JPH04131183U - 回転型パルスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トルクの向上を図ると共にコイルの装着作業
を簡素化し、さらに価格の低減も図る。 【構成】 回転型パルスモータの二次側は、その内周面
に回転方向に沿って一定間隔Ｐで各々配列され、かつ互
いに回転方向へ同じ変位を有する２列の極歯が形成され
た磁性部材１４，１５を、一次側磁束発生部の軸方向に
沿って複数個回転方向へ順次同じ変位を有して配置し、
同モータの一次側磁束発生部は、二次側の各極歯の端面
と一定の間隙Ｇを隔てて対向し、外周側に二次側の回転
方向に沿って等間隔Ｐ／２で歯部と溝部とを交互に形成
し、各歯部の極性が交互に反転するように各溝部に各々
永久磁石１８を挿入配置され、かつ互いに回転方向へＰ
／２の変位を有する２列の磁極を有する鉄心１２，１３
を軸方向に沿って複数個配設すると共に、各鉄心の２列
の磁極間に環状のコイル１６，１７が各々嵌装され、さ
らに、各鉄心が回転方向へ順次、各鉄心の数に応じた位
相差を有して配置される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、例えば、産業用ロボットなどのＦＡ(ファクトリーオートメーシ ョン)機器に用いられる回転型パルスモータに係り、特にトルクの向上、製作工 程の簡略化および価格の低減を図った回転型パルスモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】

図１１は、従来のアウタ・ロータ形の３相回転型パルスモータの磁気回路の構 成を示す図である。この図において、１は円筒状の二次側ロータであり、その内 周面に等間隔に歯部２ａ，２ａ，…が形成された磁性部材２によって構成されて いる。４は一次側ステータであり、Ａ相磁極５Ａ，Ｂ相磁極５Ｂ，Ｃ相磁極５Ｃ ，Ａ＊相磁極５Ａ＊（Ａ相磁極と逆方向に励磁される磁極、以下同様），Ｂ＊相 磁極５Ｂ＊，Ｃ＊相磁極５Ｃ＊が形成された鉄心５と、これら磁極５Ａ〜５Ｃ＊ に各々巻回されたコイル６Ａ〜６Ｃ＊とから構成され、上記各磁極５Ａ〜５Ｃ＊ の二次側ロータ１と対向する端面には、歯部２ａの形成間隔に対応させて、等間 隔に極歯が形成され、各極歯の間の凹溝には、隣り合うもの同志の極性が互いに 逆方向となるように永久磁石３，３，…が各々挿入配置されている。このような 構成の一次側ステータ４がシャフト７に固定されている。

【０００３】 このような構成の回転型パルスモータにおいて、各磁極５Ａ〜５Ｃ＊に巻回さ れたコイル６Ａ〜６Ｃ＊に順次パルス電流を流すことにより、周知の原理により 二次側ロータ１がステップ状に回転する。なお、この回転型パルスモータの動作 原理は特願昭６３−３０１９６５号に詳細に記載されている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述した従来の回転型パルスモータにおいては次のような問題点が あった。すなわち、 一次側ステータ４の各磁極５Ａ〜５Ｃ＊の各永久磁石３，３，…は放射状に挿 入配置されるので、図１２に示すように、各永久磁石３間の磁路の面積がこれら 永久磁石３のつけ根の部分８で最も小さくなり、このつけ根の部分８の面積で磁 束量が制限される。したがって、この面積に応じた磁束量を越える場合には磁気 飽和が生じ、大きなトルクを得ることができない。 磁極の数分コイル（６個）を必要とするので、重量が増加するとともに価格高 になる。 磁極に巻線を装着するのが大変であり、時間がかかる。 占積率を高くできないので、巻線作業が大変である。

【０００５】 この考案は、上述した事情に鑑みてなされたもので、上述した各問題点を解決 することができる回転型パルスモータを提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

