(57)【要約】【課題】巻線の挿入を容易にし、またコギングトルクを低減させたモータを提供する。【解決手段】本発明は、永久磁石を有する電気モータの溝付き部品に関する。この溝付き部品は、閉リング（８）と歯（７）とによって形成される内側リング（５）と、外側リング（１０）とで作られる。閉リング（８）と歯（７）と外側リング（１０）は焼結によって作られ、さらに、歯（７）の周りにワイヤ（１２）の巻線を備える。この溝付き部品は、モータの固定子または回転子のどちらであってもよい。【選択図】図６Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有する電気モータの溝付き部品であって、該溝付き部品は、閉リング（８）と歯（７）とによって形成された内側リング（５）で作られており、前記閉リングと前記歯は焼結によって作られ、かつ、さらに、前記歯の周りのワイヤ（１２、１５）の巻線を含む溝付き部品。
【請求項２】
更に、前記内側リング（５）の上に挿入される外側リング（１０）を含む請求項１に記載の溝付き部品。
【請求項３】
前記外側リング（１０）は焼結によって作られる請求項２に記載の溝付き部品。
【請求項４】
前記外側リング（１０）を前記内側リング（５）の上に挿入する時に、前記歯（７）は、前記外側リング内の対応するノッチ（１１）と協働する請求項１から３までのいずれか一項に記載の溝付き部品。
【請求項５】
前記歯（７）の縁部（１３）が丸められている請求項１から４までのいずれか一項に記載の溝付き部品。
【請求項６】
前記内側リング（５）と前記外側リング（１０）は、軟磁性粉末複合材料（ＳＭＣ）のような磁性材料で作られている請求項１から５までのいずれか一項に記載の溝付き部品。
【請求項７】
前記溝付き部品は前記電気モータの固定子である請求項１から６までのいずれか一項に記載の溝付き部品。
【請求項８】
前記溝付き部品は前記電気モータの回転子である請求項１から７までのいずれか一項に記載の溝付き部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気モータの回転子または固定子を形成するタイポロジ、特に永久磁石を有する電気モータの溝付き部品、さらに電気モータにおける磁性材料複合物の使用のためのシステムに関する。この対象は、特に、永久磁石回転子を有するブラシレスモータであるが、独立した励磁回転子を有するモータに対しても拡張することが可能である。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータの製造においては、コイルを通って流れる電流（flow）を導く（channelling）方法として磁気プレートの使用が極めて一般的である。この磁気プレートは、電流の変動のために基材（Ｆｅ）中に誘起される電流の流れを防ぐためのケイ質ワニス（siliceous varnish）を有する鉄板から成る。この電流の変動は回転子の回転に起因する。
【０００３】
この磁気プレートは、モータ巻線のワイヤを挿入するために打ち抜き加工され、また、モータのタイプに応じて回転子においても固定子においても使用可能である。モータに要求される磁極の数と動作波形とに応じて、回転子の形状がモータ毎に異なる場合には、固定子が巻線される（永久磁石なしで）場合が一般的である。巻線が内側区域（図１、参照番号１を参照されたい）の部分を通して挿入されることが可能なように、巻線が上記の区域を通して内側に配置されるときにはスロットが開いたままであるように磁気プレートが打ち抜き加工される。これは、電気モータ製造業者にとって非常に一般的なシステムであり、また、固定子スロット内の巻線の挿入を専業とする企業が存在する。
【０００４】
巻線がスロットの外に出ることを防止するために（図２を参照されたい）、回転子から固定子への磁気の流れ（magnetic flow）を導くという目的の磁極歯の突起部３によって支持されるくさび（wedge）２が使用される。これらの小さな突起部３は、磁気プレートを切断する時に大きな張力が生ずる区域であるので、打ち抜き加工の型（stamping form）の製造において追加のコストを生じさせる。このようなパンチ（punch）は、所定の回数に耐えることができなく、また、一般的に高コストである耐久性のある材料の使用、または、材料の耐久性を高めるための高コストな処理の使用を必要とする場合がある。
【０００５】
本特許の目的の１つは、モータの製造において巻線の挿入を容易にして時間を節約する形状を使用すること、さらに上記の型をより高コストにする磁極歯の突起部を必要とせずに巻線を取り付ける高信頼性のシステムを使用することである。
【０００６】
モータの性能を何ら失うことなしに高度の精密位置決めが必要とされるサーボモータの特定の分野では、サーボモータ製造業者によって使用されるその達成手段の１つが、コギング（cogging）として知られている現象である。この現象は、永久磁石と固定子スロットとの間の相互作用によって生ずるトルク変動として定義することが可能である。これは、磁石の運動中に、または、磁石がスロットの前にないときに磁石に生じる磁気抵抗の変動に起因する。このトルク変動は、必要に応じてサーボシステムによって補償されなければならず、このことは、安定位置から不安定位置への移動を補償するために追加の電流が必要となるので、モータ制御のコストを増大させる。
【０００７】
