JPH0757085B2 - ハイブリツド形ステツピングモ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はハイブリッド形ステッピングモータに係り、ス
テータコアの構成に関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕

従来のこの種ハイブリッド形ステッピングモータは、第
９図に示すように歯状部１を先端に形成した複数のポー
ル部２を有する積層鉄心からなるステータコア３と、こ
のステータコア３の各ポール部２間に回転可能に嵌合さ
れ外周に前記ステータコア３のポール部２の歯状部３に
対向した歯状部４を有しマグネット５を挾着したロータ
コア６とからなる構造が採られていた。

この従来の構造では、トルクが決定されるロータコア６
に対向したステータコア３のポール部２の歯状部１の歯
先の面積に比してポール部２の面積が広く、無駄な部分
が多く、トルク当りの重量比が必要以上に大きくなり、
また前記ステータコア３のポール部２に巻回したステー
タコイル７はステータコア３の軸方向の外面から突出
し、モータの軸方向が長くなる欠点を有していた。

〔発明の目的〕

本発明は上記欠点に鑑みなされたもので、トルク当り最
少で、最軽量にできかつ信頼性の高い宇宙空間用ハイブ
リッド形ステッピングモータを提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明に係るハイブリッド形ステッピングモータは、一
体成型の磁性体からなり歯状部を先端に有する複数のポ
ール部を内周に突設したステータコアと、このステータ
コアのポール部に巻回されたステータコイルと、前記ス
テータコアの両端に設けられたフレーム間に回転可能に
軸支され前記ステータコアのポール部に形成した歯状部
に対向した歯状部を外周に有するロータコアとを具備
し、前記ステータコアのポール部にはこのステータコア
の両端から軸方向に切欠き凹部を形成し、この切欠き凹
部を含んでポール部に前記ステータコイルを巻回したこ
とを特徴としてなり、ステータコアの重量の低減をはか
り、ステータコアのポール部の歯状部の面積に対してポ
ール部の面積をできるだけ小さくしてトルク当りの重量
比を低減したものである。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例の構成を図面第１図乃至第６図につい
て説明する。

10はステータコアで、透磁率の高いステンレス，鉄また
は焼結体などにて一体に略円筒状に成型された磁性体で
構成されている。このステータコア10の内周には、第３
図および第４図に示すように例えば８個のポール部11が
等間隔に突設され、この各ポール部11の先端には例え
ば、第３図に示すように６個の歯部12を有する歯状部13
が形成されている。

そして前記各ポール部11には第４図に示すように、ステ
ータコア10の軸方向の上下両端から切欠き凹部14,15が
形成され、この切欠き凹部14,15は、ポール部11の内端
側から外側に向って深くなるように傾斜状に堀込むとと
もにこの切欠き凹部14,15の最深部16から外側はステー
タコア10の外周と略平行状に堀込んだ略Ｖ字状に形成さ
れ、磁束の乱れの原因となるエッジ部が形成されないよ
うになっている。

またこのステータコア10のポール部11の最少断面積部の
断面積Dpはポール部１の歯状部13の各歯部12の面積の1/
2すなわち歯部12の幅Drと一ポール部11の歯数ｎとステ
ータコア10の高さLsとの積の1/2と略等しい面積となっ
ている。

次に前記ステータコア10の外周の上下縁部には嵌合段部
18,19が切欠き形成され、この段部18,19にはねじ穴17が
ステータコア10の軸方向と直交する方向に形成されてい
る。

さらにこのステータコア10の下部の外周縁部には複数箇
所例えば３箇所または全周にかしめ用の固定片20が一体
に突設されている。

次に21はステータコイルで、第７図に示すように前記ス
テータコア10の各ポール部11にそれぞれ巻回される。こ
のステータコイル21はポール部11の切欠き凹部14,15を
含む位置に巻回され、このステータコイル21の上下部は
ステータコア10の上下面より突出されないようになって
いる。

次に22はロータで、第５図に示すように偏平円盤状に成
型したマグネット23と、このマグネット23を挾んだ一対
のステンレス，鉄または焼結体など一体成型の磁性体の
ロータコア24,25とにて構成されている。このロータコ
ア24,25の外周面には前記ステータコア10のポール部11
の歯状部13に対向して歯状部26が形成されている。また
この一対のロータコア24,25のマグネット23側と反対側
面の上下面には切欠き凹部27,28が形成されている。そ
してこの切欠き凹部27,28は外周側からロータ22の中心
に向って傾斜状に深く堀込んで最深部からロータ22の中
心に形成した軸穴30と略平行状に堀込まれて略Ｖ字状に
なっている。

