JP3896253B2 - モータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステッピングモータに係わり、より具体的には、さまざまなＯＡ機器、ＡＶ機器をはじめ、ロボットやカメラ等狭隘な閉鎖空間に固装され、位置決めや合焦などの自動制御機構に適用されるステッピングモータまたはシンクロナスモータの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステッピングモータは、ロータ部およびケース、コイル、コア、軸受部、端子部を含むステータ部から構成され、ロータ軸に垂直な胴径寸法（以下モータ幅）は、ケース外径により画定される。しかしながら、ケース外径をモータ幅とすると、巻線の可能な最大外径はケース外径からケース板厚および巻線とケースの絶縁用ギャップを減じた数値となる。従って、モータの設置環境でモータ幅が制約されると、モータ定格を満足する有効な巻線数が捲回できない。さらに、軸方向の長さが制約されると、巻線容量が影響を受け、トルク特性の低下を生じる。
【０００３】
そこで、特開平１１−８９２０７号に開示されたステッピングモータによれば、特定した直径方向の両側でヨークプレート６，１１に磁極片４ｅ，９ｅ，６ｃ，１１ｃを形成せず、回転子１に平行なヨークケース４，９に欠損部を設けて、特定方向の寸法を短縮させている。この場合、回転子の直径やコイルの巻数を減少させないことを前提としているから、コイル体２５の太さが縮小されないまま、エアギャップを維持して円弧の弦に相当する平面部分を欠損させると、回転子の面と交差することになるから、小形化のためにはヨークケース４，９のこの部分に相当するコイル内側の磁極片を削除せざるを得ない。すなわち、特開平１１−８９２０７号の基本思想では、コイルを内側に変化させることによって外形の縮小を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、寸法を短縮した方向に磁極片４ｅ，９ｅ，６ｃ，１１ｃが形成されないことにより、回転子１全周の磁場は不均一となり、例えば周波数特性やトルク特性等に関するモータ特性が影響を受ける。
【０００５】
そこで本発明の目的は、特定方向のモータ幅を短縮し、しかも全周均等な磁場形成とともに有効な巻線数が確保でき少ない電流で大きなトルクが得られるステッピングモータまたはシンクロナスモータを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係わるモータは、基本的にはマグネットを備えたロータと、このロータ外周の周方向に複数の櫛歯状の極歯を円筒状に全周にわたって形成するとともに該極歯を軸方向に切り起こして該ロータ外周に対向配置したステータヨークと、このステータヨークに巻線を捲回したボビンと、前記ロータ、前記ステータヨークおよび導電体で円筒状に形成され前記ボビンを囲繞するモータケースとを有するモータであって、前記巻線は前記極歯に沿って前記ロータを囲むように前記ボビンに捲回し、前記ロータの中心軸と平行方向に延設された前記モータケースの側壁部に前記巻線の外径の接線に沿って相対する前記ボビンの対向部位を平行に切欠いて平坦な開口部を設け、この開口部から前記ボビンの巻線捲回部外周側を突出させ、巻線量を増大させた。
【０００７】
また、前記巻線の外径の接線に沿って相対する前記ボビンの対向部位を平行に切欠いて平坦な開口部を設け、この開口部の近傍に、前記ボビンの巻線捲回部外周側を臨ませるようにしてもよい。通常、外形を画定する導電性モータケース内壁からの絶縁距離確保のため、ステータボビンの巻線捲回部外周側をそれ以上外部に配設できないが、上記側壁を切除したことによって、モータそのものにおいては絶縁距離に関する問題が解消され、従来は導電性モータケース側壁が存在するはずの開口部近傍までステータボビンの捲回部を増設することが可能になる。
【０００８】
その上、前記モータケースの側壁には、前記切り欠いた平坦な開口部の端部近傍において周方向に不連続な屈曲部を形成した。この屈曲構造で、欠損部の端部剛性が向上して精度保持が容易となり、巻線捲回部をより欠損部に接近させ、あるいは状況によって突設させることが可能となり、巻線量の増加が図れる。さらに、前記モータケースは磁性体で形成し、前記ステータヨークを兼ねさせた。このため部品が共通化され、部品点数を削減することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係わるモータの実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係わる第一実施例としてＰＭ形ステッピングモータ１０を軸方向から一部を断面で示した正面図で、図２は図１の２−２線に沿って上半分を断面で示す側面図、図３は図１および図２で示した第一実施例のモータ１０について理解を容易にするために概略の構成を図示した分解斜視図である。また、図４は第二実施例で、半分を軸断面で示した正面図である。さらに、図５は第三実施例で、半分を軸断面で示した正面図である。第二実施例および第三次実施例の図示の中で、第一実施例と共通する部材には、同一の符号に添字-2または-3を付記して表示する。
