JPH0145262Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、ロータがロータ軸方向に着磁さ
れ、そのロータの上下面磁極と対向して上下ステ
ータを配置するステツプモータにおいて、そのロ
ータを所定方向に回転させるため、上下ステータ
に対してロータ位置を回転方向にシストさせるロ
ータシフト構造に関する。

第１図は、ロータがロータ軸方向に着磁され、
そのロータの上下面磁極と対向して上下ステータ
を配置するステツプモータである。

第１図中符号１で示すものは、ロータである。
ロータ１は、ロータ軸１ａを中心として回転す
る。そのロータ１の外周には、ロータ軸１ａを中
心とする円周位置に等間隔にそのロータ軸１ａと
平行な方向に交互にNS逆向きとなる如く２（2n
＋１）（ｎは正の整数）極着磁される。したがつ
て、ロータ１の上下面にはNS交互の磁極が360／
２（2n＋１）度毎に設けられ、その上下面の磁極
のずれは360／２（2n＋１）度である。そのよう
なロータ１のロータ軸１ａ方向上方には、１対の
板状の上ステータ２ａ，３ａがロータ軸１ａと直
角に並べて設けられる。それらの上ステータ２
ａ，３ａは、２つの駆動用上スリツトa₁，a₂で対
向する。それらの駆動用上スリツトa₁，a₂は、ロ
ータ軸１ａを通る一直線ｌ上に位置し、それぞれ
上述したロータ１の異なる上面磁極と順次対応す
るようになつている。他方、ロータ１のロータ軸
１ａ方向下方には、１対の板状の下ステータ２
ｂ，３ｂがロータ軸１ａと直角に並べて設けられ
る。それらの下ステータ２ｂ，３ｂは、２つの駆
動用下スリツトb₁，b₂で対向する。それらの駆動
用下スリツトb₁，b₂は、ロータ軸１ａを通る直線
ｍ上に位置し、それぞれロータ１の異なる下面磁
極と順次対応するようになつている。直線ｍは、
上述した上ステータ２ａ，３ａの駆動用スリツト
a₁，a₂が配される直線ｌから360／２（2n＋１）度
ずれている。故に、いま上ステータ２ａ，３ａの
駆動用上スリツトa₁がＮ極と対応するとき、別の
駆動用上スリツトa₂はＳ極と対応する。このと
き、下ステータ２ｂ，３ｂの駆動用下スリツトb₁
はＮ極と対応し、別の駆動用下スリツトb₂はＳ極
と対応するようになつている。第１図中符号４で
示すものは、駆動コイルである。駆動コイル４
は、それぞれの上下ステータ２ａ，３ａ，２ｂ，
３ｂと磁気的に結合され、交番パルスが加わる
と、それらの上下ステータ２ａ，３ａ，２ｂ，３
ｂに交互にNSの極性を発生させ、上下ステータ
の４つの駆動用上下スリツトa₁，a₂，b₁，b₂でロ
ータ磁極を吸引反発して、ロータ１を１極毎に間
欠的に回転させる。

上述したようなステツプモータにおいて、いま
ロータ１の磁極数を６極とすると、上下ステータ
２ａ，３ａ，２ｂ，３ｂに対するロータ１の安定
位置からロータ１が回転した角度θとロータ１に
働くトルクＴとは第２図に示す関係にある。第２
図中実線で示す曲線は静止トルク、一点鎖線で示
す曲線は駆動トルク、そして点線で示す曲線はそ
れらの合成トルクである。この第２図から判る通
り、θが０、すなわちロータ１が安定位置にある
とき、駆動コイル４に駆動パルスが送出されたと
しても、ロータ１には駆動トルクが作用せず、ロ
ータ１は明らかに回転しない。

そこで、従来は適宜手段により上下ステータ２
ａ，３ａ，２ｂ，３ｂに対するロータ１の安定位
置を回転方向にシフトさせ、ロータ１が安定位置
にあるとき、駆動コイル４に駆動パルスが送出さ
れると、ロータ１に駆動トルクが作用し、ロータ
１が回転するように工夫されていた。

