WO2006134800A1

WO2006134800A1 - ステッピングモータ

Info

Publication number: WO2006134800A1
Application number: PCT/JP2006/311259
Authority: WO
Inventors: Kimio Miura
Original assignee: Tokyo Micro Inc.
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2006-12-21
Also published as: JP4794555B2; JPWO2006134800A1

Abstract

　【課題】　薄型のステッピングモータを提供する。　【解決手段】　ステッピングモータ１は、回転子１０と、回転子１０を取り囲む固定子２０を有する。回転子１０は、外周にＮ極とＳ極が交互に複数着磁された永久磁石１１からなり、軸芯には回転軸１３が貫通固定されている。固定子２０は、回転子１０を取り囲むように配列された複数の磁極をその内周に有するリング状の磁極片２３、及び、磁極片２３を磁化するコイル３１を含む。磁極片２３は、フランジ部と、及び、フランジ部の内周縁から軸方向に突設された極歯２５を有し、磁極片２３のフランジ部の外周域にコイル３１が配置されている。

Description

明細書

ステッピングモータ

技術分野

[0001] 本発明は、 PM型 (永久磁石型)ステッピングモータに関する。特には、安価に製造できる薄型の PM型ステッピングモータに関する。

背景技術

[0002] 従来の PM型ステッピングモータ（2相、 20ステップ Z1回転の例）の構造を説明する。

図 11は、従来の PM型ステッピングモータの全体図である。

図 12は、図 11のステッピングモータの側面断面図である。

図 13は、図 11のステッピングモータの分解斜視図である。

図 12に示すように、 PM型ステッピングモータ 501は、回転軸を有する回転子 510 と、回転子 510を取り囲むように配置された円筒状の固定子 520と、力も主に構成される。

[0003] 回転子 510はほぼ円筒状の永久磁石 511であり、該磁石 511の軸芯には、回転軸 513が貫通固定されている。回転軸 513の一端（図の右端）は軸受け 515を介してョーク 543に支持されており、他方の端部（図の左端)も軸受け（図示されず)を介してフレーム（図示されず)等に支持されている。永久磁石 511の外周面には、回転軸方向に延びる N極と S極が円周方向に交互に複数 (この例では 10個）着磁されて、る。

[0004] 固定子 520は、回転軸 513の方向に配列された A相ステータ 521Aと B相ステータ 521Bを有する。 A相ステータ 521A、 B相ステータ 521Bは、 2個のクローポール型磁極片 523aと 523b、 523cと 523dを組合わせて構成されている。クローポール型磁極片 523は、リング状のフランジ部と、フランジ部の内周縁から回転軸方向に延びる複数 (この例では 5本)の三角形状の極歯 525 (図 13参照）を有する。このようなクロ一ポール型磁極片 525は、通常、円板状の板をプレスで抜き曲げ、あるいは絞りカロ工すること〖こよって作製される。各ステータ 521は、 2個のクローポール型磁極片 523 を、極歯 525が向かい合って交互に、かつ、非接触でかみ合うように配置されている。これにより、各磁極片のフランジ部と極歯との間に、断面がコの字状の凹部が形成される。そして、 A相ステータ 521Aと B相ステータ 521Bは、極歯 525が 1Z2ピッチ円周方向にずれるように配置されている。このように配置された両ステータは、ボビン 527によって一体に固定されている。ボビン 527は、榭脂を、各ステータ 521の外周面を覆うとともに極歯 525の間に充填するように成形したものである。

[0005] ボビン 527で覆われた、各磁極片のフランジ部と極歯との間に形成された凹部には、卷線が巻き回されてコイル 531A、 531Bが形成されている。各コイル 531は、ボビン 527によって各ステータ 521から絶縁されている。ボビン 527の凹部間には、外側に張り出した端子台 528が形成されている。この端子台 528には、各コイルに給電するための端子ピン 551が立設されて、る（図 11、図 12参照)。

