JP2016067141A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とがずれた場合であっても、指針がゼロ位置で微動することなくゼロ位置を保持することができるメータ用ステッピングモータを提供する。
【解決手段】ロータ１０に固定されたマグネットからなるストッパ１４ａと、ステータ２０に設けられストッパ１４ａが係合することでロータ１０の回転を規制する磁性金属からなるスタッドピン６０とを備え、励磁状態でストッパ１４ａがスタッドピン６０に当接することにより指針がゼロ位置に保持され、該ゼロ位置で励磁電流を遮断した際にもストッパ１４ａがスタッドピン６０に磁力で吸着して指針がゼロ位置に保持される構成とする。
【選択図】図４

Description

本発明はステッピングモータに係り、特にメータ用に用いられるステッピングモータに関する。

車両や船舶用の速度計やエンジン回転数計などの指針式メータには、指針を回動駆動するためのメータ用のステッピングモータが用いられる。ステッピングモータは、パルス数に応じたロータの回転角が得られるため、ステッピングモータのロータに指針を取り付けることで、任意の位置まで指針を回転させることができる。指針式メータは、表示板のゼロ位置で指針を停止させる停止機構が用いられている。ところで、この種のステッピングモータにあっては、励磁電流を遮断して無励磁状態にした場合でもロータマグネットによってディテントトルクと呼ばれる吸引力が働く。このため、励磁状態で指針をゼロ位置で保持した後、励磁電流を遮断して無励磁状態にしたとき、指針に微動が生じてゼロ位置からずれる場合がある。そこで、指針をゼロ位置で停止させて保持させる停止機構を備えたものが提案されている（特許文献１，２）。

上記特許文献１は、環状ステータと、環状ステータ内に設けられたマグネットロータと、マグネットロータに取り付けられた指針とを含む指示計器を開示している。そして上記停止機構として、マグネットロータ５０は軸方向に突出する係止部５２を含んでおり、マグネットロータ５０の回転軸５０Ａを回転可能に支持する下側軸受４２から突出した被係止部４２ａと、マグネットロータ５０の係止部５２とが係合し、無励磁時にはディテントトルクによりマグネットロータ５０の係止部５２を下側軸受４２から突出した被係止部４２ａに押し付けた状態で指針がゼロ位置で停止する構成を開示している。

上記特許文献２は、ステータと、ステータに対して回転可能なロータと、ロータに固定され、ロータとともに回転するストッパと、ステータに固定されるスタッドとを備えたメータ用ステッピングモータを開示している。そして上記停止機構として、ロータ１はストッパ６１を備えたストッププレート１３を備えており、エンドプレート３４にはスタッド６２が固定され、励磁時にはストッパ６１がスタッド６２に当接してロータ１の回転が規制され、無励磁時にストッパ６１がスタッド６２に当接した状態で維持されるようにストッパ６１とスタッド６２の幅を補正する構成を開示している。

特開平８−１８２３０１号公報 特開２０１３−１３２２２号公報

ステッピングモータにおける励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とは、部品精度、組み付け精度、ロータマグネットの着磁バランス、コイルバランス等によって個々のモータで異なることが多い。しかしながら特許文献１では、励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とのずれの範囲を勘案し、ディテントトルクにより係止部５２を被係止部４２ａに当接した状態で指針がゼロ位置で停止する構成を開示しているが、励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とのずれの範囲を勘案し、ディテントトルクにより、係止部５２を被係止部４２ａに当接した状態で指針がゼロ位置で停止する構成とするためには、個々のモータにおける励磁時の磁気的安定点と励磁の磁気的安定点とのずれの範囲を確認する必要があり、作業効率が低いという問題がある。

また、特許文献２では、励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とのずれの範囲を勘案し、ディテントトルクによりストッパ６１をスタッド６２に当接した状態で指針がゼロ位置で停止する構成を開示しているが、励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とのずれの範囲を勘案し、ディテントトルクによりストッパ６１をスタッド６２に当接した状態で指針がゼロ位置で停止する構成とするためには、個々のモータにおける励磁時の磁気的安定点と、無励磁の磁気的安定点とのずれの範囲を確認し、スタッド６２またはストッパ６１を最適な幅広の寸法に形成する必要があり、作業効率が低いという問題がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とがずれた場合であっても、指針がゼロ位置で微動することなくゼロ位置を保持することができるメータ用ステッピングモータを提供することを目的とする。

