JPH09215303A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】製造コストの上昇を招くことなく、複数の固定
子が有するヨークの全ての相互間の位置決めを正確に行
えるとともに、その位置関係を常時安定に保持すること
のできるステッピングモータを提供する。 【解決課題】回転子１と、励磁用コイル２４，２７と外
側ヨーク１８，２３および内側ヨーク２０，２１とを有
する複数の固定子４，７とを備える。固定子４，７は、
各ヨーク１８，２３，２０，２１の極歯１８ａ，２３
ａ，２０ａ，２１ａが所定のピッチで整列されるよう組
み合わせて互いに固定する。回転子１の回転軸３方向の
両端側にそれぞれ位置する２つの固定子４，７における
各外側ヨーク１８，２３に、各固定子４，７の積層厚み
に相当する長さを有する位置決め固定用の連結杆２８を
設ける。連結杆２８を、各内側ヨーク２０，２１および
外側ヨーク１８，２３における連結杆２８との対向箇所
に形成された凹部２９に嵌合して、各固定子４，７を一
体に結合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として、マイク
ロステップ駆動して停止位置の微細な位置決めと滑らか
な回転を得ることを目的として、極歯を細かく分割した
形式のステッピングモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、モータ使用の電気機器における低
騒音化、低振動化および微細位置決め化を達成するため
に、ステッピングモータの高分解能化が要望されてお
り、この高分解能化を電気的に得られるステッピングモ
ータのマイクロステップ駆動法が多用されている。この
ようなマイクロステップ駆動法には、極歯を細かく分割
した形式のステッピングモータが適している。この種の
代表的なステッピングモータとして、図７の分解斜視図
に示すようなＰＭタイプのものが知られている。

【０００３】このステッピングモータは、回転子１が円
筒状の永久磁石２を円周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交
互に配列するよう多極に分割着磁された構成になってお
り、回転子１の一端側には回転動力出力用の回転軸３が
突出されている。一方、それぞれ磁気回路を構成する一
対の第１，第２固定子４，７は、回転軸３の軸方向に重
ねられ、且つ、回転子１の周囲を覆うように配置され
て、フレーム８とブラケット９とが合体されてなる外体
ケース内に収納される。ここで、回転軸３は、フレーム
８とブラケット９に軸受を介して回転自在に支持され、
且つ、一端部がフレーム８から突出される。

【０００４】上記の第１固定子４は、第１外側ヨーク１
０，第１コイルボビン１１および第１内側ヨーク１２を
組み合わせて構成されており、第２固定子７も同様に、
第２内側ヨーク１３，第２コイルボビン１４および第２
外側ヨーク１７を組み合わせて構成されている。すなわ
ち、第１固定子４は、対をなす第１外側および内側ヨー
ク１０，１２の中央開口部の周縁部からクシ歯状に等間
隔に整列された爪形の極歯１０ａ，１２ａが相対向して
直交方向に突設されているとともに、この両極歯１０
ａ，１２ａが同一円周上において齟齬状に組み合わさ
れ、これら両極歯１０ａ，１２ａの周囲を囲むように第
１コイルボビン１１が配置されている。第２固定子７も
同様に、対をなす第２内側および外側ヨーク１３，１７
の中央開口部の周縁部からクシ歯状に等間隔に整列され
た爪形の極歯１３ａ，１７ａが相対向して直交方向に突
設されているとともに、この両極歯１３ａ，１７ａが同
一円周上において齟齬状に組み合わされ、これら両極歯
１３ａ，１７ａの周囲を囲むように第２コイルボビン１
４が配置されている。なお、コイルボビン１１，１４に
巻回される励磁用コイルは便宜上図示を省略してある。

【０００５】上述のように各構成要素が組み合わされる
両固定子４，７は、何れも合成樹脂製の各コイルボビン
１１，１４の各々の両側の鍔部にそれぞれ一体形成され
た複数個の突起１１ａ，１４ａを、金属製の各ヨーク１
０，１２，１３，１７にそれぞれ穿設された取付孔１０
ｂ，１３ｂ，１７ｂに圧入して固定されて、組み立てら
れている。なお、第１内側ヨーク１２の取付孔は図示し
ていない。

【０００６】各ヨーク１０，１２，１３，１７の各々の
極歯１０ａ，１２ａ，１３ａ，１７ａは、永久磁石２に
対し所定の間隙を存して平行に対向され、且つ、第１外
側ヨーク１０の極歯１０ａ、第２内側ヨーク１３の極歯
１３ａ、第１内側ヨーク１２の極歯１２ａおよび第２外
側ヨーク１７の極歯１７ａの順序で電気角において９０
度ずつずれた位置関係に位置決めされて配列されてい
る。

