JP2000333395A - ステータ構造 - Google Patents
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Abstract
における電磁気ノイズの影響を抑制し、高精度のモータ
を構成する。 【解決手段】 巻き線とプリント基板の配線パターンと
の間にシールドを設けることによって電磁気ノイズを遮
断し、互いの電磁気ノイズによる影響を抑制し、これに
よってモータの高精度制御を可能とするものであり、モ
ータのステータコア2の軸方向端面に多層プリント基板
1を配設し、巻き線4をステータコア2及び多層プリン
ト基板1を包み込んでトロイダル状に整列巻回する。多
層プリント基板1は、巻き線4間を結線する配線パター
ン層と、該配線パターン層と巻き線との間を電磁気遮蔽
するシールド層12とを備える。
Description
ットレス構造のモータにおけるステータ構造に関する。
器では、高精度,高密度,高集積化の伴って、これらの
構成部品にはナノメーターオーダーの加工精度が要求さ
れてきている。これら高精度の部品を加工する工作機械
やステッパー、電子ビーム描写装置には、非常に高分解
能の精度が要求される。一般に、これら加工装置や製造
装置において、位置決めは位置決め装置によって行われ
る。この位置決め装置の位置制御は、CNCで制御され
る回転サーボモータやリニアモータによって行われるこ
とが多い。したがって、構成部品の加工精度を高めるた
めには、回転サーボモータやリニアモータを高精度に制
御する必要があり、該制御に用いられる制御電流は非常
に微小なものとなる。そのため、非常に微小な電磁気ノ
イズであっても、制御電流に大きく影響することにな
る。
トルクリップルを有しており、このトルクリップルはモ
ータの精度を定める要因となっている。従来、トルクリ
ップルを減少させることによって、モータの精度を高め
ようとする努力がなされている。
的なトルクリップルと電磁気的なトルクリップルとに区
分することができる。たとえば、回転サーボモータの場
合では、ロータ軸のベアリング等に生じる摩擦抵抗は機
械構造的なトルクリップルの要因となり。また、ロータ
とステータ間に生じる磁気的ひずみは電磁気的なトルク
リップルの要因となる。
するために、軸受けを空気軸受けや磁気軸受け等によっ
て、非接触な軸支持を行う等によって摩擦抵抗を減少さ
せるものが提案されている。また、電磁気的なトルクリ
ップルを低減する一方法として、スロットによるコギン
グトルクを抑えるためにスロットレス構造のステータが
提案されている。また、スロットレス構造のステータコ
アの場合には、巻き線の位置精度や巻き線の形状が電磁
気的作用を決定する重要な要素となるため、そのため巻
き線を整列トロイダル巻回することによって巻き線の位
置精度を確保することが知られている。
ステータを説明するための図である。なお、図10に示
すステータは、環状のステータの一部について直線状に
伸ばした状態を示している。図10において、ステータ
103は巻き線セグメント100をモータの構造や極数
によってステータコア102の適当な位置に設けて構成
される。巻き線セグメント100は、ステータコア10
2の両端面にプリント基板101を配設し、ステータコ
ア102とプリント基板101とを囲むように巻き線1
04を整列巻回して構成される。
113が形成され、巻き線セグメント100の巻き線開
始接点106と配線パターン層113の巻き線終了接点
107とを接続することによって、各巻き線セグメント
100の巻き線104間を結線する。この構成によっ
て、いわゆる「巻き線の耳」と呼ばれるモータの軸方向
にステータコアから突出し、電磁気的にロータに寄与し
ない巻き線部分を小さくすることができ、モータのコン
パクトな設計が可能となる。
とによって、巻き線自体がステータコアとプリント基板
とを縛る状態となるため、巻き線の剥がれやずれを少な
くした強い構造とすることができる他、巻き線に対して
最も曲げ応力を与え、巻き線の皮膜を損傷し易い部分で
あるステータコアのエッジ部分をプリント基板で絶縁す
るため、巻き線がステータコアに地絡することを防止す
ることができる。また、プリント基板のエッジ部分を大
き目の曲率半径とすることによって、巻き線の線材自体
の損傷を防止することができる。
プリント基板を取りつけて巻き線を巻回するステータで
は、プリント基板に巻き線が非常に接近にして巻かれて
いるため、プリント基板に設けられた配線パターン層と
巻き線に流れる電流によって発生した電磁気ノイズは、
電磁相互作用によって互いに流れる電流に悪影響を与え
ることになる。図11は整列トロイダル巻き線によるス
