JP6548169B2 - ハイブリッド型ステッピングモータ - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド型ステッピングモータに関する。

ハイブリッド型ステッピングモータは、例えば、プリンター、コピー機、複合機などのＯＡ機器、ＦＡ機器、ロボット等の産業機器、医療用機器、等々に広く用いられている。

このハイブリッド型ステッピングモータにおいて、出力電極を出力電極固定用フレームの電極固定部に集中して配置した上で、固定子巻線のリードタップ線案内溝部が対応する出力電極に向かって伸びるように形成しているので、固定子巻線のリードタップ線の出力電極上への位置決めを簡単に行うことができ、その結果、固定子巻線のリードタップ線の出力電極への半田付け作業の自動化も容易に行える固定子巻線のリードタップ線接続部を備えたハイブリッド型ステッピングモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のハイブリッド型ステッピングモータは、出力電極２６を出力電極固定用フレーム２３の電極固定部２５に集中して配置した上で、固定子巻線のリードタップ線案内溝部２７が対応する出力電極２６に向かって伸びるように形成しているので、固定子巻線のリードタップ線の出力電極２６上への位置決めを簡単に行うことができる構成となっている。

しかしながら、特許文献１の第６図（Ａ）に記載されているように出力電極２６上にリード線３１の心線３１ａに半田にて固定されている。このため、固定子巻線のリードタップ線を出力電極２６上に半田にて固定する際、加熱によってリード線３１の心線３１ａの接合が緩み、導通不良となる虞がある。

また、特許文献１の第１０図には、出力電極２６’を端子構造とし、リード線が固定された雌電極を内部に有するコネクタ４３を用いてリード線と出力電極２６’との電気的な接続を行ってもよいことが記載されている。しかしながら、この構造はコネクタピン接合のコネクタには対応できないという問題がある。なお、以上で述べた各事項に付されている符号は、特許文献１に記載されたものである。

実公平５−２１９５８号公報

本発明は上述の課題に鑑み、インシュレータにコネクタハウジングを一体に形成したハイブリッド型ステッピングモータであって、出力端子上に固定子巻線の引出し線の位置決めを容易に行うことができ、固定子巻線の引出し線の出力電極への半田付け作業を自動化することができるハイブリッド型ステッピングモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、（１）本発明に係る第１の観点は、ハイブリッド型ステッピングモータであって、ステータコアと、前記ステータコアの軸方向両側から装着される上側インシュレータと下側インシュレータを有するインシュレータと、前記下側インシュレータに径外方に突出して設けられ、端子ピン及び配線パターンを有するコネクタハウジングと、前記下側インシュレータの側に設けられ、前記端子ピンの近傍に位置する第１磁極を含む複数の磁極と、前記複数の磁極に巻回される固定子巻線を係止する複数の係止ピンと、を備え、前記第１磁極がその両側に前記複数の係止ピンの非設置領域を有することを特徴とする。

（２）上記（１）において、前記ステータコアを倒立させて見たとき、前記配線パターンがその最上面となる表面において前記下側インシュレータにおける渡り線及び引出し線が這う最下面より下方に位置していてもよい。

（３）上記（１）又は（２）において、前記係止ピンがホームベース形の五角形に形成された断面形状を有し、その突角の頂点が外側を向いて配置され、各角部はＲ面となっていてもよい。

本発明によれば、インシュレータにコネクタハウジングを一体に形成したハイブリッド型ステッピングモータであって、出力端子上に固定子巻線の引出し線の位置決めを容易に行うことができ、固定子巻線の引出し線の出力電極への半田付け作業を自動化することができるハイブリッド型ステッピングモータを提供することができる。

本発明の実施形態に係るハイブリッド型ステッピングモータの斜視図である。 図１に示すハイブリッド型ステッピングモータの断面図である。 図２に示す下側インシュレータの部分の分解斜視図である。 図１に示すハイブリッド型ステッピングモータのステータの斜視図である。 図４に示すハイブリッド型ステッピングモータのステータの断面図である。 図５に示すステータを倒立させて見たときの部分拡大図である。 図４に示すステータの底面図である。 本発明のハイブリッド型ステッピングモータの１相目の巻線パターンの説明図である。 本発明のハイブリッド型ステッピングモータの２相目の巻線パターンの説明図である。 本発明のハイブリッド型ステッピングモータにおけるインシュレータの係止ピンについての変形例１を説明する図である。 本発明のハイブリッド型ステッピングモータにおけるＰＣＢ基板についての変形例２を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態の構成）
図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド型ステッピングモータ１の斜視図である。図２は、図１に示すハイブリッド型ステッピングモータ１の断面図である。

