JP2003088084A

JP2003088084A - ステッピングモータ

Info

Publication number: JP2003088084A
Application number: JP2001280856A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Kobayashi; 喜幸小林; Shigeaki Yamamuro; 重明山室; Katsunari Yoshida; 克成吉田
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2021-09-17
Also published as: JP3811038B2

Abstract

(57)【要約】【課題】隣接する極歯リングの極歯間での磁束漏れの
増大を招くことなく、ヨークブロック全体の剛性を高め
る。【解決手段】複数の磁極を着磁した永久磁石ブロック
２９と、複数の極歯リング３７，３８を組み付けて成る
ヨークブロック３０と、前記極歯リングに磁界を作用さ
せる電磁コイルブロック３２と、を備え、各極歯リング
３７，３８は、永久磁石ブロック２９に対向する複数の
極歯３７ｂ，３８ｂを有し、極歯リング相互の極歯は円
周方向に沿って設定ピッチずれて配置されている。この
ようなステッピングモータにおいて、各極歯リング３
７，３８の極歯３７ｂ，３８ｂを同リングの軸方向幅Ｄ
よりも薄く、かつ、永久磁石ブロック２９側にオフセッ
トさせて形成し、ブロック３０のほぼ全体が極歯リング
３７，３８の軸方向幅と略同一となるように、極歯リン
グ３７，３８の肉不足部に樹脂材料４０を充填した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石を用いる
ＰＭ型のステッピングモータに関し、特に、内燃機関の
バルブタイミング制御装置等の大トルクを要する用途に
適したステッピングモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】軸方向の薄型化を図ったステッピングモ
ータとして、従来、特開平７−３９１３０号公報に記載
されているようなものが開発されている。

【０００３】このステッピングモータは、図１２に示す
ように異なる磁極（Ｎ極とＳ極）が端面に円周方向に沿
って交互に現れるように着磁された永久磁石ブロック１
０１と、図１３に示すように磁性材料から成る複数の極
歯リング１０２，１０３，１０４が略円板状に組み付け
られたヨークブロック１０５と、このヨークブロック１
０５の各極歯リング１０２，１０３，１０４に磁界を作
用させるべく複数相の電磁コイルを有する電磁コイルブ
ロック（図示せず）と、を備え、パルスの入力に応じて
複数相の電磁コイルの発生磁界を所定パターンで変化さ
せることにより、永久磁石ブロック１０１をヨークブロ
ック１０５に対して相対的に回転させるようになってい
る。ヨークブロック１０５の各極歯リング１０２，１０
３，１０４は永久磁石ブロック１０１の磁極面に対向す
る複数の極歯１０６を有し、極歯リング１０２，１０
３，１０４相互は、同心に、かつ、互いの極歯１０６が
円周方向に沿って設定ピッチずれるように配置されると
共に、非磁性材料である樹脂材料１０７によって一体に
結合されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来のス
テッピングモータの場合、発生トルクを大きくするため
に永久磁石ブロック１０１の磁力を大きくすると、ヨー
クブロック１０５がその磁力によって反り等の変形を来
し、それによって作動が不安定になることが考えられ
る。

【０００５】このため、内燃機関のバルブタイミング制
御装置等の大きなトルクを要求される用途に適用しよう
とする場合には、ヨークブロック１０５全体の軸方向の
厚みを厚くすることにより、ヨークブロック１０５の反
り等の変形を防止しなければならない。

【０００６】ところが、このときヨークブロック１０５
全体の軸方向の厚みを厚くすると、各極歯リング１０
２，１０３，１０４の極歯１０６部分の厚みも厚くなる
ため、隣接する極歯リング１０２，１０３，１０４の極
歯１０６，１０６相互の向き合う部分の面積が広がり、
極歯１０６，１０６間に非磁性材料である樹脂が介装さ
れているにしても隣接する極歯１０６，１０６での磁束
の漏れが生じ易くなり、効率良く大きなトルクを得られ
なくなることが懸念される。

【０００７】そこで本発明は、隣接する極歯リングの極
歯間での磁束漏れの増大を招くことなく、ヨークブロッ
ク全体の剛性を高められるようにして、発生トルクの増
大と作動の安定化を図ることのできるステッピングモー
タを提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ための手段として、本発明は、永久磁石の異なる磁極が
端面に円周方向に沿って交互に現れるように構成された
永久磁石ブロックと、この永久磁石ブロックの磁極面に
対向する複数の極歯を有し全体が磁性材料によって形成
された極歯リングが複数設けられ、この極歯リング相互
が互いの極歯が円周方向に沿って設定ピッチずれるよう
に配置されると共に非磁性材料によって結合された略円
板状のヨークブロックと、このヨークブロックの各極歯
リングに磁界を作用させるべく複数相の電磁コイルが設
けられた電磁コイルブロックと、を備え、パルスの入力
に応じて前記複数相の電磁コイルの発生磁界を所定パタ
ーンで変化させることによって、前記永久磁石ブロック
をヨークブロックに対して相対回動させるステッピング
モータにおいて、前記ヨークブロックの各極歯リングの
極歯を同リングの軸方向幅よりも薄く、かつ、永久磁石
ブロック側にオフセットさせて形成すると共に、極歯リ
ングの肉不足部に非磁性材料を充填するようにした。

