JP2005117752A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 コイルの放熱性を向上させることにある。
【解決手段】 コイル２１が巻回されたボビン２２の内周面から当該ボビン２２の軸方向の端面に沿うように設けられるヨーク２３と、このヨーク２３、ボビン２２およびコイル２１の外周側を囲むように筒状に形成され、ヨーク２３の外周縁２３ｄに密接しヨーク２３とともに磁気回路を構成するケース２４とを備え、ケース２４には、当該ケース２４の一端部から半径方向の外方に延在し、弁本体（モータ設置部材）１００に当接した状態で当該弁本体１００に連結されるフランジ２４ｂを設けた構成になっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コイルを有するボビン、ヨークおよびこれらを囲むケースを備えたステッピングモータに関するものである。

この種のステッピングモータとしては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。このステッピングモータは、ＰＭ型のものであり、コイル（ステータコイル）が巻回されたボビン（コイルボビン）の内周、当該ボビンの軸方向の各端面およびボビンおよびコイルの外周を、プレート状のヨーク（ステータコア）およびカップ状のヨークで覆うことによって第１のステータを構成し、同様にして構成された第２のステータと上記第１のステータとを背中合わせにして同軸状に配置し、これらの周囲を一体的に覆うべく樹脂成形されたハウジングによってステータを構成したものとなっている。

上記ステッピングモータにおいては、作動開始時に出力軸の初期化動作が行われ、それ以降、コイルの通電状態を維持することによって、出力軸の位置を制御することになる。
特公平８−２８９５８号公報

ところが、上記従来のステッピングモータにおいては、上述のようにコイルの通電を維持することにより制御した場合、通電中のコイルから常時熱が発生するのに対して、コイルがボビンおよびヨークで覆われている上に、ヨークの周囲がハウジングで覆われた状態になっていることから放熱性が悪く、コイルが高温になって絶縁皮膜の溶融により絶縁不良を起こすおそれがあり、またコイル、ボビン、ヨーク、ハウジング等に熱変形が生じるおそれもある。しかも、コイルが高温になることによって、当該コイルに近接するロータのマグネット（永久磁石）に熱減磁が起こり、モータとしての特性劣化が生じるおそれもある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コイルから発する熱の放熱性を向上させることにより、絶縁不良、熱変形およびモータの特性劣化などの不具合を防止することのできるステッピングモータを提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、請求項１に記載のステッピングモータは、コイルが巻回されたボビンと、このボビンの内周面から当該ボビンの軸方向の端面に沿うように設けられるヨークと、このヨーク、上記ボビンおよび上記コイルの外周側を囲むように筒状に形成され、上記ヨークの外周縁に密接し当該ヨークとともに磁気回路を構成するケースとを備えてなり、上記ケースには、軸方向の一端部に、モータ設置部材に当接した状態で当該モータ設置部材に連結されるフランジが設けられていることを特徴としている。

請求項２に記載のステッピングモータは、請求項１に記載の発明において、上記コイルが巻回されたボビン、上記ヨークおよび上記ケースは、上記フランジにおける上記モータ設置部材との当接面を露出させた状態で、樹脂により一体的に連結されていることを特徴としている。

請求項３に記載のステッピングモータは、コイルが巻回されたボビンと、このボビンを囲むように設けられるヨークと、一端部が上記ヨークに密接し、他端部にはモータ設置部材に当接した状態で当該モータ設置部材に連結されるフランジが設けられている放熱手段とを備えてなり、上記コイルが巻回されたボビン、上記ヨークおよび上記放熱手段は、上記フランジにおける上記モータ設置部材との当接面を露出させた状態で、樹脂により一体的に連結されていることを特徴としている。

上記のように構成された請求項１および２に記載の発明によれば、コイルに常時電流が流れ、当該コイルからジュール熱が常時発生する場合であっても、その熱がボビンを介してヨークに伝達され、さらにケースに伝達されることになる。また、コイルで発生した熱は、放射熱として外周を囲むケースに直接伝達されることにもなる。そして、ケースに伝達された熱は、当該ケースのフランジを介して当該フランジが当接するモータ設置部材に放出することができる。

