JPH10155263A - ハイブリッド型ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転子部分の慣性を小さくして高い応答性が
得られると共に、振動防止用ダンパ、減速機構、エンコ
ーダ等の補助機構を使用することによる機械的寸法の増
加がないハイブリッド型ステッピングモータを提供す
る。 【解決手段】 永久磁石１５に磁力の大きな希土類のも
のを使用して、この永久磁石１５の内径を大きく、かつ
厚みを薄く形成すると共に回転子軸１６のモータ本体内
の一部分の径を大きく、かつ中空に形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッド型ス
テッピングモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は従来のハイブリッド型ステッピン
グモータの構造を示す断面図である。この図において、
回転子軸１の中央部分には、軸方向に着磁された環状の
永久磁石２が取り付けられており、更にその両端部には
環状の回転子鉄心３Ａ、３Ｂがそれぞれ取り付けられて
いる。この場合、回転子鉄心３Ａ、３Ｂは、一方に対し
て他方が円周方向に３６０／２ｎ度シフトした状態で配
置されている。回転子軸１はフランジ４に取り付けられ
た軸受５と、エンドキャップ６に取り付けられた軸受７
とによって支えられており、フランジ４とエンドキャッ
プ６は固定子鉄心８の両端部分に取り付けられている。
固定子鉄心８には、その内周に沿って複数の極歯（図示
略）が形成されており、各極歯に固定子巻線９が巻回さ
れている。固定子巻線９からはリード線１０が引き出さ
れている。

【０００３】図９は回転子部分の一部断面を示す斜視図
である。永久磁石２の両端に取り付けられた回転子鉄心
３Ａ、３Ｂの夫々は、複数枚の鋼板を積層して形成され
たものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のハイブリッド型ステッピングモータにあっては、次
のような問題点があった。

【０００５】（イ）ハイブリッド型ステッピングモータ
は、低い周波数から高い周波数に亘る広い周波数帯の信
号で駆動され、特に高い周波数帯での高応答性が要求さ
れる。この高い応答性に応える為に高トルクであること
は勿論であるが、回転部分の重量を減らし低慣性にする
ことも必要である。しかしながら、現状のハイブリッド
型ステッピングモータでは、高トルクを得るために大形
の永久磁石を採用していることもあって、回転子部分の
慣性を小さくするのが困難であった。

【０００６】（ロ）ステッピグモータは、実際の使用に
おいては、直接負荷に接続することもあるが、多くの場
合は振動防止用ダンパ、減速機構、エンコーダ等の補助
機構を付加して使用している。これらの補助機構をハイ
ブリッド型ステッピングモータに装着する場合、これま
ではステッピングモータの回転子軸に接続せざるを得な
かった。このような状況は、昨今の軽薄短小、コンパク
ト化にはそぐわないことは勿論のこと、結合するカップ
リングの機械的な誤差も絡んで、制御系の角度精度も劣
化させてしまうことがあった。

【０００７】そこで本発明は、回転子部分の慣性を小さ
くして高い応答性が得られると共に、振動防止用ダン
パ、減速機構、エンコーダ等の補助機構を使用すること
による機械的寸法の増加がなく、かつこれらの補助機構
との接続を行なうための部品を削減でき、更には補助機
構との接続を機械的な誤差を伴うことなく行なうことが
できるハイブリッド型ステッピングモータを提供するこ
とを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以下、本発明の考え方に
ついて説明する。永久磁石に磁力の大きな希土類のもの
を使用することにより、永久磁石の内径を大きく、かつ
厚みを薄くすることが可能になるので、回転子軸の径を
大きく、かつ中空にすることができる。これにより、ト
ルクを低下させることなく回転子部分の重量を減らすこ
とが可能になり、慣性を小さくすることができる。ま
た、慣性が小さくなることで、高い応答性が実現でき
る。

