JP2008160921A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】各相の磁気抵抗を平等化したステッピングモータの提供。
【解決手段】ステッピングモータは、ヨーク７ａａの極歯Ｋ_１とヨーク７ａｂの極歯Ｋ_２を絶縁樹脂Ｍ_１を介して噛み合わせ状態で連結し、ヨーク７ｂａの極歯Ｋ_３とヨーク７ｂｂの極歯Ｋ_４を絶縁樹脂Ｍ_２を介して噛み合わせ状態で連結し、ヨーク７ａｂとヨーク７ｂａが絶縁樹脂Ｍ_１，Ｍ_２を介して背合わせ状態で連結して成るモールドヨーク７と、環状鍔Ｆ_１〜Ｆ_４の外周縁が内側面に接合する胴板部６ｂを持つ筒状ケース６を備え、胴板部６ｂは内側面のうち環状鍔Ｆ_２と環状鍔Ｆ_３との背合せ境界位置Ｐにおいて周方向に沿う第１の切り込み部Ｓ_１を有して成る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステッピングモータに関し、特に、コイル巻線のヨーク組み構造に関する。

特開２００３−３２４８９２においては、リードスクリユウ部を持つモータ回転軸を備えたＰＭ型ステッピングモータが開示されている。このモータのクロポール形アウターステータは、内周側の複数の極歯と外周側の胴板部で区画された第１環状空部に第１コイル巻線を収容する第１ヨークと、内周側に複数の極歯を持ち第１コイル巻線を塞ぐ端板としての第２ヨークと、内周側の複数の極歯と第１ヨークの胴板部とで区画された第２環状空部に第２コイル巻線を収容する第３ヨークと、内周側に複数の極歯を持ち第２コイル巻線を塞ぐ端板としての第４ヨークとを備えている。

第１ヨークの胴板部は第１コイル巻線の励磁による磁路を形成するのみならず、第２コイル巻線の励磁に磁路を形成するため、ヨーク組みが４枚の軟鉄板で構成できる利点がある。
特開２００３−３２４８９２（図５）

しかしながら、第１コイル巻線の励磁による磁路形成においては第１ヨークの内側面と第２ヨークの端面との接合面が高磁気抵抗箇所として存在するのに対し、第２コイル巻線の励磁による磁路形成においては第１ヨークの内側面と第４ヨークの端面との接合の外、第１ヨークの内側面と第３ヨークの端面との接合も高磁気抵抗箇所として存在しているので、第２コイル巻線の励磁による磁路の磁気抵抗の方が高くなり、第１相と第２相との交互にディテントトルクの差が生じ、ステップ精度のバラツキを招く。

また、このクロポール形アウターステータでは第１ヨークに第１コイル巻線を組み付けてから第２ヨークと第３ヨークとを順次固定し、第２コイル巻線を組み付けてから第４ヨークを固定するものであるため、都合３箇所の接合部分で加締等により固定する必要がある。

そこで、上記問題点に鑑み、本発明の課題は、ヨーク組みを仕上げた後に２つのコイル巻線を組み付けることができ、しかも各相の磁気抵抗の平等化を実現できるステッピングモータを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の第１の手段は、環状鍔の内周縁に切り起されて環状列に並ぶ複数の極歯を持つヨークの４個をインサート成形し、第１ヨークの極歯と第２ヨークの極歯とを非接触の噛み合わせ状態で連結し、第３ヨークの極歯と第４ヨークの極歯とを非接触の噛み合わせ状態で連結し、第２ヨークの環状鍔と第３ヨークの環状鍔とを背合せ状態で連結して成るモールドヨークと、第１ヨークの環状鍔と第２ヨークの環状鍔との間に巻装した第１コイル巻線と、第３ヨークの環状鍔と第４ヨークの環状鍔との間に巻装した第２コイル巻線と、モールドヨークが嵌入して各環状鍔の外周縁が内側面に接合する胴板部を持つ筒状ヨークとを備えたステッピングモータであって、胴板部は、内側面のうち上記背合せ境界位置において周方向に沿う第１の切り込み部を有して成ることを特徴とする。

