JPH03195337A - ステッピングモータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ステッピングモータおよびその製造方法に関
する。

（従来の技術） 近年、ＯＡ用、ＦＡ用の精密制御機器の駆動機構部のア
クチュエータとして、小形・軽量である高出力密度（モ
ータトルク／モータ重量）のモータの開発が要望されて
いる。

一般的に、高トルクを発生するモータとして、誘導子を
有するステッピングモータがあげられる。

ステッピングモータは、空隙面に多数の歯（誘導子）を
有するため、ロータ位置による磁気抵抗の変化に伴って
空隙磁束密度が変化する。これにより、磁気エネルギが
変化して、トルクを生じる。

しかし、空隙長を狭くしたり磁気装荷・電気装荷を大き
くすると、鉄心歯部が磁気飽和や歯側面への磁束の漏れ
により、トルクはあまり増加せずモータは大形化する欠
点がある。

そこで、この欠点を改善したものとして下記のステッピ
ングモータがある。

第１０図および第１１図は、従来の高トルク・高出カス
チッピングモータを示したもので、モータの構成として
は、ステータ鉄心１の円周方向に複数個のステータ極歯
２を設け、各ステータ極歯２には多相巻線４を巻回し、
各ステータ極歯２の内周面に複数個のステータ小歯３を
設け、ステータ小歯３の溝に半径方向に着磁された棒状
永久磁石５が固着されたステータと、ステータ小歯３に
対向するロータ鉄心６の外周面に複数個のロータ歯７を
設け、軸方向に２分割され、互いにロータ歯７を１／２
歯ピッチずらし、分割部に軸方向に着磁された円盤状永
久磁石８を設け、ロータ歯７の溝に半径方向に着磁され
た棒状永久磁石９が固着されたロータから成り、ステー
タの棒状永久磁石５とロータの棒状永久磁石９の極性が
上記円盤状永久磁石８により発生する主磁束を打消す方
向とすることにより高トルク・高出力となるように構成
したものである。なお、符号１１は回転軸を示す。

（発明が解決しようとする課題） ところで、第１０図および第１１図に示すステッピング
モータのロータでは、ロータ歯７の溝に埋め込まれた棒
状永久磁石９と円盤状永久磁石８は閉磁路で形成する磁
束の向きが逆である。このため、組立後に両方の磁石を
着磁すると、先に着磁した永久磁石は後からの残りの永
久磁石を着磁するときの逆磁界の影響を受けて、減磁す
る恐れがある。

従って、」−記した高トルク・高出カスチッピングモー
タのロータを製造する場合には、ロータにある円盤状永
久磁石８を着磁・磁化した後、着磁・３ 磁化された棒状永久磁石９をロータ歯７の溝に挿入・固
着する。しかしながら、円盤状永久磁石８と棒状永久磁
石９の極性が反対であり、棒状永久磁石９をロータ歯７
の溝に挿入時に反発力を受けるため作業性が悪く、また
磁石を破損することがある。さらに全組立後にロータ外
径の研磨を行うと、研磨した鉄粉が磁化されているロー
タ表面に付着してモータ空隙１０間で詰まり駆動できな
くなる。

そこで、本発明は、モータ鉄心歯の溝部に高保磁力であ
る永久磁石を埋め込み、主磁束界磁磁石を低保磁力であ
る永久磁石とすることにより、製造が容易となる高トル
ク・高出力のステッピングモータおよびその製造方法を
提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（ｉｌｌ！題を解決するための手段） 本発明は、ステータ鉄心の円周方向に複数個のステータ
極歯を設け、各ステータ極歯には多相巻線を巻回すると
共に内周面に複数個のステータ小歯を設け、ステータ小
歯の溝に半径方向に着磁された高保磁力の第１の棒状永
久磁石を固着して成るステータと、ロータ鉄心のステー
タ小歯に対向する外周面に複数個のロータ歯を設け、か
つ軸方向に２分割され、互いにロータ歯を１／２歯ピッ
チずらし、分割部に軸方向に着磁された低保磁力の円盤
状永久磁石を設け、ロータ歯の溝に半径方向に着磁され
た高保磁力の棒状永久磁石が固着されたロータとから成
り、第１の棒状永久磁石と第２の棒状永久磁石の極性が
円盤状永久磁石により発生する主磁束を打消す方向とし
たものである。

