JP2020191751A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアの極歯と筒状部の間のコイル線の巻回スペースを拡張することのできるモータを提供すること。【解決手段】モータ１において、外ステータコア４４Ｂは、環状部４４１の内縁および外縁から同一方向に極歯４５および筒状部４４２が突出しており、極歯４５と筒状部４４２との間にコイル線４１の巻回スペースがある。極歯４５の板厚ｔ４５、および筒状部４４２の板厚ｔ４４２は、環状部４４１の板厚ｔ４４１より薄く、筒状部４４２の板厚ｔ４４２は、極歯４５の板厚ｔ４５より薄い。また、筒状部４４２の板厚ｔ４４２と極歯４５の板厚ｔ４５との差はコイル線４１の線径より大である。従って、極歯４５と筒状部４４２の間のコイル線４１の巻回スペースを拡張することができ、コイル線４１の巻回数を増やすことができる。【選択図】図２

Description

本発明は、環状部の内縁および外縁から同一方向に極歯および筒状部が突出したステータコアを備えたモータに関するものである。

回転軸の外周に磁石を備えたロータと、ロータの外周側に配置された筒状のステータとを有するモータにおいて、ステータのモータ軸線方向の端部に配置されたステータコアが、環状部と、環状部の内縁からモータ軸線方向に折れ曲がった極歯と、環状部の外縁からモータ軸線方向に折れ曲がった円筒状の筒状部を備えた態様が提案されている。また、コイル線の巻回数を増やすことを目的に、環状部および極歯の厚さをｔ１とし、筒状部の厚さをｔ２とし、コイル線の線径をｄとしたときに、以下の関係を満たす構成とすることが提案されている（特許文献１参照）。

ｔ２≦ｔ１−ｄ

特開平７−１２３６８６号公報

しかしながら、引用文献１に記載の構成では、筒状部の板厚のみを薄くしているため、極歯と筒状部の間のスペースを十分に拡張できない。それ故、コイルの巻回数を十分に増やすことができないという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、ステータコアの極歯と筒状部の間のコイル線の巻回スペースを拡張することのできるモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るモータは、回転軸の外周に磁石を備えたロータと、前記ロータの外周側に配置された筒状のステータと、を有し、前記ステータは、モータ軸線方向に直交する環状部、前記環状部の内縁から前記モータ軸線に沿うように折れ曲がった極歯、および前記環状部の外縁から前記極歯と同一方向に折れ曲がった円筒状の筒状部を備えたステータコアを備え、前記環状部、前記極歯、および前記筒状部の各々の板厚は、以下の関係
前記環状部の板厚＞前記極歯の板厚＞前記筒状部の板厚
にあることを特徴とする。

本発明では、極歯の板厚が環状部の板厚より薄く、筒状部の板厚が極歯の板厚より薄い。このため、筒状部の板厚のみを薄くする場合より、コイル線の巻回数をさらに増やすことができる。

本発明において、前記筒状部の板厚と前記極歯の板厚との差は、前記筒状部と前記極歯との間にコイルを構成するコイル線の線径より大である態様を採用することができる。かかる態様によれば、筒状部の板厚と極歯の板厚との差を利用してコイル線の巻回数を増やすことができる。

本発明において、前記極歯の前記環状部からの突出寸法である長さ、および前記筒状部の前記環状部からの突出寸法である長さは、前記筒状部の半径を超えている態様を採用することができる。

本発明において、前記筒状部の半径が３ｍｍ以下である態様を採用することができる。

本発明では、極歯の板厚が環状部の板厚より薄く、筒状部の板厚が極歯の板厚より薄い。このため、筒状部の板厚のみを薄くする場合より、コイル線の巻回数をさらに増やすことができる。

本発明を適用したモータの断面図。 図１に示すモータの反出力側の端部の拡大断面図。 図１に示す反出力側の外ステータコアに端板を介して軸受を固定した様子を示す斜視図。 図１に示す反出力側の外ステータコアに端板を介して軸受を固定した様子を示す底面図。 図１に示す端板および軸受等を反出力側からみた斜視図。 図５に示す端板および軸受を出力側からみた斜視図。

