JPH06245470A - 回転電機及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】磁極面に簡単な工程により高寸法精度で磁極領
域と非磁極領域とを形成可能で、かつ、風損及び風切り
音も小さい回転電機及びその製造方法を提供する。 【構成】高透磁性のステータコア４及びロータコア７ａ
の磁極面４１、７１には、回転方向へ線状の磁極領域４
３、７３と非磁極領域４２、７２とが所定ピッチで形成
されている。非磁極領域４２、７２と磁極領域４３、７
３とは同一素材で形成されるが、非磁極領域４２、７２
は非磁性の結晶構造を有し、磁極領域４３、７３は高透
磁性の結晶構造を有する点に特徴を有する。非磁極領域
４２、７２はレーザーの照射、走査により簡単に作成す
ることができる。このようにすれば、工程が簡単とな
り、生産性に優れ、風損、風切り音を低減することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁極面が回転方向に、
磁極領域とこの磁極領域を分離する非磁極領域とを所定
間隔で交互に形成した形式の回転電機及びその製造方法
に関する。本発明は例えばステップモータに適用され
る。

【０００２】

【従来技術】従来のハイブリッド形式のステップモータ
は、回転軸に円盤状の永久磁石を軸方向に挟んで一対の
ロータコアを嵌着してなり、一方、ステータコアには複
数対の凸形磁極が径内方向へ突設されている。図７に示
すように、ステータコア１００の凸形磁極１０１とロー
タコア１０２との互いに対向する磁極面１０３、１０４
には回転方向に一定間隔で条溝（本明細書でいう非磁極
領域）１０５、１０６が凹設されており、磁極面１０
３、１０４にはこれら条溝１０５、１０６により線状の
小磁極突部（誘導子歯とも呼ばれ、本明細書でいう磁極
領域に相当する）１０７、１０８が区画、形成される。
一方のロータコア１０２の小磁極突部１０６は、他方の
ロータコア１０２の小磁極突部１０６に対して回転方向
に１／２磁極ピッチだけシフトして位置合わせされてい
る。

【０００３】実公平１−４０３１５号公報は、上記した
永久磁石に嵌着された非磁性の環状体の前後端面の所定
位置に位置決め用の突部を設け、更に、両ロータコアの
接合側の端面の所定位置に凹部を設け、これら突部と凹
部の嵌合により上記した両ロータコア５の位置合わせを
容易化することを開示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ステップモータには以下の問題があった。まず、磁極面
１０３、１０４に上記した条溝１０５、１０６を形成す
るには、プレス打ち抜き又は切削の後、ばり取り仕上げ
工程がどうしても必要であり、製造工程が複雑となる。
特に、ステップモータの小型化、多ステップ化を図る場
合には条溝１０５、１０６の幅が１ｍｍあるいはそれ以
下と、微細となるが、プレス打ち抜きの場合には積層時
の正確な位置合わせが簡単ではなく、切削の場合には微
細幅の条溝１０５、１０６を多数、正確に切削するのが
簡単ではないという問題があった。

【０００５】次に、このような条溝１０５、１０６を有
するステップモータでは、条溝１０５、１０６の存在の
ために、風損の増加、騒音の増大という問題もある。更
に、上記したハイブリッド形式のステップモータでは、
両ロータコアの回転方向における位置合わせが面倒であ
る。また、上記した公報の位置合わせ技術では嵌合用の
突部及び凹部は高い位置精度、形状精度をもつ必要があ
り、このような高精度の突部及び凹部の作製のために高
精度を要する工程が更に必要となった。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、磁極面に簡単な工程により高寸法精度で磁極領域
と非磁極領域とを形成可能で、かつ、風損及び風切り音
も小さい回転電機及びその製造方法を提供することを、
その目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の回転電機は、高
透磁性を有する素材で形成されたステータコア及びロー
タコアの磁極面に、線状の磁極領域及び非磁極領域が回
転方向へ交互に形成されている回転電機において、前記
非磁極領域は、前記磁極領域と同一素材で形成され、か
つ、非磁性の結晶構造を有することを特徴としている。

【０００８】本発明の回転電機の製造方法は、高透磁性
を有し、所定温度以上への加熱により透磁率が急減する
素材で形成されたステータコア及びロータコアの少なく
とも一方の磁極面を平滑に形成し、前記磁極面へレーザ
ービームを照射、走査して非磁性の線状領域からなる複
数の非磁極領域を互いに所定間隔を隔てて形成すること
を特徴としている。

【０００９】なお、ステータコア又はロータコアはその
磁極面近傍部分だけを、上記した所定温度以上への加熱
により結晶構造の変化により透磁率が急減する素材で形
成してもよい。

【００１０】

【作用及び発明の効果】本発明の回転電機では、高透磁
性のステータコア及びロータコアの磁極面には、回転方
向へ線状の磁極領域と非磁極領域とが所定ピッチで形成
されている。非磁極領域と磁極領域とは同一素材で形成
され、非磁極領域は非磁性の結晶構造を有し、磁極領域
は高透磁性の結晶構造を有する。

