JP2009060783A - 電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】集中型巻線を有する多極ＰＭＤＣモータ、及びこのようなモータを組み込んだ冷却ファンモジュールを提供する。
【解決手段】ＤＣモータは、永久磁石固定子を収容する固定子ハウジングと、固定子に直面して回転可能にマウントされた回転子であって、シャフト、このシャフトに固定され且つ突極を形成するラミネーションを有する回転子コア、この回転子コアの一端付近でシャフトに固定された整流子、回転子コアの極の周りに巻かれ且つ整流子に終端された巻線であって、回転子の単一極の周りに各々巻かれる巻線、を有する回転子と、巻線に電力を伝達するために整流子にスライド接触するブラシより成るブラシギアとを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、整流子を伴う巻線型回転子を有する電気モータに係り、より詳細には、集中型巻線を有する多極ＰＭＤＣモータ、及びこのようなモータを組み込んだ冷却ファンモジュールに係る。ここで使用する「多極」という語は、４個以上の固定子極を有するモータを意味する。本発明は、６個又は８個の固定子極を有するＰＭＤＣモータに特に適用されるが、４個ないし２０個の固定子極を有するモータにも適用できるものである。

ＰＭＤＣモータは、良く知られており、多数の用途を有している。顧客の需要によって駆り立てられる現在のトレンドは、小型で、軽量で、及び／又はよりパワフルなモータである。１つのこのような用途は、乗物エンジン用冷却モジュールのファンモータである。近代的な乗物エンジン区画では常にスペースが貴重であり、又、燃料消費量を減少するための主たる目標は、重量である。従って、性能を下げずに、より小型で、より軽量のモータが要望される。

固定子極の数が、例えば、２極から４極へ増加すると、電力密度が高くなり、これは、モータの性能を高めるように試みるときに重要である。しかしながら、他のファクタにも影響が及ぶ。通常、モータの物理的サイズを減少するときに、他の設計変更がなされなければ、性能が低下することになる。

ＤＣ（直流）永久磁石モータには、通常、整流子を伴う巻線型回転子が使用される。この形式の回転子は、多数の突極又は歯を有し、その周りに電機子巻線が巻かれる。これら巻線は、歯の周りにコイルを形成し、そして回転子は、巻線が延びる巻線トンネルを形成する多数のスロットを有する。従って、コイルは、スロット内に存在する２つの軸方向に延びる部分と、回転子コアのいずれかの軸方向端の軸方向を横断するように延びるヘッドとして知られた２つの端部とを有している。ヘッドは、力を与えるものではなく、コイルの軸方向に延びる部分間に電気的接続を与えるように働くに過ぎない。ほとんどの回転子では、コイルの配置及び巻線技術のために、幾つかのヘッドが他のヘッドを覆い又はその上に交差する。従って、あるヘッドは、１つ、２つ又はそれ以上の大切に巻かれたヘッドに交差するために、回転子コアから、相当の距離、軸方向に延びねばならない。この距離は、モータの性能には何も付加しないが、モータの軸方向長さ、ひいては、コイルを形成するのに使用されるワイヤの全量を増加させる。

ヘッドの高さを減少する１つの既知の方法が、ゲートＳＰＡによるヨーロッパ特許ＥＰ１０９３２０８号に説明されており、これは、非対称的ラミネーションとして知られた電機子ラミネーションを有する４極１６スロットモータを示している。非対称的ラミネーションは、巻線ヘッドの重畳を減少又は排除することにより巻線ヘッドの高さを減少するように設計されている。しかしながら、この設計は、複雑なスロット形状のために首尾良く製造することが困難であると分かっている。

別の方法は、集中型巻線として知られた巻線技術を使用することである。集中型巻線とは、単一極の周りに巻かれた巻線である。このように、コイルが別の極のコイルに重畳しないので、ヘッド高さが最小に保たれる。しかしながら、多数の極をもつ電機子の場合には、集中型巻線は、通常、オプションではない。というのは、個々のコイルのスパン（即ち、コイルの軸方向部分の周囲方向間隔）が、そのスパンを形成する極の面により決定される固定子極の周囲方向巾に比して小さいためである。

回転子コアにスロットを形成することにより回転子極が形成されるときには、回転子極数が、固定子極数との混同を減少するためにしばしば回転子スロット数又は単にスロット数と称され、固定子極数は、単に極数と称される。整流子セグメントは、一般に、バーと称される。従って、６個の固定子極、９個の回転子極、及び１８セグメントの整流子を伴うモータは、６極９スロット１８バーモータと称される。この慣習は、本明細書でも適宜に使用される。バーの数がスロットの数に等しいときには、通常、バーの数は言及しない。固定子極と回転子極との間の混同を避けるために、回転子極を指すときには「歯」という語を使用することができる。

