JP2730325B2 - 回転型パルスモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、産業用ロボ
ットなどのように比較的大きなトルクが要求されるＦＡ
(ファクトリーオートメーション)機器に用いて好適な回
転型パルスモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来のインナ・ロータ形の３相回
転型リニアパルスモータの磁気回路の構成を示す図であ
る。この図において、１はシャフト６に固定された二次
側ロータであり、その外周面に等間隔（ピッチＰ）に歯
部２ａ，２ａ，…と、凹溝２ｂ，２ｂ，…を交互に形成
し、各凹溝２ｂ，２ｂ，…に永久磁石３，３，…を各々
挿入配置することによって構成されている。４は円筒状
の一次側ステータであり、その外周面に等間隔に６つの
磁極４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ａ＊（Ａ相磁極と逆方向に励
磁される磁極、以下同様），４Ｂ＊，４Ｃ＊が形成され
ており、これら磁極４Ａ〜４Ｃ＊には、各々コイル５
Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ａ＊，５Ｂ＊，５Ｃ＊が巻回されて
いる。各磁極４Ａ〜４Ｃ＊の二次側ロータ１と対向する
端面には極歯４Ａａ〜４Ｃ＊ａが形成されている。

【０００３】このような構成において、Ａ相およびＡ相
＊コイル５Ａ，５Ａ＊と、Ｂ相およびＢ相コイル５Ｂ，
５Ｂ＊と、Ｃ相およびＣ相コイル５Ｃ，５Ｃ＊とにそれ
ぞれ磁極が反転するパルス電流を供給することによっ
て、二次側ロータ１が回転する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、パ
ルスモータはオープンループで高精度な位置決めが可能
なことから、ＯＡ（オフィスオートメーション）機器の
プリンタのキャリッジ駆動等に用いられているものの、
余り大きなトルクが得られないため、産業用ロボットな
どのように比較的大きなトルクが要求されるＦＡ機器に
は、適用することが困難であった。すなわち、上述した
パルスモータにおいては、二次側ロータ２の各歯部２
ａ，２ａ，…の磁路の面積が中心へ向うほど小さくなる
ので、図１０に示すように、磁路の面積が最も小さくな
るつけね部分７で磁束量が制限される。したがって、こ
の制限を越える磁束量を得ることができないので、この
磁束量に応じたトルクよりも大きなトルクを得ることは
困難である。

【０００５】この発明は、上述した事情に鑑みてなされ
たもので、従来方式よりも大きなトルクを得ることがで
きる回転型パルスモータを提供することを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、一次側磁束
発生部と、 前記一次側磁束発生部に対して相対的に回
転自在に支持され、その回転方向に沿って一定間隔Ｐ／
２で歯部と溝部が交互に形成され、隣合う前記歯部の極
性が異極となるように前記各溝部に各々永久磁石を挿入
配置することによって間隔Ｐ内に２つの歯部及び２つの
永久磁石が含まれ、且つ当該永久磁石の起磁力方向が前
記回転方向となるよう二次側を構成した回転型パルスモ
ータにおいて、前記一次側磁束発生部は、前記二次側の
各歯部の端面と一定の間隙を隔てて対向し、前記二次側
の回転方向へ相数に応じて決定される間隔で各々配置さ
れ、かつ互いに前記回転方向へＰ／２の変位を有する２
列の磁極が形成された鉄心が、前記二次側の軸方向に沿
って配設されると共に、前記各磁極にはコイルが巻回さ
れ、さらに前記各磁極の端面には、前記二次側の各歯部
の端面と略同一の幅寸法を有する複数の極歯が各々形成
されていることを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記の構成によれば、コイルに電流を流すと、
一次側磁束発生部の一方の列の磁極の極歯から二次側の
Ｓ極側の歯部に流入した磁束が、永久磁石を介して隣合
うＮ極側の歯部に流入した後、このＮ極側の歯部から一
次側磁束発生部の他方の列の磁極の極歯へ流入し、さら
に一次側磁束発生部の内部をその軸方向に沿って導かれ
て元の磁極に戻る主磁束ループが形成されるので、二次
側と対向する各磁極の端面の総面積をトルク発生用に有
効に利用することができ、従来のように磁束が軸方向に
対して垂直方向に沿って導かれる場合に生ずる二次側の
歯部内での磁気飽和が改善される。これにより、従来よ
りも大きなトルクが得られる。また、各磁極の端面に形
成された複数の極歯は、二次側の各歯部の端面と略同一
の幅寸法であるので、トルクを得ることによる軸方向の
寸法の極端な増大がない。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照し、この発明の実施例を説
明する。図１および図２はこの発明の第１実施例による
インナ・ロータ形の回転型パルスモータの磁気回路の構
成を示す図である。これらの図において、１０は円筒状
の一次側ステータ（磁束発生部）であり、その内周側に
は円柱状の磁性体によって構成さた二次側ロータ１１が
挿入配置され、この二次側ロータ１１がシャフト６を介
して図示せぬ軸受によって矢印Ｍ方向へ回転自在に支持
されている。二次側ロータ１１は、その回転方向Ｍに沿
って一定間隔Ｐ／２で歯部１２ａ，１２ａ，…と凹溝１
２ｂ，１２ｂ，…とが交互に形成された磁性部材１２
と、前記各凹溝１２ｂに、隣合うもの同志の極性が互い
に逆方向となるように各々挿入配置された永久磁石１
３，１３，…とから構成されている。

