JPH08256465A - ステップモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石を備えるステップモータに対し、効
率的にディテントルクを向上させることを目的とする。 【解決手段】 ハウジング内に筒状の永久磁石における
軸方向中心部のみに複数個対向する突起状の補助突起を
設け、この補助突起間にディテントルクを発生する磁気
回路を形成するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明はロータの停止位置を
精度よく一定に、かつ強力に保持させるようにしたディ
テントトルクの大きいPM（永久磁石）形のステップモー
タに関するもので、例えば自動車用各種制御装置の制御
対象の駆動装置として用いて好適なものである。 【０００２】 【従来の技術】従来周知のPM形ステップモータは、ロー
タの回転運動をねじ等によって軸の直線運動に変換する
ために、第１図に示すような構造を有する。第１図にお
いて、１はコップ状の第１ハウジング、２は円板状の第
２ハウジングで、両者はビス３によって相互に一体に固
定されモータの外殻をなしている。４はロータで、その
外周部円周方向に筒状の永久磁石５を配置し、内周部に
はめねじ６が形成されている。また、ロータ４の両端に
は軸８の軸方向移動を制限するストッパ面7a,7が設けら
れている。前記めねじ６には軸８に設けられたおねじ９
がかみあうようになっている。また、軸８には間隔を於
いて２個のストッパピン10,11 が設けられていて、ロー
タ４の両端のストッパ面7a,7b がストッパピン10,11 と
係止するようになっているので、軸８の軸方向移動可能
長さはロータ４の一方のストッパ面7aとストッパピン10
が係止する位置から、ロータ４の他方のストッパ面7bと
軸８のストッパピン11が係止する位置までである。ロー
タ４の両端には軸受12,12 ′が設けられ、この軸受12,1
2 ′を介してロータ４は第１ハウジング１および第２ハ
ウジング２にそれぞれ回転自在に保持されている。軸８
は各ハウジング1,2 に固定されている焼結含油軸受13,1
3 ′により回転自在に保持されている。ロータ４の外周
側には空隙14をへだてて固定子極となるスタータコア1
5,15 ′が設けられ、第１ハウジング１に固定されてい
る。このステータコア15,15 ′の内側にはボビン16によ
り絶縁されたステータの励磁コイル17,17 ′が巻装され
ている。前記２個のステータコア15,15 ′は、励磁コイ
ル17側および励磁コイル17′側でそれぞれ一対に組み合
わせられて、ロータ４の永久磁石５の外周面に、第１列
と第２列との２列のコアを形成している、そして、ステ
ータコア15,15 ′の内周部には後述する第５図図示の磁
極歯21,22 又は23,24 が交互に曲げ形成されている。前
記励磁コイル17,17 ′は第２図に示すごとく中間タップ
が設けられ、４相に結線されており、さらに第３図に示
すような駆動回路のトランジスタTR1 〜TR4 のコレクタ
に接続され、トランジスタTR1 〜TR4 により定められた
順序通りに励磁コイル17,17 ′の通電電流ON−OFF する
ことによりロータ４がステップ的に回転して、ロータ４
のめねじ６と軸８おねじ９とのかみあいを介して軸８は
前進又は後退の直線運動を行う。励磁の方法は、２相励
磁の場合、第４図に示すタイミングにて励磁が行われ、
ロータ４の回転数はタイミングの時間間隔ｔによって決
定される。また、励磁コイル17,17 ′の励磁、ロータ４
の回転時，停止時にかかわらず常時行なわれるのが一般
的であり、この場合は停止時のロータ４の保持トルク
（ホールディングトルク）は強力であるが、その代りト
ランジスタTR1 〜TR4 は連続通電に耐え、かつ自己発熱
による破壊に耐えるものが必要となため、大型のトラン
