JP2515194Y2 - Flat lightweight rotor type PM step motor - Google Patents
Flat lightweight rotor type PM step motorInfo
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Description
【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は偏平ロータ形PMステップモータに関し、特に
ロータとして用いられる円板型磁石の構造に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a flat rotor type PM step motor, and more particularly to the structure of a disk magnet used as a rotor.
従来からPMステップモータは小型軽量であるという点
及びデジタル制御が容易であるという点に鑑みて、小型
精密機器の駆動源として広く用いられてきた。第６図
に、従来の円筒ロータ形PMステップモータの模式的分解
斜視図を示す。図示する様に、円筒ロータ形PMステップ
モータは、半径方向に沿って多極着磁された円筒磁石か
らなる回転子41と、回転子41を軸方向に沿って上下から
収納する一対の固定子42及び43とから構成されている。
例えば、上側固定子42はコイル44と、コイル44を収納す
るヨークケース45と、ヨークケース45に係合するヨーク
プレート46とから構成されている。ヨークケース45及び
ヨークプレート46の中央部には絞り加工により形成され
た立曲げ磁極片が設けられている。これら立曲げ磁極片
はくし歯状に整列し円筒磁石の周囲を囲む様になってい
る。かかる構造を有する円筒ロータ形PMステップモータ
は、半径方向に沿って着磁された円筒磁石を用いる為磁
石が本来有する磁束発生能力を十分に活かせないという
欠点や立曲げ磁極片を絞り加工により形成する為十分な
加工精度を得る事ができないという欠点があった。Conventionally, the PM step motor has been widely used as a drive source for small precision equipment in view of its small size and light weight and easy digital control. FIG. 6 shows a schematic exploded perspective view of a conventional cylindrical rotor type PM step motor. As shown in the figure, a cylindrical rotor type PM step motor includes a rotor 41 composed of a cylindrical magnet magnetized in multiple poles in the radial direction, and a pair of stators that house the rotor 41 from above and below in the axial direction. It is composed of 42 and 43.
For example, the upper stator 42 includes a coil 44, a yoke case 45 that houses the coil 44, and a yoke plate 46 that engages with the yoke case 45. A vertical bending pole piece formed by drawing is provided at the center of the yoke case 45 and the yoke plate 46. These vertical bending pole pieces are arranged in the shape of a comb and surround the circumference of the cylindrical magnet. Since the cylindrical rotor type PM step motor having such a structure uses a cylindrical magnet magnetized in the radial direction, it has a drawback that the inherent magnetic flux generating ability of the magnet cannot be fully utilized, and a vertical bending pole piece is formed by drawing. However, there is a drawback that it is not possible to obtain sufficient processing accuracy.
第７図は従来の偏平ロータ形PMステップモータの模式
的分解斜視図である。この種のモータは、回転軸方向に
多極着磁された円板型磁石からなる回転子51と、回転子
51を軸方向に沿って上下から挟持する一対の固定子52及
び53とから構成されている。例えば、上側固定子52はコ
イル54と、コイル54を収納するヨークケース55と、ヨー
クケース55に係合し且つ円板型磁石の一面に対向配置さ
れるヨークプレートとから構成されている。ヨークプレ
ートは内側ヨークリング56と外側ヨークリング57とから
なり同一平面上に配置される。かかる偏平ロータ形PMス
テップモータは回転軸方向に多極着磁された円板型磁石
をロータとして用いる為、磁石材料の磁束発生能力を十
分に活かすことができ円筒型磁石に比べて大きな回転力
を得ることができるという利点がある。又、ヨークリン
グに形成される磁極片は平面形状を有する為、円筒ロー
タ形PMステップモータの場合における様にヨークプレー
トの絞り加工を必要とせず単にプレス加工により形成す
ることができるので、磁極片配列の位置精度が良いとい
う利点を有する。FIG. 7 is a schematic exploded perspective view of a conventional flat rotor type PM step motor. This type of motor includes a rotor 51 composed of a disk-shaped magnet magnetized in multiple poles in the rotation axis direction and a rotor 51.
