JPH10511837A - 永久磁石を使用した同期モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 同期モータは、ヨークと連続し、コイルを内部に収容するスロットによって間隔を隔てられた複数個の歯を有する電機子を備えている。底板によって担持された複数個の磁石を備えた誘導子は空隙によって電機子から間隔を隔ててある。モータの寸法は、電機子の歯が高さ全体に亘って断面積が一定であり、かつ歯頭に沿ったスロットの幅が上記の歯当たるの幅とほぼ等しくなるようにして、スロットに起因する励磁を妨害する磁気抵抗作用が最小限になるような寸法にされる。モータはリニア・モータでも回転モータでもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 永久磁石を使用した同期モータ 本発明はヨークと、そのヨークと連続し、ヨークとの間にスロットを形成して いる第１端部をそれぞれが有する複数個の歯と、一部が前記スロット内に配置さ れ、コイルが励磁されると前記歯内に磁束を生成するように構成されたコイルを 備えた電機子を含む同期モータであって、前記歯はそれぞれが前記第１端部と対 向し、第１の幅を有する歯頭を形成する第２端部を有し、かつ前記スロットはそ れぞれが前記歯頭と同レベルで第２の幅を有し、前記第１と第２の幅の合計が歯 間ピッチを規定しており、前記モータが更に、前記歯頭と対面関係に配置されて いて、複数個の永久磁石と、その永久磁石がその上に配置されている磁束戻り底 板とからなる誘導子を含んでいる形式の同期モータに関する。 上記のような基本的な定義に対応する同期モータは公知である。本文献ではこ れを、先行技術の状態を説明した第１図、第１図ａ、第２図および第２図に図示 している。 第１図は先行技術に従って構成されたリニア同期モータの部分断面図である。 この場合、電機子６０は強磁性積層のパックからなる固定子であり、前記パック 内にヨーク１と歯１０が示され、歯１０はピッチτｎを以て規則的に配列されて いる。電機子６０は更に歯１０を分離する複数個のスロット２を備え、このスロ ット内にはコイル巻線４が収容されており、この巻線は絶縁シート３によってヨ ーク１と歯１０とから絶縁されている。この種類のモータでは、歯１０の頭部は 幅広部分、すなわちシュー１０’で終端しており、その目的は幅を縮小した開口 部、すなわち前スロット６を形成することである。理由は後に明らかにする。巻 線４は一般に前スロット６を通してスロット２内に厳密な順序でなく巻回機で緩 く巻回されるか、または、手で挿入される。巻線をスロット２内に保持するため 、シュー１０’内に載せられたスライド式閉鎖部材５を備えてある。 第１図は更に、本例では軸ｙに沿って直線的に移動するモータの可動部品であ るモータの誘導子６１も示している。誘導子６１は基本的に、強磁性材料からな る平坦な磁束戻り底板９上に磁極間ピッチτｐを以て規則的に配置された直角平 行六面体の形状の複数個の永久磁石８からなっている。電機子６０と誘導子６１ とは空隙７によって分離されている。 第２図はテスラ（Ｔ）で表され、この例では磁極間ピッチτｐの２つ分に亘っ て延びた磁気誘導Ｂの標準成分の分布を示している。磁気誘導Ｂは、コイル４が 励磁されているか否かに関わりなく、第１図の横断面内の電機子６０の歯１０上 の誘導子６１の磁石８によってのみ生成される磁気誘導であることに留意された い。第２図で、スロット２の開口部６によって磁気誘導Ｂの外郭線に明確に認め られる乱れ１５および１６が生ずることが判る。幅がｂｎのこれらの開口部は、 永久磁石モータでは公知である磁気抵抗作用と呼ばれる現象の原因である。この 作用は軸ｙに沿った方向を向き、モータの適正な動作を妨害する励磁妨害力、す なわち磁気抵抗力Ｆｒを生成する。この力Ｆｒの変動が第３図のグラフに示され ている。 第３図のグラフは歯間ピッチτｎが１２ｍｍ、磁極間ピッチτｐが１６ｍｍ、 スロット開口部の幅ｂｎが１．５ｍｍであり、従ってｂｎ／τｎの比率が０．１ ２５の値であるモータに基づいたグラフである。磁極間ピッチτｐは横座標に沿 って示され、磁気抵抗力Ｆｒは縦座標に沿って示されている。τｐはミリメート ル（ｍｍ）の単位で、またＦｒはニュートン（Ｎ）の単位で表されている。第３ 図のグラフの曲線１７は、電機子が一つのスロットしか有していない場合に生成 されるとみられる磁気抵抗力Ｆｒの外郭線を示している。この曲線の特徴は、勾 配のゆるい２つの不安定ポイント２２および２２’と、勾配のきつい安定ポイン ト２１にある。