JP2008211906A - ステッピングモータ - Google Patents

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Abstract

【課題】低コスト化を実現したまま、小型化と高トルク化及び低ディテントトルク化を実現する。
【解決手段】多極着磁された永久磁石からなるロータ部６と、該ロータ部６と同軸上で対向するように設けられた複数個の櫛歯状極部を有するステータヨーク部９と、該ステータヨーク部９の櫛歯状極部の外周部に装着した励磁コイル１０と、該励磁コイル１０並びにステータヨーク部９を囲繞するフレームヨーク部４と、を備えたステッピングモータにおいて、ステータヨーク部４を、板厚がほぼ０．７ｍｍの珪素鋼板で形成した。
【選択図】図１

Description

本発明はステッピングモータに関するものであり、特に高トルク化及び低ディテントトルク化が可能なステッピングモータに関するものである。
従来、多極着磁された永久磁石からなるロータ部と、該ロータ部と同軸上で対向するように設けられた複数個の櫛歯状極部を有するステータヨーク部と、該ステータヨーク部の前記櫛歯状極部の外周部に装着した励磁コイルと、該励磁コイル並びに前記ステータヨーク部を囲繞するフレームヨーク部と、を備えたステッピングモータは知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、今日のステッピングモータにおけるステータヨークは、珪素鋼板をプレス成形して成るものが多く、また厚みが０．５ｍｍの珪素鋼板を使用して作られている。
特開２００５−１１０３７７号公報。
ところで、今日の市場では、ステッピングモータの小型化と低コスト化に加えて、特に高トルク化が要求されている。高トルク化を実現するためには、励磁コイルの巻線量を増やしたり、永久磁石の材質やグレードを上げなければならない。しかし、励磁コイルの巻線量を増やすと小型化が阻害され、永久磁石の材質やグレードを上げると大幅にコストが上がるという問題があった。
また、近年、各種機器の高性能化に伴い、低ディテントトルクのステッピングモータが要求されている。ステッピングモータのディテントトルクが大きい場合、該モータのトルクリップルや回転速度リップルが増大して、振動や騒音の不具合を発生させる。また、位置決め用モータとして用いたときには、位置決め精度が低下する。
そこで、低コスト化を実現したまま、小型化と高トルク化及び低ディテントトルク化を実現す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、多極着磁された永久磁石からなるロータ部と、該ロータ部と同軸上で対向するように設けられた複数個の櫛歯状極部を有するステータヨーク部と、該ステータヨーク部の前記櫛歯状極部の外周部に装着した励磁コイルと、該励磁コイル並びに前記ステータヨーク部を囲繞するフレームヨーク部と、を備えたステッピングモータにおいて、前記ステータヨーク部を、板厚がほぼ０．７ｍｍの珪素鋼板で形成したステッピングモータを提供する。
この構成によれば、ステータヨーク部を板厚がほぼ０．７ｍｍの珪素鋼板で形成することにより、０．５ｍｍの珪素鋼板を用いてステータヨーク部を形成していた従来のステッピングモータに比べて、トルクアップとディテントトルクが低減する。
請求項１記載の発明は、ステータヨーク部を板厚がほぼ０．７ｍｍの珪素鋼板で形成したことにより、全体としてコストを上げることなく、小型化とトルクアップが図れる。ま
た、低ディテントトルク化が図れて、モータの振動や騒音が低減する。
低コスト化を実現したまま、小型化と高トルク化及び低ディテントトルク化を実現するという目的を達成するために、多極着磁された永久磁石からなるロータ部と、該ロータ部と同軸上で対向するように設けられた複数個の櫛歯状極部を有するステータヨーク部と、該ステータヨーク部の前記櫛歯状極部の外周部に装着した励磁コイルと、該励磁コイル並びに前記ステータヨーク部を囲繞するフレームヨーク部と、を備えたステッピングモータにおいて、前記ステータヨーク部を、板厚がほぼ０．７ｍｍの珪素鋼板で形成したことにより実現した。
以下、本発明の一実施の形態を図１に従って説明する。図１において、ステッピングモータ１は、一端が開放された中空円筒状のケース２及び該ケース２の開放端を閉塞するブラケット３とでなるフレームヨーク部４と、該ケース２の内周面に沿って設けられたステータ部５と、該ケース２及び該ブラケット３に設けられた軸受部２ａ，３ａにより回転可能に支持されたロータ部６と、から構成されている。
