JP7828387B2 - アキシャルギャップモータの固定子の製造方法及びアキシャルギャップモータの固定子 - Google Patents

Description

本発明は、アキシャルギャップモータの固定子の製造方法及びアキシャルギャップモータの固定子に関する。

アキシャルギャップモータの固定子は、基板と基板上に配置されたコイルとを備える（例えば特許文献１参照）。

実全昭５９－０１３０８２号公報

基板とコイルとをモールド樹脂により一体化することにより、固定子の強度を確保することが考えられる。しかしながらこの際に、基板とコイルとを専用の金型内に設置する必要がある。また、モールド樹脂の硬化後には固定子を金型から離型する必要がある。このように製造工程が煩雑であり、製造コストが増大するおそれがある。

そこで本発明は、製造コストが低減され強度が確保されたアキシャルギャップモータの固定子の製造方法及びアキシャルギャップモータの固定子を提供することを目的とする。

上記目的は、第１コイルが配置された第１孔を有した第１基板、第２コイルが配置された第２孔を有し前記第２孔が前記第１孔に少なくとも部分的に重なるように前記第１基板に重ねられた第２基板、及び前記第１基板とは反対側から前記第２孔を塞ぐように前記第２基板に重ねられた閉塞部材、を準備する準備工程と、前記準備工程の実施後に前記第１基板側から前記第１及び第２孔内にモールド樹脂を注入して、前記第１及び第２基板と前記第１及び第２コイルと前記閉塞部材とを一体化する一体化工程と、を備えたアキシャルギャップモータの固定子の製造方法によって達成できる。

また、上記目的は、第１コイルが配置された第１孔を有した第１基板と、第２コイルが配置された第２孔を有し前記第２孔が前記第１孔に少なくとも部分的に重なるように前記第１基板に重ねられた第２基板と、前記第１基板とは反対側から前記第２孔を塞ぐように前記第２基板に重ねられた閉塞部材と、前記第１及び第２基板と前記第１及び第２コイルと前記閉塞部材とを一体化するように前記第１及び第２孔内に充填された封止樹脂部と、を備えたアキシャルギャップモータの固定子によっても達成できる。

製造コストが低減され強度が確保されたアキシャルギャップモータの固定子の製造方法及びアキシャルギャップモータの固定子を提供できる。

図１は、アキシャルギャップモータの断面図である。 図２は、固定子の正面図である。 図３は、封止樹脂部を省略した固定子の正面図である。 図４は、封止樹脂部及び補強板を省略した固定子Ｓの正面図である。 図５は、図２のＡ－Ａ断面図である。 図６Ａは、固定子の製造方法の説明図であり、図６Ｂは、一体化工程の説明図である。

［アキシャルギャップモータの概略構成］
図１は、アキシャルギャップモータ１の断面図である。尚、図１は、アキシャルギャップモータ１を模式的に示している。アキシャルギャップモータ１は、支軸１０、ヨーク２０、磁極部３０及び４０、及び固定子Ｓを含む。支軸１０は、ヨーク２０を回転可能に支持する。ヨーク２０、磁極部３０及び４０は、回転子に相当する。支軸１０は、フランジ部１１、段部１２、及び細軸部１３を含む。段部１２は、フランジ部１１よりも径が小さい。細軸部１３は段部１２よりも径が小さい。細軸部１３には、２つの軸受Ｂが保持されている。ヨーク２０は、筒部２２、フランジ部２３及び２４を含む。フランジ部２３及び２４は、それぞれフランジ状である。フランジ部２３及び２４は、軸心方向Ａに互いに離れている。固定子Ｓは、プリント基板５０、補強板６０、閉塞部材７０、及び複数のコイルを含む。固定子Ｓは、フランジ部２３及び２４の間に配置されている。プリント基板５０、補強板６０、閉塞部材７０のそれぞれには、支軸１０を逃がすための開口５１、６１、及び７１が中央に形成されている。