従って、性能又はパワーを減少せずにＰＭＤＣモータの重量及びサイズを減少することが望まれる。又、５つ以上の固定子極を有するＰＭＤＣモータについても、これを達成することが望まれる。バー対バーの電圧を下げるための仕方として多極モータが普及してきており、さもなければ、高パワーモータにとって整流は困難である。

これを達成する１つの好ましい仕方は、モータの軸方向長さを減少し、モータをよりコンパクトで軽量にし、且つ使用するワイヤの量を減少して、材料コストを節約することである。

これを行う１つの仕方は、集中型巻線を伴う回転子を使用することである。

本発明は、既知の集中型巻線モータに関連した問題を緩和することに向けられる。より詳細には、多極永久磁石固定子を、固定子極の１．３ないし１．６倍、特に、１．５倍のスロットを有する回転子と、スロットの２倍のバーをもつ整流子と、スロットの２倍の回転子コイルと共に使用し、各突出回転子歯が２つの回転子コイルを有し、そして各回転子コイルが単一の各回転子歯の周りに巻かれることにより、性能が改善された集中型巻線を有するモータが形成されることが分かった。これは、より大きなトルク、より高い効率、及び／又はより高い電力密度を有するモータを生じさせることができる。より高い電力密度とは、同じ電力出力に対してモータをより小型にでき、又は同じ物理的サイズに対してより高い電力出力を発生できることを意味する。新規なモータは、しばしば、より小型で且つよりパワフルなものとなる。

従って、本発明は、その１つの態様において、２ｎ個の極を有する永久磁石固定子を収容する固定子ハウジングと、固定子に直面して回転可能にマウントされた回転子であって、シャフト、このシャフトに固定された回転子コア、この回転子コアの一端付近でシャフトに固定された整流子、回転子コアの歯の周りに巻かれ且つ整流子のセグメントに電気的に接続された巻線を含む回転子と、巻線に電力を伝達するために整流子にスライド接触する複数のブラシより成るブラシギアと、を備えたＤＣモータにおいて、回転子コアは、ｍ個の回転子歯を有し、回転子巻線は、２ｍ個のコイルを有し、各コイルは、回転子歯の各１つの歯の周りに巻かれ、各回転子歯は、前記コイルの２つを支持し、整流子は、２ｍ個のセグメントを有し、各コイルは、隣接する整流子セグメントの各対に接続され、各セグメントは、前記コイルの２つに各々電気的に接続され、更に、２．６ｎ≦ｍ≦３．２ｎである、ＤＣモータを提供する。

好ましくは、ｎは、２より大きく且つ１０より小さい整数である。最も好ましくは、ｎは、３又は４である。

好ましくは、ｍは、３ｎに等しい。

好ましくは、ブラシギアは、２ｎ個のブラシを有する。

好ましくは、回転子は、選択されたセグメントを電気的に一緒に接続する複数のイコライザを有する。

好ましくは、固定子は、６個の固定子極を有し、そして６個のイコライザがあって、各イコライザは、セグメントの各グループを一緒に電気的接続する。

好ましくは、セグメントの各グループは、整流子の周りで６０°周囲方向に離間された一対のセグメントを含む。

好ましくは、ブラシは、整流子の周りで周囲方向に不等離間される。

好ましくは、ブラシギアは、６個のブラシを有し、固定子は、６個の固定子極を有し、そしてイコライザが存在しない。

好ましくは、ブラシは、整流子の周りで周囲方向に等離間される。

好ましくは、固定子は、８個の固定子極を有し、そして１２個のイコライザがあり、各イコライザは、セグメントの各対を電気的に一緒に接続する。或いは又、６個のイコライザがあって、各イコライザは、整流子の接触表面に周りに等離間された４つの各セグメントを電気的に一緒に接続する。

