JP2012005161A

JP2012005161A - ステッピングモータのカップ形ステータヨーク

Info

Publication number: JP2012005161A
Application number: JP2010134829A
Authority: JP
Inventors: Manabu Nakamura; 学中村; Hiroyuki Furusaki; 浩幸古崎
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2012-01-05

Abstract

【課題】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向上および等間隔配置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カップ形ステータヨークを提供することである。
【解決手段】カップ状円筒部３と該カップ状円筒部３に連接した極歯部５を備えた分割ヨーク２を周方向に複数個配設して環状に構成したステッピングモータのカップ形ステータヨーク１において、隣接する前記分割ヨーク２同士の間に隙間６が形成され、少なくとも前記環状に構成したステッピングモータのカップ形ステータヨーク１の底面における前記隙間６に合成樹脂８を充填すると共に、前記合成樹脂８にて前記底面が全周にわたって連結した環状部９を形成して一体化してなることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステッピングモータのステータヨーク構造に関し、特にクローポール型ステッピングモータのカップ形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４、図５に示すような構造がある。この構造では、円筒状極歯列１０１の外側に平フランジ１０２を有する２個の平フランジ形ヨーク部品Ａ、Ｂと、円筒状極歯列１０３の外側にカップ状円筒部１０４を有する２個のカップ形ヨーク部品Ｃ、Ｄと、を備えている。

平フランジ形ヨーク部品Ａ（Ｂ）とカップ形ヨーク部品Ｃ（Ｄ）とは両者の円筒状極歯列１０１と１０３とが非接触の噛み合い状態になるように組み合わされ、その極歯列１０１、１０３の周囲にコイルＥ（Ｆ）が装着されている。平フランジ形ヨーク部品ＡとＢとは背中合わせで当接した状態で溶接され、カップ形ヨーク部品ＣとＤとはカップ状円筒部１０４の端面同士が当接した状態で溶接される。

平フランジ形ヨーク部品Ａ、Ｂの平フランジ１０２の外周縁部には凸部１０２ａが形成されており、これに対応してカップ形ヨークＣ、Ｄの円筒部１０４の端面に凹部１０４ａが形成されている。各ヨーク部品Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを前述のように組み合わせた状態にては、ヨーク部品Ａ、Ｂの凸部１０２ａがヨーク部品Ｃ、Ｄの凹部１０４ａに嵌合し、この嵌合によって各ヨーク部品Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄがラジアル方向に位置決めされる。

一般に、これらの平フランジ形ヨーク部品Ａ、Ｂは磁性金属板からプレス板金加工（打ち抜き加工）にて所定形状に打ち抜き、打ち抜いた後に極歯列１０３部分を引き起こしてほぼ直角に曲げ加工によって製作されている。

また、カップ形ヨーク部品Ｃ、Ｄは、一般に磁性金属板からプレス板金加工（打ち抜き加工）にて所定形状に打ち抜き、打ち抜いた後に極歯列１０３部分を引き起こしてほぼ直角に曲げ加工によって製作されており、カップ状円筒部はプレス板金加工（曲げ、絞り加工）によって作成されている。

このような構成において、ステッピングモータのトルクを維持したままで小径化する要望に対しては、モータ形状を軸方向に延長する手段がある。しかしながら、このような方法ではモータ小径化に伴い、ヨーク部品内径も小径化せざるを得ず、これにより、ヨーク内径から打ち抜きできる極歯も短小化され、引き起こして直角に曲げ加工しても、モータ小径化前に比べ、極歯を長くできない（必要な極歯長さが得られない）という問題がある。

上記課題を解決する手段として、限られたヨーク部品内径から極歯を長く取り出す方法が提案されている。例えば、特許文献１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、この方法では極歯を所定の長さに伸長する絞り加工において極歯の板厚が減少してしまうことは避けられず、この部位の磁気抵抗が増加することにより、この極歯を通るモータの有効磁束量の減少を引き起こし、所定のトルク向上が得られ難いという欠点と共に、極歯の強度が低下するという問題がある。

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２参照）。

図６は、特許文献２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であり、図７は、図６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６において、ステータヨーク２１０は周方向に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と、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。特許文献２に記載のステッピングモータのステータヨークでは、このように分割ヨークとすることでヨーク内径の制約を受けることなく極歯の長さを自由に設定できる。

また、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３参照）。

図８は、特許文献３に記載の固定子を示した図であって、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あり、図９は、図８中の矢印Ｄ方向から見た部分拡大図である。

