KR101919231B1 - 스테이터 코어, 스텝 모터 및 직동 액추에이터 - Google Patents

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히데오 야마다
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미스미 코포레이숀
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Abstract

[과제] 로터 지름을 유지한 채로 소형으로 할 수 있는 스테이터 코어, 스텝 모터 및 직동 액추에이터를 제공한다.
[해결 수단] 스텝 모터(1)는, 로터(20)와, 스테이터(30)를 가지며, 스테이터(30)가, 로터(20)의 외주면과 간격을 두고 대향하도록 배치된 A상(相)용 자극부(33), B상(相)용 자극부(34), 및 더미 자극부(38)를 가지고 있다. 더미 자극부(38)에는 권선 심부가 마련되어 있지 않고, 스테이터(30)가 가지는 A상(相)용 자극부(33) 및 B상(相)용 자극부(34)가, 스테이터(30)를 로터(20)의 축방향(P)에 직교하는 폭방향(X)으로부터 보았을 때에, 로터(20)를 둘러싸는 최소 직사각형 영역(R) 내에 포함되도록 배치되어 있다.

Description

스테이터 코어, 스텝 모터 및 직동 액추에이터{STATOR CORE, STEP MOTOR AND DIRECT DRIVE ACTUATOR}
본 발명은, 스테이터 코어, 스텝 모터 및 직동 액추에이터에 관한 것이다.
종래의 스텝 모터가 특허 문헌 1에 개시되어 있다. 이 스텝 모터는, 도 25에 나타내는 스테이터 코어(801)를 가지고 있다. 스테이터 코어(801)는, 판 모양의 스테이터 코어용 철심이 복수 적층되어 형성되어 있다.
스테이터 코어(801)는, 정면에서 볼 때의 외형(外形) 형상이 대체로 정방형으로 형성된 고리 모양의 본체부(810)와, 본체부(810)의 내주면에 마련된 8개의 자극부(磁極部)(820)를 가지고 있다. 8개의 자극부(820)는, 본체부(810)의 내주면으로부터 중심을 향하여 돌출되고, 로터의 외주면과 간격을 두고 대향하도록 둘레 방향으로 등간격으로 늘어서 마련되어 있다.
각 자극부(820)는, 본체부(810)의 각 변(邊)의 중앙 부분과 네 모퉁이 부분에 배치되어 있다. 본체부(810)의 네 모둥이 부분에는, 스테이터 코어(801)를 고정하기 위한 볼트가 삽입 통과되는 관통 구멍(811)이 마련되어 있다. 그리고, 본체부(810)에는, 각 관통 구멍(811)의 일부에 접하여 본체부(810)의 중심으로부터 멀어지는 방향(지름 방향)으로 균일폭의 슬릿(812)이 마련되어 있고, 이것에 의해, 본체부(810)의 각 변 및 각 네 모둥이 부분에서의 백 요크(back yoke)로서 기능하는 부분의 폭이 균일하게 되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2009－207249호 공보
그렇지만, 위에서 설명한 스텝 모터에서는, 소형화를 위해서 스테이터 코어(801)를 폭방향(도 25의 좌우 방향) 또는 높이 방향(도 25의 상하 방향)으로 축소하면, 로터 지름도 축소하게 되어 로터의 자석량도 감소하므로, 토크 성능의 대폭적인 저하가 염려된다. 또한, 로터 지름이 축소하면 로터 외주면의 로터 소(小)티스의 형상이 보다 미세화하고, 이것에 따라 자극부(820) 선단의 스테이터 소(小)티스도 미세화하므로, 고정밀도의 가공 기술이 필요하게 되며, 그 때문에, 제조 코스트의 상승이 문제가 된다.
그래서, 본 발명은, 로터 지름을 유지한 채로 소형으로 할 수 있는 스테이터 코어, 스텝 모터 및 직동 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 스테이터 코어는, 로터가 내부에 배치되는 스테이터 코어로서, 상기 로터의 축방향으로부터 보았을 때에, 단변과 장변을 가지는 본체부를 가지며, 상기 본체부는, 상기 단변으로부터 상기 로터를 향해서 돌출되고, 권선(卷線)이 감겨지는 권선 심부(芯部)와, 상기 권선 심부와 연속되고, 상기 로터를 향해서 돌출되는 복수의 자극(磁極) 소(小)티스를 가지는 자극부(磁極部)와, 상기 장변으로부터 로터측을 향하여 돌출되는 복수의 더미(dummy) 소(小)티스를 가지는 더미 자극부가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스테이터 코어는, 단변과 장변을 가지는 본체부를 가지고 있으며, 장변에 마련된 더미 자극부가 권선 심부를 가지지 않기 때문에, 단변의 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서, 종래에서의 대략 정방형의 스테이터 코어에 비해, 로터 지름을 유지한 채로 소형으로 할 수 있다. 또, 더미 소(小)티스를 가지는 더미 자극부에 의해, 로터에 발생하는 부하를 저감시킬 수 있다.
또, 본 발명의 스테이터 코어에서, 상기 더미 자극부는, 상기 복수의 더미 소(小)티스끼리의 간격을 상기 복수의 자극 소(小)티스끼리의 간격과 동일하게 형성해도 좋다. 해당 구성에 의하면, 로터에 발생하는 토크를 향상시킬 수 있다. 한편으로, 상기 복수의 더미 소(小)티스끼리의 간격을 상기 복수의 자극 소(小)티스끼리의 간격과 다른 간격으로 형성해도 좋다. 해당 구성에 의하면, 로터에 발생하는 부하를 저감시킬 수 있다.
또, 본 발명의 스테이터 코어에서, 상기 본체부는, 로터의 축방향으로부터 보았을 때에, 로터의 둘레 방향으로 복수의 자극부가 소정의 자극 간격을 두고 마련되며, 상기 더미 자극부에, 상기 자극 간격과 동일한 간격을 가지는 더미 간격이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 해당 구성에 의하면, 로터에 발생하는 부하를 저감시킬 수 있다.
또, 본 발명의 스테이터 코어에서는, 상기 본체부에, 상기 권선 심부에 감겨지는 권선용 권선 오목부가 형성되고, 상기 더미 자극부에 인접하는 상기 권선 오목부에, 상기 더미 자극부측을 향하여 연장되는 조정 오목부가 마련되어 있는 것이 바람직하다. 본원 발명자들의 실험에 의하면, 더미 자극부측을 향하여 조정 오목부를 마련하는 것에 의해, 로터에 발생하는 부하가 저감되는 것이 지견(知見)되었다. 또, 이 조정 오목부의 형상은, 스테이터 코어의 본체부의 형상이나 더미 소(小)티스의 형상 등에 따라 적절히 설정할 수 있다.
본 발명의 스텝 모터는, 로터가 내부에 배치되는 스테이터 코어를 가지는 스텝 모터로서, 상기 스테이터 코어는, 상기 로터의 축방향으로부터 보았을 때에, 단변과 장변을 가지는 본체부를 가지며, 상기 본체부는, 상기 단변으로부터 상기 로터를 향해서 돌출되고, 권선이 감겨지는 권선 심부와, 상기 권선 심부와 연속되고, 상기 로터를 향해서 돌출되는 복수의 자극 소(小)티스를 가지는 복수의 자극부를 구비하며, 상기 복수의 자극부가, 상기 스테이터 코어를 상기 로터의 축방향과 직교하는 일방향으로부터 보았을 때에, 상기 로터를 둘러싸는 최소 직사각형 영역 내에 포함되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 스테이터 코어가 가지는 복수의 자극부가, 해당 스테이터 코어를 로터의 축방향과 직교하는 일방향으로부터 보았을 때에, 이 로터를 둘러싸는 최소 직사각형 영역 내에 포함되도록 배치되어 있다. 여기서, 자극부는, 권선이 감겨지는 권선 심부와, 로터의 외주면을 향해서 돌출되는 복수의 자극 소(小)티스를 가지는 것이며, 권선 심부를 가지고 있지 않은 것은 포함하지 않은 개념이다. 로터는, 스테이터와의 자기(磁氣) 작용에 의해서 축심을 중심으로 회전되는 것 전체를 말한다. 로터를 둘러싸는 최소 직사각형 영역은, 대향하는 2변의 길이가 로터의 직경과 동일하고 또한 이들 2변과 직교하는 다른 대향하는 2변의 길이가 로터의 축방향 길이와 동일한 직사각형 모양의 영역이다.
또, 본 발명의 스텝 모터는, 단변과 장변을 가지는 본체부를 가지고 있고, 종래에서의 대략 정방형의 스테이터 코어에 비해, 로터 지름을 유지한 채로 소형으로 할 수 있으므로, 스텝 모터 그 자체도 소형으로 할 수 있다.
