JPH09308214A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無励磁状態でのロータの保持力を向上させる
ディテントトルクの大きいステッピングモータを提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 Ｎ極とＳ極とが周方向に沿って交互に着
磁されてなる筒状の永久磁石を有するロータ２と、ロー
タ２の軸方向に並べて設けられ、前記ロータ２の外周面
に間隔を空けて対向させられる極歯１７ａ・１７ｂ・１
７ｃ・１７ｄをロータ２の磁極１と同数周方向に上下・
交互に配してなる二相のヨーク１１・１２、および各ヨ
ークについて隣接する極歯を交互に異極に励磁するコイ
ル１５・１６を備えてなるステータ３とを具備し、前記
二相のヨーク１１・１２のうちいずれか一方のヨークの
極歯が他方のヨークの極歯とは異なる体積を有してなる
ことを特徴とするステッピングモータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステッピングモー
タに関し、特に、ロータの軸方向に二相のヨークを有す
る二相式のステッピングモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＯＡ機器、家電製品、自動車等の広い分
野におけるアクチュエータ部品として、入力パルス信号
に応じて一定角度の回転を行うステッピングモータが使
用されている。このステッピングモータは、パルス信号
ごとに巻線の励磁電流を切り換えることにより、磁気引
力または磁気反発力によって一定の回転角だけの回転移
動を行うものであり、パルスからトルクへのパワー変換
をオープンループのデジタル制御で行うことができるの
で、低価格かつ累積誤差の小さいことが特長である。

【０００３】このステッピングモータの一種に、ロータ
の軸方向にＡ相およびＢ相の二相のヨークを設けてなる
二相式のものがある。従来では、この二相式のステッピ
ングモータは、図７、図８に示すように、短冊状の磁極
１を周方向に複数着磁してなる円筒状の永久磁石を有す
るロータ２と、その周囲に配されるステータ３とから構
成されている。ステータ３は、図９に示すように、ロー
タ２の軸方向に二相のヨーク４を具備している。該ヨー
ク４は、それぞれ前記ロータ２の外面に間隔を空けて対
向させられる台形状の極歯４ａが前記ロータ２の磁極１
の数と同数ずつ形成されるとともに、該極歯４ａのピッ
チの１／４だけ位相をずらした状態で相互に固定されて
いる。これらヨーク４には、それぞれコイル５が備えら
れ、該コイル５への入力パルス信号の方向によって、各
極歯４ａの極を切り替えることができるようになってい
る。

【０００４】ところで、ステッピングモータを駆動する
電源がオフの状態のとき、ステッピングモータはコイル
５へ励磁電流を加えない状態、すなわち無励磁状態とな
る。このときロータ２は両相の極歯４ａへの磁極１の磁
着力が平衡する位置に停止する。この停止状態のステッ
ピングモータの静止トルク、すなわちディテントトルク
はロータ２の無励磁状態における保持力となる。該ディ
テントトルクは両相の軸方向の合成磁束密度に比例して
大きくなるが、従来のステッピングモータではパルス信
号入力時における回転動作の安定化のために軸方向の合
成磁束密度をできるだけ均一化するよう設定されてい
る。二相をそれぞれＡ相、Ｂ相とすると、従来のステッ
ピングモータでは、図１０に示すように軸方向のＡ相の
磁束密度６とＢ相の磁束密度７の合成磁束密度８は小さ
な最大値を周期的にもつ波形となっている。このように
従来は両相の合成磁束密度８は小さくディテントトルク
は小さかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この様なデ
ィテントトルクの小さい従来のステッピングモータで
は、用途によっては不都合が生じる場合があった。例え
ば、空調機器のルーバーを駆動・制御するモータとして
使用した場合には、ルーバーをステッピングモータによ
り駆動し、開放位置において停止させたとき、ディテン
トトルクが小さいためルーバーの重みによって停止状態
を保持できないという問題があった。すなわち、ルーバ
ーが下がってしまい、所定の位置に停止・保持できない
という支障を生じていた。本発明は、前記問題点に鑑み
てなされたもので、無励磁状態でのロータの保持力を向
上させるディテントトルクの大きいステッピングモータ
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために、以下の構成を採用した。すなわち、請
求項１記載のステッピングモータでは、Ｎ極とＳ極とが
周方向に沿って交互に着磁されてなる筒状の永久磁石を
有するロータと、ロータの軸方向に並べて設けられ、前
記ロータの外周面に間隔を空けて対向させられる極歯を
ロータの磁極と同数周方向に上下・交互に配してなる二
相のヨーク、および各ヨークについて隣接する極歯を交
互に異極に励磁するコイルを備えてなるステータとを具
備し、前記二相のヨークのうちいずれか一方のヨークの
極歯が他方のヨークの極歯とは異なる体積を有してなる
ものである。

