JP2003174761A - ステッピングモータ - Google Patents
ステッピングモータInfo
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- H02K5/1672—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
Abstract
飽和させない機構。 【解決手段】 櫛状極歯16a,16bをもつ一対の外
ヨーク18a,18bと、外ヨークと同径で櫛状極歯2
2a,22bをもつコア24を、コイル32a,32b
とロータ軸12の間に配設される軸受26のスリーブ3
4に接合して形成した一対の内ヨーク28a,28bと
を径方向に対向させて組合わせ、内・外ヨークの極歯1
6a,22a;16b,22bを交互に隣接させて同一
円周上に極歯列44a,44bを形成し、ステータヨー
ク43a,43bを構成する。内・外ヨーク28a,1
8a;28b,18bの間に励磁コイル32a,32b
を嵌装した一対のステータ42a,42b間にロータ1
4を挟装し、極歯列44a,44bを対向させたステッ
ピングモータ10において、内ヨーク28a,28bを
鉄系焼結合金軸受26の肉厚部分と兼用させることによ
って磁気飽和条件を緩和する。
Description
とする小型ステッピングモータに係わり、より具体的に
は、軸受とヨークに関する。
5に示されるように永久磁石からなるロータ101の外
周にステータ102a,102bを密着させて直列に配
設し、クローポールタイプの極歯を有するステータヨー
ク103a,103bは軸受104と別部品で構成する
のが一般的である。すなわち、ステータヨーク103
a,103bは、リング状の鍔部105から直角に折曲
げて複数の極歯を形成した内ヨーク106で構成されて
いる。そして、内ヨーク106とケース110とで構成
する空間にコイル109が収納される。
101を挿入配置する構成であるため、コイル109の
内径をロータ101の外径より小さくできず、さらなる
小型化が困難である。
タは超小形化が必要であり、図6に示すステッピングモ
ータ200のように、ロータ軸210の両端部を軸受2
11で回転自在に軸支するロータ202をステータ20
1a,201bで挟装するようにステータ201a,2
01bを軸方向に配設すると、ロータ202の外径を大
きくとることができて出力に関して有利になる。
外径の大きな外ヨーク204と、外ヨーク204の外径
と同径で櫛状に加工された大径部205と、小径部20
6とを備えた内ヨーク207とを組合わせ、外ヨーク2
04の櫛状部と内ヨーク207の櫛状部とを交互に同円
周上で隣接させて、外ヨーク204と内ヨークの小径部
206を径方向に対向させてステータヨーク208a,
208bを構成すると、コイル209がロータ202と
径方向に重ならない配置が達成され外径を小さくするこ
とができる。
タヨーク208a,208bのプレス加工の難度が高
く、形状を安定に確保することが困難である。また、こ
の構造では、断面積の少ないロータ軸210周辺の内ヨ
ーク小径部206に磁束の集中が発生して飽和するの
で、トルクに寄与しない磁束分布を生じ起磁力がこれら
の部分で消費され、それ以上の性能を上げることができ
なくなる。従ってこの部分は、他の部分よりも厚くして
断面積を拡大することがモータ効率の向上につながるの
であるが、プレス加工でこの部分を厚く形成することは
容易でない。
は、ロータ軸が貫通する中心部に焼結材を使用すること
により、コア厚を自由に調整できるようにして、磁気飽
和ならびに高速回転時に発生する渦電流損を抑制し、モ
ータ特性を向上させることである。そして、中心部の焼
結材に軸受機能をもたせて部品点数を削減するととも
