JP2015008557A - モータ用ロータ及びそのモータ用ロータを用いたモータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転子用部材（ロータヨークやロータマグネット等）の回転ムラや振動のシャフトへの伝達を抑制することで、シャフトの回転ムラや振動を低減したモータ用ロータを、回転子用部材の構成に依存せず、シャフトと回転子用部材に位相を生じさせず、停止時間が長くなることかなく、且つ、トルクの低下を招くことのない手段によって実現したモータ用ロータ、及び、そのモータ用ロータを用いたモータを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のモータ用ロータは、シャフトと、前記シャフトを受け入れる貫通孔を有する回転子用部材と、前記貫通孔内に設けられ、前記シャフトと前記回転子用部材との間に配置される制振合金とを備える。【選択図】 図２

Description

本発明は、モータ用ロータ、及び、そのモータ用ロータを用いたモータに関する。

従来のステッピングモータ用ロータは、ロータヨークとロータマグネットからなる可動子部材、若しくは、ロータヨーク単独の可動子部材に直接当接してシャフトが固定されているために、可動子部材の動きが、そのままシャフトに伝達される。
このため、可動子部材の回転ムラや振動が被制御部に接続されるシャフトに伝達されるという問題がある（特許文献１）。

この問題を解決するために、特許文献１では、可動子部材とシャフトとの間にゴム等の弾性体を介在させ、可動子部材の回転ムラや振動がシャフトへ伝達されるのを抑制している。

一方、シャフトとロータヨークとを固定し、ロータヨークとシャフトに対して回転可能にロータマグネットを設けることでロータマグネットの慣性モーメントに伴うシャフトの振動を低減することが特許文献２に開示されている。

実開昭６２−００４８７８号公報 特開平１０−１０８４４４号公報 特開２００２−１５３０２６号公報 特開２００２−３５９９５８号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、ステッピングモータの回転制御の各ステップで発生する加減速や停止時に、ゴム等の弾性体に変形（伸縮）が生じるため、可動子部材とシャフトとの間で位相（遅れや進み）が生じるという問題がある。
また、停止時においても変形（伸縮）が解消して停止状態に至るため、その変形（伸縮）が解消するのに必要な時間だけ、停止時間が長くなるという問題もある。

一方、特許文献２の構成では、ロータマグネットの回転を許容するために、ロータヨークとロータマグネットとの間に間隙を設ける必要があり、この間隙により磁気損失が発生しトルクが低下するという問題がある。

また、特許文献２の手法は、これまでシャフトに対して固定されていた部材を、シャフトに対して回転自在にするものであるが、このような手法の適用が困難であるモータ用ロータが多くある。
例えば、特許文献３には、ロータマグネットのみがシャフトに固定されたインナーロータ型ブラシレスモータ用ロータが記載されているが、シャフトに対してロータマグネットを回転自在にすることは、シャフトへの回転力の伝達ができなくなるため、特許文献２の手法を適用することが困難である。

また、特許文献１に記載されるロータヨーク単独の可動子部材（一般にＶＲ型ステッピングモータで用いられる。）をシャフトに固定するモータ用ロータの場合も、シャフトに対してロータヨークを回転自在にすることは、シャフトへの回転力の伝達ができなくなるため、特許文献２の手法を適用することが困難である。

さらに、特許文献４に記載される表面の周方向に複数のマグネットが設けられたスリーブをシャフトに固定するようなＰＭ型ステッピングモータ用ロータの場合も、シャフトに対してスリーブを回転自在にすることは、シャフトへの回転力の伝達ができなくなるため、特許文献２の手法を適用することが困難である。

従って、特許文献２の手法は、シャフトに対して固定されている部材（以下、回転子用部材という。）が、どのような構成であるかによって適用自体が困難となる問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回転子用部材（ロータヨークやロータマグネット等）の回転ムラや振動のシャフトへの伝達を抑制することで、シャフトの回転ムラや振動を低減したモータ用ロータを、回転子用部材の構成に依存せず、シャフトと回転子用部材に位相を生じさせず、停止時間が長くなることかなく、且つ、トルクの低下を招くことのない手段によって実現したモータ用ロータ、及び、そのモータ用ロータを用いたモータを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために本発明は、以下の構成により把握される。
（１）本発明のモータ用ロータは、シャフトと、前記シャフトを受け入れる貫通孔を有する回転子用部材と、前記貫通孔内に設けられ、前記シャフトと前記回転子用部材との間に配置される制振合金とを備える。
（２）上記（１）の構成において、前記制振合金は、非磁性材料である。
（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記シャフトは、磁性材料である。
（４）上記（３）の構成において、前記シャフトは、焼き入れ加工されている。

