(57)【要約】  【解決手段】  電動モータの固定子が提供される。当該固定子は、各セグメントが透磁性材料を有するティースと、ティースの周りを囲む電気コイルと、少なくとも一つの絶縁体とを含む複数のセグメントを備える。また、当該固定子は、各コネクタが第一端子および第二端子を含み、第一端子は少なくとも一つの絶縁体に挿入されて複数のセグメントの各々にある電気コイルに結合するようになっている複数のコネクタと、入力電力線に結合されて、複数のコネクタの第二端子が収容されるようになっている開口を含む回路基板と、を備える。回路基板は、複数の第二端子が開口に収容されると、複数のセグメントの各々にある電気コイルに結合される。  【選択図】図１
2018530302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータの固定子であって、
各セグメントが透磁性材料を有するティースと、前記ティースの周りを囲む電気コイルと、少なくとも一つの絶縁体とを含む複数のセグメントと、
各コネクタが第一端子および第二端子を含み、第一端子は前記少なくとも一つの絶縁体に挿入されて前記複数のセグメントの各々にある前記電気コイルに結合するようになっている複数のコネクタと、
入力電力線に結合されて、前記複数のコネクタの前記第二端子を収容するようになっている開口を含む回路基板と、を備え、
前記回路基板は、複数の前記第二端子が前記開口に収容されると、前記複数のセグメントの各々にある前記電気コイルに結合される
ことを特徴とする固定子。
【請求項２】
前記複数のセグメントの全てにある前記電気コイルは、同じ方向に巻回される
ことを特徴とする、請求項１に記載の固定子。
【請求項３】
前記複数のセグメントの全てにある前記電気コイルは、糸巻き状に巻回される
ことを特徴とする、請求項２に記載の固定子。
【請求項４】
前記複数のコネクタの前記第二端子は、ばね部材を含む
ことを特徴とする、請求項１に記載の固定子。
【請求項５】
前記ばね部材は、前記回路基板の開口部に挿入されると圧縮して、前記コネクタと前記回路基板とを機械的および電気的に堅固に接続するようになっている
ことを特徴とする、請求項４に記載の固定子。
【請求項６】
前記回路基板は、前記入力電力線を前記複数のセグメントにある前記電気コイルのうち特定のものに接続して転流を行う回路を備える
ことを特徴とする、請求項１に記載の固定子。
【請求項７】
前記回路は、前記入力電力線を前記複数のセグメントにある前記電気コイルのうち特定のものに結合して三相モータを転流する
ことを特徴とする、請求項６に記載の固定子。
【請求項８】
前記回路基板は、環状である
ことを特徴とする、請求項１に記載の固定子。
【請求項９】
前記複数のセグメントの前記少なくとも一つの絶縁体は、前記複数のコネクタの前記第一端子を収容するポケットを備える
ことを特徴とする、請求項１に記載の固定子。
【請求項１０】
前記複数のコネクタの前記第一端子は、前記複数のセグメントの前記電気コイルに切り込みを入れて電気的接続を形成するようになっている尖頭部を含む
ことを特徴とする、請求項１に記載の固定子。
【請求項１１】
各セグメントが巻回された複数の電気コイルを有する複数のセグメントを備えるモータ固定子を組み立てる方法であって、前記方法は、
組立てに際して前記複数のセグメントを空間的に配置することと、
セグメント毎に少なくとも一つのコネクタが結合されて、各コネクタが、結合先である、各々の前記セグメントの前記電気コイルとの電気的接続を形成する複数のコネクタの第一端子を前記複数のセグメントに結合することと、
前記複数のセグメントの前記電気コイルを前記複数のコネクタを介して入力電力線に結合する回路基板を前記複数のコネクタの第二端子上に圧入することと、を含む
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記複数のセグメントの全てにある前記電気コイルを同じ方向に巻回することを、さらに含む
ことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電気コイルは糸巻き状に巻回される
ことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記回路基板は、前記複数のコネクタの前記第二端子を収容する開口を備える
ことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のコネクタの前記第二端子は、ばね部材から成る
ことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数のコネクタの前記第一端子を、前記複数のセグメント上の絶縁体に形成されたポケットに挿入することを、さらに含む
ことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数のコネクタの前記第一端子を前記絶縁体の前記ポケットに挿入することによって前記複数のセグメントの前記電気コイルに切り込みを入れて、前記切り込みが前記電気コイルと前記複数のコネクタとを電気的に接続する
ことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記回路基板は、前記入力電力線を前記複数のセグメントにある前記電気コイルのうち特定のものに接続して転流を行う回路を備える
ことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記固定子の複数のセグメントは、薄板状の部分から成る
ことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数のセグメントにある前記ティースは、薄板状の部分から成る
ことを特徴とする、請求項１に記載の固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１１条(ａ)の下で出願され、２０１５年１０月９日に出願された米国仮特許出願番号６２/２３９,３７０号に対し米国特許法第１１９条(ｅ)の下で優先権の利益を主張するものであって、いかなる目的のためであれ、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本明細書に開示される主題は、一般的にはモータ技術に関するものであって、より具体的にはモータのセグメント化された固定子を組み立てる配線系および配線方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ブラシレス回転モータでは、典型的に、回転子は「極」と呼ばれる拡張部分に配置された永久磁石材料を備える。モータの固定子は、分散した複数のセグメント(「ティース」と呼ぶ)から成り、各セグメントがワイヤでできたコイルで巻回されていることが多い。固定子セグメントのコイルは、電流によって通電し電磁界を発生する。固定子のコイルに発生した電磁界は、回転子の永久磁石と相互作用して、回転子のトルクおよび回転動作を誘起する。固定子のティースのコイルに発生する電流の極性を制御することによって、回転子を連続的に回転させることができる。
【０００４】
固定子は、単一ティースである薄板状セグメントの複数個で構成されることが多い。各セグメントは個別に絶縁されてから巻回されることが多い。同様に巻回されたセグメントは、通常、完全な電機子固定子として円形に組み立てられる。組立て物は、モータ筐体内に設置されるとこの円形状のまま不可逆的に保持されることが多い。
【０００５】
筐体内に設置する前に、組み立てられた固定子は、電気的な配線が行われる間は機械的なクランプまたは固定具によって一時的に保持されることが多い。典型的には、各固定子セグメントに巻回されたコイルは、ワイヤ開始端およびワイヤ終了端(まとめて「コイル端子」と称する)を有する。コイル端子は、組み立てられた固定子内の具体的なセグメント位置に応じ他のコイルと直列または並列な状態で、中性リード線または電源リード線に接続される。
【０００６】
コイル端子の配線は、適切な動作を発生させるために、固定子に発生する電磁界の極性が時間的に規則正しく交互に入れ替わるという事実によって複雑なものとなる。配線が複雑であると、コイルを固定子セグメント上に巻回する方式に影響を及ぼす。一般に、各固定子セグメントの配線は個別に行われ、均一で一貫したやり方では行われない。個別の配線は、最終的なモータ製品の複雑さおよびコストの増加につながり、性能パラメータにも影響を及ぼす。特に、現在の配線方法を用いては、固定子セグメント間の空隙に位置する銅の量である銅充填量を最適化するのは困難である。
【０００７】
