JP3338204B2 - Method of manufacturing slotless stator for electromechanical transducer - Google Patents

Method of manufacturing slotless stator for electromechanical transducer

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JP3338204B2 JP25707694A JP25707694A JP3338204B2 JP 3338204 B2 JP3338204 B2 JP 3338204B2 JP 25707694 A JP25707694 A JP 25707694A JP 25707694 A JP25707694 A JP 25707694A JP 3338204 B2 JP3338204 B2 JP 3338204B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気モータのようなス
ロットレスの電気変換器、及び、空隙内の導体が略並列
となるように、該変換器を製造する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a slotless electrical converter, such as an electric motor, and to a method of manufacturing such a converter so that conductors in a gap are substantially parallel.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、殆どの電気モータは、モータの巻
線の銅から成る導体が積層された鉄のロータ又はステー
タ構造体のスロット内で歯の間に配置されるスロット付
き構造で製造されていた。このスロット付きの構造は、
モータに対して、望ましい高パーミアンスを実現するた
めに比較的小さい空隙を提供するものである。最近、高
エネルギーの永久磁石NdFeB(ネオジウム鉄、ホウ
素)が登場した結果、あらゆるモータ、特に、高性能の
サーボモータにおいて、スロットレスの構造が実現可能
となった。例えば、米国特許第4,954,739号を
参照のこと。スロットレスの構造においては、銅巻線
は、スロット内ではなく、空隙内に配置される。
2. Description of the Related Art Conventionally, most electric motors are manufactured in a slotted structure in which copper conductors of the motor windings are arranged between teeth in slots of a laminated iron rotor or stator structure. I was This slotted structure is
It provides a relatively small air gap for the motor to achieve the desired high permeance. Recently, the emergence of the high energy permanent magnet NdFeB (neodymium iron, boron) has made it possible to realize a slotless structure in any motor, particularly in a high-performance servomotor. See, for example, U.S. Patent No. 4,954,739. In a slotless configuration, the copper winding is located in the air gap, not in the slot.

【0003】スロットレスモータの構造は、従来のスロ
ット付き構造に著しく優る利点が実現可能である。スロ
ットレスの構造は、渦電流損失が極めて小さく、又、ヒ
ステリシス損失も極く少なく、更に、かみ合い損失(c
ogging loss)が無く且つ認識し得る程に鉄
心が損失しないため、高レベルの効率が実現可能であ
る。40k乃至120krpmの範囲の高速度が容易に
達成可能である。このスロットレス構造では歯がかみ合
うことがないため、広い速度範囲に亘って完全に平滑な
運転が可能となる。更に、通常の構造の歯に起因する磁
気ひずみノイズが生じないことは、極めて静かな運転を
可能にする。また、このスロットレスの構造は、インダ
クタンスが低いため、モータの応答性(加速/減速)を
より速めることが出来る。
The structure of a slotless motor can achieve significant advantages over conventional slotted structures. The slotless structure has extremely small eddy current loss, extremely small hysteresis loss, and further has low meshing loss (c
A high level of efficiency is feasible because there is no logging loss and the core is not appreciably lost. High speeds in the range of 40k to 120krpm are easily achievable. In this slotless structure, no teeth mesh with each other, so that a completely smooth operation can be performed over a wide speed range. Furthermore, the absence of magnetostrictive noise due to teeth of normal construction allows extremely quiet operation. Further, since the slotless structure has a low inductance, the response (acceleration / deceleration) of the motor can be further increased.

【0004】スロットレスのモータを製造する各種の方
法が提案されている。例えば、上述の米国特許第4,9
54,739号において、一端の直径部分が小さい円筒
状の支持体を使用して、巻線が形成される。均一な直径
部分の周りには、ガラス繊維のスリーブが配置され、そ
の後、所定位置に予め形成したコイルが配置される。こ
れらのコイルが所定位置にあるとき、巻線の一端におけ
る厚い端部の折返し部分は、支持体の縮小径部分にて内
方に拡げられる一方、巻線の他端は、外方に拡げられ
る。次に、巻線の内方に拡がった端部を先にして、巻線
は円筒状の裏金の外殻内に挿入され得る。その後、支持
体は、外方に拡がる端部から引き出して、ファイバガラ
ススリーブがモータ構造体の一部として残るようにす
る。巻線は、巻線をステータ外殻内に挿入した後に適当
な樹脂を使用してエンキャップする。
Various methods have been proposed for manufacturing slotless motors. For example, see the aforementioned U.S. Pat.
No. 54,739, a winding is formed using a cylindrical support having a small diameter at one end. Around the uniform diameter portion, a glass fiber sleeve is placed, followed by a preformed coil in place. When these coils are in place, the turn of the thick end at one end of the winding is expanded inward at the reduced diameter portion of the support, while the other end of the winding is expanded outward. . The winding can then be inserted into the outer shell of the cylindrical backing, with the inwardly extending end of the winding. The support is then withdrawn from the outwardly extending end so that the fiberglass sleeve remains as part of the motor structure. The winding is encapsulated using a suitable resin after inserting the winding into the stator shell.

【0005】米国特許第4,130,769号には、ス
ロットレス、ブラシレスの直流モータを製造する、層状
に予め形成した巻線の技術が開示されている。単一の平
坦な層状コイルを予め形成するため、保持具を使用す
る。その予め形成したコイルは、シングル(shing
le)層状の形態で裏金の円筒体内に配置され、外層に
おける直線状コイル部分の一つは、裏金に接し、その他
方の直線状コイル部分は、内層の内にあるようにする。
しかし、この構造は、二つの導体の厚さに等しい厚さの
巻線にしか適用出来ないと考えられる。
US Pat. No. 4,130,769 discloses the technique of layered pre-formed windings for producing slotless, brushless DC motors. A holder is used to pre-form a single flat layered coil. The preformed coil is a single (shing)
le) arranged in a cylinder of the back metal in layered form, one of the straight coil portions in the outer layer being in contact with the back metal and the other straight coil portion being in the inner layer.
However, it is believed that this structure can only be applied to windings having a thickness equal to the thickness of the two conductors.

【0006】米国特許第4,445,061号には、平
滑な周壁を有する、円筒状のステータハウジングに取り
付けられる保持具を製造し且つ利用する方法が開示され
ている。保持具内にステータを配置したならば、一時的
なフィンガーを半径方向内方に伸長させる。次に、スロ
ット付きモータの構造におけると同様の一時的なスロッ
トを形成するフィンガーの周りにコイルを巻き付ける。
その後、導体を非磁性、膨張可能、変形可能なプラスチ
ック円筒体によって裏金の円筒体の内壁に対し外方に押
し付ける。
[0006] US Patent No. 4,445,061 discloses a method of making and utilizing a retainer mounted to a cylindrical stator housing having a smooth peripheral wall. Once the stator is positioned in the retainer, the temporary fingers are extended radially inward. The coil is then wrapped around a finger forming a temporary slot similar to that in a slotted motor construction.
The conductor is then pressed outwardly against the inner wall of the backing cylinder by a non-magnetic, expandable, deformable plastic cylinder.

【0007】米国特許第4、645、961号には、両
側部にて絶縁された長い可撓性のプリント回路板の使用
が開示されている。このプリント回路板は、「ロールカ
ステラ状(jelly roll fashion)」
に巻かれて、ステータの裏金の円筒体内に配置されてい
る。巻線は、接続線を適当な位置ではんだ付けすること
により接続される。
US Pat. No. 4,645,961 discloses the use of long, flexible printed circuit boards insulated on both sides. This printed circuit board has a "jelly roll fascia"
And disposed in a cylindrical body of the back metal of the stator. The windings are connected by soldering the connection wires at appropriate locations.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】スロットレスモータの
構造による特徴を完全に活用するためには、空隙内の巻
線の作用導体部分は、直線状で且つ互いに関して、望ま
しくは、モータの回転軸線に関して平行でなければなら
ない。この平行な整合状態が少しでも狂うと、導体を流
れる電流によって生じる回転トルクが小さくなり、従っ
て、モータの効率が低下する。更に、導体を平行に整合
させ得なかった場合、大きな空隙が必要となり、巻線か
ら熱を除去するときの熱伝導率が低下する。これら一又
は二以上の因子の結果、従来のモータの構造及びその製
造方法は、スロットレスの構造の利点を妥当なコストで
完全に実現することは出来なかった。
In order to take full advantage of the structural features of the slotless motor, the working conductor portions of the windings in the air gap are linear and relative to each other, preferably the axis of rotation of the motor. Must be parallel with respect to Any deviation of this parallel alignment reduces the rotational torque generated by the current flowing through the conductors, and therefore reduces the efficiency of the motor. Furthermore, if the conductors could not be aligned in parallel, large air gaps would be required, reducing the thermal conductivity when removing heat from the windings. As a result of one or more of these factors, conventional motor structures and methods of making the same have not been able to fully realize the advantages of a slotless structure at a reasonable cost.

【0009】本発明の一つの目的は、電気モータのよう
な変換器に対するスロットレスの構造、及びその製造方
法を提供することであり、ここで巻線の作用導体部分
は、直線状で且つ互いに平行であり、好適な実施例にお
いて、空隙の全長に亘り回転軸線に関して平行である。
リニアモータの場合、巻線の作用導体部分は、互いに平
行で且つ移動方向に対して垂直であることが望ましい。
One object of the present invention is to provide a slotless structure for a converter, such as an electric motor, and a method of manufacturing the same, wherein the working conductor portions of the windings are straight and mutually separated. Parallel, and in a preferred embodiment, parallel to the axis of rotation over the entire length of the gap.
In the case of a linear motor, the working conductor portions of the windings are preferably parallel to each other and perpendicular to the direction of movement.

【0010】本発明の別の目的は、所定の空隙に対する
作用導体部分の数を最大にするために、巻線を受け入れ
るのに必要な空隙を最小にすべく、銅線の実装密度が大
きい、電気モータのような変換器のためのスロットレス
の構造を提供することである。
It is another object of the present invention to increase the density of copper wires in order to minimize the air gap required to receive the windings in order to maximize the number of working conductor portions for a given air gap. It is to provide a slotless structure for a transducer such as an electric motor.

【0011】本発明の更に別の目的は、巻線から熱を除
去するのに十分な熱伝導率を有する変換器にのためのス
ロットレスの構造を提供することである。
It is yet another object of the present invention to provide a slotless structure for a transducer having sufficient thermal conductivity to remove heat from the windings.

【0012】本発明の更に別の目的は、変換器、又はス
ロットレスモータを製造する効率の良い方法を提供する
ことである。
Yet another object of the present invention is to provide an efficient method of manufacturing a converter or slotless motor.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、作用部
分(active portion)と、端部の折返し
部分とを有する、少なくとも一部分が剛性で、予め形成
した自己支持型の巻線構造体を含む、電気機械式変換器
のためのスロットレスステータを製造する方法は、絶縁
導線を支持体の面に付着させることと、前記支持体の面
に、又は予め付着させた線に該絶縁導線の少なくとも活
性な線部分を接着剤で固定し、上記巻線構造体の少なく
とも作用導線部分が前記巻線構造体のその他の作用部分
に関して所定の略一定の位置にあるようにすることと、
前記巻線構造体を封入し且つ該巻線構造体をスロットレ
スステータの金属構造体に強固に取り付けることと、完
成したステータを上記ステータに関して可動であるよう
に取り付けられた一又は複数の永久磁石と組み合わせる
ことと、を含む。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, there is provided a self-supporting, preformed winding structure that is at least partially rigid and has an active portion and an end turn. A method of manufacturing a slotless stator for an electromechanical transducer includes attaching an insulated wire to a surface of a support, and attaching the insulated wire to the surface of the support or to a wire previously attached. Securing at least the active wire portion with an adhesive such that at least the working conductor portion of the winding structure is in a predetermined substantially constant position with respect to the other working portions of the winding structure;
Encapsulating the winding structure and rigidly attaching the winding structure to a metal structure of a slotless stator; and one or more permanent magnets mounted such that the completed stator is movable with respect to the stator. And combining with.

