JP2005033860A - クローポール型ステッピングモータのモータ構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】中心軸を有する1個の略円筒状ロータを、該ロータの両端面方向より2つのカップ状のステータにより包み込む形状のクローポール型ステッピングモータにおいて、前記2つのステータは、それぞれ、少なくとも1個の磁気コイル、磁気的に結合し極歯先端における磁気的位相差を電気角で180°とした2組の極歯群を有し、向かい合わせの状態で両ステータを接合して成る構造において、前記2組の極歯群の磁気的結合を、前記中心軸を軸支する軸受により行う。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はクローポール型ステッピングモータのモータ構造、特にクローポール型のステッピングモータを小型化、高性能化するモータ構造に関する。
【0002】
【従来技術】
従来から、各種電子機器の小型化の要望に伴い、その装置内に収容されるモータについても収容スペースに合わせて小型化が要求されるようになってきている。
【0003】
ところで従来のクローポール型ステッピングモータにおいて、インナーロータ型のクローポール型ステッピングモータでは、A相とB相の駆動コイルをロータの外周に配置する構造が一般的であった。
【0004】
ところがこのような構造のクローポール型ステッピングモータでは、ロータ磁石の外径がステータの内径による制限を受けるため、モータが小径化するほどロータ磁石の外径も小さくなり、これによってモータ特性が著しく低下してしまい、小径のモータを得ることは困難であった。このため、クローポール型ステッピングモータの代わりにブラシレスDCモータに位置検出器としてのエンコーダを付加して位置制御を行うしかなく、高価な構成となってしまっていた。
【0005】
特許文献1に記載の発明は、このような状況にかんがみてなされ、駆動コイルをロータの軸方向に配置する構造を開示している。
【0006】
【特許文献1】
特開2003−9499号公報
【発明が解決しようとする課題】
上述の特許文献1に記載のモータ構造によれば、たとえば直径約6mm以下の小型のモータを得ることが可能となったが、モータが小さいため、その組み立ては容易ではない。
【0007】
この組み立てが容易ではない原因としては、モータ構成部品が多いことが挙げられる。特許文献1によればモータを小型に設計することができたが、部品の点数はあまり変わらないため、小型になった分、組み立てに手間がかかってしまうことになってしまう。
【0008】
このため、特許文献1に記載のような駆動コイルをロータの軸方向に配置する構造のモータにおいては部品点数を減らすことが望まれる。
【0009】
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、部品点数を減らして組み立ての手間を低減することができ、また、モータを小径化することができるクローポール型ステッピングモータのモータ構造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】
本発明は上記の目的を達成するために、中心軸を有する1個の略円筒状ロータを、該ロータの両端面方向より2つのカップ状のステータにより包み込む形状のクローポール型ステッピングモータにおいて、前記2つのステータは、それぞれ、少なくとも1個の磁気コイル、磁気的に結合し極歯先端における磁気的位相差を電気角で180°とした2組の極歯群を有し、向かい合わせの状態で両ステータを接合して成る構造において、前記2組の極歯群の磁気的結合を、前記中心軸を軸支する軸受により行うことを特徴とする。
【0011】
また本発明は請求項1に記載の発明において、前記軸受が鉄系焼結含油軸受であることを特徴とする。
【0012】
また本発明は、中心軸を有する1個の略円筒状ロータを、該ロータの両端面方向より2つのカップ状のステータにより包み込む形状のクローポール型ステッピングモータにおいて、前記2つのステータは、それぞれ、少なくとも1個の磁気コイル、磁気的に結合し極歯先端における磁気的位相差を電気角で180°とした2組の極歯群を有し、向かい合わせの状態で両ステータを接合して成る構造において、前記両ステータの接合が、向かい合わせの状態で両ステータを軸方向に貫通する中空の固定用パイプにより結合するものであることを特徴とする。
【0013】
また本発明は請求項3に記載の発明において、前記固定用パイプにより結合が、該パイプの両端をカシメて結合するものであることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を参照して説明する。
【0015】
