JP3984846B2 - モータおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小径ながら比較的大きなトルクを得ることができるモータであって、ロータ磁石の軸方向に駆動コイルが並設されたモータ、およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
小径ながら比較的大きなトルクを得ることができるモータの例として、ロータ磁石の軸方向に複数の駆動コイルが並設されたモータが提案されている。
伝統的なモータの構造は、ステータコイルの内周側にロータ磁石を回転自在に配置したインナーロータ型モータ、ステータコイルの外周側にロータ磁石を回転自在に配置したアウターロータ型モータである。かかる伝統的なモータによれば、モータの外径が大きくなるため、小径のモータが望まれる用途には適さない。そこで、ロータ磁石の軸方向に複数の駆動コイルを並設したモータが提案されている。かかるモータによれば、ステータとロータが軸方向に並ぶため、外径を小さくすることができ、外径を小さくしても比較的大きなトルクを得ることができる。
【０００３】
図７は、まだ公には知られていないが、過去に提案されたロータ磁石の軸方向に複数の駆動コイルを並設したモータの例を示している。このモータはステッピングモータの例である。図７において、符号４５はロータ軸を示しており、このロータ軸４５の長さ方向のほぼ中央部にはロータ磁石４６が一体に取り付けられている。ロータ磁石４６には、周方向に一定間隔でＳ極とＮ極が交互に着磁されている。ロータ軸４５とロータ磁石４６でモータのロータを構成している。
【０００４】
ロータ磁石４６の軸方向両側に、ボビンに巻かれた駆動コイル５０、５５を含む一対のステータが配置されている。一方のステータは、一対のコア板４７、５１と、上記駆動コイル５０とを有してなる。一方のコア板４７は駆動コイル５０の外端面に対向する平面と駆動コイル５０の外周面に対向する円筒面を有する。この円筒面はロータ磁石４６の軸方向ほぼ中間部まで延び出てロータ磁石４６の外周面と僅かな間隙をおいて対向するとともに、周方向に一定間隔で切り欠かれて、櫛歯状の極歯４８が形成されている。上記他方のコア板５１は、駆動コイル５０の内周面に対向する円筒面と、これに続き駆動コイル５０の内端面に対向する平面と、ロータ磁石４６の軸方向ほぼ中間部まで延び出てロータ磁石４６の外周面と僅かな間隙をおいて対向するとともに、周方向に一定間隔で切り欠かれてなる櫛歯状の極歯５２とを有してなる。コア板４７の極歯４８と、コア板５１の極歯５２は、周方向に交互に適宜の間隙をおいて配置されている。
【０００５】
前述の、一対のステータの他方は、一対のコア板５３、５６と、前記駆動コイル５５とを有してなる。一方のコア板５３は駆動コイル５５の外端面に対向する平面と駆動コイル５５の外周面に対向する円筒面を有する。この円筒面はロータ磁石４６の軸方向ほぼ中間部まで延び出てロータ磁石４６の外周面と僅かな間隙をおいて対向するとともに、周方向に一定間隔で切り欠かれて、櫛歯状の極歯５４が形成されている。上記他方のコア板５６は、駆動コイル５５の内周面に対向する円筒面と、これに続き駆動コイル５５の内端面に対向する平面と、ロータ磁石４６の軸方向ほぼ中間部まで延び出てロータ磁石４６の外周面と僅かな間隙をおいて対向するとともに、周方向に一定間隔で切り欠かれてなる櫛歯状の極歯５７とを有してなる。コア板５３の極歯５４と、コア板５６の極歯５７は、周方向に交互に適宜の間隙をおいて配置されている。コア板４７、５１で囲まれる空間には、ボビンを介して駆動コイル５０が配置され、コア板５３，５６で囲まれる空間には、ボビンを介して駆動コイル５５が配置されている。駆動コイル５０、５５は、ロータ軸４５を中心とした円筒状に巻かれている。
【０００６】
上記一対のステータの各外端面には端板４１、４２が固定され、各端板４１、４２に形成されている中心孔には、磁性材からなる軸受４３、４４の小径部が嵌められ、軸受４３、４４が端板４１、４２に固定されている。前記ロータ軸４５は、上記コア板５１、５６の中心孔を、僅かな間隙をおいて貫通し、また、軸受４３，４４の中心孔を貫通してこの軸受４３、４４によって回転自在に保持されている。