図面を参照して、本発明を適用したモータ１の一例を説明する。なお、以下の説明において、軸線Ｌ方向は回転軸３０の中心軸線（モータ軸線）が延在している方向であり、軸線Ｌ方向において、回転軸３０が回転を出力する側が「出力側Ｌｂ」であり、出力側Ｌｂとは反対側が「反出力側Ｌａ」である。以下に説明する実施形態では、回転軸３０がステータ４から突出している側が出力側Ｌｂであり、回転軸３０がステータ４から突出している側とは反対側が反出力側Ｌａである。また、以下の説明では、軸線Ｌ方向の「一方側」が反出力側Ｌａで、軸線Ｌ方向の「他方側」が出力側Ｌｂである場合を中心に説明する。

（全体構成）
図１は、本発明を適用したモータ１の断面図である。図１に示すモータ１は、ステッピングモータであり、回転軸３０の外周に磁石３１を備えたロータ３と、ロータ３の外周側に配置された筒状のステータ４とを有している。回転軸３０は、軸線Ｌ方向に延在し、ステータ４の出力側Ｌｂの端部から突出している。回転軸３０には、円筒状の磁石３１が接着剤（図示せず）等によって固着されており、磁石３１に対して径方向外側でステータ４が対向している。磁石３１は、周方向にＮ極とＳ極が交互に設けられた永久磁石である。

本形態において、ステータ４は、外径に比して、軸線Ｌ方向に長く延在した形状を有している。例えば、ステータ４の外径は３ｍｍ以下であり、ステータ４の軸線Ｌ方向の長さは、６ｍｍを超える寸法を有している。

ステータ４は、Ａ相用のステータ４ＡとＢ相用のステータ４Ｂとが軸線Ｌ方向に重ねて配置された構造を有している。このため、ステータ４では、コイル４０を構成するコイル線４１が巻回された環状の２つのコイルボビン４２（コイルボビン４２Ａとコイルボビン４２Ｂ）が軸線Ｌ方向に隣り合うように配置されており、２つのコイルボビン４２の各々に、内ステータコア４３および外ステータコア４４が両側から重ねて配置されている。

より具体的には、Ａ相用のステータ４Ａでは、Ａ相用のコイル４０Ａが外周側に設けられたコイルボビン４２Ａに対して軸線Ｌ方向の両側に、環状の内ステータコア４３Ａ、お
よび断面Ｕ字形状の外ステータコア４４Ａが各々、重ねて配置されている。Ａ相用のステータ４Ａでは、Ｂ相用のコイル４０Ｂが外周側に設けられたコイルボビン４２Ｂに対して軸線Ｌ方向の両側に、環状の内ステータコア４３Ｂ、および断面Ｕ字形状の外ステータコア４４Ｂが各々、重ねて配置されており、内ステータコア４３Ａと内ステータコア４３Ｂとは軸線Ｌ方向で隣接している。

内ステータコア４３（内ステータコア４３Ａ、４３Ｂ）は、コイルボビン４２（コイルボビン４２Ａ、４２Ｂ）に軸線Ｌ方向から重なる環状部４３１と、環状部４３１の内縁から軸線Ｌ方向に沿って折れ曲がった複数の極歯４５とを有している。

外ステータコア４４（外ステータコア４４Ａ、４４Ｂ）は、コイルボビン４２（コイルボビン４２Ａ、４２Ｂ）に軸線Ｌ方向から重なる環状部４４１と、環状部４４１の内縁から軸線Ｌ方向に沿って折れ曲がった複数の極歯４５とを有しており、コイルボビン４２（コイルボビン４２Ａ、４２Ｂ）の内周面では、内ステータコア４３の極歯４５と外ステータコア４４の極歯４５とが周方向に交互に配列されている。

外ステータコア４４（外ステータコア４４Ａ、４４Ｂ）は、さらに、環状部４４１の外縁から軸線Ｌ方向に沿って極歯４５と同一方向に折れ曲がった筒状部４４２を有しており、外ステータコア４４Ａの筒状部４４２と外ステータコア４４Ｂの筒状部４４２とによってモータケースが構成されている。筒状部４４２は周方向の一部が切り欠かれており、切欠き４４４からはコイルボビン４２（コイルボビン４２Ａ、４２Ｂ）に形成された端子台４２０（端子台４２０Ａ、４２０Ｂ）が径方向外側に突出している。

（外ステータコア４４の構成）
図２は、図１に示すモータ１の反出力側Ｌａの端部の拡大断面図である。図２において、内ステータコア４３および外ステータコア４４は、軟磁性板に対するプレス加工等によって形成される。本形態において、ステータ４は、外径に比して、軸線Ｌ方向に長く延在した形状を有していることから、極歯４５の長さは、ステータ４の外径の割には長い。

