JP2000150228A - ハイブリッド型磁石及びそれを備えたステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石の有するエネルギーを、電磁石の励
磁によって有効利用することのできる構造のハイブリッ
ド型磁石の提供と、この磁石を用いたステッピングモー
タの提供を、その目的としている。 【解決手段】 胴部１２ａと断面矩形の左右のアーム部
１２ｂとにより「コ」字状に形成された鉄心１２に励磁
コイル１４を巻き回して構成した電磁石１６と、永久磁
石１８を両側から磁性部材２０で挟み込み前記鉄心のア
ーム部の両外端部間にわたって密着接合した角棒状の係
合部材２２とを備え、かつ前記永久磁石が前記鉄心のア
ーム部間に位置する。前記永久磁石１８の幅と前記磁性
部材２０の幅の合計との比を１：１〜１：１５の範囲に
構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石と電磁石
とを組み合わせて、電磁石に供給する電流を制御するこ
とにより外部に及ぼす磁界の強さを制御するとともに、
供給したエネルギー以上のエネルギーを取り出すことの
できるハイブリッド型磁石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、永久磁石と電磁石とを組み合わせ
たハイブリッド形式の磁石の例は少ない。永久磁石と電
磁石とを組み合わせた効果として、通常考えられること
は、電磁石の励磁コイルにある方向の電流を流したとき
に、永久磁石と電磁石との合計の磁界を発生させ、励磁
コイルに反対方向の電流を流したときに、永久磁石によ
る磁界を電磁石によって発生させた逆向きの磁界によっ
てキャンセルさせるようにすることである。

【０００３】従って、励磁コイルに電流を流さないとき
には、永久磁石のみによる磁界が存在し、励磁コイルに
電流を流すことにことにより、磁界の強さを増加した
り、あるいは減少させたりすることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような使用方法は、永久磁石のエネルギーを効果的に利
用しているとはいえない。一見、永久磁石のエネルギー
を利用しているように見えるが、磁界をキャンセルする
電磁石にエネルギーを投入しなければならないので、エ
ネルギー的にはプラスマイナスで０ということになる。
永久磁石の有するエネルギーを、電磁石の励磁によって
有効利用するには、発想の転換が必要といえる。

【０００５】本発明は、永久磁石の有するエネルギー
を、電磁石の励磁によって有効利用することのできる構
造のハイブリッド型磁石の提供と、この磁石を用いたス
テッピングモータの提供を、その目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述課題を解決するため
に、本発明は、次のような手段を採用した。請求項１に
係るハイブリッド型磁石は、胴部と断面矩形の左右のア
ーム部とにより「コ」字状に形成された鉄心に励磁コイ
ルを巻き回して構成した電磁石と、永久磁石を両側から
磁性部材で挟み込み前記鉄心のアーム部の両外端部間に
わたって密着接合した角棒状の係合部材とを備え、かつ
前記永久磁石が前記鉄心のアーム部間に位置するハイブ
リッド型磁石であって、前記永久磁石の幅と前記磁性部
材の幅の合計との比を１：１〜１：１５の範囲に構成し
たことを特徴としている。

【０００７】このように構成すると、電磁石の励磁コイ
ルに通電していないとき、永久磁石による磁力線は、永
久磁石、磁性部材、鉄心、磁性部材、永久磁石という閉
磁路を構成し、空気中への磁束の漏れは殆どない。次
に、電磁石の励磁コイルに、永久磁石の磁力線の方向と
反対方向でかつ永久磁石の磁束数よりも多い磁束数を発
生させる電流を流すと、永久磁石の磁力線が電磁石の磁
力線によってキャンセルされるだけではなく、永久磁石
の飽和状態を越えれば空気中に放出される。その際に、
電磁石の磁束数が充分に多量であれば、空気中に排出さ
れる磁束数は、永久磁石と電磁石との両者のものが適宜
加算されたものとなる。

