(57)【要約】【課題】磁束誘導及びコギングトルクに関して優れた特性を有する一方、ステータ歯への簡単な巻回を可能にする電気機械のステータ構造を提供する。【解決手段】本発明は、ステータ保磁子リングと、巻線を収容するためのステータ溝がそれぞれの間に形成された複数のステータ歯とを有するステータ本体を備える電気機械、特に直流モータのステータ構造に関するものであり、ステータ歯は、ステータ保磁子リングから半径方向に延在しており、ステータ歯の自由端にはステータ極が形成されており、ステータ歯がその自由端の部位において、ステータ本体と同軸に延在するスリーブと結合されている。本発明は、このようなステータ構造の製造方法、及び、このようなステータ構造を用いた直流モータも対象としている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ保磁子リング（１４）と、巻線を収容するためのステータ溝がそれぞれの間に形成された複数のステータ歯（１６）とを有するステータ本体（１０）を備え、前記ステータ歯（１６）は、前記ステータ保磁子リング（１４）から半径方向に延在しており、前記ステータ歯（１６）の自由端には、ステータ極が形成されている、電気機械、特に直流モータのステータ構造であって、前記ステータ歯（１６）は、その自由端の部位において、前記ステータ本体（１０）と同軸に延在するスリーブ（１２）と結合されていることを特徴とする電気機械のステータ構造。
【請求項２】
前記スリーブ（１２）は、それぞれ二つの隣接する前記ステータ歯（１６）の間において軸方向に延在するスリット（２２）を有していることを特徴とする請求項１に記載のステータ構造。
【請求項３】
前記スリーブ（１２）は、強磁性材料から製作されており、前記ステータ歯（１６）の自由端の部位において磁極片を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のステータ構造。
【請求項４】
前記スリーブ（１２）は、前記ステータ溝の方を向いている表面が電気絶縁材料によりコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のステータ構造。
【請求項５】
前記スリーブ（１２）は、前記ステータ溝とは反対を向いている方の表面が電気絶縁材料によりコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のステータ構造。
【請求項６】
前記スリーブ（１２）は、打ち抜かれて丸められた薄板から製作されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のステータ構造。
【請求項７】
前記薄板は、前記スリーブ（１２）を前記ステータ歯（１６）に装着するために柔軟であることを特徴とする請求項６に記載のステータ構造。
【請求項８】
前記薄板は、継目部位（３２）の箇所において、開いたスリーブ（１２）になるように丸められていることを特徴とする請求項６又は７に記載のステータ構造。
【請求項９】
前記スリーブ（１２）に、前記ステータ歯（１６）と連結するための切欠き（１８）が形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のステータ構造。
【請求項１０】
前記ステータ歯（１６）と連結するための前記切欠き（１８）は、前記スリーブ（１２）の少なくとも一方の軸方向端部において閉じた、軸方向に延在するスリットによって形成されていることを特徴とする請求項９に記載のステータ構造。
【請求項１１】
前記ステータ歯（１６）に、前記スリーブ（１２）が内部で保持される側方の溝（３６）が形成されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載のステータ構造。
【請求項１２】
前記スリーブ（１２）と前記ステータ歯（１６）とが、特に溶接又は接着によって互いに堅固に連結されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のステータ構造。
【請求項１３】
前記スリーブ（１２）の少なくとも一方の軸方向端部は、前記ステータ本体（１０）の端面から軸方向に突出していることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のステータ構造。
【請求項１４】
前記ステータ歯（１６）は、前記ステータ保磁子リング（１４）から半径方向内側に向かって突出していることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のインナーロータ型モータのステータ構造。
【請求項１５】
前記ステータ構造は、プラスチック又は合成樹脂により押出被覆されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のステータ構造。
【請求項１６】
前記スリーブ（１２）は、条溝又は面取りによって剛性を与えられていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のステータ構造。
【請求項１７】
