JPH0139112Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は永久磁石形ステツピングモータ、特に
円環状ヨークに放射状に植設した複数個の磁極に
夫々巻線を巻装した固定子と、該磁極と空隙を介
して対向配置し回転自在に軸支した回転子とより
成り、該回転子はその外周に複数個の極歯を備え
た２個の回転子ポールによつて軸方向にＮ極Ｓ極
を着磁した円筒形の永久磁石を挾んで一体的に固
着して構成した永久磁石形ステツピングモータの
改良に関するものである。

第１図ａ，ｂは従来より実施されている永久磁
石形ステツピングモータを示し、１は環状ヨー
ク、２−１〜２−４はこの環状ヨーク１に放射状
に植設した磁極、４は各磁極の先端に設けた極
歯、３−１〜３−４は各磁極に巻装した固定子巻
線、５は軸受６を設けたエンドブラケツト、７
ａ，７ｂは回転子ポール、８はこの回転子ポール
７ａ，７ｂによつて挾持されその軸方向にＮ極Ｓ
極を着磁した永久磁石、９は回転子軸、１０は回
転子ポール７ａ，７ｂの外周に設けた極歯であ
る。固定子の磁極２−１〜２−４の先端に設けた
極歯４の配設ピツチは回転子ポール７ａと７ｂの
外周に設けた極歯１０の配設ピツチと等しく、回
転子ポール７ａと７ｂの夫々に設けた極歯の配列
は1/2ピツチだけ円周方向に互いにずれている。

又、固定子の磁極２−１〜２−４に夫々設けた
極歯４と空隙を介して対向した回転子ポール７
ａ，７ｂの外周に設けた極歯１０との相関関係
は、例えば巻線３−１を励磁して磁極２−１の極
歯４と回転子ポールの極歯１０とが対向整列して
いるときには磁極２−２の極歯４は回転子ポール
７ａ，７ｂの極歯１０と歯幅の1/2が重なつて整
列し、磁極２−３の極歯４と回転子ポール７ａ，
７ｂの極歯１０とは全く重ならず、磁極２−４の
極歯４と回転子ポール７ａ，７ｂの極歯１０とは
磁極２−２とは反対の側で1/2が重なつて整列し
ている。

回転子を１ステツプ歩進させるには巻線３−２
を励磁し巻線３−１の電流を切る。この結果、磁
極２−２の極歯４と回転子ポールの極歯１０との
間は歯幅の1/2が重なつているから回転子ポール
の極歯１０に磁気的吸引力が作用し両者の歯が完
全に整列するまで歯幅の1/2だけ回転子が回転し
停止する。次に更に回転させる為には巻線３−３
を励磁し巻線３−２の電流を切ると回転子が更に
歯幅の1/2だけ回転する。

ステツピングモータの駆動は上述のように複数
個の巻線にあるシーケンスに従つて順次に電流を
流すことにより回転子を歩進させるのが特徴であ
り、巻線への通電切り換えの数と回転子の回転角
が比例する特性を利用し各種の精密な自動制御装
置の原動機として重用されている。

然しながら、ステツピングモータの動作を詳細
に検討すると、種々の問題があり、実用上不都合
を生じている場合がある。その問題の１つはステ
ツピングモータの回転子の動作は常に振動的で他
のモータのように一定速度で回転しているもので
は無い為に生ずる不都合で、駆動指令パルスによ
つて回転子を歩進させる時に回転子は指定された
位置に直ちに移動し停止するのではなく、指定位
置を中心に振動しやがて減衰して指定位置に安定
するという動作をするので、新しい位置に安定す
るまでにある時間を必要とし、この時間がステツ
ピングモータが動作している時間より長いと無駄
な時間を多く消費することとなり、制御装置の性
能向上を阻害するという不都合がある。この問題
について第２図ａ〜ｄによつてステツピングモー
タの回転子が１ステツプ角だけ歩進する場合の動
作を説明する。

