2023-168110 電動機及び電動機の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023168110

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】電動機及び電動機の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/18 20060101AFI20231116BHJP

   H02K 15/095 20060101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

H02K3/18 J

H02K15/095

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022079764

(22)【出願日】2022-05-13

(71)【出願人】

【識別番号】000104630

【氏名又は名称】キヤノンプレシジョン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(72)【発明者】

【氏名】其田 雅人

(72)【発明者】

【氏名】葛西 智紀

(72)【発明者】

【氏名】小泉 新也

【テーマコード（参考）】

5H603

5H615

【Ｆターム（参考）】

5H603AA09

5H603BB01

5H603BB07

5H603BB12

5H603CA01

5H603CA05

5H603CB11

5H603CC05

5H603CC11

5H603CC17

5H603CD02

5H603CD04

5H603CD21

5H615AA01

5H615BB01

5H615BB05

5H615BB14

5H615PP01

5H615PP15

5H615QQ08

5H615QQ19

(57)【要約】

【課題】高占積率を維持しつつ小型化可能な電動機及び電動機の製造方法を提供すること。
【解決手段】電動機は、シャフトを備えるロータ組と、複数の分割コア組を備えるステータ組とを有し、複数の分割コア組はそれぞれ、巻線を含み、巻線の第１端部及び第２端部は、シャフトの長手方向に沿って延び、複数の分割コア組のうち３×ｎ（ｎは自然数）個の分割コア組は、残りの分割コア組に対して、シャフトの長手方向に１８０°反転している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シャフトを備えるロータ組と、
複数の分割コア組を備えるステータ組とを有し、
前記複数の分割コア組はそれぞれ、巻線を含み、
前記巻線の第１端部及び第２端部は、前記シャフトの長手方向に沿って延び、
前記複数の分割コア組のうち３×ｎ（ｎは自然数）個の分割コア組は、残りの分割コア組に対して、前記シャフトの長手方向に１８０°反転していることを特徴とする電動機。

【請求項2】

前記複数の分割コア組の数は、３×２ｎ個であることを特徴とする請求項１に記載の電動機。

【請求項3】

前記複数の分割コア組の数は、３×（２ｎ＋１）個であることを特徴とする請求項１に記載の電動機。

【請求項4】

前記第１端部は、電源側、コモン側、又は同相の巻線を直列に接続するように結線され、
前記第２端部は、同相の巻線を直列に接続するように結線されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機。

【請求項5】

前記第１端部は、電源側又は同相の巻線を直列に接続するように結線され、
前記第２端部は、コモン側又は同相の巻線を直列に接続するように結線されることを特徴とする請求項１又は３に記載の電動機。

【請求項6】

前記３×ｎ個の分割コア組は、前記残りの分割コア組に対して、前記シャフトの長手方向が１８０°反転していることを識別可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載の電動機。

【請求項7】

前記ステータ組は、基板を備え、
複数の前記第１端部は、前記基板の一つのランドにおいて結線されることを特徴とする請求項１に記載の電動機。

【請求項8】

前記ステータ組は、基板を備え、
前記第１端部は、前記基板において結線され、
前記第２端部は、他の巻線に結線されることを特徴とする請求項１に記載の電動機。

【請求項9】

前記ステータ組は、基板を備え、
前記第１端部は、前記基板において結線され、
前記第２端部は、凸部にからげることで結線されることを特徴とする請求項１に記載の電動機。

【請求項10】

前記ステータ組は、第１の基板と第２の基板とを備え、
前記第１端部は、前記第１の基板において結線され、
前記第２端部は、前記第２の基板において結線されることを特徴とする請求項１に記載の電動機。

【請求項11】

シャフトを備えるロータ組と、それぞれが巻線を含む複数の分割コア組を備えるステータ組とを有する電動機の製造方法であって、
前記巻線を巻くステップと、
前記複数の分割コア組のうち３×ｎ個の分割コア組を、残りの分割コア組に対して、前記シャフトの長手方向に１８０°反転させるステップとを有することを特徴とする電動機の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機及び電動機の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、２つのコイルの一端がステータコアの一方の端面から取出されて電源側に接続され、他端がステータコアの他方の端面から取出されて中性点に接続され、２つのコイルに並行して電流が流れるように結線される電動機の固定子が開示されている。

【0003】

特許文献２には、第１のステータコイルと第２のステータコイルとを接続する渡り線がコイルボビンの軸方向の端部を含み、該端部よりも軸方向の中心側に位置する回転電機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１－０５５６５３号公報

