JP2021029073A - コイルアッセンブリおよびそれを用いたステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】組み立てコストの増加を招かずにコイル線に弛みを形成できるコイルアッセンブリおよびそれを用いたステッピングモータを提供する。【解決手段】両端部にフランジ部２３３，２３４を有するボビン２３２と、一方のフランジ部２３４に設けられた複数の端子ピン埋設部２３５ａと、端子ピン埋設部２３５ａに埋設された端子ピン２３６と、コイル線２３７の端部が端子ピン２３６に絡げられてボビン２３２に巻回されたコイル２３１とを備えている。端子ピン埋設部２３５ａどうしの間に、ボビン２３２の半径方向に窪むとともにボビン２３２の軸線方向に貫通する凹部２３８を備え、コイル線２３７は、端子ピン２３６の基部から凹部２３８を通ってボビン２３２に巻き始められ、かつ、凹部２３８の内部において弛み部２３７ａを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、コイルの端末に弛みを形成したコイルアッセンブリおよびそれを用いたステッピングモータに関する。

従来、ステッピングモータとして、永久磁石からなるロータと、その外周に軸方向に突出して周方向に配列された複数の極歯を有するステータを備えたＰＭ（Permanent Magnet ）形ステッピングモータが知られている。このＰＭ形ステッピングモータは、環状に配列された複数の極歯を有する外ヨークと、環状に配列された複数の極歯を有する内ヨークを組み合わせ、外ヨークおよび内ヨークの内側にコイルが収容されてステータが構成される。そして、永久磁石からなるロータがステータに対して回転可能な状態で配置されている。

ここで、コイル線は、自動巻線機によってボビンに巻回されるが、ボビンの端子台に設けられた端子ピンに絡げ接続したコイル線は、張力がかかった状態となる。特に、巻き始め側は端子ピンに絡げ接続したコイル線を押えるように絡げ接続したコイル線の上から巻回するため、コイル線の短い部分に張力がかかった状態となる。この張力を残したまま組み付けると、コイル線が断線する虞があるので、端子ピンの近くに位置するコイル線には弛みを形成する必要がある。コイル線に弛みを形成する方法として、例えば、特許文献１に記載された方法が知られている。

特許文献１には、ボビンをステータ部に組み付けた際に、ボビンと一体となった端子台がステータ部によって内側から押されて半径方向外側に動き、端子ピン近くのコイル線の引き回し部分に弛みを形成するモータの製造方法が記載されている。

特開２０１１−７８１５２号公報

特許文献１に記載の方法では、端子台が半径方向外側に向かってステータ部から押される必要がある。このため、予めボビンの端子台を半径方向外側に変形させた状態でボビンとステータ部との結合を行う方法か、あるいは、ボビンの端子台の内側にステータ部を斜めから接触させて端子台を半径方向外側の向きに押圧し、その状態を維持しつつステータ部をボビンの内側に嵌め込む方法を採用する必要がある。

しかしながら、前者の方法では作業が煩雑であり、また端子台の変形が過度に行われることによる端子台の破損が生じる虞がある。また、後者の方法では、部品寸法のばらつきにより、端子台の傾きが変動して端子ピン間のピッチがばらつき、回路基板の穴への端子ピンの挿入が難しくなり、作業性の低下を招く虞がある。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたもので、作業を簡略化して組立コストの増加を招かずにコイル線に弛みを形成できるコイルアッセンブリおよびそれを用いたステッピングモータを提供することを目的とする。

本発明は、両端部にフランジ部を有するボビンと、前記フランジ部の一方に設けられた複数の端子ピン埋設部と、前記端子ピン埋設部に埋設された端子ピンと、コイル線の端部が前記端子ピンに絡げられて前記ボビンに巻回されたコイルとを備え、前記端子ピン埋設部どうしの間に、前記ボビンの半径方向に窪むとともに前記ボビンの軸線方向に貫通する凹部を備え、前記コイル線は、前記端子ピンの基部から前記凹部を通って前記ボビンに巻き始められ、かつ、前記凹部の内部において弛み部を有するコイルアッセンブリである。