第２図ａでは１個の固定子磁極２の極歯４と回
転子ポールの極歯１０とは歯幅の1/2即ち極歯ピ
ツチＰの1/4だけ重なつた関係位置にあり巻線３
を励磁すると固定子の極歯４と回転子ポールの極
歯１０との間に磁束φが流れ磁束の集束力が作用
し回転子を矢印の方向に回転させて第２図ｂに示
す位置で固定子の極歯４と回転子ポールの極歯１
０とが完全に重なつて整列した位置に達し、磁束
φの集束力が零となり回転子に作用するトルクが
零となるが、回転子には慣性モーメントが必ずあ
るから、回転子は第２図ｂの位置に停止すること
ができず、今までと同じ方向に回転を続け、更に
右の方向に行き過ぎ、ある角度だけ行き過ぎると
停止して回転子が逆方向（左の方向）に移動を始
め固定子と回転子の極歯が完全に重なつても更に
左の方向に移動を続けるという動作を繰り返し、
摺動部の摩擦により回転子の運動エネルギーを失
いながら第２図ｄに示すように振幅が減少しなが
ら減衰振動を続け、やがて所定の位置に安定す
る。しかしこのステツプ動作の始動から１ステツ
プ角歩進した新しい位置に安定するまでに要する
時間（セトリングタイム）T₀は、回転子が始動
から１ステツプ角の新しい位置に最初に到達する
時間T₁に比しはるかに多くの時間を要し、折角
ステツピングモータの回転子自体の応答は速くて
も、回転子が振動して新しい位置に安定するまで
に長時間を要するのでは制御装置の性能を高める
ことができない。

そこで従来より各種の手段を構じて回転子の振
動を速く減衰させる技術が開発されてきたが何れ
も一長一短ありで仲々完全なものが得られていな
いのが実態である。このステツピングモータの回
転子の振動を速く減衰させる機構として回転子軸
に適度の性能の粘性ダンパーを直結した回転子の
振動を速く減衰させる構成が提案されている。

第３図ａはステツピングモータの回転子軸に粘
性ダンパーを取付けた時の構成例で、この例では
ハズミ車１４を回転子軸９に軸受１５を介して回
転自在に支承せしめ、ダンパーケース１３によつ
てハズミ車１４全体を包みその内壁面が適度の空
隙を介してハズミ車１４と対向するように回転子
軸９に固着し、ダンパーケース１３とハズミ車と
の空隙に適度の粘性油１６を介在せしめる。

第３図ａに示す粘性ダンパーを備えたステツピ
ングモータに於てはダンパーケース１３とハズミ
車１４との間隙に適度の粘度を有する粘性油１６
が介挿されているのでダンパーケース１３は回転
子軸９と一体的に運動するが、ハズミ車１４には
粘性油１６の粘性摩擦を介して回転子軸９の運動
が伝達されるようになる。即ちステツピングモー
タが起動指令を受け第２図ｄに示すように回転子
が運動を開始した時に回転子軸９に固着されたダ
ンパーケース１３は回転子軸９と同じ速度で直ち
に回転するが、ハズミ車１４は自体の慣性モーメ
ントにより静止を続けようとしているのでハズミ
車１４とダンパーケース１３との間には速度差を
生じ、ダンパーケース１３とハズミ車１４の間に
介在する粘性油の摩擦によつて回転子軸９の回転
エネルギーがハズミ車１４に伝達される過程で粘
性油内でエネルギーの一部が熱となつて失なわ
れ、ダンパー作用を生じ、回転子の運動中の行き
過ぎを大幅に減らし、第３図ｂに示したようなス
テツプ動作となりセトリングタイムT₀をT₂に大
幅に短縮できる効果がある。

然しながら、第３図ａに示した粘性ダンパーは
密閉したダンパーケース１３の中に油を入れた構
造であるので、この油が洩れないようにする為に
は高度の工作技術を必要とし、価格が高くなると
いう問題があり、又、粘性ダンパーの部分だけ軸
方向に突出し、ステツピングモータ全体のスペー
スを大きくする必要がある等の欠陥がある。

本考案の目的は、上記のような従来技術に於け
る問題を解決するようにした永久磁石形ステツピ
ングモータを得るにある。

本考案の永久磁石形ステツピングモータは、円
環状ヨークに放射状に植設した複数個の磁極に
夫々巻線を巻装した固定子と、該磁極と空隙を介
して対向配置し回転自在に軸支した回転子とより
成り、該回転子は回転子軸に固定されたその外周
に極歯を備えた互いに離間する２個の回転子ポー
ルと、該２個の回転子ポール間に小空隙を介して
配置され上記回転子軸によつて回転自在に支承さ
れた軸方向にＮ極Ｓ極を着磁した永久磁石と、該
永久磁石と上記回転子ポールの対向する端面に形
成される上記小空隙に介挿された磁性流体とより
成ることを特徴とする。