ポイント２２および２２’では、スロット６は磁石８（−τｐ／ ２および＋τｐ／２）の真ん中にあり、一方、ポイント２１ではスロットは２個 の磁石８の間にある。誘導子６１が例えば０と３．２の間に位置している場合は 、この誘導子は駆動力を加える際に右側に移動し（スロープ１９）、ポイント２ １で自己安定する。しかし、誘導子６１が１６と１２．８の間に位置している場 合は、これは駆動力を供給する際に同じポイント２１に移動する（スロープ２０ ）。第３図のグラフの曲線１８は、電機子６０は８個のスロットを有している場 合の磁極のステップτｐの１つ分に亘って生成される全磁気抵抗Ｆｒの外郭線を 示し ている。その場合は、励磁を妨害する寄生磁気抵抗力はモータの適正な動作を妨 害する８つの連続する寄生最大値を有し、これらの力の大きさは１６ニュートン である。このような現象に対して適切な措置を講じないと、磁気抵抗力がモータ に電流を供給した時にモータによって得られる最大力を超える場合があるので、 モータを使用できなくなることがあることが理解されよう。 このような磁気抵抗作用を除去、または大幅に軽減するための普及している技 術の一つは、第１図ａの断面で示すように、電機子６０の歯１０とスロット２の 一点鎖線で示した長手方向軸線が第１図ａには図示していない誘導子６１の運動 方向ｙと９０°と異なる角度となるように、電機子６０を形成している積層を互 いにずらすことである。第１図の軸Ａ−Ａに沿った部分である第１図ａでは、ス ロット２内に配置された巻線４と絶縁シート３は図示されておらず、電機子６０ を形成する積層は別個には図示されていないことに留意されたい。 電機子６０を形成する積層を互いにずらすこのような技術によると、製造に必 要な工具の段取りが複雑になり、巻線４をスロット２内に挿入することがより困 難になり、別の難題が生じる。 前述の技術と組合わせることができる別の技術は、磁石８を斜めに配置するこ と、すなわち底板９の平面と平行に位置する磁石の陵がそれぞれ電機子６０に対 して誘導子６１の運動方向ｙと０°および９０°以外の角度をなすように配置す ることである。この技術によってもモータの製造が複雑になってしまう。 いずれの場合も、前述の構成の他に、前スロット６の幅ｂｎをできるだけ狭く する試みが常になされてきたが、前スロット幅ｂｎが極めて狭いために、コイル を取付ける前にコイルを前スロット６を通してスロット２内に挿入できるように 、コイルを緩く巻付けなければならず、巻回手順が複雑になってしまう。収納の ためにこのように緩くすると、巻線４を形成するワイヤがスロット２内で極めて 不規則的に配置されることになる。その結果、スロット２の空間充填率は低くな り（約３０％）、巻線とヨーク１との間の熱抵抗は大きくなる。このような欠点 はそれぞれモータ効率の低下と、熱容量の低下を招く。 上述の欠点を克服するため、本明細書の第１節に記載した特徴を備えた、本発 明に従ったモータは、更に、前記の歯が第１と第２の端部の間で一定の断面積を 有すること、および前記第２の幅と前記歯間ピッチとの比率が約０．４０と０． ５５の間にあることを特徴としている。 上記の特徴によって、また、後に詳述するように、本発明に従ったモータに発 生する磁気抵抗力は従来形のモータのそれよりも大幅に小さくなる。更に、本発 明に従ったモータの製造は従来形のモータよりも大幅に簡単になり、従って安く なる。 一例としてのみ示された添付図面を参照して以下に記載する本発明の幾つかの 構造的な形態の説明を読むことによって、本発明のその他の特徴と利点が明らか になろう。図面中、 第１図は本明細書の前文に記載の先行技術に従ったリニア同期モータの部分断 面図である。 第１図ａは第１図のＡ−Ａ軸に沿った第１図のモータの部分断面図である。 第２図は第１図のモータの磁気誘導Ｂの外郭線を示している。 第３図は一方は第１図のモータの単一のスロットによって生成され、他方は同 じモータの８個のスロットによって生成される磁気抵抗力を表すグラフである。 第４図は本発明に基づく、またその第１の構造形態に基づくリニア同期モータ の部分断面図である。 第４図ａは第４図のＡ−Ａ軸に沿った第４図のモータの部分断面図である。 第５図は第４図のモータの磁気誘導Ｂの外郭線を示している。 第６図は一方は第４図のモータの単一のスロットによって生成され、他方は同 じモータの８個のスロットによって生成される磁気抵抗力を表すグラフである。 第７図はスロット幅と歯間ピッチとの比率に応じた本発明に基づく同期モータ の磁気抵抗力の展開を表したグラフである。 第８図および第９図は本発明に基づく同期モータの２つの巻回方法を示してい る。 