【特許文献2】特開２００６－３３３６７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら特許文献１の電動機の固定子では、ステータコアは一体となっており、分割コアではないので、占積率を向上させにくい。また、特許文献２の回転電機では、同方向に巻線の端部を延在させており、全ての結線を基板上で行う場合、基板表面のランドの数が巻線の端部の数だけ必要になり、基板のサイズが大きくなることで、電動機が大型化してしまう。

【0006】

本発明は、高占積率を維持しつつ小型化可能な電動機及び電動機の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面としての電動機は、シャフトを備えるロータ組と、複数の分割コア組を備えるステータ組とを有し、複数の分割コア組はそれぞれ、巻線を含み、巻線の第１端部及び第２端部は、シャフトの長手方向に沿って延び、複数の分割コア組のうち３×ｎ（ｎは自然数）個の分割コア組は、残りの分割コア組に対して、シャフトの長手方向に１８０°反転していることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、高占積率を維持しつつ小型化可能な電動機及び電動機の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】（ａ）は、実施例１の電動機の分解斜視図である。（ｂ）は、実施例１の電動機の断面図である。

【図2】（ａ）は、実施例１のステータ組の製造方法を示すフローである。（ｂ）は、（ａ）のステップＳ２０２の処理の詳細を示すフローチャートである。

【図3】（ａ）は、図２（ｂ）のステップＳ２０２ｄの処理の説明図である。（ｂ）は、図２（ａ）のステップＳ２０４の処理の説明図である。

【図4】第１の分割コア組と第２の分割コア組の識別方法の説明図である。

【図5】実施例１の巻線の配線の展開図である。

【図6】端部の結線方法を示す図である。

【図7】実施例２の巻線の配線の展開図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

【実施例0011】

図１（ａ）は、本実施例の電動機１００の分解斜視図である。図１（ｂ）は、電動機１００の断面図である。電動機１００は、シャフト５１を備えるロータ組５０と、ロータ組５０に対して空隙を介して対向配置されるステータ組１０とを有する。ステータ組１０は、複数の分割コア組２０と、ケース３０と、基板４０とを備える。複数の分割コア組２０、ケース３０、及び基板４０は結合されている。

【0012】

分割コア組２０は、単体コア２２と、単体コア２２のティース部２２ａを覆うように位置するインシュレータ（絶縁部材）２３と、インシュレータ２３に巻回された巻線２１とを備える。なお、インシュレータ２３を用いずに、ティース部２２ａをコーティング等で絶縁してもよい。

【0013】

以下、Ｕ相６０、Ｖ相６１、及びＷ相６２を持つ、３相駆動について説明する。３相で６個の分割コア組２０を使用する場合、巻線２１の端部２１ａをシャフト５１の長手方向における分割コア組２０の両端側に延在させ、ケース３０に結合させる際に、３個の分割コア組２０をシャフト５１の長手方向に対して１８０°反転させる。３相で１２個の分割コア組２０を使用する場合、端部２１ａをシャフト５１の長手方向における分割コア組２０の両端側に延在させ、ケース３０に結合させる際に、６個の分割コア組２０をシャフト５１の長手方向に対して１８０°反転させる。３相で１８個の分割コア組２０を使用する場合、端部２１ａをシャフト５１の長手方向における分割コア組２０の両端側に延在させ、ケース３０に結合させる際に、９個の分割コア組２０を１８０°反転させる。

【0014】

上述した構成を、以下の表１にまとめて示す。

【0015】

【表1】

【0016】

したがって、分割コア組２０の数が偶数個、すなわち３×２ｎ個（ｎは自然数）である場合、ケース３０に結合させる際に、３×ｎ個の分割コア組２０をシャフト５１の長手方向に対して１８０°反転させる。端部２１ａをシャフト５１の長手方向において分割コア組２０の両端側に延在させることで、分割コア組２０の一方の側から出てくる端部２１ａの数は１／２になる。そのため、分割コア組２０の一方の側における端部２１ａの結線処理の数も１／２になる。

【0017】

基板４０は、表面上に、端部２１ａの結線処理用の回路パターンであるランド４０ａを備え、シャフト５１の長手方向において、複数の分割コア組２０に結合される。基板４０は、ガラスエポキシやＦＰＣ等の一般的に回路基板で使用される材質により構成される。基板４０は、蓋として機能させてもよい。本実施形態では、分割コア組２０の一方の側における端部２１ａの結線処理の数が１／２になるため、端部２１ａをランド４０ａに結線する際の、基板４０における結線処理の数が少なくなる。したがって、ランド４０ａの数を少なくできるため、基板４０のサイズを小さくすることができる。