【０００９】一方、一次側ステータ１０は、二次側ロー
タ１１と一定の間隙Ｇを隔てて各々対向する２列の磁極
１４Ａａ〜１４Ｈａおよび１４Ａｂ〜１４Ｈｂを有する
鉄心１４と、各磁極１４Ａａ〜１４Ｈａおよび１４Ａｂ
〜１４Ｈｂに各々巻回されたコイル１５Ａａ〜１５Ｈａ
および１５Ａｂ〜１５Ｈｂとから構成されている。この
場合、二次側ロータ１１の同極に磁化された各歯部１２
ａの間隔はＰとなり、前列の磁極１４Ａａに対して、前
列の他の磁極１４Ｂａ，１４Ｃａ，１４Ｄａ，１４Ｅ
ａ，１４Ｆａ，１４Ｇａ，１４Ｈａは順次Ｐ／４の位相
差を有して配置され、これにより、前列の各磁極１４Ａ
ａ〜１４Ｈａは互いに位相が９０度ずつ異なった位置関
係となっている。同様に、後列の各磁極１４Ａｂ〜１４
Ｈｂも互いに位相が９０度ずつ異なった位相関係となっ
ている。さらに前列の各磁極１４Ａａ〜１４Ｈａに対し
て後列の各磁極１４Ａｂ〜１４ＨｂはＰ／２の位相差を
有して配置されている。また、各磁極１４Ａａ〜１４Ｈ
ａおよび１４Ａｂ〜１４Ｈｂの、二次側ロータ１１と対
向する各端面には、図３に示すように、二次側ロータ１
１の各歯部１２ａの端面と略同一幅寸法を有する極歯
Ｔ，Ｔが２個ずつ形成されている。

【００１０】以上の構成において、各コイル１５Ａａ〜
１５Ｈａおよび１５Ａｂ〜１５Ｈｂに電流を供給しない
状態においては、鉄心１４の最内周側の部分において磁
気回路が短絡されており、各永久磁石１３，１３，…の
Ｎ極から各々のＳ極に戻る磁束ループが形成され、これ
と共に、二次側ロータ１１のＮ極側の歯部１２ａから一
次側ステータ１０の各磁極１４Ａａ〜１４Ｈａおよび１
４Ａｂ〜１４Ｈｂに極歯Ｔ，Ｔ，…各々流入し、再び二
次側ロータ１１のＳ極側の歯部１２ａに戻る磁束ループ
が形成され、その状態で静止している。

【００１１】ここで、各コイル１５Ａａ，１５Ａｂと１
５Ｃａ，１５Ｃｂと１５Ｅａ，１５Ｅｂと１５Ｇａ，１
５Ｇｂを結線してＡ相とし、コイル１５Ｂａ，１５Ｂｂ
と１５Ｄａ，１５Ｄｂと１５Ｆａ，１５Ｆｂと１５Ｈ
ａ，１５Ｈｂを結線してＢ相とし、これらＡ相のコイル
群と、Ｂ相のコイル群に交互に電流を供給する１相励磁
方式によって駆動する場合の動作について説明する。

