JP2011091891A - コアレス電機子の製造装置及びコアレス電機子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒形状のコイル体において周方向に設けてある多数の端子層の端子どうしを手間がかからずに溶接できるコアレス電機子の製造装置及びコアレス電機子の製造方法を提供する。
【解決手段】円筒形状のコイル体１１の周方向に設けてある多数の端子層２３の端子５を抵抗溶接するコアレス電機子２の製造方法であって、コイル体１１の内周に配置されたコイル治具９ａ、９ｂを一方の電極部材とし、コイル体１１の径方向外側に配置した他方の電極部材２１は歯車形状を成しており、他方の電極部材２１は、端子層２３のピッチと同じピッチで突設した歯状部３５を周囲方向に有し、一方の電極部材９ａ、９ｂと同期して回転すると共に他方の電極部材２１の歯状部３５が端子層の最外周にある端子５に当接することにより順次端子層２３を抵抗溶接する。
【選択図】図６

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装置及びその装置を用いたコアレス電機子の製造方法に関する。

特許文献１には、多数の導電帯を周方向に間隔をあけて配置すると共に径方向に複数の導電帯を絶縁材を介して積層した円筒形状のコイル体において、コイル体の端部に導電帯の端子を重ねて端子層とし、周方向に間隔をあけて配置された端子層の端子どうしをはんだ付けや溶接等により接続することが開示されている。

特許文献１には、端子層の端子を接続する装置について具体的に開示されていないが、従来、端子層の端子どうしを抵抗溶接により接続する場合には、端子層の内周にコイル治具を嵌めてコイル治具を一方の電極とし、電極が接続された溶接棒を端子層の最外周に位置する端子に押し当ててコイル治具（一方の電極）と溶接棒（他方の電極）との間に電流を流すことにより端子層の端子を溶接していた。
そして、各端子層の抵抗溶接は、作業者が一つ一つの端子層毎に溶接棒を押し当てて行っていた。

特表２００２−５４２７４９号公報

しかし、従来のコアレス電機子の製造においては、作業者が各端子層に溶接棒を押し当てているため、全ての端子層を溶接するには作業に手間がかかるという問題があった。

そこで、本発明は、円筒形状のコイル体において周方向に設けてある多数の端子層の端子どうしを手間がかからずに溶接できるコアレス電機子の製造装置及びコアレス電機子の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、円筒形状のコイル体の端部の内周に配置する円筒形状の一方の電極部材と、一方の電極部材の径方向外側に配置した他方の電極部材と、一方及び他方の電極部材間に電流を供給する電源とを備え、コイル体は多数の導電帯を周方向に間隔をあけて配置すると共に径方向に複数の導電帯を絶縁材を介して積層してあり、コイル体の円筒の端部には導電帯の端子が配置してあり、一方の電極部材の外周に導電帯の端子を重ねて端子層としてあり、最外周に位置する端子に他方の電極部材を押付けて、一方の電極部材と他方の電極部材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するコアレス電機子の製造装置であって、他方の電極部材は歯車形状を成しており、端子層のピッチと同じピッチで突設した歯状部を周囲方向に有し、一方の電極部材と同期して回転すると共に他方の電極部材の歯状部が端子層の最外周にある端子に当接することを特徴とするコアレス電機子の製造装置である。

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、一方の電極部材は、隣合う端子層に配置して端子層間を電気的に絶縁する絶縁部を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、絶縁部は、一方の電極部材に形成された突部の表面を絶縁材でコーティングして形成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１〜３のいずれか一項に記載のコアレス電機子の製造装置を用いてコアレス電機子を製造するコアレス電機子の製造方法であって、コイル体は、一方の電極部材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で重ねて端子層としている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５に記載の発明は、請求項４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１に記載の発明によれば、他方の電極部材を歯車状に形成してあり、歯車の歯状部は一方の電極部材に配置された端子層のピッチと同じにしてあるので、一方の電極部材と同期して他方の電極部材を回転させるだけで、順次端子層に電流を流して連続的な抵抗溶接ができる。
したがって、円筒形状のコイル体において周方向に設けてある多数の端子層の端子どうしを手間がかからずに接続できる。

