JP3182502B2

JP3182502B2 - ハイブリッド型ステップモータ

Info

Publication number: JP3182502B2
Application number: JP14038396A
Authority: JP
Inventors: 恒雄杉浦
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 2001-07-03
Anticipated expiration: 2016-06-03
Also published as: US5834865A; JPH09322513A; EP0812054A3; EP0812054A2

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、トルク／電流特性を向上させるための
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ハイブリ
ッド型ステップモータとしては、図２８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４ａ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，１０ａ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。

【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。

【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、トルク／電流特性を向上させるようにしたハ
イブリッド型ステップモータ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は、ロータ又はステータの一方もし
くは両方の一部を非積層コアとすることにより、ロータ
又はステータの板厚方向の磁気抵抗を小さくし、無通電
時のディテントトルクを小さくし、励磁相間の発生トル
クの差を小さくし、通電時の（トルク／電流比）を大と
することにより、円滑な回転が得られると共に、コアの
外周又は内周にコイルが設けられていることにより、コ
イル巻き及びコイル装着を容易とした構成である。

【０００６】

【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の好適な実施例について詳
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。まず、本発明の特徴であるロ
ータ又はステータヨークの一部を非積層として特性を向
上させるための基本説明を行う。まず、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示すもの
で、符号１で示されるものは非磁性材よりなる固定軸で
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、全体形状がほぼ輪状をなすロータケー
ス４が回転自在に設けられている。このロータケース４
の内面には、輪状をなすと共に複数のロータ歯７を有す
る輪状ロータヨーク６が設けられている。

【０００７】前記固定軸１上にマグネット板８を介して
軸方向に並設した輪状の第１、第２ステータヨーク９，
１０は、このマグネット板８を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９，１０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コイル受溝
２０ａ，２１ａが各々形成されている。前記各コイル受
溝２０ａ，２１ａにはボビン状に巻回された第１コイル
２２及び第２コイル２３が設けられている（なお、この
各コイル２２，２３は巻線機により自動巻線されてい
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２２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、各極Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２は前記ロ
ータ歯７に対応すると共に、この各極Ｎ１、Ｎ２、Ｓ
１、Ｓ２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，１０ａが形成されている。
前記各極Ｎ１とＮ２は、図５の動作図にも示すように、
１／２ピッチ、Ｓ１とＳ２も１／２ピッチずれた状態で
各ステータ歯９ａ，１０ａが形成され、Ｎ極Ｎ１、Ｎ２
とＳ極Ｓ１、Ｓ２の各ステータ歯９ａ，１０ａは１／４
ピッチずれる関係に形成されている。

【０００８】次に、動作について述べる。図３はマグネ
ット板８が形成する磁束の流れを示すと共に、図４は第
１コイル２２及び第２コイル２３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に流れる電流
の向きによる。図５はマグネット板８を介して設けられ
た第１、第２コイル２２，２３に対して図示しない駆動
回路からＡとＢで示す方向の電流を流すと、周知の磁気
作用により、ロータヨーク６は状態０から状態１のよう
に回転し、続いて各コイル２２，２３に対して前記駆動
回路から前記Ａ、Ｂの方向とは逆向きのＡバーとＢバー
で示す方向の向きに電流を流すことにより、状態II及び
状態IIIで示すようにロータヨーク６が回転し、その後
は前述の状態０の位置となり、各ロータ歯７の１ピッチ
分だけステップ回転することができる。

【０００９】また、図６で示す構成は従来使用されてい
た図２８で示すインナロータ構成のハイブリッド型ステ
ップモータを本発明の構成のように適用してインナロー
タのハイブリッド型ステップモータを構成した場合の例
を示すもので、非磁性材からなるステータケース１０４
の内面に輪状マグネット板３０を介して１対の第１、第
２輪状ステータヨーク１０６，１０６Ａが軸方向に互い
に一体状に配設されており、各ステータヨーク１０６，
１０６Ａは互いに異なる極性となるように構成されてい
る。前記各ステータヨーク１０６，１０６Ａの各コイル
受溝２０ａ，２１ａにはボビン状の第１、第２コイル２
２，２３が設けられており、磁性材からなる回転軸１０
０上には、前記各ステータヨーク１０６，１０６Ａ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。従って、図６の構成は図１と逆のインナロータ
型で構成されているもので、そのステップ駆動状態は前
述の図３から図５で示す動作と同じ原理でステップ回転
が行われる。なお、前述の各コイル２２，２３は周知の
バイポーラ巻の場合を前提として述べたが、周知のユニ
ポーラ巻とした場合も同様の作用を得ることができる。
また、前述は１相励磁としたが、２相励磁又は１−２相
励磁により駆動できる。また、前述の各歯７，９ａ，１
０ａ，１０７，１０９ａのピッチずれについては、相対
的なものであり、何れの側をずらせた場合も前述と同じ
動作を得ることができるものである。

