JP2005348461A - 整列巻きコイル及び整列巻きコイルの形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 線材の接続工程や半田付け工程を不要にして製造の簡単化を図ることができるとともに、磁束密度を均一にして、安定的な磁場を得ることができるようにする。
【解決手段】 線材が螺旋状に巻き上げられて巻線をなすコイル形成部位1と、上記線材が螺旋状に巻き下げられて巻線をなすコイル形成部位2と、上記線材が螺旋状に巻き上げられて巻線をなすコイル形成部位3とを順番に形成する。また、コイル形成部位1における線材の終端部1bがコイル形成部位2における線材の始端部2aに相当するとともに、コイル形成部位2における線材の終端部2bがコイル形成部位3における線材の始端部3aに相当し、コイル形成部位1とコイル形成部位2における変り目(1層目と2層目が交差する部分)と、コイル形成部位2とコイル形成部位3における変り目(2層目と3層目が交差する部分)とが同一箇所に存在するように構成する。
【選択図】 図1
【解決手段】 線材が螺旋状に巻き上げられて巻線をなすコイル形成部位1と、上記線材が螺旋状に巻き下げられて巻線をなすコイル形成部位2と、上記線材が螺旋状に巻き上げられて巻線をなすコイル形成部位3とを順番に形成する。また、コイル形成部位1における線材の終端部1bがコイル形成部位2における線材の始端部2aに相当するとともに、コイル形成部位2における線材の終端部2bがコイル形成部位3における線材の始端部3aに相当し、コイル形成部位1とコイル形成部位2における変り目(1層目と2層目が交差する部分)と、コイル形成部位2とコイル形成部位3における変り目(2層目と3層目が交差する部分)とが同一箇所に存在するように構成する。
【選択図】 図1
Description
この発明は、一本の線材が巻回されて形成される整列巻きコイルと、その整列巻きコイルの形成方法とに関するものである。
光学機器や電子機器などの各種の精密機器では、高精度化、高密度化及び高集積度化が進み、それらの構成部品にはナノメーターオーダーの加工精度が要求されてきている。
したがって、高精度な部品を加工する工作機械やステッパーや電子ビーム描写装置などでは、高分解能な位置決め精度が要求される。
したがって、高精度な部品を加工する工作機械やステッパーや電子ビーム描写装置などでは、高分解能な位置決め精度が要求される。
一般に、これらの工作機械等の位置決めは、位置決め装置が行うが、位置決め装置が位置決め制御を実施するに際して、CNCで制御される回転サーボモータやリニアモータを使用する場合が多い。
よって、精密機器の構成部品の加工精度を高めるには、回転サーボモータやリニアモータに適用する高精度なコイルが必要である。
よって、精密機器の構成部品の加工精度を高めるには、回転サーボモータやリニアモータに適用する高精度なコイルが必要である。
従来は、高精度なコイルを製造するために、次のような技術を開発している。
即ち、同一平面上に整列配置されている複数の丸線(線材)の上に、複数の丸線を俵積みすることにより、複数の丸線を多層化してコイルを形成するようにしている(例えば、特許文献1参照)。
ここで、丸線の俵積みとは、相互に隣接している2つの丸線の間に生じる谷間に次層の丸線を積み重ねるものである。
即ち、同一平面上に整列配置されている複数の丸線(線材)の上に、複数の丸線を俵積みすることにより、複数の丸線を多層化してコイルを形成するようにしている(例えば、特許文献1参照)。
ここで、丸線の俵積みとは、相互に隣接している2つの丸線の間に生じる谷間に次層の丸線を積み重ねるものである。
しかし、複数の丸線を俵積みしてコイルを形成する場合には、丸線と丸線の間に隙間が生じ易いため、均一な磁束密度を得ることが困難であり、安定的な磁場を得ることができない。
そこで、一般的には、渦巻状に巻回されたコイルを複数個用意し、各コイルの端部同士を相互に結線することにより、整列巻きコイルを多層化するようにしている。
そこで、一般的には、渦巻状に巻回されたコイルを複数個用意し、各コイルの端部同士を相互に結線することにより、整列巻きコイルを多層化するようにしている。
従来の整列巻きコイルは以上のように構成されているので、各コイルの端部同士を相互に接続する工程や、その接続部位を半田付けする工程が必要であり、製造が面倒である課題があった。
また、各コイルの形状や寸法が少しでも異なると、各コイルにおける丸線の位置が積層方向でずれが生じて(下層の丸線の真上に上層の巻線が積層されずに、積層方向でずれがある状態)、磁束密度が不均一になり、安定的な磁場を得ることができないことがある課題があった。
