JP2010252429A - 巻線型ステータ及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】プリント回路基板の歩留まりを向上できるとともに、プリント回路基板の組付け作業を容易に行うことができ、しかも、モータの薄型化に寄与することができる巻線型ステータ、及び、同巻線型ステータを備えたモータを提供する。
【解決手段】両ステータコア１６，１７において回転磁界回路を構成する各コイル２０の巻端を複数のプリント回路基板２１上の挿通部に挿通させてプリント回路基板２１の回路パターンに接続して、プリント回路基板２１を介して各コイル２０の巻端同士を接続し、回転磁界回路を構成する。
【選択図】図３

Description

この発明は、巻線型ステータ、及び、同巻線型ステータを備えたモータに関するものである。

従来、３相モータには、例えば、図１５及び図１６に示す構成のものがある。すなわち、この構成においては、外周側及び内周側のステータコア５０Ａ，５０Ｂの各磁極５１Ａ，５１Ｂにコイル５２が巻着されるとともに、その側部に円環状のプリント回路基板５３が設けられ、前記コイル５２の巻端が前記プリント回路基板５３を介して互いに接続されることにより、ステータ側の回転磁界回路が形成されている。各コイル５２の巻端５２ａは、プリント回路基板５３上の挿通孔５３ａに挿通された状態で同プリント回路基板５３の回路パターン５３ｂに接続されている。

また、この種の従来技術として、例えば特許文献１に記載された構成がある。この特許文献１の構成では、ステータコアの各磁極に巻着されたコイル同士が、ステータコアの一側に配置した１枚の円環状のプリント回路基板を介して接続されて、回転磁界回路が形成されている。このプリント回路基板には、各磁極に設けられたフックに対応する取付穴が複数形成され、この取付穴に対して各磁極のフックを係合させることによりプリント回路基板がステータに支持される。さらに、プリント回路基板には、各コイルの引き出し線に対応するガイド溝が複数形成され、この各ガイド溝に対して各コイルの巻端を挟み込んだ状態で同巻端を基板パッドにハンダ付けすることにより各コイルがプリント回路基板に接続されるようになっている。

特開２００５−２４５１４０号公報（第４頁、第２図）

ところが、図１５及び図１６に示すモータの構成においては、１枚のプリント回路基板５３に設けた多数の挿通孔５３ａに対して各コイル５２の巻端５２ａを同時に位置合わせする必要があり、作業性がきわめて悪いものであった。つまり、多数の挿通孔５３ａは１枚の回路基板５３ａに形成されているため、それらの各挿通孔５３ａに対する各コイル５２の巻端５２ａの挿通は同時に行う必要がある。しかし、各コイル５２の巻端５２ａは、突出方向が一定ではなく、不揃いであり、このように不揃いな向きの巻端５２ａをそれぞれ対応する多数の挿通孔５３ａに対して同時に通すことは手間と熟練を要する。特許文献１の構成においては、前記フックと取付穴との係合によりプリント回路基板５３が位置決めされるため、前記のような問題はある程度解消されるが、プリント回路基板５３の位置決めのためにフックと取付穴とが必要になり、構成が複雑になる。

また、図１５及び図１６に示す構成及び特許文献１の構成においては、円環状の１枚のプリント回路基板５３を用いるため、基板５３の原材料であるプレートからのプリント回路基板５３の打ち抜きにおいて、中心部の打ち抜き孔と外周の四半円弧形状等の残余部分が廃棄されることになる。このため、製品の歩留まりが悪いものであった。