또, 본 발명의 스텝 모터에서는, 상기 스테이터 코어의 본체부의 장변으로부터 로터측을 향하여, 복수의 더미 소(小)티스를 가지는 더미 자극부가 마련되어 있어도 괜찮다. 해당 구성에서는, 더미 자극부는 권선 심부를 가지고 있지 않기 때문에, 스테이터 코어의 단변의 길이를 짧게 할 수 있다.
또, 본 발명의 스텝 모터에서, 상기 더미 자극부는, 상기 복수의 더미 소(小)티스끼리의 간격을 상기 복수의 자극 소(小)티스끼리의 간격과 동일하게 형성해도 좋다. 해당 구성에 의하면, 로터에 발생하는 토크를 향상시킬 수 있다. 한편으로, 상기 복수의 더미 소(小)티스끼리의 간격을 상기 복수의 자극 소(小)티스끼리의 간격과 다른 간격으로 형성해도 좋다. 해당 구성에 의하면, 로터에 발생하는 부하를 저감시킬 수 있다.
또, 본 발명의 스텝 모터에서, 상기 스테이터 코어의 본체부에, 상기 권선 심부에 감겨지는 권선용 권선 오목부가 형성되고, 상기 더미 자극부에 인접하는 상기 권선 오목부에, 상기 더미 자극부측을 향하여 연장되는 조정 오목부가 마련되어 있는 것이 바람직하다. 해당 조정 오목부에 의해, 로터에 발생하는 부하를 저감시킬 수 있다.
또, 본 발명의 스텝 모터에서, 상기 스테이터 코어가, 상기 로터를 사이에 끼워 상기 일방향에 대향하도록 2개로 분리하여 배치되고, 상기 복수의 자극부가, 상기 2개의 스테이터 코어의 각각의 대향면에 마련되고, 상기 2개의 스테이터 코어를 연결하는 1개 또는 2개의 스테이터 코어 연결부를 더 가지고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 2개의 스테이터 코어 본체부의 위치 관계가 고정되므로, 정밀도 좋게 조립하는 것이 가능하다. 스테이터 코어 연결부를 2개 가짐으로써 조립 정밀도를 향상시킬 수 있고, 스테이터 코어 연결부를 1개 가짐으로써, 조립 정밀도와 경량화를 양립할 수 있다.
또, 본 발명의 스텝 모터는, 상기 스테이터 코어 및 상기 로터를 수납하는 케이스와, 상기 케이스로부터 도출부(導出部)를 매개로 하여 도출되는 접속 케이블을 구비하며, 상기 도출부는, 상기 케이스에 대해서, 상기 접속 케이블의 도출 각도를 임의로 변화시킨 상태로 유지하는 각도 변경 구조를 구비하고 있다. 해당 구성에 의해, 스텝 모터를 설치하는 장소의 주위의 상황에 따라 접속 케이블을 바람직한 위치에 유지할 수 있다. 또, 간단히 접속 케이블만을 도출했을 때에는, 해당 접속 케이블의 위치를 고정하기 위해서 다른 기기나 지지 부재 등에 파스너 등에 의해 고정할 필요가 있지만, 본 발명의 각도 변경 구조를 가지는 도출부에서는 그러한 조치는 불필요해진다.
또, 본 발명의 직동 액추에이터는, 로터가 내부에 배치되는 스테이터 코어를 가지는 스텝 모터와, 상기 로터의 축심과 동축에 배치되고, 상기 로터의 회전에 따라 회전되는 너트 부재와, 상기 너트 부재에 나사 결합되고, 해당 너트 부재의 회전에 의해 전진 또는 후퇴되는 나사 샤프트를 가지는 직동 액추에이터로서, 상기 스테이터 코어는, 상기 로터의 축방향으로부터 보았을 때에, 단변과 장변을 가지는 본체부와, 상기 단변으로부터 상기 로터를 향해서 돌출되고, 권선이 감겨지는 권선 심부와, 상기 권선 심부와 연속되고, 상기 로터를 향해서 돌출되는 복수의 자극 소(小)티스를 가지는 복수의 자극부를 구비하며, 상기 복수의 자극부가, 상기 스테이터 코어를 상기 로터의 축방향과 직교하는 일방향으로부터 보았을 때에, 상기 로터를 둘러싸는 최소 직사각형 영역 내에 포함되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 직동 액추에이터에 의하면, 자극부가, 스테이터 코어를 로터의 축방향과 직교하는 일방향으로부터 보았을 때에, 로터를 둘러싸는 최소 직사각형 영역 내에 포함되도록 배치되어 있기 때문에, 종래에서의 대략 정방형의 스테이터 코어에 비해, 로터 지름을 유지한 채로 소형으로 할 수 있으므로, 해당 스테이터 코어를 가지는 직동 액추에이터도 소형으로 할 수 있다.
또, 본 발명에서는, 직동 액추에이터에, 슬라이더와, 상기 스테이터에 대해서 위치가 고정되고, 상기 나사 샤프트의 진퇴 방향의 이동만 허용하도록 상기 슬라이더를 슬라이드 이동 가능하게 지지하는 가이드와, 상기 나사 샤프트의 전단부에 접속됨과 아울러 상기 슬라이더와 결합된 피접속체를 더 마련한 가이드 부착 직동 액추에이터로 해도 괜찮다. 이와 같이 함으로써, 나사 샤프트가 전진 및 후퇴할 때에, 진퇴 방향으로부터 벗어나지 않도록 나사 샤프트 및 피접속체의 이동을 보조할 수 있다.
또, 본 발명의 직동 액추에이터 및 가이드 부착 직동 액추에이터에서도, 상기 스테이터 코어 및 상기 로터를 수납하는 케이스와, 상기 케이스로부터 도출부를 매개로 하여 도출되는 접속 케이블을 구비하며, 상기 도출부가, 상기 케이스에 대해서, 상기 접속 케이블의 도출 각도를 임의로 변화시킨 상태로 유지하는 각도 변경 구조를 구비하고 있다.
본 발명의 스테이터 코어, 스텝 모터 및 직동 액추에이터는, 로터 지름을 유지한 채로 소형으로 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 스텝 모터의 사시도.
도 2는 도 1의 스텝 모터의 정면도.
도 3은 도 1의 스텝 모터가 가지는 로터의 사시도.
도 4는 도 1의 IV－IV선을 따르는 단면도.
도 5는 도 1의 V－V선을 따르는 단면도.
도 6은 도 5의 일부분을 확대한 확대 단면도.
도 7은 도 1의 VII－VII선을 따르는 단면도.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 스텝 모터를 나타내는 단면도.
도 9는 도 8의 스텝 모터의 제1 변형예의 구성을 나타내는 단면도.
도 10은 도 8의 스텝 모터의 제2 변형예의 구성을 나타내는 단면도.
도 11은 도 8의 스텝 모터의 제3 변형예의 구성을 나타내는 단면도.
도 12는 도 8의 스텝 모터의 제4 변형예의 구성을 나타내는 단면도.
도 13은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 직동 액추에이터의 사시도.
도 14는 도 13의 직동 액추에이터의 정면도.
도 15는 도 13의 직동 액추에이터가 가지는 로터의 사시도.
도 16은 도 13의 XVI－XVI선을 따르는 단면도.
도 17은 도 13의 직동 액추에이터의 제1 변형예의 구성을 나타내는 사시도.
도 18은 도 17의 직동 액추에이터의 상면도.
도 19는 도 17의 직동 액추에이터의 배면도.
도 20은 도 13의 직동 액추에이터의 제2 변형예의 구성을 나타내는 사시도.
도 21은 도 20의 직동 액추에이터의 상면도.
도 22는 도 20의 직동 액추에이터의 배면도.
도 23은 도 17의 직동 액추에이터의 변형예의 구성을 나타내는 사시도.
도 24는 도 23의 직동 액추에이터에서의 접속 케이블의 이동을 나타내는 설명도.
도 25는 종래의 스텝 모터가 가지는 스테이터 코어의 정면도.
(제1 실시 형태)
이하에, 본 발명의 제1 실시 형태인 2상(相) 하이브리드형 스텝 모터에 대해서, 도 1~도 7을 참조하여 설명한다.
각 도면에 나타내는 바와 같이, 2상 하이브리드형 스텝 모터(이하, 간단히 「스텝 모터(1)」라고 함)는, 케이스(10)와, 로터(20)와, 스테이터(30)를 가지고 있다.
케이스(10)는, 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 폭방향(X)의 크기보다 높이 방향(Z)의 크기가 작은 직방체의 중공(中空) 상자 모양으로 형성되어 있다. 케이스(10)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 스테인리스 등의 금속제의 케이스 본체부(11)와, 볼베어링으로 이루어지는 전방 베어링(16) 및 후방 베어링(17)을 가지고 있다.