より具体的には、外ステータコア４４において、極歯４５の環状部４４１からの突出寸法である長さ、および筒状部４４２の環状部４４１からの突出寸法である長さは、筒状部４４２の半径（環状部４４１の半径）を超えている。本形態において、外ステータコア４４の筒状部４４２の半径は３ｍｍ以下である。より具体的には、外ステータコア４４において、筒状部４４２の半径は２．２５ｍｍであり、極歯４５の長さは２．６５ｍｍであり、筒状部４４２の長さは３．６３ｍｍである。

また、外ステータコア４４において、極歯４５の板厚ｔ４５は、環状部４４１の板厚ｔ４４１より薄い。このため、コイル線４１を巻回するスペースを広く確保することができるので、コイル線４１の巻回数を増やすことができる。さらに、外ステータコア４４において、筒状部４４２の板厚ｔ４４２は、環状部４４１の板厚ｔ４４１より薄く、さらに、極歯４５の板厚ｔ４５より薄い。すなわち、以下の関係を満たしている。
板厚ｔ４４１＞極歯の板厚ｔ４５＞板厚ｔ４４２

また、筒状部４４２の板厚ｔ４４２と極歯４５の板厚ｔ４５との差はコイル線４１の線径より大である。

例えば、外ステータコア４４において、環状部４４１の板厚ｔ４４１は０．３５ｍｍであり、極歯４５の板厚ｔ４５は０．２３ｍｍであり、筒状部４４２の板厚ｔ４４２は０．２０ｍｍであり、コイル線４１の線径は０．０５５ｍｍである。

なお、内ステータコア４３は、外ステータコア４４と筒状部４４２がないという点を除いて外ステータコア４４と同一の構成を有しており、内ステータコア４３において、極歯４５の長さは、外ステータコア４４の筒状部４４２の半径（環状部４３１の半径）を超えている。また、内ステータコア４３において、極歯４５の板厚は、環状部４３１の板厚より薄い。

このように本形態では、極歯４５の板厚ｔ４５、および筒状部４４２の板厚ｔ４４２は、環状部４４１の板厚ｔ４４１より薄く、筒状部４４２の板厚ｔ４４２は、極歯４５の板厚ｔ４５より薄い。また、筒状部４４２の板厚ｔ４４２と極歯４５の板厚ｔ４５との差はコイル線４１の線径より大である。従って、極歯４５の板厚ｔ４５、および筒状部４４２の板厚ｔ４４２のうち、一方のみを環状部４４１の板厚ｔ４４１より薄くした場合より、コイル線４１を巻回するスペースを広く確保することができるので、コイル線４１の巻回数を増やすことができる。

なお、極歯４５の板厚ｔ４５を環状部４４１の板厚ｔ４４１より薄くするにあたっては、外ステータコア４４を製作する際、プレス加工によって軟磁性板を延ばす薄肉化工程によって極歯４５を薄く形成すればよく、比較的簡単な工程で極歯４５の板厚ｔ４５を環状部４４１の板厚ｔ４４１より薄くすることができる。また、筒状部４４２の板厚ｔ４４２を環状部４４１の板厚ｔ４４１より薄くするにあたっては、外ステータコア４４を製作する際、プレス加工によって軟磁性板を延ばす薄肉化工程によって筒状部４４２を薄く形成すればよく、比較的簡単な工程で、筒状部４４２の板厚ｔ４４２を環状部４４１の板厚ｔ４４１より薄くすることができる。

（出力側Ｌｂの端板６および軸受７の構成）
再び図１において、ステータ４の出力側Ｌｂの端部には端板６が溶接等の方法で固定されており、端板６には軸受７が固定されている。本形態において、回転軸３０には、磁石３１の出力側Ｌｂの端部に重なるようにワッシャ５１が装着されており、ワッシャ５１は、軸受７と磁石３１との間に位置する。端板６は金属板であり、軸受７は金属製の焼結軸受である。

軸受７は、回転軸３０が内側に位置する軸穴７０が形成された筒部７１と、筒部７１の出力側Ｌｂの端部で拡径するフランジ部７２とを有しており、フランジ部７２は、端板６に出力側Ｌｂから重なっている。端板６には、筒部７１が貫通する貫通穴６０が形成されている。軸受７は、例えば、筒部７１のうち、端板６から反出力側Ｌａに突出した部分が端板６に溶接やカシメ等の方法で固定されている。本形態において、軸受７は、筒部７１の反出力側Ｌａの端面７１０の外周部分に対するカシメによって端板６に固定されている。