この考案は、円柱状の一次側磁束発生部と、前記一次側磁束発生部が内周側に 挿入配置され、前記一次側磁束発生部に対して回転自在に支持された二次側とを 有してなる回転型パルスモータであって、前記二次側は、内周面回転方向に沿っ て一定間隔Ｐで各々配列され、かつ互いに前記回転方向へ同じ変位を有する２列 の極歯が形成された磁性部材を、前記一次側磁束発生部の軸方向に沿って複数個 前記回転方向へ順次同じ変位を有して配置し、前記一次側磁束発生部は、前記二 次側の各極歯の端面と一定の間隙を隔てて対向し、外周側に前記二次側の回転方 向に沿って等間隔Ｐ／２で歯部と溝部とを交互に形成し、各歯部の極性が交互に 反転するように前記各溝部に各々永久磁石を挿入配置され、かつ互いに前記回転 方向へＰ／２の変位を有する２列の磁極を有する鉄心を軸方向に沿って複数個配 設すると共に、前記各鉄心の２列の磁極間に環状のコイルが各々嵌装され、さら に、前記各鉄心を前記回転方向へ順次前記各鉄心の数に応じた位相差を有して配 置したことを特徴とする。 前記一次側磁束発生部の鉄心の数が２個の場合はこれら鉄心間の位相差をＰ／ ４とし、３個の場合はこれら鉄心間の位相差をＰ／３とし、５個の場合はこれら 鉄心間の位相差をＰ／５とし、以下個数ｎに応じてＰ／ｎとする。 また、前記二次側の各極歯の配列と前記一次側磁束発生部の各磁極の配列とを 互いに逆の配列関係にしても良い。

【０００７】

【作用】

上記構成によれば、一次側ステータの複数の鉄心の内のいずれかに嵌装された 環状のコイルに電流を流すと、その鉄心の一方の列の磁極のＳ極側の歯部に流入 した磁束が、永久磁石を介して隣合うＮ極側の歯部に流入した後、このＮ極側の 歯部から鉄心の内部を軸方向に沿って導かれ、該鉄心の他方の列の磁極へ流入す る。そして、Ｓ極側の歯部から永久磁石を介して隣合う歯部から流出した後、対 向する二次側の磁性部材の極歯へ流入し、該磁性部材の内部を軸方向に沿って導 かれて一次側ステータの鉄心の一方の列の磁極に戻る主磁束ループが形成される 。このように、磁気回路が軸方向に形成されるので、従来のように各永久磁石の つけ根部分で制限される磁束量以上の磁束量を通すことができ、これにより大き なトルクが得られる。さらに、環状のコイルを各鉄心の２列の磁極の間に各々嵌 装する構造としたため、コイルの使用量も少なくて済み、また装着作業が極めて 簡素化される。また、二次側ロータ内を通る磁束は外周全域を通るので、磁束密 度が低くなることから二次側ロータの厚さを薄くすることができ、低イナーシャ 化および小形化が図れる。

【０００８】

【実施例】

以下、図面を参照し、この考案の実施例を説明する。 図１および図２は、この考案の第１実施例によるアウタ・ロータ形の２相回転 型パルスモータの磁気回路の構成を示す図である。これらの図において、１０は 円筒状の磁性部材によって構成された二次側ロータ（二次側）であり、その内周 側にはシャフト７に固定された円柱状の一次側ステータ（一次側磁束発生部）１ １が挿入配置され、この一次側ステータ１１に対して矢印Ｍ方向へ回転自在に支 持されている。

【０００９】 二次側ロータ１０は、その内周側に一次側ステータ１１と一定の間隙Ｇを隔て て対向する２列の極歯１４Ａａ〜１４Ｙａおよび１４Ａｂ〜１４Ｙｂを有する第 １の磁性部材１４と、この第１の磁性部材１４の軸方向奥側（図２においては左 側）に一次側ステータ１１と一定の間隙Ｇを隔てて対向する２列の極歯１５Ａａ 〜１５Ｙａおよび１５Ａｂ〜１５Ｙｂを有する第２の磁性部材１５とが形成され ている。