駆動コイル５０、５５への通電を切り替えることにより、極歯４８、５２、５４、５７の極性が切り替わり、ロータ磁石４６の磁極との磁気的吸引反発力によってロータ磁石４６が周方向に付勢され、ロータが回転駆動される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したモータの例によれば、モ−タ全体の外径に対してロータ磁石４６の外径の比率を大きくすることができるため、所定のトルクを得ながら小型化するのに有利である。
しかしながら、上記のような構成のモータによれば、各ヨーク板の形状が複雑で、部品加工、組み立てが面倒である。特に、ヨーク板は通常プレス加工によって作られるが、形状が複雑であるため、所定の形状を安定に、かつ、精度よく作ることが困難である。
また、上記構造のモータでは、軸周辺のコア部分に集中して磁束が発生するため、この部分は他の部分よりも厚みを大きくとることがモータ効率の向上に寄与する。しかし、通常のプレス加工では、軸周辺のコア部分がプレスによって折り曲げられるため、この部分が薄くなりがちであり、その結果、モータの出力トルクが小さくなっていた。
【０００８】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、コア板の加工を単純化することを可能にし、特に、一部のコア板はカーリング加工でよく、折り曲げ加工を不要にし、もって、コア板の厚さが薄くなることを回避し、より大きな出力トルクを得ることが可能なモータおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、円筒状の周面に着磁が施されたロータ磁石の軸方向に駆動コイルが並設されたモータであって、駆動コイルは、ロータ軸が挿通される中心孔を備えた円筒状に形成され、磁性体からなる１枚の平板を円筒状に曲げたカーリングケースによって駆動コイルが包囲されるとともにロータ磁石の円筒面が所定の間隙をおいて包囲され、カーリングケースは、駆動コイルとの対向面がヨーク部となり、ロータ磁石との対向面が周方向に櫛歯形状に形成された極歯となってヨーク板を兼ね、カーリングケースとは別の、極歯を有するヨーク板が上記駆動コイルの軸方向端面と対向して設けられ、上記カーリングケースの極歯と上記別のヨーク板の極歯とが周方向に交互に並んでいることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、駆動コイルは、ロータ磁石を挟んで軸方向の両側に配置されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、駆動コイルはボビンに巻かれ、ロータ軸を支持する軸受が上記ボビンに嵌められていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、円筒状の外周面に着磁が施されたロータ磁石の軸方向両側に駆動コイルが並設されたモータの製造方法であって、互いの極歯が互い違いになるように配設した一組のヨークを有し、この一組のヨークの一方側は、磁性体からなる１枚の平板を円筒状に曲げたカーリングケースとし、このカーリングケースはヨーク部と極歯とを有することによってヨーク板を兼ねさせ、上記カーリングケースで駆動コイルを包囲するとともにロータ磁石の円筒面を所定の間隙をおいて包囲するように構成し、上記カーリングケースとは別の周方向に極歯を形成したヨーク板を上記駆動コイルの軸方向端面と対向させて固定した後、この別のヨーク板の極歯を基準としてカーリングケースの極歯位置を調整し固定することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかるモータおよびその製造方法の実施形態について説明する。図示の実施形態はステッピングモータの例である。
図１ないし図６において、ロータ軸１９とこのロータ軸１９の外周に一体に取り付けられた円筒状のロータ磁石２０を主体としてモータのロータが構成されている。ロータ磁石２０には、円筒状の外周面に周方向に一定間隔で着磁されて、Ｓ極とＮ極が周方向に交互に形成されている。
【００１４】