【００１０】前述の図１における輪状ロータヨーク６及
びステータヨーク９，１０は、一般に硅素鋼板のプレス
抜きのコアエレメントを積層して構成した積層コアの場
合、又はムクの磁性材で構成した非積層コアとすること
ができるが、例えば、積層コアとした場合には、積層コ
アにおけるコア間のギャップによる磁気抵抗のため、図
７のグラフ１に示されるようにＡ，Ｂ，Ａバー，Ｂバー
の順に電流を流して駆動すると、電流０〔Ａ〕時のディ
テントトルクが大きくなるためと、Ａ又はＢ相励磁の場
合とＡバー相又はＢバー相励磁の場合とでは発生トルク
の差が生じるため、本発明では図８で示すように、図１
の前記輪状ロータヨーク６の一部とステータヨーク９，
１０の一部（何れも点々模様で示され、点々模様以外は
積層コアを使用している。）をムクの磁性材よりなる一
体状の非積層コアとしている。

【００１１】図９は、ロータ歯７とステータ歯９ａ（１
０ａ）が隙間（ギャップ）ｇで対向している状態を示し
ており、図１０は輪状ロータヨーク６の回転に伴う角度
θ（電気角）に対するロータ歯／ステータ歯間の磁気抵
抗の変化を示す。ここで、この角度と各極における磁気
抵抗の変化を定常分と基本波について数式で表せばＮ１
極については図１０の式１−１となり、同様にＮ２極は
Ｎ１極に対しπだけずらせて構成されており、図１０の
式１−２となり、Ｓ１極及びＳ２極はＮ１極に対してπ
／２、３π／２ずらせているため、図１０の式１−３及
び式１−４となる。

【００１２】前記隙間ｇ以外の磁気ループは、磁性材
（鉄）で構成されており、その磁気抵抗を無視すれば、
この磁気ループの等価回路は図１１で示す通りとなる。
ここではＨｍはマグネット板８で作る起磁力であり、便
宜上γ₁，γ₂用としてＨａ，γ₃，γ₄用としてはＨｂと
規定して示す。図１０とその式（１−１）〜（１−４）
から明らかなようにＮ１極の磁気抵抗γ₁（θ）が最小
となり、ここを通る磁束φ₁が最大となるのはθ＝０で
あり、この時の各極の磁気抵抗はθ＝０としてγ
₁（０）＝γ₁−γ_m、γ₃＝γ₄＝γ₀、γ₂＝γ₀＋γ_mを
得る。同様に、Ｎ２極の磁束φ₂が最大となるのはφ＝
πであり、γ₂（π）＝γ₀−γ_m、γ₃＝γ₄＝γ₀、γ₁
＝γ₀＋γ_mであるため、φ_1max＝φ_2max＝Ｈａ／（γ₀
−γ_m）となり、その角度変化も対称的が保たれる。こ
のことは、図７のグラフ１におけるＡ相（γ₁，φ_1max
側）とＡバー相（γ₂，φ_2max側）に特性上の差が出な
いことを意味する。これは図７の実体に合わないことで
ある。