さらに、各コイル５２は、磁極５１Ａ，５１Ｂに対してステータコア５０Ａ，５０Ｂの中心側ほど小径となるため、各磁極５１Ａ，５１Ｂにコイル５２が巻着された状態において、ステータの側面は全体としてその中心側ほど窪んだ略あり地獄形状となる。これに対し、プリント回路基板５３は平板状であるため、プリント回路基板５３の搭載状態において、プリント回路基板５３とステータとの間にその中心側ほど深くなる無駄な空間が形成される。言い換えれば、プリント回路基板５３をステータに接近させることができず、このため、プリント回路基板５３とハウジング５５の内側面との間にレゾルバ５４を配置しようとした場合、レゾルバ５４をステータに接近させることができず、レゾルバ５４を含むモータ全体の薄型化が妨げられる問題があった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、プリント回路基板の歩留まりを向上できるとともに、プリント回路基板の組付け作業を容易に行うことができ、しかも、モータの薄型化に寄与することができる巻線型ステータ、及び、同巻線型ステータを備えたモータを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ステータコアの各磁極に巻着したコイルの巻端を、同ステータコアの側面に配置されたプリント回路基板上の回路パターンに接続して回転磁界回路を構成する巻線型ステータにおいて、複数枚のプリント回路基板を前記ステータコアの側面に沿って組み合わせ状態で配置したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記プリント回路基板の外周部に外側に開口する挿通部を形成し、その挿通部に前記巻端を挿通させて、その巻端を回路パターンに接続したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記プリント回路基板の中央部に開口部を形成し、この開口部の内周縁に前記挿通部を形成したことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、プリント回路基板の中央部に１つの挿通孔を形成し、その挿通孔に１本の巻端を通して回路パターンに接続したことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、各プリント回路基板を同一形状としたことを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、各プリント回路基板を他のプリント回路基板と凹凸が嵌り合う形状に形成したことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、各プリント回路基板をモータ中心側に窪む円錐面上に位置するように配置したことを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の巻線型ステータを備えたことをとする。

（作用）
この発明においては、ステータコアの各磁極に巻着したコイルの巻端を、同ステータコアの側面に配置された複数のプリント回路基板を介して電気的に接続したので、巻端を多数の挿通孔に対して同時に挿通させることが不要となる。このため、プリント回路基板の組付け作業が容易となる。また、１つ１つのプリント回路基板の形状が小さくなるとともに、形状の自由度が大きくなるため、材料からプリント回路基板を作製するときに、無駄に廃棄される材料が少なくなる。加えて、ステータの中心側ほど窪むように形成された各コイルの側面に沿って各プリント回路基板を配設することができるため、コアの側面とプリント回路基板との間の空間が狭くなり、結果としてモータ全体の薄型化を図ることが可能となる。

この発明によれば、プリント回路基板の歩留まりを向上できるとともに、プリント回路基板の組み付け作業を容易に行うことができ、しかも、モータの薄型化に寄与することができるという効果を発揮する。

第１実施形態のモータを示す縦断面図。 図１におけるａ−ａ線断面図。 図１におけるｂ−ｂ線断面図。 図１におけるｃ−ｃ線断面図においてロータ及びシャフトを省略した図。 １相を構成するコイルの接続状態を示す模式図。 ３相励磁回路図。 プリント回路基板を示す平面図。 製造時のプリント回路基板を示す平面図。 プリント回路基板における挿通部を示す平面図。 第２実施形態のモータを示す縦断面図。 アウタステータ及びインナステータを示す平面図。 １相を構成するコイルの接続状態を示す模式図。 プリント回路基板を示す平面図。 ３相励磁回路図。 従来のモータを示す縦断面図。 図１５におけるｄ−ｄ線断面図。

（第１実施形態）
次に、この発明を３相モータにおいて具体化した第１実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。

図１に示すように、モータは、第１ケース１１及び第２ケース１２よりなるハウジング１０を備え、第２ケース１２の中央部に形成された筒部１２ａには、ロータ１３を一体的に固定したシャフト１４が回転可能に支持されている。ロータ１３の外周部には、複数の永久磁石１５が等角度間隔に配設されている。また、前記永久磁石１５の外周側において、第１ケース１１の内周側には、アウタステータコア１６が固定されるとともに、永久磁石１５の内周側において、筒部１２ａの外周側には、インナステータコア１７が固定されている。そして、アウタステータコア１６とインナステータコア１７との間には間隙が形成され、その間隙内に前記ロータ１３の永久磁石１５が位置している。アウタステータコア１６の内周側には、複数の外側磁極１８が形成され、インナステータコア１７の外周側には、複数の内側磁極１９が形成されている。各外側磁極１８及び内側磁極１９には、３相回転磁界回路を構成するためのコイル２０がそれぞれ巻着されている。図６に示すように、各コイル２０は、６個が直列接続されるとともに、直列回路が３列ずつ並列接続されて、３相の回路が構成されている。これらの３相の回路は、Ｕ相，Ｖ相及びＷ相として割り当てられ、それらはＹ結線型の３相励磁回路を構成している。