【００１１】例えばステップモータでは、ステータコア
に巻装されたステータコイルの通電方向を逆転すること
により、ステータコアの磁極領域の極性を反転させる。
すると、永久磁石により所定の極性に磁化されたロータ
コアの磁極領域がステータコアの磁極領域の極性反転に
より、回転方向へ所定角度づつ回転する。このように構
成した本発明の回転電機では、非磁極領域と磁極領域と
が同一素材で結晶構造の差により非磁性又は高透磁性に
形成されているので、従来のこの種の回転電機が磁極面
に条溝を凹設して非磁極領域を形成するのに比較して、
以下の効果を奏することができる。

【００１２】まず、コア乃至板材を切削したり、又はプ
レス打ち抜き及び積層した後、ばり取り仕上げにより磁
極面に上記した条溝を形成するという複雑な工程が不必
要となり、例えば非磁極領域の局所加熱（例えばレーザ
ー加熱）だけにより磁極領域及び非磁極領域を作成でき
るので、工程が極めて簡単となる。また、ばりや切削油
の始末、プレス機の騒音など、従来に比べて格段に作業
環境を改善することができる。

【００１３】また、磁極領域のピッチを簡単に縮小する
ことができ、高精度化、磁極領域の増加が容易であり、
工程を短時間で終了することができ、生産性に優れる。
更に、非磁極領域は条溝を持つ必要が無いので、この多
数の条溝が回転することによる風損及び風切り音を低減
することができる。一方、本発明の回転電機の製造方法
では、コアの少なくとも磁極面近傍を加熱により結晶構
造が変化して磁気特性が変化する素材で形成し、レーザ
ーの照射、走査により、非磁極領域を連続的に形成す
る。このようにすれば、簡単かつ高速に磁極領域及び非
磁極領域を形成することができる。

【００１４】

【実施例】（実施例１）本発明を適用したハイブリッド
形式のステップモータの一例を図１及び図２を参照して
説明する。アルミ合金を素材とする有底円筒形状のハウ
ジング１の開口はエンドブラケット２により閉鎖されて
おり、ハウジング１及びエンドブラケット２は軸受けを
介して回転軸３を回転自在に支持している。

【００１５】ハウジング１の内面には、両端が開口する
略円筒形状のステータコア４が圧入されており、ステー
タコア４の内周面から求心方向へ、かつ、周方向等間隔
に８個の凸形磁極４０が突設されている。各凸形磁極４
０にはステータコイル５が個別に巻装されており、所定
の凸形磁極４０を基準に数えて偶数番目の凸形磁極４０
に巻装されるステータコイル５の両端には、第１、第３
相の電圧が印加され、奇数番目の凸形磁極４０に巻装さ
れるステータコイル５の両端には、第２、第４相の電圧
が印加される構成となっている。

【００１６】一方、回転軸３には円盤状の永久磁石６を
挟んで一対のロータコア７ａ、７ｂが圧入嵌着されてお
り、ロータコア７ａ、７ｂの外周面からなる磁極面７１
は各凸形磁極４０の磁極面４１に微小間隙を隔てて対面
している。８は、永久磁石６に嵌着された非磁性のアル
ミ合金を素材とする環状体であり、永久磁石を機械的衝
撃から保護している。

【００１７】更に説明すると、ステータコア１及びロー
タコア７ａ、７ｂは、この実施例では所定形状（図２参
照）に打ち抜かれた鋼板片を積層してなり、各鋼板は、
オーステナイト系ステンレス鋼（ＦｅーＣｒーＮｉ系合
金、Ｆｅ７０〜７４ｗｔ％、Ｃｒ１８〜２０ｗｔ％、Ｎ
ｉ８〜１０ｗｔ％）からなるが、鋼板片を積層するかわ
りに、一体に形成することもできる。

【００１８】本実施例の特徴は、図３に拡大図示するよ
うに、ステータコア１の凸形磁極４０の磁極面４１及び
ロータコア７ａ、７ｂの磁極面７１に局所熱処理手法を
用いて非磁極領域４２、７２を周方向所定間隔で形成し
た点にある。非磁極領域４２、７２は、それぞれ軸方向
に伸びる線状領域であり、その周方向幅は約１ｍｍ、そ
の周方向ピッチは約１．８ｍｍ、その深さは１．２ｍｍ
とされる。非磁極領域４２、７２の形成により、隣接す
る各非磁極領域４２、７２の間には同様に軸方向に伸び
る磁極領域４３、７３が形成される。もちろん、上記寸
法は、ステータコア１とロータコア７ａ、７ｂとで変更
することもできる。

【００１９】磁極領域４３、７３は高透磁率を有する強
磁性体であり、非磁極領域４２、７２は常磁性体であ
る。以下、非磁極領域４２、７２の製造工程について説
明する。ここで、ステータコア１及びロータコア７ａ、
７ｂの各鋼板は、冷間加工により非磁性体結晶構造から
強磁性体結晶構造に変態している（加工誘起マルテンサ
イトとなっており）。

