(57)【要約】【課題】コイル断面における電流密度を従来よりも均一化することができ、また、任意のコイル形状への成形も容易な技術を提供する。【解決手段】電動モータは、永久磁石と、永久磁石に対向する電磁コイル１００と、を備える。各電磁コイル１００は、長方形の断面を有する平角導線１１０を、長方形の長辺が電磁コイル１００の中心軸１４０方向に平行となる状態で所定形状に巻かれた平巻きコイルである。平角導線１１０は、導電層と接着層とを少なくとも含む。各電磁コイル１００は、平角導線１１０が所定形状に巻かれた後に電磁コイル１００に電流を流すことにより、その電流によって生じるジュール熱で接着層を溶融させて平角導線１１０同士を互いに接着することによって形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータであって、
永久磁石と、
前記永久磁石に対向する電磁コイルと、
を備え、
各電磁コイルは、長方形の断面を有する平角導線を、前記長方形の長辺が前記電磁コイルの中心軸方向に平行となる状態で所定形状に巻かれた平巻きコイルであり、
前記平角導線は、導電層と接着層とを少なくとも含み、
各電磁コイルは、前記平角導線が前記所定形状に巻かれた後に前記電磁コイルに電流を流すことにより、前記電流によって生じるジュール熱で前記接着層を溶融させて前記平角導線同士を互いに接着することによって形成されている、電動モータ。
【請求項２】
請求項１記載の電動モータであって、
前記導電層は、絶縁層の上に導電材料を蒸着することによって形成されている、電動モータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電動モータであって、
各電磁コイルは、前記電磁コイルの内周側の端部に設けられた第１の接続用端子と、前記電磁コイルの外周側の端部に設けられた第２の接続用端子を有しており、前記第１と第２の接続用端子を用いて他の回路要素と電気的に接続されている、電動モータ。
【請求項４】
請求項３記載の電動モータであって、
前記電動モータ内において隣接して配置される２つの電磁コイルは、前記第２の接続用端子を用いて互いに接続されている、電動モータ。
【請求項５】
請求項１又は２記載の電動モータであって、
各電磁コイルは、内周側から外周側に巻かれた平巻きコイルを複数段重ねることによって構成されており、隣接する段の平巻きコイルは、各平巻きコイルの外周側の接続用端子同士、又は、内周側の接続用端子同士を電気的に接続することによって互いに接続されている、電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータ用の電磁コイルの作成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータの一種として、ブラシレスモータが多くの用途で使用されている。ブラシレスモータとしては、例えば下記の特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９８９８２号公報
【０００４】
電動モータの中には、平巻きコイルと呼ばれる電磁コイルを用いるものがある。図１１は、従来の平巻きコイルの一例を示す平面図及び正面図である。この平巻きコイル４００は、平角導線４１０を、円形形状に沿って螺旋状に積層したものである。コイル４００の上端と下端には、接続用端子４２０，４３０が設けられている。
【０００５】
このような従来の平巻きコイルでは、導線４１０の内側に電流が集中してしまい、導線４１０の外側の電流密度が低下する傾向にあった。このため、電磁力（ローレンツ力）を十分に有効に利用できないという問題があった。また、コイルの平面形状が円形であれば比較的成形が容易だが、円形以外の形状（例えば三角形や扇形）のコイルを成形するのが困難であるという問題もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、コイル断面における電流密度を従来よりも均一化することができ、また、任意のコイル形状への成形も容易な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］  電動モータであって、
永久磁石と、
前記永久磁石に対向する電磁コイルと、
を備え、
各電磁コイルは、長方形の断面を有する平角導線を、前記長方形の長辺が前記電磁コイルの中心軸方向に平行となる状態で所定形状に巻かれた平巻きコイルであり、
前記平角導線は、導電層と接着層とを少なくとも含み、