【0014】本発明の好適な方法は、ロータの内部に予
め形成した少なくとも一部が剛性な巻線構造体を備える
スロットレスステータを含み且つ一又は複数の永久磁石
が設けられたステータの外殻を含む回転する電気機械式
変換器を製造する方法にして、(1)絶縁導線を円筒状
の支持体の面の上に付着させ、上記線又は上記面の一
方、又はその双方には、エネルギを付与することによっ
て活性化させることの出来る接着剤層が被覆され、又は
設けられるようにする段階であって、(a)上記絶縁導
線の一部が、上記支持体の面の一端に向けて移動する間
に、上記円筒状の支持体の面の一端に関して平行に分配
されて、上記巻線構造体の作用導体部分を形成すること
と、(b)上記絶縁導線の一部が、端部の折返し部分を
形成する線のループを形成し得るように分配されること
と、(c)上記絶縁導線の一部が、その後に、上記軸線
に関して平行に逆方向に移動する間に分配されて、上記
巻線構造体の別の作用導体部分を形成することと、
(d)次に、上記絶縁導線の一部が分配されて端部の折
返し部分を形成する別の線のループを形成するようにす
ることと、(e)上記巻線構造体の全ての巻線コイルが
完成される迄、上記(a)乃至(d)の手順を繰り返す
こととを含む段階と、(2)巻線構造体の作用部分を形
成する次の部分を形成する前に、一度に一つずつ各作用
導体部分の少なくとも一部を接着剤で取り付け、これに
より、少なくとも作用導体部分が接着された円筒状の巻
線構造体を形成する段階と、(3)カプセル化する材料
として樹脂組成物を使用して、上記の巻線構造体を封入
し、これと同時に、該巻線構造体をステータの外殻に接
着する段階と、(4)少なくとも一つの回転する永久磁
石のロータ構造体を含むように、電気機械式変換器の組
み立てを完了する段階とを備えている。
A preferred method of the present invention is a stator shell including a slotless stator having at least a portion of a rigid winding structure preformed inside a rotor and provided with one or more permanent magnets. A method for manufacturing a rotating electromechanical transducer comprising: (1) depositing an insulated wire on a surface of a cylindrical support, and applying energy to one or both of the wire and / or the surface; In which an adhesive layer which can be activated by applying a coating is provided or provided, wherein (a) a part of the insulated conducting wire faces one end of the surface of the support. (B) distributing in parallel with respect to one end of the surface of the cylindrical support during movement to form a working conductor portion of the winding structure; Loop of the line forming the fold of (C) a portion of the insulated conductor is subsequently distributed while traveling in a reverse direction parallel to the axis to provide another effect of the winding structure. Forming a conductor portion;
(D) a portion of the insulated conductor is then distributed to form a loop of another wire forming an end turn; and (e) all windings of the winding structure. (A) repeating the steps (a) to (d) until the wire coil is completed; and (2) once before forming the next part forming the working part of the winding structure, Attaching at least a portion of each working conductor portion to each other with an adhesive, thereby forming a cylindrical winding structure to which at least the working conductor portions are bonded; and (3) as a material to be encapsulated. Encapsulating the winding structure using a resin composition and simultaneously bonding the winding structure to the outer shell of the stator; and (4) at least one rotating permanent magnet rotor. Complete the assembly of the electromechanical transducer to include the structure And a floor.

【0015】別の好適な方法は、(1)導線スクライビ
ング手段(wire scribing means)
が円筒状面の上に設けられた状態にて絶縁導線を分配し
且つ付着させ、上記絶縁導線又は上記円筒状面の一方、
又はその双方には、エネルギを付与することによって活
性化させることの出来る接着剤層が設けられる段階であ
って、(a)上記絶縁導線の一部が上記支持体の面の一
端に向けて移動する間に、上記円筒状の支持体の面の一
端に関して平行に分配されて、上記巻線構造体の作用導
体部分を形成することと、(b)上記絶縁導線の一部
が、端部の折返し部分を形成する導線のループを形成し
得るように調整されることと、(c)上記絶縁導線の一
部が、その後、上記軸線に関して平行に逆方向に移動す
る間に分配されて上記巻線構造体の別の作用導体部分を
形成することと、(d)次に、上記絶縁導線の一部が分
配されて端部の折返し部分を形成する別の導線のループ
を形成するようにすることと、(e)上記巻線構造体の
全ての巻線コイルが完成される迄、上記(a)乃至
(d)の手順を繰り返すこととを含む段階と、(2)上
記絶縁導線の少なくとも一部を分配すると同時に、各作
用部分の少なくとも一部を連続的に接着剤で取り付け
て、少なくとも作用導体部分が接着された円筒状の巻線
構造体を形成する段階と、(3)ステータ外殻の上記巻
線構造体を接着すると同時に、上記巻線構造体を樹脂性
組成物で封入する段階と、(4)少なくとも一つの永久
磁力を有するロータを上記巻線構造体内に配置し、電気
機械式変換器の組み立てを完了する段階と、を備えてい
る。
[0015] Another preferred method is (1) wire scribing means.
Distributes and adheres the insulated conductor in a state provided on the cylindrical surface, one of the insulated conductor or the cylindrical surface,
Or both of them are provided with an adhesive layer that can be activated by applying energy, and (a) a part of the insulated conductive wire moves toward one end of the surface of the support Meanwhile, being distributed in parallel with respect to one end of the surface of the cylindrical support to form a working conductor portion of the winding structure; and (b) a portion of the insulated conducting wire is (C) a portion of the insulated wire is then distributed while moving in the opposite direction parallel to the axis and the winding is adjusted to form a loop of the wire forming the folded portion; Forming another working conductor portion of the wire structure; and (d) then distributing a portion of the insulated wire to form another wire loop forming an end turn. And (e) all winding coils of the winding structure are And (2) distributing at least a portion of the insulated conductors and simultaneously removing at least a portion of each working portion until the steps (a) to (d) are repeated. (C) bonding the winding structure of the stator outer shell together with the step of forming a cylindrical winding structure to which at least the working conductor portion is bonded by using an adhesive; (4) arranging at least one rotor having a permanent magnetic force in the winding structure to complete the assembly of the electromechanical converter.

【0016】回転型変換器又はモータの場合、所望の巻
線の形態に従って絶縁銅線がマンドレルに付着される。
着脱可能なスリーブ又はフィルムラップがマンドレルを
囲繞し、その上に巻線が配置されることが望ましい。導
線は、付着される間に、所望の位置、即ち、作用する直
線状の空隙部分の少なくとも一部にて接着されることが
望ましい。この導線は、連続的に又は断続的に接着さ
せ、或は、導線の一部を付着させた後に、個別の工程と
して作用巻線部分が配置される部分に接着することが出
来る。導線は、該導線に被覆され、又は円筒状面に配置
されるか、或はその双方である感熱性接着剤を使用し
て、接着することが望ましい。また、接着剤フィルム
は、その接着剤フィルムを円筒状面に、又は層の間に配
置することにより使用することが出来る。熱による活性
化は、超音波エネルギを使用して行うことが望ましい
が、その他のエネルギ源の使用も可能である。マンドレ
ル上に形成された巻線は、剛性、又は略剛性の構造体で
あり、この構造体は、マンドレルから取り外して、モー
タのステータの裏金の円筒体内に配置することが出来
る。
In the case of a rotary transducer or motor, an insulated copper wire is attached to the mandrel according to the desired winding configuration.
Preferably, a removable sleeve or film wrap surrounds the mandrel, on which the windings are located. Preferably, the wires are glued at the desired location, ie, at least a portion of the working linear void portion, while they are being glued. The conductor can be adhered continuously or intermittently, or after a portion of the conductor has been deposited, can be adhered as a separate step to the portion where the active winding portion is located. The wires are preferably bonded using a heat sensitive adhesive that is coated on the wires and / or disposed on a cylindrical surface. The adhesive film can be used by disposing the adhesive film on a cylindrical surface or between layers. The thermal activation is preferably performed using ultrasonic energy, but other sources of energy are possible. The windings formed on the mandrel are rigid or substantially rigid structures that can be removed from the mandrel and placed in the cylinder of the motor backing metal.

【0017】リニアモータに対する本発明の方法は、巻
線構造体が通常平担な面上に形成され、平坦面上で二方
向へのスクライビングヘッド(scribing he
ad)の動きを制御することにより導線が付着される点
を除いて、同様である。リニアモータの場合、巻線の作
用する直線状の空隙部分は、移動方向に対して垂直であ
る。
The method according to the invention for a linear motor is characterized in that the winding structure is usually formed on a flat surface and the scribing head in two directions on a flat surface.
The same is true except that wires are attached by controlling the movement of ad). In the case of a linear motor, the linear gap where the winding acts is perpendicular to the moving direction.

【0018】成形した巻線構造体をステータ構造体に関
して配置したならば、該巻線構造体は、裏金に堅固に固
定する必要がある。これは、支持面の上、又は導体の層
の間に二段階接着剤(two−stage adhes
ive)で被覆した線を使用し、又は、二段階接着剤フ
ィルムを使用して、行うことが望ましい。室温における
通常の状態にて、接着剤は、スプールからの巻き懈き及
び供給を妨害しないように非接着状態(non−tac
ky stage)になければならない。導線をマンド
レル又は支持面に付着させる間に、二段階の接着剤を十
分に加熱して、導線を所定位置に仮止めし、剛性又は略
剛性の巻線構造体を形成する。その後に、予め形成した
巻線がステータ構造体内の所定位置にあるとき、その組
立体を加熱炉に関して配置し、接着剤樹脂を硬化、又は
熱硬化させ、巻線が裏金に堅固に接着されるようにす
る。ある場合には、二段階接着剤を封入剤と共に使用
し、その双方を同時に硬化させることが出来る。これと
選択的に、巻線を形成するときに二段階樹脂を使用しな
い場合には、別個の封入樹脂を射出し、次に硬化させ
て、巻線を所定位置に接着することが出来る。この樹脂
は、モータの熱的及び磁気的性質を改善し得るように、
弱磁性又はその他の磁性材料の微細な粒子を充填した組
成物とすることが出来る。これと別の選択例として、弱
磁性材料から成る接着剤を被覆した導線を巻線構造体の
周りに巻き付けて、裏金を提供することが出来る。この
弱磁性の導線接着剤は、銅線構造体と同時に硬化させる
ことが出来る。
Once the formed winding structure has been placed with respect to the stator structure, the winding structure must be firmly fixed to the backing metal. This is a two-stage adhesive on the support surface or between the layers of the conductor.
It is desirable to use wire coated with ive) or using a two-stage adhesive film. Under normal conditions at room temperature, the adhesive is in a non-tac state (non-tac) to prevent unwinding and dispensing from the spool.
ky stage). While the wire is being adhered to the mandrel or support surface, the two-step adhesive is heated sufficiently to temporarily secure the wire in place to form a rigid or substantially rigid wound structure. Thereafter, when the pre-formed winding is in place in the stator structure, the assembly is positioned with respect to the furnace and the adhesive resin is cured or thermoset, and the winding is firmly adhered to the backing metal. To do. In some cases, a two-stage adhesive can be used with an encapsulant, both of which can be cured simultaneously. Alternatively, if a two-stage resin is not used when forming the windings, a separate encapsulation resin can be injected and then cured to bond the windings in place. This resin can improve the thermal and magnetic properties of the motor,
It can be a composition filled with fine particles of weak magnetic or other magnetic materials. As an alternative, a wire coated with an adhesive made of a weak magnetic material can be wound around the winding structure to provide a backing. This weak magnetic conductive wire adhesive can be cured simultaneously with the copper wire structure.

