JP4575490B2 - クローポール永久磁石型ステッピングモータ - Google Patents

Description

本発明はクローポール永久磁石型ステッピングモータに関するものである。

クローポール永久磁石型ステッピングモータは、ハイブリッド型ステッピングモータの一種であり、特にＡ相誘導子とＢ相誘導子を構成するクローポールと呼ばれる磁性材料部品を板金プレス加工技術の進歩により精密かつ安価に製造できるようになり普及した経緯を持つものであり、その構造と製造方法が簡単であることから、民生機器に多用されている。

図５は、従来のクローポール永久磁石型ステッピングモータ１００の一部を破断して示した外観斜視図である。本図においてその構成について簡単に説明すると、図示のようにラジアル方向に多極着磁された永久磁石１０３を固定した回転子１０２が磁性材料から形成されるケース体１１２に固定された固定部材１１４に固定された軸受１１５とケース体１１３に固定された不図示の軸受により回動自在に軸支されている。また、ケース体１１２、１１３には対称的にＡ相誘導子とＢ相誘導子が内蔵されている。これらのＡ相誘導子とＢ相誘導子は、コイル１０８、１０９を巻回したクローポール１０４、１０５、１０６、１０７とから構成されている。

そして、ケース体の円弧曲面部の直径寸法Ｌ１と回転子１０２の長手方向に沿うケース体の全長寸法Ｌ２の寸法比が図示のように約２：１となるように構成し、Ａ相誘導子とＢ相誘導子とに交替的に通電を行なうことで、クローポール１０４、１０５、１０６、１０７と永久磁石間で歯数に応じた磁気吸引を行ない、十分な回転トルクを発生したステップ駆動を可能にしている。

このように構成されるクローポール永久磁石型ステッピングモータによれば、ケース体の外周寸法Ｌ１に制限がある装置には採用することができない。また、ケース体１１２に固定された固定部材１１４に穿設された固定用の貫通孔部１１４ａ、１１４ａを用いてボルトナットで装置側に固定するので装置側には広い取付面積が必要となる。

そこで、本願出願人は、特許文献１（特開平１１−８９２０７号公報）に開示されるクローポール永久磁石型ステッピングモータを提案している。この提案によれば、ケース体の円弧曲面部の直径寸法と回転子の長手方向に沿うケース体の全長寸法の寸法比が約２：１となるように構成して、十分な回転トルクが発生可能となるようにし、さらにケース体の横断面形状を偏平な側壁部から連続形成される円弧曲面部を有する略小判形とするとともに、Ａ相誘導子とＢ相誘導子とを構成するクローポールの歯部の内、上記の偏平な側壁部に対向する部位を欠損させ、しかも上記の側壁部において開口部を形成している。このように一部を偏平とすることで、ケース体の外周寸法Ｌ１に制限がある装置でも取り付け可能にしている。
特開平１１−８９２０７号公報

この公報に記載された内容に基づくクローポール永久磁石型ステッピングモータによれば、十分な回転トルクを得ることができ、しかもケース体の円弧曲面部の直径寸法Ｌ１に制限がある装置に内蔵できるようになった。

しかしながら、ケース体の側壁部に形成される開口部から外部に漏れる漏洩磁束が存在することから、磁気装置乃至光磁気装置類には使用できない問題があった。さらに、ケース体を例えばプレス加工により製造するときに、一回のプレス作業工程では外形形状の成形加工に留まり、上記の開口部を形成するためにはさらなるプレス加工が必要となる問題があった。

したがって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ケース体の外周寸法に制限がある装置に内蔵または取り付けることができ、かつ偏平化に伴う磁路障害を解消でき外部に漏れる漏洩磁束がなく、しかもケース体を簡単に製造することができるクローポール永久磁石型ステッピングモータの提供を目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、多極着磁された永久磁石を固定した回転子を軸支するとともに、磁性材料から形成される一対のケース体と、 前記ケース体に対称的に内蔵されるとともに、コイルを巻回したクローポールから構成されるＡ相誘導子とＢ相誘導子とを備えたクローポール永久磁石型ステッピングモータであって、前記ケース体の横断面形状は、互いに対向する偏平な側壁部から連続形成される円弧曲面部を有する略小判形に形成され、前記偏平な側壁部は、両側の前記円弧曲面部との連続部から中央に向けて、肉厚が段階的に薄くなる薄肉部が形成されており、前記コイルは、捲線部とその両端に形成された鍔部とを備えたコイルボビンと、前記コイルボビンに巻回された絶縁被膜銅線と、前記鍔部の一方に形成されたコネクター部とを有し、前記鍔部が偏平な側壁部と円弧曲面とを有する略小判形に形成され、前記捲線部及び捲線後のコイル形状も略小判形とされており、前記ケース体の偏平な側壁部における前記薄肉部が、前記鍔部の偏平な側壁部に対向するようにして、それぞれの略小判形形状を対応させて配置したことを特徴としている。