各電磁コイルは、前記平角導線が前記所定形状に巻かれた後に前記電磁コイルに電流を流すことにより、前記電流によって生じるジュール熱で前記接着層を溶融させて前記平角導線同士を互いに接着することによって形成されている、電動モータ。
【０００９】
適用例１の電動モータによれば、平角導線をその長方形の長辺が電磁コイルの中心軸方向に平行となる状態で所定形状に巻かれた平巻きコイルで電磁コイルを構成するので、電磁コイルを任意のコイル形状に容易に成形することが可能である。また、平巻きコイルを用いるので、コイル断面における電流密度を従来よりも均一化することができる。
【００１０】
［適用例２］  適用例１記載の電動モータであって、
前記導電層は、絶縁層の上に導電材料を蒸着することによって形成されている、電動モータ。
【００１１】
適用例２の電動モータによれば、導電層を薄く形成することができるので、コイルのターン数を容易に増大することができる。
【００１２】
［適用例３］  適用例１又は２記載の電動モータであって、
各電磁コイルは、前記電磁コイルの内周側の端部に設けられた第１の接続用端子と、前記電磁コイルの外周側の端部に設けられた第２の接続用端子を有しており、前記第１と第２の接続用端子を用いて他の回路要素と電気的に接続されている、電動モータ。
【００１３】
適用例３の電動モータによれば、内周側の第１の接続用端子と外周側の第２の接続用端子とを用いて容易に電気的接続を行うことができる。
【００１４】
［適用例４］  適用例３記載の電動モータであって、
前記電動モータ内において隣接して配置される２つの電磁コイルは、前記第２の接続用端子を用いて互いに接続されている、電動モータ。
【００１５】
適用例４の電動モータによれば、隣接する電磁コイル同士を容易に接続することができる。この場合に、隣接する電磁コイルの内周側にそれぞれ残る第１の接続用端子は、他の回路要素（例えば他の電磁コイルや駆動制御回路）との接続に利用される。
【００１６】
［適用例５］  適用例１又は２記載の電動モータであって、
各電磁コイルは、内周側から外周側に巻かれた平巻きコイルを複数段重ねることによって構成されており、隣接する段の平巻きコイルは、各平巻きコイルの外周側の接続用端子同士、又は、内周側の接続用端子同士を電気的に接続することによって互いに接続されている、電動モータ。
【００１７】
適用例５の電動モータによれば、平巻きコイルを複数段重ねることによって個々の電磁コイルが構成されているので、個々の電磁コイルのターン数を容易に増加させることができる。
【００１８】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電磁コイル及びその製造方法、その電磁コイルを用いた電動モータやアクチュエータ等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の一実施例としての平巻きコイルの構成を示す説明図である。図１（Ａ）に示すように、この平巻きコイル１００は、平角導線１１０を略三角形状に巻いたものであり、その内周端と外周端に接続用端子１２０，１３０がそれぞれ設けられている。図１（Ｂ）は、平巻きコイル１００の外周面をＹＢ方向から見た図である。図１（Ｃ）は、平巻きコイル１００の内周面をＹＣ方向から見た図である。接続用端子１２０，１３０は、平角導線１１０の端部を折り曲げることによってそれぞれ形成されている。図１（Ｄ）に示すように、平角導線１１０は、長方形の断面形状を有しており、その長辺がコイル１００の中心軸１４０に平行となる状態で内周側から外周側に巻かれている。
【００２０】
この平巻きコイル１００は、平角導線１１０の断面の長辺がコイルの中心軸１４０に平行な状態で巻かれているので、導線１１０の断面における電流密度の偏りが無い。このため、この平巻きコイル１００を用いて電動モータを構成すると、電磁力（ローレンツ力）を有効に活用することが可能である。また、コイルの平面形状として、円形以外の任意の形状（三角形や扇形など）を採用しても容易に導線を巻くことが可能であり、任意の形状に巻いた場合にも導線に過度の歪みや応力が発生しないという利点がある。なお、平角導線１１０を薄くすれば、平巻きコイル１００のターン数を増加させることが可能である。
【００２１】
図２（Ａ）は、本発明の他の実施例としての平巻きコイルの構成を示す平面図である。図２（Ｂ）は平巻きコイル２００の外周面をＹＢ方向から見た図であり、図２（Ｃ）は平巻きコイル２００の内周面をＹＣ方向から見た図である。図２（Ｂ）、（Ｃ）から理解できるように、この平巻きコイル２００は、図１に示したものと同じ平巻きコイル１００ａ，１００ｂを逆向きにして２段に重ねたものである。逆向きに重ねる理由は、各段の電流の向きを同一（例えば右回り）にするためである。
