JP5872562B2 - インナーロータ型モータ - Google Patents

Description

本発明は、巻き線極である複数の主極にコイルを巻回してなる固定子と、固定子の内側に配置される回転子とを備えたステッピングモータ等のインナーロータ型モータに関する。

従来より、ステッピングモータは、プリンタ・ファクシミリ・複写機等の情報機器分野や、ＦＡ機器等の産業機器分野を含め、広範囲に渡ってその駆動部分に使用されている。この種ステッピングモータとしては、例えば回転子に磁性体と永久磁石とを用いたハイブリッド型の場合、特開２００２−０５１５２８号公報や特開２００１−１１２５２１号公報等に示されるインナーロータ型のものが多用されている。

すなわち、環状の磁性体枠であるコアバック部に放射状でかつ内方に突出するよう複数の主極を設けて固定子コアを構成し、この固定子コアの各主極にそれぞれ絶縁部材を介在させてコイルを巻回することにより固定子を構成し、この固定子の内側にエアギャップを介して、対の磁性体間に軸方向に着磁した永久磁石を挟持して構成されたハイブリッド型回転子を配置させている。固定子の軸方向両側にはカバー部材が配置され、カバー部材の中央部にそれぞれ保持した軸受により回転子の回転子軸を支持するようになっている。

このような構成のインナーロータ型ステッピングモータにあっては、固定子コアの外周面、つまりコアバック部の外周面がモータ外表面の一部を構成するため、モータ内部で発生する熱を固定子コアを介して効果的に放散することができる上、固定子コア外周面をモータカバー等で覆う必要が無く、モータカバー等の材料費を削減することができる利点がある。また、固定子コアの軸方向両側に配置されるカバー部材は、固定子コアの軸方向端面より突出するコイルや絶縁部材を包括的に覆うように構成されているため、モータ内部に対する防塵性が確保されている。

特開２００２−０５１５２８号公報 特開２００１−１１２５２１号公報

ところで、上述したインナーロータ型のステッピングモータにおいては、コイルを外部装置と接続する場合、例えば特許文献１に見られるように、カバー部材の内部に設けた中継基板でコイルの端部と引き出し用リード線とを接続し、カバー部材に設けた引き出し口よりリード線を外部に引き出すか、特許文献２に見られるように、カバー部材の内部に設けた中継基板にコイル端部を接続する一方、この中継基板にコイルに電気的に接続されるようコネクタを実装し、このコネクタをカバー部材の一部より外部に導出させ、外部コネクタと接続できるようにしている。

しかし、上述した従来構成のものでは、コイルを外部装置に接続するために、カバー部材にリード線の引き出し口を設けたり、コネクタを導出させるため、カバー部材に特殊な加工が必要となり、部品加工コストの増加を招くばかりでなく、このカバー部材は固定子に対して組み付け向きを正確に合わせる必要が生じ、組立作業性が悪くなる問題を有する。
なお、上記ではハイブリッド型回転子を用いた場合を例に説明したが、回転子として、異なる磁極を周方向に交互に配置した永久磁石型回転子を用いたインナーロータ型モータにおいても、上記と同様の問題を有している。

本発明は、上記問題点に留意してなされたものであり、その目的とするところは、モータ内部に対する防塵性を損なうことなく、カバー部材の製造が容易で安価であり、かつ組立性が格段に向上するインナーロータ型モータを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のインナーロータ型モータにあっては、環状のコアバック部の内側に放射方向に突出した複数の主極を有する固定子コア、及びこの固定子コアの各主極に絶縁体を介して巻回されたコイルを有する固定子と、この固定子の内側に各主極の先端に対向するように回転自在に配置され軸中心に回転軸を備えた回転子と、固定子の軸方向両側を覆うように設けられそれぞれ回転子軸を支持する軸受を保持した２つのカバー部材とからなるインナーロータ型モータにおいて、
固定子コアのコアバック部を外形がほぼ正方形状であり正方形の４辺に対応する側面がモータ外表面を形成する構成とし、絶縁体を固定子コアに対し軸方向両側から装着される２つの絶縁部材から構成すると共に、２つの絶縁部材にそれぞれ主極を覆う複数のスロット絶縁部とこれらスロット絶縁部を固定子コアの軸方向端面側において連結する八角形状の枠部とを備え、この枠部にコアバック部の４辺のモータ外表面とほぼ面一となる４つの外表面部を形成し、両カバー部材にそれぞれ、モータ端面を構成し中央部に軸受保持部を有する端板部と、この端板部の四隅に設けられそれぞれ固定子コアの四隅部分の軸方向端面に当接する４つの脚部とを備え、両絶縁部材における枠部の先端縁は、少なくとも４つの外表面部において端板部に密接し、両絶縁部材における枠部は、小径の基部側環状枠体と大径の先端側環状枠体と該基部側環状枠体及び先端側環状枠体を連結する環状薄肉部とからなり、絶縁部材における枠部の各外表面部をカバー部材の各脚部間に挿入するようにしたことを特徴とする。