【0019】一実施例による巻線を製造する装置は、少
なくとも2°望ましくは3°の制御角度を有する導線ス
クライビングヘッドを備えることが望ましい。マンドレ
ルの回転位置、及びスクライビングヘッドの長手方向の
位置は、マンドレルの円筒状面上に所望のパターンに従
って導線を付着させ得るように制御される。多層巻線の
場合には、3°の制御角度であることが望ましく、この
場合、その前に付着させた層を受け入れ得るように、マ
ンドレル面の上方におけるスクライビングヘッドの高さ
を制御しなければならないことが多い。この3°の角度
の制御は、所望の巻線形態及びモータ寸法に合うように
設計された、コンピュータのソフトウエアプログラムを
通じて実現することが望ましい。リニアモータの巻線を
形成するため同様の装置を使用することが出来、この場
合、導線を平担な面の上に付着し得るようにスクライビ
ングヘッドの制御が為される。
The apparatus for manufacturing a winding according to one embodiment preferably comprises a conductor scribing head having a control angle of at least 2 °, preferably 3 °. The rotational position of the mandrel and the longitudinal position of the scribing head are controlled so that the wires can be deposited according to the desired pattern on the cylindrical surface of the mandrel. In the case of multi-layer windings, a control angle of 3 ° is desirable, in which case the height of the scribing head above the mandrel surface must be controlled to accept the previously deposited layer. Often not. The control of the 3 ° angle is desirably realized through a software program of a computer designed to match a desired winding configuration and motor dimensions. A similar device can be used to form the windings of a linear motor, in which case the scribing head is controlled so that the wires can be deposited on a flat surface.

【0020】巻線を形成する別の選択可能な装置は、導
線が空隙の長さに亘って回転軸線に関して平行となるよ
うに、張力を加えた状態で接着剤で被覆した絶縁導線を
整合させる。エネルギ、望ましくは超音波を直線状の線
部分又はその複数の部分に加えて接着剤を活性化させる
ことが望ましい。直線状の導体部分を押し付けて、マン
ドレルの面又はその前に付着させた部分に接着させる。
エネルギを取り去ると、導線部分は、形成される剛性又
は略剛性な巻線構造体の一部を形成する。
Another optional device for forming the windings is to align the glue-coated insulated wire under tension so that the wire is parallel to the axis of rotation over the length of the gap. . It is desirable to apply energy, preferably ultrasound, to the linear line portion or portions thereof to activate the adhesive. The straight conductor portion is pressed down and adhered to the surface of the mandrel or to the previously attached portion.
When energy is removed, the wire sections form part of the rigid or substantially rigid winding structure that is formed.

【0021】[0021]

【実施例】本発明の上記及びその他の目的は、添付図面
に関する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects of the present invention will be apparent from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.

【0022】本発明の方法及び装置により形成されるモ
ータの全体的な構造は、図1乃至図3に示してある。
The overall structure of the motor formed by the method and apparatus of the present invention is shown in FIGS.

【0023】該モータは、円筒状の裏金(back i
ron)スリーブ12により囲繞された鋼製シャフト1
0を備えている。六つの永久磁石14乃至19がスリー
ブ12上に取り付けられて、半径方向に伸長し、また、
磁励されて、図1に示すような北極及び南極の交互の極
を提供する。好適な実施例において、これらの磁石は、
発生エネルギが26MG0(メガガウス・オルステッ
ド)以上、望ましくは、30MG0以上である高エネル
ギ発生磁石である。適当な永久磁石は、例えば、ネオジ
ム、鉄及びホウ素で形成され、ネオマックス(NEOM
AX)−30Hという商標名で販売されているものであ
る。これらの磁石は、プレス加工した円弧状の形状の磁
石であり、シャフト10を囲繞するスリーブ12の上に
取り付けられる。これと選択的に、独立的な円弧状の磁
石ではなく、一又は複数のリング状磁石を使用すること
も可能である。
The motor has a cylindrical back metal (back i).
ron) steel shaft 1 surrounded by a sleeve 12
0 is provided. Six permanent magnets 14 to 19 are mounted on the sleeve 12 and extend radially,
Energized to provide alternating north and south poles as shown in FIG. In a preferred embodiment, these magnets
A high-energy generating magnet whose generated energy is 26 MG0 (Mega Gauss Olsted) or more, desirably 30 MG0 or more. Suitable permanent magnets are formed, for example, of neodymium, iron and boron and are available from Neomax (NEOM).
AX) -30H. These magnets are arc-shaped magnets formed by press working, and are mounted on a sleeve 12 surrounding the shaft 10. Alternatively, one or more ring-shaped magnets can be used instead of independent arc-shaped magnets.

【0024】巻付け材20がロータ構造体を囲繞し、高
速度の遠心力状態の下で磁石を所定位置に保持する。こ
の巻付け材は、高強度のケブラー長繊維をエポキシ内に
浸漬させ、次に、一又は複数のら旋状層を含み、幾つか
のフープ層がその後に続くロータの周りに巻き付け、そ
の後に、幾つかのフープ層を巻いて形成される。
A wrap 20 surrounds the rotor structure and holds the magnet in place under high speed centrifugal conditions. The wrap comprises dipping high strength Kevlar filaments into an epoxy, and then includes one or more spiral layers, several hoop layers wrapped around the subsequent rotor, and then Formed by winding several hoop layers.

【0025】該ロータは、その各々がロータの全長に沿
って伸長する六つの磁石を使用して形成することが出
来、又は、これらの磁石は、図2Aに示すように分割す
ることも出来る。この分割した磁石の利点は、モータの
長さ及び磁石部分の数を変更するだけで、単一のモータ
の構造で、馬力定格値の異なるモータを製造することが
可能となる。
The rotor can be formed using six magnets, each extending along the entire length of the rotor, or the magnets can be split as shown in FIG. 2A. The advantage of this split magnet is that it is possible to manufacture motors having different horsepower rating values with a single motor structure only by changing the motor length and the number of magnet portions.

【0026】該ステータ構造体は、モータに対する外側
の裏金を提供する積層シリコン鋼から成る円筒状の外殻
体30を備えている。該積層体は組み立てられ、次に、
アルミニウム製の外側ハウジング32内に配置される。
巻線構造体40は、回転軸線に関して平行な直線状の作
用部分と、端部の折返し部分とを備えて形成されてい
る。巻線構造体40は、一度、形成したならば、次に、
円弧状の裏金外殻の内部に取り付けられる。ステータ構
造体は、スロットレスであり、従って、巻線は、ロータ
の永久磁石とステータ外殻の円筒状内面との間でモータ
空隙内に配置される。ステータには歯が全く存在しない
ため、巻線の銅が円筒状内面の全体を利用することが出
来る。所望であれば、積層体の内周に無作為に小さい切
欠きを形成し、モータ内で形成されるトルク力に耐える
ように巻線に対して一層良く接着し得るようにすること
も出来る。
The stator structure includes a cylindrical shell 30 of laminated silicon steel that provides an outer backing for the motor. The laminate is assembled and then
It is arranged in an outer housing 32 made of aluminum.
The winding structure 40 is formed to have a linear acting portion parallel to the rotation axis and a folded portion at the end. Once formed, the winding structure 40 is then
Attached inside the arc-shaped back metal shell. The stator structure is slotless, so the windings are located in the motor gap between the permanent magnet of the rotor and the cylindrical inner surface of the stator shell. Since there are no teeth on the stator, the copper of the windings can utilize the entire cylindrical inner surface. If desired, a small notch can be randomly formed in the inner periphery of the laminate to provide better adhesion to the windings to withstand the torque forces created in the motor.

【0027】その後にモータ内に挿入するためにマンド
レル上に巻線を形成する一実施例による装置が図4に示
してある。導線のスクライビングヘッド50のマンドレ
ル52の面に関する動きを制御して、所望の巻線パター
ン51に従って、絶縁した接着剤被覆線が分配されるよ
うにする。マンドレルの回転位置は、R駆動装置58に
よって制御する。マンドレル52に関するスクライビン
グヘッド50の長手方向位置は、L駆動装置56によっ
て制御する。その前に付着させた巻線層の数に従った、
マンドレルの表面に関する導線スクライビングヘッド5
0の高さは、Z駆動装置54によって制御する。これら
の駆動装置54、56は、図示するように、ステッピン
グモータ被動のリードスクリュー型とするか、又は、リ
ニア形の位置決め型とすることが出来る。ヘッドの方向
制御装置60が垂直軸線を中心とするスクライビングヘ
ッドの回転位置を制御し、導線が、マンドレルの面に関
する移動方向に従った方向に分配されるようにする。こ
れらの駆動装置54、56、58は、フレーム62上に
取り付けられる一方、該フレーム62は、大形のみかげ
石ブロックのような容積の大きい基礎に取り付けられ
る。
An apparatus for forming a winding on a mandrel for subsequent insertion into a motor is shown in FIG. 4 according to one embodiment. The movement of the conductors relative to the surface of the mandrel 52 of the scribing head 50 is controlled so that the insulated adhesive coated wire is dispensed according to the desired winding pattern 51. The rotational position of the mandrel is controlled by the R driving device 58. The longitudinal position of the scribing head 50 with respect to the mandrel 52 is controlled by an L-drive 56. According to the number of winding layers deposited before it,
Wire scribing head 5 on the surface of the mandrel
The height of 0 is controlled by the Z drive 54. These driving devices 54 and 56 can be of a lead screw type driven by a stepping motor as shown, or can be of a linear positioning type. A head direction control device 60 controls the rotational position of the scribing head about a vertical axis so that the wires are distributed in a direction that follows the direction of movement relative to the plane of the mandrel. These drives 54, 56, 58 are mounted on a frame 62, which is mounted on a large foundation such as a large granite block.

【0028】マンドレルは、線に被覆したものと同様の
接着剤がその外面に被覆されたカプトン(Kapto
n)フィルムで包み込むことが望ましい。巻線の取り外
しを容易にするためには、このカプトンフィルムの包み
込みを採用する必要がある。
[0028] The mandrel is a Kapton coated on its outer surface with an adhesive similar to that applied to the wire.
n) It is desirable to wrap the film. In order to facilitate the removal of the winding, it is necessary to adopt the wrapping of the Kapton film.

【0029】巻線の形成に使用される絶縁導線は、フレ
ーム62の上方に取り付けたスプール66から供給され
る。以下により詳細に説明するように、この絶縁導線に
は、接着剤組成物、望ましくは、二段階接着剤が被覆さ
れ、この接着剤は、普通の温度のときは、導線に接着
し、その後に急速に非接着状態に戻り、また、高温度の
ときは、その熱硬化状態に硬化して、ステータ構造体に
一体に固着された堅固な巻線を形成する。好適な実施例
において、巻線構造体は、封入剤で外装されたステータ
外殻内に挿入し、その封入剤及び接着剤の線被覆を硬化
させるのに十分な温度にさらす。
The insulated wires used to form the windings are supplied from a spool 66 mounted above the frame 62. As will be described in more detail below, the insulated wire is coated with an adhesive composition, preferably a two-stage adhesive, which, at normal temperatures, adheres to the wire and thereafter It quickly returns to the non-bonded state and, at high temperatures, cures to its thermoset state, forming a solid winding integrally secured to the stator structure. In a preferred embodiment, the winding structure is inserted into a stator shell that is sheathed with an encapsulant and exposed to a temperature sufficient to cure the encapsulant and adhesive wire coating.

