JPS62189931A - デイスク状ステ−タのコイル - 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、ディスク状ロータとディスク状ステータを有
（るディスク型同期電動機のディスク状ステータのコイ
ルに関する。

従来の技術 ディスク状のロータとディスク状のステータとを微小な
間隙をもって向き合せて軸線方向に配列した永久磁石式
のディスク型同期電動機は、ディスク状ロータの永久磁
石とディスク状ステータの巻線部が近接していることか
ら磁気装荷を高めることができ、かつ、ディスク状の巻
線部の導線の密度を一トげることによりさらに電気的装
架を高めることによって、薄型で高性能で、かつ大きな
出力１−ルクを得ることができる。このため、ダイレク
トドライブ方式にて使用されることが多い。

一方、大きな出力トルクを得るには、巻線間の耐電圧が
大きく、耐熱性に強く、巻線に大電流を通電させること
のできるディスク状ステータの巻線部を得ることが必要
であるが、従来から開発されているディスク型同期電動
機はこの点が難しく、小型のものに限られていた。

そこで、本願出願人は、巻線回数を多くし、かつ、巻線
間の耐電圧が大きく、同時に耐熱性に強く、大電流を通
電させることができるディスク状ステータのコイルを特
願昭６０−１８８４４２号において提案している。

これは、第３図に示すように、薄い円形の銅板に切目を
入れて極数に応じた渦巻きの導体を形成して、この切目
間に高耐電圧、高耐熱性のワニスを含浸させて高耐熱性
絶縁フィルムに接着し固定し巻線ユニットＡを形成し、
該巻線コニットＡを２枚重ねてステータのコイルを形成
するもので、巻線ユニットＡは、この例では第４図に示
すようなセグメントＳが５枚（８１〜Ｓ５）と、第５図
に示すようなセグメントＳ′が１枚によって構成されて
おり、各セグメント５（８１〜８５）には切目の溝１に
よって２つの１磁極の幅用の渦巻きの導体２が形成され
、渦巻きの中心には電気的結合部３ａ　、３ｂが設けら
れ、また、渦巻きの先端（Ｐｌ、Ｐ２＞は各々接続され
るように切目の溝１が形成されている。

第５図に示すセグメントＳ′は第４図に示すセグメント
Ｓと同様同方向の導体２の渦巻きを切目の溝１で形成し
コイルを作るものであるが、このセグメントＳ′には電
気的結合部Ｓａ′、Ｓｂ′以外にもセグメンｔ−ｓ　’
を２等分した一方の中心線上の外周辺部に電気的結合部
Ｔ１．Ｔ２を設け、渦巻きの中心の電気的結合部Ｓａ’
で始まる導体２の渦巻きの終端が周辺部の電気的結合部
Ｔ２で終わり、電気的結合部Ｓｂ′で始まる導体２の渦
巻きは電気的結合部Ｔ２より外側に配置された電気的結
合部Ｔ１で終わるよう切目の満１が形成されている。す
なわち、電気的結合部Ｔ１から電気的結合部Ｓｂ′は連
続しており導通し、電気的結合部Ｔ２から電気的結合部
Ｓａ′は連続し導通するものである。なお、３は空間で
ある。

このようなセグメントｓ、ｓ’を６枚並列に配列して第
３図に示すような巻線ユニットΔを形成し、このような
巻線ユニツ１〜Ａを２枚表面（第３図中紙面に表わされ
た而を表面とする）同士高耐熱性絶縁フィルムを介して
電気的結合部Ｔ１が合致するよう接合し、対面する電気
的結合部Ｓａ。

３ｂ、３ａ’　、３ｂ’　はハンダ等で電気的に接続し
てステータのコイルを形成するものである。一方の巻線
ユニツｉ〜への電気的結合部Ｔ１から入力された電流は
禍巻きの導体２を流れ電気的結合部Ｓｂ′から他方の巻
線コニツ１〜Ａの電気的結合部Ｓ５ｂへ導かれ、２つの
渦巻きの導体２を通り、電気的結合部Ｓ５ａから一方の
巻線ユニットＡの電気的結合部Ｓ１ａへ導かれ、このよ
うにして順次２つの巻線ユニットＡの各渦巻きの導体２
を流れて他方の電気的結合部Ｔ２に流れ、１つのステー
タのコイルが形成されるものである。

発明が解決しようとする問題点 上記した本願出願人が開発したディスク状ステータコイ
ルにおいて、上述したように、絶縁フィルム等で絶縁し
た２つの巻線ユニットの電気的結合部Ｓａ、Ｓｂ、Ｓａ
’、Ｓｂ’　、ｌなワチ、極数に対応して設けられた渦
巻きの中心部の絶縁フィルムに孔を設け、位置決めして
、該孔を通して対面する２つの巻線ユニットの電気的結
合部３ａ。

