DE102012105775A1

DE102012105775A1 - Schrittmotor

Info

Publication number: DE102012105775A1
Application number: DE201210105775
Authority: DE
Inventors: Masato Hata
Original assignee: Minebea Motor Manufacturing Corp
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2032-06-30
Also published as: US20130002062A1; CN202652035U; DE102012105775B4; JP2013013222A; JP5952534B2; US8957554B2

Abstract

Ein Schrittmotor beinhaltet einen Stator, einen Rotor, der in Bezug auf den Stator drehbar ist, ein Positions-Begrenzungsteil auf Rotorseite, das am Rotor befestigt ist und zusammen mit dem Rotor gedreht wird, und ein Positions-Begrenzungsteil auf Statorseite, das am Stator befestigt ist. Der Rotor beinhaltet eine Rotorwelle und einen Rotormagneten, der an einem äußeren Umfang der Rotorwelle montiert ist. Die Rotorwelle ist mittels Kunstharz einstückig mit dem Rotormagneten ausgeformt. Das Positions-Begrenzungsteil auf Statorseite beinhaltet ein erstes Positions-Begrenzungsteil auf Statorseite, das das Positions-Begrenzungsteil auf Rotorseite in einer ersten Position berührt, um eine Drehung des Rotors in einer ersten Richtung zu begrenzen, und ein zweites Positions-Begrenzungsteil auf Statorseite, das das Positions-Begrenzungsteil auf Rotorseite an einer zweiten Position berührt, die von der ersten Position verschieden ist, um die Drehung des Rotors in einer der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung zu begrenzen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schrittmotor, insbesondere auf einen Schrittmotor für ein Anzeigeinstrument.
2. Stand der Technik
Bei einem Anzeigeinstrument mit Zeiger, wie zum Beispiel einem Tachometer oder einem Motor-Drehzahlmesser für ein Fahrzeug oder Schiff, wird ein Schrittmotor zur Drehung eines Zeigers (ein Schrittmotor für ein Anzeigeinstrument) verwendet. Im Schrittmotor ergibt sich der Drehwinkel eines Rotors in Abhängigkeit von der Anzahl an Impulsen der Pulsleistung. Es ist daher möglich, den Zeiger in eine beliebige Position zu drehen, indem der Zeiger am Rotor des Schrittmotors befestigt wird.
Das Anzeigeinstrument mit Zeiger beinhaltet eine Drehbegrenzungseinheit, welche die Drehung des Rotors begrenzt, um den Zeiger in einer Nullstellung (Ausgangsstellung) eines Zifferblatts anzuhalten. Die Drehbegrenzungseinheit nach dem Stand der Technik ist zum Beispiel in den Veröffentlichungen der Patentanmeldungen offenbart, die nachstehend erläutert werden.
JP-A-H10-164811 offenbart einen Schrittmotor, der einen Rotor, einen Zeiger, der am Rotor befestigt ist, zwei Sätze ringförmiger Statorkerne, die so konzentrisch gestapelt sind, dass sie den Rotor entlang einer Rotationsrichtung umgeben, und eine ringförmige Platte, die zwischen den beiden Sätzen von ringförmigen Statorkernen angeordnet ist, beinhaltet. Eine Drehbegrenzungseinheit mit überstehender Form ist an einem inneren Umfang der ringförmigen Platte angeordnet, und ein Kontaktteil, das teilweise in einer Umfangsrichtung herausragt, ist an einem äußeren Umfang des Rotors ausgebildet. Das Kontaktteil berührt die Drehbegrenzungseinheit, so dass der Zeiger in einer Ausgangsstellung angehalten wird.
JP-A-H8-182301 offenbart ein Anzeigegerät, das einen ringförmigen Stator, einen Magnetrotor, der innerhalb des ringförmigen Stators angeordnet ist, sowie einen Zeiger, der an dem Magnetrotor befestigt ist, beinhaltet. Der Magnetrotor beinhaltet einen Sperrabschnitt, der axial herausragt. Ein Eingriffsabschnitt, der aus einem Lager herausragt, das die Rotorwelle des Magnetrotors drehbar lagert, und der Sperrabschnitt des Magnetrotors sind miteinander in Eingriff, wodurch der Zeiger in einer Ausgangsstellung angehalten wird.
JP-A-H6-38593 offenbart ein Anzeigegerät, das einen Schrittmotor, einen Zeiger und einen Anschlag beinhaltet, die an einer Rotorwelle des Schrittmotors befestigt sind, sowie einen Anschlag, der auf einer Rückseite eines Zifferblatts befestigt ist. Wird dem Anzeigeinstrument Strom zugeführt, so dreht sich der Schrittmotor in umgekehrter Richtung in Richtung einer Nullstellung des Zeigers und die Drehung wird durch die beiden Anschläge angehalten. Dadurch kehrt der Zeiger zurück in eine Nullstellung.
JP-A-H11-313474 offenbart ein Anzeigegerät, das einen Schrittmotor, einen Zeiger, der mit einer Abtriebswelle des Schrittmotors verbunden ist, und einen Anschlagsstift, der auf einem Zifferblatt befestigt ist, beinhaltet. Wird der Schrittmotor ausgeschaltet, so berühren sich Anschlagsstift und Zeiger, wodurch der Zeiger an einer vorbestimmten Position angehalten wird.
Jedoch lässt sich bei den oben erläuterten Schrittmotoren die Drehung des Rotors nicht in beide Richtungen in einem beliebigen Zustand begrenzen, und die Gestaltungsfreiheit in Bezug auf die Anordnungen von Motor, Zeiger und ähnlichem ist daher beschränkt.
15 und 16 veranschaulichen ein Verfahren zur Begrenzung der Drehung eines Rotors in einem Schrittmotor nach dem Stand der Technik. 15 und 16 zeigen den Schrittmotor von einer Seite aus, in die sich eine Rotorwelle (Welle 111) erstreckt.
