JPH07284263A - モータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】両磁極部４１、７１間のエアギャップを縮小し
てトルクをアップするとともに、回転時の摺動抵抗を低
減しつつ、磁極部４１、７１と非磁極部４２、７２との
結合性に優れたモータ及びその製造方法を提供する。 【構成】ステータコア４の内周面とロータコア７ａの外
周面とが相対摺動するとともに、ステータコア４又はロ
ータコア７ａの非磁極部４２，７２を磁極部４１，７１
と同一素材で一体に形成し、ただ非磁性結晶構造とした
ので、非磁極部４２，７２は磁極部４１，７１と同じ熱
膨張率をもち、両者は一体であるので、強度も大きく、
しかもステータコア４又はロータコア７ａの相対摺動面
は完全円筒面であるので摺動抵抗は大幅に低減すること
ができ、製造工程も簡単であり、エアギャップも縮小で
きるのでトルクもアップするという優れた効果を奏す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステータコアの磁極部
とロータコアの磁極部との間のエアギャップを縮小して
トルク増加を実現したモータ及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来技術】特開昭６１−１０９４３５号公報は、ステ
ータコイルが巻装されるとともに内周面に周方向へ所定
間隔で磁極部及び非磁極部が形成された高透磁性のステ
ータコアと、ステータコアの内周面に相対回転自在に嵌
入されるとともに外周面に周方向へ所定間隔で磁極部及
び非磁極部が形成された高透磁性のロータコアとを備
え、前記磁極部及び非磁極部が形成された前記ステータ
コアの内周面及び前記ロータコアの外周面が相対摺動面
を構成するモータを開示しており、摺動抵抗の低減のた
めに、両コアの上記非磁極部は、コアに形成された凹部
にプラズマ溶射などによりセラミック材（非磁性体）を
充填後、その外周を切削又は研削して形成することを開
示している。このようにすれば、軸受けの偏心による両
磁極部の衝接を回避しつつ、両磁極部間のエアギャップ
を縮小してトルクをアップすることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報のステップモータでは、摺動抵抗の低減のために両コ
アの少なくとも一方に非磁性体を充填せねばならない
が、このセラミックの非磁性体はコア特にその磁極部と
熱膨張率などが異なり、強度も小さく、製造工程も複雑
であるという各種課題を有していた。

【０００４】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、両磁極部間のエアギャップを縮小してトルクをアッ
プするとともに、回転時の摺動抵抗を低減しつつ、磁極
部と非磁極部との結合性に優れたモータ及びその製造方
法を提供することを、その目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成は、
ステータコイルが巻装されるともに内周面に周方向へ所
定間隔で磁極部及び非磁極部が形成された高透磁性のス
テータコアと、前記ステータコアの内周面に相対回転自
在に嵌入されるとともに外周面に周方向へ所定間隔で磁
極部及び非磁極部が形成された高透磁性のロータコアと
を備え、前記磁極部及び非磁極部が形成された前記ステ
ータコアの内周面及び前記ロータコアの外周面が相対摺
動面を構成するモータであって、前記両コアの非磁極部
が、隣接する磁極部と同一素材で一体に形成され、か
つ、非磁性結晶構造を有することを特徴としている。

【０００６】本発明の第２の構成は、上記第１の構成に
おいて更に、前記ステータコア及び前記ロータコアの前
記相対摺動面の少なくとも一方に低摩擦係数の樹脂膜が
被着されているものである。本発明の第３の構成は、上
記第１の構成において更に、前記相対摺動面にオイルを
注入したものである。

【０００７】本発明の第４の構成は、上記第１〜第３の
いずれかの構成の製造方法であって、高透磁性を有する
とともに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の内周面又はロータコア
の外周面からなる相対摺動面を平滑に形成し、前記相対
摺動面へレーザービームを照射しつつ走査して非磁性の
複数の非磁極部を互いに所定間隔を隔てて形成するもの
である。

【０００８】本発明の第５の構成は、上記第４の構成に
おいて更に、前記素材からなる円筒を前記コア部に嵌合
して前記ステータコア又は前記ロータコアを構成するも
のである。本発明の第６の構成は、上記第５の構成にお
いて更に、前記円筒を前記コアの主部に嵌合する前に前
記レーザー加熱を実施するものである。