【0030】スプールからの導線は、駆動ローラ68の
周りを進み、このローラ68が、マンドレル52に関す
るスクライビングヘッド50の動きに応じて、導線を正
確な速度で供給する。四つのアイドラーローラ70が供
給ローラに押し付けられ、導線に対する摩擦把持力を維
持する。超音波触針(stylus)72がマンドレル
の面に接触する箇所で線を跨ぐ。この触針は、導線をマ
ンドレルの面に接着するのに十分な接着状態にまで線の
被覆部分の加熱に十分なエネルギを提供する。適当なス
クライビングヘッド構造体は、米国特許第4,641,
773号に更に詳細に記載されている。接着剤を被覆し
た適当な絶縁導線は、エセックス・コーポレーション
(Essex Corp)から「ボンド・エム・ワイヤ
ー(Bond M Wire)」という商標名で販売さ
れているものである。
The wire from the spool travels around a drive roller 68, which feeds the wire at the correct speed in response to movement of the scribing head 50 with respect to the mandrel 52. Four idler rollers 70 are pressed against the supply roller to maintain frictional grip on the conductor. An ultrasonic stylus 72 crosses the line where it contacts the surface of the mandrel. The stylus provides sufficient energy to heat the covered portion of the wire to a bond sufficient to bond the wire to the surface of the mandrel. A suitable scribing head structure is disclosed in U.S. Pat.
No. 773 is described in further detail. A suitable insulated wire coated with an adhesive is that sold by Essex Corp under the trade name "Bond M Wire".

【0031】本発明に使用される、線の被覆に適当な二
段階接着剤(two−stageadhesive)
は、米国特許第4,642,321号に記載されてい
る。この接着剤組成物は、(a)ポリエステル樹脂、ポ
リウレタン樹脂、又はエキポシ樹脂のような重合体樹
脂、(b)フィラー、(c)重合体樹脂を硬化させる
が、接着剤組成物を活性化させる状態下では妨害されて
非反応性となる、架橋結合を形成することの出来る硬化
剤である。この接着剤組成物は室温にて非接着性(no
n−tacky)であり、被覆した導線がスプールから
容易に巻き懈いて、導線のスクライビングヘッドを通る
ことが出来るものであることが重要である。この接着剤
は、導線を付着させたとき触針からの超音波エネルギに
よって活性化され、また、接着剤が冷却すると硬化状態
に急速に戻る。また、この接着剤組成物は熱硬化性であ
り、このため、接着剤を活性化する温度よりも十分に高
い温度まで加熱することで硬化させることが出来る。
The two-stage adhesive suitable for coating wire used in the present invention.
Are described in U.S. Pat. No. 4,642,321. The adhesive composition cures (a) a polymer resin such as a polyester resin, a polyurethane resin, or an epoxy resin, (b) a filler, and (c) a polymer resin, but activates the adhesive composition. It is a curing agent capable of forming cross-links that are hindered and non-reactive under conditions. The adhesive composition is non-adhesive (no
It is important that the coated wire be easily unwound from the spool and pass through the wire scribing head. The adhesive is activated by the ultrasonic energy from the stylus when the conductive wire is deposited, and quickly returns to a cured state when the adhesive cools. The adhesive composition is thermosetting, and therefore can be cured by heating to a temperature sufficiently higher than the temperature at which the adhesive is activated.

【0032】巻線は、実質的に任意の所望のパターンに
従うことが出来る。図4には、6極モータに適した巻線
の第一のコイル51が示してある。このコイルは、その
中心部にて開始しマンドレルの表面の約1/3を覆う
迄、伸長する長手方向ら旋状の形態をしている。単一層
の巻線がマンドレルの表面を覆うように、二つの同様の
追加的なコイルを形成することが出来る。次に、その前
の層の上に更なる巻線層を形成することが出来る。特に
重要なことは、端部の折返し部分の間にて完成したモー
タの空隙内に位置する作用導体部分が、直線状で且つ回
転軸線に対して平行に形成されることである。かかる平
行な導体は、エネルギのトルク変換を最も効率的にし、
銅の実装密度を高めて、巻線の固着に必要とされる成形
材料を最小にすることで熱の放散を改善する。本発明の
方法及び装置を使用すれば、ステータ構造体内に挿入す
る前、及び樹脂の硬化前に、直線状で平行な導体を有す
る巻線を略剛性な自己支持形態にて形成することが可能
となる。
[0032] The windings can follow virtually any desired pattern. FIG. 4 shows a first coil 51 of a winding suitable for a six-pole motor. The coil is in the form of a longitudinal spiral, starting at its center and extending until it covers about one third of the surface of the mandrel. Two similar additional coils can be formed such that a single layer of winding covers the surface of the mandrel. Next, a further winding layer can be formed on the previous layer. Of particular importance is that the working conductor portion located in the air gap of the completed motor between the end turns is formed in a straight line and parallel to the axis of rotation. Such parallel conductors make the most efficient torque conversion of energy,
Increased copper packing density improves heat dissipation by minimizing the molding compound required to secure the windings. Using the method and apparatus of the present invention, it is possible to form windings with straight and parallel conductors in a substantially rigid self-supporting form before insertion into the stator structure and before curing of the resin. Becomes

【0033】図4の巻線装置は、適当なコンピュータを
介してソフトウエアー制御することが望ましい。該コン
ピュータは、R駆動装置58を通じてマンドレルの回転
位置を制御する一方、L駆動装置56を通じてマンドレ
ルに関するスクライビングヘッドの長手方向位置を制御
し、更に、Z駆動装置54を介してその前に付着させた
導線の層に従ってマンドレルの面から上方のスクライビ
ングヘッドの高さを制御すると共に、制御装置60を通
じてヘッドの方向を制御し、又、導線を適当な速度で分
配するように駆動ローラ68を制御可能であるように相
互に接続されている。ソフトウエアー制御を通じてソフ
トウエアーを変化させ、マンドレルの寸法を変えるだけ
で、異なる型式又は寸法の巻線を容易に形成することが
可能であるから、完全にフレキシブルなシステムにする
ことが出来る。
The winding apparatus shown in FIG. 4 is preferably controlled by software through a suitable computer. The computer controls the rotational position of the mandrel through the R drive 58 while controlling the longitudinal position of the scribing head with respect to the mandrel through the L drive 56 and further deposits it in front of it via the Z drive 54. The height of the scribing head above the plane of the mandrel can be controlled according to the layer of wires, the direction of the head can be controlled through a controller 60, and the drive roller 68 can be controlled to distribute the wires at the appropriate speed. Interconnected as if they were. By simply changing the software through software control and changing the size of the mandrel, windings of different types or sizes can be easily formed, resulting in a completely flexible system.

【0034】図5A及び図5Bは、スクライビングヘッ
ド(scribing head)の超音波触針の選択
可能な実施例を示す断面図である。図5Aには、単一の
導体81用の触針の先端が示してある。該触針の先端は
導体の一部を囲繞し、導体を囲繞する接着剤を活性化さ
せて、導体に接着させる超音波エネルギを提供する。図
5Bに示した選択可能な実施例において、超音波触針8
4は、同時に付着される三つの導体85乃至87の一部
を囲繞し得るような形態をしている。
FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views showing alternative embodiments of the ultrasonic stylus of the scribing head. FIG. 5A shows the tip of a stylus for a single conductor 81. The tip of the stylus surrounds a portion of the conductor and activates the adhesive surrounding the conductor to provide ultrasonic energy to adhere to the conductor. In the alternative embodiment shown in FIG.
4 is configured to surround a portion of the three conductors 85 to 87 that are simultaneously attached.

【0035】図6には、同時に三つのスクライビングヘ
ッドを使用して三相巻線を形成する別の選択可能な実施
例が示してある。スクライビングヘッド91、92、9
3は、マンドレル90を中心として互いに120°変位
されている。スクライビングヘッド91乃至93は、そ
れぞれ別個のスプール94、95、96から線を受け取
る。この構造の場合、三相巻線の三本のコイルが同時に
形成される。
FIG. 6 shows another alternative embodiment in which three scribing heads are used simultaneously to form a three-phase winding. Scribing heads 91, 92, 9
3 are displaced from each other by 120 ° about the mandrel 90. The scribing heads 91-93 receive lines from separate spools 94, 95, 96, respectively. In the case of this structure, three coils of a three-phase winding are formed simultaneously.

【0036】図7には、テーパー付きマンドレルを備え
る巻線装置が示してある。図示するように、特定のモー
タにあった寸法としたマンドレルは、一端の直径が3
7.85mm(1.49インチ)、その他端の直径が3
6.78mm(1.448インチ)である。このマンド
レルにテーパーを付けることで、形成後に巻線構造体を
取り外すのが容易となる。
FIG. 7 shows a winding device having a tapered mandrel. As shown, a mandrel sized for a particular motor has a diameter at one end of 3 mm.
7.85mm (1.49 inches), other end diameter 3
6.78 mm (1.448 inches). By tapering the mandrel, it becomes easy to remove the winding structure after formation.

【0037】図8には、「ドラグアップ」巻線構造体を
形成するテーパー付きマンドレルが示してある。このマ
ンドレルは、巻線構造体の取り外しを容易にし得るよう
に、図7のマンドレルの場合と同様にテーパーが付けら
れている。マンドレルの縮小端は、「カップ」の底部を
形成する端部の折返し部分を受け入れ得る縮小径部分を
備えている。
FIG. 8 shows a tapered mandrel that forms a "drag-up" winding structure. The mandrel is tapered, as in the case of the mandrel of FIG. 7, to facilitate removal of the winding structure. The reduced end of the mandrel has a reduced diameter portion that can receive a turn at the end forming the bottom of the "cup".

【0038】本発明による自己支持巻線構造体を形成す
る別の選択可能な装置が図9乃至図11に示してある。
この実施例において、接着剤を被覆した絶縁導線は、連
続的ではなく、ある時点でその一部が接着される。この
線は、接着剤を活性化させるためにエネルギを加える間
に、回転軸線に関して平行に整合され、張力状態に置か
れ、次に、その下方の面内に押し込まれる。このように
して、作用部分の全体、又はその一部分が同時に接着さ
れる。
Another optional device for forming a self-supporting winding structure according to the present invention is shown in FIGS.
In this embodiment, the adhesive-coated insulated conductor is not continuous, but is partially adhered at some point. This line is aligned parallel to the axis of rotation, placed in tension, and then pushed into the plane below it while applying energy to activate the adhesive. In this way, the entire working part, or a part thereof, is adhered simultaneously.

【0039】マンドレル100(図9)は、製造中のモ
ータ内のロータの径に対応する径を有する拡大径部分1
01を備えている。この拡大径部分の長さは、モータの
空隙内の作用する巻線部分に対応する。マンドレルの端
部102、103は、巻線の端部の折返し部分を受け入
れ得るように縮小径にしてある。回転型の位置駆動装置
105を使用して、円弧の角度範囲内の精度でマンドレ
ルを位置決めする。
The mandrel 100 (FIG. 9) has an enlarged diameter portion 1 having a diameter corresponding to the diameter of the rotor in the motor being manufactured.
01 is provided. The length of this enlarged diameter portion corresponds to the working winding portion in the air gap of the motor. The ends 102, 103 of the mandrel are reduced in diameter to accommodate the turn at the end of the winding. The mandrel is positioned with accuracy within the angular range of the arc using the rotary position drive 105.

【0040】マンドレルの拡大径部分は、マイラー(M
ylar)フィルムを巻き付け、形成後に巻線構造体を
容易に取り外し得るようにしてある。このフィルムに
は、カプトン(Kapton)のような適当な熱可塑性
材料が被覆されている。
The enlarged diameter portion of the mandrel is a mylar (M
ylar) film is wound so that the wound structure can be easily removed after formation. The film is coated with a suitable thermoplastic such as Kapton.