【0018】

以下、本実施例の電動機１００の製造方法について説明する。まず、図２（ａ）を参照して、ステータ組１０の製造方法について説明する。図２（ａ）は、ステータ組１０の製造方法を示すフローである。図２（ａ）のフローでは、６個の分割コア組２０を作製する場合について説明する。

【0019】

ステップＳ２０１では、ティース部２２ａはシャフト５１の長手方向においてインシュレータ２３により挟み込むように覆われ、インシュレータ２３は単体コア２２に結合される。

【0020】

ステップＳ２０２では、複数の分割コア組２０ごとに巻線２１が巻かれる。

【0021】

図２（ｂ）は、ステップＳ２０２の処理の詳細を示すフローチャートである。

【0022】

ステップＳ２０２ａでは、巻線２１の巻回が開始する。巻線２１は、全ての分割コア組２０においての巻き方向が同じになるように巻き回される。巻線２１の巻回は例えば、手巻や巻線機等により行われる。なお、巻線機を用いた場合のノズルやスピンドル等の巻線工法は限定されない。

【0023】

ステップＳ２０２ｂでは、巻線２１は、インシュレータ２３上に集中巻きで所定の巻数だけ巻き回される。

【0024】

ステップＳ２０２ｃでは、巻線２１の巻回が終了する。

【0025】

ステップＳ２０２ｄでは、図３（ａ）に示されるように、シャフト５１の長手方向において、巻線２１の巻始め２１ｂ１は分割コア組２０の一端、巻線２１の巻終わり２１ｂ２は分割コア組２０の他端から引き出される。

【0026】

ステップＳ２０２ｅでは、巻始め２１ｂ１と巻終わり２１ｂ２を所定の長さに切断する。

【0027】

ステップＳ２０２ｆでは、巻始め２１ｂ１と巻終わり２１ｂ２の切断部への絶縁被膜処理が行われる。なお、はんだ上げや、やすりによる除去等で、絶縁被膜処理をしてもよい。

【0028】

ステップＳ２０３では、シャフト５１の長手方向において、巻線２１へのマーキングが行われる。なお、ステップＳ２０３の処理は、必須の処理ではない。

【0029】

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３までに作製された６個の分割コア組２０のうち３個の分割コア組２０を、図３（ｂ）に示されるようにシャフト５１の長手方向に対して１８０°反転させる。これにより、巻始め２１ｂ１と巻終わり２１ｂ２の引き出し方向がそれぞれ、逆になる。すなわち、反転した３個の分割コア組２０は、残りの３個の分割コア組２０に対して、シャフト５１の長手方向が１８０°反転している。以下の説明では、反転させていない通常の分割コア組２０を第１の分割コア組２０ａ、反転させた分割コア組２０を第２の分割コア組２０ｂとする。

【0030】

ここで、図４を参照して、第１の分割コア組２０ａと第２の分割コア組２０ｂの識別方法について説明する。図４（ａ）は、第１の分割コア組２０ａと第２の分割コア組２０ｂをマーキングで識別する方法を示している。図４（ａ）に示されるように、第１の分割コア組２０ａを、マーキングをした後、シャフト５１の長手方向に対して１８０°反転し、第２の分割コア組２０ｂにする。これにより、第１の分割コア組２０ａと第２の分割コア組２０ｂを識別することが可能である。マーキングの位置は、分割コア組２０をケース３０の内周に結合する際に、第１の分割コア組２０ａと第２の分割コア組２０ｂを識別可能であれば場所を問わない。図４（ｂ）は、第１の分割コア組２０ａと第２の分割コア組２０ｂをインシュレータ２３の色で識別する方法を示している。図４（ｂ）に示されるように、単体コア２２をインシュレータ２３で挟み込むように覆う際、色違いのインシュレータ２３を使用する。これにより、第１の分割コア組２０ａと第２の分割コア組２０ｂを識別することが可能である。なお、第１の分割コア組２０ａと第２の分割コア組２０ｂを識別可能であれば、上述した方法以外の方法を使用してもよい。

