JPH1084663A - モータロータマグネット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上下ステータ部間の磁気的干渉を防ぎコイル
のトルクのばらつきを防止してロータの回転むらを防止
し、かつ、トルクの減少を防止することのできるモータ
ロータマグネットを提供する。 【解決手段】 モータロータマグネット１の軸方向中央
部には無着磁領域２７が設けられ、無着磁領域２７の厚
みは、内ヨーク４及び内ヨーク１２の当接部の板厚合計
より小さく形成され、上段ステータ６と下段ステータ１
０間の磁気的干渉を防ぎ、励磁コイル５，１３から生じ
るのトルクのばらつきを防止してモータロータ２４の回
転むらを防止し、かつ、トルクの減少を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータロータマグ
ネットに関し、さらに詳しくは、ＰＭ型（永久磁石型）
ステップモータのロータ等に使用されるロータの周面に
Ｎ極及びＳ極を交互に多極着磁されたモータロータマグ
ネットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来ＰＭ型ステップモータに使用される
ロータの一種としては、ロータの周面全体にＮ極Ｓ極を
交互に多極着磁しているものが知られている。

【０００３】この種のロータを使用するステップモータ
の一例を、図９を参照して説明する。図９に示すよう
に、ステップモータ５０は励磁コイル５１，５２を上下
に二段にスタックした構造になっており、励磁コイル５
１は内ヨーク５３と外ヨーク５４とに挟まれた状態で構
成されており、また、励磁コイル５２も内ヨーク５５と
外ヨーク５６とに挟まれた状態に構成されている。ここ
で、励磁コイル５１、５２は、ボビン５１ａ，５２ａに
各々コイルを巻回して構成されている。

【０００４】前記外ヨーク５４，５６及び内ヨーク５
３，５５は、図１０に示す展開図のように、互いに４分
の１ピッチづつずらして配置されてステータ部を形成し
ている。そして、図９に示すように、当該ステータ部内
に励磁コイル５１，５２と同軸になるように、ロータマ
グネット５７が配置されている。このロータマグネット
５７は、図１１に示すように、中心部にロータ軸５８が
設けられ、ロータマグネットの外周面に沿ってＮ極とＳ
極とが交互に多極に着磁されている。

【０００５】上記のステップモータ５０では、励磁コイ
ル５１，５２によって形成される励磁相に決められたシ
ーケンスに従った通電がなされると、外ヨーク５４のく
し歯電極５４ａと内ヨーク５３のくし歯電極５３ａ、及
び外ヨーク５６のくし歯電極５６ａと内ヨーク５５のく
し歯電極５５ａが各々順次Ｎ極及びＳ極に磁化され、こ
の磁化された各ヨークのくし歯電極とロータマグネット
５７の外周面のＮ極及びＳ極が吸引と反発を繰り返すこ
とによって、ロータマグネット５７が回転してトルクを
発生する。

【０００６】上記のようなステップモータ５０では、ロ
ータマグネット５７の軸方向中央部付近の磁極からの磁
束が内ヨーク５３と５５との接合部分を通して上下両方
のヨークに侵入し、各励磁コイル５１と５２との間で磁
気的な干渉を生じ、これによって、モータとしての出力
トルクのばらつきやデテントトルクのむらなどが生じ、
効率の低下だけでなく、振動や騒音の発生原因になって
いた。

【０００７】上記の問題を解決するために、特公平８−
２２１３５号公報に開示のモータのロータマグネットで
は、図１２に示すように、ロータマグネットの軸方向中
央部６０に無着磁領域または磁極逃げ部を設けて、上下
ステータ部間の磁気的干渉を防止するようになってい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
８−２２１３５号公報に開示のモータのロータマグネッ
トでは、上下ステータ部間の磁気的干渉を防ぎコイルの
トルクのばらつきを防止して、ロータの回転むらを防止
することはできるが、ロータマグネットの軸方向中央部
に設けた無着磁領域または磁極逃げ部の幅が、ヨークの
接合折り曲げ部の厚さより大きく構成されているため、
着磁領域が狭くなりトルクの必要以上の減少を招く問題
点があった。

