(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モータであって、
ステータによって同心円状に囲まれるロータを備え、
前記ステータは、半径方向における内側で空洞な、少なくとも１つのステータ巻線を巻き付けるための巻型（１０）を有し、
前記巻型（１０）は、前記巻型（１０）の半径方向における内側に実質的に円筒状の面を有し、
前記巻型（１０）は、前記巻型（１０）の半径方向における外側に前記少なくとも１つのステータ巻線を担持し、
前記巻型（１０）は、前記ステータ巻線を固定するためのスポーク部材（１８）と、リブ（２２）と、リブ拡張部（２４）と、を有し、
前記巻型（１０）は、前記巻型（１０）の寸法を安定化するための少なくとも１つのフレーム要素が、プラスチックを射出成形することによって、射出成形で生成されたプラスチック体と一体的に成形されている複合体の形態であることを特徴とする電気モータ。
【請求項２】
前記電気モータは、高速サージカルモータである、請求項１に記載の電気モータ。
【請求項３】
前記フレーム要素は、スリーブ体（３０、３２）を備える、請求項１に記載の電気モータ。
【請求項４】
前記スリーブ体（３０、３２）は非導電性材料からなり、少なくとも部分的に、前記巻型（１０）の円筒形の内側面（３４、３６）を形成する、請求項３に記載の電気モータ。
【請求項５】
前記スリーブ体（３０、３２）は、０．０１×Ｄ（Ｄは前記巻型（１０）の内径である）〜０．０３×Ｄの範囲内の壁厚（Ｄ３０）を有する、請求項４に記載の電気モータ。
【請求項６】
前記スリーブ体（３０、３２）の前記壁厚（Ｄ３０）は、０．１〜０．５ｍｍの範囲内である、請求項５に記載の電気モータ。
【請求項７】
前記フレーム要素は、セラミック部品によって形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の電気モータ。
【請求項８】
前記セラミック部品は、酸化物セラミックからなる、請求項７に記載の電気モータ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の電気モータのための巻型（１０）であって、
前記巻型（１０）の寸法を安定化するための少なくとも１つのフレーム要素が、プラスチックを射出成形することによって、射出成形で生成されたプラスチック体と一体的に成形されている複合体としての構造を備える、巻型。
【請求項１０】
射出成形によって生成され、前記ステータ巻線を固定するための複数の嵌合面を有する形状を備える、請求項９に記載の巻型（１０）。
【請求項１１】
前記フレーム要素は、スリーブ体（３０、３２）を備える、請求項９又は１０に記載の巻型（１０）。
【請求項１２】
前記スリーブ体（３０、３２）は、非導電性材料から成り、少なくとも部分的に、前記巻型（１０）の円筒形の内側面（３４、３６）を形成する、請求項１１に記載の巻型（１０）。
【請求項１３】
前記スリーブ体は、０．０１×Ｄ（Ｄは前記巻体（１０）の内径である）〜０．０３×Ｄの範囲内の壁厚（Ｄ３０）を有する、請求項１２に記載の巻型（１０）。
【請求項１４】
前記スリーブ体（３０、３２）の前記壁厚（Ｄ３０）は、０．１〜０．５ｍｍの範囲内である、請求項１３に記載の巻型（１０）。
【請求項１５】
前記フレーム要素は、セラミック部品によって形成される、請求項９から１４のいずれか一項に記載の巻型（１０）。
【請求項１６】
前記フレーム要素は、酸化物セラミックからなる、請求項１５に記載の巻型（１０）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのステータ巻線を担持する実質的に中空円筒形の巻型によって同心円状に囲まれたロータを備える電気モータ、特に、高速サージカルモータに関する。さらに、本発明は、そのようなモータで使用される巻型に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のモータは、最低限の構成できわめて高い出力を供給するので、２００，０００ｒｐｍまでの回転数に容易に達することができる点で優れている。それゆえ、そのようなモータは、手術器具を駆動するのに特に適している。