【０００８】このため、係合部材に近接して磁性体を配
置すると、その効果が著しく、励磁コイルに電流を流さ
ないときには、ハイブリッド磁石は磁性体を吸引せず、
励磁コイルに電流を流すと永久磁石と電磁石との力によ
って吸引するという現象が生じる。すなわち、エネルギ
ーを消費することのない永久磁石の効力を十分に利用す
ることができることになる。

【０００９】請求項２に係るハイブリッド型磁石は、２
つの胴部と３つの断面矩形のアーム部とにより「Ｅ」字
状に形成された鉄心の２つの胴部にそれぞれ励磁コイル
を巻き回して構成した電磁石と、磁性部材、永久磁石、
磁性部材、永久磁石、磁性部材の順で密着構成し前記鉄
心の外側のアーム部の両外端部間にわたって密着接合し
た棒状の係合部材とを備え、かつ前記各永久磁石が前記
鉄心の各アーム部間にそれぞれ位置するハイブリッド型
磁石であって、前記永久磁石の幅を互いに同一に構成す
るとともに、前記永久磁石の幅の合計と前記磁性部材の
幅の合計との比を１：１〜１：１５の範囲に構成したこ
とを特徴としている。

【００１０】このように構成した場合も、請求項１に記
載の発明と同様の作用を発揮する。

【００１１】請求項３に記載のハイブリッド型磁石は、
請求項１又は２に記載の発明において、鉄心は純鉄で、
前記永久磁石はネオジム系磁石であること特徴としてい
る。

【００１２】請求項４に記載のステッピングモータは、
請求項１から３のいずれかに記載のハイブリッド型磁石
を複数個、その胴部を中心にしてアーム部が放射状にな
るように等角度で一体構成してステータとし、ハイブリ
ッド型磁石の係合部材の外側に等間隔で磁性体を配置し
てロータとして構成したことを特徴としている。

【００１３】請求項５に記載のステッピングモータは、
請求項４に記載のステッピングモータを複数個、位相差
を設けて直列接続して構成したことを特徴としている。

【００１４】このように構成すると、各励磁コイルにパ
ルス電流を流すことにより、投入した電磁石のエネルギ
ー以上のエネルギーを、永久磁石を利用することによっ
て出力として取り出すことができることになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るハ
イブリッド型磁石１０の第１の実施の形態を示し、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図であ
る。このハイブリッド型磁石１０は、大きく分けて２つ
の要素から構成されている。１つは胴部１２ａと断面矩
形の左右のアーム部１２ｂ、１２ｂとにより「コ」字状
に形成された鉄心１２に励磁コイル１４を巻き回して構
成した電磁石１６と、他方は永久磁石（ネオジウム系マ
グネット）１８を両側から軟磁性体からなる磁性部材２
０で挟み込み、鉄心１２のアーム部１２ａの両外端部間
にわたって密着接合した角棒状の係合部材２２とで構成
されている。その際に、前記永久磁石１８は、鉄心１２
の左右のアーム部１２ｂ、１２ｂ間に位置している。

【００１６】電磁石１６を構成する鉄心１２は、軟磁性
材料である純鉄の板を積層したもので、この実施形態例
にあっては、図１に示すように、左右のアーム部１２ｂ
の幅Ｆは１０ｍｍ、高さＤ（胴部１２ａの上端からの高
さ）は１０ｍｍ、厚さＨは１０ｍｍである。したがっ
て、アーム部１２ｂの横断面積は１００ｍｍ^２ とな
る。

【００１７】これに対し、係合部材２２の縦断面は、永
久磁石１８、磁性部材２０とも同一の矩形を形成してい
て１本の角棒状になっていて、永久磁石１８の高さＣは
１５ｍｍ、幅Ｂは５ｍｍ、厚さＨは１０ｍｍとなってお
り、左右に配置された磁性部材２０の高さＣは１５ｍ
ｍ、幅Ａは１７．５ｍｍ、厚さＨは１０ｍｍとなってい
る。したがって、永久磁石１８及び磁性部材２０ともそ
の縦断面積は１５０ｍｍ ^２ となる。なお、この磁性部
材２０の材質としては、例えば、純鉄を用いてもよい
し、あるいはパーマロイ、ケイ素鋼等の純鉄より飽和磁
束密度及び透磁率の高いものを用いてもよい。

