JPS63314153A - 空隙モータのコイル巻線を形成する方法 - 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 この発明は高性能サーボモータ、そして特に高エネルギ
ー永久磁石を効果的に用いたサーボモータに関するもの
である。

従来の技術 最近の新しい型の永久磁石は極めて高いエネルギー強度
を発揮するようになってきた。これらの新しい磁石は希
土類（通常ネオジムまたはプラセオジム）と鉄、および
準安定相（硼素またはカリウムなど）の助触媒の合金か
らなるものである。

これはたとえ゛ば、１９８３年３月１日付でハゼルトン
およびハジバナイスが「永久磁石およびその製造方法」
と題して出願し、この発明の出願人に譲渡した米国特許
第４７０９６８号に開示された通りである。従来のアル
ニコ（アルミニュウム、ニッケル、コバルト）磁石は通
常５〜７ＭＧＯｅ（メガガウス−エルステッド）の範囲
のエネルギー強度を有し、サマリウム−コバルトＳｍＣ
ｏ　！１磁石は約１７ＭＧＯｅのエネルギー強度を有し
、さらにより高価なサマリウムーコバルｌ−５ｍ２Ｃｏ
＋７６１）石は約２７ＭＧＯｅのエネルギー強度を有す
るものである。これらに比較してＮｄＦｅＢ　（ネオジ
ム、鉄、硼素）磁石は３５ＭＧＯｅを上回るエネルギー
強度を有する磁石として、たとえば住友特殊金属社より
製造販売されている。

多くのモータ設計においては改良された永久磁石特性を
利用するものが殆どであった。胴巻線を成層鉄心のスロ
ット中に収容するようにしたスロット構造式モータは最
も一般的なものである。

このように、スロット構造のモータ設計においては磁気
回路中の空隙を比較的小さくして所望の高い透磁性を実
現するものである。高エネルギー強度の磁石（たとえば
サマリウムーコバル日は磁石の質量を比例的に減少させ
、その結果回転磁石およびステータ巻線を有する効果的
な内部磁石型ブラシレスモーフの設計を可能にするもの
である。

発明が解決しようとする課題 溝なし構造のモータ設計においては、巻線を空隙中に配
置するものが知られている。このような溝なし構造は優
れた運転効率を発揮するため、ある程度の出費は問題と
ならないような大型のタービン発電機において基本的に
有効である。これらのタービン発電機は複雑な冷却シス
テムおよび超伝導物質を採用することにより、巻線を収
容した大きい空隙中に高い磁束密度を発生させるもので
ある。小型モータにおける溝なし構造も提案されている
が、これらは特別の目的（たとえば高速環状巻線モータ
）またはサーボ機構には適しない低性能のモータとして
用いられるのが普通である。

本発明の一つの目的は高エネルギー強度を有する永久磁
石物質を効果的に用いることができるモータ設計を提供
することである。

本発明の別の目的はエネルギー強度が２６ＭＧＯｅ以上
、なるべくなら３０ＭＧＯｅを越えるようなＮｄＦｅＢ
磁石などの永久磁石を効果的に用いるためのモータ設計
を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、モータ構造の空隙中に巻線
を収容した高性能モータの製造方法を提供することであ
る。

本発明のいま一つの目的は、空隙モータのコイル巻線を
形成す、る方法を提供することである。

課題を解決するための手段 新たな高エネルギー永久磁石物質を用いようとするサー
ボモータの設計者に共通する自明の基本的傾向は、それ
を通常の設計における従来型永久磁石の代用として用い
ることであり、種々の特性によって指示されるような設
計変更を行なった後その新型モータが改良された動作特
性となることを期待するものである。サマリウム−コバ
ルト磁石をより高いエネルギー強度のＮｄＦｅＢ磁石と
置換して同様に設計されたモータは、驚くべきことに高
性能のサーボ機構として極めて不満足な範囲の低いピー
クトルクしか発生しないことが確認された。室温におい
てサマリウム−コバルト磁石のようなＮｄＦｅＢ磁石は
顕著な何らの減磁特性をも示さない。しかしながら、１
００℃以上、特に１４０℃を上回る高温条件においては
このＮｄＦｅＢ　ｉｆｆ石の保持力は曲線における“ひ
ざ部”を越えて急激に降下し、したがって減磁が発生す
る。磁石に加えられた減磁力は電機子電流に比例するた
め、ＮｄＦｅＢ磁石を用いた通常設計のモータは制限さ
れたピーク電流をもつようになり、したがって高エネル
ギー磁石を用いるにもかかわらず低ピークトルクとなる
。

