JP3422982B2 - ステッピングモータ - Google Patents
ステッピングモータInfo
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Description
タ、とくにロータ(回転子)の回転運動を減速しながら
伝動する複数のギアを内蔵したギア付モータに適用して
有効な技術に関し、たとえば車載用指示計器の指針駆動
に利用して有効である。
よびマイコン(マイクロコンピュータ)等を用いたデジ
タル制御技術の進歩に伴い、たとえば速度メータなどの
車載用指示計器における指針の駆動制御も、従前の機械
的制御に代わってマイコン等によるデジタル制御が主流
になりつつある。
よって速度等のアナログ量を直感的にわかりやすく表示
することができるが、その指針の振れ位置をデジタル制
御するためにステッピングモータが使われるようになっ
てきた。この場合、そのステッピングモータは、オープ
ンループ制御による指針の位置決めに使われる。すなわ
ち、上記指針に回転出力軸が連結されたステッピングモ
ータに、順方向または逆方向の回転駆動パルスを与える
ことにより、上記指針を双方向に移動させることができ
るとともに、その回転駆動パルスの数によって上記指針
の移動量を制御することができる。ステッピングモータ
の回転量(回転角度)は上記駆動パルスの数によって一
義的に定めることができるので、位置センサーを用いる
複雑なフィードバック制御によらずに指針等の位置決め
をなすことができる。
に沿って磁極が交互に反転するように多極着磁された永
久磁石を有する回転子と、両端がそれぞれに上記永久磁
石の磁極通過面に近接対向する磁極部となるような屈曲
形状に形成されたステータヨークと、このステータヨー
クを励磁するためのコイルがあらかじめ巻回された貫通
筒状の巻線ボビンとを有するとともに、この巻線ボビン
に上記ステータヨークの中間部が嵌挿させられた構造を
有する(たとえば米国特許5,959,378号参
照)。このステッピングモータは通常、複数のギアから
なる減速機構と組合わせて上記指示計器などに使用され
る。
モータでは、励磁用のコイルがあらかじめ巻回された貫
通筒状の巻線ボビンにステータヨークの中間部を嵌挿さ
せるが、屈曲形状のステータヨークはそのままでは巻線
ボビンに嵌挿させることができない。そこで、従来にお
いては、ステータヨークをあらかじめ長さ方向に2分割
して形成し、一方の分割ヨーク部材を巻線ボビンに嵌挿
させた後、ボビンの外側にて一方の分割ヨーク部材と他
方の分割ヨーク部材とを溶接接合することにより、最終
的に一体化された屈曲形状のステータヨークを形成して
いた。あるいは、長さ方向と厚み方向にそれぞれ分割さ
れた多数枚のヨーク片を積み重ねて磁気的に一体化され
た屈曲形状のステータヨークを組み立てていた。
み立てた場合は、その溶接によってステータヨークを構
成する磁性材料の磁気的特性が変化し、ステータヨーク
として所定の機能が得られなくなるという問題が生じ
る。ステータヨークの材料には所定の磁気的特性が保証
されたものを使用する必要があるが、溶接等の加工を行
うとその保証を維持することができなくなる。
メッキを施すことが望ましいが、メッキされたステータ
ヨークに溶接加工を行うと、その加工部分にてメッキ保
護が失われるとともに異種合金が形成されて、防錆等の
品質保証もできなくなってしまうという問題が生じる。
ークを組み立てた場合は、溶接による問題は回避できる
が、各ヨーク片が重なり合う部分の接触面積や接触状態
にバラツキが生じて所定の磁気的特性を再現性良く得る
ことができないとともに、各ヨーク片のエッジ部がそれ
ぞれに作り出す磁場が他のヨークに悪影響を及ぼす等の
問題が生じる。さらに、この場合は、多数枚のヨーク片
を使用するため、部材数が多くなるとともに各部材がバ
