JPH0734640B2 - ステツプモ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロータの停止位置を精度よく一定に、かつ強力
に保持させるようにしたディテントトルクの大きいPM
（永久磁石）形のステップモータに関するもので、例え
ば自動車用各種制御装置の制御対象の駆動装置として用
いて好適なものである。

〔従来の技術〕

従来周知のPM形ステップモータは、ロータの回転運動を
ねじ等によって軸の直線運動に変換するために、第１図
に示すような構造を有する。

第１図において、１はコップ状の第１ハウジング、２は
円板状の第２ハウジングで、両者はビス３によって相互
に一体に固定されモータの外殻をなしている。４はロー
タで、その外周部円周方向に筒状の永久磁石５を配置
し、内周部にはめねじ６が形成されている。また、ロー
タ４の両端には軸８の軸方向移動を制限するストッパ面
7a,7が設けられている。前記めねじ６には軸８に設けら
れたおねじ９がかみあうようになっている。

また、軸８には間隔を於いて２個のストッパピン10,11
が設けられていて、ロータ４の両端のストッパ面7a,7b
がストッパピン10,11と係止するようになっているの
で、軸８の軸方向移動可能長さはロータ４の一方のスト
ッパ面7aとストッパピン10が係止する位置から、ロータ
４の他方のストッパ面7bと軸８のストッパピン11が係止
する位置までである。

ロータ４の両端には軸受12,12′が設けられ、この軸受1
2,12′を介してロータ４は第１ハウジング１および第２
ハウジング２にそれぞれ回転自在に保持されている。軸
８は各ハウジング1,2に固定されている焼結含油軸受13,
13′により回転自在に保持されている。ロータ４の外周
側には空隙14をへだてて固定子極となるスタータコア1
5,15′が設けられ、第１ハウジング１に固定されてい
る。このステータコア15,15′の内側にはボビン16によ
り絶縁されたステータの励磁コイル17,17′が巻装され
ている。

前記２個のステータコア15,15′は、励磁コイル17側お
よび励磁コイル17′側でそれぞれ一対に組み合わせられ
て、ロータ４の永久磁石５の外周面に、第１列と第２列
との２列のコアを形成している、そして、ステータコア
15,15′の内周部には後述する第５図図示の磁極歯21,22
又は23,24が交互に曲げ形成されている。

前記励磁コイル17,17′は第２図に示すごとく中間タッ
プが設けられ、４相に結線されており、さらに第３図に
示すような駆動回路のトランジスタTR1〜TR4のコレクタ
に接続され、このトランジスタTR1〜TR4により定められ
た順序通りに励磁コイル17,17′の通電電流をON−OFFす
ることによりロータ４がステップ的に回転して、ロータ
４のめねじ６と軸８のおねじ９とのかみあいを介して軸
８は前進又は後退の直線運動を行う。

励磁の方法は、２相励磁の場合、第４図に示すタイミン
グにて励磁が行われ、ロータ４の回転数はタイミングの
時間間隔ｔによって決定される。また、励磁コイル17,1
7′の励磁は、ロータ４の回転時，停止時にかかわらず
常時行なわれるのが一般的であり、この場合は停止時の
ロータ４の保持トルク（ホールディングトルク）は強力
であるが、その代りトランジスタTR1〜TR4は連続通電に
耐え、かつ自己発熱による破壊に耐えるものが必要とな
るため、大型のトランジスタを使用する必要が生じる。
さらに、停止時においても励磁コイル17,17′は通電さ
れ続けるので、余分な電力を消費していることになる。

このため、ロータ４の回転時のみ励磁コイル17,17′の
励磁を行い、ロータ４の停止時には全ての励磁コイル1
7,17′の励磁を停止させる方式を採用して、トランジス
タTR1〜TR4の発熱低減，電力消費の低減を図ることを本
発明者は試みた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、例えば自動車のエンジンへの吸入空気量を制
御するバルブの駆動装置に、このようなステップモータ
を採用した場合、ステップモータの停止時において、エ
ンジンの振動によりロータ４が回転してしまうという問
題が生じた。この問題の原因について本発明者が検討し
たところ、励磁コイル17,17′の励磁が停止されると、
ステータコア15,15′のN,S極が消滅し、ステータコア1
5,15′は単なる強磁性体となるため、ロータ４の永久磁
石５による磁性体の吸引力（ディデントトルク）だけに
なるが、従来モータでは第５図（Ａ），（Ｂ）に示すご
とくステータコア15,15′の磁極歯21と22、及び磁極歯2
3と24の間隔（磁極歯中心線間の間隔）が等間隔2Wにな
っており、かつ永久磁石５に着磁されたＮ極とＳ極の幅
がそれぞれ2Wで均等になっており、その結果前記永久磁
石５の吸引力によるロータ保持力（ディテントトルク）
が比較的小さな値になってしまうことがわかった。