【００１３】そこで、前記隙間ｇ以外の磁気抵抗を考慮
に入れると等価回路は図１２で示すようになる。図１２
で、γ_sはステータヨーク９，１０内における軸方向成
分の抵抗（すなわち、積層コアの磁気抵抗）、γ_r及び
γ′_rは輪状ロータヨーク６の軸方向成分の抵抗、γ_yは
ステータヨーク９，１０における半径方向成分の抵抗と
する。ここで、前記と同様にφ_1max，φ_2maxを求める
と、 φ_1max＝Ｈａ／（γ₀−γ_m＋γ_y＋γ′_r＋γ_s＋γ_r）・・・式２ φ_2max＝Ｈａ／（γ₀−γ_m＋γ_y＋γ′_r）・・・式３ここで、Ａ相とＡバー相の差を見出すためφ_2max／φ
_1maxを求めると、 φ_2max／φ_1max＝１＋（γ_s＋γ_r）／（γ₀−γ_m＋γ_y＋γ′_r）・・式４この式４に於いて、右辺第２項を限りなく小さくするこ
とがφ_1m＝φ_2mすなわちＡ相とＡバー相の特性の一致と
なる。従って、分子（γ_s＋γ_r）は小さく、分母（γ₀
−γ_m＋γ_y＋γ′_r）は大きくすることが具体的設計上
の重要指針となる。この分母は具体的には隙間ｇを拡げ
るか又は半径方向の抵抗を増すことであるが、一方で、
各コイル２２，２３が作る起磁力（図１３のＨ_A）が有
効に働くためには、図１３の磁気回路に於いてφ_A方向
の周回抵抗はできる限り小さい方が望ましいので分母を
大きくすることは不利となる。従って、分子（γ_s＋
γ_r）を極力小さくすることが具体的な対策となる。従
って、γ_s，γ_rは共に積層コアとした場合の板厚方向の
磁気抵抗であり、積層コアにおける空隙が積算されるた
め、無視できない大きな値となるもので、図８のように
この空隙をなくしたムクの磁性体とした輪状ロータヨー
ク６及び一部をムクの磁性体としたステータヨーク９，
１０が磁気抵抗γ_s，γ_rを小さくする。

【００１４】また、分母の隙間ｇが作る磁気抵抗（γ₀
−γ_m）は基本的には隙間ｇの長さに左右され、通常、
隙間ｇは０.１ｍｍ以下であり、積層コアが作る各コア
間の磁気抵抗γ_s，γ_rはこの隙間ｇに比べると十分に小
さくなっていない。従って、磁気回路上、磁気抵抗の軸
方向成分となる輪状ロータヨーク６又はステータヨーク
９，１０の一方もしくは両方の一部又は全部を非積層コ
ア（一体のムクの磁性体よりなる構成）として磁気抵抗
を少なくすることにより、図１４のグラフ２で示すよう
にＡ相、Ｂ相、Ａバー相、Ｂバー相に電流を流さない０
の状態におけるディテントトルクＨＴが積層コアの場合
よりも大幅に減少し、各相電流とホールディングトルク
特性は相間差が小さくなり、トルクは電流に比例して一
様に増加し、コイル２２，２３側から見た磁気抵抗（図
１３で示すγ_r，γ_s）が小さくなり、トルク／電流特性
が図１４のグラフ２のように大幅に良好となる。

【００１５】なお、前述の説明では、本発明の特徴を説
明するための基本原理として図１の構成を図８のように
構成した場合として説明したが、図６の構成の場合も、
輪状ステータヨーク１０６，１０６Ａ又はロータヨーク
１０９の一方もしくは両方の一部を前述の非積層コイル
とした場合も前述と同様に、軸方向の磁気抵抗を小さく
し、前述と同様の良好な駆動状態を得ることができる。

【００１６】また、前述の図１の構成の他の基本原理と
して図１５で示す構成を挙げることができる。なお、図
１と同一部分には同一符号を用いる。図１５において符
号１で示されるものは磁性材よりなる固定軸であり、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、全体形状がほぼ輪状をなすロータケース４が回
転自在に設けられている。このロータケース４の内面に
は、輪状をなすと共に複数のロータ歯７を有する輪状ロ
ータヨーク６が設けられている。

【００１７】前記固定軸１の外周に設けられたマグネッ
ト筒体８Ｅには、空隙１Ａを介して軸方向に並設した輪
状の第１、第２輪状ステータヨーク９，１０が設けら
れ、このマグネット筒体８Ｅの外周に嵌合した状態で一
体状に構成されている。前記各ステータヨーク９，１０
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コイル受溝２０ａ，２１ａが各々形成されている。前
記各コイル受溝２０ａ，２１ａにはボビン状に巻回され
た第１コイル２２及び第２コイル２３が巻線機による自
動巻線等により設けられている。前記第１輪状ステータ
ヨーク９の外周にはこの第１コイル２２を挟持するよう
に輪状の第１、第２Ｎ極Ｎ１、Ｎ２が形成され、前記第
２輪状ステータヨーク１０の外周にはこの第２コイル２
３を挟持するように輪状の第１、第２Ｓ極Ｓ１、Ｓ２が
形成され、各極Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２は前記ロータ歯
７に対応すると共に、この各極Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２
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，１０ａが形成されている。前記各極
Ｎ１とＮ２は、１／２ピッチ、Ｓ１とＳ２も１／２ピッ
チずれた状態で各ステータ歯９ａ，１０ａが形成され、
Ｎ極Ｎ１、Ｎ２とＳ極Ｓ１、Ｓ２の各ステータ歯９ａと
１０ａは１／４ピッチずれる関係に形成されている。従
って、図１５の構成の場合も、輪状ロータヨーク６又は
各輪状ステータヨーク９，１０の一方もしくは両方の一
部又は全部を前述の非積層コアとした場合も同様に、軸
方向の磁気抵抗を小さくし、前述と同様の良好な駆動状
態を得ることができる。

