JPH07500237A - 低コストステッピングまたはシンクロモーター - 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】 低コストステッピングまたはシンクロモータ一本発明は交互になった極を備えた 薄い永久磁石式回転子から成る、ステッピングまたはノンクロ型の２相モーター に関するものである。この型のモータはさらに複数個の固定子極を備え、回転子 をある方向に、または別の方向に回転させるように互いに相との関係において少 なくとも２つの電源によって独立して励起される。上記のモーターは数多くの分 野で使用されるが、特に印刷機、ファクシミリ、複写機をはしめとする事務機器 や家電製品に使用される。他の数多くの用途分野でもますます多くの機器が電動 化されている。例えば、自動車内の電動制御も、シート、ヒーターｉＦＩ節フラ ップ、前照灯の方向の制御など、急増している。したがって、この様な２相ステ ツピングまたはシンクロモーターの製造コストの圧縮の要望が高まっている。と ころが、従来技術による周知のモーターは一般的に、連結または結合手段によっ て独立して設計された機器と協働する、完全に別の構成部品から構成されている 。

なかでも、車の空調の自動調節への応用において、従来技術では減速歯車列を介 して空電フラップを操作するコレクタ式直流モーターを使う位置制御が使用され ている。数値制御を可能にするために直流モーターはステッピングモーターに代 えられた。この交換は結合手段の交換をも意味し、フラップの制御を完全に設計 し直すことが必要になることが多い。新型モーターは、回転子と固定子の外に軸 受とケースを組込み、必要空間が制御機構に必ずしも適応していない組立てられ 、試験された標準上ノドを供給する下請業者から一般的に入手される。

本発明の目的はそれが制御するＩ！構の残りの部分と統合することのできるシン クロまたはステッピングモーターである。したがって、本発明によるモーターは 、空調フラップなどを制御する歯車列を支えている２つのプラテンの間に組込む ことのできる、別個の部品として供給することができる。この種の組立は本発明 によるモーターが１段式であることによって容品になる０本発明によるモーター の原価は製造が経済的に有利な構成部品の限定と、回転子と固定子の様々な部分 の形状の至適設計、並びにその組立によって最小限になる。特に、本発明のモー ターに使用される鉄と銅の量はトルクと１回転当りのピッチ数が同一の競合する 解決法の場合よりも少なくなる。

本発明によるモーターは少なくとも２個の電気コイルと協働する第１の固定子部 分と、磁束の少なくとも部分的閉鎖を行う第２の固定子部分と、それぞれの表面 の上に交互に正と負となる磁極を備えるために交代方向に横断して磁化される薄 い２Ｎ磁石から成る回転子を備えている０回転子はそれぞれの表面の上に５対の 極を備え、第１の固定子部分はそれぞれが長さが固定子部品の開きの幅にほぼ等 しいコイルに囲まれた中線部分によって結合された２個の固定子極を備えた高磁 力透過性の２個の同一の固定子部品から成る。

コイルの軸は磁石と回転軸に対して垂直な低磁性材料の固定子部品の平均面内に ほぼ配置されている。コイル付のそれぞれの固定子部品は、第２の固定子部分が 磁束を閉して、２相モーターの固定子の１つの相を形成している。２個の極の中 線は約１．５ピツチ離れている。第２の固定子部分はそれぞれ４個の固定子極に 対応する４つの区域を備えた高磁力透過材料製であり、前記４つの区域はそれぞ れの固定子部品の磁束を閉しるために２つずつ連結されている。

５対の極を選択したことは非常に有利である、なぜならそれは、固定子構造のそ れぞれの要素が一体として実現できる、あるいは低保磁性でさらに蝮旋が整頓さ れたコイルを可能にする透過性材料のシートの打抜きによって重ねられた単一段 の２和平面構造に合った最小の極数だからである。

実際、例えば６個などの、それより大きい数の極を備えた構造の場合、一定幅の 極から成るモーターであれば、１対の極が使用されず、したがって、回転子がい っそう高価になり慣性モーメントがいっそう大きくなるし、回転子直径が一定の モーターであれば、トルクが減少する。