また前記ロータ22の上下方向に貫通した軸穴30にモータ
シャフト31が挿入固定されている。このモータシャフト
31は上端側の出力軸部32と、この出力軸部32に連続され
前記ロータ22に突当てかつ外周にボールベアリング40を
嵌着する径大の突当て部33と、さらにこの突当て部33に
連続した挿入固定部34とが形成されている。

また前記モータシャフト31の下端側にはボールベアリン
グ41を外周に嵌着する非磁性体からなるスリーブ35が嵌
合されるようになっている。

また36は配線基盤で、第７図に示すように各ステータコ
イル21に接続したリード線37が半田接続されている。そ
してこの配線基盤36は環状に形成され、前記ステータコ
ア10の下面に当接されて前記固定片20にてかしめ固定さ
れる。

次に38,39は上部および下部フレームで、内面には、前
記モータシャフト31の突当て部33とスリーブ35に嵌着さ
れるボールベアリング40,41をそれぞれ嵌合するベアリ
ング保持部42,43が形成されている。またこの両フレー
ム38,39の外周部には前記ステータコア10の嵌合段部18,
19の外側に嵌合される嵌合突縁44,45が環状に突設さ
れ、さらにこの両フレーム38,39の中心部には前記モー
タシャフト31を挿通する軸通穴46,47が開口されてい
る。また下部フレーム39には前記配線基盤36に接続した
リード線37を引出すリード線導出穴48が開口され、この
リード線導出穴48は配線基盤36に接続したリード線37を
第６図に示すように円周方向に15゜乃至45゜の範囲角度
θ例えば22.5度程度引回して外方に導出できる位置に形
成されている。

また前記フレーム38,39の嵌合突縁44,45に前記ステータ
コア10の嵌合段部18,19に形成したねじ穴17に対応する
取付け穴（図示せず）が形成され、この取付け穴にフレ
ーム38,39の外側から固着部材、例えばねじ50を挿通し
てステータコア10のねじ穴17に螺合締付けする。

次にこの実施例の作用を説明する。

ロータ22を取付けたモータシャフト31の下端にスリーブ
35を嵌合固定し、このロータ22をステータコア10の各ポ
ール部11間に嵌合する。このステータコア10に巻回した
ステータコイル21は、ポール部11に形成した切欠き凹部
14,15を含んで巻回しているため、ステータコア10の上
下面にはステータコイル21が突出されず、軸方向の長さ
を短かくでき、ステータコア10の下面は平面状のためス
テータコア10の下面に配線基盤36を直接当接できるの
で、配線基盤36を固定するための部品を必要とせず、こ
の配線基盤36をステータコア10の固定片20にてステータ
コア10の下面に直接かしめ固定でき、部品点数を低減で
きるため組立性が向上される。次にステータコア10の上
下面からそれぞれフレーム38,39を当接してステータコ
ア10の嵌合段部18,19に両フレーム38,39の嵌合突縁44,4
5を嵌合する。この状態でモータシャフト31の突当て部3
3とスリーブ35とにボールベアリング40,41が嵌着され、
このボールベアリング40,41はフレーム38,39のベアリン
グ保持部42,43に嵌着されており、またこの時リード線3
7を下部フレーム39内に引回してフレーム39のリード線
導出穴48から外方に引出すことによりリード線37に引張
り力が作用してもその力が半田接続部に直接掛らずリー
ド線接続の信頼性を向上できる。そして上部と下部の両
フレーム38,39の取付け穴から挿入した固着部材、例え
ば取付けねじ50をステータコア10のねじ穴17に螺合して
両フレーム38,39をステータコア10に固着する。この取
付けねじ50は両フレーム38,39の外周に軸方向と直交す
る方向から締付けるためにステータコア10の軸方向から
締付ける構造に比し取付けねじ50を螺合するスペースを
必要とせず、取付けねじ50による磁路の妨げが生じない
とともに、ステータコア10の嵌合段部18,19は磁路とし
て作用しない箇所に形成したので磁気が漏洩することも
なく、また磁路を妨げないようにステータコア10に取付
けねじ51の螺合部を形成するためにステータコア10を大
きくする必要もないので、トルク当りのステータコア10
の体積を小さくでき、小形でかつ軽量にモータを組立て
ることができる。

