JP2009124832A - ロータマグネット及びそれを有するモータ並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外周が厳密な円筒形と異なるロータマグネットにおいて、着磁時の着磁位置を位置決めできるよう工夫されたロータマグネット等を提供する.
【解決手段】 ロータマグネット１は、円周方向に交互にＮＳ着磁された略円筒形のロータマグネットであって、外周の各着磁領域１ａの境界部に、軸直角断面において浅い略三角形状の軸方向に延びる溝１ｂが形成されている。さらに、内孔２が、端から奥方向に向って、軸受収納部２ａ、モータ軸嵌合部２ｂとなっており、軸受収納部２ａにキー状の位置決め突部３が形成されている。この突部３は、着磁作業時の円周方向の位置決め基準部となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズやプリンターの駆動等に使用される低振動・低騒音の小型ステッピングモータなどに関する。特には、着磁領域の位置が予め決まっているような形状を有するロータマグネット及びそれを備えたモータ等に関する。

従来より、ロータマグネットの着磁領域の曲率を極歯の曲率と異ならせて、コギングトルクを低下させ、これによりモータの振動や騒音を低減する方法が知られている。また、ロータマグネットの磁極の境界部に切欠部を設けて、ディテントトルクを低減させる方法も提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

このような形状のロータマグネットにおいては、所定の形状に成形又は加工した後、着磁装置で着磁するため、着磁時に、マグネットの着磁領域の位置と着磁ヨークの着磁位置を一致させる必要がある。円筒形のロータマグネットの場合は、着磁領域の位置が円周方向において限定されないので位置決めの必要はないが、着磁領域の位置が予め決まっている場合は、着磁位置合わせが必要になる。

スピンドルモータやブラシレスモータなどの比較的大型のモータにおいては、ロータマグネットの着磁領域の位置が予め決まっていても、着磁位置を精密に位置決めする必要はないが、ＰＭ型ステッピングモータ等の小型のモータの場合は、着磁位置の位置決めが必要となる。今まで、このような仕様のロータマグネットにおいて、着磁装置との位置決めに関しては特に言及されていない。

特開平５−３３６７２７ 特許第３５８６８０４号

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、外周が厳密な円筒形と異なるロータマグネットにおいて、着磁時の着磁位置を位置決めできるよう工夫されたロータマグネット等を提供することを目的とする。

本発明のロータマグネットは、 円周方向に交互にＮＳ着磁された略円筒形のロータマグネットであって、 外周の各着磁領域の境界部に、軸直角断面において浅い略三角形状の軸方向に延びる溝が形成されているとともに、 内孔内に着磁作業時の円周方向の位置決め基準部が形成されていることを特徴とする。

ロータマグネットの磁極の境界部に浅い三角形状の溝（凹部）を設けることにより、ディテントトルクを低減させることができるが、このような形状のロータマグネットにおいては、所定の形状に成形又は加工した後、着磁装置で着磁するため、着磁時に、マグネットの着磁領域（溝と溝の間）の位置と着磁ヨークの着磁位置とを一致させる必要がある。そこで、ロータマグネットの内孔内に着磁作業時の、着磁ヨークに対する円周方向の位置決め基準部を形成しておくと、着磁時に、マグネットの着磁領域の位置と着磁装置の着磁ヨークの着磁位置を正確に一致させることができる。

本発明においては、 前記内孔内が、端から奥方向に向って、軸受収納部、位置決め部及びモータ軸嵌合部となっていることが好ましい。

小型のステッピングモータの場合には、ロータマグネットの内孔に軸受を収容するスペースを設けて小型化を図ることができる。このスペース（軸受収容部）の奥に位置決め部を設け、さらにその奥にモータ軸嵌合部を設けることにより、軸受と位置決め部が干渉せず、モータの全長を短くできる。

