JP2005033977A - クローポール型ステッピングモータのモータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数を減らして組み立ての手間を低減することができ、また、モータを小径化することができるクローポール型ステッピングモータのモータ構造を提供することである。
【解決手段】 中心軸を有する１個の略円筒状ロータを、該ロータの両端面方向より２つのカップ状のステータにより包み込む形状のクローポール型ステッピングモータにおいて、前記２つのステータは、それぞれ、少なくとも１個の磁気コイル、磁気的に結合し極歯先端における磁気的位相差を電気角で１８０°とした２組の極歯群を有し、向かい合わせの状態で両ステータを接合して成る構造において、前記２組の極歯群の磁気的結合を、前記中心軸を軸支する軸受により行う。
【選択図】 図１

Description

本発明はクローポール型ステッピングモータのモータ構造、特にクローポール型のステッピングモータを小型化、高性能化するモータ構造に関する。

従来から、各種電子機器の小型化の要望に伴い、その装置内に収容されるモータについても収容スペースに合わせて小型化が要求されるようになってきている。

ところで従来のクローポール型ステッピングモータにおいて、インナーロータ型のクローポール型ステッピングモータでは、Ａ相とＢ相の駆動コイルをロータの外周に配置する構造が一般的であった。

ところがこのような構造のクローポール型ステッピングモータでは、ロータ磁石の外径がステータの内径による制限を受けるため、モータが小径化するほどロータ磁石の外径も小さくなり、これによってモータ特性が著しく低下してしまい、小径のモータを得ることは困難であった。このため、クローポール型ステッピングモータの代わりにブラシレスＤＣモータに位置検出器としてのエンコーダを付加して位置制御を行うしかなく、高価な構成となってしまっていた。

特許文献１に記載の発明は、このような状況にかんがみてなされ、駆動コイルをロータの軸方向に配置する構造を開示している。

特開２００３−９４９９号公報

上述の特許文献１に記載のモータ構造によれば、たとえば直径約６ｍｍ以下の小型のモータを得ることが可能となったが、モータが小さいため、その組み立ては容易ではない。

この組み立てが容易ではない原因としては、モータ構成部品が多いことが挙げられる。特許文献１によればモータを小型に設計することができたが、部品の点数はあまり変わらないため、小型になった分、組み立てに手間がかかってしまうことになってしまう。

このため、特許文献１に記載のような駆動コイルをロータの軸方向に配置する構造のモータにおいては部品点数を減らすことが望まれる。

本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、部品点数を減らして組み立ての手間を低減することができ、また、モータを小径化することができるクローポール型ステッピングモータのモータ構造を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するために、中心軸を有する１個の略円筒状ロータを、該ロータの両端面方向より２つのカップ状のステータにより包み込む形状のクローポール型ステッピングモータにおいて、前記２つのステータは、それぞれ、少なくとも１個の磁気コイル、磁気的に結合し極歯先端における磁気的位相差を電気角で１８０°とした２組の極歯群を有し、向かい合わせの状態で両ステータを接合して成る構造において、前記両ステータの接合が、向かい合わせの状態で両ステータを軸方向に貫通する中空の固定用パイプにより結合するものであることを特徴とする。

また本発明は請求項１に記載の発明において、前記固定用パイプにより結合が、該パイプの両端をカシメて結合するものであることを特徴とする。

本発明によれば、部品点数を減らして組み立ての手間を低減することができ、また、モータを小径化することができるクローポール型ステッピングモータのモータ構造を提供することができる。

すなわち本発明によれば、軸受が、第１のステータヨークと第２のステータヨークとの磁気的結合を行う部品を兼ねることができるので、部品点数を減らすことができるという効果がある。

また本発明によれば、モータを軸方向に貫通するパイプによってＡ相のステータとＢ相のステータとを固定し、モータを固定することができるので、従来の外周リングが不要となり、その分モータの径を有効に使うことができるという効果がある。

以下、本発明による実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明によるクローポール型ステッピングモータの一実施の形態の要部の構造を示す軸断面図である。