このことについて、更に詳述すると、第５図（Ａ），
（Ｂ）は永久磁石５及びステータコア15,15′の磁極歯2
1,22,23,24の円周方向の配列を模式的に示すものであっ
て、第５図（Ｂ）はロータ４の停止位置が第５図（Ａ）
より１ステップ分だけ図の右方向へ移動した状態を示し
ている。ステータコア15,15′の磁極歯21,22側の列（第
１列）及び磁極歯23,24側の列（第２列）のいずれにお
いても、これらの歯は等間隔2Wに配列され、かつ永久磁
石５のＮ極,S極の幅も均等2Wになっているので、第５図
（Ａ）のロータ停止位置ではステータコア15,15′の第
１列側では磁極歯21,22にそれぞれＮ極とＳ極の両方が
誘起され、これらの歯21,22では磁束が打ち消し合う。
よって、第１列の磁極歯21,22は実質上、ディテントト
ルクの発生に寄与しない。そして、第２列の磁極歯23,2
4に誘起されるＮ極,S極のみがディテントトルクの発生
に寄与するだけである。また、第５図（Ｂ）のロータ停
止位置では、第２列側の磁極歯23,24にそれぞれＮ極、
Ｓ極の両方が誘起されるので、第２列の磁極歯23,24が
ディテントトルクの発生に寄与しないという問題が生じ
る。

このように、従来構造では、第１列又は第２列の一方の
磁極歯しかディテントトルクの発生に有効に機能しない
ため、ロータ保持力が比較的小さな値になってしまい、
その結果外部からの振動等によりロータ４が回転してし
まうのである。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、既存のス
テータコアに対して補助ステータコアを組み合せること
によって、励磁コイル消勢時のロータ・ステータコア間
の保持力（ディテントトルク）を効果的に向上させるこ
とができるステップモータを提供することを目的とする
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、 外周面にＮ極とＳ極とが交互に着磁されて成る筒状の永
久磁石を持ったロータと、 このロータを自身の内部に回転自在に保持するハウジン
グと、 このハウジングの内周壁と前記ロータの外周との間に設
けられ、前記ロータの外周面の永久磁石のＮ極又はＳ極
に対し一定の空隙を介して対向配置された多数の磁極歯
を持つステータコアと、 このステータコア内に巻装され、前記磁極歯を磁化させ
て前記ロータをステップ状に駆動する励磁コイルとを備
え、 かつ前記ステータコアの磁極歯は、前記ロータの永久磁
石の外周囲に第１列と第２列との２列に分かれて前記ロ
ータを取り巻くように円周方向に配置されており、 かつ、前記ステータコアの磁極歯は、前記ロータの永久
磁石の外周に第１列と第２列との２列に分かれて前記ロ
ータを取り巻くように円周方向に配置されており、 前記ステータコアの第１列を構成する前記磁極歯と第２
列を構成する磁極歯は、前記ロータの円周方向位置が相
互に所定量ずれて配列されており、 更に前記ハウジング内に前記永久磁石の磁極に対向する
ようにして、磁性材料からなる円板状の補助ステータコ
アが固定されており、 この補助ステータコアには前記永久磁石の磁極歯に対向
する突起が設けられているという技術的手段を採用す
る。

〔作用および発明の効果〕

上記技術的手段によれば、ロータ停止時に永久磁石の磁
力によって補助ステータコア100の各突起にそれぞれＳ
極又はＮ極のいずれか一方のみが誘起され、この各突起
と永久磁石との間に発生する吸引力すなわちディテント
トルクが、ステータコアの第１列又は第２列の磁極歯と
永久磁石との間に発生するディテントトルクに合成さ
れ、モータ全体としてのディテントトルクを向上でき
る。特に、本発明では補助ステータコアに突起を設けて
いるので、補助ステータコアと永久磁石との間の磁気回
路を前記突起の位置によって定まる特定位置に設定で
き、従って補助ステータコアの突起の位置、数の設定に
より、ディテントトルクを向上できるロータ停止位置を
自由に設定できるという効果が得られる。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例について説明する。第６図
は、本発明の一実施例を具体的に示すステップモータの
縦断面図であり、ステータコア15,15′は前述した第１
図、第５図（Ａ），（Ｂ）に示す従来構造と同様に、励
磁コイル17側及び励磁コイル17′でそれぞれ一対に組み
合わされて、ロータ４の永久磁石５の外周上に２列のコ
アを形成しており、この２列のステータコア15,15′の
内周部には、永久磁石５のＮ極又はＳ極に対し一定の空
隙14を介して対向配置されロータ４の円周方向に列をな
す多数の磁極歯21,22,23,24が一体に曲げ形成されてい
る。

