JP6518006B2 - 電子的に整流された直流モータ - Google Patents

Description

本発明は、多相ステータ（１）とインナーロータとを有する電子的に整流された直流モータであって、ステータ（１）が閉じたヨークリング（２）と、ヨークリング（２）と一体的な内方に向けられた多数のステータ極（３）と、ステータ外径を越えて半径方向に延びる、巻線（６）のための接続手段（５）を備えた絶縁材料体（４）と、を有するものに関する。

内方に向けられた極を有する電子的に整流された直流モータは、それぞれの要求に応じて種々異なる方法で作製される。短い工程時間を達成しようとすれば、例えば単極巻線方法が適しており、経済的なやり方で極にグループ別に同時に外側から巻装し、次いで１個のステータにまとめて挿入する。その際に個々の極の間の各境界面は、磁気抵抗を形成する。これらの抵抗の総和は、直流モータの総効率を減じる。それゆえこの方法は、効率に対して高い要求が課せられる場合は用いられない。これに対してはニードル巻線などインナー巻線方法を選択すべきである。但し、ニードル巻線法の短所は巻線ニードル自体の所要スペースが比較的大きく巻線ニードルは一方では極の間を移動しなければならず、他方では巻線を布設する際にもワイヤ案内手段の間を案内されなければならない。更に、ニードル巻線においては、特に巻線を接続手段に接続する際に接続方式に応じて、巻線を軸平行に挿入若しくは布設する必要がある。その際にワイヤは、既に布設された部分から、例えば転向ジオメトリに沿って滑り出ないように軸方向に確保されなければならない。これを避けるために、転向ジオメトリにアンダーカットを設けるのが普通である。これらのジオメトリは側面スライドを付けた明らかに複雑な射出成形型を必要とする。そのために接続部との間隔も比較的大きくならざるを得ない。なぜなら、そうすることによって巻線に対してより大きい曲げ半径が可能となるからである。曲げ半径が小さすぎると、ワイヤを接続ジオメトリに通す際にしばしば永久曲げ変形が生じるリスクが避けられない。その結果として緩いワイヤ部分ができたり、ワイヤ部分が緩んだりして、寿命の短縮を招く要因となる。

欧州特許第ＥＰ１７２２４６４Ａ１号により公知の冒頭に記載した形式の電子的に整流された直流モータでは、ワイヤは絶縁材料体の外に布設され、半径方向で絶縁材料体に続いている接触装置（接続ブロック）と接続される。この場合、コイルは、巻線がある相に割り当てられたすべてのステータ歯部に巻装する前又は後に接触装置の接触エレメントを介して案内されるように布設されている。巻線はそれぞれヨークの領域で絶縁材料体の外側に布設される。このことは接触装置の領域でも該当するので、接触装置は半径方向外方に非常に大きく延び、それによって構造スペースが著しく増大する。

本発明の課題は、冒頭に記載した形式の直流モータにおいて、軸方向及び半径方向寸法の小さいコンパクトな構造形態、ニードル巻線法を使用した場合でも最適な効率 、及び容易な製造可能性を提供することである。

この課題は本発明により装置請求項１及び方法請求項１の特徴によって解決される。この解決は、接続手段が絶縁材料体（４）と一体的ではなく、絶縁材料体（４）と一体的である保持手段（７）と組み付けられていることを含む。このことから一連の利点が生じる。まず、巻線ニードルにとってワイヤ端を固定するためのスペースが多くなる。更に、巻線ニードルは圧接コンタクトなどの接続手段と継ぎ合わせるために軸方向に移動する必要がない。この理由から、一方ではフック又はアンダーカットなどの保持ジオメトリは必要ない。そのため絶縁材料体のための射出成形型は著しく単純に側面スライドなしで製作でき、それにより製造はより経済的になる。他方では、軸方向移動に対してもスペースが提供されなければならないので、半径方向の構造スペースを減らすことができる。

本発明の構成が従属請求項に記載されている。接続手段は、スリット状のワイヤ受容部を有するようにされている。これらの受容部の寸法は、巻線をほぼ遊びなく受容できるが、締め付けられて動けなくなることがないように選択されている。この移動可能性は、接続手段を保持手段上に安定した工程で滑らせることができるために必要である。

