JP2019047613A - モータステータ及びモータステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの小型化と軽量化をより簡単な構成で実現可能なモータステータを提供する。【解決手段】モータステータ１は、内径側に突出した複数のティースを有する分割型のステータコア２と、ロール状に巻き回し可能なフレキシブル基板３０と、基板３０上の長手方向において、所定の間隔を空けて設けられた貫通穴３１と、貫通穴３１を囲むように基板３０上に配線パターンとして印刷された導体３２と、基板３０をロール状に巻き回すことにより形成されたコイル体３と、を備える。コイル体３の径方向において各基板３０に設けられた複数の貫通穴３１が重なることにより挿入穴４０が形成され、挿入穴４０にステータコア２のティース２２が挿入される。【選択図】図４

Description

本発明は、モータステータ及びモータステータの製造方法に関する。

近年、産業分野だけでなく、サービス産業や民生用にロボットの導入が望まれている。これにより、様々な分野で、従来人が行っていた作業をロボットが行う、又は、ロボットが人と共同して作業を行うことが可能になる。このため、ロボットメーカは、人の腕の代替として使用できる可搬重量１０ｋｇ以下の小型ロボットの開発を進めている。特に、ロボットの基幹部品であるモータの軽量化及び小型化は喫緊の課題である。例えば特許文献１には、コイルの巻回方法を工夫することでコイルエンドの軸方法の高さを短縮するステータの製造方法が開示されている。この方法では、導体を巻き回してコイルを形成し、このコイルを籠状に配置してコイル籠を形成し、ティースとスロットを備える分割型のステータコアをコイル籠に挿入して、略円環状のステータを形成する。

特許第５４１８６８６号公報

しかし、上記従来技術では、ステータコアのコイル籠は複雑な構造を有するため、一般には、専用の形成装置が必要となる。また、上記従来技術のモータはハイブリッド車や電気自動車用途であるため、上記のような小型ロボット用途としてはサイズが大きくなってしまい不向きである。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、モータの小型化と軽量化をより簡単な構成で実現可能なモータステータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のある形態に係るモータステータは、内径側に突出した複数のティースを有する分割型のステータコアと、ロール状に巻き回し可能なフレキシブル基板と、前記基板上の長手方向において、所定の間隔を空けて設けられた貫通穴と、前記貫通穴を囲むように前記基板上に配線パターンとして印刷された導体と、前記基板をロール状に巻き回すことにより形成されたコイル体と、を備え、前記コイル体の径方向において各前記基板に設けられた複数の前記貫通穴が重なることにより挿入穴が形成され、前記挿入穴に前記ステータコアのティースが挿入される。

上記構成によれば、モータステータの製造時において、フレキシブル基板（ＦＰＣ）に所定の間隔を空けて貫通穴を設け、貫通穴を囲むように基板上に導体を配線パターンとして印刷する。そして、基板をロール状に巻き回すことによりコイル体を形成するとともに、コイル体の径方向において各基板に設けられた複数の貫通穴を重ねることによりステータコアの挿入穴を形成する。コイル体の挿入穴に前記ステータコアのティースを挿入するだけで、簡単にモータステータを製造することができる。モータの小型化且つ軽量化をより簡単な構成で実現できる。

前記導体は、複数のティース毎に巻線されるように前記基板上に配線されていてもよい。

本発明のその他の形態に係るモータステータの製造方法は、内径側に突出した複数のティースを有する分割型のステータコアを備えたモータステータの製造方法であって、ロール状に巻き回し可能なフレキシブル基板の当該基板上の長手方向において、所定の間隔を空けて貫通穴を形成するとともに、当該貫通穴を囲むように前記基板上に配線パターンとして導体を印刷することと、前記基板をロール状に巻き回すことによりコイル体を形成することと、当該コイル体の径方向において各前記基板に設けられた複数の前記貫通穴が重なることにより前記ステータコアの挿入穴を形成することと、前記挿入穴に前記ステータコアのティースを挿入することと、を含む。

