JP2598787Y2 - アウターロータ形ステッピングモータにおけるステータの磁気回路構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、ステータの外周部に
リング状のロータが配置されたアウターロータ形ステッ
ピングモータに関し、特に、ステータの磁気回路構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石形クローポール構造のステッピ
ングモータは、板金構造により磁極歯列と励磁コイルを
囲む磁気回路を構成している。これは一般的なインナー
ロータ形のモータに限らず、例えば特開昭５６−１２９
５６７号公報のようなアウターロータ形モータでも同じ
である。

【０００３】従来の一般的なクローポール形ステータで
は、１相分の磁極歯列は２枚の板金に多数の爪を立て、
２つの板金部品の爪を正しく向い合わせに組合せること
によって構成している。そしてその２つの板金部品の間
にボビンに巻いたコイルを挾み込んでいる。この構造で
は各ステータ部品（板金部品）を一体に組合せる際の位
置決め誤差によって磁極歯列のエアーギャップが均一に
ならず、そのためにモータとしての静止角度精度が大き
くばらつくという問題があった。

【０００４】この問題を解決する手段として、例えば特
開昭６１−１３５３５６号公報に開示されているよう
に、１つの板金部品に破線状に断続したスリットを形成
し、これによって１つの板金部品に２相分の磁極歯列を
形成する技術が知られている。この技術によれば磁極歯
列の位置・形状精度は極めて良くなる。

【０００５】１つの板金部品に破線状スリットによる磁
極歯列を形成する技術を採用して、本考案者らは先に、
図１および図２に示す構造のアウターロータ形ステッピ
ングモータを開発した。まず既提案のアウターロータ形
ステッピングモータについて、図１と図２に基づいて詳
細に説明する。

【０００６】５は内ヨークであって、内筒部の外周に３
個のフランジ部５ａを一体に有する磁性体である。内ヨ
ーク５の外周には３個のフランジ部５ａによって２個の
円周溝が形成されており、それぞれの溝内に図３に示す
プラスチック製のボビン７をセットし、その上にコイル
８を巻き付けている。

【０００７】６はリング状の磁性体からなる外ヨーク
（外筒部）であって、これには破線状に断続したスリッ
ト６ａによって磁極歯列が形成されている。外ヨーク６
の内径はフランジ部５ａの外径とほぼ同じで、図のよう
に３個のフランジ５ａの外周部にリング状の外ヨーク６
が緊密に嵌合装着されている。

【０００８】９は内ヨーク５の中心穴部に固着された軸
受、３は軸受９に貫通装着されて回転自在に軸支された
ロータ軸、１５はロータ軸３の軸方向の移動を止める止
め輪、１はロータ軸３の上端部分に固着されたカップ状
ケース、２はカップ状ケース１の内周面に固着されたリ
ング状永久磁石からなるロータ磁石である。

【０００９】ロータ磁石２の内径は外ヨーク６の外径よ
りわずかに大きく、ロータ磁石２の磁極面が外ヨーク６
の磁極歯列にわずかなギャップをおいて対向している。
なおロータ磁石２の着磁パターンとステータ側の磁極歯
列のパターンについては通常の永久磁石形ステッピング
モータと同様でよいのでここでは詳述しない。

【００１０】また、１０は内ヨーク５の一端面にネジ１
１で固着されたベースプレートであって、その外周の一
部には外部接続用の端子部１４が一体に形成されてい
る。ベースプレート１０は金属板からなり、他の部分よ
り薄肉の端子部１４については表面に絶縁層を形成して
からその上に印刷配線で配線パターン１３を形成してい
る。そして内ヨーク５と外ヨーク６との間に設けた微少
な隙間１９からコイル８の末端１２を引き出して、端子
部１４の配線パターンにハンダ付けしている。

