JP2004289932A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】高速駆動が可能な薄型のステッピングモータを実現する。
【解決手段】２相駆動が可能なステッピングモータのＡ相を励磁するステータユニット２０ＡとＢ相を励磁するステータユニット２０Ｂとは、ロータ１０の軸に垂直な平面上に配置される。よって、薄型化が可能になる。また、ステータユニット２０Ａステータ内の極歯２３ａ，２３ｂのうちの約半分は、残りのステータユニット２０Ａステータ内の極歯２３ａ，２３ｂから電気角で９０度又は２７０度ずれている。そのため、ロータ１０の外周に配置された磁極と対向する極歯の数が減じられ、コギングトルクの影響を緩和でき、高速駆動が可能になる。
【選択図】 図１

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関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
記録媒体となるディスクを駆動するディスクドライブ装置、コンピュータの周辺機器であるプリンタ、或いはファクシミリ装置等では、高精度の位置決めを行うために、例えば特許文献１に示されるような永久磁石を用いたステッピングモータが用いられている。近年では、これらの機器の高性能化にともなって、永久磁石を用いたステッピングモータについても、高トルクや低振動を実現する高品質なものが要求されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１２７０２４号公報
【０００４】
図４は、従来のステッピングモータの一部を切り欠いた斜視図である。
特許文献１のステッピングモータは、２相駆動が可能なモータであり、図４に示すように、ロータ１と、２段のステータユニット２，３とを備えている。
【０００５】
ロータ１は円柱状をなし、その外周面には、永久磁石の磁極が所定ピッチで複数等配置されている。ステータユニット２は、ステータヨーク２ａとステータヨーク２ｂとで構成されている。ステータユニット３は、ステータヨーク３ａとステータヨーク３ｂとで構成されている。
【０００６】
ステータヨーク２ａは、軟磁性材の鋼板が打ち抜かれて形成されたものであり、その中央部には、ロータ１の外周に所定の距離を空けて沿う内周縁が形成されている。内周縁には、ステータヨーク２ｂ側に先端が向き、且つロータ１の外周面に対向する複数の極歯２ｃが形成されている。
【０００７】
ステータヨーク２ｂも、軟磁性材の鋼板が打ち抜かれて形成されたものであり、その中央部にはロータ１の外周に所定の距離を持って沿う内周縁が形成されている。内周縁には、ステータヨーク２ａ側に先端が向き、且つロータ１の外周面に対向する複数の極歯２ｄが形成されている。極歯２ｃと極歯２ｄとが、電気角で１８０度ずれるように、ステータヨーク２ａ，２ｂが合掌されている。ステータヨーク２ａとステータヨーク２ｂとの間に、ボビン４に巻回された巻線５が装着されている。
【０００８】
ステータヨーク３ａは、軟磁性材の鋼板が打ち抜かれて形成されたものであり、その中央部にはロータ１の外周に所定の距離を持って沿う内周縁が形成されている。内周縁には、ステータヨーク３ｂ側に先端が向き、且つロータ１の外周面に対向する複数の極歯３ｃが形成されている。
【０００９】
ステータヨーク３ｂも、軟磁性材の鋼板が打ち抜かれて形成されたものであり、その中央部にはロータ１の外周に所定の距離を持って沿う内周縁が形成されている。内周縁には、ステータヨーク３ａ側に先端が向き、且つロータの外周面に対向する複数の極歯３ｄが形成されている。極歯３ｃと極歯３ｄとが、電気角で１８０度ずれるように、ステータヨーク３ａ，３ｂが合掌されている。ステータヨーク３ａとステータヨーク３ｂとの間に、ボビン４に巻回された巻線５が装着されている。
【００１０】
ステータユニット２の複数の極歯２ｃ，２ｄと、ステータユニット３の複数の極歯３ｃ，３ｄとは、電気角で９０度又は２７０度ずれるように、ステータユニット２とステータユニット３とが、固定されている。２つのステータユニット２，３により、ステッピングモータのステータが構成されている。
