回転電機
【課題】 本発明は、固定子コアの軸方向一方に配置されるモータカバーを簡単、かつ確実に固定できる安価な回転電機を得ることを目的とする。
【解決手段】 固定子コアの複数の主極に巻き線を施してなる固定子と、この固定子にエアギャップを介して回転自在に設けられた回転子と、固定子の軸方向両側のうち少なくとも一方を覆うモータカバーとを備える。このモータカバーには、端縁の一部が固定子コアの端面に当接する環状外枠部が形成されると共に、軸方向内側に向く方向に延出された複数の係合片が形成され、該各係合片の先端部分に形成された係合爪が固定子コアの段部に係止することにより、モータカバーが固定子コアに固定される。
【解決手段】 固定子コアの複数の主極に巻き線を施してなる固定子と、この固定子にエアギャップを介して回転自在に設けられた回転子と、固定子の軸方向両側のうち少なくとも一方を覆うモータカバーとを備える。このモータカバーには、端縁の一部が固定子コアの端面に当接する環状外枠部が形成されると共に、軸方向内側に向く方向に延出された複数の係合片が形成され、該各係合片の先端部分に形成された係合爪が固定子コアの段部に係止することにより、モータカバーが固定子コアに固定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻き線極である複数個の主極に巻き線を施してなる固定子と、固定子の内側に回転自在に配置された回転子とを備えたステッピングモータ等の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ステッピングモータは、プリンタ，ファクシミリ，複写機などの情報機器分野や、ＦＡ機器など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。近年では、ステッピングモータの総需要は年々拡大傾向にあり、その用途も広範囲に及んでおり、それに伴い機器側に貢献できるモータのコンパクト化設計、低コスト化の要求も高まってきている。小型で安価、高速高トルク、低振動回転がステッピングモータ等の回転電機に要求されている。
【０００３】
この種ステッピングモータとしては、例えばロータに磁性体と永久磁石とを用いたハイブリッド型の場合、特開平３−２１２１４９号公報や実開昭５５−２４０２０号公報等に示される構成のものが多用されている。すなわち、環状の磁性体枠より放射状でかつ内方に突出した複数の主極にそれぞれ巻き線を施して固定子を構成し、この固定子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なるハイブリッド型回転子を対向させて構成されている。
【０００４】
上述したステッピングモータにあっては、そのステップ角として１．８°構成のものが多用されているが、このステップ角を高精度に維持、制御するためには、固定子と回転子との間のエアギャップを例えば０．０５ｍｍに管理することが要求される。このため、固定子を支持するモータケースにアルミ等の金属製エンドキャップやブラケットを固定し、これにボールベアリングを保持し、回転子の回転子軸をボールベアリングにて高精度に回転支持するようになっている。しかしながら、このようなステッピングモータにあっては、モータケースが大型化するだけでなく、金属材料を大量に使用する結果、コスト高となる問題を有している。
【０００５】
一方、従来では、固定子のコア外周面をモータケースの一部として利用し、固定子の軸方向両側にのみモータカバーを取り付けるようにしたものがあり、例えば特公平６−９５８１７号公報や特公平８−２８９５９号公報等に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２１２１４９号公報
【特許文献２】実開昭５５−２４０２０号公報
【特許文献３】特公平６−９５８１７号公報
【特許文献４】特公平８−２８９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献３及び特許文献４のものでは、固定子の軸方向両側にカバーを配置してモータケースとすることができるため、構造が簡単になり、引用文献１及び引用文献２のものに比較してコスト低減となるが、このカバーの取り付け構造としては、ねじ止めや溶接が専ら採用されており、取り付け構造が依然として複雑であり、手間を要し、なおコスト高となる問題を有している。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、簡単かつ確実にモータカバーを固定子コアに固定できるようにした安価なステッピングモータ等の回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を実現するために、本発明の回転電機にあっては、略環状のコアバック部及びこのコアバック部より内方に突出形成された複数個の主極からなる固定子コアを有し、該固定子コアの主極に巻き線を巻回して構成された固定子と、この固定子の内側にエアギャップを介して回転自在に設けられた回転子と、固定子の軸方向両側のうち少なくとも一方を覆うモータカバーと、を備えてなる回転電機において、モータカバーに、端縁の一部が固定子コアの端面に軸方向外側から当接する環状外枠部と、軸方向外側から軸方向内側に向く方向に延出された複数の係合片とを形成し、この各係合片の先端部分に軸方向に対しほぼ直交する方向に突出する係合爪を形成し、一方、固定子コアに、少なくとも係合爪に対応する位置に段部を形成し、係合片の係合爪をこの段部に係止させることにより、モータカバーを固定子コアに固定するようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
上述した固定子コアの略環状コアバック部は外形を平面視ほぼ正方形状に形成し、これに合わせてモータカバーの環状外枠部も平面視略正方形状に形成し、係合片を外枠部における正方形の四隅の位置にそれぞれ配置するのがよい。
また、モータカバーは、少なくとも固定子コアを軸方向外側から覆うカバー部を有し、このカバー部の外周縁より外枠部が立ち上げられると共に、外枠部に近接した位置のカバー部より係合片が立ち上げられる構成とし、係合片の先端部の係合爪を径方向外側に向けて突出形成させ、他方、固定子コアを、係合片の対応位置に孔を透設した外側積層体と係合片の対応位置及びこれより径方向外側を切り欠いた形状の内側積層体とを積層したものとし、係合片の先端部を外側積層体の孔及び内側積層体の切り欠き部に通して係合爪を外側積層体における孔の周縁を段部として係止されるようにしてもよい。
【００１１】
また、係合片の径方向外側に、外枠部を延伸させて係合片に対峙するよう補助片を設け、この補助片の先端部に係合片側に突出した補助爪を形成し、当該補助爪を外側積層体の端縁に係止されるのがよい。特に、補助片に隣接してこの補助片が配置される隅の両側の２辺にほぼ平行な側片を外枠部より延設させ、両側片を固定子コアに当接させることにより当該モータカバーの回り止めとする構成が望まれる。
【００１２】
さらに、固定子コアの外周面を、４辺形の各辺のそれぞれの表面が各四隅の表面より周方向外側に段差を持って突出するように形成し、モータカバーの環状外枠部の各辺における端縁を固定子コアの各辺の突出端面に当接させる構成とすることができる。或いは、上述のように、固定子コアの外側面のうち４辺形の各辺に段差を持って突出する膨出部を形成する場合に、モータカバーの外枠部に補助片と側片とを一体に設けた上で、該各膨出部を２つの隅の向かい合う側片間に嵌合すると共に、環状外枠部の各辺における端縁を膨出部の端面に当接させる構成とすれば、モータカバーと固定子コアとをより確実に結合することができる。
【００１３】
また、モータカバーのカバー部に、回転子を回転自在に支持する軸受のためのホルダ部を受ける環状受け座を形成し、この環状受け座に保持されたホルダ部の一部が固定子コアを支持する構成とすることができる。この場合、環状受け座を扁平円錐状薄肉部を介してカバー部の底壁に連設させることで、環状受け座をカバー部の内底面より軸方向内側に偏倚して位置させ、固定子コアを環状受け座に対して薄肉部の弾性を利用して軸方向外側に押し付けた状態で、係合片の係合爪を固定子コアの段部に係止させるようにすれば、モータカバーを固定子コアに強固に固定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
モータカバーの外枠部の端縁の一部を固定子コアの端面に軸方向外側から当接した上で、モータカバーの外枠部に一体に設けた係合片の係合爪を固定子コアに設けた段部に係止することにより、モータカバーを固定子コアに固定することができ、従来のように、ねじ止めや溶接等の煩雑な作業が不要となり、簡単かつ確実にモータカバーを固定子コアに固定でき、この結果、安価なステッピングモータ等の回転電機を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による回転電機を示す斜視図である。
