JP2007037326A - 面対向型ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】高トルク特性とするとともに薄型化及びコスト低減を図る。
【解決手段】ステータ部５における複数のコア４，…は、ステータヨーク３となる共通のステータ板をそれぞれ切り起こすことにより形成されている。相数に対応した個数の巻線Ａ_１とＢ_１，…を一組とした複数組の組分け体１２ａ〜１２ｄにおける同相の各巻線Ａ_１〜Ａ_４，Ｂ_１〜Ｂ_４は直列接続されている。隣り合う組分け体１２ａと１２ｂ，…における同相の巻線Ａ_１とＡ_２，Ｂ_１とＢ_２，‥同士は、その巻回方向を互いに逆向きに構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、面対向型ステッピングモータに関するものであり、特に、高トルク特性とするとともに、薄型化及びコスト低減を図りうる面対向型ステッピングモータに関するものである。

面対向型ステッピングモータに関連する従来技術として、例えば次のような面対向型モータが知られている。この従来技術は、ステータ部に、ステータヨークとなる金属製の環状リングをプレス折り曲げ加工することでコアとなる凸部が円周方向に６個形成されている。各凸部の内側は、中空となっている。該各凸部にはボビンが装着され、該ボビンにステータ磁極となる巻線がそれぞれ巻回されている。各巻線の巻回方向は全て同一方向である。該巻線が巻回された各凸部の頂部には、二分割構成の磁極片がそれぞれ固定されている。

このように構成されたステータ部に、ドーナツ状のマグネットを備えたロータ部が面対向するように配置されて、ブラシレス等の面対向型モータが構成されている。そして、前記二分割構成の磁極片により、渦電流を少なくして省電力化を図るようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−５４２７０号公報（第３頁、図１）。

特許文献１に記載の従来技術においては、ステータ部におけるコアとなる凸部を、金属製の環状リングをプレス折り曲げ加工することで形成しているため、円周方向に多数個のコアを形成することは難しく、６個程度に止まっている。これに対し、ステッピングモータでは、ステータ部における複数個の巻線は通常多相に構成されるので、円周方向に形成されるコアの個数は、６個を超えた個数が必要とされるものである。また、コアとなる各凸部の内側は中空となっている。このため、ステータ磁極の磁力を強くすることが難しくなる。

これに加えて、ロータ部におけるマグネットとの間の集磁率が低下して、トルク特性を高めるのが難しくなるおそれがある。さらに、ステッピングモータは、例えばファクスやプリンタ等、通常、他の機器に組込んで用いられるものであるため、薄型で低コストであるものが望まれる。

そこで、高トルク特性とするとともに薄型化及びコスト低減を図るために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、複数のコアが円周方向にほぼ等間隔をおいて形成され、前記各コアに少なくとも二相の各固定子極となる巻線がそれぞれ施されるとともに複数の該巻線が相数に対応した個数を一組とした組分け体とされて円周方向に複数組が配置されたステータ部と、前記組分け体の配置ピッチに対応したピッチで円周方向にＮ極、Ｓ極交互に着磁された環状のマグネットを備えたロータ部とを有し、前記ステータ部と前記ロータ部とが対向して同一軸上に配置された面対向型ステッピングモータであって、前記複数のコアは、共通のステータ板上に立設して形成され、前記複数組の組分け体における同相の各巻線は直列接続されるとともに
隣り合う前記組分け体における同相の巻線同士は、その巻回方向を互いに逆向きに構成してなる面対向型ステッピングモータを提供する。

この構成によれば、ステータ部に、例えばＡ相及びＢ相の各巻線がそれぞれ直列に接続されているとする。いま、Ａ相にパルス電流が正方向に与えられて正励磁されると、第１の組分け体におけるＡ相巻線（固定子極）に、例えばＮ極が発生し、第２の組分け体における逆巻きのＡ相巻線にＳ極が発生する。このように、隣り合う第１と第２の組分け体におけるＡ相の巻線間にＮ、Ｓ一対の磁極が発生することで、このＡ相におけるＮ極、Ｓ極一対の磁極と、マグネットに交互に着磁されたＮ極、Ｓ極との間における異極同士の引き合いで、ロータ部が所定のステップ角だけ正転する。

