(57)【要約】【課題】サイズを拡大せず、精度を低下させることなく、トルクを向上させ、製造工程での作業性を向上させるｎ相永久磁石形ステッピングモータを提供。【解決手段】筐体１０に軸受１１ａ、１１ｂを介して回転子軸１２が回転自在に支持され、回転子軸１２の外周に、永久磁石形の回転子１３が取付け、外周を囲んでクローポール形の固定子２０がケーシング１０ａの内側に固定されている。固定子２０は、６相の場合、軸方向に配列された６個の単位固定子２１〜２６から構成される。単位固定子２１は、一対のヨーク素子２１ａ、２１ｂの間にコイル２１ｃを配置して構成され、コイル２１ｃは、１本の平角線を幅方向に並べて２列で夫々厚さ方向に重ねて同一方向に巻き、終端Ｅ１、Ｅ２が夫々の列の最も外側で巻き終わる形で円筒形に溶着形成されたボビンレスコイルとした。【選択図】  図３
2004289939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体の両端に設けられた一対の軸受により回転自在に支持された回転子軸の外周に、回転方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に等ピッチで着磁された円筒状の回転子が取り付けられ、該回転子の外周を所定の間隙を介して囲むようクローポール形の固定子を前記筐体に固定して構成されるｎ相永久磁石形ステッピングモータにおいて、
前記固定子は、軸方向に配列されたｎ個（ｎは１以上の整数）の単位固定子から構成され、前記各単位固定子は、前記回転子の着磁ピッチの２倍のピッチで内周にクローポールが形成された環状の一対のヨーク素子を該クローポールが交互に噛み合うよう組み合わせてヨークを形成し、該ヨークを構成する一対のヨーク素子の間にコイルを配置して構成され、該コイルは、１本の平角線を幅方向に並べて２列で夫々厚さ方向に重ねて同一方向に巻き、２つの終端が夫々の列の最も外側で巻き終わる形で円筒形に溶着して形成されたボビンレスコイルであることを特徴とするｎ相永久磁石形ステッピングモータ。
【請求項２】
前記コイルを構成する平角線の前記２つの終端は、共に同一方向で外側に向くよう形成され、前記２つの終端に、夫々リード線を接続して外部から給電するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のｎ相永久磁石形ステッピングモータ。
【請求項３】
前記単位固定子が６個軸方向に並列して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の６相永久磁石形ステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタやＰＰＣ用複写機等のＯＡ機器の駆動源として好適なｎ相永久磁石形ステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の２相インナーロータ形永久磁石形（以下ＰＭ形と略称する）ステッピングモータの構造を示す断面図である。
このモータは、カップ状のケーシング１ａの開放端にプレート１ｂを嵌め込んで構成される筐体１を有している。
ケーシング１ａの底面の中央と、プレート１ｂの中央には、夫々軸受２ａ、２ｂが装着され、この軸受を介して回転子軸３が回転自在に支持されている。
回転子軸３の外周には、回転方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に等ピッチで着磁された円筒状の回転子４が取り付けられ、この回転子４の外周を所定の間隙を介して囲むようにして、クローポール形の固定子５がケーシング１ａの内側に固定されている。
【０００３】
固定子５は、軸方向に配列された２個の単位固定子５ａ、５ｂから構成されている。
単位固定子５ａは、内周にクローポールが形成された環状のヨーク素子をクローポールが交互に噛み合うよう一対に組み合わせて形成されるヨーク６と、ボビン７に丸線のコイル８を巻いて構成され一対のヨーク素子の間に配置されたコイル組立体９とから構成される。他方の単位固定子５ｂも同様に構成される。
【０００４】
図６、図７は、上記のコイル組立体９のボビン７にコイル８を巻くときの巻き始め、巻き終わりを夫々示す斜視図である。
巻き始めは、図６に示すように、コイル８の一端を端子７ａに絡げ、巻き付け時にコイル８が移動しないようにボビン７の側壁にテープＴで巻き始めの部分を固定する。
その後、所定の回数コイル８を巻き、巻き終わりには図７に示すように、コイル８の他端を端子７ｂに絡げ、テープＴを剥がしてコイル組立体９が完成する。
【０００５】
