JPH04229063A

JPH04229063A - リニア−ロータリー組合せ直接駆動ステップモータ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH04229063A
Application number: JP3216093A
Authority: JP
Inventors: Robert Hammer; ロバート　ハマー
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1990-10-24
Filing date: 1991-08-01
Publication date: 1992-08-18
Also published as: US5093596A; US5315751A; EP0482321A1

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は概して、直線運動と回転
運動の両方を提供するためのモータに係るものである。より詳細には、本発明は、無制限回転運動と所定範囲に
わたる、例えばロータシャフトの前後軸の部分に沿う、
ステップ状直線運動を共に提供することが可能なリニア
−ロータリー組合せ直接駆動ステップモータに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ロボット工学に適用する場合、ロボット
アームに取り付けられるエンドエフェクタ（即ち、バキ
ュームピックアップ装置、等）に回転運動と直線運動を
共に行なうことがしばしば必要となる。これらの複式運
動は典型的には、モータ、リンケージ及び水圧又は空気
圧シリンダ等のある組み合わせを使用することによって
得られる。これらの運動が対象物に接近することによっ
て、分解能、感度及び操作速度が増加される。エンドエ
フェクタの直接駆動位置決めを提供するために、回転及
び直線の機能がロボットアームの端部に取り付けられた
単一の小型ハウジングで結合できるのであれば、機構（
メカニズム）の複雑性及びサイズは大幅に減少される。

【０００３】回転運動又は直線運動のどちらか一方を行
なう（単一のハウジングを用いて両運動を組合せたもの
ではない）ための多くの技術及び装置が知られており、
例えば、アメリカ特許第３４４１８１９号及び同第３４
５３５１０号でもこれらの技術及び装置について述べら
れている。

【０００４】前述のアメリカ特許第３４４１８１９号で
は、小さく離散的な直線状ステップを行なうために積層
状ステータを備えた中実アーマチュア（可動部）を用い
た往復運動するリニアモータが述べられている。直線運
動を行なわせるためにここに述べられている技術は、ス
テータと共働するロータの回転に依存するものであり、
これらのステータ及びロータには、それぞれ歯が形成さ
れており、また、一方の歯は径方向面にあって、他方の
歯はらせん状の通路にある。ステータの駆動によりロー
タは直線状に移動する。

【０００５】前記アメリカ特許第３４４１８１９号で必
要とされるらせん状のネジ山のために、積層状ロータが
使用できない。これは、高渦電流損失が非積層状ロータ
の使用の結果発生されると思われているために、問題で
ある。かかる損失は、ステッパモータを高速度で作動す
るための能力に影響を及ぼす。

【０００６】前述のアメリカ特許第３４５３５１０号で
は、リニアモータとロータリーモータの両方が別々に述
べられている。リニアモータはステータに切削されたら
せん状歯を利用する。ロータ及びステータは中実（積層
状でない）である。このモータ製造は、積層によって製
造されるモータと比較すると、多くの費用が掛かり、且
つ、前述の渦電流損失問題は未解決のままである。

【０００７】カリディス（Ｋａｒｉｄｉｓ　）及びポウ
レットコー（Ｐａｗｌｅｔｋｏ）は、「ラジアル−ポー
ルリニア磁気抵抗モータ（Ａ　Ｒａｄｉａｌ−Ｐｏｌｅ
　Ｌｉｎｅａｒ　Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ　Ｍｏｔｏｒ　
）」と題する論文において、直線運動のみを行なうため
の複合二重らせん構造を利用する可変磁気抵抗モータを
教示している。このリニアモータは、経済的、且つ、大
量生産が可能であるように、従来のロータリー可変磁気
抵抗モータのステータアセンブリと物理的に同様な積層
状のアーマチュアアセンブリを利用している。

【０００８】前述のカリディス及びポウレットコーによ
って教示されたモータのステータバーは、表面に二重の
螺旋状の溝を有する円形のシャフト又はチューブから成
る。従来のリニアモータデザインによる外部ローラベア
リングは除去されて、アーマチュアアセンブリとステー
タシャフトとの滑り接触がとって代わっている。

【０００９】しかしながら、カリディス及びポウレット
コーによって教示された二重らせん状の溝構造の製作は
困難である。さらに、アーマチュアアセンブリは積層状
ではあるが、カリディス及びポウレットコーによって教
示されたロータは、教示のモータが前述の高渦電流損失
等を受けやすい中実形（即ち、積層形状ではない）であ
ることが必要である。

【００１０】一個のハウジング内で回転運動及び直線運
動を共に提供する従来技術の機構も知られている。例え
ば、アメリカ特許第４１９７４８８号では、単一のハウ
ジングを利用して、所望の階段状直線運動と無制限回転
運動とを組合せたモータが述べられている。しかしなが
ら、渦電流損失及び製造コストに関する上述の問題は、
かかるアメリカ特許によって解決されるものではない。かかるアメリカ特許で使用されるステータ及びアーマチ
ュアのどちらも積層形成（らせん状の歯が使用される）
によるものではない。