に、コアの同心方向の位置決めを容易にして作業性を向
上することである。
めに、本発明に係わるステッピングモータは、マグネッ
トロータを挟装して軸方向に一対の駆動コイルを配設し
たステッピングモータであって、前記駆動コイルは、前
記マグネットロータから両方向に延設されたロータ軸を
中心とする円環状に構成され、前記駆動コイルの回りを
囲繞するように配設された一対の円筒状ヨークを有し、
前記ロータ軸を摺動可能に軸支する一対の焼結軸受を磁
性体で形成して、前記円筒状ヨークと焼結軸受とを一体
に形成した。
記ロータ軸と摺動する内壁を備えた円筒形状で、前記駆
動コイルの内壁と前記ロータ軸との間に配設した。ま
た、前記焼結軸受は、前記駆動コイルの外端側に位置す
る前記円筒形状の端部を拡径して円板状フランジに形成
し、前記円筒形状の部分とともに前記ステータヨークの
一部とした。さらに、前記円筒状ヨークは、前記焼結軸
受それぞれに半径方向から当接させて固定した。
ングモータの実施の形態を図面に基づいて説明する。本
発明に係わるステッピングモータの第一実施例は、図1
(a)に軸断面図で、また(b)に分解斜視図で示すよ
うに、ステッピングモータ10はロータ軸12の外周に
多極着磁を施したマグネットロータ14と、管状で軸方
向の片側に複数の櫛歯状極歯16a,16bを加工した
一対の外ヨーク18a,18bと、リング状の鍔部20
から直角に折曲げて、外ヨーク18a,18bの極歯1
6a,16bと同一円周上に複数櫛歯状極歯22a,2
2bを形成したコア24a,24bに接合された軸受2
6からなる一対の内ヨーク28a,28bとで形成した
2個のドーナツ状空間に、絶縁材30で外周が保護され
た励磁コイル32a,32bのセットをそれぞれ収納し
てなる。
在に支持する各軸受26は、鉄系焼結合金で形成され、
小径スリーブ34と大径フランジ部36からなり、中心
にはロータ軸12を嵌挿して回転自在に支持する貫通孔
38が穿設されている。各軸受26は、スリーブ34を
内ヨーク28a,28bとして外径に励磁コイル32
a,32bを嵌装した後、それぞれの外端部にコア鍔部
20の中心孔40の内径を接合するとともに、各フラン
ジ部36の外周に外ヨーク18a,18bの端部を接合
し、接合部を公知の適当な手段で接着または溶着してス
テータ42a,42bを形成する。コア24a、24b
と外ヨーク18a,18bはいずれも同じ軸受26を芯
として外周部に嵌合するので、同心に整合させることは
容易である。
ル32a,32bを囲んで磁路を形成し、内・外ヨーク
の各極歯16a,22a;16b,22bが交互に配列
されて形成した環状極歯列44a,44bが、ロータ1
4とのエアギャップに磁界を発生する。ロータのマグネ
ット外周面は微小な空隙を保って環状極歯列44a,4
4bの内周面と対向する。またこの構成により、焼結軸
受部分に潤滑油を含浸させて軸受部の軸受機能を向上さ
せることができる。15は、ロータ14の軸方向の位置
を規制するスペーサであるが、一方のスペーサ15は波
形座金のような弾性体を使用するとよい。
で形成され小径スリーブ34が軸受26を兼用する内ヨ
ーク28a,28bが、磁気飽和を生じない十分な肉厚
を付与されて励磁コイル32a,32bの内周側に挿入
され、マグネットロータ14の外周部と対向する環状極
歯列44a,44bを形成した大径部の外ヨーク18
a,18bおよびコア24a,24bから構成され、励
磁コイル32a,32bがマグネットロータ14の外周
方向に重ならないように軸方向に沿ってロータの両側に
配設される。そして、一対のステータ42a,42b
は、その外周に嵌合する内径の非磁性体円筒ケース46
に嵌装され位置が固定される。
するとともに、一対の相対するステータ42a,42b
を同時に位置決めし、固定位置精度、ロータと軸受との
