JPH0458747A - コアレスアマチュアコイルの製造方法及び該コイルを用いたブラシレス・コアレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、コアレスアマチュアコイルと多極永久磁石と
で構成され、中央部に貫通空間を有するブラシレス・コ
アレスモータ及びそのコアレスアマチュアコイルの製造
方法に関する。

（従来の技術） 従来、ブラシレス・コアレスモータとしては、アキシア
ルエアギャップ形のものが知られており、その構成等に
は種々のものがあるが、電機子コイルの形状から見れば
扁平扉形巻線コイル、平面渦巻シートコイル等に大別で
きる。従来の２相多極アキシアルフラツクス形ブラシレ
ス・コアレスモータの構造は、ベースプレート上に、軸
受部の周囲に扁平扇形巻線の電機子コイルを設け、ドー
ナツ型のＦＧコイル、ホール素子をはさんで、永久磁石
を取り付けたコマ型のロータを軸支し、シャフトにて回
転出力を取り出している。そして、電機子コイルは２相
又は３相のコイル（Ａ相コイル、Ｂ相コイル、Ｃ相コイ
ル）を位相ずらして重ねて一対とし、それを順次円周上
に配置して構成している。従来この種の扁平扇形コイル
の効率を高めるために、扇形コイルの広拡側曲線部分を
他の部分よりも厚くする等コイルの形状に改良を加たも
のも知られている（例えば、実間Ｆ＠６１−１９５７３
９号公報）。

また、シートコイル型ブラシレス・コアレスモータの構
造は、アキシアルフラックス型モータと基本的には同じ
で、巻線の代りにエツチング方式を採用している。

ラジアルエアギャップ形のブラシレスモータは、一般に
アマチュアコイルがコアを有しているものが知られてい
る。ラジアルエアギャップ形のブラシレスＤＣモータで
は、スロット付きの場合は積層コアのスロット部にアマ
チュアコイルを納め、スロットレスの場合は樹脂で作ら
れたボビン内部にリング状のコアを納めてボビン外周に
コイルを接着などで固定してステータを構成し、該ステ
ータを囲むようにしてカップ状のロータヨークに永久磁
石を配置してロータを構成している。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の扁平型ブラシレス・コアレスモータの扁平形コイ
ルは、２相又は３相を対とし、回転軸上し に重置、電機子コイルを形成しているため、下側のＡ相
コイルと上側のＢ相コイルとでは回転子側の永久磁石（
ロータ）との間に、それぞれ距離差を生じ、Ａ相、Ｂ相
コイルの作用力を均等にするにはそれぞわ異なるパワー
制御等が必要である。

また、距離差による作用力は距離の約２乗に反比例する
ためコイルの厚みに制限が生じる。さらに、コイル及び
永久磁石の形状が扇形であり、内側はど極間（Ｎ−５）
が短くなるため作用力が小さくなる欠点がある。

また、ラジアルエアギャップ方式では、アマチュアコイ
ルの巻線が複雑であり、その巻線方法は自動化する事が
困難であり、手作業に頼っているのが現状であり、その
ため、製造効率が悪い等の問題点がある。

さらに、従来のブラシレスモータは、一般に回転軸心位
置に回転軸を設けであるので、回転軸心の中央部に大き
な貫通空間を設けることができず、その出力方式が制限
され、その用途に制限を受ける等の問題点がある。

本発明は、上記従来のブラシレスモータの問題点を解決
するために創案されたものであって、各相コイルの作用
力が均等なコイルが得られてトルクリップルが小さく、
制御が簡単、且つアマチュアコイルの組立が簡単で、し
かも中央部に大きな貫通空間を形成することができて、
８力形態の多様化を図ることができるブラシレス・コア
レスモータ、及び該モータのアマチュアコイルの製造方
法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するための本発明は、中央部に空隙部
を有するコアレス枠状コイルを形成し、該コアレス枠状
コイルを彎曲させると共に上辺部及び下辺部を同方向に
折曲してコ字状に成形し、該コイルの平行する縦辺が磁
性体からなるコイル固定リングの内周面又は外周面に面
するように、該コイルをコイル固定リングに順次取り付
けてコアレスアマチュアコイルを製造する。その際、前
記コアレス枠状コイルを高さが僅かに相違する二字状の
２種類以上のコイルに成形し、一方のコイルの空隙部に
それぞれ他方のコイルの一縦辺部が位置するように、２
種類以上のコイルを交互に位相をずらして配置し、それ
を順次コイル固定リングに取り付けることによって、各
相のコイルが同一円周面に均一に密着して配置されたコ
アレスアマチュアコイルが得られる。

そして、本発明のブラシレス・コアレスモータは、前記
のようにしで得られたコアレスアマチュアコイルと、該
コアレスアマチュアコイルの縦辺と対面して多極永久磁
石を配置したリング状の回転子とで構成され、中央部に
貫通空間を有する構成となっている。