【０００７】このように極歯１０ａ，１２ａ，１３ａ，
１７ａを細かく分割した形式のステッピングモータは、
微細な位置決めと滑らかな回転を得ることを目的とし
て、マイクロステップ駆動される。すなわち、第１コイ
ルボビン１１のコイルにマイクロステップ制御のための
正弦波を供給し、且つ、第２コイルボビン１４にマイク
ロステップ制御のための余弦波、つまり前記正弦波に対
し９０度位相のずれた正弦波を供給する。それにより、
第１外側および内側ヨーク１０，１２に前記正弦波によ
る第１磁力が発生するとともに、第２内側および外側ヨ
ーク１３，１７に前記余弦波による第２磁力が発生す
る。

【０００８】ここで、各極歯１０ａ，１２ａ，１３ａ，
１７ａが上述のような順序で９０度ずつずれた配置にな
っているので、回転子１の永久磁石２のＮ極とＳ極とが
第１外側ヨーク１０の極歯１０ａ、第２内側ヨーク１３
の極歯１３ａ、第１内側ヨーク１２の極歯１２ａおよび
第２外側ヨーク１７の極歯１７ａから受ける力は、マイ
クロステップされる波形に比例し、一方が増加し、且つ
他方が減少する変化を電気角において９０度で反転しな
がら繰り返す。すなわち、各極歯１０ａ，１２ａ，１３
ａ，１７ａに多極の磁極が誘導され、これと予め多極に
磁化された永久磁石２との間の吸引および反発力によっ
て、回転子１は前述のマイクロステップ制御に合わせて
微小回転と停止とを均等に繰り返す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のス
テッピングモータでは各極歯１０ａ，１２ａ，１３ａ，
１７ａが正確な位置関係で配列されている必要がある。
しかしながら、上記のステッピングモータでは、各固定
子４，７における各々の構成要素相互間の固定が、鉄板
などの金属製ヨーク１０，１２，１３，１７の取付孔１
０ｂ，１３ｂ，１７ｂに合成樹脂製コイルボビン１１，
１４の突起１１ａ，１４ａを嵌合する手段で行われてお
り、強度が互いに異なる部材同志の嵌合であることか
ら、つぎのような不都合が発生する。

【００１０】すなわち、合成樹脂と鉄板とでは元来の保
証精度が異なり、一般的には合成樹脂の保証精度が甘く
なっている。したがって、嵌合公差も必然的に合成樹脂
側に合わせることになり、ある程度の余裕をもった、つ
まり両者の間に隙間が生じるような設計とならざるをえ
ないので、正確に位置決めできない。しかも、合成樹脂
と鉄板とでは、温度に対する線膨張係数も異なるため、
嵌合したのちにも変化が生じてがたつきが発生する。な
お、このようながたつきを防止するために、圧入する手
段を採用することが考えられるが、その場合、コイルボ
ビン１１，１４の突起１１ａ，１４ａには圧入した時の
削れや変形などが生じて、性能上の弊害を招くので、圧
入手段は採用できない。

【００１１】上記のように、取付孔１０ｂ，１３ｂ，１
７ｂに対する突起１１ａ，１４ａの嵌合にばらつきが生
じると、各固定子４，７における外側ヨーク１０，１７
と内側ヨーク１２，１３との極歯１０ａ，１７ａ、１２
ａ，１３ａ間にピッチずれが発生し、さらに、両固定子
４，７間にも極歯１０ａ，１２ａ，１３ａ，１７ａのピ
ッチずれが発生する。そのため、各ヨーク１０，１２，
１３，１７に発生する起磁力により回転子１の永久磁石
２に発生するトルク分布は、図６に示すように、歪みが
現れて目的とする正弦波とならず、マイクロステップ駆
動した場合に、回転子１つまり回転軸３の回転がアンバ
ランスとなって滑らかに回転しなくなる。その結果、回
転ムラの増長に伴って騒音および振動の増大を招き、こ
のステッピングモータが使用される電気機器の性能悪化
やスペックアウトを招来することになる。

