JP2011087437A - コアレス電機子の製造方法及びコアレス電機子 - Google Patents

Abstract

【課題】径方向に複層に配置したコイル基板からなるコアレス電機子を容易に製造でき且つ各層に配置したコイル基板を容易に密着することができるコアレス電機子の製造方法及びコアレス電機子を提供する。
【解決手段】 円筒状のコイル治具９ａ、９ｂに、多数の導電帯３を並列に形成した一枚のコイル基板１を絶縁シート１３を介して複数回、周方向に巻き付けて円筒状にして且つ導電帯３の端部にある端子５を円筒の端部に配置し、コイル基板１に設けてある導電帯３の端子５を径方向に重ねて端子層２３とし、端子層２３を電気的に接続する。
【選択図】図４

Description

本発明は、発電機やモータのロータとして用いられるコアレス電機子の製造方法及びその製造方法により製造したコアレス電機子に関する。

特許文献１には、多数の導電帯を並列に形成したコイル基板を円筒状に形成して円筒状コイル基板とし、円筒の径の異なる円筒状コイル基板を複数個用意し、径の大きなコイル基板の内周側に径の小さい円筒状コイル基板を挿入することにより、異なる径の円筒状コイル基板を同心円状に配置してコイル体とし、コイル体の端部を切断した後、導電帯の端子を重ねて端子どうしを接続することが開示されている。尚、特許文献１では、同心円状に配置した円筒状コイル基板間は、非導電性繊維及び後から充填する絶縁材料とで絶縁している。

特表２００２−５４２７４９号公報

特許文献１の技術では、円筒状に形成した径の異なる円筒状コイル基板を複数個用意しておく必要があると共に、これらを同心円となるように組み付ける必要があるので、コアレス電機子の製造に手間がかかるという問題がある。

また、径の大きな一方の円筒状コイル基板の内周側に径の小さい他方の円筒状コイル基板を挿入しているので、一方の円筒状コイル基板と他方の円筒状コイル基板との間に隙間が必要となり、一方の円筒状コイル基板と他方の円筒状コイル基板とを密着し難いという問題がある。

そこで、本発明は、径方向に複層に配置したコイル基板からなるコアレス電機子を容易に製造でき且つ各層に配置したコイル基板を容易に密着することができるコアレス電機子の製造方法及びコアレス電機子を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、円筒状のコイル治具に、多数の導電帯を並列に形成した一枚のコイル基板を絶縁シートを介して複数回、周方向に巻き付けて円筒状にして且つ導電帯の端部にある端子を円筒の端部に配置し、コイル基板に設けてある導電帯の端子を径方向に重ねて端子層とし、端子層を電気的に接続したことを特徴とするコアレス電機子の製造方法である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、絶縁シートはコイル基板の一面に接着してあることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、端子層の電気的接続は、最外周に位置する端子に溶接棒を押付けて、コイル治具と溶接棒との間に端子層を挟み、周方向に隣合う端子層の間に絶縁体を配置した後、コイル治具と溶接棒との間に電流を流すことにより端子層の各端子を抵抗溶接により接続していることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の製造方法により製造したことを特徴とするコアレス電機子である。

請求項１に記載の発明によれば、円形状のコイル治具に一枚のコイル基板を絶縁シートと共に複数回周方向に巻き付けて円筒状にしているので、従来技術のように各層毎に径の異なる円筒形状のコイル基板を形成する必要がないと共に複数の円筒状コイル基板の組付け工程が不要であるから、円筒状コイル基板を複層に配置したコアレス電機子を容易に製造できる。
一枚のコイル基板を複数回周方向に巻き付けているので、コイル基板の内周側部と外周側部とを絶縁シートを介して容易に密着することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用効果を奏すると共に、予め絶縁シートをコイル基板の一面に接着しているので、コイル基板を周方向に巻き付けるだけでコイル基板間に絶縁シートを配置でき、コイル基板の巻き付け時に絶縁シートを別に用意する必要がないので更に製造が容易である。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の作用効果を奏すると共に、隣接する端子層間に絶縁体を配置しているので、端子層を抵抗溶接するときに、溶接棒を端子層に押付けたときの押付け力や、端子層を流れる電流のフレミング力により端子がずれて隣の端子層に接触するのを防止できる。同様に、溶接棒の圧力により端子面積が広がったり、端子金属がスプラッシュした場合にも、隣接する端子層に接触してショートするのを防止できる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用効果を奏するコアレス電機子を提供できる。

