JP5520175B2 - アウターロータ型モータの固定子構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車、産業機器、事務機器などに用いられるアウターロータ型モータの固定子構造に関する。

モータは、固定子ユニットに設けられるコイルに流す電流方向を切り換えることにより、固定子ヨークの磁極歯に対向して設けられる永久磁石を備えた回転子が回転する。コイルは電流方向を切り換える等の制御をす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、固定子鉄心に出力軸と平行な方向にマグネットワイヤーが巻き付けられ（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コイル端が共に軸方向に引き出されて駆動回路に接続される。

インナーロータ型のＰＭステップモータの固定子ユニットは、固定子ヨークの磁極歯の外周に設けられたコイルボビンにマグネットワイヤーを巻いて内周側及び外周側のコイル端を端子などを介して固定子の外周側の空間へ引き出してコネクタ又はプリント基板と接続していた（特許文献１，２参照）。

アウターロータ型のＰＭステップモータの固定子は、固定子ヨークの磁極歯の内側に設けられたコイルボビンにマグネットワイヤーを巻いてコイルボビンの内周側と軸受ハウジングの外周側との隙間にコイルリードを通すためのガイドを設けて当該ガイド内にコイルリードを配線してコイル端をコネクタ又はプリント基板に接続していた（特許文献３参照）。

特開２００２−７８２６８号公報 特開２００５−１１０３７７号公報 特開２００７−４９８４４号公報

アウターロータ型PMステップモータは、インナーロータ型PMステップモータに比べて、同体格で比較した場合に大きなトルクを発生出来る利点がある一方で、コイルリードの配線をモータ内部で行わなければならないために、コイルリードを配線するための空間が十分に確保出来ない。そのために、非常に狭い空間に配線を行わなければならないために、配線作業の作業性は悪いと同時に固定子ヨークとコイルの絶縁の信頼性の確保が困難であると言う課題がある。
逆に、コイルリードの配線のための空間を確保するには、コイルの占積率又は磁路となる固定子ヨークの体積を減らす方法が考えられるが、この方法の場合、モータの特性が低下してしまうと言う問題がある。
即ち、大きなトルクを発生するモータを、絶縁の信頼性の高い構造で実現することが困難であったことが、アウターロータ型PMステップモータの普及し難い理由となっている。

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、コイルの占積率を低下させずかつコイルと固定子ヨーク間の絶縁の信頼性を落とさずに固定子ユニット間の僅かな空間に作業性良く配線することができるアウターロータ型モータの固定子構造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。
出力軸と、マグネットワイヤーを巻いたコイルを、櫛歯状の磁極歯が形成された固定子ヨークにより挟み込んだ固定子ユニットが同芯状に複数積層される固定子と、前記磁極歯に対向して磁極が形成される永久磁石を備え前記出力軸を中心に回転可能に支持された回転子と、モータを駆動する駆動回路の端子である駆動回路端子部と、を備えたアウターロータ型モータの固定子構造であって、前記コイルから前記駆動回路端子部までを配線するコイルリードが前記固定子ユニットの磁極歯の隙間を通過して前記固定子の外周面に沿って配線されていることを特徴とする。
上記構成によれば、コイルリードが固定子ユニットの磁極歯の隙間を通過して固定子の外周面に沿って配線されているので、コイルの占積率又は固定子ヨークの体積を減らすことなく、コイルから駆動回路端子部へ省スペースで配線することが可能となる。

また、前記第一固定子ヨークと第二固定子ヨークの磁極歯間に露出するコイルリード保持部が形成されたコイルリード保持部材が、前記固定子ユニット内にコイルと共に積層されて挟み込まれることを特徴とする。
上記構成によれば、各固定子ユニットのコイルから引き出されたコイルリードが第一固定子ヨークと第二固定子ヨークの磁極歯間に露出するコイルリード保持部に保持されて磁極歯の隙間を通過して配線することができる。よって、コイルリードの配線作業がしやすく、かつコイルリードが回転子側に飛び出すことを防ぐことが可能となる。

