JP4000144B2 - ハイブリッド型ステッピングモータ用ロータ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド型ステッピングモータ用ロータ及びその製造方法に関するものである。

特開２０００−２７０５３１号公報（特許文献１）には、２つのスタックアッセンブリとロータカラーとを備えているハイブリッド型ステッピングモータ用ロータが示されている。２つのスタックアッセンブリは、外周部に周方向に並ぶ複数の小歯を有する一対のロータスタックと、一対のロータスタックの間に挟持されて一対のロータスタックが有する複数の小歯に異なる極性の磁極が現れるように着磁された永久磁石とを備えており、回転軸に対して軸線方向に並ぶように取り付けられている。ロータカラーは、非磁性体により構成されて、隣り合う２つのスタックアセンブリの間に間隙を形成するように２つのスタックアセンブリの間に挟まれた状態で配置されている。そして、一対のロータスタックの一方のロータスタックの複数の小歯と他方のロータスタックの複数の小歯は、１／２ピッチずつずれている。ロータカラーは、該ロータカラーを間に介して軸線方向に対向する２つのロータスタックに形成された凹部内に配置されている。そして、ロータカラーを間に介して軸線方向に対向する２つのロータスタックのそれぞれの複数の小歯も１／２ピッチずつずれている。このロータでは、ロータスタックに回転軸の軸線方向に開口する凹部が形成されている。そのため、ロータスタックの重量を軽くでき、ロータの慣性モーメントを小さくできる。
特開２０００−２７０５３１号公報

通常、ハイブリッド型ステッピングモータ用ロータは、ロータスタックの複数の小歯のピッチずれを調整して、複数のロータスタックと１以上のロータカラーと結合してロータアッセンブリを作る。そして、このロータアッセンブリを回転軸に圧入して固定する。しかしながら、このような従来のロータでは、ロータアッセンブリを作る際に環状のロータカラーと回転軸との位置合わせができず、両者の軸芯がずれるおそれがあった。また、ロータスタックとロータカラーとの間に回転軸の径方向に向かう相対的な動きが生じる場合があった。このようなロータでは、ロータアッセンブリを回転軸に圧入できなくなったり、ロータカラーの回転軸の周方向の重量バランスが悪くなるおそれがある。

本発明の目的は、ロータカラーと回転軸との位置合わせを容易に図ることができ、ロータスタックとロータカラーとの間に回転軸の径方向に向かう相対的な動きが生じるのを防ぐことができるハイブリッド型ステッピングモータ用ロータを提供することにある。

本発明の他の目的は、ロータカラーを容易に製造することができるハイブリッド型ステッピングモータ用ロータの製造方法を提供することにある。

本願発明が改良の対象とするハイブリッド型ステッピングモータ用ロータは、複数のスタックアッセンブリと１以上のロータカラーとを備えている。複数のスタックアッセンブリは、外周部に周方向に並ぶ複数の小歯を有する一対のロータスタックと、一対のロータスタックの間に挟持されて一対のロータスタックが有する複数の小歯に異なる極性の磁極が現れるように着磁された永久磁石とを備えて、回転軸に対して軸線方向に並ぶように取り付けられている。１以上のロータカラーは、非磁性体により構成されて、隣り合う２つのスタックアセンブリの間に間隙を形成するように２つのスタックアセンブリの間に挟まれた状態で配置されている。本発明では、ロータカラーを間に介して軸線方向に対向する２つのロータスタックに、それぞれ回転軸の周囲を囲むように形成されて相手方のロータスタックに向かって開口するロータカラー嵌合用凹部を形成する。また、ロータカラーは、回転軸の径方向に延びる中心部と、中心部に対して軸線方向両側に位置し且つ対応するロータスタックに形成されたロータカラー嵌合用凹部内に嵌合される一対の嵌合部とを有している。そして、ロータカラー嵌合用凹部の形状と嵌合部の形状とは、嵌合部がロータカラー嵌合用凹部内に嵌合された状態で、ロータスタックとロータカラーとの間に回転軸の径方向に向かう相対的な動きが生じないように定める。本発明のように、嵌合部がロータカラー嵌合用凹部内に嵌合された状態で、ロータスタックとロータカラーとの間に回転軸の径方向に向かう相対的な動きが生じないと、ロータアッセンブリ（複数のロータスタックとロータカラーと永久磁石とを結合したもの）を作る際に環状のロータカラーと回転軸との位置合わせができた状態でロータカラーをロータスタックに嵌合できる。そのため、ロータカラーと回転軸との軸芯がずれるのを防止できる。また、ロータスタックとロータカラーとの間に回転軸の径方向に向かう相対的な動きが生じるのを防ぐことができる。その結果、ロータアッセンブリを回転軸に圧入できなくなるのを防ぐことができ、ロータカラーの回転軸の周方向の重量バランスが悪くなるのを防ぐことができる。

