JP2016052162A - インナーロータ型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータにおける振動や騒音の伝播を抑制するインナーロータ型モータを提供する。【解決手段】インシュレータ１６、１８は、枠部、と、複数の第１延伸部と、少なくとも１つの第２延伸部とを有し、第１延伸部は、枠部から径方向内側に向かって伸び、複数のティースを軸方向一方側を覆う。第２延伸部は、枠部から径方向外側に向かって伸び、コアバック部の軸方向一方側の面に当たる。軸方向一方側から見たときに、枠部の外形は、コアバックの外形よりも径方向内側に位置する。第２延伸部の少なくとも一部は、径方向において枠部とコアバックの外形との間に配置されるとともに、コアバックの軸方向一方側の面とカバー部材３０、３２の少なくとも一部とにより、挟持される。【選択図】図１

Description

本発明は、巻き線極である複数のティースにコイルを巻回してなるステータと、ステータの内側に配置される回転子とを備えたステッピングモータ等のインナーロータ型モータに関する。

従来より、ステッピングモータは、プリンタ・ファクシミリ・複写機等の情報機器分野や、ＦＡ機器等の産業機器分野を含め、広範囲に渡ってその駆動部分に使用されている。この種ステッピングモータとしては、例えば回転子に磁性体と永久磁石とを用いたハイブリッド型の場合、特開２００２−０５１５２８号公報や特開２００１−１１２５２１号公報等に示されるインナーロータ型のものが多用されている。

すなわち、環状の磁性体枠であるコアバック部に放射状でかつ内方に突出するよう複数のティースを設けてステータコアを構成し、このステータコアの各ティースにそれぞれインシュレータを介在させてコイルを巻回することによりステータを構成し、このステータの内側にエアギャップを介して、対の磁性体間に軸方向に着磁した永久磁石を挟持して構成されたハイブリッド型回転子を配置させている。ステータの軸方向両側にはカバー部材が配置され、カバー部材の中央部にそれぞれ保持した軸受により回転子の回転子軸を支持するようになっている。

このような構成のインナーロータ型ステッピングモータにあっては、ステータコアの外周面、つまりコアバック部の外周面がモータ外表面の一部を構成するため、モータ内部で発生する熱をステータコアを介して効果的に放散することができる上、ステータコア外周面をモータカバー等で覆う必要が無く、モータカバー等の材料費を削減することができる利点がある。

また、ステータコアの軸方向両側に配置されるカバー部材は、ステータコアの軸方向端面より突出するコイルやインシュレータを包括的に覆うように構成されているため、モータ内部に対する防塵性が確保されている。

特開２００２−０５１５２８号公報 特開２００１−１１２５２１号公報

これらの機器においては、位置制御への影響が小さくなるように、各種の部品の振動や騒音が抑えられている。機器に組み込まれるモータにも、これらの機器に影響が出ないように、低振動および低騒音が求められている。

本発明は、上記問題点に留意してなされたものであり、その目的とするところは、モータにおける振動や騒音の伝播を抑制するインナーロータ型モータを提供することである。

インナーロータ型モータは、ステータと、ロータと、カバー部材と、を有する。ロータは、中心軸を中心として、前記ステータに対して相対的に回転可能である。カバー部材は、ステータおよびロータを軸方向一方側から覆う。ステータは、環状のコアバック部と、複数のティース部と、インシュレータと、複数のコイルを有する。ティース部は、コアバック部から径方向内側に向かって伸びる。インシュレータは、少なくとも前記ティース部を覆う。コイルは、インシュレータを介して、各ティースのそれぞれに配置される。インシュレータは、枠部と、複数の第１延伸部と、少なくとも１つの第２延伸部と、を有する。第１延伸部は、枠部から径方向内側に向かって伸び、複数のティースを軸方向一方側を覆う。第２延伸部は、枠部から径方向外側に向かって伸び、コアバック部の軸方向一方側の面に当たる。軸方向一方側から見たときに、枠部の外形は、コアバックの外形よりも径方向内側に位置する。第２延伸部の少なくとも一部は、径方向において枠部とコアバックの外形との間に配置され、コアバックの軸方向一方側の面とカバー部材の少なくとも一部とにより、挟持される。

上記の構成により、モータの駆動時に発生した振動がカバー等を介してモータの外部へと伝わることが抑制される。

本発明の一実施形態によるインナーロータ型ステッピングモータを示す切断正面図である。 図１のステッピングモータの正面図である。 図１のステッピングモータの平面図である。 図１のステータを示す下面図である。 図１のステータコアを示す平面図である。 図１の上側インシュレータの一部（半分）を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は切断正面図、（ｃ）は下面図である。 図１の下側インシュレータの一部（半分）を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は切断正面図、（ｃ）は下面図である。 図１の上カバー部材を示す下面図である。 図８のＺ−Ｚ’線断面図である。 図１の下カバー部材を示す平面図である。 図１０のＷ−Ｗ’線断面図である。 本発明の他の実施形態によるインナーロータ型ステッピングモータの切断正面図である。 図１２における上側インシュレータの枠部の一部拡大図である。 従来のインナーロータ型ステッピングモータにおけるステータ部の一部を示す平面図である。 本発明の変形例のインシュレータを示す平面図である。 本発明の変形例のステータを示す平面図である。 本発明の変形例のモータ示す正面図である。 本発明の変形例を示す模式図である。 本発明の変形例のコアを示す平面図である。

本発明に係るインナーロータ型モータの実施形態につき、以下図面に基づいて説明する。

図１〜図３は、本発明の一例である２相ハイブリッド（ＨＢ）型ステッピングモータ１の全体構成を示し、図１は切断正面図、図２は正面図、図３は平面図であり、また、図４は、不平衡電磁力が発生せず高速性に優れた２相かつ８つのティースを有する構造を採用したステータ１０を示しており、図５はステータコア１２を示している。

ステータ１０は、外形がほぼ正四辺形状の環状のコアバック部１２ａとこのコアバック部１２ａより放射方向方に突出して設けられ周方向に等間隔に配列された８個のティース１２ｂとからなるステータコア１２と、各ティース１２ｂに巻回された２相のコイル１４（図１・図４に示す）と、各ティース１２ｂとコイル１４との間に介在された上下のインシュレータ１６・１８とからなり、巻き線極である各ティース１２ｂの先端には例えば６個の誘導子歯１２ｃが突出して設けられている。各ティース１２ｂにおいて、６個の誘導子歯１２ｃは等間隔に配置され、かつティース１２ｂの中心線に対し対称位置に配置されている。

