JPS5889050A - 無鉄心電機子用コイルユニツトの製法 - 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】 この発明は、直流小型モータの電機子などとして用いら
れる無鉄心電機子の部品であるコイル素線端）ヲつくる
方法に関する。

この種のコイルユニットは、たとえば直流小型モータに
おいては次のようにして用いられる。すなわち、第１図
にみるように、直流小型モータ４０は、ヨーク４１と、
ヨークの内周面との関に隙間を作るようにしてヨーク４
１内に配設された円筒状の永久磁石４２と、永久磁石の
軸線上に配された軸受４３．４３とを合成＊Ｆ１＆４４
で一体化することによってステータが構成され、他方、
軸受４３゜４３を介してステータ内を貫通する軸４５と
、その中心が金属ボス４６を介して軸４５の内方端に連
結された円板状の整流子＠４７と、ヨーク４１゜永久磁
石４２からそれぞれ少し間を隔てて両者４１゜４２閏の
隙間内に位置しその内周−側端において整流子板４７の
外周に固定されたコイルユニット４８とＫよって無鉄心
電機子が構成され、ヨーク４１の開放端に固定された刷
子板４９に端子５０゜５０が設けられ、端子５ｏから延
びた刷子５１の先端が整流子板４７の上面に接してなる
ものである。

従来の無鉄心電機子用コイルユニットは、第２図または
第３図に示されているように、菱型、テーパー状を形成
するように１本のコイル素線ｌ′を矢印方向に順次巻線
し、コイル素線の被覆を接着一体化することにより鉄心
を要せず円筒形に何型し形成してい友。従って、コイル
ユニットは１本の巻線で最１１ｋｔで巻き上げる必要性
があるために一個ずつ製作されなければならず、そのた
め、生産性が低く、かつコイル素線を、傾斜して巻上げ
ていくため巻上げていくにつれ重ね合わせ部分が増加す
るとともに部分的にコイルユニットの径が変化し、この
ためｌターン当りのコイル線長が不均一で、ダイナミッ
クバランスが悪い本のしか得られず、しかも、コイル素
線が偏平であると自由なねじり曲げができないためにコ
イル素線断面が偏平で、コイル厚みが薄いコイルユニッ
トを得ることができないという欠点を有していた。さら
に、従来の円筒コイルでは、コイル素線１′の線径が決
まるとコイルユニット４８の径に関連して、ターン数が
限定されてしまい、モータのトルクや回転数等の特性を
向上させることができず、モータの設計を硬直化させて
もいた。

そこで、いわゆる巻線工程がなく製作できるようＫして
連続多量生産が可能である上、コイルバｌ−ンの自由度
が大きく、ｌターン当りのコイル素線の線長が均一でダ
イナミックバランスがよく、整流波形がよい無鉄心電機
子のコイルユニットを得ることと、ならびに偏平なコイ
ル素線を用いることによってコイル素線の断面積を一定
に維持しながらターン数を増加することができ、かつモ
ータの緒特性を向上させることができる小型モータ等の
、コイルユニットを提供することを目的とする、つぎの
ような無鉄心電機子用コイルユニットの製法が提案され
た。

すなわち、複数ｎ本のコイル素線が円筒をつくるよ′う
に端をそろえて並ぶ内円筒コイルの外側に、複数ｎ本の
コイル素線が円筒をつくるように端をそろえて並ぶ外円
筒コイルが、端面をそろえて嵌合したコイルユニット素
体を準備し、このコイル素線端）素体の各端面において
レーザー光を用いて各対応するコイル素線端を接合する
ことを順次行なって所望の無鉄心電機子用コイルユニッ
トを得る方法がそれである。この方法によれば、たとえ
ば第４図や第５図に示されているようなコイルユニット
が得られる。第４図および第５図のコイルユニット２０
はいずれも、内円筒コイル２１の外側に外円筒コイル２
２が端面をそろえるように嵌合してつくられている。外
円筒コイル２２は、多数のコイル素線ｌ・・・が円筒を
つくるよ、うに端をそろえて斜めに並んでできている。