この考案の目的は、そのようなロータシフト構
造を提供せんとするものである。

そして、この考案によるロータシフト構造は、
上述したようなステツプモータにおいて、ｋが正
の整数であるとき、 360／２（2n＋１）（ｋ＋１／６）≦δ≦−360／２（
2n＋１） （ｋ＋2.5／６）の関係にあるδのうちもつとも90度 に近い値をとるδを選択し、そのδ分だけ上下ス
テータの駆動用上下スリツトからそれぞれロータ
の回転方向にずらして上下ステータにシフト用上
下スリツトを設けることを特徴とする。

以下、図面に示すこの考案の実施例に基づき、
この考案を詳述する。

第３図は、この考案の一実施例を示し、第１図
に示すと同様なステツプモータで、ロータ１１が
ロータ軸１１ａ方向に６極着磁され、そのロータ
１１の上下面磁極と対向して上下ステータ１２
ａ，１３ａ，１２ｂ，１３ｂが配置される。そし
て、１対の上ステータ１２ａ，１３ａは、ロータ
軸１１ａを通る直線ｌ上に位置する駆動用上スリ
ツトa₁，a₂で対向する。他方、１対の下ステータ
１２ｂ，１３ｂは、ロータ軸１１ａを通る別の直
線ｍ上に位置する駆動用下スリツトb₁，b₂で対向
する。それらの直線ｌ・ｍは、60度ずれている。
しかし、第３図に示すステープモータでは、第１
図に示すステツプモータと異なり、さらに上ステ
ータ１２ａ，１３ａにそれぞれシフト用上スリツ
トc₁，c₂が設けられ、また下ステータ１２ｂ，１
３ｂにもそれぞれシフト用下スリツトd₁，d₂が設
けられる。それらのシフト用上スリツトc₁，c₂は
ロータ軸１１ａを通る直線ｐ上に位置し、またシ
フト用下スリツトd₁，d₂はロータ軸１１ａを通る
別の直線ｑ上に位置する。そして、それらの直線
ｐ・ｑは、それぞれ上述した直線ｌ・ｍからロー
タ１１の回転方向に角度δだけずれている。この
δの値は、70〜85度である。

第４図は、この考案の他の実施例であり、第３
図に示すステツプモータの１対の上ステータ１２
ａ，１３ａを一体に形成するとともに、１対の下
ステータ１２ｂ，１３ｂを一体に形成したもので
ある。一体に形成した上ステータ５には駆動用上
スリツトa₁，a₂とともに、シフト用上スリツト
c₁，c₂が設けられる。そして、シフト用上スリツ
トc₁，c₂は、駆動用上スリツトa₁，a₂からそれぞ
れロータ１１の回転方向に角度δだけずらして設
けられる。他方、一体に形成した下ステータ６に
も、駆動用下スリツトb₁，b₂とともに、シフト用
下スリツトd₁，d₂が設けられる。そして、シフト
用スリツトd₁，d₂は、駆動用上スリツトb₁，b₂か
らそれぞれロータ１１の回転方向に同じく角度δ
だけずらして設けられる。このδの値は、第３図
に示すステツプモータと同様に、ロータ１１が６
極着磁されるから、70〜85度である。

第３図および第４図に示すステツプモータにお
いて、仮に上下ステータがシフト用上下スリツト
c₁，c₂，d₁，d₂を有しないとき上下ステータに対
するロータ１１の安定位置からの回転角度をθと
し、シフト用上下スリツトc₁，c₂，d₁，d₂を設け
ることにより上下ステータに対しロータ１１が角
度ηだけシフトしたとすると、そのときのロータ
１１の回転角度θとロータ１１に働くトルクＴと
の関係は第５図に示す如くとなる。第５図中実線
で示す曲線は静止トルク、一点鎖線で示す曲線は
駆動トルク、そして点線で示す曲線はそれらの合
成トルクである。この第５図から判る通り、θが
シフト角η、すなわちロータ１１が安定位置にあ
るとき、駆動コイル１４に駆動パルスが送出され
ると、ロータ１１に駆動トルクが作用し、ロータ
１１は明らかに回転する。