上記ロータ磁石２０の軸方向の一側には、軸受１０、カーリングケース１１、ボビン１４、駆動コイル３０、ヨーク板１６を有してなるステータが配置され、ロータ磁石２０の軸方向の他側には、ヨーク板２２、駆動コイル３１、ボビン２４、カーリングケース２６、軸受２９を有してなる別のステータが配置されている。
【００１５】
軸受１０、軸受２９は、ロータ軸１９を挿通する中心孔を有し、各軸受１０、２９の外端側における中心孔周壁でロータ軸１９を回転自在に支持している。また、各軸受１０、２９は軸方向一端側の外径が大きく、その他は小径部となっていて、この小径部に円筒状に巻き回された駆動コイル３０、３１が嵌められている。ただし、駆動コイル３０、３１はボビン１４、２４に巻き回され、このボビン１４、２４が上記小径部に嵌められることにより、上記小径部に駆動コイル３０、３１が嵌められている。換言すれば、駆動コイル３０、３１は、ロータ軸１９が挿通される中心孔を備えた円筒状に形成されていることになる。
【００１６】
図５、図６に詳細に示されているように、内径が軸受１０の大径部とほぼ同じに形成されたカーリングケース１１が、上記駆動コイル３０の外周を覆うとともに、軸受１０の大径部の一部を覆い、カーリングケース１１の一部と軸受１０の大径部とがスポット溶接などの手段によって固定されている。このように、カーリングケース１１によって駆動コイル３０が包囲されるとともにロータ磁石２０の円筒面のほぼ半分が所定の間隙をおいて包囲されている。カーリングケース１１は、磁性体からなる１枚の平板を円筒状に曲げたもので、ヨーク板を兼ねている。カーリングケース１１は、図１に示すように、駆動コイル３０との対向面がヨーク部１２となり、ロータ磁石２０との対向面が周方向に一定間隔の櫛歯形状に形成された極歯１３となっている。極歯１３は、ロータ磁石２０の軸方向のほぼ半分を包囲している。カーリングケース１１は、駆動コイル３０の軸方向一端側（図６において下側）の極性と同じ極性で磁化される。
【００１７】
上記カーリングケース１１とは別に、カーリングケース１１と組み合わせてヨーク板１６が用いられている。ヨーク板１６は、駆動コイル３０の他端面と対向するヨーク部と、このヨーク部から直角に曲げられてロータ磁石２０の円筒面と所定の間隙をおいて対向する極歯１７とを有してなる。極歯１７は、上記カーリングケース１１の極歯１３とともにロータ磁石２０の軸方向のほぼ半分を包囲している。ヨーク板１６は、駆動コイル３０の軸方向他端側（図６において上側）の極性と同じ極性で磁化される。図２、図５から明らかなように、カーリングケース１１の極歯１３とヨーク板１６の極歯１７とが周方向に、相互間に適宜の間隙をおいて交互に並んでいる。ヨーク板１６は、そのヨーク部が軸受１０の端面にスポット溶接などの手段によって固定されている。なお、カーリングケース１１の極歯１３とヨーク板１６の極歯１７との相対位置関係は、モータの性能上重要であるから、ヨーク板１６の極歯１７を基準としてカーリングケース１１の極歯１３位置を調整してカーリングケース１１を固定する。
【００１８】
前記ボビン１４は、駆動コイル３０を巻き回すための円筒部分とこの円筒部分の両端に一体に形成された鍔を有していて、断面形状Ｕ字形の部材をリング状に形成したものである。ボビン１４は、例えば樹脂の一体成形で作ることができ、一方の鍔の外周部には端子部１５が一体に突出して形成されている。端子部１５には、駆動コイル３０の端末を絡げるための一対の突起が角のように突出して一体に形成されている。
【００１９】
前記ロータ磁石２０を挟んで反対側に配置されている軸受２９、カーリングケース２６、ボビン２４、駆動コイル３１、極歯２３からなるもう一つのステータも、軸受１０、カーリングケース１１、ボビン１４、駆動コイル３０、ヨーク板１６からなる上記構成のステータと同様にかつ対称に構成されている。
【００２０】