【００１１】アメリカ特許第３７４５４３３号において
、かかる運動を提供することが可能な位置決め機構が述
べられる。ここに述べられる位置決め機構では、電磁気
デバイスではなくて、電気力学的デバイス（可動コイル
）が利用される。これは、多数のパルスによって位置決
め制御されるステップモータではなく、回転位置及び直
線的位置の符号化が要求される。これは、ラックとピニ
オンギヤでドライブ装置に結合される電位差計を使用す
ることによって達成される。

【００１２】回転運動及び直線運動の所望の組合せを提
供する任意のモータの直接駆動ステッパモータをベース
にした機構は、上記の符号化、電位差計、ラックとピニ
オンギヤ、等の必要性を除去するのに有効である。

【００１３】アメリカ特許第３３７６５７８号では、チ
ャート・プロッタ（作図装置）及び他の装置を駆動する
ための２軸（ｘ−ｙ）位置決め装置が述べられている。かかる装置は、機械的組合せのないプラテン上のエアベ
アリングで浮動するマーカー装着ヘッドを含む。ヘッド
の複数の電磁石と、磁気プラテン上で、所望の場合は同
時に両軸に沿って、ヘッドを移動させるために、電磁石
を選択的に励磁する手段とが述べられる。

【００１４】このアメリカ特許には、プラテンに設けら
れ、運動が所望される表面上の第１の軸及び第２の軸を
画定すると共に、磁気材料区域を囲む非磁気材料のグリ
ッドを使用することが、教示されている。

【００１５】平面での運動を提供するためにステッパモ
ータを利用しているこのアメリカ特許の装置は電磁石で
あるが、回転運動及び直線運動の両運動の所望の組合せ
を可能とするための所望の自由度を提供するものではな
い。さらに、この特許によって教示されたプラテンの特
定の「ワッフルボード（ハチの巣ボード）」の配列を製
造することは複雑で、非積層形状なので、上記の高渦電
流損失、最大ステッピング速度の低下に対する可能性を
増加させる。

【００１６】ヒグチ等（Ｈｉｇｕｃｈｉ　ｅｔ　ａｌ　
）による、１９８８年６月に開催された第１２回年次モ
ータ−コン’８８コンファレンスの公式会報（Ｏｆｆｉ
ｃｉａｌ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔ
ｗｅｌｆｔｈ　Ａｎｎｕａｌ　Ｍｏｔｏｒ−Ｃｏｎ　’
８８　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，　Ｊｕｎｅ　１９８８）
発行の論文によると、無制限回転運動を提供するための
磁気サスペンションタイプのモータエレメントが教示さ
れている。さらに直線運動形態が提供されている（直線
スラスト）。

【００１７】ヒグチ等のロータエレメントは、実質的に
固定直線的位置（即ち、直線的にステップできないとこ
ろからの位置）に対しロータシャフトの軸に沿って長手
方向にスラストがかけられる（ステップされない）。ロ
ータエレメントは、シャフトを中央に位置決めするため
に固定された径方向位置に磁気的に支持される。従って
、ヒグチ等の先行技術は無制限回転運動と組合された直
線運動（スラスト）の形態を提供するモータを教示して
はいるが、無制限回転運動と組合された既定範囲にわた
る所望の直線ステッピング能力は開示されていない。

【００１８】前記のすべての点を考慮すると、既定範囲
にわたってステップ状直線運動と組合された無制限回転
運動を行なうことのできるリニア−ロータリー組合せ直
接駆動ステップモータを提供することが望ましい。さら
に、上述の渦電流損失及びステッパモータ速度問題を最
小限に抑え、且つ製造コストを最小限度に保つために、
積層状のコアを用いて一個の小型ハウジングにかかるモ
ータを製造するのを可能にすることが望ましい。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ギヤ
、ラックとピニオン等を使用せずに、無制限回転運動及
び既定範囲にわたるステップ状直線運動を共に提供する
ための小型のリニア−ロータリー組合せ直接駆動ステッ
プモータを提供することである。

【００２０】さらに本発明の目的は、回転運動及び／又
は（上述の既定範囲内で）直線運動の任意の組合せを完
成させるために、リニアセクションとロータリーセクシ
ョンのステータコイルが別々に励磁されることが可能な
リニア−ロータリー組合せ直接駆動ステップモータを提
供することである。

【００２１】本発明のさらに別の目的は、一個のハウジ
ング内で共通シャフトを共有するリニアステップモータ
部分とロータリーステップモータ部分を有するリニア−
ロータリー直接駆動ステップモータを提供することであ
る。

【００２２】本発明のなおまた別の目的は、ロータリー
モータに使用される同一製造機械類によって容易に大量
生産のできるリニア−ロータリー組合せ直接駆動ステッ
プモータを提供することである。特に、本発明の目的は
、大量生産が可能な薄い磁気シート材料を積層状にする
こと、例えば、よく知られているスタンピング技術、を
利用して、上述の目的によって想定されるモータを製造
するための技術を提供することである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の一実施例による
と、リニア−ロータリー組合せ直接駆動ステップモータ
は、円筒形状の可変磁気リニアステップモータと、変形
ハイブリッド永久磁石ロータリーステップモータと、さ
らに前記リニアステップモータと前記ロータリーステッ
プモータとによって共有される共通シャフトと、を含ん
でいる。

