JP2007049844A - アウターロータ型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ特性を低下させずに小型化し、組立性を向上させかつコイルのリード端の絶縁信頼性を向上させたアウターロータ型モータを提供する。
【解決手段】 ハウジング６の周面に軸方向に設けられる１又は複数の凹溝６ａと該凹溝６ａに嵌合する１又は複数の回止め部１４がコイルボビン８の対向面に設けられ、該回止め部１４にはロータシャフト４と平行に貫通孔１５が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば複写機、プリンター等のＯＡ機器やコンピュータ周辺機器、自動車、ＦＡ関連の搬送装置などに用いられるアウターロータ型モータに関する。

モータは、ステータユニットに設けられる複数のコイルに流す電流方向を切り換えることにより、ステータ磁極に対向して設けられる永久磁石を備えたロータが回転する。コイルは電流方向を切り換えるためモータ基板に接続される。例えば、通常のブラシレスモータの場合、ステータコアにコイルの巻き方向が出力軸と平行に巻付けられ（巻芯方向が軸方向と直交するように巻付けられ）、コイルの巻き始めと巻き終わりのリード端が共に軸方向に引き出されてモータ基板に接続される。

また、クローポール型のステッピングモータの場合、空芯状に巻かれたコイルをステータヨークにより挟み込んでクローポールどうしが噛み合うように形成される複数のステータユニットが同芯状に積層されるステータと、ステータヨークに形成されるクローポールに対向して磁極が形成された永久磁石を備えたロータを具備している。このクローポール型のステッピングモータにおいては、コイルボビンにコイルの巻き方向が出力軸と直交する方向に（ボビン巻芯が出力軸と同芯状に）巻付けられる。そして、コイルの巻き始めと巻き終わりのリード端はインナーロータ型の場合にはステータヨークの外周部の切欠きよりコイルの外側に引き出され（特許文献１参照）、アウターロータ型の場合にはステータヨークの磁極歯の間よりコイル外周側に引き出されてモータ基板に接続される。また、特許文献２に開示されているように、コイルコイルボビンに給電用の端子を圧入してリード端を線処理して接続する方法もある。

クローポール型のステップモータにおいては、ステータヨークの磁極中心が隣り合うステータヨークの磁極中心と周方向に所定の位相差を持つように組み付けられる。このため、例えば隣り合うステータヨークに凹凸を設けて凹凸嵌合させて位置決めする方法や、特許文献１に開示されているように、コイルボビンに形成した凸部をステータヨークに設けられた貫通孔に嵌め込むことで隣り合うステータヨークの磁極中心に周方向で所定の位相差を形成して組み付けられている。
特開２０００−２１７３３２号公報 特許３０１３２８８号公報

上述したアウターロータ型モータの場合、ロータ径が大きいため大きなトルクが得られることや、イナーシャの増加に伴い回転むら等を抑制できるという利点がある反面、モータ特性を低下させずに小型化し、組立性を向上させ、コイルから引き出されるリード端の絶縁信頼性を確保することが課題となる。
特にクローポール型のモータの場合、モータを小型化する場合には、ステータヨークが磁気的に飽和し、モータ特性が低下するおそれがある。また、ステータヨークの形状等により磁気的吸引力の不均衡が生じて振動が発生するおそれがある。

一般に、通電によりステータヨークに形成される磁路は、断面積が内周側に向かって小さくなるので、内周側で磁気的飽和が発生し易い。例えば、特許文献２のモータのように、ステータヨークの内周側に配線スペースを設ける場合、コイルボビンに端子を設ける場合には、ステータヨークの内周側に逃げを設ける必要があり、ヨーク部の磁気的飽和によりモータ特性を低下させるおそれがある。また、ステータヨークに設けられる端子の逃げがヨーク内周側で片側に偏った位置に形成されると、ロータを出力軸中心に向かって引き付ける力が周方向位置によってばらつくため、回転振動や回転むらを引き起こす可能性がある。更には、ボビンに端子を圧入するための貫通孔を設けるため、ボビンにコイルを巻き付ける部分の体積が半径方向に減らさなければならないので、モータ特性の低下、モータ効率も低下し、電流量の増加又はコイルの抵抗値の増加に伴い発熱量が増大するおそれがある。