[0006] 図 12に示すように、回転子 510の永久磁石 511の外周面の着磁部と、固定子 520 の各磁極片 523の極歯 525の内周面は所定の隙間を開けて対向するように配置される。コイル 531に通電しステータ 521を励磁すると、同ステータ 521の円周方向に交互に並んだ極歯 525には、 N極と S極が交互に発生する。これらの磁極と、永久磁石 511に着磁されている磁極との間（具体的には、クローポール型磁極片 523の極歯 525の内周面と、回転軸方向に延びる永久磁石 511の着磁部表面との間）に、磁界が発生する。そして、 A相ステータ 521Aと B相ステータ 521Bの各コイル 531A、 5 31Bへの通電を交互に行うことによって、磁極間に反発と吸引が発生し、回転子 510 は一方向に連続して回転する。

[0007] 回転子 510及び回転子 510に接続する対象物を回転させるだけのトルクを発生させるには、回転子 510と固定子 520の磁極間に働く磁界が十分な強さを持つ必要がある。このためには、クローポール型磁極片 523の極歯 525の内周面と、永久磁石 5 11外周面の着磁部とが、十分な磁束密度を備える必要がある。そこで、上述のように極歯 525を三角形状とすることにより、固定子 510側の磁極の面積をできるだけ多くして磁束密度を高めている。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 上述のような構成とすることにより、ステッピングモータはある程度以上薄くすることができないという問題点がある。また、図 11や図 12に示すように、コイル給電用の端子台がモータの側面から突出しているため、モータ配置姿勢の自由度が低力つた。

[0009] 本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、薄型のステッピングモータを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明のステッピングモータは、外周に N極と S極が交互に複数着磁された永久磁石力なる回転子と、該回転子の回転軸と、該回転子を取り囲むように配列された複数の磁極をその内周に有するリング状の磁極片、及び、該磁極片を磁化するコイルを含む固定子と、を備えるステッピングモータであって、前記磁極片が、フランジ部、及び、該フランジ部の内周縁から軸方向に突設された極歯を有し、該磁極片のフランジ部の外周域に前記コイルが配置されていることを特徴とする。

[0011] 本発明によれば、フランジ部を含めた磁極片全体をコイルの内周域に収容することができるため、モータの厚さを薄く（短く）できる。

[0012] 本発明の他のステッピングモータは、外周に N極と S極が交互に複数着磁された永久磁石力なる回転子と、該回転子の回転軸と、該回転子を取り囲むように配列された複数の磁極をその内周に有するリング状の磁極片、及び、該磁極片を磁ィ匕するコイルを含む固定子と、を備えるステッピングモータであって、前記磁極片が、磁性体の板材カゝらなり、前記磁極が該磁極片の内周に形成された内側にのみ突出する突起であるとともに、該磁極片の外周域に前記コイルが配置されていることを特徴とする。

[0013] 本発明のステッピングモータの成形工程は、鉄板の打ち抜き工程のみであり、金型費を含めた全体の成形費を低減できる。また簡単に成形できるため、突起の数を増やして分解能を高めることが容易になる

なお、磁極片の枚数を増やせば（1相を 2枚ずつの 1組 (全 4枚）とするなど）、トルクを高くできる。

[0014] 本発明におヽては、前記磁極片が電磁軟鉄板又はケィ素鋼板を打ち抜き加工したものであることが好まし!/、。

[0015] 本発明においては、前記コイルが軸方向に 2個配置されているとともに、各コイルの内周に、前記磁極片が 2枚各々の磁極の位置をずらして配置されており、さらに、各コイルの間 (軸方向内側面間）に配置された、前記磁極片と接する円形状のセンターヨークと、各コイルの軸方向の外側面と外周面を覆い、前記磁極片のうちの軸方向外側の磁極片及び前記センターヨークと接する外ヨークと、を具備することが好ましい。

