(57)【要約】【課題】  リング状の固定子コイルを有する電動機において、巻線作業が不要で小形・軽量・高効率なブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ並びに誘導電動機を得ることを目的とする。【解決手段】  三相構造においては、固定子の軸方向に分割してリング状にＵ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２を印刷回路技術を用いて、あるいは、銅箔を円筒状に巻回した後所定の巾に切断してコイルを形成し、各コイルのリングの中心と回転軸９０の中心が概ね一致するように配置して構成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子の外側に、所定のエヤーギャップを介して対向する磁極歯部を備えた固定子を配置し、前記固定子に、軸方向に分割してリング状にＵ・Ｖ・Ｗ相のコイルを巻装し、前記各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように構成されているインナーロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータにおいて、前記リング状のコイルを印刷回路技術を用いて形成することを特徴とするブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ。
【請求項２】
回転子の外側に、所定のエヤーギャップを介して対向する磁極歯部を備えた固定子を配置し、前記固定子に、軸方向に分割してリング状に複数のコイルを巻装し、前記各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように構成されているインナーロータ形の誘導電動機において、前記リング状のコイルを印刷回路技術を用いて形成することを特徴とする誘導電動機。
【請求項３】
前記コイルを、銅箔を円筒状に巻回した後、所定の巾に切断して形成することを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ並びに誘導電動機。
【請求項４】
毎相のコイルを複数個とし、各相のコイルの軸方向並び順が対称形となるように配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ並びに誘導電動機。
【請求項５】
請求項４に記載のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ並びに誘導電動機において、軸方向に互いに隣接する同一相の前記コイル及び当該固定子鉄心を一体化して構成することを特徴とするブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ並びに誘導電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、リング状の固定子コイルを有するブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ並びに誘導電動機に関し、特に、巻線方式、固定子鉄心構造に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、この種の電動機においては、マグネットワイヤーを固定子鉄心に巻回して固定子コイルを形成する構造が採用されている。（特許公開２００３−３３３８１１号、特許公開２００４−０１５９９８号公報参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  上述のような従来のリング状の固定子コイルを有する電動機においては、マグネットワイヤーを固定子鉄心に巻き付けるように巻回してコイルを形成する必要があるため、巻線作業及び端末処理が煩雑となり小形・軽量・高効率化とコストダウンが困難であった。【０００４】  この発明は、上述のような問題点を解消するためになされたものであり、リング状の固定子コイルを有する電動機の構造的な特徴を生かして、巻線作業が不要で小形・軽量・高効率な電動機の巻線方式、固定子鉄心構造を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  上述の目的を達成するために、この発明による電動機は、回転子の外側に、所定のエヤーギャップを介して対向する磁極歯部を備えた固定子を配置し、この固定子に、軸方向に分割してリング状にＵ・Ｖ・Ｗ相のコイルを巻装し、各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように構成されているインナーロータ形のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータにおいて、リング状の各相のコイルを印刷回路技術を用いて形成するものである。【０００６】  つぎの発明による電動機は、回転子の外側に、所定のエヤーギャップを介して対向する磁極歯部を備えた固定子を配置し、この固定子に、軸方向に分割してリング状に複数のコイルを巻装し、各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように構成されているインナーロータ形の誘導電動機において、リング状の各相のコイルを印刷回路技術を用いて形成するものである。【０００７】  つぎの発明による電動機は、さらに、リング状の固定子コイルを、銅箔を円筒状に巻回した後、所定の巾に切断して形成するものである。【０００８】  つぎの発明による電動機は、さらに、毎相のコイルを複数個とし、各相のコイルの軸方向並び順が対称形となるように配置して構成するものである。【０００９】  つぎの発明による電動機は、さらに、軸方向に互いに隣接する同一相のコイル及び固定子鉄心を一体化して構成するものである。