ジスタを使用する必要が生じる。さらに、停止時におい
ても励磁コイル17,17 ′は通電され続けるので、余分な
電力を消費していることになる。このため、ロータ４の
回転時のみ励磁コイル17,17 ′の励磁を行い、ロータ４
の停止時には全ての励磁コイル17,17 ′の励磁を停止さ
せる方式を採用して、トランジスタTR1 〜TR4 の発熱低
減，電力消費の低減を図ることを本発明者は試みた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところが、例えば自動
車のエンジンへの吸入空気量を制御するバルブの駆動装
置に、このようなステップモータを採用した場合、ステ
ップモータの停止時において、エンジンの振動によりロ
ータ４が回転してしまうという問題が生じた。この問題
の原因について本発明者が検討したところ、励磁コイル
17,17 ′の励磁が停止されると、ステータコア15,15 ′
のN,S 極が消滅し、ステータコア15,15 ′は単なる強磁
性体となるため、ロータ４の永久磁石５による磁性体の
吸引力（ディデントトルク）だけになるが、従来モータ
では第５図（Ａ），（Ｂ）に示すごとくステータコア1
5,15 ′の磁極歯21と22、及び磁極歯23と24の間隔（磁
極歯中心線間の間隔）が等間隔2Wになっており、かつ永
久磁石５に着磁されたＮ極とＳ極の幅がそれぞれ2Wで均
等になっており、その結果前記永久磁石５の吸引力によ
るロータ保持力（ディテントトルク）が比較的小さな値
になってしまうことがわかった。このことについて、更
に詳述すると、第５図（Ａ），（Ｂ）は永久磁石５及び
ステータコア15,15 ′の磁極歯21,22,23,24 の円周方向
の配列を模式的に示すものであって、第５図（Ｂ）はロ
ータ４の停止位置が第５図（Ａ）より１ステップ分だけ
図の右方向へ移動した状態を示している。ステータコア
15,15 ′の磁極歯21,22 側の列（第１列）及び磁極歯2
3,24 側の列（第２列）のいずれにおいても、これらの
歯は等間隔2Wに配列され、かつ永久磁石５のＮ極,S極の
幅も均等2Wになっているので、第５図（Ａ）のロータ停
止位置ではステータコア15,15 ′の第１列側では磁極歯
21,22 にそれぞれＮ極とＳ極の両方が誘起され、これら
の歯21,22 では磁束が打ち消し合う。よって、第１列の
磁極歯21,22 は実質上、ディテントトルクの発生に寄与
しない。そして、第２列の磁極歯23,24 に誘起されるＮ
極,S極のみがディテントトルクの発生に寄与するだけで
ある。また、第５図（Ｂ）のロータ停止位置では、第２
列側の磁極歯23,24 にそれぞれＮ極、Ｓ極の両方が誘起
されるので、第２列の磁極歯23,24 がディテントトルク
の発生に寄与しないという問題が生じる。このように、
従来構造では、第１列又は第２列の一方の磁極歯しかデ
ィテントトルクの発生に有効に機能しないため、ロータ
保持力が比較的小さな値になってしまい、その結果外部
からの振動等によりロータ４が回転してしまうのであ
る。 【０００４】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、励磁コイルへの非通電時において、永久磁石による
起磁力によってステータコアにおける既存の各極歯間に
形成される磁気回路に加え、新たに磁気回路を形成する
ための補助突起を永久磁石の中心位置に対向配置するこ
とによって、永久磁石を備えるロータに対し保持力（デ
ィテントトルクに相当する）を効果的に向上させること
ができるステップモータを提供することを目的とするも
のである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、外周面にＮ極とＳ極とが交互に着磁されて
成る筒状の永久磁石（５）を持ったロータ（４）と、こ
のロータ（４）を自身の内部に回転自在に保持するハウ
ジング（１，２）と、このハウジング（１，２）の内周