また、前記コイルは、前記捲線部と前記鍔部とがプラスチック樹脂により一体成形され、また、前記捲線部が円形の内径孔部と薄肉部とを有していることを特徴としている。

また、前記ケース体の一方の側面に雌ネジ部を含む固定部を設け、前記固定部において装置側の取り付け基部に着脱可能にしたことを特徴としている。

また、前記誘導子は、前記コイルと、磁性材料から一対に形成される磁極板とを備え、前記磁極板は、前記ケース体に挿入可能にプレス形成された略小判状の平坦部と、前記平坦部からプレス絞り加工により円形に起立した複数のクローポールとから形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、ケース体の外周寸法に制限がある装置に内蔵または取り付けることができ、かつ偏平化に伴う磁路障害を解消でき外部に漏れる漏洩磁束がなく、しかもケース体を高精度かつ簡単に製造することができるクローポール永久磁石型ステッピングモータを提供できる。

以下に本発明に係る一実施形態について図面を参照して述べる。

図１（ａ）は、クローポール永久磁石型ステッピングモータの実施形態の横断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のクローポール永久磁石型ステッピングモータの変形例を示す横断面図である。また、図２は、図１（ａ）のY−Y線矢視断面図である。

図１と図２を参照して、クローポール永久磁石型ステッピングモータ１の構成について述べると、このクローポール永久磁石型ステッピングモータ１は１０極に多極着磁された２つの永久磁石３を固定した回転軸２を回転子としており、この回転軸２を左右一対のメタル軸受１５、１６で回転自在に軸支している。メタル軸受１５は固定部材１４に圧入固定されるとともに、ケース体１２の側面部分にスポット溶接されている。この固定部材１４には図１（ａ）において破線で図示したネジ孔部１４ａが加工成形されており、固定部材１４を二点鎖線で示した装置側の取付基部２０に対して固定するときに、固定孔部２０ａを挿通してセットされるネジ２１が一対のネジ孔部１４ａに螺合することで固定可能にすることで、必要最小限の取付面積で固定できるようにしている。

また、ネジ２１が小さい場合などにおいては、固定部材１４を省略することにより、ケース体１２を固定部として、このケース体に設けられた一対のネジ孔部に螺合することで取付基部２０に対して直に固定することもできる。

さらにまた、メタル軸受１６を側面において固定したケース体１３が図示のようにケース体１２に対して対称的に設けられている。

これらのケース体１２、１３は磁気軟鉄を含む磁性板材料からプレス加工を含む加工方法で、加工されており、後述するように漏洩磁束が外部に出ないようにしている。さらに、ケース体１２、１３は図１（ａ）に示すようにその横断面形状が対向する側壁部１２ａから半径Ｒの円弧で連続形成される円弧曲面部１２ｂを有する略小判形になるように形成されており、偏平な側壁部１２ａの内壁部分間の距離Ｗ２がコイルを巻回したクローポールから構成されるＡ相とＢ相の誘導子の外形寸法Ｗ１に対してクリアランス分を加えた寸法となるように構成されている。

さらに、側壁部１２ａの肉厚が円弧曲面部１２ｂの肉厚より薄くなるようにプレス加工することで偏平な略小判形に形成している。また側壁部の肉厚と円弧曲面部の肉厚との寸法比率は、より偏平度を増すために１／２〜１／３程度に設定されることもある。このようにプレス加工して、極限まで偏平にするようにしている。さらに、図１（ｂ）において、側壁部１２ａの肉厚が段階的にさらに薄くなるようにした薄肉部１２ｃを形成することで、Ａ相とＢ相のコイル８、９の絶縁被覆銅線８ａ、９ａの巻数を確保する場合に対応できるようにしている。また、円弧曲面部１２ｂの肉厚については制限がないことから、かなり厚い肉厚部として構成することができる。この結果、通電時における閉磁束回路であって、ケース体を通過する磁路が障害されないこととになるので発生磁気が障害となる要因が解消される。

図２において、ケース体１２には、クローポール４ｂ、５ｂに挿通されたコイル８が内蔵され、ケース体１３にはクローポール６ｂ、７ｂに挿通されたコイル９が内蔵されている。コイルは、プラスチック樹脂により一体成形された捲線部１０ａと、この捲線部の両端に形成された鍔部１０ｂとを備えたコイルボビン１０と、このコイルボビンに巻回された絶縁被膜銅線８ａ、９ａと、鍔部の一方に形成されたコネクター部１１とを有しており、捲線部が円形の内径孔部１０ｃと薄肉部１０ｄと有する略小判状外形部とにより形成され、かつ両端に鍔部が偏平な側壁部と円弧曲面とを有する略小判形に形成され、捲線後のコイル形状も略小判形となるように構成されている。以上のようにして対称的にＡ相誘導子とＢ相誘導子が内蔵される。これらのＡ相誘導子とＢ相誘導子は、コイルボビン１０に巻回されたコイル８、９をクローポール４、５、６、７に挿通して構成される。コイルボビン１０にはコイル８、９に接続される電極を内装したコネクタ部１１が夫々設けられている。

