JP2008113524A

JP2008113524A - アキシャルギャップ形コアレスモータおよび位置決め装置

Info

Publication number: JP2008113524A
Application number: JP2006296005A
Authority: JP
Inventors: Minoru Awazu; 稔粟津; Katsuya Seko; 克也世古
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: US20080100157A1; US7923878B2; JP4965968B2

Abstract

【課題】ロータマグネットに磁力の強い磁石を用いた場合でも、ロータの回転時におけるステータの振動や騒音の発生を防止できるとともに、ステータヨーク内部で磁束が飽和することを防止できるようにする。
【解決手段】ロータマグネット８が、ステータ１の空芯コイル４に対して軸方向からエアギャップ９を介して対向するように配置された状態で、ロータ６がステータ１に対して回転されるアキシャルギャップ形コアレスモータ１０において、ステータヨーク２は、複数枚の珪素鋼板２ａを例えばかしめにより積層固着して構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、アキシャルギャップ形コアレスモータおよびこのモータを用いた位置決め装置に関する。

従来のアキシャルギャップ形コアレスモータのステータヨークは、一枚の珪素鋼板や薄板の珪素鉄などの磁性材料で構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０５−２２７７１７号公報（図１参照）

ステータヨークとして一枚の珪素鋼板で構成したモータにおいて、ロータにおけるロータマグネットに、ネオジム焼結磁石のように磁力の強い磁石を用いた場合、ロータの回転時に、ロータマグネットによる磁気吸引力の影響により、ステータの振動や騒音の発生、モータの停止精度の悪化につながるという問題がある。また、ステータヨーク内部で磁束が飽和し、有効なトルクが得られないなどの問題もある。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、ロータマグネットに磁力の強い磁石を用いた場合でも、ロータの回転時におけるステータの振動や騒音の発生を防止できるとともに、ステータヨーク内部で磁束が飽和することを防止できるアキシャルギャップ形コアレスモータを提供することにある。また、第２の目的は、停止精度の向上を図ることができる位置決め装置を提供することにある。

上記した第１の目的を達成するために、請求項１のアキシャルギャップ形コアレスモータは、ステータヨーク、このステータヨークの一面に配置された配線基板、この配線基板の一面に環状に配置された複数個の空芯コイルを備えたステータと、周方向に複数の磁極を有するロータマグネットを備えたロータとを具備し、前記ロータマグネットが前記空芯コイルに対して軸方向からエアギャップを介して対向するように配置された状態で前記ロータが前記ステータに対して回転されるものにおいて、前記ステータヨークは、複数枚の珪素鋼板を積層固着して構成したことを特徴とする。

また、上記した第２の目的を達成するために、請求項８の位置決め装置は、請求項１〜７のいずれかに記載のアキシャルギャップ形コアレスモータを、回転機構部の駆動源に用いたことを特徴とする。

請求項１のアキシャルギャップ形コアレスモータによれば、ステータヨークを、複数枚の珪素鋼板を積層固着して構成したことにより、ステータヨークの剛性が増すことになり、ロータマグネットに磁力の強い磁石を用いた場合でも、ロータの回転時におけるステータの振動や騒音の発生を防止できる。また、珪素鋼板の厚さが増すことになり、ステータヨーク内部で磁束が飽和することを防止できるようになる。

請求項８の位置決め装置によれば、ロータの回転時におけるステータの振動を抑えることができるアキシャルギャップ形コアレスモータを、回転機構の駆動源に用いることにより、停止精度の向上を図ることができ、ひいては高精度の位置決め制御が可能となる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
まず、図１および図２において、ステータ１は、円環状をなすステータヨーク２（図３参照）と、このステータヨーク２の一面である上面に固着されたプリント基板からなる配線基板３と、この配線基板３の一面である上面にそれぞれ固着された複数個の空芯コイル４とから構成されている。このうち、空芯コイル４は、この場合１８個あり、周方向に等間隔で円環状に配置されている。各空芯コイル４は、配線基板３に設けられた図示しない配線パターンに電気的に接続されている。

