JPH089620A - ステップモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 そこで本発明は、ステップモータの保持トル
クを簡素な構成にて調節することが可能なステップモー
タを提供することにある。 【構成】 ステップモータにおいて、磁性材料よりな
り、前記ロータの外周面の永久磁石に存在する磁性の極
数と同数の突起歯数を有する第２のステータコアを有す
る。この第２のステータコアに形成されている前記突起
歯が永久磁石と対向する用に配設されている。この突起
歯は、ステータコアの極歯と所定の位相差を有するよう
に配設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステップモータに関
し、特に、振動および騒音等を抑制を簡素な構成にて実
現したステップモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来周知のＰＭ型ステップモータにおい
て、ステータコアに巻装されている励磁コイルによって
ステータコアの歯が励磁されない非通電時には、ロータ
外周に形成されている永久磁石がステータコアとともに
磁気回路を成立させる。この磁気回路によって、ロータ
は磁気的に安定な位置に移動し、ロータとステータコア
との間に保持トルクが発生する。

【０００３】このようなＰＭ型のステップモータの構成
の一例を、図５に基づいて説明する。このステップモー
タ１００では、励磁コイル２５ａによって励磁されるス
テータコア２０および２１と、励磁コイル２５ｂによっ
て励磁されるステータコア２２および２３が固定子極と
して採用されている。各ステータコア２０〜２３はロー
タ４に配設されている永久磁石５に対向するようにそれ
ぞれ極歯１２〜１５を有している。すなわち、ステータ
コア２０には極歯１２が、ステータコア２１には極歯１
３が、ステータコア２２には極歯１４が、ステータコア
２３には極歯１５がそれぞれ形成されている。また、ロ
ータ４は、磁性材料よりなるハウジング１の蓋として構
成されている蓋部１ａに設けられた、軸受け６等によっ
て軸止されている。各ステータコア２１〜２３等の各構
成は、前記ハウジング１に収納される。

【０００４】なお、ここで一例として挙げた従来例で
は、部品点数を減らし、構成を簡素化するために極歯１
２を有するステータコア２０が、ハウジング１と一体に
構成されている。このようなステップモータ１００の非
通電時においては各ステータコア２０〜２３が磁化され
て、各ステータコア２０〜２３の極歯１２〜１５および
ハウジング１等を通過する磁気回路が成立する。ここ
で、ステータコア２０および２１等によって成立する磁
気回路を磁気回路Ａ１、ステータコア２２および２３等
によって成立する磁気回路を磁気回路Ｂ１とする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、各ステータコ
ア２０〜２３の内で、１部品だけ形状の違うステータコ
ア２０を有する場合、すなわち磁気抵抗が他のステータ
コア２１〜２３と異なるステータコア２０を有する場合
には、磁気抵抗のアンバランスから磁気回路Ａ１と磁気
回路Ｂ１とが発生する最大トルクに相違が生じる。

【０００６】また、ハウジング１の成形精度もしくは各
ステータコア２１〜２３の精度および組付精度等によ
り、ハウジング１とステータコア２１〜２３との間に隙
間３０が不均一になると、磁気抵抗のアンバランスが生
じる。このような場合にも、磁気回路Ａ１と磁気回路Ｂ
１とが発生する最大トルクに相違が生ずる。これらのよ
うに磁気抵抗にアンバランスが有り、それぞれの発生ト
ルクにおける最大トルクに差が生じる様子を図４ (ａ)
および (ｂ) に示す。また、各磁気回路Ａ１、Ｂ１によ
る発生トルクを合成した合成保持トルクは、例えば図４
(ｃ) に示すようになる。図４ (ａ) の磁気回路Ａ１に
よる発生トルクＡ２の最大トルクと比較して、図４
(ｂ) の磁気回路Ｂ１による発生トルクＢ２は上述のよ
うな理由でも最大トルクが小さくなるとする。この場合
には、図４ (ｃ) に示すように、各磁気回路Ａ１、Ｂ１
による発生トルクの合成トルクにおける最大トルク値も
変動する。すなわち、図４ (ｃ) においては、一周期ご
とに最大トルクの低下が現れている。このように、ロー
タ４の保持トルクにおける最大トルク値の変動は、ステ
ップモータの振動もしくは騒音等の原因となっていた。