ステータが、フランジ７に取付けられている。フランジ７には、ロータ１から突出した軸８を回転自在に支持する軸受９が設けられている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ステッピングモータの組込まれる機器が小型化や薄型化の傾向にあるため、ステッピングモータについても、小型化や薄型化が要求されるとともに、高速駆動が可能なステッピングモータも要求されている。
しかしながら、図４のステッピングモータは、２つのステータユニット２，３が段積みされた構造のため、薄型化が困難であった。
【００１２】
本発明は、上記実情に鑑みてなされた発明であり、薄型化が可能で且つ高速駆動が可能なステッピングモータを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の観点に係るステッピングモータは、磁極が所定ピッチで配列された円柱状の外周面を持ち軸を中心にして回転するロータと、前記ロータの外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁部を持つ板状部材で構成され、該縁部には該ロータの外周面に対向すると共に先端が該ロータの軸の一方側を向く複数の上側極歯が形成された上側ヨーク、前記上側ヨークよりも前記軸の一方側に配置されて前記上側ヨークに対峙する板状部材で構成され、前記ロータの外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁部を持ち、該縁部には該ロータの外周面に対向すると共に先端が該ロータの軸の他方側を向き前記上側極歯に対して電気角で１８０度ずれた複数の下側極歯が形成された下側ヨーク、及び前記上側ヨークと下側ヨークとの間にはさまれ、前記上側極歯及び下側極歯を逆極性に励磁する励磁コイルをそれぞれ備えるＮ（Ｎは２以上の整数）個のステータユニットとを備え、前記Ｎ個のステータユニットは、前記ロータの軸に垂直な平面上に配列され、前記各ステータユニット内の上側極歯及び下側極歯の約半数は該ステータユニット内の残りの約半数の上側極歯及び下側極歯から電気角で９０度又は２７０度ずれていることを特徴とする。
ここで、約半数というのは、極歯の全数が奇数の場合、極歯数を割り切れない場合のことを指す。
【００１４】
このような構成を採用したことにより、ステータユニットが平面上に配列され、薄型化が可能になる。また、ステータユニット内の上側極歯及び下側極歯の約半数は、残りの約半数の上側極歯及び下側極歯から電気角で９０度又は２７０度ずれているので、コギングトルクの影響が低減され、高速応答が可能になる。
【００１５】
なお、隣接する前記ステータユニット間の前記上側極歯及び下側極歯同士は、電気角で１８０／Ｎ度又は（３６０−１８０／Ｎ）度ずれていてもよい。
また、前記複数のステータユニットの上側ヨークは、共通の部材で一体に形成されるとともに、該共通の部材における各ステータユニットの境界部には、磁気の回り込みを妨げる磁気回り込み抑制部が形成されていてもよい。
【００１６】
また、前記複数のステータユニットの下側ヨークは、共通の部材で一体に形成されるとともに、該共通の部材における各ステータユニットの境界部には、磁気の回り込みを妨げる磁気回り込み抑制部が形成されていてもよい。
また、前記Ｎは、２としてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係るステップモータを示す組み立て斜視図である。図２は、図１のステップモータの断面図である。
このステッピングモータは、２相駆動が可能なモータであり、円柱状の外周面を持つロータ１０と、２つのステータユニット２０Ａ，２０Ｂで構成されたステータ２０とを、備えている。
【００１８】
円柱状のロータ１０の外周面には、永久磁石で構成された磁極が所定のピッチで配列されている。
ステータユニット２０Ａは、上下に互いに組み付けられた上側ヨーク２１ａ及び下側ヨーク２２ａと、励磁用コイル３０Ａとで構成されている。ステータユニット２０Ｂは、上下に互いに組み付けられた上側ヨーク２１ｂ及び下側ヨーク２２ｂと、励磁用コイル３０Ｂとで構成されている。
【００１９】
ステータユニット２０Ａの上側ヨーク２１ａは、軟磁性材で形成されて板状をなし、ロータ１０の外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁端部を持っている。円弧状の縁端部には、複数の上極歯２３ａが形成されている。各極歯２３ａは、ロータ１０の外周面に対向し、且つ、先端がロータ１０の回転軸の方向の一方側つまり下側ヨーク２２ａの方向に向いている。複数の極歯２３ａは、上側ヨーク２１ａと一体の軟磁性材であり、上側ヨーク２１ａと共にプレス加工で形成される。上側ヨーク２１ａには、さらに、コイル３０Ａを係止するための孔２４ａが形成されている。
