JP2005080461A - クローポール型ステッピングモータのモータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステータの一体成形の困難性を克服し、モータ全体を包み纏めるケースを用いない分モータ径を小さくすることができ、また、使用に十分耐えられるだけのモータの組立て強度を確保することができるクローポール型ステッピングモータのモータ構造を提供することである。
【解決手段】 中心軸を有する１個の略円筒状ロータを、該ロータの両端面方向より２つのカップ状のステータにより包み込む形状のクローポール型ステッピングモータにおいて、前記２つのステータは、それぞれ、励磁用マグネットワイヤ１４ｄが巻回されたボビン１４と、磁気的に結合し極歯先端における磁気的位相差を電気角で１８０°とした２組の極歯群１２ａ、１６ａとを有し、向かい合わせの状態で両ステータを接合して成る構造であって、前記２つのステータのそれぞれが、樹脂モールドによって一体成形され、該一体成形時に、前記ボビン１４に巻回された励磁用のマグネットワイヤ１４ｄを前記樹脂から保護するカバーリング１３を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明はクローポール型ステッピングモータのモータ構造、特にクローポール型のステッピングモータを小型化、高性能化するモータ構造に関する。

従来から、各種電子機器の小型化の要望に伴い、その装置内に収容されるモータについても収容スペースに合わせて小型化が要求されるようになってきている。

ところで従来のクローポール型ステッピングモータにおいて、インナーロータ型のクローポール型ステッピングモータでは、Ａ相とＢ相の駆動コイルをロータの外周に配置する構造が一般的であった。

ところがこのような構造のクローポール型ステッピングモータでは、ロータ磁石の外径がステータの内径による制限を受けるため、モータが小径化するほどロータ磁石の外径も小さくなり、これによってモータ特性が著しく低下してしまい、小径のモータを得ることは困難であった。このため、クローポール型ステッピングモータの代わりにブラシレスＤＣモータに位置検出器としてのエンコーダを付加して位置制御を行うしかなく、高価な構成となってしまっていた。

特許文献１に記載の発明は、このような状況にかんがみてなされ、駆動コイルをロータの軸方向に配置する構造を開示している。

特開２００３−９４９７号公報

ところで、上述の特許文献１に記載のモータでは、モータ全体をケースで包み纏めた構造となっている。そもそも円筒状ロータの端面側にコイルを配置する構造はモータ径を小さくするための手段であるが、特許文献１に記載の発明のようにモータ全体をケースで包み纏めた構造の場合には、ケースの厚みの分だけモータ径が大きくならざるを得ない。

モータ径を小さくしようとすると、このケースの肉厚を薄くしなければならないが、薄型のケースを作成することが技術的に困難になるばかりでなく、ケースの肉厚を薄くするとケースの強度も低下するため、ケースの肉厚を薄くすることにも限界がある。

そこでケースを用いずに済むようにするためには、ステータを一体成形するのが一案であり、上述の特許文献１には、その段落番号［０００４］にステータを一体成形する場合について記載されているが、この段落番号［０００４］で述べられているのはステータを一体成形することの困難性であり、特許文献１はステータの一体成形を否定するものである。その理由は、励磁コイルを巻回したボビンを埋め込んで一体成形すると、その際に励磁コイルの端末が樹脂成形圧力によって断線してしまうというものであった。

すなわち従来は、ステータの一体成形の際、樹脂が直接コイルのマグネットワイヤの表面に至ってしまい、マグネットワイヤの表面のコーティングを劣化させたり、端子接続部分のマグネットワイヤを変形させ断線をおこしたりしていた。

本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、ステータの一体成形の困難性を克服し、モータ全体を包み纏めるケースを用いない分モータ径を小さくすることができ、また、使用に十分耐えられるだけのモータの組立て強度を確保することができるクローポール型ステッピングモータのモータ構造を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するために、中心軸を有する１個の略円筒状ロータを、該ロータの両端面方向より２つのカップ状のステータにより包み込む形状のクローポール型ステッピングモータにおいて、前記２つのステータは、それぞれ、励磁用マグネットワイヤが巻回されたボビンと、磁気的に結合し極歯先端における磁気的位相差を電気角で１８０°とした２組の極歯群とを有し、向かい合わせの状態で両ステータを接合して成る構造であって、前記２つのステータのそれぞれが、樹脂モールドによって一体成形され、該一体成形時に、前記ボビンに巻回された励磁用のマグネットワイヤを前記樹脂から保護するカバーリングを有することを特徴とする。

