(57)【要約】  本発明は、同期モータを製造する方法並びに同期モータに関している。前記ステータ（１００）は外部ステータとして形成され、かつ、少なくとも２つの極及びスロット（１〜１２）を有し、前記スロットはステータ巻線（３７）を備えている。小型で非常に高速に回転する同期モータをできるだけ少ないコストで製造できるようにするために、本発明によれば、前記ステータ（１００）が、前記ステータ巻線（３７）の装着前に分離されて１つの帯状部に展開され、前記ステータ巻線（３７）は、それぞれスロット（１〜１２）に通されて軸方向に案内され、その後径方向外側に案内され、引き続き前記ステータの外面に沿って軸方向に折り返され、その後で前記帯状部が環状に閉じられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ（１００）が外部ステータとして形成されかつ少なくとも２つの極及びスロット（１〜１２）を有し、前記スロットはステータ巻線（３７）を備えている同期モータを製造する方法において、
前記ステータ（１００）を、前記ステータ巻線（３７）の装着前に分離して１つの帯状部に展開し、
前記ステータ巻線（３７）を、それぞれスロット（１〜１２）に通して軸方向に案内し、その後で径方向外側に案内し、引き続き前記ステータの外面（３８）に沿って軸方向に折り返し、その後で前記帯状部を環状に閉じるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ステータ巻線（３７）は、三相巻線として、特に二層巻線として形成されている、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ステータ（１００）は、１つのスロット（１２）の領域において分離される、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記ステータ（１００）は、１つのスロット（１２）において完全に分離され、さらにさらなるスロット（２，４，６，８，１０）において、径方向内側から開始されて部分的に分離され、特に１つおきのスロット毎に１つの分離が実施される、請求項３記載の方法。
【請求項５】
１つの分離を有している前記スロット（２，４，６，８，１０，１２）において、前記巻線（３７）が異なる位相で設置される、請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
前記ステータ（１００）は、１つの極領域において分離される、請求項１または２記載の方法。
【請求項７】
前記ステータ（１００）は、１つの極において完全に分離され、さらにさらなる極において、径方向内側から開始されて部分的に分離され、特に１つおきの極毎に１つの分離が実施される、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記各スロット（１〜１２）は、それぞれ１つのコイル層が配置される右方半部と左方半部とに分割される、請求項１から７いずれか１項記載の方法。
【請求項９】
ステータ（１００）を備えた同期モータであって、
前記ステータ（１００）は、外部ステータとして構成され、かつ、少なくとも２つの極とスロット（１〜１２）とを有し、前記スロットはステータ巻線（３７）によって巻回されている、同期モータにおいて、
前記同期モータが、請求項１から８いずれか１項記載の方法によって製造されており、  前記ステータ（１００）は、少なくとも１つの特に閉じられる分離箇所（２５）を有しており、
前記ステータ巻線（３７）は、それぞれ軸方向で１つのスロット（１〜１２）を通して案内され、径方向外側に案内され、さらに前記ステータ（１００）の外面（３８）に沿って軸方向に折り返し戻されていることを特徴とする同期モータ。
【請求項１０】
前記ステータ巻線（３７）は、三相巻線として、特に二層巻線として形成されている、請求項９記載の同期モータ。
【請求項１１】
前記分離箇所（２５）は、１つのスロット（１２）の領域内に形成されており、特に１つおきのスロット（２，４，６，８，１０）の領域内には少なくとも部分的な分離箇所（２６〜３０）が形成されている、請求項９または１０記載の同期モータ。
【請求項１２】
前記分離箇所は、１つの極領域内に形成されており、特に１つおきの極領域内には、少なくとも部分的な分離箇所が形成されている、請求項９または１０記載の同期モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念による同期モータを製造する方法並びに請求項９による、この種の方法を用いて製造された同期モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
同期モータは、多くの技術分野で使用されている。小型で、非常に高速に回転する同期モータは、少ない極、典型的には２つの極と、比較的大きな銅断面を有している。このことは、巻線用本体のサイズ拡大を引き起こし、それに伴って、モータ軸受け間の軸方向の長さも制限されるため、軸方向の鉄心長さの縮小も余儀なくされる。
