JPH08242566A - 高性能モータの製造方法 - Google Patents

高性能モータの製造方法

Info

Publication number
JPH08242566A
JPH08242566A JP8054244A JP5424496A JPH08242566A JP H08242566 A JPH08242566 A JP H08242566A JP 8054244 A JP8054244 A JP 8054244A JP 5424496 A JP5424496 A JP 5424496A JP H08242566 A JPH08242566 A JP H08242566A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
winding
coil
support
resin
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP8054244A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2762257B2 (ja
Inventor
Roy D Schultz
ディ、シュルツ ロイ
Thomas R England
アール、イングランド トーマス
C Clark Altizor
アルチゾー シイ、クラーク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kollmorgen Technologies Corp
Kollmorgen Corp
Original Assignee
Kollmorgen Technologies Corp
Kollmorgen Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kollmorgen Technologies Corp, Kollmorgen Corp filed Critical Kollmorgen Technologies Corp
Publication of JPH08242566A publication Critical patent/JPH08242566A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2762257B2 publication Critical patent/JP2762257B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/06Embedding prefabricated windings in machines
    • H02K15/061Air-gap windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/02Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278Surface mounted magnets; Inset magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/46Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/47Air-gap windings, i.e. iron-free windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002Electrical device making
    • Y10T29/49009Dynamoelectric machine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステータ外殻中に予備形成コイルを挿入して
高性能モータを製造する方法を提供する。 【解決手段】 磁気材料からなる円筒型ステータ外殻3
0の内側において、ステータ巻線を有する電気モータを
形成するにあたり、一端において減少した直径部分52
を有するほぼ円筒型の支持体50を形成し、前記支持体
のまわりにおいて、前記減少した直径部分におけるコイ
ル端部48が内側に折り込まれているとともに、前記支
持体の他端におけるコイル端部49が外向きに折り込ま
れた予備形成コイルからなる巻線40を形成し、前記巻
線を前記円筒型ステータ外殻中にその内向き折り込みコ
イル端部の側から挿入し、さらに前記支持体を前記外向
き折り込みコイル端部の側から除去するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は高性能サーボモー
タ、そして特に高エネルギー永久磁石を効果的に用いた
サーボモータの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近の新しい型の永久磁石は極めて高い
エネルギー強度を発揮するようになってきた。これらの
新しい磁石は希土類(通常ネオジムまたはプラセオジ
ム)と鉄、および準安定層(硼素またはカリウムなど)
の助触媒の合金からなるものである。これはたとえば、
1983年3月1日付でハゼルトンおよびハジパナイス
が「永久磁石およびその製造方法」と題して出願し、こ
の発明の出願人に譲渡した米国特許第470968号に
開示された通りである。従来のアルニコ(アルミニュウ
ム、ニッケル、コバルト)磁石は通常5〜7MGOe
(メガガウス−エルステッド)の範囲のエネルギー強度
を有し、サマリウム−コバルトSmCo5 磁石は約17MG
Oeのエネルギー強度を有し、さらにより高価なサマリ
ウム−コバルトSm2 Co17磁石は約27MGOeのエネル
ギー強度を有するものである。これらに比較してNdF
eB(ネオジム、鉄、硼素)磁石は35MGOeを上回
るエネルギー強度を有する磁石として、たとえば住友特
殊金属社より製造販売されている。
【0003】多くのモータ設計においては改良された永
久磁石特性を利用するものが殆どであった。銅巻線を成
層鉄心のスロット中に収容するようにしたスロット構造
式モータは最も一般的なものである。このように、スロ
ット構造のモータ設計においては磁気回路中の空隙を比
較的小さくして所望の高い透磁性を実現するものであ
る。高エネルギー強度の磁石(たとえばサマリウム−コ
バルト)は磁石の質量を比例的に減少させ、その結果回
転磁石およびステータ巻線を有する効果的な内部磁石型
ブラシレスモータの設計を可能にするものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】溝なし構造のモータ設
計においては、巻線を空隙中に配置するものが知られて
いる。このような溝なし構造は優れた運転効率を発揮す
るため、ある程度の出費は問題とならないような大型の
タービン発電機において基本的に有効である。これらの
タービン発電機は複雑な冷却システムおよび超伝導物質
を採用することにより、巻線を収容した大きい空隙中に
高い磁束密度を発生させるものである。小型モータにお
ける溝なし構造も提案されているが、これらは特別の目
的(たとえば高速環状巻線モータ)またはサーボ機構に
は適しない低性能のモータとして用いられるのが普通で
ある。
【0005】本発明の一つの目的は高エネルギー強度を
有する永久磁石物質を効果的に用いることができるモー
