JPH0732581B2 - ステツピングモ−タ - Google Patents

ステツピングモ−タ

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JPH0732581B2
JPH0732581B2 JP60013763A JP1376385A JPH0732581B2 JP H0732581 B2 JPH0732581 B2 JP H0732581B2 JP 60013763 A JP60013763 A JP 60013763A JP 1376385 A JP1376385 A JP 1376385A JP H0732581 B2 JPH0732581 B2 JP H0732581B2
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JP
Japan
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rotor
spiral
poles
stepping motor
magnetized
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JP60013763A
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大樹 海老原
恒明 岡田
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Tec Corp
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Tec Corp
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/14Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/18Machines moving with multiple degrees of freedom

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロータの回転運動を出力軸の直線運動に変換で
きるようにしたステッピングモータに関する。
〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕
回転運動を直線運動に変換するには、クランク機構、偏
心輪、歯車、ラック・ピニオン、カム、ベルトなどの機
械要素を組合せて構成される変換機構が多く使用されて
いる。しかし、これらの機械式の変換機構は、摩擦が大
きく効率が悪いとともに、ほとんど機構では直線運動の
移動量を任意に得ることができない。
一方、入力パルスが加わる毎に、ある定まった角度だけ
ロータが回転する従来のステッピングモータでは、回転
運動しか得ることができなかった。
また、従来提供されているリニヤステッピングモータ
は、直線運動を直接に得るものであって、回転運動を直
線運動に変換するものではない。しかも、このリニヤス
テッピングモータは、固定子に沿って移動する可動子が
永久磁石と突極を有する軟磁鋼を使用して形成されるた
め、可動子が大きく、かつ、重かった。よって、全体が
大形となり、かつ高コストであるとともに、可動子の慣
性が大きいから、応答性が良くなく、しかも振動が大き
くダンピング特性も良くなかった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、ロータの外周にスパイラル状の着磁帯域を設
けて、この着磁帯域にそのスパイラル方向に沿ってS極
とN極とを交互に着磁し、上記ロータを収納するステー
タの内面に巻線が巻付けられる複数の突極を突設し、こ
れら突極の先端部には夫々上記ステータの軸方向に沿っ
て等間隔に多数の歯状の磁極端を形成し、上記ステータ
の軸方向に沿う上記磁極端のピッチを上記着磁帯域のス
パイラル方向に沿って隣合うS極とN極間のロータ軸方
向に沿うピッチの正数倍とし、かつ、上記ロータを支持
した出力軸を回転自在に支持する軸受に、上記出力軸を
摺動自在に貫通させた構成として、このような技術的手
段により上記従来の諸問題点を解決したものである。
〔作用〕
このステッピングモータは、そのステータの突極と巻線
とからなる相の励磁を順番に切換えることによって動作
され、励磁された相にロータの極が対向するように磁気
的に吸引されて、ロータがあるステップ角だけ回転され
る。そして、この回転と同時に上記の磁気的な吸引作用
によりロータが1ステップ角回転する毎に、ロータはそ
の外周に吸引され、かつ、着磁帯域のスパイラル方向に
沿って隣合う異極間のロータ軸方向に沿うピッチと同じ
量移動される。このようにして、ロータがその回転とと
もに軸方向に移動されるから、このロータを支持し、か
つ、軸受を摺動自在に貫通した出力軸が、直線運動され
るものである。
〔実施例〕
以下、本発明の第1実施例を第1図から第4図を参照し
て説明する。
図中1はロータで、2はこのロータ1を収納したステー
タである。
第2図に示すようにステータ2は、ステータ支持体例え
ば本実施例ではステータ2の両端部に夫々嵌着して設け
られた一対の軸受ブラケット3に支持されている。これ
らのブラケット3の内側には軸受4が夫々取付けられて
いる。
そして、これらの軸受4は、ステータ2の軸線上に位置
される出力軸5を回転自在に支持している。出力軸5
は、軸受4を摺動自在に貫通しており、その一方の突出
軸端部5aには負荷が接続されている。
なお、第2図に例示した本実施例のステッピングモータ
は、磁気記憶装置等のシーク動作用の動力源として使用
されている。その関係で軸端部に設けた凹溝5bに軸受6
を介して負荷、つまり磁気ヘッド7を先端に設けたヘッ
