JPH10174412A - ステップモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ステップモータのトルクの増加、及び高速応答
性の改善を図る。 【解決手段】ハイブリッド型のステップモータのステー
タの第一のロータヨーク１０２ａに対向するステータと
第二のロータヨーク１０２ｂに対向するステータの間の
磁気抵抗を大きくする事により、第一のロータヨーク１
０２ａからステータを介して第二のロータヨーク１０２
ｂに直接磁束が抜けてしまい、無効磁束になる事を防止
する。また、コイルの中のステータの磁気抵抗を増加さ
せる事により、インダクタンスを減らし、ステップモー
タの高速応答性を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はステップモータ、特
にハイブリッド型と呼ばれるモータのステータ構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のハイブリッド型のステップモータ
は、ステップモータの斜視図である図４、ステップモー
タの断面図である図５、ステータの斜視図である図６に
示すごとく、マグネット１の両側に歯の付いたロータヨ
ーク２ａ，２ｂを配置し、この歯の位相を電気角で１８
０度ずらしてあり、これと対向して歯３ａを複数の腕部
３ｂの先端に設けたステータ３が配置してある。このス
テータ３にはコイル４が巻回してあり、このコイル４に
通電する事により、モータトルクを発生させていた。

【０００３】より詳しくは、マグネット１から発生した
磁束は、ロータヨーク２ａと対向しているステータ３の
歯３ａから腕部３ｂに入り、該腕部３ｂを経由して、コ
イルの中を通りステータ３の外周３ｃを経由してステー
タ３の別の腕部３ｂ１に入り、コイル４の中を通ってス
テータ３の歯３ａ１と対向しているロータヨーク２ｂを
経由して、マグネット１に戻る磁気回路を構成してい
る。この時、コイル４の中を通過した磁束がモータのト
ルクを発生するのに有効な磁束である。

【０００４】ロータコア２ａとロータコア２ｂは位相が
１８０度ずれているため、ロータコア２ａとステータ３
の歯３ｂ間は空間の隙間が小さく磁気抵抗が小さい。し
かし、ロータコア２ｂとステータ３歯３ａの間は歯が合
っていないため、空間の隙間が大きく磁気抵抗が大きく
なるよう構成していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの従来
構造では、ロータコア２ａとロータコア２ｂは位相が１
８０度ずれているため、ロータコア２ａとステータ３の
歯３ａが対向して歯が合っている時は空間の隙間が小さ
く磁気抵抗が小さい。しかし、ロータコア２ｂとステー
タ３の歯３ａ間は位相がずれているため、歯が合ってい
ない。そのため空間の隙間が大きく磁気抵抗が大きくな
るよう構成してはあったが、このロータコア２ｂとステ
ータ３の歯３ａ間の磁気抵抗はステップモータの１ステ
ップの角度が小さくなる事により歯３ａも必然的に小さ
くなり、ロータコア２ｂと歯３ａが合っていない場合で
も、歯３ａの形状が小さくなるにしたがって磁気抵抗も
小さくなってしまい、本来マグネット１から発生した磁
束は、ロータヨーク２ａと対向しているステータ３の腕
３ｂに設けた歯３ａからステータ３に流れ、ステータ３
の腕部３ｂを経由して、コイル４の中を通りステータ３
の外周３ｃを経由して別のステータ３の腕部３ｂ１に入
り、ステータ３の腕部３ｂ１に入り、コイル４の中を通
ってステータ３の歯３ａ１と対向しているロータヨーク
２ｂを経由して、マグネット１に戻る磁気回路を構成し
ているはずであったのが、マグネット１から発生した磁
束が、ロータヨーク２ａからこれと対向しているステー
タ３の腕部３ｂに設けた歯３ａからステータ３の腕部３
ｂに流れそれがコイル内を通過せずにまた腕部３ｂから
歯３ａを通ってロータヨーク２ｂに戻ってしまう磁束の
流れが（図中矢印５）大きくなってしまい、トルクの発
生に寄与しない無効磁束が大きく発生していた。さら
に、コイル４はステータ３の腕部３ｂに巻かれているた
め、コイルの４中に磁気回路が詰まっているため、イン
ダクタンスが大きくなり、特にステップモータを高速駆
動する場合に、このコイル４のインダクタンスがコイル
４に流れ込む電流の立ち上がりを鈍らせ、ステップモー
タの高速応答性を落としていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はマグネットを挟
んで配置した磁性体からなり外周部に歯を構成した円盤
状の第一と第二のロータヨークと、該マグネットと該ロ
ータヨークと共に回転する回転軸とからなるロータと、
該ロータヨークの歯に対向し、複数本の腕の先端に歯を
構成したステータと、該ステータの腕部に巻回したコイ
ルと、該ステータと係合し、該回転軸を軸支する軸受部
材とからなるステップモータに於いて、該ステータに設
けた腕部の第一のロータヨークに対向する部分から第二
のロータヨークに対向する部分までの間の磁気回路の磁
気抵抗が大きくなるように構成した事を特徴とする。

