JP4723329B2

JP4723329B2 - ステップモーター

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Publication number: JP4723329B2
Application number: JP2005266913A
Authority: JP
Inventors: 敏明福島
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Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-09-14
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Description

本発明は、正逆回転可能なステップモーターに関するものである。

その技術分野における従来の技術として、２つの励磁手段により発生させた磁束の流れを制御することにより、回転体を回転させる正逆回転用のステップモーターが開示されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。

これら正逆回転用のステップモーターは、携帯機器、情報機器の駆動装置、出力装置としての用途に多く用いられているが、特許文献１に記載のステップモーターは、小型、低消電に優れるものの、より高トルク、高速応答性、高精度位置決め特性が要求される電子機器等には適用することが難しいとされていた。それに対して、非特許文献１に記載のステッピングモータによれば、これら特性に優れ、高トルク、高速応答性、高精度位置決め特性が要求される電子機器等への適用が可能とされている。

この非特許文献１に記載の従来の正逆回転用のステップモーターについて図１３を用いて説明する。図１３は、従来のステップモーターの構成を示す構造平面図である。

この従来のステップモーターは、回転体軸と直交する方向に２極着磁された回転体５と、ヨーク７を備える。このヨーク７は、回転体５が回転自在に保持される回転体収容穴１５を有し、回転体収容穴１５を構成する第１の磁極９、第２の磁極１３、中心磁極１１と、第１の磁極９に設けられた凹部１２５と、第２の磁極１３に設けられた凹部１２７とを有する。

さらに、第１の磁極９と中心磁極１１とを磁気的に結合し第１のコイル１７であるコイルが巻き回された第１のコイル芯２１と、第２の磁極１３と中心磁極１１とを磁気的に結合し第２のコイル１９であるコイルが巻き回された第２のコイル芯２３とを有している。

なお、本構成における第１のコイル１７と第２のコイル１９は、同じ線径の線材が同じ巻き数で巻かれている。また、第１、第２の励磁手段１７、１９の巻き線両端は、駆動回路（図示せず）に接続されており、それぞれ独立に電圧パルスを印加することが可能となっている。

この従来のステップモーターにおける最も特徴的な構成である、第１の凹部について図１４を用いて説明する。図１４は、従来のステップモーターにおける回転体近傍の要部拡大図である。

まず従来技術における回転体軸に対して直交する方向に２極に着磁された回転体５は、コイルに電流を流さない状態において２つの安定位置をとることができ、その安定位置の方向は、回転体５の磁極Ｎ極またはＳ極は中心磁極１１方向となる。このときの磁極方向は回転体無励磁磁極方向２９に相当し、第１の安定位置は回転体磁極Ｎ極が中心磁極１１方向を向いているときとし、第２の安定位置は、回転体磁極Ｓ極が中心磁極１１方向を向いているときとする。

そして、回転体５の中心ｏを通り、回転体無励磁磁極方向２９と直交する直線を直交軸３１として、直交軸３１と凹部１２５とが交わる交点を点ｃとし、凹部１２５の両端の内、中心磁極１１側の点をａ、逆側の点をｂとする。また、∠ａｏｃ＝θ３、∠ｂｏｃ＝θ
４としたとき、本構成においては、θ３＝θ４であり、凹部１２５は直交軸３１に対して対称形状を有する。また、凹部１２７は、回転体無励磁磁極方向２９に対して、前述した凹部１２５と対称配置されている。

次に、第１の安定位置における磁束の流れについて図１５を用いて説明する。図１５は、従来のステップモーターにおける第１の安定位置における磁束の流れを示す図面である。

本構成における回転体５のＮ極は、中心磁極１１側を向いて安定しているとすると、Ｎ極から出た磁束φは中心磁極１１に入り、磁束φの一部φ１１は、回転体５周辺を通り第１の磁極９に流れて回転体５のＳ極に流れ込み、磁束φの一部φ１２は、中心磁極１１から第１のコイル芯２１を通り第１の磁極９に流れ込み回転体５のＳ極に流れ込む。

またφ１３は、回転体５周辺を通り第２の磁極１３に流れ、回転体５のＳ極に流れ込み、φ１４は、中心磁極１１から第２のコイル芯２３を通り第２の磁極１３に流れ、回転体５のＳ極に流れることで磁気回路を形成する。

