JPS62189932A - 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
す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
間隙をもって向ぎ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上げることにＪ：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
出力トルクを１ｑることができる。このため、ダイレフ
１へ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６０−１８８４．４２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−］−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〜Ｓ５）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Ｓａ　、Ｓｂ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３’　ａ　、　３’　ｈ以外にもセグメント
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Ｓ
ａ′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Ｓｈ′で始まる導体２
の詞巻きは電気的結合部Ｔ２より外側に配冒された電気
的結合部Ｔ１で終わるよう切目の溝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Ｓｈ′
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１〜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Ａを形成し、このよう
な巻線ユニットＡを２枚表面（第３図中紙面に表わされ
た面を表面とする）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３ａ。

３ｂ、３ａ’　、　Ｓｈ’　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
線ユニッｌ−Ａの電気的結合部Ｔ１から入力された電流
は渦巻きの導体２を流れ電気的結合部Ｓｂ′から使方の
巻線ユニット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
巻線ユニツ］〜Ａの電気的結合部Ｓ１ａへ導かれ、この
にうにして順次２つの巻線コニットＡの各渦巻きの導体
２を流れて使方の電気的結合部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３ａ　、Ｓｂ　、
Ｓａ　’　、Ｓｂ　’　、ｔ＆わｆ５、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は位
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Ｓａ。

Ｓｂ、Ｓａ’　、Ｓｂ’　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■稈を簡潔にし、
さらに、既存のエツチング技術を用いて溝を形成１ノ、
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
ーンを構成し、該溝間の導体に複数の半径方向へのスリ
ットを入れることにより渦電流の発生を防止することに
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の一方から使方へ６一 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
生させるが、１磁極幅の導体であると瀞電流が発生づる
おそれがあり、この渦電流を防止づるためにＩｌａ極幅
の導体に２１′径方向に複数のスリブｌ〜を設けて渦電
流の発生を防止している。

１１ａ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、第３図に示すような渦巻きによる］イルパター
ンに比べ、導体の抵抗値を十げずに導電材料の板厚を薄
くすることができるのＣ゛、該」イルを多数積層しても
大きなものどはならず、コイルの巻線回数を積層するこ
とにより多くすることができ、大ぎな１〜ルクを発生さ
Ｕ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かでき、
コイルパターンを形成したドーナツ状形状のディスクを
一体成形することができるので、その製）告が筒中とな
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１
３１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（ま、該コイルが使用される
ディスク型同期雷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Ｃおり、該溝１１は」−記
円盤の外周部及び内周部に交互に切残し部１１ａ、１１
ｂを有１）でいる。でして、上記満１１間の銅の導体と
上記切外し部１１ａ、１１ｂにより電流が流れる導体の
］イルパターンを形成し、該円盤の一端に端子Ｔ１、Ｔ
２を設【」、両端子間は切残し部のない満１２によって
絶縁されている。さらに、溝１１間及び溝１１と１２間
で形成された１磁極の幅を有する導体には半径方向に複
数の切込みのスリブ１−１３が入れられ−Ｃいる。さら
に、本実施例では、該スリット１３の入れられる間隔は
該スリブｌ〜１３間を流れる電流に対する抵抗がずべて
一致するようにスリットが切り込まれている。例えば、
端子Ｔ１から流れ込んだ電流は第１図破線で示づように
、各スリット１３間を通って流れるが、渦１２とスリッ
ト１３間を通り導体の内周部を通り切残し部１１ｂへと
流れる経路１４ａと、導体の外周部を通りスリブ１へ１
３と溝１１間を通り切残し部１１ｂへと流れる経路１４
．ｂとは、導体の内周部と外周部の差だけその経路の長
さが異なる。同様に、各スリット１３間を流れる経路に
おいても導体の内周部と外周部の差によって経路の長さ
がそれぞれ異なっており、その結束、電流が流れる経路
によって抵抗値が異なることどなるから、この抵抗を補
正するためにスリット１３間及び溝１１゜１２とスリッ
ト１３間の間隔は電流の経路の抵抗がすべで一致するよ
うその幅を変えて設けである。

そこで、本コイルに例えば端子Ｔ１がら電流を流せば、
電流は前述したようにスリット１３間及びスリット１３
と溝１２．１１間を通り切残し部１１ｂへ流れ、次に、
同様にスリブ１〜１３間及びスリット１３と溝１１間を
通り他方の切残し部１１ａへ流れ、さらに、同様にスリ
ブ１〜１３間とスリット１３と溝１１間を流れて一方の
切残し部１１ａまたは１１ｂから使方の切残し部１１ｂ
または１１ａへと順次流れ、端子Ｔ２力冒ろ流れ出るこ
ととなる。

本実施例のコイルは、以上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図に示覆ようなドーナツ状の円盤形状及び切残し部１
１ａ、１１ｂのある溝１１゜端子Ｔ１．Ｔ２．端子Ｔ１
．Ｔ２間の溝１２．スリット１３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溝の場合、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
幅稈度しか狭くすることができない。そのため、第３図
で示すような渦巻ぎ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上げないように
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
グによ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
ので段く、板厚が薄くなる結果、溝１１．１２．スリッ
ト１３をエツチングで形成しても狭い溝１１．１２．ス
リット１３が形成され、溝１１．１２．スリット１３の
形成によ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、本発明にはエツチ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、こうして作られたディスク状コイル
高耐電圧、高耐熱性ワニス等の絶縁材を含浸させ、溝１
１．１２．スリット１３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図に示すようなディスク
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（
内周から外周へ向け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間を直列接続する。そ
の結果、第２図に示すように、ロータ１５の永久ｌ１ｔ
１７１ｉ１６から出される磁束１７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１７中の電流の流れる導体の長さは大きくな
るから、大きなトルクを発生することができる。すなわ
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
ってコイルの長さを得て、流す電流を少なくてすむよう
にしたものである。

さらに、導体が幅広くなってもスリット１３が設けられ
ているから、渦電流の発生を防止して、渦電流による熱
の発生を防止している。

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
束密度を８１磁界内の導体の長さをｐ１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Ｓ、その厚さをｄｌその
幅をω及び導電率をσとすると、Ｒ１／　（σ・５） ＝Ｊ２（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、
１１ｍ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１磁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１／１ｏに減少した本発明のステ一タコ
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１１ｉｆｉ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、１１ｉ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、１
０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図で示す禍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、導体間の溝は一ヒ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（Ｊ
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 Ｊｙ、上述へたように、本発明は、コイルを形成する導
電材料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及び渦電流
発生防止用のスリットを一体的に作成するようにしたか
ら、！ｌｌ造がきわめて簡単であり、また、渦電流の発
生を防止し渦電流による発熱を少なくしたから、小型で
高出力のディスク型同期電動機のステータ」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
ロータの永久様１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ｊ〜の例を示す図である。 １０・・・ディスク状コイル、１１．１２・・・溝、１
１　ａ　、　１　ｌ　ｂ−・・切残し部、丁１　、　Ｔ
　２　＝＃ａ子、１３・・・スリン１へ、１４・・・電
流経路、１５・・・目−夕、１６・・・永久磁石、１７
・・・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）

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、該溝間の導体に
   複数の半径方向へのスリットを入れることにより渦電流
   の発生を防止したことを特徴とするディスク状ステータ
   のコイル。