前記回転子は、前記固定子のリング状フレームの内周面
又は外周面にベアリングを介して回転自在に支持され、
前記リング状フレームと前記回転子間に回転子の回転位
置制御用のエンコーダが設けられていて、中央部の貫通
空間に被制御部材（被粁動部材）が貫通設置できるよう
になっている。

また、前記コアレス矩形枠状コイルは、巻線またはシー
トコイル何れでも形成できる。

（作用） 枠状コイルの上辺部と下辺部は、磁束が平行なために作
用力は発生しないので、コイルをコ字型に成形して上辺
部及び下辺部を固定リング上下空隙部分に取付けること
によって、作用力を低下させることなく、アマチュアコ
イルの高さ方向を低くすることができる。そして、コイ
ルは回転子側のみに位置するので薄くできる。アマチュ
アコイルは、各相コイルが回転子の永久磁石に対して距
離差が生じないので、各相コイルの作用力が均等なコイ
ルが得られ、トルクリップルが小さく、制御が簡素化さ
れる。

そして、アマチュアコイルの各単位コイルは個々に独立
して成形することができ、しがもコ字状の単純な形状で
あるので容易に自動成形ができる。

且つ、固定リングへの取り付けも簡単であるので、アマ
チュアコイルの製造が簡素化されて自動化が容易で、従
来のコアにコイル線を複雑に巻き付けてアマチュアコイ
ルを製造するものに比べて大幅に工程が短縮できる。ま
た、自動化できるのでコイル形状にバラツキがなく、均
一形状のアマチュアコイルが得られる。

モータの中央部が貫通空間になっているので。

該貫通空間に被制御部材を貫通設置できる。従って、８
力軸端部にしか被制御部材を直接又は伝動部材を介して
接続することができない従来のモータと比べて、例えば
第３図に示すように使用できる等、その用途の範囲が拡
大する。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は、本発明に係るブラシレス・コアレス２相モー
タのコアレスアマチュアコイル成形及び組立手順を示し
ている。

まず、同図（ａ）に示すように中央部に高さＨが後述す
る固定リングの高さｈよりも僅かに大きく　（コイル厚
さｔの約２倍程度）、幅Ｗが巻ｖＡＩｌｌｉＴ（縦辺幅
）Ｗとほぼ等しい矩形空隙部２を有する扁平矩形コイル
１を、周知の手段で巻線して接着成形して得る。次いで
、該コイル１を磁性体からなる固定リング４の内周面に
沿うように湾曲成形する（ｂ）。次いで該コイルを折曲
内面高さｈｌが固定リングの高さｈとほぼ等しくなるよ
うに上下辺部を同方向に折曲してコ字状に成形してＡ相
コイル３ａを得る（同図（Ｃ））と共に、折曲内面高さ
ｈ２＝ｈ＋２ｔ＝Ｈになるようにコ字状に成形してＢ相
コイル３ｂを得る。このようにして成形されたＡ相コイ
ル３ａを、固定リング４の内周面にコイルの折曲した上
下辺部で固定リングの上下縁部を抱持するようにして取
り付け、次にＢ相コイルを一側の縦辺がＡ相コイルの空
隙部２に嵌まるようにして位相をずらして取り付ける。

以下、同様にしてＡ相コイルとＢ相コイルの組合せを単
位として、順次固定リングに取り付けていく。

それにより、Ａ相コイルとＢ相コイルの縦辺部が同一円
周面内に位置してリング状のコアレスアマチュアコイル
が得られる。該アマチュアコイルは、Ａ相コイルとＢ相
コイルが回転子の永久磁石に対して距離差が生じないの
で、Ａ相、Ｂ相コイルの作用力が均等なコアレスアマチ
ュアコイル５が得られる。

このようにして得られたアマチュアコイルを採用した本
実施例のブラシレス・コアレスモータを第２図に示す。

図中、６がベースプレートであり、７が円筒フレームで
ある。該円筒フレームの内周面に前記実施例で得られた
コアレスアマチュアコイル５の固定リング４をねじ８等
適宜の手段で取り付ける。

１０は中空円筒状の回転子であり、前記コアレスアマチ
ュアコイルの縦辺部と面する外周部に多極の永久磁石１
１が配置されている。］２は円筒フレームに円筒状のロ
ータを回転自在に支持するための軸受である１、１３は
該円筒状ロータの上面に固定された出力軸プレートであ
り、回転子の回転を波計動体（若しくは被制御体）に伝
達するものであり、本実施例ではリング状の円盤になっ
ているが、被ｌ動体の形態に応じて適宜のものが採用で
きる。

