JP2018068058A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】スロット内のコイルの占積率を高めたモータを提供する。【解決手段】ステータコア１０は、円環状ヨーク１２および円環状ヨーク１２から径方向内周側に突起した複数のティース１４を有し、複数のティース１４の間に複数のスロットが形成される。複数のレーストラック型のコイル３０は、それぞれが規則的に整列して巻回された巻線を有する。複数のレーストラック型コイル３０はそれぞれ、外周側の１辺と内周側の１辺とが異なるスロットに挿入される分布巻の形態で、巻線の規則的な整列を維持したまま複数のスロットに収容される。【選択図】図４

Description

本発明は、モータに関する。

インナーロータ型のモータ（回転電動機）は、インナーロータ（回転子）とアウターステータ（固定子）を備える。アウターステータは、ステータコアと巻線（コイル）を有する。図１（ａ）、（ｂ）は、ステータコアを示す図である。ステータコア１０は、円環状のヨーク１２と、ヨーク１２から径方向内周側に突起した複数のティース１４（磁極歯）を有する。複数のティース１４の間には、複数のスロット１６が形成されており、コイルは、スロット１６に埋め込まれた形態で、ティース１４に巻装される。

コイルの形態は大きく集中巻と分巻に分類される。集中巻では、各ティース１４ごとにコイルが集中して巻装される。一方、分布巻では、複数のティース１４を跨いでコイルが巻装され、コイルエンドにおいて異相または同相のコイル同士が隣接し、あるいは重なりあっている。集中巻のステータは、分布巻のそれと比べてコイルエンドを小さくでき、モータの小型化、高効率化に有利である。一方、分布巻のステータは、ステータの内周に形成される回転磁界を正弦波に近づけることができ、したがって集中巻に比べて高出力を得やすく、また騒音を低減しやすいという利点がある。

さらなるモータの高出力化のためには、ステータコアのスロット内のコイル占積率（導線の断面積／スロットの断面積）を高めるのが有効である。コイル占積率を高める手段として、略矩形の断面形状を有する素線銅線（平角線）をコイルとして用いる方法がある。平角線はその形状の特徴から、丸線と比較して巻線間の隙間を小さくできる。しかしながら平角線は丸線に比べて剛性が高く、柔軟性に劣るため、コイルエンドの高さが高くなり、小型化が難しいという問題がある。かかる事情から、平角線ではなく丸線を用いたコイルによって、ステータを形成したい場合がある。

特許第５６８０１５９号公報

図２（ａ）〜（ｃ）は、丸線を用いた比較技術に係るステータ２Ｒを示す図である。はじめに丸線である導線３２を巻枠（不図示）に巻き取ることにより、図２（ａ）に示すような実質的に均一な幅（径）を有するレーストラック型のコイル３０Ｒが形成される。コイル３０Ｒは図２（ａ）に示すように整列巻にて形成され、あるいは乱巻（不図示）で形成されうる。

レーストラック型コイル３０Ｒの径は、スロット１６の開口幅より大きいため、そのままではスロットに挿入することが難しい。そこで図２（ｃ）に示すように、コイル３０Ｒの外周側の下口コイルＥ１は、巻線３２の束を崩しながら１本ずつほぐしてステータコア１０の対応するスロット１６に径方向に挿入される。同様に内周側の上口コイルＥ２についても、巻線３２の束を崩しながら１本ずつほぐしてステータコア１０の対応する別のスロット１６に径方向に挿入される。この際に生ずるエアポケット３４が、コイルの占積率が低下させる要因となっている。

図３（ａ）、（ｂ）は、比較技術に係るステータ２Ｒの斜視図である。図３（ａ）には、ステータ２Ｒ全体が示される。比較技術では、巻線３２がスロット１６に手作業で挿入されるため、スロット１６内の巻線３２は崩れており、その配列に規則性を見いだすことはできない。

図３（ｂ）には、コイルエンドの拡大図が示される。スロット１６に巻線３２を崩しながら押し込むため、スロット１６の内部だけでなくコイルエンドにおいても、巻線３２の形状は崩れており、不規則である。

特に比較技術では、コイルエンドにおいて、隣接するコイル３０同士の干渉が問題となる。具体的には、レーストラック型コイル３０Ｒのコイルエンドにおける断面形状が、丸あるいは矩形に近いため、コイルエンドの頂点付近で、隣接するコイル同士が干渉し合う。このため、先に巻装した巻線３２をコアの外周側に倒し込み、コイルエンドのスペースを確保した後に、次の巻線３２を巻装する必要がある。