케이스 본체부(11)는, 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이, 단면이 장방형인 사각 통 모양의 주벽부(周壁部)(12)와, 주벽부(12)의 정면측 단부를 막는 장방형 판 모양의 정면벽부(正面壁部)(13)와, 주벽부(12)의 배면측 단부를 막는 장방형 판 모양의 배면벽부(背面壁部)(14)를 가지고 있다. 정면벽부(13)는 주벽부(12)와 일체이며, 배면벽부(14)는 주벽부(12)에 대해 착탈 가능하다.
정면벽부(13)의 중앙부에는, 원형의 정면 샤프트 삽통공(揷通孔)(13a)이 형성되어 있다. 정면벽부(13)의 내면에는, 정면 샤프트 삽통공(13a)과 동축이 되도록 전방 베어링(16)이 장착되어 있다. 마찬가지로, 배면벽부(14)의 중앙부에는, 원형의 배면 샤프트 삽통공(14a)이 형성되어 있다. 배면벽부(14)의 내면에는, 배면 샤프트 삽통공(14a)과 동축이 되도록 후방 베어링(17)이 장착되어 있다.
로터(20)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 샤프트(21)와, 마그네트(22)와, N극 로터 코어(23)와, S극 로터 코어(24)와, 2개의 스페이서(28, 28)(도 4 참조)를 가지고 있다. 로터(20)는, 각 구성요소가 일체가 되어 회전 가능하게 축 지지되어 있고, 후술하는 스테이터(30)의 자기(磁氣) 작용에 의해서 축심을 중심으로 회전되는 것 전체를 말한다.
샤프트(21)는, 예를 들면, 스테인리스 등의 금속제의 원기둥 부재로서, 정면측의 단부가 D컷(cut) 가공되어 있다. 샤프트(21)는, 케이스(10)의 전방 베어링(16) 및 후방 베어링(17)에 삽입 통과되어 회전 가능하게 축 지지된다.
마그네트(22)는, 예를 들면, 알니코(alnico) 자석이나 희토류(希土類) 자석등의 영구자석으로 이루어지며, 내경이 샤프트(21)의 외경과 동일한 크기가 되는 원통 모양으로 형성되어 있다. 마그네트(22)는, 정면측 단부가 N극이 되고, 배면측 단부가 S극이 되도록 착자(着磁)되어 있다. 마그네트(22)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 내측에 샤프트(21)가 삽입 통과되고, 샤프트(21)의 축심(21a)을 따르는 방향(즉, 로터(20)의 축방향(P), 케이스(10)의 길이 방향(Y))의 중앙 부분에서 약간 배면측 근처의 개소에 고정하여 장착되어 있다.
N극 로터 코어(23)는, 얇은 전자(電磁) 강판(철심)을 축방향(P)으로 적층하여 대략 원통 형상으로 형성되어 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, N극 로터 코어(23)의 외주면에는, 축방향(P)으로 연장되고 또한 전체 둘레에 걸쳐서 둘레 방향(Q)으로 등(等)피치(pitch)(본 실시 형태에서는 7.2도)로 늘어서는 로터 소(小)티스(23a)가 형성되어 있다.
N극 로터 코어(23)에는, 축방향(P)으로 관통하는 관통공(23b)이 마련되고, 이 관통공(23b)은, 마그네트(22)의 외경과 동일한 내경의 대경(大徑) 부분(23c)과, 샤프트(21)의 외경과 동일한 내경의 소경 부분(23d)을 가지고 있다. 대경 부분(23c)에는 마그네트(22)의 N극인 정면측 단부가 삽입 고정되고, 소경 부분(23d)에는 마그네트(22)의 정면측 단면(端面)으로부터 돌출된 샤프트(21)가 삽입 통과되어 고정된다. 이것에 의해, N극 로터 코어(23)는 N극에 대자(帶磁)된다.
S극 로터 코어(24)는, N극 로터 코어(23)와 마찬가지로, 얇은 전자 강판(철심)을 축방향(P)으로 적층하여 대략 원통 형상으로 형성되어 있다. S극 로터 코어(24)의 외주면에는, 축방향(P)으로 연장되고 또한 전체 둘레에 걸쳐서 둘레 방향(Q)으로 등피치(본 실시 형태에서는 7.2도)로 늘어서는 로터 소(小)티스(24a)가 형성되어 있다.
S극 로터 코어(24)에는, 축방향(P)으로 관통하는 관통공(24b)이 마련되고, 이 관통공(24b)은, 내경이 마그네트(22)의 외경과 동일한 대경 부분(24c)과, 내경이 샤프트(21)의 외경과 동일한 소경 부분(24d)을 가지고 있다. 대경 부분(24c)에는 마그네트(22)의 S극인 배면측 단부가 삽입 고정되고, 소경 부분(24d)에는 마그네트(22)의 배면측 단면(端面)으로부터 돌출된 샤프트(21)가 삽입 통과되어 고정된다. 이것에 의해, S극 로터 코어는 S극에 대자된다.
N극 로터 코어(23)와 S극 로터 코어(24)는, 로터 소(小)티스(23a)와 로터 소(小)티스(24a)가 둘레 방향(Q)으로 반(半)피치(본 실시 형태에서는 3.6도) 어긋나도록 하여 고정되어 있다. N극 로터 코어(23) 및 S극 로터 코어(24)의 직경이, 로터(20)의 직경(D)이 된다. 2개의 스페이서(28, 28)는 원통 모양으로 형성되어 있고, 샤프트(21)가 삽입 통과된 상태에서 N극 로터 코어(23)와 전방 베어링(16)과의 사이 및 S극 로터 코어(24)와 후방 베어링(17)과의 사이에 배치되어 있다.
스테이터(30)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 스테이터 코어(31)와, A상 권선(35) 및 B상 권선(36)을 가지고 있다. 스테이터 코어(31)는, 얇은 판 모양의 스테이터 코어용 철심(32P)을 축방향(P)으로 적층하여 형성되어 있고, 케이스(10) 내에 수납되어 있다.
스테이터 코어(31)는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 스테이터 코어 본체부(32)와, 스테이터 코어 본체부(32)의 단변(32a)에 마련된 자극부로서의 A상(相)용 자극부(33) 및 B상(相)용 자극부(34)와, 스테이터 코어 본체부(32)의 장변(32b)에 마련된 한 쌍의 더미 자극부(38)를 일체로 가지고 있다.
또, 스테이터 코어(31)에는, A상 권선(35) 및 B상 권선(36)을 감기 위한 권선 오목부가 형성되어 있다. 이 권선 오목부는, A상(相)용 자극부(33)와 B상(相)용 자극부(34)와의 사이에 마련된 제1 권선 오목부(39)와, 더미 자극부(38)에 인접하여 마련된 제2 권선 오목부(40)로 구성된다. 제1 권선 오목부(39)는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 스테이터 코어 본체부(32)의 외측을 향해서 꺾은선 모양으로 돌출하는 형상으로 되어 있다. 제2 권선 오목부(40)는, 더미 자극부(38)를 향해서 연장되는 조정 오목부(40a)를 가지고 있다.
스테이터 코어 본체부(32)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 전체 길이가 케이스 본체부(11)의 내부 공간에서의 길이 방향(Y)의 길이보다 짧고 또한 로터(20)에서의 N극 로터 코어(23)의 정면측 단면(端面)으로부터 S극 로터 코어(24)의 배면측 단면(端面)까지의 길이보다 긴 기둥 모양으로 형성되어 있다. 스테이터 코어 본체부(32)의 단변(32a)의 길이(높이 방향(Z)의 크기)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 케이스 본체부(11)의 내측 공간의 높이 방향(Z)의 크기와 동일하게 되도록 형성되어 있다.
A상(相)용 자극부(33)는, 스테이터 코어 본체부(32)의 단변(32a)의 내주면으로부터 로터(20)의 외주면(즉, 마그네트(22), N극 로터 코어(23) 및 S극 로터 코어(24)의 외주면)을 향해서 돌출되고 또한 길이 방향(Y)으로 스테이터 코어 본체부(32)와 동일 길이로 연장하여 형성되어 있다. A상(相)용 자극부(33)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 권선 심부(33a)와, 권선 심부(33a)보다 로터(20)의 둘레 방향(Q)으로 폭이 넓은 선단부(33b)를 가지고 있다. 선단부(33b)에는, 축방향(P)으로 연장되고 또한 둘레 방향(Q)으로 등피치(본 실시 형태에서는 7.5도)로 늘어서는 복수의 돌출된 스테이터 소(小)티스(자극 소(小)티스)(33c)가 형성되어 있다. 복수의 스테이터 소(小)티스(33c)는, 로터(20)의 외주면과 간격을 두고 대향하도록 배치되어 있다.