次に、回転体５のＳ極が中心磁極１１側を向いて安定している第２の安定状態にあるときの磁束の流れについて図１６を用いて説明する。図１６は、従来のステップモーターにおける第２の安定位置における磁束の流れを示す図面である。

回転体５のＮ極から出た磁束φは、第１の磁極９と第２の磁極１３とに分かれて流れ、磁束φの一部は回転体５周辺を通り第１の磁極９に流れ、φ２１は、回転体５の周辺を通り回転体のＳ極に流れ、φ２２は、第１の磁極９、第１のコイル芯２１から中心磁極１１を通り回転体５のＳ極に流れ込む。

また、磁束φの一部は、回転体５周辺を通り第２の磁極１３に流れ、回転体５近くを流れるφ２３と第２のコイル芯２３を通り中心磁極１１に流れるφ２４とに分かれ、中心磁極１１から回転体５のＳ極に流れ込むことで磁気回路を形成する。

ここで、回転体５が第２の回転位置にある場合の回転体Ｎ極から出た磁束が空隙部を通りヨーク７に流れ込むことを図１７を用いて説明すると、回転体５が第２の安定位置にある場合、回転体Ｎ極から生じる磁束を簡略化してφｎ１からφｎ５で示すと、φｎ１からφｎ５のいずれの磁束も回転体５からヨーク７までの距離が同じであり、回転体５とヨーク７との間に作用する力はいずれも半径方向となることから回転体５を回転させるトルクとして作用せず回転体５は安定している。

ところが、図１８に示すように回転体５が安定位置からずれた状態にある場合には、磁束φｎ５は第２の凹部１２７と対向する位置にあるため、半径方向では凹部１２７の底部との距離が長く、磁束は近いところである凹部１２７の上端部に流れるため半径方向成分に加えて回転方向の成分を持つことになり、この成分が回転トルクとして作用する。

次に、従来のステップモーターの動作特性について図１９を用いて説明する。図１９は、従来のステップモーターの保持トルクカーブ示している。
本図面における保持トルクカーブの横軸は、横軸回転角度θ（ｄｅｇ）を表し、縦軸はトルク値を示している。そして、この横軸回転角度θは、回転体５が第１の安定位置にあるときのＮ極方向、すなわち回転体Ｎ極が中心磁極１１方向を向いているときを０度とし、回転体Ｎ極方向が第２の磁極１３方向を経由して第２の安定位置に回転する方向を正回転方向として、回転体Ｎ極方向が第２の凹部方向を向いているとき角度９０度、第２の安定位置におけるＮ極方向を１８０度、Ｎ極方向が第１の凹部方向を向いているときの角度
を２７０度として、横軸回転角度θ（ｄｅｇ）を表している。このとき、トルクが正の時は回転体５は正回転をし、トルクが負の時は回転体５は逆回転をする。

角度０度の第１の安定位置と角度１８０度の第２の安定位置において回転体５が安定していることについて、回転体が１８０度位置にある場合を用いて説明する。
本図面に示すように、回転体５が、１８０度位置より少し手前の１８０−α度であるＡ点に位置する場合、この時のトルクの値は正であり、Ａ点では正回転する力が作用し、回転体は１８０度に近づく方向に正回転する。

それに対して、回転体５が１８０度位置より少し後ろの１８０度＋α度であるＢ点に位置する場合、この時のトルクの値は負であり、Ｂ点では逆回転する力が作用し、こちらの場合も回転体５は１８０度に近づく方向に逆回転する。

従って、回転体５が１８０度位置にある場合には、回転角度が負方向に動いた場合には、正回転して再び１８０度方向に戻ることができ、回転角度が正方向に動いた場合には、逆回転して再び１８０度位置に戻ることができる。そのため、１８０度位置では回転体５が安定して静置させることができる。このことは、回転体５が０度にあるときも同様に安定する。

次に、回転体５が不安定な状態となっていることについて説明をする。
一例として、回転体５が９０度位置にある場合を用いて説明すると、回転体５が９０度位置より少し手前の９０−α度であるＣ点に位置する場合、この時のトルクの値は負であり、Ｃ点では逆回転する力が作用し、回転体５は９０度から離れる方向に逆回転する。