【０００３】
例えば、欧州特許出願公開第２  １３５  ５６７Ａ１号明細書には、汎用モータが開示されている。しかし、この公知の事例では、ステータ巻線が鋳造複合物に埋め込まれた構造とされる。
【０００４】
これと比較して、近年のモータは、通常、射出成形によってプラスチック材料から成る巻型を備え、少なくとも１つのステータ巻線がこの巻型に付加される。上記の構造は、少なくとも１つのステータ巻線が、さらにいっそう省スペースな態様でモータに収容されることを可能にする。同時に、製造コストを削減することができ、巻型がますます複雑な形状に射出成形されることにより、巻型がモータハウジングに恒久的に固定され、所定の形状を有するコイル巻線が、任意の部品を追加することなく、恒久的に固定されることを可能にする。
【０００５】
上記のモータの出力をさらに上げるために、巻型が内径と比較して軸方向にかなり長いことが多いというさらなる固有の特徴を考慮に入れて、ロータと巻型との間のエアギャップを、例えば、０．１〜０．３ｍｍの範囲にさらに縮める取り組みがなされている。このような構造設計の従来のモータでは、ロータの突然のブロッキングにより、早期の故障が引き起こされると分かった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、比較的長いステータ巻線が使用される場合でさえ、簡単な組立てを維持しながら、モータ出力が、モータの有効寿命全体にわたって、常に高いままであることを確実に保証するように、前述のタイプの電気モータをさらに開発することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１の特徴、及び、請求項８による巻型のそれぞれによって達成される。
【０００８】
本発明によれば、比較的複雑な幾何形状、すなわち、空間において互いに対して狭い寸法公差を有する異なる嵌合面を備え、通常、射出成形によって生成される巻型は、特に、直径と比較して軸方向に比較的長い場合に、非常に小さい制御不能の変形を受け、この変形により、エアギャップは、ステータ巻線を付加するときすでに、及び、後続の取付けステップのそれぞれにおいて、ロータの全長にわたって不規則になるということが分かった。モータを定期的に調整する、及び、モータを殺菌処理、例えば、蒸気圧力殺菌するというモータに対する作業の過程で、エアギャップ内の上記の不規則性は、最終的にロータがブロックするまで絶えず増加する。
【０００９】
本発明によれば、巻型は、非導電性の完全なセラミック体によって形成されるか、または、プラスチックを射出成形することにより、少なくとも１つの寸法安定化フレーム要素が、射出成形で生成されたプラスチック体に埋め込まれている複合体の形態であるかのいずれかである。完全なセラミック体の使用は、より単純な幾何形状に対して有用であり、製造コストを最小限にする。複合体としての巻型の構成は、製造コストを最小限にしたまま、巻型の形状が常に複雑であり得るという固有の利点をもたらす。本発明による射出成形プロセスによって、複合部品間において特に密接した結合が形成されるので、フレーム要素が非常に小さい体積しか要求しない場合でさえ、フレーム要素は、非常に高い強度を巻型に付与し、それにより、前述の巻型の制御不能の変形は、長期にわたる運転時、および電気モータの調整を繰り返す場合でさえも、起こらない。凹凸は、フレーム要素の特定の表面処理によって改良してもよい。したがって、最小のエアギャップで動作することが可能であり、このようにして、具体的には、巻型が比較的長い軸方向長さを有する場合でさえ、モータの有効寿命全体を通じて、高いモータ出力を提供することが可能である。
【００１０】
フレーム要素がスリーブ体の単純な形状を取る場合に、モータの長期的な機能上の信頼性が得られるように十分な付加的強度が付与されることがすでに分かっている。
【００１１】
好ましくは、スリーブ体は、非導電性材料でできており、少なくとも部分的に、巻型の円筒形の内側面を形成する。上記の構成は、決定的な位置、すなわち、ロータからのエアギャップを恒久的に維持することが重要である位置における巻型の寸法安定性を守る。