【００１２】（１）コイル１５Ａａと１５Ａｂ、コイル
１５Ｃａと１５Ｃｂ、コイル１５Ｅａと１５Ｅｂ、およ
びコイル１５Ｇａと１５Ｇｂに対して、所定の電流を流
すと、鉄心１４の磁極１４Ａｂの極歯Ｔから二次側ロー
タ１１のＳ極側の歯部１２ａに流入した磁束が、永久磁
石１３を介して隣合うＮ極側の歯部１２ａに流入した
後、このＮ極側の歯部１２ａから鉄心１４の磁極１４Ａ
ａの極歯Ｔへ流入し、さらに図４にφａで示すように鉄
心１４の内部をその軸方向に沿って導かれて元の磁極１
４Ａｂへ戻る主磁束ループが形成される。これと同時
に、各磁極１４Ｃａ，１４Ｃｂと、１４Ｅａ，１４Ｅｂ
と、１４Ｇａ，１４Ｇｂにおいても同様の主磁束ループ
が形成され、この結果、各磁極１４Ａａ，１４Ｃａ，１
４Ｅａおよび１４Ｇａの極歯Ｔの端面が二次側ロータ１
１のＮ極側の歯部１２ａの端面と対向し、磁極１４Ａ
ｂ，１４Ｃｂ，１４Ｅｂおよび１４Ｇｂの極歯Ｔの端面
が二次側ロータ１１のＳ極側の歯部１２ａの端面と対向
する位置が磁気的に安定した位置となる。

【００１３】（２）コイル１５Ｂａと１５Ｂｂ、コイル
１５Ｄａと１５Ｄｂ、コイル１５Ｆａと１５Ｆｂ、およ
びコイル１５Ｈａと１５Ｈｂに対して、所定の電流を流
すと、鉄心１４の磁極１４Ｂｂの極歯Ｔから二次側ロー
タ１１のＳ極側の歯部１２ａに流入した磁束が、永久磁
石１３を介して隣合うＮ極側の歯部１２ａに流入した
後、このＮ極側の歯部１２ａから鉄心１４の磁極１４Ｂ
ａの極歯Ｔへ流入し、さらに鉄心１４の内部をその軸方
向に沿って導かれて元の磁極１４Ｂｂへ戻る主磁束ルー
プが形成される。これと同時に、各磁極１４Ｄａ，１４
Ｄｂと、１４Ｆａ，１４Ｆｂと、１４Ｈａ，１４Ｈｂに
おいても同様の主磁束ループが形成され、この結果、各
磁極１４Ｂａ，１４Ｄａ，１４Ｆａおよび１４Ｈａの極
歯Ｔの端面が二次側ロータ１１のＮ極側の歯部１２ａの
端面と対向し、磁極１４Ｂｂ，１４Ｄｂ，１４Ｆｂおよ
び１４Ｈｂの極歯Ｔの端面が二次側ロータ１１のＳ極側
の歯部１２ａの端面と対向する位置が磁気的に安定した
位置となる。

【００１４】以上の（１）と（２）の各励磁モードのパ
ルス励磁を順次繰り返すことによって、二次側ロータ１
１が回転する。この場合、上述した実施例による回転型
パルスモータの駆動方法としては、前述した方法パルス
励磁以外に、交流によって駆動しても構わない。この場
合、図５に示すように、互いに位相が９０度ずれたＡ相
電流ＩａとＢ相電流Ｉｂを、上述したＡ相のコイル群と
Ｂ相のコイル群に供給すればよい。

【００１５】ここで、上述した第１実施例においては、
一次側ステータ１０に、位相が１８０度異なる前後２列
の磁極１４Ａａ〜１４Ｈａおよび１４Ａｂ〜１４Ｈｂを
配設した場合について説明したが、図６に示すように、
磁極１４Ａａ〜１４Ｈａに前後に、これら磁極１４Ａａ
〜１４Ｈａと位相が１８０度異なる２列の磁極１４Ａｂ
〜１４Ｈｂおよび１４Ａｃ〜１４Ｈｃを各々配設し、中
央の磁極１４Ａａ〜１４Ｈａのみにコイル１５Ａａ〜１
５Ｈａを巻回する構造としても構わない。

