JP2011097756A - ステッピングモータのステータヨークおよびステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】分割ヨークにてステータヨークを構成して極歯の長さを自由に設定し、結合したステータヨークの同軸度を向上すること。
【解決手段】分割ヨーク３を隣接する分割ヨーク３同士の間に隙間８が形成されるように環状にセットして内ヨーク２Ａ、２Ｂを構成する。そして、それぞれの分割ヨーク３を背中合わせに密着配置した分割ヨーク３の切欠部７ｂの箇所にレーザ溶接９で内ヨーク２Ａ、２Ｂを固着して内ヨーク組立体２を形成する。
【選択図】図８

Description

本発明は、ステッピングモータに関し、特にクローポール型ステッピングモータのステータヨークに関する。

従来、クローポール型ステッピングモータとしては、例えば、図１０に示すように構成されている。ロータ１００は周方向に多極着磁されたリング状の永久磁石１０２とこれを支持するシャフト１０３からなり、その外側にはステータが形成されている。ステータは図１０、図１１に示すようなヨーク１０４、１０５、１０６、１０７と、励磁コイル１１０、１１１と、これらの部品を介装する外筒部１０８と、この外筒部１０８を封口するキャップ１０９とを備えている。ステータは軸方向にＡ相とＢ相が構成された２相構造で、Ａ相を構成するヨーク１０４、１０５はそれぞれ櫛歯状の極歯ａが交互に噛み合って永久磁石１０２の外周面に対向配置される。また、Ｂ相を構成するヨーク１０６、１０７はそれぞれ櫛歯状の極歯ａが交互に噛み合って永久磁石１０２の外周面に対向配置される。このとき、Ａ相のヨーク１０５とＢ相のヨーク１０６の鍔部ｂが背中合わせにて密着して重なりあって外筒部１０８に介装される。１１４はロータ１０１を回転可能に支持する軸受である。

一般に、図１１に示すようなステータのヨーク１０４、１０５、１０６、１０７は軟磁性材からなる板材を所定形状に打ち抜き、打ち抜いた後に極歯ａ部分を引き起こしてほぼ直角に曲げ加工して得ている。

極歯を長くする方法として、例えば、特開平３−１４５９６１号には、磁性材料からなる平板に複数の極歯の歯先を連結したまま隣り合う極歯相互間の間隔を極歯より短い長さの歯形状に打ち抜いた後に極歯を所定の長さに伸長する絞り加工を行ない、極歯の歯先の連結した絞り部底面を打抜く方法が開示されている。しかし、絞り加工において極歯の板厚が減少してしまうため、磁気抵抗が増加すると共に、極歯の強度が低下する問題がある。これに対して、ステータヨークの極歯部分を均等に分割し、分割したヨーク部を環状のヨークに形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１２は特許文献１に記載のステッピングモータのステータヨークの斜視図、図１３は図１２に示すステータヨークを構成する分割ヨークの斜視図である。

図１２において、ステータヨーク２１０は３０°で均等に分割した１２個の分割ヨーク２１３で構成されている。分割ヨーク２１３は、ヨーク部２１１と、これに連結した櫛歯状の極歯を軸方向に直角に曲げ加工した極歯部２１２で構成され、ヨーク部２１１が環状のヨークを形成するように配置されている。このように分割ヨークとすることで極歯の長さを自由に設定できる。

また、分割ヨークの技術として、積層鉄心を分割した状態で形成した後、これを接合して固定子を形成する構造がある（例えば、特許文献２参照）。

図１４は特許文献２に記載の固定子を示した図で、薄板素片を積層したものを組み合わせて固定子を組み立てた状態を示す平面図、図１５は図１４中の矢印Ｄ方向から見た部分拡大図である。