第１０図は本発明に基づく、またその第２の構造形態に基づく同期モータの電 機子内の部分断面図である。 第１１図および第１２図は本発明に基づくモータの第３の構造形態を示してお り、第１１図は断面図で、第１２図は透視図で示してある。 第１３図および第１４図は本発明に基づくモータの第４の構造形態を示してい る。また、 第１５図は本発明に基づく回転同期モータの部分断面図である。 第４図は本発明に基づき、かつその第１の構造形態に基づくリニア同期モータ の部分断面図である。第１図を参照して説明した従来形のモータと同様に、この モータは、積層のパックから形成され、かつヨーク１と、このヨーク１と一体と された第１端部と、第１端部と反対側の歯頭６２を形成している第２端部とを有 する複数個の歯２５とを含む電機子６０を備えている。歯２５は歯間ピッチτｎ を以て規則的に配置されている。各々の歯２５はスロット２によって次の歯から 分離され、前記スロット内には例えば第８図に参照符号３０を付されて示されて いるコイル巻線２６が収納されている。歯２５の高さ、すなわちその第１端部と 第２端部との距離には参照符号Ｈが付されている。 モータは更に歯頭６２と向かい合って配置された誘導子６１を備えている。誘 導子６１には強磁性材料からなる平坦な磁束戻り底板９上に磁極間ピッチτｐを 以て規則的に配置された直角平行六面体の複数個の永久磁石８が取付けられてい る。誘導子６１と電機子６０とは空隙７によって分離されている。 本発明によると、歯２５の歯元の面は平行であり、それらの頭部６２は第１図 に示した従来形のモータの場合のようにシュー（参照符号１０’）を有していな いので、歯２５はその高さＨの全体に亘って一定の断面積を有している。従って スロットは、“半閉”であった従来形のモータのスロットとは対照的に誘導子６ １の近傍で全“開”している。更に、スロット２の幅ｂｎは歯頭６２の幅ｂｄと ほぼ等しい。また、幅ｂｄとｂｎの合計が歯間ピッチτｎと等しいので、言い換 えるとｂｎ／τｎは０．５にほぼ等しい。ここで言う“ほぼ等しい”とは、比率 ｂｎ／τｎが０．５の値とはやや異なっている場合でも、本発明に従ったモータ の性能は依然として満足できるものであることを意味している。この種類のモー タで実施した実験によれば、ｂｎ／τｎの比率は約０．４０から０．５５の間に あってよい。 ここで第４図のモータに対応する磁気誘導Ｂの外郭線を検討すると、第５図は この外郭線がいずれにせよ第２図に示した従来形のモータの外郭線よりも著しく 乱れていることを示しており（参照符号２７および２８）、この結果、論理的に 見れば、磁気抵抗作用が極めて大きくなり、モータ全体が使用できなくなるはず だ。ところが、（例えば電機子に単一のスロットしかない場合）１つのスロット によって発生する磁気抵抗作用が実際に極めて大きいと、幾つかの連続するスロ ットによって発生する磁気抵抗作用は従来形のモータの場合よりも大幅に少ない 値に低減する。 この現象は第６図のグラフで示されている。このグラフは歯間ピッチτｎが１ ２ｍｍであり、磁極間ピッチτｐが１６ｍｍである（すなわち前述の従来形モー タと同一である）モータに基づいている。しかし、この場合のスロット開口部の 幅ｂｎは６．３ｍｍであるので、ｂｎ／τｎの値は０．５２５である。第６図の グラフでは、磁極間ピッチτｐ（ｍｍ単位）は横座標に示されており、磁気抵抗 力（ニュートン単位）は縦座標に示されている。グラフの曲線３５は電機子６０ に単一のスロットしかない場合に発生されるであろう磁気抵抗力、すなわち基本 磁気抵抗力(elementary reluctant force)の外郭線を示しており、これには２つ の不安定ポイント３３および３３’と、１つの安定ポイント３４が含まれている 。この基本磁気抵抗力は予測されるように６０Ｎ以上のかなりの大きさである。 しかし、曲線３５の形は正弦曲線に近似している。これはスロット幅ｂｎが歯頭 ６２の幅ｂｄとほぼ等しいという事実に帰因する。第４図のモータの各スロット ２は明らかに第６図の曲線３５で示された基本磁気抵抗力と同じ形状の基本磁気 抵抗力を発生し、図示はしていないがこれらの基本磁気抵抗力を表す曲線は軸ｙ に沿って互いにずれている。 第４図のモータのようなモータに作用する全磁気抵抗力は、明らかに前述の基 本磁気抵抗力の総和に等しい。基本磁気抵抗力はそれぞれ正弦波に近い形状を有 しているので、それらの総計値は極めて小さい。従って、第６図の曲線３６は第 ４図に示したような、８つのスロット２と６個の磁石８を備えたモータに作用す る全磁気抵抗力を表している。