【０００９】また、回転子軸の径を大きく、かつ中空に
することにより、その内部に回転子軸とは機械的に自由
な関係で、永久磁石を有する励磁補助機構を組み込むこ
とが可能になることから、ステッピングモータ自体が大
形になることなく、トルクの増加を図ることができる。
即ち、コンパクト化を図りながらもトルクの増加を図る
ことができる。

【００１０】更に、中空の回転子軸内に、振動防止用ダ
ンパ、減速機構又はエンコーダ等の補助機構を組み込む
ことが可能になることから、補助機構を使用することに
よる機械部分の寸法を大幅に縮めることができる。ま
た、これら補助機構をカップリング等を介して回転子軸
に接続する必要がないので、カップリング等の部品を減
らすことができると共に、カップリング等を使用するこ
とによる機械的な誤差による制御系の角度精度の劣化が
生じない。

【００１１】上記考えに基づく請求項１記載の発明によ
るハイブリッド型ステッピングモータは、磁励巻線が施
された複数個の励磁極を有する固定子と、この固定子の
内径と空隙を介して対向配置される回転子の一部、或い
は全部が、中空の円筒状に形成された回転子軸に希土類
の材料を環状に形成して成る永久磁石及び永久磁石と同
様の内径を持つ回転子鉄心が、中空の円筒状軸上に設け
られて成る回転子と、を備えるものである。

【００１２】請求項２記載の発明によるハイブリッド型
ステッピングモータは、前記回転子軸のモータ本体内の
中空円筒状部分の内部に、前記回転子軸の回転方向に対
して回転自在に設けられ、永久磁石を有する励磁補助機
構を更に備えるものである。

【００１３】請求項３記載の発明によるハイブリッド型
ステッピングモータは、前記回転子軸のモータ本体内の
中空円筒状部分の内部に、回動部が前記中空円筒状部分
の中心部分に接続された振動防止用ダンパ、減速機又は
エンコーダなどの補助機器を更に備えるものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面例と共に説明する。図１は本発明のハイブリッド型ス
テッピングモータの実施の形態１の構造を示す断面図で
ある。また、図２はこの実施の形態１のハイブリッド型
ステッピングモータの回転子部分を示す断面図である。
なお、これらの図において、前述した図８と共通する部
分には同一の符号を付してその説明を省略する。

【００１５】この実施の形態１のハイブリッド型ステッ
ピングモータは、環状の永久磁石１５を、その内径を従
来のものよりも大きく、かつ厚みを薄くすると共に、回
転子軸１６モータ本体内の一部分の径を永久磁石１５の
形状に見合った大きさとし、更にその部分を中空にした
ものである。永久磁石１５には磁力の大きな希土類のも
のを使用することにより、従来の永久磁石２（図８参
照）と同じ磁力でも内径を大きく、かつ厚みを薄くする
ことができる。また、これによって回転子部分の重量が
軽くなり、慣性が小さくなる。

【００１６】また、回転子軸１６の両端に取り付ける環
状の回転子鉄心１８Ａ、１８Ｂも永久磁石１５の大きさ
に見合う内径のものであることから、従来の回転子鉄心
３Ａ、３Ｂよりも重量が軽くなり、回転子軸１６の中空
部分１７の厚みを薄くしても充分な強度を得ることがで
きる。したがって、永久磁石１５、回転子鉄心１８Ａ、
１８Ｂ及び回転子軸１６の全重量が従来の回転子部分よ
りも軽くなり、これによって慣性が小さくなり、高速応
答が可能になる。なお、説明するまでもないが、回転子
鉄心１８Ａ、１８Ｂは、一方に対して他方が円周方向に
３６０／２ｎ度シフトして回転子軸１６の中空部分１７
に取り付けられている。

【００１７】このように、この実施の形態１では、永久
磁石１５に磁力の大きな希土類のものを使用して、この
永久磁石１５の内径を大きく、かつ厚みを薄く形成する
と共に、回転子軸１６のモータ本体内の一部分の径を大
きく、かつ中空に形成した。したがって、トルクを低下
させることなく回転子部分の重量を従来よりも小さくす
ることができる。これによって、慣性が小さくなり、高
い応答性が得られる。