巻線３２をコアの外周側に倒し込む際には、ハンマーなどでコイルエンドを叩く工程が必要となる場合があり、

また、巻線３２をコアの外周側に倒し込む際に、スロット内の巻線３２が崩れてエアポケットが膨らみ、占積率が低下する要因となる。加えて、外周側に倒し込んだ巻線３２が、ステータコア１０を収容するフレーム（不図示）と近接するため、絶縁距離を確保するのが難しくなるという問題が生ずる。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、コイルエンドにおける隣接するコイル同士の干渉を低減したモータの提供にある。

本発明のある態様はモータに関する。モータは、円環状ヨークおよび円環状ヨークから径方向内周側に突起した複数のティースを有し、複数のティースの間に複数のスロットが形成されるステータコアと、複数のスロットに分布巻の形態で挿入された複数のコイルと、を備える。複数のコイルはそれぞれ、巻回された巻線を有するレーストラック型であり、コイルエンドにおける複数のコイルの断面は、隣接するコイルの重なり方向の第１長さが、それと直角な方向の第２長さより短い偏平形状を有する。

この態様によると、コイルエンドにおいて隣接するコイル同士の干渉を抑制できる。

コイルエンドの頂部において、第１長さは、第２長さの１／２以下であってもよい。

本発明の別の態様もまた、モータである。このモータは、円環状ヨークおよび円環状ヨークから径方向内周側に突起した複数のティースを有し、複数のティースの間に複数のスロットが形成されるステータコアと、複数のスロットに分布巻の形態で挿入された複数のコイルと、を備える。複数のコイルはそれぞれ、巻回された巻線を有するレーストラック型であり、コイルエンドにおける複数のコイルの断面は、各コイルが隣接するコイルと干渉せずに、かつ各コイルが外周側に倒れ込まないように、偏平している。
なお本明細書において「各コイルが隣接するコイルと干渉せずに」とは、コイル同士が接触しないことまで要求する趣旨ではなく、コイルが変形する程度の干渉をいう。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

さらに、この課題を解決するための手段の記載は、すべての欠くべからざる特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。

本発明のある態様によれば、コイルエンドにおける隣接するコイル同士の干渉を低減できる。

図１（ａ）、（ｂ）は、ステータコアを示す図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、丸線を用いた比較技術に係るステータを示す図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、比較技術に係るステータの斜視図である。 実施の形態に係るモータのステータを示す斜視図である。 コイルの斜視図である。 ステータのコイルエンド部を示す図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、コイルエンドを上から見た平面図である。 図８（ａ）〜（ｃ）は、レーストラック型のコイルの巻枠を示す図である。 コイルの成型に使用する型枠を示す図である。 実施の形態に係るモータを備える射出成形機のブロック図である。 実施の形態に係る射出成形機の機構系を示す側面図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図４は、実施の形態に係るモータのステータ２を示す斜視図である。モータは、アウターステータ、インナーロータ型であり、ステータ２は、ステータコア１０および複数のコイル３０を備える。

ステータコア１０は、円環状のヨーク１２と、ヨーク１２から径方向内周側に突起した複数のティース１４を有する。隣接する２つのティース１４の間には、スロット１６が形成される。複数のコイル３０は、複数のスロット１６に分布巻の形態で挿入される。コイル３０は、巻回された巻線を有するレーストラック型である。コイル３０は、実際には巻線の束である図４では外形のみを示しており、また巻線は、スロット内において膨らむが、図４には膨らみを考慮しないで描いている。

コイルエンドにおいて、隣接するコイル３０の重なり方向を、第１方向（図中、矢印Ａで示す）とし、それと垂直な方向を第２方向（図中、矢印Ｂで示す）とする。複数のコイル３０の断面は、第１方向の長さ（厚みｄ）が、第２方向の長さ（幅Ｗ）より短い偏平形状を有する。

図５は、コイル３０の斜視図である。図５には、コイル３０の一部の断面Ｃが示される。コイル３０は、複数の巻線３２の束である。コイル３０は整列巻で形成してもよいし、乱巻で形成してもよい。

図６は、ステータ２のコイルエンド部を示す図である。コイル３０は、複数の巻線３２の束である。コイルエンドにおいて、隣接するコイル３０が、偏平した断面形状を有して重なりあっている。これにより干渉が低減される。コイル３０は、コイルエンドにおいて、広げた扇子のような形状を有するとも言える。

図７（ａ）、（ｂ）は、コイルエンドを上から見た平面図である。図７（ａ）には、実施の形態に係るステータコア１０のコイルエンドが、図７（ｂ）には比較技術に係るステータコア１０Ｒのコイルエンドが示される。