好ましくは、セグメント対の各セグメントは、整流子の周りで周囲方向に４５°離間される。

好ましくは、バスは、整流子の周りで周囲方向に不等離間される。

好ましくは、ブラシギアは、８個のブラシを有し、固定子は、８個の固定子極を有し、そしてイコライザは存在しない。

好ましくは、ブラシは、整流子の周りで周囲方向に等離間される。

好ましくは、巻線は、巻線が整流子の周りで、あるセグメントから次のセグメントへと順次に進行するように配列される。

好ましくは、巻線は、各歯が２つのコイルを有し且つ歯の各コイルが互いに逆方向に巻かれるように配列される。

好ましくは、巻線は、各コイルが、各端において、逆方向に巻かれたコイルに接続されるように配列される。

好ましくは、各コイルは、隣接歯の周りに巻かれた第１コイルに接続される。

好ましくは、コイルは、１つの歯だけ離間されて歯の周りに巻かれた第２コイルにも接続される。

好ましくは、第１コイル及び第２コイルは、当該コイルの周囲方向に互いに逆の側に位置される。

好ましくは、各歯は、固定子を向いた面を有し、そして各面は、多数の軸方向に延びる溝を有する。

第２の態様によれば、本発明は、永久磁石固定子と、巻線型回転子とを備え、固定子は、偶数の磁極を有し、そして回転子は、シャフト、シャフトに固定された回転子コア、回転子巻線が巻かれるｍ個の突出歯、コアの付近でシャフトに固定される整流子を有し、この整流子は、巻線が接続される端子を有する２ｍ個の整流子セグメントを有するものであるＤＣモータにおいて、回転子巻線は、２ｍ個の回転子コイルを有し、各コイルは、突出歯の各１つの周りに巻かれ、各回転子歯には、２つの回転子巻線コイルが巻かれて、回転子コイル対を形成し、各回転子コイル対のコイルは、逆の極性で巻かれ、そして各コイルの端は、整流子の隣接セグメントに接続されることを特徴とするＤＣモータを提供する。

好ましくは、多数のイコライザが、整流子セグメントの所定グループを電気的に一緒に接続する。

最も好ましくは、モータは、６極９スロット１８バーモータであるか、又は８極１２スロット２４バーモータである。

更に別の態様によれば、本発明は、乗物のラジエータに係合されてカウリングを形成するハウジングと、そのカウリング内に配置されてカウリングを通る空気の流れを発生するファンと、ハウジングにより支持されてファンを駆動するモータとを備えた乗物の内燃機関のための冷却ファンモジュールにおいて、モータが集中型巻線を伴うＰＭＤＣモータである冷却ファンモジュールを提供する。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を一例として詳細に説明する。

図１は、例えば、乗物のラジエータを冷却するのに使用する冷却ファンモジュール１０を示す。このモジュールは、ラジエータ等に嵌合されるファンカウリングを形成するハウジング１１を有する。ハウジングは、冷却空気の流れを発生するためのファン１３を駆動する電気モータ１２を支持する。

図２は、モータ１２の分解図である。モータは、第１エンドキャップ１４と、回転子１５と、固定子ハウジング１６と、ブラシ２６を支持するブラシカード１７の形態のブラシギアと、モータをモジュールハウジングに固定するための取り付け突起１９を有する第２のエンドキャップ１８とを有する。固定子ハウジング１６は、この場合、６個の永久磁石２０を備えた永久磁石固定子を支持する。固定子ハウジングは、２つのエンドキャップ１４、１８により閉じられる開放端を有する。回転子１５は、シャフト２１と、このシャフト２１に固定されたコア２２と、コアの一端付近でシャフトに固定された整流子２３と、コアの歯（回転子突極）の周りに巻かれて整流子に終端された巻線２４とを有する。回転子１５は、固定子に直面したコア及びシャフト２１が、エンドキャップ１４、１８により保持されたベアリング２５に回転可能に支持されるようにして、ハウジング内に取り付けられる。シャフト２１は、第１のエンドキャップ１４を通して延びて、ファンに係合する。ブラシカード１７は、第２のエンドキャップ１８の付近に配置されて、それにより支持されるのが好ましい。ブラシカード１７は、ブラシかごにスライド可能に受け入れられるブラシを支持し、整流子２３とスライド接触させる。この例では、６個の永久磁石が６個の固定子極をなし、そして４個のブラシが、周辺方向に離間された位置で整流子に係合している。

回転子巻線は、図２に、コア２２上のかたまり２４によって表わされている。実際に、ワイヤのコイルである巻線は、コアの個々の歯の周りに巻かれ、歯当たり２つのコイルとなる。各コイルは、２つの軸方向部分と、２つの横方向部分とを有する。軸方向部分は、回転子を通して軸方向に延びる。横方向部分は、回転子の軸に対して横方向に延び、軸方向部分を単に接続する。横方向部分は、巻線ヘッドとしても知られている。

図３に示すように、固定子は、固定子ハウジング１６と、固定子極を形成する６個の磁石２０とを含む。回転子１５は、９個のＴ字型の歯２７を有する回転子コア２２と、各歯に巻かれた二層巻線２４と、１８セグメントの整流子２３とを備えている。

回転子コア２２は、軟鋼、ケイ素鋼及びステンレススチールのようなシート金属材料から型抜された多数のラミネーションを一緒にスタックすることにより形成される。スパイダーとして知られている絶縁層（図示せず）がラミネーションのスタックの軸方向両端に配置されて、回転子コアの鋭い縁から巻線を保護する。各スパイダーは、電気絶縁材から作られ、射出成形プラスチック部品であるのが好ましい。スパイダーに代わるものとしては、コイルを巻く前にコアに施されるエポキシコーティングがある。しかしながら、エポキシコーティングは、高価であり、且つ施すのに時間がかかる。

