JP5669840B2 - 電気モータにおける固定子を音響的に減結合するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気モータにおける固定子を音響的に減結合するための装置に関する。

自動車のステアリング装置における動力援用式ステアリング用の電気モータの使用においては、電気モータによって生じる音響効果または構造的騒音は重要な製品特徴を構成する。振動の異なる形式（縦型、放射状、接線型および／または回転型）および強さは、電気モータにおける電磁回路の構成に依存する。電気モータの電磁回路の構成は、主に、固定子のスロット数、回転子の極数、例えば表面磁石またはポケット磁石に用いる磁石技術、および、巻き線の形式によって決まり、常に上述した振動形式の１つを助長する音響妥協を含んでいる。よって、電磁構成を経由する振動の形式の全ての最適化は特定の範囲でしか成し得ない。従来の電動機の構造では、一般に、固定子と固定子を収容するハウジングとが固定結合されている。これは、電気モータの電磁構成を経由して抑制することができない振動の全てが、直接、ハウジングおよび電磁構成の上に位置する機械部品へ伝えられて、大きな騒音を引き起こすことを意味する。しかしながら、この種の高い騒音レベルは、多くの用途において容認することができないものである。

電気モータの電磁構成を経由して抑制されないまたは部分的にしか抑制されない振動の形式や成分を最適化するために、減結合（デカップリング）または減衰（ダンピング）させるような構造力学的な手段を用いることが知られている。

特許文献１には、ハウジング内においてモータ固定子をエラストマーリングのような弾性部品によって吊るして、モータ固定子の振動の減結合（デカップリング）を行った低振動真空ポンプが開示されている。

ドイツ特許出願公開第１０２００４０５０７４３号

しかしながら、弾性部品による減結合では、ハウジングにおいて固定子を中心で充分に固定すると同時に、充分な音響減結合（音響デカップリング）を提供することは困難である。

よって、本発明の目的は、固定子を収容するハウジングにおいて固定子を中心で充分に固定しつつ、充分な音響減結合（音響デカップリング）を提供し得る電気モータにおける固定子の音響減結合（音響デカップリング）のための装置を提供することにある。

上記の目的は、ハウジング内において、回転可能なモータ軸と同軸に配置され、且つ、上記ハウジングの内壁から距離を置いて配置された固定子と、上記ハウジング内の上記固定子の内側に配置され、上記モータ軸に接続されて回転する回転子と、上記モータ軸と同軸に上記固定子の両側に配置されると共に、各々が上記固定子の端面と上記ハウジングとに固定され、外周面に凹部を有する、実質的に円筒状の２つの減結合リング（デカップリング-リング）と、を備えていることを特徴とする、電気モータにおける固定子の音響減結合（音響デカップリング）のための装置によって達成し得る。

減結合リングの外周面に設けられた凹部によって、例えば固定子の局所的な変形によって生じる振動は良好に補償され、これによって、上記振動はハウジングへ殆ど伝達されない。

本発明の一例として、複数の凹部が、減結合リングの外周面において均等に分布し、および／または、複数の軌道（トラック）において互いにオフセットされて配置されている。このような凹部の配置によって、固定子の充分な音響減結合（音響デカップリング）を達成することが可能である。しかしながら、凹部の形状、数量および配置は、原則として任意に選択することができ、具体的な課題（例えば、特殊な振動の減結合）や具体的な取り付け状態に応じて変更することが望ましい。このように、凹部によって、目標とされた音響減結合（音響デカップリング）が可能となる。

さらに、本発明の一例として、各減結合リングの固定子に面する側の端面には、固定子の対応する溝とかみ合う少なくとも１つのピン、または、固定子の対応するピンとかみ合う少なくとも１つの溝が設けられている。このように、簡単な方法で、減結合リングを固定子の中心と合わせることができる。

また、ハウジングの対応するピンとかみ合う少なくとも１つの溝（22）、または、ハウジングの対応する溝とかみ合う少なくとも１つのピンが、減結合リングの固定子から離隔している側の端面に設けられていてもよい。このように、簡単な方法で、ハウジング内に各減結合リングを順に取り付けることができる。