【図２】図１の回転電機の切断正面図である。
【図３】図１の回転電機の正面図である。
【図４】図１の回転電機の下面図である。
【図５】図４におけるＡ−Ｂ線切断正面図である。
【図６】図１の回転電機における四隅の一部を示し、（ａ）は図４の矢印Ｃ方向から見た場合の一部の正面図、（ｂ）は（ａ）の切断側面図である。
【図７】図１の回転電機におけるモータカバーの斜視図である。
【図８】図７のモータカバーの側面図である。
【図９】図７のモータカバーの一部の平面図である。
【図１０】図１の回転電機の固定子コアの平面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態による回転電機を示す斜視図である。
【図１２】図１１の回転電機の平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る回転電機の実施形態につき、以下図面に基づいて説明する。
＜実施形態１＞
【００１７】
図１〜図４は、本発明の回転電機の一例である２相ハイブリッド（ＨＢ）型ステッピングモータの全体構成を示し、図１は斜視図、図２は切断正面図、図３は正面図、図４は下面図である。このＨＢ型ステッピングモータは、図１０に示すような主極数を８とした固定子と、ＨＢ型回転子とを組合わせたものであり、図１０では巻き線の図示は省略してあるが、８主極の巻き線極である首部にはそれぞれ巻き線が施され、１個おきの４個の主極に巻回された巻き線が連結されて１相分を形成し、残りの４主極で他の１相分を形成し、全体で２相巻き線としたＨＢ型回転電機である。固定子は不平衡電磁力が発生せず高速性に優れた８主極構造を採用した例である。
【００１８】
固定子１０は、外形がほぼ正四辺形の環状のコアバック部１２ａとこのコアバック部１２ａより放射状に内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相の巻き線１４（図２に示す）と、各主極１２ｂと巻き線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３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、３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。
【００１９】
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１０に示すように、垂直軸（Ｘ軸）と水平軸（Ｙ軸）の互いに直交する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は巻き線１４への通電時に交互に異極となるように励磁され駆動される。
【００２０】
固定子コア１２を構成する複数枚の珪素鋼板には、図１０より明らかなように、正方形状のコアバック部１２ａの各辺における外表面が四隅の外表面より周方向外側に段差を持って突出されており、このような珪素鋼板を積層することにより、固定子コア１２の各辺にそれぞれ各四隅の表面より周方向外側に段差を持って突出する膨出部１２ｄが形成される。この膨出部１２ｄの表面はモータの外表面の一部を構成することになる。また、固定子コア１２は、四隅における孔形状の異なる２種類の珪素鋼板を用いて構成されている。すなわち、第１の珪素鋼板は、図１０に示すように、四隅にそれぞれ円形孔１２ｅを透設したものであり、第２の珪素鋼板は、四隅の円形孔１２ｅに加えこの円形孔１２ｅの径方向外側を開口した切り欠き溝１２ｆを形成したものである。そして、図５に示すように、第１の珪素鋼板を積層した上断層の積層体と、第２の珪素鋼板を積層した中間層の積層体と、第１の珪素鋼板を積層した下段層の積層体の３層を積み重ねて固定子コア１２を構成している。この結果、固定子コア１２の四隅の外周面には、その中間層に外部に開口する凹窪部１２ｇが形成され、上段層及び下段層の円形孔１２ｅが上下からこの凹窪部１２ｇに連通する構成になっている。
【００２１】
一方、固定子コア１２の内側に配置された回転子２０は、図２に示すように、回転子軸２２に軸方向に並んで固定された２個の回転子磁極２４Ａ，２４Ｂと、この回転子磁極２４Ａ，２４Ｂ間で挟持され軸方向に着磁された円盤状の永久磁石２６とにより構成されている。これら回転子磁極２４Ａ，２４Ｂ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２５が等間隔に設けられている。対の回転子磁極２４Ａ，２４Ｂは互いに歯ピッチが１／２ずれて配置されており、この２個の回転子磁極２４Ａ，２４Ｂとこの間に挟持された永久磁石２６とにより回転子要素２８が構成されている。永久磁石２６は例えばフェライト磁石により構成されている。勿論、他の磁石材料、ネオジウム等の希土類磁石を用いることもできる。
【００２２】
回転子磁極２４Ａ，２４Ｂの磁歯２５の歯数は２２であるから、回転子磁歯ピッチは３６０°／２２＝１６．３６°であり、ステップ角は２相機なので回転子磁歯ピッチを４等分した値となり、４．０９°である。すなわち、本モータはＨＢ型であり、一方の回転子磁極２４ＡがＳ極に磁化されているとすれば、その各磁歯２５の中間にはＮ極に磁化された他方の回転子磁極２４Ｂの磁歯２５が永久磁石２６の厚み分軸方向に隔てて存在する。従って回転子要素２８としての磁歯２５のＮ極とＳ極のピッチは８．１８°であり、この値を相数で割ったものがステップ角であるから、本実施形態は２相機のため、ステップ角は上述した４．０９°となる。
【００２３】
図１〜図３において、固定子１０の軸方向両側（便宜上、下側及び上側と称する）には、モータカバーを構成する下カバー３０及び上カバー４０が配置され、固定子１０の固定子コア１２における外周面と共にモータ外表面を構成している。両カバー３０，４０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。
【００２４】
下カバー３０は、底面を構成する底板部３１、四辺形状の環状外枠部３２、及びこの外枠部３２の一辺に連続的に設けられたコネクタ受け部３３を有しており、ＰＰＳ，ＰＢＴ等の樹脂により一体成形されている。底板部３１にはその中央に開口３１ａが設けられ、この開口３１ａの周縁に回転子軸２２と同心状になるよう厚肉の環状受け座３１ｂが形成され、後述する軸受ホルダを支持するようになっている。この環状受け座３１ｂは底板部３１に対して扁平円錐状の薄肉部３１ｃを介在させる構成になっており、これにより、環状受け座３１ｂが底板部３１の底面より軸方向内側に偏倚して位置すると共に、薄肉部３１ｃの弾性により底板部３１に対して軸方向に変位することが可能な構造になっている。この下カバー３０は、後述する固定構造（係止構造）によって外枠部３２の端面を固定子コア１２の下面に当接させた状態で固定子１０に固定され、固定子コア１２の下面より導出している絶縁部材１８及び巻き線１４が覆われる。
【００２５】
下カバー３０の一辺のコネクタ受け部３３は外部との接続用のターミナル部を構成する。すなわち、図１及び図２に示すように、コネクタ受け部３３は下カバー３０の外枠部３２の一部を切り欠くと共に、その周縁を底板部３１と共に側方に延出して形成されており、固定子１０の下側の絶縁部材１８に取り付けられた回路基板３４がコネクタ受け部３３に支持されると共に、回路基板３４及びこれに実装されたコネクタ３５がコネクタ受け部３３に収容されるようになっている。回路基板には巻き線１４の端部がはんだ付けにて電気的に接続され、これが回路基板３４によってコネクタ３５の端子に接続されており、従って、外部電源や信号をこのコネクタ３５を利用して供給することにより巻き線１４への通電及びその制御を行うことができるようになっている。
【００２６】
下カバー３０の外枠部３２における四隅の位置には、角の位置に後述する係合片の係合作用を補助する補助片３２ａとその両側に位置し当該角を挟む２辺にほぼ平行な側片３２ｂがそれぞれ外枠部の上縁より軸方向上方に突出するかたちで延設されている。補助片３２ａとその両側の側片３２ｂとの間にはスリット３２ｃが設けられ、少なくとも補助片３２ａが個別に径方向外側に弾性変位できるようになっている。補助片３２ａの上部には固定子コア１２に係止する補助爪３２ｄが形成されているが、この補助爪３２ｄの突出量は比較的小さく設定されている。
【００２７】