【００１８】次に、本発明によるハイブリッド型ステッ
プモータの好適な第１形態について図１６と共に説明す
る。なお、図１と同一部分には同一符号を用いる。図１
６において符号１で示されるものは非磁性材よりなる中
空状の固定軸であり、この固定軸１に設けられた軸受２
には、全体形状がほぼ輪状をなす筒状ロータ４Ｅが回転
自在に設けられている。このロータ４Ｅの内周面及び外
周面には、図１７で示す複数のロータ歯７が各々設けら
れている。

【００１９】前記固定軸１上にマグネット板８をなす、
第１、第２マグネット８Ａ，８Ｂを介して軸方向に並設
した輪状の第１、第２内側ステータヨーク９，１０は、
このマグネット板８を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９，１０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コイル受溝２０ａ，
２１ａが各々形成されている。前記各コイル受溝２０
ａ，２１ａにはボビン状にボビン巻きされた輪状の第１
コイル２２及び第２コイル２３が設けられている（な
お、この各コイル２２，２３は巻線機により自動巻線さ
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２２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、各極Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２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，１０ａが形成されて
いる。前記各極Ｎ１とＮ２は、１／２ピッチ、Ｓ１とＳ
２も１／２ピッチずれた状態で各ステータ歯９ａ，１０
ａが形成され、Ｎ極Ｎ１、Ｎ２とＳ極Ｓ１、Ｓ２の各ス
テータ歯９ａ，１０ａは１／４ピッチずれる関係に形成
されている。また、前記固定軸１は外周位置に断面Ｌ状
に形成された外壁１Ａを有しており、この外壁１Ａには
前記各内側ステータヨーク９，１０と同様の第１、第２
外側ステータヨーク５０，５１が設けられ、この各外側
ステータヨーク５０，５１の内側には、各内側ステータ
ヨーク９，１０と同様に第３、第４コイル受溝２０ｂ，
２１ｂ、第３、第４コイル２４，２５及びステータ歯９
ｃ，９ｄが形成されている。

【００２０】従って、図１６の構成の場合も、筒状ロー
タ４Ｅ及び各ステータヨーク９，１０，５０，５１の一
方もしくは両方の一部又は全部を前述の非積層コアとし
た場合も同様に、軸方向の磁気抵抗を小さくし、前述と
同様の良好な駆動状態を得ることができる。

【００２１】次に、本発明の第２の形態として図１８か
ら図２７で示す構成を挙げることができる。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１８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及び筒状の輪状ロー
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の輪状ロータヨーク６の
内面には、複数のロータ歯７が設けられている。

【００２２】前記固定軸１の固定軸保持体１Ａの外周の
固定軸ヨーク１Ｂ上には筒状をなす各マグネット筒体８
Ｅ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９，１０，１１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１
００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２２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、Ｎ２、Ｓ
１、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，１０ａ，１１
ａが形成されている。前記各極Ｎ１とＮ２は、図３３の
動作図にも示すように、１／２ピッチ（１π）、Ｓ１と
Ｓ２及びＮ３とＮ４も１／２ピッチ（１π）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。

【００２３】次に、動作について述べる。図１９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１０
３，１０４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、その両側の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１０１，１０２
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２０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２１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２２との関係を表している。次に、図
２２は図２１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。

【００２４】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２３は前述の図２２
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２４は前述の
図１８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１
０３，１０４が無くてもモータとしては成り立つ。しか
し本発明の図２４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１０１，１
０２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。