【０００７】請求項２記載のステッピングモータでは、
Ｎ極とＳ極とが周方向に沿って交互に着磁されてなる筒
状の永久磁石を有するロータと、ロータの軸方向に並べ
て設けられ、前記ロータの外周面に間隔を空けて対向さ
せられる極歯をロータの磁極と同数周方向に上下・交互
に配してなる二相のヨーク、および各ヨークについて隣
接する極歯を交互に異極に励磁するコイルを備えてなる
ステータとを具備し、前記二相のヨークのうち一方のヨ
ークの極歯がロータの回転方向に周期的に他方のヨーク
の極歯とは異なる体積を有してなるものである。請求項
３記載のステッピングモータでは、請求項１または２記
載のステッピングモータにおいて、前記一方のヨークの
極歯は他方のヨークの極歯とは異なる厚さを有してなる
ものである。

【０００８】請求項１記載のステッピングモータによれ
ば、二相のヨークのうち一方のヨークの極歯が、他方の
ヨークの極歯とは異なる体積を有しているので、二相の
軸方向の合成磁束密度は二相のヨークの極歯の体積の違
いにより大きな最大値をもつ波形を周期的に生じること
から、ディテントトルクが向上し、ロータの保持力が高
まる。請求項２記載のステッピングモータによれば、二
相のヨークのうち一方のヨークの極歯が、ロータの回転
方向に周期的に他方のヨークの極歯とは異なる体積を有
しているので、二相の軸方向の合成磁束密度は二相のヨ
ークの極歯の体積の違いにより大きな最大値をもつ波形
を周期的に生じることから、ディテントトルクが向上
し、ロータの保持力が高まる。請求項３記載のステッピ
ングモータも、二相のヨークの極歯の体積が相違するこ
とになり、その合成磁束密度は大きな最大値をもつ波形
を周期的に生じることから、ディテントトルクが向上
し、ロータの保持力が高まる。また、極歯の厚さを変え
るだけであるから極歯成型金型等を共通にすることが可
能である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施形態を図
１〜図３を参照しながら詳細に説明する。図１の二相式
のステッピングモータ１０において、符号３がステー
タ、２がロータ、１１・１２がヨークである。ステータ
３の上下に設けられた孔に軸受け１３Ａ・１３Ｂを介し
て出力軸１４が回転自在に設置されており、該出力軸１
４には、軸方向に沿う短冊状の磁極１を周方向に複数着
磁してなる円筒状の永久磁石を有するロータ２が同軸的
に設けられ、その周囲にコイル１５・１６が組み込まれ
た二相のヨーク１１・１２が配されている。これらヨー
ク１１・１２は、それぞれ前記ロータ２の外面に間隔を
空けて対向させられる台形状の極歯１７ａ・１７ｂ・１
７ｃ・１７ｄを前記ロータ２の磁極１の数と同数ずつ有
している。図１、図２の上側をＡ相２１、下側をＢ相２
２とすると、これら両相のヨークとも、極歯１７ａ・１
７ｂ・１７ｃ・１７ｄがそれぞれ各ヨークの上下に交互
に周期的に配されている。そして、Ａ相２１のヨーク１
１の極歯１７ａ・１７ｂはＢ相２２のヨーク１２の極歯
１７ｃ・１７ｄのピッチの１／４だけ位相をずらした状
態で相互に固定されている。