【００１８】なお、この実施の形態１のハイブリッド型
ステッピングモータでは、永久磁石１５とその両側の回
転子鉄心１８Ａ、１８Ｂとを１組としたものであった
が、永久磁石とその両側の回転子鉄心とを１組としたも
のを２組設けても良い。

【００１９】即ち、図３に示すように、永久磁石１９Ａ
とその両側の回転子鉄心２０Ａ、２０Ｂとが組を成し、
また永久磁石１９Ｂとその両側の回転子鉄心２０Ｃ、２
０Ｄとが組を成している。なお、この場合は２組であっ
たが、要求されるモータ形状、或いはトルクの大小によ
り組数を任意に決定すれば良い。

【００２０】図４は本発明のハイブリッド型ステッピン
グモータの実施の形態２の構造を示す断面図である。こ
の図に示すように、この実施の形態２は、回転子軸１６
の中空部分１７内に回転子軸１６から浮せた状態で励磁
補助機構を収納したものである。この励磁補助機構は、
図５の回転子部分に示すように、環状の永久磁石２２と
回転子鉄心２３Ａ、２３Ｂとが一体の構造になった機構
部本体２４と、この機構部本体２４の回転子鉄心２３
Ａ、２３Ｂの夫々の内径側に設けられた軸受２５、２６
とから構成されている。永久磁石２２の着磁方向は、外
側の永久磁石１５と同一であることは言うまでもない
が、この永久磁石２２を設けることによって回転子部分
の磁化は一段と強まる。

【００２１】また、機構部本体２４が軸受２５、２６に
よって回転子軸１６とは機械的に自由な関係、即ち回転
子軸１６の回転方向に対して回転自在になっているの
で、固定子巻線９に通電して回転子が回転を始めても機
構部本体２４は回転を始めない。即ち、励磁補助機構を
設けても回転子部分の慣性の増加が生じない。なお、回
転子が長時間回転した場合、軸受２５、２６の僅かな摩
擦や永久磁石２２の吸引力によって機構部本体２４が僅
かながら回転することもあるが、その影響は僅かであ
り、問題になるものではない。寧ろ回転子の振動を防ぐ
ダンパとして働くので、このメリットの方が大きい。こ
の励磁補助機構により一層大きなトルクを得ることが可
能になる。

【００２２】このように、回転子軸１６の中空部分１７
内に永久磁石２２を有する励磁補助機構を組み込むこと
により、ステッピングモータ自体が大形になることな
く、トルクの増加を図ることができる。即ち、コンパク
ト化を図りながらもトルクの増加を図ることができる。

【００２３】図６は本発明のハイブリッド型ステッピン
グモータの実施の形態３の構造を示す断面図である。こ
の図に示すように、この実施の形態３は、一方の端（図
では左側の端）が開口した中空部分３１が設けられた回
転子軸３０の中空部分３１内に補助機構として減速機３
２を組み込んだものである。この場合、減速機３２を組
み込む関係上、回転子軸３０を受ける軸受のうちの一方
の軸受３３は大口径のものが使用されており、図示のよ
うに中空部分３１の開口部分とフランジ３４との間に設
けられている。なお、軸受３３は減速機３２の構造によ
り様々な選択が可能である。

【００２４】減速機３２はフランジ３４に固定されてお
り、またその入力軸３２Ａが中空部分３１内の中央部分
（回転子軸３０の中空部分３１内を貫通した部分）に接
続されている。回転子軸３０の中空部分３１は、図７に
示すように、厚みのある環状部材３１Ａによって回転子
軸３０に接続されている。この場合、回転子軸３０は、
実施の形態１〜３の回転子軸１６と違って一部分で中空
部分３１と接しているので、強度を得るということから
厚みのある環状部材３１Ａが使用されている。このよう
な構成において、固定子巻線９に通電が行なわれて回転
子が回転を始めると、そのときの回転がそのまま回転子
軸３０から得られる一方、減速機構３２の出力軸３２Ｂ
からは低速度・高トルクの回転が得られる。