必要となるのは、組立て効率を向上させ銅充填を最適化することができる、ブラシレスモータのセグメント化された固定子のコイルの配線系および配線方法である。
【発明の概要】
【０００８】
一実施形態では、電動モータの固定子が提供される。前記固定子は、各セグメントが透磁性材料を有するティースと、前記ティースの周りを囲む電気コイルと、少なくとも一つの絶縁体とを含む複数のセグメントと、各コネクタが第一端子および第二端子を含み、第一端子は前記少なくとも一つの絶縁体に挿入されて前記複数のセグメントの各々にある前記電気コイルに結合するようになっている複数のコネクタと、入力電力線に結合されて、前記複数のコネクタの前記第二端子を収容するようになっている開口を含む回路基板と、を備える。前記回路基板は、複数の前記第二端子が前記開口に収容されると、前記複数のセグメントの各々にある前記電気コイルに結合される。
【０００９】
前記複数のセグメントの全てにある前記電気コイルは、同じ方向に巻回されてもよい。前記複数のセグメントの全てにある前記電気コイルは、糸巻き状に巻回されてもよい。また、前記複数のコネクタの前記第二端子は、ばね部材から成ってもよい。前記ばね部材は、前記回路基板の開口部に挿入されると圧縮して、前記コネクタと前記回路基板とを機械的および電気的に堅固に接続するようになっていてもよい。前記回路基板は、前記入力電力線を前記複数のセグメントにある前記電気コイルのうち特定のものに接続して転流を行う回路を備えてもよい。特に、前記回路は、前記入力電力線を前記複数のセグメントにある前記電気コイルのうち特定のものに結合して三相モータを転流してもよい。前記回路基板は、環状であってもよい。前記複数のセグメントの前記少なくとも一つの絶縁体は、前記複数のコネクタの前記第一端子を収容するポケットを備えてもよい。前記複数のコネクタの前記第一端子は、前記複数のセグメントの前記電気コイルに切り込みを入れて電気的接続を形成するようになっている尖頭部を含んでいてもよい。前記固定子の前記複数のセグメントにある前記ティースは、薄板状の部分から成ってもよい。
【００１０】
別の実施形態では、各セグメントが巻回された複数の電気コイルを有する複数のセグメントを備えるモータ固定子を組み立てる方法が提供される。前記方法は、組立てに際して前記複数のセグメントを空間的に配置することと、セグメント毎に少なくとも一つのコネクタが結合されて、各コネクタが、結合先である、各々の前記セグメントの前記電気コイルとの電気的接続を形成する複数のコネクタの第一端子を前記複数のセグメントに結合することと、前記複数のセグメントの前記電気コイルを前記複数のコネクタを介して入力電力線に結合する回路基板を前記複数のコネクタの第二端子上に圧入することと、を含む。
【００１１】
前記方法は、前記複数のセグメントの全てにある前記電気コイルを同じ方向に巻回することを含んでもよい。例えば、前記電気コイルは糸巻き状に巻回されてもよい。前記回路基板は、前記複数のコネクタの前記第二端子を収容する開口を備えてもよい。前記複数のコネクタの前記第二端子は、ばね部材から成ってもよい。前記方法は、前記複数のコネクタの前記第一端子を、前記複数のセグメント上の絶縁体に形成されたポケットに挿入することをさらに含んでもよい。前記複数のコネクタの前記第一端子を前記絶縁体の前記ポケットに挿入することによって前記複数のセグメントの前記電気コイルに切り込みを入れて、前記切り込みが前記電気コイルと前記複数のコネクタとを電気的に接続することができる。前記回路基板は、前記入力電力線を前記複数のセグメントにある前記電気コイルのうち特定のものに接続して転流を行う回路を備えてもよい。
【００１２】
本明細書に開示された、ブラシレスＤＣモータ用のセグメント化された固定子は、広範囲の用途および設置物におけるモータに展開することができる。そうした設置物には、食品・飲料加工、包装加工、製剤工程、材料成形、医療検査自動化、ロボット工学、印刷、ラベリング、航空宇宙、タイヤおよびゴム、郵便物の仕分、自動運転車両、および石油・ガス産業のいずれも含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の特徴および利点は、添付する以下の図面を参照しながら行う説明によって明らかになる。
【図１】本明細書の教示に係る典型的なセグメント化された固定子および組立て系の分解図である。
【図２】本明細書の教示に係る、組み立てられた形態の固定子の斜視図である。
