JP5258190B2 - ステッピングモータの積層鉄心構造 - Google Patents

Description

本発明は、ステッピングモータの積層鉄心構造に関する。

モータの積層鉄心を成形する際に、珪素鋼板等を打ち抜いた薄肉の鉄板を積層して締結する方法としては、鉄板の一部にエンボス加工と呼ばれる加工方法によって凹凸を付け、その凹凸部分を互いに嵌合させるカシメといわれる方法が一般的である。
ところが、カシメによる締結は、凹凸部分が磁束通過に対して抵抗となり、磁気回路全体の磁気バランスが崩れてモータ特性が悪影響を受けることから、これを改善する提案がなされている。

図６および図７は従来のステッピングモータの積層鉄心構造を示したもので、図６はステッピングモータの固定子鉄心に用いられている固定子鉄板を、図７は、ステッピングモータの回転子鉄心に用いられている回転子鉄板を示したものである（特許文献１）。
この固定子鉄板１００では、材質に電磁鋼板が用いられている。この固定子鉄板１００は、略四角形状の薄板の内周側に、中心方向に向けて、複数の磁極１０１（図示例では８個）を円周方向に一定間隔で設けている。磁極１０１の根元部には、固定子巻線を巻回するブリッジ部１０１ａが設けられ、磁極１０１相互間に固定子巻線を通すスロット１０１ｂが設けられている。固定子鉄板１００の４隅の角部には、組立用螺子孔１０２が設けられており、この組立用螺子孔１０２の両側部分には、カシメ用凹凸部１０３が設けられている。また、磁極１０１のブリッジ部１０１ａにもカシメ用凹凸部１０４が設けられている。
回転子鉄板１０５は、円板状の薄板の周縁部に、円周方向に沿って一定間隔でカシメ用凹凸部１０６が設けられている。

この先行技術によれば、固定子鉄板１００では、固定子鉄板１００を重ねて、カシメ用凹凸部１０３および、カシメ用凹凸部１０４がそれぞれ重なるように積層し、カシメ用凹凸部１０３および、カシメ用凹凸部１０４を互いに押し込むことで、一体に組立てて固定子鉄心を製作している。また、回転子鉄板１０５でも、カシメ用凹凸部１０６を重ねて積層し、カシメ用凹凸部１０６を互いに押し込むことで、一体に組立てて回転子鉄心を製作している。

この先行技術のカシメ用凹凸部１０３は、直径１ｍｍ以下、カシメ用凹凸部１０４は、直径０．８ｍｍ以下に設定している。また、回転子鉄板１０５の、カシメ用凹凸部１０６は、直径０．８ｍｍ以下に設定している。
これら、カシメ用凹凸部１０３の凸部の高さは板厚の７０％程度に設定している。

このように特許文献１では、エンボス加工用の成形型のダイとポンチとの心ずれ量を３μｍ以下に設定することで、カシメ用凹凸部１０３，１０４，１０６の凹凸部を嵌合させて固定子鉄板１００，回転子鉄板１０５を積層する際、凹凸嵌合部にかじりが生じることがなくなり、薄肉鋼板を相互に密着させることが可能になる。
このように、カシメ部分の形状と大きさを工夫することによる低損失の積層鉄心を提案している。
特開２００１−２９２５４１

図８に示すように、ハイブリッド型ステッピングモータの磁路Ｘは、通常、矢印のように形成されている。このため、特許文献１の技術にあっても、磁路Ｘの途中にカシメ用凹凸部が形成されることになるため、カシメ用凹凸部が磁気抵抗として存在することには変わりがなく、依然として鉄損の原因となっていた。
また、ハイブリッド型ステッピングモータの回転子にあっては、回転子に希土類などの磁石を用いた永久磁石を二つの回転子鉄心で挟んで回転子とする構造が一般的である。したがって、ハイブリッド型ステッピングモータでは回転子鉄心の鉄材の量が、固定子鉄心のそれと比較してかなり少ない。
このようなことから、回転子鉄心のカシメによる磁気特性の低下に起因するモータの損失（鉄損）はかなり小さいと考えられていた。そのため、回転子鉄心のカシメ位置については、今まで十分な検討がなされていなかった。