次に、この考案によるロータシフト構造におい
て、駆動用スリツトに対するシフト用スリツトの
ずれ角度δにつき説明する。

第３図および第４図に示す実施例において、ロ
ータ１１に働く静止トルクTkは、次の式で表わ
すことができる。

Tk＝T₀＋T₁＝Asin6θ＋Bsin6（θ−δ） ここで、T₀は、上下ステータに駆動用スリツ
トa₁，a₂，b₁，b₂だけを設けたときの静止トルク
である。T₁は、上下ステータにシフト用スリツ
トc₁，c₂，d₁，d₂だけを設けたときの静止トルク
である。Ａは、上下ステータに駆動用スリツト
a₁，a₂，b₁，b₂だけを設けたときの最大静止トル
クである。Ｂは、上下ステータにシフト用スリツ
トc₁，c₂，d₁，d₂だけを設けたときの最大静止ト
ルクである。

式を合成すると、 Ｔ＝√²＋²＋26sin6 （θ−α／６） … ただし cosα＝Ａ＋Bcos6δ／√A²＋B²＋2ABcos6δ sinα＝Bsin6δ／√A²＋B²＋2ABcos6δ 式はすなわち第５図において実線で示す静止
トルク曲線であり、この式からシフト角ηが
α／６であり、最大静止トルクTmaxが√²＋²＋ 2ABcos6δであることが判る。

いま、シフト角ηおよび最大静止トルクTmax
とδとの関係をグラフに示すと、第６図Ａ〜Ｆの
如くとなる。実線で示す曲線はシフト角ηとδと
の関係を示し点線で示す曲線は最大静止トルク
Tmaxとδとの関係を示す。第６図ＡはＢ＝１／２ Ａのとき、ＢはＢ＝Ａ、ＣはＢ＝1.25A、ＤはＢ
＝1.5A、ＥはＢ＝2.0A、そしてＦはＢ＝3.0Aの
ときをそれぞれ示す。

これまでの経験から、ロータが６極着磁される
とき、ηの値は15度前後が好ましいことが判つて
いる。そこで、ηが15度のときの最大静止トルク
Tmaxを第６図Ａ〜Ｆから求めると、Ｂ＝１／２Ａ ではηの値が15度に達せず、Ｂ＝ＡではTmaxは
０となる。Ｂ＝1.25AではTmaxは0.7A、Ｂ＝
1.5Aでは1.1A、Ｂ＝2.0Aでは1.7A、そしてＢ＝
3.0Aでは2.8Aとなる。しかし、Ａを大きくとる
と、たとえば消費電力が大きくなる等の理由か
ら、Ａの値はできるだけ小さいことが望ましい。
その点を考慮すると、Ｂ＜1.5Aでは最大静止ト
ルクTmaxが小さ過ぎることとなる。そこで、Ｂ
≧1.5Aでなければならないことが判る。

いま、Ｂ≧1.5Aのときのシフト角ηとδとの
関係を改めて一つのグラフに示すと、第７図のよ
うになる。この第７図からシフト角ηが15±５度
となるようにδの値を決定すると、δは約70〜85
度の範囲となる。そこで、δは、６極ロータを用
いたステツプモータでは、70〜85度の範囲が最良
であることが判る。

以上は、第３図および第４図に示すような６極
ロータのときのδである。この考えを拡張し、こ
れを２（2n＋１）極ロータを使用するステツプモ
ータにも同様に適用すると、δの値は次の範囲と
なる。