【００２５】図２５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１８から上記図２５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
２６は図２４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２６のＭ１とＭ２は図２４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８Ｅ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２４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１０
０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１８の構成と同様に効果的に作用している。
また、図２４の２相に関して図２６を示したが、同様に
図１８、図２５、さらに以降説明する図２７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。

【００２６】また、図２７で示す構成は従来使用されて
いた図２８で示すインナロータ構成のハイブリッド型ス
テップモータを本発明の構成のように適用してインナロ
ータ型のハイブリッド型ステップモータを構成した場合
の例を示すもので、ステータケース３００の内面にそれ
ぞれ輪状マグネット筒体８Ｅ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１０６，１
０７，１０８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。

【００２７】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筒体１０１，１０２及び補助磁性筒
体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１０６，１０７，
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１０６，１０７，１０
８に対応する長手形状のロータヨーク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。従って、図２７の構成は図
１８と逆のインナロータ型で構成されているもので、そ
のステップ駆動状態は前述の図１９から図２３で示す動
作と同じ原理でステップ回転が行われる。又、図２４、
図２６に対応して２相インナロータ型、５相インナロー
タ型が図２７と同様の方法で形成され、さらに一般化さ
れｎ相インナロータ型モータとなる。

【００２８】また、前述の通り図２４の構成が図２６の
ようにカスケード結合して一般化されたｎ相インナロー
タ型モータも図２６のようにカスケード結合される。な
お、前述の各コイル２２，２３は周知のバイポーラ巻の
場合を前提として述べたが、周知のユニポーラ巻とした
場合も同様の作用を得ることができる。また、前述は周
知の１相励磁としたが、２相励磁又は１−２相励磁によ
り駆動できる。また、前述の各歯７，９ａ，１０ａ，１
１ａ，１０９ａのピッチずれについては、相対的なもの
であり、何れの側をずらせた場合も前述と同じ動作を得
ることができるものである。なお、モータの形状も、偏
平大径、薄物、極細等を任意に得ることができる。ま
た、前述の各マグネット筒体８Ｅは各相毎に個別に設け
た場合を示したが、各相分を一体の筒に構成し着磁した
場合も同じ作用を得ることができる。従って、図１８か
ら図２６における輪状ロータヨーク６又は各ステータヨ
ーク９，１０，１１の一方もしくは両方の一部を非積層
コアで構成し、図２７における輪状ステータヨーク１０
６，１０７，１０８又はロータヨーク（１０９）の一方
もしくは両方の一部又は全部を前述の非積層コアで構成
した場合には、前述の場合と同様に、軸方向の磁気抵抗
を小さくし、前述と同様の良好な駆動状態を得ることが
できる。

【００２９】

【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、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、図６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。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が得られ
る。また、ステータヨーク間を、ｎ相では１／２ｎピッ
チづつずらすのみで良く、２〜ｎ相迄同一ステータ、ロ
ータヨークで良い。また、Ｎ個のステータヨーク体を有
するアウタロータ型及びインナロータ型のハイブリッド
ステップモータを得ることができる。さらに、ロータ側
又はステータ側の一方もしくは両方の一部又は全部を非
積層コアで構成しているため、無通電時のディテントト
ルクを小さくし、各励磁相間の発生トルク差を小さく
し、トルク／電流特性が良好で通電時の駆動が良好なト
ルク増大型とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における基本原理に適用するアウタロー
タ型の２相ハイブリッド型ステップモータを示す断面図
である。

【図２】図１のＸ−Ｘ′による横断面図である。

【図３】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４】コイルが作る磁束の流れを示す説明図である。

【図５】マグネット板と各コイルに電流を流した場合の
合成磁束とロータヨークのステップ回転を示す説明図で
ある。

【図６】図１の他例を示す断面図である。

【図７】各相毎の通電時の電流とホールディングトルク
を示す特性図である。

【図８】図１のロータ及びステータの構造を示す断面図
である。

【図９】図１及び図８の要部を示す拡大図である。

【図１０】図９の磁気特性図である。

【図１１】図１及び図８の等価構成図である。

【図１２】図１１の隙間以外の磁気抵抗を考慮に入れた
等価回路である。

【図１３】図１２の等価回路でコイルが作る起磁力から
みた等価回路である。

【図１４】図１の特性を図８に改良した状態を示す特性
図である。

【図１５】図１の他例を示す断面図である。

【図１６】本発明の第１形態を示す断面図である。

【図１７】図１６のＹ−Ｙ′断面図である。

【図１８】本発明の第２形態を示す半断面図である。

【図１９】図１８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２０】図１８のコイルが作る磁束の流れを示す説明
図である。