なお、半田付けによる位置誤差等によっても、丸線の位置が積層方向でずれが生じ、各コイルの形状や寸法を完全に同じにすることは極めて難しいため、均一な磁束密度を得ることは困難である。
また、各コイルの形状や寸法が少しでも異なると、各コイルにおける丸線の位置が積層方向でずれが生じて(下層の丸線の真上に上層の巻線が積層されずに、積層方向でずれがある状態)、磁束密度が不均一になり、安定的な磁場を得ることができないことがある課題があった。
なお、半田付けによる位置誤差等によっても、丸線の位置が積層方向でずれが生じ、各コイルの形状や寸法を完全に同じにすることは極めて難しいため、均一な磁束密度を得ることは困難である。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、線材の接続工程や半田付け工程を不要にして製造の簡単化を図ることができるとともに、磁束密度を均一にして、安定的な磁場を得ることができる整列巻きコイル及び整列巻きコイルの形成方法を得ることを目的とする。
この発明に係る整列巻きコイルは、線材が螺旋状に巻き上げられて巻線をなす第1のコイル形成部位と、上記線材が螺旋状に巻き下げられて巻線をなす第2のコイル形成部位とが交互に複数回形成されているものである。
以上のように、この発明によれば、線材が螺旋状に巻き上げられて巻線をなす第1のコイル形成部位と、上記線材が螺旋状に巻き下げられて巻線をなす第2のコイル形成部位とが交互に複数回形成されるように構成したので、線材の接続工程や半田付け工程を不要にして製造の簡単化を図ることができるとともに、磁束密度を均一にして、安定的な磁場を得ることができる効果がある。
実施の形態1.
図1から図5はこの発明の実施の形態1による整列巻きコイルを示す斜視図であり、図6から図10はこの発明の実施の形態1による整列巻きコイルの形成方法を説明する説明図である。
ただし、図6は図1に対応して、1層目の巻線である第1のコイル形成部位を表しており、図7は図2に対応し、1層目の巻線に2層目の巻線を1周だけ巻いている状態を表している。
また、図8は図3に対応して、2層目の巻線である第2のコイル形成部位を表しており、図9は図4に対応し、2層目の巻線に3層目の巻線を1周だけ巻いている状態を表している。
さらに、図10は図5に対応して、3層目の巻線である第1のコイル形成部位を表している。
図1から図5はこの発明の実施の形態1による整列巻きコイルを示す斜視図であり、図6から図10はこの発明の実施の形態1による整列巻きコイルの形成方法を説明する説明図である。
ただし、図6は図1に対応して、1層目の巻線である第1のコイル形成部位を表しており、図7は図2に対応し、1層目の巻線に2層目の巻線を1周だけ巻いている状態を表している。
また、図8は図3に対応して、2層目の巻線である第2のコイル形成部位を表しており、図9は図4に対応し、2層目の巻線に3層目の巻線を1周だけ巻いている状態を表している。
さらに、図10は図5に対応して、3層目の巻線である第1のコイル形成部位を表している。
図において、第1のコイル形成部位であるコイル形成部位1は一本の平角材が線材として使用され、その線材が螺旋状に巻き上げられて巻線をなしている。
なお、1aがコイル形成部位1における線材の始端部であり、1bがコイル形成部位1における線材の終端部である。
なお、1aがコイル形成部位1における線材の始端部であり、1bがコイル形成部位1における線材の終端部である。
第2のコイル形成部位であるコイル形成部位2はコイル形成部位1と同一の線材が使用され、その線材が螺旋状に巻き下げられて巻線をなしている。
なお、2aがコイル形成部位2における線材の始端部であり、2bがコイル形成部位2における線材の終端部である。ただし、コイル形成部位2の始端部2aはコイル形成部位1における線材の終端部1bに相当している。したがって、コイル形成部位2の始端部2aとコイル形成部位1の終端部1bとの間に物理的な繋ぎ目は存在していない。
なお、2aがコイル形成部位2における線材の始端部であり、2bがコイル形成部位2における線材の終端部である。ただし、コイル形成部位2の始端部2aはコイル形成部位1における線材の終端部1bに相当している。したがって、コイル形成部位2の始端部2aとコイル形成部位1の終端部1bとの間に物理的な繋ぎ目は存在していない。
第1のコイル形成部位であるコイル形成部位3はコイル形成部位1,2と同一の線材が使用され、その線材が螺旋状に巻き上げられて巻線をなしている。
