JP3600654B2 - リニア・ロータリ複合型ステッピングモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、リニア・ロータリ複合型ステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のモータとしては、米国特許第５，０９３，５９６号公報（発明の名称：結合型リニア・ロータリ直接駆動ステップモータ）に円筒状の３相ＶＲ型リニアパルスモータ部分と、ハイブリッド型３相ロータリステップモータ部分またはＶＲ型３相ロータリステップモータ部分とを軸方向に並べて配置し、それぞれ出力軸を共通にしてひとつのハウジング内に収容したものが開示されている。
【０００３】
しかしながら、これらは次のような欠点があった。
【０００４】
（１） 前記リニアモータ部とロータリモータ部を軸方向にならべて配置するため、軸方向の長さが長くなる。
【０００５】
（２） 前記リニアモータ部の固定子は、固定子鉄板とスペーサ鉄板とを交互に積層した構成となっており、固定子鉄心の製作にあたっては、２種類の鉄板を交互に積層しなければならず、また、前記固定子鉄板は各突極の先端部をひとつおきに曲げ加工しなければならず、容易に固定子鉄心を製作することができない。
【０００６】
（３） 鉄板の種類として、前記ロータリモータ部の固定子鉄板と、リニアモータ部の固定子鉄板およびスペーサ鉄板の３種類が必要になる。
【０００７】
（４） リニアモータ部の固定子と前記ロータリモータ部の固定子の２個が必要であり、巻線・結線作業を別々に行った後、前記２つの固定子を軸方向に組み合わせる必要があるためモータ全体の組立作業性が悪い。
【０００８】
このため、これらの欠点を解消するリニア・ロータリ複合型ステッピングモータが、本発明者によってすでに提案されており、次のように開示されている。
【０００９】
すなわち、内側に向かって放射状に配設された複数個の突極であって、該突極は、その内周面に、軸方向に複数個の第１の固定子小歯が形成された突極と、円周方向に複数個の第２の固定子小歯が形成された突極との２種類を備えた固定子鉄心を有する固定子と、該固定子内に軸方向に移動自在で、しかも回転方向にも回動自在に支持されるとともに、その外周面に前記第１，第２の固定子小歯に対向して軸方向および円周方向にそれぞれ等ピッチで複数個の移動子小歯が形成された移動子鉄心を有する移動子とを備えてなるリニア・ロータリ複合型ステッピングモータであり、更に次のとおりである。
【００１０】
前記固定子鉄心は、前記突極の内周面に軸方向に前記第１の固定子小歯を形成させるために、該小歯の歯先部を形成する突極部と歯底部を形成する突極部とが所定配置された固定子鉄板を、相数、突極数および前記所定配置で決まる所定角度で回転積層することにより形成されるようにしている。（特願平５ー２９０１７６号）
【００１１】
次いで、内側に向かって放射状に配設された複数個の突極であって、該突極は、その内周面に、軸方向に複数個の第１の固定子小歯が形成された突極と、円周方向に複数個の第２の固定子小歯が形成された突極との２種類を備えた固定子鉄心を有する固定子と、該固定子内に軸により、軸方向に移動自在で、しかも回転方向にも回動自在に支持されるとともに、軸方向に配設された複数個の移動子鉄心であって、その外周面に、前記第１の固定子小歯に対向して軸方向に等ピッチで複数個の第１の移動子小歯が形成された第１の移動子鉄心と、前記第２の固定子小歯に対向して円周方向に等ピッチで複数個の第２の移動子小歯が形成された第２の移動子鉄心との２種類を有する移動子とを備えてなるリニア・ロータリ複合型ステッピングモータであり、更に次のとおりである。
【００１２】
前記固定子鉄心は、前記突極の内周面に軸方向に前記第１の固定子小歯が形成されるように、該小歯の歯先部を形成する突極部と歯底部を形成する突極部とが所定配置された固定子鉄板を、相数、突極数および前記所定配置で決まる所定角度で回転積層することにより形成されるとともに、同時に前記第２の固定子小歯も前記所定角度で回転積層することにより、その歯先部と歯底部がそれぞれ整列積層されるようにしている。（特願平６ー１９８０８２号）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記構成のリニア・ロータリ複合型ステッピングモータの場合、次のような問題点があった。
【００１４】
（１） リニアモータ部とロータリモータ部との間で、相互に磁気的な影響を受け、それぞれのモータ部の高出力化が難しい。
（２） リニアモータ部の相数をｍ、ロータリモータ部の相数をｎとし、突極の数を２（ｍ＋ｎ）個とすると、半径方向の吸引力にアンバランスを生ずる。
【００１５】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、リニアモータ部とロータリモータ部との相互間の磁気的な干渉をなくし、高出力化が可能なリニア・ロータリ複合型ステッピングモータを提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は前記問題点を解消し、半径方向の吸引力にアンバランスが発生しないようなリニア・ロータリ複合型ステッピングモータを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を解決するための本発明の構成は、次のとおりである。
【００１８】