【００１８】また、電磁石１６の鉄心１２に巻き回され
ている励磁コイル１４は、線径０．６ｍｍの銅線を４２
０ターンさせたものである。

【００１９】次に、このハイブリッド型磁石１０の特性
について説明する。先ず、電磁石１６の励磁コイル１４
に通電していないとき、永久磁石１８による磁力線は、
永久磁石Ｎ極→磁性材２０→鉄心１２→磁性材２０→永
久磁石Ｓ極という閉磁路を構成し、空気中への磁束の漏
れは殆どない。従って、鉄心１２のアーム部１２ｂと係
合部材２２との間には強い吸着力が発生していて、係合
部材２２の外部に磁性材料を近づけても、近づけた磁性
材料には影響が及ばない。

【００２０】次に、電磁石１６の励磁コイル１４に対
し、永久磁石１８の磁力線の方向と反対方向に磁束を発
生させる電流を流すと、どのようになるかを実験する。
先ず、磁性体からなる可動部材（幅４０ｍｍ×高さ１５
ｍｍ×厚さ１０ｍｍ、ピースともいう）３０を係合部材
２２に接触させておき、図２に示すように、これを矢印
方向に引き離す力で測定してみる。比較のため、永久磁
石１８のみがないとき（図３）、係合部材２２もないと
き（図４）、永久磁石（磁性部材２０で挟んだ状態）１
８のみのとき（図５）にも可動部材３０を引き離す力の
最大値を調べる。下記の表１に示すようなデータが得ら
れた。なお、可動部材３０がフェロパーム（ＮＫＫ製）
の場合は、純鉄の場合はを付している。

【００２１】測定装置は、 ＡＴ−１０ＴＥ ＳＨＩＭＡＤＺＵ ＬＯＡＤ ＣＥＬＬ ＴＹＰＥ ＳＢＬ−１ｋＮ 分解能 ＭＡＸ １００ｋｇｆ、 ＭＩＮ １０ｇｆ

【００２２】

【表１】

【００２３】表１を見ると、電磁石＋永久磁石につい
て、電流０Ａのときでも引き離しに力が必要なのは、漏
れ磁束によるものといえる。電流０．２Ａでは、電磁石
＋永久磁石の場合、永久磁石のみのときよりも引き離し
力が低いのは、この規模の電流では永久磁石の磁束をキ
ャンセルできないためと考えられる。電流が０．４Ａを
超えるあたりから急激に引き離しに力が必要となり、そ
の値はほぼ電磁石のみの場合と永久磁石のみの場合との
合計値に近似してくる。なお、図３に示す構成の場合、
磁性部材２０間にエアギャップを通して磁路が形成され
るため、図４の構成よりも外部に配置された可動部材３
０に対する吸引力が弱くなることがわかる。

【００２４】次に、可動部材３０の厚さを変えた場合の
引き離し最大値を測定した。表２は、可動部材３０の厚
さが５ｍｍのとき、表３は７．５ｍｍのとき、表４は１
２．５ｍｍのとき、表５は１５ｍｍのときのデータであ
る。なお、厚さ１０ｍｍの場合は表１で示している。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】

【表５】

【００２９】表２〜表５を概観すると、可動部材３０の
厚さが５ｍｍ以下だと引き離し力が弱まるが、７．５ｍ
ｍ以上１５ｍｍまでほとんど変わらないようである。

【００３０】いずれにしても、上記のハイブリッド磁石
１０によれば、電磁石に流す電流を制御することで、使
用してもエネルギーの減少がないとされる永久磁石のエ
ネルギーを電磁石のエネルギーに加算させて外部に及ぼ
すことができ、外部に影響を及ぼさないようにする場合
は、単に電流を０にすればよいことが判明した。