通常の溝あり（スロット型）設計においてはスロット間
の歯部における鉄の飽和特性により空隙磁束密度が制限
されることとなる。このような磁束密度を増大させるた
めにはより広い歯部、すなわちより狭いスロット幅とし
、かつ胴巻線量を少なくする必要がある。歯部における
鉄心とスロット内の銅との兼ね合いにより、このような
設計は普通永久磁石の磁束密度を空隙内において約７キ
ロガウスに制限するものである。空隙長さに対する磁石
の長さにより決定される磁気回路の透磁率は典型的には
従来のサーボモータ設計において４〜６の範囲である。

高エネルギー磁石での置換はさらにそれらの磁石が成層
中において取扱いにくいという欠点をもっている。

しかしながら、本発明によれば新型の高エネルギー磁石
（２６ＭＧＯｅ以上、なるべくなら３０ＭＧＯｅを上回
るもの）の長所を、ある種の設計パラメータによる溝な
し設計を用いて引出すことに成功した。ステータ巻線は
磁気空隙中に完全に収容された多相巻線であり、したが
って磁気飽和により磁気回路を制限することなく空隙中
の磁束密度が７キロガウスを上回るものを用いることが
できる。磁石長さと空隙長さの比率は０．５〜２．０の
範囲内にある。また極間寸法対半径方向の空隙長さの比
率は１．３より大きい。モータをこれらの空隙パラメー
タの範囲で製造することにより、高エネルギー磁石を危
険な減磁を伴うことなく用いることにより、所定のサイ
ズおよび重量において十分大きい馬力および連続的なト
ルクを実現することができる。さらに本発明によるモー
タは、比較的低いインダクタンスを有し、これによって
高速下における大出力を発生し、しかもリラクタンスト
ルクおよびコギング（ｃｏｇｇｉｎｇ）の少ない動作が
可能となる。

従来のサマリウム−コバルト（ＳＩＩＩＺＣＯＩ？）磁
石サーボモータを本発明により製造した同サイズおよび
同重量のモータと比較すると、後者は連続動トルク速度
特性において約７０％、また断続特性において約８０％
の向上が得られた。

改善された結果を得るためには巻線を磁束帰路となる包
囲円筒型鉄心殻内に正確に保持することが重要である。

ステータ歯列が除去されているため、巻線は動作温度の
全範囲を通じて最大のモータトルクに抗するため十分な
接着強度でステータ構造に保持されなければならない。

導体の移動はトルク発生能力に悪影響を与えるため、巻
線は堅固に維持されなければならない。さらに巻線から
は十分な熱放散が生じるようにすべきである。本発明に
よれば、巻線は円筒型ステータ酸に包囲され、セラミッ
ク充填エポキシ樹脂により接合される。このセラミック
充填エポキシ樹脂は、（１）好ましい機械的強度（すな
わち、圧縮強度、引張強度、引張せん断強度）　、（２
）好ましい熱伝導性、および（３）ステータ構造中の他
の物質と等しいか又はそれより大きい熱膨張率を有する
ように選択される。

好ましい材料としては、アメリカ合衆国のレクスノード
　ケミカル　プロダクツ社より製造販売されている“ノ
ードバック“７４５１−０１４８／７４５０−００２７
エボキシ樹脂がある。また別の好ましい材料として同じ
くアメリカ合衆国のＷ。

Ｒ，ブレイス　アンド　カンパニイのエマーソンアンド
　力ミングス支社より製造販売されている“スタイキャ
スト″２７６２がある。

本発明はさらにモータの巻線を空隙中に組込むための方
法を含むものである。この巻線は一端において直径を縮
小した円筒型支持体を用いて形成される。一実施例にお
いて、円筒型支持体の均一直径部分にはファイバーガラ
ススリーブが配置され、しかるのち予備形成コイル（プ
レフォームコイル）がこの位置に配置される。このファ
イバーガラススリーブはコイルを支持するためには不要
であり、他の実施例では所望に応じてスリーブの使用が
省略される。常套的には、巻線のコイル端部分は導体が
交叉するためより厚くなっている。

本発明の方法においては、支持体の一端において直径を
縮小するため巻線の一端におけるコイル端部分は内向き
に反り曲がるが、他端のコイル端部は外向きに反り曲が
る。次に巻線はその内向きに反ったコイル端部の方から
円筒型鉄心殻中に挿入することができる。支持体はその
後巻線の外向きの反りを有するコイル端部からステータ
構造の一部をなし、ファイバーガラススリーブを残して
抜き取られる。巻線はステータ鉄心殻に挿入された後、
なるべくなら適当な樹脂を用いて被覆される。

ステータ鉄心殻には巻線とその鉄心殻との接合の剪断強
度を改善するため刻み目を有する成層体が用いられる。

これらの刻み目は機械の軸方向に沿って不規則に分布し
、これによって磁路の磁気抵抗に何らかの影響を与えな
いようにするものである。

本発明は、さらに一端がロータに向かって内向きに折り
返され、他端がロータから分離するように外向きに折り
返された両端部を有する巻線を空隙モータのコイルとし
て形成するための方法を含むものである。そのような巻
線を形成するため、各コイルは一定の巻型に巻回された
後、ワイヤ（結合可能なワイヤ）上に被覆されたセメン
トによりその形状を維持されるものである。これらのコ
イルは更に円筒型支持体上において適当な密集状態を形
成するように処理され、所望形状の巻線となるものであ
る。この方法の実施において巻線は機械により自動的に
形成される。