なお、3aがコイル形成部位3における線材の始端部であり、3bがコイル形成部位3における線材の終端部である。ただし、コイル形成部位3の始端部3aはコイル形成部位2における線材の終端部2bに相当している。したがって、コイル形成部位3の始端部3aとコイル形成部位2の終端部2bとの間に物理的な繋ぎ目は存在していない。
なお、3aがコイル形成部位3における線材の始端部であり、3bがコイル形成部位3における線材の終端部である。ただし、コイル形成部位3の始端部3aはコイル形成部位2における線材の終端部2bに相当している。したがって、コイル形成部位3の始端部3aとコイル形成部位2の終端部2bとの間に物理的な繋ぎ目は存在していない。
次に動作について説明する。
磁束密度が均一な整列巻きコイルの形成方法を説明する。
最初に、図1及び図6に示すように、一本の平角材を線材として使用し、その線材を螺旋状に巻き上げることにより、1層目の巻線であるコイル形成部位1を形成する。
磁束密度が均一な整列巻きコイルの形成方法を説明する。
最初に、図1及び図6に示すように、一本の平角材を線材として使用し、その線材を螺旋状に巻き上げることにより、1層目の巻線であるコイル形成部位1を形成する。
即ち、コイル形成部位1の始端部1aから巻き上げを開始して(図6の番号1を参照)、その線材を同一平面上で図6の番号2まで巻くと、1周目の巻き上げを終了する。
次に、2周目の巻き上げは、その線材が1周目の線材の真上に積み重なるように列を移動してから(図6の番号3を参照)、その線材を同一平面上で図6の番号4まで巻くと、2周目の巻き上げを終了する。
3周目以降の巻き上げも、2周目の巻き上げと同様に、その線材が1周前の線材の真上に積み重なるように列を移動してから(図6の番号5,7,9を参照)、その線材を同一平面上で図6の番号6,8,10まで巻くと、3周目以降の巻き上げを終了する。
図6の例では、線材を5周巻き上げることにより、1層目の巻線であるコイル形成部位1を形成している。
次に、2周目の巻き上げは、その線材が1周目の線材の真上に積み重なるように列を移動してから(図6の番号3を参照)、その線材を同一平面上で図6の番号4まで巻くと、2周目の巻き上げを終了する。
3周目以降の巻き上げも、2周目の巻き上げと同様に、その線材が1周前の線材の真上に積み重なるように列を移動してから(図6の番号5,7,9を参照)、その線材を同一平面上で図6の番号6,8,10まで巻くと、3周目以降の巻き上げを終了する。
図6の例では、線材を5周巻き上げることにより、1層目の巻線であるコイル形成部位1を形成している。
上記のようにして、1層目の巻線であるコイル形成部位1を形成すると、今度は、図2,3,7,8に示すように、同一の線材を螺旋状に巻き下げることにより、2層目の巻線であるコイル形成部位2を形成する。
即ち、コイル形成部位1の終端部1bに相当するコイル形成部位2の始端部2aから巻き下げを開始して(図7の番号10,11を参照)、その線材を同一平面上で図7の番号12まで巻くと、1周目の巻き下げを終了する。
次に、2周目の巻き下げは、その線材が1周目の線材の真下に位置するように列を移動してから(図8の番号13を参照)、その線材を同一平面上で図8の番号14まで巻くと、2周目の巻き下げを終了する。
3周目以降の巻き下げも、2周目の巻き下げと同様に、その線材が1周前の線材の真下に位置するように列を移動してから(図8の番号15,17,19を参照)、その線材を同一平面上で図8の番号16,18,20まで巻くと、3周目以降の巻き下げを終了する。
図8の例では、線材を5周巻き下げることにより、2層目の巻線であるコイル形成部位2をコイル形成部位1の外周に形成している。
次に、2周目の巻き下げは、その線材が1周目の線材の真下に位置するように列を移動してから(図8の番号13を参照)、その線材を同一平面上で図8の番号14まで巻くと、2周目の巻き下げを終了する。
3周目以降の巻き下げも、2周目の巻き下げと同様に、その線材が1周前の線材の真下に位置するように列を移動してから(図8の番号15,17,19を参照)、その線材を同一平面上で図8の番号16,18,20まで巻くと、3周目以降の巻き下げを終了する。
図8の例では、線材を5周巻き下げることにより、2層目の巻線であるコイル形成部位2をコイル形成部位1の外周に形成している。
上記のようにして、2層目の巻線であるコイル形成部位2を形成すると、今度は、図5及び図10に示すように、同一の線材を螺旋状に巻き上げることにより、3層目の巻線であるコイル形成部位3を形成する。