Ｓｂ、３ａ’　、３ｂ’を相互に溶接するなどの製造工
程が必要であった。このように、孔あけ１位置決め、溶
接と、複雑で高度な製造工程が要求される。また、微細
な渦巻きの導体２を形成するために溝１を切るには既存
のエツチング技術では困難であるという問題があった。

そこで、本発明は上記問題点を改善し、巻線ユニットの
渦巻きの中心間の溶接をなくし、製造工程を簡潔にし、
さらに、既存のエツチング技術を用いて溝を形成し、巻
線を形成することができるディスク状ステータコイルを
提供することを目的としている。

問題点を解決するための手段 本発明は、薄いドーナツ状円盤の導電材料に１磁極の幅
と同じ幅をもって該ドーナツ状円盤の外周部及び内周部
に交互に切残しのある溝が形成され、導体のコイルパタ
ーンが構成することによってディスク状のステータとロ
ータを持つ永久磁石式の同期電動機のステータコイルと
することによって上記問題点を解決した。

作　　用 該コイルは、ドーナツ状円盤の導体の外周部及び内周部
に残された切残し部分部分の一方から他方へ順次電流が
流れることによりディスク状ロータの永久磁石から出さ
れた磁束を直角に横切り、これにより力を発生させる。

そして、１１１極の幅と同じ幅の導体のコイルパターン
を形成するから、−〇− 第３図に示すＪ：うな渦巻きによる］イルパターンに比
べ、導体の抵抗値を上げずに導電材ｌＩ＋の板厚を薄く
することができるので、該コイルを多数積層しても大き
なものとはならず、］イルの巻線回数を積層号−ること
により多くすることができ、大きなトルクを発生させる
ことができる。また、板厚が薄くなることにより、導体
によるコイルパターンを形成するための溝はエツチング
技術を用いて微細な加工を容易に行うことができ、コイ
ルパターンを形成したドーナツ状円盤のディスクを一体
成形することができるので、その製造が筒中となる。

実施例 第１図は本発明の一実施例の正面図で、１０は本実施例
におけるディスク状のコイルで、該コイルは導電材料と
して銅が使用され、薄い銅板のドーナツ状形状の円盤で
構成され、該円盤には、該コイルが使用されるディスク
型同期電動機のロータの永久磁石の磁極と同一幅間隔で
狭い溝１１が切られており、該溝１１は上記円盤の外周
部及び内周部に交Ｈに切残し部１１ａ、１１ｂを有して
いる。そして、上記溝１１間の銅の導体と上記切外し部
１１ａ、１１１１により電流が流れる導体のコイルパタ
ーンを形成し、該円盤の一喘に端子Ｔ１、Ｔ２を設（）
、両端子間は切残し部のない溝１２によって絶縁され、
」二記一方の端子Ｔ１から入力された電流は第１図破線
で示すように、満１１間を流れ、一方の切残し部１１１
］を通り、次の満１１間の導体を流れ、次の切残し部１
１ａを通り、順次溝１１間の導体を切残し部１１ａ、１
１ｂの導体を流れ、使方の端子Ｔ２へ流れるようになっ
ている。

以−１−のような構成になっており、本ディスク状コイ
ルを作成する場合は、薄い銅板から第１図に示すような
ドーナツ状の円盤形状及び切残し部１１ａ、１１ｔＴの
ある溝１１．＠子Ｔ１．Ｔ２．端子Ｔ１．Ｔ２間の溝１
２をエツチングによって作成する。

エツチングにより形成する場合、エツチングにより形成
する溝の幅はエツチングしようとする素材の板厚の幅程
度しか狭くすることができない。

そのため、第３図で示すような描巻きによるコイルパタ
ーンを形成する場合、導体の幅が狭いから導体の抵抗値
を一トげないようにするには、導体の抵抗は導体の断面
積に反比例するので導体の厚みを厚くする必要がある。

そのため、エツチングによって溝を形成すると溝の幅が
大きくなり、第３図のような渦巻きのコイルパターンを
得ることはエツチングにＪ：って作成することは難しか
った。

これに対し、本発明は、上述したように溝１１間で形成
される導体の幅が大きいから、銅の板厚は非常に薄いも
ので良く、板厚が薄くなる結果、溝１１．１２をエツチ
ングで形成しても狭い溝１１が形成され、溝１１の形成
ににり導体の断面積が小さくなることがないので導体の
抵抗値も上がらない。

このように、本発明には一丁ツヂングによってディスク
状コイルを一体的に形成できるから、その製造が非常に
簡単になる。そして、こうしで作られたディスク状コイ
ルに高耐電圧、高耐熱性ワニス等の絶縁材を含浸さ１！
、溝１１の両側の導体を絶縁し、さらに、絶縁フィルム
等を介して第１図に示ずにうなディスク状コイルを第２
図に示すように多数積層して多層化してコイルの巻線回
数を増加させてステータのコイル部を形成する。