（１） 一次側磁気回路部と二次側磁気回路部とが、所定間隔の空隙を保ちながら同心的に配設されるとともに、相対的に、軸方向に移動自在に、かつ円周方向に回動自在に支持されており、前記一次側磁気回路部は、放射状に配設された複数個の突極であって、該突極は前記空隙を介して前記二次側磁気回路部と対向する面に、軸方向に複数個の第１の一次側小歯が形成された第１の突極と、円周方向に複数個の第２の一次側小歯が形成された第２の突極との２種類の突極が、所定の順番で円周方向に配設された一次側鉄心を備え、前記二次側磁気回路部は、前記一次側磁気回路部と対向する面に、前記第１の一次側小歯に対向して軸方向に等ピッチで複数個の第１の二次側小歯が形成された第１の二次側鉄心と、前記第２の一次側小歯に対向して円周方向に等ピッチで複数個の第２の二次側小歯が形成された第２の二次側鉄心との２種類の鉄心が、所定の順番で軸方向に配設されたリニア・ロータリ複合型ステッピングモータであり、更に次のとおりである。
【００１９】
前記一次側鉄心は、リニアモータ部の相数をｍ、ロータリモータ部の相数をｎ、ａおよびｂを１以上の整数とするとき、２ａｍ個の前記第１の突極と、２ｂｎ個の前記第２の突極とを有するとともに、円周方向に連続して配設された前記第１の突極よりなる少なくとも２個以上の第１の突極群と、同じく円周方向に連続して配設された前記第２の突極よりなる少なくとも２個以上の第２の突極群とを有するとともに、前記一次側磁気回路部の、前記第１の突極と前記第２の突極間の磁気抵抗を、連続して配設された前記同種類の突極間の磁気抵抗より高く形成したことを特徴とする。
【００２０】
（２） （１）において、前記一次側磁気回路部の、前記第１の突極と前記第２の突極間の継鉄部に、該継鉄部の軸方向の厚さ部分で半径方向の厚さ部分を、全部または部分的に除去して、該継鉄部に高磁気抵抗部を形成したことを特徴とする。
【００２１】
（３） 一次側磁気回路部と二次側磁気回路部とが、所定間隔の空隙を保ちながら同心的に配設されるとともに、相対的に、軸方向に移動自在に、かつ円周方向に回動自在に支持されており、前記一次側磁気回路部は、放射状に配設された複数個の突極であって、該突極は前記空隙を介して前記二次側磁気回路部と対向する面に、軸方向に複数個の第１の一次側小歯が形成された第１の突極と、円周方向に複数個の第２の一次側小歯が形成された第２の突極との２種類の突極が、所定の順番で円周方向に配設された一次側鉄心を備え、前記二次側磁気回路部は、前記一次側磁気回路部と対向する面に、前記第１、第２の一次側小歯に対向して軸方向および円周方向にそれぞれ等ピッチで複数個の二次側小歯が形成された二次側鉄心を有するリニア・ロータリ複合型ステッピングモータであり、更に次のとおりである。
【００２２】
前記一次側鉄心は、リニアモータ部の相数をｍ、ロータリモータ部の相数をｎ、ａおよびｂを１以上の整数とするとき、２ａｍ個の前記第１の突極と、２ｂｎ個の前記第２の突極とを有するとともに、円周方向に連続して配設された前記第１の突極よりなる少なくとも２個以上の第１の突極群と、同じく円周方向に連続して配設された前記第２の突極よりなる少なくとも２個以上の第２の突極群とを有するとともに、前記一次側磁気回路部の、前記第１の突極と前記第２の突極間の磁気抵抗を、連続して配設された前記同種類の突極間の磁気抵抗より高く形成したことを特徴とする。
【００２３】
（４） （１）または（３）において、前記二次側磁気回路部には、少なくとも１個以上の軸方向に磁化された永久磁石を配設してなることを特徴とする。
【００２４】
【作用】
前記のように構成されたリニア・ロータリ複合型ステッピングモータは、リニアモータ部の一次側磁気回路部とロータリモータ部の一次側磁気回路部とが、該一次側磁気回路部の継鉄部に形成された高磁気抵抗部により磁気的に遮断され、前記各一次側磁気回路部の発生する磁束が、相互に干渉せずに、それぞれ有効に作用するため、高出力化を図ることができる。また、二次側磁気回路部を一次側磁気回路部の外側に配設することにより、前記一次側磁気回路部と二次側磁気回路部との対向面積を大きくすることが可能となり、高出力化を図ることができる。
前記ａおよびｂを２以上の整数とすることにより、１相あたりの突極群の数を少なくとも２以上にすることができ、半径方向の偏心力を相殺することができる。そのため、半径方向の吸引力にアンバランスが発生しない。
【００２５】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。
図１は、本発明のリニア・ロータリ複合型ステッピングモータの一実施例を示す縦断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線による横断面図、図３は、一次側磁気回路部の継鉄部に形成された高磁気抵抗部を示す斜視図である。
【００２６】
本実施例のステッピングモータは、リニアモータ部の相数ｍ、ロータリモータ部の相数ｎ、ａおよびｂの各数値が、ｍ＝２、ｎ＝２、ａ＝２、ｂ＝２、したがって、リニアモータ部の第１の突極の数は、２ａｍ＝８個、ロータリモータ部の第２の突極の数は、２ｂｍ＝８個である。
【００２７】
図１ないし図３において、一次側磁気回路部１の一次側鉄心１０に内側に向かって放射状に配設された１６個の突極１１，１２，１３，……２４，２５，２６のうち、突極１１，１２，１５，１６，１９，２０，２３，２４の内周面には軸方向に複数個の第１の一次側小歯２７（歯先部２７ａ，歯底部２７ｂ）が等ピッチで形成されており、突極１３，１４，１７，１８，２１，２２，２５，２６の内周面には円周方向に複数個の第２の一次側小歯２８（歯先部２８ａ、歯底部２８ｂ）が等ピッチで形成されている。また、前記突極１１，１２，１３，……２４，２５，２６にはそれぞれ一次側磁気回路部巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，……Ｗ１４，Ｗ１５，Ｗ１６が各別に巻回されている。
【００２８】
前記一次側鉄心１０は、エンドブラケット３，４と、図示しないねじ等により、ハウジング５内に収容、かつねじ止め、固定されている。
他方、前記一次側磁気回路部１の内側にある二次側磁気回路部２は、軸３１および前記エンドブラケット３，４により、軸受６，７を介して軸方向に移動自在に、かつ回転方向にも回動自在に支持される。
