(57)【要約】【課題】固定子上に複数の突極磁極を有する交流モーターにおいて、該突極磁極毎にコイルを巻く工程を必要とせずに容易に製造することができる交流モーターを提供する。【解決手段】固定子上に複数の突極磁極を有する交流モーターにおいて、該突極磁極の外周が、絶縁層を介して導体層により覆われ、該導体層は、該突極磁極の外周を一周以上することなくかつ該導体層への通電により回転子方向への磁界を形成可能なように設けられ、ならびに位相差を有する複数の交流電流によって回転磁界が形成されるように各々の該導体層間が導体で連結されていることを特徴とする交流モーター。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子上に複数の突極磁極を有する交流モーターにおいて、該突極磁極の外周が、絶縁層を介して導体層により覆われ、該導体層は、該突極磁極の外周を一周以上することなくかつ該導体層への通電により回転子方向への磁界を形成可能なように設けられ、ならびに位相差を有する複数の交流電流によって回転磁界が形成されるように各々の該導体層間が導体で連結されていることを特徴とする交流モーター。
【請求項２】
絶縁層および導体層が、絶縁層で覆われたテープ状導体からなるフラットケーブルであることを特徴とする請求項１に記載の交流モーター。
【請求項３】
複数の突極磁極が、２枚のフラットケーブルにより順次交互に覆われていることを特徴とする請求項２に記載の交流モーター。
【請求項４】
２枚のフラットケーブルに流される電流が、２個のＨブリッジにより発生された位相差を有する交流電流であることを特徴とする請求項３に記載の交流モーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流モーターに関する。より、詳細には、コイルの巻線作業を必要とせずに製造可能な、交流同期モーター、誘導モーターなどの交流モーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などには、交流モーターが広く用いられている。交流モーターとしては、同期モーターや誘導モーターが例示されるが、これらは、リング状の磁性体、例えば鉄心に複数のコイルを等間隔に巻いて固定子を形成し、各コイルに位相が順次ずれた交流電流を流すことにより回転磁界を発生させ、リング状磁性体の中心を軸として回転自在に設置された磁石（同期モーターの場合）または導体の筒（誘導モーターの場合）などの回転子を、この回転磁界により回転させるものである（「小型ＡＣモーターの設計と制御」、１９８４年５月１日、総合電子出版社、第１７−２１頁。）。この固定子の磁性体としては、スロットを有するもの、すなわちリングの中心に向かって伸びる突出体（突極磁極）が複数形成されたリング状のものが一般的に用いられ、各突極磁極にコイルを巻き磁界を発生させている。この形状の固定子を用いることにより、磁極と回転子のギャップを小さくし大きな磁束密度を得ることができる。
【０００３】
図６は、このような従来の交流モーターの一例の要部平面図である。この例では、固定子ａ１に設けられた各突極磁極ａ２に各コイルａ３が巻かれている。各突極磁極ａ２には、順次位相のずれた交流電流が流され回転磁界が形成されている。モーターの中心部には、中心軸を中心に回転自在な回転子が設けられているが、図６の例は同期モーターであるので、該回転子は永久磁石ａ４とそれを覆う成層鋼板ａ５から構成されている。
【０００４】
図６からも明らかなように、各突極磁極ａ２は狭い間隔で並んでいる。従って、その狭い間隔を通して突極磁極毎にコイルを巻く作業（巻線作業）は手間がかかり、上記の交流モーターの製造上の問題となっていた。特に突極磁極数が多い場合は巻線作業は複雑でトラブルが発生し易いものであった。このため、各突極磁極へのコイルの巻線作業を必要とせずに製造することができる交流モーターが望まれていた。
【０００５】
【非特許文献１】
「小型ＡＣモーターの設計と制御」、１９８４年５月１日、総合電子出版社、第１７−２１頁。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、固定子上に複数の突極磁極を有する交流モーターであり、該突極磁極毎にコイルを巻く工程を必要とせずに容易に製造することができる交流モーターを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は検討の結果、突極磁極を、絶縁層を介して該突極磁極の外周を一周しない導体層で覆い、各突極磁極上の導体層間を、回転磁界が形成可能なように導体で連結することにより、交流モーターが容易に製造できることを見出した。特に本発明者は、２相交流モーターについては、絶縁層で覆われたテープ状導体からなるフラットケーブル２枚により交互に各突極磁極を覆うことにより、さらに容易に交流モーターが製造できることを見出した。
