(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周にティースの形成されたロータ体と、
該ロータ体の外側に配設され、内周にティースの形成されたステータ体と、
前記ロータ体に、回転方向に沿って形成された環状溝と、
前記ステータ体に固定されると共に、前記環状溝内に位置するコイルと、からなり、
前記ステータ体の内周に形成されたティースは、ロータ体の回転の軸方向に対して２分割されており、該２分割されたティース間に前記コイルの一部が固定されていることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記２分割されたステータのティース間に永久磁石を配置したことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記ロータ体及びステータ体をロータの回転軸に沿って複数個配置すると共に、該複数のロータ体及びステータ体の間に非磁性体を配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記ロータ体に形成された前記環状溝が、開口部の幅を狭く、内部の幅を広く構成し、
前記コイルが、前記環状溝の開口部に対応する部位の幅を狭く、前記内部に対応する部位の幅を広く構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のモータ。
【請求項５】
前記ロータ体が、前記環状溝の側部を開放するための開放部位を備えることを特徴とする請求項４に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータに関し、特に、比較的高い出力を発生するための可変リアクタンス（ＶＲ）型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】
現在、ステッピングモータとして、インナーロータ・タイプと、アウターロータ・タイプとがあり、インナーロータ・タイプが一般的に用いられている。インターロータ・タイプは、外周（ステータ）側にコイルを、内側にロータを配置している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インナーロータ・タイプでは、上述したようにロータをコイルの内側に配置するので、モータのトルクを高めるためには、ロータ径を大きくする必要があり、モータが大型化していた。即ち、トルクは、ロータの径に比例するため、トルクを高めるためには、モータの大径化は避けられなかった。
【０００４】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、小径で高トルクを発生し得るモータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１のモータは、上記目的を達成するため、外周にティースの形成されたロータ体と、
該ロータ体の外側に配設され、内周にティースの形成されたステータ体と、
前記ロータ体に、回転方向に沿って形成された環状溝と、
前記ステータ体に固定されると共に、前記環状溝内に位置するコイルと、からなり、
前記ステータ体の内周に形成されたティースは、ロータ体の回転の軸方向に対して２分割されており、該２分割されたティース間に前記コイルの一部が固定されていることを技術的特徴とする。
【０００７】
また、請求項２のモータは、請求項１において、前記２分割されたステータのティース間に永久磁石を配置したことを技術的特徴とする。
【０００８】
また、請求項３のモータは、請求項１又は請求項２において、前記ロータ体及びステータ体をロータの回転軸に沿って複数個配置すると共に、該複数のロータ体及びステータ体の間に非磁性体を配置したことを技術的特徴とする。
【０００９】
また、請求項４のモータは、請求項１〜３において、前記ロータ体に形成された前記環状溝が、開口部の幅を狭く、内部の幅を広く構成し、
前記コイルが、前記環状溝の開口部に対応する部位の幅を狭く、前記内部に対応する部位の幅を広く構成したことを技術的特徴とする。
【００１０】
また、請求項５のモータは、請求項４において、前記ロータ体が、前記環状溝の側部を開放するための開放部位を備えることを技術的特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明では、コイルがロータ体に形成された環状溝内に収容され、ロータの外側に配置されていないため、ロータの径が大きくなる。このため、小径のモータにて高トルクを発生することができる。
【００１２】
請求項２の発明では、ステータのティース間に永久磁石を配置してあるので、ステータに発生する磁力を強め、モータの発生トルクを高め得る。
【００１３】
請求項３の発明では、２以上のロータ体を備えるため、相互のロータ体のティース位置をずらすことで自始動できる。他方、３個以上のロータ体を備えることで、ゴギングトルクを弱め、滑らかに回転することができる。
【００１４】
請求項４の発明では、環状溝が、開口部の幅を狭く形成してあるため、ロータの外周のティースの幅を大きくでき、また、コイルが、該環状溝の内部に対応する部位の幅を広く構成してあるため、ターン数を多くすることができる。このため、モータのトルクを高めることができる。
【００１５】
請求項５の発明では、ロータ体が、環状溝の側部を開放するための開放部位を備えるため、開口部の幅の狭い環状溝内にコイルを容易に配置することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るステッピングモータについて図を参照して説明する。
図１（Ａ）は、第１実施態様に係るステッピングモータ１０の縦断面を示し、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中のステッピングモータ１０のＢ−Ｂ断面を示している。このステッピングモータは、軸１２に固定されたロータ３０が、ステータ２０の内側に配置されるインナーロータ・タイプとして構成されている。この第１実施形態のステッピングモータ１０では、ロータ３０が３組の円筒状ロータ体３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗからなり、各ロータ体の中央部に環状溝４０が形成されている。そして、該環状溝４０内に、ステータ２０側に一端が固定されたコイル５０Ｕ、５０Ｖ、５０Ｗが収容されている。