下カバー３０の四隅における内側寄りにはそれぞれ係合片３６が設けられている。各係合片３６はそれぞれ外枠部３２の四隅に対し一定距離内側に位置し底板部３１より立ち上げられると共に、前記補助片３２ａに平行に対峙するかたちで補助片３２ａとほぼ同じ高さに突出形成されている。この係合片３６は、上記した固定子コア１２における四隅の円形孔１２ｅに挿通し得る幅に形成され、係合片３６の上端部の外側面、つまり補助片３２ａに向かい合う面に外方向に比較的大きく突出する係合爪３６ａが形成されている。この係合片３６は固定子コア１２における下段層の円形孔１２ｅに挿通され、中間層の凹窪部１２ｇにおいて、係合片３６の係合爪３６ａが円形孔１２ｅの周縁を段部として係止されており、これにより固定子コア１２と下カバー３０との軸方向の抜けが阻止される。このとき、補助片３２ａの補助爪３２ｄも固定子コア１２における下段層の端縁（上縁）に係止する。
【００２８】
ここで、係合片３６は下カバー３０の底板部３１より立ち上げているため、立ち上げ長が長く、比較的大きな弾性たわみ量を確保している。このため、係合片３６の係合爪３６ａの突出量を大きくして係止代を十分確保しても係合時の操作性が悪くなることはない。他方、外枠部３２より立ち上げた補助片３２ａはたわみ量は小さい反面、剛性を確保している。このため、係合爪３６ａのたわみによる固定子コア１２と下カバー３０とのずれやゆがみが補助片３２ａにより抑制される。この補助片３２ａには補助爪３２ｄを設けない構成とすることもできる。この場合、補助片３２ａと側片３２ｂとはスリット３２ｃを設けることなく連続的に形成することもできる。なお、図４に示すように、底板部３１の四隅の位置には係合片３６の外側面に対応して案内孔３７が形成されている。これは、係合片３６の係合爪３６ａを成形時に同時形成する際にスライドコアを案内するためのものである。
【００２９】
ところで、図１〜図３より明らかなように、下カバー３０外枠部３２における各辺の上端面には、固定子コア１２の各辺の膨出部１２ｄの端面が載置され、下カバー３０が固定子コア１２を支持するかたちになっている。このとき、固定子コア１２の膨出部１２ｄは隣り合う２隅のそれぞれの側片３２ｂ間に嵌り込むようになっているが、各側片３２ｂはそれぞれ、図８及び図９に示すように、補助片３２ａとの反対側の側縁が外側に行くに従い厚みが小さくなるように形成されると共に、この厚みの小さくなった側縁に上方に向けて少し拡開するよう小さな傾斜αが形成されている。外枠部３２の各辺における２つの側片３２ｂ間の間隙はその最下端で最も小さくなっているが、この寸法Ｌ１は、
図１０に示すように、固定子コア１２の各辺の膨出部１２ｄの幅寸法Ｌ２に対してコンマ数ｍｍ程度小さくなっている。このため、外枠部３２の各辺における両側片３２ｂ間に固定子コア１２の膨出部１２ｄを嵌合させて膨出部１２ｄの端面を外枠部３２の上縁に当接させようとすると、膨出部１２ｄの両側が両側片３２ｂの基部側縁を削りながら押し潰すことになり、膨出部１２ｄが両側片３２ｂに密着した状態で嵌合し、固定子コア１２ががたつくことなく外枠部３２に支持されることになる。加えて、この密着状態で四隅の各係合片３６が固定子コア１２の所定段部に係止される結果、強固な固定構造を得ることになる。
【００３０】
次に、上カバー４０について説明する。固定子コア１２を上方から覆うように設けられる上カバー４０は薄板金属板をプレス成形することにより形成され、天板部４１と四辺形状の外枠部４２とからなっており、天板部４１の中央部には、下カバー３０の底板部３１の開口３１ａの内径にほぼ等しい内径の開口４１ａが形成されている。また、天板部４１の四隅の位置には、固定子コア１２の四隅の円形孔１２ｅに対応してねじ孔４１ｂがバーリング加工等を伴って形成されている。この上カバー４０は、外枠部４１の下端面を固定子コア１２における膨出部１２の上面に当接させた状態で、次に説明するかしめ技術によって固定子１０に固着されている。
【００３１】
四辺形状の外枠部４２における四隅に対応する位置には固定片４３が一体にかつ下方へ延出させて設けられている。この各固定片４３は、隅部の角部に位置する主部４３ａとこの両側に位置しこの角部を挟む両辺の一部を構成しかつ主部を補強する側部４３ｂとを有してなり、固定子コア１２の隅部において隣り合う膨出部１２ｄ間の段差に嵌り込むようなかたちになっている。この固定片４３の両側部４３ｂは上カバー４３の固定子コア１２に対する回り止めとして機能しており、加えて、後述するかしめ固定の際の変形に対する補強を兼ねている。固定片４３の主部４３ａの下部寄りには、図６（ａ）に明示するように、抜き孔４３ｃが設けられ、主部４３ａの抜き孔４３ｃより下側の部分がかしめ作用部４３ｄとなっている。抜き孔４３ｃの内下縁はその中央位置が最も低くなるようなＶ字状の形態となり、２つのテーパ面４３ｃ１，４３ｃ２が形成されている。この固定片４３の下部は固定子コア１２の上段層と中間層との接合位置と合致し、中間層の凹窪部１２ｇの上縁が、上カバー４０の外枠部４２下端面が固定子コア１２の上面に当接する状態において、固定片４３の主部４３ａにおける抜き孔４３ｃのテーパ面４３ｃ１，４３ｃ２に一部クロスするような高さに設定されている。
【００３２】
そして、上カバー４０の固定子１０への固定に際しては、上述したように、固定子コア１２上に上カバー４０をその外枠部４２の下端面を固定子コア１２の上端面に当接させて配置し、次に、上カバー４０の四隅に位置する各固定片４３の主部４３ａにおける作用部４３ｄの中心部をそれぞれ外側から内方に向けて打刻し、つまりそれぞれの凹窪部１２ｇに作用部４３ｄの一部を変形させて入り込ませ、上カバー４０をかしめ固定する。このとき、作用部４３ｄの一部が固定子コア１２の凹窪部１２ｇに入り込むことにより上カバー４０の抜け止め，脱落防止が実現するが、本実施形態の構造の場合、特に上カバー４０の強固な固定が実現する。すなわち、図６（ａ），（ｂ）よりわかるように、固定片４３の主部４３ａにおける抜き孔４３ｃの下縁のテーパ面４３ｃ１，４３ｃ２、つまり作用部４３ｄの上縁テーパ面が固定子コア１２の凹窪部１２ｇの上縁とクロスしているため、作用部４３ｄを凹窪部１２ｇ内に変形させた際、作用部４３ｄの上縁テーパ面が凹窪部１２ｇ内に入り込むに従い固定片４３に下方への引っ張り力が発生することになり、上カバー４０を固定子コア１２に押し付けることができ、この押し付け力は上カバー４０の四隅でそれぞれ作用し、上カバー４０全体を固定子コア１２にしっかり固定できることになる。
【００３３】
上述したかしめ作業に際しては、抜き孔４３ｃの下縁のＶ字の頂点に対応するかしめ作用部を目当てに行えばよく、しかもこの位置はかしめ作用部４３ｄの強度的に最も変形しやすい箇所になるため、かしめ作業は容易であり、かしめによる変形も対称状に得ることができる。つまり、一般にかしめ作業においては、加える力と変形形状、変形量の管理が比較的難しい傾向にあるが、上記した形状であれば、かしめ作業が容易である上、再現性の良い変形量を得ることが可能である。
【００３４】
固定子コア１２の軸方向両側の内周部には、軸受ブッシュ５０Ａ，５０Ｂが取り付けられ、これにそれぞれ回転子軸２２を回転自在に支持するメタル軸受５２Ａ，５２Ｂが保持されている。この軸受ブッシュ５０Ａ，５０ＢはＰＰＳ等の樹脂により成形された同一形状のものであり、外径が固定子コア１２の各主極１２ｂにおける誘導子歯１２ｃの内径にほぼ等しく形成された本体部となる円環状ベース部５０ａと、この外周部に形成された段付き嵌合部５０ｂと、嵌合部５０ｂより軸方向に延出され端面にカバー支持面が形成された円筒状の取付支持筒５０ｃと、ベース部５０ａにおいて取付支持筒５０ｃの内側にこれと同心状に突設された円筒状のインロー部５０ｄと、ベース部５０ａの内周部に軸方向に延出され内周に軸受保持面が形成された軸受保持筒５０ｅと、この軸受保持筒５０ｅの先端より内方に延出形成されたカバー部５０ｆとを備えてなる。
【００３５】
両軸受ブッシュ５０Ａ，５０Ｂの軸受保持面にはメタル軸受５２Ａ，５２Ｂが圧入により固定されている。両軸受ブッシュ５０Ａ，５０Ｂはそれぞれのベース部５０ａが向かい合う状態で固定子コア１２にその軸方向両側から取り付けられる。すなわち、軸受ブッシュ５０Ａ，５０Ｂのそれぞれの嵌合部５０ｂを固定子コア１２の各主極１２ｂにおける誘導子歯１２ｃの内径に嵌合させ、かつそれぞれの嵌合部５０ｂの段付き面を固定子コア１２の端面に当接させることにより取り付けられ、軸受ブッシュ５０Ａ，５０Ｂの調芯が嵌合部５０ｂの嵌合により行われると共に、軸方向位置が段付き面により規制されることになる。
【００３６】
下側の軸受ブッシュ５０Ｂは、下カバー３０の底板部３１における開口３１ａにインロー部５０ｄを遊嵌させた上で、環状受け座３１ｂに取付支持筒５０ｃの端面のカバー支持面を当接し、この状態で下カバー３２を固定子コア１２に固定することにより軸受ブッシュ５０Ｂも同時に固定される。このとき、軸受ブッシュ５０Ｂは環状受け座３１ｂに対して扁平円錐状の薄肉部３１ｃの弾性を利用してこれを撓ませており、この弾性復帰力で係合片３６の係合爪３６ａが固定子コア１２に対し強固に係止することになるため、固定子コア１２と下ケース３０並びに軸受ブッシュ５０Ｂが確実に固定されることになる。
