專利名稱：電動(dòng)機(jī)和在該電動(dòng)機(jī)中使用的定子的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)和在該電動(dòng)機(jī)中使用的定子的制造方法。特別是涉及由10個(gè)極被磁化的轉(zhuǎn)子，和具有12個(gè)凸極和卷繞在各個(gè)凸極上的繞組的定子構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)，和該電動(dòng)機(jī)中使用的定子的制造方法。
背景技術(shù)：
目前，為了達(dá)到提高產(chǎn)業(yè)機(jī)器的性能或功能，在作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)不用維修，高速響應(yīng)，數(shù)字化，還能夠?qū)崿F(xiàn)提高精度，小型化和節(jié)省線路。
在伺服電動(dòng)機(jī)中，定子通過在容易進(jìn)行繞組操作的分割磁芯上進(jìn)行同心卷繞，可提高繞組的槽的占空系數(shù)。轉(zhuǎn)子采用稀土類磁體能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2000-125495號(hào)公報(bào)中公開了在同心卷繞繞組的連接處理中使用多層印刷線路基板的技術(shù)。
近年來，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器的進(jìn)一步小型化、提高性能，提高精度并降低噪聲，要求伺服電極進(jìn)一步小型化、增大輸出，提高旋轉(zhuǎn)精度并降低成本。
為了與這種要求對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高輸出，低振動(dòng)和低噪聲，在日本專利申請(qǐng)?zhí)毓?-8764號(hào)公報(bào)中公開了相對(duì)于10極(或14極)被磁化的轉(zhuǎn)子將由12個(gè)凸極的磁心構(gòu)成的定子組合，抑制變動(dòng)力矩(coggingtorque)的技術(shù)。該公報(bào)中公開的技術(shù)，可以抑制變動(dòng)力矩，實(shí)現(xiàn)高輸出，低振動(dòng)和低噪聲。
但是，必需如下配置同心卷繞的三相繞組。即必需在不同方向卷繞配置，使配置在機(jī)械角180度位置的第一繞組和同相的第二繞組互相成為不同的極，再在不同方向卷繞配置，使在圓周方向相鄰的上述第一繞組和同相第三繞組互相成為不同的極。并且，在相同的圓周方向鄰接的異相的繞組必需與上述第三繞組同方向卷繞配置。這樣，繞組或連接處理變得煩雜。
需要解決的問題點(diǎn)在于，必需配置三相繞組的卷繞方向，使同相繞組中相互成為反方向的組合反復(fù)，并且相鄰的異相繞組形成為同極，繞組操作非常煩雜，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。因此，不能共用現(xiàn)有的定子制造用設(shè)備，必需進(jìn)行新的設(shè)備的投資或繞組設(shè)備的改造等，在成本方面存在問題。
此外，在只用串聯(lián)連接同相繞組構(gòu)成的三相Y連接中，通過連接線連續(xù)同心卷繞而不切斷同相繞組，連接處理操作會(huì)變得容易。然而，在用于得到高輸出的繞組操作中會(huì)產(chǎn)生問題。即必需采用線徑粗的繞組，但會(huì)難以在變更卷繞方向同時(shí)進(jìn)行同心卷繞，結(jié)果，繞組的槽的占空系數(shù)降低、效率降低。
與此相對(duì)，如果采用線徑細(xì)的繞組，若是不僅串聯(lián)連接同相繞組，而且也包含并聯(lián)連接的三相Y連接，則可以防止槽的占空系數(shù)降低，但連接處理操作煩雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)包含等間隔的10個(gè)極被磁化的轉(zhuǎn)子；具有12個(gè)磁芯片，且與轉(zhuǎn)子相對(duì)配設(shè)的定子，上述全部磁芯片具有在同一卷繞方向同心卷繞的繞組并呈環(huán)狀配置；和對(duì)繞組進(jìn)行由U相、V相、W相構(gòu)成的三相連接的線路基板。通過上述線路基板連接，使相鄰的同相繞組的電流方向相反，相鄰的異相繞組的電流方向相同。