磁極部３０は、フランジ部２３の固定子Ｓと対向する面に設けられている。磁極部４０は、フランジ部２４の固定子Ｓと対向する面に設けられている。磁極部３０及び４０のそれぞれは、円環状の永久磁石である。磁極部３０及び４０のそれぞれの固定子Ｓと対向する面は、周方向に交互に異なる極性に着磁されている。本実施例では、磁極部３０及び４０のそれぞれは、周方向で８つの極数を有している。尚、磁極部３０及び４０のそれぞれは、周方向に並んだ複数の永久磁石であってもよい。この場合も、これらの複数の永久磁石の固定子Ｓと対向する面は、周方向に交互に異なる極性に着磁されている。

プリント基板５０及び補強板６０には、詳しくは後述する複数のコイルが保持されている。これらのコイルは、軸心方向Ａで磁極部３０及び４０とギャップを介して対向する。これらのコイルの通電状態が制御されることにより、コイルと磁極部３０との間、及びコイルと磁極部４０との間に発生する磁力に応じて、支軸１０に対してヨーク２０が回転する。尚、固定子Ｓは不図示のホルダにより固定子Ｓの外周端部が保持され、ヨーク２０に対して相対回転不能となっている。

図２は、固定子Ｓの正面図である。図３は、封止樹脂部Ｍを省略した固定子Ｓの正面図である。図４は、封止樹脂部Ｍ及び補強板６０を省略した固定子Ｓの正面図である。プリント基板５０及び補強板６０のそれぞれは、円形状である。閉塞部材７０も同様である。

図２及び図３に示すように補強板６０には、封止樹脂部Ｍに埋設されたコイルＵ１、Ｗ１、Ｖ２、Ｕ３、Ｗ３、及びＶ４が周方向Ｃに６０度間隔で保持されている。補強板６０は第１基板の一例である。コイルＵ１、Ｗ１、Ｖ２、Ｕ３、Ｗ３、及びＶ４は、第１コイルの一例である。図４に示すようにプリント基板５０には、コイルＶ１、Ｕ２、Ｗ２、Ｖ３、Ｕ４、及びＷ４は、周方向Ｃに６０度間隔で保持されている。プリント基板５０は第２基板の一例である。コイルＶ１、Ｕ２、Ｗ２、Ｖ３、Ｕ４、及びＷ４は、第２コイルの一例である。即ち、プリント基板５０及び補強板６０には、Ｕ相のコイルＵ１～Ｕ４、Ｖ相のコイルＶ１～Ｖ４、Ｗ相のコイルＷ１～Ｗ４が保持されている。コイルＵ１～Ｕ４は、分布巻により構成されている。コイルＶ１～Ｖ４、及びＷ１～Ｗ４も同様である。コイルＵ１～Ｕ４、Ｖ１～Ｖ４、及びＷ１～Ｗ４はプリント基板５０に電気的に接続されている。周方向Ｃに（図４では反時計方向に）コイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２、Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３、Ｕ４、Ｖ４、及びＷ４が並んでいる。コイルＵ１～Ｕ４は、周方向Ｃに９０度間隔で設定されている。コイルＶ１～Ｖ４は、周方向Ｃに９０度間隔で設定されている。コイルＷ１～Ｗ４は、周方向Ｃに９０度間隔で設定されている。補強板６０に保持されたコイルの個数と、プリント基板５０に保持されたコイルの個数とは、同じ６個である。

図２及び図３に示すようにコイルＵ１、Ｗ１、Ｖ２、Ｕ３、Ｗ３、及びＶ４は、それぞれ補強板６０の孔６３に嵌合した状態で、封止樹脂部Ｍに埋設されている。これによりこれらのコイルが補強されている。孔６３は、第１孔の一例である。孔６３には、各コイルからの引き出し線を逃がすための切欠き６４及び６５が連続的に形成されている。封止樹脂部Ｍは切欠き６４及び６５内にも形成されている。