【００１２】
寸法安定性を十分に高めるためには、スリーブ体が、０．０１×Ｄ〜０．０３×Ｄ（Ｄは巻型の内径である）の範囲内の壁厚を有するように形成されれば十分であることが試験時に分かった。このようにして、巻型の全体構造は、改良の影響をほとんど受けないままである。
【００１３】
サージカル電気モータは、外径が約１２ｍｍのロータで動作する。この場合、スリーブ体の壁厚は、０．１〜０．５ｍｍの範囲を取ってよい。
【００１４】
フレーム要素が、セラミック部品、特に酸化物セラミック部品で形成される場合に、フレーム要素は、ロータに直接隣接してよいため、プラスチックで半径方向内側に射出成形される必要がない。さらに、簡単な方法のステップによって、プラスチック材料と面合わせするのによく適した面をセラミック部品に付与することができる。セラミックスリーブの内径は、均一な最小エアギャップを実現するように、妥当な費用で、それぞれの正確な寸法に機械加工されてよい。さらに、この種のセラミック材料には、過熱水蒸気で容易に殺菌するのに適するという利点がある。
【００１５】
有益な発展形態は、従属請求項の対象である。
【００１６】
概略的な図面を用いて、下記に本発明の実施形態が詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】サージカル電気モータのステータ巻線を受け入れる巻型の正面図を示している。
【図２】図１の「ＩＩ」の詳細の拡大図を示している。
【図３】図１による「ＩＩＩ−ＩＩＩ」の断面図を示している。
【図４】図３の「ＩＶ−ＩＶ」の断面図を示している。
【図５】巻型に付加されたステータ巻線の斜視図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図において、参照数字１０は、例えば、高速サージカルモータであってもよい、詳細に図示しない電気モータの巻型を示している。図５に示すように、少なくとも１つのステータ巻線４０を担持する中空の略円筒形構造の巻型１０は、通常、円筒形の永久磁石を担持する、詳細に図示しないロータを囲む。それゆえ、ロータは、実質的に中空円筒形の巻型１０によって同心円状に囲まれ、モータの出力損失を最小限にするために、ｍｍの１／１０の範囲内の連続するエアギャップが維持される。
【００１９】
この種のモータは、全体寸法が小さくなっている。例えば、ロータの直径は約１２ｍｍであり、巻型の長さＬ１０は、約４０ｍｍの範囲内である。
【００２０】
図５に示すように、ステータ巻線の固定のほかに、モータの全体寸法を最小にするために、モータハウジング内での安定化などのさらなる機能が巻型に付与されるので、図１〜５に示すように、巻型１０の形状が比較的複雑になり、そのため、巻型は、通常、精密なプラスチック射出成形部品として設計される。したがって、この種の製造に適した公知のタイプのプラスチックのすべてを使用することができる。そのようなプラスチック材料の例には、好ましくは、ポリアリルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）またはポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）の材料群からのポリエーテルエーテルケトンなど、高温に対して耐性のある熱可塑性プラスチックがある。
【００２１】
図示した実施形態の巻型１０は、第１の長スリーブ部分１２と、第２の短スリーブ部分１４とを含む段付きの円筒形スリーブの形状を概ね取っている。２つのスリーブ部分１２、１４間には、固定部分１６が配置され、固定部分１６には、外周にわたって均等に分散した６つのマッシュルーム形状のスポーク部材１８が配置されている。２０で示すランド部は、リブ２２における長スリーブ部分１２の側まで延長され、このリブ２２は、前端に向かって半径方向に若干傾斜したリブ拡張部２４まで延びている（図３を参照のこと）。長スリーブ部分１２は、リブ２２間で薄い厚さで形成されている。
【００２２】