【０００９】この発明の場合、各極歯リングの極歯はそ
の極歯リングの軸方向幅よりも薄く形成されているた
め、隣接する極歯リングの極歯相互の対向面積を小さく
することが可能となり、しかも、ヨークブロック全体は
極歯リングの肉不足部に充填される非磁性材料によって
全体がほぼ一定厚みとされるため、磁力による反り等の
生じにくい高剛性に維持されることとなる。

【００１０】前記ヨークブロックは電磁コイルブロック
に対して非接触に、かつ、回転可能に配置し、極歯リン
グのリング状の基部を、対応する電磁コイルの磁気入出
部に対向する位置に配置するようにしても良い。この場
合、ヨークブロックと電磁コイルブロックを共に回転さ
せた状態で両者を相対回動させることが可能になるが、
このとき電磁コイルの磁気入出部からヨークブロックの
対応する極歯リングに対して最も抵抗なく磁束を流すこ
とが可能となる。

【００１１】また、極歯リングはリング状の基部から極
歯にかけてをクランク状に屈曲させて形成することが好
ましい。この場合、極歯リング全体を薄肉にして容積を
小さくしつつ、極歯を永久磁石ブロック側にオフセット
させて配置することができるため、隣接する極歯リング
間に樹脂等の軽量の非磁性材料を充填することによって
ヨークブロック全体の軽量化を図ることができる。

【００１２】前記極歯リングは、板状部材からプレス成
形によって形成することが望ましく、こうすることによ
り極歯リングを容易に、かつ、低コストで製造すること
が可能となる。

【００１３】また、隣接する極歯リングを、一方の極歯
リングの極歯が他方の極歯リングの極歯間に位置される
ように組み付ける場合には、少なくとも一方の極歯リン
グのリング状の基部のうちの極歯との連結壁部分に、極
歯側に開口するように切欠き部を設けるようにしても良
い。この場合、連結壁のうちの極歯に直接連接しない部
位が、切欠き部によって永久磁石ブロックや相手側極歯
リングの極歯に対して離間することとなるため、連結壁
から永久磁石ブロックや相手側極歯リングの極歯への磁
束の漏れは生じにくくなる。

【００１４】このとき、切欠き部は、切欠き部底面と永
久磁石ブロックの磁極面の間の磁気抵抗と、切欠き部底
面と相手側極歯リングの極歯の間の磁気抵抗が、いずれ
も極歯リングの極歯と永久磁石ブロックの磁極面の間の
磁気抵抗よりも大きくなるように形成することが望まし
く、こうすることにより、連結壁部分から永久磁石ブロ
ックや相手側極歯リングの極歯への磁束の漏れをより確
実に防止することが可能となる。

【００１５】さらに、前記切欠き部の切欠き深さは、相
手側極歯リングの極歯の厚さ分よりも深くすることが望
ましく、こうすることによって前記の磁束の漏れをより
防止し易くなると共に、相手側極歯リングの極歯の歯先
を一方の極歯リングの連結壁（切欠き部）付近まで延ば
して極歯面積の増大を図ることにより、ヨークブロック
の外径の増大を招くことなく、ヨークブロックと永久磁
石ブロックの間に作用する磁力を増大させることが可能
になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態を図１
〜図１１に基づいて説明する。

【００１７】この実施形態は、内燃機関のバルブタイミ
ング制御装置において、内燃機関のクランクシャフトと
カムシャフトの回転位相を駆動操作するのに本発明にか
かるステッピングモータを適用したものである。

【００１８】バルブタイミング制御装置は、図２に示す
ように内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）に回転自
在に支持されたカムシャフト１と、このカムシャフト１
の前端部に必要に応じて相対回動できるように組み付け
られ、チェーン（図示せず）を介してクランクシャフト
（図示せず）に連繋されるタイミングスプロケット２を
外周に有する駆動プレート３と、この駆動プレート３と
カムシャフト１の前方側（図２中左側）に配置されて、
両者３，１の組付角を回動操作する組付角操作機構５
と、この組付角操作機構５のさらに前方側に配置され
て、同機構５を駆動操作する操作力付与手段としての本
発明にかかるステッピングモータ４と、内燃機関の図外
のシリンダヘッドとロッカカバーの前面に跨って取り付
けられて組付角操作機構５とステッピングモータ４の前
面から周域にかけてを覆うＶＴＣハウジング１２と、を
備えている。