ステータコア１２は複数枚の珪素鋼板を積層して構成されている。図４に示すように、互いに直交するＸ軸とＹ軸の２つの線上に配置された４個のティース１２ｂ、つまり９０°毎に配置された４個のティース１２ｂで１相分（Ａ相・Ｃ相）を構成し、残りの４個の機械角で互いに９０°隔てて且つ１相分ティースからは機械角で４５度隔てて配置されたティース１２ｂで２相分（Ｂ相・Ｄ相）を形成する。各相において、９０°毎の４個のティース１２ｂはコイル１４への通電時に交互に異極となるように励磁されて駆動される。

図５に示すように、ステータコア１２は、コアバック部１２ａにおける四辺形の各辺における径方向厚みＴが磁気通路として磁気特性上許容される範囲の最小値に設定されており、加えて、各ティース１２ｂへの巻数を従来と同等確保するように設定され、この結果、内径が最大化されている。すなわち、図１４は、従来より使用されているステッピングモータのステータ１１０の一部を示したものであり、四隅を切除した外形ほぼ正四辺形状のコアバック部１１２ａに放射方向内方に突出する複数のティース１１２ｂを周方向等間隔に設けると共に、各ティース１１２ｂに対して絶縁体１１７を介してコイル（図示せず）が巻回されている。この場合、ステータコアの軸方向両側に配置されるカバー部材により絶縁体１１７の枠部を全周にわたって覆うことができるよう、コアバック部１１２ａの径方向厚みは比較的大きく設定されている。図１４における網線は、あるティース１１２ｂにおけるコイルの巻線可能領域を示したものであり、この領域に巻回し得る巻線量と同等の巻線量を最大確保できるよう図５におけるティース１２ｂの突出長さを設定すれば、コアバック部１２ａの径方向厚みを最小値に設定したことにより、ステータコア１２の内径は最大化できることになる。

例えば特開平５−１６８２１４号公報には、回転子から最大トルクを発生させるために、ステータの外径に対する内径の比を、２相の場合で０．６２〜０．６４にすることが規定されている。これに対し、本実施形態のようにコアバック部１２ａがほぼ正方形の場合につき、実験や各種解析で検証した結果、特性上、正方形の一辺の長さに相当するステータコア１２の最小外径Ｄｏに対し内径Ｄｉの比を最大約０．７１に設定可能であることが確認され、内径Ｄｉが従来に比し１５％程度大きく設定されている。

なお、ステータコア１２の四隅は、比較的径方向の厚みが確保されてカバー部材締結時の受け部１２ｄとされ、これに軸方向のねじ挿通孔１２ｅが透設されている。また、ステータコア１２の四隅の外周面は、丸みを持たせた面取り面とされている。

ここで、上記ステータコア１２は、珪素鋼板を所定枚数積層して構成されるが、この珪素鋼板を所定形状にプレス打ち抜きしたものを９０°ずつ次々に回転して積層する手法を採用することにより、パーミアンスベクトルのバラツキ抑制効果を得ることができる。つまり、図５に示したステータコア１２は９０°点対称構造であるため、９０°回転させて重ね合わせることにより、プレス抜き型の僅かな寸法の差や珪素鋼板の板厚差によるパーミアンスベクトルのバラツキを、キャンセルさせることができる。

上記ステータコア１２に対しては、軸方向両側（便宜上、上側及び下側と称する）から一対のインシュレータ１６・１８が装着される。これらはステータコア１２に対しコイル１４を絶縁する絶縁体となる。上側から装着される上側インシュレータ１６は、図６に示すような構成になっており、各ティース１２ｂの上面及び両側面を覆う第１延伸部１６ａと、各第１延伸部１６ａをそれぞれの上部で連結する環状の枠部１６ｂとを備えてなり、各第１延伸部１６ａはその径方向外側縁がコアバック部１２ａの内周面に沿って延設されて隣り合う第１延伸部１６ａが相互に連結され、これにより各スロットの内面を覆う構成になっている。第１延伸部１６ａにおける上面の内周縁には、各ティース１２ｂの先端部に対応して舌片１６ｃが上方に突出するように設けられ、コイル１４の内周側へのはみ出しを防止している。

枠部１６ｂは外形が正八角形に形成され、各第１延伸部１６ａを連結する基部（下半部）に厚みを持たせると共に後述するカバー部材が当接する先端部（上半部）を肉薄としている。正八角形の枠部１６ｂのうち、ステータコア１２の４辺に対応する部分は、その外周面がコアバック部１２ａの外周面とほぼ面一になる外周面部１６ｄとなり、モータの外表面の一部を構成する。枠部１６ｂの各外周面部１６ｄの間に位置する部分は、ステータコア１２における受け部１２ｄの内側に沿って配置され、ねじ挿通孔１２ｅの位置に対応して凹部１６ｅが設けられている。この枠部１６ｂには、各スロットの中央位置に対応してコイル１４の渡り線を係止するピン１６ｆが突設されている。

ステータコア１２に対して下側から装着される下側インシュレータ１８は、図７に示すような構成になっており、各主磁極１２ｂの下面及び両側面を覆う第１延伸部１８ａと、各第１延伸部１８ａをそれぞれの下部で連結する環状の枠部１８ｂとを備えてなり、各第１延伸部１８ａはその径方向外側縁がコアバック部１２ａの内周面に沿って延設されて隣り合う第１延伸部１８ａが相互に連結され、各スロットの内面を覆う構成になっている。第１延伸部１８ａにおける下面の内周縁には、各ティース１２ｂの先端部に対応して舌片１８ｃが下方に突出するように設けられ、コイル１４の内周側へのはみ出しを防止している。