上記構成のコイルアッセンブリは次のようにして製造される。先ず、端子ピン埋設部の間の凹部にボビンの軸線方向から弛み形成ピンを挿入し、この状態で端子ピンにコイル線の端部を絡げ、コイル線を弛み形成ピンに掛けてボビンに巻回させる。コイル線をボビンに所定数巻回したらコイル線の終端を別の端子ピンに絡げる。そして、凹部から弛み形成ピンを抜き出すことにより、弛み形成ピンに掛かっていたコイル線の部分が弛み部となる。このように、本発明のコイルアッセンブリにあっては、凹部に弛み形成ピンを挿入し、抜き出すという単純な操作によってコイル線に弛み部を形成することができる。また、弛み部は凹部内に存在しているから、巻線機のスピンドルにボビンを装着してコイル線を巻回する際に、遠心力で弛み部が暴れてコイル線の巻回に支障を来すようなトラブルを抑制することができる。また、ボビンにコイル線を巻回する際、弛み部が凹部内に位置することでボビンの内側に突出しないため、コイル線で弛み部を巻き込むことを防止できる。

上記のようにして製造されたコイルアッセンブリにおいては、弛み部は凹部に進退自在に挿入された弛み形成ピンの外周に沿った形状を有するものとなる。弛み形成ピンの断面が円形であれば、弛み部は湾曲した形状となり、コイル線に張力が掛かった場合でも断線し難くなる。

コイル線は、端子ピンの長手方向中間部から端子ピン埋設部に至るまで絡げられていることが望ましい。コイル線には絶縁被膜が設けられているため、絡げた箇所を半田処理して端子ピンと導通させる。端子ピンの絡げ箇所をディップ方式や噴流方式等で半田処理する際、弛み部が端子ピン埋設部の面よりも突出した場合、弛み部まで半田が付着する虞があるが、弛み部が凹部内に位置することで端子ピン埋設部の面よりも突出しないため、弛み部に半田が付着することを抑制することができる。

本発明は、上記のようなコイルアッセンブリを備えたステッピングモータでもある。すなわち、本発明は、ステータと、ステータの内周側に回転自在に支持されたロータとを備え、ステータは、前記コイルアッセンブリを挟むように装着された外ヨークと内ヨークとを備えたステッピングモータである。

本発明によれば、作業を簡略化して組立コストの増加を招かずにコイル線に弛み部を形成することができるコイルアッセンブリおよびそれを用いたステッピングモータが提供される。

本発明の実施形態のステッピングモータの分解斜視図である。 本発明の実施形態におけるＡ相ステータユニットの分解斜視図である。 本発明の実施形態におけるコイルアッセンブリを示す斜視図である。 図３のコイルアッセンブリを逆方向から見た斜視図である。 巻線機のスピンドルにボビンを装着してコイル線を巻回した状態を示す斜視図である。 図５の分解斜視図である。 図５の要部を示す拡大斜視図である。

１．ステッピングモータの構成
（全体構成）
図１に実施形態のステッピングモータ１００を示す。ステッピングモータ１００は、クローポール型の２相ＰＭ（Permanent Magnet）型ステッピングモータである。ステッピングモータ１００は、ステータ５００を備えている。ステータ５００は、Ａ相ステータユニット２００と、Ｂ相ステータユニット３００を軸方向で結合した構造を有している。ここで、Ａ相ステータユニット２００とＢ相ステータユニット３００は、同じ構造であり、一方を他方に対して軸方向において反転させ、その背面同士を接触させ、結合することで、ステータ５００を構成している。

Ａ相ステータユニット２００には、フロントプレート２１０が固定され、Ｂ相ステータユニット３００には、エンドプレート３１０が固定されている。ステータ５００は、略筒形状を有し、その内側にロータ４００が回転自在な状態で収容されている。