【図３】本発明の教示に係る、絶縁体のポケット内に挿入される典型的な絶縁変位コネクタ(ＩＤＣ)の断面図である。
【図４Ａ】本明細書の教示に係る、端子を開口に挿入する前の、ＩＤＣ端子および圧入ＰＣＢの開口の断面図である。
【図４Ｂ】本明細書の教示に係る、端子を開口に挿入した後の、ＩＤＣ端子および圧入ＰＣＢの開口の断面図である。
【図５】本明細書の教示に係る、固定子のセグメントおよび圧入ＰＣＢの典型的な電気回路を示す概略図である。
【図６Ａ】本明細書の教示に係る圧入ＰＣＢ１３０の上面図であって、開口への電気的接続の典型的な構成を示している。
【図６Ｂ】圧入ＰＣＢ１３０の上面図であって、図６Ａに示されたものとは異なる配向の、図６Ａの圧入ＰＣＢを示している。
【図７】本明細書の教示に係る、セグメント化されたモータを組み立てる方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書では、ブラシレスＤＣ(直流)モータの固定子およびそれに付随する固定子組立て方法が開示される。当該組立て方法では、固定子の個別に巻回されたセグメントが、圧入プリント配線回路基板(圧入ＰＣＢ)を使用して互いに電気的に接続されて固定子回路を完成させる。圧入ＰＣＢの特に有利な点は、組立てが単純化されるので、手間と時間とコストが低減されることである。圧入ＰＣＢを使用すれば、固定子コイル端子の複数の接続部をはんだ付けする必要がなくなるようにできる。また、破損接合部やコールドジョイントなどのはんだ付けに付随する品質問題も低減させるか、解消することができる。
【００１５】
図１を参照すると、固定子１００および組立て系の分解図が示されている。固定子１００は、セグメント１０２およびセグメント１０４等の分散した複数のセグメントを含む。図１に示した典型的な固定子１００は１２個のセグメントを含むが、他の数のセグメントを使用してもよい。説明を容易にするために、各セグメントの構成要素は、単一のセグメント１０２に関して説明することにする。セグメント１０２は、透磁性材料からなるティース状部材(ティース)１０６を含む。ティース１０６は、熱損失を低減するために薄板状の材料部分で作成されてもよい。ティース１０６の上端には上部絶縁体１１０が被せられ、ティース１０６の下端には下部絶縁体１１２が被せられる。絶縁体１１０、１１２は、射出成形または同様の組立て技術によってティース１０６上に形成されてもよい。上部絶縁体１１０および下部絶縁体１１２の両者によって、ワイヤ１１５から成るコイルがティース１０６の周りに巻回され得る空間となる凹部が画定される。ワイヤから成るコイルは、通常は、巻回された銅でできているが、他の金属、合金、導電性材料を用いてもよいし、追加してもよい。さらに、上部絶縁体１１０は、両方とも絶縁変位コネクタ(ＩＤＣ)端子を収容するようになっているポケット１１６、１１８を含む。説明を容易にするために、典型的な絶縁変位コネクタ(ＩＤＣ)１２２、１２４は、それぞれのポケット１１６、１１８の上方に浮かせた状態で示してある。図示したように、ＩＤＣ１２２の第一端子は、上部絶縁体１１０のポケット１１６内に収容されるようになっており、ＩＤＣ１２４の第一端子は、上部絶縁体１１０のポケット１１８に収容されるようになっている。コイル１１５の開始ワイヤ(図示せず)は、ＩＤＣ端子１２２まで配線され、コイル１１５の終了ワイヤ(図示せず)は、ＩＤＣ端子１２４まで配線される。
【００１６】
環状の圧入プリント配線回路基板(以下、「圧入ＰＣＢ」)１３０は、固定子１００の上方に浮かせた状態に示してある。圧入ＰＣＢ１３０は、組み立てられた状態では固定子１００の形状に対応するように設計されており、図１に示した例では円形である。圧入ＰＣＢ１３０は、ＩＤＣ１２２およびＩＤＣ１２４の第二端子を収容するようになっている開口、例えば開口１３２、１３４を含む。すなわち、ＩＤＣ１２２およびＩＤＣは、第一端子で固定子セグメント１０２に、および、第二端子で圧入ＰＣＢ１３０に結合されるので、固定子セグメント１０２を圧入ＰＣＢ１３０と相互接続するようになっている。一般に、圧入ＰＣＢ１３０は、固定子１００の全てのセグメントに結合されたＩＤＣを収容するために、上記以外にも開口を備える。開口１３２、１３４などの開口は、導電性材料を含む内部面を有する。
【００１７】
