JPH0736558U - ステップモータのロータ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 最大静止トルク、高速応答性の良いステップ
モータのロータ構造を安価に提供する。 【構成】 永久磁石とシャフトの中間に、外周に複数の
突条部を設けたプラスチック成形品の磁石スペーサを配
置し、永久磁石は磁石スペーサの突条部に圧入固定さ
れ、シャフトは磁石スペーサの中心穴に圧入固定される
ステップモータのロータ構造。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はステップモータのロータ構造に係わり、特にロータの改良、ステップ モータの特性改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

近年、機器のダウンサイジング化に伴い駆動用のステップモータも小型化が要 求され、小型でトルクの高いもの、さらに品質が安定で安価なものが望まれてい る。

【０００３】 外周に多極着磁が施され、回動自在に軸支されたロータと、内周面に複数の櫛 歯状磁極歯を有した内、外ステータヨーク２組と、該ステータヨークを励磁する コイル２個とによって構成される永久磁石型ステップモータのロータ構造におい て、従来のステップモータは、図６、図７のごとくシャフト１に永久磁石２を直 接接着や、射出成形の永久磁石２の場合は一体成形により固定する場合もある。 または、図８に示す金属製の磁石スペーサ１３を用い、永久磁石２を接着固定し ている。さらには、図９のごとく実開平５−１８２４７号公報に示されているよ うに２重の円筒状部を有した金属製の磁石スペーサ１４を用い、外周の２重突条 に永久磁石２を圧入固定する方法が取られている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述した従来の方法において、図７に示すシャフト１に直接、 永久磁石２を固定する方法では、比重の大きい永久磁石２の使用する体積が大き く、ロータ慣性モーメントは大きくなってしまう。近年、機器のダウンサイジン グ化に伴って駆動用のステップモータも小型化が要求されている。ステップモー タの小型化に伴って大きなトルクを得ることが困難になってきており、特に高速 領域におけるトルク確保が重要な課題である。高速領域におけるトルク、即ち高 速応答性はロータ５の慣性モーメントに大きく影響され、低慣性モーメントが高 速応答性に優れていることは周知な技術である。従来の方法ではロータ慣性モー メントが大きく、高速領域のトルク要求を満足することが困難であった。

【０００５】 また、図８に示す金属製の磁石スペーサ１３を用い、接着によって永久磁石２ を固定する方法では、永久磁石２の接着固定力の安定性、信頼性確保のため、接 着剤の塗布量、接着剤の硬化条件等の管理を十分に行わなければならないこと、 接着剤を塗布する工程、接着剤の硬化処理工程等、作業が煩雑なこと等で安価に ロータ５を製造することが困難であった。

【０００６】 また、接着構造における構造問題としては、接着剤のはみ出しがあり、該接着 剤を完全に除去しきれないとシャフト１に付着した接着剤が軸受け部１１にまで 達し、適正な軸受け部１１の隙間が確保できず、負荷トルクの増大になり、出力 トルクの減少が起こる。と言う課題もある。

【０００７】 小型モータにおいて、より高トルクを得るためには、ステータの有効長さＬ１ を十分に生かした永久磁石２の長さのロータ５としてステータ１０の磁極歯とロ ータ５の磁極との対向面積を増大することが必要であり、ロータ５の磁石端面と シャフト１を保持する軸受け部端面までの隙間Ｌ２をより小さくすることが必要 である。

【０００８】 接着剤のはみ出しを考慮した寸法に設定するとロータ５の永久磁石部２の長さ は短くなり、ステータ１０の有効長さＬ１を十分に活用できず、ステータ１０の 磁極歯とロータ５の磁極の対向面積が小さくなり、高い最大静止トルクを得るこ とはできない。また、金属製の磁石スペーサ１３と永久磁石２を接着するために は、接着剤の挿入隙間が必要であり、該隙間分はシャフト１と永久磁石２の同軸 度が悪くなる可能性がある。シャフト１と永久磁石２の同軸度劣化はステータ１ ０とロータ５のエアーギャップの不均一になり、磁気吸引力のアンバランスから 軸受け部１１にラジアル方向の力が発生し、摩擦負荷トルクの増大と磁気回路の バランスが崩れることから、ステップモータの特性を低下させることになる。こ れも周知のごとくである。