この場合、曲線３６は、全磁気抵抗力が約１Ｎで あることを示しており、一方、本明細書の前文に記載の同じ種類のモータ、すな わち前スロットを有するモータの場合、この全磁気抵抗力は１６Ｎの範囲内にあ った。従って、本発明に従って製造したモータの著しい利点が認められ、前述し たように、モータの顕著のな特徴は歯幅とほぼ等しい幅の開放されたスロットを 備えており、更に歯は高さ全体に亘って一定の断面積を有していることてある。 第７図のグラフはこれまで述べたことを適切に要約している。このグラフは磁 極間ピッチτｐと歯間ピッチτｎの比率が同じそれぞれが１６ｍｍ，１２ｍｍモ ータのグラフである。比ｂｎ／τｎは横座標に示され、歯間ピッチτｎは一定に 保たれている。言い換えると、スロット幅ｂｎは歯間ピッチτｎに対して増大さ れている。先行技術によるモータは領域４１内にあり、そこではｂｎ／τｎが増 大すると全磁気抵抗力Ｆｒが増大する（曲線の部分４０）。専門家に一般に受け 入れられる概念からすれば、この全磁気抵抗力Ｆｒは、スロット幅ｂｎが増大す ると増大し続けるだけである（曲線の部分４２）。しかし、前記の力は最大にな った後、スロット幅ｂｎが歯間ピッチτｎのほぼ半分に等しく、かつ本発明に従 ったモータがある領域４５では減少して（曲線の部分４３）最小値に達すること を出願人は発見した。領域４５から全磁気抵抗力は曲線の部分４６に示すとおり に再度増大する。 要するに、領域４１は半閉状態のスロットを有する従来形のモータの領域であ り、領域４５は本発明に基づく開放スロットを有するモータの領域である。 磁気抵抗作用はスロット数が多い程減少することが理解されよう。中程度から 大型のサイズ（０．１から１ｍ以上）の回転モータには多くの数のスロットを容 易に設けることができ、それによって磁気抵抗作用を著しく低減できるのに対し て、全長が一般に０．１から０．５ｍの間で比較的少数のスロットしか有してい ないリニア・モータの場合はそれは困難である。 このようなリニア・モータの場合、一般に各々にベベルを設けた電機子の始端 の歯（entry teeth）と終端の歯（exit teeth）を利用して全磁気抵抗力を更に 低減することができる。始端および終端の歯の寸法は専門文献に既に論じられて いる。関心がある読者は「任意の種類の多相コイルを有する非同期リニア・モー タの三次元的な調和の研究」（原文フランス語）と題するニコラス ウェーバー の論文Ｎｏ．２１９（スイス連邦技術研究所、ローザンヌ支部、１９７５年刊） を参照されたい。実際に、端部の歯およびそのベベル角は、スロットに起因する 磁気抵抗力のと匹敵する形状と大きさを有するが、符号は逆である磁気抵抗力を 得 るように選択されている。このように回転モータと比較してリニア・モータのス ロット数が少ないことは、終端効果を好適に利用することによって補償され、そ れにより回転モータよりもリニア・モータの場合の方が開放スロットを有利に利 用できる。 本発明に基づくモータの磁気抵抗作用は従来形のモータよりも大幅に小さいの で、前述したような手段を講じてこのような作用を補償する必要がもはやなくな る。このように、本発明に基づくモータでは、電機子６０を形成する積層を互い に位置合わせして、第４図ａに示したような断面で、歯１０とスロット２の一点 鎖線で示した長軸を電機子６０に対して、第４図ａでは図示していない誘導子６ １の運動方向ｙと垂直になるようにすることができる。このような構成によって 、電機子６０を形成する積層を組立てるための工具の段取りが著しく簡単になる 。 第４図のＡ−Ａ軸に沿った断面図である第４図ａでは、巻線２６は図示されて おらず、また、電機子６０を形成する積層は分離して示されていないことに留意 されたい。 更に、底板９の面と平行な磁石８の陵が運動方向Ｙに対してそれぞれ平行で垂 直であるように磁石８を配置してもよい。このような構成によって、磁石８と底 板９の組立に必要な工具の段取りが簡単になる。 全磁気抵抗力Ｆｒを極めて少なくするという利点の他に、本発明に基づくモー タの歯２５の断面積が高さＨの全体に亘って一定であり、かつ第１図に示した従 来形のモータの歯のシュー１０’のようなシューを有していないので、コイルを 形成する巻線の巻回が順序よく、コンパクトにできるという利点がある。それに よって６０％または場合によってはそれ以上のスロット２の空間充填率を達成す ることが可能になり、ひいては、一方ではモータの効率が高まり、他方ではモー タが発生する熱の散逸がずっと容易になる。本発明に基づくモータでは、各コイ ルは１個の歯だけにしか巻回しないので、巻線の張出しの長さが短縮され、銅の 損失が減少するので、効率も高まる。 