（Ａ相ステータユニット２００の構成）
図２にＡ相ステータユニット２００の分解斜視図を示す。図２に示すように、Ａ相ステータユニット２００は、外ヨーク２２０、コイルアッセンブリ２３０、および内ヨーク２４０を軸方向で結合した構造を有している。外ヨーク２２０は、磁路が形成されるヨークとして機能する部分であり、電磁軟鉄あるいは圧延鋼板などの磁性材料により構成されている。外ヨーク２２０は、板状の円環部２２１、円環部２２１の外縁から軸方向に延在した円筒形状の外筒部２２２、円環部２２１の内周側の縁から軸方向に延在し、周方向に沿って間隔をおいて複数配置された略三角形状の極歯２２３を備えている。外筒部２２２には、後述する端子台２３５が嵌まる切欠部２２２ａが形成されている。コイル（ステータコイル）２３１が巻回されたコイルアッセンブリ２３０は、外ヨーク２２０の外筒部２２２と複数の極歯２２３の間の円環状の空間に配置されている。なお、コイルアッセンブリ２３０の構成については後に詳細に説明する。

内ヨーク２４０は、磁路が形成されるヨークとして機能する部分であり、電磁軟鉄あるいは圧延鋼板などの磁性材料により構成されている。内ヨーク２４０は、板状の円環部２４１、円環部２４１の内周側の縁から軸方向に延在し、周方向に沿って間隔をおいて複数配置された略三角形状の極歯２４３を備えている。円環部２４１には、端子台２３５が嵌まる切欠部２４１ａが形成されている。内ヨーク２４０の極歯２４３は、外ヨーク２２０の極歯２２３と周方向で交互に噛み合うように組み合わせられている。

Ａ相ステータユニット２００の内ヨーク２４０と同じ部材を軸方向で反転させたものが、Ｂ相ステータユニット３００の内ヨーク３４０である。内ヨーク２４０と内ヨーク３４０とを、同じ面を向かい合わせで接触させることで、Ａ相ステータユニット２００とＢ相ステータユニット３００の結合が行なわれている。

外ヨーク２２０の円環部２２１のコイルアッセンブリ２３０に対向する側と反対側の面には、フロントプレート２１０が結合している。フロントプレート２１０は、中心に円形の開口部２１１を備え、この開口部２１１に軸受２５０が取り付けられている。

（Ｂ相ステータユニット３００の構成）
Ｂ相ステータユニット３００は、Ａ相ステータユニット２００と同じ構造であり、Ａ相ステータユニット２００と同じ構造のものを、軸方向で反転させた状態で用いられている。Ｂ相ステータユニット３００は、外ヨーク３２０、コイルアッセンブリ３３０、内ヨーク３４０を軸方向で組み合わせた構造を有している。ここで、外ヨーク３２０は、外ヨーク２２０と同じ構造の部品であり、コイルアッセンブリ３３０は、コイルアッセンブリ２３０と同じ構造の部品である。外ヨーク３２０には、エンドプレート３１０が結合している。エンドプレート３１０は、中心に円形の開口部３１１を備え、この開口部３１１に軸受２６０が取り付けられている。

（ロータの構成）
ロータ４００は、略円柱状の構造を有し、その外周にフェライト磁石や希土類磁石などの永久磁石を備えている。この永久磁石は、周方向に沿ってＮＳＮＳと交互に磁極が反転する状態で着磁された磁極構造を有している。ロータ４００の軸中心には、シャフト４０１が軸方向に貫通した状態で固定され、シャフト４０１のロータ４００から図１中左側に突出した端部は、軸受２５０を介してフロントプレート２１０に回転自在に支持され、シャフト４０１のロータ４００から右側に突出した端部は、軸受２６０を介してエンドプレート３１０に回転自在に支持されている。