【００１９】駆動プレート３は、中心部に段差状の支持
孔６を備えた円板状に形成され、その支持孔６部分が、
カムシャフト１の前端部に一体に結合されたフランジリ
ング７に回転自在に支持されている。そして、駆動プレ
ート３の前面（カムシャフト１と逆側の面）には、図３
に示すように、平行な一対のガイド壁８ａ，８ｂから成
る３つの径方向ガイド８が円周方向等間隔に、かつ同プ
レート３のほぼ半径方向に沿うように取り付けられてお
り、この各径方向ガイド８のガイド壁８ａ，８ｂの間に
は、略方形状の可動部材１７が摺動自在に組み付けられ
ている。

【００２０】また、前記フランジリング７の前面側に
は、放射状に突出する三つのレバー９を有するレバー軸
１０が配置され、このレバー軸１０がフランジリング７
と共にボルト１３によってカムシャフト１に結合されて
いる。そして、レバー軸１０の各レバー９には、リンク
１４の一端がピン１５によって枢支連結され、各リンク
１４の他端には、径方向ガイド８に組み付けられた前記
各可動部材１７がピン１１によって枢支連結されてい
る。

【００２１】各可動部材１７は、上述のように径方向ガ
イド８に案内された状態において、リンク１４を介して
レバー軸１０の対応するレバー９に連結されているた
め、可動部材１７が外力を受けて径方向ガイド８に沿っ
て変位すると、駆動プレート３とレバー軸１０はリンク
１４の作用でもって可動部材１７の変位に応じた方向及
び角度だけ相対回動する。

【００２２】また、各可動部材１７の前面側所定位置に
は保持穴１８が設けられ、この保持穴１８に、係合部と
しての球１９を保持するためのリテーナ２０が摺動自在
に収容されると共に、リテーナ２０を前方側に付勢する
ためのコイルばね２１が収容されている。リテーナ２０
は前面中央に半球状の凹部２０ａが設けられ、この凹部
２０ａに球１９が転動自在に収容されている。

【００２３】レバー軸１０のレバー９の突設位置よりも
前方側には玉軸受２２を介して略円盤状の中間回転体２
３が支持されている。この中間回転体２３の後部側の面
には断面半円状の渦巻き溝２４（渦巻き状ガイド）が形
成され、この渦巻き溝２４に各可動部材１７の球１９が
転動自在に案内係合されている。渦巻き溝２４の渦巻き
は、図３及び図８，図９に示すように（同図において、
渦巻き溝２４は中心線のみ示してある。）駆動プレート
３の回転方向Ｒに沿って次第に縮径するように形成され
ている。したがって、可動部材１７の球１９が渦巻き溝
２４に係合した状態で中間回転体２３が駆動プレート３
に対して遅れ方向に相対回転すると、可動部材１７は渦
巻き溝２４の渦巻き形状に沿って半径方向内側に移動
し、逆に、中間回転体２３が進み方向に相対回転する
と、半径方向外側に移動する。

【００２４】組付角操作機構５は、以上説明した駆動プ
レート３の径方向ガイド８、可動部材１７、リンク１
４、レバー９、中間回転体２３の渦巻き溝２４等によっ
て構成されている。この組付角操作機構５は、操作力付
与手段であるステッピングモータ４から中間回転体２３
にレバー軸１０（カムシャフト１）に対する相対的な回
動操作力が入力されると、渦巻き溝２４を介して可動部
材１７を径方向に変位させ、さらにリンク１４及びレバ
ー９を介してその回動力を設定倍率に増幅し、駆動プレ
ート３とカムシャフト１に相対的な回動力を作用させ
る。

【００２５】一方、ステッピングモータ４は、図１に示
すように、前記中間回転体２３の前面側（駆動プレート
３と逆側）の外周縁部に接合された略円板状の永久磁石
ブロック２９と、レバー軸１０に一体回転可能に結合さ
れた同じく略円板状のヨークブロック３０と、ＶＴＣハ
ウジング１２（図１参照）内に取りつ付けられた電磁コ
イルブロック３２と、を備えて成り、この電磁コイルブ
ロック３２の備える複数の電磁コイル３３Ａ，３３Ｂ
は、励磁回路やパルス分配回路等を含む駆動回路（図示
せず）に接続され、この駆動回路が図示しないコントロ
ーラによって制御されるようになっている。尚、コント
ローラは、クランク角、カム角、機関回転数、機関負荷
等の各種の入力信号を受け、随時機関の運転状態に応じ
た制御信号を駆動回路に出力する。

