JP2016152699A - モーター、ロボット、及びモーターの設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化と耐圧の確保とを実現できるモーター、ロボット、及びモーターの設計方法を提供できる。
【解決手段】モーターは、ボビン３０に巻線４０を巻いたコイル４２と、巻線４０を絡めるピン３４と、ピン３４と巻線４０とを導通する半田４４と、コイル４２を電気接続するコイル接続基板５２と、コイル４２とピン３４とコイル接続基板５２と半田４４との少なくとも一部を被覆する樹脂６０と、を備え、ボビン３０と樹脂６０との厚みは、絶縁耐圧を保持できる厚みである。
【選択図】図３

Description

本発明は、モーター、ロボット、及びモーターの設計方法に関する。

従来、周囲を取り巻く絶縁樹脂の厚みに関して、絶縁耐圧を満足する構成とした電動機のステーターが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１４３２０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電動機のステーターには、ボビン成形時の変形による耐圧不良に関しての記載はあるが、小型による耐圧不良に関しては記載がないので、電動機の小型化が困難になるおそれがある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るモーターは、ボビンに巻線を巻いたコイルと、前記巻線を絡めるピンと、前記ピンと前記巻線とを導通する半田と、前記コイルを電気接続するコイル接続基板と、前記コイルと前記ピンと前記コイル接続基板と前記半田との少なくとも一部を被覆する樹脂と、を備え、前記ボビンと前記樹脂との厚みは、絶縁耐圧を保持できる厚みであることを特徴とする。

本適用例によれば、コイルとピンとコイル接続基板と半田とを包含する樹脂の最小肉厚が絶縁耐圧を満足する厚みで構成されているため、最小肉厚で絶縁耐圧を満足できることとなる。これによって、樹脂の厚みを最適にすることで、小型化と耐圧の確保とを両立することができる。したがって、小型化と耐圧の確保とを実現できるモーターを提供できる。

［適用例２］上記適用例に記載のモーターにおいて、前記ボビンは、絶縁性樹脂であり、前記樹脂は、絶縁性樹脂であることが好ましい。

本適用例によれば、さらに最小肉厚で絶縁耐圧を満足できる。

［適用例３］上記適用例に記載のモーターにおいて、前記ボビンは、絶縁耐力が３０〜４０ｋＶ／ｍｍの絶縁性樹脂であり、前記樹脂は、絶縁耐力が１０ｋＶ／ｍｍの絶縁性樹脂であることが好ましい。

本適用例によれば、最小肉厚で絶縁耐圧を管理できる。

［適用例４］上記適用例に記載のモーターにおいて、前記ボビンの最小厚みは、０．２５ｍｍ、及び前記樹脂の最小厚みは、０．７５ｍｍであり、前記絶縁耐圧は、７５００Ｖ以上である絶縁性樹脂を備えることが好ましい。

本適用例によれば、最小肉厚で７５００Ｖ以上の絶縁耐圧を確保できる。

［適用例５］本適用例に係るロボットは、上記のいずれか一項に記載のモーターを備えたことを特徴とする。

本適用例によれば、信頼性の高いロボットを提供できる。

［適用例６］本適用例に係るモーターの設計方法は、ボビンに巻線を巻いたコイルと、前記巻線を絡めるピンと、前記ピンと前記巻線とを導通する半田と、前記コイルを電気接続するコイル接続基板と、前記コイルと前記ピンと前記コイル接続基板と前記半田との少なくとも一部を被覆する樹脂と、を備えたモーターの設計方法であって、前記樹脂と前記ボビンとの厚みを、絶縁耐圧を保持できる厚みとすることを特徴とする。

本適用例によれば、ピンの間隔は、樹脂が絶縁耐圧を確保するように設定し、かつ巻線と半田とを被覆する樹脂の厚みが絶縁耐圧を確保するピン配置とするため、最小肉厚で絶縁耐圧を満足できることとなり、これによって、樹脂の厚みを最適にすることで、小型化と耐圧の確保とを両立することができる。したがって、小型化と耐圧の確保とを実現できるモーターの設計方法を提供することができる。

本実施形態に係るモーターを示す断面図。 本実施形態に係るステーターの構造を示す図。（Ａ）はモールド後を示し、（Ｂ）はモールド前を示す。 本実施形態に係るステーターを示す一部拡大図。 本実施形態に係るコイル接続基板及びボビンを示す一部拡大図。 本実施形態に係るボビンを示す一部拡大図。 本実施形態に係る絶縁耐力の厚み依存性を示す図。 本実施形態に係るモーターを適用したロボットを示す斜視図。 本実施形態に係るモーターを適用したロボットを示す斜視図。