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、一方の電極部材には隣合う端子層間に絶縁部を設けているので、端子層を抵抗溶接するときに、他方の電極の歯状部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、端子層に他方の電極部材を押付けたときにそ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３に記載の発明によれば、請求項２に記載の作用効果を奏すると共に、絶縁部は一方の電極に形成した突部に絶縁材をコーティングした構成としているから、絶縁部材として別部材を設ける必要がないので、部品点数の削減を図ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の作用効果を奏すると共に、円筒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用意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５に記載の発明によれば、請求項４に記載の作用効果を奏すると共に、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。

第１実施の形態に係るコアレス電機子の製造装置の概略構成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、巻き付けた内周側部を引き出して示す斜視図である。 コイル体の断面図である。 図１において、抵抗溶接している端子層とその周囲部分をコイル体の側線方向に沿って切断して示す縦断面図である。 図５に示すＡ―Ａ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。 第２実施の形態に係るコアレス電機子の製造装置の概略構成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５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３の端部にある端子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。

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。

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及び図６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、一方のコイル治具（一方の電極部材）９ａに接続する電極（マイナス電極）１７と、プラス電極１９が接続された他方の電極部材２１と、電源２７と、他方の電極部材２１の駆動部２９を備えている。

コイル治具９ａ、９ｂは、円筒の外周においてその側線方向の略半分の部分に絶縁部３１が周方向に突設して形成してある（図５参照）。絶縁部３１は端子層２３のピッチで形成してあり、図６に示すように、絶縁部３１、３１間に端子層２３が配置されるようになっている。

絶縁部３１はコイル治具９ａ、９ｂの外周面に突設した突部３２に絶縁材３３をコーティングして形成されている。絶縁材３３としては、例えば、ポリイミド樹脂等の樹脂材やセラミッス等が用いられる。

本実施の形態では、一方のコイル治具（一方の電極部材）９ａには、図１に示すようにマイナス電極が接続されている。

他方の電極部材２１は、図１及び図６に示すように、全体として略歯車状に形成してあり、歯状部３５は、端子層２３と同じピッチで形成されている。他方の電極部材２１は、回転軸３７が軸受け３９、３９に支持されており、回転軸３７は駆動部２９に連結されて回転するようになっている。また、回転軸３７には電源２７のプラス電極が接続されている。駆動部２９は、例えばモータと歯車列であり、歯車列は絶縁材製の歯車により回転軸３７の歯車と歯合して絶縁されている。

軸受け３９、３９は上下動自在であり、抵抗溶接時には下降して歯状部３５を端子層２３に押付けるようになっている。

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、図６に示すように、端子層２３はコイル治具９ａ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、コイル治具９ａに形成された絶縁部３１が配置されている。

他方の電極部材２１の軸受け３９、３９を下降して歯状部３５を端子層２３に押付け、インデックス装置１２及び駆動部２９を同期して駆動することにより、他方の電極部材２１及びコイル治具９ａを同じ速度で回転し、同時に一方のコイル治具９ａ（一方の電極部材）と他方の電極部材２１との間に電源２７から電流を流す。これにより、コイル体１１の各端子層２３は、周方向に順次、連続的に抵抗溶接される。

このようにして、一方のコイル治具９ａにおいて、コイル体１１の全周に亘って全ての端子層２３を溶接した後、コイル体１１をコイル治具９ａ、９ｂと共にインデックス装置１２から外し、コイル体１１と共にコイル治具９ａ、９ｂの端を入れ替えて再度インデックス装置に装着し直した後、他方のコイル治具９ｂ側の端子層２３を一方のコイル治具９ａ側と同様にして溶接する。

