JPH07123686A - Pm形小径ステッピングモータ - Google Patents

Pm形小径ステッピングモータ

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JPH07123686A
JPH07123686A JP28875893A JP28875893A JPH07123686A JP H07123686 A JPH07123686 A JP H07123686A JP 28875893 A JP28875893 A JP 28875893A JP 28875893 A JP28875893 A JP 28875893A JP H07123686 A JPH07123686 A JP H07123686A
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JP
Japan
Prior art keywords
yoke
pole teeth
thickness
cylindrical portion
diameter
Prior art date
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Pending
Application number
JP28875893A
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English (en)
Inventor
Hideji Ishimaru
英児 石丸
Nobuyuki Sueyoshi
伸行 末吉
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FDK Corp
Original Assignee
FDK Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小径でありながら高モータトルクを発現でき
るようにする。 【構成】 外ヨークと内ヨークをロータ回転軸を中心と
する円筒面上で極歯が互いに食い違い合うように組み合
わせて環状コイルを挾持するステータユニットとし、そ
れを2組並設し、それらの内部で永久磁石ロータを回転
自在に軸支する。ここで外ヨーク40の外周円筒部40
bの厚さt2 は、円環状平坦部40a又は極歯64の厚
さをt1 、コイル線材径をdとしたときに、t2 ≦t1
−dを満たす。なお「小径」とは、モータ外径(外ヨー
ク外径)12mmφ以下をいう。この外ヨークは、ダイと
パンチの寸法を変えた複数の組み合わせにより、絞りと
しごきを同時に加えて外周側の円筒部の成形と薄肉化を
行うことで製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石をロータと
し、そのロータの外周にクローポール形ヨークを有する
ステータを配置したPM(永久磁石)形ステッピングモ
ータに関し、更に詳しく述べると、ステータを構成する
外ヨークの外側円筒部を薄肉化して小径モータの巻線不
足を解消し、モータトルクの向上を図った小径ステッピ
ングモータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来公知のPM形ステッピングモータの
代表的な構造例を図7に示す。基本的には、永久磁石を
ロータとし、そのロータの外周にクローポール形ヨーク
を有するステータを配置した構成である。ステータは、
多数の極歯をロータ回転軸方向に突設した外ヨーク10
と内ヨーク12とを、極歯が互いに食い違い合うように
組み合わせて環状コイル14を挾持したステータユニッ
トを2組並設したものである。ロータは、シャフト16
に中間ロータ18を介して円筒状の永久磁石20を固着
した構造であり、前記のステータの内部で軸受22a,
22bによって回転自在に軸支される。両側はフランジ
24とモータカバー26で塞がれ、ロータは、バネワッ
シャ28、平ワッシャ30、スペーサ32等で軸方向の
ガタが生じないように押さえられている。
【0003】ここで外ヨーク10は、円環状平坦部の内
周縁から多数の極歯34をロータ回転軸方向に突設する
と共に、外周縁から外周円筒部を設けた一体構造であ
る。また内ヨーク12は、同様の円環状平坦部の内周縁
から多数の極歯をロータ回転軸方向に突設した構造であ
る。環状コイル14は、ボビン36に巻線38を施した
ものである。
【0004】このモータの磁気回路を構成する外ヨーク
10及び内ヨーク12は、軟鉄板のプレス加工によって
製作する。ヨークの厚さは、極歯の根元で磁気飽和が生
じないように設計されており、従来技術では、製作誤差
を無視すれば、どの部位も同じ肉厚に製作されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】電子機器の小型化に伴
い、それに組み込むステッピングモータも小径化が求め
られている。小径ステッピングモータでも、基本的な構
造は上記と同様である。しかしモータ外径が12mmφ程
度以下ともなると、従来の設計手法のままでは、次のよ
うな問題が生じる。それは、小径化に伴って巻線スペー
スが極端に小さくなり、コイル巻回数が減少して十分大
きなモータトルクが生じないということである。つまり
小径化と高トルク化という相反する課題を、ユーザーの
要求に沿ってバランスよく解決することが困難になって
いる。
【0006】本発明の目的は、上記の技術的課題を解決
し、小径でありながら高モータトルクを発現できるPM