第１乃至第４のヨークはモールドヨークとして１部品のヨーク組みに予め仕上げることができるため、このモールドヨークに対して第１コイル巻線と第２コイル巻線を組み付けることができる。また、このモールドヨークと筒状ヨークとの組み合わせにおいては、第１乃至第４のヨークのいずれもの環状鍔の外周縁が筒状ヨークの胴板部の内側面と接合し、各相の高磁気抵抗箇所が２箇所で平等化するので、ステップ精度のバラツキを抑制できる。特に、胴板部は内側面のうち第２ヨークの環状鍔と第３ヨークの環状鍔との背合せ境界位置において周方向に沿う第１の切り込み部を有して成るため、筒状ケースの胴板部の厚さはこの第１の切り込み部の位置で薄く高磁気抵抗箇所となり、第１コイル巻線による磁束は第１の切り込み部を境として胴板部の一方部分を通過し、第２コイル巻線による磁束は第１の切り込み部を境として胴板部の他方部分を通過し、胴板部が磁束的には相毎に分離でき、ステップ精度のバラツキを一層抑制できる。

ここで、モールドヨークは第４ヨーク側から筒状ヨークの開口を介して突出した樹脂製軸受ホルダーを一体的に有し、筒状ヨークは胴板部から折り曲げ成形されて第１ヨークの環状鍔の外表面と重なる底板部を有し、胴板部と底板部とが成す角部の内側に第２の切り込み部を形成するのが望ましい。この第２の切り込み部の存在により角部が高磁気抵抗箇所となり、胴板部内の磁束が底板部内へは通り難く、専ら第１ヨークの環状鍔内を通ることなる。このため、第１ヨークは筒状ヨークの開口側の第４ヨークと同等の磁束を通すので、ステップ精度のバラツキを一層抑制できる。

本発明の第２の手段は、環状鍔の内周縁に切り起されて環状列に並ぶ複数の極歯を持つヨークの４個をインサート成形し、第１ヨークの極歯と第２ヨークの極歯とを非接触の噛み合わせ状態で連結し、第３ヨークの極歯と第４ヨークの極歯とを非接触の噛み合わせ状態で連結し、第２ヨークの環状鍔と第３ヨークの環状鍔とを背合せ状態で連結して成るモールドヨークと、第１ヨークの環状鍔と第２ヨークの環状鍔との間に巻装した第１コイル巻線と、第３ヨークの環状鍔と第４ヨークの環状鍔との間に巻装した第２コイル巻線と、モールドヨークが嵌入して各環状鍔の外周縁が内側面に接合する胴板部を持つ筒状ヨークとを備えたステッピングモータであって、胴板部は、上記背合せ境界位置において周方向に沿うスリットを有して成ることを特徴とする。

この手段においても、第１乃至第４のヨークはモールドヨークとして１部品のヨーク組みに予め仕上げることができるため、このモールドヨークに対して第１コイル巻線と第２コイル巻線を組み付けることができる。また、このモールドヨークと筒状ヨークとの組み合わせにおいては、第１乃至第４のヨークのいずれもの環状鍔の外周縁が筒状ヨークの胴板部の内側面と接合し、各相の高磁気抵抗箇所が２箇所で平等化するので、ステップ精度のバラツキを抑制できる。特に、胴板部は上記背合せ境界位置において周方向に沿うスリットを有して成るため、このスリットの位置が高磁気抵抗箇所となり、第１コイル巻線による磁束はスリットを境として胴板部の一方部分を通過し、第２コイル巻線による磁束はスリットを境として胴板部の他方部分を通過し、胴板部が磁束的には相毎に分離でき、ステップ精度のバラツキを一層抑制できる。

ここで、モールドヨークは第２ヨークの環状鍔と第３ヨークの環状鍔とを非接触の背合せ状態としてスリットに臨む樹脂製の鍔状スペーサ部を有する場合、鍔状スペーサ部の厚みだけモータの軸長が長くなるものの、第２ヨークの環状鍔と第３ヨークの環状鍔とが非接触であることから、第１コイル巻線による磁束が第３ヨークに漏洩したり、第２コイル巻線による磁束が第２ヨークに漏洩したりすることが無くなるので、ステップ精度のバラツキを一層抑制できる。

また、モールドヨーク内に挿通するロータマグネットはその外周面のうち背合わせ境界位置において周溝を有して成ることが望ましい。ロータマグネットの磁束がこの周溝を境に相毎に分離できるため、ステップ精度のバラツキを一層抑制できる。

本発明では、インサート成形で得たモールドヨークに２つのコイル巻線を組み付けることができ、しかも各相の磁気抵抗を平等化してステップ精度のバラツキを抑制できる。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例１に係るリードスクリュウ・モータを示す断面図である。

本例のリードスクリュウ・モータは、モータ本体１と、これから突出してリードスクリュウ（図示せず）が形成されたモータシャフト２と、モータ本体１の筒状ケース（筒状ヨーク）６の底板部６ａに支持されたフレーム３と、このフレーム３に取着し、シャフト２の先端縮径部２ａを鋼球４ａを介して回転自在に支承する軸受４とを有する。

