(57)【要約】【課題】クローポール型のＰＭ型ステッピングモータの駆動時における騒音を低減する。【解決手段】Ａ相のステータとＢ相のステータを結合した構造を有するＰＭ型ステッピングモータの各ステータを構成する内ヨーク１１１において、２つのステータの内ヨーク同士の接合を行うために設けられた内ヨーク１１１のダボと穴の位置が、外ヨークに嵌合するための２つの突起１１１ｅの間の中間位置と内ヨーク１１１の中心点とを通る中心線を対称軸とする線対称な位置にあり、当該位置の前記中心線からの角度θを３０°＜θ＜９０°の範囲とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の極歯を有する外ヨークと複数の極歯を有する内ヨークとボビンに巻回されたコイルとを備えた１相を構成する第１のステータおよび第２のステータを軸方向に２組重ねて構成した２相構造のステータと、
前記２相構造のステータの内側に回転可能に支持されたロータと
を備え、
前記第１および第２のステータには、嵌め合い構造を有する１組の凸部と凹部が設けられ、
前記第１のステータの内ヨークに形成された前記凸部と、前記第２のステータの内ヨークに形成された前記凹部とを嵌合させることで、前記第１のステータの内ヨークと前記第２のステータの内ヨーク同士が背中合わせに接合されており、
前記第１のステータの外ヨークと前記第２のステータの外ヨークには、前記ボビンと一体に形成された端子を外方に突出させるための切欠が設けられ、
前記第１のステータの内ヨークおよび前記第２のステータの内ヨークは、外周縁に前記外ヨークの前記切欠に嵌合するための２つの突起を備え、
前記第１および第２のステータにおける前記内ヨークの前記凸部と前記凹部の位置が、前記２つの突起の間の中間位置と前記内ヨークの中心点とを通る中心線を対称軸とする線対称な位置にあり、当該位置の前記中心線からの角度θが、３０°＜θ＜９０°の範囲にあることを特徴とするＰＭ型ステッピングモータ。
【請求項２】
前記角度θが、４０°＜θ＜８５°の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のＰＭ型ステッピングモータ。
【請求項３】
前記角度θが、５５°＜θ＜７０°の範囲であることを特徴とする請求項２に記載のＰＭ型ステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、騒音を低減したＰＭ型ステッピングモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
クローポール型のＰＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）型ステッピングモータは、ＯＡ機器、コンピュータ周辺機器、空調機器等々に広く使用されている。クローポール型のＰＭ型ステッピングモータは、ステータと円筒状の永久磁石を有するロータとから構成されている。ロータは、ステータの内側に回転可能な状態で保持されている。ステータは、２組のステータ単位体を接合した構造を有している。ここで、ステータ単位体は、内ヨーク、外ヨークおよびそれらの間に配置されるコイルとで構成されている。そして、このステータ単位体を２つ、内ヨーク同士が背中合わせになるように軸方向に重ね接合することで、ステータが構成されている。
【０００３】
また、内ヨークと外ヨークは、軸方向に延長する複数の極歯を備え、内ヨークの極歯と外ヨークの極歯とは、互い違いに隙間を有した状態で噛み合った配置とされている。そして、これら極歯の内側に所定のエアーギャップを介してロータが回転自在な状態で位置している。このような構造のＰＭ型ステッピングモータとしては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００４】