２．コイルアッセンブリの構成
図３および図４に示すように、コイルアッセンブリ２３０は、軸中心と同軸構造を有するコイル２３１を構成するコイル線２３７が巻回されるボビン２３２を有している。ボビン２３２は、樹脂製であり射出成形法を用いて形成されている。ボビン２３２の軸方向における両端には、コイル２３１の巻き崩れを防止するフランジ部２３３，２３４が形成されている。一方のフランジ部２３４には、端子台２３５が形成されている。端子台２３５は、フランジ部２３４から軸方向へ突出する矩形状のブロックであり、フランジ部２３４と一体成形されている。端子台２３５には、複数（この実施形態では３つ）の端子ピン埋設部２３５ａが形成され、端子ピン埋設部２３５ａの間に凹部２３８が形成されている。

端子ピン埋設部２３５ａには、複数（この実施形態では２本）の金属製の端子ピン２３６が圧入やインサート成形等の手段により埋設されている。端子ピン２３６には、コイル２３１のコイル線２３７の端部が絡げられている。端子ピン埋設部２３５ａの間には、図中下側へ向けて窪むとともに軸方向に貫通する凹部２３８が形成されている。そして、図３において右側の凹部２３８内では、コイル線２３７の弛み部２３７ａが形成されている。この弛み部２３７ａは、コイル線２３７の巻き始めの部分である。

以上の構成からなるコイルアッセンブリ２３０は、図２に示すように、外ヨーク２２０と内ヨーク２４０とに挟持されるように結合され、外ヨーク２２０の切欠部２２２ａと内ヨーク２４０の切欠部２４１ａに端子台２３５が嵌まった状態でＡ相ステータユニット２００が構成される。また、図１に示すように、コイルアッセンブリ３３０も同様に、外ヨーク３２０と内ヨーク３４０とに挟持されるように結合され、外ヨーク３２０の切欠部３２２ａと内ヨーク３４０の切欠部３４１ａに端子台２３５が嵌まった状態でＢ相ステータユニット３００が構成される。

３．コイルアッセンブリの形成手順
図５〜図７を参照してコイルアッセンブリ２３０の形成手順を説明する。図５において符号６００は自動巻線機のスピンドルであり、自動巻線機の本体に装着されて回転する。図６に示すように、スピンドル６００は、略矩形状のブロックからなる本体６０１に、円板状のボビン受６０２と、自動巻線機の本体に把持されるシャンク部６０３を備えている。

本体６０１の上面には、台座６０４がネジ６０５によって取り付けられている。台座６０４には、弛み形成ピン６０６が取り付けられている。弛み形成ピン６０６は、基部が太く形成されて剛性が確保されている。台座６０４の軸方向を向く一側には凹部６０４ａが形成され、この凹部６０４ａに端子台２３５が嵌まって位置決めされるようになっている。なお、図中符号６０７はボビン受６０２に装着したボビン２３２を固定するための押え部材である。押え部材６０７は、図示しない駆動機構によって本体６０１側に移動させられ、本体６０１と協働してコイルアッセンブリ２３０を挟持し、その状態でスピンドル６００に連れ回りする。

次に、ボビン２３２にコイル線２３７を巻回してコイルアッセンブリ２３０を形成する手順について説明する。先ず、手作業あるいはマニピュレータ等の手段により、ボビン２３２をボビン受６０２に装着し、押え部材６０７をボビン受６０２に装着して本体６０１と押え部材６０７とによってボビン２３２を挟持する。このとき、弛み形成ピン６０６の小径な先端部が端子ピン埋設部２３５ａの間に形成した凹部２３８に挿入される。図７に示すように、凹部２３８の隅部には、円筒曲面２３８ａが形成され、弛み形成ピン６０６の外周面は円筒曲面２３８ａと接触あるいは極めて接近した位置に配置される。

自動巻線機はコイル線２３７を送り出す三次元的に移動可能なノズルを有しており、先ず、ノズルから送り出したコイル線２３７を端子ピン２３６に絡げる。コイル線２３７を端子ピン埋設部２３５ａまで絡げたら、ノズルはコイル線２３７を弛み形成ピン６０６に掛けてボビン２３２の胴部に誘導する。この状態でスピンドル６００は、図５の右側から見て反時計回りの方向に回転し、コイル線２３７がボビン２３２に巻回される。このとき、コイル線２３７に張力が作用して弛み形成ピン６０６に曲げ応力が掛かるが、凹部２３８の円筒曲面２３８ａによって弛み形成ピン６０６が支持され、その変形が抑制ないし阻止される。コイル線２３７を巻回している間、ノズルは軸方向に移動してコイル線２３７を揃える。コイル線２３７を巻き終えると、スピンドル６００は停止し、ノズルは巻き終わりとなるコイル線２３７を送り出しながら他方の端子ピン２３６に絡げる。