また本発明は請求項１に記載の発明において、前記ボビンが２つのツバ部を有し、前記２つのツバ部の間に前記マグネットワイヤが巻回され、前記カバーリングが、前記２つのツバ部に接し、また前記２つのツバ部のうちの少なくとも片方のツバ部の外周に当接して、前記２つのツバ部の間のマグネットワイヤの外周を前記樹脂から保護することを特徴とする。

また本発明は請求項１に記載の発明において、前記ボビンが前記マグネットワイヤに通電するための端子を備えた端子部を有し、前記カバーリングが、少なくとも一部が前記端子部に当接し、前記ボビンに巻回されたマグネットワイヤが前記端子部に導出される導出部分を前記樹脂から保護するガイド部を有することを特徴とする。

また本発明は請求項３に記載の発明において、前記ガイド部が、前記ボビンに巻回されたマグネットワイヤが前記端子部に導出されるための導出路を確保するための導出溝を有することを特徴とする。

本発明によれば、ステータの一体成形の困難性を克服し、モータ全体を包み纏めるケースを用いない分モータ径を小さくすることができ、また、使用に十分耐えられるだけのモータの組立て強度を確保することができるクローポール型ステッピングモータのモータ構造を提供することができる。

すなわち本発明によれば、ボビンの端子部と組み合わさるカバーリングを用いるようにしたので、ステータの一体成形の際には、このカバーリングによって巻線外周部に樹脂がまわりこまないようにすることができ、これによって、マグネットワイヤを保護することができ、ステータを一体成形することができる。また、カバーリングがボビンのツバ部の外周に当接するようにしたので、ボビンとカバーリングとの同心が保たれて位置決めがされる。

また本発明によれば、カバーリングのガイド部がボビンの端子部と接することによって、ステータの一体成形の際の、樹脂圧によるボビン端子部の軸方向へのズレを防止することができ、ステータを一体成形することができる。

また本発明によれば、カバーリングのガイド部に溝を設けたので、マグネットワイヤの導出路を確保することができ、ステータを一体成形することができる。

また、本発明によれば、一体成形したＡ相のステータと、やはり一体成形したＢ相のステータとを、ロータを間に挿入した上で、パイプで固定し、たとえばパイプの両端をカシメるようにしたので、使用に十分耐えられるだけのモータの組立て強度を確保することができる。

以下、本発明による実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明によるクローポール型ステッピングモータの一実施の形態におけるステータを構成する部品を示す斜視図である。

また、図２は、図１に示した各部品を組立てた状態を示す斜視図である。

本実施の形態のステッピングモータは、ロータの軸方向の一方の端にＡ相のステータを設け、また他方の端にＢ相のステータを設ける構造であり、図１は、そのうちのＢ相のステータを構成する部品を示す斜視図である。なお、Ａ相のステータを構成する部品も図１と同様であるので説明を省略する。Ａ相ステータを構成する各部品およびＢ相ステータを構成する各部品はまったく同じものを用いることができ、２つのステータをまったく同じ形状にすることができる。これによれば、部品製造のコストを低減することができるという効果がある。

図１に示すように、Ｂ相のステータは、軸受１１と、第１のステータヨーク１２と、カバーリング１３と、ボビン１４と、コア１５と、第２のステータヨーク１６とから構成される。

軸受１１は、後述のロータのシャフトの回転を支える軸受であり、たとえば焼結すべり軸受である。

第１のステータヨーク１２および第２のステータヨーク１６は、たとえばＳＥＣＣ、珪素鋼板、ＳＵＹ等の軟磁性板を用いることができ、それぞれが複数の極歯１２ａおよび１６ａを有し、第１のステータヨーク１２と第２のステータヨーク１６とは、コア１５によって磁気的に結合し、極歯先端における磁気的位相差は電気角で１８０°である。