上記したインナーロータ型モータにおいて、コアバック部の４辺の部位における径方向最小厚みを、磁気通路として磁気特性上許容される範囲の最小値に設定し、かつ各主極の突出長さをコイルを所定数巻回し得る最小値とすることができる。特に、固定子コアにおける最小外形寸法に対する固定子コアの内径寸法の比を約０．７近辺に設定するのがよい。

また、両絶縁部材における枠部の先端縁は、少なくとも４つの外表面部において、端板に密接する構成とするのがよい。加えて、両絶縁部材における枠部を、小径の基部側環状枠体と大径の先端側環状枠体と基部側環状枠体及び先端側環状枠体を連結する環状薄肉部とから構成し、４つの外表面部に対応する先端側環状枠体をコアバック部のモータ外表面とほぼ面一となるようにするのが好ましい。

さらに、２つのカバー部材のそれぞれの脚部に、固定子コアの四隅の外表面に外側から係止する爪部を一体に形成するのがよく、固定子コアの四隅及び両カバー部材の各脚部の位置にそれぞれ固定用の孔を設け、固定子コアの孔を挿通したボルトを用いて両カバー部材をステータコアに締着するように構成することもできる。両カバー部材は９０度毎の回転対称状に形成することができる。

また、両絶縁部材における枠部のうち、４つの外表面部に挟まれた部分は、カバー部材における各脚部の内側に沿って配置することができる。さらに、絶縁体の一つの絶縁部材における外表面部の位置に、コイルに接続されたリード線の引き出し口もしくはコネクタ装着部を形成するのがよい。

上述した構成のインナーロータ型モータにあっては、固定子コアとコイルとの間の絶縁を確保する絶縁体において、２つの絶縁部材のそれぞれの枠部にコアバック部のモータ外表面とほぼ面一になる４つの外表面部を設ける一方、固定子コアの軸方向両側にそれぞれ設けたカバー部材の四隅の各脚部の間に絶縁部材における枠部の各外表面部をそれぞれ挿入させ、この状態でカバー部材を固定子コアに取り付ける構成であるため、両カバー部材にあっては端板部と四隅の脚部とのシンプルな構成とすることができ、その材料費も低減できるだけでなく、９０°毎の回転対称状に構成することができるため、固定子に対する取付位置に方向性がなく、９０°毎のどの回転位置でも取り付けることができ、つまり組み付け位置の制約がなく、組立作業性が格段に向上する利点がある。

加えて、カバー部材を単に四隅に脚部を配置したシンプルな形状としただけでなく、この各脚部間に絶縁部材の枠部の一部を挿入し、モータ外表面とする構成であるため、モータ内部に対する防塵性は損なわれず、しかも、絶縁部材の一部である外表面部が外部に露出する結果、カバー部材のみが外部に露出していた従来のものに比し意匠性が増す効果も得られる。

本発明の一実施形態によるインナーロータ型ステッピングモータを示す切断正面図である。 図１のステッピングモータの正面図である。 図１のステッピングモータの平面図である。 図１の固定子を示す下面図である。 図１の固定子コアを示す平面図である。 図１の上側絶縁部材の一部（半分）を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は切断正面図、（ｃ）は下面図である。 図１の下側絶縁部材の一部（半分）を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は切断正面図、（ｃ）は下面図である。 図１の上カバー部材を示す下面図である。 図８のＺ−Ｚ’線断面図である。 図１の下カバー部材を示す平面図である。 図１０のＷ−Ｗ’線断面図である。 本発明の他の実施形態によるインナーロータ型ステッピングモータの切断正面図である。 図１２における上側絶縁部材の枠部の一部拡大図である。 従来のインナーロータ型ステッピングモータにおけるステータ部の一部を示す平面図である。

本発明に係るインナーロータ型モータの実施形態につき、以下図面に基づいて説明する。

図１〜図３は、本発明の一例である２相ハイブリッド（ＨＢ）型ステッピングモータ１の全体構成を示し、図１は切断正面図、図２は正面図、図３は平面図であり、また、図４は、不平衡電磁力が発生せず高速性に優れた２相８主極構造を採用した固定子１０を示しており、図５は固定子コア１２を示している。

固定子１０は、外形がほぼ正四辺形状の環状のコアバック部１２ａとこのコアバック部１２ａより放射方向方に突出して設けられ周方向に等間隔に配列された８個の主極１２ｂとからなる固定子コア１２と、各主極１２ｂに巻回された２相のコイル１４（図１・図４に示す）と、各主極１２ｂとコイル１４との間に介在された上下の絶縁部材１６・１８とからなり、巻き線極である各主極１２ｂの先端には例えば６個の誘導子歯１２ｃが突出して設けられている。各主極１２ｂにおいて、６個の誘導子歯１２ｃは等間隔に配置され、かつ主極１２ｂの中心線に対し対称位置に配置されている。

固定子コア１２は複数枚の珪素鋼板を積層して構成されている。図４に示すように、互いに直交するＸ軸とＹ軸の２つの線上に配置された４個の主極１２ｂ、つまり９０°毎に配置された４個の主極１２ｂで１相分（Ａ相・Ｃ相）を構成し、残りの４個の機械角で互いに９０°隔てて且つ１相分主極からは機械角で４５度隔てて配置された主極１２ｂで２相分（Ｂ相・Ｄ相）を形成する。各相において、９０°毎の４個の主極１２ｂはコイル１４への通電時に交互に異極となるように励磁されて駆動される。

