JP2002027727A

JP2002027727A - ステッピングモータ

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Publication number: JP2002027727A
Application number: JP2000206473A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Kumoi; 將文雲井; Osamu Furuta; 修古田; Masahiro Naba; 正博那波; Yoshiaki Fukuda; 良明福田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2002-01-25
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: JP4232329B2

Abstract

(57)【要約】【課題】径方向の寸法を小さくしたステッピングモー
タにおいて、磁気回路の効率を改善し、トルクを大きく
したものである。【解決手段】ロータ磁石の外周部に歯部を有する内ヨ
ーク１４とそれに電気角で１８０度の位相差を持つ歯部
を有する外ヨーク１５とを持ち、ステータコイル１６を
ロータ磁石１２のスラスト軸に沿った横側に配置し、さ
らにステータコイルを取り囲むように磁気的閉ループ
を、内ヨークと外ヨークとで一組のヨーク対を構成し、
ヨーク対二組をロータ磁石の両側の軸方向から磁石をは
さむように配置したステッピングモータであって、ヨー
クの歯部形状を先端部１７ｂより根元部１７ａを太く
し、ロータ磁石１２の外径が回転軸方向において中央部
より両端の方が小径となるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロータに磁石を有
するステッピングモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ステッピングモータはディジタル
制御方式のマイコン制御に適したアクチュエータとし
て、情報関連機器やＯＡ機器に広く用いられている。

【０００３】特に光メディアドライブのフィード用アク
チュエータとして、ステッピングモータが持つ、高速応
答性、高制御性を応用し、次第に利用されてきている。
また、ステッピングモータは、安価な構成にて制御回路
が組めるため、今後、この分野の用途は急増することが
予想される。

【０００４】また、上記情報機器では、携帯用機器に代
表されるように小型化が進んでおり、これらの用途に使
われるステッピングモータには、小径化が要求される。
以下、図面を参照しながら、上述した従来のステッピン
グモータの一例について説明する。

【０００５】図９は従来のステッピングモータの断面図
を示すものである。同図において、３１はロータ部であ
り、永久磁石３２はシャフトに取り付けられている。永
久磁石３２の外周面は、円周方向に多極着磁されてい
る。ステータのヨークは内ヨーク３４と外ヨーク３５と
に別れており、内ヨーク３４と外ヨーク３５とは、それ
ぞれ歯部３７にてギャップ３３を介し永久磁石３２と対
向している。また、内ヨーク３４と外ヨーク３５とは、
コイル３６を取り囲むように磁気的閉ループを、内ヨー
ク３４と外ヨーク３５とで一組のヨーク対を構成してお
り、内ヨーク３４と外ヨーク３５とは、電気角で１８０
度の位相差を持っている。さらに、上記ヨーク対は、二
組にあり、永久磁石１２の両側の軸方向から永久磁石３
２をはさむように配置してあり、この二組のヨーク対の
位相差を電気角で９０度の位相差にした位置に配置され
ている。

【０００６】以上のように構成されたステッピングモー
タについて、その動作を説明すれば、ステータコイルを
順次通電し極性を変えながら通電することにより、ロー
タ磁石はステータヨークの歯と歯とが各々電気角で９０
°ずつ回転することになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構造では、ステータコイルが磁石と同一軸上に配置され
るため、ステータヨークの磁路長が長くなり、漏れ磁束
が増加し、モータのトルクが必然的に減少するという欠
点を有していた。特に、ステッピングモータが小型化す
るに伴い、トルクを発生させる磁気回路の領域が極端に
狭くなるために、トルクの減少が顕著になる根本的な問
題が生じる。よって、磁気回路の効率向上は、小径のス
テッピングモータには必要不可欠な技術課題である。

【０００８】また、内ヨークと外ヨークの歯部が軸方向
に長くなるため、前記歯部の根元付近に荷重がかかりや
すく、前記歯部の強度が弱くなる機械的な課題があっ
た。また、この強度不足が生じると、組立時に不慮の外
力が加わると容易に変形し、前記歯部の位置精度が損な
われる弊害もあった。

【０００９】また、従来の二組のステータヨークどうし
が直接接触するステッピングモータにおいても小型化、
小径化が進むにつれ同様の課題がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、ロータ磁石の外周部に配置された内ヨークの歯部と
電気角で１８０度の位相差を持つ歯部を有する外ヨーク
とを持ち、ステータコイルをロータ磁石の側面に配置し
たステッピングモータにおいて、あるいは、ロータ磁石
の外周部に配置された内ヨークの歯部と電気角で１８０
度の位相差を持つ歯部を有する外ヨークとを持ち、ステ
ータコイルをロータ磁石のスラスト軸に沿った横側に配
置したステッピングモータにおいて、内ヨークと外ヨー
クの歯部の径方向の厚さは、先端部が根元部より薄い形
状になっており、これに対向するロータ磁石の外径が回
転軸方向において中央部より両端の方が小径になってい
る。