【0031】

ステップＳ２０５では、第１の分割コア組２０ａと第２の分割コア組２０ｂは、ケース３０の内周において３個ずつ結合される。

【0032】

ステップＳ２０６では、基板４０は、シャフト５１の長手方向において分割コア組２０に接するように結合される。

【0033】

ステップＳ２０７では、２つの端部２１ａのうち一方（第１端部）はランド４０ａに結線され、他方（第２端部）は別の分割コア組２０の端部２１ａに結線される。

【0034】

以下、図５の巻線２１の配線の展開図を参照して、分割コア組２０の数が６個である場合について説明する。ここで、Ｕ相６０における第１の分割コア組２０ａをＵ１、第２の分割コア組２０ｂをＵ２とする。Ｕ１の端部２０ｃの側の巻始め２１ｂ１の端部２１ａを駆動時の電源側（電源供給側）とする。例えば、図６（ａ）に示されるように、端部２０ｃの側のＵ相６０、Ｖ相６１、及びＷ相６２の複数の端部２１ａを基板４０上の一つのランド４０ａで結線してもよい。Ｕ１の端部２０ｄの側の巻終わり２１ｂ２の端部２１ａとＵ２の端部２０ｄの側の巻始め２１ｂ１の端部２１ａを直列に接続するように結線する。Ｕ１の端部２０ｄの側の巻終わり２１ｂ２とＵ２の端部２０ｄの側の巻始め２１ｂ１は、渡り線部２１ｃになる。例えば、図６（ｂ）に示されるように、端部２０ｄの側のＵ相６０、Ｖ相６１、及びＷ相６２の端部２１ａを、同相の巻線を直列に接続するように結線してもよい。また、図６（ｃ）に示されるように、端部２０ｄの側の端部２１ａをピン（凸部）４５にからげて結線してもよい。Ｖ相６１とＷ相６２もＵ相６０と同様とする。Ｕ２の端部２０ｃの側の巻終わり２１ｂ２の端部２１ａをＶ２とＷ２の端部２０ｃの側の巻終わり２１ｂ２の端部２１ａに接続されるコモン側とする。

【0035】

また、図６（ｄ）に示されるように、端部２０ｃ側の端部２１ａを第一の基板４０ｂ上のランド４０ａで結線し、端部２０ｄの側の端部２１ａを第二の基板４０ｃ上のランド４０ａで結線してもよい。更に、基板４０の材質にＦＰＣを用い、端部２０ｃの側及び端部２０ｄの側の端部２１ａの結線処理を１枚の基板４０で行ってもよい。

【0036】

以下、分割コア組２０の数が１２個である場合について説明する。分割コア組２０の数が６個である場合に比べて、端部２０ｃの側において、巻終わり２１ｂ２の端部２１ａと巻始め２１ｂ１の端部２１ａを直列に接続するように結線した場合に形成される渡り線部２１ｃの数が増加する。また、端部２０ｄの側において、巻終わり２１ｂ２の端部２１ａと巻始め２１ｂ１の端部２１ａを直列に接続するように結線した場合に形成される渡り線部２１ｃの数が増える。分割コア組２０の数が６個増えるたびに、端部２０ｃと端部２０ｄのそれぞれにおいて、各相１つずつ増える。

【実施例0037】

本実施例の電動機の基本的な構成は、実施例１の電動機１００と同様であるが、分割コア組２０の数が奇数個である点が異なる。本実施例では、実施例１と異なる構成についてのみ説明し、共通の構成については詳細な説明は省略する。

【0038】

３相で９個の分割コア組２０を使用する場合、巻線２１の端部２１ａをシャフト５１の長手方向における分割コア組２０の両端側に延在させ、ケース３０に結合させる際に、３個の分割コア組２０をシャフト５１の長手方向に対して１８０°反転させる。３相で１５個の分割コア組２０を使用する場合、端部２１ａをシャフト５１の長手方向における分割コア組２０の両端側に延在させ、ケース３０に結合させる際に、６個の分割コア組２０をシャフト５１の長手方向に対して１８０°反転させる。３相で２１個の分割コア組２０を使用する場合、端部２１ａをシャフト５１の長手方向における分割コア組２０の両端側に延在させ、ケース３０に結合させる際に、９個の分割コア組２０をシャフト５１の長手方向に対して１８０°反転させる。

【0039】

上述した構成を、以下の表２にまとめて示す。

【0040】

【表2】

【0041】

したがって、分割コア組２０の数が奇数個、すなわち３×（２ｎ＋１）個（ｎは自然数）である場合、ケース３０に結合させる際に、３×ｎ個の分割コア組２０をシャフト５１の長手方向に対して１８０°反転させる。

