JP6981959B2 - 電気モータのための磁気ホィール - Google Patents

Description

本発明は、ステータ（１９）とハウジング内に回転可能に軸承されたロータ（１８）を有し、ロータ（１８）上に相対回動不能に取り付けられている磁気ホィール（２）を有する、電気モータ（１）に関する。

独国特許公報第１９８２３６４０号明細書には、軸上に取り付けられた磁気ホィールが記述されており、それにおいて金属の軸とプラスチック結合された永久磁石の熱膨張係数が異なるにもかかわらず、プレス結合が形成される。この問題は、磁気ホィールが２つの軸方向部分からなり、その場合に第１の部分が軸へ向かって切り欠かれており、第２の部分はリング形状の補助ボディによって補強部材としてプレス取り付けされることによって、解決される。２つの軸方向部分によってより大きい軸方向の組み込み空間が必要となる。さらに、磁気ホィールは、組み込み長さが大きくなったにもかかわらず、片側の短い部分でしか固定されない。さらに、この配置は、補強手段を取り付けるための、付加的な接合プロセスを必要とする。

独国特許公報第１９８２３６４０号明細書

したがって本発明の課題は、磁気ホィールを有する電気モータにおいて、それが簡単に形成可能かつ取り付け可能であって、その場合にわずかな軸方向の長さしか必要とせず、かつステータ固定のセンサに対する正確な軸方向の対応づけと位置調節が可能であるようにすることである。

この課題は、本発明によれば、装置請求項１の特徴によって、かつ方法請求項２２の特徴によって解決される。磁気ホィール（２）が、磁気的特性のために設計されたマグネットリング（７）と支持体（３）からなり、その支持体は、剛性と耐熱性に対して特に高い要請が課されることのない、単純なプラスチック材料からなることが、提案される。支持体（３）が、ロータ（１８）の切り欠き（１２）内へ軸方向に延びて、その中へ嵌入する固定手段（４）を有しているので、すぐれた形状結合の回転連動が与えられる。

本発明の展開が、下位請求項に示されている。支持体（３）が、ロータ（１８）の軸（２５）に支持される１つの載置部又は複数の載置部（６）を有していると、好ましいことが明らかにされている。この支持によって、磁気ホィール（２）が傾く傾向を有し、あるいは傾いて取り付け得ることが、防止される。

この効果を永続的に保証することができるようにするために、１つもしくは複数の載置部（６）は、円筒外表面に適合された１つ／複数の載置面（３４）を有し、その載置面が軸（２５）に直接添接する。軸（２５）は同様に円筒外表面を有するので、大面積のぴったりとした１つもしくは複数の載置面（３４）が与えられ、その載置面は振動負荷を受けても形状変化にさらされず、上述した利点を失う。

その場合に好ましくは、３つあるいはそれより多い載置部（６）が設けられており、その載置部に径方向にスリーブ（２９）が連続し、あるいは載置部（６）において、この載置部がスリーブ形状である。それによって軸（２５）上の磁気ホィール（２）の正確なセンタリングが得られる。

一方で、磁気ホィール（２）の損傷の危険なしに簡単な取り付けを、他方では磁気ホィール（２）と軸（２５）の間のできるだけあそびのない結合を達成するために、１つもしくは複数の載置部（６）が軸（２５）と共に移行嵌めに従って寸法設計されている。

本発明の特に好ましい展開によれば、磁気ホィール（２）は１つ又は複数の軸ストッパ（３６）を有し、それが磁気ホィールから軸方向に張り出している。１つもしくは複数の軸ストッパ（３６）が、１つもしくは複数の載置部（６）に軸方向に連続している。それによって、取り付ける場合に、軸方向の圧力供給によって磁気ホィール（２）の最終的な位置を定められたように調節することができる。

スリーブ（２９）に、又はスリーブ形状の載置部（６）に径方向にリングディスク形状のハブ（３０）が連続している。ハブ（３０）は、軸（２５）もしくは載置部（６）及び／又はスリーブ（２９）とマグネットリング（７）との間の径方向の間隔を橋渡しするために用いられ、その場合に、射出成形材料の硬化後に変形をもたらすことになる、材料堆積ができるだけ生じないようにされる。したがってハブ（３０）はディスク形状であるので、支持体（３）全体が、その様々な領域内でほぼ等しい肉厚を有している。