【０００９】 さらに、図９に示す他の従来方法の実開平５−１８２４７号公報に示されてい る２重の円筒状部を有した金属製の磁石スペーサ１４を用い、外周の２重突条に 永久磁石２を圧入固定する方法は、金属製の磁石スペーサ１４の形状が複雑であ り、安価に製造することは困難である。また、２重の円筒状部の外側円筒部に永 久磁石２、内側円筒部にシャフト１をそれぞれ圧入する構造のため、シャフト１ と永久磁石２の同軸度精度は高く保つことは難しい。さらに、２重の円筒状部を 持つため寸法的に小型化の製作は困難であり、小型、特に小径のステップモータ には適さない等の課題がある。

【００１０】 本考案の目的は、上記課題を解決し最大静止トルク、及び、高速応答性の良い ステップモータを安価に提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

上記、目的を達成するための本考案のステップモータのロータ構造は、外周に 多極着磁が施された永久磁石２とシャフト１とに磁石スペーサ３を介在させて成 るロータ５と、内周面に複数の櫛歯状磁極歯を有した内ステータヨーク６、外ス テータヨーク７の２組とによって構成されるステップモータにおいて、磁石スペ ーサ３はプラスチック成形品で外周に複数の突条部４が設けられ、永久磁石２は 突条部４で圧入固定されるとともに、シャフト１は磁石スペーサ３の中心穴に圧 入固定され、ロータ端面と軸受け端面との隙間は所定の間隔をおいて軸支されて いる構成にしたものである。

【００１２】

【実施例】

以下本考案の実施例を図面に基づいて詳述する。図１は本考案によるロータ構 造を用いたステップモータの実施例の断面図である。リング形状したコイル１２ を覆う形で構成した内ステータヨーク６と外ステータヨーク７は、その内周面に 軸心方向に突出した櫛歯状の極歯を複数個持ち、内ステータヨーク６と外ステー タヨーク７の該磁極歯は磁極歯の内径を略同一にして交互に配列された第一のス テータブロック８と、第一のステータブロック８と同様にして成る第二のステー タブロック９とを重ね合わせた構成のステータ１０と、内、外ステータヨークの 磁極歯と対向し軸受け１１を介して回動自在に軸支され、外周が多極着磁された ロータ５との構成である。

【００１３】 本考案のロータ構造は図２に示すように、シャフト１に圧入されたプラスチッ ク成形品の磁石スペ−サ３に永久磁石２が圧入固定されている。永久磁石２はプ ラスチックが含有された希土類のネオジウム系のプラスチックマグネットで射出 成形によって製作されている。プラスチック成形品の磁石スペーサ３の外周には 図３に示す複数の突条部４を設けている。該突条部４によって永久磁石２が圧入 固定されている。

【００１４】 ロータ５の構成で、永久磁石２より比重の小さいプラスチック成形品の磁石ス ペーサ３を用いたことにより、ロータ慣性モーメントは小さくすることができ高 速応答性が良いロータ５にすることができた。永久磁石２のステップモータとし てのロータ磁石として性能を得るには永久磁石２の厚みが０．７ｍｍ必要で、永 久磁石２の成形性、強度、ロータ慣性モーメント等で厚み設定が可能である。実 施例では永久磁石２の厚さは１．０ｍｍで行った。製造コストにおいても高価な 永久磁石材料の使用量を少なくすること、磁石スペーサ３は射出成形加工で同時 多数加工可能なことから安価なロータ５を製造することができた。

【００１５】 ロータ５の組立は接着剤を用いない圧入工程のため、接着剤のはみ出しの危険 はなく、図１に示すロータ端面と軸受け端面との隙間Ｌ２を最大限小さくするこ とが可能になり、最低隙間、片側０．１ｍｍを確保した長さにした。ステータの 有効長さＬ１を最大限活用することができ、ステータ１０の磁極歯と永久磁石２ の磁極との有効対向面積の増加を得ることができた。

