JP3138651B2 - ハイブリッド型ステップモータを用いたインデックス装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッド型ス
テップモータを用いたインデックス装置に関し、特に、
コイルの巻回及び装着を容易化し、コイル実装密度を向
上させて高効率で安価な構成を得ると共に、減速ギヤを
用いることなくダイレクトドライブを可能として省スペ
ースを可能とするための新規な改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、用いられていたこの種のインデッ
クス装置に用いられていたハイブリッド型ステップモー
タとしては、図１２で示されるように、ケーシング４の
両端に設けられた１対の軸受２，３には回転軸１が回転
自在に設けられている。このステータケース４の内面４
ａには全体形状が輪状をなしステータコイル５を有する
ステータヨーク６が設けられ、このステータヨーク６の
内面には複数のステータ歯７が円周状に所定間隔で形成
されている。前記各軸受２，３間にはマグネット板８を
介して互いに軸方向に並設した輪状の第１、第２ロータ
ヨーク９，１０が一体状に設けられており、この各ロー
タヨーク９，１０の周面には複数のロータ歯９ａ，１０
ａが形成されていると共に、各ロータヨーク９，１０は
互いに異なる極性にて構成されている。従って、ステー
タコイル５に図示しない駆動回路を介して駆動パルスを
供給することによりロータヨーク９，１０のステップ回
転を得ることができる。また、モータによってインデッ
クステーブルを直接駆動する構成としては、図示してい
ないが、モータとインデックステーブルとの間に減速機
を設けるか、又は、減速機を用いることなく直接インデ
ックステーブルを駆動する構成も採用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のハイブリッド型
ステップモータを用いたインデックス装置は、以上のよ
うに構成されていたため、次のような課題が存在してい
た。すなわち、前述のようなマグネット板を各ロータヨ
ークで挟持した構成のハイブリッド構造のステップモー
タの場合、ステータヨークの各歯に巻回されたステータ
コイルがケーシングの内側に位置しているため、各歯に
対するコイル巻が難しく、また、コイル巻きの密度を向
上させることが困難であった。また、トルク／電流特性
も十分ではなかった。また、トルクが十分でないため
に、減速機を介在させざるを得ず、大型化でかつ電力消
費が大となっていた。また、減速機を用いない構成もあ
るが、トルクが小さく、超小型インデックス装置しか適
用が困難であった。

【０００４】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、コイルの巻回及び装着を容
易化し、コイル実装密度を向上させて高効率で安価とす
ると共に、減速ギヤを用いることなくダイレクトドライ
ブを可能とするハイブリッド型ステップモータを用いた
インデックス装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によるハイブリッ
ド型ステップモータを用いたインデックス装置は、中空
又は柱状の固定軸に互いに離間して設けられた１対の軸
受と、前記各軸受を介して回転自在に設けられたロータ
ケースと、前記ロータケースに設けられ複数のロータ歯
を有する輪状ロータヨークと、前記固定軸にマグネツト
筒体を介して軸方向に並設されたｎ個のステータヨーク
からなるステータヨーク体と、前記各ステータヨークの
外周に形成された複数のステータ歯と、前記各ステータ
ヨークの軸方向における中央位置でかつ外周位置に形成
されたｎ個のコイル受溝と、前記各コイル受溝に設けら
れたｎ個のコイルと、前記ステータヨーク体の両端の補
助マグネット筒体を介して前記固定軸に設けられた１対
の補助磁性筒体と、を備え、前記各ステータヨークは互
いに異なる極性を交互に構成すると共に、前記補助マグ
ネット筒体からの磁束が前記補助磁性筒体を通るように
したアウタロータ型よりなると共に、前記ロータケース
にはインデックステーブルが設けられている構成であ
る。