また、前記固定子ヨークの外面が絶縁膜でコーティングされていることを特徴とする。また、前記コイルリードの外周は絶縁材で覆われているか若しくは絶縁コーティングされていることを特徴とする。
上記構成によれば、コイルリードと固定子ヨークの磁極歯との絶縁の信頼性を向上させることができる。

また、前記コイルリードは、固定子ユニット間の隙間に組み付けられるジョイントを介して前記コイルと前記駆動回路端子部とを接続していることを特徴とする。
上記構成によれば、各固定子ユニットにおいてジョイント位置を決めることで磁極歯間の配線作業を効率よく行うことができる。

また、固定子全体がモールドされていることを特徴とする。
上記構成によれば、モータに振動や熱膨張や熱収縮を繰り返す過酷な使用環境に置かれても、コイルリードが位置ずれすることなく、回転子側に飛び出すこともないので耐候性や信頼性を向上することができる。

上述したアウターロータ型モータの固定子構造を用いれば、コイルの占積率を低下させずかつコイルと前記駆動回路端子部間の絶縁の信頼性を落とさずに固定子ユニット間の僅かな空間に作業性良く配線することができる。

固定子ユニットの斜視図である。 図１の固定子ユニットの分解斜視図である。 コイルリード保持部材の平面図である。 固定子ユニットを４段積層した固定子の斜視図である。 図４の固定子外周をモールドした固定子の斜視図である。 図４の固定子にコネクタをモールドにより接合した状態の斜視図である。 他例に係る固定子にコネクタをモールドにより接合した状態の斜視図である。 ジョイントとコイルリードの連結構造を示す説明図である。 コイルリードとジョイントの拡大説明図である。 他例に係るコイルリード保持部材及び固定子ユニットの斜視図である。

以下、本発明に係るアウターロータ型モータの固定子構造の一実施形態について、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、固定子が空芯状に巻かれたコイルを櫛歯状の磁極歯（クローポール）を有する固定子ヨークにより挟み込んで形成される複数の固定子ユニットが同芯状に積層されるクローポール型の２相ステッピングモータを例示して説明する。

２相ステッピングモータの概略構成について図４を参照して説明する。図４において、回転子１は、周方向にＮ・Ｓ交互に着磁された永久磁石２が筒状の回転子ヨーク３の内周面に設けられている。永久磁石２は、後述する固定子ヨークの磁極歯（クローポール）に対向して設けられる。回転子１は、図示しない出力軸と一体に連結して支持される。

固定子４は、マグネットワイヤーが空芯状に巻かれたコイル６を一対の固定子ヨーク７ａ，７ｂにより挟み込んだ固定子ユニット４ａ〜４ｄが同芯状に複数積層されてなる。固定ヨーク７ｂの中心部には出力軸を挿通する筒体７ｇが形成されており、該筒体７ｇと同芯状にコイル６が組み付けられる。コイル６のコイルリード８が磁極歯７ｃ，７ｄ（クローポール）の隙間を通過して各固定子ユニット間を外周面に沿って配線されている。固定子ユニット４ａ〜４ｄは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。本実施例では固定子ユニットが２相×２で４段に積層されており、４箇所又は８箇所でコイルリード８の端部が生ずる。

次に各固定子ユニットの構成について具体的に説明する。固定子ユニット４ａ〜４ｄは同様の構成であるので、以下では固定子ユニット４ａの構成について説明するものとする。
図２において、コイル６とコイルリード保持部材９が出力軸と同軸状に積層されて第一固定子ヨーク７ａと第二固定子ヨーク７ｂとで挟み込まれる。第一固定子ヨーク７ａと第二固定子ヨーク７ｂには、櫛歯状の磁極歯７ｃ，７ｄが周方向に一定の位相差を形成して配置される。第一固定子ヨーク７ａと第二固定子ヨーク７ｂの外面は絶縁膜に覆われており、その膜は塗料が塗布されてものでも良い。仮に第一固定子ヨーク７ａと第二固定子ヨーク７ｂに絶縁膜が形成されていない場合にはマグネットワイヤーに通常施されている絶縁コーティングとは別にコイルリード８に絶縁コーティングされているか又は絶縁材（樹脂チューブなど）で覆われていることが信頼性を確保するうえでは好ましい。コイルリード保持部材９の外周面には、第一固定子ヨーク７ａと第二固定子ヨーク７ｂの櫛歯状に噛み合う磁極歯（クローポール）７ｃ，７ｄ間に露出するコイルリード保持部９ａが形成されている（図１参照）。コイルリード保持部９ａはコイルリード保持部材９の外周縁部の一部を外側に突設して、切欠き９ｂが形成された保持孔９ｃが周方向に形成されている。また、第一固定子ヨーク７ａの内周側には、筒体７ｇの凹部７ｈと係合して位置合わせする係合部７ｅが対向位置に突設されている。