図1は、本発明によるクローポール型ステッピングモータの一実施の形態の要部の構造を示す軸断面図である。
【0016】
また、図2は、図1に示したクローポール型ステッピングモータの部分軸断面斜視図である。
【0017】
本発明によるモータ構造の概略構成は以下の通りである。
【0018】
図1に示すように、本実施の形態のクローポール型ステッピングモータ1は、たとえば円筒状硬磁性体から成るロータ磁石13とこのロータ磁石13の回転シャフトであるシャフト12とから成るロータと、シャフト12の軸方向両端側に互いに向かい合って配置されたA相ステータ17およびB相ステータ18とを有して構成される。
【0019】
A相ステータ17を構成する各部品およびB相ステータ18を構成する各部品はまったく同じものを用いることができ、2つのステータをまったく同じ形状にすることができる。これによれば、部品製造のコストを低減することができるという効果がある。
【0020】
図1に示すように、2つのステータ17、18の間には、後述の極歯5c、6cに空隙を介して内包されるようにロータ磁石13が配置される。このようにクローポール型ステッピングモータ1は、中心軸を有する1個の略円筒状ロータを、このロータの両端面方向より2つのカップ状のステータにより包み込む形状である。
【0021】
A相ステータ17およびB相ステータ18のそれぞれは、第1のステータヨーク5と第2のステータヨーク6と軸受2とを有し、さらに磁気コイルとなるコイル4を巻回したコイルボビン3を有して構成される。
【0022】
第1のステータヨーク5および第2のステータヨーク6は、後述のように、それぞれが複数の極歯群を有し、第1のステータヨーク5と第2のステータヨーク6とは磁気的に結合し極歯先端における磁気的位相差は電気角で180°である。
【0023】
図1および図2において、2はシャフト12の回転を支える軸受であり、7は各ステータにおいて部品の位置を固定するためのモールド樹脂であり、8はコイル4に電流供給する端子であり、10はフロントプレートであり、11はエンドプレートであり、9はフロントプレート10とエンドプレート11とでA相ステータ17およびB相ステータ18を挟んだ状態でそれらを貫通する孔14に通すパイプであり、また図2において15は後述するA相ステータ17とB相ステータ18との位置決め用の凸条である。
【0024】
フロントプレート10およびエンドプレート11としては、たとえばSECCを用いることができる。
【0025】
なお、19は絶縁シートである。
【0026】
図3は、図1および図2に示した軸受2の軸断面斜視図である。
【0027】
図3に示すように、軸受2の中心には軸孔2aが設けられ、この軸孔2aにシャフト12が挿入される。この軸受2は図1に示すようにA相ステータ17およびB相ステータ18の両方に設けられる。
【0028】
ところで、この軸受2としては、鉄系焼結含油軸受等の磁性材料から成る軸受が用いられる。この軸受2は、このような材質とすることによって、図1および図2に示したように、第1のステータヨーク5および第2のステータヨーク6と接触し、これらすなわち第1のステータヨーク5に設けられた極歯群と第2のステータヨーク6に設けられた極歯群とを磁気的に結合することができる。さらに含油軸受とすることにより、滑らかな回転を得ることができる。
【0029】
上述の特許文献1に記載の発明では、2組の極歯群を磁気的に結合する部品として磁性体から成るボスを2個使用し、さらに別部品として軸受を2個使用している。本発明によれば、軸受2が、特許文献1における軸受とボスとを兼ねることができ、部品点数の削減が実現される。
【0030】
なお、鉄系焼結含油軸受については、特開平7−310101号公報や特開平9−143638号公報等において知られている。
【0031】
図4は、図1および図2に示したパイプ9の軸断面斜視図である。
【0032】
このパイプ9は、前述のようにフロントプレート10、A相ステータ17、B相ステータ18およびエンドプレート11を貫通する孔14に挿入され、A相ステータ17およびB相ステータ18を固定する役割を担う。
【0033】
図4に示すように、このパイプ9は、たとえば内径がφ0.3mm程度、外径がφ0.5mm程度の中空であり、その材質はたとえばステンレスを用いることができる。
【0034】
パイプ9を孔14に挿入した後には、パイプ9の両端をカシメて固定することができる。このカシメは、パイプ9が中空の部品であるが故に小さな力で行うことができ、組み立てが容易となり有利である。
【0035】
このように本発明に係るモータの構造はコイルが円筒状ロータの両端面に面した位置にあることから、コイルが円筒状ロータの外周に配するタイプのモータに比べ、モータの径は小さくなるもののモータの高さは高くなるため、A相B相の接合面を単に例えば接着剤などにより接合してもA,B相の軸心を一つの直線上に合わせることが難しく、それぞれの軸心が互いに傾きを生じやすかった。しかしながら、このようにパイプ9、フロントプレート、エンドプレートを用いてモータの上下方向に締めることにより軸心の傾きを低減することができる。
