JPH0951640A - モータのヨーク構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレス成形により磁性板の中央部を突き出し
て形成した複数の磁極歯を中心孔の周囲に備えたモータ
のヨーク構造において、磁性板の絞り加工を施すことな
しに回転トルクの高いモータの磁気ヨークの構造を実現
する。 【解決手段】 磁極歯２１の基部２１ａはやや内側に抉
れた首状に形成され、その先に縁部がほぼ直線状に形成
された中間部２１ｂが形成されている。この中間部２１
ｂの先には、縁部の角度を急峻に形成した幅縮小部２１
ｃが形成され、この幅縮小部２１ｃに続いて小さな曲率
半径に設定された先端部２１ｄが形成されている。磁極
歯の先端部近傍で大きく形成幅を縮小することによっ
て、磁極歯の有効幅を大きくして磁気経路の有効断面積
を増大させ、有効磁束数を増加させたので、モータの回
転トルクも増大し、ヒステリシスも小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータのヨーク構造
に係り、特にプレス成形により磁性板の中央部を突き出
して複数の磁極歯を形成してなるヨークの磁極歯の形状
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図４に示すように、ステッピング
モータ等に用いる磁気ヨーク１０の構造として、磁性板
の中央部をプレスにより打ち抜いて複数の磁極歯１１を
形成し、この磁極歯１１をプレス成形により軸線方向に
起立させることにより形成したものがある。磁極歯１１
は、その起立させる前の状態が図中点線で示されてお
り、中心孔１０ａの周縁に設けられた基部から次第にそ
の形成幅を狭め、先端部において曲線状に終端する形状
に形成されている。モータには、この磁気ヨーク１０
と、他の磁気ヨークとの間に電磁コイルを収容し、２つ
の磁気ヨークの磁極歯１１が相互に噛合するように組み
立てられたステータ若しくはロータが使用される。

【０００３】モータの回転トルクを大きくするには、一
般にロータの直径若しくは軸線方向の長さを大きくする
必要がある。しかし、ロータの直径を大きくすると、外
径が大きくなってしまうとともにモータの自起動周波数
が低下する。したがって、ロータの直径を大きくするこ
となくロータの軸線方向の長さを大きくすることによっ
て、モータ外径を増大させず、しかも自起動周波数を低
下させずに回転トルクを増大させることができる。

【０００４】しかしながら、上記磁気ヨーク１０は、プ
レス成形により中心孔１０ａと磁極歯１１とを同時に形
成できるために生産性が良いが、その構造上、磁極歯１
１の長さｄは中心孔１０ａの内径Ｒよりも短い長さにし
か形成することができない。したがって、インナロータ
形の場合、ロータの直径に合わせて中心孔１０ａの内径
Ｒが決定されるため、ロータの直径が決まると、上述の
制限により磁極歯１１の長さｄの最大値も決まってしま
い、ロータの軸線方向の長さは、この磁極歯１１の長さ
ｄにより制限を受けることになる。

【０００５】このように、従来のこの種のモータ構造で
は、ロータの直径と長さとの間に所定の制限があり、自
由に寸法を設定して回転トルク乃至自起動周波数を高め
ることはできなかった。この点を解決するには、例え
ば、特公平１−３２７４７号に記載されているように、
磁性板の中心部を予め台形状若しくはお碗状の形状に絞
り加工しておき、この形状部分を打ち抜き加工すること
により、上記図４に示す場合よりも磁極歯１１の長さｄ
を長く形成する必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記絞り加工による磁
気ヨークの形成方法では、通常の磁気ヨークのプレス形
成に較べてプレス工程が１工程以上増加するとともに、
絞り形状の部分を打ち抜く場合に用いるダイの構造が複
雑になり研磨加工が困難である。しかも絞り加工により
磁極歯の長さを長く形成するため、元の磁性板の厚さを
厚くする必要があり、より大型のプレス機で加工する必
要があり、加工コストが増加するという問題がある。こ
れに加えて、上記の絞り形状に対応したダイのメンテナ
ンスは困難であり、製品の形状精度が維持し難いという
問題点がある。