【０００６】さらに詳細には、前記ステータヨークは３
個よりなり、三相駆動されるようにした構成である。

【０００７】さらに詳細には、前記ステータヨークは２
個よりなり、二相駆動されるようにした構成である。

【０００８】また、ケーシングの両端に設けられた１対
の軸受と、前記各軸受を介して回転自在に設けられた回
転軸と、前記ケーシングの内面の軸方向に輪状マグネツ
ト板を介して並設されたｎ個の輪状ステータヨークから
なるステータヨーク体と、前記各輪状ステータヨークの
内面に形成された複数のステータ歯と、前記ステータヨ
ーク体の両端に補助マグネット板を介して前記ケーシン
グに設けられた１対の補助磁性板と、前記各輪状ステー
タヨークの軸方向における中央位置でかつ内周位置に形
成されたｎ個のコイル受溝と、前記各コイル受溝に設け
られたｎ個のコイルと、前記回転軸に設けられ前記各ス
テータヨークに対応して位置し前記回転軸に設けられた
ロータヨークと、前記ロータヨークの外周に設けられた
複数のロータ歯とを備え、前記補助マグネット板からの
磁束が前記補助磁性板を通るようにしたインナロータ型
よりなると共に、前記回転軸にインデックステーブルが
設けられている構成である。

【０００９】また、ケーシングの両端に設けられた１対
の軸受と、前記各軸受を介して回転自在に設けられた回
転軸と、前記ケーシングの内面の軸方向に輪状マグネツ
ト筒体を介して並設されたｎ個の輪状ステータヨークか
らなるステータヨーク体と、前記各輪状ステータヨーク
の内面に形成された複数のステータ歯と、前記ステータ
ヨーク体の両端に補助マグネット筒体を介して前記ケー
シングに設けられた１対の補助磁性板と、前記各輪状ス
テータヨークの軸方向における中央位置でかつ内周位置
に形成されたｎ個のコイル受溝と、前記各コイル受溝に
設けられたｎ個のコイルと、前記回転軸に設けられ前記
各ステータヨークに対応して位置し前記回転軸に設けら
れたロータヨークと、前記ロータヨークの外周に設けら
れた複数のロータ歯とを備え、前記補助マグネット筒体
からの磁束が前記補助磁性筒体を通るようにしたインナ
ロータ型よりなると共に、前記回転軸にインデックステ
ーブルが設けられている構成である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明によるハ
イブリッド型ステップモータを用いたインデックス装置
の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、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。図１はアウタロータ構成のハイブリッド型ステップ
モータを用いたインデックス装置の要部を示すもので、
符号１で示されるものは固定軸であり、この固定軸１に
互いに離間して設けられた１対の軸受２，３には、前蓋
４ａ、後蓋４ｂ及び筒状のロータヨーク６からなるロー
タケース４が回転自在に設けられている。このロータケ
ース４のロータヨーク６の内面には、複数のロータ歯７
が設けられている。このロータケース４の外端には前記
インデックステーブル２００が設けられている。