（反出力側Ｌａの端板８および軸受９の構成）
図３は、図１に示す反出力側Ｌａの外ステータコア４４Ｂに端板８を介して軸受９を固定した様子を示す斜視図である。図４は、図１に示す反出力側Ｌａの外ステータコア４４Ｂに端板８を介して軸受９を固定した様子を示す底面図である。図５は、図１に示す端板８および軸受９等を反出力側Ｌａからみた斜視図である。図６は、図５に示す端板８および軸受９を出力側Ｌｂからみた斜視図である。

図２〜図６に示すように、ステータ４の反出力側Ｌａの端部（軸線Ｌ方向の一方側の端部）を構成する外ステータコア４４Ｂの環状部４４１には端板８が溶接等の方法で固定されており、端板８には、回転軸３０を内側で回転可能に支持する軸受９が固定されている。端板８は円盤状の金属板であり、軸受９は金属製の焼結軸受である。本形態において、回転軸３０には、磁石３１の反出力側Ｌａの端部に重なるようにワッシャ５２が装着され
ており、ワッシャ５２は、軸受９と磁石３１との間に位置する。

軸受９は、軸線Ｌ方向に延在する円筒状の筒部９１と、筒部９１の出力側Ｌｂ（軸線Ｌ方向の他方側）で拡径して端板８に出力側Ｌｂから重なる円環状のフランジ部９２とを有しており、筒部９１に形成された断面円形の軸穴９０の内周面９０ａによって回転軸３０が回転可能に支持されている。本形態において、軸穴９０は、軸線Ｌ方向の両端が拡径しており、軸線Ｌ方向の中央より出力側Ｌｂに位置する部分が、回転軸３０が摺動する摺動面９０ｂになっている。

軸穴９０は筒部９１を軸線Ｌ方向で貫通している。このため、筒部９１の反出力側Ｌａの端面９１０では軸穴９０が開口しており、端面９１０は円環状になっている。但し、回転軸３０の反出力側Ｌａの軸端３０ａは、筒部９１の内側に位置し、筒部９１から反出力側Ｌａに突出していない。従って、モータ１の軸線Ｌ方向の長さを短くすることができる。

端板８は、筒部９１が貫通する円形の貫通穴８０が形成されている。端板８の反出力側Ｌａ（軸線Ｌ方向の一方側）の面８１（外面）には、貫通穴８０の周りで出力側Ｌｂ（内側）に向けて凹んだ円環状の凹部８６が形成されている。

端板８は、金属板であり、凹部８６は端板８に対するプレス加工によって形成される。このため、端板８の出力側Ｌｂの面８２では、凹部８６と重なる部分がステータ４と重なる部分より出力側Ｌｂに突出した円環状の凸部８７になっており、凸部８７に対して軸受９のフランジ部９２が出力側Ｌｂから重なっている。従って、端板８に凹部８６を形成した場合でも、端板８の強度低下を抑制することができる。

ここで、軸受９は、筒部９１の一部９１ａが凹部８６の底部８６０から反出力側Ｌａに突出した状態で端板８に溶接やカシメ等によって固定されている。従って、端板８から反出力側Ｌａ（外側）への軸受９の突出を抑制することができる。本形態において、筒部９１は、凹部８６から反出力側Ｌａ（外側）に突出していない状態で端板８に溶接やカシメ等によって固定されている。従って、モータ１では、反出力側Ｌａに軸受９が突出していないので、モータ１の軸線Ｌ方向の寸法を短くすることができる。

本形態においては、図４に示すように、軸受９は、筒部９１の反出力側Ｌａの端面９１０の外周側部分９１１に対するカシメにより端板８に固定されている。より具体的には、カシメ用のパンチによって端面の９１０の外周側部分９１１を押し潰し、外周側部分９１１の塑性変形した部分を端板８の貫通穴８０の内縁に被せるとともに、筒部９１の塑性変形した部分を貫通穴８０の内周面に当接させる。

ここで、端面９１０におけるカシメの痕９５は、端面９１０の外縁から径方向内側に向かって筒部９１の径方向の肉厚の１／２を超える寸法を有している。従って、カシメを施した領域が広いので、軸受９の筒部９１の外径が小さい場合でも、端板８と軸受９とを強固に固定することができる。