また、第２のステータヨーク１６は、ボビン１４の位置決め用凸部１４ｂと嵌合し、樹脂モールド時に第２のステータヨーク１６とボビン１４との軸回転方向すなわち周方向での位置決めを行うための位置決め用凹部１６ｂを有する。

コア１５は、たとえばＳＥＣＣ、珪素鋼板、ＳＵＹ等の軟磁性板を用いることができ、後述するロータのシャフトが貫通できるように中空構造になっている。

ボビン１４は、マグネットワイヤ１４ｄを巻回すためのコイルボビンであって、たとえば液晶ポリマー製の部材であり、ツバ部１４ａ’とツバ部１４ａ”とを有しその間にマグネットワイヤ１４ｄを巻回すスペースを有するボビン本体１４ａと、マグネットワイヤ１４ｄに通電するための端子１４ｅが取り付けられる端子部１４ｃとを備えて構成される。

また、１４ｂは、第２のステータヨーク１６の位置決め用凹部１６ｂと嵌合し、樹脂モールド時にボビン１４と第２のステータヨーク１６との軸回転方向での位置決めを行うための位置決め用凸部である。なお、本実施の形態では、第２のステータヨーク１６に凹部を設けるとともにボビン１４に凸部を設け、これらによって第２のステータヨーク１６とボビン１４との軸回転方向での位置決めを行うようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、第２のステータヨーク１６に凸部を設けるとともにボビン１４に凹部を設けるようにしてもよいし、位置決めの目印となる切り欠き等を設けるものであってもよい。

端子部１４ｃには溝１４ｆが形成されており、この溝１４ｆは、主に、マグネットワイヤ１４ｄをボビン１４に巻回す際、マグネットワイヤ１４ｄの引っ掛け溝として機能する。

カバーリング１３は、Ｂ相のステータを一体成形する際の樹脂モールド時に、ボビン１４に巻回されるマグネットワイヤ１４ｄを樹脂から保護するためのものであって、たとえば液晶ポリマー製の部材であり、カバーリング本体１３ａとガイド部１３ｂとを有して構成される。

また、カバーリング１３のガイド部１３ｂには溝１３ｃが形成されている。カバーリング１３とボビン１４とが組み合わせられ、ガイド部１３と端子部１４ｃとが当接した際には、この溝１３ｃが、ボビン１４に巻回されたマグネットワイヤ１４ｄを端子１４ｅに導出するための導出路として機能する。

図２は、図１に示したＢ相ステータを構成する部品を組立てた状態を示す図である。

Ｂ相ステータは、図１に示した各部品を図１に示した順番で軸方向に挿入して組立てられる。

このとき、第１のステータヨーク１２の複数の極歯１２ａのうちの所定の極歯とその隣りの極歯との間にカバーリング１３のガイド部１３ｂとボビン１４の端子部１４ｃが嵌るようにされ、これによって、第１のステータヨーク１２とカバーリング１３とボビン１４とを軸回転方向で位置決めすることができる。また、上述のように、第２のステータヨーク１６とボビン１４とは、位置決め用凹部１６ｂと位置決め用凸部１４ｂとによって、軸回転方向での位置決めを行うことができる。

Ｂ相ステータは、図２に示すように部品を組立てた後に、たとえば射出成型によって樹脂モールドされ、一体成形される。

図３は、本発明によるクローポール型ステッピングモータの一実施の形態を構成する部品を示す斜視図である。

本実施の形態のモータ１は、図３に示すように、一体成形されたＢ相ステータ１０と、Ｂ相と同様に一体成形されたＡ相ステータ２０と、ロータ３０と、フロントプレート３６と、エンドプレート３７と、各部品を連結するパイプ３４および３５とを有して構成される。

図３に示すＢ相ステータ１０は、図２に示した、Ｂ層ステータを構成する各部品を組立てたものに対して樹脂モールドして一体成形したものであり、１７はモールドした樹脂であり、１７ａは、モールド時に形成され、連結用のパイプ３４および３５を貫通させるための穴である。

