(57)【要約】【課題】特性安定化した電気機械装置、ロボット、移動体、及び電気機械装置の製造方法を提供する。【解決手段】電気機械装置は、径方向外側へ延びる複数の突極を有するステーターコアと、ステーターコアの径方向内側に位置し、ステーターコアに相対回転できるローターと、巻線が巻回される巻線部３６と、巻線部３６から径方向内側に延びる第１鍔部３７と、巻線部３６から径方向外側に延びる第２鍔部３８とを有して突極の径方向外側に組み込まれるボビン３０と、を有し、第２鍔部３８は、突極の径方向外側へ開口する凹部４２を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向外側へ延びる複数の突極を有するステーターコアと、
前記ステーターコアの径方向内側に位置し、前記ステーターコアに相対回転できるローターと、
巻線が巻回される巻線部と、前記巻線部から前記径方向内側に延びる第１鍔部と、前記巻線部から前記径方向外側に延びる第２鍔部とを有して前記突極の径方向外側に組み込まれるボビンと、
を有し、
前記第２鍔部は、前記突極の径方向外側へ開口する凹部を有することを特徴とする電気機械装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気機械装置において、
前記第２鍔部に立設されて前記巻線の端部が絡げられるピンを有し、
前記凹部の開口縁から前記ピンの外面までの厚みをｔｐ、前記凹部の開口縁から前記第２鍔部の背面までの厚みをＴ、及び前記凹部の開口の幅をＷとした場合、ｔｐ＝Ｔ＝Ｗを満たしていることを特徴とする電気機械装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気機械装置を備えたことを特徴とするロボット。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電気機械装置を備えたことを特徴とする移動体。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の電気機械装置の製造方法であって、
前記ボビンに前記巻線を巻く巻線工程と、
前記巻線が巻かれた前記ボビンを前記ステーターコアの前記突極に嵌め込む嵌め込み工程と、
ステーター成形金型への装着時、前記ボビンの前記凹部を用いて周方向の位置を決める位置決め工程と、
前記ステーターコアと前記ボビンと前記巻線とを樹脂でモールドするモールド工程と、
を有することを特徴とする電気機械装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械装置、ロボット、移動体、及び電気機械装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットでは小型のモーターが随所に用いられ、モーターの性能がロボットの動作性能を大きく左右している。ロボットでは、小型かつ大きなトルクを実現するモーターが要求され、モーターにはボビンに銅線（巻線）を巻き付けたコイルが複数用いられている。
【０００３】
小型のモーターでは、樹脂のボビンに銅線を巻き付けたコイルが、ステーターに複数取り付けられており、外部制御回路から各々のコイルを回転数に見合うよう励磁することで、モーターの回転子を回転させる。一般的にモーターで、小型かつ高いトルクを実現するためには、前述の銅線をより高い密度（占積率）で巻き付ける必要があり、ボビンの形状には様々な工夫がなされている。
【０００４】
例えば、ボビンの鍔部（フランジ）の外方に円弧状に張り出した厚肉部によって、面外剛性が高められている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４３２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、ボビンの樹脂成形時において、この厚肉部と周辺の薄肉部との間の冷却速度の違いによる不要なストレスが、周方向の変形をしばしば発生させるおそれがあった。
【０００７】
また、複数のボビンをティースに挿入後、ヨークを嵌め込んで、樹脂を充填するためのステーター成形金型へセットするが、その位置出しを適正にしないと、樹脂の充填が不均一となるおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］本適用例に係る電気機械装置は、径方向外側へ延びる複数の突極を有するステーターコアと、前記ステーターコアの径方向内側に位置し、前記ステーターコアに相対回転できるローターと、巻線が巻回される巻線部と、前記巻線部から前記径方向内側に延びる第１鍔部と、前記巻線部から前記径方向外側に延びる第２鍔部とを有して前記突極の径方向外側に組み込まれるボビンと、を有し、前記第２鍔部は、前記突極の径方向外側へ開口する凹部を有することを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、第２鍔部の放射方向の外表面の一部に凹部が設けられるので、ボビンの樹脂成形による周方向の変形を抑えることができる。これにより、ボビンの周方向の変形を低減できる。また、凹部を設けることにより、ステーター形成時の樹脂充填の位置出しを精度よく行える。その結果、モーターの特性安定化に貢献することができる。