【００１０】 ここで、第１の磁性部材１４の極歯１４Ａａ〜１４Ｙａおよび１４Ａｂ〜１４ Ｙｂの各々の間隔はＰとなり、極歯１４Ａａ〜１４Ｙａと極歯１４Ａｂ〜１４Ｙ ｂは同相で配置されている。また、同様に第２の磁性部材１５の極歯１５Ａａ〜 １５Ｙａおよび１５Ａｂ〜１５Ｙｂの各々の間隔がＰで、極歯１５Ａａ〜１５Ｙ ａと極歯１５Ａｂ〜１５Ｙｂは同相で配置されている。そして、第１の磁性部材 １４と第２の磁性部材１５も同相で配置されている。すなわち、二次側ロータ１ ０の第１、第２の磁性部材１４，１５は全て同相で配置されている。

【００１１】 一方、一次側ステータ１１は、図２に示すように、二次側ロータ１０の極歯１ ４Ａａ〜１４Ｙａおよび１４Ａｂ〜１４Ｙｂと一定の間隙Ｇを隔てて各々対向す る２列の誘導子歯（歯部）１２Ａａ〜１２Ｙａおよび１２Ａｂ〜１２Ｙｂを有す る第１の鉄心１２と、この第１の鉄心１２の２列の誘導子歯１２Ａａ〜１２Ｙａ および１２Ａｂ〜１２Ｙｂの間に嵌装される環状のコイル１６とを有して構成さ れている。

【００１２】 また、同様に、一次側ステータ１１は、二次側ロータ１０の極歯１５Ａａ〜１ ５Ｙａおよび１５Ａｂ〜１５Ｙｂと対向する２列の誘導子歯１３Ａａ〜１３Ｙａ および１３Ａｂ〜１３Ｙｂを有する第２の鉄心１３と、この第２の鉄心１３の２ 列の誘導子歯１３Ａａ〜１３Ｙａおよび１３Ａｂ〜１３Ｙｂの間に嵌装される環 状のコイル１７とを有して構成されている。

【００１３】 ここで、図３に示すように、第１の鉄心１２の誘導子歯１２Ａａ〜１２Ｙａお よび１２Ａｂ〜１２Ｙｂの各歯間の凹溝には、隣合うもの同志の極性が互いに逆 方向となるように永久磁石１８，１８，…が各々挿入配置されている。そして、 誘導子歯１２Ａａ〜１２Ｙａおよび１２Ａｂ〜１２Ｙｂの各々の間隔はＰとなっ ており、また、誘導歯１２Ａａ〜１２Ｙａに対して誘導子歯１２Ａｂ〜１２Ｙｂ はＰ／２の位相差を有して配置されている。

【００１４】 同様に、第２の鉄心１３の誘導子歯１３Ａａ〜１３Ｙａおよび１３Ａｂ〜１３ Ｙｂの各歯間の凹溝にも、隣合うもの同志の極性が互いに逆方向となるように永 久磁石１８，１８，…が各々挿入配置されている。そして、誘導子歯１３Ａａ〜 １３Ｙａおよび１３Ａｂ〜１３Ｙｂの各々の間隔はＰとなっており、また、誘導 子歯１３Ａａ〜１３Ｙａに対して誘導子歯１３Ａｂ〜１３ＹｂはＰ／２の位相差 を有して配置されている。

【００１５】 そして、第１の鉄心１２の誘導子歯１２Ａａ〜１２Ｙａに対して、第２の鉄心 １３の誘導子歯１３Ａａ〜１３ＹａはＰ／４の位相差を有して配置され、また、 同様に第１の鉄心１２の誘導子歯１２Ａｂ〜１２Ｙｂに対して、第２の鉄心１３ の誘導子歯１３Ａｂ〜１３ＹｂもＰ／４の位相差を有して配置されている。