コイル線２３７の絡げが終了したらノズルはコイル線２３７を切断する。そして、押え部材６０７を後退させてボビン受６０２から取り外し、手作業あるいはマニピュレータ等の手段により、コイル線２３７が巻回されたコイルアッセンブリ２３０をスピンドル６００から取り外す。これにより、弛み形成ピン６０６が凹部２３８から引き抜かれ、巻き始めとなるコイル線２３７に加えられていた張力が開放される結果、凹部２３８に弛み部２３７ａが残される。

上記構成のコイルアッセンブリ２３０にあっては、端子台２３５の凹部２３８に弛み形成ピン６０６を挿入してコイル線２３７をボビン２３２に巻回し、巻回後に弛み形成ピン６０６を抜き出すという単純な操作によってコイル線２３７に弛み部２３７ａを形成することができる。また、弛み部２３７ａは凹部２３８内に存在しているから、自動巻線機のスピンドル６００にボビン２３２を装着してコイル線２３７を巻回する際に、遠心力で弛み部２３７ａが暴れて巻線に支障を来すようなトラブルを抑制することができる。また、ボビン２３２にコイル線２３７を巻回する際、弛み部２３７ａが凹部２３８内に位置することでフランジ部２３４の内側の面に突出しないため、弛み部２３７ａを巻き込むことを防止できる。

特に、上記実施形態においては、弛み部２３７ａは凹部２３８に挿入された弛み形成ピン６０６の外周に沿った形状を有するものとなる。弛み形成ピン６０６の断面は円形であるため、弛み部２３７ａは湾曲した形状となり、コイル線２３７に張力が掛かった場合でも断線し難くなる。

上記実施形態においては、コイル線２３７は、端子ピン２３６の長手方向中間部から端子ピン埋設部２３５ａに至るまで絡げられている。コイル線２３７には絶縁被膜が設けられているため、絡げた箇所を半田処理して端子ピン２３６と導通させる。端子ピンの絡げ箇所をディップ方式や噴流方式等で半田処理する際、弛み部２３７ａが端子ピン埋設部２３５ａの面よりも突出した場合、弛み部２３７ａまで半田が付着する虞があるが、弛み部２３７ａが凹部２３８内に位置することで端子ピン埋設部２３５ａの面よりも突出しないため、弛み部２３７ａに半田が付着することを抑制することができる。

４．変更例
上記実施形態は端子ピン２３６が２本でコイル線２３７が１本のユニファイラ巻き（バイポーラ駆動）に適用したものである。本発明は、端子ピン２３６が３本でコイル線２３７が２本のバイファイラ巻き（ユニポーラ駆動）にも適用することができる。この場合には、図７に示す中央の端子ピン埋設部２３５ａの端子ピン圧入用孔２３５ｂに端子ピン２３６が圧入され、この端子ピン２３６からもコイル線２３７を巻き始める。したがって、この場合も、図示しない自動巻線機に設けた２本のノズルそれぞれからコイル線２３７を送りだし、一方端側の端子ピン２３６と中央の端子ピン埋設部２３５ａに埋設した端子ピン２３６に巻き始め部分を絡げた後、各コイル線２３７を凹部２３８に挿入されたそれぞれの弛み形成ピン６０６に掛けてボビン２３２に所定の巻数で巻回する。コイル線２３７を巻回した後、各ノズルは巻き終わりとなるコイル線２３７を中央の端子ピン２３６と他方端側の端子ピン２３６にそれぞれ絡げる。このように、各巻き始めの箇所に形成された弛み部２３７ａは、それぞれ凹部２３８内に位置する。

