JP4141296B2 - ステッピングモータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
記録媒体となるディスクを駆動するディスクドライブ装置、コンピュータの周辺機器であるプリンタ、或いはファクシミリ装置等では、高精度の位置決めを行うために、例えば特許文献1に示されるような永久磁石を用いたステッピングモータが用いられている。近年では、これらの機器の高性能化にともなって、永久磁石を用いたステッピングモータについても、高トルクや低振動を実現する高品質なものが要求されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平10−127024号公報
【0004】
図4は、従来のステッピングモータの一部を切り欠いた斜視図である。
特許文献1のステッピングモータは、2相駆動が可能なモータであり、図4に示すように、ロータ1と、2段のステータユニット2,3とを備えている。
【0005】
ロータ1は円柱状をなし、その外周面には、永久磁石の磁極が所定ピッチで複数等配置されている。ステータユニット2は、ステータヨーク2aとステータヨーク2bとで構成されている。ステータユニット3は、ステータヨーク3aとステータヨーク3bとで構成されている。
【0006】
ステータヨーク2aは、軟磁性材の鋼板が打ち抜かれて形成されたものであり、その中央部には、ロータ1の外周に所定の距離を空けて沿う内周縁が形成されている。内周縁には、ステータヨーク2b側に先端が向き、且つロータ1の外周面に対向する複数の極歯2cが形成されている。
【0007】
ステータヨーク2bも、軟磁性材の鋼板が打ち抜かれて形成されたものであり、その中央部にはロータ1の外周に所定の距離を持って沿う内周縁が形成されている。内周縁には、ステータヨーク2a側に先端が向き、且つロータ1の外周面に対向する複数の極歯2dが形成されている。極歯2cと極歯2dとが、電気角で180度ずれるように、ステータヨーク2a,2bが合掌されている。ステータヨーク2aとステータヨーク2bとの間に、ボビン4に巻回された巻線5が装着されている。
【0008】
ステータヨーク3aは、軟磁性材の鋼板が打ち抜かれて形成されたものであり、その中央部にはロータ1の外周に所定の距離を持って沿う内周縁が形成されている。内周縁には、ステータヨーク3b側に先端が向き、且つロータ1の外周面に対向する複数の極歯3cが形成されている。
【0009】
ステータヨーク3bも、軟磁性材の鋼板が打ち抜かれて形成されたものであり、その中央部にはロータ1の外周に所定の距離を持って沿う内周縁が形成されている。内周縁には、ステータヨーク3a側に先端が向き、且つロータの外周面に対向する複数の極歯3dが形成されている。極歯3cと極歯3dとが、電気角で180度ずれるように、ステータヨーク3a,3bが合掌されている。ステータヨーク3aとステータヨーク3bとの間に、ボビン4に巻回された巻線5が装着されている。
【0010】
ステータユニット2の複数の極歯2c,2dと、ステータユニット3の複数の極歯3c,3dとは、電気角で90度又は270度ずれるように、ステータユニット2とステータユニット3とが、固定されている。2つのステータユニット2,3により、ステッピングモータのステータが構成されている。
ステータが、フランジ7に取付けられている。フランジ7には、ロータ1から突出した軸8を回転自在に支持する軸受9が設けられている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ステッピングモータの組込まれる機器が小型化や薄型化の傾向にあるため、ステッピングモータについても、小型化や薄型化が要求されるとともに、高速駆動が可能なステッピングモータも要求されている。
しかしながら、図4のステッピングモータは、2つのステータユニット2,3が段積みされた構造のため、薄型化が困難であった。
【0012】