【００２０】
下側ヨーク２２ａは、軟磁性材で形成されて板状をなし、ロータ１０の外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁端部を持っている。円弧状の縁端部には、先端がロータ１０の回転軸の方向の他方側つまり上側ヨーク２１ａの方向に向くと共に、該ロータ１０の外周面に対向する複数の極歯２５ａが形成されている。複数の極歯２５ａは、下側ヨーク２２ａと一体の軟磁性材であり、下側ヨーク２２ａと共にプレス加工で形成される。下側ヨーク２２ａには、さらに、コイル３０Ａを係止するための孔２６ａが形成されている。上側ヨーク２１ａの孔２４ａと、下側ヨーク２２ａの孔２６ａとは、互いに対峙する位置に形成されている。
【００２１】
コイル３０Ａは、樹脂製のボビン３１ａに巻回された巻線３２ａで構成されている。ボビン３１ａの外周から巻線３２ａの端子が導き出されている。ボビン３１ａの中心部には、磁路構成用に軟磁性材からなるスタッド１００が構成され、そのスタッド１００がボビン３１ａの両鍔部から突出して突起３３ａを形成している。これらの突起３３ａが上側ヨーク２１ａの孔２４ａと下側ヨーク２２ａの孔２６ａとに係止されている。
【００２２】
一方、ステータユニット２０Ｂの上側ヨーク２１ｂは、上側ヨーク２１ａと一体の軟磁性材で形成され、板状をなしている。上側ヨーク２１ｂも、ロータ１０の外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁端部を持っている。円弧状の縁端部には、先端がロータ１０の回転軸の方向の一方側つまり下側ヨーク２２ｂの方向に向き、該ロータ１０の外周面に対向する複数の上側極歯２３ｂが形成されている。複数の極歯２３ｂは、上側ヨーク２１ａ，２１ｂと一体の軟磁性材であり、上側ヨーク２１ａ，２１ｂと共にプレス加工で形成される。上側ヨーク２１ｂには、さらに、コイル３０Ｂを係止するための孔２４ｂが形成されている。
【００２３】
ステータユニット２０Ｂの下側ヨーク２２ｂは、下側ヨーク２２ａと一体の軟磁性材で形成され、板状をなしている。下側ヨーク２２ｂは、ロータ１０の外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁端部を持っている。円弧状の縁端部からは、先端がロータ１０の回転軸の方向の他方側つまり上側ヨーク２１ｂの方向に向くと共に、該ロータ１０の外周面に対向する複数の下側極歯２５ｂが形成されている。下側ヨーク２２ｂには、さらに、コイル３０Ｂを係止するための孔２６ｂが形成されている。上側ヨーク２１ｂの孔２４ｂと、下側ヨーク２２ｂの孔２６ｂとは、互いに対峙する位置に形成されている。
【００２４】
コイル３０Ｂは、樹脂製のボビン３１ｂに巻回された巻線３２ｂで構成されている。ボビン３１ｂの外周から巻線３２ｂの端子が導き出されている。ボビン３１ｂの中心部には、磁路構成用に軟磁性材からなるスタッド１００が構成され、そのスタッド１００がボビン３１ｂの両鍔部から突出して突起３３ｂを形成している。これらの突起３３ｂが、上側ヨーク２１ｂの孔２４ｂと下側ヨーク２２ｂの孔２６ｂとに係止されている。
【００２５】
一体の上側ヨーク２１ａと上側ヨーク２１ｂとの境界部には、スリット２７が形成されている。スリット２７は、上側ヨーク２１ａ及び上側ヨーク２１ｂ間における磁気の回り込みを抑制する。一体の下側ヨーク２２ａと下側ヨーク２２ｂとの境界部には、スリット２８が形成されている。スリット２８は、下側ヨーク２２ａ及び下側ヨーク２２ｂ間における磁気の回り込みを抑制する。
【００２６】
上側ヨーク２１ａと上側ヨーク２１ｂとが一体で、下側ヨーク２２ａと下側ヨーク２２ｂとが一体で構成されているので、ステータ２０全体が板状となり、ステータユニット２０Ａ，２０Ｂが、ロータ１０の回転軸に垂直な平面上に配列された状態になっている。
【００２７】
コイル３０Ａが組込まれたステータユニット２０Ａは、ステッピングモータを２相駆動する場合にＡ相を構成し、コイルＢが組込まれたステータユニット２０Ｂは、Ｂ相を構成する。
【００２８】
ステータユニット２０Ａ内の複数の極歯２３ａと、複数の極歯２５ａとは、互いに電気角で１８０度ずれている。ステータユニット２０Ｂ内の複数の極歯２３ｂと複数の極歯２５ｂとは、互いに電気角で１８０度ずれている。