本発明のステッピングモータは、コイルが巻回されるステータと、前記ステータに固定され、ロータ支持部を有する固定部材と、表示装置の指針が取り付けられるシャフトとロータマグネットとを有し、該シャフトが前記ロータ支持部に回転可能に支持された状態で該ロータマグネットが前記ステータに対して回転可能に設けられるロータと、前記ロータに固定されたマグネットからなるストッパと、前記ステータに設けられ、前記ストッパが係合することで前記ロータの回転を規制する磁性金属からなるスタッドと、を備え、前記コイルに励磁電流を印加した励磁状態で前記ストッパが前記スタッドに当接することにより前記指針が前記表示装置のゼロ位置に保持され、該ゼロ位置で前記励磁電流を遮断した際にも前記ストッパが前記スタッドに磁力で吸着して前記指針が前記ゼロ位置に保持されることを特徴とする。

本発明によれば、励磁状態でストッパがスタッドに当接し、指針は表示装置のゼロ位置に保持され、ストッパはスタッドに磁力で吸着している。この状態から励磁電流を遮断して励磁状態を解除しても、ストッパがスタッドに磁力で吸着しているためロータは回転せず、表示装置の指針は該表示装置のゼロ位置に保持される。したがって、励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とがずれた場合が生じても、ストッパがスタッドに磁力で吸着していることでロータは停止状態が保持され、よって指針がゼロ位置で微動することなくゼロ位置に保持される。

本発明では、前記ストッパが前記ロータマグネットと一体成形されている形態を含む。この形態によれば、ストッパを容易に設けることができたり部品点数の増加が抑制されたりするといった効果が得られる。

本発明によれば、励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とがずれた場合であっても、指針がゼロ位置で微動が生じることなくゼロ位置を保持することができるメータ用ステッピングモータが提供されるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るステッピングモータの斜視図である。 一実施形態のステッピングモータの側断面図である。 一実施形態のステッピングモータを構成するロータの斜視図である。 一実施形態のロータのストッパとスタッドピンの作用を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］ステッピングモータの構成
図１および図２は、一実施形態に係るステッピングモータ１を示している。このステッピングモータ１は、例えば図示せぬ指針式メータ（表示装置）における指針の回動を駆動するためのメータ用のステッピングモータであり、ロータ１０と、ステータ２０と、エンドプレート（固定部材）３０と、フロントプレート（固定部材）４０とを備えている。

ロータ１０は、ステータ２０の内部に回転可能に収容されている。このロータ１０は、図２に示すように、シャフト１１と、ストップ部１４を有する円筒状のロータマグネット１２と、アルミ合金からなるスリーブ１３とを備えている。

ロータマグネット１２はボンド磁石を射出成形して得られたものであり、スリーブ１３の外周に装着されている。シャフト１１は、スリーブ１３の軸心に圧入して固定されている。

図２においてロータマグネット１２の上端面には、環状のストップ部１４がロータマグネット１２と同心状に形成されている。図３に示すように、ストップ部１４の周縁の一部には、径方向に突出するストッパ１４ａが形成されている。ストップ部１４は、ロータマグネット１２の射出成形時に一体成形で形成されている。ロータマグネット１２は周方向に多極着磁されており、ロータマグネット１２を着磁する際、同時にストップ部１４もストッパ１４ａを含めて着磁されている。

ステータ２０は、同一構成の環状のＡ相ステータ２１およびＢ相ステータ２２を備えている。図２においてＢ相ステータ２２側の上端部には、樹脂からなる略円形状のエンドプレート３０が固定されている。このエンドプレート３０中央部には、貫通孔（ロータ支持部）３０ａが形成されており、この貫通孔３０ａにシャフト１１の一端部が貫通され、かつ回転可能に支持されている。

また、エンドプレート３０の所定箇所にはスタッド孔３０ｂが形成されており、このスタッド孔３０ｂに外側からスタッドピン（スタッド）６０が挿通され、固定されている。スタッドピン６０は金属製であって、鉄をベースとした軟磁性材（例えばＳＵＹ材）によって形成されている。スタッドピン６０はエンドプレート３０の内面よりも内側に突出し、ロータ１０が回転するとロータマグネット１２のストップ部１４に形成されているストッパ１４ａがスタッドピン６０に当接可能となっている。ストッパ１４ａはロータマグネット１２と一体の磁石であり、スタッドピン６０は軟磁性材であるため、ストッパ１４ａがスタッドピン６０に当接すると、ストッパ１４ａはスタッドピン６０に磁力で吸着された状態となる。

