(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線が形成する磁極の並び方向に延びる共通湾曲軸線上に配列された複数の環状巻線コイルを備えるとともに、前記環状巻線コイルの各コイルの中心を貫通する環状の強磁性コアを有し、
前記強磁性コアは、湾曲した細長いストリップの形態であり、回転機械の全円を描く単一のセグメントから成り、前記巻線コイルは、前記強磁性コア上に移動される複数の環状ボビンにより形成され、
前記強磁性コアは、該コア上に複数の前記巻線コイルを配置することができるように単一の箇所で分割されるとともに、その後に割れ目を押し合わせてステータの使用時に割れ目を実質的に閉じた状態にすることができるようになっており、
前記割れ目は、極全体をカバーするように前記共通湾曲軸線に対して角度が付けられていることを特徴とするトロイダル電動機械用ステータ。
【請求項２】
前記強磁性コアは、長方形の断面又は実質的に長方形の断面を有することを特徴とする請求項１に記載のステータ。
【請求項３】
前記電動機械は、ドラムに依る電動機械であることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
【請求項４】
前記電動機械は、ディスクに依る電動機械であることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
【請求項５】
トロイダルに巻線される電動機械のステータの巻線方法において、
強磁性コアは、湾曲した細長いストリップの形態であり、回転機械の全円を描く単一のセグメントから成り、環状巻線コイルは、前記強磁性コア上に移動される複数の環状ボビンにより形成されており、
巻線が形成する磁極の並び方向に延びる前記環状巻線コイルの湾曲トロイド軸線に対して、極全体をカバーするように角度が付けられた割れ目によって、強磁性コイルを単一の箇所で分割して、強磁性コア上に複数の前記環状巻線コイルを配置可能にし、
複数の前記環状巻線コイルを前記強磁性コア上に移動させ、
前記強磁性コアを、実質的に前記割れ目が閉じた環状にすることを特徴とするステータの巻線方法。
【請求項６】
所要の巻線レイアウトをフォーマ上に作り、かくして作った巻線を、前記ステータを構成し又は該ステータの一部を形成する前記強磁性コア上に移送することにより、ステータ巻線コイルを組み立てることを特徴とする請求項５に記載の巻線方法。
【請求項７】
前記巻線レイアウトを前記強磁性コア上に移動させることを特徴とする請求項６に記載の巻線方法。
【請求項８】
複数の前記巻線コイルを複数の環状ボビン上に巻いた後、該巻線コイルを前記強磁性コア上に移動させることを特徴とする請求項５に記載の巻線方法。
【請求項９】
前記強磁性コアを前記割れ目で接合する工程を更に有することを特徴とする請求項５に記載の巻線方法。
【請求項１０】
環状の強磁性コアと、該コアに巻回し且つ共通の湾曲軸線上に配列した複数の環状巻線コイルとを有し、
強磁性コアは、湾曲した細長いストリップの形態であり、回転機械の全円を描く単一のセグメントから成り、環状巻線コイルは、前記強磁性コア上に移動される複数の環状ボビンにより形成されており、
前記共通湾曲軸線は、巻線が形成する磁極の並び方向に延び、前記強磁性コアは、該コアの単一の割れ目で開放した第１位置から、実質的に閉じた第２位置に可動であり、前記強磁性コアは、前記第１位置において複数の前記巻線コイルが前記強磁性コア上に配置される構造及び構成を備えており、前記割れ目は、少なくとも一つの極の全体をカバーするように前記共通湾曲軸線の方向に対して角度が付けられていることを特徴とするトロイダル電動機械用ステータ。
【請求項１１】
複数の前記強磁性コイルが複数の環状ボビンに巻かれ、該ボビンは、前記強磁性コアが前記第１位置にあるときに該強磁性コア上に移動されることを特徴とする請求項１０に記載のステータ。
【請求項１２】
前記強磁性コアの両端は、前記第２位置において接合することを特徴とする請求項１０に記載のステータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、電動機械（dynamoelectric machine）用のステータ巻線の製造に関する。本発明は、ステータの設計及び組立に適用され、従って、回転電動機械として設計された機械に適用され、ドラムモータ、ディスクモータの設計及び組立に特に適用される。
【０００２】
(従来技術)