【００１７】
該ロータ体３２Ｕは、その径方向の外周に突極構造のティース３４が配置されている。図２（Ａ）中に該ロータ体３２Ｕ及び該ロータ体３２Ｕの組み立て前の状態を示す。ロータ体３２Ｕは、本体部３２Ａと開放部３２Ｂとの１対の磁性体から構成されている。ここで、該ロータ３０に形成される環状溝４０は、開口部４０ａの幅を狭く、内部４０ｂの幅を広く構成してある。図１（Ａ）に示すようにロータ体３２Ｕ及びロータ体３２Ｖの間、及び、ロータ体３２Ｖ及びロータ体３２Ｗの間には、非磁性体であるアルミニウム製のスペーサ４２が介在されて軸１２に固定されている。
【００１８】
該環状溝４０に一定のエアーギャップを介して配置されるコイル５０Ｕの構成を図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示す。ここで、図２（Ｂ）は、コイル５０Ｕの平面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）中のコイル５０ＵのＣ−Ｃ断面図である。このコイル５０Ｕの中央には、上記嵌合溝４０に収容するための通孔５０ｃが形成されている。そして、上述した環状溝４０の開口部４０ａ（図２（Ａ）参照）に対応する頸部５０ａは、厚みが薄く形成されており、他方、上記環状溝４０の内部４０ｂに対応する部位５０ｂは、厚く形成されている。該厚みの薄い頸部５０ａの外周側には、図１（Ａ）中に示すようにステータ２０側のティース２４間に形成された凹部２６に収容するためのリング部５０ｄが形成されている。そして、該リング部５０ｄの外周には、凸部５０ｅが形成されている。該凸部５０ｅは、コイル５０Ｕを組み付ける際の位置決め及びコイル５０の回り止めのため形成されている。該コイル５０Ｕは、配線を樹脂で固めることで上記形状に形成され、リード線５２を介してＵ相の正弦波交流が印加される。
【００１９】
一方、ステータ２０として、図１（Ａ）に示すように上述したロータ体３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗにそれぞれ対応させて３組のステータ体２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗが配設されている。該ステータ体２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗは、環状の磁性体からなり、この径方向の内周には突極構造のティース２４が形成されている。該ティース２４は、ロータ体３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗの回転の軸方向に対して２分割されており、該２分割されたティース２４、２４間の凹部２６に、上述したようにコイル５０Ｕ、５０Ｖ、５０Ｗのリング部５０ｅがそれぞれ嵌合・固定されている。該ステータ体２０Ｕ及びステータ体２０Ｖの間、ステータ体２０Ｖ及び２０Ｗの間は、非磁性体であるアルミニウム製のスペーサ４４が介在されハウジング１４に固定されている。一方、上記ロータ３０側の軸１２は、ベアリング４８を介して該ハウジング１４に回転可能に固定されている。
【００２０】
このステッピングモータ１０は、コイル５０Ｕ、５０Ｖ、５０Ｗへ１２０度位相が異なる正弦波交流を印加することで、ステータ体２０Ｕとロータ体３２Ｕとを通る磁束が、また、ステータ体２０Ｖとロータ体３２Ｖとを通る磁束が、更に、ステータ体２０Ｗとロータ体３２Ｗとを通る磁束が形成され、ステータ側のティース２４とロータ側ティース３４との間に、吸引・反発力が発生して、ロータ３０側にトルクを発生させる。
【００２１】
本実施形態のステッピングモータ１０においては、コイル５０Ｕ、５０Ｖ、５０Ｗがそれぞれロータ体３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗに形成された環状溝４０内に収容されている。即ち、コイル５０Ｕ、５０Ｖ、５０Ｗが、ロータ３０の外側に配置されていないため、同一径のステッピングモータにおいて、ロータ３０の径が大きくなる。ここで、ステッピングモータ１０にて発生するトルクは、ロータ３０の径Ｔ（図１（Ａ）参照）に比例し、また、ロータ３０の表面に配設したティース数に比例する。本実施形態では、ロータ３０の径を大きくしトルクを高め、また、ロータ３０の径を大きくすることで表面に配設するティース数を多くすることでもトルクを高め、小径のステッピングモータにて高トルクを発生することができる。
【００２２】
第１実施形態のステッピングモータでは、３個のロータ体３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗを備えるため、ゴギングトルクを弱め、滑らかに回転することができる。このため、操舵感覚を重視する自動車の電動パワーステアリング等に好適に用いることができる。
【００２３】
更に、当該ステッピングモータでは、図２（Ａ）に示すように環状溝４０が、開口部４０ａの幅を狭く形成してあるため、ロータ３０の径方向の外周のティース３４の幅Ｗを大きくでき、また、コイル５０Ｕ、５０Ｖ、５０Ｗが、該環状溝の内部４０ｂに対応する部位５０ｂの幅を広く構成してあるため、ターン数を多くすることができる。このため、ステッピングモータ内のトルクを高めることができる。
【００２４】
また、ロータ体３２Ｕが、図２（Ａ）を参照して上述したように、本体部３２Ａと、環状溝４０の側部を開放するための開放部３２Ｂとの１対の磁性体から構成してあるため、該開放部３２Ｂを外した状態で、コイル５０Ｕを収容した後、当該開放部３２Ｂを組み付けることで、開口部４０ａの幅の狭い環状溝４０内にコイル５０Ｕを容易に配置することができる。
【００２５】
また、この実施形態では、ロータ体３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗ、及び、ステータ体２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗが、空気と透磁率のほぼ等しいアルミニウムからなるスペーサでそれぞれ分離されているため、ロータ体３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗ間及びステータ体２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗ間での相間の磁束の漏れが少なくなり、高効率で駆動できる。