本発明によるモーターはその構造上圧縮または射出整形されたネオジム・鉄車の 強力で経済的な最近の磁石に特に適している。

第１の変型による本発明は回転子が横断方向に磁化された円盤で構成され、交互 に正と負に磁化される１０個の区域を有するステッピングまたはシンクロ２相モ ーターに関するものである。前記区域は、交互の方向に、円盤の表面に対して垂 直に磁化された３６度の扇形の形をしている。この実施形態は高さの外寸を最小 限に抑えなければならないときに有利である。

推奨変型による本発明は回転子が放射状方向に磁化された環状磁石で構成され、 交互に正と負に磁化される１０個の区域を有するステッピングまたはシンクロ２ 相モーターに関するものである。これらの区域はそれぞれ、間の角度がおよそ３ ６度である瓦の形をしている。この実施形態は、製造公差によってバランスが不 完全になった磁力作用による、回転子の軸に対する軸方向及び放射状方向の余分 な外力をよりたやすく低減することを可能にするので望ましい。

できれば、それぞれの種部品の２つの極の垂直二等分線の間の角度は１０８゜よ りやや大きいことが望ましい。この実施形態は電流がないとき１回転当り２０周 期に残留トルクを凍らし、それに付随して簡単に巻（ことのできる巻線の長さを 増すことを可能にする。

特定の実施態様によれば、固定子部分は、できれば厚みが０．５ｍｍ程度の鉄・ 珪素の打抜き磁性ノートを重ねて構成することが望ましい。この実施態様では厚 みに制限のない固定子構造を実現することができる。

巻線の実施の変型によれば、コイルは固定子部品の中線部分の上に直巻された電 線によって構成される。この場合螺旋の第１の層が短絡するが、この解決法には 外枠または絶縁層がないことから生れる利点があり、そのため製造法が単純化さ れて、コストが低減される。

別の変型によれば、巻線はそれぞれの固定子部品の中心線部分を囲繞する絶縁外 枠の周囲に巻かれ、前記外枠は成型し、切れ目を入れた一体部品で、あるいは組 立てられたときに絶縁スリーブを形成する複数個の相補的部分によって構成され る。

回転子は、回転軸との連結区域を備えた、少なくともその高さの部分の上に管状 磁石を支える、回転軸と同軸の管状スリーブで構成するのが有利である。

固定子部品は相補的収納部と、前記固定子部品を受け、その場に保持するのに通 した留めピンから成るプラテン支柱上に位置付けられ、固定されている。

このプラテンはプリント回路によって構成することができる。

他の推奨変型によれば、第２の固定子部分は固定され歯が付いている。この実施 態様は一方では回転子の慣性を減らし、他方では薄い磁石のそれぞれの側に備え られた歯の存在によってトルクを増すことができる。この特徴は高い加速が要求 される用途分野においては特に有利である。さらに、鉄の部品と成型磁石のそれ ぞれの膨張係数の不適合性を解消することもできる。

前述の実施１！様が円盤形の回転子であるか円筒形の回転子であるかを問わず、 本発明の第１の変型は第２の固定子部分が回転子と一体であることをもって成る 。この実施態様は大きな剛性、したがって大きな機械強度を有する回転子の実現 を可能にするが、この特徴は高い信頼性のステッピングまたはシンクロ２相モー ターを実現するのに有利である。

本発明は付属の図を参照して、以下の説明を読むことによっていっそうよく理解 されるだろう。

図１は横断面を示している。

図２はＢＣＤＥＦに沿った矢視図である。

説明した実例によるステッピングモーターは固定子構造と回転子とから成る。

固定子構造は、それぞれが対応するコイル（３，４）に磁気的に結合された２個 の固定子部品（１，２）によって形成される第１の固定子部分と、管状の回転子 （６）の内部に配置された第２の固定子部分（５）とから成る。