形ステッピングモータを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、基本的には、
円環状平坦部の内周縁から多数の極歯をロータ回転軸方
向に突設すると共に外周縁から外周円筒部を設けた外ヨ
ークと、円環状平坦部の内周縁から多数の極歯をロータ
回転軸方向に突設した内ヨークとを、ロータ回転軸を中
心とする円筒面上で前記極歯が互いに食い違い合うよう
に組み合わせて環状コイルを挾持するステータユニット
を、2組並設し、それらの内部で永久磁石ロータを回転
自在に軸支するPM形小径ステッピングモータである。
ここで前記外ヨークの外周円筒部の厚さt2 が、円環状
平坦部及び極歯の厚さをt1 、コイル線材径をdとした
ときに、t2 ≦t1 −dを満たすように、外ヨークの外
周円筒部の厚さを薄肉化しており、その点に特徴があ
る。なお本発明において小径ステッピングモータの「小
径」とは、モータ外径(外ヨーク外径)が12mmφ以下
をいう。
【0008】本発明のステッピングモータのキー部品で
ある外ヨークは、例えば、軟鉄板のプレス加工によっ
て、内周側の多数の極歯を成形する工程と、次いでダイ
とパンチの寸法を変えた複数の組み合わせにより絞りと
しごきを同時に加えて外周側の円筒部の成形と薄肉化を
行う工程と、その後、必要な高さに外側円筒部を切断す
る工程によって製造できる。
【0009】
【作用】モータトルクの大小を示す係数としてトルク係
数KT =n・N・ΦM があり、KT が大きいほど大トル
クである。但し、nはコイル巻回数、Nはロータの極対
数、ΦM はロータ磁石のコイル通過磁束数である。とこ
ろで小径モータでは、従来技術のようにヨークがほぼ同
じ厚みで成形されている場合、ヨークの極歯の根元での
磁路断面に対して、最外周の外ヨーク外周円筒部の磁路
断面は非常に大きくなる。この磁気回路においては、極
歯の根元で磁気飽和が生じない程度の磁束しか流すこと
ができず、外周円筒部は過剰設計となる。また小径モー
タでは、ロータの直径には自ずと制約があり極端に小径
化できず、反面、モータ外形は小径化が要求されるか
ら、それらの結果、ステータヨーク内のコイル巻線スペ
ースが小さくなり、トルク低下をきたす。
【0010】そこで本発明では、過剰設計となる外ヨー
クの外周円筒部の肉厚を、機械的強度が損なわれない程
度に薄くして、その磁路断面積を極歯根元の磁路断面積
に近づけ、その分、コイル巻線スペースを増やしてコイ
ル巻回数を増加させ、モータトルクの向上を図ってい
る。外周円筒部の厚さを、コイル線材径以上に薄くする
ことで、コイル線材を1層分以上余分に巻付けることが
でき、高トルク化を図ることができる。
【0011】
【実施例】図1は本発明に係るPM形小径ステッピング
モータの一実施例を示す説明図である。このステッピン
グモータの基本的な構成は、外ヨークの部分を除けば従
来技術と同様であってよい。即ち、永久磁石をロータと
し、そのロータの外周にクローポール形ヨークを有する
ステータを配置した構成である。ステータは、多数の極
歯をロータ回転軸方向に突設した外ヨーク40と内ヨー
ク42とを、極歯が互いに食い違い合うように組み合わ
せて環状コイル44を挾持するステータユニットを、2
組並設したものである。ロータは、シャフト46に円筒
状の永久磁石50を固着した構造であり、前記のステー
タの内部で軸受52a,52bにより回転自在に軸支さ
れる。両側はフランジ54とモータカバー56で塞が
れ、ロータは、バネワッシャ58、平ワッシャ60、ス
ペーサ62等で軸方向のガタが生じないように押さえら
れている。
【0012】ここで外ヨーク40は、図2及び図3に示
すように、円環状平坦部40aの内周縁から多数の極歯
64をロータ回転軸方向に突設すると共に、外周縁から
外周円筒部40bを設けた一体構造である。また内ヨー
ク42は、同様の円環状平坦部の内周縁から多数の極歯
をロータ回転軸方向に突設した構造である。環状コイル
32は、ボビン66に巻線68を施したものである。
【0013】さて、本発明が従来技術と顕著に相違する
点は、外ヨーク40の形状であり、その外周円筒部40
bの肉厚が、他の部分の肉厚よりも薄く設定されている
点である。即ち、外ヨーク40の外周円筒部40bの厚
さt2 が、t2 ≦t1 −dを満たすように設定されてい
る。ここで、t1 は外ヨーク40の円環状平坦部40a
あるいは極歯64の厚さであり、dはコイル線材の直径
である。
【0014】図4は、本発明構造と従来構造とを比較し
た説明図である。極歯の根元の磁路断面積A1 は両者で
同じである。言い換えれば、その部位の板厚が同じにな
っている。A2 は従来構造における外側円筒部の磁路断
面積であり、A2 ≒4A1 である。それに対して本発明
構造では、外側円筒部の板厚t2 がt1 よりも薄く、そ
のため外側円筒部の磁路断面積A3 は、4A1 よりもは
るかに小さい。しかし狭い幅の極歯根元に対して外周円
筒部全体が磁路になるため、薄くても磁路断面積は十分
大きくできる。外側円筒部の内周面とコイルの最外周と
の間には、絶縁のためのギャップg(空隙のままか又は
絶縁テープの巻き付け)として0.5〜0.3mm程度が
必要である。そのため、巻線スペースは極めて小さい。
しかし、本発明構造では、外周円筒部を薄肉化したこと
によって、その分だけ、巻線スペースが大きくなり(図
4では1層分)、巻回数を増大できる。
【0015】例えば直径10mmφ程度の小径モータの場
合、ヨークの板厚は0.6〜0.5mm程度であり、巻線
するコイル線材の直径は0.1mmφ程度である。コイル