また、図２は、図１に示したクローポール型ステッピングモータの部分軸断面斜視図である。

本発明によるモータ構造の概略構成は以下の通りである。

図１に示すように、本実施の形態のクローポール型ステッピングモータ１は、たとえば円筒状硬磁性体から成るロータ磁石１３とこのロータ磁石１３の回転シャフトであるシャフト１２とから成るロータと、シャフト１２の軸方向両端側に互いに向かい合って配置されたＡ相ステータ１７およびＢ相ステータ１８とを有して構成される。

Ａ相ステータ１７を構成する各部品およびＢ相ステータ１８を構成する各部品はまったく同じものを用いることができ、２つのステータをまったく同じ形状にすることができる。これによれば、部品製造のコストを低減することができるという効果がある。

図１に示すように、２つのステータ１７、１８の間には、後述の極歯５ｃ、６ｃに空隙を介して内包されるようにロータ磁石１３が配置される。このようにクローポール型ステッピングモータ１は、中心軸を有する１個の略円筒状ロータを、このロータの両端面方向より２つのカップ状のステータにより包み込む形状である。

Ａ相ステータ１７およびＢ相ステータ１８のそれぞれは、第１のステータヨーク５と第２のステータヨーク６と軸受２とを有し、さらに磁気コイルとなるコイル４を巻回したコイルボビン３を有して構成される。

第１のステータヨーク５および第２のステータヨーク６は、後述のように、それぞれが複数の極歯群を有し、第１のステータヨーク５と第２のステータヨーク６とは磁気的に結合し極歯先端における磁気的位相差は電気角で１８０°である。

図１および図２において、２はシャフト１２の回転を支える軸受であり、７は各ステータにおいて部品の位置を固定するためのモールド樹脂であり、８はコイル４に電流供給する端子であり、１０はフロントプレートであり、１１はエンドプレートであり、９はフロントプレート１０とエンドプレート１１とでＡ相ステータ１７およびＢ相ステータ１８を挟んだ状態でそれらを貫通する孔１４に通すパイプであり、また図２において１５は後述するＡ相ステータ１７とＢ相ステータ１８との位置決め用の凸条である。

フロントプレート１０およびエンドプレート１１としては、たとえばＳＥＣＣを用いることができる。

なお、１９は絶縁シートである。

図３は、図１および図２に示した軸受２の軸断面斜視図である。

図３に示すように、軸受２の中心には軸孔２ａが設けられ、この軸孔２ａにシャフト１２が挿入される。この軸受２は図１に示すようにＡ相ステータ１７およびＢ相ステータ１８の両方に設けられる。

ところで、この軸受２としては、鉄系焼結含油軸受等の磁性材料から成る軸受が用いられる。この軸受２は、このような材質とすることによって、図１および図２に示したように、第１のステータヨーク５および第２のステータヨーク６と接触し、これらすなわち第１のステータヨーク５に設けられた極歯群と第２のステータヨーク６に設けられた極歯群とを磁気的に結合することができる。さらに含油軸受とすることにより、滑らかな回転を得ることができる。

上述の特許文献１に記載の発明では、２組の極歯群を磁気的に結合する部品として磁性体から成るボスを２個使用し、さらに別部品として軸受を２個使用している。本発明によれば、軸受２が、特許文献１における軸受とボスとを兼ねることができ、部品点数の削減が実現される。

なお、鉄系焼結含油軸受については、特開平７−３１０１０１号公報や特開平９−１４３６３８号公報等において知られている。

図４は、図１および図２に示したパイプ９の軸断面斜視図である。

このパイプ９は、前述のようにフロントプレート１０、Ａ相ステータ１７、Ｂ相ステータ１８およびエンドプレート１１を貫通する孔１４に挿入され、Ａ相ステータ１７およびＢ相ステータ１８を固定する役割を担う。

図４に示すように、このパイプ９は、たとえば内径がφ０．３ｍｍ程度、外径がφ０．５ｍｍ程度の中空であり、その材質はたとえばステンレスを用いることができる。

パイプ９を孔１４に挿入した後には、パイプ９の両端をカシメて固定することができる。このカシメは、パイプ９が中空の部品であるが故に小さな力で行うことができ、組み立てが容易となり有利である。