【０００７】そこで本発明は上記問題点を解決するもの
であり、その課題は、磁性板の絞り加工を施すことなし
に回転トルクの高いモータの磁気ヨークの構造を実現す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が講じた手段は、プレス成形により磁性板の中
央部を突き出して形成した複数の磁極歯を中心孔の周囲
に備えたモータのヨーク構造において、前記プレス成形
の打ち抜きにより形成される前記磁極歯の平面形状を、
前記磁極歯の基部側では前記磁極歯の形成幅の突出方向
に見た変化率を小さく形成し、前記磁極歯の先端側では
前記形成幅の突出方向に見た減少率を大きく形成したこ
とを特徴とする。

【０００９】磁極歯の形状を基部から形成幅の変化を少
なく形成し、磁極歯の先端部近傍で大きく形成幅を縮小
することによって、磁極歯の有効幅を大きくして磁気経
路の有効断面積を増大させ、有効磁束数を増加させたの
で、モータの回転トルクも増大し、ヒステリシスも小さ
くなる。また、先端部で形成幅の減少率を大きく形成す
ることによって、複数の磁極歯先端部相互の間隔を従来
よりも大きく取ることができるので、プレスの打ち抜き
幅も充分に確保することができ、相対的に磁極歯の長さ
を長く形成できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は５本の磁極歯２１を
備えた外側ヨーク２０の形状を示す平面図である。図１
において（ａ）は外側ヨーク２０の全体形状を示す図で
あり、（ｂ）はプレスによる打ち抜き形状を示すための
中心部を示す図、（ｃ）は磁極歯を立ち上げた状態を示
すための中心部を示す図である。

【００１１】外側ヨーク２０の製造方法は以下の通りで
ある。磁性体の金属板の中心部をまず（ｂ）に示すよう
にプレスにより打ち抜くことによって、（ａ）の点線に
も示すように５つの相互に内側に向いた磁極歯の形状を
形成する。次に、（ｃ）に示すように、中心孔２０ａの
形状の孔を有するダイ上に金属板を移動させて中心孔２
０ａの形状のパンチにより磁極歯２１を中心孔２０ａの
軸線方向に起立させる。さらに必要な場合には中心孔２
０ａの内面に沿ってシゴキ処理を施し、磁極歯２１の内
面側の形状精度を向上させる。

【００１２】図１の点線及び図２に示すように、磁極歯
２１の基部２１ａはやや内側に抉れた首状に形成され、
その先に縁部がほぼ直線状に形成された中間部２１ｂが
形成されている。この中間部２１ｂの先には、縁部の角
度を急峻に形成した幅縮小部２１ｃが形成され、この幅
縮小部２１ｃに続いて小さな曲率半径に設定された先端
部２１ｄが形成されている。

【００１３】中間部２１ｂにおいて磁極歯２１の形成幅
は、先端部２１ｄに向かって僅かに減少する程度である
が、幅縮小部２１ｃにおいては、形成幅は先端部２１ｄ
に向かって大きく減少している。このようにして、磁極
歯２１の先端側に幅の大きく減少する部分を設けたこと
により、磁極歯２１の全体としての有効幅を大きくとる
ことができるとともに、磁極歯２１の長さを長く形成し
ても、隣接する磁極歯の先端部との間隔を確保すること
ができる。

【００１４】プレス加工時において安定して打ち抜くた
めに、或いは金型の損耗度を抑制するためには、材質に
もよるが、一般に打ち抜き部分の幅を金属板の厚さの約
０．８倍以上にする必要がある。磁極歯を形成するため
の打ち抜き加工では、隣接する磁極歯との間隔が上記の
ように磁極歯の先端部近傍で小さくなるので、打ち抜き
部分の幅を確保するために磁極歯の長さは中心孔２０ａ
の内径より小さくなる。本発明では、磁極歯の先端近傍
で形成幅を急激に縮小したため、先端部近傍での間隔保
持のために中心孔の内径より磁極歯の長さを短くする度
合を低減することができる。

【００１５】図２には従来の事前の絞り加工により長さ
を増大させた磁極歯１５を点線で示してある。磁極歯１
５は絞り加工によって打ち抜き面を台形若しくは碗形に
膨らませ、この膨らんだ打ち抜き面から磁極歯を形成す
ることによって長さを増大させたものである。これに対
して、磁極歯２１は磁極歯１５と基部２１ａ及び中間部
２１ｂはほぼ同様の形状を有するが、先端側に幅縮小部
２１ｃが形成されている。磁極歯２１は磁極歯１５より
も突出長さは短くなるが、下記のように、モータ性能上
は殆ど遜色がなく、製造工程上はより効果的である。