図１及び図３に示すように、アウタステータコア１６及びインナステータコア１７の第２ケース１２側には、各コイル２０同士を接続するための複数（この実施形態では９個）の分割片としてのプリント回路基板２１が組み合わせて設置され、それらのプリント回路基板２１には回路パターン２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅがプリントされている。各プリント回路基板２１は、全て同一形状とされている。各プリント回路基板２１は、前記コイル２０の巻端２０ａにより所定位置において支持されている。

一方、図４及び図６に示すように、アウタステータコア１６の第１ケース１１側には、前記３相励磁回路のＵ相、Ｖ相及びＷ相にそれぞれ接続された３本の給電線２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃと、アウタステータコア１６における隣り合うコイル２０同士を直列接続する９つの導電バー２８とが配設されている。そして、図５に示すように、周方向に並ぶ３つの外側磁極１８に巻着された各コイル２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと、周方向に並ぶ３つの内側磁極１９に巻装着された各コイル２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆとは、それぞれ１つのプリント回路基板２１の回路パターン２４ａ〜２４ｄ及び導電バー２８により直列接続されて１相分の回路を構成している。そして、この１相分の回路は、同様に形成された他の２相分の回路とともに前記ジャンパ線２６により結線されて前述のようにＹ結線型の３相励磁回路を形成している。すなわち、アウタステータコア１６及びインナステータコア１７には、上記３相励磁回路が１２０度おきに合計３組搭載され、この３組の３相励磁回路は、隣り合うプリント回路基板２１同士を接続する前記ジャンパ線（図３に図示）２６により中性点Ｃ同士が互いに接続されている。

図７に示すように、各プリント回路基板２１は略Ｌ字形状に形成され、図８に示すように、原材料のプレート２９から凹凸が嵌り合う型取りで打ち抜き形成される。プリント回路基板２１の外周縁には、前記各コイル２０の巻端２０ａを接続するための複数の凹状をなす挿通部２２が外側へ開口するように形成されている。また、プリント回路基板２１の中央部付近には開口部２１ａが透設され、この開口部２１ａの内周縁に凹状をなす挿通部２２が形成されている。この挿通部２２は開口部２１ａの内周側へ開口するように形成されている。これらの挿通部２２の内周面には前記回路パターン２４ａ〜２４ｅの一部を構成する導電層が形成されている。そして、各挿通部２２に挿通されたコイル２０の巻端２０ａは、ハンダ付けにより挿通部２２に対して物理的に接続されるとともに、その挿通部２２の前記回路パターン２４ａ〜２４ｅに対して電気的に接続されている。さらに、プリント回路基板２１の中央部から外周縁寄りの位置には２つの挿通孔２３が透設され、その内周には前記回路パターン２４ｅの一部を構成する図示しない導電層が形成されている。この挿通孔２３には、前記ジャンパ線２６が挿通された状態でハンダ付けされ、回路パターン２４ｅに対して電気的に接続されている。

前記各プリント回路基板２１は、モータ中心側が窪んだ略円錐面上に位置するように、傾斜状態で全体として環状に配置されている。従って、プリント回路基板２１の側部には円錐状の空間が形成され、その空間内に、ロータ１３の回転数を検出するためのレゾルバ２５が配設されている。

さて、上記のように構成されたこの実施形態において、各磁極１８，１９にコイル２０が巻着された両ステータコア１６，１７に対して複数のプリント回路基板２１を組み付けるには、両ステータコア１６，１７の一側へ突出する各コイル２０の巻端２０ａを、図７に示すように、プリント回路基板２１の各挿通部２２にそれぞれ挿通させる。このとき、中央部の１つの挿通部２２に１本の巻端２０ａを挿通させるとともに、図９に矢印で示すように、各挿通部２２の外側に位置した巻端（二点鎖線で図示）２０ａを実線位置に移動させて挿通部２２内に入れる。従って、挿通部２２と１本の巻端２０ａとにより、プリント回路基板２１を位置決めし、その状態で、各挿通部２２に対して残りの巻端２０ａを通すことができる。そして、各挿通部２２に挿通された巻端２０ａは、それぞれ挿通部２２の導電層に対してハンダ付けされることによりプリント回路基板２１の回路パターン２４ａ〜２４ｅに接続される。

