(57)【要約】【課題】  ハイブリッド型ステッピングモータは固定子鉄心のスロットに各主極間の隙間からコイルを直接巻き込むために巻線時間を要し、また各コイル間の渡り線処理も複雑でそのため、安価とする事を妨げていた。また巻線機ノズルが巻線時にスロット部を回動するため占積率も３０％以下と低く、高トルク化を妨げていた。【解決手段】  略環状磁性体より、軸方向に平行で軸に同心的に突き出した複数ｍ個のアームと該アームの先端より奥部にそれぞれに計ｍ個のコイルを勘合させた後、該アームの先端側である非コイル部で主極を形成し、エアギャップを介して該複数のアームと回転子を対向させて回転子端面側にコイルを配置したことを特徴とする回転電機。【選択図】        図１
2006254584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略環状磁性体より、軸方向に平行で軸に同心的に突き出した複数ｍ個のアームと該アームの先端より奥部にそれぞれに計ｍ個のコイルを勘合させた後、該アームの先端側である非コイル部でエアギャップを介して該複数のアームと回転子を対向させて回転子側面部にコイルを配置したことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
略環状磁性体より、軸方向に平行で軸に同心的に突き出した複数ｎ個のアームと該略環状磁性体側にてそれぞれ複数ｎ個のアームにコイルを勘合させて1相目分固定子とし、それと同じものを２相目分固定子として左右反転させて、該ｎ個のアームの非コイル部で交互にかみ合わるようにして、エアギャップを介して合計２ｎ個の該アームと対向した回転子を両側より挟持して、回転子両側端面部にコイルを有したことを特徴とする２相式回転電機。
【請求項３】
請求項１または２で、該アームの回転子と対向する部分に複数の歯を各々有して、回転子はその外周に複数の歯を有した磁性体を2個で軸方向に磁化した永久磁石を挟持したハイブリッド型回転子あるいはN極S極を交互に磁化しその極対数をハイブリッド型回転子の歯数と同じにした円筒形永久磁石回転子であることを特徴とした回転電機。
【請求項４】
請求項１から４にて、固定子鉄心は圧粉鉄心で構成されている回転電機。
【請求項５】
請求項１から４にて、固定子鉄心は軸方向に珪素鋼板を積層して構成した回転電機。
【請求項６】
請求項１から３にて、１相分コイルの絶縁ボビンは連結していることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、OA機器等に使用されるステッピングモータやブラシレスモータ等の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
OA機器等の用途には位置決め精度が良く、低振動なステッピングモータ等で安価な回転電機の要求が強い。
【０００３】
【特許文献１】特許第２５９２３１６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば特許第２５９２３１６号の図1、図2に示されたハイブリッド型ステッピングモータは固定子鉄心のスロットに各主極間の隙間からコイルを直接巻き込むために巻線時間を要し、また各コイル間の渡り線処理も複雑でそのため、安価とする事を妨げていた。また巻線機ノズルが巻線時にスロット部を回動するため占積率も３０％以下と低く、高トルク化を妨げていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
「手段１」  略環状磁性体より、軸方向に平行で軸に同心的に突き出した複数ｍ個のアームと該アームの先端より奥部にそれぞれに計ｍ個のコイルを勘合させた後、該アームの先端側である非コイル部でエアギャップを介して該複数のアームと回転子を対向させて回転子端面側にコイルを配置したことを手段とする回転電機。
「手段２」  略環状磁性体より、軸方向に平行で軸に同心的に突き出した複数ｎ個のアームと該アームの先端より奥部即ち環状磁性体側ににそれぞれに計ｎ個のコイルを勘合させて1相目分固定子とし、それと同じものを２相目分固定子として左右反転させて、該ｎ個のアームの先端側である非コイル部で交互にかみ合わるようにして、エアギャップを介して合計２ｎ個の該アームと対向した回転子を両側より挟持して、回転子両側端面部にコイルを有したことを手段とする２相式回転電機。
「手段３」  手段１または２で、該アームの回転子と対向する部分に複数の歯を各々有して、回転子はその外周に複数の歯を有した磁性体を2個で軸方向に磁化した永久磁石を挟持したハイブリッド型回転子あるいはN極S極を交互に磁化しその極対数をハイブリッド型回転子の歯数と同じにした円筒形永久磁石回転子であることを手段とした回転電機。
「手段４」  手段１から４にて、固定子鉄心は圧粉鉄心で構成されている回転電機。
「手段５」  手段１から４にて、固定子鉄心は軸方向に珪素鋼板を積層して構成した回転電機。
