JPS6185055A - ２方向に回転するステツプモ−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】 本発明は２方向に回転する電磁モータに関するものであ
る。

上記の如きモータは既に公仰であり、例えばフランス特
許第２，２０　９，２　５１号には２個のコイルが順次
励起されモータの回転子を１８０’づつ反対方向に回転
させるモータが開示されている。各コイルはそれ自体で
この回転に必要なエネルギーを供給できるような大きさ
のもの、即ち各コイルは回転子を一方向にのみ回転させ
る在来のモータのものと同じでなければならない。

また米国特許第４，１１２，６７１号には矢張り単一の
コイルを有して回転子が１方向に１８０°づつ２方向に
漸進回転音するモータが記載されているが、回転方向の
制御は電子回路が行うものである。

本発明の目的は、構造の極めて簡単な２方向回転電磁モ
ータを提供することである。このモータは順次に励起さ
れるのではなぐ肉ｊ時に励起される２個のコイルを有し
ているため、回転方向が単一のモータに於ける単一コイ
ルの大きさと上記２個のコイル全体の大きさは同じでよ
い訳である。

この目的はその回転子を、固定子に装備した２個のコイ
ルによって発生される２つの磁場の作用下に置くように
配置することによって達成される。

これらの磁場方向は＃４斜しており且つ回転子の直径、
あるいは更に一般的には回転子の軸を通過する直線に対
して正確に対称である。

以下、本発明の実施例が示さｔした図面に沿って詳説す
る。

第１図〜第４図に８考として示したモータは底辺が２ａ
の箇所で切断された等脚台形の一般形態を呈する弱磁性
材料でなる部材で作成した固定子１を有している。この
部材の両端部に夫々１ａ。

１ｂにて示される２個の磁極片を形成する一方、スリッ
ト２ａの反対側の部分子ｉ磁極片１ｃを呈しモータの回
転子４の中、し・３に関して１２０”の間隔を以って配
置され、２ｂ及び２ｃｌＣて示される他の２個のスリッ
トを形成する。回転子４は直径的に相反する磁極ＮとＳ
を持った永久磁石でなっている。磁極片１ａ、ｌｂ及び
１ｃは本実施例の場合、１２０°より僅かに小さな角度
で配置されている。然し乍ら各々の磁極片によって占め
られる角度はモータに求められる特性、その大きさある
いは選ばれた材料に従って特に異ったものにすることが
できるが、何れにせよ２個の磁極片１ａと１ｂによって
占められる角度は同一のものである。これらの磁極片１
ａと１ｂＹま回転子４と共に形成する磁極間隙が、最小
限ではスリット２ａの幅、最大限ではスリット２ｂ及び
２ｃの幅の範囲で変化できるような形状を有している。

磁極片１ｃは、これが回転の幅とほぼ同一な範囲で同様
に変化できるような形状を有している。固定子１は第１
図に示すように磁極片ＩＣの中央１（１，回転子４の中
心３及びスリット２ａの中央を夫々・上る対称軸７？有
している。

磁極片ＩＣの独特な形状は回転子４の永久磁石と共九位
賓決め保持トルクを引き起こすことに留意されたい、部
ち、このトルクは前記磁石自体の磁場以外に全く磁場が
なけ几げ、磁石の磁極ＮとＳが前記対称軸７にある２つ
の平衡位置に回転子４を導く訳でちる。

固定子１は２個のコイル５及び６を有しており、そのう
ちの１個は磁極片１ａとＩＣの間に配置さり、他方は磁
極片ＩＣと１ｂの間に配置され前記＠極片ＩＣは２個の
コイルが共有するものとなっている。コイル５と６ｉ’
ｌｉ流工、と工　が流れると回転子４は磁場Ｒ５とＲ６
の作用下に置かれ、これらの磁場方向は回転子の直径場
方向は更に９０ゞ５モユｍ１４各ミー←→→そして電流
稲と１゜の方向がｔ、ｉ１場Ｒ５とＲ６の方向を決定す
るのである。