【００１２】一方、第１および第２固定子をそれぞれ、
共に金属製のヨークプレートとヨークフレームとをこれ
らの間にコイルボビンを挟んでほぞ溝結合により互いに
連結する構成としたステッピングモータが案出されてい
る（実開平３−７７２７７号公報参照）。しかし、第１
固定子の第１ヨークプレートおよび第１ヨークフレーム
と第２固定子の第２ヨークプレートおよび第２ヨークフ
レームとの全体の位置ばらつきを防止する手段がないの
で、第１および第２コイルボビン間での位置精度が保証
されない問題がある。

【００１３】また、各ヨーク間の位置決めを安定させる
ために、鉄板製のヨークと合成樹脂製のコイルボビンを
複合成形により一体化したステッピングモータも存在す
るが、成形タクトや成形設備が高価であるために、製造
コストが高くつき、それにも拘わらず、金型と各ヨーク
との位置関係および作業性の点から、やはり位置決めの
がたつきを解消するには至っていない。

【００１４】そこで、本発明は、製造コストの上昇を招
くことなく、複数の固定子が有するヨークの全ての相互
間の位置決めを正確に行えるとともに、その位置関係を
常時安定に保持することのできるステッピングモータを
提供することを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、円筒状永久磁石が円周方向に沿ってＮ極と
Ｓ極とが交互に配置するよう多極に着磁された回転子
と、励磁用のコイルと前記コイルによって励磁される磁
気回路を構成する外側ヨークおよび内側ヨークとを有
し、前記外側ヨークと内側ヨークにそれぞれ環状に整列
された爪状の極歯を齟齬状に組み合わせてなる複数の固
定子とを備え、前記各固定子が、各々の前記極歯が所定
のピッチで整列されるよう組み合わせて前記回転子の回
転軸方向に重ねて接合され、且つ前記回転子に対し平行
に位置してその周囲を覆うよう配置されたステッピング
モータにおいて、前記回転子の回転軸方向の両端側にそ
れぞれ位置する２つの前記固定子における各外側ヨーク
に、各固定子の積層厚みに相当する長さを有する位置決
め固定用の連結杆を設けるとともに、前記連結杆を、前
記各内側ヨークおよび外側ヨークにおける前記連結杆と
の対向箇所に形成された凹部に嵌合して、前記各固定子
を一体に結合したステッピングモータを提供する。

【００１６】このステッピングモータによれば、回転軸
方向の両端側にそれぞれ位置する固定子における外側ヨ
ークに設けた連結杆を位置決めの基準として、この連結
杆を他の内側ヨークおよび外側ヨークの凹部に嵌合する
ことによって、各固定子が一体化され、全てのヨークが
各々の極歯を位置決めした状態で相互に連結される。

【００１７】したがって、各固定子を個々に組み立てた
後に、これらの固定子を接合する場合のような固定子間
での極歯の位置ずれが生じない。また、連結杆と凹部と
は、共に金属製であるヨークに形成されているから、互
いに隙間なく嵌合する正確な寸法に設定することがで
き、しかも、嵌合後の温度の変動などに対しても隙間に
よるがたつきや位置ずれが生じない。そのため、各ヨー
クに発生する起磁力による回転子のトルク分布は、歪み
の少ない近似正弦波として出力されるから、マイクロス
テップ駆動に際して制御理論通りの動作を得ることがで
きる。それにより、回転ムラの殆どない滑らかな回転を
行わせることができ、低騒音化および低振動化を達成で
きるとともに、回転停止位置の正確な微細位置決めを確
実に行える。

【００１８】また、製造コストもヨークとコイルボビン
を複合成形により一体化する場合に比較して格段に低減
できる。

【００１９】上記発明において、連結杆を凹部に嵌合
し、且つ接着または溶接により固定して、各固定子を一
体化した固定子ユニットを備えている構成とするとが好
ましい。

【００２０】この構成によれば、回転軸方向の両側の固
定子における外側ヨークの連結杆を他のヨークの凹部に
それぞれ嵌合し、且つ、その嵌合箇所を溶接または接着
により強固に固定して、各固定子を一体化した固定子ユ
ニットを得られる。この固定子ユニットは、搬送時の振
動などの悪条件にも耐えられる一体物となるので、ステ
ッピングモータの製造ラインを分業化して、固定子ユニ
ットのみを製造することが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら説明する。

【００２２】図１は本発明の一実施の形態に係るステッ
ピングモータを示す半部を切断した側面図、図２はその
分解斜視図であり、これらの図において、図７と同一若
しくは実質的に同一のものには同一の符号を付してその
説明を省略する。