枠部１８ｂは外形が正八角形に形成され、各第１延伸部１８ａを連結する基部（上半部）に厚みを持たせると共に後述するカバー部材が当接する先端部（下半部）を肉薄としている。正八角形の枠部１８ｂのうち、ステータコア１２の４辺に対応する部分は、その外周面がコアバック部１２ａの外周面とほぼ面一になる外周面部１８ｄとなり、モータの外表面の一部を構成する。枠部１８ｂの各外周面部１８ｄの間に位置する部分は、ステータコア１２における受け部１２ｄの内側に沿って配置され、ねじ挿通孔１２ｅの位置に対応して凹部１８ｅが設けられている。枠部１８ｂにおける一つの外周面部１８ｄには、リード線１９の引き出し案内口を形成した案内部１８ｆが外方向に突設されている。

ステータコア１２に対し、その上下よりインシュレータ１６・１８が装着されると、それぞれの第１延伸部１６ａ・１８ａの先端はステータコア１２のスロットにおいて僅かの隙間を介して対峙し、これにより各ティース１２ｂの周面及びコアバック部１２ａの内面がインシュレータ１６・１８で覆われ、この状態で各ティース１２ｂにコイル１４が巻回される。

一方、ステータコア１２の内側に配置された回転子２０は、一対の回転子磁極間に永久磁石を挟持してなる単位回転子を用いて構成されたＨＢ型回転子であるが、この実施形態では、二つの単位回転子を用いて構成されている。すなわち、回転子２０は、回転子軸２２に軸方向に並んで固定された４個の回転子磁極２４ＡＸ・２４ＢＸ・２４ＢＹ・２４ＡＹと、対の回転子磁極２４ＡＸ・２４ＢＸ間及び２４ＢＹ・２４ＡＹ間でそれぞれ挟持され軸方向に着磁された円盤状の永久磁石２６Ｘ・２６Ｙとにより構成されている。これら回転子磁極はそれぞれ珪素鋼鈑等を積層して構成され、それぞれの外周には等ピッチで複数個（例えば２２個）の磁歯が設けられている。

対の回転子磁極２４ＡＸ・２４ＢＸは互いに歯ピッチが１／２ずれて配置され、同様に、対の回転子磁極２４ＡＹ・２４ＢＹは互いに歯ピッチが１／２ずれて配置されている。両永久磁石２６Ｘ・２６Ｙは軸方向に着磁されているが、着磁方向が互いに逆になるように設定されており、永久磁石２６Ｘにより磁化された回転子磁極２４ＡＸ・２４ＢＸと永久磁石２６Ｙにより磁化された回転子磁極２４ＡＹ・２４ＢＹとのうち、向かい合う隣接磁極２４ＢＸ・２４ＢＹが同極性になるように設定されている。このとき隣接する回転子磁極２４ＢＸ・２４ＢＹの周方向における歯位置は同じ位置である。回転子磁極２４ＡＸ・２４ＢＸ及び永久磁石２６Ｘで単位回転子２８Ｘが、回転子磁極２４ＡＹ・２４ＢＹ及び永久磁石２６Ｙで単位回転子２８Ｙが構成される。なお、図１では単位回転子２８Ｘ・２８Ｙが隙間なく隣接している状態を示しているが、単位回転子２８Ｘ・２８Ｙが軸方向に僅かに離れた状態で隣接していてもよい。

単位回転子２８Ｘ・２８Ｙの各回転子磁極のそれぞれの磁歯は、ステータ１０の各主磁極１２ｂの誘導子歯１２ｃにエアギャップを介して径方向に対向する。二つの単位回転子２８Ｘ・２８Ｙを共通の回転子軸２２に支持した回転子２０の回転子軸２２において、各回転子磁極に対応する位置にはローレット加工が施され、永久磁石２６Ｘ・２６Ｙを挟持した対の回転子磁極に回転子軸２２が圧入固着され、ローレット加工部において回転子磁極の回り止めがなされ、強固に固定されている。永久磁石２６Ｘ・２６Ｙは例えば残留磁束密度が略０．５Ｔ以下のフェライト系永久磁石により構成されている。ここで、上述したように、ステータ１０においては、その内径が従来に比し１５％程度大きく設定されているが、これに合わせて、回転子２０の外径が従来に比し１５％程度大きく設定されており、このため、永久磁石２６Ｘ・２６Ｙにフェライト系のものを使用したとしても、得られるトルクは従来に比し格段に大きなものとなる。

図１において、ステータ１０の軸方向両側には、上カバー部材３０及び下カバー部材３２が配置され、ステータ１０の外周面と共にモータ外表面を構成している。両カバー３０・３２の外形はそれぞれステータコア１２と同様にほぼ正四辺形状に形成されている。

上カバー部材３０は、図８及び図９に示すように、モータの上端面を構成するほぼ正方形状の端板部３０ａと、この端板部３０ａの中央部に下方へ突出するように形成された円筒状の軸受保持部３０ｂと、端板部３０ａの四隅に位置しそれぞれ下方に突出するように形成された４つの脚部３０ｃとを備えてなる。上カバー部材３０は、各脚部３０ｃのそれぞれの下端面をステータコア１２の四隅の受け部１２ｄ上面に当接させてステータコア１２に取付けられるが、各脚部３０ｃの最外縁部つまり径方向外側部には脚部３０ｃの端面よりさらに下方に突出する爪部３０ｄが設けられており、この爪部３０ｄをステータコア１２の四隅の外表面に係止させて脚部３０ｃの端面を受け部１２ｄに当接させることにより、上カバー部材３０のステータコア１２に対する位置合わせが行われる。上カバー部材３０の端板部３０ａにおける各脚部３０ｃに近接する位置にはそれぞれねじ孔３０ｅが形成され、これがステータコア１２の各挿通孔１２ｅに軸方向に連通する。上カバー部材３０の端板部３０ａ下面には、図８より明らかなように、各脚部３０ｃ間における辺縁部及び各脚部３０ｃの内側部に沿って環状の当接面３０ｆが連続的に形成されており、これに上部インシュレータ１６の枠部１６ｂの上端面が全周に渡って当接する。

