JP2009077490A - １相および多相ヘリカル巻線、扁平状および円筒状多相ヘリカル巻線、多層ヘリカル巻線、およびそれを用いたギャップワインディングモータ - Google Patents
１相および多相ヘリカル巻線、扁平状および円筒状多相ヘリカル巻線、多層ヘリカル巻線、およびそれを用いたギャップワインディングモータ Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 ヘリカル巻線はギャップワインディングモータに使用されるが、構成上導体のスキューがあるため、電流を力に変換する効率が良くなかったのを改良して、導体内を流れる電流を効率よく力に変換できるヘリカル巻線を提供する。
【解決手段】薄くて平らな長尺状の導体を複数回折り返してジグザグ状に形成された１相分の１相ヘリカル巻線をその導体の非折り返し部１４がモータ推力発生方向と直交して配設され、導体１４の折り返し部１５，１６を曲げ加工１２，１３することで形成し、この１相ヘリカル巻線を多相ずらして配設し、モータ推力発生方向の途中でモータ推力発生方向と逆方向に曲げて全体で円筒状に形成した。
【選択図】図１
【解決手段】薄くて平らな長尺状の導体を複数回折り返してジグザグ状に形成された１相分の１相ヘリカル巻線をその導体の非折り返し部１４がモータ推力発生方向と直交して配設され、導体１４の折り返し部１５，１６を曲げ加工１２，１３することで形成し、この１相ヘリカル巻線を多相ずらして配設し、モータ推力発生方向の途中でモータ推力発生方向と逆方向に曲げて全体で円筒状に形成した。
【選択図】図１
Description
本発明は、電力を動力に変換するモータの巻線に関し、特にギャップワインディングモータに適用可能なヘリカル巻線に関する。
従来のヘリカル巻線は、相数分のコイルを重巻きし、そのコイルをらせん状に折りたたむという手法で構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特公平４−０７９２２５号公報（第４−５頁、図７）
図３において、１１１、１１２、１１３は各相を構成するコイルであり、導線を巻型により巻いて形成されている。１１４は１１２、１１２、１１３を重ねることにより得られる。１１４をらせんのピッチが巻線の幅と一致するように１１５、１１６の折り返し部で折りたたむと、各相の導体が、らせんピッチと幅で決まる角度で傾きつつ一定間隔で並ぶようになる。口出し線は１１９のタップに接続する。
このように、従来のヘリカル巻線は、相数分のコイルを１つの帯状にしてそれをらせん状に折りたたむことにより構成するのである。
しかしながら、推力発生方向に対して導体が直交していないため、電流の余弦しか有効推力に変換されない。また、１１７、１１８のマグネットの配置に対して、導体の位置が広範囲に分布しているため、互いに反対の力を出す部分が発生する。
このように、従来のヘリカル巻線は、相数分のコイルを１つの帯状にしてそれをらせん状に折りたたむことにより構成するのである。
しかしながら、推力発生方向に対して導体が直交していないため、電流の余弦しか有効推力に変換されない。また、１１７、１１８のマグネットの配置に対して、導体の位置が広範囲に分布しているため、互いに反対の力を出す部分が発生する。
従来のヘリカル巻線は、導体がらせんピッチと幅で決まる角度で傾いていて電流の余弦分しか力に変換することができないので、電流の利用効率が良くないという問題があった。
また、導体の位置がモータ推力発生方向に対して極ピッチの１／２以上の範囲に分布しているため、互いに反対の力を出す部分が発生し、モータ全体の電流を力に変換する効率が悪いというような問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、空間に対する導体の占める割合（占積率）が高いヘリカル巻線の占積率を維持するとともに導体が進行方向に対し、なるべく傾かないようにし、導体を流れる電流を効率よく力に変換することができるヘリカル巻線を提供することを目的とする。
また、導体の位置がモータ推力発生方向に対して極ピッチの１／２以上の範囲に分布しているため、互いに反対の力を出す部分が発生し、モータ全体の電流を力に変換する効率が悪いというような問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、空間に対する導体の占める割合（占積率）が高いヘリカル巻線の占積率を維持するとともに導体が進行方向に対し、なるべく傾かないようにし、導体を流れる電流を効率よく力に変換することができるヘリカル巻線を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１記載の１相ヘリカル巻線の発明は、薄くて平らな長尺状の導体を複数回折り返してジグザグ状に形成された１相分の１相ヘリカル巻線において、前記導体の非折り返し部がモータ推力発生方向と直交して配設され、前記導体の折り返し部が曲げ加工されていることを特徴としている。