既存の電動機械、特にＤＣ電気モータは、ステータにステータ巻線を形成するのに複雑な巻線機を必要とする。しばしば、ステータは、巻線機又は巻線技術に適応しなければならない特殊な形状を有する。一般に、巻線は、スチール製ステータのスロット内に巻付けられ、あるいは、支持鉄の支持体の頂部にループとして巻付けられる。「スロットレス」(スロット無し)のディスクモータ又はドラムモータの場合、巻線のループは、「正方形」幾何形状に近いものとなり、２つの端部は、銅線を無駄にし、無用な磁束を発生させる。いずれの場合であっても、全位置のコイルが、ディスク又はドラムの表面上又は表面内に着座する。
【０００３】
(目的)
本発明の目的は、電動機械用ステータ巻線の製造方法の改良、ないしは、有用な選択肢を少なくとも公益に供することになる、そのような方法を提供することにある。
【０００４】
(発明の説明)
本発明は、巻線が形成する磁極の並び方向に延びる共通湾曲軸線上に配列された複数の環状巻線コイルを備えるとともに、前記環状巻線コイルの各コイルの中心を貫通する環状の強磁性コアを有し、
前記強磁性コアは、湾曲した細長いストリップの形態であり、回転機械の全円を描く単一のセグメントから成り、前記巻線コイルは、前記強磁性コア上に移動される複数の環状ボビンにより形成され、
前記強磁性コアは、該コア上に複数の前記巻線コイルを配置することができるように単一の箇所で分割されるとともに、その後に割れ目を押し合わせてステータの使用時に割れ目を実質的に閉じた状態にすることができるようになっており、
前記割れ目は、極全体をカバーするように前記共通湾曲軸線に対して角度が付けられていることを特徴とするトロイダル電動機械用ステータを提供する。
【０００５】
本発明の上記構成によれば、強磁性コアの間隙又は割れ目(切れ目)には、極全体をカバーするように角度が付けられるので、間隙のコギング(cogging)効果を低ノイズレベルに低下させることができる。好ましくは、上記強磁性コアは、長方形の断面又は実質的に長方形の断面を有する。好適には、上記電動機械は、ドラム又はディスクに依る電動機械である。
【０００６】
本発明は又、トロイダルに巻線される電動機械のステータの巻線方法において、
強磁性コアは、湾曲した細長いストリップの形態であり、回転機械の全円を描く単一のセグメントから成り、環状巻線コイルは、前記強磁性コア上に移動される複数の環状ボビンにより形成されており、
巻線が形成する磁極の並び方向に延びる前記環状巻線コイルの湾曲トロイド軸線に対して、極全体をカバーするように角度が付けられた割れ目によって、強磁性コイルを単一の箇所で分割して、強磁性コア上に複数の前記環状巻線コイルを配置可能にし、
複数の前記環状巻線コイルを前記強磁性コア上に移動させ、
前記強磁性コアを、実質的に前記割れ目が閉じた環状にすることを特徴とするステータの巻線方法を提供する。
【０００７】
好ましくは、所要の巻線レイアウトがフォーマ上に作られ、かくして作られた巻線は、上記ステータを構成し又は該ステータの一部を形成する強磁性コア上に移送され、これにより、ステータ巻線コイルが組み立てられる。好適には、巻線レイアウトは、強磁性コア上に移動される。更に好ましくは、複数の巻線コイルが複数の環状ボビン上に巻かれた後、巻線コイルは強磁性コア上に移動される。好ましくは、強磁性コアを割れ目で接合する工程が更に設けられる。
【０００８】
本発明は更に、環状の強磁性コアと、該コアに巻回し且つ共通の湾曲軸線上に配列した複数の環状巻線コイルとを有し、
強磁性コアは、湾曲した細長いストリップの形態であり、回転機械の全円を描く単一のセグメントから成り、環状巻線コイルは、前記強磁性コア上に移動される複数の環状ボビンにより形成されており、
前記共通湾曲軸線は、巻線が形成する磁極の並び方向に延び、前記強磁性コアは、該コアの単一の割れ目で開放した第１位置から、実質的に閉じた第２位置に可動であり、前記強磁性コアは、前記第１位置において複数の前記巻線コイルが前記強磁性コア上に配置される構造及び構成を備えており、前記割れ目は、少なくとも一つの極の全体をカバーするように前記共通湾曲軸線の方向に対して角度が付けられていることを特徴とするトロイダル電動機械用ステータを提供する。
【０００９】
好ましくは、複数の前記強磁性コイルが複数の環状ボビンに巻かれ、該ボビンは、強磁性コアが上記第１位置にあるときに強磁性コア上に移動される。更に好ましくは、強磁性コアの両端は、第２位置において接合される。
【００１３】
