JP5898864B2

JP5898864B2 - モータ

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Publication number: JP5898864B2
Application number: JP2011142360A
Authority: JP
Inventors: 草間　健司; 健司草間
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2031-06-27
Also published as: CN102857054B; CN102857054A; JP2013009572A; CN202663265U

Description

本発明は、筒状のステータの内側にロータが回転可能に配置されている構成のモータに関する。

かかる構成のモータは、特許文献１に記載されている。同文献では、ステータは、半径方向内側に突出する複数の突極を等角度間隔に備える環状のステータコアと、各突極に絶縁部材を介して巻回された駆動コイルを備えている。ロータは、回転軸と、回転軸の外周側に固定された筒状の駆動用マグネットを備えている。

特開２００９−２９０９１５号公報

モータ軸線と直交する径方向においてモータの小型化を図るためには、ステータの径を小さくするとともに、ステータとロータの径方向の間隔を狭めることが求められる。しかし、ステータとロータを近接させた状態として駆動コイルを励磁すると、回転軸が鉄系金属などの導電性材料から形成されている場合には、励磁電流が駆動コイルから絶縁部材を介して回転軸に流れ込むという現象が発生する。回転軸に電流が流れると、この電流は、ノイズとして回転軸を伝播し、例えば、回転軸にエンコーダやブレーキが取り付けられている場合には、これらに影響を与えることがある。また、モータの外部にまで影響を与えることがある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、駆動コイルを励磁したときに回転軸に励磁電流が流れ込むことを防止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、本発明は、駆動コイルを搭載する筒状のステータコアと、導電性材料からなる回転軸と、前記回転軸の外周面部分に固定されている駆動用マグネットとを有し、前記ステータコアの内側に前記回転軸が回転可能に配置され、前記ステータコアと前記駆動用マグネットとが径方向で対向しているモータにおいて、前記回転軸の外周面のうち前記駆動用マグネットによって被われている前記外周面部分に軸線方向の両側で隣接する環状外周面部分と当該駆動用マグネットとは、絶縁物で外側から被われており、前記絶縁物は、絶縁テープであり、前記絶縁テープは、前記軸線方向で前記外周面部分の一方側に位置する前記環状外周面部分の一方側の端から他方側に位置する前記環状外周面部分の他方側の端までの寸法に対応する長さ寸法を備えるとともに、前記駆動用マグネットの円周の寸法に対応する幅寸法を備えることを特徴とする。

本発明によれば、回転軸の外周面のうち、筒状の駆動用マグネットによって被われている外周面部分に軸線方向で隣接する環状外周面部分は、絶縁物で被われている。従って、駆動コイルおよびステータコアを備えるステータと、回転軸および駆動用マグネットを備えるロータを近接させた状態とした場合でも、ステータコアに搭載されている駆動コイルから回転軸の外周面の露出部分（駆動用マグネットにも絶縁物にも被われていない部分）までの絶縁距離を確保することができる。従って、駆動コイルを励磁した場合でも、励磁電流が駆動コイルから回転軸に流れ込むことを防止或いは抑制できる。従って、このような電流に起因するノイズの発生を防止できる。

また、本発明によれば、外部からの衝撃などによって駆動用マグネットが破損するようなことがあっても、破損した駆動用マグネットの破片がステータの内側で飛散することを防止できる。従って、破片がモータの回転を阻害することを防止できる。また、破片によってステータが損傷することを防止できる。

この場合において、前記駆動用マグネットは、筒状であり、周方向に分割された複数のマグネット片から構成されていることが望ましい。このようにすれば、複数のマグネット片から構成されている駆動用マグネットがマグネット片毎に分裂してしまうことを絶縁テープによって防止できる。

本発明において、前記駆動用マグネットの円環状端面には、ロータの回転バランスを調整するためのバランス調整部材が取り付けられており、前記バランス調整部材は、前記絶縁テープによって被われていることが望ましい。このようにすれば、絶縁テープによってバランス調整部材がロータから脱落することを防止できる。また、バランス調整部材がロータから脱落した場合でも、絶縁テープによってバランス調整部材が飛散することを防止できる。