【０００６】
本発明を実現するには上述したの５つの手段による。手段１（後述する図1、図2）の条件を満たすことで、コイル入れを大幅に低減でき、安価な回転電機を実現できる。手段２（後述する図3、図4）では具体例として、回転子が５０歯で８主極での例を開示している。相数は2相の他に3相式、5相式も可能である。手段２では2相式に限定されるが、モータ出力を増大させるのに適した構造の提案である。
手段3は本発明の回転電機を高分解能のステッピングモータにする手段の開示である。手段４は本発明の構造の固定子を鉄損が少なく比較的複雑な構造が可能な圧粉鉄心で構成する手段の開示である。圧粉鉄心は鉄粉微粒子を樹脂等でバインデングして特に渦電流を減少させた鉄心である。手段５では固定子鉄心は軸方向に珪素鋼板を積層して構成し、渦電流やヒステリシス損を減少させる方式である。
【０００７】
上述の如き構成においては、以下の理由で課題が解決できる。
即ち巻線の絶縁性を有する樹脂モールドボビン等にモータ組込む前に高速巻線したものを固定子鉄心に挿入後、更に回転子を挿入するため電工作業が大幅に安価となる。回転子と固定子の基本的関係は従来品と同じなので特性も同等あるいはコイル占積率の向上で更に改善できる。また従来品に必要であった前後ブラケットを省略することができその分更に安価と出来る。
【発明の効果】
【０００８】
１）巻線を固定子外でボビン等に巻き込むので直巻式に比べてコイル占積率を向上できトルクアップまたは小形安価に出来る。
２）巻線を固定子外でボビン等に巻き込むので高速巻線機で巻線時間を短縮することが可能であり、固定子へのコイル組み込み時間も短縮できる。
３）従来技術で必要とした前後ブラケットが不要となりその分安価となる。
４）コイルが固定子外周に露出するので温度上昇を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明に関する略環状磁性体より軸方向に平行で軸に同心的に突き出した複数ｍ個のアーム（１）と該アームの先端より奥部にそれぞれに計ｍ個のコイル（２）を勘合させた後、該アームの先端側である非コイル部でエアギャップを介して該複数のアームと回転子を対向させて回転子端面側にコイルを配置した回転電機であり、ｍ＝８の場合でありハイブリッド型２相８主極機の構造を示す図である。ｍ＝４の４主極2相も可能である。3相式にするには主極数ｍを３の倍数の３，６，９，１２等とすれば良い。５相とするにはｍを５の倍数の５，１０等とすれば良い。（３）は軸受け、（４）は回転子軸、（５）（６）はその外周に多数の歯を有した磁性体回転子でありその歯ピッチの１／２ずらして（７）なる軸方向に磁化した永久磁石をサンドイッチ状に挟持した所謂ハイブリッド（以下HBと略す）型回転子を構成したものである。（８）はプラスチックの塵埃の侵入を防止する蓋である。（９）はスペーサーである。図2は図1の軸に垂直な固定子部の断面図で回転子は省略した図でありアーム（１）は均等に配置された8個の固定子主極となりその内周側に複数（図では４個）の磁歯を有してそれぞれにコイル（2）が勘合して環状磁性体側に位置している。（３）は軸受けである。回転子は図示してないが、図２で５０歯のＨＢ型回転子を組み込み、コイル（２）は1個おきの計4個で1相を構成して、1相を直流励磁した時、それらの主極（1）の極性はＮ、Ｓ、Ｎ、Ｓとなるようにすれば、2相１．８°ステップ角の2相HB型ステッピングモータとなる。本発明ではコイルを固定子鉄心に組み込む前に巻けるのでコイル占積率は６０％以上も可能である。これらは請求項１に対応する。また８個のコイルは各々独立分離していても良いが、例えば１個おきの４個が１相となる場合はその４個分が連結してモールドした４個のボビンとして外部でコイル巻し、アームであり主極の（１）の1個おきの4個に１相分を渡り線で連結した4個コイルのセットもので挿入し、２相目も同様にすれば安価性を向上できる。
【００１０】
図3は本発明の別の構成であり、図4は図3の中央で回転軸に垂直な断面図である。図1、図2と同じ部品は同じ番号としてある。図3の構成は図1の場合より高トルクを出す場合に適したものである。図1では回転子軸受けは片持ち構造であるが図3は両持ち構造である。またコイルを１相分と2相分を回転子の両サイドに分離したので図1よりコイル量を増加でき、各主極の磁歯の数も４個から6個と５０％増えて高トルクを出せる構成としたものである。この構成は請求項２に対応する。
【００１１】
図5は図3の（１）と（２）を取り出して示した1相分固定子の断面図である。図6は図5の側面図である。図1図2が主極（１）は８個であったがこの場合は４個として主極の磁歯及びコイル量を増加させている。図3から図6を参照して本発明の構成を説明する。（１）は略環状磁性体より4個のアームを持ちそれぞれにコイル（2）を有した１相分固定子、（３）は軸受けである。（１０），（１１）、（１２）は各々2相分固定子を構成する（１），（２）、（３）、に相当する全く同じ部品である。（１）と（１０）の主極位置は図4に示すように交互にかみ合い４５度機械角で配置されている（１３）は非磁性体よりなるハウジングで（１）と（１０）を結合して塵埃の侵入をも防止している。この状態で外周に多数の歯を有した回転子（５），（６）と永久磁石（７）、軸（４）よりなるHB型回転子を組み込むと２相ステッピングモータが実現する。