このように本発明に係るモータの構造はコイルが円筒状ロータの両端面に面した位置にあることから、コイルが円筒状ロータの外周に配するタイプのモータに比べ、モータの径は小さくなるもののモータの高さは高くなるため、Ａ相Ｂ相の接合面を単に例えば接着剤などにより接合してもＡ，Ｂ相の軸心を一つの直線上に合わせることが難しく、それぞれの軸心が互いに傾きを生じやすかった。しかしながら、このようにパイプ９、フロントプレート、エンドプレートを用いてモータの上下方向に締めることにより軸心の傾きを低減することができる。

本実施の形態では、孔１４を３ヵ所に設け、またパイプ９を３本設け、それぞれにおいて固定をするようにしている。本発明はこれに限らず、すなわち、３ヵ所での固定ではなく、１ヵ所での固定、２個所での固定、４ヵ所以上での固定でもよいことはいうまでもない。

ところで、上述の特許文献１に記載の発明では、モータ全体の固定用にモータの径の外周に外周リングを設けている。これに対して本実施の形態では、パイプ９を３本設けているため、部品点数の観点から言えば不利となる。しかしながら、パイプ９によってモータの固定を行うようにすることによって、外周リングが不要である分、モータの径を小さくすることができ、必要なサイズを実現することができるし、また、サイズに余裕がある個所に取りつけるモータであれば、外周リングが不要である分、第１のステータヨーク５や第２のステータヨーク６やロータ磁石１３の外径を大きくすることができ、その分性能を向上させることができる。

次に、本実施の形態のクローポール型ステッピングモータ１の組み立て手順に沿いながら、本実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図５は、図１および図２に示した第１のステータヨーク５の斜視図である。

図５に示すように、第１のステータヨーク５は、その中心に、切り欠き部５ｂを有する中心孔５ａを備え、さらに極歯５ｃを備えた形状である。

極歯５ｃすなわち第１のステータヨーク５の材質は、ＳＥＣＣ、珪素鋼板、ＳＵＹ等の軟磁性板を用いることができる。

また図６は、図１および図２に示した第２のステータヨーク６の斜視図である。

図６に示すように、第２のステータヨーク６も、その中心に、切り欠き部６ｂを有する中心孔６ａを備え、さらに極歯６ｃを備えた形状である。

極歯６ｃすなわち第２のステータヨーク６の材質は、ＳＥＣＣ、珪素鋼板、ＳＵＹ等の軟磁性板を用いることができる。

図７は、図５に示した第１のステータヨーク５をモールドした状態を示す斜視図である。

まず、図５に示した第１のステータヨーク５を、図７に示すように、モールド樹脂７でモールドする。このとき、第１のステータヨーク５の切り欠き部５ｂをモールド金型に形成してある凸部に合わせ、第１のステータヨーク５の位置合わせをしながらモールドする。これによってモールド樹脂７内での極歯５ｃの位置決めを行うことができる。

モールド樹脂７としては、ポリブチレンテレフタレートや液晶ポリマーなどを使用することができる。

なお、本実施の形態では、後に図９に示すように、モータ１の軸と垂直な向きでのモールド樹脂７の形状がいわゆる小判型をしているが、本発明はこれに限られないのはいうまでもない。

図７に示すように、モールドは、モールド樹脂７が孔１４を形成するとともに、円弧状の凸条１５および円弧状の凹溝１６を形成するように行われる。

この凸条１５および凹溝１６は、Ａ相のモールド樹脂７とＢ相のモールド樹脂７とを組み合わせたときに位置合わせをするための手段であり、Ａ相のモールド樹脂７の凸条１５とＢ相のモールド樹脂７の凹溝１６とが嵌合し、Ａ相のモールド樹脂７の凹溝１６とＢ相のモールド樹脂７の凸条１５とが嵌合することによって、２つのステータの結合がより安定し、モータ１の組み立て後、半径方向のズレや周方向のネジレ等の発生を防ぐことができる。

