JP2016119782A

JP2016119782A - ハイブリッド型ステッピングモータ

Info

Publication number: JP2016119782A
Application number: JP2014258449A
Authority: JP
Inventors: 敦太郎田; Atsushi Taroda; 艶鐘; Yan Zhong; 知佳笹島; Chika Sasajima
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2034-12-22
Also published as: JP6251666B2

Abstract

【課題】振動、騒音を低減することができるハイブリッド型ステッピングモータを提供する。【解決手段】４つのコーナー部が軸方向に延伸した４つの突出部５ｂ〜ｅを有したリアフランジ５と、リアフランジ５の突出部５ｂ〜ｅを収容する４つの切欠き部１２ａを備えたステータコア１０とを備え、ステータコア１０は、リアフランジ５の突出部５ｂ〜ｅを収容する４つの切欠き部１２ａが形成されているコアＢ１２と、切欠き部が形成されていないコアＡ１１とにより構成され、リアフランジ５の４つの突出部５ｂ〜ｅは、軸方向においてコアＡ１１を押圧していることを特徴とするハイブリッド型ステッピングモータ。【選択図】図３

Description

本発明はハイブリッド型ステッピングモータに関する。

ハイブリッド型ステッピングモータは、例えば、プリンター、コピー機、複合機などのＯＡ機器、ＦＡ機器、ロボット等の産業機器、等々に広く用いられている。従来、この種のハイブリッド型ステッピングモータは、フロントフランジと、リアフランジと、ロータと、ステータとを備えている。ロータはステータの内側に配置され、フロントフランジに配置された軸受と、リアフランジに配置された軸受にて回転可能に支持されている。そして、４つのボルトによって、ステータがフロントフランジとリアフランジの間に挟持されて固定されている。このような構造を備えたハイブリッド型ステッピングモータとして、特許文献１に記載されたものが知られている。

特開２０１３−２０１８２５号公報

特許文献１に記載のハイブリッド型ステッピングモータ１０は、四角形のリアフランジ１２と四角形のステータ４０のコーナー部にはそれぞれ貫通孔が形成され、四角形のフロントフランジ１１のコーナー部にはそれぞれねじ孔が形成されている。そして、ボルト２０ａ〜２０ｄをリアフランジ１２とステータ４０の貫通孔に挿通し、フロントフランジ１１のねじ孔に螺合させて組み付けている。このボルト２０ａ〜２０ｄによってリアフランジ１２とフロントフランジ１１の４つのコーナー部の平面部分でステータ４０を押圧する。

しかしながら、この４つのコーナー部のボルトの締結力によって、コーナー部近傍に位置するステータ４０のステータポール４３が、他のステータポール４３に比べて受ける応力が大きいため、コーナー部近傍に位置するステータ４０のステータポール４３の先端部が軸方向に撓み、このため、ロータ３０とステータ４０との間の形成されたギャップにバラツキが生じる。この結果、ステータ４０とロータ３０との間に働く電磁力にバラツキが生じ、この電磁力のバラツキが加振力となってステッピングモータの振動、騒音の要因となることが知見された。

本発明は上述の課題に鑑み、４つのコーナー部のボルトの締結力によって、コーナー部近傍に位置するステータのステータポールの撓み具合を抑制して、ロータとステータとの間に形成されたギャップのバラツキを抑制することでステッピングモータモータの振動、騒音を低減することができるハイブリッド型ステッピングモータを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、４つのコーナー部が軸方向に延伸した４つの突出部を有したリアフランジと、前記リアフランジの前記４つの突出部を収容する４つの切欠き部を備えたステータコアとを備え、前記ステータコアは、前記リアフランジの前記４つの突出部を収容する前記４つの切欠き部が形成されている第１のコア部と、切欠き部が形成されていない第２のコア部とにより構成され、前記リアフランジの前記４つの突出部は、軸方向において前記第２のコア部を押圧していることを特徴とするハイブリッド型ステッピングモータである。

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、前記第１のコア部と前記第２のコア部は、それぞれ薄板状の磁性部材を軸方向で複数枚積層した構造を有し、前記第１のコア部における前記薄板状の磁性部材の積層枚数と前記第２のコア部における前記薄板状の磁性部材の積層枚数との比が１：２であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１のコア部と前記第２のコア部は、ボルトによって軸方向で締め付けられて結合し、前記第１のコア部には、前記ボルトが貫通するボルト孔が設けられておらず、前記第２のコア部には、前記ボルトが貫通するボルト孔が設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記リアフランジの前記４つの突出部は、軸方向において前記第１のコア部を押圧していないことを特徴とする。

本発明によれば、４つのコーナー部のボルトの締結力によって、コーナー部近傍に位置するステータのステータポールの撓み具合を抑制して、ロータとステータとの間に形成されたギャップのバラツキを抑制することでステッピングモータモータの振動、騒音を低減することができるハイブリッド型ステッピングモータが得られる。

実施形態のハイブリッド型ステッピングモータを示す斜視図である。図１に示すハイブリッド型ステッピングモータの断面図である。図１に示すハイブリッド型ステッピングモータにおけるロータを除いた分解斜視図である。図３におけるステータコアスタックの斜視図である。