【００２９】
そして、該二次側磁気回路部２には、前記軸３１上に、前記第１の一次側小歯２７に対向して、軸方向に等ピッチで複数個の第１の二次側小歯３７（歯先部３７ａ，歯底部３７ｂ）が形成された第１の二次側鉄心３２ａ，３２ｂと、該第１の二次側鉄心３２ａと３２ｂとの間に挟持され、軸方向に磁化されたリング状の永久磁石３３ａと、前記第２の一次側小歯２８に対向して、円周方向に等ピッチで複数個の第２の二次側小歯３８（歯先部３８ａ，歯底部３８ｂ）が形成された第２の二次側鉄心３２ｃ，３３ｄと、該第２の二次側鉄心３２ｃと３２ｄとの間に挟持され、軸方向に磁化されたリング状の永久磁石３３ｂと、前記第１の二次側鉄心３２ｂと前記第２の二次側鉄心３２ｃとの間に挟持された非磁性材よりなるリング状のスペーサ３４とが配設，固着されている。
【００３０】
図２において、突極１１と１２、突極１５と１６、突極１９と２０、突極２３と２４は、それぞれ円周方向に２個連続、すなわち互いに隣接して配設された第１の突極よりなる４組の第１の突極群ＬＭであり、突極１３と１４、突極１７と１８、突極２１と２２、突極２５と２６は、それぞれ円周方向に２個連続して配設された第２の突極よりなる４組の第２の突極群ＲＭである。
【００３１】
そして、前記第１の突極群ＬＭと前記第２の突極群ＲＭとを継ぐ一次側鉄心１０の継鉄部１０ａには、図３に示すように、該継鉄部１０ａの軸方向の厚さ部分全域で半径方向の厚さを薄く形成するための溝４０ａを設けることにより、高磁気抵抗部４０が形成されている。
【００３２】
図４は、図３の他の例を示す斜視図で、前記溝４０ａの代わりに、前記継鉄部１０ａの軸方向の厚さ部分の一部分域で、半径方向の厚さを薄く形成するための凹部４１ａを設けることにより、前記一次側鉄心１０の継鉄部１０ａに高磁気抵抗部４１が形成されている。なお、１０ｂは前記一次側鉄心１０の軸方向両端部に形成された前記突極群ＬＭ、ＲＭを継ぐ橋絡部である。
【００３３】
図５は、前記一次側磁気回路部１の一次側鉄心１０に配設された１６個の突極１１，１２，１３，……２４，２５，２６の内周面に形成された前記第１の一次側小歯２７および前記第２の一次側小歯２８の様子（形状）を前記二次側磁気回路部２の側からみた展開図であり、ハッチングのある部分が歯先部２７ａと２８ａ、ハッチングのない部分が歯底部２７ｂと２８ｂを示す。
【００３４】
また、前記第１の突極の前記第１の一次側小歯２７は、４種類の一次側磁気回路部鉄板５１，５２，５３，５４を、順番に繰り返しながら、積層することにより形成される。すなわち、該鉄板５１，５２，５３，５４の板厚をｔ０ とすると、前記第１の突極の内周面には、歯ピッチ４ｔ０ 、歯厚２ｔ０ の第１の一次側小歯２７が形成される。
【００３５】
図６は、前記一次側鉄心１０を構成する前記一次側磁気回路部鉄板５１の平面図である。前記４種類の一次側磁気回路部鉄板５１，５２，５３，５４は、突極部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ９，Ｐ１０，Ｐ１３，Ｐ１４の先端部に、図７に示す表のように、第１の一次側小歯２７の歯先部２７ａまたは歯底部２７ｂが形成されており、他の突極部Ｐ３，Ｐ４，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１５，Ｐ１６の先端部には、図６に示すような第２の一次側小歯２８の歯先部２８ａおよび歯底部２８ｂが形成されている。
【００３６】
図７は、前記一次側磁気回路部鉄板５１を例にとると、突極部Ｐ１の先端部は、第１の一次側小歯２７の歯底部２７ｂを形成し、突極部Ｐ２の先端部は、第１の一次側小歯２７の歯先部２７ａを形成することを示している。
【００３７】
前記二次側磁気回路部２の前記第１の二次側鉄心３２ａと３２ｂとの間に挟持された前記永久磁石３３ａの軸方向の長さは、図１から分かるように、前記一次側鉄心１０の突極１１の第１の一次側小歯２７と、前記二次側鉄心３２ａの第１の二次側小歯３７のそれぞれの歯先部２７ａと３７ａとが、丁度対向しているとすると、前記二次側鉄心３２ｂの二次側小歯３７は軸方向に歯ピッチの１／２ずれており、歯先部２７ａは歯底部３７ｂと対向するように設定されている。
【００３８】
また、図５から、前記一次側鉄心１０の突極１１の第１の一次側小歯２７を基準にとると、突極１２の一次側小歯２７は、図において下方に歯ピッチの２／４ずれており、突極１５の一次側小歯２７は歯ピッチの１／４、突極１６の一次側小歯２７は歯ピッチの３／４下方にずれている。そして、突極１１と１９、突極１２と２０、突極１５と２３、突極１６と２４の一次側小歯２７は、それぞれ同一位置にある。
従って、図８のように結線することにより、２相のリニアステッピングモータを構成することができる。
【００３９】
さらに、図１に示すように、前記第２の二次側鉄心３２ｃ，３２ｄの外周面には、それぞれ１００個の第２の二次側小歯３８が歯ピッチ３． ６ 度で配設されるとともに、前記永久磁石３３ｂを挟んで対向している２個の前記二次側鉄心３２ｃと３２ｄとの間では、円周方向に互いに歯ピッチの１／２、すなわち１．８ 度のずれをもって組み合わされている。
【００４０】
突極１３，１４，１７，１８，２１，２２，２５，２６には、前記二次側鉄心３２ｃ，３２ｄの第２の二次側小歯３８に対向する前記第２の一次側小歯２８が、図６に示す角度の関係をもって配設されている。従って、突極２６（図６では突極部Ｐ１６）の第２の一次側小歯２８を基準にすると、突極２５（突極部Ｐ１５）の一次側小歯２８は歯ピッチ３．６ 度の２／４ずれており、突極１３（突極部Ｐ３）の一次側小歯２８は歯ピッチの３／４、突極１４（突極部Ｐ４）の一次側小歯２８は歯ピッチの１／４ずれている。また、突極２５と１７、突極２６と１８、突極１３と２１、突極１４と２２の一次側小歯２８はそれぞれ同じずれをもって配設されている。