それに対して、回転体５が９０度位置より少し後ろの９０度＋α度であるＤ点に位置する場合、この時のトルクの値は正であり、Ｄ点では正回転する力が作用し、回転体５は９０度から離れる方向に正回転する。

従って、回転体５が９０度位置にある場合には、回転角度が少しでも負方向に動いた場合には、逆回転して９０度位置から離れてしまい、回転角度が少しでも正方向に動いた場合には、正回転して９０度位置から離れてしまう。そのため、９０度位置では回転体５が不安定であるといえる。このことは、回転体５が２７０度にあるときも同様である。

この様にして構成された、従来のステップモーターは、第１のコイル１７と第２のコイル１９に流す電流を制御することで、回転体５は、８つのポジションを任意にとることができる。また回転体５を正回転及び逆回転の任意の方向に回転させることも可能である。

特開２００４−３６４４９０号公報（第１０−１２頁、第１図） The Theory of Horology (the second English edition), p345, fig.15-40, June 2003.

しかしながら、従来の正逆回転用のステップモーターは、下記に記載の問題点を有する。

従来ステップモーターを小型化、薄型化する場合、回転体５も小型、薄型にしなければならない。このときの問題点としては、回転体５の小型、薄型に伴って磁石の磁力低下が生じ、回転体磁石と磁性材ヨークとの間に生じる吸引力よって作用する保持トルクが低下し、振動や衝撃などによって安定位置から移動しやすくなり、装置の信頼性を低下させて
しまう。

この様に、回転体磁石と磁性材ヨークとの間で発生する保持トルクが低下すると、回転体５の位置決め角度誤差が大きくなり、例えばステップモーターを駆動源として、レンズ等の光学部品等の移動体を動かして位置決めさせる場合に、モーターの位置決め角度誤差が移動体の位置誤差になってしまい、製品の特性が低下し、ばらつきが大となる。

また、従来のステップモーターには、駆動特性にも問題点を有する。この問題点について図２０を用いて説明する。図２０は、従来の保持トルクカーブ拡大図を示し、回転体軸に働く粘性負荷トルクＴＬを合わせて示した図面である。

従来のステップモーターは、回転体５が停止する場合は、粘性負荷の範囲内で停止するため、保持トルクが小さいと粘性負荷トルク範囲に含まれる保持トルクカーブの角度範囲θｗが大きなものになり、θｗの範囲のいずれかの箇所で停止する特性を持つ。したがって、この従来のステップモーターでは、上記作用を受けて、上述した移動体の位置誤差が大となることは明白である。

そこで本発明は上記課題を解決し、ステップモーターを小型薄型化したとしても、大きな保持トルクを得ることができ、しかも振動や衝撃に対する信頼性の高い正逆回転用のステップモーターを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、基本的には、下記に記載された構成を採用するものである。

本発明のスッテプモーターは、回転体軸に対して直交する方向に２極着磁された回転体と、前記回転体が回転自在に保持される回転体収納穴を構成する、第１磁極、第２磁極、中心磁極を有するヨークと、前記ヨークの第１磁極と中心磁極とを磁気的に結合する第１のコイルと、第２磁極と中心磁極とを磁気的に結合する第２のコイルとを備え、前述した回転体収容穴の内径部には、前記回転体の中心を通り、回転体無励磁磁極方向に直交する直交軸に対して非対称形状で、かつ前記回転体無励磁磁極方向に対して対称な位置関係をなす第１の凹部と第２の凹部とがそれぞれ形成されていることを特徴とするものである。
また、前記第１の凹部と第２の凹部とは前記回転体収容穴の内径部の、前記回転体無励磁磁極方向に直交する直交軸を含む範囲に形成されており、前記直交軸が、前記回転体の中心０を通り前記第１の凹部及び第２の凹部と交わる点をＣとし、前記第１の凹部及び第２の凹部の両端の内、中心磁極側の点をＡ、逆側の点をＢとしたとき、前記第１の凹部及び第２の凹部の形状が∠ＡｏＣ＜∠ＢｏＣであることを特徴とするものである。

