JP2006280105A - Driving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、安定した回転性能等を実現する場合に好適な駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device suitable for realizing stable rotation performance and the like.
従来、回転軸を中心とする直径を小さくし且つ出力を高めたステッピングモータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1記載の従来のステッピングモータについて図4に基づき説明する。
Conventionally, a stepping motor has been proposed in which the diameter around the rotation axis is reduced and the output is increased (see, for example, Patent Document 1). A conventional stepping motor described in
図4は、従来例(特許文献1)に係るステッピングモータの軸方向の内部構造を示す断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing an internal structure in the axial direction of a stepping motor according to a conventional example (Patent Document 1).
図4において、ステッピングモータは、ロータ201、第1のコイル202、第2のコイル203、第1のステータ204、第2のステータ205、回転軸(出力軸)206、連結リング207を備えている。
4, the stepping motor includes a
ロータ201は、円周方向に4分割して異なる極に交互に着磁された永久磁石(マグネット)から構成されている。第1のコイル202及び第2のコイル203は、ロータ201の軸方向に隣り合って配置されている。第1のステータ204は、軟磁性材料から構成され、第1のコイル202により励磁される。第2のステータ205は、軟磁性材料から構成され、第2のコイル203により励磁される。
The
第1のステータ204は、ロータ201の外周面に隙間をあけて対向する第1の外側磁極204A、204Bと、ロータ201の内周面に隙間をあけて対向する第1の内側磁極204C、204Dとを備えている。第2のステータ205は、ロータ201の外周面に隙間をあけて対向する第2の外側磁極205A、205Bと、ロータ201の内周面に隙間をあけて対向する第2の内側磁極205C、205Dとを備えている。
The
回転軸206は、その外径部にロータ201が固着されており、第1のステータ204の軸受部204Eと第2のステータ205の軸受部205Eに回転可能に保持されている。連結リング207は、非磁性材料から構成されており、第1のステータ204と第2のステータ205とを所定の間隔で所定の位相関係で保持するものである。
The
上記構成において、第1のコイル202及び第2のコイル203への通電方向を切り換えることで、第1のステータ204の第1の外側磁極204A、204B、第1の内側磁極204C、204D、第2のステータ205の第2の外側磁極205A、205B、第2の内側磁極205C、205Dの極性を切り換える。これにより、ロータ201を回転させていく。
In the above-described configuration, the first outer
このステッピングモータは、第1のコイル202及び第2のコイル203に通電することで発生した磁束が、外側磁極からこれに対向する内側磁極へ、或いは、内側磁極からこれに対向する外側磁極へと流れ、外側磁極と内側磁極の間に位置するロータ201を構成するマグネットに効率的に作用する。また、外側磁極と内側磁極との距離を円筒形状のマグネットの厚さ程度とすることができるため、外側磁極と内側磁極とで構成される磁気回路の抵抗を小さくすることができる。磁気回路の抵抗が小さいほど、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、出力が向上する。
In this stepping motor, the magnetic flux generated by energizing the
また、上記特許文献1記載のステッピングモータを更に改良し、磁束の有効利用を図ったステッピングモータが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
Further, a stepping motor has been proposed in which the stepping motor described in
特許文献2記載のステッピングモータは、内側磁極を円筒形状で構成し、その内側磁極の内径部に挿入されている回転軸を軟磁性材料で構成し、更にはステータに取り付けられ該回転軸を回転可能に保持する軸受を非磁性材料で構成したものである。この提案によれば、回転軸も磁気回路として利用できるため、ステッピングモータの出力が上がる。その際のステータと回転軸の磁気による吸着は、軸受を非磁性材料で構成することで防止している。
In the stepping motor described in
更に、他の従来例に係るステッピングモータとして、回転軸の軸方向の規制を非磁性材料からなるボビンにて行うものが提案されている。他の従来例に係るステッピングモータについて図5に基づき説明する。 Furthermore, as a stepping motor according to another conventional example, a motor in which the axial direction of the rotating shaft is regulated by a bobbin made of a nonmagnetic material has been proposed. A stepping motor according to another conventional example will be described with reference to FIG.
図5は、他の従来例に係るステッピングモータの軸方向の内部構造を示す断面図である。 FIG. 5 is a sectional view showing an internal structure in the axial direction of a stepping motor according to another conventional example.
図5において、ステッピングモータは、ロータ101、第1のステータ102、第2のステータ103、第1のコイル104、第2のコイル105、回転軸106、第1の軸受107、第2の軸受108、第1のボビン109、第2のボビン110、連結リング111を備えている。
In FIG. 5, the stepping motor includes a
第1のボビン109における第1のコイル104が巻回される円筒部の内周側には、その一部が回転軸側に突出した受部109aが形成されている。同様に、第2のボビン110における第2のコイル105が巻回される円筒部の内周側には、その一部が回転軸側に突出した受部110aが形成されている。尚、図示のtは受部109a及び受部110aの回転軸方向の寸法を示す。第1及び第2のボビン109、110からそれぞれ受部109a、110aを回転軸側へ突出させることにより、回転軸106の軸方向の規制を行う構造となっている。
しかしながら、上記特許文献2記載のステッピングモータは、回転軸(出力軸)も磁気回路として利用できるものの、回転軸との吸着を避けるために第1及び第2のステータの軸受を非磁性体にて構成している。従って、第1及び第2のステータと回転軸が磁気的に直接接続されたものではないので、磁気抵抗が大きく磁気効率のよいものではない。
However, in the stepping motor described in
また、第1のコイルへの通電により発生する磁束が、軟磁性材料の回転軸を介して第2のコイル及び第2の外側磁極、第2の内側磁極に影響を及ぼす。同様に、第2のコイルへの通電による発生する磁束が、軟磁性材料の回転軸を介して第1のコイル及び第1の外側磁極、第1の内側磁極に影響を及ぼす。その結果、回転軸の回転を不安定なものにしてしまうという問題がある。 Further, the magnetic flux generated by energizing the first coil affects the second coil, the second outer magnetic pole, and the second inner magnetic pole via the rotating shaft of the soft magnetic material. Similarly, the magnetic flux generated by energizing the second coil affects the first coil, the first outer magnetic pole, and the first inner magnetic pole via the rotating shaft of the soft magnetic material. As a result, there is a problem that the rotation of the rotation shaft becomes unstable.