（５）上記（１）乃至（４）の構成において、前記回転子用部材は、ロータヨークとロータマグネットからなる。
（６）上記（１）乃至（４）の構成において、前記回転子用部材は、ロータマグネットである。
（７）上記（１）乃至（４）の構成において、前記回転子用部材は、ロータヨークである。
（８）上記（１）乃至（４）の構成において、前記回転子用部材は、スペーサとスペーサの外表面、若しくは、外表面近傍のスペーサ内に、マグネットが外周方向に複数設けられた部材である。

（９）上記（５）の構成のロータを用いたＨＢ型ステッピングモータ。
（１０）上記（５）又は（６）の構成のロータを用いたインナーロータ型ブラシレスモータ。
（１１）上記（７）の構成のロータを用いたＶＲ型ステッピングモータ。
（１２）上記（８）の構成のロータを用いたＰＭ型ステッピングモータ。

本発明によれば、回転子用部材（ロータヨークやロータマグネット等）の回転ムラや振動のシャフトへの伝達を抑制することで、シャフトの回転ムラや振動を低減したモータ用ロータを、回転子用部材の構成に依存せず、シャフトと回転子用部材に位相を生じさせず、停止時間が長くなることかなく、且つ、トルクの低下を招くことのない手段によって実現したモータ用ロータ、及び、そのモータ用ロータを用いたモータを提供することができる。

本発明のＨＢ型ステッピングモータ用ロータを示す図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明のＨＢ型ステッピングモータの断面図である。 本発明のインナーロータ型ブラシレスモータ用ロータを示す図である。 本発明のＶＲ型ステッピングモータ用ロータを示す図である。 本発明のＰＭ型ステッピングモータ用ロータを示す図である。

（実施形態）
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称する）について説明する。
実施形態の説明では全体を通して、同じ要素には同じ番号を付与している。

（ＨＢ型ステッピングモータ用ロータ）
本発明の第１実施形態としてＨＢ型ステッピングモータ用ロータ１について、図１および図２に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施形態のＨＢ型ステッピングモータ用ロータ１を示した図面であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
図２に示されるように、第１実施形態のＨＢ型ステッピングモータ用ロータ１は、回転子用部材５の貫通孔内に制振合金６が設けられるとともに、制振合金６の貫通孔内にシャフト７を設けた構成である。

回転子用部材５は、貫通孔を有する円筒状のロータマグネット２と、有底円筒状で有底部に貫通孔が設けられたロータヨーク３、４とからなり、ロータヨーク３、４の有底部に設けられた貫通孔は、ロータマグネット２の貫通孔と略同径に形成されるとともに、ロータマグネット２の軸方向両端部にロータヨーク３、４が嵌合した時に、ロータマグネット２の貫通孔と同軸となる位置に設けられている。
そして、ロータマグネット２の中間部で離間するようにロータマグネット２の軸方向両端部にロータヨーク３、４を嵌合させることでシャフト７を受け入れる貫通孔を有する回転子用部材５が形成される。

なお、ロータヨーク３、４は、複数の電磁鋼板を積層することで形成されており、具体的には、外周面に歯を形成するための凹凸を有し、内径が制振合金６の外径と略等しい複数枚の電磁鋼板からなる円環状のリングと、内径部分だけがロータマグネット２の外径と略等しい複数枚の電磁鋼板からなる円環状のリングとを、歯を形成するための凹凸の位置関係を合わせて積層することで形成されている。
図２のロータヨーク３、４に見られる縦筋は、上述した円環状のリングの電磁鋼板を積層した状態を示している。

