JPH04161050A - 棒状ステッピングモータ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、紙送りローラ、プラテン、感光体ドラム、定
着ローラ等に使用される棒状ステッピングモータに関す
る。

［従来の技術］ 紙送りローラやプラテン等の内部に組込まれ、紙送りロ
ーラやプラテンを一種のロータとして回転させる外転形
細長モータとしては、ロータ内部に位置検出手段を備え
たトランジスタモータが使用されていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしこの従来装置は位置検出手段をロータ内部に組込
んでいるため、構造や配線が複雑化する問題があった。

また駆動回路部の構成も複雑化する問題があった。

そこで本発明は、構造が簡単で製造が容易となり、しか
もロータ部を精度よく確実に回転できる棒状ステッピン
グモータを提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 請求項（１）対応の発明は、円周部に軸方向に長尺な３
ｎ（ｎ＝１、２，・・・）個のポールを略等間隔に形成
したステータコアと、このステータコアの一部の隣接す
るポールに対して互に異極となるように巻装されたＡ相
コイルと、ステータコアの残りのポールに対して巻装さ
れかつ直列接続されたＢ相コイルと、ステータコアの外
周に内周か対向するように設けられ、その内周面に周方
向にＳ極とＮ極を対とする複数対のマグネットを配置【
また軸方向に長尺な円筒状ロータからなるものである。

請求項（２）対応の発明は、請求項（１）対応の発明に
おいて、円筒状ロータは、Ｓ極とＮ極を対とする複数対
のマグネットを軸方向の複数箇所において所定幅で不連
続に形成し、かつ周方向に磁極を段階的にずらして配置
したものである。

請求項（３）対応の発明は、請求項（１）又は（２）対
応の発明において、Ａ相コイル及びＢ相コイルの巻線比
を略２＋ｆ丁としたものである。

請求項（４）対応の発明は、請求項（１）　、　（２）
又は（３）対応の発明において、ステータコアは、少な
くとも各ポール面を非磁性体で被覆し、この非磁性体面
を円筒状ロータ内面との摺接面としたものである。

請求項（５）対応の発明は、請求項（４）対応の発明に
おいて、ステータコアは、中間部に端部の外径よりも若
干外径の小さい部分を少なくとも１箇所設けたものであ
る。

請求項（８）対応の発明は、請求項（４）対応の発明に
おいて、ステータコアは、円筒状ロータ内面と摺接する
部分の非磁性体を肉厚としたものである。

請求項（７）対応の発明は、請求項（１）　、　（２）
又は（３）対応の発明において、ステータコアは、少な
くとも両端部に非磁性金属からなるリング又はＣリング
を取付け、このリング外周面を円筒状ロータ内面との摺
接面としたものである。

［作　用］ このような構成の本発明においては、Ａ相コイル及びＢ
相コイルへの電流の通電量及び通電方向を制御すること
によって、円筒状ロータはステータコアの周囲をステッ
ピング回転するようになる。

また、マグネットを軸方向の複数箇所において所定幅で
不連続に形成し、かつ周方向に磁極を段階的にずらして
配置することにより、ミニアングルのデイテントトルク
安定点を得ることが可能となる。

また、ステータコアは非磁性体を介してロータの内周面
と摺接するので、ロータは安定して回転する。

またステータコアは非磁性金属からなるリング又はＣリ
ングを介してロータの内周面と摺接するので、この場合
もロータは安定して回転する。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図及び第２図に示すように、シャフト１に６スロツ
トの打抜きコアを棒状に積層した長尺なステータコア２
を固定している。

前記ステータコア２は６極構成で、各ポール２□、２２
　＋　　２３　＋　　２ａ　、２５．２ｂにはＡ相コイ
ル３とＢ相コイル４が所望の関係で巻装されている。す
なわちＡ相コイル３はポール２１とこのポール２．に隣
接するポール２２、さらにポール２１と対向するポール
２４とこのポール２４に隣接するポール２５にそれぞれ
相等しい巻数で、かつ隣接するポールが異極となるよう
に巻装されたコイルを直列に接続して構成され、またＢ
相コイル４はポール２６とこのポール２６と対向するポ
ール２３にそれぞれＡ相コイルの各ポールにおける巻数
に対して約ｆ］倍の巻数で巻装されたコイルを直列に接
続して構成されている。

前記ステータコア２の外周面を例えば樹脂等からなる非
磁性体５で被覆している。この被覆は例えば各ポール２
１〜２６の面のみ被覆であっても、またステータコア２
の外周面全体を樹脂チューブで被覆しても、さらにはス
ロット部分も含めてステータコア２の外周面全体を樹脂
で被覆してもよい。