各歯２７は、同一であり、エアギャップを横切って固定子に向いた面を有する。各歯２７は、歯の面に沿って軸方向に延びる２つの溝２８を有する。各対の溝２８は、歯の中心線から周囲方向に等離間される。

図４は、回転子のためのコンポーネントを直線的にレイアウトした状態で図３のモータを展開した巻線図である。歯、整流子セグメント、ブラシ及び巻線が概略的に示されている。歯Ｔ１ないしＴ９は、上の行に沿ってフラットに置かれる。整流子セグメントＣ１ないしＣ１８は、第２の行に沿ってフラットに置かれる。巻線の描写を容易にするために、行の終りにおいて整流子セグメントＣ１ないしＣ３が繰り返される。ブラシＢ１ないしＢ４は、整流子セグメントの下で適当に離間された位置に示されている。

巻線は、線ＷＡ１ないしＷＡ９及びＷＢ１ないしＷＢ９によって表わされる。各歯は、内側巻線であるＡ巻線と、外側巻線であるＢ巻線とで表わされた二重巻線を有する。内側のＡ巻線は、歯の周りを時計方向に巻かれて示されており、そして外側のＢ巻線は、歯の周りを反時計方向に巻かれて示されている。

巻き付けプロセスについて説明する。巻き付けは、電機子ワイヤの一端を整流子セグメント、例えば、Ｃ１に接続することにより開始される。このワイヤは、次いで、歯Ｔ１の周りを時計方向（ＣＷ）に巻かれ、次いで、整流子セグメントＣ２に接続されて、コイルＷＡ１を形成する。次いで、このワイヤは、歯Ｔ９の周りを反時計方向（ＣＣＷ）に巻いて、セグメントＣ３に接続することにより、巻線ＷＢ９を形成する。次いで、このワイヤは、歯Ｔ２の周りをＣＷに巻かれて、ＷＡ２を形成し、次いで、セグメントＣ４に接続される。次いで、このワイヤは、歯Ｔ１の周りをＣＣＷに巻かれて、セグメントＣ５に接続され、巻線ＷＢ１を形成する。巻き付けプロセスは、このように続けられて、全ての巻線が巻かれ、そしてワイヤが最終的に第１セグメントＣ１に終端される。従って、巻き付けプロセスは、あるセグメントから次のセグメントへと順次に進められ、第１の極の周りをＣＷに巻き、次いで、手前の歯の周りをＣＣＷに巻き、次いで、２つの歯だけ進んで歯の周りをＣＷに巻き、次いで、１つの歯だけ戻って歯の周りをＣＣＷに巻き、即ち１つの歯だけ後退してＣＷに巻き、２つの歯だけ前進してＣＣＷに巻き、１つの歯だけ後退してＣＷに巻き、ＣＣＷに巻き、等々、巻線が完成するまで行う。この巻き付け方法では、巻線ＷＢ９がコイルＷＡ９の前に巻かれ、従って、巻線ＷＢ９が内側コイルとなり、ＷＡ９が外側コイルとなることに注意されたい。しかしながら、これは、モータの動作に影響するものではなく、内側及び外側表示は、巻き付けパターンを説明する上で便宜上選択されたものである。

ブラシＢ１ないしＢ４は、整流子の周りで等離間されていない。６極モータの場合には、６個のブラシ、即ち３対が予想される。しかしながら、これは高価であり、ここに示す実施形態では、４つのブラシ、即ち２対のブラシが使用される。従って、ブラシは、直径方向に対向した対で離間され、これらの対は、３対のブラシがあって１つが除去されたかのように離間され、即ち１つの対Ｂ１及びＢ３は、第２の対Ｂ２及びＢ４から６０度だけ離間される。即ち、Ｂ１は、Ｂ２から６０°であり、Ｂ２は、Ｂ３から１２０°であり、Ｂ３は、Ｂ４から６０°であり、Ｂ４は、Ｂ１から１２０°である。Ｂ１及びＢ４が電気的に一緒に接続され、例えば、負のブラシであり、一方、Ｂ２及びＢ３が電気的に接続され、例えば、正のブラシである。

第３の対のブラシのロスを補償するために、６個のイコライザＥ１−Ｅ６が６対の整流子セグメントを一緒にリンクし又は短絡し、モータが、３対のブラシを有するかのように動作できるようにする。