図１および図２には、実施形態のハイブリッド型ステッピングモータ１が示されている。ハイブリッド型ステッピングモータ１は、２相ハイブリッド型ステッピングモータである。ハイブリッド型ステッピングモータ１は、４つのコーナー部が軸方向に延伸した４つの突出部５ｂ〜ｅ（図３参照）を有したリアフランジ５と、リアフランジ５の突出部５ｂ〜ｅを収容する４つの切欠き部１２ａを備えたステータコア１０とを備えている。ステータコア１０は、リアフランジ５の突出部５ｂ〜ｅを収容する４つの切欠き部１２ａが形成されているコアＢ１２と、切欠き部が形成されていないコアＡ１１とにより構成されている。

図２に示すように、ステータ２は、ステータコア１０とコイル１５を備えている。図３に示すように、ステータコア１０は、コアＡ１１とコアＢ１２とから構成されている。コアＡ１１は、軸方向から見て角が丸い略四角形状を有している。コアＢ１２は、突出部５ｂ〜ｅを収容する４カ所の切欠き部１２ａが形成されており、軸方向から見て略八角形の形状を有している。

コアＡ１１は、上述した角が丸い略四角形状を有した薄板状の電磁鋼鈑を積層することで構成されている。コアＢ１２は、上述した角の部分が切り落とされた切り欠き部１２ａとされた略八角形の形状を有した薄板状の電磁鋼鈑を積層することで構成されている。コアＡ１１とコアＢ１２を構成する電磁鋼鈑は、同じ厚みのものを用いている。また、コアＡ１１の積層枚数とコアＢ１２の積層枚数の比率は、１：２としている。

切り欠き部１２ａには、コアＡ１１に設けられたボルト挿通孔１１ａに通されるボルトを収容するボルト収容溝３１が設けられている。このボルト収容溝３１は、４カ所ある切り欠き部１２ａの全てにおいて形成されている。

ステータコア１０は、軸方向から見て環状を有し、軸中心方向に突出した複数の突極２０を備えている。各突極２０は、軸方向から見て傘型に開いた構造の極歯２１を備え、極歯２１の軸中心の側には、複数の小歯２２が設けられている。複数の突極２０のそれぞれには、駆動コイル（ステータコイル）となるコイル１５（図２参照）が巻回されている。

コアＡ１１とコアＢ１２は、軸方向で接触し、軸方向の前後からフロントフランジ４とリアフランジ５とに挟まれることで結合している。フロントフランジ４は、軸方向から見た形状がコアＡ１１と同形状の角が丸い略四角形状であり、中心に駆動軸となるシャフト９が貫通する孔が設けられ、四隅に雌ねじ構造のねじ穴４ｂ〜ｅが設けられている。

リアフランジ５は、リア側から見た形状がコアＡ１１と同形状の角が丸い略四角形状であり、四隅からは軸方向に突出した突出部５ｂ〜ｅを有している。突出部５ｂ〜ｅの内側には、ボルト挿通孔１１ａに通されるボルトを収容するボルト収容溝３２が設けられている。このボルト収容溝３２とコアＢ１２のボルト収容溝３１とによって、ボルトが貫通する空間が確保されている。また、図３および図４には図示されていないが、リアフランジ５の４カ所のボルト収容溝３２の延長線上の背後にボルト孔が設けられている。

突出部５ｂ〜ｅは、４カ所ある切り欠き部１２ａを補完する形状を有している。すなわち、切り欠き部１２ａは、コアＢ１２の角を切り欠いた部分であるが、この切り欠いた形状を補完する形状に突出部５ｂ〜ｅは加工されている。

組み立てた状態において、フロントフランジ４とコアＡ１１とは、軸方向で接触している。また、コアＡ１１とコアＢ１２も軸方向で接触している。また、コアＢ１２の４カ所の切り欠き部１２ａの表面にリアフランジ５の突出部５ｂ〜ｅの内側が接触し、更に突出部５ｂ〜ｅの先端がコアＡ１１の図３および図４の視点から見た裏面側に突き当たって接触している。また、コアＢ１２のリアフランジ５の側は、リアフランジ５の縁部５ｆに接触している。

上述したフロントフランジ４、コアＡ１１、コアＢ１２およびリアフランジ５が軸方向で接触した状態において、リアフランジ５の側からリアフランジ５の図示しない４カ所のボルト孔にボルト１６（図２参照）が差し込まれ、このボルト１６がねじ穴４ａ〜ｅに捩じ込まれることで、フロントフランジ４、コアＡ１１、コアＢ１２およびリアフランジ５が結合する。ここで、ねじ穴４ａ〜ｅに捩じ込まれた４本のボルト１６は、ボルト収容溝３１および３２を通り、更にボルト挿通孔１１ａを貫通する。