【００３１】次に、このハイブリッド磁石１０に対し、
磁性材料のすれ違いがあった場合、そのときの磁性材料
に及ぼす影響について実験を行った。図６にその実験方
法を示す。なお、比較のために、永久磁石１８を取り去
った状態のもの、すなわち電磁石のみの場合と、永久磁
石１８のみによる場合についても行った。その構成を、
図７及び図８に示す。

【００３２】図６に示すように、２個のハイブリッド磁
石１０を左右に対向して設置し、その間に紙面に対し垂
直に摺動する摺動部材を４０を配置する。摺動部材は４
０は中央部に非磁性体からなる四角柱状の基部４２を備
えており、この基部４２の上下２カ所に穴４４が設けら
れていて、この穴４４に図示を省略したレールが通って
いる。また、基部４２の左右両側には、同じく非磁性体
からなる取付け板４６が設けられていて、この取付け板
４６の両端部には磁性体からなる可動部材３０が取り付
けられている。この可動部材３０とハイブリッド磁石１
０の係合部材２２とにはギャップＧが形成されている。

【００３３】実験は、ギャップＧを２，３，４，５ｍｍ
と変え、かつ電磁石１６の励磁コイル１４に流す電流を
０〜２．０Ａまで変化させて、摺動部材４０が紙面手前
側から紙面後ろ側へとスライドしてハイブリッド磁石１
０とすれ違うとき、どのような吸引力が働くかを調べ
た。その結果を表６，７，８，９に示す。また、電磁石
１６のみの場合と、永久磁石１８のみの場合も同様に表
６，７，８，９に示す。なお、いずれも最大値を示して
いる。

【００３４】

【表６】

【００３５】

【表７】

【００３６】

【表８】

【００３７】

【表９】

【００３８】これらの表から、電流が０．２Ａ〜２．０
Ａの範囲で、いずれの電流値のときもハイブリッド磁石
１０がすれ違う磁性体に及ぼす吸引力は電磁石のみのと
きよりも大きいことがわかる。すなわち、永久磁石１８
の持つエネルギーを有効に利用していることになる。

【００３９】また、さらに重要なことが判明している。
それは、摺動部材４０がハイブリッド磁石１０とすれ違
うときに受ける吸引力と距離との関係である。ギャップ
Ｇ＝２，３，４，５ｍｍについて励磁コイルに流す電流
が２．０Ａのときの測定値を図９，１０，１１，１２に
示す。なお、当然ながら永久磁石のみのときは電流値に
無関係となる。

【００４０】図から明らかなように、最大値はほぼ１０
ｍｍ離れた位置で生じているが、ハイブリッド磁石１０
の場合、電磁石のみの場合に比べて最大値が大きいだけ
でなく全体的に吸引力が強いことがわかる。すなわち、
距離と吸引力との積分値が大きいので摺動部材４０に及
ぼすエネルギーが大であることがわかる。

【００４１】次に、本発明に係るハイブリッド磁石の第
２の実施の形態について説明する。このハイブリッド磁
石５０は、図１３に示すように、大きく分けて２つの要
素から構成されている。１つの要素は、２つの胴部６２
ａと左右両側の断面矩形のアーム部６２ｂ及び中央のア
ーム部６２ｃとにより「Ｅ」字状に形成された鉄心６２
及びその２つの胴部６２ａにそれぞれ巻き回された励磁
コイル６４とで構成された電磁石６０と、磁性部材７
１、永久磁石７２、磁性部材７３、永久磁石７４、磁性
部材７５の順で密着構成し前記鉄心６２の外側のアーム
部６２ｂの両外端部間にわたって密着接合した角棒状の
係合部材７０とで構成されている。そして、前記永久磁
石７２は、鉄心６２の左と中央のアーム部６２ｂ、６２
ｃ間に位置し、他の永久磁石７４は鉄心６２の中央と右
のアーム部６２ｃ、６２ｂ間に位置している。

