JP3415816B2 - パルスモータ及びギヤ付きモータ - 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、パルスモータ及び
ギヤ付きモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体等の電子部品の技術向上に
伴い、メカニカル制御に代わりマイコン等によるデジタ
ル制御が主流となってきている。これに伴い例えば車載
用その他の指示計器等の指針駆動にもデジタル制御に有
利なパルスモータが使われつつある。

【０００３】パルスモータの一例としては、円周方向に
多極着磁された永久磁石を有するロータからなる回転子
と、その回転子の外周囲に配置された複数のステータヨ
ークと、そのステータヨークに装着された励磁コイルと
を備えた構成をとっている。そして、ステータヨーク
は、平板状の強磁性体を打ち抜き加工などして、略Ｕ字
状（馬蹄形状）に形成され、その両端が、永久磁石の隣
接する磁極に対向可能となっている。

【０００４】また、各ステータヨーク同士は、電気角で
位相が９０度ずれるように配置される。つまり、ステー
タヨークが２つとし、一方のステータヨークの両端が、
ロータを構成する永久磁石の隣接する２つの磁極に正対
している場合には、他方のステータヨークの両端は、磁
極に正対せず、磁極ピッチの１／２だけずれた角度とな
る。

【０００５】そして、励磁コイルに通電することによ
り、その通電した励磁コイルが装着されたステータヨー
クの両端にＮ極またはＳ極が形成されるので、ロータの
Ｓ極，Ｎ極が吸引される。従って、所定のタイミングで
各励磁コイルに通電することにより、ロータ（回転子）
が回転する。特に、この種のパルスモータは、オープン
ループによる位置決めに有利であるという特徴を有す
る。なお、係るパルスモータの原理は、例えば、ＵＳＰ
５，９５９，３７８等に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
パルスモータでは、以下に示す問題を有している。永久
磁石と強磁性体であるステータヨーク間の吸引力によ
り、無励磁でもトルク（ディテントトルク）が発生す
る。このディテントトルクにより、特別な機構を設ける
ことなく無励磁において所定の角度位置でロータ（回転
子）を停止させることができるというメリットを有す
る。

【０００７】一方、通常の回転時においては、回転運動
をスムーズに行うために、入力電流（励磁電流）をＰＷ
Ｍ制御による擬似正弦波とすることで、より滑らかな回
転を図るようにしているが、上記したディテントトルク
が回転時の出力トルクに対して十分小さくしておかない
と、トルクリップルを大きくする原因となり、スムーズ
な回転運動を阻害する。

【０００８】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、パルスモータ全体のディテントトルクを小さくし、
スムーズな回転運動を可能にすることのできるパルスモ
ータ及びギヤ付きモータを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係るパルスモータは、円周方向に多極着
磁された永久磁石を有するロータからなる回転子と、そ
の回転子の外周囲に配置された少なくとも２個のステー
タヨークと、そのステータヨークに装着された励磁コイ
ルとを備え、前記ステータヨークの両端の磁極面が前記
永久磁石の磁極に対向可能に配置されたパルスモータを
前提とする。

【００１０】そして、上記した前提において、前記ステ
ータヨークの一方はその両端の磁極面が、前記永久磁石
の隣接する２つの磁極に正対している場合には、他方の
ステータヨークの両端は、磁極に正対せず、磁極ピッチ
の１／２だけずれた角度となるように構成し、前記磁極
面の面積より、磁路を構成する前記ステータヨークの所
定部位の断面積を小さくなるように構成した。そして、
断面積を小さくする前記所定部位は、前記磁路の全体と
する。これにより、ディテントトルクが小さくなる。さ
らに、前記磁極面から、前記断面積が小さくなった前記
所定部位までの距離が、前記磁極面の軸方向の高さに対
して小さくすることである。特に、このようにすると、
磁極面の近い位置に断面積の小さい部分が形成されるこ
とになり、ディテントトルクがさらに小さくなる。

【００１１】また、平板状の前記ステータヨークの先端
部を折り曲げることにより、前記磁極面を形成するよう
にしてもよい。このようにすると、プレス加工によりス
テータヨークを製造することができ、製造が容易に行え
る。