【0041】一対のガイドピン107、108を使用し
て、適当な導線分配ボビン112から分配される絶縁導
線110を位置決めする。図9に示すように、導線の一
端は、固着され、ボビン112におけるその他端は、直
線状の線部分110を回転軸線に関して平行に張力状態
に配置することが出来る。
The pair of guide pins 107 and 108 are used to position the insulated conductor 110 distributed from the appropriate conductor distribution bobbin 112. As shown in FIG. 9, one end of the conductor is secured and the other end of the bobbin 112 can place the linear line portion 110 in tension parallel to the axis of rotation.

【0042】マンドレルの面、又は被覆した導体上の接
着剤を活性化させるために超音波エネルギが付与され
る。図10に示すように、増幅器114は、超音波変換
器117を囲繞する駆動コイル116に接続されてい
る。マイクロフォン120が変換器の振動周波数を拾い
上げ、また、このマイクロフォン120は変換器の共振
振動数の振動を保つフィードバック信号を提供するため
に使用される。このマイクロフォンはフィードバック制
御回路119に結合され、この制御回路は、増幅器11
4によって駆動コイルに供給される駆動信号の周波数及
び振幅の双方を決定する。
Ultrasonic energy is applied to activate the adhesive on the surface of the mandrel or on the coated conductor. As shown in FIG. 10, the amplifier 114 is connected to a drive coil 116 surrounding the ultrasonic transducer 117. A microphone 120 picks up the transducer's vibration frequency, and the microphone 120 is used to provide a feedback signal that keeps the transducer's resonant frequency vibrating. The microphone is coupled to a feedback control circuit 119, which controls the amplifier 11
4 determines both the frequency and the amplitude of the drive signal supplied to the drive coil.

【0043】変換器117は、回転軸線に対して平行な
V字形の溝を提供する形状としたホーン(horn)1
22に結合されている。この溝は、図11に示すような
寸法としてあり、このため、絶縁導体126の直径の1
/4乃至1/2は、該ホーンの下方水平面を貫通する面
の上方に位置している。
The transducer 117 has a horn 1 shaped to provide a V-shaped groove parallel to the axis of rotation.
22. This groove is dimensioned as shown in FIG.
4 to 2 are located above a plane passing through the lower horizontal plane of the horn.

【0044】図9に示した上昇位置にて、V字形溝は、
その下方の面の上方から約6.35mm(0.25イン
チ)の位置にある。超音波ホーンが下方に動くと、線1
10は、V字形溝内に捕捉され、マンドレルの面に向け
て下方に付勢される。供給される超音波エネルギの量
は、接着剤を活性状態にまで加熱するのに十分であるよ
うに、経験によって求める。下向きの力は、導線がマン
ドレルの面に、又はその前に付着させた導線に接触し
て、超音波エネルギがその接触面を活性化させ得るよう
に制御する。ホーンの下向きの力は、その前に付着させ
た導体を動かしたり、又は層の一体性を損なう程の大き
さであってはならない。この超音波エネルギは、ホーン
を上昇させる前に、約1/3秒間、遮断して、V字形溝
が上昇する前に接着剤が硬化するようにする。
In the raised position shown in FIG. 9, the V-shaped groove
It is about 0.25 inches (6.35 mm) above the lower surface. When the ultrasonic horn moves down, line 1
10 is captured in the V-shaped groove and urged downwardly toward the surface of the mandrel. The amount of ultrasonic energy delivered is empirically determined to be sufficient to heat the adhesive to an active state. The downward force controls the conductor to contact the surface of the mandrel or to a previously attached conductor so that ultrasonic energy can activate the contact surface. The downward force of the horn must not be large enough to move the previously deposited conductor or to compromise the integrity of the layer. This ultrasonic energy is shut off for about 1/3 second before raising the horn to allow the adhesive to set before the V-groove rises.

【0045】直線状の導線部分を接着させた後、ガイド
ピン107、108を一時的に除去する。導線を供給す
るときに、マンドレルを回転させて、端部の折返し部分
を形成する。次に、ガイドピンを再設定し、ボビン11
2は、次の作用導体を形成するため、導線の供給を続け
る。これと選択的に、この直線状の工程部分には、張力
を加え、次に、超音波を加え、導体を押し付けてその下
方の表面に接触させることによって接着する。巻線構造
体は、この工程を繰り返して、直線状の導体と端部折返
し部分とを交互に形成して、製造される。次の端部の折
返し又は作用導体部に進む前に、少なくとも直線状の作
用導体部又はその一部を接着する。
After bonding the linear conductors, the guide pins 107 and 108 are temporarily removed. As the wires are supplied, the mandrel is rotated to form a turn at the end. Next, the guide pins are reset and the bobbin 11
2 continues to supply wires to form the next working conductor. Alternatively, the linear process portion is glued by applying tension and then applying ultrasonic waves to press the conductor into contact with the underlying surface. The winding structure is manufactured by repeating this process and alternately forming linear conductors and end-turned portions. At least the straight working conductor or a part thereof is glued before the next end turn or working conductor.

【0046】図9の超音波ホーン122は、直線状の活
性導体部の全体を一回の工程で接着させる。
In the ultrasonic horn 122 shown in FIG. 9, the entire linear active conductor portion is bonded in one step.

【0047】図12には、ホーン128が作用導体部に
断続的に接触し、一回の工程でステッチ式の接着を実現
することを目的とする別の選択可能な構造体が示してあ
る。図13には、マンドレルの長手方向軸線に関して可
動である狭小な超音波ホーン129を使用して、絶縁導
線を同様に断続的に接着する別の選択可能な実施例が示
してある。この場合、ホーンは、所望の接着箇所まで長
手方向まで動かし、次に、下方に動かして接着剤を活性
化する。通常、作用導体部は、端部にて及びその端部間
の幾つかの箇所にて接着される。
FIG. 12 shows another alternative structure in which the horn 128 intermittently contacts the working conductor and achieves stitch-type bonding in a single step. FIG. 13 shows another alternative embodiment in which insulated wires are similarly intermittently bonded using a narrow ultrasonic horn 129 that is movable with respect to the longitudinal axis of the mandrel. In this case, the horn is moved longitudinally to the desired bonding point and then moved down to activate the adhesive. Typically, the working conductor is glued at the ends and at some point between the ends.

【0048】三相巻線のような多相巻線を形成するのに
好適な技術は、多数の絶縁導線のスプールを使用するも
のである。装置は、最初に、マンドレルの面の第一の相
として第一のコイルの第一の層を形成する。次に、別の
線スプールを使用して、第二のコイルの第一の層を第二
の相で形成する。次に、第三の導線スプールを使用し
て、第三のコイルの第一の層を第三の相で形成する。各
相の第一の層がマンドレルの面に形成されたならば、装
置は、再度、第一のスプールを使用して、第一のコイル
の第二の層を第一の相で形成する。第二及び第三のスプ
ールを連続的に使用して、第二の層を第二及び第三の相
で形成する。このようにして、三相、多層巻線が完成さ
れるまで、巻線工程を続行する。装置は、実質的に任意
の所望の形式の巻線が製造されるようにコンピュータ制
御される。該コンピュータは、マンドレルの回転位置を
のみならず、ガイドピンの位置、及び超音波ホーンの作
動条件及び動作をも制御する。この装置は、二つの導体
の極スパン程に小さい巻線を形成することが出来る。
A preferred technique for forming a multi-phase winding, such as a three-phase winding, is to use a spool of multiple insulated conductors. The device first forms a first layer of a first coil as a first phase on the face of the mandrel. Next, another line spool is used to form the first layer of the second coil in the second phase. Next, a first layer of a third coil is formed in a third phase using a third wire spool. Once the first layer of each phase has been formed on the face of the mandrel, the apparatus again uses the first spool to form the second layer of the first coil in the first phase. The second and third spools are used sequentially to form a second layer in the second and third phases. In this way, the winding process is continued until a three-phase, multilayer winding is completed. The apparatus is computer controlled so that virtually any desired type of winding is produced. The computer controls not only the rotational position of the mandrel, but also the position of the guide pins and the operating conditions and operation of the ultrasonic horn. This device can form windings as small as the pole span of two conductors.

【0049】三相巻線を製造する選択可能な別の装置
は、120°互いに変位させた三つの完全な巻線ステー
ションを備えるものである。
Another alternative device for producing three-phase windings is to have three complete winding stations offset from one another by 120 °.

【0050】図14には、本発明を使用して製造するこ
との出来るリニアモータのステータが示してある。この
ステータの巻線構造体は、適当な平坦な形成面130、
又は望ましくはステータ用の裏金(back iro
n)を提供する面の上に形成することが出来る。自己支
持ステータの巻線を最初に形成し、次に裏金ステータ構
造体まで動かす場合には、形成面には、テフロン(Te
flon)のような材料を被覆し、又はカプトンのよう
なフィルム材料を覆うことが望ましい。
FIG. 14 shows a stator of a linear motor that can be manufactured using the present invention. The winding structure of this stator has a suitable flat forming surface 130,
Or, desirably, back iron for the stator (back iro)
n) can be formed on the surface that provides n). If the windings of the self-supporting stator are first formed and then moved to the back metal stator structure, the forming surface should be Teflon (Te
It is desirable to coat a material such as flon) or cover a film material such as Kapton.

【0051】巻線構造体は、所望のリニアモータに適し
た任意の形態とすることが出来、接着剤を被覆した絶縁
導線を使用して形成することが望ましい。図14に示し
た巻線は、単一層の巻線であり、ここでは、コイル13
4、135、136がシングル状に付着されている。便
宜上、単一層の巻線として図示してあるが、実際の巻線
は、通常、多層とされる。図4に示したものと同様のス
クライビングヘッドを使用して、この導線線を形成面、
又はその前に付着させた線に付着させ且つ接着させるこ
とが出来る。このスクライビングヘッドは、X及びY座
標内で制御された動きを為し得るように設計されてい
る。導線の接着剤被覆に加え、又はこの被覆の選択例と
して、形成面に、又は導体層の間に接着剤層を付与する
ことも出来る。巻線の作用導体部分は、移動方向に対し
て垂直で且つ互いに関して平行とする。
The winding structure can be in any form suitable for the desired linear motor, and is preferably formed using an insulated conductor coated with an adhesive. The winding shown in FIG. 14 is a single-layer winding, and here, the coil 13
4, 135 and 136 are attached in a single shape. Although shown as a single layer of windings for convenience, the actual windings are typically multi-layered. Using a scribing head similar to that shown in FIG.
Alternatively, it can be attached and adhered to a previously attached line. The scribing head is designed to allow for controlled movement in X and Y coordinates. In addition to or as an option for the adhesive coating of the conductor, an adhesive layer can be applied to the forming surface or between the conductor layers. The working conductor portions of the winding are perpendicular to the direction of movement and parallel to each other.

【0052】ステータの巻線を形成した後、該巻線は、
ステータの裏金130に堅固に接着させる。これは、二
段階接着剤を硬化させ、又は熱硬化性のカプセル化材料
(encapsulant)を使用するか、又は追加す
ることにより行うことが出来る。
After forming the stator windings, the windings are:
It is firmly adhered to the back metal 130 of the stator. This can be done by curing the two-stage adhesive or by using or adding a thermosetting encapsulant.

【0053】図15に示すように、リニアモータは、ス
テータの巻線132に関して直線状に動き得るようにキ
ャリッジ(図示せず)に取り付けられた可動の永久磁石
140を備えている。弱磁性の極片142、144は、
その極表面間の距離がステータの巻線のコイルスパンに
等しいような寸法にしてある。裏金130は、可動磁石
に対する磁気経路を完成する。コイル134乃至136
は、所望の線形動作を実現するためにコイルを連続的に
励起し得るようにした適当なスイッチ列に接続されてい
る。
As shown in FIG. 15, the linear motor includes a movable permanent magnet 140 mounted on a carriage (not shown) so as to move linearly with respect to the stator winding 132. The weak magnetic pole pieces 142 and 144 are
The dimensions are such that the distance between the pole surfaces is equal to the coil span of the stator winding. Back metal 130 completes the magnetic path for the movable magnet. Coil 134 to 136
Are connected to a suitable array of switches that can continuously excite the coil to achieve the desired linear operation.