Bezug nehmend auf 15 beinhaltet der Schrittmotor einen ringförmigen Stator 132 und einen Rotor 114, der innerhalb des Stators angeordnet ist. Der Stator 132 hat ringförmige Statorzähne 132a, die in Richtung eines Innnendurchmessers des Stators herausragen. Ein zylindrischer Rotor 114, aufgebaut aus Permanentmagneten, ist gegenüber den Statorzähnen 132a angeordnet. Der Rotor 114 dreht sich um die Welle 111. Aus einer axialen Stirnseite (Stirnseite parallel zur Bildebene) des Stators 132 ragt ein Anschlagsstift (Bolzen) 162 erhaben in Richtung Rotor 114 in axialer Richtung (senkrecht zur Papieroberfläche) heraus. Aus einer axialen Stirnseite des Rotors 114 ragt ein Anschlag 161 erhaben in Richtung Stator 132 in axialer Richtung heraus. Der Rotor 114 und der Anschlag 161 drehen sich gemeinsam um die Welle 111.
Drehen sich der Rotor 114 und der Anschlag 161 in Richtung CW (entgegen dem Uhrzeigersinn in 15) und der Anschlag 161 erreicht eine Position P1 (Nullstellung), dann berührt der Anschlag 161 den Anschlagsstift 162, so dass die Drehung des Rotors 114 in Richtung CW begrenzt ist. Daraus ergibt sich, dass die Drehung des Rotors 114 angehalten wird, wenn sich der Anschlag 161 in Position P1 befindet. Durch Verändern der Position, an der der Anschlagsstift 162 angebracht ist, ist es möglich, die Drehung des Rotors 114 in Richtung CW in einem beliebigen Zustand zu begrenzen.
Wird unter Bezugnahme auf 16, die Drehung des Rotors 114 in einer Richtung CCW (im Uhrzeigersinn in 16) begrenzt, wobei sich der Anschlag 161 zum Beispiel an einer Position P2 befindet, so ist es notwendig, den Anschlagsstift 162 in eine Position B zu bringen. Wird jedoch der Anschlagsstift 162 in die Position B gebracht, dann ist es nicht möglich, die Drehung des Rotors 114 in Richtung CW zu begrenzen mit dem Anschlag 161 an der Position P1.
Das obige Problem tritt generell bei einem Schrittmotor auf, nicht nur bei dem Schrittmotor für ein Anzeigeinstrument.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des obigen Sachverhaltes gemacht. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schrittmotor anzugeben, der über eine große Gestaltungsfreiheit in der Anordnung eines Motors, eines Zeigers und ähnlichem verfügt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schrittmotor anzugeben, der ordnungsgemäß arbeitet, unabhängig davon, ob sich eine Befestigungsposition eines Zeigers auf der einen oder auf der anderen Seite befindet.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird ein Schrittmotor angegeben, der folgendes umfasst: einen Stator, einen Rotor, der in Bezug auf den Stator drehbar ist, ein rotorseitiges Positions-Begrenzungsteil, das am Rotor befestigt ist und zusammen mit dem Rotor gedreht wird, und ein statorseitiges Positions-Begrenzungsteil, das am Stator befestigt ist. Der Rotor beinhaltet eine Rotorwelle und einen Rotormagneten, der an einem äußeren Umfang der Rotorwelle angebracht ist.
Die Rotorwelle ist mittels Kunstharz einstückig mit dem Rotormagneten ausgeformt. Das statorseitige Positions-Begrenzungsteil beinhaltet folgendes: ein erstes statorseitiges Positions-Begrenzungsteil, das das rotorseitige Positions-Begrenzungsteil an einer ersten Position berührt, um die Drehung des Rotors in einer ersten Richtung zu begrenzen, und ein zweites statorseitiges Positions-Begrenzungsteil, das das rotorseitige Positions-Begrenzungsteil an einer zweiten Position berührt, die verschieden von der ersten Position ist, um eine Drehung des Rotors in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung zu begrenzen.
In dem obigen Schrittmotor kann das rotorseitige Positions-Begrenzungsteil ein herausragendes Teil beinhalten, das an der Rotorwelle befestigt ist und in Richtung einer äußeren Durchmesserseite der Rotorwelle herausragt.
In dem obigen Schrittmotor, kann das rotorseitige Positions-Begrenzungsteil an einem seitlichen Teil des Rotormagneten in einer Richtung, in die sich die Rotorwelle erstreckt, angeordnet sein.
In dem obigen Schrittmotor kann der Stator eine Stirnplatte beinhalten, die einen seitlichen Teil des Rotormagneten in eine Richtung, in die sich die Rotorwelle erstreckt, abdeckt, und das statorseitige Positions-Begrenzungsteil kann aus der Stirnplatte in Richtung Rotormagnet herausragen.
In dem obigen Schrittmotor kann das statorseitige Positions-Begrenzungsteil getrennt vom Stator ausgebildet sein.
In dem obigen Schrittmotor kann das statorseitige Positions-Begrenzungsteil einstückig mit dem Stator ausgeformt sein.
Wird bei dem obigen Schrittmotor eine Stator-Wicklung mit Strom beaufschlagt, um die Drehung des Rotors in einem Zustand anzuhalten, bei dem sich das rotorseitige Positions-Begrenzungsteil in einer nächsten Position zur ersten Position befindet, so können sich das rotorseitige Positions-Begrenzungsteil und das erste statorseitige Positions-Begrenzungsteil berühren.