【０００９】

【作用及び発明の効果】本発明の第１の構成によれば、
ステータコアの内周面とロータコアの外周面とが相対摺
動するとともに、ステータコア及びロータコアの非磁極
部を隣接する磁極部と同一素材で一体に形成し、ただ非
磁性結晶構造としたので、非磁極部は磁極部と同じ熱膨
張率をもち、両者は一体であるので、強度も大きく、し
かもステータコア又はロータコアの相対摺動面は完全円
筒面であるので摺動抵抗は大幅に低減することができ、
従来用いられていた軸受けを廃止することもでき、製造
工程も簡単であり、エアギャップも縮小できるのでトル
クもアップするという優れた効果を奏する。

【００１０】本発明の第２の構成によれば更に、相対摺
動面に低摩擦係数の樹脂膜が被着されるので、摺動抵抗
は更に低減される。本発明の第３の構成によれば更に、
相対摺動面にオイルが充填されるので、摺動抵抗は更に
低減される。本発明の第４の構成によれば、上記第１〜
第３の構成を実現するために、コアの円筒状の相対摺動
面の所定領域をレーザービームで加熱して結晶構造を転
換して非磁性化するので、上記作用効果を簡単に実現す
ることができる。

【００１１】本発明の第５の構成によれば、上記第４の
構成において更に、加熱により非磁性化する薄肉の円筒
をステータコア又はロータコアの主部に嵌合してステー
タコア又はロータコアを構成するので、電磁珪素鋼板に
比べて高価な、加熱により非磁性化する部材（例えばオ
ーステナイト系ステンレス）を節約することができる
他、この円筒を嵌合することによりステータコア又はロ
ータコアの相対摺動面は軸方向にもなめらかとなり、そ
れだけ摺動抵抗が低減できる。

【００１２】本発明の第６の構成によれば、上記第５の
構成において更に、円筒をコアの主部に嵌合する前にレ
ーザー加熱を実施するので、レーザ加熱時のハンドリン
グが簡単となり、また、円筒の内周面側及び外周面側か
らレーザーを照射できるので、周方向の熱拡散距離が同
じであれば、２倍の深さの非磁極部を形成することがで
きる。

【００１３】本発明のモータの構造を更に詳細に説明す
る。本発明のモータでは、高透磁性のステータコア及び
ロータコアの磁極面には、周方向へ線状の磁極部と非磁
極部とが所定ピッチで形成されている。非磁極部と磁極
部とは同一素材で形成され、非磁極部は非磁性の結晶構
造を有し、磁極部は高透磁性の結晶構造を有する。

【００１４】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部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
アの磁極部がステータコアの磁極部の極性反転により、
回転方向へ所定角度づつ回転する。更に、上記各構成に
よれば、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（非磁極部）を形成するという複雑な工程が不
必要となり、例えば非磁極部の局所加熱（例えばレーザ
ー加熱）だけにより磁極部及び非磁極部を作成できるの
で、工程が極めて簡単となる。

【００１５】また、磁極部のピッチを簡単に縮小するこ
とができ、高精度化、磁極部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。

【００１６】

【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
開口は同じくアルミ合金を素材とするエンドブラケット
２により閉鎖されており、回転軸３はハウジング１及び
エンドブラケット２の孔部に遊嵌されている。

【００１７】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の円筒４ｄが圧入され、円
筒４ｄにステータコア４の主部４ｃが圧入されている。
ステータコア４の主部４ｃ、ロータコア７ａ、７ｂは、
オーステナイト系ステンレス鋼板（ＦｅーＣｒーＮｉ系
合金、Ｆｅ７０〜７４ｗｔ％、Ｃｒ１８〜２０ｗｔ％、
Ｎｉ８〜１０ｗｔ％）を積層して形成したものである
が、鋼板を積層するかわりに、一体に形成することもで
きる。