また、本発明は、ロータ歯の溝に棒状で無着磁の希土類
永久磁石を挿入・固着した後外周を研磨し、この状態で
半径方向に着磁した２個のロータ鉄心を、無着磁で低保
磁力の円盤状永久磁石を挟んで回転軸に取付け、ロータ
組立をした後、磁性材の薄い円筒の中に入れて円盤状永
久磁石を軸方向に着磁してロータを製造するようにした
ものである。

（作用） 低保磁力の永久磁石は、飽和着磁磁界が大きくないため
、磁化された高保磁力の永久磁石に飽和着磁磁界が逆磁
界でかかっても高保磁力永久磁石は減磁することはない
。

従って、永久磁石を無着磁の状態でロータ組立てを行っ
た後、まず棒状永久磁石を半径方向に着磁し、次に円盤
状永久磁石を軸方向に着磁することができるので、モー
タの製作が容易となる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
１図は、本発明の一実施例を示す縦断面図であり、第２
図は、第１図のＡ−Ａ線に沿った横断面図であり、第３
図（ａ）は、第１図のＸＸ線に沿った断面図であり、第
３図（ｂ）は、第１図のＹ−Ｙ線に沿った断面図である
。

まず、ステッピングモータの構成について説明する。

第１図および第２図に示すようにステータ１２は、ステ
ータ鉄心１の内周側の円周方向に８個のステータ極歯２
を有し、このステータ極歯２の内周面には、５個のステ
ータ小歯３が形成され、各ステータ極歯２には２相の巻
線４を設けて構成している。

また、ロータ１３は、回転軸１１に２つのロータ鉄心６
で、低保磁力のアルニコ永久磁石である円盤状永久磁石
１４を軸方向に挟み込むようにして構成されている。し
かして、ロータ鉄心６の外周面には、等間隔ピッチで５
０個のロータ歯７が設けられており、２つのロータ鉄心
６は、ロータ歯ピッチの１／２分、互いに円周方向にず
れた位置で回転軸１１に固定されている。また、円盤状
永久磁石１４は、軸方向に磁化されている。

一方、ステータ小歯３の溝には、高保磁力の希土類永久
磁石である棒状永久磁石１５ａ、　１５ｂが埋め込まれ
ており、１つの溝に対し、２つの棒状永久磁石１５ａ、
　１５ｂが、磁気的に２分割されるようにステータ鉄心
１の中心から任意の間隔で離して配置されており、磁化
方向は半径方向で、ロータ１３の円盤状永久磁石１４に
より発生する磁束を打消す方向とする。これと同じ状態
で周方向全てのステータ小歯３の溝に棒状永久磁石］、
５ａ、　１５ｂを埋込んでいる。

また、２つのロータ鉄心６のロータ歯７の溝には、高保
磁力の希土類永久磁石である棒状永久磁石１６ａ、　１
６ｂが埋め込まれている。この棒状永久磁石１６ａ、　
１．６ｂの磁化方向は、ロータ１３に設けられた円盤状
永久磁石１４により発生する磁束を打消す方向で、半径
方向とする。

なお、本実施例では、Ｘ−Ｘ線断面側ではロータ１３の
棒状永久磁石１６ａの空隙面がＳ極となり、Ｙ−Ｙ断面
側ではロータ１３の棒状永久磁石１６ｂの空隙面がＮ極
となる。これと同じ状態で周方向全てのロータ歯７の溝
に棒状永久磁石１６ａ、　１６ｂを埋込んでいる。

次に、上記のように構成されたステッピングモータの製
造方法、特にそのロータの製造方法について説明する。

（１）第１の製造方法 まず、ロータ磁性鋼板を積層してブロック状のロータ鉄
心６を２個作り、それぞれのロータ歯７６　− の溝に棒状で無着磁の希土類永久磁石である棒状永久磁
石１６を挿入・固着し、外周を研磨する。次に、２個の
うち一方を第４図に示すように棒状永久磁石１６をロー
タ鉄心６に取付けた状態で、着磁ヨーク２０に取付けた
半径方向着磁コイル２１により半径方向に２０ｋＯｅの
磁界で棒状永久磁石１６を着磁する。また、他方を磁化
方向を変えて同様の方法で棒状永久磁石１６を着磁する
。次に、棒状永久磁石付ロータ鉄心２個により円盤状で
無着磁のアルニコ永久磁石である円盤状永久磁石１４を
挟んで回転軸１１に取付け、ロータ組立を行い、第５図
に示すように磁性材で製作した薄い円筒２２でロータ１
３を覆って非磁性材で円筒状に形成された着磁器２３の
中に入れ、軸方向着磁コイル２４により軸方向に３ｋＯ
ｅの磁界をかけて円盤状永久磁石１４を着磁する。