ラバラに崩れやすくなって組立作業性が著しく低下する
という問題も生じる。
されたもので、その目的は、ステータの磁気的特性や防
錆等の品質を向上させるとともに、組立作業性にすぐれ
たステッピングモータを提供することにある。
ための手段として、本発明では次のような手段を提供す
る。第1の手段は、円周方向に沿って磁極が交互に反転
するように多極着磁された永久磁石を有する回転子と、
両端がそれぞれに上記永久磁石の磁極通過面に近接対向
する磁極部となるような屈曲形状に形成されたステータ
ヨークと、このステータヨークを励磁するためのコイル
があらかじめ巻回された貫通筒状の巻線ボビンとを有
し、この巻線ボビンに上記ステータヨークの中間部が嵌
挿させられた構造のステッピングモータにおいて、上記
ステータヨークは上記ボビンの一方口から挿入される第
1のヨーク部材と、上記ボビンの他方口から挿入される
第2のヨーク部材とによって形成され、両ヨーク部材の
各挿入端部には厚み段差を形成する切欠部が互いに概ね
対称な相補形状をなして設けられ、この切欠部が少なく
とも挿入方向と重なり方向の2方向で互いに面接触する
継ぎ合わせ部を形成して両者間に連続的な磁路を形成す
るとともに、その継ぎ合わせ部が上記ボビン内に圧入状
態で固定されており、第1のヨーク部材と第2のヨーク
部材の少なくとも一方の挿入端部には前記ボビンの内側
面に圧接する突起部が設けられていることを特徴とす
る。
となく、かつ多数の部材を積み重ねる手間を行うことな
く、一対のヨーク部材を巻線ボビンの両端から差し込む
という簡単な作業でもって、ステータヨークを巻線ボビ
ン内で確実に組み立てることができる。これとともに、
両ヨーク部材の挿入端部の段差部を形成する切欠部が少
なくとも挿入方向と重なり方向の2方向で互いに面接触
することにより、両ヨーク部材間に磁場漏れの少ない良
好かつ安定な磁気的連結を得ることができる。さらに、
その継ぎ合わせ部が巻線ボビン内に圧入状態で固定され
ていることにより、機械的にも良好かつ安定な連結状態
を得ることができる。これにより、ステータの磁気的特
性や防錆等の品質を向上させるとともに、組立作業性に
すぐれたステッピングモータを提供するという目的を達
成することができる。
材の少なくとも一方の挿入端部に前記ボビンの内側面に
圧接する突起部を設けたことにより、巻線ボビン内での
ステータヨークの圧入固定状態を確保しながら、ヨーク
部材を巻線ボビン内に嵌挿してステータヨークを組み立
てる際の作業性を高めることができる。
のヨーク部材と第2のヨーク部材の少なくとも一方の挿
入端部に前記ボビンに圧接する突起部を設けるととも
に、両ヨーク部材の挿入端部が互いに継ぎ合って連続的
な磁路を形成する状態にて上記突起部を係止させる凹部
を、上記ボビン側に設けたことを特徴とする。この手段
により、ヨーク部材と巻線ボビン間の連結をさらに確実
にすることができる。
手段において、第1と第2の両ヨーク部材の挿入端部が
互いに継ぎ合って連続的な磁路を形成する状態にて互い
に挿入方向の移動を係止し合う一対の凸部と凹部を、両
ヨーク部材に振り分けて設けたことを特徴とする。この
手段により、ヨーク部材間の磁気的および機械的な連結
状態をさらに確実かつ安定なものとすることができる。
において、第1と第2の両ヨーク部材の挿入端部にそれ
ぞれ挿入方向に向けて縮小するテーパ部を形成したこと
を特徴とする。この手段により、巻線ボビン内でのステ
ータヨークの組立作業性を向上させることができる。
において、少なくとも2つのステータヨークが前記回転
子の外周囲に配置されて2相以上の多相界磁を形成する
ことを特徴とする。指示計器の指針をオープンループ制
御で双方向駆動するには1つのロータに対して2つのス
テータヨークと励磁コイルを使用する2相ステッピング