また、上記特許文献1或いは上記特許文献2記載のステッピングモータは、両者共にロータを構成するマグネットの内径とそれに対向する内側磁極との間には、所定の間隔を設けることが必要である。しかし、製造時にマグネット及び内側磁極間が所定の間隔となるように管理することは手間がかかると共にコストの上昇を招くという問題がある。
Further, both of the stepping motors described in
また、上記特許文献1記載のステッピングモータは、回転軸と軸受が共に軟磁性材料で形成されているため、駆動中に回転軸及び軸受間で磁気吸着力が発生するが、その吸着力は軸受のラジアル方向受面(以下ラジアル受面)とスラスト方向受面(以下スラスト受面)において発生している。通常、軸と軸受のラジアル受面は非常に隙間の小さい高精度に仕上げられているため、励磁のタイミングによって吸着力が発生しても、その方向、即ち径方向で軸が移動することは少なく、また、摺動半径も小さいのでトルク損失も少ない。結果として、ステッピングモータの回転においてラジアル方向の吸着力は問題とならない。
In the stepping motor described in
一方、軸のスラスト方向は、軸と軸受の間に遊びを設けないと安定した回転が行えないために、通常、所定量の遊びがある。つまり、ラジアル方向と異なり、スラスト方向は回転に必要なこの遊び分だけ、軸が回転中に移動可能であり、軸の移動後に吸着を発生させるので、励磁のタイミングにより軸ががたつく場合があった。これは、回転性能に影響を与え、特にステッピングモータにおいては脱調が発生したりする。また、ステッピングモータの低速回転時においては、ロータのステップ精度に悪影響を及ぼし、回転を不安定にさせる要因となる。 On the other hand, in the thrust direction of the shaft, there is usually a predetermined amount of play because stable rotation cannot be performed unless play is provided between the shaft and the bearing. In other words, unlike the radial direction, in the thrust direction, the shaft can move during the rotation by the amount of play required for rotation, and adsorption occurs after the shaft moves. . This affects the rotation performance, and step-out occurs particularly in a stepping motor. In addition, when the stepping motor rotates at a low speed, the step accuracy of the rotor is adversely affected, and the rotation becomes unstable.
また、回転軸の軸方向の規制部材としてワッシャなどの別部品を追加すると、部品点数が増加し、組立工数も増加することからコストの上昇につながる。この場合、樹脂製の材料のワッシャなどでは、その摺動部分の耐磨耗性や軸方向位置などの寸法安定性なども問題となることがある。 Further, when another part such as a washer is added as a restricting member in the axial direction of the rotating shaft, the number of parts increases and the number of assembly steps also increases, leading to an increase in cost. In this case, in the case of a washer made of a resin material, the wear resistance of the sliding portion and the dimensional stability such as the axial position may be problematic.
また、上記他の従来例(図5)のステッピングモータのように、回転軸の軸方向の規制を非磁性材料からなるボビンにて行うと、上記樹脂製ワッシャと同様の懸念事項に加えて、ボビン特有の材料選択基準としてコイル発熱対策として耐熱性を考慮した材料が必要な場合がある。そのため、耐熱性と耐磨耗性を両立した材料を選択しなければならないという限定が加わる場合があり、コスト上昇の原因となる場合がある。 Moreover, like the stepping motor in the other conventional example (FIG. 5), when the axial direction of the rotating shaft is regulated by a bobbin made of a nonmagnetic material, in addition to the same concerns as the resin washer, As a material selection criterion specific to bobbins, a material considering heat resistance may be required as a countermeasure against coil heat generation. Therefore, there may be a limitation that a material having both heat resistance and wear resistance must be selected, which may cause an increase in cost.
本発明の目的は、部品点数が少なく、回転軸に対する精度の高い位置規制を可能とし、安定した回転性能を可能とし、磁束の有効利用により高効率な駆動装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a highly efficient drive device that has a small number of parts, enables highly accurate position regulation with respect to a rotating shaft, enables stable rotation performance, and makes effective use of magnetic flux.
上述の目的を達成するために、本発明の駆動装置は、磁気回路の一部を形成する回転軸と、前記回転軸を回転可能に保持すると共に磁気回路の一部を形成する軸受と、前記回転軸の外周部に固定され、着磁されたマグネットと、前記マグネットと同心に配設され、前記マグネットに磁束を作用させるコイルと、前記マグネットの外周側で且つ前記コイルの外周側に配設され、前記コイルにより励磁されるステータとを備え、前記軸受における前記回転軸の軸方向の位置規制面から前記マグネットの端面までの軸方向距離を、前記ステータにおける軸方向外側の端面から前記マグネットの端面までの軸方向距離よりも大きく設定したことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a driving device according to the present invention includes a rotating shaft that forms a part of a magnetic circuit, a bearing that rotatably holds the rotating shaft and forms a part of a magnetic circuit, A magnet fixed and magnetized to the outer peripheral portion of the rotating shaft, a coil concentrically arranged with the magnet, and a magnetic flux acting on the magnet, and an outer peripheral side of the magnet and an outer peripheral side of the coil A stator excited by the coil, and the axial distance from the axial position regulating surface of the rotating shaft of the bearing to the end surface of the magnet is determined from the axially outer end surface of the stator to the magnet. It is characterized by being set larger than the axial distance to the end face.