次に考えられ得る４通りの機能を列挙してみる。

１、第１図に示す如く電流Ｉ５と１６はフィル５の内部
で磁場が磁極片１ｃの部分から磁極片１ａの方向（矢印
１１）に向けら几且つコイル６の内部で磁場が磁極片１
ｂの部分から磁極片ＩＣの方向（矢印１２）に向けられ
るような方向（次の正電流によってもこの方向である）
であり、これらのに流はコイルの外部で磁極片１ａから
磁ｊ片ＩＣの方向に、まｔ磁極片１ｃから磁極片１ｂの
方向に夫々尚けられる；ｌａ場Ｒ５及びＲ６を発生する
。これら磁場の方向は次にくる正電流によっても同様に
発生される。合ｒＪ、磁場Ｂ　　は前記対称軸７と垂直
な方向で回転子４を貫通し、Ｎ極となる磁極片１ａから
ｓｇとなる磁極片１１）の方向に向けら几る。

２、第２図に示す如く電流Ｔ５が前記と反対方向、即ち
負電流が印加さ几た場合、電流工。は正電流であり、こ
れらの電流がコイルに発生させる磁場は夫々矢印１５及
び１６の方向に向けられる。それ酸コイル外ｇもの磁場
Ｒ５とＲ６は１ｃより１ａとＩＣから１ｂに夫々向けら
几る。そこで合成磁場Ｒは前記対称軸７と平行な方向で
回転子４を貫通し、Ｎ極となるイ遠極片１ｃからＳ極と
なる磁愼片１ａ及び１１）の方向に向けられる。

３　第３図に示す１ｔｏ　＜　Ｉｔ流工、と工。が負電
流であって矢印９と１０の方向に向けられた磁場Ｂ、と
Ｒ６を発生させる場合、合成＠場Ｒ５−６は対称軸７と
垂直方向にＮ＠！、となる磁極片１ｂからＳ極となる磁
極片１ａに向けられる。

４　最陵に第４図が示す如く電ｃ産工、が正電流であっ
て戒流工　は負電流の場合は磁場Ｒ５とＲ６は矢印１３
と１４の方向に向けられ、合成＠場Ｒは対称軸７と予行
で且つＮ極となる磁極片１ａと１ｂから３極となる磁極
片１ｃの方向に向けられる。

然してコイル５及び６に流れる電流の方向に従って４通
りの方向を呈する磁場が回転子内部に発生し得ることが
理解される。これら２つの′：ｌｉ、流方向を適当に変
換することで磁場を１方向あるいは他方向に回転させる
ことができ、後述するｑＯり回転子を磁場の回転方向に
駆動することができる。

先づ回転子４は第１図に示すような位置、即ち磁極片Ｉ
Ｃの付近にそのＮ極がある。この回転子４を矢印８の方
向（後述する正の方向）Ｋ回転させるためには、適当な
る電子制御回路によって正電流工、及び稲を２個のコイ
ル５と６に同時に流せばよい。すると合成磁場Ｒ５−６
は回転子の磁石に作用して七のＮ　ｔｌｉは磁極片１ｂ
に近づく。然して発生したトルクは回転子を正の方向に
回転駆動させる訳だが、勿論この回転トルクは前述した
保持トルク及びモータが駆動すべき哉械装置によって及
ぼさｉ己抵抗トルクを上回わらねばならない。

回転子４が９０回転し−１ぼ第２図に示される位置にあ
るとき、制御回路は砿流工。の方向な変えることなく電
流１５　　を負′電流とする。それ故、磁場Ｒ５〜６　
は算２図が示すｌＬｌ〈向けられ、これによって上記と
同じ方向のトルクを新たに発生させて回転子は工３図に
示される位置、２口ちＳ極が磁極片１ｃの近くに来るま
で常に正の方向に回転し続ける。然して回転子は１８０
°だけ第１段階力順進旦耘しそこで電流Ｉ５及び工。