図５は、図３のモータの若干変更された実施形態の展開巻線図である。巻線は、図４と同じであり、同じ部分に同じ参照番号が使用されている。その相違は、整流子が６個のイコライザＥ１−Ｅ６を有し、各イコライザが、離間された整流子セグメントのグループを電気的に一緒に接続することである。この実施形態では、各グループに３つの整流子セグメントがあり、そして各グループのセグメントは、整流子の接触面の周りに等離間される。モータは、１対又は２対のブラシを有する。１対のブラシでは、イコライザが欠落ブラシに接触されるべきセグメントに電力を供給し、従って、モータが、３対のブラシを有するかのように動作できるようにする。２対のブラシでも、イコライザが欠落ブラシに接触されるべきセグメントに電力を供給し、従って、モータが、３対のブラシを有するかのように動作できるようにする。従って、ブラシの対は、負荷を分担するように電気的に並列に接続され、そしてイコライザは、ブラシ間の電流循環に関連した問題を防止する。

図６及び７は、本発明の別の実施形態を示す。モータは、８極（８個の固定子極）１２スロット（１２個の回転子極）２４バー（２４個の整流子セグメント）モータである。４個のブラシが整流子にスライド接触している。ブラシは、整流子の周りで周囲方向に離間され、そして対角方向に対向したブラシが電気的に一緒に接続される。

固定子は、固定子ハウジング及び８個の磁極を含む。回転子は、１２個の歯を有する回転子コアと、二層巻線と、２４個セグメントの整流子とを含む。

図７は、図４と同様の図で、図６の電機子の展開巻線図である。

歯、整流子セグメント、ブラシ及び巻線が概略的に示されている。歯Ｔ１−Ｔ１２は、上の行に沿ってフラットに置かれる。整流子セグメントＣ１−Ｃ２４は、第２の行に沿ってフラットに置かれる。巻線の描写を容易にするために、行の終りにおいて整流子セグメントＣ１ないしＣ３が繰り返される。ブラシＢ１ないしＢ４は、整流子セグメントの下で適当に離間された位置に示されている。

巻線は、線ＷＡ１ないしＷＡ１２及びＷＢ１ないしＷＢ１２によって表わされる。各歯は、内側巻線であるＡ巻線と、外側巻線であるＢ巻線とで表わされた二重巻線を有する。内側のＡ巻線は、歯の周りを時計方向に巻かれて示されており、そして外側のＢ巻線は、歯の周りを反時計方向に巻かれて示されている。

巻き付けプロセスは、図３及び４に示された第１の実施形態に使用されたものと同様である。巻き付けは、電機子ワイヤの一端を整流子セグメント、例えば、Ｃ１に接続することにより開始される。このワイヤは、次いで、歯Ｔ１の周りを時計方向（ＣＷ）に巻かれ、次いで、整流子セグメントＣ２に接続されて、コイルＷＡ１を形成する。次いで、このワイヤは、歯Ｔ１２の周りを反時計方向（ＣＣＷ）に巻いて、セグメントＣ３に接続することにより、巻線ＷＢ１２を形成する。次いで、このワイヤは、歯Ｔ２の周りをＣＷに巻かれて、ＷＡ２を形成し、次いで、セグメントＣ４に接続される。次いで、このワイヤは、歯Ｔ１の周りをＣＣＷに巻かれて、セグメントＣ５に接続され、巻線ＷＢ１を形成する。巻き付けプロセスは、このように続けられて、全ての巻線が巻かれ、そしてワイヤが最終的に第１セグメントＣ１に終端される。従って、巻き付けプロセスは、あるセグメントから次のセグメントへと順次に進められ、第１の歯の周りをＣＷに巻き、次いで、手前の歯の周りをＣＣＷに巻き、次いで、２つの歯だけ進んで歯の周りをＣＷに巻き、次いで、１つの歯だけ戻って歯の周りをＣＣＷに巻き、即ち１つの歯だけ後退してＣＷに巻き、２つの歯だけ前進してＣＣＷに巻き、１つの歯だけ後退してＣＷに巻き、ＣＣＷに巻き、等々、巻線が完成するまで行う。

第１の実施形態に関して上述したように、この巻き付け方法では、巻線ＷＢ１２がコイルＷＡ１２の前に巻かれ、従って、巻線ＷＢ１２が内側コイルとなり、ＷＡ１２が外側コイルとなることに注意されたい。しかしながら、これは、モータの動作に影響するものではなく、内側及び外側表示は、巻き付けパターンを説明する上で便宜上選択されたものである。