次いで、前記正励磁がＢ相に切り換えられると、第１の組分け体におけるＢ相巻線にＮ極が発生し、第２の組分け体における逆巻きのＢ相巻線にＳ極が発生する。このＢ相におけるＮ極、Ｓ極一対の磁極と、マグネットに交互に着磁されたＮ極、Ｓ極との間における異極同士の引き合いで、ロータ部が、さらに所定のステップ角だけ正転する。

このように、隣り合う組分け体における同相の巻線同士の巻回方向を互いに逆向きに構成することで、該隣り合う組分け体における同相の巻線間にＮ極、Ｓ極一対の磁極が発生し、このＮ極、Ｓ極一対の磁極により、ロータ部のステップ動作が行われる。

請求項２記載の発明は、上記複数のコアは、上記共通のステータ板をそれぞれ切り起こすことにより形成してなる面対向型ステッピングモータを提供する。

この構成によれば、共通のステータ板からそれぞれ一度の切り起こし工程により、複数のコアが形成される。

請求項３記載の発明は、上記複数のコアは、上記共通のステータ板上に高磁性体製のピンをそれぞれかしめにより固着することで形成してなる面対向型ステッピングモータを提供する。

この構成によれば、共通のステータ板上に、許容される範囲で太い径の高磁性体製ピンをそれぞれかしめることで、磁気抵抗の低い各コアからなる複数のコアが形成される。

請求項４記載の発明は、上記環状のマグネットは、回転軸に固着されたロータヨークの内側に直接固定してなる面対向型ステッピングモータを提供する。

この構成によれば、回転軸に固着されたロータヨークの内側に、環状のマグネットを直接固定したので、ロータ部の薄型化が達成される。

請求項１記載の発明は、複数のコアは、共通のステータ板上に立設して形成され、複数組の組分け体における同相の各巻線は直列接続されるとともに隣り合う前記組分け体における同相の巻線同士は、その巻回方向を互いに逆向きに構成したので、ステータ部における各相の巻線が施された複数のコアと、ロータ部における環状のマグネットとが対向配置されることで、コアとマグネット間の集磁率が高められて、高トルク特性が得られる。また、これとともに薄型化を図ることができるという利点がある。

請求項２記載の発明は、上記複数のコアは、上記共通のステータ板をそれぞれ切り起こすことにより形成したので、複数のコアをそれぞれ一度の切り起こし工程で形成することができて、部材費及び形成工程費等を含めて、大幅にコストダウンを図ることができると
いう利点がある。

請求項３記載の発明は、上記複数のコアは、上記共通のステータ板上に高磁性体製のピンをそれぞれかしめにより固着形成したので、複数のコアを許容される範囲でそれぞれ磁気抵抗を低くして、各固定子極の磁力を高めることができ、また、コアとマグネット間の集磁率を高めることができて、一層高トルク特性が得られるという利点がある。

請求項４記載の発明は、上記環状のマグネットは、回転軸に固着されたロータヨークの内側に直接固定したので、ロータ部を薄型に構成することができて、ステッピングモータの一層の薄型化を図ることができるという利点がある。

高トルク特性とするとともに薄型化及びコスト低減を図るという目的を、複数のコアが円周方向にほぼ等間隔をおいて形成され、前記各コアに少なくとも二相の各固定子極となる巻線がそれぞれ施されるとともに複数の該巻線が相数に対応した個数を一組とした組分け体とされて円周方向に複数組が配置されたステータ部と、前記組分け体の配置ピッチに対応したピッチで円周方向にＮ極、Ｓ極交互に着磁された環状のマグネットを備えたロータ部とを有し、前記ステータ部と前記ロータ部とが対向して同一軸上に配置された面対向型ステッピングモータであって、前記複数のコアは、共通のステータ板をそれぞれ切り起こすか、もしくは共通のステータ板上に高磁性体製のピンをそれぞれかしめにより固着し、前記複数組の組分け体における同相の各巻線は直列接続されるとともに隣り合う前記組分け体における同相の巻線同士は、その巻回方向を互いに逆向きに構成することにより実現した。

