JP5554763B2

JP5554763B2 - アウターロータ型モータ

Info

Publication number: JP5554763B2
Application number: JP2011228085A
Authority: JP
Inventors: 武宮坂
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2031-10-17
Also published as: EP2773025B1; JP2013090414A; WO2013058032A1; US20140225463A1; CN103875163B; CN103875163A; US9484783B2; EP2773025A4; EP2773025A1

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、固定子鉄心に軸方向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ステッピングモータの固定子ユニットは、固定子ヨークの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モータケースの巻き付け部を介して固定子の外周側の空間へ引き出して配線基板と接続されていた（特許文献１参照）。

或いは配線基板を用いることなくボビン形状を大きくし端子ピンの一端を保持させると共にボビンに巻き回したマグネットワイヤーの巻き始めと巻き終わりを各々接続し、各端子ピンを軸方向に引き出して他端側を回路基板に直接接続するようにしたインナーロータ型のＰＭステッピングモータも提案されている（特許文献２参照）。

また、アウターロータ型のＰＭステップモータにおいては、ボビンの巻き芯部にフランジ部に貫通する貫通孔を設けたボビンにコイルを巻いたもの貫通孔どうしが連通するように位置合わせして複数段重ね合せ、貫通孔に嵌め込まれた端子棒に外向きフランジ部の案内溝に引き出されたコイルリードを絡めて給電するようになっている（特許文献３参照）。

特開２００２−７８２６８号公報特開平５−６４４１１号公報特開平９−７４７３１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できない。

具体的には、先ず、特許文献１においては給電用の回路基板を用いるため回路基板そのものの部品が嵩む上に、回路基板は回転子軸と垂直方向に配置されるため、アウターロータ型のモータでは採用できない。
また、特許文献２のボビン外径を外側に拡大した構造であると、コイルリードの巻き始め端部及び巻き終わり端部を端子ピンと各々接続するまでの距離が長くなりコイルリードの引き回しが直線的でないため、作業が手間取り組立自動化には向いていない。また、コイルリードを回転子軸と直交する方向に引き出すため、アウターロータ型のモータでは採用できない。
また、特許文献３の端子棒は回転子軸と平行にボビンを貫通して嵌め込まれるため、貫通孔への端子棒の圧入代を考慮するとアウターロータ型モータが大型化する。また、各ボビンに巻き回されたコイルから引き出されるコイルリードをフランジ部の案内溝を通じて端子棒に絡めるまで距離が長く、引き回し作業は直線的でないため組立自動化が困難である。

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小型化したままでコイルリードの配線作業や接続作業の省力化を実現したアウターロータ型モータを提供することにある。

本発明は上記課題を解決するため、以下の構成を備える。
マグネットワイヤーを巻いた空芯コイルを、軸受部の周囲で櫛歯状の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段積層される固定子と、前記軸受部に挿入される回転子軸と、前記極歯に対向する磁極が形成された永久磁石を有し前記回転子軸を中心に回転可能に支持された回転子ヨークを備えた回転子と、前記コイルに通電してモータを駆動する駆動回路の駆動信号入力端子及び相間接続端子並びに外部入力端子が端子台本体に一体成形された駆動回路端子台と、を備えたアウターロータ型モータであって、前記駆動回路端子台は、前記相間接続端子と前記駆動信号入力端子と前記外部入力端子が連結部にて連続して形成されたリードフレームがインサート成形されて前記連結部が切断されて各端子が前記端子台本体より突設されており、同相の固定子ユニットが複数分割されて積層される各固定子ユニットの前記同相のコイルから引き出されたコイルリードの一端が前記固定子ユニットの極歯の隙間を通過して前記端子台本体に突設された前記相間端子部に各々接続されて互いに直列に接続され、各相コイルから引き出されたコイルリードの他端が各々接続される前記駆動信号入力端子と前記外部入力端子とが前記端子台本体内で各々配線接続されていることを特徴とする。
上記構成によれば、モータを駆動する駆動回路の駆動信号入力端子及び相間接続端子並びに外部入力端子が端子台本体に一体成形された駆動回路端子台用いているので、配線用基板は不要であり、各コイルより引き出されたコイルリードの配線接続も直線的に行うことができ、しかも端子台本体内の配線を省略することができる。よって、モータ体格を小型化したまま組立自動化に寄与することができる。
また、端子台本体を、リードフレームを用いたインサート成形で製造することにより、コイルリードを接続する端子部は連結部を切断するだけで形成することができるため、安価でかつ大量生産に適したアウターロータ型モータを提供することができる。