次に、第１実施形態のＨＢ型ステッピングモータ用ロータ１の具体的な製造方法の一例を説明すると、上記のようにして形成したロータヨーク３、４と、シャフト７の外径と略等しい内径の貫通孔を有する制振合金６と、制振合金６の外径と略等しい内径の貫通孔を有するロータマグネット２とを準備する。

そして、制振合金６の外周に接着や圧入によりロータマグネット２とロータヨーク３、４からなる回転子用部材５を固定し、回転子用部材５の貫通孔内に制振合金６が配置された部材を作製する。
最後に、出来上がった部材の制振合金６の貫通孔にシャフト７を圧入等で適正な位置に固定し、本発明のＨＢ型ステッピングモータ用ロータ１が完成する。
なお、図１に示すように、ロータヨーク３、４の横筋は歯を示した筋であり、第１実施形態のＨＢ型ステッピングモータ用ロータ１も、図１の歯を示す筋の関係を見るとわかるとおり、一般的なＨＢ型ステッピングモータ用ロータと同様に、ロータヨーク３とロータヨーク４との歯の配置の関係は、周方向に１／２ピッチずれるようにされている。

上記のような第１実施形態のＨＢ型ステッピングモータ用ロータ１は、回転子用部材５とシャフト７との間に制振合金６が配置されており、制振合金６は振動等を減衰させる機能が高いため、回転子用部材５からの回転ムラや振動が制振合金６で低減され、回転ムラや振動のシャフト７への伝達を抑制できる。
また、制振合金６はゴム等の弾性体のように変形（伸縮）しないので、回転子用部材とシャフトとの間で、変形（伸縮）に伴う位相が生じることはなく、停止時間も長くなることが無い。
さらに、第１実施形態の構成では、ロータマグネット２とロータヨーク３、４との間に間隙もないことから、磁気損失が発生しトルクが低下することもない。

ところで、シャフト７は、上記のような回転子用部材５に固定する際やギア・プーリを固定する際に圧入作業が行われることが多いため、曲がりが発生しない強度が求められる。
また、シャフト７の直径を小さくできれば、そのシャフト７の外周に設けられる部品も順次小さくできるのでＨＢ型ステッピングモータ用ロータ１を小型化することが可能となるが、シャフト７の直径を小さくするとシャフト７の強度が低下する。
上記のことから、直径が小さくても高い強度が保てるシャフト７が望ましい。
そこで、強度を高めるための焼き入れ加工が行い易い磁性材料を採用し、焼き入れ加工を施したシャフト７を用いることが好適である。

また、ロータマグネット２から磁性材料のシャフト７への磁路を遮断することで磁気損失の抑制ができることから、制振合金６には非磁性材料であるものを用いることが望ましい。
例えば、非磁性材料の制振合金６としては、大同特殊鋼株式会社製の「スターサイレント（登録商標）」のような市販されているものを用いることができる。
なお、制振合金６に非磁性材料を用いて、磁路を遮断するには、制振合金６の肉厚を厚くすることが有利であり、また、振動等の抑制効果の点からも有利である。
しかしながら、肉厚を厚くしていくと制振合金６自体の外径も大きくなるため、振動等の抑制効果や磁路の遮断効果等を考慮して適切な厚みを選択することが好ましい。

（ＨＢ型ステッピングモータの全体構成）
図３は本発明の第１実施形態のＨＢ型ステッピングモータ８の断面図である。
なお、図３は、第１実施形態のＨＢ型ステッピングモータ８のロータマグネット２とロータヨーク３又は４がある部分の断面を示したものである。
上記で詳細に説明した第１実施形態のＨＢ型ステッピングモータ用ロータ１の外周にステータ９が設けられることでＨＢ型ステッピングモータ８が構成される。

図３に示すように、ステータ９は、励磁コイル１０を有する複数の磁極１１を有しており、ステータ９の各磁極１１にも歯１２が形成されている。
そして、励磁コイル１０は、ＨＢ型ステッピングモータ用ロータ１を挟んで向かい合った２つの磁極１１で１つの相となるように構成されており、各相に順次通電することでステータの各磁極１１を順次励磁すると、その励磁されたステータ９の磁極１１の歯１２とロータヨーク３（４）の歯１３との間で反発や引合う作用が発生する。

