JP2551833B2 - 小型ステップモータ - Google Patents

小型ステップモータ

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JP2551833B2 JP1017044A JP1704489A JP2551833B2 JP 2551833 B2 JP2551833 B2 JP 2551833B2 JP 1017044 A JP1017044 A JP 1017044A JP 1704489 A JP1704489 A JP 1704489A JP 2551833 B2 JP2551833 B2 JP 2551833B2
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • HELECTRICITY
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    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/14Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、正逆回転が可能な小型ステップモータに関
するものである。
〔従来の技術〕
一般的にカメラ等の小型機器に組込まれるステップモ
ータは電源に電池が使用されるため高効率で消費電流が
少なく、しかも小型なものが望まれる。また正逆回転可
能なステップモータは少なくとも2組のコイルとステー
タを必要とするため従来技術によるものは、ステータと
鉄芯が分離した構成や互いのステータを平面的に重ね合
せる構成としていた。
このような小型ステップモータとしては例えば、回転
自在に配設され径方向に複数着磁された永久磁石からな
るロータと、このロータに対向して配設された複数の磁
極部を有するステータと、このステータに巻回されたコ
イルと、このコイルに通電させる励磁電流を制御する駆
動回路とを備えたものがある。駆動回路からの出力信号
に応じてコイル正(+)および負(−)の励磁電流を通
電させると、ステータの先端には磁極部が形成されてロ
ータは回転する。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、このような従来の小型ステップモータ
にあっては、コイルに励磁電流を通電させ、ステータに
磁極部を生じさせることによってロータを回転させてい
た。ところで、このようなステータまたはコイルからは
漏れ磁束が生じる。このために、ステータの磁極部の磁
束が低下して、磁極部とロータの磁極との磁気結合力お
よび反発力が小さくなり、ロータの回転力が低下してい
た。そこで、前記回転力を大きくするにはコイルに大き
な励磁電流を流す必要があり、消費電流が多くなること
になる。したがって、小型ステップモータには大容量の
電池を組込まなければならず、前記小型ステップモータ
の小型化、薄型化という要請に反するという課題があっ
た。
〔課題を解決するための手段〕
このような課題を解決するために、本発明にあって
は、回転自在に配設された径方向に複数着磁された永久
磁石からなるロータと、前記ロータに対向して配設され
た複数の磁極部を有するコの字型のステータと、前記ス
テータに巻回されたコイルと、前記コイルに通電させる
励磁電流を制御する駆動回路とを備えた小型ステップモ
ータにおいて、前記ステータの外周近傍に漏れ磁束収束
部材を配設し、ステータまたはコイルからの漏れ磁束を
前記漏れ磁束収束部材に収束させて前記ステータに通す
ような構成とするものである。
〔作用〕
ステータの外周近傍に漏れ磁束収束部材を設けたの
で、ステータまたはコイルから漏れた磁束は殆んどこの
漏れ磁束収束部材に収束されて、再びステータを通るこ
とになる。このように、漏れ磁束は収束されてステータ
を通るので、この磁極部の磁束は高くなり、磁極部とロ
ータの磁極との磁気結合力および反発力が大きくなっ
て、ロータの回転力が増加する。すなわち、コイルに小
さな励磁電流を流すだけで今までのロータの回転力が得
られ、消費電流を低減することができる。
〔実施例〕
以下図面に従って本発明の実施例について説明する。
第1図から第4図は、本発明の小型ステップモータの一
実施例を示すものである。
まず第1図に示すように、径方向に4極着磁された永
久磁石(例えば、希土類磁石)から成るロータ1はロー
タ軸2に一体的に固着されている。上記ロータ軸2の一
端は円板状の下板3の穴により、また他の一端は上板
(図示しないが第1図中手前側に位置する)の穴により
回転自在に支持され、上記ロータ軸2の一端は上記下板
3の穴を貫通して先端に図示されない歯車列に上記ロー
タ1の回転を伝達するためのロータカナ5(ピニオン)