即ち、コイル形成部位2の終端部2bに相当するコイル形成部位3の始端部3aから巻き上げを開始して(図9の番号20,21を参照)、その線材を同一平面上で図10の番号22まで巻くと、1周目の巻き上げを終了する。
次に、2周目の巻き上げは、その線材が1周目の線材の真上に積み重なるように列を移動してから(図10の番号23を参照)、その線材を同一平面上で図10の番号24まで巻くと、3周目の巻き上げを終了する。
3周目以降の巻き上げも、2周目の巻き上げと同様に、その線材が1周前の線材の真上に積み重なるように列を移動してから(図10の番号25,27,29を参照)、その線材を同一平面上で図10の番号26,28,30まで巻くと、3周目以降の巻き上げを終了する。
図6の例では、線材を5周巻き上げることにより、3層目の巻線であるコイル形成部位3をコイル形成部位2の外周に形成している。
次に、2周目の巻き上げは、その線材が1周目の線材の真上に積み重なるように列を移動してから(図10の番号23を参照)、その線材を同一平面上で図10の番号24まで巻くと、3周目の巻き上げを終了する。
3周目以降の巻き上げも、2周目の巻き上げと同様に、その線材が1周前の線材の真上に積み重なるように列を移動してから(図10の番号25,27,29を参照)、その線材を同一平面上で図10の番号26,28,30まで巻くと、3周目以降の巻き上げを終了する。
図6の例では、線材を5周巻き上げることにより、3層目の巻線であるコイル形成部位3をコイル形成部位2の外周に形成している。
このように、一本の線材を巻回して、コイル形成部位1,2,3を順次形成することにより、3層の整列巻きコイルが形成される。
なお、この実施の形態1では、3層の整列巻きコイルを形成しているが、さらに、コイル形成部位を順次形成することにより、4層以上の整列巻きコイルを形成するようにしてもよいことは言うまでもない。
なお、この実施の形態1では、3層の整列巻きコイルを形成しているが、さらに、コイル形成部位を順次形成することにより、4層以上の整列巻きコイルを形成するようにしてもよいことは言うまでもない。
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、線材が螺旋状に巻き上げられて巻線をなす第1のコイル形成部位と、上記線材が螺旋状に巻き下げられて巻線をなす第2のコイル形成部位とが交互に複数回形成されるように構成したので、線材の接続工程や半田付け工程を不要にして製造の簡単化を図ることができるとともに、磁束密度を均一にして、安定的な磁場を得ることができる効果を奏する。
また、この実施の形態1によれば、コイル形成部位1における線材の終端部1bがコイル形成部位2における線材の始端部2aに相当するとともに、コイル形成部位2における線材の終端部2bがコイル形成部位3における線材の始端部3aに相当し、コイル形成部位1とコイル形成部位2における変り目(1層目と2層目が交差する部分)と、コイル形成部位2とコイル形成部位3における変り目(2層目と3層目が交差する部分)とが同一箇所(図1から図5では、図中、左下側の辺、図6から図10では、図中、手前側の辺)に存在しているので、コイルの大部分の箇所(図1から図5では、図中、左上側,右上側及び右下側の辺、図6から図10では、図中、左側,奥側及び右側の辺)には変り目(層間の交差部分)が存在しないことになる。
ここで、交差部分が存在する箇所は整列密度が異なるため、折り曲げると磁場の乱れを招く可能性が高いが、交差部分が存在しない箇所では整列密度が均一であるため、折り曲げても磁場の乱れを招く可能性が低い。この実施の形態1では、上述したように、折り曲げると磁場の乱れを招く可能性が高い変り目(層間の交差部分)がコイルの大部分の箇所に存在しないので、コイル形状の自由度を高めることができる効果を奏する。
ここで、交差部分が存在する箇所は整列密度が異なるため、折り曲げると磁場の乱れを招く可能性が高いが、交差部分が存在しない箇所では整列密度が均一であるため、折り曲げても磁場の乱れを招く可能性が低い。この実施の形態1では、上述したように、折り曲げると磁場の乱れを招く可能性が高い変り目(層間の交差部分)がコイルの大部分の箇所に存在しないので、コイル形状の自由度を高めることができる効果を奏する。
また、この実施の形態1によれば、コイルを形成する線材として、平角線を使用しているので、平面で密接するように線材を積み重ねることができる。したがって、線積率を高めることができるため、磁束密度の均一化が容易になり、安定的な磁場を得ることができる効果を奏する。
実施の形態2.