利用這種結(jié)構(gòu)，可以得到繞組的槽占空系數(shù)高，高輸出，高效率，變動(dòng)力矩小的電動(dòng)機(jī)。
此外，本發(fā)明的定子的制造方法包含下列步驟在橫向并排12個(gè)磁芯片，相對(duì)于全部的磁芯片，在同一卷繞方向上對(duì)繞組連續(xù)進(jìn)行同心卷繞的步驟；將加有繞組的12個(gè)磁芯片呈環(huán)狀配置的步驟；伴隨著連續(xù)卷繞繞組，將各磁芯片之間連接的連接線切斷的步驟；將伴隨連接線的切斷生成的各繞組端部通過線路基板進(jìn)行三相連接，使相鄰的同相繞組的電流方向相反，相鄰的異相繞組的電流方向相同的步驟。
通過組合這種方法制造的定子與10個(gè)極被磁化的轉(zhuǎn)子，可得到繞組槽的占空系數(shù)高，高輸出，高效率，變動(dòng)扭矩小的電動(dòng)機(jī)。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)的主要部分的說明圖。
圖2為圖1所示的電動(dòng)機(jī)的定子的三相繞組的連接圖。
圖3為圖1所示的電動(dòng)機(jī)的多層印刷線路基板的中性點(diǎn)(第4層)的圖案。
圖4為圖1所示的電動(dòng)機(jī)的多層印刷線路基板的第一層的圖案。
圖5為圖1所示的電動(dòng)機(jī)的多層印刷線路基板的第二層的圖案。
圖6為圖1所示的電動(dòng)機(jī)的多層印刷線路基板的第三層的圖案。
符號(hào)說明1轉(zhuǎn)子；2轉(zhuǎn)子鐵芯；3磁體；4定子；5同心繞組；6磁芯片；7絕緣板；8端子銷；91多層印刷線路基板(第一層)；92多層印刷線路基板(第二層)；93多層印刷線路基板(第三層)；94多層印刷線路基板(第四層)具體實(shí)施方式
以下，利用

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1為本發(fā)明實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)的主要部分的說明圖，圖2為圖1所示的電動(dòng)機(jī)的定子的三相繞組的接線圖，圖3為圖1所示的電動(dòng)機(jī)的多層印刷線路基板的中性點(diǎn)(第4層)的圖案圖，圖4為圖1所示電動(dòng)機(jī)的多層印刷線路基板的第一層的圖案圖，圖5為圖1所示電動(dòng)機(jī)的多層印刷線路基板的第二層的圖案圖，圖6為圖1所示的電動(dòng)機(jī)的多層印刷線路基板的第3層的圖案圖。
在圖1～圖6中，本實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子1、定子4、多層印刷線路基板91、92、93和94構(gòu)成。轉(zhuǎn)子1的等間隔的10個(gè)極(N極和S極為1對(duì)，5對(duì))被磁化。定子4具有12個(gè)磁芯片6。全部磁芯片6具有在相同卷繞方向被同心卷繞的同心繞組5，并呈環(huán)狀配置。定子4隔著空隙與轉(zhuǎn)子1相對(duì)配置。通過多層印刷線路基板91、92、93和94，卷繞在12個(gè)磁芯片6上的同心繞組5進(jìn)行由U相，V相和W相構(gòu)成的三相接線。這里，通過多層印刷線路基板91、92、93和94連接，使相鄰的同相繞組的電流方向相反，相鄰的異相繞組的電流方向相同。
如圖2所示，圖1所示實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)為對(duì)繞組群進(jìn)行三相Y連接的電動(dòng)機(jī)，其中1相繞組群由對(duì)串聯(lián)連接有相鄰?fù)嗬@組的電路進(jìn)行雙電路并聯(lián)連接構(gòu)成。
本發(fā)明的實(shí)施方式的定子4的制造方法包括以下步驟。即，包括橫向并排12個(gè)磁芯片6，相對(duì)于全部磁芯片6，在同一卷繞方向?qū)@組連續(xù)進(jìn)行同心卷繞的步驟；將加有繞組的12個(gè)磁芯片6環(huán)狀配置的步驟；伴隨連續(xù)卷繞繞組，將各磁芯片之間連接的連接線(crossoverline)切斷的步驟；將伴隨連接線的切斷產(chǎn)生的各繞組的端部，通過多層印刷線路基板91、92、93和94三相連接，使相鄰的同相繞組的電流方向相反、相鄰的異相繞組的電流的方向相同的步驟。