図７（ｂ）に示すように比較技術では、コイル同士が干渉し合うため、コイルを矢印Ｃで示す外周側に逃がしながら、次々にコイルを押し込んでいく。これに対して本実施の形態では、上述のようにコイルエンドにおいてコイル同士の干渉が低減されるため、図７（ａ）に示すように、コイルをコアの外周側に倒し込む必要がなくなる。これにより、倒し込みに起因するスロット内の巻線の崩れが抑制されて、占積率を高めることが可能となる。また、フレームとの絶縁距離の問題も解消することができる。

続いて図５のコイル３０の製法について説明する。

（第１の製法）
第１の製法では、巻枠を利用して形成される。図８（ａ）〜（ｃ）は、レーストラック型のコイル３０の巻枠を示す図である。図８（ａ）は、巻枠４０の全体の斜視図であり、図８（ｂ）は巻枠４０の一部分を破断した斜視図であり、図８（ｃ）は、巻芯４２の斜視図および矢視図である。

巻枠４０は、巻芯４２と、巻芯４２を両側面から挟み込む端板４４、４６を備える。巻芯４２の側面４８に沿って、丸線を巻回すことにより、図５に示すレーストラック状のコイル３０を形成することができる。

（第２の製法）
第２の製法では、予め形成したレーストラック状のコイル３０を、型枠を利用して成型させる。図９は、コイル３０の成型に使用する型枠５０を示す図である。型枠５０には、コイル３０と嵌合する凹部５２が形成されている。この凹部５２に、乱巻あるいは整列巻で形成され、周長がコイル３０と実質的に等しい成型前のレーストラックコイル３０Ａを嵌め込み、型枠５０をプレスすることにより、コイル３０が成型される。

＜用途＞
実施の形態に係るステータ２を備えるモータの用途を説明する。図１０は、実施の形態に係るモータを備える射出成形機のブロック図である。射出成形機２００は、射出装置２１１、可塑化移動装置２２０、型締装置２１２、エジェクタ装置２７１、安全扉ロック装置２９９、サーボドライバ１３１〜１３５、コンバータ回路１１０、コントローラ１２１、および操作部１２２等を備えている。サーボドライバ１３１〜１３５には、モータを駆動するインバータ回路１１１〜１１５がそれぞれ設けられている。

射出装置２１１は、成形材料を溶解および射出する。射出装置２１１には、成形材料の投入量を調整する計量用モータ２８３と、成形材料の吐出量を調整する射出用モータ２８６とが設けられている。計量用モータ２８３はサーボモータであり、コントローラ１２１の指令に基づきサーボドライバ１３１によって駆動される。射出用モータ２８６も同様にサーボモータである。射出用モータ２８６はコントローラ１２１の指令に基づきサーボドライバ１３２によって駆動される。

可塑化移動装置２２０は、射出装置２１１を搬送して、射出装置２１１の加熱シリンダ２１５（図１１を参照）を金型装置２４３（図１１を参照）に圧接又は離間させる装置である。可塑化移動装置２２０には、射出装置２１１を搬送するための可塑化移動用モータ２２２が設けられている。可塑化移動用モータ２２２はサーボモータであり、コントローラ１２１の指令に基づきサーボドライバ１３３によって駆動される。

型締装置２１２には、射出材料が充填される金型装置２４３（図１１を参照）が固定される。型締装置２１２は、金型装置２４３の型開、型締、および型閉を行う。型締装置２１２には、このように動作するための型締用モータ２５７が設けられている。型締用モータ２５７は、サーボモータであり、コントローラ１２１の指令に基づきサーボドライバ１３４によって駆動される。

エジェクタ装置２７１は、固化した成形品を金型装置２４３から押し出す装置である。エジェクタ装置２７１には、成形品を押し出すためのエジェクト用モータ２７２と、エジェクト用モータ２７２の制動を行うブレーキ機構２７３およびブレーキ回路２７４とが設けられている。ブレーキ機構２７３およびブレーキ回路２７４によりブレーキ装置が構成される。エジェクト用モータ２７２およびブレーキ回路２７４は、コントローラ１２１の指令に基づきサーボドライバ１３５によって駆動される。

安全扉ロック装置２９９は、射出成形機２００のハウジングの扉をロックおよびロックの解除を行う。扉のロックが解除されることで、操作者が金型装置２４３から押し出された成形品を取り出すことが可能となる。安全扉ロック装置２９９は、コントローラ１２１により制御される。