【０００７】そこで本発明は、ステップモータの保持ト
ルクを、簡素な構成にて調節することが可能なステップ
モータを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によるステップモータは、外周面にＮ極とＳ
極とが交互に着磁されてなる筒状の永久磁石を有し回動
自在に軸止されているロータと、前記永久磁石に対して
所定の隙間を介して対向配置され、極歯を有し対極に磁
化されるそれぞれのステータコアと、前記ステータコア
に巻装され前記ステータコアの極歯を通電時に磁化させ
て前記ロータを回転させる複数の励磁コイルとを備える
ステップモータにおいて、対極に磁化された前記ステー
タコアが非通電時に前記永久磁石の起磁力に伴って発生
する発生トルクと前記複数のステータコアの内の残る対
極に磁化されたステータコアが発生する発生トルクとの
差分のトルクを発生し、前記発生トルクが小さいステー
タコアの組のそれぞれの極歯の位相と同位相の突起歯を
有する、磁性材料により形成された第２のステータコア
を有することを特徴とする。

【０００９】また、前記第２のステータコアに形成され
ている突起歯は、前記永久磁石が有する極数と同等であ
ることを特徴とする請求項１に記載のステップモータを
採用するようにしてもよい。また、前記第２のステータ
コアは、前記永久磁石に対して所定の空間を介して突起
歯を有し、前記所定の空間を拡大することによって前記
第２のステータコアが前記永久磁石から受ける起磁力の
影響を小さくするか、もしくは、前記所定の空間を縮小
することによって前記第２のステータコアが前記永久磁
石から受ける起磁力の影響を大きくすることを特徴とす
る請求項１もしくは請求項２に記載のステップモータを
採用するようにしてもよい。

【００１０】また、前記ステップモータの外殻を成すハ
ウジングは磁性材料より構成されており、前記複数のス
テータコアの内の１枚が前記ハウジングと一体に構成さ
れていることを特徴とする請求項１もしくは請求項２も
しくは請求項３に記載のステップモータを採用するよう
にしてもよい。また、前記第２のステータコアの厚み
を、前記複数のステータコアの厚みと比較して可変する
ことにより、前記第２のステータコアが前記永久磁石か
ら受ける起磁力を調整することを特徴とする請求項１も
しくは請求項２もしくは請求項３もしくは請求項４に記
載のステップモータを採用するようにしてもよい。

【００１１】また、前記第２のステータコアの有する突
起歯の永久磁石に対向する対向面の形状を小さくまたは
大きくすることによって、前記第２のステータコアが前
記永久磁石から受ける起磁力を可変することを特徴とす
る請求項１もしくは請求項２もしくは請求項３もしくは
請求項４もしくは請求項５に記載のステップモータを採
用するようにしてもよい。

【００１２】また、前記第２のステータコアに設けられ
る前記突起歯は、前記永久磁石が有する極数と同数以下
の複数個を、前記永久磁石の各磁極に対して同一位相の
最も隣接する位置に形成されていることを特徴とする請
求項請求項１もしくは請求項２もしくは請求項３もしく
は請求項４もしくは請求項５もしくは請求項６に記載の
ステップモータを採用するようにしてもよい。