スポーク部材１８、リブ２２、およびリブ拡張部２４が、完全に構造化された形状でステータ巻線を固定する機能を果たすことは、図５から明白である。
【００２３】
短スリーブ部分１４は、約１１ｍｍの外径を有する中空の円筒に形成されている。
【００２４】
モータが小型であるために、結果として、巻型１０は、非常に精密な態様で製造される構成要素となっており、巻型１０において、１ｍｍのスポーク幅Ｂ２０、１．５ｍｍのリブ厚さＳ２２などの最小寸法は、０．０５ｍｍの寸法公差幅で完全に順守されなければならない。経済効率上の理由から、巻型はプラスチック射出成形部品の形態を取る。
【００２５】
モータの出力をさらに上げるために、利用可能な構築空間は、図５に示すように、ステータ巻線を収容するために可能な限り完全に活用されることが重要である。同時に、モータの長期にわたる安定を保証するために、図に示す巻型１０は、図３および図４においてクロスハッチングで強調した、少なくとも１つの寸法安定化フレーム要素が、プラスチックを射出成形することによって、射出成形で生成されたプラスチック体に埋め込まれた複合体の形態を取る点で優れている。図示した実施形態では、直径が異なる２つのセラミックスリーブ３０、３２が関係しており、これらのセラミックスリーブ３０、３２は、短スリーブ部分１４の全長にわたって延び、長スリーブ部分１２の全長の大部分にわたって延びており、各セラミックスリーブ３０、３２は、固定部分１６の領域で終端している。
【００２６】
図示した事例では、セラミック部品が、寸法安定化フレーム要素として選択されており、その理由は、図３および図４から明らかなように、フレーム要素は、ロータに対向し、それゆえ、非導電性の材料から形成されることを意図した巻型１０の内側面３４、３６を長い距離にわたって形成しているからである。この場合、特に、酸化物セラミックが適切である。フレーム要素の内側面３４、３６は、寸法精度を可能な限り高くするために定寸に研削され、これは、ステータの全長にわたって、ロータとステータとの間のきわめて狭い一定のエアギャップで動作するのを可能にする。しかしながら、フレーム要素が、プラスチックで全体的に射出成形される場合、金属材料または他のセラミック材料、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）もしくはサーメット材料などの射出成形体の寸法安定性を高める他の材料を使用してもよい。
【００２７】
図示した実施形態では、巻型１０のプラスチック材料の構成比は、長スリーブ部分１２のリブ２２間に、より多くのプラスチック材料が付加されなければ、可能な限り低くなっており、これは、図４による断面図から明白である。それにもかかわらず、セラミックスリーブ３０の壁厚Ｄ３０が、０．０１×ＤＩ１０〜０．０３×ＤＩ１０（ＤＩ１０は、巻型１０の内径である）の範囲内であっても、十分に高く、長期にわたる寸法安定性を巻型１０に付与することが可能である。図示した実施形態による寸法設計の場合、セラミックスリーブ３０またはセラミックスリーブ３２の壁厚Ｄ３０は、０．１〜０．５ｍｍの範囲を取る。
【００２８】
説明した構造は、ステータ巻線を配置し、モータハウジングに固定する従来の取付けステップを維持する限り達成できない、長期にわたる寸法安定性を、巻型１０が有することを可能にすることが分かった。巻型とロータとの間のエアギャップをさらに縮めることを可能にする長期にわたる寸法安定性は、繰り返されるモータの殺菌および調整に耐えることもできる。
【００２９】
当然のことながら、本発明の基本的な考え方から逸脱することなく、図示した実施形態から逸脱することが可能である。説明した事例では、巻型は、複数の嵌合面および機能面を有して、非常に複雑な態様で設計されるので、製造の経済的な効率化のために、射出成形されたプラスチック体７は、基礎部として使用される。しかし、巻型がより単純な幾何形状の場合、全面的に、非導電性の完全なセラミック体の形態で、巻型を設計することが可能であり、これは、独立した発明であると考えられる。
【００３０】
当然のことながら、寸法安定化フレーム要素は、寸法安定性を高める機能を果たす限り、他の任意の形状を取り得る。フレーム要素は、網構造または格子構造をさらに含み得る。
