JP2006320188A

JP2006320188A - ステッピングモータ

Info

Publication number: JP2006320188A
Application number: JP2006059237A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Uematsu; 郁夫上松
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2006-11-24
Anticipated expiration: 2026-03-06
Also published as: JP4755924B2

Abstract

【課題】ステッピングモータの内側コアと外側コアとの磁気抵抗を小さくする。
【解決手段】複数本の極歯が内周縁で起立する円環状の内側コア３１，３２と、極歯に組み付けられる巻き線コイル３３，３４と、内側コア３１，３２および巻き線コイル３３，３４が取り付けられるモータケースを兼ねる外側コア３７，３８とを備えたステッピングモータ１において、内側コア３１，３２は軸方向に並ぶ内コア３１ａ，３２ａおよび外コア３１ｂ，３２ｂを備えると共に、外コア３１ｂ，３２ｂは外径が外側コア３７，３８の内径よりも小さく、尚且つ外コア３１ｂ，３２ｂは外側コア３７，３８に軸心を一致させて固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステッピングモータに関する。さらに詳述すると、本発明はステッピングモータのステータの構造に関する。

ステッピングモータのステータの構成としては、２枚のコアをインサート成形したものに巻き線を設け、これに極歯を一体形成したケースを組み付けたものが一般に知られている。しかし、モータ外径に比較してモータ全長が長いとケースに極歯を一体形成することが困難になる。

このため、図３に示すように全長が長いモータ１００を製造するときは、２枚の内コア１０１，１０２とその両外側に設けた２枚の外コア１０３，１０４の４枚のコア１０１〜１０４をインサート成形したものに巻き線１０５，１０６を設け、これにモータケースを兼ねる外側コア１０７，１０８を組み付けてステータとしている。

ここで、４枚のコア１０１〜１０４と外側コア１０７，１０８との間の磁気抵抗が増加しないように互いに常に密着することが望まれる。外側コア１０７，１０８の内コア１０１，１０２と嵌合する部位には、端子を取り出すための開口部１０９が設けられている。このため、内コア１０１，１０２の外径が外側コア１０７，１０８の内径に対して締まり嵌めであっても外側コア１０７，１０８が広がって組み込むことができる。よって、内コア１０１，１０２と外側コア１０７，１０８は常に密着しており、磁気抵抗が高くなる虞はない。

これに対し、外コア１０３，１０４と外側コア１０７，１０８とは締まり嵌めであると組み込みが困難になるので、これらの間は隙間嵌めにする必要がある。また、外側コア１０７，１０８同士を密着させるために、コアのインサート成形品の全長を外側コア１０７，１０８の内寸よりも僅かに短くする必要がある。

特開２００４−１１２９８５号公報

しかしながら、上述したステータでは、外コア１０３，１０４と外側コア１０７，１０８との間は隙間嵌めであると共に、コアのインサート成形品の全長は外側コア１０７，１０８の内寸よりも短いので、外コア１０３，１０４と外側コア１０７，１０８との接触が不十分になって磁気抵抗が増加してしまう虞がある。磁気抵抗が高くなるとモータの出力トルクが低減したり、停止精度が低下してしまう。

そこで、本発明は内側コアと外側コアとの磁気抵抗を小さくすることができるステッピングモータを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明は、複数本の極歯が内周縁で起立する円環状の内側コアと、極歯に組み付けられる巻き線コイルと、内側コアおよび巻き線コイルが取り付けられるモータケースを兼ねる外側コアとを備えたステッピングモータにおいて、内側コアは軸方向に並ぶ内コアおよび外コアを備えると共に、外コアは外径が外側コアの内径よりも小さく、尚且つ外コアは外側コアに軸心を一致させて固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、外コアは外側コアに固定されているので、これらの間の磁気抵抗の増加の防止や磁気抵抗のばらつきを減少させることができる。したがって、モータの出力トルクおよび停止精度の低下や回転むらの発生を抑制することができる。また、外コアの外径は外側コアの内径よりも小さいので、従来のように部品寸法のばらつきにより外コアと外側コアとの嵌め合いが困難になることを防止でき、モータの組み立てを容易にすることができる。