前記複数のティース毎に巻線されるように、前記導体を前記基板上に配線することを更に含んでもよい。

本発明は、以上に説明した構成を有し、モータの小型化と軽量化をより簡単な構成で実現可能なモータステータを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータのステータの構成を示す平面図である。 図２は、図１のステータコアのコアピースを示した平面図である。 図３は、コイル体を示す斜視図である。 図４は、コイル体を構成するフレキシブル基板を示す平面図である。 図５は、導体を分布巻したステータコアを展開して示す説明図である。 図６は、モータステータの製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。 図７は、モータにロータを挿入する様子を表した側面図である。 図８は、本発明のその他の実施形態に係るフレキシブル基板を示す平面図である。

以下、好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したものである。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータステータ１の構成を示す平面図である。図２は、図１のステータコア２のコアピース２１を示した平面図である。図３は、コイル体３を示す斜視図である。モータステータ１は、円環状のステータコア２と、ステータコア２の内周側に配置された円環状のコイル体３と、を備える。本実施形態のモータステータ１は、三相交流駆動の４極の電動モータに使用される。このため、３系統の単相交流の各々について４組ずつティースが必要となるので、合計１２個のティースがステータコア２に形成されている。ステータコア２は、分割型であり、１２個のコアピース２１が円環状に配置して形成される。コアピース２１は例えば略扇状の電磁鋼板を積層して形成される。コアピース２１の内周側にはティース２２が一つ形成される。分割型のステータコア２は、内径側に突出した１２個のティース２２を有する。

コイル体３は、フレキシブル基板（ＦＰＣ）３０をロール状に巻き回すことにより円環状に形成される。ここではコイル体３がステータコア２の内部に収まり、且つ、コアの中心からコイル体３の内周面までの距離が等しくなるようにフレキシブル基板（ＦＰＣ）３０はロール状に６周巻かれる。ここでは径方向に基板３０が６層重ねられている（図２参照）。コイル体３は、当該コイル体３の径方向において各基板３０に設けられた複数の貫通穴３１が重なることにより形成されたティース２２の挿入穴４０を備える。

図４は、コイル体３を構成するフレキシブル基板３０を示す平面図である。尚、フレキシブル基板３０は、ロール状に巻き回し可能な程度の柔軟性を有する基板であればよい。ここでは基板３０として例えば厚み１２μｍから５０μｍの薄膜状の絶縁体「ベースフィルム」を使用する。図４に示すように、フレキシブル基板３０上の長手方向において、所定の間隔を空けて貫通穴３１が設けられる。貫通穴３１の番号はステータコア２のティース２２の番号に対応している。貫通穴３１を囲むように基板３０上には配線パターンとして導体３２が印刷される。導体３２は、基板３０の表面および裏面にそれぞれ配線パターン３２ａ（実線）および配線パターン３２ｂ（破線）が形成される。例えば導体３２としては銅又は銅箔が使用される。基板３０の表面（図４の紙面の表側）に形成された配線パターン３２ａと、基板３０の裏面（図４の紙面の裏側）に形成された配線パターン３２ｂが平面視で重なる部分は基板３０内部で電気的に非接続である。配線パターン３２ｂは基板３０の上に形成された接着層（図示せず）の上に例えば厚み１２μｍ〜５０μｍ程度の導体箔が貼りあわされた構造である。導体３２は、３つのティース毎に巻線されるように基板上に配線される。

図５は、モータステータ１において導体３２を分布巻したステータコア２を展開して示す説明図である。図５に示すように、導体３２は、３つのティース２２毎に巻線される。図５において、Ｕ相が流れる導体３２（実線）は、番号１〜３のティース２２（第１極）の上側、番号４〜６のティース２２（第２極）の下側、番号７〜９のティース２２（第３極）の上側、および、番号１０〜１２のティース２２（第４極）の下側に巻き付いている。Ｖ相が流れる導体３２（破線）は、Ｕ相が一まとめに巻き付いているティースから、一つのティースずつずれて巻き付いており、番号２〜４のティース２２の上側、番号５〜７のティース２２の下側、番号８〜１０のティースの上側、及び、番号１１のティース２２の下側に巻き付いている。Ｗ相が流れる導体３２（太線）は、Ｖ相が一まとめに巻き付いているティース２２から、さらに一つのティース２２ずつずれて巻き付いており、番号３〜５のティース２２、番号６〜８のティース２２、番号９〜１１のティース２２、番号１２、１、２のティース２２を１まとめにして巻き付いている。