【００１１】なお図１において、１６は平座金、１７は
バネ座金であり、ロータとステータのガタをなくしつつ
ロータの円滑な回転を保証するためのものである。

【００１２】

【考案が解決しようとする課題】図１と図２に示した既
提案のアウターロータ形ステッピングモータは、複数の
ヨーク部品の突起を噛み合わせて磁極歯列を形成するの
ではなく、単独部品の外ヨーク６に磁極歯列が形成され
ているので、磁極歯列のパターンの精度は各部品の組立
精度には依存しなくなり、また中心筒部の外周に複数の
フランジ部５ａを一体に設けた内ヨーク５と前記外ヨー
ク６とを組合せてステータ磁気回路を構成するので、構
造が簡素化し、組立も容易になるなどの特徴を基本的に
有している。しかし図示の構造では、以下のような改良
すべき問題点を有していた。

【００１３】図１、図２の構造のアウターロータ形ステ
ッピングモータにおいて、コイル８に大きな励磁電流を
流してモータの回転トルクを高めるには、次のような技
術課題がある。コイル８に励磁電流を流すことで内ヨー
ク５と外ヨーク６を循環する磁束が発生する。この磁束
は当然ながら内ヨーク５のフランジ部５ａを通って流れ
るが、図１の構造では、励磁電流を大きくしていくとフ
ランジ部５ａの最内周部分でまず磁気飽和が起きやす
い。つまり、この部分の磁路の有効断面積（磁力線に直
交する方向の断面積）が他の部分より小さいので、この
部分で磁気飽和が起きやすい。内ヨーク５の中心筒部の
周長はフランジ部５ａよりさらに小さくなるので、内ヨ
ーク５の中心筒部に充分大きな体積を持たせ、磁路の有
効断面積を大きくしている。

【００１４】前記のような理由で内ヨークをバルクタイ
プの磁気回路構造としているのであるが、これによって
磁気飽和の限界が高まるものの、反対に次のような渦電
流損失が大きくなるという問題が生じた。モータ駆動時
に生ずる渦電流は内ヨーク５の周方向に生じるが、内ヨ
ーク５の中心筒部が充分な体積があるので、この渦電流
に対する電気抵抗値が小さい。従って渦電流が流れやす
く、渦電流損失が大きくなる。このことがモータトルク
を増大させることの障害となる。特にモータを高周波運
転するほど渦電流損失が大きくなる。

【００１５】この考案は前述した従来の問題点に鑑みて
なされたもので、その目的は、本考案者らが先に提案し
た図１、図２に示す基本構造のアウターロータ形ステッ
ピングモータにおけるステータの磁気回路構造につい
て、磁気飽和が生じる限界点をできるだけ高めるととも
に、渦電流損失をできるだけ小さくし、モータトルクを
より大きくすることができるようにすることにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】そこでこの考案では、磁
性体からなる内筒部と、内筒部から外周側に張り出した
磁性体からなる複数のフランジ部と、このフランジ部間
の溝状部分に巻かれたコイルと、破線状に断続したスリ
ットによって磁極歯列が形成され前記フランジ部の外周
に装着された磁性体からなる外筒部とを備えたアウター
ロータ形ステッピングモータのステータ磁気回路構造に
おいて、前記内筒部を前記フランジ部とは個別に成形し
た別部品とするとともに、軟磁性体薄板を当該円筒軸方
何に平行に積層してなる積層体とした。また、第２、第
３の考案では、前記フランジ部および外筒部も軟磁性体
薄板の積層体とした。さらに第４の考案では、前記内筒
部には前記フランジ部よりも体積抵抗率が充分に大きい
磁性体を用いた。また第５の考案では、細い線材を軸方
向に揃えて集積した線材集合体でもって前記内筒部を構
成した

【００１７】

【作用】バルクタイプの磁性体よりも、同じ形の薄板積
層タイプの磁性体の方が渦電流損失を大幅に小さくする
ことができる。線材集合体からなる磁気回路コアも薄板
積層体と同様に渦電流損失が小さい。