また、本発明は、外コアが、外側コアに設けられた軸受の位置決め部を証にして位置決めされることが好ましい。さらに、軸受は、回転軸をラジアル方向に支持する軸受部と、内側コアの内径に圧入して固定する圧入部と、外周部の一部が径方向に突出して内側コアの外周縁に載置されるつば部とからなり、位置決め部は、圧入部とつば部とによって形成された段部であることがより好ましい。このように構成すると、外側コアの回転軸中心と外コアの中心とを一致させて組み付けることができるので、巻き線コイルが装着された内コアを外コアに対して位置決めさせることにより、巻き線コイルを回転軸に対して高精度に位置決めできるようになる。

また、本発明は、内コアおよび外コアが外側コアに組み付けられると共に密着することが好ましい。このように構成すると、内側コアと外側コアとにより磁気抵抗の小さい閉磁路を形成することができるので、磁気抵抗のバランスを保ち、モータの出力トルクや停止精度の低下、並びに回転むらや駆動ノイズを抑制することができる。

本発明によれば、外側コアと内側コアの組み付け前に外コアは外側コアに予め固定されているので、これらの間の磁気抵抗の増加の防止や磁気抵抗のばらつきを減少させることができる。したがって、モータの出力トルクおよび停止精度の低下や回転むらの発生を抑制することができる。また、外コアの外径は外側コアの内径よりも小さいので、従来のように部品寸法のばらつきにより外コアと外側コアとの嵌め合いが困難になることを防止でき、モータの組み立てを容易にすることができる。

（モータの構造）
図２は、本発明が適用されるＰＭ（永久磁石）型ステッピングモータの要部の断面図である。

図１は、図２に示すステッピングモータ１の分解組立図である。

（モータの構成）
図１および図２に示す本実施の形態に係るステッピングモータ１は、回転軸２１とロータマグネット（永久磁石）２２とを有するロータ部２と、このロータマグネット２２と間隙を介して対向配置されたステータ３とを有しており、回転軸２１は軸受４で回転自在に支持されるとともに回転軸２１の一端に当接するバネ部材５により軸線方向にバネ付勢されている。

ロータ部２を構成する回転軸２１には、ロータマグネット２２が回転軸２１上に接着により固定されており、ロータマグネット２２は略円筒状した永久磁石で構成されている。

また、ロータマグネット２２には、その軸方向の両端面に、円形の凹所が形成されており、これら凹所を形成することによって、ロータマグネット２２自体をさらに軽量化させている。このように、軽量化することによって、ロータマグネット２２の慣性モーメントを少なくしている。

回転軸２１の他端は、ステッピングモータ１の回転を出力するように延長された出力軸となっている。

ステータ３は、第１のステータコア３ａと、この第１のステータコア３ａと背中合わせに固定される第２のステータコア３ｂによって２相構造に構成されている。

ステータ３の第１のステータコア３ａと第２のステータコア３ｂの各相では、複数本の極歯６０が内周縁で起立する円環状の内側コア３１，３２と、極歯６０に組み付けられる巻き線コイル３３，３４と、内側コア３１，３２および巻き線コイル３３，３４が取り付けられる外側コア３７，３８とを備えている。そして、内側コア３１，３２は軸方向に並ぶ内コア３１ａ，３２ａおよび外コア３１ｂ，３２ｂを備えると共に、外コア３１ｂ，３２ｂの外径は外側コア３７，３８の内径よりも小さく設けられている。さらに、外コア３１ｂ，３２ｂは外側コア３７，３８に軸心を一致させて溶接などにより固定されている。

本実施形態では、外側コア３８では後述する軸受４の圧入部４３とつば部４４によって形成された段部４１を位置決め部４１として外コア３２ｂの位置決めをしている。このため、外側コア３８と外コア３２ｂとの位置決めを容易にすることができる。

ここで、外側コア３７，３８の軸方向内寸をＡ１，Ａ２、内側コア３１，３２の軸方向外寸をａ１，ａ２とすると、Ａ１＞＝ａ１、Ａ２＞＝ａ２という関係になる。また、外側コア３７，３８の径方向内寸をＤ１，Ｄ３、内側コア３１，３２の径方向外寸をｄ１，ｄ３とすると、Ｄ１＞ｄ１、Ｄ３＞ｄ３という関係になる。しかし、外コア３１ｂ，３２ｂは外側コア３７，３８に固定されているので、両者に隙間はできず磁気抵抗は増加しない。

