(57)【要約】【課題】高い耐電圧を有すると共に長期使用が可能な電機子、電機子に用いるホイールのワニス層形成方法、コアレスモータ及びブラシレス発電機を提供する。【解決手段】本発明は、円筒形状のコイル体７と、外周面がコイル体７の内周面に固定されたアルミ製ホイール８とを備える電機子６であって、ホイール８は酸化皮膜層２９と、酸化皮膜層２９の外周に形成したワニス層３０とを有し、ホイール８の外周にコイル体７を配置した後、コイル体７の外周面に塗布した熱硬化接着剤３５でホイール８とコイル体７とを接着固定してある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状のコイル体と、外周面がコイル体の内周面に固定されたアルミ製ホイールとを備える電機子において、
ホイールは酸化皮膜層と、酸化皮膜層の外周に形成したワニス層とを有し、ホイールの外周にコイル体を配置した後、コイル体の外周面に塗布した熱硬化接着剤でホイールとコイル体とを接着固定してあることを特徴とする電機子。
【請求項２】
ホイールはワニス層の外周に線状絶縁材を巻いて形成した線材層を有することを特徴とする請求項１に記載の電機子。
【請求項３】
ワニス層はホイールの外周面からホイールの端面に食み出して形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電機子。
【請求項４】
請求項３に記載のワニス層の形成は、酸化皮膜を形成したホイールの回転軸挿通孔に水平軸を固定してワニス液槽上に配置し、ホイールの外周下部をワニス液に漬けて水平軸を回転することにより、ホイールの外周全体に亘ってワニスを塗布し、水平軸を引き上げてホイールをワニス液から離してワニスを乾燥させることを特徴とする電機子に用いるホイールのワニス層形成方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電機子をコアレスモータのロータとして用い、ロータに固定した回転軸と、ロータのコイル体の内側に配置されたマグネットと、ロータのコイル体に接続した整流子と、整流子に接触するブラシとをハウジング内に備え、ブラシに給電することによりロータを回転することを特徴とするコアレスモータ。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電機子のコイル体には複数のコイル回路が形成してあり、この電機子をブラシレス発電機のステータとして用いており、ステータのコイル体に対向配置されたマグネットを有しコイル体の周囲に沿って回転するロータとを備え、ロータの回転によりコイル体のコイル回路に生じる電磁誘導電流を導出することを特徴とするブラシレス発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐電圧に優れた電機子、電機子に用いるホイールのワニス層形成方法、コアレスモータ及びブラシレス発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、円筒形状のコイル体の一端側の内周面にホイールを固定したロータ（電機子）が開示されている。この特許文献１には、コイル体とホイールとの接合や耐電圧構造について詳しく開示されていないが、一般的には、アルミ製のホイールにアルミニウム酸化皮膜（本明細書では以下、単に「酸化皮膜」ともいう）を形成する酸化皮膜処理をした後、コイル体にポリイミド接着剤で接着固定して、ホイールとコイル体との間の絶縁（耐電圧）を図っていた。
【０００３】
また、ホイールとコイル体との間の絶縁を高める為、ホイールにポリイミドテープを巻いてコイル体に固定することが公知である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７５２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、コアレスモータ用ロータにおいては、従来の絶縁では十分でなく、ホイールとコイル体との間の絶縁に高い耐電圧が要求されることがある。しかし、従来技術では、酸化皮膜に微細な孔が存在すること及びポリイミド接着剤は酸化皮膜との接着性が良好でないことから、高い耐電圧が得られないという不都合があった。
【０００６】