回転軸の軸線両方両側の端部にそれぞれ位置する２つのロータスタックには、それぞれロータカラー嵌合用凹部と同じ形状の非嵌合用凹部を形成すさるのが好ましい。このようにすれば、各凹部により回転軸の軸線方向の重量バランスを維持した状態で、ロータスタックの重量を軽くでき、ロータの慣性モーメントを小さくできる。

ロータカラー嵌合用凹部の回転軸と直交する方向の断面の輪郭形状は、回転軸と同心になり且つ同じ径寸法を有する円形とし、一対の嵌合部の回転軸と直交する方向の断面の輪郭形状は、回転軸の軸線を中心にしてロータカラー嵌合用凹部とほぼ同じ径寸法を有する円形とし、一対の嵌合部には、それぞれ軸線方向の外側に向かって開口し且つ回転軸と同心的に配置される円環状凹部をそれぞれ形成するのが好ましい。このようにすれば、２つのロータカラー嵌合用凹部にロータカラーの一対の嵌合部がそれぞれ嵌合されるので、両者をしっかりと嵌合できる。また、ロータアッセンブリを回転軸に圧入する際に、嵌合部の端面が２つのロータスタックに当接するため、ロータスタックが変形するのを防ぐことができる。

ロータカラーは、種々の非磁性体により形成することができる。ロータカラーをアルミ等の非磁性体金属のダイキャスト鋳造品から形成すれば、前述の円環状凹部のような形状も容易に形成でき、表面処理加工の簡単なロータカラーを得ることができる。

本発明のハイブリッド型ステッピングモータ用ロータのロータカラーを作る金型は、ロータカラーの中心部の径方向に露出する表面に対応する部分に湯口及びオーバーフロー口の少なくとも1つを有しを有し且つロータカラーの中心部の円環状凹部内に露出する表面に突き出しピンを押し当てるものを用いるのが好ましい。ロータカラーの中心部の径方向に露出する表面及び中心部の円環状凹部内に露出する表面は、ロータアッセンブリを組み立ててもロータスタックと接触しない部分である。そのため、湯口跡や突き出しピンを押し当て跡がロータカラーの表面上に残っても、表面処理加工等を施す必要がない。また、ロータカラーの中心部の径方向に露出する表面は、ロータカラーの軸線方向の中心になるので、この部分に対応する部分に湯口を形成すれば、ロータカラー全体にバランスよく溶湯が回り込み、ロータカラーの寸法精度を高めることができる。

本発明によれば、嵌合部がロータカラー嵌合用凹部内に嵌合された状態で、ロータスタックとロータカラーとの間に回転軸の径方向に向かう相対的な動きが生じないので、ロータアッセンブリを作る際に環状のロータカラーと回転軸との位置合わせができた状態でロータカラーをロータスタックに嵌合できる。そのため、ロータカラーと回転軸との軸芯がずれるのを防止できる。また、ロータスタックとロータカラーとの間に回転軸の径方向に向かう相対的な動きが生じるのを防ぐことができる。その結果、ロータアッセンブリを回転軸に圧入できなくなるのを防ぐことができ、ロータカラーの回転軸の周方向の重量バランスが悪くなるのを防ぐことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明のハイブリッド型ステッピングモータ用ロータの一実施の形態の一部破断平面図である。図１に示すように本例のハイブリッド型ステッピングモータ用ロータは、回転軸１と、回転軸１に圧入と接着剤とにより固定されたロータアセンブリ２とを有している。ロータアセンブリ２は、３個のスタックアセンブリ３Ａ〜３Ｃと２個のロータカラー５Ａ，５Ｂとを有している。スタックアセンブリ３Ａ〜３Ｃは、一対のロータスタック７Ａ，７Ｂと、該一対のロータスタック７Ａ，７Ｂの間に挟持された永久磁石９とをそれぞれ有している。