図５に示すように、固定子コア１２は、コアバック部１２ａにおける四辺形の各辺における径方向厚みＴが磁気通路として磁気特性上許容される範囲の最小値に設定されており、加えて、各主極１２ｂへの巻数を従来と同等確保するように設定され、この結果、内径が最大化されている。すなわち、図１４は、従来より使用されているステッピングモータの固定子１１０の一部を示したものであり、四隅を切除した外形ほぼ正四辺形状のコアバック部１１２ａに放射方向内方に突出する複数の主極１１２ｂを周方向等間隔に設けると共に、各主極１１２ｂに対して絶縁体１１７を介してコイル（図示せず）が巻回されている。この場合、固定子コアの軸方向両側に配置されるカバー部材により絶縁体１１７の枠部を全周にわたって覆うことができるよう、コアバック部１１２ａの径方向厚みは比較的大きく設定されている。図１４における網線は、ある主極１１２ｂにおけるコイルの巻線可能領域を示したものであり、この領域に巻回し得る巻線量と同等の巻線量を最大確保できるよう図５における主極１２ｂの突出長さを設定すれば、コアバック部１２ａの径方向厚みを最小値に設定したことにより、固定子コア１２の内径は最大化できることになる。

例えば特開平５−１６８２１４号公報には、回転子から最大トルクを発生させるために、固定子の外径に対する内径の比を、２相の場合で０．６２〜０．６４にすることが規定されている。これに対し、本実施形態のようにコアバック部１２ａがほぼ正方形の場合につき、実験や各種解析で検証した結果、特性上、正方形の一辺の長さに相当する固定子コア１２の最小外径Ｄｏに対し内径Ｄｉの比を最大約０．７１に設定可能であることが確認され、内径Ｄｉが従来に比し１５％程度大きく設定されている。

なお、固定子コア１２の四隅は、比較的径方向の厚みが確保されてカバー部材締結時の受け部１２ｄとされ、これに軸方向のねじ挿通孔１２ｅが透設されている。また、固定子コア１２の四隅の外周面は、丸みを持たせた面取り面とされている。

ここで、上記固定子コア１２は、珪素鋼板を所定枚数積層して構成されるが、この珪素鋼板を所定形状にプレス打ち抜きしたものを９０°ずつ次々に回転して積層する手法を採用することにより、パーミアンスベクトルのバラツキ抑制効果を得ることができる。つまり、図５に示した固定子コア１２は９０°点対称構造であるため、９０°回転させて重ね合わせることにより、プレス抜き型の僅かな寸法の差や珪素鋼板の板厚差によるパーミアンスベクトルのバラツキを、キャンセルさせることができる。

上記固定子コア１２に対しては、軸方向両側（便宜上、上側及び下側と称する）から一対の絶縁部材１６・１８が装着される。これらは固定子コア１２に対しコイル１４を絶縁する絶縁体となる。上側から装着される上側絶縁部材１６は、図６に示すような構成になっており、各主極１２ｂの上面及び両側面を覆うスロット絶縁部１６ａと、各スロット絶縁部１６ａをそれぞれの上部で連結する環状の枠部１６ｂとを備えてなり、各スロット絶縁部１６ａはその径方向外側縁がコアバック部１２ａの内周面に沿って延設されて隣り合うスロット絶縁部１６ａが相互に連結され、これにより各スロットの内面を覆う構成になっている。スロット絶縁部１６ａにおける上面の内周縁には、各主極１２ｂの先端部に対応して舌片１６ｃが上方に突出するように設けられ、コイル１４の内周側へのはみ出しを防止している。

枠部１６ｂは外形が正八角形に形成され、各スロット絶縁部１６ａを連結する基部（下半部）に厚みを持たせると共に後述するカバー部材が当接する先端部（上半部）を肉薄としている。正八角形の枠部１６ｂのうち、固定子コア１２の４辺に対応する部分は、その外周面がコアバック部１２ａの外周面とほぼ面一になる外周面部１６ｄとなり、モータの外表面の一部を構成する。枠部１６ｂの各外周面部１６ｄの間に位置する部分は、固定子コア１２における受け部１２ｄの内側に沿って配置され、ねじ挿通孔１２ｅの位置に対応して凹部１６ｅが設けられている。この枠部１６ｂには、各スロットの中央位置に対応してコイル１４の渡り線を係止するピン１６ｆが突設されている。

固定子コア１２に対して下側から装着される下側絶縁部材１８は、図７に示すような構成になっており、各主磁極１２ｂの下面及び両側面を覆うスロット絶縁部１８ａと、各スロット絶縁部１８ａをそれぞれの下部で連結する環状の枠部１８ｂとを備えてなり、各スロット絶縁部１８ａはその径方向外側縁がコアバック部１２ａの内周面に沿って延設されて隣り合うスロット絶縁部１８ａが相互に連結され、各スロットの内面を覆う構成になっている。スロット絶縁部１８ａにおける下面の内周縁には、各主極１２ｂの先端部に対応して舌片１８ｃが下方に突出するように設けられ、コイル１４の内周側へのはみ出しを防止している。

