JPS60156257A - ステツプモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はステップモータに係り、特にステップモータを
薄型化する技術に関するものである。

従来技術 ステップモータは、制御が簡単で位置決め精度も良く、
保守も必要としない等の長所を備えているところから、
従来より種々の分野において使用されており、近年では
、フロッピーディスク装置の磁気ヘッドやタイプライタ
のキャリッジの送り用モータとしても多く使用されてい
る。

ところで、このステップモータは、最近、それが採用さ
れる装置のコンパクト化、薄型化に伴って薄型化される
傾向にある（特にこの傾向は上記フロッピーディスク装
置において顕著である）が、ロータとステータとが半径
方向において対面する、いわゆるラジアルギヤツブ型の
従来のＰＭ形（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ　Ｔ
ｙｐｅ　）やＶＲ形（Ｖａｌｉａｂ［ｅ　Ｒｅ１ｕｃｔ
ａｎｃｅ　Ｔｙｐｅ）　、あるいはハイブリッドＰＭ形
等のステップモータでは、その構造上、あまり薄くする
と必要なトルクが得られなくなるところがら、ある限度
以上には薄型化できず、これが装置の薄型化を妨げる一
要因となっていた。

すなわち、ラジアルギャップ型のステップモータでは、
ステータの磁極とロータのロータ歯とが重なり合う部分
の回転軸線に平行な方向における長さに出力トルクの大
きさがほぼ比例するため、十分な出力トルクを得るため
にはそれらの長さ、つまりステップモータの厚さをある
程度厚くする必要があったのである。

発明の目的 本発明は、このような事情を背景として為されたもので
あって、その目的とするところは、薄型化しても十分な
出力トルクを得ることのできるステップモータを提供す
ることにある。

発明の構成 この目的を達成するために、第一の発明に係るステップ
モータは、ｆａｔ円板状本体の一例にその本体の回転軸
線を中心とする一円周上においてその回転軸線に平行な
方向に突出してロータ歯が一体に形成されたロータコア
と、（ｂｌそのロータコアのロータ歯と前記回転軸線に
平行な方向において対向するようにステータ磁極が一体
に突出形成されたステータコアと、ｆｃ）そのステータ
コアに設けられ、前記ロータ歯とステータ磁極との間に
一定の間隔を置いて前記ロータコアを回転可能に支承す
る軸受と、ｆｄ＋前記ステータコアの各磁極に巻き付け
られた駆動コイル群とを備えた構成とされる。

また、第二の発明に係るステップモータでは、以上の構
成に加えて、ｔｅｌ前記ステータコアと前記ロータコア
との間においてそれらのステータ磁極およびロータ歯の
内周側もしくは外周側に位置して前記ステータコアもし
くはロータコアのいずれか一方に配設された永久磁石を
備えた構成とされる。

発明のりＪ果 上記第−発明に係るステップモータにおいては、ロータ
コアの回転に応じて磁力線を切るロータ歯の面積は、従
来のラジアルギャップ型の場合と異なり、ステータコア
の磁極とロータコアのロータ歯との重なり合う部分の半
径方向の長さに比例する。つまり、出力トルクはロータ
コアのロータ歯およびステータコアの磁極の半（条方向
の長さを増すことによって増加させることができ、従来
のようにそれらの回転軸線に平行な方向の厚さを厚くす
る必要はないのであり、出力トルクを低下させることな
くステップモータを薄くするごとができるのである。

また、第二発明によれば、上記第一発明と同様の効果が
得られることはもちろん、永久磁石と駆動コイル群とを
利用して高精度、高トルクのハイブリッドＰＭ形ステッ
プモータを構成することが可能となる。

実施例 以下、本発明をバイブリソＦＰＭ形ステンプモータに適
用した場合の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図および第２図は、それぞれ本発明に係るステップ
モータの一実施例を示す平面図およびその■−■断面図
であるが、これらの図において〜１０は円板状のロータ
コアであって、内周側の円板状のハブＩ２とその外周側
に同心的に固定された円環状のロータ本体１４とから成
っており、ハブ１２の中心部においてロータ軸１６の一
方の端面にねじ１８によって固定されている。なお、口
−タ本体１４は純鉄、３％けい素鋼、パーメジュール、
パーマロイ等の透磁率の高い材料からなっており、冷間
鍛造等によって一体に形成されている。

一方、２０はロータコア１０と同様の材料からなるステ
ータコアであって、ロータコア１０と同径の円板状を成
しており、中心部に形成されたボス部２２におい゛ζス
ラスト軸受２４および摺動メタル２６を介して前記ロー
タ軸１６、すなわらロータコア１０を回転可能に支承し
ている。つまり、ロータコア１０とステータコア２０と
は、ロータ軸１６の軸心（ロータコア１０の回転軸線）
まわりに相対回転可能な状態で、その軸心に平行な方向
において互いに対向して設けられているのである。なお
、摺動メタル２６は、第２図から明らかなように、前記
ロータコア１０のハブ１２との間にスラス１軸受２４を
上下に挟む状態で設けられており、外周面をステータコ
ア２０のボス部２２内周面に正大固定され、内周面でロ
ータ軸１６の外周面を回転可能に支持するようにされて
いる。