本発明のモータは、 上記に記載のロータマグネットと、 該ロータマグネットに嵌合されるモータ軸と、 前記ロータマグネットの外周域に配置されたステータと、 前記モータ軸を支持し前記ステータに固定された軸受と、を具備することを特徴とする。

本発明のモータ製造方法は、 ロータマグネットと、 該ロータマグネットに嵌合されるモータ軸と、 前記ロータマグネットの外周域に配置されたステータと、 前記モータ軸を支持し前記ステータに固定された軸受と、を具備するモータの製造方法であって、 前記ロータマグネットが、 円周方向に交互にＮＳ着磁された略円筒形のロータマグネットであって、 外周の各着磁領域の境界部に、軸直角断面において浅い略三角形状の軸方向溝が形成されているとともに、 内孔内に着磁作業時の円周方向の位置決め基準部が形成されており、 前記モータ軸と前記ロータマグネットとを嵌合組立て、 前記ロータマグネットの位置決め部を位置決め治具と係合させ、 その後、着磁ヨーク中に前記ロータマグネットを挿入し着磁することを特徴とする。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ロータマグネットに着磁時の位置決め基準部を設けたので、着磁領域を着磁時の着磁位置に正確に位置合わせできる。さらに、位置決め基準部をロータマグネットの軸受収容部の奥に形成した場合には、モータを小型化できる。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るロータマグネットの形状を示す図であり、図１（Ａ）は斜視図、図１（Ｂ）は正面図、図１（Ｃ）は縦断面図、図１（Ｄ）は横断面図である。
ロータマグネット１は、略円筒形の形状であって、外周面には、回転軸方向に延びる複数（この例では１０個）のＳ極とＮ極が円周方向に交互に着磁されている。各着磁領域１ａの境界部には、図１（Ｂ）に示すように、軸直角断面において浅い略三角形状の軸方向に延びる溝１ｂが形成されている。これらの溝１ｂは、境界部に軸方向に延びるＶ字型の溝を形成して着磁領域１ａを画した後、各着磁領域の両角にアールをつけることにより形成される。

図１（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、ロータマグネット１の軸方向中心には、軸方向に延びる内孔２が形成されている。内孔２は、ロータマグネット１の両端面に形成された凹部２ａと、同凹部２ａの中心を貫通する貫通孔２ｂとを有する。後述するように、両凹部２ａには、モータ軸１３の一端が支持される軸受２７が収容され、貫通孔２ｂにはモータ軸１３が嵌合される。各凹部２ａの深さは、軸受２７の厚さよりも深い。この例では、各凹部２ａは、図１（Ｄ）に示すように、端面側の円柱状の空間と、奥側の円錐台状の空間とからなる。

各凹部２ａの、貫通孔２ｂの軸中心に対して対称な位置には、軸方向に延びるキー状の突部３が形成されている。この突部３は、円周方向の中心が、ロータマグネット１の着磁領域１ａの内の一つ（基準着磁領域１Ｒ）の円周方向の中心に合うように形成されている。突部２の高さは、凹部２ａの深さ（凹部２ａの底壁とロータマグネット１の端面までの寸法）の１／３程度である。これらの突部３は、後述するように、着磁作業時の円周方向の位置決め基準部となる。
また、このように端面に凹部２ａを形成することによりロータマグネット１が軽量化できるので、イナーシャ対策としても有効である。

次に、図１のロータマグネット１を備えたモータについて説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係るモータの構造を示す分解斜視図である。
図３は、図２のモータの構造を示す側面断面図である。
本発明のモータ１０は、図１のロータマグネット１と、ロータマグネット１の嵌合されるモータ軸１３と、ロータマグネット１の外周域に配置されたステータ１５と、モータ軸１３を支持しステータ１５に固定された軸受２７とを備え、ベース２５に取り付けられている。