が固着されている。
6bは磁性材料(例えば、純鉄)からなるコの字型のス
テータでU字形状をなす様に1対の脚部を有し、その脚
部の各端部(先端部)には上記ロータ1の外周と対向す
る磁極部6a1,6a2を有しており、この磁極部6a1,6a2
ロータ1が第1図に示す位置にあるとき、この左側のNS
極よりもそれぞれ同図中下方に位置している。また、こ
のステータ6bには同じ形状のステータ6cが線対称的に配
設され、同様に磁極部6a3,6a4はロータ1の右側のNS極
よりもそれぞれ同図中下方に位置している。一方、2つ
のステータ6b,6cはそれぞれが円弧状であって重なり合
わないように同一平面上に配設され、上記下板3に設け
られたガイドピン3aにより位置決めされている。このた
め、ステータ6b,6cは同一平面上で上記ステータ6b,6cの
磁極部6a1,6a4が互いに近接する形となっている。
ここで、一対の2磁極部6a1,6a2および6a3,6a4間の
ロータ1の中心に対する角度をαとし、この一対の2磁
極部6a1,6a2および6a3,6a4の隣接する一方の磁極部6a
1,6a4間のロータ1の回転中心に対する角度をβとす
る。これらの磁極部6a1,6a2,6a3,6a4はβ<90°,180
<2α+β<270°という関係を有するように配設され
ている。このような関係を有するように配設された磁極
部6a1,6a2,6a3,6a4の一例として、β=45°,α=90
°としたものである。
円板状の下板3の周縁部であってステータ6b,6cの外
周近傍には、磁性材料(例えば、純鉄やFe−Si合金等)
からなる略板状の漏れ磁束収束部材11が設けられてい
る。漏れ磁束収束部材11はステータ6b,6cからの漏れ磁
束を収束するためのものである。このため、この漏れ磁
束収束部材11はステータ6bの基端側(第1図中下端側)
から磁極部6a2の先端側へかけて延設され、さらに続い
てステータ6cの磁極部6a3の先端側から基端側(第1図
中下端側)へかけて延設されている。
一方、上記各ステータの磁極部6a1,6a2,6a3,6a4
磁界を発生させる2つのコイル7a,7bは後述する駆動回
路9に接続されていると共に、上記コイル7a,7bはそれ
ぞれコイル枠8に巻線され、上記ステータ6b,6cの脚部
に挿入されている。
なお、第2図は上記コイル7a,7bに通電し、上記ステ
ータの各磁極部6a1,6a2,6a3,6a4に所定の磁界を発生
させるための駆動回路9の出力信号を示し、これはコイ
ルの励磁電流の方向が正(+)および負(−)の2方向
でかつ常時2つのコイルに励磁電流を流す公知のバイポ
ーラ駆動の2相励磁方式の駆動回路の出力信号である。
以上の構成において以下動作を説明する。
先ず、2つのコイル7a,7bが通電されない状態におい
ては、2つのステータの4つの磁極部6a1,6a2,6a3,6
a4とロータ1の4つのNS極との磁気結合力および前述し
た様な位相関係の構成により、ロータ1の1回転を4等
分した角度(90°)毎にバランスして停止する静的安定
点が存在する。
すなわち、ロータ1の4つの磁極に対して対向配設さ
れたステータ6b,6cのそれぞれ一対の磁極部6a1,6a2,6
a3,6a4はロータ1の4つの磁極の磁力によってそれぞ
れ反対の磁極に磁化される。このため、ロータ1はこの
1回転を4等分した角度(90°)毎に静的安定点がある
のである。
例えば第1図の様な関係にロータ1が停止しているも
のとする。この状態において、駆動回路9からのシンメ
トリックな出力信号によりコイル7a,7bは通電されて、
第3図(a)の様にステータの磁極部6a1,6a2,6a3,6
a4に磁界が発生すると、ロータ1は時計方向に8分の1
回転(45°)して第3図(b)の位置で停止する。
次にコイル7bの電流方向が反転して通電されると、コ
イル7b側のステータ6cの磁極が反転して第3図(c)の
様に磁極部6a3,6a4に磁界が発生し、ロータ1は更に時
計方向に8分の1回転して、第3図(d)の位置で停止
する。以下交互に反転電流が2つのコイル7a,7bに通電
される毎に2つのステータの一方の磁極が反転してロー
タ1は時計方向にステップ的に回転を続ける。
一方第3図(d)の状態において、コイル7a,7bの通
電により第3図(e)の様に磁極部6a3,6a4に磁界を発
生させると、ロータ1は反時計方向に8分の1回転し第
3図(f)の位置で停止する。次にコイル7a側のステー
タ6bの磁極を反転すると更に反時計方向に8分の1回転
して停止するもので前述した時計方向の回転動作と同様
にコイル7a,7bに反転電流が通電される毎に反時計方向
に回転を続ける。従ってロータ1の回転は駆動回路9の
出力信号により正逆自在に制御されこのロータ1の回転
はロータ軸2の先端に固着されたロータカナ5により図