従って、図８のように結線することにより、基本ステップ角０．９ 度の２相のロータリステッピングモータを構成することができる。
【００４１】
図９および図１０は、図１の二次側磁気回路部２の他の例の同磁気回路部５１、およびさらに他の例の同磁気回路部５２を示す斜視図である。図９および図１０において、図１と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。３３は永久磁石、３９は、二次側鉄心３５ａ，３５ｂの外周面に形成された二次側小歯であり、前記第１の二次側小歯３７と前記第２の二次側小歯３８とを組み合わせた二次側小歯である。
【００４２】
なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果す他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更，付加が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のリニア・ロータリ複合型ステッピングモータによれば、前記一次側磁気回路部の一次側鉄心には、リニアモータ部として、円周方向に連続して配設された前記第１の突極よりなる少なくとも２個以上の第１の突極群と、ロータリモータ部として、同じく円周方向に連続して配設された前記第２の突極よりなる少なくとも２個以上の第２の突極群とを有するとともに、前記第１の突極と前記第２の突極間の磁気抵抗を、連続して配設された前記同種類の突極間の磁気抵抗より高く形成したので、リニアモータ部とロータリモータ部との相互間の磁気的な干渉をなくし、高出力化を図ることができる。
【００４４】
また、リニアモータ部の相数をｍ、ロータリモータ部の相数をｎとし、突極の数を ２ａｍ＋２ｂｎ 個とするとき ａ， ｂ の各値を偶数とすることにより、半径方向の吸引力にアンバランスが発生しないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリニア・ロータリ複合型ステッピングモータの一実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線による横断面図である。
【図３】一次側磁気回路部の継鉄部に形成された高磁気抵抗部を示す斜視図である。
【図４】図３の他の例を示す図で、一次側磁気回路部の継鉄部に形成された高磁気抵抗部を示す斜視図である。
【図５】一次側鉄心の突極の内周面に形成された第１の一次側小歯および第２の一次側小歯の様子（形状）を二次側磁気回路部側からみた展開図である。
【図６】一次側鉄心を構成する一次側磁気回路部鉄板の一例を示す平面図である。
【図７】図６のそれぞれの突極部の先端部に、第１の一次側小歯の歯先部または歯底部が形成される各種一次側磁気回路部鉄板５１，５２，５３，５４の例を示す表である。
【図８】２相リニア・ロータリ複合型ステッピングモータの一次側磁気回路部巻線の結線図である。
【図９】図１の二次側磁気回路部２の他の例を示す同磁気回路部の斜視図である。
【図１０】図１の二次側磁気回路部２のさらに他の例を示す同磁気回路部の斜視図である
【符号の説明】
１ 一次側磁気回路部
２ 二次側磁気回路部
１０ 一次側鉄心
１０ａ 継鉄部
１０ｂ 橋絡部
１１，１２，１３，……２４，２５，２６ 突極
２７ 第１の一次側小歯
２８ 第２の一次側小歯
３１ 軸
３２ａ，３２ｂ 第１の二次側鉄心
３２ｃ，３２ｄ 第２の二次側鉄心
３３ａ，３３ｂ 永久磁石
３７ 第１の二次側小歯
３８ 第２の二次側小歯
４０，４１ 高磁気抵抗部
４０ａ 溝部
４１ａ 凹部
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，……Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６ 突極部
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，……Ｗ１４，Ｗ１５，Ｗ１６ 一次側磁気回路部巻線
【産業上の利用分野】
本発明は、リニア・ロータリ複合型ステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のモータとしては、米国特許第５，０９３，５９６号公報（発明の名称：結合型リニア・ロータリ直接駆動ステップモータ）に円筒状の３相ＶＲ型リニアパルスモータ部分と、ハイブリッド型３相ロータリステップモータ部分またはＶＲ型３相ロータリステップモータ部分とを軸方向に並べて配置し、それぞれ出力軸を共通にしてひとつのハウジング内に収容したものが開示されている。
【０００３】
しかしながら、これらは次のような欠点があった。
【０００４】
（１） 前記リニアモータ部とロータリモータ部を軸方向にならべて配置するため、軸方向の長さが長くなる。
【０００５】
（２） 前記リニアモータ部の固定子は、固定子鉄板とスペーサ鉄板とを交互に積層した構成となっており、固定子鉄心の製作にあたっては、２種類の鉄板を交互に積層しなければならず、また、前記固定子鉄板は各突極の先端部をひとつおきに曲げ加工しなければならず、容易に固定子鉄心を製作することができない。
【０００６】
（３） 鉄板の種類として、前記ロータリモータ部の固定子鉄板と、リニアモータ部の固定子鉄板およびスペーサ鉄板の３種類が必要になる。
【０００７】
（４） リニアモータ部の固定子と前記ロータリモータ部の固定子の２個が必要であり、巻線・結線作業を別々に行った後、前記２つの固定子を軸方向に組み合わせる必要があるためモータ全体の組立作業性が悪い。
【０００８】
このため、これらの欠点を解消するリニア・ロータリ複合型ステッピングモータが、本発明者によってすでに提案されており、次のように開示されている。