上記のようなインナーロータ形ＰＭ形ステッピングモータは、例えば特許文献１の図６にも開示されている。
なお、特許文献１の図１に開示されるモータは単位固定子を３個用いた３相ＰＭ形ステッピングモータであるが、この図１のコイルは本願明細書の段落番号０００３〜０００４で説明した従来例の場合と同様に構成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平０７−９５７５６号  図１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のＰＭ形ステッピングモータは、コイルに丸線を使用しているため、銅線の占積率が低く、かつ、ボビン７が必要となり、サイズを大きくせずにトルクを向上させるのが困難である。
同一サイズでトルクを向上させるには、銅量を増やす必要があるが、丸線を利用した従来の構成で銅量を増やすには、ボビン７の肉厚を薄くしなければならない。ただし、ボビン７の肉厚を薄くすると、コイル８のテンションでボビン７が変形し、特に多相の場合に相間のバラツキによりモータの精度が低下する。
【０００８】
また、製造工程では、コイル８の巻き始めにコイル先端をテープＴでボビン７に固定しなければならないが、この作業は人手によらなければならず、作業性が悪いという問題もある。
【０００９】
本発明は、上述した従来技術の課題（問題点）を解決し、サイズを拡大せずに、かつ、精度を低下させることなく、トルクを向上させることができ、しかも、製造工程での作業性を従来より向上させることができるｎ相ＰＭ形ステッピングモータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づくｎ相ＰＭ形ステッピングモータは、筐体の両端に設けられた一対の軸受により回転自在に支持された回転子軸の外周に、回転方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に等ピッチで着磁された円筒状の回転子が取り付けられ、該回転子の外周を所定の間隙を介して囲むようクローポール形の固定子を筐体に固定して構成されるｎ相永久磁石形ステッピングモータにおいて、固定子は、軸方向に配列されたｎ個（ｎは１以上の整数）の単位固定子から構成され、各単位固定子は、回転子の着磁ピッチの２倍のピッチで内周にクローポールが形成された環状の一対のヨーク素子を該クローポールが交互に噛み合うよう組み合わせてヨークを形成し、該ヨークを構成する一対のヨーク素子の間にコイルを配置して構成され、該コイルは、１本の平角線を幅方向に並べて２列で夫々厚さ方向に重ねて同一方向に巻き、２つの終端が夫々の列の最も外側で巻き終わる形で円筒形に溶着して形成されたボビンレスコイルであること特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、コイルに平角線を用いることにより、占積率を丸線の場合より向上させることができ、しかも、ボビンが不要となるため、サイズが同一であっても、コイルのスペースを従来より広く確保することができ、銅線量を増加させてトルクの向上を図ることができる。また、平角線を２列で巻いて、両端が夫々列の最も外側で巻き終わるため、リード線の取り付け、引き出しが容易である。
【００１２】
さらに、コイルを構成する平角線の２つの終端を、共に同一方向で外側に向くよう形成し、これらの終端に、夫々リード線を接続して外部から給電するようにしてもよい。この場合には、リード線の取付がさらに容易になる。
なお、単位固定子を６個軸方向に並列して配置すれば、６相ＰＭ形ステッピングモータをコンパクトに構成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のｎ相永久磁石形ステッピングモータの実施の形態について説明する。図１（Ａ）は、本発明の実施の形態であるインナーロータ形の６相ＰＭ形ステッピングモータの縦断正面図、図１（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ′線に沿う断面図、図２は図１（Ａ）のモータの固定子を示す縦断正面図である。
なお、図２では、各単位固定子２１〜２６のコイルから出ている給電用のリード線は図示を省略している。
【００１４】
本実施の形態の６相ＰＭ形ステッピングモータは、円筒状の磁性体から成るケーシング１０ａの両端にプレート１０ｂ、１０ｃをはめ込んで構成される筐体１０を有している。両プレート１０ｂ、１０ｃの中央には、夫々軸受１１ａ、１１ｂが装着され、この軸受を介して回転子軸１２が回転自在に支持されている。
【００１５】
