JP2881323B2 - ステップモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 a.産業上の利用分野 本発明は、ステップモータに関し、特に、可変リラク
タンス型と永久磁石型の両方の機能を複合させたハイブ
リッド型のステップモータにおいて、トルク特性を維持
又は増大させつつ且つロータの慣性を少なくし、応答性
を向上させるための新規な改良に関する。

b.従来の技術 従来、用いられていたステップモータとしては種々あ
るが、一般に、そのトルク発生の原理から可変リラクタ
ンス型、永久磁石型及びハイブリッド型が採用されてい
る。

前記可変リラクタンス型は、ステータとロータ間の可
変リラクタンス力を利用しているため、電源オフ時に
は、何らの反動力も生じない。

また、永久磁石型は、磁石自体がロータとなってお
り、この磁石の磁場とコイルの磁場とが相互に作用して
力を発生する構成で、電源オフ時にも、磁石の磁場によ
ってホールディングトルクと言われる力を発生する。

さらに、ハイブリッド型は、前述の可変リラクタンス
型と永久磁石型を複合させた構成であり、磁石の磁場を
ステータとロータ間のリラクタンス変化に導き、ステー
タ巻線の作る磁場間に於いて力を発生している。

前記ハイブリッド型の一例を示すと、昭和54年２月10
日発行の総合電子出版社の「ステッピングモータの基礎
と応用」の第34頁及び第35頁に開示されている第４図か
ら第６図の構成を示すことができる。

すなわち、第４図から第６図において符号１で示され
るものは、前蓋1a、後蓋1b及び周壁1cとからなるケーシ
ングであり、このケーシング１の周壁1c内には、ステー
タ巻線２を有するステータ３が設けられている。

前記各蓋1a,1bに形成された軸受4,5には、ロータ６を
有する回転軸７が回転自在に設けられており、このロー
タ６は、前記ステータ３の軸中心に形成された中心孔3a
内に回転自在に位置している。

前記ロータ６は、軸方向に着磁された磁石7aと一対の
ヨーク８とから構成されている。

従って、前記磁石7aが作る磁場をステータ３とロータ
６間のリラクタンス変化に導き、ステータ巻線２が作る
磁場との間において力を発生する。

c.発明が解決しようとする課題 従来のステップモータは、以上のように構成されてい
るため、次のような課題が存在していた。すなわち、ス
テップモータを用いるOA機器のフロッピーディスク又は
ハードディスク等のヘッド駆動サーボ機構に、ハイブリ
ッド型のステップモータが採用されてきた。

これは、ハイブリッド型が小型、軽量、高応答、ステ
ップ角の減少による高分解能に好適であるが故である。

しかしながら、１ステップ角の減少だけではなく、駆
動及び制御技術の向上によって、ハーフステップ、マイ
クロステップ等の呼称で、１ステップ内をさらに細分化
して使う方式が採用されている。

すなわち、FD、HDの記憶媒体の高密度化によるトラッ
ク間隔の細密化及びアクセスタイムの向上に対応するた
めである。

これらの要求に沿って、OA機器の記憶容量の増加と小
型化の要求は際限がなく、このような要求に対して、従
来のハイブリッド型のステップモータのマイナーチェン
ジ程度ではより高い応答性に応じることが不可能となっ
ている。

すなわち、高応答性とは、発生力／慣性比の向上であ
るが、発生力を大きくするには、形状を大とするか磁束
あるいは電流を増加することになるが、小形化に反する
と共に、停止時の応答性は悪化する。

従って、従来のように、磁石とヨークとが一体とな
り、外周にロータ歯を形成する構造のロータを用いた構
成では、高応答性に応じることは不可能であった。

また、磁束を増加させる手段として、現在すでに高性
能希土類磁石を使用しているが、ロータ歯に用いる硅素
鋼板の飽和磁束密度を向上させることも考えられるが、
現在のところ、そのような材質は現存せず、実現不可能
である。

さらに、電流の増加は熱的問題を生じることになり、
また、慣性特性を上げることも使用材料の比重が決まっ
ており、極めて困難である。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされ
たもので、特に、可変リラクタンス型と永久磁石型の両
方の機能を複合させたハイブリッド型のステップモータ
におけるトルク特性を維持又は増大させつつ且つロータ
の慣性を少なくし、応答性を向上させるようにした小型
高性能のステップモータを提供することを目的とする。

d.課題を解決するための手段 本発明によるステップモータは、ケーシングに設けら
れステータ巻線を有するステータと、前記ステータの軸
中心に形成された中心孔と、前記ケーシングの軸受に回
転自在に設けられカップ型のロータ歯体を有する回転軸
と、前記ロータ歯体を構成するための磁性材からなるロ
ータ歯及び非磁性材と、前記ケーシングに設けられ前記
ロータ歯体と回転軸間に位置する輪状の第１固定ヨーク
と、前記第１固定ヨークに接続され軸方向に着磁された
輪状の固定マグネットと、前記固定マグネットに接続さ
れ輪状の第２固定ヨークと、を備え、前記ロータ歯と非
磁性材は円周方向に沿って交互に形成され、前記ロータ
歯は前記ロータ歯体の内周面及び外周面に露出し、前記
ロータ歯体の厚さを前記ロータ歯の厚さで形成され、前
記ロータ歯体と回転軸が、前記固定マグネットと前記ス
テータ巻線により発生する磁場を介して回転するように
した構成である。

e.作用 本発明によるステップモータにおいては、回転軸に対
して、ロータ歯を有するロータ歯体のみが設けられ、従
来、回転軸に設けられていたヨークと磁石とがケーシン
グに固定されているため、トルク特性は維持しつつ、ロ
ータ歯体を有する回転軸の質量が大幅に軽減されてお
り、慣性特性が向上して高い応答性を得ることができ
る。

f.実施例 以下、図面と共に本発明によるステップモータの好適
な実施例について詳細に説明する。

尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を用い
て説明する。

第１図から第３図迄は、本発明によるステップモータ
を示すためのもので、第１図は全体構成を示す断面図、
第２図は第１図のＡ−Ａ線による断面図、第３図は第１
図のロータ歯体を示す拡大図である。