It is composed of a pair of stators 52 and 53 that sandwich the 51 from above and below along the axial direction. For example, the upper stator 52 is composed of a coil 54, a yoke case 55 that houses the coil 54, and a yoke plate that is engaged with the yoke case 55 and faces one surface of the disk magnet. The yoke plate is composed of an inner yoke ring 56 and an outer yoke ring 57 and arranged on the same plane. Since such a flat rotor PM step motor uses a disk-type magnet magnetized with multiple poles in the direction of the rotation axis as a rotor, it can fully utilize the magnetic flux generating ability of the magnet material and has a larger rotational force than a cylindrical magnet. There is an advantage that can be obtained. Further, since the pole pieces formed on the yoke ring have a planar shape, they can be formed simply by pressing without drawing the yoke plate unlike the case of the cylindrical rotor type PM step motor. This has the advantage that the positional accuracy of the array is good.
しかしながら第６図と第７図を比較してみれば明らか
な様に、偏平回転子51を構成する円板型磁石は回転軸に
対して垂直方向に大きな外径を有している。これに対し
て円筒回転子41を構成する円筒型磁石は回転軸の回りに
限定された小さな外径形状を有する。従って、各磁石が
同一の質量を有すると仮定すれば、偏平回転子51は円筒
回転子41に比べて大きな慣性モーメントを有している。
従って、従来の偏平ロータ形PMステップモータは回転子
の慣性モーメントが大きな事に起因して応答特性が悪い
という問題点があった。However, as is clear from comparing FIG. 6 and FIG. 7, the disc magnet constituting the flat rotor 51 has a large outer diameter in the direction perpendicular to the rotation axis. On the other hand, the cylindrical magnet that constitutes the cylindrical rotor 41 has a small outer diameter shape limited around the rotation axis. Therefore, assuming that each magnet has the same mass, the flat rotor 51 has a larger moment of inertia than the cylindrical rotor 41.
Therefore, the conventional flat rotor type PM step motor has a problem that the response characteristic is poor due to the large moment of inertia of the rotor.
上述した従来の技術の問題点に鑑み、本考案は小さな
慣性モーメントを有する偏平円板型回転子の構造を提供
する事を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems of the conventional technique, an object of the present invention is to provide a structure of a flat disc rotor having a small moment of inertia.
上記目的を達成する為に、本考案にかかるステップモ
ータは、回転軸方向に所定の間隙を介して対向配置され
た一対の固定子と、回転軸方向に着磁された複数の磁区
が形成され且つ上記間隙に装着された円板型磁石を有す
る回転子とから構成されている。その特徴的部分とし
て、該該円板型磁石は磁極を交互に反転しながら周方向
に沿って整列された複数の磁区を互いに磁気的に分離す
る為の非着磁領域を有しており、この非着磁領域の質量
分を少くとも一部除去した構造となっている。In order to achieve the above object, a step motor according to the present invention includes a pair of stators arranged facing each other with a predetermined gap in the rotation axis direction and a plurality of magnetic domains magnetized in the rotation axis direction. In addition, the rotor is provided with a disk-shaped magnet mounted in the gap. As a characteristic part thereof, the disc-shaped magnet has a non-magnetized region for magnetically separating a plurality of magnetic domains aligned along the circumferential direction while alternately inverting the magnetic poles, The structure is such that at least a part of the mass of the non-magnetized region is removed.
好ましくは該非着磁領域に透孔を形成して質量分を部
分的に除去している。加えて、かかる透孔に、円板型磁
石を構成する材料より小さな比重を有する補強材を充填
した構造としても良い。Preferably, a through hole is formed in the non-magnetized area to partially remove the mass. In addition, such a through hole may be filled with a reinforcing material having a specific gravity smaller than that of the material forming the disc magnet.
あるいは、非着磁領域に凹部又は切欠を形成すること
により、非着磁領域の肉厚を、磁区を形成する着磁領域
の肉厚より小さくしても良い。Alternatively, the thickness of the non-magnetized region may be made smaller than the thickness of the magnetized region forming the magnetic domain by forming a recess or a notch in the non-magnetized region.