本発明は、これらの知見をもとに完成されたものである。
本発明は、その第一の態様として、固定子上に複数の突極磁極を有する交流モーターにおいて、該突極磁極の外周が、絶縁層を介して導体層により覆われ、該導体層は、該突極磁極の外周を一周以上することなくかつ該導体層への通電により回転子方向への磁界を形成可能なように設けられ、ならびに位相差を有する複数の交流電流によって回転磁界が形成されるように各々の該導体層間が導体で連結されていることを特徴とする交流モーターを提供する。
本発明は、またその第二の態様として、第一の態様の交流モーターにおいて、さらに、絶縁層および導体層が、絶縁層で覆われたテープ状導体からなるフラットケーブルであることを特徴とする交流モーターを提供する。
本発明は、またその第三の態様として、第二の態様の交流モーターにおいて、複数の突極磁極が、２枚のフラットケーブルにより順次交互に覆われていることを特徴とする交流モーターを提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の交流モーターの一例の要部平面図である。この例のモーターは、リング状の固定子５に突極磁極を４個有しており、図１中の１１、１２、１３および１４に該当する。本発明の交流モーターにおいては、より多くの突極磁極を有してもよく、突極磁極数が多い方が大きい動力と滑らかな回転が得られる。回転軸６には、回転子７が回転自在に設置されている。
図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。図２の例の突極磁極１１の断面は矩形をしており、突極磁極１１の外周の３面が絶縁層３を介して導体層４により覆われている。すなわち導体層４は、突極磁極１１の外周の４面中の３面のみを覆っており、外周を一周していない。なお、本明細書で突極磁極の外周とは、突極磁極の側面（突出方向、すなわち回転子方向に広がる面）の周囲を意味し、図２の例においては、図中の矩形の外周が該当する。
突極磁極１１は、鉄心、積層鉄心などの磁性体で構成され、導体層４と突極磁極１１間の絶縁層３により、導体層４に流れる電流が該磁性体へ流れないようにされている。
【０００９】
導体層４には矢印方向またはその逆方向に電流が流れ、図２の紙面上下方向の磁力線、すなわち回転子方向に磁界が生じる。本発明の交流モーターにおいては、突極磁極の断面形状は矩形に限定されず、導体層に電流を流すことにより回転子方向に磁界が生じる限り、他の形状でもよい。
【００１０】
導体層は、テープ状導体、膜状導体、絶縁層と一体に形成された複合体など、本発明の効果を有する範囲であれば、限定されない。該導体層を構成する導体としては、銅などの導電性の高い金属が好ましい。該導体層により突極磁極を覆う方法としては、突極磁極を構成する磁性体上に絶縁層を形成し、その上に導体金属をメッキや蒸着をする方法、導体層を製造しそれを絶縁層に貼付ける方法、導体層を絶縁層に密接、近接せしめる方法、硬化後絶縁膜となる接着剤により予め形成された導体層を磁性体上に貼付ける方法、導体層と絶縁層からなる複合膜を、絶縁層が突極磁極側となるように突極磁極上に貼付ける方法、若しくは密接、近接せしめる方法などが例示される。特に絶縁層で覆われたテープ状導体からなるフラットケーブルを突極磁極上に貼付ける方法、若しくは密接、近接せしめる方法は、本発明のモーターの製造をより容易にするため好ましく例示される。
上記のように、導体層は突極磁極の外周を一周しない。通常、図２の例のように外周の一部には、導体層で覆われていない部分（図２の例では４面中の１面）が存在する。ただし、導体層への通電により回転子方向への磁界を形成可能なように導体層を設ける必要があり、より大きな磁界を発生するためには、外周の大部分が導体層により覆われることが好ましい。
【００１１】
導体層の厚みの好ましい範囲は、モーターの大きさ、磁極数や、求められる動力などにより変動し特に限定されないが、求められる動力を発生するために必要な電流を流し得る厚みが求められる。
図３の外観図に示されるように、１つの突極磁極１上に２枚以上の導体層４を並列して設けてもよい。図３の例では、４枚の導体層４が使用され、各導体層４の間は絶縁体８により絶縁され、各導体層４が突極磁極１の外周の３面を覆っている。
【００１２】