タ設計を提供することである。
【0006】本発明の別の目的はエネルギー強度が26
MGOe以上、なるべくなら30MGOeを越えるよう
なNdFeB 磁石などの永久磁石を効果的に用いるためのモ
ータ設計を提供することである。
【0007】本発明のいま一つの目的は、モータ構造の
空隙中に巻線を収容した高性能モータの製造方法を提供
することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】新たな高エネルギー永久
磁石物質を用いようとするサーボモータの設計者に共通
する自明の基本的傾向は、それを通常の設計における従
来型永久磁石の代用として用いることであり、種々の特
性によって指示されるような設計変更を行なった後その
新型モータが改良された動作特性となることを期待する
ものである。サマリウム−コバルト磁石をより高いエネ
ルギー強度のNdFeB 磁石と置換して同様に設計されたモ
ータは、驚くべきことに高性能のサーボ機構として極め
て不満足な範囲の低いピークトルクしか発生しないこと
が確認された。室温においてサマリウム−コバルト磁石
のようなNdFeB 磁石は顕著な何らの減磁特性をも示さな
い。しかしながら、100℃以上、特に140℃を上回
る高温条件においてはこのNdFeB 磁石の保持力は曲線に
おける“ひざ部”を越えて急激に降下し、したがって減
磁が発生する。磁石に加えられた減磁力は電機子電流に
比例するため、NdFeB 磁石を用いた通常設計のモータは
制限されたピーク電流をもつようになり、したがって高
エネルギー磁石を用いるにもかかわらず低ピークトルク
となる。
【0009】通常の溝あり(スロット型)設計において
はスロット間の歯部における鉄の飽和特性により空隙磁
束密度が制限されることとなる。このような磁束密度を
増大させるためにはより広い歯部、すなわちより狭いス
ロット幅とし、かつ銅巻線量を少なくする必要がある。
歯部における鉄心とスロット内の銅との兼ね合いによ
り、このような設計は普通永久磁石の磁束密度を空隙内
において約7キロガウスに制限するものである。空隙長
さに対する磁石の長さにより決定される磁気回路の透磁
率は典型的には従来のサーボモータ設計において4〜6
の範囲である。高エネルギー磁石での置換はさらにそれ
らの磁石が成層中において取扱いにくいという欠点をも
っている。
【0010】しかしながら、本発明によれば新型の高エ
ネルギー磁石(26MGOe以上、なるべくなら30M
GOeを上回るもの)の長所を、ある種の設計パラメー
タによる溝なし設計を用いて引出すことに成功した。ス
テータ巻線は磁気空隙中に完全に収容された多相巻線で
あり、したがって磁気飽和により磁気回路を制限するこ
となく空隙中の磁束密度が7キロガウスを上回るものを
用いることができる。磁石長さと空隙長さの比率は0.5
〜2.0 の範囲内にある。また極間寸法対半径方向の空隙
長さの比率は1.3 より大きい。モータをこれらの空隙パ
ラメータの範囲で製造することにより、高エネルギー磁
石を危険な減磁を伴うことなく用いることにより、所定
のサイズおよび重量において十分大きい馬力および連続
的なトルクを実現することができる。さらに本発明によ
るモータは、比較的低いインダクタンスを有し、これに
よって高速下における大出力を発生し、しかもリラクタ
ンストルクおよびコギング(cogging)の少ない動作が可
能となる。
【0011】従来のサマリウム−コバルト(Sm2 Co17
磁石サーボモータを本発明により製造した同サイズおよ
び同重量のモータと比較すると、後者は連続動トルク速
度特性において約70%、また断続特性において約80
%の向上が得られた。
【0012】改善された結果を得るためには巻線を磁束
帰路となる包囲円筒型鉄心殻内に正確に保持することが
重要である。ステータ歯列が除去されているため、巻線
は動作温度の全範囲を通じて最大のモータトルクに抗す
るため十分な接着強度でステータ構造に保持されなけれ
ばならない。導体の移動はトルク発生能力に悪影響を与
えるため、巻線は堅固に維持されなければならない。さ
らに巻線からは十分な熱放散が生じるようにすべきであ
る。本発明によれば、巻線は円筒型ステータ殻に包囲さ
れ、セラミック充填エポキシ樹脂により接合される。こ
のセラミック充填エポキシ樹脂は、(1)250℃にお
いて少なくとも(2000psi) そしてなるべくなら(4000ps
i) の曲げ強度、(2)好ましい熱伝導性、および
(3)ステータ構造中の他の物質が有する範囲における
熱膨張率を有するように選択される。このための好まし
い材料としては、アメリカ合衆国のW.R.グレイス アン
ド カンパニイのエマーソン アンド カミングス支社
より製造販売されている“スタイキャスト”2762が
ある。
【0013】本発明はさらにモータの巻線を空隙中に組
込むための方法を含むものである。この巻線は一端にお
いて直径を縮小した円筒型支持体を用いて形成される。
円筒型支持体の均一直径部分にはファイバーガラススリ
ーブが配置され、しかるのち予備形成コイル(プレフォ
ームコイル)がこの位置に配置される。常套的に巻線の
コイル端部分は導体が交叉するためより厚くなってい
る。本発明の方法においては、支持体の一端において直
径を縮小するため巻線の一端におけるコイル端部分は内
向きに反り曲がるが、他端のコイル端部は外向きに反り
曲がる。次に巻線はその内向きに反ったコイル端部の方
から円筒型鉄心殻中に挿入することができる。支持体は
その後巻線の外向きの反りを有するコイル端部からステ
ータ構造の一部をなし、ファイバーガラススリーブを残
して抜き取られる。巻線はステータ鉄心殻に挿入された
後、なるべくなら適当な樹脂を用いて被覆される。ステ
ータ鉄心殻には巻線とその鉄心殻との接合の剪断強度を
改善するため刻み目を有する成層体が用いられる。これ
らの刻み目は機械の軸方向に沿って不規則に分布し、こ
れによって磁路の磁気抵抗に何らかの影響を与えないよ
うにするものである。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明によるモータの一般的構造
は図1〜図3に示されている。モータはロータの背当て
鉄心となる円筒型鉄心スリーブ12に包囲されたスチー
ルシャフト10を有する。スリーブ12上には放射状に
突出した6個の永久磁石14〜19が装着され、図1に
示すように、交互にN極およびS極を形成すべく磁化さ
れる。これらの磁石は26MGOe(メガガウス エル
ステッド)そしてなるべくなら30MGOeを上回る磁
界強度を有する高エネルギー磁石である。このための適
当な永久磁石としては、例えば住友特殊金属社から商品
名NEOMAX-30Hとして製造販売されているようなネオジ
ム、鉄および硼素からなる合金がもちいられる。これら
の磁石は円弧状磁石としてプレス成形され、シャフト1
0を包囲する背当て鉄心スリーブ上に装着される。
【0015】ロータ構造の周囲にはバンド20が取付け
られ、これによって磁石を高速下における遠心力に抗し
て定位置に保持するものである。このバンドはエポキシ
樹脂中に浸積した大強度ケブラーフィラメントを用い、
これをロータのまわりに巻きつけて一層または二層以上
の螺旋巻きたが構造を形成するものである。
【0016】ロータはその全長に沿ってのびる6個の永