【００１１】上記手段によって、モータの外寸を大きく
することなく、漏洩磁束を削減し磁気回路内の発生磁束
を有効に利用することができ、モータのトルクを増加す
ることができる。また、歯部の強度を高めることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】上記の課題を解決するために本発
明は、内ヨーク・外ヨークの歯部の径方向の厚さは、先
端部が根元部より薄い形状であり、かつ、ロータ磁石の
外径が回転軸方向において中央部より両端の方が小径に
なっているものである。

【００１３】また、内ヨーク・外ヨークの歯部の回転方
向の角度幅は、先端部が根元部より細い形状になってい
る。

【００１４】このように、歯部の厚さを径方向に変化さ
せ、かつ、磁石の外径が、回転軸方向において中央部よ
り両端の方が小さな径になっているものでは、ギャップ
長を均一にでき、磁石の磁束の発生効率を高め、トルク
を大きくできるとともに、歯部の強度を高め、前記歯部
の位置精度を高めることができる。

【００１５】また、歯部の角度幅を回転方向に変化させ
たものでは、磁気飽和を解消し磁気回路の効率を向上し
つつ、磁気抵抗の変化を緩やかにでき、ディテントトル
クを低減できる。

【００１６】

【実施例】（実施例１）以下、本発明の実施例について
図面を参照して説明する。

【００１７】図１において、１１はロータ部であり、永
久磁石１２はシャフトに取り付けられている。永久磁石
１２の外周面は、円周方向に多極着磁されている。ステ
ータのヨークは内ヨーク１４と外ヨーク１５とに別れて
おり、内ヨーク１４と外ヨーク１５とは、それぞれ歯部
１７にてギャップ１３を介し永久磁石１２と対向してい
る。また、内ヨーク１４と外ヨーク１５とは、コイル１
６を取り囲むように磁気的閉ループを、内ヨーク１４と
外ヨーク１５とで一組のヨーク対を構成しており、内ヨ
ーク１４と外ヨーク１５とは、電気角で１８０度の位相
差を持っている。さらに、上記ヨーク対は、二組にあ
り、永久磁石１２の両側の軸方向から永久磁石１２をは
さむように配置してあり、この二組のヨーク対の位相差
を電気角で９０度の位相差にした位置に配置されてい
る。

【００１８】内ヨーク１４と外ヨーク１５との歯部１７
は、図２に示すように先端の方が径方向の肉厚と比べ徐
々に薄くなっており、歯部１７は厚肉部１７ａと薄肉部
１７ｂとを有する。

【００１９】以上のように構成された本実施例における
ステッピングモータの磁気回路について説明する。

【００２０】図３に示すように永久磁石１２から、発生
した磁束はギャップ１３を通り、歯部１７に流れる。歯
部１７は、永久磁石１２と面している範囲で永久磁石１
２から磁束が流入する。よって、図３に示すように歯部
１７内の磁束量は、歯部１７の先端の薄肉部１７ｂより
歯部１７の根元の厚肉部１７ａの方が多くなることにな
る。

【００２１】永久磁石１２の磁束を漏れることなくコイ
ル１６と鎖交させるためには、歯部における磁気飽和を
回避する必要がある。よって、本実施例のごとく、歯部
の根元付近を厚肉にすることで、根本的に歯部に磁気飽
和は生じず、歯部全体で集めた永久磁石の磁束を漏らす
ことなく、ステッピングモータのトルクに寄与させるこ
とができ、無駄のない高効率な磁気回路を得ることがで
きる。また、永久磁石１２の外径をヨークの歯部１７の
内径に合わせて変化させているため、平均ギャップ長を
小さく、かつ回転軸方向に関してギャップが一定にで
き、永久磁石の発生磁界の利用効率を高めることができ
る。

【００２２】また、歯部に厚肉部を設けることで、歯部
全体の強度を高めることができる。本実施例では、コイ
ルを磁石の両側の軸方向に配置していることから、内ヨ
ークと外ヨークの歯部が軸方向に長くなってしまうため
に、前記歯部の根元付近に荷重がかかりやすい構造にな
っていた。しかし、歯部の最も荷重がかかる部分を厚肉
部にすることで、歯部全体の強度を高くできる。また、
この強度不足が生じると、組立時に不慮の外力が加わる
と容易に変形し、前記歯部の位置精度が損なわれる弊害
もあったが、このような問題も根本的に解決できる。

【００２３】なお、歯部の形状は、薄肉部と厚肉部とが
設けられていれば、特に限定されるものではない。例え
ば、歯部の形状は、図４に示すように歯部の一部のみ厚
くしていく構造でも構わない。この場合、歯部薄肉部
は、歯部が磁気飽和しない範囲である必要があることは
言うまでもない。

【００２４】また、図５に示すように、歯部の形状は曲
線状に根元ほど厚くなる構造でも構わない。

【００２５】（実施例２）本実施例では、図６に示すよ
うに内ヨークおよび外ヨークの歯部２０、２１の回転方
向の角度幅は、先端部２０ｂ、２１ｂが根元部２０ａ、
２１ａより細い形状になっている。よって、実施例１と
同様に、歯部の根元付近を厚肉にするため、歯部に磁気
飽和は生じず、歯部全体で集めた永久磁石の磁束を漏ら
すことなく、ステッピングモータのトルクに寄与させる
ことができ、無駄のない高効率な磁気回路を得ることが
できる。