請求項２記載の多相ヘリカル巻線の発明は、請求項１記載の１相ヘリカル巻線を複数個、前記各導体の非折り返し部がモータ推力発生方向に隙間なくずらして配設したことを特徴としている。
請求項３記載の扁平状多相ヘリカル巻線の発明は、請求項２記載の多相ヘリカル巻線をモータ推力発生方向の途中で前記モータ推力発生方向と逆方向に畳み返して重ね、かつ重ねた上下の同相ヘリカル巻線を流れる電流の向きが同じ向きにしたことを特徴としている。
請求項４記載の円筒状多相ヘリカル巻線の発明は、請求項２記載の多相ヘリカル巻線をモータ推力発生方向の途中で前記モータ推力発生方向と逆方向に曲げて全体で円筒状に形成したことを特徴としている。
請求項５記載の積層ヘリカル巻線の発明は、請求項３または４記載のヘリカル巻線を積層したことを特徴としている。
請求項６記載のギャップワインディングモータの発明は、請求項３〜５のいずれか１項記載のヘリカル巻線を使用したことを特徴としている。
請求項１記載の１相ヘリカル巻線の発明は、薄くて平らな長尺状の導体を複数回折り返してジグザグ状に形成された１相分の１相ヘリカル巻線において、前記導体の非折り返し部がモータ推力発生方向と直交して配設され、前記導体の折り返し部が曲げ加工されていることを特徴としている。
請求項２記載の多相ヘリカル巻線の発明は、請求項１記載の１相ヘリカル巻線を複数個、前記各導体の非折り返し部がモータ推力発生方向に隙間なくずらして配設したことを特徴としている。
請求項３記載の扁平状多相ヘリカル巻線の発明は、請求項２記載の多相ヘリカル巻線をモータ推力発生方向の途中で前記モータ推力発生方向と逆方向に畳み返して重ね、かつ重ねた上下の同相ヘリカル巻線を流れる電流の向きが同じ向きにしたことを特徴としている。
請求項４記載の円筒状多相ヘリカル巻線の発明は、請求項２記載の多相ヘリカル巻線をモータ推力発生方向の途中で前記モータ推力発生方向と逆方向に曲げて全体で円筒状に形成したことを特徴としている。
請求項５記載の積層ヘリカル巻線の発明は、請求項３または４記載のヘリカル巻線を積層したことを特徴としている。
請求項６記載のギャップワインディングモータの発明は、請求項３〜５のいずれか１項記載のヘリカル巻線を使用したことを特徴としている。
請求項１〜３記載の発明によると、導体の大半をモータ推力方向と直交にすることで、推力方向に対する位置の分布を狭くすることができるため、電流の変換効率を上げることができる。
また、請求項３記載の発明によると、扁平状多相ヘリカル巻線を形成することで、リニアモータに適用することができる。
また、請求項４記載の発明によると、モータ推力発生方向に巻線を円筒状に曲げることで、回転型モータに適用することができる。
また、請求項５記載の発明によると、巻線を積層したことで、ギャップ方向の高さの高いモータに適用することができる。
また、請求項６記載の発明によると、外形を小さくしたままで電力の力への変換効率を向上したモータが得られる。
また、請求項３記載の発明によると、扁平状多相ヘリカル巻線を形成することで、リニアモータに適用することができる。
また、請求項４記載の発明によると、モータ推力発生方向に巻線を円筒状に曲げることで、回転型モータに適用することができる。
また、請求項５記載の発明によると、巻線を積層したことで、ギャップ方向の高さの高いモータに適用することができる。
また、請求項６記載の発明によると、外形を小さくしたままで電力の力への変換効率を向上したモータが得られる。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明のヘリカル巻線の巻き形状を示した図である。
図において、１１の巻線は１２および１３の部分で曲げ加工を行われており、１４の部分の導体はモータ推力方向に対して直交となっている。
なお、折り返し部１５，１６およびタップ１９は従来と同様であるので、説明は省略する。
上記のように、本発明が従来技術と異なる点は２つある。
１つ目は、巻線１２および１３を曲げ加工としている点である。
ここで言う曲げ加工とは、導体１２、１３と導体１４の向きを変えるために行われ、この加工を行うことにより導体１４の向きをらせんピッチと幅に関係しない角度にすることができる。