好ましくはハブ（３０）に径方向にマグネット収容リング（９）が連続している。さらに、マグネット収容リング（９）はその軸方向の端部においてそれぞれリング壁（３７）によって軸方向に拡幅されており、その場合にマグネット収容リング（９）とリング壁（３７）の間に溝（３３）が形成されている。この溝（３３）は、マグネットリング（７）のための軸固定部として用いられる。マグネットリング（７）がリング形状であることに基づいて、マグネットリングはさらに、径方向に確実に保持される。

それぞれ形態にしたがって、マグネットリング（７）の少なくとも一部は、溝（３３）内に収容することができ、あるいはマグネットリング（７）は溝（３３）を越えて径方向に延びることができる。さらに、マグネットリング（７）は溝（３３）の外部で軸方向に、リング壁（３７）とマグネットリング（７）の軸方向の境界が１つの平面内に位置するような距離だけ、延びることができる。それによってより幅広のマグネットリング（７）が得られ、そのマグネットリングはより大きい確率をもって磁気ホィール（２）に直接対向する。この効果をさらに強化することができるようにするために、マグネットリング（７）は、それぞれ周囲幾何学配置がそれを許すかに応じて、リング壁（３７）を越えてさらに張り出すこともできる。

固定手段（４）は、少なくとも部分的に軸方向にハブ（３０）に連続する。しかしまた固定手段は、それぞれ固定手段（４）の直径及びロータ（１８）の該当する切り欠き（１２）がどのように寸法設計されているかに従って、少なくとも部分的に軸方向にマグネット収容リング（９）に連続することもできる。

固定手段が、磁気ホィール（２）から離隔した領域へ向かってだんだんと細くなるような、固定手段（４）の他の形態が、特に効果的である。これが、一方で、切り欠き（１２）内の接合プロセスを容易にし、他方では、圧入深さに従って圧入力が高まる。しかしテーパは比較的わずかであるので、磁気ホィール（２）の軸方向の長さは、比較的大きい軸方向の領域にわたって問題なく生じる。

この効果は、固定手段（４）がその軸方向の延びに沿って切り欠き（１４）を有し、その切り欠きがたとえばノッチ（４０）、スリット（３２）及び／又は中空室（３１）として形成できることによって、さらに改良される。というのは、それによって所定の可撓性が得られるからである。

力締めによる結合は、接合面が粗くなるほど、それだけ良好になる。したがって、固定手段（４）がロータ薄板パケット（２６）の切り欠き（１２）内に軸方向に力結合で、回転方向には形状結合で収容されていると、有意義である。

磁気ホィール（２）がその軸方向の位置に留まることを保証するために、ロータ薄板パケット（２６）と磁気ホィール（２）の間にばね（４２）が配置されており、そのばねが磁気ホィール（２）を第２の溝形玉軸受（１５）に軸方向に圧接させる。それによって部品数と取り付けの手間が増大することがないようにするために、ばね（４２）が支持体（３）の材料からなり、かつそれと一体的であると、有意義である。

課題の第２の解決は、以下の方法ステップを有する方法によって達成される：
ａ）軸（２５）、取り付けられた永久磁石（２７）を備えた、プレス取り付けされたロータ薄板パケット（２６）からなる、ロータアッセンブリを準備し；ｂ）磁気ホィール（２）をロータ薄板パケット（２６）の切り欠き（１２）内に前もって取り付け；ｃ）溝形玉軸受（１５）を軸（２５）上へプレス取り付けして、軸端部と溝形玉軸受（１５）のインナーリング（３９）との間の定められた間隔寸法を調節し、その場合に磁気ホィール（２）がさらにロータ薄板パケット（２６）の切り欠き（１２）内へ圧入される。この措置によって、磁気センサの位置に影響を与える、電気モータ（１）の個別部品の製造誤差を優雅なやり方で補償することができる。

さらに組み立てるために、永久磁石（２７）と磁気ホィール（２）のマグネットリング（７）が同時に磁化される。それによって付加的な方法ステップが省かれる。

そして、取り付けられたステータ（１９）と取り付けられた、固定軸受として用いられる第１の溝形玉軸受（８）とを有するハウジングカップ（１０）からなる、ステータアッセンブリが準備されて、ステータアッセンブリがロータアッセンブリ上に取り付けられて、その場合にスリーブ形状の工具が第１の溝形玉軸受（８）のインナーリング（３９）に添接されて、その溝形玉軸受が軸（２５）上に定められたようにプレス取り付けされる。

次に、例を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。

磁気ホィールの第１の実施形態を示す正面図である。 図１の磁気ホィールを破断して示す斜視図である。 図２の表示を他の視点から示す斜視図である。 磁気ホィールの第１の実施形態を示す断面図である。 磁気ホィールを示す他の断面図である。 磁気ホィールを示す他の正面図である。 ロータに取り付けられた磁気ホィールを示している。 磁気ホィールの第２の実施形態を示している。 磁気ホィールの第２の実施形態の変形例を示している。 第１の実施形態の磁気ホィールを有する電気モータを示している。