下カバー部材３２は、図１０及び図１１に示すように、モータの下端面を構成するほぼ正方形状の端板部３２ａと、この端板部３２ａの中央部に上方へ突出するように形成された円筒状の軸受保持部３２ｂと、端板部３２ａの四隅に位置しそれぞれ上方に突出するように形成された４つの脚部３２ｃとを備えてなる。下カバー部材３２は、各脚部３２ｃのそれぞれの上端面をステータコア１２の四隅の受け部１２ｄ下面に当接させてステータコア１２に取付けられるが、各脚部３２ｃの最外縁部つまり径方向外側部には脚部３２ｃの端面よりさらに上方に突出する爪部３２ｄが設けられており、この爪部３２ｄをステータコア１２の四隅の外表面に係止させて脚部３２ｃの端面を受け部１２ｄに当接させることにより、下カバー部材３２のステータコア１２に対する位置合わせが行われる。下カバー部材３２の端板部３２ａにおける各脚部３２ｃに近接する位置にはそれぞれねじ挿通孔３２ｅが形成され、これがステータコア１２の各挿通孔１２ｅに軸方向に連通する。下カバー部材３２の端板部３２ａ上面には、図１０より明らかなように、各脚部３２ｃ間における辺縁部及び各脚部３２ｃの内側部に沿って環状の当接面３２ｆが連続的に形成されており、これに下部インシュレータ１８の枠部１８ｂの下端面が全周に渡って当接する。

図１に示すように、上カバー部材３０及び下カバー部材３２のそれぞれの軸受保持部３０ｂ・３２ｂにはボールベアリングからなる軸受３４・３６が保持され、回転子２０の回転子軸２２が両軸受３４・３６により回転自在に支持されている。ステータコア１２の両側に両カバー部材３０・３２を装着し、下カバー部材３２のねじ挿通孔３２ｅより挿通したねじ（図示せず）の先端部をステータコア１２のねじ挿通孔１２ｅを通して上カバー部材３０のねじ孔３０ｅに螺着することにより、ステータコア１２と両カバー部材３０・３２が締着され、一体化される。下カバー部材３２の軸受保持部３２ｂの内部には軸受３６の外輪に弾接する板ばね３８が内装されている。上カバー部材３０における軸受３４はその外輪端面が上カバー部材３０により押さえられており、上下の軸受３４・３６のそれぞれの内輪が回転子２０及び間座等を介して一体化されているため、ステータコア１２と両カバー部材３０・３２とをねじで締結することにより、両軸受３４・３６に板ばね３８による定圧予圧が与えられることになり、ガタを生じることなく安定した回転支持状態が得られる。

下カバー部材３２の端板部３２ａにおけるねじ挿通孔３２ｅの下部は拡径されて収納凹部３２ｇが形成されており、ねじのねじ頭がこれに収容されてモータ外に突出することが防止される。また、上カバー部材３０における端板部３０ａの中央部上面には、軸受保持部３０ｂと同心に形成されたインロー筒部３０ｇが上方に突出して設けられており、このインロー筒部３０ｇを利用することにより、当該モータ１を各種機器に取り付ける際に回転子軸２２を精度よく各種機器の入力部に合致させることが可能となる。

このような構成のステッピングモータは、以下の要領により組み立てられる。 まず、ステータコア１２に対してその軸方向両側よりインシュレータ１６・１８が装着され、この状態で各ティース１２ｂに対し第１延伸部１６ａ・１８ａを介してコイル１４が巻装される。２相コイル１４のコイル端は、例えば下側インシュレータ１８に保持された中継回路基板に中継接続され、外部に引き出されるリード線１９がこの中継回路基板を介してコイル端に電気的に接続され、下側インシュレータ１８の案内部１８ｆよりリード線１９が引き出される。このようにしてステータ１０が構成される。このとき、両インシュレータ１６・１８における枠部１６ｂ・１８ｂの４辺の外周面部１６ｄ・１８ｄはそれぞれ、ステータコア１２の外表面とほぼ面一となっている。一方、ＨＢ型回転子２０は、上述したように、回転子軸２２に対し、軸方向に並んで配置された４個の回転子磁極２４ＡＸ・２４ＢＸ・２４ＢＹ・２４ＡＹと、対の回転子磁極２４ＡＸ・２４ＢＸ間及び２４ＢＹ・２４ＡＹ間でそれぞれ挟持された円盤状の永久磁石２６Ｘ・２６Ｙとを用いて構成される。

次に、ステータ１２に対し、まず下カバー部材３２が取り付けられる。このとき、下カバー部材３２の各脚部３２ｃにおける爪部３２ｄがステータコア１２の四隅の外表面をガイドすることから、下カバー部材３２ｂとステータ１２との位置合わせが行われ、調芯された状態で両者が組み立てられる。ステータ１２は、ステータコア１２の四隅の受け部１２ｄが下カバー部材３２の各脚部３２ｃの上端面に当接することで支えられ、隣り合う各脚部３２ｃ間に下部インシュレータ１８の枠部１８ｂにおける外周面部１８ｄが配置され、外部に露出する。

その後、下カバー部材３２の軸受保持部３２ｂに板ばね３８及び軸受３６を内装した状態で、ステータ１０に対し、その上方開口より回転子２０が挿入され、回転子軸２２の下端部が軸受３６の内輪に挿入される。続いて、上カバー部材３０がその軸受保持部３０ｂに軸受３４を保持した状態でステータ１０に取り付けられる。このとき、回転子軸２２の上端を軸受３４の内輪に挿入し、上カバー部材３０の各脚部３０ｃにおける爪部３０ｄをステータコア１２の四隅の外表面をガイドさせることにより、回転子２０がステータ１０に対して調芯される。そして、上カバー部材３０の各脚部３０ｃの下端面をステータコア１２の四隅の受け部１２ｄの上面に当接すると、隣り合う各脚部３０ｃ間に上側インシュレータ１６の枠部１６ｂにおける外周面部１８ｄが配置され、外部に露出する。そして、四隅において、固定用のねじを下カバー部材３２のねじ挿通孔３２ｅ及びステータコア１２のねじ挿通孔１２ｅを通して上カバー部材３０のねじ孔３０ｅに締着し、ステータ１０と両カバー部材３０・３２を締結する。

このような構成のステッピングモータにあっては、ステータコア１２に対するコイル１４の絶縁に用いられる上下のインシュレータ１６・１８の枠部１６ｂ・１８ｂを上下カバー部材３０・３２の内部に収容するのではなく、一部を外表面部１６ｄ・１８ｄとしてモータ表面に露出させる構成としたため、ステータコア１２の内径を最大限に大きくすることが可能となり、その分、回転子２０を大径化し、出力を大幅にアップすることができる。このため、回転子２０の回転子要素２８Ｘ・２８Ｙにおいて、永久磁石２６Ｘ・２８Ｘとして低グレードのフェライト系永久磁石を用いたとしても、従来のものに比し高出力化を図ることが可能となり、安価なモータを提供できることになる。