上記ステータヨーク２は、複数枚、この場合４枚の珪素鋼板２ａを、かしめにより積層固着している。図３において、かしめた痕をかしめ部５として示している。この場合、かしめ部５の位置は、ステータヨーク２の内径方向の端部と外径方向の端部のみに、それぞれ周方向に等間隔（等配）に配置されている。かしめ部５は、内径側に１２箇所、外径側にも１２箇所配置されている。

ロータ６は、円環状をなすロータヨーク７と、このロータヨーク７の図１および図２中
下面に固定状態に配置された複数個のロータマグネット８とから構成されている。そして、このロータ６は、それらロータマグネット８の下面が、上記空芯コイル４に対して軸方向からエアギャップ９（図１参照）を介して対向するように配置された状態で、ステータ１に対して回転可能に配置されている。

ロータヨーク７は、磁性材料により構成されている。ロータマグネット８は、２ｎ個（ｎは１以上の整数）、この場合２４個あり、周方向に等間隔で環状となるように配置されている。各ロータマグネット８は、ほぼ矩形の板状をなしていて、空芯コイル４と対向する面の磁極が、隣同士で異極となるように配置されている。また、各ロータマグネット８は、この場合、磁力が強いとされるネオジム焼結磁石を用いている。なお、各ロータマグネット８は、上面から見て、外周部および内周部が、円環状をなすロータヨーク７の外周部および内周部の円弧に沿うような、円弧状をなす形状としてもよい。

ここで、各ロータマグネット８は、上記ステータヨーク２に対して、図３に二点鎖線で示すように、内径側のかしめ部５と外径側のかしめ部５との間に配置されるようになっていて、ロータ６の回転時に、各ロータマグネット８が内径側および外径側の各かしめ部５にほとんど対向しないように配置されている。従って、ステータヨーク２の各かしめ部５の位置は、ロータマグネット８に対向する位置から径方向に外れるように配置されている。換言すれば、各かしめ部５は、ステータヨーク２において径方向端部寄りに配置されている。以上により、本発明のアキシャルギャップ形コアレスモータ（以下、必要に応じてモータと称する）１０が構成されている。

図４には、カメラの位置決め装置１１が示されている。この位置決め装置１１の本体１２内に、上記モータ１０を駆動源とする回転機構部（図示せず）が配設されている。回転軸１３は、上記ロータ６の回転に基づき回転されるようになっていて、この回転軸１３の上端部に、制御対象のカメラ１４が連結されている。
位置決め装置１１は、モータ１０のロータ１３を回転制御することにより、カメラ１４の回転位置が制御される構成となっている。
上記した実施形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。

まず、アキシャルギャップ形コアレスモータ１０において、ステータヨーク２は、複数枚、この場合４枚の珪素鋼板２ａを積層固着して構成したので、ステータヨーク２の剛性が増すことになり、ロータマグネット８に磁力の強い磁石を用いた場合でも、ロータ６の回転時におけるステータ１の振動や騒音の発生を防止できる。また、ステータヨーク２は、珪素鋼板２ａの厚さが増すことになり、ステータヨーク２内部で磁束が飽和することを防止できるようになる。

ステータヨーク２は、複数枚の珪素鋼板２ａをかしめにより積層固着する構成としたことにより、ステータヨーク２の製造が容易にでき、コストの上昇を抑えることができる。
ステータヨーク２において、かしめ部５の位置を、ロータマグネット８と対向する位置から径方向に外れるように配置したので、ロータマグネット８とかしめ部５とが対向することを極力防止できるようになり、かしめ部５によって生じる磁気むらの発生を抑えることができ、ひいてはモータ１０の振動を一層抑制することができる。

そして、このように、ロータ６の回転時におけるステータ１の振動を抑えることができるモータ１０を、カメラ１４の位置決めをする回転機構部の駆動源に用いることにより、カメラ１４の停止精度の向上を図ることができ、ひいてはカメラ１４の高精度の位置決め制御が可能となる。