歯２５の断面積は高さＨの全体に亘って一定であるのでスロット２は全開して おり、それによって予め形成したコイルを所定位置に滑りこませることができる 。これらのコイルを製造するため、その目的に使用されるワイヤが巻回されて、 歯 ２５の断面積とほぼ等しい断面積を有する方形のコアを備えた別個の巻型に連続 的な巻線が形成される。使用されるワイヤには一般に、加熱すると重合する接着 剤を塗布してある。コイル巻きが終了すると、ワイヤに電流が流されてこれを加 熱し、巻線が互いに固着される。このようにして完成したコイルは巻型から取り 外した後、電機子の歯２５の上にユニットとして滑りこませることができる。 第８図および９図はそれぞれ本発明に基づく同期モータの電機子６０を示して いる。第８図の電機子６０では、各コイル３０は単一の歯２５に巻回され、これ が囲む歯２５に隣接した２つのスロット２のほぼ全体を占める。その結果、明ら かに２つの歯２５のうちの１つだけがコイル３０で巻回される。 第９図の電機子６０の場合は、各コイル３１はこの場合も単一の歯に巻回され るが、全ての歯２５がコイル３１によって巻回される。その結果、明らかに２つ の隣接するコイルは双方で、それらが囲む２個の歯２５を分離するスロット２の ほぼ全体を占める。 第１０図から１４図は電機子６０の巻線２６の絶縁方法、およびこれらの巻線 ２６によって発生する熱の散逸方法に関してより詳細に示した図面である。 第１０図は前述の方法でスロット２内に挿入された巻線２６を実装した電機子 ６０を示している。この図面はヨーク１と巻線２６との間のスロット２の底部に 、冷却液５０が内部を循環する管１１があることを示している。この冷却系によ って、巻線２６から発生した熱を迅速に外部に伝達させることが可能になる。ス ロット２は真っ直ぐで開放されているので、管１１は両端部（図示せず）に折り 返しを設けて一種のコイルを形成するようにして事前に製造してもよい。この種 類の冷却器を先行技術（第１図）に取り付けるとすると、狭い前スロット６では 管を通すことができないので、スロット２内に挿入した後に管１１を互いに連結 しなければならなくなり、そのためにモータの組立てが顕著に複雑になることが 理解されよう。第１０図は更に巻線２６と歯２５との間に配置した絶縁シート３ も示しており、これはスロット２が開放されているので極めて容易にスロット内 に挿入することがてきる。 第１１図は第１０図と極めて類似した構成を示しており、この場合も冷却管１ １と絶縁シート３とを備えている。加えて，第１１図は管１１の少なくとも一部 が第１２図に透視図で示したシート１２によって囲まれていることを示しており 、このシートは更に歯２５と巻線２６との間に挟装され、歯２５の頭部６２へと 延びている。シート１２は巻線２６と冷却管１１との間の熱伝達手段の役割を果 たす。このシートは銅またはアルミニウムのような熱伝達材料からなるか、また は例えばカーボン・ファイバのような合成材料からなっている。シートをアルミ ニウム製にした場合は、アルミニウムを酸化させてもよい。それによって、絶縁 シート３を省くことができ、従って熱抵抗が更に低下する。 しかし、シート１２が金属製であり導電性である場合は、スロット２の漏れ磁 束によって内部に渦電流が生ずることが認められよう。比較的深いスロットを有 する全ての同期モータでは、スロットによる漏れインダクタンスが主要なインダ クタンスになり、このことが基本的には欠点となる。スロットによる漏れインダ クタンスを低減する方法の１つは、実際には熱伝達シート１２をスロットによる 漏れ磁束に対するシールドとしても利用することである。このシールドが過剰で ある場合は、第１２図に示したようなスロット１３を切削してその作用を調整し てもよい。これらのスロット１３は電動モータの積層と同様に、渦電流の大きさ を減少させる。これらの渦電流は、多数のスロットによって熱伝達能力を著しく 低下させずに除くことができる。シート１２用に、熱電動率と導電率とを良好に 調和させる合金を使用してもよいことに留意されたい。 第１３図および１４図は第１１図および１２図に示した構成の修正形を示して いる。第１３図および１４図の冷却系１４は第１１図および１２図の熱伝達シー ト１２と冷却管１１とを単一の部品に統合したものである。この冷却系１４は例 えばアルミニウム押出し部材から製造してもよい。 上述の説明は特にリニア・モータに関したものであるが、本発明の基本原理は 、明らかに回転同期モータにも応用できるものである。 