コイル体１１の両端にある全ての端子層２３を溶接後、コイル治具９ａ、９ｂからコイル体１１を外して、図７に示すようなコアレス電機子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、他方の電極２１を歯車状に形成してあり、歯車の歯状部３５は一方のコイル治具（一方の電極部材）９ａに配置された端子層２３のピッチと同じにしてあるので、一方のコイル治具９ａと同期して他方の電極部材２１を回転させるだけで、順次端子層２３に電流を流して抵抗溶接できる。したがって、円筒形状のコイル体において周方向に設けてある多数の端子層２３の端子５どうしを容易に連続溶接できる。

一方のコイル治具９ａには隣合う端子層２３、２３間に絶縁部３１を設けているので、端子層２３を抵抗溶接するときに、他方の電極２１の歯状部３５を端子層２３に押付けたときの押付け力や、端子層２３を流れる電流のフレミング力により端子５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、端子層２３に歯状部３５を押付けたときにそ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２３に接触してショートするのを防止できる。

絶縁部３１は一方のコイル治具９ａに形成した突部３２に絶縁材３３をコーティングして形成しているので、絶縁部３３として別部材を設ける必要がないので、部品点数の削減を図ることができる。

コイル体１１は、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、製造が容易である。
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を介して容易に密着することができる。

次に、本発明の他の実施の形態を説明するが、以下に説明する実施の形態において、上述した実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には、同一の符号を付することによりその部分の詳細な説明を省略し、以下の説明では上述した実施の形態と主に異なる点を説明する。

図８を参照して第２実施の形態を説明する。第２実施の形態では、軸受け３９、３９間には回転軸３７に２つの他方の電極部材２１、２１を並列に設けてあり、一方のコイル治具９ａと他方のコイル治具９ｂにマイナス電極１７を接続して、一方のコイル治具９ａと他方のコイル治具９ｂとで同時に端子層２３の抵抗溶接を行っている。

この第２実施の形態によれば、コイル体１１の両端において、各周方向に配置された端子層２３の抵抗溶接を同時にでき、更に生産効率が良い。

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、絶縁シート１３は予めコイル基板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。

コイル体１１は、一枚のコイル基板１を複数回周方向に巻き付けて形成することに限らす、従来技術のように円筒形状に形成した半径の異なる複数のコイル基板を同心円状に組み付けるものであっても良い。

１ コイル基板
３ 導電帯
５ 端子
９ａ コイル治具（一方の電極部材）
９ｂ コイル治具（一方の電極部材）
１１ コイル体
１５ 抵抗溶接機
２１ 他方の電極部材
３１ 絶縁部
３５ 歯状部

Claims (5)

1. 円筒形状のコイル体の端部の内周に配置する円筒形状の一方の電極部材と、一方の電極部材の径方向外側に配置した他方の電極部材と、一方及び他方の電極部材間に電流を供給する電源とを備え、コイル体は多数の導電帯を周方向に間隔をあけて配置すると共に径方向に複数の導電帯を絶縁材を介して積層してあり、コイル体の円筒の端部には導電帯の端子が配置してあり、一方の電極部材の外周に導電帯の端子を重ねて端子層としてあり、最外周に位置する端子に他方の電極部材を押付けて、一方の電極部材と他方の電極部材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するコアレス電機子の製造装置であって、
   他方の電極部材は歯車形状を成しており、端子層のピッチと同じピッチで突設した歯状部を周囲方向に有し、一方の電極部材と同期して回転すると共に他方の電極部材の歯状部が端子層の最外周にある端子に当接することを特徴とするコアレス電機子の製造装置。
2. 一方の電極部材は、隣合う端子層に配置して端子層間を電気的に絶縁する絶縁部を備え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装置。
3. 絶縁部は、一方の電極部材に形成された突部の表面を絶縁材でコーティングして形成していることを特徴とする請求項２に記載のコアレス電機子の製造装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のコアレス電機子の製造装置を用いてコアレス電機子を製造するコアレス電機子の製造方法であって、
   コイル体は、一方の電極部材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で重ねて端子層としていることを特徴とするコアレス電機子の製造方法。
5. 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４に記載のコアレス電機子の製造方法。

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