（第２の実施形態）
図５は本発明の第２の実施形態を示したもので、この第２の実施形態は、上記した第１の実施形態とは次の点が異なっている。すなわち、ステータヨーク２における各かしめ部５は、内径側のものも外径側のものも、ステータヨーク２の径方向の中心寄りに配置されている。かしめ部５の周方向の数は、第１の実施形態と同様にそれぞれ１２個で、周方向に等間隔（等配）に配置されている。

図６は、かしめ部５の径方向の位置の違いがトルクむらに与える影響を解析ソフトにより計算した結果を示している。このうち特性線Ａ１は、第１の実施形態の配置例（かしめ部５を径方向の端部にのみ配置した例）、特性線Ａ２は、第２の実施形態の配置例（かしめ部５を径方向の中心寄りに配置した例）である。

この図６から次のようなことがわかる。すなわち、かしめ部５を径方向の端部寄りに配置した場合（特性線Ａ１の場合）は、ロータ６の回転時にロータマグネット８がかしめ部５に対向しないで通過することになるため、かしめ部５によって生じる磁気むらの発生を抑えることができ、トルクむらを小さくすることができる。これに対し、かしめ部５を径方向の中心寄りに配置した場合（特性線Ａ２の場合）は、ロータ６の回転時にロータマグネット８がかしめ部５に対向しながら通過することになるため、かしめ部５によって生じる磁気むらの影響で、トルクむらがやや大きくなる。従って、トルクむらを抑える点では、第１の実施形態の方が優れていることがわかる。

（第３〜第７の実施形態）
図７及び図８は本発明の第３〜第７の実施形態を示す。このうち、図７は、かしめ部５の周方向の位置の違いによるトルクむらの影響を、解析ソフトにより計算した結果を示しており、図８（ａ）〜（ｅ）は、そのときのステータヨーク２のかしめ部５の位置を示したものである。計算したモータは、第１の実施形態と同様に、ロータマグネット８の磁極数が２４極のモータであり、いずれのステータヨーク２にも、径方向に３個並んだかしめ部５が、周方向に１２列配置されている。

図８において、（ａ）は、かしめ部５を、周方向に３０°間隔で等間隔（等配）に配置した例（等配、第３の実施形態）である。（ｂ）は、周方向の６０°内に存するかしめ部５を、一方から３３．７５°（他方からは２６．２５°）に位置するように配置した例（不等配１、第４の実施形態）である。（ｃ）は、周方向の６０°内に存するかしめ部５を、一方から３７．５°（他方から２２．５°）に位置するように配置した例（不等配２、第５の実施形態）である。（ｄ）は、周方向の６０°内に存するかしめ部５を、一方から４１．２５°（他方から１８．７５°）に位置するように配置した例（不等配３、第６の実施形態）である。そして、（ｅ）は、周方向の６０°内に存するかしめ部５を、一方から４５°（他方から１５°）に位置するように配置した例（不等配４、第７の実施形態）である。

図８の（ａ）（等配）と（ｅ）（不等配４）の場合には、ロータ６の回転時に、１２列全てのかしめ部５が、同時にロータマグネット８の下面と対向するのに対し、図８の（ｃ）（不等配２）の場合には、同時にロータマグネット８の下面と対向するかしめ部５は６列であり、そのときの残りの６列のかしめ部５は、隣り合ったロータマグネット８，８間の中央部分と対向するようになる。図８の（ｂ）（不等配１）と（ｄ）（不等配３）の場合には、同時にロータマグネット８の下面と対向するかしめ部５は６列であるが、そのときの残りの６列のかしめ部５も比較的ロータマグネット８に近い位置に対向するようになる。

図７から、ロータ６の回転時に、同時にロータマグネット８の下面と対向するかしめ部５の数（列）が多いほど、トルクむらが大きくなることがわかる。換言すれば、ロータ６の回転時に、同時にロータマグネット８の下面と対向するかしめ部５の数（列）が少ないほど、トルクむらが小さくなることがわかる。