Gemäß der obigen Konfiguration ist es möglich, einen Schrittmotor anzugeben, der über eine große Gestaltungsfreiheit in der Anordnung des Motors, des Zeigers und ähnlichem verfügt. Gemäß der obigen Konfiguration ist es ferner möglich, den Schrittmotor anzugeben, der ordnungsgemäß arbeitet, selbst wenn sich die Befestigungsposition des Zeigers auf der einen oder auf der anderen Seite befindet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den begleitenden Zeichnungen gilt:
1 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Schrittmotor gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Rotors 1 und eines in 1 dargestellten Anschlags 61 zeigt, welche von einer Seite einer Welle 11 aus gesehen wird;
3 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration des Rotors 1 und des in 1 dargestellten Anschlags 61 zeigt, welche von einer Seite eines Anschlags 61 aus gesehen wird,
4A und 4B zeigen eine Konfiguration eines Stators 3 und eines in 1 abgebildeten Bolzens 62;
5 zeigt schematisch den Rotor 1 in einem Zustand, bei dem die Drehbewegung des Rotors in CW-Richtung begrenzt ist;
6 zeigt schematisch den Rotor 1 in einem Zustand, bei dem die Drehbewegung des Rotors in CCW-Richtung begrenzt ist;
7 zeigt schematisch eine Beziehung zwischen einem Drehwinkel R und den Mittelpunktswinkeln, die vom Anschlag 61 und dem Bolzen 62 eingenommen werden;
8A und 8B zeigen ein Verfahren zur Korrektur einer Position des Bolzens 62, wenn eine stabile Stellung des Rotors 1 (Magnet 14) in CCW-Richtung abweicht;
9A und 9B zeigen ein Verfahren zur Korrektur einer Position des Bolzens 62, wenn eine stabile Stellung des Rotors 1 (Magnet 14) in CW-Richtung abweicht,
10 zeigt ein Verhältnis der Positionen von Anschlag 61 und Bolzen 62, wenn der Anschlag 61 verbreitert wird anstatt des Bolzens 62;
11 ist eine perspektivische Ansicht einer Konfiguration eines abgewandelten Ausführungsbeispiels des in 1 abgebildeten Rotors 1 und Anschlags 61, welche von der Seite der Welle 11 aus gesehen wird;
12 ist eine perspektivische Ansicht der Konfiguration des abgewandelten Ausführungsbeispiels des Rotors 1 und des Anschlags, die in 1 abgebildet sind, welche von der Seite des Anschlags 61 aus gesehen wird,
13A und 13B zeigen eine Konfiguration eines abgewandelten Ausführungsbeispiels von Stator 3 und Bolzen 62, die in 1 abgebildet sind,
14 zeigt eine Konfiguration eines abgewandelten Ausführungsbeispiels des in 1 abgebildeten Bolzens 62,
15 zeigt ein Verfahren zur Begrenzung der Drehbewegung eines Rotors in CW-Richtung in einem Schrittmotor nach dem Stand der Technik; und
16 zeigt ein Verfahren zur Begrenzung der Drehbewegung eines Rotors in CCW Richtung in einem Schrittmotor nach dem Stand der Technik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Schrittmotor gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt. In den nachstehenden Beschreibungen bezieht sich eine „äußere Durchmesserseite” auf eine Seite, die von einer Welle 11 nach außen weist, und eine „innere Durchmesserseite” bezieht sich auf eine Seite, die von außen zur Welle 11 weist. Ferner bezieht sich eine CW-Richtung auf eine Richtung im Uhrzeigersinn (eine Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn in den Abbildungen 5 bis 10), wenn ein Schrittmotor 100 von einer Seite aus gesehen wird (eine linke Seite in 1), an der die Welle 11 herausragt. Eine CCW-Richtung bezieht sich auf eine Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn (eine Richtung im Uhrzeigersinn in den Abbildungen 5 bis 10), wenn der Schrittmotor 100 von der Seite aus gesehen wird, an der die Welle 11 herausragt.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Schrittmotor 100 dieses Ausführungsbeispiels zum Beispiel ein Schrittmotor zur Drehung eines Zeigers eines Anzeigeinstruments mit Zeiger. Der Schrittmotor 100 beinhaltet als Hauptbestandteile einen Rotor 1, einen Stator 3, eine Anschlagplatte 13 und einen Bolzen 62 (ein statorseitiges Positions-Begrenzungsteil, ein Nullstellungsteil, ein Anschlagteil, ein Positions-Begrenzungsteil, ein statorseitiger Drehbewegungs-Anschlag, ein erhabenes Teil, einen Stift). Der Rotor 1 ist drehbar durch den Stator 3 gelagert. Der Stator 3 ist an einer äußeren Durchmesserseite des Rotors 1 angeordnet.
Der Rotor 1 hat eine Welle (Rotorwelle) 11 und eine Magnetbaugruppe (Rotormagnet) 12. Die Welle 11 erstreckt sich in 1 in horizontaler Richtung und die Magnetbaugruppe 12 ist an einem äußeren Umfang der Welle 11 auf der rechten Seite in 1. angebracht. Die Magnetbaugruppe 12 hat eine zylindrische Form und ist aus einem Permanentmagneten aufgebaut.
Die Anschlagplatte 13 ist an einem seitlichen Teil der Magnetbaugruppe 12 (ein seitliches Teil in die Richtung, in die sich die Welle 11 erstreckt) fest mit der Welle 11 verbunden, auf der rechten Seite in 1. Ein Zeiger (nicht abgebildet) des Anzeigeinstruments mit Zeiger ist an einem linken Endbereich der Welle 11 in 1 befestigt.