本発明の正逆回転用のステップモーターは、大きな保持トルクを得ることができ、振動、衝撃によって回転体位置ずれを起こさない信頼性を有するという効果を奏する。

また、このステップモーターは、回転体の位置決め精度が良いため、モーターの小型、薄型化を達成することが可能となる。

以下、本発明の正逆回転用のステップモーターの構成について説明する。図１は、本発明のステップモーターの構成を示す構造平面図である。

本発明のステップモーターは、回転体軸に対して直交する方向に２極着磁された回転体５と、ヨーク７と、このヨーク７に接続された第１の励磁手段と、第２の励磁手段とを有する。

このヨーク７には、回転体５が回転自在に保持される回転体収容穴１５、回転体収容穴１５を構成する第１の磁極９、第２の磁極１３、中心磁極１１と、第１の磁極９に設けられた第１の凹部２５と、第２の磁極１３に設けられた第２の凹部２７とがそれぞれ形成された構成となっている。

また、このヨーク７は、第１の磁極９と中心磁極１１とを磁気的に結合して第１のコイル１７が巻き回された第１のコイル芯２１と、第２の磁極１３と中心磁極１１とを磁気的に結合して第２のコイル１９が巻き回された第２のコイル芯２３とが接続されている。この第１のコイル芯２１とコイル１７とが、前述した第１の励磁手段に相当し、第２のコイル芯２３とコイル１９が、前述した第２の励磁手段に相当する。

さらに、回転体５中心を通り回転体無励磁磁極方向２９に直交する直交軸３１に対して第１の凹部２５と第２の凹部２７とは非対称形状で、かつ第１の凹部２５と第２の凹部２７とは回転体無励磁磁極方向２９に対して対称な位置関係をなす構成となっている。

なお、第１のコイル１７と第２のコイル１９は、従来の構成と同様に同じ線径の線材が同じ巻き数で巻かれている。第１、第２のコイル１７、１９の巻き線両端は、駆動回路（図示せず）に接続されており、それぞれ独立に電圧パルスを印加することが可能となっている。

次に、第１の凹部２５が前述した直交軸３１に対して非対称形状であることを、図２を用いて説明する。図２は、本発明のステップモーターにおける回転体近傍部分の要部拡大図である。

本発明における２極に着磁された回転体５は、コイルに電流を流さない状態において２つの安定位置をとることができ、その方向は、回転体５の磁極Ｎ極またはＳ極は中心磁極方向を向く方向となる。このときの磁極方向は回転体無励磁磁極方向２９であり、第１の安定位置は、回転体磁極Ｎ極が中心磁極１１方向を向いているときとし、第２の安定位置は回転体磁極Ｓ極が中心磁極１１方向を向いているときとする。

そして、回転体５の中心ｏを通り、回転体無励磁磁極方向２９と直交する直線を直交軸３１として、直交軸３１と第１の凹部２５とが交わる交点を点Ｃとし、第１の凹部２５の両端の内、中心磁極１１側の点をＡ、逆側の点をＢとする。また、∠ＡｏＣ＝θ１、∠ＢｏＣ＝θ２としたとき、本実施例においては、θ２＞θ１となり、第１の凹部２５は、直交軸３１に対して非対称形状を有する構成となる。また、第２の凹部２７は、回転体無励磁磁極方向２９に対して、第１の凹部２５と対称配置されている。

ここで、回転体５が第２の回転位置にある場合の回転体Ｎ極から出た磁束の流れを図３、図４を用いて説明する。図３は、本発明のステップモーターにおける第２の回転位置の磁束の流れを示す図面である。図４は、本発明のステップモーターにおける第２の回転位置からずれた状態の磁束の流れを示す図面である。

回転体５が第２の安定位置にある場合で、回転体Ｎ極から生じる磁束をφｎ１からφｎ５とすると、φｎ１からφｎ５のいずれの磁束も回転体５からヨークまでの距離が同じであり、回転体５とヨーク７との間に作用する力は、いずれも半径方向となる。したがって、この状態においては、回転体５を回転させるトルクとして作用しない。

ところが、図４に示すように、回転体５が安定位置からずれた状態にある場合には、磁束φｎ１からφｎ３は半径方向成分のみであるが、φｎ４とφｎ５とが半径方向成分と回転方向成分を持つ磁束の向きとなる。このときφｎ４とφｎ５とは反時計方向の回転成分
を持つため、回転体５には、正回転トルクが作用する。そのため、安定位置から少しの回転角度ずれた状態でも第１の凹部２５、第２の凹部２７によって回転体５を安定位置に戻すような回転トルクが生じる。

