JP4749056B2 - モータのステータ構造 - Google Patents

Description

本発明は結線作業の自動化および、作業工程の削減を図りうるモータのステータ構造に関する。

従来、ステッピングモータに使用されるステータ構造としては、例えば、図５ないし図８に示すようなものがある。
図５は相数が５、突極数が１０極のステッピングモータの巻線工程終了後のステータ部の斜視図、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、巻線及び渡り線を見やすくするため、１相のみの巻線を示した前記ステータの説明図、図７は図６（ａ）のＡ部でステータをモータ軸方向に切断し、矢印Ａ１、Ａ２方向に展開したときのイメージ図、図８は結線を行ったステータ完成図である。

ステーターコア１０１のスロットには、図５に示すように、絶縁体としてのインシュレータ１０２，１０３が嵌入されて前記突極部を絶縁しており、前記インシュレータ１０２，１０３を介して突極１０６ａ，１０６ｂには巻線１０５ａ，１０５ｂがそれぞれ巻装されている（図６参照）。前記巻線１０５ａと巻線１０５ｂは、同一の相に属する巻線であり、巻線１０５ａと巻線１０５ｂ間の渡り線１０８は、インシュレータ１０３に配設されている渡り線ガイドピン１０７ａの右側から右回りに各渡り線ガイドピンの外周を通り、渡り線ガイドピン１０７ｂの左側から巻線１０５ｂに至っている（図６（ｃ）参照）。
１０４ａ、１０４ｂは前記巻線工程終了後に発生する巻始め巻終わりの各端線である。

実際には、この後、前記端線１０４を接続する端子部と、モータ出力端子部を備えた結線部材に前記各相巻線の結線方式に合わせて前記各相の端線を前記端子部に接続する工程ならびに前記結線部材を前記ステータのコイルエンド部またはインシュレータ部に固定する工程を経てステータとして完成する。
結線部材としては前記端線を接続する端子部と、モータ出力端子部を備えた単なるリード線の一組の他に、プリント基板上に前記端線を接続する端子部とモータ出力端子部を具備したプリント基板でもよい。前記接続工程により各相巻線間の結線も前記結線部材を介して行われる。
特開平８−７９９９９号公報 特開平８−７０５５９号公報

しかしながら、このような従来のステータ構造にあっては、巻線機は通常、相数と同数のノズルを有し各相巻線を同時に巻線するため、図５に示すように、相数の２倍の数の前記端線を各相巻線間の結線方式に合わせてそれぞれ図示しない結線部材の所定の端子部に接続するなどの端線の手扱い作業が必要であり自動化が困難であった。

また、前記結線部材は通常コイルエンド部に配設されるが、モータが小型になるほど前記コイルエンド部も小さく狭くなるため前記結線部材の配設も難しく、前記端線の処理、すなわち接続作業が困難になるという課題もあった。特にステーターコアの外形が２５ｍｍ角以下の５相ステッピングモータでは上記問題が顕著であった。

図９は前記端線１０４を巻き付け固定するための中継ピン(例えば金属ピン)１０９を前記インシュレータ１０２に１０個植設し、前記端線を前記各中継ピン１０９にそれぞれ巻き付け処理したステータ部の斜視図、図１０はプリント基板１１０によって結線処理されたステータ完成図である。図９のようにすることにより前記端線の手作業を無くし端線処理の自動化ができる。実際にはこのあと前記中継ピン１０９に対応した位置に前記中継ピン１０９と嵌合するプリント基板端子とモータ出力端子を備えたリング状のプリント基板１１０よりなる結線部材を使用してはんだ付け処理などを行いステータとして完成する。

しかしながら、このような工法は前記端線の手作業はなくせるが、プリント基板上の配線パターンで前記各相巻線間の結線とモータ出力端への結線を行うため相数が多くなるほど配線パターンが複雑になり、そのためのスペースも必要になる。モータが小型の場合には限られたスペースに前記配線パターンを配置するため、前記プリント基板に多層基板を採用しなければならずコスト面の問題が発生する。またステーターコアの外形が２５ｍｍ角以下の５相ステッピングモータでは前記中継ピン９を１０本立てるスペースが確保できないという根本的な問題もあった。

本発明は、このような従来の課題を解決し、モータの小型化、特に５相ステッピングモータの小型化に適しているとともに、結線処理の手作業をなくし自動化に適したモータのステータ構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、内周側に放射状に配設された５個の突極を有するステータ鉄心に、該鉄心を絶縁するインシュレータを介して巻線が巻装される５相ステッピングモータのステータ構造において、前記インシュレータの一方側端面に、前記巻線の始端または終端を巻き付け固定する中継ピンを５個ほぼ均等に配設し、かつ、該インシュレータの他方側端面に、前記巻線間の渡り線を案内する渡り線ガイドを、該インシュレータの前記５個の突極を覆う部分の両端に１個づつ配設するとともに、異なる相巻線を、前記中継ピンを経由して前記渡り線により連結して、前記渡り線は１つの突極を挟んだ２つの突極に連続して巻かれた２つの巻線間の渡り線であって、該渡り線は前記一つの突極に０．５回巻回されていて、前記ステータの巻線を環状に結線し、前記各中継ピンを結線部材により５個のモータ出力端子に接続したことにある。