は切られる。

回転子４を第２段階として漸進回転させるためＫは制御
回路によってコイル５と６に負逸流を送り込む。すると
合成磁場Ｒ）１第３図に５−う 示される４口き方向に向けら几、回転子４の磁石と共に
この回転子な正の方向に禾たに回転させるトルクを発生
する。

回転子がほぼ半段階だけ回転したとき、ｉｌ制御回路が
童、流Ｉ５　　を逆にして正電：？ｉｅとなし合成磁場
Ｒ１−５を第４図に示す＆０き方向にする。すると回転
子４は正の方向に回転し随け、１８０’の第２段階漸進
固転を終了する。そこで制御回路は電流Ｉ５と工。な切
る訳だが、これら゛電流の遷回転子を第１図に示された
位置より反対方向、即ち狛の方向に回転させるためには
匍制御回路がコイル５と６に負電流を送り込む。すると
合成磁場Ｒ５−６は第３図が示す方向を呈し回転子４は
負の方向に半段階の９０°だけ漸進回転する。

この際、回転子は第４図に示された位置を占め、制御回
路は電流工。の方向を変えて正解流にする。すると合成
磁場Ｒ５−６は第２図が示す方向を呈すようになる。然
して回転子は第２段階の９０°の漸進回転を終了するま
で負の方向に旦転じ続は第３図の示す位置に至る。そこ
で制御回路は２つの′を流工、及び稲を切る。

更に回転子を負の方向に新たに漸進回転させるためには
制御回路がコイル５及び６に正電流を送り込む。すると
合成磁場Ｒ５−６は第１図が示す位置を呈し回転子は負
の方向に半段階画伝する。そこで匍１＆１回路は違流工
。の方向を逆にして負電流となし合成磁場Ｒは第４図の
示す位置を占める。然して回転子はその漸進回転の１段
階を終了しその最初の位置に尖る訳である。

２ｇ６図は第５図に示された雷、泥イ／パルスをモータ
のコイル５と６に送り込−″）潟る回路の参考列を１２
１示している。この参考例に於し・て上記インパルス（
ま１！７！／間の周期であり７．８ｍｓの持続時間な有
してし・る。

コイル５及び６は各々２個の袖助ＭＯ３）ラノジスター
で躇成される２イ固の逆流５　工□と１．及び１３と１
４に夫々接続さ几る。これら逆流器の人力が）司−の論
理状態にある場合、コイル５と６には何なる電流も流れ
ない。ｌゾ■流器工□と工。

の人力がＯの論理状態にあり且つＩ２と１４の人力が１
の論理状聾にある場合、電流はコイル５と６を夫々矢印
工°にて示される方向に流れる。

１ψ流５１１．Ｉ２と工、、　Ｉ。の人力論理状態が異
なる場合、電流はコイルを矢印でと反対方向に流れる。

論理回路Ｃは発振ｉ５Ａ及び分縮器Ｂで形成される時間
軸から夫々ｌ　Ｈ２と１２８　Ｈｚの周波数信号を受け
る。論理回路はこれらの信号を回転子の回転方向側倒信
号Ｓと共に用（・で、コイル５と６に所望の電流を流す
に必要な論理状態を出力Ｃ１〜Ｃ４に接続された逆流器
１□〜ｒ４に毎秒供給する。論理回路Ｃは当業者には公
知なものである故、更に詳述しないが、こ几が受けたｌ
　Ｈｚ　　の信号がコイルを流れる電流イノノくルスの
周期を決定し、１２８　）１ｚ　　の信号がＭ続時間を
定めることに留意された（・。後者の信号周期は実際［
７，８ｍｓである。