次に、モータステータ１の製造方法の手順について図６のフローチャートを参照しながら説明する。この方法は、内径側に突出した複数のティースを有する分割型のステータコアを備えたモータステータ全般に適用できる。

まず、図４に示すように、フレキシブル基板３０上の長手方向において、所定の間隔を空けて貫通穴３１を形成する。そして、貫通穴３１を囲むようにフレキシブル基板３０の表面及び裏面に配線パターン３２ａ及び３２ｂを印刷して導体３２を形成する（ステップＳ１）。

次に、図３に示すように、フレキシブル基板３０をロール状に巻き回すことによりコイル体３を形成する（ステップＳ２）。フレキシブル基板３０を６周重ねて巻く。このとき、コイル体３の径方向において各基板３０に設けられた６つの貫通穴３１が重なることによりステータコア２の挿入穴４０が形成される。

次に、図２，３に示すように、コイル体３の挿入穴４０にコアピース２１の内径側に突出したティース２２を挿入する（ステップＳ３）。このように、コイル体３の挿入穴４０にステータコア２のティース２２を挿入するだけで、簡単にモータステータ１を製造することができる。尚、図示していないが、モータステータ１は、外部接続端子や、円筒形状に形成されたアウターリングを備えていてもよい。最後に、図７に示すようにロータ５０を挿入することで、モータステータ１の内周部に配置され、モータ１００が形成される。尚、図示していないが、実際には、モータ１００のカバーが設けられ、ベアリングでロータ５０は保持されることになる。

（その他の実施形態）
尚、本実施形態では、導体３２は、３つのティース毎に巻線される構成であったが（図４参照）、複数のティース毎であれば、これに限られない。図８は、本発明のその他の実施形態に係るフレキシブル基板を示す平面図である。図８に示すように、導体３２０は、各ティース２２毎に巻く集中巻であってもよい。また、本実施形態のモータステータ１は、１２個のティースを有する分割型のステータコア２を備えていたが、内径側に突出した複数のティースを有する分割型のステータコアを備えたモータステータであれば、この構成に限られるものではない。

尚、本実施形態は、ステータコア２を有するモータステータ１について説明したが、本技術をコイルと一体になったロータに適用し、コアレスモータを形成してもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、モータの小型化及び軽量化に有用である。

１ モータステータ
２ ステータコア
３ コイル体
２１ コアピース
２２ ティース
３０ フレキシブル基板
３１ 貫通穴
３２ 導体
３２ａ 配線パターン（表面）
３２ｂ 配線パターン（裏面）
４０ 挿入穴
５０ ロータ
１００ モータ

Claims (4)

1. 内径側に突出した複数のティースを有する分割型のステータコアと、
   ロール状に巻き回し可能なフレキシブル基板と、
   前記基板上の長手方向において、所定の間隔を空けて設けられた貫通穴と、
   前記貫通穴を囲むように前記基板上に配線パターンとして印刷された導体と、
   前記基板をロール状に巻き回すことにより形成されたコイル体と、
   を備え、
   前記コイル体の径方向において各前記基板に設けられた複数の前記貫通穴が重なることにより挿入穴が形成され、前記挿入穴に前記ステータコアのティースが挿入される、モータステータ。
2. 前記導体は、複数のティース毎に巻線されるように前記基板上に配線される、請求項１に記載のモータステータ。
3. 内径側に突出した複数のティースを有する分割型のステータコアを備えたモータステータの製造方法であって、
   ロール状に巻き回し可能なフレキシブル基板の当該基板上の長手方向において、所定の間隔を空けて貫通穴を形成するとともに、当該貫通穴を囲むように前記基板上に配線パターンとして導体を印刷することと、
   前記基板をロール状に巻き回すことによりコイル体を形成することと、
   当該コイル体の径方向において各前記基板に設けられた複数の前記貫通穴が重なることにより前記ステータコアの挿入穴を形成することと、
   前記挿入穴に前記ステータコアのティースを挿入することと、
   を含む、モータステータの製造方法。
4. 前記複数のティース毎に巻線されるように、前記導体を前記基板上に配線することを更に含む、請求項３に記載のモータステータの製造方法。
   
   
   

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