【００１１】図１において、前記固定軸１の固定軸保持
体１Ａの固定軸ヨーク１Ｂ上には筒状をなす各マグネッ
ト筒体８Ｅを介して軸方向に並設した輪状の第１、第
２、第３ステータヨーク９，１０，１１が設けられてお
り、このマグネット筒体８Ｅを径方向において挟んだ状
態で一体状に構成されており、各ステータヨーク９，１
０，１１の軸方向における中央位置でかつ外周位置には
第１、第２、第３コイル受溝２０ｕ，２０ｖ，２０ｗが
各々形成されている。前記各ステータヨーク９〜１１に
よりステータヨーク体１００を構成し、このステータヨ
ーク体１００の両端には前記マグネット筒体８の両側に
設けた補助マグネット筒体１０１，１０２を介して第
１、第２補助磁性筒体１０３，１０４が固定軸１と一体
に固定されている。前記各コイル受溝２０ｕ，２０ｖ，
２０ｗにはボビン状に巻回されたＵ相の第１コイル２２
及びＶ相の第２コイル２３及びＷ相の第３コイル２４が
設けられている（なお、この各コイル２２，２３，２４
は巻線機により外周側から予め自動巻線されている）。
前記第１ステータヨーク９の外周にはこの第１コイル２
２を挟持するように第１、第２Ｎ極Ｎ１、Ｎ２が形成さ
れ、前記第２ステータヨーク１０の外周にはこの第２コ
イル２３を挟持するように第１、第２Ｓ極Ｓ１、Ｓ２が
形成され、第３ステータヨーク１１の外周にはこの第３
コイル２４を挟持するように第３、第４Ｎ極Ｎ３、Ｎ４
が形成され、各極Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２、Ｎ３、Ｎ４
は前記ロータ歯７に対応すると共に、この各極Ｎ１、Ｎ
２、Ｓ１、Ｓ２、Ｎ３、Ｎ４の外周には前記ロータ歯７
のピッチと同一ピッチの複数のステータ歯９ａ，１０
ａ，１１ａが形成されている。前記各極Ｎ１とＮ２は、
図２２の動作図にも示すように、１／２ピッチ（１
π）、Ｓ１とＳ２及びＮ３とＮ４も１／２ピッチ（１
π）ずれた状態で各ステータ歯９ａ，１０ａ，１１ａが
形成され、Ｎ極Ｎ１、Ｎ２とＳ極Ｓ１、Ｓ２及びＮ３、
Ｎ４の各ステータ歯９ａと１０ａ，１１ａは１／６ピッ
チ（π／３）（１／２ｎピッチ、ｎ；相数）ずれる関係
に形成されている。なお、各補助磁性板１０３，１０４
は磁束通路を形成するのみのものである。

【００１２】次に、動作について述べる。図２はマグネ
ット筒体８Ｅ及び補助マグネット筒体１０１，１０２が
形成する磁束の流れを示すと共に各補助磁性板１０３，
１０４によって磁束の流れが等分される事を示す。も
し、ここで補助マグネット筒体１０１，１０２及び補助
磁性筒体１０３，１０４が無い場合、２つのマグネット
筒体８Ｅが作る磁束は中央のＶ相のステータヨーク１０
に集まり、その両側にＵ相、Ｗ相より強く（２倍）なり
各相の強さが不均一となり、その結果、モータとして成
立たなくなることから補助マグネット筒体１０１，１０
２及び補助磁性筒体１０３，１０４の機能は重要で、こ
れにより磁路が追加して形成されかつ各相における磁束
の均一性が得られる。図３はＵ，Ｖ，Ｗ相の各コイル２
２，２３，２４が作る磁束を示し、この磁束の流れの向
きは各コイル２２，２３，２４に流れる電流の向きによ
る。図４は各コイル２２，２３，２４に具体的に通電す
る状態を示しており、（Ａ）は駆動電流Ｉの強さを変え
ずにオンオフした場合のステップ駆動を示している。
（Ｂ）は徐々に電流Ｉの強さを変えて周知のマイクロス
テップ駆動又はサイン波駆動とした場合を示している。
いずれも１サイクル分を６ケの状態に分けて（状態１か
ら状態６）次の図５との関係を表している。次に、図５
は図４における（Ａ）のステップ駆動又は（Ｂ）のマイ
クロステッブ又はサイン波駆動した場合の前述の各ステ
ップ駆動状態１〜状態６における電流とマグネット筒体
８Ｅと補助マグネット筒体１０１，１０２が作る周知の
磁束の合成状態を示す。

【００１３】また、この場合も、本発明による各補助磁
性筒体１０３，１０４及び補助マグネット筒体１０１，
１０２が全体の磁束の合成分布に有効かつ規則的に働い
ていることを示している。次に、図６は前述の図５に対
応して各ステータ歯９ａ，１０ａ，１１ａとロータ歯７
との重なり具合を示し、前述の各状態１から状態６にお
いて規則的にその場所が移動していく変化状態を示して
おり、ロータ歯７が順に回動していく様子を示してい
る。この様に３相モータはステータヨーク体１００の両
側に設けた補助磁性筒体１０３，１０４及び補助マグネ
ット筒体１０１，１０２によって初めてモータとしての
機能が達成されるものである。次に、図７は前述の図１
で示す構成を２相構成に適用した場合を示す。ステータ
ヨーク９，１０におけるＡ１とＡ２、及びＢ１とＢ２は
それぞれ１／２ピッチ歯ずれており、ステータヨーク
９，１０であるＡ相とＢ相は１／２ｎ，ｎ；２相すなわ
ち１／４ピッチずれている。２相の場合は必ずしも補助
マグネット筒体１０１，１０２及び補助磁性筒体１０
３，１０４が無くてもモータとしては成り立つ。しかし
本発明の図７に示すようにこれらを用いた方がステータ
ヨーク９及び１０が補助マグネット筒体１０１，１０２
により、両側から均等に強く励磁され、より強い出力ト
ルクが得られると共に、トルク発生ムラも抑えられる。