【０００７】また、該ステータは、該回転軸の径方向の
断面形状が、該第一のロータヨークと該第二のロータヨ
ークと対向する部分と、この間の部分では断面積が小さ
い形状をしている事を特徴とする。

【０００８】さらに、該ステータは、該ステータに設け
た腕部の第一のロータヨークに対向する部分から第二の
ロータヨークに対向する部分までの間で、略該マグネッ
トと対向する部分が該コイルを巻回した内部まで切り取
ってある事を特徴とする。

【０００９】（作用）以上の如く構成したステップモー
タはステータの第一のロータヨークと対向するステータ
部分と第二のロータヨークと対向するステータ部分の間
の磁気抵抗を大きくする事で、グネットから発生した磁
束が、第一のロータヨークからこれと対向しているステ
ータの腕に設けた歯からステータに流れそれがコイル内
を通過せずにまたステータから第二のロータヨークに戻
ってしまう磁束の流れが大きくなってしまう事を防止
し、コイル内を通過する有効磁束を飛躍的に増やす事が
でき、モータのトルクを大きくする事ができる。

【００１０】さらに、ステータの腕のマグネットに対向
する部分をコイル巻回部の内部まで削り取る事により、
コイルのインダクタンスを少なくでき、モータの高速応
答性を改善する事ができるのである。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明に於けるハイブリッ
ド型ステップモータのステータとロータの斜視図であ
る。図２は本発明のステップモータの断面図である。

【００１２】マグネット１０１の両側に外周に歯を付け
た第一のロータヨーク１０２ａと第二のロータヨーク１
０２ｂを取付け、これらの中心には回転軸１００が通っ
ている。このロータの外周に該ロータヨーク１０２ａと
対向した歯１０３ａ、ロータヨーク１０２ｂと対向した
歯１０３ｂがステータ１０３に配置してある。ステータ
１０３には８本の腕部１０３ｃを構成してある。それぞ
れの腕１０３ｃにはインシュレータ１０４（絶縁用のプ
ラスチック成形品）をかぶせてあり、このインシュレー
タ１０４にコイル１０５が巻回してある。これらのコイ
ル１０５は腕１０３ｃの１つおきに直列に接続してある
が、巻き方向は１つおきに逆になっている。これは、マ
グネット１０１から第一のロータヨーク１０２ａを通っ
てステータ１０３の腕１０３ｃからコイル１０５を貫い
た磁束がステータ１０３の外周１０３ｄを通ってステー
タ１０３の腕１０３ｃに流れ、腕部１０３ｃの外周に巻
回したコイル１０５を貫くため、コイル１０５と一つ離
れたコイル１０５では磁束の向きが逆になるため、これ
らの磁束を有効にコイル１０５で拾うためである。

【００１３】ステータ１０３の両側には回転軸１００を
軸支する為の軸受１０６ａ、１０６ｂが入るエンドキャ
ップ１０７ａ、１０７ｂが取り付けて有り、これらは４
本のネジ１０８によってステータ１０３と締結してあ
る。ステータ１０３の腕部１０３ｃは第一のロータヨー
ク１０３ａと対向する部分と第二のロータヨーク１０３
ｂは歯が切ってあるが、その中間のマグネット１０１と
対向する部分はステータ１０３の腕部１０３ｃが削り取
ってある。

【００１４】このように構成する事により、コイル１０
５の内部のステータ１０３の腕部１０３ｃの中央部が無
いため、コイル１０５の持つインダクタンスが極端に減
少する。なお、このステータ１０３の切り取った部分
は、ステータの強度が低下するため、強度低下を防止す
るためには、非磁性の材料例えば接着剤を充填する事に
よって強度低下を防止する事もできる。

【００１５】図３は図１のステータ１０３の腕部１０３
ｃの分解斜視図である。この実施形態に於いては、ステ
ータ１０３は薄板の積層板で構成してあり積層板として
は、一般に珪素鋼板が用いられている。第一と第二のロ
ータヨーク１０２ａ、１０２ｂと対向する部分とその中
間部分ではステータ３の断面形状が異なっている。この
例では、ステータ３の腕部１０３ｃに大きな穴１０３ｅ
を明けてある。このように構成する事によっても前述の
第一のロータヨーク１０２ａに対向するステータ１０３
の腕部１０３ｃから第二のロータヨーク１０２ｂに対向
するステータ１０３の腕部１０３ｃの間のステータ１０
３の磁気抵抗を増加させる事ができ磁束の流れを制御す
る事ができる。この例ではステータ３が切り取られるわ
けではないため、ステータ３の腕部１０３ｃ強度低下を
防止できる。