また、アウターロータ型のクローポールモータを組み立てる場合、ステータヨーク（ステータコア）にコイルの巻き方向が出力軸と垂直に巻付けられるので、コイルの巻き始めと巻き終わりのリード端をステータヨークの磁極間より軸方向へ引き出してモータ基板に接続するため、作業が煩雑で工数が増大する。これに対して、配線スペースをかせぐためステータヨークの磁極を間引いてコイルを挟み込む方法もあるが、磁気的な不均衡によりモータ特性が低下し、回転振動が発生するおそれがある。

クローポール型の磁極を有するモータにおいては、複数のステータユニットを積層してステータが形成されるため、各ユニット間の磁極中心が互いに一定の位相差を持って組み付けられる必要がある。しかしながら、例えばステータユニットがボビンを基準にして上下のステータヨークにて挟み込むように位置決めする場合には、凹凸嵌合による位相誤差が蓄積され易いうえに、ステータユニットどうしを位置決めする際にも位相誤差が蓄積され易い。

更に、ステータヨークとコイルとの間は電気的絶縁が必要であるが、磁極間からコイルリードを引き出して基板接続するような配線方法では、リード線を磁極に触れないように配線する必要がある。特にモータを小型化する場合には、磁極間ピッチが狭くなるため、リード端の接続作業は困難になり、作業性が低下する。
コイルボビンに端子を形成してモータ基板にはんだ接続する場合には、端子へコイルのリード端を接続する部分では、基板接続する際の接続信頼性の低下が懸念されるうえに、ステータヨークの逃げを大きく確保する必要がある。このステータヨークの逃げは、前述したようにモータ特性の低下を招来する。また、内周側で配線するモータの場合、コイル外周側に引き出されたリード端を内周側に引き出す際に、コイルリードとステータヨークとの間で絶縁が必要になる。ステータヨークに絶縁材料を設け或いは空間を設ける場合にはコイル又はヨークの体積が減少し、いずれもモータ特性が低下するうえに絶縁信頼性に欠けるという課題がある。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、モータ特性を低下させずに小型化し、組立性を向上させかつコイルのリード端の絶縁信頼性を向上させたアウターロータ型モータを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
出力軸の周囲に同芯状に設けられる筒体と、該筒体の周囲に組み付けられ、ステータヨークによりコイルボビンに巻かれたコイルを挟み込んだステータユニットが１相あたりｎ個（ｎは１以上の整数）同芯状に積層されるステータと、ステータヨークに形成される磁極に対向して磁極が形成される永久磁石を備え出力軸を中心に回転可能に支持されたロータを備えたアウターロータ型モータにおいて、筒体の周面に軸方向に設けられる１又は複数の切欠き部と該切欠き部に嵌合する１又は複数の回止め部がコイルボビンの対向面に設けられ、該回止め部には出力軸と平行に貫通孔が設けられていることを特徴とする。
また、筒体には磁性材料が用いられ、ステータヨークの内周面と径方向に積層されて磁路を形成することを特徴とする。
また、互いに嵌合する筒体の切欠き部とコイルボビンの回止め部が軸中心から等距離であって周方向で等角度範囲に設けられていることを特徴とする。
また、各ステータユニットのボビンに設けられた回止め部の貫通孔は軸方向に隙間なく連通する構造であることを特徴とする。
また、コイルボビンの回止め部は貫通孔に連通するすり割りが軸方向に連続して形成されていることを特徴とする。
また、コイルボビンのフランジ部に内周側から外周側に向かってスリット及び該スリットに隣接してコイルリードを収納する収納溝が形成されており、該収納溝の延長線は回止め部の貫通孔に対応して設けられることを特徴とする。