B상(相)용 자극부(34)는, A상(相)용 자극부(33)와 마찬가지로, 스테이터 코어 본체부(32)의 단변(32a)의 내주면으로부터 로터(20)의 외주면을 향해서 돌출되고 또한 길이 방향(Y)으로 스테이터 코어 본체부(32)와 동일 길이로 연장되어 형성되어 있다. B상(相)용 자극부(34)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 권선 심부(34a)와, 권선 심부(34a)보다 로터(20)의 둘레 방향(Q)으로 폭이 넓은 선단부(34b)를 가지고 있다. 선단부(34b)에는, 축방향(P)으로 연장되고 또한 둘레 방향(Q)으로 등피치(본 실시 형태에서는 7.5도)로 늘어서는 복수의 돌출된 스테이터 소(小)티스(자극 소(小)티스)(34c)가 형성되어 있다. 복수의 스테이터 소(小)티스(34c)는, 로터(20)의 외주면과 간격을 두고 대향하도록 배치되어 있다.
A상(相)용 자극부(33)와 B상(相)용 자극부(34)는, 샤프트(21)의 축심(21a)을 중심으로 하여 서로 45도 벌어진 위치가 되도록, 로터(20)의 둘레 방향(Q)으로 자극 간격(41)을 두고 배치되어 있다. 또, A상(相)용 자극부(33)와 더미 자극부(38), 및 B상(相)용 자극부(34)와 더미 자극부(38)와의 사이에도, 자극 간격(41)이 마련되어 있다.
더미 자극부(38)는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 로터(20)의 외주면과 간격을 두고 대향하도록 배치된 복수의 더미 소(小)티스(38a)를 가지고 있다. 이 더미 소(小)티스(38a)는, 스테이터 소(小)티스(33c, 34c)와 동일한 피치로 형성되어 있다. 이 더미 소(小)티스(38a)의 피치는, 본 실시 형태에서는 스테이터 소(小)티스(33c, 34c)와 동일한 피치로 형성되어 있지만, 스테이터(30)의 형상에 따라서는, 다른 피치로 하는 것도 가능하다.
더미 자극부(38)에서, 더미 소(小)티스(38a)를 스테이터 소(小)티스(33c, 34c)와 동일한 피치로 형성하는 것에 의해, 즉, 더미 소(小)티스(38a)의 간격을 스테이터 소(小)티스(33c, 34c)의 간격과 동일한 간격으로 하는 것에 의해, 로터(20)에 발생하는 토크가 향상되는 것이 본원 발명자들에 의해서 지견되었다.
한편으로, 더미 자극부(38)에서, 더미 소(小)티스(38a)를 스테이터 소(小)티스(33c, 34c)와 다른 피치로 형성하는 것에 의해, 즉, 더미 소(小)티스(38a)의 간격을 스테이터 소(小)티스(33c, 34c)의 간격과 다른 간격으로 하는 것에 의해, 로터(20)에 발생하는 부하가 감소하고, 운전 효율의 향상을 도모할 수 있는 것이 본원 발명자들에 의해서 지견되었다.
따라서, 더미 소(小)티스(38a)의 피치는, 토크의 향상을 도모하는 경우에는 스테이터 소(小)티스(33c, 34c)의 피치와 동일한 피치로 하고, 운전 효율의 향상을 도모하는 경우에는 스테이터 소(小)티스(33c, 34c)의 피치와 다른 피치로 설정하면 좋다.
또, 더미 자극부(38)는, A상(相)용 자극부(33)의 선단부(33b) 및 B상(相)용 자극부(34)의 선단부(34b)와의 자극 간격(41)과 동일한 더미 간격(42)을 두고 마련되어 있다. 이 더미 간격(42)은, 자극 간격(41)과 동일한 간격으로 해도 좋고, 다른 간격으로 하는 것도 가능하다.
더미 자극부(38)는, 스테이터 소(小)티스(33c) 및 스테이터 소(小)티스(34c)에 인접하는 더미 소(小)티스(38a)의 이면측에 제2 권선 오목부(40)의 조정 오목부(40a)가 들어가 있으며, 그 단부가 A상(相)용 자극부(33)의 선단부(33b) 및 B상(相)용 자극부(34)의 선단부(34b)와 동일한 폭(로터(20)의 지름 방향의 길이)으로 형성되어 있다.
본 실시 형태의 스텝 모터(1)에서는, 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이, A상(相)용 자극부(33) 및 B상(相)용 자극부(34)는, 스테이터(30)를 폭방향(X)(즉, 로터(20)의 축방향(P)과 직교하는 방향)으로부터 보았을 때에, 로터(20)를 둘러싸는 최소 직사각형 영역(R) 내에 포함되도록 배치되어 있다. 로터(20)를 둘러싸는 최소 직사각형 영역(R)은, 길이 방향(Y)에 대향하는 2변(Ra, Rb)의 길이가 로터(20)의 직경(D)과 동일하고 또한 이들 2변(Ra, Rb)과 직교하며 높이 방향(Z)으로 대향하는 2변(Rc, Rd)의 길이가 로터(20)의 축방향 길이(L)와 동일한 직사각형 모양이 된다.
또, 본 실시 형태의 스텝 모터(1)에서는, A상(相)용 자극부(33)의 중앙의 스테이터 소(小)티스(33c)가, N극 로터 코어(23)의 로터 소(小)티스(23a)와 대향하는 위치에 있을 때에, B상(相)용 자극부(34)의 중앙의 스테이터 소(小)티스(33c)가, N극 로터 코어(23)의 로터 소(小)티스(23a)와 둘레 방향(Q)으로 어긋난 위치(본 실시 형태에서는 1.8도 어긋난 위치)가 되도록, A상(相)용 자극부(33)와 B상(相)용 자극부(34)가 배치되어 있다. 또, 예를 들면, 로터 소(小)티스(23a), 로터 소(小)티스(24a), 스테이터 소(小)티스(33c), 스테이터 소(小)티스(34c)의 티스수(數)나 피치, A상(相)용 자극부(33)와 B상(相)용 자극부(34)와의 개수 및 서로의 중심을 통과하는 선이 이루는 각도 등에 대해서는, 본 발명의 목적에 반하지 않는 한, 임의이다.
A상 권선(35)은, 1개의 에나멜 피복 동선(銅線)이 스테이터 코어(31)의 일방의 A상(相)용 자극부(33)의 권선 심부(33a) 및 타방의 A상(相)용 자극부(33)의 권선 심부(33a)에 집중 감김으로 감겨져 구성되어 있다.
B상 권선(36)은, A상 권선(35)과는 독립된 다른 1개의 에나멜 피복 동선이 스테이터 코어(31)의 일방의 B상(相)용 자극부(34)의 권선 심부(34a) 및 타방의 B상(相)용 자극부(34)의 권선 심부(34a)에 집중 감김으로 감겨져 구성되어 있다.
이상으로부터, 본 실시 형태에 의하면, 스테이터(30)가 가지는 복수의 A상(相)용 자극부(33) 및 B상(相)용 자극부(34)가, 해당 스테이터(30)를 폭방향(X)으로부터 보았을 때에, 이 로터(20)를 둘러싸는 최소 직사각형 영역(R) 내에 포함되도록 배치되어 있다. 이 최소 직사각형 영역(R)은, 높이 방향(Z)에 대해 로터(20)의 직경과 동일한 크기가 된다.
또, 본 실시 형태에서는, 스테이터 코어 본체부(32)의 장변(32b)에는, 통상의 스텝 모터와 같이 자극부를 마련하는 것은 아니고, 권선을 감지 않은 더미 자극부(38)를 마련하고 있다. 이것에 의해, 스테이터 코어 본체부(32)의 단변(32a)의 길이를 짧게 할 수 있으므로, 스텝 모터(1) 전체의 크기를 소형으로 할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 스테이터 코어(31)에, 제1 권선 오목부(39) 및 제2 권선 오목부(40)가 마련되어 있다. 제1 권선 오목부(39)는, 스테이터 코어 본체부(32)의 외측을 향해서 꺾은선 모양으로 돌출하는 형상으로 되어 있고, 대략 5각형으로 형성되어 있다. 제2 권선 오목부(40)는, 더미 자극부(38)를 향해서 연장되는 조정 오목부(40a)를 가지고 있고, 대략 알파벳의 「R」혹은 그 반전(反轉)한 형태를 형성하고 있다. 이와 같이, 제1 권선 오목부(39) 및 제2 권선 오목부(40)를 형성함으로써, 로터(20)에 생기는 부하를 저감시킬 수 있다.