モータが小さいほど、スペースの問題のために、固定子内に作ることができるスロットの数が少なくなることは明らかである。同様に、スロットがより少ないことは、スロットの相互間の角度がより大きいことを意味し、このことは、回転中のスロットと磁極歯との間の磁気抵抗の変動がより大きく、したがって、コギングがより大きいということを意味する。内径がより大きい場合には、固定子内により多くの数のスロットを有することが可能であり、したがって、固定子の前での回転子の位置のジャンプ（position jump）によるそのピークの値はより小さいだろう。コンパクトなサイズのブラシレスサーボモータを見ることが希である理由の１つが、所定の稼動コストに対して、その性能が比較的低いことである。小さなサイズのサーボモータにおいてはコギングの減少はこの市場に対する大きな改善を意味する。
【０００８】
先行技術で公知であるシステムの一例が、モータの回転子または固定子を形成する永久磁石を備えた電気モータの溝付き部品を開示するフランス特許出願2 776 856に示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上記の公知のシステムを改良することである。
【００１０】
本発明の更に別の目的は、磁石が磁気抵抗の変動を示さないように一定の磁気空隙をモータに提供し、これによって、標準的な形状よりも低いレベルのコギングを達成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、磁気プレートの選択が唯一の可能な選択としてしか見なされなかったブラシレスモータの固定子の設計における追加された価値をもたらすものである。許容可能なレベルの透磁率を有する複合磁性材料（composite magnetic material）が市場に出現したことが、伝統的な形状とは異なる新たな形状の実現を可能にし、このことが原材料と製造プロセスとに関して固定子製造コストを低下させる。
【００１２】
本発明による溝付き部品（grooved part）は請求項１に規定されている。本発明の様々な実施態様は従属請求項に規定されている。
【００１３】
本発明は、溝付き部品が電気モータの固定子である図面を参照する実施形態の説明によって最も適切に理解されるだろう。当業者であれば、永久磁石を有する電気モータの回転子に対して、以下の説明の教示内容を適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明によって、複合磁性材料の２つの部品を含む固定子が提案される（図３および図４を参照されたい）。第１の部品は、歯７の間の空間６がモータ巻線を位置決めするシーブ（sheave）の形の内側リング（interior ring）５である。
【００１５】
この内側リング５の特殊性はその設計にあり、そこでは数十分の１ミリの幅である同心の閉リング（closing ring）８によってすべての歯７が裏側で接合されている。回転子回転の中心と同心であるこの閉リング８の在り方は、歯７を除いてその外周表面全体にわたって均一の幅を有することが好ましい。このことはコギングの低減のための基本であるが、その理由は、磁石が強磁性体材料から常に同じ距離にあり、したがって静的トルクパルスを発生させないので、回転子の回転に伴って磁石が磁気抵抗の変動を示さないからである。しかしながら、この閉リング８の厚さは、その部品の寸法に依存するであろう。この閉リング８は、歯を確実に保持しかつコイル１２の挿入を可能にすることができるために十分なだけ厚いことが必要である。しかし、これと同時に、閉リングを通って回転子からの磁気の流れ（magnetic flow）が歯（したがってコイル１２）を横切ることなしに閉じることはできず、磁気ヨーク（図４を参照されたい）として機能する第２の部品１０を通って閉じるように、回転子の内側部分９において適合しなければならないとすると、閉リング８はあまり厚くできない。
【００１６】
上記の流れの一部分が上記の閉リングを通って導かれ、その後で巻線を横切らないということは避けられない。磁気的な観点からは、それが上述とは反対に可能な限り小さいということが興味深いと言えよう。機械的及び磁気的有限要素シミュレーションプログラムを使用することによって、閉リング８の寸法と磁石のタイプおよび形状とモータの用途とにしたがって閉リング８の厚さを画定する妥協的な解決策を見い出すことが可能である。
【００１７】
２つの部品５、１０が運転している時にその２つの部品の間の相対的な回転移動を防止するために、そして、モータが取り付けられているときにその２つの部品がシステムの振動を生じさせるのを止めるために、図４に示されている外側リング（exterior ring）１０は、幾つかの対応するノッチ１１によって内側リング５に固定されている。
【００１８】
２つの部品５、１０の間の固定は、接着、機械的干渉、または、歯７の末端が丸められず（直線、ダブテール状（dove-tailed）等）かつノッチ１１の中に挿入されることが可能なように歯７の端部の形状を変更することのような他の方式を使用して、行うことが可能である。
【００１９】
しかしながら、丸められた形状が最少のエッジを伴う形状であり、したがって、コイル（図５を参照されたい）を挿入する時にワイヤ１２のワニスを損傷させる危険性を防止し、したがって、それが引き起こす可能性がある発生可能な大きな電流ジャンプ（mass current jump）を防止すると考えられる。
【００２０】
コイルの挿入のための同じ度合いの開口の空間を有することが、ワイヤ１２がはるかに適切な形で位置決めされることを可能にし、したがって、空間６に対する銅充填率を最大にするので、このことに付随する顕著な利点が存在するということが指摘されるべきである。