さらに、本発明の一例として、各減結合リングは、固定子に面し、該固定子の外径以下の外径を有する第１の小区域（小領域、sub-region）と、固定子から離隔し、該固定子の外径よりも大きい外径を有する第２の小区域（小領域、sub-region）とを、モータ軸の軸方向に備えている。この減結合リングの構成は、簡単な方法で、確実に、固定子を、ハウジングの内壁から距離を置いて、且つ、実質的に中央に配置することができることを意味する。

本発明の好まし一例として、少なくとも１つの減結合リングは、モータ軸の軸受けを支持する端部シールドと強固に結合されている。さらに、一例として、少なくとも１つの減結合リングは、端部シールドと一体に形成されている。このようにして、モータの部品点数を減らすことができ、これによって、製造コストを減らすことができる。

減結合リングは、板金（板状金属）の部品、特に打ち抜きされた圧延板金の部品であることが有効である。こうすることで、多くの鉄くず（スクラップ）が出ない経済的な製造方法が提供される。この製造方法によれば、必要ないかなる段付き直径（即ち、減結合リングにおける第１の小区域と第２の小区域の間の外径の変化）も容易に提供することができる。

しかしながら、減結合リングは例えば深絞りの部品であってもよい。これは、減結合リングが端部シールドと一体的に形成される場合に特に有効であり、全体的にカップ状（cup-shaped）の部品を作製することができる。

本発明については、以下の図面に図示された実施形態として、より詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態１に係る装置の概略断面図である。 図２は、減結合リングが固定された固定子の概略図である。 図３は、減結合リングの斜視図である。 図４は、本発明の実施形態２に係る装置の概略図である。

図１は、本発明の実施形態１に係る装置の斜視図断面図である。ハウジング１２内には、電気モータ１１の固定子１０が配置されている。実施形態に示すように、固定子１０は、内側部１０ａと外側部１０ｂを含んでいる。固定子１０は、ハウジング１２と接触しておらず、ハウジング１２の内壁１３から距離を置いて配置されている。固定子１０の内側には、回転可能なモータ軸（図示せず）に接続されて回転する回転子（図示せず）が配置されている。固定子１０は、モータ軸と同軸に配置されている。固定子１０の両側には、該固定子１０に固定（例えば、溶接によって固定）される減結合リング１５（デカップリング リング）が設けられている。この２つの減結合リング１５は、実質的に円筒状に形成され、モータ軸の軸方向における固定子１０の表面に実質的に連続している。各減結合リング１５は、その外周面の小区域（小領域、一部分）（図２参照）において実質的にカップ状のハウジング１２に固定されている。これらは、例えば、圧入または収縮（シュリンキング）によって固定され、或いは、接着剤によって固定されてもよい。この装置に基づいて、減結合リング１５は、ハウジング１２の内壁１３に対して接触し、固定子１０が少なくともハウジング１２の内壁１３において実質的に中央に配置される。

各減結合リング１５の外周面には、複数の凹部１６が設けられている。凹部１６は、振動をハウジング１２に伝えない、または弱めた（減衰させた）状態で伝えるだけというような方法で、固定子１０の振動を補償するように構成されている。これによって、固定子１０は音響的に減結合（分離）される。本実施形態では、凹部１６は、細長い溝（スロット）型に形成されており、複数配列されてなる平行な２つの軌道（トラック（track））または列において互いにオフセットされて配置され、且つ、減結合リング１５の外周面において均等に分布している。しかしながら、凹部１６の形状、数量および配列については、原則として任意に選択できる。固定子１０の振動に対する減結合リング１５の補償効果は、基本的に、凹部１６の形状、数量および配列に依存するため、凹部１６の構成および分布は、それぞれの課題（タスク）やそれぞれの周囲条件に応じて設定することが有利である。振動の形式が何であるかだけでも減結合の効果はいろいろ異なる。