１４はロータの回転位置を検出し所定のアマチュアへの
通電を行ない、位相の切り換えを行なうためのホール素
子であり、固定リング内周面に取り付けられている。１
５は回転位置制御を行なう為の回転位置を検出するエン
コーダで回転子１０にパルス円盤１６を取り付け、ベー
スプレートに検出素子１７を取り付けてなる。

第３図は、以上のように構成されたされたブラシレス・
コアレスモータの一使用例を示す。

この使用例は、上記のコアレス・ブラシレスモータを３
個組み合わせて超精密位置決め装置を構成している。１
段目のモータ２０の回転子の上端に固定された出力プレ
ート２１に、偏心させて２段目モータ２２のベースプレ
ートを固定し、同様に２段目モータ２２の出力プレート
２３の偏心位置に３段目モータ２４を固定してなる。こ
のように構成された装置において、１段目のモータ２０
のみを恥動すると、２段目及び３段目のモータはモータ
全体が１段目モータに対する偏心量を回転半径として１
段目モータの軸心回りに回転する。

同様に２段目モータのみを回転すると３段目モータが２
段目モータに対する偏心量を回転半径として回転する。

従って、２段目モータが１段目モータに対して距＠Ｌ１
だけ偏心した位置に取付られ、同様に３段目モータが２
段目モータに対して距離Ｌ２だけ偏心して取り付けられ
ているとすれば、１段目モータ及び２段目モータを独立
して回転させることにより、３段目モータの軸心をＬ１
＋Ｌ２を半径とする円内を自由に移動させることができ
る。従って、３段目モータの出力プレートに被位置決め
体を取付けて、１段目モータと２段目モータを鄭動すれ
ば、その回転の組合せのみで、被位置決め体を２次元面
内を並進移動させることができて平面内の超精密な位置
決めがきる。そして、３段目を回転することによって被
位置決め体の回転方向の位置決めもできるので、３つの
モータの回転の組合せにより被位置決め体を３軸（ｘ−
ｙ−θ）に位置決めできる超精密位置決め装置が得られ
る。

第４図は本発明のブラシレス・コアレスモータの他の実
施例であり、ロータ外装型の実施例である。

該実施例では、コイル固定リング３０の外周に第１図に
示すように加工して得られたＡ相コイル３１及びＢ相コ
イル３２（但し、本実施例では各コイルは第１図の場合
と彎曲方向が逆になっている）を取り付けてコアレスア
マチュアコイル３３を構成し、該コイルをベースプレー
ト３４に固定した円筒体３５の外周に固定して固定子を
形成している。そして、回転子３６は、前記円筒体３５
の上部にベアリング３７を介して回転自在に取り付けら
た円筒状のヨーク３８の内周面に、前記コアレスアマチ
ュアコイル３３に対面して多極の永久磁石３９を取付け
て構成されている。図中、４０はパルス円盤、４１はパ
ルス検出器であり、両者でエンコーダを構成する。また
、４２はホール素子である。以上の構成からなるモータ
は前記第２図に示すモータとロータが外装である点を除
いてその作用効果は同様である。

第５図はアマチュアコイルの他の実施例であり、本実施
例ではコイル縦辺が底辺に対して垂直より角度γだけ傾
斜するように形成された扁平な平行４連形変形状コイル
４４を、前記実施例と同様に成形してＡ相コイル４５ａ
及びＢ相コイル４５ｂを得る。そして、図示のように固
定リング４６に縦片が傾斜するようにして取付ける。こ
のようにして、コアレスアマチュアコイルに傾斜を持た
せて、垂直に設けた回転子の永久磁石と組み合わせるこ
とによって、リップルをより小さくすることができる。

以上、本発明のコアレスアマチュアコイルの製造方法及
びブラシレス・コアレスモータの一実施例を示したが、
本発明は上記実施例のように２相式の場合に限定される
ものでなく、３相式以上のものにも適用でき、さらにそ
の技術的思想の範囲で種々の設計変更が可能であること
は言うまでもない。

（効果） 本発明は、以上のような構成からなり、従来技術と比較
して次のような格別な効果を奏する。

（１）コアレスアマチュアコイルの各単位コイルは個々
に独立して構成され、且つコ字状の単純な形状であるの
で容易に成形ができ、しかも固定リングへの取り付けも
簡単であるので、アマチュアコイルの製造の自動化が容
易であり、従来の製造方法に比べて大幅に工程が短縮で
きる。また、機械で自動巻き及び成形取り付けが可能で
あるので、均一形状のアマチュアコイルが得られる。

（２）コイルをコ字状に成形して、作用力の発生しない
コイル上辺部と下辺部を固定リングに取付けるようにし
たので１作用力を低下させずに高さ方向を低くすること
ができる。そして、コイルは回転子側のみに位置するの
で薄くできる。