第１５図は本発明に基づく回転同期モータを概略的、かつ部分的に示しており 、その回転子５０が誘導子６１を構成している。回転子５０は周囲を象徴的に表 わした円とそのシャフト５５とによって極めて概略的に示されているだけである が、これが第１図のモータの磁石８と同様の、かつ強磁性材料からなる磁束戻り 底板上に同様に配置された複数個の永久磁石からなっていることは明らかである 。 第１５図のモータの固定子がその電機子を構成しており、これはヨーク１と、 別に参照符号５１および５１’を付した複数個の同一の歯とからなっている。こ の実施形態では１２個の歯５１、５１’があり、その全てはヨーク１と連続した 第１端部と、この第１端部と対向する第２端部とを有しており、回転子５０と対 面する歯頭６２を形成している。 歯５１、５１’は歯間ピッチτｎを以て規則的に配置されており、それらの間 にコイル５２と５３が収納されるスロット２を形成している。 本発明に従って、歯５１、５１’はその高さＨの全体に亘って一定の断面積を 有しており、それらの幅ｂｄは歯頭６２のレベルでスロット２の幅ｂｎとほぼ等 しい。言い換えると、比率ｂｎ／τｎもほぼ０．５に等しい。 これらの特徴に よって、第１５図の回転モータには同じ種類の公知のモータと比較して、リニア ・モータに関して前述した利点と同じ利点が得られる。特に、本件の場合にも該 当し、この磁気抵抗トルクがニュートン・メートルで表されている第３図、６図 および７図に示すように、スロット２を設けたことにより全磁気抵抗トルクＣｒ はこのモータでは、公知の回転同期モータよりも大幅に小さい。 歯は同様に一定の断面積を有しているものの、ヨーク１に接近するにつれて幅 が拡がるスロットにはこのことは当てはまらず、この押し広げ加工された構造は 、モータの直径が縮小するとますます強調されることに注意されたい。このよう に、巻型上にコイルを事前形成する構想の利点を保持しつつ、スロット内に生ず る空間をより良好に充填するため、断面が方形の一連のコイル５２と、断面が台 形の一連のコイル５３とを、断面積が歯５１、５１’の断面積とほぼ等しい方形 のコアを有する別個の巻型上に巻回することが提案される。コイルを巻型から引 出した後、まず断面が台形のコイル５３を電機子６０の各々の第２の歯に取り付 ける。第１５図の実施形態では、コイル５３は歯５１’上に取り付けられ、歯５ １は空のままにしておく。次に、断面が台形のコイル５３の取り付け中に、空の ままに残された歯、すなわち本例では歯５１のそれぞれに、断面が方形のコイル ５２を取り付ける。このようにして、スロット２内に生ずる空間は最大限に充填 される。 コイル５２と５３を取り付けた後に残される空間５４は冷却系、例えば第１０ 図から１４図を参照して説明した冷却系を収容するために利用できる。しかし、 モータの多くの用途では、特に直径が大きいモータの場合は断面が方形のコイル だけが使用される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年１２月２０日 【補正内容】 補正明細書 電機子がコイルによって巻回された一定の断面積の歯を備えている回転輪発電 機はＤＥ２４９０９１号から公知である。回転誘導子はその周囲に、回転中に歯 内に可変磁束を誘導し、コイル内に電流を誘導する永久磁石を有している。歯間 に形成されたスロットを閉鎖するために、金属板が備えられている。このような 金属板は一般に、スロットを閉鎖し、ひいては磁気抵抗作用を軽減するために磁 気抵抗が低い磁性材料から形成される。このような金属板を配置しても上記のよ うな発電機の磁気抵抗作用はそれほど軽減されず、電機子の構造が複雑になって しまう。スロットを閉鎖する板材が磁気抵抗が高い材料製である場合、このよう な発電機では、永久磁石の間の磁極間ピッチが電機子の歯間の全ピッチと等しく 、スロットに起因する磁気抵抗作用が付加されれば、磁気抵抗作用は金属板を備 えない場合と同様に著しいものになろう。これが、単相電圧発電機を同期モータ として使用できない理由である。 補正請求の範囲 １．同期モータであって、 ヨーク（１）と、そのヨークに固定され、歯の間にスロット（２）を形成する 複数個の歯（２５；５１、５１’）とによって形成された電機子（６０）と、 各々が前記歯の少なくとも１つを巻回するように前記スロット内に配置された複 数個のコイル（３０；３１；５２、５３）と、 前記電機子と対面関係で配置され、磁束戻り底板（９）上に配置された複数個 の永久磁石（８）を備えた誘導子（６１）とを備え、 前記複数個の歯は定まった歯間ピッチ（τｎ）を以て規則的に配置され、前記 複数個の永久磁石は定まった磁極間ピッチ（τｐ）を以て規則的に配置され、前 記歯の各々はその自由端に第１の幅（ｂｄ）を有する歯頭を形成し、前記スロッ トは各々が前記歯頭と同じレベルで第２の幅（ｂｎ）を有し、前記第１と第２の 幅の合計が前記歯間ピッチを規定する形式の前記モータにおいて、前記磁極間ピ ッチが前記歯間ピッチと異なるとともに、前記第２の幅（ｂｎ）と前記歯間ピッ チ（τｎ）との比率が約０．