【００１１】
［適用例２］上記適用例に記載の電気機械装置において、前記第２鍔部に立設されて前記巻線の端部が絡げられるピンを有し、前記凹部の開口縁から前記ピンの外面までの厚みをｔｐ、前記凹部の開口縁から前記第２鍔部の背面までの厚みをＴ、及び前記凹部の開口の幅をＷとした場合、ｔｐ＝Ｔ＝Ｗを満たしていることを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、凹部の周辺の側壁の肉厚が同じであるので、ボビンの樹脂成形による周方向の変形をさらに抑えることができる。
【００１３】
［適用例３］本適用例に係るロボットは、上記に記載の電気機械装置を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、高特性のロボットを提供できる。
【００１５】
［適用例４］本適用例に係る移動体は、上記に記載の電気機械装置を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、高特性の移動体を提供できる。
【００１７】
［適用例５］本適用例に係る電気機械装置の製造方法は、上記に記載の電気機械装置の製造方法であって、前記ボビンに前記巻線を巻く巻線工程と、前記巻線が巻かれた前記ボビンを前記ステーターコアの前記突極に嵌め込む嵌め込み工程と、ステーター成形金型への装着時、前記ボビンの前記凹部を用いて周方向の位置を決める位置決め工程と、前記ステーターコアと前記ボビンと前記巻線とを樹脂でモールドするモールド工程と、を有することを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、ボビンの第２鍔部の凹部をステーター成形金型への装着時の周方向位置決めとして使用できるため、ボビンの周方向の変形を低減し、ステーター形成時の樹脂充填の位置出しを精度よく行える。
【００１９】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、モーターや発電装置などの電気機械装置のほか、それを用いたロボット、移動体、電気機械装置の製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係るモーターを示す断面図。
【図２】本実施形態に係るボビンの一部拡大図。
【図３】本実施形態に係るステーターの構造を示す図、（Ａ）はティースへのボビンの嵌め込みを示し、（Ｂ）はヨークの嵌め込みを示す。
【図４】本実施形態に係るステーターの構造を示す平面図。
【図５】本実施形態に係るステーターの構造を示す図、（Ａ）はモールド前を示し、（Ｂ）はモールド後を示す。
【図６】本実施形態に係る成形金型とステーターとを示す図、（Ａ）は成形金型へのステーターの装着を示し、（Ｂ）はボビンの凹部への位置決めピンの着脱を示す。
【図７】本実施形態に係るモーターを適用したロボットを示す斜視図。
【図８】本実施形態に係るモーターを適用したロボットを示す斜視図。
【図９】本実施形態に係るモーターを適用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図。
【図１０】本実施形態に係るモーターを適用した鉄道車両を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を具体化した電気機械装置としてのモーターの実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。
【００２２】
（モーター）
図１は、本実施形態に係るモーターを示す断面図である。
本実施形態に係るモーター１は、図１に示すように、ハウジング１０と、回転軸１２と、ステーター１４と、ローター１６とを有している。なお、モーター１としては、特に限定されず、例えば、サーボモーター、ステッピングモーター等が挙げられる。
【００２３】
ハウジング１０の上壁及び底壁には軸受１８，２０が設けられている。そして、この軸受１８，２０には回転軸１２が回転可能に軸支されている。又はハウジング１０内において、回転軸１２にはローター１６が固定されている。ローター１６は、円柱状をなし、鉄等の軟磁性材料で構成されたコア２２と、コア２２の外周に設けられた永久磁石２４とにより構成されている。また、ローター１６の周囲にはステーター１４が配置されている。
【００２４】
永久磁石２４は、円環柱状をなしている。また、永久磁石２４は、その周方向に複数の磁極が形成された多極構造を有している。
【００２５】