【００１０】
ロータ１１は、回転軸１１ａの周方向に所用数のＮ−Ｓ極が分布する多極着磁された円柱形のマグネットである。また、ステータ１２ａ，１２ｂは、構成を同じくするＡ相およびＢ相の二ブロックである。本実施例のステッピングモータ１０におけるＢ相ブロック１２ｂは、スラスト軸受板１３の中心に鋼球１４を配して、回転軸１１ａを支持する。スラスト軸受板１３はまた、軸方向に所定範囲内で自由度が許容されるように、両端にＳ字形屈曲部１６を設けた板バネ１７をキャップ１５にスナップ結合させて、中央部を切起こした押圧部１７ａによって、鋼球１４取付面の反対側から軸方向に摺動可能に弾性支持されている。
【００１１】
ステータ１２ａ，１２ｂは、Ａ相コイル１８ａが捲回されたボビン１９ａと、Ｂ相コイル１８ｂが捲回されたボビン１９ｂ、および各ヨーク板２０ａ，２１ａ，２０ｂ，２１ｂの円形内周に直角に切り起こされた、同形状の櫛状のクローポール（極歯）２２ａ，２３ａ，２２ｂ，２３ｂをもつ。Ａ相の二つのクローポール２２ａ，２３ａおよびＢ相のクローポール２２ｂ，２３ｂはそれぞれ逆方向に延在して交互に配置し、ヨーク板２１ａ，２１ｂを内側ステータヨーク２５ａ，２５ｂとし、外側ステータヨークとなるヨーク板２０ａ，２０ｂと共にステータヨークケース２６ａ，２６ｂを構成する。
【００１２】
Ａ相およびＢ相の各コイル１８ａ，１８ｂは、対向する二つのステータヨークケース２６ａ，２６ｂにそれぞれ収容されており、Ａ相コイル１８ａは外側ヨーク板２０ａと内側ヨーク板２１ａの内縁に環状配置されたクローポール２２ａ，２３ａに沿ってロータ１１を囲むように捲回され、Ｂ相コイル１８ｂは外側ヨーク板２０ｂと内側ヨーク板２１ｂの内縁に環状配置されたクローポール２２ｂ，２３ｂに沿ってロータ１１を囲むように捲回される。そして、Ａ相ボビン１９ａとＢ相ボビン１９ｂは、それぞれボビン鍔部２４ａ，２４ｂを介してステータヨーク２６ａ，２５ａ；２５ｂ，２６ｂによって挟持される。モータケースを兼ねて磁性体で構成され、ロータ１１と共に各コイル１８ａ，１８ｂを収容し、内側ステータヨーク２５ａ，２５ｂを含む二つのステータヨークケース２６ａ，２６ｂは、適当な結合手段で相互に連結される。このうち、Ａ相側ヨーク板２０ａは、回転軸１１ａの一方の軸受（図示しない）を備える取付板２７と一体に固設される。
【００１３】
２８ａ，２７ａ；２８ｂ，２７ｂはそれぞれＡ相およびＢ相各コイル１８ａ，１８ｂに対する外部端子である。端子２８ａ，端子２７ａで電流を逆方向に切り替えてＡ相励磁状態を反転させ（−Ａ）相励磁状態とする。一方、端子２８ｂ，端子２７ｂで電流を逆方向に切り替えてＢ相励磁状態を反転させ（−Ｂ）相励磁状態とする。各端子２８ａ，２７ａ；２８ｂ，２７ｂそれぞれに端子台３０ａ，３０ｂが設けられている。設置環境によっては端子台３０ａ，３０ｂを設けずに、各端子２８ａ，２７ａ；２８ｂ，２７ｂを直接リード線として引出すことも可能である。
【００１４】
このモータケースを兼ねて磁性体で構成したステータヨークケース２６ａ，２６ｂは、基本的にコイル１８ａ，１８ｂの外径の接線に沿った相対する平行な平面で截断して開口部３１を設ける。このため、コイル１８ａ，１８ｂは露出されるが、コイル１８ａ，１８ｂ外周とステータヨークケース２６ａ，２６ｂ内面間のエアギャップｄおよび壁厚ｔが削除され、同一出力特性のモータに関しては、２（ｄ＋ｔ）だけ径方向にモータ幅を縮小することができ、あるいはコイル巻線を増量することができる（図１参照）。
【００１５】
第一実施例のモータ１０の開口部３１は、各端子２８ａ，２７ａ；２８ｂ，２７ｂの取出し方向を設定して設けた端子台３０ａ，３０ｂの軸線と平行な面である（図１〜図３参照）が、開口部３１は、装着場所の形状に応じた変更が可能であるが、この変更でモータ特性が影響を受けることはない。図４および図５に示す第二実施例および第三実施例のモータ１０-2，１０-3は、第一実施例の開口部３１に加えて、この開口面に垂直な平面でモータケースを截断した開口部３１-2，３１-3により、端子台３０ａ，３０ｂの軸線方向にモータ幅を縮減したものである。
【００１６】