【００２３】第１および第２固定子４，７は、それぞれ
外側ヨーク１８，２３、コイルボビン１９，２２および
内側ヨーク２０，２１を組み合わせて構成されており、
各コイルボビン１９，２２に巻回された励磁用コイル２
４，２７によって励磁される磁気回路を構成する。第１
固定子４，７の第１外側および内側ヨーク１８，２０に
は、爪形の極歯１８ａ，２０ａが相対向して直交方向に
突設されているとともに、この両極歯１８ａ，２０ａが
同一円周上において齟齬状に組み合わされ、これら両極
歯１８ａ，２０ａの周囲を囲むように第１コイルボビン
１９が配置されている。第２固定子７の第２内側および
外側ヨーク２１，２３にも同様に、爪形の極歯２１ａ，
２３ａが相対向して直交方向に突設されているととも
に、この両極歯２１ａ，２３ａが同一円周上において齟
齬状に組み合わされ、これら両極歯２１ａ，２３ａの周
囲を囲むように第２コイルボビン２２が配置されてい
る。以上の構成は図７のものと同様である。

【００２４】但し、コイルホビン１９，２２には既存の
突起が形成されておらず、且つ各ヨーク１８，２０，２
１，２３には既存の取付孔が形成されていない。この突
起および取付孔に代わる固定手段として、両固定子４，
７における外側ヨーク１８，２３の周端部の相互の対称
位置に、両固定子４，７を重ねてなる固定子ユニットの
厚みに相当する長さの帯状の連結杆２８が内方の直交方
向に一体に突設されているとともに、各ヨーク１８，２
０，２１，２３には、連結杆２８に対応する箇所にそれ
ぞれ連結杆２８が嵌合することのできる凹部２９が切欠
かれている。

【００２５】したがって、両連結杆２８をそれぞれ３箇
所の凹部２９に嵌合させることにより、全てのヨーク１
８，２０，２１，２３が一体的に固定されている。ま
た、コイルボビン１９，２２は、連結杆２８に対応する
箇所を面取りした当接面３１が形成されているととも
に、この当接面３１が連結杆２８に接して回り止め、つ
まり位置決めされている。それにより、両固定子４，７
の全ての構成要素が位置決めされて固定されている。な
お、回転子１のロータ本体５が嵌着された回転軸３は、
図１に示すように、フレーム８およびブラケット９にそ
れぞれ装着された軸受３０により支持されている。

【００２６】上記ステッピングモータは、金属製の連結
杆２８を位置決めの基準として、この連結杆２８を金属
製ヨーク１８，２０，２１，２３に形成された凹部２９
に嵌合して両固定子４，７が一体的に固定されている。
このように、連結杆２８と凹部２９とは、共に同一素材
（鉄板）により形成されているから、従来モータのよう
な金属とは強度の異なる合成樹脂の介在による累積誤差
が生じないので、設計段階において互いに隙間なく嵌合
する正確な寸法に設定することができる。さらに、連結
杆２８と凹部２９は、嵌合後の温度の変動に対して同量
の変化を示すため、隙間の発生によるがたつきや位置ず
れが生じない。したがって、各ヨーク１８，２０，２
１，２３およびコイルボビン１９，２２は、常に位置決
めされた初期の状態をがたつきなく維持し、しかも、両
固定子４，７の全ての構成要素が一体的に位置決めされ
ているので、各ヨーク１８，２０，２１，２３の極歯１
８ａ，２０ａ，２１ａ，２３ａは所要のピッチで正確に
整列され、且つその状態を保持する。

【００２７】それにより、各ヨーク１８，２０，２１，
２３に発生する起磁力による回転子１のトルク分布は、
図５に示すように、歪みの少ない近似正弦波として出力
されるため、このステッピングモータは、マイクロステ
ップ駆動に際して制御理論通りの動作を得ることができ
るから、回転ムラの殆どない滑らかな回転を行う。した
がって、このステッピングモータを用いた電気機器の低
騒音化および低振動化を達成できるとともに、回転停止
位置の微細な位置決めを正確に行える。また、製造コス
トは、図７に示したものと同等程度であって、ヨークと
コイルボビンを複合成形により一体化するものに比較し
て格段に低減できる。