示されない歯車列に回転が伝達されるものである。
ところで、下板3の周縁部であってステータ6b,6cの
外周近傍には、第4図の様に漏れ磁束収束部材11が設け
られていないとする。コイル7a,7bに励磁電流を通電す
ると、ステータ6b,6cに磁束が通る。そうすると、たと
えば同図に示すようにステータ6bの基端側および先端側
にはそれぞれN極およびS極が生じ、ステータ6cの基端
側および先端側にはそれぞれS極およびN極が生じる。
ここで、ステータ6b,6cに対する磁気絶縁物である空気
は、その磁気抵抗が鉄のたかだか102〜104倍程度であ
る。このため、磁束の一部がステータ6b,6cを通らず
に、同図に示すような漏れ磁束が生じる。このように、
ステータ6b,6cおよびコイル7a,7bから漏れ磁束が生じる
と、これらの磁極部6a1,6a2,6a3,6a4の磁束は低下
し、磁極部6a1,6a2,6a3,6a4とロータの磁極との磁気
結合力および反発力が低下する。
しかし、第1図に示すようにステータ6b,6cの外周近
傍に漏れ磁束収束部材11を設けたので、同図に示すよう
にステータ6b,6cおよびコイル7a,7bから漏れた磁束は殆
んどこの漏れ磁束収束部材11に収束されて、再びステー
タ6b,6cを通ることになる。このように、漏れ磁束は収
束されてステータ6b,6cを通るので、この磁極部6a1,6a
2,6a3,6a4の磁束は高くなり、磁極部6a1,6a2,6a3
6a4とロータの磁極との磁気結合力および反発力が大き
くなって、ロータ1の回転力が増加する。すなわち、コ
イル7a,7bに小さな励磁電流を流すだけで今までのロー
タ1の回転力が得られ、消費電流を低減することができ
る。したがって、小型ステップモータには小容量の電池
を組み込むことができ、この小型ステップモータを一層
小型化、薄型化することができる。
なお、上記実施例は最も効率のよい形態を示したもの
であるが、漏れ磁束収束部材をさらに延長すると、一方
のステータとコイルのみを閉ループとする形状にするこ
と、ロータ近傍から双方のステータまたはコイルに亘っ
て形成することも本発明の技術範囲で実施できる。
また、上記下板3と上板を、摩擦摩耗特性や機械的強
度、長期的信頼性の優れたプラスチック材料(例えばポ
リアセタール系樹脂等)を用いて射出成形加工により形
成すれば、構成部品を大幅に削減できるだけでなく、組
立性も良く経済性に優れたステップモータの構成が可能
となる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、ステータの外
周近傍に漏れ磁束収束部材を配設し、ステータおよびコ
イルからの漏れ磁束をこの漏れ磁束収束部材に収束して
このステータに通すようにしたので、ステータの磁極部
の磁束は高くなり、この磁極部とロータの磁極との磁気
結合力および反発力が大きくなって、ロータの回転力が
増加する。すなわち、コイルに小さな励磁電流を流すだ
けで今までのロータの回転力が得られ、消費電流を低減
することができる。したがって、小型ステップモータに
は小容量の電池を組み込むことができ、この小型ステッ
プモータを一層小型化、薄型化することができる。
また、漏れ磁束収束部材がロータ近傍で補極として作
用し、ロータの作動を円滑にする効果を生じることも注
目すべき効果である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すステップモータの平面
図、第2図は本発明のステップモータを駆動するための
駆動回路よりの出力信号の波形図、第3図は一実施例の
モータ動作図であり、第4図は漏れ磁束収束部材を配設
しない場合の小型ステップモータを示す平面図である。 1……ロータ 2……ロータ軸 3……下板 5……ロータカナ(ピニオン) 6a1,6a2,6a3,6a4……磁極部 6b,6c……ステータ 7a,7b……コイル 8……コイル枠 9……駆動回路 11……漏れ磁束収束部材

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転自在に配設された径方向に複数着磁さ
    れた永久磁石からなるロータと、前記ロータに対向して
    配設された複数の磁極部を有するコの字型のステータ
    と、前記ステータに巻回されたコイルと、前記コイルに
    通電させる励磁電流を制御する駆動回路とを備えた小型
    ステップモータにおいて、 前記ステータの外周近傍に漏れ磁束収束部材を配設し、 ステータまたはコイルからの漏れ磁束を前記漏れ磁束収
    束部材に収束させて前記ステータに通すようにしたこと
    を特徴とする小型ステップモータ。
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