一対のロータスタック７Ａ，７Ｂは、回転軸１に対する取付位置が異なるだけで、いずれも同じ形状を有している。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、１つのロータスタック（７Ａ，７Ｂ）は、回転軸１に固定された円環状の固定部７ａと、固定部７ａの縁部から回転軸１の軸線方向に延びるように立ち上がる筒状の小歯形成部７ｂとを有している。これにより、固定部７ａと小歯形成部７ｂとに囲まれた部分には凹部７ｃが形成されることになる。小歯形成部７ｂは、電機子と対向する外周部に回転軸１の軸線方向に延びて周方向に並ぶ複数の小歯７ｄを備えている。１つのスタックアセンブリ（３Ａ〜３Ｃ）は、図１のスタックアセンブリ３Ａに符号を付して説明すると、ロータスタック７Ａの凹部７ｃとロータスタック７Ｂの凹部７ｃとが回転軸１の軸線方向の反対側を向き、一対のロータスタック７Ａ，７Ｂの各固定部７ａが接着剤により接合された円環状の永久磁石９を介して対向するように配置されている。ロータスタック７Ａ，７Ｂの一方のロータスタック７Ａの複数の小歯７ｄと他方のロータスタック７Ｂの複数の小歯７ｄとは１／２ピッチずつずれている。また、一方のロータスタック７Ａの複数の小歯７ｄと他方のロータスタック７Ｂの複数の小歯７ｄには、永久磁石９によって異なる極性の磁極が現れる。

また、３個のスタックアセンブリ３Ａ〜３Ｃは、隣り合う２つのスタックアセンブリ（３Ａ，３Ｂ）（３Ｂ，３Ｃ）が小歯形成部７ｂの間に隙間が形成されるように凹部７ｃが対向させられて配置されている。本例では、相手方のロータスタックに向かって開口するように相互に対向する４つの凹部７ｃが後述するロータカラー５Ａ，５Ｂの１つを嵌合するロータカラー嵌合用凹部８Ａを構成しており、回転軸の軸線両方両側の端部にそれぞれ位置する２つの凹部７ｃが非嵌合用凹部８Ｂを構成している。前述したように一対のロータスタック７Ａ，７Ｂは、いずれも同じ形状を有しているので、ロータカラー嵌合用凹部８Ａ及び非嵌合用凹部８Ｂの回転軸１と直交する方向の断面の輪郭形状は、回転軸１と同心になり且つ同じ径寸法を有する円形である。そして、隣り合う２つのスタックアセンブリ（３Ａ，３Ｂ）（３Ｂ，３Ｃ）の軸線方向に対向する２つのロータスタック（７Ｂ，７Ａ）の複数の小歯７ｄが１／２ピッチずつずれるように、３個のスタックアセンブリ３Ａ〜３Ｃは配置されている。具体的には、スタックアセンブリ３Ａのロータスタック７Ｂの複数の小歯７ｄとスタックアセンブリ３Ｂのロータスタック７Ａの複数の小歯７ｄとが１／２ピッチずつずれている。また、スタックアセンブリ３Ｂのロータスタック７Ｂの複数の小歯７ｄとスタックアセンブリ３Ｃのロータスタック７Ａの複数の小歯７ｄとが１／２ピッチずつずれている。

ロータカラー５Ａ，５Ｂは、アルミ等の非磁性体金属からなり、隣り合う２つのスタックアセンブリ（３Ａ，３Ｂ）（３Ｂ，３Ｃ）の間に間隙を形成するように２つのスタックアセンブリ（３Ａ，３Ｂ）（３Ｂ，３Ｃ）の間に挟まれた状態で配置されている。図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、１つのロータカラー（５Ａ，５Ｂ）は、回転軸の径方向に延びる中心部５ａと、中心部５ａに対して軸線方向両側に位置する一対の嵌合部５ｂとを有している。中心部５ａは、回転軸１を僅かな隙間を隔てて囲む円環状を有している。一対の嵌合部５ｂは、外側筒状部５ｃと内側筒状部５ｄとをそれぞれ有している。一対の嵌合部５ｂの外側筒状部５ｃは、円筒形状を有しており、軸線方向に対向する２つのロータスタック７Ｂ，７Ａのそれぞれの固定部７ａ及び小歯形成部７ｂに当接している。内側筒状部５ｄも円筒形状を有しており、２つのロータスタック７Ｂ，７Ａのそれぞれの固定部７ａに端部が当接して回転軸１を僅かな隙間を隔てて囲むように配置されている。このような構成により、一対の嵌合部５ｂの外側筒状部５ｃと内側筒状部５ｄとの間には、それぞれ軸線方向の外側に向かって開口し且つ回転軸１と同心的に配置される円環状凹部５ｅがそれぞれ形成されることになる。一対の嵌合部５ｂの回転軸１と直交する方向の断面の輪郭形状（外側筒状部５ｃの輪郭形状）は、回転軸１の軸線を中心にしてロータカラー嵌合用凹部８Ａとほぼ同じ径寸法を有する円形を有している。このため、ロータカラー嵌合用凹部８Ａの形状と嵌合部５ｂの形状とは、嵌合部５ｂがロータカラー嵌合用凹部８Ａ内に嵌合された状態で、ロータスタック７Ｂ，７Ａと１つのロータカラー（５Ａ，５Ｂ）との間に回転軸１の径方向に向かう相対的な動きが生じないように定められる。