このため、コイルで発生した熱の放熱性が向上するので、コイル自体の温度上昇を低減することができ、絶縁被膜が溶けることによる絶縁不良を防止することができるとともに、コイル、ボビン、ヨーク、ハウジング等に熱変形が生じるのを防止することができる。しかも、コイルの温度が低下することから、このコイルに近接する例えばロータのマグネットに熱減磁が生じるおそれがなく、トルクなどのモータの特性が低下するのを防止することができる。

したがって、コイルが高温になることによる絶縁不良、熱変形、モータの特性劣化等の不具合を防止することができる。

請求項２に記載のステッピングモータによれば、コイルが巻回されたボビン、ヨークおよびケースが樹脂により一体的に連結されているので、これらのコイル、ボビン、ヨークおよびケースを備えた強固なステータを構成することができる。

また、ケースの周囲等が上記樹脂によって覆われることになった場合でも、フランジにおけるモータ設置部材との当接面が露出した状態になっており、当該フランジを介してコイルで発生した熱をモータ設置部材に逃がすことができるので、コイルおよびコイルの周囲に熱がこもるのを防止することができる。

したがって、ボビン、ヨークおよびケースが樹脂により一体的に連結されている場合であっても、コイルが高温になることによる絶縁不良、熱変形、モータの特性劣化等の不具合を防止することができる。

請求項３に記載のステッピングモータによれば、コイルで発生した熱がボビンを介してヨークに伝達されるとともに、放射熱としてヨークに直接伝達されることになる。そして、ヨークに伝達された熱は、当該ヨークに密接する放熱手段に伝達され、さらに当該放熱手段のフランジを介してモータ設置部材に放出されることになる。

したがって、コイルで発生した熱の放熱性が向上するので、ヨークや放熱手段の周囲等が上記樹脂によって覆われることになっていても、上記請求項１または２に記載の発明と同様に、コイルが高温になることによる絶縁不良、熱変形、モータの特性劣化等の不具合を防止することができる。

しかも、コイルが巻回されたボビン、ヨークおよび放熱手段が樹脂により一体的に連結されているので、これらのコイル、ボビン、ヨークおよび放熱手段を備えた強固なステータを構成することができる。

以下、この発明の実施の形態を図１〜図１０を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
まず、この発明の第１の実施の形態を図１〜図６を参照して説明する。

この第１の実施の形態で示すステッピングモータは、図１に示すように、ガソリンエンジンにおける混合気の流量を調整する流量制御弁を構成すべく、弁本体（モータ設置部材）１００に取り付けられるようになっている。なお、この流量制御弁は、アイドル回転数を制御するようになっている。

弁本体１００は、アルミニウムによって一体に形成されたものであり、ステッピングモータ１を取り付ける平面状の設置面１０１を有し、この設置面１０１に対して凹状に形成された流量制御室１０２を有している。この流量制御室１０２には、混合気の流入流路１０３が連通しているとともに、弁口１０４を介して流出流路１０５が連通している。弁口１０４は、流量制御室１０２の底面に開口すべく形成されたものであり、当該底面側の端部に弁座１０６が形成されている。さらに、流量制御室１０２から弁本体１００の外側面にかけて開口部を有しており、ステッピングモータ１は混合気の漏れを防ぐため前記開口部を密閉するように弁本体１００に連結されている。

ステッピングモータ１は、ステータ２と、ロータ３と、出力軸４を備えた構成になっている。

ステータ２は、図５に示すように、コイル２１と、このコイル２１を巻回するボビン２２と、このボビン２２の内周面から当該ボビン２２の軸方向の端面に沿うように設けられるヨーク２３と、このヨーク２３、ボビン２２およびコイル２１の外周側を囲むように円筒状に形成され、ヨーク２３におけるボビン２２の軸方向の端面に沿う中空円板部（平板部）２３ａの外周縁２３ｄ（図２、図３参照）に密接し当該ヨーク２３とともに磁気回路を構成するケース２４と、このケース２４、コイル２１を有するボビン２２およびヨーク２３を一体的に連結すべく樹脂成形されたハウジング２５とを備えている。