図４に示すように、コイルＶ１、Ｕ２、Ｗ２、Ｖ３、Ｕ４、及びＷ４のそれぞれは、プリント基板５０の孔５３に嵌合するように保持されている。孔５３は、第２孔の一例である。また、図４では省略してあるが、孔５３内のコイルは封止樹脂部Ｍに埋設されている。このため、これらのコイルの強度が確保されている。このように封止樹脂部Ｍは、孔６３と切欠き６４及び６５とこれらに軸心方向Ａで部分的に重なる孔５３とに、保持されたコイルと共に充填されている。封止樹脂部Ｍについては詳しくは後述する。

図４に示すようにコイルＵ１は、コイルＷ４及びＶ１に軸心方向Ａに離間して軸心方向Ａで部分的に重なる。コイルＷ１は、コイルＶ１及びＵ２に軸心方向Ａに離間して軸心方向Ａで部分的に重なる。コイルＶ２は、コイルＵ２及びＷ２に軸心方向Ａに離間して軸心方向Ａで部分的に重なる。コイルＵ３は、コイルＷ２及びＶ３に軸心方向Ａに離間して軸心方向Ａで部分的に重なる。コイルＷ３は、コイルＶ３及びＵ４に軸心方向Ａに離間して軸心方向Ａで部分的に重なる。コイルＶ４は、コイルＵ４及びＷ４に軸心方向Ａに離間して軸心方向Ａで部分的に重なる。コイルＶ１は、コイルＵ１及びＷ１に軸心方向Ａに離間して軸心方向Ａで部分的に重なる。コイルＵ２は、コイルＷ１及びＶ２に軸心方向Ａに離間して軸心方向Ａで部分的に重なる。コイルＷ２は、コイルＶ２及びＵ３に軸心方向Ａに離間して軸心方向Ａで部分的に重なる。コイルＶ３は、コイルＵ３及びＷ３に軸心方向Ａに離間して軸心方向Ａで部分的に重なる。コイルＵ４は、コイルＷ３及びＶ４に軸心方向Ａに離間して軸心方向Ａで部分的に重なる。コイルＷ４は、コイルＶ４及びＵ１に軸心方向Ａに離間して軸心方向Ａで部分的に重なる。これにより、アキシャルギャップモータ１は軸心方向Ａでの大型化が抑制されている。

図４に示すようにコイルＵ１～Ｕ４、Ｖ１～Ｖ４、及びＷ１～Ｗ４のそれぞれは、枠状に巻回されている。これにより、これらコイルの強度が確保されている。また、コイルＵ１～Ｕ４、Ｖ１～Ｖ４、及びＷ１～Ｗ４の形状は全て同じである。これらのコイルの巻回作業は同じであり、作業が容易である。また、組み立て時でのこれらのコイルの取扱いが容易である。

図４に示すように、位置センサＰ１、Ｐ２、及びＰ３は、それぞれコイルＷ１、Ｖ２、及びＵ３に包囲され、プリント基板５０上に設けられている。このように位置センサＰ１～Ｐ３はそれぞれコイルＷ１、Ｖ２、及びＵ３との干渉が回避されている。この結果、コイルＵ１～Ｕ４、Ｖ１～Ｖ４、及びＷ１～Ｗ４の設置面積が確保されている。尚、位置センサＰ１～Ｐ３のそれぞれはホール素子である。

図４に示すように位置センサＰ１は、周方向Ｃで互いに隣接したコイルＶ１及びＵ２の間に設置されている。位置センサＰ２は、周方向Ｃで互いに隣接したコイルＵ２及びＷ２の間に設置されている。位置センサＰ３は、周方向Ｃで互いに隣接したコイルＷ２及びＶ３の間に設置されている。このようにプリント基板５０上のデッドスペースが有効活用されている。