【００４２】電磁石６０を構成する鉄心６２は、軟磁性
材料である純鉄の板を積層したもので、この実施形態例
にあっては、図１３に示すように、左右のアーム部６２
ｂの幅Ｆは１０ｍｍ、中央のアーム部６２ｃの幅Ｉは２
０ｍｍ、アーム部６２ｂ、６２ｃの高さＤ（胴部６２ａ
の上端からの高さ）は１０ｍｍ、厚さＨは１０ｍｍであ
る。したがって、アーム部６２ｂ、６２ｃの横断面積は
それぞれ１００ｍｍ^２ 、２００ｍｍ^２ となる。

【００４３】これに対し、係合部材７０は５種類用意し
て実験を行った。図１３に示す場合、係合部材７０の縦
断面は、永久磁石７２，７４、磁性部材７１，７３，７
５とも同一の矩形を形成していて１本の角棒状になって
いて、永久磁石７２，７４の高さＣは１５ｍｍ、幅Ｂは
２．５ｍｍ、厚さＨは１０ｍｍとなっており、左右及び
中央に配置された磁性部材７１，７３，７５の高さＣは
１５ｍｍ、幅はそれぞれ１８．７５ｍｍ，３７．５ｍ
ｍ，１８．７５ｍｍ、厚さＨは１０ｍｍとなっている。
したがって、永久磁石７２，７４及び磁性部材７１，７
３，７５ともその縦断面積は１５０ｍｍ^２ となる。な
お、この磁性部材７１，７３，７５の材質としては、例
えば、純鉄を用いてもよいし、あるいはパーマロイ、ケ
イ素鋼等の純鉄より飽和磁束密度及び透磁率の高いもの
を用いてもよい。なお、電磁石６０の鉄心６２に巻き回
されている励磁コイル６４は、線径０．６ｍｍの銅線を
４２０ターンさせたものである。

【００４４】図１４は、各永久磁石７２，７４の幅をそ
れぞれ５ｍｍにしたもの、図１５は各永久磁石７２，７
４の幅をそれぞれ１０ｍｍにしたもの、図１６は各永久
磁石７２，７４の幅をそれぞれ１５ｍｍにしたもの、図
１６は各永久磁石７２，７４の幅をそれぞれ２０ｍｍに
したものを示している。これら５種類について、磁性体
からなる可動部材（幅８０ｍｍ×高さ１５ｍｍ×厚さ１
０ｍｍのフェロパーム）８０を係合部材７０に接触させ
ておき、これを矢印方向に引き離す力で測定してみる。
比較のため、電磁石６０のみのとき（図１８）、永久磁
石（磁性部材７１，７３，７５で挟んだ状態）７２，７
４のみのとき（図１９）も併せて調べる。表１０に示す
ようなデータが得られた。

【００４５】

【表１０】

【００４６】なお、表１０のデータを視認しやすいよう
に折れ線グラフとして図２０に示す。表１０及び図２０
を参照すると、永久磁石７２，７４の幅がそれぞれ２．
５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で、かつ電流０．２Ａ〜２．０
Ａの範囲のいずれにおいても、このハイブリッド磁石５
０は電磁石のみよりも大きな吸引力を有することがわか
った。特に、永久磁石７２，７４の幅がそれぞれ５ｍｍ
〜１５ｍｍの範囲での吸引力が大きいことがわかった。
このことを、考察すると、永久磁石の１つの幅と磁性部
材の幅の合計との比を１：１〜１：１５の範囲に構成す
ればよく、特に１：１．６〜１：７の範囲ではより効果
が大きいことがわかった。なお、第１の実施の形態で
は、永久磁石の幅を変えて引き離し力を調べる実験を行
っていないが、第２の実施形態から同様の効果を推測す
ることができる。また、第２の実施形態では、磁性部材
のすれ違いによる吸引力について実験を行っていない
が、第１の実施形態から、同じく同様の効果を推察する
ことができる。

【００４７】次に、本発明に係るステッピングモータの
実施の形態について説明する。このステッピングモータ
１００は、図２１に示すように、上述したハイブリッド
型磁石５０を４個、その鉄心６２の胴部６２ａを中心に
してアーム部６２ｂ、６２ｃが放射状になるように等角
度（ここでは９０°）で一体構成し、さらに上下（図で
は左右）に位相差（ここでは３０°）を設けて直列３段
にしてステータ１１０とし、ハイブリッド型磁石５０の
係合部材７０の外側に回転筒１２２を配置してその内側
に等間隔（ここでは９０°）で磁性部材８０を取り付け
てロータ１２０として構成したものである。このように
すると、３０°ステップで回転するモータとなる。