久磁石を用いるか、または第2A図に示す通り、長さ方
向にもセグメント磁石を用いることができる。このセグ
メント磁石を用いると、単一のモータ設計において単純
にモータの軸方向長さ、したがってセグメント磁石数を
変更することにより種々の定格馬力を有するモータを製
造することができる。
【0017】ステータ構造はモータの外側鉄心を形成す
る成層けい素鋼板からなる円筒型外殻30を有する。こ
れらの成層体はその組立後においてアルミニウム製の外
側ハウジング32内で成形される。個々の成層体は内周
において1または2以上の刻み目を有し、内側円筒面上
においてこれらの刻み目を無作為に分布させて組立てる
ことにより、モータ巻線とのより良い接合を得ることが
できる。巻線40は成形された後、この円筒型背当て鉄
心殻内に装着される。すなわちステータ構造は溝なし型
であり、巻線はロータの永久磁石と外側背当て鉄心殻と
の間のモータ空隙中に配置されたものである。このよう
にステータには歯列が存在しないため、円筒の内周面全
体が巻線の銅により利用されることになる。所望に応じ
て成層体の内周面には比較的小さい刻み目が無作為に形
成され、これによって巻線との接合強度を向上し、モー
タ中に生起するトルクに対抗させるものである。
【0018】図示の実施例におけるモータは6極3相巻
線であり、したがって巻線中に18個のコイルを含んで
いる。これらのコイルは予備形成された後、第4図に示
すようにラップ状に配置される。1相のコイルはコイル
の相対的な配置を示すため、図において輪郭を付して描
いてある。A相のコイル41にはB相のコイル42が続
き、そのコイル巻線にはC相のコイル43が続くという
具合に順次反復していく。各コイルの一方の側における
細長導体44は巻線の外側に位置するため、同じコイル
の外側における細長導体45は同一相中の次のコイルの
導体46の下側巻線の内側に位置する。コイルはこのよ
うにしてラップ巻きされ、平衡3相6極巻線が形成され
る。
【0019】巻線は図7に示すように、円筒型の仮支持
体50上に形成される。これは一端(図7Aの左端)か
ら一定の直径で出発し、他端において縮小径部52を有
する。巻線支持体の周囲にはファイバーガラススリーブ
54が配置され(図7A)、予備形成されたコイル40
はそのスリーブのまわりに配置される(図7B)。コイ
ルが配置されると、巻線の一端におけるコイル端部48
は支持体の縮径部52により許容される分だけ内向きに
突出して折り返されるが、同じ巻線の他端におけるコイ
ル端部49は外向きに突出して折り返されることにな
る。このようにして形成された巻線はここで図7Cに示
すように、ステータ構造30、32中に挿入される。こ
の挿入は内向き折り返し端部48の方から行われる。図
7Dに示すように、巻線がステータ鉄心殻内にひとたび
配置されると、支持体50は巻線の外向き折り返し端部
からファイバーガラススリーブ54を残して抜き取られ
る。すなわちスリーブ54は最終的なステータ構造の一
部をなすものである。
【0020】前述した方法によれば、予備形成巻線は一
端において内向き折返し部を有し、他端において外向き
折返し部を有している。この内向き折返し端部はこの予
備形成巻線が円筒型ステータ鉄心殻に挿入されることを
許容し、外向き折返し部は巻線挿入後支持体をステータ
鉄心殻から抜き取ることを許容するものである。このよ
うにして巻線が配置されると、それは適当な樹脂材料で
含浸してステータ鉄心殻の背当て鉄心およびハウジング
に対するその巻線の強固な接合構造を提供するものであ
る。
【0021】樹脂材料は本発明によれば、モータのため
に注意深く選択されなければならない。すなわちこの樹
脂は、巻線が何らかの自由な運動(変位)を生じた場合
に、そのトルク発生能力が低下することを考慮して、巻
線を堅固に保持できるための十分な曲げ強度を有するべ
きである。250℃において少なくとも2000psi(4
000×0.07kg/cm2 )なるべくなら4000psi (4000
× 0.07 kg/cm2 ) の曲げ強度がこのために要求され
る。モータは150℃で連続動作するため200℃を上
回るピーク温度に耐えるように設計される。樹脂の熱膨
張率は、したがってこれが包囲する物質の熱膨張率に等
しいか、またはそれより幾分大きくなければならない。
シリコン、スチール、銅およびアルミニウムの熱膨張率
はそれぞれ10.8×10-6、16.8×10-6、および23×10-6/
℃である。したがって、これらの物質に対する樹脂の熱
膨張率は23〜30×10-6/ ℃の範囲内となるべきであ
る。モータの定格は巻線からの熱放散の度合に大きく左
右されるため、樹脂はまた良好な熱伝導率、なるべくな
ら6BTU・in/hr・ft2 ・°F 以上の範囲であること
が望ましい。これは特に本発明による小型モータの設計
において不可欠な事項である。樹脂中には、なるべくな
らセラミック充填物が適用され、これによって熱伝導率
が改善される。しかしながらセラミック充填物は渦電流
損および鉄損を避けるため非導電性および非磁性でなけ
ればならない。さらに樹脂は未硬化状態において50,000
cps より低い粘度を有することにより、巻線中に妥当に
浸透できるものでなければならない。
【0022】好ましい熱伝導性樹脂としてはアメリカ合
衆国のエマーソン アンド カミンググループにおける
W.R.グレース アンド カンパニイより製造販売されて
いるスタイキャスト2762エポキシ樹脂を用いること
ができる。この樹脂の典型的な特性は次の通りである。
【0023】巻線がステータの円筒型外殻中に配置され
ると、エポキシ樹脂が巻線空間中に一端より圧力を加
え、かつ他端より真空吸引されることにより注入され、
巻線内に引き込まれる。エポキシ樹脂は硬化すると巻線
を固め、かつそれをステータ積層体の一部として一体化
させる。巻線空間の両端は両方のコイル端部において好
ましく折り込まれた形状となり、表面積を増大する。こ
の増大された端面は機械加工されることによりモータの
ベル型端面カバー(図示せず)と好ましい熱接触関係を
確立するよう平坦に仕上げられる。しかしながら、大部
分の場合において樹脂とアルミニウムハウジング32と
の間の熱接触関係においては、適当な熱消散が形成され
る。
【0024】適当な磁気材料として、例えば住友社より
製造販売されているNEOMAX-30Hの減磁曲線は第5図に示
す通りである。これらの曲線は100 ℃以下の温度におい
ては実質上直線的であり、したがってこの温度範囲にお
ける動作時には、いずれも何らの減磁も生じない。しか
しながら、温度が100 ℃より高くなると、曲線は漸増勾
配から急上昇の勾配に移るいわゆる“ひざ部”を有する
ことになり、例えば、140 ℃においてはBd=3500 ガウス
においてHb=6000 エルステッドとなる。磁界強度が6000
エルステッドより大きくなると急激な保持力降下が見ら
れ、顕著な減磁が生じることになる。
【0025】透磁率Pは与えられた磁気回路中における
磁極の動作勾配である。この勾配は P =(Lm/Lg)(Ag/Am) で与えられる。ここに Lm=磁気配向方向における磁極の長さ Lg=磁気ギャップの長さ Am=磁極面積 Ag=ギャップ面積 許容範囲内の減磁界Haは勾配P を有し、曲線中のひざ部
において(Hd、Bd) を通過する曲線によりこれは次式で