（第８の実施形態）
図９は本発明の第８の実施形態を示すもので、この第８の実施形態は次の点に特徴を有している。すなわち、ステータヨーク２において、径方向に３個並んだかしめ部５が、周方向に１１列等間隔（１１等配）に配置されている。この実施形態においては、２４極のモータ（ロータマグネット８の磁極数が２４のモータ）において、その磁極数（２４）と、周方向のかしめ部５の数（１１）とは、１以外の公約数を持たないため、ロータ６の回転時に、ロータマグネット８がかしめ部５上を通過するタイミングを分散させることができ、トルクむらを小さくでき、ステータヨーク２の振動を一層抑えることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
ステータヨーク２を構成する複数枚の珪素鋼板２ａを、かしめにより積層固着することに代えて、接着剤の接着により積層固着するようにしても良い。このような構成とした場合には、かしめ部５によって生ずるような磁気むらの発生を抑えることができ、ひいてはステータヨーク２の振動を一層抑えることが可能となる。

ステータヨーク２を構成する複数枚の珪素鋼板２ａを、連結部材、例えばピンやリベットを用いて積層固着するようにしても良い。この場合、その連結部材の材料は、珪素鋼板２ａと同じ材料であることが好ましいが、異なる材料である場合には、磁性材料を用いることが好ましい。このようにした場合には、連結部材部分の磁気的影響を極力少なくすることができる。
ステータヨーク２を構成する珪素鋼板２ａの積層枚数は、４枚に限られず、２枚以上であれば良い。ロータマグネットは、１個の環状のものから構成し、これに２ｎ極の磁極を着磁したものを用いても良い。

本発明の第１の実施形態を示すアキシャルギャップ形コアレスモータの縦断面図同モータの概略的な斜視図ステータヨークの平面図位置決め装置の斜視図本発明の第２の実施形態を示す図３相当図かしめ位置の違い（径方向）によるトルク特性計算結果を示す特性線図本発明の第３〜第７の実施形態を示すもので、かしめ位置の違い（周方向）によるトルク特性計算結果を示す特性線図（ａ）〜（ｅ）は第３〜第７の実施形態を示すステータヨークの平面図本発明の第８の実施形態を示すステータヨークの平面図

符号の説明

図面中、１はステータ、２はステータヨーク、２ａは珪素鋼板、３は配線基板、４は空芯コイル、５はかしめ部、６はロータ、７はロータヨーク、８はロータマグネット、９はエアギャップ、１０はアキシャルギャップ形コアレスモータ、１１は位置決め装置、１４はカメラを示す。

Claims

ステータヨーク、このステータヨークの一面に配置された配線基板、この配線基板の一面に環状に配置された複数個の空芯コイルを備えたステータと、周方向に複数の磁極を有するロータマグネットを備えたロータとを具備し、前記ロータマグネットが前記空芯コイルに対して軸方向からエアギャップを介して対向するように配置された状態で前記ロータが前記ステータに対して回転されるアキシャルギャップ形コアレスモータにおいて、
前記ステータヨークは、複数枚の珪素鋼板を積層固着して構成したことを特徴とするアキシャルギャップ形コアレスモータ。
ステータヨークを構成する複数枚の珪素鋼板は、接着により積層固着されていることを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ形コアレスモータ。
ステータヨークを構成する複数枚の珪素鋼板は、かしめにより積層固着されていることを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ形コアレスモータ。
かしめの位置を、周方向に不等配に配置したことを特徴とする請求項３記載のアキシャルギャップ形コアレスモータ。
かしめの周方向の数は、ロータマグネットの磁極数との間で、１以外の公約数を持たない数とし、そのかしめの位置は、周方向に等配に配置したことを特徴とする請求項３記載のアキシャルギャップ形コアレスモータ。
かしめの位置を、ロータマグネットと対向する位置から径方向に外れるように配置したことを特徴とする請求項３記載のアキシャルギャップ形コアレスモータ。
ステータヨークを構成する複数枚の珪素鋼板を、珪素鋼板とは異なる材料の連結部材を用いて積層固着する際に、前記連結部材の材料を磁性材料とすることを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ形コアレスモータ。
請求項１〜７のいずれかに記載のアキシャルギャップ形コアレスモータを、回転機構部の駆動源に用いたことを特徴とする位置決め装置。