２つ目は、導体１４をモータ推力発生方向に対して直交するように配設した点である。このようにすることで、導体の大半は、モータ推力方向に対して直交しかつ最低限の幅に集中している導体１４で占められている。
図において、１１の巻線は１２および１３の部分で曲げ加工を行われており、１４の部分の導体はモータ推力方向に対して直交となっている。
なお、折り返し部１５，１６およびタップ１９は従来と同様であるので、説明は省略する。
上記のように、本発明が従来技術と異なる点は２つある。
１つ目は、巻線１２および１３を曲げ加工としている点である。
ここで言う曲げ加工とは、導体１２、１３と導体１４の向きを変えるために行われ、この加工を行うことにより導体１４の向きをらせんピッチと幅に関係しない角度にすることができる。
２つ目は、導体１４をモータ推力発生方向に対して直交するように配設した点である。このようにすることで、導体の大半は、モータ推力方向に対して直交しかつ最低限の幅に集中している導体１４で占められている。
その推力発生の形態は、図１に示すように、導体１４がマグネット１７、１８の位置に対して同じ部分に存在しているため、同一方向の推力を発生するようになっており、また電流方向と推力発生方向が直交しているため、電力を効率よく推力に変換することができる。
なお、図１ではＵ相励磁時を示しているが、他相励磁時も同様になる。
さらに、この巻線を多数回畳み返して積層することで高推力が得られることとなり、このような巻線はギャップ方向の高さの高いモータに適用することが可能である。
なお、図１ではＵ相励磁時を示しているが、他相励磁時も同様になる。
さらに、この巻線を多数回畳み返して積層することで高推力が得られることとなり、このような巻線はギャップ方向の高さの高いモータに適用することが可能である。
図２は第２実施例の構成を示す図である。
巻線２２は、ギャップワインディングモータのステータコア２１に沿う形で整形後取付けられる。また、コアはモータケース２０に取り付けられている。また、シャフト３０にはロータコア３１を介して、マグネットが極数分取り付けられている。巻線２２は従来の巻線に比べ少ない電流で同一のモータトルクを得ることができるため、小型化が可能である。
また、ギャップ内の磁束密度はマグネット３１とコア２１との間隔により決まり、ギャップが減るに従って、単調増加する。
また、モータのトルクはギャップ内磁束密度に比例するため、巻線をギャップ方向に小型化すれば、さらに少ない電流で同一のモータトルクを得ることが可能となる。
このように、小型で効率よく電流をトルクに変換することができる構成をしているので、モータを小型化し、出力を向上することができる。
以上は、本発明にかかるヘリカル巻線を回転型ギャップワインディングモータに適用した例を示したが、本発明の用途はこれに限定されるものではなく、例えば、リニア型ギャップワインディングモータにも適用することで、小型化で出力を向上したモータが得られる。
巻線２２は、ギャップワインディングモータのステータコア２１に沿う形で整形後取付けられる。また、コアはモータケース２０に取り付けられている。また、シャフト３０にはロータコア３１を介して、マグネットが極数分取り付けられている。巻線２２は従来の巻線に比べ少ない電流で同一のモータトルクを得ることができるため、小型化が可能である。
また、ギャップ内の磁束密度はマグネット３１とコア２１との間隔により決まり、ギャップが減るに従って、単調増加する。
また、モータのトルクはギャップ内磁束密度に比例するため、巻線をギャップ方向に小型化すれば、さらに少ない電流で同一のモータトルクを得ることが可能となる。
このように、小型で効率よく電流をトルクに変換することができる構成をしているので、モータを小型化し、出力を向上することができる。
以上は、本発明にかかるヘリカル巻線を回転型ギャップワインディングモータに適用した例を示したが、本発明の用途はこれに限定されるものではなく、例えば、リニア型ギャップワインディングモータにも適用することで、小型化で出力を向上したモータが得られる。
１１ 巻線
１２、１３ 曲げ加工部
１４ 推力方向と直交する導体部
１５、１６ 折り返し部
１７ マグネット（Ｎ）
１８ マグネット（Ｓ）
１９ タップ
２０ モータケース
２１ ステータコア
２２ 曲げ整形された巻線
３０ シャフト
３１ ロータコア
３２ マグネット
１１１ Ｖ相コイル
１１２ Ｕ相コイル
１１３ Ｗ相コイル
１１４ 重巻コイル
１１５ 折り返し部
１１６ 折り返し部
１１７ マグネット（Ｎ）
１１８ マグネット（Ｓ）
１１９ タップ
１２、１３ 曲げ加工部
１４ 推力方向と直交する導体部
１５、１６ 折り返し部
１７ マグネット（Ｎ）