【００４８】なお、図２２（ａ）は、図２１のＡ−Ａ′
線による断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ′線による断面図、
（ｃ）はＣ−Ｃ′線による断面図である。

【００４９】このモータ１００の効率は、上記のハイブ
リッド磁石の効果を参照すれば明らかであるが、通常の
モータに比べ格段に向上する。なお、この例ではステー
タ１１０として４個のハイブリッド型磁石５０を放射状
に並べ、位相差を設けて直列３段にしたが、８個で構成
すれば１５°ステップで回転するモータになり、段数を
増やせばさらに細かいステップで回転させることができ
ることは明らかである。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るハイ
ブリッド型磁石によれば、エネルギーを消費することの
ない永久磁石の効力を利用することにより、少ない消費
電力で大きな吸引力を得ることができる。

【００５１】また、本発明に係るステッピングモータに
よれば、永久磁石を利用することによって投入したエネ
ルギーを効率よく出力として取り出すことができ、省エ
ネルギー化を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るハイブリッド型磁石の一実施形態
を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側
面図である。

【図２】図１に示すハイブリッド型磁石の引き離し力を
測定するための図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図
である。

【図３】ハイブリッド型磁石から永久磁石を取り外した
状態で、引き離し力を測定するための図で、（ａ）は正
面図、（ｂ）は側面図である。

【図４】ハイブリッド型磁石から係合部材を取り外した
状態で、引き離し力を測定するための図で、（ａ）は正
面図、（ｂ）は側面図である。

【図５】永久磁石のみの場合の引き離し力を測定するた
めの図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

【図６】ハイブリッド型磁石が磁性部材とすれ違うとき
に作用する吸引力を調べる構成である。

【図７】ハイブリッド型磁石から永久磁石を取り外した
状態で、磁性部材とすれ違うときに作用する吸引力を調
べる構成である。

【図８】永久磁石のみのとき、磁性部材とすれ違うとき
に作用する吸引力を調べる構成である。

【図９】ギャップＧが０．２ｍｍで、かつ励磁コイルに
流す電流が２．０Ａのとき、（ａ）はハイブリッド型磁
石が磁性部材とすれ違うときに作用する吸引力と距離と
の関係を示す図、（ｂ）はハイブリッド型磁石から永久
磁石を取り外した状態で、磁性部材とすれ違うときに作
用する吸引力と距離との関係を示す図、（ｃ）は永久磁
石のみのとき、磁性部材とすれ違うときに作用する吸引
力と距離との関係を示す図である。

【図１０】ギャップＧが０．３ｍｍのとき、（ａ）はハ
イブリッド型磁石が磁性部材とすれ違うときに作用する
吸引力と距離との関係を示す図、（ｂ）はハイブリッド
型磁石から永久磁石を取り外した状態で、磁性部材とす
れ違うときに作用する吸引力と距離との関係を示す図、
（ｃ）は永久磁石のみのとき、磁性部材とすれ違うとき
に作用する吸引力と距離との関係を示す図である。

【図１１】ギャップＧが０．４ｍｍのとき、（ａ）はハ
イブリッド型磁石が磁性部材とすれ違うときに作用する
吸引力と距離との関係を示す図、（ｂ）はハイブリッド
型磁石から永久磁石を取り外した状態で、磁性部材とす
れ違うときに作用する吸引力と距離との関係を示す図、
（ｃ）は永久磁石のみのとき、磁性部材とすれ違うとき
に作用する吸引力と距離との関係を示す図である。

【図１２】ギャップＧが０．５ｍｍのとき、（ａ）はハ
イブリッド型磁石が磁性部材とすれ違うときに作用する
吸引力と距離との関係を示す図、（ｂ）はハイブリッド
型磁石から永久磁石を取り外した状態で、磁性部材とす
れ違うときに作用する吸引力と距離との関係を示す図、
（ｃ）は永久磁石のみのとき、磁性部材とすれ違うとき
に作用する吸引力と距離との関係を示す図である。

