JP2016500510A - Synchronous motor manufacturing method - Google Patents
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Abstract
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。The present invention relates to a method of manufacturing a synchronous motor and a synchronous motor. Said stator (100) is formed as an external stator and has at least two poles and slots (1-12), said slots comprising stator windings (37). In order to be able to produce a small and very fast synchronous motor at the lowest possible cost, according to the invention, the stator (100) is separated before the stator winding (37) is mounted. The stator windings (37) are developed in one band-like portion, passed through the slots (1-12), guided in the axial direction, then guided radially outward, and then along the outer surface of the stator. It is folded back in the axial direction, after which the strip is closed annularly.
Description
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。
The invention relates to a method for manufacturing a synchronous motor according to the superordinate concept of
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。 Synchronous motors are used in many technical fields. A small, very fast rotating synchronous motor has few poles, typically two poles, and a relatively large copper cross section. This causes an increase in the size of the winding main body, and accordingly, the axial length between the motor bearings is also limited, so that the length of the iron core in the axial direction must be reduced.
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。 The windings around the individual teeth of the synchronous motor help to avoid such problems, but at the same time are likely to cause significant losses, in which case only limited power densities can be achieved. This is because only a small portion of about half of the total magnetic flux is coupled to the winding.
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。 In the case of a typical synchronous motor that is small and rotates at a very high speed, a uniform and sinusoidal field distribution is particularly desirable. This requires a three-phase winding with the desired distribution as much as possible. This may be a typical two-layer winding, for example. However, in the case of a small synchronous motor, this causes a result that the copper cross section to be introduced must be larger than the free cross section of the stator internal diameter due to the combination of a large copper cross section and a small diameter of the stator internal diameter. Therefore, the introduction of the winding from the inside is very expensive.
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。 The problem on which the present invention is based is to provide a method which allows a simple production of a synchronous motor which requires only a short winding length and which is particularly small and which rotates at a very high speed.
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。
According to the invention, the problem is solved by the invention as described in the characterizing parts of
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。 According to the method of manufacturing a synchronous motor according to the present invention, the stator is configured as an external stator and has at least two poles and slots, the slots comprising stator windings. Before the stator winding is mounted, it is separated and developed into one band-like portion, and the stator windings are respectively guided through the slots in the axial direction, then guided radially outward, and subsequently on the outer surface of the stator. And then the band is closed annularly.
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。 According to such a method, a synchronous motor that is small and rotates at a very high speed, for example, a synchronous motor having a rotation speed of 100,000 min −1 or more can be manufactured at a relatively low cost. Become. By separating and unfolding the stator, the winding can be easily formed, and the copper cross section at that time can be made larger than the diameter of the stator inner diameter without any problem. In particular, a coil with a relatively short wire length is obtained by guiding outward in the radial direction and axial folding along the outer surface of the stator yoke. Therefore, in the return region that is folded back along the outer peripheral surface of the stator, the stray inductance can be controlled without much cost. For example, the stray inductance can be increased or decreased without significantly changing the basic function of the synchronous motor, depending on the design of the stator core in the folded region. This also makes it possible to replace the choke that would otherwise be required. During the operation, the windings to be folded may be actively or as necessary cooled.
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。 In order to achieve a uniform, in particular sinusoidal field distribution, the stator winding is advantageously implemented as a three-phase winding, in particular as a two-layer winding. These windings may be as desired. The stator can advantageously be separated in the slot region. Such separation can be performed relatively easily. This is because the stator in the slot region has a smaller cross section than the pole region. For a good development of the stator, in this case it may be advantageous to carry out a partial separation starting radially inward in a further slot region in addition to a complete separation of one slot region. For example, such partial separation may be performed in each second slot, i.e. every other slot. In these slots, windings with different phases are preferably arranged.
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。 According to an alternative embodiment, the stator is completely separated in one pole, with a partial separation starting from the radial inside in a further pole. In this case, in particular, one separation is performed for each second pole. This incurs manufacturing costs for the separation, but reduces the risk of winding errors.