本発明において、回転軸の軸端部に取り付けられたセンサ用マグネット、前記センサ用マグネットに対向配置されている感磁素子、および、前記感磁素子を搭載するセンサ基板を備えるエンコーダを有する構成を採用することができる。かかるエンコーダを有するモータでは、回転軸に電流が発生すると、この電流がノイズとなってセンサ基板に侵入してエンコーダの検出精度を低下させることがある。しかるに、本発明では、回転軸の外周面部分を被う絶縁物によって回転軸に電流が発生することが防止されているので、このような電流に起因するノイズを防止できる。よって、エンコーダの検出精度を低下させることがない。

本発明では、回転軸の外周面のうち駆動用マグネットによって被われている外周面部分に軸線方向で隣接する環状外周面部分は絶縁物で被われているので、ステータとロータを近接させた状態とした場合でも、ステータコアに搭載されている駆動コイルから回転軸の外周面の露出部分までの絶縁距離を確保することができる。従って、駆動コイルを励磁した場合でも、励磁電流が駆動コイルから回転軸に流れ込むことを防止或いは抑制できる。

本発明の実施の形態に係るモータの外観を示す説明図である。図１のモータの縦断面図である。ロータと軸受の断面図である。

以下に、本発明の実施の形態に係るモータを、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、モータ軸線方向の一方側を「反出力側（回転軸が突出している側とは反対側）」として説明し、モータ軸線方向の他方側を「出力側（回転軸が突出している側）」として説明する。また、参照する図面において、モータ軸線については「Ｌ」で示し、モータ軸線方向の一方側（反出力側）を「Ｌ１」で示し、モータ軸線方向の他方側（出力側）を「Ｌ２」で示してある。

（全体構成）
図１（ａ）は本発明の実施の形態に係るモータの側面図であり、図１（ｂ）はモータを反出力側からみた背面図である。図２はモータの縦断面図である。本例のモータ１は比較的出力トルクの大きい永久磁石型同期電動機である。図１、図２に示すように、モータ１は、モータハウジング１０と、モータハウジング１０の内側に構成された筒状のステータ３０と、ステータ３０の内側に配置されたロータ４０と、ロータ４０の回転数や角度位置を検出するためのエンコーダ６０と、モータハウジング１０の反出力側Ｌ１に取り付けられたエンコーダカバー７０を備えている。

モータハウジング１０は、モータ軸線Ｌ方向に開口を向けている筒状ケース１１と、筒状ケース１１の反出力側Ｌ１に配置された第１軸受ホルダ１２と、筒状ケース１１の出力側Ｌ２に配置された第２軸受ホルダ１３を備えている。第１軸受ホルダ１２はロータ４０を回転可能に支持するための第１軸受１４を保持しており、第２軸受ホルダ１３はロータ４０を回転可能に支持するための第２軸受１５を保持している。

第１軸受ホルダ１２は、モータ軸線Ｌ回りの所定の角度位置に配線支持片１６を備えている。配線支持片１６は第１軸受ホルダ１２から半径方向外側に突出した突出板部１６ａと、突出板部１６ａの先端から出力側Ｌ２に折れ曲がり、筒状ケース１１の外周面に沿って延びている固定板部１６ｂを備えている。固定板部１６ｂには、モータハウジング１０の内側から外側に引き出された給電線１７とエンコーダカバー７０の内側から外側に引き出されたセンサ出力線１８が接着剤と結束帯１９によって固定されている。また、給電線１７とセンサ出力線１８において結束帯１９によって固定板部１６ｂに締め付けられている部分は、固定板部１６ｂを含めて外周側からチューブ２０により被われている。チューブ２０は熱収縮チューブを加熱して収縮硬化させたものである。給電線１７およびセンサ出力線１８の先端部にはそれぞれコネクタ２１、２２が取り付けられている。

ステータ３０は、半径方向内側に突出する複数の突極３１を等角度間隔に備える環状のステータコア３２と、各突極３１に絶縁部材３０ａを介して巻回された駆動コイル３３を備えている。ステータコア３２は一部分を筒状ケース１１の開口から出力側Ｌ２に突出させた状態で筒状ケース１１の内周面に保持されている。ステータコア３２において筒状ケース１１から突出している円環状突出部分３４は、当該円環状突出部分３４の先端部分に固定された第２軸受ホルダ１３によって被われている。ここで、ステータ３０の反出力側Ｌ１には駆動コイル３３の巻線端末が接続された配線基板３５が配置されており、配線基板３５には給電線１７が接続されている。この給電線１７は筒状ケース１１に形成された切欠き部１１ａに挿入された樹脂製のブッシュ３６を介してモータハウジング１０の外側に引き出され、配線支持片１６に固定されている。