단, 로터(20)에 생기는 부하는, 스테이터 코어 본체부(32)의 장변(32b) 및 단변(32a)의 비율이나, 스테이터 코어용 철심(32P)을 적층하여 스테이터 코어(31)로 할 때의 고정 볼트를 삽입 통과하기 위한 관통공(도시 생략)의 형상 및 크기 등에 따라서 다르다. 이 때문에, 제1 권선 오목부(39) 및 제2 권선 오목부(40)의 형상은, 스테이터 코어(31)의 형상에 따라 적절히 설정하는 것이 바람직하다.
(제2 실시 형태)
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태의 스텝 모터(2)에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 스테이터 코어(31)가 좌우에 2개로 분리되어 있다. 2개의 스테이터 코어(31, 31)의 각각은, 얇은 전자 강판(철심)을 축방향(P)으로 적층하여 형성되어 있고, 케이스(10) 내에서 로터(20)를 사이에 끼워 폭방향(X)(즉, 로터(20)의 축방향(P)에 직교하는 방향)으로 서로 대향하도록 배치되어 있다. 2개의 스테이터 코어(31, 31)는, 각각이 스테이터 코어 본체부(32)와, A상(相)용 자극부(33)와, B상(相)용 자극부(34)를 일체로 가지고 있다.
스테이터 코어 본체부(32)는, 제1 실시 형태에서의 도 4 및 도 7과 마찬가지로, 전체 길이가 케이스 본체부(11)의 내부 공간에서의 길이 방향(Y)의 길이보다 짧고 또한 로터(20)에서의 N극 로터 코어(23)의 정면측 단면(端面)으로부터 S극 로터 코어(24)의 배면측 단면(端面)까지의 길이보다 긴 기둥 모양으로 형성되어 있다. 스테이터 코어 본체부(32)의 높이 방향(Z)의 크기는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 케이스 본체부(11)의 내측 공간의 높이 방향(Z)의 크기와 동일하게 되도록 형성되어 있다. 스테이터 코어 본체부(32)는, 타방의 스테이터 코어 본체부(32)를 향하는 대향면(32c)을 가지고 있다. 대향면(32c)은, 샤프트(21)의 축심(21a)을 중심으로 하는 원호를 따르는 오목 곡면 모양으로 형성되어 있다. 이 대향면(32c)은 평면이라도 좋다.
A상(相)용 자극부(33)는, 대향면(32c)으로부터 로터(20)의 외주면을 향해서 돌출되고 또한 길이 방향(Y)으로 스테이터 코어 본체부(32)와 동일 길이로 연장하여 형성되어 있다. A상(相)용 자극부(33)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 권선 심부와 선단부를 가지고 있다. 또, 선단부에는 스테이터 소(小)티스가 형성되어 있다.
B상(相)용 자극부(34)는, A상(相)용 자극부(33)와 마찬가지로, 대향면(32c)으로부터 로터(20)의 외주면을 향해서 돌출되고 또한 길이 방향(Y)으로 스테이터 코어 본체부(32)와 동일한 길이로 연장하여 형성되어 있다. B상(相)용 자극부(34)도, 권선 심부와 선단부를 가지고 있다. 또, 선단부에는, 스테이터 소(小)티스가 형성되어 있다.
A상(相)용 자극부(33)와 B상(相)용 자극부(34)는, 샤프트(21)의 축심(21a)을 중심으로 하여 서로 45도 벌어진 위치가 되도록, 로터(20)의 둘레 방향(Q)으로 간격을 두고 배치되어 있다.
이 제2 실시 형태에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, A상(相)용 자극부(33) 및 B상(相)용 자극부(34)는, 스테이터(30)를 폭방향(X)으로부터 보았을 때에, 로터(20)를 둘러싸는 최소 직사각형 영역(R) 내에 포함되도록 배치되어 있다.
이상으로부터, 본 실시 형태에 의하면, 예를 들면, A상(相)용 자극부(33) 및 B상(相)용 자극부(34)가, 로터(20)의 외주면과 간격을 두고 대향하도록 둘레 방향(Q) 전체에 등간격으로 늘어서 마련되어 있는 구성에 대해서, 폭방향(X)으로부터 보았을 때에 상기 최소 직사각형 영역(R)으로부터 로터(20)의 직경 방향으로 돌출되는 위치에 배치된 A상(相)용 자극부(33) 및 B상(相)용 자극부(34)가 생략된다. 그 때문에, 로터 지름을 유지한 채로, 폭방향(X)으로부터 보았을 때의 스테이터(30)의 형상에 대해 로터(20)의 지름 방향(즉, 높이 방향(Z))으로 작게 할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 스테이터(30)가, 로터(20)를 사이에 끼워 폭방향(X)으로 대향하도록 배치된 2개의 스테이터 코어 본체부(32, 32)를 가지며, A상(相)용 자극부(33) 및 B상(相)용 자극부(34)가, 2개의 스테이터 코어 본체부(32, 32)의 각각의 대향면(32c)에 마련되어 있다. 이와 같이 함으로써, 로터(20)에 대해서 폭방향(X)의 양측으로부터 토크를 가할 수 있다.
따라서, 본 실시 형태의 스텝 모터(2)는, 로터 지름을 유지한 채로 소형으로 할 수 있다. 이것에 의해, 토크 성능의 대폭적인 저하를 억제함과 아울러, 제조 코스트의 상승을 억제할 수 있다.
위에서 설명한 실시 형태에서는, 스테이터(30)가, 폭방향(X)에 대향하여 배치된 2개의 스테이터 코어(31, 31)를 가지는 구성이었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 9에 나타내는 바와 같이, 1개의 스테이터 코어(31)만 가지는 스테이터(30A)를 채용한 구성의 스텝 모터(3)로 해도 괜찮다. 이와 같이 함으로써, 2개의 스테이터 코어(31, 31)를 가지는 구성에 비해, 소형·경량으로 할 수 있다.
또, 예를 들면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 일방의 스테이터 코어(31A)가 1개의 A상(相)용 자극부(33)만 가지며, 타방의 스테이터 코어(31B)가 1개의 B상(相)용 자극부(34)만 가지는 스테이터(30B)를 채용한 구성의 스텝 모터(4)로 해도 좋다. 이와 같이 함으로써, 1개의 스테이터 코어(31)가 복수의 자극부를 가지는 구성에 비해, 경량으로 할 수 있다.
위에서 설명한 실시 형태에서는, 2개의 스테이터 코어(31, 31)가, 각각 독립된 구성이었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 11에 나타내는 바와 같이, 각 스테이터 코어 본체부(32, 32)를 연결하는 1개의 스테이터 코어 연결부(37)를 더 가지는 스테이터(30C)를 채용한 구성의 스텝 모터(5)로 해도 괜찮다. 또는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 2개의 스테이터 코어 연결부(37, 37)를 더 가지는 스테이터(30D)를 채용한 구성의 스텝 모터(6)로 해도 괜찮다.
스테이터 코어 연결부(37)는, 평판 모양으로 형성되고, 로터(20)의 외주면과 간격을 두고 높이 방향(Z)(즉, 폭방향(X)와 직교하는 방향)으로 대향하도록 배치되어 있다. 스테이터 코어 연결부(37)는, 2개의 스테이터 코어 본체부(32, 32)와 일체로 형성되고, 이들 2개의 스테이터 코어 본체부(32, 32)에서의 높이 방향(Z)의 단부끼리를 서로 연결하고 있다.
이와 같이 함으로써, 2개의 스테이터 코어(31, 31)(즉, 2개의 스테이터 코어 본체부(32, 32))의 위치 관계가 고정되므로, 정밀도 좋게 조립할 수 있다. 게다가, 스테이터 코어 연결부(37)를 2개 가짐으로써 보다 조립 정밀도를 향상시킬 수 있고, 스테이터 코어 연결부(37)를 1개 가짐으로써, 조립 정밀도와 경량화를 양립할 수 있다. 또, 스테이터 코어 연결부(37)가, 평판 모양으로 형성되어 있음으로써, 예를 들면, 스테이터 코어 연결부(37)에서의 로터(20)에 대향하는 면이 로터(20)의 외주면을 따른 단면이 원호 모양인 오목 곡면으로 형성되어 있는 구성에 비해, 경량으로 할 수 있다.
(제3 실시 형태)
이하에, 본 발명의 제3 실시 형태인 직동 액추에이터의 구성에 대해서, 도 13~도 16을 참조하여 설명한다. 도 13~도 16에 나타내는 바와 같이, 직동 액추에이터(이하, 간단히 「액추에이터(101)」라고 함)는, 케이스(110)와, 로터(120)와, 너트 부재(125)와, 스테이터(130)와, 나사 샤프트(140)를 가지고 있다.
본 실시 형태에서의 로터(120)는, 제1 실시 형태에서의 스텝 모터(1)에 이용되고 있는 로터(20)와 기본적인 구성은 동일하지만, 샤프트(21)로 바꾸어 후술하는 로터축(121)을 가지고 있는 점이 다르다. 그 외, 동일한 구성에 대해서는, 부호에 100을 더한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략하는 경우가 있다.