の巻幅を3mmとすると、従来構造ではコイルの巻回数は
200〜250回である。それに対して、本発明によっ
て外ヨークの外周円筒部の厚みを0.1mm薄肉化する
と、1層分だけ余分に巻き付けることができ、コイル巻
回数は30回増加して、230〜280回となる。
【0016】このモータの磁気回路を構成する外ヨーク
10及び内ヨーク12は、軟鉄板をプレス加工すること
により製作できる。その加工工程を図5に示す。まずA
に示すように極歯だけ先に成形する。次いでB−1〜B
−3の3工程において、絞りとしごきを同時に加えて外
側円筒部を徐々に薄肉化する。そのためには、図6に示
す成形機において、パンチ70とダイ72の寸法
(D1 :ダイ内径、D2 :パンチ外径、h:ダイ高さ)
を変化させた3種類の装置を使用すればよい。成形の度
毎にクリアランスcを小さくすることで、その部分の薄
肉化が行われる。なお極歯の部分は逃げにより、予め成
形した形状が変らないようにする。軟鉄板の場合、あま
り薄くなると材料が流れることができなくなるため、薄
肉化は0.3〜0.4mm程度が限界である。またプレス
による薄肉化は、せいぜい元の厚みを半減するのが限界
であり、それよりも薄くしようとすると、ひび割れなど
の不都合が生じる。このように、複数回の絞りとしごき
を同時に加える工程で外周円筒部を薄肉化した後、Cの
工程で所定の高さHに切断する。このようにして本発明
で用いる外ヨークが得られる。試作実験では、外径10
mmφ、内径9.4mmφ、高さ5mmの外ヨークを製作し、
円環状平坦部及び極歯の肉厚が0.4mmに対して、外周
円筒部の肉厚を0.3mmまで薄肉化することができた。
【0017】このような部分的に肉厚の異なる一体構造
の外ヨークは、上記のようなプレス加工の他、金属粉末
射出成形焼結法やロストワックス精密鋳造法などによっ
ても製造可能である。しかし、プレス法の方が、製作が
容易で且つ低コストで済み、好ましい。
【0018】
【発明の効果】本発明は上記のように、外ヨークの外周
円筒部を巻付けるコイル線材の線径以上薄くしたこと
で、磁気的な特性が損なわれることなくコイル巻線スペ
ースを大きくでき、その結果、小径ステッピングモータ
におけるコイル巻線不足を解消できる。従来技術との比
較で、消費電力が一定ならば高トルク化でき、トルク一
定ならば低消費電力化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る小径ステッピングモータの一実施
例を示す説明図。
【図2】その外ヨークの一部破断斜視図。
【図3】外ヨークの断面図。
【図4】本発明品と従来品の比較説明図。
【図5】外ヨークの加工工程の説明図。
【図6】外ヨークの加工に用いる成形機の説明図。
【図7】従来技術の説明図。
【符号の説明】
40 外ヨーク 40a 円環状平坦部 40b 外周円筒部 42 内ヨーク 44 環状コイル 46 シャフト 50 永久磁石 64 極歯

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円環状平坦部の内周縁から多数の極歯を
    ロータ回転軸方向に突設すると共に外周縁から外周円筒
    部を設けた外ヨークと、円環状平坦部の内周縁から多数
    の極歯をロータ回転軸方向に突設した内ヨークとを、ロ
    ータ回転軸を中心とする円筒面上で前記極歯が互いに食
    い違い合うように組み合わせて環状コイルを挾持するス
    テータユニットを、2組並設し、それらの内部で永久磁
    石ロータを回転自在に軸支するステッピングモータにお
    いて、前記外ヨークの外周円筒部の厚さt2 が、円環状
    平坦部及び極歯の厚さをt1 、コイル線材径をdとした
    ときに、 t2 ≦t1 −d を満たすことを特徴とするPM形小径ステッピングモー
    タ。
  2. 【請求項2】 軟鉄板のプレス加工によって、内周側に
    多数の極歯を成形する工程と、次いでダイとパンチの寸
    法を変えた複数の組み合わせにより絞りとしごきを同時
    に加えて外周円筒部の成形と薄肉化を行う工程と、その
    後、必要な高さで外側円筒部を切断する工程を具備して
    いるPM形小径ステッピングモータ用外ヨークの製造方
    法。
JP28875893A 1993-10-25 1993-10-25 Pm形小径ステッピングモータ Pending JPH07123686A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997048173A1 (fr) * 1996-06-14 1997-12-18 Seiko Epson Corporation Moteur pas-a-pas et procede d'assemblage
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US7132774B2 (en) 2003-08-21 2006-11-07 Minebea Co., Ltd. Bobbin, motor, and method of winding magnet wire
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JPWO2009069383A1 (ja) * 2007-11-29 2011-04-07 株式会社東京マイクロ モータ
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