【００１８】本実施例では、ステータコア４の内周面に
磁極部４１、非磁極部４２が周方向へ交互に形成され、
ロータコア７ａ、７ｂの外周面に磁極部７１及び非磁極
部７２が周方向へ交互に形成される。これら非磁極部４
２、７２の形成は後述するレーザーなどを用いた局所加
熱方法で行うことができる。また、この実施例では、ス
テータコア４を、上記主部４ｃとこの主部４ｃに嵌着さ
れる電磁珪素輪板を積層してなる円筒４ｄとから構成し
ている。オーステナイト系ステンレス鋼板を積層してな
る主部４ｃは、内周面側の部分である薄肉の略円筒部
と、この略円筒部から遠心方向へ周方向等間隔に突出す
る８個の凸形磁極部４９とからなる。各凸形磁極４９に
はステータコイル５が個別に巻装されており、ステータ
コイル５の巻装後、薄肉の円筒４ｄが圧入される。そし
て、このステータコア４が有底円筒形状の非磁性のハウ
ジング１に圧入され、ハウジング１の開口が非磁性のエ
ンドフレーム２により遮蔽されている。

【００１９】所定の凸形磁極部４９を基準に数えて偶数
番目の凸形磁極部４９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
凸形磁極部４９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。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７の半部７ａ，７ｂが圧入嵌着されてお
り、ステータコア４の内周面に摺動自在に嵌入されてい
る。

【００２０】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（カラー）であり、永久磁
石を機械的衝撃から保護している。ステータコア４の内
周面及びロータコア７ａ、７ｂの外周面にフッ素系樹脂
膜９ａ，９ｂが被着されている。１５は、ハウジング１
の底面から軸方向に突出する円筒状の突起であり、２５
は、エンドフレーム２から軸方向内側へ突出する円筒状
の突起であり、これら突起１５、２５はロータコア７
ａ、７ｂの軸方向変位を規制している。

【００２１】上記実施例によれば、ステータコア４の内
周面とロータコア７ａ、７ｂの外周面との間のギャップ
は上記フッ素系樹脂膜９ａ，９ｂの厚さの和に略等しく
なり、従来に比べて格段に縮小でき、その分だけトルク
を増大することができる。また、実施例１ではステータ
コイル５の巻装が従来より格段に簡単となる。また、ス
テータコア４及びロータコア７ａ、７ｂの歯部（磁極
部）の形成において、複雑な鋼板打ち抜き加工及び位置
合わせ作業が不要となり、磁極部ピッチの短縮により磁
極部総数を従来の２〜３倍に増加することができる。

【００２２】フッ素系樹脂膜９ａ、９ｂの厚さは約５〜
２０μｍが好適であるがその選択は自由である。以下、
非磁極部４２、７２の製造工程について説明する。ここ
で、ステータコア４ｃ及びロータコア７ａ、７ｂ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い
る）。

【００２３】次に、非磁極部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（摂氏６００
度）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４、図５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７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
磁極部７２が軸方向に形成される。ステータコア４の内
周面へのレーザービームの照射、走査は円筒７ａの場合
より困難ではあるが、ステータコア４の内部に回転移動
ミラーを挿入すればよい。すなわち、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。

【００２４】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。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ステップモータに適用する
ことができる。 （実施例２）他の実施例を図６〜図８に示す。図６はモ
ータの径方向断面図、図７はその軸方向半断面図、図８
は図６の要部拡大断面図である。

【００２５】この実施例では、主部４ａは電磁珪素鋼板
を積層してなり、外周側の部分からなる薄肉の円筒部
と、この円筒部の内周面から求心方向へ周方向等間隔に
突出する８個の凸形磁極４０からなる。各凸形磁極４０
にはステータコイル５が個別に巻装されており、ステー
タコイル５の巻装後、薄肉の円筒４ｂが圧入されてい
る。円筒４ｂは主部４ａとともにステータコアを構成し
ている。

【００２６】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。一
方、回転軸３には円盤状の永久磁石６を挟んでロータコ
ア７の一対の主部７ａ、７ｂが圧入嵌着されており、主
部７ａ、７ｂには薄肉の円筒７ｃがそれぞれ圧入されて
いる。円筒７ｃは主部７ａ、７ｂとともにロータコア７
を構成しており、円筒７ｃの外周面は円筒４ｂの内周面
に摺動自在に嵌入している。

【００２７】更に、この実施例では、円筒７ｃの外周面
及び円筒４ｂの内周面にフッ素系樹脂膜（図８参照）９
ａ、９ｂが被着されている。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（カラー）
であり、永久磁石を機械的衝撃から保護している。更に
説明すると、ロータコア４の主部４ａ及びロータコア７
の主部７ａ、７ｂは、この実施例では所定形状（図７参
照）に打ち抜かれた電磁珪素鋼板を積層してなり、円筒
４ｂ、７ｃ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％、Ｎｉ８〜１０ｗｔ％）からなる。