本発明は、上記実情に鑑みてなされた発明であり、薄型化が可能で且つ高速駆動が可能なステッピングモータを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の観点に係るステッピングモータは、磁極が所定ピッチで配列された円柱状の外周面を持ち軸を中心にして回転するロータと、前記ロータの外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁部を持つ板状部材で構成され、該縁部には該ロータの外周面に対向すると共に先端が該ロータの軸の一方側を向く複数の上側極歯が形成された上側ヨーク、前記上側ヨークよりも前記軸の一方側に配置されて前記上側ヨークに対峙する板状部材で構成され、前記ロータの外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁部を持ち、該縁部には該ロータの外周面に対向すると共に先端が該ロータの軸の他方側を向き前記各上側極歯に対してそれぞれ電気角で180度に相当する角度分だけ機械角度がずれた複数の下側極歯が形成された下側ヨーク、及び前記上側ヨークと下側ヨークとの間にはさまれ、前記複数の上側極歯を励磁すると共に前記複数の下側極歯を該複数の上側極歯とは逆極性に励磁するための励磁コイルをそれぞれ備えるN(Nは2以上の整数)個のステータユニットとを備え、前記N個のステータユニットは、前記ロータの軸に垂直な平面上に配列され、前記各ステータユニット内の上側極歯及び下側極歯の約半数と、該各ステータユニット内の残りの約半数の上側極歯及び下側極歯との間で、隣り合う上側極歯同士及び隣り合う下側極歯同士がそれぞれ電気角で90度又は270度に相当する角度分だけ機械角をずらして配設されていることを特徴とする。
ここで、約半数というのは、極歯の全数が奇数の場合、極歯数を割り切れない場合のことを指す。
【0014】
このような構成を採用したことにより、ステータユニットが平面上に配列され、薄型化が可能になる。また、ステータユニット内の上側極歯及び下側極歯の約半数は、残りの約半数の上側極歯及び下側極歯から電気角で90度又は270度ずれているので、コギングトルクの影響が低減され、高速応答が可能になる。
【0015】
なお、隣接する前記ステータユニット間の前記上側極歯同士及び下側極歯同士は、電気角で180/N度又は(360−180/N)度に相当する角度分だけ機械角度をずらして配設されていてもよい。
また、前記複数のステータユニットの上側ヨークは、共通の部材で一体に形成されるとともに、該共通の部材における各ステータユニットの境界部には、磁気の回り込みを妨げる磁気回り込み抑制部が形成されていてもよい。
【0016】
また、前記複数のステータユニットの下側ヨークは、共通の部材で一体に形成されるとともに、該共通の部材における各ステータユニットの境界部には、磁気の回り込みを妨げる磁気回り込み抑制部が形成されていてもよい。
また、前記Nは、2としてもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態に係るステップモータを示す組み立て斜視図である。図2は、図1のステップモータの断面図である。
このステッピングモータは、2相駆動が可能なモータであり、円柱状の外周面を持つロータ10と、2つのステータユニット20A,20Bで構成されたステータ20とを、備えている。
【0018】
円柱状のロータ10の外周面には、永久磁石で構成された磁極が所定のピッチで配列されている。
ステータユニット20Aは、上下に互いに組み付けられた上側ヨーク21a及び下側ヨーク22aと、励磁用コイル30Aとで構成されている。ステータユニット20Bは、上下に互いに組み付けられた上側ヨーク21b及び下側ヨーク22bと、励磁用コイル30Bとで構成されている。
【0019】
ステータユニット20Aの上側ヨーク21aは、軟磁性材で形成されて板状をなし、ロータ10の外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁端部を持っている。円弧状の縁端部には、複数の上極歯23aが形成されている。各極歯23aは、ロータ10の外周面に対向し、且つ、先端がロータ10の回転軸の方向の一方側つまり下側ヨーク22aの方向に向いている。複数の極歯23aは、上側ヨーク21aと一体の軟磁性材であり、上側ヨーク21aと共にプレス加工で形成される。上側ヨーク21aには、さらに、コイル30Aを係止するための孔24aが形成されている。
【0020】