モータが適しているが、この2相モータはステータヨー
クを2個配置するためにその組立作業が面倒になりやす
い。しかし、上述した本発明の手段により、その組立作
業を効率良く簡単に行わせることが可能となる。
において、前記永久磁石は3対6極の磁極を有し、前記
ステータヨークは1対2極の磁極を形成するものが2つ
設けられ、前記ステータヨークは両磁極のなす角が60
度となるように形成されたものが2つ設けられるととも
に、1つ目のステータヨークの一方の磁極と2つ目のス
テータヨークの一方の磁極との間が90度になるように
配置されていることを特徴とする。たとえば指示計器の
指針駆動に使用されるステッピングモータの場合、モー
タの小形化および回転効率の向上等の最適化をはかる上
で、上記のような磁極配置を持つ構成が有効であること
が知られているが、この構成を実現するためのステータ
ヨークの形状は両端の磁極部を正確かつ安定に配置する
必要がある。上述した本発明の手段は、そのステータヨ
ークの磁極部を正確かつ安定に配置する上で非常に有効
である。
な実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図1
は、本発明のステッピングモータで使用するステータヨ
ークの要部を示す側断面図である。同図において、
(A)はステータヨーク1に組み立てられる前のヨーク
部材1a,1bを示す。(B)はそのヨーク部材1a,
1bを巻線ボビン2内でステータヨーク1に組み立てる
前の状態、(C)はそのヨーク部材1a,1bが巻線ボ
ビン2内で継ぎ合わせられて磁気的に一体化されたステ
ータヨーク1を形成した状態をそれぞれ示す。
励磁コイル3があらかじめ巻回された貫通筒状の巻線ボ
ビン2の一方口(図では左側)から挿入される第1のヨ
ーク部材1aと、そのボビン2の他方口(図では右側)
から挿入される第2のヨーク部材1bとによって形成さ
れる。両ヨーク部材1a,1bの各挿入端部11a,1
1bにはそれぞれ先端部に厚み段差を形成するL状の切
欠部12a,12bが設けられている。この切欠部12
a,12bは互いに対称な相補形状をなし、両ヨーク部
材1a,1bの各挿入端部11a,11bをその挿入方
向(図では左右方向)と重なり方向(図では上下方向)
の2方向で互いに面接触させながら両者間に連続的な磁
路を形成する継ぎ合わせ部13を形成する。この継ぎ合
わせ部13は巻線ボビン2内に圧入された状態で固定さ
れている。
d1を有する一定の長方断面形状を有するが、上記切欠
部12a,12bではその厚みd1が半分(d1/2)
に形成されている。つまり、ステータヨーク1の全体の
厚みが均一になるように上記切欠部12a,12bでの
厚みd1が設定されている。他方、貫通筒状の巻線ボビ
ン2は、上記ヨーク部材1a,1bを所定の位置決め状
態で嵌挿させるべく一定の長方断面形状をなす筒状空洞
を有するが、その空洞の高さ(厚みd1に対応する高
さ)h1は、巻線ボビン2と継ぎ合わせ部13間にて弾
性応力が有効に作用する範囲内にて、上記継ぎ合わせ部
13での厚みd1(=d1/2+d1/2)よりもわず
かに小さく設定されている(h1<d1)。これによ
り、両ヨーク部材1a,1bは巻線ボビン2内に圧入状
態で嵌挿させられて係止および固定される。
行うことなく、かつ多数の部材を積み重ねる手間を行う
こともなく、一対のヨーク部材1a,1bを巻線ボビン
2の両端から差し込むという簡単な作業でもって、ステ
ータヨーク1を巻線ボビン2内で確実に組み立てること
ができる。これとともに、両ヨーク部材1a,1bの挿
入端部11a,11bが挿入方向と重なり方向の2方向
で互いに面接触することにより、両ヨーク部材1a,1
b間に磁場漏れの少ない良好かつ安定な磁気的連結状態
を形成することができる。さらに、その継ぎ合わせ部1