以下に詳細に説明するように、ＩＤＣ１２２やＩＤＣ１２４等のＩＤＣの第二端子は、適合するばね形状で構成されていてもよい。圧入ＰＣＢ１３０は、電力および制御信号を固定子１００に供給する入力電気リード線１４２、１４４、１４６に開口１３２、１３４を接続する内部回路を含む。なお、互換性のある他のタイプの端子を使用してもよいし、圧入ＰＣＢ１３０は、端子の要件および/または固定子のサイズと形状に適合するように、必要に応じて変更してもよい。 
【００１８】
図２は、組み立てられた形態の固定子１００の斜視図である。組立て時に、圧入ＰＣＢ１３０を一回の動作で複数の絶縁変位コネクタ(ＩＤＣ)の端子上に圧入してもよい。図２に示すように、固定子セグメント１５２は、圧入ＰＣＢ１３０のそれぞれの開口１６２、１６４を貫通して伸びる端子１５６、１５８を有するＩＤＣを含む。圧入ＰＣＢ１３０が端子１５６、１５８上まで下方に圧入されるので、端子１５６、１５８が挿入し、開口１６２、１６４の壁によって横方向に圧縮される。開口１６２、１６４内の端子１５６、１５８の圧縮によって、電気的な接触および機械的な保持が堅固に行われる。端子１６２、１６４および圧入ＰＣＢ１３０の機械的特性の組合せにより堅固な電気的接触が行われることによって、個々の接点をはんだ付けする必要性をなくすことができる。また、圧入ＰＣＢ１３０を複数の固定子セグメントおよび複数のＩＤＣの上に取り付けるのは、複数の接続部をはんだ付けするよりも少ない作業時間で済み、破損接合部やコールドジョイントなどのはんだ付けに付随する品質問題を解消できる。圧入ＰＣＢ１３０は、必要に応じて、固定子が筐体内に配置される前または後のいずれのタイミングで設置されてもよい。
【００１９】
また、ハンダ付けされた接続部がなくなると、他の組立てオプションも単純化することができる。例えば、銅製ワイヤを用いる場合、個々の固定子セグメント全てのワイヤを「糸巻き」状にすることができ、同一の巻回処理を用いて全てのセグメントのコイルを同じ方向(時計回り方向または反時計回り方向のいずれか)に巻回し得ることを意味する。糸巻き状巻回を行えば、「スロット間隔」と呼ばれる、固定子セグメント間の空隙をより大きな「銅充填」に利用できる。所与のスロット間隔に対し、糸巻き状巻回にすれば、それ以外の場合に実現可能な直径よりも大きな直径の銅製ワイヤを使用できるようになる。ワイヤの直径が大きいほど、スロット間隔における銅製コイルの全体的な体積が増加する。銅充填が増加すれば、電流単位当たりのコイル温度の上昇が少なくなるのと同様に、所与の量の電流またはトルクに対してコイルの一巻当たりの抵抗が低下するので、全体的なモータ性能を改善させられる。したがって、銅充填が増加すれば、所与のレベルのモータトルクに対してコイル加熱を低減でき、または逆に、所与のレベルのコイル加熱に対してモータトルクをより大きくできる。
【００２０】
図３を参照すると、固定子絶縁体２１０のポケット２０６に挿入された配線変位コネクタ(ＩＤＣ)の拡大断面図が示されている。ＩＤＣ２０２の底部の第一端子２１２は、導電性材料から作られた、または導電性材料を含む、分離された尖頭２１４、２１６を含む。コイル２２０の端子(開始端、または、終了端)は、尖頭２１４、２１６の間に位置している。尖頭２１４、２１６の寸法および仕上げは、ＩＤＣ２０２をポケット２０６内に挿入すると、尖頭２１４、２１６の縁部が、コイル端子２２０を覆う絶縁体を貫通してコイル端子２２０の基礎となっている金属(通常は銅)に所定の深さだけくい込むように設計される。尖頭２１４、２１６とコイル２２０の基礎となっている金属とが接触すると、両者間に電気的接続が形成される。尖頭２１４、２１６の貫通動作によって直接的な電気的接続が生じるので、端子２１２をコイル２２０に半田付けする接続の必要性がなくなる。この接続技術は、より高速であり、組立て時の再現が容易であって、はんだ付けよりも信頼性が高い。端子２１２をポケット２０６内に挿入して余分なワイヤ端を切り落とすことを、組立工程において自動化してもよい。
【００２１】
また、ＩＤＣ２０２は、圧入ＰＣＢの開口に挿入されるようになっている、頂部の第二端子２３０を含む。端子２３０は、図３に示した方向に内側に圧縮可能な、柔軟性を有しばね状の二つのアーム２３２、２３４を含む、槍の先端の形状で示したように構成してもよい。端子２３０の幅は、頂部２３５(端子の「先端」)において狭く、端子２３０の中央部２３６またはその近傍で最大値(Ｗ)になるまで増加する。