【００１０】以上の点においては、図７および図８に示
す従来のステッピングモータと共通している。しかしな
がら、本実施形態のステッピングモータ１０は、前記ヨ
ーク１１・１２の一部の極歯の体積が異なり、従来のス
テッピングモータのように両相のヨーク４の極歯４ａが
全て同一形状・同一厚さ、すなわち同一体積であること
と相違している。本実施形態では、図２に示すようにＡ
相２１・Ｂ相２２とも極歯１７ａ・１７ｂ・１７ｃ・１
７ｄの面積は等しいが、図１に示すようにＢ相２２のヨ
ーク１２の極歯１７ｃ・１７ｄの厚さがＡ相２１のヨー
ク１１の極歯１７ａ・１７ｂの厚さ０．６ｍｍに対し、
０．１ｍｍ薄い０．５ｍｍの厚さに設定され、これによ
りＢ相２２の極歯１７ｃ・１７ｄの体積がＡ相２１の極
歯１７ａ・１７ｂの体積より小さく設定されている。図
２において、厚い方の極歯の外形線を太線とし、薄い方
の極歯は細線としている。また、図４も太線および細線
の区別については同様である。

【００１１】次に、図４および図５を参照して本発明の
第２実施形態について説明する。この第２実施形態と第
１実施形態との異なる点は、Ｂ相２２のヨーク１２の上
側の極歯１７ｃのみを薄く設定することにより、その体
積が他の極歯と異なるよう設定した点である。この極歯
１７ｃの厚さは０．５ｍｍ、他の極歯１７ａ・１７ｂ・
１７ｄの厚さは０．６ｍｍとした。極歯１７ｃと極歯１
７ｄはロータ２の回転方向に連続して交互に配され、体
積の小さい極歯１７ｃがヨーク１２中に周期的に設定さ
れることになる。したがって、図５に示すようにＢ相２
２の磁束密度２６はＡ相２１の磁束密度２７より小さな
最大値を周期的にもつ波形を生じる。このときのＡ相２
１とＢ相２２の合成磁束密度２８は極歯１７ａ・１７ｂ
と極歯１７ｃ・１７ｄが同一の体積をもつ従来の場合に
比べ、大きな最大値を周期的に有する波形となる。この
結果、第一実施形態と同様に大きなディテントトルクが
生じる。

【００１２】なお、第１、第２実施形態では極歯１７ａ
・１７ｂ・１７ｃ・１７ｄの体積を異なるものとするた
めにその厚さを変えたが、極歯１７の面積を変えたもの
や極歯１７の厚さおよび面積の両方を変えたものでも構
わない。例えば、本発明の第３実施形態として図６に示
すように、各極歯１７の厚さを等しく設定し、ヨーク１
２の極歯１７ｃのみの面積をヨーク１２の極歯１７ｄお
よびヨーク１１の極歯１７ａ・１７ｂより小さく設定し
た場合も、ヨーク１２の極歯１７ｃの体積は他の極歯１
７ａ・１７ｂ・１７ｄより小さくなる。このとき図５に
示したＡ相２１およびＢ相２２の磁束密度と同様な波形
を生じ、Ａ相２１とＢ相２２の合成磁束密度は大きな最
大値を周期的に有する波形を生じる。これにより極歯１
７ａ・１７ｂ・１７ｃ・１７ｄの体積を変えた場合と同
様に極歯１７ａ・１７ｂ・１７ｃ・１７ｄの面積を変化
させた場合も、同様の効果をもってディテントトルクを
大きくすることができる。