与えられる。 Ha=Hd−(Bd/ P) P を置換して式を簡略化すると、 Ha=Hd−( Bd Lg Am / Lm Ag)(エルステッド)(1) かくして最大許容減磁界Haは所定の減磁特性および動作
透磁率P について計算することができる。設計上の比較
を行うため最悪の減磁界はステータ電流をステータの起
磁力(MMF) が磁石起磁力(MMF) とまともに対向するとき
生じるものとする。これは多くのサーボ機構が相引出線
同士の短絡により破壊した場合に現実となり、したがっ
てこのような磁界配列が形成される。ここにA相電流は
ピーク値、B相およびC相の電流はそのピーク電流値の
1/2である。この対称性によりアーマチュア磁界Hcは
磁極の中心線において放射状となる。この磁路を取る場
合、1極当たりの限定アンペア回数は NI=( C/2極)2(Ipeak) ここにCはアンペールの法則による1相当たりの直列導
体数である。 H =NI/長さ項=CIpeak/極数(Lg+Lm)2.021 エルステッド(2) このようにして極数、ギャップ長、磁石長さ、導体数お
よび電流の組合わせが与えられた場合、その減磁界H が
計算される。I peakについての式(2)を解いて、与え
られた減磁界H に等しい許容減磁界Haを設定すると、 IP={ H極数(Lg+Lm) 2.021 /C }(A) そしてH に式(1)を代入すると、 IP= (HdLmAg-GdLgAm)極数(Lg+Lm)2.021/Lm Ag C (3) したがって減磁が数式的に表現される前に最大許容ピー
ク電流は磁気材料(Bd、Hd) および磁気回路設計(極
数、Lm、Lg、Am、Ag、C)の関数として表される。
【0026】通常の溝型設計および本発明の空隙巻線設
計において、いずれも図5に示すNdFeB 磁気材料(Hd=6
000 、Bd=3500)を用いた第(3)式の種々のパラメータ
は次の通りである。 表1 単位 本発明 溝型モータ Bd ガウス 3500 3500 Hd エルステッド 6000 6000 Lm インチ 0.38 0.125 Lg インチ 0.30 0.049 Am in2 1.127 0.741 Ag in2 1.274 0.741 極数 6 6 C 168 198 I ピーク A 174.5 49.3 I RMS A 123.4 34.8
【0027】表1から明らかな通り、本発明の空隙設計
は通常の溝型設計によるピークトルクの3−1/2倍よ
り大きいトルクを得ることができる。減磁前の最大34.8
A(RMS)により、通常の溝型設計モータにおいては、高速
応答性のサーボモータとして必要なピークトルクを得る
ことが不可能であった。
【0028】本発明の図示の実施例において、空隙0.3i
n 程度という比較的大きい値であればステータ中に発生
する磁束のための磁路抵抗は磁束と等しく、減磁が生ず
るレベル以下に止める程度に十分高い値となる。ギャッ
プ長さ(Lg)対磁石長さ(Lm)(図1参照)は0.2 〜2.0 の
範囲内になければならない。溝型モータ構造において
は、高価な永久磁石材料の大量使用または極めて小さな
空隙を形成することにより、高性能モータとして必要な
巻線数を維持しなければならないため、共通して4 〜6
程度の透磁率を用いなければならない。
【0029】図1に示す通り、極間寸法(Lip) 対半径方
向のギャップ長さ(Lg)の比は1.3 より大きくなければな
らない。高エネルギー強度の磁石によれば、この比率は
極めて重要となる。すなわち、この比率が低い場合には
洩れ磁束の増大に基づき高価な永久磁石材料を使用する
効果が減殺されるからである。
【0030】図6はほぼ同一の外径寸法を有する二つの
モータを動的に比較した図である。曲線60および61
は約27MGOeのエネルギー強度を有するサマリウム
−コバルト(Sm2 Co17) 磁石による通常の溝型構造に関
するものであり、曲線62および63は約35MGOe
のエネルギー強度を有するNdFeB 磁石による永久磁石を
含む本発明のモータに関するものである。図6における
領域Aは連続特性に加えて約70%の増大を表し、領域
Bは中断特性において約80%が増大したことを示すも
のである。動作特性におけるこれらの改良は磁石のエネ
ルギー強度を約30%増大するのみで達せられた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるモータの端部断面図である。
【図2】AおよびBはモータのロータ部をそれぞれ示す
側面図および端面図である。
【図3】モータのステータを示す断面図である。
【図4】本発明によるモータ中のラップ巻線構造を示す
略図である。
【図5】本発明によるモータにおいて用いられた高エネ
ルギー強度永久磁石の減磁曲線を示すグラフである。
【図6】本発明により形成されたモータの改良された動
作特性を同様なサイズを有するサマリウム−コバルト磁
石を用いた樹脂型モータと比較して示す図である。
【図7】A〜Dはモータの巻線を形成する方法を連続的
に示す工程図である。
【符号の説明】
10 スチールシャフト 12 円筒型鉄スリーブ 14〜19 永久磁石 20 バンド 30 円筒型外殻 32 外側ハウジング 40 巻線 50 円筒型支持体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス アール、イングランド アメリカ合衆国、バージニア州 24060、 ブラックスバーグ、クリストファー ドラ イブ 2005 (72)発明者 シイ、クラーク アルチゾー アメリカ合衆国、バージニア州 24143、 ラッドフォード、ストリート ステイショ ン 1、ピー、オー、ボックス 3751

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気材料からなる円筒型ステータ外殻の
    内側において、ステータ巻線を有する電気モータを形成
    する方法であって、 一端において減少した直径部分を有するほぼ円筒型の支
    持体を形成し、 前記支持体のまわりにおいて、 前記支持体の前記減少した直径部分におけるコイル端部
    が内側に折り込まれているとともに、 前記支持体の他端におけるコイル端部が外向きに折り込
    まれた予備形成コイルからなる巻線を形成し、 前記巻線を前記円筒型ステータ外殻中にその内向き折り
    込みコイル端部の側から挿入し、さらに前記支持体を前
    記外向き折り込みコイル端部の側から除去することを特
    徴とする電気モータの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記巻線が前記支持体を除去する前に樹
    脂を含浸するものであることを特徴とする請求項1記載
    の方法。
  3. 【請求項3】 前記樹脂が250℃において2000ps
    i を上回る撓み強度を有するものであることを特徴とす
    る請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記樹脂が250℃において4000ps
    i を上回る撓み強度を有するものであることを特徴とす
    る請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記樹脂が6BTU・in/hr・ft2 ・°
