JPH0191639A - 永久磁石型ステッピングモータの回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ｙ！！明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は永久磁石型ステッピングモータの回転子に関す
る。本発明はインダクタ（誘導子）を具備する永久磁石
型ステッピングモータに使用できる。

（従来の技術） 従来の永久磁石型ステッピングモータの回転子の分解図
を第８図に示す。この永久磁石型ステッピングモータは
回転軸１００と、軸方向に磁化された筒状永久磁石２０
０と、永久磁石２００のＮ極側端面２０１に固定された
Ｎ極側インダクタ３００と、永久磁石２００のＳ極側端
面２０２に固定されたＳ極側インダクタ４００と、から
なる。

Ｎ極側インダクタ３００は、周縁部から永久磁石２００
の方へ回転軸１００と平行に所定のピッチで伸びる複数
のＮ極用の歯３０１をもつ円板状軟鋼片である。Ｓ極側
インダクタ４００は、周縁部から永久磁石２００の方へ
回転軸１００と平行にＮ極用の歯３０１と０．５ピッチ
だけずれて前記ピッチと同じピッチで伸びる？！２数の
Ｓ極用の歯４０１をもつ円板状軟鋼片である。

前記回転子の断面図を第９図に示す。ただし、永久磁石
２００などの軸方向の寸法は第８図と不同である。この
回転子は良く知られているように、固定子（図示せず）
の内に回転自在となるようにモーターケース（図示せず
）に保持されて永久磁石型ステッピングモータを構成す
る。

（発明が解決しようとする問題点） ところが前記永久磁石型ステッピングモータにおいて、
その回転子の応答性を高めるために、インダクタ３００
．４００の板厚を薄くすると磁気飽和によって回転子の
発生磁束が減り、出力トルクが減少するという問題があ
った。

本発明は前記問題点に鑑みなされたものであって、出力
トルクの増加と回転子重患の低減との少なくともどちら
かを可能とする永久磁石型ステッピングモータの回転子
を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明の永久磁石型ステッピングモータの回転子は、回
転軸と、隣接する２個が互いに前記回転軸と平行で逆方
向に磁化され前記回転軸に固定された複数の筒状の永久
磁石と、周縁部から前記回転軸と平行に所定のピッチで
伸びる複数のＮ極用の歯をもち前記各永久磁石のＮ極側
端面に隣接し前記回転軸に固定された複数の円板状のＮ
極側インダクタと、周縁部から前記回転軸と平行に前記
ピッチと同じピッチで前記Ｎ極用の歯と０．５ピッチだ
けずれて伸びる複数のＳ極用の歯をもち前記各永久磁石
のＳ極側端面に隣接し前記回転軸に固定された複数の円
板状のＳ極側インダクタと、を備えるように構成されて
いる。

永久磁石は、回転軸の軸方向に交番しない磁束を発生す
る１１能をもつものであれば良い。たとえば、回転軸の
円周方向に巻回される超電導コイルであっても良い。知
られている ようにこのような超電導コイルは非常に強い直流磁界を
生起するので、インダクタの磁気飽和が発生ずる危険が
高い。

Ｎ極側インダクタおよびＳ極側インダクタは、高い透磁
率をもつものであれば軟磁性材または硬磁性材のどちら
でも良いが、軟鋼片のような形状加工しやすい磁性金灰
材料製であることが好ましい。また、Ｎ極側インダクタ
およびＳ極側インダクタは永久磁石とともに回転するよ
うに、回転軸に保持されていれば良い。Ｎ極側インダク
タおよびＳ極側インダクタは、加工上の見地から、それ
ぞれ歯と一体に形成されることが好ましい。従って、Ｎ
ｉ側インダクタおよびＳ極側インダクタとそれらの歯と
は、等しい板厚をもつことが好ましい。

（作用） 本発明の永久磁石型ステッピングモータの回転子の作用
を、２個のＮ極側インダクタと２個の永久磁石と２ＷＡ
のＳ極側インダクタとからなる例により、以下に説明す
る。

この回転子において、前記片方の永久磁石の磁束と前記
他方の永久磁石の磁束とは、互いに磁化方向が逆である
ので、互いに反発して各インダクタの歯から固定子側に
供給される。

従って、本発明の回転子は従来型の回転子（本発明の回
転子に比べて２倍の歯長をもつ歯の板厚、回転子の直径
、および回転子の長さが等しい〉に比べて最大２倍の磁
束量を発生可能であり、その結果２倍のトルクを発生可
能である。即ち、この永久磁石の磁気回路において歯の
部分の最大飽和磁束量が他の部分の最大飽和磁束ｍより
小さいので、この磁気回路の最大飽和磁束量は歯の根元
部分の最大飽和磁束ａとなり、歯の根元部分の合計断面
積を広くできる本発明の回転子は大きなトルクを発生し
１ｇる。