【０００３】
同期モータの個々の歯周りの巻回は、このような問題の回避には役立つが、しかしながら同時に著しい損失を引き起こす可能性が高く、その際には限られた電力密度しか達成できなくなる。なぜなら総磁束の約半分の少量部分しか巻線に結合されないからである。
【０００４】
小型で非常に高速に回転する典型的な同期モータの場合、特に均一で正弦波状の界磁分布が望まれる。このためには、できるだけ望ましい分布の三相巻線を必要とする。これは、例えば典型的な二層巻線であってもよい。しかしながらこのことは、小型の同期モータの場合、大きな銅断面とステータ内径の小さな直径との組み合わせにより、導入すべき銅断面がステータ内径の自由断面よりも大きくならざるを得ない結果を引き起こす。そのため内側からの巻線の導入には非常に高いコストがかかることになる。
【０００５】
本発明が基礎とする課題は、巻線長さが短くて済み、かつ、特に小型で非常に高速に回転する同期モータを簡単に製造することができる方法を提供することにある。
【０００６】
本発明によれば、前記課題は、請求項１並びに請求項９の特徴部分に記載されている本発明によって解決される。本発明の有利な改善例は、従属請求項にも記載されている。
【０００７】
ステータが外部ステータとして構成され、かつ、少なくとも２つの極及びスロットを有し、前記スロットはステータ巻線を備えている、本発明による、同期モータを製造する方法によれば、前記ステータが、前記ステータ巻線の装着前に分離されて１つの帯状部に展開され、前記ステータ巻線は、それぞれスロットに通されて軸方向に案内され、その後径方向外側に案内され、引き続き前記ステータの外面に沿って軸方向に折り返され、その後で前記帯状部が環状に閉じられる。
【０００８】
このような手法によれば、小型で、非常に高速に回転する同期モータ、例えば１００，０００min-1以上の回転数を備えた同期モータが、比較的僅かなコストで製造することができるようになる。ステータの分離と展開により、巻線が容易に形成でき、その際の銅断面も問題なくステータ内径の直径より大きくすることが可能である。とりわけ径方向外側への案内とステータのヨーク外面に沿った軸方向の折り返しとによって、比較的短いワイヤ長さのコイルが得られる。そのためステータの外周面に沿って折り返される戻り領域においては、多大なコストをかけずに漂遊インダクタンスの制御が可能になる。例えば漂遊インダクタンスは、折り返し領域におけるステータの鉄心の設計に応じて、同期モータの基本的な機能を大幅に変えることなく、増減可能になる。これによって、さもなければ必要となるチョークに置換えることも可能になる。その際動作中には、折り返される巻線を、積極的に若しくは必要に応じて冷却してもよい。
【０００９】
均一で、特に正弦波状の界磁分布を達成するために、ステータ巻線は、有利には、三相巻線として、とりわけ二層巻線として実施される。これらの巻線は、望まれるものであってもよい。ステータは、有利にスロット領域で分離され得る。このような分離は、比較的容易に実行可能である。なぜならスロット領域のステータは、極領域よりも小さい断面しか有さないからである。ステータの良好な展開のためにこの場合有利には、１つのスロット領域の完全な分離の他に、さらなるスロット領域において径方向内側で開始される部分的な分離を行なってもよい。例えば、そのような部分的な分離は、各第２のスロットにおいて、すなわち１つおきのスロッ００２１トにおいて行ってもよい。それらのスロット内には、有利には位相の異なる巻線が配置される。
【００１０】
代替的な態様によれば、前記ステータは、１つの極内で完全に分離され、さらなる極内では径方向内側から始まる部分的な分離が行われる。この場合特に各第２の極毎に１つの分離が行われる。それにより当該分離のための製造コストはかかってしまうが、しかしながらの巻回エラーのリスクは減少する。
【００１１】
有利な実施態様によれば、各スロットは、右方半部と左方半部に分割され、これらの半部内にはそれぞれ１つのコイル層が周面方向で隣接して配置されている。それにより、所要のワイヤ長さが短縮できる。
【００１２】
また前記課題は、外部ステータとして構成され、かつ、少なくとも２つの極とスロットとを有し、前記スロットはステータ巻線によって巻回されているステータを備えた本発明による同期モータにおいて、前記同期モータが、前述の本発明による方法によって製造され、前記ステータは、少なくとも１つの特に閉じられる分離箇所を有し、ステータ巻線がそれぞれ軸方向で１つのスロットを通され、径方向外側に案内され、前記ステータの外面に沿って軸方向に折り返し戻されるように案内されて解決される。この種の同期モータは、小型で非常に高速に回転する同期モータとして構成することができ、このモータは十分に大きな銅断面と、均一な界磁分布を有している。大きな銅断面とステータ内径の小さな直径との組み合わせは何の問題もなく実現することが可能である。この種の同期モータは、少ないコストで、相応に安価に製造することが可能である。
【００１３】
可能な限り均一で、特に正弦波状の界磁分布のために、有利には、前記ステータ巻線は三相巻線として、特に二層巻線として設計され得る。