各相内の極歯の位置関係と、相間の極歯の位置関係は、例えば図３のようになる。
【００２９】
図３は、極歯の位置関係を示す説明図である。
ステータ２０をロータ１０の軸に垂直な断面で切り、第１から第４象限に分けると、各極歯２３ａ，２３ｂ，２５ａ，２５ｂの位置は、図３のように表すことができる。即ち、極歯２３ａ，２５ａは、第１及び第２象限に配置され、極歯２３ｂ，２５ｂが第３及び第４象限に配置されている。
【００３０】
第１象限及び第２象限にあるＡ相の極歯２３ａのうちの、約半分の第２象限にある極歯２３ａは、第１象限にある極歯２３ａから電気角で９０度（又は２７０度）ずれている。同様に、第１象限及び第２象限にある極歯２５ａのうちの約半数の第２象限にある極歯２５ａは、第１象限にある極歯２５ａから電気角で９０度（又は２７０度）ずれている。このように、同一相内で極歯の位置を電気角で９０度（又は２７０度）ずらすことにより、コギングトルクの影響を緩和することができる。
【００３１】
第３象限及び第４象限にあるＢ相の極歯２３ｂのうちの、約半分の第４象限にある極歯２３ｂは、第３象限にある極歯２３ｂから電気角で９０度（又は２７０度）ずれている。同様に、第３象限及び第４象限にある極歯２５ａのうちの約半数の第４象限にある極歯２５ｂは、第３象限にある極歯２５ｂから電気角で９０度（又は２７０度）ずれている。このように、相内で極歯の位置を電気角で９０度（又は２７０度）ずらすことにより、コギングトルクの影響を緩和することができる。
【００３２】
さらに、Ｂ相の極歯２３ｂ，２５ｂは、Ａ相の極歯２３ａ，２５ａから電気角で９０度（又は２７０度）ずれている。このように、Ｂ相の極歯２３ｂ，２５ｂとＡ相の極歯２３ａ，２５ａを電気角で９０度（又は２７０度）ずらすことにより、位相角としてステッピングモータを構成している。
【００３３】
このような構成のステッピングモータでは、コイル３０Ａの巻線に電流を流すと、極歯２３ａが励磁され、極歯２５ａには極歯２３ａとは逆極性の磁気が励磁される。コイル３０Ｂの巻線に電流を流すと、磁極２３ｂが励磁され、極歯２５ｂには、極歯２３ｂとは逆極性の磁気が励磁される。極歯２３ａ，２３ｂ，２５ａ，２５ｂは、ロータ１０の外周面に配置された磁極との間で引き合うか或いは反発し、ロータ１０を回転させる。
【００３４】
以上のような本実施形態では、以下のような効果を奏する。
（１） 上側ヨーク２１ａと下側ヨーク２２ａとを持つステータユニット２０Ａと、上側ヨーク２１ｂと下側ヨーク２２ｂとを持つステータユニット２０Ｂとが、ロータ１０の軸に垂直な平面上に配列されるので、ステッピングモータの薄型化が可能になる。
【００３５】
（２） ステータユニット２０Ａ内の複数の極歯２３ａ，２５ａのほぼ半分は残りの極歯２３ａ，２５ａから電気角で９０度（又は２７０度）ずれている。ステータユニット２０Ｂ内の複数の極歯２３ｂ，２５ｂのほぼ半分は残りの極歯２３ｂ，２５ｂから電気角で９０度（又は２７０度）ずれている。これらにより、ステッピングモータのコギングトルクを低減させ、高速駆動が可能になる。以下、その理由を説明する。
【００３６】
ステッピングモータを高速で駆動する場合には、極歯２３ａ，２３ｂ，２５ａ，２５ｂを高速に励磁するため、コイル３０Ａ，３０Ｂのインダクタンスで決る時定数により、電流の立ち上がりがなまり、コギングトルクを越えるだけの励磁電流を流すことは困難であった。この問題を解決する方法としては、コイルＡ，３０Ｂのインダクタンスを下げて時定数を下げることが考えられるが、これでは必要な回転トルクが十分にえられなくなるという問題があった。
【００３７】
上記実施形態では、ステータユニット２０Ａの極歯２３ａ，２５ａと、ステータユニット２０Ｂの極歯２３ｂ，２５ｂとの間が電気角で９０度ずれるばかりでなく、各ステータユニット２０Ａ，２０Ｂ内の複数の極歯２３ａ，２５ａのほぼ半分は残りの極歯２３ａ，２５ａから電気角で９０度（又は２７０度）ずれているので、同時に、ロータ１０の磁極と対向する極歯が減じられ、コギングトルクを低減できる。
【００３８】
（３） 上側ヨーク２１ａ，２１ｂ同士は、共通の部材で一体に形成されるので、部品点数が減じられると共に、組み立て工数も削減でき、低コスト化が可能である。
（４） 下側ヨーク２２ａ，２２ｂ同士は、共通の部材で一体に形成されるので、部品点数が減じられると共に、組み立て工数も削減でき、低コスト化が可能である。