前記シャフト１に固定されたステータコア２は、円筒状
ヨーク６の内周に、その周方向にＳ極とＮ極を対とする
４対、すなわち８極に着磁されたマグネット７を配置し
た軸方向に長尺な円筒状ロータ８内に収納されるように
なっている。このとき非磁性体５の面かロータ８の内周
面、すなわちマグネット７の内周面に摺接するようにな
っている。

このような構成の本装置においては、ステータコア２と
マグネット７の着磁極性が第３図の（ａ）に示す位置関
係にある状態でＡ相コイル３を通電し、Ｂ相コイル４を
非通電にすると、ポール２１゜２４がＮ極、ポール２２
．２５がＳ極となりロータは静止状態に安定する。すな
わちＡ相のＮ極とＡ相のＳ極に働く回転力は大きさが等
しく方向が反対となるためである。

またＢ相のポール２３．２６は無励磁のためマグネット
７の磁束によるデイテンシカのみ作用するが、その停止
位置はＮ極とＳ極が均等に分布しているので回転力は発
生しない。

この状態で人相の電流を半減させ、Ｂ相の電流を最大値
の１／２にすると、Ｂ相のポール２３゜２ｂで時計方向
の回転力が発生し、人相のポールによる反時計方向の回
転力とつり合う位置までロータ８は回転し第３図の（ｂ
）に示す位置で静止することになる。このときの回転角
θは約１１．２５’となる。

この状態でＡ相の電流をゼロとし、Ｂ相の電流を最大値
にすると、ロータ８は最初の位置から約２２．５”時計
方向に回転して第３図の（ｃ）に示す位置で静止するこ
とになる。すなわちＢ相のポール２３．２６とロータ（
マグネット７）８のＳ極が］：１の対向状態となる。こ
の位置が相切換え毎の基本ステップ位置となる。

この状態でＡ相の電流を逆方向に最大値の１／２とし、
Ｂ相の電流を最大値の１／２にすると、ロータ８は最初
の位置から約３３．７５°時計方向に回転して第３図の
（ｄ）に示す位置で静止することになる。

このようにＡ相とＢ相の電流値と方向を切換えることに
より、基本ステップ角が２２．５″のステッピングモー
タとして動作し、電流値を中間値で細かく変化させれば
任意のマイクロステップ駆動か可能となる。

なお、前記において人相の電流値を最大値の１／４とし
、Ｂ相の電流を最大値の３／４にすれば１１．２５°と
２２，５°の中間角度で停止できることは勿論である。

また電流レベルを多段階、例えば１２８段階に切換えれ
ば０．１７６＠のマイクロステップが可能となる。

このような人相とＢ相の電流値と方向を切換える制御は
周知の駆動ＩＣを使用して極めて容易に実現できる。

またマイクロステップ駆動では、マグネットの磁束によ
り発生するデイテントトルクはできるだけ小さくするこ
とが望ましく、これが大き過ぎると滑らかな回転が得ら
れなくなるだけでなく、その停止位置も等間隔にならな
くなる。この点本実施例のモータは無視できる程度にマ
グネットの磁束により発生するデイテントトルクを小さ
くできる。

こうしてマイクロステップの停止位置精度かよく、しか
も高トルクで定速性に優れ、かつ精度よく確実で滑らか
な回転を行う棒状のステッピングモータか実現できるこ
とになる。しかも位置検出手段等を設ける必要がなく構
造が簡単で製造か容易となる。

なお、デイテントトルクを小さくする方法ではできるだ
けポール数を増やすことが有効であるか、棒状のモータ
の場合はその数を増やせばポールにコイルを巻装するこ
とが著しく困難となり、かつターン数も大幅に減少させ
ることになり、この点でステータコアの極数を適当に選
択する必要かある。

またステータコア２の外周面を非磁性体５で被覆し、そ
の非磁性体５の表面をロータ８の内周面に摺接させる構
成としているので、ベアリング等を使用する必要がなく
構成が簡単で組み立てが容易となる。またステータコア
がたわむために発生するステータコアとロータの接触、
異常振動、騒音等を防止できる。

また、ステータコア２に被覆された非磁性体５とロータ
８との間に潤滑グリースを付ければ摩擦ロスを減少でき
長寿命化を図ることかできる。

なお、マグネット７を軸方向の複数箇所において第４図
に示すように、所定幅Ｔで不連続に形成し、かつ周方向
に磁極を少しずつ段階的にずらして配置する構成にして
もよい。このようにすることによってデイテントトルク
をさらに小さくでき、またステップ角をさらに小さくで
きる。例えば本実施例のように８磁極のマグネット７と
６ポールのステータコア２を使用して場合、１５″毎に
デイテントトルクの安定点ができることになるが、これ
を１０段ずらして着磁することにより１．５°毎のミニ
アングルのデイテントトルク安定点を得ることができる
。これによりステータやマグネットの磁極ピッチがラー
ジアングルとなっているにもかかわらず安定したミニア
ングルでの停止、起動が可能となる。