実施例 本発明によるモータの一般的構造は第１〜３図に示され
ている。

モータはロータの背当て鉄心となる円筒型鉄心スリーブ
（１２）に包囲されたスチールシャフト（１０）を有す
る。スリーブ（１２）上には放射状に突出した６個の永
久磁石（１４）〜（１９）が装着され、第１図に示すよ
うに、交互にＮ極およびＳ極を形成すべく磁化される。

これらの磁石は２６ＭＧＯＣ（メガガウス　エルステッ
ド）そしてなるべくなら３０ＭＧＯｅを上回る磁界強度
を有する高エネルギー磁石である。このための適当な永
久磁石としては、例えば住友特殊金属社から商品名ＮＥ
ＯＭＡＸ−３０８として製造販売されているようなネオ
ジム、鉄および硼素からなる合金がもちいられる。これ
らの磁石は円弧状磁石としてプレス成形され、シャフト
（−１０）を包囲する背当て鉄心スリーブ上に装着され
−る。

ロータ構造の周囲にはバンド（２０）が取付けられ、こ
れによって磁石を高速下における遠心力に抗して定位置
に保持するものである。このバンドはエポキシ樹脂中に
浸積した大強度ケブラーフィラメントを用い、これをロ
ータのまわりに巻きつけて一層または二層以上の螺旋巻
きたが構造を形成するものである。

ロータはその全長に沿ってのびる６個の永久磁石を用い
るか、または第２Ａ図に示す通り、長さ方向にもセグメ
ント磁石を用いることができる。

このセグメント磁石を用いると、単一のモータ設計にお
いて単純にモータの軸方向長さ、したがってセグメント
磁石数を変更することにより種々の定格馬力を有するモ
ータを製造することができる。

ステータ構造はモータの外側鉄心を形成する成層シリコ
ン孔からなる円筒型外殻（３０）を有する。

これらの成層体はその組立後においてアルミニウム製の
外側ハウジング（３２）内で成形される。個々の成層体
は内周において１または２以上の刻み目を有し、内側円
筒面上においてこれらの刻み目を無作為に分布させて組
立てることにより、モータ巻線とのより良い接合を得る
ことができる。巻線（４０）は成形された後、この円筒
型背当て鉄心殻内に装着される。すなわちステータ構造
は溝なし型であり、巻線はロータの永久磁石と外側前当
て鉄心殻との間のモータ空隙中に配置されたものである
。このようにステータには歯列が存在しないため、円筒
の内周面全体が巻線の銅により利用されることになる。

所望に応じて成層体の内周面には比較的小さい刻み目が
無作為に形成され、これによって巻線との接合強度を向
上し、モータ中に生起するトルクに対抗させるものであ
る。

図示の実施例におけるモータは６極３相巻線であり、し
たがって巻線中に１８個のコイルを含んでいる。これら
のコイルは予備形成された後、第４図に示すようにラッ
プ状に配置される。１相のコイルはコイルの相対的な配
置を示すため、図において輪郭を付して描いである。Ａ
相のコイル（４１）にはＢ相のコイル（４２）が続き、
そのコイル巻線にはＣ相のコイル（４３）が続くという
具合に順次ヌ復していく。各コイルの一方の側における
細長導体（４４）は巻線の外側に位置するため、同じコ
イルの外側における細長導体（４５）は同一相中の次の
コイルの導体（４６）の下側巻線の内側に位置する。コ
イルはこのようにしてラップ巻きされ、平衡３相６極巻
線が形成される。

巻線は第７図に示すように、円筒型の仮支持体（５０）
上に形成される。これは一端（第７Ａ、８Ａ図の左端）
から一定の直径で出発し、他端において縮小径部（５２
）を有する。一実施例において、巻線支持体の周囲には
ファイバーガラススリーブ（５４）が配置され（第７Ａ
、８Ａ図）、予備形成されたコイル（４０）はそのスリ
ーブのまわりに配置される（第７Ｂ、８Ｂ図）。コイル
が配置されると、巻線の一端におけるコイル端部（４８
）は支持体の縮径部（５２）により許容される分だけ内
向きに突出して折り返されるが、同じ巻線の他端におけ
るコイル端部（４９）は外向きに突出して折り返される
ことになる。このようにして形成された巻線はここで第
７０．８０図に示すように、ステータ構造（３０）、（
３２）中に挿入される。この挿入は内向き折り返し端部
（４８）の方から行われる。第７Ｄ、８Ｂ図に示すよう
に、巻線がステータ鉄心殻内にひとたび配置されると、
支持体（５０）は巻線の外向き折り返し端部からファイ
バーガラススリーブ（５４）を残して抜き取られる。す
なわちスリーブ（５４）は最終的なステータ構造の一部
をなすものである。他の実施例においては、巻線はスリ
ーブを用いることなく形成及び挿入されるため、支持体
を除去してもなおコイルが定位置に止められるというこ
とが理解されよう。