また、上述の説明から明らかなように、本実施例では、
スラスト軸受２４とラジアル軸受としての摺動メタル２
６とによって軸受が構成されている。

上述のようにロータ軸１６の軸心に平行な方向において
対向させられたロータコア１０とステータコア２０との
互いに対面する側の面の外周部には、それぞれ互いに接
近する方向に向かってロータ歯２８およびステータ磁極
３０が突出形成されている。ロータコア１０の外周部、
つまりロータ本体１４の外周部のロータ歯２８は、第３
図乃至第５図に示されているように、ロータ軸１６の軸
心を中心とする一円周上に、放射状にかつ等間隔に１０
０個形成されている。また、ステータコア２０の外周部
のステータ磁極３０も、第６図に示されているように、
ロータ軸１６の軸心を中心とする一円周上に、上記ロー
タ歯２８に対向するように、放射状にかつ等間隔に１６
個形成されている。そして、各磁極３０の先端部に、第
７図および第８図に示されているように、ロータ歯２８
と　１等ピッチで３つの小歯３３が突出形成されており
、磁極３０はこれらの小歯３３において極めて僅かなギ
ャップを隔ててロータ歯２８に対面し得るようにされて
いる。また、それら磁極３０のそれぞれ周方向に４５°
を隔てた磁極３０を一組とする計２組の磁極３０に、第
９図にモデル的に示されているように、駆動コイル３２
Ａ、３２Ａ’および駆動コイル３２Ｂ、、３２Ｂ’がそ
れぞれバイファイラ巻きされており、駆動コイル３２Ａ
および３２Ｂが励磁されたときにはＮ極が、また駆動コ
イル３２Ａ′および３２Ｂ′が励磁されたときにはＳ極
がそれぞれ各磁極３０の先端部に現れるようにされてい
る。

一方、ロータ本体１４のステータコア２０と対面する側
の面の内周部には、第２図および第３図に示されている
ように、ロータ歯２８と同心に円筒状の突条３４が形成
されており、これと対向するステータコア２０側の面に
、第２図に示されているように、永久磁石である円環状
の希土類磁石３６が接着固定されている。なお、突条３
４と磁石３６との間のギャップはできるだけ狭く、かつ
均一となるようにされている。また、磁石３６はロータ
コア１０に対面する側の面がＳ極に、ステータコア２０
に接着された側の面がＮ極となるように、ロータ軸１６
の軸心方向に着磁されている。

そして、第９図に示されているように、前記磁極３０が
互いに９０°をなす磁極３０毎に４つの磁極グループ３
０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃおよび３０Ｄに分けられ、第１図
においてロータコア１０を反時計方向に回転させる場合
には、それら磁極グループに巻き付けられた駆動コイル
が第１０図に示すＩ−ｎ→ＩＩＩ−ＩＶ−１の順に、ま
た時計方向に回転させる場合にはＩ−ｒＶ→■→ＩＩ−
Ｉの順にそれぞれ順次励磁されるようになっている。

以上のような構成のステンプモータで、ロータコア１０
を第１図において反時計方向に回転させる場合において
、いま、各励磁コイルの励磁がそれぞれ第１０図のｌの
励磁状態からＨの励磁状態に切り換えられたとすると、
各励磁コイルの励磁によって発生される磁力線は透磁率
の高いロータ本体１４内を通ることから、第１１図に実
線の矢印で示されているような磁路を通る。しかし、同
図から明らかなように、励磁コイルを励磁しただけでは
、ロータコア１０に作用する推力は互いに打ち消し合う
ため、ロータコアｌＯは回転しない。

一方、前記磁石３６はステータコア２０側の面がＮ極に
、またロータコア１０例の面がＳ極に着磁されているこ
とから、その磁石３６に起因する磁力線は、第１１図に
点線の矢印で示すように、ロータ歯２８とステータ磁極
３０が対面する部分では全てステータ磁極３０からロー
タ歯２８に向かうこととなるが、この場合においても第
１１図から明らかなように、磁石３６の磁界だけによっ
てはロータコア１０に回転力は発生しない。しかしなが
ら、励磁コイルの励磁による磁界と磁石３６による磁界
との両方が存在するため、磁極３０Ｂ。