ステータ２０を構成するＡ相ステータ２１とＢ相ステータ２２は軸方向に同軸的に積層され、ステータ２０は両者で２相構造となっている。Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２とは同じ構成であり、以下、Ａ相ステータ２１を説明することで、同時にＢ相ステータ２２の説明とする。

図２に示すように、Ａ相ステータ２１は、軟磁性の鋼板で形成されたカップ状ヨーク２３と、軟磁性の鋼板で形成された円板状ヨーク２４と、絶縁性の樹脂で形成されたボビン２５およびボビン２５に巻回されたコイル２６とから構成されている。カップ状ヨーク２３と円板状ヨーク２４は、軸方向（図２で上下方向）に離間するように組まれる。

図２に示すように、カップ状ヨーク２３は底板２３ｂを有しており、この底板２３ｂの中央部に形成された開口の周縁には、軸方向に突出する複数の極歯２３ａが櫛歯状に形成されている。一方、円板状ヨーク２４の中央部に形成された開口の周縁にも、軸方向に突出する複数の極歯２４ａが櫛歯状に形成されている。そして、カップ状ヨーク２３の極歯２３ａと円板状ヨーク２４の極歯２４ａは、周方向に交互に噛み合わされている。円板状ヨーク２４の外周縁は、カップ状ヨーク２３の内周面に嵌着されている。また、ボビン２５に巻回されたコイル２６は、カップ状ヨーク２３と円板状ヨーク２４の間であって極歯２３ａ、２４ａの外周側に配置されている。

ボビン２５の周縁の一部には端子台２５ａが一体成形によって形成されている。この端子台２５ａには複数の端子ピン２７（２７ａ〜２７ｄ）が植設され、端子ピン２７にはコイル２６の端末２６ａがからげられて接続されている。

上記構成を有するＡ相ステータ２１およびＢ相ステータ２２は、モールド樹脂５０によって積層状態に一体に組み付けられる。モールド樹脂５０は、カップ状ヨーク２３の極歯２３ａと円板状ヨーク２４の極歯２４ａ間に充填され、また、上記エンドプレート３０はモールド樹脂５０の一体成形によって形成されている。

ステッピングモータ１は、Ｂ相ステータ２２側の端面がモールド樹脂５０からなるエンドプレート３０で閉塞され、図２で下端側のＡ相ステータ２１側の端面は樹脂からなる円形状のフロントプレート４０で閉塞されている。フロントプレート４０は、Ａ相ステータ２２の円板状ヨーク２４に嵌着されるとともにＡ相ステータ２１のカップ状ヨーク２３にかしめ固定されている。フロントプレート４０の中央部には貫通孔（ロータ支持部）４０ａが形成されており、この貫通孔４０ａにシャフト１１が貫通され、かつ回転可能に支持されている。

また、フロントプレート４０の周縁の一部には、径方向に突出する端子部４０ｂが形成されている。端子部４０ｂはカップ状ヨーク２３の外周から外側に突出しており、この端子部４０ｂには、軸方向（図２で上下方向）に延びる複数の外部端子ピン４１（４１ａ〜４１ｄ）が植設されている。

［２］ステッピングモータの動作および作用効果
続いて上記実施形態のステッピングモータ１の動作を説明する。
図４は、同図でＣＣＷ方向への回転が規制された状態のロータ１０を概念的に示す図である。この場合、ロータマグネット１２は１８極に着磁されている。例えば、Ａ相ステータ２１、Ｂ相ステータ２２のうちの一方のステータのコイル２６に励磁電流を流すとロータ１０が回転し、ストッパ１４ａがスタッドピン６０の一方側の側面に当接する。この状態でシャフト１０のＣＣＷ方向への回転は規制され、保持される。この保持される位置を、上記指針式メータにおける指針の基準位置であるゼロ位置Ｐ１を示すとする。このゼロ位置Ｐ１は、磁気的安定点の中心で保持されていることが望ましい。