一般に、中心軸の回りにおける円板の慣性モーメント
はＪ＝1/2WR2で表わされる。ここで、Ｊは慣性モーメン
ト、Ｗは円板の質量及びＲは円板の半径である。この関
係式から明らかな様に、質量Ｗを小さくすることにより
慣性モーメントＪを減少させることができる。本考案に
おいては、ステップモータの回転トルクの出力に寄与し
ない円板型磁石の非着磁領域に着目して、この領域内の
質量分のみを選択的に除去する構造とした。この結果、
ステップモータの出力特性に影響を与える事なく偏平回
転子の慣性モーメントを低減する事ができ、ステップモ
ータの応答特性を改善する事が可能となった。Generally, the moment of inertia of the disk around the central axis is represented by J = 1 / 2WR 2 . Here, J is the moment of inertia, W is the mass of the disc, and R is the radius of the disc. As is clear from this relational expression, the inertia moment J can be reduced by reducing the mass W. In the present invention, focusing on the non-magnetized region of the disc magnet that does not contribute to the output of the rotation torque of the step motor, the structure is such that only the mass portion within this region is selectively removed. As a result,
The inertia moment of the flat rotor can be reduced without affecting the output characteristics of the step motor, and the response characteristics of the step motor can be improved.
以下図面を参照して本考案の好適な実施例を詳細に説
明する。Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図は本考案にかかる偏平軽量ロータ形PMステップ
モータの構造を示す模式的断面図である。断面は回転軸
に沿って取られている。図示する様に、ステップモータ
は回転軸方向に所定の間隙を介して対向配置された上下
一対の固定子１及び２と、固定子の内部に軸支された回
転子３とから構成されている。回転子３は回転軸４と、
回転軸４の周囲に固定された円板型磁石５とからなる。
円板型磁石５には回転軸方向に着磁された複数の磁区が
形成されており且つ上下一対の固定子１及び２の間の間
隙に装着されている。円板型磁石５は磁極を交互に反転
しながら周方向に沿って整列された複数の磁区を互いに
磁気的に分離する為の非着磁領域を有している。そし
て、この非着磁領域の質量分を少くとも一部除去した構
造を有している。この為、円板型磁石５は回転軸４に関
して低減された慣性モーメントを有する。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a flat lightweight rotor type PM step motor according to the present invention. The cross section is taken along the axis of rotation. As shown in the figure, the step motor is composed of a pair of upper and lower stators 1 and 2 arranged to face each other with a predetermined gap in the rotation axis direction, and a rotor 3 axially supported inside the stator. . The rotor 3 has a rotating shaft 4,
It is composed of a disk-shaped magnet 5 fixed around the rotary shaft 4.
The disk-shaped magnet 5 has a plurality of magnetic domains magnetized in the direction of the rotation axis and is mounted in the gap between the pair of upper and lower stators 1 and 2. The disc magnet 5 has a non-magnetized region for magnetically separating a plurality of magnetic domains arranged along the circumferential direction from each other while alternately inverting the magnetic poles. Further, it has a structure in which at least a part of the mass of the non-magnetized region is removed. For this reason, the disk magnet 5 has a reduced moment of inertia with respect to the rotation axis 4.
上側の固定子１はコイル６と、コイル６を収納する二
重円筒型のヨークケース７と、ヨークケース７の開放端
面に係合し且つ円板型磁石５の一面に対向配置されるヨ
ークプレート８とから構成されている。ヨークプレート
８は複数の磁区に対応した形状及び配列を有する複数の
磁極片を具備している。又、ヨークケース７の中央部開
口には軸受９が装着されており回転軸４の一端を軸支す
る。下側固定子２も同様な構造を有し、コイル10、ヨー
クケース11、ヨークプレート12及び軸受13とからなる。
これら一対の固定子１及び２は案内リング14により相互
に結合されている。The upper stator 1 is a coil 6, a double-cylindrical yoke case 7 that houses the coil 6, and a yoke plate that is engaged with the open end surface of the yoke case 7 and faces one surface of the disk magnet 5. 8 and. The yoke plate 8 is provided with a plurality of magnetic pole pieces having a shape and arrangement corresponding to a plurality of magnetic domains. A bearing 9 is mounted in the opening of the center of the yoke case 7 to support one end of the rotary shaft 4. The lower stator 2 also has a similar structure and includes a coil 10, a yoke case 11, a yoke plate 12 and a bearing 13.