以下、本発明の実施例１を図面に従って詳述する。まず、本実施例に係る面対向型ステッピングモータの構成を説明する。本実施例の面対向型ステッピングモータは薄型かつ高トルクが可能な二相のＰＭ型ステッピングモータとして構成され、折り曲げ加工により複数の立設部を形成したステータヨークと、隣り合う前記立設部に巻き付け方向が異なるように形成された巻線とを備え、パルス信号に応じて動作することを特徴とする。

すなわち、鉄心入りコイルとして磁束の集まりを高め、この場合、コスト低減のため、ベースの板を曲げて鉄心を作ったものであり、コイルに流す電流の方向を切り替えることにより、鉄心のＮ、Ｓの磁極を交互に変化させ、ロータ磁石を同期回転させる。

図１は構成を示す図、図２はステータ部における組分け体及び各相の巻線の接続及び巻回方向を説明するための図、図３はステップ動作を説明するための組図である。

図１において、軸受１に回転軸２が回転可能に装着されている。該軸受１の下部には、ステータヨーク３の中央部が固着されている。該ステータヨーク３上には、前記回転軸２を中心とした円周方向にほぼ等間隔をおいて複数のコア（本実施例では８個）４，…が形成されている。該複数のコア４，…は、前記ステータヨーク３となる共通のステータ板をそれぞれ切り起こすことにより形成されている。

前記各コア４，…には、図２に示すように、Ａ、Ｂ二相の各固定子極となる巻線Ａ_２，Ａ_４，…がそれぞれ施されている。前記複数のコア４，…が立設されたステータヨーク３、及び、各コア４，…にそれぞれ施された各巻線Ａ_２，Ａ_４，…を主体として、ステータ部５が構成されている。

また、前記軸受１の上面からスペーサ６の厚み分だけ上方位置における回転軸２の部位
に、支持ディスク７の中心部が固着されている。該支持ディスク７の外周部には、環状のマグネット８が固定支持されている。該環状のマグネット８は、後述する組分け体の配置ピッチに対応したピッチで円周方向にＮ極、Ｓ極が交互に着磁されている（図３参照）。このように、支持ディスク７を介して前記回転軸２に取り付けられた環状のマグネット８を主体として、ロータ部９が構成されている。

そして、前記ステータ部５と前記ロータ部９とが面対向するように、回転軸２の軸上に配置されている。該ステータ部５及びロータ部９の組付け体は、ハウジング１０で被蔽されている。該ハウジング１０の中央部下面と前記支持ディスク７の上面との間にはスペーサ１１が介在され、該ハウジング１０の外周下部は、前記ステータヨーク３の外周部に固着されている。

図２に示すように、各固定子極となる前記複数の巻線（本実施例では各相にそれぞれ４個）Ａ_１〜Ａ_４，Ｂ_１〜Ｂ_４は、Ａ、Ｂ二相の相数に対応したＡ_１とＢ_１，Ａ_２とＢ_２，Ａ_３とＢ_３，Ａ_４とＢ_４を、それぞれ２個一組とした第１〜第４の組分け体１２ａ〜１２ｄとされている。該第１〜第４の組分け体１２ａ〜１２ｄは、円周方向に順次配置されている。

前記第１〜第４の組分け体１２ａ〜１２ｄにおける同相の各巻線Ａ_１〜Ａ_４，Ｂ_１〜Ｂ_４は、それぞれ直列接続されるとともに、隣り合う前記組分け体１２ａと１２ｂ，…における同相の巻線Ａ_１とＡ_２，Ｂ_１とＢ_２，‥同士は、その巻回方向が互いに逆向きに構成されている。

次に、図３の組図を用いて、上述のように構成された面対向型ステッピングモータのステップ動作を説明する。図３の（ａ）〜（ｄ）の組図は、励磁により各固定子極に発生するＮ、Ｓ一対の磁極が正方向（図３の時計回り方向）に回転し、ロータ部９が正転方向にステップ動作をする場合を示している。