前記スリーブ（１２）は、それぞれ隣接する二つの前記ステータ歯（１６）の間を軸方向に延在する非磁性ゾーン又は弱磁性ゾーンを有していることを特徴とする請求項１に記載のステータ構造。
【請求項１８】
前記スリーブ（１２）は、強磁性材料から製作されており、前記ゾーンは、スリット（２２）により構成されていることを特徴とする請求項１７に記載のステータ構造。
【請求項１９】
前記スリーブは、初期状態が強磁性である複合磁性材料から製作されており、前記非磁性ゾーン又は弱磁性ゾーンは、当該材料の局所的な加熱によって形成されることを特徴とする請求項１７に記載のステータ構造。
【請求項２０】
前記スリーブは、前記ステータ歯（１６）の自由端に磁極片を形成することを特徴とする請求項１又は１７乃至１９のいずれか一項に記載のステータ構造。
【請求項２１】
前記スリーブ（１２）は、前記ステータ溝の方を向いた表面が、及び／又は、前記ステータ溝と反対を向いている方の表面が、電気絶縁材料によりコーティングされていることを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載のステータ構造。
【請求項２２】
請求項１３又は１４に記載のステータ構造を備える直流モータにおいて、ロータ本体（２４）が、前記ステータ本体（１０）に同軸に挿入されており、前記ロータ本体（２４）の軸方向端面側にある回転位置センサが、軸方向に突出する前記スリーブ（１２）の半径方向内部に配置されていることを特徴とする直流モータ。
【請求項２３】
請求項１３に記載のステータ構造を備える直流モータにおいて、ロータ（２４）本体が前記ステータ本体（１０）に同軸に挿入されており、軸方向に突出する前記スリーブ（１２）の半径方向内側に、前記ロータ本体（２４）の端面と対向するように回転位置センサが配置されていることを特徴とする直流モータ。
【請求項２４】
ステータ保磁子リング（１４）と、巻線を収容するためのステータ溝がそれぞれの間に形成された複数のステータ歯（１６）とを有するステータ本体（１０）を準備するステップであって、前記ステータ歯（１６）は、前記ステータ保磁子リング（１４）から半径方向に延在しており、前記ステータ歯（１６）の自由端にはステータ極が形成されている、ステップと、
前記ステータ本体（１０）に位相巻線を巻回するステップと、
前記ステータ歯（１６）をその自由端の部位において、前記ステータ本体（１０）と同軸に延在するスリーブ（１２）と連結するステップと、
を備えていることを特徴とする、電気機械、特に直流モータのステータ構造の製造方法。
【請求項２５】
前記スリーブ（１２）は、薄板から打ち抜かれて丸められ、このとき、前記薄板は、前記スリーブ（１２）が前記ステータ歯（１６）との連結後にそれぞれ二つの隣接する前記ステータ歯（１６）の間において軸方向に延在するスリット（２２）を有するように打ち抜かれることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記スリーブ（１２）は、強磁性材料から製作され、前記ステータ歯（１６）の自由端に磁極片を形成することを特徴とする請求項２４又は２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記スリーブ（１２）は、前記ステータ歯（１６）への装着後に個々の磁極片に分割されることを特徴とする請求項２４又は２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記スリーブ（１２）は、前記ステータ溝の方を向いている表面が電気絶縁材料によりコーティングされることを特徴とする請求項２４乃至２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記スリーブ（１２）は、前記ステータ溝とは反対を向いている方の表面が電気絶縁材料によりコーティングされることを特徴とする請求項２４乃至２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記スリーブ（１２）は、継目部位（３２）の部位において、前記スリーブ（１２）が開くように薄板から打ち抜かれて丸められることを特徴とする請求項２４乃至２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記スリーブ（１２）に、前記ステータ歯（１６）と連結するための切欠き（１８）が形成されることを特徴とする請求項２４乃至３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記スリーブ（１２）は、前記切欠き（１８）において前記ステータ歯（１６）の自由端に押し付けられることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記スリーブ（１２）は、前記切欠き（１８）において前記ステータ歯（１６）の自由端に軸方向に押し込まれることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記ステータ歯（１６）に側方の溝（３６）が形成されており、その内部で前記スリーブ（１２）は、軸方向に案内されることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記スリーブ（１２）は、特に溶接又は接着により前記ステータ歯（１６）と堅固に連結されることを特徴とする請求項２４乃至３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記ステータ構造は、前記スリーブ（１２）の装着後にプラスチック又は合成樹脂により押出被覆されることを特徴とする請求項２４乃至３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