Ａ相ステータ２０は、連結用のパイプ３４および３５を貫通させるための穴の位置がＢ相のものと異なる以外は、Ｂ相ステータ１０と同様であるので、詳しい説明は省略する。

ロータ３０は、たとえば外径φ５程度で略円筒状の希土類マグネットによって構成されるロータ磁石３１と、たとえばステンレスによって構成されるモータ１の回転軸であるシャフト３３とを有して構成され、また、たとえばステンレスによって構成されたワッシャー３２が設けられる。

フロントプレート３６は磁性でも非磁性でもよく特に材質は問わない。このフロントプレート３６には、パイプ３４および３５を貫通させる穴３６ａが設けられており、この穴３６ａを貫通したパイプ３４および３５は、この部分において、たとえばカシメることによって固定される。

また、エンドプレート３７も磁性でも非磁性でもよく特に材質は問わない。このフロントプレート３７にも、パイプ３４および３５を貫通させる穴３７ａが設けられており、この穴３６ａを貫通したパイプ３４および３５は、この部分において、たとえばカシメることによって固定される。

モータ１は、図３に示した各部品を図３に示した順番で軸方向に挿入して組立てられる。

このとき、Ａ相ステータ２０とＢ相ステータ１０との間にロータ磁石３１をはさんだ上で、パイプ３４および３５が、フロントプレート３６、Ａ相ステータ２０、Ｂ相ステータ１０およびエンドプレート３７を貫通し、このパイプ３４および３５がフロントプレート３６およびエンドプレート３７でたとえばカシメて固定されることによって、組立て、固定が行われる。このように、Ａ相ステータ２０とＢ相ステータ１０との軸回転方向での位置決めは、パイプ３４および３５によって行われる。

図４は、図３に示した各部品を組立てて成るモータ１の軸断面斜視図である。

図４に示すように、モータ１の中心部には、シャフト３３が設けられ、その周辺にロータ磁石３１が設けられている。

また、図４を参照してわかるように、カバーリング１３のカバーリング本体１３ａは、ボビン１４のうちマグネットワイヤ１４ｄを巻回した部分の両側に設けたツバ部１４ａ’およびツバ部１４ａ”に接しており、射出成型時に樹脂がボビン１４に巻回されたマグネットワイヤ１４ｄの外周に至るのを防ぐことができる。このようにすることによって、カバーリング１３によってマグネットワイヤ１４ｄに樹脂がまわりこまないようにすることができ、マグネットワイヤ１４ｄを保護することができ、マグネットワイヤ１４ｄの劣化を防ぎ、ステータを一体成形することができる。

またこのとき、カバーリング本体１３ａは、ツバ部１４ａ’またはツバ部１４ａ”の少なくとも片方の外周に当接するようにするのが望ましい。このようにすることによって、ボビン１４とカバーリングとの同心が保たれて位置決めがされる。

また、図４を参照してわかるように、カバーリング１３のガイド部１３ｂの少なくとも一部がボビン１４の端子部１４ｃに当接しており、このようにすることによって、射出成型時に樹脂がボビン１４に巻回されたマグネットワイヤ１４ｄの端子１４ｅへの導出部に至るのを防止することができる。また、射出成型時に樹脂圧によってボビン１４の端子部１４ｃが軸方向にずれてしまうのを防止することができる。

また、図４を参照してわかるように、カバーリング１３のガイド部１３ｂに設けられた溝１３ｃが、ボビン１４に巻回されたマグネットワイヤ１４ｄを端子１４ｅに導出するための導出路として機能している。

図５は、図４に示したモータ１をエンドプレート３７の側から見た斜視図であり、エンドプレート３７、Ｂ相ステータ１０、ロータ３０およびワッシャー３２を取り外して示す図である。

上述し、また図５に示すように、第２のステータヨーク１６は位置決め用凹部１６ｂを有し、この位置決め用凹部１６ｂがボビン１４の位置決め用凸部１４ｂと嵌合し、射出成型時すなわち樹脂モールド時に、第２のステータヨーク１６とボビン１４との軸回転方向での位置決めを行うことができる。

