(57)【要約】【課題】コアの真円度を低下させること無く、かつ、スロット内空間の巻線占積率を低下させること無く、発生磁束のロスの発生を防ぐ。【解決手段】ステータコアは、ステータ磁極数に一致する数だけ径方向に突出するアーム部及びこれらアーム部の内周側で互いに連結するように伸びる結合部とから構成されるコア歯部と、該歯部の外周側に圧入される筒形状のコア継鉄部とから分割構成される。この結合部には、空隙が形成される。ステータ巻線は、絶縁ボビンに巻線を巻回して構成した巻線済み絶縁ボビンを、アーム部のそれぞれに挿入して構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ固定子側に取り付けられた位置検出用センサが、ロータ側に設けられたマグネット磁極を検出して、ステータ巻線に流す電流を切り換え制御するインナーロータブラシレスモータにおいて、
ステータコアは、径方向に突出する複数のアーム部及びこれらアーム部の内周側で互いに連結するように伸びる結合部とから構成されるコア歯部と、該歯部の外周側に圧入される筒形状のコア継鉄部とから分割構成されて、前記結合部には、空隙が形成され、
ステータ巻線は、絶縁ボビンに巻線を巻回して構成した巻線済み絶縁ボビンを、前記アーム部のそれぞれに挿入して構成した、
ことから成るインナーロータブラシレスモータ。
【請求項２】
前記コア歯部は、第１と第２の２種類の鋼板を積層して構成され、モータ軸方向の両端にそれぞれ位置する第１の種類の鋼板は、前記アーム部とこれらアーム部を内周側で連結する短絡部とから構成され、第１の種類の鋼板の内側に位置する第２の種類の鋼板は、各アーム部間を連結する結合部に空隙を設けた構成を有する請求項１に記載のインナーロータブラシレスモータ。
【請求項３】
所定形状に打ち抜かれた第１及び第２の種類の鋼板は、アーム毎に形成したカシメ部をカシメ固定することにより一体に連結した構成となる請求項２に記載のインナーロータブラシレスモータ。
【請求項４】
前記歯部の外周側への前記コア継鉄部の圧入は、コア継鉄部の内周面側に形成した嵌合凹部に、巻線済み絶縁ボビンを挿入したアーム部先端を嵌合することにより行う請求項３に記載のインナーロータブラシレスモータ。
【請求項５】
前記絶縁ボビンは、コア継鉄部内周面の平坦内周部に対向する板状の外側面部と、コア歯部の結合部に対向する内側面部と、その間を連結する連結部とからなり、かつ、これら全てを通って貫通するアーム部嵌合穴が設けられていて、巻線は前記連結部の周囲に巻回される請求項３に記載のインナーロータブラシレスモータ。
【請求項６】
前記ステータ巻線は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線がＹ結線或いはΔ結線され、かつ、ｎ＝３以上の整数として、ロータ極数：ステータ極数は、２ｎ：３ｎ、或いは４ｎ：３ｎである請求項３に記載のインナーロータブラシレスモータ。
【請求項７】
モータケース及び該モータケースを取り付けるモータ取付板を金属製として、ステータ巻線で発生した熱を、ステータコアを介し、さらに金属製のモータケース及びモータ取付板を通して放熱する構成にして、プリンタキャリッジ送り用モータ、或いは、紙送り用モータとして用いる請求項３に記載のインナーロータブラシレスモータ。
【請求項８】
モータ固定子側に取り付けられた位置検出用センサが、ロータ側に設けられたマグネット磁極を検出して、ステータ巻線に流す電流を切り換え制御するインナーロータブラシレスモータの製造方法において、
ステータ磁極数に一致する数だけ径方向に突出するアーム部、及びこれらアーム部の内周側で互いに連結するように伸びる結合部とからなり、前記結合部には空隙が形成されるコア歯部を構成し、
絶縁ボビンに巻線を巻回して構成した巻線済み絶縁ボビンを、前記アーム部のそれぞれに挿入してステータ巻線を構成し、
筒形状のコア継鉄部の内周面側に形成した嵌合凹部に、前記巻線済み絶縁ボビンを挿入したアーム部先端を圧入することにより、ステータコアを、前記歯部とその外周側へ圧入する前記コア継鉄部とから分割構成した、
ことから成るインナーロータブラシレスモータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ固定子側の位置検出用センサが、ロータ側のマグネット磁極を検出して、ステータ巻線に流す電流を切り換え制御するインナーロータブラシレスモータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インナーロータブラシレスモータは、ステータに取り付けられた位置検出用センサが、ロータ側に設けられたマグネット磁極を検出して、ステータ巻線に流す電流を切り換え制御する。このようなブラシレスモータのステータコアは、巻線をするための磁極間スロットが、内周側に向けて開いているために、巻線機を用いて巻線をするには困難な構成となっている。
【０００３】
図７は、特許文献１に記載の従来技術のステータコアを例示する図であり、（Ａ）はステータコアの平面図を、（Ｂ）は展開した平面図を示している。ステータコアはハウジングの内周に固定される環状部と放射状に配置されるティース部とを有する。複数の分割コア部は、周方向にティース部毎に分割された形状で互いの回動が許容される。これによって、巻線時には、分割コア部を回動させて隣り合うティース部間を広げることにより、巻線巻装が容易となる。しかし、例示のステータコアは、ティース部が分割構成されているために、環状に配列された状態での真円度が低下する。高精度な制御を必要とする用途に使用するには不利な構成である。
【０００４】
このような問題を解決するために、特許文献２は、外周側に向けて開かれた磁極間スロットに巻線することのできるステータコアを開示する。図８は、特許文献２に記載のステータコアを示す図であり、（Ａ）はティース部の平面図、（Ｂ）は環状部の平面図、（Ｃ）はコイルを巻装したステータコアの内周側から見た展開図である。図８（Ａ）に示すように、複数個のティース部は、ロータが入るロータ穴の外周に外方に向け放射状に配置している。相隣接するティース部の間はコイルが巻装される空間となるスロットを形成し、ティース部の外周に突部を設け、突部と突部の間はスロットにコイルを巻装するための開口部を形成している。コイルを開口部を通してスロットに巻線した後、図８（Ｂ）に示すコア環状部を圧入してステータコアを構成する。
【０００５】
この構成は、巻線をティース部の外周側から行うことができるので、巻線機を用いて容易に巻線することができ、コイル巻線作業の能率が向上する。しかし、図示のステータコア構成において、相隣接するティース部間の内周側の橋絡部は、発生した磁束の一部を短絡してロータを通らないことになる。この短絡した磁束はトルクの発生に寄与しないので無効な磁束となる。このため、図８（A）或いは（Ｃ）に見られるように、積層コアの一部については、橋絡部を切除して、非橋絡部とする必要があるが、非橋絡部の割合を増やすと、コアの機械的強度が低下する。これによって、巻線機による巻線時に巻線張力が直接コアに加わることにより、コア形状が変形し、コアの真円度が低下する。逆に言えば、コアの真円度を維持するために、非橋絡部の割合を増やすことができず、発生磁束のロスが生じる。また、巻線機のノズル先端の移動スペースがスロット内に必要であり、このため、スロット内空間の全てを巻線で占めることができず、巻線占積率確保の制約となる。
【特許文献１】特開２００５−３９９９２号公報
【特許文献２】特許第２５０２６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、係る問題点を解決して、巻線をするための磁極間スロットが外周側に向けて開いているステータコア構成を採用して巻線機による巻線を容易にする一方、コアの真円度を低下させること無く、かつ、スロット内空間の巻線占積率を低下させること無く、積層コアの橋絡部に対する非橋絡部の割合を増やすことを可能にして、発生磁束のロスの発生を防ぐことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のインナーロータブラシレスモータは、モータ固定子側に取り付けられた位置検出用センサが、ロータ側に設けられたマグネット磁極を検出して、ステータ巻線に流す電流を切り換え制御する。ステータコアは、ステータ磁極数に一致する数だけ径方向に突出するアーム部及びこれらアーム部の内周側で互いに連結するように伸びる結合部とから構成されるコア歯部と、該歯部の外周側に圧入される筒形状のコア継鉄部とから分割構成されて、前記結合部には、空隙が形成される。ステータ巻線は、絶縁ボビンに巻線を巻回して構成した巻線済み絶縁ボビンを、前記アーム部のそれぞれに挿入して構成する。