以下図面によつて本考案の実施例を説明する。

本考案に於ては第４図に示すように回転子軸９
に軸受１９を介して永久磁石８を回転自在に且つ
軸方向に移動しないよう支承し、永久磁石８の軸
方向両端面に回転子軸９に固定した２個の回転子
ポール７ａ，７ｂを少しの空隙を介して対向せし
め、且つ各回転子ポール７ａ，７ｂと永久磁石８
との対向する小空隙内には磁性流体２１を介挿せ
しめる。

本考案永久磁石形ステツピングモータは上記の
ような構成であるから、永久磁石８が第３図ａに
示した粘性ダンパーのハズミ車１４に相当し、回
転子ポール７ａ，７ｂがダンパーケース１３に、
磁性流体２１が粘性油１６に夫々相当する働きを
し、即ちステツピングモータの回転子が粘性ダン
パーの働きを兼ね備えた構成となる。

本考案に於て用いる磁性流体２１は粘性油の中
に微小な磁性体粉末を適量分散したものとする。
本考案に於ては永久磁石８と回転子ポール７ａ，
７ｂとの間の小空隙に介挿された磁性流体内の微
小の磁性体が永久磁石８の磁化力の方向に整列し
て油の流出を防止するシール効果を奏し、しかも
流体の摩擦力は小さいので、第３図ａに示した従
来技術に於ける粘性ダンパーのようにダンパーケ
ース１３を密閉して油の流失を防止する構成を必
要とせずに油の流失を防止できるので構造が簡単
であり、しかもステツピングモータの回転子にダ
ンパー作用を持たせた構造であるから外部に別の
粘性ダンパーを設ける必要がなく全体の長さを短
縮できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の永久磁石形ステツピングモー
タの縦断正面図、第１図ｂは縦断側面図、第２図
ａは固定子の磁極１個に設けた極歯と回転子ポー
ルの極歯との相対位置が歯幅の1/2だけ重なつて
いる場合の説明図、第２図ｂは回転子が移動し磁
極の極歯と回転子ポールの極歯とが完全に重なつ
た場合、第２図ｃは固定子と回転子の夫々の極歯
の重なり角θと回転子に作用するトルクとの関係
を示すトルク傾斜図、第２図ｄは回転子を１ステ
ツプ歩進させた時の回転子の応答を示す減衰曲線
図、第３図ａは従来の他の永久磁石形ステツピン
グモータの断面図、第３図ｂは回転子の応答を示
す減衰曲線図、第４図は本考案ステツピングモー
タの縦断正面図である。 １……環状ヨーク、２，２−１，２−２，２−
３，２−４……磁極、３，３−１，３−２，３−
３，３−４……固定子巻線、４……極歯、５……
エンドブラケツト、６……軸受、７ａ，７ｂ……
回転子ポール、８……永久磁石、９……回転子
軸、１０……極歯、１３……ダンパーケース、１
４……ハズミ車、１５……軸受、１６……粘性
油、１９……軸受、２１……磁性流体。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 円環状ヨークに放射状に植設した複数個の磁
   極に夫々巻線を巻装した固定子と、該磁極と空
   隙を介して対向配置し回転自在に軸支した回転
   子とより成り、該回転子は回転子軸に固定され
   たその外周に極歯を備えた互いに離間する２個
   の回転子ポールと、該２個の回転子ポール間に
   小空隙を介して配置され上記回転子軸によつて
   回転自在に支承された軸方向にＮ極Ｓ極を着磁
   した永久磁石と、該永久磁石と上記回転子ポー
   ルの対向する端面に形成される上記小空隙に介
   挿された磁性流体とより成ることを特徴とする
   永久磁石形ステツピングモータ。 (2) 上記磁性流体は粘性油の中に微小な磁性粉末
   を分散したものである実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の永久磁石形ステツピングモータ。