作用 前述した方法によれば、予備形成巻線は一端において内
向き折返し部を有し、他端において外向き折返し部を有
している。この内向き折返し端部はこの予備形成巻線が
円筒型ステータ鉄心殻に挿入されることを許容し、外向
き折返し部は巻線挿入後支持体をステータ鉄心殻から抜
き取ることを許容するものである。このようにして巻線
が配置されると、それは適当な樹脂材料で含浸してスー
テータ鉄心殻の背当て鉄心およびハウジングに対するそ
の巻線の強固な接合構造を提供するものである。第７図
は支持体（５０）を除去するに先立って巻線（４０）に
適当な樹脂材料を含浸する方法を示すものである。しか
しながら幾通りかの実施例において、巻線は十分な硬さ
を有するため、第８Ｄ及び８Ｅ図に示す通り、巻ｖＡ（
４０）に適当な樹脂材料を含浸する前に、支持体（５０
）を除去することができる。

巻線は各相コイルを集群化することにより形成される。

第１〜３図に示した６極３相モータの場合、１８個の相
コイルが集群化されて巻線を形成する（第４及び１）図
参照）。第９図は外向き折返し端を有するコイル端部に
おいてコイルの密集状態を軸方向に観察した図である。

同様に第１０図は内向きに折返し端を有するコイル端部
において、コイルの密集状態を軸方向に観察した図であ
る。端部領域においてコイルは連続して折返し、かつ持
ち上げられ、３相巻線を構成するものである。各コイル
は同様なコイル形状を有すると共に、他のコイルと密集
している。第９．１０図及び第１）図に示すコイル（７
０）及び（７６）はＡ相のものであり、コイル（７２）
はＢ相を形成し、更にコイル（７４）はＣ相を形成する
。巻線の外側コイルに亘る弧状間隔は各コイルを形成す
べく用いられるコイル型により規定される。この弧状間
隔は磁極がモータ内に占有する弧状間隔に関連する。

第１２及び１３図を参照すると、コイル型（８０）の好
ましい実施例が示されている。巻線はコイルに所望形状
を与えるための空洞を有するコイル型（８０）内に巻線
を供給することにより形成される。

ワイヤはコイル型上において形成され、コイル中での転
位を断面線で示した形状に整形される。コイルの相転位
は第９．１０及び１）図に示されている。各コイルは下
側コイル部及び上側コイル部からなっている。コイルが
順次小さな間隔になると、レベル変化ごとに評価される
相転位の厳密性は増大する。コイルは空洞中において結
合可能な磁性ワイヤを用いて形成することにより互いに
結合される。

このようなコイル形成を行うことにより工程は高度に自
動化することができる。例えば機械はコイルをコイル型
（８０）内に自動的に巻き込むことができる。更に外殻
（３０）内へのコイルの挿入に当たっては、コイルの余
分な整形を要しないものである。巻線は定位置内でモー
ルド整形する必要がなく、コイルはそれらの真の位置を
占めるように集群化されるため、発生した逆ＥＭＦ　（
起磁力）は相間において一致し、その結果モータの性能
はより円滑なものとなる。コイル型（８０）は第１２図
に示すとおり、下向き底部型（１００）　、上向き底部
型（１０２）　、及び底板（１）０）からなっている。

また、コイル型（８０）は第１３図に示すとおり、上向
き底部型（１０４）　、下向き底部型（１０６）　、頂
板（１０８）からなっている。

樹脂材料は本発明によれば、モータのために注意深←選
択されなければならない。すなわちこの樹脂は、巻線が
何らかの自由な運動（変位）を生じた場合に、そのトル
ク発生能力が低下することを考慮して、巻線を堅固に保
持できるための十分な機械的強度（すなわち、圧縮強度
、引張強度、引張せん断耐力等）を有するべきである。

モータは１５０℃で連続動作するため２００℃を上回る
ピーク温度に耐えるように設計される。樹脂の熱膨張率
は、したがってこれが包囲する物質の熱膨張率に等しい
か、またはそれより幾分大きくなければならない。シリ
コン、スチール、銅およびアルミニウムの熱膨張率はそ
れぞれ１０．８　Ｘ　１０−’、１６゜８Ｘ１０−ｂ、
および２３Ｘ１０−’／　”Ｃである。したがって、こ
れらの物質に対する樹脂の熱膨張率は２３〜３０　Ｘｌ
０−’／　’Ｃの範囲内となるべきである。