【００１２】一方、本発明に係るギヤ付きモータでは、
上記した各発明のパルスモータと、前記パルスモータの
前記回転子に設けた第１ギヤと、その第１ギヤに連携さ
れた所定数のギヤをケース内の所定位置に収納配置す
る。そして、前記ギヤのうちの所定のギヤに出力軸を取
り付けるとともに、その出力軸の一端を前記ケース外部
に突出配置した。

【００１３】なお、本発明で言う「略Ｕ字状」とは、平
面がＵ字状になっているものはもちろん含むが、厳密に
Ｕ字状になっている必要は必ずしも無い。一例を挙げれ
は、Ｃ字状であったり、コ字状であったりしても良く、
要は、帯状の磁路が適宜折れ曲がったり湾曲などし、両
端が接近するとともに磁極面を構成するようになってい
ればよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るパルスモー
タの好適な一実施の形態を示している。同図に示すよう
に、回転軸１に円筒状の永久磁石２を同軸状に取り付け
ることによりロータ（回転子）３が形成される。この永
久磁石２は、円周方向に多極着磁（図示の例では６極）
されている。

【００１５】このロータ３の外側には、２個のステータ
ヨーク５ａ，５ｂが配置されている。ステータヨーク５
ａ，５ｂは、何れも略Ｕ字状の平面形状を有し、その両
先端がティース（磁極部）６となり、永久磁石２の外周
面に形成される磁極に対向配置されるようになってい
る。

【００１６】そして、各ティース６は、回転軸１を中心
とした同一の円周上に配置される。しかも、１つのステ
ータヨークに形成される２つのティース６の配置間隔
は、永久磁石２の磁極ピッチに一致するようにしてい
る。つまり、本形態では、磁極ピッチは６０度となるの
で、回転軸１を中心とした中心角６０度の扇形の円弧の
両端に位置するようにしている。さらに、ステータヨー
ク５ａのティース６と、ステータヨーク５ｂのティース
６は、電気角で９０度位相がずれるように配置してい
る。

【００１７】さらに、各ステータヨーク５ａ，５ｂに
は、ボビン７が取り付けられるとともに、そのボビンに
励磁コイル８が巻き付けられている。これにより、ステ
ータヨーク５ａ側がＡ相，ステータヨーク５ｂ側がＢ相
の２相タイプのパルスモータとなる。従って、本形態の
パルスモータは、同相を構成するティース６が、円周方
向で均一に配置されていない突極タイプとなる。

【００１８】そして、この突極タイプでは、各ティース
６は、それぞれ対向する永久磁石２の磁極と吸引力が発
生する。図示の例では、ステータヨーク５ａ（Ａ相）の
ティース６が、永久磁石２の磁極ピッチと同じピッチと
なって、同じ方向のトルクが発生する。他方のステータ
ヨーク５ｂ（Ｂ相）のティース６は、ステータヨーク５
ａのティース６に対して電気的に９０度に配置されるた
め、磁気的にはステータヨーク５ａのティース６のトル
クをキャンセルする方向のトルクが発生する。そして、
各相のディテントトルクは、機械的な移動角度に対し
て、図２に示すような波形をとる。従って、パルスモー
タ全体でのディテントトルクは、両者の合成トルクとな
るので、図２に示すように、各相のディテントトルクの
波形に対し、２倍の周期のトルクが存在する。

【００１９】ここで本形態では、図３，図４に示すよう
に、ステータヨーク５ａ，５ｂの両端近傍位置に肉薄の
肉薄部を設けている。まず、各図について説明すると、
図３は、永久磁石２及びティース６の先端部分を拡大し
て示しており、この図３中のａ―ａ線断面図が図４
（ａ）であり、さらにその図４（ａ）中のｂ―ｂ線断面
図が図４（ｂ）である。