Der Stator 3 hat eine vordere Platte 31, eine Vielzahl von Zähnen 32, eine Spule 33, eine Stirnplatte (Kunstharz-Statorbaugruppe) 34, einen zylindrischen Wandabschnitt 35 und einen Stift 36. Die vordere Platte 31 ist kreisförmig und hat eine Bohrung (Lager) 31a zur drehbaren Lagerung der Welle 11 in ihrem mittleren Abschnitt. Die Zähne 32 sind so ausgebildet, dass sie sich von dem zylindrischen Wandabschnitt 35 aus zu einer inneren Durchmesserseite hin erstrecken. Die Spule 33 ist um die jeweiligen Zähne 32 gewickelt. An den Endbereichen (die am weitesten nach innen ragenden Bereiche) der Zähne 32 sind Statorzähne (Stator-Polzähne) 32a ausgebildet. Die einzelnen Statorzähne 32a haben eine Querschnittsfläche, die größer ist als die Querschnittsfläche des Bereichs der Zähne 32, auf den die Spule gewickelt ist, dargestellt in 1. Der Stift 36 ist mit der Spule 33 elektrisch verbunden, die um die jeweiligen Zähne 32 gewickelt ist, und die Spule 33 wird über den Stift 36 mit Strom versorgt. Die Stirnplatte 34 ist an den Zähnen 32 angebracht und deckt den seitlichen Teil der Magnetbaugruppe 12 (der seitliche Teil in die Richtung, in die sich die Welle 11 erstreckt) auf der rechten Seite in 1 und die Anschlagplatte 13 ab. In anderen Worten wird ein Raum, in dem die Magnetbaugruppe 12 und die Anschlagplatte 13 untergebracht sind, durch die vordere Platte 31, die Zähne 32 und die Stirnplatte 34 gebildet. Die Stirnplatte 34 ist kreisförmig und hat eine Bohrung (Lager) 34b zur drehbaren Lagerung der Welle 11 in ihrem mittleren Abschnitt. Der Bolzen 62 ist an der Stirnplatte 34 befestigt und ragt von der Stirnplatte 34 in Richtung Rotor heraus (linke Seite in 1).
Dabei kann in der Nähe des mittleren Abschnitts der vorderen Platte 31 (in der Nähe der Welle 11) ein Befestigungsansatz zur Befestigung eines Zifferblatts (Anzeigefeld eines Anzeigeinstruments) des Anzeigeinstruments mit Zeiger ausgebildet sein. Wird der Befestigungsansatz ausgebildet, dann lässt sich das Positionieren (Zentrieren) des Schrittmotors 100 in Bezug auf das Zifferblatt leicht durchführen.
2 und 3 sind perspektivische Ansichten einer Konfiguration des Rotors 1 und des Anschlags 61, die in 1 abgebildet sind. 2 ist eine perspektivische Ansicht von der Seite der Welle 11 aus gesehen und 3 ist eine perspektivische Ansicht von der Seite des Anschlags 61 aus gesehen.
Bezug nehmend auf 2 und 3 ist die Welle 11 mittels Kunstharz einstückig mit der Magnetbaugruppe 12 ausgeformt. Die Magnetbaugruppe 12 beinhaltet einen Magneten (Magnetpole) 14 und ein Kunstharz-Gussteil 15. Der Magnet 14 hat eine zylindrische Form und ist an einer äußeren Durchmesserseite des Kunstharz-Gussteils 15 angeordnet. Der Magnet 14 ist durch das Kunstharz-Gussteil 15 fest mit der Welle 11 verbunden.
Die Anschlagplatte 13 hat eine kreisförmige Form und beinhaltet an einem Teil ihres äußeren Umfangs den Anschlag 61 (ein rotorseitiges Positions-Begrenzungsteil, ein Nullstellungsteil, ein Anschlagteil, ein Positions-Begrenzungsteil, einen Drehbewegungs-Anschlag auf der Magnetseite, einen Überstand). Der Anschlag 61 ragt von der Anschlagplatte 13 in Richtung der äußeren Durchmesserseite heraus. Der Anschlag 61 ist am Rotor 1 befestigt und dreht sich zusammen mit dem Rotor 1. Die Anschlagplatte 13 ist zum Beispiel aus einem Metall wie Aluminium, oder aus Kunstharz oder ähnlichem gefertigt. In den 2 und 3 ist die Anschlagplatte 13 (Anschlag 61) getrennt vom Rotor 1 ausgebildet.
4A und 4B zeigen eine Konfiguration des Stators 3 und des Bolzens 62, die in 1 dargestellt sind. Genauer gesagt ist 4A eine perspektivische Ansicht und 4B ist eine vergrößerte Ansicht einer näheren Umgebung des Bolzens 62 von 1.
Bezug nehmend auf 4A und 4B hat die Stirnplatte 34 eine Bohrung 34b in ihrem mittleren Abschnitt und eine Bohrung 34a ist direkt unter der Bohrung 34b ausgebildet. Der Bolzen 62 wird in die Bohrung 34a eingeführt. Der Bolzen 62 wird getrennt von der Stirnplatte 34 ausgebildet und wird an der Stirnplatte 34 befestigt. Der Bolzen 62 ragt von der Stirnplatte 34 in Richtung des Rotors 1 parallel zu der Welle 11 heraus.
Der Bolzen 62 ist zum Beispiel aus einem Metall wie Aluminium, oder aus Kunstharz oder ähnlichem gefertigt. Wenn der Stator 3 und der Bolzen 62 die in 4A und 4B abgebildete Konfiguration aufweisen, so kann der Bolzen 62 dadurch an der Stirnplatte 34 befestigt werden, dass der Bolzen 62, der zum Beispiel aus Aluminium gefertigt ist, in die Bohrung 34a eingeführt wird und der Bolzen 62 dann mit der Stirnplatte (Abdeckung) 34, die erwärmt und erweicht wird, verpresst wird. Besteht der Bolzen 62 ferner aus Kunstharz, so lässt sich der Bolzen dadurch befestigen (thermisches Verstemmen), dass der Bolzen 62 in die Bohrung 34a eingeführt wird und dann ein rückwärtiger Teil des Bolzens 62 durch Wärme geschmolzen wird. Werden der Anschlag 61 und der Bolzen 62 aus Metall gefertigt, so lassen sich Stabilität und Präzision gewährleisten.