【００３７】
また、上カバー４０の固定子コア１２への固定時、軸受ブッシュ５０Ａのインロー部５０ｄが上カバー４０の天板部４１の開口４１ａに遊嵌し、取付支持筒５０ｃのカバー支持面に上カバー４０の天板部４１が当接し、軸受ブッシュ５０Ａが固定子コア１２と上カバー４０とに挟み込まれた状態となり、上述したかしめ技術によって上カバー４０が固定子コア１２に固定されることにより、固定子コア１２と上ケース４０並びに軸受ブッシュ５０Ａが確実に固定される。このとき、軸受ブッシュ５０Ａのインロー部５０ｄは、上カバー４０の天板部４１の開口４１ａより突出する。従って、このインロー部５０ｄの導出部分を利用することにより、当該モータを各種機器へ取り付けた場合に、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。
【００３８】
上述した構成のステッピングモータにあっては、パルス信号により回転することができるステップ角が４．０９°に設定されており、一般的な１．８°のものに比べ、回転角度を大きく設定することができるため、この分、高速に回転させることができる。つまり、実施形態のものは高速化を可能としたステッピングモータであるといえる。そして、モータの出力は回転数とトルクとの積に比例するため、この高速化により出力が増大し、結果として効率が高まることになる。
【００３９】
一方、上述したステッピングモータでは、従来のものと異なり、回転子２０の軸受としてメタル軸受５２Ａ，５２Ｂが用いられている。この種のメタル軸受５２Ａ，５２Ｂはいわゆるスベリ軸受であるため、固定子と回転子間のエアギャップがボールベアリングの場合のエアギャップより多少大きく設定されている。この場合、固定子と回転子間のエアギャップはモータの効率に影響し、エアギャップが大きくなるほど効率が低下する傾向にある。しかしながら、上記実施形態のものでは、ステップ角の設定により高速化し効率を高めた構成になっているため、軸受としてメタル軸受５２Ａ，５２Ｂを用いることに伴って効率の低下を招いても、これを補うだけの効率向上を図る結果、従来の場合と同等以上の効率を発揮するステッピングモータを得ることができる。
【００４０】
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１０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。
＜実施形態２＞
【００４１】
次に、本発明の実施形態２につき、図１１及び図１２を用いて説明する。なお、これらの図面において、前記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。
【００４２】
図１１及び図１２において、前記実施形態１のものと異なる点は上カバー４０’であり、特に、上カバー４０’の天板部４１’において、内周縁が開口４１ａと同心状であり外周縁が正八角形をなす環状凹部４１ｃを形成すると共に、この環状凹部４１ｃに複数個の凸部４１ｄを周方向に配列したことを特徴とするものである。この環状凹部４１ｃ及び複数個の凸部４１ｄは、上カバー４０’を金属板でプレス成形する際に同時に形成される。
【００４３】
このような上カバー４０’では、その天板部４１’の強度が格段に高まり、当該モータを天板部４１’のねじ孔４１ｂ等を利用して各種機器へ取り付ける場合に、モータ自体の取付強度を確保することができ、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。
【００４４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明による回転電機は、高速回転が可能で、高効率化を実現し、かつメタル軸受の採用により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。
【符号の説明】
【００４６】
１０：固定子
１２：固定子コア
１２ｂ：主極
１２ｄ：膨出部
１２ｇ：凹窪部
１４：巻き線
２０：回転子
３０：下カバー
３１：底板部
３１ｂ：環状受け座
３１ｃ：扁平円錐状薄肉部
３２：外枠部
３２ａ：補助片
３２ｂ：側片
３６：係合片
３６ａ：係合爪
５０Ａ，５０Ｂ：軸受ホルダ
５２Ａ，５２Ｂ：メタル軸受
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻き線極である複数個の主極に巻き線を施してなる固定子と、固定子の内側に回転自在に配置された回転子とを備えたステッピングモータ等の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ステッピングモータは、プリンタ，ファクシミリ，複写機などの情報機器分野や、ＦＡ機器など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。近年では、ステッピングモータの総需要は年々拡大傾向にあり、その用途も広範囲に及んでおり、それに伴い機器側に貢献できるモータのコンパクト化設計、低コスト化の要求も高まってきている。小型で安価、高速高トルク、低振動回転がステッピングモータ等の回転電機に要求されている。
【０００３】
この種ステッピングモータとしては、例えばロータに磁性体と永久磁石とを用いたハイブリッド型の場合、特開平３−２１２１４９号公報や実開昭５５−２４０２０号公報等に示される構成のものが多用されている。すなわち、環状の磁性体枠より放射状でかつ内方に突出した複数の主極にそれぞれ巻き線を施して固定子を構成し、この固定子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なるハイブリッド型回転子を対向させて構成されている。
【０００４】
上述したステッピングモータにあっては、そのステップ角として１．８°構成のものが多用されているが、このステップ角を高精度に維持、制御するためには、固定子と回転子との間のエアギャップを例えば０．０５ｍｍに管理することが要求される。このため、固定子を支持するモータケースにアルミ等の金属製エンドキャップやブラケットを固定し、これにボールベアリングを保持し、回転子の回転子軸をボールベアリングにて高精度に回転支持するようになっている。しかしながら、このようなステッピングモータにあっては、モータケースが大型化するだけでなく、金属材料を大量に使用する結果、コスト高となる問題を有している。
【０００５】
一方、従来では、固定子のコア外周面をモータケースの一部として利用し、固定子の軸方向両側にのみモータカバーを取り付けるようにしたものがあり、例えば特公平６−９５８１７号公報や特公平８−２８９５９号公報等に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２１２１４９号公報
【特許文献２】実開昭５５−２４０２０号公報
【特許文献３】特公平６−９５８１７号公報
【特許文献４】特公平８−２８９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献３及び特許文献４のものでは、固定子の軸方向両側にカバーを配置してモータケースとすることができるため、構造が簡単になり、引用文献１及び引用文献２のものに比較してコスト低減となるが、このカバーの取り付け構造としては、ねじ止めや溶接が専ら採用されており、取り付け構造が依然として複雑であり、手間を要し、なおコスト高となる問題を有している。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、簡単かつ確実にモータカバーを固定子コアに固定できるようにした安価なステッピングモータ等の回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を実現するために、本発明の回転電機にあっては、略環状のコアバック部及びこのコアバック部より内方に突出形成された複数個の主極からなる固定子コアを有し、該固定子コアの主極に巻き線を巻回して構成された固定子と、この固定子の内側にエアギャップを介して回転自在に設けられた回転子と、固定子の軸方向両側のうち少なくとも一方を覆うモータカバーと、を備えてなる回転電機において、モータカバーに、端縁の一部が固定子コアの端面に軸方向外側から当接する環状外枠部と、軸方向外側から軸方向内側に向く方向に延出された複数の係合片とを形成し、この各係合片の先端部分に軸方向に対しほぼ直交する方向に突出する係合爪を形成し、一方、固定子コアに、少なくとも係合爪に対応する位置に段部を形成し、係合片の係合爪をこの段部に係止させることにより、モータカバーを固定子コアに固定するようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