本発明の有利な実施形態として、減結合リング１５は板金の部品である。これにより、高い費用対効果を生み、且つ、ハウジング１２における固定子１０の固定およびセンタリング（centring）を良好に行うことができる。多くの鉄くず（スクラップ）が出ない経済的な製造方法を提供できるよう、減結合リング１５は打ち抜きされた圧延板金の部品であってもよい。或いは、減結合リング１５は例えば深絞りの部品であってもよい。当然、炭素などの板金以外の他の材料を減結合リング１５に用いてもよい。重要なことは、使用材料は、固定子１０の固定およびセンタリングを充分に行うことと、必要な固定子１０の減結合（デカップリング）を行うことの両方に適したものでなければならないということである。

さらに、図１では、それぞれモータ軸の軸受け（図示せず）を支持する２つの端部シールド１７ａ，１７ｂが図示されている。本実施形態では、第１の端部シールド１７ａはハウジング１２と一体的に形成されており、第２の端部シールド１７ｂは減結合リング１５の１つと強固に結合された独立部品として形成されている。減結合リング１５は、端部シールド１７ａ，１７ｂと一体的に形成されることも可能である。

図２では、固定子１０と、該固定子１０の両端面２０に固定された減結合リング１５とを、幾分拡大して図示している。特に、各減結合リング１５の固定子１０に面する側の端面には、複数のピン２１が設けられている。ピン２１は、固定子１０と減結合リング１５の中心が合うように、固定子１０の対応する溝とかみ合う（溝にはまる）。或いは、減結合リング１５には、固定子１０の対応するピンとかみ合う（ピンがはまる）溝が設けられていてもよい。

さらに、減結合リング１５の少なくとも１つ（例えば、図２では右側の減結合リング１５）には、固定子１０から離隔している側の端面に溝２２が設けられている。この溝２２にはハウジング１２の対応するピン（図示せず）がはまり、これによって、ハウジング１２の回転を固定できる。或いは、ハウジング１２に対応する溝が設けられている場合は、同様の目的で、上記ハウジング１２の溝にはまるピンを減結合リング１５に設けるようにしてもよい。

本実施形態において、減結合リング１５は、その外径が均一（一様）ではない。減結合リング１５において固定子１０に面する第１の小区域２３では、外径が実質的に固定子１０の外径と対応している。しかしながら、減結合リング１５の外径は固定子１０の外径より小さくすることも考えられる。対照的に、減結合リング１５において固定子１０から離隔している第２の小区域２４では、外径が固定子１０の外径よりも大きい。減結合リング１５は、専ら、第２の小区域２４においてハウジング１２に固定されている。この減結合リング１５の構成により、簡単な方法で、固定子１０の充分な減結合を行うことはもちろん、ハウジング１２において確実に固定子１０の固定およびセンタリングを行うことができる。

図３は、減結合リング１５単体の斜視図である。上述した特徴に加えて、減結合リング１５において固定子１０に面する端面には、突出した接触面３１が形成され、該接触面３１によって減結合リング１５が固定子１０に溶接接合される。しかしながら、この文脈において、溶接は減結合リング１５を固定子１０に固定する多くの可能性のうちの単なる１つに過ぎない。さらに、図３では、例えば溶接線などの継ぎ目３２が図示されている。減結合リング１５が打ち抜きされた圧延板金の部品である場合には、上記継ぎ目３２またはこれに類似の形の継ぎ目が発生する。

図４は、本発明の実施形態２に係る装置が図示されており、本実施形態２に係る電気モータ１１は、内蔵モータとして知られており、運転のために設けられた取り付け穴に取り付けられる。この形態では、図１に示す実施形態１のものとは異なり、ハウジング４０は、カップ状のハウジングの代わりに、取り付け穴によって設けられることで効果がある。図４において、取り付け穴によって形成されたハウジング４０は、単にハウジング４０に固定された減結合リング４２の小区域４１に面する４つの直方体として、概略的に示されている。これら減結合リング４２は、実施形態１と同様、ハウジング４０に固定されることはもちろん、固定子１０の端面２０に固定されている。図４では簡単化のために図示しないが、減結合リング４２は、実施形態１と同様、外周面に複数の凹部を有している。