枠部１８ｂは外形が正八角形に形成され、各スロット絶縁部１８ａを連結する基部（上半部）に厚みを持たせると共に後述するカバー部材が当接する先端部（下半部）を肉薄としている。正八角形の枠部１８ｂのうち、固定子コア１２の４辺に対応する部分は、その外周面がコアバック部１２ａの外周面とほぼ面一になる外周面部１８ｄとなり、モータの外表面の一部を構成する。枠部１８ｂの各外周面部１８ｄの間に位置する部分は、固定子コア１２における受け部１２ｄの内側に沿って配置され、ねじ挿通孔１２ｅの位置に対応して凹部１８ｅが設けられている。枠部１８ｂにおける一つの外周面部１８ｄには、リード線１９の引き出し案内口を形成した案内部１８ｆが外方向に突設されている。

固定子コア１２に対し、その上下より絶縁部材１６・１８が装着されると、それぞれのスロット絶縁部１６ａ・１８ａの先端は固定子コア１２のスロットにおいて僅かの隙間を介して対峙し、これにより各主極１２ｂの周面及びコアバック部１２ａの内面が絶縁部材１６・１８で覆われ、この状態で各主極１２ｂにコイル１４が巻回される。

一方、固定子コア１２の内側に配置された回転子２０は、一対の回転子磁極間に永久磁石を挟持してなる単位回転子を用いて構成されたＨＢ型回転子であるが、この実施形態では、二つの単位回転子を用いて構成されている。すなわち、回転子２０は、回転子軸２２に軸方向に並んで固定された４個の回転子磁極２４ＡＸ・２４ＢＸ・２４ＢＹ・２４ＡＹと、対の回転子磁極２４ＡＸ・２４ＢＸ間及び２４ＢＹ・２４ＡＹ間でそれぞれ挟持され軸方向に着磁された円盤状の永久磁石２６Ｘ・２６Ｙとにより構成されている。これら回転子磁極はそれぞれ珪素鋼鈑等を積層して構成され、それぞれの外周には等ピッチで複数個（例えば２２個）の磁歯が設けられている。

対の回転子磁極２４ＡＸ・２４ＢＸは互いに歯ピッチが１／２ずれて配置され、同様に、対の回転子磁極２４ＡＹ・２４ＢＹは互いに歯ピッチが１／２ずれて配置されている。両永久磁石２６Ｘ・２６Ｙは軸方向に着磁されているが、着磁方向が互いに逆になるように設定されており、永久磁石２６Ｘにより磁化された回転子磁極２４ＡＸ・２４ＢＸと永久磁石２６Ｙにより磁化された回転子磁極２４ＡＹ・２４ＢＹとのうち、向かい合う隣接磁極２４ＢＸ・２４ＢＹが同極性になるように設定されている。このとき隣接する回転子磁極２４ＢＸ・２４ＢＹの周方向における歯位置は同じ位置である。回転子磁極２４ＡＸ・２４ＢＸ及び永久磁石２６Ｘで単位回転子２８Ｘが、回転子磁極２４ＡＹ・２４ＢＹ及び永久磁石２６Ｙで単位回転子２８Ｙが構成される。なお、図１では単位回転子２８Ｘ・２８Ｙが隙間なく隣接している状態を示しているが、単位回転子２８Ｘ・２８Ｙが軸方向に僅かに離れた状態で隣接していてもよい。

単位回転子２８Ｘ・２８Ｙの各回転子磁極のそれぞれの磁歯は、固定子１０の各主磁極１２ｂの誘導子歯１２ｃにエアギャップを介して径方向に対向する。二つの単位回転子２８Ｘ・２８Ｙを共通の回転子軸２２に支持した回転子２０の回転子軸２２において、各回転子磁極に対応する位置にはローレット加工が施され、永久磁石２６Ｘ・２６Ｙを挟持した対の回転子磁極に回転子軸２２が圧入固着され、ローレット加工部において回転子磁極の回り止めがなされ、強固に固定されている。永久磁石２６Ｘ・２６Ｙは例えば残留磁束密度が略０．５Ｔ以下のフェライト系永久磁石により構成されている。ここで、上述したように、固定子１０においては、その内径が従来に比し１５％程度大きく設定されているが、これに合わせて、回転子２０の外径が従来に比し１５％程度大きく設定されており、このため、永久磁石２６Ｘ・２６Ｙにフェライト系のものを使用したとしても、得られるトルクは従来に比し格段に大きなものとなる。

図１において、固定子１０の軸方向両側には、上カバー部材３０及び下カバー部材３２が配置され、固定子１０の外周面と共にモータ外表面を構成している。両カバー３０・３２の外形はそれぞれ固定子コア１２と同様にほぼ正四辺形状に形成されている。