上述の目的を達成するために、本発明の駆動装置は、磁気回路の一部を形成する回転軸と、前記回転軸の軸方向両側に各々配設され、前記回転軸を回転可能に保持すると共に磁気回路の一部を形成する第1及び第2の軸受と、前記回転軸の外周部に固定され、周方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネットと、前記マグネットと同心で且つ前記マグネットの軸方向両側に各々配設され、前記マグネットに磁束を作用させる第1及び第2のコイルと、前記マグネットの外周側で且つ前記第1及び第2のコイルの外周側に各々対応して配設され、前記第1及び第2のコイルにより各々励磁される第1及び第2のステータとを備え、前記第1の軸受における前記回転軸の軸方向の位置規制面から前記マグネットにおける前記第1のコイル側の端面までの軸方向距離を、前記第1のステータにおける軸方向外側の端面から前記マグネットにおける前記第1のコイル側の端面までの軸方向距離よりも大きく設定し、前記第2の軸受における前記回転軸の軸方向の位置規制面から前記マグネットにおける前記第2のコイル側の端面までの軸方向距離を、前記第2のステータにおける軸方向外側の端面から前記マグネットにおける前記第2のコイル側の端面までの軸方向距離よりも大きく設定したことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a driving device of the present invention is provided with a rotating shaft that forms a part of a magnetic circuit and axially opposite sides of the rotating shaft, and rotatably holds the rotating shaft. And first and second bearings forming a part of the magnetic circuit, a magnet fixed to the outer peripheral portion of the rotating shaft, divided in the circumferential direction and alternately magnetized to different poles, and concentric with the magnet And first and second coils respectively disposed on both sides of the magnet in the axial direction and applying magnetic flux to the magnet, and on the outer peripheral side of the magnet and on the outer peripheral side of the first and second coils, respectively. A first stator and a second stator which are arranged correspondingly and are excited by the first and second coils, respectively, and the magnet from an axial position regulating surface of the rotary shaft in the first bearing. Said first coil in Is set to be larger than the axial distance from the axially outer end surface of the first stator to the end surface of the magnet on the first coil side, and The axial distance from the position restriction surface in the axial direction of the rotating shaft to the end surface on the second coil side of the magnet is determined from the axially outer end surface of the second stator on the second coil side of the magnet. It is characterized by being set larger than the axial distance to the end face.
本発明によれば、第1及び第2の軸受における回転軸の位置規制面からマグネット端面までの軸方向距離を、第1及び第2のステータ端面からマグネット端面までの軸方向距離よりも大きく設定している。即ち、第1及び第2の軸受における回転軸のスラスト方向受部を、第1及び第2の軸受と回転軸の当接部分からマグネットに対し遠ざけた位置に配設し、第1及び第2の軸受における回転軸のラジアル方向受部を、第1及び第2の軸受と回転軸の当接部分からマグネット側に近づけて配設する。 According to the present invention, the axial distance from the position restricting surface of the rotating shaft to the magnet end surface in the first and second bearings is set to be larger than the axial distance from the first and second stator end surfaces to the magnet end surface. is doing. That is, the thrust direction receiving portion of the rotating shaft in the first and second bearings is disposed at a position away from the magnet from the contact portion between the first and second bearings and the rotating shaft. The radial direction receiving portion of the rotary shaft in the bearing is disposed close to the magnet side from the contact portion between the first and second bearings and the rotary shaft.
磁気抵抗が相対的に大きく磁束の少ない部分で、回転軸のスラスト方向受部を設けることで、回転軸と第1及び第2の軸受との吸着の影響を小さくする。また、磁気抵抗の相対的に小さい部分で、回転軸のラジアル方向受部を設けることで、より多くの磁束を通過させる。これにより、軸方向の規制部材としてワッシャ等の部品の追加が不要となるため部品点数が少なく、且つ回転軸に対する精度の高い位置規制が可能で、且つ安定した回転性能を得ることが可能で、且つ磁束の有効利用により高効率な駆動装置を提供することができる。 By providing the thrust direction receiving portion of the rotating shaft at a portion where the magnetic resistance is relatively large and the magnetic flux is small, the influence of adsorption between the rotating shaft and the first and second bearings is reduced. Further, by providing a radial direction receiving portion of the rotating shaft at a portion having a relatively small magnetic resistance, more magnetic flux is allowed to pass. This eliminates the need for additional parts such as washers as an axial restricting member, so the number of parts is small, position control with high accuracy with respect to the rotating shaft is possible, and stable rotational performance can be obtained. In addition, a highly efficient drive device can be provided by effective use of magnetic flux.
また、回転軸のラジアル方向受部とスラスト方向受部の間の軸部分と第1及び第2の軸受の内径との間に、径方向の空隙を設けている。これにより、第1及び第2のステータから流れる磁束の通過させる断面積を小さくし、磁気抵抗を大きくし、スラスト方向受部に流れる磁束を減少させ、スラスト方向受部における回転軸と第1及び第2の軸受の吸着を低減することができる。 Further, a radial gap is provided between the shaft portion between the radial direction receiving portion and the thrust direction receiving portion of the rotating shaft and the inner diameters of the first and second bearings. As a result, the cross-sectional area through which the magnetic flux flowing from the first and second stators passes is reduced, the magnetic resistance is increased, the magnetic flux flowing through the thrust direction receiving portion is reduced, and the rotating shaft in the thrust direction receiving portion and the first and second Adsorption of the second bearing can be reduced.
また、第1及び第2の軸受における第1及び第2のステータと当接する当接部分の肉厚を、第1及び第2の軸受における当接部分からスラスト方向受部に至る間の部分の肉厚よりも大きく設定している。これにより、スラスト方向受部に至る磁気回路の磁気抵抗を相対的に大きくし、スラスト方向受部に流れる磁束を減少させ、スラスト方向受部における回転軸と第1及び第2の軸受の吸着を低減することができる。 Further, the thickness of the contact portion of the first and second bearings that contacts the first and second stators is set to the thickness of the portion between the contact portion of the first and second bearings and the thrust direction receiving portion. It is set larger than the wall thickness. As a result, the magnetic resistance of the magnetic circuit reaching the thrust direction receiving portion is relatively increased, the magnetic flux flowing through the thrust direction receiving portion is reduced, and the rotation shaft and the first and second bearings are attracted to the thrust direction receiving portion. Can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る駆動装置としてのステッピングモータの構成を示す分解斜視図であり、図2は、図1に示すステッピングモータの組み立て完成状態の軸方向の内部構造を示す断面図である。 FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a stepping motor as a drive device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an internal structure in the axial direction of the assembled stepping motor shown in FIG. It is sectional drawing.