モータ本体１はＰＭ型ステッピングモータで、シャフト２及びこれが嵌入されたマグネット５から成るインナーロータと、筒状ケース６に嵌入されたモールドヨーク７（Ａ相アウターヨーク７ａａ，Ａ相インナーヨーク７ａｂ，Ｂ相インナーヨーク７ｂａ，Ｂ相アウターヨーク７ｂｂ）及び極歯間絶縁樹脂Ｍ_１，Ｍ_２のボビンに巻装されたコイル巻線（Ａ相コイル９ａ，Ｂ相コイル９ｂ）から成るクロポール形アウターステ―タとを有する。

このモールドヨーク７は、インサート成形によって、Ａ相アウターヨーク（第１ヨーク）７ａａの極歯Ｋ_１とＡ相インナーヨーク（第２ヨーク）７ａｂの極歯Ｋ_２とを極歯間樹脂Ｍ_１を介して互い違いに噛み合わせ状態で連結し、Ｂ相インナーヨーク（第３ヨーク）７ｂａの極歯Ｋ_３とＢ相アウターヨーク（第４ヨーク）７ｂｂの極歯Ｋ_４とを極歯間絶縁樹脂Ｍ_２を介して互い違いに噛み合わせ状態で連結し、Ａ相インナーヨーク７ａｂの環状鍔Ｆ_２とＢ相インナーヨーク７ｂａの環状鍔Ｆ_３とを背合わせ状態で極歯間絶縁樹脂Ｍ_１，Ｍ_２を用いて連結した一体品である。Ａ相アウターヨーク７ａａの環状鍔Ｆ_１とＡ相インナーヨーク７ａｂの環状鍔Ｆ_２との間の第１環状空部にＡ相コイル巻線９ａが巻装され、Ｂ相インナーヨーク７ｂａの環状部Ｆ_３とＢ相アウターヨーク７ｂｂの環状部Ｆ_４との間の第２環状空部にＢ相コイル巻線９ｂが巻装されている。このモールドヨーク７は筒状ケース（筒状ヨーク）６に嵌入しており、環状鍔Ｆ_１〜Ｆ_４の外周縁が筒状ケース６の胴板部６ｂの内側面に接合し、胴板部６ｂがヨークとして機能する。

モールドヨーク７は絶縁樹脂部Ｍ_２を延長して軸受ホルダー部１２を一体的に有する。シャフト２はその基端部の抱球穴２ｂ内とピボット軸受１１の球受け穴１１ａ内とに嵌る鋼球１０を介して回転自在にピボット軸受１１に支承されている。このピボット軸受１１は、筒状ケース６の開口から突出した軸受ホルダー部１２の軸受収容孔１２ａに嵌入し、軸受押え１３により軸方向に押圧付勢されて抜け止めされている。この軸受押え１３は軸受ホルダー部１２のラジアル方向から差し込んで取着されており、板ばね片１３ａがピボット軸受１１の端面に圧接している。

本例の筒状ケース６は、Ａ相コイル巻線９ａの磁路とＢ相コイル巻線９ｂの磁路とを兼用するヨークでもあり、プレス成形により、胴板部６ｂと、シャフト挿通孔ｈを持ち胴板部６ｂから折り曲げ形成した底板部６ａを有するカップ状である。この胴板部６ｂは、内側面のうちＡ相インナーヨーク７ａｂの環状鍔Ｆ_２とＢ相インナーヨーク７ｂａの環状部Ｆ_３との背合せ境界位置Ｐにおいて周方向に沿う断面Ｖ字形の第１の切り込み部Ｓ_１を有している。また、マグネット５は、その外周面のうち背合わせ境界位置Ｐにおいて周溝Ｔを有している。更に、胴板部６ｂの開口側の段差にＢ相アウターヨーク７ｂｂの環状鍔Ｆ_４の外周縁が接合されており、胴板部６ｂと底板部６ａとが成す角部の内側に第２の切り込み部Ｓ_２が周回形成されている。