４０と０．５５の間にあることを特徴とする同期モ ータ。 ２．前記歯（２５；５１、５１’）の各々が、それらの断面積が歯の全高（Ｈ） に亘ってほぼ一定になるようにほぼ平行な２つの歯元面を形成することを特徴と する請求の範囲第１項に記載の同期モータ。 ３．各コイル（３０）が単一の歯（２５；５１、５１’）だけを巻回し、かつこ れによって巻回された歯（２５；５１、５１’）に隣接する２つのスロット（２ ）のほぼ全体を占め、２つの歯のうちの１つの歯（２５；５１、５１’）だけが コイル（３０）によって巻回されることを特徴とする請求の範囲第１項または第 ２項に記載の同期モータ。 ４．各々の歯（２５；５１、５１’）がコイル（３１）によって巻回され、隣接 する２つのコイルの双方が、これによって巻回された歯を分離するスロット（２ ）のほぼ全体を占めることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の 同期モータ。 ５．前記第１の幅（ｂｄ）と前記第２の幅（ｂｎ）とがほぼ等しいことを特徴と する前記請求の範囲のいずれか１項に記載の同期モータ。 ６．各々がスロット（２）内のコイル（３０；３１；５２、５３）とヨーク（１ ）との間に位置する複数個の管（１１）を備えた冷却手段を更に含み、前記管（ １１）が冷却液（５０）を通過させるために互いに連結されていることを特徴と する前記請求の範囲のいずれか１項に記載の同期モータ。 ７．冷却手段が更に、各スロット（２）に１枚づつ配置され、一部がスロット内 の管（１１）を囲み、かつ隣接する歯（２５；５１、５１’）の１つとスロット （２）内のコイル（３０；３１；５２、５３）との間に挟装されていることを特 徴とする請求の範囲第６項に記載の同期モータ。 ８．前記モータがリニア・モータであることを特徴とする前記請求の範囲のいず れか１項に記載の同期モータ。 ９．前記モータが回転モータであって、その固定子が前記電機子（６０）から形 成され、その回転子が前記誘導子（６１）から形成されていることを特徴とする 前記請求の範囲のいずれか１項に記載の同期モータ。 １０．電機子（６０）が、それぞれがコイル（５２、５３）によって巻回された 偶数個の歯（５１、５１’）を備えるとともに、各対の隣接する歯（５１、５１ ’）のうち、一方の歯は少なくともほぼ方形の断面を有するコイル（５２）によ って巻回され、他方の歯は少なくともほぼ台形の断面を有するコイル（５３）に よって巻回されていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の同期モータ。 １１．請求の範囲第９項に記載の回転モータで使用されるコイル（５２、５３） を製造し、かつ取り付ける方法において、 コンパクトで事前形成されたコイルを製造するために、前記歯（５１、５１’ ）の各々の断面積とほぼ等しい断面積の方形のコアを有する別個の巻型に連続巻 線として方形の断面（５２）の各々のコイルを形成するようにワイヤを巻回する ステップと、 コンパクトで事前形成されたコイルを製造するために、前記歯（５１、５１’ ）の各々の断面積とほぼ等しい断面積の方形のコアを有する別個の巻型に連続巻 線として台形の断面（５３）の各々のコイルを形成するためにワイヤを巻回する ステップと、 電機子の２番目の歯（５１’）毎に台形の断面（５３）を有する各々のコイル を取り付けるステップと、 電機子の各々の残りの歯（５１）に方形の断面（５２）の各々のコイルを取り 付けるステップ との連続的な手順からなることを特徴とする方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ヨーク（１）と、該ヨーク（１）と連続し、該ヨークとの間にスロット（２ ）を形成している第１端部をそれぞれが有する複数個の歯（２５；５１、５１’ ）と、一部が前記スロット（２）内に配置され、コイルが励磁されると前記歯内 に磁束を生成するように構成されたコイルとを備えた電機子（６０）を含む同期 モータであって、前記歯（２５；５１、５１’）はそれぞれが前記第１端部と対 向し、第１の幅（ｂｄ）を有する歯頭（６２）を形成する第２端部を有し、かつ 前記スロット（２）はそれぞれが前記歯頭（６２）と同レベルで第２の幅（ｂｎ ）を有し、前記第１と第２の幅の合計が歯間ピッチ（τｎ）を規定しており、前 記モータが更に、前記歯頭（６２） と対面関係に配置されていて、複数個の永 久磁石（８）と、該永久磁石（８）がその上に配置されている磁束戻り底板（９ ）とからなる誘導子（６１）を含んでいる形式の同期モータにおいて、前記歯（ ２５；５１、５１’）の第１と第２の端部との間の断面積が一定であり、かつ前 記第２の幅（ｂｎ）と前記歯間ピッチ（τｎ）との比率が約０．