図1及び図2において、ステッピングモータは、マグネット1、第1のステータ2、第2のステータ3、第1のコイル4、第2のコイル5、回転軸6、第1の軸受7、第2の軸受8、第1のボビン9、第2のボビン10、連結リング11を備えている。
1 and 2, the stepping motor includes a
マグネット1は、円筒形状に形成されており、その外周面を円周方向にN分割(本実施の形態ではN=4)してS極及びN極が交互に着磁された着磁部(図3参照)を有する。
The
第1のステータ2は、軟磁性材料から形成されており、外筒部及び中央に穴部2dが形成されたドーナツ状の底板部2cから構成されている。第1のステータ2の外筒部の先端側には、軸方向に延出する歯形状の第1の外側磁極部2a、2bが形成されている。第1の外側磁極部2a、2bは、円周方向に720/N度(本実施の形態では180度)間隔で所定の歯幅で形成されている。
The
第2のステータ3は、軟磁性材料から形成されており、外筒部及び中央に穴部3dが形成されたドーナツ状の底板部3cから構成されている。第2のステータ3の外筒部の先端側には、軸方向に延出する歯形状の第2の外側磁極部3a、3bが形成されている。第2の外側磁極部3a、3bは、円周方向に720/N度(本実施の形態では180度)間隔で所定の歯幅で形成されている。
The
第1のコイル4は、円筒形状に形成されており、後述の第1のボビン9に巻き付けられている。第1のコイル4は、その外径がマグネット1の外径と略同じ寸法に構成されている。
The
第2のコイル5は、円筒形状に形成されており、後述の第2のボビン10に巻き付けられている。第2のコイル5は、その外径がマグネット1の外径と略同じ寸法に構成されている。
The
回転軸6は、軟磁性材料から形成されており、第1のコイル4及び第2のコイル5の内径部に挿入されると共に、マグネット1の内径部に接着固定されている。回転軸6は、第1の内側磁極部6a、第2の内側磁極部6b、第1の軸受7と嵌合するラジアル受部6c、第2の軸受8と嵌合するラジアル受部6d、細軸部6e、細軸部6f、第1の軸受7の軸方向端面に対向するスラスト受部6g、第2の軸受8の軸方向端面に対向するスラスト受部6hを備えている。
The
回転軸6には、マグネット1に対向している第1のステータ2の第1の外側磁極部2a、2bと対向した軸方向の範囲で、マグネット1を挟む位置に外径寸法D1を有する第1の内側磁極部6aが形成されている。回転軸6のラジアル受部6cは、第1のコイル4の内径部に挿入されている。回転軸6の第1の内側磁極部6aは、第1のコイル4により第1のステータ2の第1の外側磁極部2a、2bとは反対の極に励磁される。回転軸6の第1の内側磁極部6aにおける該回転軸と直交する方向の断面形状は、図3に示すように円形形状である。
The
同様に、回転軸6には、マグネット1に対向している第2のステータ3の第2の外側磁極部3a、3bと対向した軸方向の範囲で、マグネット1を挟む位置に外径寸法D1を有する第2の内側磁極部6bが形成されている。回転軸6のラジアル受部6dは、第2のコイル5の内径部に挿入されている。回転軸6の第2の内側磁極部6bは、第2のコイル5により第2のステータ3の第2の外側磁極部3a、3bとは反対の極に励磁される。回転軸6の第2の内側磁極部6bにおける該回転軸と直交する方向の断面形状は、図3に示すように円形形状である。
Similarly, the
また、回転軸6は、マグネット1を第1の内側磁極部6a或いは第2の内側磁極部6bにおいて固着している。また、回転軸6は、ラジアル受部6cが後述の第1の軸受7と嵌合し、ラジアル受部6dが後述の第2の軸受8と嵌合することにより、第1の軸受7及び第2の軸受8に回転可能に保持されている。尚、本実施の形態のステッピングモータは、回転軸6にピニオンギア等を取り付け、該ピニオンギア等を介して回転軸6の回転駆動力を出力するように構成されている。
Moreover, the
ここで、上記第1のステータ2の第1の外側磁極部2a、2bと、第1の軸受7と、回転軸6は、マグネット1を貫通する閉磁路を形成している。また、上記第2のステータ3の第2の外側磁極部3a、3bと、第2の軸受8と、回転軸6は、マグネット1を貫通する閉磁路を形成している。
Here, the first outer
第1の軸受7は、軟磁性材料から形成されており、当接部7bが第1のステータ2の穴部2dに嵌合することで第1のステータ2に固定されている。これにより、第1の軸受7と第1のステータ2が磁気的に接続されている。尚、当接部7bにおける第1の軸受7の肉厚をt1とする。また、第1の軸受7には、当接部7bから軸方向においてマグネット1側にラジアル受部7aが配設され、該ラジアル受部7aとは軸方向反対側にスラスト受部7dが配設されている。
The
また、第1の軸受7のラジアル受部7aにおいて回転軸6のラジアル受部6cと嵌合することにより、回転軸6を回転可能に保持している。また、該嵌合部分において第1の軸受7と回転軸6が磁気的に接続されている。また、第1の軸受7のスラスト受部7dは、回転軸6のスラスト受部6gに対してわずかな隙間を有し、回転軸6に所定の軸方向の遊びを有しながら当接することで、回転軸6の軸方向の位置規制を行う。
In addition, the
また、第1の軸受7と第1のステータ2との当接部分からスラスト受部6gに至る間の回転軸6の細軸部6eの外径は、ラジアル受部6cの外径より細く形成されている。これにより、第1の軸受7の先端部7cの内周面と回転軸6の細軸部6eの外周面との間には、径方向の間隙(空隙)Cが形成される。また、第1の軸受7における当接部7bからスラスト受部7dに至る間の肉厚をt2とすると、t1とt2とは、t1>t2の関係に設定されている。
Further, the outer diameter of the
上記の構造により、第1の軸受7を介して第1のステータ2と回転軸6とが磁気的に接続される。更に、第1のコイル4により発生する磁束は、大部分が磁気抵抗の少ないルート、即ち、第1のステータ2の穴部2dから、第1の軸受7の当接部7b→ラジアル受部7aを通過し、回転軸6のラジアル受部6cへ流れやすくなっている。また、第1のステータ2の穴部2dから、第1の軸受7の当接部7b→先端部7c→スラスト受部7dと至るルートは、第1の軸受7の肉厚t2よりも薄く、回転軸6の細軸部6eも細い。そのため、磁気抵抗が大きく、結果として流れる磁束は少なく、第1の軸受7のスラスト受部7dと回転軸6のスラスト受部6gとの吸着力は小さい。
With the above structure, the