加えて、上下のインシュレータ１６・１８の一部を外部に露出するために、上下カバー部材３０・３２を正方形状の端板部３０ａ・３２ａの四隅に脚部３０ｃ・３２ｃを設けたシンプルな形状としたため、これを９０°回転対称形状とすることができ、ステータ１０に対するカバー部材３０・３２の取付方向に制約がなく、どの方向でも取り付けることができ、組立作業性が格段に向上する利点がある。特に、リード線１９の外部への引き出しを、下部インシュレータ１８の枠部１８ｂにおける外表面部１８ｄ、つまり枠部１８ｂのうち直接外部に露出する部分に案内部１８ｆを形成して行う構成であるため、従来のようにカバー部材に外部引き出しのための加工を行う必要が無く、下部カバー部材３２の部品形成も容易になるものである。

また、ステータコア１２やカバー部材３０・３２の形状における正方形はその四隅の面積が大であり、この部分においてカバー部材３０・３２の各脚部３０ｃ・３２ｃがステータコア１２に当接して固定される構成であるため、各部材をその強度が大でありかつ四隅の均等な位置で締結することができ、ステータコア１２やカバー部材３０・３２に不均一な力が作用することが無く、各部材に変形等を生じることがない。

ここで、上記した特許文献１・２のように、上下のカバー部材でステータの軸方向両側を全周に渡って覆う形態のインナーロータ型モータにあっては、このカバー部材によりモータ内部に対する防塵性を確保するようになっている。これに対して、カバー部材３０・３２の脚部３０ｃ・３２ｃのみをステータコア１２に当接させる実施形態のものでは、ステータコア１２とカバー部材３０・３２との間が脚部３０ｃ・３２ｃ間で開口されるが、この部分はインシュレータ１６・１８の枠部１６ｂ・１８ｂにおける外表面部１６ｄ・１８ｄが介在されることになり、しかも、枠部１６ｂ・１８ｂはその端面が全周に渡ってカバー部材３０・３２の端板部３０ａ・３２ａにおける環状の当接面３０ｆ・３２ｆに当接するため、枠部１６ｂ・１８ｂの内側は外部と仕切られることになり、防塵性が確保される。特に、枠部１６ｂ・１８ｂは、基部側の半分に厚みを持たせて強度を確保した上で、先端側の半分を肉薄として柔軟性を持たせているため、ステータ１０に対して両カバー部材３０・３２を締結した際に、枠部１６ｂ・１８ｂの先端部をそれぞれカバー部材３０・３２に圧接させて両者間を密接させることができ、防塵効果を高めることができる。

つぎに、本発明の他の実施形態を図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、本発明による２相ハイブリッド（ＨＢ）型ステッピングモータ１’の全体構成を示す切断正面図であり、図１３は、図１２の一部を拡大して示したものである。これらの図面において、図１〜図１２で示した実施形態のものと同一符号のものは同一もしくは相当するものを示すものとする。

図１２に示すステッピングモータ１’において、前記実施形態のものと異なる点の一つは、ステータ１０におけるインシュレータ１６・１８の枠部１６ｂ’・１８ｂ’である。すなわち、絶縁体となる上下のインシュレータ１６・１８は、ステータコア１２における複数のティース１２ａのそれぞれの端面及び両側面を覆う第１延伸部１６ａ・１８ａと、各第１延伸部をそれぞれ上下部で連結する環状の枠部１６ｂ’・１８ｂ’とを備えてなり、枠部の外径が正八角形に形成されている。上側のインシュレータ１６における枠部１６ｂ’は、図１３に示すように、ステータコア１２の外径より多少小さい径の正八角形をなす基部側環状枠体１６ｂ１と、ステータコア１２の外径にほぼ等しい径を有する正八角形をなす先端側環状枠体１６ｂ２と、基部側環状枠体１６ｂ１の端部と先端側環状枠体１６ｂ２の下部とを連結する環状薄肉部１６ｂ３とからなり、先端側環状枠体１６ｂ２のうちステータコア１２の４辺に対応する部分は、その外周面がコアバック部１２ａの外周面とほぼ面一の位置関係にある外周面部１６ｄとなる。

下側のインシュレータ１８における枠部１８ｂ’も、同様に、ステータコア１２の外径より多少小さい径の正八角形をなす基部側環状枠体１８ｂ１と、ステータコア１２の外径にほぼ等しい径を有する正八角形をなす先端側環状枠体１８ｂ２と、基部側環状枠体１８ｂ１と先端側環状枠体１８ｂ２とを連結する環状薄肉部とからなり、先端側環状枠体１８ｂ２のうちステータコア１２の４辺に対応する部分は、その外周面がコアバック部１２ａの外周面とほぼ面一の位置関係にある外周面部１８ｄとなる。

両枠体１６ｂ’・１８ｂ’において、それぞれの基部側環状枠体１６ｂ１・１８ｂ１の厚みが比較的大きく設定されて強度が高められ、これより先端側環状枠体１６ｂ２・１８ｂ２は厚みが多少小さく設定され、さらに、環状薄肉部は先端側環状枠体に加わる圧力により容易に撓むことができる厚みに設定され、先端側環状枠体が基部側環状枠体に対して軸方向に弾性を持って変位できるようになっている。この結果、ステータ１２の軸方向両側に上カバー部材３０及び下カバー部材３２を取り付けることにより、両カバー部材３０・３２の端板部３０ａ・３２ａにおける環状当接面に、両枠体１６ｂ’・１８ｂ’の先端側環状枠体１６ｂ２・１８ｂ２の端縁が弾性を持って当接し、枠体１６ｂ’・１８ｂ’内部が密閉され、防塵性が高まることになる。