ステータ９の磁極１１の歯１２とロータヨーク３（４）の歯の配置の関係は、磁極１１を順次励磁していくと、上記反発や引合う作用によってＨＢ型ステッピングモータ用ロータ１が一定方向（時計回り、若しくは、反時計回り）に回転するようにされており、これによって、ＨＢ型ステッピングモータ用ロータ１が回転する。
なお、シャフト７と回転子用部材５との間に制振合金６を設けているが、それによって、ステータ９等の設計に影響はないのでステータ９等の構成は、従来のＨＢ型ステッピングモータと同じでよい。

本発明の第２実施形態について説明する。
図４は本発明の第２実施形態のインナーロータ型ブラシレスモータ用ロータ１４を示す断面図である。
第１実施形態からわかるとおり、本発明は、シャフト７と回転子用部材５との間に制振合金６を介在させるが、シャフト７と回転子用部材５とは制振合金６を介して固定状態を保つことが可能である。
従って、シャフトと回転子用部材との間で回転を許容するような手法とは異なり、従来のロータマグネットのみからなる回転子用部材がシャフトに固定されているインナーロータ型ブラシレスモータ用ロータにも適用が可能である。

具体的には、シャフト７の外径と略等しい内径の貫通孔を有する制振合金６と、制振合金６の外径と略等しい内径の貫通孔を有するロータマグネット１５（５）とを作製し、ロータマグネット１５（５）の貫通孔に接着若しくは圧入で制振合金６を固定した後に、制振合金６の貫通孔にシャフト７を圧入等で適正な位置に固定することで、図４に示す第２実施形態のインナーロータ型ブラシレスモータ用ロータ１４が完成する。
第２実施形態においても第１実施形態で説明したのと同じ効果が得られる。
また、第１実施形態で述べたように、シャフト７を磁性材料とするとともに焼き入れ加工を施して強度を高めたシャフトを好適に用いることができ、制振合金６を非磁性材料とすることで磁気損失を抑制することが可能である。

第２実施形態でもシャフト７と回転子用部材５との間に制振合金６を設けているが、上記第１実施形態で述べたのと同様に、それによって、ステータ等の設計に影響はないので従来のインナーロータ型ブラシレスモータのステータ等の構成を適用することでインナーロータ型ブラシレスモータとすることができる。

本発明の第３実施形態について説明する。
図５は本発明の第３実施形態のＶＲ型ステッピングモータ用ロータ１６を示す斜視図である。
上記第２実施形態で述べた通り、本発明は、シャフト７と回転子用部材５との間に制振合金６を介在させるが、シャフト７と回転子用部材５とは制振合金６を介して固定状態を保つことが可能である。
従って、従来のロータヨーク単独の回転子用部材がシャフトに固定されているＶＲ型ステッピングモータ用ロータにも適用が可能である。

具体的には、シャフト７の外径と略等しい内径の貫通孔を有する制振合金６と、制振合金６の外径と略等しい内径の貫通孔を有し、外周面に歯が形成されたロータヨーク１７（５）とを作製し、ロータヨーク１７（５）の貫通孔に接着若しくは圧入で制振合金６を固定した後に、制振合金６の貫通孔にシャフト７を圧入等で適正な位置に固定することで、図５に示す第３実施形態のＶＲ型ステッピングモータ用ロータ１６が完成する。
第３実施形態においても第１実施形態で説明したのと同じ効果が得られる。
また、第１実施形態で述べたように、シャフト７を磁性材料とするとともに焼き入れ加工を施して強度を高めたシャフト７を好適に用いることができ、制振合金６として非磁性材料のものを用いてもよい。

第３実施形態でもシャフト７と回転子用部材５との間に制振合金６を設けているが、それによって、ステータ等の設計に影響はないので従来のＶＲ型ステッピングモータのステータ等の構成を適用することでＶＲ型ステッピングモータとすることができる。