本発明によれば、以下に列挙する効果が得られる。巻線機での銅線(マグネットワイヤ)の渡り線処理と金属ピンに銅線を巻き付ける結線処理を行うことができるので、作業能率の向上を図ることができる。また、巻線機上で結線処理まで行うことができるので、工程削減によるコストダウンを図ることができる。さらに、小型５相ステッピングモータ(取付角２５ｍｍ以下)の５スロット化と巻線機上での環状結線による結線処理を行うことができるので、作業能率の向上及び処理線数の半減による小型化を図ることができる。

以下、５相５極ステッピングモータのステータ部に適用した本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、５相５極ステッピングモータのステータ部を示す斜視図、図２は３相分巻線を行ったステータを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）の背面図である。図３は図２（ａ）のＢ部で、ステータをモータ軸方向に切断し矢印Ｂ１、Ｂ２方向に展開したときのイメージ図である。図４Ａないし図４Ｄは、線処理によりインシュレータに配設された渡り線ガイドピンの位置によって銅線がどの位置を通過するかを示した概念図である。

図１ないし図３において、１は５相５極のステータを構成するステーターコアで、ステーターコア１の内周側には、円周方向に所定間隔で、内側、すなわち中心に向けて放射状に、５個の突極６ａ〜６ｅが突設されている。２，３はステーターコア１のスロットに組み付けられたインシュレータで、これらインシュレータ２，３は突極６ａ〜６ｅに両側から組み付けられて突極６ａ〜６ｅの周囲を絶縁している。これら突極６ａ〜６ｅの周囲には、インシュレータ２，３を介して、突極６ａ〜６ｅと絶縁した状態で、巻線１１が巻装されている。
３ａ〜３ｊはインシュレータ３に設けられている樹脂製の渡り線ガイドピンで、前記突極６ａ〜６ｅに対応する位置に、一対ずつ円周方向にほぼ一定間隔で、軸方向に沿って図示例では合計１０個、突設されている。９ａ〜９ｅは巻線１１を構成する銅線Ｗを巻き付ける中継ピン(例えば金属ピン)で、インシュレータ２の端面に円周方向にほぼ一定間隔で軸方向に沿って突設されている。

巻線１１はノズル数1本の直巻線機により以下の様に行われる。
先ず、突極６ａにある前記中継ピン９ａに銅線Ｗを巻き付けてから巻線１１ａを行う。次にインシュレータ３に配設された渡り線ガイドピン３ａ，３ｂの外周に銅線Ｗを引っかけ突極６ｂのインシュレータ２側の突極部に銅線Ｗを通し、インシュレータ３に備え付けてある前記ガイドピン３ｃ，３ｄの外側に銅線Ｗを引っかけ、突極６ｃの前記中継ピン９ｃに銅線Ｗを巻き付ける。次に突極６ｃに巻線し、同様の線処理を行い、これを繰り返す事により、５極全てに巻線１１を行い前記中継ピン９ａに銅線Ｗを巻き付けることにより各相巻線の環状結線が完了する。

巻線１１は前述の１極飛ばしの１１ａ→１１ｃ→１１ｅ→１１ｂ→１１ｄの順に巻線する方法の他に２極飛ばしの１１ａ→１１ｄ→１１ｂ→１１ｅ→１１ｃのパターンの順に巻線する方法でも可能である。

図４Ａ〜図４Ｄは、図２のインシュレータ２側から見た図に図３で説明した線処理によりインシュレータ３に配設された渡り線ガイドピン３ａ〜３ｊの位置によって銅線Ｗがどの位置を通過するかを示した概念図である。１２，１３，１４はインシュレータ３に備え付けてある渡り線ガイドピンである。

図４Ａに示すように、突極６ａ，６ｂ間に１本のみ前記ガイドピン１２を配置して、図３に示した線処理を行うと、インシュレータ２側の突極６ａ〜６ｅに銅線Ｗを通すとき、銅線Ｗがステータコア１の中央に寄った位置を通過してしまい、この突極６ａ〜６ｅに巻線するときに、銅線Ｗにキズを付けてしまったり、断線させてしまったりすることがある。