もちろん前記従来型の回転子においても、歯の板厚を２
倍にすれば本発明の回転子と同じ性能を得られる。しか
し、このような歯の板厚の増加は回転子重量の増大を招
き、回転子の制御性を劣化させる。

（実施例） 実施例１ 本発明の永久ｖＡ５型ステッピングモータの回転子の分
解図を第１図に示す。ただし、図面では、各部の軸方向
長さは実際より短縮されている。

この回転子は、回転軸１０と、回転軸１０に直列に固定
された永久磁石２０および永久磁石５０と、永久磁石２
０に固定されたＮ極側インダクタ３ｏおよびＳ極側イン
ダクタ４０と、永久磁石５０に固定されたＳ極側インダ
クタ６０およびＮ極側インダクタ７０と、からなる。

永久磁石２０は、回転軸１０を挿通されて回転軸１０に
固定された円筒形永久磁石であり、回転軸１０の軸芯と
平行に磁化されている。

Ｎ極側インダクタ３０は、その周縁部から回転軸１０と
平行に所定のピッチで永久磁石２０のＳ極側端面２２の
方へ伸びる複数（ここでは１８個）のＮ極用の歯３１を
もち、永久磁石２０のＮ極側端面２１に固定された円板
状の軟鋼片である。そしてＮ極側インダクタ３０の中央
部に回転軸１０を挿通する穴が形成されている。

Ｓ極側インダクタ４０は、その周縁部から回転軸１０と
平行に前記ピッチと同じピッチで永久磁石２０のＮｆｆ
１側端面２１の方へ伸びる複数（ここでは１８個）のＳ
極用のＩ！Ｉｇ４１をもち、永久磁石２０のＳ極側端面
２２に固定された円板状の軟鋼片である。そしてＳ極側
インダクタ４０の中央部に回転軸１０を挿通する穴が形
成されている。なＪ３、Ｓ極側インダクタ４０のＳ極用
の＃４１はＮ極用のｆ０３１と円周方向に０．５ピッチ
だけずれて配列されている。

永久磁石５０は、回転軸１０を挿通されて回転軸１０に
永久磁石２０と直列に固定された円筒形永久磁石であり
、回転軸１０の軸芯と平行にかつ永久磁石２０と逆方向
に磁化されている。

Ｓ極側インダクタ６０は、その周縁部から回転＠１０と
平行に所定のピッチで永久磁石５０のＮ極側端面５２の
方へ伸びる複数（ここでは１８個）のＳＮｉ用の歯６１
をもち、永久磁石５０のＳ極側端面５１に固定された円
板状の軟鋼片である。そしてＳ極側インダクタ６０の中
央部に回転軸１０を挿通する穴を形成されている。

Ｎ極側インダクタ７０は、その周縁部から回転軸１０と
平行に前記ピッチと同じピッチで第２永久磁石５０のＳ
極側端面５１の方へ伸びる複数（ここでは１８個）のＮ
極用の歯７１をもち、第２永久磁石５０のＮ極側端面５
２に固定された円板状の軟鋼片である。そしてＮ極側イ
ンダクタ７０の中央部に回転軸１０を挿通ずる穴が形成
されている。なお、Ｎ極側インダクタ７０のＮ極用の歯
７１はＳ極用の歯６１と円周方向に０．５ピッチだけず
れて配列されている。

第２図に、この実施例の回転子（一般にはインダクク形
回転子と呼ばれている）を使用する永久磁石型ステッピ
ングモータの模式図を示す。

このモーターは、前記説明した回転子１と、回転子１の
歯（第２図では３１．４１が図示されている）と対向す
るように形成された複数の磁極歯９２をもつステータコ
ア２と、ステーターコア２に巻回された励磁コイル３と
、から構成されている。もちろん回転子１Ｇよステータ
コア２の外側のモーターケース（図示せず）に固定され
た２個のボールベアリング（図示せず）により回転自在
に保持されている。

回転子１は、第１図に説明したように回転軸１０と、永
久磁石２０および永久磁石５ｏと、Ｎ極側インダクタ３
０およびＳ極側インダクタ４０と、Ｓ極側インダクタ６
０およびＮ極側インダクタ７０と、からなる。