ボビン２２は、図３に示すように、円筒部２２ａと、この円筒部２２ａの軸方向の各端部から半径方向の外方に円環状に延在する鍔部２２ｂ、２２ｂとによって一体に形成されている。一方、コイル２１は、円筒部２２ａにおける各鍔部２２ｂ間に巻回されるようになっている。

ヨーク２３は、図２および図３に示すように、鉄板等の磁性体の板によって形成されたものであって、中空円板部２３ａの内周縁２３ｂから軸線方向に屈曲成形された複数（この実施の形態では６個）の極歯２３ｃを有する形状になっている。また、中空円板部２３ａの円形の外周縁２３ｄは、ボビン２２における鍔部２２ｂの円形の外周縁より大径に形成されている。

このように構成されたヨーク２３は、図３〜図５に示すように、各極歯２３ｃの外周面をボビン２２の円筒部２２ａの内周面に嵌合するとともに、中空円板部２３ａをボビン２２の軸方向の端面を構成する鍔部２２ｂに密着させることによって、当該ボビン２２を軸方向の両側から挟み込むように設置されるようになっている。なお、中空円板部２３ａの外周縁２３ｄは、鍔部２２ｂの外周縁より大径に形成されていることから、当該鍔部２２ｂの外周縁より半径方向の外方に位置している。

そして、コイル２１を有するボビン２２と、一対のヨーク２３とからなる第１のステータは、同様に構成された第２のステータと同軸状に重ね合わされた状態で、ケース２４内に挿入されるようになっている。

ケース２４は、図３に示すように、鉄等の磁性体によって形成されたものであって、各ヨーク２３の外周縁２３ｄに嵌合する円筒部２４ａと、この円筒部２４ａの一端部から半径方向の外方に円環状に延在し、弁本体１００の設置面１０１に連結されるフランジ２４ｂとによって一体に形成されている。フランジ２４ｂには、周方向に等間隔にボルト６（図１参照）を挿通する貫通孔２４ｃが形成されている。

また、ケース２４は、図４に示すように、上記第１および第２のステータを挿入した状態で、円筒部２４ａを縮径することによって、その内周面を各ヨーク２３の外周縁２３ｄに確実に密着させるようになっている。

ハウジング２５は、図５に示すように、図４に示す第１および第２のステータを組み込んだケース２４の外周側、積層された第１および第２のステータの軸方向の一端面側および他端面側等を覆うように樹脂成形することにより一体的に形成されているとともに、当該樹脂成形により、コイル２１を有するボビン２２、ヨーク２３およびケース２４を一体的に連結するようになっている。ただし、フランジ２４ｂにおける弁本体１００の設置面１０１に当接する面は、ハウジング２５を構成する樹脂が除かれて金属面が露出する伝熱面（当接面）２４ｅとなっている。すなわち、フランジ２４ｂは、伝熱面２４ｅが設置面１０１に直接当接するようになっている。なお、フランジ２４ｂにおける伝熱面２４ｅとは反対側の面（上面）は、ハウジング２５を構成する樹脂からなるフランジ部２５ａで覆われた状態になっており、このフランジ部２５ａにおけるフランジ２４ｂの貫通孔２４ｃに対応する位置には当該貫通孔２４ｃと同径の貫通孔２５ｂが同軸状に形成されている。

また、ハウジング２５は、ステッピングモータ１が流量制御室１０２から弁本体１００の外側面にかけての開口部に連結された際に混合気の漏れを防ぐため密閉性を有する形状になっている。すなわち、ハウジング２５は、図５および図６に示すように、ケース２４におけるフランジ２４ｂの上面、円筒部２４ａの外周面および当該円筒部２４ａの軸方向におけるフランジ２４ｂと反対側の開口部を完全に覆うように形成されている。