上記実施の形態1では、略矩形状の整列巻きコイルを形成するものについて示したが、コイル形成部位1とコイル形成部位2における変り目(1層目と2層目が交差する部分)と、コイル形成部位2とコイル形成部位3における変り目(2層目と3層目が交差する部分)とが同一箇所に存在しており、これらの交差部分が存在していない箇所では、上述したように、折り曲げても、磁場の乱れを招かない。
上記実施の形態1では、略矩形状の整列巻きコイルを形成するものについて示したが、コイル形成部位1とコイル形成部位2における変り目(1層目と2層目が交差する部分)と、コイル形成部位2とコイル形成部位3における変り目(2層目と3層目が交差する部分)とが同一箇所に存在しており、これらの交差部分が存在していない箇所では、上述したように、折り曲げても、磁場の乱れを招かない。
そこで、この実施の形態2では、これらの交差部分が存在していない箇所で折り曲げることにより、鞍型状の整列巻きコイルを形成するようにしている(例えば、図11、図13、図15を参照)。
なお、図12は図11の鞍型状の整列巻きコイルを鉄心と組み合せて、モータのロータ部分を形成している様子を示している。
なお、図12は図11の鞍型状の整列巻きコイルを鉄心と組み合せて、モータのロータ部分を形成している様子を示している。
また、図14は図13の鞍型状の整列巻きコイルを複数個組み合せて、モータのロータ部分を形成している様子を示している。
図16は図15の鞍型状の整列巻きコイルを複数個組み合せて、モータのロータ部分を形成している様子を示している。
図16は図15の鞍型状の整列巻きコイルを複数個組み合せて、モータのロータ部分を形成している様子を示している。
この実施の形態2では、交差部分が存在していない箇所で折り曲げることにより、鞍型状の整列巻きコイルを形成するものについて示したが、交差部分が存在していない箇所では自由に折り曲げることができるため、鞍型状の整列巻きコイルに限らず、磁場を必要とする部品等の形状に合うコイルを自由に形成することができる効果を奏する。
1 コイル形成部位(第1のコイル形成部位)
1a コイル形成部位1における線材の始端部
1b コイル形成部位1における線材の終端部
2 コイル形成部位(第2のコイル形成部位)
2a コイル形成部位2における線材の始端部
2b コイル形成部位2における線材の終端部
3 コイル形成部位(第1のコイル形成部位)
3a コイル形成部位3における線材の始端部
3b コイル形成部位3における線材の終端部
1a コイル形成部位1における線材の始端部
1b コイル形成部位1における線材の終端部
2 コイル形成部位(第2のコイル形成部位)
2a コイル形成部位2における線材の始端部
2b コイル形成部位2における線材の終端部
3 コイル形成部位(第1のコイル形成部位)
3a コイル形成部位3における線材の始端部
3b コイル形成部位3における線材の終端部
Claims (3)
- 一本の線材が巻回されて巻線が形成される整列巻きコイルにおいて、上記線材が螺旋状に巻き上げられて巻線をなす第1のコイル形成部位と、上記線材が螺旋状に巻き下げられて巻線をなす第2のコイル形成部位とが交互に複数回形成されていることを特徴とする整列巻きコイル。
- 第1のコイル形成部位における線材の終端部が第2のコイル形成部位における線材の始端部に相当する一方、上記第2のコイル形成部位における線材の終端部が上記第1のコイル形成部位における線材の始端部に相当し、上記第1のコイル形成部位と上記第2のコイル形成部位における複数の変り目が同一箇所に存在していることを特徴とする請求項1記載の整列巻きコイル。
- 一本の線材を巻回して整列巻きコイルを形成する整列巻きコイルの形成方法において、上記線材を螺旋状に巻き上げて、第1のコイル形成部位である巻線を形成する第1のコイル形成工程と、上記線材を螺旋状に巻き下げて、第2のコイル形成部位である巻線を形成する第2のコイル形成工程とを交互に繰り返し実行して、上記第1のコイル形成部位と上記第2のコイル形成部位を交互に複数回形成することを特徴とする整列巻きコイルの形成方法。
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