壁と前記ロータ（４）の外周との間に設けられ、前記ロ
ータ（４）の外周面の永久磁石（５）のＮ極又はＳ極に
対し一定の空隙（１４）を介して対抗配置された多数の
磁極歯（２１，２２，２３，２４）を持つステータコア
（１５，１５’）と、このステータコア（１５，１
５’）内に巻装され、前記磁極歯（２１，２２，２３，
２４）を磁化させて前記ロータ（４）をステップ状に駆
動する励磁コイル（１７，１’）とを備え、かつ、前記
ステータコア（１５，１５’）の磁極歯（２１，２２，
２３，２４）は前記ロータ（４）の永久磁石（５）の外
周囲に第１列と第２列との２列に分かれて前記ロータ
（４）を取り巻くように円周方向に配置されており、前
記ステータコア（１５，１５’）の第１列を構成する前
記磁極歯（２１，２２）と第２列を構成する前記磁極歯
（２３，２４）は、前記ロータ（４）の円周方向の位置
が相互に所定量ずれて配列されており、更に前記ハウジ
ング（１，２）内に、前記筒状の永久磁石（５）におけ
る軸方向中心部にのみ複数個対向するようにして、磁性
材料からなる突起状の補助突起（１０１）が配設され
て、前記励磁コイル（１７，１’）の非励磁時におい
て、当該永久磁石（５）からの磁束を受ける前記補助突
起（１０１）の間には、ディテントトルクを発生する磁
気回路が形成されるという技術的手段を採用する。 【０００６】上記技術的手段によれば、ロータ停止時に
永久磁石の磁力によって、補助突起１０１の各突起にそ
れぞれＳ極又はＮ極の一方のみが誘発され、この各突起
間および永久磁石との間に磁気回路が形成される。この
際、各補助突起１０１は、筒状の永久磁石における最も
磁束密度の高い軸方向の中心部にのみ配置されている。
このため、励磁コイルの非励磁時においても、大きなデ
ィテントトルクを発揮することができる。なお、第１列
を成すステータコアと第２列を成すステータコアとにお
いて、互いに面を対向させるステータコアの近傍に補助
突起を配置すれば、補助突起を永久磁石の中心部に対向
するように配設できる。 【０００７】 【発明の実施の形態】以下本発明を図に示す実施例につ
いて説明する。第６図は、本発明の一実施例を具体的に
示すステップモータの縦断面図であり、ステータコア1
5,15 ′は前述した第１図、第５図（Ａ），（Ｂ）に示
す従来構造と同様に、励磁コイル17側及び励磁コイル1
7′でそれぞれ一対に組み合わされて、ロータ４の永久
磁石５の外周上に２列のコアを形成しており、この２列
のステータコア15,15 ′の内周部には、永久磁石５のＮ
極又はＳ極に対し一定の空隙14を介して対向配置されロ
ータ４の円周方向に列をなす多数の磁極歯21,22,23,24
が一体に曲げ形成されている。この磁極歯21〜24の配列
は、第８図，第９図に示すごとく、第１列（第６図では
左側の列）側の磁極歯21,22 、および第２列（第６図で
は右側の列）側の磁極歯23,24 のいずれにおいてもロー
タ４の円周方向において隣接する磁極歯が互いに等間隔
（2W）に配列されている。ここで、間隔2Wは隣接する磁
極歯の中心線間の間隔である。一方、ロータ４の永久磁
石５に磁化されるＮ極とＳ極の幅は、上記間隔2Wと同じ
大きさになっている。また、第１列と第２列の磁極歯
（21,22 ），（23,24 ）は第8,9 図に図示してあるよう
にロータ円周方向の位置が相互に所定量すなわち上記間
隔2Wの大きさの1/2 だけずれて配列されている。そし
て、この実施例では、ステータコア15,15 ′の間に磁性
材料によって円板状に作られた補助ステータコア100 が
設けられている。この補助ステータコア100は第７図の
如く、永久磁石５の磁極と対向する内径部には突起101
が等間隔で永久磁石５の外周に磁化される極数の２倍の
数だけ設けてある。また、補助ステータコア100 には、
突起101 の外周側の位置に穴102 が設けられており、こ