モータ軸１３は、ロータマグネット１に嵌合する小径の嵌合部１３ａと、送りネジが形成された大径の出力部１３ｂとを有する。図３に示すように、嵌合部１３ａは、ロータマグネット１の貫通孔２ｂを貫通している。出力部１３ｂの送りネジには、駆動・位置決め対象物が固定されたメネジ（図示されず）が螺合している。モータ軸１３の固定方法については後述する。

ステータ１５は、ロータマグネット１の外周域に配置されており、軸方向に並んだＡ相ステータ１５ＡとＢ相ステータ１５Ｂからなる。Ａ相ステータ１５Ａ、Ｂ相ステータ１５Ｂは、複数（この例では５個）の極歯（クローポール）１７Ａ、１７Ｂが設けられたヨーク（ステータヨーク）１６Ａ、１６Ｂと、複数（この例では５個）の極歯１９Ａが設けられたステータフランジ１８Ａ、１８Ｂと、磁極（極歯）を磁化するコイル２０Ａ、２０Ｂ（図３参照）と、コイル２０Ａ、２０Ｂが収容されるボビン２１と、を有する。各相ステータにおいて、ステータヨーク１６の極歯１７とステータフフランジ１８の極歯１９は、軸方向の両側から突き合わされて、円周方向に等間隔で交互に重なるように配置されている。

コイルボビン２１の内周面には、複数の略三角形状の凹部２１ａが形成されており、同凹部内に極歯１７、１９が収容されている。また、コイルボビン２１の外周面には、軸方向に並んだ、円周方向に延びる凹部２１ｂが形成され、同凹部内にコイル２０Ａ、２０Ｂが収容されている（図３（Ｂ）参照）。

Ａ相ステータ１５Ａ、Ｂ相ステータ１５Ｂは、極歯１７、１９が互いに１／２ピッチ円周方向にずれるように軸方向に並んで配置され、溶接などにより固定される。

このステッピングモータ１０は、ベース２５に取り付けられている。
ベース２５は、側面形状がコの字型で、底板２５ａと、同底板の対向する辺から直立する側板２５ｂ、２５ｃを有する。両側板には、同軸上に位置する開口が形成されている。ステッピングモータ１０は、ステータ１５の端面で、一方の側板２５ｂに取り付けられている。モータ軸１３の出力部１３ｂは、同側板２５ｂの開口を通って、他方の側板２５ｃまで延びている。そして、同出力部１３ｂの軸端が、側板２５ｃに取り付けられた軸受２６に支持されている。

一方、モータ軸１３の貫通部１３ａの軸端は、図３に示すように、ロータマグネット１の貫通孔２ｂを貫通して、同マグネット１の端面の凹部２ａにはめ込まれた軸受２７に支持されている。軸受２７は、薄い環状部２７ａと、同環状部の中央から突き出た、比較的厚い中央部２７ｂとを有する。中央部２７ｂの中心には貫通孔２７ｃが形成されている。軸受２７は、環状部２７ａがロータマグネット１の端面に当てられて、中央部２７ｂが凹部２ａにはまり込んで収容されている。この際、ロータマグネット１の凹部２ａに設けられた突部３は、軸受２７の中央部２７ｂに当らないように設定されているので、軸受２７とロータマグネット１は干渉しない。
貫通部１３ａの軸端は、軸受中央部２７ｂの貫通孔２７ｃを突き出て、軸端面が、ステータ１５の端面に取り付けられた板バネ２９でスラスト方向に付勢されている。

次に、ロータマグネット１の着磁方法を説明する。
図４は、着磁装置の一例を説明する図である。
着磁装置４０は、円筒状の着磁ヨーク４１と、ロータマグネット１を着磁ヨーク４１に対して位置決めする上下の位置決め部材４８、４５とを備える。着磁ヨーク４１の内周面には、ロータマグネット１の磁極の数と同数（この例では１０個）の着磁部４１ａが形成されており、各着磁部４１ａにはコイル４２が巻装されている。コイル４２の巻き方向は、円周方向において交互に逆になっている。