【００１４】図８は５相として適用した場合を示し、同
一のＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相の極Ｕ１とＵ２、Ｖ１とＶ
２、Ｗ１とＷ２、Ｘ１とＸ２、Ｙ１とＹ２は１／２ピッ
チづつずれており各相間（ｎ＝５）１／２ｎ＝１／１０
ピッチずれている。このように図１から上記図８迄の構
成で示す通り奇数相、偶数相モータにかかわらず、２
相、３相から任意のｎ相迄実現することができる。図９
は図７の２相構成モータを２ケ直列に接続しカスケード
結合（Ｍ１とＭ２）した状態を示している。すなわち、
図９のＭ１とＭ２は図７のステータヨーク体１００を２
個用いて各ステータヨーク体１００にマグネット筒体８
を設け、他の補助マグネット筒体１０１，１０２、補助
磁性筒体１０３，１０４は図７と同様に両端に設けてい
る。従って、このステータヨーク体１００を複数である
Ｎ個設けることにより任意の数のＮ個のステータヨーク
体１００を有する形式のカスケード結合したアウタロー
タ型及びインナロータ型（図示せず）のハイブリッドス
テップモータを得ることができる。この場合も単にＭ１
部とＭ２部を２ケ独立に同軸上に構成した場合とは異な
りＭ１とＭ２間に磁路が構成され、補助マグネット筒体
１０１，１０２と補助磁性筒体１０３，１０４が図１の
構成と同様に効果的に作用している。また、図７の２相
に関して図９を示したが、同様に図１、図８にも適用で
きる事は明白である。一般に、ｎ相モータ部をＮ個カス
ケード結合し、より大きな必要トルクを得ることができ
る。

【００１５】なお、前述の実施の形態において、ロータ
ヨーク又はステータヨークの一部又は全部を周知の積層
型ではなく、ムクの非積層構成とした場合は、軸方向の
磁気抵抗を小さくし、通電時のディテントトルクを小さ
くし、通電時のトルク／電流特性を向上させることがで
きる。また、各ロータ歯間又はステータ歯間の一部又は
全てに磁石を設けることにより、ロータとステータ間の
磁束の漏れをなくし、トルクアップを計ることができ
る。なお、インデックステーブル２００を取付ける相手
としては、ロータケース、ロータヨークの何れも可であ
る。

【００１６】また、図１０で示す構成は、インナロータ
型の構成で、非磁性材からなるステータケース３００の
内面にそれぞれ輪状マグネット板８を介して軸方向に並
置した輪状の第１、第２、第３輪状ステータヨーク１０
６，１０７，１０８が軸方向に互いに一体状に配設され
て３相のステータヨーク体１００に構成されており、各
ステータヨーク１０６，１０７，１０８は互いに異なる
極性となるように構成されている。さらに、このステー
タヨーク体１００の両側に補助マグネット１０１，１０
２及び補助磁性板１０３，１０４が設けられ、両端部で
磁気回路を形成している。前記各輪状ステータヨーク１
０６，１０７，１０８の各コイル受溝２０ｕ，２０ｖ，
２０ｗにはボビン状の第１、第２及び第３コイル２２，
２３，２４が各々設けられており、磁性材からなる回転
軸２００上には、前記３組の各ステータヨーク１０６，
１０７，１０８に対応するロータヨーク１０９が設けら
れ、このロータヨーク１０９の外周には複数のロータ歯
１０９ａが形成されている。また、図１１は図１０のマ
グネットを筒状のマグネット８Ｅとした場合を述べてお
り、同一部分には同一符号を付し、その説明は省略す
る。なお、前述の各実施の形態において回転軸又は固定
軸は、柱状又は中空状に構成されているが、何れの場合
も構成することができることは述べるまでもないことで
ある。