【０００９】そこで、本発明では、上下ステータ部間の
磁気的干渉を防ぎ、コイルのトルクのばらつきを防止し
てロータの回転むらを防止し、かつ、トルクの減少を防
止することのできるモータロータマグネットを提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明のモータロータマグネット
は、円周方向に複数配設された極歯を有する外ヨーク
と、円周方向に複数配設された極歯を有する内ヨーク
と、該外ヨーク及び内ヨーク間に設けられた励磁コイル
とからなるステータを、２個前記内ヨーク同士が当接す
るようにして同軸関係に積層し、前記２個積層されたス
テータ内に該ステータと同軸関係になるように設けら
れ、周面にＮ極およびＳ極を周面方向に交互に配列する
ロータマグネットを備えたステップモータにおいて、前
記ロータマグネットは、その軸方向中央部に、前記２個
の内ヨークの当接部の板厚の合計の厚み以下の幅を有す
る無着磁領域が設けられ、かつ、前記無着磁領域の両側
で、同極に着磁された構成となっている。

【００１１】また、請求項２に記載の発明のモータロー
タマグネットは、上記の構成に加え、前記無着磁領域は
非磁性体の金属材料または樹脂材料により構成されてい
る。

【００１２】上記構成を有するモータロータマグネット
は、次のように作用する。請求項１に記載の発明のモー
タロータマグネットでは、上下の各ステータを構成する
内ヨーク及び外ヨーク間に設けられた励磁コイルに、所
定のシーケンスに従って電流が通電されると、内ヨーク
及び外ヨークの極歯が順次Ｎ極及びＳ極に励磁される。
このとき、ロータマグネットには、軸方向中央部に前記
２個の内ヨークの当接部の軸方向における板厚の合計の
厚み以下の幅を有する無着磁領域が設けられているの
で、磁束が回り込まず、２個積層されたステータ間で磁
気的干渉が生ず、トルクのばらつきを防止でき、ロータ
の回転むらが生じない。また、前記無着磁領域の厚み
は、前記２個の内ヨークの当接部の軸方向における板厚
の合計の厚み以下の幅に構成されているので、ローター
マグネットの着磁領域が狭くならず磁力の減少が少ない
ためトルクが必要以上に減少しない。

【００１３】また、請求項２に記載のモータロータマグ
ネットでは、前記無着磁領域を、非磁性体の金属材料ま
たは樹脂材料から構成しているので、透磁率が変化せ
ず、また、モータロータマグネットの組立も容易にな
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明にかかるモータロー
タマグネットの一実施の形態について図面を参照して説
明する。

【００１５】まず、図１乃至図６を参照して、本発明の
一実施の形態であるモータロータマグネット１が使用さ
れるステップモータ２の構造について説明する。図１は
ステップモータ２の正面図、図２はステップモータ２の
平面図、図３はステップモータ２の分解斜視図、図４は
モータロータ２４の分解斜視図、図５はモータロータ２
４の断面図、図６はステップモータ２の断面図である。

【００１６】ステップモータ２は、図１、図３及び図６
に示すように、上下に２層にスタックされた２層構造の
ステータ構造になっており、上段ステータ６は、図３に
示すように、外ヨーク３と内ヨーク４とで励磁コイル５
を挟む構造になっている。ここで、外ヨーク３は、その
中央部にモータロータ２４が貫入する孔部３ａが設けら
れ、当該孔部３ａの内周面沿って、１２枚のくし歯電極
３ｂが一定ピッチで配置されている。また、外ヨーク３
の上面には、図示外の固定ネジが貫通するねじ穴３ｃが
２つ設けられ、外周部には、励磁コイル５をカバーする
外周壁３ｄが設けられているている。

