JP5161195B2 - モータ - Google Patents
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Description
図1に示すように、このステッピングモータ1は、周方向に複数の極歯2が配設される金属製のヨーク3および励磁コイル4を備えるステータ5と、極歯2にて囲まれる円形空間6に配置されるロータ7とを有する。
図3と図4に、ヨーク3を示す。このヨーク3は、図1に示すヨーク3のうち、外側に配置される外ヨークである。内ヨークは、この外ヨークとは、後述する環状部21の外形のみが異なるのみで、他の形状は、外ヨークと同じであるため、以下では、全てのヨーク3に共通することを述べるときには、「各ヨーク」と記述する。各ヨーク3は、図3および図4に示すように、4つの極歯2が、環状部21から垂直に立ち上がっている。ここで、図3は、図4のA−A線で切断した断面図である。環状部21の厚さM1は0.45mmとされ、極歯2の厚さM2は0.37mmとされている。このように環状部21の厚さに対し極歯2の厚さを15%以上薄くしているため、マグネット13の径を大きくできる。マグネット13の径を大きくしない場合には、励磁コイル4の巻線量を多くすることができる。いずれにしても全体の径を小さくしたとしても、モータのトルクは同じ程度とすることができる。また、厚さM1に対する厚さM2の減少割合を30%以内とすると、極歯2を薄くするための時間が長くならず、また極歯2と環状部21との境界で磁気飽和がしづらいものとなる。
図4に示すように、極歯2の根元31の側面は、法線26に沿っていない。具体的には、根元31を含む根元部32は、図4および図5に示すように、その側面となる周方向面33がロータ7に対して斜め状に対向するように形成されている。すなわち、根元部32の周方向面33は、ロータ7の側に向くように形成されている。従来であれば、図13に示すように、極歯102の周方向面105がロータの中心線104に対して斜めに対向せず、周方向面105は、ロータの側に向くように形成されていない。これに対し、このステッピングモータ1では、根元部32の周方向面33は、ロータ7の側に向くように形成されている。これは、極歯2のロータ7に対向する内側面積と、極歯2の励磁コイル4に対向する外側面積との差が、中心線104に対する法線106に沿う面によって極歯102の周方向面105が形成された場合の差より大きくなることを意味する。
図8に、極歯2と、ロータ7のマグネット13との位置関係を示す。図8に示すように、マグネット13の各極の着磁幅W11と、極歯2の内側の面における根元31の下端の幅寸法となる周方向幅W12とは、ほぼ同一となっている。極歯2の外側の面における環状部21の上端と接する部分の幅寸法となる周方向幅W13は、周方向幅W12に比べ大きくなっている。また、周方向幅W13は、極歯2の内側の面における環状部21の上端位置の幅寸法である周方向幅W14に比べると、かなり広くなっている。すなわち幅寸法の大小関係は、「W14<W12<W13」となっている。そして、極歯2の内側の面において、着磁幅W11より広い領域は、根元31の図8における下端から曲線41の中間より若干下の位置までである。すなわち、根元部32の周方向面33における幅方向の両端が、着磁幅W11より広がっている領域となっている。
隣接する2つの極歯2,2は、図8に示すように、略同一間隔となっている。特に、直線42の部分は、互いに直線42で隣接しており、その傾斜が同一となっているため、均一間隔となっている。曲線41と直線43が隣接する部分も、曲線41がほとんど直線に近いため、略同一間隔となる。曲線41を直線とし、その傾斜を直線43と同一とすると、2つの極歯2,2の間隔は、すべて同一となる。なお、極歯2の根元部32の外側の面積が大きくなっているので、図14に示す従来の極歯102の場合に比べ、隣接する極歯2の間隔が狭くなっている。
図9に、ステッピングモータ1のリニアリティを示す。このステッピングモータ1は、極歯2が1対のヨーク3で8個となり、各対間で極歯2の位置をずらして配置することで、ロータ7に対して16個の極歯2で囲むこととなり、機械的なステップ角度は、「360度÷16」で22.5度となる。各マグネット13の磁極数は8で、2つのマグネット13は、その着磁関係が軸方向でほぼ同一とされている。このステッピングモータ1は、マイクロステップ駆動をさせることで、ロータ7の1周を256ステップで動作させている。