The pair of stators 1 and 2 are connected to each other by a guide ring 14.
かかる構造を有するステップモータにおいては、円板
型磁石５は回転軸方向に沿って多極着磁されているので
異方性フェライト磁石を使う事が可能となる。従って、
半径方向に多極着磁させる為に等方性磁石を使った円筒
ロータ形PMステップモータに比べてエネルギー積で約2.
5倍の高性能回転子を得る事ができる。又、ヨークプレ
ート８は円板型磁石５の平面に対向配置された平面形状
を有し複数の磁極片は同一平面上に形成される。従って
その加工方法は円筒型PMステップモータの場合の様に立
曲げ絞り加工を必要とせず、プレス打抜きのみで精度の
良い固定子部品を安価に生産する事が可能となる。更
に、円板型磁石５は均一な肉厚を有する円板部材ではな
く、ステップモータの出力トルク特性に寄与しない非着
磁領域の質量分を少くとも一部除去する構造を有してい
るので、駆動パルスに対する応答特性が改善されてい
る。In the step motor having such a structure, the disc magnet 5 is magnetized in multiple poles along the rotation axis direction, so that it is possible to use an anisotropic ferrite magnet. Therefore,
The energy product is approximately 2.compared to a cylindrical rotor type PM step motor that uses an isotropic magnet to magnetize multiple poles in the radial direction.
You can get a high-performance rotor of 5 times. Further, the yoke plate 8 has a planar shape opposed to the plane of the disc magnet 5, and a plurality of magnetic pole pieces are formed on the same plane. Therefore, the processing method does not require vertical bending drawing unlike the case of the cylindrical PM step motor, and it becomes possible to inexpensively produce a highly accurate stator component only by press punching. Further, the disc magnet 5 is not a disc member having a uniform thickness, but has a structure for removing at least part of the mass of the non-magnetized region that does not contribute to the output torque characteristic of the step motor. , The response characteristic to the drive pulse is improved.
第２図に本考案にかかる円板型磁石の第１の実施例を
示す。図示する様に、円板型磁石５は回転軸方向に沿っ
て多極着磁された６個の磁区15を有する。６個の磁区15
は着磁の方向即ち磁極を交互に反転しながら円板型磁石
の周方向に沿って整列している。そして、６個の磁区15
を互いに磁気的に分離する為に放射状の非着磁領域16を
有する。第２図において、この非着磁領域16は斜線で示
されている。非着磁領域16にはその放射部に沿って６個
の矩形透孔17が形成されている。即ち、非着磁領域16の
質量分を除去する構造としている。かかる形状を有する
円板型磁石は金型を用いたプレス成形あるいは焼結成形
により量産する事が可能である。FIG. 2 shows a first embodiment of the disc magnet according to the present invention. As shown in the figure, the disk-shaped magnet 5 has six magnetic domains 15 which are multi-pole magnetized along the rotation axis direction. 6 magnetic domains 15
Are aligned along the circumferential direction of the disk magnet while alternately inverting the direction of magnetization, that is, the magnetic poles. And 6 magnetic domains 15
Have magnetic non-magnetized regions 16 in order to magnetically separate them from each other. In FIG. 2, this non-magnetized region 16 is shown by hatching. In the non-magnetized area 16, six rectangular through holes 17 are formed along the radiating portion. That is, the structure is such that the mass of the non-magnetized region 16 is removed. The disk-shaped magnet having such a shape can be mass-produced by press molding or sinter molding using a mold.