【００２２】
図２（Ｂ）に示すように、１段分の平巻きコイル１００ａ，１００ｂは、外周に設けられた接続部２１０で互いに接続されている。なお、この接続部２１０は、図１（Ｂ）に示した接続用端子１３０を利用して２つのコイル１００ａ，１００ｂを接続したものであることが理解できる。図２（Ａ）に示すように、この平巻きコイル２００では、接続用端子２２０，２３０が両方とも内周側に存在する。これらの接続用端子２２０，２３０は、図１（Ａ）に示した接続用端子１２０に相当している。すなわち、第１の接続用端子２２０は１段目のコイル１００ａの内周側に設けられており、第２の接続用端子２３０は２段目のコイル１００ｂの内周側に設けられている。図２（Ｃ）に示すように、１段目のコイル１００ａの接続用端子２２０は平巻きコイル２００の下端に存在する。一方、２段目のコイル１００ｂの接続用端子２３０は平巻きコイル２００の上端に存在する。これは、２つの平巻きコイル１００ａ，１００ｂが逆向きに重ねられているからである。
【００２３】
この平巻きコイル２００では、同じ平面形状でターン数を増加させることが可能である。また、接続用端子２２０，２３０がいずれも内周側にあるので、電動モータを構成する際に、端子が外周側にある場合に比べて端子接続のためのスペースを節約することが可能である。
【００２４】
なお、図１に示した平巻きコイル１００は、３段以上に積み重ねることも可能である。一般に、複数の平巻きコイル１００を積み重ねる場合には、隣接する段の平巻きコイル同士を逆向きに配置することによって、各段の電流の向きを同一にすることが可能である。また、隣接する段の平巻きコイルの外周側の接続用端子同士、又は、内周側の接続用端子同士を電気的に接続することによって、隣接段のコイル同士を容易に接続することが可能である。
【００２５】
図３（Ａ）は、平角導線１１０の縦断面（長さ方向に沿った断面）を示し、図３（Ｂ）は、その横断面を示している。平角導線１１０は、絶縁層１１２と、絶縁層１１２の上に形成された薄膜導電層１１４と、薄膜導電層１１４の上に形成された接着層１１６とで構成されている。絶縁層１１２は、例えば、ポリウレタン樹脂、エナメル樹脂、プリエステル樹脂などの任意の絶縁材料で形成することができる。薄膜導電層１１４は、この絶縁層１１２の上にアルミニウムや銅などの導電材料を蒸着することによって形成することができる。蒸着によって薄膜導電層１１４を形成すれば、薄膜導電層１１４の厚みを１ミクロン〜数ミクロン程度に薄くすることが可能である。
【００２６】
従来の平巻きコイルでは、銅材を圧延することによって平角導線を作成していた。しかし、圧延では、平角導線の断面形状の長辺と短辺の比を２０：１程度にするのが限度であり、それ以上に導線の厚みを薄くすることは困難であった。これに対して、本実施例では、蒸着によって薄膜導電層１１４を形成するので、薄膜導電層１１４の厚みを十分に薄くすることが可能である。薄膜導電層１１４の厚みを薄くすれば、コイルのターン数を増加することができるので、コイルにおける電磁力の利用効率を高めることが可能である。
【００２７】
なお、蒸着以外の方法で導電層１１４を設けることも可能であり、例えば、予め薄く形成された導電層１１４を絶縁層１１２上に配置するようにしてもよい。但し、蒸着を利用すれば、より薄い導電層１１４を形成することができる。
【００２８】
接着層１１６は、平角導線１１０をコイル形状に巻いた後に、隣接する平角導線１１０同士を互いに接着させる際に利用される。接着層１１６は、ブチラール樹脂やポリアミド樹脂などの絶縁性を有する熱融着性樹脂フィルムで構成することが可能である。
【００２９】
図３（Ｃ）は、他の平角導線１１０ａの縦断面を示し、図３（Ｄ）は、その横断面を示している。この平角導線１１０ａは、絶縁／接着層１１２ａと、絶縁／接着層１１２ａの上に形成された薄膜導電層１１４とで構成されている。絶縁／接着層１１２ａは、絶縁層としての機能と接着層としての機能の両方を有している。この絶縁／接着層１１２ａは、ブチラール樹脂やポリアミド樹脂などの絶縁性と熱融着性とを有する樹脂フィルムで構成することが可能である。
【００３０】
図３（Ｅ）は、コイルを形成するために平角導線１１０が巻かれた状態を示している。このように平角導線１１０を積層した後に、コイル全体を加熱すると、接着層１１６が溶融して絶縁層１１２と接着するので、平角導線１１０同士を強固に接着することが可能である。
【００３１】