テータの断面図である。図11において、ステータ10
3はステータコア102、プリント基板101、及び巻
き線104を順に積層して形成され、プリント基板10
1は、樹脂層111上に配線パターン層113を配設し
て形成され、該配線パターン層113と巻き線104と
の間は接続部105によって結線されている。
は、各相(例えばU相,V相,W相)の励磁制御に応じ
て電流が流れる。巻き線104及び配線パターン層11
3では、流れる電流によって電磁気ノイズを発生する。
巻き線104と配線パターン層113とは隣接して配置
される構成であるため、発生した電磁気ノイズは、電磁
相互作用によって互いに流れる電流に影響することにな
る。従来の技術の項で示したように、高精度のモータに
流れる電流は微小電流となる。そのため、配線パターン
層と巻き線との間における電磁気ノイズの影響は特に大
きな問題となる。
巻き線とプリント基板の配線パターンとの間における電
磁気ノイズの影響を抑制し、高精度のモータに供するこ
とができるステータ構造を提供することを目的とする。
ント基板の配線パターンとの間にシールドを設けること
によって電磁気ノイズを遮断し、互いの電磁気ノイズに
よる影響を抑制し、これによってモータの高精度制御を
可能とするものである。
ータのステータコアの軸方向端面に多層プリント基板を
配設し、巻き線をステータコア及び多層プリント基板を
包み込んでトロイダル状に整列巻回するものであり、多
層プリント基板は、巻き線間を結線する配線パターン層
と、該配線パターン層と巻き線との間を電磁気遮蔽する
シールドとを備える構成とする。
備えるシールドは、配線パターン層と巻き線との間を電
磁気的に遮蔽することによって、配線パターン層に流れ
る電流によって発生する電磁気ノイズが巻き線側に及ぼ
す影響や、逆に巻き線に流れる電流によって発生する電
磁気ノイズが配線パターン側に及ぼす影響を抑制する。
電磁気ノイズの影響を抑制することによって、巻き線及
び配線パターンに流れる電流中の侵入するノイズ分を減
少させることができ、モータを高精度に制御することが
できる。
ータのステータコアの軸方向端面に配設した第1の多層
プリント基板、及びステータコアを、第1の巻き線によ
って包み込んでトロイダル状に整列巻回し、さらに、第
1の巻き線の軸方向端面に配設した第2の多層プリント
基板、第1の巻き線、第1の多層プリント基板、及びス
テータコアを、第2の巻き線によって包み込んでトロイ
ダル状に整列巻回するものであり、第1及び第2多層プ
リント基板は、巻き線間を結線する配線パターン層と、
該配線パターン層と巻き線との間、及び又は配線パター
ン層間を電磁気遮蔽するシールドとを備える構成とす
る。
き線を重ねて巻回するものであり、第1の巻き線は第1
の多層プリント基板及びステータコアを包み込んでトロ
イダル状に整列巻回し、第2の巻き線は第1の巻き線を
巻回したもの上に第2の多層プリント基板に配置し、こ
れらを包み込んでトロイダル状に整列巻回する。
ト基板はそれぞれシールドを備える。第1多層プリント
基板が備えるシールドは、第1多層プリント基板の配線
パターン層と第1の巻き線との間、同配線パターン層と
第2多層プリント基板の配線パターン層との間、同配線
パターン層と第2の巻き線との間を電磁気的に遮蔽する
ことによって、配線パターン層に流れる電流によって発
生する電磁気ノイズが巻き線側に及ぼす影響や、逆に巻
き線に流れる電流によって発生する電磁気ノイズが配線
パターン側に及ぼす影響を抑制する。
ズの影響を抑制することによって、巻き線及び配線パタ
ーンに流れる電流中の侵入するノイズ分を減少させるこ
とができ、モータを高精度に制御することができる。
1,2の形態において、シールドを複数のシールド層を
備える構成とし、該シールド層は配線パターン層をモー
タの軸方向に挟んで配置する。第3の形態によれば、配
線パターンに流れる電流によって発生した電磁気ノイズ
は、シールド層の外側に配置された配線パターンや巻き
線に影響を与えず、また、逆に、シールド層の外側に配
置された配線パターンや巻き線で発生した電磁気ノイズ
は、シールド層で挟まれた配線パターンに影響を与えな
い。また、第3の形態において、配線パターン層内に形
成される配線パターン間に、シールド層を形成する構成
とすることもできる。この構成によれば、配線パターン
間での電磁気ノイズの影響を抑制することができる。
1,2の形態において、シールドを多層プリント基板の
径方向の周面を覆う側面シールドを備える構成とする。
第4の形態によれば、配線パターンや巻き線に流れる電
流によって発生した電磁気ノイズの内で、多層プリント
基板の径方向の内周面や外周面等の周面を通る電磁気ノ