第７　ａ％こはモータ儂Ｃ全体が要約さ几ている。この
表中に於いて正電流は十で表わさｎ、負電流は−にて表
わされる。Ｒよ〜Ｒ５の欄には電流Ｔ５と稲の各組合せ
で第１図〜第４図に示された如く回転子牛に発生される
磁場の方向を表わしである。「モータ発進」と「モータ
停止」の２欄には矢印によって回転子４の発進及び停止
位置が示されている。これら矢印は回転子４の磁石によ
ってＳｆｉからＮｆｆ１に向けられている。

゛Ｓモータは前述したように回・ｉ子４が回転段階を１
段階とばしてしまったりＳｈ計に行ってしまっても常に
所望力回転方向に回転するという大きなメリットがある
。第７ｔｚＺＩの表は何かの理田で回転子４がこの時点
に於けるあるべき位置とは逆の位置にきてしまった場合
を第１列に示している。そこで制御回路が雷、流工、と
工。を正の方向ＶＣ占った場合、回転子４は負の方向に
半段階たけ回転する。盲流工、の方向が逆転すると回転
子４は正の方向に半段階回転して、サイクルのこの瞬間
に於いであるべき位置の発進位置にくる。こ几より回転
子は所望の方向に回転する訳である。伺几の場合にせよ
回転子はそ几までＪ）亘１１云方向に拘らず且つＩａ！
らかの小数シてよって発生した回転子の誤った停止位置
に拘らず、再び所望の回転方向に回転することは容易に
理Ｉノ了ｆさｎよう。

第１の半段階終了に逆転さ几る前に、＠流稲と−は成る
一定時間だけ中断さ几回伝子４の慣性が前記半段階を完
了させ且つ第２の半段階を助勢することは明白である。

同様Ｋ　Ｗ、流：５と工。も回転子４が実質的に七の回
転段階を終了する前に中断される。即ち回転子の保持ト
ルクと慣性によって回転子４はその回転段階を終了する
のである。同様にコイル５と６は回転段階の間に於いて
回転子の保持トルクを増大させるために且つ段階終了時
の千両位置で回転子の参勤を弱めるために制御回路によ
って短絡されることも可能である。この手段を用いれげ
エネルギーの節約になるが、モータの基本的購造、と駆
動すべき装置の太き′さも考慮して、このモータを組入
れる際に上記手段を導入するかを決定しなければならな
い。

更に上記２個のコイルは常に同時に電流供給さ几且つ回
転子に印加されるトルクを共に発生する６ａ場？形成す
るため、コイル力大きさは順次電流供給さ八る在来のコ
イルに比して犬・品に縮小され、換言すれば同じ大きさ
のコイルでも回転子に印加されるトルクは犬嘔に増大す
る。

第８図に示された実形例は１７．１８で示される２＠の
磁極片が電機子なしの２個の枠コイルにて構成され、回
転子１９はこの内側で軸２０ケ中、シ・に回転する点で
第１の１考例とは異っている。この軸２０は磁極片１７
及び１８の中心Ｍ１７ａと１８ａの中間面２１に位置し
ている。

弱磁性体でなる保持部材２２は、回転子１９のＮりとＳ
唖が前記中間面２１にくる平衡位置に１呆つように回転
子を保持する。

この実施例の主なる成畦は第１の参考例に於けるものと
全く同一である。

第９図及び第１０図に示された第２の参考例ではモータ
は保磁子か弱磁性体でなる２個の部材で形成された固定
子を有している。２３にて示さ几る上記部材の一方はＥ
型をしており３個の枝部は夫々２３ａ　、２３ｂ及び２
；３Ｃにて示される。他方の部材２４は角棒状であって
両端に夫々１個の腕木２４ａ及び２４ｂと中央に１個の
腕木２４　Ｃを呈している。回転子の逍成子であるこ几
ら２個の部材２３と２４は図示される如き配置、即ち互
いに向い合せて設置さ几る。Ｅ型部材２３の枝部２３ａ
、２３ｂ、２３ｃ　　は前記固定子の他の部材２４の腕
木２４ａ、２４ｂ、２４ｃ　　に夫々当接される。これ
らの結合は２１固のビス２５でなされるが、その１個は
枝部２３ａを貫通して腕木２４　ａに締結し、他方は枝
部２３ｂな１通して腕木２４ｂに締結する。