【００２６】永久磁石ブロック２９は、図４に示すよう
に、軸線方向と直交する端面に複数の磁極（Ｎ極，Ｓ
極）が、円周方向に沿って異磁極が交互に現れるように
着磁されている。尚、図４においては、Ｎ極の磁極面を
３６ｎで示し、Ｓ極の磁極面を３６ｓで示している。

【００２７】ヨークブロック３０は、図１，図５に示す
ように夫々が第１，第２極歯リング３７，３８を有する
二組のヨーク対３９Ａ，３９Ｂを備え、内周縁部がレバ
ー軸１０に対して一体に結合されている。

【００２８】各ヨーク対３９Ａ，３９Ｂの第１，第２極
歯リング３７，３８は透磁率の高い金属材料（磁性材
料）によって形成され、図５に示すように、リング状の
基部３７ａ，３８ａと、その基部３７ａ，３８ａから径
方向内側または外側に延出する略台形状の複数の極歯３
７ｂ…，３８ｂ…とを備えている。この実施形態の場
合、各極歯リング３７，３８の極歯３７ｂ，３８ｂは、
円周方向に等間隔に、かつ、歯先が相手極歯リング３
８，３７側に指向するように、つまり、第１極歯リング
３７の歯先は径方向内側に、第２極歯リング３８の歯先
は径方向外側に夫々指向するように延出している。そし
て、第１極歯リング３７と第２極歯リング３８は、互い
の極歯３７ｂ，３８ｂが円周方向に交互に、かつ、等ピ
ッチとなるように、絶縁性を有する非磁性材料である樹
脂材料４０によって結合されている。このように構成さ
れた２組のヨーク対３９Ａ，３９Ｂは、径方向外側と内
側に全体がほぼ円板状を成すように並べられ、すべての
極歯リング３７，３８の極歯３７ｂ，３８ｂが円周方向
に４分の１ピッチずれるように、相互が樹脂材料４０に
よって結合されている。

【００２９】また、ヨークブロック３０は、図１に示す
ように、その両側面が永久磁石ブロック２９と電磁コイ
ルブロック３２に軸方向で対向するように配置されてい
るが、各ヨーク対３９Ａ，３９Ｂの第１，第２極歯リン
グ３７，３８は、リング状の基部３７ａ，３８ａの一部
が電磁コイルブロック３２側に対向し、台形状の各極歯
３７ｂ，３８ｂが永久磁石ブロック２９に対向するよう
になっている。

【００３０】具体的には、各極歯リング３７，３８は、
図１及び図６に示すようにリング状の基部３７ａ，３８
ａが、電磁コイルブロック３２に対面する偏平壁４３
と、この偏平壁４３の内周縁部、若しくは、外周縁部に
軸方向に沿って設けられた連結壁４４と、を備え、連結
壁４４の永久磁石ブロック２９側の端部に極歯３７ｂ，
３８ｂが延設されている。そして、径方向外側のヨーク
対３９Ａの２つの極歯リング３７，３８と、径方向内側
のヨーク対３９Ｂの第１の極歯リング３７はいずれも薄
肉の板状部材によって形成され、リング状の基部３７
ａ，３８ａから極歯３７ｂ，３８ｂにかけてがクランク
状に屈曲して形成されている。また、径方向内側のヨー
ク対３９Ｂの第２の極歯リング３８は基部３８ａ全体が
肉厚に形成され、その基部３８ａの永久磁石ブロック２
９側にオフセットした位置に極歯３８ｂが延設されてい
る。尚、この極歯リング３８は、肉厚に形成された基部
３８ａうちの、電磁コイルブロック３２に対面する部分
が前記偏平壁４３とされ、基部３８ａの外周面が前記連
結壁４４となっている。したがって、すべての極歯リン
グ３７，３８の極歯３７ｂ，３８ｂは、同リング３７，
３８の軸方向幅Ｄよりも薄く、かつ、永久磁石ブロック
２９側にオフセットして形成されている。

【００３１】また、各極歯リング３７，３８の連結壁４
４部分には、図６に示すように（同図には極歯リング３
７側の具体形状のみ図示。）極歯３７ｂ，３８ｂ側に開
口するように切欠き部４５が設けられている。この切欠
き部４５は、連結壁４４のうちの極歯３７ｂ，３８ｂに
直接連接しない部分に、相手極歯リング３８，３７の極
歯３８ｂ，３７ｂの厚み分よりも深い深さに形成される
と共に、以下の関係式（１），（２）を満たすように形
成されている。