【０００９】
すなわち、内側に向かって放射状に配設された複数個の突極であって、該突極は、その内周面に、軸方向に複数個の第１の固定子小歯が形成された突極と、円周方向に複数個の第２の固定子小歯が形成された突極との２種類を備えた固定子鉄心を有する固定子と、該固定子内に軸方向に移動自在で、しかも回転方向にも回動自在に支持されるとともに、その外周面に前記第１，第２の固定子小歯に対向して軸方向および円周方向にそれぞれ等ピッチで複数個の移動子小歯が形成された移動子鉄心を有する移動子とを備えてなるリニア・ロータリ複合型ステッピングモータであり、更に次のとおりである。
【００１０】
前記固定子鉄心は、前記突極の内周面に軸方向に前記第１の固定子小歯を形成させるために、該小歯の歯先部を形成する突極部と歯底部を形成する突極部とが所定配置された固定子鉄板を、相数、突極数および前記所定配置で決まる所定角度で回転積層することにより形成されるようにしている。（特願平５ー２９０１７６号）
【００１１】
次いで、内側に向かって放射状に配設された複数個の突極であって、該突極は、その内周面に、軸方向に複数個の第１の固定子小歯が形成された突極と、円周方向に複数個の第２の固定子小歯が形成された突極との２種類を備えた固定子鉄心を有する固定子と、該固定子内に軸により、軸方向に移動自在で、しかも回転方向にも回動自在に支持されるとともに、軸方向に配設された複数個の移動子鉄心であって、その外周面に、前記第１の固定子小歯に対向して軸方向に等ピッチで複数個の第１の移動子小歯が形成された第１の移動子鉄心と、前記第２の固定子小歯に対向して円周方向に等ピッチで複数個の第２の移動子小歯が形成された第２の移動子鉄心との２種類を有する移動子とを備えてなるリニア・ロータリ複合型ステッピングモータであり、更に次のとおりである。
【００１２】
前記固定子鉄心は、前記突極の内周面に軸方向に前記第１の固定子小歯が形成されるように、該小歯の歯先部を形成する突極部と歯底部を形成する突極部とが所定配置された固定子鉄板を、相数、突極数および前記所定配置で決まる所定角度で回転積層することにより形成されるとともに、同時に前記第２の固定子小歯も前記所定角度で回転積層することにより、その歯先部と歯底部がそれぞれ整列積層されるようにしている。（特願平６ー１９８０８２号）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記構成のリニア・ロータリ複合型ステッピングモータの場合、次のような問題点があった。
【００１４】
（１） リニアモータ部とロータリモータ部との間で、相互に磁気的な影響を受け、それぞれのモータ部の高出力化が難しい。
（２） リニアモータ部の相数をｍ、ロータリモータ部の相数をｎとし、突極の数を２（ｍ＋ｎ）個とすると、半径方向の吸引力にアンバランスを生ずる。
【００１５】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、リニアモータ部とロータリモータ部との相互間の磁気的な干渉をなくし、高出力化が可能なリニア・ロータリ複合型ステッピングモータを提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は前記問題点を解消し、半径方向の吸引力にアンバランスが発生しないようなリニア・ロータリ複合型ステッピングモータを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を解決するための本発明の構成は、次のとおりである。
【００１８】
（１） 一次側磁気回路部と二次側磁気回路部とが、所定間隔の空隙を保ちながら同心的に配設されるとともに、相対的に、軸方向に移動自在に、かつ円周方向に回動自在に支持されており、前記一次側磁気回路部は、放射状に配設された複数個の突極であって、該突極は前記空隙を介して前記二次側磁気回路部と対向する面に、軸方向に複数個の第１の一次側小歯が形成された第１の突極と、円周方向に複数個の第２の一次側小歯が形成された第２の突極との２種類の突極が、所定の順番で円周方向に配設された一次側鉄心を備え、前記二次側磁気回路部は、前記一次側磁気回路部と対向する面に、前記第１の一次側小歯に対向して軸方向に等ピッチで複数個の第１の二次側小歯が形成された第１の二次側鉄心と、前記第２の一次側小歯に対向して円周方向に等ピッチで複数個の第２の二次側小歯が形成された第２の二次側鉄心との２種類の鉄心が、所定の順番で軸方向に配設されたリニア・ロータリ複合型ステッピングモータであり、更に次のとおりである。
【００１９】
前記一次側鉄心は、リニアモータ部の相数をｍ、ロータリモータ部の相数をｎ、ａおよびｂを１以上の整数とするとき、２ａｍ個の前記第１の突極と、２ｂｎ個の前記第２の突極とを有するとともに、円周方向に連続して配設された前記第１の突極よりなる少なくとも２個以上の第１の突極群と、同じく円周方向に連続して配設された前記第２の突極よりなる少なくとも２個以上の第２の突極群とを有するとともに、前記一次側磁気回路部の、前記第１の突極と前記第２の突極間の磁気抵抗を、連続して配設された前記同種類の突極間の磁気抵抗より高く形成したことを特徴とする。
【００２０】
（２） （１）において、前記一次側磁気回路部の、前記第１の突極と前記第２の突極間の継鉄部に、該継鉄部の軸方向の厚さ部分で半径方向の厚さ部分を、全部または部分的に除去して、該継鉄部に高磁気抵抗部を形成したことを特徴とする。
【００２１】