第2の軸受8は、軟磁性材料から形成されており、当接部8bが第2のステータ3の穴部3dに嵌合することで第2のステータ3に固定されている。これにより、第2の軸受8と第2のステータ3が磁気的に接続されている。尚、当接部8bにおける第2の軸受8の肉厚をt1とする。また、第2の軸受8には、当接部8bから軸方向においてマグネット1側にラジアル受部8aが配設され、該ラジアル受部8aとは軸方向反対側にスラスト受部8dが配設されている。
The
また、第2の軸受8のラジアル受部8aにおいて回転軸6のラジアル受部6dと嵌合することにより、回転軸6を回転可能に保持している。また、該嵌合部分において第2の軸受8と回転軸6が磁気的に接続されている。また、第2の軸受8のスラスト受部8dは、回転軸6のスラスト受部6hに対してわずかな隙間を有し、回転軸6に所定の軸方向の遊びを有しながら当接することで、回転軸6の軸方向の位置規制を行う。
Further, by fitting the
また、第2の軸受8と第2のステータ3との当接部分からスラスト受部6hに至る間の回転軸6の細軸部6fの外径は、ラジアル受部6dの外径より細く形成されている。これにより、第2の軸受8の先端部8cの内周面と回転軸6の細軸部6fの外周面との間には、径方向の間隙(空隙)Cが形成される。また、第2の軸受8における当接部8bからスラスト受部8dに至る間の肉厚をt2とすると、t1とt2とは、t1>t2の関係に設定されている。
Further, the outer diameter of the thin shaft portion 6f of the
上記の構造により、第2の軸受8を介して第2のステータ3と回転軸6とが磁気的に接続される。更に、第2のコイル5により発生する磁束は、大部分が磁気抵抗の少ないルート、即ち、第2のステータ3の穴部3dから、第2の軸受8の当接部8b→ラジアル受部8aを通過し、回転軸6のラジアル受部6dへ流れやすくなっている。また、第2のステータ3の穴部3dから、第2の軸受8の当接部8b→先端部8c→スラスト受部8dと至るルートは、第2の軸受8の肉厚t2よりも薄く、回転軸6の細軸部6fも細い。そのため、磁気抵抗が大きく、結果として流れる磁束は少なく、第2の軸受8のスラスト受部8dと回転軸6のスラスト受部6hとの吸着力は小さい。
With the above structure, the
第1のボビン9は、非磁性材料から形成されており、第1のコイル4が巻回されている。第1のボビン9の円筒部9aの外周に第1のコイル4を巻回し、ボビン端子9cにコイル端子をからげている。
The
第2のボビン10は、非磁性材料から形成されており、第2のコイル5が巻回されている。第2のボビン10の円筒部10aの外周に第2のコイル5を巻回し、ボビン端子10cにコイル端子をからげている。
The
連結リング11は、円筒形状に形成されており、第1のステータ2と第2のステータ3を固定している。これにより、第1のステータ2と第2のステータ3を所望の位置及び所望の位相で配置することができる。
The
第1のステータ2と第2のステータ3は、同一形状に形成されており、連結リング11を介して、第1のステータ2の第1の外側磁極部2a、2bと、第2のステータ3の第2の外側磁極部3a、3bとが向かい合うように配置される。その際、図3に示すように、マグネット1の着磁位相と第1のステータ2の第1の外側磁極部2a、2bとの関係は、マグネット1の着磁位相と第2のステータ3の第2の外側磁極部3a、3bとの関係に対して略180/n(本実施の形態では45)度ずれて配置される。
The
また、連結リング11は、非磁性材料から形成されており、第1のステータ2と第2のステータ3との間の磁気回路を分断することで、第1のステータ2の第1の外側磁極部2a、2bと、第2のステータ3の第2の外側磁極部3a、3bとの間に影響を出にくくした構成となっている。
The
第1のステータ2の第1の外側磁極部2a、2bは、マグネット1の外周面に所定の隙間をもって対向しており、第2のステータ3の第2の外側磁極部3a、3bは、マグネット1の外周面に所定の隙間を持って対向している。また、マグネット1の内径部に固定されている回転軸6には、上述したように、第1の内側磁極部6a、第2の内側磁極部6bが形成されている。
The first outer
第1のコイル4により発生する磁束は、マグネット1の外周面に対向する第1のステータ2の第1の外側磁極部2a、2bと、マグネット1の内周面に固定された回転軸6の第1の内側磁極部6aとの間を通過するので、効果的にマグネット1に作用する。その際、回転軸6の第1の内側磁極部6aとマグネット1の内周面との間に隙間を設ける必要がない。
The magnetic flux generated by the
同様に、第2のコイル5により発生する磁束は、マグネット1の外周面に対向する第2のステータ3の第2の外側磁極部3a、3bと、マグネット1の内周面に固定された回転軸6の第2の内側磁極部6bとの間を通過するので、効果的にマグネット1に作用する。その際、回転軸6の第2の内側磁極部6bとマグネット1の内周面との間に隙間を設ける必要がない。
Similarly, the magnetic flux generated by the
従って、本実施の形態のステッピングモータは、上記特許文献1や上記特許文献2で提案されているものと比較すると、外側磁極部と内側磁極部の距離を小さく構成することが可能となる。これにより、磁気抵抗を小さくし、ステッピングモータの出力を高めることができる。
Therefore, the stepping motor according to the present embodiment can be configured to have a smaller distance between the outer magnetic pole part and the inner magnetic pole part as compared with those proposed in
また、マグネット1の内径部は、回転軸6の第1の内側磁極部6a及び第2の内側磁極部6bにより埋められているので、上記特許文献1や上記特許文献2で提案されているものと比較すると、マグネット1の機械的強度を大きくすることができる。また、回転軸6の第1の内側磁極部6a及び第2の内側磁極部6bがバックメタルとして作用することにより、マグネット1の磁気的劣化も少なくすることができる。
Further, since the inner diameter portion of the
本実施の形態のステッピングモータの特徴は次の通りである。 The features of the stepping motor of the present embodiment are as follows.