【００３２】Ｒ_m2＞Ｒ_m1 …（１）Ｒ_m3＞Ｒ_m1 …（２）Ｒ_m1；極歯リング３７（３８）の極歯３７ｂ（３８ｂ）
と永久磁石ブロック２９の磁極面３６ｎ，３６ｓの間の
磁気抵抗Ｒ_m2；切欠き部４５の底面４５ａと永久磁石ブロック２
９の磁極面３６ｎ，３６ｓの間の磁気抵抗Ｒ_m3；切欠き部４５の底面４５ａと相手側極歯リング３
８（３７）の間の磁気抵抗各極歯リング３７，３８は、上述のように全体、若しく
は、その一部分が軸方向幅Ｄに対して薄肉に形成され、
さらに一部が屈曲されたり、切り欠かれたりすることに
よって幅Ｄに対して肉の足りない肉不足部が生じてい
る。そして、この肉不足部には前記樹脂材料４０が充填
され、それによってヨークブロック３０のほぼ全体が極
歯リング３７，３８の軸方向幅Ｄと略同一の肉厚となっ
ている。

【００３３】一方、電磁コイルブロック３２は、径方向
内外に並べて配置された２層の電磁コイル３３Ａ，３３
Ｂと、この電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの各周域に配置さ
れ、電磁コイル３３Ａで発生した磁束をヨークブロック
３０寄りの磁気入端部３４，３５に誘導するためのヨー
ク４１とを備えた構成とされている。尚、各電磁コイル
３３Ａ，３３Ｂに付設されるヨーク４１は透磁率の高い
材料、例えば、鉄系の金属材料等によって形成されてい
る。

【００３４】そして、各電磁コイル３３Ａ，３３Ｂにお
ける磁気入出部３４，３５は、ヨークブロック３０の対
応する極歯リング３７，３８の基部３７ａ，３８ａ（偏
平壁４３）に対し、軸方向のエアギャップａを介して対
面している。したがって、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂが
励磁されて所定の向きの磁界が生じると、エアギャップ
ａを介してヨークブロック３０の対応する極歯リング３
７，３８に磁気誘導が生じ、その結果、極歯リング３
７，３８の各極歯３７ｂ，３８ｂに磁界の向きに応じた
磁極が現れる。

【００３５】また、電磁コイル３３Ａの径方向外側の磁
気入出部３４はヨーク４１の外周面側から径方向内側方
向に屈曲させて形成され、電磁コイル３３Ｂの径方向内
側の磁気入出部３５は逆にヨーク４１の内周面から径方
向外側方向に屈曲させて形成されている。したがって、
これらの磁気入出部３４，３５は上述のように極歯リン
グ３７，３８の基部３７ａ，３８ａに対面しているもの
の、回転体であるヨークブロック３０の外径の大型化を
招くことなく、ヨーク４１の内側に多くの巻き数のコイ
ルを収容することができる。

【００３６】尚、電磁コイルブロック３２は、両ヨーク
４１，４１の磁気入出部３４，３５を除くほぼ全域が、
アルミニウム等の非磁性材料から成る保持ブロック４２
によって抱持され、その保持ブロック４２がＶＴＣハウ
ジング１２の内側面に係止ピン４６を介して回り止め固
定されると共に、レバー軸１０の外周面に玉軸受５０を
介して回転自在に支持されている。

【００３７】また、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの発生磁
界は、駆動回路のパルスの入力に対して所定パターンで
順次切換えられるようになっている。つまり、電磁コイ
ル３３Ａ，３３Ｂの発生磁界の切換えパターンは、例え
ば、図１１の励磁シーケンス図に順次示すようになって
いる。

【００３８】尚、図１１中、下向き矢印（↓）は、ヨー
クブロック３０の第１極歯リング３７にＮ極、第２極歯
リング３８にＳ極が夫々現れるときの電磁コイル３３
Ａ，３３Ｂの発生磁界を示し、上向き矢印（↑）は、こ
れと逆の向きの電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの発生磁界を
示す。また、図１１は、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの巻
線形式としてモノファイラ巻きを採用したものである
が、同図中、「励磁」の「正」，「負」は、電磁コイル
３３Ａ，３３Ｂの発生磁界が（↓）のときと（↑）のと
きの励磁電流の向きを示す。

【００３９】ここで、図１１に示す切換えパターンにつ
いて、ステップを追って説明すると、ステップ１では、
電磁コイル３３Ａ，３３Ｂの励磁電流を「正」，「正」
とすることにより、コイル３３Ａ，３３Ｂで夫々
（↓），（↓）の磁界を発生する。これにより、両ヨー
ク対３９Ａ，３９Ｂの第１，第２極歯リング３７，３８
（の極歯３７ｂ，３８ｂ）に同様にＮ極，Ｓ極が現れ、
破線で示す位置にあった永久磁石ブロック２９の磁極面
３６ｎが、極歯３７ｂ，３８ｂとの吸引反発作用を受
け、Ｓ極となっている両ヨーク対３９Ａ，３９Ｂの極歯
３８ｂ，３８ｂに跨って対向するように一方向に４分の
１ピッチ移動する。