ロータ４０は、回転軸４１と、この回転軸４１の外周側に固着された駆動用マグネット４２を備えている。ロータ４０は、駆動用マグネット４２がステータコア３２の突極３１との間に僅かな隙間を空けた状態で配置されている。また、ロータ４０は、回転軸４１が第１軸受１４および第２軸受１５によって支持されることにより、ステータ３０の内側で回転可能となっている。回転軸４１の出力側Ｌ２の端部はモータハウジング１０から外側に突出している。

エンコーダ６０は、回転軸４１の反出力側Ｌ１の軸端部にマグネットホルダ６１を介して取り付けられたセンサ用マグネット６２と、モータ軸線Ｌ上でセンサ用マグネット６２に対向配置されている感磁素子６３と、感磁素子６３を搭載するセンサ基板６４を備えている。センサ基板６４は、第１軸受ホルダ１２の反出力側Ｌ１の端面に取り付けられた基板ホルダ６５に固定されている。センサ用マグネット６２、感磁素子６３およびセンサ基板６４はモータ軸線Ｌ上に配置されている。

センサ用マグネット６２は、円盤状であり、反出力側Ｌ１を向いている円形端面６２ａが磁極面となっている。円形端面６２ａは周方向に２分割されており、Ｎ極とＳ極が１極ずつ設けられている。感磁素子６３は、互いに直交する方向に磁気抵抗パターンが形成された磁気抵抗素子であり、センサ基板６４の出力側Ｌ２の端面において、センサ用マグネット６２の円形端面６２ａの中心と対向する位置に実装されている。センサ基板６４の反出力側Ｌ１の面には、回転検出回路を構成する半導体装置等の電子部品（不図示）が実装されている。センサ用マグネット６２が１回転すると、感磁素子６３からはＡ相およびＢ相の正弦波信号が２周期分出力される。回転検出回路はこれらＡ相およびＢ相の信号に増幅処理や補間処理を施して出力する。

エンコーダカバー７０は磁性材料からなる。本例では、エンコーダカバー７０は鉄系金属であり、円形底部７１と円形底部７１の周縁から出力側Ｌ２に延びる円筒部７２を備えている。エンコーダカバー７０は、円筒部７２の出力側Ｌ２の端面を第１軸受ホルダ１２の反出力側Ｌ１に当接させた状態で第１軸受ホルダ１２に取り付けられている。エンコーダ６０は、エンコーダカバー７０の内側に位置している。ここで、センサ基板６４には、回転検出回路からの信号出力を外部に取り出すためのセンサ出力線１８が接続されている。センサ出力線１８はエンコーダカバー７０の円筒部７２に形成された切欠き部７０ａに挿入されたブッシュ７３を介してエンコーダカバー７０の外側に引き出され、配線支持片１６に固定されている。なお、図２において、センサ出力線１８とエンコーダ６０の接続部分は省略してある。

（ロータ）
図３を参照してロータ４０を詳細に説明する。図３（ａ）はロータ４０、第１軸受１４および第２軸受１５の縦断面図であり、図３（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ´線におけるロータ４０の断面図であり、図３（ｃ）は回転軸４１と駆動用マグネット４２の間に形成された円環状段部の周辺を拡大して示す断面図である。回転軸４１は鉄系金属製であり導電性を有している。回転軸４１は、図３（ａ）に示すように、モータ軸線Ｌ方向の途中に駆動用マグネット４２が外周側に取り付けられた大径部分４３を備えている。大径部分４３のモータ軸線Ｌ方向の寸法は駆動用マグネット４２のモータ軸線Ｌ方向の寸法よりも長く、大径部分４３の出力側Ｌ２の一部分は駆動用マグネット４２から露出する露出部分４３ａとなっている。