【００２０】次に、非磁極領域４２、７２となるべき領
域にレーザービームを照射、走査して変態点（６００摂
氏）以上に加熱し、これにより、オーステナイト系ステ
ンレス鋼は再びオーステナイト系の組織に変態して非磁
性体となる。図５、図６にレーザービーム照射、走査の
具体的構成を示す。９１はレーザー装置であり、これか
ら出力されたレーザービームは、ポリゴンミラー（回転
鏡）９２で軸方向に走査され、ロータコア７ａ、７ｂを
回転することにより、ロータコア７ａ、７ｂの全周にわ
たって非磁極領域７２が形成される。ステータコア１の
内周面へのレーザービームの照射、走査はロータコア７
ａ、７ｂの場合より困難ではあるが、ステータコア１の
内部に回転移動ミラーを挿入すればよい。軸方向に往復
し、かつ、回転する回転移動ミラーにレーザービームを
軸方向に照射すればよい。

【００２１】なお、ハイブリッド形ステップモータで
は、ロータコア７ａの磁極領域７３は、ロータコア７ｂ
の磁極領域７３に対して１／２磁極ピッチだけ周方向に
ずれているが、これに対してはレーザービームをロータ
コア７ａに照射、走査し、その後、回転軸３を半磁極ピ
ッチ回転し、その後、レーザービームをロータコア７ｂ
に照射、走査し、その後、回転軸３を半磁極ピッチ回転
する動作を繰り返せばよい。

【００２２】なお、レーザビームを軸方向に走査する代
わりに、回転子を軸方向に往復してもよい。ハイブリッ
ド型ステップモ−タの動作原理については周知のために
説明を省く。ここで、ステータコア１の非磁極領域４２
の周方向の巾ｔ₁ は磁極領域４３と非磁極領域４２の周
方向の巾（すなわち磁極ピッチ）ｔの０．５〜０．６倍
とするのが望ましく、非磁極領域４２の熱処理深さ（６
００℃以上への）ｈ₁ はｔ₁＜ｈ₁ ＜１．５ｔ₁ 程度が
望ましい。

【００２３】一方，ロータコア７ａ、７ｂの非磁性処理
部７２の周方向の巾ｔ₂ は磁極領域７３と非磁極領域７
２の周方向の巾（すなわち磁極ピッチ）ｔの０．５〜
０．６５倍が望ましく、非磁極領域７２の熱処理深さ
（６００℃以上への）ｈ₂ はｔ₂＜ｈ₂ ＜１．５ｔ₂ 程
度が望ましい。この非磁性処理部の巾および深さはレー
ザビームの焦点直径およびレーザ加工機のパワーを調整
してコントロ−ルすれべよい。

【００２４】本実施例のハイブリッド形ステップモータ
では、ロータコア７ａ、７ｂの周方向位置合わせが極め
て容易であり、また、製作が容易である。なお、この実
施例では鉄心材料にオーステナイト系ステンレス鋼を用
いたが、同等の特性を有する高マンガン鋼（ＦｅーＭｎ
系合金）等でもよい。また、他の形式のステップモータ
など、いわゆる誘導歯を有する回転電機に適用すること
ができる。 （実施例２）他の実施例を図４に示す。

【００２５】この実施例では、珪素含有の電磁鋼板を積
層した基筒部７８に薄肉円筒状の上記オーステナイト系
ステンレス円筒７９を嵌着してロータコア７ａ、７ｂを
形成している。このようにすれば、オーステナイト系ス
テンレス材料を節約することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるハイブリッド形ステッ
プモータの半断面図である。

【図２】図１のステップモータの鉄心の径方向模式側面
図である。

【図３】図２の一部拡大図である。

【図４】他の実施例を示すロータコアの側面図である。

【図５】図１のロータコアの非磁極領域を作成するレー
ザービーム装置を示す模式平面図である。

【図６】図１のロータコアの非磁極領域を作成するレー
ザービーム装置を示す模式側面図である。

【図７】従来のハイブリッド形ステップモータの要部拡
大径方向断面図である。

【符号の説明】

４はステータコア、７ａ、７ｂはロータコア、４１、７
１は磁極面、４２、７２は非磁極領域、４３、７３は磁
極領域。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高透磁性を有する素材で形成されたステ
   ータコア及びロータコアの磁極面に、線状の磁極領域及
   び非磁極領域が回転方向へ交互に形成されている回転電
   機において、 前記非磁極領域は、前記磁極領域と同一素材で形成さ
   れ、かつ、非磁性の結晶構造を有することを特徴とする
   回転電機。
2. 【請求項２】 高透磁性を有し、所定温度以上への加熱
   により透磁率が急減する素材で形成されたステータコア
   及びロータコアの少なくとも一方の磁極面を平滑に形成
   し、 前記磁極面へレーザービームを照射、走査して非磁性の
   複数の非磁極領域を互いに所定間隔を隔てて形成するこ
   とを特徴とする回転電機の製造方法。