コンバータ回路１１０は、電源１００から電力を受けて直流電圧を生成する。インバータ回路１１１〜１１５は、この直流電圧からモータ駆動用の交流電圧を生成し、計量用モータ２８３、射出用モータ２８６、可塑化移動用モータ２２２、型締用モータ２５７、エジェクト用モータ２７２へ出力する。コンバータ回路１１０は、安全扉ロック装置２９９など他の構成要素を駆動する直流電圧を生成してもよい。

コントローラ１２１は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、作業用のメモリ、制御プログラムが記憶された記憶装置、各種の信号を入出力する入出力ポートなどを含み、ＣＰＵが制御プログラムを実行することで射出成形機２００の各部の制御を行う。

操作部１２２は、操作者による操作によってコントローラ１２１に操作信号を出力する。操作者は、操作部１２２を介して射出成形工程の開始および停止などの指令を入力することができる。

次に、射出成形機２００の機構系の説明を行う。図１１は、本発明の実施の形態に係る射出成形機の機構系を示す側面図である。

射出装置２１１と型締装置２１２とは互いに対向して配置されている。射出装置２１１は射出装置フレーム２１４に支持され、射出装置フレーム２１４は成形機フレーム２１３に支持されている。射出装置フレーム２１４の長手方向にはガイド２８１が支持されている。

射出装置フレーム２１４には、ボールねじ軸２２１が回転自在に支持され、ボールねじ軸２２１の一端は可塑化移動用モータ２２２に連結している。ボールねじ軸２２１とボールねじナット２２３とは螺合し、ボールねじナット２２３と射出装置２１１とはスプリング２４及びブラケット２２５を介して連結している。これにより、可塑化移動用モータ２２２が順方向あるいは逆方向に駆動すると、この回転運動は、ボールねじ軸２２１とボールねじナット２２３との組合せ、すなわち、ねじ装置２９１によって直線運動に変換され、この直線運動がブラケット２２５に伝達される。そして、ブラケット２２５がガイド２８１に沿って矢印Ａ方向に移動して、射出装置２１１が進退する。ブラケット２２５には、図示しないフレームを介して射出用モータ２８６が固定的に支持されている。射出用モータ２８６が停止している状態では、ブラケットが矢印Ａ方向に移動することで、加熱シリンダ２１５、スクリュ２２６、計量用モータ２８３、射出用モータ２８６、および支持部材２８２等を含む、射出装置２１１の全体がブラケット２２５に伴って移動する。

ブラケット２２５には、前方（図１１の左方）に向けて加熱シリンダ２１５が固定され、加熱シリンダ２１５の前端（図１１の左端）に射出ノズル２１６が設けられている。加熱シリンダ２１５にはホッパ２１７が配設され、加熱シリンダ２１５の内部にはスクリュ２２６が進退（図１１の左右方向に移動）自在に、かつ、回転自在に配設され、スクリュ２２６の後端（図１１の右端）が支持部材２８２によって支持されている。

支持部材２８２には計量用モータ２８３が取り付けられ、この計量用モータ２８３の駆動軸の回転がタイミングベルト２８４を介してスクリュ２２６に伝達されるようになっている。

射出用モータ２８６が固定されている図示しないフレームには、スクリュ２２６と平行にボールねじ軸２８５が回転自在に支持されている。ボールねじ軸２８５と射出用モータ２８６とはタイミングベルト２８７を介して連結している。ボールねじ軸２８５の前端は、支持部材２８２に固定されたボールねじナット２８９と螺合している。これにより、射出用モータ２８６を駆動すると、その回転運動は、ボールねじ軸２８５とボールねじナット２８９との組合せ、すなわち、ねじ装置２９２によって直線運動に変換され、該直線運動が支持部材２８２に伝達される。

上記のような射出装置２１１の構成により、計量工程においては、計量用モータ２８３が駆動され、タイミングベルト２８４を介してスクリュ２２６が回転し、ホッパ２１７から供給された樹脂は、加熱シリンダ２１５内において加熱され、溶融して、スクリュ２２６の回転に伴ってスクリュ２２６の前方に溜められる。

射出工程においては、射出ノズル２１６が固定金型２４４に押し付けられ、射出用モータ２８６が駆動され、タイミングベルト２８７を介してボールねじ軸２８５が回転する。このとき、支持部材２８２はボールねじ軸２８５の回転に伴って移動し、スクリュ２２６を前進（図１１の左方に移動）させる。スクリュ２２６の前進と回転により、スクリュ２２６の前方に溜められた樹脂は射出ノズル２１６から射出され、固定金型２４４と可動金型２４５との間に形成されたキャビティ空間２４７に充填される。

