JP2531101Y2 - ハイブリット型ステップモータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は永久磁石を内蔵したステ
ップモータに関し、特にステータを内包するように環状
のロータが配設されて成るハイブリット型ステップモー
タの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のハイブリット型ステップモータ
は、実公平３−４１５３号公報に開示されている。以
下、図３を参照して従来のハイブリット型ステップモー
タについて説明する。ハイブリット型ステップモータは
ステータ４０と環状のロータ４８とから成る。ステータ
４０は、偏平な２枚の磁性体４０ａ，４０ｂとこれらを
接続する永久磁石４３および励磁コイル４５ａ〜４５
ｄ、４６ａ〜４６ｄとから構成される。ステータ４０に
は、４１ａ₁ 〜４４ａ₁ ，４１ａ₂ 〜４４ａ₂ ，４１ｂ
₁ 〜４４ｂ₁ ，４１ｂ₂ 〜４４ｂ₂ の突極があり、各突
極の先端にはピッチＰの歯が設けられている。隣り合う
突極同士の各歯、例えば突極４１ａ₁ と４２ａ₁ の各歯
は互いに１／４ピッチ（Ｐ／４）位相がずれて設けられ
ており、永久磁石４３を介して重なり合う２枚の磁性体
４０ａ，４０ｂの相対する突極同士、例えば突極４１ａ
₁ と４１ｂ₁ の各歯の間では１／２ピッチ（Ｐ／２）の
位相ずれが設けてある。励磁コイル４５ａ〜４５ｄおよ
び４６ａ〜４６ｄは磁性体４０ａ，４０ｂの重なり合う
各突極部分にまたがって巻回され、それぞれの４個ずつ
が直列に接続されている。環状のロータ４８は磁性体で
構成され、内周側にピッチＰで歯が設けられている。ス
テータ４０およびロータ４８を構成する磁性体は積層鉄
板によって構成される。このような構造を有する従来の
ハイブリット型ステップモータにおいて、励磁コイル４
５ａ〜４５ｄおよひ４６ａ〜４６ｄに互いに９０℃位相
のずれた励磁電流（正弦波、パルス波など）を流すとロ
ータ４８が回転する。ロータ４８の回転方向はこの位相
の進み、遅れによって切換えることができる。永久磁石
４３による磁束と励磁コイル４５ａによる磁束は、図３
（ｂ）に矢印で示すように、ギャップ４７ａおよび４７
ｂにおいて交互に加算又は減算され、このことによって
ステップモータが高分解能で回転する。

【０００３】次に、図４を参照して、このように構成し
た従来のハイブリット型ステップモータの基本動作原理
について、詳細に説明する。励磁電流を矢印の方向に流
したとする。このとき、励磁コイルによる磁束は図４の
点線の流れに沿って左側の突極４１ａ₁ 、４１ｂ₁ から
ロータ（可動子）４８を通って右側の突極４２ａ₁ 、４
２ｂ₁ へ流れる。一方、永久磁石４３による磁束は、Ｎ
極→Ｓ極へと流れるため、破線に沿う。この時、励磁コ
イル４５ａ、４６ａによる磁束と永久磁石４３による磁
束は、前側の突極４１ａ₁ 、４２ａ₁で加算されるが、
後側の突極４１ｂ₁ 、４２ｂ₁ では減算（打ち消）され
る。したがって、前側の突極４１ａ₁ 、４２ａ₁ の歯と
ロータ（可動子）４８の歯との間に吸引力が働く。次
に、励磁電流を逆に流すと、励磁コイルによる磁束の向
きが逆になり、前側の突極で減算、後側の突極では加算
されるため、後側の突極の歯とロータの歯との間に吸引
力が働き、ステータ（固定子）の歯と半ピッチ位相差の
歯を持つロータ（可動子）はステータ（固定子）に引き
つけらて半ピッチ分移動する。又、逆方向に電流を流せ
ば、前側の突極の歯とロータ（可動子）の歯との間に吸
引力が働き、ロータ（可動子）は半ピッチ分移動する。
以上が、従来のハイブリット型ステップモータの基本動
作である。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】上述したような従来の
ハイブリット型ステップモータの構造において、発生す
る作用力（トルク）は磁束密度の大きさに比例する。こ
のため、従来のアウタロータ型ステップモータの場合、
磁束密度を増加させるために、永久磁石４３として、高
エネルギ積磁石を使用したり、磁石体積を大きくしてい
る。一方、磁路長（磁束の通り道長さ）は、短い方が磁
束の漏れを少なくできる。しかしながら、発生するトル
クを大きくするため、ギャップ磁束密度を増大させるた
めに磁石の体積を大きくするためには、長さ（回転軸）
方向を大きくする必要がある。したがって、従来のハイ
ブリット型ステップモータが大型化してしまうという欠
点がある。また、磁路長が長くなるので、磁束の漏れも
増大し、磁束密度を有効に高められないという欠点があ
る。さらに、従来のハイブリット型ステップモータを大
型化すると、ステータ４０およびロータ４８を構成する
磁性体の積層鉄板の数が多くなり、その結果、鉄板間の
隙間も増大する。したがって、トルク発生が十分に行わ
れなくなるという欠点がある。