【0036】
本実施の形態では、孔14を3ヵ所に設け、またパイプ9を3本設け、それぞれにおいて固定をするようにしている。本発明はこれに限らず、すなわち、3ヵ所での固定ではなく、1ヵ所での固定、2個所での固定、4ヵ所以上での固定でもよいことはいうまでもない
ところで、上述の特許文献1に記載の発明では、モータ全体の固定用にモータの径の外周に外周リングを設けている。これに対して本実施の形態では、パイプ9を3本設けているため、部品点数の観点から言えば不利となる。しかしながら、パイプ9によってモータの固定を行うようにすることによって、外周リングが不要である分、モータの径を小さくすることができ、必要なサイズを実現することができるし、また、サイズに余裕がある個所に取りつけるモータであれば、外周リングが不要である分、第1のステータヨーク5や第2のステータヨーク6やロータ磁石13の外径を大きくすることができ、その分性能を向上させることができる。
【0037】
次に、本実施の形態のクローポール型ステッピングモータ1の組み立て手順に沿いながら、本実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【0038】
図5は、図1および図2に示した第1のステータヨーク5の斜視図である。
【0039】
図5に示すように、第1のステータヨーク5は、その中心に、切り欠き部5bを有する中心孔5aを備え、さらに極歯5cを備えた形状である。
【0040】
極歯5cすなわち第1のステータヨーク5の材質は、SECC、珪素鋼板、SUY等の軟磁性板を用いることができる。
【0041】
また図6は、図1および図2に示した第2のステータヨーク6の斜視図である。
【0042】
図6に示すように、第2のステータヨーク6も、その中心に、切り欠き部6bを有する中心孔6aを備え、さらに極歯6cを備えた形状である。
【0043】
極歯6cすなわち第2のステータヨーク6の材質は、SECC、珪素鋼板、SUY等の軟磁性板を用いることができる。
【0044】
図7は、図5に示した第1のステータヨーク5をモールドした状態を示す斜視図である。
【0045】
まず、図5に示した第1のステータヨーク5を、図7に示すように、モールド樹脂7でモールドする。このとき、第1のステータヨーク5の切り欠き部5bをモールド金型に形成してある凸部に合わせ、第1のステータヨーク5の位置合わせをしながらモールドする。これによってモールド樹脂7内での極歯5cの位置決めを行うことができる。
【0046】
モールド樹脂7としては、ポリブチレンテレフタレートや液晶ポリマーなどを使用することができる。
【0047】
なお、本実施の形態では、後に図9に示すように、モータ1の軸と垂直な向きでのモールド樹脂7の形状がいわゆる小判型をしているが、本発明はこれに限られないのはいうまでもない。
【0048】
図7に示すように、モールドは、モールド樹脂7が孔14を形成するとともに、円弧状の凸条15および円弧状の凹溝16を形成するように行われる。
【0049】
この凸条15および凹溝16は、A相のモールド樹脂7とB相のモールド樹脂7とを組み合わせたときに位置合わせをするための手段であり、A相のモールド樹脂7の凸条15とB相のモールド樹脂7の凹溝16とが嵌合し、A相のモールド樹脂7の凹溝16とB相のモールド樹脂7の凸条15とが嵌合することによって、2つのステータの結合がより安定し、モータ1の組み立て後、半径方向のズレや周方向のネジレ等の発生を防ぐことができる。
【0050】
図8は、図7に示したモールド樹脂7によってモールドされた第1のステータヨーク5に、第2のステータヨーク6を組み付けた状態を示す斜視図である。
【0051】
モータ1の組み立て工程では、次に、モールド樹脂7によってモールドされた第1のステータヨーク5に、コイル4を巻回したコイルボビン3と軸受2と第2のステータヨーク6とを予め組み立てて一体としたものを挿入する。ただし、図8では、図の見易さのため、コイル4を巻回したコイルボビン3および軸受2の図示を省略している。
【0052】
このとき、モールド樹脂7によってモールドされた第1のステータヨーク5と、第2のステータヨーク6との円周方向の位置合わせは、第2のステータヨーク6の切り欠き部6bによって行われる。
【0053】
軸受2と第2のステータヨーク6との接合は圧入によって行ってもよいし、カシメによって行ってもよいし、必要に応じて接着剤を用いて固定するようにしてもよい。また、軸受2と第1のステータヨーク5との接合も圧入によって行ってもよいし、カシメによって行ってもよいし、必要に応じて接着剤を用いて固定するようにしてもよい。また、軸受2とコイルボビン3との接合も圧入によって行ってもよいし、カシメによって行ってもよいし、必要に応じて接着剤を用いて固定するようにしてもよい。