回転軸４１において、大径部分４３の反出力側Ｌ１には大径部分４３よりも細径の第１中径部分４４が設けられている。また、第１中径部分４４の反出力側Ｌ１には第１中径部分４４よりも細径の第１小径部分４５が設けられている。第１小径部分４５において第１中径部分４４に隣接する位置にはボールベアリングからなる第１軸受１４の内輪１４ａが装着されており、この内輪１４ａは第１小径部分４５に形成された周溝４５ａに嵌め込まれた止め輪４６によって回転軸４１に固定されている。第１小径部分４５の反出力側Ｌ１には、第１小径部分４５よりも更に細径の最小径部分４７が設けられている。最小径部分４７にはセンサ用マグネット６２を保持するマグネットホルダ６１が固定される（図２参照）。

回転軸４１において、大径部分４３の出力側Ｌ２には大径部分４３よりも細径の第２中径部分４８が設けられている。また、第２中径部分４８の出力側Ｌ２には第２中径部分４８よりも細径の第２小径部分４９が設けられている。第２中径部分４８の外径は第１中径部分４４の外径と同一寸法である。第２中径部分４８において大径部分４３に隣接する位置にはボールベアリングからなる第２軸受１５の内輪１５ａが装着されている。

駆動用マグネット４２は、全体として筒状をしており、図３（ｂ）に示すように、周方向に湾曲した複数のマグネット片４２ａを環状に配置して構成されている。駆動用マグネット４２の外周面には絶縁塗装が施されている。駆動用マグネット４２の出力側Ｌ２の円環状端面４２ｂには、図３（ｃ）に示すように、ロータ４０の回転バランスを調整するための錘（バランス調整部材）５０が接着剤などにより固定されている。本例では、錘５０は、接着剤に比重の重い金属などを練り込んだものである。なお、錘５０は駆動用マグネット４２の反出力側Ｌ１の円環状端面４２ｃに取り付けられる場合もあり、出力側Ｌ２と反出力側Ｌ１の双方の円環状端面４２ｂ、４２ｃに取り付けられる場合もある。また、各円環状端面４２ｂ、４２ｃには複数の錘５０が取り付けられる場合もある。

かかるロータ４０において、第１軸受１４と第２軸受１５の間に位置している部位の外周面の一部分は、絶縁テープ５１によって被われている。すなわち、回転軸４１の外周面のうち駆動用マグネット４２によって被われているマグネット固定部分（外周面部分）４１ａにモータ軸線Ｌ方向で隣接する環状外周面部分４１ｂ、４１ｃ、および、駆動用マグネット４２の外側面は、絶縁テープ５１によって被われている。より詳細には、回転軸４１の大径部分４３において駆動用マグネット４２の外側に位置している露出部分４３ａのうち駆動用マグネット４２に隣接する側の一部分（環状外周面部分４１ｂ）、および、第１中径部分４４の外周面のうち、駆動用マグネット４２に隣接する側の一部分（環状外周面部分４１ｃ）が、絶縁テープ５１によって被われている。また、駆動用マグネット４２の出力側Ｌ２の円環状端面４２ｂ、反出力側Ｌ１の円環状端面４２ｃ、および、円形外周面４２ｄ（駆動用マグネット４２のステータコア３２の突極３１の先端部分と対向する外周面）が、絶縁テープ５１によって被われている。さらに、駆動用マグネット４２の円環状端面４２ｂに取り付けられている錘５０も、絶縁テープ５１によって、外側から被われている。

絶縁テープ５１は、一方の面に熱硬化型接着材層を備えるガラスクロステープである。ここで、絶縁テープ５１によって回転軸４１の環状外周面部分４１ｂ、４１ｃ、駆動用マグネット４２の円環状端面４２ｂ、４２ｃおよび円形外周面４２ｄを被う際には、絶縁テープ５１を回転軸４１および駆動用マグネット４２に連続して巻き付ける。