図６〜８には、特許文献１に開示されるＰＭ型ステッピングモータについて示されている。図６〜８に示す構造において、ステータ２は、内ヨーク３、外ヨーク４及びそれらの間に配置されるコイル５とで構成されるステータ単位体が軸方向に２組重ね合わされた構造を有している。ここで、２組のステータ単位体は、内ヨーク３同士が背中合わせになる状態で接合されている。外ヨーク４は、軟磁性材で構成された有底筒状の部材で、底部４１と、円筒状の外周部４２とを有し、底部４１の中央に形成された開口４３の縁部には複数の極歯４４が形成されている。外周部４２には、ボビン５１に形成された端子部５３が挿通されて外方に突出するための切欠４５が形成されている。
【０００５】
内ヨーク３は、軟磁性材で構成された円盤状の部材で、基部３１の中央に形成された開口３３の縁部には複数の極歯３４が形成されている。基部３１の外周部には切欠き３５が形成され、切欠き３５からボビン５１に形成された端子部５３が外部に突出している。また、基部３１には開口３３を介して互いに対向する位置に突部３７および孔３８が形成されている。この突部３７および孔３８は他方の内ヨーク３の突部３７および孔３８と嵌合し、内ヨーク３同士の位置決めおよび接合が行われている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２９５０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されたクローポール型のＰＭ型ステッピングモータ１を駆動した時、コイル５への通電切り替え時にロータ６も軸方向に振動して騒音が発生する。また、同時に、ロータ６の永久磁石６２と極歯３４、４４との間で作用する電磁力によりステータ２も径方向に振動して騒音が発生する。
【０００８】
ここで、特許文献１に記載されたＰＭ型ステッピングモータ１では、内ヨーク３同士の位置決めは内ヨーク３に形成された突部３７および孔３８で行っており、この突部３７および孔３８は端子部５３が挿通されて外方に突出する切欠き３５に対してそれぞれ９０度の位置に形成されている。この構造では、内ヨーク３の保持状態にガタが生じ易く、駆動時の振動により騒音が大きくなり易いという問題ある。
【０００９】
このような背景において、本発明は、クローポール型のＰＭ型ステッピングモータの駆動時における騒音を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、複数の極歯を有する外ヨークと複数の極歯を有する内ヨークとボビンに巻回されたコイルとを備えた１相を構成する第１のステータおよび第２のステータを軸方向に２組重ねて構成した２相構造のステータと、前記２相構造のステータの内側に回転可能に支持されたロータとを備え、前記第１および第２のステータには、嵌め合い構造を有する１組の凸部と凹部が設けられ、前記第１のステータの内ヨークに形成された前記凸部と、前記第２のステータの内ヨークに形成された前記凹部とを嵌合させることで、前記第１のステータの内ヨークと前記第２のステータの内ヨーク同士が背中合わせに接合されており、前記第１のステータの外ヨークと前記第２のステータの外ヨークには、前記ボビンと一体に形成された端子を外方に突出させるための切欠が設けられ、前記第１のステータの内ヨークおよび前記第２のステータの内ヨークは、外周縁に前記外ヨークの前記切欠に嵌合するための２つの突起を備え、前記第１および第２のステータにおける前記内ヨークの前記凸部と前記凹部の位置が、前記２つの突起の間の中間位置と前記内ヨークの中心点とを通る中心線を対称軸とする線対称な位置にあり、当該位置の前記中心線からの角度θが、３０°＜θ＜９０°の範囲にあることを特徴とするＰＭ型ステッピングモータである。請求項１に記載の発明によれば、駆動時の振動の発生が抑制され、騒音が低減される。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記角度θが、４０°＜θ＜８５°の範囲であることを特徴とする。請求項２に記載の発明によれば、駆動時の騒音が更に低減される。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記角度θが、５５°＜θ＜７０°の範囲であることを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、駆動時の騒音が更により低減される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、クローポール型のＰＭ型ステッピングモータの駆動時における騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るＰＭ型ステッピングモータを示す断面図である。