【００１６】 以上の構成において、図４〜図７に示す順序でコイル１６，１７にパルス電流 を流すことによって、従来例において述べたように、周知のソーヤの原理（例え ば特願昭６３−３０１９６５号参照）で二次側ロータ１０がＰ／４ずつ歩進し、 回転する。また、逆方向にパルス電流を流すことによって、二次側ロータ１０は 逆方向へＰ／４ずつ歩進し、回転する。

【００１７】 ここで、図４〜図７に示したように、各コイル１６，１７にパルス電流を流し た場合に、軸方向に磁気回路が形成される。例えば、図４において、コイル１６ に対して、図に示す×印から・印の方向へ所定の電流を流した場合、磁束は、一 次側ステータ１１の第１の鉄心１２の一方の列の磁極のＳ極側の誘導子歯に流入 した磁束が、永久磁石１８を介して隣合うＮ極側の誘導子歯に流入した後、この Ｎ極側の誘導子歯から鉄心１２の内部を軸方向に沿って導かれ、この鉄心１２の 他方の列の磁極のＳ極側の誘導子歯から永久磁石１８を介して隣合う誘導子歯か ら流出する。そして、対向する二次側ロータ１０の磁性部材１４の極歯へ流入し た後、この磁性部材１４の内部を軸方向に沿って導かれ、一次側ステータ１１の 鉄心１２の一方の列の磁極に戻る。

【００１８】 なお、上記第１実施例においては、一次側ステータ１１に二つの鉄心１２，１ ３を設けた２相モータについて説明したが、この２相モータに限定されるもので はなく、３相、５相…と相数を増やしてもかまわない。この場合、３相モータの 場合は鉄心間の位相差はＰ／３になり、５相モータの場合はＰ／５になる。以下 、Ｐ／ｎになる。 また、上記実施例においては、二次側ロータ１０の各極歯を全て同相にして、 一次側ステータ１１の各磁極に位相差を持たせたが、この関係を逆にしても良い 。

【００１９】 また、上述した第１実施例によるリニアパルスモータの駆動方法としては、前 述したパルス励磁以外に、交流によって駆動しても構わない。この場合、図８に 示すように、互いに位相が９０度ずれたＡ相電流ＩａとＢ相電流Ｉｂを、コイル １６とコイル１７に各々供給すればよい。これにより二次側ロータ１０が連続的 に回転する。

【００２０】 次に、この考案の第２実施例について説明する。上述した第１実施例において は、インナ・ロータ型の回転型パルスモータに適用した場合であったが、この第 ２実施例はアウタ・ロータ型パルスモータに適用したものである。この場合も第 １実施例と同様も軸方向に磁気回路が形成される。以下、図９および図１０を参 照してその構成を説明する。

【００２１】 これらの図において、２０は円筒形状の二次側ロータであり、その回転方向に 沿って一定間隔Ｐ／２で歯部２０ａ，２０ａ，…と凹溝２０ｂ，２０ｂ，…とが 交互に形成され、各凹溝１２ｂには隣合うもの同志の極性が互いに逆方向となる ように永久磁石２１，２１，…が各々挿入配置されている。２３は一次側ステー タを構成する第１の鉄心であり、二次側ロータ２０と一定の間隙Ｇを隔てて各々 対向する２列の誘導子歯２３Ａａ〜２３Ｊａおよび２３Ａｂ〜２３Ｊｂと、２列 の誘導子歯２３Ａａ〜２３Ｊａおよび２３Ａｂ〜２３Ｊｂの間に嵌装された環状 のコイル２５とから構成されている（図１０参照）。２４は一次側ステータを構 成する第２の鉄心であり、上記第１の鉄心２３と同様に、二次側ロータ２０と一 定の間隙Ｇを隔てて各々対向する２列の誘導子歯２４Ａａ〜２４Ｊａおよび２４ Ａｂ〜２４Ｊｂと、２列の誘導子歯２４Ａａ〜２４Ｊａおよび２４Ａｂ〜２４Ｊ ｂの間に嵌装された環状のコイル２６とから構成されている。

