JP2021097564A - Coreless rotary electric machine and annular coil used for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はコアレス回転電気機械およびこれに用いる円環コイルに係り、特に円環コイルの自由端側の変形強度を増したコアレス回転電気機械およびこれに用いる円環コイルに関する。 The present invention relates to a coreless rotary electric machine and a ring coil used therein, and particularly relates to a coreless rotary electric machine having increased deformation strength on the free end side of the ring coil and a ring coil used therein.
コアレスモータに代表されるコアレス回転電気機械は、特許文献1に記載されているように、円筒ケースの中央部に回転シャフトを回転支持し、また、シャフトと同心円状に配置された円環コイルを固定配置するとともに、円環コイルの内周側と外周側にはシャフトとともに回転し得るインナヨークとアウタヨークを設け、インナヨーク若しくはアウタヨークの円環コイルと対面する部位にマグネットを配置した構成となっている。円環コイルは、絶縁層と熱融着層が外周面上に形成された導線を巻回し、この巻回された導線を加熱下でプレス成形して円筒形状のコイルを作製するものとされる。
As described in
円環コイルは、熱融着層として例えばポリイミドが使用され、円環形状を保持するようになっている。また、更に、特許文献2に示されるように、円環コイルの内周面と外周面に未硬化の熱硬化性樹脂を塗布し、加熱硬化させて固めている。このような円環コイルは片端部を固定ディスクにより堅固に固定され、もう一方の端部は自由端(開放端)となって、いわゆる片持ち状態で取り付けられている。装着に際しては、自由端(開放端)側をヨークとマグネットとの間の小さな円環隙間から挿入する。これにより、円環コイルとマグネットやヨーク等の回転子との相対的な速度が速くなっても、コイルと回転子との接触を防止し、円環コイルの損傷が防止される。 For the annulus coil, for example, polyimide is used as the heat fusion layer to maintain the annulus shape. Further, as shown in Patent Document 2, an uncured thermosetting resin is applied to the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the annular coil, and heat-cured to harden the coil. One end of such an annulus coil is firmly fixed by a fixed disk, and the other end is a free end (open end) and is attached in a so-called cantilever state. When mounting, insert the free end (open end) side through a small annular gap between the yoke and the magnet. As a result, even if the relative speed between the annulus coil and the rotor such as a magnet or yoke increases, contact between the coil and the rotor is prevented, and damage to the annulus coil is prevented.
ところが、モータを駆動してしまうと、マグネット側にトルクが働くと、逆に円環コイルに反トルクが生じてしまう。円環コイルの一端が固定されているため、自由端(開放端)側が反トルクの影響を受けてしまい、自由端(開放端)側が円形を保持できず歪んでしまう。この歪みがマグネットやヨーク等の回転子と接触してしまう可能性がある。このような欠点は円環コイルを用いたコアレス発電機の場合も同様である。また、モータ搭載製品が例えば自動車などの駆動に用いられる場合に道路凹凸など外部からの振動に起因して円環コイルが回転子に接する可能性がある。 However, when the motor is driven, when torque acts on the magnet side, on the contrary, anti-torque is generated in the annulus coil. Since one end of the annulus coil is fixed, the free end (open end) side is affected by the anti-torque, and the free end (open end) side cannot hold a circle and is distorted. This distortion may come into contact with rotors such as magnets and yokes. Such a defect is the same in the case of a coreless generator using an annular coil. Further, when a motor-mounted product is used for driving an automobile or the like, the annular coil may come into contact with the rotor due to external vibration such as road unevenness.