モータの定格は巻線からの熱放散の度合に大きく左右さ
れるため、樹脂はまた良好な熱伝導率、なるべくなら６
　Ｂ　Ｔ　Ｕ−ｉｎ／ｈｒ−ｆｔ”　　−’　Ｆ以上の
範囲であることが望ましい。これは特に本発明による小
型モータの設計において不可欠な事項である。樹脂中に
は、なるべくならセラミック充ｔ、３６が適用され、こ
れによって熱伝導率が改善される。

しかしながらセラミック充填°物は渦電流損および鉄損
を避けるため非導電性および非磁性でなけ丸ばならない
。さらに樹脂は未硬化状態において５０゜０００ｃｐｓ
より低い粘度を有することにより、巻線中に妥当に浸透
できるものでなければならない。

好ましい熱伝導性樹脂としては、例えばアメリカ合衆国
のレックスノード　ケミカルプロダクツ社から製造販売
されている“ノードバック“７４５１−０１４８／７４
５０−００２７エポキシ樹脂を用いることができる。こ
のエポキシ樹脂の典型的な特性は次の通りである。

挾Ｊ目り注 粘度　　　　　温度　　　　　ｃｐｓ　　　　　　　（
Ｐａ−３）（ＡＳＴＭ　Ｄ−２３９３） 樹脂　　　　７７°Ｆ（２５℃）　２５０，０００−３
００，０００　　（２５０，０−３００，０）硬化剤　
　　７７°Ｆ（２５℃”）　　　５００−　１，０００
　　　（０，５−Ｌ、Ｏ）混合物　　　７７°Ｆ（２５
℃）　　６，０００−　８，０００　　　（６，０−８
，０）１８５°　Ｆ（８５℃）５００−　　６００　　
　（０，５−０，６）ゲル化時間　５０ｇ個塊 （ＡＳＴＭ　Ｄ−２４７２）　２５０°Ｆ（１２１℃＞
　　　３０−４０分硬化サイクル　　　　　１８０°Ｆ
で４〜５時間かけて硬化した後、最低２５０°Ｆで ３〜４時間かけて後硬化を行う 動作温度における後硬化が 推奨される。

混合比 重量で　　　　　　　　硬化剤１部に対し樹脂５部体績
で　　　　　　　　硬化剤１部に対し樹脂３部色彩 樹脂　　　　　　　　　黒色 硬化剤　　　　　　　　褐色 混合物　　　　　　　　黒色 密度（ｌｂｓ、／ｇａ１．　（ｋｇ、／１．）樹脂　　
　　　　　　　１５．９　　　　（１，８９）硬化剤　
　　　　　　　９．９　　　　（１，１９）混合物　　
　　　　　　１４．４　　　　（１，７３）夷塑負星団
化豊住 圧縮強度　ｐｓｉ　　　　　　　　　１８．９００（Ａ
ＳＴＭ　Ｄ−６９５） 引張強度　ｐｓｉ　　　　　　　　　　７，１）００（
ＡＳＴ　Ｄ−６３８） 伸び率　％　　　　　　　　　　　　　６．３（ＡＳＴ
Ｍ　Ｄ−６３８） 線収縮率　ｉｎ、／ｉｎ、　　　　　　　　　　０．０
０７（ＡＳＴＭ　Ｄ−２５６６） 硬度　ショアＤ　　　　　２５℃　　９゜（ＡＳＴＭ　
Ｄ−２２４０）　　　　　１８０”Ｃ６７せん断力　ｐ
ｓｉ　　　　　　　　２．７５０（ＡＳＴＭ　Ｄ−１０
０２） 吸水率　％　　　　　　　　　　　０．２０（ＭＩＬ−
ＳＴＤ　４０６．メソッド７０３１）脱ガス率　％　　
　　　　ＴＭＬ　　　０．３２（ＮＡＳＡ　　５ｐｅｃ
、　　５Ｔ−Ｒ−００２２）　　ＣＶＣＭ　　　　　０
．０６熱膨張率　　　　　　　　　　　　　２．３８　
（１２０°Ｆより（１０−’　ｉｎ／ｉｎ”　Ｆ）　　
　　　　　　　　　　低い温度）４．０　　（１２０°
　Ｆ　〜 ２２０　　＠Ｆ） ６．８　　（２２０１Ｆより 高い温度） ７０℃における熱伝導率　　　　　　　　６．５ＢＴＵ
−ｉｎ／ｈｒ−ｆｔ”　−ｆｔ ２・°Ｆ夷！立菓；久住性 誘電率　（ＡＳＴＭ　Ｄ−１５０） １００　　Ｈｚ　　　　　　　　　　　　　　４．１）
ｋ　Ｈｚ　　　　　　　　　　　　　　４．１）０　　
Ｈｚ　　　　　　　　　　　　　　４．０１００ｋ　Ｈ
ｚ　　　　　　　　　　　　　　４．０磁気もれ係数（
ＡＳＴＭ　Ｄ−１５０）１００　　Ｈｚ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　Ｏ，００３１ｋ　Ｈｚ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　０．００４１０　
　Ｈｚ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０
０４１００ｋ　Ｈｚ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　０．００８体積抵抗率　Ω−Ｃｍ　　　　　　
１．６　ｘ　１０”（ＡＳＴＭ　Ｄ−２５７） 絶縁耐力　　Ｖ／ｍｌ　　　　　　　　４５０（八ＳＴ
Ｍ　　Ｄ−１４９） 変」ｌ舛 ７４５１−００１２／７４５０−００２７　　未充填、
高伸び率、７４５１−０１４８／７４５０−００２２　
　大可撓性、７０シヨアＤ別の好ましい熱伝導性樹脂と
してはアメリカ合衆国のエマーソン　アンド　カミング
グループにおける智、Ｒ，ブレース　アンド　カンバニ
イより製造販売されているスタイキャスト２７６２エポ
キシ樹脂を用いることができる。この樹脂の典型的な特
性は次の通りである。