Als nächstes wird der Betrieb des Schrittmotors 100 beschrieben.
5 zeigt den Rotor 1 schematisch in einem Zustand, bei dem seine Drehungbewegung in CW-Richtung begrenzt ist. In den Abbildungen 5 bis 10 werden, zum Aufzeigen der relativen Positionen von Anschlag 61 und Bolzen 62 zueinander in Abhängigkeit von der Drehung von Rotor 1, die Statorzähne 32a und der Bolzen 62 zusammen mit dem Magneten 14 des Rotors 1 abgebildet.
Unter Bezugnahme auf 5 wird der Betrieb für einen Fall erklärt, in dem der Rotor 1 18 Pole hat, die Anzahl der Schritte 36 beträgt und ein Drehwinkel R des Rotors 1 einen Winkel von 320 Grad aufweist. Wird der Rotor 1 in CW-Richtung gedreht, so wird der Anschlag 61 in eine linke, untere Position P1 in 5 gedreht und kommt dadurch in Berührung mit einer Seitenfläche 62a des Bolzens 62. Dadurch wird der Rotor 1 in seiner Drehbewegung in CW-Richtung begrenzt, wenn sich der Anschlag 61 an der Position P1 befindet.
6 zeigt den Rotor 1 schematisch in einem Zustand, bei dem seine Drehbewegung in CCW-Richtung begrenzt wird.
Wird der Rotor 1, unter Bezugnahme auf 6, in die CCW-Richtung gedreht, so wird der Anschlag 61 in eine rechte, untere Position P2 in 6 gedreht und kommt dadurch in Berührung mit der anderen Seitenfläche 62b des Bolzens 62. Dadurch wird der Rotor in seiner Drehbewegung in CCW-Richtung begrenzt, wenn sich der Anschlag 61 an der Position P2 befindet.
Die Position P1 oder P2 wird vorzugsweise so eingestellt, dass der an der Welle 11 befestigte Zeiger auf eine Referenzposition (zum Beispiel Nullstellung) des Zifferblatts weist, wenn der Rotor 1 durch den Bolzen 62 angehalten wird. Nachstehend können die Positionen P1 und P2 als Nullstellungen eines Anzeigeinstruments (Tachometer, Drehzahlmesser und ähnliche) bezeichnet werden. Die Positionen P1 und P2 werden durch die Einstellung des Drehwinkels R des Schrittmotors 100 eingestellt.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Einstellung des Drehwinkels R des Schrittmotors 100 beschrieben.
7 ist eine schematische Darstellung einer Beziehung zwischen dem Drehwinkel R und den Mittelpunktswinkeln, die vom Anschlag 61 und dem Bolzen 62 eingenommen werden. In 7 ist der Anschlag 61 zur leichteren Erklärung in den beiden Positionen P1 und P2 dargestellt.
Bezug nehmend auf 7 kann der Drehwinkel R durch die Mittelpunktswinkel (Breiten) eingestellt werden, die vom Anschlag 61 und dem Bolzen 62 eingenommen werden. Beträgt zum Beispiel der Mittelpunktswinkel, der vom Bolzen 62 eingenommen wird θ1(°) und der Mittelpunktswinkel, der vom Anschlag 61 eingenommen wird, θ2(°), so lässt sich der Drehwinkel R durch folgende Formel (1) ausdrücken. Drehwinkel R(°) = 360 – {(θ2)/2 + θ1 + (θ2)/2} = 360 – (θ1 + θ2) Formel (1)
Wird die Spule so angesteuert, dass die Drehung des Rotors mit dem Anschlag 61 in der nächsten Position zur Position P1 oder P2 angehalten wird, so berühren sich Anschlag 61 und Bolzen 62 vorzugsweise. Dadurch wird es möglich, den Anschlag 61 stabil in der Nullstellung zu fixieren.
Insbesondere, beispielsweise bei einem Zwei-Phasen-Schrittmotor, wenn eine Phase (zum Beispiel die B-Phase) mit Gleichstrom beaufschlagt wird, wird der Anschlag 61 vorzugsweise an der Position P1 oder P2 (Nullstellung) angehalten (die Welle 11 wird nicht gedreht, der Zeiger wird nicht bewegt). Hierzu ist es notwendig, die Mittelpunktswinkel θ1 und θ2 des Bolzens 62 und des Anschlags 61 in Vielfachen eines Mittelpunktswinkels Φ einzustellen, der von einem Pol des Magneten 14 eingenommen wird, so dass sich die jeweiligen Statorzähne 32a und die jeweiligen Magnetpole des Rotors 1 mit ihren Vorderseiten gegenüberliegen, wenn der Anschlag 61 an der Position P1 oder P2 angehalten wird. Die Mittelpunktswinkel werden hierbei durch die folgenden Formeln (2) und (3) ausgedrückt, wobei n eine natürliche Zahl ist. θ1 = A = 360/((Anzahl der Schritte)/2) × n Formel (2) θ2 = A = 360/((Anzahl der Schritte)/2) × n Formel (3)
Der Wert für die natürliche Zahl in den jeweiligen Mittelpunktswinkeln θ1 und θ2 kann gleich groß oder verschieden sein. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Fall dargestellt, in dem n in den Mittelpunktswinkeln θ1 und θ2 einen Wert von 1 hat. 8A und 8B zeigen ein Verfahren zur Korrektur einer Position des Bolzens 62, wenn eine stabile Stellung des Rotors 1 (Magnet 14) in CCW-Richtung abweicht.