第1の軸受7における回転軸6の軸方向の位置規制面であるスラスト受部7dから、マグネット1における第1のコイル4側の端面までの軸方向距離を、第1のステータ2における軸方向外側の端面からマグネット1における第1のコイル4側の端面までの軸方向距離より大きく設定している。また、第2の軸受8における回転軸6の軸方向の位置規制面であるスラスト受部8dから、マグネット1における第2のコイル5側の端面までの軸方向距離を、第2のステータ3における軸方向外側の端面からマグネット1における第2のコイル5側の端面までの軸方向距離より大きく設定している。
The axial distance from the
また、第1の軸受7における、第1のコイル4の端面の外側で且つマグネット1と反対側にスラスト受部7dを配設し、第2の軸受8における、第2のコイル5の端面の外側で且つマグネット1と反対側にスラスト受部8dを配設している。
Further, a
また、回転軸6におけるラジアル受部6cとスラスト受部6gの間の細軸部6eと第1の軸受7の内径との間に、径方向の空隙を設け、回転軸6におけるラジアル受部6dとスラスト受部6hの間の細軸部6fと第2の軸受8の内径との間に、径方向の空隙を設けている。
Further, a radial gap is provided between the
また、第1の軸受7における第1のステータ2と当接する当接部分の肉厚を、第1の軸受7における前記当接部分からスラスト受部7dに至る間の部分の肉厚よりも大きく設定している。また、第2の軸受8における第2のステータ3と当接する当接部分の肉厚を、第2の軸受8における前記当接部分からスラスト受部8dに至る間の部分の肉厚よりも大きく設定している。
Further, the thickness of the contact portion of the
次に、本実施の形態のステッピングモータにおける駆動の仕組みについて詳細に説明する。 Next, a driving mechanism in the stepping motor of the present embodiment will be described in detail.
図3は、図2に示すステッピングモータの回転動作を説明するための図であり、(a)〜(d)は、図2の矢視A−A線に沿う断面図、(e)〜(h)は、図2の矢視B−B線に沿う断面図である。 FIG. 3 is a view for explaining the rotation operation of the stepping motor shown in FIG. 2, (a) to (d) are cross-sectional views taken along the line AA in FIG. h) is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
図3において、(a)と(e)とが同じタイミング時点であり、(b)と(f)とが同じタイミング時点であり、(c)と(g)とが同じタイミング時点であり、(d)と(h)とが同じタイミング時点である。 In FIG. 3, (a) and (e) are the same timing point, (b) and (f) are the same timing point, (c) and (g) are the same timing point, d) and (h) are the same timing.
(a)と(e)の状態から第1のコイル4及び第2のコイル5に通電して、第1のステータ2の第1の外側磁極2a、2bをN極に励磁し、第2のステータ3の第2の外側磁極3a、3bをS極に励磁する。これに伴い、マグネット1は反時計方向に45度回転し、(b)と(f)に示す状態になる。
From the state of (a) and (e), the
次に、第1のコイル4への通電を反転させ、第1のステータ2の第1の外側磁極2a、2bをS極に励磁し、第2のステータ3の第2の外側磁極3a、3bをS極に励磁する。これに伴い、マグネット1は更に反時計方向に45度回転し、(c)と(g)に示す状態になる。
Next, the energization to the
次に、第2のコイル5への通電を反転させ、第1のステータ2の第1の外側磁極2a、2bをS極に励磁し、第2のステータ3の第2の外側磁極3a、3bをN極に励磁する。これに伴い、マグネット1は更に反時計方向に45度回転し、(d)と(h)に示す状態になる。
Next, the energization to the
以後、上記のように第1のコイル4及び第2のコイル5への通電方向を順次切り換えていくことにより、マグネット1は通電位相に応じた位置へ順に回転する。
Thereafter, by sequentially switching the energization directions to the
尚、マグネット1の外周面を周方向に分割してなる着磁層を軸方向に2つ設け、第1のステータ2と対向する一方の着磁層と、第2のステータ3と対向する他方の着磁層の位相を互いに180/N度ずらし、第1のステータ2と第2のステータ3の位相を同じものとしてもよい。
Two magnetized layers obtained by dividing the outer peripheral surface of the
本実施の形態では、第1のコイル4及び第2のコイル5に対する通電により発生する磁束を直接マグネット1に作用させ、ステッピングモータを高出力なものにすると共に非常に小型化可能なものとしている。つまり、このステッピングモータの径は、マグネット1の径に加えて、マグネット1の外周面に第1のステータ2の第1の外側磁極2a、2b、第2のステータ3の第2の外側磁極3a、3bを対向させるだけの大きさがあればよい。また、ステッピングモータの長さ(軸方向寸法)は、マグネット1の長さに第1のコイル4と第2のコイル5の長さを加えただけの長さがあれば良いことになる。
In the present embodiment, the magnetic flux generated by energization of the
即ち、ステッピングモータの大きさは、マグネット1、第1のコイル4、第2のコイル5の径と長さにより決まることになる。従って、マグネット1、第1のコイル4、第2のコイル5の径と長さをそれぞれ非常に小さくすれば、ステッピングモータの超小型化を実現することが可能である。
That is, the size of the stepping motor is determined by the diameters and lengths of the
以上説明したように、本実施の形態によれば、第1のステータ2、第2のステータ3、回転軸6、第1の軸受7、第2の軸受8を軟磁性材料から形成し、第1の軸受7に、当接部7bからマグネット1側にラジアル受部7aを配設し、マグネット1から遠ざけた位置にスラスト受部7dを配設している。また、第2の軸受8に、当接部8bからマグネット1側にラジアル受部8aを配設し、マグネット1から遠ざけた位置にスラスト受部8dを配設している。
As described above, according to the present embodiment, the
上記構成により、回転軸6、第1及び第2の軸受7、8、第1及び第2のステータ2、3からなる磁気回路中に、磁気抵抗の異なる領域を設けることとなる。ここで、磁気回路は同種の材料(軟磁性材料)においては、その経路が長ければ磁気抵抗が大きく、短ければ小さくなるが、磁束は磁気抵抗のより小さい部分に流れる。従って、磁気抵抗が相対的に大きく磁束の少ない部分で、回転軸6のスラスト方向受部を設けることで、回転軸6と第1及び第2の軸受7、8との吸着の影響を小さくする。
With the above configuration, regions having different magnetic resistances are provided in the magnetic circuit including the
また、磁気抵抗の相対的に小さい部分で、回転軸6のラジアル方向受部を設けることで、より多くの磁束を通過させている。これにより、軸方向の規制部材としてワッシャ等の部品の追加が不要となるため部品点数が少なく、且つ回転軸6に対する精度の高い位置規制が可能で、且つ安定した回転性能を得ることが可能で、且つ磁束の有効利用により高効率なステッピングモータを提供することができる。