【００１４】
特に簡単な態様は、分離箇所が１つのスロットの領域内で形成されることによって得られる。その場合は特に、１つおきのスロット領域において、少なくとも部分的な分離箇所が形成され、それはステータの径方向内側から始まって径方向外側へ延在する。
【００１５】
代替的な態様によれば、僅かに高まるコストを除いて、前記分離箇所は、１つの極領域内にも形成可能である。その際には、特に、１つおきの極領域内に部分的分離箇所が形成される。
【００１６】
同期モータの極数は有利には２に等しい。それにより、小型で、非常に高速に回転する同期モータが形成可能となる。
【００１７】
同期モータの軸方向の長さと、その直径との相応の比を用いることによって、本発明による巻線との結び付きによって短いワイヤ長さを達成できる。
【００１８】
製造方法と関連して説明してきた本発明の有利な態様は、もちろんこの方法を用いて製造された同期モータに対しても当て嵌まり、別のものにも有効である。
【００１９】
図面には、本発明の実施例が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】帯状部として展開されたステータを立体的に表した図
【図２】ステータ巻線を備えたステータを示した図
【図３】典型的な巻線パターンを示した図
【図４】本発明による巻線パターンを示した図
【００２１】
実施例
図１には、複数のスロット１〜１２を有する帯状部として展開されたステータ１００が見て取れる。前記複数のスロット１〜１２は、ステータ１００の極歯１３〜２４の間に形成されている。完全な分離箇所２５は、そのように展開された帯状部の端部を形成している。各第２のスロットないしそれぞれ１つおきのスロット２，４，６，８，１０には、部分的な分離箇所２６，２７，２８，２９，３０が形成されており、そのため前記ステータは、これらの部分的分離箇所によって、複数の円ピッチ状のセグメント３１，３２，３３，３４，３５，３６に分割される。スロット１は、完全な分離箇所に続く円ピッチ状セグメント３１内に存在し、図１の描写においては、一番左端に存在している。例えば個々の円ピッチ状セグメント３１〜３６は、左から右に向かって、フェーズ１でもって正に、２で負に、３で正に、１で負に、２で正に、３で負に巻回されてもよい。
【００２２】
巻回の後では前記ステータ１００は円形に閉じられ、それによって当該ステータ自身の最終形態にもたらされる。巻回が完了したステータ１００は、図２に示されている。ここでは、ステータ巻線３７が、スロットを通って軸方向に案内され、その後で径方向外側へ延在しているのが見て取れる。これは引き続きステータ１００の外面３８に亘って軸方向に引き返すためである。その後ステータ巻線は、再び径方向内側へ折り返されて再びそれぞれのスロット内へ案内される。
【００２３】
ここではステータ内径３９の直径が、銅断面よりも小さいことが見て取れる。それにもかかわらず、本発明による製造方法によれば、このような同期モータは、比較的少ないコストで生産可能である。
【００２４】
図３には、短縮された二層巻線の典型的な巻線パターンが示されている。コイルは、スロット１から出発し、当該スロット１を通って正の軸方向に案内される。このコイルが、周面に亘ってスロット６に到達すると、そこで当該スロットを通って負の軸方向に案内される。引き続き当該コイルは周面に亘ってスロット１まで戻される。
【００２５】
この種の巻線では、コイルのワイヤ長さは、軸方向長さ×２と、周面に沿った端面側区間×２の長さ分に相当する。それらの長さに対して、前記コイルは電流をスロット１においては正の方向に流し、スロット６においては負の方向に流す。
【００２６】
本発明による巻線パターンでは、図４に示すように、スロット１内のフェーズ１の同じコイルが、当該スロット１を通って正の軸方向に案内され、その後で径方向外側へ案内されて、ヨークないしステータの外面に亘って負の軸方向に折り返され、引き続き径方向内側に案内されて再びスロット１に戻される。その際各スロットは、周面方向で隣接する２つの半部に、例えば右方半部と左方半部に分割される。このように巻回されたコイルのワイヤ長さは、（軸方向長さ×２）＋（径方向長さ×２）に相当する。ここでの電流は、スロットを通って、正または負に導かれる。典型的な巻き線パターンによる場合と同じ効果を得るためには、２つのコイルが必要である。
【００２７】
ステータ１００を展開するための分離箇所を有するスロット内には、有利には位相の異なった層が存在する。これは当該実施例では、偶数のスロット番号を有するスロットに相当している。
【００２８】
本発明による、ステータ内に少なくとも１つの分離箇所を設けて特定の巻線パターンと組み合わせることによれば、小型で非常に高速に回転する同期電動機が少ないコストで製造できるようになる。さらにこの電動機では、巻線のワイヤ長さも短く維持することができる。その際には銅断面も問題なくステータ内径の断面よりも大きく形成でき、相応にパワフルな性能が形成され得る。
【図１】
2016500510.tif 000003