図４に示す実施形態２において、図１に示す実施形態１と異なる本発明に関する重要な点は、減結合リング４２が、モータ軸（図示せず）の軸受け（図示せず）を支持する端部シールド４３と一体的に形成されていることである。

特に、この実施形態２では、減結合リング４２は深絞り部品であることが有利である。これは、全カップ型構造の減結合リング４２を比較的低コストで高品質に作製することができるからである。

本発明の実施形態１における減結合リング１５の作用、配置、構成および材料に関する記述は、本発明の実施形態２における減結合リング４２に対しても等しく準用される。

１０ 固定子
１０ａ 固定子の内側部
１０ｂ 固定子の外側部
１１ 電気モータ
１２ ハウジング
１３ ハウジングの内壁
１５ 減結合リング
１６ 凹部
１７ａ,１７ｂ 端部シールド
２０ 固定子の端面
２１ ピン
２２ 溝
２３ 減結合リングの第１の小区域
２４ 減結合リングの第２の小区域
３１ 接触面
３２ 継ぎ目
４０ ハウジング
４１ 減結合リングの小区域
４２ 減結合リング
４３ 端部シールド

Claims (13)

1. 電気モータにおける固定子の音響減結合のための装置であって、
   ハウジングと、
   上記ハウジング内において、回転可能なモータ軸と同軸に配置され、且つ、上記ハウジングの内壁から距離を置いて配置された固定子と、
   上記ハウジング内の上記固定子の内側に配置され、上記モータ軸に接続されて回転する回転子と、
   上記モータ軸と同軸に上記固定子の両側に配置されると共に、各々が上記固定子の端面と上記ハウジングとに固定され、周方向に延びる複数のスロットを外周面に有する、円筒状の２つの減結合リングと、を備え、
   上記複数のスロットが、上記減結合リングの外周面において均等に分布していることを特徴とする装置。
2. 請求項１において、
   上記電気モータは、自動車のステアリング装置に用いられるブラシレスモータであることを特徴とする装置。
3. 請求項１または２において、
   上記減結合リングは、上記ハウジングの内壁に対して接触し、上記固定子が上記ハウジングの内壁における実質的に中央に配置されていることを特徴とする装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項において、
   複数の上記スロットは、複数の軌道において互いにオフセットされて配置されていることを特徴とする装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項において、
   上記減結合リングは、その外周面の小区域が上記ハウジングに固定されていることを特徴とする装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項において、
   上記各減結合リングの上記固定子に面する側の端面には、上記固定子の対応する溝とかみ合う少なくとも１つのピン、または、上記固定子の対応するピンとかみ合う少なくとも１つの溝が設けられていることを特徴とする装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項において、
   少なくとも１つの上記減結合リングの上記固定子から離隔している側の端面には、上記ハウジングの対応するピンとかみ合う少なくとも１つの溝、または、上記ハウジングの対応する溝とかみ合う少なくとも１つのピンが設けられていることを特徴とする装置。
8. 請求項１乃至７の何れか１項において、
   上記各減結合リングは、
   上記固定子に面し、上記固定子の外径以下の外径を有する第１の小区域と、
   上記固定子から離隔し、上記固定子の外径よりも大きい外径を有する第２の小区域とを、上記モータ軸の軸方向に備えていることを特徴とする装置。
9. 請求項１乃至８の何れか１項において、
   少なくとも１つの上記減結合リングは、上記モータ軸の軸受けを支持する端部シールドと強固に結合されていることを特徴とする装置。
10. 請求項９において、
    少なくとも１つの上記減結合リングは、上記端部シールドと一体に形成されていることを特徴とする装置。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項において、
    少なくとも１つの上記減結合リングは、板金の部品であることを特徴とする装置。
12. 請求項１１において、
    少なくとも１つの上記減結合リングは、打ち抜きされた圧延板金の部品であることを特徴とする装置。
13. 請求項１１において、
    少なくとも１つの上記減結合リングは、深絞り部品であることを特徴とする装置。

Images