JP4882102B2 - Ｐｍ型ステッピングモータ - Google Patents

Description

本発明は、ステッピングモータに関し、特に、アウターローター型のＰＭ型ステッピングモータに関する。

ステッピングモータは、回転子を定められた位置に停止、保持できるなどの特徴を有し、様々な電子機器に広く利用されている。ステッピングモータの今日の主流は、ハイブリッド型（ＨＢ型）と、永久磁石型（ＰＭ型）である。

このうち、ＰＭ（permanent magnet）型ステッピングモータは、製造コストを低減できるという利点があり、最も広く利用されている。

ＰＭ型ステッピングモータは、インナーローター型で、クローポールの内側に回転子のマグネットが位置する構成が一般的である。すなわち、回転子の外周部に設けられたマグネットが、その外側に設けられたクローポールと対峙している。

しかしながら、ＰＭ型ステッピングモータにおいては、マグネットの最大着磁極数はマグネットの外径に依存している。そのため、着磁極数を増やそうとすると回転子のマグネットの径サイズを大きくせねばならず、モータが大径化してしまう。

そこで、着磁極数を増やしつつ、モータを小径に維持するためには、ＰＭ型ステッピングモータをアウターローター型とすることが考えられる。すなわち、アウターローター型として、回転子の内周面にマグネットを設け、固定子の外周部分に配置されているクローポールと対峙するようにすれば、回転子の内周面の径サイズは、モータが小径のままでも大きくとることができるので、着磁極数を増やしつつもモータを小径に維持することができる。

特許文献１〜５には従来のステッピングモータについて開示されている。このうち、アウターローター型のＰＭ型ステッピングモータは、例えば、特許文献１，２などに開示されている。
実用新案登録第２５９８７８７号公報 実用新案登録第２５５９６９２号公報 特開２００５−３３９１８号公報 特開２００３−２１９６２４号公報 特開平９−２９８８６８号公報

しかしながら、従来のアウターローター型のＰＭ型ステッピングモータでは、固定子の励磁コイルの内径内に可動軸が挿通しているため、励磁コイルと可動軸との間に特定の部材（例えば、特許文献１に開示されている軸受９、ホルダー２１など）や、あるいは空間（例えば、特許文献１に開示されているホルダー２１とロータ軸３との間の空間など）を設ける必要があった。

そのため、これらの軸受などの部材や空間などの分だけモータを小径化することができず、モータサイズを十分に小型化することができないという不具合がある。

そこで、本発明の目的は、アウターローター型のＰＭ型ステッピングモータについて、そのサイズを十分に小型化できるようにすることである。

本発明の別の目的は、この場合のアウターローター型のＰＭ型ステッピングモータについて、固定子をＰＭ型ステッピングモータの筐体に強固に固定することができるようにすることである。

本発明は、アウターローター型のＰＭ型ステッピングモータにおいて、回転軸と円筒状で内周の円周方向に多極着磁され前記回転軸の同軸線上に保持されたマグネットとを有する回転子と、前記マグネットの内径内に収容され励磁コイルと当該励磁コイルの外周に設けられたクローポールとを有する固定子と、を備え、前記回転軸は前記固定子の外側に設けられている、ことを特徴とするＰＭ型ステッピングモータである。

また、前記回転子と前記固定子とを収納している筐体と、円筒状の前記励磁コイルの内径内を挿通している挿通部材と、をさらに備え、前記固定子は、前記挿通部材により前記筐体に固定されている、ようにしてもよい。

さらに、一方で前記回転軸の一端を軸受けし、他方で前記挿通部材の一端に固定されている軸受をさらに備えているようにしてもよく、前記挿通部材を磁性材で形成するようにしてもよい。

本発明によれば、従来のアウターローター型のステッピングモータと異なり、回転軸が固定子の励磁コイル内を挿通しておらず、回転軸は固定子の外側に設けられている。よって、従来のように固定子の励磁コイルの内径内に余分な部材（前述した特許文献１に開示されている軸受９、ホルダー２１など）や、空間（例えば、特許文献１に開示されているホルダー２１とロータ軸３との間の空間など）などを設ける必要がなく、モータの径サイズを小さくでき、もって、モータを小型化できる。