【図２１】図１８のステップモータの駆動を示す説明図
である。

【図２２】図１８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２３】図１８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２４】図１８の２相型を示す半断面図である。

【図２５】図１８の５相型を示す半断面図である。

【図２６】図２４の２相型を２個直列接続した半断面図
である。

【図２７】図１８の他例を示す断面図である。

【図２８】従来のステップモータを示す断面図である。

【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２０ａ，２１ａ，２０ｕ，２０ｖ，２０ｗコイル受
溝２２，２３，２４コイル３０輪状マグネット板１００ステータヨーク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回転軸３００ケーシング

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固定軸(1)に設けられた軸受(2)と、前記
各軸受(2)を介して回転自在に設けられた筒状ロータ(4
E)と、前記筒状ロータ(4E)の内周面及び外周面に設けら
れた複数のロータ歯(7)と、前記固定軸(1)にマグネット
板(8)を介して軸方向に並設された第１、第２内側ステ
ータヨーク(9,10)及び第１、第２外側ステータヨーク(5
0,51)と、前記各ステータヨーク(9,10)に形成された複
数のステータヨーク歯(9a,10a)と、前記各内側、外側ス
テータヨーク(9,10)の軸方向における中央位置でかつ前
記筒状ロータ(4)に向けて形成された第１〜第４コイル
受溝(20a,21a)と、前記各コイル受溝(20a,21a)に設けら
れボビン巻きされた第１〜第４コイル(22〜25)とを備
え、前記各ステータヨーク(9,10)は互いに異なる極性を
構成すると共に前記各コイル(22〜25)は前記筒状ロータ
(4)を挟むように構成し、前記筒状ロータ(4)又は前記各
ステータヨーク(9,10,50,51)の一部もしくは全部を非積
層コアで構成したことを特徴とするハイブリッド型ステ
ップモータ。
【請求項２】前記マグネット板(8)は、前記各内側ス
テータヨーク(9,10)間及び各外側ステータヨーク(50,5
1)間に設けられた第１、第２マグネット(8A,8B)からな
る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。
【請求項３】前記マグネット板(8)は、前記各内側ス
テータヨーク(9,10)と前記固定軸(1)間及び前記各外側
ステータヨーク(50,51)と前記固定軸(1)の外壁(1A)間に
設けられた第１、第２マグネット(8A,8B)からなり、前
記各マグネット(8A,8B)は前記筒状ロータ(4E)を介して
対向している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。
【請求項４】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,1
0a,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,20
w)に設けられたｎ個のコイル(22,23,24)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(9,10,1
1)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)を通るようにすると共に、前記輪状ロー
タヨーク(6)又はステータヨーク(9,10,11)の一方もしく
は両方の一部又は全部を非積層コアで構成したアウタロ
ータ型よりなることを特徴とするハイブリッド型ステッ
プモータ。
【請求項５】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４記載のハイブリッド型ステップモータ。
【請求項６】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４記載のハイブリッド型ステップモータ。
【請求項７】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(200)と、前記ケーシング(300)の内面
の軸方向に輪状マグネット筒体(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(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
マグネット筒体(101,102)を介して前記ケーシング(300)
に設けられた１対の補助磁性筒体(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(200)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(200)に設けられたロータヨーク(10
9)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
ようにすると共に、前記輪状ステータヨーク(106,107,1
08)又はロータヨーク(109)の一方もしくは両方の一部又
は全部を非積層コアで構成したインナロータ型よりなる
ことを特徴とするハイブリッド型ステップモータ。
【請求項８】前記輪状ステータヨーク(106,107,108)
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７記載のハイブリッド型ステップモー
タ。
【請求項９】前記輪状ステータヨーク(106,107)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７記載のハイブリッド型ステップモータ。
【請求項１０】前記ステータヨーク体(100)が前記マ
グネット筒体(8E)を介して複数であるＮ個設けられてい
ることを特徴とする請求項４ないし６の何れかに記載の
アウタロータ型のハイブリッド型ステップモータ。
【請求項１１】前記ステータヨーク体(100)が前記マ
グネット筒体(8E)を介して複数であるＮ個設けられてい
ることを特徴とする請求項７ないし９の何れかに記載の
インナロータ型のハイブリッド型ステップモータ。