【0054】本発明の好適な実施例に従ってモータの巻
線構造体を製造する方法は、次の段階を備えている。
A method of manufacturing a motor winding structure according to a preferred embodiment of the present invention comprises the following steps.

【0055】(a)所望の巻線パターンに従って絶縁導
線をマンドレルに、又は円筒状の支持体に付着させる段
階。支持体の面、又は絶縁導線の一方又はその双方は、
感熱性接着剤で被覆する。導体層の間には、更なる接着
剤を付与することが出来る。巻線パターンのコイルは、
空隙内に配置すべき作用部分と、連続的な作用部分との
間の端部の折返し部分とを備えている。作用部分は、直
線状で且つ軸線に関して平行であることが望ましい。
(A) attaching the insulated wire to the mandrel or to the cylindrical support according to the desired winding pattern; The surface of the support, or one or both of the insulated conductors,
Cover with heat-sensitive adhesive. A further adhesive can be applied between the conductor layers. The coil of the winding pattern is
It has a working part to be placed in the cavity and a turn at the end between the continuous working parts. The working part is preferably straight and parallel with respect to the axis.

【0056】(b)絶縁導線の少なくとも一部を付着さ
せる間に、エネルギ、望ましくは超音波を印加し、作用
部分が回転軸線に関して平行に接着されるようにする。
選択可能な別のエネルギ源は、赤外線及びレーザエネル
ギを含む。接着された部分を有する巻線構造体は、略剛
性で且つ自己支持可能である。
(B) Applying energy, preferably ultrasonic, while depositing at least a portion of the insulated conductor so that the working portion is adhered parallel to the axis of rotation.
Other energy sources that can be selected include infrared and laser energy. The winding structure having the bonded portions is substantially rigid and self-supporting.

【0057】(c)該自己支持巻線構造体をマンドレル
から取り外し、モータのステータの裏金の円筒体内部に
配置する。次に、巻線を封入し、巻線を裏金の円筒体に
堅固に固着する。別個の封入(encapsulant
ing)樹脂を使用することが出来るが、感熱性接着剤
は、また、硬化して封入機能を発揮することの出来る熱
硬化性樹脂を含むことが望ましい。選択可能な好適な別
の実施例は、熱硬化性樹脂を含む感熱性接着剤に加え
て、封入剤を使用することである。
(C) The self-supporting winding structure is removed from the mandrel and placed inside the cylinder of the back metal of the motor stator. Next, the winding is sealed, and the winding is firmly fixed to the back metal cylinder. Separate encapsulation (encapsulant)
ing) A resin can be used, but it is desirable that the heat-sensitive adhesive also contains a thermosetting resin which can be cured to exhibit an encapsulating function. Another preferred alternative that can be used is to use an encapsulant in addition to the heat-sensitive adhesive containing the thermosetting resin.

【0058】(d)巻線構造体が所定位置に配置された
ならば、モータ組立体は、望ましくは回転する高エネル
ギ永久磁石を含んで完成することが出来る。
(D) Once the winding structure is in place, the motor assembly can be completed, preferably including rotating high energy permanent magnets.

【0059】(e)リニアモータの場合、絶縁導線は、
ステータの裏金とすることの出来る平坦部分形成面の上
に付着される。巻線の作用部分は、移動方向に関して平
行で且つ垂直であることが望ましい。巻線構造体は、製
造後に封入して、巻線を裏金に堅固に固着する。
(E) In the case of a linear motor, the insulated wire is
Attached on a flat portion forming surface which can be a backing of the stator. Preferably, the active part of the winding is parallel and perpendicular to the direction of movement. The winding structure is encapsulated after manufacture to firmly secure the winding to the backing metal.

【0060】(f)巻線を分配し、又は巻線を一度に一
部分づつ活性化するとき、接着剤を連続的に活性化する
ことが出来る。絶縁導線は、巻線の作用部分又はその一
部のみに対して接着剤を活性化させることにより、接着
させることが出来る。また、絶縁導線は、断続的な触針
状に接着することも可能である。
(F) When distributing the windings or activating the windings one portion at a time, the adhesive can be activated continuously. The insulated conductor can be adhered by activating the adhesive to the active portion of the winding or only a portion thereof. Further, the insulated conductive wire can be bonded in an intermittent stylus shape.

【0061】(g)自己支持巻線構造体の取り外しを容
易にするため、マンドレル又は、形成面は、マイラーの
ようなフィルム材料で包むか、又はテフロンのような材
料で被覆することが出来る。
(G) To facilitate removal of the self-supporting winding structure, the mandrel or forming surface can be wrapped with a film material such as Mylar or coated with a material such as Teflon.

【0062】(h)自己支持型巻線構造体の裏金の円筒
体(即ち、ステータの外殻)内への挿入を容易にすべ
く、一端の端部折返し部分は、内方に変位させ、巻線構
造体の端部の折返し部分の直径が作用部分の直径を越え
ないようにすることが出来る。次に、巻線構造体は、内
方に変位させた端部の折返し部分を先にして、挿入する
ことが出来る。また、巻線構造体の完成後で、ステータ
の外殻内に挿入する前に、接着剤を再活性化し、端部の
折返し部分を内方に変位させるのに十分な熱及び圧力を
加えることにより、端部の折返し部分を内方に変位させ
ることも可能である。
(H) In order to facilitate the insertion of the back metal of the self-supporting winding structure into the cylindrical body (that is, the outer shell of the stator), the end folded portion at one end is displaced inward, The diameter of the folded portion at the end of the winding structure may not exceed the diameter of the active portion. The winding structure can then be inserted with the inwardly displaced end turn first. Also, after the winding structure has been completed, before applying it into the outer shell of the stator, re-activate the adhesive and apply enough heat and pressure to displace the folded portion of the end inward. Thereby, it is also possible to displace the folded portion at the end inward.

【0063】(i)略剛性の巻線構造体を裏金の外殻内
に配置したとき、巻線は、外殻に対して外方に圧縮し
て、導体の実装密度を増し、封入剤で充填する必要のあ
る空隙スペースを少なくすることが出来る。この外方へ
の圧縮は、膨張可能なバルーン、膨張可能な割型ロー
ラ、引き抜き工程、又はその他の公知の技術を使用して
行うことが出来る。圧縮及び熱が接着剤を一時的に可塑
性状態に変化させるように、加熱してもよい。これと選
択的に、巻線構造体を裏金の外殻内に配置する前で、保
持具内に挿入する間に、圧縮工程を行うことも可能であ
る。
(I) When the substantially rigid winding structure is disposed in the outer shell of the backing metal, the winding is compressed outwardly with respect to the outer shell to increase the mounting density of the conductor, and the encapsulant is used. The void space that needs to be filled can be reduced. This outward compression can be accomplished using an inflatable balloon, an inflatable split roller, a drawing process, or other known techniques. Heat may be applied so that compression and heat temporarily change the adhesive to a plastic state. Alternatively, it is also possible to perform a compression step before inserting the winding structure into the shell of the backing metal and while inserting it into the holder.

【0064】(j)接着剤及び/又は封入剤は、その組
成物中に通常、存在するフィラーに代えて、鉄又はメッ
トガラス(Metglass)のような弱磁性材料の粉
末粒子を利用する樹脂組成物を含むことが可能である。
これらの粒子は、絶縁層で予め被覆することが望まし
い。これら粒子は、モータの磁気及び熱的性質を改善す
るために使用される。フィラーに代えて、セラミック粒
子、工業用ダイヤモンドチップ、又は熱伝導率の高いそ
の他の材料を使用することも出来る。
(J) The adhesive and / or encapsulant is a resin composition using powder particles of a weak magnetic material such as iron or Metglass instead of the filler usually present in the composition. It is possible to include things.
These particles are desirably coated in advance with an insulating layer. These particles are used to improve the magnetic and thermal properties of the motor. Instead of fillers, ceramic particles, industrial diamond chips, or other materials with high thermal conductivity can also be used.

【0065】(k)裏金の円筒状外殻を使用する実施例
の選択例として、巻線構造体には、接着剤を被覆した弱
磁性線を巻くことが出来る。通常、鉄線は、5又は6層
あれば十分である。この線で包み込むことは、裏金に対
し、巻線と裏金との間の間隔を最小にし、封入剤及びそ
の後の断熱バリヤを最小にすることを可能にする。包み
込んだ鉄線外殻を使用することに伴う更なる利点は、ロ
ータの位置の検出、又は磁界を弱くするように、モータ
を制御するために使用される巻線を含む、複雑な多数巻
線構造体の使用が容易になる点である。
(K) As an example of selecting an embodiment using a cylindrical outer shell, a weak magnetic wire coated with an adhesive can be wound around the winding structure. Usually, five or six layers of iron wire are sufficient. Wrapping with this wire allows for the back metal to minimize the spacing between the windings and the back metal and to minimize the encapsulant and subsequent insulation barrier. A further advantage associated with the use of wrapped iron shells is the detection of the position of the rotor, or the complex multi-turn structure, including the windings used to control the motor to weaken the magnetic field. It is easy to use the body.

【0066】(l)マンドレルに代えて、モータの実際
のロータを使用することも出来る。ロータには、マイラ
ーのような薄膜材料を一又は複数の層で包み込み、ロー
タとステータとの間に作用スペースを提供するようにし
てもよい。好適な実施例において、巻線を形成する均一
な面を提供し得るように注意する必要がある。この巻線
構造体は、マンドレルを使用する場合と同様に、マイラ
ーで形成される。
(L) Instead of the mandrel, the actual rotor of the motor can be used. The rotor may be wrapped in one or more layers of a thin film material, such as mylar, to provide a working space between the rotor and the stator. Care must be taken in the preferred embodiment to provide a uniform surface forming the windings. This winding structure is formed of mylar, as in the case of using a mandrel.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のモータの断面端面図である。FIG. 1 is a sectional end view of a motor of the present invention.

【図2】2Aは、本発明のモータのロータ部分の側面図
であり、2Bは、本発明のモータのロータ部分の端面図
である。
FIG. 2A is a side view of a rotor portion of the motor of the present invention, and 2B is an end view of the rotor portion of the motor of the present invention.

【図3】本発明のモータのステータの断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a stator of the motor of the present invention.

【図4】本発明の自己支持型巻線構造体を製造する線の
スクライビングヘッド及び関係する装置の概略図であ
る。
FIG. 4 is a schematic diagram of a wire scribing head and related apparatus for manufacturing the self-supporting wound structure of the present invention.

【図5】5Aは、単一の導体用の線スクライビングスチ
ラスを示す断面図であり、5Bは、三つの導体に対する
超音波触針の変形例を示す断面図である。
5A is a cross-sectional view showing a line scribing stylus for a single conductor, and FIG. 5B is a cross-sectional view showing a modified example of an ultrasonic probe for three conductors.

【図6】三相の巻線構造体の製造に三つのスクロール型
ヘッドを採用する装置の概略図である。
FIG. 6 is a schematic diagram of an apparatus employing three scroll type heads for manufacturing a three-phase winding structure.

【図7】図4に示した装置と共に使用されるテーパー付
きマンドレルの図である。
FIG. 7 is an illustration of a tapered mandrel used with the device shown in FIG.

【図8】図4に示した装置と共に使用されるテーパー付
き「ドラッグ・カップ」マンドレルの図である。
FIG. 8 is an illustration of a tapered “drag cup” mandrel used with the device shown in FIG.

【図9】作用線部分の全体を同時に接着させることの出
来る、巻線構造体を製造する別の選択可能な装置の斜視
図である。
FIG. 9 is a perspective view of another optional device for manufacturing a winding structure, which allows simultaneous bonding of the entire working line portion.