ブラシＢ１ないしＢ４は、整流子の周りで等離間されていない。８極モータの場合には、８個のブラシ、即ち４対が予想される。しかしながら、これは高価であり、ここに示す実施形態では、４つのブラシ、即ち２対のブラシが使用される。従って、ブラシは、隣接対で配列され、これらの対は、４対のブラシがあって２つの交互のブラシ対が除去されたかのように離間され、即ち１対の隣接ブラシＢ１及びＢ２が第２対の隣接ブラシＢ３及びＢ４と直径方向に対向し、各対のブラシは、４５°だけ離間される。即ち、Ｂ１は、Ｂ２から４５°であり、Ｂ２は、Ｂ３から１３５°であり、Ｂ３は、Ｂ４から４５°であり、Ｂ４は、Ｂ１から１３５°である。Ｂ１及びＢ３が電気的に一緒に接続され、例えば、負のブラシであり、一方、Ｂ２及びＢ４が電気的に接続され、例えば、正のブラシである。

第３及び第４のブラシ対のロスを補償するために、１２個のイコライザＥ１−Ｅ１２があって、その各々が、２つの整流子セグメントを一緒にリンクする。従って、各セグメントは、４５°離間された別のセグメントに電気的に接続されて、モータが、４対のブラシを有するかのように動作できるようにする。好ましくは、最初の６個のセグメントＣ１−Ｃ６がセグメントＣ７−Ｃ１２に各々接続され、そしてセグメントＣ１３−Ｃ１８がセグメントＣ１９−Ｃ２４に各々接続される。

図８は、図６のモータの若干変更された実施形態の展開巻線図である。巻線は、図７と同じであり、同じ部分に同じ参照番号が使用されている。その相違は、整流子が６個のイコライザＥ１−Ｅ６を有し、各イコライザが、離間された整流子セグメントのグループを電気的に一緒に接続することである。この実施形態では、各グループに４つの整流子セグメントがあり、そして各グループのセグメントは、整流子の接触面の周りに等離間される。モータは、１対又は２対のブラシを有する。１対のブラシでは、イコライザが欠落ブラシに接触されるべきセグメントに電力を供給し、従って、モータが、４対のブラシを有するかのように動作できるようにする。２対のブラシでも、イコライザが欠落ブラシに接触されるべきセグメントに電力を供給し、従って、モータが、４対のブラシを有するかのように動作できるようにする。従って、ブラシの対は、負荷を分担するように電気的に並列に接続され、そしてイコライザは、ブラシ間の電流循環に関連した問題を防止する。

モータの動作について以下に述べる。モータ端子に電力が供給されると、選択されたセグメントにブラシが接触しているので、選択されたコイルに電流が流れる。電流は、１つのブラシに流れ、１つのセグメントに流れ、次いで、種々のコイルに流れて、固定子の磁石に関して回転子を駆動するに必要な磁力を生成する。

第１の実施形態を第１の例として取り上げ、図４のブラシＢ３を見ると、それがセグメントＣ１０のみに接触するときに、電流路は、次のようになる。
Ｂ３−Ｃ10−ＷＢ４−Ｃ11−ＷＡ６−Ｃ12−ＷＢ５−Ｃ13−Ｂ４ (ｉ)
Ｂ３−Ｃ10−ＷＡ５−Ｃ９−ＷＢ３−Ｃ８−ＷＡ４−Ｃ７−Ｅ１−Ｃ１−Ｂ１ (ii)

ライン（ｉ）に比してライン（ii）において電流が逆方向になると、次の磁極が生成される。
Ｔ４(Ｓ)−Ｔ６(Ｎ)−Ｔ５(Ｓ) (ｉ)、及びＴ５(Ｓ)−Ｔ３(Ｎ)−Ｔ４(Ｓ) (ii)

従って、歯Ｔ４及びＴ５に二重のＳ極を得、歯Ｔ３及びＴ６にＮ極を得る。

ブラシＢ３がＣ１１のみに接触するときには、電流路は、次の通りである。
Ｂ３−Ｃ11−ＷＡ６−Ｃ12−ＷＢ５−Ｃ13−ＷＡ７−Ｃ14−Ｂ４ (Ｉ)
Ｂ３−Ｃ11−ＷＢ４−Ｃ10−ＷＡ５−Ｃ９−ＷＢ３−Ｃ８−Ｅ２−Ｃ２−Ｂ１ (II)

これは、次の磁界を与える。
Ｔ６(Ｎ)−Ｔ５(Ｓ)−Ｔ７(Ｎ) (Ｉ)
Ｔ４(Ｎ)−Ｔ５(Ｓ)−Ｔ３(Ｎ) (II)

従って、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ６及びＴ７は、Ｎ極であり、そしてＴ５は、二重Ｓ極である。
ブラシＢ２に対しても同様の電流路が生じる。

図６及び７の第２の実施形態の場合に、図７のブラシＢ３を見ると、それがセグメントＣ１３に接触するときに、次の電流路は形成される。
Ｂ３−Ｃ13−ＷＡ７−Ｃ14−ＷＢ６−Ｃ15−ＷＡ８−Ｃ16−Ｂ４ (ｉ)
Ｂ３−Ｃ13−ＷＢ５−Ｃ12−ＷＡ６−Ｃ11−ＷＢ４−Ｃ10−Ｅ４−Ｂ２ (ii)