【図２】図１に示す内ヨークの斜視図である。
【図３】図１に示す外ヨークの斜視図である。
【図４】図２に示す内ヨークの平面図である
【図５】内ヨークに形成されたダボと穴と、振動との関係を示した図である。
【図６】従来のＰＭ型ステッピングモータを示す図である。
【図７】図６に示す従来のＰＭ型ステッピングモータの断面図である。
【図８】図７に示す従来のＰＭ型ステッピングモータの内ヨークを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（概略の構造）
以下、本発明に係るＰＭ型ステッピングモータの実施の形態を図面に基づいて説明する。図１には、実施形態のＰＭ型ステッピングモータ１００が示されている。ＰＭ型ステッピングモータ１００は、クローポール型のＰＭ型ステッピングモータである。ＰＭ型ステッピングモータ１００は、軸方向に重ねられたＡ相のステータ１０２とＢ相のステータ１０３とからなる２相（Ａ相、Ｂ相）構造のステータ１０１を有している。ここで、Ａ相のステータ１０２とＢ相のステータ１０３は、同じ構造を有し、軸方向における向きを反転させた状態で背中合わせに結合され、ステータ１０１が構成されている。ステータ１０１の内側には、図７と同様、所定のエアーギャップを介してロータ１０４が軸受１０５，１０６を介して、ステータ１０１に対して回転可能な状態で配置されている。
【００１６】
ロータ１０４は、シャフト１０７と、シャフト１０７に固着されたスリーブ１０８と、スリーブ１０８の外周面に固定されたロータマグネットとなる円筒状の永久磁石１０９とを有している。永久磁石１０９の外周面は、周方向に沿ってＳＮＳＮ・・と交互に極性が反転する磁極の構造に着磁されている。  
【００１７】
Ａ相のステータ１０２は軟磁性材（例えば、冷間圧延鋼板、電磁鋼板、等）からなるカップ状の外ヨーク１１０（図３参照）と、軟磁性材（例えば、冷間圧延鋼板、電磁鋼板、等）からなる円板状の内ヨーク１１１（図２参照）と、絶縁性の樹脂にて成形されたボビン１１２と、ボビン１１２に巻回されたコイル１１３とから構成されている。
【００１８】
図３に示すように、外ヨーク１１０は、底板部１１０ａと円筒部１１０ｂとから構成されている。底板部１１０ａの中央には、開口１１０ｃが形成され、開口１１０ｃの周縁には、櫛歯状からなる複数の極歯１１０ｄ（図３では１２個の極歯）が等しい間隔で立設している。また、底板部１１０ａには複数の位置決め穴１１０ｅと、軸方向外側に突出した複数の突起１１０ｆが形成されている。円筒部１１０ｂの端部の内側周縁には段差部１１０ｇが形成され、外周には切欠１１０ｈが形成されている。
【００１９】
図２に示すように、円板状の内ヨーク１１１は、中央に開口１１１ａが形成されている。開口１１１ａの周縁には、櫛歯状からなる複数の極歯１１１ｂ（図２では１２個の極歯）が等しい間隔で立設している。内ヨーク１１１には、凸状の部分であるダボ１１１ｃと、ダボ１１１ｃが嵌る凹部である穴１１１ｄが形成され、外周縁の一部には、切欠が形成される共に２つの突起１１１ｅが形成されている。ダボ１１１ｃと穴１１１ｄは中心線ｙを対称軸とする線対称な位置関係となるよう、形成されている（図４参照）。
【００２０】
（組立手順および詳細な構造）