第３図は本考案にかかる円板型磁石の第２の実施例を
示す平面図である。基本的構造は第２図の実施例と同様
であるが、本実施例の場合には透孔17の中に補強材18が
充填されている。この補強材18は円板型磁石の材料より
小さな比重を有する材料、例えばプラスチックからな
り、円板型磁石と一体成形する事が可能である。一般
に、磁石材料として用いられるフェライトの比重は５で
あり、又希土類磁石材料の比重は約８である。これに対
して、プラスチック材料の比重は約２であるので、この
比重差に応じて非着磁領域の実効質量を低減する事が可
能である。FIG. 3 is a plan view showing a second embodiment of the disc magnet according to the present invention. The basic structure is the same as that of the embodiment of FIG. 2, but in this embodiment, the through hole 17 is filled with the reinforcing material 18. The reinforcing member 18 is made of a material having a smaller specific gravity than that of the disc magnet, such as plastic, and can be integrally molded with the disc magnet. Generally, the specific gravity of ferrite used as a magnet material is 5, and the specific gravity of a rare earth magnet material is about 8. On the other hand, since the specific gravity of the plastic material is about 2, it is possible to reduce the effective mass in the non-magnetized region according to the difference in specific gravity.
第４図は円板型磁石の第３の実施例を示す平面図及び
側面図である。本実施例においては円板型磁石５は環状
構造を有する。この環に沿って６個の磁区15が形成され
ている。環状磁石の中央開口には例えば内部に中空の形
成された回転軸筒が装着固定される様になっている。隣
接する磁区15は非着磁領域16によって互いに磁気的に分
離されている。側面図を見れば明らかな様に、この非着
磁領域16には切欠17が設けられている。換言すると、非
着磁領域16の肉厚は磁区15を形成する着磁領域の肉厚よ
り小さく設定されているので、不必要な質量分が除去さ
れている。FIG. 4 is a plan view and a side view showing a third embodiment of the disc magnet. In this embodiment, the disc magnet 5 has an annular structure. Six magnetic domains 15 are formed along this ring. For example, a hollow rotating shaft cylinder is mounted and fixed in the central opening of the annular magnet. Adjacent magnetic domains 15 are magnetically separated from each other by non-magnetized regions 16. As is clear from the side view, the non-magnetized region 16 is provided with a cutout 17. In other words, the thickness of the non-magnetized region 16 is set to be smaller than the thickness of the magnetized region forming the magnetic domain 15, so that unnecessary mass is removed.
第５図は本考案にかかる円板型磁石の第４の実施例を
示す平面図及び側面図である。本実施例は第４図に示す
環状構造と類似しているが、磁区15の周方向幅を比較的
小さく設定し非着磁領域16の周方向幅を比較的大きく設
定している。そして、非着磁領域16の肉厚を着磁領域に
比べて小さくしている。この結果、均一な肉厚を有する
環状磁石に比べて著しくその実効質量を低減する事が可
能となる。この場合、磁区15の寸法形状に合わせてヨー
クプレートに形成される磁極片の寸法形状を設定する必
要がある。FIG. 5 is a plan view and a side view showing a fourth embodiment of the disc magnet according to the present invention. Although this embodiment is similar to the annular structure shown in FIG. 4, the circumferential width of the magnetic domain 15 is set relatively small, and the circumferential width of the non-magnetized region 16 is set relatively large. The thickness of the non-magnetized region 16 is made smaller than that of the magnetized region. As a result, it is possible to significantly reduce the effective mass of the annular magnet as compared with an annular magnet having a uniform thickness. In this case, it is necessary to set the size and shape of the pole pieces formed on the yoke plate according to the size and shape of the magnetic domain 15.
以上説明した様に、本考案によれば円板型磁石の非着
磁領域の質量分を少くとも一部除去する事により円板型
磁石を軽量化し慣性モーメントを低減する事によりステ
ップモータとしての応答性が向上するという効果があ
る。又、円板型磁石を例えば高価な希土類磁石材料で形
成する場合には、磁気的に不必要な部分における材料の
節約が可能となるのでステップモータの製造コストを低
減できるという効果もある。As described above, according to the present invention, at least a part of the mass of the non-magnetized region of the disc magnet is removed to reduce the weight of the disc magnet and reduce the moment of inertia. This has the effect of improving responsiveness. Further, when the disc magnet is made of, for example, an expensive rare earth magnet material, it is possible to save the material in a magnetically unnecessary portion, so that the manufacturing cost of the step motor can be reduced.