この磁極歯21〜24の配列は、第８図，第９図に示すごと
く、第１列（第６図では左側の列）側の磁極歯21,22、
および第２列（第６図では右側の列）側の磁極歯23,24
のいずれにおいてもロータ４の円周方向において隣接す
る磁極歯が互いに等間隔（2W）に配列されている。ここ
で、間隔2Wは隣接する磁極歯の中心線間の間隔である。

一方、ロータ４の永久磁石５に磁化されるＮ極とＳ極の
幅は、上記間隔2Wと同じ大きさになっている。

また、第１列と第２列の磁極歯（21,22），（23,24）は
第8,9図に図示してあるようにロータ円周方向の位置が
相互に所定量すなわち上記間隔2Wの大きさの1/2だけず
れて配列されている。

そして、この実施例では、ステータコア15,15′の間に
磁性材料によって円板状に作られた補助ステータコア10
0が設けられている。この補助ステータコア100は第７図
の如く、永久磁石５の磁極と対向する内径部には突起10
1が等間隔で永久磁石５の外周に磁化される極数の２倍
の数だけ設けてある。また、補助ステータコア100に
は、突起101の外周側の位置に穴102が設けられており、
この穴102にはステータコア15及び15′に設けられた図
示しない突起が嵌入されて、ステータコア15,15′と補
助ステータコア100との相対位置関係を決定するための
ものである。

なお上記補助ステータコア100はステータコア15と15′
の間に設けなくても、永久磁石５の磁極と対向する位置
であれば、例えば一方のステータコア15において他方の
ステータコア15′と接しない側の端面部に設けることも
可能である。

上記した実施例の構成によれば、補助ステータコア100
は励磁コイル17,17′の磁化の影響を受けないため、励
磁コイル17,17′の通電時に従来モータと同じ作動を行
なう。

一方、ロータ停止時の無通電時においては、ステータコ
ア15,15′の歯21,22,23,24は単なる鉄爪になり、また補
助ステータコア100も同様であり、永久磁石５の起磁力
によってステータコア15,15′と補助ステータコア100に
よって磁気回路が成立して、ロータ４にディテントトル
クを生ずる。

以下このディテントトルクの発生形態について第７図〜
第９図を参照して具体的に述べる。ステータ15,15′の
磁極歯21,22,23,24の数は第１列及び第２列において永
久磁石５の磁極数と同数設けられているので、永久磁石
５の１極に対してステータコア15,15′の磁極歯２ケが
吸引されるようになり、そして第８図のロータ停止位置
では第１列側の磁極歯21,22にそれぞれＮ極とＳ極の両
方が誘起される。従って、これらの歯21,22では磁束が
打ち消し合うので、実質上、ディテントトルクの発生に
寄与しない。また第９図は第８図より１ステップ分だけ
ロータ４が図の右方向へ移動した状態を示しており、第
９図では第２列側の磁極歯23,24にそれぞれＮ極とＳ極
の両方が誘起されるので、これらの歯23,24はディテン
トトルクの発生に寄与しない。しかし、本実施例におい
ては、第８図のロータ位置では、第２列側の磁極歯23,2
4と補助ステータコア100の突起101との組み合わせによ
り、また第９図のロータ位置では第１列側の磁極歯21,2
2と補助ステータコア100の突起101との組み合せにより
ディテントトルクを効果的に向上できる。

すなわち、補助ステータコア100の突起101の数は永久磁
石５の磁極１ケ当り２ケ設けられているので、第７図に
示すように磁気回路を構成する。ここで、第７図におい
て符号101に付した（ｃ），（ｄ），（ｅ）は第８図、
第９図のc,d,eに対応する。そして第８図、第９図のい
ずれの位置でも突起101にはＳ極又はＮ極のいずれか一
方のみが誘起され、各突起101と磁石５の磁極との間に
吸引力が発生するので、ステータコア15,15′の第１列
又は第２列の磁極歯によるディテントトルクを効果的に
強化できる。

