JP2017070009A - ステッピングモータおよび直動アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【課題】ロータ径を維持したまま小型にできるステッピングモータおよび直動アクチュエータを提供する。【解決手段】ステッピングモータ1は、ロータ20と、ステータ30と、を有し、ステータ30が、ロータ20の外周面と間隔をあけて対向するように配置されたA相用ステータ歯33およびB相用ステータ歯34を有している。そして、ステータ30が有するA相用ステータ歯33およびB相用ステータ歯34が、ステータ30をロータ20の軸方向P直交する幅方向Xから見たときに、ロータ20を囲む最小矩形領域R内に含まれるように配置されている。【選択図】図5
Description
本発明は、ステッピングモータおよび直動アクチュエータに関する。
従来のステッピングモータが特許文献1に開示されている。このステッピングモータは、図28に示すステータコア801を有している。
ステータコア801は、正面視の外形形状が概ね正方形に形成された環状の本体部810と、本体部810の内周面に設けられた8つのステータ歯820と、を有している。8つのステータ歯820は、本体部810の内周面から中心に向けて突出し、ロータの外周面と間隔をあけて対向するように周方向に等間隔に並べて設けられている。
各ステータ歯820は、本体部810の各辺の中央部分と四隅部分とに配置されている。本体部810の四隅部分には、ステータコア801を固定するためのボルトが挿通される貫通穴811が設けられている。そして、本体部810には、各貫通穴811の一部に接して本体部810の中心から離れる方向(径方向)に均一幅のスリット812が設けられており、これにより、本体部810の各辺および各四隅部分におけるバックヨークとして機能する部分の幅が均一にされている。
しかしながら、上述したステッピングモータでは、小型化のためにステータコア801を幅方向(図28の左右方向)または高さ方向(図28の上下方向)に縮小すると、ロータ径も縮小することになりロータの磁石量も減少するので、トルク性能の大幅な低下が懸念される。さらには、ロータ径が縮小するとロータ外周面のロータ小歯の形状がより微細化し、これにともなってステータ歯820先端のステータ小歯も微細化するので、高精度の加工技術が必要となり、そのため、製造コストの上昇が問題となる。
そこで、本発明は、ロータ径を維持したまま小型にできるステッピングモータおよび直動アクチュエータを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様は、ステータと、前記ステータとの磁気作用によって軸心を中心に回転されるロータと、を有し、前記ステータが、前記ロータの外周面と間隔をあけて対向するように配置された複数のステータ歯を有し、前記複数のステータ歯が、前記ステータを前記ロータの軸方向と直交する一方向から見たときに、前記ロータを囲む最小矩形領域内に含まれるように配置されていることを特徴とするステッピングモータである。
本発明によれば、ステータが有する複数のステータ歯が、当該ステータをロータの軸方向と直交する一方向から見たときに、このロータを囲む最小矩形領域内に含まれるように配置されている。ロータとは、ステータとの磁気作用によって軸心を中心に回転されるもの全体をいう。ロータを囲む最小矩形領域とは、対向する二辺の長さがロータの直径と同一でかつこれら二辺と直交する他の対向する二辺の長さがロータの軸方向長さと同じ矩形状の領域である。このようにしたことから、例えば、ステータ歯が、ロータの外周面と間隔をあけて対向するように周方向全体に等間隔に並べて設けられている構成に対して、前記一方向から見たときに上記最小矩形領域からロータの直径方向にはみ出る位置に配置されたステータ歯が省かれる。そのため、ロータ径を維持したまま、前記一方向から見たときのステータ形状についてロータの直径方向に小さくすることができる。
本発明では、前記ステータが、前記ロータを間に挟んで前記一方向に対向するように配置された2つのステータコア本体部をさらに有し、前記複数のステータ歯が、前記2つのステータコア本体部のそれぞれの対向面に設けられていることが好ましい。このようにすることで、ロータに対して前記一方向の両側からトルクを加えることができる。
本発明では、前記ステータが、前記ロータの外周面と間隔をあけて前記一方向と直交する方向に対向するように配置された、前記2つのステータコア本体部を連結する1つまたは2つのステータコア連結部をさらに有していてもよい。このようにすることで、2つのステータコア本体部の位置関係が固定されるので、精度よく組み立てることができる。ステータコア連結部を2つ有することで組立精度を向上でき、ステータコア連結部を1つ有することで、組立精度と軽量化とを両立できる。
本発明では、前記ステータコア連結部が、平板状に形成されていてもよい。このようにすることで、例えば、ステータコア連結部におけるロータに対向する面がロータの外周面に沿う断面円弧状の凹曲面に形成されている構成に比べて、軽量にできる。
上記目的を達成するため、本発明の他の一態様は、ステータと、前記ステータとの磁気作用によって軸心を中心に回転される筒状のロータと、前記ロータの軸心と同軸に配置され、前記ロータの回転にともなって回転されるナット部材と、前記ナット部材に螺合され、当該ナット部材の回転により前進または後退されるねじシャフトと、を有し、前記ステータが、前記ロータの外周面と間隔をあけて対向するように配置された複数のステータ歯を有し、前記複数のステータ歯が、前記ステータを前記ロータの軸方向と直交する一方向から見たときに、前記ロータを囲む最小矩形領域内に含まれるように配置されていることを特徴とする直動アクチュエータである。
本発明によれば、ステータが有する複数のステータ歯が、当該ステータをロータの軸方向と直交する一方向から見たときに、このロータを囲む最小矩形領域内に含まれるように配置されている。ロータとは、ステータとの磁気作用によって軸心を中心に回転されるもの全体をいう。ロータを囲む最小矩形領域とは、対向する二辺の長さがロータの直径と同一でかつこれら二辺と直交する他の対向する二辺の長さがロータの軸方向長さと同じ矩形状の領域である。このようにしたことから、例えば、ステータ歯が、ロータの外周面と間隔をあけて対向するように周方向全体に等間隔に並べて設けられている構成に対して、前記一方向から見たときに上記最小矩形領域からロータの直径方向にはみ出る位置に配置されたステータ歯が省かれる。そのため、ロータ径を維持したまま、前記一方向から見たときのステータ形状についてロータの直径方向に小さくすることができる。