【００１８】

【実施例】図３および図４にこの考案の第１実施例の構
成を示している。この実施例においては、図１および図
２の構成における磁性体バルク部品からなる内ヨーク５
に相当する部分が、４個のフランジ付きヨーク部品２２
と、向い合わせに組合わされた２つのフランジ付きヨー
ク部品２２と２２の間に挾み込まれる合計２個のスパイ
ラル積層形ヨーク部品２３と、４個のフランジ付きヨー
ク部品２２と２個のスパイラル積層形ヨーク部品２３を
一体化するための円筒状のホルダー２１とから構成され
る。フランジ付きヨーク部品２２は磁性体板のプレス成
形品であり、図４に示すように、内筒部２２ｂの一端部
に１個のフランジ部２２ａを一体に形成したものであ
る。なおフランジ部２２ａの所定位置にはコイル８の末
端１２を引き出すための切欠が形成されている。スパイ
ラル積層形ヨーク部品２３は、軟鉄あるいはけい素鋼板
の薄板（厚さ０．３〜０．５mm程度）の表面に絶縁コー
ティングを施したものをスパイラル状に巻いて、端末を
溶接あるいはカシメなどで固定して円筒形に構成したも
のである。

【００１９】また図１の構成と異なり、コイル８は完全
な円筒形の１個のボビン７に予め巻かれている。このコ
イル８が巻かれたボビン７の内周部分に前記スパイラル
積層形ヨーク部品２３を嵌め込み、これを図４に示すよ
うに２個のフランジ付きヨーク部品２２で挾みつけるよ
うに組み合わせる。つまり２個のフランジ付きヨーク部
品２２を向い合わせにして、それぞれの内筒部２２ｂを
スパイラル積層形ヨーク部品２３の内周に嵌め込む。こ
のように１個のボビン付きのコイル８と１個のスパイラ
ル積層形ヨーク部品２３と２個のフランジ付きヨーク部
品２２が組合わされた組立品を２つ用意し、図３のよう
にホルダ２１に嵌め込む。そして図２で説明したように
破線状に断続したスリットによって磁極歯列が形成され
た外ヨーク（外筒部）６を４個のフランジ付きヨーク部
品２２のフランジ部２２ａの外周に嵌め込む。ここで、
スパイラル積層形ヨーク部品２３とフランジ付きヨーク
部品２２とをしっかりと密着させ、フランジ付きヨーク
部品２２と外ヨーク６とをしっかりと密着させる。これ
でステータ磁気回路が完成したことになる。

【００２０】図３および図４に示すようにステータ磁気
回路の内筒部に相当する部分をスパイラル積層形ヨーク
部品２３としたので、磁性体バルク部品で内筒部を構成
したものに比べて渦電流損失が大幅に小さくなり、モー
タを高周波運転した時のトルク低下を小さくすることが
できる。

【００２１】図５および図６にこの考案の第２実施例の
構成を示している。この実施例においては、フランジ付
きヨーク部品２２のフランジ部２２ａの内面側に２枚の
リング形ヨーク部品２２をあてがってフランジ部も薄板
の積層体としている。また図３および図４の実施例にお
けるスパイラル積層形ヨーク部品２３に相当する部品を
同心積層形ヨーク部品２５としている。２枚のリング形
ヨーク部品２４をフランジ部２２ａにあてがってフラン
ジ付きヨーク部品２２を２個向い合わせにし、その間に
同心積層形ヨーク部品２５を挾み込むようにして全体を
組み合わせる。この組立品のフランジ間にコイル８を巻
く。これで１層分の組立品となり、この組立品を２個図
６に示すようにホルダ２１に嵌め込み、それらの外周に
外ヨーク６を嵌め込む。これでステータ磁気回路が完成
したことになる。ここでフランジ付きヨーク部品２２、
リング形ヨーク部品２４、同心積層形ヨーク部品２５の
各円筒体はすべて表面に絶縁コーティングされた軟磁性
体薄板からなり、各ヨーク部品は相互に密着している。
このように図３と図４の実施例に比べ、図５と図６の実
施例では内筒部だけではなくフランジ部も薄板積層体か
ら構成されているので、よりいっそう渦電流損失の小さ
な磁気回路となる。