前記スリーブは、初期状態において強磁性である複合磁性材料から製作され、前記スリーブは、ステータ歯と結合される前又は後に、それぞれ隣接する二つのステータ歯の間を軸方向に延在するゾーンの内部において局所的に加熱され、それにより複合磁性材料を当該ゾーンの内部において常磁性材料に移行させることを特徴とする請求項２４又は２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械のステータ構造、ステータ構造の製造方法、及び、そのようなステータ構造を用いた直流モータに関する。本発明に係るステータ構造は、様々な種類の電気機械において採用することができ、特に、直流モータ用や直流発電機用として意図することができる。
【背景技術】
【０００２】
本発明の一つの有利な利用分野は、特に、インナーロータ型モータとして設計された、ブラシレス直流モータ及びその他の永久磁石モータである。永久磁石を用いたインナーロータ型の設計を有する電動モータは、シャフトに装着されたロータ保磁子を有しており、一つ若しくは複数の永久磁石がロータ保磁子に装着されているか、又は、これに埋設されている。さらにこのモータは、通常、ステータ歯が半径方向内方に向かって突出する環状のステータ保磁子を形成する、一体化された複数の金属板からなるステータ構造を備えている。ステータ歯はステータ極を形成し、これらの間には巻線を収容するためのステータ溝が形成されている。ロータ構造は、ステータ構造に同軸に挿入されている。本発明は、アウターロータ型モータにも適用可能である。
【０００３】
モータを取り付けるために少なくとも一方の端面側のフランジを有するハウジングの中に、ロータ及びステータが収容されているのが通常である。しかしながら、ステータ鉄心の外面がモータを外方に向かって封止するモータも知られている。多くのモータでは、ステータは溝のある積層鉄心からできており、例えば絶縁された銅線からなる巻線がステータの溝に収容される。通常、ステータ歯は、その自由端の部位において幅広になっており、磁束を可能な限り収容して、その形状により機械のコギングトルクを低減する役割を果たす、いわゆる磁極片を有している。磁極片には、溝の内部において巻線をその位置に固定するという追加の機能もある。電気機械のコギングトルクを低減して磁束を最適化するために、磁極片は、可能な限り幅広であるのが望ましい。しかしながら、幅広の磁極片の欠点は、巻線の線材をステータ溝に挿通するために比較的細い間隙しか空けておけないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の課題は、磁束誘導及びコギングトルクに関して優れた特性を有しており、にも拘わらずステータ歯への簡単な巻回を可能にする電気機械のステータ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、請求項１の構成要件を備えるステータ構造によって解決される。本発明は、請求項２２及び２３に記載された直流モータも意図しており、また、請求項２４に記載された、電気機械のステータ構造の製造方法も意図している。
【０００６】
本発明は、ステータ保磁子リングと複数のステータ歯とを備えるステータ構造を有する、電気機械の、特に直流モータの、ステータ構造を意図している。ステータ歯は、ステータ保磁子リングから半径方向へ延在しており、巻線を収容するためのステータ溝をそれぞれの間において区切っている。ステータ歯の自由端には、ステータ極が形成されている。本発明の有利な実施の形態では、ステータ構造はインナーロータ型モータ用として意図されており、この設計においては、ステータ歯は、ステータ保磁子リングから半径方向内方に向かって延在している。ステータ歯は、その自由端の部位に、従来の技術では通常であるような、幅広になった磁極片を有していない。従って、それぞれのステータ歯の間の溝開口部が広くなっており、ステータ歯へ巻回するための溝開口部への巻線の線材の導入が、インナーロータ型モータ用の通常のステータ構造に比べて明らかに容易になる。ステータ歯へ巻回した後、ステータ本体と同軸に延在し、ステータ歯の自由端と結合されるスリーブが、本発明に係るステータ構造に装着される。インナーロータ型の設計においては、このスリーブがステータの内径を規定し、ステータをロータに対して封止する。
【０００７】