【図１３】本発明に係るハイブリッド型磁石の他の実施
形態を示し、永久磁石の幅が２．５ｍｍのとき、可動部
材の引き離しを実験を行う図で、（ａ）は正面図、
（ｂ）は側面図である。

【図１４】図１３の例において、永久磁石の幅を５ｍｍ
に変えたもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図であ
る。

【図１５】同じく、図１３の例において、永久磁石の幅
を１０ｍｍに変えたもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は
側面図である。

【図１６】同じく、図１３の例において、永久磁石の幅
を１５ｍｍに変えたもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は
側面図である。

【図１７】同じく、図１３の例において、永久磁石の幅
を２０ｍｍに変えたもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は
側面図である。

【図１８】本発明に係るハイブリッド型磁石から係合部
材を取り去った状態で、可動部材の引き離しを実験を行
う図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

【図１９】永久磁石のみのとき、可動部材の引き離しを
実験を行う図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図であ
る。

【図２０】図１３〜１８までの実験データを表示した表
１０を折れ線グラフで示した図である。

【図２１】本発明に係るステッピングモータの実施形態
を示し、縦断面図である。

【図２２】（ａ）は図２０のＡ−Ａ′線による端面図、
（ｂ）はＢ−Ｂ′線による端面図、（ｃ）はＣ−Ｃ′線
による端面図である。

【符号の説明】

１０ ハイブリッド型磁石 １２ 鉄心 １２ａ 胴部 １２ｂ アーム部 １４ 励磁コイル １６ 電磁石 １８ 永久磁石 ２０ 磁性部材 ２２ 係合部材 ３０ 可動部材 ４０ 摺動部材 ５０ ハイブリッド型磁石 ６０ 電磁石 ６２ 鉄心 ６２ａ 胴部 ６２ｂ アーム部 ６２ｃ アーム部 ６４ 励磁コイル ７０ 係合部材 ７１，７３，７５ 磁性部材 ７２，７４ 永久磁石 ８０ 可動部材 １００ ステータ １１０ ロータ

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年４月２３日（１９９９．４．２
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】本発明は、永久磁石と電磁石とを組み合わ
せて、電磁石に供給する電流を制御することにより外部
に及ぼす磁界の強さを制御するとともに、供給したエネ
ルギーを効率よく取り出すことのできるハイブリッド型
磁石に関するものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】このように構成すると、各励磁コイルにパ
ルス電流を流すことにより、投入した電磁石のエネルギ
ーを、永久磁石利用することによって効率良く出力とし
て取り出すことができることになる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るハ
イブリッド型磁石１０の第１の実施の形態を示し、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図であ
る。このハイブリッド型磁石１０は、大きく分けて２つ
の要素から構成されている。１つは胴部１２ａと断面矩
形の左右のアーム部１２ｂ、１２ｂとにより「コ」字状
に形成された鉄心１２に励磁コイル１４を巻き回して構
成した電磁石１６と、他方は永久磁石（ネオジム系マグ
ネット）１８を両側から軟磁性体からなる磁性部材２０
で挟み込み、鉄心１２のアーム部１２ｂの両外端部間に
わたって密着接合した角棒状の係合部材２２とで構成さ
れている。その際に、前記永久磁石１８は、鉄心１２の
左右のアーム部１２ｂ、１２ｂ間に位置している。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】実験は、ギャップＧを０．２，０．３，
０．４，０．５ｍｍと変え、かつ電磁石１６の励磁コイ
ル１４に流す電流を０〜２．０Ａまで変化させて、摺動
部材４０が紙面手前側から紙面後ろ側へとスライドして
ハイブリッド磁石１０とすれ違うとき、どのような吸引
力が働くかを調べた。その結果を表６，７，８，９に示
す。また、電磁石１６のみの場合と、永久磁石１８のみ
の場合も同様に表６，７，８，９に示す。なお、いずれ
も最大値を示している。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】また、さらに重要なことが判明している。
それは、摺動部材４０がハイブリッド磁石１０とすれ違
うときに受ける吸引力と距離との関係である。ギャップ
Ｇ＝０．２，０．３，０．４，０．５ｍｍについて励磁
コイルに流す電流が２．０Ａのときの測定値を図９，１
０，１１，１２に示す。なお、当然ながら永久磁石のみ
のときは電流値に無関係となる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】これに対し、係合部材７０は５種類用意し
て実験を行った。図１３に示す場合、係合部材７０の縦
断面は、永久磁石７２，７４、磁性部材７１，７３，７
５とも同一の矩形を形成していて１本の角棒状になって
いて、永久磁石７２，７４の高さＣは１５ｍｍ、幅Ｊは
２．５ｍｍ、厚さＨは１０ｍｍとなっており、左右及び
中央に配置された磁性部材７１，７３，７５の高さＣは
１５ｍｍ、幅はそれぞれ１８．７５ｍｍ，３７．５ｍ
ｍ，１８．７５ｍｍ、厚さＨは１０ｍｍとなっている。
したがって、永久磁石７２，７４及び磁性部材７１，７
３，７５ともその縦断面積は１５０ｍｍ^２ となる。な
お、この磁性部材７１，７３，７５の材質としては、例
えば、純鉄を用いてもよいし、あるいはパーマロイ、ケ
イ素鋼等の純鉄より飽和磁束密度及び透磁率の高いもの
を用いてもよい。なお、電磁石６０の鉄心６２に巻き回
されている励磁コイル６４は、線径０．６ｍｍの銅線を
４２０ターンさせたものである。