ステッピングモータ1では、極歯2の根元部32の外側の面積が大きくなるので、磁束が集中せず、かつ極歯2の根元部32の内側の面積が小さくなるので、ディテントトルクが大きくならない。しかも根元部32の外側の面積が大きくなるので、磁気飽和がしづらくなり、一層ディテントトルクが大きくならない。また、磁気飽和がしづらいものとなるので、モータのトルクアップを図ることができる。また、ディテントトルクが大きくならないので、コギングも大きくならない。さらに、マグネット13の磁束を拾う量の増加を抑制しつつ、励磁コイル4と極歯2との接触面積が増えるので、励磁コイル4の放熱に有利となる。また、極歯2の根元部32の外側の面積が大きくなることで、隣接する極歯2の間が狭くなるので、ゴミのマグネット13側への侵入が少なくなる。
以上、本発明の実施の形態に係わるモータとしてのステッピングモータ1について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更実施できる。たとえば、ヨークは、図11に示すヨーク3Aのような形状としても良い。このヨーク3Aは、ステッピングモータ1の内ヨークとして使用されるものであり、極歯2の形状などは、外ヨークとなるヨーク3と同じであり、異なる点は、環状部21の外形である。すなわち、ヨーク3Aは、2つの切り欠き部24の他に、切り欠き部61を設け、かつ、位置決め用の凹部62を外周に計6個設けている。このヨーク3Aを外ヨークとして使用してもよい。また、接続部18をモータ外に大きく突出させても良い場合などにおいては、図3,図4に示すヨーク3を、外ヨーク、内ヨークの両方に使用してもよい。また、ステッピングモータ1の説明に当たって、各種の数値を示したが、示した各数値は、それぞれ一例で、それぞれ他の値とすることができる。
2 極歯
3 ヨーク
4 励磁コイル
5 ステータ
6 円形空間
7 ロータ
11 コイルボビン
12 ケース
13 マグネット
14 ロータ軸
21 環状部
22 中心線
26 法線
31 根元
32 根元部
33 周方向面
34 中心部
35 先端部
36 先端
37 高さ中心
41 曲線
42,43 直線
Claims (8)
- 周方向に複数の極歯が配設されるヨークおよび励磁コイルを備えるステータと、
上記極歯にて囲まれた空間に配設されるロータと、を有するモータにおいて、
上記極歯の上記ロータに対向する内側面積と、上記極歯の上記励磁コイルに対向する外側面積との差を、上記極歯にて囲まれる円形空間の中心線に対する法線に沿う面によって上記極歯の両周方向面が形成された場合の差より大きくした部分を、上記極歯の根元部側に有することを特徴とするモータ。 - 周方向に複数の極歯が配設されるヨークおよび励磁コイルを備えるステータと、
上記極歯にて囲まれた空間に配設されるロータと、を有するモータにおいて、
上記極歯は、その周方向の幅がその根元から先端に行くに従い狭くなる形状とされ、上記極歯の少なくとも根元部側の周方向面が上記ロータに対して斜めに対向するように形成されていることを特徴とするモータ。 - 請求項1または2記載のモータにおいて、
前記極歯を前記励磁コイル側からで、かつ根元を下にし、先端を上にして見た場合、その側面の左側の形状がS字状で右側の形状が逆S字状にしていることを特徴とするモータ。 - 請求項3記載のモータにおいて、
前記S字状および逆S字状は、前記極歯の根元から高さ中心の付近までが1つの直線またはなだらかな山状の外側にふくらんだ曲線となり、上記高さ中心の付近から先端近傍までは2つの直線または曲線で結ばれる外側にふくらんだ形状となっていることを特徴とするモータ。 - 請求項1記載のモータにおいて、
前記極歯の中心部の一部または全部に、前記法線に沿った面となるように形成された前記周方向面または前記法線に沿った面よりさらに前記励磁コイル側に対向するように形成された前記周方向面を配置したことを特徴とするモータ。 - 請求項1または2記載のモータにおいて、
前記極歯の根元から中央部に至る領域である根元部の幅寸法が前記ロータのマグネットの1つの磁極の着磁幅より広いことを特徴とするモータ。 - 請求項1または2記載のモータにおいて、
前記極歯の厚さを、その極歯の根元から径方向の外側に広がる環状部の厚さより15〜30%薄くしたことを特徴とするモータ。 - 請求項1から7のいずれか1項記載のモータにおいて、
前記極歯の先端部の先端側は、先端方向に突出した半円形状の曲線となっていることを特徴とするモータ。
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