本実施の形態では、外側コア３７は、モータケースとしても機能しており、以下では第１のモータケース３７とする。同様に、外側コア３８は、第２のモータケース３８として記載する。

内側コア３１、３２は、それぞれ複数の極歯６０が交互に入り組むように構成されている。

内側コア３１における各極歯６０の外周には、円筒形状のボビン６５を介して巻き線が巻かれて円環状の巻き線コイル３３が形成されている。同様に、内側コア３２における各極歯６０の外周には、ボビン６５を介して円環状の巻き線コイル３４が配置されている。この円環状の巻き線コイル３３、３４の表面全体には、絶縁性を高めるために図示を省略した絶縁膜が形成されている。

内側コア３１，３２の内コア３１ａ，３２ａには、端子台３５および端子ピン３６がインサート成形で一体形成されている。端子ピン３６には巻き線コイル３３，３４の端末が巻き付けられて接続される。

内側コア３１、３２及び第１のモータケース３７、第２のモータケース３８は、図１に示すように、回転軸２１の軸線と同心上に配設され、溶着により固着されている。ここで、モータケース３７，３８の互いに向かい合う端部にはそれぞれ開口部３７ａ，３８ａが１箇所づつ設けられ、各開口部３７ａ，３８ａを突き合わせるようにモータケース３７，３８をステータ３に嵌合させる際に、端子台３５を開口部３７ａ，３８ａから突出させるように設けられている。

軸受４は、潤滑性を有する樹脂で形成されており、回転軸２１の一端をラジアル方向に回転自在に支持している。ラジアル方向を支持する軸受４には、挿通する回転軸２１をラジアル方向に支持する軸受部４２と、内側コア３２の内径に圧入固定する圧入部４３と、外周部の一部が径方向に突出したつば部４４とが形成されている。

軸受部４２は、ロータマグネット２２に形成した凹所に入り込むように配置され、ステッピングモータ１全体の軸方向の寸法を抑えている。さらに、軸受部４２の内径は、回転軸２１の外径に比べて、クリアランスを形成できる程度の大きさとなっている。

また、つば部４４は、内側コア３２上に載置されて軸線方向への位置決めが行われている。

バネ部材５は、１枚の金属板から形成され、回転軸２１の一端に当接するバネ片５１と、中心孔とが設けられている。また、バネ部材５は、第２のモータケース３８に溶着されて固定されている。

バネ片５１は、回転軸２１の一端に当接し、回転軸２１を軸線方向にバネ付勢している。

上述したステッピングモータ１を組み立てる際は、図１に示すように第１のモータケース３７（または第２のモータケース３８）に外コア３１ｂ，３２ｂを溶接などにより固定しておく。その一方、内コア３１ａ，３２ａをインサート成形により形成する。この内コア３１ａ，３２ａには巻き線コイル３３，３４を形成する。さらに、内側コア３１，３２に端子台３５を圧入して仮止めする。また、巻き線コイル３３，３４の端末を端子ピン３６に巻き付ける。

そして、これらを内コア３１ａ，３２ａと外コア３１ｂ，３２ｂとを組み合わせてモータケース３７，３８を閉じる。ここで、モータケース３７，３８に端子台３５を接着して本止めする。

なお、ステッピングモータ１の組み付けについては、従来公知のステッピングモータ等と同じであるので、ここでの詳細な説明は省略する。

（他の実施の形態）
なお、上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

例えば、本実施形態では外側コア３８の軸受４に形成した段部４１により外コア３２ｂの位置決めをしているが、これには限られず外側コア３８に形成した段形状などに合わせるようにしても良い。このような位置決め部は外側コア３７に設けても良く、またいずれの外側コア３７，３８にも特にそのような位置決め部を設けなくても良い。

（ステッピングモータの動作）
上述のように構成されたステッピングモータ１は、ステータ３の巻き線コイル３３、３４に所定の電流を通電することにより、ステータ３とロータマグネット２２との間の磁気相互作用により、ロータマグネット２２が回転付勢され、これと一体の回転軸２１が回転する。なお、ステッピングモータ１の動作は従来公知のステッピングモータ等の動作と同じであるので、ここでの詳細な説明は省略する。