接続手段は更に、ワイヤ受容部に対して直角に位置合わせされた、圧接コンタクトのための受容シャフトを有している。圧接コンタクトは組付けの間、一時的に接続手段のための保持手段又は紛失防止手段として用いることができる。

接続手段と保持手段との間に挿入方向に対して直角に嵌合結合が設けられていることが目的に適っている。そうすることによって軸平行方向で確実な機械的結合が達成される。

上記の嵌合は、保持手段に設けたガイドと、これに対応して一致する接続手段の対向輪郭とによって達成される。この結合はリンク状に形成されてよい。

接続手段の保持手段、ひいては絶縁材料体における特に確実な機械的結合は、接続手段の保持手段における結合がロック片によりロックされていることによって達成される。これにより軸平行方向にも半径方向にも嵌合が生じる。

部材の数を制限する非常に効果的な解決は、もともと必要なハウジングキャップにロック手段が存在することである。

絶縁材料体のワイヤ案内手段における軸方向保持ジオメトリを不要にすることによって、絶縁材料体のための成形型の作製を著しく単純化できる。

本発明の特に好適な構成によれば、巻線を転向させるために複数のワイヤ案内手段が絶縁材料体のリング領域に配置されて絶縁材料体と一体的であり、このリング領域は接続手段が完全に包含されている９０度扇形内でヨークリングの絶縁材料体への軸方向投影をなしている。このワイヤ案内手段は、接続手段を組み付けるための前提として、特に巻線を可能な限り少ないスペースで、可能な限り最適に平行に配置させる働きをする。

このリング領域の半径方向外部で絶縁材料体の保持手段に設けられている別の転向手段も同様に巻線の最適な配置可能性に大きく寄与する。

特に上記扇形内で巻線が少なくとも１回、少なくとも２回、軸方向内方へ既に巻装されたステータ極の前にワイヤ案内手段を回って案内されていると、巻線の少ないスペースでの布設が達成可能であることが示された。これによりさもなければ利用されない構造スペースが、巻線の最適な配置のために使用される。

この利点は、巻線が、少なくとも２個のワイヤ案内手段を回ってジグザグ状に案内されていることによって、更に活用される。

本発明は、巻線を固定するための組付け補助手段を用意し、絶縁されたステータを用意し、絶縁されたステータを組付け補助手段に装填し、この配置構成を巻線装置に装填し、巻線をステータの半径方向外部に配置された組付け補助手段のストッパに固定し、第１相のワイヤをステータの第１極から第ｎ極を回って順次挿入し、ワイヤを組付け補助手段の第２のストッパに案内してワイヤをこの第２のストッパに固定し、同じワイヤを第２相としてステータの第１極から別の第ｎ極を回って順次中断なく挿入し、ワイヤを組付け補助手段の第３のストッパに案内してワイヤをこの第３のストッパに固定し、同じワイヤを第３相としてステータの第１極から別の第ｎ極を回って順次中断なく挿入し、ワイヤを第１のストッパに案内してこれに固定し、接続手段のワイヤ受容部を絶縁材料体と組付け補助手段のストッパとの間に平行に配置された巻線部分にワイヤ延在に対して直角に挿入し、接続手段を保持手段のガイドに滑り被せ、圧接コンタクト受容シャフトに挿入し、接続手段の半径方向外部にあるワイヤ部分を切断する方法ステップで、電子的に整流された直流モータのステータを製作するための方法も特徴とする。

この方法の特別の利点は、巻線過程において後で保持手段に組み付けられる接続手段との接続を最初に行う必要がないことにある。これにより、後で接続手段が固持されるステータの半径方向外側の領域で軸方向移動がなくなる。ステータが巻装された後で半径方向外方に案内されたワイヤ部分がまだ組付け補助手段に固持されているとき、接続手段は軸平行移動によって保持手段の半径方向外部のワイヤ部分に挿入され、次いで半径方向移動によって保持手段上に、及びそのガイド内に滑り込まされる。ワイヤ部分はこの半径方向移動によって連行されず、噛み合い運動の要領でワイヤ受容部内に滑動する。接続手段と保持手段との結合は、軽く押し付けることにより圧着作用によって形成できる。圧接コンタクトを受容シャフトに挿入することによりワイヤの絶縁が剥がされて、圧接コンタクトと電気的に接続される。