また、前記端子台本体を形成するモールド樹脂として放熱性樹脂（例えば窒化アルミ、セラミック粉末等をフィラーとして混入した樹脂）を用いることで、駆動回路端子台をモータ取付板と放熱板を兼用して使用することができる。

上述したアウターロータ型モータを用いれば、コイルの占積率を低下させずかつ小型化したままでコイルリードの配線作業や接続作業の省力化を実現したアウターロータ型モータを提供することができる。

固定子ユニットの斜視図である。リードフレームの平面図である。モールド後の駆動回路端子台の透視平面図である。連結部を切除した後の駆動回路端子台の平面図である。他例に係る駆動回路端子台の平面図である。

以下、本発明に係るアウターロータ型モータ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１を参照して説明する。図１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極歯（クローポール）に対向して設けられる。有底筒状に形成された回転子ヨーク３の底部には回転子ハブが設けられており、回転子ハブには、回転子軸が圧入、焼嵌などにより一体に連結されている。

図１において、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５を一対の固定子ヨーク６ａ，６ｂにより挟み込んだ固定子ユニット７ａ〜７ｄが同芯状に複数（本実施例では４段）積層されてなる。本実施例では２相モータであるため、電気角で位相が１８０度異なるＡ相コイルとＢ相コイルが例えばＡ−Ａ−Ｂ−Ｂ、Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂ若しくはＡ−Ｂ−Ｂ−Ａとなるように積層されている。固定子ユニット７ａ〜７ｄの中心部には回転子軸を挿通する筒状の軸受ハウジング８が挿入され、駆動回路端子台９に一体に組み付けられる。軸受ハウジング８内には、円筒状のスペーサー、軸受（ベアリング）が同心状に嵌め込まれ、回転子軸が筒孔を貫通して嵌め込まれ、抜け止め用ワッシャにより抜け止めされて組み付けられる。尚、固定子４は、固定子ユニット７ａ〜７ｄの周囲がモールド樹脂によりモールドされていてもよい。

図１において、駆動回路端子台９にはＡ相及びＢ相コイルに通電してモータを駆動する駆動回路の相間接続端子１０ａ，１０ｂ、駆動信号入力端子１０ｃ，１０ｄ及び外部入力端子１０ｅ，１０ｆが端子台本体９ａに一体成形されている。

具体的には、Ａ相及びＢ相の固定子ユニット７ａ〜７ｄが複数分割（２分割）されて積層される各固定子ユニットのコイル５の内周側から引き出されたコイルリード１１をコイル外周側であって極歯６ｃ，６ｄの隙間を通過して端子台本体９ａに突設された相間接続端子１０ａ，１０ｂを通じて同相（Ａ相若しくはＢ相）の固定子コイルの巻き始めと巻き終わりが配線接続されている。また、各相コイル５のコイルリード１１と駆動信号入力端子１０ｃと駆動信号入力端子１０ｄとが各々配線接続されている。駆動信号端子１０ｃは外部入力端子１０ｅと配線接続され、駆動信号入力端子１０ｄは外部入力端子１０ｆと配線接続されている。

図１において、例えば４段の固定子ユニットが図面上方向からＡ相−Ａ´相−Ｂ相−´Ｂ相に積層されているとすると、１段目の固定子ユニット７ａのコイル５（Ａ相）から引き出された一端側（外周端又は内周端）コイルリード１１は駆動信号入力端子１０ｃと接続され、２段目の固定子ユニット７ｂのコイル５（Ａ´相）から引き出された一端側（外周端又は内周端）コイルリード１１は駆動信号入力端子１０ｄと接続されている（図１の一点鎖線参照）。また、１段目の固定子ユニット７ａのコイル５から引き出された他端側（内周端又は外周端）コイルリード１１は相間接続端子１０ａと接続され、２段目の固定子ユニット７ｂのコイル５から引き出された他端側（内周端又は外周端）コイルリード１１は相間接続端子１０ａと各々接続されている（図１の一点鎖線参照）。Ｂ相側の固定子ユニット７ｃ，７ｄについても同様である。

上記構成によれば、モータを駆動する駆動回路の相間接続端子１０ａ，１０ｂ、駆動信号入力端子１０ｃ，１０ｄが端子台本体９ａに一体成形された駆動回路端子台９を用いているので、配線用基板は不要であり、各コイル５より引き出されたコイルリード１１の配線接続も直線的に配線でき、しかも配線長を省略することができる。よって、モータ体格を小型化したまま組立自動化に寄与することができる。また駆動回路端子台９は外部取付板としても使用することができる。