４０と０．５５ の間にあることを特徴とする同期モータ。 ２．各コイル（３０）が単一の歯（２５；５１、５１’）だけに巻回されるとと もに、コイルが巻回された歯（２５；５１、５１’）に隣接する２つのスロット （２）のほぼ全体を占め、２つの歯のうちの１つの歯（２５；５１、５１’）だ けがコイル（３０）によって巻回されることを特徴とする請求の範囲第１項に記 載の同期モータ。 ３．各々の歯（２５；５１、５１’）がコイル（３１）によって巻回され、２つ の隣接するコイルは双方で、それらが囲む歯を分離するスロット（２）のほぼ全 体を占めることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の同期モータ。 ４．コイル（３０、３１；５２、５３）が連続する巻線を有することを特徴とす る前記請求の範囲のいずれか１項に記載の同期モータ。 ５．前記第１の幅（ｂｄ）と前記第２の幅（ｂｎ）とがほぼ等しいことを特徴と する前記請求の範囲のいずれか１項に記載の同期モータ。 ６．各々がスロット（２）内のコイル（３０；３１；５２、５３）とヨーク（１ ）との間に位置する複数個の管（１１）を備えた冷却手段を更に含み、前記管（ １ １）が冷却液（５０）を通過させるために互いに連結されていることを特徴とす る前記請求の範囲のいずれか１項に記載の同期モータ。 ７．冷却手段が更に、各スロット（２）に１枚づつ配置され、一部がスロット内 の管（１１）を囲み、かつ隣接する歯（２５；５１、５１’）の１つとスロット （２）内のコイル（３０；３１；５２、５３）との間に挟装されていることを特 徴とする請求の範囲第６項に記載の同期モータ。 ８．前記モータがリニア・モータであることを特徴とする前記請求の範囲のいず れか１項に記載の同期モータ。 ９．前記モータが回転モータであって、その固定子が前記電機子（６０）から形 成され、その回転子が前記誘導子（６１）から形成されていることを特徴とする 前記請求の範囲のいずれか１項に記載の同期モータ。 １０．電機子（６０）が、それぞれがコイル（５２、５３）によって巻回された 偶数個の歯（５１、５１’）を備えるとともに、各対の隣接する歯（５１、５１ ’）のうち、一方の歯は少なくともほぼ方形の断面を有するコイル（５２）によ って巻回され、他方の歯は少なくともほぼ台形の断面を有するコイル（５３）に よって巻回されていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の同期モータ。 １１．請求の範囲第７項に記載のリニア・モータで使用されるコイル（３０；３ １）を製造し、かつ取り付ける方法において、 −コンパクトで事前形成されたコイルを製造するために、前記歯（２５）の各々 の断面積とほぼ等しい断面積の方形のコアを有する別個の巻型に連続巻線として コイルの１つ（３０；３１）を形成するためにワイヤを巻回するステップと、 −巻型からコイルを取り外すステップと、 −コイル（３０；３１）を電機子（６０）の歯（２５）に取りけるステップと、 の連続的な手順を有することを特徴とする方法 １２．請求の範囲第９項に記載の回転モータで使用されるコイル（５２、５３） を製造し、かつ取り付ける方法において、 −コンパクトで事前形成されたコイルを製造するために、前記歯（５１、５１’ ）の各々の断面積とほぼ等しい断面積の方形のコアを有する別個の巻型に連続巻 線として方形の断面（５２）の各々のコイルを形成するためにワイヤを巻回する ス テップと、 −コンパクトで事前形成されたコイルを製造するために、前記歯（５１、５１’ ）の各々の断面積とほぼ等しい断面積の方形のコアを有する別個の巻型に連続巻 線として台形の断面（５３）の各々のコイルを形成するためにワイヤを巻回する ステップと、 −電機子の２番目の歯（５１’）毎に台形の断面（５３）を有する各々のコイル を取り付けるステップと、 −電機子の各々の残りの歯（５１）に方形の断面（５２）を有する各々のコイル を取り付けるステップと、 の連続的な手順を有することを特徴とする方法。