本発明では、スライダと、前記ステータに対して位置が固定され、前記ねじシャフトの進退方向の移動のみ許容するように前記スライダをスライド移動可能に支持するガイドと、前記ねじシャフトの前端部に接続されるとともに前記スライダと結合された被接続体と、をさらに有していてもよい。このようにすることで、ねじシャフトが前進および後退する際に、進退方向から逸れないようにねじシャフトおよび被接続体の移動を補助することができる。
本発明のステッピングモータおよび直動アクチュエータは、ロータ径を維持したまま小型にできる。
(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態である二相ハイブリッド型ステッピングモータについて、図1〜図7を参照して説明する。
以下に、本発明の第1の実施形態である二相ハイブリッド型ステッピングモータについて、図1〜図7を参照して説明する。
図1は、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。図2は、図1のステッピングモータの正面図である。図3は、図1のステッピングモータが有するロータの斜視図である。図4は、図1のII−II線に沿う断面図である。図5は、図1のIII−III線に沿う断面図である。図6は、図5の一部分を拡大した拡大断面図である。図7は、図1のIV−IV線に沿う断面図である。
各図に示すように、二相ハイブリッド型ステッピングモータ(以下、単に「ステッピングモータ1」という。)は、ケース10と、ロータ20と、ステータ30と、を有している。
ケース10は、図1、図2に示すように、幅方向Xの大きさより高さ方向Zの大きさが小さい直方体の中空箱状に形成されている。ケース10は、図4に示すように、例えばステンレスなどの金属製のケース本体部11と、ボールベアリングからなる前軸受16および後軸受17と、を有している。
ケース本体部11は、図4、図5に示すように、断面長方形の四角筒状の周壁部12と、周壁部12の正面側端部を塞ぐ長方形板状の正面壁部13と、周壁部12の背面側端部を塞ぐ長方形板状の背面壁部14と、を有している。正面壁部13は周壁部12と一体であり、背面壁部14は周壁部12に対し着脱可能である。ケース本体部11は、後述するロータ20を収容したときに高さ方向Zに対向する内面がロータ20の外周面に接しない程度に、ケース本体部11の内部空間の高さ方向Zの大きさがロータ20の直径Dより若干大きくなるように形成されている。
正面壁部13の中央部には、円形の正面シャフト挿通孔13aが形成されている。正面壁部13の内面には、正面シャフト挿通孔13aと同軸となるように前軸受16が固定して取り付けられている。同様に、背面壁部14の中央部には、円形の背面シャフト挿通孔14aが形成されている。背面壁部14の内面には、背面シャフト挿通孔14aと同軸となるように後軸受17が固定して取り付けられている。
ロータ20は、図3に示すように、シャフト21と、マグネット22と、N極ロータコア23と、S極ロータコア24と、2つのスペーサ28、28と、を有している。ロータ20は、各構成要素が一体となって回転可能に軸支されており、後述するステータ30の磁気作用によって軸心を中心に回転されるもの全体をいう。
シャフト21は、例えば、ステンレスなどの金属製の円柱部材であって、正面側の端部がDカット加工されている。シャフト21は、ケース10の前軸受16および後軸受17に挿通されて回転自在に軸支される。
マグネット22は、例えば、アルニコ磁石や希土類磁石などの永久磁石からなり、内径がシャフト21の外径と同じ大きさとなる円筒状に形成されている。マグネット22は、正面側端部がN極となり、背面側端部がS極となるように着磁されている。マグネット22は、図4に示すように、内側にシャフト21が挿通され、シャフト21の軸心21aに沿う方向(即ち、ロータ20の軸方向P、ケース10の長さ方向Y)の中央部分でやや背面側寄りの箇所に固定して取り付けられている。
N極ロータコア23は、薄い電磁鋼板を軸方向Pに積層して略円筒形状に形成されている。図5に示すように、N極ロータコア23の外周面には、軸方向Pに延在しかつ全周にわたって周方向Qに等ピッチ(本実施形態では7.2度)で並ぶコア小歯23aが形成されている。N極ロータコア23には、軸方向Pに貫通する貫通孔23bが設けられ、この貫通孔23bは、マグネット22の外径と同じ内径の大径部分23cと、シャフト21の外径と同じ内径の小径部分23dとを有している。大径部分23cにはマグネット22のN極である正面側端部が挿入固定され、小径部分23dにはマグネット22の正面側端面から突出したシャフト21が挿通固定される。これにより、N極ロータコア23はN極に帯磁される。
S極ロータコア24は、N極ロータコア23と同じく、薄い電磁鋼板を軸方向Pに積層して略円筒形状に形成されている。S極ロータコア24の外周面には、軸方向Pに延在しかつ全周にわたって周方向Qに等ピッチ(本実施形態では7.2度)で並ぶコア小歯24aが形成されている。S極ロータコア24には、軸方向Pに貫通する貫通孔24bが設けられ、この貫通孔24bは、内径がマグネット22の外径と同じ大径部分24cと、内径がシャフト21の外径と同じ小径部分24dとを有している。大径部分24cにはマグネット22のS極である背面側端部が挿入固定され、小径部分24dにはマグネット22の背面側端面から突出したシャフト21が挿通固定される。これにより、S極ロータコアはS極に帯磁される。
N極ロータコア23とS極ロータコア24とは、コア小歯23aとコア小歯24aとが周方向Qに半ピッチ(本実施形態では3.6度)ずれるようにして固定されている。N極ロータコア23およびS極ロータコア24の直径が、ロータ20の直径Dとなる。2つのスペーサ28、28は円筒状に形成されており、シャフト21が挿通された状態でN極ロータコア23と前軸受16との間およびS極ロータコア24と後軸受17との間に配置されている。