■　第２の製造方法 上記した第１の製造方法と同様にロータ組立・外周研磨
終了後に棒状永久磁石１６を着磁し、円盤状永久磁石１
４は無着磁の状態でモータ組立を行った後、モータを着
磁器に入れてモータ全体に軸方向着磁コイルにより３ｋ
Ｏｅの軸方向磁界をかけて円盤状永久磁石１４を着磁す
る。

■　第３の製造方法 ロータ歯７の溝部に無着磁の棒状永久磁石１６を挿入・
固着し、外周研磨した棒状永久磁石付ロータ鉄心２個で
無着磁の円盤状永久磁石１４を挟んで、回転軸１１に取
付け、ロータ組立を行い、まず、第６図に示す着磁器を
用いて着磁ヨーク２５に取付けた半径方向着磁コイル２
６ａ、　２６ｂ、　２６ｃにより２０ｋＯｅ半径方向磁
界をかけてロータ１３の棒状永久磁石１６を着磁する。

次に、上記した薄い円筒２２でロータ１３を覆い、第５
図に示した着磁器２３を用いて軸方向着磁コイル２４に
より３ｋＯｅの軸方向磁界をかけて円盤状永久磁石１４
を着磁する。

（イ）第４の製造方法 」１記した第３の製造方法によりロータ組立・ロータ外
周研磨終了後、まず、第６図に示した着磁器を用いて半
径方向着磁コイル２６ａ、　２６ｂ、　２６ｃにより２
０ｋＯｅの半径方向磁界をかけてロータ１３の棒状永久
磁石１６を着磁する。次に、モータの組立後にこのモー
タを第５図に示した着磁器を用いて軸方向着磁コイル２
４により３ｋＯｅの軸方向磁界をかけて円盤状永久磁石
１４を着磁する。

■　第５の製造方法 一上記した構成のステッピングモータおよびその製造方
法において、棒状永久磁石を希土類プラスティク永久磁
石としたものである。

（６）第６の製造方法 上記した第２〜第５の各製造方法において、棒状永久磁
石は、希土類永久磁石のパウダを鉄心歯の溝に入れて樹
脂で成形したものである。

次に、本実施例の作用を説明する。第７図は、本実施例
に使用する永久磁石の特性を示す。円盤状永久磁石１４
に用いるアルニコ永久磁石の磁気特性は、保磁力ＢＩ（
Ｃ＝６０００ｅ、残留磁束密度Ｂｒ＝１．３Ｔ、着磁磁
界Ｈｍ　＝　３ｋＯｅであり、棒状の永久磁石１６に用
いる希土類永久磁石の磁気特性は、保磁力Ｂ　ＨＣ：　
９ｋＯｅ、残留磁束密度Ｂｒ＝１．ＯＴ、着磁磁界Ｈｍ
　＝　２０ｋＯｅである。

まず、上記したように棒状永久磁石１６をロータ１ 鉄心６の溝に取付けた状態で外周研磨後、第４図または
第６図に示す着磁器により半径方向に２０ｋＯｅの磁界
をかけて着磁する。ただし、２個のロータ鉄心６の溝に
挿入・固着された棒状永久磁石の磁化方向は逆である。

次に、この２個のロータ鉄心６で円盤状永久磁石１４を
挟んで回転軸１１に取付け、第５図に示す着磁器により
軸方向に３ｋＯｅの磁界をかけて円盤状永久磁石１４を
着磁する。この時、棒状永久磁石］６の磁化方向は半径
方向であり、円盤状永久磁石１４の磁化方向である軸方
向磁界に対して垂直な方向であるため、軸方向着磁磁界
の影響を受けにくい。

仮に最大である３ｋＯｅの逆磁界が棒状永久磁石１６に
かかるとすると、その間は、第８図に示すように動作点
は第２象限にあり第３象限にはない。従って、−時的な
逆磁界がなくなると、元の動作点近くに戻ることができ
て減磁しないことが分かる。