    F を上回る熱伝導率を有することを特徴とする請求項2
    記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記樹脂が前記円筒型ステータ外殻と同
    等またはそれ以上の熱膨張係数を有するものであること
    を特徴とする請求項2記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記樹脂が未硬化状態において50,000cp
    s より小さい粘度を有するものであることを特徴とする
    請求項2記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記樹脂が非導電性および非磁性のセラ
    ミックを充填したものであることを特徴とする請求項2
    記載の方法。
JP8054244A 1985-03-08 1996-02-15 溝なし型モータの製造方法 Expired - Lifetime JP2762257B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US709763 1985-03-08
US06/709,763 US4679313A (en) 1985-03-08 1985-03-08 Method of making a servo motor with high energy product magnets

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61051277A Division JP2554859B2 (ja) 1985-03-08 1986-03-07 高エネルギ−強度を有する磁石を用いたサ−ボモ−タ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08242566A true JPH08242566A (ja) 1996-09-17
JP2762257B2 JP2762257B2 (ja) 1998-06-04

Family

ID=24851225

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61051277A Expired - Lifetime JP2554859B2 (ja) 1985-03-08 1986-03-07 高エネルギ−強度を有する磁石を用いたサ−ボモ−タ
JP8054244A Expired - Lifetime JP2762257B2 (ja) 1985-03-08 1996-02-15 溝なし型モータの製造方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61051277A Expired - Lifetime JP2554859B2 (ja) 1985-03-08 1986-03-07 高エネルギ−強度を有する磁石を用いたサ−ボモ−タ

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4679313A (ja)
EP (1) EP0193929B1 (ja)
JP (2) JP2554859B2 (ja)
KR (1) KR940008412B1 (ja)
DE (2) DE3672040D1 (ja)
GB (1) GB2172149B (ja)

Families Citing this family (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4868970A (en) * 1985-03-08 1989-09-26 Kolimorgen Corporation Method of making an electric motor
US4933581A (en) * 1987-10-01 1990-06-12 Adalet/Scott Fetzer Company Large air gap motor with rotor heat shield
CH675331A5 (ja) * 1987-10-21 1990-09-14 Mavilor Syst Sa
US4897603A (en) * 1988-02-29 1990-01-30 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement for determining the speed and rotor position of an electric machine
US5144735A (en) * 1988-06-08 1992-09-08 General Electric Company Apparatus for assembling a permanent magnet rotor
US5237737A (en) * 1988-06-08 1993-08-24 General Electric Company Method of making a permanent magnet rotor
US5345669A (en) * 1988-06-08 1994-09-13 General Electric Company Method of making a permanent magnet rotor
US5040286A (en) * 1988-06-08 1991-08-20 General Electric Company Method for making permanent magnet rotor
US5563463A (en) * 1988-06-08 1996-10-08 General Electric Company Permanent magnet rotor
US5265323A (en) * 1989-02-28 1993-11-30 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method of fabricating a stator assembly for a non-static cogging brushless DC motor
US5013953A (en) * 1989-02-28 1991-05-07 E. I. Du Pont De Nemours And Company Stator assembly for a non-static cogging brushless DC motor and method of fabricating the same
JPH069578Y2 (ja) * 1989-08-29 1994-03-09 マブチモーター株式会社 小型モータ用界磁マグネット
US5185543A (en) * 1990-02-27 1993-02-09 Fichtel & Sachs Ag Motor vehicle drive line torsional vibration damper
WO1993026075A1 (en) * 1992-06-11 1993-12-23 University Of Technology, Sydney An electric motor and method of manufacture