Further, by providing a radial direction receiving portion of the
また、回転軸6におけるラジアル受部6cとスラスト受部6gの間の細軸部6eと第1の軸受7の内径との間に、径方向の空隙を設けると共に、回転軸6における第2のラジアル受部6dとスラスト受部6hの間の細軸部6fと第2の軸受8の内径との間に、径方向の空隙を設けている。
Further, a radial gap is provided between the
上記構成により、磁気回路中に、より磁気抵抗の小さい領域と、より磁気抵抗の大きい領域を設けるために、回転軸6と第1及び第2の軸受7、8における径方向の相互の関係を変えることで(空隙を設けた部分、空隙を設けない部分)、磁気回路中に磁気抵抗の大小領域を設ける効果を増大させることができる。即ち、回転軸6と第1及び第2の軸受7、8においては、そのラジアル受面では回転軸6と第1及び第2の軸受7、8は完全に密接しており、磁気抵抗は最小となり、多くの磁束を通過させることが可能である。
With the above configuration, in order to provide a region having a lower magnetic resistance and a region having a higher magnetic resistance in the magnetic circuit, the mutual relationship in the radial direction between the
一方、回転軸6と第1及び第2の軸受7、8におけるスラスト受面に至る領域では、回転軸6と第1及び第2の軸受7、8の内径の間には間隙(空隙)を設けている。従って、第1及び第2の軸受7、8の軸方向断面においては、その面積が小さくなる上に、第1及び第2のコイル4、5からも遠ざかっているので、第1及び第2の軸受7、8の内部を通過する磁束は減少する。これにより、よりスラスト受面での回転軸6と第1及び第2の軸受7、8の吸着の影響は小さくなり、安定した回転性能のステッピングモータを提供することができる。
On the other hand, in the region from the
また、第1の軸受7における第1のステータ2と当接する当接部7bの肉厚を、第1の軸受7における当接部7bからスラスト受部7dに至る間の部分の肉厚よりも大きく設定し、第2の軸受8における第2のステータ3と当接する当接部8bの肉厚を、第2の軸受8における当接部8bからスラスト受部8dに至る間の部分の肉厚よりも大きく設定する。
In addition, the thickness of the
上記構成により、磁気回路中に、より磁気抵抗の小さい領域と、より磁気抵抗の大きい領域を設けるために、第1及び第2の軸受7、8の肉厚を部分的に変えることで、磁気回路中に磁気抵抗の大小領域を設ける効果を増大させることができる。即ち、第1及び第2のステータ2、3から流れる磁束を損失なく第1及び第2の軸受7、8に流すためには、第1及び第2のステータ2、3と第1及び第2の軸受7、8の当接する部分の肉厚は十分にあることが望ましい。
With the above-described configuration, in order to provide a region having a lower magnetic resistance and a region having a higher magnetic resistance in the magnetic circuit, the thickness of the first and
一方、回転軸6と第1及び第2の軸受7、8の吸着防止のためには、上記当接部分から第1及び第2の軸受7、8のスラスト受面に至る領域の第1及び第2の軸受7、8の肉厚が薄ければ、上記当接部分の磁気抵抗は相対的に大きくなる。そのため、第1及び第2の軸受7、8のスラスト受面に至る磁束は少なくなり、結果として回転軸6と第1及び第2の軸受7、8が吸着する力を低減することができる。これにより、よりスラスト受面での吸着の影響は小さくなり、安定した回転性能のステッピングモータを提供することができる。
On the other hand, in order to prevent the
[他の実施の形態]
上記実施の形態では、回転軸6に例えばピニオンギア等を取り付けて回転軸6の回転駆動力を出力する構造としているが、本発明は、これに限定されるものではない。回転軸6にリードスクリューを同軸で取り付けた構造、或いは回転軸6とリードスクリューを一体化した構造を用いた場合でも同様の効果があることは言うまでも無い。
[Other embodiments]
In the said embodiment, although it has set as the structure which attaches a pinion gear etc. to the
即ち、リードスクリューを用いる構造では、回転軸6はスラスト方向で片寄せする場合があり、例えば板ばね等でリードスクリューをモータ側に押し付ける場合がある。この際は、回転軸6の先端を球面(球R)形状とし、軸受はスラスト面のみを受ける平面形状で構成する場合がある。回転軸6の先端が球R形状であれば点接触に近いので、回転軸6と軸受の吸着の懸念はほとんど無い。よって、磁気抵抗に関しては回転軸6のラジアル受部のみ十分に小さくしておけば、磁束が減少してしまうことはなく、効率の低下も防止することができる。
That is, in the structure using the lead screw, the
1 マグネット
2 第1のステータ
2a、2b 第1の外側磁極部
3 第2のステータ
3a、3b 第2の外側磁極部
4 第1のコイル
5 第2のコイル
6 回転軸
6a、6b 内側磁極部
6c、6d ラジアル受部
6e、6f 細軸部
6g、6h スラスト受部
7 第1の軸受
7a ラジアル受部
7b 当接部
7d スラスト受部
8 第2の軸受
8a ラジアル受部
8b 当接部
8d スラスト受部
9 第1のボビン
10 第2のボビン
11 連結リング
DESCRIPTION OF
7 first bearing 7a
Claims (5)
前記回転軸を回転可能に保持すると共に磁気回路の一部を形成する軸受と、
前記回転軸の外周部に固定され、着磁されたマグネットと、
前記マグネットと同心に配設され、前記マグネットに磁束を作用させるコイルと、
前記マグネットの外周側で且つ前記コイルの外周側に配設され、前記コイルにより励磁されるステータとを備え、
前記軸受における前記回転軸の軸方向の位置規制面から前記マグネットの端面までの軸方向距離を、前記ステータにおける軸方向外側の端面から前記マグネットの端面までの軸方向距離よりも大きく設定したことを特徴とする駆動装置。 A rotating shaft that forms part of the magnetic circuit;
A bearing that rotatably holds the rotating shaft and forms part of a magnetic circuit;
A magnet fixed on the outer periphery of the rotating shaft and magnetized;
A coil that is arranged concentrically with the magnet and causes a magnetic flux to act on the magnet;
A stator disposed on the outer peripheral side of the magnet and on the outer peripheral side of the coil, and excited by the coil;
The axial distance from the axial position regulating surface of the rotating shaft of the bearing to the end surface of the magnet is set to be larger than the axial distance from the axially outer end surface of the stator to the end surface of the magnet. The drive device characterized.