ステーター１４は、軸線に対して円周方向に配列される複数のティース（突極）２６（図３（Ａ）参照）を有するステーターコア２８（図３（Ａ）参照）と、ティース２６の径方向外側に組み込まれる筒状のボビン３０と、ボビン３０を介在させて、ティース２６に巻かれた巻線４０（図３（Ｂ）参照）と、巻線４０の端部のそれぞれが絡められた一対のピン３４（図３（Ｂ）参照）と、ボビン３０と巻線４０とピン３４とを覆うモールド部６０（図５（Ｂ）参照）とを備えている。ステーターコア２８は、環状に形成される環状部２５（図３（Ａ）参照）と、環状部２５から径方向に延びる複数のティース２６とを有する。
【００２６】
図２は、本実施形態に係るボビン３０の一部拡大図である。
本実施形態に係るボビン３０は、ティース２６の外周面を覆う筒状の芯部（巻線部）３６と、芯部３６の両端に径方向に広がる第１及び第２鍔部３７，３８と、を備える。ボビン３０は、ティース２６の外側に設けられ、周囲に巻線４０が巻回される筒状の芯部３６と、芯部３６から径方向内側に延びる第１鍔部３７と、芯部３６から径方向外側に延びる第２鍔部３８とを有する。第２鍔部３８にはピン３４が固定されている。ボビン３０の芯部３６には、巻線４０が巻かれている。ボビン３０の第２鍔部３８は、芯部３６に連続して設けられている。
【００２７】
本実施形態に係るボビン３０は、第２鍔部３８の周方向のピン３４の間に凹部４２を備える。凹部４２は第２鍔部３８の放射方向の外表面の一部に設けられている。第２鍔部３８は、ティース２６の径方向外側へ開口する凹部４２を有する。凹部４２の形状は、長穴或いは切欠きであってもよい。凹部４２の形状は、成形金型４４（図６（Ａ）参照）における成形時に成形される。これにより、ボビン３０の周方向の変形を抑え、ボビン３０の変形を防止することができる。
【００２８】
ボビン３０は、凹部４２の周辺の側壁の肉厚が同じであってもよい。例えば、図２に示すように、凹部４２の開口縁からピン３４の外面までの厚みをｔｐ、凹部４２の開口縁から第２鍔部３８の背面までの厚みをＴ、及び凹部４２の開口の幅をＷとした場合、ｔｐ＝Ｔ＝Ｗを満たしている。これによれば、凹部４２の周辺の側壁の肉厚が同じであるので、ボビン３０の樹脂成形による周方向の変形をさらに抑えることができる。
【００２９】
（モーターの製造方法）
図３は、本実施形態に係るステーター１４の構造を示す図であり、（Ａ）はティース２６へのボビン３０の嵌め込みを示し、（Ｂ）はヨーク４６の嵌め込みを示す。図４は、本実施形態に係るステーター１４の構造を示す平面図である。図５は、本実施形態に係るステーター１４の構造を示す図であり、（Ａ）はモールド前を示し、（Ｂ）はモールド後を示す。図６は、本実施形態に係る成形金型４４とステーター１４とを示す図であり、（Ａ）は成形金型４４へのステーター１４の装着を示し、（Ｂ）はボビン３０の凹部４２への位置決めピン４８の着脱を示す。以下、モーター１の製造方法を、図３〜図６を参照しながら説明する。
【００３０】
本実施形態に係るモーター１の製造方法は、上記に記載のモーター１を製造する場合に適用され、ボビン３０の凹部４２は、ステーター１４を樹脂でモールドする際の成形金型４４への装着時の周方向位置決めに用いられる。
【００３１】
まず、第２鍔部３８の周方向のピン３４の間に凹部４２が設けられているボビン３０を用意する。凹部４２の形状は成形金型４４における成形時に成形される。
【００３２】
巻線工程において、ボビン３０に巻線４０を巻く。
【００３３】
次に、図３（Ａ）に示すように、積層されたティース２６へ巻線４０が巻かれたボビン３０を嵌め込む。
【００３４】
嵌め込み工程において、図３（Ｂ）に示すように、巻線４０が巻かれたボビン３０が嵌め込まれたティース２６へ積層されたヨーク４６を嵌め込む。
【００３５】
次に、図４に示すように、リード線５０が半田接続されたコイル接続基板５２をボビン３０上面に載せる。なお、コイル接続基板５２をボビン３０上面に載せた後、リード線５０をコイル接続基板５２に半田接続してもよい。
【００３６】
次に、図４に示すように、各ボビン３０から突出した２本のピン３４とコイル接続基板５２の周方向を合わせてコイル接続基板５２と半田接続を行う。図５（Ａ）に示すように、ステーター１４の樹脂内部が完成する。
【００３７】
次に、図６（Ａ）に示すように、成形金型４４へステーター１４をセットする。リード線５０が３本引き出され、成形金型４４のガイド５６でガイドされている。この状態ではリード線５０の引出部５４は成形金型４４のリード線５０のガイド５６と合わせるが周方向の位置が決まらずガタガタの状態である。
【００３８】
位置決め工程において、図６（Ｂ）に示すように、位置決めピン４８を成形金型４４の中心として設けてある状態でボビン３０の凹部４２に嵌め合いする。これにより位置決めが可能となる。また、ボビン３０の第２鍔部３８の凹部４２を成形金型４４への装着時の周方向位置決めとして使用できるため、安価に精度よく位置決めが行える。
【００３９】
次に、位置決めが終了したら、半円形の型同士の型割り面５８を合わせかつヨーク４６面に当接させて固定する。