各プリント回路基板２１の組み付け後、隣り合うプリント回路基板２１の所要（回路パターン２４ｅ上）の挿通孔２３に対してジャンパ線２６の両端を挿通させ、挿通孔２３の導電層に対してハンダ付けしてプリント回路基板２１の回路パターン２４ｅ同士を電気的に接続する。また、プリント回路基板２１の反対側におけるアウタステータコア１６の側面（第１ケース１１側の側面）において、隣り合う両コイル２０の巻端２０ａに導電バー２８の両端の挿通孔２３を挿通させてハンダ付けし、その導電バー２８により両コイル２０を電気的に接続する。さらに、図６から明らかなように、アウタステータコア１６のコイル２０のうちの９つのコイル２０に対して、それぞれ給電線２７Ａ〜２７Ｃを電気的に接続する。この導電バー２８や給電線２７Ａ〜２７Ｃの接続作業及びプリント回路基板２１の接続作業の順序はいずれが先でも後でもよい。以上で、両ステータコア１６，１７のコイル２０に対する結線が完了し、ステータ側に３相励磁回路が形成される。

以上のように、プリント回路基板２１とコイル２０との位置決めは、各プリント回路基板２１の挿通孔２３と１本の巻端２０ａとの間で行えばよい。また、プリント回路基板２１は、リング状をなすものではなく、略Ｌ字形状であるため、図８から明らかなように、廃棄される切り落とし部分はきわめてわずかである。

以上詳述したこの実施形態は、以下の効果を奏する。
（１）両ステータコア１６，１７において回転磁界回路を構成する各コイル２０の巻端２０ａを、両ステータコア１６，１７の一側に配置した複数のプリント回路基板２１の各挿通部２２及び挿通孔２３を挿通させてプリント回路基板２１に接続した。従って、１つの環状にプリント回路基板２１に対して多数の巻端２０ａを接続する従来構成と異なり、プリント回路基板２１に対する各コイル２０の接続作業を熟練が要求されることなく容易に行うことができ、その結果プリント回路基板２１の組付けが容易になる。

（２）複数のプリント回路基板２１によりステータの各コイル２０の接続を行うようにしたので、１つの円環状のプリント回路基板２１を設けた従来構成とは異なり、原材料のプレート２９からプリント回路基板２１を打ち抜き形成するときに、図８に示すように、無駄に廃棄される材料の面積を小さくすることができ、歩留まりを向上できる。

（３）図１に示すように、モータの中心側ほど窪むように各プリント回路基板２１を配設することができる。従って、各コイル２０とプリント回路基板２１との間に形成される無駄な空間を小さくすることができるだけではなく、レゾルバ２５を両ステータコア１６，１７により接近させて配置することができる。このため、レゾルバ２５を含むモータ全体を薄型化し、例えば車両のホイール内側への搭載性を向上することができる。

（４）凹状の挿通部２２を、プリント回路基板２１の周縁上、又は、プリント回路基板２１の内側に形成した開口部２１ａの周縁上において、周縁の外周側又は内周側へ開口するように形成した。このため、コイル２０の巻端２０ａを挿通部２２に挿通させるには、挿通部２２の横に位置した巻端２０ａを横方向に移動させればよい。従って、挿通部２２に対して巻端２０ａを容易に挿通させることができる。

（第２実施形態）
次に、この発明を具体化した第２実施形態について、図１０〜図１４を参照して説明する。なお、この第２実施形態の説明については、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

図１０に示すように、この実施形態のプリント回路基板２１は、アウタステータコア１６側のコイル２０の部分に対面する形状に形成されている。また、この第２実施形態においては、このプリント回路基板２１の回路パターン間を接続するジャンパ線は設けられていない。