[0016] 本発明によれば、外ヨーク及びセンターヨークを設けることにより、コイルの周囲に形成される磁界の磁場の強さが強められ、磁極片が磁化されやすくなる。

[0017] 本発明においては、前記外ヨーク又はその接続部材 (合わせてケーシングという）の外面に取り付けられる前記コイル給電用の集合配線部材をさらに備え、この集合配線部材の給電線に前記卷線の始端及び終端を接続することが好ましい。

[0018] このようにすれば、各コイルに給電するための端子台を設ける必要がな、。クローポール型の場合は、図 5に示すように、ボビンに端子台を設けて、同台に端子ピンを立設するのが一般的であった。本発明においては、端末処理に自由度を持たせてモータの端面にフレキ基板を接続することができ、同基板にコイルの始端と終端をつなぎやすくできる。また、端子台が不要なため、設計 (配線)の自由度が高く外径制約に対して有利である。

発明の効果

[0019] 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、薄型のステッピングモータを提供できる。また、クローポール型に比べて安価に製造できるステッピングモータを提供できる。

発明を実施するための形態

[0020] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図 1は、本発明の第 1の実施の形態に係るステッピングモータ（2相、 8ステップ Z1 回転の例）の構造を説明する側面断面図である。

図 2は、図 1のステッピングモータの分解斜視図である。

図 3は、図 1のステッピングモータの一部を組み立てた状態を示す分解斜視図である。

ステッピングモータ 1は、回転軸を有する回転子 10と、回転子 10を取り囲むように配置された円筒状の固定子 20と、から主に構成される。

[0021] 図 1に示すように、回転子 10は、円筒状の永久磁石 11を有し、同磁石 11の軸芯には、回転軸 13 (例えばステンレス鋼製）が貫通固定されている。回転軸 13の両端は榭脂軸受け 15に回転可能に支持されている。永久磁石 11の外周表面には、回転軸方向に延びる N極と S極力円周方向に交互に複数 (この例では 4個）着磁されてヽる。永久磁石 11の両端面の中心は円錐状に抉り取られており、軽量ィ匕が図られている。また、両端面には、榭脂製のワッシャー 17が固定されている。

[0022] 固定子 20は、回転子 10の回転軸 13の方向に配列された A相ステータ 21Aと B相ステータ 21Bを有する。 A相ステータ 21Aと B相ステータ 12Bは、 2枚の同形状の磁極片 23aと 23b、 23cと 23dを糸且合わせて構成されて!/、る。図 2 (B)に示すように、磁極片 23は、ほぼリング状の磁性体 (例えば、電磁軟鉄やケィ素鋼板製)の板材であり、リング状のフランジ部 24と、フランジ部 24の内周縁から軸方向に突設された複数（この例では 2個）の極歯 25を有する。各極歯 25は、磁極片 23の中心に対して対角上に位置する。なお、ステップ数によっては極歯 25の位置は対角ではない。極歯 25は、先細の略台形状であり、軸方向の長さは、図 13に示す従来のクローポール型磁極片 423の極歯 425に比べて短い。各極歯 25の内周面は円弧状に湾曲しており、円周方向の長さは、この例では、中心角が 90° の扇型の円弧の長さよりやや短い。

[0023] この例の各ステータ 21では、 2個のリング状磁極片 23が、円周方向においては、極歯 25が向かい合って交互に並ぶように、軸方向においては、極歯 25が部分的に重なり、かつ、フランジ部 24の間にやや隙間（図 1 (A)の Yg)が開くように固定される。なお、極歯 25の形状を先細の台形状とすることにより、軸方向において 2枚の磁極片 23の極歯 25を部分的に重なるように配置することができる。