第１実施の形態に係るコアレス電機子の製造方法において、端子層を抵抗溶接する状態を示す斜視図である。 コイル基板の斜視図である。 コイル基板を複数回周方向に巻き付けた状態を説明する為、内周側部を引き出して示す斜視図である。 コイル基板を巻き付けた状態を示す断面図である。 コイル基板体の端子層を溶接するときの状態を示す斜視図である。 コアレス電機子の一部を切断して示す断面図である。 コアレス電機子の外観を示す斜視図である。

以下に、添付図面の図１〜図７を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態に用いるコアレス電機子は、発電機のロータとして用いられるものである。

本実施の形態にかかるコアレス電機子２（図７参照）は、図１に示す円筒状のコイル治具９ａ、９ｂに、図４に示すように、一枚のコイル基板１を絶縁シート１３を介して複数回、周方向に巻き付けて製造している。尚、本実施の形態では、コイル基板１を周方向に４回巻きつけて、４層としてあると共に、図３及び図６に示すように、絶縁シート１３は胴部のみに配置してあり、導電帯３の端子５の部分には絶縁シート１３は配置していない。

図２に示すように、コイル基板１には多数の導電帯３が間隔をあけて並列に形成してあり、各導電帯の各端子５は側縁部７により接続されている。コイル基板１は、銅板にエッチングやプレス加工により導電帯３を間隔をあけて形成している。

図３及び図４に示すように、コアレス電機子２は、径方向に４層を成しており、各層毎に略同心円状を形成するようにコイル基板１が巻かれており、巻き始め側部１ａを内側にし、巻き終わり側部１ｂを外側にして巻いてある。また、図３に示すように、コイル基板１の側縁部７は円筒の両端部に配置されている。本実施の形態では、コイル基板１の巻き始め側部１ａと巻き終わり側部１ｂとの各端は、径方向の位置を同じにしてある。これにより、コアレス電機子２の外周面にできる段差を抑制できる。

絶縁シート１３は、カプトンシート（ポリイミド製シート）であるが、これに限らず他の樹脂製シートやファイバーガラスシート等であってもよい。
この絶縁シート１３により、径方向に隣合う導電体３が絶縁されている。特に、絶縁シート１３としてカプトンシートを使用することにより絶縁性を高めることができるので、複層に配置されている導電体３に互いに異なる方向の電流（交差する方向の電流）が流れて電界が大きくなった場合にも高い絶縁性を図ることができる。

コイル基板１は複数回、周方向に巻き付けた後に、側縁部７を切断して除去することによりコイル体１１としており（図１、図５及び図７参照）、コイル体１１では隣合う導電帯３は間隔をあけて電気的に絶縁されている。

コイル基板１は、各巻き付け回数毎に径が大きくなるが、巻き付け径が大きくなった場合にも、巻き付け回数（１回の巻き付けにより１層を形成する）毎に端子５が径方向で重なるように、隣合う端子５、５間の間隔をコイル基板１の巻き終わり側ほど次第に大きくしてある。
これにより、本実施の形態では４層に巻き付けた場合でも、図５に示すように、４枚の端子は径方向に重なっている。

次に、上述のようコイル治具９ａ、９ｂに巻き付けてあるコイル体１１を、インデックス装置１２に装着し、４層に重ねたコイル基板１の導電帯３の端子５を抵抗溶接する。

図１に示すように、インデックス装置１の横には抵抗溶接機１５が設けてあり、抵抗溶接機１５は、コイル治具９ａに接続する電極（マイナス電極）１７と、プラス電極１９が接続された溶接棒２１とを備えており、溶接棒２１は上下に移動自在に設けてある。

ここで、本実施の形態における抵抗溶接方法について説明する。図４及び図５に示すように、円筒状のコイル体１は、その端部には、各層の導電帯３の端子５が４層に重ねられた端子層２３としてあり、端子層２３はコイル治具９ａ、９ｂの周囲方向に間隔をあけて配置されている。隣合う端子層２３の間には、セラミック、フェノールアルデヒド樹脂材等の絶縁体２５を配置してある。絶縁体２５は隣合う端子層２３、２３間に配置するものであれば良く、端子層２３との間に隙間をあけて配置してもよいし、端子層２３、２３間にほとんど隙間なくき嵌め入れるものであっても良い。