また、ステータコア２に非磁性体５を被覆した全体の構
成を、第５図に示すように中央部の外径すを端部の外径
ａよりも若干小さくしたり、第６図に示すように各端部
と中央部との間の２箇所の外径すを端部や中央部の外径
ａよりも若干小さくしたり、さらには第７図に示すよう
に中間部全体の外径すを端部の外径ａよりも若干小さく
すれば、非磁性体５とロータ８との間に付着された潤滑
グリースの流出を防止できる。またロータ８の安定点が
中央部にでき横方向の振動も防止できる。またこのよう
にすればロータ８に摺接する非磁性体５の厚さを肉厚に
することが可能となり、長寿命化を図ることができる。

また第８図及び第９図に示すようにステータコア２の両
端部にＣ形の非磁性体リング９．１０を嵌め込み、この
リング９，１０の外周面をロータ８のマグネット７の内
周面に摺接させるようにしてもよい。なお、この場合Ｃ
形すングでなく通常のＯ形すングを使用してもよい。

このようにすれば中央部に十分な潤滑グリースの溜まり
部が形成でき、また摺動部のＣ形すング９．１０上には
ロータ８側に付いたグリースが下方のクリアランス部よ
り侵入するので、良好な潤滑面が形成されることになる
。また製造がより簡単となりコスト低下を図ることがで
きる。

なお、前記実施例では６極構成のステータコアを使用し
、対称位置の２つのポールを同極としたが必ずしもこれ
に限定されるものではなく、対称位置にある２つのポー
ルの一方を無（Ｌ、テ３極構成としてもよい。なお、こ
の場合３極が等間隔に配置されるのは勿論である。

このようにした場合、トルクが若干減少するが、ポール
に巻装するコイルのターン数を大幅に増やすことができ
、また巻線や絶縁処理の作業が極めて容易となる。従っ
てモータ全体の外径を小さくすることが容易に実現でき
る。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、構造が簡単で製造
が容易となり、しかもロータ部を精度よく確実に回転で
きる棒状ステッピングモータを提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿った横
断面図、第３図はモータの回転原理を説明するための図
、第４図乃至第９図は本発明の他の実施例を示すもので
、第４図はマグネットの磁極配列を示す部分図、第５図
乃至第７図はステータ部の側面図、第８図は縦断面図、
第９図は第８図のＢ−Ｂ線に沿った横断面図である。 ２・・・ステータコア、 ３・・・Ａ相コイル、 ４・・・Ｂ相コイル、 ５・・・非磁性体、 ７・・・マグネット、 ８・・・円筒状ロータ、 ９．１０・・・Ｃ形すング。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 り１ 第２図 （ａ） （ｃ） 第　３ （ｂ） （ｄ） 図 第５図 第６図 第８図 手続補正帯 平成　軸、先１１日

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）円周部に軸方向に長尺な３ｎ（ｎ＝１、２、・・
   ・）個のポールを略等間隔に形成したステータコアと、
   このステータコアの一部の隣接するポールに対して互に
   異極となるように巻装されたＡ相コイルと、前記ステー
   タコアの残りのポールに対して巻装されかつ直列接続さ
   れたＢ相コイルと、前記ステータコアの外周に内周が対
   向するように設けられ、その内周面に周方向にＳ極とＮ
   極を対とする複数対のマグネットを配置した軸方向に長
   尺な円筒状ロータからなることを特徴とする棒状ステッ
   ピングモータ。
2. （２）円筒状ロータは、Ｓ極とＮ極を対とする複数対の
   マグネットを軸方向の複数箇所において所定幅で不連続
   に形成し、かつ周方向に磁極を段階的にずらして配置し
   たことを特徴とする請求項（１）記載の棒状ステッピン
   グモータ。
3. （３）Ａ相コイル及びＢ相コイルの巻線比を略２：√３
   としたことを特徴とする請求項（１）又は（２）記載の
   棒状ステッピングモータ。
4. （４）ステータコアは、少なくとも各ポール面を非磁性
   体で被覆し、この非磁性体面を円筒状ロータ内面との摺
   接面としたことを特徴とする請求項（１）、（２）又は
   （３）記載の棒状ステッピングモータ。
5. （５）ステータコアは、中間部に端部の外径よりも若干
   外径の小さい部分を少なくとも１箇所設けたことを特徴
   とする請求項（４）記載の棒状ステッピングモータ。
6. （６）ステータコアは、円筒状ロータ内面と摺接する部
   分の非磁性体を肉厚としたことを特徴とする請求項（４
   ）記載の棒状ステッピングモータ。
7. （７）ステータコアは、少なくとも両端部に非磁性金属
   からなるリング又はＣリングを取付け、このリング外周
   面を円筒状ロータ内面との摺接面としたことを特徴とす
   る請求項（１）、（２）又は（３）記載の棒状ステッピ
   ングモータ。