型締装置２１２は、成形機フレーム２１３に支持されている。型締装置２１２には、固定金型２４４及び可動金型２４５から成る金型装置２４３が固定される。

型締装置２１２は、固定プラテン２５１、トグルサポート２５２、固定プラテン２５１とトグルサポート２５２との間に架設されたタイバー２５３、固定プラテン２５１と対向し且つタイバー２５３に沿って進退自在にされた可動プラテン２５４、および可動プラテン２５４とトグルサポート２５２との間に配置されたトグル機構２５６を備える。固定プラテン２５１と可動プラテン２５４には、互いに対向するように固定金型２４４と可動金型２４５がそれぞれ取り付けられている。

トグル機構２５６は、クロスヘッド２５８に対して揺動自在に支持されたトグルレバー２６１、トグルサポート２５２に対して揺動自在に支持されたトグルレバー２６２、および可動プラテン２５４に対して揺動自在に支持されたトグルアーム２６３を備えている。トグルレバー２６１とトグルレバー２６２とは互いにリンク結合し、トグルレバー２６２とトグルアーム２６３とは互いにリンク結合している。

トグルサポート２５２にはボールねじ軸２６４が回転自在に支持されている。ボールねじ軸２６４は、クロスヘッド２５８に固定されたボールねじナット２６５と螺合している。型締用モータ２５７（図１０）は、ボールねじ軸２６４を回転駆動するために、トグルサポート２５２の側面に取り付けられている。

型締用モータ２５７（図１０）が駆動すると、この回転運動が、ボールねじ軸２６４とボールねじナット２６５との組合せ、すなわち、ねじ装置２９３によって直線運動に変換される。この直線運動はクロスヘッド２５８に伝達され、該クロスヘッド２５８は矢印Ｃ方向に進退する。クロスヘッド２５８が前進（図１１の右方に移動）すると、トグル機構２５６が伸展して可動プラテン２５４が前進し、型閉及び型締が行われる。一方、クロスヘッド２５８が後退（図１１の左方に移動）すると、トグル機構２５６が屈曲して可動プラテン２５４が後退し、型開が行われる。

エジェクタ装置２７１は可動プラテン２５４の背面に設けられている。エジェクタ装置２７１は、可動金型２４５を貫通して延び、前端がキャビティ空間２４７に達するエジェクトピンを備える。エジェクトピンは、平行移動可能に支持されている。エジェクト用モータ２７２の回転運動が、タイミングベルトと、ボールねじ軸およびボールねじナットの組み合わせであるネジ装置とを介して伝達されて、エジェクトピンを動かす。エジェクトピンの支持機構には、キャビティ空間に突き出されたエジェクトピンを元の位置に戻すためのリターンスプリングが設けられている。ブレーキ機構２７３（図１０）は、エジェクトピンが成形品を金型装置２４３から押し出した際に、エジェクト用モータ２７２の回転を制動して、エジェクトピンが移動しないように保持する。

実施の形態に係るステータ２の構造は、図１０の射出成形機２００に使用されるモータ２８３，２８６，２２２，２５７，２７２，２７３の少なくともひとつに採用することができる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

実施の形態では、スキュー無しのティース１４を有するステータコア１０について説明したが本発明はそれには限定されず、スキュー付きのステータコア１０にも適用可能である。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

２…ステータ、１０…ステータコア、１２…ヨーク、１４…ティース、１６…スロット、３０…カセットコイル、３２…巻線、４０…巻枠、４２…巻芯、４４，４６…端板。

Claims (3)

1. 円環状ヨークおよび前記円環状ヨークから径方向内周側に突起した複数のティースを有し、複数のティースの間に複数のスロットが形成されるステータコアと、
   前記複数のスロットに分布巻の形態で挿入された複数のコイルと、
   を備え、
   前記複数のコイルはそれぞれ、巻回された巻線を有するレーストラック型であり、
   コイルエンドにおける前記複数のコイルの断面は、隣接するコイルの重なり方向の第１長さが、それと直角な方向の第２長さより短い偏平形状を有することを特徴とするモータ。
2. 前記コイルエンドの頂部において、前記第１長さは、前記第２長さの１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 円環状ヨークおよび前記円環状ヨークから径方向内周側に突起した複数のティースを有し、複数のティースの間に複数のスロットが形成されるステータコアと、
   前記複数のスロットに分布巻の形態で挿入された複数のコイルと、
   を備え、
   前記複数のコイルはそれぞれ、巻回された巻線を有するレーストラック型であり、
   コイルエンドにおける前記複数のコイルの断面は、各コイルが隣接するコイルと干渉せずに、かつ各コイルが外周側に倒れ込まないように、偏平していることを特徴とするモータ。