Wird unter Bezugnahme auf 8A und 8B eine Phase (zum Beispiel die B-Phase) mit Gleichstrom beaufschlagt, so kann die stabile Stellung der einzelnen Magnetpole des Rotors 1 von der Mittelposition der Statorzähne 32a auf Grund von magnetischer Sättigung des Stators und ähnlichem abweichen. In 8A ist die Position des Rotors 1 mit der gestrichelten Linie eingezeichnet, wenn sich jeder Magnetpol des Rotors 1 in stabiler Stellung befindet. Die stabile Stellung der jeweiligen Magnetpole des Rotors 1 weicht dabei leicht von der Mittelposition der Statorzähne 32a in CCW-Richtung ab. In diesem Fall ist, selbst wenn eine Phase (zum Beispiel die B-Phase) mit Gleichstrom beaufschlagt wird, der Anschlag 61 nicht in Berührung mit dem Bolzen 62, so dass es nicht möglich ist, den Anschlag 61 in der Nullstellung zu fixieren. Daher ist es zur stabilen Fixierung des Anschlags 61 in der Nullstellung vorteilhaft, die entsprechenden Mittelpunktswinkel θ1 und θ2 um einem Wert B(°) zu korrigieren. Die Korrektur der entsprechenden Mittelpunktswinkel θ1 und θ2 um einen Wert B(°) bedeutet, dass eine Summe des Mittelpunktswinkels θ1 und des Mittelpunktswinkels θ2 von (2A) zu (2A + B) vergrößert wird. Wenn die Mittelpunktswinkel θ1 und θ2 entsprechend um den Wert B korrigiert werden, lassen sich die Mittelpunktswinkel θ1 und θ2 durch die folgenden Formeln (4) bis (6) ausdrücken. A ≤ θ1 ≤ A + B Formel (4) A ≤ θ2 ≤ A + B Formel (5) θ1 + θ2 = 2A + B Formel (6)
Wird zum Beispiel der Mittelpunktswinkel θ1 mit (A + B) festgesetzt, wobei der Mittelpunktswinkel θ2 mit A festgesetzt ist, so wird die Breite des Bolzens 62 im Vergleich zu dem Fall in 8A in in die CCW-Richtung vergrößert, wie in 8B zu sehen ist. Daher wird, selbst wenn die stabile Stellung des Rotors 1 leicht (um einen Mittelpunktswinkel kleiner als B) in die CCW-Richtung abweicht, der Anschlag 61 (Zeiger) in CCW-Richtung durch den Bolzen 62 gedrückt und zurückgestellt, um einen Mittelpunktswinkel, der dem Wert B entspricht. Daraus ergibt sich, dass der Anschlag 61 sicher an der Position P1 fixiert werden kann.
9A und 9B zeigen ein Verfahren zur Korrektur der Position des Bolzens 62, wenn die stabile Stellung des Rotors 1 (Magnet 14) in die CW-Richtung abweicht.
Bezug nehmend auf 9A ist die Position des Rotors 1 mit der gestrichelten Linie dargestellt, wenn sich die einzelnen Magnetpole des Rotors 1 in der stabilen Stellung befinden. Die stabile Stellung der einzelnen Magnetpole des Rotors 1 weicht leicht von der Mittelposition der Statorzähne 32a in CW-Richtung ab. In diesem Fall ist, selbst wenn eine Phase (zum Beispiel die B-Phase) mit Gleichstrom beaufschlagt wird, der Anschlag 61 nicht in Berührung mit dem Bolzen 62, so dass es nicht möglich ist, den Anschlag 61 in der Nullstellung zu fixieren. Daher ist es zur stabilen Fixierung des Anschlags 61 in der Nullstellung vorteilhaft, die entsprechenden Mittelpunktswinkel θ1 und θ2 um einen Wert C(°) zu korrigieren. Die Korrektur der entsprechenden Mittelpunktswinkel θ1 und θ2 um den Wert C(°) bedeutet, dass eine Summe der Mittelpunktswinkel θ1 und θ2 von (2A) zu (2A + C) vergrößert wird. Wenn die Mittelpunktswinkel θ1 und θ2 entsprechend um den Wert C korrigiert werden, lassen sich die Mittelpunktswinkel θ1 und θ2 durch die folgenden Formeln (7) bis (9) ausdrücken. A ≤ θ1 ≤ A + C Formel (7) A ≤ θ2 ≤ A + C Formel (8) θ1 + θ2 = 2A + C Formel (9)
Wird zum Beispiel der Mittelpunktswinkel θ1 mit (A + C) festgesetzt, wobei der Mittelpunktswinkel θ2 mit A festgesetzt ist, so wird die Breite des Bolzens 62 im Vergleich zum Fall in 9A in die CW-Richtung vergrößert, wie dies in 9B zu sehen ist. Daher wird, selbst wenn die stabile Stellung des Rotors 1 leicht (um einen Mittelpunktswinkel kleiner als C) in die CW-Richtung abweicht, der Anschlag 61 (Zeiger) in CCW-Richtung durch den Bolzen 62 gedrückt und zurückgestellt, um einen Mittelpunktswinkel, der dem Wert C entspricht. Daraus ergibt sich, dass der Anschlag 61 fest an der Position P2 fixiert werden kann.
Nachstehend können der Wert B und der Wert C jeweils als Nullstellungs-Standardwert bezeichnet werden. Wenn der Wert B und der Wert C gleich groß sind, so betragen die einzelnen Werte B und C jeweils die Hälfte des Nullstellungs-Standardbereichs. Hinsichtlich eines spezifischen numerischen Wertes für den Wert B und den Wert C, werden zum Beispiel 1,5(°) festgesetzt.