【００４０】同様にステップ２では、電磁コイル３３
Ａ，３３Ｂの励磁電流を「逆」，「正」として（↑），
（↓）の磁界を発生し、ステップ３では励磁電流を
「逆」，「逆」、ステップ４では「正」，「逆」とする
ことにより、（↑），（↑）の磁界と（↓），（↑）の
磁界を夫々発生する。この結果、Ｓ極となる極歯３７
ｂ，３８ｂの位置（正確には、４分の１ピッチずれて配
置された極歯３７ｂ…，３８ｂ…のうちの、４分の１ピ
ッチずれて隣り合うもの同士がＳ極とＳ極になるものの
位置。）が４分の１ピッチずつ一方向に移動し、この極
歯３７ｂ，３８ｂ上のＳ極の移動に磁極面３６ｎが追従
するように永久磁石ブロック２９が回転する。

【００４１】したがって、永久磁石ブロック２９は、こ
の発生磁界の切換えパターンを繰り返すことにより、ヨ
ークブロック３０に対して一方向の回転を続け、この切
換えパターンを逆向きに繰り返すことによって逆向きの
回転を続けることとなる。また、電磁コイルブロック３
２での発生磁界の切換えを停止した場合には、永久磁石
ブロック２９がヨークブロック３０に対する回転を停止
すると共に、その回転停止位置が、ヨークブロック３０
の各極歯３７ｂ，３８ｂと永久磁石ブロック２９の磁極
面３６ｎ，３６ｓの間に作用し続ける磁気的な吸引反発
力によって確実に維持される。

【００４２】このバルブタイミング制御装置は以上のよ
うな構成であるため、内燃機関の始動時やアイドル運転
時には、図３に示すように、駆動プレート３とレバー軸
１０の組付角を予め最遅角側に維持しておくことによ
り、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相（機
関弁の開閉タイミング）を最遅角側にし、機関回転の安
定化と燃費の向上を図ることができる。

【００４３】そして、この状態から機関の運転が通常運
転に移行し、前記回転位相を最進角側に変更すべく指令
が図外のコントローラからステッピングモータ４の駆動
回路に発されると、同モータ４の電磁コイルブロック３
２はその指令に従って発生磁界を所定パターンで切換
え、永久磁石ブロック２９を中間回転体２３と共に遅れ
側に最大に相対回動させる。これにより、渦巻き溝２４
に球１９によって係合されている可動部材１７は、図８
に示すように、径方向ガイド８に沿って径方向内側に最
大に変位し、リンク１４とレバー９を介して駆動プレー
ト３とレバー軸１０の組付角を最進角側に変更する。こ
の結果、クランクシャフトとカムシャフト１の回転位相
が最進角側に変更され、それによって機関の高出力化が
図られることとなる。

【００４４】また、この状態から前記回転位相を最遅角
側に変更すべく指令がコントローラからステッピングモ
ータ４に発されると、同モータ４の電磁コイルブロック
３２が発生磁界を逆パターンで切換えることによって中
間回転体２３を進み側に最大に相対回動させ、渦巻き溝
２４に係合する可動部材１７を、図３に示すように、径
方向ガイド８に沿って径方向外側に最大に変位させる。
これにより、可動部材１７はリンク１４とレバー９を介
して駆動プレート３とレバー軸１０を相対回動させ、ク
ランクシャフトとカムシャフト１の回転位相を最遅角側
に変更する。

【００４５】さらにまた、クランクシャフトとカムシャ
フト１の回転位相の変更は上記の最進角側位置と最遅角
側位置に限らず、コントローラによる制御によって任意
の位置に変更することができ、例えば、図９に示すよう
に、最遅角位置と最進角位置の中間位置に変更すること
も可能である。

【００４６】ところで、このバルブタイミング制御装置
に採用したステッピングモータ４は、ヨークブロック３
０の各極歯リング３７，３８の極歯３７ｂ，３８ｂを軸
方向幅Ｄよりも薄く形成すると共に、その極歯３７ｂ，
３８ｂを永久磁石ブロック２９側にオフセットさせてあ
るため、隣設する極歯リング３７，３８の極歯３７ｂ，
３８ｂの互いに対向する部分の面積が充分に小さくな
る。このため、極歯３７ｂ，３８ｂの対向部分からの磁
束の漏れは生じにくくなっている。さらに、ヨークブロ
ック３０は、極歯リング３７，３８の肉不足部（同リン
グ３７，３８の軸方向幅Ｄに対して肉の不足している部
分）に樹脂材料４０を充填することによって補強されて
いるため、ブロック３０全体の剛性低下は生じない。し
たがって、永久磁石ブロック２９との間に作用する磁力
によって同ブロック２９に反り等の変形が生じることが
なく、ステッピングモータ４の作動は常時安定したもの
となる。