ここで、補助ステータコア100に仮に突起101を設けない
とすると、ロータ４がどの位置にあっても永久磁石５と
補助ステータコア100との間に磁気回路が構成され、こ
の両者の間に吸引力が発生することになる。一方、ステ
ータコア15,15′の第１列又は第２列の磁極歯と、永久
磁石５との間のディテントトルクは、磁石５の磁極と第
１列又は第２列の磁極歯とが対向するロータ所定位置で
発生するから、上記のようにロータ４のどの位置でも磁
気回路が形成されると、上記所定位置における第１列又
は第２列の磁極歯によるディテントトルクを効果的に補
強できない。

それ故、補助ステータコア100には突起101を設ける必要
がある。そして、その突起101の位置、数の選択によ
り、ディテントトルクを強化できるロータ停止位置を自
由に設定できる。

以上から、停止時の無通電時におけるディテントトルク
は、ステータコア15,15′の第１列又は第２列の磁極歯
と永久磁石５との関係から発生するトルクと補助ステー
タコア100の突起101と永久磁石５との関係から発生する
トルクの合成であるため、ロータ４の停止位置は大きな
保持力にて保持されることになる。

次に第10図に示す他の実施例について説明する。前記実
施例においては、永久磁石５の磁極と補助ステータコア
100との間に発生するトルクの部位は、永久磁石５の外
周部に形成していたが、この他の実施例においては永久
磁石５の側端面に上記トルク発生部位を形成する構成と
している。この為、第10図の如く補助ステータコア100
は永久磁石５の側端面に対向する位置に設けているが、
これ以外は第６図図示の前記実施例と同じでよい。なお
この場合、永久磁石５の側端面にも外周同様に着磁して
おけば更に効果は大となる。

また、上記両実施例はロータ４の回転を軸８の直線運動
に変換する直線作動型で説明したが、回転型のモータ
を、ある一定の角度のみ回転作動させて停止させる場合
にも本発明の適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のステップモータの一例を示す縦断面図、
第２図および第３図は第１図図示モータの励磁回路の模
式結線図、第４図は前記モータの励磁コイルの付勢モー
ドを示すタイムチャート、第５図（Ａ），（Ｂ）は前記
従来モータの磁極歯の配列を示す模式図、第６図は本発
明になるステップモータの一実施例の構成を示す縦断面
図、第７図は第６図図示の本発明モータにおける補助ス
テータコアの平面図、第８図，第９図は本発明モータに
おける磁極歯及び補助ステータコアの突起配列を示す模
式図、第10図は本発明になるステップモータの他の実施
例の構成を示す縦断面図である。 1,2……ハウジング、４……ロータ、５……永久磁石、1
4……空隙、15,15′……ステータコア、17,17′……励
磁コイル、21,22,23,24……ステータコアの磁極歯、100
補助ステータコア、101……突起。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周面にＮ極とＳ極とが交互に着磁されて
   成るる筒状の永久磁石（５）を持ったロータ（４）と、 このロータ（４）を自身の内部に回転自在に保持するハ
   ウジング（1,2）と、 このハウジング（1,2）の内周壁と前記ロータ（４）の
   外周との間に設けられ、前記ロータ（４）の外周面の永
   久磁石（５）のＮ極又はＳ極に対し一定の空隙（14）を
   介して対向配置された多数の磁極歯（21,22,23,24）を
   持つステータコア（15,15′）と、 このステータコア（15,15′）内に巻装され、前記磁極
   歯（21,22,23,24）を磁化させて前記ロータ（４）をス
   テップ状に駆動する励磁コイル（17,1′）とを備え、 かつ、前記ステータコア（15,15′）の磁極歯（21,22,2
   3,24）は前記ロータ（４）の永久磁石（５）の外周囲に
   第１列と第２列との２列に分かれて前記ロータ（４）を
   取り巻くように円周方向に配置されており、 前記ステータコア（15,15′）の第１列を構成する前記
   磁極歯（21,22）と第２列を構成する前記磁極歯（23,2
   4）は、前記ロータ（４）の円周方向の位置が相互に所
   定量ずれて配列されており、 更に前記ハウジング（1,2）内に前記永久磁石（５）の
   磁極に対向するようにして、磁性材料からなる円板状の
   補助ステータコア（100）が固定されており、 この補助ステータコア（100）には前記永久磁石（５）
   の磁極に対向する突起（101）が設けられている、こと
   を特徴とするステップモータ。