図４（Ａ）は、他の平角導線１１０ｂの縦断面を示し、図４（Ｂ）は、その横断面を示している。この平角導線１１０ｂは、薄膜導電基材１１４ｂと、薄膜導電基材１１４ｂの上に形成された酸化被膜層１１２ｂと、酸化被膜層１１２ｂの上に形成された接着層１１６とで構成されている。薄膜導電基材１１４ｂは、例えばアルミニウム等の金属で形成することができる。酸化被膜層１１２ｂは、薄膜導電性基材１１４ｂの表面を、陽極酸化処理することよって形成することができ、絶縁層としての機能を有する。接着層１１６は、上述したように、ブチラール樹脂やポリアミド樹脂などの絶縁性を有する熱融着性樹脂フィルムで構成することが可能である。
【００３２】
図４（Ｃ）は、他の平角導線１１０ｃの縦断面を示し、図４（Ｄ）は、その横断面を示している。図４（Ａ），（Ｂ）で示した平角導線１１０ｂとの違いは、薄膜導電基材１１４ｂの周囲全体が、酸化被膜層１１２ｂで覆われている点だけであり、他の構成は平角導線１１０ｂと同様である。
【００３３】
図５は、実施例におけるコイルの作成手順を示すフローチャートである。工程Ｓ１０では、まず、平巻用コイル線（平角導線）を所定のコイル形状に巻くことによって、個々の電磁コイルを作成する。図６は、コイル巻き工程Ｓ１０の一例を示す説明図である。コイル巻き装置３００は、大量の平角導線１１０が巻かれた導線ロール３１０と、巻き取り部３２０と、導線ロール３１０と巻き取り部３２０との間に設けられた加圧ローラ３３０とを有している。巻き取り部３２０の中心には、コイルの内周形状と同一の形状を有するボビン３２２が設置されており、図示しないモータによってボビン３２２が矢印方向に回転駆動される。ボビン３２２が回転すると、平角導線１１０がボビン３２２の回りに巻かれるが、この際、加圧ローラ３３０によって平角導線１１０が押し下げられて、平角導線１１０に弛みがでることが防止されている。この巻き取り工程によって、図１に示したような平巻きコイル１００が作成される。
【００３４】
図５の工程Ｓ２０では、平巻きコイルを電動モータ内に設置して、端子の接続を行う。図７は、平巻きコイルの接続用端子の接続方法を示す説明図である。図７（Ａ）は、平巻きコイルの接続用端子１２０（図１参照）が、モータ内の端子１５０と接続される様子を示している。この例では、モータ内の端子１５０の上面に、導電性の複数の突起部１５２が設けられている。この端子１５０の上に、平巻きコイルの接続用端子１２０を重ねて両者を接合することによって、両者を電気的に接続することができる。図７（Ｂ），（Ｃ）は、端子の接合方法の例を示している。図７（Ｂ）の接合方法では、モータ内の端子１５０の上に、平巻きコイルの接続用端子１２０を重ねて加圧しつつ、端子１２０，１５０の間に電流を流すことにより、ジュール熱によって接着層１１６が溶融し、端子同士が接合される。なお、端子１５０の突起部１５２は、平巻きコイルの端子１２０の接着層１１６を貫通して薄膜導電層１１４に電気的に接続される。図７（Ｃ）の接合方法では、端子１５０，１２０の外側に超音波ホーン３５０で挟んで加圧しつつ、端子１２０，１５０に超音波を印加ことにより、超音波によって発生する熱によって接着層１１６が溶融し、端子同士が接合される。
【００３５】
なお、端子１２０、１５０の材質が異なる場合（例えばアルミニウムと銅の場合）などに、両者の接合をより強固にするために、はんだメッキ加工を行うことが好ましい。例えば、はんだ層を端子１５０の上面に形成しておけば、図７（Ｃ）に示す接合方法において、このはんだ層を介して端子同士を超音波融着することができる。
【００３６】
図８は、端子の接合方法の他の例を示している。この例では、モータ内の端子１５０ａの上面に、導電性の複数の突起部１５２ａが設けられている。この突起部１５２ａは、平巻きコイルの接続用端子１２０を貫通する長さを有している。この接続方法では、モータ内の端子１５０ａの上に、平巻きコイルの接続用端子１２０を重ねて加圧し（図８（Ａ））、突起部１５２ａを貫通させる。そして、端子１５０ａ，１２０の外側を加圧台３６０，３７０で挟んで加圧し（図８（Ｂ））、突起部１５２ａの突き抜けた部分を変形させることによって、両者を強固に接合することができる（図８（Ｃ））。なお、端子１５０ａの突起部１５２ａは、平巻きコイルの端子１２０の接着層１１６を貫通して薄膜導電層１１４に電気的に接続される。
【００３７】
こうして端子を接続した後に、図５の工程Ｓ３０において、コイルに十分な電流を流すことにより、コイルで発生するジュール熱を利用して平角導線１１０の接着層を溶融させて平角導線同士を溶着する。この結果、コイル全体を強固に溶着することが可能である。
【００３８】