【００１７】

【発明の効果】本発明によるハイブリッド型ステップモ
ータを用いたインデックス装置は、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、図１等で示すアウタロータの構成の場合、ステ
ータヨークの外周にコイルを設けることができるため、
巻線作業が極めて容易で、この種のハイブリッド型のア
ウタロータ型ステップモータのコストを大幅に引下げる
ことができる。また、インナロータの構成においても、
ボビン状に形成したコイルをステータヨークの内側から
挿入することができ、従来よりも組立コストを大幅に下
げることができると共に、コイル密度を向上させ、トル
クアップによりインデックステーブルをダイレクト駆動
できる。さらに、モータの両端に磁束通路としての補助
マグネット筒体を設けているためマグネット筒体の両側
に磁極を形成することができ、大きいトルクを容易に得
ることができ、必要に応じてｎ相のステップモータを用
いたダイレクトドライブ型のインデックス装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインデックス装置を示す半断面図
である。

【図２】図１の各マグネット板が作る磁束の流れを示す
説明図である。

【図３】図１のコイルが作る磁束の流れ示す説明図であ
る。

【図４】図１のステップモータの駆動を示す説明図であ
る。

【図５】図１のステップモータのステップ駆動を示す状
態図である。

【図６】図１のステップモータのステップ駆動を示す状
態図である。

【図７】図１の２相型を示す半断面図である。

【図８】図１の５相型を示す半断面図である。

【図９】図７の２相型を２個直列接続した半断面図であ
る。

【図１０】本発明の他の形態を示す構成図である。

【図１１】図１０の他例を示す構成図である。

【図１２】従来のステップモータを示す構成図である。

【符号の説明】

１ 固定軸 １Ａ 空隙 ２，３ 軸受 ４ ロータケース ６ 輪状ロータヨーク ７，１０９ａ ロータ歯 ８ 輪状マグネット板 ８Ｅ マグネット筒体 ９，１０，１１，１０６，１０７，１０８，１０６Ａ
ステータヨーク ９ａ，１０ａ，１１ａ ステータ歯 ２０ｕ，２０ｖ，２０ｗ，２０ａ，２１ａ コイル受
溝 ２２，２３，２４ コイル １００ ステータヨーク体 １０１，１０２ 補助マグネット板 １０３，１０４ 補助磁性板 １０９ ロータヨーク ２００ インデックステーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−70958（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−70313（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−84207（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−34774（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−44181（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 37/04 H02K 37/06