Ｓ極側およびＮ極側インダクタ３０，４０，６０．７０
の歯は、ステータコア２の磁極歯９２と微小なエアギャ
ップを介して平行に配置されている。

なお、この永久磁石型ステッピングモータは、回転子１
の他は従来と同じであるので、その動作説明を省略する
。

第１図に示す回転子の組立て後の部分平面図を第３図に
示し、そのＡ−Ａ−線矢視の断面図を第４図に示し、そ
のＢ−Ｂ　＝線矢視の断面図を第５図に示す。

たとえば第５図かられかるように、永久磁石２０．５０
（超電導コイルを含む）の起磁力を増加してい（と、ま
ず歯３１．４１．６１．７１の根元の部分で最初に磁気
飽和が発生し、それ以上磁束は増加しなくなる。即ち、
この回転子の飽和磁束量は歯３１．４１．６１．７１の
根元の部分の断面積（歯の幅Ｗ×板厚Ｄ）により決定さ
れる。

従ってこの回転子１は、従来型の回転子（本実絶倒の回
転子に比べて２倍の歯長をもつ歯の板厚、回転子の直径
、および回転子の長さが等しい）に比べて最大２倍の磁
束量を発生可能であり、その結果最大２倍のトルクを発
生可能である。

実施例２ 本発明の回転子の更に他の実施例の分解図を第６図に示
す。ただし、断面図で示す各インダクタ１３０．１４０
．１６０．１７ｏはそれぞれ先細のｍ１３１．１４１．
１６１．１７１を具備している。この回転子の組立て後
の部分平面図を第７図に示す。歯１３０と歯１７０とは
Ｓ極用の歯であり、歯１４０とｌ！８１６０とはＮ極用
の歯である。

このようにづれば、各歯１３１．１４１．１６１．１７
１の根元の幅Ｗ′を従来の歯よりも広くできるので、回
転子の最大発生磁束量を増加することができる。なお、
歯の先端に近くなるに従い歯の断面積が減少するが、歯
の先端に近くなるに従い歯を貫流する磁束量が減少する
ので、歯の飽和を防ぐことが可能である。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものでは無く、
その主旨を変更しない範囲で変更することができる。

［発Ｉｌｌの効果］ 前記説明したように、本発明の永久磁石型ステッピング
モータの回転子は、隣接する２個が互いに前記回転軸と
平行で逆方向に磁化された複数の筒状の永久磁石と、周
縁部から前記回転軸と平行に所定のピッチで前記永久磁
石のＳ極側端面の方へ伸びる複数のＮ極用の歯をもつ複
数のＮ極側インダクタと、周縁部から前記回転軸と平行
に前記ピッチと同じピッチで前記Ｎ極用の歯と０．５ピ
ッチだけずれて前記永久磁石のＮ極側端面の方へ伸びる
複数のＳ極用の歯をもつ複数のＳ極側インダクタと、を
具備しているので、以下の効果を秦することができる。

（１）同じ出力トルクをもつ従来の回転子に比較して、
インダクタの歯の板厚を低減できる分だけ、回転子重量
を低減できる。

（２）インダクタの歯の板厚が同じである従来の回転子
に比較して、永久磁石の起磁力の範囲内で回転子側から
発生する最大飽和磁束量をほぼ２倍にできるので、最大
出力トルクをほぼ倍増可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の永久磁石型ステッピングモータの回転
子の一実施例を示す分解図である。第２図は第１図の回
転子を使用する永久磁石型ステッピングモータの断面図
である。第３図は第１図の回転子の組立て後の部分平面
図である。第４図は第３図の回転子のＡ−／Ｍ線矢視の
断面図である。 第５図は第３図の回転子のＢ−Ｂ　”線矢視の断面図で
ある。第６図は本発明の永久磁石型ステッピングモータ
の回転子の更に他の実施例を示す分解図である。第７図
は第６図の回転子の組立て侵の部分平面図である。第８
図は従来の永久磁石型ステッピングモータの回転子の分
解図である。第９図は第８図の回転子の組立て後の断面
図である。 １０・・・回転軸 ２０．５０・・・永久磁石 ３０．７０・・・Ｎ極側インダクタ ４０．６０・・・Ｓ極側インダクタ 特許出願人　アイシン精機株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転軸と、 隣接する２個が互いに前記回転軸と平行で逆方向に磁化
   され前記回転軸に直列に固定された複数の筒状の永久磁
   石と、 周縁部から前記回転軸と平行に所定のピッチで伸びる複
   数のＮ極用の歯をもち各前記永久磁石のＮ極側端面に固
   定された複数の円板状のＮ極側インダクタと、 周縁部から前記回転軸と平行に前記ピッチと同じピッチ
   で前記Ｎ極用の歯と０．５ピッチだけずれて伸びる複数
   のＳ極用の歯をもち前記各永久磁石のＳ極側端面に固定
   された複数の円板状のＳ極側インダクタと、 を備えたことを特徴とする永久磁石型ステッピングモー
   タの回転子。
2. （２）前記歯は、その先端に向かつて次第に細幅になつ
   ている特許請求の範囲第１項記載の永久磁石型ステッピ
   ングモータの回転子。