【００２２】図７および図８にこの考案の第３実施例の
構成を示している。この実施例においては、若干寸法の
異なる３枚のフランジ付きヨーク部品２２−１、２２−
２、２２−３を重ね合わせて一つのフランジ付きヨーク
部品２２を構成している。このフランジ付きヨーク部品
２２を向い合わせに組み合わせ、それそれの内筒部の端
面を突き合わせた状態でホルダ２１に嵌め込む。そして
向い合わせのヨーク部品２２間にコイル６をセットす
る。さらにこの実施例では、破線状に断続したスリット
によって磁極歯列が形成された外ヨーク（外筒部）６
も、少し寸法の異なる３つの円筒体６−１、６−２、６
−３を同心に組み合わせた積層体としている。ヨーク部
品２２を構成する各薄板の表面は絶縁コーティングされ
ており、同様に外ヨーク６を構成する各薄板の表面も絶
縁コーティングされている。この実施例ではステータ磁
気回路を構成する内筒部とフランジ部だけでなく外筒部
（外ヨーク）６も軟磁性体薄板としたので、さらにいっ
そう優れた磁気回路となる。

【００２３】図９にこの考案の第４実施例を示してい
る。この実施例では、２枚の平板リング形ヨーク部品３
１の内周側の間に筒形ヨーク部品３２を挾み込むように
組み合わせ、この組み合わせ品を２個ホルダ２１に嵌め
込んだものである。ここにおける筒形ヨーク部品３２は
前記３つの実施例と異なり薄板積層体ではなくて肉厚の
磁性体からなるが、ヨーク部品３２の材質としては体積
抵抗率の大きいけい素鋼やフェライトを用いているの
で、渦電流損失を小さくすることができる。

【００２４】図１０はこの考案の第５実施例を示してい
る。ここでは図９の実施例における平板リング形ヨーク
部品３１に相当する部品３３（これをフランジ付き部品
と称する）の内周部分に内筒部３３ａを一体に設け、ヨ
ーク部品３３と筒形ヨーク部品３２との接触面積を大き
くするとともに、両者間の嵌合強度を向上させたもので
ある。もちろん筒形ヨーク部品は体積抵抗率の大きいけ
い素鋼やフェライトなどからなる。

【００２５】図９と図１０に示した２つの実施例におい
て、筒形ヨーク部品３２を図１１に示す構成のものに置
き換えても渦電流損失の小さな優れた磁気回路を構成す
ることができる。図１１に示す筒形ヨーク部品３２は、
軟磁性体の細い線材３２ａ（表面は絶縁コーティングさ
れている）を筒形ヨーク部品３２の軸方向に揃えて密に
集積し、円筒形に一体成形したものである。線材を集積
して一体成形するにはカシメや熱融着などの手段を用い
る。このように線材集合体からなるヨーク部品は前述の
薄板積層体からなるヨーク部品と同様に渦電流損失の小
さな磁気回路構成部品となる。

【００２６】

【考案の効果】以上詳細に説明したように、この考案で
は、アウターロータ形ステッピングモータのステータを
構成する磁気回路の少なくとも内筒部のヨーク部品とし
て軟磁性体薄板の積層体あるいは軟磁性体の細い線材の
集合体あるいは体積抵抗率が大きい磁性体を用いたの
で、渦電流損失の小さな磁気回路を実現することができ
る。したがってモータを高周波運転した時のトルク低下
を小さくすることができる。つまりモータの高周波運転
時のトルクを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案者らが先に提案している本考案の前提と
なるアウターロータ形ステッピングモータの断面図であ
る。