【図10】図9の装置に使用される超音波変換器及び関
係する装置の一部斜視図とした、部分概略図である。
10 is a partial schematic view of an ultrasonic transducer used in the apparatus of FIG. 9 and a related apparatus.

【図11】絶縁導体を捕捉したときを示す超音波ホーン
の断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the ultrasonic horn when capturing an insulated conductor.

【図12】超音波ホーンが絶縁導線をステッチ型式で接
着させ得る構造とした別の選択可能な実施例の斜視図で
ある。
FIG. 12 is a perspective view of another alternative embodiment in which the ultrasonic horn is configured to allow insulated conductors to be stitched together.

【図13】超音波ホーンが狭小であり、マンドレルに関
して動いて、同様にステッチ型式の接着を為し得るよう
にした、別の選択可能な実施例の斜視図である。
FIG. 13 is a perspective view of another alternative embodiment where the ultrasonic horn is narrow and moves with respect to the mandrel so as to be able to make a stitch-type bond as well.

【図14】本発明に従って製造したリニアモータのステ
ータの概略図的な斜視図である。
FIG. 14 is a schematic perspective view of a stator of a linear motor manufactured according to the present invention.

【図15】リニアモータのステータ巻線と組み合わせた
可動の永久磁石を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a movable permanent magnet combined with a stator winding of a linear motor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 鋼製シャフト 12 裏金スリー
ブ 14、15、16、17、18、19 永久磁石 20 帯状体 30 外殻体 32 ハウジング 40 巻線構造体 50 スクライビングヘッド 51 巻線パター
ン 52 マンドレル 54 Z駆動装置 56 L駆動装置 58 R駆動装置 60 ヘッドの方向制御装置 62 フレーム 66 スプール 68 駆動ローラ 70 アイドラーローラ 72 超音波触針 81 導体 84 超音波触針 85、86、87 導体 90 マンドレル 91、92、93 導体 94、95、96
スプール 100 マンドレル 101 拡大径部
分 102、103 マンドレルの端部 105 回転位置
駆動装置 107、108 ガイドピン 110 絶縁導線 112 線分配ボビン 114 増幅器 116 駆動コイル 117 超音波変
換器 119 フィードバック制御回路 120 マイクロ
フォン 122、128、129 ホーン 126 絶縁導体 130 形成面 132 ステータ
の巻線 134、135、136 コイル 140 永久磁石 142、144 弱磁性の極片
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Steel shaft 12 Back metal sleeve 14, 15, 16, 17, 18, 19 Permanent magnet 20 Strip 30 Outer shell 32 Housing 40 Winding structure 50 Scribing head 51 Winding pattern 52 Mandrel 54 Z drive 56 L drive Device 58 R drive device 60 Head direction control device 62 Frame 66 Spool 68 Drive roller 70 Idler roller 72 Ultrasonic stylus 81 Conductor 84 Ultrasonic stylus 85, 86, 87 Conductor 90 Mandrel 91, 92, 93 Conductor 94, 95 , 96
Spool 100 Mandrel 101 Enlarged diameter section 102, 103 End of mandrel 105 Rotational position drive 107, 108 Guide pin 110 Insulated conductor 112 Wire distribution bobbin 114 Amplifier 116 Drive coil 117 Ultrasonic transducer 119 Feedback control circuit 120 Microphone 122, 128 129 Horn 126 Insulated conductor 130 Forming surface 132 Stator winding 134, 135, 136 Coil 140 Permanent magnet 142, 144 Weak magnetic pole piece

フロントページの続き (73)特許権者 591132025 アドバンスト インターコネクション テクノロジー インコーポレイテッド ADVANCED INTERCONN ECTION TECHNOLOGY, INCORPORATED アメリカ合衆国、ニューヨーク州 11751、イズリプ、フリーマン アベニ ュー 181 (72)発明者 リチャード・ジェイ・フォージアー アメリカ合衆国ヴァージニア州24060, ブラックスバーグ,ハイランド・サーク ル 151 (72)発明者 モハマッド・カーンダン−バラニ アメリカ合衆国ヴァージニア州24141, ラッドフォード,マウンテン・ヴュー・ レーン 104 (72)発明者 レイモンド・エス・ケーグ アメリカ合衆国ニューヨーク州11735, ファーミンデール,ローレル・ストリー ト 45 (56)参考文献 特開 平6−165446(JP,A) 実開 平2−3171(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 15/08 H02K 3/00 Continued on the front page (73) Patent holder 591132025 Advanced Interconnection Technology Inc. ADVANCED INTERNECTION TECHNOLOGY, INCORPORATED 11751, New York, United States 11751, Izrip, Freeman Avenue 181 (72) Inventor Richard J. Forge, 240 United States, 240 Blacksburg, Highland Circle 151 (72) Inventor Mohammad Khandan-Balani 24141, Virginia, United States of America 241, Radford, Mountain View Lane 104 (72) Inventor Raymond E. S. Cage 11735, New York, USA Mindale, Laurel Street 45 (56) References JP-A-6-165446 (JP, A) JP-A-2-3171 ( P, U) (58) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) H02K 15/08 H02K 3/00

