JP2004505595A - 回転電気マシーン及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】本発明は、内側に配置されているロータ（２）と、外側に配置されているステータ（３）とを有する回転電気マシーン（１）に関する。これら２つは、各々、１つのストリップ（５、６）を巻くことにより形成されている。各ストリップ（５、６）は、複数の分割部分（５１、６１）に分けられており、これら分割部分は、前記ロータ（２）あるいはステータ（３）の内側及び外側の曲率半径に適合されている。各分割部分（５１、６１）は、規定の個数のスロット（５２、６２）を有し、これらスロットは、巻くことにより前記ロータ（２）あるいはステータ（３）を形成したとき、一方が厳密に他方の後方にあるように配置されており、この結果、キャビティ（２Ｈ、３Ｈ）が、電気巻線を収容するように形成されている。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１及び６の導入部分に示されているような、回転電気マシーン（ｒｏｔａｔｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｍａｃｈｉｎｅ）及びその形成方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、コンパクトな構造を有する回転電気マシーンを創作し、このような回転電気マシーンが、形成され得る方法を示すという目的に基づく。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
マシーンに関する目的は、請求項１の特徴により達成される。
また、方法に関する目的は、請求項６の特徴により達成される。
【０００４】
本発明の方法により、回転電気マシーンは、従来の場合よりも少ない電気的なスチール（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｓｔｅｅｌ）を使用して形成され得る。本発明のマシーンで、ロータとステータとは、各々、１つのストリップを巻くことにより形成されており、このストリップは、複数の分割部分に分けられており、これら分割部分は、特定の形態のスロットを有する。これら分割部分の接続領域は、前記ストリップが、さらに加えられる形成プロセス中、破損し得ないように、最小化されている。各分割部分の内側及び外側の曲率半径は、ステータあるいはロータの内側及び外側の曲率半径に適合されている。
本発明のさらに別の特徴が、従属クレームで開示されている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下で、本発明は、図面を使用して詳細に説明される。
図１で示されている回転電気マシーン１は、ロータ２とステータ３とを有する。垂直断面が示しているように、前記ロータ２は、前記ステータ３内に配置されている。前記ロータ２のディメンジョンは、小さなエアギャップ４が、前記ロータ２とステータ３との間に残されるように選択されている。前記回転電気マシーンのシャフト（図示されていない）が、前記ロータ２の長軸に沿ってガイドされる。前記ロータ２とステータ３とは、図２、３、６、７で図示され、これに関連して説明されるように、各々、特定の形状のストリップ５、６を巻くことにより形成されている。前記ステータ３の芯部３Ｋとヨーク３Ｊとが、１つのユニットを形成している。前記１つのストリップ５は、巻かれて前記ステータ３を形成するために使用され、このストリップの一例が、図２で部分的に示されている。前記ストリップ５は、複数の分割部分５１に分けられており、これら分割部分５１の内側及び外側の曲率半径は、前記ステータ３の内側及び外側の曲率半径に適合されている。前記複数の分割部分５１は、全て同じサイズである。２つの隣り合う前記分割部分５１の夫々は、側方の境界面の外側で適切に、ほぼ一点で互いに接続されている。各分割部分５１は、複数のスロット５２を有し、これらスロットの全ては、ここで示されている実施形態で、ほぼ長方形の断面であり、同じサイズである。