DE4244694C2 (de) * 1992-10-09 1996-07-11 Wolfgang Hill Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine
SE508318C2 (sv) * 1993-05-26 1998-09-21 Atlas Copco Tools Ab Stator för en elektrisk maskin
US5606791A (en) * 1993-09-17 1997-03-04 Fougere; Richard J. Method of making a slotless electric motor or transducer
DE4423620A1 (de) 1994-07-06 1996-01-11 Philips Patentverwaltung Mittels Permanentmagneten erregbarer elektrischer Motor, insbesondere Innenläufer- oder Außenläufermotor
DE4438132A1 (de) 1994-10-27 1996-05-02 Wilo Gmbh Spaltrohrpumpe
US5829118A (en) * 1996-03-11 1998-11-03 Kollmorgen Corporation Method and apparatus for slotless stator manufacturing
US6208056B1 (en) * 1997-09-08 2001-03-27 Active Power, Inc. Cartridge armatures for electro-dynamic machines
US6437464B1 (en) 1999-07-29 2002-08-20 Encap Motor Corporation Motor and disc assembly for computer hard drive
US6617721B1 (en) 1999-07-29 2003-09-09 Encap Motor Corporation High speed spindle motor
US6300695B1 (en) 1999-07-29 2001-10-09 Encap Motor Corporation High speed spindle motor with hydrodynamic bearings
US6501616B1 (en) 1999-07-29 2002-12-31 Encap Motor Corporation Hard disc drive with base incorporating a spindle motor stator
US6362554B1 (en) * 1999-07-29 2002-03-26 Encap Motor Corporation Stator assembly
US6753628B1 (en) * 1999-07-29 2004-06-22 Encap Motor Corporation High speed spindle motor for disc drive
WO2001045233A1 (en) 1999-12-17 2001-06-21 Encap Motor Corporation Spindle motor with encapsulated stator and method of making same
US6531794B1 (en) * 2000-07-20 2003-03-11 General Electric Company Method for fabricating motors of different outputs using standardized parts
WO2002015229A1 (en) * 2000-08-10 2002-02-21 John Floresta High performance slotless electric motor and method for making same
DE10058669B4 (de) * 2000-11-25 2004-05-06 Impella Cardiotechnik Ag Mikromotor
US6892439B1 (en) 2001-02-01 2005-05-17 Encap Motor Corporation Motor with stator made from linear core preform
US7036207B2 (en) * 2001-03-02 2006-05-02 Encap Motor Corporation Stator assembly made from a plurality of toroidal core segments and motor using same
DE10224776A1 (de) * 2002-06-04 2004-03-11 Magnet-Motor Gesellschaft Für Magnetmotorische Technik Mbh Elektrische Maschine
US7042122B1 (en) * 2002-08-02 2006-05-09 James Dufala Electric motor
US20050093392A1 (en) * 2003-10-31 2005-05-05 Medtronic, Inc. Electric motor having nanocrystalline alloy component for use in surgical procedure
US20050116578A1 (en) * 2003-11-01 2005-06-02 Medtronic, Inc. Small hand-held medical drill
US20070138891A1 (en) * 2005-12-19 2007-06-21 Emerson Electric Co. Magnet retention and positioning sleeve for surface mounted rotor assemblies
DE102006027001A1 (de) * 2006-06-08 2007-12-13 Oase Gmbh Wasserpumpe für insbesondere Teiche, Aquarien, Springbrunnen und dergleichen
JP2008285377A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Panasonic Corp 接合光学素子
DE102007033076A1 (de) 2007-07-13 2009-01-15 Dr. Fritz Faulhaber Gmbh & Co. Kg Elektrischer Kleinstantrieb sowie Rückschlusselement und Verfahren zu dessen Herstellung
US20100045121A1 (en) * 2007-10-22 2010-02-25 Roopnarine Motor for high temperature applications