本発明の第４実施形態について説明する。
図６は本発明の第４実施形態のＰＭ型ステッピングモータ用ロータ１８を示す斜視図である。
上記第２、３実施形態でも述べた通り、本発明は、シャフト７と回転子用部材５との間に制振合金６を介在させるが、シャフト７と回転子用部材５とは制振合金６を介して固定状態を保つことが可能である。
従って、従来の表面の周方向に複数のマグネットが設けられたスリーブからなる回転子用部材がシャフトに固定されているＰＭ型ステッピングモータ用ロータにも適用が可能である。

具体的には、シャフト７の外径と略等しい内径の貫通孔を有する制振合金６と、制振合金６の外径と略等しい内径の貫通孔を有するスリーブ１９を用意する。
そして、スリーブ１９の貫通孔に接着若しくは圧入で制振合金６を固定した後に、制振合金６の貫通孔にシャフト７を圧入等で適正な位置に固定する。
その後、スリーブ１９の外周に複数のマグネット２０を接着等で固定することで、図６に示すＰＭ型ステッピングモータ用ロータ１８が完成する。

なお、上記では、最後に複数のマグネット２０が取り付けられる手順で説明したが、スリーブ１９の外周に複数のマフネット２０を接着等で固定した回転子用部材５を、はじめに、準備しておいて、その回転子用部材５に順次、制振合金６、シャフト７を取り付けるようにしてもよい。

また、スリーブ１９の外周に複数のマグネット２０を接着等で固定するのではなく、スリーブ１９の外表面近傍にマグネット２０を埋め込んだ構成としていてもよい。
例えば、スリーブ１９を射出成形で形成する場合には、金型内の適切な位置に複数のマグネット２０を配置して射出成形を行えば、スリーブ１９の外表面近傍にマグネット２０が埋め込まれた回転子用部材５とすることができる。

第４実施形態においても第１実施形態で説明したのと同じ効果が得られる。
また、第１実施形態で述べたように、シャフト７を磁性材料とするとともに焼き入れ加工を施して強度を高めたシャフト７を好適に用いることができ、制振合金６として非磁性材料のものを用いてもよい。

第４実施形態でもシャフト７と回転子用部材５との間に制振合金６を設けているが、それによって、ステータ等の設計に影響はないので従来のＰＭ型ステッピングモータのステータ等の構成を適用することでＰＭ型ステッピングモータとすることができる。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ ＨＢ型ステッピングモータ用ロータ
２ ロータマグネット
３ ロータヨーク
４ ロータヨーク
５ 回転子用部材
６ 制振合金
７ シャフト
８ ＨＢ型ステッピングモータ
９ ステータ
１０ 励磁コイル
１１ 磁極
１２ 磁極の歯
１３ ロータヨークの歯
１４ インナーロータ型ブラシレスモータ用ロータ
１５ ロータマグネット
１６ ＶＲ型ステッピングモータ用ロータ
１７ ロータヨーク
１８ ＰＭ型ステッピングモータ用ロータ
１９ スリーブ
２０ マグネット

Claims (12)

1. シャフトと、
   前記シャフトを受け入れる貫通孔を有する回転子用部材と、
   前記貫通孔内に設けられ、前記シャフトと前記回転子用部材との間に配置される制振合金とを備えることを特徴とするモータ用ロータ。
2. 前記制振合金は、非磁性材料であることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. 前記シャフトは、磁性材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ。
4. 前記シャフトは、焼き入れ加工されていることを特徴とする請求項３に記載のロータ。
5. 前記回転子用部材は、ロータヨークとロータマグネットからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のロータ。
6. 前記回転子用部材は、ロータマグネットであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のロータ。
7. 前記回転子用部材は、ロータヨークであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のロータ。
8. 前記回転子用部材は、スペーサとスペーサの外表面、若しくは、外表面近傍のスペーサ内に、マグネットが外周方向に複数設けられた部材であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のロータ。
9. 請求項５に記載のロータを用いたことを特徴とするＨＢ型ステッピングモータ。
10. 請求項５又は請求項６に記載のロータを用いたことを特徴とするインナーロータ型ブラシレスモータ。
11. 請求項７に記載のロータを用いたことを特徴とするＶＲ型ステッピングモータ。
12. 請求項８に記載のロータを用いたことを特徴とするＰＭ型ステッピングモータ。

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