【００３１】
以上のように、本発明は、電気モータ、特に、高速サージカルモータ用の巻型を提供し、この電気モータにおいて、ロータは、少なくとも１つのステータ巻線を担持する実質的に中空円筒形の巻型によって同心円状に囲まれる。ステータ巻線を付加するとき、およびさらなる取付けステップ時に、好ましくは、射出成形法を使用して、多くの場合複雑な形状で生成される巻型と、前述の巻型の中に入るロータとの間のエアギャップが、可能な限り狭い状態に維持されるのを妥当な労力で保証するために、本発明は、巻型が、非導電性の完全なセラミック体によって形成されるか、またはプラスチックを射出成形することによって、少なくとも１つの寸法安定化フレーム要素が、好ましくは射出成形で生成されたプラスチック体に埋め込まれている複合体の形態であるかのいずれかであるという固有の特徴を含む。以下の項目は、国際出願時の特許請求の範囲に記載の要素である。
［項目１］
電気モータ、特に高速サージカルモータであって、
少なくとも１つのステータ巻線を担持する実質的に中空円筒形の巻型（１０）によって、同心円状に囲まれるロータを備え、
前記巻型（１０）は、非導電性の完全なセラミック体によって形成されるか、または少なくとも１つの寸法安定化フレーム要素（３０、３２）が、プラスチックを射出成形することによって、射出成形で生成されたプラスチック体に埋め込まれている複合体の形態であるかのいずれかであることを特徴とする電気モータ。
［項目２］
前記フレーム要素は、スリーブ体（３０、３２）の形状を取ることを特徴とする、項目１に記載の電気モータ。
［項目３］
前記スリーブ体（３０、３２）は非導電性材料からなり、少なくとも部分的に、前記巻型（１０）の円筒形の内側面（３４、３６）を形成することを特徴とする、項目２に記載の電気モータ。
［項目４］
前記スリーブ体は、０．０１×Ｄ（Ｄは前記巻型（１０）の内径である）〜０．０３×Ｄの範囲内の壁厚（Ｄ３０）を有することを特徴とする、項目３に記載の電気モータ。
［項目５］
前記スリーブ体（３０、３２）の前記壁厚（Ｄ３０）は、０．１〜０．５ｍｍの範囲内であることを特徴とする、項目４に記載の電気モータ。
［項目６］
前記フレーム要素（３０、３２）は、セラミック部品によって形成されることを特徴とする、項目１から５のいずれか一項に記載の電気モータ。
［項目７］
前記セラミック部品は、酸化物セラミックからなることを特徴とする、項目６に記載の電気モータ。
［項目８］
項目１から７のいずれか一項に記載の電気モータのための巻型であって、
少なくとも１つの寸法安定化フレーム要素（３０、３２）が、プラスチックを射出成形することによって、好ましくは射出成形で生成されたプラスチック体に埋め込まれている複合体としての構造を備えることを特徴とする、巻型。
［項目９］
射出成形によって生成され、複数の嵌合面を有する複雑な形状を備えることを特徴とする、項目８に記載の巻型。
［項目１０］
前記フレーム要素（３０、３２）は、スリーブ体（３０、３２）の形状を取ることを特徴とする、項目８又は９に記載の巻型。
［項目１１］
前記スリーブ体（３０、３２）は、非導電性材料から成り、少なくとも部分的に、前記巻型（１０）の円筒形の内側面（３４、３６）を形成することを特徴とする、項目１０に記載の巻型。
［項目１２］
前記スリーブ体は、０．０１×Ｄ（Ｄは前記巻体（１０）の内径である）〜０．０３×Ｄの範囲内の壁厚（Ｄ３０）を有することを特徴とする、項目１１に記載の巻型。
［項目１３］
前記スリーブ体（３０、３２）の前記壁厚（Ｄ３０）は、０．１〜０．５ｍｍの範囲内であることを特徴とする、項目１２に記載の巻型。
［項目１４］
前記フレーム要素（３０、３２）は、セラミック部品によって形成され、特に、酸化物セラミックからなることを特徴とする、項目８から１３のいずれか一項に記載の巻型。
【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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