回転子の硬質磁性部分は交互に回転子の内面上にＳ極と外面上にＳ極を備えるよ うに交代方向に、放射状に磁化される瓦状の１０個の部分（７から１６）を備え ている。磁化されたそれぞれの部分は間の角度が３６°の扇形を占める。円筒状 の磁石は独立した磁化部分の組合わせによって実現するか、ｒＭＱ　１」の商品 名でゼネラル・モータース社から市販されている粉末から製造されたダイト−・ スチール社からｒＮＰ８ＬＪの商品名で市販されている磁石などの、第２象限で ほぼ扇形の特性Ｂ　（Ｈ）を示す可塑性ネオジム・鉄の高保磁性場の合金内にで きれば成型、圧縮または射出で実現された環の異なる区域の磁化によって実現す ることができる。エプソン社からｒＳＡＭＬＥＴ　９ＲＪの商品名で市販されて いる材ｒ４などの放射状方向の材料も使用することができる６第１の固定子部分 を構成する２個の固定子部品（１，２）は回転子の回転軸（１８）を含むモータ ーの中心線平面（１７）に対して対称である。それぞれの固定子部品（１，２） は対応する平面（２９）と（３０）に対して対称であり、相互の間に１６２°、 すなわちモーターの対称面（１７）に対して８１’の角変を形成する。固定子部 品（１，２）はそれぞれ、対応する中心線部分（２３）と（２４）によって結合 された２つの対応する固定子ｐｉ（１９，２０）と（２１，２２）を備えている 。固定子極の幅は磁化された１つの区域（７から１６）の幅よりはるかに小さく 、はぼ２８°前後である。それは回転子の外側半径よりも大きめの半径の凹面に なっている。それぞれの固定子極（１９から２２）の高さは回転子（６）の磁化 部分の高さに等しい。それぞれの固定子極（１９，２０）と（２１，２２）の対 称軸（２５，２６）と（２７，２８）の間の角度は、静磁気トルクを補正しない とき（電流がないとき）βが０度になる場合は１０日°＋βであり、また巻毎に 第４から第２０高調波を補正する場合には９°にほぼ等しくなる０巻毎に第２か ら第１０高調波は電気直角位相に２つの相が存在することによって自動的に補正 される。

説明した実例に合致した固定子部品（１，２）は低磁性材料の焼結によって実現 される。中心線部分（２３，２４）の断面は長方形で、両側に曲線部（３１から ３４）が続き、その先端が固定子極（１９から２２）になっている。それぞれの 固定子部品（１）、（２）は目地無しで製作することが特にを利である、なぜな らそれによって磁束通過方向に磁力の継目が生じるのを防止できるからである。

それぞれの固定子部品（１，２）は対応する巻き線（３）、（４）を支え、磁力 的に結合されている。これらの巻線はモーターの構成要素の数を減らし、製造工 程を簡単にするために固定子部品に直接巻かれている。その結果、螺旋の第１系 列が短絡するので、巻数を増やして補正しなければならない。

ただし、この不便を避けたい場合は、固定子部品の中心線部分（２３，２４）の 周囲に嵌合するのに適した相補的２つの部分から成る絶縁スリーブを実現するこ とができる。その設置は容易であり、最初の螺旋の短絡を防止する。スリーブは 巻線の接続端子を必要ならば支持することもできる。

巻線（３，４）の長さはそれぞれ同し固定子部品（１）または（２）の内側縁（ ３５，３６）または（３７，３８）の間の距離に対応する、固定子部品（１，２ ）の開きによって限定される。

第２の固定子部分（５）は回転子（６）と同軸である。これも焼結した軟質材料 または打抜いた仮を重ねて製作される。仮を重ねた固定子は、高い回転数（例え ば、ステッピング運転で毎秒２００ステップ以上、すなわち毎秒１０回で、コイ ル内の電流が５０Ｈｚ）、と高いエネルギー変換効率がめられる場合に有利であ る。もう１つの解決法は、純粋の鉄の代りに鉄・ニッケルまたは鉄・珪素の固定 子を焼結して、これらの材料の最大の固有抵抗を利用することである。

上記の実例において、第２の固定子部分（５）は固定であり、回転子の回転軸が それを横断している。それはそれぞれ固定子極（２５がら２８）に対応する４つ の極性区域（３９から４２）を備えている。磁束は極性区域（３９）を極性区域 （４０）に、極性区域（４１）を極性区域（４２）にそれぞれ連結する太い部分 （４３）と（４４）を通って対応する極性区域の上で閉じている。

この第２の固定子部分（５）の形は大きな比率で変化することができる：中身が 詰まった部品、または三日月形の独立した部品、さらにまた管状部品を使用する ことができる。しかし、図１に示したように一方で歯（３９）と（４１）、他方 で（４０）と（４２）の間の漏洩磁束の通過断面を減らすことが望ましい。

図２は図１に示したモーターのＢＣＤＥに沿った矢視図である０本発明によるモ ーターを構成する様々な部品は既存のいっさいの機構または装置内に組込むこと が可能であり、いっさいのケースとは独立に供給することができる。