例えばハウジングキャップの一部であることができるロック片は、組み付けた後で接続手段をその位置で保持手段にロックする。

以下に本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

組付け工程の第１段階におけるステータ 組付け工程の第２段階におけるステータ 組付け工程の第３段階におけるステータ 巻装されたステータの軸方向の図 巻装されたステータの平面図 巻装されたステータの断面図 図６の部分Ｅの拡大図 巻装されたステータの三次元図 接続手段の詳細図 接続手段の側面図 接続手段の平面図 図１１の接続手段のＢ−Ｂの断面図 図１１の接続手段のＡ−Ａの断面図 図１３の部分Ｇの拡大図 保持手段を有する絶縁材料体の正面図 図１５の部分拡大図 展開図 組付け補助手段

図１は、閉じたヨークリング２、保持手段７を備えた絶縁材料体４、巻線６を有する、組付け工程の第１段階における巻装されたステータ１を示す。巻線は、半径方向内方に向いたステータの個々の極（図示せず）に巻かれており、個々の極の間でステータの周面に設けた絶縁材料体４のワイヤ案内溝８に案内されている。巻線６は半径方向外方で組付け補助手段３４（図１８参照）の固定手段５に固定されている。

図２は、図１のステータ１を組付け工程の第２段階で示しており、接続手段５のワイヤ受容部１０（図５参照）は巻線６の複数のワイヤ部分と噛み合い接続手段５は絶縁材料体４から分離されている。保持手段７はガイド１２（図５参照）を有しており、これに接続手段５を対向輪郭１３で滑り被せることができる。この場合、ワイヤはワイヤ受容部内でワイヤ延在方向に沿って滑動可能に配置されている。

図３は、図１と図２のステータ１を組付け工程の第３段階で示しており、接続手段５は保持手段７と結合されている。この状態で軸平行方向における嵌合結合が生じている。この案内の寸法は、半径方向で摩擦係合が生じるように選択されている。

図４は、巻装されたステータ１の軸方向図である。ここではステータ極３及び巻線６の布設が見て取れる。巻線６はワイヤ案内手段１５を回って挿入されており、ワイヤを接続手段５の所望の位置に布設するために、ワイヤの一部は内方にもステータ１のコイル受容領域１に案内されて戻される。このために更に転向手段３１も設けられている。巻線を接続領域に配置するために用いるワイヤ案内手段１５は、９０度扇形３０内に配置されており、そこには接続手段５が完全に包含されている。接続手段５は絶縁材料体４に組み付けられて３個の圧接コンタクト９を有している。圧接コンタクト９は接続手段５の受容シャフト１１内で軸方向（モータ軸心１４に対して平行）に挿入されている。接続手段５は保持手段７にほぼ半径方向に滑り被されている。圧接コンタクト９は最終組付けまで半径方向で紛失防止の働きをする。軸方向では接続手段５と保持手段７との間に嵌合が生じている。

図５は、ヨークリング２、絶縁材料体４、接続手段５及び巻線６を有する、巻装されたステータ１の平面図である。ステータ１の磁気活性部は積層鋼板からなる。この積層鋼板の複数の隣接する鋼板は、３か所で半径方向に拡張されて、ハウジングとねじ止めするための固定環１６（図４も参照）を形成する。絶縁材料体４は複数のワイヤ案内溝８を有しており、その中で巻線６が絶縁材料体４の周面に布設されている。絶縁材料体４の一部であるスロットセル（図示せず）がステータ１の溝内に突入している。更に、絶縁材料体４と一体的な、ガイド１２を有する保持手段７が見て取れ、この保持手段７に接続手段５が滑り被されて対向輪郭１３により半径方向で嵌合している。保持手段は更に支持手段１７を有しており、これにより保持手段７はヨークリング２に支持されている。接続手段５は、接続プラグの案内に用いる案内手段１８を有している。簡単に組み付けられるように、案内手段１８は導入傾斜部を備えている。案内手段１８は軸方向で接続手段よりも明らかに前方に大きく突出しており、そのために接続プラグの組付けが容易にされている。接続手段５はスリット状のワイヤ受容部１０を有しており、これらは異なる深さで接続手段５内に形成されているため、それらの中に挿入された巻線６のワイヤ部分は種々異なるレベルに位置する。破線１９が示しているように、これらの異なるレベルはワイヤ案内溝８の軸方向位置に適合されている。この幾何的特徴は巻線６をできるだけ少ないスペースで布設するのに役立つ。ステータ１の反対側には絶縁板２０が組み付けられており、これは追加的なワイヤ案内輪郭を有していない。