上カバー部材３０は、図８及び図９に示すように、モータの上端面を構成するほぼ正方形状の端板部３０ａと、この端板部３０ａの中央部に下方へ突出するように形成された円筒状の軸受保持部３０ｂと、端板部３０ａの四隅に位置しそれぞれ下方に突出するように形成された４つの脚部３０ｃとを備えてなる。上カバー部材３０は、各脚部３０ｃのそれぞれの下端面を固定子コア１２の四隅の受け部１２ｄ上面に当接させて固定子コア１２に取付けられるが、各脚部３０ｃの最外縁部つまり径方向外側部には脚部３０ｃの端面よりさらに下方に突出する爪部３０ｄが設けられており、この爪部３０ｄを固定子コア１２の四隅の外表面に係止させて脚部３０ｃの端面を受け部１２ｄに当接させることにより、上カバー部材３０の固定子コア１２に対する位置合わせが行われる。上カバー部材３０の端板部３０ａにおける各脚部３０ｃに近接する位置にはそれぞれねじ孔３０ｅが形成され、これが固定子コア１２の各挿通孔１２ｅに軸方向に連通する。上カバー部材３０の端板部３０ａ下面には、図８より明らかなように、各脚部３０ｃ間における辺縁部及び各脚部３０ｃの内側部に沿って環状の当接面３０ｆが連続的に形成されており、これに上部絶縁部材１６の枠部１６ｂの上端面が全周に渡って当接する。

下カバー部材３２は、図１０及び図１１に示すように、モータの下端面を構成するほぼ正方形状の端板部３２ａと、この端板部３２ａの中央部に上方へ突出するように形成された円筒状の軸受保持部３２ｂと、端板部３２ａの四隅に位置しそれぞれ上方に突出するように形成された４つの脚部３２ｃとを備えてなる。下カバー部材３２は、各脚部３２ｃのそれぞれの上端面を固定子コア１２の四隅の受け部１２ｄ下面に当接させて固定子コア１２に取付けられるが、各脚部３２ｃの最外縁部つまり径方向外側部には脚部３２ｃの端面よりさらに上方に突出する爪部３２ｄが設けられており、この爪部３２ｄを固定子コア１２の四隅の外表面に係止させて脚部３２ｃの端面を受け部１２ｄに当接させることにより、下カバー部材３２の固定子コア１２に対する位置合わせが行われる。下カバー部材３２の端板部３２ａにおける各脚部３２ｃに近接する位置にはそれぞれねじ挿通孔３２ｅが形成され、これが固定子コア１２の各挿通孔１２ｅに軸方向に連通する。下カバー部材３２の端板部３２ａ上面には、図１０より明らかなように、各脚部３２ｃ間における辺縁部及び各脚部３２ｃの内側部に沿って環状の当接面３２ｆが連続的に形成されており、これに下部絶縁部材１８の枠部１８ｂの下端面が全周に渡って当接する。

図１に示すように、上カバー部材３０及び下カバー部材３２のそれぞれの軸受保持部３０ｂ・３２ｂにはボールベアリングからなる軸受３４・３６が保持され、回転子２０の回転子軸２２が両軸受３４・３６により回転自在に支持されている。固定子コア１２の両側に両カバー部材３０・３２を装着し、下カバー部材３２のねじ挿通孔３２ｅより挿通したねじ（図示せず）の先端部を固定子コア１２のねじ挿通孔１２ｅを通して上カバー部材３０のねじ孔３０ｅに螺着することにより、固定子コア１２と両カバー部材３０・３２が締着され、一体化される。下カバー部材３２の軸受保持部３２ｂの内部には軸受３６の外輪に弾接する板ばね３８が内装されている。上カバー部材３０における軸受３４はその外輪端面が上カバー部材３０により押さえられており、上下の軸受３４・３６のそれぞれの内輪が回転子２０及び間座等を介して一体化されているため、固定子コア１２と両カバー部材３０・３２とをねじで締結することにより、両軸受３４・３６に板ばね３８による定圧予圧が与えられることになり、ガタを生じることなく安定した回転支持状態が得られる。

下カバー部材３２の端板部３２ａにおけるねじ挿通孔３２ｅの下部は拡径されて収納凹部３２ｇが形成されており、ねじのねじ頭がこれに収容されてモータ外に突出することが防止される。また、上カバー部材３０における端板部３０ａの中央部上面には、軸受保持部３０ｂと同心に形成されたインロー筒部３０ｇが上方に突出して設けられており、このインロー筒部３０ｇを利用することにより、当該モータ１を各種機器に取り付ける際に回転子軸２２を精度よく各種機器の入力部に合致させることが可能となる。

このような構成のステッピングモータは、以下の要領により組み立てられる。
まず、固定子コア１２に対してその軸方向両側より絶縁部材１６・１８が装着され、この状態で各主極１２ｂに対しスロット絶縁部１６ａ・１８ａを介してコイル１４が巻装される。２相コイル１４のコイル端は、例えば下側絶縁部材１８に保持された中継回路基板に中継接続され、外部に引き出されるリード線１９がこの中継回路基板を介してコイル端に電気的に接続され、下側絶縁部材１８の案内部１８ｆよりリード線１９が引き出される。このようにして固定子１０が構成される。このとき、両絶縁部材１６・１８における枠部１６ｂ・１８ｂの４辺の外周面部１６ｄ・１８ｄはそれぞれ、固定子コア１２の外表面とほぼ面一となっている。一方、ＨＢ型回転子２０は、上述したように、回転子軸２２に対し、軸方向に並んで配置された４個の回転子磁極２４ＡＸ・２４ＢＸ・２４ＢＹ・２４ＡＹと、対の回転子磁極２４ＡＸ・２４ＢＸ間及び２４ＢＹ・２４ＡＹ間でそれぞれ挟持された円盤状の永久磁石２６Ｘ・２６Ｙとを用いて構成される。