【発明の効果】
【００１０】  この発明によるブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、固定子に軸方向に分割してリング状にＵ・Ｖ・Ｗ相のコイルを印刷回路技術を用いて形成したことにより、コイルを鉄心に巻き付ける必要がないため、巻線機を使わずに高密度な占積率を有するコイルを安価に製作することができ、コイルの巻線作業及び端末処理を大幅に簡略化することができる。更に、コイルエンドに相当する部分が存在しないため、銅損を低減することができ、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの効率が向上し、コストダウンや小形・軽量化を実現しながら生産性の向上に寄与することができる。【００１１】  つぎの発明による誘導電動機によれば、固定子に軸方向に分割してリング状に複数のコイルを印刷回路技術を用いて形成したことにより、上記と同様にコイルを鉄心に巻き付ける必要がないため、コイルの巻線作業及び端末処理を大幅に簡略化することができ、コストダウンや小形・軽量化を実現しながら、誘導電動機の効率向上と生産性の向上に寄与することができる。【００１２】  つぎの発明によるブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ並びに誘導電動機によれば、円筒状に巻回した銅箔を所定の巾に切断して固定子コイルを形成することにより、比較的電流容量の大きいコイルを、巻線機を使わずに安価に製作することができるため、生産性の向上とコストダウンに寄与することができる。【００１３】  つぎの発明によるブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ並びに誘導電動機によれば、毎相のコイルを複数個とし、各相のコイルの軸方向並び順が対称形となるように配置することにより、振動・騒音を抑制することができる。【００１４】  つぎの発明によるブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ並びに誘導電動機によれば、軸方向に互いに隣接する同一相のコイル及び固定子鉄心を一体化することにより、コストダウンと小形化に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  以下に添付の図を参照にして、この発明にかかるブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ並びに誘導電動機の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】  図１〜図３は、この発明による実施例１として、４極のブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータに適用した例を示す。図１は、軸方向半断面側面図であり、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２とリード線１３、及び固定子２０、永久磁石型回転子８０、永久磁石型回転子８０を支持する回転軸９０、軸受部材９１、ブラケット９２、フレーム９３、検出器９４等で構成されている。【００１７】  Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２は、回転軸９０の軸方向に分割して，各コイル１０〜１２のリングの中心と回転軸９０の中心が概ね一致するように、回転軸９０に対し同一巻方向となるように印刷回路技術を用いて形成されており、適切な絶縁処理が施されてＹ字形に結線された後、リード線１３により図２に示すように三相電源ユニット１６に接続されている。【００１８】  固定子２０は、コイル１０〜１２と、これの外周側の背面固定子鉄心２１〜２３、及び各コイル１０〜１２の軸方向両端側の側面固定子鉄心２４〜２９で構成されており、Ｕ相の背面固定子鉄心２１と側面固定子鉄心２４・２５は、夫々磁気的につながっており、更に側面固定子鉄心２４・２５の内周側には、磁極片を備えた磁極歯部３０・３１がコイル１０を挟んで回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成されている。Ｖ・Ｗ相の固定子鉄心も同様に内周側に磁極片を備えた磁極歯部３２〜３５が形成されており、各相の磁極歯部は、周方向に互いに電気角で２π／３（ｒａｄ）ずらして、軸方向に重ね合わせたように構成されている。（特許公開２００４−０１５９９８号公報参照）【００１９】  永久磁石型回転子８０は、例えば、所定の形状に加工された回転軸９０と一体の回転子鉄心８１の外周に、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２の磁極歯部３０〜３５及び各磁極片と所定のエヤーギャップを介して永久磁石８２〜８４が配置され、回転軸９０・軸受部材９１により回転可能に支持されている。