【００４０】
次に、その後型締めを行い、モールド工程において樹脂を充填させてモールド成形を行う。
【００４１】
次に、図５（Ｂ）に示すように、ステーター１４の成形上がりであり、所要のモールド部６０を備えたステーター１４を得る。
【００４２】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
本実施形態によれば、第２鍔部３８の周方向のピン３４の間に、軸線方向に長軸を有する凹部４２が設けられるので、ボビン３０の成形金型４４の樹脂成形による周方向の変形を抑えることができる。これにより、ボビンの周方向の変形を低減できる。また、ステーター１４の成形において、凹部４２を成形金型４４内での周方向位置決めとして使用できるため、ステーター形成時の樹脂充填の位置出しを安価に精度よく行える。その結果、モーター１の特性安定化に貢献することができる。
【００４３】
（ロボット）
図７は、本実施形態に係るモーター１を適用したロボット７を示す斜視図である。
次に、上述したモーター１を適用したロボットについて説明する。なお、ロボットの一例として、以下に、水平多関節ロボット、垂直多関節ロボットを示すが、ロボットとしてはこれらに限定されず、双腕ロボット、その他の他軸ロボットであってもよい。
本実施形態に係るロボット７は、図７に示すように、水平多関節ロボットである。このようなロボット７は、基台７１と、第１アーム７２と、第２アーム７３と、作業ヘッド７４と、エンドエフェクター７５とを有している。
【００４４】
基台７１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台７１の上端部には第１アーム７２が連結している。第１アーム７２は、基台７１に対して鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。基台７１内には、第１アーム７２を回動させるモーター１（１Ａ）が設置されている。
第１アーム７２の先端部には第２アーム７３が連結している。第２アーム７３は、第１アーム７２に対して鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。第２アーム７３内には、第２アーム７３を回動させるモーター１（１Ｂ）が設置されている。
【００４５】
第２アーム７３の先端部には作業ヘッド７４が配置されている。作業ヘッド７４は、第２アーム７３の先端部に同軸的に配置されたスプラインナット７４１及びボールネジナット７４２と、スプラインナット７４１及びボールネジナット７４２に挿通されたスプラインシャフト７４３とを有している。スプラインシャフト７４３は、第２アーム７３に対して、その軸まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。
【００４６】
第２アーム７３内には、モーター１（１Ｃ）と、モーター１（１Ｄ）とが配置されている。モーター１Ｃの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナット７４１に伝達され、スプラインナット７４１が正逆回転するとスプラインシャフト７４３が鉛直方向に沿う回転軸まわりに正逆回転する。一方、モーター１Ｄの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナット７４２に伝達され、ボールネジナット７４２が正逆回転するとスプラインシャフト７４３が上下に移動する。
【００４７】
スプラインシャフト７４３の先端部（下端部）には、エンドエフェクター７５が連結されている。エンドエフェクター７５としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するものなどが挙げられる。これによれば、上記に記載のモーター１による効果を有するロボット７を提供できる。
【００４８】
図８は、本実施形態に係るモーター１を適用したロボット８を示す斜視図である。
本実施形態に係るロボット８は、図８に示すように、垂直多関節（６軸）ロボットである。このようなロボット８は、基台８１と、４本のアーム８２，８３，８４，８５と、リスト８６とを備え、これらが順に連結されている。
【００４９】
基台８１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。このような基台８１の上端部にはアーム８２が水平方向に対して傾斜した姿勢で連結しており、アーム８２は、基台８１に対して鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、基台８１内には、アーム８２を回動させるモーター１（１Ｅ）が設置されている。
アーム８２の先端部には、アーム８３が連結しており、アーム８３は、アーム８２に対して水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８３内には、アーム８３をアーム８２に対して回動させるモーター１（１Ｆ）が設置されている。