図５は、図２のＡ－Ａ断面図である。コイルＵ３に包囲された位置センサＰ３は、補強板６０の端面から突出しない。これにより、固定子Ｓの軸心方向Ａでの薄型化が確保されている。位置センサＰ１及びＰ２も同様である。また、コイルＵ３は、補強板６０の端面から突出しないように孔６３内に配置されている。同様に、コイルＶ３及びＷ２のそれぞれも、プリント基板５０の端面から突出しないように孔５３内に配置されている。その他のコイルも同様である。

上述したようにコイルＵ１～Ｕ４、Ｖ１～Ｖ４、Ｗ１～Ｗ４は３相コイルを構成する。これらのコイルの合計数は偶数である１２である。また、磁極部３０及び４０のそれぞれの極数は８である。このようにコイルの合計数は、極数の１．５倍である。

別の例として、コイルの合計数は偶数である６であり、磁極部の極数は４であってもよい。この場合、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれのコイルの個数は２個である。例えば、３つのコイルをプリント基板上に設置し、残りの３つのコイルをプリント基板に埋設してもよい。この場合もコイルの合計数は極数の１．５倍である。

更に別の例として、コイルの合計数は偶数である１８であり、磁極部の極数は６であってもよい。この場合、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれのコイルの個数は６個である。例えば、９つのコイルをプリント基板上に設置し、残りの９つのコイルをプリント基板に埋設してもよい。この場合はコイルの合計数は極数の３倍である。

上述した例のように、コイルが分布巻きで巻回され、何れかのコイルに位置センサが包囲され、かつそのコイルと軸心方向Ａに離間し周方向Ｃで互いに隣接した別の２つのコイルの間に位置センサを配置する場合、上記の例のように３相のコイルを構成し、コイルの合計数が偶数かつ極数の１．５倍又は３倍が良い。これにより、コイルと位置センサが干渉することなく、理論的な位置に配置することが可能となる。更には極数の１．５倍が好適である。これは極数の３倍のように極数が多くなると必要なコイルが多くなりそれだけ構成が複雑になるため製造が難しくなるためである。

［固定子の製造方法］
次に固定子Ｓの製造方法について説明する。図６Ａは、固定子Ｓの製造方法の説明図である。固定子Ｓの製造方法は、準備工程（ステップＳ１）と、その後に実施される一体化工程（ステップＳ２）とを含む。準備工程は、例えば第１及び第２配置工程、第１及び第２導通接続工程、積層工程、及び閉塞工程を含む。第１配置工程では、位置センサＰ１～Ｐ３が設けられたプリント基板５０の複数の孔５３のそれぞれにコイルＶ１、Ｕ２、Ｗ２、Ｖ３、Ｕ４、及びＷ４を配置する。第２配置工程では、補強板６０の複数の孔６３のそれぞれにコイルＵ１、Ｗ１、Ｖ２、Ｕ３、Ｗ３、及びＶ４を配置する。第１導通接続工程では、コイルＶ１、Ｕ２、Ｗ２、Ｖ３、Ｕ４、及びＷ４をプリント基板５０に導通接続する。第２導通接続工程では、コイルＵ１、Ｗ１、Ｖ２、Ｕ３、Ｗ３、及びＶ４をプリント基板５０に導通接続する。積層工程では、プリント基板５０に保持されたコイルと補強板６０に保持されたコイルとの相対位置を考慮してプリント基板５０及び補強板６０を位置決めしつつプリント基板５０に補強板６０を重ね、プリント基板５０と補強板６０とを例えば接着する。閉塞工程では、補強板６０の反対側から複数の孔５３を塞ぐようにプリント基板５０に閉塞部材７０を重ね、例えばプリント基板５０と閉塞部材７０とを接着する。これにより固定子Ｓの前駆体Ｓ´が形成される。