本例では、ロータカラー５Ａ，５Ｂは、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すような金型Ｄを用いてアルミの溶湯を圧入するダイキャスト鋳造により形成した。この金型Ｄは、２つ割れの第１及び第２の金型半部Ｄ１，Ｄ２から構成されている。この金型Ｄでは、第１及び第２の金型半部Ｄ１，Ｄ２が合わさって湯道Ｄ３及びオーバーフロー用通路Ｄ６が形成されている。そして、ロータカラー５Ａ，５Ｂの中心部５ａの径方向に露出する表面部分（隣り合う２つのスタックアセンブリの小歯形成部７ｂの間の隙間に露出する部分）５ｆ，５ｈに対応する部分に位置する湯道Ｄ３及びオーバーフロー用通路Ｄ６の金型内の端部に湯口Ｄ４及びオーバーフロー口Ｄ７がそれぞれ形成されている。また、ロータカラー５Ａ，５Ｂの中心部５ａの円環状凹部５ｅに露出する表面部分５ｇに第２の金型半部Ｄ２内に配置された突き出しピン（鋳造品を金型から突き出すピン）Ｄ５を押し当てるように金型Ｄは形成されている。表面部分５ｆ，５ｈ，５ｇは、ロータスタック７Ｂ，７Ａと接触することがない（図１のロータカラー５Ｂ参照）。そのため、このような金型を用いれば、湯口跡、オーバーフロー跡や突き出しピンを押し当て跡がロータカラーの表面上に残っても、表面処理加工等を施す必要がない。

本例のハイブリッド型ステッピングモータ用ロータは、次のように組み立てた。まず、組立用治具内にスタックアセンブリ３Ａのロータスタック７Ａ，永久磁石９及びロータスタック７Ｂと、ロータカラー５Ａと、スタックアセンブリ３Ｂのロータスタック７Ａ，永久磁石９及びロータスタック７Ｂと、ロータカラー５Ｂと、スタックアセンブリ３Ｃのロータスタック７Ａ，永久磁石９及びロータスタック７Ｂとを各部材の接合部分に接着剤を塗布した状態で積み重ねた。これにより、組立用治具内でスタックアセンブリ３Ａ〜３Ｃのそれぞれのロータスタック７Ａ，７Ｂの複数の小歯７ｄのピッチずれが調整された状態で、各部材が接合されたロータアッセンブリ２が作られる。次に、このロータアッセンブリ２を回転軸１にプレス等を用いて圧入して組み立てが完了した。

本例のハイブリッド型ステッピングモータ用ロータによれば、嵌合部５ｂがロータカラー嵌合用凹部内８Ａに嵌合された状態で、ロータスタック７Ｂ，７Ａと１つのロータカラー（５Ａ，５Ｂ）との間に回転軸１の径方向に向かう相対的な動きが生じないので、ロータアッセンブリ２を作る際に環状のロータカラー（５Ａ，５Ｂ）と回転軸１との位置合わせができた状態で、ロータカラー（５Ａ，５Ｂ）を２つのロータスタック７Ｂ，７Ａに嵌合できる。そのため、ロータカラー（５Ａ，５Ｂ）と回転軸１との軸芯がずれるのを防止できる。また、ロータスタック７Ｂ，７Ａと１つのロータカラー（５Ａ，５Ｂ）との間に回転軸１の径方向に向かう相対的な動きが生じるのを防ぐことができる。その結果、ロータアッセンブリ２を回転軸１に圧入できなくなるのを防ぐことができ、ロータカラー（５Ａ，５Ｂ）の回転軸１の周方向の重量バランスが悪くなるのを防ぐことができる。