【００２２】
図４Ａおよび４Ｂは、本明細書の教示に係るＩＤＣの頂部端子２３０を覆う圧入ＰＣＢ１３０の開口１６２を圧入する処理を示した断面図である。図４Ａにおいて、開口１６２は、圧入ＰＣＢ１３０を図示した方向に動かしＩＤＣ端子２３０の上に圧入する時には、端子２３０の先端２３５を覆うように位置合わせされることが示されている。なお、図示した上向きの圧入方向は、単に典型的なものであって、様々な実施形態において、圧入ＰＣＢ１３０と(固定子に結合された)ＩＤＣ端子２３０との方向関係は、図示されたものとは反対側 (ＰＣＢが下方に圧入される)、水平方向、または垂直方向か水平方向に角度を成して配向されてもよい。ＰＣＢ１３０は端子上に圧入され、先端２３５が開口１６２の中に所定の深さまで進入すると、端子の可変幅が作用し始める。中央部２３６の幅(Ｗ)は、開口１６２の直径よりもわずかに大きくなるように設計されているので、中央部２３６は、変形しないで開口に嵌合することはできない。端子２３０に圧入される際にＰＣＢ１３０によって圧力が加えられると、ばね状アーム２３２、２３４は内向きに圧縮されて開口１６２内に嵌合する。図４Ｂは、圧入ＰＣＢ１３０がＩＤＣ端子２３０の上方で圧入されて設置された後に開口１６２に挿入されたＩＤＣ端子２３０を示す。図４Ｂに示す位置において、端子２３０は、開口１６２の空洞部にほぼ完全に挿入されている。アーム２３２、２３４の圧縮によって、両アームと開口１６２の内面とは機械的に堅固に接触する。また、開口の内面には電気的な接点も含まれるので、端子２３０と圧入ＰＣＢ１３０とは、電気的に強固に結合される。図４Ｂに示すように、端子の先端２３５は、開口１６２から圧入ＰＣＢ１３０の反対側に飛び出てもよい。
【００２３】
図５は、直線的に並ぶように図示した固定子のセグメントと、入力電力線を固定子セグメントのコイルに接続するための圧入ＰＣＢの典型的な電気回路とを示す概略図である。図５に示す例では、回路は、回転子セグメントのコイルに通電して回転子の反時計回りの回転を誘導するように構成されている。ブラシレスＤＣモータでは、入力電力線は、順番に交代するパターンで固定子セグメントのコイルを通電する、位相をずらして配置された信号を供給する。通電されたコイルは、回転子の永久磁石と相互作用する電磁磁極を生成し、それによって回転子にトルクを誘起する。図５に示した例では、固定子は１２個の固定子ティースを備え、各ティースは巻回するコイルを有している。１２個のコイルは、三つのグループであるＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４と、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４と、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４と、に番号付けされている。１２個のコイルＵ１−Ｕ４、Ｖ１−Ｖ４、Ｗ１−Ｗ４の全てが、同一方向に糸巻き状に巻回されていてもよい。コイルＵ１−Ｕ４、Ｖ１−Ｖ４、Ｗ１−Ｗ４の各々は、第一端子(「開始」を意味するＳで示される)と第二端子(「終わり」を意味するＦで示される)とを含む。Ｕ、Ｖ、Ｗで示される入力電力線は、圧入ＰＣＢとの配線によって決定される特定のパターンでセグメントコイルのＳ端子およびＦ端子に結合されている。入力線Ｕ、Ｖ、Ｗ上に送信される信号が互いに位相が１２０度離れている三相電源が入力線Ｕ、Ｖ、Ｗによって提供される。コイルに通電するパターンは、固定子内に八つの電磁極を生成するようになっている。
【００２４】
圧入ＰＣＢは、回転子に連続的なトルクを発生させることを可能にする、電流方向の変更および電圧入力値の交換である転流を可能にするように、入力線Ｕ、Ｖ、ＷをコイルＵ１−Ｕ４、Ｖ１−Ｖ４およびＷ１−Ｗ４に結合するための回路を含む。図５に示すように、入力線Ｕは、コイルＵ１のＦ端子およびコイルＵ３のＦ端子に接続されている。Ｕ１のＳ端子はＵ２のＦ端子に結合され、Ｕ３のＳ端子はＵ４のＦ端子に結合されている。Ｕ２のＳ端子およびＵ４のＳ端子は、中性基準電圧に結合される。入力線Ｖは、Ｖ１のＦ端子およびＶ３のＦ端子に結合されている。Ｖ１のＳ端子はＶ２のＦ端子に結合され、Ｖ３のＳ端子はＶ４のＦ端子に結合されている。Ｖ２およびＶ４のＳ端子は、中性基準電圧に結合されている。同様に、入力線ＷはＷ１のＦ端子およびＷ３のＦ端子に接続されている。Ｗ１のＳ端子はＷ２のＦ端子に接続され、Ｗ３のＳ端子はＷ４のＦ端子に結合されている。Ｗ２およびＷ４のＳ端子は、中性基準電圧に結合されている。