図３（ａ）において、いま、Ａ相にパルス電流が正方向に与えられて正励磁されると、第１と第３の組分け体１２ａと１２ｃにおける各Ａ相巻線Ａ_１とＡ_３に、それぞれ例えばＮ極が発生し、第２と第４の組分け体１２ｂと１２ｄにおける逆巻きの各Ａ相巻線Ａ_２とＡ_４に、それぞれＳ極が発生する。このように、各Ａ相の巻線Ａ_１とＡ_２間、巻線Ａ_３とＡ_４間に、それぞれＮ、Ｓ一対の磁極が発生する。このことにより、Ａ相における各Ｎ、Ｓ一対の磁極と、マグネット８に交互に着磁されたＮ、Ｓ極との間における異極同士の引き合いで、ロータ部９が所定のステップ角（本実施例では４５゜）だけ正転する（図３（ｂ））。

この後、前記正励磁がＢ相に切り換えられると、第１と第３の組分け体１２ａと１２ｃにおける各Ｂ相巻線Ｂ_１とＢ_３に、それぞれＮ極が発生し、第２と第４の組分け体１２ｂと１２ｄにおける逆巻きの各Ｂ相巻線Ｂ_２とＢ_４に、それぞれＳ極が発生する。このＢ相における各Ｎ、Ｓ一対の磁極と、マグネット８に交互に着磁されたＮ、Ｓ極との間における異極同士の引き合いで、ロータ部９が、さらに所定のステップ角だけ正転する（図３（ｃ））。

次いで、Ａ相にパルス電流が逆方向に与えられて逆励磁されると、第２と第４の組分け体１２ｂと１２ｄにおける逆巻きの各Ａ相巻線Ａ_２とＡ_４に、それぞれＮ極が発生し、第１と第３の組分け体１２ａと１２ｃにおける各Ａ相巻線Ａ_１とＡ_３に、それぞれＳ極が発生する。このＡ相における各Ｎ、Ｓ一対の磁極と、マグネット８に交互に着磁されたＮ、Ｓ極との間における異極同士の引き合いで、ロータ部９が、さらに所定のステップ角だけ正転する（図３（d））。

この後、前記逆励磁がＢ相に切り換えられると、第２と第４の組分け体１２ｂと１２ｄにおける逆巻きの各Ｂ相巻線Ｂ_２とＢ_４に、それぞれＮ極が発生し、第１と第３の組分け体１２ａと１２ｃにおける各Ｂ相巻線Ｂ_１とＢ_３に、それぞれＳ極が発生する。このＢ相における各Ｎ、Ｓ一対の磁極と、マグネット８側のＮ、Ｓ極との間における異極同士の引き合いで、ロータ部９が、さらに所定のステップ角だけ正転する（図３（ａ））。

図３の（ａ）〜（ｄ）を用いた上記説明では、ロータ部９が正転方向にステップ動作をする場合について述べたが、各固定子極に発生するＮ、Ｓ一対の磁極が逆方向に回転するように、Ａ、Ｂ各相の巻線Ａ_１〜Ａ_４，Ｂ_１〜Ｂ_４に、上記と逆の励磁を加えることで、ロータ部９に逆転方向のステップ動作をさせることができる。

上述のように、隣り合う組分け体１２ａと１２ｂ，…における同相の巻線Ａ_１とＡ_２，Ｂ_１とＢ_２，‥同士の巻回方向を互いに逆向きに構成し、正・逆励磁を行うことで、該隣り合う組分け体１２ａと１２ｂ，…における同相の巻線Ａ_１とＡ_２，Ｂ_１とＢ_２，‥間にＮ、Ｓ一対の磁極が発生し、このＮ、Ｓ一対の磁極により、ロータ部９の正・逆転方向へのステップ動作が行われる。

なお、本実施例では、複数の巻線をＡ、Ｂ二相に構成したが、三相以上の多相に構成して、ステップ角を適宜小さくすることもできる。

本実施例に係る面対向型ステッピングモータにおいては、ステータ部５におけるＡ、Ｂ二相の各巻線Ａ_１〜Ａ_４，Ｂ_１〜Ｂ_４が施された複数のコア４，…と、ロータ部９における環状のマグネット８とが対向配置されることで、コア４，…とマグネット８間の集磁率が高められて高トルク特性が得られる。また、これとともに薄型化を図ることができる。