他の観点において、本発明は、細長い湾曲した強磁性支持体の廻りにコイル又はループを捲き付けて、支持体の片側の巻線部分を支持体の他の側の巻線部分から遮蔽するようにすることによって、ステータ巻線を製造する方法を提供する。
【００１４】
他の観点より、本発明は、所要の巻線レイアウトをフォーマ上に作り、このようにして形成した巻線を、ステータを構成し又はステータ部分を形成する中央の強磁性支持体上に移送することによって、電動機械用のステータ巻線を製造する方法を提供する。
【００１５】
好ましくは、強磁性支持体は、湾曲した細長いストリップ形状のものであり、詳細には、長方形断面又は略長方形断面を有する。好ましくは、巻線レイアウトは細長いストリップ上にかけ廻される。
【００１６】
他の観点において、本発明は、ステータ巻線を支持するのに適した複数のボビンを提供するものであり、各ボビンは、中央本体を備えるとともに、一対の端部フランジを支持し、中央本体は、各ボビンに細長い強磁性支持体を通すことができるようにする貫通孔を有する。好ましくは、中央本体は、ほぼ長方形断面を有する。更に好ましくは、貫通孔は、ほぼ長方形断面のものである。
【００１７】
好ましくは、各ボビンはプラスチック材料より成形される。
【００１８】
好適には、各ボビンは、その副軸線よりもかなり大きい主軸線を有する。
【００１９】
ディスク又はドラムモータで使用可能なリング状の環状支持体にボビンをかけることになる場合、中央本体の適当な外表面及び内表面は、強磁性支持体の曲率に適応すべく湾曲する（例えば、これは、成形プロセスにおいて形成される）。
【００２０】
他の観点より、本発明は、ステータがほぼ長方形断面をもつ湾曲した細長い強磁性コアと、コアに支持されてコアのまわりにループを形成する複数の巻線とを有し、コアの片側にある巻線の部分がコアの他の側にある巻線の部分から遮蔽されている、電動機械用ステータを提供することにある。
【００２１】
他の観点において、本発明は、前の段落で述べたステータと、磁極を支持する可動部分とを有し、ステータの強磁性コアは、コアの少なくとも１方の長辺面、従って、コアの等価長の導体巻線が、隣接する機械の可動部分の磁極に面するように配置されている、電動機械を提供する。
【００２２】
この構成は、以下の記載、特に、本発明の種々の実施例を示す図面より理解し得るであろう。
【００２３】
いずれの場合にあっても、巻線は、強磁性コアに支持され、例えば、外部ロータを備えたドラムモータの場合、ロータ上の磁極に面する巻線のこの部分だけが働き、強磁性コアの他の側の巻線の帰路（リターンパス）は、コアによって遮蔽され、巻線の帰路に関連する磁束は用いられない。しかしながら、いくつかの図面から明らかなように、強磁性コアの「長い」面の巻線の両方の部分を利用するために、ドラムモータに外部ロータ及び内部ロータを組み込むことが可能である。
【００２４】
要するに、これにより、コイルは、従来のレイアウトに対して、９０°に向けられる結果となる。新規な特徴として考慮すべき本発明のこれらの特徴又は他の特徴は、添付図面を参照して、例示としてのみ示された以下の記載より理解し得るものである。
【００２５】
実施例１  ボビン
最も好ましい形態では、本発明は、複数のボビンを使用し、ボビンを支持するフォーマ(former)には、種々の巻線の位相部分が捲かれ、次いで、ボビンは、特定の電動機械(dynamoelectric machine)に必要な形状をもったステータの適当な強磁性コア上に移送される。しかしながら、ボビンを用いないで巻線を作り、巻線をフォーマからコア上に移動させ、あるいは、他の方法として、コアに直に捲き付けることも可能である。そうであっても、ボビンは、巻線を形成すること、そして、仕上げ後の機械でステータ上に巻線を保持することの双方に関して、有用な機構を提供する。
【００２６】
図１乃至３は、実質的に長方形のボビンを示しており、各ボビン１０は、実質的に長方形の形状を有し、中央の本体１１と側部フランジ１３、１４とを有する。フランジ及び中央本体を貫通する中央孔１５が設けられ、この中央孔も又、図２の端面でみると、実質的に長方形である。図１〜３に示すボビン１０は、ドラム型のステータ組立体で使用可能に特に形作られたボビンである。このため、中央本体の内部表面及び外部表面は、図３に表面１９で示すように湾曲する。これは、図４〜７より一層明らかとなろう。
【００２７】
実施例２  ドラムタイプのステータ組立体