US8358043B2 (en) * 2008-10-24 2013-01-22 Baker Hughes Incorporated Enhanced thermal conductivity material in annular gap between electrical motor stator and housing
US20110062805A1 (en) * 2009-09-17 2011-03-17 Caterpillar Inc. Switched reluctance machine with eddy current loss dampener
CN101951080B (zh) * 2010-08-03 2012-10-03 浙江山风汽车空调有限公司 一种直流有刷电机线圈磁铁定位装置及其方法
EA016623B1 (ru) * 2011-06-16 2012-06-29 Открытое Акционерное Общество "Нпо "Русский Электропривод" Способ сборки электрической машины с постоянными магнитами
DE102011115412A1 (de) 2011-10-08 2012-05-03 Daimler Ag Verfahren zum Entfernen von Funktionsschichten
EP2597757B1 (de) * 2011-11-24 2014-01-08 Maxon Motor AG Elektromotor für Hochtemperaturanwendungen
EP2882078A1 (en) * 2013-12-05 2015-06-10 Siemens Aktiengesellschaft Electrical machine with a permanent magnet and a coil
US20150333584A1 (en) * 2014-05-15 2015-11-19 Calnetix Technologies, Llc High speed brushless dc electric machine
EP4145681A1 (en) * 2021-09-03 2023-03-08 SKF Magnetic Mechatronics Rotary electrical machine and stator assembly for such machine
EP4145680A1 (en) * 2021-09-03 2023-03-08 Skf Magnetic Mechatronics Rotary electrical machine and rotor for such machine

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5686059A (en) * 1979-12-17 1981-07-13 Mitsubishi Electric Corp Manufacture of stator
JPS5835024A (ja) * 1981-08-26 1983-03-01 Sumitomo Metal Ind Ltd 胴付フランジの製造方法

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1875207A (en) * 1930-12-11 1932-08-30 Vincent G Apple Alternating current motor
US2749456A (en) * 1952-06-23 1956-06-05 Us Electrical Motors Inc Waterproof stator construction for submersible dynamo-electric machine
US2759116A (en) * 1954-11-26 1956-08-14 John P Glass Induction type tachometer
CH347571A (de) * 1955-09-26 1960-07-15 Parsons & Co Ltd C A Dynamoelektrische Maschine
DE1021466B (de) * 1956-11-02 1957-12-27 Christian Dunker Herstellung von eisenlosen Laeufern, insbesondere von glockenfoermigen Laeufern, fuer elektrische Kleinstmotoren und -generatoren
GB994548A (en) * 1964-03-06 1965-06-10 Franklin Electric Co Inc A frame for a submersible electric motor
DE1563002A1 (de) * 1966-07-23 1970-03-19 Siemens Ag Kollektor- und schleifringloser Gleichstrommotor
GB1330674A (en) * 1970-09-24 1973-09-19 Siemens Ag Electrical motor
US3827141A (en) * 1972-05-17 1974-08-06 Skf Ind Trading & Dev Method of manufacturing an electric rotary machine
US3841133A (en) * 1973-08-13 1974-10-15 Westinghouse Electric Corp Apparatus and method for shaping end turns of coils in dynamo-electric machine cores
DE2449090A1 (de) * 1973-10-17 1975-04-30 Hitachi Ltd Stator einer rotierenden elektrischen maschine
US3892034A (en) * 1974-02-26 1975-07-01 Mikhail Alexandrovich Arakelov Method of assembling slotless stator of electrical machine
CA1004274A (en) * 1974-04-04 1977-01-25 Canadian General Electric Company Limited Permanent magnet hermetic synchronous motor
JPS5147205A (en) * 1974-10-21 1976-04-22 Sony Corp Mootano suteetano seiho
DE2460964C3 (de) * 1974-12-21 1984-02-09 Hanning Elektro-Werke Gmbh & Co, 4800 Bielefeld Verfahren zum Einziehen der aus Spulensträngen zusammengesetzten Statorwicklung in die Nuten des Statorblechpaketes eines Innenläufer-Elektromotors