【００２４】さらに、本発明の好ましい一実施例による
と、上述のステップモータは一個の小型ハウジング内で
組合されており、歯の配列を除くと互いに非常に類似し
ている。特に、ロータリーモータの歯は、（先行技術の
ロータリーステップモータのように）ステータポールと
ロータの面回りに周囲円周上で離間配置され、一方、モ
ータのリニア部分において、歯はステータポールとロー
タの面に沿って長手方向に離間配置される。こうした歯
の配置を除けば、新式モータのロータリー部分とリニア
部分のステータポールは同一形状である。

【００２５】なおまた、本発明の上述の好ましい実施例
によると、両モータセクションのステータ及びロータは
、ステッピング速度を増加させて渦電流損失を減少させ
るために積層状であり、両モータセクションのステータ
コイルは分離されて、互いに別々に励磁できるので、回
転運動又は直線運動の任意の組合せが可能となる。

【００２６】さらにまた、本発明の別の実施例によると
、ロータは積層ラミネーションからワッフルボードと同
様の形態に製造される。かかるモータは、ロータに磁石
が含まれず、可変磁気抵抗モータとして作動する。ロー
タのラミネーション（積層）は、回転運動及び直線運動
も共に同一である。従って、ロータは必要な長さにされ
るので、ストロークはステータ長によって限定されるも
のではない。

【００２７】本発明の好ましい実施例は、軸方向に分散
された位相を有する従来技術のリニアモータと比較して
、モータのリニア部分でステータ回りに位置決めされた
位相を使用することを特徴としている。かかる特徴によ
り、リニアモータのデザインは従来のロータリーステッ
プモータのステータのデザインと類似するので、ロータ
リーステップモータの製造に使用される同一機械類を、
リニアステップモータの製造に使用することが可能であ
る。

【００２８】さらに、本発明の好ましい実施例は、直線
運動を直接、即ち、ギヤ、ラックとピニオン等を必要と
せずに、行なうためのリニア−ロータリー組合せステッ
パモータと、新式モータの全体サイズを縮小するための
２つのモータセクションの一個のハウジングと、さらに
低コスト且つ既存の技術を利用して製造できるデザイン
の簡略化と、を特徴とするものである。

【００２９】なおまた、本発明の好ましい実施例は、ス
テッピング速度を増加させて渦電流損失を除去するため
に両モータセクションのステータ及びロータが積層状で
あるモータと、回転運動と直線運動を共に組合せること
のできるモータ（直線運動が可能であるところの既定範
囲によってのみ限定される）と、を特徴とする。

【００３０】上述の本発明の別の実施例は、エアベアリ
ングがモータの両端で支持するために使用されるように
、ロータが平滑面に機械加工される非磁気材料で充填さ
れているモータを特徴としている。さらに、本発明のか
かる変更実施例に従って、容易に大量生産の可能な積層
ラミネーションでモータを製造することもできる。

【００３１】本発明のこれらのならびに他の目的と特徴
は、添付の図面と組合せして以下に述べられる詳細な説
明を参照すれば、当業者によって理解されるだろう。

【００３２】

【実施例】本発明の好ましい実施例に従って、図１及び
図２は、共通シャフト１０２を３相の可変磁気抵抗リニ
アステップモータ１０３と共有する変形３相ハイブリッ
ド永久磁石ロータリーステップモータ１０１の一部を示
す図である。

【００３３】本発明に従って、図２に示されたこれらの
ステップモータは、例えば、ボルトで組合せされて一個
の一体物を形成しており、この一体物は、ここではしば
しば単一のハウジングと称され、両端部に位置決めされ
るエンドキャップ１０５、１０６を備えている。これら
のステップモータは、図示にある歯の配列以外は、非常
によく似ている。ロータリーステップモータ１０１の歯
は、例えば、図１及び図２に参照符号１１０及び１１１
によってそれぞれ図示されているようなステータ及びロ
ータの周囲の円周上で離間配置される。図１及び図２に
１０３で示されているモータのリニア部分における歯は
、例えば、図１及び図２に参照番号１２０及び１２１に
よってそれぞれ図示されているステータポール及びロー
タの面に沿って長手方向に離間配置される。

【００３４】歯を除けば、両モータセクションのステー
タポールは同一形状である。両モータセクションのステ
ータ及びロータは、高速度ステッピングでの渦電流損失
を減少するために積層状になっている。

【００３５】両モータセクション（セクション１０１、
１０３）のステータコイルは分離されて、互いに別々に
励磁できるので、回転運動又は直線運動の任意の組合せ
が可能となる。ロータリーステップモータのステータコ
イルは参照番号１３０によって、また、リニアステップ
モータのステータコイルは参照番号１３１によって、共
に図２に示される。２つのセクションの間の図１及び図
２に参照番号１５０で示されるスペーサによって、二組
のコイルに空間が与えられる。