對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行更詳細(xì)的說明。在圖1中，轉(zhuǎn)子1由轉(zhuǎn)子鐵芯2和磁體3構(gòu)成。磁體3利用粘接劑固定在轉(zhuǎn)子鐵芯2的外壁上。磁體3以N極和S極在徑向交替的方式對(duì)10極進(jìn)行磁化。定子4中呈環(huán)狀配置具有同心繞組5的12個(gè)磁芯片6后，利用后述的多層印刷線路基板進(jìn)行三相Y連接。轉(zhuǎn)子1隔著空隙配設(shè)在定子4的內(nèi)側(cè)，構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)。
在此，對(duì)磁芯片6進(jìn)行更詳細(xì)的說明。首先，磁芯片6如下構(gòu)成將分割為齒單位(teeth unit)的規(guī)定數(shù)目的鐵芯疊層，利用絕緣板7對(duì)疊層兩端部進(jìn)行絕緣處理后，將在同一方向同心卷繞的同心繞組5的卷繞始端和卷繞末端焊接在端子銷8上。例如，使卷繞始端(圖1中用符號(hào)S表示)與一個(gè)端子銷連接，使卷繞末端(在圖1中用符號(hào)E表示)與另一個(gè)端子銷連接。兩個(gè)端子銷8可以設(shè)在絕緣板7的連線處理一側(cè)。將在同一方向同心卷繞有同心繞組5的12個(gè)磁芯片6配置成環(huán)狀，將該磁芯片6的相互的分割面接合固定。
具有圖1所示的同心繞組5的磁芯片6為使在相同方向同心卷繞后的同心繞組5僅與端子銷8連接的狀態(tài)，即三相連接前的狀態(tài)。12個(gè)相排列和電流方向均未決定。
為了明確后述的電路連接圖和多層印刷線路基板的位置關(guān)系，分別將12個(gè)磁芯片6區(qū)分為U相、V相或W相，并在反時(shí)針方向以從1到12的連續(xù)編號(hào)標(biāo)記繞組編號(hào)。并且，在繞組號(hào)碼后加上符號(hào)“F”或“R”區(qū)別相電流方向的不同。例如，U1F和U8F表示同極，U2R和U7R表示被勵(lì)磁，使得與U1F和U8F成為異極。V4F和V9F表示同極，V3R和V10R表示被勵(lì)磁，使得與V4F和V9F成為異極。W5F和W12F表示同極，W6R和W11R表示被勵(lì)磁，使得與W5F和W12F成為異極。
在圖1中，取第一個(gè)U相為U1F，相鄰的第二個(gè)U相用U2R表示，以下，按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向配置，將第三個(gè)V相記作V3R，第4個(gè)V相記作V4F，第5個(gè)W相記作W5F，第6個(gè)W相記作W6R，第7個(gè)U相記作U7R，第8個(gè)U相記作U8F，第9個(gè)V相記作V9F，第10個(gè)V相記作V10R，第11個(gè)W相記作W11R，第12個(gè)W相記作W12F。由此，相鄰的同相繞組的電流方向相反，并且相鄰的異相繞組的電流方向相同。
其次，利用圖2，對(duì)三相Y連接進(jìn)行說明。如圖2所示，對(duì)繞組群進(jìn)行三相Y連接，該1相繞組群通過對(duì)串聯(lián)連接有相鄰?fù)嗬@組的電路進(jìn)行雙電路并聯(lián)連接而構(gòu)成。即通過將相鄰的U相繞組U1F和U2R的串聯(lián)電路與相鄰的U相繞組U7R和U8F的串聯(lián)電路并聯(lián)連接，構(gòu)成整個(gè)U相繞組。并且，通過將相鄰的V相繞組V3R和V4F的串聯(lián)電路與相鄰的V相繞組V9F和V10R的串聯(lián)電路并聯(lián)連接，構(gòu)成整個(gè)V相繞組。再通過將相鄰的W相繞組W5F和W6R的串聯(lián)電路與相鄰的W相繞組W11R和W12F的串聯(lián)電路并聯(lián)連接，構(gòu)成整個(gè)W相繞組。
接著，對(duì)整個(gè)U相繞組，整個(gè)V相繞組和整個(gè)W相繞組進(jìn)行三相Y連接。這種連接適用于卷繞線徑細(xì)的繞組得到高輸出。
雖然反復(fù)進(jìn)行，但串聯(lián)連接相鄰的同相繞組的目標(biāo)繞組指U1F和U2R，V3R和V4F，W5F和W6R，U7R和U8F，V9F和V10R，W11R和W12F這6個(gè)電路。并且，在該6個(gè)電路內(nèi)，并聯(lián)連接上述同相的串聯(lián)電路之間的狀態(tài)為圖2。其中，各繞組卷繞始端標(biāo)為“S”，卷繞末端標(biāo)為“E”。并且，三相Y連接的中性點(diǎn)標(biāo)為“N”。