【００１７】さらに、内ヨーク４は、その中央部にモー
タロータ２４が貫入する孔部４ａが設けられ、当該孔部
４ａの内周面沿って、１２枚のくし歯電極４ｂが一定ピ
ッチで配置されている。また、内ヨーク４の平面部に
は、図示外の固定ねじが貫通するねじ穴４ｃが２つ設け
られている。上記の外ヨーク３の１２枚のくし歯電極３
ｂと内ヨーク４の１２枚のくし歯電極４ｂは、図１０に
示す従来のステップモータと同様に、互いに交互に配置
されている。

【００１８】また、励磁コイル５のコイルホルダ７には
コイル線８が所定の回数巻回され、コイルホルダ７の一
端部にはコイル線８に接続されたピン９が一定間隔で３
本突設されている。

【００１９】次に下段ステータ１０について説明する。
下段ステータ１０は、図３に示すように、上段ステータ
６を上下逆に配置した状態になっており、外ヨーク１
１、内ヨーク１２及び励磁コイル１３は、前記外ヨーク
３、内ヨーク４及び励磁コイル５と各々同一の構造であ
る。

【００２０】また、上段ステータ６の外ヨーク３の上面
には、ステップモータ２を外部装置に固定するためのマ
ウンティングプレート１４が固着されている。このマウ
ンティングプレート１４には、その中央部に軸穴１５が
設けられ、両端部には固定穴１６が２個設けられてい
る。さらに、前記軸穴１５には、後述するモータロータ
２４のシャフト２６を軸支するブッシュ１７が固定され
ている。

【００２１】また、下段ステータ１０の外ヨーク１１の
下面には、ステップモータ２の底部を形成するロワープ
レート１８が固着されている。当該ロワープレート１８
には、軸穴１９が設けられ、当該軸穴１９にも、モータ
ロータ２４のシャフト２６を軸支するブッシュ２０が固
定されている。なお、モータロータ２４のシャフト２６
は、上下に各々設けられているワッシャ３０を介して前
記ブッシュ１７，２０により軸支されている。

【００２２】上記の上段ステータ６と下段ステータ１０
は、内ヨーク４の底面と内ヨーク１２の上面を当接させ
て、図示外のねじにより固定されている。ここで、内ヨ
ーク４と内ヨーク１２との当接部には、前記ピン９を保
持するピンホルダ２２が固着されている。前記ピン９は
上段ステータ６に３本、下段ステータ１０に３本あり、
計６本のピンは前記ピンホルダ２２に６個一列に設けら
れたピン穴２３に貫通して保持される。そして、ピンホ
ルダ２２には図示外のコネクタが接合されて、駆動パル
スが外部から供給されるようになっている。

【００２３】次に本発明の主要部であるモータロータマ
グネット１について、図３、図４及び図５を参照して説
明する。

【００２４】モータロータマグネット１は図３に示すよ
うに、前記上段ステータ６及び下段ステータ１０の孔部
に同軸状に配置されるモータロータ２４の外周部に固着
されている。ここで、モータロータ２４は、図４及び図
５に示すように、円柱状のロータホルダ２５の中心部に
シャフト２６が同軸状に固着され、シャフト２６の上部
には図１及び図６に示すようにピニオンギアが固着さ
れ、前記ロータホルダ２５の外周部には円筒形状のモー
タロータマグネット１が固着されている。なお、前記ロ
ータホルダ２５はアルミニューム等の非磁性体の金属、
またはプラスチック等の非磁性体の樹脂から構成され、
モータロータマグネット１はネオジウム磁石から構成さ
れＮ極とＳ極が周面方向に一定ピッチ交互に着磁されて
いる。

【００２５】また、モータロータマグネット１は、図４
乃至図６に示すように、その軸方向中央部に無着磁領域
２７が一定の厚みで形成されている。この無着磁領域２
７はアルミニューム等の非磁性体の金属、またはプラス
チック等の非磁性体の樹脂を所定の厚みに形成して挿入
している。従って、無着磁領域２７を挟んで、上下両側
に着磁領域２８が形成され、この着磁領域２８は、無着
磁領域２７を挟んで上下で同極に着磁されている。即
ち、無着磁領域２７を挟んで軸方向の上下でＮ極にはＮ
極が対向し、Ｓ極にはＳ極が対向している。