Ｅ型部材２３の中央核４％　２３　ｃの幹部には円形開
口２が形成され、３箇所の細い部分２３ｄ。

２３ｅ及び２３ｆが３個の磁極片を結合している訳であ
る。第１の磁極片は枝部２３ｃで形成さ几、残り２個の
磁極片は細い部分２３ｄと２３ｅ、２３ｅと２３ｆの間
に夫々位置する部材２３自体の一部によって形成される
。

モータの回転子はこのモータを装備する時計あるいは他
の装置のフレームの２個の部材の２８と２９の間で枢転
する軸２７を有している。この軸２７は第９図にて示さ
れる如ぐ直径的に相反するＮ極と５ｆｆｌを有した２極
の永久磁石を支持している。

前述し図示されたモータの固定子は角棒状部材２４の２
つの部分２４ｄに巻付けられた２個の同一コイル３１と
３２を有している。その一方は部材２４の腕木２４ａと
２４ｃの間にあり、他方は２４ｂと２４ｃの間にある。

これらコイルによって発生さ几る磁場は筆９図に於いて
矢印Ｒ９とＲよ。にて略示されている。

こ几らの磁場Ｒ０とＲよ。が回転子３０を通過する際に
、互いに斜行して切断線Ｘ−Ｘの平面上：Ｃある回転子
の直（奪に関して対称となる。更にこれら磁場の方向は
交勝に於（・て９０°の角度を−している。

＝イル３１と３２を流れる２流の方向に従って２つの磁
場Ｈ５とＲよ。は第９図の矢印で示される如く拡散し、
その合成磁場は＠記切断、線Ｘ　　Ｘの面と同一となり
尾９図の上の方向に導かれる。同僚に磁場Ｒ７と”１０
　　は集中してその合成磁場は前記切りテ線Ｘ−Ｘの「
ｍｌと一致するが、こ１は第９図の下の方向に導かれる
。更に上記磁場は反対方向にも導かれるが、この場合に
は合成トルクは直径方向のものであり且つ切断−Ｘ−Ｘ
に垂直な何れかの方向のもの−ある。

然してコイル３１と３２を流れる２つのｔ流の方向な適
宜変化させることによって、合成磁場を何れかの方向に
回転せしめ、これが回転子を同一方向に駆動させる。一
般的にモータの≠この参考例に於ける機能は第１の参考
例と同一である。

回転子３０ｆｌ！石は２ｉであり且つ固定子は３個の磁
極片からなっているため、回転子が前記細い部分２３ｄ
と２３ｆの間に位置する磁極片と置網をなして位置する
回転子の壬彌位攪を決定１２、換言す几ば前記回転子３
０ｉ７’）磁石の磁束が最小のレフレフタンス路をたど
る訳である。

第９図及び第１０図のモータに於いては、固定子の２イ
固の部材２３と２４は互いに組合されるが特に第１０図
に示される々Ｏ〈異った平面上に０寸さ几る。この配置
は３３及び３・１にて示される固定子の２個の部材が同
一平面上に配される第１１図〜第１３図の参考例とは異
っている。Ｅ型部材３３は３つの枝部３３ａ、３３ｂ。