【0042】

以下、図７の巻線２１の配線の展開図を参照して、分割コア組２０の数が９個である場合について説明する。ここで、Ｕ１，Ｕ３は第１の分割コア組２０ａ、Ｕ２は第２の分割コア組２０ｂとする。Ｕ１の端部２０ｃの側の巻始め２１ｂ１の端部２１ａ、Ｕ１の端部２０ｄの側の巻終わり２１ｂ２の端部２１ａ、及びＵ２の端部２０ｄの側の巻始め２１ｂ１の端部２１ａは偶数の場合と同様である。Ｕ２の端部２０ｃの側の巻終わり２１ｂ２の端部２１ａとＵ３の端部２０ｃの側の巻始め２１ｂ１の端部２１ａを直列に接続するように結線する。Ｕ２の端部２０ｃの側の巻終わり２１ｂ２とＵ３の端部２０ｃの側の巻始め２１ｂ１は、渡り線部２１ｃになる。Ｖ相６１とＷ相６２もＵ相６０と同様とする。Ｕ３の端部２０ｄの側の巻終わり２１ｂ２の端部２１ａをＶ３とＷ３の端部２０ｄの側の巻始め２１ｂ１の端部２１ａに接続されるコモン側とする。したがって、分割コア組２０の数が奇数個である場合も偶数個である場合と同様に、分割コア組２０の数が６個増えるたびに、端部２０ｃと端部２０ｄのそれぞれにおいて、渡り線部２１ｃになる箇所が１つずつ増える。

【0043】

本実施形態の開示は、以下の構成及び方法を含む。
（構成１）
シャフトを備えるロータ組と、
複数の分割コア組を備えるステータ組とを有し、
前記複数の分割コア組はそれぞれ、巻線を含み、
前記巻線の第１端部及び第２端部は、前記シャフトの長手方向に沿って延び、
前記複数の分割コア組のうち３×ｎ（ｎは自然数）個の分割コア組は、残りの分割コア組に対して、前記シャフトの長手方向に１８０°反転していることを特徴とする電動機。
（構成２）
前記複数の分割コア組の数は、３×２ｎ個であることを特徴とする構成１に記載の電動機。
（構成３）
前記複数の分割コア組の数は、３×（２ｎ＋１）個であることを特徴とする構成１に記載の電動機。
（構成４）
前記第１端部は、電源側、コモン側、又は同相の巻線を直列に接続するように結線され、
前記第２端部は、同相の巻線を直列に接続するように結線されることを特徴とする構成１又は２に記載の電動機。
（構成５）
前記第１端部は、電源側又は同相の巻線を直列に接続するように結線され、
前記第２端部は、コモン側又は同相の巻線を直列に接続するように結線されることを特徴とする構成１又は３に記載の電動機。
（構成６）
前記３×ｎ個の分割コア組は、前記残りの分割コア組に対して、前記シャフトの長手方向が１８０°反転していることを識別可能に構成されることを特徴とする構成１乃至５の何れか一つの構成に記載の電動機。
（構成７）
前記ステータ組は、基板を備え、
複数の前記第１端部は、前記基板の一つのランドにおいて結線されることを特徴とする構成１乃至６の何れか一つの構成に記載の電動機。
（構成８）
前記ステータ組は、基板を備え、
前記第１端部は、前記基板において結線され、
前記第２端部は、他の巻線に結線されることを特徴とする構成１乃至７の何れか一つの構成に記載の電動機。
（構成９）
前記ステータ組は、基板を備え、
前記第１端部は、前記基板において結線され、
前記第２端部は、凸部にからげることで結線されることを特徴とする構成１乃至７の何れか一つの構成に記載の電動機。
（構成１０）
前記ステータ組は、第１の基板と第２の基板とを備え、
前記第１端部は、前記第１の基板において結線され、
前記第２端部は、前記第２の基板において結線されることを特徴とする構成１乃至７の何れか一つの構成に記載の電動機。
（方法１）
シャフトを備えるロータ組と、それぞれが巻線を含む複数の分割コア組を備えるステータ組とを有する電動機の製造方法であって、
前記巻線を巻くステップと、
前記複数の分割コア組のうち３×ｎ個の分割コア組を、残りの分割コア組に対して、前記シャフトの長手方向に１８０°反転させるステップとを有することを特徴とする電動機の製造方法。

【0044】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。