본 실시 형태에서의 스테이터(130)는, 제1 실시 형태에서의 스텝 모터(1)에 이용되고 있는 스테이터(30)와 동일한 구성을 구비하고 있으므로, 동일한 구성에는, 부호에 100을 더한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략하는 경우가 있다.
액추에이터(101)의 케이스(110)는, 도 14, 도 16에 나타내는 바와 같이, 폭방향(X)의 크기보다 높이 방향(Z)의 크기가 작은 직방체의 중공 상자 모양으로 형성되어 있다. 케이스(110)는, 도 16에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 스테인리스 등의 금속제의 케이스 본체부(111)와, 볼베어링으로 이루어지는 전방 베어링(116) 및 후방 베어링(117)을 가지고 있다. 이 케이스(110)에서도, 제1 실시 형태에서의 스텝 모터(1)에 이용되고 있는 케이스(10)와 동일한 구성의 경우는, 부호에 100을 더한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략하는 경우가 있다.
케이스 본체부(111)는, 도 13, 도 14에 나타내는 바와 같이, 단면이 장방형인 사각 통 모양의 주벽부(112)와, 주벽부(112)의 정면측 단부를 막는 장방형 판 모양의 정면벽부(113)와, 주벽부(112)의 배면측 단부를 막는 장방형 판 모양의 배면벽부(114)를 가지고 있다.
정면벽부(113)의 중앙부에는, 원형의 정면 샤프트 삽통공(113a)이 형성되어 있다. 정면벽부(113)의 내면에는, 정면 샤프트 삽통공(113a)과 동축이 되도록 전방 베어링(116)이 고정하여 장착되어 있다. 마찬가지로, 배면벽부(114)의 중앙부에는, 원형의 배면 샤프트 삽통공(114a)이 형성되어 있다. 배면벽부(114)의 내면에는, 배면 샤프트 삽통공(114a)과 동축이 되도록 후방 베어링(117)이 고정하여 장착되어 있다.
로터(120)는, 도 16에 나타내는 바와 같이, 로터축(121)과, 마그네트(122)와, N극 로터 코어(123)와, S극 로터 코어(124)를 가지고 있다. 로터(120)는, 각 구성 요소가 일체로 되어 회전 가능하게 축 지지되어 있고, 후술하는 스테이터(130)의 자기 작용에 의해서 축심을 중심으로 회전되는 것 전체를 말한다.
로터축(121)은, 예를 들면, 금속이나 경질의 수지 등을 재료로 하여 전체적으로 원통 모양으로 형성되어 있고, 도 16에 나타내는 바와 같이, 전방으로부터 후방을 향해서 대경부(121a), 축 본체부(121b) 및 소경부(121c)가 동축이고 또한 길이 방향(Y)(즉, 로터(120)의 축방향(P))으로 순서대로 이어서 구성되어 있다.
대경부(121a)는, 외경이 전방 베어링(116)의 내경과 동일하게 형성되어 있고, 그 외주면의 후방 근처 단부에 전체 둘레에 걸쳐서 돌출된 플랜지(121d)가 일체로 마련되어 있다. 대경부(121a)의 내부에는, 후술하는 너트 부재(125)가 마련되어 있다.
축 본체부(121b)는, 그 외경이 대경부(121a)의 외경보다 작은 원통 모양으로 형성되어 있고, 그 전방측 단부에 대경부(121a)가 동축으로 연접(連接)되어 있다. 소경부(121c)는, 그 외경이 축 본체부(121b)의 외경보다 작고 또한 후방 베어링(117)의 내경과 동일한 원통 모양으로 형성되어 있고, 축 본체부(121b)의 후방측 단부에 동축으로 연접되어 있다. 축 본체부(121b)의 내경과 소경부(121c)의 내경은 동일한 크기로 또한 후술하는 나사 샤프트(140)의 외경보다 약간 크게 되어 있다. 로터축(121)은, 대경부(121a)가 케이스(110)의 전방 베어링(116)에 삽입 통과되고 또한 소경부(121c)가 후방 베어링(117)에 삽입 통과되어 회전 가능하게 축 지지된다.
마그네트(122), N극 로터 코어(123), 및 S극 로터 코어(124)는, 상기 제1 실시 형태의 스텝 모터(1)와 동일한 구성을 구비하고 있다. 이 로터(120)에서의 N극 로터 코어(123) 및 S극 로터 코어(124)의 직경이, 로터(120)의 직경(D)이 된다.
너트 부재(125)는, 예를 들면, 4플루오르화 에틸렌 수지(PTFE) 등의 수지를 재료로 하여 통 모양으로 형성되어 있다. 너트 부재(125)는, 로터축(121)의 대경부(121a)의 내부에 수납되고, 해당 너트 부재(125)의 축심과 로터(120)의 축심이 일치하도록 고정되어 있다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 너트 부재(125)에는, 축심의 방향으로 관통하는 관통공이 마련되어 있고, 그 내주면에, 나사 샤프트(140)가 나사 결합되는 암 나사부(129)가 형성되어 있다. 이 너트 부재(125)는, 로터축(121)에 고정되어 있으므로, 로터축(121)과 함께 회전된다.
스테이터(130)는, 제1 실시 형태에서의 스텝 모터(1)와 마찬가지로, 더미 자극부(138)가 마련되어 있다. 도 16에서는, 이 더미 자극부(138)가 로터(120)의 상하에 한 쌍 배치되어 있다. 따라서, A상(相)용 자극부(133) 및 B상(相)용 자극부(134)(도시 생략)는, 스테이터(130)를 폭방향(X)으로부터 보았을 때에, 로터(120)를 둘러싸는 최소 직사각형 영역(R) 내에 포함되도록 배치되어 있다.
나사 샤프트(140)는, 예를 들면, 스테인리스 등의 금속을 재료로 하여 단면이 원형인 막대 모양으로 형성되어 있다. 나사 샤프트(140)는, 도 16에 나타내는 바와 같이, 샤프트 본체(141)와, 샤프트 본체(141)의 전방 단부에 설치된 헤드부(145)를 일체로 가지고 있다.
샤프트 본체(141)는, 외주면 전체에 걸쳐서, 너트 부재(125)에 마련된 암 나사부(129)와 나사 결합하는 수나사부(141A)가 형성되어 있다. 나사 샤프트(140)는, 너트 부재(125)에 나사 결합됨으로써, 너트 부재(125)의 축심과 나사 샤프트(140)의 축심이 일치하여 배치된다.
헤드부(145)는, 구(球)형상으로 형성되어 있고, 피접속체의 내부에 마련된 구형상의 헤드부 수용 공간에 수용되는 것에 의해 피접속체를 접속한다(후술하는 실시 형태의 도 18 참조). 나사 샤프트(140)는, 이 피접속체에 대해서 회전하지 않도록 유지되어 있다. 이 때문에, 너트 부재(125)가 로터(120)에 의해서 회전되면, 암 나사부(129)와 수나사부(141A)와의 나사 기구에 의해서 나사 샤프트(140)가 전진 또는 후퇴된다.
이상으부터, 본 실시 형태에 의하면, 스테이터(130)가 가지는 자극부가, 해당 스테이터(130)를 폭방향(X)으로부터 보았을 때에, 이 로터(120)를 둘러싸는 최소 직사각형 영역(R) 내에 포함되도록 배치되어 있다. 또, 로터(120)의 높이 방향(Z방향)으로는, 축선심부를 가지지 않은 더미 자극부(138)가 배치되어 있다. 그 때문에, 액추에이터(101)는, 로터 지름을 유지한 채로, 폭방향(X)으로부터 보았을 때의 스테이터(130)의 형상에 대해 로터(120)의 지름 방향(Z방향)으로 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 토크 성능의 대폭적인 저하를 억제함과 아울러, 제조 코스트의 상승을 억제할 수 있다.
다음으로, 도 17~도 19를 이용하여, 직동 액추에이터의 변형예에 대해 설명한다. 리니어 가이드 부착 직동 액추에이터(201)는, 위에서 설명한 액추에이터(101)에 더하여, 리니어 가이드(210)를 가지고 있다.
리니어 가이드(210)는, 가이드 레일(211)과, 슬라이더(212)와, 피접속체(213)를 가지고 있다. 가이드 레일(211)은, 길이 방향(Y)으로 연장되는 레일 모양으로 형성되고, 직동 액추에이터(101)의 케이스 본체부(111)에 장착되어 있다. 즉, 가이드 레일(211)은, 스테이터(130)에 대해서 위치가 고정되어 있다.