図３に示すようにコイルリード保持部材９は絶縁材料が用いられ、切欠き部９ｂが形成されたＣ型に成形されている。このコイルリード保持部材９がＣ型に形成されているため、コイル６とコイルリード保持部材９を固定子ヨーク７ｂで挟み込んだ際に、コイル６と固定子ヨーク７ｂの間にコイルリード保持部材９の内周側から外周側まで貫通した隙間９ｄが形成される。その隙間９ｄにコイルの内周側のコイルリード８を通すことにより、コイルリード８をつぶすような力を受けることなく、コイルリード８をコイル６の内周側から外周側に引き出すことが出来る。また、このコイルリード保持部材９はモータに使われているマグネットワイヤーの最大外径よりも厚いものが望ましいことは言うまでもない。

上記構成によれば、固定子ユニット４ａ乃至４ｄ間に引き出されたコイルリード８が第一固定子ヨーク７ａと第二固定子ヨーク７ｂの櫛歯状に噛み合う磁極歯７ｃ，７ｄ間に露出するコイルリード保持部９ａに保持されて磁極歯７ｃ，７ｄの隙間を通過して配線することができる。よって、コイルリード８の配線作業が行ない易く、かつ磁極歯７ｃ，７ｄとの干渉や回転子側への飛び出しを回避して配線することができる。

尚、コイルリード保持部材９としてはＣ型形状に限らず、図１０（ａ）に示すように、環状に形成されていても良い。具体的には、スペーサー９ｅどうしが架橋部９ｆにより連結された環状リングに形成されており、スペーサー９ｅどうしの間には隙間９ｄが放射状に形成されている。また、架橋部９ｆの外周側には一対の鉤状の爪が突設されたコイルリード保持部９ａが形成されている。また、架橋部９ｆは、スペーサー９ｅの面に対して垂直に起立しており、その内面側が第二固定子ヨーク７ｂの外面側（磁極歯７ｄどうしの隙間）に沿うように形成されている。

またコイルリード保持部材９は、固定子ユニット４ａ〜４ｄにおいてコイル６と共に第一固定子ヨーク７ａと第二固定子ヨーク７ｂとで挟み込まれる点は前述した図２の構成と同様である（図１０（ｂ）参照）。尚、図１０（ｂ）ではコイルリード８の図示は省略されている。

これによって、第一固定子ヨーク７ａと第二固定子ヨーク７ｂとの間に挟み込まれるコイル６の内周側及び外周側の各コイルリード８を任意の位置から放射状に形成された隙間９ｄから引き出して架橋部９ｆの外周側に設けられたコイルリード保持部９ａに保持させて磁極歯７ｃ，７ｄ間を配線することができる。

また、図４において、第一固定子ヨーク７ａと第二固定子ヨーク７ｂの外面は絶縁膜に覆われているが、コイル６のコイルリード８の外周は絶縁材（樹脂チューブなど）で覆われているか若しくはマグネットワイヤーに通常施されている絶縁コーティングとは別の絶縁塗料がコーティングされていても良い。上記構成によれば、コイル６から引き出されるコイルリード８と第一，第二固定子ヨーク７ａ，７ｂとの間の絶縁の信頼性を向上させることができる。

また、図５に示すように、固定子ユニット４ａ〜４ｄの各磁極歯７ｃ，７ｄの磁束作用面が露出するようにモールド樹脂１０により固定子外周がモールドされていても良い。上記構成によれば、モータに振動や熱膨張や熱収縮を繰り返す過酷な使用環境に置かれても、コイルリード８が位置ずれすることなく、回転子側に飛び出すこともないので、モータの耐候性や信頼性を向上することができる。