図８、９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。

特開平３−１４５９６１号公報特開２００１−３１４０７１号公報（図１、図３）特開平１１−２８９７２８号公報（図２）

しかしながら、特許文献２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６に示すようにステータヨーク２１０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３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、溶接３２２の箇所の外周面からの突出によって他の部品への取り付けの妨げとなる虞がある。この場合、固定子３３０の外周面に凹部を形成する必要があり、作業効率が低下する問題がある。

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および分割ヨークを等間隔で配置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カップ形ステータヨーク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、カップ状円筒部と該カップ状円筒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個配設して環状に構成したステッピングモータのカップ形ステータヨークであって、隣接する前記分割ヨーク同士の間に隙間が形成され、少なくとも前記環状に構成したステッピングモータのカップ形ステータヨークの底面における前記隙間に合成樹脂を充填すると共に、前記合成樹脂にて前記底面が全周にわたって連結した環状部を形成して一体化してなることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記分割ヨークは、前記カップ状円筒部と、前記極歯部と、前記カップ状円筒部と前記極歯部とを連結するカップ状円筒底部と、を備え、前記極歯部の板厚が前記カップ状円筒部の板厚よりも厚く形成されてなることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記分割ヨークは、前記カップ状円筒部、前記カップ状円筒底部および前記極歯部の各箇所の板厚が、前記カップ状円筒部の板厚＜前記カップ状円筒底部の板厚＜前記極歯部の板厚に形成されている
ことを特徴とする。

本願請求項１に係る発明によれば、極歯の長さをヨーク内径寸法に制約を受けることなく自由に設定でき、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。

また、プレス工程において、カップ状円筒部やカップ状円筒底部を圧縮加工することによる材料流動にてフランジ部と極歯部の厚みを異ならせて極歯部の板厚を元の板材自身の厚さよりも厚くできる。したがって、極歯部の根元の磁気抵抗を（低減）良化せしめ、磁気飽和を抑制できる。

また、カップ状円筒部やカップ状円筒底部を薄形化することにより得られた領域をモータ巻線（コイル）領域として利用することにより、巻線量を増大せしめ、結果、モータトルク性能をより向上させたステッピングモータを提供できる。

本実施の形態のカップ形ステータヨークを構成する分割ヨークの説明図であって、（ａ）は分割ヨークの平面図であり、（ｂ）は分割ヨークの正面図であり、（ｃ）は（ｂ）の分割ヨークをＩＣ方向から見た右側面図であり、（ｄ）は（ｂ）の分割ヨークのＩＤ−ＩＤ断面図である。本実施の形態のカップ形ステータヨークの製造工程を説明する図であって、図１に示す分割ヨークでカップ形ステータヨークを形成した斜視図である。図２に示す分割ヨークを樹脂成型した状態を説明する斜視図である。従来のステッピングモータのステータヨークを示した分解斜視図である。従来のステッピングモータのステータヨークを示した側断面図である。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斜視図である。従来のステータヨークを構成する分割ヨークの斜視図である。他の従来の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である。図８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は、本実施の形態のカップ形ステータヨークを構成する分割ヨークの説明図であって、（ａ）は分割ヨークの平面図であり、（ｂ）は分割ヨークの正面図であり、（ｃ）は（ｂ）の分割ヨークをＩＣ方向から見た右側面図であり、（ｄ）は（ｂ）の分割ヨークのＩＤ−ＩＤ断面図である。

図２は、本実施の形態のカップ形ステータヨークの製造工程を説明する図であって、図１に示す分割ヨークでカップ形ステータヨークを形成した斜視図である。

図３は、図２に示す分割ヨークを樹脂成型した状態を説明する斜視図である。

本実施の形態のカップ形ステータヨーク１は、カップ状円筒部３とカップ状円筒部３に連接した極歯部５を備えた分割ヨーク２を周方向に複数個配設して環状に構成している。カップ状円筒部３と極歯部５とはカップ状円筒底部４で連結される。隣接する分割ヨーク２同士の間には隙間６が形成され、環状に構成したカップ形ステータヨーク１の少なくとも底面における隙間６に合成樹脂８を充填すると共に、合成樹脂８にて底面が全周にわたって連結した環状部９を形成して一体化してなる。

＜カップ形ステータヨークの製造工程＞
以下、本実施の形態のカップ形ステータヨーク１の製造工程について説明する。

（ａ）まず、軟磁性材（例えば、０．２ｍｍ厚の電磁軟鉄材）の板材から、カップ状円筒部３、極歯部５、およびカップ状円筒部３と極歯部５とを連結するカップ状円筒底部４を備えた形状に打ち抜いて、分割ヨーク２の原型を形成する。