図１２に示すステッピングモータ１’において、前記実施形態のものと異なる他の点は、コイルの引き出しに関する構成である。すなわち、図１に示した実施形態の場合では、モータ内部で中継回路基板等を用いてコイル端に接続されたリード線を下部インシュレータの案内部より引き出す構成になっているが、図１２では、下側インシュレータ１８の枠体１８ｂ’と下カバー部材３２との間に回路基板４０を配置し、これにコイル端を接続すると共に、枠体１８ｂ’より導出する回路基板４０の突部分にコネクタ４１を実装する構成になっている。従って、外部リード線のコネクタをこのコネクタ４１に接続することにより、外部リード線をコネクタ４１及び回路基板４０を通してコイルに接続することが可能となる。

回路基板４０は下側インシュレータ１８の枠体１８ｂ’に取り付けられるが、特に、枠体１８ｂ’における基部側環状枠体１８ｂ１の突出高さを適宜設定し、回路基板４０を基部側環状枠体１８ｂ１の端面に当接させることにより、回路基板４０を枠体１８ｂ’内部で所定高さに位置決めすることが可能となる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図１５は、本発明にかかる上側インシュレータ１６Ａの平面図である。図１６は、上側インシュレータ１６Ａを有するステータ１０の平面図である。図１７は、本発明の変形例にかかるステッピングモータ１の正面図である。

図１６に示すように、平面視において、上側インシュレータ１６Ａは、八角形である。ステータコア１２の外形は、略正方形である。枠部１６ｂの外形は、コアバック１２の外形よりも径方向内側に位置している。ステータコア１２の上面の四隅は、上側インシュレータ１６Ａの枠部１６ｂとは、軸方向に対向していない。ステータコア１２の上面の四隅は、上側脚部３０ｃと、軸方向に対向する。

同様に、下側インシュレータ１８Ａは、八角形である。ステータコア１２の外形は、略正方形である。枠部１８ｂ（図示省略）の外形は、コアバック１２の外形よりも径方向内側に位置する。ステータコア１２の下面の四隅は、下側インシュレータ１８Ａの枠部１８ｂとは、軸方向に対向していない。ステータコア１２の下面の四隅は、下側脚部３２ｃと、軸方向に対向する。

図１５および図１６に示すように、上側インシュレータ１６Ａは、複数の第２延伸部１６ｇを有する。平面視において、第２延伸部１６ｇの形状は、略矩形である。各第２延伸部１６ｇは、枠部１６ｂの外側面から径方向外側に向かって伸びる。第２延伸部１６ｇの少なくとも一部は、ステータコア１２の上面の四隅に、それぞれ位置する。言い換えると、一対の第２延伸部１６ｇは、シャフト２２を中心として、互いに対向している。この好ましい実施形態においては、各第２延伸部１６ｇは、周方向に等間隔にて配置される。

各第２延伸部１６ｇの少なくとも一部は、ステータコア１２の上面と軸方向に当たる。各第２延伸部１６ｇは、軸方向に貫通する貫通穴１６ｇ１を有する。各第２延伸部１６ｇにおいて、貫通穴１６ｇ１の周方向および径方向の位置は、ねじ挿通孔１２ｅの位置と、ほぼ等しい。そのため、モータ１の組み立て時において、各ねじは、各ねじ挿通孔１２ｅと各貫通穴１６ｇ１を、それぞれ通る。

下側インシュレータ１８Ａは、複数の第２延伸部１８ｇを有する。図示は省略しているが、平面視において、第２延伸部１８ｇの形状は、上側インシュレータ１６Aの第２延伸部１６ｇと同じ略矩形である。各第２延伸部１８ｇは、枠部１８ｂ（図示省略）の外側面から径方向外側に向かって伸びる。第２延伸部１８ｇの少なくとも一部は、ステータコア１２の下面の四隅に、それぞれ位置する。言い換えると、一対の第２延伸部１８ｇは、シャフト２２を中心として、互いに対向している。この好ましい実施形態においては、各第２延伸部１８ｇは、周方向に等間隔にて配置される（図示省略）。

各第２延伸部１８ｇの少なくとも一部は、ステータコア１２の下面と軸方向に当たる。各第２延伸部１８ｇは、軸方向に貫通する貫通穴１８ｇ１（図示省略）を有する。各第２延伸部１８ｇにおいて、貫通穴１８ｇ１の周方向および径方向の位置は、ねじ挿通孔１２ｅの位置と、ほぼ等しい。そのため、モータ１の組み立て時において、各ねじは、各ねじ挿通孔１２ｅと各貫通穴１８ｇ１を、それぞれ通る。

図１７に示すように、軸方向において、各第２延伸部１６ｇは、上側カバー部材３０の上側脚部３０ｃとステータコア１２との間に配置される。第２延伸部１６ｇは、上側カバー部材３０の少なくとも一部とコアバック１２ａの上面とにより、挟持される。 同様に、各第２延伸部１８ｇは、下側カバー部材３２の下側脚部３２ｃとステータコア１２との間に配置される。第２延伸部１８ｇは、下側カバー部材３２の少なくとも一部とコアバック１２ａの下面とにより、挟持される。

これにより、モータ１の駆動時に発生した電磁振動が、ステータ１０からカバー部材３０、３２へと伝わることが抑えられる。その結果、モータ１からモータ１の外部へと伝わる振動および騒音を小さくすることができる。

さらに、各第２延伸部１６ｇ、１８ｇが、周方向に等間隔に配置されている。そのため、発生した電磁振動の伝播をおおよそ均等に抑えることが可能となる。

なお、この好ましい実施形態においては、各第２延伸部１６ｇは、ステータコア１２の上面の各四隅の部位の一部のみを覆う。しかしながら、各第２延伸部１６ｇが、各四隅におけるステータコア１２の上面のすべてを覆っていてもよい。同様に、各第２延伸部１８ｇは、ステータコア１２の下面の各四隅の部位の一部のみを覆う。しかしながら、各第２延伸部１８ｇが、各四隅におけるステータコア１２の下面のすべてを覆っていてもよい。

また、平面視における第２延伸部１６ｇ、１８ｇの外形は、矩形に限定されるものではなく、平面視において円形や多角形などであってもよい。

さらに、各第２延伸部１６ｇ、１８ｇは、貫通穴１６ｇ１、１８ｇ１を有していなくてもよい。この場合、第２延伸部１６ｇ、１８ｇは、ねじ挿通孔１２ｅの外周縁よりも、径方向内側に位置する。これによっても、第２延伸部１６ｇ、１８ｇの少なくとも一部が、カバー部材３０、３２とステータコア１２の上面および下面とによって挟持される。