一方、ロータ３は、図１に示すように、円筒状に形成されており、その軸方向の両端部がハウジング２５にボールベアリング５１を介して回転自在に支持されるようになっている。また、ロータ３の外周面には、各ヨーク２３の極歯２３ｃに近接してマグネット３１が設けられており、内周面には、雌ねじ３ａが形成されている。

出力軸４は、外周面にロータ３の雌ねじ３ａに螺合する雄ねじ４ａが形成されており、ロータ３の回転に伴って軸方向に移動するようになっている。また、出力軸４には、軸方向の一端部側に、樹脂等のシール材によって形成された弁体４１が一体的に成形されている。そして、出力軸４は、ステッピングモータ１がボルト６によって弁本体１００の設置面１０１に固定された状態において、弁口１０４と同軸状に配置されるようになっており、軸方向に移動することによって、弁体４１により弁口１０４の開度を調整するようになっている。

ボルト６は、ハウジング２５におけるフランジ部２５ａの貫通孔２５ｂおよびケース２４におけるフランジ２４ｂの貫通孔２４ｃに挿通し、弁本体１００の設置面１０１に形成されたねじ孔にねじ込んで締め付けることにより、フランジ２４ｂの伝熱面２４ｅを設置面１０１に確実に密着させるとともに、ステッピングモータ１を弁本体１００に確実に固定するようになっている。

また、図１において、５２は、ステータ２における出力軸４側の開口部を覆うべく、ねじ５３によってハウジング２５に固定され、出力軸４の回り止めを行うために設けられた蓋体である。

上記のように構成されたステッピングモータ１を備えた流量制御弁においては、ロータ３の回転角度に応じて、出力軸４の軸方向の移動量が決まることから、弁体４１によって弁口１０４の開度を精密に調整することができる。

また、ステッピングモータ１においては、オープンループで使用することによって、コイル２１に常時電流が流れ、コイル２１からジュール熱が常時発生する場合であっても、その熱がボビン２２を介してヨーク２３に伝達され、さらにケース２４に伝達されることになる。また、コイル２１で発生した熱は、放射熱によって外周を囲むケース２４に直接伝達されることにもなる。そして、ケース２４に伝達された熱は、当該ケース２４のフランジ２４ｂから当該フランジ２４ｂが密着する設置面１０１を介して弁本体１００に放出することができる。

このため、ケース２４の周囲が樹脂製のハウジング２５で覆われているにもかかわらず、コイル２１で発生した熱の放熱性を向上させることができる。したがって、コイル２１自体の温度を低減することができるので、絶縁被膜が溶けることによる絶縁不良の防止を図ることができるとともに、コイル２１、ボビン２２、ヨーク２３、ハウジング２５等の熱変形を防止することができる。しかも、コイル２１の温度が低下することから、このコイル２１に近接するロータ３のマグネット３１に熱減磁が生じるおそれがなく、トルクなどのモータとしての特性が劣化するのを防止することができる。

なお、上記第１の実施の形態においては、ケース２４における円筒部２４ａの外周面の全体を樹脂製のハウジング２５で覆うように構成したが、図７に示すように、円筒部２４ａの外周面の一部を露出させるように当該ハウジング２５を樹脂成形するように構成してもよい。

このように構成した場合には、熱伝導性の良好な鉄等の材料で形成されたケース２４における円筒部２４ａの一部がステッピングモータ１の周囲の雰囲気に露出した状態になるので、ケース２４に伝達した熱を上記雰囲気側に効率よく放出することができる。従って、上述したコイル２１の温度上昇に起因して生じる各種の不具合をより確実に防止することができる。

（第２の実施の形態）
次に、この発明の第２の実施の形態を図８〜図１０を参照して説明する。ただし、第１の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を簡略化する。

この第２の実施の形態が上記第１の実施の形態と異なる点は、ケース２４を設けずに第１のヨーク２３および第２のヨーク２３０によって各ボビン２２ごとに磁気回路を構成し、かつ放熱手段２６を備えている点である。