図４〜７には、分割リング式の強磁性コアにかけられたボビン１０の使用が示されている。強磁性コア２４は、好ましくは、磁気的軟鉄で作られており、好ましくは、長方形断面を有し、ボビン１０をこのコアにかけることができるように、コアの断面積は、孔１５の断面積よりほんの僅かに小さい。ボビンのレイアウトを示すために、巻線自体は、図４〜７に示されていない。実際には、巻線は、ボビンをコアにかける前にボビン上に形成される。
【００２８】
必要十分な数のボビンが、図４に示すようにコアにかけられ、隣接するボビン１０のフランジ１３、１４の半径方向内側の縁が、箇所２１において接触する。
【００２９】
分割リング式コア２４は、間隙又は割れ目２５を有し、これは、ボビンをコアにかけられるように、通常は、引っ張り開かれ、次いで、押し合わされ、たいていは、互いに係止するようにコアの端部を特別に成形することによって、あるいは、コアが殆ど連続したリングを確実に形成するように適切な係留手段によって相互接合され、この結果、コア上のボビンの巻線は、円形コア上の巻線に近いものとなる。
【００３０】
次に、図８を参照すると、巻線Ａ、Ｂから成る２つの位相巻線が２つの異なる陰影で示されている。巻線Ａは巻線Ｂより濃色で示されている。
【００３１】
複数のボビン１０が直線的なフォーマ上に配置され、フォーマは、スチール製、木製又は他の適切な固体材料製の平らなストリップ（あるいは、ブロックであっても良い）にすることができ、これは、巻線機に与えられる。最も単純な形態では、フォーマは、それ自体の軸線を中心としたフォーマの回転により、ワイヤを所定配列にボビン上に巻き付けるとともに、ワイヤのスプールの位置に対して直線方向にワイヤを割付けるように、ワイヤのスプールに対して回転することができる。
【００３２】
他の手段として、ワイヤのスプールは、静止したフォーマ廻りに所要パターンで回転するように製作することができる。
【００３３】
フォーマに保持したボビン上に巻線が作られると、巻線を備えたボビンは、開放した分割式強磁性コア２４にかけられ、コアは押し合わされ、図８に示すようにボビンに巻線がある状態で実質的に閉じたコアを形成する。
【００３４】
実施例３  外部ロータを備えたドラムモータ
図４〜８のステータは、図９及び図１０のドラムモータに使用し得る。この構成では、ステータの強磁性コア（ステータの支持鉄）から成るステータ構造体が、図９に示す配列にボビン１０を支持し、これらのステータ巻線は、永久磁石３０を支持する外部ロータ３８によって囲まれる（Ｎ極―Ｓ極の磁石構造及び極数は、図示されていない）。磁石は、外部磁石の支持鉄リング３１に取付けられ且つ支持されており、このリングは、ロータシェル３２内に配置され且つロータシェル３２により支持されている。このロータシェルは、任意の適切な材料で作られており、例えば、プラスチック材料が外部ロータ３８を作るのに使用される。
【００３５】
実施例４  外部及び内部ロータの双方を備えたドラムモータ
これは、図９及び１０のモータと類似する。これも又、やはり図４〜８に示すステータ組立体を用いたものである。本例では、ロータ組立体３９が全体的に外部ロータ部分３８及び内部ロータ部分４０から構成され、ロータ部分３８、４０は、強磁性コア２４の両側に配置され、コア２４は、ボビン１０を支持する。
【００３６】
内部ロータは、その磁石４１が、ボビン１０の「半径方向内側」の面に面し、磁石は、適切な支持鉄のリング４２に支持され、リング４２は、プラスチックで作られた内部ロータシェル内に都合良く配置され、内部ロータシェルは、外部ロータシェル３２及び中央部分３６と組み合わせて成形することができる。
【００３７】
実施例５  単一のロータを備えたディスクモータ
（図１３及び図１４に示す）この構造では、ディスクモータは、ロータシェル６１を有し、ロータシェルは、スチールから好ましく形成され、ディスク６１の下側にある複数の永久磁石の磁極部６２を支持する。ステータは、複数のボビン６３から成り、ボビンは、やはりほぼ長方形断面の強磁性コア６４に支持される。但し、この事例では、長方形の長軸線は、図１４に示す如く、ステータの平面に配置される。この強磁性コア６４も又、図７の強磁性コアと同様、やはり分割リング形態のものであるが、方向が異なっており、割れ目は、図１３に参照符号６５で示されている。また、この事例では、ボビンは、割れた強磁性リング６４に適応するために、中心本体の短辺側が（内側及び外側に）湾曲する。
【００３８】
同様に、ボビンは、真っ直ぐなフォーマ上に配置することができ、巻線がボビン上に作られ、次いで、ボビン及び巻線は、分割リング上にかけられ、分割リングは、図１３に示す如く、閉じ位置に押し付けられる。細長い強磁性コア５９上の巻線などである。