各突極磁極を覆う導体層間は、導体により連結され、また一部の導体層は、電源と導体により連結される。この連結は、電源から位相のずれた、すなわち位相差を有する交流がそれぞれの導体層に流され、回転磁界が生ずるように行われる。例えば、図１、図２のモーターにおいては、突極磁極１１と突極磁極１３上の導体層を導体で連結するとともに突極磁極１２と突極磁極１４上の導体層を導体で連結し、それぞれに位相を９０度ずらした交流電流を流す。この方法により回転磁界が形成され、２相交流モーターとすることができる。一方、突極磁極の数、各導体層間の連結の方法によっては、３相交流モーターを作ることも可能である。例えば、突極磁極の数を６（または３の倍数）とし、それぞれの突極磁極上の導体層に、３相の交流電流ＵＶＷが、回転子の回転の方向にそってＵＶＷＵＶＷと並ぶように流れるようにすれば、３相交流モーターとなる。
【００１３】
各突極磁極上の導体層間を、導体で連結する方法は特に限定されない。銅線などの金属線で結ぶ方法、フラットケーブルで結ぶ方法などが例示される。特に、後述の２相交流モーターのような場合では、フラットケーブルにより突極磁極上の絶縁層、導体層を形成し、該フラットケーブルをそのまま他の突極磁極まで延長し、再び突極磁極を覆い絶縁層、導体層を形成することにより効率的にモーターを製造する方法も可能である。ただし、この方法は３相交流モーターなどでは不可能であるので、この場合は、金属線や細いフラットケーブルなどで、個々に各導体層間を連結する方法が好ましい。
【００１４】
上述のように、２相交流モーターでは、フラットケーブルにより各突極磁極上の絶縁層、導体層の形成および各導体層間の連結を行うことができる。すなわち、一枚のフラットケーブルにより複数の突極磁極上の絶縁層、導体層を形成し、かつそれぞれを連結することができる。また、電源と突極磁極上の導体層間の連結もフラットケーブルで行うこともできる。
【００１５】
本発明の最も好ましい態様の２相交流モーターは、２枚のフラットケーブルを用い、それぞれのフラットケーブルを突極磁極の所定の側面とその反対面にそれぞれ沿わせて設置し、さらに２枚のフラットケーブルが順次交互に突極磁極を覆うように配置することにより製造することができる、そして、２枚のフラットケーブルのそれぞれに位相が９０度ずれた交流を流すことにより、２相交流モーターとして起動することができる。以下、この態様をその一例を示す図を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図４は、図１の交流モーターに２枚のフラットケーブルを用い、２相交流モーターとした場合の、４個の突極磁極および２枚のフラットケーブルの配置関係を示す説明図であり、回転軸の位置から各突極磁極方向を時計回りに見た場合を表す。
フラットケーブル４１は、電源Ｓから突極磁極１１の下面手前から配置され、突極磁極１１の位置で突極磁極１１の３面を覆った後、突極磁極１１の右側面下部の位置まで戻り、その後突極磁極１２の下面を通り、再度突極磁極１３の位置で突極磁極１３の３面を覆った後、突極磁極１３の右側面下部の位置まで戻り、さらに突極磁極１４の下面を通って電源Ｓに戻る。他のフラットケーブル４２は、電源Ｒから突極磁極１１の上面から配置され、突極磁極１２の位置で突極磁極１２の３面を覆った後、突極磁極１２の右側面上部の位置まで戻り、その後突極磁極１３の上面を通り、再度突極磁極１４の位置で突極磁極１４の３面を覆った後突極磁極１４の右側面上部の位置まで戻り、電源Ｒに戻る。そして、電源ＳとＲからフラットケーブル４１、４２に、位相が９０度ずれた交流電流を流すことにより４個の突極磁極が回転磁界を形成し、２相交流モーターとして起動する。
この例では、磁極の数は４であるが、上記のように、偶数であるかぎりは、磁極の数は４より多くてもよく、磁極の数を増やすことにより動力を増大させることができる。すなわち、本発明の最も好ましい態様の２相交流モーターにおける突極磁極と２枚のフラットケーブルの配置は以下の（１）〜（３）を特徴としている。
（１）全ての突極磁極は、２枚のフラットケーブルのいずれかで覆われている、
（２）一方のフラットケーブルで覆われている突極磁極と、他方のフラットケーブルで覆われている突極磁極は、交互に並んでいる、
（３）２枚のフラットケーブルは、突極磁極を覆う部分以外は、それぞれ突極磁極の相互に反対側の一面に接した位置を通って配置されている。そして次に位置する突極磁極において向きを変え、突極磁極を覆いながら元の位置まで戻っている。
【００１７】
この２相交流モーターの磁極部分は、２枚のフラットケーブルを、上記の特徴（１）〜（３）を満たすように突極磁極間を通し、突極磁極の所定の面上に固定することにより容易に形成することができる。該フラットケーブルを固定する方法としては、フラットケーブルを、接着剤などを用いて突極磁極面上に貼付ける、またはピンや押さえ棒などを用いて該フラットケーブルを、突極磁極面上に密接、近接せしめる方法などが例示される。