勤皿血称性 比重　　　　　　　　　　　　２．２ 撓み強度、ｋｇ／　Ｃｌｌ１（ｐｓｉ）２１℃　（７０
°Ｆ　）　　　　　７５９（１８８００）１４９℃　（
３００”Ｆ　）　　　５３９（７７００）２５０℃（４
２０”Ｆ　”）　　　３１５（４５００）撓み係数、ｋ
ｇ／　ｃｎｌ（ｐｓｉ） ２１℃　（７０＠Ｆ　）　　　　　８４０００（１，２
ｘ　１０’）１４９℃　（３００”Ｆ　）　　　７００
００（１，ＯｘｌＯ’）水吸収率 （％利得／２５℃、２４時間）　　　　０．０２熱伝導
率 ｃａｌ　　−ａｍ／ｓｅｃ　−ｃｎｌ　・”ＣＯ，００
３３（６ＢＴＵ　　−ｉｎ／ｈｒ−ｆｔ”　　・ｆｔ２
・°Ｆ）　　　１０硬度（ショアＤ） 圧縮強度、ｋｇ／　ｃｆｆｌ（ｐｓｉ）　　１２６０（
１８０００）弾性係数、ｋｇ／　ｃｍ（ｐｓｉ）　　８
４０００（１，２ＸＩＯ’）熱膨張率 ’Ｃ（／ｆｔ２・°Ｆ　）２７Ｘ１０−６（１５Ｘｌ０
−’　）１気煎待立 温度　　誘電率　　　　散逸係数 ６０ｔ（ｚ　　　　７０　　　４．３　　　　　０．０
０７３００　　　４．４　　　　　０．００８絶縁強度 Ｖ／＋ｉ１　　　　　２１℃（７０６Ｆ　＞　　　１６
．０（４１０）（ＫＶ／Ｉｌ１ｍ）　　　　１４９℃（
３００’　Ｆ　）　　　１４Ｂ（３８０）体積抵抗Ω−
ｃｍ　　２１０℃（７０ｆｔ２・°Ｆ　）　　１０”１
４０℃（３００’　Ｆ　）　　１０”巻線がステータの
円筒型外殻中に配置されると、エポキシ樹脂が巻線空間
中に一端より圧力を加え、かつ他端より真空吸引される
ことにより注入され、巻線内に引き込まれる。エポキシ
樹脂は硬化すると巻線を固め、かつそれをステータ積層
体の一部として一体化させる。巻線空間の両端は両方の
コイル端部において好ましく折り込まれた形状となり、
表面積を増大する。この増大された端面ば機械加工され
ることによりモータのベル型端面カバー（図示せず）と
好ましい熱接触関係を確立するよう平坦に仕上げられる
。しかしながら、大部分の場合において樹脂とアルミニ
ウムハウジング（３２）との間の熱接触関係においては
、適当な熱消散が形成される。

適当な磁気材料として、例えば住友社より製造販売され
ているＮＥＯＭＡＸ−３０Ｈの減磁曲線は第５図に示す
通りである。これらの曲線は１００℃以下の温度におい
ては実質上直線的であり、したがってこの温度範囲にお
ける動作時には、いずれも何らの減磁も生じない。しか
しながら、温度が１００℃より高くなると、曲線は漸増
勾配から急上昇の勾配に移るいわゆる“ひざ部”を有す
ることになり、例えば、１４０℃においてはＢｄ・３５
００ガウスにおいてＨｂ＝６０００エルステッドとなる
。磁界強度が６００．０エルステツドより大きくなると
急激な保持力降下が見られ、顕著な減磁が生じることに
なる。