【０００８】
また、本発明のインナーロータブラシレスモータの製造方法は、ステータ磁極数に一致する数だけ径方向に突出するアーム部、及びこれらアーム部の内周側で互いに連結するように伸びる結合部とからなり、前記結合部には空隙が形成されるコア歯部を構成し、絶縁ボビンに巻線を巻回して構成した巻線済み絶縁ボビンを、前記アーム部のそれぞれに挿入してステータ巻線を構成し、筒形状のコア継鉄部の内周面側に形成した嵌合凹部に、前記巻線済み絶縁ボビンを挿入したアーム部先端を圧入することにより、ステータコアを、前記歯部とその外周側へ圧入する前記コア継鉄部とから分割構成する。
【０００９】
コア歯部は、第１と第２の２種類の鋼板を積層して構成され、モータ軸方向の両端にそれぞれ位置する第１の種類の鋼板は、前記アーム部とこれらアーム部を内周側で連結する短絡部とから構成され、第１の種類の鋼板の内側に位置する第２の種類の鋼板は、各アーム部間を連結する結合部に空隙を設ける。所定形状に打ち抜かれた第１及び第２の種類の鋼板は、アーム毎に形成したカシメ部をカシメ固定することにより一体に連結した構成となる。歯部の外周側への前記コア継鉄部の圧入は、コア継鉄部の内周面側に形成した嵌合凹部に、巻線済み絶縁ボビンを挿入したアーム部先端を嵌合することにより行う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステータコアを分割コア構成とすることで、巻線ノズルに要するスペースが磁極間スロット内に不要となり、ステータコア設計の自由度が向上する。また、高精度な位置決め機構を要するノズル巻線機の導入が不要となり、汎用巻線機が使用可能となる。
【００１１】
さらに、巻線済み絶縁ボビンをコア歯部のアーム部に挿入する構成としたことにより、巻線ノズルに要する磁極間スロット内スペースが不要となり、占積率が向上する。ステータコアに直接巻線を施さないので、巻線張力によるコア変形の懸念が無くなり、コア歯部内周部の短絡部を削減して、トルクダウンを抑えることが可能となる。また、コア歯部内径真円度を維持して、コギングリップルを低減させることができ、これによって、精密制御用として使用可能のモータを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、例示に基づき本発明を説明する。図１は、本発明を具体化するインナーロータブラシレスＤＣモータの分解斜視図である。図１（Ａ）はケース、（Ｂ）はステータ、（Ｃ）はロータ、（Ｄ）はセンサ基板、（Ｅ）はケース蓋をそれぞれ示し、（Ｆ）は組み立てた全体構成を示している。図２は、全体構成の断面図であり、（Ａ）及び（Ｂ）は、互いに異なる直交する平面でそれぞれ切断した図である。
【００１３】
モータハウジングは、金属或いは樹脂製の有底中空円筒形状のケースと、金属或いは樹脂製のケース蓋によって構成されている。このケース蓋は、ケース開口部の内周部に設けられた段差部に嵌着される。円筒形状ケースの内壁面には、詳細は後述するように、コア継鉄部とコア歯部に分割構成にした磁極コア、及び絶縁ボビンを介して巻回した巻線により構成されるステータが固定されている。ステータの位置決めは、ケース内周面に設けたステータ止めを利用して行われる。ケースとケース蓋からなるモータハウジングと、このモータハウジングに固定されるステータによりモータ固定子側を構成している。ケース底部及びケース蓋には、それぞれその中央に、ロータの回転シャフトを支持する軸受を収容し固定している。回転シャフトの一端及び他端のいずれか、或いはその双方は、モータハウジング外部に突出して、そこに結合される外部装置を駆動することになる。