平面視において、第２延伸部１６ｇ、１８ｇは、ステータコア１２の外周縁にまで伸びてもよい。この場合、ステータコア１２の外側面と第２延伸部１６ｇ、１８ｇの径方向外側の端部とが、面一となるのが望ましい。

そして、第２延伸部１６ｇ、１８ｇは、複数の部材から構成されてもよい。図１８は、本発明にかかる一変形例を示す。図１８（ａ）に示すように、第２延伸部１６ｇは、軸方向に凹または凸となる少なくとも１つの第１係合部６０を有する。この好ましい変形例においては、第２延伸部１６ｇは、少なくとも１つの凸部６０を有する。凸部６０は、第２延伸部１６ｇの下面から軸方向下側に向かって伸びる。

ステータコア１２の上面には、板状部材７０が配置される。好ましくは、板状部材７０は、ステータコア１２の上面の四隅を覆う。板状部材７０は、例えば、インシュレータ１６Ａ、１８Ａとは異なる材料により構成されてもよい。板状部材７０は、好ましくは、ゴムなどの弾性体が用いられる。なお、板状部材７０は、インシュレータ１６Ａ、１８Ａと同じ材料であってもよい。

板状部材７０は、軸方向に凸または凹となる少なくとも１つの第２係合部８０を有する。この好ましい変形例においては、板状部材７０は、軸方向下側に向かって凹となる少なくとも１つの凹部８０を有する。凹部８０の数は、凸部６０の数以上であればよい。この好ましい実施形態においては、凹部８０の数は、凸部６０の数と同じである。径方向および周方向において、凹部８０の位置は、凸部６０の位置と、ほぼ等しい。凸部６０の軸方向の寸法は、凹部８０の軸方向の寸法よりも、短い。凹部８０は、凸部６０と、軸方向に対向する。モータ１の組み立て時において、凸部６０の少なくとも一部は、凹部８０内に挿入される。これにより、周方向および径方向の少なくともいずれか一方において、板状部材７０は、ステータコア１２に対して、位置決めされる。

板状部材７０の径方向内側の端部は、枠部１６の外側面に当たる。これにより、径方向において、板状部材７０は、ステータコア１２に対して、位置決めされる。

さらに、軸方向において、板状部材７０は、第２延伸部１６ｇおよびカバー部材３０と、ステータコア１２の上面との間に配置される。板状部材７０は、第２延伸部１６ｇ、カバー部材３０、およびステータコア１２の上面により、軸方向に挟持される。これにより、軸方向において、板状部材７０が、ステータコア１２に対して位置決めされる。

以上の構成により、モータ１に対して外部から衝撃が加わった場合であっても、板状部材７０がステータコア１２に対して、相対的に移動することが防止される。

また、上記構成は、上側カバー部材３０、ステータコア１２の上面、および第２延伸部１６ｇについて、説明している。しかし、下側カバー部材３２、ステータコア１２の下面、および第２延伸部１８ｇについても、同様の構造が適用されてもよい。

なお、凹部８０は、板状部材７０を軸方向に貫通する貫通穴であってもよく、特に限定されるものではない。凹部８０は、板状部材７０の上面を周方向にのびる溝であってもよい。この場合、径方向において、板状部材７０は、ステータコア１２に対して、位置決めされる。凹部８０は、板状部材７０の上面において、径方向に伸びる溝であってもよい。この場合、周方向において、板状部材７０は、ステータコア１２に対して、位置決めされる。

また、第１係合部が軸方向に凹または凸となる場合には、第２係合部は軸方向に凸または凹となる。

図１８（ｂ）は、本発明にかかる他の変形例を示す断面図である。図１８（ｂ）に示すように、第２延伸部１６ｇの軸方向下側には、板状部材７０Ａが配置される。この変形例においては、第２延伸部１６ｇは、凸部６０を有してない。この変形例においても、板状部材７０Ａの径方向内側の端部は、望ましくは、枠部１６ｃと径方向に接する。これにより、径方向において、板状部材７０Ａがステータコア１２に対して、位置決めされる。板状部材７０Ａは、第２延伸部１６ｇおよびカバー部材３０と、ステータコア１２の上面と、によって、板状部材７０Ａは挟持される。

図１８（ｃ）は、本発明にかかる他の変形例を示す断面図である。図１８（ｃ）に示すように、各第２延伸部１６ｇは、軸方向に貫通する貫通穴１６ｈを有する。各第２延伸部１６ｇの径方向外側の端部は、ステータコア１２の外側面と、面一となっている。各貫通穴１６ｈには、弾性部材９０が配置される。弾性部材９０としては、例えば、ゴムやばねが用いられる。この変形例において、弾性部材９０は、ゴムが用いられる。弾性部材９０の上面は、好ましくは、第２延伸部１６ｇの上面よりも軸方向上側に位置する。モータ１の組み立て時において、弾性部材９０は、上側カバー部材３０によって押圧され、弾性変形する。弾性部材９０は、上側カバー部材３０とステータコア１２の上面とによって、軸方向に挟持される。第２延伸部１６ｇの上面と上側カバー部材３０との間には、軸方向に隙間がある。これにより、モータ１の駆動時において、ステータ１０から伝わってきた振動が、上側カバー部材３０に伝わることが抑制される。

上記構成は、上側カバー部材３０、ステータコア１２、および第２延伸部１６ｇについて説明している。しかし、下側カバー部材３２、ステータコア１２の下面、および第２延伸部１８ｇについても、同様の構造が適用されてもよい。