其次，利用圖3～圖6說明進(jìn)行圖2的三相Y連接的多層(4層)印刷線路基板。
圖3為中性點(diǎn)圖案布局(第4層)的例子。在印刷線路基板94上形成中性點(diǎn)圖案(剖面線部分)。圖中示有各繞組編號(hào)以及各繞組的卷繞始端S和卷繞末端E。繞組U2R的卷繞始端S，繞組U7R的卷繞始端S，繞組V3R的卷繞始端S，繞組V10R的卷繞始端S，繞組W6R的卷繞始端S，繞組W11R的卷繞始端S分別與中性點(diǎn)圖案連接。這樣，連接圖2所示的三相Y連接的中性點(diǎn)N。
圖4為多層印刷線路基板的第一層的圖案布局。在印刷線路基板91上形成有第一層線路圖案(剖面線部分)。圖中示有各繞組編號(hào)，以及各繞組的卷繞始端S和卷繞末端E。圖1所示的24根端子銷8貫穿多層印刷線路基板的第一層至第四層各自的外周附近。在多層印刷線路基板的第一層中，各個(gè)端子銷8與各繞組的卷繞始端S或卷繞末端E分別通過焊盤(land)電連接。并且，繞組U7R的卷繞末端E和繞組U8F的卷繞末端E通過線路圖案連接。繞組V3R的卷繞末端E和繞組V4F的卷繞末端E通過線路圖案連接。繞組W5F的卷繞末端E和繞組W6R的卷末端E通過線路圖形連接。并且，繞組U1F的卷繞始端S和繞組U8F的卷繞始端S通過線路圖案連接。
圖5為多層印刷線路基板的第二層的圖案布局。在印刷線路基板92上形成有第二層線路圖案(剖面線部分)。圖中示有各個(gè)繞組編號(hào)以及各繞組的卷繞始端S與卷繞末端E。繞組U1F的卷繞末端E和繞組U2R的卷繞末端E通過線路圖案連接。繞組V3R的卷繞末端E和繞組V4F的卷繞末端E通過線路圖案連接。繞組W11R的卷繞末端E和繞組W12F的卷繞末端E通過線路圖案連接。并且，繞組V4F的卷繞始端S和繞組V9F的卷繞始端S通過線路圖案連接。
圖6為多層印刷線路基板的第三層的圖案布局。在印刷線路基板93上形成有第三層線路圖案(剖面線部分)。圖中示有各繞組編號(hào)以及各繞組的卷繞始端S和卷繞末端E。繞組U7R的卷繞末端E和繞組U8F的卷繞末端E通過線路圖形連接。繞組V9F的卷繞末端E和繞組V10R的卷繞末端E通過線路圖形連接。并且，繞組W5F的卷繞始端S和繞組W12F的卷繞始端S通過線路圖形連接。
圖3～圖6所示的各個(gè)圖案中，通過通孔U相、V相、W相的各同相繞組連接，從各個(gè)印刷線路基板的圖案部分導(dǎo)出至設(shè)在方形部上的各相的焊盤。
從多層印刷線路基板91至94焊接連接上述各端子銷8，完成三相Y連接。
在本實(shí)施方式中，說明了使用印刷線路基板作為線路基板，但不是僅限于印刷線路基板。例如，作為線路基板，可以是壓制沖壓同樣的銅板使各個(gè)層間絕緣并連接，或者配置在同心園上，使各圓之間絕緣并連接處理。
此外，說明了在被分割為12個(gè)的齒單位的磁芯片進(jìn)行同時(shí)繞組的情況，但不是僅限于此。即使齒單位的磁芯片橫向連接，相對(duì)于各次芯片，在同一卷繞方向上同心卷繞，只要能夠確保圖1的狀態(tài)，也可同樣地實(shí)施。
例如，與本實(shí)施方式同樣，可以將12個(gè)設(shè)有端子銷的磁芯片在橫方向并排，卷在端子銷上，并在相同的卷繞方向同心卷繞，不切斷連接線，連續(xù)地卷繞在相鄰的磁芯片上，在12個(gè)繞組完成后，環(huán)狀固定磁芯片。然后，切斷磁芯片間的連接線。即使在12個(gè)磁芯片間有形狀差，可以容易地復(fù)原成環(huán)狀。此外，也可以在橫向展開12個(gè)磁芯片的狀態(tài)下，相對(duì)三相的三個(gè)磁芯片，同時(shí)在同一卷繞方向同心卷繞，或者跳過三個(gè)，同樣重復(fù)繞組。
這樣，由于利用線路基板，對(duì)與10個(gè)極的轉(zhuǎn)子組合的12個(gè)突出極用的定子進(jìn)行三相Y連接，因此可以在同一方向同心卷繞全部的繞組。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)利用現(xiàn)有的繞組設(shè)備的整列繞組，減少繞組的終端。這樣，可得到繞組的槽占空系數(shù)高，小型而高效率的電動(dòng)機(jī)。
此外，有助于扭矩產(chǎn)生的同相磁芯片能夠以機(jī)械角180度的間隔平衡地配置，因此，除了減少變動(dòng)扭矩之外，還可以達(dá)到低振動(dòng)，低噪聲的效果。