前記回転軸の軸方向両側に各々配設され、前記回転軸を回転可能に保持すると共に磁気回路の一部を形成する第1及び第2の軸受と、
前記回転軸の外周部に固定され、周方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネットと、
前記マグネットと同心で且つ前記マグネットの軸方向両側に各々配設され、前記マグネットに磁束を作用させる第1及び第2のコイルと、
前記マグネットの外周側で且つ前記第1及び第2のコイルの外周側に各々対応して配設され、前記第1及び第2のコイルにより各々励磁される第1及び第2のステータとを備え、
前記第1の軸受における前記回転軸の軸方向の位置規制面から前記マグネットにおける前記第1のコイル側の端面までの軸方向距離を、前記第1のステータにおける軸方向外側の端面から前記マグネットにおける前記第1のコイル側の端面までの軸方向距離よりも大きく設定し、
前記第2の軸受における前記回転軸の軸方向の位置規制面から前記マグネットにおける前記第2のコイル側の端面までの軸方向距離を、前記第2のステータにおける軸方向外側の端面から前記マグネットにおける前記第2のコイル側の端面までの軸方向距離よりも大きく設定したことを特徴とする駆動装置。 A rotating shaft that forms part of the magnetic circuit;
First and second bearings respectively disposed on both axial sides of the rotary shaft, holding the rotary shaft rotatably and forming part of a magnetic circuit;
A magnet fixed to the outer periphery of the rotary shaft, and magnetized alternately in different poles by dividing in the circumferential direction;
A first coil and a second coil which are concentric with the magnet and are respectively disposed on both sides in the axial direction of the magnet, and cause a magnetic flux to act on the magnet;
A first stator and a second stator disposed on the outer peripheral side of the magnet and corresponding to the outer peripheral sides of the first and second coils, respectively, and excited by the first and second coils, respectively; ,
An axial distance from an axial position restriction surface of the rotating shaft of the first bearing to an end surface of the magnet on the first coil side is defined as an axially outer end surface of the first stator. Set larger than the axial distance to the end face on the first coil side,
An axial distance from an axial position restricting surface of the rotating shaft of the second bearing to an end surface of the magnet on the second coil side is determined from an axially outer end surface of the second stator in the magnet. The drive device characterized in that it is set larger than the axial distance to the end face on the second coil side.
前記回転軸は、前記第1及び第2の外側磁極部に各々対向する第1及び第2の内側磁極部を備え、
前記第1の外側磁極部と前記第1の軸受と前記回転軸により、前記マグネットを貫通する閉磁路を形成すると共に、前記第2の外側磁極部と前記第2の軸受と前記回転軸により、前記マグネットを貫通する閉磁路を形成し、
前記第1の軸受における、前記第1のコイルの端面の外側で且つ前記マグネットと反対側にスラスト方向受部を形成し、前記第2の軸受における、前記第2のコイルの端面の外側で且つ前記マグネットと反対側にスラスト方向受部を形成したことを特徴とする請求項2記載の駆動装置。 The first stator includes a first outer magnetic pole portion facing the outer peripheral surface from one end surface of the magnet, and the second stator has a second outer surface facing the outer peripheral surface from the other end surface of the magnet. With an outer magnetic pole,
The rotating shaft includes first and second inner magnetic pole portions facing the first and second outer magnetic pole portions, respectively.
The first outer magnetic pole part, the first bearing, and the rotating shaft form a closed magnetic path that penetrates the magnet, and the second outer magnetic pole part, the second bearing, and the rotating shaft, Forming a closed magnetic path through the magnet;
In the first bearing, a thrust direction receiving portion is formed outside the end face of the first coil and opposite to the magnet, and outside the end face of the second coil in the second bearing; The driving device according to claim 2, wherein a thrust direction receiving portion is formed on a side opposite to the magnet.
前記回転軸における前記第1のラジアル方向受部と前記第1のスラスト方向受部の間の軸部分と前記第1の軸受の内径との間に、径方向の空隙を設けると共に、前記回転軸における前記第2のラジアル方向受部と前記第2のスラスト方向受部の間の軸部分と前記第2の軸受の内径との間に、径方向の空隙を設けたことを特徴とする請求項2又は3記載の駆動装置。 The rotating shaft includes a first radial direction receiving portion that fits into the first bearing, a first thrust direction receiving portion that faces the position regulating surface of the first bearing, and the second bearing. And a second radial direction receiving portion that fits with the second direction thrust receiving portion facing the position regulating surface of the second bearing,
A radial gap is provided between a shaft portion between the first radial direction receiving portion and the first thrust direction receiving portion of the rotating shaft and an inner diameter of the first bearing, and the rotating shaft A radial gap is provided between a shaft portion between the second radial direction receiving portion and the second thrust direction receiving portion and an inner diameter of the second bearing. 2. The drive device according to 2 or 3.
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