注：図面及び図面説明において、アポストロフィを有する参照符号とアポストロフィをもたない同様な参照符号は、名前の等しい個体を示している。それは、他の実施形態、従来技術における使用であり、かつ／又は単体は変形例である。請求項、明細書導入部、参照符号リスト及び要約は、簡潔にするために、アポストロフィなしの参照符号のみを有している。

図１から６は、支持体３とマグネットリング７からなる、磁気ホィール２の第１の実施形態を様々な視点から示している。支持体３は、リングディスク形状のハブ３０からなり、それに６つの固定手段４、中央のスリーブ２９及びマグネット収容リング９が連続している。マグネット収容リング９（図２を参照）は、互いに離隔した２つのリング壁３７によって径方向に続いている。マグネット収容リング９とリング壁３７は、互いに径方向外側へ向かって開放した溝３３（図２を参照）を形成している。溝３３は、マグネットリング７によって充填される。マグネットリング７は、リング壁３７を越えて径方向に連続して、円筒状の外側輪郭を形成している。マグネットリング７の軸方向の境界とリング壁３７の軸方向の境界は、１つの平面内に位置している。スリーブ２９は、マグネットリング７とリング壁３７に対して軸方向に張り出している。スリーブ２９には、径方向内側へ向かって３つの、互いに対して１２０°の角度間隔で配置された載置部６が連続しており、それらは支持手段として用いられる。これらの載置部は、円筒外表面に適合された、径方向内側の載置面３４を有している。これらは、組み立てられた状態において、軸２５（図９を参照）と共に移行嵌めを形成する。載置部６は、軸方向にそれぞれ軸ストッパ３６（図２を参照）を有している。これらは、第２の溝形玉軸受１５（図９を参照）に添接するために用いられる。軸ストッパ３６は、スリーブ２９に対して軸方向に張り出している。固定手段４は、だんだんと細くなる、スリットを備えたスリーブ２９の形状を有しており、中空室３１とそれぞれ内側へ向いたスリット３２とを有している。固定手段４は、磁気ホィール２のための回動防止として用いられる。固定手段４の端部に設けられた面取り３５（図３、４を参照）及びそのテーパも、ロータ薄板パケット２６の切り欠き１２内への導入を容易にする（図９を参照）。テーパは、さらに、この切り欠き１２内の固定的な力締めによる結合をもたらす。その場合にスリット３２は、固定手段４のある程度の可撓性を許すので、その直径がわずかに減少して薄板パケット内の切り欠き１２に適合することができる。固定手段４は、径方向にスリーブ２９からハブ３０を越えてマグネット収容リング９まで延びている。支持体３は、スリーブ２９、ハブ３０、固定手段４、載置部６及びマグネット収容リング９と一体である。マグネットリング７は、プラスチック結合された永久磁石２７（図１を参照）、たとえばＮｄＦｅＢのような、希土磁石からなる。磁気ホィール２は、２成分射出成形方法によって形成され、その場合にまず、可塑変形可能なプラスチック材料からなる支持体３が第１のキャビティ内で初期成形されて、次にプラスチック結合された永久磁石材料からなるマグネットリング７が、第２のキャビティ内で初期成形による支持体３と接合される。支持体３の材料には、非常に高い要請が課されることはない。というのは、ロータ薄板パケット２６との形状結合に基づいて、軸２５とのプレス結合を省くことができるからである。載置部９は、磁気ホィール２の傾きが発生し得ることを、阻止する。図１には、円錐形状の離型斜面４１が示唆されており、それが、射出成形型からの離型を容易にする。載置部６は、定められた載置面を提供するために、離型斜面４１を有していない。

図７は、ロータ１８に取り付けられた第１の実施形態の磁気ホィール２を、互いに対して１５０°傾斜した２つの切断平面（図１のＡ−Ａ線を参照）において示しており、その場合に支持体３と一体的な固定手段４はロータ薄板パケット２６の軸平行の切り欠き１２内へ延びており、かつその中に力結合で保持されている。支持体３と一体的な、磁気ホィール２の載置部６は、軸２５上に載置されている。それによって磁気ホィール２の傾きが阻止される。軸ストッパ３６は、溝形玉軸受１５のインナーリング３９に軸方向に添接している。それによって、溝形玉軸受１５を接合する場合に、切り欠き１２内の固定手段４の圧入深さを調節することが、可能である。原則的に、固定手段４の数は自由に選択可能であるが、少なくとも２つ、好ましくは３つ以上の固定手段４を設けることが推奨される。