回転子軸１２の外周には、バックヨークの機能も有する支持体１３ａを介して回転方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に等ピッチで着磁された円筒状の永久磁石１３ｂが取り付けられ、これらの支持体１３ａと永久磁石１３ｂとから永久磁石型の回転子１３が形成されている。
また、この回転子１３の外周を所定の間隙を介して囲むようにして、クローポール形の固定子２０がケーシング１０ａの内側に固定されている。
【００１６】
固定子２０は、図２に取り出して示すように、軸方向に配列されたｎ個（ｎは１以上の整数）、この例では６個の単位固定子２１〜２６から構成されている。これらの単位固定子について、図３及び図４に基づいて説明する。
図３は、１つの単位固定子２１の分解図である。
また、図４は組み立てられた単位固定子２１に対するリード線の取付を示す説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【００１７】
単位固定子２１は、図３に示すように、一対のヨーク素子２１ａ、２１ｂにより形成されるヨークと、これらの一対のヨーク素子２１ａ、２１ｂの間に配置されるコイル２１ｃとから構成されている。
各ヨーク素子２１ａ、２１ｂは、環状の円板の内周に沿って円板に対して垂直な向きに、台形状のクローポールＣＰを形成して構成されている。クローポールＣＰは、回転子１３の着磁ピッチの２倍のピッチで配列している。
なお、ヨーク素子２１ａ、２１ｂは、磁性体により形成され、表面に絶縁コーティングが施されている。
【００１８】
コイル２１ｃは、図４に示すように、１本の平角線を幅方向に並べて２列で夫々厚さ方向に重ねて同一方向に巻き、２つの終端Ｅ１、Ｅ２が夫々の列の最も外側で巻き終わる形で円筒形に溶着して形成されたボビンレスコイルである。
【００１９】
上記のコイル２１ｃを、図３に矢印で示すように、一方のヨーク素子２１ａのクローポールＣＰの外周に嵌め込み、他方のヨーク素子２１ｂを、両ヨーク素子のクローポールが交互に噛み合うように組み合わせて嵌合させる。
このように一対のヨーク素子２１ａ、２１ｂによって平角線で形成されたボビンレスコイル２１ｃを挟み込んで単位固定子２１が構成される。
【００２０】
上記のようにコイルに平角線を用いることにより占積率を向上させることができ、従来例のように丸線を用いた場合と比較すると、同一の配置スペースでも銅量を約２０％増加させることができる。
さらに、ボビンレスコイルとすることにより、従来のボビンを用いた場合よりコイルのスペースを大きく確保することができる。
このため、従来のボビン巻きの丸線コイルと比較すると、外形サイズが同一でも銅量を約５０％増加させることができる。銅量を増加させれば、磁界の強度を高めることができるため、モータのサイズを大きくすることなく、トルクを大幅に向上させることが可能となる。
【００２１】
また、前述のように、ボビンを用いた従来のコイルは、特にボビンの肉厚が小さい場合、銅線を巻く際にコイルのテンションでボビンが変形してモータの精度を低下させるという問題を有するが、本実施の形態では、コイル２１ｃは予め溶着されて所定の形状で固定されているため、ヨーク素子に組み込んだ後に変形することがなく、ヨーク素子２１ａ、２１ｂに対してストレスを与えない。
【００２２】
コイル２１ｃを構成する平角線の２つの終端Ｅ１、Ｅ２は、図４に示されるように、共に同一方向で外側に向くよう形成され、これらの終端Ｅ１、Ｅ２に、夫々リード線Ｒ１、Ｒ２が接続されている。
平角線を本実施の形態のように幅方向に２列にせず、１列で巻いた場合には、一方の終端はコイルの内側となるため、リード線の接続作業が困難である。
この点、本実施の形態のものでは、両終端Ｅ１、Ｅ２を外側で同一方向に引き出しているため、リード線Ｒ１、Ｒ２を容易に接続することができる。
また、終端Ｅ１、Ｅ２がそのまま端子としての役割を果たすため、従来のようにボビンに設けた端子に銅線を絡げる工程が不要となり、したがって、テープ等で巻き始めを固定する必要もなく、コイル巻き時の作業性を向上させることができる。
【００２３】
単位固定子２１のコイル２１ｃには、これらのリード線Ｒ１、Ｒ２を介して外部から給電される。他の単位固定子２２〜２６も、上記の単位固定子２１と同様に構成され、夫々にリード線が接続される。
【００２４】
図１のステッピングモータを駆動するには、各単位固定子２１〜２６から引き出されたリード線を駆動回路に接続する。駆動回路は、複数のスイッチング素子を備え、これらを所定のタイミングで順にオンオフすることにより、各単位固定子のコイルに順に電流を流して励磁することにより、回転子を１ステップ角ずつ回転させることができる。