３０Ｃにおいては両磁界が強め合ってロータコアＩＯを
第１図において反時δ１方向（第１１図において右方向
）へ回転させる力が大きくなり、磁極３０Ａ、３０Ｄに
おいては磁界が弱め合ってロータコアＩＯを時計方向（
第１１図において左方向）へ回転させる力が小さくなる
。つまり、励磁コイルの励磁による磁界と磁石３６によ
る磁界が作用し合う結果、ロータコア１０を第１図にお
いて反時計方向に回転させようとする力が現れるのであ
り、この力によってロータコア１０が第１図において反
時計方向へ回転させられるのである。また、ロータコア
１０が第１図において時計方向に回転させられる場合に
ついても同様に、励磁コイルによる磁界と磁石３６によ
る磁界が作用する結果としてロータコアｌＯが回転させ
られるのであり、このことから明らかなよさに、本実施
例のステップモータは一種のハイブリッドＰＭ形ステン
プモータとされているのである。なお、本実施例のステ
ップモータはステップ数が４００．ステンプ角度が０．
９°となっている。

ところで、この場合に発生する出力トルクは、励磁コイ
ルの巻数やその励磁電流等の条件が同じであれば、ロー
タ歯２８および磁極３０の半径方向の長さが長くなるほ
ど大きくなる。つまり、従　１来のラジアルギャップ型
のように一定の出力トルクを得るためにロータやステー
タの厚さを厚くしなくても、それらの半径方向の寸法を
大きくすることによって同様の効果を得ることができる
のであり、このことから明らかなように、本実施例のス
テップモータによれば、その厚みを従来のものより薄く
しても十分なトルクを発生させることができるのである
。ちなみに、あるトルクを発生させるのに、従来のラジ
アルギャップ型のハイブリッドＰＭ形ステップモータで
は厚さが少なくとも２０翻必要であったものが、本実施
例のステ・ノブモータにおいては約７鰭の厚さで同様の
出力トルクを発生できることが確認されている。なお、
上記実施例では、各ステータ磁極３０に正逆２相の駆動
コイル３２Ａ、Ａ’または３２Ｂ、Ｂ″が巻き（＝Ｊ”
　ＬＪられ、それらが択一的に励磁されるようになって
いたが、各磁極３０にそれぞれ１相の駆動コイルを設け
、それらの通電方向を択一・的に選択して励磁するよう
にしても同様のハイブリッド２Ｍ形に準じたステップモ
ータを構成できる。また、このようなハイブリッド２Ｍ
形に準じたステ・ノブモータは駆動コイルの励磁方法を
変えても、さらにはロータ歯、磁極等の数を変えても同
様に得られるものである。

また、本実施例では、磁石３６の吸引力によってロータ
コア１０とステータコア２０とが常時引き合う方向に付
勢されているので、ロータコア１０とステークコア２０
とが離れるのを阻止するための部材を必要とせず、製造
工程を短縮できるだけでなく、構造も簡単にすることが
できる。さらに、そのようにロータコア１０とステータ
コア２０とを引きイ」げ合うようにすれば、ロータコア
１０をバランスよく回転できる利点もあるのである。

なお、上述のような効果は、磁石３６をロータコア１０
例に設けても、あるいは磁極３０やし２−タ歯２８の外
周側に設けても得ることができる。

また、磁石３６は、第１２図に示すように、磁石３６の
着磁面（磁石３６の内周面および外周面）とこれと対面
させられる円環状の突条３４とが半径方向に対向するよ
うに設けられてもよい。このように磁石３６の着磁面と
突条３４とを半径方向に対向して設けるようにすれば、
それらの間のギャップ差に起因するロータコア１０の面
振れを良好に防止できる。

さらに、本実施例では、永久磁石として保持力の大きな
希土類磁石３６が用いられているため、コンパクトな形
状で大きな出力トルクが得られる利点があるが、希土類
磁石３６よりも保持力の小さい安価なフェライト磁石を
永久磁石として用いることも可能である。この場合には
、第１３図に示すように、希土類磁石３６に代えてフェ
ライト磁石４０を用いる一方、ロータコア１０を覆う状
態でステータコア２０に取り付けられる有底円筒状のカ
バー４２をロータ本体１４等と同様の透磁率の大きな材
料で製作し、そのカバー４２のロータ本体１４に対面す
る部分に薄い円環状の第二のフェライト磁石４４を固定
して、２つのフェライト磁石４０および４４による磁力
線が共にロータ歯２８とステータ磁極３０との間のギャ
ップを通るようにする。そして、そのギャップを通過す
る磁力線の向きが同一方向となるように、両フェライト
磁石４０および４４を着磁する。このようにすれば、第
二のフェライト磁石４４の厚さ分ステップモータを厚く
するだけで、高価な希土類磁石３６を永久磁石として用
いた場合と同様の出力トルクを得ることができる。