さて、上記ゼロ位置Ｐ１で、例えばエンジンキー等をオフすることによって励磁電流を遮断した無励磁状態のときにおいては、部品精度、組み付け精度、ロータマグネット１２の着磁バランス、コイル２６の巻回状態のバランス等によって、磁気的安定点がゼロ位置Ｐ１から位置Ｐ２にずれる場合がある。図４は、位置Ｐ２がゼロ位置Ｐ１よりもＣＷ方向に僅かにずれている状態を示している。

ところで、励磁状態でストッパ１４ａをスタッドピン６０に当接させた状態から励磁電流を遮断して無励磁状態とし、このとき無励磁状態の磁気的安定点Ｐ２が励磁状態の磁気的安定点Ｐ１よりもＣＷ方向に僅かにずれる場合が生じる。ここで、従来のように無励磁状態のときディテントトルクによってストッパをスタッドに当接させる構造では、図４のように無励磁状態の磁気的安定点Ｐ２がＣＷ方向にずれた場合、指針がＣＷ方向に微動し、観測者（運転者）に違和感を与えてしまう。

しかし、本実施形態では、磁石からなるストッパ１４ａが軟磁性のスタッドピン６０に磁力で吸着しているため、無励磁状態におけるディテントトルクに抗してストッパ１４ａがスタッドピン６０に吸着した状態が保持される。このため、無励磁状態となった場合であってもロータ１０は停止状態が保持され、よって指針がゼロ位置Ｐ１で微動することなくゼロ位置Ｐ１に保持される。

また、ゼロ位置Ｐ１で励磁電流を遮断したとき、無励磁状態の磁気的安定点Ｐ２が励磁状態の磁気的安定点Ｐ１よりもＣＣＷ方向にずれた場合には、ストッパ１４ａがスタッドピン６０を押圧する方向に動くため、微動は生じない。

本実施形態によれば、上記の通り、部品精度、組み付け精度、ロータマグネット１２の着磁バランス、コイル２６の巻回状態のバランス等によって、励磁状態の磁気的安定点と無励磁状態の磁気的安定点とが、個々のステッピングモータ１で異なる場合であっても、ストッパ１４ａがスタッドピン６０に吸着するため、個々のステッピングモータ１ごとでの調整は特に必要ない。したがって、生産効率の向上が図られる。

上記本発明の作用効果を適確に得るにあたっては、ストッパ１４ａの磁力がディテントトルクに対して弱いとストッパ１４ａがスタッドピン６０に吸着する動作が不十分となるため、ディテントトルクの大きさを考慮する必要がある。なお、ストッパ１４ａの磁力は、あまり強くすると励磁状態で指針を回動させるときにストッパ１４ａがスタッドピン６０から容易に離れず、大きな起動特性が必要となってしまうため、適切な磁力に設定する必要がある。

［３］その他
上記実施形態では、ストッパ１４ａを有するストップ部１４はロータマグネット１２と一体成形によって形成されているが、ロータマグネット１２と別体とし、適宜に固定してもよい。また、ストッパ１４ａのみを別体として適宜に固定した構成としてもよい。また、エンドプレート３０はモールド樹脂５０の一体成形によって形成されているが、エンドプレート３０を別体で形成して装着する構成であってもよい。

１０…ロータ
１１…シャフト
１２…ロータマグネット
１４ａ…ストッパ
２０…ステータ
２６…コイル
３０…エンドプレート（固定部材）
３０ａ…エンドプレートの貫通孔（ロータ支持部）
４０…フロントプレート（固定部材）
４０ａ…フロントプレートの貫通孔（ロータ支持部）
６０…スタッドピン（スタッド）

Claims (2)

1. コイルが巻回されるステータと、
   前記ステータに固定され、ロータ支持部を有する固定部材と、
   表示装置の指針が取り付けられるシャフトとロータマグネットとを有し、該シャフトが前記ロータ支持部に回転可能に支持された状態で該ロータマグネットが前記ステータに対して回転可能に設けられるロータと、
   前記ロータに固定されたマグネットからなるストッパと、
   前記ステータに設けられ、前記ストッパが係合することで前記ロータの回転を規制する磁性金属からなるスタッドと、
   を備え、
   前記コイルに励磁電流を印加した励磁状態で前記ストッパが前記スタッドに当接することにより前記指針が前記表示装置のゼロ位置に保持され、該ゼロ位置で前記励磁電流を遮断した際にも前記ストッパが前記スタッドに磁力で吸着して前記指針が前記ゼロ位置に保持されることを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記ストッパは、前記ロータマグネットと一体成形されてい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。

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