【００２２】 ここで、二次側ロータ２０の同極に磁化された各歯部２０ａの間隔はＰとなり 、第１の鉄心２３の誘導子歯２３Ａａに対して、他の誘導子歯２３Ｂａ〜２３Ｊ ａは順次Ｐの変位を有して配置され、これにより、第１の鉄心２３の誘導子歯２ ３Ａａ〜１４Ｊａは互いに位相が３６０度ずつ異なった位置関係となっている。 同様に、第２の鉄心２４の各誘導子歯２４Ａｂ〜２４Ｊｂも互いに位相が３６０ 度ずつ異なった位相関係となっている。さらに、第１の鉄心２３の各誘導子歯２ ３Ａａ〜２３Ｊａに対して第２の鉄心２４の各誘導子歯２４Ａｂ〜２４ＪｂはＰ ／２の位相差を有して配置されている。 このような構成においても、上述した第１の実施例で説明した動作原理で二次 側ロータ２０が回転する。

【００２３】 また、この考案は、上述した実施例に限定されることなく、以下に挙げる種々 の変形が可能である。 （１）一次側ステータ１１に、二次側ロータ１０に対する相対移動量を検出す るセンサを設け、サーボモータとして駆動させるようにしてもよい。 （２）コギングの除去、もしくは推力波形歪の改善のために、スキュー構造と したり、同一極内における若干のピッチずらし（スキュー）を施しても構わない 。

【００２４】

【考案の効果】

以上説明したように、この考案によれば、円柱状の一次側磁束発生部と、前記 一次側磁束発生部が内周側に挿入配置され、前記一次側磁束発生部に対して回転 自在に支持された二次側とを有してなる回転型パルスモータであって、前記二次 側は、内周面に回転方向に沿って一定間隔Ｐで各々配列され、かつ互いに前記回 転方向へ同じ変位を有する２列の極歯が形成された磁性部材を、前記一次側磁束 発生部の軸方向に沿って複数個前記回転方向へ順次同じ変位を有して配置し、前 記一次側磁束発生部は、前記二次側の各極歯の端面と一定の間隙を隔てて対向し 、外周側に前記二次側の回転方向に沿って等間隔Ｐ／２で歯部と溝部とを交互に 形成し、各歯部の極性が交互に反転するように前記各溝部に各々永久磁石を挿入 配置され、かつ互いに前記回転方向へＰ／２の変位を有する２列の磁極を有する 鉄心を軸方向に沿って複数個配設すると共に、前記各鉄心の２列の磁極間に環状 のコイルが各々嵌装され、さらに、前記各鉄心を前記回転方向へ順次前記各鉄心 の数に応じた位相差を有して配置し、前記一次側ステータの複数の鉄心の内のい ずれかに嵌装された環状のコイルに電流を流した場合に、その鉄心の一方の列の 磁極のＳ極側の誘導子歯に流入した磁束が、永久磁石を介して隣合うＮ極側の誘 導子歯に流入した後、このＮ極側の誘導子歯から鉄心の内部を軸方向に沿って導 かれ、該鉄心の他方の列の磁極へ流入し、そして、Ｓ極側の誘導子歯から永久磁 石を介して隣合う誘導子歯から流出した後、対向する二次側の磁性部材の極歯へ 流入し、該磁性部材の内部を軸方向に沿って導かれて一次側ステータの鉄心の一 方の列の磁極に戻る主磁束ループが形成されるようにしたので、以下に記載する 効果が得られる。 磁束が軸方向に流れるので、従来のように、磁束が各永久磁石間を軸心へ向っ ては流れず、各永久磁石間のつけ根の部分の面積に制限されることがない。この 分、磁束量を多く得ることができ、大きなトルクを得ることができる。 コイル数は相数分（実施例では２本）のみで良いので、コストの低減が図れる 。 コイル形状はリング形となるので、整列巻きが行い易く、これにより占積率が 高くなり、機械巻きも容易に行うことができる。 二次側ロータ内を通る磁束は外周全域を通るので、磁束密度が低くなることか ら、二次側ロータの厚さを薄くすることができ、低イナーシャ化および小形化が 図れる。