次に、本発明のステップモーターの特性について図５〜７を用いて説明をする。図５は、Δθ＝θ２−θ１として、横軸にΔθ（ｄｅｇ）、縦軸にトルクを取ったときの本発明の動作特性を示すグラフを示している。

本図面に示すように、本発明のステップモーターは、θ２−θ１＞０の範囲では従来のθ２−θ１＝０のときと比較して保持トルクが必ず大きくなることがわかり、θ２−θ１＝４５で最大値をとることが判る。

次に示す図６は、本発明のステップモーターの保持トルクカーブを示した図面である。この図６に示す保持トルクカーブの横軸単位は回転体５の角度であり、縦軸はトルク値を示している。また、横軸に示す回転体の角度は、回転体５が第１の安定位置にある時のＮ極方向を０度とし、回転体Ｎ極が向いている角度を表している。例えば、Ｎ極方向が第２の磁極１３方向を経由して第２の安定位置に回転する方向を正回転方向として、第２の安定位置におけるＮ極方向を１８０度であるとする。また本図面の縦軸はトルク値を示している。そして、第１の安定位置と第２の安定位置においては回転体５が安定しているためトルクは「０」であり、回転するために超えなければならないトルクの最大振幅値を保持トルク値としており、最大振幅値Ｔｈで示している。

また、図６の横軸回転角度、縦軸トルクのグラフにおいては、従来のステップモーターにおける保持トルクカーブ３３と本発明のステップモーターにおける保持トルクカーブ３５とを比較してあり、本発明のステップモーターにおける保持トルクカーブ３５の方が従来のものよりも振幅が大きくなっていることが判る。そのため、本発明のステップモーターは、無励磁安定位置において、安定位置から回転体５を回転させようという振動、衝撃などの外乱が働いたとしても回転体５の回転にはつながらず、従って、本発明のステップモーターは、振動や衝撃に対しての信頼性が高いことが判る。

次に示す図７は、無励磁安定位置近傍における従来のステップモーターにおける保持トルクカーブ３３と本発明のステップモーターにおける保持トルクカーブ３５の拡大図を示している。

先にも示した様に、ステップモーターには、通常回転体５には回転体軸に粘性負荷トルクＴＬが働いており、摩擦負荷となるため停止位置は粘性負荷トルク±ＴＬの範囲の角度内となる。従って、従来のステップモーターにおける保持トルクは小さいため、振幅が小さいカーブとなり、±ＴＬの範囲に含まれる角度はθｗとなる。

それに対して、本発明のステップモーターにおける保持トルクは、従来の構成に比べて振幅を２倍程度に大きくすることができることから、回転体５の停止位置における保持トルクカーブ３５の傾きも大きくなる。従って、粘性負荷±ＴＬの範囲に含まれる角度はθｎの範囲であり、θｗ＞θｎであるため、回転体５の停止位置精度をより向上させることができるようになる。

ここで、本発明のステップモーターは、第１のコイル１７及び第２のコイル１９に流す電流の組み合わせによって８つのポジションを取ることができることについて詳細に説明をする図８は、本発明のステップモーターにおける回転体の８つのポジションを示す図である。

まず、回転体５に記載の矢印は回転体５のＮ極の向きを表し、第１の安定状態における回転体５のＮ極の向きを第１のポジションとし、矢印の横に数字１を添えて示してある。第２のポジションは、回転体５のＮ極の向きが中心磁極１１と第２の磁極１３との間に位置しているポジションであり、第３のポジションは、回転体５のＮ極方向が第１のポジションと略直角をなし、第２の磁極１３の方向を向いている。また、第４のポジションは、回転体５のＳ極が第１の磁極９と中心磁極１１との間に位置しているポジションであり、第５のポジションは、第２の安定位置であり、回転体５のＳ極が中心磁極１１の方向を向いているポジションである。

そして、第６のポジションは、回転体５のＳ極の向きが中心磁極１１と第２の磁極１３との間に位置しているポジションであり、第７のポジションは、回転体５のＮ極方向が第１のポジションと略直角をなし、第１の磁極９の方向を向いている。また、第８のポジションは回転体５のＮ極が第１の磁極９と中心磁極１１との間に位置しているポジションである。

