によって行うこともできる。この磁極対形成も、図３から明らかな打ち抜き過程によるだけで実現することができる。微細歯列の歯の数はステータＳｔの磁極の数よりも多いと有利であり、半径方向における歯Ｚおよび歯溝ＺＬの深さは、空隙幅と同じか、またはこの空隙幅よりも大きい。
【００３２】
モータの構造はいずれの場合にも簡単なままであり容易に実現可能である。係止モーメントの補償のためには、種々異なる作用を伴う多数の可能性がある。いずれの場合にもモータの一様な、騒音の少ない運転が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 規定された８極永久磁石ロータのためのステータの設計段階を示す図である。
【図２】 規定された８極永久磁石ロータのためのステータの設計段階を示す図である。
【図３】 規定された８極永久磁石ロータのためのステータの設計段階を示す図である。
【図４】 規定された８極永久磁石ロータのためのステータの設計段階を示す図である。
【図５】 ２つの磁極ピッチだけずらされた磁極から成る磁極対形成部を示す図である。
【図６】 直径方向に配置された磁極から成る磁極対形成部を示す図である。

Claims (16)

1. 巻線が巻かれた複数の磁極（Ｐ１〜Ｐ８）を備えたステータ（Ｓｔ）と、前記磁極の数と調和された数の永久磁石極（Ｍ１〜Ｍ８）を備えたロータ（Ｒ）とを有するモータであって、ステータ（Ｓｔ）とロータ（Ｒ）との間の領域の空隙面が、係止モーメントを減じるために微細歯列（Ｖｚ１１，Ｖｚ１２…Ｖｚ４１，Ｖｚ４２）を備えており、ステータ（Ｓｔ）およびロータ（Ｒ）の磁極構造が周方向でほぼ対称的に構成されており、ステータ（Ｓｔ）の磁極（Ｐ１〜Ｐ８）が、少なくとも空隙面の部分領域にわたって微細歯列（Ｖｚ１１，Ｖｚ１２…Ｖｚ４１，Ｖｚ４２）を備えており、ステータ（Ｓｔ）の磁極（Ｐ１〜Ｐ８）が磁極対（Ｐ１，Ｐ３；Ｐ２，Ｐ４；Ｐ５，Ｐ７；Ｐ６，Ｐ８、もしくは、Ｐ１，Ｐ５；Ｐ２，Ｐ６；Ｐ３，Ｐ７；Ｐ４，Ｐ８）を形成しており、該磁極対において、微細歯列（Ｖｚ１１，Ｖｚ１２…Ｖｚ４１，Ｖｚ４２）が少なくとも、互いに対応する部分周面領域内でそれぞれ互いにずらされていることを特徴とする、複数の磁極を備えたステータと、前記磁極の数と調和された数の永久磁石極を備えたロータとを有するモータ。
2. ステータ（Ｓｔ）の磁極（Ｐ１〜Ｐ８）の数が、ロータ（Ｒ）の永久磁石極（Ｍ１；Ｍ８）の数に相当している、請求項１記載のモータ。
3. 磁極対（Ｐ１，Ｐ３；Ｐ２，Ｐ４；Ｐ５，Ｐ７；Ｐ６，Ｐ８、もしくは、Ｐ１，Ｐ５；Ｐ２，Ｐ６；Ｐ３，Ｐ７；Ｐ４，Ｐ８）の微細歯列（Ｖｚ１１，Ｖｚ１２…Ｖｚ４１，Ｖｚ４２）のずれが同一であり、有利には微細歯列（Ｖｚ１１，Ｖｚ１２…Ｖｚ４１，Ｖｚ４２）のピッチの半分に相当する、請求項１または２記載のモータ。
4. ステータ（Ｓｔ）がインナステータとして形成されており、ロータ（Ｒ）がアウタロータとして形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のモータ。
5. ロータ（Ｒ）の永久磁石極（Ｍ１〜Ｍ８）が、ロータ（Ｒ）の全周にわたって均一に分配された個別永久磁石によって形成されており、該個別永久磁石が、周方向に交互の極性を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のモータ。
6. 個別永久磁石が単極に磁化されている、請求項５記載のモータ。
7. ロータ（Ｒ）の永久磁石極（Ｍ１〜Ｍ８）が、ロータ（Ｒ）の全周にわたって均一に分配された、所定の数の２極のリングセグメント永久磁石によって形成されており、該リングセグメント永久磁石の磁極が周方向で同一方向に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のモータ。
8. ロータ（Ｒ）の永久磁石極（Ｍ１〜Ｍ８）が多極のリングセグメント永久磁石によって形成されている、請求項７記載のモータ。
9. 微細歯列（Ｖｚ１１，Ｖｚ１２…Ｖｚ４１，Ｖｚ４２）がメアンダ状に形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のモータ。
10. 微細歯列（Ｖｚ１１，Ｖｚ１２…Ｖｚ４１，Ｖｚ４２）の歯列（Ｚ）および歯溝（ＺＬ）が同一幅と同一深さとを有している、請求項９記載のモータ。
11. 微細歯列（Ｖｚ１１，Ｖｚ１２…Ｖｚ４１，Ｖｚ４２）の歯（Ｚ）および歯溝（ＺＬ）が、異なる幅を有しているがしかし同一深さを有しており、磁極対で互いに補い合っている、請求項９記載のモータ。
12. 微細歯列（Ｖｚ１１，Ｖｚ１２…Ｖｚ４１，Ｖｚ４２）の磁極対の一方の磁極の歯（Ｚ）の幅と、他方の磁極の歯溝（ＺＬ）の幅とが少なくとも部分周面領域で同じように変化している、請求項９または１０記載のモータ。
13. 微細歯列（Ｖｚ１１，Ｖｚ１２…Ｖｚ４１，Ｖｚ４２）の歯（Ｚ）および歯溝（ＺＬ）の数が、形成された磁極対の数の整数倍である、請求項１から１２までのいずれか１項記載のモータ。
14. それぞれ隣り合う、または、直径方向に配置された磁極（Ｐ１，Ｐ２；Ｐ３，Ｐ４；Ｐ５，Ｐ６；Ｐ７，Ｐ８）から形成された、ステータ（Ｓｔ）の磁極対の微細歯列（Ｖｚ１１，Ｖｚ１２…Ｖｚ４１，Ｖｚ４２）がそれぞれ互いにずらされている、請求項１記載のモータ。
15. それぞれ２つの磁極ピッチ分だけずらされた磁極（Ｐ１，Ｐ３；Ｐ２，Ｐ４；Ｐ５，Ｐ７；Ｐ６，Ｐ８）から形成されたステータ（Ｓｔ）の磁極対の微細歯列（Ｖｚ１１，Ｖｚ１２…Ｖｚ４１，Ｖｚ４２）がそれぞれ互いにずらされている、請求項１記載のモータ。
16. 歯列（Ｚ）および歯溝（ＺＬ）の深さが、ステータ（Ｓｔ）とロータ（Ｒ）との間の空隙幅に対してほぼ等しいかまたはより大きい、請求項１から１５までのいずれか１項記載のモータ。

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