またステータコア10の各ポール部11に形成した切欠き凹
部14,15はポール部11の内端側から外側に向って深くな
るように傾斜状に堀込むとともにこの切欠き凹部14,15
の最深部16から外側はステータコア10の外周と略平行状
に堀込んだので、磁束の流れが乱れることなく円滑に流
れ、しかもポール部にはエッジ部がないため磁気漏洩も
なく、特に切欠き凹部14,15の最深部はステータコア10
の外周側に形成したので、磁束の流れがより円滑とな
る。

またステータコア10のポール部11の最少断面積部の断面
積Dpは、歯状部13の面積の1/2すなわち歯部12の幅Drと
一ポール部11の歯数ｎとステータコアの高さLsの1/2と
の積と略等しい面積としたので、ステータコア10の寄与
しない余分の部分を除去できる。これは、ロータ22にお
ける磁気損失を零とするときには、一個のポール部11に
ついてみると、有効磁場面積は、ロータコア26の厚みLr
すなわちステータコア10の高さLsの略1/2と、ロータ22
の歯状部26の歯部52の幅すなわちこの歯部52に対向する
ステータコア10のポール部11の歯部12の幅Drと、ステー
タコア10の一ポール部11の歯数ｎの積となり、ロータ22
の歯部52の磁束を全て流すには、ポール部11の最少断面
積部の断面積Dpと、ポール部11の各歯部12の幅Drと一ポ
ール部11の歯数ｎとの積によって決まる面積との関係
は、 Dp≧Ls/2×Dr×ｎ となる必要があり、ポール部11の最少断面積部を通過し
た磁束はステータコア10の外周を通り他のポール部11に
流れるが、一相励磁形ではポール部11を通過した磁束は
２分の１づつに分れてステータコア10の外周に流れるの
でステータコア10の外周部の厚みDsと高さLsとの関係は Ds×Ls≧Dp÷２ となる必要があり、また二相励磁形ではポール部11を通
過した磁束がそのまま進むのでステータコア10の外周部
の厚みDsは Ds×Ls≧Dp とする必要がある。

またステータコア10のポール部11の歯部12とロータ22の
歯部52との関係をみると、ポール部11の歯部12に入った
磁束はポール部11に移行する際に最低各１つ１つの歯部
12は、ロータ22の歯部52の面積と同面積の磁路とする必
要があり、また歯部12,52の面積を大きくすることによ
りモータのトルクを大きくできる。

またステータコア10の嵌合段部18,19に両フレーム38,39
の嵌合突縁44,45を嵌合したため、モータ全体の高さを
低くでき、しかもステータコア10の嵌合段部18,19は磁
路として有効でない部分に形成しかつモータの径と同一
の大きさまでステータコアの径を大きくでき、小形で高
トルク化が可能となる。

さらにフレーム38,39の嵌合突縁44,45をステータコア10
の嵌合段部18,19に嵌合してステータコア10の半径方向
から固着部材のねじ50を締付けるので、磁路を妨げるこ
とがなく、またねじ締付け用のために体積を増す必要も
ないものである。

なお固着部材のねじ50の締付け部分はポール部11間のス
テータコア10にステータコイル21が巻回されていない部
分が好ましい。

また配線基盤36はステータコア10の下面に直接固定片20
にて固着でき、モータの高さを低くして小形に組立てる
ことができ、組立部品が少なく組立て性も向上される。

さらにリード線37は配線基盤36に接続してから配線基盤
36の穴53から下側に引き出してこの配線基盤36に下面に
沿って引き回してからフレーム39の外方に導出するの
で、リード線37に対する引張り力がリード線37と配線基
盤36との接続部に掛ることがなく、リード線37の接続部
の断線、剥離などが起きることがなく、リード線37の接
続安定性を向上できる。このリード線37の引回し角度は
配線基盤36の中心から15゜乃至45゜の範囲が良いが45゜
以上にするとリード線37の重量を増すのみとなる。

またロータ22のロータコア24,25にもマグネット23側と
反対面の上下面に切欠き凹部27,28を形成したため、磁
界の最とも強い中心部は強磁界部として保持でき、磁束
の乱れもなく、磁気損失が少なく、ステータとロータ22
とのバランスが良く、またロータ22の重量を軽減でき
る。