以下、本発明を具体化したモーターの実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。

（モーター）
図１は、本実施形態に係るモーターを示す断面図である。
本実施形態に係るモーター１は、図１に示すように、ハウジング１０と、回転軸１２と、ステーター１４と、ローター１６と、を有している。なお、モーター１としては、特に限定されず、例えば、サーボモーター、ステッピングモーター等が挙げられる。

ハウジング１０の上壁及び底壁には軸受１８，２０が設けられている。そして、この軸受１８，２０には回転軸１２が回転可能に軸支されている。又はハウジング１０内において、回転軸１２にはローター１６が固定されている。ローター１６は、円柱状をなし、鉄等の軟磁性材料で構成されたコア２２と、コア２２の外周に設けられた永久磁石２４と、により構成されている。また、ローター１６の周囲にはステーター１４が配置されている。ハウジング１０の材料は、例えば導電性の金属である。永久磁石２４は、円環柱状をなしている。また、永久磁石２４は、その周方向に複数の磁極が形成された多極構造を有している。

図２は、本実施形態に係るステーター１４の構造を示す図である。（Ａ）はモールド後を示し、（Ｂ）はモールド前を示す。図３は、本実施形態に係るステーター１４を示す一部拡大図である。

ステーター１４は、ボビン３０に巻線４０を巻いたコイル４２と、巻線４０を絡めるピン３４と、ピン３４と巻線４０とを導通する半田４４と、コイル４２を電気接続するコイル接続基板５２と、コイル４２とピン３４とコイル接続基板５２と半田４４との少なくとも一部を被覆するモールド部（樹脂）６０と、を備える。ボビン３０とモールド部６０との厚みは、絶縁耐圧を保持できる厚みである。

モールド部６０の材料は、ＢＭＣ（不飽和ポリエステル）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ＬＣＰ（液晶ポリマー）樹脂、など熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の両方が使用可能である。好的には、耐熱温度が高く、熱伝導フィラーの入った樹脂を用いる。フィラーとしては、アルミナやシリカなどのセラミック系の他、金属物質も使用可能である。

ボビン３０は、ティース（図示省略）の外周面を覆う筒状の芯部（巻線部）３６（図５参照）と、芯部３６の両端に径方向に広がる第１及び第２鍔部３７，３８と、を備える。ボビン３０は、ティースの外側に設けられ、周囲に巻線４０が巻かれる筒状の芯部３６と、芯部３６から径方向内側に延びる第１鍔部３７と、芯部３６から径方向外側に延びる第２鍔部３８とを有する。第２鍔部３８にはピン３４が固定されている。ボビン３０の第２鍔部３８は、芯部３６に連続して設けられている。

ボビン３０は、絶縁性樹脂であることが好ましい。モールド部６０は、絶縁性樹脂であることが好ましい。これによれば、さらに最小肉厚で絶縁耐圧を満足できる。

ボビン３０は、絶縁耐力が３０〜４０ｋＶ／ｍｍの絶縁性樹脂であることが好ましい。モールド部６０は、絶縁耐力が１０ｋＶ／ｍｍの絶縁性樹脂であることが好ましい。これによれば、最小肉厚で絶縁耐圧を管理できる。

ボビン３０は、ＰＰＳ樹脂により射出成形等で形状が製作される。なお、ボビン３０の材料は、ＰＰＳ樹脂以外に、ノリル、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＢＴＰ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴＰ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）であってもよい。

ここで、絶縁耐力とは、材料に電界を印加したときその材料が絶縁破壊を起こさない大きさの電界のことである。また、絶縁耐力とは、物質の特性を表すために用いられる周知の物理量であり、物質が絶縁破壊を起こさない状態を維持できる最大の電界値のことである。絶縁耐圧（耐電圧）は、電気機器の絶縁が一定時間耐えられる電圧である。機器や電子部品に加えることができる電圧の限界値をいう。

（実施例）
図４は、本実施形態に係るコイル接続基板５２及びボビン３０を示す一部拡大図である。図５は、本実施形態に係るボビン３０を示す一部拡大図である。
ボビン３０の最小厚みは、０．２５ｍｍである。半田４４とモールド部６０外形との間の距離が樹脂肉厚Ｔである。モールド部６０の最小厚みは、０．７５ｍｍ（樹脂肉厚Ｔ）である。絶縁耐圧は、７５００Ｖ以上である絶縁性樹脂を備えることが好ましい。これによれば、最小肉厚で７５００Ｖ以上の絶縁耐圧を確保できる。モールド部６０外形にはハウジング１０の導体部が設けられている。