本実施形態のハイブリッド型ステッピングモータ１は、図１及び図２に示すように、２相のハイブリッド型ステッピングモータであって、上側インシュレータ１８、下側インシュレータ１９にコネクタハウジング２０が一体成形で形成された構成で、出力端子をステータコア１２の外側に集中配置している。ハイブリッド型ステッピングモータ１は、ステータ２と、ステータ２の内側に回転可能に配置されたロータ３と、ステータ２の軸方向両端にそれぞれ配設されたフロントフランジ４と、リアフランジ５、とから構成されている。フロントフランジ４とリアフランジ５には、それぞれ軸受６，７が装着され、ロータ３を回転可能に支持する。

ロータ３は、軟磁性材（例えば、ケイ素鋼板など）のコアを所定枚数積層して構成された２つのロータコア８，９と、２つのロータコア８，９の間に配設された円板状のロータマグネット１０と、非磁性材からなるシャフト１１から構成され、ロータコア８，９の外周面には複数の小歯が等ピッチで形成されている。ロータマグネット１０は、軸方向に２極着磁されている。

ステータ２は、軟磁性材（例えば、ケイ素鋼板など）のコアを所定枚数積層して構成されたステータコア１２と、ステータコア１２に装着された絶縁材料からなるインシュレータ１３と、インシュレータ１３を介してステータコア１２に巻回された固定子巻線１４から構成されている。ステータコア１２には、後述するように、環状ヨーク部から径内方に突出した８個の磁極１５（第１磁極１５１〜第８磁極１５８。図７参照）が４５°ピッチで等配され、それぞれの磁極１５の先端部は周方向に広がる極歯１６（図１０参照）を備え、ロータコア８，９と対向する極歯１６の面には複数の小歯１７（図１０参照）が等ピッチで形成されている。

インシュレータ１３は、上側インシュレータ１８と下側インシュレータ１９から構成され、ステータコア１２の軸方向両側から、それぞれ装着する。下側インシュレータ１９には径外方に突出したコネクタハウジング２０が一体成形されている。

図３は、図２に示す下側インシュレータ１９の部分の分解斜視図である。図３に示すように、下側インシュレータ１９のコネクタハウジング２０の一方側には配線パターン２２を形成したＰＣＢ基板２１を装着し、コネクタハウジング２０の他方側の内側にはコネクタピン２４をインサートモールドした内側コネクタ２３を装着する。そして、コネクタピン２４をコネクタハウジング２０の貫通孔２５と、ＰＣＢ基板２１のスルーホール２６に挿通させ、半田で配線パターン２２と電気的に接続する。

なお、内側コネクタ２３は、例えば、市販品の４ピンコネクターを使用したものであるが、コネクタハウジング２０の箇所にコネクタピン２４をインサートモールドした構成のものであっても勿論よい。

コアを所定枚数積層して構成されたステータコア１２にインシュレータ１３を装着した後、被巻線部となる箇所に、後述するように、係止ピン３１を介しつつ、インシュレータ１３の上から所定ターン数で固定子巻線１４（図８及び図９参照）が巻回される。

図４は、図１に示すステータ２の斜視図である。図５は、図４に示すステータ２の断面図である。図６は、図５のステータ２を倒立させて見たときの部分拡大図である。図６は、便宜上、固定子巻線１４の引出し線１４ａをＰＣＢ基板２１に引き出す状態を説明するために下側インシュレータ１９を図の上側に配置した状態となっている。図６のように、下側インシュレータ１９における渡り線（及び引出し線）が這う最下面Ｂと、ＰＣＢ基板２１に形成した配線パターン２２の表面（最上面）Ａとは同一面の位置関係にはなっていない。ステータ２は下側インシュレータ１９を上側にして巻線機にセットしたとき、図６のように、配線パターン２２の表面（最上面）Ａが下側インシュレータ１９における渡り線（及び引出し線）が這う最下面Ｂより下方に位置している。このため、固定子巻線１４の引出し線１４ａをＰＣＢ基板２１に引き出す際、巻線機のノズルの動きが制約を受けることなく、作業性が容易となる。