図６は、ヨーク２、固定環１６、ステータ極３、絶縁材料体４、絶縁板２０、複数のステータコイル２１、接続手段５、及びワイヤ案内溝８と接続手段５のワイヤ受容部１０に受容された巻線６を有する巻装されたステータ１の断面図である。絶縁材料体４と絶縁板２０はスロットセル２３を有している。更に、絶縁材料体４内にはワイヤ貫通路２２が形成されており、これを通って巻線６はワイヤ案内溝８からステータ極３及びその逆に案内され、ワイヤ案内手段１５からステータ極３又は接続手段５に案内されている。支持手段１７によって接続プラグを差し込むときの挿入力を吸収できる。

その他の細部は部分Ｅを拡大した、絶縁材料体４、ヨークリング２、保持手段７、接続手段５、ワイヤ案内手段１５、及び巻線６を示す（図７）から明らかである。はっきり見て取れるように、２本のワイヤ６がスリット状のワイヤ受容部１０に受容されている。これらは接続手段５から出されたワイヤと、接続手段に戻されたワイヤである。受容シャフト１１内にはワイヤ延在方向に対して直角に圧接コンタクト９に挿入されており、圧接コンタクト９は接続プラグの接触片を受容する働きをし、そのように形成されている。図示されていないが、圧接コンタクト９のかかり部が受容シャフト１１の境界面に掛着している。固定手段２４がワイヤ受容部１０内に共に形成されており、巻線６がワイヤ受容部１０を横断するレベルを確定する働きをする。最後に、接続プラグを簡単に組み付けることができるように傾斜部２９を備えた案内手段１８が見て取れる。

図８は、ヨークリング２、絶縁板２０、絶縁材料体４、ステータ極３、巻線６、及び接続手段５を有する巻装されたステータ１の三次元図である。保持手段７の支持手段１７及びガイド１２、並びに接続手段５の対向輪郭１３がはっきり見て取れる。更に、ステータコイル２１、固定環１６、ワイヤ受容部１０、及び案内手段１８が示されている。

図９は、ワイヤ受容部１０、リンクガイドに類似した対向輪郭１３、及び異なる幅で形成された案内手段１８を有する接続手段５の詳細図である。ワイヤ受容部は、ワイヤ組付けを容易にするために導入傾斜部を備えている。但し、ワイヤ受容部１０のスリット幅はワイヤの太さに適合されていて、コイルを製造するニードル巻線機の巻線ニードルより明らかに小さい。

図１０は、案内手段１８とロック手段２５を有する接続手段５の側面図であり、ロック手段２５はハウジングキャップ部分を受容するために用いられ、それによって接続手段５は更に嵌合により軸方向で固定されている。

図１１は、ロック手段２５、受容シャフト１１、ワイヤ受容部１０、及び案内手段１８を有する接続手段５の平面図である。

図１２は、ロック手段２５、固定手段２４、ワイヤ受容部１０、及び受容シャフト１１を有する、図１１の接続手段５のＢ−Ｂの断面図である。

図１３は、受容シャフト１１とリブ状の補助ガイド２６を有する、図１１の接続手段５のＡ−Ａの断面図である。

図１４には、図１３の部分Ｇが拡大されて、受容シャフト１１、ワイヤ受容部１０、固定手段２４、及び対向輪郭１３を有する接続手段５の細部がはっきり示されている。

図１５は、保持手段７を有する絶縁材料体４の正面図であり、保持手段７は補助ガイド２６（図１３参照）を受容するための補助溝２７が装備されている。更に、軸方向に突出したスピゴットとして形成されているワイヤ案内手段１５、及び半径方向外側のステータ領域と半径方向内側のステータ領域との間のワイヤ貫通路２２が示されている。ヨークリング２の半径方向外部にある転向手段３１は、巻線部分を半径方向で最も離れた両ワイヤ受容部１０に転向させるために用いられる。第３のワイヤ受容部１０では追加の転向手段３１は必要ない。