スリーブは、本発明に係るステータ構造では、複数の機能を有している。第１に、スリーブは溝カバーとしての役割を果たし、巻線をステータ溝の中において保持する。この機能のために、ステータ溝の方を向く表面においてスリーブを電気絶縁材料によりコーティングし、それにより、スリーブが溝絶縁の機能も担うようにするのが好都合である。スリーブのさらに重要なもう一つの機能は、磁極片を形成することである。この役割を果たすために、スリーブは、強磁性材料からできているのが好都合であり、ステータ歯の自由端と磁気的に結合される。さらにスリーブは、隣接するステータ歯の磁極片を互いに分離するために、それぞれ二つの隣接するステータ歯の間において軸方向に延在するスリットを有するように構成されるのが好ましい。ステータ歯には既に巻回がなされており、スリットには、隣接するステータ歯の磁極片を磁気的に互いに分離する役割しかないので、それぞれの磁極片の間のスリットは細くても構わない。それにより、電気機械の回転挙動にとって好ましく、特にコギングトルクの低減を可能にする、格別に幅広の磁極片を備えるステータ構造を得ることができる。
【０００８】
さらにスリーブは、隣接するステータ歯の磁極片を磁気的に互いに分離するために、それぞれ二つの隣接するステータ歯の間において軸方向に延在する非磁性ゾーン又は弱磁性ゾーンを有するように構成されるのが好ましい。このゾーンには、磁極片を磁気的に互いに分離する役割しかないので、それぞれの磁極片の間の各ゾーンは細くてもよい。それにより、電気機械の回転挙動にとって好ましく、特にコギングトルクの低減を可能にする、格別に幅広の磁極片を備えるステータ構造を得ることができる。
【０００９】
本発明の第１の実施の形態においては、磁極片を分離するためのゾーンは、例えばスリーブに打ち抜かれた細いスリットによって形成される。この実施の形態では、スリーブは、強磁性材料からできているのが好ましい。
【００１０】
本発明の別の実施の形態では、スリーブは、第１の状態では強磁性であり、第２の状態では常磁性である複合磁性材料から製作されている。この材料は、初期状態では強磁性の特性を有しており、熱処理された後は常磁性の特性を有している。スリーブは、非磁性ゾーン又は弱磁性ゾーンが生じるべき領域において局所的に限定的に加熱され、そのようにして、そのゾーン内部で常磁性状態にされる。
【００１１】
本発明に基づくスリーブの製造に適している一つの材料は、日立金属株式会社（日本国東京）によりＹＥＰ  ＦＡ１スチールの名称で製造されているＦｅ−Ｃｒ−Ｃをベースとする合金である。この合金は、例えば米国特許第６，２５５，００５号公報及び同第６，３９０，４４３号公報、並びに、日本国公開特許公報特開２００４−０９１８４２号、特開２００４−１４３５８５号及び特開２００４−２８１７３７号に記載されている。複合磁性材料の組成に関して、及び、これらの文献に開示されている温度に関して、特に強磁性状態から常磁性状態へ複合磁性材料が転換する温度に関して、前掲の文献を援用する。前掲の文献では、複合磁性材料は、電磁弁その他の磁気部品で使用されているが、ステータ構造での使用については、記載も示唆もなされていない。
【００１２】
本発明の一つの有利な実施の形態においては、スリーブは、例えば故障時の弧絡電圧を回避すべく、ロータに対する電気絶縁部を設けるために、ステータ溝とは反対を向いている方の表面でも電気絶縁材料によりコーティングされている。
【００１３】
打ち抜かれて丸められ、場合によりコーティングされた薄板からスリーブが製作されると、本発明に係るステータ構造を格別に簡単かつ低コストな方法により製造することができる。第１の実施の形態においては、スリーブは先ず平坦な薄板から打ち抜かれ、このときに、個々の磁極片を分離するためのスリット、及び、ステータ歯との連結をするための切欠きも一緒に打ち抜かれる。次いで、この薄板を丸め、継目部位の箇所において開いていることによって柔軟なスリーブにする。このことは、ステータ歯の自由端にスリーブを装着又は圧着するのを容易にする。スリーブの切欠きと協働する対応する楔形状を、ステータ歯の自由端に設けるのが好都合である。スリーブには様々な実施の形態が考えられる。例えば、ステータ歯との連結をするための切欠きは、スリーブの両方の軸方向端部の部位において閉じられた、スリーブに沿って軸方向に延在するスリットによって形成されていてもよい。この実施の形態では、切欠きは、ステータ歯に対して押し付けられる。これに代わる実施の形態では、切欠きは、スリーブの一方の軸方向端部においてのみ閉じられたスリットによって形成される。この実施の形態では、スリーブを軸方向においてステータ本体又はステータ歯に押し込むことができる。本発明のさらに別の実施の形態では、切欠きのエッジがスリットに係合するようにスリーブを軸方向においてステータ歯に押し込むために、ステータ歯にその自由端の近傍において側方のスリットが形成されている。このことは、スリーブがロータ磁石の磁気的な吸引力によってステータ極から引き離されることがないという利点がある。この追加又は代替として、例えば溶接、特にレーザ溶接、又は、接着等によって、スリーブをステータ歯と堅固に連結することができる。スリーブにさらに高い安定性を与えるために、ステータ本体への装着後に丸められたスリーブの継目を閉じると好都合な場合がある。開いている継目は、スリーブを打ち抜くときに比較的大きな公差を許容することができ、スリーブがより柔軟になるという利点がある。
【００１４】