の穴102 にはステータコア15及び15′に設けられた図示
しない突起が嵌入されて、ステータコア15,15 ′と補助
ステータコア100 との相対位置関係を決定するためのも
のである。なお上記補助ステータコア100 はステータコ
ア15と15′の間に設けなくても、永久磁石５の磁極と対
向する位置であれば、例えば一方のステータコア15にお
いて他方のステータコア15′と接しない側の端面部に設
けることも可能である。上記した実施例の構成によれ
ば、補助ステータコア100 は励磁コイル17,17 ′の磁化
の影響を受けないため、励磁コイル17,17 ′の通電時に
従来モータと同じ作動を行なう。一方、ロータ停止時の
無通電時においては、ステータコア15,15 ′の歯21,22,
23,24 は単なる鉄爪になり、また補助ステータコア100
も同様であり、永久磁石５の起磁力によってステータコ
ア15,15 ′と補助ステータコア100 によって磁気回路が
成立して、ロータ４にディテントトルクを生ずる。以下
このディテントトルクの発生形態について第７図〜第９
図を参照して具体的に述べる。ステータ15,15 ′の磁極
歯21,22,23,24 の数は第１列及び第２列において永久磁
石５の磁極数と同数設けられているので、永久磁石５の
１極に対してステータコア15,15 ′の磁極歯２ケが吸引
されるようになり、そして第８図のロータ停止位置では
第１列側の磁極歯21,22 にそれぞれＮ極とＳ極の両方が
誘起される。従って、これらの歯21,22 では磁束が打ち
消し合うので、実質上、ディテントトルクの発生に寄与
しない。また第９図は第８図より１ステップ分だけロー
タ４が図の右方向へ移動した状態を示しており、第９図
では第２列側の磁極歯23,24 にそれぞれＮ極とＳ極の両
方が誘起されるので、これらの歯23,24 はディテントト
ルクの発生に寄与しない。しかし、本実施例において
は、第８図のロータ位置では、第２列側の磁極歯23,24
と補助ステータコア100 の突起101 との組み合わせによ
り、また第９図のロータ位置では第１列側の磁極歯21,2
2 と補助ステータコア100 の突起101 との組み合せによ
りディテントトルクを効果的に向上できる。すなわち、
補助ステータコア100 の突起101 の数は永久磁石５の磁
極１ケ当り２ケ設けられているので、第７図に示すよう
に磁気回路を構成する。ここで、第７図において符号10
1 に付した（ｃ），（ｄ），（ｅ）は第８図、第９図の
c,d,eに対応する。そして第８図、第９図のいずれの位
置でも突起101 にはＳ極又はＮ極のいずれか一方のみが
誘起され、各突起101 と磁石５の磁極との間に吸引力が
発生するので、ステータコア15,15 ′の第１列又は第２
列の磁極歯によるディテントトルクを効果的に強化でき
る。ここで、補助ステータコア100 に仮に突起101 を設
けないとすると、ロータ４がどの位置にあっても永久磁
石５と補助ステータコア100 との間に磁気回路が構成さ
れ、この両者の間に吸引力が発生することになる。一
方、ステータコア15,15′の第１列又は第２列の磁極歯
と、永久磁石５との間のディテントトルクは、磁石５の
磁極と第１列又は第２列の磁極歯とが対向するロータ所
定位置で発生するから、上記のようにロータ４のどの位
置でも磁気回路が形成されると、上記所定位置における
第１列又は第２列の磁極歯によるディテントトルクを効
果的に補強できない。それ故、補助ステータコア100 に
は突起101 を設ける必要がある。そして、その突起101
の位置、数の選択により、ディテントトルクを強化でき
るロータ停止位置を自由に設定できる。以上から、停止
時の無通電時におけるディテントトルクは、ステータコ
ア15,15′の第１列又は第２列の磁極歯と永久磁石５と
の関係から発生するトルクと補助ステータコア100 の突
起101 と永久磁石５との関係から発生するトルクの合成