また、上記した第１の製造方法に用いた薄い円筒２２は
、第９図に示されるように棒状永久磁石１６のパーミア
ンス係数を大として磁石の動作点を反２ 磁界の小さな領域とすることにより、−時的な逆磁界中
での減磁を防止する。さらに、保磁力の小さな円盤状永
久磁石１４の減磁防止となる。

なお、本発明は、」１記した実施例に限定されるもので
はなく、ステータ小歯３．ロータ歯７の各溝部に挿入す
る棒状永久磁石１５．１６は、ステータ小歯３の溝また
はロータ歯７の溝の片方でもよい。

また、円盤状永久磁石１４がステータ１２にある場合も
同様にでき、ロータ１３の製造方法はステータ１２の製
造方法として用いることができ、同様な効果が得られる
。さらに、ステッピングモータは誘導子形電気機械の一
つであるので、当然他の誘導子形電動機・発電機（リニ
アモータも含む）にも本発明を適用すれば同様な効果が
得られる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明によれば、ロータに棒状永久磁
石を取付けた後、または、ロータ組立・外周研磨後に永
久磁石の着磁を行うため、製造が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

第１−図は本発明のステッピングモータの一実施例を示
す縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿った横断面
図、第３図は拡大断面図で（ａ）は第２図のＸ−Ｘ線に
沿った断面図、（ｂ）は第２図のＹ−Ｙ線に沿った断面
図、第４図は本発明の第１の製造方法における棒状の永
久磁石の着磁を行う方法を示す説明図、第５図は本発明
の第１の製造方法における円盤状永久磁石の着磁を行う
方法を示す説明図、第６図は本発明の第３の製造方法に
おける棒状の永久磁石の第４図と異なる方法を示す説明
図、第７図は本発明の実施例で使用する希土類磁石とア
ルニコ永久磁石の減磁曲線を示す線図、第８図は本発明
の実施例で使用する円盤状永久磁石の着磁により棒状の
永久磁石に最大の逆磁界がかかったときの棒状の永久磁
石の減磁曲線」二での動作の動きを示す説明図、第９図
は本発明の第２の製造方法においてロータを薄い磁性材
円筒に入れたときの棒状の永久磁石の減磁曲線上の動作
点を示す説明図、第１０図は従来の高トルク・高山カス
チッピングモータの縦断面図、第１１図は・高出力のス
テッピングモータの 従来の高１〜ルク 横断面図である。 ］・ステータ鉄心 ３・ステータ小歯 ７・・・ロータ歯 １１・・・回転軸 １３・・ロータ １５ａ、　１５ｂ、　１６ａ。 ２０・・・着磁ヨーク ２２・・・磁性の円筒 ２４・・軸方向着磁コイル ２・・ステータ極歯 ４・・巻線 ８・・・ロータ鉄心 １２・・・ステータ １４・・円盤状永久磁石 １６ｂ・・棒状永久磁石 ２１・半径方向着磁コイル ｚ３・・・着磁器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステータ鉄心の円周方向に複数個のステータ極歯
   を設け、このステータ極歯には多相巻線を巻回すると共
   に内周面に複数個のステータ小歯を設け、このステータ
   小歯の溝に半径方向に着磁された高保磁力の第１の棒状
   永久磁石を固着して成るステータと、ロータ鉄心の前記
   ステータ小歯に対向する外周面に複数個のロータ歯を設
   け、かつ軸方向に２分割され、互いに前記ロータ歯を１
   ／２歯ピッチずらし、分割部に軸方向に着磁された低保
   磁力の円盤状永久磁石を設け、前記ロータ歯の溝に半径
   方向に着磁された高保磁力の第２の棒状永久磁石が固着
   されたロータとから成り、前記第１の棒状永久磁石と前
   記第２の棒状永久磁石の極性が前記円盤状永久磁石によ
   り発生する界磁主磁束を打消す方向であることを特徴と
   するステッピングモータ。
2. （２）ロータ歯の溝に棒状で無着磁の希土類永久磁石を
   挿入・固着した後外周を研磨し、この状態で半径方向に
   着磁した２個のロータ鉄心を、無着磁で低保磁力の円盤
   状永久磁石を挟んで回転軸に取付け、ロータ組立をした
   後、磁性材の薄い円筒の中に入れて前記円盤状永久磁石
   を軸方向に着磁するようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のステッピングモータの製造方法。