本発明は、上記課題を解決し、可能な限りカシメによる鉄損を減少させたステッピングモータの積層鉄心構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、内周側に、円周方向に沿って一定間隔で複数の磁極を中心方向に向けて突設した固定子鉄心用薄板を複数積層して形成されたステッピングモータの固定子鉄心と、該固定子鉄心の軸線上に、固定子鉄心と同心状に配置され、円板状の回転子鉄心用薄板を複数積層して形成されたステッピングモータの回転子鉄心とで構成され、前記ステッピングモータの固定子鉄心およびステッピングモータの回転子鉄心がそれぞれ複数の薄板を互いにカシメによって締結されたステッピングモータの積層鉄心構造において、前記固定子鉄心用薄板２０のカシメ用凹凸部２３，２４の中心を、該固定子鉄心用薄板２０の中心から最短外側縁までを半径ｒとする最小円Ａの外側に設け、前記回転子鉄心用薄板３０のカシメ用凹凸部３３，３４の中心を前記固定子鉄心用薄板２０の外側縁２５からスロット部２６までの幅寸法Ｗｙ以上に、前記回転子鉄心用薄板３０の外縁３０ａより内側に設けたことにある。
また、本発明によれば、前記固定子鉄心用薄板２０の外側縁からスロットまでの幅寸法Ｗｙ、回転子の外縁から内側の径をＤとするとき、前記Ｄの内側に回転子鉄心用薄板３０のカシメ用凹凸部３３、３４を設け、前記回転子鉄心用薄板３０のカシメ用凹凸部３４は前記内側Ｄ内のできる限り外側に設けたことにある。
さらに、本発明によれば、前記ステッピングモータの固定子鉄心４は、外形が略四角形状であり、前記固定子鉄心用薄板２０のカシメ用凹凸部２３，２４の中心を、前記固定子鉄心用薄板２０の４隅の角部に形成された組立用螺子孔２２と、前記固定子鉄心用薄板２０の角部外縁との間に設けたことにある。

本発明によれば、前記固定子鉄心用薄板２０のカシメ用凹凸部２３，２４の中心を、該固定子鉄心用薄板２０の中心から最短外側縁までを半径ｒとする最小円Ａの外側に設け、前記回転子鉄心用薄板３０のカシメ用凹凸部３３，３４の中心を前記固定子鉄心用薄板２０の外側縁２５からスロット部２６までの幅寸法Ｗｙ以上に、前記回転子鉄心用薄板３０の外縁３０ａより内側に設けたことから、固定子鉄心および回転子鉄心の双方のカシメの位置が主たる磁路ではない場所に施されるため、カシメによる鉄損を極力抑えることができる。
本発明によれば、前記ステッピングモータの固定子鉄心４は、外形が略四角形状であり、前記固定子鉄心用薄板２０のカシメ用凹凸部２３，２４の中心を、前記固定子鉄心用薄板２０の４隅の角部に形成された組立用螺子孔２２と、前記固定子鉄心用薄板２０の角部外縁との間に設けたことから、カシメの位置が磁路から最も遠い位置に配置でき、カシメによる鉄損を極力抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1はハイブリッド型ステッピングモータの構造図である。このハイブリッド型ステッピングモータ1は、モータフランジ２と、ブラケット３との間に固定子鉄心４が配置されてモータケース５が構成され、モータケース５の内部に回転子６が配置されている。回転子６は、出力軸７に中心軸線上を支持された磁石８および回転子鉄心９ａ，９ｂで構成されており、回転子鉄心９ａ，９ｂ相互間で磁石８の両側を挟持している。
この回転子６は、モータフランジ２と、ブラケット３に装着された軸受け１０ａ，１０ｂを介して出力軸７が回転自在に支持されて、固定子鉄心（固定子）４の軸線上に同心状に配置されている。