【００２５】
単相、あるいは２相の場合（単位固定子が１つ、又は２つ、ｎ＝１、又は２）、単一のコイルに対して４つのスイッチング素子をブリッジ状に接続したバイポーラ駆動方式の駆動回路を用いる。この場合には、各コイルに両方向の電流を順次切り換えて流すことにより、連続して変化する磁界を形成し、これにより回転子を回転させる。
【００２６】
３相以上の場合（ｎ≧３）には、バイポーラ駆動方式の他、その駆動方式によっては単一のコイルに対して１つのスイッチング素子を用いたユニポーラ駆動方式の駆動回路を用いることができる。後者の場合には、スイッチング素子を順次オンオフすることにより、各単位固定子のコイルに順に同一方向の電流を流すことにより、連続して変化する磁界を形成し、これにより回転子を回転させる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に基づくｎ相ＰＭ形ステッピングモータは、上述のように構成し作動するようにしたので、次のような優れた効果を有する。
（１）コイルに平角線を用いることにより、丸線を利用する場合より占積率を向上させることができるため、同一のスペースでも銅量を約２０％増加させることができる。
また、ボビンレスコイルとすることにより、同一の外形でも銅量を約５０％増加させることができる。これにより、サイズが同一でも従来より磁界を強め、トルクを大きくすることができる。
あるいは、トルクを低下させずにモータを従来より小型化することができる。
（２）平角線を巻いた後に溶着してコイルを形成するため、ヨーク素子に対するストレスがなく、ヨーク素子の変形による精度の低下を防ぐことができる。
特に、多相の場合には相間のバラツキを抑えてモータの精度を高く維持することができる。
（３）ボビンが不要となるため、部品点数が削減され、かつ、ボビンを形成するための型が不要となり、製造コストを下げることができる。
（４）平角線を用いているため、その終端がそのまま端子としての役割を果たすことができ、従来のようにボビンに設けた端子に銅線を絡げる必要がなく、したがって、テープ等で巻き始めを固定する必要もなく、コイル巻き時の作業性を向上させることができる。
【００２８】
また、本発明の請求項２に基づくｎ相ＰＭ形ステッピングモータは、コイルを構成する平角線の２つの終端を、共に同一方向で外側に向くよう形成したため、上述の請求項１の発明の効果に加え、平角線の終端にリード線を容易に接続することができるという効果を奏する。
【００２９】
さらに、本発明の請求項３に基づく６相ＰＭ形ステッピングモータは、単位固定子をボビンレスで６個軸方向に並列して配置する構成としたため、上述の請求項１の発明の効果に加え、多相の中で実用性の高い６相のＰＭ形ステッピングモータを従来のものに比べ、コンパクトな構成とすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明の実施の形態であるインナーロータ形の６相ＰＭ形ステッピングモータの縦断正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ′線に沿う断面図である。
【図２】本実施の形態のモータの固定子を示す縦断正面図である。
【図３】本実施の形態のモータの１つの単位固定子の分解図である。
【図４】本実施の形態のモータの単位固定子に対するリード線の取付を示す説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図５】従来の２相ＰＭ形ステッピングモータの縦断正面図である。
【図６】図５のモータの単位固定子を構成するコイルの巻き始めの様子を示す部分斜視図である。
【図７】図５のモータの単位固定子を構成するコイルの巻き終わりの様子を示す部分斜視図である。
【符号の説明】
１０：筐体
１０ａ：ケーシング
１０ｂ、１０ｃ：プレート
１１ａ、１１ｂ：軸受
１２：回転子軸
１３：回転子
１３ａ：支持体
１３ｂ：永久磁石
２０：固定子
２１〜２６：単位固定子
２１ａ、２１ｂ：ヨーク素子
ＣＰ：クローポール
２１ｃ：コイル
Ｅ１、Ｅ２：終端
Ｒ１、Ｒ２：リード線
【図１】
2004289939.tif 000003
【図２】
2004289939.tif 000004
【図３】
2004289939.tif 000005
【図４】
2004289939.tif 000006
【図５】
2004289939.tif 000007
【図６】
2004289939.tif 000008
【図７】
2004289939.tif 000009