이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 모터의 주요부 설명도, 도 2는 도 1에 도시한 모터의 스테이터에 있어서의 3상 권선의 결선도, 도 3은 도 1에 도시한 모터의 다층 프린트 배선 기판에 있어서의 중성점(4층째)의 패턴도, 도 4는 도 1에 도시한 모터의 다층 프린트 배선 기판에 있어서의 1층째의 패턴도, 도 5는 도 1에 도시한 모터의 다층 프린트 배선 기판에 있어서의 2층째의 패턴도이며, 도 6은 도 1에 도시한 모터의 다층 프린트 배선 기판에 있어서의 3층째의 패턴도이다.
도 1로부터 도 6에 있어서, 본 실시 형태의 모터는, 로터(1)와 스테이터(4)와 다층 프린트 배선 기판(91, 92, 93 및 94)으로 이루어진다. 로터(1)는, 등간격으로 10극(N극과 S극으로 한 쌍이며, 5쌍) 착자되어 있다. 스테이터(4)는, 12개의 코어 피스(6)을 갖고, 코어 피스(6) 전체가, 동일 권회 방향으로 집중 감겨진 집중 권회된 집중 권선(5)을 가짐과 동시에 환상 배치한다. 스테이터(4)는, 공극을 개재하여 로터(1)에 대향 설치한다. 다층 프린트 배선 기판(91, 92, 93 및 94)을 개재하여, 12개의 코어 피스(6)에 권회한 집중 권선(5)을 U상, V상 및 W상으로 이루어진 3상 결선한다. 여기서, 서로 이웃하는 동상 권선은 전류의 방향이 역방향, 서로 이웃하는 이상 권선은 전류의 방향이 동일하게 되도록, 다층 프린트 배선 기판(91, 92, 93 및 94)을 개재하여 결선한다.
도 1에 도시한 실시 형태의 모터는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 서로 이웃하는 동상 권선을 직렬 접속한 회로를 2회로 병렬 접속하여 구성한 1상분의 권선군을, 3상분 Y결선한 것이다.
여기서, 본 발명의 실시 형태의 스테이터(4)의 제조 방법은 다음의 단계를 포함한다. 즉, 12개의 코어 피스(6)를 가로로 배열하고, 코어 피스(6) 전체에 대 해 권선을 연속적으로 동일 권회 방향으로 집중 권회하는 단계와, 권선이 실시된 12개의 코어 피스(6)를 환상 배치하는 단계와, 권선을 연속적으로 권회함에 따라, 각 코어 피스간에 연결된 이동선을 절단하는 단계와, 교차선의 절단에 수반하여 발생한 각 권선 단부를, 서로 이웃하는 동상 권선은 전류의 방향이 역방향, 서로 이웃하는 이상 권선은 전류의 방향이 동일하게 되도록, 다층 프린트 배선 기판(91, 92, 93 및 94)을 개재하여 3상 결선하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 있어서의 모터에 대해, 더욱 상세히 설명한다. 도 1에서, 로터(1)는, 로터 철심(2)과 자석(3)으로 구성된다. 로터 철심(2)의 외벽에 자석(3)이 접착제로 고착되어 있다. 자석(3)은 라디얼 방향으로 N극과 S극을 교대로 10극 착자를 실시하고 있다. 스테이터(4)는, 집중 권선(5)을 구비한 12개의 코어 피스(6)를 환상으로 배치한 후, 후술하는 다층 프린트 배선 기판으로 3상 Y결선 한다. 로터(1)가 공극을 개재하여 스테이터(4)의 내측에 설치되고, 본 발명의 실시 형태에 따른 모터가 구성되어 있다.
여기서, 코어 피스(6)에 대해, 좀 더 상세히 설명한다. 우선, 코어 피스(6)는 티스(teeth) 단위로 분할한 철심을 소정 수 적층하고, 적층 양단부를 절연판(7)으로 절연 처리한 후, 동일 방향으로 집중 권회한 집중 권선(5)의 감기 시작점과 감기 종료점을 단자 핀(8)에 납땜한다. 예를 들면, 한쪽의 단자 핀에 감기 시작점(도 1에 부호 S로 나타낸다), 다른 쪽의 단자 핀에는 감기 종료점(도 1에 부호 E에서 가리킨다)을 접속한다. 양쪽의 단자 핀(8)은, 절연판(7)의 결선 처리하는 측에 설치하면 된다. 집중 권선(5)을 동일한 방향으로 집중 권회한 12개의 코어 피 스(6)를 환상으로 배치하여, 그 코어 피스(6)의 상호 분할면을 접합 고정한다.