なお、この分割ヨーク２の原型を形成する際、その内の１つ（あるいは複数）には、カップ状円筒部３の一部分（例えば上端部）に切欠７を形成する。この切欠７はカップ状円筒部３と極歯部５との間に配設するコイル（図示省略）を巻回したボビンの端子（図示省略）との組み合わせ箇所となる。

（ｂ）次に、（ａ）で打ち抜いて形成した分割ヨーク２の原型を治具（図示省略）にセットし、カップ状円筒部３を固定した状態でパンチ（図示省略）にてカップ状円筒底部４を押圧する圧縮加工を行う。この加工により、カップ状円筒底部４の材料は極歯部５側に流動する。この材料流動によって極歯部５は増肉されて板厚が厚くなる。このときの各箇所における板厚の関係は、
カップ状円筒部３の板厚Ａ≦カップ状円筒底部４の板厚ｔ≦極歯部５の板厚Ｂ
となる。

なお、カップ状円筒部３の板厚Ａは押圧による圧縮加工により、元の板厚（例えば、０．２ｍｍ厚の電磁軟鉄材）よりも小さくなる。この板厚の大きさは、磁場解析シミュレーションなどを行って適切な値を選択すればよい。

（ｃ）次に、（ｂ）で圧縮加工を行った分割ヨーク２の原型を治具（図示省略）にセットして、図１（ａ）〜（ｄ）に示すように極歯部５を直角に折り起こして所定形状に成形する。この成形された分割ヨーク２のカップ状円筒部３の外周面３ａを形成する円弧の曲率半径の中心と、極歯部５の内周面５ａ（ロータ対向面）を形成する円弧の曲率半径の中心は一致するように成形される。

（ｄ）次に、図２に示すように、成形した分割ヨーク２を環状になるように金型（図示省略）の所定の位置にセットする。このとき、隣接する分割ヨーク２同士の間には隙間６が形成される。図２では分割ヨーク２は５個セットしている（図２は分割ヨーク２を環状になるように配置した状態を示す図である）。

（ｅ）次に、金型（図示省略）内に合成樹脂８を注入し、各分割ヨーク２の折り曲げた箇所付近（換言すれば、カップ状円筒底部４）および隣接するカップ状円筒底部４の間の隙間６を充填する。この注入された合成樹脂８によって、カップ形ステータヨーク１の内側の底面が全周にわたって、合成樹脂８により連結した環状部９を形成する。このように環状部９によって各分割ヨーク２が連結してカップ形ステータヨーク１が形成される。この合成樹脂８は、少なくとも底面における隙間６を充填するものであればよいが、カップ状円筒底部４やその上部にかかってもよい場合もある。

（ｆ）そして、金型から樹脂成型したカップ形ステータヨーク１を取り出すことによって、極歯部５の板厚を薄くすることなく、その長さを自由に設定可能なカップ形ステータヨーク１を容易に得ることができる。

なお、合成樹脂８は磁性材粉末を混入させたものであってもよい。

また、本実施形態では分割ヨーク２の原型を形成した後に押圧して圧縮加工を施しているが、板材を所定の位置で押圧して圧縮加工して板材を流動させた後に所定形状に打ち抜いた工程であってもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、実施の形態については上記に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更および組み合わせが可能である。

１カップ形ステータヨーク
２分割ヨーク
３カップ状円筒部
４カップ状円筒底部
５極歯部
６隙間
７切欠部
８合成樹脂
９環状部

Claims

カップ状円筒部と該カップ状円筒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個配設して環状に構成したステッピングモータのカップ形ステータヨークであって、
隣接する前記分割ヨーク同士の間に隙間が形成され、少なくとも前記環状に構成したステッピングモータのカップ形ステータヨークの底面における前記隙間に合成樹脂を充填すると共に、前記合成樹脂にて前記底面が全周にわたって連結した環状部を形成して一体化してなる
ことを特徴とするステッピングモータのカップ形ステータヨーク。
前記分割ヨークは、前記カップ状円筒部と、前記極歯部と、前記カップ状円筒部と前記極歯部とを連結するカップ状円筒底部と、を備え、前記極歯部の板厚が前記カップ状円筒部の板厚よりも厚く形成されてなる
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カップ形ステータヨーク。
前記分割ヨークは、前記カップ状円筒部、前記カップ状円筒底部および前記極歯部の各箇所の板厚が、前記カップ状円筒部の板厚＜前記カップ状円筒底部の板厚＜前記極歯部の板厚に形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載のステッピングモータのカップ形ステータヨーク。