【００３９】
実施例７  ドラムモータ用ステータ（ボビン無し）
（図１５に示す）この構造では、ドラム（又はディスクモータ）用のステータは、細長い湾曲した強磁性支持体上に（変圧器用巻線機を用いることによって）ループ又はコイルを巻き付けることによって作られる。他の方法として、図１５に示す支持体を分割リングにして、巻線のループをリング上にかけ、リングを閉じても良い。あるいは、分離した湾曲セグメントでリングを作り、セグメントを接合して、巻線を適所に保持するようにしても良い。この図には、全体的に４つのセグメントから成る２つの巻線位相部分が示されている。
【００４０】
（利点）
本発明は、従来のコイルレイアウトに対して、９０°の方向をなすコイルを備えたステータ巻線の単純且つ簡単な構造を提供する。本発明は又、実施例に記載したようなボビン上にコイルを捲く好適な方法の使用を可能にする。
【００４１】
（変形例）
ボビンを用いずに、フォーマ、好ましくは、真っ直ぐなフォーマ上に巻線を作り、かくして形成した巻線を適当な強磁性コア、例えば，図４〜７のドラム形状のコア、あるいは、ディスクモータの図１３、１４のリング形コア上に移送し、これによって、種々の構造の電動機械用のステータ巻線を作ることが可能である。コアに割れ目又は間隙を有するリング形コアを用いた実施例では、コアの割れ目又は間隙のコギング効果や、これに伴うモータ作動中の低い音響ノイズを最小限にするために、極全体をカバーするように、角度を付けてコアを分割することが望ましいと判明している。
【００４２】
強磁性コア上にコイルを直に捲くことも可能である。コアは、完全な円形、あるいは、１つ以上のセグメントにすることができる。完全な円形コア上に直に捲くことは、セグメントを回転させ、あるいは、セグメント廻りに巻線チップを移動させることによって達成できる。完全な円形コアに直に捲くことは、トロイダル変圧器の巻線用に開発された方法を用いて達成できる。
【００４３】
しかしながら、巻線を適所に保持するのに役立つように、一連の特殊形状ボビン上に巻線を形成することが殊に好ましい。ボビン無しでは、巻線をステータの強磁性コアに十分に配置する場合、適切な樹脂又は他の接着剤を巻線に含浸させる必要があろう。
【００４４】
本発明の巻線技術を用いることによって、種々の寸法又は形状のモータを製造することができる。
【００４５】
図示しないが、この技術は、ダブルロータディスクモータ（即ち、図１４のステータの両方の面にロータが設けられる）で使用し得る。
最も好ましい形態では、本発明は、内部ロータ及び外部ロータの双方を有するドラムモータに適用される。
【００４６】
最後に、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の他の変更及び変形を前述の実施例に関し、行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、ほぼ長方形のボビンの平面図である。
【図２】  図２は、図１のボビンの端面図である。
【図３】  図３は、図２のＡ−Ａ線における断面図であり、このボビンは、ドラムタイプのステータ組立体で用いられる形状のものである。
【図４】  図４は、ドラムタイプのステータ組立体の平面図である（巻線を図示せず）。
【図５】  図５は、図４のＡ−Ａ線における断面図である。
【図６】  図６は、図４のステータ組立体の正面図である。
【図７】  図７は、図６のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図８】  図８は、巻線Ａ、Ｂを図８のボビン上に重ねた状態で示す巻線の概略図である。
【図９】  図９は、外部ロータを備えたドラムモータの平面図である。
【図１０】  図１０は、図９のＡ−Ａ線における断面図である。
【図１１】  図１１は、外部ロータ及び内部ロータの両方を備えたドラムモータの平面図である。
【図１２】  図１２は、図１１のドラムモータのＡ−Ａ線断面図である。
【図１３】  図１３は、単一のロータを備えたディスクモータの平面図である。
【図１４】  図１４は、図１３のＡ−Ａ線における断面図である。
【図１５】  図１５は、ボビンレス型のステータのための巻線パターンを示す図である。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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