スリーブが先ずステータ歯に圧着され又は押し込まれ、次いでスリーブが、磁極片を分離するスリットの領域において分割されて、互いに完全に分離された磁極片を形成するような本発明の実施の形態も考えられる。さらに、本発明に係るステータ構造のいずれかの実施の形態を安定化するために、巻回がなされたステータをプラスチックにより押出被覆することが意図され得る。
【００１５】
本発明の特に有利な実施の形態では、スリーブの少なくとも一方の軸方向端部が、ステータ本体の端面から軸方向に突出している。この実施の形態は、スリーブを束ねて磁極片を橋絡する、軸方向の端面に配置されたウェブを、ロータの磁界の範囲外に配置することができるという利点がある。それにより、スリーブがロータの領域において磁気的な短絡を形成することが防止される。ステータ本体の少なくとも一方の端部から軸方向に突出するスリーブのさらに別の利点は、スリーブがステータの磁界をロータに対して遮蔽することである。このことは、特に、回転位置を検出するための磁気センサがロータの軸方向端面側に取り付けられている機械において有意義である。軸方向に突出するスリーブの遮蔽作用によって、この磁気センサがステータの磁界による影響を受けず、従って、ロータの回転位置をさらに正確に判定することができる。
【００１６】
第２の実施の形態においては、スリーブは、第１の実施の形態と同様に平坦な薄板から打ち抜かれ、この薄板は、上に説明したような種類の複合磁性材料からできている。スリーブをステータ歯と連結するための切欠きも共に打ち抜かれるが、ステータの個々の極を区切るためのスリットは必要ない。次いで、継目部位において開いていることによって柔軟なスリーブになるように、薄板が丸められる。このスリーブを軸方向においてステータ歯に押し込み、又は、これに圧着することができる。スリーブをステータ歯に装着する前又は後に、特に薄板を丸めてスリーブにする前に、二つの隣接するステータ歯の間にそれぞれ位置する軸方向に延在するゾーンの範囲内において薄板を局所的に加熱し、この限定されたゾーンの範囲内において、複合磁性材料を強磁性の初期状態から常磁性状態へ移行させる。この目的のために、例えばレーザ溶接や誘導溶接によって上記ゾーンが１１５０℃を超える温度に加熱される。この第２の実施の形態は、スリーブの局所的に限定された加熱という追加の作業ステップが必要になるが、スリットのあるスリーブに比較してスリーブが改善された機械的安定性を有しているという利点がある。第１の実施の形態においてスリットが橋絡されるスリーブの端面の領域における、磁気的な短絡を回避することができる。
【００１７】
完成したステータ構造を安定化させるために、これをプラスチック又は合成樹脂により押出被覆することができる。さらに、条溝（ビード）又は面取りによってスリーブ自体に剛性を与えることができる。
【００１８】
本発明に係るステータ構造を用いた実際の実験は、スリーブがある程度の割合の渦電流を生成することを示しており、この現象は、スリーブが複合磁性材料から製作される実施の形態よりも、スリットを備えている実施の形態のほうが少ない。打ち抜かれた積層薄板からステータ本体を製作するときのように、相互に電気的に絶縁された個々の層によりスリーブを構成することによって、渦電流発生の問題を最低限に抑制することができる。特にこの目的のために、強磁性材料又は複合磁性材料からなる一連の薄板を積層し、細い帯状薄板になるように打ち抜く。次いで、これらの薄板を互いに結合する。薄板が複合磁性材料から製作されている場合には、上記ゾーンの領域において薄板を熱処理により、例えばレーザ溶接や誘導溶接により常磁性状態に移行させ、それと同時に、この領域の範囲内において互いに結合するのが好適である。続いて、スリーブをステータ歯へ押し込むための切欠きを除去し、例えば打ち抜いて、スリーブを丸め、場合により各々の端部において互いに連結する。このような構成の利点は、薄板構造に基づいて、スリーブ材料内部における渦電流が事実上完全に回避されることである。
【００１９】
本発明の格別に有利な実施の形態では、スリーブの少なくとも一方の軸方向端部が、ステータ本体の端面から軸方向に突出している。この実施の形態は、スリーブを束ねて磁極片を橋絡する軸方向の端面に配置されたウェブを、ロータの磁界の範囲外に配置することができるという利点がある。それにより、スリーブがロータの領域において磁気的な短絡を形成することが防止される。ステータ本体の少なくとも一方の端部から軸方向に突出するスリーブのさらに別の利点は、スリーブがステータの磁界をロータに対して遮蔽することである。このことは、特に、ステータ又はフランジにロータの端面と対向するように、回転位置を検出するための磁気センサが取り付けられている機械において有意義である。軸方向に突出するスリーブの遮蔽作用によって、この磁気センサがステータの磁界による影響を受けず、従って、ロータの回転位置をより正確に判定することができる。
【００２０】
次に、図面を参照しながら有利な実施の形態を用いて本発明を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下においては、ブラシレス直流モータの例を用いて本発明を説明するが、当業者であれば理解できるように、本発明の原理は、発電機を含めた様々な種類の電気機械に適用可能である。
【００２２】
以下、図面を参照しながら本発明について説明するが、先ず最初に図１乃至図４を援用する。