3が巻線ボビン2内に圧入状態で固定されていることに
より、機械的にも良好かつ安定な連結状態を得ることが
できる。以上のようにして、ステータの磁気的特性や防
錆等の品質を向上させるとともに、組立作業性にすぐれ
たステッピングモータを提供するという目的が達成され
る。
材1a,1bの挿入端部11a,11bにそれぞれ挿入
方向に向けて縮小するテーパ部14a,14bを形成し
てあるが、これにより、巻線ボビン2内でのステータヨ
ーク1の組み立てに際し、ヨーク部材1a,1bを巻線
ボビン2内に挿入する作業性を大幅に向上させることが
できる。
別の実施形態を示す。上述した実施形態との相違に着目
して説明すると、先ず、同図の(A)では、一方のヨー
ク部材1aの挿入端部11aに巻線ボビン2の内側面に
圧接する突起部15aを設けてある。この場合、この突
起部15aの高さd2を加えた継ぎ合わせ部13の総厚
さd1’(=d1+d2)が巻線ボビン2内の空洞高h
1よりもわずかに高くなるようにする(d1+d2>h
1)。
を巻線ボビン2内にて圧入状態で固定することができる
とともに、両ヨーク部材1a,1bを巻線ボビン2内に
挿入しやすくすることができる。つまり、突起部15a
の部分を除いた挿入端部11a,11bの総厚み(d1
/2+d1/2)は巻線ボビン2内の空洞高h1と同程
度またはそれよりも若干小さくすることができ、これに
より、その挿入端部11a,11bを巻線ボビン2内に
挿入しやすくすることができる。したがって、この実施
形態では、巻線ボビン2内でのステータヨーク1の圧入
固定状態を確保しながら、ヨーク部材1a,1bを巻線
ボビン2内に嵌挿してステータヨーク1を組み立てる際
の作業性を高めることができる。また、ヨークがボビン
をこすることにより発生する削りかす等も発生しにくく
なり、モータのごみ不良等を軽減でき、品質を高めるこ
とができる。
1bに突起部15a,15bを設けた実施形態を示す。
この場合は、各突起部15a,15bの高さd2,d2
を加えた継ぎ合わせ部13の総厚さd1’(=d1+2
・d2)が、巻線ボビン2内の空洞高h1よりもわずか
に高くなるようにする(d1+2・d2>h1)。これ
により、上述の場合と同様、巻線ボビン2内でのステー
タヨーク1の圧入固定状態を確保しながら、ヨーク部材
1a,1bを巻線ボビン2内に嵌挿してステータヨーク
1を組み立てる際の作業性を高めることができる。
関する別の実施形態を示す。同図に示す実施形態では、
両ヨーク部材1a,1bの各挿入端部11a,11bに
それぞれ巻線ボビン2の内側面に圧接する突起部15
a,15bを設けるとともに、その突起部15a,15
bを嵌入させて係止する凹部21a,21bが巻線ボビ
ン2側に設けられている。この凹部21a,21bは、
両ヨーク部材1a,1bの挿入端部11a,11bが互
いに継ぎ合って連続的な磁路を形成する状態にて、上記
突起部15a,15bを巻線ボビン2内に係止させる。
これにより、ヨーク部材1a,1bと巻線ボビン2間の
連結をさらに確実にすることができる。なお、図2の
(A)に示したように、一方のヨーク部材1a側だけに
上記突起部11を設けた場合には、その突起部11を嵌
入係止させる一方の凹部21aだけ設ければよい。
関するさらに別の実施形態を示す。同図に示す実施形態
では、両ヨーク部材1a,1bの挿入端部11a,11
bが互いに継ぎ合って連続的な磁路を形成する状態にて
互いに挿入方向の移動を係止し合う一対の凸部16と凹
部17を、両ヨーク部材11a,11bに振り分けて設
けてある。これにより、ヨーク部材11a,11b間の
磁気的および機械的な連結状態をさらに確実かつ安定な
ものとすることができる。
要部組立状態を示す上側面図である。同図に示すステッ
ピングモータは上述したステータヨーク(図1〜図4)