Die jeweiligen Mittelpunktswinkel θ1 und θ2 können mit den beiden Werten B und C korrigiert werden. In diesem Fall lassen sich die Mittelpunktswinkel θ1 und θ2 durch die folgenden Formeln (10) bis (12) ausdrücken. Dadurch erhalten der Anschlag 61 und der Bolzen 62 Größen, die den Nullstellungs-Standardwerten genügen. A ≤ θ1 ≤ A + B + C Formel 10) A ≤ θ2 ≤ A + B + C Formel (11) θ1 + θ2 = 2A + B + C Formel (12)
In 8A, 8B, 9A und 9B ist dargestellt, dass die Breite des Bolzens 62 zur Korrektur des Wertes B oder des Wertes C vergrößert ist. Jedoch lässt sich zum Beispiel, wie in 10 gezeigt, auch die Breite des Anschlags 61, statt der des Bolzens 62, vergrößern. In 10 ist der Mittelpunktswinkel θ2 mit (A + B) festgesetzt, wobei der Mittelpunktswinkel θ1 mit A festgesetzt ist, so dass sich die Breite des Anschlags 61 vergrößert. Zur Korrektur des Wertes B oder des Wertes C können ferner die Breiten sowohl des Anschlags 61 wie auch des Bolzens 62 vergrößert werden.
Der Anschlag 61 und der Bolzen 62 werden vorzugsweise so angeordnet, dass sie Positionen und Breiten haben, bei denen der Anschlag 61 an eine Seite des Bolzens 62 (Minus-Seite) gedrückt wird, damit sich der Zeiger nicht von der Nullstellung weg bewegt, selbst wenn der Schrittmotor 100 nicht mit Strom beaufschlagt ist. Ist die stabile Stellung des Rotors 1 unterschiedlich zwischen dem nicht mit Strom beaufschlagten Zustand und dem mit Strom beaufschlagten Zustand, so ist es vorteilhaft, den Wert B und den Wert C basierend auf der stabilen Stellung des nicht mit Strom beaufschlagten Zustands zu korrigieren.
11 und 12 sind perspektivische Ansichten, die eine Konfiguration eines abgewandelten Ausführungsbeispiels des Rotors 1 und des Anschlags 61 von 1 zeigen. 11 ist eine perspektivische Ansicht von der Seite der Welle 11 aus gesehen, und 12 ist eine perspektivische Ansicht von der Seite des Anschlags 61 aus gesehen.
Bezug nehmend auf 11 und 12 ist die Welle 11 einstückig mit der Magnetbaugruppe 12 unter Verwendung von Kunstharz ausgeformt. Die Magnetbaugruppe 12 beinhaltet den Magneten 14 und das Kunstharz-Gussteil 15. Der Magnet 14 hat eine zylindrische Form und ist an einer äußeren Durchmesserseite des Kunstharz-Gussteils 15 angeordnet. Der Magnet 14 ist aus einem Kunststoffmagneten oder ähnlichem aufgebaut und ist über das Kunstharz-Gussteil 15 fest mit der Welle 11 verbunden.
Der Anschlag 61 ragt vom Magneten 14 in Richtung der inneren Durchmesserseite. Der Anschlag 61 wird zusammen mit dem Magneten 14 im Spritzgussverfahren hergestellt. Durch die einstückige Ausformung des Anschlags 61 mit dem Magneten 14 ist es möglich, die Anzahl der Bauteile zu verringern und die Präzision bei der Montage zu verbessern.
13A und 13B zeigen eine Konfiguration eines abgewandelten Ausführungsbeispiels des Stators 3 und des Bolzens 62, die in 1 dargestellt sind. Genauer gesagt ist 13A eine perspektivische Ansicht und 13B ist eine perspektivische Teilansicht, die eine Konfiguration eines zylinderförmigen Teils 34d der Stirnplatte 34 zeigt.
Bezug nehmend auf 13A und 13B, verfügt die Stirnplatte 34 über eine Abdeckung 34c, die ein Seitenteil der Magnetbaugruppe 12 und der Anschlagplatte 13 abdeckt, und über ein zylinderförmiges Teil 34d, das mit der Abdeckung 34c verbunden ist und an den Zähnen 32 befestigt ist. Der Bolzen 62 ragt von einer inneren Wand des zylinderförmigen Teils 34d in Richtung des inneren Umfangs heraus. Der Bolzen 62 ist einstückig mit der Stirnplatte 34 ausgeformt.
14 zeigt eine Konfiguration eines abgewandelten Ausführungsbeispiels des in 1 gezeigten Bolzens 62. In 14 ist der Anschlag 61 zur einfacheren Erklärung an beiden Positionen P1 und P2 eingezeichnet.
Bezug nehmend auf 14 kann der Bolzen 62 aus zwei Stiften (dünne Stifte) 62c, 62d bestehen, die in einem Bereich des Mittelpunktswinkels θ1 angeordnet sind. In diesem Fall ist der Anschlag 61 in seiner Drehung in CW-Richtung durch den Stift 62c begrenzt, der sich an der Position P1 befindet und in seiner Drehung in CCW-Richtung durch den Stift 62d, der sich an der Position P2 befindet.
Was die Form des Anschlags 61 und des Bolzens 62 betrifft, können beliebige Formen verwendet werden, wie zum Beispiel fächerförmige, ringförmige, elliptische, gewinkelte und ähnliche Formen, sowie Formen, die die Massenfertigung und Präzision des Schrittmotors 100 gewährleisten. Auch die Anzahl von Anschlägen 61 und Bolzen 62 ist nicht beschränkt.
[Wirkung der Ausführungsbeispiele]
Gemäß der obigen Ausführungsbeispiele ist der Anschlag 61 in seiner Drehung in CW-Richtung durch die Seitenfläche 62a des Bolzens 62 begrenzt, oder durch den Stift 62c, die sich in Position P1 befinden, und in seiner Drehung in CCW-Richtung durch die Seitenfläche 62b des Bolzens 62 oder durch den Stift 62d, die sich in Position P2 befinden. Dadurch ist es möglich, jede beliebige Richtung auszuwählen (in CW-Richtung oder CCW-Richtung) in Bezug auf die Befestigungsrichtung des Zeigers, ohne die Befestigungsrichtung des Schrittmotors 100 zu ändern. Das führt zu mehr Gestaltungsfreiheit bei der Anordnung von Schrittmotor, Zeiger und ähnlichem. Es ist ferner möglich, einen Schrittmotor anzugeben, der ordnungsgemäß funktioniert, unabhängig davon, auf welcher der beiden Seiten der Zeiger befestigt ist.