ステータ30は、図5に示すように、2つのステータコア31、31と、A相巻線35およびB相巻線36と、を有している。
2つのステータコア31、31のそれぞれは、薄い電磁鋼板を軸方向Pに積層して形成されており、ケース10内においてロータ20を間に挟んで幅方向X(即ち、ロータ20の軸方向Pに直交する方向)に互いに対向するように配置されている。2つのステータコア31、31は、それぞれがステータコア本体部32と、A相用ステータ歯33と、B相用ステータ歯34とを一体に有している。
ステータコア本体部32は、図4、図7に示すように、全長がケース本体部11の内部空間における長さ方向Yの長さより短くかつロータ20におけるN極ロータコア23の正面側端面からS極ロータコア24の背面側端面までの長さより長い柱状に形成されている。ステータコア本体部32の高さ方向Zの大きさは、図6に示すように、ケース本体部11の内側空間の高さ方向Zの大きさと同じになるように形成されている。ステータコア本体部32の外周面には、他方のステータコア本体部32を向く対向面32aと、ケース本体部11の内面に接する平面32b、32c、32dとが設けられている。対向面32aは、シャフト21の軸心21aを中心とする円弧に沿う凹曲面状に形成されている。対向面32aは平面であってもよい。
A相用ステータ歯33は、対向面32aからロータ20の外周面(即ち、マグネット22、N極ロータコア23およびS極ロータコア24の外周面)に向けて突出しかつ長さ方向Yにステータコア本体部32と同じ長さに延在して形成されている。A相用ステータ歯33は、図6に示すように、軸部33aと、軸部33aよりロータ20の周方向Qに幅広の先端部33bと、を有している。先端部33bには、軸方向Pに延在しかつ周方向Qに等ピッチ(本実施形態では7.5度)で並ぶ複数の突条のステータ小歯33cが形成されている。複数のステータ小歯33cは、ロータ20の外周面と間隔をあけて対向するように配置されている。
B相用ステータ歯34は、A相用ステータ歯33と同じく、対向面32aからロータ20の外周面に向けて突出しかつ長さ方向Yにステータコア本体部32と同じ長さに延在して形成されている。B相用ステータ歯34は、図6に示すように、軸部34aと、軸部34aよりロータ20の周方向Qに幅広の先端部34bと、を有している。先端部34bには、軸方向Pに延在しかつ周方向Qに等ピッチ(本実施形態では7.5度)で並ぶ複数の突条のステータ小歯34cが形成されている。複数のステータ小歯34cは、ロータ20の外周面と間隔をあけて対向するように配置されている。
A相用ステータ歯33とB相用ステータ歯34とは、シャフト21の軸心21aを中心として互いに45度開いた位置となるように、ロータ20の周方向Qに間隔をあけて配置されている。
また、A相用ステータ歯33の中央のステータ小歯33cが、N極ロータコア23のコア小歯23aと対向する位置にあるときに、B相用ステータ歯34の中央のステータ小歯33cが、N極ロータコア23のコア小歯23aと周方向Qにずれた位置(本実施形態では1.8度ずれた位置)となるように、A相用ステータ歯33とB相用ステータ歯34とが配置されている。なお、例えば、コア小歯23a、コア小歯24a、ステータ小歯33c、ステータ小歯34cの歯数やピッチ、A相用ステータ歯33とB相用ステータ歯34との個数および互いの中心を通る線がなす角度などについては、本発明の目的に反しない限り、任意である。
さらに、図4、図5に示すように、A相用ステータ歯33およびB相用ステータ歯34は、ステータ30を幅方向X(即ち、ロータ20の軸方向Pと直交する方向)から見たときに、ロータ20を囲む最小矩形領域R内に含まれるように配置されている。ロータ20を囲む最小矩形領域Rとは、長さ方向Yに対向する二辺Ra、Rbの長さがロータ20の直径Dと同一でかつこれら二辺Ra、Rbと直交して高さ方向Zに対向する二辺Rc、Rdの長さがロータ20の軸方向長さLと同一の矩形状となる。
A相巻線35は、1本のエナメル被覆銅線が一方のステータコア31のA相用ステータ歯33の軸部33aおよび他方のステータコア31のA相用ステータ歯33の軸部33aに集中巻で巻き付けられて構成されている。
B相巻線36は、A相巻線35とは独立した他の1本のエナメル被覆銅線が一方のステータコア31のB相用ステータ歯34の軸部34aおよび他方のステータコア31のB相用ステータ歯34の軸部34aに集中巻で巻き付けられて構成されている。
以上より、本実施形態によれば、ステータ30が有する複数のA相用ステータ歯33およびB相用ステータ歯34が、当該ステータ30を幅方向Xから見たときに、このロータ20を囲む最小矩形領域R内に含まれるように配置されている。この最小矩形領域Rとは、高さ方向Zについてロータ20の直径と同じ大きさとなる。このようにしたことから、例えば、A相用ステータ歯33およびB相用ステータ歯34が、ロータ20の外周面と間隔をあけて対向するように周方向Q全体に等間隔に並べて設けられている構成に対して、幅方向Xから見たときに上記最小矩形領域Rからロータ20の直径方向にはみ出る位置に配置されたA相用ステータ歯33およびB相用ステータ歯34が省かれる。そのため、ロータ径を維持したまま、幅方向Xから見たときのステータ30の形状についてロータ20の径方向(即ち、高さ方向Z)に小さくすることができる。
本実施形態では、ステータ30が、ロータ20を間に挟んで幅方向Xに対向するように配置された2つのステータコア本体部32、32をさらに有し、A相用ステータ歯33およびB相用ステータ歯34が、2つのステータコア本体部32、32のそれぞれの対向面32aに設けられている。このようにすることで、ロータ20に対して幅方向Xの両側からトルクを加えることができる。
したがって、本実施形態のステッピングモータは、ロータ径を維持したまま小型にできる。これにより、トルク性能の大幅な低下を抑制するとともに、製造コストの上昇を抑制できる。
上述した実施形態では、ステータ30が、幅方向Xに対向して配置された2つのステータコア31、31を有する構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、図8に示すように、1つのステータコア31のみ有するステータ30Aを採用した構成のステッピングモータ2としてもよい。このようにすることで、2つのステータコア31、31を有する構成に比べて、小型・軽量にすることができる。