（軸受９の位置決め構造）
本形態では、軸受９のうち、端板８から出力側Ｌｂに突出した部分が、ステータ４において反出力側Ｌａの端部に位置する外ステータコア４４Ｂの極歯４５に対して固定されずに径方向内側から当接することによって、軸受９が径方向で位置決めされている。本形態において、軸受９は、フランジ部９２の径方向外側の端部９２０が極歯４５に径方向内側から当接している。

従って、軸受９をステータ４に嵌合させる必要がないので、極歯４５を変形させることがない。従って、軸受９が傾いた姿勢で固定されるという事態が発生しにくいので、軸受９によって回転軸３０を適正に支持することができる。特に本形態では、径方向からみたとき、軸穴９０の内周面のうち、回転軸３０が接して摺動する摺動面９０ｂと、軸受９が極歯４５の内周面４５ａに当接する部分とが重なっている。従って、軸穴９０の内周面のうち、回転軸３０が摺動する摺動面９０ｂの径方向の位置決めを適正に行うことができるので、軸受９によって回転軸３０を適正に支持することができる。

ここで、極歯４５は、径方向内側に向けて凸状に湾曲して折れ曲がった根元部分４５１と、根元部分４５１からモータ軸線Ｌに沿って延在する先端部分４５２とを備えており、軸受９は、極歯４５の先端部分４５２のうち、根元部分４５１に近い部分に対して径方向内側から当接している。それ故、軸受９を適正に位置決めすることができるので、軸受９によって回転軸３０を適正に支持することができる。

［他の実施の形態］
上記実施形態においては、反出力側Ｌａで極歯４５の内面に軸受９を当接させて軸受９の径方向の位置決めを行ったが、出力側Ｌｂで極歯４５の内面に軸受７を当接させて軸受７の径方向の位置決めを行ってもよい。

上記実施形態においては、反出力側Ｌａで軸受９を端板８に固定するにあたって、端板８の凹部８６を形成したが、出力側Ｌｂで軸受７を端板６に固定するにあたって、端板６に凹部を形成してもよい。

上記実施形態では、ステータ４の外径が６ｍｍ以下のモータ１に本発明を適用したが、ステータ４の外径が６ｍｍを超えるモータ１に本発明を適用してもよい。

１…モータ、３…ロータ、４、４Ａ、４Ｂ…ステータ、８…端板、９…軸受、３０…回転軸、３０ａ…軸端、３１…磁石、４０、４０Ａ、４０Ｂ…コイル、４１…コイル線、４２、４２Ａ、４２Ｂ…コイルボビン、４３、４３Ａ、４３Ｂ…内ステータコア、４４、４４Ａ、４４Ｂ…外ステータコア、４５…極歯、４５ａ、９０ａ…内周面、５１、５２…ワッシャ、８０…貫通穴、９０…軸穴、９１…筒部、９２…フランジ部、８６…凹部、８７…凸部、９０ｂ…摺動面、９５…痕、４３１、４４１…環状部、４４２…筒状部、４４４…切欠き、４５１…根元部分、４５２…先端部分、９１０…端面、８６０…底部、９１１…外周側部分、９２０…端部、Ｌ…モータ軸線、Ｌａ…反出力側、Ｌｂ…出力側、ｔ４５、ｔ４４１、ｔ４４２…板厚

Claims (4)

1. 回転軸の外周に磁石を備えたロータと、
   前記ロータの外周側に配置された筒状のステータと、
   を有し、
   前記ステータは、モータ軸線方向に直交する環状部、前記環状部の内縁から前記モータ軸線に沿うように折れ曲がった極歯、および前記環状部の外縁から前記極歯と同一方向に折れ曲がった円筒状の筒状部を備えたステータコアを備え、
   前記環状部、前記極歯、および前記筒状部の各々の板厚は、以下の関係
   前記環状部の板厚＞前記極歯の板厚＞前記筒状部の板厚
   にあることを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記筒状部の板厚と前記極歯の板厚との差は、前記筒状部と前記極歯との間にコイルを構成するコイル線の線径より大であることを特徴とするモータ。
3. 請求項１または２に記載のモータにおいて、
   前記極歯の前記環状部からの突出寸法である長さ、および前記筒状部の前記環状部からの突出寸法である長さは、前記筒状部の半径を超えていることを特徴とするモータ。
4. 請求項３に記載のモータにおいて、
   前記筒状部の半径が３ｍｍ以下であることを特徴とするモータ。