また、この断面は、異なった形状であり得る。本発明は、ここで説明されている実施形態のみに限定されるものではない。実際上、本発明は、機能し得る全ての形状を含む。前記スロット５２は、前記分割部分５１の小さい方の曲率半径へと開口されている。隣り合う２つの前記スロット５２の夫々は、図１ないし５で示されているように、Ｔ形の突出部５３によって互いに分離されている。この突出部５３の基端部は、前記ストリップ５の閉じられている領域に接続されており、この領域は、前記ステータ３のヨーク３Ｊを形成している。隣り合う２つの前記スロット５２の夫々は、前記突出部５３の横方向部材によって、外向きの方向において部分的に閉じられており、この横方向部材は、前記スロット５２の長軸に対して、適切な角度でアラインメントされている。前記スロット５２のディメンジョン及び配置と、前記分割部分５１のディメンジョンとは、２つの前記分割部分５１間の分割ライン５４が、図３で示されているように、前記スロット５２の中央を通るように、あるいは、図２で示されているストリップ５の変形例のように、前記突出部５３の中央を通るように選択されている。前記分割ライン５４の端部は、前記ストリップ５の内側に位置され、丸い凹部５５へと通じており、巻くことによる前記ステータ３の形成中、この凹部５５に、機械的な変形が集中し、この凹部５５は、この変形を減衰させるように働く。
【０００６】
図４は、薄いシートメタル材の形態のストリップタイプの構造材１０を示しており、この構造材１０は、電気的なシートメタルとして形成されている。この構造材１０は、図４で示されているように、互いに対面するように配置された２つの前記ストリップ５と同じ幅である。ここで示されているようなパターンの２つのストリップ５は、この構造材１０から切り取られる。材料を節約するために、前記構造材１０は、このパターンよりも幾分狭い幅でもあり得る。例えば、前記分割部分５１の外側の曲線部分５１Ｒが、除去される。従って、前記ステータ３は、外側の表面で、平らな領域（ここでは図示されていない）を部分的に有するが、この領域は、何ら本質的な欠点を生じさせない。このパターンを選択する理由は、材料の量が最小化されることである。
【０００７】
図５は、巻くことによる前記ステータ３の形成を示している。このために、前記ストリップの分割部分５１が、その小さい方の曲率半径が、マンドレル１６の長軸に対して適切な角度にある状態に、位置決めされるように、前記ストリップ５は、前記マンドレル１６に巻かれる。前記マンドレル１６の外径は、前記ステータ３の所望の内径に適合されている。前記ストリップ５は、前記ステータ３が、所望のディメンジョンとなるまで、巻かれる。そして、前記ストリップ５は、切断される。前記ストリップ５は、前記マンドレル１６から自由にほどけないように、永続するように締められる。そして、巻かれた前記ストリップ５の複数の層は、まとめて押圧される。こうして、前記ステータ３は、完成される。前記ストリップ５の巻き付けの後、前記スロット５２及び突出部５３の均一な形態のため、各層の各スロット５２の前方と後方とに、前記ストリップ５の先の層のスロット５２と、各場合に、次の層のスロット５２とが、夫々適合されるように位置決めされている。このようにして、貫通キャビティ３Ｈが、図１で示されているように、前記ステータ３に形成され、これらの長軸は、前記ステータ３の長軸と平行に延びており、また、これらの断面は、前記スロット５２の断面に対応している。前記分割部分５１は、その中間スペース５７が、図２で示されているように、三角形で、２つの前記分割部分５１の各間に形成され、前記ストリップ５の巻き付けの後、図５で示されているように、分割ライン５４のみが残る程度まで閉じられるように、形成されている。図５は、最初に巻かれた第１の層の分割ライン５４と、次に巻かれた第２の層の第１の分割ライン５４とを示しており、第１の層が、見えるように示されている。この第１の分割ライン５４は、第１の層の第１の分割ライン５４から充分離隔して配置されており、これら２つの間の距離は、２つの前記スロットの中央間の距離に対応している。図６は、前記ステータ３の外側の表面の一部分を示している。前記ストリップ５の６つの層５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆの分割ライン５４の位置は、各々、参照符号Ｘを付されている。これにより、別の分割ラインのすぐ前後に位置付けられている分割ライン（ここでは図示されていない）は、存在していないことが明らかに見られ得る。これを達成するために、次の関係が、満たされなければならない。