上述した実施形態では、2つのステータコア31、31のそれぞれが、A相用ステータ歯33およびB相用ステータ歯34を有する構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、図9に示すように、一方のステータコア31Aが1つのA相用ステータ歯33のみ有し、他方のステータコア31Bが1つのB相用ステータ歯34のみ有するステータ30Bを採用した構成のステッピングモータ3としてもよい。このようにすることで、1つのステータコア31が複数のステータ歯を有する構成に比べて、軽量にすることができる。
上述した実施形態では、2つのステータコア31、31が、それぞれ独立した構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、図10に示すように、各ステータコア本体部32、32を連結する1つのステータコア連結部37をさらに有するステータ30Cを採用した構成のステッピングモータ4としてもよい。または、図11に示すように、2つのステータコア連結部37、37をさらに有するステータ30Dを採用した構成のステッピングモータ5としてもよい。
ステータコア連結部37は、平板状に形成され、ロータ20の外周面と間隔をあけて高さ方向Z(即ち、幅方向Xと直交する方向)に対向するように配置されている。ステータコア連結部37は、2つのステータコア本体部32、32と一体に形成されて、これら2つのステータコア本体部32、32における高さ方向Zの端部同士を互いに連結している。
このようにすることで、2つのステータコア31、31(即ち、2つのステータコア本体部32、32)の位置関係が固定されるので、精度よく組み立てることができる。さらに、ステータコア連結部37を2つ有することでより組立精度を向上でき、ステータコア連結部37を1つ有することで、組立精度と軽量化とを両立できる。また、ステータコア連結部37が、平板状に形成されていることで、例えば、ステータコア連結部37におけるロータ20に対向する面がロータ20の外周面に沿う断面円弧状の凹曲面に形成されている構成に比べて、軽量にできる。
(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態である直動アクチュエータの構成について、図12〜図21を参照して説明する。
以下に、本発明の第2の実施形態である直動アクチュエータの構成について、図12〜図21を参照して説明する。
図12は、本発明の第2の実施形態に係る直動アクチュエータの斜視図である。図13は、図12の直動アクチュエータの正面図である。図14は、図12の直動アクチュエータが有するロータの斜視図である。図15は、図12のII−II線に沿う断面図である。図16は、図12のIII−III線に沿う断面図である。図17は、図16の一部分を拡大した拡大断面図である。図18は、図12のIV−IV線に沿う断面図である。図19は、図12の直動アクチュエータが有するナット部材の断面図である。図20は、図12の直動アクチュエータが有するねじシャフトの一部分を拡大した図である。図21は、図12の直動アクチュエータのねじシャフトに被接続体が接続された状態を説明する断面図である。
各図に示すように、直動アクチュエータ(以下、単に「アクチュエータ101」という。)は、ケース110と、ロータ120と、ナット部材125と、ステータ130と、ねじシャフト140と、を有している。
ケース110は、図12、図13に示すように、幅方向Xの大きさより高さ方向Zの大きさが小さい直方体の中空箱状に形成されている。ケース110は、図15に示すように、例えばステンレスなどの金属製のケース本体部111と、ボールベアリングからなる前軸受116および後軸受117と、を有している。
ケース本体部111は、図15、図16に示すように、断面長方形の四角筒状の周壁部112と、周壁部112の正面側端部を塞ぐ長方形板状の正面壁部113と、周壁部112の背面側端部を塞ぐ長方形板状の背面壁部114と、を有している。正面壁部113は周壁部112と一体であり、背面壁部114は周壁部112に対し着脱可能である。ケース本体部111は、後述するロータ120を収容したときに高さ方向Zに対向する内面がロータ120の外周面に接しない程度に、ケース本体部111の内部空間の高さ方向Zの大きさがロータ120の直径Dより若干大きくなるように形成されている。
正面壁部113の中央部には、円形の正面シャフト挿通孔113aが形成されている。正面壁部113の内面には、正面シャフト挿通孔113aと同軸となるように前軸受116が固定して取り付けられている。同様に、背面壁部114の中央部には、円形の背面シャフト挿通孔114aが形成されている。背面壁部114の内面には、背面シャフト挿通孔114aと同軸となるように後軸受117が固定して取り付けられている。
ロータ120は、図14に示すように、ロータ軸121と、マグネット122と、N極ロータコア123と、S極ロータコア124と、を有している。ロータ120は、各構成要素が一体となって回転可能に軸支されており、後述するステータ130の磁気作用によって軸心を中心に回転されるもの全体をいう。
ロータ軸121は、例えば、金属や硬質の樹脂などを材料として全体的に円筒状に形成されており、図15に示すように、前方から後方に向けて大径部121a、軸本体部121bおよび小径部121cが同軸でかつ長さ方向Y(即ち、ロータ120の軸方向P)に順に連なって構成されている。
大径部121aは、外径が前軸受116の内径と同じに形成されており、その外周面の後方寄り端部に全周にわたって突出したフランジ121dが一体に設けられている。大径部121aの内部には、後述するナット部材125をその前方端部を露出した状態で収容する球形状のナット部材収容空間121eが形成されている。なお、本明細書において、球形状とは、正確な球形状に加えて、例えば、一部が平面で切り取られた略球形状も含むものとする。
軸本体部121bは、その外径が大径部121aの外径より小さい円筒状に形成されており、その前方側端部に大径部121aが同軸に連接されている。小径部121cは、その外径が軸本体部121bの外径より小さくかつ後軸受117の内径と同じ円筒状に形成されており、軸本体部121bの後方側端部に同軸に連接されている。軸本体部121bの内径と小径部121cの内径とは同一の大きさでかつ後述するねじシャフト140の外径より若干大きくされている。