上下位置決め部材４８、４５は、各々円柱状の部材であり、着磁ヨーク４１の内孔と同軸上に互いに対向して配置されている。上位置決め部材４８は上方から、下位置決め部材４５は下方から、着磁ヨーク４１の内孔内にスライド可能となっている。

下位置決め部材４５は、円柱状の本体部４５ａと、本体部４５ａの上端面から上方に突き出た突部４５ｂとを有する。この例では、突部４５ｂは、ロータマグネット１の凹部２ａの形状と同じであり、円筒状の基部と、円錐台状の先部とからなる形状である。同部材４５の軸中心には、比較的大径の長い内孔４５ｃが形成されている。突部４５ｂの、内孔４５ｃの軸中心に対して対称な位置には、先端から軸方向に延びる切り欠き４６が形成されている。この切り欠き４６は、円周方向において、中心が、着磁ヨーク４１の内の一つの着磁部（基準着磁部４１Ｒ）の中心に一致するように位置決めされている。

上位置決め部材４８は、円柱状の本体部４８ａと、本体部４８ａの下端面から下方に突き出た突部４８ｂとを有する。この突部４８ｂも、ロータマグネット１の凹部２ａの形状と同じであり、円筒状の基部と、円錐台状の先部とからなる形状である。同部材４８の軸中心には、比較的小径の浅めの内孔４８ｃが形成されている。突部４８ｂの、内孔４６ｃの軸中心に対して対称な位置には、先端から軸方向に延びる切り欠き４９が形成されている。この切り欠き４９は、円周方向において、中心が、前述の着磁ヨーク４１の基準着磁部４１Ｒの中心に一致するように位置決めされている。つまり、下位置決め部材４５の切り欠き４６の位置と一致している。

次に、ロータマグネット１の着磁方法を説明する。
図５は、図４の着磁装置にロータマグネットをセットした状態を示す平面図である。
図６は、図４の着磁装置にロータマグネットをセットした状態を示す側面図である。
まず、ロータマグネット１の貫通孔２ｂにモータ軸嵌合部１３ａを嵌合固定させておく。着磁装置４０においては、上下位置決め部材４８、４５をそれぞれ上方向、下方向にスライドさせて、着磁ヨーク４１から離しておく。そして、モータ軸出力部１３ｂを、下位置決め部材４５の内孔４５ｃ（図４参照）に挿入する。この際、ロータマグネット１の位置決め基準部３の位置を、下位置決め部材４５の突部４５ｂに形成した切り欠き４６の位置に合わせる。すると、やがて、ロータマグネット１の位置決め基準部３が下位置決め部材４５の切り欠き４６に係合し、ロータマグネット１の凹部２ａに下位置決め部材４５の突部４５ｂがはまり込み、同マグネット１の端面が下位置決め部材４５の本体部４５ａの端面に当接する（図６参照）。

下位置決め部材４５の切り欠き４６の位置は、前述のように、着磁ヨーク４１の基準着磁部４１Ｒの位置に合わせられているので、同切り欠き４６に係合したロータマグネット１の位置決め基準部３も、着磁ヨーク４１の基準着磁部４１Ｒに位置決めされる。ここで、ロータマグネット１の位置決め基準部３の位置は、同マグネット１の基準着磁領域１Ｒの位置に合わせられている。すなわち、図５に示すように、ロータマグネット１の基準着磁領域１Ｒは、着磁ヨーク４１の基準着磁部４１Ｒに位置決めされることになる。