上述したアウターロータ型モータを用いれば、出力軸の周囲に同芯状に設けられる筒体の周面に軸方向に設けられる１又は複数の切欠き部と該切欠き部に嵌合する１又は複数の回止め部がコイルボビンの対向面に設けられている。これにより、コイルボビンに巻き付けられる巻線の体積を減らすことなくしかもボビンの内周側の磁路も大きく減らすことなくモータ特性を維持したまま筒体を中心とした各ステータユニットのステータヨークの磁極中心の位置決めが高精度に行なえる。また、筒体には磁性材料が用いられ、ステータヨークの内周面と径方向に積層されて磁路を形成するようになっていると、ヨーク内周側の磁路の断面積が増大するので磁気的な飽和は起こり難く、モータを小型化してもモータ特性を低下することがない。
また、互いに嵌合する筒体の切欠き部とコイルボビンの回止め部が軸中心から等距離であって周方向に等角度範囲に設けられていると、ロータを軸方向中心に引き付ける吸引力が周方向位置で不均衡になり難いため、回転振動や回転むらが発生し難くなり、回転安定性を維持できる。
また、回止め部には出力軸と平行に貫通孔が設けられているので、貫通孔をコイルより引き出されたコイルリードの配線に利用することができ、配線用のスペースや絶縁材料を設けることなく基板に接続することが可能となる。このように、回止め部はボビン及びステータヨークの周方向の位置決めのみならず特別な空間や材料を用いることなくコイルリードの絶縁配線が可能となる。
また、各ステータユニットのボビンに設けられた回止め部の貫通孔は軸方向に隙間なく連通する構造であると、一本の絶縁材料で覆われた貫通孔が形成されるためコイルリードの配線作業が容易であり絶縁信頼性も向上できる。
また、コイルボビンの回止め部は貫通孔に連通するすり割りが軸方向に連続して形成されていると、コイルリードを貫通孔の開口から通すことなくすり割りを利用して貫通孔に通すことができ、配線作業が容易になる。
また、コイルボビンのフランジ部に内周側から外周側に向かってスリット及び該スリットに隣接してコイルリードを収納する収納溝が形成されており、該収納溝の延長線は回止め部の貫通孔に対応して設けられると、ボビンの外周側に引き出されたリード線は収納溝を利用してステータヨークとの干渉を回避しつつボビンの内周側へ引き出すことができるので省スペースで絶縁信頼性が高く、リード端を回止め部の貫通孔を通過させて基板接続することができるので、配線作業も容易になる。

以下、本発明に係るアウターロータ型モータの最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態に係るアウターロータ型モータは、ステータが空芯状に巻かれたコイルをステータヨークにより挟み込んでクローポールどうしが噛み合うように形成される複数のステータユニットが同芯状に積層されるクローポール型のモータであり、例えばＯＡ機器やコンピュータ周辺機器、自動車、ＦＡ関連の搬送装置などに用いられる２相ステップモータを例示して説明する。

２相ステップモータの概略構成について図１を参照して説明する。図１において、ロータ１は、周方向にＮ・Ｓ交互に着磁された永久磁石２が筒状のロータヨーク３の内周面に設けられている。永久磁石２は、後述するステータヨークの磁極（クローポール）に対向して設けられる。ロータ１は、ロータシャフト(出力軸)４と一体に連結して支持される。

ステータ５は、ロータシャフト４の周囲に同芯状に設けられる筒体６と、該筒体６の周囲に組み付けられ、ステータヨーク７ａ、７ｂによりコイルボビン８に巻かれたコイル９を挟み込んだステータユニット１０が１相あたりｎ個（ｎは１以上の整数：本実施の形態ではｎ＝２）同芯状に積層される。また、筒体６には磁性材料が用いられ、ステータヨーク７ａ、７ｂの内周面と径方向に積層されて磁路を形成するようになっている。この筒体６にはロータシャフト４を回転可能に支持する軸受部１１ａ、１１ｂが組み込まれた筒体６に同芯状に組み付けられる。また、筒体６には取付け板１２が組み付けられ、該取付け板１２にはモータ基板１３が組み付けられる。モータ基板１３にはコイル９のリード端が筒体６とコイルボビン８との間に形成される後述する配線路を通じて引き出されて接続される。

図２において、コイルボビン８に空芯状に巻かれたコイル９は、磁性材料からなる上下のステータヨーク７ａ、７ｂにより挟み込まれ、櫛歯状のクローポール７ｃ、７ｄの磁極中心が周方向に一定の位相差を形成して噛み合うように位置決めされる。このステータユニット１０が筒体６の軸方向に積層されて、ユニット間においてもクローポール７ｃ、７ｄの磁極中心が周方向に位置ずれすることなく一定の位相差を形成して位置決めされる。