【００１４】
ステータ磁極コアに対面するロータ表面上には、ロータ磁極となる複数のマグネットが、回転シャフトに固定されたヨーク上に取り付けられている。ロータマグネットとしては、円筒成形されたネオジボンドマグネットを用いることができる。このロータとしては、表面磁石型ロータ（ＳＰＭ）或いは埋め込み磁石型ロータ（ＩＰＭ）などの構成を採用することができる。このロータ表面上に備えられているロータマグネットを利用してロータ回転位置を検出するように、位置検出用センサが配置されている。この位置検出用センサは、コネクタと共に、センサ基板に取り付けられている。センサ基板は、その外周面に設けた位置決め用の突起を、ケース端面に設けた切り欠きに嵌合させることにより、ケースに対するセンサ基板の位置決めを行う。なお、センサ基板はケース蓋に固定することも可能である。図示の例において、ロータマグネットによる磁束をモータ固定子側に取り付けたホール素子のような位置検出用センサ（３個として例示）により検出する構成としているが、ロータマグネットとは別の位置検出専用のセンサマグネットを設けることにより、ロータ回転位置を検出することも可能である。
【００１５】
図３は、分割構成のステータ磁極コアを示す分解斜視図であり、（Ａ）はコア歯部、（Ｂ）はその部分拡大図、（Ｃ）はコア継鉄部をそれぞれ示し、また、（Ｄ）は積層固定を説明する図である。図示のコア歯部は、ステータ磁極数に一致する数だけ径方向に突出するアーム部と、これらアーム部の内周側で互いに連結するように伸びる結合部とから構成される。モータ用磁極コアは、周知のように、鋼板を積層して構成されることになるが、図３（Ａ）或いは（Ｂ）に示すコア歯部は、２種類の鋼板を積層して構成される。第１の種類の鋼板は、モータ軸方向の両端にそれぞれ位置する１枚（或いは少数の複数枚）であり、アーム部と、これらアーム部を内周側で連結する短絡部（空隙の無い結合部）とから構成される。第２の種類の鋼板は、両端の第１の種類の鋼板を除く内側に位置する全ての鋼板であり、各アーム部間を連結する結合部に空隙を設けた構成を有し、上記の第１の種類の鋼板の短絡部中央を切り欠いた構成に相当する。
【００１６】
このような形状を有する第１及び第２の種類の鋼板は、プレス機によって所定形状に打ち抜かれた後、金型内に積層される。そして、金型内で、アーム部毎に２個として例示したカシメ部をカシメ固定する。このカシメ固定は、図３（Ｄ）に示すように、最下層鋼板のみに、プレス打ち抜きする際に同時に穴を空け、この最下層鋼板の上に積層される全ての鋼板には、プレス打ち抜き時に厚みの半分程度凸にした形状の半抜きカシメ部を形成する。そして、金型内で積層する毎に１枚ずつ位置を合わせてカシメ固定する。これによって、両端に位置する１枚或いは少数枚の鋼板を除いて各アーム部間に空隙が設けられているにも関わらず、コア歯部が金型から取り出された際には、図３（Ａ）に示すように一体に連結した構成となる。
【００１７】
図３（Ｃ）に示すコア継鉄部は、鋼板を積層することにより、円形外周面を有する基本的には円筒形状に構成される。コア継鉄部の内周面側は、ステータ磁極数と同じ数の平坦内周部を全体的には略円形状に折り曲げた形状を有して、各平坦内周部の中央にはアーム部先端が嵌合する凹部が形成されている。この平坦内周部は、後述する絶縁ボビンの外側面部に対向する。
【００１８】
図４は絶縁ボビンを示す斜視図であり、（Ａ）は巻線した絶縁ボビンを示し、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ巻線前の絶縁ボビンを互いに異なる方向から見た斜視図をそれぞれ示している。コイル絶縁及びコイル整列巻きのための樹脂製（例えば、ナイロン樹脂）の絶縁ボビンは、コア継鉄部内周面の平坦内周部に対向する板状の外側面部と、コア歯部の結合部に対向する内側面部と、その間を連結する連結部とからなり、かつ、これら全てを通って貫通するアーム部嵌合穴が設けられている。このアーム部嵌合穴が内部に貫通する連結部の周囲に、巻線が巻回される。絶縁ボビンは、コア歯部のシャフト軸方向の長さよりも長くして、両側に位置決め部を形成している。絶縁ボビンは、巻線をした後に、コア歯部のアーム部に嵌合される。この嵌合は、絶縁ボビンの嵌合穴内部の両側面にリブ（突起）を設けて、軽く圧入することにより行う。巻線は１スロット集中巻きとなる。