【００４７】また、このステッピングモータ４は、ヨー
クブロック３０における各極歯リング３７，３８の基部
３７ａ，３８ａを、連結壁４４に対して略直角に屈曲し
充分な面積が確保された偏平壁４３でもって電磁コイル
３３Ａ，３３Ｂの磁気入出部３４，３５に対向させてい
るため、電磁コイル３３Ａ，３３Ｂと極歯リング３７，
３８の間のエアギャップａにおいて最も抵抗なく磁束を
流すことができる。

【００４８】さらに、このステッピングモータ４の場
合、最も内側の極歯リング３８以外の極歯リング３７，
３８は、薄肉の板状部材をプレス成形することによって
リング状の基部３７ａ，３８ａから極歯３７ｂ，３８ｂ
にかけてをクランク状に屈曲させて形成しているため、
極歯リング３７，３８全体を薄肉にして、その分軽量の
樹脂材料４０を多く充填することによってヨークブロッ
ク３０全体の軽量化を図ることができる。また、このよ
うに極歯リング３７，３８をプレス成形によって形成す
るようにした場合には、製造が容易になり、製造コスト
の削減も可能となる。尚、最も内側の極歯リング３８の
ようにリング状の基部３８全体を軸方向幅Ｄと同肉厚に
形成した場合にも、極歯３８ｂ部分の肉厚を薄くするこ
とによって隣接する極歯３７ｂ，３８ｂの対向部分での
磁束の漏れを防止することができる。

【００４９】また、この実施形態におけるステッピング
モータ４は、各極歯リング３７，３８の連結壁４４のう
ちの、極歯３７ｂ，３８ｂに直接連接しない部分に、永
久磁石ブロック２９側（極歯３７ａ，３８ａ側）に開口
するように切欠き部４５を設けてあるため、連結壁４４
部分から永久磁石ブロック２９や相手極歯リング３８，
３７の極歯３８ｂ，３７ｂ部分への磁束の漏れを確実に
防止することができる。即ち、切欠き部４５は、切欠き
部４５の底面４５ａと永久磁石ブロック２９の磁極面３
６ｎ，３６ｓの間の磁気抵抗と、同底面４５ａと相手側
極歯リング３８，３７の極歯３８ｂ，３７ｂの間の磁気
抵抗が、極歯リング３７，３８の極歯３７ｂ，３８ｂと
永久磁石ブロック２９の磁極面３６ｎ，３６ｓの間の磁
気抵抗よりも大きくなるように形成してあることから、
極歯リング３７，３８での磁束の入出は磁気抵抗の小さ
い極歯３７ｂ，３８ｂと永久磁石ブロック２９の間のエ
アギャップａを通して確実に行われる。

【００５０】さらに、この実施形態においては、切欠き
部４５の深さを相手極歯リング３８，３７の極歯３８
ｂ，３７ｂの厚み分よりも深く設定してあるため、極歯
３８ｂ，３７ｂの先端部を切欠き部４５の近傍まで充分
に延ばすことにより、永久磁石ブロック２９に対向する
極歯３７ｂ，３８ｂ部分の面積を増大して極歯３７ｂ，
３８ｂと永久磁石ブロック２９の間の磁気抵抗をより小
さくすることができる。ここで、極歯３７ｂ，３８ｂの
面積を大きくするにはヨークブロック３０全体の外径を
大きくすることも考えられるが、この実施形態のよう
に、連結壁４４の切欠き部４５を深くすることによって
極歯３７ｂ，３８ｂの先端を相手極歯リング３８，３７
の切欠き部４５の近傍まで延出させるようにした場合に
は、ヨークブロック３０の外径をより小さくし、装置全
体のコンパクト化をも図ることができる。

【００５１】尚、本発明の実施形態は以上で説明したも
のに限るものではなく、例えば、極歯リング間に充填す
る非磁性材料は、樹脂材料に代えてアルミニウムや、オ
ーステナイト系ステンレス等を用いることも可能であ
り、また、本発明にかかるステッピングモータの適用も
内燃機関のバルブタイミング制御装置以外の装置であっ
ても良い。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明は、極歯リングの極
歯をヨークブロックの軸方向幅よりも薄く、かつ、永久
磁石ブロック側にオフセットさせて形成することによ
り、隣接する極歯リングの極歯相互の対向面積を充分に
小さくしてその極歯間での磁束漏れを防止し、さらに、
ヨークブロックのほぼ全体が極歯リングの軸方向幅と略
同一となるように極歯リングの肉不足部に非磁性材料を
充填することにより、ヨークブロック全体の剛性を高め
たため、発生トルクの増大と作動の安定化の両立を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す要部の拡大断面図。