図１４、１５に示すように、薄板素片３１０を数枚ずつ同一の向きで重ねて、さらに表裏交互に重ね合わせて１つの突極単位部３２０を形成し、中心に位置決め治具３５０を入れて、この位置決め治具３５０に各突極の先端３２１を突き当てることにより各突極先端３２１の位置決めを行い、隣接した突極単位部３２０のバックヨーク形成部分３１２Ｌと３１２Ｒがオーバラップした部分で溶接３２２して固定子３３０を形成している。薄板素片３１０のバックヨーク形成部分３１２Ｌと３１２Ｒの長さは、固定子３３０として組み上げられたときに調整ギャップＣができるような長さとしている。

特開２００１−３１４０７１号公報 特開平１１−２８９７２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたステッピングモータのステータヨーク２１０は３０°で均等に分割した１２個の分割ヨーク２１３で構成しているが、分割ヨーク２１３の連結方法について開示していない。図１２に示すように分割ヨーク２１３は隣接する分割ヨーク２１３同士が隙間なく連結結合されているが、個々の分割ヨーク２１３は製造時に寸法のバラツキが生じるため、連結結合したステータヨーク２１０では、外周と内周の同軸度の精度が低下する。また、分割ヨーク２１３が等間隔で配置できず、不均等な配置になる問題がある。

また、特許文献２に記載された固定子３３０では隣接した突極単位部３２０のバックヨーク形成部分３１２Ｌと３１２Ｒがオーバラップした部分の外周面で溶接３２２して一体に形成しているが、固定子３３０の外周面に溶接３２２する構造のため、図１０に示すような外筒部１０８を装着して磁気回路を形成する際、溶接３２２の箇所によって外筒部１０８との接触が良好とならず、磁気抵抗が増加するといった問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、分割ヨークにてステータヨークを構成することによって極歯の長さを自由に設定でき、かつ連結結合したステータヨークにおける外周と内周の同軸度の精度を向上することができるクローポール型ステッピングモータのステータヨーク及びこのステータヨークを用いた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に、請求項１に記載の発明は、フランジ部と該フランジ部に連接した極歯部を備えた分割ヨークを周方向に複数配設して構成されたステッピングモータのステータヨークにおいて、前記分割ヨークの前記フランジ部の両端にそれぞれ切欠部を形成し、隣接する前記分割ヨークの前記フランジ部同士の間に隙間を形成し、前記複数の分割ヨークから構成されてなるステータヨーク同士を背中合わせで密着し、前記分割ヨークのフランジ部の両端に形成した切欠部にて溶接で固着して一体に形成してなることを特徴とする。

本願請求項１に係る発明によれば、極歯の長さを自由に設定でき、かつ連結結合したステータヨークにおける外周と内周の同軸度の精度を向上することができるクローポール型ステッピングモータのステータヨークを提供できる。また、このステータヨークを用いることによってモータトルクを低下させることなく、小型化・小径化したステッピングモータを提供できる。

本発明の外ヨークの製造工程を説明した図で、板材を打ち抜いて分割ヨークを形成した図である。 図１の分割ヨークの極歯部を折り曲げた図である。 図２の分割ヨークを金型にセットした状態を説明した図である。 図３に示す分割ヨークのみを取り出した状態の説明図である。 本発明の内ヨークの製造工程を説明した図で、図４に示す分割ヨークを樹脂成型した状態を説明した図である。 背中合わせに密着配置して金型にセットした状態を説明した図である。 図６に示す分割ヨークのみを取り出した状態の説明図である。 図６に示す背中合わせに密着配置した分割ヨークを溶接にて固着した状態を説明した図である。 図８に示す背中合わせで溶接した分割ヨークを樹脂成型した状態を説明した図である。 従来のステッピングモータの一部破断した斜視図である。 図１０に示したステータヨークの斜視図である。 従来の分割ヨークによるステータヨークの構造を示した図である。 図１２に示した分割ヨークを示した図である。 従来の薄板素片を積層して固定子を組立てた状態を示す図である。 図１４中の矢印Ｄ方向から見た部分拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は本発明のクローポール型ステッピングモータにおけるステータヨークの製造工程を示した図であって、外ヨークの製造工程を説明した図、図６〜図９は内ヨークの製造工程を説明した図である。