【００３６】ロータリーモータは３６０°のフル回転が
可能である。しかしながら、本発明の別の実施例による
と、中空シャフトがある応用例において、配線の経路指
示等のために望ましいものである。この場合、回転は必
然的に限定されることになる。リニアストロークは、ス
テータ長によって制限される。

【００３７】モータシャフトは、回転且つその軸に沿う
移動が自由自在であるので、通常のボールベアリングア
センブリ又はローラベアリングアセンブリによって支持
されることはできない。必要な支持を行なうために、本
発明では、直線運動及び回転運動が同時に促進される自
己潤滑ジャーナルベアリングか、水圧（エア）ベアリン
グ、又はリニア−ロータリーベアリングの使用（エンド
キャップ１０５、１０６において）が想定される。かか
る装置は当業者には周知であり、本発明そのものの一部
を構成するものではない。

【００３８】ロータリーステップモータハイブリッド永
久磁石ステップモータの動作は周知である。一般に、一
つの位相のコイルがロータの歯を同相のステータの歯に
整合させるように励磁される場合、他の位相の歯は不整
合となる。他の任意の位相を励磁させると、その位相切
り換え順序と、コイル電流の方向に従う回転方向の回転
が生じ、一方、ステップサイズは位相数、ポール数、歯
の数によって決まる。さらに、ハーフステッピング及び
マイクロステッピングなどの他の方法は当該分野におい
てよく知られている。

【００３９】本発明によると、ハイブリッドロータリー
ステップモータ（リニアステップモータも同様）のステ
ータは、リニアストロークに適応するためにロータ長を
越えて（既定長さまで）軸方向に延出される。他のすべ
ての局面において、本発明の好ましい実施例によるハイ
ブリッドロータリーステップモータは、市販されている
ハイブリッドロータリーステップモータと同一であり、
モータのロータリー部分のステータラミネーションもす
べて同一である。

【００４０】ロータリーステップモータのステータ２０
１とロータ２０２のラミネーション２００の一つが図３
に示される。図面を参照して後述されるように、直線運
動を行なうために類似形状のステータのラミネーション
を用いることもできる。

【００４１】図１及び図２に示されたモータ（図３のラ
ミネーション２００と同様のラミネーションを用いて製
造された）は、３相のロータリーセクションを備えた１
２個のポールを有する。これらの位相は、図２では、Ａ
Ｒ　、ＢＲ　、ＣＲ　と称される。ポールは、単に図示
の目的によって、図３においてポール１〜１２として示
される。図３に表わされたタイプのラミネーションを用
いて製造される図１及び図２のモータは、例えば、４相
のロータリーステップモータとして配線されることは、
当業者には容易に理解されるものである。本発明の精神
及び範囲から逸脱することなく、多数のポールと位相の
他の組み合わせ方も可能である。

【００４２】リニアステップモータリニアストロークを提供するためのステップモータの種
々の変形は当業者にはよく知られている。例えば、３相
可変磁気抵抗リニアステップモータは、ウェストパブリ
ケーションカンパニー（Ｗｅｓｔ　Ｐｕｂｌｉｃａｔｉ
ｏｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ）による１９７２年発行の「Ｔｈ
ｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　
ｏｆ　Ｓｔｅｐ　Ｍｏｔｏｒｓ　（ステップモータの理
論及び応用）」の３１６〜３２６頁のポウレットコー（
Ｐａｗｌｅｔｋｏ）及びチャイ（Ｃｈａｉ）による論文
で教示されている。

【００４３】ポウレットコー及びチャイによって教示さ
れるリニアステップモータは図４に示されている。図４
に示されるステータ３０１は長方形状の積層状のシャフ
トである。ローラベアリングサスペンションによって支
持されて離間配置され、一対の積層状のＥ字形コア（３
０２、３０５）は、アーマチュアを構成し、ステータシ
ャフト３０１に沿って運動する。Ｅ字形コアに取り付け
られたコイル（図４のコイル３１０〜３１５）を連続的
に励磁させると、直線運動が加速される。

【００４４】前記のカリディス及びポウレットコーによ
る文献において、ラジアルポールリニア磁気抵抗モータ
は、その表面に二重のらせん状の溝を有する円形のステ
ータシャフトと、内部放射ポールを有する円筒状のアー
マチュアアセンブリと、から成るものとして示されてい
る。

【００４５】参照例として述べられているかかるモータ
は直線運動を提供するが、回転運動を考慮するものでは
ない。さらに、カリディス及びポウレットコーが教示し
たものは、上述された他の制限要因（二重らせん溝、高
渦電流損失の電位、等）を被るものである。

【００４６】本発明によると、新規のモータのリニアス
テップモータ部分が回転できるのは、上記で指摘したよ
うに、ロータリーモータセクションがリニアモータと同
一シャフト上で、互いに障害にならない運動を可能とす
る両モータのデザインと組み合わせられるからである。このように、回転によってリニア位置が影響されるもの
ではなく、リニア運動によって、ロータリー位置が影響
されるものでもない。