以下、ＰＭ型ステッピングモータ１００の組立手順について説明し、合わせて詳細な構造について説明する。まず、図３に示す外ヨーク１１０の円筒部１１０ｂと極歯１１０ｄの間の円環形状の空間に、コイル１１３が巻回されたボビン１１２を配置する。そして、内ヨーク１１１の２つの突起１１１ｅを、ボビン１１２を組み込んだ外ヨーク１１０の切欠１１０ｈに嵌合させると共に、内ヨーク１１１の外周縁部を外ヨーク１１０の段差部１１０ｇに嵌合させる。この際、内ヨーク１１１の突起１１１ｅを外ヨーク１１０の切欠１１０ｈに嵌合させることによって、外ヨーク１１０に対する内ヨーク１１１の位置決めが行われる。ここで、内ヨーク１１１を外ヨーク１１０に嵌合させたとき、内ヨーク１１１の極歯１１１ｂと外ヨーク１１０の極歯１１０ｄが所定の間隔を介して周方向で交互に噛み合う。また、ボビン１１２に巻回されたコイル１１３が極歯１１０ｄ、１１１ｂの外側に配置される。そして、外ヨーク１１０の切欠１１０ｈからボビン１１２と一体に形成された端子１１４が外方に突出する。
【００２１】
また、ボビン１１２のフランジには、軸方向に突出する複数の突起１１２ａが一体成形にて形成されており、この突起１１２ａが外ヨーク１１０の底板部１１０ａに形成された位置決め穴１１０ｅに嵌合することで、外ヨーク１１０に対するボビン１１２の位置決めが行われる。
【００２２】
Ｂ相のステータ１０３もＡ相のステータ１０２と同様、軟磁性材（例えば、冷間圧延鋼板、電磁鋼板、等）からなるカップ状の外ヨーク１１０と、軟磁性材（例えば、冷間圧延鋼板、電磁鋼板、等）からなる円板状の内ヨーク１１１と、絶縁性の樹脂にて成形されたボビン１１２と、ボビン１１２に巻回されたコイル１１３とから構成されている。Ｂ相のステータ１０３の組立構造もＡ相のステータ１０２と同じであるため、その説明は省略する。
【００２３】
Ａ相のステータ１０２とＢ相のステータ１０３を得たら、それらを接合する。具体的には、Ａ相のステータ１０２の内ヨーク１１１に形成されたダボ１１１ｃをＢ相のステータ１０３の内ヨーク１１１に形成された穴１１１ｄに嵌合させ、Ｂ相のステータ１０３の内ヨーク１１１に形成されたダボ１１１ｃをＡ相のステータ１０２の内ヨーク１１１に形成された穴１１１ｄに嵌合させる。この工程により、Ａ相のステータ１０２とＢ相のステータ１０３とが背中合わせに接合される。このとき、Ａ相のステータ１０２とＢ相のステータ１０３の接合は、電気角で９０°位相が異なるように位置決めがなされる。Ａ相のステータ１０２とＢ相のステータ１０３を位置決めして接合した後、溶接にてＡ相のステータ１０２とＢ相のステータ１０３を相互に固着する。
【００２４】
そして、例えば、鉄板（例えば、冷間圧延鋼板）からなる円板状のリアプレート１１５の中央に軸受１０５（例えば、焼結含油軸受）を装着し、軸受１０５を装着したリアプレート１１５をＢ相のステータ１０３の外ヨーク１１０の底板部１１０ａに固着する。なお、リアプレート１１５は鉄板に限定されるものではないことは勿論である。
【００２５】
ここで、リアプレート１１５の底板部１１０ａへの固着は、底板部１１０ａ形成された突起１１０ｆをリアプレート１１５に形成された穴に嵌合させ、軸受１０５とＢ相のステータ１０３の開口１１０ｃとが所定の同心度となるよう、位置決めが行われ、リアプレート１１５と底板部１１０ａとを固着する。固着手段としては、例えば、溶接、接着、カシメ等の手段が用いられる。
【００２６】
次にロータ１０４をステータ１０１の内側に配置し、シャフト１０７の一方側をリアプレート１１５に装着された軸受１０５に挿入する。そして、シャフト１０７の他方側をフロントプレート１１６に装着された軸受１０６に挿入し、フロントプレート１１６をＡ相のステータ１０２の外ヨーク１１０の底板部１１０ａに固着する。フロントプレート１１６のＡ相のステータ１０２の外ヨーク１１０の底板部１１０ａへの固着は、リアプレート１１５の固着方法と同様、外ヨーク１１０の底板部１１０ａに形成された突起１１０ｆをフロントプレート１１６に形成された穴に嵌合させ、軸受１０６とＡ相のステータ１０２の開口１１０ｃとが所定の同心度となるよう、位置決めが行われ、フロントプレート１１６と底板部１１０ａとを固着する。固着手段としては、例えば、溶接、接着、カシメ等の手段が用いられる。
【００２７】
（特徴）
次に、ＰＭ型ステッピングモータ１００の特徴について説明する。Ａ相のステータ１０２とＢ相のステータ１０３は同じ構造であるため、以下においては、Ａ相のステータ１０２に着目して説明を行う。
【００２８】