ヨーク７ａａ，７ａｂ，７ｂａ，７ｂｂはモールドヨーク７として予め１部品のヨーク組みになっているため、これに対しコイル巻線９ａ，９ｂを組み付けることができる。またこのモールドヨーク７と筒状ケース６との組み合わせにおいては、ヨーク７ａａ，７ａｂ，７ｂａ，７ｂｂのいずれもの環状鍔Ｆ_１〜Ｆ_４の外周縁が筒状ケース６の内面に接合し、各相の高磁気抵抗箇所が２箇所となり、平等化するので、ステップ精度のバラツキを抑制できる。特に、胴板部６ｂは内側面のうち環状鍔Ｆ_２と環状鍔Ｆ_３との背合せ境界位置Ｐにおいて周方向に沿う第１の切り込み部Ｓ_１を有して成るため、胴板部６ｂの厚さはこの第１の切り込み部Ｓ_１の位置で括れ状に薄く高磁気抵抗箇所となり、Ａ相コイル９ａによる磁束Ｂ_１は第１の切り込み部Ｓ_１を境として胴板部６ｂの底板部６ａ側部分を通過し、Ｂ相コイル９ｂによる磁束Ｂ_２は第１の切り込み部Ｓ_１を境として胴板部６ｂの開口側部分を通過し、胴板部６ｂが磁束的にはＡ相とＢ相に分離でき、ステップ精度のバラツキを一層抑制できる。なお、この第１の切り込み部Ｓ_１は胴板部６ｂの外側面に形成しても構わないが、内側面に形成する方が相分離効果を高めることができる。

また、マグネット５は背合わせ境界位置Ｐにおいて周溝Ｔを有しているため、この周溝Ｔを境にマグネット５の磁束がＡ相とＢ相に分離できるため、ステップ精度のバラツキを一層抑制できる。

一方、胴板部６ｂと底板部６ａとが成す角部の内側に第２の切り込み部Ｓ_２が巡らされているため、角部が高磁気抵抗箇所となり、胴板部６ｂ内の磁束が環状鍔Ｆ_１と重なる底板部６ａ内へは通り難く、環状鍔Ｆ_１内を専ら通ることになる。このため、ヨーク７ａａは筒状ヨーク６の開口側のヨーク７ｂｂと同等の磁束を通すので、ステップ精度のバラツキを一層抑制できる。

図２（Ａ）は本発明の実施例２に係るリードスクリュウ・モータのモータ本体を示す正面図、図２（Ｂ）は同モータ本体の断面図である。なお、図２において図１に示す部分と同一部分には同一参照符号を付し、その説明は省略する。

本例の筒状ケース（筒状ヨーク）１６は断面小判形であってＡ相コイル巻線９ａの磁路とＢ相コイル巻線９ｂの磁路とを兼用するヨークでもあり、プレス成形により、胴板部１６ｂと、シャフト挿通孔ｈを持ち胴板部１６ｂから折り曲げ形成した底板部１６ａを有するカップ状である。胴板部１６ｂは相対向する一対の平板部１６ｂａと相対向する一対の湾曲板部１６ｂｂとから成る。

Ａ相インナーヨーク７ａｂの環状鍔Ｆ_２とＢ相インナーヨーク７ｂａの環状部Ｆ_３とは、モールドヨーク７の極歯間絶縁樹脂Ｍ_１，Ｍ_２を利用して形成した鍔状スペーサ部Ｑで非接触の背合せ状態となっており、鍔状スペーサ部Ｑの一所には端子台Ｒも一体的に形成されている。そして、胴板部１６ｂは鍔状スペーサ部Ｑを臨む位置において周方向に沿うスリットＨを有する。

本例においても、ヨーク７ａａ，７ａｂ，７ｂａ，７ｂｂのいずれもの環状鍔Ｆ_１〜Ｆ_４の外周縁が筒状ケース１６の内面に接合しているため、各相の高磁気抵抗箇所が２箇所となり、平等化するので、ステップ精度のバラツキを抑制できる。

特に、胴板部１６ｂは鍔状スペーサ部Ｑを臨む位置において周方向に沿うスリットＨを有して成るため、このスリットＨの位置が高磁気抵抗箇所となり、Ａ相コイル９ａによる磁束はスリットＨを境として胴板部１６ｂの底板部１６ａ側部分を通過し、Ｂ相コイル９ｂによる磁束はスリットＨを境として胴板部１６ｂの開口側部分を通過し、胴板部１６ｂが磁束的にはＡ相とＢ相に分離でき、ステップ精度のバラツキを一層抑制できる。

Ａ相インナーヨーク７ａｂの環状鍔Ｆ_２とＢ相インナーヨーク７ｂａの環状部Ｆ_３とは、鍔状スペーサ部Ｑで非接触の背合せ状態となっているため、Ａ相コイル９ａによる磁束がＢ相インナーヨーク７ｂａに漏洩したり、Ｂ相コイル９ｂによる磁束がＡ相インナーヨーク７ａｂに漏洩したりすることが無くなるので、ステップ精度のバラツキを一層抑制できる。