図８は、図７に示したモールド樹脂７によってモールドされた第１のステータヨーク５に、第２のステータヨーク６を組み付けた状態を示す斜視図である。

モータ１の組み立て工程では、次に、モールド樹脂７によってモールドされた第１のステータヨーク５に、コイル４を巻回したコイルボビン３と軸受２と第２のステータヨーク６とを予め組み立てて一体としたものを挿入する。ただし、図８では、図の見易さのため、コイル４を巻回したコイルボビン３および軸受２の図示を省略している。

このとき、モールド樹脂７によってモールドされた第１のステータヨーク５と、第２のステータヨーク６との円周方向の位置合わせは、第２のステータヨーク６の切り欠き部６ｂによって行われる。

軸受２と第２のステータヨーク６との接合は圧入によって行ってもよいし、カシメによって行ってもよいし、必要に応じて接着剤を用いて固定するようにしてもよい。また、軸受２と第１のステータヨーク５との接合も圧入によって行ってもよいし、カシメによって行ってもよいし、必要に応じて接着剤を用いて固定するようにしてもよい。また、軸受２とコイルボビン３との接合も圧入によって行ってもよいし、カシメによって行ってもよいし、必要に応じて接着剤を用いて固定するようにしてもよい。

次いで、Ａ相とＢ相の２つのステータ１７、１８の間に、シャフト１２とロータ磁石１３とから成るロータを挟み、ステータどうしを接合する。この後、図１にも示したように、フロントプレート１０およびエンドプレート１１を取り付け、孔１４にパイプ９を通し、パイプ９の両端をカシメて固定する。パイプ９は上述のように外径がφ０．５ｍｍ程度であり、このように細いため中空（内径φ０．３ｍｍ程度）にしてカシメ易くするのが望ましい。

図９は、図１および図２に示したクローポール型ステッピングモータ１の斜視図である。

以上説明した組み立て工程の後、完成したクローポール型ステッピングモータ１は図９に示すようになる。

本発明によるクローポール型ステッピングモータの一実施の形態の要部の構造を示す軸断面図である。 図１に示したクローポール型ステッピングモータの部分軸断面斜視図である。 図１および図２に示した軸受２の軸断面斜視図である。 図１および図２に示したパイプ９の軸断面斜視図である。 図１および図２に示した第１のステータヨーク５の斜視図である。 図１および図２に示した第２のステータヨーク６の斜視図である。 図５に示した第１のステータヨーク５をモールドした状態を示す斜視図である。 図７に示したモールド樹脂７によってモールドされた第１のステータヨーク５に、第２のステータヨーク６を組付けた状態を示す斜視図である。 図１および図２に示したクローポール型ステッピングモータ１の斜視図である。

符号の説明

１ クローポール型ステッピングモータ
２ 軸受
２ａ 軸孔
３ コイルボビン
４ コイル
５ 第１のステータヨーク
５ａ 中心孔
５ｂ 切り欠き部
５ｃ 極歯
６ 第２のステータヨーク
６ａ 中心孔
６ｂ 切り欠き部
６ｃ 極歯
７ モールド樹脂
８ 端子
９ パイプ
１０ フロントプレート
１１ エンドプレート
１２ シャフト
１３ ロータ磁石
１４ 孔
１５ 凸条
１６ 凹溝
１７ Ａ相ステータ
１８ Ｂ相ステータ
１９ 絶縁シート

Claims (2)

1. 中心軸を有する１個の略円筒状ロータを、該ロータの両端面方向より２つのカップ状のステータにより包み込む形状のクローポール型ステッピングモータにおいて、前記２つのステータは、それぞれ、少なくとも１個の磁気コイル、磁気的に結合し極歯先端における磁気的位相差を電気角で１８０°とした２組の極歯群を有し、向かい合わせの状態で両ステータを接合して成る構造において、前記両ステータの接合が、向かい合わせの状態で両ステータを軸方向に貫通する中空の固定用パイプにより結合するものであることを特徴とするクローポール型ステッピングモータのモータ構造。
2. 前記固定用パイプによる結合が、該パイプの両端をカシメて結合するものであることを特徴とする請求項１に記載のクローポール型ステッピングモータのモータ構造。

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