フロントフランジ４、コアＡ１１、コアＢ１２およびリアフランジ５は、ボルト１６により締め付けられることで結合し、一体化している。この状態において、突出部５ｂ〜ｅの先端がコアＡ１１のリアフランジ５の側の面に突き当たり、そこを押圧している。コアｂ１２のリアフランジ５の縁部５ｆに接触する部分も縁部５ｆに押し付けられる。

図２に示すように、ステータ２の内側には、ロータ３が回転自在な状態で保持されている。ロータ３は、ロータコアＡ６、ロータコアＢ７、２つのロータコアに挟まれたマグネット８、これら部材の中心に固定されたシャフト９により構成されている。シャフト９は、フロントフランジ４に設けられたボス部４ａに保持された軸受１３、およびリアフランジ５に設けられたボス部５ａに保持された軸受１４によってステータ２に対して回転自在な状態で保持されている。また、ばね座金１７、スペーサ１８および１９によって、ステータ２に対するロータ３の軸方向における位置が調整されている。

ハイブリッド型ステッピングモータ１は、リアフランジ５の４つのコーナー部が軸方向に延伸した突出部５ｂ〜ｅを備えている。そして、ステータ２を構成するコアＢ１２は、リアフランジ５の４つの突出部５ｂ〜ｅを収容する４つの切欠き部１２ａを備えている。すなわち、本実施例では、ステータコアは２種類のコアから構成されている。ここで、リアフランジ５の４つの突出部５ｂ〜ｅによって軸方向で押圧されるコアは切欠き部を有していないコアＡ１１の部分に限定され、コアＢ１２はボルト挿通孔を有しておらず、ボルト１６による局所的な軸方向における押圧を受けない。

また本実施例では、リアフランジ５の４つの突出部５ｂ〜ｅを収容する切欠き部１２ａが形成されているコアＢ１２と、切欠き部が形成されていないコアＡ１１を軸方向にそれぞれ所定枚数積層してスタック構造のステータコア１０を構成している。ここで、その積層枚数の比率は、コアＢ１２：コアＡ１１＝２：１としている。なお、切欠き部５ｂ〜ｅが形成されていないコアＢ１２の積層枚数が少ないと、ボルト締結力によってコアが受ける応力が大きくなってしまい、極歯先端部の撓みや、コアの磁気特性の劣化が生じてしまうため、好ましくない。

以上述べたように、本実施形態では、ボルトの締付力によって、直接、押圧されるコアの枚数を相対的に少なくできる。つまり、４つの突出部を収容する切欠き部が形成されているコアはリアフランジよって押圧される応力が小さくできる。この結果、４つのコーナー部のボルトの締結力によって、コーナー部近傍に位置するコアの突極が、他の位置の突極に比べて受ける応力を低減することができる。シミュレーション結果によれば、従来構造に比べて、受ける応力が半減される結果を得ている。このため、コーナー部近傍に位置するステータの突極の先端部の撓み具合が低減される。

本実施形態に構成によれば、ロータとステータとの間に形成されたギャップのバラツキが抑制されるため、ステータとロータとの間に働く電磁力もバラツキが生じず、ステッピングモータの振動、騒音が低減される。

本発明は、ハイブリッド型ステッピングモータの技術に利用することができる。

１…ハイブリッド型ステッピングモータ、２…ステータ、３…ロータ、４…フロントフランジ、４ａ…ボス部、４ｂ〜ｅ…ねじ孔、５…リアフランジ、５ａ…ボス部、５ｂ〜ｅ…突出部、５ｆ…縁部、６…ロータコアＡ、７…ロータコアＢ、８…マグネット、９…シャフト、１０…ステータコア、１１…コアＡ、１１ａ…ボルト挿通孔、１２…コアＢ、１２ａ…切欠き部、１３…軸受、１４…軸受、１５…コイル、１６…ボルト、１７…ばね座金、１８…スペーサ、１９…スペーサ、２０…突極、２１…極歯、２２…小歯、３１…ボルト収容溝、３２…ボルト収容溝。

Claims

４つのコーナー部が軸方向に延伸した４つの突出部を有したリアフランジと、
前記リアフランジの前記４つの突出部を収容する４つの切欠き部を備えたステータコアと
を備え、
前記ステータコアは、前記リアフランジの前記４つの突出部を収容する前記４つの切欠き部が形成されている第１のコア部と、切欠き部が形成されていない第２のコア部とにより構成され、
前記リアフランジの前記４つの突出部は、軸方向において前記第２のコア部を押圧していることを特徴とするハイブリッド型ステッピングモータ。
前記第１のコア部と前記第２のコア部は、それぞれ薄板状の磁性部材を軸方向で複数枚積層した構造を有し、
前記第１のコア部における前記薄板状の磁性部材の積層枚数と前記第２のコア部における前記薄板状の磁性部材の積層枚数との比が１：２であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
前記第１のコア部と前記第２のコア部は、ボルトによって軸方向で締め付けられて結合し、
前記第１のコア部には、前記ボルトが貫通するボルト孔が設けられておらず、
前記第２のコア部には、前記ボルトが貫通するボルト孔が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
前記リアフランジの前記４つの突出部は、軸方向において前記第１のコア部を押圧していないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。