【００２８】また、上記のステッピングモータでは、両
固定子４，７を連結杆２８と凹部２９との嵌合により一
体化できるので、両固定子４，７を一体化したものを固
定子ユニットとして予め組み立て、製造工程を分業化す
ることも可能である。図３は前述の固定子ユニット３２
の縦断面図、図４はその斜視図を示す。ここで、一貫製
造ラインで組み立てる場合には、連結杆２８と凹部２９
とを単に嵌合させるだけでも、上述のように両者の寸法
を正確に設定できることから十分な結合強度を得られる
が、固定子ユニット３２を分業化して組み立てる場合に
は、搬送時の振動等の悪条件が加わるので、連結杆２８
と凹部２９との嵌合のみでは強度不足となるおそれがあ
る。そこで、図３および図４に示すように、連結杆２８
と凹部２９とを接着剤３３を介在して接着する。あるい
は、連結杆２８と凹部２９とを溶接手段により固定す
る。それにより、各ヨーク１８，２０，２１，２３間の
連結がさらに強固となり、固定子ユニット３２を分業化
して製造しても支障が生じず、デリバリィの優れたもの
となる。

【００２９】なお、上記実施の形態では、二つの固定子
４，７を備えた構成について説明したが、本発明は、三
つ以上の固定子を備えて極歯をさらに微細に分割したタ
イプのものにも適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明のステッピングモ
ータによれば、回転軸方向の両端側にそれぞれ位置する
固定子における外側ヨークにそれぞれ設けた連結杆を他
の内側ヨークおよび外側ヨークの凹部に嵌合することに
よって、各固定子を一体化する構成としたので、組み立
てに際して、固定子個々の組み立てと各固定子の連結と
が同時に行われるから、全てのヨークの各々の極歯の位
置決めが正確となる。さらに、連結杆と凹部とは、共に
金属製のヨークに形成されているから、互いに隙間なく
嵌合する正確な寸法に設定することができる。しかも、
嵌合後の温度の変動などに対しても隙間の発生によるが
たつきや位置ずれが生じない。そのため、各ヨークに発
生する起磁力による回転子のトルク分布は、歪みの少な
い近似正弦波として出力され、マイクロステップ駆動に
際して制御理論通りの動作を得ることができるから、回
転ムラの殆どない滑らかな回転を行わせることができ、
低騒音化および低振動化を達成でき、且つ回転停止位置
の正確な微細位置決めを行える。また、製造コストもヨ
ークとコイルボビンを複合成形により一体化する場合に
比較して格段に低減できる。

【００３１】また、連結杆を凹部に嵌合し、且つ接着ま
たは溶接により固定するようにすれば、各固定子を一体
化した固定子ユニットは、搬送時の振動などの悪条件に
も耐えられる一体物となるので、ステッピングモータの
製造ラインを分業化して、固定子ユニットのみを製造す
ることが可能となる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るステッピングモー
タを示す半部切断した側面図。

【図２】同上モータの分解斜視図。

【図３】同上モータにおける固定子ユニットを示す縦断
面図。

【図４】同上固定子ユニットの斜視図。

【図５】同上モータの回転子のトルク分布を示す特性
図。

【図６】従来のステッピングモータの回転子のトルク分
布を示す特性図。

【図７】同上モータを示す分解斜視図。

【符号の説明】

１ 回転子 ２ 永久磁石 ３ 回転軸 ４，７ 固定子 １８，２３ 外側ヨーク ２０，２１ 内側ヨーク ２４，２７ コイル ２８ 連結杆 ２９ 凹部 ３２ 固定子ユニット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状永久磁石が円周方向に沿ってＮ極
   とＳ極とが交互に配置するよう多極に着磁された回転子
   と、 励磁用のコイルと前記コイルによって励磁される磁気回
   路を構成する外側ヨークおよび内側ヨークとを有し、前
   記外側ヨークと内側ヨークにそれぞれ環状に整列された
   爪状の極歯を齟齬状に組み合わせてなる複数の固定子と
   を備え、 前記各固定子が、各々の前記極歯が所定のピッチで整列
   されるよう組み合わせて前記回転子の回転軸方向に重ね
   て接合され、且つ前記回転子に対し平行に位置してその
   周囲を覆うよう配置されたステッピングモータにおい
   て、 前記回転子の回転軸方向の両端側にそれぞれ位置する２
   つの前記固定子における各外側ヨークに、各固定子の積
   層厚みに相当する長さを有する位置決め固定用の連結杆
   を設けるとともに、前記連結杆を、前記各内側ヨークお
   よび外側ヨークにおける前記連結杆との対向箇所に形成
   された凹部に嵌合して、前記各固定子を一体に結合した
   ことを特徴とするステッピングモータ。
2. 【請求項２】 連結杆を凹部に嵌合し、且つ接着または
   溶接により固定して、各固定子を一体化した固定子ユニ
   ットを備えていることを特徴とする請求項１記載のステ
   ッピングモータ。