【００２５】

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の第１実施例の磁気回路構成を示す正
面図である。

【図２】この考案の第１実施例の磁気回路構成を示す側
断面図である。

【図３】この考案の第１実施例の一部分の形状を説明す
るための平面図である。

【図４】この考案の第１実施例を動作させるための励磁
パターンを示す側断面図である。

【図５】この考案の第１実施例を動作させるための励磁
パターンを示す側断面図である。

【図６】この考案の第１実施例を動作させるための励磁
パターンを示す側断面図である。

【図７】この考案の第１実施例を動作させるための励磁
パターンを示す側断面図である。

【図８】この考案の第１実施例を交流で駆動する場合の
駆動電流波形図である。

【図９】この考案の第２実施例の磁気回路構成を示す正
面図である。

【図１０】この考案の第２実施例の磁気回路構成を示す
側断面図である。

【図１１】従来の回転型パルスモータの磁気回路構成を
示す正面図である。

【図１２】従来の回転型パルスモータの問題点を説明す
るための一部分を拡大した正面図である。

【符号の説明】

１０ 二次側ロータ（二次側） １１ 一次側ステータ（一次側磁束発生部） １２ 第１の鉄心 １２Ａａ〜１２Ｙａ、１２Ａｂ〜１２Ｙｂ 誘導子歯 １３ 第２の鉄心 １３Ａａ〜１３Ｙｂ、１３Ａｂ〜１３Ｙｂ 誘導子歯 １４ 第１の磁性部材（磁性部材） １４Ａａ〜１４Ｙａ，１４Ａｂ〜１４Ｙｂ 極歯 １５ 第２の磁性部材（磁性部材） １５Ａａ〜１５Ｙｂ，１５Ａｂ〜１５Ｙｂ 極歯 １６,１７ コイル １８ 永久磁石

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 円柱状の一次側磁束発生部と、前記一次
   側磁束発生部が内周側に挿入配置され、前記一次側磁束
   発生部に対して回転自在に支持された二次側とを有して
   なる回転型パルスモータであって、前記二次側は、内周
   面に回転方向に沿って一定間隔Ｐで各々配列され、かつ
   互いに前記回転方向へ同じ変位を有する２列の極歯が形
   成された磁性部材を、前記一次側磁束発生部の軸方向に
   沿って複数個前記回転方向へ順次同じ変位を有して配置
   し、前記一次側磁束発生部は、前記二次側の各極歯の端
   面と一定の間隙を隔てて対向し、外周側に前記二次側の
   回転方向に沿って等間隔Ｐ／２で歯部と溝部とを交互に
   形成し、各歯部の極性が交互に反転するように前記各溝
   部に各々永久磁石を挿入配置され、かつ互いに前記回転
   方向へＰ／２の変位を有する２列の磁極を有する鉄心を
   軸方向に沿って複数個配設すると共に、前記各鉄心の２
   列の磁極間に環状のコイルが各々嵌装され、さらに、前
   記各鉄心を前記回転方向へ順次前記各鉄心の数に応じた
   位相差を有して配置したことを特徴とする回転型パルス
   モータ。
2. 【請求項２】 前記一次側磁束発生部の鉄心の数が２個
   の場合はこれら鉄心間の位相差をＰ／４とし、３個の場
   合はこれら鉄心間の位相差をＰ／３とし、５個の場合は
   これら鉄心間の位相差をＰ／５とし、以下個数ｎに応じ
   てＰ／ｎとすることを特徴とする請求項１記載の回転型
   パルスモータ。
3. 【請求項３】 前記二次側の各極歯の配列と前記一次側
   磁束発生部の各磁極の配列とを互いに逆の配列関係にし
   たことを特徴とする請求項１または請求項２いずれかの
   項記載の回転型パルスモータ。