多層化する場合には、該ステータコイルの中心から同一
角度位置にある各ステータコイルの導体には同一方向（
内周から外周へ向（１てまたは外周から内周へ向けて流
れる電流の向きが同じ）になるように位相を合せ、かつ
、各ステータコイルの端子Ｔ１．Ｔ２間を直列接続リ−
る。その結果、第２図に示すように、ロータ１３の永久
磁石１４から出される磁束１５は積層された各ステータ
コイル内を垂直に通り、かつ、積層されたステータコイ
ルの円周方向の同一位置は電流の向きが同一となるから
、磁束１５中の電流の流れる導体の長さは大きくなるか
ら、大きな１−ルクを発生することができる。すイ１わ
ち、第３図のものと比較し、本ディスク状コイルはコイ
ルパターンは簡略化されているが、多層化することによ
って」イルの長さを得て、流す電流を少なくてすむよう
にしたものである。

そこで、第３図に示すディスク状コイルと本発明のディ
スク状コイルを比較し検討する。

電動機から発生する力はフレミングの左手の法則より磁
束密面をＢ、ｖＡ界内の導体の長さをＡ、導体に流れる
電流をｉとすると、その力Ｆは第（１）式で示される Ｆ＝Ｂｉｉ　　　　　　　　・・・・・・（１）一方、
導体の抵抗Ｒは導体の断面積を８１その厚さをｄｌその
幅をω及び導電率をσとすると、Ｒ−ｕ／　（σ・５） −Ｕ（σ・ｄ・ω）　　・・・・・・（２）である。そ
こで、第３図で示すような渦巻きのコイルパターンを有
する巻線ユニットでステータコイルを構成した場合、１
磁極の幅内で渦巻きの導体が例えば１０本形成されてい
たとする（渦巻きの中心を通る断面で導体が１０本形成
されていることを意味する）。これに対し、本発明の導
体の幅はＩＥｔ＆極分の幅であるから、断面積を変えな
いとすると本発明の導体の厚さ、すなわち、銅板の板厚
は１／１０に減少してよいことを意味する。

そして、板厚を１／１０に減少した本発明のステータコ
イルを１０枚積層したとき、第３図の渦巻きのコイルパ
ターンのステータコイルと同一厚さとなる。かつ、導体
も１磁極の幅内に１０本通ることとなる。その上、本発
明においては、１磁極内で導体は内周端から外周端まで
の長さで１０本あることになるが、第３図の渦巻きのも
のは、渦巻きであるが故に計数した本数のすべての導体
が内周端から外周端まで伸びていないから、必ずしも本
発明のコイルを１０枚積層する必要はなく、１０枚以下
でも同一長のコイルの長さρを得ることができ、第（１
）式で示されるように、同一磁束密度Ｂで同一電流値ｉ
で同一の力を得ることができ、かつ、第（２）式で示す
導体の抵抗Ｒも同一にすることができる。さらに、第３
図で示す渦巻きのものは導体間に設けられた溝によって
複数の導体すなわち巻線を形成し、本発明は、コイルを
積層することによって複数の導体のコイルを形成してい
るが、導体間の溝は上述したように狭くすることが難し
く、銅板の板厚以下にすることができないことに対し、
本発明はステータコイル間を絶縁するだけでよいから、
全体的に本発明の方が同一出力でも小型に作成すること
ができる。

さらに、本発明は前述したように、エツチングによって
一体的にステータコイルを形成でき、また、接続も端子
間のみで良く、渦巻きの中心を溶接する必要もないので
製造がきわめて容易となる。

発明の効果 上述したように、本発明は、コイルを形成する導電体の
板厚をきわめて薄くすることによって、エツチングによ
りステータコイルのコイルパターンを一体的に作成する
ことができるから、その製造がきわめて簡単であり、か
つ、小型で高出力のディスク型同期電動機のステータコ
イルを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の正面図、第２図は同実施例
のコイルを多層化してステータコイルを構成したときの
ロータの永久磁石の関係を示す図、第３図は従来のディ
スク状ステータコイルのコイルパターンを示す図、第４
図、第５図は従来のディスク状ステータコイルを構成す
るセグメントの例を示す図である。 １０・・・ディスク状コイル、１１．１２・・・溝、１
１ａ、１１ｂ・・・切残し部、Ｔ１．Ｔ２・・・端子、
１３・・・ロータ、１４・・・永久磁石、１５・・・磁
束。 特許出願人　　ファナック　株式会社 代　　理　　人　　　弁理士　　竹　　本　　松　　司
（ほか１名） ＝１４−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ディスク状のステータとロータを持つ永久磁石式の同期
   電動機のステータコイルにおいて、薄いドーナツ状円盤
   の導電材料に１磁極の幅と同じ幅をもって該ドーナツ状
   円盤の外周部及び内周部に交互に切残しのある溝が形成
   され導体のコイルパターンが構成されているディスク状
   ステータのコイル。