【００２０】図４（ａ）に示すように、ティース６の先
端面である磁極面６ａは、その厚さ（高さ）ｔ１は永久
磁石２の軸方向長さとほぼ同じにしている。そして、そ
の磁極面６ａよりも、所定距離ｔ２だけ内側に奥まった
位置に、先端の磁極面６ａに比べて、肉薄にした肉薄部
６ｂを設けている。この肉薄部６ｂは、同図（ｂ）に示
すように、断面が幅ｗで厚み（高さ）ｔ３からなる長方
形状に形成され、磁極面６ａは同一の幅ｗで厚み（高
さ）ｔ１からなる長方形状に形成される。そして、ｔ３
＜ｔ１であるので、肉薄部６ｂの断面積が、磁極面６ａ
の面積よりも小さくなる。また、肉薄部６ｂの形成位置
は、ｔ１＞ｔ２が満足するように、磁極面６ａに近い位
置としている。

【００２１】なお、図示の例では、薄肉部６ｂのさらに
奥側は、磁極面６ａと同一の厚さｔ１としているが、実
際には肉薄部６ｂと同一の厚さ、つまり、ステータヨー
ク５ａ，５ｂの磁路の全面が肉薄部６ｂで、先端部分が
肉厚（ｔ１）とした磁極面６ａとなっている。換言する
と、磁極面の面積に対し、磁路を構成するステータヨー
クの断面積を小さくすることになる。

【００２２】上記したように構成すると、２つの相で発
生するディテントトルクを合成したパルスモータ全体の
ディテントトルクは、図５中一点鎖線で示すようにな
る。一方、ステータヨークの厚さを全体に均一にした従
来品のディテントトルクは、同図中破線で示すようにな
る。

【００２３】図から明らかなように、本発明品の方がデ
ィテントトルクを小さくすることができ、パルスモータ
のスムーズな回転運動が確保できる。また、このように
ディテントトルクが小さくなるのは、以下のような理由
によるものと推定できる。すなわち、磁極面６ａを含む
ティースの先端側の磁気抵抗に比べて、肉薄部６ｂの磁
気抵抗は大きくなる。よって、従来のように全体的に厚
さを均一にした場合には、永久磁石２の磁極と磁極面６
ａ間の磁束は、全体的にほぼ平行に進むことになる。こ
れに対し、磁極面６ａの内側の近い部分に肉厚の薄い肉
薄部６ｂを設けると、磁極面６ａの中央部分からティー
ス６内に進入する磁束と、磁極面６ａの上下端近傍位置
からティース６内に進入する磁束を比較すると、前者の
方が流れやすい。この結果、磁極面６ａと永久磁石２の
磁極との間の空隙には、磁極面６ａの表面の中央部分に
磁束が集中するような磁界が形成され、磁界分布が不規
則になる。その結果、ディテントトルクも弱まると予想
できる。

【００２４】図６は、別の実施の形態を示している。上
記した実施の形態では、肉薄部６ｂを厚さ方向のティー
ス６の先端側の厚み方向の中央部分に接続するようにし
たが、本発明はこれに限ることは無く、例えば図６
（ａ）に示すように、肉薄部６ｂを片側（図示の例で
は、上側）にずらすようにしてもよい。換言すると、テ
ィース６の先端を折り曲げることにより、磁極面６ａを
構成することになる。

【００２５】すなわち、図４に示すように構成した場合
には、切削加工などにより形成することになり、図６
（ａ）に示すような形状の場合には折り曲げ加工により
対応できる。よって、後者の方が製造が容易となる。

【００２６】また、この例では、先端部を除くステータ
ヨークの全面を薄くし、両先端部を折り曲げることによ
り磁極面６ａを形成するようにしたが、ステータヨーク
５ａ，５ｂの中央部分は磁極面６ａと同様に肉厚にして
もよい。

【００２７】

【００２８】この場合のパルスモータの全体のディテン
トトルクの一例を示すと、図５中実線のようになる。こ
の例では、上記した磁極面６ａの近い位置に肉薄部６ｂ
を設けたものに比べるとディテントトルクは大きくなる
ものの、従来例のものに比べると小さくすることができ
る。