図９は、本実施例の平巻きコイルを用いた回転式ブラシレスモータの構成を示す説明図である。このモータ１０００は、複数の永久磁石１３２０が配置されたロータ部１３００（図９（Ａ））と、複数の平巻きコイル１００をそれぞれを含む上部ステータ部１１００及び下部ステータ部１２００（図９（Ｂ）、（Ｃ））とを有している。ロータ部１３００は、回転軸１１２０の回りに回転可能である。上部ステータ部１１００と下部ステータ部１２００は、ロータ部１３００を上下に挟むように配置される。なお、上部ステータ部１１００と下部ステータ部１２００は、互いに位相が９０度ずれた位置に固定されている。各コイル１００は略扇状又は略三角形状を有しているので、複数のコイル１００を円環状に配列することが可能である。
【００３９】
図９（Ａ）に示すように、モータのケーシング１０２０内には、ロータ部１３００の位置を検出するための位置センサ４０Ａ，４０Ｂが設置されている。ブラシレスモータの駆動制御回路（図示省略）は、これらの位置センサ４０Ａ，４０Ｂからの出力に応じて、各ステータ部１１００，１２００のコイルへの電流をそれぞれ制御することによって、モータ１０００の動作を制御する。
【００４０】
図１０は、電動モータ内における２つの平巻きコイル同士の接続例を示している。この例では、図１に示した平巻きコイル１００が２つ隣接して配置されている。図１に示した外周側の接続用端子１３０は、図１０において相互接続部１３２として利用されており、この相互接続部１３２によって２つの平巻きコイル１００が互いに電気的に接続されている。またが、各コイル１００の内周側にある接続用端子１２０は、他の回路要素（他のコイルや駆動制御回路）の端子との接続のために利用される。
【００４１】
図１０の矢印ＩＡは、２つのコイル内における電流の向きを示している。このように、２つの隣接する平巻きコイル同士を、その外周側の端子同士で接続するようにすれば、隣接するコイル同士の電流の向きを互いに逆方向にすることが可能である。この結果、隣接するコイル同士の位相差をπ（１８０度）に設定することができる。
【００４２】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４３】
（１）変形例１：
上記実施例では、６極２相モータを例に説明したが、極数や相数としては任意の数を採用することが可能である。また、上記実施例ではいずれもブラシレスモータとして構成されたモータ本体を説明したが、本発明は、一般に電磁コイルを有する電動モータに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施例としての平巻きコイルの構成を示す説明図である。
【図２】本発明の他の実施例としての平巻きコイルの構成を示す説明図である。
【図３】平角導線の構造を示す説明図である。
【図４】平角導線の他の構造を示す説明図である。
【図５】実施例におけるコイルの作成手順を示すフローチャートである。
【図６】コイル巻き工程Ｓ１０の一例を示す説明図である。
【図７】平巻きコイルの接続用端子の接続方法の例を示す説明図である。
【図８】平巻きコイルの接続用端子の接続方法の他の例を示す説明図である。
【図９】本実施例の平巻きコイルを用いた回転式ブラシレスモータの構成を示す雪面図である。
【図１０】電動モータ内における２つの平巻きコイル同士の接続例を示す説明図である。
【図１１】従来の平巻きコイルの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
４０Ａ，４０Ｂ…位置センサ（磁気センサ）
１００…平巻きコイル（電磁コイル）
１１０…平角導線
１１２…絶縁層
１１２ａ…絶縁／接着層
１１２ｂ…酸化被膜層
１１４…導電層（薄膜導電層）
１１４ｂ…薄膜導電基材
１１６…接着層
１２０…接続用端子
１３０…接続用端子
１３２…相互接続部
１４０…中心軸
１５０…端子
１５２…突起部
２００…平巻きコイル
２１０…接続部
２２０…接続用端子
２３０…接続用端子
３００…コイル巻き装置
３１０…導線ロール
３２０…巻き取り部
３２２…ボビン
３３０…加圧ローラ
３５０…超音波ホーン
３６０…加圧台
３７０…加圧台
４００…平巻きコイル
４１０…平角導線
４２０…接続用端子
４３０…接続用端子
１０００…モータ
１０２０…ケーシング
１１００…上部ステータ部
１１２０…回転軸
１２００…下部ステータ部
１３００…ロータ部
１３２０…永久磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008237003.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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