同軸精度を確保する。ロータに対する環状極歯列44
a,44bの同軸整合精度の向上によって、振動・騒音
の低減を図ることができ、ロータ外周と極歯との間隙は
十分に短縮できるから、トルク特性が向上できる。
タの第二実施例を軸断面図で示すもので、上記実施例と
共通する部材には同一符号を使用し説明を省略する。第
二実施例では、軸受フランジ部36の外側に拡径段を設
け、外ヨーク18a,18b外端面を段部形成面48に
当接させて接合することによって、外ヨーク18a,1
8bの軸受26に対する位置を確定する。一方、内ヨー
ク28a,28bは、コア24a,24bの鍔部20の
面に軸受スリーブ34の端面50に当接させることで軸
方向の位置が確定される。外ヨーク18a,18bと内
ヨーク28a,28bの極歯16a,22a;16b,
22bの軸方向の相対位置は常に安定して一定にできる
から、製品間のばらつきが解消できる。
タの第三実施例を軸断面図で示すもので、上記実施例と
共通する部材には同一符号を使用し説明を省略する。第
三実施例は、外部に軸受の自由度を提供し高速回転を許
容する構成で、ロータ軸52はラジアル方向を軸受せ
ず、軸受26a,26bは、磁気飽和抑制のために外ヨ
ーク18a,18bと内ヨーク28a,28bとの連結
部に磁性焼結合金で磁路の形成が容易な厚みを提供す
る。
結合金の素材には、高速回転時に発生する渦電流に抑止
効果があるステンレスが使用される。ロータ軸52の一
端面に円錐面54が凹設されて、球面56を凹設したス
ラスト軸受58との間に鋼球60が挟装されて適当な範
囲内での自動調心を可能にして、ロータ軸53のスラス
トだけを支持する構成である。また、スラスト軸受58
には、球面凹部56の反対面を弾性付勢で支持する緩衝
用板バネ62を中央に形成したカバー64が軸受フラン
ジ26a外面に固定される。軸受スリーブ34の内側端
面に縮径段66が設けると、成形型は複雑になり精度が
要求されるが、コア24a,24bの中心孔40を嵌装
し軸方向と径方向の位置が確定され心出しが容易にな
る。
タの第四実施例を軸断面図で示すもので、上記実施例と
共通する部材には同一符号を使用し説明を省略する。第
四実施例は、ロータ軸と摺接する軸受面を有するスリー
ブ34を除去して摩擦を減少させた軸受68の構成で、
軸受68はフランジ部70だけの構成で、貫通孔38に
ロータ軸12を回転自在に支持する。そして第三実施例
と同様に、フランジ部70を肉厚にすることで磁気飽和
に対応し、外ヨーク18a,18bと内ヨーク28a,
28bとの連結部に磁性焼結合金で磁路の確保を容易に
する。さらに、中央貫通孔38の内側開口72に段付拡
径部74を設け、極歯コア76a,76bと一体にプレ
ス成形した内ヨーク78a,78bを嵌入して接合す
る。
取付フランジ80aを延在させるとともに、軸受68の
外径を挿通する透孔80b以外の閉じた壁面80cに外
ヨーク18bの外端を当接させて支持する。円筒ケース
80の内径は、外ヨーク18a,18bの外径に嵌合
し、他端は開口して開端部に雌ネジ80dが螺設される
開端部の雌ネジ80dに封止板82が螺入される。
透孔82aが穿設されているので、封止板82の外周は
外ヨーク18aの外端に当接して、ステータ42a,4
2bを円筒ケース80内で位置決めし軸方向の相対移動
を規制する。取付フランジ80aは取付孔80eにより
外部機器と結合することができる。ステッピングモータ
10と円筒ケース80とは確実に固定されているので、
図示しない外部機器と位置関係は精度よく安定に整合さ
せることができる。封止板82は外周に雄ネジを設けて
円筒ケースの開口端部内径に螺設した雌ネジに螺合させ
る構成が図示されているが、それ以外の係合手段が可能
である。
は図示の実施例に限定されるものではなく、その形状や