（Ｎ＋Ｎ_ａ）／Ｎ_ｓｅｇ＝Ｚ_ｓｅｇ
Ｚ_ｓｅｇ＝ｉｎｔｅｇｅｒ
１≦Ｎ_ａ＜Ｚ_ｓｅｇ
Ｃ＝（Ｎ×Ｎ_ｓｅｇ）／（Ｎ＋Ｎ_ａ）≠ｉｎｔｅｇｅｒ
Ｎ_ｓｅｇ−Ｃ＜１
ここで、Ｚ_ｓｅｇは、前記分割部分毎のスロット５２の個数であり、Ｎは、巻かれている前記ストリップ５の１つの層の全ての前記スロット５２の個数であり、Ｎ_ａは、巻かれているある層の第１の前記分割ライン５４と、その次の層の第１の分割ライン５４との間の前記スロット５２の個数であり、配置により決定され、Ｎ_ｓｅｇは、巻かれて１つの層を形成するために必要な前記分割部分５１の総数であり、Ｃは、１つの層の前記分割部分の厳密な個数である。例えば、層毎に２４個のスロットと５つの分割部分とを有する前記ステータ３が、巻くことにより形成される必要がある場合、Ｎ＝２４、Ｎ_ｓｅｇ＝５、Ｎ_ａ＝１である。従って、Ｚ_ｓｅｇ＝５、Ｃ＝４．８である。
【０００８】
図７及び８は、ストリップ６の一部分を示しており、このストリップ６は、巻かれて前記ロータ２を形成するために使用される。このストリップ６は、複数の分割部分６１に分けられている。各分割部分６１は、前記ロータ２の内側及び外側の曲率半径に適合されている。前記複数の分割部分６１は、全て同じサイズである。図７及び８で示されているように、各分割部分６１は、分割ラインが、２つのスロット６２間の中央と、１つのスロット６２の中央とのどちらを通っているかに応じて、２つあるいは３つのスロット６２を有する。ここで示されている実施形態で、前記複数のスロット６２は、長円形の形態で、全て同じサイズであり、外向きに閉じられ、突出部６３により互いに分離されている。分割ラインが、２つの前記分割部分６１間の中央を通っているように、これら分割部分６１が形成されている場合、図８で示されているように、内側に位置している、前記分割ライン６４の端部は、円形の凹部６６へと通じており、この凹部６６は、巻くことにより前記ロータ２を形成しているとき、機械的な変形を減衰させるように使用される。
【０００９】
図９は、薄いシートメタル材の形態の構造材１２を示しており、この構造材１２は、電気的なシートメタルとして形成されている。ここで示されている実施形態で、この構造材１２は、図７の前記ストリップ６の２倍の幅であり、２つの前記ストリップ６は、この図で、互いに対面するように配置されている。ここで示されているパターンに対応して、巻かれて前記ロータ２を形成するための２つの前記ストリップ６は、前記構造材１２から同時に切り取られ得る。図４で示されているようなパターンの場合と同様に、このパターンを選択する理由は、材料の量が最小化されることである。
【００１０】
図１０は、巻くことによる前記ロータ２の形成を示している。このために、前記ストリップの分割部分６１が、その小さい方の曲率半径が、マンドレル１７の長軸に対して適切な角度にある状態に、位置決めされるように、前記ストリップ６は、前記マンドレル１７に巻かれる。前記マンドレル１７の外径は、前記ロータ２の所望の内径に適合される。前記ストリップ６は、前記ロータ２が、所望のディメンジョンとなるまで、巻かれる。そして、前記ストリップ６は、切断される。前記ストリップ６は、前記マンドレル１７から自由にほどけないように、永続するように締められる。そして、前記ストリップ６の巻かれた複数の層は、まとめて押圧される。
【００１１】