Claims (25)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ステータ外殻の内部における予め形成さ
れた少なくとも一部が剛性な巻線構造体と一又は複数の
永久磁石が設けられたロータとを有するスロットレスス
テータを備える回転型電気機械式変換器を製造する方法
にして、 (1)絶縁導線を円筒状の支持面の上に配置し、前記導
線又は前記面の何れか一方又はその双方には、エネルギ
を付与することによって活性化させることの出来る接着
剤層が被覆され、又は設けられるようにする段階であっ
て、 (a)前記絶縁導線の一部が、前記支持面の一端に向け
て移動する間に、前記円筒状支持面の軸線に関して平行
に配置されて、前記巻線構造体の作用導体部分を形成す
ることと、 (b)前記絶縁導線の一部が、端部の折返し部分を構成
する導線のループを形成するように配置されることと、 (c)その後に、前記絶縁導線の一部が、前記軸線に関
して平行に逆方向に移動する間に分配されて、前記巻線
構造体の別の作用導体部分を形成することと、 (d)次に、前記絶縁導線の一部が分配されて、端部の
折返し部分を構成する別の導線のループを形成すること
と、 (e)前記巻線構造体の全ての巻線コイルが完成される
迄、前記(a)乃至(d)の手順を反復することと、を
含む段階と、 (2)巻線構造体の作用部分を構成する次の部分を形成
する前に、各活性な導体部分の少なくとも一部を一度に
一つずつ接着剤で取り付け、これにより、少なくとも作
用導体部分が接着された円筒状の巻線構造体を形成する
段階と、 (3)封入剤として樹脂組成物を使用して前記構造体を
封入し、これと同時に、該構造体をステータ外殻に接着
する段階と、 (4)少なくとも一つの回転型の永久磁石ロータ構造体
を含むように、電気機械式変換器の組み立てを完成する
段階と、を含む製造方法。
1. A rotary electromechanical system comprising a slotless stator having a preformed at least partially rigid winding structure inside a stator shell and a rotor provided with one or more permanent magnets. A method for manufacturing a converter includes the steps of: (1) placing an insulated conductor on a cylindrical support surface and activating the conductor and / or the surface by applying energy to either or both of the conductor and the surface; Providing a layer of adhesive that can be coated or provided, wherein: (a) the cylindrical support surface while a portion of the insulated conductor moves toward one end of the support surface; (B) being arranged in parallel with respect to the axis of the winding structure to form a working conductor portion of the winding structure; and (b) a part of the insulated conductor forming a loop of the conductor forming a folded portion at the end. This is placed in (C) subsequently distributing a portion of the insulated conductor while moving in opposite directions parallel to the axis to form another working conductor portion of the winding structure; (D) Next, a part of the insulated conductor is distributed to form a loop of another conductor constituting a folded portion of the end; and (e) all the winding coils of the winding structure. (A) repeating steps (a) to (d) until is completed, (2) before forming the next part constituting the working part of the winding structure, Attaching at least a portion of the active conductor portion with an adhesive one at a time, thereby forming a cylindrical winding structure having at least the working conductor portion adhered; and (3) a resin as the encapsulant. The structure is encapsulated using a composition, while the structure is Phase and, (4) to include at least one of the rotary permanent magnet rotor structure, a manufacturing method including the steps of completing the assembly of the electromechanical transducer, the adhering to the shell.
【請求項2】 ステータ外殻の内部における予め形成さ
れた少なくとも一部が剛性な巻線構造体と一又は複数の
永久磁石が設けられたロータとを有する、金属構造体か
ら成るスロットレスステータを備える回転型電気式変換
器を製造する方法にして、 (1)導線のスクライビング手段が円筒状の支持面にあ
る状態にて、絶縁導線を分配し且つ付着させ、前記絶縁
導線又は前記円筒状の支持面の何れか一方、又はその双
方には、エネルギを付与することにより活性化させるこ
との出来る接着剤層が設けられる段階であって、 (a)前記絶縁導線の一部が、前記支持面の一端に向け
て移動する間に、前記円筒状支持面の軸線に関して平行
に配置されて、前記巻線構造体の作用導体部分を形成す
ることと、 (b)前記絶縁導線の一部が、端部の折返し部分を構成
する導線のループを形成するように配置されることと、 (c)その後に、前記絶縁導線の一部が、前記軸線に関
して平行に逆方向に移動する間に分配されて、前記巻線
構造体の別の作用導体部分を形成することと、 (d)次に、前記絶縁導線の一部が分配されて、端部の
折返し部分を構成する別の導線のループを形成すること
と、 (e)前記巻線構造体の全ての巻線コイルが完成される
迄、前記(a)乃至(d)の手順を反復することと、を
含む段階と、 (2)前記絶縁導線の少なくとも一部を分配すると略同
時に、各作用導体部分の少なくとも一部を連続的に接着
剤によって取り付け、少なくとも作用導体部分が接着さ
れた円筒状の巻線構造体を形成する段階と、 (3)ステータ外殻の前記巻線構造体を接着剤で同時に
接着する間に、樹脂性組成物によって前記巻線構造体を
封入する段階と、 (4)少なくとも一つの永久磁石を有するロータを前記
巻線構造体内に配置し、電気機械式変換器の組み立てを
完了する段階と、を含む製造方法。
2. A slotless stator consisting of a metal structure having a preformed at least partly rigid winding structure inside a stator shell and a rotor provided with one or more permanent magnets. A method of manufacturing a rotary electric converter comprising: (1) distributing and attaching an insulated conductor while the scribing means of the conductor is on a cylindrical support surface; At least one of the supporting surfaces or both of them is provided with an adhesive layer that can be activated by applying energy, and (a) a part of the insulated conductive wire is provided on the supporting surface. (B) being disposed parallel to the axis of the cylindrical support surface while moving toward one end of the cylindrical support surface to form a working conductor portion of the winding structure; End wrap (C) thereafter distributing a portion of the insulated wire while moving in a reverse direction parallel to the axis, Forming another working conductor portion of the winding structure; and (d) then distributing a portion of the insulated wire to form another wire loop forming a folded portion at the end. (E) repeating the steps (a) to (d) until all winding coils of the winding structure are completed; and (2) forming the insulated conductor. Substantially simultaneously with distributing at least a portion, continuously attaching at least a portion of each working conductor portion with an adhesive to form a cylindrical winding structure to which at least the working conductor portion is bonded; Attach the winding structure of the stator shell with adhesive Enclosing the winding structure with a resinous composition during the operation, and (4) disposing a rotor having at least one permanent magnet in the winding structure to complete the assembly of the electromechanical converter. And a manufacturing method.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の製造方法にし
て、接着剤を可塑性状態に一時的に変換するのに十分な
圧力又は圧力と温度とを加えることにより、前記巻線構
造体を圧縮することを含む製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the winding structure is formed by applying a pressure or a pressure and a temperature sufficient to temporarily convert an adhesive into a plastic state. A manufacturing method comprising compressing.
【請求項4】 請求項3に記載の製造方法にして、前記
構造体が、該構造体を封入しスロットレスステータの金
属構造体に強固に取り付ける前に、圧縮される製造方
法。
4. The method according to claim 3, wherein the structure is compressed before enclosing the structure and firmly attaching it to the metal structure of the slotless stator.
【請求項5】 請求項3に記載の製造方法にして、前記
圧縮段階が封入と共に実施される製造方法。
5. The method according to claim 3, wherein the step of compressing is performed with encapsulation.
【請求項6】 請求項1又は2に記載の製造方法にし
て、前記巻線構造体の少なくとも一端における端部の折
返し部分が、円筒状支持体の軸線に関して垂直な方向に
変位される製造方法。
6. The manufacturing method according to claim 1, wherein at least one end of the winding structure has a folded portion displaced in a direction perpendicular to the axis of the cylindrical support. .
【請求項7】 請求項6に記載の製造方法にして、前記
巻線構造体が、内方に変位させた端部の折返し部分を先
にして、スロットレスステータの外殻内に挿入される製
造方法。
7. The manufacturing method according to claim 6, wherein the winding structure is inserted into the outer shell of the slotless stator with the inwardly displaced end turning portion first. Production method.
【請求項8】 請求項1又は2に記載の製造方法にし
て、膨張可能な手段をその内部に挿入して外方に向けた
圧力又は圧力と熱とを加え、接着剤をその活性化された
可塑性状態に一時的に変換することにより、前記巻線構
造体を外方に更に圧縮することを含む製造方法。
8. A method according to claim 1 or 2, wherein the expandable means is inserted into the interior thereof and an outwardly directed pressure or pressure and heat is applied to activate the adhesive. A method of manufacturing, comprising further compressing the winding structure outward by temporarily converting to a plasticized state.
【請求項9】 請求項1に記載の製造方法にして、前記
絶縁導線が接着剤で被覆され且つ前記円筒状の支持面に
関してガイドの間に配置され、前記円筒状の支持体の軸
線に関して略平行に伸長する作用導体部分を形成し、前
記ガイドの間で絶縁導線に張力を加えることと、張力を
加えた後、前記作用部分の少なくとも一部を前記支持面
に、又はその前に形成した導体層の面に固定することと
を更に含む製造方法。
9. The method according to claim 1, wherein the insulated conductor is coated with an adhesive and disposed between guides with respect to the cylindrical support surface, and substantially with respect to an axis of the cylindrical support. Forming a working conductor portion extending in parallel, tensioning the insulated conductor between the guides, and after applying the tension, forming at least a portion of the working portion on or before the support surface; Fixing to the surface of the conductor layer.
【請求項10】 請求項1又は2に記載の製造方法にし
て、前記巻線構造体が複数の導体層内に配置される製造
方法。
10. The method according to claim 1, wherein the winding structure is disposed in a plurality of conductor layers.
【請求項11】 請求項1又は10に記載の製造方法に
して、前記接着剤が、次の巻線層を付着される前に付着
導線に付与される製造方法。
11. The manufacturing method according to claim 1, wherein the adhesive is applied to the attached conductor before the next winding layer is attached.
【請求項12】 請求項1又は2に記載の製造方法にし
て、前記接着剤が、超音波、赤外線、熱又はレーザエネ
ルギを付与することにより活性化されることを特徴とす
る製造方法。
12. The method according to claim 1, wherein the adhesive is activated by applying ultrasonic, infrared, heat or laser energy.
【請求項13】 請求項1又は2に記載の製造方法にし
て、前記接着剤が、その非活性化状態のとき、固体で且
つ非接着性状態であり、一定レベルのエネルギを印加す
ることにより、その活性で接着可能な可塑性状態に活性
化され、エネルギの付与を停止したとき、その固体の非
接着性状態に復帰する製造方法。
13. The method according to claim 1, wherein the adhesive is in a solid and non-adhesive state when in an inactivated state, and by applying a certain level of energy. A manufacturing method in which the solid state is activated by the activity to a bondable plastic state, and when the application of energy is stopped, the solid state returns to the non-adhesive state.
【請求項14】 請求項13に記載の製造方法にして、
前記接着剤が、一定レベルのエネルギを付与することに
より、その接着性状態に活性化され、その後の段階に
て、より高レベルのエネルギを印加することにより、そ
の熱硬化状態に完全に硬化される製造方法。
14. The method according to claim 13, wherein:
The adhesive is activated to its adhesive state by applying a certain level of energy, and at a later stage is completely cured to its thermoset state by applying a higher level of energy. Manufacturing method.
【請求項15】 請求項1又は2に記載の製造方法にし
て、巻線構造体を封入する前記封入剤及び接着剤が同時
に略完全に硬化される製造方法。
15. The method according to claim 1, wherein the encapsulant and the adhesive for encapsulating the winding structure are almost completely cured at the same time.
【請求項16】 請求項1又は2に記載の製造方法にし
て、前記封入剤が熱伝導率の大きいフィラーを含む製造
方法。
16. The production method according to claim 1, wherein the encapsulant contains a filler having a high thermal conductivity.
【請求項17】 請求項16に記載の製造方法にして、
前記フィラーの一部又はその全部が、弱磁性材料の微細
な粉砕粒子から成る製造方法。
17. The method according to claim 16, wherein:
A manufacturing method in which a part or all of the filler is composed of finely pulverized particles of a weak magnetic material.
【請求項18】 請求項17に記載の製造方法にして、
前記粒子が電気絶縁層で予め被覆される製造方法。
18. The method according to claim 17, wherein
A production method wherein the particles are pre-coated with an electrical insulating layer.
【請求項19】 請求項1又は2に記載の製造方法にし
て、磁気ステータ構造体の一部又はその全てが、弱磁性
材料の微細な粉砕粒子で充填された樹脂組成物を使用し
て、射出成形法により形成され且つ前記巻線構造体の外
面に取り付けられる製造方法。
19. The manufacturing method according to claim 1, wherein a part or all of the magnetic stator structure is made of a resin composition filled with finely ground particles of a weak magnetic material. A manufacturing method formed by an injection molding method and attached to an outer surface of the winding structure.
【請求項20】 前記弱磁性材料から成る導線が前記形
成された巻線構造体の外面に付与され、前記巻線を囲繞
する磁性ステータ構造体を形成する、請求項1又は2に
記載の製造方法にして、 (a)弱磁性構造体から成る接着剤で被覆した導線を前
記巻線構造体を囲繞する複数の層に配置することと、 (b)前記磁性材料から成る導線を前記巻線構造体の前
記外面に及び互いに接着剤で接着することと、 (c)エネルギ及び圧力を付与することにより、形成さ
れる構造体を圧密化することとを含む製造方法。
20. The method according to claim 1, wherein a conductor made of the weak magnetic material is applied to an outer surface of the formed winding structure to form a magnetic stator structure surrounding the winding. The method comprises: (a) disposing a wire coated with an adhesive made of a weak magnetic structure in a plurality of layers surrounding the winding structure; and (b) winding the wire made of the magnetic material into the winding. A manufacturing method, comprising: adhering to the outer surface of the structure and to each other with an adhesive; and (c) consolidating the formed structure by applying energy and pressure.
【請求項21】磁気ステータの外殻を含むスロットレス
ステータ用の自己支持巻線構造体を製造する装置にし
て、 (イ)円筒状の支持面を提供する円筒状のキャリアマン
ドレルと、 (ロ)前記マンドレルの回転位置を制御する駆動装置
と、 (ハ)エネルギを付与することにより可塑性的な接着性
状態に活性化させることの出来る接着剤で被覆された絶
縁導線を分配する手段と、 (ニ)前記分配手段を動かし、絶縁導線を前記円筒状マ
ンドレルの軸線に関して平行に配置し、巻線構造体の作
用導体部分を形成すると共に、線を分配して前記作用導
体部分の間に端部の折返し部分を形成する駆動装置と、 (ホ)前記接着剤被覆を前記可塑性の接着剤状態に活性
化させて、前記作用導体部分の少なくとも一部を同時に
一つずつ接着し、自己支持巻線構造体を形成する手段
と、 (ヘ)前記自己支持巻線構造体を前記ステータの外殻内
に挿入し、その中で前記巻線構造体を固着する手段と、
を備える装置。
21. An apparatus for manufacturing a self-supporting winding structure for a slotless stator including an outer shell of a magnetic stator, comprising: (a) a cylindrical carrier mandrel providing a cylindrical support surface; (C) means for controlling the rotational position of the mandrel; and (c) means for distributing an insulated conductor coated with an adhesive which can be activated into a plastic adhesive state by applying energy. D) moving said distributing means so as to arrange the insulated conductor parallel to the axis of said cylindrical mandrel to form the working conductor portion of the winding structure and to distribute the wire to end portions between said working conductor portions; And (e) activating the adhesive coating to the plastic adhesive state and simultaneously bonding at least a portion of the working conductor portion one by one to form a self-supporting device. Means for forming a linear structure, and means for securing the (f) the insert a self-supporting winding structure into the outer shell of the stator, said winding structure therein,
An apparatus comprising:
【請求項22】 請求項21に記載の装置にして、前記
マンドレルの領域内に設けられ、作用導体部分に対する
先端を形成する、引っ込み可能なガイドピンを更に備え
る装置。
22. Apparatus according to claim 21, further comprising a retractable guide pin provided in the area of the mandrel and forming a tip for the working conductor part.
【請求項23】 磁気ステータの外殻を含むスロットレ
スステータ用の自己支持型巻線構造体を製造する装置に
して、 円筒状の支持面を提供する円筒状のキャリアマンドレル
と、 前記マンドレルの回転位置を制御する駆動装置と、 エネルギを付与することにより可塑性の接着性状態に活
性化させることの出来る接着剤で被覆された絶縁導線を
分配する手段と、 前記分配手段を移動し、絶縁導線を前記円筒状マンドレ
ルの軸線に関して平行に付着させて、線構造体の作用導
体部分を形成すると共に、巻線を分配して前記作用導体
部分の間に端部の折返し部分を形成する駆動装置と、 巻線が分配される間に、前記接着剤被覆を連続的に活性
化させて前記可塑性接着性状態にし、前記作用導体部分
の少なくとも一部を接着して自己支持型巻線構造体を形
成する手段と、を備える装置。
23. An apparatus for manufacturing a self-supporting wound structure for a slotless stator including an outer shell of a magnetic stator, comprising: a cylindrical carrier mandrel providing a cylindrical support surface; and rotation of the mandrel. A driving device for controlling the position; a means for distributing an insulated wire coated with an adhesive which can be activated into a plastic adhesive state by applying energy; and moving the dispensing means to move the insulated wire. A drive device attached parallel to the axis of the cylindrical mandrel to form the working conductor portion of the wire structure and to distribute windings to form end turn portions between the working conductor portions; While the windings are being dispensed, the adhesive coating is continuously activated into the plastic adhesive state, and at least a portion of the working conductor portion is adhered to form a self-supporting winding structure. And means for forming a.
【請求項24】 請求項22又は23に記載の装置にし
て、前記マンドレルが、前記支持面に形成された巻線構
造体の端部の折返し部分に対応する縮小径領域を備える
装置。
24. Apparatus according to claim 22 or claim 23, wherein the mandrel comprises a reduced diameter region corresponding to a turn at the end of a winding structure formed on the support surface.
【請求項25】 請求項22又は23に記載の装置にし
て、前記円筒状支持体の上の異なる半径方向位置にて絶
縁導線を同時に分配する複数の手段を備える装置。
25. Apparatus according to claim 22 or 23, comprising a plurality of means for simultaneously distributing insulated conductors at different radial positions on the cylindrical support.
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