アウタステータコア１６とインナステータコア１７の第２ケース１２側には、前記給電線２７Ａ〜２７Ｃと、インナステータコア１７において隣り合うコイル２０同士を電気的に接続する９つの環状の導電バー２８とが配設されている。一方、図１１及び図１４に示すように、アウタステータコア１６の第１ケース１１側には、各相の中性点を電気的に接続するための１本の環状の電線３０と、アウタステータコア１６において周方向に隣り合うコイル２０同士を電気的に接続するための複数（この実施形態では９個）の導電バー３１とが配設されている。

そして、図１２及び図１４に示すように、周方向に並ぶ３つの外側磁極１８に装着された各コイル２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと、周方向に並ぶ３つの内側磁極１９に装着された各コイル２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆとは、１つのプリント回路基板２１の回路パターン２４ａ〜２４ｃと、それぞれ１つの導電バー２８，３１とにより直列接続されて１相分の回路を構成している。そして、この１相分の回路は、同様に形成された他の２相分の回路とともに前記電線３０により結線されてＹ結線型の３相励磁回路を形成している。すなわち、アウタステータコア１６及びインナステータコア１７には、上記３相励磁回路が３組形成され、この３組の３相励磁回路は、前記電線３０により中性点同士が互いに接続されている。

図１３に示すように、各プリント回路基板２１は略矩形状とされ、その周縁には、前記挿通部２２が複数設けられている。また、この第２実施形態においては、前記第１実施形態における基板中央部の挿通孔２３は設けられていない。そして、各挿通部２２には、コイル２０の巻端２０ａが挿通された状態でハンダにより電気的に接続されるとともに、物理的に固定されている。

以上のように構成されたこの実施形態は、第１実施形態とほぼ同様な作用を奏し、（１）〜（４）に記載の効果を発揮する。特に、この第２実施形態においては、以下の効果を得ることができる。

（５） 各プリント回路基板２１は略矩形状に形成され、基板中央部の挿通孔２３が設けられていないため、各プリント回路基板２１の組み付けがさらに容易になる。
（他の実施形態）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。

・２種類またはそれ以上の種類の異なる形状のプリント回路基板２１を用いて両ステータコア１６，１７の各コイル２０同士を接続すること。
・プリント回路基板２１の中央部またはその周囲に形成された２〜４程度の数の貫通孔を巻端２０ａが接続される挿通孔２３とすること。

・この発明を、１つのステータコアのみを備えたインナステータ型又はアウタステータ型のモータに具体化すること。

１０…モータ、１６…巻線型ステータを構成するアウタステータコア１７…インナステータ本体、１８…外側磁極、１９…内側磁極、２０，２０Ａ〜２０Ｆ…コイル、２０ａ…巻端、２１…プリント回路基板、２１ａ…開口部、２２…挿通部、２３…挿通孔、２４ａ〜２４ｅ…回路パターン。

Claims (8)

1. ステータコアの各磁極に巻着したコイルの巻端を、同ステータコアの側面に配置されたプリント回路基板上の回路パターンに接続して回転磁界回路を構成する巻線型ステータにおいて、
   複数枚のプリント回路基板を前記ステータコアの側面に沿って組み合わせ状態で配置したことを特徴とする巻線型ステータ。
2. 前記プリント回路基板の外周部に外側に開口する挿通部を形成し、その挿通部に前記巻端を挿通させて、その巻端を回路パターンに接続したことを特徴とする請求項１に記載の巻線型ステータ。
3. 前記プリント回路基板の中央部に開口部を形成し、この開口部の内周縁に前記挿通部を形成したことを特徴とする請求項２に記載の巻線型ステータ。
4. プリント回路基板の中央部に１つの挿通孔を形成し、その挿通孔に１本の巻端を通して回路パターンに接続したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の巻線型ステータ。
5. 各プリント回路基板を同一形状としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の巻線型ステータ。
6. 各プリント回路基板を他のプリント回路基板と凹凸が嵌り合う形状に形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の巻線型ステータ。
7. 各プリント回路基板をモータ中心側に窪む円錐面上に位置するように配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の巻線型ステータ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の巻線型ステータを備えたことを特徴とするモータ。

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