更に、ポリイミドテープをホイールに巻き付ける従来技術では、ポリイミドをテープに接着している接着剤が経年劣化して剥離するため、長期使用に耐えられないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、高い耐電圧を有すると共に長期使用が可能な電機子、電機子に用いるホイールのワニス層形成方法、コアレスモータ及びブラシレス発電機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、円筒形状のコイル体と、外周面がコイル体の内周面に固定された電機子において、ホイールは酸化皮膜層と、酸化皮膜層の外周に形成したワニス層とを有し、ホイールの外周にコイル体を配置した後、コイル体の外周面に塗布した熱硬化接着剤でホイールとコイル体とを接着固定してあることを特徴とする。
【０００９】
本明細書において、「電機子」とは、モータや発電機におけるコイルと、コイル支持体で構成されるものを意味し、コイル体にはコイル線やコイル線に相当する回路を金属板にエッチングして形成したものを含む意味である。
【００１０】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、ホイールはワニス層の外周に線状絶縁材を巻いて形成した線材層を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載の発明において、ワニス層はホイールの外周面からホイールの端面に食み出して形成していることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載された発明は、請求項３に記載のワニス層の形成は、酸化皮膜を形成したホイールの回転軸挿通孔に水平軸を固定してワニス液槽上に配置し、ホイールの外周下部をワニス液に漬けて水平軸を回転することにより、ホイールの外周全体に亘ってワニスを塗布し、水平軸を引き上げてホイールをワニス液から離してワニスを乾燥させることを特徴とするコアレスモータ用ロータに用いるホイールのワニス層形成方法である。
【００１３】
請求項５に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電機子をコアレスモータのロータとして用い、ロータに固定した回転軸と、ロータのコイル体の内側に配置されたマグネットと、ロータのコイル体に接続した整流子と、整流子に接触するブラシとをハウジング内に備え、ブラシに給電することによりロータを回転することを特徴とするコアレスモータである。
【００１４】
請求項６に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電機子のコイル体には複数のコイル回路が形成してあり、この電機子をブラシレス発電機のステータとして用いており、ステータのコイル体に対向配置されたマグネットを有しコイル体の周囲に沿って回転するロータとを備え、ロータの回転によりコイル体のコイル回路に生じる電磁誘導電流を導出することを特徴とするブラシレス発電機である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、ワニスはアルミニウム酸化皮膜との接着性が良く絶縁性も高いので、酸化被膜を形成したホイールの外周面にワニス層を形成すると共にコイル体の外周面に塗布したワニスで、ホイールとコイル体とを接着固定することにより、ホイールとコイル体との間の接着を図ると共に絶縁を高め高い耐電圧を得ることができる。また、経年劣化し難く長期使用が可能であり、特に、高温環境化での長期使用が可能である。
【００１６】
即ち、アルミニウム酸化皮膜は接着剤との接着性に劣る為、接着剤により絶縁性を高めることは困難であったが、発明者らは、種々研究した結果、ワニスは酸化皮膜との接着性が良いことを見出したものである。
【００１７】
請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、ホイールのワニス層とコイル体との間に線状絶縁材を巻いた線材層を形成することにより、更にホイールとコイル体との接着性を高めると共に耐電圧に優れる。尚、接着性が高まるのは、線材により接着面積が増える為である。
【００１８】
請求項３に記載された発明によれば、請求項１又は２に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、ワニスがホイールの外周部において外周面と両端面との３面に跨っているので、更にホイールとコイル体との間の耐電圧に優れる。
【００１９】
請求項４に記載された発明は、請求項３に記載のホイールのワニス層形成方法であり、ホイールの外周部をワニス液槽に浸漬してホイールを回転するだけで、容易にワニス層が端面に食み出したホイールを製造できる。
【００２０】