＜外ヨークの製造工程＞
（ａ）まず、軟磁性材（例えば、０．２ｍｍ厚の電磁鋼板）の板材から所定形状に打ち抜いて分割ヨーク３を形成する。このとき、図１に示すように、フランジ部４の外周側で中央より一方側にずれた位置に切欠部７ａ、フランジ部４の両端には切欠部７ｂが同時に形成される。
（ｂ）次に、打ち抜いた分割ヨーク３を治具（図示省略）にセットし、図１に示す折り線（一点鎖線）の箇所で直角に折り曲げ、極歯部６を９０°起こし、図２に示すように所定形状に成形する。
（ｃ）次に、図３に示すように、金型１０に備えられた位置決めピン１０ａに分割ヨーク３のフランジ部４の切欠部７ａに合わせて位置決めし、分割ヨーク３が環状になるようにセットする。このとき、隣接する分割ヨーク３との間には隙間８が形成される。図では分割ヨーク３は５個セットしている。このように、分割ヨーク３のフランジ部４の周方向の長さ（円弧の長さ）は、内ヨークの円周を分割したときの寸法よりも少し短く形成されているため、周方向に分割ヨーク３を配設したとき、隣接する分割ヨーク３同士の間には隙間８が形成され、この隙間によって、分割ヨーク３の寸法のバラツキを吸収することができる。図４は金型１０にセットした分割ヨークのみを取り出した状態を示した図である。
（ｄ）次に、金型内に合成樹脂１６を注入し、極歯部６の内周面６ａ（ロータ対向面）を除いて極歯６とフランジ部４の表面、及び隙間８を合成樹脂１６で覆って樹脂成型して外ヨーク１を構成する。そして、図５に示すように、この合成樹脂１６によってフランジ部４が全周にわたって連結するため一体に形成される。そして、金型から樹脂成型した外ヨーク１を取り出す。

＜内ヨークの製造工程＞
（ａ）外ヨーク１同様、軟磁性材（例えば、０．２ｍｍ厚の電磁鋼板）の板材から、所定形状に打ち抜いて、図１に示すような分割ヨーク３を形成する。このとき、フランジ部４の外周側で中央より一方側にずれた位置に切欠部７ａが、フランジ部４の両端には切欠部７ｂが同時に形成される。
（ｂ）次に、打ち抜いた分割ヨーク３を治具（図示省略）にセットして、図２に示すように極歯部６を直角に折り曲げ、所定形状に成形する。
（ｃ）次に、図６に示すように成形した分割ヨーク３を環状になるように金型１０の所定の位置にセットして一方の相の内ヨーク２Ａを構成する。このとき、隣接する分割ヨーク３同士の間には隙間８が形成される。さらに、他方の相となる内ヨーク２Ｂも、同様に分割ヨーク３を所定の位置にセットして背中合わせになるように密着配置する。このとき、金型１０に備えられた位置決めピン１０ａに分割ヨーク３のフランジ部４の切欠部７ａ同士が一致した箇所で位置決めが行われる。図６では分割ヨーク３は合計１０個セットしている。このとき、一方の内ヨーク２Ａの極歯部６と他方の内ヨーク２Ｂの極歯部６の位置関係は一定の位相差（本実施例では電気角で９０°）となるように、周方向にずらした位置にセットされる（図７参照）。図７は治具にセットされたＡ相の内ヨーク２ＡとＢ相の内ヨーク２Ｂの状態を示した図である。このように、分割ヨーク３のフランジ部４の周方向の長さ（円弧の長さ）は、内ヨーク２Ａ、２Ｂの円周を分割したときの長さよりも少し短く形成されているため、周方向に分割ヨーク３を配設したとき、隣接する分割ヨーク３同士の間には隙間８が形成され、この隙間８によって、分割ヨーク３の寸法のバラツキを吸収することができる。
（ｄ）次に、背中合わせに密着配置した分割ヨーク３の切欠部７ｂの箇所をレーザ溶接にて固着する。図８では５箇所にレーザ溶接している。このとき、レーザ溶接箇所９は分割ヨーク３の板厚より突出しないように行う。これによって、Ａ相の内ヨーク２Ａ（分割ヨークが５個）とＢ相の内ヨーク２Ｂ（分割ヨークが５個）が背中合わせで密着して一体に固着され、内ヨーク組立体２が形成される。
（ｅ）次に、レーザ溶接にて分割ヨーク３を背中合わせで固着して形成した内ヨーク組立体２を金型（図示省略）の所定の位置にセットする。金型（図示省略）内に合成樹脂１６を注入し、極歯部６の内周面６ａ（ロータ対向面）を除いて極歯部６とフランジ部４の表面、及び隙間８を合成樹脂１６で覆って樹脂成型した内ヨーク組立体２を構成する。このとき、図９に示すように、内ヨーク組立体２の外周部には合成樹脂１６によって位置決め用突起部１５が同時に一体形成される。そして、金型（図示省略）から樹脂成型した内ヨーク組立体２を取り出す。