透磁率Ｐは与えられた磁気回路中における磁極の動作勾
配である。

Ｌｇ　　　　　　Ａｍ で与えられる。

ここに Ｌｍ＝磁気配向方向における磁極の長さｔ、ｇ＝磁気ギ
ャップの長さ Ａｍ＝磁極面積 Ａｇ＝ギャップ面積 許容範囲内の′＄ｉ磁界Ｈａは勾配Ｐ　＋１を有し、曲
線中のひざ部において（Ｈｄ、　Ｂｄ）を通過する曲線
によりこれは次式で与えられる。

Ｂｄ Ｈａ＝Ｈｄ−− Ｐ＋１ Ｐを置換して式を簡略化すると、 かくして最大許容減磁界Ｈａは所定の減磁特性および動
作透磁率Ｐについて計算するこ七ができる。

設計上の比較を行うため最悪の減磁界はステータ電流を
ステータの起磁力（ＭＭＦ）が磁石起磁力（ＭＭＦ）　
とまともに対向するとき生じるものとする。

これは多くのサーボ機構が相引出線同士の短絡により破
壊した場合に現実となり、したがってこのような磁界配
列が形成される。ここにＡ相電流はピーク値、Ｂ相およ
びＣ相の電流はそのピーク電流値の１／２である。この
対称性によりアーマチェア磁界Ｈｃは磁極の中心線にお
いて放射状となる。この磁路を取る場合、１極当たりの
限定アンペア回数は に こにＣはアンペールの法則による１相当たりの直列導体
数である。

ＬＱ数（Ｌｇ＋Ｌｍ）２．０２１ このようにして極数、ギャップ長、磁石長さ、導体数お
よび電流の組合わせが与えられた場合、その減磁界Ｈが
計算される。

■□□についての式（２）を解いて、与えられた減磁界
Ｈに等しい許容減磁界Ｈａを設定すると、そしてＨに式
（１）を代入すると、 ［Ｈｄ（Ｌｎ＋Ａｇ＋ＬｇＡｍ）−ＢｄＡｍＬｇコ　Ｐ
　（Ｌｇ＋Ｌｍ）２．０２１したがって：＄ｉ磁が数式
的に表現される前に最大許容ピーク電流は磁気材料（Ｂ
ｄ　、　Ｈｄ）および磁気回路設計（極数、ＬＩＩ１％
　ｔ、ｇ、　Ａｌ１％　Ａｇ、　Ｃ）（７）関数として
表される。

通常の溝型設計および本発明の空隙巻線設計において、
いずれも第５図に示すＮｄＦｅＢ　Ｔｌｌ気材料（Ｈｄ
・６０００　、Ｂｄ・３５００）を用いた第（３）式の
種々のパラメータは次の通りである。

表１ 単位°　　　本発明　　　溝型モータ Ｂｄ　　　　　ガウス　　３５００　　　　３５００Ｈ
ｄ　　　　　エルステッド　６０００　　６０００Ｌｍ
　　　　　インチ　　０．３８　　　　０．１２５ｔ、
ｇ　　　　　インチ　　０．３０　　　　０．０４９Ａ
＋ｗ　　　　　ｉｎ”　　　　１．１２７　　　０．７
４１Ａｇ　　　　　ｉｎ”　　　　１．２７４　　　０
．７４１極数　　　　　　　　６６ Ｃ１６８１９８ ■ビーク　八　　　　　２２３．８　　　５３．４ＩＲ
ＭＳ　　　Ａ　　　　　１５Ｂ、２　　　、　３２．８
表１から明らかな通り、本発明の空隙設計は通常の溝型
設計によるピークトルクの４倍より大きいトルクを得る
ことができる。減磁前の最大３７．８Ａ　（ＲＭＳ）に
より、通常の溝型設計モータにおいては、高速応答性の
サーボモータとして必要なピークトルクを得ることが不
可能であった。

本発明の図示の実施例において、空隙０．３ｉｎ程度と
いう比較的大きい値であればステータ中に発生する磁束
のための磁路抵抗は磁束と等しく、減磁が生ずるレベル
以下に止める程度に十分高い値となる。ギヤツブ長さく
Ｌｇ）対磁石長さくＬｍ）　（第１図参照）は０．２〜
２．０の範囲内になければならない。溝型モータ構造に
おいては、高価な永久磁石材料の大量使用または極めて
小さな空隙を形成することにより、高性能モータとして
必要な巻線数を維持しなければならないため、共通して
４〜６程度の透磁率を用いなければならない。

第１図に示す通り、極間寸法（Ｌｉｐ）対半径方向のギ
ャップ長さくＬｇ）の比は１．３より大きくなければな
らない。高エネルギー強度の磁石によれば、この比率は
極めて重要となる。すなわち、この比率が低い場合には
洩れ磁束の増大に基づき高価な永久磁石材料を使用する
効果が減殺されるからである。