【００２６】次に、前記無着磁領域２７の厚みについて
図６を参照して説明する。無着磁領域２７の厚みは、内
ヨーク４及び内ヨーク１２の当接部の板厚合計以下に形
成されている。本実施の形態では内ヨーク４及び内ヨー
ク１２は同じ形状の部材であるので、結局は、一つの内
ヨークの板厚の２倍以下の厚みに形成されていれば良い
ことになる。

【００２７】無着磁領域２７をこのような構成にするこ
とによって、上段ステータ６と下段ステータ１０間の磁
気的干渉を防ぎ励磁コイル５，１３から生じるのトルク
のばらつきを防止してモータロータ２４の回転むらを防
止でき、かつ、無着磁領域が内ヨークの当接部の板厚の
２倍以下に形成されているので、着磁領域が狭くなら
ず、磁力の減少が極僅かなので、トルクの減少を防止す
ることができる。

【００２８】上記の実施の形態のモータロータマグネッ
ト１を用いた測定結果を図７及び図８に示すグラフを参
照して説明する。ここで、図７は、無着磁領域の厚みと
回転むらの関係を示す測定結果のグラフであり、図８
は、無着磁領域の厚みとトルク特性の関係を示す測定結
果のグラフである。ここでは、モータロータマグネット
１の軸方向の長さ（厚み）を９．５mmとし、無着磁領域
２７の厚みを０．００mmから２．００mmまで変化させて
いる。一例として無着磁領域２７の厚みを１．３mmとし
たときには、各着磁領域２８の厚みは、（９．５−１．
３）／２＝４．１mmとなっている。また、モータロータ
マグネット１の外径は１５mmであり、内ヨーク４及び内
ヨーク１２の板厚は各々０．７５mmであり、内ヨーク４
及び内ヨーク１２の当接部の板厚合計は１．５mmとな
る。従って、無着磁領域２７の厚みを１．３mmとしたと
きには、内ヨーク４及び内ヨーク１２の当接部の板厚合
計より、無着磁領域２７の厚みは小さくなっている。

【００２９】図７に示す回転むら特性では、ステップモ
ータ２を３００ｐｐｓの駆動パルスによって無負荷状態
で半時計方向周り駆動し、その回転をレーザードップラ
ー測定機によって測定した。図７から分かるように、回
転むらは、３００Hz（１／１）、１５０Hz（１／２）、
７５Hz（１／４）の何れの周波数領域においても、無着
磁領域２７の長さ（厚み）を大きくしていくほどに低下
する。しかし、１５０Hz（１／２）、７５Hz（１／４）
の周波数領域では、無着磁領域の厚みが１．３mm以上で
回転むらは飽和状態になる。一方、トルク特性は、図８
に示すように、無着磁領域の厚みが１．１mmを越えると
トルクの低下がはじまる。しかし、無着磁領域の厚みが
１．３mmのときは、トルクの低下は極僅かである。

【００３０】上記のようなステップモータ２を、シリア
ルプリンタの印字ヘッドのキャリッジ駆動モータに使用
した場合には、回転むらが３００Hz（１／１）の周波数
領域で生じても、印字ドットの印字位置誤差は肉眼では
識別できず、あまり問題にならない。一方、１５０Hz
（１／２）や７５Hz（１／４）の周波数領域で回転むら
が生じると、肉眼でも識別できる印字ドットの印字位置
誤差が生じるので、１５０Hz（１／２）や７５Hz（１／
４）の周波数領域で回転むらは、十分低下させる必要が
ある。

【００３１】従って、回転むら特性とトルク特性との両
方を考慮すると、上記の例では、無着磁領域の長さ（厚
み）を略１．３mmにするのがよい。従って、一般的に
は、無着磁領域の長さ（厚み）は、内ヨーク４及び内ヨ
ーク１２の当接部の板厚合計以下の領域で、トルクの低
下が大きくない範囲で、実測して設定すればよい。ここ
で、一例をあげるなら、上限を内ヨーク４及び内ヨーク
１２の当接部の板厚合計とし、下限を当該板厚の８０％
とする範囲が考えられる。