永久磁石８２〜８４は、ネオジウム系希土類磁石等にて構成されており、残留磁束及び保持力が共に大きく、磁気エネルギー積がきわめて大きい。このため、磁石面積を小さくしても必要なギャップ磁束を確保でき、所用の出力を得ることができる。【００２０】  図３（ａ）は、一相分のコイル１０を図１のリード線１３の側から見た図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の断面ＢＢの拡大図を示し、絶縁部材６１の上に印刷回路技術によりコイル１０の導体層をリング状に形成した後、保護被覆６２を施し電気的絶縁性と機械的強度を維持するように構成されている。コイル１０の導体層の寸法、形状はブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの特性を考慮して適宜決定されるが、コイル１０の巻回数を多く必要とする場合は、導体層の巻き方向が同一となるように軸方向に複数層重ね合わせて、直列あるいは並列に適宜接続を行うものである。他の相のコイルも同様に構成されている。【００２１】  この実施の形態のものにおいては、Ｕ相コイル１０により発生した磁束は、三次元的に巡る磁路を構成し、リング状のコイル１０に鎖交して軸方向に発生した磁束の変化を、回転方向の磁束の変化に変えることができる。Ｖ・Ｗ相コイル１１・１２により発生した磁束も同様に作用させることができ、電��の位相差に対応して各相の磁極歯部を周方向に電気角で２π／３（ｒａｄ）ずつずらしているため、検出器９４により永久磁石８２〜８４の極性を判定しながら、コイル１０〜１２に三相電源を供給することにより、これと同期させて永久磁石型回転子８０を回転駆動させるブラシレスＤＣモータを得ることができる。更に、検出器９４により永久磁石型回転子８０の速度、位置検出を行うことによりＡＣサーボモータとして作用させることができる。【００２２】  この発明によるブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータによれば、コイルを鉄心の歯部に巻き付ける必要がないため、上述のように所謂シートコイルを用いた構成とすることにより、巻線機を使わずに高密度な占積率を有するコイルを安価に製作することができ、コイルの巻線作業及び端末処理を大幅に簡略化することができるため、生産性の向上とコストダウンや更なる小形化も実現することができる。また、コイルエンドに相当する部分が存在しないため銅損を低減することができるため、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータの効率向上に寄与することができる。
【実施例２】
【００２３】  図４・図５は、この発明による実施例２として、軸方向に分割された２種類の固定子巻線を有する４極の単相誘導電動機として、コンデンサモータに適用した例を示す。図４は、軸方向半断面側面図であり、Ａ相・Ｂ相のコイル１０・１１とリード線１３、及び固定子２０、カゴ形回転子８０、回転軸９０、軸受部材９１、ブラケット９２、フレーム９３等で構成されている。なお、この実施例においては、Ａ相コイルは主巻線を、Ｂ相コイルは補助巻線を形成する。【００２４】  Ａ相・Ｂ相のコイル１０・１１は、回転軸９０の軸方向に分割して、各コイル１０・１１のリングの中心と回転軸９０の中心が概ね一致するように実施例１の図３と同様に印刷回路技術により形成されており、適切な絶縁処理が施されて、リード線１３により図５に示すようにコンデンサ１４とともに単相交流電源１５に接続されている。【００２５】  固定子２０は、コイル１０・１１とこれの外周側の背面固定子鉄心２１・２２及び、各コイル１０・１１の軸方向両端側の側面固定子鉄心２４〜２７で構成されており、Ａ相の背面固定子鉄心２１と側面固定子鉄心２４・２５は夫々磁気的につながっており、更に側面固定子鉄心２４・２５の内周側には磁極片を備えた磁極歯部３０・３１がコイル１０を挟んで回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成されている。Ｂ相の固定子鉄心も同様に内周側に磁極片を備えた磁極歯部３２・３３が形成されており、Ａ相・Ｂ相の磁極歯部は、周方向に電気角でπ／２（ｒａｄ）ずらして軸方向に重ね合わせたように構成されている。（特許公開２００３−３３３８１１号公報参照）【００２６】  カゴ形回転子８０は、軸方向の両端側で短絡環により短絡された二次導体８５を備え、Ａ相・Ｂ相のコイル１０・１１の磁極歯部３０〜３３及び各磁極片と所定のエヤーギャップを介して回転軸９０、軸受部材９１により回転可能に支持されている。【００２７】  この実施の形態のものにおいても、Ａ相コイル１０により発生した磁束は、三次元的に巡る磁路を構成し、リング状のコイル１０に鎖交して軸方向に発生した磁束の変化を、回転方向の磁束の変化に変えることができる。Ｂ相コイル１１により発生した磁束も同様に作用させることができ、電源との間に接続されたコンデンサ１４による位相差に対応して、Ａ相・Ｂ相の磁極歯部を周方向に電気角でπ／２（ｒａｄ）ずらしているため、コイル１０・１１により回転軸９０を中心とする二相の回転（移動）磁界が発生し、電磁誘導作用により二次導体８５に流れる電流が回転磁界と作用してトルクを発生し、カゴ形回転子８０を回転駆動させることができる。更に、コンデンサ１４の接続位置を変更する等により、従来のコンデンサモータと同様に回転軸９０を逆回転させることができる。【００２８】  この発明による単相誘導電動機によれば、実施例１と同様にコイルの巻線作業及び端末処理を大幅に簡略化することができ、更に小形化と効率向上を実現することができる。