【0054】
次いで、A相とB相の2つのステータ17、18の間に、シャフト12とロータ磁石13とから成るロータを挟み、ステータどうしを接合する。この後、図1にも示したように、フロントプレート10およびエンドプレート11を取り付け、孔14にパイプ9を通し、パイプ9の両端をカシメて固定する。パイプ9は上述のように外径がφ0.5mm程度であり、このように細いため中空(内径φ0.3mm程度)にしてカシメ易くするのが望ましい。
【0055】
図9は、図1および図2に示したクローポール型ステッピングモータ1の斜視図である。
【0056】
以上説明した組み立て工程の後、完成したクローポール型ステッピングモータ1は図9に示すようになる。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、部品点数を減らして組み立ての手間を低減することができ、また、モータを小径化することができるクローポール型ステッピングモータのモータ構造を提供することができる。
【0058】
すなわち本発明によれば、軸受が、第1のステータヨークと第2のステータヨークとの磁気的結合を行う部品を兼ねることができるので、部品点数を減らすことができるという効果がある。
【0059】
また本発明によれば、モータを軸方向に貫通するパイプによってA相のステータとB相のステータとを固定し、モータを固定することができるので、従来の外周リングが不要となり、その分モータの径を有効に使うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるクローポール型ステッピングモータの一実施の形態の要部の構造を示す軸断面図である。
【図2】図1に示したクローポール型ステッピングモータの部分軸断面斜視図である。
【図3】図1および図2に示した軸受2の軸断面斜視図である。
【図4】図1および図2に示したパイプ9の軸断面斜視図である。
【図5】図1および図2に示した第1のステータヨーク5の斜視図である。
【図6】図1および図2に示した第2のステータヨーク6の斜視図である。
【図7】図5に示した第1のステータヨーク5をモールドした状態を示す斜視図である。
【図8】図7に示したモールド樹脂7によってモールドされた第1のステータヨーク5に、第2のステータヨーク6を組付けた状態を示す斜視図である。
【図9】図1および図2に示したクローポール型ステッピングモータ1の斜視図である。
【符号の説明】
1 クローポール型ステッピングモータ
2 軸受
2a 軸孔
3 コイルボビン
4 コイル
5 第1のステータヨーク
5a 中心孔
5b 切り欠き部
5c 極歯
6 第2のステータヨーク
6a 中心孔
6b 切り欠き部
6c 極歯
7 モールド樹脂
8 端子
9 パイプ
10 フロントプレート
11 エンドプレート
12 シャフト
13 ロータ磁石
14 孔
15 凸条
16 凹溝
17 A相ステータ
18 B相ステータ
19 絶縁シート
Claims (4)
- 中心軸を有する1個の略円筒状ロータを、該ロータの両端面方向より2つのカップ状のステータにより包み込む形状のクローポール型ステッピングモータにおいて、前記2つのステータは、それぞれ、少なくとも1個の磁気コイル、磁気的に結合し極歯先端における磁気的位相差を電気角で180°とした2組の極歯群を有し、向かい合わせの状態で両ステータを接合して成る構造において、前記2組の極歯群の磁気的結合を、前記中心軸を軸支する軸受により行うことを特徴とするクローポール型ステッピングモータのモータ構造。
- 前記軸受が鉄系焼結含油軸受であることを特徴とする請求項1に記載のクローポール型ステッピングモータのモータ構造。
- 中心軸を有する1個の略円筒状ロータを、該ロータの両端面方向より2つのカップ状のステータにより包み込む形状のクローポール型ステッピングモータにおいて、前記2つのステータは、それぞれ、少なくとも1個の磁気コイル、磁気的に結合し極歯先端における磁気的位相差を電気角で180°とした2組の極歯群を有し、向かい合わせの状態で両ステータを接合して成る構造において、前記両ステータの接合が、向かい合わせの状態で両ステータを軸方向に貫通する中空の固定用パイプにより結合するものであることを特徴とするクローポール型ステッピングモータのモータ構造。
- 前記固定用パイプによる結合が、該パイプの両端をカシメて結合するものであることを特徴とする請求項3に記載のクローポール型ステッピングモータのモータ構造。
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