【００２３】
図１は、本発明に係る直流モータの外観図を示している。図１の外観図では、ステータ本体１０の両方の端面において軸方向に突出するスリーブ１２が内部でステータ歯に装着されたステータ本体１０を見ることができる。図２ａ，図２ｂ，図３及び図４に示すように、ステータ本体１０はステータ保磁子リング１４を含んでおり、そこからステータ歯１６が半径方向内側に向かって延在している。ステータ歯は、その自由端においてスリーブ１２と結合されている。スリーブ１２は、ステータ歯１６の自由端と係合するスリット状の切欠き１８を有しており、図示した実施の形態では、ステータ歯１６はその自由端の部位に、切欠き１８の中に押し込まれ又は差し込まれる連結部２０を有している。
【００２４】
さらにスリーブ１２は、隣接する二つの切欠き１８乃至これに付属するステータ歯１６の間のほぼ中央に配置されたスリット２２を有している。スリーブ１２は、条溝（ビード）又は面取り又はその他の類似のものによって剛性を与えられるものとするとよい（図示せず）。
【００２５】
特に図１及び図４に見られるように、スリーブ１２は、ステータ本体１０の端面に比べて軸方向に突出している。スリーブ１２は、ステータ本体１０をロータ空間に対して区切っている。
【００２６】
ステータ本体１０の内部において同軸に、図面ではロータ本体２４によって模式的に図示するロータが配置されている。図示した実施の形態では、ロータ本体２４は、永久磁石を収容するためにスポーク状に配置された切欠き２６を有しており、切欠き２６はそれぞれ対をなすように橋絡されている。ロータ本体２４は、シャフト２８に装着されている。ロータ本体２４とステータ本体１０との間には、動作空隙３０が形成されている。
【００２７】
各図面に示すように、ステータ歯１６は、磁極片を形成するために従来の技術では通常である自由端の幅広部を備えておらず、実質的に長方形である。このことは、隣接する二つのステータ歯１６の間の溝開口部が非常に広くなるので、ステータ本体１０への簡単な巻回を可能にする。代替案として、既に事前に巻回がなされたコイルを、巻枠とともに内側からステータ歯１６に押し込むことも可能である。スリーブ１２は、ステータ歯１６への巻回が終了した後でその自由端に装着され、それによって溝カバーとしての役割を果たす。スリーブ１２は、ステータ溝の方を向いている表面を電気絶縁材料によりコーティングするのが好都合である。
【００２８】
本発明の有利な実施の形態では、スリーブ１２は強磁性材料から製作され、ステータ歯１６と磁気的に結合される。この実施の形態では、スリーブ１２は、ステータ歯１６の端部において磁極片を形成し、それぞれ隣接する磁極片は、スリーブ１２に形成されたスリット２２によって分離される。それにより、従来の技術において通常であるよりも溝開口部が狭い、磁極片を備えるステータ構造を製造することができる。磁極片が一体成形された公知のステータ構造では、溝開口部が、溝開口部に挿通しなければならない線材直径よりも１．５倍以上でなくてはならないという法則が適用される。本発明に係るステータ構造では、このような制約を守る必要がない。それにより、動作時に非常に少ないトルク変動と比較的高い磁束集中とを実現するステータが得られる。
【００２９】
スリーブ１２は、ステータ本体１０の軸方向の端面の部位において突出するように構成されるのが好ましい。このことは、スリーブ１２を束ねるために必要な、スリット２２を橋絡する軸方向のウェブ３４が、ロータ構造の作用範囲の外部に位置するので、磁気的な短絡を形成することがないという利点がある。さらにスリーブ１２は、ステータ本体１０の端面の部位において、ステータ構造により生成される磁界をロータ構造に向かう方向において遮蔽する。ステータ又はフランジには、電気機械の回転位置を検出するためのロータ構造の端面に対向する磁気センサ、例えばホールセンサや磁気抵抗センサがしばしば配置される。また、ロータ構造の軸方向端面側には、電気機械の回転位置を検出するための磁気センサ、例えばホールセンサや磁気抵抗センサがしばしば配置される。特に正確な回転位置信号を得るためには、これらのセンサがロータ構造の外側円周の近傍に配置されるのが好ましい。このことは特に、ロータ構造が図示した実施の形態のように埋設された永久磁石を有しているのではなく、永久磁石がロータ本体の外側円周に配置されている場合に当てはまる。しかし、ロータ構造の円周の近傍では、ステータ構造により生成される磁界も作用するが、本発明では、軸方向に突出するスリーブ１２によってこの磁界がほぼ遮蔽される。図４では、回転位置センサの配置場所として考えられる位置が矢印Ｓにより図示されている。
【００３０】
スリーブ１２は、その内面及び／又は外面が電気絶縁材料によりコーティングされているものとするとよい。
【００３１】
特に図５を参照するとよく理解できるように、スリーブ１２は、薄板から打ち抜かれ、次いで丸められるのが好ましく、このときスリーブ１２は継目部位３２の部位において開いたままであってもよい。それにより、ステータ本体１０の内部に軸方向から挿入し、切欠き１８によりステータ歯１６に圧着するために、スリーブ１２が十分に柔軟になる。ステータ歯１６の自由端と切欠き１８の幾何学形状とは、適宜、相互に適合化する必要がある。