【図２】
2016500510.tif 000004
【図３】
2016500510.tif 000005
【図４】
2016500510.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月31日(2015.7.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ（１００）が外部ステータとして形成されかつ少なくとも２つの極及びスロット（１〜１２）を有し、前記スロットはステータ巻線（３７）を備えている同期モータを製造する方法において、
前記ステータ（１００）を、前記ステータ巻線（３７）の装着前に分離して１つの帯状部に展開し、
前記ステータ巻線（３７）を、それぞれスロット（１〜１２）に通して軸方向に案内し、その後で径方向外側に案内し、引き続き前記ステータの外面（３８）に沿って軸方向に折り返し、その後で前記帯状部を環状に閉じるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ステータ巻線（３７）は、三相巻線として形成されている、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ステータ巻線（３７）は、二層巻線として形成されている、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ステータ（１００）は、１つのスロット（１２）の領域において分離される、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記ステータ（１００）は、１つのスロット（１２）において完全に分離され、さらにさらなるスロット（２，４，６，８，１０）において、径方向内側から開始されて部分的に分離される、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ステータ（１００）は、１つおきのスロット毎に１つの分離が実施される、請求項５記載の方法。
【請求項７】
１つの分離を有している前記スロット（２，４，６，８，１０，１２）において、前記巻線（３７）が異なる位相で設置される、請求項４から６いずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記ステータ（１００）は、１つの極領域において分離される、請求項１または２記載の方法。
【請求項９】
前記ステータ（１００）は、１つの極において完全に分離され、さらにさらなる極において、径方向内側から開始されて部分的に分離される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ステータ（１００）は、１つおきの極毎に１つの分離が実施される、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記各スロット（１〜１２）は、それぞれ１つのコイル層が配置される右方半部と左方半部とに分割される、請求項１から１０いずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
ステータ（１００）を備えた同期モータであって、
前記ステータ（１００）は、外部ステータとして構成され、かつ、少なくとも２つの極とスロット（１〜１２）とを有し、前記スロットはステータ巻線（３７）によって巻回されている、同期モータにおいて、
前記同期モータが、請求項１から８いずれか１項記載の方法によって製造されており、  前記ステータ（１００）は、少なくとも１つの閉じられる分離箇所（２５）を有しており、
前記ステータ巻線（３７）は、それぞれ軸方向で１つのスロット（１〜１２）を通して案内され、径方向外側に案内され、さらに前記ステータ（１００）の外面（３８）に沿って軸方向に折り返し戻されていることを特徴とする同期モータ。
【請求項１３】
前記ステータ巻線（３７）は、三相巻線として形成されている、請求項１２記載の同期モータ。
【請求項１４】
前記ステータ巻線（３７）は、二層巻線として形成されている、請求項１３記載の同期モータ。
【請求項１５】
前記分離箇所（２５）は、１つのスロット（１２）の領域内に形成されている、請求項１２から１４いずれか１項記載の同期モータ。
【請求項１６】
１つおきのスロット（２，４，６，８，１０）の領域内に、少なくとも部分的な分離箇所（２６〜３０）が形成されている、請求項１５記載の同期モータ。
【請求項１７】
前記分離箇所（２５）は、１つの極領域内に形成されている、請求項１２から１４いずれか１項記載の同期モータ。
【請求項１８】
１つおきの極領域内に、少なくとも部分的な分離箇所が形成されている、請求項１７記載の同期モータ。
【国際調査報告】
2016500510.tif 000007
2016500510.tif 000008
2016500510.tif 000009
2016500510.tif 000010
2016500510.tif 000011
2016500510.tif 000012