なお、必ずしも固定子ユニット４ａ〜４ｄの各磁極歯７ｃ，７ｄの磁束作用面を露出させる必要は無く、製品や用途（実施状況）によって露出させるか、しないか決めればよい。また、磁極歯７ｃ，７ｄの磁束作用面が露出していると、永久磁石２とのギャップが小さいのでトルクが出やすいという特徴があるが、モールド樹脂が固定子ユニット４ａ〜４ｄから剥がれてバリになる危険性が高まる。一方、磁極歯７ｃ，７ｄの磁束作用面が露出していない場合は、それとは逆でトルクは出にくいが、モールド樹脂が剥がれ落ちにくいという特徴がある。

上述した固定子４を組み立てるには、図６において各固定子ユニット４ａ〜４ｄにおいて筒体７ｇの外周面にコイル６の内周面が沿うように設置し、コイル６とコイルリード保持部材９を第一固定子ヨーク７ａと第二固定子ヨーク７ｂとで挟み込む。このとき、コイル６の内周側端部及び外周側端部のいずれのコイルリード８もコイルリード保持部９ａの保持孔９ｃに保持させることができる。そして、各固定子ユニット４ａ〜４ｄを積層して、例えば固定子ユニット４ａから固定子ユニット４ｄに向かってユニット間で磁極歯７ｃと磁極歯７ｄの隙間に沿ってコイルリード８を配線し、モータ駆動回路に設けられる駆動回路の端子であるコネクタ１１のコネクタ端子１１ａ（駆動回路端子部）と接続する。この後、固定子４の外周面及びコネクタ端子１１ａを一括してモールドしても良い。尚、先に固定子４の外周面をモールドし、その後コネクタ１１のコネクタ端子１１ａをモールドするようにしても良い。

上述したように、コイル６のコイルリード８が櫛歯状に噛み合う磁極歯７ｃ，７ｄの隙間を通過して各固定子ユニット４ａ〜４ｄ間を外周面に沿って配線されているので、省スペースで配線を行なうことができるので、コイル６の占積率を落とさずしかも回転子１との干渉のおそれもなく固定子４の配線を行なうことができる。
また、固定子ユニット４ａ〜４ｄ間に引き出されたコイルリード８が第一固定子ヨーク７ａと第二固定子ヨーク７ｂの櫛歯状に噛み合う磁極歯７ｃ，７ｄ間に露出するコイルリード保持部９ａに保持されて磁極歯７ｃ，７ｄの隙間を通過して配線するので、コイルリード８の配線作業が行いやすく、かつ磁極歯７ｃ，７ｄとの干渉や回転子側への飛び出しを回避して配線することができる。

次にアウターロータ型モータの固定子構造の他例について図７乃至図９を参照して説明する。前記実施形態と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。以下では、異なる構成を中心に説明する。
図７において、固定子ユニット４ａ〜４ｄ間を電気的に接続するコイルリード８どうしは、固定子ユニット４ａ〜４ｄ間の隙間に組み付けられるジョイント１２を介して連結されている。ジョイント１２は、図９（ｂ）に示すようにブロック１２ａの両側に配線係合部１２ｂが各々形成されている。またブロック１２ａには第一固定子ヨーク７ａに形成された係合突起７ｆと係合可能な係合凹部１２ｃが形成されている。

また、図９（ａ）に示すように、配線に相当するコイルリード８は、予め配線係合部１２ｂと係合する係合部８ａと磁極歯７ｃ，７ｄに干渉せずに配線するように折り曲げ成形された曲げ成形部８ｂが形成されている。尚、コイルリード８は絶縁チューブや絶縁塗料に覆われていても良い。

図８において、ジョイント１２の配線係合部１２ｂに対してコイルリード８の一端側の係合部８ａを係合させて、他端側の係合部８ａを他のジョイント１２の配線係合部１２ｂと係合させる。同様にしてリード線８をジョイント１２を介して３本直列に接続した配線を形成しておく。