下側ヨーク22aは、軟磁性材で形成されて板状をなし、ロータ10の外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁端部を持っている。円弧状の縁端部には、先端がロータ10の回転軸の方向の他方側つまり上側ヨーク21aの方向に向くと共に、該ロータ10の外周面に対向する複数の極歯25aが形成されている。複数の極歯25aは、下側ヨーク22aと一体の軟磁性材であり、下側ヨーク22aと共にプレス加工で形成される。下側ヨーク22aには、さらに、コイル30Aを係止するための孔26aが形成されている。上側ヨーク21aの孔24aと、下側ヨーク22aの孔26aとは、互いに対峙する位置に形成されている。
【0021】
コイル30Aは、樹脂製のボビン31aに巻回された巻線32aで構成されている。ボビン31aの外周から巻線32aの端子が導き出されている。ボビン31aの中心部には、磁路構成用に軟磁性材からなるスタッド100が構成され、そのスタッド100がボビン31aの両鍔部から突出して突起33aを形成している。これらの突起33aが上側ヨーク21aの孔24aと下側ヨーク22aの孔26aとに係止されている。
【0022】
一方、ステータユニット20Bの上側ヨーク21bは、上側ヨーク21aと一体の軟磁性材で形成され、板状をなしている。上側ヨーク21bも、ロータ10の外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁端部を持っている。円弧状の縁端部には、先端がロータ10の回転軸の方向の一方側つまり下側ヨーク22bの方向に向き、該ロータ10の外周面に対向する複数の上側極歯23bが形成されている。複数の極歯23bは、上側ヨーク21a,21bと一体の軟磁性材であり、上側ヨーク21a,21bと共にプレス加工で形成される。上側ヨーク21bには、さらに、コイル30Bを係止するための孔24bが形成されている。
【0023】
ステータユニット20Bの下側ヨーク22bは、下側ヨーク22aと一体の軟磁性材で形成され、板状をなしている。下側ヨーク22bは、ロータ10の外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁端部を持っている。円弧状の縁端部からは、先端がロータ10の回転軸の方向の他方側つまり上側ヨーク21bの方向に向くと共に、該ロータ10の外周面に対向する複数の下側極歯25bが形成されている。下側ヨーク22bには、さらに、コイル30Bを係止するための孔26bが形成されている。上側ヨーク21bの孔24bと、下側ヨーク22bの孔26bとは、互いに対峙する位置に形成されている。
【0024】
コイル30Bは、樹脂製のボビン31bに巻回された巻線32bで構成されている。ボビン31bの外周から巻線32bの端子が導き出されている。ボビン31bの中心部には、磁路構成用に軟磁性材からなるスタッド100が構成され、そのスタッド100がボビン31bの両鍔部から突出して突起33bを形成している。これらの突起33bが、上側ヨーク21bの孔24bと下側ヨーク22bの孔26bとに係止されている。
【0025】
一体の上側ヨーク21aと上側ヨーク21bとの境界部には、スリット27が形成されている。スリット27は、上側ヨーク21a及び上側ヨーク21b間における磁気の回り込みを抑制する。一体の下側ヨーク22aと下側ヨーク22bとの境界部には、スリット28が形成されている。スリット28は、下側ヨーク22a及び下側ヨーク22b間における磁気の回り込みを抑制する。
【0026】
上側ヨーク21aと上側ヨーク21bとが一体で、下側ヨーク22aと下側ヨーク22bとが一体で構成されているので、ステータ20全体が板状となり、ステータユニット20A,20Bが、ロータ10の回転軸に垂直な平面上に配列された状態になっている。
【0027】
コイル30Aが組込まれたステータユニット20Aは、ステッピングモータを2相駆動する場合にA相を構成し、コイルBが組込まれたステータユニット20Bは、B相を構成する。
【0028】
ステータユニット20A内の複数の極歯23aと、複数の極歯25aとは、互いに電気角で180度ずれている。ステータユニット20B内の複数の極歯23bと複数の極歯25bとは、互いに電気角で180度ずれている。
各相内の極歯の位置関係と、相間の極歯の位置関係は、例えば図3のようになる。
【0029】
図3は、極歯の位置関係を示す説明図である。