構成等について、本発明の構成要件から逸脱しない範囲
で、細部に関する多様な変更や部品の再構成等の改変を
なし得ることが予期される。
係わるステッピングモータは、請求項1の記載によれ
ば、マグネットロータを挟装して軸方向に一対の駆動コ
イルを配設したステッピングモータであって、前記駆動
コイルは、前記マグネットロータから両方向に延設され
たロータ軸を中心とする円環状に構成され、前記駆動コ
イルの回りを囲繞するように配設された一対の円筒状ヨ
ークを有し、前記ロータ軸を摺動可能に軸支する一対の
焼結軸受を磁性体で形成して、前記円筒状ヨークと一体
に前記ステータヨークを構成したので、中心部材を焼結
品とすることで、ヨークを構成するコア厚が自由に調整
できる。
さが作り易くなる。しかも磁束の集中部を厚くすること
ができるから、より多くの磁束の流れをスムースに確保
でき、モータ特性が向上する。また、焼結材は粒塊で組
成されているから鉄損を少なくすることが可能であり、
ステンレスを使用することによっても、高速回転時に発
生する渦電流損を小さくでき、効率の高いモータとな
る。
は、請求項2の記載によれば、前記焼結軸受は、いずれ
も中心に前記ロータ軸と摺動する内壁を備えた円筒形状
で、前記駆動コイルの内壁と前記ロータ軸との間に配設
したので、磁束の集中しやすい駆動コイルの内壁とロー
タ軸との間のヨークを焼結軸受で兼用することにより、
厚みを容易に確保可能となり、磁束の流れを確保でき
る。また焼結部の粒塊組成によって渦電流損失の抑制を
図ることができる。
タは、請求項3の記載によれば、前記焼結軸受は、前記
駆動コイルの外端側に位置する前記円筒形状の端部を拡
径して円板状フランジに形成し、前記円筒形状の部分と
ともに前記ステータヨークの一部としたので、中心部材
に軸受機能をもたせることにより、形状の簡易化および
部品点数削減が可能となり、作業性の改善に伴って、高
性能の超小型ステッピングモータが安価に提供できる。
タは、請求項4の記載によれば、前記円筒状ヨークは、
前記焼結軸受それぞれに半径方向から当接させて固定し
たので、コアの同心方向の位置決め、同芯度が容易に確
保でき組立作業性が向上できる。また油分を含浸させて
錆に対する耐性が強化できる。
一実施例の軸断面図である。
二実施例の軸断面図である。
三実施例の軸断面図である。
四実施例の軸断面図である。
図である。
面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 マグネットロータを挟装して軸方向に一
対の駆動コイルを配設したステッピングモータであっ
て、 前記駆動コイルは、前記マグネットロータから両方向に
延設されたロータ軸を中心とする円環状に構成され、前
記駆動コイルの回りを囲繞するように配設された一対の
円筒状ヨークを有し、前記ロータ軸を摺動可能に軸支す
る一対の焼結軸受を磁性体で形成して、前記円筒状ヨー
クと焼結ヨークとが一体に形成されたことを特徴とする
ステッピングモータ。 - 【請求項2】 前記焼結軸受は、いずれも中心に前記ロ
ータ軸と摺動する内壁を備えた円筒形状で、前記駆動コ
イルの内壁と前記ロータ軸との間に配設したことを特徴
とする請求項1に記載のステッピングモータ。 - 【請求項3】 前記焼結軸受は、前記駆動コイルの外端
側に位置する前記円筒形状の端部を拡径して円板状フラ
ンジに形成し、前記円筒形状の部分とともに前記ステー
タヨークの一部としたことを特徴とする請求項2に記載
のステッピングモータ。 - 【請求項4】 前記円筒状ヨークは、前記焼結軸受それ
ぞれに半径方向から当接させて固定したことを特徴とす
る請求項1から3のいずれかに記載のステッピングモー
タ。
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