イズは側面シールドで遮蔽され、多層プリント基板の側
面部分を通る電磁気ノイズの影響を抑制することができ
る。
参照しながら詳細に説明する。図1は本発明のステータ
構造を説明するための概略斜視図であり、図2はステー
タ構造のプリント基板を説明するための概略斜視図であ
り、図3は断面図である。図1において、ステータ3は
多層プリント基板1とステータコア2、及び巻き線4を
備え、巻き線4は多層プリント基板1とステータコア2
とを包むようにしてトロイダル整列巻回される。なお、
図1では、巻き線4はU相、V相、及びW相の概略のみ
を示している。
状に回転させながら巻回する場合に、巻回動作によって
巻き線4が形成されていく一方向において、巻回した巻
き線4に交差部分がなく巻回することであり、これによ
って、ステータコア2の面に対して接線方向の巻き線4
の位置精度を高めることができる。
位に形成し、形成した各層を積み重ねて巻回することで
あり、これによって、ステータコア2の面に対して法線
方向の巻き線4の位置精度を高めることができる。この
法線方向の巻き線の位置精度を高めることによって、巻
き線全体の厚みの均一なものとすることができる。した
がって、スロットレスのステータコア2に、巻き線4を
トロイダル状、かつ整列巻きで巻回することによって、
ステータコア2の面に対して接線方向及び法線方向の両
方向について、巻き線4の位置精度を高めることができ
る。そして、この両方向について高い位置精度で巻き線
の形成することによって、巻き線4の電気抵抗やインダ
クタンスを均一なものとすることができ、均一な磁場を
形成することができる。
線4を一定の巻回ピッチで重ねて巻回すると、ステータ
コア2の面に対して接線方向及び法線方向の両方向につ
いて、巻き線4の位置精度を高めることができる。これ
によって、均一な磁場を形成することができる。したが
って、ステータコア2の一つの端面あるいは対向する二
つの端面に多層プリント基板1を密着させ、該多層プリ
ント基板1とステータコア2を一体として、その周囲に
巻き線4を巻回してステータ3を形成する。
る各相の巻き線4の間を、ステータコア2の端面に配置
した多層プリント基板1に形成した配線パターンを介し
て結線することにより電気的接続を行う。多層プリント
基板1はシールド層12a,12bを備え、ステータコ
ア2と共に電気的に接地される。
のであり、樹脂層11及びシールド層12a,12bを
示している。なお、他の層については省略している。ま
た、図3は多層プリント基板1の一部の断面を示してい
る。多層プリント基板1は、ステータコア2上に樹脂層
11a、シールド層12a,樹脂層11b、配線パター
ン層13a、樹脂層11c、シールド層12b、及び樹
脂層11dを順に積層して形成し、樹脂層11d上に巻
き線4を巻回する。この積層構成によって、配線パター
ン層13aはシールド層12aとシールド層12bとの
間に挟まれる。
を結線するため配線であり、巻き線4との間は接続部4
1及び接続パターン13bによって接続する。接続パタ
ーン13bは、一端を配線パターン13aに接続し、他
端は樹脂層11c、シールド層12b、及び樹脂層11
dを通るスルーホール15を通して樹脂層11d上端の
開口部14に露出している。接続部41は、開口部14
に露出した接続パターン13bと巻き線4とを接続して
いる。なお、巻き線4はシールド線とすることによっ
て、電磁気ノイズの侵入及び浸出を防ぐことができる。
は、配線パターン層13aを挟んで配置し、樹脂層11
b,11c及び配線パターン13aに形成されたスルー
ホール16を通して設けられた接続パターン12cを介
して接続して、ステータコア2と共に電気的に接地す
る。これによって、シールド層12a及びシールド層1
2bは、配線パターン13aと巻き線4との間における
相互の電磁気ノイズの侵入を防ぐ。なお、シールド層1
2aとステータコア2との接続は、樹脂層11aにスル
ーホールを形成して行うこともできる。シールド層及び
ステータコアの接続をスルーホールを通してステータ内
部で行う構成とすることによって、ステータからの接地
線の取り出しを一個所とし、配線を簡略化することがで
きる。
て図4,5を用いて説明する。図4に示すシールドの構
成は、多層プリント基板1の径方向の電磁気遮蔽を行う
ものである。巻き線を整列巻回する場合には、多層プリ
ント基板1の径方向に対しても電磁気ノイズを考慮を要
する場合がある。このような多層プリント基板1の径方
向の電磁気ノイズを遮蔽するために、多層プリント基板
1の外周面に側面シールド12Aを設け、内周面に側面
シールド12Bを設ける。この側面シールド12A,1