【００２８】本実施例の特徴は、図８に拡大図示するよ
うに、円筒４ｂ、７ｃの所定部分を局所熱処理手法を用
いて非磁性の非磁極部４２、７２としたものである。こ
こで円筒７ｃでは、磁極部７１と非磁極部７２とが交互
に形成され、これら両者は軸方向に線状に形成されてい
る。また、円筒４ｂでも、凸形磁極４０に接する部分で
は磁極部４１と非磁極部４２とが交互に形成され、凸形
磁極４０に接しない部分では非磁極部４２だけが形成さ
れている。

【００２９】この実施例では、非磁極部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１ｍｍとされる。非磁極部４２、７２の形成によ
り、隣接する各非磁極部４２、７２の間には同様に軸方
向に伸びる磁極部４１、７１が形成される。磁極部４
１、７１は高透磁率を有する磁性体であり、非磁極部４
２、７２は非磁性体である。

【００３０】なお、ハイブリッド形ステップモータで
は、ロータコア７ａに嵌着される円筒７ｃの磁極部７１
は、ロータコア７ｂに嵌着される円筒７ｃの磁極部７１
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に嵌着
される円筒７ｃ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に嵌着される円筒７ｃ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。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。もちろん、円筒４
ｂ、７ｃはそれぞれ内外周面からレーザービームを照射
することもできる。

【００３１】なお、上記実施例の円筒４ｂ、７ｃを軸方
向長さが短い短軸円筒を連続的にロータコア７ａ，７ｂ
に圧入して形成することもできる。このような短軸円筒
は、例えばプレスによる冷間加工（例えば深絞り）によ
り平板から製造することができる。

【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
プモータの軸方向半断面図である。

【図２】図１のステップモータの径方向断面図である。

【図３】図２の一部拡大断面図である。

【図４】図１のロータコアの非磁極部を作成するレーザ
ービーム装置を示す模式平面図である。

【図５】図１のロータコアの非磁極部を作成するレーザ
ービーム装置を示す模式側面図である。

【図６】本発明の他の実施例であるハイブリッド形ステ
ップモータの径方向断面図である。

【図７】図６のステップモータの軸方向半断面図であ
る。

【図８】図７の一部拡大断面図である。

【符号の説明】

４はステータコア、 ７ａ、７ｂはロータコア、 ４１、７１は磁極面、 ４２、７２は非磁極部、 ４３、７３は磁極部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステータコイルが巻装されるとともに内周
   面に周方向へ所定間隔で磁極部及び非磁極部が形成され
   た高透磁性のステータコアと、前記ステータコアの内周
   面に相対回転自在に嵌入されるとともに外周面に周方向
   へ所定間隔で磁極部及び非磁極部が形成された高透磁性
   のロータコアとを備え、前記磁極部及び非磁極部が形成
   された前記ステータコアの内周面及び前記ロータコアの
   外周面が相対摺動面を構成するモータであって、 前記両コアの非磁極部は、隣接する磁極部と同一素材で
   一体に形成され、かつ、非磁性結晶構造を有することを
   特徴とするモータ。
2. 【請求項２】前記ステータコア及び前記ロータコアの前
   記相対摺動面の少なくとも一方に低摩擦係数の樹脂膜が
   被着される請求項１記載のモータ。
3. 【請求項３】前記相対摺動面にオイルが注入されている
   請求項１記載のモータ。
4. 【請求項４】高透磁性を有するとともに所定温度以上へ
   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
   タコアの内周面又はロータコアの外周面からなる相対摺
   動面を平滑に形成し、 前記相対摺動面へレーザービームを照射しつつ走査して
   非磁性の複数の非磁極部を互いに所定間隔を隔てて形成
   する請求項１〜３のいずれかに記載のモータの製造方
   法。
5. 【請求項５】前記素材からなる円筒を前記コア部に嵌合
   して前記ステータコア又は前記ロータコアを構成する請
   求項４記載のモータの製造方法。
6. 【請求項６】前記円筒を前記コアの主部に嵌合する前に
   前記レーザー加熱を実施する請求項５記載のモータの製
   造方法。