内円筒コイル２１は、外円筒コイル２２と同数のコイル
素線ｌ・・・かやはり円筒をつくるように端をそろえて
並ぶことによってつくられているが、第４図のコイルユ
ニットではコイル素線ｌ・・・が軸線に交差する方向す
なわち斜め（ただし、外円筒コイルの素線方向とも交差
する斜め）Ｋｍんでいるのに対し、第５図のコイルユニ
ットではコイル素線１　・・が軸線に平行に並んでいる
。内円筒コイル２１と外円筒コイル２２とは、それぞれ
のコイル素線端が円筒両端面で半径方向に重なり合うよ
うＶＣｇＣｌり合っており、各端面においては第６図に
示されているように各対応するコイル素線端がレーザー
光を用いて順次接合され、接合ナーゲット２３が形成さ
れて、両円筒コイル２１．２２が電気的に導通し、所望
のコイルユニット２ｏとなっている。

第７図に示されているようＫｌ無鉄心電機子２４は、上
のようにしてつくられたコイル素線端）２０内に整流子
板２５を差し込み固定し、その整流子セグメント２６を
たとえばジャンパ線２８を介しテコイルユニット２０に
導通させることによってつくられる。第７図において、
番号２７は整流子板２５の中央から垂直下方に伸びた軸
である。

ところで、前記の製法によってコイルユニットをつくる
に当りては、前記したように、両円筒コ（ル２１，２２
の各型なり部において対応するコイル素線端を、レーザ
ー光を用いて接合する必要がある。この接合は、普通、
っぎのようにして行なわれる。すなわち、第８図に示さ
れているように１内外両円筒コイル２１．２２の各対応
するコイル素線１．１の端面に銅などの導電性の結合補
助材３０を置き、その両端に上方からレーザー光２９を
当てて、補助材３ｏの各端部を各コイル素線１　、　ｌ
Ｋ溶接するのである。

このように１従来はレーザー浴接は重ね合わせ浴接によ
っていたのであり、補助線をまず浴融させ、熱伝導によ
り次にコイル素線端を＃融させるものであるから、比較
的大きなエネルギーが必要となり、絶縁被覆への熱影響
も大きい。すなわち、この＃接のとき、レーザー光２９
による熱影響を受けて、たとえば第９図（ａ）　、　（
ｂ）にあられれているように１隣接するコイル素１１１
　１間でその絶縁被覆１ｍ、ｌａが部分的に浴融し、飛
散するため、その部分に絶縁被覆の欠除Ｎｉｂが出来る
のである。そのため、絶縁不良を生じ短絡が起きる恐れ
がある。レーザー光の熱でコイル素線１が一部溶けたと
きにはほぼ確実に短絡が起きる。図中、３０ｍＦｉ浴接
された部分をあられす。

この発明は、このような事故を防止することを目的とし
てなされたものである。

この発明にかかる無鉄心電機子用コイルユニットの製法
は、複数ｎ本のコイル素線が円筒をつくるように端をそ
ろえて並ぶ内円筒コイルの外側に、複数ｎ本のコイル素
線が円筒をつくるように端をそろえて並ぶ外円筒コイル
が、端面をそろえて嵌合したコイルユニット素体を準備
し、このコイルユニット素体の各端面においてコイル素
線端に補助材を当て、この補助材にレーザー光を照射し
て各対応するコイル素線端を接合することを順次行なっ
て所望の無鉄心電機子用コイルユニットを得る方法であ
って、前記補助材におけるレーザー光照射位置の端面を
、レーザー光−の照射方向に対し斜め向きの傾斜面に形
成しておき、レーザー光の照射、にあたり、前記傾斜端
面に照射したレーザー光の反射光がコイル素線端に照射
されるように前記傾斜端面に向けてレーザー光を照射す
る工程を含むことを特徴としている。以下にこの発明を
、その実施例をあられす図面に基いて詳しく述べる。

まず、コイルユニット素体、すなわち、複数ｎ本のコイ
ル素線ｌ・・・が円筒をつくるように端をそろえて並ぶ
内円筒コイル２１の外側に、複数ｎ本のコイル素線ｌ・
・・が円筒をつくるように端をそろえて並ぶ外円筒コイ
ル２２が、端面をそろえて嵌合したものを準備する。

コイル素線ｌとしては、銅、アルミニウムなどの線材を
ポリエステル、ポリイミド等の合成樹脂で絶縁被覆する
と共に、ナイロン系合成樹脂、エポキシ系合成＊脂等の
融着層を表面に設けて成る自己融着型のものが使用され
る。引抜き加工等により断面を偏平、矩形状等にしたも
のが賞月される。これは、巻上げｋあたりて側面と一面
が密接し、電流密度を上げる等の効果があるからである
。