さらにロータコア24,25の歯部52と対向しているステー
タコア10の歯部12の面積はステータコア10のポール部11
の最少断面積部の断面積と略等しくすることによりステ
ータコア10およびロータ22に無駄がなくなるとともに磁
気損失も少なくなる。

またロータコア24,25の切欠き凹部27,28はモータシャフ
ト31を軸支するボールベアリング40,41に対向させるこ
とができるので、第10図に示す従来のモータのように、
矢指のようなボールベアリング８に磁気が漏れることが
なく、またスリーブ35を非磁性体にて成型することと相
まって第８図に矢指のようにボールベアリング40,41に
対する磁束の漏洩を減少でき、さらにボールベアリング
40,41を保持するベアリング保持部42,43を形成した両フ
レーム38,39を非磁性体にて成型することにより、モー
タ表面への漏洩磁束が少なくなり、磁気損失を減少で
き、トルクが低下することがない。

またモータシャフト31は突当て部33を形成しているた
め、ロータ22をモータシャフト31に取付けてスリーブ35
を組込んでロータコア24,25を研磨すればロータ22の芯
出しが確実にでき、ロータ22の精度を向上できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ステータコアのポール部にはこのステ
ータコアの両端から軸方向に切欠き凹部を形成し、この
切欠き凹部には、ポールの内端側から外側に向かって深
くなるように傾斜状に堀込むとともにこの切欠き凹部の
最深部から外側はステータコアの外周とほぼ平行状に堀
込んだ全体としてなだらかな曲面をなし、この切欠き凹
部を含んでポール部にステータコイルを巻回したので、
ステータコアの寄与しない余分な部分の除去によるステ
ータコアの可及的軽量化と共にその軽量化に伴う磁束の
流れの妨げを極少化し、しかもポール部にはエッジ部が
ないため磁気漏洩もなく、一層磁束の流れが円滑となる
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すハイブリッド形ステッ
ピングモータの縦断面図、第２図は同上平面図、第３図
は同上ステータコイルの平面図、第４図は同上IV−IV部
の断面図、第５図は同上ロータの一部を切り欠いた側面
図、第６図は同上配線基盤の底面図、第７図は同上ステ
ータコイルの配線図、第８図は同上ロータの断面図、第
９図は従来のモータの一部を切り欠いた正面図、第10図
は同上ロータ部の断面図である。 10……ステータコア、11……ポール部、13……歯状部、
14,15……切欠き凹部、18,19……嵌合段部、20……固定
片、21……ステータコイル、22……ロータ、24,25……
ロータコア、26……歯状部、36……配線基盤、37……リ
ード線、38,39……フレーム、50……固着部材の取付け
ねじ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一体成型の磁性体からなり歯状部を先端に
   有する複数のポール部を内周に突設したステータコア
   と、このステータコアのポール部に巻回されたステータ
   コイルと、前記ステータコアの両端に設けられたフレー
   ム間に回転可能に軸支され前記ステータコアのポール部
   に形成した歯状部に対向した歯状部を外周に有するロー
   タコアとを具備し、前記ステータコアのポール部にはこ
   のステータコアの両端から軸方向に切欠き凹部を形成
   し、この切欠き凹部は、ポールの内端側から外側に向か
   って深くなるように傾斜状に堀込むとともにこの切欠き
   凹部の最深部から外側はステータコアの外周とほぼ平行
   状に堀込んだ全体としてなだらかな曲面をなし、この切
   欠き凹部を含んでポール部にステータコイルを巻回した
   ことを特徴とするハイブリット形ステッピングモータ。
2. 【請求項２】ステータコイルの外周縁部にモータフレー
   ムの嵌合段部を切欠き形成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のハイブリッド形ステッピングモー
   タ。
3. 【請求項３】ステータコアの嵌合段部に嵌合したフレー
   ムをこのステータコアの軸方向と直交するフレームの外
   周方向から固着部材により締付けたことを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載のハイブリッド形ステッピング
   モータ。
4. 【請求項４】ステータコアにステータコイルを接続した
   配線基盤を取付ける固定片を一体に突設したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のハイブリッド形ステ
   ッピングモータ。
5. 【請求項５】ステータコアに接続した配線基盤から引出
   したリード線を円周方向に引回してフレームから導出し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第４項
   記載のハイブリッド形ステッピングモータ。