前記スロット６２及び突出部６３の均一な形態のため、前記ストリップ６の巻き付け中、前記ストリップ６の所定の層の先の層のスロット６２と、次の層のスロット６２との夫々は、その所定の層の各スロット６２の前方と後方とに夫々適合されるように、位置決めされる。このようにして、貫通キャビティ２Ｈが、図１で示されているように、前記ロータ２に形成されており、これらの長軸は、前記ロータ２の長軸と平行に延びており、また、これらの断面は、前記スロット６２の断面に対応している。加えて、前記ストリップ６は、２つの前記分割部分６１間の分割ライン６４の各々が、巻き付け中、互いに前後に配置されないように形成されている。図１０は、破線で示されている、最初に巻かれた第１の層の分割ライン６４と、次に巻かれた第２の層の第１の分割ライン６４とを示している。第２の層の前記第１の分割ライン６４は、第１の層の前記分割ライン６４から充分離隔して配置されており、これら２つの間の距離は、２つの前記スロット６２の中央間の距離に対応している。
【００１２】
図１１は、前記ロータ２の外側の表面の一部分を示している。前記ストリップ６の４つの層６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄの分割ライン６４の位置は、各々、参照符号Ｘを付されている。ここで再び、別の分割ラインのすぐ前後に位置付けられている分割ライン（図示されていない）は、存在しないことが見られ得る。これを達成するために、上述した等式（Ｎ＋Ｎ_ａ）／Ｎ_ｓｅｇ＝Ｚ_ｓｅｇが、この場合にも満たされなければならない。前記スロット６２の個数と前記分割部分６１の個数とに関連している状況は、図５で説明されたものと同じである。
【００１３】
また、前記ロータ２の形成中、前記複数のスロット６２を互いに分離している前記突出部６３の長軸が、前記ステータ３の複数のスロット５２を互いに分離している前記突出部５３の長軸に対して、所定の角度θ_Ｓだけ傾けられることが確実にされることが必要である。このため、前記ストリップ６を充分に巻いた後、図１２に示されているように、前記ロータ２の芯部は、前記ストリップ６が、巻き付け中、巻かれていた方向と実際上同じ方向に、前記ロータ２の長軸に対してこの角度θ_Ｓだけねじられる。この傾きを達成するために、前記分割部分６１の内側及び外側の曲率半径は、僅かに修正されなければならない。前記ロータ２の厳密な円筒形の外形は、前記ロータ２の外面の適切な機械仕上げによってのみ達成される。
【００１４】
前記突出部６３の長軸の所望の傾きは、前記突出部６３の各々を実際上θ_ｒから僅かに増大させることによって（ｂｙ　ｓｌｉｇｈｔｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｅａｃｈ　ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ　６３　ａｎｄ，ｉｎ　ｆａｃｔ，ｂｙ　θ_ｒ）も達成され得る。ここで、θ_ｒ＝３６０°／Ｎ_ｒであり、Ｎ_ｒは、前記ロータ２のスロット６２の個数である。各スロット６２及び各突出部６３の傾きの角度は、Δθだけ増大される必要があり、ここでθ_ｒ’＝θ_ｒ＋Δθ、Δθ＝θ_Ｓ／Ｍ／Ｎ_ｒである。Ｍは、巻かれて前記ロータ２を形成しているストリップ６の層の個数であり、θ_Ｓは、前記ロータ２が、全長に渡ってねじられる必要がある角度である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の回転電気マシーンを垂直断面で示している。
【図２】図２は、ストリップの一部分を示しており、ステータは、このストリップを巻くことにより形成される。
【図３】図３は、巻かれてステータを形成するための別のストリップの一部分を示している。
【図４】図４は、図２に示されているようなストリップ形状の構造材による形成を示している。
【図５】図５は、巻くことによるステータの形成を示している。
【図６】図６は、ステータの外側の境界面の図である。
【図７】図７は、巻かれてロータを形成するためのストリップの一部分を示している。
【図８】図８は、巻かれてロータを形成するための別のストリップの一部分を示している。
【図９】図９は、図７に示されているようなストリップ形状の構造材による形成を示している。
【図１０】図１０は、巻くことによるロータの形成を示している。