これは、次の磁界を与える。
Ｔ７(Ｎ)−Ｔ６(Ｓ)−Ｔ８(Ｎ) (ｉ)、及びＴ５(Ｎ)−Ｔ６(Ｓ)−Ｔ４(Ｎ) (ii)
即ち、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ７及びＴ８は、Ｎ極であり、そしてＴ６は、二重Ｓ極である。

Ｂ３がＣ１４に接触するように移動すると、コイルＷＡ７が短絡される。
Ｂ３がＣ１４のみに接触すると、次の電流路が形成される。
Ｂ３−Ｃ14−ＷＢ６−Ｃ15−ＷＡ８−Ｃ16−ＷＢ７−Ｃ17−Ｂ４ (Ｉ)
Ｂ３−Ｃ14−ＷＡ７−Ｃ13−ＷＢ５−Ｃ12−ＷＡ６−Ｃ11−Ｅ５−Ｂ２ (II)

これは、次の磁界を与える。
Ｔ６(Ｓ)−Ｔ８(Ｎ)−Ｔ７(Ｓ) (Ｉ)、及びＴ７(Ｓ)−Ｔ５(Ｎ)−Ｔ６(Ｓ) (II)
従って、歯Ｔ５及びＴ８にＮ極が形成され、そして歯Ｔ６及びＴ７に二重Ｓ極が形成される。

同様の電流路及び磁極がブラシＢ１により形成され、そしてブラシＢ１及びＢ３に接続するイコライザによって仮想的ブラシが生成される。
図５及び８の実施形態でも同様の動作が生じ、その説明は、繰り返す必要がなかろう。

この独特で且つ新規な巻線設計では、銅の重量が減少され、効率が改善され、又は同じ性能でスチールの重量を更に減少することができ、電機子及びモータの軸方向長さが減少され、そしてモータの全コストが最小にされる。

良好な巻線ファクタ、整流、性能及び製造能力のためには、６極９スロット１８バーと８極１２スロット２４バーとの組合せが好ましい。

本発明の一実施形態は、乗物エンジン冷却システムの冷却ファンモジュール用の交換モータである。このモータは、銅の使用を２５％減少し、モータの軸方向長さを３０％減少して、他の材料の追加節約を与えると共に、交換されるモータと同じ性能に対してモータ重量を１４％減少することができる。

本出願の説明及び特許請求の範囲において、各動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」及び「有する(have)」並びにその活用変化は、動詞の目的語が、必ずしも、動詞の主語のメンバー、コンポーネント、エレメント又はパートを完全にリストしたものでないことを指示するのに使用される。

本発明は、その好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって限定されるものとする。

例えば、好ましい実施形態のモータは、４つのブラシしかもたないブラシギア及びイコライザの使用を示すが、本発明は、イコライザを使用せずに、固定子極と同じ数のブラシを有するようにして実施することもできる。この場合に、ブラシは、整流子の周りで周囲方向に等離間される。

本発明によるモータを組み込んだ車のラジエータのための冷却ファンモジュールを示す図である。 図１の冷却ファンモジュールのモータを示す分解図である。 第１の好ましい実施形態による６極９スロット１８バーモータを示す断面図である。 図３のモータの巻線の概略図である。 図３のモータの変形巻線の概略図である。 図３と同様であるが、第２の好ましい実施形態による８極１２スロット２４バーモータの断面図である。 図６のモータの巻線の概略図である。 図６のモータの変形巻線の概略図である。

符号の説明

１０：冷却ファンモジュール
１１：ハウジング
１２：電気モータ
１３：ファン
１４：第１エンドギャップ
１５：回転子
１６：固定子ハウジング
１８：第２エンドキャップ
１７：ブラシカード
１９：取り付け突起
２０：永久磁石
２１：シャフト
２２：回転子コア
２３：整流子
２４：巻線
２５：ベアリング
２６：ブラシ
２７：歯
２８：溝

Claims (22)