【００１９】
このように、コア歯部のアーム部に巻線済み絶縁ボビンを挿入する構成としたために、巻線済み絶縁ボビンは汎用巻線機で製作可能であることに加えて、ステータコアに直接巻線を施さないので、巻線張力によるコア変形の懸念が無くなる。このため、コア歯部内周部の短絡部を削減してトルクダウンを抑えつつも、真円度を維持して、コギングリップルを低減させることができる。また、巻線ノズルに要する磁極間スロット内スペースが不要となり、各巻線済み絶縁ボビンを互いに近接して配置して、各巻線間スペースを小さくすることができるので、巻線占積率が向上する。
【００２０】
なお、この種のインナーロータブラシレスＤＣモータの通常の巻線は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線がＹ結線或いはΔ結線されるが、いずれの結線の場合も入力端子は３個となる。周知のように、３個の入力端子は、制御装置（電子整流装置）を介して直流電源に接続されることになる。ロータ極数：ステータ極数は、２ｎ：３ｎ、或いは４ｎ：３ｎ系列（ｎ＝３以上の整数）である。図示したように９極のステータ磁極の場合には、各相３個ずつ円周上に等間隔に配置した巻線が直列に接続されることになる。それ故、図示の構成においては、各相それぞれに対して、３個ずつ絶縁ボビンの各巻線を直列に接続した状態で、対応するアーム部に嵌合するのが望ましい。
【００２１】
図５（Ａ）は、コア歯部のアーム部に、それぞれ巻線済みの絶縁ボビンを嵌合した状態で示す図である。このとき、アーム部先端は、外周側に突き出るよう構成されている。次に、図５（Ｂ）に示すように、図５（Ａ）に示す構成の上に、図３（Ｃ）に示すコア継鉄部が圧入される。このとき、絶縁ボビンから突き出たアーム部先端が、コア継鉄部内周面に設けられている嵌合凹部（図３（Ｃ））に圧入して締結される。図５（Ｂ）に示す構成は、上述した図１（Ｂ）に示したステータに相当する。
【００２２】
図６は、取付ネジを用いてモータ取付板にモータを取り付けた状態で示す図である。モータケース及びモータ取付板を金属製とすることにより、ステータ巻線で発生した熱は、ステータコアを介し、さらに金属製のモータケース及びそれに取り付けられた金属製のモータ取付板を通して放熱することが可能になる。このように冷却効率が良く、かつ真円度が向上して精密制御が可能なインナーロータブラシレスモータは、例えば、インクジェットプリンタキャリッジ送り用モータ（インクヘッドを駆動）、或いは、紙送り用モータ（紙送り用ロールバーを駆動）として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を具体化するインナーロータブラシレスモータの分解斜視図である。
【図２】図１に示したインナーロータブラシレスモータ全体構成の断面図である。
【図３】分割構成のステータ磁極コアを示す分解斜視図である。
【図４】絶縁ボビンを示す斜視図である。
【図５】（Ａ）はアーム部に巻線済みの絶縁ボビンを嵌合した状態で示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す構成の上にコア継鉄部を圧入した状態で示す図である。
【図６】モータ取付板にモータを取り付けた状態で示す図である。
【図７】特許文献１に記載の従来技術のステータコアを例示する図である。
【図８】特許文献２に記載のステータコアを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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