図８は、支持体３’とマグネットリング７’を有する磁気ホィール２’の第２の実施形態を様式化して示している。ここでは２つの固定手段４'が支持体３'と一体的であって、その固定手段は支持体３'から離れるように軸平行に延びている。固定手段４'には、それぞれ４つのだんだんと細くなるリブ３８が設けられており、それらはクロス形状の配置を形成し、ノッチ４０によって互いに分離されている。ここでは、載置部６は、簡潔にするために、取り去られているが、第１の実施形態におけるのと同様に形成することができる。離散的な載置部の代わりに、リング形状の載置部６'を使用することもできる。

図９は、磁気ホィール２”の第２の実施形態の変形例を示しており、それにおいてプラスチックからなるばね４２が支持体３"と一体である。ばね４２は、２つの互いに離隔し、かつウェブ１７を介して互いに結合されているリング１３からなる。他のウェブ１７が、第１のリング１３を支持体３”と結合している。リング１３の間に配置されているウェブ１７は、支持体３"とセンサ４３（図１０を参照）の間に配置されているウェブ１７に対して９０°角度変位している。外側のリング１３に、軸方向に２つの突出部２３が連続しており、それらは、リング１３を結合するウェブ１７に対して９０°角度変位している。突出部２３は、ロータ薄板パケット２６に添接するための定められた添接面として用いられる。ウェブ１７が互いに対して、そして突出部２３がウェブ１７に対して角度変位していることにより、ウェブ１７の間におけるリング１３の領域が軸方向にばね弾性的に変位可能であることによって、ばね４２の可撓性が可能になる。ばね４２によって常に、磁気ホィール２"が第２の溝形玉軸受１５に添接することが、保証される。

図１０は、電気モータ１の組み立て図面を示しており、その電気モータは電子的に整流される直流モータであって、それは、永久磁石２７を搭載したロータ１８、巻き線２４が巻かれたステータ１７及びハウジングを有している。ハウジングは、軸受シールド２０とハウジングカップ１０からなる。ロータ１８は、滑らかな軸２５、ロータ薄板パケット２６、永久磁石２７及び磁気ホィール２からなり、その磁気ホィールが支持体３（図１から６を参照）上に保持されており、その支持体が固定手段４を介してロータ薄板パケット２６の切り欠き１２内へ軸方向に圧入されている。センサ４３が磁気ホィール２と協働し、そのセンサは導体基板２１上で磁気ホィール２に対して径方向に配置されている；代替的に、軸方向の配置も可能である。導体基板２１は、射出被覆された導体薄板として形成されており、それがコネクタ２２を有している。さらに、ばね鋼ディスク５によって固定されている第１の溝形玉軸受８、第２の溝形玉軸受１５、切り欠き１４内に固定されているカバーキャップ１６、フランジ付けされた歯車ポンプ２８およびステータ薄板パケット１１が示されている。磁気ホィール２を取り付ける場合に、ロータ１８に対する軸方向の位置は、所定の限界内でそれぞれの実際寸法に適合させることができる。そのために軸ストッパ３６（図１から６を参照）が用いられ、その軸ストッパは第２の溝形玉軸受１５のインナーリング３９に支持することができる。このようにして、センサ４３に対する正確な位置対応が形成される。磁気ホィール２とロータ１８は、それぞれ３つのＮ極と３つのＳ極を有している。

１ 電気モータ
２ 磁気ホィール
３ 支持体
４ 固定手段
５ ばね鋼ディスク
６ 載置部
７ マグネットリング
８ 第１の溝形玉軸受
９ マグネット収容リング
１０ ハウジングカップ
１１ ステータ薄板パケット
１２ 切り欠き
１３ リング
１４ 切り欠き
１５ 第２の溝形玉軸受
１６ カバーキャップ
１７ ウェブ
１８ ロータ
１９ ステータ
２０ 軸受シールド
２１ 導体基板
２２ コネクタ
２３ 突出部
２４ 巻き線
２５ 軸
２６ ロータ薄板パケット
２７ 永久磁石
２８ 歯車ポンプ
２９ スリーブ
３０ ハブ
３１ 中空室
３２ スリット
３３ 溝
３４ 載置面
３５ 面取り
３６ 軸ストッパ
３７ リング壁
３８ リブ
３９ インナーリング
４０ ノッチ
４１ 離型斜面
４２ ばね
４３ センサ