図６は、本実施形態に係る絶縁耐力の厚み依存性を示す図である。
ボビン（ＰＰＳ樹脂）３０の絶縁耐圧曲線である。一般的に電気絶縁材料の性能は、絶縁耐力、体積又は表面抵抗率で表される絶縁抵抗、誘電率、誘電正接、耐アーク性並びにトラッキング特性等に依って評価される。絶縁耐力は絶縁オイル中で、交流電流を徐々に昇圧し、成形品が破壊されるときの電圧である。ＰＰＳは、高い絶縁耐力を有しているが、図６のように厚み依存性が高く、厚みが増すとともに見かけの絶縁耐力も低下の傾向を持っている。絶縁体に交流電圧を負荷すると絶縁体内部に誘電損と呼ばれる電力消費現象が起こる。この電力消費の大部分は、熱に変換され絶縁体の温度上昇を招く。この誘電損は、材料固有の誘電率と誘電正接との積に依って決まり一般に周波数依存性、温度依存性が高いことが知られている。ＰＰＳは種々の成形材料の中でも特に誘電率、誘電正接共に低くかつ周波数並びに温度に対して、比較的鈍感な材料である。この特性は、電子レンジやコンピューターなど最近の電子回路の高密度小型化に伴い周辺材料として使用されるＰＰＳにとって有利な点である。

以上述べたように、本実施形態に係るモーター１によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、コイル４２とピン３４とコイル接続基板５２と半田４４とを包含するモールド部６０の最小肉厚が絶縁耐圧を満足する厚みで構成されているため、最小肉厚で絶縁耐圧を満足できることとなり、これによって、モールド部６０の厚みを最適にすることで、小型化と耐圧の確保とを両立することができる。したがって、小型化と耐圧の確保とを実現できるモーター１を提供できる。

（モーターの設計方法）
本実施形態に係るモーターの設計方法は、ボビン３０に巻線４０を巻いたコイル４２と、巻線４０を絡めるピン３４と、ピン３４と巻線４０とを導通する半田４４と、コイル４２を電気接続するコイル接続基板５２と、コイル４２とピン３４とコイル接続基板５２と半田４４との少なくとも一部を被覆するモールド部６０と、を備えたモーター１の設計方法である。
本実施形態に係るモーター１の設計方法では、モーター１のモールド部６０とボビン３０との厚みを、絶縁耐圧を保持できる厚みとする。

本実施形態によれば、ピン３４の間隔は、モールド部６０が絶縁耐圧を確保するように設定し、かつ巻線４０と半田４４とを被覆するモールド部６０の厚みが絶縁耐圧を確保するピン配置とするため、最小肉厚で絶縁耐圧を満足できることとなり、これによって、モールド部６０の厚みを最適にすることで、小型化と耐圧の確保とを両立することができる。したがって、小型化と耐圧の確保とを実現できるモーター１の設計方法を提供することができる。

（ロボット）
図７は、本実施形態に係るモーター１を適用したロボット７を示す斜視図である。
次に、上述したモーター１を適用したロボットについて説明する。なお、ロボットの一例として、以下に、水平多関節ロボット、垂直多関節ロボットを示すが、ロボットとしてはこれらに限定されず、双腕ロボット、その他の他軸ロボットであってもよい。
本実施形態に係るロボット７は、図７に示すように、水平多関節ロボットである。このようなロボット７は、基台７１と、第１アーム７２と、第２アーム７３と、作業ヘッド７４と、エンドエフェクター７５とを有している。

基台７１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台７１の上端部には第１アーム７２が連結している。第１アーム７２は、基台７１に対して、鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。基台７１内には、第１アーム７２を回動させるモーター１（１Ａ）が設置されている。
第１アーム７２の先端部には第２アーム７３が連結している。第２アーム７３は、第１アーム７２に対して、鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。第２アーム７３内には、第２アーム７３を回動させるモーター１（１Ｂ）が設置されている。

第２アーム７３の先端部には作業ヘッド７４が配置されている。作業ヘッド７４は、第２アーム７３の先端部に同軸的に配置されたスプラインナット７４１及びボールネジナット７４２と、スプラインナット７４１及びボールネジナット７４２に挿通されたスプラインシャフト７４３とを有している。スプラインシャフト７４３は、第２アーム７３に対して、その軸まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。

第２アーム７３内には、モーター１（１Ｃ）と、モーター１（１Ｄ）とが配置されている。モーター１Ｃの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナット７４１に伝達され、スプラインナット７４１が正逆回転するとスプラインシャフト７４３が鉛直方向に沿う回転軸まわりに正逆回転する。一方、モーター１Ｄの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナット７４２に伝達され、ボールネジナット７４２が正逆回転するとスプラインシャフト７４３が上下に移動する。

スプラインシャフト７４３の先端部（下端部）には、エンドエフェクター７５が連結されている。エンドエフェクター７５としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するものなどが挙げられる。これによれば、上記に記載のモーター１による効果を有するロボット７を提供できる。