[0024] そして、 A相ステータ 21Aと B相ステータ 21Bは、磁極片 23の極歯 25が 1/2ピッチ円周方向にずれるように配置されている。つまり、図 3に示すように、磁極片 23a、 2 3b、 23c、 23dが円周方向に、極歯 25の 1Z2ピッチ円周方向にずれるように配置されている。この際、 2枚の磁極片の位置合わせや、各相ステータの位置合わせをしやすいように、各磁極片には位置合わせ部が形成されている。さらに、 A相ステータ 21 Aと B相ステータ 21Bは、回転軸方向に、リング状のセンターヨーク（例えば電磁軟鉄製) 41を挟んで配置されており、両ステータ間には隙間が開いている。このように配置された両ステータ 21とセンターヨーク 41は、ボビン 27によって一体に固定されている。ボビン 27は、榭脂を、各ステータ 21の各磁極片 23間や外周に充填するように成形したものである。

[0025] 上述のように構成することにより、図 1 (A)に示すように、回転子 10の永久磁石 11 の外周面の各着磁部には、固定子 20の磁極片 23の各突起 25の内端面が対向する

[0026] ここで、各ステータ 21の磁極片 23間の隙間の距離 Ygは、モータの回転子 10と固定子 20との隙間の距離 (永久磁石 11の着磁部と磁極片 23の内端面の間の距離) A gと等しい、もしくは、以上である。このように各隙間の距離を設定することにより、磁気ショートを回避でき、磁場の強さが強められトルク向上に寄与するという利点がある。

[0027] 各ステータ 21の磁極片 23の外周面のボビン 27の榭脂層の外側には、卷線 29A、 29B (この例では自己融着銅線）が巻き回されてコイル 31A、 31Bが形成されている。つまり、コイル 31は、磁極片 23 (フランジ部含む）の外周域に配置されている。なお、図 1にはコイル 31が直接磁極片 23の外周面に巻かれて!/、るように描かれて!/、るが、磁極片 23の外周にも榭脂層を設けることが好ましい。この例では、コイル 31は、ヮニス等により、ステータ 21と絶縁されている。

[0028] 回転軸方向に並んでボビン 27で固定された A相ステータ 21A、センターヨーク 41 及び B相ステータ 21B (ステータ組立という）は、外ヨーク 43 (例えば電磁軟鉄製）内に同心筒上に嵌め込まれて、同ヨーク 43に固定されている。ここで、ステータ組立は、図 1に示すように、軸方向の両外側に位置する 2枚の磁極片 23a及び 23dとセンタ一ヨーク 41が、外ヨーク 43に接して固定されている。外ヨーク 43は、モータの軸方向に分割される、カップ状の外ヨーク片カもなる。外ヨーク 43の外周面には窓 45が形成されている。この窓 45から各コイル 31の卷線 29の始端と終端が引き出される。また、外ヨーク 43の端面には、軸受け 15が固定される開口部が形成されている。

[0029] 上述のような構成により、各コイル 31の周囲の磁界の磁場の強さが強められ、磁極片 23が磁化されやすくなる。

具体的に説明すると、図 1 (B)に分かりやすく示すように、ステータ 21Bにおいて、コイル 31Aの軸方向外側の端面（図の右側の面）と外周側面（図の下側の面）は外ョーク 43の端面と側面で覆われ、軸方向内側の端面（図の左側の面）はセンターヨ一ク 41の端面に接している。さらに、 2枚の磁極片 23cと 23dは、外ヨーク 43の端面とセンターヨーク 41の端面の間に位置する。外ヨーク 43やセンターヨーク 41によって、コィル 31Aの周囲に形成される磁界 Mの磁場の強さが強められる。これにより、外ョーク 43とセンターヨーク 41の間の各磁極片 23が磁化されやすくなる。

[0030] このステッピングモータにおいては、磁極片 23をコイル 31の内周域に配置したため、ステータ 21の厚さを薄くでき、これによりモータ 1の厚さを薄くできる。