本発明の実施例１に係るリードスクリュウ・モータを示す断面図である。 （Ａ）は本発明の実施例２に係るリードスクリュウ・モータのモータ本体を示す正面図、（Ｂ）は同モータ本体の断面図である。

符号の説明

１…モータ本体
２…モータシャフト
２ａ…先端縮径部
２ｂ…抱球穴
３…フレーム
４…軸受
４ａ，１０…鋼球
５…マグネット
６，１６…筒状ケース（筒状ヨーク）
６ａ，１６ａ…底板部
６ｂ，１６ｂ…胴板部
７…モールドヨーク
７ａａ…Ａ相アウターヨーク
７ａｂ…Ａ相インナーヨーク
７ｂａ…Ｂ相インナーヨーク
７ｂｂ…Ｂ相アウターヨーク
９ａ…Ａ相コイル
９ｂ…Ｂ相コイル
１１…ピボット軸受
１１ａ…球受け穴
１２…軸受ホルダー部
１２ａ…軸受収容孔
１３…軸受押え
１３ａ…板ばね片
１６ｂａ…平板部
１６ｂｂ…湾曲板部
Ｂ_１，Ｂ_２…磁束
Ｆ_１〜Ｆ_４…環状鍔
Ｈ…スリット
ｈ…シャフト挿通孔
Ｋ_１〜Ｋ_４…極歯
Ｍ_１，Ｍ_２…極歯間絶縁樹脂
Ｐ…背合せ境界位置
Ｑ…鍔状スペーサ部
Ｒ…端子台
Ｓ_１…第１の切り込み部
Ｓ_２…第２の切り込み部
Ｔ…周溝

Claims (5)

1. 環状鍔の内周縁に切り起されて環状列に並ぶ複数の極歯を持つヨークの４個をインサート成形し、第１ヨークの極歯と第２ヨークの極歯とを非接触の噛み合わせ状態で連結し、第３ヨークの極歯と第４ヨークの極歯とを非接触の噛み合わせ状態で連結し、第２ヨークの環状鍔と第３ヨークの環状鍔とを背合せ状態で連結して成るモールドヨークと、第１ヨークの環状鍔と第２ヨークの環状鍔との間に巻装した第１コイル巻線と、第３ヨークの環状鍔と第４ヨークの環状鍔との間に巻装した第２コイル巻線と、前記モールドヨークが嵌入して前記各環状鍔の外周縁が内側面に接合する胴板部を持つ筒状ヨークとを備えたステッピングモータであって、
   前記胴板部は、前記内側面のうち前記背合せ境界位置において周方向に沿う第１の切り込み部を有して成ることを特徴とするステッピングモータ。
2. 請求項１に記載のステッピングモータにおいて、前記モールドヨークは第４ヨーク側から前記筒状ヨークの開口を介して突出した樹脂製軸受ホルダーを一体的に有し、前記筒状ヨークは前記胴板部から折り曲げ成形されて第１ヨークの環状鍔の外表面と重なる底板部を有し、前記胴板部と前記底板部とが成す角部の内側に第２の切り込み部が形成されていることを特徴とするステッピングモータ。
3. 環状鍔の内周縁に切り起されて環状列に並ぶ複数の極歯を持つヨークの４個をインサート成形し、第１ヨークの極歯と第２ヨークの極歯とを非接触の噛み合わせ状態で連結し、第３ヨークの極歯と第４ヨークの極歯とを非接触の噛み合わせ状態で連結し、第２ヨークの環状鍔と第３ヨークの環状鍔とを背合せ状態で連結して成るモールドヨークと、第１ヨークの環状鍔と第２ヨークの環状鍔との間に巻装した第１コイル巻線と、第３ヨークの環状鍔と第４ヨークの環状鍔との間に巻装した第２コイル巻線と、前記モールドヨークが嵌入して前記各環状鍔の外周縁が内側面に接合する胴板部を持つ筒状ヨークとを備えたステッピングモータであって、
   前記胴板部は、前記背合せ境界位置において周方向に沿うスリットを有して成ることを特徴とするステッピングモータ。
4. 請求項３に記載のステッピングモータにおいて、前記モールドヨークは、第２ヨークの環状鍔と第３ヨークの環状鍔とを非接触の背合せ状態として前記スリットに臨む樹脂製の鍔状スペーサ部を有することを特徴とするステッピングモータ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のステッピングモータにおいて、前記モールドヨーク内に挿通するロータマグネットは、その外周面のうち前記背合わせ境界位置において周溝を有して成ることを特徴とするステッピングモータ。

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