これに対して特許文献3のように円環コイルの開口端に軸受を介してケーシングに固定するものがあるが、これは円環コイルが両端支持されて自由端がないもので、本願の課題そのものが存在しない。また、特許文献4に示されるものも知られているが、これは円環コイルが回転するもので、コイル自由端に環状部材を取り付け、この管状部材にカウンターバランス(周縁の突起)を設けているものである。円環コイルの回転時の回転バランスのための突起を形成しやすいよう環状部材に設けているに過ぎない。 On the other hand, as in Patent Document 3, there is a coil coil that is fixed to the casing at the open end via a bearing. It doesn't exist. Further, the one shown in Patent Document 4 is also known, in which an annular coil rotates, an annular member is attached to the free end of the coil, and a counterbalance (protrusion on the peripheral edge) is provided on the tubular member. It is something that is. It is merely provided on the annular member so that a protrusion for rotational balance during rotation of the annular coil can be easily formed.
本発明は、上記従来の問題点に着目し、ヨーク側の回転に伴う反トルクの影響により円環コイルの自由端(開放端)が歪み、マグネットまたはヨークとの接触事故を起こすことを防止するためのものである。 Focusing on the above-mentioned conventional problems, the present invention prevents the free end (open end) of the annulus coil from being distorted due to the influence of anti-torque accompanying rotation on the yoke side, causing a contact accident with the magnet or the yoke. Is for.
上記目的を達成するために、本発明に係るコアレス回転電気機械は、ケーシングに回転自在に取付けられたロータと、当該ロータとともに回転するロータと、このロータの一端面に開口する円環溝に挿入されケーシング等の固定部材に片持ち支持される円環コイルと、前記円環溝の周面に取り付けられ円環コイルと対面するマグネットと、を有するコアレス回転電気機械において、前記片持ち支持される円環コイルの自由端であって前記マグネットから軸線方向に離隔した位置に補強リングを取り付けたものである。 In order to achieve the above object, the coreless rotary electric machine according to the present invention is inserted into a rotor rotatably attached to a casing, a rotor rotating together with the rotor, and an annular groove opened on one end surface of the rotor. In a coreless rotary electric machine having an annular coil that is cantilevered and supported by a fixing member such as a casing, and a magnet that is attached to the peripheral surface of the annular groove and faces the annular coil, the cantilevered support is provided. A reinforcing ring is attached to the free end of the annular coil at a position separated from the magnet in the axial direction.
この場合において、前記補強リングはL型断面とし、断面の一方は円環コイルの端面に接触し、他方は円環コイルのマグネット配置側に接触するようにしてもよい。また、前記補強リングは金属または樹脂から構成することができる。さらに、前記補強リングは円環コイルのコイル導線の折り返し端部に取り付けられている構成とすればよい。 In this case, the reinforcing ring may have an L-shaped cross section, and one of the cross sections may be in contact with the end face of the annular coil and the other may be in contact with the magnet arrangement side of the annular coil. Further, the reinforcing ring can be made of metal or resin. Further, the reinforcing ring may be attached to the folded end portion of the coil lead wire of the annular coil.
本発明に係る円環コイルは、複数の導線からなり円筒状に形成されコアレス回転電気機械に用いられる円環コイルであって、前記導線が折り返されて円筒端部を形成する部位に補強リングを取り付けた構成とした。 The annulus coil according to the present invention is an annulus coil composed of a plurality of conductors and formed in a cylindrical shape and used in a coreless rotary electric machine, and a reinforcing ring is provided at a portion where the conductors are folded back to form a cylindrical end. It was installed.
本発明は、片持ち支持される円環コイルの自由端であって前記マグネットから軸方向に離隔した位置に補強リングを取り付けたことにより、モータ駆動時にマグネット側にトルクが生じ、円環コイル側に反トルクが生じても。円環コイルの自由端側を補強リングが拘束し、その反トルクによる歪みを防止することができる。この補強リングはL字状の断面にすると装着しやすくなる。補強リングは金属または樹脂でつくることにより簡単に歪みの阻止を行うことができる。また、補強リングを円環コイルの導線の折り返し端部に取り付けているため、コイルの作用に影響しないものとなっている。 In the present invention, by attaching the reinforcing ring to the free end of the annulus coil that is cantilevered and separated from the magnet in the axial direction, torque is generated on the magnet side when the motor is driven, and the annulus coil side is generated. Even if anti-torque is generated. The reinforcing ring restrains the free end side of the annulus coil, and distortion due to its anti-torque can be prevented. This reinforcing ring can be easily attached if it has an L-shaped cross section. The reinforcing ring can be easily prevented from being distorted by making it from metal or resin. Further, since the reinforcing ring is attached to the folded end of the conducting wire of the annular coil, it does not affect the action of the coil.