次に、上位置決め部材４８を下方にスライドさせる。前述のように、上下位置決め部材４８、４５の切り欠き４９、４６の円周方向の位置は一致しているので、上位置決め部材４８の切り欠き４９に、ロータマグネット１のモータ軸嵌合部１３ａ側の位置決め基準部３が係合する。そして、上位置決め部材４８の内孔４８ｃにモータ軸嵌合部１３ａが挿入されつつ、突部４８ｂがロータマグネット１の凹部２ａにはまり込み、本体部４８ａの端面にマグネット１の端面が当接する。
つまり、上位置決め部材４８においても、ロータマグネット１の位置決め基準部３が、着磁ヨーク４１の基準着磁部４１Ｒに位置決めされるので、ロータマグネット１の基準着磁領域１Ｒが、着磁ヨーク４１の基準着磁部４１Ｒに位置決めされることになる。

その後、上下位置決め部材４８、４５を、同時に着磁ヨーク４１の内孔内にスライドさせて、ロータマグネット１を着磁ヨーク４１の内孔にセットする。すると、図６に示すように、ロータマグネット１は、両端の位置決め基準部３が上下位置決め部材４８、４５の切り欠き４９、４６に係合して着磁ヨーク４１にセットされる。この際、図５に示すように、ロータマグネット１の着磁領域１ａの各々は、着磁ヨーク４１の各着磁部４１ａに対向するように位置決めされている。

最後に、着磁ヨーク４１の各コイル４２に通電して各着磁部４１ａを励磁すると、ロータマグネット１の各着磁領域１ａは正確に着磁される。

本発明の実施の形態に係るロータマグネットの形状を示す図であり、図１（Ａ）は斜視図、図１（Ｂ）は正面図、図１（Ｃ）は縦断面図、図１（Ｄ）は横断面図である。 本発明の実施の形態に係るモータの構造を示す分解斜視図である。 図２のモータの構造を示す側面断面図である。 着磁装置の一例を説明する図である。 図４の着磁装置にロータマグネットをセットした状態を示す平面図である。 図４の着磁装置にロータマグネットをセットした状態を示す側面図である。

符号の説明

１ ロータマグネット ２ 内孔
３ 突部
１０ モータ １３ モータ軸
１５ ステータ １６ ステータヨーク
１７ 極歯 １８ ステータフランジ
１９ 極歯 ２０ コイル
２１ コイルボビン ２５ ベース
２７ 軸受 ２９ 板バネ
４０ 着磁装置 ４１ 着磁ヨーク
４２ コイル ４５ 下位置決め部材
４６ 切り欠き ４８ 上位置決め部材
４９ 切り欠き

Claims (4)

1. 円周方向に交互にＮＳ着磁された略円筒形のロータマグネットであって、
   外周の各着磁領域の境界部に、軸直角断面において浅い略三角形状の軸方向に延びる溝が形成されているとともに、
   内孔内に着磁作業時の円周方向の位置決め基準部が形成されていることを特徴とするロータマグネット。
2. 前記内孔内が、端から奥方向に向って、軸受収納部、位置決め部及びモータ軸嵌合部となっていることを特徴とする請求項１記載のロータマグネット。
3. 請求項１又は２記載のロータマグネットと、
   該ロータマグネットに嵌合されるモータ軸と、
   前記ロータマグネットの外周域に配置されたステータと、
   前記モータ軸を支持し前記ステータに固定された軸受と、
   を具備することを特徴とするモータ。
4. ロータマグネットと、
   該ロータマグネットに嵌合されるモータ軸と、
   前記ロータマグネットの外周域に配置されたステータと、
   前記モータ軸を支持し前記ステータに固定された軸受と、
   を具備するモータの製造方法であって、
   前記ロータマグネットが、
   円周方向に交互にＮＳ着磁された略円筒形のロータマグネットであって、
   外周の各着磁領域の境界部に、軸直角断面において浅い略三角形状の軸方向溝が形成されているとともに、
   内孔内に着磁作業時の円周方向の位置決め基準部が形成されており、
   前記モータ軸と前記ロータマグネットとを嵌合組立て、
   前記ロータマグネットの位置決め部を位置決め治具と係合させ、
   その後、着磁ヨーク中に前記ロータマグネットを挿入し着磁することを特徴とするモータの製造方法。

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