【００１２】
図５、図６に示した１相分コイル２のボビン部は４個バラバラに独立していても良いが、渡り線の処理が容易なように４個のボビンは図５図６に示すように１個のモールド体よりなりそれにコイルを巻き込んだもの即ち１相分コイルのセットを（１）に挿入しても良い。（１０），（１１）も同様である。本発明ではコイルを固定子鉄心に組み込む前にも巻けるのでコイル占積率は６０％以上も可能である。コイル占積率が高いことは高トルクが可能であり、従来と同じトルクを維持するには小形となり材料費を安く出来る。
【００１３】
図７、図８は従来技術の２相HB型ステッピングモータの構成を示したもので先行技術である特許第２５９２３１６号の図２と同等のものである。図７で１４はコイルの表示を省略した固定子鉄心であるが８個のスロット隙間よりコイルを巻き込む為コイル占積率は３０％以下であった。図８は正面断面図であるが、（１５），（１６）は前後ブラケットであり軸受けの保持等でこの前後のブラケットが構造上必要であった。これに対し本発明ではこれらが不要となっている。
また図8の（１７）はコイルであるが、固定子のスロット内に巻き込まれ、さらに前後ブラケット（１５），（１６）で外部から覆われているので温度上昇が高くなる問題もあった。これに対し本発明ではコイル（図1、図3の（２））が固定子外周に露出するので温度上昇を低減できる。
【００１４】
図１から図６ではHB型ステッピングモータとして図示したが、その外周に回転子は、N極S極を交互に磁化し極対数をHB型回転子の歯数と同じにした円筒状永久磁石としてHB型回転子と入れ替えても良い。または図１から図６で各固定子主極の磁歯をなくしてその外周に回転子は、N極S極を交互に磁化した円筒状永久磁石とした回転子磁極情報を検出して相励磁を切りかえ駆動するブラシレスモータとしても良い。固定子（１）及び（１０）は磁性体粉末を樹脂バインダー等で固めた圧粉鉄心でも、また従来の珪素鋼板による積層方式でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明による回転電機はコイルが回転子の外周部ではなく側面部に配置されるため、従来品と比較して回転子外径を大きく出来る。ロータ径をD、その軸方向長さをLとすれば、トルクはD＊D＊Lに比例する。従来機はコイルエンドがあり、前後ブラケットが必要な為、Lはほぼ同じとなる。Dは従来機より大きく取れるため、またコイル占積率も高い為、従来機より本発明は高トルクとなる。高トルクとなることは従来トルクと同一にすれば小型にできるため材料費が少なく出来安価となる。従ってOA機器用途として安価なステッピングモータとして、複写機、ファクシミリ、プリンタ等に利用できる。
あるいは高トルク性を活用してFA用途にも利用できる。また回転子情報を検出すればブラシレスモータとなり、OA機器特に複写機の転写ドラム駆動や広く一般用途に利用できることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の回転電機の構造図
【図２】本発明による回転電機の固定子の関係図
【図３】本発明による別の回転電機の構造図
【図４】本発明による回転電機の固定子と回転子磁極配置図
【図５】本発明による回転電機の１相分の固定子を示す図
【図６】本発明による回転電機の１相分固定子の関係図
【図７】従来技術の回転電機の固定子磁極配置図
【図８】従来技術の回転電機の構造図
【符号の説明】
【００１７】
１，１０、１４        ：固定子
２，１１、１７        ：コイル
３、１２              ：軸受け
４                    ：回転軸
５，６                ：回転子
７                    ：永久磁石
８                    ：蓋
９                    ：スペーサー
１３                    ：ハウジング
１５                    ：前ブラケット
１６                    ：後ブラケット
【図１】
2006254584.tif 000003
【図２】
2006254584.tif 000004
【図３】
2006254584.tif 000005
【図４】
2006254584.tif 000006
【図５】
2006254584.tif 000007
【図６】
2006254584.tif 000008
【図７】
2006254584.tif 000009
【図８】
2006254584.tif 000010