また、固定子が挿通部材により筐体に固定されるようにすれば、この場合においても、固定子をＰＭ型ステッピングモータの筐体に強固に固定することができる。

さらに、一方で可動軸の一端を軸受けし、他方で挿通部材の一端に固定されている軸受を設ければ、この軸受は、回転軸を軸受けするのみならず、固定子を筐体に固定する機能も有しているため、これらの各機能を別部材で行った場合に比べて、モータの小型化に寄与することができる。

また、本発明によれば、回転軸と挿通部材を分割構成可能であるため、挿通部材を磁性材で形成するが可能となり、より磁束を多く集めることができ、モータのトルクをより高く確保することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の一形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態のＰＭ型ステッピングモータの縦断面図、図２は、同分解斜視図である。

図１、図２に示すように、このＰＭ型ステッピングモータ１は、アウターローター型であり、回転子２の内径内に固定子３が収容されている。

回転子２は、回転軸１１と円筒状で回転軸１１の同軸線上に保持されたマグネット１２と、を備えている。

ＰＭ型ステッピングモータ１の外装のハウジング２１は、円筒形状をしていて、その片端側を略円筒凸状に変形しぼり成形した小径円筒部２２を備えている。回転軸１１は、ハウジング２１の小径円筒部２２側より片軸端を外方に突出している。また、回転軸１１は、ハウジング２１の軸線方向中心に挿通配置されていて、ハウジング２２の小径円筒部２２の端部に嵌合装着されている軸受２３により回転自在に挿通支持されている。

マグネットガイド１３は、軸受２３より側方（図１において右側）に延在する回転軸１１に固定されていて、マグネット１２を回転軸１１の同軸線上に保持する。マグネットガイド１３よりさらに側方（図１において右側）に延在する回転軸１１端部は、軸受１４により軸受けされている。また、軸受１４と軸受２３との間にはライナー１５が介装されている。

図３は、マグネット１２の斜視図である。同図に示すように、マグネット１２は円筒形状をしていて、その内周の円周方向にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、…のように多極着磁された永久磁石である。この永久磁石は後述のクローポール３２の突極３２１（図４参照）の歯数と同じピッチで着磁されている。

図１、図２に戻り、固定子３は、ボイスコイル巻の２つの円筒形状の励磁コイル３１ａ、励磁コイル３１ｂと（図４参照）、各励磁コイル３１ａ，３１ｂ外周に装着されたクローポール３２と、各励磁コイル３１ａ，３１ｂ（図４参照）の内径内（さらにクローポール３２）に挿通された固定軸３３と、を備えている。ここで、固定軸３３は、本発明の挿通部材を実現するものである。

固定軸３３の一端には軸受１４が固着され、固定軸３３の他端はフランジ２４の中心に固着され、フランジ２４はハウジング２１の片端側に固着され、もって、励磁コイル３１ａ，３１ｂ（及び各クローポール３２）をハウジング２１及びフランジ２４からなる筐体に固定する。

また、図４に示すように、各励磁コイル３１ａ，３１ｂの外周に装着される各クローポール３２は、鉄板を板金加工して形成されている。本例では、磁極となる爪型の突極３２１が各クローポール３２に４つずつ設けられている。

そして、クローポール３２の各突極３２１，３２１間に対向するクローポール３２の各突極３２１が位置するよう、対向するクローポール３２とを左右から噛み合わせて構成し、この状態で、クローポール３２の周方向に８つの突極３２１が等間隔で並ぶ。そして、各突極３２１は、多極着磁されたマグネット１２の内周面と対峙する。

各励磁コイル３１ａ，３１ｂは、それぞれが１相を構成し、本例では、励磁コイル３１ａと３１ｂとによりＡ相、Ｂ相の２相を構成する。前述のマグネット１２はＡ相、Ｂ相の両相に渡って各Ｎ極、Ｓ極が直線状になっており、励磁コイル３１ａ，３１ｂ（及び各クローポール３２）により構成されるＡ相とＢ相とが互いに２２．５°ずれるように配置されている。

本実施形態のＰＭ型ステッピングモータ１は、従来のアウターローター型のステッピングモータと異なり、回転軸１１が固定子３の励磁コイル３１ａ，３１ｂの内径内を挿通しておらず、回転軸１１は固定子３の外側に設けられているという特徴を有している。具体的には、回転軸１１の筐体内側端は軸受１４に軸受けされており、（図１においてさらに右側に位置する）固定子３の手前でとどまっている。