さらに、第２延伸部１６ｇは、枠部１６ｃから径方向に離れて配置され、かつ、枠部１６ｃ側から径方向外側に向かって伸びてもよい。図１８（ｄ）に示されるように、カバー部材３０の各脚部３０ｃは、軸方向上側に向かって凹となるカバー凹部３０ｃ１を有する。カバー凹部３０ｃ１の内部には、第２延伸部１６ｇが配置される。この変形例においては、第２延伸部１６ｇは、例えば、ゴムなどの弾性体を材料とする部材であることが望ましい。第２延伸部１６ｇは、枠部１６ｃから径方向離れて配置され、枠部１６ｃから径方向外側に向かって伸びる。第２延伸部１６ｇは、上側脚部３０ｃの軸方向下側の面よりも、軸方向下側に突出する。そのため、モータ１の組み立て時において、第２延伸部１６ｇは、カバー凹部３０ｃ１を構成する内側面とステータコア１２の上面とにより、挟持される。上側脚部３０ｃの軸方向下側の面とステータコア１２の上面との間には、隙間がある。これにより、モータ１の駆動時において、ステータ１０から伝わった振動がカバー部材３０へと伝達することが抑制される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した範囲において種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、２相ステッピングモータの場合について説明したが、ステッピングモータに限らず、他のインナーロータ型モータにも適用でき、３相モータの場合であってもよい。ステッピングモータや他のインナーロータ型モータの相の数は、２相に限らず、３相や５相などであってもよく、特に限定されるものではない。また、モータの回転子として、ハイブリッド型に限らず、異なる磁極を周方向に交互に配置した永久磁石型回転子を用いてもよい。さらに、ステータ１０に用いられるインシュレータ１６・１８は必ずしも正八角形状である必要はなく、９０°毎の回転対称状の八角形であればよい。また、枠部は必ずしも環状につながっていなくてもよい。いわゆる分割コアの各ピースに取り付けられるインシュレータの場合、枠部は、コアバック部と径方向に対向する部位をいう。回転子２０を回転自在に支持する軸受３４・３６として、ボールベアリングに限らず、すべり軸受を用いることもできる。さらに、ステータコア１２は、ねじ挿通孔１２ｅに代えて、ステータコア１２の外側面に、複数の溝部１００を有してもよい。図１９は、他の変形例のステータコアの平面図である。図１９に示すように、溝部１００は、ステータコアの四隅に配置される。各溝部１００の内側面は、軸方向に伸びる。モータ１の組み立て時には、溝部１００の内側面に沿ってねじなどの固定部材が配置される。

本発明によるインナーロータ型モータは、高トルク化が可能で、低コスト化を図ることができ、ステッピングモータとして、ＯＡ機器である複写機やプリンターの用途に対し安価で高速高トルク低振動の回転電機の提供が可能であり、工業的に大きな寄与が期待される。その他、医療機器・ＦＡ機器・ロボット・遊戯機械・住宅設備機器への応用も大いに期待される。

１０：ステータ１２：ステータコア１２ｂ：主磁極１４：コイル１６・１８：インシュレータ１６ａ・１８ａ：第１延伸部１６ｂ・１８ｂ：枠部１６ｄ・１８ｄ：外表面部１６ｂ’・１８ｂ’：枠部１６ｂ１・１８ｂ１：基部側環状枠体１６ｂ２・１８ｂ２：先端側環状枠体１６ｂ３：環状薄肉部２０：回転子２２：回転子軸２４ＡＸ・２４ＢＸ・２４ＡＹ・２４ＢＹ：回転子磁極２６Ｘ・２６Ｙ：永久磁石２８Ｘ・２８Ｙ：回転子要素３０・３２：カバー部材３０ａ・３２ａ：端板部３０ｂ・３２ｂ：軸受保持部３０ｃ・３２ｃ：脚部３０ｄ・３２ｄ：爪部

Claims (7)

1. インナーロータ型モータであって、
   ステータと、
   中心軸を中心として、前記ステータに対して相対的に回転可能なロータと、
   前記ステータおよび前記ロータを軸方向一方側から覆うカバー部材と、
   を備え、
   前記ステータは、
   環状のコアバック部と、
   前記コアバック部から径方向内側に向かって伸びる複数のティース部と、
   少なくとも前記ティース部を覆うインシュレータと、
   前記インシュレータを介して、前記複数のティースのそれぞれに配置される複数のコイルと、
   を有し、
   前記インシュレータは、
   前記部と、
   前記枠部から径方向内側に向かって伸び、前記複数のティースを軸方向一方側を覆う複数の第１延伸部と、
   前記枠部から径方向外側に向かって伸び、前記コアバック部の軸方向一方側の面に当たる少なくとも１つの第２延伸部と、
   を有し、
   軸方向一方側から見たときに、前記枠部の外形は、前記コアバックの外形よりも径方向内側に位置しており
   前記第２延伸部の少なくとも一部は、径方向において前記枠部と前記コアバックの外形との間に配置されるとともに、前記コアバックの軸方向一方側の面と前記カバー部材の少なくとも一部とにより、挟持される、
   インナーロータ型モータ。
2. 請求項１に記載のインナーロータ型モータにおいて、
   前記インシュレータは複数の第２延伸部を有し、
   少なくとも一対の前記第２延伸部は、中心軸を挟んで対向して配置される。
3. 請求項１に記載のインナーロータ型モータにおいて、
   軸方向から見たときに、
   前記コアバックの外形はほぼ正方形状とされて正方形の４辺に対応する側面がモータ外表面を形成する構成とされ、
   前記インシュレータは、前記コアバックおよび前記ティースに対して軸方向両側から装着される２つの部材からなり、
   前記枠部は、
   軸方向から見たときに八角形となる外形と、
   前記コアバックの４辺の前記モータ外表面とほぼ面一となる４つの外表面部と、
   有する。
4. 請求項３に記載のインナーロータ型モータにおいて、
   前記カバー部材は、
   略矩形の板状の端板部と、
   前記端板部の四隅に配置されたそれぞれ前記コアバックの四隅部の軸方向端面に当たる４つの脚部と、
   を有し、
   前記第２延伸部は、前記脚部と前記コアバックとによって挟持される。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のインナーロータ型モータであって、
   前記枠部の軸方向他方側の端部には、軸方向に凹または凸となる第１係合部が配置され、
   前記第２延伸部の径方向内側には、軸方向に凸または凹となり前記第１係合部に対応する第２係合部が配置され、
   前記第１係合部が前記第２係合部と合わさることにより、前記枠基部が前記第２延伸部に接続される。
6. 請求項５に記載のインナーロータ型モータであって、
   前記第２延伸部の材料が、前記枠部の材料とは異なる材料である。
7. 請求項１に記載のインナーロータ型モータであって、
   前記第２延伸部は、前記枠部の軸方向他方側の端部と軸方向一方側の端部との間に位置し、
   前記第２延伸部と前記コアバック部の軸方向一方側の面と間には、弾性部材が配置される。

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