【図２】同実施形態を示す縦断面図。

【図３】同実施形態を示す図２のＡ−Ａ線に沿う断面
図。

【図４】同実施形態を示す電磁石ブロックの正面図。

【図５】同実施形態を示すヨークブロックの充填樹脂材
料の図示を省略した正面図。

【図６】同実施形態を示すヨークブロックの充填樹脂材
料の図示を省略した斜視図。

【図７】同実施形態を示す電磁コイルブロックの縦断面
図。

【図８】同実施形態の作動状態を示す図３に対応の断面
図。

【図９】同実施形態の別の作動状態を示す図３に対応の
断面図。

【図１０】永久磁石ブロックの磁極面を仮想線で重ね合
わせたヨークブロックの概略正面図。

【図１１】同実施形態を示す励磁シーケンス図であり、
図中左側に作動ステップ毎の各電磁コイルの励磁電流と
磁界の向きを示し、右側に対応する作動ステップでのヨ
ークの磁極と永久磁石ブロックの磁極面を模式的に示し
た図。

【図１２】従来の技術を示す電磁石ブロックの正面図。

【図１３】同技術を示すヨークブロックの正面図。

【符号の説明】

４…ステッピングモータ２９…永久磁石ブロック３０…ヨークブロック３２…電磁コイルブロック３３Ａ，３３Ｂ…電磁コイル３４，３５…磁気入出部３７…第１極歯リング（極歯リング）３８…第２極歯リング（極歯リング）３７ａ，３８ａ…基部３７ｂ，３８ｂ…極歯４０…樹脂材料４４…連結壁４５…切欠き部４５ａ…底面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田克成神奈川県厚木市恩名1370番地株式会社ユニシアジェックス内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石の異なる磁極が端面に円周方向
に沿って交互に現れるように構成された永久磁石ブロッ
クと、この永久磁石ブロックの磁極面に対向する複数の極歯を
有し全体が磁性材料によって形成された極歯リングが複
数設けられ、この極歯リング相互が互いの極歯が円周方
向に沿って設定ピッチずれるように配置されると共に非
磁性材料によって結合された略円板状のヨークブロック
と、このヨークブロックの各極歯リングに磁界を作用させる
べく複数相の電磁コイルが設けられた電磁コイルブロッ
クと、を備え、パルスの入力に応じて前記複数相の電磁コイルの発生磁
界を所定パターンで変化させることによって、前記永久
磁石ブロックをヨークブロックに対して相対回動させる
ステッピングモータにおいて、前記ヨークブロックの各極歯リングの極歯を同リングの
軸方向幅よりも薄く、かつ、永久磁石ブロック側にオフ
セットさせて形成すると共に、極歯リングの肉不足部に
非磁性材料を充填したことを特徴とするステッピングモ
ータ。
【請求項２】ヨークブロックを電磁コイルブロックに
対して非接触に、かつ、回転可能に配置すると共に、極
歯リングのリング状の基部を、対応する電磁コイルの磁
気入出部に対向する位置に配置したことを特徴とする請
求項１に記載のステッピングモータ。
【請求項３】極歯リングのリング状の基部から極歯に
かけてをクランク状に屈曲させたことを特徴とする請求
項１または２に記載のステッピングモータ。
【請求項４】極歯リングを、板状部材からプレス成形
によって形成したことを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載のステッピングモータ。
【請求項５】隣接する極歯リングを、一方の極歯リン
グの極歯が他方の極歯リングの極歯間に位置されるよう
に組み付け、少なくとも一方の極歯リングのリング状の
基部のうちの極歯との連結壁部分に、極歯側に開口する
ように切欠き部を設けたことを特徴とする請求項１〜４
のいずれかに記載のステッピングモータ。
【請求項６】切欠き部を、切欠き部底面と永久磁石ブ
ロックの磁極面の間の磁気抵抗と、切欠き部底面と相手
側極歯リングの極歯の間の磁気抵抗が、いずれも極歯リ
ングの極歯と永久磁石ブロックの磁極面の間の磁気抵抗
よりも大きくなるように形成したことを特徴とする請求
項５に記載のステッピングモータ。
【請求項７】切欠き部の切欠き深さを、相手側極歯リ
ングの極歯の厚さ分よりも深くしたことを特徴とする請
求項６に記載のステッピングモータ。