図５、図６において、内径が軸受２９の大径部とほぼ同じに形成されたカーリングケース２６が、駆動コイル３１の外周を覆うとともに、軸受２９の大径部の一部を覆い、カーリングケース２６の一部と軸受２９の大径部とがスポット溶接などの手段によって固定されている。このように、カーリングケース２６によって駆動コイル３１が包囲されるとともにロータ磁石２０の円筒面のほぼ半分が所定の間隙をおいて包囲されている。カーリングケース２６は、磁性体からなる１枚の平板を円筒状に曲げたもので、ヨーク板を兼ねている。カーリングケース２６は、図１に示すように、駆動コイル３１との対向面がヨーク部２７となり、ロータ磁石２０との対向面が周方向に一定間隔の櫛歯形状に形成された極歯２８となっている。極歯２８はロータ磁石２０の円筒面のほぼ半分を適宜の間隙をおいて包囲している。カーリングケース２６は、駆動コイル３１の軸方向一端側の極性と同じ極性で磁化される。
【００２１】
上記カーリングケース２６とは別に、カーリングケース２６と組み合わせてヨーク板２２が用いられている。ヨーク板２２は、駆動コイル３１の他端面と対向するヨーク部と、このヨーク部から直角に曲げられてロータ磁石２０の円筒面と所定の間隙をおいて対向する極歯２３とを有してなる。極歯２３もカーリングケース２６の極歯２８とともにロータ磁石２０の円筒面のほぼ半分を適宜の間隙をおいて包囲している。ヨーク板２２は、駆動コイル３１の軸方向他端側の極性と同じ極性で磁化される。図２から明らかなように、カーリングケース２６の極歯２８とヨーク板２２の極歯２３とが周方向に、相互間に適宜の間隙をおいて交互に並んでいる。ヨーク板２２は、そのヨーク部が軸受２９の端面にスポット溶接などの手段によって固定されている。ヨーク板２２の極歯２３を基準としてカーリングケース２６の極歯２８位置を調整してカーリングケース２６を固定し、カーリングケース２６の極歯２８とヨーク板２２の極歯２３との相対位置関係が決められている。こうすることによって、カーリングケース２６側で軸方向寸法を調整することができる。
【００２２】
前記ボビン２４は、駆動コイル３１を巻き回すための円筒部分とこの円筒部分の両端に一体に形成された鍔を有していて、断面形状Ｕ字形の部材をリング状に形成したものである。ボビン２４は、例えば樹脂の一体成形で作ることができ、一方の鍔の外周部には端子部２５が一体に突出して形成されている。端子部２５には、駆動コイル３１の端末を絡げるための一対の突起が角のように突出して一体に形成されている。
【００２３】
図２は、以上のようにして組み立てられたモータの外観を示している。図２からわかるように、一方側の極歯１３、１７の先端と他方側の極歯２３、２８の先端が所定の間隙をおいて軸方向に対向するとともに、極歯１３、１７と極歯２３、２８が周方向に位置をずらして千鳥状に配置されている。また、端子部１５、２５が軸方向に相対向していて、それぞれの角状の突起に各駆動コイル３０、３１の端末が巻き付けられている。これらの突起を、外部回路に接続する端子として使用してもよいし、各駆動コイル３０、３１の端末を仮に絡げるものとしてもよい。
【００２４】
図１に示すように、ロータ磁石２０を挟んでロータ軸１９の両側からは滑りリング１８、２１が挿入されていて、滑りリング１８はロータ磁石２０の一端面と軸受１０の端面との間の介在し、滑りリング２１はロータ磁石２０の他端面と軸受２９の端面との間に介在している。
なお、ロータ磁石２０を挟んで軸方向両側に配置されている２組のステータは、例えば、カーリングケース１１、２６の外周に円筒状の非磁性部材が溶接または圧入され、あるいは部分円筒面をなす非磁性の連結部材がカーリングケース１１、２６に溶接される、などの手段によって、軸方向の所定の間隔をおいて一体に連結されている。
【００２５】
以上のように構成されたステッピングモータの例において、ロータ磁石２０を挟んでロータ磁石２０の軸方向両側に並設された駆動コイル３０、３１に交互に通電し、あるいは交互に通電方向を切り替えることにより、極歯１３、２３、１７、２８が交互にＳ極、Ｎ極に磁化されて回転磁界が発生し、この回転磁界とともにロータ磁石２０が回転付勢され、ロータ磁石２０とともにロータ軸１９が回転駆動される。
【００２６】
上記実施形態によれば、磁性体からなる１枚の平板を円筒状に曲げてなるカーリングケース１１、２６を用い、これをコア板として用いているため、コア板の折り曲げ加工が不要になり、加工を単純化することができる。また、コア板の折り曲げ加工が不要になることによって、折り曲げ加工でコア板の厚さが薄くなることを回避することができ、より大きな出力トルクを得ることが可能になる。また、カーリング工法によりコア板を形成することにより、形状の安定したコア板を得ることができる。