図２は、固定子鉄心４を構成する固定子鉄板（固定子鉄心用薄板）２０を示し、図３は、回転子鉄心９を構成する回転子鉄板３０を示したものである。固定子鉄板２０は、材質に電磁鋼板が用いられ、打ち抜き加工によって、略四角形の薄板に加工されている。固定子鉄板２０は、内周側に円周方向に沿って一定間隔で複数の磁極２１を中心方向に向けて突設したもので、これら磁極２１の先端には多数の極歯（小歯）２１ａが設けられている。固定子鉄板２０を形成する薄板の４隅の角部には、切り欠き部２０ａが形成され、この切り欠き部２０ａの両側位置に組立用螺子孔２２が形成されている。
一方、回転子鉄板（回転子鉄心用薄板）３０は、固定子鉄板２０と同様に、材質に電磁鋼板が用いられ、打ち抜き加工によって、環状の薄板に加工されている。この回転子鉄板３０は周縁部に多数の極歯（小歯）３１が形成され、中心に、出力軸７を挿通するための穴３２が形成されている。

前記固定子鉄板２０には、前記各組立用螺子孔２２と固定子鉄板２０の角部外縁２０ｂとの間にエンボス加工によるカシメ用凹凸部２３，２４が形成されている。これらカシメ用凹凸部２３，２４は、前記固定子鉄板２０のカシメ用凹凸部２３，２４の中心を、前記固定子鉄板２０の中心Ｏから最短外縁までを半径ｒとする最小円Ａの外側に設けている。該カシメ用凹凸部２３，２４の一方のカシメ用凹凸部２３は、磁路から最も遠くなるように、固定子鉄板２０の中心から最も遠い、前記固定子鉄板２０の中心から組立用螺子孔２２の中心を通る略延長線上に設けられている。また、カシメ用凹凸部２４は、最も近い磁極２１から遠い側の組立用螺子孔２２と固定子鉄板２０の角部外縁２０ｂとの間に設けられている。

一方、回転子鉄板３０の板面には、回転子鉄板３０のカシメ用凹凸部３３，３４の中心を、前記固定子鉄板２０の外側縁２５からスロット部２６までの幅Ｗｙ（継鉄幅と呼ぶ）以上に、回転子鉄板３０の外縁３０ａより内側Ｄに設けている。

回転子６は、固定子の磁路幅以上の磁路を確保するため、固定子鉄板２０の継鉄幅をＷｙとしたとき、回転子６の回転子鉄板３０の径をＤｒ、カシメ用凹凸部３３，３４を設ける径をＤとするとき、Ｄｒ-Ｄ＝２・Ｗｙとなるように設定し、このＤの内側にカシメ用凹凸部３３，３４を設ける。

上記構成によると、それぞれ固定子鉄板２０のカシメ用凹凸部２３，２４を併せてカシメることで、複数の固定子鉄板２０を積層し、各組立用螺子孔２２ａ，２２ｂに螺子を挿通してモータフランジ２と、ブラケット３に共締めして固定し、モータケース５が組み立てられる。４隅の組立用螺子孔２２ａ，２２ｂは、通常、いずれか一方を用いて、モータフランジ２と、ブラケット３に組み付けられる。また、回転子鉄板３０は、カシメ用凹凸部３３，３４を併せて複数の回転子鉄板３０を積層して２組の回転子鉄心９（９ａ，９ｂ）を構成する。２組の回転子鉄心９（９ａ，９ｂ）は磁石８を間に介して出力軸７に組付け、モータケース５内に収納する。

こうして、固定子鉄板２０のカシメ用凹凸部２３，２４は、固定子鉄板２０のカシメ用凹凸部２３，２４の中心を、前記固定子鉄板２０の中心Ｏから最短外縁までを半径ｒとする最小円Ａの外側に設けているので、カシメの位置（カシメ用凹凸部２３，２４）が固定子鉄心４の主たる磁路ではない場所に施されるため、カシメによる鉄損を極力抑えることができる。同様に、カシメの位置（カシメ用凹凸部３３，３４）が、回転子鉄心９ａ，９ｂの主たる磁路ではない場所に施されるため、磁束の影響を受けにくいことから、カシメによる鉄損を極力抑えることができる。