図７に示すように、ジョイント１２をブロック部１２ａの係合凹部１２ｃが係合突起７ｆに係合するように固定子ユニット間に嵌め込み、かつコイルリード８の曲げ成形部８ｂが磁極歯７ｃ，７ｄ間を通過するように配置するだけで、固定子ユニット４ａ〜４ｄ間の配線を行なうことができる。尚、コネクタ１１のコネクタ端子１１ａはジョイント１２の配線係合部１２ｂと接続することで電気的に接続することができる。
上記構成によれば、各固定子ユニット４ａ〜４ｄ間においてジョイント１２の組み付け位置を決めることで磁極歯７ｃ，７ｄ間の配線作業を効率よく行うことができる。尚、上述したように複数のコイルリード８やジョイント１２に代えて、最初からコイルリード８とジョイント１２が一体に組み付けられているものを用いても良い。

尚、各固定子ユニット４ａ〜４ｄに組み付けられるコイル６は、隣接する固定子ユニット（例えば４ａと４ｂなど）にマグネットワイヤーを巻き付ける場合には、同相のコイル６の場合はマグネットワイヤーを一方のコイル６の巻き終わりと他方のコイル６の巻き始めを予め繋げて巻き付けるのが好ましい。また、一方のコイル６と他方のコイル６の巻き方向が時計回り方向と反時計回り方向とで異なる場合には、一方の固定子ユニットのコイル６の巻き終わりに相当するコイルリード８をコイルリード保持部材９の隙間９ｄより引き出してコイルリード保持部９ａを介して他方の固定子ユニットに巻き付けるようにするとよい。これにより、線処理に要する組立工数を削減することができる。

上述した実施例では、クローポール型の２相ステッピングモータについて例示したが、これ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ピング（ブラシレス）モータに適用することも可能である。

１ 回転子
２ 永久磁石
３ 回転子ヨーク
４ 固定子
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 固定子ユニット
６ コイル
７ａ 第一固定子ヨーク
７ｂ 第二固定子ヨーク
７ｃ，７ｄ 磁極歯
７ｅ 係合部
７ｆ 係合突起
７ｇ 筒体
７ｈ 凹部
８ コイルリード
８ａ 係合部
８ｂ 曲げ成形部
９ コイルリード保持部材
９ａ コイルリード保持部
９ｂ 切欠き
９ｃ 保持孔
９ｄ 隙間
９ｅ スペーサー
９ｆ 架橋部
１０ モールド樹脂
１１ コネクタ
１１ａ コネクタ端子
１２ ジョイント
１２ａ ブロック
１２ｂ 配線係合部
１２ｃ 係合凹部

Claims (6)

1. 出力軸と、マグネットワイヤーを巻いたコイルを、櫛歯状の磁極歯が形成された固定子ヨークにより挟み込んだ固定子ユニットが同芯状に複数積層される固定子と、前記磁極歯に対向して磁極が形成される永久磁石を備え、前記出力軸を中心に回転可能に支持された回転子と、モータを駆動する駆動回路の端子である駆動回路端子部と、を備えたアウターロータ型モータの固定子構造であって、
   前記コイルから前記駆動回路端子部までを配線するコイルリードが前記固定子ユニットの磁極歯の隙間を通過して前記固定子の外周面に沿って配線されていることを特徴とするアウターロータ型モータの固定子構造。
2. 前記第一固定子ヨークと第二固定子ヨークの磁極歯間に露出するコイルリード保持部が形成されたコイルリード保持部材が、前記固定子ユニット内にコイルと共に積層されて挟み込まれる請求項１記載のアウターロータ型モータの固定子構造。
3. 前記固定子ヨークの外面が絶縁膜でコーティングされている請求項１又は２記載のアウターロータ型モータの固定子構造。
4. 前記コイルリードの外周は絶縁材で覆われているか若しくは絶縁コーティングされている請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のアウターロータ型モータの固定子構造。
5. 前記コイルリードは、固定子ユニット間の隙間に組み付けられるジョイントを介して前記コイルと前記駆動回路端子部とを接続している請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のアウターロータ型モータの固定子構造。
6. 前記固定子全体がモールドされている請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のアウターロータ型モータの固定子構造。

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