ロータ軸121は、大径部121aがケース110の前軸受116に挿通されかつ小径部121cが後軸受117に挿通されて回転自在に軸支される。ロータ軸121は、後述するナット部材125をナット部材収容空間121eに収容できるように分割可能に形成されている。
マグネット122は、例えば、アルニコ磁石や希土類磁石などの永久磁石からなり、内径がロータ軸121の軸本体部121bの外径と同じ大きさとなる円筒状に形成されている。マグネット122は、正面側端部がN極となり、背面側端部がS極となるように着磁されている。マグネット122は、図15に示すように、内側にロータ軸121の軸本体部121bが挿通され、軸本体部121bの中央部分に固定して取り付けられている。
N極ロータコア123は、薄い電磁鋼板を軸方向Pに積層して略円筒形状に形成されている。図16に示すように、N極ロータコア123の外周面には、軸方向Pに延在しかつ全周にわたって周方向Qに等ピッチ(本実施形態では7.2度)で並ぶコア小歯123aが形成されている。N極ロータコア123には、軸方向Pに貫通する貫通孔123bが設けられ、この貫通孔123bは、マグネット122の外径と同じ内径の大径部分123cと、ロータ軸121の軸本体部121bの外径と同じ内径の小径部分123dとを有している。大径部分123cにはマグネット122のN極である正面側端部が挿入固定され、小径部分123dにはマグネット122の正面側端面から突出した軸本体部121bが挿通固定される。これにより、N極ロータコア123はN極に帯磁される。
S極ロータコア124は、N極ロータコア123と同じく、薄い電磁鋼板を軸方向Pに積層して略円筒形状に形成されている。S極ロータコア124の外周面には、軸方向Pに延在しかつ全周にわたって周方向Qに等ピッチ(本実施形態では7.2度)で並ぶコア小歯124aが形成されている。S極ロータコア124には、軸方向Pに貫通する貫通孔124bが設けられ、この貫通孔124bは、内径がマグネット122の外径と同じ大径部分124cと、内径がロータ軸121の軸本体部121bの外径と同じ小径部分124dとを有している。大径部分124cにはマグネット122のS極である背面側端部が挿入固定され、小径部分124dにはマグネット122の背面側端面から突出した軸本体部121bが挿通固定される。これにより、S極ロータコアはS極に帯磁される。
N極ロータコア123とS極ロータコア124とは、コア小歯123aとコア小歯124aとが周方向Qに半ピッチ(本実施形態では3.6度)ずれるようにして固定されている。N極ロータコア123およびS極ロータコア124の直径が、ロータ120の直径Dとなる。
ナット部材125は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの樹脂を材料として球形状に形成されている。ナット部材125は、ロータ軸121のナット部材収容空間121eに、当該ナット部材125の軸心125aとロータ120の軸心120aとが一致するように収容される。
図19に示すように、ナット部材125には、軸心125a方向に貫通する貫通孔125cが設けられており、貫通孔125cには、ねじシャフト140が螺合される雌ねじ部129が形成されている。
ナット部材125は、後方を向く平面126bを有するとともにこの平面126bから後方に突出する2つのボス126a、126aを有している。2つのボス126a、126aは、これらに対応してロータ軸121に形成されたボス穴に嵌合される。これにより、ナット部材125は、ロータ軸121に対して軸心120aを中心とする回転移動が規制されて、ロータ軸121とともに回転される。
ステータ130は、図16に示すように、2つのステータコア131、131と、A相巻線135およびB相巻線136と、を有している。
2つのステータコア131、131のそれぞれは、薄い電磁鋼板を軸方向Pに積層して形成されており、ケース110内においてロータ120を間に挟んで幅方向X(即ち、ロータ120の軸方向Pに直交する方向)に互いに対向するように配置されている。2つのステータコア131、131は、それぞれがステータコア本体部132と、A相用ステータ歯133と、B相用ステータ歯134とを一体に有している。
ステータコア本体部132は、図15、図18に示すように、全長がケース本体部111の内部空間における長さ方向Yの長さより短くかつロータ120におけるN極ロータコア123の正面側端面からS極ロータコア124の背面側端面までの長さより長い柱状に形成されている。ステータコア本体部132の高さ方向Zの大きさは、図17に示すように、ケース本体部111の内側空間の高さ方向Zの大きさと同じになるように形成されている。ステータコア本体部132の外周面には、他方のステータコア本体部132を向く対向面132aと、ケース本体部111の内面に接する平面132b、132c、132dとが設けられている。対向面132aは、ロータ120の軸心120aを中心とする円弧に沿う凹曲面状に形成されている。対向面132aは平面であってもよい。
A相用ステータ歯133は、対向面132aからロータ120の外周面(即ち、マグネット122、N極ロータコア123およびS極ロータコア124の外周面)に向けて突出しかつ長さ方向Yにステータコア本体部132と同じ長さに延在して形成されている。A相用ステータ歯133は、図17に示すように、軸部133aと、軸部133aよりロータ120の周方向Qに幅広の先端部133bと、を有している。先端部133bには、軸方向Pに延在しかつ周方向Qに等ピッチ(本実施形態では7.5度)で並ぶ複数の突条のステータ小歯133cが形成されている。複数のステータ小歯133cは、ロータ120の外周面と間隔をあけて対向するように配置されている。
B相用ステータ歯134は、A相用ステータ歯133と同じく、対向面132aからロータ120の外周面に向けて突出しかつ長さ方向Yにステータコア本体部132と同じ長さに延在して形成されている。B相用ステータ歯134は、図17に示すように、軸部134aと、軸部134aよりロータ120の周方向Qに幅広の先端部134bと、を有している。先端部134bには、軸方向Pに延在しかつ周方向Qに等ピッチ(本実施形態では7.5度)で並ぶ複数の突条のステータ小歯134cが形成されている。複数のステータ小歯134cは、ロータ120の外周面と間隔をあけて対向するように配置されている。