【００４７】さらに上記で示したように、本発明の重要
な特徴は、リニアモータのステータ及びロータの双方に
おける分離した位相の歯の形状である。本発明のよると
、リニアステップモータのステータ及びロータは積層状
に形成され、長手方向に配列された３つの別々の部分（
各相に１つ）を有する（図４に示されたポウレットコー
及びチャイによって教示されたリニアモータ）のではな
く、位相はステータの周囲に連続的に配列される。これ
は、図５（Ａ）によって示される。ステータの周囲に連
続的に位相を配置させることによって、リニアモータセ
クションの全長が減少される。

【００４８】再び、図５（Ａ）を参照すると、リニアス
テップモータのラミネーション４００は、ステータ４０
１の位相Ａ、Ｂ、及びＣと共に表わされている。これら
の位相は、図２に示される位相ＡＬ　、ＢＬ　、及びＣ
Ｌ　に対応している。ラミネーション４００のロータ部
分は図５（Ａ）の４０２で表わされる。

【００４９】図５（Ａ）に示される各位相に対し必要と
される縦方向のシフトは、位相によって上下するように
歯がスライトベンド（わずかな屈曲）を有するステータ
ラミネーション（ラミネーション４０１と同様）を形成
することによって得られる。ポール正面Ａ及びＣは、例
えば、図５（Ａ）の符号４０５、４０６で示されるよう
な「ベンド（屈曲）ライン」を有するものとして図５（
Ａ）に示される。

【００５０】図５（Ａ）に示された３相モータに関して
、１相（位相Ａ）の歯は、ラミネーションの厚さの三分
の一が上方へ屈曲される（変位される）。第２の相（位
相Ｂ）は直線歯を有し（図５（Ａ）に図示の位相Ｂポー
ル面にはベンドラインが示されていない）、一方、位相
Ｃはラミネーションの厚さの三分の一が下方へ屈曲され
た歯を有する。ロータの歯に対するステータの歯の位置
のかかる縦方向のシフトは、３相の各部分を示す図５（
Ｂ）に表わされている。特に、図５（Ｂ）に位相Ａベン
ドライン（その内の２つ）は４２０で図示され、位相Ｂ
ポール面（ベンドラインのない）は４２５で、さらに、
位相Ｃベンドラインは４３０で示される。

【００５１】ｎが３以上又はそれに等しい整数である場
合のｎ数の位相のあるリニアステップモータに関して、
各モータ位相と対応付けられる歯は、本発明によると、
ラミネーションの厚さのｎ分の一倍分が各周囲的に接す
るモータ位相の歯から長手方向に変位されることは、当
業者には容易に理解されるだろう。

【００５２】本発明の好ましい実施例によると、リニア
ステップモータの各ラミネーション４００は同一である
。かかるラミネーション４００の各々の間のスペーサは
、図６に図示のスペーサラミネーション５００によって
特徴が示される。さらに、スペーサラミネーションは互
いに等しい。

【００５３】さらに、ラミネーション４００及びラミネ
ーション５００の厚さは同一であるのが好ましい。図６
に図示のラミネーション５００の回転部分５０２の半径
は、図５（Ａ）に図示のロータ４０２の半径よりも、一
個のラミネーションの厚み分だけ小さい。図６に図示の
ラミネーション５００のステータ部分５０１のポール長
も同様に、図５（Ａ）に図示のステータ４０１のポール
長よりも、一個のラミネーションの厚み分だけ小さい。

【００５４】リニアステップモータの歯のピッチは、歯
とスペーサのラミネーションの厚さによって決定される
。図３及び図５（Ａ）と参照して理解できるように、ス
テータセクション２０１と４０１の全体形状は非常に類
似している。

【００５５】リニアモータから得られるステップサイズ
は、ラミネーションの厚さの関数である。ステップモー
タの典型的ラミネーションの厚さは、０．１２７ｍｍ（
０．００５　インチ）である。操作中に、一個（全体）
のステップによって、結果的にラミネーションの厚さの
三分の一、又は、０．１２７ｍｍ（０．００５　インチ
）に等しい移行が行なわれる。マイクロステッピングは
、結果として、それよりかなり小さなステップサイズと
なる。

【００５６】図５（Ａ）に示されたリニアステップモー
タの位相Ａのコイルを励磁するための磁気フラックス通
路は、図７に示される。図５（Ａ）のラミネーション４
００に対し示される位相Ａ〜Ｃは、図７のラミネーショ
ン６００に対し示される位相Ａ〜Ｃに相当する。この形
状によって、リニアモータの移行力は、図７に示される
数字の８の形状のループ６０１〜６０４として示される
モータの円周付近で等分に分散される。位相及びポール
の他の組み合わせも可能である。

【００５７】注意すべきことは、図１及び図２に表わさ
れるリニアステップモータのロータ部分が、位相ＡＬ　
、ＢＬ　、又はＣＬ　のどれかを適切に励磁することに
よって、何れかの方向で、ステータに対し上下運動可能
であることである。かかる技術は当業者には周知であり
、本発明それ自体の一部を構成するものではない。