複数本の極歯６０が内周縁で起立する円環状の内側コア３１，３２と、極歯６０に組み付けられる巻き線コイル３３，３４と、内側コア３１，３２および巻き線コイル３３，３４が取り付けられるモータケースを兼ねる外側コア３７，３８とを備えたステッピングモータ１において、内側コア３１，３２は軸方向に並ぶ内コア３１ａ，３２ａおよび外コア３１ｂ，３２ｂを備えると共に、外コア３１ｂ，３２ｂは外径が外側コア３７，３８の内径よりも小さく、尚且つ外コア３１ｂ，３２ｂは外側コア３７，３８に軸心を一致させて固定されるようにしている。したがって、外コア３１ｂ，３２ｂは外側コア３７，３８に固定されているので、これらの間の磁気抵抗の増大を防止することができる。よって、ステッピングモータ１の出力トルクおよび停止精度の低下や回転むらの発生を抑制することができる。また、外コア３１ｂ，３２ｂの外径は外側コア３７，３８の内径よりも小さいので、従来のように部品寸法のばらつきにより外コア３１ｂ，３２ｂと外側コア３７，３８との嵌め合いが困難になることを防止できる。このため、組み立て性を容易にすることができる。

そして、外コア３２ｂは、外側コア３８に設けられた軸受４の位置決め部４１を証にして位置決めされるようにしている。さらに、軸受４は、回転軸２１をラジアル方向に支持する軸受部４２と、内側コア３２の内径に圧入して固定する圧入部４３と、外周部の一部が径方向に突出して内側コア３２の外周縁に載置されるつば部４４とから構成されており、位置決め部４１は、圧入部４３とつば部４４とによって形成された段部４１である。したがって、外側コア３８の回転軸中心と外コア３２ｂの中心とを一致させて組み付けることができるようになる。よって、巻き線コイル３３，３４が装着された内コア３１ａ，３２ａを外コア３１ｂ，３２ｂに対して位置決めさせることにより、巻き線コイル３３，３４を回転軸に対して高精度に位置決めできるようになる。

さらに、内コア３１ａ，３２ａおよび外コア３１ｂ，３２ｂは外側コア３７，３８に組み付けられると共に密着するようにしている。したがって、内側コア３１，３２と外側コア３７，３８とにより閉磁路を形成することができるようになる。よって、磁気抵抗のバランスを保ち、ステッピングモータ１の出力トルクや停止精度の低下、並びに回転むらや駆動ノイズを抑制することができる。

本発明のステッピングモータを示す分解組立図である。ステッピングモータを示す縦断面側面図である。従来のステッピングモータを示す分解組立図である。

符号の説明

１ステッピングモータ
４軸受
４１位置決め部（段部）
３１，３２内側コア
３１ａ，３２ａ内コア
３１ｂ，３２ｂ外コア
３３，３４巻き線コイル
３７，３８外側コア
６０極歯

Claims

複数本の極歯が内周縁で起立する円環状の内側コアと、前記極歯に組み付けられる巻き線コイルと、前記内側コアおよび前記巻き線コイルが取り付けられるモータケースを兼ねる外側コアとを備えたステッピングモータにおいて、前記内側コアは軸方向に並ぶ内コアおよび外コアを備えると共に、前記外コアは外径が前記外側コアの内径よりも小さく、尚且つ前記外コアは前記外側コアに軸心を一致させて固定されていることを特徴とするステッピングモータ。
前記外コアは、前記外側コアに設けられた軸受の位置決め部を証にして位置決めされることを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ。
前記軸受は、回転軸をラジアル方向に支持する軸受部と、前記内側コアの内径に圧入して固定する圧入部と、外周部の一部が径方向に突出して前記内側コアの外周縁に載置されるつば部とからなり、前記位置決め部は、前記圧入部と前記つば部とによって形成された段部であることを特徴とする請求項２記載のステッピングモータ。
前記内コアおよび前記外コアは前記外側コアに組み付けられると共に密着することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のステッピングモータ。