次に、図４Ｂに示すように、突極６ｂに前記ガイドピン１３を設けても同様である。
そこで、図４Ｃに示すように突極６ａ，６ｂおよび６ｂ，６ｃ間に２本ずつの渡り線ガイトピン３ａ，３ｂおよび３ｃ，３ｄをある程度の間隔で設けることで、インシュレータ２側の突極６ａ〜６ｅに銅線Ｗを通すとき、銅線Ｗがステータコア１の中心から見て外側に寄るので、この突極６ａ〜６ｅを巻線するときに銅線Ｗにキズを付けたり断線させたりすることがなくなる。

また、図４Ｄに示すように、前記ガイドピン１４は突極６ａ，６ｂおよび６ｂ，６ｃ間に１本でも、２本配置したときと同じくらいの幅があれば、図４Ｃと同様の効果が得られる。

このように突極数を通常の１０から５に減し、ノズル数を１として上記のように巻線することにより従来巻線の後工程で行っていた各相巻線間の結線処理を巻線間の渡り線８で行い、前記渡り線８の一端を適切に配置された前記中継ピン９ａ〜９ｅに巻き付けるようにしたので、手作業がなくなるとともに前記結線部材に相巻線の結線パターンを設ける必要がなくなる。また、中継ピン９ａ〜９ｅからモータ出力端子までの結線パターンを設けるのみで済むため、小型(取付角２５ｍｍ以下)ステッピングモータのステータ工程の自動化に適した構成が容易になる。この方式は上記の実施の形態のみでなくサイズ、モータ種類に関係なく手作業の削減に有効な手段である。

以上、述べたように、上記実施の形態によるステータ構造によれば、以下のような効果が得られる。
巻線機での銅線(マグネットワイヤ)Ｗの渡り線処理と中継ピン９ａ〜９ｅである金属ピンに銅線を巻き付ける結線処理によって、手作業をなくし作業能率の向上を図ることができる。また、巻線機上で結線処理まで行ってしまうことができるので、工程削減によるコストダウンを図ることができる。さらに、小型５相ステッピングモータ(取付角２５ｍｍ以下)の５スロット化と巻線機上での環状結線による結線処理の手作業をなくし、処理線数の半減による小型化を図ることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、上記実施の形態では、５相５極のステッピングモータのステータについて、中継ピン９ａ〜９ｅに金属ピンを用いたが、他の素材を用いても良く、また、インシュレータに事前に一体成形しても良いなど、その他本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。

本発明の実施の形態によるモータのステータ構造を示す斜視図である。 ３相分巻線を行ったステータを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）の背面図である。 図２（ａ）のＢ部で、ステータをモータ軸方向に切断し矢印Ｂ１、Ｂ２方向に展開したときの概念図である。 線処理によりインシュレータに配設された渡り線ガイドピンの位置によって銅線がどの位置を通過するかを示した概念図である。 線処理によりインシュレータに配設された渡り線ガイドピンの位置によって銅線がどの位置を通過するかを示した概念図である。 線処理によりインシュレータに配設された渡り線ガイドピンの位置によって銅線がどの位置を通過するかを示した概念図である。 線処理によりインシュレータに配設された渡り線ガイドピンの位置によって銅線がどの位置を通過するかを示した概念図である。 相数が５、突極数が１０極のステッピングモータの巻線工程終了後のステータ部の斜視図である。 巻線及び渡り線を見やすくするため１相のみの巻線を施したステータを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）の背面図である。 図６（ａ）のＡ部でステータをモータ軸方向に切断し矢印Ａ１、Ａ２方向に展開したときの概念図である。 結線を行ったステータ完成図である。 端線を巻き付け固定するための中継ピンをインシュレータに植設し、端線を中継ピンにそれぞれ巻き付処理したステータ部の斜視図である。 プリント基板によって結線処理されたステータの完成斜視図である。

符号の説明

１ ステーターコア
２，３ インシュレータ
３ａ〜３ｊ 渡り線ガイドピン
６ａ〜６ｅ 突極
８ 渡り線
９ａ〜９ｅ 中継ピン
１２，１３，１４ 渡り線ガイドピン

Claims (1)

1. 内周側に放射状に配設された５個の突極を有するステータ鉄心に、該鉄心を絶縁するインシュレータを介して巻線が巻装される５相ステッピングモータのステータ構造において、前記インシュレータの一方側端面に、前記巻線の始端または終端を巻き付け固定する中継ピンを５個ほぼ均等に配設し、かつ、該インシュレータの他方側端面に、前記巻線間の渡り線を案内する渡り線ガイドを、該インシュレータの前記５個の突極を覆う部分の両端に１個づつ配設するとともに、異なる相巻線を、前記中継ピンを経由して前記渡り線により連結して、前記渡り線は１つの突極を挟んだ２つの突極に連続して巻かれた２つの巻線間の渡り線であって、該渡り線は前記一つの突極に０．５回巻回されていて、前記ステータの巻線を環状に結線し、前記各中継ピンを結線部材により５個のモータ出力端子に接続したことを特徴とするモータのステータ構造。

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