在上述實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)中，說明了10個(gè)極磁化的表面磁體型(SPM)轉(zhuǎn)子，但即使是10個(gè)極磁化的磁體埋入型(IPM)轉(zhuǎn)子，也同樣可以實(shí)施。
從上述可看出，采用本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)，由于利用線路基板進(jìn)行三相Y連接，可相對(duì)于12個(gè)磁芯片在同一方向同心卷繞，排列繞組容易，因此可減少線圈的端部。還可利用與現(xiàn)有相同的定子部件和制造設(shè)備，得到價(jià)格便宜的電動(dòng)機(jī)。
除了上述以外，通過對(duì)串聯(lián)連接有相鄰的同相繞組的電路進(jìn)行雙電路并聯(lián)連接的三相Y連接，可以實(shí)現(xiàn)高輸出。
此外，安裝三相連接用的線路基板前的步驟可以與現(xiàn)有技術(shù)的相同，通過組合線路圖案不同的線路基板，可將例如，8個(gè)極磁化轉(zhuǎn)子用的定子變更為10個(gè)極或14個(gè)極磁化的轉(zhuǎn)子用的定子。
由此，由于可以共用定子部件和制造設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)降低成本。通過與10個(gè)極(或14個(gè)極)磁化的轉(zhuǎn)子組合，可得到變動(dòng)力矩小，高輸出高效率的電動(dòng)機(jī)。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)最適合于要求高性能的伺服電動(dòng)機(jī)，在厭惡振動(dòng)噪聲的用途等中有用。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)，包含等間隔的10個(gè)極被磁化的轉(zhuǎn)子；具有12個(gè)磁芯片，且與轉(zhuǎn)子相對(duì)配設(shè)的定子，所述全部磁芯片具有在同一卷繞方向同心卷繞的繞組并呈環(huán)狀配置；和用于對(duì)繞組進(jìn)行三相連接的線路基板，通過所述線路基板連接，使相鄰的同相繞組的電流方向相反，相鄰的異相繞組的電流方向相同。
2.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，將串聯(lián)連接有所述相鄰的同相繞組的電路雙電路并聯(lián)連接，同時(shí)所述三相連接為Y連接。
3.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述線路基板為多層印刷線路基板，在所述多層印刷線路基板中，通過形成為多層的線路圖案連接。
4.如權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述線路基板為多層印刷線路基板，在所述多層印刷線路基板中，通過形成為多層的線路圖案進(jìn)行所述Y連接。
5.一種定子的制造方法，包含在橫向并排12個(gè)磁芯片，相對(duì)于全部所述磁芯片，在同一卷繞方向上對(duì)繞組連續(xù)進(jìn)行同心卷繞的步驟；將加有所述繞組的所述12個(gè)磁芯片呈環(huán)狀配置的步驟；伴隨著連續(xù)卷繞所述繞組，將所述各磁芯片之間連接的連接線切斷的步驟；將伴隨所述連接線的切斷生成的各繞組端部通過線路基板進(jìn)行三相連接，使相鄰的同相繞組的電流方向相反，相鄰的異相繞組的電流方向相同的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)，包含等間隔的10個(gè)極被磁化的轉(zhuǎn)子；具有12個(gè)磁芯片，且與轉(zhuǎn)子相對(duì)配設(shè)的定子，所述全部磁芯片具有在同一卷繞方向同心卷繞的繞組并呈環(huán)狀配置；和用于對(duì)繞組進(jìn)行三相連接的線路基板，通過所述線路基板連接，使相鄰的同相繞組的電流方向相反，相鄰的異相繞組的電流方向相同。
文檔編號(hào)H02K1/27GK101061622SQ20068000072
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者山根滿, 竹內(nèi)學(xué) 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社