図１６は、図１５の部分Ｈを拡大して、絶縁材料体４、保持手段７、補助溝２７、ワイヤ案内手段１５、転向手段３１、ワイヤ貫通路２２、及びステータ極３の端面も絶縁するスロットセル２３を示している。接続手段５の組付けを容易にするために保持手段７に面取り部２８が設けられている。保持手段７にはヨークリング２の半径方向外部に、巻線６の高さ位置を（軸方向で）限定する第１の深さストッパ３２と第２の深さストッパ３３が設けられている。ここで留意すべきは原則として２個の巻線６が上下に重なり、従って異なる高さレベルを取ることである。交差点もワイヤ案内手段１５及び別の転向手段３１を用いて、好ましくない高さ構成が回避されるように案内されなければならない。

図１７は、絶縁材料体４、接続手段５、ロック手段２５、圧接コンタクト９、及びハウジングキャップ４０を有する電動モータの個々の部材の展開図であり、ハウジングキャップ４０の縁部からロック片３９が軸平行に突出している。これらのロック片３９はロック手段２５に適合されており、組み付けられた状態でロック手段２５と嵌合する。そうすることによって接続手段５がその対向輪郭１３で絶縁材料体４のガイド１２から半径方向に滑り落ちることが防がれる。ハウジングキャップ４０はポット形に形成されており、そのポット縁部に絶縁材料体４の対応するスナップ突起４２と噛み合うスナップ手段４１を有している。

図１８は、接続部受容領域３７を含むステータ受容部３６と、ここでは固定ピンとして形成されているストッパ３５を有する組付け補助手段３４を示す。組付け補助手段３４は更に、巻線装置と工作物台におけるステータの位置合わせに用いる調整ピン３８を備えている。

１ ステータ
２ ヨークリング
３ ステータ極
４ 絶縁材料体
５ 接続手段
６ 巻線
７ 保持手段
８ ワイヤ案内溝
９ 圧接コンタクト
１０ ワイヤ受容部
１１ 受容シャフト
１２ ガイド
１３ 対向輪郭
１４ モータ軸心
１５ ワイヤ案内手段
１６ 固定環
１７ 支持手段
１８ 案内手段
１９ 破線
２０ 絶縁板
２１ ステータコイル
２２ ワイヤ貫通路
２３ スロットセル
２４ 固定手段
２５ ロック手段
２６ 補助ガイド
２７ 補助溝
２８ 面取り部
２９ 傾斜部
３０ 扇形
３１ 転向手段
３２ 第１の深さストッパ
３３ 第２の深さストッパ
３４ 組付け補助手段
３５ ストッパ
３６ ステータ受容部
３７ 接続部受容領域
３８ 調整ピン
３９ ロック片
４０ ハウジングキャップ
４１ スナップ手段
４２ スナップ突起

Claims (15)