【００１６】 ステップモータの最大静止トルクはステータ１０の磁極歯と永久磁石２の磁極 との対向面積に大きく関係するので、従来に比較して１０％増加の最大静止トル クを得ることができた。

【００１７】 尚、ロータ５は永久磁石２を２体にして、中央部の永久磁石２を除去した形状 であるが、ステータヨークの磁極歯の根元曲げ部であり、ステータ１０とロータ ５とのエアーギャップが大きい部分のためトルクに寄与できない範囲である。ロ ータ慣性モーメントをより小さくし高速応答性を得るためのロータ構成である。

【００１８】 永久磁石２はプラスチック成形品の磁石スペーサ３の突条部４で圧入固定され ている。磁石スペーサ３の突条部４はプラスチック成形品であるため、永久磁石 ２の圧入により、図４のように突条部４の先端が若干変形を起こし固定されてい る。永久磁石２は小さな磁石片を多く含有した希土類プラスチック磁石であり、 粘性が小さく割れ安い性質を持っている。しかしながら、本考案によれば永久磁 石２の圧入応力は磁石スペーサ３の断面積の小さな突条部４の変形で緩和され、 永久磁石４の割れは発生しない。永久磁石２の内径寸法のバラツキや、磁石スペ ーサ３の外径寸法のバラツキが起こり、圧入代が変動しても磁石スペーサ３の突 条部４の変形量が変わることで永久磁石２への応力増大が押さえられ、永久磁石 ２の割れを防止できる。すなわち、永久磁石２の内径寸法、磁石スペーサの外径 寸法は製造コストが上がる程の厳しい品質管理を行わなくても安定した固定力を 得ることができる。

【００１９】 また、本考案は磁石スペーサ３の突条部４において変形を伴って永久磁石２の 圧入固定力を得ているので、突条部４が無いものと比較すると圧入応力は小さい ため、実質圧入代は大きく設定できる。したがって、温度環境の変化に対して、 ロータ５を構成する部品は熱膨張係数に従って膨張、収縮を行うが、磁石スペー サ３の突条部４の変形でこれを吸収し、圧入固定力の低下や、永久磁石２の割れ を防止でき、品質の信頼性を高めることができる。

【００２０】 磁石スペーサ３の突条部の配置は図３のごとく、突条部４を配置した１８０度 対称位置には突条部４を、へこみ部の１８０度対称位置にはへこみ部を設けてい る。即ち、磁石スペーサ３には偶数で複数個の突条部４を設けている。また、突 条は均一なピッチで配置することが望ましい。偶数個の突条部４を設けることは 、対角位置にも突条部４が存在しているため、シャフト１圧入のための中心穴に 対して永久磁石２の偏心は発生しにくく、磁石スペーサ３と永久磁石２とは同軸 度が高く保たれ、しいてはシャフト１に対する永久磁石２の振れが小さく、ステ ータ１０とロータ５とのエアーギャップは円周方向全体でより均一な状態が得ら れる。本実施例は１８０度対称位置に突条部４を設けたが、向かい合った突条部 ４のそれぞれの円弧長さの範囲、すなわち、永久磁石２の内径に接する範囲が１ ８０度線上、すなわち、点対称中心線上に存在していれば偏心が少なく同軸度の 高いロータを得る効果がある。

【００２１】 本考案のロータ構造は圧入加工によって組立ているため、永久磁石２と磁石ス ペーサ３との間には隙間はなく部品精度の同軸度によって組上がり、ロータ５の シャフト１に対する永久磁石２の振れ精度が良くでき上がる。従来の接着構造で は永久磁石２と磁石スペーサ３との間には接着剤の挿入隙間が必要で、本考案よ りロータ５の振れ精度は、該隙間分でけ悪くなる可能性を持っている。より小型 、小径のステップモータで高トルクを得るにはステータ１０と永久磁石２とのエ アーギャップをより小さくすることが必要で、ロータ振れによるわずかのエアー ギャップ不均一でもエアーギャップの広い所と狭い所の比率は大きくなり、磁気 吸引力のアンバランスから、ラジアル方向の力が発生し、軸受け部１１で摩擦負 荷トルクの増大が起こる。また、磁気回路のバランスが崩れることからステップ モータ特性は低下する。