[0031] 図 4は、図 1のステッピングモータを取り付けた状態の一例を説明する図である。

この例では、モータ 1の一端面をベースプレート 60に固定し、他方の端面に、モータ通電用等のフレキ基板 (集合配線部材) 70を取り付ける。

モータ 1の一方の外ヨーク端面は、ベースプレート 60に接着等により固定される。フレキ基板 70は、例えば、モータ 1の端面形状の端末部 71を有し、同部でモータ 1の他方の外ヨーク端面に固定される。そして、各相のコイル卷線 29A、 29Bの始端と終端をフレキ基板 70の端末部 71の表面まで引き出し、各給電線にハンダ付け等により導通させる。このように、コイルの端末処理を施した後も、モータを薄型に維持できる

[0032] 図 5は、本発明の第 2の実施の形態に係るステッピングモータ（2相、 20ステップ Z1 回転の例）の構造を説明する側面断面図である。

図 6は、図 5のステッピングモータの分解斜視図である。

図 7は、図 5のステッピングモータの一部を組み立てた状態を示す分解斜視図である。

この例のステッピングモータ 101は、図 1のステッピングモータ 1とほぼ同様の構成を有する（ただし、 2相、 20ステップ Z1回転の例）が、各ステータの磁極片の構造が異なる。図において、図 1のステッピングモータと同様の構成'作用を有する部品'部材は図 1と同じ符号を付し、説明を省略する。

[0033] この例の A相ステータ 121Aと B相ステータ 121Bは、 2枚の同形状の磁極片 123a と 123b、 123cと 123dを組合わせて構成されている。図 6 (B)に示すように、磁極片 123は、所定の板厚 (この例では 0. 3mm)の、ほぼリング状の磁性体 (電磁軟鉄）の板材であり、内周端力径方向に突出する複数 (この例では 5個）の突起 125が形成されている。各突起 125は、磁極片 123の中心に対して等間隔の角度 (この例では中心角 72° )に位置する。また、各突起 125の内端面は円弧状で、円周方向の長さは、この例では、中心角が 36° の扇型の円弧の長さである。このようなリング状磁極片 123は、電磁軟鉄板又はケィ素鋼板を打ち抜き加工することによって作製される。

[0034] 各ステータ 21では、 2個のリング状磁極片 23が、突起 25が円周方向に交互に並び、かつ、突起 25が接触しないように回転軸方向にやや隙間 (Yg)を開けて並んで固定される。そして、 A相ステータ 121Aと B相ステータ 121Bは、磁極片 123の突起 12 5が 1Z2ピッチ円周方向にずれるように配置されている。つまり、図 7に分かりやすく示すように、磁極片 123a、 123c, 123b, 123d力 S円周方向に、突起 125の 1/2ピッチ円周方向にずれるように配置されて、る。

[0035] このステッピングモータにおいては、固定子 10の磁極を、リング状の磁極片 123の突起 125の内端面としたため、ステータ 121の厚さを磁極片 123の板厚程度に薄くできる。また、リング状磁極片 123は、例えば、電磁軟鉄板の打ち抜き加工のように簡単に成形できるため、突起 125の数を増やして分解能を高めることが容易になる。

[0036] 図 8は、本発明の第 3の実施の形態に係るステッピングモータ（2相、 20ステップ Z1 回転の例）の構造を説明する側面断面図である。

図 9は、図 8のステッピングモータの分解斜視図である。

図 10は、図 8のステッピングモータの一部を組み立てた状態を示す分解斜視図である。

この例のステッピングモータ 201は、図 5のステッピングモータ 101とほぼ同様の構成を有する力各ステータの磁極片の構造が異なる。図において、図 5のステツピングモータと同様の構成 ·作用を有する部品'部材は図 5と同じ符号を付し、説明を省略する。

[0037] この例では、図 5の各ステータの磁極片 123をそれぞれ 2枚重ねたものである。つまり、図 9に分力りやすく示すように、 A相ステータ 221Aの一方の磁極片 223aが、 2枚の重ねられた磁極片 123aからなり、他方の磁極片 223b力 2枚の重ねられた磁極片 123b力らなる。同様に、 B相ステータ 221Bの一方の磁極片 223cが、 2枚の重ねられた磁極片 123cからなり、他方の磁極片 223dが、 2枚の重ねられた磁極片 123d からなる。