A相用ステータ歯133とB相用ステータ歯134とは、ロータ120の軸心120aを中心として互いに45度開いた位置となるように、ロータ120の周方向Qに間隔をあけて配置されている。
また、A相用ステータ歯133の中央のステータ小歯133cが、N極ロータコア123のコア小歯123aと対向する位置にあるときに、B相用ステータ歯134の中央のステータ小歯133cが、N極ロータコア123のコア小歯123aと周方向Qにずれた位置(本実施形態では1.8度ずれた位置)となるように、A相用ステータ歯133とB相用ステータ歯134とが配置されている。なお、例えば、コア小歯123a、コア小歯124a、ステータ小歯133c、ステータ小歯134cの歯数やピッチ、A相用ステータ歯133とB相用ステータ歯134との個数および互いの中心を通る線がなす角度などについては、本発明の目的に反しない限り、任意である。
さらに、図15、図16に示すように、A相用ステータ歯133およびB相用ステータ歯134は、ステータ130を幅方向X(即ち、ロータ120の軸方向Pと直交する方向)から見たときに、ロータ120を囲む最小矩形領域R内に含まれるように配置されている。ロータ120を囲む最小矩形領域Rとは、長さ方向Yに対向する二辺Ra、Rbの長さがロータ120の直径Dと同一でかつこれら二辺Ra、Rbと直交して高さ方向Zに対向する二辺Rc、Rdの長さがロータ120の軸方向長さLと同一の矩形状となる。
A相巻線135は、1本のエナメル被覆銅線が一方のステータコア131のA相用ステータ歯133の軸部133aおよび他方のステータコア131のA相用ステータ歯133の軸部133aに集中巻で巻き付けられて構成されている。
B相巻線136は、A相巻線135とは独立した他の1本のエナメル被覆銅線が一方のステータコア131のB相用ステータ歯134の軸部134aおよび他方のステータコア131のB相用ステータ歯134の軸部134aに集中巻で巻き付けられて構成されている。
ねじシャフト140は、例えば、ステンレスなどの金属を材料として断面円形の棒状に形成されている。ねじシャフト140は、図20に示すように、シャフト本体141と、シャフト本体141の前方端部に設けられたヘッド部145と、を一体に有している。
シャフト本体141は、外周面全体にわたって、ナット部材125に設けられた雌ねじ部129と螺合する雄ねじ部141aが形成されている。ねじシャフト140は、ナット部材125に螺合されることで、ナット部材125の軸心125a(即ち、雌ねじ部129の軸心129a)とねじシャフト140の軸心140aとが一致して配置される。
ヘッド部145は、球形状に形成されており、図21に示すように、被接続体Tの内部に設けられた球形状のヘッド部収容空間Teに収容されることにより被接続体Tを接続する。ヘッド部145における先端面145cには、被接続体Tが固定され、これにより、被接続体Tにおいてロータ120の軸心120aと平行な中心線Taを中心とする回転移動が規制されると、ヘッド部145(即ち、ねじシャフト140)の回転移動も規制される。そのため、ナット部材125が回転されかつねじシャフト140の回転移動が規制されることにより、雌ねじ部129と雄ねじ部141aとのねじ機構によってねじシャフト140が前進または後退される。
以上より、本実施形態によれば、ステータ130が有する複数のA相用ステータ歯133およびB相用ステータ歯134が、当該ステータ130を幅方向Xから見たときに、このロータ120を囲む最小矩形領域R内に含まれるように配置されている。この最小矩形領域Rは、高さ方向Zについてロータ120の直径と同じ大きさとなる。このようにしたことから、例えば、A相用ステータ歯133およびB相用ステータ歯134が、ロータ120の外周面と間隔をあけて対向するように周方向Q全体に等間隔に並べて設けられている構成に対して、幅方向Xから見たときに上記最小矩形領域Rからロータ120の直径方向にはみ出る位置に配置されたA相用ステータ歯133およびB相用ステータ歯134が省かれる。そのため、ロータ径を維持したまま、幅方向Xから見たときのステータ130の形状についてロータ120の径方向(即ち、高さ方向Z)に小さくすることができる。
本実施形態では、ステータ130が、ロータ120を間に挟んで幅方向Xに対向するように配置された2つのステータコア本体部132、132をさらに有し、A相用ステータ歯133およびB相用ステータ歯134が、2つのステータコア本体部132、132のそれぞれの対向面132aに設けられている。このようにすることで、ロータ120に対して幅方向Xの両側からトルクを加えることができる。
したがって、本実施形態の直動アクチュエータは、ロータ径を維持したまま小型にできる。これにより、トルク性能の大幅な低下を抑制するとともに、製造コストの上昇を抑制できる。
図22〜図24に、上述した本実施形態の直動アクチュエータにおいてリニアガイドを備えた構成を示す。図22は、図12の直動アクチュエータの第1変形例の構成を示す斜視図であり、図23は上面図であり、図24はの背面図である。
リニアガイド付直動アクチュエータ201は、上述した直動アクチュエータ101と、リニアガイド210と、を有している。
リニアガイド210は、ガイド211と、スライダ212と、被接続体213と、を有している。ガイド211は、長さ方向Yに延在するレール状に形成され、直動アクチュエータ101のケース本体部111に固定して取り付けられている。つまり、ガイド211は、ステータ130に対して位置が固定されている。スライダ212は、樋状に形成された外側部分212aと、外側部分212aの内側に配置され、ガイド211にスライド移動可能に取り付けられる内側部分212bと、を有している。外側部分212aと内側部分212bとは、図示しないボルトにより結合されている。スライダ212は、ガイド211によって長さ方向Y(即ち、進退方向)の移動のみ許容されるようにスライド移動可能に支持される。被接続体213は、矩形板状に形成され、背面の中央にねじシャフト140のヘッド部145が接続されかつ背面の端部にスライダ212の外側部分212aが図示しないボルトによって結合されている。