【００５８】最後に、図８には、本発明のもう一つの実
施例が、モータ７００のロータ７０１が、積層ラミネー
ションによって、前述したアメリカ特許第３３７６５７
８号に対して説明されたものと同じワッフルボードと同
様な形状（図８の参照番号７０４の拡大部分にて図示）
に製造されることが示されている。

【００５９】モータ７００のロータリーセクション及び
リニアセクションのステータラミネーション７０２、７
０３はそれぞれ、図１及び図２に示されたロータリース
テップモータ１０１とリニアステップモータ１０３の各
ステータ部分と同一である。ロータリーステップモータ
及びリニアステップモータのステータ部分はそれぞれ、
図３及び図５の２０１と４０１で示される。ステータラ
ミネーション７０２、７０３は図８のスペーサ７５０に
よって離間配置されており、これは図１及び図２のスペ
ーサ１５０と同じ目的を果たすものである。

【００６０】ロータ７０１のラミネーションはそれぞれ
、図３に示されるロータラミネーション２０２と同一で
あり、スペーサによって互いに分離される。本発明によ
って想定されるスペーサは、図６について先に述べられ
たリニアステップモータに使用される図６の５０２に示
されたものと同じ種類のスペーサである。

【００６１】図８に示されたロータには磁石がない。モ
ータ７００は、可変磁気抵抗モータとして作動する。ロ
ータラミネーションは回転運動及び直線運動の両方に対
して同一であるので、ロータは特定の応用について実施
できる範囲で使用され、ストロークはステータ長によっ
て限定されるものではない。

【００６２】さらに、図８に表わされた本発明の別の実
施例によると、ロータ７０５の表面は、非磁気材料（エ
ポキシ等）によって充填されて、エアベアリングが図８
のエンドプレート７０７、７０８のモータの両端部で支
持するために使用できるように表面の平滑加工ができる
。

【００６３】上述のアメリカ特許第３３７６５７８号で
は、先に指摘した通り、高渦電流損失の可能性があり、
直線運動と回転運動の組合せ等を供給するものではない
、プレーナ形状の非積層ワッフルボード配列（積層ラミ
ネーションによる製造ではない）が示されている。しか
しながら、図８に示されたモータは、ストローク等に関
する前述の利点を提供すると共に、これらの問題を解決
する。

【００６４】先に述べた目的を充足させるリニア−ロー
タリー組合せ直接駆動ステップモータ及びかかるモータ
を製造するための技術については、上記で詳細にわたっ
て述べられてきた。前述した通り、こうした記述は図示
並びに説明のみのために示されたものであることは、当
業者によって認識されるだろう。本発明を開示された明
確な形式に対して使い尽くし、又は限定するように意図
されるものではなく、多くの修正及び変更は、上記教示
に照らして考えると可能である。

【００６５】ここに示された実施例及び具体例は、本発
明の原理及びその実際の応用を最良に説明するために提
示されたものであり、それによって、当業者は、想定さ
れる特定の使用に適した種々の実施例において、また、
種々の修正とともに本発明を最良に利用することができ
るものである。

【００６６】

【発明の効果】本発明のモータは上記のように構成され
ているので、ギヤ、ラックとピニオン等を使用せずに、
既定範囲にわたって無制限の回転運動及びステップ状直
線運動を共に供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例に従って、３相の可変
磁気抵抗リニアステップモータと共通シャフトを共有す
る改良された３相のハイブリッド永久磁石ロータリース
テップモータの一部分を示す図である。

【図２】本発明の好ましい実施例に従って、３相の可変
磁気抵抗リニアステップモータと共通シャフトを共有す
る改良された３相のハイブリッド永久磁石ロータリース
テップモータの一部分を示す図である。各セクションの
一コイルは等角投影図で示される。

【図３】本発明の開示に従って製造されるロータとステ
ータとを示すモータのロータリー部分の一個のラミネー
ションを示す図である。

【図４】縦方向に配列された位相を備えた従来技術の３
相リニアステップモータを示す図である。

【図５】（Ａ）は、本発明の開示に従って製造され、位
相がステータの円周付近で連続的に配置されるリニアス
テップモータの一部を示す図である。（Ｂ）は、本発明
の開示に従って製造され、ステータの歯の変位がロータ
と比較されて示されるリニアステップモータの一部を示
す図である。

【図６】ロータ及びステータとを示し、本発明によって
想定されるリニア−ロータリー組合せモータで使用され
るリニアステップモータのスペーサのラミネーションを
表わした図である。