【００１６】また、上述した第１実施例においては、磁
性部材１２の最内周側の部分において磁気回路が短絡さ
れていたが、シャフト６を非磁性体によって構成し、二
次側ロータ１１の歯部１２ａ，１２ａ，…が永久磁石１
３，１３，…によって互いに完全に分断されるように各
凹溝１２ｂ，１２ｂ，…と永久磁石１３，１３，…を内
周方向に延出し、各歯部１２ａの最内周側の部分におい
て相互に磁気回路的に遮断した構造としても構わない。
このようにすると、各コイル１５Ａａ〜１５Ｈａおよび
１５Ａｂ〜１５Ｈｂに電流を供給しない状態において、
各永久磁石１３から流出した全ての磁束が、二次側ロー
タ１１のＮ極側の歯部１２ａから一次側ステータ１０の
各磁極１４Ａａ〜１４Ｈａおよび１４Ａｂ〜１４Ｈｂの
極歯Ｔ，Ｔ，…に各々流入し、再び二次側ロータ１１の
Ｓ極側の歯部１２ａに戻るので、回転が強固に規制され
た状態で、静止する。

【００１７】次に、この発明の第２実施例について説明
する。上述した第１実施例では、インナ・ロータ形の回
転型パルスモータに適用したものであったが、この第２
実施例はアウタ・ロータ形の回転型パルスモータに適用
したものである。以下、図７および図８を参照してその
構成について説明する。

【００１８】これらの図において、２０は円筒形状の二
次側ロータであり、その回転方向に沿って一定間隔Ｐ／
２で歯部２０ａ，２０ａ，…と凹溝２０ｂ，２０ｂ，…
とが交互に形成され、各凹溝２０ｂには隣合うもの同志
の極性が互いに逆方向となるように永久磁石２１，２
１，…が各々挿入配置されている。２２は円筒形状の第
１の一次側ステータであり、二次側ロータ２０と一定の
間隔Ｇを隔てて、その外周面に等間隔に６つの磁極２２
Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ａ＊，２２Ｂ＊，２２Ｃ＊が
形成されており、これら磁極２２Ａ〜２２Ｃ＊には、各
々コイル２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ａ＊，２３Ｂ
＊、２３Ｃ＊が巻回されている。各磁極２２Ａ〜２２Ｃ
＊の二次側ロータ２０と対向する端面には極歯２２Ａａ
〜２２Ｃ＊ａが形成されている。

【００１９】２４は円筒形状の第２の一次側ステータで
あり、上記第１の一次側ステータ２２の奥側に配置され
ている。この第２の一次側ステータ２４も第１の一次側
ステータ２２と同様にその外周面に等間隔に６つの磁極
２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ａ＊，２４Ｂ＊，２４Ｃ
＊が形成されており、これら磁極２４Ａ〜２４Ｃ＊に
は、各々コイル２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ａ＊，２
５Ｂ＊，２５Ｃ＊が巻回されている。各磁極２４Ａ〜２
４Ｃ＊の二次側ロータ２０と対向する端面には歯部２４
Ａａ〜２４Ｃ＊ａが形成されている。

【００２０】ここで、第１の一次側ステータ２２の各極
歯２２Ａａ〜２２Ｃ＊ａに対して第２の一次側ステータ
２４の各極歯２４Ａａ〜２４Ｃ＊ａがＰ／２の位相差を
有するように、第１、第２の一次側ステータ２２，２４
が配置されている。この第２実施例の動作原理は上述し
た第１実施例と同様である。