【００２７】
ちなみに、図示の実施形態では、折り曲げ加工が不要なコア板はステータを構成する２個一組のコア板のうち、一方のコア板であって、もう一つのコア板は曲げ加工されている。しかし、一方のコア板だけでも折り曲げ加工が不要であることによって、上記の効果を得ることができる。また、もう一つのコア板は曲げ加工されているとはいえ、従来のモータにおけるコア板の形状よりも単純であるため、加工の単純化が可能であり、コア板の厚さが薄くなることをできるだけ回避して、トルクの低下を回避することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、コア板として、磁性体からなる１枚の平板を円筒状に曲げてなるカーリングケースを用いているため、コア板の折り曲げ加工が不要になり、加工を単純化することができる。また、コア板の折り曲げ加工が不要になることによって、折り曲げ加工でコア板の厚さが薄くなることを回避することができ、より大きな出力トルクを得ることが可能になる。また、カーリング工法によりコア板を形成することにより、形状の安定したコア板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるモータおよびその製造方法の実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】上記実施形態の外観を示す斜視図である。
【図３】上記実施形態の縦断面図である。
【図４】上記実施形態の右側面図である。
【図５】上記実施形態のカーリングケースとコア板の部分を示す側面図である。
【図６】上記カーリングケースとコア板の部分を示す縦断面図である。
【図７】従来のステッピングモータの例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０ 軸受
１１ カーリングケース
１２ ヨーク部
１３ 極歯
１４ ボビン
１６ ヨーク板
１７ 極歯
１９ ロータ軸
２０ ロータ磁石
２２ ヨーク板
２３ 極歯
２４ ボビン
２６ カーリングケース
２７ ヨーク部
２８ 極歯
２９ 軸受
３０ 駆動コイル
３１ 駆動コイル

Claims (4)

1. 円筒状の周面に着磁が施されたロータ磁石の軸方向に駆動コイルが並設されたモータであって、
   上記駆動コイルは、ロータ軸が挿通される中心孔を備えた円筒状に形成され、
   磁性体からなる１枚の平板を円筒状に曲げたカーリングケースによって上記駆動コイルが包囲されるとともに上記ロータ磁石の円筒面が所定の間隙をおいて包囲され、
   上記カーリングケースは、駆動コイルとの対向面がヨーク部となり、ロータ磁石との対向面が周方向に櫛歯形状に形成された極歯となってヨーク板を兼ね、
   カーリングケースとは別の、極歯を有するヨーク板が上記駆動コイルの軸方向端面と対向して設けられ、
   上記カーリングケースの極歯と上記別のヨーク板の極歯とが周方向に交互に並んでいることを特徴とするモータ。
2. 駆動コイルは、ロータ磁石を挟んで軸方向の両側に配置されている請求項１記載のモータ。
3. 駆動コイルはボビンに巻かれ、ロータ軸を支持する軸受が上記ボビンに嵌められている請求項１または２記載のモータ。
4. 円筒状の外周面に着磁が施されたロータ磁石の軸方向両側に駆動コイルが並設されたモータの製造方法であって、
   互いの極歯が互い違いになるように配設した一組のヨークを有し、この一組のヨークの一方側は、磁性体からなる１枚の平板を円筒状に曲げたカーリングケースとし、このカーリングケースはヨーク部と極歯とを有することによってヨーク板を兼ねさせ、
   上記カーリングケースで上記駆動コイルを包囲するとともに上記ロータ磁石の円筒面を所定の間隙をおいて包囲するように構成し、
   上記カーリングケースとは別の周方向に極歯を形成したヨーク板を上記駆動コイルの軸方向端面と対向させて固定した後、この別のヨーク板の極歯を基準として上記カーリングケースの極歯位置を調整し固定することを特徴とするモータの製造方法。

Images