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空又は柱状の固定軸(1)に互いに離間
   して設けられた１対の軸受(2,3)と、前記各軸受(2,3)を
   介して回転自在に設けられたロータケース(4)と、前記
   ロータケース(4)に設けられ複数のロータ歯(7)を有する
   輪状ロータヨーク(6)と、前記固定軸(1)にマグネツト筒
   体(8E)を介して軸方向に並設されたｎ個のステータヨー
   ク(9,10,11)からなるステータヨーク体(100)と、前記各
   ステータヨーク(9,10,11)の外周に形成された複数のス
   テータ歯(9a,10a,11a)と、前記各ステータヨーク(9,10,
   11)の軸方向における中央位置でかつ外周位置に形成さ
   れたｎ個のコイル受溝(20u,20v,20w)と、前記各コイル
   受溝(20u,20v,20w)に設けられたｎ個のコイル(22,23,2
   4)と、前記ステータヨーク体(100)の両端の補助マグネ
   ット筒体(101,102)を介して前記固定軸(1)に設けられた
   １対の補助磁性筒体(103,104)と、を備え、前記各ステ
   ータヨーク(9,10,11)は互いに異なる極性を交互に構成
   すると共に、前記補助マグネット筒体(101,102)からの
   磁束が前記補助磁性筒体(103,104)を通るようにしたア
   ウタロータ型よりなると共に、前記ロータケース(4)に
   はインデックステーブル(200)が設けられていることを
   特徴とするハイブリッド型ステップモータを用いたイン
   デックス装置。
2. 【請求項２】 前記ステータヨーク(9,10,11)は３個よ
   りなり、三相駆動されるように構成したことを特徴とす
   る請求項１記載のハイブリッド型ステップモータを用い
   たインデックス装置。
3. 【請求項３】 前記ステータヨーク(9,10)は２個よりな
   り、二相駆動されるように構成したことを特徴とする請
   求項１記載のハイブリッド型ステップモータを用いたイ
   ンデックス装置。
4. 【請求項４】 ケーシング(300)の両端に設けられた１
   対の軸受(2,3)と、前記各軸受(2,3)を介して回転自在に
   設けられた回転軸(200A)と、前記ケーシング(300)の内
   面の軸方向に輪状マグネツト板(8)を介して並設された
   ｎ個の輪状ステータヨーク(106,107,108)からなるステ
   ータヨーク体(100)と、前記各輪状ステータヨーク(106,
   107,108)の内面に形成された複数のステータ歯(106a,10
   7a,108a)と、前記ステータヨーク体(100)の両端に補助
   マグネット板(101,102)を介して前記ケーシング(300)に
   設けられた１対の補助磁性板(103,104)と、前記各輪状
   ステータヨーク(106,107,108)の軸方向における中央位
   置でかつ内周位置に形成されたｎ個のコイル受溝(20u,2
   0v,20w)と、前記各コイル受溝(20u,20v,20w)に設けられ
   たｎ個のコイル(22,23,24)と、前記回転軸(200A)に設け
   られ前記各ステータヨーク(106,107,108)に対応して位
   置し前記回転軸(200A)に設けられたロータヨーク(109)
   と、前記ロータヨーク(109)の外周に設けられた複数の
   ロータ歯(109a)とを備え、前記補助マグネット板(101,1
   02)からの磁束が前記補助磁性板(103,104)を通るように
   したインナロータ型よりなると共に、前記回転軸(200A)
   にインデックステーブル(200)が設けられていることを
   特徴とするハイブリッド型ステップモータを用いたイン
   デックス装置。
5. 【請求項５】 ケーシング(300)の両端に設けられた１
   対の軸受(2,3)と、前記各軸受(2,3)を介して回転自在に
   設けられた回転軸(200A)と、前記ケーシング(300)の内
   面の軸方向に輪状マグネツト筒体(8E)を介して並設され
   たｎ個の輪状ステータヨーク(106,107,108)からなるス
   テータヨーク体(100)と、前記各輪状ステータヨーク(10
   6,107,108)の内面に形成された複数のステータ歯(106a,
   107a,108a)と、前記ステータヨーク体(100)の両端に補
   助マグネット筒体(101,102)を介して前記ケーシング(30
   0)に設けられた１対の補助磁性板(103,104)と、前記各
   輪状ステータヨーク(106,107,108)の軸方向における中
   央位置でかつ内周位置に形成されたｎ個のコイル受溝(2
   0u,20v,20w)と、前記各コイル受溝(20u,20v,20w)に設け
   られたｎ個のコイル(22,23,24)と、前記回転軸(200A)に
   設けられ前記各ステータヨーク(106,107,108)に対応し
   て位置し前記回転軸(200A)に設けられたロータヨーク(1
   09)と、前記ロータヨーク(109)の外周に設けられた複数
   のロータ歯(109a)とを備え、前記補助マグネット筒体(1
   01,102)からの磁束が前記補助磁性筒体(103,104)を通る
   ようにしたインナロータ型よりなると共に、前記回転軸
   (200A)にインデックステーブル(200)が設けられている
   ことを特徴とするハイブリッド型ステップモータを用い
   たインデックス装置。