また、図４および図５は、図２および図３と同一部分は同符号を付して示す本発明の他の実施の形態で、この場合、固定子鉄板２０および回転子鉄板３０に形成するカシメ用凹凸部を凹凸部２３、３３のみを形成して、凹凸部２４、３４を省略して減少させたものである。
カシメだけでは強度が不足な場合には、固定子鉄心４及び、回転子鉄心９は接着剤にて補強することも可能であり、焼鈍処理を行う場合は、焼鈍処理後に接着する。
さらに、積層用の固定子鉄板２０および回転子鉄板３０は、板厚を適宜変更することによって、より損失を低減することが可能である。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、カシメ用凹凸部２３，２４は、前記固定子鉄板２０のカシメ用凹凸部２３，２４の中心を、前記固定子鉄板２０の中心Ｏから最短外縁までを半径ｒとする最小円Ａの外側に設けているが、できるだけ外側に設けることが好ましい。固定子鉄板２０および回転子鉄板３０に形成するカシメ用凹凸部の径、あるいは高さ等は、必要に応じて設定することができる。カシメ用凹凸部の径、あるいは深さは、鉄板間の接触抵抗が大きいほど、鉄損（うず電流損）は減少するので、小さいほど良いと考えられる。ただし、強度の問題もあるので、径は、φ１ｍｍ以下、深さは、鉄板厚さの７０％が妥当であると考えられる。また、上記実施の形態では、ハイブリッド型ステッピングモータについて説明したが、他の形式のモータに適用することも可能である。等、その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜、変更して実施し得ることができることは、言うまでもない。

ハイブリッド型ステッピングモータの構造を示す一部断面図である。 本発明の一実施例に係わる固定子鉄板のカシメ用凹凸部を示す平面図である。 本発明の一実施例に係わる回転子鉄板のカシメ用凹凸部を示す平面図である。 本発明の他の実施の形態による固定子鉄板のカシメ用凹凸部を示す平面図である。 本発明の他の実施の形態による回転子鉄板のカシメ用凹凸部を示す平面図である。 従来の固定子鉄板におけるカシメ用凹凸部を示す平面図である。 従来の回転子鉄板におけるカシメ用凹凸部を示す平面図である。 ハイブリッド型ステッピングモータの磁路を示す概念図である。

符号の説明

１ ハイブリッド型ステッピングモータ
２ モータフランジ
３ ブラケット
４ 固定子鉄心
５ モータケース
６ 回転子
７ 出力軸
８ 磁石
９，９ａ，９ｂ 回転子鉄心
１０ａ，１０ｂ 軸受け
２０ 固定子鉄板
２１ 磁極
２１ａ 極歯（小歯）
２２ａ，２２ｂ 組立用螺子孔
２３，２４ カシメ用凹凸部
３０ 回転子鉄板
３３ カシメ用凹凸部

Claims (3)

1. 内周側に、円周方向に沿って一定間隔で複数の磁極を中心方向に向けて突設した固定子鉄心用薄板を複数積層して形成されたステッピングモータの固定子鉄心と、該固定子鉄心の軸線上に、固定子鉄心と同心状に配置され、円板状の回転子鉄心用薄板を複数積層して形成されたステッピングモータの回転子鉄心とで構成され、前記ステッピングモータの固定子鉄心およびステッピングモータの回転子鉄心がそれぞれ複数の薄板を互いにカシメによって締結されたステッピングモータの積層鉄心構造において、
   前記固定子鉄心用薄板２０のカシメ用凹凸部２３，２４の中心を、該固定子鉄心用薄板２０の中心から最短外側縁までを半径ｒとする最小円Ａの外側に設け、前記回転子鉄心用薄板３０のカシメ用凹凸部３３，３４の中心を前記固定子鉄心用薄板２０の外側縁２５からスロット部２６までの幅寸法Ｗｙ以上に、前記回転子鉄心用薄板３０の外縁３０ａより内側に設けたことを特徴とするステッピングモータの積層鉄心構造。
2. 前記固定子鉄心用薄板２０の外側縁からスロットまでの幅寸法Ｗｙ、回転子の外縁から内側の径をＤとするとき、前記Ｄの内側に回転子鉄心用薄板３０のカシメ用凹凸部３３、３４を設け、前記回転子鉄心用薄板３０のカシメ用凹凸部３４は前記内側Ｄ内のできる限り外側に設けた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の積層鉄心構造。
3. 前記ステッピングモータの固定子鉄心４は、外形が略四角形状であり、前記固定子鉄心用薄板２０のカシメ用凹凸部２３，２４の中心を、前記固定子鉄心用薄板２０の４隅の角部に形成された組立用螺子孔２２と、前記固定子鉄心用薄板２０の角部外縁との間に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のステッピングモータの積層鉄心構造。

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