【００５０】
アーム８３の先端部には、アーム８４が連結しており、アーム８４は、アーム８３に対して水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８４内には、アーム８４をアーム８３に対して回動させるモーター１（１Ｇ）が設置されている。
アーム８４の先端部には、アーム８５が連結しており、アーム８５は、アーム８４に対してアーム８４の中心軸に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８５内には、アーム８５をアーム８４に対して回動させるモーター１（１Ｈ）が設置されている。
【００５１】
アーム８５の先端部には、リスト８６が連結している。リスト８６は、アーム８５に連結されたリング状の支持リング８６１と、支持リング８６１の先端部に支持された円筒状のリスト本体８６２とを有している。リスト本体８６２の先端面は、平坦な面となっており、例えば、腕時計等のような精密機器を把持するマニピュレーターが装着される装着面となる。
【００５２】
支持リング８６１は、アーム８５に対して水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、リスト本体８６２は、支持リング８６１に対してリスト本体８６２の中心軸に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８５内には、支持リング８６１をアーム８５に対して回動させるモーター１（１Ｉ）と、リスト本体８６２を支持リング８６１に対して回動させるモーター１（１Ｊ）とが配置されている。モーター１Ｉ，１Ｊの駆動力は、それぞれ、図示しない駆動力伝達機構によって支持リング８６１、リスト本体８６２に伝達される。これによれば、上記に記載のモーター１による効果を有するロボット８を提供できる。
【００５３】
（移動体）
図９は、本実施形態に係るモーター１を適用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）３３００を示す説明図である。この自転車３３００は、前輪にモーター３３１０が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路３３２０と充電池３３３０とが設けられている。モーター３３１０は、充電池３３３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモーター３３１０で回生された電力が充電池３３３０に充電される。制御回路３３２０は、モーターの駆動と回生とを制御する回路である。このモーター３３１０としては、上述したモーター１を利用することが可能である。
【００５４】
図１０は、本実施形態に係るモーター１を適用した鉄道車両３５００を示す説明図である。この鉄道車両３５００は、モーター３５１０と、車輪３５２０とを有している。このモーター３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、モーター３５１０は、鉄道車両３５００の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。このモーター３５１０としては、上述したモーター１を利用することができる。
【００５５】
以上、電気機械装置、ロボット、移動体、及び電気機械装置の製造方法について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１，１Ａ〜１Ｊ…モーター（電気機械装置）  ７，８…ロボット  １０…ハウジング  １２…回転軸  １４…ステーター  １６…ローター  １８，２０…軸受  ２２…コア  ２４…永久磁石  ２５…環状部  ２６…ティース（突極）  ２８…ステーターコア  ３０…ボビン  ３４…ピン  ３６…芯部（巻線部）  ３７…第１鍔部  ３８…第２鍔部  ４０…巻線  ４２…凹部  ４４…成形金型  ４６…ヨーク  ４８…位置決めピン  ５０…リード線  ５２…コイル接続基板  ５４…引出部  ５６…ガイド  ５８…型割り面  ６０…モールド部  ７１…基台  ７２…第１アーム  ７３…第２アーム  ７４…作業ヘッド  ７５…エンドエフェクター  ８１…基台  ８２，８３，８４，８５…アーム  ８６…リスト  ７４１…スプラインナット  ７４２…ボールネジナット  ７４３…スプラインシャフト  ８６１…支持リング  ８６２…リスト本体  ３３００…自転車  ３３１０…モーター  ３３２０…制御回路  ３３３０…充電池  ３５００…鉄道車両  ３５１０…モーター  ３５２０…車輪。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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