CH604411A5 (en) * 1975-12-08 1978-09-15 Papst Motoren Kg Brushless DC motor with permanent magnet rotor
JPS5931304B2 (ja) * 1976-08-11 1984-08-01 セイコーインスツルメンツ株式会社 ブラシレスモ−タ
GB1604121A (en) * 1977-04-08 1981-12-02 Sony Corp Dc motors
JPS5441408A (en) * 1977-09-07 1979-04-02 Seiko Epson Corp Transducer for electronic watch
JPS55120658A (en) * 1979-03-13 1980-09-17 Toray Silicone Co Ltd Silicone composition forming ceramic at high temperature
JPS55160957A (en) * 1979-05-31 1980-12-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacture of cup-type coreless electric machine
IT1128041B (it) * 1980-02-11 1986-05-28 Pavesi Spa Off Mec Dispositivo e procedimento per l inserimento di matasse preavvolte nelle scanalature dello statore di macchine dinamoelettriche
FR2514582A1 (fr) * 1981-10-08 1983-04-15 Artus Micromoteur electrique sans balais
JPS5989567A (ja) * 1982-11-12 1984-05-23 Fuji Electric Co Ltd 超電導回転電機の電機子
JPS5996843A (ja) * 1982-11-19 1984-06-04 Hitachi Ltd 水中モータ
JPS59127570A (ja) * 1982-12-29 1984-07-23 Matsushita Electric Works Ltd 小型直流モ−タ
JPS59139848A (ja) * 1983-01-31 1984-08-10 Takahashi Yoshiteru 電機子の厚みが薄くなるように形成された電機子コイルが二重に重なる直流モ−タ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5686059A (en) * 1979-12-17 1981-07-13 Mitsubishi Electric Corp Manufacture of stator
JPS5835024A (ja) * 1981-08-26 1983-03-01 Sumitomo Metal Ind Ltd 胴付フランジの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
GB2172149A (en) 1986-09-10
EP0193929A3 (en) 1987-07-01
US4679313A (en) 1987-07-14
JP2762257B2 (ja) 1998-06-04
JP2554859B2 (ja) 1996-11-20
KR860007767A (ko) 1986-10-17
EP0193929B1 (en) 1990-06-13
KR940008412B1 (ko) 1994-09-14
DE3607648A1 (de) 1986-09-18
DE3672040D1 (de) 1990-07-19
DE3607648C2 (ja) 1990-03-22
EP0193929A2 (en) 1986-09-10
GB2172149B (en) 1989-06-28
GB8605593D0 (en) 1986-04-09
JPS61251466A (ja) 1986-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2554859B2 (ja) 高エネルギ−強度を有する磁石を用いたサ−ボモ−タ
US4954739A (en) Servo motor with high energy product magnets
EP0282876B1 (en) Method for winding the coils for an air gap motor
EP0587812B1 (en) Electrical machines
US6879075B2 (en) Trapezoidal shaped magnet flux intensifier motor pole arrangement for improved motor torque density
AU611835B2 (en) Direct current dynamoelectric machines utilizing high strength permanent magnets
JP2002507380A (ja) 軟質磁性体の歯を有する電気機械
EP1068662A1 (en) Electrical machine element
WO2002015229A9 (en) High performance slotless electric motor and method for making same
US20100253169A1 (en) Electric machine
US8222787B2 (en) Electric machine
EP3352347B1 (en) Permanent magnet (pm) brushless machine with outer rotor
CN109412370A (zh) 磁通切换式直线旋转永磁作动器
US6936945B2 (en) Permanent magnet synchronous motor
US20220109339A1 (en) Electric motor having stacked different rotor segments and method for designing the same
CA2933273A1 (en) Short circuit fault tolerant permanent magnet machine
JP3038796B2 (ja) ブラシレスモータ
US20220224176A1 (en) Permanent magnet assisted synchronous reluctance machine
CN209982197U (zh) 一种同性极励磁电机
Rhyu et al. Design Study on Replacing the Rare Earth Nd-Sintered Magnet with Cost Effective Rare-Earth Free Bonded Magnet
CN114123720A (zh) 多超导线圈旋转极靴式高温超导同步电机励磁***
JPH0147114B2 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term