１８ マグネット（Ｓ）
１９ タップ
２０ モータケース
２１ ステータコア
２２ 曲げ整形された巻線
３０ シャフト
３１ ロータコア
３２ マグネット
１１１ Ｖ相コイル
１１２ Ｕ相コイル
１１３ Ｗ相コイル
１１４ 重巻コイル
１１５ 折り返し部
１１６ 折り返し部
１１７ マグネット（Ｎ）
１１８ マグネット（Ｓ）
１１９ タップ
Claims (6)
- 薄くて平らな長尺状の導体を複数回折り返してジグザグ状に形成された１相分の１相ヘリカル巻線において、
前記導体の非折り返し部がモータ推力発生方向と直交して配設され、前記導体の折り返し部が曲げ加工されていることを特徴とする１相ヘリカル巻線。 - 請求項１記載の１相ヘリカル巻線を複数個、前記各導体の非折り返し部がモータ推力発生方向に隙間なくずらして配設したことを特徴とする多相ヘリカル巻線。
- 請求項２記載の多相ヘリカル巻線をモータ推力発生方向の途中で前記モータ推力発生方向と逆方向に畳み返して重ね、かつ重ねた上下の同相ヘリカル巻線を流れる電流の向きが同じ向きにしたことを特徴とする扁平状多相ヘリカル巻線。
- 請求項２記載の多相ヘリカル巻線をモータ推力発生方向の途中で前記モータ推力発生方向と逆方向に曲げて全体で円筒状に形成したことを特徴とする円筒状多相ヘリカル巻線。
- 請求項３または４記載のヘリカル巻線を積層したことを特徴とする積層ヘリカル巻線。
- 請求項３〜５のいずれか１項記載のヘリカル巻線を使用したことを特徴とするギャップワインディングモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007242460A JP2009077490A (ja) | 2007-09-19 | 2007-09-19 | １相および多相ヘリカル巻線、扁平状および円筒状多相ヘリカル巻線、多層ヘリカル巻線、およびそれを用いたギャップワインディングモータ |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009077490A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016220044A1 (de) * | 2016-10-14 | 2018-04-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Helixartige Wicklung mit erhöhter Feldausnutzung |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54105701A (en) * | 1978-02-07 | 1979-08-20 | Yuuji Takahashi | Winding method of rotary wheel for corrugated coreless motor |
| JPH0595644A (ja) * | 1991-06-17 | 1993-04-16 | Honda Motor Co Ltd | モータの電機子巻線構造 |
| JP2000139048A (ja) * | 1998-05-20 | 2000-05-16 | Denso Corp | 回転電機及びその製造方法 |
| JP2000228840A (ja) * | 1999-02-08 | 2000-08-15 | Yaskawa Electric Corp | 永久磁石形同期電動機 |
-
2007
- 2007-09-19 JP JP2007242460A patent/JP2009077490A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS54105701A (en) * | 1978-02-07 | 1979-08-20 | Yuuji Takahashi | Winding method of rotary wheel for corrugated coreless motor |
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| DE102016220044A1 (de) * | 2016-10-14 | 2018-04-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Helixartige Wicklung mit erhöhter Feldausnutzung |
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