を使用して構成されている。このステッピングモータ
は、まず、回転軸4に同心同軸上に取り付けられた環状
の永久磁石51によってロータ(回転子)4が形成され
ている。永久磁石51は円周方向に沿って60度ピッチ
で磁極が交互に反転するように多極着磁されて3対6極
(3極対)の磁極を有する。ロータ5の外側には2つの
ステータヨーク1,1が配置されている。
字状の平面形状を有し、そのU字の両先端が磁極部1a
1,1a2,1b1,1b2を形成する。この2つのス
テータヨーク1,1は互いに同一平面形状を有し、左右
対称に向かい合う形で、磁極部1a1,1a2,1b
1,1b2が永久磁石51の磁極通過面に近接対向する
ように配置されている。
の先端面はそれぞれ、上記永久磁石51の外周囲面すな
わち磁極通過面に等間隔・平行に近接対向すべく、同心
円上に沿った円弧状に形成されている。磁極1a1と1
a2、および1b1と1b2はそれぞれ、永久磁石51
の磁極ピッチに一致させるために、回転軸4を中心とし
た中心角60度の扇形の円弧の両端に位置するように配
置されている。また、磁極1a1と磁極1b1は、電気
角で90度の位相差を生じさせるために、回転軸4を中
心とした中心角90度の扇形の円弧の両端に位置するよ
うに配置されている。
方にはそれぞれ、上記巻線ボビン2が装着されている。
このボビン2には前述したように、励磁コイル3があら
かじめ巻回されている。これにより、2相突極タイプの
ステッピングモータが形成されている。この2相ステッ
ピングモータは、指示計器の指針をオープンループ制御
で双方向駆動する用途に適しているが、ステータヨーク
を2個配置するためにその組立作業が面倒になりやすい
という問題があった。上述したステータヨーク1,1を
使用することによって、その組立作業を効率良く簡単に
行わせることが可能となる。また、上述した2相ステッ
ピングモータでは、ロータ5の回りにステータヨーク
1,1の磁極部を正確かつ安定に配置する必要がある
が、これも、上述したステータヨーク1,1を使用する
ことによって簡単かつ再現性良く行うことができる。
を減速ギアと共に電気絶縁性の樹脂製ケーシング内に組
み込んだ状態を示す上側面図である。同図において、ス
テッピングモータの回転出力は永久磁石51の回転軸4
から取り出される。この回転軸4の回転は、この回転軸
4に軸結された第1ピニオン6a、この第1ピニオン6
aに噛合する第1歯車7a、この第1歯車7aと同一回
転軸81に軸結された第2ピニオン6b、およびこの第
2ピニオン6bに噛合する第2歯車7bによって減速伝
動され、最終的にその第2歯車7bの回転軸82から取
り出されるようになっている。
ある指示計器用のステッピングモータについて説明して
きたが、本発明の技術は上記実施例に限定されるもので
はなく、たとえば、時計あるいは計器用途以外のアクチ
ェータとしても使用可能である。また、モータの極数等
についても上記以外の多極構造が可能である。
円周方向に沿って磁極が交互に反転するように多極着磁
された永久磁石を有する回転子と、両端がそれぞれに上
記永久磁石の磁極通過面に近接対向する磁極部となるよ
うな屈曲形状に形成されたステータヨークと、このステ
ータヨークを励磁するためのコイルがあらかじめ巻回さ
れた貫通筒状の巻線ボビンとを有し、この巻線ボビンに
上記ステータヨークの中間部が嵌挿させられた構造のス
テッピングモータにおいて、上記ステータヨークはボビ
ンの一方口から挿入される第1のヨーク部材と、上記ボ
ビンの他方口から挿入される第2のヨーク部材とによっ
て形成され、両ヨーク部材の各挿入端部には厚み段差を
形成する切欠部が互いに概ね対称な相補形状をなして設
けられ、この切欠部が少なくとも挿入方向と重なり方向
の2方向で互いに面接触する継ぎ合わせ部を形成して両
者間に連続的な磁路を形成するとともに、その継ぎ合わ