図８は、本実施形態に係るモーター１を適用したロボット８を示す斜視図である。
本実施形態に係るロボット８は、図８に示すように、垂直多関節（６軸）ロボットである。このようなロボット８は、基台８１と、４本のアーム８２，８３，８４，８５と、リスト８６とを備え、これらが順に連結されている。

基台８１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。このような基台８１の上端部にはアーム８２が水平方向に対して、傾斜した姿勢で連結しており、アーム８２は、基台８１に対して、鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、基台８１内には、アーム８２を回動させるモーター１（１Ｅ）が設置されている。
アーム８２の先端部には、アーム８３が連結しており、アーム８３は、アーム８２に対して、水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８３内には、アーム８３をアーム８２に対して、回動させるモーター１（１Ｆ）が設置されている。

アーム８３の先端部には、アーム８４が連結しており、アーム８４は、アーム８３に対して、水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８４内には、アーム８４をアーム８３に対して、回動させるモーター１（１Ｇ）が設置されている。
アーム８４の先端部には、アーム８５が連結しており、アーム８５は、アーム８４に対して、アーム８４の中心軸に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８５内には、アーム８５をアーム８４に対して、回動させるモーター１（１Ｈ）が設置されている。

アーム８５の先端部には、リスト８６が連結している。リスト８６は、アーム８５に連結されたリング状の支持リング８６１と、支持リング８６１の先端部に支持された円筒状のリスト本体８６２とを有している。リスト本体８６２の先端面は、平坦な面となっており、例えば、腕時計等のような精密機器を把持するマニピュレーターが装着される装着面となる。

支持リング８６１は、アーム８５に対して、水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、リスト本体８６２は、支持リング８６１に対して、リスト本体８６２の中心軸に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８５内には、支持リング８６１をアーム８５に対して、回動させるモーター１（１Ｉ）と、リスト本体８６２を支持リング８６１に対して、回動させるモーター１（１Ｊ）とが配置されている。モーター１Ｉ，１Ｊの駆動力は、それぞれ、図示しない駆動力伝達機構によって支持リング８６１、リスト本体８６２に伝達される。

以上述べたように、本実施形態に係るロボット８によれば、上記に記載のモーター１による効果を得ることができる。

以上、モーター、ロボット、及びモーターの設計方法について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。

１，１Ａ〜１Ｊ…モーター ７，８…ロボット １０…ハウジング １２…回転軸 １４…ステーター １６…ローター １８，２０…軸受 ２２…コア ２４…永久磁石 ３０…ボビン ３４…ピン ３６…芯部 ３７…第１鍔部 ３８…第２鍔部 ４０…巻線 ４２…コイル ４４…半田 ５２…コイル接続基板 ６０…モールド部（樹脂） ７１…基台 ７２…第１アーム ７３…第２アーム ７４…作業ヘッド ７５…エンドエフェクター ８１…基台 ８２，８３，８４，８５…アーム ８６…リスト ７４１…スプラインナット ７４２…ボールネジナット ７４３…スプラインシャフト ８６１…支持リング ８６２…リスト本体。

Claims (6)

1. ボビンに巻線を巻いたコイルと、
   前記巻線を絡めるピンと、
   前記ピンと前記巻線とを導通する半田と、
   前記コイルを電気接続するコイル接続基板と、
   前記コイルと前記ピンと前記コイル接続基板と前記半田との少なくとも一部を被覆する樹脂と、
   を備え、
   前記樹脂と前記ボビンとの厚みは、絶縁耐圧を保持できる厚みであることを特徴とするモーター。
2. 請求項１に記載のモーターにおいて、
   前記ボビンは、絶縁性樹脂であり、
   前記樹脂は、絶縁性樹脂であることを特徴とするモーター。
3. 請求項１又は２に記載のモーターにおいて、
   前記ボビンは、絶縁耐力が３０〜４０ｋＶ／ｍｍの絶縁性樹脂であり、
   前記樹脂は、絶縁耐力が１０ｋＶ／ｍｍの絶縁性樹脂であることを特徴とするモーター。
4. 請求項３に記載のモーターにおいて、
   前記ボビンの最小厚みは、０．２５ｍｍ、及び前記樹脂の最小厚みは、０．７５ｍｍであり、
   前記絶縁耐圧は、７５００Ｖ以上である絶縁性樹脂を備えたことを特徴とするモーター。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のモーターを備えたことを特徴とするロボット。
6. ボビンに巻線を巻いたコイルと、
   前記巻線を絡めるピンと、
   前記ピンと前記巻線とを導通する半田と、
   前記コイルを電気接続するコイル接続基板と、
   前記コイルと前記ピンと前記コイル接続基板と前記半田との少なくとも一部を被覆する樹脂と、
   を備えたモーターの設計方法であって、
   前記樹脂と前記ボビンとの厚みを、絶縁耐圧を保持できる厚みとすることを特徴とするモーターの設計方法。

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