上述した固定子コアの略環状コアバック部は外形を平面視ほぼ正方形状に形成し、これに合わせてモータカバーの環状外枠部も平面視略正方形状に形成し、係合片を外枠部における正方形の四隅の位置にそれぞれ配置するのがよい。
また、モータカバーは、少なくとも固定子コアを軸方向外側から覆うカバー部を有し、このカバー部の外周縁より外枠部が立ち上げられると共に、外枠部に近接した位置のカバー部より係合片が立ち上げられる構成とし、係合片の先端部の係合爪を径方向外側に向けて突出形成させ、他方、固定子コアを、係合片の対応位置に孔を透設した外側積層体と係合片の対応位置及びこれより径方向外側を切り欠いた形状の内側積層体とを積層したものとし、係合片の先端部を外側積層体の孔及び内側積層体の切り欠き部に通して係合爪を外側積層体における孔の周縁を段部として係止されるようにしてもよい。
【００１１】
また、係合片の径方向外側に、外枠部を延伸させて係合片に対峙するよう補助片を設け、この補助片の先端部に係合片側に突出した補助爪を形成し、当該補助爪を外側積層体の端縁に係止されるのがよい。特に、補助片に隣接してこの補助片が配置される隅の両側の２辺にほぼ平行な側片を外枠部より延設させ、両側片を固定子コアに当接させることにより当該モータカバーの回り止めとする構成が望まれる。
【００１２】
さらに、固定子コアの外周面を、４辺形の各辺のそれぞれの表面が各四隅の表面より周方向外側に段差を持って突出するように形成し、モータカバーの環状外枠部の各辺における端縁を固定子コアの各辺の突出端面に当接させる構成とすることができる。或いは、上述のように、固定子コアの外側面のうち４辺形の各辺に段差を持って突出する膨出部を形成する場合に、モータカバーの外枠部に補助片と側片とを一体に設けた上で、該各膨出部を２つの隅の向かい合う側片間に嵌合すると共に、環状外枠部の各辺における端縁を膨出部の端面に当接させる構成とすれば、モータカバーと固定子コアとをより確実に結合することができる。
【００１３】
また、モータカバーのカバー部に、回転子を回転自在に支持する軸受のためのホルダ部を受ける環状受け座を形成し、この環状受け座に保持されたホルダ部の一部が固定子コアを支持する構成とすることができる。この場合、環状受け座を扁平円錐状薄肉部を介してカバー部の底壁に連設させることで、環状受け座をカバー部の内底面より軸方向内側に偏倚して位置させ、固定子コアを環状受け座に対して薄肉部の弾性を利用して軸方向外側に押し付けた状態で、係合片の係合爪を固定子コアの段部に係止させるようにすれば、モータカバーを固定子コアに強固に固定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
モータカバーの外枠部の端縁の一部を固定子コアの端面に軸方向外側から当接した上で、モータカバーの外枠部に一体に設けた係合片の係合爪を固定子コアに設けた段部に係止することにより、モータカバーを固定子コアに固定することができ、従来のように、ねじ止めや溶接等の煩雑な作業が不要となり、簡単かつ確実にモータカバーを固定子コアに固定でき、この結果、安価なステッピングモータ等の回転電機を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による回転電機を示す斜視図である。
【図２】図１の回転電機の切断正面図である。
【図３】図１の回転電機の正面図である。
【図４】図１の回転電機の下面図である。
【図５】図４におけるＡ−Ｂ線切断正面図である。
【図６】図１の回転電機における四隅の一部を示し、（ａ）は図４の矢印Ｃ方向から見た場合の一部の正面図、（ｂ）は（ａ）の切断側面図である。
【図７】図１の回転電機におけるモータカバーの斜視図である。
【図８】図７のモータカバーの側面図である。
【図９】図７のモータカバーの一部の平面図である。
【図１０】図１の回転電機の固定子コアの平面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態による回転電機を示す斜視図である。
【図１２】図１１の回転電機の平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る回転電機の実施形態につき、以下図面に基づいて説明する。
＜実施形態１＞
【００１７】
図１〜図４は、本発明の回転電機の一例である２相ハイブリッド（ＨＢ）型ステッピングモータの全体構成を示し、図１は斜視図、図２は切断正面図、図３は正面図、図４は下面図である。このＨＢ型ステッピングモータは、図１０に示すような主極数を８とした固定子と、ＨＢ型回転子とを組合わせたものであり、図１０では巻き線の図示は省略してあるが、８主極の巻き線極である首部にはそれぞれ巻き線が施され、１個おきの４個の主極に巻回された巻き線が連結されて１相分を形成し、残りの４主極で他の１相分を形成し、全体で２相巻き線としたＨＢ型回転電機である。固定子は不平衡電磁力が発生せず高速性に優れた８主極構造を採用した例である。
【００１８】
固定子１０は、外形がほぼ正四辺形の環状のコアバック部１２ａとこのコアバック部１２ａより放射状に内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相の巻き線１４（図２に示す）と、各主極１２ｂと巻き線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３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、３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。
【００１９】
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１０に示すように、垂直軸（Ｘ軸）と水平軸（Ｙ軸）の互いに直交する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は巻き線１４への通電時に交互に異極となるように励磁され駆動される。
【００２０】
固定子コア１２を構成する複数枚の珪素鋼板には、図１０より明らかなように、正方形状のコアバック部１２ａの各辺における外表面が四隅の外表面より周方向外側に段差を持って突出されており、このような珪素鋼板を積層することにより、固定子コア１２の各辺にそれぞれ各四隅の表面より周方向外側に段差を持って突出する膨出部１２ｄが形成される。この膨出部１２ｄの表面はモータの外表面の一部を構成することになる。また、固定子コア１２は、四隅における孔形状の異なる２種類の珪素鋼板を用いて構成されている。すなわち、第１の珪素鋼板は、図１０に示すように、四隅にそれぞれ円形孔１２ｅを透設したものであり、第２の珪素鋼板は、四隅の円形孔１２ｅに加えこの円形孔１２ｅの径方向外側を開口した切り欠き溝１２ｆを形成したものである。そして、図５に示すように、第１の珪素鋼板を積層した上断層の積層体と、第２の珪素鋼板を積層した中間層の積層体と、第１の珪素鋼板を積層した下段層の積層体の３層を積み重ねて固定子コア１２を構成している。この結果、固定子コア１２の四隅の外周面には、その中間層に外部に開口する凹窪部１２ｇが形成され、上段層及び下段層の円形孔１２ｅが上下からこの凹窪部１２ｇに連通する構成になっている。
【００２１】
一方、固定子コア１２の内側に配置された回転子２０は、図２に示すように、回転子軸２２に軸方向に並んで固定された２個の回転子磁極２４Ａ，２４Ｂと、この回転子磁極２４Ａ，２４Ｂ間で挟持され軸方向に着磁された円盤状の永久磁石２６とにより構成されている。これら回転子磁極２４Ａ，２４Ｂ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２５が等間隔に設けられている。対の回転子磁極２４Ａ，２４Ｂは互いに歯ピッチが１／２ずれて配置されており、この２個の回転子磁極２４Ａ，２４Ｂとこの間に挟持された永久磁石２６とにより回転子要素２８が構成されている。永久磁石２６は例えばフェライト磁石により構成されている。勿論、他の磁石材料、ネオジウム等の希土類磁石を用いることもできる。
【００２２】
回転子磁極２４Ａ，２４Ｂの磁歯２５の歯数は２２であるから、回転子磁歯ピッチは３６０°／２２＝１６．３６°であり、ステップ角は２相機なので回転子磁歯ピッチを４等分した値となり、４．０９°である。すなわち、本モータはＨＢ型であり、一方の回転子磁極２４ＡがＳ極に磁化されているとすれば、その各磁歯２５の中間にはＮ極に磁化された他方の回転子磁極２４Ｂの磁歯２５が永久磁石２６の厚み分軸方向に隔てて存在する。従って回転子要素２８としての磁歯２５のＮ極とＳ極のピッチは８．１８°であり、この値を相数で割ったものがステップ角であるから、本実施形態は２相機のため、ステップ角は上述した４．０９°となる。