Wird die Spule des Weiteren mit Strom beaufschlagt, um die Drehung des Rotors anzuhalten, wobei sich der Anschlag 61 in der nächsten Position zur Position P1 oder P2 befindet, so berühren sich Anschlag 61 und Bolzen 62, was eine stabile Fixierung des Anschlags 61 in der Nullstellung ermöglicht.
[Sonstiges]
In den obigen Ausführungsbeispielen ist der Schrittmotor ein Motor mit drehbarer Welle und innenliegendem Rotor. Der Schrittmotor dieser Erfindung kann zusätzlich zu dem obigen Motor auch ein Motor mit feststehender Welle oder drehbarer Welle und einem außen liegenden Rotor sein. Ferner kann der Schrittmotor der vorliegenden Erfindung ein Motor in Flachbauweise sein.
Die Rotorwelle kann als Hohlwelle ausgebildet sein. In diesem Fall ist es möglich den Zeiger zu beleuchten, indem Licht, das von einer Lichtquelle emittiert wird, die auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist (zum Beispiel der rechten Seite in 1) durch den hohlen Teil der Welle zum Zeiger geleitet wird.
Die obigen Ausführungsbeispiele können auf geeignete Weise miteinander kombiniert werden. So kann zum Beispiel der in 13A und 13B abgebildete Stator mit dem in 2 und 3 abgebildeten Rotor kombiniert werden. Ebenfalls kann der in 4A und 4B abgebildete Stator mit dem in 11 und 12 abgebildeten Rotor kombiniert werden.
Es ist zu beachten, dass die obigen Ausführungsbeispiele exemplarisch und nicht beschränkend sind. Der Umfang der Erfindung ist in den Ansprüchen definiert, nicht in der Beschreibung, und beinhaltet den Ansprüchen entsprechende Bedeutungen und sämtliche Abwandlungen innerhalb der Ansprüche.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
3: Stator
11: Welle
12: Magnetbaugruppe
13: Anschlagplatte
14: Magnet
15: Kunstharz-Gussteil
31: vordere Platte
31a: Bohrung
32: Zahn
32a: Statorzahn
33: Spule
34: Stirnplatte
34a: Bohrung
34b: Bohrung
34c: Abdeckung
34d: zylinderförmiges Teil
35: zylindrischer Wandabschnitt
36: Stift
61: Anschlag
62: Bolzen
62a: Seitenfläche
62b: Seitenfläche
62c: Stift
62d: Stift
100: Schrittmotor
111: Welle
114: Rotor
132: Stator
132a: Statorzahn
161: Anschlag
162: Anschlagstift
CW: Richtung
CCW: Richtung
R: Drehwinkel
P1: Position
P2: Position
θ1: Winkel
θ2: Winkel
Φ: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 10-164811 A [0004]
JP 8-182301 A [0005]
JP 6-38593 A [0006]
JP 11-313474 A [0007]

Claims

Ein Schrittmotor, der folgendes umfasst: einen Stator, einen Rotor, der in Bezug auf den Stator drehbar ist, ein Positions-Begrenzungsteil auf Rotorseite, das am Rotor befestigt ist, und das zusammen mit dem Rotor gedreht wird, und ein Positions-Begrenzungsteil auf Statorseite, das am Stator befestigt ist, wobei der Rotor folgendes beinhaltet: eine Rotorwelle, und einen Rotormagneten, der an einem äußeren Umfang der Rotorwelle angebracht ist, wobei die Rotorwelle mittels Kunstharz einstückig mit dem Rotormagneten ausgeformt ist, und wobei das Positions-Begrenzungsteil auf Statorseite folgendes beinhaltet: ein erstes Positions-Begrenzungsteil auf Statorseite, das das Positions-Begrenzungsteil auf der Rotorseite an einer ersten Position berührt, um die Drehung des Rotors in einer ersten Richtung zu begrenzen, und ein zweites Positions-Begrenzungsteil auf Statorseite, das das Positions-Begrenzungsteil auf der Rotorseite an einer zweiten Position berührt, die verschieden von der ersten Position ist, um die Drehung des Rotors in einer zweiten Richtung zu begrenzen, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.
Der Schrittmotor gemäß Anspruch 1, wobei das Positions-Begrenzungsteil auf Rotorseite ein herausragendes Teil beinhaltet, das an der Rotorwelle befestigt ist und in Richtung einer äußeren Durchmesserseite der Rotorwelle herausragt.
Der Schrittmotor gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Positions-Begrenzungsteil auf Rotorseite an einem seitlichen Teil des Rotormagneten in eine Richtung, in die sich die Rotorwelle erstreckt, angeordnet ist.
Der Schrittmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stator eine Stirnplatte beinhaltet, die einen seitlichen Teil des Rotormagneten in eine Richtung, in die sich die Rotorwelle erstreckt, abdeckt, und wobei das Position-Begrenzungsteil auf Statorseite aus der Stirnplatte in Richtung Rotormagnet herausragt.
Der Schrittmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Position-Begrenzungsteil auf Statorseite getrennt vom Stator ausgebildet ist.
Der Schrittmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Positions-Begrenzungsteil auf Statorseite einstückig mit dem Stator ausgeformt ist.
Der Schrittmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei bei Beaufschlagung einer Stator-Wicklung mit Strom, um eine Drehung des Rotors in einem Zustand anzuhalten, bei dem sich das Positions-Begrenzungsteil auf Rotorseite in einer nächsten Position zur ersten Position befindet, sich das Positions-Begrenzungsteil auf Rotorseite und das erste Positions-Begrenzungsteil auf Statorseite berühren können.