【００２９】図７は、本発明に係るギア付きモータの好
適な一実施の形態を示している。同図に示すように、偏
平なケース１０内に、上記した各実施の形態で示したパ
ルスモータ１１の構成部品を挿入配置する。そして、回
転軸１の先端に、第１ギヤ１２を取り付け、この第１ギ
ヤ１２に噛み合うように第２ギヤ１３を設ける。第２ギ
ヤ１３の回転力は、第３ギヤ１４に伝達されるようにな
る。これにより、ロータ３の回転に伴い、第１ギヤ１
２，第２ギヤ１３並びに第３ギヤ１４が順に回転する。
この第３ギヤ１４の中央には出力軸１５が取り付けられ
ており、この出力軸の一端は、図８に示すようにケース
１０の外側に突出している。もちろん、各ギヤ１２〜１
４のギヤ比を変えることにより、ロータ３の回転数に対
する出力軸１５の回転数の割合を所望の値に設定してい
る。

【００３０】このようにすると、各励磁コイル８に所定
のタイミングで励磁電流を通電することにより、スムー
ズに出力軸１５を回転させるとともに、所定角度位置で
停止させることができる。そして、この出力軸１５に、
直接或いは他の動力伝達手段を介して指示計器の針等を
取り付けることにより、車載用等における指示計器に適
用できる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るパルスモー
タ及びギヤ付きモータでは、ステータヨークの両端の磁
極面の面積よりも、磁路を構成するステータヨークの所
定部位の断面積を小さくしたため、パルスモータ全体の
ディテントトルクを小さくすることができる。これによ
り、スムーズな回転運動が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパルスモータの好適な一実施の形
態を示す平面図である。

【図２】ディテントトルクを説明する図である。

【図３】要部を示す拡大図である。

【図４】（ａ）は、図３中ａ―ａ線矢視断面図である。
（ｂ）は、図４（ａ）中ｂ―ｂ線矢視断面図である。

【図５】本発明の効果を実証する図である。

【図６】他の実施の形態を示す要部拡大図である。

【図７】本発明に係るギヤ付きモータの好適な一実施の
形態を示す平面図である。

【図８】その正面図である。

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ 永久磁石 ３ ロータ（回転子） ５ａ，５ｂ ステータヨーク ６ ティース ６ａ 磁極面 ６ｂ 肉薄部（断面積が小さい磁路） ７ ボビン ８ 励磁コイル １０ ケース １１ パルスモータ １２ 第１ギヤ １３ 第２ギヤ １４ 第３ギヤ １５ 出力軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−93890（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−284680（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−38497（ＪＰ，Ａ) 特開2000−32724（ＪＰ，Ａ) 特開2000−175391（ＪＰ，Ａ) 特開2002−136095（ＪＰ，Ａ) 特開2002−142432（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−181554（ＪＰ，Ａ) 米国特許5959378（ＵＳ，Ａ) 実用新案登録2514870（ＪＰ，Ｙ２) 国際公開02／13357（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 37/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円周方向に多極着磁された永久磁石を有
   するロータからなる回転子と、その回転子の外周囲に配
   置された少なくとも２個のステータヨークと、そのステ
   ータヨークに装着された励磁コイルとを備え、前記ステ
   ータヨークの両端の磁極面が前記永久磁石の磁極に対向
   可能に配置されたパルスモータにおいて、 前記ステータヨークの一方はその両端の磁極面が、前記
   永久磁石の隣接する２つの磁極に正対している場合に
   は、他方のステータヨークの両端は、磁極に正対せず、
   磁極ピッチの１／２だけずれた角度となるように構成
   し、 前記磁極面の面積より、磁路を構成する前記ステータヨ
   ークの所定部位の断面積を小さくし、 前記所定部位は、前記磁路の全体であり、 前記磁極面から、前記断面積が小さくなった前記所定部
   位までの距離が、前記磁極面の軸方向の高さに対して小
   さくしたことを特徴とするパルスモータ。
2. 【請求項２】 平板状の前記ステータヨークの先端部を
   折り曲げることにより、前記磁極面が形成されてなるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のパルスモータ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のパルスモータ
   と、前記パルスモータの前記回転子のに設けた第１ギヤ
   と、その第１ギヤに連携された所定数のギヤをケース内
   の所定位置に収納配置し、 前記ギヤのうちの所定のギヤに出力軸を取り付けるとと
   もに、その出力軸の一端を前記ケース外部に突出配置し
   たことを特徴とするギヤ付きモータ。