より詳細には、絶縁テープ５１として、絶縁する部分に対応した長さ寸法および幅寸法を備えるものを用意する。すなわち、モータ軸線Ｌ方向において、環状外周面部分４１ｃの反出力側Ｌ１の端から環状外周面部分４１ｂの出力側Ｌ２の端までの寸法に対応する長さ寸法を備えるとともに、駆動用マグネット４２の円周の寸法に対応する幅寸法の絶縁テープ５１を用意する。そして、回転軸４１の環状外周面部分４１ｂ、環状外周面部分４１ｃおよび駆動用マグネット４２を連続して被うように巻き付ける。このようにすれば、絶縁テープ５１を巻き付けたときに、絶縁テープ５１が２重に重なって厚くなる部分が発生することを防止できるので、ステータ３０とロータ４０を近接させることができる。また、絶縁テープ５１が２重に重なる部分の厚さを管理する必要がなくなるので、絶縁テープ５１を巻き付ける際の作業性が向上する。また、絶縁テープ５１として、定幅の細長い絶縁テープを用意し、この絶縁テープをモータ軸線Ｌ方向に螺旋状に連続して巻き回して、回転軸４１の絶縁する部分（環状外周面部分４１ｂ、４１ｃ）と駆動用マグネット４２の絶縁する部分（円環状端面４２ｂ、円環状端面４２ｃ、および、円形外周面４２ｄ）とを連続して被う場合と比較して、絶縁テープ５１の寸法管理が容易となる。ここで、絶縁テープ５１の巻始めと巻き終わりは、剥がれ防止のため重ねてもよい。この場合には、絶縁テープ５１が２重に重なった部分の厚さ考慮して、ステータ３０とロータ４０とのギャップを設定しておく。

なお、モータ軸線Ｌ方向における駆動用マグネット４２の両側において、駆動用マグネット４２と回転軸４１との間に形成されている円環状段部４０ａについては、回転軸４１および駆動用マグネット４２に絶縁テープ５１を巻き付けた後に、この円環状段部４０ａを外側から被覆する状態に熱収縮チューブ（不図示）を取り付け、しかる後に、この熱収縮チューブを加熱して収縮硬化させることによって、絶縁テープ５１をこの円環状段部４０ａに沿わせた状態として密着させておくことが好ましい。この場合には、絶縁テープ５１が円環状段部４０ａに密着した後に、この熱収縮チューブを切断してロータ４０から除去する。

（作用効果）
以上、本例によれば、回転軸４１の外周面のうちマグネット固定部分４１ａにモータ軸線Ｌ方向で隣接する環状外周面部分４１ｂ、４１ｃが絶縁テープ５１で被われているので、ステータ３０とロータ４０を近接させた状態とした場合でも、駆動コイル３３から回転軸４４の外周面の露出部分（駆動用マグネット４２にも絶縁テープ５１にも被われていない部分）までの絶縁距離を確保することができる。従って、ステータコア３２に搭載されている駆動コイル３３を励磁した場合でも、励磁電流が駆動コイル３３から回転軸４１に流れ込むことを防止或いは抑制できる。従って、このような電流に起因するノイズの発生を防止できる。

また、本例では、絶縁テープ５１は回転軸４１および駆動用マグネット４２に連続して巻きつけられており、絶縁テープ５１は駆動用マグネット４２の外周面（駆動用マグネット４２の出力側Ｌ２の円環状端面４２ｂ、反出力側Ｌ１の円環状端面４２ｃ、および、円形外周面４２ｄ）も被っている。従って、外部からの衝撃などによって駆動用マグネット４２が破損するようなことがあっても、破損した駆動用マグネット４２の破片がステータ３０の内側で飛散することを防止できる。また、マグネット片４２ａから構成されている駆動用マグネット４２がマグネット片４２ａ毎に分裂してしまうことを、絶縁テープ５１によって防止できる。従って、破損した駆動用マグネット４２の破片や分裂したマグネット片４２ａがモータ１の回転を阻害することを防止できる。また、破損した駆動用マグネット４２の破片や分裂したマグネット片４２ａによってステータ３０が損傷することを防止できる。

さらに本例では、駆動用マグネット４２の出力側Ｌ２の円環状端面４２ｂに固定された回転バランス調整用の錘５０が絶縁テープ５１によって外側から被われている。従って、絶縁テープ５１によって錘５０がロータ４０から脱落することを防止できる。また、錘５０がロータ４０から脱落した場合でも、絶縁テープ５１によって錘５０が飛散することを防止できる。