【図１１】図１１は、ロータの外側の境界面の図である。
【図１２】図１２は、複数のスロット間の突出部をアラインメントさせるように、ロータの芯部をねじることを示している。

Claims (13)

1. ロータ（２）とステータ（３）とを具備する回転電気マシーンにおいて、前記ロータ（２）とステータ（３）とは、各々、一体的に形成され、１つのストリップ（５、６）を巻くことにより形成されていることを特徴とするマシーン。
2. 前記ステータ（３）は、前記１つのストリップ（５）を巻くことにより形成されており、このステータ（３）のヨーク（３Ｊ）とコア部（３Ｋ）とが、１つのユニットとして形成されており、また、前記ステータ（３）は、電気巻線を収容する内側に向かう側面に複数のスロット（５２）を有し、連続した２つのスロット（５２）の夫々は、突出部（５３）により互いに分離され、等しい離隔距離を有し、この突出部（５３）の基端部は、環状の前記ヨーク（３Ｊ）に接続され、外向きの前記スロット（５２）を部分的に規定することを特徴とする請求項１のマシーン。
3. 前記ストリップ（５）は、規定の個数の分割部分（５１）に分けられており、各分割部分（５１）の内側及び外側の曲率半径は、前記ステータ（３）の内側及び外側の曲率半径に夫々適合されており、また、各分割部分（５１）は、規定の個数の前記スロット（５２）を有し、隣接した２つの前記分割部分（５１）の夫々のみが、側方の境界面の外側のエッジ部で互いに接続されており、そして、２つの前記分割部分（５１）間の分割ライン（５４）が、前記突出部（５３）の中央、あるいは、前記スロット（５２）の中央を通っており、凹部（５５）が、各分割ライン（５４）の内側に位置されている端部に与えられており、そしてまた、隣り合った２つの前記スロット（５２）の夫々は、等しい離隔距離を有することを特徴とする請求項１又は２のマシーン。
4. 巻かれて前記ロータ（２）を形成するための前記ストリップ（６）は、規定の個数の分割部分（６１）に分けられており、この分割部分（６１）の内側及び外側の曲率半径は、前記ロータ（２）の内側及び外側の曲率半径に夫々適合されており、また、規定の個数のスロット（６２）が、各分割部分（６１）に形成されており、そして、隣接した２つの前記分割部分（６１）の夫々のみが、側方の境界面の外側のエッジ部で互いに接続されており、そしてまた、隣り合った２つの前記分割部分（６１）間の分割ライン（６４）が、前記スロット（６２）の中央、あるいは、隣り合った２つの前記スロット（６２）間の中央を通っていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１のマシーン。
5. 前記複数のスロット（６２）は、全ての側面で閉じられ、あるいは、外向きの小さな開口を有し、突出部（６３）によって互いに分離されており、また、連続した２つの前記スロット（６２）の夫々は、等しい離隔距離を有し、前記スロット（６２）の長軸は、前記ステータ（３）の全長につき、前記ステータ（３）のスロット（５２）の長軸に対し所定の角度θ_Ｓだけ傾いていることを特徴とする請求項４のマシーン。
6. ロータ（２）とステータ（３）とを有する回転電気マシーンの形成、特に、請求項１のマシーンの形成のための方法において、前記ステータ（３）と前記ロータ（２）とは、各々、一体的に形成され、複数の分割部分（５１、６１）に分けられているストリップ（５、６）を巻くことにより形成されることを特徴とする方法。
7. 前記ステータ（３）のヨーク（３Ｊ）と芯部（３Ｋ）とが、１つのユニットを形成し、このユニットは、前記１つのストリップ（５）を巻くことにより形成され、また、前記ストリップ（５）は、規定の個数の前記分割部分（５１）に分けられており、これら分割部分（５１）の内側及び外側の曲率半径は、前記ステータ（３）の内側及び外側の曲率半径に夫々適合されており、そして、前記分割部分（５１）は、内向きに開口している規定の個数のスロット（５２）を有し、２つのスロット（５２）の夫々は、突出部（５３）により互いに分離されており、そしてまた、巻くことによる前記ステータ（３）の形成中、前記スロット（５２）は、各層において、先の層のスロット（５２）の前方に、これと適合するように配置され、キャビティ（３Ｈ）を形成することを特徴とする請求項６の方法。