【００２３】
図１〜図３において、固定子１０の軸方向両側（便宜上、下側及び上側と称する）には、モータカバーを構成する下カバー３０及び上カバー４０が配置され、固定子１０の固定子コア１２における外周面と共にモータ外表面を構成している。両カバー３０，４０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。
【００２４】
下カバー３０は、底面を構成する底板部３１、四辺形状の環状外枠部３２、及びこの外枠部３２の一辺に連続的に設けられたコネクタ受け部３３を有しており、ＰＰＳ，ＰＢＴ等の樹脂により一体成形されている。底板部３１にはその中央に開口３１ａが設けられ、この開口３１ａの周縁に回転子軸２２と同心状になるよう厚肉の環状受け座３１ｂが形成され、後述する軸受ホルダを支持するようになっている。この環状受け座３１ｂは底板部３１に対して扁平円錐状の薄肉部３１ｃを介在させる構成になっており、これにより、環状受け座３１ｂが底板部３１の底面より軸方向内側に偏倚して位置すると共に、薄肉部３１ｃの弾性により底板部３１に対して軸方向に変位することが可能な構造になっている。この下カバー３０は、後述する固定構造（係止構造）によって外枠部３２の端面を固定子コア１２の下面に当接させた状態で固定子１０に固定され、固定子コア１２の下面より導出している絶縁部材１８及び巻き線１４が覆われる。
【００２５】
下カバー３０の一辺のコネクタ受け部３３は外部との接続用のターミナル部を構成する。すなわち、図１及び図２に示すように、コネクタ受け部３３は下カバー３０の外枠部３２の一部を切り欠くと共に、その周縁を底板部３１と共に側方に延出して形成されており、固定子１０の下側の絶縁部材１８に取り付けられた回路基板３４がコネクタ受け部３３に支持されると共に、回路基板３４及びこれに実装されたコネクタ３５がコネクタ受け部３３に収容されるようになっている。回路基板には巻き線１４の端部がはんだ付けにて電気的に接続され、これが回路基板３４によってコネクタ３５の端子に接続されており、従って、外部電源や信号をこのコネクタ３５を利用して供給することにより巻き線１４への通電及びその制御を行うことができるようになっている。
【００２６】
下カバー３０の外枠部３２における四隅の位置には、角の位置に後述する係合片の係合作用を補助する補助片３２ａとその両側に位置し当該角を挟む２辺にほぼ平行な側片３２ｂがそれぞれ外枠部の上縁より軸方向上方に突出するかたちで延設されている。補助片３２ａとその両側の側片３２ｂとの間にはスリット３２ｃが設けられ、少なくとも補助片３２ａが個別に径方向外側に弾性変位できるようになっている。補助片３２ａの上部には固定子コア１２に係止する補助爪３２ｄが形成されているが、この補助爪３２ｄの突出量は比較的小さく設定されている。
【００２７】
下カバー３０の四隅における内側寄りにはそれぞれ係合片３６が設けられている。各係合片３６はそれぞれ外枠部３２の四隅に対し一定距離内側に位置し底板部３１より立ち上げられると共に、前記補助片３２ａに平行に対峙するかたちで補助片３２ａとほぼ同じ高さに突出形成されている。この係合片３６は、上記した固定子コア１２における四隅の円形孔１２ｅに挿通し得る幅に形成され、係合片３６の上端部の外側面、つまり補助片３２ａに向かい合う面に外方向に比較的大きく突出する係合爪３６ａが形成されている。この係合片３６は固定子コア１２における下段層の円形孔１２ｅに挿通され、中間層の凹窪部１２ｇにおいて、係合片３６の係合爪３６ａが円形孔１２ｅの周縁を段部として係止されており、これにより固定子コア１２と下カバー３０との軸方向の抜けが阻止される。このとき、補助片３２ａの補助爪３２ｄも固定子コア１２における下段層の端縁（上縁）に係止する。
【００２８】
ここで、係合片３６は下カバー３０の底板部３１より立ち上げているため、立ち上げ長が長く、比較的大きな弾性たわみ量を確保している。このため、係合片３６の係合爪３６ａの突出量を大きくして係止代を十分確保しても係合時の操作性が悪くなることはない。他方、外枠部３２より立ち上げた補助片３２ａはたわみ量は小さい反面、剛性を確保している。このため、係合爪３６ａのたわみによる固定子コア１２と下カバー３０とのずれやゆがみが補助片３２ａにより抑制される。この補助片３２ａには補助爪３２ｄを設けない構成とすることもできる。この場合、補助片３２ａと側片３２ｂとはスリット３２ｃを設けることなく連続的に形成することもできる。なお、図４に示すように、底板部３１の四隅の位置には係合片３６の外側面に対応して案内孔３７が形成されている。これは、係合片３６の係合爪３６ａを成形時に同時形成する際にスライドコアを案内するためのものである。
【００２９】
ところで、図１〜図３より明らかなように、下カバー３０外枠部３２における各辺の上端面には、固定子コア１２の各辺の膨出部１２ｄの端面が載置され、下カバー３０が固定子コア１２を支持するかたちになっている。このとき、固定子コア１２の膨出部１２ｄは隣り合う２隅のそれぞれの側片３２ｂ間に嵌り込むようになっているが、各側片３２ｂはそれぞれ、図８及び図９に示すように、補助片３２ａとの反対側の側縁が外側に行くに従い厚みが小さくなるように形成されると共に、この厚みの小さくなった側縁に上方に向けて少し拡開するよう小さな傾斜αが形成されている。外枠部３２の各辺における２つの側片３２ｂ間の間隙はその最下端で最も小さくなっているが、この寸法Ｌ１は、
図１０に示すように、固定子コア１２の各辺の膨出部１２ｄの幅寸法Ｌ２に対してコンマ数ｍｍ程度小さくなっている。このため、外枠部３２の各辺における両側片３２ｂ間に固定子コア１２の膨出部１２ｄを嵌合させて膨出部１２ｄの端面を外枠部３２の上縁に当接させようとすると、膨出部１２ｄの両側が両側片３２ｂの基部側縁を削りながら押し潰すことになり、膨出部１２ｄが両側片３２ｂに密着した状態で嵌合し、固定子コア１２ががたつくことなく外枠部３２に支持されることになる。加えて、この密着状態で四隅の各係合片３６が固定子コア１２の所定段部に係止される結果、強固な固定構造を得ることになる。
【００３０】
次に、上カバー４０について説明する。固定子コア１２を上方から覆うように設けられる上カバー４０は薄板金属板をプレス成形することにより形成され、天板部４１と四辺形状の外枠部４２とからなっており、天板部４１の中央部には、下カバー３０の底板部３１の開口３１ａの内径にほぼ等しい内径の開口４１ａが形成されている。また、天板部４１の四隅の位置には、固定子コア１２の四隅の円形孔１２ｅに対応してねじ孔４１ｂがバーリング加工等を伴って形成されている。この上カバー４０は、外枠部４１の下端面を固定子コア１２における膨出部１２の上面に当接させた状態で、次に説明するかしめ技術によって固定子１０に固着されている。
【００３１】
四辺形状の外枠部４２における四隅に対応する位置には固定片４３が一体にかつ下方へ延出させて設けられている。この各固定片４３は、隅部の角部に位置する主部４３ａとこの両側に位置しこの角部を挟む両辺の一部を構成しかつ主部を補強する側部４３ｂとを有してなり、固定子コア１２の隅部において隣り合う膨出部１２ｄ間の段差に嵌り込むようなかたちになっている。この固定片４３の両側部４３ｂは上カバー４３の固定子コア１２に対する回り止めとして機能しており、加えて、後述するかしめ固定の際の変形に対する補強を兼ねている。固定片４３の主部４３ａの下部寄りには、図６（ａ）に明示するように、抜き孔４３ｃが設けられ、主部４３ａの抜き孔４３ｃより下側の部分がかしめ作用部４３ｄとなっている。抜き孔４３ｃの内下縁はその中央位置が最も低くなるようなＶ字状の形態となり、２つのテーパ面４３ｃ１，４３ｃ２が形成されている。この固定片４３の下部は固定子コア１２の上段層と中間層との接合位置と合致し、中間層の凹窪部１２ｇの上縁が、上カバー４０の外枠部４２下端面が固定子コア１２の上面に当接する状態において、固定片４３の主部４３ａにおける抜き孔４３ｃのテーパ面４３ｃ１，４３ｃ２に一部クロスするような高さに設定されている。
【００３２】