【００２１】また、この発明は、上述した実施例に限定
されることなく、以下に挙げる種々の変形が可能であ
る。 （１）一次側ステータ１０に、二次側ロータ１１に対す
る相対移動量を検出するセンサを設け、サーボモータと
して駆動させるようにしてもよい。 （２）コギングの除去、もしくは推力波形歪の改善のた
めに、スキュー構造としたり、同一極内における若干の
ピッチずらし（スキュー）を施しても構わない。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、一次側磁束発生部と、 前記一次側磁束発生部に対
して相対的に回転自在に支持され、その回転方向に沿っ
て一定間隔Ｐ／２で歯部と溝部が交互に形成され、隣合
う前記歯部の極性が異極となるように前記各溝部に各々
永久磁石を挿入配置することによって間隔Ｐ内に２つの
歯部及び２つの永久磁石が含まれ、且つ当該永久磁石の
起磁力方向が前記回転方向となるよう二次側を構成した
回転型パルスモータにおいて、前記一次側磁束発生部
は、前記二次側の各歯部の端面と一定の間隙を隔てて対
向し、前記二次側の回転方向へ相数に応じて決定される
間隔で各々配置され、かつ互いに前記回転方向へＰ／２
の変位を有する２列の磁極が形成された鉄心が、前記二
次側の軸方向に沿って配設されると共に、前記各磁極に
はコイルが巻回され、さらに前記各磁極の端面には、前
記二次側の各歯部の端面と略同一の幅寸法を有する複数
の極歯が各々形成されているので各コイルに電流を流し
た場合に、一次側磁束発生部の一方の列の磁極の極歯か
ら二次側のＳ極側の歯部に流入した磁束が、永久磁石を
介して隣合うＮ極側の歯部に流入した後、このＮ極側の
歯部から一次側磁束発生部の他方の列の磁極の極歯へ流
入し、さらに一次側磁束発生部の内部をその軸方向に沿
って導かれて元の磁極に戻る主磁束ループが形成される
ので、二次側と対向する各磁極の端面の総面積をトルク
発生用に有効に利用することができ、従来のように磁束
が軸方向に対して垂直方向に沿って導かれる場合に生ず
る二次側の歯部内での磁気飽和が改善される。これによ
り、従来よりも大きなトルクが得られる。

【００２３】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の磁気回路構成を示す正
面図である。

【図２】この発明の第１実施例の磁気回路構成を示す側
断面図である。

【図３】この発明の第１実施例の一部を拡大して示した
正面図である。

【図４】この発明の第１実施例の動作を説明するための
側断面図である。

【図５】この発明の第１実施例を交流で駆動する場合の
駆動電流波形図である。

【図６】この発明の第１実施例の変形例の構成を示す側
断面図である。

【図７】この発明の第２実施例の磁気回路構成を示す正
面図である。

【図８】この発明の第２実施例の磁気回路構成を示す側
断面図である。

【図９】従来の回転型パルスモータの磁気回路構成を示
す正面図である。

【図１０】従来の回転型パルスモータの問題点を説明す
るための一部拡大して示した正面図である。

【符号の説明】

６ シャフト １０ 一次側ステータ（一次側磁束発生部） １１ 二次側ロータ（二次側） １２ 磁性部材 １２ａ 歯部 １２ｂ 凹溝(溝部) １３ 永久磁石 １４Ａａ〜１４Ｈａ，１４Ａｂ〜１４Ｈｂ 磁極 １５Ａａ〜１５Ｈａ，１５Ａｂ〜１５Ｈｂ コイル Ｔ 極歯

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次側磁束発生部と、 前記一次側磁束
   発生部に対して相対的に回転自在に支持され、その回転
   方向に沿って一定間隔Ｐ／２で歯部と溝部が交互に形成
   され、隣合う前記歯部の極性が異極となるように前記各
   溝部に各々永久磁石を挿入配置することによって間隔Ｐ
   内に２つの歯部及び２つの永久磁石が含まれ、且つ当該
   永久磁石の起磁力方向が前記回転方向となるよう二次側
   を構成した回転型パルスモータにおいて、 前記一次側磁束発生部は、前記二次側の各歯部の端面と
   一定の間隙を隔てて対向し、前記二次側の回転方向へ相
   数に応じて決定される間隔で各々配置され、かつ互いに
   前記回転方向へＰ／２の変位を有する２列の磁極が形成
   された鉄心が、前記二次側の軸方向に沿って配設される
   と共に、前記各磁極にはコイルが巻回され、さらに前記
   各磁極の端面には、前記二次側の各歯部の端面と略同一
   の幅寸法を有する複数の極歯が各々形成されていること
   を特徴とする回転型パルスモータ。