次に、回転体５を第１〜第８のポジションへの回転駆動させる原理について図９〜１２を用いて説明をする。図９は、本発明のステップモーターにおける第１の励磁状態を説明する平面図である。なお、回転体５が第１のポジションにあるとき、第１のコイルに励磁して、第１のポジションから第２のポジションに回転させる場合について説明する。

図９に示すように、第１のコイル１７に、磁束φｃ１が左向きに生じるように電圧を印加する。このとき印加した電圧の符号は正とする。すると、第１の磁極９をＮ極、第２の磁極１３と中心磁極１１をＳ極に励磁することができ、回転体５のＮ極は第１の磁極９のＮ極と反発し、また、回転体５のＳ極と第２の磁極１３のＳ極とは反発し、第１の磁極９のＮ極と吸引することで回転体５は反時計方向に回転して、第２のポジションに移動する。

次に、回転体５を第２のポジションから第３のポジションに回転させる場合について図１０を用いて説明する。図１０は、第２の励磁状態を説明する平面図である。

図１０に示すように、第２のポジションにおいて、第１のコイル１７には、磁束φｃ１が左向きに生じるように正の電圧を印加するとともに、第２のコイル１９には、磁束φｃ２が左向きに生じるように電圧印加する。このとき印加した電圧の符号は正とする。すると、第１の磁極９をＮ極、第２の磁極１３をＳ極に励磁することができ、回転体５のＮ極、Ｓ極との間に吸引反発力が生じるため、回転体５は反時計方向に回転して、第３のポジションに移動させることができる。

次に、回転体５を第３のポジションから第４のポジションに回転させる場合について図１１を用いて説明する。図１１は、第３の励磁状態を説明する平面図である。

図１１に示すように、第２のコイル１９には、磁束φｃ２が左向きに生じるように正の電圧を印加し、第１の磁極９をＮ極、中心磁極１１をＮ極、第２の磁極１３をＳ極に励磁することができ、回転体５のＮ極、Ｓ極との間に吸引反発力が生じるため、回転体５は反時計方向に回転して、第４のポジションに移動する。

次に、回転体５を第４のポジションから第５のポジションに回転させる場合について図１２を用いて説明する。図１２は、第４の励磁状態を説明する平面図である。

図１２に示すように、第１のコイル１７には、磁束φｃ１を右向きに生じさせるように負の電圧を印加し、かつ、第２のコイル１９には磁束φｃ２を左向きに生じさせるように
正の電圧を印加すると、第１の磁極９をＳ極、第２の磁極１３をＳ極、中心磁極１１をＮ極に励磁することができ、回転体５のＮ極、Ｓ極との間に吸引反発力が生じるため、回転体５は反時計方向に回転して、第５のポジションに移動する。第５のポジションは第２の安定位置と同じである。

また、回転体５を第５のポジションから第６のポジションに回転させる場合は、第１のコイル１７には、磁束φｃ１が右向きに生じるように電圧を印加する。このとき印加した電圧の符号は負とする。すると、第１の磁極９をＳ極、第２の磁極１３と中心磁極１１をＮ極に励磁することができ、回転体５のＮ極、Ｓ極との間に生じる吸引反発力によって回転体５は反時計方向に回転して、第６のポジションに移動する。

また、回転体５を第６のポジションから第７のポジションに回転させる場合は、第１のコイル１７には、磁束φｃ１が右向きに生じるように負の電圧を印加するとともに、第２のコイル１９には磁束φｃ２が右向きに生じるように負の電圧を印加する。すると、第１の磁極９をＳ極、第２の磁極１３をＮ極に励磁することができ、回転体５のＮ極、Ｓ極との間に吸引反発力が生じるため、回転体５は反時計方向に回転して、第７のポジションに移動する。

そして、回転体５を第７のポジションから第８のポジションに回転させる場合には、第２のコイル１９には、磁束φｃ２が右向きに生じるように負の電圧を印加すれば、第１の磁極９をＳ極、中心磁極１１をＳ極、第２の磁極１３をＮ極に励磁することができ、回転体５のＮ極、Ｓ極との間に吸引反発力が生じるため、回転体５は反時計方向に回転して、第８のポジションに移動する。