尚、第１及び第２配置工程、第１及び第２導通接続工程、積層工程、及び閉塞工程の順序はこれに限定されない。例えば、第１配置工程、第１導通接続工程、第２配置工程、第２導通接続工程、閉塞工程、及び積層工程の順であってもよい。第１配置工程、第１導通接続工程、閉塞工程、第２配置工程、第２導通接続工程、及び積層工程の順であってもよい。また、閉塞工程、第１配置工程、第１導通接続工程、第２配置工程、第２接続工程、及び積層工程の順であってもよい。閉塞工程では、プリント基板５０と閉塞部材７０とを同時に製造してもよい。例えば、複数の孔５３を塞ぐようにプリント基板５０に閉塞部材７０を重ねられた状態でプリント基板５０と閉塞部材７０とを一体に製造してもよい。

一体化工程では、前駆体Ｓ´の補強板６０の複数の孔６３にプリント基板５０とは反対側から、例えばディスペンサを用いてモールド樹脂を注入する。図６Ｂは、一体化工程の説明図である。図６Ｂは、図５に対応している。これにより、モールド樹脂は孔６３から切欠き６４及び６５に流れ、また孔６３に軸心方向Ａで重なる孔５３に流れ、これらに充填される。ここで、プリント基板５０に重ねられた閉塞部材７０により、モールド樹脂が孔５３から外部に流出することが抑制される。モールド樹脂が硬化して図２に示した封止樹脂部Ｍが形成されると、プリント基板５０、補強板６０、閉塞部材７０、コイルＵ１～Ｕ４、Ｖ１～Ｖ４、及びＷ１～Ｗ４、及び位置センサＰ１～Ｐ３は一体化される。これにより固定子Ｓの強度が確保される。

このように閉塞部材７０により、プリント基板５０、補強板６０、コイルＵ１～Ｕ４、Ｖ１～Ｖ４、及びＷ１～Ｗ４、及び位置センサＰ１～Ｐ３を一体化するための専用のモールド用の金型は不要となる。このような金型が不要であるため、モールド樹脂の硬化後に固定子Ｓを金型から離型する作業も不要である。このため、製造コストが抑制され強度が確保された固定子Ｓが製造される。

ここで閉塞部材７０は、絶縁性を有した板状の部材である。閉塞部材７０は絶縁性を有しているため、何れかのコイルと閉塞部材７０とが接触したとしても、電気的な影響はない。閉塞部材７０は、プリント基板５０及び補強板６０のそれぞれよりも薄く且つ軽量である。このため、軸心方向Ａでの固定子Ｓの大型化が抑制され、また固定子Ｓの軽量化が図られている。

閉塞部材７０は、例えば絶縁基板であってもよい。この場合、閉塞部材７０は例えば可撓性を有していないリジットプリント基板であってもよいし、可撓性を有したフレキシブルプリント基板であってもよい。例えば閉塞部材７０がリジットプリント基板又はフレキシブルプリント基板の場合には、基板に形成された導体パターンと上述したコイル及び位置センサの何れかが電気的に接続されていてもよい。閉塞部材７０は、絶縁性を有した粘着テープであってもよい。閉塞部材７０は、絶縁性を有し弾性を有したゴム部材であってもよい。閉塞部材７０は、絶縁性を有し可撓性を有したシートであってもよい。

補強板６０の代わりにプリント基板を用いてもよい。例えばこのプリント基板に、コイルＵ１、Ｗ１、Ｖ２、Ｕ３、Ｗ３、及びＶ４が電気的に接続されていてもよい。またこのプリント基板にコイルＵ１～Ｕ４、Ｖ１～Ｖ４、及びＷ１～Ｗ４が電気的に接続され、プリント基板５０の代わりに補強板を用いてもよい。

コイルＵ１～Ｕ４、Ｖ１～Ｖ４、及びＷ１～Ｗ４の少なくとも一つが枠体に巻回され、枠体に巻回されたコイルが枠体と共に孔５３又は６３内に保持されていてもよい。この場合、上述した一体化工程において孔５３又は６３内の枠体周辺にモールド樹脂をいきわたらせるために、枠体に開口が設けられていることが好ましい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、変形・変更が可能である。