このように、ＰＭ型ステッピングモータ１は、回転軸１１が固定子３の励磁コイル３１ａ，３１ｂ内を挿通しておらず、固定子３の外側に設けられているので、従来のように固定子３の励磁コイル３１ａ，３１ｂの内径内に余分な部材（前述した特許文献１に開示されている軸受９、ホルダー２１など）や、空間（例えば、特許文献１に開示されているホルダー２１とロータ軸３との間の空間など）などを設ける必要がない。よって、従来のアウターローター型のステッピングモータに比べて径サイズを小さくでき、もって、モータを小型化できる。

また、固定子３は、円筒状の励磁コイル３１ａ、３１ｂの内径内を挿通している固定軸３３により、筐体に固定されている。

そのため、固定子３をＰＭ型ステッピングモータ１の筐体に強固に固定することができる。この場合に、励磁コイル３１ａ、３１ｂの内径内を挿通しているのは固定軸であり、従来のような回転軸ではないため、従来のアウターローター型のステッピングモータのように余分な部材（前述した特許文献１に開示されている軸受９、ホルダー２１など）や、空間（例えば、特許文献１に開示されているホルダー２１とロータ軸３との間の空間など）などを設ける必要はなく、モータを小型化するのには支障はない。

さらに、回転軸１１の筐体内側端は軸受１４に軸受けされていて、軸受１４は固定軸３３に固着されている。すなわち、軸受１４は、一方で可動軸１１の一端を軸受し、他方で固定軸３３の一端に固定されて固定子３を筐体に固定する機能を有している。

このように、軸受１４は、回転軸１１を軸受けするのみならず、固定子３を筐体に固定する機能も有しているため、これらの各機能を別部材で行った場合に比べて、モータの小型化に寄与することができる。

さらに、本実施例において、固定軸３３を磁性材で形成することにより、磁束を集め、トルクアップを図ることができる。その解析結果を以下の表１に示す。

これは、モータサイズφ３．８ｍｍ、Ｌ＝７ｍｍとしたときの、磁場解析結果であり、この結果によると、固定軸３３を磁性材で形成したものは、非磁性材で形成したものに対し、磁束を有効に確保することができ、上記条件の場合、約２．２倍のトルクを確保することが可能となる。

また、本実施例では回転子は前記マグネット１２とマグネットガイド１３で構成されているが、磁性材からなるヨーク（図示せず）をマグネット外周に配置し、回転子を構成することにより、更に有効に磁束を使うことができ、より高いトルクを確保することができる。

本発明の一実施形態であるＰＭ型ステッピングモータの縦断面図である。 本発明の一実施形態であるＰＭ型ステッピングモータの分解斜視図である。 本発明の一実施形態であるＰＭ型ステッピングモータの回転子に設けられたマグネットの斜視図である。 本発明の一実施形態であるＰＭ型ステッピングモータの励磁コイル及びクローポールの分解斜視図である。

符号の説明

１ ＰＭ型ステッピングモータ
２ 回転子
３ 固定子
１１ 回転軸
１２ マグネット
１４ 軸受
２１ 筐体（ハウジング）
２４ 筐体（フランジ）
３１ａ 励磁コイル
３１ｂ 励磁コイル
３２ クローポール
３３ 固定軸
３２１ 突極

Claims (2)

1. アウターローター型のＰＭ型ステッピングモータにおいて、
   回転軸と円筒状で内周の円周方向に多極着磁され前記回転軸の同軸線上に保持されたマグネットとを有する回転子と、
   前記マグネットの内径内に収容され励磁コイルと当該励磁コイルの外周に設けられたクローポールとを有する固定子と、
   前記回転子と前記固定子とを収納している筐体と、
   円筒状の前記励磁コイルの内径内を挿通している挿通部材と、
   一方で前記回転軸の一端を軸受けし、他方で前記挿通部材の一端に固定されている軸受と、
   を備え、
   前記回転軸は前記固定子の外側に設けられており、
   前記固定子は、前記挿通部材により前記筐体に固定されている、
   ことを特徴とするＰＭ型ステッピングモータ。
2. 前記挿通部材が磁性材で形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＰＭ型ステッピングモータ。

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