また、回転体５を第８のポジションから第１のポジションに回転させる場合には、第１のコイル１７には、磁束φｃ１を左向きに生じさせるように正の電圧を印加するとともに、第２のコイル１９には磁束φｃ２を右向きに生じさせるように負の電圧を印加する。すると、第１の磁極９をＮ極、第２の磁極１３をＮ極、中心磁極１１をＳ極に励磁することができ、回転体５のＮ極、Ｓ極との間に吸引反発力が生じるため、回転体５は反時計方向に回転して、第１のポジションに移動する。第１のポジションは第１の安定位置と同じであるため、ここでコイルへの通電をやめれば、回転体５は第１の安定位置で保持されることになる。

このように本発明の正逆回転用のステップモーターは、従来の構成と同様に、第１のコイル１７及び第２のコイル１９に流す電流の組み合わせによって８つのポジションを取ることができる。

また、各８つのポジションを移動させるための第１、第２のコイル１７、１９への通電に関しても従来技術と同等であることから、駆動パルスは従来技術に用いられるものと全く同じで良く、駆動回路を変更する必要が無いにも係わらず、回転体５の保持トルクを大きくすることが出来るという利点を有する。

また、本発明のステップモーターは、回転体５を正回転及び逆回転のいずれの方向にも任意に回転させることができることも従来技術と同様である。

本発明のステップモーターの構成を示す構造平面図である。本発明のステップモーターにおける回転体近傍の要部拡大図である。本発明のステップモーターの第２の回転位置における磁束の流れを示す図面である。本発明のステップモーターに第２の回転位置からずれた状態における磁束の流れを示す図面である。本発明のステップモーターにおけるトルク−Δθ特性図である。本発明のステップモーターにおけるトルク特性曲線図である。本発明のステップモーターにおけるトルク曲線拡大図である。本発明のステップモーターにおける回転体の８つのポジションを示す図である。本発明のステップモーターにおける第１の励磁状態を示す平面図である。本発明のステップモーターにおける第２の励磁状態を示す平面図である。本発明のステップモーターにおける第３の励磁状態を示す平面図である。本発明のステップモーターにおける第４の励磁状態を示す平面図である。従来のステップモーターの構成を示す構造平面図である。従来のステップモーターにおける回転体近傍の要部拡大図である。従来のステップモーターの第１の安定位置における磁束の流れを示す図面である。従来のステップモーターの第２の安定位置における磁束の流れを示す図面である。従来のステップモーターの第２の回転位置における磁束の流れを示す図面である。従来のステップモーターに第２の回転位置からずれた状態における磁束の流れを示す図面である。従来のステップモーターにおけるトルク曲線図である。従来のステップモーターにおけるトルク曲線拡大図である。

符号の説明

５回転体
７ヨーク
９第１の磁極
１１中心磁極
１３第２の磁極
１５回転体収容穴
１７第１のコイル
１９第２のコイル
２１第１のコイル芯
２３第２のコイル芯
２５第１の凹部
２７第２の凹部
２９回転体無励磁磁極方向
３１直交軸
３３従来保持トルクカーブ
３５本発明保持トルクカーブ

Claims

回転体軸に対して直交する方向に２極着磁された回転体と、前記回転体が回転自在に保持される回転体収納穴を構成する、第１磁極、第２磁極、中心磁極を有するヨークと、前記ヨークの第１磁極と中心磁極とを磁気的に結合する第１のコイルと、第２磁極と中心磁極とを磁気的に結合する第２のコイルとを備え、前記回転体収容穴の内径部には、前記回転体の中心を通り、回転体無励磁磁極方向に直交する直交軸に対して非対称形状で、かつ前記回転体無励磁磁極方向に対して対称な位置関係をなす第１の凹部と第２の凹部とがそれぞれ形成されているステップモーターにおいて、
前記第１の凹部と第２の凹部とは前記回転体収容穴の内径部の、前記回転体無励磁磁極方向に直交する直交軸を含む範囲に形成されており、前記直交軸が、前記回転体の中心０を通り前記第１の凹部及び第２の凹部と交わる点をＣとし、前記第１の凹部及び第２の凹部の両端の内、中心磁極側の点をＡ、逆側の点をＢとしたとき、前記第１の凹部及び第２の凹部の形状が∠ＡｏＣ＜∠ＢｏＣであることを特徴とするステップモーター。