도 1에 도시한 집중 권선(5)을 갖는 코어 피스(6)는, 동일한 방향으로 집중 권회된 집중 권선(5)을 단자 핀(8)에 접속했을 뿐인 상태, 즉 3상 결선 전인 상태이고, 12개의 상 배열도 전류의 방향도 미결정인 상태이다.
여기서는, 후술하는 회로 결선도 및 다층 프린트 배선 기판의 위치 관계가 명확해지도록, 12개의 코어 피스(6) 각각에 대해, U상, V상 또는 W상의 구별과, 반시계 회전 방향으로 1번에서 12번까지의 연번(連番)으로 권선 번호를 부기한다. 또한, 상 전류의 방향의 차이를 권선 번호의 뒤에 부호 "F" 또는 "R"을 부기하여 구별한다. 예를 들면, U1F와 U8F는 동극, U2R과 U7R은 U1F와 U8F에 대해 이극이 되도록 여자(勵磁)되는 것을 나타내고 있다. V4F와 V9F는 동극, V3R과 V10R은 V4F와 V9F에 대해 이극이 되도록 여자되는 것을 나타내고 있다. W5F와 W12F는 동극, W6R과 W11R은 W5F와 W12F에 대해 이극이 되도록 여자되는 것을 나타내고 있다.
도 1에서는, 1번째의 U상을 U1F로 하고, 이웃하는 2번째의 U상을 U2R라고 표시하고, 이후, 반시계 방향으로 3번째의 V상을 V3R, 4번째의 V상을 V4F, 5번째의 W상을 W5F, 6번째의 W상을 W6R, 7번째의 U상을 U7R, 8번째의 U상을 U8F, 9번째의 V상을 V9F, 10번째의 V상을 V10R, 11번째의 W상을 W11R, 12번째의 W상을 W12F로 배치한다. 이에 따라, 서로 이웃하는 동상 권선은 전류의 방향이 반대, 또한, 서로 이웃하는 이상 권선은 전류의 방향이 같게 된다.
다음에, 도 2를 이용하여 3상 Y결선에 대해 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 서로 이웃하는 동상 권선을 직렬 접속한 회로를 2회로 병렬 접속하여 구 성한 1상분의 권선군을, 3상분 Y결선하고 있다. 즉, 서로 이웃하는 U상 권선 U1F와 U2R의 직렬 회로와 서로 이웃하는 U상 권선 U7R과 U8F의 직렬 회로를 병렬로 접속함으로써, U상 권선 전체를 구성하고 있다. 또, 서로 이웃하는 V상 권선 V3R과 V4F의 직렬 회로와 서로 이웃하는 V상 권선 V9F와 V10R의 직렬 회로를 병렬로 접속함으로써, V상 권선 전체를 구성하고 있다. 또, 서로 이웃하는 W상 권선 W5F와 W6R의 직렬 회로와, 서로 이웃하는 W상 권선 W11R과 W12F의 직렬 회로를 병렬로 접속함으로써, W상 권선 전체를 구성하고 있다.
그리고, U상 권선 전체, V상 권선 전체 및 W상 권선 전체를 3상 Y결선하고 있다. 이러한 결선에 의해, 선 직경이 가는 권선을 권회하여 고출력을 얻는데 적합하다.
반복이 되지만, 서로 이웃하는 동상 권선을 직렬로 접속하는 대상 권선이란, U1F와 U2R, V3R과 V4F, W5F와 W6R, U7R과 U8F, V9F와 V10R, W11R과 W12F의 6회로이다. 또한, 그 6회로 중, 상기의 동상의 직렬 회로들을 병렬 접속한 상태가 도 2이다. 또한, 각 권선의 감기 시작점에는 "S"를, 감기 종료점에는 "E"를 부여하고 있다. 또, 3상 Y결선의 중성점에는 "N"를 부여하고 있다.