また、これ以外の位置決めの手段としては、ボビン１４には位置決め用凸部１４ｂを設けず、第２のステータヨーク１６には、位置決め用凹部１６ｂの代わりに位置決め用の切り欠きを設け、射出成型時にこの切り欠きを所定の目印にあわせることによって位置決めするようなものであってもかまわない。

図６は、図４に示したモータ１をフロントプレート３６の側から見た斜視図である。

また図７は、図４に示したモータ１をエンドプレート３７の側から見た斜視図である。

ボビン１４の端子部１４ｃには溝１４ｆが形成されており、この溝１４ｆは、上述のように、主に、マグネットワイヤ１４ｄをボビン１４に巻回す際、マグネットワイヤ１４ｄの引っ掛け溝として機能するが、図６や図７を参照してわかるように、この溝１４ｆも、カバーリング１３のガイド部１３ｂに形成された溝１３ｃとともに、ボビン１４に巻回されたマグネットワイヤ１４ｄを端子１４ｅに導出するための導出路として機能する。すなわち、溝１３ｃ単独、または溝１３ｃと溝１４ｆとでマグネットワイヤ１４ｄの導出路が確保されている。

なお、図７を参照してわかるように、本実施の形態のモータ１では、その高さが６ｍｍ程度であるという小型化を実現している。

図８は、図１に示したボビン１４を図１に示したのとは逆の向きから見た斜視図であり、（ａ）は端子１４ｅおよびマグネットワイヤ１４ｄを取り付ける前の状態を示す図、（ｂ）は端子１４ｅおよびマグネットワイヤ１４ｄを取り付けた後の状態を示す図である。

図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、ボビン１４の端子部１４ｃとボビン本体１４ａとの接続部分（端子部１４ｃとツバ部１４ａ”との接続部分）は、第１のステータヨーク１２の複数の極歯１２ａのうちの所定の極歯とその隣りの極歯との間にちょうど入る幅になっており、この部分が極歯間に嵌ることによって、第１のステータヨーク１２とボビン１４とを軸回転方向で位置決めすることができる。

図９は、図１に示したカバーリング１３を示す斜視図である。

図９に示すように、カバーリング１３のガイド部１３ｂとカバーリング本体１３ａとの接続部分も、第１のステータヨーク１２の複数の極歯１２ａのうちの所定の極歯とその隣りの極歯との間にちょうど入る幅になっており、この部分が極歯間に嵌ることによって、第１のステータヨーク１２とカバーリング１３とを軸回転方向で位置決めすることができる。

図１０は、図８（ｂ）に示したボビン１４と図９に示したカバーリング１３とを組み付けた部品を示す斜視図であり、（ａ）はツバ部１４ａ’が見える方向から見た斜視図、（ｂ）はツバ部１４ａ”が見える方向から見た斜視図である。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、カバーリング１３は、カバーリング本体１３ａがツバ部１４ａ’およびツバ部１４ａ”の外周を覆うようにして、ボビン１４に嵌め込まれ、これによってツバ部１４ａ’とツバ部１４ａ”との間に巻回されたマグネットワイヤ１４ｄが保護される。

また、第１のステータヨーク１２の複数の極歯１２ａのうちの所定の極歯とその隣りの極歯との間に、前述のようにカバーリング１３のガイド部１３ｂとボビン１４の端子部１４ｃが嵌るようにされ、これによって、第１のステータヨーク１２とカバーリング１３とボビン１４とを軸回転方向で位置決めすることができる。

上述した発明の実施の形態は、従来必要であったモータ全体を包むケースを不要とすることにより、モータの小型化を実現することができたが、これとは逆に、モータ全体を包むケースを不要とし、モータを小型化しなければ、その分モータを構成する部品を大きくすることができ、これにより、モータ特性を向上させることもできる。