コイルユニット素体は、たとえばつぎのように−してつ
くられる。第１０図（ａ）〜（ｅ）はコイルユニットの
製造工程説明図である。第１ステツプとして、一端に３
１−糧・Ｏｉ、他端に３−１′〜１０ｉ’　と表示され
九８本のコイル素線ｌ・・・を円筒面上に軸方向に平ピ
ッチでかつ重なり合わないようにしてパイプ形状を形成
するように配列してなる第１０図（ａ）のストレート円
筒コイル２ｉをつくり、その一方の端面３ｉ１〜ｌ　Ｏ
ｉ’を時計回りＩｃ　１８０度ねじることによって！１
０図（ｂ）のスパイラル軟白円筒コイル２１をつくる。

第２ステツプとして、一端に３６−１０ｏ。

他端に３　ｏｆ〜１００’と表示された８本のコイル素
線ｌ・・・を円筒面上に軸方向に平ピッチでかつ重なり
合わないようにしてパイプ形状を形成するように配列し
てなる第１θ図（Ｃ）のストレート円筒コイル２ｏをつ
くり、その−万の端面３ｏ′〜１０　ｏ’　ｆ：反時計
回りに１８０（１−ｉ　）＝１３５度ねじることによっ
て第１θ図（ｄ）のスパイラル状外円筒コイル２２をつ
くる。外円筒コイル２２は、第１０図（ｅ）に示されて
いるように、内円筒コイル２１を芯材とするようにその
外側に嵌合させる。そして、これら内外両円筒コイル２
１．２２の各コイル素線端３ｏ’〜１０　ｏ’と３ｉ’
　〜１０ｉ’および３　ｏ−１０ｏと３ｉ−１０４を、
それぞれ第１Ｏ図（Ｃ）のように円筒生理方向に重な抄
合うように組合せる。すなわち、円筒の一端面における
コイル素線端の組合せが（３ｉ、３ｏ）。

（４ｉ、４ｏ）”・（１０ｉ、１Ｏｏ）となり、他端面
でのコイル素線端の組合せが（３ｏ’、４ｉ’Ｊ　、（
４ｏ’　。

５ｉ’）、−（Ｇｏ’、１０ｉ’）、（１０ｏ’、３ｉ
’）となるようＫする。

つぎのようにしてフィル素体をつくること−ある。すな
わち、第１１図に示されているように、８本のコイル素
線１・・・でつくられたストレート円筒コイルの一端面
３　ｏｌ〜１００′を反時計回りに３６０（１−”　）
＝３１５度ねじってｌｌＥｌＳ図（ａ）の７パイラル円
筒コイル、すなわち外円筒コイル２２をつくる。そして
、それを、同じく８本のコイル素線１・・・でつくられ
た第１１図（ｂ）のストレート円筒コイル、すなわち内
円筒コイル２１の外側に嵌合させて、第１１図（Ｃ）の
ようなコイルユニット素体をつくるのである。このと鼻
、両日筒コイル２１゜２２の各コイル素線端３　ｏ’　
〜１０　ｏ’と３ｉ’〜１０ｉ’および３６　＝　ｌ　
Ｏｏと３ｉ−１０ｉを、同図に示されているように、一
端面での組合せが（３ｉ、３ｏ）　　。

（４ｉ　、４ｏ）、　・・・（１０ｉ、１Ｏｏ）となり
、他端面での組合せが（３ｏ’、４ｉ’）、（４ｏ’、
５ｉ’）、・・・（９ｏ’　＊　１０　ｔ’　）　ｓ　
（１０ｏ’　、３　ｔ’　）となるように、それぞれ組
合せる。

ナオ、コイルユニット素体の実際の製造（通常、機械装
置を用いて行なう）においては、しばしばつぎのように
なされる。すなわち、ストレート円筒コイルを一旦つく
ったのち、これをねじってスパイラル円筒コイルにする
のでなく、ストレート円筒コイルをつくりつつねじった
り、ｌ工程で直ちにスパイラル円筒コイルをつくるよう
にしたりするほか、内円筒コイルと外円筒コイルを別々
につくったのち嵌合させるのでなく９内円筒コイルをつ
くりつつ重ねるようにするのである。