回転子（６）は図２に磁化部分（８と１３）を示した環状磁石から成る０回転子 （６）の軸（１８）はプラスチックなどの非磁性材料で製作したスリーブ（５５ ）を支える。磁石はこのスリーブ（５５）の上に接着され、スリーブは磁石にと って支持と軸（１８）との結合の役割を果す、軸受（５３，５３゛）は固定され た内部の固定子構造（５）に対して軸（１８）を位置付ける。

モーターの様々な構成要素は例えばプラスチックなどで製作したプラテン（６３ ）上に固定される。このプラテン（６３）は電動化する装置の一部で構成するこ とができる。それは内部の固定子部分（５）の保持のための収納部（６４）と２ つの固定子部分（１）と（２）の固定のための突起（６５）を備えている。

上記のごとく本発明を例として説明したが、それは本発明を制限するものではな く、当業者は保護の範囲を逸脱することなしに多数の変型を実現することさえで きるだろう。特に、回転子は磁化円盤によって構成することが可能であり、その 場合第１の固定子部分の４個の固定子極と第２の固定子部分の４個の固定子極は 回転軸に対して垂直な２つの面に沿って配置される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １−２個の電気コイルと協働する第１の固定子部分と、磁束の閉鎖を行う第２の 固定子部分（５）と、それぞれの表面の上に交互に正と負となる磁極を備えるた めに交代方向に横断して磁化される薄い２Ｎ磁石から成る回転子（６）とから成 り、回転子（６）が５対の極を備え、固定子部分が低磁性材料で製作され、それ ぞれが長さが固定子部品（１、２）の開きの幅にほぼ等しいコイル（３，４）に 囲まれた中線部分（２３，２４）によって結合された２個の固定子極（１９，２ ０）と（２１，２２）を備えた２個の同一の固定子部品（１２）から成り、前記 固定子極（１９から２２）の中線（２５から２８）の開きが約１０８°であり、 第２の固定子部分（５）が磁束の閉鎖を行う低磁性材料で構成されていることを 特徴とする種類のステッピングまたはシンクロ２相モーター。 ２−回転子（６）が瓦状に隣接する１０の磁化区域（７から１３）を備えた放射 状に磁化された環状磁石によって構成されていることを特徴とする請求項１に記 載のステッピングまたはシンクロ２相モーター。 ３−第２の固定子部分（５）が回転子（６）と一体であることを特徴とする請求 項１または２に記載のステッピングまたはシンクロ２相モーター。 ４−第２の固定子部分（５）が固定され、それぞれ４個の固定子極（１９から２ ２）に対応する４つの区域（３９から４２）を備え、前記４つの区域（３９から ４２）はそれぞれの固定子部品（１，２）の磁束を閉じるために２つずつ連結さ れていることを特徴とする請求項１または２に記載のステッピングまたはシンク ロ２相モーター。 ５−固定子部分（１，２）のそれぞれの２つの極（１９から２２）の中心線（２ ５から２８）の間の角度が１０８°よりやや大きめであることを特徴とする請求 項１から４のいずれかに記載のステッピングまたはシンクロ２相モーター。 ６−固定子部分（１，２）が打抜かれた磁性板の積重ねによって構成されている ことを特徴とする請求項１から５に記載のステッピングまたはシンクロ２相モー ター。 ７−固定子部分（１，２）が焼結された低磁製材料製であることを特徴とする請 求項１から５に記載のステッピングまたはシンクロ２相モーター。 ８−巻線（３，４）が固定子部品の中心線部分に直巻された電線によって構成さ れていることを特徴とする請求項１から７に記載のステッピングまたはシンクロ ２相モーター。 ９−巻線（３，４）がそれぞれの固定子部品（１，２）の中心線部分（２３，２ ４）を囲繞する絶縁外枠の上に巻かれ、前記外枠が組立てられたときに絶縁スリ ーブを形成する相補的な複数個の部分によって構成されることを特徴とする請求 項１から７に記載のステッピングまたはシンクロ２相モーター。 １０−回転子が、回転軸（１８）との連結区域を備えた、回転軸と同軸の管状ス リーブによって構成され、前記管状スリーブが高さの少なくとも一部において管 状磁石（７から１３）を支えていることを特徴とする請求項１から９に記載のス テッピングまたはシンクロ２相モーター。