2Bは、多層プリント基板1内の配線パターン層13a
と巻き線4との間において、多層プリント基板1の径方
向を通る電磁気ノイズを遮蔽する。
プリント基板1内に配置される配線パターン層間におい
て電磁気遮蔽を行うものである。配線パターン層が複数
の配線パターン層13aで構成される場合には、各配線
パターン層13a間における電磁気ノイズを考慮を要す
る場合がある。このような配線パターン層13a間の電
磁気ノイズを遮蔽するために、各配線パターン層13a
の境界部分に配線間シールド12Cを設ける。配線間シ
ールド12Cは、多層プリント基板1の外周部分や内周
部分において側面シールド12A,12Bと接続する構
成や、スルーホールを通してシールド層と接続する構成
(図示していない)とすることができる。
ねて巻回する場合の構成について図6の斜視図及び図7
の断面図を用いて説明する。巻き線を重ねて巻回する構
成は、分布巻回に対応することができる。分布巻回はあ
る相の巻き線電流に対して異なる相の巻き線電流を若干
流す巻回方法であり、これによってトルクリップルを減
少させるものである。
2と第1多層プリント基板10と第2多層プリント基板
20を備え、第2多層プリント基板20は第1多層プリ
ント基板10上に積層する。第1層巻き線40はステー
タコア2及び第1多層プリント基板10を包むようにト
ロイダル状に整列巻回し、第2層巻き線50はステータ
コア2、第1多層プリント基板10及び第2多層プリン
ト基板20を包むようにトロイダル状に整列巻回する。
なお、図6では第1巻き線40及び第2層巻き線50は
概略のみ示している。
リント基板20の構成を図7に示す。図7において、第
1多層プリント基板10は、前記図3に示した多層プリ
ント基板の構成と同様に、ステータコア2上に樹脂層1
1a、シールド層12a,樹脂層11b、配線パターン
層13a、樹脂層11c、シールド層12b、及び樹脂
層11dを順に積層して形成し、樹脂層11d上に第1
層巻き線40を巻回する。この積層構成によって、配線
パターン層13aはシールド層12aとシールド層12
bとの間に挟まれる。
接続パターン13bを介して巻き線4と接続される。シ
ールド層12aとシールド層12bとは、配線パターン
層13aを挟んだ配置し、樹脂層11b,11c及び配
線パターン13aに形成されたスルーホール16を通し
て設けられた接続パターン12cを介して接続し、ステ
ータコア2と共に電気的に接地する。
板20を積層し、第2層巻き線50を巻回する。第2多
層プリント基板20は、第1層巻き線40上に樹脂層2
1a、シールド層22a、樹脂層21b、配線パターン
層23a、樹脂層21c、シールド層22b、樹脂層2
1d、配線パターン層23c、樹脂層21e、シールド
層22c、及び樹脂層21fを順に積層して形成し、樹
脂層21f上に第2層巻き線50を巻回する。
3aはシールド層22aとシールド層22bとの間に挟
まれ、配線パターン層23cはシールド層22bとシー
ルド層22cとの間に挟まれる。配線パターン層23a
は、第1層巻き線40の各相を結線するため配線であ
り、第1層巻き線40との間は接続部42及び接続パタ
ーン23bによって接続する。接続パターン23bは、
一端を配線パターン23aに接続し、他端は樹脂層21
b、シールド層22a、及び樹脂層21aを通るスルー
ホール25aを通して樹脂層21a下端の開口部に露出
している。接続部42は、開口部に露出した接続パター
ン23bと第1層巻き線40とを接続している。
0の各相を結線するため配線であり、第2層巻き線50
との間は接続部51及び接続パターン23dによって接
続する。接続パターン23dは、一端を配線パターン2
3cに接続し、他端は樹脂層21e、シールド層22
c、及び樹脂層21fを通るスルーホール25bを通し
て樹脂層21f上端の開口部に露出している。接続部5
1は、開口部に露出した接続パターン23dと第2層巻
き線50とを接続している。
は、配線パターン層13aを挟んで配置し、樹脂層11
b,11c及び配線パターン13aに形成されたスルー
ホール16を通して設けられた接続パターン12cを介
して接続して、ステータコア2と共に電気的に接地す
る。これによって、シールド層12a及びシールド層1
2bは、配線パターン13a,23a,23c、第1層
巻き線40、第2層巻き線50相互の電磁気ノイズの影
響を抑制する。
配線パターン層23aを挟んで配置し、樹脂層21b,
21c及び配線パターン23aに形成されたスルーホー
ル26aを通して設けられた接続パターン23dを介し
て接続し、また、シールド層22bとシールド層22c
は、配線パターン層23cを挟んで配置し、樹脂層21