第１のヨーク２３は、上述した第１の実施の形態における図３に示したヨーク２３であって、背中合わせの位置に配置されたヨーク２３と同一であるので、この「２３」の符号をもって、図８〜図１０に示す。

第２のヨーク２３０は、上記図３に示したヨーク２３であって、軸方向の両端部に配置されたヨーク２３に対応するものであるので、このヨーク２３と同一の部位については同一の符号をもって、図８〜図１０に示す。

すなわち、第１のヨーク２３は、図８に示すように、各極歯２３ｃがボビン２２の円筒部２２ａの内周面に沿うべく設けられ、各極歯２３ｃに連続する中空円板部２３ａが当該ボビン２２の一方の鍔部２２ｂの外面（ボビン２２の軸方向の一端面）に沿って設けられるようになっている。

一方、第２のヨーク２３０は、中空円板部２３ａの外周縁２３ｄから当該中空円板部２３ａと同軸状にかつ各極歯２３ｃと同一方向に延在する円筒状の外筒部２３ｅを一体的に有するもので形成されている。

この第２のヨーク２３０は、各極歯２３ｃが第１のヨーク２３の各極歯２３ｃと交互に配置された状態でボビン２２の円筒部２２ａの内周面に沿うべく設けられ、各極歯２３ｃに連続する中空円板部２３ａが当該ボビン２２の他方の鍔部２２ｂの外面（ボビン２２の軸方向の他端面）に沿って設けられ、かつこの中空円板部２３ａに連続する外筒部２３ｅが他方の鍔部２２ｂから一方の鍔部２２ｂに向けてボビン２２の外周側を軸方向に延在するとともに、その先端部の内周面が第１のヨーク２３の外周縁２３ｄに密接すべく設けられている。

そして、コイル２１を有するボビン２２と、このボビン２２を囲むように設けられる第１のヨーク２３および第２のヨーク２３０からなるヨークとによって構成された第１のステータは、同様に構成された第２のステータと、各第１のヨーク２３を背中合わせにして密着させた状態で積層されることになる。なお、この状態において、各第２のヨーク２３０における外筒部２３ｅの先端部同士も密接させるように構成することが好ましい。

放熱手段２６は、鉄等の熱伝導率の大きな金属によって一体的に形成されたものであって、円筒部２６ａとフランジ２６ｂとを有している。

円筒部２６ａは、その外周面が第２のヨーク２３０における外筒部２３ｅの外周面とほぼ同径に形成されており、当該第２のヨーク２３０と同軸状に配置された状態で、軸方向の一端部が一方（図中下方）の第２のヨーク２３０の中空円板部２３ａに密接すべく設けられるようになっている。

フランジ２６ｂは、円筒部２６ａの軸方向の他端部から半径方向の外方に広がるように形成され、弁本体１００の設置面１０１に当接した状態で当該弁本体１００に連結されるようになっている。ただし、フランジ２６ｂは、第１の実施の形態のフランジ２４ｂと同様の構成になってるので、貫通孔２４ｃおよび伝熱面２４ｅについて第１の実施の形態で示した符号をそのまま用いて図８〜図１０に示す。

また、コイル２１を有するボビン２２、第１のヨーク２３、第２のヨーク２３０および放熱手段２６を一体的に連結すべく樹脂成形されたハウジング２７が設けられている。そして、コイル２１を有するボビン２２、第１のヨーク２３、第２のヨーク２３０、放熱手段２６およびハウジング２７によって、第１の実施の形態に示したステータ２と同様のステータ７が構成される。

ただし、ハウジング２７は、第１の実施の形態のフランジ２４ｂと同様の構成になってるので、フランジ部２５ａおよび貫通孔２５ｂについて第１の実施の形態で示した符号をそのまま用いて図９および図１０に示す。

また、ステータ７以外の図１に示すロータ３、出力軸４等の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、第２の実施の形態としての図示および構成の説明を省略する。