第６図はほぼ同一の外径寸法を有する二つのモータを動
的に比較した図である。曲線（６０）および（６１）は
約２７ＭＧＯｅのエネルギー強度を有するサマリウム−
コバルト（ＳｍｚＣｏ＋ｔ）ｉｆｆ石による通常の溝型
構造に関するものであり、曲線（６２）およ。

び（６３）は約３５ＭＧＯｅのエネルギー強度を有する
ＮｄＦｅＢ磁石による永久磁石を含む本発明のモータに
関するものである。第６図における領域Ａは連続特性に
加えて約７０％の増大を表し、領域Ｂは中断特性におい
て約８０％が増大したことを示すものである。動作特性
におけるこれらの改良は磁石のエネルギー強度を約３０
％増大するのみで達せられた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるモータの端部断面図、第２Ａ図お
よび２Ｂ図はモータのロータ部をそれぞれ示す側面図お
よび端面図、第３図はモータのステータを示す断面図、
第４図は本発明によるモータ中のラップ巻線構造を示す
略図、第５図は本発明によるモータにおいて用いられた
高エネルギー強度永久磁石の減磁曲線を示すグラフ、第
６図は本発明により形成されたモータの改良された動作
特性を同様なサイズを有するサマリウム−コバルト磁石
を用いた樹脂型モータと比較して示す図、第７Ａ〜７Ｄ
図はモータの巻線を形成する方法を連続的に示す工程図
、８Ａ〜８Ｅ図はモータ用の巻線を形成するための関連
方法を示す一群の図、第９図は巻線の外向き折返し端部
を示す部分破断図、第１０図は巻線の内向き折返し端部
を示す部分破断図、第１）図は集群状コイルを示すため
の巻線（４０）の斜視図、第１２図はコイル型の底部を
示す斜視図、第１３図はコイル型の頂部を示す斜視であ
る。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁気材料からなる溝なし円筒型ステータ外殻の内
   側において、ステータ巻線を有する電気モータを形成す
   る方法であって、 磁気材料からなる溝なし円筒型ステータ外 殻を形成し、 一端において縮小した直径部分を有するほ ぼ円筒型の支持体を形成し、 前記支持体のまわりにおいて、 前記支持体の前記縮小した直径部分に おけるコイル端部が内側に折り込まれ ているとともに、 前記支持体の他端におけるコイル端部 が外向きに折り込まれた 予備形成コイルからなる巻線を形成し、 前記巻線を前記円筒型ステータ外殻中にそ の内向き折り込みコイル端部の側から挿入し、前記支持
   体を前記外向き折り込みコイル端 部の側から除去し、さらに 前記巻線に樹脂を含浸してこの巻線を前記 ステータ外殻中に支持させること を特徴とする電気モータの製造方法。
2. （２）前記樹脂が６ＢＴＵ・ｉｎ／ｈｒ・ｆｔ＾２・°
   Ｆを上回る熱伝導率を有することを特徴とする請求項（
   １）に記載の方法。
3. （３）前記樹脂が前記円筒型ステータ外殻と同等または
   それ以上の熱膨張係数を有するものであることを特徴と
   する請求項（１）に記載の方法。
4. （４）前記樹脂が未硬化状態において５０，０００ｃｐ
   ｓより小さい粘度を有するものであることを特徴とする
   請求項（１）に記載の方法。
5. （５）前記樹脂が非導電性および非磁性セラミックを充
   填したものであることを特徴とする請求項（１）に記載
   の方法。
6. （６）溝なし円筒型ステータ外殻の内側にステータ巻線
   を有する電気モータを製造する方法であって、磁気材料
   からなる溝なし円筒型ステータ外殻を形成し、 ほぼ円筒型の予備整形巻線を形成し、 前記ステータ外殻内に前記巻線を挿入し、 前記巻線に熱伝導率が６ＢＴＵ・ｉｎ／ｈｒ・ｆｔ＾２
   ・°Ｆを上回り、熱膨張率が前記ステータ外殻の熱膨張
   率に等しいか、またはそれ以上であり、更に粘度が未硬
   化状態において５００００ｃｐｓ未満である樹脂を含浸
   させることによりその巻線を前記ステータ外殼の内側に
   固定保持する ことを特徴とする電気モータの製造方法。
7. （７）モータの複数の相コイルを所定の空洞内に巻き込
   み形成し、 前記空洞内において結合可能な磁性ワイヤを用いること
   により前記コイルを一体に結合し、更に、個々のコイル
   を密集させることにより多相ステータ巻線を形成する ことを特徴とする空隙モータのコイル巻線を形成する方
   法。
8. （８）前記モータの相コイルを所定の空洞中に自動的に
   巻き込み形成することを特徴とする請求項（７）に記載
   の方法。
9. （９）前記コイルを空洞内において自動的に結束するこ
   とを特徴とする請求項（８）に記載の方法。
10. （１０）前記コイルを密集させて３相ステータ巻線を形
    成することを特徴とする請求項（７）に記載の方法。