そして、上カバー４０の固定子１０への固定に際しては、上述したように、固定子コア１２上に上カバー４０をその外枠部４２の下端面を固定子コア１２の上端面に当接させて配置し、次に、上カバー４０の四隅に位置する各固定片４３の主部４３ａにおける作用部４３ｄの中心部をそれぞれ外側から内方に向けて打刻し、つまりそれぞれの凹窪部１２ｇに作用部４３ｄの一部を変形させて入り込ませ、上カバー４０をかしめ固定する。このとき、作用部４３ｄの一部が固定子コア１２の凹窪部１２ｇに入り込むことにより上カバー４０の抜け止め，脱落防止が実現するが、本実施形態の構造の場合、特に上カバー４０の強固な固定が実現する。すなわち、図６（ａ），（ｂ）よりわかるように、固定片４３の主部４３ａにおける抜き孔４３ｃの下縁のテーパ面４３ｃ１，４３ｃ２、つまり作用部４３ｄの上縁テーパ面が固定子コア１２の凹窪部１２ｇの上縁とクロスしているため、作用部４３ｄを凹窪部１２ｇ内に変形させた際、作用部４３ｄの上縁テーパ面が凹窪部１２ｇ内に入り込むに従い固定片４３に下方への引っ張り力が発生することになり、上カバー４０を固定子コア１２に押し付けることができ、この押し付け力は上カバー４０の四隅でそれぞれ作用し、上カバー４０全体を固定子コア１２にしっかり固定できることになる。
【００３３】
上述したかしめ作業に際しては、抜き孔４３ｃの下縁のＶ字の頂点に対応するかしめ作用部を目当てに行えばよく、しかもこの位置はかしめ作用部４３ｄの強度的に最も変形しやすい箇所になるため、かしめ作業は容易であり、かしめによる変形も対称状に得ることができる。つまり、一般にかしめ作業においては、加える力と変形形状、変形量の管理が比較的難しい傾向にあるが、上記した形状であれば、かしめ作業が容易である上、再現性の良い変形量を得ることが可能である。
【００３４】
固定子コア１２の軸方向両側の内周部には、軸受ブッシュ５０Ａ，５０Ｂが取り付けられ、これにそれぞれ回転子軸２２を回転自在に支持するメタル軸受５２Ａ，５２Ｂが保持されている。この軸受ブッシュ５０Ａ，５０ＢはＰＰＳ等の樹脂により成形された同一形状のものであり、外径が固定子コア１２の各主極１２ｂにおける誘導子歯１２ｃの内径にほぼ等しく形成された本体部となる円環状ベース部５０ａと、この外周部に形成された段付き嵌合部５０ｂと、嵌合部５０ｂより軸方向に延出され端面にカバー支持面が形成された円筒状の取付支持筒５０ｃと、ベース部５０ａにおいて取付支持筒５０ｃの内側にこれと同心状に突設された円筒状のインロー部５０ｄと、ベース部５０ａの内周部に軸方向に延出され内周に軸受保持面が形成された軸受保持筒５０ｅと、この軸受保持筒５０ｅの先端より内方に延出形成されたカバー部５０ｆとを備えてなる。
【００３５】
両軸受ブッシュ５０Ａ，５０Ｂの軸受保持面にはメタル軸受５２Ａ，５２Ｂが圧入により固定されている。両軸受ブッシュ５０Ａ，５０Ｂはそれぞれのベース部５０ａが向かい合う状態で固定子コア１２にその軸方向両側から取り付けられる。すなわち、軸受ブッシュ５０Ａ，５０Ｂのそれぞれの嵌合部５０ｂを固定子コア１２の各主極１２ｂにおける誘導子歯１２ｃの内径に嵌合させ、かつそれぞれの嵌合部５０ｂの段付き面を固定子コア１２の端面に当接させることにより取り付けられ、軸受ブッシュ５０Ａ，５０Ｂの調芯が嵌合部５０ｂの嵌合により行われると共に、軸方向位置が段付き面により規制されることになる。
【００３６】
下側の軸受ブッシュ５０Ｂは、下カバー３０の底板部３１における開口３１ａにインロー部５０ｄを遊嵌させた上で、環状受け座３１ｂに取付支持筒５０ｃの端面のカバー支持面を当接し、この状態で下カバー３２を固定子コア１２に固定することにより軸受ブッシュ５０Ｂも同時に固定される。このとき、軸受ブッシュ５０Ｂは環状受け座３１ｂに対して扁平円錐状の薄肉部３１ｃの弾性を利用してこれを撓ませており、この弾性復帰力で係合片３６の係合爪３６ａが固定子コア１２に対し強固に係止することになるため、固定子コア１２と下ケース３０並びに軸受ブッシュ５０Ｂが確実に固定されることになる。
【００３７】
また、上カバー４０の固定子コア１２への固定時、軸受ブッシュ５０Ａのインロー部５０ｄが上カバー４０の天板部４１の開口４１ａに遊嵌し、取付支持筒５０ｃのカバー支持面に上カバー４０の天板部４１が当接し、軸受ブッシュ５０Ａが固定子コア１２と上カバー４０とに挟み込まれた状態となり、上述したかしめ技術によって上カバー４０が固定子コア１２に固定されることにより、固定子コア１２と上ケース４０並びに軸受ブッシュ５０Ａが確実に固定される。このとき、軸受ブッシュ５０Ａのインロー部５０ｄは、上カバー４０の天板部４１の開口４１ａより突出する。従って、このインロー部５０ｄの導出部分を利用することにより、当該モータを各種機器へ取り付けた場合に、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。
【００３８】
上述した構成のステッピングモータにあっては、パルス信号により回転することができるステップ角が４．０９°に設定されており、一般的な１．８°のものに比べ、回転角度を大きく設定することができるため、この分、高速に回転させることができる。つまり、実施形態のものは高速化を可能としたステッピングモータであるといえる。そして、モータの出力は回転数とトルクとの積に比例するため、この高速化により出力が増大し、結果として効率が高まることになる。
【００３９】
一方、上述したステッピングモータでは、従来のものと異なり、回転子２０の軸受としてメタル軸受５２Ａ，５２Ｂが用いられている。この種のメタル軸受５２Ａ，５２Ｂはいわゆるスベリ軸受であるため、固定子と回転子間のエアギャップがボールベアリングの場合のエアギャップより多少大きく設定されている。この場合、固定子と回転子間のエアギャップはモータの効率に影響し、エアギャップが大きくなるほど効率が低下する傾向にある。しかしながら、上記実施形態のものでは、ステップ角の設定により高速化し効率を高めた構成になっているため、軸受としてメタル軸受５２Ａ，５２Ｂを用いることに伴って効率の低下を招いても、これを補うだけの効率向上を図る結果、従来の場合と同等以上の効率を発揮するステッピングモータを得ることができる。
【００４０】
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１０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。
＜実施形態２＞
【００４１】
次に、本発明の実施形態２につき、図１１及び図１２を用いて説明する。なお、これらの図面において、前記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。
【００４２】
図１１及び図１２において、前記実施形態１のものと異なる点は上カバー４０’であり、特に、上カバー４０’の天板部４１’において、内周縁が開口４１ａと同心状であり外周縁が正八角形をなす環状凹部４１ｃを形成すると共に、この環状凹部４１ｃに複数個の凸部４１ｄを周方向に配列したことを特徴とするものである。この環状凹部４１ｃ及び複数個の凸部４１ｄは、上カバー４０’を金属板でプレス成形する際に同時に形成される。
【００４３】
このような上カバー４０’では、その天板部４１’の強度が格段に高まり、当該モータを天板部４１’のねじ孔４１ｂ等を利用して各種機器へ取り付ける場合に、モータ自体の取付強度を確保することができ、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。
【００４４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明による回転電機は、高速回転が可能で、高効率化を実現し、かつメタル軸受の採用により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。
【符号の説明】
【００４６】
１０：固定子
１２：固定子コア
１２ｂ：主極
１２ｄ：膨出部
１２ｇ：凹窪部
１４：巻き線
２０：回転子
３０：下カバー
３１：底板部
３１ｂ：環状受け座
３１ｃ：扁平円錐状薄肉部
３２：外枠部
３２ａ：補助片
３２ｂ：側片
３６：係合片
３６ａ：係合爪
５０Ａ，５０Ｂ：軸受ホルダ
５２Ａ，５２Ｂ：メタル軸受
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略環状のコアバック部、及びこのコアバック部より内方に突出形成された複数個の主極からなる固定子コアを有し、該固定子コアの主極に巻き線を巻回して構成された固定子と、
前記固定子の内側にエアギャップを介して回転自在に設けられた回転子と、
前記固定子の軸方向両側のうち少なくとも一方を覆うモータカバーと、を備えてなる回転電機において、