【００３２】
図示した実施の形態では、切欠き１８及びスリット２２は、ウェブ３４を通ってスリーブ１２の両方の軸方向端部において橋絡されている。別案の実施の形態では、切欠き１８がスリーブ１２の一方の軸方向端部において開いていることが意図されていてもよい。このことは、スリーブ１２を軸方向においてステータ歯１６に押し込むことを可能にする。さらに、スリット２２も、スリーブ１２の一方の軸方向端部において開いていることが意図されていてもよく、それにより、スリーブ１２による磁気的な短絡の形成という危険が減少する。また、ステータ歯１６に装着した後にスリーブ１２をスリット２２の領域において分割して、磁気的な最適化のために、隣接する磁極片を完全に互いに分離することが意図されていてもよい。さらに、ステータ構造の安定性を高めるために、巻回がなされたステータ構造を、スリーブ１２の装着後、プラスチックにより押出被覆すると好都合な場合がある。スリーブ１２の分割は、ステータ構造がプラスチックに埋設された後で行うことができる。
【００３３】
図６は、図２ｂに類似する本発明のさらに別の実施の形態に基づく電気機械の一部を、模式的な断面図として示している。対応する部品には同じ符号が付されており、再度詳細に説明することはしない。上に説明した実施の形態とは異なり、ステータ歯１６は、その自由端の近傍に側方の溝３６を有しており、その中にスリーブ１２を（ステータの軸方向に）差し込むことができる。この実施の形態では、スリーブ１２の切欠き１８は、スリーブ１２を切欠き１８のエッジでスリット３６に差し込むために、一方の端面の部位において開いている。この実施の形態は、ロータ磁石の磁気的な吸引力の結果、スリーブ１２がステータ歯又はステータ極から引き離されることがないという利点がある。
【００３４】
本発明のいずれの実施の形態でも、スリーブ１２をステータ歯１６と溶接、特にレーザ溶接、又は、接着等により追加的に堅固に連結することが可能である。
【００３５】
スリーブ１２は、磁気伝導性の材料、即ち、強磁性材料からできているのが好ましい。しかし、スリーブ１２が溝カバーの機能だけを果たせばよいのであれば、非磁性材料から製作することもできる。
【００３６】
本発明に係るステータ構造の第２の実施の形態が図７乃至図９に示されており、この実施の形態の変形例が図１０ａ及び図１０ｂに示されている。ステータ本体１０及びロータ本体２４に関する限り、この実施の形態は、上に説明した実施の形態と変わっていない。対応する部品には同じ符号が付されている。しかし、スリーブ４０は、第１の実施の形態とは異なる構成になっている。
【００３７】
本発明の第２の実施の形態においては、スリーブ４０は、第１の状態では強磁性であり、第２の状態では常磁性である磁性材料から製作されている。この磁性材料は、複合磁性材料とも呼ばれる。第２の実施の形態によるスリーブの好ましい材料は、日立金属株式会社（日本国東京）により開発されたＹＥＰ  ＦＡ１スチールである。これはＦｅ−Ｃｒ−Ｃをベースとする合金であり、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ又はＡｌの成分を追加的に含んでいる。この材料は、比透磁率が約９００である強磁性の初期状態と、比透磁率が１．０１以下にまで低下する常磁性状態とを有している。この材料は、１０５０℃を超える温度、特に１１００℃を超える温度、好ましくは１１００℃乃至１２００℃の範囲内にある温度まで加熱されることによって、強磁性状態から常磁性状態へ移行させることができる。格別に好ましい温度範囲は、１１５０℃から材料の融点までの間である。その他の詳細については、例えば米国特許第６，２５５，００５号公報及び上に挙げた日本国公開特許公報に記載されている。
【００３８】
本発明の第２の実施の形態においては、スリーブ４０全体がこの材料から製作され、スリーブ４０は特に薄板から打ち抜かれ、この打抜きのときに切欠き４２が形成される。次いで、スリーブ４０を丸め、このときスリーブ４０の継目部位４４は当初は開いたままの状態であってよい。上記第１の実施の形態に関して説明したように、スリーブ４０を切欠き４２においてステータ歯１６に軸方向に押し込む。別案として、スリーブ４０をステータ歯１６に圧着することもできる。
【００３９】
スリーブ４０を軸方向に延在するゾーン４６の領域において局所的に加熱し、それにより、このゾーン４６の領域においてスリーブ４０を常磁性状態にする。ゾーン４６は、ステータ歯１６とスリーブ４０の隣接領域とによって形成される個々のステータ極の完全な磁気的分離をもたらすように選択され、ゾーン４６は、それぞれ二つの隣接するステータ極の間において対称に位置している。
【００４０】
加熱は、例えば、特に１１５０℃の桁数の範囲内に収まるレーザ溶接や誘導溶接によって惹起することができる。スリーブ４０のゾーン４６の加熱は、スリーブ４０を丸める前又は後で行うことができるが、事前に行っておくほうが好ましい。
【００４１】
第１の実施の形態に関して説明したように、スリーブ４０は、ステータ本体１０の軸方向の端面の部位において突出するように構成されているのが好ましい。第２の実施の形態においては、切欠き４２を橋絡してスリーブ４０を束ねるのに必要な、スリーブ４０の端面にあるウェブ４８も同じく加熱され、それによって常磁性状態に移行する。このようにして、この領域における磁気的な短絡を完全に防止することができる。