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。 According to an advantageous embodiment, each slot is divided into a right half and a left half, and in each of these halves a coil layer is arranged adjacent in the circumferential direction. Thereby, the required wire length can be shortened.
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。 The subject is also a synchronous motor according to the present invention, comprising a stator configured as an external stator and having at least two poles and a slot, the slot being wound by a stator winding. Manufactured by the method according to the invention described above, wherein the stator has at least one particularly closed separation point, the stator windings being passed through one slot in the axial direction and guided radially outwards, The problem is solved by being guided back in the axial direction along the outer surface of the stator. This type of synchronous motor can be configured as a small and very fast synchronous motor, which has a sufficiently large copper cross-section and a uniform field distribution. The combination of a large copper cross section and a small stator inner diameter can be realized without any problems. This type of synchronous motor can be manufactured at low cost and correspondingly inexpensively.
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。 Due to the field distribution as uniform as possible and in particular sinusoidal, the stator winding can advantageously be designed as a three-phase winding, in particular as a two-layer winding.
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。 A particularly simple embodiment is obtained by forming the separation point in the region of one slot. In that case, in particular, in every other slot region, at least a partial separation is formed, starting from the radially inner side of the stator and extending radially outward.
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。 According to an alternative embodiment, the separation point can also be formed in one polar region, except for a slightly increased cost. In this case, in particular, partial separation points are formed in every other polar region.
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。 The number of poles of the synchronous motor is preferably equal to 2. Thereby, it is possible to form a synchronous motor that is small and rotates at a very high speed.
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。 By using a corresponding ratio between the axial length of the synchronous motor and its diameter, a short wire length can be achieved by connection with the winding according to the invention.
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。 The advantageous aspects of the invention that have been described in connection with the manufacturing method are of course also applicable to synchronous motors manufactured using this method and are valid for others.
図面には、本発明の実施例が示されている。 In the drawing, an embodiment of the present invention is shown.
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。
Example FIG. 1 shows a
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。
After winding, the
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。
Here, it can be seen that the diameter of the stator
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。
FIG. 3 shows a typical winding pattern of a shortened two-layer winding. The coil starts in
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。
In this type of winding, the wire length of the coil corresponds to the axial length × 2 and the length of the end surface side section × 2 along the circumferential surface. For those lengths, the coil passes current in the positive direction in
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。
In the winding pattern according to the present invention, as shown in FIG. 4, the same coil of
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。
There are advantageously layers of different phases in the slots having the separation points for deploying the
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。 According to the present invention, by providing at least one separation point in the stator and combining with a specific winding pattern, a small-sized synchronous motor that rotates at a very high speed can be manufactured at low cost. Further, in this electric motor, the wire length of the winding can be kept short. In this case, the copper cross section can be formed larger than the cross section of the stator inner diameter without any problem, and correspondingly powerful performance can be formed.
Claims (12)
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。 In a method of manufacturing a synchronous motor, wherein the stator (100) is formed as an external stator and has at least two poles and slots (1-12), said slots comprising a stator winding (37),
Separating the stator (100) before mounting the stator winding (37) and developing it into one strip-shaped portion;
The stator windings (37) are guided axially through the slots (1-12), respectively, and then guided radially outward, and subsequently folded back axially along the outer surface (38) of the stator, Thereafter, the band-like portion is annularly closed.
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。 A synchronous motor comprising a stator (100),
In the synchronous motor, the stator (100) is configured as an external stator and has at least two poles and slots (1-12), the slots being wound by a stator winding (37) ,
The synchronous motor is manufactured by the method of any one of claims 1 to 8, wherein the stator (100) has at least one particularly closed separation point (25),
The stator windings (37) are each guided through one slot (1-12) in the axial direction, guided radially outward, and further folded back along the outer surface (38) of the stator (100) in the axial direction. Synchronous motor characterized by being returned.
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