上記例では、３個のスタックアセンブリ３Ａ〜３Ｃと２個のロータカラー５Ａ，５Ｂとを有するハイブリッド型ステッピングモータ用ロータの例を示したが、スタックアセンブリ及びロータカラーの数は任意である。例えば、図５に示す実施の形態のように、２個のスタックアセンブリ１０３Ａ，１０３Ｂと１個のロータカラー１０５とからなるロータアッセンブリ１０２を用いてロータを構成することもできる。このロータは、図１に示すロータからスタックアセンブリ３Ｃとロータカラー５Ｂを取り除いたものと基本的に同じ構造を有している。

本発明のハイブリッド型ステッピングモータ用ロータの一実施の形態の一部破断平面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示すハイブリッド型ステッピングモータ用ロータのロータスタックの正面図及び一部破断平面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示すハイブリッド型ステッピングモータ用ロータのロータカラーの正面図及び一部破断平面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示すハイブリッド型ステッピングモータ用ロータのロータカラーの製造方法を説明するために用いる図である。 本発明のハイブリッド型ステッピングモータ用ロータの他の実施の形態の一部破断平面図である。

符号の説明

１ 回転軸
３Ａ〜３Ｃ スタックアセンブリ
５Ａ，５Ｂ ロータカラー
５ａ 中心部
５ｂ 嵌合部
７Ａ，７Ｂ 一対のロータスタック
７ａ 固定部
７ｂ 小歯形成部
７ｃ 凹部
７ｄ 小歯
８Ａ ロータカラー嵌合用凹部
８Ｂ 非嵌合用凹部
９ 永久磁石

Claims (5)

1. 外周部に周方向に並ぶ複数の小歯を有する一対のロータスタックと、前記一対のロータスタックの間に挟持されて前記一対のロータスタックが有する前記複数の小歯に異なる極性の磁極が現れるように着磁された永久磁石とを備えて、回転軸に対して軸線方向に並ぶように取り付けられてなる複数のスタックアッセンブリと、
   非磁性体により構成されて、隣り合う２つの前記スタックアセンブリの間に間隙を形成するように前記２つのスタックアセンブリの間に挟まれた状態で配置される１以上のロータカラーとを備えているハイブリッド型ステッピングモータ用ロータであって、
   前記ロータカラーを間に介して前記軸線方向に対向する２つの前記ロータスタックには、それぞれ前記回転軸の周囲を囲むように形成されて相手方の前記ロータスタックに向かって開口するロータカラー嵌合用凹部が形成され、
   前記ロータカラーは、前記回転軸の径方向に延びる中心部と、前記中心部に対して前記軸線方向両側に位置し且つ対応する前記ロータスタックに形成された前記ロータカラー嵌合用凹部内に嵌合される一対の嵌合部とを有し、
   前記ロータカラー嵌合用凹部の形状と前記嵌合部の形状とは、前記嵌合部が前記ロータカラー嵌合用凹部内に嵌合された状態で、前記ロータスタックと前記ロータカラーとの間に前記回転軸の径方向に向かう相対的な動きが生じないように定められ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用ロータ。
2. 前記回転軸の軸線方向両側の端部にそれぞれ位置する２つの前記ロータスタックには、それぞれ前記ロータカラー嵌合用凹部と同じ形状の非嵌合用凹部が形成されている請求項１に記載のハイブリッド型ステッピングモータ用ロータ。
3. 前記ロータカラー嵌合用凹部の前記回転軸と直交する方向の断面の輪郭形状は、前記回転軸と同心になる円形であり、
   前記一対の嵌合部の前記回転軸と直交する方向の断面の輪郭形状は、前記回転軸の軸線を中心にして前記ロータカラー嵌合用凹部とほぼ同じ径寸法を有する円形であり、
   前記一対の嵌合部には、それぞれ軸線方向の外側に向かって開口し且つ前記回転軸と同心的に配置される円環状凹部がそれぞれ形成されている請求項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用ロータ。
4. 前記ロータカラーは、非磁性体金属のダイキャスト鋳造品からなることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド型ステッピングモータ用ロータ。
5. 請求項４に記載のハイブリッド型ステッピングモータ用ロータの製造方法において、
   前記ロータカラーの前記中心部の前記径方向に露出する表面に対応する部分に湯口及びオーバーフロー口の少なくとも1つを有し且つ前記ロータカラーの前記中心部の前記円環状凹部内に露出する表面に突き出しピンを押し当てる金型を用いたダイキャスト鋳造により前記ロータカラーを形成す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用ロータの製造方法。
   

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