【００４２】
スリーブ４０は、その内面が電気絶縁材料によりコーティングされているものとするとよい。
【００４３】
図示した実施の形態では、切欠き４２は、スリーブ４０の一方の軸方向端部においてのみ、ウェブ４８によって橋絡されている。別案の実施の形態では、スリーブ４０に追加の安定性を与えるために、切欠き４２がスリーブ４０の両方の軸方向端部において橋絡されることが意図されていてもよい。この場合には、スリーブ４０をステータ本体１０に軸方向に押し込むことは不可能になるが、スリーブ４０を内側からステータ歯１６に圧着することができる。巻回がなされたステータ構造を、スリーブ４０の装着後にプラスチックにより押出被覆して、ステータ構造の安定性を高めるのが好都合な場合がある。
【００４４】
図７乃至図９の実施の形態においては、スリーブ４０は、ステータ本体１０の一方の軸方向端部から、これに押し込まれる。このような実施の形態の変形例が図１０ａ乃至図１０ｂに示されており、この変形例では、スリーブ４０は、ステータ本体１０の対向する両方の軸方向端部から押し込むことができるように二部分から構成されている。二部分からなるスリーブの両方のスリーブ半体４０’は、原則として、図８及び図９に示す一体的なスリーブ４０とまったく同様に構成されていてよい。このスリーブ４０’は、軸方向において短くなっているにすぎず、それにより、両方の半体４０’をステータ本体に両側から押し込んで、互いに補い合いながら実質的にステータの軸方向長さ全体に亘って延在する一つのスリーブを形成するようになっている。
【００４５】
図１０ａ及び図１０ｂでは、それぞれのスリーブ半体４０’の間に間隙５０が図示されているが、これらのスリーブ半体４０’は、各々の端面において接触する程度までステータ本体１０に押し込まれるのが好ましく、小さな間隙を許容することもできる。
【００４６】
第２の実施の形態は、機械的な安定性が高くなり、ステータ構造の個々の極が完全に磁気的に分離されるという利点がある。但し、この実施の形態は、ある程度の渦電流を生成し、この渦電流は、以下に説明する方策によって抑制することができる。
【００４７】
図面には示さない本発明の別の変形例では、互いに電気的に絶縁された個々の層によりスリーブが構成される。そのために、複合磁性材料からなる薄板が積層され、当初は線状に構成されていてスリーブの基体としての役割を果たす帯状薄板になるように打ち抜かれるのが好ましい。次いで、脱磁されたゾーンを形成すべき領域が熱処理によって、例えばレーザ溶接や誘導溶接によって脱磁され、それと同時に個々の薄板がそれによって互いに結合される。次いで、スリーブをステータ歯に押し込むための切欠きを例えば打ち抜きによって除去し、スリーブを丸めて、場合により各々の端部において相互に連結する。スリーブの薄板構造に基づき、スリーブ材料の内部での渦電流を回避することができる。
【００４８】
以上の説明、請求項及び図面に開示されている構成要件は、単独でも任意の組み合せの形態でも、本発明を様々な実施の形態において具現化するために有意義であり得る。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る電気機械を示す外観図である。
【図２ａ】本発明の第１の実施の形態に係る図１の電気機械をＸ−Ｘ線に沿って示す模式的な断面図である。
【図２ｂ】図２ａの拡大詳細図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電気機械を示す分解斜視図である。
【図４】図３に類似しているが、組み立てられた状態を示す図である。
【図５】本発明に係るステータ構造に挿入された第１の実施の形態に係るスリーブを示す斜視図である。
【図６】図２ｂの図面に類似した本発明の第１の実施の形態の変形例に係る電気機械の一部を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るステータ構造を示す分解斜視図である。
【図８】本発明に係るステータ構造に挿入された第２の実施の形態に係るスリーブを示す側面図である。
【図９】図８のスリーブを示す斜視図である。
【図１０ａ】本発明の第２の実施の形態の変形例に係るステータ構造を示す斜視図である。
【図１０ｂ】図１０ａを拡大した詳細図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  ステータ本体
１２  スリーブ
１４  ステータ保磁子リング
１６  ステータ歯
１８  切欠き
２０  連結部
２２  スリット
２４  ロータ本体
２６  切欠き
２８  シャフト
３０  動作空隙
３２  継目部位
３４  ウェブ
３６  溝
４０  スリーブ
４０’  スリーブ半体
４２  切欠き
４４  継目部位
４６  常磁性ゾーン
４８  ウェブ
５０  間隙
Ｓ  センサ位置
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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