筒体６の周面には軸方向に１又は複数の切欠き部が設けられる。本実施の形態は、図７Ａにおいて周方向に等角度位置で同じ深さの凹溝６ａが軸方向に形成されている。尚、凹溝６ａに替えて配線スペースに余裕がある場合には、図７Ｂにおいて、面取り部６ｂを１箇所又は複数個所に設けても良い。筒体６には磁性材料が用いられるが、ヨーク内周側の磁路が確保できるのであれば、非磁性材料が用いられてもよい。
また、コイルボビン８の対向面には、切欠き部に嵌合する１又は複数の回止め部１４が設けられている。この回止め部１４にはロータシャフト４と平行に貫通孔１５が設けられている。貫通孔１５はコイル９の外周側から引き出されたリード線をモータ基板１３へ接続するための配線路として用いられる。

図８Ａにおいてコイルボビン８には、コイル９の巻き方向がロータシャフト４と直交する方向に（ボビン巻芯が出力軸と同芯状に）巻付けられる。そして、コイルの巻き始めと巻き終わりのリード端はコイルボビン８の内周側に引き出されて、モータ基板１３（図１参照）に接続される。尚、ステータヨークが、放射状に突設された磁極を有する場合には、図８Ｂにおいてコイル９の巻き方向が出力軸と平行に巻き付けられ（巻芯方向が軸方向と直交するように巻付けられ）、コイルの巻き始めと巻き終わりのリード端が軸方向に引き出されてモータ基板１３（図１参照）に接続される。

図２において、互いに嵌合する筒体６の凹溝６ａとコイルボビン８の回止め部１４がロータシャフト４の中心から等距離であって周方向で等角度範囲に設けられている。ここで、図３において、筒体６の凹溝６ａとコイルボビン８の回止め部１４との凹凸嵌合による配線スペースと磁路との関係について説明する。回止め部１４を設けない場合には筒体６の外周又はコイルボビン８の内周であるφｘよりも外側のエリアＰにコイル巻線が可能であったとする。このφｘより外側のエリアＰにφａの配線用の貫通孔１５を設けるとすれば、コイル巻線が可能な範囲はφ（ｘ＋２ａ）より外側のエリアＱとなる。これに対して、コイルボビン８の内周側に回止め部１４を設けかつφａの配線用の貫通孔１５を設けると、該貫通孔１５を開ける前と同じφｘより外側のエリアＰにコイル巻線を巻き付けることが可能となる。また、筒体６を含むステータヨーク７ａ、７ｂの内周側の磁性体の断面積に比べて回止め部１４の断面積が十分小さければ、部分的な磁路の減少によるモータ特性への影響は少ないと考えられる（図３の斜線部参照）。

このように、凹溝６ａと回止め部１４の嵌合により、クローポール７ｃ、７ｄの磁極中心が周方向に一定の位相差を形成して筒体６を基準に位置決めされ、かつコイル９から引き出されたリード線の配線路を特別なスペースや絶縁材料を設けることなく確保できる。また、ロータ１を軸方向中心に引き付ける吸引力が周方向位置で不均衡になり難いため、回転振動や回転むらが発生し難くなり、回転安定性を維持できる。
また、各ステータユニット１０のコイルボビン８に設けられた回止め部１４の貫通孔１５は軸方向に隙間なく連通する構造になっていると、絶縁信頼性が高く配線作業が容易になり好ましい。

図４において、コイルボビン８の内周面側には回り止め部１４が筒体６の凹溝６ａに対向して周方向に等角度位置に設けられている。また、コイルボビン８のフランジ部８ａには、径方向にスリット１６が形成されている。このスリット１６に隣接してコイルリードＲを収納する収納溝１７が形成されている。収納溝１７の延長線は回止め部１４の貫通孔１５に対応して設けられている。収納溝１７の形状の一例を図５に示す。フランジ部８ａを径方向に切欠いて形成されるスリット１６の対向面の一部に凹面部が形成されており、該凹面部がリードＲを受け入れる収納溝１７となる。
コイルボビン８の外周側に引き出されたリード線Ｒは収納溝１７を利用してステータヨーク７ａ、７ｂとの干渉を回避しつつコイルボビン８の内周側へ引き出すことができるので省スペースで絶縁信頼性が高く、リード端を回止め部１４の貫通孔１５を通過させて基板接続することができるので、配線作業も容易になる。