図７は、図４に示すステータ２の底面図である。出力端子となる配線パターン２２は、一方端側（外方側）に固定子巻線１４（図８及び図９参照）の巻線端末である引出し線１４ａを半田で接合するためのランド部２７と、他方側（ステータ側）にコネクタピン２４を挿通するためのスルーホール２６（端子ピン）が形成されている。配線パターン２２は図７のように、ランド部２７の中心Ｃ１とスルーホール２６の中心Ｃ２は一致しておらず、ずれている。また、配線パターン２２の配置は、ＰＣＢ基板２１の中心Ｃ０を対称軸とした線対称に配置されている。ここでは、図７のようにＰＣＢ基板２１には４パターン形成されている。

なお、本実施形態では、コネクタピン２４として図３のように４ピンコネクターを用い、４パターンを形成した構成であるが、この構成に限定されるものではなく、必要となるピン数に合わせて形成される。

また、本実施形態では、コネクタピン２４は図３のように直棒であるが、外部コネクタの挿入方向を径方向にする場合には、Ｌ形ピンをインサートモールドにて構成してもよい。

次に、磁極１５と、固定子巻線１４の渡り線係止用の係止ピン３１の配置について、説明する。本実施形態では、図７に示すように、８つの磁極１５に対し、６つの係止ピン３１を配置する構成としている。すなわち、磁極１５は、コネクタハウジング２０に設けられているスルーホール２６（端子ピン）に近傍している磁極１５を第１磁極１５１として、時計回りに前述のとおり４５°ピッチで、第２磁極１５２、第３磁極１５３、第４磁極１５４、第５磁極１５５、第６磁極１５６、第７磁極１５７、第８磁極１５８が等配されている。

これに対し、係止ピン３１は、８つの磁極１５の間の領域の一部に設けられており、設置領域と非設置領域とが形成されている。すなわち、第３磁極１５３の両側の領域、第５磁極１５５の両側の領域、及び第７磁極１５７の両側の領域には、設置領域として、第１係止ピン３１１及び第２係止ピン３１２、第３係止ピン３１３及び第４係止ピン３１４、並びに第５係止ピン３１５及び第６係止ピン３１６が、それぞれ配置されている。第１磁極１５１の両側の領域には、非設置領域として、破線で示した第１仮想係止ピン３１１ｖ及び第２仮想係止ピン３１２ｖの位置に、係止ピン３１は、設けられていない。

第１磁極１５１は、コネクタハウジング２０に設けられているスルーホール２６（端子ピン）の近傍に設けられているわけであるが、この位置における第１磁極１５１の両側の領域に係止ピン３１を設けないことにより、固定子巻線１４の端末を引き出す際のノズル動作の自由度が高くなり、作業性が向上する。なお、本実施形態では、８つの磁極１５に対し６つの係止ピン３１としているが、これらの数について限定されるものではなく、スルーホール２６（端子ピン）の近傍に設けられている磁極１５の両側に係止ピン３１が設けられていなければよい。

固定子巻線１４は、このような磁極１５と係止ピン３１の配置において、後述するように、１相が巻回された後、２相が巻回される。それぞれの相において、各巻線部には下側から上側に向けて巻回し、最後は、下側から引出し線１４ａを引き出し、案内溝３０を通ってランド部２７上にまっすぐに位置決めされて引き出される。そして、図示しない自動半田付け機にて引出し線１４ａがランド部２７に電気的に接続される。接続された後、引出し線１４ａの余分な箇所はカットされる。

案内溝３０は、溝幅が次第に漸減する断面がＶ字形状となっているため、固定子巻線１４の引出し線１４ａがスムーズに案内溝３０内に案内される。

次に、固定子巻線１４の巻線パターンについて、図８及び図９を用いて説明する。

１相目の巻線パターンを図８に示す。図８に示すように、ステータコア１２には８個の磁極１５が周方向に４５°ピッチで等配されており、１相目の固定子巻線１４は、時計周りに第１磁極１５１、第３磁極１５３、第５磁極１５５、第７磁極１５７に所定のターン数で巻回される。図中、Ｓ１は１相目の巻き始めを示し、Ｅ１は１相目の巻き終わりを示す。またマル×印は手前側から奥側に向かっている状態を示し、マル・印は奥側から手前側に向かっている状態を示している。