【００２５】
なお、コイルＵ１−Ｕ４、Ｖ１−Ｖ４、Ｗ１−Ｗ４は、特定の固定子セグメントまたはコイルに対応しない。全ての固定子コイルが同様に糸巻き状に巻回されている実装では、全てのコイルが圧入ＰＣＢに対して等価であるように「見える」。固定子のコイル間の違いおよび関係を生むのは、圧入ＰＣＢの回路であり当該入力線への接続部である。
【００２６】
図５の下側は、入力線Ｕ、Ｖ、Ｗのそれぞれのペアに正電圧および負電圧を印加した場合に、それに対応して固定子のコイルＵ３、Ｖ２、Ｗ１が通電する状況を示している。図示したように、動作時には、入力線Ｕに正電圧を印加し入力線Ｖに負電圧を印加すると(Ｗは中性に保たれる)、丸で囲んだ二つの下向き矢印５０２で表される大きな反時計回り電流がコイルＵ３に供給される。Ｕ３から三つのスロットだけ離れた位置にある(すなわち、三つのスロットは３６０度に対応し、すぐ隣のスロットは１２０度離れている)コイルＵ１、Ｕ２、Ｕ４にも同じ電流が供給される。通電されたコイルＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４は、回転子の永久磁石にトルクを誘起する。回転子が回転するので、回転子のトルクは転流によって維持される。入力線Ｕに印加されなくなって中性に切り替えられると(三相モータの１２０度位相シフト)、入力線Ｖに正電圧が印加され入力線Ｗに負電圧が印加されて、コイルＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４に隣接しているコイルＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４には、大きな反時計回り電流５０４が供給される。同様に、別の１２０度位相シフトの後に、入力線Ｖが印加されなくなって中性に切り替えられると、入力線Ｗに正電圧が印加され入力線Ｕに負電圧が印加されて、コイルＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４には大きな反時計回り電流５０６が供給される。図５では、例えば、コイルＶ２がコイルＵ３の左側に隣接し、コイルＷ１がコイルＶ２の左側に隣接していることがわかる。このように、コイルＵ１−Ｕ４、コイルＶ１−Ｖ４、コイルＷ１−Ｗ４を順次印加することによって、コイルの通電パターンは、右から左に向かい回転子の回転方向に追従する。このようにして、電磁極の極性形成が、回転する回転子の永久磁石極のパターンに同期して維持されるので、回転子に連続的なトルクを付与することができる。
【００２７】
図６Ａは、圧入ＰＣＢ１３０の上面図であり、本明細書の教示に係る、開口への電気的接続の例示的な構成を示す。開口１６２、１６４等の各々は、固定子コイルの開始端子または終了端子のいずれかに結合するようになっている。圧入ＰＣＢ１３０の外側にある一連の番号(１−１２)は、物理的な参照位置を示すのが目的である。例えば、１の位置はほぼ北北東に対応し、Ｖ２はほぼ南南西に対応する。圧入ＰＣＢが図示のように配向されるようにモータの固定子上に設置されると、１の位置のコイルはコイルＶ４として作動し、２の位置のコイルはコイルＵ１として作動し、３の位置のコイルはコイルＷ４として作動し、４の位置のコイルはコイルＶ１として作動する、等となる。しかし、図６Ｂに示すように、圧入ＰＣＢ１３０が異なる配向で設置された場合、様々なコイルの絶対位置は変化するが、(作動状態の)コイルの相対的な位置は変化しない。すなわち、図６Ａと６Ｂを比較すると、例えば、コイルＶ４は１の位置(図６Ａ)から２の位置(図６Ｂ)に移動したが、コイルＵ１は時計回りにＶ４に隣接しているし、コイルＷ３は反時計回り方向にＶ４に隣接している。換言すれば、コイル間の関係、および、コイルが入力線によって作動する様式は、固定子に対する圧入ＰＣＢ１３０の絶対的な配向によって変わることはない。
【００２８】