以下、本発明に係るコアレス回転電気機械およびこれに用いる円環コイルの具体的実施例を、図面を参照して、詳細に説明する。
なお、以下に示す実施の形態は、本発明を実施する上での好適な形態の一部であり、その効果を奏する限りにおいて、構成の一部に変更を加えたとしても、本発明の一部とみなすことができる。
Hereinafter, specific examples of the coreless rotary electric machine according to the present invention and the annulus coil used therein will be described in detail with reference to the drawings.
It should be noted that the embodiments shown below are a part of a suitable embodiment for carrying out the present invention, and as long as the effect is exhibited, even if a part of the configuration is changed, it is one of the present inventions. It can be regarded as a department.
この実施例はコアレスモータに適用した例である。このコアレスモータの組立図を図1に示している。その分解図を図2〜4に示し、ロータアッセンブリ(図2)、補強リング(図3)、円環コイル(図4)をそれぞれ示している。また、補強リングの斜視図を図5に示し、円環コイルの斜視図を図6に示している。 This embodiment is an example applied to a coreless motor. An assembly drawing of this coreless motor is shown in FIG. Exploded views are shown in FIGS. 2 to 4, and a rotor assembly (FIG. 2), a reinforcing ring (FIG. 3), and an annular coil (FIG. 4) are shown, respectively. Further, a perspective view of the reinforcing ring is shown in FIG. 5, and a perspective view of the annulus coil is shown in FIG.
コアレスモータは外周を取り囲むモータケース10の中央部に回転シャフト12を備え、一部をケースフランジ14から外部に突出させて出力軸としている。回転シャフト12はモータケース10の内部でフランジ14に形成した円筒スリーブ16に挿通され、二か所の軸受18により軸支されている。
The coreless motor is provided with a rotating
回転シャフト12の内奥部は円筒スリーブ16から突出されており、突出外面にハブ20を取付けし、ハブ20を介して円筒スリーブ16の外周位置に同心円状にロータ21を取付けている。したがって、ロータ21は回転シャフト12とともに回転が可能である。ロータ21は円筒形状とされているが、その壁面部を二重構造にして外周面側のアウタヨーク22と内周面側のインナヨーク24としている。このアウタヨーク22とインナヨーク24はハブ20の端面側で折り返されて、他方端側(フランジ14側の端部)には円環隙間28が開口している。アウタヨーク22とインナヨーク24の間の円環隙間28には、特にアウタヨーク22の内周面に永久磁石などからなるマグネット26が配置固定されている。このマグネット26とインナヨーク24との間の円環隙間28に円環コイル30が配置されている。
The inner inner part of the rotating
円環コイル30は、例えば特開2017−70140号公報に示されるようなもので、複数の導線と絶縁体を所定形状に形成しつつ、一方を導線の折り返し部とし、他方を配線部として円環状に形成したもので、ポリイミドなどを用いて凝固させて形成している。このような円環コイル30の一端側(導体配線側)は半径方向に配置されるドーナツ盤状のステータディスク32によって施蓋状態となって覆い、ボルトなどを介して前述したケースフランジ14に取り付けられる。この結果、堅固にケースフランジ14に固定される。ステータスディスク32にはコイル配線基板などが形成されている。また、ステータスディスク32の外周位置には固定リング34が設けられている。
The
このように構成された円環コイル30は、自由端側を円環隙間28に挿入されるが、実際コイルとして機能するのは胴長中央部の範囲であるため、マグネット26と円環コイル30との関係は、胴長方向で長さが異なっており、組立状態において、マグネット26の長さより円環コイル30の長さは長くされている。すなわち、コイル導線の折り返し部分であるコイルエンドとしてのコイル自由端がマグネット26よりヨーク内奥部側に突出している。