１ アキシャルギャップモータ
Ｕ１、Ｗ１、Ｖ２、Ｕ３、Ｗ３、Ｖ４ コイル（第１コイル）
Ｖ１、Ｕ２、Ｗ２、Ｖ３、Ｕ４、Ｗ４ コイル（第２コイル）
Ｓ 固定子
５０ プリント基板（第１基板）
５３ 孔（第１孔）
６０ 補強板（第２基板）
６３ 孔（第２孔）
７０ 閉塞部材

Claims (7)

1. 第１コイルが配置された第１孔を有した第１基板、第２コイルが配置された第２孔を有し前記第２孔が前記第１孔に少なくとも部分的に重なるように前記第１基板に重ねられた第２基板、及び前記第１基板とは反対側から前記第２孔を塞ぐように前記第２基板に重ねられた閉塞部材、を準備する準備工程と、
   前記準備工程の実施後に前記第１基板側から前記第１及び第２孔内にモールド樹脂を注入して、前記第１及び第２基板と前記第１及び第２コイルと前記閉塞部材とを一体化する一体化工程と、
   を備えたアキシャルギャップモータの固定子の製造方法。
2. 前記第２基板の前記第１基板と対向した面には、回転子の回転位置を検出するための位置センサが設けられており、
   前記位置センサは、前記第１孔内に位置して前記第１コイルに包囲されており、
   前記一体化工程は、前記第１及び第２基板と前記第１及び第２コイルと前記閉塞部材と前記位置センサとを一体化する、請求項１のアキシャルギャップモータの固定子の製造方法。
3. 前記第１及び第２コイルの少なくとも一方は、前記第１及び第２基板の少なくとも一方に電気的に接続され、
   前記位置センサは、前記第２基板に電気的に接続されている、請求項２のアキシャルギャップモータの固定子の製造方法。
4. 前記第１基板には、前記第１孔が複数形成され、
   前記第２基板には、前記第２孔が複数形成され、
   複数の前記第１孔には、複数の前記第１コイルがそれぞれ配置され、
   複数の前記第２孔には、複数の前記第２コイルがそれぞれ配置され、
   前記位置センサは、隣接する２つの前記第２孔の間に位置し、何れかの前記第１コイルに包囲され、
   前記一体化工程は、前記第１及び第２基板と複数の前記第１コイルと複数の前記第２コイルと前記閉塞部材と前記位置センサとを一体化する、請求項２又は３のアキシャルギャップモータの固定子の製造方法。
5. 前記回転子は、回転可能に支持されたヨーク、及び前記ヨークに固定され前記ヨークの回転軸心を中心とした周方向に交互に異なる極性に着磁された磁極部、を含み、
   複数の前記第１コイル及び複数の前記第２コイルのそれぞれは、分布巻きで巻回され、
   複数の前記第１コイル及び複数の前記第２コイルは、３相のコイルを構成し、
   複数の前記第１コイル及び複数の前記第２コイルの合計数は、偶数であり、前記磁極部の極数の１．５倍又は３倍である、請求項４のアキシャルギャップモータの固定子の製造方法。
6. 前記閉塞部材は、絶縁性を有し、前記第１及び第２基板の何れよりも薄く且つ軽い、請求項１乃至３の何れかのアキシャルギャップモータの固定子の製造方法。
7. 第１コイルが配置された第１孔を有した第１基板と、
   第２コイルが配置された第２孔を有し前記第２孔が前記第１孔に少なくとも部分的に重なるように前記第１基板に重ねられた第２基板と、
   前記第１基板とは反対側から前記第２孔を塞ぐように前記第２基板に重ねられた閉塞部材と、
   前記第１及び第２基板と前記第１及び第２コイルと前記閉塞部材とを一体化するように前記第１及び第２孔内に充填された封止樹脂部と、
   を備えたアキシャルギャップモータの固定子。