（３）アマチュアコイルは、各相コイルが回転子の永久
磁石に対して距離差が生じないので、各相コイルの作用
力が均等なアマチュアコイルが得られトルクリップルが
小さく、シかもコイルの形状にバラツキがないので、ロ
ータとのエアギャップを小さくすることができ、従来の
ブラシレス・コアレスモータに比へ高トルクが得られ、
制御も簡単である。

（４）回転子がリング状で中央部が貫通空間になってい
るので、該貫通空間に被制御部材を貫通Ｈ１できる。従
って、出方軸端部にしか被制御部材を直接又は伝動部材
を介して接続することができない従来のモータと比べて
、その用途の範囲を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はコアレス
アマチュアコイルの製造工程図、第２図はブラシレス・
コアレスモータの正面断面図、第３図はその使用例であ
る３軸超精密位置決め装置の側面図、第４図はブラシレ
ス・コアレスモータの他の実施例の正面断面図、第５図
はコアレスアマチュアコイルの他の実施例の製造工程図
である。 １：扁平矩形コイル　　２：空隙部　　３ａ：Ａ相コイ
ル　　３ｂ：Ｂ相コイル　　４．３０．４６：固定リン
グ　　５．３３：コアレスアマチュアコイル　　６．３
４：ベースプレート７：円筒フレーム　　１０．３６二
回転子１１．３９：永久磁石　　１２．３７：ベアリン
グ　　１４．４２：ホール素子　　１５：エンコーダ　
　２０．２２．２４：ブラシレス・コアレスモータ 特許呂願人　科学技術庁航空宇宙技術研究所長性　　内
　　和　　之 （化２名） 出願人代理人　　　　　弁理士　佐藤文男（化２名） 全　　歳 ）＝）＝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）中央部に空隙部を有する扁平なコアレス枠状コイル
   を形成し、該コアレス枠状コイルを彎曲させると共に上
   辺部及び下辺部を同方向に折曲してコ字状に成形し、該
   コイルの平行する縦辺が磁性体からなるコイル固定リン
   グの内周面又は外周面に面するように、該コイルをコイ
   ル固定リングに順次取り付けてコアレスアマチュアコイ
   ルを形成することを特徴とするコアレスアマチュアコイ
   ルの製造方法。 ２）前記コアレス枠状コイルは高さが僅かに相違するコ
   字状の２種類以上のコイルに成形され、一方のコイルの
   空隙部にそれぞれ他方のコイルの一縦辺部が位置するよ
   うに、２種類以上のコイルを対として位相をずらして配
   置し、順次コイル固定リングに取り付けてなる請求項１
   記載のコアレスアマチュアコイルの製造方法。 ３）扁平でコアレス４辺形枠状の多相一対のコイルをリ
   ング状フレームに多極配置固定したコアレスアマチュア
   コイルと、該コアレスアマチュアコイルの縦辺と対面し
   て多極永久磁石を配置したリング状の固定子とで構成さ
   れ、中央部に貫通空間を有するブラシレス・コアレスモ
   ータ。 ４）前記コアレスアマチュアコイルが、中央部に空隙部
   を有するコアレス４辺形枠状コイルの対向する上辺部と
   下辺部をほぼ直角に折曲してコ字状に成形され、該コイ
   ルの平行する縦辺が磁性体からなるコイル固定リングの
   内周面又は外周面に面してコイル固定リングに順次取り
   付けて構成されている請求項２記載のブラシレス・コア
   レスモータ。 ５）前記コアレスアマチュアコイルが、高さが僅かに相
   違するコ字状に成形した複数種類のコイルからなり、一
   方のコイルの空隙部に他方のコイルの一縦辺部が位置す
   るように、複数種類のコイルを位相をずらして順次コイ
   ル固定リングに取り付けてなる請求項３記載のブラシレ
   ス・コアレスモータ。 ６）前記コアレス４辺形枠状コイルが巻線コイルである
   シートコイルである請求項３、４又は５記載のブラシレ
   ス・コアレスモータ。 ７）前記コアレス４辺形枠状コイルがシートコイルであ
   る請求項３、４又は５記載のブラシレス・コアレスモー
   タ。 ８）前記回転子は、前記固定子のリング状フレームの内
   周面又は外周面にベアリングを介して回転自在に支持さ
   れ、前記リング状フレームと前記回転子間に回転子の回
   転位置制御用のエンコーダが設けられていて、中央部の
   貫通空間に被制御部材（被駆動部材）が貫通設置できる
   ようになっていることを特徴とする請求項３乃至６何れ
   か記載のブラシレス・コアレスモータ。 ９）前記ブラシレス・コアレスモータがＤＣブラシレス
   ・コアレスモータである請求項３乃至８何れか記載のブ
   ラシレスモータ。