次に、樹脂成型した外ヨーク１と、樹脂成型した内ヨーク組立体２をそれぞれの極歯部６が交互に噛み合うようにして、図１０に示すような軟磁性材からなる外筒部１０８の内部に装着する。このとき、コイルは極歯部６の外周に配設される。また、内ヨーク組立体２の外周部に形成した位置決め用突起部１５は外筒部１０８の切欠部と位置決めされる。

なお、外ヨーク１は、極歯部６の内周面６ａ（ロータ対向面）を除いて極歯部６とフランジ部４の表面、及び隙間８を合成樹脂１６で覆って樹脂成型して外ヨーク１を構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、フランジ部４の表面及び隙間８を合成樹脂１６で覆って連結した構成であってもよい。

また、内ヨーク組立体２は樹脂成形することなく、Ａ相の内ヨーク２ＡとＢ相の内ヨーク２Ｂが背中合わせで密着し、レーザ溶接にて一体に固着した状態で用いてもよい。

また、本実施の形態では内ヨーク組立体２および外ヨーク１は合成樹脂による樹脂成型にて説明したが、合成樹脂に代えて磁性圧粉にて成型してもよい。

また、本実施の形態ではレーザ溶接にて固着しているが、これに限定されるものではなく、他の公知の溶接方法であっても勿論良い。

１ 外ヨーク
２ 内ヨーク組立体
２Ａ、２Ｂ 内ヨーク
３ 分割ヨーク
４ フランジ部
４ａ 外周面
６ 極歯部
６ａ 内周面
７ａ 切欠部
７ｂ 切欠部
８ 隙間
９ レーザ溶接箇所
１５ 位置決め用突起部
１６ 合成樹脂

Claims (6)

1. フランジ部と該フランジ部に連接した極歯部を備えた分割ヨークを周方向に複数配設して構成されたステッピングモータのステータヨークにおいて、
   前記分割ヨークの前記フランジ部の両端にそれぞれ切欠部を形成し、隣接する前記分割ヨークの前記フランジ部同士の間に隙間を形成し、
   前記複数の分割ヨークから構成されてなるステータヨーク同士を背中合わせで密着し、前記分割ヨークのフランジ部の両端に形成した切欠部にて溶接で固着して一体に形成してなることを特徴とするステッピングモータのステータヨーク。
2. 前記背中合わせで密着したステータヨークが前記極歯部の内周面を除いて合成樹脂にて覆って一体成型してなることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータのステータヨーク。
3. 前記背中合わせで密着したステータヨークが前記極歯部の内周面を除いて磁性圧粉にて覆って一体成型してなることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータのステータヨーク。
4. 前記背中合わせで密着して溶接で固着してなるステータヨークは内ヨーク同士を固着したものであることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータのステータヨーク。
5. 前記分割ヨークの前記フランジ部の外周に位置決め用の切欠部を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータのステータヨーク。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のステータヨークを用いたことを特徴とするステッピングモータ。