第１に、固定子巻線１４（マグネットワイヤー）の巻き始めＳ１は、ランド部２７上から案内溝３０を通って第１磁極１５１に手前側から奥側に向かって巻回された後、奥側から手前側に向かって引き出され、第２磁極１５２の背後の壁を通る。第２に、固定子巻線１４は、第１係止ピン３１１に沿って渡り線を引き回され、第３磁極１５３に手前側から奥側に向かって巻回された後、奥側から手前側に向かって引き出され、第２係止ピン３１２、第３係止ピン３１３に沿って第４磁極１５４の背後の壁を通る。

第３に、固定子巻線１４は、第３係止ピン３１３に沿って渡り線を引き回され、第５磁極１５５に手前側から奥側に向かって巻回された後、奥側から手前側に向かって引き出され、第４係止ピン３１４、第５係止ピン３１５に沿って第６磁極１５６の背後の壁を通る。第４に、固定子巻線１４は、第５係止ピン３１５に沿って渡り線を引き回され、第７磁極１５７に手前側から奥側に向かって巻回された後、奥側から手前側に向かって引き出され、第６係止ピン３１６に沿って第８磁極１５８の背後の壁を通る。第５に、固定子巻線１４は、第１磁極１５１の下側を通って奥側から手前側に向かって引き出された後、案内溝３０を通ってランド部２７上に引出し線１４ａが位置決めされる（Ｅ１）。

２相目の巻線パターンを図９に示す。図９に示すように、２相目の固定子巻線１４は、反時計周りに第８磁極１５８、第６磁極１５６、第４磁極１５４、第２磁極１５２に所定のターン数で巻回される。図中、Ｓ２は２相目の巻き始めを示し、Ｅ２は２相目の巻き終わりを示す。

第１に、固定子巻線１４（マグネットワイヤー）の巻き始めＳ２は、ランド部２７上から案内溝３０を通って第８磁極１５８に手前側から奥側に向かって巻回された後、奥側から手前側に向かって引き出され、第６係止ピン３１６、第５係止ピン３１５に沿って第７磁極１５７の背後の壁を通る。第２に、固定子巻線１４は、第５係止ピン３１５に沿って渡り線を引き回され、第６磁極１５６に手前側から奥側に向かって巻回された後、奥側から手前側に向かって引き出され、第４係止ピン３１４、第３係止ピン３１３に沿って第５磁極１５５の背後の壁を通る。

第３に、固定子巻線１４は、第３係止ピン３１３に沿って渡り線を引き回され、第４磁極１５４に手前側から奥側に向かって巻回された後、奥側から手前側に向かって引き出され、第２係止ピン３１２、第１係止ピン３１１に沿って第３磁極１５３の背後の壁を通る。第４に、固定子巻線１４は、第１係止ピン３１１に沿って渡り線を引き回され、第２磁極１５２に手前側から奥側に向かって巻回された後、奥側から手前側に向かって引き出された後、案内溝３０を通ってランド部２７上に引出し線１４ａが位置決めされる（Ｅ２）。

このように１相目及び２相目ともに、巻き終わり側の固定子巻線１４の引出し線１４ａは、下側から案内溝３０に案内される構成のため、無理なく案内溝３０に案内できる。

（変形例１）
上記した実施形態では、図７で係止ピン３１を丸ピン形状で示したが、図１０のように、係止ピン３１の断面形状がホームベース形の五角形に形成され、突角の頂点が外側を向いて配置され、各角部はＲ面となっている構成であってもよい。このような形状にすることによって、丸ピン形状に比べて強度を向上することできる結果、係止ピン３１に固定子巻線１４の渡り線が掛った際のテンションによっても係止ピン３１の変形が防止できる。

（変形例２）
上記した実施形態では、図７でＰＣＢ基板２１には４つのパターンの配線パターン２２が形成され、バイポーラ駆動の構成を示したが、これに限定されるものではない。固定子巻線１４の巻線方向を改善した結果、スルーホール２６（端子ピン）近傍の第１磁極１５１の両側に配置されるべき渡り線の第１仮想係止ピン３１１ｖ及び第２仮想係止ピン３１２ｖの２箇所の係止ピンを廃止でき、その結果、固定子巻線１４の端末を引き出す際のノズル動作の自由度を高くでき、ＰＣＢ基板２１の配線パターン２２を図１１のように、ユニポーラ駆動としても設計できる。