尚、本実施の形態では、絶縁体２５は脱着自在であり、端子層２３を溶接した後には除去する。
そして、端子層２３、２３間に絶縁体２５を配置した、溶接棒２１を下降して、最上にある端子５を圧接して電流を流すことにより、積層された端子層２３を溶接する。

このようにして、端子層２３を溶接した後、インデックス装置１２によりコイル体１１を所定角度ずつ回転して順次周方向に沿って全ての端子層２３を順次溶接する。
尚、コイル体１１の一端側の端子層２３を全周に亘って溶接したところで、コイル体１１をインデックス装置１２から外してコイル体１１の端を入れ替えて再度インデックス装置に装着し直して、コイル体１１の他端側の端子層２３を一端側と同様にして溶接する。

全ての端子層２３を溶接後、コイル体１１からコイル治具９ａ、９ｂを外して、図７に示すように、コアレス電機子２とする。尚、コイル治具９ａ、９ｂはコイル体１１から外すことに限らず、コイル体１１にコイル治具９ａ、９ｂの一方又は両方を装着したままコアレス電機子２として用いても良い。

本実施の形態によれば、円形状のコイル治具９ａ、９ｂに一枚のコイル基板１を絶縁シート１３と共に複数回周方向に巻き付けて円筒状にしているので、従来技術のように各層毎に径の異なる円筒形状のコイル基板を形成する必要がないと共に複数の円筒状コイル基板の組付け工程が不要であるから、複層にしたコアレス電機子を容易に製造できる。

一枚のコイル基板１を複数回周方向に巻き付けているので、コイル基板１の内周側部と外周側部とを絶縁シート１３を介して容易に密着することができる。

コイル体１１の端子５を抵抗溶接するときには、隣接する端子層２３、２３間に絶縁体２５を配置しているので、端子層２３を抵抗溶接するときに、溶接棒２１を端子層２３に押付けたときの押付け力や電流によるフレミング力により端子がずれて隣の端子層２３に接触するのを防止できる。同様に、溶接棒２１の圧力により端子面積が広がったり、端子金属がスプラッシュした場合にも、絶縁体２５が隣接する端子層２３に接触してショートするのを防止できる。更に、溶接棒２１の押圧力を高めたり、抵抗溶接する電流を高めたりすることができるので、端子層２３を強固に接続することができる。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、予め絶縁シート１３を予めコイル基板１の一面に接着しておいても良い。この場合には、コイル基板１を周方向に巻き付けるだけでコイル基板１、１間に絶縁シート１３を配置でき、コイル基板１の巻き付け時に絶縁シート１３を別途用意する必要がないので更に製造が容易である。

コイル基板１は４周巻回して４層に重ねることに限らず、２周巻いて２層としたり、３周巻いて３層としてよく、あるいは５周巻いて５層として良く、巻回する回数は限定されない。
コイル治具９ａ、９ｂには、その外周面において、コイルの巻き始め側部１ａが装着される部分にコイル基板１の厚みの半分程度の凹み（掘り込み）を形成しておき、その上に巻き重ねる部分が段差になって膨らむのを防止しても良い。
端子層２３の電気的接続は、抵抗溶接に限らず、はんだ付け等であっても良い。

１ コイル基板
１ａ 巻き始め側部
１ｂ 巻き終り側部
３ 導電帯
５ 端子
９ａ、９ｂ コイル治具
１３ 絶縁シート

Claims (4)

1. 円筒状のコイル治具に、多数の導電帯を並列に形成した一枚のコイル基板を絶縁シートを介して複数回、周方向に巻き付けて円筒状にして且つ導電帯の端部にある端子を円筒の端部に配置し、コイル基板に設けてある導電帯の端子を径方向に重ねて端子層とし、端子層を電気的に接続したことを特徴とするコアレス電機子の製造方法。
2. 絶縁シートはコイル基板の一面に接着してあることを特徴とする請求項１に記載のコアレス電機子の製造方法。
3. 端子層の電気的接続は、最外周に位置する端子に溶接棒を押付けて、コイル治具と溶接棒との間に端子層を挟み、周方向に隣合う端子層の間に絶縁体を配置した後、コイル治具と溶接棒との間に電流を流すことにより端子層の各端子を抵抗溶接により接続していることを特徴とする請求項１又は２に記載のコアレス電機子の製造方法。
4. 請求項１に記載の製造方法により製造したことを特徴とするコアレス電機子。

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