せ部が上記ボビン内に圧入状態で固定され、第1のヨー
ク部材と第2のヨーク部材の少なくとも一方の挿入端部
には前記ボビンの内側面に圧接する突起部が設けられて
いる構成により、ステータの磁気的特性や防錆等の品質
を向上させるとともに、組立作業性にすぐれたステッピ
ングモータを得ることができる。
ーク部分の実施形態を示す側断面図である。
ーク部分の別の実施形態を示す側断面図である。
ークと巻線ボビン部分の実施形態を示す側断面図であ
る。
ークと巻線ボビン部分の別の実施形態を示す側断面図で
ある。
上側面図である。
示す上側面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 円周方向に沿って磁極が交互に反転する
ように多極着磁された永久磁石を有する回転子と、両端
がそれぞれに上記永久磁石の磁極通過面に近接対向する
磁極部となるような屈曲形状に形成されたステータヨー
クと、このステータヨークを励磁するためのコイルがあ
らかじめ巻回された貫通筒状の巻線ボビンとを有し、こ
の巻線ボビンに上記ステータヨークの中間部が嵌挿させ
られた構造のステッピングモータにおいて、 上記ステータヨークは上記ボビンの一方口から挿入され
る第1のヨーク部材と、上記ボビンの他方口から挿入さ
れる第2のヨーク部材とによって形成され、両ヨーク部
材の各挿入端部には厚み段差を形成する切欠部が互いに
概ね対称な相補形状をなして設けられ、この切欠部が少
なくとも挿入方向と重なり方向の2方向で互いに面接触
する継ぎ合わせ部を形成して両者間に連続的な磁路を形
成するとともに、その継ぎ合わせ部が上記ボビン内に圧
入状態で固定されており、第1のヨーク部材と第2のヨ
ーク部材の少なくとも一方の挿入端部には前記ボビンの
内側面に圧接する突起部が設けられていることを特徴と
するステッピングモータ。 - 【請求項2】 請求項1において、第1のヨーク部材と
第2のヨーク部材の少なくとも一方の挿入端部に前記ボ
ビンに圧接する突起部を設けるとともに、両ヨーク部材
の挿入端部が互いに継ぎ合って連続的な磁路を形成する
状態にて上記突起部を係止させる凹部を、上記ボビン側
に設けたことを特徴とするステッピングモータ。 - 【請求項3】 請求項1または2において、第1と第2
の両ヨーク部材の挿入端部が互いに継ぎ合って連続的な
磁路を形成する状態にて互いに挿入方向の移動を係止し
合う一対の凸部と凹部を、両ヨーク部材に振り分けて設
けたことを特徴とするステッピングモータ。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかにおいて、第1
と第2の両ヨーク部材の挿入端部にそれぞれ挿入方向に
向けて縮小するテーパ部を形成したことを特徴とするス
テッピングモータ。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかにおいて、少な
くとも2つのステータヨークが前記回転子の外周囲に配
置されて2相以上の多相界磁を形成することを特徴とす
るステッピングモータ。 - 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかにおいて、前記
永久磁石は3対6極の磁極を有し、前記ステータヨーク
は1対2極の磁極を形成するものが2つ設けられ、前記
ステータヨークは両磁極のなす角が60度となるように
形成されたものが2つ設けられるとともに、1つ目のス
テータヨークの一方の磁極と2つ目のステータヨークの
一方の磁極との間が90度にな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。
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