【実施例３】
【００２９】  図６・図７は、この発明による実施例３として、軸方向に分割された３種類の固定子巻線を有する４極の三相誘導電動機に適用した例を示す。図６は、軸方向半断面側面図であり、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２とリード線１３、及び固定子２０、カゴ形回転子８０、回転軸９０、軸受部材９１、ブラケット９２、フレーム９３等で構成されている。【００３０】  Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２は、回転軸９０の軸方向に分割して、各コイル１０〜１２のリングの中心と回転軸９０の中心が概ね一致するように、回転軸９０に対し同一方向となるように実施例１の図３と同様に印刷回路技術により形成されており、適切な絶縁処理が施されてＹ字形に結線された後、リード線１３により図７に示すように三相交流電源１６に接続されている。【００３１】  固定子２０は、コイル１０〜１２と、これの外周側の背面固定子鉄心２１〜２３、及び各コイル１０〜１２の軸方向両端側の側面固定子鉄心２４〜２９で構成されており、Ｕ相の背面固定子鉄心２１と側面固定子鉄心２４・２５は、夫々磁気的につながっており、更に側面固定子鉄心２４・２５の内周側には、磁極片を備えた磁極歯部３０・３１がコイル１０を挟んで回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成されている。Ｖ・Ｗ相の固定子鉄心も同様に内周側に磁極片を備えた磁極歯部３２〜３５が形成されており、各相の磁極歯部は、周方向に互いに電気角で２π／３（ｒａｄ）ずらして軸方向に重ね合わせたように構成されている。（特許公開２００３−３３３８１１号公報参照）【００３２】  カゴ形回転子８０は、軸方向の両端で短絡環により短絡された二次導体８５を備え、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の各コイル１０〜１２の磁極歯部３０〜３５及び各磁極片と所定のエヤーギャップを介して回転軸９０、軸受部材９１により回転可能に支持されている。【００３３】  この実施の形態のものにおいても、Ｕ相コイル１０により発生した磁束は、三次元的に巡る磁路を構成し、リング状のコイル１０に鎖交して軸方向に発生した磁束の変化を、回転方向の磁束の変化に変えることができる。Ｖ・Ｗ相コイル１１・１２により発生した磁束も同様に作用させることができ、電源の位相差に対応して各相の磁極歯部を周方向に電気角で２π／３（ｒａｄ）ずつずらしているため、コイル１０〜１２に三相交流電源を供給することにより、回転軸９０を中心とする三相の回転磁界が発生し、電磁誘導作用により二次導体８５に流れる電流が回転磁界と作用してトルクを発生して、カゴ形回転子８０を回転駆動させることができる。更に、従来の三相誘導電動機と同様に、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイルのうち、任意の２つのコイルを電源に対して入れ替え、逆接続とすることにより相回転の順序が反対となるため、カゴ形回転子８０に働くトルクの方向が逆向きとなり、回転軸９０を逆回転させることができる。【００３４】  この発明による三相誘導電動機によれば、実施例１及び実施例２と同様にコイルの巻線作業及び端末処理を大幅に簡略化することができ、更に小形化と効率向上を実現することができる。
【実施例４】
【００３５】  図８は、この発明による実施例４として、円筒状に巻回した銅箔を所定の巾に切断して固定子コイルを形成する例を示す。【００３６】  図８（ａ）に示すように、表面に絶縁被膜を施したシート状の銅箔６５を円筒状に巻回し、両端に接続用の端子部分を形成する導電性のパイプ６６・６７を接合した後、樹脂等により固着一体化し、図８（ｂ）に示すように金属ワイヤ６８等により所定の巾に切断し、適宜絶縁処理を施してコイル１０を形成する。この実施例においても、コイル１０を形成する銅箔の寸法、形状はブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ並びに誘導電動機の特性を考慮して適宜決定されるが、コイル１０の巻回数を多く必要とする場合は、コイルの巻き方向が同一となるように軸方向に複数個重ね合わせて、これらのコイル間を導電性のパイプ６６・６７を切断して形成された接続用端子を用いて、直列あるいは並列に適宜接続を行うものである。【００３７】  上述のように所謂スライスコイルを用いた構成によれば、比較的電流容量の大きいコイルを、巻線機を使わずに安価に製作することができるため、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ並びに誘導電動機の生産性の向上とコストダウンに寄与することができる。なお、表面に絶縁被膜を施したシート状の銅箔の代わりに、シート状の銅箔とシート状の絶縁部材を重ねて合わせて円筒状に巻回しても同様のコイルを得ることができる。