次に、固定子１２に対し、まず下カバー部材３２が取り付けられる。このとき、下カバー部材３２の各脚部３２ｃにおける爪部３２ｄが固定子コア１２の四隅の外表面をガイドすることから、下カバー部材３２ｂと固定子１２との位置合わせが行われ、調芯された状態で両者が組み立てられる。固定子１２は、固定子コア１２の四隅の受け部１２ｄが下カバー部材３２の各脚部３２ｃの上端面に当接することで支えられ、隣り合う各脚部３２ｃ間に下部絶縁部材１８の枠部１８ｂにおける外周面部１８ｄが配置され、外部に露出する。

その後、下カバー部材３２の軸受保持部３２ｂに板ばね３８及び軸受３６を内装した状態で、固定子１０に対し、その上方開口より回転子２０が挿入され、回転子軸２２の下端部が軸受３６の内輪に挿入される。続いて、上カバー部材３０がその軸受保持部３０ｂに軸受３４を保持した状態で固定子１０に取り付けられる。このとき、回転子軸２２の上端を軸受３４の内輪に挿入し、上カバー部材３０の各脚部３０ｃにおける爪部３０ｄを固定子コア１２の四隅の外表面をガイドさせることにより、回転子２０が固定子１０に対して調芯される。そして、上カバー部材３０の各脚部３０ｃの下端面を固定子コア１２の四隅の受け部１２ｄの上面に当接すると、隣り合う各脚部３０ｃ間に上側絶縁部材１６の枠部１６ｂにおける外周面部１８ｄが配置され、外部に露出する。そして、四隅において、固定用のねじを下カバー部材３２のねじ挿通孔３２ｅ及び固定子コア１２のねじ挿通孔１２ｅを通して上カバー部材３０のねじ孔３０ｅに締着し、固定子１０と両カバー部材３０・３２を締結する。

このような構成のステッピングモータにあっては、固定子コア１２に対するコイル１４の絶縁に用いられる上下の絶縁部材１６・１８の枠部１６ｂ・１８ｂを上下カバー部材３０・３２の内部に収容するのではなく、一部を外表面部１６ｄ・１８ｄとしてモータ表面に露出させる構成としたため、固定子コア１２の内径を最大限に大きくすることが可能となり、その分、回転子２０を大径化し、出力を大幅にアップすることができる。このため、回転子２０の回転子要素２８Ｘ・２８Ｙにおいて、永久磁石２６Ｘ・２８Ｘとして低グレードのフェライト系永久磁石を用いたとしても、従来のものに比し高出力化を図ることが可能となり、安価なモータを提供できることになる。

加えて、上下の絶縁部材１６・１８の一部を外部に露出するために、上下カバー部材３０・３２を正方形状の端板部３０ａ・３２ａの四隅に脚部３０ｃ・３２ｃを設けたシンプルな形状としたため、これを９０°回転対称形状とすることができ、固定子１０に対するカバー部材３０・３２の取付方向に制約がなく、どの方向でも取り付けることができ、組立作業性が格段に向上する利点がある。特に、リード線１９の外部への引き出しを、下部絶縁部材１８の枠部１８ｂにおける外表面部１８ｄ、つまり枠部１８ｂのうち直接外部に露出する部分に案内部１８ｆを形成して行う構成であるため、従来のようにカバー部材に外部引き出しのための加工を行う必要が無く、下部カバー部材３２の部品形成も容易になるものである。

また、固定子コア１２やカバー部材３０・３２の形状における正方形はその四隅の面積が大であり、この部分においてカバー部材３０・３２の各脚部３０ｃ・３２ｃが固定子コア１２に当接して固定される構成であるため、各部材をその強度が大でありかつ四隅の均等な位置で締結することができ、固定子コア１２やカバー部材３０・３２に不均一な力が作用することが無く、各部材に変形等を生じることがない。

ここで、上記した特許文献１・２のように、上下のカバー部材で固定子の軸方向両側を全周に渡って覆う形態のインナーロータ型モータにあっては、このカバー部材によりモータ内部に対する防塵性を確保するようになっている。これに対して、カバー部材３０・３２の脚部３０ｃ・３２ｃのみを固定子コア１２に当接させる実施形態のものでは、固定子コア１２とカバー部材３０・３２との間が脚部３０ｃ・３２ｃ間で開口されるが、この部分は絶縁部材１６・１８の枠部１６ｂ・１８ｂにおける外表面部１６ｄ・１８ｄが介在されることになり、しかも、枠部１６ｂ・１８ｂはその端面が全周に渡ってカバー部材３０・３２の端板部３０ａ・３２ａにおける環状の当接面３０ｆ・３２ｆに当接するため、枠部１６ｂ・１８ｂの内側は外部と仕切られることになり、防塵性が確保される。特に、枠部１６ｂ・１８ｂは、基部側の半分に厚みを持たせて強度を確保した上で、先端側の半分を肉薄として柔軟性を持たせているため、固定子１０に対して両カバー部材３０・３２を締結した際に、枠部１６ｂ・１８ｂの先端部をそれぞれカバー部材３０・３２に圧接させて両者間を密接させることができ、防塵効果を高めることができる。