【００１６】なお、本実施形態では、ロータがステータ
の内部にあるインナーロータタイプのステップモータの
例を示したが、ロータがステータの外部にあるアウター
ロータタイプのステップモータでも同様である事は明白
である。

【００１７】

【発明の効果】以上説明した如く、マグネットを挟んで
配置した磁性体からなり外周部に歯を構成した円盤状の
第一と第二のロータヨークと、該マグネットと該ロータ
ヨークと共に回転する回転軸とからなるロータと、該ロ
ータヨークの歯に対向し、複数本の腕の先端に歯を構成
したステータと、該ステータの腕部に巻回したコイル
と、該ステータと係合し、該回転軸を軸支する軸受部材
とからなるステップモータに於いて、該ステータに設け
た腕部の第一のロータヨークに対向する部分から第二の
ロータヨークに対向する部分までの間の磁気回路の磁気
抵抗が大きくなるように構成した事により、ロータから
ステータに流れた磁束が、そのままステータから再びロ
ータに抜けてしまい、コイル内を通過せず、無効磁束に
なる事を阻止でき、モータトルクを飛躍的に増加させる
事ができた。

【００１８】また、該ステータは、該回転軸の径方向の
断面形状が、該第一のロータヨークと該第二のロータヨ
ークと対向する部分と、この間の部分では異なる形状に
構成する事により、ステータの腕部の磁気抵抗を増大さ
せ、第一のロータヨークからステータに流れた磁束が、
そのままステータから第二のロータに抜けてしまい、コ
イル内を通過せず、無効磁束になる事を阻止でき、モー
タトルクを飛躍的に増加させる事ができた。

【００１９】さらに、該ステータは、該ステータに設け
た腕部の第一のロータヨークに対向する部分から第二の
ロータヨークに対向する部分までの間で、略該マグネッ
トと対向する部分が該コイルを巻回した内部まで切り取
ってある事により、ステータの腕部に巻き回したコイル
のインダクタンスが小さくなり、ステップモータに流れ
込む電流の立ち上がりを早くする事ができ、ステップモ
ータの応答性を大きく改善する事ができた。この効果は
例えばステータの腕部のマグネットと対向する部分の中
間部分の面形状に穴を明ける事によっても磁気抵抗が増
加し、同様な効果を得る事ができた。以上説明したごと
く、本発明の効果は非常に大きく、ステップモータのト
ルクの改善と応答性の改善に大きく貢献するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のハイブリッド型ステップモータのステ
ータとロータの斜視図。

【図２】本発明のステップモータの断面図。

【図３】本発明のステップモータのステータの分解斜視
図。

【図４】従来のステップモータの分解斜視図。

【図５】従来のステップモータのステータの斜視図。

【図６】従来のステップモータの断面図。

【符号の説明】

１０１ マグネット １０２ａ 第一のロータヨーク １０２ｂ 第二のロータヨーク １０３ ステータ １０３ａ、１０３ｂ 歯 １０３ｃ 腕部 １０３ｄ 外周部 １０５ コイル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マグネットを挟んで配置した磁性体から
   なり外周部に歯を構成した円盤状の第一のロータヨーク
   と第二のロータヨーク、該マグネットと該ロータヨーク
   と共に回転する回転軸とからなるロータと、 該ロータヨークの歯に対向し、複数本の腕の先端に歯を
   構成したステータと、該ステータの腕部に巻回したコイ
   ルと、該ステータと係合し、該回転軸を軸支する軸受部
   材とからなるステップモータにおいて、 該ステータに設けた腕部の第一のロータヨークに対向す
   る部分から第二のロータヨークに対向する部分までの間
   の磁気回路の磁気抵抗が大きくなるように構成した事を
   特徴とするステップモータ。
2. 【請求項２】 該ステータは、該回転軸に対して径方向
   の断面形状が、該第一のロータヨークと該第二のロータ
   ヨークと対向する部分と、この間の部分で断面積が小さ
   い形状をしている事を特徴とする請求項１記載のステッ
   プモータ。
3. 【請求項３】 該ステータは、該ステータに設けた腕部
   の第一のロータヨークに対向する部分から第二ロータヨ
   ークに対向する部分までの間で、略該マグネットと対向
   する部分が該コイルを巻回した内部まで切り取ってある
   事を特徴とする請求項１記載のステップモータ。