ワニスの食み出し量は、ホイールの浸漬位置を変えるだけで容易に調整が可能である。
【００２１】
ワニスを浸漬した後にホイールを引き上げてワニスを乾燥させ、ワニスの乾燥の後に再度ワニス液槽に浸漬することを繰り返せば、ホイールに形成するワニス層の厚み量を増やすことができ、ワニス層の厚み調整が容易にできる。
【００２２】
水平軸に複数のホイールを並べて保持すれば、複数のホイールに同時にワニス層を形成でき、製造効率が良い。
【００２３】
請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明と同様の効果を奏することができるコアレスモータを提供することができる。
【００２４】
請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明と同様の効果を奏することができるブラシレス発電機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、添付図面の図１〜図５を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本実施の形態に係るコアレスモータ用ロータの図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ部の断面図であり、図２は図１に示すロータの製造工程を示す断面図であり、図３はワニス層の形成方法を示す斜視図であり、図４は本実施の形態に係るコアレスモータの縦断面図であり、図５は図４のＡ−Ａ断面図である。
【００２６】
本実施の形態に係るコアレスモータ１は、電動機械の動力源に用いられるモータであり、図４及び図５に示すように、ハウジング３と、回転軸５と、ロータ（電機子）６と、マグネット９と、マグネットホルダ１１とを備えている。
【００２７】
ハウジング３は有底円筒形状に形成されており、開口側（ヘッド側）にはヘッドカバーアッセンブリ１３が取付けられている。ヘッドカバーアッセンブリ１３には、ヘッド側軸受け１５及び給電端子１７が取付けられている。
【００２８】
回転軸５はボトム１９側に設けたボトム側軸受け２３とヘッド側に設けたヘッド側軸受け１５とにより回転自在に保持されている。回転軸５のヘッド側端にはアダプタ２５が取付けられており、アダプタ２５から回転出力が外部機構に伝達される。
【００２９】
ロータ（電機子）６は、図１（ａ）及び図４に示すように、円筒形状のコイル体７と、コイル体７の内周側に固定されたホイール８とから構成されており、コイル体７にはブラシ２８から整流子２４を経て給電されるようになっている。
【００３０】
コイル体７は、銅板をエッチングして形成されており、マグネット９の外周側にマグネット９と隙間をあけて配置されている。尚、コイル体７の外周面、内周面及びエッチングにより形成した溝は後述するワニスにより絶縁されている。
【００３１】
ホイール８は、回転軸挿通孔１２に回転軸５に固定してあり、回転軸５と共に回転するようになっている。
【００３２】
マグネット９はマグネットホルダ１１の外周に固定されており、マグネットホルダ１１は、ハウジング３のボトム１９に嵌合固定されている。
【００３３】
ここで、ロータ６の絶縁構造について説明する。図１（ｂ）に示すように、ホイール８はアルミニウム製本体１０の外面に酸化皮膜層２９が形成されており、ホイール８の外周面には酸化皮膜層２９の上にワニス層３０が形成されており、ワニス層３０の上には線状絶縁材３１が巻かれた線材層３３が形成されている。コイル体７には熱硬化接着剤を外周から塗布して、コイル体７の外周面、内周面及びエッチングの溝を覆う接着剤被服層３５が形成されており、且つコイル体７に塗布した接着剤でコイル体７とホイール８とを接着固定している。
【００３４】
ホイール８のワニス層３０は、酸化皮膜層２９上においてホイール８の外周面８ａからホイール８の両側端面８ｂ、８ｃに食み出して形成しており、ホイール８の外周部では、外周面８ａ、両側端面８ｂ、８ｃとの三面を覆っている。
【００３５】
線状絶縁材３１は、径が約２０μｍのグラスファイバーであり、ワニス層３０の外周面に密着して一列に巻かれている。
【００３６】
コイル体７の外周面に塗布した熱硬化接着剤３５は、コイル体７のエッチングした部分から内周側面に染み出して、内周面も接着剤で被服すると共にホイール８に設けたワニス層３０及び線状絶縁材３１に接着している。
【００３７】
次に、図２及び図３を参照して、ロータ６の製造方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、アルミニウム製本体１０を酸化皮膜処理してホイール８の表面全体に酸化皮膜層２９を形成する。