ド支持体8が取付けられている。ヘッド支持体8は、そ
の一部が上記軸端部5a側の軸受ブラケット3に固定した
ガイド9に摺動自在に嵌合されており、これによって回
り止めされて、磁気ヘッド7をメデア(磁気ディスク)
10に沿わせてその径方向に往復移動されるようになって
いる。
上記ロータ1は出力軸5に支持されている。そして、こ
のロータ1は例えば円柱状をなしており、その外周には
スパイラル状の着磁帯域11が例えば1ターン設けられて
いる。
この着磁帯域11には、S極とN極とが交互にスパイラル
の方向に沿って着磁されている。なお、本実施例ではS
極とN極とは夫々六つずつ設けてあり、以後の説明およ
び図面においてはその識別を容易にするために、各極に
1〜6の添字を付して表示する。また、第1図中Δxは
着磁帯域11のスパイラルの方向に沿って隣合うS極とN
極間のロータ1の軸方向に沿う距離、つまり異極間ピッ
チを示している。
ステータ2は略円筒状であってロータ1よりも長く形成
され、かつ、その内面には、複数例えば八つの突極12〜
19がステータ2の軸線を中心とする放射方向に沿って一
体に突設されている。これらの突極12〜19には巻線20、
21が交互に巻付けられている。
なお、本実施例は2相バイポーラ駆動方式のステッピン
グモータを示しているから、上記の巻線20は、突極12、
14、16、18にわたって巻付けられているとともに、突極
12、16と突極14、18に対する巻付け方向は互いに逆向き
にしてある。同様に、巻線21は、突極13、15、17、19に
わたって巻付けられているとともに、突極13、17と突極
15、19に対する巻付け方向は互いに逆向きにしてある。
そして、各突極12〜19の先端部には、夫々ステータ2の
軸方向に沿って等間隔に多数の歯状の磁極端22が一体に
形成されている。ステータ2の軸方向に沿って隣合う二
つの磁極端22間の距離、つまり磁極端のピッチは、上記
S極とN極間のピッチΔxの整数倍に定められ、本実施
例の場合には上記ロータ1の極数と上記突極の数とによ
りステップ角が15゜となる関係から、3Δxにしてあ
る。
以上の構成のステッピングモータは次の表に示すような
励磁相の切換えにより動作される。
つまり、ステップ1で巻線20への通電がなされると、突
極12、14、16、18が夫々励磁されるが、巻線20の巻付け
方向の違いにより突極12、16と突極14、18とは夫々異な
る極性に励磁されるものである。この場合、突極12、16
がN極に、かつ、突極14、18がS極に夫々励磁されるか
ら、磁気的な吸引作用により各励磁相12、14、16、18の
磁極端22に対してロータ1のS1、N2、S4、N5が各別に対
向する位置で安定する。この状態は第3図に示される。
次に、巻線20の電流を切るとともに巻線21に電流を流し
てステップ2に進むと、突極13、15、17、19が夫々励磁
されるが、巻線21の巻付け方向の違いにより突極13、17
と突極15、19とは夫々異なる極性に励磁されるものであ
る。この場合、突極13、17がS極に、かつ、突極15、19
がN極に夫々励磁されるから、磁気的な吸引作用により
各励磁相13、15、16、19の磁極端22に対してロータ1の
N1、S3、N4、S6が各別に対向するようにトルクが働き、
ロータ1は時計回り方向に15゜回転して第4図に示す位
置に安定する。
さらにステップ3では、巻線21の電流を切るとともに、
今度は巻線20にステップ1の場合とは逆向きの電流を流
して励磁相を切換えるから、磁気的な吸引作用によりロ
ータ1は時計回り方向に更に15゜回転される。続くステ
ップ4では、巻線20の電流を切るとともに、巻線21にス
テップ2の場合とは逆向きの電流を流して励磁相を切換
えるから、磁気的な吸引作用によりロータ1は時計回り
方向に更に15゜回転される。
このようにして励磁相を入力パルスにしたがって切換え
ることにより、ロータ1を必要なステップだけ時計回り
に回転させることができ、また、以上の説明とは逆の順
番に励磁相を切換えることにより、ロータ1を反時計回
りに回転させることができる。
そして、上記のロータ1の各極は着磁帯域11にそのスパ
イラル方向に沿って交互に設けられているから、その極
が磁気的に吸引し合って突極の磁極端22に対向して安定
する際に、同時に1ステップについてΔxだけ軸方向に
移動される。したがって、ステップ数に応じてロータ1
および出力軸5を軸方向に沿って前または後に歩進させ
ることができる。
これにより、例えば第2図に示した磁気ヘッド7をメデ
ア10に対してシーク動作させることができる。
以上のようにしてロータ1の回転運動を出力軸5の往復
直線運動に変換できるステッピングモータによれば、従
来の機械式の変換機構に比較して摩擦部分が極小となる
から、高効率で変換できるとともに、従来の機械式の変
換機構ではほとんど不可能であった出力軸5の移動スト
ロークを任意に得ることができ、しかも微少ストローク
でも容易に得ることができる。
これとともに、ロータ1および出力軸5の合計重量を従
来のリニヤステッピングモータの可動子よりも小さくで
きるので、ロータ1の慣性を極めて小さくできる。この
ため、応答性を高めることができるとともに、振動を小
さくしてダンピング特性を向上することができる。しか
も、ロータが回転されるステッピングモータは一般にリ
ニヤステッピングモータよりも小形であり、その特徴を
本発明のステッピングモータは損うものではなく、そし
て、従来の回転のみのステッピングモータと同じ駆動方
式により駆動できる。
また、本発明は第5図に示す第2実施例のように、S極
とN極とを交互に着磁したスパイラル着磁帯域11を、ロ
ータ1の外周に対して2ターン以上にわたって設けると
ともに、2条以上設けて実施してもよい。なお、これら