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荻野 三四郎 東京都品川区二葉２−20−１ 第２梅田ビ ル405 (72)発明者 真壁 宏行 神奈川県平塚市田村6714 Ｆターム(参考） 5H622 CA02 CA13 CB05 DD02 PP03 PP19

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 胴部と断面矩形の左右のアーム部とによ
   り「コ」字状に形成された鉄心に励磁コイルを巻き回し
   て構成した電磁石と、永久磁石を両側から磁性部材で挟
   み込み前記鉄心のアーム部の両外端部間にわたって密着
   接合した角棒状の係合部材とを備え、かつ前記永久磁石
   が前記鉄心のアーム部間に位置するハイブリッド型磁石
   であって、 前記永久磁石の幅と前記磁性部材の幅の合計との比を
   １：１〜１５：１の範囲に構成したことを特徴とするハ
   イブリッド型磁石。
2. 【請求項２】 ２つの胴部と３つの断面矩形のアーム部
   とにより「Ｅ」字状に形成された鉄心の２つの胴部にそ
   れぞれ励磁コイルを巻き回して構成した電磁石と、磁性
   部材、永久磁石、磁性部材、永久磁石、磁性部材の順で
   密着構成し前記鉄心の外側のアーム部の両外端部間にわ
   たって密着接合した角棒状の係合部材とを備え、かつ前
   記各永久磁石が前記鉄心の各アーム部間にそれぞれ位置
   するハイブリッド型磁石であって、 前記永久磁石の幅を互いに同一に構成するとともに、前
   記永久磁石の幅の合計と前記磁性部材の幅の合計との比
   を１：１〜１：１５の範囲に構成したことを特徴とする
   ハイブリッド型磁石。
3. 【請求項３】前記鉄心は純鉄で、前記永久磁石はネオジ
   ム系磁石であることを特徴とする請求項１又は２に記載
   のハイブリッド型磁石。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載のハイ
   ブリッド型磁石を複数個、その胴部を中心にしてアーム
   部が放射状になるように等角度で一体構成してステータ
   とし、ハイブリッド型磁石の係合部材の外側に等間隔で
   磁性部材を配置してロータとして構成したことを特徴と
   するステッピングモータ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のステッピングモータを
   複数個、位相差を設けて直列接続して構成したことを特
   徴とするステッピングモータ。