d,21e及び配線パターン23cに形成されたスルー
ホール26bを通して設けられた接続パターン23eを
介して接続して、ステータコア2と共に電気的に接地す
る。
b,22cは、配線パターン13a,23a,23c、
第1層巻き線40、第2層巻き線50相互の電磁気ノイ
ズの影響を抑制する。なお、シールド層12aとステー
タコア2との接続は、樹脂層11aにスルーホールを形
成して行うこともできる。シールド層及びステータコア
の接続をスルーホールを通してステータ内部で行う構成
とすることによって、ステータからの接地線の取り出し
を一個所とし、配線を簡略化することができる。
あり、8極のACサーボモータのステータを80ターン
のトロイダル巻き線で構成した例について、ステータ及
びロータを径方向に切断した断面を概略的に示してい
る。図8において、1極に対してU,V,W相のトロイ
ダル巻き線4を15度の範囲にステータコア2に巻回
し、プリント基板に配設した配線パターン層によって2
4個の巻き線セグメントを結線する。この場合には、ス
テータの同位相には同じ相の巻き線のみ巻回する集中巻
回となり、プリント基板は一層で構成することができ
る。
位置に異なる相の巻き線を巻回するものであり、電気的
には45度の範囲に20,40,20ターンずつ分布巻
回する。この分布巻回によれば、トルクは若干落ちる
が、滑らかな制御が期待できる。この場合には、巻き線
の相や巻き線方向が異なるものがステータコアの同位相
位置に存在するため、多層のプリント基板を用いて結線
を行う。なお,図8,9において、ステータの内側開口
部には極数に対応したマグネット6を備えたロータコア
7が配設される。
巻き線とプリント基板の配線パターンとの間における電
磁気ノイズの影響を抑制し、高精度のモータを構成する
ことができる。
視図である。
るための概略斜視図である。
説明するための図である。
説明するための図である。
場合の構成を説明するための斜視図である。
場合の構成を説明するための断面図である。
説明するための図である。
図である。
5)
ータのステータコアの軸方向端面に多層プリント基板を
配設し、巻き線をステータコア及び多層プリント基板を
包み込んでトロイダル状に整列巻回するものであり、プ
リント基板は、巻き線間を結線する配線パターン層と、
該配線パターン層と巻き線との間を電磁気遮蔽するシー
ルドとをトロイダル巻き線に包み込まれる領域内におい
て備える構成とする。
6)
Claims (4)
- 【請求項1】 モータのステータコアの軸方向端面に多
層プリント基板を配設し、巻き線をステータコア及び多
層プリント基板を包み込んでトロイダル状に整列巻回
し、前記多層プリント基板は、巻き線間を結線する配線
パターン層と、該配線パターン層と巻き線との間を電磁
気遮蔽するシールドとを備える、モータのステータ構
造。 - 【請求項2】 モータのステータコアの軸方向端面に配
設した第1の多層プリント基板、及びステータコアを、
第1の巻き線によって包み込んでトロイダル状に整列巻
回し、前記第1の巻き線の軸方向端面に配設した第2の
多層プリント基板、第1の巻き線、第1の多層プリント
基板、及びステータコアを、第2の巻き線によって包み
込んでトロイダル状に整列巻回し、前記第1及び第2多
層プリント基板は、巻き線間を結線する配線パターン層
と、該配線パターン層と巻き線との間及び又は配線パタ
ーン層間を電磁気遮蔽するシールドとを備える、モータ
のステータ構造。 - 【請求項3】 前記シールドは複数のシールド層を備
え、該シールド層は配線パターン層をモータの軸方向に
挟んで配置する、請求項1,又は2記載のモータのステ
ータ構造。 - 【請求項4】 前記シールドは側面シールドを備え、該
側面シールドは多層プリント基板の径方向の周面を覆
う、請求項1,又は2記載のモータのステータ構造。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11136118A JP3105210B1 (ja) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | ステータ構造 |
US09/564,684 US6285107B1 (en) | 1999-05-17 | 2000-05-04 | Stator structure of motor |
DE60031196T DE60031196T2 (de) | 1999-05-17 | 2000-05-10 | Statoraufbau eines Motors |
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