第１図は本考案にかかる偏平ロータ形PMステップモータ
の断面図、第２図は本考案にかかる円板型磁石の第１の
実施例を示す平面図、第３図は同じく第２の実施例を示
す平面図、第４図は同じく第３の実施例を示す平面図及
び側面図、第５図は同じく第４の実施例を示す平面図及
び側面図、第６図は従来の円筒ロータ形PMステップモー
タの構造を示す模式的分解斜視図、及び第７図は従来の
偏平ロータ形PMステップモータの構造を示す模式的分解
斜視図である。 １……上側固定子、２……下側固定子 ３……回転子、４……回転軸 ５……円板型磁石、６……コイル ７……ヨークケース、８……ヨークプレート ９……軸受、10……コイル 11……ヨークケース、12……ヨークプレート 13……軸受、14……案内リング 15……磁区、16……非着磁領域 17……透孔、18……補強部材FIG. 1 is a cross-sectional view of a flat rotor type PM step motor according to the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a first embodiment of a disc magnet according to the present invention, and FIG. 3 is also a second embodiment. An example plan view, FIG. 4 is a plan view and side view showing the same as the third embodiment, FIG. 5 is a plan view and side view showing the same as the fourth embodiment, and FIG. 6 is a conventional cylindrical rotor. FIG. 7 is a schematic exploded perspective view showing the structure of a conventional PM step motor, and FIG. 7 is a schematic exploded perspective view showing the structure of a conventional flat rotor PM step motor. 1 ... Upper stator, 2 ... Lower stator 3 ... Rotor, 4 ... Rotating shaft 5 ... Disc magnet, 6 ... Coil 7 ... Yoke case, 8 ... Yoke plate 9 ... … Bearing, 10 …… Coil 11 …… Yoke case, 12 …… Yoke plate 13 …… Bearing, 14 …… Guide ring 15 …… Magnetic domain, 16 …… Non-magnetized area 17 …… Through hole, 18 …… Reinforcement Element
Claims (4)
された一対の固定子と、回転軸方向に着磁された複数の
磁区が形成され且つ上記間隙に装着された円板型磁石を
有する回転子とからなるステップモータにおいて、 該円板型磁石は磁極を交互に反転しながら周方向に沿っ
て整列された複数の磁区を互いに磁気的に分離する為の
非着磁領域を有し、該非着磁領域の質量分を少くとも一
部除去する構造とした事を特徴とするステップモータ。1. A disk-shaped magnet having a pair of stators arranged opposite to each other in the direction of the rotation axis with a predetermined gap, and a plurality of magnetic domains magnetized in the direction of the rotation axis, and mounted in the gap. And a rotor having a rotor, the disk-shaped magnet has a non-magnetized region for magnetically separating a plurality of magnetic domains aligned in the circumferential direction from each other while alternately inverting the magnetic poles. A step motor having a structure in which at least a part of the mass of the non-magnetized region is removed.
する請求項１に記載のステップモータ。2. The step motor according to claim 1, wherein a through hole is formed in the non-magnetized region.
を有する補強材を充填した事を特徴とする請求項２に記
載のステップモータ。3. The step motor according to claim 2, wherein the through hole is filled with a reinforcing material having a specific gravity smaller than that of the material of the disk magnet.
領域の肉厚より小さく設定した事を特徴とする請求項１
に記載のステップモータ。4. The thickness of the non-magnetized region is set smaller than the thickness of the magnetized region forming the magnetic domain.
Step motor described in.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1990026377U JP2515194Y2 (en) | 1990-03-14 | 1990-03-14 | Flat lightweight rotor type PM step motor |
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| JP1990026377U JP2515194Y2 (en) | 1990-03-14 | 1990-03-14 | Flat lightweight rotor type PM step motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03117369U JPH03117369U (en) | 1991-12-04 |
| JP2515194Y2 true JP2515194Y2 (en) | 1996-10-30 |
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Family Applications (1)
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| JP1990026377U Expired - Lifetime JP2515194Y2 (en) | 1990-03-14 | 1990-03-14 | Flat lightweight rotor type PM step motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03117369U (en) | 1991-12-04 |
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