【００２６】なお、歯部の形状は、薄肉部と厚肉部とが
設けられていれば、特に限定されるものではない。例え
ば、歯部の形状は、図７に示した歯部２２のように曲線
上に厚くなっていてもよい。この場合、歯部は磁石の磁
束を流すのに必要な断面積を確保しつつ、円周方向の磁
気抵抗の変化を緩やかにすることができ、ディテントト
ルクの増加を抑制することができる。

【００２７】また、歯部の形状は、図８に示した歯部２
３のように一部のみ厚くしていく構造でも構わない。こ
の場合、歯部薄肉部は、歯部が磁気飽和しない範囲であ
る必要があることは言うまでもない。

【００２８】

【発明の効果】上記実施例の記載から明らかなように、
請求項１あるいは請求項２に記載の発明によれば、歯部
の根元付近を厚肉にすることにより、歯部に磁気飽和は
生じず、歯部全体で集めた永久磁石の磁束を漏らすこと
がなくなり、無駄のない高効率な磁気回路を得ることが
でき、ステッピングモータのトルクを大きくすることが
できる。

【００２９】また、歯部に厚肉部を設けることで、歯部
全体の強度を高めることができ、この強度アップによ
り、組立時の不慮の外力による変形を防ぎ、歯部の位置
精度を確保できる。

【００３０】また請求項３に記載の発明によれば、平均
ギャップ長を小さくかつ回転軸方向にギャップ長を均一
にでき、永久磁石の発生磁界に利用効率をさらに高める
ことができる。

【００３１】なお、上記した効果の他に、請求項１ある
いは請求項２記載の発明と同様な効果を有していること
は言うまでもない。

【００３２】また、請求項４に記載の発明によれば、円
周方向の磁気抵抗な変化を緩やかにすることができ、デ
ィテントトルクの増加を抑制することができる。

【００３３】なお、上記した効果の他に、請求項１ある
いは請求項２記載の発明と同様な効果を有していること
は言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すモータの構造図

【図２】本発明の第１の実施例における歯形状の詳細図

【図３】本発明の第１の実施例における磁束の流れを示
す説明図

【図４】本発明の第１の実施例における他の歯形状の例
を示す説明図

【図５】本発明の第１の実施例における他の歯形状の例
を示す説明図

【図６】本発明の第２の実施例を示す歯部の構造図

【図７】本発明の第２の実施例における他の歯形状の例
を示す説明図

【図８】本発明の第２の実施例における他の歯形状の例
を示す説明図

【図９】従来のモータの形態を示す説明図

【符号の説明】

１１ロータ１２永久磁石（ロータ磁石）１３エアギャップ１４内ヨーク１５外ヨーク１６コイル部（ステータコイル）１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３歯部１７ａ、１８ａ、１９ａ、２０ａ、２１ａ、２２ａ、２
３ａ厚肉部（根元部）１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ、２０ｂ、２１ｂ、２２ｂ、２
３ｂ薄肉部（先端部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者那波正博大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者福田良明大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H002 AA05 AE02 5H622 AA03 CA01 CA07 PP01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステータコイルと、ロータ磁石と、ロー
タ磁石の外周部に歯部を有する内ヨークと、内ヨークの
歯部と電気角で１８０度の位相差を持つ歯部を有する外
ヨークとを持ち、さらにステータコイルを取り囲むよう
に磁気的閉ループを、内ヨークと外ヨークとで一組のヨ
ーク対を構成し、かつ二組のヨーク対の位相差を電気角
で９０度の位相差にしたステッピングモータであって、
すべての内ヨーク、外ヨークの歯部の径方向の厚さは、
先端部が根元部より薄い形状であり、かつ、ロータ磁石
の外径が、回転軸方向において中央部より両端の方が小
径になっているステッピングモータ。
【請求項２】ステータコイルと、ロータ磁石と、ロー
タ磁石の外周部に歯部を有する内ヨークと、内ヨークの
歯部と電気角で１８０度の位相差を持つ歯部を有する外
ヨークとを持ち、ステータコイルをロータ磁石のスラス
ト軸に沿った横側に配置し、さらにステータコイルを取
り囲むように磁気的閉ループを、内ヨークと外ヨークと
で一組のヨーク対を構成し、ヨーク対二組をロータ磁石
の両側の軸方向から磁石をはさむように配置し、かつ二
組のヨーク対の位相差を電気角で９０度の位相差にした
ステッピングモータであって、すべての内ヨーク、外ヨ
ークの歯部の径方向の厚さは、先端部が根元部より薄い
形状であり、かつ、ロータ磁石の外径が、回転軸方向に
おいて中央部より両端の方が小径になっているステッピ
ングモータ。
【請求項３】ロータ磁石とヨーク対とのエアギャップ
長は均一である請求項１または請求項２記載のステッピ
ングモータ。
【請求項４】すべての内ヨーク、外ヨークの歯部の回
転方向の角度幅は、先端部が根元部より細い形状になっ
ている請求項１または請求項２記載のステッピングモー
タ。