【００２５】このように、回転子軸３０の中空部分３１
を使用することにより、機械部分の寸法が増加すること
なく、減速機構３２等の補助機構を組み込むことができ
る。また、減速機構３２をカップリング等を介して回転
子軸３０に接続する必要がないので、カップリング等の
部品を減らすことができると共に、カップリング等を使
用することによる機械的な誤差による制御系の角度精度
の劣化が生じない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、永久磁石に磁力の大きな希土類のものを使用し
て環状の永久磁石の内径を大きく、かつ厚みを薄くする
ことで、回転子軸の径を大きく、かつ中空にしたので、
トルクが低下することなく回転子部分の重量を従来より
も小さくでき、これによって慣性が小さくなって高い応
答性を得ることができる。

【００２７】請求項２の発明によれば、径を大きく、か
つ中空にした回転子軸の内部に回転子軸とは機械的に自
由な関係で永久磁石を有する励磁補助機構を組み込むよ
うにしたので、ステッピングモータ自体が大形になるこ
となく、トルクの増加を図ることができる。

【００２８】請求項３の発明によれば、中空の回転子軸
内に、振動防止用ダンパ、減速機構又はエンコーダ等の
補助機構を組み込むようにしたので、補助機構を使用す
ることによる機械部分の寸法を大幅に縮めることができ
る。また、これら補助機構をカップリング等を介して回
転子軸に接続する必要がないので、カップリング等の部
品を減らすことができると共に、カップリング等を使用
することによる機械的な誤差による制御系の角度精度の
劣化が生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るハイブリッド型ステッピングモー
タの実施の形態１の構成を示す断面図である。

【図２】同実施の形態１のハイブリッド型ステッピング
モータの回転子部分を示す断面図である。

【図３】同実施の形態１のハイブリッド型ステッピング
モータの回転子部分の応用例を示す断面図である。

【図４】本発明に係るハイブリッド型ステッピングモー
タの実施の形態２の構成を示す断面図である。

【図５】同実施の形態２のハイブリッド型ステッピング
モータの回転子部分を示す断面図である。

【図６】本発明に係るハイブリッド型ステッピングモー
タの実施の形態３の構成を示す断面図である。

【図７】同実施の形態３のハイブリッド型ステッピング
モータの回転子部分を示す断面図である。

【図８】従来のハイブリッド型ステッピングモータの構
成を示す断面図である。

【図９】従来のハイブリッド型ステッピングモータの回
転子部分を示す斜視図である。

【符号の説明】

８ 固定子鉄心 ９ 固定子巻線 １５、２２ 永久磁石 １６、３０ 回転子軸 １７、３１ 中空部分 １８Ａ、１８Ｂ、２３Ａ、２３Ｂ 回転子鉄心 ２５、２６ 軸受 ３２ 減速機

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁励巻線が施された複数個の励磁極を有
   する固定子と、 この固定子の内径と空隙を介して対向配置される回転子
   の一部、或いは全部が、中空の円筒状に形成された回転
   子軸に希土類の材料を環状に形成して成る永久磁石及び
   永久磁石と同様の内径を持つ回転子鉄心が、中空の円筒
   状軸上に設けられて成る回転子と、を備えたことを特徴
   とするハイブリッド型ステッピングモータ。
2. 【請求項２】 前記回転子軸のモータ本体内の中空円筒
   状部分の内部に、前記回転子軸の回転方向に対して回転
   自在に設けられ、永久磁石を有する励磁補助機構を更に
   備えたことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド型
   ステッピングモータ。
3. 【請求項３】 前記回転子軸のモータ本体内の中空円筒
   状部分の内部に、回動部が前記中空円筒状部分の中心部
   分に接続された振動防止用ダンパ、減速機又はエンコー
   ダなどの補助機器を更に備えたことを特徴とする請求項
   １記載のハイブリッド型ステッピングモータ。