（３） 一次側磁気回路部と二次側磁気回路部とが、所定間隔の空隙を保ちながら同心的に配設されるとともに、相対的に、軸方向に移動自在に、かつ円周方向に回動自在に支持されており、前記一次側磁気回路部は、放射状に配設された複数個の突極であって、該突極は前記空隙を介して前記二次側磁気回路部と対向する面に、軸方向に複数個の第１の一次側小歯が形成された第１の突極と、円周方向に複数個の第２の一次側小歯が形成された第２の突極との２種類の突極が、所定の順番で円周方向に配設された一次側鉄心を備え、前記二次側磁気回路部は、前記一次側磁気回路部と対向する面に、前記第１、第２の一次側小歯に対向して軸方向および円周方向にそれぞれ等ピッチで複数個の二次側小歯が形成された二次側鉄心を有するリニア・ロータリ複合型ステッピングモータであり、更に次のとおりである。
【００２２】
前記一次側鉄心は、リニアモータ部の相数をｍ、ロータリモータ部の相数をｎ、ａおよびｂを１以上の整数とするとき、２ａｍ個の前記第１の突極と、２ｂｎ個の前記第２の突極とを有するとともに、円周方向に連続して配設された前記第１の突極よりなる少なくとも２個以上の第１の突極群と、同じく円周方向に連続して配設された前記第２の突極よりなる少なくとも２個以上の第２の突極群とを有するとともに、前記一次側磁気回路部の、前記第１の突極と前記第２の突極間の磁気抵抗を、連続して配設された前記同種類の突極間の磁気抵抗より高く形成したことを特徴とする。
【００２３】
（４） （１）または（３）において、前記二次側磁気回路部には、少なくとも１個以上の軸方向に磁化された永久磁石を配設してなることを特徴とする。
【００２４】
【作用】
前記のように構成されたリニア・ロータリ複合型ステッピングモータは、リニアモータ部の一次側磁気回路部とロータリモータ部の一次側磁気回路部とが、該一次側磁気回路部の継鉄部に形成された高磁気抵抗部により磁気的に遮断され、前記各一次側磁気回路部の発生する磁束が、相互に干渉せずに、それぞれ有効に作用するため、高出力化を図ることができる。また、二次側磁気回路部を一次側磁気回路部の外側に配設することにより、前記一次側磁気回路部と二次側磁気回路部との対向面積を大きくすることが可能となり、高出力化を図ることができる。
前記ａおよびｂを２以上の整数とすることにより、１相あたりの突極群の数を少なくとも２以上にすることができ、半径方向の偏心力を相殺することができる。そのため、半径方向の吸引力にアンバランスが発生しない。
【００２５】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。
図１は、本発明のリニア・ロータリ複合型ステッピングモータの一実施例を示す縦断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線による横断面図、図３は、一次側磁気回路部の継鉄部に形成された高磁気抵抗部を示す斜視図である。
【００２６】
本実施例のステッピングモータは、リニアモータ部の相数ｍ、ロータリモータ部の相数ｎ、ａおよびｂの各数値が、ｍ＝２、ｎ＝２、ａ＝２、ｂ＝２、したがって、リニアモータ部の第１の突極の数は、２ａｍ＝８個、ロータリモータ部の第２の突極の数は、２ｂｍ＝８個である。
【００２７】
図１ないし図３において、一次側磁気回路部１の一次側鉄心１０に内側に向かって放射状に配設された１６個の突極１１，１２，１３，……２４，２５，２６のうち、突極１１，１２，１５，１６，１９，２０，２３，２４の内周面には軸方向に複数個の第１の一次側小歯２７（歯先部２７ａ，歯底部２７ｂ）が等ピッチで形成されており、突極１３，１４，１７，１８，２１，２２，２５，２６の内周面には円周方向に複数個の第２の一次側小歯２８（歯先部２８ａ、歯底部２８ｂ）が等ピッチで形成されている。また、前記突極１１，１２，１３，……２４，２５，２６にはそれぞれ一次側磁気回路部巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，……Ｗ１４，Ｗ１５，Ｗ１６が各別に巻回されている。
【００２８】
前記一次側鉄心１０は、エンドブラケット３，４と、図示しないねじ等により、ハウジング５内に収容、かつねじ止め、固定されている。
他方、前記一次側磁気回路部１の内側にある二次側磁気回路部２は、軸３１および前記エンドブラケット３，４により、軸受６，７を介して軸方向に移動自在に、かつ回転方向にも回動自在に支持される。
【００２９】
そして、該二次側磁気回路部２には、前記軸３１上に、前記第１の一次側小歯２７に対向して、軸方向に等ピッチで複数個の第１の二次側小歯３７（歯先部３７ａ，歯底部３７ｂ）が形成された第１の二次側鉄心３２ａ，３２ｂと、該第１の二次側鉄心３２ａと３２ｂとの間に挟持され、軸方向に磁化されたリング状の永久磁石３３ａと、前記第２の一次側小歯２８に対向して、円周方向に等ピッチで複数個の第２の二次側小歯３８（歯先部３８ａ，歯底部３８ｂ）が形成された第２の二次側鉄心３２ｃ，３３ｄと、該第２の二次側鉄心３２ｃと３２ｄとの間に挟持され、軸方向に磁化されたリング状の永久磁石３３ｂと、前記第１の二次側鉄心３２ｂと前記第２の二次側鉄心３２ｃとの間に挟持された非磁性材よりなるリング状のスペーサ３４とが配設，固着されている。
【００３０】
図２において、突極１１と１２、突極１５と１６、突極１９と２０、突極２３と２４は、それぞれ円周方向に２個連続、すなわち互いに隣接して配設された第１の突極よりなる４組の第１の突極群ＬＭであり、突極１３と１４、突極１７と１８、突極２１と２２、突極２５と２６は、それぞれ円周方向に２個連続して配設された第２の突極よりなる４組の第２の突極群ＲＭである。
【００３１】
そして、前記第１の突極群ＬＭと前記第２の突極群ＲＭとを継ぐ一次側鉄心１０の継鉄部１０ａには、図３に示すように、該継鉄部１０ａの軸方向の厚さ部分全域で半径方向の厚さを薄く形成するための溝４０ａを設けることにより、高磁気抵抗部４０が形成されている。
【００３２】
図４は、図３の他の例を示す斜視図で、前記溝４０ａの代わりに、前記継鉄部１０ａの軸方向の厚さ部分の一部分域で、半径方向の厚さを薄く形成するための凹部４１ａを設けることにより、前記一次側鉄心１０の継鉄部１０ａに高磁気抵抗部４１が形成されている。なお、１０ｂは前記一次側鉄心１０の軸方向両端部に形成された前記突極群ＬＭ、ＲＭを継ぐ橋絡部である。