[0038] このように構成することにより、ステータの磁極の面積を、図 5のステータに比べて広くすることができるので、回転トルクを高めることができる。

図面の簡単な説明

[0039] [図 1]本発明の第 1の実施の形態に係るステッピングモータ（2相、 8ステップ Z1回転の例）の構造を説明する側面断面図である。

[図 2]図 1のステッピングモータの分解斜視図である。

[図 3]図 1のステッピングモータの一部を組み立てた状態を示す分解斜視図である。

[図 4]図 1のステッピングモータを取り付けた状態の一例を説明する図である。

[図 5]本発明の第 2の実施の形態に係るステッピングモータ（2相、 20ステップ Z1回転の例）の構造を説明する側面断面図である。

[図 6]図 5のステッピングモータの分解斜視図である。

[図 7]図 5のステッピングモータの一部を組み立てた状態を示す分解斜視図である。

[図 8]本発明の第 3の実施の形態に係るステッピングモータ（2相、 20ステップ Z1回転の例）の構造を説明する側面断面図である。

[図 9]図 8のステッピングモータの分解斜視図である。

[図 10]図 8のステッピングモータの一部を組み立てた状態を示す分解斜視図である。

[図 11]従来の PM型ステッピングモータの全体図である。

[図 12]図 11のステッピングモータの側面断面図である。

[図 13]図 11のステッピングモータの分解斜視図である。

符号の説明

[0040] 1 ステッピングモータ

10 回転子 11 永久磁石

13 回転軸 15 榭脂軸受け

17 ワッシャー

20 固定子 21 ステータ磁極片 24 フランジ部極歯 27 ボビン卷線 31 コイルセンターヨーク 43 外ヨーク窓 60 ベースプレートフレキ基板 (集合配線部材) 71 端末部

Claims

請求の範囲

[1] 外周に N極と S極が交互に複数着磁された永久磁石力なる回転子と、

該回転子の回転軸と、

該回転子を取り囲むように配列された複数の磁極をその内周に有するリング状の磁極片、及び、該磁極片を磁化するコイルを含む固定子と、

を備えるステッピングモータであって、

前記磁極片が、フランジ部、及び、該フランジ部の内周縁から軸方向に突設された極歯を有し、

該磁極片のフランジ部の外周域に前記コイルが配置されていることを特徴とするステツビングモータ。

[2] 外周に N極と S極が交互に複数着磁された永久磁石力なる回転子と、

該回転子の回転軸と、

を備えるステッピングモータであって、

前記磁極片が、磁性体の板材からなり、前記磁極が該磁極片の内周に形成された内側にのみ突出する突起であるとともに、

該磁極片の外周域に前記コイルが配置されていることを特徴とするステッピングモータ。

[3] 前記磁極片が電磁軟鉄板又はケィ素鋼板を打ち抜き加工したものであることを特徴とする請求項 1又は 2記載のステッピングモータ。

[4] 前記コイルが軸方向に 2個配置されているとともに、各コイルの内周に、前記磁極片が 2枚各々の磁極の位置をずらして配置されており、

さらに、

各コイルの間（軸方向内側面間）に配置された、前記磁極片と接する円形状のセンターヨークと、

各コイルの軸方向の外側面と外周面を覆い、前記磁極片のうちの軸方向外側の磁極片及び前記センターヨークと接する外ヨークと、を具備することを特徴とする請求項 1、 2又は 3記載のステッピングモータ。

前記外ヨーク又はその接続部材 (合わせてケーシングと!、う）の外面に取り付けられる前記コイル給電用の集合配線部材をさらに備え、

この集合配線部材の給電線に、前記卷線の始端及び終端が接続されて、ることを特徴とする請求項 1〜4いずれか 1項記載のステッピングモータ。