【００１３】これら各実施形態のうち、上記第１実施形
態および第２実施形態のように極歯１７ａ・１７ｂ・１
７ｃ・１７ｄの形状を同じにして、厚さのみを変更する
ことによって体積を変える場合は、プレス加工時の原板
の厚さを変更するだけで新たな加工用の金型および治具
等は必要としない。したがって、二相のヨークをそれぞ
れ作製する場合に、加工用金型および治具等を別々に作
製する必要はなく、これら加工用部材を共通化できるこ
とからコストが低減できるという利点がある。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では以下の
効果が得られる。請求項１記載のステッピングモータ
は、前記二相のヨークのうちいずれか一方のヨークの極
歯が他方のヨークの極歯とは異なる体積を有しているの
で、無励磁状態でのディテントトルクを大きくし、ロー
タの保持力を向上させる効果を奏することができる。こ
れによってディテントトルクが大きなステッピングモー
タを必要とする用途、例えば空調機器のルーバー等を駆
動・制御する場合にもルーバーの開放位置において無励
磁状態でもルーバーの停止・保持が可能となる。

【００１５】請求項２記載のステッピングモータでは、
前記二相のヨークのうち一方のヨークの極歯がロータの
回転方向に周期的に他方のヨークの極歯とは異なる体積
を有しているので、請求項１記載のステッピングモータ
と同様の効果を奏することができる。請求項３記載のス
テッピングモータでは、前記二相のヨークのうちいずれ
か一方のヨークの極歯が他方のヨークの極歯とは異なる
厚さを有しているので、請求項１または２記載のステッ
ピングモータと同様の効果を奏することができると共
に、二相のヨークをそれそれ作製する場合に、加工用金
型および治具等を別々に作製する必要はなく、これら加
工用部材を共通化できることからコストが低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステッピングモータの第１実施形態を
示す回転軸方向の断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態における極歯の配置およ
び形状を示したヨークの展開図である。

【図３】本実施形態の第１実施形態の磁極とヨークの間
の軸方向における磁束密度の説明図である。

【図４】本発明の第３実施形態における極歯の配置およ
び形状を示したヨークの展開図である。

【図５】本実施形態の第２実施形態および第３実施形態
の磁極とヨークの間の軸方向における磁束密度の説明図
である。

【図６】本実施形態の第３実施形態の磁極とヨークの間
の軸方向における磁束密度の説明図である。

【図７】ステッピングモータのロータを示す斜視図であ
る。

【図８】ステッピングモータの構造の従来例を示す一部
を破断した斜視図である。

【図９】従来のステッピングモータにおける極歯の配置
および形状を示したヨークの展開図である。

【図１０】従来のステッピングモータとヨークの間の軸
方向における磁束密度の説明図である。

【符号の説明】

１ 磁極 ２ ロータ ３ ステータ １０ ステッピングモータ １１・１２ ヨーク １７ａ・１７ｂ・１７ｃ・１７ｄ 極歯

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎ極とＳ極とが周方向に沿って交互に着
   磁されてなる筒状の永久磁石を有するロータと、 ロータの軸方向に並べて設けられ、前記ロータの外周面
   に間隔を空けて対向させられる極歯をロータの磁極と同
   数周方向に上下・交互に配してなる二相のヨーク、およ
   び各ヨークについて隣接する極歯を交互に異極に励磁す
   るコイルを備えてなるステータとを具備し、 前記二相のヨークのうちいずれか一方のヨークの極歯が
   他方のヨークの極歯とは異なる体積を有してなることを
   特徴とするステッピングモータ。
2. 【請求項２】 Ｎ極とＳ極とが周方向に沿って交互に着
   磁されてなる筒状の永久磁石を有するロータと、 ロータの軸方向に並べて設けられ、前記ロータの外周面
   に間隔を空けて対向させられる極歯をロータの磁極と同
   数周方向に上下・交互に配してなる二相のヨーク、およ
   び各ヨークについて隣接する極歯を交互に異極に励磁す
   るコイルを備えてなるステータとを具備し、 前記二相のヨークのうち一方のヨークの極歯がロータの
   回転方向に周期的に他方のヨークの極歯とは異なる体積
   を有してなることを特徴とするステッピングモータ。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のステッピングモ
   ータにおいて、 前記一方のヨークの極歯は他方のヨークの極歯とは異な
   る厚さを有してなることを特徴とするステッピングモー
   タ。