ステータ20をロータ10の軸に垂直な断面で切り、第1から第4象限に分けると、各極歯23a,23b,25a,25bの位置は、図3のように表すことができる。即ち、極歯23a,25aは、第1及び第2象限に配置され、極歯23b,25bが第3及び第4象限に配置されている。
【0030】
第1象限及び第2象限にあるA相の極歯23aのうちの、約半分の第2象限にある極歯23aは、第1象限にある極歯23aから電気角で90度(又は270度)ずれている。同様に、第1象限及び第2象限にある極歯25aのうちの約半数の第2象限にある極歯25aは、第1象限にある極歯25aから電気角で90度(又は270度)ずれている。このように、同一相内で極歯の位置を電気角で90度(又は270度)ずらすことにより、コギングトルクの影響を緩和することができる。
【0031】
第3象限及び第4象限にあるB相の極歯23bのうちの、約半分の第4象限にある極歯23bは、第3象限にある極歯23bから電気角で90度(又は270度)ずれている。同様に、第3象限及び第4象限にある極歯25aのうちの約半数の第4象限にある極歯25bは、第3象限にある極歯25bから電気角で90度(又は270度)ずれている。このように、相内で極歯の位置を電気角で90度(又は270度)ずらすことにより、コギングトルクの影響を緩和することができる。
【0032】
さらに、B相の極歯23b,25bは、A相の極歯23a,25aから電気角で90度(又は270度)ずれている。このように、B相の極歯23b,25bとA相の極歯23a,25aを電気角で90度(又は270度)ずらすことにより、位相角としてステッピングモータを構成している。
【0033】
このような構成のステッピングモータでは、コイル30Aの巻線に電流を流すと、極歯23aが励磁され、極歯25aには極歯23aとは逆極性の磁気が励磁される。コイル30Bの巻線に電流を流すと、磁極23bが励磁され、極歯25bには、極歯23bとは逆極性の磁気が励磁される。極歯23a,23b,25a,25bは、ロータ10の外周面に配置された磁極との間で引き合うか或いは反発し、ロータ10を回転させる。
【0034】
以上のような本実施形態では、以下のような効果を奏する。
(1) 上側ヨーク21aと下側ヨーク22aとを持つステータユニット20Aと、上側ヨーク21bと下側ヨーク22bとを持つステータユニット20Bとが、ロータ10の軸に垂直な平面上に配列されるので、ステッピングモータの薄型化が可能になる。
【0035】
(2) ステータユニット20A内の複数の極歯23a,25aのほぼ半分は残りの極歯23a,25aから電気角で90度(又は270度)ずれている。ステータユニット20B内の複数の極歯23b,25bのほぼ半分は残りの極歯23b,25bから電気角で90度(又は270度)ずれている。これらにより、ステッピングモータのコギングトルクを低減させ、高速駆動が可能になる。以下、その理由を説明する。
【0036】
ステッピングモータを高速で駆動する場合には、極歯23a,23b,25a,25bを高速に励磁するため、コイル30A,30Bのインダクタンスで決る時定数により、電流の立ち上がりがなまり、コギングトルクを越えるだけの励磁電流を流すことは困難であった。この問題を解決する方法としては、コイルA,30Bのインダクタンスを下げて時定数を下げることが考えられるが、これでは必要な回転トルクが十分にえられなくなるという問題があった。
【0037】
上記実施形態では、ステータユニット20Aの極歯23a,25aと、ステータユニット20Bの極歯23b,25bとの間が電気角で90度ずれるばかりでなく、各ステータユニット20A,20B内の複数の極歯23a,25aのほぼ半分は残りの極歯23a,25aから電気角で90度(又は270度)ずれているので、同時に、ロータ10の磁極と対向する極歯が減じられ、コギングトルクを低減できる。
【0038】
(3) 上側ヨーク21a,21b同士は、共通の部材で一体に形成されるので、部品点数が減じられると共に、組み立て工数も削減でき、低コスト化が可能である。
(4) 下側ヨーク22a,22b同士は、共通の部材で一体に形成されるので、部品点数が減じられると共に、組み立て工数も削減でき、低コスト化が可能である。
【0039】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。その変形例としては、次のようなものがある。