第１１図の製法によるときは、内円筒コイルをねじらな
いため、コイルユニット素体を簡単につくることができ
る。

つぎに、内外内円筒コイル２１，２２の各対応するコイ
ル素線端をレーザー光を用い順次接合しテ所望のコイル
ユニット２０をつくる。コイル素線端の組合せが上のと
おりであるので、この場合には、たと゛えば内円筒コイ
ル２１のコイル素線端３１からスーートして他端３ｉ′
に至り、端３１′から外円筒コイル２２のコイル素線端
１００′につながったのち、端１０　ｏ’から他端１０
ｏ　　に至り、端１０ｏから端１０ｉに移り・・・とい
うように順次接続して、最終的には一つの電気的閉ルー
プを作るようになるのである。第１θ図の方法によると
第４図のコイルユニットができ、第１１図の方法による
と第５図のコイルユニットができる。

上に述ぺたことから分かるように、コイル素線ｌが連続
する閉ループを形成するためには次の条件を満すことが
必要である。即ち、内円筒コイル２１、外円筒コイル２
２を形成するコイル素Ｉｉｉ！ｌのいずれもが同数から
な９、重なり合うことなく仮想円筒面上に並列している
こと、また内円筒コイル２１と外円筒コイル２２を嵌合
するとき、各端面において、半極方向上に外円筒コイル
２２の各コイル素線ｌが内円筒コイル２１の各コイル素
線ｌに対応重合することが必要である。つぎに、相互に
コイル素線１を逆方向に捻じりて内円筒コイル２１と外
円筒コイル２２を形成し、これらを組合せ嵌合するとき
は、内円筒コイル２１のコイル素線ｌに外円筒コイル２
２のコイル素線ｌが点対称となるように配するのでなく
、一端部におりてコイル素線ｌが１本分ずれるように嵌
合するのである。例えば、コイル素線ｌを１８０度ねじ
りて内円筒コイル２１を形成し、外円筒コイル２２のコ
イル素ｊｌｌを１８０（１土ｉ）度ねじって形成する如
くである。

コイル素線端の接合にあたっては、この発明においても
やはり補助材を用いるのであるが、その補助材３２は、
第１２図（ａ）　、　（ｂ）に示されているように、レ
ーザー光３１が照射される位置の端面３２１がレーザー
光の照射方向に対し斜め向き（図では斜め上向き）の傾
斜面につくられているところに特徴がある。そして、こ
の補助材３２にレーザー光を照射するにあたっては、図
に示されているように１傾斜端面３２ａに照射したレー
ザー光３１の反射光３３がコイル素線端１ｃに照射され
るようにして、傾斜端（ｉｉ　３２　ａに向けＹλＧ、
ガラス。

ルビー等のレーザー光３１を照射する。

この発明にかかる方法では、従来のごとく補助材の全厚
みに対しレーザー光が照射されるのでなく、比較的厚み
の薄い傾斜端面部分にレーザー光３１が照射されるため
、比較的小さなエネルギーでもって補助材３２の溶融が
可能となる。また、補助材３２は銅やアルミニウムのよ
うＶこレーザー光の反射率が比較的高い材料からなるた
め、コイル嵩線端１ｃＫ対し反射光として照射されたレ
ーザー光３３は、コイル素線端ｌｃ＆ｃ吸収されて、そ
の部分を効果的に予熱もしくは溶融することができる。

し九がって、この発明によると、効率的なレーザー溶接
が可能である。レーザー光の照射は傾斜端面３２ａ以外
の部分にも向けられてよい。

補助材３２としては、丸線でもよいが、コイル素線端１
ｃへの接触を充分にさせるため、角線もしくは偏平線と
することが好ましい。傾斜端面３２為の傾斜角度θを５
５〜７５°としたとき、ＹＡＧレーザーを照射してやる
と、良好な浴接が得られた。

この発明にかかる無鉄心電機子用コイルユニットの製法
は、このように、コイル素線端のレーザー溶接時、補助
材におけるレーザー光照射位置の端面を、レーザー光の
照射方向に対し斜め向きの傾斜面に形成しておき、レー
ザー光の照射にあたり、前記傾斜端面に照射したレーザ
ー光の反射光がコイル素線端に照射されるように前記傾
斜端面に向けてレーザー光を照射する工程を含ませるよ
うにしているため、レーザー光のエネルギーが小さくて
済み効率的であるとともに、コイル素線の絶縁被覆など
に対する熱影醤が減少もしくは皆無となる。