また、モータケースを兼ねて磁性体で構成されたステータヨークケース２６ａ，２６ｂは、開口部３１近傍において周方向に不連続な屈曲部３２を第一実施例のモータ１０のステータヨークケース２６に設けたことにより構造的強度を発生させることができる。図５に第三実施例として示すモータ１０-3では、ステータヨークケース２６-3の残された四か所にコーナとして屈曲部３２-3を形成したものである。以上、本発明に係わるモータの実施の形態として、ＰＭ形ステッピングモータ１０を実施例として説明したが、このモータの作動および駆動回路は公知であるので説明を省略する。
【００１７】
上記したＰＭ形ステッピングモータによる実施例は本発明を限定するものではく、本発明の特許請求の範囲内で、ＨＢ形やＶＲ形にも適用可能であり、例えば、端子台を設けずにリード線を引出す構成で、ヨークケース外形に形成する開口部面で正三角柱状や正四角柱状あるいは変則的な形状に形成する等、多様な変更例や再構成が可能であることは当然予期されるところである。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係わるモータによれば、モータ外郭側面を開口させてモータ幅を縮減し、モータ外形として許される位置まで巻線することにしたので、巻線容量が増加し、トルク、送り精度等の性能が向上し、巻線抵抗が従来より高く設定できるため省電力化を図ることができる。また巻径が稼げるので、長手方向の寸法が短縮できる。すなわち同一トルクで比較すると、径方向で１６％、長さ方向では３６〜４７％の縮小が可能になる。
【００１９】
さらに、モータケースの側壁に屈曲部を設けて構造体を形成したので、強度を向上させることができる。その上、モータケースを磁性体で形成し、ヨークを兼ねさせたことによって部品が共通化され、部品点数が削減できることで、コストダウンが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるモータの第一実施例を軸方向から一部断面で示した正面図である。
【図２】図１の２−２線に沿って上半分を断面で示した側面図である。
【図３】本発明に係わるモータの第一実施例における概略の構成を示す分解斜視図である。
【図４】本発明に係わるモータの第二実施例を軸方向から半分を断面で示した正面図である。
【図５】本発明に係わるモータの第三実施例を軸方向から半分を断面で示した正面図である。
【符号の説明】
１０ ＰＭ形ステッピングモータ
１１ ロータ
１２ ステータ
１３ スラスト軸受板
１４ 鋼球
１５ キャップ
１７ 板バネ
１８ａ Ａ相コイル
１８ｂ Ｂ相コイル
２２ａ，ｂ クローポール
２３ａ，ｂ クローポール
２４ａ，ｂ ボビン鍔部
２５ａ，ｂ 内側ヨーク
２６ａ，ｂ ステータヨークケース（モータケース）
２８ａ Ａ相端子
２７ｂ Ｂ相端子
３１ 開口部
３２ 屈曲部

Claims (4)

1. マグネットを備えたロータと、このロータ外周の周方向に複数の櫛歯状の極歯を円筒状に全周にわたって形成するとともに該極歯を軸方向に切り起こして該ロータ外周に対向配置したステータヨークと、このステータヨークに巻線を捲回したボビンと、前記ロータ、前記ステータヨークおよび導電体で円筒状に形成され前記ボビンを囲繞するモータケースとを有するモータにおいて、前記巻線は前記極歯に沿って前記ロータを囲むように前記ボビンに捲回し、前記ロータの中心軸と平行方向に延設された前記モータケースの側壁部に前記巻線の外径の接線に沿って相対する前記ボビンの対向部位を平行に切欠いて平坦な開口部を設け、この開口部の近傍に前記ボビンの巻線捲回部外周側を臨ませたことを特徴とするモータ。
2. マグネットを備えたロータと、このロータ外周の周方向に複数の櫛歯状の極歯を円筒状に全周にわたって形成するとともに該極歯を軸方向に切り起こして該ロータ外周に対向配置したステータヨークと、このステータヨークに巻線を捲回したボビンと、前記ロータ、前記ステータヨークおよび導電体で円筒状に形成され前記ボビンを囲繞するモータケースとを有するモータにおいて、前記巻線は前記極歯に沿って前記ロータを囲むように前記ボビンに捲回し、前記ロータの中心軸と平行方向に延設された前記モータケースの側壁部に前記巻線の外径の接線に沿って相対する前記ボビンの対向部位を平行に切欠いて平坦な開口部を設け、この開口部から前記ボビンの巻線捲回部外周側を突出させたことを特徴とするモータ。
3. 前記モータケースの側壁には、前記切り欠いた開口部の端部近傍において周方向に不連続な屈曲部を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記モータケースを磁性体で形成し、前記ステータヨークを兼ねさせたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のモータ。

Images