Claims (17)

1. ステータ（１９）と、ハウジング内に溝形玉軸受（１５）により回転可能に軸承されているロータ（１８）とを有し、前記ロータ（１８）に軸（２５）を介して相対回動不能に取り付けられている磁気ホィール（２）を有する、電気モータ（１）において、
   前記磁気ホィール（２）が、プラスチック材料からなる支持体（３）とマグネットリング（７）を有し、かつ前記支持体（３）が固定手段（４）及び１以上の支持部（６）を有し、かつ前記支持体（３）が、ばね（４２）を介して前記ロータ（１８）のロータ薄板パケット（２６）に取り付けられており、
   前記固定手段（４）が前記ロータ（１８）の前記ロータ薄板パケット（２６）の切り欠き（１２）内へ軸方向に嵌入して力結合しており、かつ前記磁気ホィール（２）が前記ばね（４２）によって前記溝形玉軸受（１５）に軸方向に圧接しており、
   前記支持部（６）が前記軸（２５）に直接添接して前記磁気ホィール（２）が前記軸（２５）に径方向に支持されており、
   前記磁気ホィール（２）が、軸方向及び径方向に固定されていることによって、前記軸（２５）に対して傾くことが防止される、ことを特徴とする電気モータ（１）。
2. 前記支持部（６）が、径方向内側に１つの支持面（３４）を有し、前記支持面（３４）が前記軸（２５）に直接添接する、ことを特徴とする請求項１に記載の電気モータ（１）。
3. 前記支持体（３）は、
   ３以上の前記支持部（６）を有し、かつ、前記３以上の前記支持部（６）に径方向にスリーブ（２９）が連続している、あるいは、
   前記支持部（６）において、前記支持部（６）がスリーブ形状である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気モータ（１）。
4. 前記支持体（３）は、前記磁気ホィール（２）の軸方向の位置を調節するための１つ又は複数の軸ストッパ（３６）を有し、前記軸ストッパが前記支持体（３）から軸方向に張り出している、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電気モータ（１）。
5. １つもしくは複数の前記軸ストッパ（３６）が、１つもしくは複数の前記支持部（６）に軸方向に連続している、ことを特徴とする請求項４に記載の電気モータ（１）。
6. 前記磁気ホィール（２）が、前記軸ストッパ（３６）を介して前記溝形玉軸受（１５）のインナーリング（３９）に軸方向に支持可能である、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の電気モータ（１）。
7. 前記支持体（３）は、スリーブ（２９）に、あるいはスリーブ形状の前記支持部（６）に、径方向に連続しているリングディスク形状のハブ（３０）を有する、ことを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の電気モータ（１）。
8. 前記支持体（３）は、前記ハブ（３０）に径方向に連続しているマグネット収容リング（９）を有する、ことを特徴とする請求項７に記載の電気モータ（１）。
9. 前記マグネット収容リング（９）がその軸方向の端部において、それぞれ径方向に拡幅されたリング壁（３７）を有し、前記マグネット収容リング（９）と前記リング壁（３７）の間に溝（３３）が形成されている、ことを特徴とする請求項８に記載の電気モータ（１）。
10. 前記マグネットリング（７）の少なくとも一部が、溝（３３）内に収容されている、ことを特徴とする請求項９に記載の電気モータ（１）。
11. 前記マグネットリング（７）が前記溝（３３）を越えて径方向に延びている、ことを特徴とする請求項１０に記載の電気モータ（１）。
12. 前記リング壁（３７）の前記溝（３３）とは反対側の軸方向の端部と前記マグネットリング（７）の前記溝（３３）の外部における軸方向の端部が１つの平面内に位置している、ことを特徴とする請求項１１に記載の電気モータ（１）。
13. 前記固定手段（４）が、少なくとも部分的に、前記ハブ（３０）に軸方向に連続している、ことを特徴とする請求項７から１２のいずれか１項に記載の電気モータ（１）。
14. 前記固定手段（４）が、少なくとも部分的に、前記マグネット収容リング（９）に軸方向に連続している、ことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の電気モータ（１）。
15. 前記固定手段（４）が、前記磁気ホィール（２）から離隔した領域へ向かってだんだんと細くなっている、ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の電気モータ（１）。
16. 前記固定手段（４）が、その軸方向の延びに沿ってノッチ（４０）、スリット（３２）又は中空室（３１）を有している、ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の電気モータ（１）。
17. 前記ばね（４２）が、前記支持体（３）の材料からなり、かつそれと一体である、ことを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の電気モータ（１）。

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