【００２１】
一旦ワイヤ１２の巻線が空間６の中に挿入されると、前記の先行技術（図２またはFR 2 776 856を参照されたい）によって開示されている通りの締め付けくさびは必要とされないだろう。外側リング１０は、図６Ａと図６Ｂとに示されているように、内側リング５の上に直接的に挿入され、コイルを完全に固定する磁気ヨークとして作用する。図６Ａに示すように、内側リング５は外側リング１０の中に横から挿入され、歯７が対応するノッチ１１の中に入る。図６Ｂには、外側リング１０内の適切な位置に配置されている内側リング５を備えた固定子が示されている。
【００２２】
本発明の別の利点は、磁気プレートで作られている伝統的な電気モータに見られる活性の縁部（live edge）の低減である。本発明による固定子は磁性材料複合物（magnetic material composite）で作られており、また、鋳型（mold）の中に磁性粉末をプレス（焼結）することと、その磁性粉末を覆う樹脂の品質にしたがった決められた温度での後続の硬化プロセスとによって成形される。焼結（sintering）のために使用される材料は、この数年間において性能が常に向上している軟磁性粉末複合物（soft magnetic powder composite：ＳＭＣ）として一般的に知られている。任意の類似の材料を使用してもよい。
【００２３】
このことが、縁部が活性で巻線に損傷を与える可能性があるこれらの区域内に半径（radius）を与えることを可能にする。一例が、図５に参照番号１３で示されている縁部であろう。
【００２４】
上記の部品を成形するための鋳型を作るコストは、こうした縁部１３を回避するためのこの小さな変更でより高くなるであろうが、しかし、粗い表面または活性の縁部が存在しないことになるので、コイルと固定子との間の電気絶縁を必要としないという重要な利点がある。この鋳型のより高いコストは、後で速やかに利益をもたらすだろう。この変更の結果は、参照番号１４、すなわち、丸い縁部を有する歯で示されている図７において見ることができる。
【００２５】
図２に参照番号４で示されているような絶縁を避けることによって、ワイヤ１２に使用可能な空間が著しく増大し、このことが、同一の体積の固定子を使用してより高いトルクとより大きなパワーとを得るようにすることを可能にする。
【００２６】
図７に示されているように、歯１４の縁部のすべてが丸められることによって、図７に示されているものとは別のタイプの巻線を想定することも可能である。例えば、それがもたらす利点、すなわち、直接的に歯の上に巻線することによって、コイルを作るという前段階と、その後の、リング１０のスロット１１内にそれを挿入する段階とを必要としないという利点を有する歯巻線（tooth winding）を使用することが可能である。その結果は、歯の中でのコイルのはめ合い（fit）の品質が高くなり、コイルヘッド（coil head）が小さくなることに関して、目覚ましいものであり得る。その結果は、丸められた歯１４と、参照番号１５で示されているコイルとで、図８に概略的に示されている。
【００２７】
上述したように、上記の溝付き部品は、固定子の場合と同じ利点を提供する、永久磁石を有する電気モータの回転子であってもよい。前述のように、固定子の代わりに回転子を製造するために特別な技術は不要である。主な相違点は、外側リングが固定子のそれよりも薄くなければならないということである。
【００２８】
本発明は、次のような幾つかの利点をもたらす。
−  伝統的な固定子または回転子のコストよりも著しく低いコスト、
−  コイルを作りながら固定子または回転子上に巻線を直接挿入することが可能である、
−  巻線が最上部（on top）でないときに、巻線挿入のコストが一層安い、
−  絶縁の除外の可能性、
−  スロット当りのより高い銅充填率、
−  卓越したトルク／体積比、
−  磁気プレートのコストよりも低い複合原材料コスト、
−  より小さいコギング、
−  固定子の耐久性、
−  磁気プレートの結果として生じる鉄損が磁性ダスト複合体（magnetic dust composite）によって著しく減少するので、高周波用途に適する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来技術の固定子設計を示す図である。
【図２】従来技術による解決策を示す図である。
【図３】本発明による固定子の内側部品を示す図である。
【図４】本発明による固定子の外側部品を示す図である。
【図５】本発明による固定子の一部分を示す斜視図である。
【図６Ａ】本発明による固定子を形成する２つの部品の挿入（その１）を示す図である。
【図６Ｂ】本発明による固定子を形成する２つの部品の挿入（その２）を示す図である。
【図７】図５による部品の変型例を示す図である。
【図８】本発明による固定子の別の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
５    内側リング
６    空間
７    歯
８    閉リング
１０    外側リング
１１    ノッチ
１２    ワイヤ
１３    縁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2006304594.tif 000009
【図７】
2006304594.tif 000010
【図８】
2006304594.tif 000011
【外国語明細書】
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