【００３８】
次に、図２（ｂ）に示すように、酸化皮膜層２９の上にワニス層３０を形成する。ワニス層３０の形成は、図３に示すようにホイール８の回転軸挿通孔１２に水平軸３９を挿通して固定し、水平軸３９を回転させながら、ホイール８の外周下部をワニス液層３７に浸漬しておこなう。ワニス液槽３７は加熱してワニス液を溶融してあり、ホイール８の外周面にワニス液を付着させた後に水平軸を引き上げて、ホイール８に付着したワニス液を空気中にさらすことによりワニスを硬化させる。必要に応じて、ホイール８の浸漬と空気中へ引き上げを繰り返すことにより、ワニス層３０の厚みを調整する。尚、水平軸３９に対するホイール８の固定は、ホイール８の両端面側において水平軸３９にＣリングを嵌めたり、水平軸３９に楔やねじを止めて固定することができる。
【００３９】
ホイール８の外周面をワニス液槽３７に浸漬することにより、ワニス層３０をホイール８の端面８ｂ，８ｃに食み出して形成できると共に、ワニス液槽３７への浸漬位置を調整することにより、端面８ｂ、８ｃへの食み出し量を調整できる。
【００４０】
尚、図３に示すように、水平軸３９に複数のホイール８を並べて保持すれば、複数のホイール８に同時にワニス層３０を形成でき、製造効率が良い。
【００４１】
そして、図２（ｃ）に示すように、ワニス層３０が硬化した後に外周に線状絶縁材３１を巻きつけて線材層３３を形成する。
【００４２】
次に、図２（ｄ）に示すように、ホイール８にコイル体７を巻きつけて、コイル体７の外周面全面に、熱硬化接着剤３５を塗布して乾燥させる。これにより、コイル体７の外周面に塗布した接着剤３５は、コイル体７においてはエッチングで形成した溝を通って、コイル体７の内周側に染み出し、コイル体７の外周面、内周面、エッチング溝を被覆し、更にホイール８の線状絶縁材３１及びワニス層３０と接着する。
【００４３】
次に、本発明にかかるコアレスモータの作用効果について説明する。コアレスモータの駆動は、ブラシ２８に電流を給電すると、ブラシ２８に摺接する整流子２４からコイル体７に給電され、マグネット９とコイル体７との間に生じる電磁力によりコイル体７が回転軸５と共に回転する。
【００４４】
本実施の形態に係るコアレスモータ１によれば、ワニスは酸化皮膜２９との接着性が良く絶縁性も高いので、酸化被膜を形成（酸化被膜処理）したホイール８の外周面にワニス層３０を形成すると共にコイル体７にも外周面に熱硬化接着剤３５を塗布することにより、ホイール８とコイル体７との間の絶縁を高め高い耐電圧を得ることができる。また、経年劣化し難く長期使用が可能であり、特に、高温環境化での長期使用が可能である。
【００４５】
ホイール８とコイル体７との間に線状絶縁材３１を巻くことにより、更にホイール８とコイル体７との接着性を高めると共に耐電圧に優れる。
【００４６】
ワニス層３０がホイール８の外周部において外周面８ａと両端面８ｂ、８ｃとの３面に跨っているので、更にホイール８とコイル体７との間の耐電圧に優れる。
【００４７】
線状絶縁材３１をグラスファイバーとしてあるので、熱による溶融や変性の影響を受けないで済む。
【００４８】
本実施の形態にかかるロータ６おいて、ホイール８のワニス３０は５０μｍ〜８０μｍの厚みとしたもの（実施例品）と、酸化皮膜処理したアルミニウム製ホイールをポリイミドでコイル体に接着固定したもの(従来品)とについて、コイル体とホイールとの間に電圧を印加して、耐電圧を測定したところ、実施例品は７００Ｖ〜１０００Ｖの電圧でも１ｍＡ以下の電流であったが、従来品では３００Ｖで１ｍＡの電流を越えた。更に、本発明品ではワニスの厚みを８０μｍに厚くしたものは、最大２５００Ｖの電圧でも１ｍＡ以下であった。尚、耐電圧測定機としては、シャンハイ・ステ・エレクトリック・コーポレイション（Ｓｈａｎｇｈａｉ  ＳｕＴｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ）製のＺＨＺ８を用いた。また、実施例品は接着材層の厚みを５０、６０、７０、８０μｍのものを各々製造して耐電圧を測定した。
【００４９】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００５０】
図６に示すように、ホイール８は、ワニス層３０の上に線状絶縁材３１を巻き付けた線材層３３を形成することなく、ホイール本体１０に酸化皮膜層２９とワニス層３０のみを形成した後、コイル体７をホイール８に装着してコイル体７の外周面に熱硬化接着剤３５を塗布するものであってもよい。