図７を参照すると、セグメント化されたモータを組み立てる方法のフローチャートが示されている。第一ステップ３００で、本方法が開始する。第二ステップ３１０で、セグメント化された固定子のセグメントは、組立てのために空間的に(例えば、円形状に)配置される。ステップ３２０で、ＩＤＣ等のコネクタの第一端子が固定子セグメントにそれぞれ結合される。ＩＤＣの第一端子は、各固定子セグメントのコイルと電気的接続を形成する。ステップ３３０で、回路基板がコネクタの第二端子上に圧入され、第二端子は、回路基板の開口に嵌め込まれる。回路基板は、セグメント化された固定子のコイルにコネクタを介して結合される。ステップ３４０で、本方法は終了する。
【００２９】
本発明の態様、いくつかの追加の特徴、実施形態および考慮事項の紹介は以上を以って説明完了となる。
【００３０】
本発明の教示は、任意のセグメント数のブラシレスＤＣ固定子に適用されることを意図している。また、本明細書の典型的な実施形態は三相で実装したものであるが、本明細書における教示は、四相モータのような他の相数の実装にも等しく適用される。
【００３１】
なお、ここに記載された専門用語のいくつかは、これより前の関連仮特許出願に記載されている専門用語と、一致しているかもしれないし部分的にしか一致していないかもしれない。当業者であれば、用語が様々に使用されていることを認識して区別することができるであろう。しかし、矛盾が存在する場合には、本開示に記載されている専門用語が優先される。説明を簡単にするために、専門用語のなんらかの修正が行われたと理解すべきである。用語の矛盾と解釈したり推測したりするべきではない。
【００３２】
配向の用語は、本明細書では、伝統的表現法および参照のためのものに過ぎず、限定するものとして解釈されるべきではない。
【００３３】
性能、材料、組立て、または他のそのようなパラメータについての基準は、設計者、メーカー、ユーザ、所有者、操作者、または他の同様に関心のある関係者によって判断されるべきである。本明細書の開示によって、なんらかの基準について特定の必要条件を暗示したり、推論しようとしたりするものではない。
【００３４】
本明細書中にある、本開示の原理、態様、および実施形態について記載した文、およびこれらの特定の例は、これらの構造的および機能的な等価物の両方を包含することを意図している。また、このような等価物は、現在知られている等価物および将来に開発される等価物の両方、つまり、構造にかかわらず同じ機能を発揮するように開発された任意の要素を含むことを意図している。
【００３５】
本明細書に教示した態様を提供するために、様々な他の構成要素を含めたり要求したりしてもよい。例えば、追加の材料、材料の組合せを使用したり材料の省略を行ったりして、本明細書の教示の範囲内にある追加の実施形態を提供してもよい。
【００３６】
本発明またはその実施形態(複数も可)の構成要素を紹介する際に、冠詞の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、当該の構成要素が一つ以上存在することを意味する意図がある。同様に、「別の」という形容詞を使用して要素を紹介する場合、一つ以上の要素を意味することを意図している。「含む」および「有する」という用語は、列挙した要素以外の追加の要素が存在し得ることを含めたものであることを意図している。「典型的な」という用語の使用は、考えられる多くの実施形態のうち一つを意味するものと解釈するべきである。「典型的な」という用語は、いくつかの例ではあてはまるかもしれないが、必ずしも優れた、または、最高の実施形態を示すものとして解釈されるべきではない。
【００３７】
典型的な実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができてその要素を等価物で置換することができることを理解できるであろう。また、当業者であれば、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の機器、状態、または材料を本発明の教示に合わせる多くの変形例を認識するであろう。したがって、本発明は、本発明を実施するために考えられた最良の態様として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に収まる全ての実施形態を含むことになる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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