【図７】本発明の開示に従って製造されるリニアモータ
の単相の励磁に対する磁気フラックス通路を示す図であ
る。

【図８】ワッフルボードと同様のロータを用いた本発明
の別の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１０１　　　　ロータリーステップモータ１０２　　　
　共通シャフト１０３　　　　リニアステップモータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　単一のハウジング内にロータリーセク
ションとリニアセクションとを有するリニア−ロータリ
ー組合せ直接駆動ステップモータであって、（ａ）前記
リニアセクション内の円筒形状の可変磁気抵抗リニアス
テップモータと、（ｂ）前記ロータリーセクション内の変形ハイブリッド
永久磁石ロータリーステップモータと、（ｃ）前記リニ
アステップモータと前記ロータリーステップモータとに
よって共有される共通シャフトと、を含むリニア−ロー
タリー組合せ直接駆動ステップモータ。
【請求項２】　　前記ロータリーステップモータはさら
に、前記ロータリーステップモータのステータポール及
びロータ部分の面回りに円周上に離間配置された歯を含
む請求項１記載のリニア−ロータリー組合せ直接駆動ス
テップモータ。
【請求項３】　　前記リニアステップモータはさらに、
前記リニアモータのステータポール及びロータ部分の面
に沿って長手方向に離間配置された歯を含む請求項２記
載のリニア−ロータリー組合せ直接駆動ステップモータ
。
【請求項４】　　前記ロータリーステップモータ及び前
記リニアステップモータの各々のステータポールの形状
は、各ステータポールの歯を除いて同一である請求項３
記載のリニア−ロータリー組合せ直接駆動ステップモー
タ。
【請求項５】　　前記ロータリーステップモータ及び前
記リニアステップモータのそれぞれのステータポール及
びロータ部分は積層状である請求項４記載のリニア−ロ
ータリー組合せ直接駆動ステップモータ。
【請求項６】　　（ａ）前記リニアステップモータの第
１のステータコイルのセットと、（ｂ）前記ロータリーステップモータの第２のステータ
コイルのセットと、（ｃ）前記第１及び第２のステータコイルのセットの各
コイルを別々に励磁することによって、既定範囲にわた
って無制限回転運動と直線運動との任意の組合せを可能
とするための励磁手段と、をさらに含む請求項５記載の
リニア−ロータリー組合せ直接駆動ステップモータ。
【請求項７】　　前記リニアステップモータは、ｎが３
以上の整数であるｎ位相のモータであり、ｎ位相は前記
リニアステップモータのステータ部分の周囲に分散され
ている請求項３記載のリニア−ロータリー組合せ直接駆
動ステップモータ。
【請求項８】　　前記共通シャフトは積層ラミネーショ
ンからワッフルボード形状に製造され、少なくとも一部
分はロータとしての機能をもつ請求項１記載のリニア−
ロータリー組合せ直接駆動ステップモータ。
【請求項９】　　回転運動及び直線運動の両方を行なう
ためのロータラミネーションが同一である請求項８記載
のリニア−ロータリー組合せ直接駆動ステップモータ。
【請求項１０】　　前記ロータの表面の少なくとも一部
は非磁気材料で充填されている請求項９記載のリニア−
ロータリー組合せ直接駆動ステップモータ。
【請求項１１】　　前記非磁気材料がエポキシである請
求項１０記載のリニア−ロータリー組合せ直接駆動ステ
ップモータ。
【請求項１２】　　前記非磁気材料で充填された部分を
含む前記ロータの前記表面は平滑に機械加工されて、エ
アベアリングで支持されている請求項１０記載のリニア
−ロータリー組合せ直接駆動ステップモータ。
【請求項１３】　　単一のハウジング内で囲まれ、互い
に分離されたロータリーモータセクションとリニアモー
タセクションとを含むリニア−ロータリー組合せ直接駆
動ステップモータであって、（ａ）前記ロータリーモータセクションと前記リニアモ
ータセクションの各々の積層状のロータ及びステータと
、（ｂ）前記ロータリーモータセクションと前記リニアモ
ータセクションとを連結する共通シャフトと、（ｃ）前
記ロータリーモータセクションと前記リニアモータセク
ションの各々の互いに分離されたステータコイルと、（ｄ）前記互いに分離されたステータコイルを選択的に
励磁することによって、無制限回転運動及び所定範囲に
わたる直線運動とを任意に組合せることを可能にするた
めの選択的励磁手段と、を含むリニア−ロータリー組合
せ直接駆動ステップモータ。
【請求項１４】　　前記共通シャフトは積層ラミネーシ
ョンから製造されて、前記ロータリーモータセクション
と前記リニアモータセクションのロータ部分として作用
する請求項１３記載のリニア−ロータリー組合せ直接駆
動ステップモータ。
【請求項１５】　　前記モータのストロークはステータ
長によって限定されることのない請求項１４記載のリニ
ア−ロータリー組合せ直接駆動ステップモータ。
【請求項１６】　　前記ロータの表面の少なくとも一部
分は非磁気材料によって充填されている請求項１４記載
のリニア−ロータリー組合せ直接駆動ステップモータ。
【請求項１７】　　前記非磁気材料によって充填された
部分を含む前記ロータの前記表面は平滑に機械加工され
て、エアベアリングによって支持される請求項１６記載