【００３３】
図５は、前記一次側磁気回路部１の一次側鉄心１０に配設された１６個の突極１１，１２，１３，……２４，２５，２６の内周面に形成された前記第１の一次側小歯２７および前記第２の一次側小歯２８の様子（形状）を前記二次側磁気回路部２の側からみた展開図であり、ハッチングのある部分が歯先部２７ａと２８ａ、ハッチングのない部分が歯底部２７ｂと２８ｂを示す。
【００３４】
また、前記第１の突極の前記第１の一次側小歯２７は、４種類の一次側磁気回路部鉄板５１，５２，５３，５４を、順番に繰り返しながら、積層することにより形成される。すなわち、該鉄板５１，５２，５３，５４の板厚をｔ０ とすると、前記第１の突極の内周面には、歯ピッチ４ｔ０ 、歯厚２ｔ０ の第１の一次側小歯２７が形成される。
【００３５】
図６は、前記一次側鉄心１０を構成する前記一次側磁気回路部鉄板５１の平面図である。前記４種類の一次側磁気回路部鉄板５１，５２，５３，５４は、突極部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ９，Ｐ１０，Ｐ１３，Ｐ１４の先端部に、図７に示す表のように、第１の一次側小歯２７の歯先部２７ａまたは歯底部２７ｂが形成されており、他の突極部Ｐ３，Ｐ４，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１５，Ｐ１６の先端部には、図６に示すような第２の一次側小歯２８の歯先部２８ａおよび歯底部２８ｂが形成されている。
【００３６】
図７は、前記一次側磁気回路部鉄板５１を例にとると、突極部Ｐ１の先端部は、第１の一次側小歯２７の歯底部２７ｂを形成し、突極部Ｐ２の先端部は、第１の一次側小歯２７の歯先部２７ａを形成することを示している。
【００３７】
前記二次側磁気回路部２の前記第１の二次側鉄心３２ａと３２ｂとの間に挟持された前記永久磁石３３ａの軸方向の長さは、図１から分かるように、前記一次側鉄心１０の突極１１の第１の一次側小歯２７と、前記二次側鉄心３２ａの第１の二次側小歯３７のそれぞれの歯先部２７ａと３７ａとが、丁度対向しているとすると、前記二次側鉄心３２ｂの二次側小歯３７は軸方向に歯ピッチの１／２ずれており、歯先部２７ａは歯底部３７ｂと対向するように設定されている。
【００３８】
また、図５から、前記一次側鉄心１０の突極１１の第１の一次側小歯２７を基準にとると、突極１２の一次側小歯２７は、図において下方に歯ピッチの２／４ずれており、突極１５の一次側小歯２７は歯ピッチの１／４、突極１６の一次側小歯２７は歯ピッチの３／４下方にずれている。そして、突極１１と１９、突極１２と２０、突極１５と２３、突極１６と２４の一次側小歯２７は、それぞれ同一位置にある。
従って、図８のように結線することにより、２相のリニアステッピングモータを構成することができる。
【００３９】
さらに、図１に示すように、前記第２の二次側鉄心３２ｃ，３２ｄの外周面には、それぞれ１００個の第２の二次側小歯３８が歯ピッチ３． ６ 度で配設されるとともに、前記永久磁石３３ｂを挟んで対向している２個の前記二次側鉄心３２ｃと３２ｄとの間では、円周方向に互いに歯ピッチの１／２、すなわち１．８ 度のずれをもって組み合わされている。
【００４０】
突極１３，１４，１７，１８，２１，２２，２５，２６には、前記二次側鉄心３２ｃ，３２ｄの第２の二次側小歯３８に対向する前記第２の一次側小歯２８が、図６に示す角度の関係をもって配設されている。従って、突極２６（図６では突極部Ｐ１６）の第２の一次側小歯２８を基準にすると、突極２５（突極部Ｐ１５）の一次側小歯２８は歯ピッチ３．６ 度の２／４ずれており、突極１３（突極部Ｐ３）の一次側小歯２８は歯ピッチの３／４、突極１４（突極部Ｐ４）の一次側小歯２８は歯ピッチの１／４ずれている。また、突極２５と１７、突極２６と１８、突極１３と２１、突極１４と２２の一次側小歯２８はそれぞれ同じずれをもって配設されている。
従って、図８のように結線することにより、基本ステップ角０．９ 度の２相のロータリステッピングモータを構成することができる。
【００４１】
図９および図１０は、図１の二次側磁気回路部２の他の例の同磁気回路部５１、およびさらに他の例の同磁気回路部５２を示す斜視図である。図９および図１０において、図１と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。３３は永久磁石、３９は、二次側鉄心３５ａ，３５ｂの外周面に形成された二次側小歯であり、前記第１の二次側小歯３７と前記第２の二次側小歯３８とを組み合わせた二次側小歯である。
【００４２】
なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果す他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更，付加が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のリニア・ロータリ複合型ステッピングモータによれば、前記一次側磁気回路部の一次側鉄心には、リニアモータ部として、円周方向に連続して配設された前記第１の突極よりなる少なくとも２個以上の第１の突極群と、ロータリモータ部として、同じく円周方向に連続して配設された前記第２の突極よりなる少なくとも２個以上の第２の突極群とを有するとともに、前記第１の突極と前記第２の突極間の磁気抵抗を、連続して配設された前記同種類の突極間の磁気抵抗より高く形成したので、リニアモータ部とロータリモータ部との相互間の磁気的な干渉をなくし、高出力化を図ることができる。
【００４４】