前記フレームヨーク部４は、金属材料から構成されているとともに、その両端面の中心付近に前記軸受部２ａ，３ａを備えている。
前記ステータ部５は、図２にも示すように、ケース２内に収容され得るように、該ケース２の内径にほぼ等しい外径を有するリング状のフランジ部を備えた８個のステータヨーク７，７…が、樹脂８により一体にモールド成形されてなる略円筒状のステータヨーク部９と、該ステータヨーク部９のステータヨーク７，７…によりそれぞれ画成されたコイル巻線部に巻回された励磁コイル１０，１０…から構成されており、該励磁コイル１０，１０の巻回後にケース２内に収容され、固定保持されるように構成されている。
前記ロータ部６は、軸受部２ａ，３ａに回転可能に支持される回転軸１１と、該回転軸１１に対して固定保持された中空円筒状のロータマグネット(永久磁石)１２とから構成されている。このロータマグネット１２は、その外径がステータヨーク部９の中心孔１３の内径より僅かに小径に形成されているとともに、円周方向に沿って多極着磁されている。
ここで、前記ステータヨーク７，７…は、板厚ｔがほぼ０．７ｍｍの珪素鋼板をプレス成形してなる。また、各ステータヨーク７は、図３に示すように、リング状のフランジ部７ａと、このリング状のフランジ部７ａの内周縁部から垂直に立ち上がるように設けられた複数個の櫛歯状極部である磁極歯７ｂ，７ｂ…とから構成されている。そして、該ステータヨーク７，７が軸方向に並設され、かつ、各フランジ部７ａと７ａとがそれぞれ背中合わせになるように組み合わされて、樹脂８にて一体に成形されて、ステータヨーク部９が組み立てられている。
また、ステータヨーク部９の各巻線部に巻回されている励磁コイル１０，１０…は、樹脂８で保持されている端子ピン１４，１４…にその端末がはんだ付け等で接続される。
そして、このように構成されたステッピングモータ１は、端子ピン１４，１４…を通して励磁コイル１０，１０…に決められた順序で電流を流し、その流す電流を変化させることにより、ステータヨーク部９に発生する磁場により、ロータ部６をステッピング回転させることができる。
この実施の形態におけるステッピングモータ１では、板厚ｔがほぼ０．７ｍｍの珪素鋼
板でステータヨーク７，７…を形成しているので、０．５ｍｍの珪素鋼板を用いてステータヨークを形成していた従来のステッピングモータに比べて、全体としてコストを上げることなく、小型化及びトルクアップが図れるとともにディテントトルクを低減させることができる。以下に記する実験１〜実験６の結果は、これを実証している。
（実験１）
図４は、ステータヨーク７に、板厚が０．７ｍｍの珪素鋼板を使用したときの回転トルク(mNm)と回転速度(pps)との関係を示す特性図で、縦軸が回転トルク、横軸が回転速度を示す。図４では、フレームヨーク部４の外径が共に５５ｍｍで、ステータヨーク７に板厚が０．７ｍｍの珪素鋼板を使用した本発明のモータの場合(実線)と、０．５ｍｍの珪素鋼板を使用した従来のモータの場合(点線)の特性曲線を示している。
図４に示す特性図からは、フレームヨーク部４の外径が共に５５ｍｍである場合、回転速度がほぼ１０００(pps)になるまでの低速回転の間は、本発明のモータの方が従来のモータよりも高いトルクが得られることが分かる。
（実験２）
図５は、ステータヨーク７に、板厚が０．７ｍｍの珪素鋼板を使用したときの回転トルク(mNm)と回転速度(pps)との関係を示す特性図で、縦軸が回転トルク、横軸が回転速度を示す。図５では、フレームヨーク部４の外径が共に４９ｍｍで、ステータヨーク７に板厚が０．７ｍｍの珪素鋼板を使用した本発明のモータの場合(実線)と、０．５ｍｍの珪素鋼板を使用した従来のモータの場合(点線)の特性曲線を示している。
図５に示す特性図からは、フレームヨーク部４の外径が共に４９ｍｍである場合、回転速度がほぼ１２００(pps)になるまでの間は、本発明のモータの方が従来のモータよりも高いトルクが得られることが分かる。
（実験３）
図６は、ステータヨーク７に、板厚が０．７ｍｍの珪素鋼板を使用したときの回転トルク(mNm)と回転速度(pps)との関係を示す特性図で、縦軸が回転トルク、横軸が回転速度を示す。図６では、フレームヨーク部４の外径が４２ｍｍで、ステータヨーク７に板厚が０．７ｍｍの珪素鋼板を使用した本発明のモータの場合(実線)と、フレームヨーク部４の外径が共に４９ｍｍで、ステータヨーク７の板厚が０．５ｍｍの珪素鋼板を使用した従来のモータの場合(点線)の特性曲線を示している。