前記モータカバーには、端縁の一部が前記固定子コアの端面に軸方向外側から当接する環状外枠部が形成されると共に、前記軸方向外側から軸方向内側に向く方向に延出された複数の係合片が形成され、該各係合片の先端部分に軸方向に対しほぼ直交する方向に突出する係合爪が形成されており、前記固定子コアには少なくとも前記係合爪に対応する位置に段部が形成され、前記係合片の係合爪を前記段部に係止させることにより、前記モータカバーが前記固定子コアに固定されることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記固定子コアの略環状コアバック部は外形が平面視ほぼ正方形状に形成され、これに合わせて前記モータカバーの環状外枠部も平面視略正方形状に形成されており、前記係合片は前記外枠部における正方形の四隅の位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記モータカバーは、少なくとも固定子コアを軸方向外側から覆うカバー部を有し、該カバー部の外周縁より前記外枠部が立ち上げられると共に、前記外枠部に近接した位置の前記カバー部より前記係合片が立ち上げられ、該係合片の先端部の前記係合爪は径方向外側に向けて突出形成されており、前記固定子コアは、前記係合片の対応位置に孔を透設した外側積層体と前記係合片の対応位置及びこれより径方向外側を切り欠いた形状の内側積層体とを積層しており、前記係合片の先端部が外側積層体の孔及び内側積層体の切り欠き部に通されて前記係合爪が外側積層体における前記孔の周縁を前記段部として係止されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記係合片の径方向外側には、前記外枠部を延伸させて前記係合片に対峙するよう補助片が設けられており、該補助片の先端部には前記係合片側に突出した補助爪が形成され、当該補助爪が前記外側積層体の端縁に係止されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記外枠部には、前記補助片に隣接して該補助片が配置される隅の両側の２辺にほぼ平行な側片が延設されており、該両側片が前記固定子コアに当接することにより当該モータカバーが回り止めされていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記固定子コアの外周面は、４辺形の各辺のそれぞれの表面が各四隅の表面より周方向外側に段差を持って突出するように形成されており、前記環状外枠部の各辺における端縁が前記固定子コアの各辺の突出端面に当接することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の回転電機。
【請求項７】
前記固定子コアの外側面のうち４辺形の各辺には、それぞれの表面が各四隅の表面より周方向外側に段差を持って突出する膨出部が形成されており、該各膨出部が２つの隅の向かい合う側片間に嵌合すると共に、前記環状外枠部の各辺における端縁が前記膨出部の端面に当接することを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
【請求項８】
前記モータカバーのカバー部には、前記回転子を回転自在に支持する軸受のためのホルダ部を受ける環状受け座が形成されており、該環状受け座に保持された前記ホルダ部の一部が固定子コアを支持していることを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の回転電機。
【請求項９】
前記環状受け座は扁平円錐状薄肉部を介して前記カバー部の底壁に連設され、該環状受け座はカバー部の内底面より軸方向内側に偏倚して位置しており、前記固定子コアを前記環状受け座に対して前記薄肉部の弾性を利用して軸方向外側に押し付けた状態で、前記係合片の係合爪が固定子コアの前記段部に係止されることを特徴とする請求項８に記載の回転電機。
【請求項１】
略環状のコアバック部、及びこのコアバック部より内方に突出形成された複数個の主極からなる固定子コアを有し、該固定子コアの主極に巻き線を巻回して構成された固定子と、
前記固定子の内側にエアギャップを介して回転自在に設けられた回転子と、
前記固定子の軸方向両側のうち少なくとも一方を覆うモータカバーと、を備えてなる回転電機において、
前記モータカバーには、端縁の一部が前記固定子コアの端面に軸方向外側から当接する環状外枠部が形成されると共に、前記軸方向外側から軸方向内側に向く方向に延出された複数の係合片が形成され、該各係合片の先端部分に軸方向に対しほぼ直交する方向に突出する係合爪が形成されており、前記固定子コアには少なくとも前記係合爪に対応する位置に段部が形成され、前記係合片の係合爪を前記段部に係止させることにより、前記モータカバーが前記固定子コアに固定されることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記固定子コアの略環状コアバック部は外形が平面視ほぼ正方形状に形成され、これに合わせて前記モータカバーの環状外枠部も平面視略正方形状に形成されており、前記係合片は前記外枠部における正方形の四隅の位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記モータカバーは、少なくとも固定子コアを軸方向外側から覆うカバー部を有し、該カバー部の外周縁より前記外枠部が立ち上げられると共に、前記外枠部に近接した位置の前記カバー部より前記係合片が立ち上げられ、該係合片の先端部の前記係合爪は径方向外側に向けて突出形成されており、前記固定子コアは、前記係合片の対応位置に孔を透設した外側積層体と前記係合片の対応位置及びこれより径方向外側を切り欠いた形状の内側積層体とを積層しており、前記係合片の先端部が外側積層体の孔及び内側積層体の切り欠き部に通されて前記係合爪が外側積層体における前記孔の周縁を前記段部として係止されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記係合片の径方向外側には、前記外枠部を延伸させて前記係合片に対峙するよう補助片が設けられており、該補助片の先端部には前記係合片側に突出した補助爪が形成され、当該補助爪が前記外側積層体の端縁に係止されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記外枠部には、前記補助片に隣接して該補助片が配置される隅の両側の２辺にほぼ平行な側片が延設されており、該両側片が前記固定子コアに当接することにより当該モータカバーが回り止めされていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記固定子コアの外周面は、４辺形の各辺のそれぞれの表面が各四隅の表面より周方向外側に段差を持って突出するように形成されており、前記環状外枠部の各辺における端縁が前記固定子コアの各辺の突出端面に当接することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の回転電機。
【請求項７】
前記固定子コアの外側面のうち４辺形の各辺には、それぞれの表面が各四隅の表面より周方向外側に段差を持って突出する膨出部が形成されており、該各膨出部が２つの隅の向かい合う側片間に嵌合すると共に、前記環状外枠部の各辺における端縁が前記膨出部の端面に当接することを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
【請求項８】
前記モータカバーのカバー部には、前記回転子を回転自在に支持する軸受のためのホルダ部を受ける環状受け座が形成されており、該環状受け座に保持された前記ホルダ部の一部が固定子コアを支持していることを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の回転電機。
【請求項９】
前記環状受け座は扁平円錐状薄肉部を介して前記カバー部の底壁に連設され、該環状受け座はカバー部の内底面より軸方向内側に偏倚して位置しており、前記固定子コアを前記環状受け座に対して前記薄肉部の弾性を利用して軸方向外側に押し付けた状態で、前記係合片の係合爪が固定子コアの前記段部に係止されることを特徴とする請求項８に記載の回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２４４７３６（Ｐ２０１２−２４４７３６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１１４９９（Ｐ２０１１−１１１４９９）
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（０００２２８７３０）日本電産サーボ株式会社 (276)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（０００２２８７３０）日本電産サーボ株式会社 (276)
【Ｆターム（参考）】
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