【００２６】
更に、本実施形態では、比較的大きなロータ３０径を達成しながら、ロータ３０には環状溝４０を設けてあるため、ロータ３０を軽量（低慣性重量）に構成できる。このため、回転方向を切り替える際の電力消費が少なく、正逆回転を繰り返す電動パワーステアリング等に好適に用いることができる。
【００２７】
引き続き、第１実施形態の改変例について説明する。図３は、第１実施形態の改変例に係るステッピングモータ１０’を示している。図１を参照して上述した構成では、ロータとして３組のロータ体３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗを用いた。これに対して、図３の改変例では、２組のロータ体３２Ｕ、３２Ｖを用いている。この改変例では、相互のロータ体３２Ｕ、３２Ｖのティース位置３４、３４をずらしてあいるので、コイル５０Ｕ、５０Ｖに９０度位相の異なる正弦波交流を印加することで自始動できる。
【００２８】
本発明の第２実施形態に係るステッピングモータ１１０について、図４及び図５を参照して説明する。図４（Ａ）は、第２実施態様に係るステッピングモータ１１０の縦断図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）中のステッピングモータ１１０のＤ−Ｄ断面図である。第２実施形態のステッピングモータ１１０は、ステータ２０の各ステータ体２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗに永久磁石６０が配設されている点を除き、第１実施形態のステッピングモータ１０と同様な構成を有している。
【００２９】
即ち、第２実施形態のステッピングモータ１１０では、図４（Ａ）中に示すように、永久磁石６０を配置するため、ステータ２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗが２分割され、該永久磁石６０を挟み込むように形成されている。永久磁石６０は、図４（Ｂ）中に示すように、６個に分割されたものが用いられ、図４（Ａ）中に示すように、ステータ体２０Ｕに配設される永久磁石６０は、図中の外側がＳ極、内側がＮ極になるように配設される。そして、ステータ体２０Ｖの永久磁石６０は、ステータ２０Ｕ側がＮ極、ステータ体２０ＷがＳ極になるように、ステータ体２０Ｗの永久磁石６０は、ステータ体２０Ｖ側がＳ極、外側がＮ極になるように配置される。
【００３０】
この第２実施形態のステッピングモータ１１０の作動について、図５を参照して説明する。
図５は、図４（Ａ）中のロータ体３２Ｕの図中の左側（外側）のティース３４と、該ティース３４に対向するロータ体３２Ｕのティース２４とを平面状に展開し示している。図５（Ａ）は、ロータ側ティース３４が、正弦波交流の印加されたコイル５０ＵによりＳ極側に磁化され、且つ、ロータ側ティース２４がＮ極に磁化され、両極の吸引力によって、ロータ３０に図中矢印に示すトルクが発生している状態を示している。ここで、該ステータ側ティース３４は、上記永久磁石６０により磁化が強められ、コイル５０Ｕのみの磁力よって発生するトルクよりも高いトルクを発生している。ここで、ティース２４−ティース３４間の磁束を図中に鎖線の矢印で示す。この吸着の際には、両ティース間で漏れ磁束が発生していない。
【００３１】
上述した実施形態では、本発明の構成をステッピングモータに適用した例を挙げたが、この構成をステータ、ハウジングに磁石を用いたハイブリッド側モータ又は吸着反力を用いるモータにも適用可能である。
【００３２】
【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おいては、コイルがそれぞれロータ体に形成された環状溝内に収容されているため、同一径のステッピングモータにおいて、ロータの径が大きくなる。このため、小径のステッピングモータにて高トルクを発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（Ａ）は、第１実施態様に係るステッピングモータの縦断図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中のステッピングモータのＢ−Ｂ断面図である。
【図２】  図２（Ａ）は、第１実施形態のロータ体及びロータ体の組み立て前の状態を示す断面図であり、図２（Ｂ）第１実施形態のステッピングモータのコイルの平面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）中のコイルのＣ−Ｃ断面図である。
【図３】  図３（Ａ）は、第１実施形態の改変例に係るステッピングモータの縦断図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）中のステッピングモータのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】  図４（Ａ）は、第２実施態様に係るステッピングモータの縦断図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）中のステッピングモータのＤ−Ｄ断面図である。
【図５】  図５は、第２実施形態のステッピングモータにおけるトルクの発生原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  ステッピングモータ
１２  軸
２０  ステータ
２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗ  ステータ体
２４  ティース
３０  ロータ
３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗ  ロータ体
３２Ａ  本体部
３２Ｂ  開放体
３４  ティース
４０  環状溝
４０ａ  開口部
４０ｂ  内部
４２  スペーサ（非磁性体）
５０  コイル
６０  永久磁石
【図１】
0003709726.tif 000002
【図２】
0003709726.tif 000003
【図３】
0003709726.tif 000004
【図４】
0003709726.tif 000005
【図５】
0003709726.tif 000006