３３ｃを呈している一方、角棒状σ）部材３・Ｉは３個
の腕木３４　ａ　、　３．１　ｂ及び３４ｃを呈してい
る。

枝部３冑１と３３ｂの先端は３５の箇所で半分ハ；厚さ
に切込ｆ几てふ・す、腕木３１・支と：３４ｂは３６ハ
箇所で同様に生汁のツユさに切り込まれている。

これら切り込み部分は互いに係合して第１１図（（丘す
ηＬ］ぐ固定ビス３７がｊＥｊ　ａ−ｆる。

固定子〇）２つの部材：３３と３・ＩＬ中央り枝部及び
；丸木に関してコま切り込みは行なわないが、・此４＜
：’＋・１こは半円状の凹ｔｉＭ３８な呈し、部材３３
の中央（支部３３ｃか呈する月応形伏の技部３３ｄと嵌
合する（第１１図〜第１３　ｉ：＆１参照）。

この参考（６１：　ｘ於けるコイルは図示しないが第９
図及び第１０図の参考例と同一のものであり、爪１ハ参
考例について説明した方去で回転子３０？七↓りする。

ｔめに供される。

笈漠に第１４４図には第９図及び第１０図のモータ乃蝙
定子′／′）Ｉ′ｔｉ２の参考例が示されるが、これｌ
こよ；ｈばノツチ、ｓ　ｌ、　４２　、４３が部材２３
（あるし・は３３）の細い部分２３Ｉｊ〜２３ｆに形成
される。ノツチ４２と４３は環状孔２６内に形成され一
方に於し・て回転子の保持に、他方−で於いては磁極片
を磁力的に分離するたわＦ（シュつものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図は本発明：τ従つグー
モータの第１の参考例に於ける４通りの機能を概略的に
示す平面図、第５図は第１２１〜第４図に示されるモー
タのコイルに流れるＫＮイノパルスのダイアダラム、第
６図はコイルへのｔ流供給回路を示すブロノクス、第７
ａス、第２の実万例の平面図、第１０図は４９図の鎖線
Ｘ−Ｘに従った断面図、第１１図は第３の実施例を示す
平面図、第１２図、第１３スは第１０図の鎖線■−■、
ＸＩ　−ｘ厘に夫々従った全頁方向断面図、第１４図は
Ｊ、８図及び第１０図の磁極片の他の参考例を示す装部
平面図である。 ｌ・・・・・固定子、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・・・・ス
リツト、３．２０・・・回転子の中１シ（４，１９．３
０・・回転子、５，６，３１．３２・・・・・・コイル
、７・・・・・・対祢輸、８・・・回転方向、９〜１６
・・・・・・ミ場方向、１７．１８・・・・・・磁極片
、２１・・・・・中間■、２２・・・・・保持部材、２
３□２４　、３３．３４・・固定子部材、２５．３７・
・・・−・ビス、２６・・・・円形開口、２７・・・・
・・回転子の軸、２８．２９・−・フレーム部材、３５
．３６・・・・・・切込み部分、３８・・・・・ｆ！！
］Ｈ，４１〜・１３・・・・・・ノツチ：τ二τ＋、二
°−−−−７２− 代　理　人　　　秋　　　元　　　輝　　　碓外１名

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸の回りで回転するように取り付けられた永久磁
   石にて形成される回転子と、第１の磁場と第２の磁場を
   夫々発生するべく電流インパルスに応答する第１および
   第２のコイルを有する固定子とからなるものにおいて、
   該コイルは該永久磁石でなる回転子を部分的に取り巻く
   ループ形状を呈しており、且つ各コイルの長手方向中央
   切断面が、該回転軸を通る二等分面上で交わるような相
   互関係で配置されることを特徴とする２方向に回転する
   ステップモータ。
2. （２）該２つの磁場の方向がなす角度は９０°であるこ
   とを特徴とする前記特許請求の範囲第（１）項に記載の
   ステップモータ。
3. （３）該固定子は該回転軸を通る二等分面上に弱磁性体
   の保持部材を有しており、該コイルによって磁場が発生
   されない場合、回転子を平衡位置に保つことを特徴とす
   る前記特許請求の範囲第（１）項に記載のステップモー
   タ。