（実施形態の効果）
以上、本発明の実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。

下側から引出し線１４ａを引き出し、案内溝３０に引き出しているため、無理なく案内溝３０に案内できる結果、引出し線１４ａが断線する虞がない。また、出力端子となる配線パターン２２はコネクタピン２４とランド部２７の中心がずれているため、固定子巻線１４の引出し線１４ａをランド部２７上に位置決めして接合する際も、コネクタピン２４の位置に影響を受けることなく作業することができる。

さらに、出力端子となる配線パターン２２の両端にコネクタピン２４とランド部２７が離れて形成されているため、引出し線１４ａをランド部２７に接続する際、コネクタピン２４の半田の溶融を防止できる。また、特許文献１のように外部接続をリード線で形成していないため、接合が緩んで導通不良となる虞がない。また、ランド部２７が配線パターン２２の外縁側に形成されているため、自動半田付け機にて作業する際の自由度が高い。また、配線パターン２２の表面（最上面）Ａが下側インシュレータ１９における渡り線（及び引出し線）が這う最下面Ｂより下方に位置しているため、固定子巻線１４の引出し線１４ａをＰＣＢ基板２１に引き出す際、巻線機のノズルの動きが制約を受けることなく、作業性が容易となる。

さらに、固定子巻線１４の巻線方向を改善した結果、スルーホール２６（端子ピン）近傍の第１磁極１５１の両側に配置されるべき渡り線の第１仮想係止ピン３１１ｖ及び第２仮想係止ピン３１２ｖの２箇所の係止ピンを廃止でき、固定子巻線１４の端末を引き出す際のノズル動作の自由度が高くなり、作業性が向上する。また、スルーホール２６（端子ピン）近傍の第１磁極１５１の両側に配置されるべき渡り線の第１仮想係止ピン３１１ｖ及び第２仮想係止ピン３１２ｖの２箇所の係止ピンを廃止できる結果、固定子巻線１４の端末を引き出す際のノズル動作の自由度を高くでき、ＰＣＢ基板２１の配線パターン２２をユニポーラ駆動としても設計できる。

以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

１…ハイブリッド型ステッピングモータ
２…ステータ
３…ロータ
４…フロントフランジ
５…リアフランジ
６，７…軸受
８，９…ロータコア
１０…ロータマグネット
１１…シャフト
１２…ステータコア
１３…インシュレータ
１４…固定子巻線
１４ａ…引出し線
１５…磁極
１５１〜１５８…第１磁極〜第８磁極
１６…極歯
１７…小歯
１８…上側インシュレータ
１９…下側インシュレータ
２０…コネクタハウジング
２１…ＰＣＢ基板
２２…配線パターン
２３…内側コネクタ
２４…コネクタピン
２５…貫通孔
２６…スルーホール（端子ピン）
２７…ランド部
３０…案内溝
３１…係止ピン
３１１〜３１６…第１係止ピン〜第６係止ピン
３１１ｖ，３１２ｖ…第１仮想係止ピン，第２仮想係止ピン
Ａ…配線パターンの最上面となる表面
Ｂ…渡り線及び引出し線が這う最下面

Claims (3)

1. ハイブリッド型ステッピングモータであって、
   ステータコアと、
   前記ステータコアの軸方向両側から装着される上側インシュレータと下側インシュレータを有するインシュレータと、
   前記下側インシュレータに径外方に突出して設けられ、端子ピン及び配線パターンを有するコネクタハウジングと、
   前記下側インシュレータの側に設けられ、前記端子ピンの近傍に位置する第１磁極を含む複数の磁極と、
   前記複数の磁極に巻回される固定子巻線を係止する複数の係止ピンと、を備え、
   前記第１磁極がその両側に前記複数の係止ピンの非設置領域を有することを特徴とするハイブリッド型ステッピングモータ。
2. 前記ステータコアを倒立させて見たとき、前記配線パターンがその最上面となる表面において前記下側インシュレータにおける渡り線及び引出し線が這う最下面より下方に位置していることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
3. 前記係止ピンがホームベース形の五角形に形成された断面形状を有し、その突角の頂点が外側を向いて配置され、各角部はＲ面となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
   

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