다음에, 도 2의 3상 Y결선을 행하는 다층(4층) 프린트 배선 기판에 대해, 도 3에서 도 6을 이용하여 설명한다.
도 3은 중성점 패턴 레이아웃(4층째)의 예이다. 프린트 배선 기판(94)상에 중성점 패턴(해칭 부분)이 형성되어 있다. 각 권선 번호, 및 각 권선의 감기 시작점(S)과 감기 종료점(E)을 도시 한다. 권선 U2R의 감기 시작점(S), 권선 U7R의 감 기 시작점(S), 권선 V3R의 감기 시작점(S), 권선 V10R의 감기 시작점(S), 권선 W6R의 감기 시작점(S), 권선 W11R의 감기 시작점(S)의 각각이, 중성점 패턴에 접속되어 있다. 이렇게 해서, 도 2에 도시한 3상 Y결선의 중성점(N)을 결선한다.
도 4는 다층 프린트 배선 기판에 있어서의 1층째의 패턴 레이아웃이다. 프린트 배선 기판(91)상에 1층째 배선 패턴(해칭 부분)이 형성되어 있다. 각 권선 번호, 및 각 권선의 감기 시작점(S)과 감기 종료점(E)을 도시한다. 도 1에 도시한 24개의 단자 핀(8)이, 다층 프린트 배선 기판의 1층째에서 4층째까지의 각각의 외주 근방을 관통하고 있다. 다층 프린트 배선 기판의 1층째에 있어서, 이들 단자 핀(8)과 각 권선의 감기 시작점(S) 또는 감기 종료점(E)이, 각각 랜드를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 또, 권선 U7R의 감기 종료점(E)과 권선 U8F의 감기 종료점(E)이 배선 패턴으로 접속되어 있다. 권선 V3R의 감기 종료점(E)과 권선 V4F의 감기 종료점(E)이 배선 패턴으로 접속되어 있다. 권선 W5F의 감기 종료점(E)과 권선 W6R의 감기 종료점(E)이 배선 패턴으로 접속되어 있다. 또, 권선 U1F의 감기 시작점(S)과 권선 U8F의 감기 시작점(S)이 배선 패턴으로 접속되어 있다.
도 5는 다층 프린트 배선 기판에 있어서의 2층째의 패턴 레이아웃이다. 프린트 배선 기판(92)상에 2층째 배선 패턴(해칭 부분)이 형성되어 있다. 각 권선 번호, 및 각 권선의 감기 시작점(S)과 감기 종료점(E)을 도시한다. 권선 U1F의 감기 종료점(E)과 권선 U2R의 감기 종료점(E)이 배선 패턴으로 접속되어 있다. 권선 V3R의 감기 종료점(E)과 권선 V4F의 감기 종료점(E)이 배선 패턴으로 접속되어 있다. 권선 W11R의 감기 종료점(E)과 권선 W12F의 감기 종료점(E)이 배선 패턴으로 접속되어 있다. 또, 권선 V4F의 감기 시작점(S)과 권선 V9F의 감기 시작점(S)이 배선 패턴으로 접속되어 있다.
도 6은 다층 프린트 배선 기판에 있어서의 3층째의 패턴 레이아웃이다. 프린트 배선 기판(93)상에 3층째 배선 패턴(해칭 부분)이 형성되어 있다. 각 권선 번호, 및 각 권선의 감기 시작점(S)과 감기 종료점(E)을 도시 한다. 권선 U7R의 감기 종료점(E)과 권선 U8F의 감기 종료점(E)이 배선 패턴으로 접속되어 있다. 권선 V9F의 감기 종료점(E)과 권선 V10R의 감기 종료점(E)이 배선 패턴으로 접속되어 있다. 또, 권선 W5F의 감기 시작점(S)과 권선 W12F의 감기 시작점(S)이 배선 패턴으로 접속되고 있다.