また本発明によるモータは断面形状が円形でも矩形でもよく、収納スペースに合わせた様々な形状に作製することができる。

本発明によるクローポール型ステッピングモータの一実施の形態におけるステータを構成する部品を示す斜視図である。 図１に示した各部品を組立てた状態を示す斜視図である。 本発明によるクローポール型ステッピングモータの一実施の形態を構成する部品を示す斜視図である。 図３に示した各部品を組立てて成るモータ１の軸断面斜視図である。 図４に示したモータ１をエンドプレート３７の側から見た斜視図であり、エンドプレート３７、Ｂ相ステータ１０、ロータ３０およびワッシャー３２を取り外して示す図である。 図４に示したモータ１をフロントプレート３６の側から見た斜視図である。 図４に示したモータ１をエンドプレート３７の側から見た斜視図である。 図１に示したボビン１４を図１に示したのとは逆の向きから見た斜視図であり、（ａ）は端子１４ｅおよびマグネットワイヤ１４ｄを取り付ける前の状態を示す図、（ｂ）は端子１４ｅおよびマグネットワイヤ１４ｄを取り付けた後の状態を示す図である。 図１に示したカバーリング１３を示す斜視図である。 図８（ｂ）に示したボビン１４と図９に示したカバーリング１３とを組み付けた部品を示す斜視図であり、（ａ）はツバ部１４ａ’が見える方向から見た斜視図、（ｂ）はツバ部１４ａ”が見える方向から見た斜視図である。

符号の説明

１ クローポール型ステッピングモータ
１０ Ｂ相ステータ
１１ 軸受
１２ 第１のステータヨーク
１２ａ 極歯
１３ カバーリング
１３ａ カバーリング本体
１３ｂ ガイド部
１３ｃ 溝
１４ ボビン
１４ａ ボビン本体
１４ａ’、１４ａ” ツバ部
１４ｂ 位置決め用凸部
１４ｃ 端子部
１４ｄ マグネットワイヤ
１４ｅ 端子
１４ｆ 溝
１５ コア
１６ 第２のステータヨーク
１６ａ 極歯
１６ｂ 位置決め用凹部
１７ モールド樹脂
１７ａ 穴
２０ Ａ相ステータ
３０ ロータ
３１ ロータ磁石
３２ ワッシャー
３３ シャフト
３４、３５ パイプ
３６ フロントプレート
３６ａ 穴
３７ エンドプレート
３７ａ 穴

Claims (4)

1. 中心軸を有する１個の略円筒状ロータを、該ロータの両端面方向より２つのカップ状のステータにより包み込む形状のクローポール型ステッピングモータにおいて、前記２つのステータは、それぞれ、励磁用マグネットワイヤが巻回されたボビンと、磁気的に結合し極歯先端における磁気的位相差を電気角で１８０°とした２組の極歯群とを有し、向かい合わせの状態で両ステータを接合して成る構造であって、
   前記２つのステータのそれぞれが、樹脂モールドによって一体成形され、該一体成形時に、前記ボビンに巻回された励磁用のマグネットワイヤを前記樹脂から保護するカバーリングを有することを特徴とするクローポール型ステッピングモータのモータ構造。
2. 前記ボビンが２つのツバ部を有し、前記２つのツバ部の間に前記マグネットワイヤが巻回され、
   前記カバーリングが、前記２つのツバ部に接し、また前記２つのツバ部のうちの少なくとも片方のツバ部の外周に当接して、前記２つのツバ部の間のマグネットワイヤの外周を前記樹脂から保護することを特徴とする請求項１に記載のクローポール型ステッピングモータのモータ構造。
3. 前記ボビンが前記マグネットワイヤに通電するための端子を備えた端子部を有し、
   前記カバーリングが、少なくとも一部が前記端子部に当接し、前記ボビンに巻回されたマグネットワイヤが前記端子部に導出される導出部分を前記樹脂から保護するガイド部を有することを特徴とする請求項１に記載のクローポール型ステッピングモータのモータ構造。
4. 前記ガイド部が、前記ボビンに巻回されたマグネットワイヤが前記端子部に導出されるための導出路を確保するための導出溝を有することを特徴とする請求項３に記載のクローポール型ステッピングモータのモータ構造。

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