슬라이더(212)는, 홈통 모양으로 형성된 외측 부분(212a)과, 외측 부분(212a)의 내측에 배치되고, 가이드 레일(211)에 슬라이드 이동 가능하게 장착되는 내측 부분(212b)을 가지고 있다. 외측 부분(212a)과 내측 부분(212b)은, 도시하지 않은 볼트에 의해 결합되어 있다.
슬라이더(212)는, 가이드 레일(211)에 의해서 길이 방향(Y)(즉, 진퇴 방향)의 이동만 허용되도록 슬라이드 이동 가능하게 지지된다. 피접속체(213)는, 직사각형 판 모양으로 형성되며, 배면의 중앙에 나사 샤프트(140)의 헤드부(145)가 접속되고 또한 배면의 단부에 슬라이더(212)의 외측 부분(212a)이 도시하지 않은 볼트에 의해서 결합되어 있다.
리니어 가이드 부착 직동 액추에이터(201)는, 스테이터(130)의 자기 작용에 의해 로터(120)가 회전되면, 나사 샤프트(140)가 너트 부재(125)와의 나사 기구에 의해 길이 방향(Y)으로 전진 및 후퇴하고, 나사 샤프트(140)에 접속된 피접속체(213)도 전진 및 후퇴한다. 이 때, 피접속체(213)와 결합된 슬라이더(212)도 가이드 레일(211)로 안내되면서 길이 방향(Y)으로 전진 및 후퇴한다.
다음으로, 도 20~도 22를 이용하여, 직동 액추에이터의 다른 변형예에 대해 설명한다. 리니어 부시(bush) 부착 직동 액추에이터(301)는, 위에서 설명한 직동 액추에이터(101)에 더하여, 리니어 부시(310)를 가지고 있다.
리니어 부시(310)는, 가이드 케이스(311)와, 2개의 슬라이더(312, 312)로 구성되고, 2개의 슬라이더(312, 312)에는 피접속체(313)가 접속되어 있다. 가이드 케이스(311)는, 직방체 형상으로 형성되어 있고, 길이 방향(Y)으로 연장되어 직동 액추에이터(101)가 끼워 넣어지는 개구부(311a)가 형성되어 있다. 가이드 케이스(311)에는, 개구부(311a)를 사이에 끼워 길이 방향(Y)으로 연장되는 원형의 2개의 가이드 구멍(311b, 311b)이 형성되어 있다. 가이드 케이스(311)는, 개구부(311a)에 직동 액추에이터(101)가 내장되어 있다.
2개의 슬라이더(312, 312)는, 각각이 원기둥 모양으로 형성되어 있고, 가이드 케이스(311)의 2개의 가이드 구멍(311b, 311b)에 삽입되어 있다. 2개의 슬라이더(312, 312)는, 가이드 케이스(311)에 의해서 길이 방향(Y)(즉, 진퇴 방향)의 이동만 허용되도록 슬라이드 이동 가능하게 지지된다. 피접속체(313)는, 직사각형 판 모양으로 형성된 피접속체 본체부(313a)와, 피접속체 본체부(313a)의 배면의 중앙에 세워 마련된 원기둥 형상의 보스(313b)를 일체로 가지고 있다. 보스(313b)의 일단에 나사 샤프트(140)의 헤드부(145)가 접속되고 또한 피접속체 본체부(313a)의 배면의 양단부에 2개의 슬라이더(312, 312)의 일단이 결합되어 있다.
리니어 부시 부착 직동 액추에이터(301)는, 스테이터(130)의 자기 작용에 의해 로터(120)가 회전되면, 나사 샤프트(140)가 너트 부재(125)와의 나사 기구에 의해 길이 방향(Y)으로 전진 및 후퇴하고, 나사 샤프트(140)에 접속된 피접속체(313)도 전진 및 후퇴한다. 이 때, 피접속체(313)와 결합된 2개의 슬라이더(312)도 가이드 케이스(311)로 안내되면서 길이 방향(Y)으로 전진 및 후퇴한다.
이와 같이, 리니어 가이드 부착 직동 액추에이터(201) 및 리니어 부시 부착 직동 액추에이터(301)는, 나사 샤프트(140)가 전진 및 후퇴할 때에, 진퇴 방향으로부터 벗어나지 않도록 나사 샤프트(140) 및 각 피접속체(213, 313)의 이동을 보조할 수 있다.
다음으로, 도 23~도 24를 이용하여, 직동 액추에이터의 변형예에 대해 설명한다. 리니어 가이드 부착 직동 액추에이터(401)는, 위에서 설명한 리니어 가이드 부착 직동 액추에이터(201)에 더하여, 접속 케이블(405)을 도출하는 도출부(402)를 가지고 있다. 도 23 및 도 24에서의 부호 412는 슬라이더이다.
도출부(402)는, 도 23 및 도 24에 나타내는 바와 같이, 케이스(410)의 후단면에 마련되어 있고, 접속 케이블(405)의 각도를 임의로 유지할 수 있는 각도 변경 구조를 구비하고 있다. 이 각도 변경 구조는, 구체적으로는, 케이스(410)에 고정된 회전 지지부(403)와, 이 회전 지지부(403)에 지지되어 수평 방향으로 약 180도의 각도로 회전 가능한 회전축부(404)와, 후술하는 요철부(406)로 구성된다.
회전축부(404) 및 회전 지지부(403)는, 각각 중공 구조로 되어 있고, 접속 케이블(405)을 내부에 통과시킬 수 있도록 되어 있다. 이 접속 케이블(405)은, 일방은 도시하지 않은 회로 기판 등에 접속되고, 타방은 도시하지 않은 외부 전원이나 그 외의 기기에 접속된다.
도출부(402)는, 도 23에 나타내는 바와 같이, 회전 지지부(403)와 회전축부(404)와의 사이에 복수의 요철을 가지는 요철부(406)가 마련되어 있다. 도출부(402)는, 이 요철부(406)에서의 요철의 피치마다, 케이스(410)에 대한 접속 케이블(405)의 각도를 변경 가능하게 되어 있다. 또, 이 요철부(406)에 의해, 회전 지지부(403)와 회전축부(404)와의 사이에 요철이 서로 맞물린 임의의 위치에서 접속 케이블(405)의 각도를 유지할 수 있도록 되어 있다.
도출부(402)는, 상기 구성을 가지고 있으므로, 도 24에 나타내는 바와 같이, 접속 케이블(405)이 도면에서 좌측에 있는 상태(실선의 상태)로부터, 임의로 각도를 변화시켜, 케이스(410)의 길이 방향과 동일 방향을 향하게 하는 것이 가능하고, 또한 실선의 위치로부터 180도 회전시킨 위치를 향하게 하는 것은 가능하다(점선의 상태).
이와 같이, 본 실시 형태의 도출부(402)에서는, 요철부(406)에 의해서 접속 케이블(405)을 임의의 각도로 유지하고 있지만, 각도 변경 구조는 상기 요철에 한정하지 않고, 다른 구성을 선택하는 것도 가능하다. 예를 들면, 회전 지지부(403)와 회전축부(404)와의 사이에 소정의 마찰력을 일으키게 하도록 해도 좋고, 일방에 탄성을 가지는 돌기를 마련하고, 타방에 요철을 마련하여 양자를 서로 맞물리게 하도록 해도 괜찮다.
또, 이 도출부(402)는, 직동 액추에이터(401) 뿐만 아니라, 도 1 내지 도 12에 나타내는 스텝 모터에 적용할 수도 있고, 도 20 내지 도 22에 나타내는 리니어 부시 부착 직동 액추에이터에 이용할 수 있다(도 24에서의 괄호 쓰기의 부호 1 및 301). 또, 이 도출부(402)는, 도 23 및 도 24에 나타내는 바와 같이, 케이스(410)의 후단면에 마련할 뿐만 아니라, 슬라이더(412) 등의 다른 부재와 간섭하지 않는 한, 케이스(410)의 측면 등 임의의 위치에 마련하는 것이 가능하다. 또, 도출부(402)는, 상기 실시 형태와 같이 수평 방향으로 회전시키는 경우 외에, 수직 방향으로 회전시키도록 해도 좋고, 임의의 다른 각도로 회전시키도록 해도 괜찮다.
또, 위에서 설명한 실시 형태의 직동 액추에이터(101), 리니어 가이드 부착 직동 액추에이터(201, 401) 및 리니어 부시 부착 직동 액추에이터(301)에서, 제1 실시 형태의 변형예로서 나타낸 스텝 모터인 도 8~도 12의 구성을 채용해도 괜찮다.
상기에 본 발명의 본 실시 형태를 설명했지만, 본 발명은 이들 예로 한정되는 것은 아니다. 전술의 각 실시 형태에 대해서, 당업자가 적절히, 구성요소의 추가, 삭제, 설계 변경을 행한 것이나, 각 실시 형태의 특징을 적절히 조합시킨 것도, 본 발명의 요지를 구비하고 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.