도 3에서 도 6에 도시한 각 패턴은, 스루홀을 통해 U상, V상, W상의 각 동상 권선이 접속되고, 각 프린트 배선 기판의 원형부로부터 방형부에 설치한 각 상의 랜드에 도출된다.
상술한 각 단자 핀(8)을, 이 다층 프린트 배선 기판(91 내지 94)에서 땜납 접속함으로써 3상 Y결선이 완료한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 배선 기판으로서 프린트 배선 기판을 이용하여 설명하였지만, 프린트 배선 기판에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 배선 기판으로서 동일한 동판을 프레스 펀칭하여, 각 층간을 절연하면서 결선해도 된다. 혹은, 동심원상에 배치하여, 각 원간을 절연하면서 결선 처리해도 된다.
또, 12개로 분할한 티스 단위의 코어 피스에 각각 개별로 집중 권회하는 것으로 설명하였지만, 이것에 한정하는 것은 아니며, 티스 단위의 코어 피스가 가로 로 연접된 것이라도 각 코어 피스에 대해 동일한 권회 방향으로 집중 권회하여 도 1의 상태를 확보하면 동일하게 실시할 수 있다.
예를 들면, 본 실시 형태와 마찬가지로 단자 핀을 설치한 12개의 코어 피스를 횡방향으로 배열하고, 단자 핀에 감으면서 동일 권회 방향으로 집중 권회하고, 이웃하는 코어 피스에 교차선을 절단하지 않고 연속해서 권회하여, 12개의 권선이 완료된 후, 코어 피스를 환상 고정한다. 이 후, 코어 피스간의 이동선을 절단해도 되고, 12개의 코어 피스간에 형상차가 있더라도 환상으로 복원하는 것이 용이해진다. 또, 12개의 코어 피스를 가로로 전개한 상태에서, 3상분의 3개의 코어 피스에 대해 동시에 동일 권회 방향으로 집중 권회, 또한, 3개 건너뛰어 마찬가지로 권선을 반복해도 된다.
이와 같이, 10극 로터와 조합시키는 12돌극용 스테이터를, 배선 기판을 이용하여 3상 Y결선하기 위해, 모든 권선을 동일 방향으로 집중 권회할 수 있다. 이로써, 종래의 권선 설비를 이용한 정렬 권선이 가능해져 권선 종단(終端)을 낮게 할 수 있다. 이에 따라, 권선의 슬롯 점적률이 높고, 소형이면서 고효율의 모터를 얻을 수 있다.
또, 토크 발생에 기여하는 동상의 코어 피스가, 기계각 180도의 간격으로 균형있게 배치될 수 있기 때문에, 저 코깅토크화와 더불어, 저진동, 저소음화가 가능해진다.
또한, 상기 실시 형태의 모터에서는 10극 착자의 표면 자석형(SPM) 로터로 설명하였지만, 10극 착자의 자석 매설형(IPM) 로터라도 동일하게 실시할 수 있다.
상기로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 모터에 의하면, 배선 기판에 의해 3상 Y결선하기 위해, 12개의 코어 피스에 대해 동일 방향으로 집중 권회할 수 있고, 정렬 권선이 용이하기 때문에 코일 엔드를 낮게 할 수 있다. 또, 종래와 동일한 스테이터의 부품 및 제조 설비를 이용할 수 있어, 염가의 모터를 얻을 수 있다.
상기에 더하여, 서로 이웃하는 동상 권선을 직렬로 접속한 회로를 2회로 병렬로 접속한 3상 Y결선으로 함으로써, 고출력화에 대응할 수 있다.
또한, 3상 결선하기 위한 배선 기판을 장착하기 전까지의 단계는 종래와 동일하여도 되고, 배선 패턴이 다른 배선 기판을 조합시키는 것만으로, 예를 들면 8극 착자 로터용의 스테이터를 10극 또는 14극 착자 로터용의 스테이터로 변경할 수 있다.
이와 같이, 스테이터의 부품 및 제조 설비를 공용할 수 있기 때문에 저비용화가 도모되고, 10극(또는 14극) 착자된 로터와 조합시킴으로써, 코깅 토크가 작아, 고출력 고효율의 모터를 얻을 수 있다.