つぎに、本発明の他の実施形態を図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、本発明による２相ハイブリッド（ＨＢ）型ステッピングモータ１’の全体構成を示す切断正面図であり、図１３は、図１２の一部を拡大して示したものである。これらの図面において、図１〜図１２で示した実施形態のものと同一符号のものは同一もしくは相当するものを示すものとする。

図１２に示すステッピングモータ１’において、前記実施形態のものと異なる点の一つは、固定子１０における絶縁部材１６・１８の枠部１６ｂ’・１８ｂ’である。すなわち、絶縁体となる上下の絶縁部材１６・１８は、固定子コア１２における複数の主極１２ａのそれぞれの端面及び両側面を覆うスロット絶縁部１６ａ・１８ａと、各スロット絶縁部をそれぞれ上下部で連結する環状の枠部１６ｂ’・１８ｂ’とを備えてなり、枠部の外径が正八角形に形成されている。上側の絶縁部材１６における枠部１６ｂ’は、図１３に示すように、固定子コア１２の外径より多少小さい径の正八角形をなす基部側環状枠体１６ｂ１と、固定子コア１２の外径にほぼ等しい径を有する正八角形をなす先端側環状枠体１６ｂ２と、基部側環状枠体１６ｂ１の端部と先端側環状枠体１６ｂ２の下部とを連結する環状薄肉部１６ｂ３とからなり、先端側環状枠体１６ｂ２のうち固定子コア１２の４辺に対応する部分は、その外周面がコアバック部１２ａの外周面とほぼ面一の位置関係にある外周面部１６ｄとなる。

下側の絶縁部材１８における枠部１８ｂ’も、同様に、固定子コア１２の外径より多少小さい径の正八角形をなす基部側環状枠体１８ｂ１と、固定子コア１２の外径にほぼ等しい径を有する正八角形をなす先端側環状枠体１８ｂ２と、基部側環状枠体１８ｂ１と先端側環状枠体１８ｂ２とを連結する環状薄肉部とからなり、先端側環状枠体１８ｂ２のうち固定子コア１２の４辺に対応する部分は、その外周面がコアバック部１２ａの外周面とほぼ面一の位置関係にある外周面部１８ｄとなる。

両枠体１６ｂ’・１８ｂ’において、それぞれの基部側環状枠体１６ｂ１・１８ｂ１の厚みが比較的大きく設定されて強度が高められ、これより先端側環状枠体１６ｂ２・１８ｂ２は厚みが多少小さく設定され、さらに、環状薄肉部は先端側環状枠体に加わる圧力により容易に撓むことができる厚みに設定され、先端側環状枠体が基部側環状枠体に対して軸方向に弾性を持って変位できるようになっている。この結果、固定子１２の軸方向両側に上カバー部材３０及び下カバー部材３２を取り付けることにより、両カバー部材３０・３２の端板部３０ａ・３２ａにおける環状当接面に、両枠体１６ｂ’・１８ｂ’の先端側環状枠体１６ｂ２・１８ｂ２の端縁が弾性を持って当接し、枠体１６ｂ’・１８ｂ’内部が密閉され、防塵性が高まることになる。

図１２に示すステッピングモータ１’において、前記実施形態のものと異なる他の点は、コイルの引き出しに関する構成である。すなわち、図１に示した実施形態の場合では、モータ内部で中継回路基板等を用いてコイル端に接続されたリード線を下部絶縁部材の案内部より引き出す構成になっているが、図１２では、下側絶縁部材１８の枠体１８ｂ’と下カバー部材３２との間に回路基板４０を配置し、これにコイル端を接続すると共に、枠体１８ｂ’より導出する回路基板４０の突部分にコネクタ４１を実装する構成になっている。従って、外部リード線のコネクタをこのコネクタ４１に接続することにより、外部リード線をコネクタ４１及び回路基板４０を通してコイルに接続することが可能となる。

回路基板４０は下側絶縁部材１８の枠体１８ｂ’に取り付けられるが、特に、枠体１８ｂ’における基部側環状枠体１８ｂ１の突出高さを適宜設定し、回路基板４０を基部側環状枠体１８ｂ１の端面に当接させることにより、回路基板４０を枠体１８ｂ’内部で所定高さに位置決めすることが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した範囲において種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、２相ステッピングモータの場合について説明したが、ステッピングモータに限らず、他のインナーロータ型モータにも適用でき、３相モータの場合であってもよい。また、モータの回転子として、ハイブリッド型に限らず、異なる磁極を周方向に交互に配置した永久磁石型回転子を用いてもよい。さらに、固定子１０に用いられる絶縁部材１６・１８は必ずしも正八角形状である必要はなく、９０°毎の回転対称状の八角形であればよい。回転子２０を回転自在に支持する軸受３４・３６として、ボールベアリングに限らず、すべり軸受を用いることもできる。