上記のように構成されたステッピングモータにおいては、各コイル２１で発生した熱が各ボビン２２を介して第１および第２のヨーク２３、２３０に伝達されるとともに、放射熱として第２のヨーク２３０の外筒部２３ｅに直接伝達されることになる。そして、各ヨーク２３、２３０に伝達された熱は、互いに密接するこれらの各ヨーク２３、２３０を介して放熱手段２６側に位置する第２のヨーク２３０に伝達され、当該第２のヨーク２３０に密接する放熱手段２６を介して当該放熱手段２６のフランジ２６ｂから弁本体１００に放出されることになる。

したがって、コイル２１で発生した熱の放熱性を向上させることができるので、上記第１の実施の形態と同様に、コイル２１が高温になることによって生じる絶縁不良、熱変形、モータの特性劣化等の不具合を防止することができる。

その他、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。

なお、第２の実施の形態においても、上下に位置する各外筒部２３ｅの外周面の全体を樹脂製のハウジング２７で覆うように構成したが、図７で示したものと同様に、各外筒部２３ｅの外周面の一部を露出させるように、ハウジング２７を設けるうように構成してもよい。

この発明の第１の実施の形態として示したステッピングモータを備えた流量制御弁を示す断面図である。 同ステッピングモータのヨークを示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 同ステッピングモータにおけるコイルを有するボビン、ヨークおよびケースの分解断面図である。 同ステッピングモータにおけるケースにコイルを有するボビンとヨークとを組み付けた状態を示す断面図である。 同ステッピングモータにおけるコイル、ボビン、ヨーク、ケース、およびハウジングを備えたステータを示す断面図である。 同ステッピングモータの外観を示す正面図である。 同ステッピングモータの外観を示す図であって、ハウジングの他の例を示す正面図である。 この発明の第２の実施の形態として示したステッピングモータにおけるコイルを有するボビン、第１のヨーク、第２のヨークおよび放熱手段を示す分解断面図である。 同ステッピングモータにおけるコイルを有するボビン、第１のヨーク、第２のヨークおよび放熱手段を組み上げた状態を示す断面図である。 同ステッピングモータにおけるコイル、ボビン、第１のヨーク、第２のヨーク、放熱手段およびハウジングを備えたステータを示す断面図である。

符号の説明

２１ コイル
２２ ボビン
２３ ヨーク、第１のヨーク（ヨーク）
２３ｄ 外周縁
２４ ケース
２５、２７ ハウジング
２６ 放熱手段
１００ 弁本体（モータ設置部材）
１０１ 設置面
２４ｂ、２６ｂ フランジ
２４ｅ 伝熱面（当接面）
２３０ 第２のヨーク（ヨーク）

Claims (3)

1. コイルが巻回されたボビンと、このボビンの内周面から当該ボビンの軸方向の端面に沿うように設けられるヨークと、このヨーク、上記ボビンおよび上記コイルの外周側を囲むように筒状に形成され、上記ヨークの外周縁に密接し当該ヨークとともに磁気回路を構成するケースとを備えてなり、
   上記ケースには、軸方向の一端部に、モータ設置部材に当接した状態で当該モータ設置部材に連結されるフランジが設けられていることを特徴とするステッピングモータ。
2. 上記コイルが巻回されたボビン、上記ヨークおよび上記ケースは、上記フランジにおける上記モータ設置部材との当接面を露出させた状態で、樹脂により一体的に連結さ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. コイルが巻回されたボビンと、このボビンを囲むように設けられるヨークと、一端部が上記ヨークに密接し、他端部にはモータ設置部材に当接した状態で当該モータ設置部材に連結されるフランジが設けられている放熱手段とを備えてなり、
   上記コイルが巻回されたボビン、上記ヨークおよび上記放熱手段は、上記フランジにおける上記モータ設置部材との当接面を露出させた状態で、樹脂により一体的に連結されていることを特徴とするステッピングモータ。

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