上記実施形態では、台座６０４には２つの弛み形成ピン６０６が取り付けられている。これは、巻き始めとなるコイル線２３７に弛み部２３７ａを形成するための弛み形成ピン６０６を備えているためで、ユニファイラ巻きとバイファイラ巻き、いずれも適用できるようにしている。なお、台座６０４には、巻き始めとなるコイル線２３７に弛み部２３７ａを形成するための弛み形成ピン６０６を備えていればよく、ユニファイラ巻きとバイファイラ巻き、それぞれ専用にしたものであっても勿論よい。

上記実施形態では、端子台２３５に複数の端子ピン埋設部２３５ａを設けているが、フランジ部２３４に複数の端子台（端子ピン埋設部）を互いに離間して形成し、端子台どうしの間を凹部として用いることができる。この態様においても、凹部に弛み形成ピン６０６を挿入して上記実施形態と同様にコイル線２３７に弛み部２３７ａを形成することができる。

上記実施形態では、コイル線２３７をボビン２３２に巻き始める際に弛み部２３７ａを形成しているが、必要に応じて巻き終わりの際に弛み部２３７ａを形成することもできる。この場合には、弛み形成ピン６０６を凹部２３８のスピンドル６００側を向いて左隅に配置する。

本発明は上記実施形態のようなクローポール型の２相ステッピングモータに限定されるものではなく、ハイブリッド型ステッピングモータなどあらゆるステッピングモータに適用可能である。

本発明は、ステッピングモータの技術分野に利用することができる。

１００…ステッピングモータ、２００…Ａ相ステータユニット、２１０…フロントプレート、２１１…開口部、２２０…外ヨーク、２２１…円環部、２２２…外筒部、２２２ａ…切欠部、２２３…極歯、２３０…コイルアッセンブリ、２３１…コイル、２３２…ボビン、２３３…フランジ部、２３４…フランジ部、２３５…端子台、２３５ａ…端子ピン埋設部、２３５ｂ…端子ピン圧入用孔、２３６…端子ピン、２３７…コイル線、２３７ａ…弛み部、２３８…凹部、２４０…内ヨーク、２４１…円環部、２４１ａ…切欠部、２４３…極歯、２５０…軸受、２６０…軸受、３００…Ｂ相ステータユニット、３１０…エンドプレート、３１１…開口部、３２０…外ヨーク、３２２ａ…切欠部、３３０…コイルアッセンブリ、３４０…内ヨーク、３４１ａ…切欠部、４００…ロータ、４０１…シャフト、５００…ステータ、６００…スピンドル、６０１…本体、６０２…ボビン受、６０３…シャンク部、６０４…台座、６０４ａ…凹部、６０５…ネジ、６０６…弛み形成ピン、６０７…押え部材。

Claims (4)

1. 両端部にフランジ部を有するボビンと、
   前記フランジ部の一方に設けられた複数の端子ピン埋設部と、
   前記端子ピン埋設部に埋設された端子ピンと、
   コイル線の端部が前記端子ピンに絡げられて前記ボビンに巻回されたコイルとを備え、
   前記端子ピン埋設部どうしの間に、前記ボビンの半径方向に窪むとともに前記ボビンの軸線方向に貫通する凹部を備え、
   前記コイル線は、前記端子ピンの基部から前記凹部を通って前記ボビンに巻き始められ、かつ、前記凹部の内部において弛み部を有するコイルアッセンブリ。
2. 前記弛み部は、前記凹部に進退自在に挿入された弛み形成ピンの外周に沿った形状を有する請求項１に記載のコイルアッセンブリ。
3. 前記コイル線は、前記端子ピンから前記端子台に至るまで絡げられている請求項１または２に記載のコイルアッセンブリ。
4. ステータと、
   前記ステータの内周側に回転自在に支持されたロータとを備え、
   前記ステータは、請求項１〜３のいずれかに記載のコイルアッセンブリを挟むように装着された外ヨークと内ヨークとを備えたステッピングモータ。

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