であるため、ロータ４の停止位置は大きな保持力にて保
持されることになる。次に第10図に示す他の実施例につ
いて説明する。前記実施例においては、永久磁石５の磁
極と補助ステータコア100 との間に発生するトルクの部
位は、永久磁石５の外周部に形成していたが、この他の
実施例においては永久磁石５の側端面に上記トルク発生
部位を形成する構成としている。この為、第10図の如く
補助ステータコア100 は永久磁石５の側端面に対向する
位置に設けているが、これ以外は第６図図示の前記実施
例と同じでよい。なおこの場合、永久磁石５の側端面に
も外周同様に着磁しておけば更に効果は大となる。ま
た、上記両実施例はロータ４の回転を軸８の直線運動に
変換する直線作動型で説明したが、回転型のモータを、
ある一定の角度のみ回転作動させて停止させる場合にも
本発明の適用が可能である。

【図面の簡単な説明】 【図１】従来のステップモータの一例を示す縦断面図で
ある。 【図２】第１図図示モータの励磁回路の模式結線図であ
る。 【図３】第１図図示モータの励磁回路の模式結線図であ
る。 【図４】前記モータの励磁コイルの付勢モードを示すタ
イムチャート 【図５】（Ａ），（Ｂ）は前記従来モータの磁極歯の配
列を示す模式図である。 【図６】本発明になるステップモータの一実施例の構成
を示す縦断面図である。 【図７】第７図は第６図図示の本発明モータにおける補
助ステータコアの平面図である。 【図８】本発明モータにおける磁極歯及び補助ステータ
コアの突起配列を示す模式図である。 【図９】本発明モータにおける磁極歯及び補助ステータ
コアの突起配列を示す模式図である。 【図１０】本発明になるステップモータの他の実施例の
構成を示す縦断面図である。 【符号の説明】 1,2 ハウジング １，２ ハウジング ４ ロータ ５ 永久磁石 １４ 磁コイル １５，１５’ ステータコア １７，１７’ 励磁コイル ２１，２２，２３，２４ ステータコアの磁極歯 １００ 補助ステータコア、 １０１ 特許

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）外周面にＮ極とＳ極とが交互に着磁されて成る筒
   状の永久磁石（５）を持ったロータ（４）と、 このロータ（４）を自身の内部に回転自在に保持するハ
   ウジング（１，２）と、 このハウジング（１，２）の内周壁と前記ロータ（４）
   の外周との間に設けられ、前記ロータ（４）の外周面の
   永久磁石（５）のＮ極又はＳ極に対し一定の空隙（１
   ４）を介して対抗配置された多数の磁極歯（２１，２
   ２，２３，２４）を持つステータコア（１５，１５’）
   と、 このステータコア（１５，１５’）内に巻装され、前記
   磁極歯（２１，２２，２３，２４）を磁化させて前記ロ
   ータ（４）をステップ状に駆動する励磁コイル（１７，
   １’）とを備え、 かつ、前記ステータコア（１５，１５’）の磁極歯（２
   １，２２，２３，２４）は前記ロータ（４）の永久磁石
   （５）の外周囲に第１列と第２列との２列に分かれて前
   記ロータ（４）を取り巻くように円周方向に配置されて
   おり、 前記ステータコア（１５，１５’）の第１列を構成する
   前記磁極歯（２１，２２）と第２列を構成する前記磁極
   歯（２３，２４）は、前記ロータ（４）の円周方向の位
   置が相互に所定量ずれて配列されており、 更に前記ハウジング（１，２）内に、前記筒状の永久磁
   石（５）における軸方向中心部にのみ複数個対向するよ
   うにして、磁性材料からなる突起状の補助突起（１０
   １）が配設されて、 前記励磁コイル（１７，１’）の非励磁時において、当
   該永久磁石（５）からの磁束を受ける前記補助突起（１
   ０１）の間には、ディテントトルクを発生する磁気回路
   が形成されることを特徴とするステップモータ。