フラットケーブルの固定をより安定させるため、隣り合う突極磁極間に回転軸方向に伸びる突出部が設けられているとより好ましい。ただし、該突出部が磁性体からなる場合、突極磁極と同程度の突出長であると、安定した回転磁界が形成されにくくなるので、該突出部の突出長は突極磁極の突出長分より十分小さいものとする必要がある。図１の例では、４個の突極磁極１１、１２、１３、１４の間に、突出部２１、２２、２３、２４を有しているが、その突出長は突極磁極の突出長より小さいものとなっている。
【００１８】
本発明の交流モーターに用いられるフラットケーブルとしては、導体からなるテープの片面のみを絶縁層で覆ったものも用いることができるが、両面を絶縁層で覆ったものが好ましい。特に、本発明の最も好ましい態様として前記した二相交流モーターにおいては、図４から明らかなように、２枚のフラットケーブルの導体面同士が接する部分があり、片面のみを絶縁層で覆ったフラットケーブルを用いた場合は、この部分で両者間を絶縁する工程が必要となり、モーターの製造を複雑にする。両面を絶縁層で覆ったものを用いればこの工程は不要であり、モーターを容易に製造することができるとの本発明の効果を、より奏することができる。なお、フラットケーブルの導体の材料としては銅が好ましい。フラットケーブルの幅や厚みの好ましい範囲は、用いられるモーターの大きさや動力により変動し特に限定されないが、自動車用のモーターに用いられる場合は、通常、幅２５〜６０ｍｍ、厚み０．３〜４ｍｍ程度である。
【００１９】
本発明の交流モーターは、同期モーター、誘導モーターのいずれをも含む。同期モーターの場合は、回転子としては電磁石、永久磁石が用いられる。誘導モーターの場合は、回転子として導体の筒や籠などが用いられる。
本発明の交流モーターが２相交流モーターの場合、位相が９０度ずれた交流電流を流す必要がある。この交流を発生させる方法としては、コンデンサーを用いて交流の位相をずらす方法、Ｈブリッジ２個からなる回路を用いる方法などが例示されるが、導体膜に大電流を流すためには後者が好ましい。図５に、後者のＨブリッジ２個からなる回路を示すが、コンピュータの指示に基づいて半導体９が電流の導通、遮断を行うことにより、回路に加えられた直流から、位相が９０度ずれた２つの交流ＳおよびＲを発生させている。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の交流モーターは、従来のモーターの製造において必要であった突極磁極毎にコイルを巻く作業の代わりに、突極磁極を絶縁層を介して導体層で覆い、各導体層を導体で連結するという簡単な作業により磁極部分を形成することができ、従来のモーターと比べて、はるかに容易に製造することができる。
特に、２枚のフラットケーブルにより順次交互に各突極磁極を覆う方法により、さらに容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の交流モーターの一例の要部平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】本発明の交流モーターの突極磁極部の、一例を示す外観図である。
【図４】本発明の一例の突極磁極部およびフラットケーブルの配置関係を示す説明図である。
【図５】本発明の交流モーターに使用される、交流電流の発生回路の一例を示す回路図である。
【図６】従来の交流モーターの一例の要部平面図である。
【符号の説明】
１、  １１、１２、１３、１４      突極磁極
２１、２２、２３、２４            突出部
３                                絶縁層
４                                導体層
４１、４２                        フラットケーブル
５                                固定子
６                                回転軸
７                                回転子
８                                絶縁体
９                                半導体
【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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