【００２２】 本考案の技術はロータ振れを小さくすることができ、エアーギャップの均一化 に効果が大きく、出力トルクの増大が計れる。

【００２３】 本考案の実施例は、磁石スペーサ３の外周部に突条部４を設け、永久磁石２を 圧入固定したが、他の実施例として図５のように、磁石スペーサ３の外周部に突 条部４を設けると共に、磁石スペーサ３の内周側にも突条部４ａを設け、該突条 部４ａによってシャフト１との圧入を行った。磁石スペーサ３の外周部の突条部 ４と内周部４ａの突条部の位置関係は、該磁石スペーサ３の半径中心線上に外周 部の突条部４が配置されている所は、内周部に突条部４ａと突条部４ａの中間、 すなわち、へこみ部を配置した。圧入位置が同一半径線上からずれていることに より、永久磁石２の圧入点やシャフト１の圧入点の反対側の部分は空間となって いて、磁石スペーサ３の変形自由度は大きく、圧入応力をより大きく吸収でき、 圧入固定力の安定性と品質信頼性を得るのが容易であった。

【００２４】

【考案の効果】

上記のごとく本考案によれば、ロータ５の構成で外周に複数の突条部４を設け たプラスチック成形品の磁石スペーサ３を用い、永久磁石２を圧入固定すること で、ステータ１０の有効長さＬ１を十分に活用することができ、ステータ１０と ロータ５の対向面積を増加し、またロータ慣性モーメントの低減が得られ、最大 静止トルク、動トルク、高速応答性等、ステップモータの特性を改善し、永久磁 石２の固定品質の向上と対環境に対する信頼性の向上とを得、さらに安価にでき る効果を有している。

【００２５】 また、ロータ端面と軸受け端面との隙間Ｌ２を小さくし、ロータの永久磁石２ を含めた磁石スペーサ３の長さを長くしたことで、ステータ１０に対するロータ の軸心方向の移動可能範囲を制限することができ、ロータの軸心方向の適正位置 が確保され、磁気回路の一定維持確保が得られたこと、によりステップモータ特 性の安定度が増し、さらに振動、騒音の低減を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示すステップモータの断面図
である。

【図２】本考案の実施例を示すロータの縦断面図であ
る。

【図３】本考案の実施例を示すロータの横断面図であ
る。

【図４】本考案の実施例の要部を示す部分断面図であ
る。

【図５】本考案の他の実施例の要部を示す部分断面図で
ある。

【図６】従来例のステップモータの断面図である。

【図７】従来例のロータの断面図である。

【図８】従来例のロータの断面図である。

【図９】従来例のロータの断面図である。

【符号の説明】

１ シャフト ２ 永久磁石 ３ 磁石スペーサ ４ 突条部 ５ ロータ ６ 内ステータヨーク ７ 外ステータヨーク ８ 第一のステータブロック ９ 第二のステータブロック １０ ステータ １１ 軸受け １２ コイル Ｌ１ ステータの有効長さ Ｌ２ ロータ端面と軸受け端面との隙間

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周に多極着磁が施された永久磁石とシ
   ャフトとに磁石スペーサを介在させて成るロータと、内
   周面に複数の櫛歯状磁極歯を有した内、外ステータヨー
   ク２組と、該ステータヨークを励磁するコイル２個とに
   よって構成されるステップモータにおいて、前記磁石ス
   ペーサはプラスチック成形品で外周に複数の突条部が設
   けられ、永久磁石は該突条部で圧入固定されるととも
   に、シャフトは磁石スペーサ中心穴に圧入固定され、ロ
   ータ端面と軸受け端面との隙間は所定の間隔をおいて軸
   支されていることを特徴とするステップモータのロータ
   構造。
2. 【請求項２】 永久磁石の厚さが０．７ｍｍ〜１．５ｍ
   ｍであることを特徴とする請求項１記載のステップモー
   タのロータ構造。
3. 【請求項３】 磁石スペーサの突条部は偶数個の複数で
   あり、向かい合う突条部の円弧長さの範囲が点対称中心
   線上に存在していることを特徴とする請求項１、及び請
   求項２記載のステップモータのロータ構造。