のリニア−ロータリー組合せ直接駆動ステップモータ。
【請求項１８】　　単一のハウジング内に囲まれたリニ
ア部分とロータリー部分とを含むリニア−ロータリー直
接駆動ステップモータを製造するための方法であって、
（ａ）薄い磁気シート材料のラミネーションから前記モ
ータのリニア部分とロータリー部分とを製造する工程と
、（ｂ）前記モータの前記リニア部分と前記ロータリー部
分との間に共通シャフトを挿入する工程と、（ｃ）前記
モータの前記リニア部分と前記ロータリー部分の各々の
ステータポールの回りに互いに別々のコイルを巻き付け
る工程と、を含むリニア−ロータリー直接駆動ステップモータ製造
方法。
【請求項１９】　　前記直接駆動ステップモータのロー
タリー部分に含まれるロータリーステップモータの歯を
、前記ロータリーステップモータのステータポール面及
びロータ部分の周囲の円周回りに離間配置する工程をさ
らに含む請求項１８記載のリニア−ロータリー直接駆動
ステップモータ製造方法。
【請求項２０】　　前記直接駆動ステップモータのリニ
ア部分に含まれるリニアステップモータの歯を、前記リ
ニアステップモータのステータポールの面とロータ部分
に沿って長手方向に離間配置する工程をさらに含む請求
項１９記載のリニア−ロータリー直接駆動ステップモー
タ製造方法。
【請求項２１】　　前記ロータリーステップモータ及び
前記リニアステップモータの各々のステータポールを、
各ステータポールの歯の配置を除いて同一方法で形成す
る工程をさらに含む請求項２０記載のリニア−ロータリ
ー直接駆動ステップモータ製造方法。
【請求項２２】　　前記リニアステップモータは、ｎが
３以上の整数であるｎ位相モータであって、さらに、前
記ｎ位相が前記リニアステップモータのステータ部分周
囲で分散される工程を含む請求項２０記載のリニア−ロ
ータリー直接駆動ステップモータ製造方法。
【請求項２３】　　各モータ位相と対応付けられる歯が
、ラミネーションの厚さのｎ分の一倍だけ各円周回りに
隣接したモータ位相の歯から長手方向へ変位される請求
項２２記載のリニア−ロータリー直接駆動ステップモー
タ製造方法。
【請求項２４】　　表面にワッフルボード形状を形成す
るように前記共通シャフトを製造するために積層ラミネ
ーションを利用する工程をさらに含む請求項１８記載の
リニア−ロータリー直接駆動ステップモータ製造方法。
【請求項２５】　　前記表面の部分を非磁気材料で充填
する工程をさらに含む請求項２４記載のリニア−ロータ
リー直接駆動ステップモータ製造方法。
【請求項２６】　　前記シャフトのエアベアリングによ
る支持を調整するために、前記非磁気材料で充填された
部分を含む前記ロータの前記表面を平滑に機械加工する
工程をさらに含む請求項２５記載のリニア−ロータリー
直接駆動ステップモータ製造方法。
【請求項２７】　　前記シャフトをエアベアリングで支
持する工程をさらに含む請求項２６記載のリニア−ロー
タリー直接駆動ステップモータ製造方法。
【請求項２８】　　請求項１８に示されたプロセスに従
って製造されるステップモータ。
【請求項２９】　　請求項１９に示されたプロセスに従
って製造されるステップモータ。
【請求項３０】　　請求項２０に示されたプロセスに従
って製造されるステップモータ。
【請求項３１】　　請求項２１に示されたプロセスに従
って製造されるステップモータ。
【請求項３２】　　請求項２２に示されたプロセスに従
って製造されるステップモータ。
【請求項３３】　　請求項２３に示されたプロセスに従
って製造されるステップモータ。
【請求項３４】　　請求項２４に示されたプロセスに従
って製造されるステップモータ。
【請求項３５】　　請求項２５に示されたプロセスに従
って製造されるステップモータ。
【請求項３６】　　請求項２６に示されたプロセスに従
って製造されるステップモータ。
【請求項３７】　　請求項２７に示されたプロセスに従
って製造されるステップモータ。
【請求項３８】　　単一のハウジング内にロータリーセ
クションとリニアセクションとを含む直接駆動ステップ
モータを利用して直線−回転運動を組合せるための方法
であって、（ａ）円筒形状の可変磁気抵抗リニアステップモータを
変形ハイブリッド永久磁石ロータリーステップモータに
組合せる工程と、（ｂ）無制限回転運動と所定範囲にわたる直線運動とを
任意に組合せるために、前記リニアステップモータと前
記ロータリーステップモータとによって共有される共通
シャフトを利用する工程と、を含む直接駆動ステップモ
ータを利用したリニア−ロータリー運動組合せ方法。
【請求項３９】　　高ステッピング速度での渦電流損失
を減少するために、前記ロータリーステップモータと前
記リニアステップモータとの両モータのステータポール
及びロータリー部分とを積層状にする工程をさらに含む
請求項３８記載のリニア−ロータリー運動組合せ方法。
【請求項４０】　　前記モータの前記ロータリー部分と
前記モータの前記リニア部分とが、それぞれ互いに分離
された第１と第２のステータコイルのセットを含み、さ
らに、前記利用する工程が、無制限回転運動と所定範囲
にわたる直線運動との前記組合せを形成するために、前
記第１と第２のステータコイルを選択的に励磁する工程
を含む請求項３８記載のリニア−ロータリー運動組合せ
方法。