コイルボビン１０は側壁部１２ａまたは薄肉部１２ｃに対向する部位において薄肉部１０ｄを形成しており、左右のフランジ部から上記のコネクタ部１１を連続形成している。このコネクタ部１１に接続されるドライバーから、Ａ相誘導子とＢ相誘導子とに交替的に通電を行なうことで、クローポール４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂと永久磁石３、３間で歯数に応じた磁気吸引を行ない、十分な回転トルクを発生したステップ駆動を可能にしている。

そして、ケース体の円弧部直径寸法Ｌ１と回転軸２の長手方向に沿うケース体の全長寸法Ｌ２の寸法比が図示のように１：１以上となるように、図示では１：２程度に設定されており、最大直径寸法が８ｍｍ以下の極めて細いクローポール永久磁石型ステッピングモータであっても必要な回転トルクを発生可能にしている。

図３は、クローポール永久磁石型ステッピングモータの立体分解図である。本図において既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛して述べると、磁性材料からなる磁極板４、５、６、７は、ケース体に挿入可能にプレス成形された略小判状の平坦部４ａ、５ａ、６ａ、７ａと、これら平坦部からプレス絞り成形により円形に起立した夫々５本のクローポール４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂとから夫々一対に構成されている。また、コイルボビン１０にはクローポールを挿通する円形の内径孔部１０ｃが形成されている。さらに、ケース体１２、１３にはコネクタ部１１を挿通する凹部１２ｂ、１３ｂが形成されている。以上のように個別に準備された部品を、図中の矢印方向にセットして完成することになる。

図４は、通電状態を示す横断面図であって、破線図示の閉磁束回路Ｆがケース体１２の肉厚部を通過する様子を示している。図示のように磁路が障害されないこととになるので発生磁気が障害となる要因が解消される。また、側壁部１２ａによりケース体の外部に漏れる漏洩磁束が防止される。

このために、磁気装置乃至光磁気装置類であっても問題なく使用できる。

（ａ）は、クローポール永久磁石型ステッピングモータの実施形態の横断面図であり、（ｂ）は（ａ）のクローポール永久磁石型ステッピングモータの変形例を示す横断面図である。 図１（ａ）のY−Y線矢視断面図である。 クローポール永久磁石型ステッピングモータの立体分解図である。 通電状態を示す横断面図である。 従来のクローポール永久磁石型ステッピングモータ１００の一部を破断して示した外観斜視図である。

符号の説明

１ クローポール永久磁石型ステッピングモータ
２ 回転軸
３ 永久磁石
４、５、６、７ 磁極板
８ Ａ相のコイル
９ Ｂ相のコイル
１０ コイルボビン
１２、１３ ケース体

Claims (4)

1. 多極着磁された永久磁石を固定した回転子を軸支するとともに、磁性材料から形成される一対のケース体と、
   前記ケース体に対称的に内蔵されるとともに、コイルを巻回したクローポールから構成されるＡ相誘導子とＢ相誘導子とを備えたクローポール永久磁石型ステッピングモータであって、
   前記ケース体の横断面形状は、互いに対向する偏平な側壁部から連続形成される円弧曲面部を有する略小判形に形成され、前記偏平な側壁部は、両側の前記円弧曲面部との連続部から中央に向けて、肉厚が段階的に薄くなる薄肉部が形成されており、
   前記コイルは、捲線部とその両端に形成された鍔部とを備えたコイルボビンと、前記コイルボビンに巻回された絶縁被膜銅線と、前記鍔部の一方に形成されたコネクター部とを有し、前記鍔部が偏平な側壁部と円弧曲面とを有する略小判形に形成され、前記捲線部及び捲線後のコイル形状も略小判形とされており、
   前記ケース体の偏平な側壁部における前記薄肉部が、前記鍔部の偏平な側壁部に対向するようにして、それぞれの略小判形形状を対応させて配置したことを特徴とするクローポール永久磁石型ステッピングモータ。
2. 前記コイルは、前記捲線部と前記鍔部とがプラスチック樹脂により一体成形され、また、前記捲線部が円形の内径孔部と薄肉部とを有していることを特徴とする請求項１に記載のクローポール永久磁石型ステッピングモータ。
3. 前記ケース体の一方の側面に雌ネジ部を含む固定部を設け、前記固定部において装置側の取り付け基部に着脱可能にしたことを特徴とする請求項１または２に記載のクローポール永久磁石型ステッピングモータ。
4. 前記誘導子は、前記コイルと、磁性材料から一対に形成される磁極板とを備え、前記磁極板は、前記ケース体に挿入可能にプレス形成された略小判状の平坦部と、前記平坦部からプレス絞り加工により円形に起立した複数のクローポールとから形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のクローポール永久磁石型ステッピングモータ。
   
   

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