1. ２ｎ個の固定子極を有する永久磁石固定子を収容する固定子ハウジング１６と、
   固定子に直面して回転可能にマウントされた回転子１５であって、シャフト２１、このシャフトに固定された回転子コア２２、この回転子コア２２の一端付近でシャフトに固定された整流子２３、回転子コア２２の歯２７の周りに巻かれ且つ整流子２３のセグメントに電気的に接続された巻線２４を含む回転子１５と、
   前記巻線２４に電力を伝達するために前記整流子２３にスライド接触する複数のブラシ２６より成るブラシギアと、
   を備えたＤＣモータにおいて、
   前記回転子コア２２は、ｍ個の回転子歯２７を有し、前記回転子巻線２４は、２ｍ個のコイルを有し、各コイルは、前記回転子歯２７の各１つの歯の周りに巻かれ、各回転子歯２７は、前記コイルの２つを支持し、前記整流子２３は、２ｍ個のセグメントを有し、各コイルは、隣接する整流子セグメントの各対に接続され、各セグメントは、前記コイルの２つに各々電気的に接続され、更に、２．６ｎ≦ｍ≦３．２ｎである、ことを特徴とするＤＣモータ。
2. ｎは、２より大きく且つ１０より小さい整数である、請求項１に記載のモータ。
3. ｎは、３又は４である、請求項１に記載のモータ。
4. ｍは、３ｎに等しい、請求項３に記載のモータ。
5. 前記ブラシ２６は、前記整流子２３の周りで周囲方向に不等離間される、請求項１から４のいずれかに記載のモータ。
6. 前記ブラシギアは、２ｎ個のブラシ２６を有する、請求項１から５のいずれかに記載のモータ。
7. 前記回転子１５は、前記整流子２３の選択されたセグメントを電気的に一緒に接続する複数のイコライザを有する、請求項１から６のいずれかに記載のモータ。
8. 前記固定子は、６個の固定子極を有し、そして６個のイコライザがあって、各イコライザは、セグメントの各グループを一緒に電気的接続する、請求項１から４のいずれかに記載のモータ。
9. セグメントの各グループは、前記整流子２３の周りで６０°周囲方向に離間された一対のセグメントを含む、請求項７に記載のモータ。
10. 前記ブラシギアは、４個のブラシ２６を有し、前記固定子は、８個の固定子極を有し、そして１２個のイコライザがあって、各イコライザは、セグメントの各対を電気的に一緒に接続し、セグメントの対は、前記整流子２３の周りで４５°周囲方向に離間される、請求項７に記載のモータ。
11. 前記巻線２４は、巻線が前記整流子２３の周りで、あるセグメントから次のセグメントへと順次に進行するように配列される、請求項１から１０のいずれかに記載のモータ。
12. 前記巻線２４は、各歯２７が２つのコイルを有し且つ歯２７の各コイルが互いに逆方向に巻かれるように配列される、請求項１から１１のいずれかに記載のモータ。
13. 前記巻線２４は、各コイルが、各端において、逆方向に巻かれたコイルに接続されるように配列される、請求項１２に記載のモータ。
14. 各コイルは、隣接歯２７の周りに巻かれた第１コイルに接続される、請求項１３に記載のモータ。
15. 各コイルは、１つの歯だけ離間されて歯２７の周りに巻かれた第２コイルにも接続される、請求項１４に記載のモータ。
16. 前記第１コイル及び第２コイルは、当該コイルの周囲方向に互いに逆の側に位置される、請求項１５に記載のモータ。
17. 各歯２７は、固定子を向いた面を有し、そして各面は、多数の軸方向に延びる溝２８を有する、請求項１から１６のいずれかに記載のモータ。
18. 永久磁石固定子と、巻線型回転子１５とを備え、固定子は、偶数の磁極を有し、そして回転子１５は、シャフト２１、シャフトに固定された回転子コア２２、巻線２４が巻かれるｍ個の回転子歯２７、コア２２の付近でシャフト２１に固定される整流子２３を有し、整流子２３は、巻線２４が接続される端子を有する２ｍ個の整流子セグメントを有するものであるＤＣモータにおいて、巻線２４は、２ｍ個の回転子コイルを有し、各コイルは、回転子歯２７の各１つの周りに巻かれ、各回転子歯２７には、２つの回転子巻線コイルが巻かれて、回転子コイル対を形成し、各回転子コイル対のコイルは、逆の極性で巻かれ、そして各コイルの端は、整流子２３の隣接セグメントに接続されることを特徴とするＤＣモータ。
19. 多数のイコライザが所定の整流子セグメントを電気的に一緒に接続する、請求項１８に記載のモータ。
20. 前記モータは、６極９スロット１８バーモータであるか、又は８極１２スロット２４バーモータである、請求項１から１９のいずれかに記載のモータ。
21. ファン１３と、請求項１から２０のいずれかに記載のモータ１２とを備えた、乗物の内燃機関のための冷却ファンモジュール。
22. 乗物のラジエータに係合されてカウリングを形成するハウジング１１と、そのカウリング内に配置されてカウリングを通る空気の流れを発生するファン１３と、前記ハウジング１１により支持されて前記ファン１３を駆動するモータ１２とを備えた乗物の内燃機関のための冷却ファンモジュールにおいて、前記モータが集中型巻線を伴うＰＭＤＣモータであることを特徴とする冷却ファンモジュール。

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