図２に示すように、円板状の内ヨーク１１１には、ダボ１１１ｃと穴１１１ｄがそれぞれ形成されている。図８に示す従来のＰＭ型ステッピングモータでは、ダボである突部３７と孔３８は、切欠３５を通る中心線に対してそれぞれθ＝９０°の位置に形成されており、ダボである突部３７と、孔３８は互いに１８０°の角度位置に配置されている。
【００２９】
これに対して、本願発明に係るＰＭ型ステッピングモータ１００の内ヨーク１１１は、図４に示すように、ダボ１１１ｃと穴１１１ｄとがそれぞれθ＝６２°の位置に配置されている。
【００３０】
ＰＭ型ステッピングモータが駆動されると、ロータとステータの極歯との相互を吸引する電磁力が発生し、この電磁力がステータを多角形に変形させる。この電磁力による変形が時間と共に変化することで振動となる。この振動は振動モードごとに決まった異なる値を持つことで分類される。この振動モードは、コンピュータシミレーションを用いたモード解析と呼ばれる解析手法によって解析することができる。
【００３１】
図５は、内ヨーク１１１に形成されたダボ１１１ｃと穴１１１ｄと、振動との関係を示した図である。ここで、内ヨーク１１１の中心点Ｏを通る中心線ｙは、内ヨーク１１１の２つの突起１１１ｅの間の中間地点を通る。そして、中心線ｙと内ヨーク１１１の中心点Ｏからダボ１１１ｃを通る線とが成す角度θと、中心線ｙと中心点Ｏから穴１１１ｄを通る線とが成す角度θは、それぞれ等しく、ダボ１１１ｃと穴１１１ｄの位置は、中心線ｙを対称軸とする線対称な位置関係となっている。
【００３２】
ここでは、内ヨーク１１１に形成されたダボ１１１ｃと穴１１１ｄの位置を決める角度θを、３２°、４７°、６２°、７６°、９０°と可変させ、各条件で発生する内ヨーク１１１の振動をモード解析により調べた。この結果が図５に示されている。なお、ダボ１１１ｃと穴１１１ｄの位置に関して、角度θ＝９０°である場合は、図８に示す従来のＰＭ型ステッピングモータと同じ構造となる。
【００３３】
図５に示すように、ダボ１１１ｃと穴１１１ｄの位置に関して、θが９０°になると、発生する振動は急激に増加する。この付近では、θが僅かに増加しただけで振動の振幅が急激に増加する。
【００３４】
他方において、角度θが、３０°＜θ＜９０°の範囲であれば、従来のＰＭ型ステッピングモータの場合の角度θ＝９０°の場合よりも振動の振幅を小さくできる。また、図５からは、４０°＜θ＜８５°とすると、更に振動を抑えることができ、５５°＜θ＜７０°の範囲とすると、更により振動を抑えられることが分かる。なお、θが８５°以上となると、角度の増加に従う振幅の増加が顕著になることが図５から読み取れる。
【００３５】
このように、内ヨーク１１１に形成されるダボ１１１ｃと穴１１１ｄの位置を端子１１４が外方に突出するための外ヨーク１１０の切欠１１０ｈに近づかせ、内ヨーク１１１の２つの突起１１１ｅの中間点を通る中心線ｙと、ダボ１１１ｃと穴１１１ｄの位置とが成す角度θを、少なくとも３０°＜θ＜９０°の範囲で設定することによって、従来のＰＭ型ステッピングモータよりも振動の振幅を減少させることができる。そして、振動が抑えられることで騒音を減少させることができる。
【００３６】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１００…ＰＭ型ステッピングモータ、１０１…ステータ、１０２…Ａ相のステータ、１０３…Ｂ相のステータ、１０４…ロータ、１０５…軸受、１０６…軸受、１０７…シャフト、１０８…スリーブ、１０９…永久磁石、１１０…外ヨーク、１１０ａ…底板部、１１０ｂ…円筒部、１１０ｃ…開口、１１０ｄ…極歯、１１０ｅ…位置決め穴、１１０ｆ…突起、１１０ｇ…段差部、１１０ｈ…切欠、１１１…内ヨーク、１１１ａ…開口、１１１ｂ…極歯、１１１ｃ…ダボ、１１１ｄ…穴、１１１ｅ…突起、１１２…ボビン、１１３…コイル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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