8. 前記ロータ（２）は、前記１つのストリップ（６）を巻くことにより形成され、このストリップ（６）は、規定の個数の分割部分（６１）に分けられており、この分割部分（６１）の内側及び外側の曲率半径は、前記ロータ（２）の内側及び外側の曲率半径に夫々適合されており、各分割部分（６１）は、規定の個数の閉じられているスロット（６２）を有し、また、隣接した２つの前記分割部分（６１）の夫々のみが、側方の境界面の外側のエッジ部で互いに接続されており、そして、隣り合った２つの前記分割部分（６１）間の分割ライン（６４）が、前記スロット（６２）を、あるいは、隣り合った２つの前記スロット（６２）間の中央を通っていることを特徴とする請求項６の方法。
9. 巻くことにより前記ロータ（２）及びステータ（３）を形成したとき、次の等式
   （Ｎ＋Ｎ_ａ）／Ｎ_ｓｅｇ＝Ｚ_ｓｅｇ、ここで、Ｚ_ｓｅｇは、前記分割部分（５１、６１）毎のスロット（５２、６２）の個数、Ｎは、巻かれている１つの層の全ての前記スロット（５２、６２）の個数、Ｎ_ｓｅｇは、巻かれている１つの層の前記分割部分（５１、６１）の個数、Ｎ_ａは、最初に巻かれた層の第１の分割ライン（５４、６４）と、次の層の第１の分割ライン（５４、６４）との間に配置されている前記スロット（５２、６２）の個数、
   が、満たされており、加えて、以下の状況
   Ｚ_ｓｅｇ＝ｉｎｔｅｇｅｒ、１≦Ｎ_ａ＜Ｚ_ｓｅｇ、Ｃ＝（Ｎ×Ｎ_ｓｅｇ）／（Ｎ＋Ｎ_ａ）≠ｉｎｔｅｇｅｒ、Ｎ_ｓｅｇ−Ｃ＜１、
   が、満たされている場合、複数の前記分割部分（５１、６１）間の前記分割ライン（５４、６４）の夫々は、前記ストリップ（５、６）の巻かれている１つの層から次の層へと互いにずらされていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１の方法。
10. 充分巻くことにより形成された前記ロータ（２）の芯部は、前記ロータ（２）の全長について所定の角度θ_Ｓだけねじられ、この結果、前記ロータ（２）の複数のスロット（６２）を互いに分離している突出部（６３）が、前記ステータ（３）の複数のスロット（５２）を互いに分離している前記突出部（５３）に対して、アラインメントされることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１の方法。
11. 充分巻くことにより形成された前記ロータ（２）の芯部は、前記ロータ（２）の複数のスロット（６２）を互いに分離している突出部（６３）の各々が、小さい距離θ_ｒから増大されており、また、各スロット（６２）及び各突出部（６３）の傾きの角度が、Δθだけ増大されていることにより、長軸方向に所定の角度だけ傾けられており、この結果、前記突出部（６３）は、前記ステータ（３）の複数のスロット（５２）を互いに分離している前記突出部（５３）に対して、アラインメントされており、ここで、θ_ｒ’＝θ_ｒ＋Δθ、Δθ＝θ_Ｓ／Ｍ／Ｎ_ｒであり、Ｍは、巻かれて前記ロータ（２）を形成しているストリップ（６）の層の個数、Ｎ_ｒは、前記ロータ（２）のスロット（６２）の個数であることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１の方法。
12. 巻かれて前記ステータ（３）を特定のパターンに形成するための２つの前記ストリップ（５）が、各場合に、比較的幅の狭い１つのストリップ（１０）、あるいは、２倍の幅の１つのストリップから切り取られることを特徴とする請求項６ないし１１のいずれか１の方法。
13. 巻かれて前記ロータ（２）を特定のパターンに形成するための２つの前記ストリップ（６）が、各場合に、２倍の幅の１つのストリップ（１２）から切り取られることを特徴とする請求項６ないし１１のいずれか１の方法。

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