360／２（2n＋１）（ｋ＋１／６）≦δ≦ 360／２（2n＋１）（ｋ＋2.5／６） ここで、ｋは正の整数である。

なお、δが90度に近いときシフト用スリツトに
基づく駆動トルクが０となるので、上記範囲にあ
るδのうち、δがもつとも90度に近い値を選択し
なければならない。

以上説明したようなこの考案によるロータシフ
ト構造は、製作が容易であり、かつ調整不要で、
組立における手数が大幅に軽減される利点があ
る。かつ、設計が容易となる利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、駆動用上下スリツトのみを有するス
テツプモータの平面図である。第２図は、第１図
に示すステツプモータにおけるロータの回転角θ
とロータの受けるトルクＴとの関係図である。第
３図は、この考案の一実施例を示し、この考案に
よるロータシフト構造を有するステツプモータの
平面図である。第４図は、この考案の他の実施例
を示し、この考案によるロータシフト構造を有す
るステツプモータの平面図である。第５図は、第
３図および第４図に示すステツプモータにおける
ロータの回転角θとロータの受けるトルクＴとの
関係図である。第６図Ａ〜Ｆは、第３図および第
４図に示すステツプモータにおけるシフト角ηお
よび最大静止トルクTmaxとシフト用スリツトの
ずれ角度δとの関係図であり、ＡはＢ＝１／２Ａの とき、ＢはＢ＝Ａのとき、ＣはＢ＝1.25Aのと
き、ＤはＢ＝1.5Aのとき、ＥはＢ＝2.0Aのとき、
そしてＦはＢ＝3.0Aのときを示す。第７図は、
Ｂ≧1.5Aのときのシフト角ηとシフト用スリツ
トのずれ角度δとの関係図である。 １１ａ……ロータ軸、１１……ロータ、a₁，a₂
……駆動用上スリツト、１２ａ，１３ａ，５……
上ステータ、b₁，b₂……駆動用下スリツト、１２
ｂ，１３ｂ，６……下ステータ、１４……駆動コ
イル、c₁，c₂……シフト用上スリツト、d₁，d₂…
…シフト用下スリツト、ｌ，ｍ……直線。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ロータと上ステータと下ステータと駆動コイル
   とを有し、 前記ロータは、磁極を有し、 各磁極は、ロータ軸を中心とする円周位置に配
   置され、等間隔に２（2n＋１）（ｎは正の整数）
   極着磁され、前記ロータ軸と平行な方向に交互に
   NS逆向きであり、 前記上ステータは、前記ロータの前記ロータ軸
   方向上方に配置され、かつそのロータの上面と平
   行に配置され、駆動用上スリツトとシフト用上ス
   リツトとを有し、 その駆動用上スリツトは、前記ロータ軸を通る
   一直線上に２つ配され、それぞれ前記ロータの異
   なる上面磁極と対応し、 前記下ステータは、前記ロータの前記ロータ軸
   方向下方に配置され、かつそのロータの下面と平
   行に配置され、駆動用下スリツトとシフト用下ス
   リツトとを有し、 その駆動用下スリツトは、前記ロータ軸を通る
   一直線上に２つ配され、それぞれ前記ロータの異
   なる下面磁極と対応し、 その駆動用下スリツトが配される直線は、前記
   駆動用上スリツトが配される直線から 360／２（2n＋１）度ずれ、 前記シフト用上下スリツトは、前記上下ステー
   タの駆動用上下スリツトからそれぞれロータの回
   転方向にδ分だけずらし、 そのδは、ｋが正の整数であるとき、 360／（2n＋１）（ｋ＋１／６）≦δ≦360／（2n＋１
   ）（ｋ＋ 2.5／６）の関係にあるδのうちもつとも90度に近い 値をとるものを選択し、 前記駆動コイルは、前記上下ステータと磁気的
   に結合され、交番駆動パルスを受け、前記上下ス
   テータに交互にNSの磁極を発生させて前記ロー
   タを回転する、 ステツプモータのロータシフト構造。