(57)【要約】【課題】クローポール型モータの小径化と同時に高性能化に対応出来るステータ構造を提供すること。【解決手段】軟磁性鋼板を加工したヨーク２、３にて磁気回路を構成するステータと、ステータの中に挿入されて回転するロータとからなるクローポール型ステッピングモータのステータ構造において、軟磁性材からなる極歯４をヨーク２、３とは別部品として構成したため、高分子材料からなるボビン５の内周に保持するようにしたため、極歯４の構成が難しい小径品や、長尺品のステータが容易に構成できると同時に、極歯４の断面積を任意に設定でき、磁気飽和を起こさない極歯４となり、高出力が得られ、ボビン５の中で極歯４の配置が決まり、ステップ角度精度を決める極歯４の配置は乱れることが無く高精度となり、ステップ角度精度の高精度化も達成できるようにした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性鋼板を加工したヨークにて磁気回路を構成するステータと、前記ステータの中に挿入されて回転するロータとからなるクローポール型ステッピングモータのステータ構造において、
前記ロータのロータ磁石と対向し軟磁性材からなる複数の極歯を設け、該極歯を前記ヨークとは別部品として構成し、
高分子材料からなる巻線用のボビンを設け、前記極歯を該ボビンの内周に配し、
前記ボビンが、内周に配される複数の極歯のそれぞれについて該ボビンにおける位置決めをするとともに該極歯を保持する複数の案内溝と、前記ヨークと嵌合し該ヨークと前記案内溝に保持された該極歯との位置決めをするとともに該ヨークを保持するガイド部とを有し、
前記案内溝には、該案内溝に保持される該極歯の長さよりも該案内溝の長さが短くなるようにストッパーを設け、該極歯が該ストッパーと該ヨークとの間に挟まれて該極歯と該ヨークとの接触が安定するようにし、
前記ガイド部が前記極歯の保持部を兼ねている
ことを特徴とするステータ構造。
【請求項２】
前記極歯の板厚をＴ１、前記ヨークの板厚をＴ２としたとき、夫々の関係をＴ１≧Ｔ２としたことを特徴とする請求項１に記載のステータ構造。
【請求項３】
前記極歯の軸方向長さをＬ、前記ロータの直径をＤとしたとき、夫々の関係をＬ≧Ｄ／２としたことを特徴とする請求項１に記載のステータ構造。
【請求項４】
前記極歯をインサートモールドにて前記ボビンと一体化したことを特徴とする請求項１に記載のステータ構造。
【請求項５】
前記極歯を前記ヨークに圧入固定したことを特徴とする請求項１に記載のステータ構造。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のステータ構造を有することを特徴とするクローポール型ステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクローポール型ステッピングモータのステータ構造に関するものであり、更に詳しくは同ステータの構成方法による、小径化、高性能化および低価格化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年各種機器の高性能化、特に小型化の進歩は目覚ましいものが有り、これに伴い各種機器は、機能に応じた専用のモータを複数個使用する方式となっている。特に、位置制御を必要とする部分では、ステッピングモータの使用が適しているにもか拘わらずモータの小形化に限界があり、採用出来ないでいた。
【０００３】
図７は従来のクローポール型ステッピングモータのステータ構造を示す図であり、（ａ）は一部を断面にした斜視図、（ｂ）は極歯の拡大斜視図である。
【０００４】
図７において、１はモータ取付用の上フランジを示し、外ヨーク２は軟磁性鋼板を板金加工して内周に極歯４を持っている。内ヨーク３は同じく軟磁性鋼板を板金加工して内周に極歯４を持っている。これらのヨーク２、３は、間にボビン５にマグネットワイヤーを巻回したコイル６を挟み、内周に持つ極歯４がお互いに向い合うように組合せてパンケーキ１５を構成している。このようにコイル６とヨーク２、３を合わせた２個のパンケーキ１５を背中合わせにして、ステータを構成している。図中下側にあるパンケーキ１５の外ヨーク２には下フランジ７が中央部に軸受け８を配して取り付けられている。９はロータ磁石を示し、スリーブ１０はロータ磁石９とロータの回転中心となるシャフト１１とを接続している。
【０００５】
図８は図７のクローポール型ステッピングモータに使用されているパンケーキの断面図である。
【０００６】