ところで、集流子板２５のセグメント２６に対しジャン
パ線２８をレーザー浴接するにあたっては、従来、第１
３図に示されているようにジャンパ線２Ｂの端部２ｇｍ
をあらかじめ平らに加工していた。それは、整流子板の
セグメント２６が通常約０．０５ｍｍと非常に薄いので
、なるべくこれとの厚み差を小さくする等の理由による
。そこで、レーザー溶接に際しては浴接面積を大きくす
ることが必要となるが、レーザー光のエネルギー密度分
布が第１４図に示されるようにガウス型分布をしている
ため、レーザー光の照射面積を大きくすると、エネルギ
ー密度が極度に高まった中心部分によって、ジャンパ線
端部や整流子セグメントに溶損事故が起きるおそれがあ
る。

そこで、第１５図ω１缶）に示されるように、ジャンパ
線３４における平らな端部３４ａの中心など特定の位置
に突起３４ｂをつくり、この突起がレーザー光の中心に
来るように位置決めして浴接する。そうす−ると、レー
ザー光の中心部が当たる部分では被溶接材の厚みが厚い
ため、ジャンパ線端部３４１全体の温度上昇がほぼ均一
となり、第１６ｉ２１にみるようにジャンパ線端部３４
ａと整流子セグメント２６との＃接部３５が均一に分布
するようになるため、溶損事故の発生が防止される。

第１７図に示されているように１整流子セグメント３６
に突起３６ｍをつくり、これをジャンパ線における平ら
な端部３７に設けた穴３７ａに差し込むようにして、こ
れに中心部が来るようにしレーザー光３８を照射するよ
うにしても同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は小型直流モータの側断面図、ｆｓ２図および第
３図はコイルユニットの従来の製法の説明図、第４図お
よび第５図はこの発明の対象とするコイルユニットの斜
視図、第６図はコイルユニット端面の部分的拡大斜視図
、第７図は同コイルユニットを用いてつくられた無鉄心
電機子の斜視図、第８図はコイル素線端に対する従来の
レーザー浴接法をあられす部分拡大断面図、第９図（ａ
）　、　（ｂ）は従来例の欠点を説明するためのコイル
ユニット端面近傍部の拡大斜視図と拡大情断面図、夢１
０図ω〜（ｅ）および第１１図（ａ）〜（Ｃ）はこの発
明におけるコイルユニット素体の製造工程説明図、第１
２図（ａ）はこの発明におけるレーザー溶接法を説明す
るためのコイルユニット端面近傍部の側断面図、第１２
図（ｂ）ｔｉ第第１固 ンパ線と整流子セグメントの接合部の拡大断面図、＠１
４図はレーザー光のエネルギー分布図、第１５図ω、（
ｂ）は接合部における溶損事故を防ぐのに効果的なジャ
ンパ線の端部を示す斜視図と側断面図、＠１６図は第１
５図のジャンパ線を用いたときの溶接部分を示す側断面
図、第１７図はジャンパー溶接部の溶損事故を防止する
他の方法を示す溶接部分の側断面図である。 ｌ・・・コイル素線　１ｃ・・・コイル素線端２０・・
　コイ生ユニット　２１・・・内円筒コイル２２・・・
外Ｆ［コイル　２４／・・　無鉄心電機子３１・・・レ
ーザー光　３２・・・補助材３２ａ・・傾斜端面 特許出願人　松下電工株式会社 代理人　弁理士　松　本　武　　劇 館１図 匍７図 １ａ ｆ／１９図（ｂ） （ａ） （ａ）　　　　　　　　　　　　（ｂ）第１２図 第１４図 （ａ） １１１６閉 （ｂ） 磐１５！！１ 第１７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　複数ｎ本のコイル素線が円筒をつくるように
   端をそろえて並ぶ内円筒コイルの外側に、複数ｎ本のコ
   イル素線が円筒をつくるように端をそろえて並ぶ外円筒
   コイルが、端面をそろえて嵌合したコイルユニット素体
   を準備し、このコイルユニット素体の各端面においてコ
   イル素線端に補助材を当て、この補助材にレーザー光を
   照射して各対応するコイル素線端を接合することを順次
   行なって所望の無鉄心電機子用コイルユニットを得る方
   法であって、前記補助材におけるレーザー光照射位置の
   端面を、レーザー光の照射方向に対し斜め向きの傾斜面
   に形成しておき、レーザー光の照射にあたり、前記傾斜
   端面に照射したレーザー光の反射光がコイル素線端に照
   射されるように前記傾斜端面に向けてレーザー光を照射
   する工程を含むことを特徴とする無鉄心電機子用コイル
   ユニットの製法。
2. （２）補助材における傾斜端面の傾斜角度卆５５〜７５
   °である特許請求の範囲第１項記載の無鉄心電機子用コ
   イルユニットの製法。