【００５１】
図７及び図８を参照して第２実施の形態について説明するが、以下の説明では上述した実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することにより、その部分の詳細な説明を省略し、上述した実施の形態と主に異なる点を説明する。尚、図７は図８（ａ）に示すＥ―Ｅ断面図であり、図８は風力発電装置の図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【００５２】
第２実施の形態に係るブラシレス発電機６１は、風力発電装置６３に用いられるものであり、風を受ける羽根６５に回転軸５が固定されており、回転軸５に固定されたロータ６７には、マグネット９が周方向に配置固定されている。この実施の形態では、電機子をステータ６９として用いており、ステータ（電機子）６９のコイル体７の外周にロータ６７のマグネット９が対向配置されており、ロータ６７はコイル体７の周囲に沿って回転し、ロータ６７の回転によりコイル体７に形成されている複数のコイル回路に生じる電磁誘導電流を導出するようになっている。
【００５３】
コイル体７の内周にはホイール８が固定されており、コイル体７とホイール８との固定部分は第１実施の形態と同様に絶縁処理されている。
【００５４】
この第２実施の形態に係るブラシレス発電機６１によれば、図１及び図２に示す第１実施の形態と同様に、ワニスは酸化皮膜２９との接着性が良く絶縁性も高いので、酸化被膜を形成（酸化被膜処理）したホイール８の外周面にワニス層３０を形成すると共にコイル体７にも外周面に熱硬化接着剤３５を塗布することにより、ホイール８とコイル体７との間の絶縁を高め高い耐電圧を得ることができる。また、経年劣化し難く長期使用が可能であり、特に、高温環境化での長期使用が可能である。
【００５５】
さらに、ブラシレス発電機６１は、コギングトルクがなく起動抵抗が小さいので、風力発電装置６３は、微風から風車を回すことができる。また、ブラシレス発電機６１は鉄損がないので発電機効率がよい。さらに、ブラシレス発電機６１は鉄心が無いので、発電機６１の重量が軽く、軽量な発電システムを構築することができる。
【００５６】
コイル体７には銅板をエッチングしてコイル回路を形成しているので、コイル回路を薄く精密に作ることができる。その結果、エアギャップが狭くなり、薄いマグネット９を用いてもエアギャップの磁束密度を高めることができ、マグネット重量を少なくできる。また、機械的に精密で強度の高いコイル体７の製作が可能であり、信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施の形態に係るコアレスモータ用ロータの図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ部の断面図である。
【図２】図１に示すロータの製造工程を示す断面図である。
【図３】ワニス層の形成方法を示す斜視図である。
【図４】本実施の形態に係るコアレスモータの縦断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】他の実施の形態にかかるコアレスモータ用ロータ図であり、図１（ｂ）と同じ部位における断面図である。
【図７】第２実施の形態にかかるブラシレス発電機の図であり、図８（ａ）に示すＥ―Ｅ断面図である。
【図８】第２実施の形態にかかるブラシレス発電機を用いた風力発電装置の図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１              コアレスモータ
３              ハウジング
５              回転軸
６              ロータ（電機子）
７              コイル体
８              ホイール
２９            酸化皮膜層
３０            ワニス層
３１            線状絶縁材
３３            線材層
３５            ワニス（コイル体の外側に塗布するワニス）
３７            ワニス液槽
３９            水平軸
６１            ブラシレス発電機
６７            ステータ（電機子）
【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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