【０００５】本考案の目的は、磁路長を短かくし、磁束
の漏れを低減できる高トルクのハイブリット型ステップ
モータを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本考案によるハイブリッ
ト型ステップモータは、周方向に間隔をおいて複数の突
極を有し、それぞれの該突極には励磁コイルを巻回する
と共に、先端に周方向に所定ピッチで小歯を形成したス
テータと、該ステータを内包するように回転可能に配置
された環状のロータとから成るハイブリット型ステップ
モータに於て、前記ステータは各々が前記複数の突極を
有する偏平な少なくとも３枚の磁性体と該少なくとも３
枚の磁性体中の２枚の磁性体の間に回転軸方向に着磁さ
れた静磁石とを有し、前記励磁コイルは前記少なくとも
３枚の磁性体の重なりあうそれぞれ少なくとも３つの前
記突極に跨がって巻回されており、前記ステータと前記
ロータとの間のギャップにおいて前記励磁コイルによる
磁束と前記静磁石による磁束とが交互に加算または減算
するように構成したことを特徴とする。

【０００７】

【作用】本考案によるハイブリット型ステップモータ
は、励磁コイルによって発生する磁束はステータとロー
タとを径方向に通過し、永久磁石によって発生する磁束
はステータを軸方向に通過してロータ側に回り込む。そ
して、ロータ径方向の磁束とロータ回転軸方向の磁束と
がロータ、ステータ間のギャップに対応する小歯部分で
加算あるいは減算し合うことで回転トルクが生ずる。ス
テータを３以上に分割することより、磁路長を短かくで
き、磁束の漏れを低減できる。

【０００８】

【実施例】以下、本考案の実施例について図面を参照し
て説明する。図１に本考案の一実施例によるハイブリッ
ト型ステップモータを径方向から見た断面図を示す。本
実施例のハイブリット型ステップモータは、固定子（ス
テータ）１０と、ステータ１０を内包するように回転可
能に配置された環状の（回転子）ロータ２０とから成
る。ステータ１０とロータ２０との間にはギャップ３０
が形成されている。ステータ１０は、周方向に間隔をお
いて複数の固定子鉄心（突極）１１を有する。突極１１
には巻き線（励磁コイル）１２が巻回されている。励磁
コイル１２の先端には周方向に所定ピッチで小歯（図示
せず）が形成されている。本実施例では、ステータ１０
は偏平な３枚の磁性体１０ａ，１０ｂ，および１０ｃを
有する。磁性体１０ａ，１０ｂ，および１０ｃはそれぞ
れ突極１１ａ，１１ｂ，および１１ｃを有する。突極１
１ａと突極１１ｂとの間および突極１１ｂと突極１１ｃ
との間には、それぞれ静磁石１３ａおよび１３ｂを有す
る。励磁コイル１２は３枚の磁性体１０ａ，１０ｂ，お
よび１０ｃの重なりあう３つの突極１１ａ，１１ｂ，お
よび１１ｃに跨がって巻回されている。すなわち、本実
施例のハイブリット型ステップモータでは、ステータ１
０が回転軸方向に関して３つの分割ステータ（磁性体）
１０ａ，１０ｂ，および１０ｃに分割され、これらの間
に静磁石（永久磁石は電磁石など）１３ａおよび１３ｂ
が固着されている。静磁石１３ａおよび１３ｂを介して
重なり合う３枚の磁性体１０ａ，１０ｂ，および１０ｃ
の相対する突極同士の各歯の間では１／３ピッチ（Ｐ／
３）の位相ずれが設けてある。勿論、ロータ２０の内周
にもピッチＰの小歯（図示せず）が形成されている。

【０００９】次に、図２を参照して、従来のようにステ
ータの磁性体を２分割してその間に磁石を挟んだステッ
プモータ（図３）と本実施例のようにステータの磁性体
を３分割してそれらの間に磁石を挟んだステップモータ
（図１）における磁石の磁路について説明する。図２に
おいて、（Ａ）は従来のものを、（Ｂ）は本実施例のも
のを示す。図２に示されるように、鉄心の長さを両方と
もｌｃとし、ギャップ方向の磁路長さをｌｇとする。従
来のステップモータ（図２（Ａ））の磁石の軸方向長さ
（幅）をｌｍ１とし、本実施例のステップモータ（図２
（Ｂ））の各磁石の軸方向長さをｌｍ２とする。また、
平均磁路長を形成する磁路が鉄心の中央を通るとする。
従来のステップモータの平均磁路長Ｌａは、下記の数式
１で表される。