【００３９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。その変形例としては、次のようなものがある。
（ａ）上記実施形態では、２個のステータユニット２０Ａ，２０Ｂを持ち、２相駆動が可能なステッピングモータを示したが、本発明は、Ｎ個のステータユニットを持ち、２相よりも多い多相駆動が可能なステータユニットにも適用できる。この場合、隣接するステータユニット間の上側ユニット及び下側ユニットの極歯同士を、電気角で１８０／Ｎ度又は（３６０−１８０／Ｎ）度ずらしておけば、Ｎ相駆動が可能である。
【００４０】
（ｂ）上側ヨーク２１ａと上側ヨーク２１ｂとは、分離して別部品で構成してもよい。
（ｃ）下側ヨーク２２ａと下側ヨーク２２ｂとは、分離して別部品で構成してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ステータユニットが同一平面上に配列されるので、薄型化が可能になると共に、ロータの外周面の複数の磁極に同時に対向する極歯が減じられるので、高速駆動が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るステッピングモータの組み立て斜視図である。
【図２】図１のステッピングモータの要部を示す断面図である。
【図３】極歯の位置を示す断面図である。
【図４】従来のステッピングモータの一部を切り欠いた斜視図である。
【符号の説明】
１０ ロータ
２０ ステータ
２０Ａ，２０Ｂ ステータユニット
２１ａ，２１ｂ 上側ヨーク
２２ａ，２２ｂ 下側ヨーク
２３ａ，２３ｂ，２５ａ，２５ｂ 極歯
３０Ａ，３０Ｂ コイル

Claims (5)

1. 磁極が所定ピッチで配列された円柱状の外周面を持ち軸を中心にして回転するロータと、
   前記ロータの外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁部を持つ板状部材で構成され、該縁部には該ロータの外周面に対向すると共に先端が該ロータの軸の一方側を向く複数の上側極歯が形成された上側ヨーク、前記上側ヨークよりも前記軸の一方側に配置されて前記上側ヨークに対峙する板状部材で構成され、前記ロータの外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁部を持ち、該縁部には該ロータの外周面に対向すると共に先端が該ロータの軸の他方側を向き前記上側極歯に対して電気角で１８０度ずれた複数の下側極歯が形成された下側ヨーク、及び前記上側ヨークと下側ヨークとの間にはさまれ、前記上側極歯及び下側極歯を逆極性に励磁する励磁コイルをそれぞれ備えるＮ（Ｎは２以上の整数）個のステータユニットとを備え、
   前記Ｎ個のステータユニットは、前記ロータの軸に垂直な平面上に配列され、
   前記各ステータユニット内の上側極歯及び下側極歯の約半数は該ステータユニット内の残りの約半数の上側極歯及び下側極歯から電気角で９０度又は２７０度ずれていることを特徴とするステッピングモータ。
2. 隣接する前記ステータユニット間の前記上側極歯及び下側極歯同士は、電気角で１８０／Ｎ度又は（３６０−１８０／Ｎ）度ずれている、
   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。
3. 前記複数のステータユニットの上側ヨークは、共通の部材で一体に形成されるとともに、該共通の部材における各ステータユニットの境界部には、磁気の回り込みを妨げる磁気回り込み抑制部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のステッピングモータ。
4. 前記複数のステータユニットの下側ヨークは、共通の部材で一体に形成されるとともに、該共通の部材における各ステータユニットの境界部には、磁気の回り込みを妨げる磁気回り込み抑制部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステッピングモータ。
5. 前記Ｎは、２としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のステッピングモータ。

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