図６に示す特性図からは、ステータヨーク７の板厚を０．７ｍｍとした場合には、フレームヨーク部４の外径を４２ｍｍにしても、フレームヨーク部４の外径を４９ｍｍにした大形の従来モータのトルクとほぼ同等のトルク得られることが分かる。したがって、小形で高トルクのモータが得られる。
（実験４）
図７は、ステータヨーク７に、板厚が０．７ｍｍの珪素鋼板を使用したときのブラケット３の表面温度(℃)と駆動時間(sec)との関係を示す特性図で、縦軸が表面温度、横軸が駆動時間を示す。図７では、ステータヨーク部９の外径が共に４９ｍｍで、ステータヨーク７に板厚が０．７ｍｍの珪素鋼板を使用した本発明のモータの場合(実線)と、０．５ｍｍの珪素鋼板を使用した従来のモータの場合(点線)との特性曲線を示している。
図７に示す特性図からは、フレームヨーク部４の外径が共に４９ｍｍである場合、ブラケット３の表面温度(℃)は、本発明のモータの方が従来のモータよりも常に低く抑えられていることが分かる。したがって、トルクアップされても表面温度は上がらず、長時間に
亘る連続運転を行っても焼損等は起きない。
（実験５）
図８は、ステータヨーク７に、板厚が０．７ｍｍの珪素鋼板を使用したときのディテントトルク(mNm)と回転角(deg)との関係を示す特性図で、縦軸がディテントトルク、横軸が回転角を示す。図８では、フレームヨーク部４の外径が共に４９ｍｍで、ステータヨーク７に板厚が０．７ｍｍの珪素板を使用した本発明のモータの場合(実線)と、０．５ｍｍの珪素鋼板を使用した従来のモータの場合(点線)の特性曲線を示している。したがって、低ディテントトルク化が図れることにより、モータの振動や騒音が低減する。
図８に示す特性図からは、フレームヨーク部４の外径が共に４９ｍｍである場合、ディテントトルク(mNm)は、本発明のモータの方が従来のモータよりも常に低く抑えられていることが分かる。
（実験６）
図９は、ステータヨーク７に、板厚が０．７ｍｍの珪素鋼板を使用したときのスラスト方向振動(Ｇ)と回転速度(pps)との関係を示す特性図で、縦軸がスラスト方向振動、横軸が回転速度を示す。図９では、フレームヨーク部４の外径が共に４９ｍｍで、ステータヨーク７に板厚が０．７ｍｍの珪素板を使用した本発明のモータの場合(実線)と、０．５ｍｍの珪素鋼板を使用した従来のモータの場合(点線)の特性曲線を示している。
図９に示す特性図からは、フレームヨーク部４の外径が共に４９ｍｍである場合、スラスト方向振動(Ｇ)は、全体として本発明のモータの方が従来のモータよりも低く抑えられ、モータの振動や騒音が低減することが分かる。したがってモータの振動や騒音が低減する。
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為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
本発明の一実施の形態として示すステッピングモータ縦断面図。 ステータヨーク部の縦断面図。 ステータヨークの斜視図。 外径が５５ｍｍのフレームヨーク部を使用したモータの回転トルクと回転速度との関係を示す特性図。 外径が４９ｍｍのフレームヨーク部を使用したモータの回転トルクと回転速度との関係を示す特性図。 外径が４２ｍｍのフレームヨーク部を使用したモータの回転トルクと回転速度との関係を示す特性図。 外径が４９ｍｍのフレームヨーク部を使用したモータにおけるブラケットの表面温度と駆動時間との関係を示す特性図。 外径が４９ｍｍのフレームヨーク部を使用したモータのディテントトルクと回転角との関係を示す特性図。 外径が４９ｍｍのフレームヨーク部を使用したモータのスラスト方向振動と回転速度との関係を示す特性図。
符号の説明
１ ステッピングモータ
２ ケース
２ａ 軸受部
３ ブラケット
３ａ 軸受部
４ フレームヨーク部
５ ステータ部
６ ロータ部
７ ステータヨーク
７ａ フランジ部
７ｂ 磁極歯
８ 樹脂
９ ステータヨーク部
１０ 励磁コイル
１１ 回転軸
１２ ロータマグネット
１３ 中心孔
１４ 端子ピン

Claims (1)

  1. 多極着磁された永久磁石からなるロータ部と、該ロータ部と同軸上で対向するように設けられた複数個の櫛歯状極部を有するステータヨーク部と、該ステータヨーク部の前記櫛歯状極部の外周部に装着した励磁コイルと、該励磁コイル並びに前記ステータヨーク部を囲繞するフレームヨーク部と、を備えたステッピングモータにおいて、前記ステータヨーク部を、板厚がほぼ０．７ｍｍの珪素鋼板で形成したことを特徴とするステッピングモータ。
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