図８のパンケーキ１５における極歯４の構成についてみると、極歯４は、夫々のヨーク２、３の内周に絞り加工にて構成されるため、加工によるストレスを受けると同時に、板厚は薄くなり、曲りや倒れが発生しやすくなっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、クローポール型ステッピングモータでは、ヨーク２、３と極歯４が一体で構成されているため、小径になればなる程コイルスペースの確保と加工性から、材料の板厚は薄くなり、且つ、極歯の高さは短くなり、製作は困難を極めると同時に、モータ特性も低下の一途を辿ってしまい、外径８ｍｍが小径化の限界となっていた。そのため、ＤＣモータに位置検出器であるエンコーダを付加して位置制御を行うしかなく、高価な構成となってしまっていた。しかし、ステッピングモータを取巻く環境において、ステータと対向するロータ磁石は、希土類磁石等の高性能な磁石が開発され、ステータの加工さえ出来ればモータとしての特性の向上が可能となる素地は出来ており、適切な構成方法が求められていた。
【０００８】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、クローポール型モータの小径化と同時に高性能化に対応出来るステータ構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のステータ構造は、軟磁性鋼板を加工したヨークにて磁気回路を構成するステータと、前記ステータの中に挿入されて回転するロータとからなるクローポール型ステッピングモータのステータ構造において、前記ロータのロータ磁石と対向し軟磁性材からなる複数の極歯を設け、該極歯を前記ヨークとは別部品として構成し、高分子材料からなる巻線用のボビンを設け、前記極歯を該ボビンの内周に配し、前記ボビンが、内周に配される複数の極歯のそれぞれについて該ボビンにおける位置決めをするとともに該極歯を保持する複数の案内溝と、前記ヨークと嵌合し該ヨークと前記案内溝に保持された該極歯との位置決めをするとともに該ヨークを保持するガイド部とを有し、前記案内溝には、該案内溝に保持される該極歯の長さよりも該案内溝の長さが短くなるようにストッパーを設け、該極歯が該ストッパーと該ヨークとの間に挟まれて該極歯と該ヨークとの接触が安定するようにし、前記ガイド部が前記極歯の保持部を兼ねていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のステータ構造は極歯の板厚をＴ１、ヨークの板厚をＴ２としたとき、夫々の関係をＴ１≧Ｔ２としたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のステータ構造は極歯の軸方向長さをＬ、ロータ直径をＤとしたとき、夫々の関係をＬ≧Ｄ／２としたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のステータ構造は極歯をインサートモールドにてボビンと一体化したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のステータ構造は極歯をヨークに圧入固定したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のクローポール型ステッピングモータは上記のいずれかに記載のステータ構造を有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明によるクローポール型ステッピングモータのステータ構造を示す図であり、（ａ）は一部を断面にした斜視図、（ｂ）は極歯の拡大斜視図である。
【００１７】
本発明によるステータ構造の概略構成は次のようである。ロータ径やステータヨーク２、３の板厚に影響されないように、極歯４をステータヨーク２、３から独立させた別体品として、その大きさをモータ特性上必要とする任意の長さ・幅・板厚として、巻線用ボビンの内周面に設けた複数個（８ステップのモータの場合は４個）の溝１２に挿入し、ボビン５の両端面に設けられたヨーク２、３と交互に接触するようにして構成した。尚、ボビン５の両端面にはガイド部１３が設けられており、このガイド部１３がヨーク２、３と嵌合することにより、ヨーク２、３と極歯４の位置が決まる構成となっている。そのため該極歯４の構成が難しい小径品や、長尺品のステータが容易に構成できると同時に、該極歯４の断面積を任意に設定できる為、磁気飽和を起こさない極歯４となり、高出力が得られる。また、ボビン５の中で極歯４の配置（割り付け）が決まるため、ステップ角度精度を決める該極歯４の配置は乱れることが無く高精度に行え、ステップ角度精度の高精度化も達成できる。また、極歯４の固定方法としてヨーク２、３のそれぞれに穴を設けておき、そこに極歯４を圧入固定すれば、極歯４とヨーク２、３の接続強度が向上すると同時に磁気的結合が安定し、作業性と特性の両方を向上させることができる。
【００１８】
図１に示す本発明の実施例において、１はモータ取付用の上フランジを示し、２は軟磁性鋼板を板金加工した外ヨークを示し、３は同じく軟磁性鋼板を板金加工した内ヨークを示す。これらのヨークの間に有るマグネットワイヤーを巻回したボビン５には、その内周に極歯４を配しており、夫々は交互に該ヨークに接触している。これらのヨーク２、３は、間にボビン５にマグネットワイヤーを巻回したコイル６を挟み、内周に持つ極歯４がお互いに向い合うように組合せている。このようにヨーク２、３を合わせたパンケーキ１５を背中合わせにして、ステータを構成している。７は下フランジで、中央に軸受８を配して取り付けられている。９はロータ磁石を示し、１０はロータ磁石とロータの回転中心となるシャフト１１を接続するスリーブを示す。ロータ磁石９、スリーブ１０およびシャフト１１がロータを構成し、ステータの中心に嵌入されて回転する。