図２に示すように、駆動回路の相間接続端子１０ａ，１０ｂ及び外部入力端子１０ｅ，１０ｆに連なる駆動信号入力端子１０ｃ，１０ｄが連結部１０ｇにて連続して形成されたリードフレーム１０が用いられる。このリードフレーム１０がインサート成形されて図３に示すように軸受ハウジング８を含む端子台本体９ａが一体成形される。

この連結部１０ｇが切断されて図４に示すように端子台本体９ａより相間接続端子１０ａ，１０ｂ、駆動信号入力端子１０ｃ，１０ｄ及び外部入力端子１０ｅ，１０ｆが突設される。端子台本体９ａ内では駆動信号入力端子１０ｃと外部入力端子１０ｅとが配線接続され、駆動信号入力端子１０ｄと外部入力端子１０ｆが配線接続されている。また、相間接続端子１０ａ，１０ａ（例えばＡ相‐Ａ´相接続用）どうし、相間接続端子１０ｂ，１０ｂどうし（例えばＢ相‐Ｂ´相接続用）も配線接続されている。
これにより、リードフレーム１０を用いたインサート成形をおこなうことにより駆動回路端子台９を製造することができ、しかもコイルリード１１を接続する各端子は連結部１０ｇを切断するだけで足りるため、安価でかつ大量生産に適したアウターロータ型モータを提供することができる。

また、端子台本体９ａを形成するモールド樹脂として放熱性樹脂（例えば窒化アルミ、セラミック粉末等をフィラーとして混入した樹脂）を用いることで、駆動回路端子台９をモータ取付板と放熱板を兼用して使用することができる。

また、端子台本体９ａを成形する際に図５に示すように鍔部９ｂを形成してもよい。これにより、端子台本体９ａを、モータ取付板として使用する際に取り付け孔として使用することができる。

上記アウターロータ型モータを用いれば、コイルの占積率を低下させず、かつコイルと駆動回路端子台９の絶縁の信頼性を落とさずに固定子ユニット７ａ〜７ｄ間の僅かな空間に作業性良く配線することができる。

また、各固定子ユニットのコイルの内周側から引き出されたコイルリード１１が隣接するコイル外周側と極歯の隙間を通過して駆動回路端子台９の端子まで直線的に配線されるので、コイルリード１１の配線作業性が極めて簡素化して行え、組立性が向上する。

尚、相間接続端子１０ａ，１０ｂに接続されるコイルリード１１はＡ相，Ｂ相のいずれであってもよく、駆動信号入力端子１０ｃ，１０ｄ及び外部入力端子１０ｅ，１０ｆも入力端子の位置が入れ替わっていてもよい。
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
５コイル
６ａ，６ｂ固定子ヨーク
６ｃ，６ｄ極歯
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ固定子ユニット
８軸受ハウジング
９駆動回路端子台
９ａ端子台本体
９ｂ鍔部
１０リードフレーム
１０ａ，１０ｂ相間接続端子
１０ｃ，１０ｄ駆動信号入力端子
１０ｅ，１０ｆ外部入力端子
１１コイルリード

Claims

マグネットワイヤーを巻いた空芯コイルを、軸受部の周囲で櫛歯状の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段積層される固定子と、前記軸受部に挿入される回転子軸と、前記極歯に対向する磁極が形成された永久磁石を有し前記回転子軸を中心に回転可能に支持された回転子ヨークを備えた回転子と、前記コイルに通電してモータを駆動する駆動回路の駆動信号入力端子及び相間接続端子並びに外部入力端子が端子台本体に一体成形された駆動回路端子台と、を備えたアウターロータ型モータであって、
前記駆動回路端子台は、前記相間接続端子と前記駆動信号入力端子と前記外部入力端子が連結部にて連続して形成されたリードフレームがインサート成形されて前記連結部が切断されて各端子が前記端子台本体より突設されており、
同相の固定子ユニットが複数分割されて積層される各固定子ユニットの前記同相のコイルから引き出されたコイルリードの一端が前記固定子ユニットの極歯の隙間を通過して前記端子台本体に突設された前記相間端子部に各々接続されて互いに直列に接続され、各相コイルから引き出されたコイルリードの他端が各々接続される前記駆動信号入力端子と前記外部入力端子とが前記端子台本体内で各々配線接続されていることを特徴とするアウターロータ型モータ。
前記端子台本体を形成するモールド樹脂として放熱性樹脂が用いられる請求項１記載のアウターロータ型モータ。