の点以外の構造は上記第1実施例と同様であるので、そ
の説明は省略する。
この第2実施例によれば、より多くの箇所で磁気的吸引
作用を行なわせることができるので、ロータ1のトルク
およびスラストを増大することができる。
なお、以上のトルクなどの向上は、スパイラル着磁帯域
11を、ロータ1の外周に対して2ターン以上にわたって
設けるだけでも実現できるとともに、2条以上設けるこ
とだけでも実現できることは勿論である。
さらに、本発明は第6図に示したように、ロータ1にお
けるスパイラル着磁帯域11以外の非着磁帯域部位を除去
して、ロータ1を全体としてスパイラル状に形成して実
施してもよい。なお、これらの点以外の構造は上記第1
実施例と同様であるので、その説明は省略する。
この第3図実施例によれば、ロータ1の重量を極めて軽
くできるから、その慣性を極少とでき応答性をより向上
できるとともに、振動をより小さくしてダンピング特性
をより向上することができる。
なお、この第3実施例の技術的思想は上記第2実施例に
おいて適用できることは言うまでもない。
上記各実施例は夫々以上のように構成したが、本発明は
各種のアクチュエータを始めとして種々の用途に実施で
きるとともに、ロータの駆動方式はバイポーラ方式では
なくユニポーラ方式で駆動しても差支えない。また、突
極およびロータの極の数、ピッチ等は設計の仕様に応じ
て任意に定め得るものである。
その他、本発明の実施に当っては、発明ぬ要旨に反しな
い限り、ロータ、スパイラル着磁帯域、ステータ、突
極、磁極端、出力軸、軸受等の具体的な構造、形状、位
置、材質等は、上記各実施例に制約されることなく、種
々の態様に構成して実施できることは勿論である。
〔発明の効果〕
上記特許請求の範囲に記載の構成を要旨とする本発明に
よれば、ロータを有した従来のステッピングモータでは
不可能であったロータの回転運動を出力軸の直線運動に
変換でき、しかも、その直線運動を微少ストロークでも
容易に得ることができ、かつ、ロータに回転運動のみを
させる従来のステッピングモータと同じ駆動方式で駆動
することができるとともに、ロータの回転運動から直線
運動への変換効率が従来の機械式の変換機構に比較して
高いとともに、従来のリニヤステッピングモータによる
直線運動に比較して、慣性が小さく応答性が高いととも
に、振動が少なくダンピング特性が良い等の効果を有す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図から第4図は本発明の第1実施例を示し、第1図
は一部を断面した要部の斜視図、第2図は負荷とともに
示す全体の略縦断側面、第3図および第4図は夫々異な
る状態の略断面図である。第5図は本発明の第2実施例
を示す要部の略横断側面図である。第6図は本発明の第
3実施例を示す要部の略縦断側面図である。 1……ロータ、2……ステータ、4……軸受、5……出
力軸、11……スパイラル着磁帯域、12〜19……突極、2
0、21……巻線、22……磁極端。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ロータの外周にスパイラル状の着磁帯域を
    設けて、この着磁帯域にそのスパイラル方向に沿ってS
    極とN極とを交互に着磁し、上記ロータを収納するステ
    ータの内面に巻線が巻付けられる複数の突極を突設し、
    これら突極の先端部には夫々上記ステータの軸方向に沿
    って等間隔に多数の歯状の磁極端を形成し、上記ステー
    タの軸方向に沿う上記磁極端のピッチを上記着磁帯域の
    スパイラル方向に沿って隣合うS極とN極間のロータ軸
    方向に沿うピッチの正数倍とし、かつ、上記ロータを支
    持した出力軸を回転自在に支持する軸受に、上記出力軸
    を摺動自在に貫通させたことを特徴とするステッピング
    モータ。
  2. 【請求項2】上記特許請求の範囲第(1)項の記載にお
    いて、スパイラル方向に沿ってS極とN極とが交互に着
    磁されたスパイラル着磁帯域が、2ターン以上にわたっ
    て設けられていることを特徴とするステッピングモー
    タ。
  3. 【請求項3】上記特許請求の範囲第(1)項または第
    (2)項の記載において、スパイラル方向に沿ってS極
    とN極とが交互に着磁されたスパイラル着磁帯域が、2
    条以上設けられていることを特徴とするステッピングモ
    ータ。
  4. 【請求項4】上記特許請求の範囲第(1)項ないし第
    (3)項のいずれか一項の記載において、上記ロータ
    が、そのスパイラル着磁帯域以外の非着磁部位を除去さ
    れて、全体としてスパイラル状をなしていることを特徴
    とするステッピングモータ。
JP60013763A 1985-01-28 1985-01-28 ステツピングモ−タ Expired - Lifetime JPH0732581B2 (ja)

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Publication Number Publication Date
JPS61173659A JPS61173659A (ja) 1986-08-05
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JP4921183B2 (ja) * 2007-01-18 2012-04-25 キヤノン株式会社 駆動装置およびレンズ駆動装置
GB2512074B (en) * 2013-03-19 2017-11-29 Elumotion Ltd Linear actuator

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