【００３２】なお、特公平８−２２１３５号公報に開示
のモータのロータマグネットでは、無着磁領域の長さ
（厚み）が、ヨークの接合部の厚みより大きく構成され
ているので、トルクの低下が大きくなる欠点があった
が、上記の実施の形態によれば、モータロータの回転む
ら防止でき、かつ、トルクの低下も防止できる。

【００３３】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変
更が可能である。

【００３４】例えば、上記の実施の形態では、無着磁領
域２７としては、アルミまたは樹脂等の非磁性体の部材
を挿入しているが、非磁性体の部材を挿入せずに、間隙
のみを形成しても同一の効果が得られる。また、無着磁
領域２７は、ロータホルダ２５と一体形成してもよい。

【００３５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明のモータロータマ
グネットでは、軸方向中央部に２個の内ヨークの当接部
の軸方向における板厚の合計の厚み以下の幅を有する無
着磁領域が設けられているので、磁束が回り込まず、２
個積層されたステータ間で磁気的干渉が生ず、トルクの
ばらつきを防止でき、ロータの回転むらが生じない。ま
た、前記無着磁領域の厚みは、前記２個の内ヨークの当
接部の軸方向における板厚の合計の厚み以下の幅に構成
されているので、着磁領域が必要以上に狭くならず磁力
の減少が少なく、トルクが必要以上に減少しない。

【００３６】さらに、請求項２に記載のモータロータマ
グネットでは、前記無着磁領域をアルミまたは樹脂材料
から構成しているので、透磁率が変化せず、また、モー
タロータマグネットの組立も容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態であるモータロータマ
グネットが使用されるステップモータの正面図である。

【図２】 本発明の一実施の形態であるモータロータマ
グネットが使用されるステップモータの平面図である。

【図３】 本発明の一実施の形態であるモータロータマ
グネットが使用されるステップモータの分解斜視図であ
る。

【図４】 本発明の一実施の形態であるモータロータマ
グネットが使用されるモータロータの分解斜視図であ
る。

【図５】 本発明の一実施の形態であるモータロータマ
グネットが使用されるモータロータの断面図である。

【図６】 本発明の一実施の形態であるモータロータマ
グネットが使用されるステップモータの断面図である。

【図７】 無着磁領域長（厚み）と回転むら特性の関係
を示すグラフである。

【図８】 無着磁領域長（厚み）とトルク特性性の関係
を示すグラフである。

【図９】 従来技術のステップモータの分解斜視図であ
る。

【図１０】 従来技術のヨークの展開図である。

【図１１】 従来技術のモータロータの斜視図である。

【図１２】 従来技術のモータロータの斜視図である。

【符号の説明】

１ モータロータマグネット ２ ステップモータ ３，１１ 外ヨーク ４，１２ 内ヨーク ５，１３ 励磁コイル ６ 上段ステータ １０ 下段ステータ ２４ モータロータ ２５ ロータホルダ ２７ 無着磁領域 ２８ 着磁領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円周方向に複数配設された極歯を有する
   外ヨークと、円周方向に複数配設された極歯を有する内
   ヨークと、該外ヨーク及び内ヨーク間に設けられた励磁
   コイルとからなるステータを、２個前記内ヨーク同士が
   当接するようにして同軸関係に積層し、 前記２個積層されたステータ内に該ステータと同軸関係
   になるように設けられ、周面にＮ極およびＳ極を周面方
   向に交互に配列するロータマグネットを備えたステップ
   モータにおいて、 前記ロータマグネットは、その軸方向中央部に、前記２
   個の内ヨークの当接部の板厚の合計の厚み以下の幅を有
   する無着磁領域が設けられ、かつ、前記無着磁領域の両
   側で、同極に着磁されていることを特徴とするモータロ
   ータマグネット。
2. 【請求項２】 前記無着磁領域は非磁性体の金属材料ま
   たは樹脂材料により構成されていることを特徴とする請
   求項１に記載のモータロータマグネット。