また、リニアモータ部の相数をｍ、ロータリモータ部の相数をｎとし、突極の数を ２ａｍ＋２ｂｎ 個とするとき ａ， ｂ の各値を偶数とすることにより、半径方向の吸引力にアンバランスが発生しないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリニア・ロータリ複合型ステッピングモータの一実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線による横断面図である。
【図３】一次側磁気回路部の継鉄部に形成された高磁気抵抗部を示す斜視図である。
【図４】図３の他の例を示す図で、一次側磁気回路部の継鉄部に形成された高磁気抵抗部を示す斜視図である。
【図５】一次側鉄心の突極の内周面に形成された第１の一次側小歯および第２の一次側小歯の様子（形状）を二次側磁気回路部側からみた展開図である。
【図６】一次側鉄心を構成する一次側磁気回路部鉄板の一例を示す平面図である。
【図７】図６のそれぞれの突極部の先端部に、第１の一次側小歯の歯先部または歯底部が形成される各種一次側磁気回路部鉄板５１，５２，５３，５４の例を示す表である。
【図８】２相リニア・ロータリ複合型ステッピングモータの一次側磁気回路部巻線の結線図である。
【図９】図１の二次側磁気回路部２の他の例を示す同磁気回路部の斜視図である。
【図１０】図１の二次側磁気回路部２のさらに他の例を示す同磁気回路部の斜視図である
【符号の説明】
１ 一次側磁気回路部
２ 二次側磁気回路部
１０ 一次側鉄心
１０ａ 継鉄部
１０ｂ 橋絡部
１１，１２，１３，……２４，２５，２６ 突極
２７ 第１の一次側小歯
２８ 第２の一次側小歯
３１ 軸
３２ａ，３２ｂ 第１の二次側鉄心
３２ｃ，３２ｄ 第２の二次側鉄心
３３ａ，３３ｂ 永久磁石
３７ 第１の二次側小歯
３８ 第２の二次側小歯
４０，４１ 高磁気抵抗部
４０ａ 溝部
４１ａ 凹部
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，……Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６ 突極部
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，……Ｗ１４，Ｗ１５，Ｗ１６ 一次側磁気回路部巻線
Claims (4)
- 一次側磁気回路部と二次側磁気回路部とが、所定間隔の空隙を保ちながら同心的に配設されるとともに、相対的に、軸方向に移動自在に、かつ円周方向に回動自在に支持されており、前記一次側磁気回路部は、放射状に配設された複数個の突極であって、該突極は前記空隙を介して前記二次側磁気回路部と対向する面に、軸方向に複数個の第１の一次側小歯が形成された第１の突極と、円周方向に複数個の第２の一次側小歯が形成された第２の突極との２種類の突極が、所定の順番で円周方向に配設された一次側鉄心を備え、前記二次側磁気回路部は、前記一次側磁気回路部と対向する面に、前記第１の一次側小歯に対向して軸方向に等ピッチで複数個の第１の二次側小歯が形成された第１の二次側鉄心と、前記第２の一次側小歯に対向して円周方向に等ピッチで複数個の第２の二次側小歯が形成された第２の二次側鉄心との２種類の鉄心が、所定の順番で軸方向に配設されており、
前記一次側鉄心は、リニアモータ部の相数をｍ、ロータリモータ部の相数をｎ、ａおよびｂを１以上の整数とするとき、２ａｍ個の前記第１の突極と、２ｂｎ個の前記第２の突極とを有するとともに、円周方向に連続して配設された前記第１の突極よりなる少なくとも２個以上の第１の突極群と、同じく円周方向に連続して配設された前記第２の突極よりなる少なくとも２個以上の第２の突極群とを有するとともに、前記一次側磁気回路部の、前記第１の突極と前記第２の突極間の磁気抵抗を、連続して配設された前記同種類の突極間の磁気抵抗より高く形成したことを特徴とするリニア・ロータリ複合型ステッピングモータ。 - 前記一次側磁気回路部の、前記第１の突極と前記第２の突極間の継鉄部に、該継鉄部の軸方向の厚さ部分で半径方向の厚さ部分を、全部または部分的に除去して、該継鉄部に高磁気抵抗部を形成したことを特徴とする請求項１に記載のリニア・ロータリ複合型ステッピングモータ。
- 一次側磁気回路部と二次側磁気回路部とが、所定間隔の空隙を保ちながら同心的に配設されるとともに、相対的に、軸方向に移動自在に、かつ円周方向に回動自在に支持されており、前記一次側磁気回路部は、放射状に配設された複数個の突極であって、該突極は前記空隙を介して前記二次側磁気回路部と対向する面に、軸方向に複数個の第１の一次側小歯が形成された第１の突極と、円周方向に複数個の第２の一次側小歯が形成された第２の突極との２種類の突極が、所定の順番で円周方向に配設された一次側鉄心を備え、前記二次側磁気回路部は、前記一次側磁気回路部と対向する面に、前記第１、第２の一次側小歯に対向して軸方向および円周方向にそれぞれ等ピッチで複数個の二次側小歯が形成された二次側鉄心を有し、
前記一次側鉄心は、リニアモータ部の相数をｍ、ロータリモータ部の相数をｎ、ａおよびｂを１以上の整数とするとき、２ａｍ個の前記第１の突極と、２ｂｎ個の前記第２の突極とを有するとともに、円周方向に連続して配設された前記第１の突極よりなる少なくとも２個以上の第１の突極群と、同じく円周方向に連続して配設された前記第２の突極よりなる少なくとも２個以上の第２の突極群とを有するとともに、前記一次側磁気回路部の、前記第１の突極と前記第２の突極間の磁気抵抗を、連続して配設された前記同種類の突極間の磁気抵抗より高く形成したことを特徴とするリニア・ロータリ複合型ステッピングモータ。 - 前記二次側磁気回路部には、少なくとも１個以上の軸方向に磁化された永久磁石を配設してなることを特徴とする請求項１または請求項３に記載のリニア・ロータリ複合型ステッピングモータ。
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