尚、図６において、コイルボビン８の回止め部１４は貫通孔１５に連通するすり割り１８が軸方向に連続して形成されていても良い。この場合には、コイル外周側から収納溝コイルリードを貫通孔１５の開口から通すことなくすり割り１８を利用して貫通孔１５に通すことができ、配線作業が更に容易になる。

上述した実施例では、クローポール型の２相ステップモータについて例示したが、ロータ１の永久磁石２の磁極位置を検出するセンサを備えたセンサ基板を設けて、ブラシレスモータに適用することも可能である。
また、ステータヨークをクローポール型に限らず積層コアタイプのヨークを用いて磁極中心を周方向に一定の位相差を設けて配置されるモータについても適用可能である。
更には、２相ステップ（ブラシレス）モータに限定されるものではなく、軸方向の長さが長くなるが低振動を実現した３相、４相、…ｎ相などの多相ステップ（ブラシレス）モータを提供することができるなど、様々な改変をなしうる。

２相ステッピングモータのロータ及びステータの切欠斜視図である。 ステータユニットの斜視説明図である。 コイルの配線エリアについての説明図である。 コイルボビンの一部切欠き斜視図である。 コイルボビンの部分断面図である。 他例に係るコイルボビンの斜視図である。 筒体の断面形状を示す説明図である。 コイルの巻き方向の態様を示す説明図である。

符号の説明

１ ロータ
２ 永久磁石
３ ロータヨーク
４ ロータシャフト
５ ステータ
６ 筒体
６ａ 凹溝
６ｂ 面取り部
７ａ、７ｂ ステータヨーク
７ｃ、７ｄ クローポール
８ コイルボビン
９ コイル
１０ ステータユニット
１１ａ、１１ｂ 軸受部
１２ 取付け板
１３ モータ基板
１４ 回止め部
１５ 貫通孔
１６ スリット
１７ 収納溝
１８ すり割り

Claims (6)

1. 出力軸の周囲に同芯状に設けられる筒体と、
   該筒体の周囲に組み付けられ、ステータヨークによりコイルボビンに巻かれたコイルを挟み込んだステータユニットが１相あたりｎ個（ｎは１以上の整数）同芯状に積層されるステータと、
   ステータヨークに形成される磁極に対向して磁極が形成される永久磁石を備え出力軸を中心に回転可能に支持されたロータを備えたアウターロータ型モータにおいて、
   筒体の周面に軸方向に設けられる１又は複数の切欠き部と該切欠き部に嵌合する１又は複数の回止め部がコイルボビンの対向面に設けられ、該回止め部には出力軸と平行に貫通孔が設けられていることを特徴とするアウターロータ型モータ。
2. 筒体には磁性材料が用いられ、ステータヨークの内周面と径方向に積層されて磁路を形成することを特徴とする請求項１記載のアウターロータ型モータ。
3. 互いに嵌合する筒体の切欠き部とコイルボビンの回止め部が軸中心から等距離であって周方向で等角度範囲に設けられていることを特徴とする請求項１記載のアウターロータ型モータ。
4. 各ステータユニットのボビンに設けられた回止め部の貫通孔は軸方向に隙間なく連通する構造であることを特徴とする請求項１記載のアウターロータ型モータ。
5. コイルボビンの回止め部は貫通孔に連通するすり割りが軸方向に連続して形成されていることを特徴とする請求項１記載のアウターロータ型モータ。
6. コイルボビンのフランジ部に内周側から外周側に向かってスリット及び該スリットに隣接してコイルリードを収納する収納溝が形成されており、該収納溝の延長線は回止め部の貫通孔に対応して設けられることを特徴とする請求項１記載のアウターロータ型モータ。

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