【実施例５】
【００３８】  図９は、この発明による実施例５として、毎相のコイルを複数個とし、各相のコイルの軸方向並び順が対称形となるように配置した例を示す。【００３９】  図９は、三相構造の固定子の配置を示す軸方向の半断面側面図であり、他の構成部品は図中省略している。図９においては、毎相のコイル数を２個とし、Ｕ相のコイルは１０と１０ａ、Ｖ相のコイルは１１と１１ａ、Ｗ相のコイルは１２と１２ａで構成され、リード線１３の側からＵ・Ｖ・Ｗ・Ｗ・Ｖ・Ｕ相の並び順で回転軸９０の軸方向に対称形となるように配置され、各相毎に直列あるいは並列に適宜接続した後、全体としては図２あるいは図７に示すようにＹ字形に結線を行い、電源ユニット１６に接続するものである。【００４０】  上述のような構成によれば、軸方向に発生する振動を相殺することができ、低振動・低騒音を実現することができる。また、単相誘導電動機における二相構造の場合にも同様に各相のコイルを複数個とし、軸方向並び順が対称形となるように配置することにより同様の効果を得ることができる。なお、この実施例５は、印刷回路技術によるコイルを用いない通常のマグネットワイヤを巻回した場合にも適用することができる。
【実施例６】
【００４１】  図１０は、この発明による実施例６を示す。実施例６では、実施例５において軸方向に互いに隣接する同一相のコイルと固定子鉄心を一体化して構成するものである。【００４２】  図１０は、図９と同様に固定子の配置を示す軸方向の半断面側面図であり、他の構成部品は図中省略している。図１０においては、図９の軸方向中央付近で互いに隣接するＷ相のコイル１２と１２ａを一体化し、更にコイル１２と１２ａの固定子鉄心も一体化し、実施例５と同様に、各相毎に適宜接続した後、全体としては図２あるいは図７に示すようにＹ字形に結線を行い、電源ユニット１６に接続するものである。【００４３】  上述のような構成によれば、固定子鉄心とコイルの製作を簡略化することができ、コストダウンと小形化に寄与することができる。また、この実施例６も実施例５と同様に、単相誘導電動機における二相構造の場合にも適用でき、更に、印刷回路技術によるコイルを用いない通常のマグネットワイヤを巻回した場合にも適用することができる。【００４４】  実施例１〜６は、ブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ並びに誘導電動機の極数が４極で、Ｙ字形結線の場合をこの発明に適用したが、この発明によるブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータ並びに誘導電動機は、これ以外の極数、結線方式の場合に対しても有効である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】  この発明によるブラシレスＤＣモータ及びＡＣサーボモータは、各種産業分野で利用することができるが、特に、固定子コイルを安価・堅牢・小形に製作することができるため、工作機や電気自動車用として利用することができる。また、超小形化も可能なためロボットやマイクロマシン等にも利用することができ、更に、外力により回転軸を回転させ永久磁石型発電機として電力を得ることも可能である。更にまた、この発明による誘導電動機は、高効率な電動機としてポンプ、ファン、工作機等に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】  実施例１におけるＡＣサーボモータの軸方向半断面側面図である。
【図２】  実施例１におけるＡＣサーボモータの接続図である。
【図３】  実施例１における印刷回路技術による固定子コイルである。
【図４】  実施例２における単相誘導電動機の軸方向半断面側面図である。
【図５】  実施例２における単相誘導電動機の接続図である。
【図６】  実施例３における三相誘導電動機の軸方向半断面側面図である。
【図７】  実施例３における三相誘導電動機の接続図である。
【図８】  実施例４における銅箔を巻回した固定子コイルである。
【図９】  実施例５における固定子を示す軸方向半断面側面図である。
【図１０】  実施例６における固定子を示す軸方向半断面側面図である。
【符号の説明】
【００４７】１０〜１２及び１０ａ〜１２ａ固定子コイル、  １３リード線、  １４コンデンサ、  １５単相電源、  １６三相電源、  ２０固定子、  ２１〜２３背面固定子鉄心、  ２４〜２９側面固定子鉄心、  ３０〜３５磁極歯部、  ６１絶縁部材、  ６２保護被覆、  ６５銅箔、  ６６・６７導電性パイプ、  ６８金属ワイヤ、  ８０回転子、  ８１回転子鉄心、  ８２〜８４永久磁石、  ８５二次導体、  ９０回転軸、  ９１軸受部材、  ９２ブラケット、  ９３フレーム、  ９４検出器
【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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【図９】
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【図１０】
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