また、前記実施例では、軸受としてスラス］・軸受２４
と摺動メクル２６とが用いられていたが、例えば第１２
図および第１３図に示されているように、２つのラジア
ル軸受４６を軸受として用いてもよい。なお、第１２図
および第１３図の４８は、カバー４２を取り付けるため
のフランジである。

以上の説明は本発明の第二の発明に対応するものである
が、第１図および第２図に示したステップモータにおい
て、磁石３６を取り除くとともに、摺動メタル２６をロ
ータ軸１６側に固定し一ζステータコア２０側と回転可
能とし、さらに駆動コイルを、例えば第１４図のように
励磁すれば、第一の発明に対応した薄型のＶＲ形スステ
ップモータ得ることができる。この場合における前記実
施例の第１１図に対応する図を第１５図に示す。なお、
第１４図および第１５図において、符合にダ・ノシュ（
°）をイリしたステータ磁極はダッシュを付していない
各対応する符合のステータ磁極と周方向に９０゛隔てた
ステータ磁極を示す。このようなＶＲ形のステップモー
タにおいても、励磁方法、ロータ歯２８．ステータ磁極
３０の数等を目的に応じて適宜選択し得ることはいうま
でもない。また、前記磁石３６，４０．４４等の永久磁
石を併せ設けてもＶＲ形スステップモータ構成できるも
のである。

加えて、本発明の第二の発明に従えば、ＰＭ形のステッ
プモータを構成することも可能である。

以上、本発明の詳細な説明したが、これは文字通り例示
であって、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内におい
て、当業者の知識に基づいて種々なる変形、改良等を加
えた態様で実施し得るものである。

【図面の簡単な説明】 ゛　第１図は本発明に係るステップモータの一実施例を
示す平面図であり、第２図はその■−■断面図である。 第３図は第１図および第２図に示したロータ本体をステ
ータコア側から見た図であり、第４図はそこに形成され
たロータ歯部分を拡大して示す図であり、第５図はその
ロータ歯をさらに拡大して示す断面図である。第６図は
第２図のステータコアをロータコア側から見た図であり
、第７図はそたに形成されたステータ磁極を拡大して示
す図であり、第８図はそのステータ磁極の拡大断面図で
ある。第９図はステータ磁極とそこに巻き付けられた駆
動コイルとの関係を説明するためのモデル図であり、第
１０図はそれらステータ磁極に巻き付けられた駆動コイ
ルの励磁方法を示す波形図であり、第１１図は第１０図
に示した励磁方法によっ′ζロータコアを回転させる力
が発生ずる原理を説明するための説明図である。第１２
および第１３図はそれぞれ他の実施例を示す第２図に相
当する図である。第１４図および第１５図はさらに他の
実施例における第１０図および第１１図に相当する図で
ある。 １０：ロータコア　１６：ロータ軸 ２０：ステータコア ２８二ロータ歯 ３０　（３０Ａ、３０Ｂ、３’ＯＣ’、３０Ｄ）：ステ
ータ磁極 ３２Ａ、３２Ａ’、３２Ｂ、３２Ｂ’　：駆動コイル ３６：希土類磁石（永久磁石） ４０．４４：フェライト磁石（永久磁石）４６：ラジア
ル軸受（軸受） 出願人　ブラザー工業株式会社 第１図 笥２図 第６１！ｌ　第７１！１ 第１２囚 第１３図 第１４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）円板状本体の一側にその本体の回転軸線を中心と
   する一円周上においてその回転軸線に平行な方向に突出
   してロータ歯が一体に形成されたロータコアと、 そのロータコアのロータ歯と前記回転軸線に平行な方向
   において対向するようにステータ磁極が一体に突出形成
   されたステータコアと、そのステータコアに設けられ、
   前記ロータ歯とステータ磁極との間に一定の間隔を置い
   て前記ロータコアを回転可能に支承する軸受と、前記ス
   テータコアの各磁極に巻き（（１げられた駆動コイル群
   と を備えたステップモータ。
2. （２）円板状本体の一側にその本体の回転軸線を中心と
   する一円周上においてその回転軸線に平行な方向に突出
   してロータ歯が一体に形成されたロータコアと、 そのロータコアのロータ歯と前記回転軸線に平行な方向
   において対向するようにステータ磁極が一体に突出形成
   されたステータコアと、そのステータコアに設けられ、
   前記ロータ歯とステータ磁極との間に一定の間隔を置い
   て前記ロータコアを回転可能に支承する軸受と、前記ス
   テータコアの各磁極に巻き付けられた駆動コイル群と 前記ステータコアと前記ロータコアとの間においてそれ
   らのステータ磁極およびロータ歯の内周側もしくは外周
   側に位置して前記ステータコアもしくはロータコアのい
   ずれか一方に配設された永久磁石と を備えたステップモータ。