1~6 - 스텝 모터 10 - 케이스
20 - 로터 30 - 스테이터
31, 31A, 31B - 스테이터 코어 32 - 스테이터 코어 본체부
32a - 단변 32b - 장변
32P - 스테이터 코어용 철심 33 - A상(相)용 자극부(자극부)
33a - 권선 심부 33b - 선단부
33c - 스테이터 소(小)티스(자극 소(小)티스)
34 - B상(相)용 자극부(자극부)
34a - 권선 심부 34b - 선단부
34c - 스테이터 소(小)티스(자극 소(小)티스)
35 - A상 권선 36 - B상 권선
38 - 더미 자극부 38a - 더미 소(小)티스 39 - 제1 권선 오목부(권선 오목부) 40 - 제2 권선 오목부(권선 오목부) 40a - 조정 오목부 42 - 더미 간격
D - 로터의 직경 L - 로터의 축방향 길이
R - 최소 직사각형 영역 P - 축방향
Q - 둘레 방향 X - 폭방향
Y - 길이 방향 Z - 높이 방향
101 - 직동 액추에이터 120 - 로터
130 - 스테이터 140 - 나사 샤프트
201 - 리니어 가이드 부착 직동 액추에이터
210 - 리니어 가이드 211 - 가이드 레일
212 - 슬라이더 213 - 피접속체
301 - 리니어 부시 부착 직동 액추에이터
310 - 리니어 부시 311 - 가이드 케이스
312 - 슬라이더 313 - 피접속체
401 - 리니어 가이드 부착 직동 액추에이터
402 - 도출부 403 - 회전 지지부
404 - 회전축부 D - 로터의 직경
L - 로터의 축방향 길이 R - 최소 직사각형 영역
P - 축방향 Q - 둘레 방향
X - 폭방향 Y - 길이 방향
Z - 높이 방향

Claims (18)

  1. 로터가 내부에 배치되는 스텝 모터용의 스테이터 코어로서,
    상기 로터의 축방향으로부터 보았을 때에, 단변과 장변을 가지는 본체부를 가지며,
    상기 본체부는,
    상기 단변으로부터 상기 로터를 향해서 돌출되고, 권선(卷線)이 감겨지는 권선 심부(芯部)와, 상기 권선 심부와 연속되고, 상기 로터를 향해서 돌출되는 복수의 자극(磁極) 소(小)티스를 가지는 자극부(磁極部)와,
    상기 장변으로부터 로터측을 향하여 돌출되는 복수의 더미(dummy) 소(小)티스를 가지며, 또한, 권선이 감겨지는 권선 심부를 가지지 않는 더미 자극부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 스텝 모터용의 스테이터 코어.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 더미 자극부는, 상기 복수의 더미 소(小)티스끼리의 간격이 상기 복수의 자극 소(小)티스끼리의 간격과 동일하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스텝 모터용의 스테이터 코어.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 더미 자극부는, 상기 복수의 더미 소(小)티스끼리의 간격이 상기 복수의 자극 소(小)티스끼리의 간격과 다른 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스텝 모터용의 스테이터 코어.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체부는, 상기 로터의 축방향으로부터 보았을 때에, 상기 로터의 둘레 방향으로 복수의 상기 자극부가 소정의 자극 간격을 두고 마련되며,
    상기 더미 자극부에, 상기 자극 간격과 동일한 간격을 가지는 더미 간격이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스텝 모터용의 스테이터 코어.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체부에, 상기 권선 심부에 감겨지는 권선용 권선 오목부가 형성되며,
    상기 더미 자극부에 인접하는 상기 권선 오목부에, 상기 더미 자극부측을 향하여 연장되는 조정 오목부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 스텝 모터용의 스테이터 코어.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 본체부에, 상기 권선 심부에 감겨지는 권선용 권선 오목부가 형성되며,
    상기 더미 자극부에 인접하는 상기 권선 오목부에, 상기 더미 자극부측을 향하여 연장되는 조정 오목부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 스텝 모터용의 스테이터 코어.
  7. 로터가 내부에 배치되는 스테이터 코어를 가지는 스텝 모터로서,
    상기 스테이터 코어는, 상기 로터의 축방향으로부터 보았을 때에, 단변과 장변을 가지는 본체부를 가지고,
    상기 본체부는, 상기 단변으로부터 상기 로터를 향해서 돌출되고, 권선이 감겨지는 권선 심부와, 상기 권선 심부와 연속되고, 상기 로터를 향해서 돌출되는 복수의 자극 소(小)티스를 가지는 복수의 자극부를 구비하며,
    상기 복수의 자극부가, 상기 스테이터 코어를 상기 로터의 축방향과 직교하는 일방향으로부터 보았을 때에, 상기 로터를 둘러싸는 최소 직사각형 영역 내에 포함되도록 배치되어 있으며,
    상기 스테이터 코어의 상기 본체부의 상기 장변으로부터 로터측을 향하여 돌출되는 복수의 더미 소(小)티스를 가지며, 또한, 권선이 감겨지는 권선 심부를 가지지 않는 더미 자극부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 스텝 모터.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 더미 자극부는, 상기 복수의 더미 소(小)티스끼리의 간격이 상기 복수의 자극 소(小)티스끼리의 간격과 동일하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스텝 모터.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 더미 자극부는, 상기 복수의 더미 소(小)티스끼리의 간격이 상기 복수의 자극 소(小)티스끼리의 간격과 다른 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스텝 모터.
  10. 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 본체부에, 상기 권선 심부에 감겨지는 권선용 권선 오목부가 형성되고,
    상기 더미 자극부에 인접하는 상기 권선 오목부에, 상기 더미 자극부측을 향하여 연장되는 조정 오목부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 스텝 모터.
  11. 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어 및 상기 로터를 수납하는 케이스와, 상기 케이스로부터 도출부(導出部)를 매개로 하여 도출되는 접속 케이블을 구비하며,
    상기 도출부는, 상기 케이스에 대해서, 상기 접속 케이블의 도출 각도를 임의로 변화시킨 상태로 유지하는 각도 변경 구조를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 스텝 모터.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 스테이터 코어 및 상기 로터를 수납하는 케이스와, 상기 케이스로부터 도출부를 매개로 하여 도출되는 접속 케이블을 구비하며,
    상기 도출부는, 상기 케이스에 대해서, 상기 접속 케이블의 도출 각도를 임의로 변화시킨 상태로 유지하는 각도 변경 구조를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 스텝 모터.
  13. 로터가 내부에 배치되는 스테이터 코어를 가지는 스텝 모터와,
    상기 로터의 축심(軸心)과 동축에 배치되고, 상기 로터의 회전에 따라 회전되는 너트 부재와,
    상기 너트 부재에 나사 결합되고, 상기 너트 부재의 회전에 의해 전진 또는 후퇴되는 나사 샤프트를 가지는 직동(直動) 액추에이터로서,
    상기 스테이터 코어는, 상기 로터의 축방향으로부터 보았을 때에, 단변과 장변을 가지는 본체부와,
    상기 단변으로부터 상기 로터를 향해서 돌출되고, 권선이 감겨지는 권선 심부와, 상기 권선 심부와 연속되고, 상기 로터를 향해서 돌출되는 복수의 자극 소(小)티스를 가지는 복수의 자극부를 구비하며,
    상기 복수의 자극부가, 상기 스테이터 코어를 상기 로터의 축방향과 직교하는 일방향으로부터 보았을 때에, 상기 로터를 둘러싸는 최소 직사각형 영역 내에 포함되도록 배치되어 있으며,
    상기 스테이터 코어의 상기 본체부의 상기 장변으로부터 로터측을 향하여 돌출되는 복수의 더미 소(小)티스를 가지며, 또한, 권선이 감겨지는 권선 심부를 가지지 않는 더미 자극부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 직동 액추에이터.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 스테이터 코어 및 상기 로터를 수납하는 케이스와, 상기 케이스로부터 도출부를 매개로 하여 도출되는 접속 케이블을 구비하며,
    상기 도출부는, 상기 케이스에 대해서, 상기 접속 케이블의 도출 각도를 임의로 변화시킨 상태로 유지하는 각도 변경 구조를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 직동 액추에이터.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 기재된 직동 액추에이터와,
    슬라이더와,
    상기 스테이터에 대해서 위치가 고정되고, 상기 나사 샤프트의 진퇴 방향의 이동만 허용하도록 상기 슬라이더를 슬라이드 이동 가능하게 지지하는 가이드와,
    상기 나사 샤프트의 전단부에 접속됨과 아울러 상기 슬라이더와 결합된 피(被)접속체를 마련한 것을 특징으로 하는 가이드 부착 직동 액추에이터.
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