複数のコア４，…を、共通の１枚のステータ板（鉄板）からそれぞれ一度の切り起こし工程で形成することができて、部材費及び形成工程費等を含めて、大幅にコストダウンを図ることができる。

本発明の実施例２を、図４及び図５を用いて説明する。図４は構成を示す図、図５はステータヨーク部の分解斜視図である。なお、図４において前記図１及び図２における構成要素と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以って示し、重複した説明を省略する。

本実施例では、複数のコア１３，…が、ステータヨーク１４となる共通のステータ板上に、純鉄又はパーマロイ等からなる高磁性体製のピン１３ａ，…をそれぞれかしめにより固着することで形成されている。各ピン１３ａ，…を許容される範囲で太径とすることで、各コア１３，…の磁気抵抗が小さくなって、各固定子極の磁力を高めることができる。

また、ロータ部１５における環状のマグネット８は、回転軸２に固着されたロータヨーク１６の内側に直接固定されている。したがって、ロータ部１５を前記実施例１におけるものよりも薄型に構成することができる。

前記複数のコア１３，…にそれぞれ巻回された複数の巻線によりＡ、Ｂの二相が構成されている点、及びステップ動作等は、前記実施例１におけるものとほぼ同様である。

このように、本実施例に係る面対向型ステッピングモータにおいては、複数のコア１３，…を許容される範囲で、それぞれ磁気抵抗を低くして、各固定子極の磁力を高めること
ができ、またコア１３，…とマグネット８間の集磁率を高めることができて、一層高トルク特性が得られる。

ロータ部１５を薄型に構成することができて、ステッピングモータの一層の薄型化を図ることができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

図は、本発明の実施例に係る面対向型ステッピングモータを示すものである。
実施例１の構成を示す図。（ａ）は平面図、（ｂ）は図（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図。 上記実施例１における組分け体及び各相の巻線の巻回方向等を説明するための図。 上記実施例１のステップ動作を説明するための組図。（ａ）はＡ相とＢ相が逆励磁しているときの状態、（ｂ）はこの後Ａ相を正励磁した状態、（ｃ）はこの後Ｂ相を正励磁した状態、（ｄ）はこの後Ａ相を逆励磁した状態。 実施例２の構成を示す図。（ａ）は平面図、（ｂ）は図（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図。 上記実施例２におけるステータヨーク部の分解斜視図。

符号の説明

３，１４ ステータヨーク（ステータ板）
４，１３ コア
５ ステータ部
８ マグネット
９，１５ ロータ部
１２ａ〜１２ｄ 組分け体
１３ａ ピン
１６ ロータヨーク
Ａ_１〜Ａ_４，Ｂ_１〜Ｂ_４ 巻線

Claims (4)

1. 複数のコアが円周方向にほぼ等間隔をおいて形成され、前記各コアに少なくとも二相の各固定子極となる巻線がそれぞれ施されるとともに、複数の該巻線が相数に対応した個数を一組とした組分け体とされて、円周方向に複数組が配置されたステータ部と、前記組分け体の配置ピッチに対応したピッチで円周方向にＮ極、Ｓ極交互に着磁された環状のマグネットを備えたロータ部とを有し、前記ステータ部と前記ロータ部とが対向して同一軸上に配置された面対向型ステッピングモータであって、
   前記複数のコアは、共通のステータ板上に立設して形成され、前記複数組の組分け体における同相の各巻線は直列接続されているとともに、隣り合う前記組分け体における同相の巻線同士は、その巻回方向を互いに逆向きに構成してなることを特徴とする面対向型ステッピングモータ。
2. 上記複数のコアは、上記共通のステータ板をそれぞれ切り起こすことにより形成してなることを特徴とする請求項１記載の面対向型ステッピングモータ。
3. 上記複数のコアは、上記共通のステータ板上に高磁性体製のピンをそれぞれかしめにより固着することで形成してなることを特徴とする請求項１記載の面対向型ステッピングモータ。
4. 上記環状のマグネットは、回転軸に固着されたロータヨークの内側に直接固定してなることを特徴とする請求項１，２又は３記載の面対向型ステッピングモータ。
   

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