【００１６】図３には、図１に示す外側ヨーク２０と、
これに対して嵌合するように形成された内側ヨーク３０
とを備えたステッピングモータのステータ構造を示す分
解縦断面図を示す。内側ヨーク３０は、外側ヨーク２０
の磁極歯２１と同様の磁極歯３１を備え、外側ヨーク２
０に対向して嵌合させることによって、磁極歯２１と磁
極歯３１とが所定の間隔を持って相互に噛合するように
配置される。

【００１７】ここで、外側ヨークと内側ヨークとはそれ
ぞれ２つずつ用意され、外側ヨーク２０と内側ヨーク３
０とが対向し、外側ヨーク２０’と内側ヨーク３０’と
が対向して組み立てられる。それぞれの外側ヨークと内
側ヨークとの間には、中心孔２０ａ，２０ａ’に対応し
た内径を持つコイルスプールに巻線を巻回させてなる電
磁コイル４０が収容される。

【００１８】このようにして外側ヨーク、内側ヨーク及
び電磁コイルから組み立てられたステータは、その中心
孔にロータを収容した状態で図示しないケーシング内に
取付けられてステッピングモータが構成される。

【００１９】図２に示す磁極歯１５を有するステッピン
グモータ（以下、従来品という。）と、磁極歯２１を有
するステッピングモータ（以下、改良品という。）との
動力性能を比較した。その結果を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１に示すように、改良品は、多少のばら
つきはあるものの従来品よりもプルイントルクの平均値
において勝っており、一方、連続応答周波数及び自起動
周波数はやや低下している。全体としては、改良品は従
来品とほぼ同様の性能を備えており、製造コストや加工
精度においては従来品に対し大きく勝っている。

【００２２】本発明に係る上述のヨーク構造は、磁極歯
の形状が先端部近傍でその幅を急激に減少させたものと
なっているため、従来よりも磁極歯の有効断面積を大き
くとることができるとともに、有効断面積を大きくして
もその長さを長くすることができるため、全体として磁
気回路の有効磁束数を増大でき、モータ性能を向上させ
ることができる。したがって、本発明は、オーソドック
スな製造方法により、絞り加工等の製造上の工夫によっ
て磁極歯の長さを長くした場合とほぼ同様のモータ性能
を得ることができるので、製造設備上及び製造コスト上
大きな効果を奏するものである。

【００２３】なお、上記の実施形態においては、磁極歯
２１，３１は中間部と幅縮小部とが明確に区画されて形
成されているが、先端側に進む程に幅の縮小率が徐々に
増加するように、曲線的な形状にしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る外側ヨークの構造を示す平面図
（ａ）、打ち抜き形状を示す中心部の平面図（ｂ）及び
磁極歯を立ち上げた状態を示す中心部の平面図（ｃ）で
ある。

【図２】本発明に係る磁極歯と従来の磁極歯との形状を
比較する説明図である。

【図３】本発明に係る外側ヨーク及び内側ヨークを用い
たモータのステータの構造を示す分解縦断面図である。

【図４】従来の磁気ヨークの構造を示す平面図である。

【符号の説明】

２０，２０’ 外側ヨーク ２０ａ 中心孔 ２１，３１ 磁極歯 ２１ａ 基部 ２１ｂ 中間部 ２１ｃ 幅縮小部 ２１ｄ 先端部 ３０，３０’ 内側ヨーク ４０ 電磁コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレス成形により磁性板の中央部を突き
   出して形成した複数の磁極歯を中心孔の周囲に備えたモ
   ータのヨーク構造において、 前記プレス成形の打ち抜きにより形成される前記磁極歯
   の平面形状を、前記磁極歯の基部側では前記磁極歯の形
   成幅の突出方向に見た変化率を小さく形成し、前記磁極
   歯の先端部側では前記形成幅の突出方向に見た減少率を
   大きく形成したことを特徴とするモータのヨーク構造。