1. 多相ステータ（１）とインナーロータとを有する電子的に整流された直流モータであって、ステータ（１）が閉じたヨークリング（２）と、ヨークリング（２）と一体的な内方に向けられた多数のステータ極（３）と、ステータ外径を越えて半径方向に延びる、巻線（６）のための接続手段（５）を備えた絶縁材料体（４）と、を有するものにおいて、前記接続手段（５）が絶縁材料体（４）と一体的ではなく、絶縁材料体（４）と一体的である保持手段（７）と組み付けられていることを特徴とする、電子的に整流された直流モータの、ステータ（１）を作製するための方法であって、
   巻線（６）を固定するための組付け補助手段（３４）を用意し、
   絶縁されたステータ（１）を用意し、
   絶縁されたステータ（１）を組付け補助手段（３４）に装填し、
   前記配置構成を巻線装置に装填し、
   巻線（６）をステータ（１）の半径方向外部に配置された組付け補助手段（３４）のストッパ（３５）に固定し、
   第１相のワイヤをステータ（１）の第１極から第ｎ極を回って順次挿入し、
   ワイヤを組付け補助手段（３４）の第２のストッパに案内してワイヤをこの第２のストッパに固定し、
   同じワイヤを第２相としてステータ（１）の第１極から別の第ｎ極を回って順次中断なく挿入し、
   ワイヤを組付け補助手段（３４）の第３のストッパに案内してワイヤをこの第３のストッパに固定し、
   同じワイヤを第３相としてステータ（１）の第１極から別の第ｎ極を回って順次中断なく挿入し、
   ワイヤを第１のストッパに案内してこれに固定し、
   接続手段（５）のワイヤ受容部（１０）を絶縁材料体（４）と組付け補助手段（３４）のストッパ（３５）との間に平行に配置された巻線部分にワイヤ延在に対して直角に挿入し、
   接続手段（５）を保持手段（７）のガイド（１２）に滑り被せ、
   圧接コンタクト（９）、溶接コンタクト又ははんだコンタクトを受容シャフト（１１）に挿入し、
   接続手段（５）の半径方向外部にあるワイヤ部分を、例えば刃によって切断する、
   方法ステップを特徴とする、ステータ（１）を作製するための方法。
2. 前記接続手段（５）は、受容された巻線（６）が締め付けられて動けなくなることがないようにしたスリット状のワイヤ受容部（１０）を有することを特徴とする、請求項１に記載のステータ（１）を作製するための方法。
3. 前記接続手段（５）は、ワイヤ受容部（１０）に対して直角に位置合わせされた、圧接コンタクト（９）、溶接コンタクト又ははんだコンタクトのための受容シャフト（１１）を有することを特徴とする、請求項２に記載のステータ（１）を作製するための方法。
4. 接続手段（５）の保持手段（７）における結合は、第１の方向で嵌合結合されていることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のステータ（１）を作製するための方法。
5. 前記保持手段（７）は、接続手段（５）の対向輪郭（１３）に対応するガイド（１２）を有することを特徴とする、請求項４に記載のステータ（１）を作製するための方法。
6. 前記接続手段（５）の保持手段（７）における結合は、ロック片（３９）によりロックされていることを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載のステータ（１）を作製するための方法。
7. 前記ロック片（３９）は、ハウジング部材、例えば直流モータのハウジングキャップ（４０）と一体的であることを特徴とする、請求項６に記載のステータ（１）を作製するための方法。
8. 巻線（６）を転向させるために複数のワイヤ案内手段（１５）が絶縁材料体（４）のリング領域に配置されて絶縁材料体（４）と一体的であり、前記リング領域は接続手段（５）が完全に包含されている９０度扇形（３０）内でヨークリング（２）の絶縁材料体（４）への軸方向投影をなしていることを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のステータ（１）を作製するための方法。
9. 前記リング領域の半径方向外部に別の転向手段（３１）が絶縁材料体（４）の保持手段（７）に設けられていることを特徴とする、請求項８に記載のステータ（１）を作製するための方法。
10. 前記扇形（３０）内で巻線（６）が少なくとも１回、軸方向内方へ既に巻装されたステータ極（３）の前にワイヤ案内手段（１５）を回って案内されていることを特徴とする、請求項８又は請求項９に記載のステータ（１）を作製するための方法。
11. 前記扇形（３０）内で巻線（６）が少なくとも２回、軸方向内方へ既に巻装されたステータ極（３）の前にそれぞれ異なるワイヤ案内手段（１５）を回って案内されていることを特徴とする、請求項８、請求項９、又は請求項１０に記載のステータ（１）を作製するための方法。
12. 巻線（６）が、少なくとも２個のワイヤ案内手段（１５）を回ってジグザグ状に案内されていることを特徴とする、請求項８、請求項９、請求項１０、又は請求項１１に記載のステータ（１）を作製するための方法。
13. 軸平行方向に作用する保持ジオメトリを有するワイヤ案内手段（１５）がないことを特徴とする、請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載のステータ（１）を作製するための方法。
14. ロック片（３９）をステータ（１）に組み付けて、接続手段（５）を嵌合によってロックする方法ステップを特徴とする、請求項１に記載のステータ（１）を作製するための方法。
15. ハウジングキャップ（４０）をこれと一体的なロック片（３９）と共にステータ（１）に組み付けて接続手段（５）を嵌合によってロックする方法ステップを特徴とする、請求項１に記載のステータ（１）を作製するための方法。

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