リニアガイド付直動アクチュエータ201は、ステータ130の磁気作用によりロータ120が回転されると、ねじシャフト140がナット部材125とのねじ機構により長さ方向Yに前進および後退し、ねじシャフト140に接続された被接続体213も前進および後退する。このとき、被接続体213と結合されたスライダ212もガイド211に案内されながら長さ方向Yに前進および後退する。
また、図25〜図27に、上述した本実施形態の直動アクチュエータにおいてリニアブッシュを備えた構成を示す。図25は、図12の直動アクチュエータの第2変形例の構成を示す斜視図であり、図26は上面図であり、図27は背面図である。
リニアブッシュ付直動アクチュエータ301は、上述した直動アクチュエータ101と、リニアブッシュ310と、を有している。
リニアブッシュ310は、ガイド311と、2本のスライダ312、312と、被接続体313と、を有している。ガイド311は、直方体形状に形成されており、長さ方向Yに延在して直動アクチュエータ101がはめ込まれる溝部311aが形成されている。ガイド311には、溝部311aを間に挟み長さ方向Yに延在する円形の2つのガイド孔311b、311bが形成されている。ガイド311は、溝部311aに直動アクチュエータ101がはめ込まれることにより、当該直動アクチュエータ101のケース本体部111に固定して取り付けられている。つまり、ガイド311は、ステータ130に対して位置が固定されている。
2本のスライダ312、312は、それぞれが円柱状に形成されており、ガイド311の2つのガイド孔311b、311bに挿入されている。2本のスライダ312、312は、ガイド311によって長さ方向Y(即ち、進退方向)の移動のみ許容されるようにスライド移動可能に支持される。被接続体313は、矩形板状に形成された被接続体本体部313aと、被接続体本体部313aの背面の中央に立設された円柱形状のボス313bと、を一体に有している。ボス313bの一端にねじシャフト140のヘッド部145が接続されかつ被接続体本体部313aの背面の両端部に2本のスライダ312、312の一端が結合されている。
リニアブッシュ付直動アクチュエータ301は、ステータ130の磁気作用によりロータ120が回転されると、ねじシャフト140がナット部材125とのねじ機構により長さ方向Yに前進および後退し、ねじシャフト140に接続された被接続体313も前進および後退する。このとき、被接続体313と結合された2本のスライダ312もガイド311に案内されながら長さ方向Yに前進および後退する。
このように、リニアガイド付直動アクチュエータ201およびリニアブッシュ付直動アクチュエータ301は、ねじシャフト140が前進および後退する際に、進退方向から逸れないようにねじシャフト130および各被接続体213、313の移動を補助することができる。
上述した実施形態の直動アクチュエータ101、リニアガイド付直動アクチュエータ201およびリニアブッシュ付直動アクチュエータ301において、第1の実施形態の変形例として示した図8〜図11の構成を採用してもよい。
上記に本発明の本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
(第1の実施形態)
1〜5…ステッピングモータ、10…ケース、11…ケース本体部、12…周壁部、13…正面壁部、13a…正面シャフト挿通孔、14…背面壁部、14a…背面シャフト挿通孔、16…前軸受、17…後軸受、20…ロータ、21…シャフト、21a…軸心、22…マグネット、23…N極ロータコア、23a…コア小歯、23b…貫通孔、23c…大径部分、23d…小径部分、24…S極ロータコア、24a…コア小歯、24b…貫通孔、24c…大径部分、24d…小径部分、スペーサ…28、30、30A〜30D…ステータ、31、31A、31B…ステータコア、32…ステータコア本体部、32a…対向面、32b、32c、32d…平面、33…A相用ステータ歯、33a…軸部、33b…先端部、33c…ステータ小歯、34…B相用ステータ歯、34a…軸部、34b…先端部、34c…ステータ小歯、35…A相巻線、36…B相巻線、37…ステータコア連結部、D…ロータの直径、L…ロータの軸方向長さ、R…最少矩形領域、P…軸方向、Q…周方向、X…幅方向、Y…長さ方向、Z…高さ方向。
(第2の実施形態)
101…直動アクチュエータ、110…ケース、111…ケース本体部、112…周壁部、113…正面壁部、113a…正面シャフト挿通孔、114…背面壁部、114a…背面シャフト挿通孔、116…前軸受、117…後軸受、120…ロータ、120a…軸心、121…ロータ軸、121a…大径部、121b…軸本体部、121c…小径部、121d…フランジ、121e…ナット部材収容空間、122…マグネット、123…N極ロータコア、123a…コア小歯、123b…貫通孔、123c…大径部分、123d…小径部分、124…S極ロータコア、124a…コア小歯、124b…貫通孔、124c…大径部分、124d…小径部分、125…ナット部材、125a…軸心、125c…貫通孔、126a…ボス、126b…平面、129…雌ねじ部、129a…軸心、130…ステータ、131…ステータコア、132…ステータコア本体部、132a…対向面、132b、132c、132d…平面、133…A相用ステータ歯、133a…軸部、133b…先端部、133c…ステータ小歯、134…B相用ステータ歯、134a…軸部、134b…先端部、134c…ステータ小歯、135…A相巻線、136…B相巻線、140…ねじシャフト、140a…軸心、141…シャフト本体、141a…雄ねじ部、145…ヘッド部、145c…先端面、201…リニアガイド付直動アクチュエータ、210…リニアガイド、211…ガイド、212…スライダ、212a…外側部分、212b…内側部分、213…被接続体、301…リニアブッシュ付直動アクチュエータ、310…リニアブッシュ、311…ガイド、311a…溝部、311b…ガイド孔、312…スライダ、313…被接続体、313a…被接続体本体部、313b…ボス、D…ロータの直径、L…ロータの軸方向長さ、R…最少矩形領域、P…軸方向、Q…周方向、X…幅方向、Y…長さ方向、Z…高さ方向。