第１図から第３図において、符号１で示されるもの
は、前蓋1a、後蓋1b及び周壁1cとからなるケーシングで
あり、このケーシング１の周壁1c内には、ステータ巻線
２を有するステータ３が設けられている。

前記各蓋1a、1bに形成された軸受4,5には、ロータ歯
体６を有する回転軸７が回転自在に設けられており、こ
のロータ歯体６は、前記ステータ３の軸中心に形成され
た中心孔3a内に回転自在に位置している。

前記ロータ歯体６は、全体形状が断面ほぼカップ形を
なしており、第３図に示されるようにピース状に形成さ
れたロータ歯6bを非磁性材6gと円周方向に交互に配設し
て輪状に形成されている。従って、各ロータ歯6bはロー
タ歯体６の内周面6A及び外周面6Bに直接露出し、かつ、
このロータ歯体６の厚さ（肉厚）はこのロータ歯6bの厚
さで形成されている。また、このロータ歯体６の表面は
面状に形成されている。

さらに、前記ロータ歯体６と回転軸７間には、前記ケ
ーシング１の保持部1Aに片持式に接続された輪状の第１
固定ヨーク８が設けられ、この第１固定ヨーク８に輪状
でかつ軸方向に着磁された固定マグネット7aが接続さ
れ、この固定マグネット7aには輪状の第２固定ヨーク8A
が接続され、これらは互いに直列に軸方向に接続されて
いると共に、その中心に回転軸７が貫通している。ま
た、この各固定ヨーク８の外周には固定ヨーク歯8aが形
成されている。

本発明によるステップモータは、前述したように構成
されており、以下に、その動作について説明する。

すなわち、前記ステータ巻線２に対して、所定の駆動
パルスを供給すると共に、前記固定マグネット7aが作る
磁場を、ステータ３とロータ歯体６間のリラクタンス変
化に導くことにより、ステータ巻線２が作る磁場との間
において力が発生し、ロータ歯体６及び回転軸７が回転
する。

g.発明の効果 本発明によるステップモータは、以上のように構成さ
れているため、次のような効果を得ることができる。

すなわち、回転軸に対して、ロータ歯と非磁性材で形
成された極めて薄い構成のロータ歯体のみが設けられ、
従来のロータに比較すると、その質量が極めて小さくな
るため、慣性を小さくすることができ、極めて高い応答
性を実現することにより、近時のマイクロステップ等の
微小回転角度のステップ動作を確実に得ることができ
る。

従って、OA機器における記憶媒体の高密度化に対応で
きるステップモータを簡単に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図迄は、本発明によるステップモータを
示すためのもので、第１図は全体構成を示す断面図、第
２図は第１図のＡ−Ａ線による断面図、第３図は第１図
のロータ歯体を示す拡大図、第４図から第６図は、従来
のハイブリッド形のステップモータを示すためのもの
で、第４図は全体構成を示す断面図、第５図は第４図の
Ａ−Ａ線による断面図、第６図はロータを示す斜視図で
ある。 １はケーシング、２はステータ巻線、３はステータ、3a
は中心孔、６はロータ歯体、6bはロータ歯、6gは非磁性
材、７は回転軸、6Aは内周面、6Bは外周面、7aは固定マ
グネット、８は第１固定ヨーク、8Aは第２固定ヨークで
ある。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシング（１）に設けられステータ巻線
   （２）を有するステータ（３）と、前記ステータ（３）
   の軸中心に形成された中心孔（3a）と、前記ケーシング
   （１）の軸受（4,5）に回転自在に設けられカップ型の
   ロータ歯体（６）を有する回転軸（７）と、前記ロータ
   歯体（６）を構成するための磁性材からなるロータ歯
   （6b）及び非磁性材（6g）と、前記ケーシング（１）に
   設けられ前記ロータ歯体（６）と回転軸（７）間に位置
   する輪状の第１固定ヨーク（８）と、前記第１固定ヨー
   ク（８）に接続され軸方向に着磁された輪状の固定マグ
   ネット（7a）と、前記固定マグネット（7a）に接続され
   輪状の第２固定ヨーク（8A）と、を備え、前記ロータ歯
   （6b）と非磁性材（6g）は円周方向に沿って交互に形成
   され、前記ロータ歯（6b）は前記ロータ歯体（６）の内
   周面（6A）及び外周面（6B）に露出し、前記ロータ歯体
   （６）の厚さは前記ロータ歯（6b）の厚さで形成され、
   前記ロータ歯体（６）と回転軸（７）が、前記固定マグ
   ネット（7a）と前記ステータ巻線（２）により発生する
   磁場を介して回転するように構成したことを特徴とする
   ステップモータ。