【図２】同上モータにおけるステータ磁気回路構造の一
部切欠斜視図である。

【図３】この考案の第１実施例による磁気回路構造を採
用したアウターロータ形ステッピングモータの断面図で
ある。

【図４】同上第１実施例の磁気回路構造を示す分解斜視
図である。

【図５】この考案の第２実施例によるステータ磁気回路
構造を示す分解斜視図である。

【図６】同上第２実施例の磁気回路構造の組立状態の半
断面図である。

【図７】この考案の第３実施例によるステータ磁気回路
構造を示す分解斜視図である。

【図８】同上第３実施例の磁気回路構造の組立状態の半
断面図である。

【図９】この考案の第４実施例による磁気回路構造を採
用したアウターロータ形ステッピングモータの断面図で
ある。

【図１０】この考案の第５実施例の磁気回路構造を採用
したアウターロータ形ステッピングモータの断面図であ
る。

【図１１】この考案の第６実施例の磁気回路構造の要点
となる線材集積形ヨーク部品の斜視図である。

【符号の説明】

６ 外ヨーク ８ コイル ２１ ホルダー ２２ フランジ付きヨーク部品 ２２ａ フランジ部 ２２ｂ 内筒部 ２３ スパイラル積層形ヨーク部品 ２４ リング形ヨーク部品 ２５ 同心積層形ヨーク部品 ３１ 平板リング形ヨーク部品 ３２ 筒形ヨーク部品 ３２ａ 線材 ３３ フランジ付きヨーク部品 ３３ａ 内筒部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−91666（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−287043（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−159909（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−189142（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−35680（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−172279（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02K 37/00 - 37/24

Claims (5)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性体からなる内筒部と、内筒部から外
   周側に張り出した磁性体からなる複数のフランジ部と、
   このフランジ部間の溝状部分に巻かれたコイルと、破線
   状に断続したスリットによって磁極歯列が形成され前記
   フランジ部の外周に装着された磁性体からなる外筒部と
   を備えたものにおいて、前記内筒部は、前記フランジ部
   とは個別に成形された別部品であるとともに、軟磁性体
   薄板を当該円筒軸方向に平行に積層してなる積層体から
   なることを特徴とするアウターロータ形ステッピングモ
   ータにおけるステータの磁気回路構造。
2. 【請求項２】 請求項１における前記フランジ部が軟磁
   性体薄板の積層体からなることを特徴とするアウターロ
   ータ形ステッピングモータにおけるステータの磁気回路
   構造。
3. 【請求項３】 請求項１における前記外筒部が軟磁性体
   薄板の積層体からなることを特徴とするアウターロータ
   形ステッピングモータにおけるステータの磁気回路構
   造。
4. 【請求項４】 磁性体からなる内筒部と、内筒部から外
   周側に張り出した磁性体からなる複数のフランジ部と、
   このフランジ部間の溝状部分に巻かれたコイルと、破線
   状に断続したスリットによって磁極歯列が形成され前記
   フランジ部の外周に装着された磁性体からなる外筒部と
   を備えたものにおいて、前記内筒部は、前記フランジ部
   とは個別に成形された別部品であるとともに、前記フラ
   ンジ部よりも体積抵抗率が充分に大きい磁性体を用いた
   ことを特徴とするアウターロータ形ステッピングモータ
   におけるステータの磁気回路構造。
5. 【請求項５】 磁性体からなる内筒部と、内筒部から外
   周側に張り出した磁性体からなる複数のフランジ部と、
   このフランジ部間の溝状部分に巻かれたコイルと、破線
   状に断続したスリットによって磁極歯列が形成され前記
   フランジ部の外周に装着された磁性体からなる外筒部と
   を備えたものにおいて、前記内筒部は、前記フランジ部
   とは個別に成形された別部品であるとともに、軟磁性体
   の細い線材を軸方向に揃えて集積した線材集合体からな
   ることを特徴とするアウターロータ形ステッピングモー
   タにおけるステータの磁気回路構造。