(従来構成)
801…ステータコア、810…本体部、811…貫通穴、812…スリット、820…ステータ歯。
1〜5…ステッピングモータ、10…ケース、11…ケース本体部、12…周壁部、13…正面壁部、13a…正面シャフト挿通孔、14…背面壁部、14a…背面シャフト挿通孔、16…前軸受、17…後軸受、20…ロータ、21…シャフト、21a…軸心、22…マグネット、23…N極ロータコア、23a…コア小歯、23b…貫通孔、23c…大径部分、23d…小径部分、24…S極ロータコア、24a…コア小歯、24b…貫通孔、24c…大径部分、24d…小径部分、スペーサ…28、30、30A〜30D…ステータ、31、31A、31B…ステータコア、32…ステータコア本体部、32a…対向面、32b、32c、32d…平面、33…A相用ステータ歯、33a…軸部、33b…先端部、33c…ステータ小歯、34…B相用ステータ歯、34a…軸部、34b…先端部、34c…ステータ小歯、35…A相巻線、36…B相巻線、37…ステータコア連結部、D…ロータの直径、L…ロータの軸方向長さ、R…最少矩形領域、P…軸方向、Q…周方向、X…幅方向、Y…長さ方向、Z…高さ方向。
(第2の実施形態)
101…直動アクチュエータ、110…ケース、111…ケース本体部、112…周壁部、113…正面壁部、113a…正面シャフト挿通孔、114…背面壁部、114a…背面シャフト挿通孔、116…前軸受、117…後軸受、120…ロータ、120a…軸心、121…ロータ軸、121a…大径部、121b…軸本体部、121c…小径部、121d…フランジ、121e…ナット部材収容空間、122…マグネット、123…N極ロータコア、123a…コア小歯、123b…貫通孔、123c…大径部分、123d…小径部分、124…S極ロータコア、124a…コア小歯、124b…貫通孔、124c…大径部分、124d…小径部分、125…ナット部材、125a…軸心、125c…貫通孔、126a…ボス、126b…平面、129…雌ねじ部、129a…軸心、130…ステータ、131…ステータコア、132…ステータコア本体部、132a…対向面、132b、132c、132d…平面、133…A相用ステータ歯、133a…軸部、133b…先端部、133c…ステータ小歯、134…B相用ステータ歯、134a…軸部、134b…先端部、134c…ステータ小歯、135…A相巻線、136…B相巻線、140…ねじシャフト、140a…軸心、141…シャフト本体、141a…雄ねじ部、145…ヘッド部、145c…先端面、201…リニアガイド付直動アクチュエータ、210…リニアガイド、211…ガイド、212…スライダ、212a…外側部分、212b…内側部分、213…被接続体、301…リニアブッシュ付直動アクチュエータ、310…リニアブッシュ、311…ガイド、311a…溝部、311b…ガイド孔、312…スライダ、313…被接続体、313a…被接続体本体部、313b…ボス、D…ロータの直径、L…ロータの軸方向長さ、R…最少矩形領域、P…軸方向、Q…周方向、X…幅方向、Y…長さ方向、Z…高さ方向。
(従来構成)
801…ステータコア、810…本体部、811…貫通穴、812…スリット、820…ステータ歯。
Claims (6)
- ステータと、
前記ステータとの磁気作用によって軸心を中心に回転されるロータと、を有し、
前記ステータが、前記ロータの外周面と間隔をあけて対向するように配置された複数のステータ歯を有し、
前記複数のステータ歯が、前記ステータを前記ロータの軸方向と直交する一方向から見たときに、前記ロータを囲む最小矩形領域内に含まれるように配置されていることを特徴とするステッピングモータ。 - 前記ステータが、前記ロータを間に挟んで前記一方向に対向するように配置された2つのステータコア本体部をさらに有し、
前記複数のステータ歯が、前記2つのステータコア本体部のそれぞれの対向面に設けら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。 - 前記ステータが、前記ロータの外周面と間隔をあけて前記一方向と直交する方向に対向するように配置された、前記2つのステータコア本体部を連結する1つまたは2つのステータコア連結部をさらに有し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。
- 前記ステータコア連結部が、平板状に形成されていることを特徴とする請求項3に記載のステッピングモータ。
- ステータと、
前記ステータとの磁気作用によって軸心を中心に回転される筒状のロータと、
前記ロータの軸心と同軸に配置され、前記ロータの回転にともなって回転されるナット部材と、
前記ナット部材に螺合され、当該ナット部材の回転により前進または後退されるねじシャフトと、を有し、
前記ステータが、前記ロータの外周面と間隔をあけて対向するように配置された複数のステータ歯を有し、
前記複数のステータ歯が、前記ステータを前記ロータの軸方向と直交する一方向から見たときに、前記ロータを囲む最小矩形領域内に含まれるように配置されている
ことを特徴とする直動アクチュエータ。 - スライダと、
前記ステータに対して位置が固定され、前記ねじシャフトの進退方向の移動のみ許容するように前記スライダをスライド移動可能に支持するガイドと、
前記ねじシャフトの前端部に接続されるとともに前記スライダと結合された被接続体と、をさらに有する
ことを特徴とする請求項5に記載の直動アクチュエータ。
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JP2015189862A Pending JP2017070009A (ja) | 2015-09-28 | 2015-09-28 | ステッピングモータおよび直動アクチュエータ |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2017070009A (ja) |
-
2015
- 2015-09-28 JP JP2015189862A patent/JP2017070009A/ja active Pending
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