(a)上記実施形態では、2個のステータユニット20A,20Bを持ち、2相駆動が可能なステッピングモータを示したが、本発明は、N個のステータユニットを持ち、2相よりも多い多相駆動が可能なステータユニットにも適用できる。この場合、隣接するステータユニット間の上側ユニット及び下側ユニットの極歯同士を、電気角で180/N度又は(360−180/N)度ずらしておけば、N相駆動が可能である。
【0040】
(b)上側ヨーク21aと上側ヨーク21bとは、分離して別部品で構成してもよい。
(c)下側ヨーク22aと下側ヨーク22bとは、分離して別部品で構成してもよい。
【0041】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ステータユニットが同一平面上に配列されるので、薄型化が可能になると共に、ロータの外周面の複数の磁極に同時に対向する極歯が減じられるので、高速駆動が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るステッピングモータの組み立て斜視図である。
【図2】図1のステッピングモータの要部を示す断面図である。
【図3】極歯の位置を示す断面図である。
【図4】従来のステッピングモータの一部を切り欠いた斜視図である。
【符号の説明】
10 ロータ
20 ステータ
20A,20B ステータユニット
21a,21b 上側ヨーク
22a,22b 下側ヨーク
23a,23b,25a,25b 極歯
30A,30B コイル
Claims (5)
- 磁極が所定ピッチで配列された円柱状の外周面を持ち軸を中心にして回転するロータと、
前記ロータの外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁部を持つ板状部材で構成され、該縁部には該ロータの外周面に対向すると共に先端が該ロータの軸の一方側を向く複数の上側極歯が形成された上側ヨーク、前記上側ヨークよりも前記軸の一方側に配置されて前記上側ヨークに対峙する板状部材で構成され、前記ロータの外周面に所定間隔を空けて沿う円弧状の縁部を持ち、該縁部には該ロータの外周面に対向すると共に先端が該ロータの軸の他方側を向き前記各上側極歯に対してそれぞれ電気角で180度に相当する角度分だけ機械角度がずれた複数の下側極歯が形成された下側ヨーク、及び前記上側ヨークと下側ヨークとの間にはさまれ、前記複数の上側極歯を励磁すると共に前記複数の下側極歯を該複数の上側極歯とは逆極性に励磁するための励磁コイルをそれぞれ備えるN(Nは2以上の整数)個のステータユニットとを備え、
前記N個のステータユニットは、前記ロータの軸に垂直な平面上に配列され、
前記各ステータユニット内の上側極歯及び下側極歯の約半数と、該各ステータユニット内の残りの約半数の上側極歯及び下側極歯との間で、隣り合う上側極歯同士及び隣り合う下側極歯同士がそれぞれ電気角で90度又は270度に相当する角度分だけ機械角をずらして配設されていることを特徴とするステッピングモータ。 - 隣接する前記ステータユニット間の前記上側極歯同士及び下側極歯同士は、電気角で180/N度又は(360−180/N)度に相当する角度分だけ機械角度をずらして配設されている、
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。 - 前記複数のステータユニットの上側ヨークは、共通の部材で一体に形成されるとともに、該共通の部材における各ステータユニットの境界部には、磁気の回り込みを妨げる磁気回り込み抑制部が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のステッピングモータ。
- 前記複数のステータユニットの下側ヨークは、共通の部材で一体に形成されるとともに、該共通の部材における各ステータユニットの境界部には、磁気の回り込みを妨げる磁気回り込み抑制部が形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のステッピングモータ。
- 前記Nは、2としたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のステッピングモータ。
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