また、本例のモータ１は、回転軸４１の反出力側Ｌ１にエンコーダ６０を備えているので、回転軸４１に電流が発生すると、この電流がノイズとなってセンサ基板６４に侵入してエンコーダ６０の検出精度を低下させることがあるが、ロータ４０に絶縁テープ５１が巻き付けられることによって回転軸４１に電流が発生することが防止されているので、このような電流に起因するノイズの発生を防止できる。よって、エンコーダ６０の検出精度が低下することがない。また、エンコーダ６０に誤作動などを発生させることもない。

（その他の実施の形態）
絶縁物のコーティングによって、回転軸４１の大径部分４３の露出部分４３ａおよび第１中径部分４４の外周面の全面を被ってもよい。

なお、上記の例では、駆動用マグネット４２は、図３（ｂ）に示すように、半径方向外側に位置する外側円弧面と半径方向内側に位置する内側円弧面が同心のマグネット片４２ａから構成されているが、マグネット片４２ａとして、外側円弧面と内側円弧面が同心ではなく、これらの曲率が異なる形状を備えるものを用い、これらを周方向に配置して駆動用マグネット４２を構成することもできる。この場合には、周方向で隣り合うマグネット片４２ａの間に隙間が形成されるので、この隙間に錘を取り付けてもよい。このような構成においても、絶縁テープ５１を駆動用マグネット４２に巻き付ければ、錘が絶縁テープによって被われた状態となるので、錘の飛散を防止できる。

また、エンコーダ６０と第１軸受ホルダ１２の間にロータ４０に対するブレーキ機構を配置したモータ１に本発明を適用してもよい。この場合にも、ロータ４０に絶縁テープ５１が巻き付けられることによって回転軸４１に電流が発生することが防止されているので、このような電流に起因するノイズによって、ブレーキ機構の挙動が不安定になることがない。

さらに、上記の例では、本発明を永久磁石型同期電動機に適用した例を示したが、例えばステッピングモータや電磁石同期電動機等のその他の同期電動機や、誘導電動機、整流子電動機、その他の電動機に本発明を適用してもよい。

１・・・モータ
３０・・・ステータ
３３・・・駆動コイル
４０・・・ロータ
４１・・・回転軸
４１ａ・・・マグネット固定部分（外周面部分）
４１ｂ・４１ｃ・・・環状外周面部分
４２・・・駆動用マグネット
４２ａ・・・マグネット片
４２ｂ・４２ｃ・・駆動用マグネットの円環状端面
４２ｄ・・・駆動用マグネットの円形外周面
５０・・・錘（バランス調整部材）
５１・・・絶縁テープ
６０・・・エンコーダ
６２・・・センサ用マグネット
６３・・・感磁素子
６４・・・センサ基板

Claims

駆動コイルを搭載する筒状のステータコアと、導電性材料からなる回転軸と、前記回転軸の外周面部分に固定されている駆動用マグネットとを有し、前記ステータコアの内側に前記回転軸が回転可能に配置され、前記ステータコアと前記駆動用マグネットとが径方向で対向しているモータにおいて、
前記回転軸の外周面のうち前記駆動用マグネットによって被われている前記外周面部分に軸線方向の両側で隣接する環状外周面部分と当該駆動用マグネットとは、絶縁物で外側から被われており、
前記絶縁物は、絶縁テープであり、
前記絶縁テープは、前記軸線方向で前記外周面部分の一方側に位置する前記環状外周面部分の一方側の端から他方側に位置する前記環状外周面部分の他方側の端までの寸法に対応する長さ寸法を備えるとともに、前記駆動用マグネットの円周の寸法に対応する幅寸法を備えることを特徴とするモータ。
請求項１において、
前記駆動用マグネットは、筒状であり、周方向に分割された複数のマグネット片から構成されていることを特徴とするモータ。
請求項１または２において、
前記駆動用マグネットの円環状端面には、ロータの回転バランスを調整するためのバランス調整部材が取り付けられており、
前記バランス調整部材は、前記絶縁テープによって被われていることを特徴とするモータ。
請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
前記回転軸の軸端部に取り付けられたセンサ用マグネット、前記センサ用マグネットに対向配置されている感磁素子、および、前記感磁素子を搭載するセンサ基板を備えるエンコーダを有することを特徴とするモータ。