本発明によるインナーロータ型モータは、高トルク化が可能で、低コスト化を図ることができ、ステッピングモータとして、ＯＡ機器である複写機やプリンターの用途に対し安価で高速高トルク低振動の回転電機の提供が可能であり、工業的に大きな寄与が期待される。その他、医療機器・ＦＡ機器・ロボット・遊戯機械・住宅設備機器への応用も大いに期待される。

１０：固定子
１２：固定子コア
１２ｂ：主磁極
１４：コイル
１６・１８：絶縁部材
１６ａ・１８ａ：スロット絶縁部
１６ｂ・１８ｂ：枠部
１６ｄ・１８ｄ：外表面部
１６ｂ’・１８ｂ’：枠部
１６ｂ１・１８ｂ１：基部側環状枠体
１６ｂ２・１８ｂ２：先端側環状枠体
１６ｂ３：環状薄肉部
２０：回転子
２２：回転子軸
２４ＡＸ・２４ＢＸ・２４ＡＹ・２４ＢＹ：回転子磁極
２６Ｘ・２６Ｙ：永久磁石
２８Ｘ・２８Ｙ：回転子要素
３０・３２：カバー部材
３０ａ・３２ａ：端板部
３０ｂ・３２ｂ：軸受保持部
３０ｃ・３２ｃ：脚部
３０ｄ・３２ｄ：爪部

Claims (9)

1. 環状のコアバック部の内側に放射方向に突出した複数の主極を有する固定子コア、及び該固定子コアの各主極に絶縁体を介して巻回されたコイルを有する固定子と、この固定子の内側に前記各主極の先端に対向するように回転自在に配置され軸中心に回転子軸を備えた回転子と、前記固定子の軸方向両側を覆うように設けられそれぞれ前記回転子軸を支持する軸受を保持したカバー部材とからなるインナーロータ型モータにおいて、
   前記固定子コアのコアバック部は外形がほぼ正方形状とされて正方形の４辺に対応する側面がモータ外表面を形成する構成とされ、
   前記絶縁体は、前記固定子コアに対し軸方向両側から装着される２つの絶縁部材からなり、それぞれ前記各主極を覆う複数のスロット絶縁部とこれらスロット絶縁部を前記固定子コアの軸方向端面側において連結する八角形状の枠部とを備え、該枠部には前記コアバック部の４辺の前記モータ外表面とほぼ面一となる４つの外表面部が形成されており、
   前記両カバー部材はそれぞれ、モータ端面を構成し中央部に軸受保持部を有する端板部と、該端板部の四隅に設けられそれぞれ前記固定子コアの四隅部分の軸方向端面に当接する４つの脚部とを備え、
   前記両絶縁部材における枠部の先端縁は、少なくとも前記４つの外表面部において前記端板部に密接し、
   前記両絶縁部材における枠部は、小径の基部側環状枠体と大径の先端側環状枠体と該基部側環状枠体及び先端側環状枠体を連結する環状薄肉部とからなり、
   前記絶縁部材における枠部の各外表面部が前記カバー部材の各脚部間に挿入されていることを特徴とするインナーロータ型モータ。
2. 前記コアバック部の４辺の部位における径方向最小厚みが、磁気通路として磁気特性上許容される範囲の最小値に設定され、かつ、前記各主極の突出長さがコイルを所定数巻回することができる最小値とされている請求項１に記載のインナーロータ型モータ。
3. 前記固定子コアにおける最小外形寸法に対する該固定子コアの内径寸法の比が約０．７近辺に設定されている請求項１または請求項２に記載のインナーロータ型モータ。
4. 前記両カバー部材のそれぞれの脚部には、前記固定子コアの四隅の外表面に外側から係止する爪部が一体に形成されている請求項１から請求項３のいずれかに記載のインナーロータ型モータ。
5. 前記固定子コアの四隅及び前記両カバー部材の各脚部の位置にはそれぞれ固定用の孔が設けられ、前記固定子コアの前記孔を挿通したボルトを用いて前記両カバー部材がステータコアに締着されている請求項１から請求項４のいずれかに記載のインナーロータ型モータ。
6. 前記両カバー部材は、９０度毎の回転対称状に形成されている請求項１から請求項５のいずれかに記載のインナーロータ型モータ。
7. 前記両絶縁部材における枠部のうち、４つの外表面部に挟まれた部分は、前記カバー部材における各脚部の内側に沿って配置されている請求項１から請求項６のいずれかに記載のインナーロータ型モータ。
8. 前記２つの絶縁部材のうち何れかには、その外表面部の位置に、前記コイルに接続されたリード線の引き出し口もしくはコネクタ装着部が形成されている請求項１から請求項７のいずれかに記載のインナーロータ型モータ。
9. 前記４つの外表面部に対応する前記先端側環状枠体が前記コアバック部のモータ外表面とほぼ面一となる、請求項１から請求項８のいずれかに記載のインナーロータ型モータ。

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