The
このような構成において、本実施例は、前記片持ち支持される円環コイル30の自由端であって、前記マグネット26から軸線方向に離隔した位置に補強リング36を取り付けたものである。すなわち、円環隙間28の最奥部は、アウタヨーク22、ヨーク折り曲げ部、円環コイル30の自由端、およびマグネット26の先端面で形成される空間とされる。この空間に補強リング36が位置して円環コイル30の自由端に固着されている。これにより補強リング36は固定されている円環コイル30とともに定位置にあって、その周りをアウタヨーク22とインナヨーク24、およびマグネット26が一体で回転する。
In such a configuration, in this embodiment, the reinforcing
補強リング36はL字状の断面を有し、円環コイル30の自由端の先端肉厚を受ける部分と、円環コイル30の外周面を保護する部分とからなっている。したがって、補強リング36は円環コイル30の肉厚より若干厚肉の矩形断面を有するリング素材の内周面側に上記したL字状の段差が生じるように削り出して形成される。
The reinforcing
また、補強リング36は非磁性材料とされる金属材料もしくは樹脂材料によって形成される。実施例では真鍮から形成している。これらは非磁性材料であればよく、ロータ21とマグネット26および円環コイル30によって形成される磁気回路を崩さないものであれば非常に弱い磁性体であってもよい。
なお、円環コイル30の配線はケースに設けた配線コネクタ38を介して電源に接続される。
Further, the reinforcing
The wiring of the
このように構成されたコアレスモータでは、アウタヨーク22とインナヨーク24との間に断面ドーナツ状の磁界が形成されている下で、円環コイル30に所定の電流を供給することでロータ21が回転し、ハブ20を通じて回転シャフト12が回転する。この回転シャフト12の回転と同時に回転するロータ21により円環コイル30には反トルクが発生する。円環コイル30の一方の端部はステータディスク32等により堅固に固定されているが、ロータ21の円環隙間28に挿通されている自由端が反トルク作用により円形が歪むことがある。しかし、この実施例では補強リング36により拘束され、円形が乱れることはない。
In the coreless motor configured in this way, the
補強リング36はL字形状とすることで簡単に装着でき、また接着樹脂を用いることで凹凸があっても容易にできる。さらに補強リング36を金属または樹脂により形成することで簡単かつ容易に歪みを防止できる形態にすることが可能である。
The reinforcing
このような構成によれば、片持ち支持される円環コイル30の自由端であって前記マグネット26から軸方向に離隔した位置に補強リング36を取り付けたことにより、モータ駆動時にマグネット26側にトルクが生じ、円環コイル30側に反トルクが生じても、円環コイル30の自由端側を補強リング36が拘束し、その反トルクによる歪みを防止することができる。この補強リング36はL字状の断面にすると装着しやすくなる。補強リング36は金属または樹脂でつくることにより簡単に歪みの阻止を行うことができる。また、補強リング36を円環コイルの導線の折り返し端部に取り付けているため、コイルの作用に影響しないものとなっている。
これらの構成は発電機などコアレス構造のものに適用することができる。
According to such a configuration, the reinforcing
These configurations can be applied to coreless structures such as generators.
10……モータケース、12……回転シャフト、14……ケースフランジ、16……円筒スリーブ、18……軸受、20……ハブ、21……ロータ、22……アウタヨーク、24……インナヨーク、26……マグネット、28……円環隙間、30……円環コイル、32……ステータスディスク、34……固定リング、36……補強リング、38……配線コネクタ。 10 ... Motor case, 12 ... Rotating shaft, 14 ... Case flange, 16 ... Cylindrical sleeve, 18 ... Bearing, 20 ... Hub, 21 ... Rotor, 22 ... Outer yoke, 24 ... Inner yoke, 26 ...... Magnet, 28 ... Annulus gap, 30 ... Annulus coil, 32 ... Status disk, 34 ... Fixed ring, 36 ... Reinforcing ring, 38 ... Wiring connector.
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