【００１０】

【数１】

【００１１】これに対し、本実施例のステップモータの
平均磁路長Ｌｂは、下記の数式２で表される。

【００１２】

【数２】

【００１３】ここで、ｌｍ１＝２×ｌｍ２と仮定する
と、下記の数式３の関係が得られる。

【００１４】

【数３】

【００１５】このことから、ステータの磁性体を３分割
する方がステータの磁性体を２分割するよりも、磁路長
が短くなり（Ｌｂ＜Ｌａ）、従って、磁束の漏れを低減
できる。

【００１６】尚、以上の説明では、ｌｍ１＝２×ｌｍ２
と仮定したが、同じ磁束密度を持たせるためには、以下
に説明するように、ｌｍ１＞２×ｌｍ２とする必要があ
る。

【００１７】一般に、ハイブリット型ステップモータに
おいては、出力トルクＴｏとギャップ磁束密度Ｂｇとの
間には、下記の数式４で表される関係がある。

【００１８】

【数４】

【００１９】ここで、Ｋｍはモータによって決まる定数
である。数式４から、ギャップ磁束密度Ｂｇを増加させ
れば、出力トルクＴｏが増加することが分かる。また、
ギャップ磁束密度Ｂｇは、下記の数式５で表される。

【００２０】

【数５】

【００２１】ここで、σは漏れ係数、Ｖｍは磁石体積、
Ｅｍは磁石特性で決まる定数、Ｖｇはギャップ体積（鉄
心隙間を含む）である。数式５より、ギャップ磁束密度
Ｂｇを増加させるためには、磁石体積Ｖｍを大きくし、
ギャップ体積Ｖｇを小さくすれば良いことが分かる。

【００２２】鉄心隙間によるギャップは積層鉄心が薄い
方が極力小さくできるので、鉄心長さｌｃを持つモータ
おいて、磁性体を２分割してその間に磁石を挟んだ場合
（従来）と磁性体を３分割してそれらの間に磁石を挟ん
だ場合（実施例）では、３分割の方がギャップ体積Ｖｇ
を小さくできる。したがって、本実施例の方が従来のも
のより、トルクを有効に発生できる。換言すれば、図２
において、（Ａ）の方は（Ｂ）と同じギャップ磁束密度
Ｂｇを得るためには、磁石体積Ｖｍを大きくする必要が
ある。磁石断面積は、２分割でもそれ以上でも一定であ
るので、図２（Ａ）の場合はｌｍ１を図２（Ｂ）の２×
ｌｍ２より大きくする必要がある。その結果、従来で
は、トルク発生面積（鉄心有効長さ＝ｌｃ−ｌｍ１）が
小さくなってしまうと共に、磁石が大きくなり、コスト
が高くなる。

【００２３】このことにより、同一寸法の場合につい
て、図３に示した従来のものと比較すると、本実施例の
方が約１０％、トルクが増加する。

【００２４】上記実施例では、ステータの磁性体を３分
割した例について述べたが、パルスモータの長さ（軸方
向の長さ）が長くなればなる程、磁性体の分割数を大き
くした方が有効になる。

【００２５】

【考案の効果】以上説明してきたように、本考案ではス
テータの磁性体の分割数を３以上にすることにより、磁
路長を短くでき、磁束漏れを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例のハイブリット型ステップモ
ータの構造を示す径方向から見た断面図である。

【図２】従来と本考案のモータにおける磁石の磁路を説
明するための図で、（Ａ）は従来のものを、（Ｂ）は本
考案のものを示す。

【図３】従来のハイブリット型ステップモータの構造を
示した図で、図（ａ）は軸方向から見た断面図、図
（ｂ）は径方向から見た断面図である。

【図４】従来のハイブリット型ステップモータの基本動
作原理をリニアパルスモデルにて説明するための斜視図
である。

【符号の説明】

１０ 固定子（ステータ） １０ａ，１０ｂ，１０ｃ 磁性体 １１ 固定子鉄心（突極） １１ａ，１１ｂ，１１ｃ 突極 １２ 巻き線（励磁コイル） １３ 静磁石 ２０ ロータ ３０ ギャップ

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 周方向に間隔をおいて複数の突極を有
   し、それぞれの該突極には励磁コイルを巻回すると共
   に、先端に周方向に所定ピッチで小歯を形成したステー
   タと、該ステータを内包するように回転可能に配置され
   た環状のロータとから成るハイブリット型ステップモー
   タに於て、前記ステータは各々が前記複数の突極を有す
   る偏平な少なくとも３枚の磁性体と該少なくとも３枚の
   磁性体中の２枚の磁性体の間に回転軸方向に着磁された
   静磁石とを有し、前記励磁コイルは前記少なくとも３枚
   の磁性体の重なりあうそれぞれ少なくとも３つの前記突
   極に跨がって巻回されており、前記ステータと前記ロー
   タとの間のギャップにおいて前記励磁コイルによる磁束
   と前記静磁石による磁束とが交互に加算または減算する
   ように構成したことを特徴とするハイブリット型ステッ
   プモータ。