【００１９】
ここで極歯４の構成についてみると、極歯４は磁気回路上必要にして十分な断面積が得られるよう板厚を各ヨーク２、３の板厚より厚くして構成している。すなわち、極歯４の板厚をＴ１、ヨーク２、３の板厚をＴ２としたとき、夫々の関係をＴ１≧Ｔ２となるようにし、また、極歯４の軸方向長さをＬ、ロータの直径をＤとしたとき、夫々の関係をＬ≧Ｄ／２とすることにより、磁気飽和を避けてモータ特性を向上させることができる。
【００２０】
図２は図１のパンケーキの断面図、図３はボビンの説明図である。
【００２１】
図２、３において、極歯４（ストレート形）を保持するための４個の案内溝１２が、円周方向に均等に配置されている。案内溝１２には、極歯４の先端に当たる部分にバネ性を持たせたストッパー１４を配している。このため、案内溝１２の長さを極歯４の軸方向長さより若干短く設定することにより、夫々の長さが若干ばらついても極歯４とヨーク２又は３が安定した接触となり、磁気効率の良いステータ構成が得られるようにしてある。また、上下両端面にはガイド１３が配されている。ガイド１３は各ヨークと嵌合して極歯４の位置を決めている。
【００２２】
図４は極歯の各種形状例を示す図である。ａは三角形、ｂはストレート形、ｃは台形、ｄは溝付き形、ｅは逆そり形、ｆは段付形の極歯４である。尚、当然であるが、これら以外の任意の形状でも本発明の範疇に含まれる。
【００２３】
図５はヨークの変形例を示す図である。リング状のヨーク１６と円盤状の内ヨーク３を用いて構成している。リング状ヨーク１６は板を円筒状に丸めて構成している。この構成は絞り加工が不要となるため、作業速度が著しく向上すると共に金型の耐久性が上がりコスト低減が図れる。
【００２４】
図６は本発明の下フランジの変形例を示す図であり、左半分が正面図、右半分が断面図である。
【００２５】
図６はインサートモールドにて構成した下フランジ１７を示す。この場合、ヨーク２、３へ極歯４に設けた圧入部２０を圧入固定した上でインサートモールドにて一体化することにより、極歯４をボビン５の内周に設ける場合より、一層本発明の効果を発揮することができる。ヨーク２、３と極歯４との嵌合状態をＡ部拡大参考図にて示す。なお、嵌合圧入部２０の形状は、これに限るものでなく、種々の変形型が考えられ、当然ながらこれらの変形型も本発明の範囲に含まれるものである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、軟磁性鋼板を加工したヨークにて磁気回路を構成するステータと、該ステータの中に嵌入されて回転するロータとからなるクローポール型ステッピングモータのステータ構造において、該ヨークとは別部品として構成される軟磁性材からなる極歯を、高分子材料からなるボビンの内周に設けたので、小径のものでもステータが構成でき、極歯の寸法も自由に設定できるため、今まで不可能だった小径品や長尺品のモータが構成できると共に、磁気効率の良い高性能なモータを低コストで構成することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるクローポール型ステッピングモータのステータ構造を示す図であり、（ａ）は一部を断面にした斜視図、（ｂ）は極歯の拡大斜視図である。
【図２】図１のパンケーキの断面図である。
【図３】本発明のボビンの説明図である。
【図４】本発明の極歯の各種形状例を示す斜視図である。
【図５】本発明のヨークの変形例を示す図である。
【図６】本発明の下フランジの変形例を示す図であり、左半分が正面図、右半分が断面図である。
【図７】従来のクローポール型ステッピングモータのステータ構造を示す図であり、（ａ）は一部を断面にした斜視図、（ｂ）は極歯の拡大斜視図である。
【図８】図７のパンケーキの断面図である。
【符号の説明】
１　　上フランジ
２　　外ヨーク
３　　内ヨーク
４　　極歯
５　　ボビン
６　　コイル
７　　下フランジ
８　　軸受け
９　　ロータ磁石
１０　スリーブ
１１　シャフト
１２　案内溝
１３　ガイド
１４　ストッパー
１５　パンケーキ
１６　リング状ヨーク
１７　下フランジ
２０　圧入部
【図１】
2004007987.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004007987.tif 000007
【図６】
2004007987.tif 000008
【図７】
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【図８】
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