【００１３】

【作用】以上のように構成されるステップモータの作用
を以下に述べる。上述のように、本発明によるステップ
モータでは、非通電時に、それぞれ２枚のステータコア
において、永久磁石からの起磁力を受けてトルクを発生
する。このトルクは、ロータを停止状態に保持するもの
である。２枚のステータコアの組が発生するそれぞれの
発生トルクにおけるトルクの差分を、第２のステータコ
アによって発生する。この第２のステータコアによって
発生される発生トルクは、各ステータコアの組によって
発生される発生トルクと合成され、ロータの保持トルク
となる。このように、ロータの保持トルクにおいて、ト
ルクの各ピーク値を均一に調整することができれば、ス
テップモータの振動および騒音等を抑制することが可能
である。

【００１４】なお、第２のステータコアが発生する発生
トルクは、第２のステータコアが永久磁石から受ける起
磁力を調整することによって可変することが可能であ
る。この起磁力の調整は、第２のステータコアの厚み、
もしくは第２のステータコアが有している突起歯の永久
磁石に対向する面積を調整することによって容易に実現
することが可能である。

【００１５】

【実施例】本発明によるステップモータの一実施例を、
以下、図に基づいて説明する。図１は、本発明によるス
テップモータ５０における構成を示す構成図である。磁
性材料によってコップ状に形成されている第１のハウジ
ング１と円盤状に形成されている第２のハウジング２と
は、図示しないビス等によって相互に固定される。ま
た、ハウジング１の上面には軸受け６を有する蓋部１ａ
が固定されており、これら第１、第２の各ハウジング
１、２および蓋部１ａによってステップモータ５０のケ
ースとしての筐体を成している。この筐体の内側には軸
受け７が固定されており、これらの軸受け６、７によっ
て、ロータ４が回動自在に軸止されている。ロータ４の
外周部には永久磁石５を有している。また、ロータ４と
中心軸を同じくする軸８が固定されている。ロータ４の
外側には、空間１１を隔てて、固定子極となるステータ
コア３ａ1 、2 、３ｂ1 、2 が、前記第１のハウジング
１の内面に配設されている。このステータコア３ａ1 、
2 、３ｂ1 、2 のロータ４と対向する内周面には、図３
にて後述するように極歯１２〜１５が形成されている。
ただし、ステップモータ５０の構成の簡素化のために、
ステータコア３ａ１は、ハウジング１と一体に形成され
ており、ステータコア３ａ1 に形成されている極歯１２
およびハウジング１は、磁性材料によって一体に形成さ
れている。ステータコア３ａ1 、2 、３ｂ1 、2 の内側
には、図示しない絶縁部材により絶縁された、各ステー
タコア３ａ1 、2 、３ｂ1 、2 を励磁する励磁コイル９
ａ、９ｂが巻装されている。ステータコア３ａ1 、2 、
３ｂ1 、2 の間には、磁性材料によって形成されている
第２のステータコア１０が設けられている。なお、第２
のステータコア１０は、各ステータコア３ａ1 、2 、３
ｂ1 、2 の間に設けなくても、永久磁石５に対向する部
位であれば、例えばステータコア３ａ2 と３ｂ1 とが接
していない側の端面部に設けることも可能である。

【００１６】図２に示すように、第２のステータコア１
０の前記永久磁石５と対向する内径部には、突起歯１０
ａが形成されている。この突起歯１０ａは、永久磁石５
に磁化される極数と同数、等間隔に形成されている。す
なわち、永久磁石５が有している極数と同数の突起歯１
０ａが形成されている。なお、図３にて後述するよう
に、この突起歯１０ａは、各ステータコア３ａ1 、2 、
と３ｂ1 、2 の各組において、発生トルクが小さい方の
極歯の有する位相と同位相に配設されている。本実施例
では、ステータコア３ａ1 、2 の組が発生する発生トル
クの最大値が、ステータコア３ｂ1 、2 が発生する発生
トルクよりも小さいとし、突起歯１０ａの位相は、ステ
ータコア３ａ1 、2 にそれぞれ形成されている極歯１
２、１３と同位相となっている。

【００１７】このように構成されるステップモータ５０
の非通電時の静止状態における作動を、図３および図４
に基づいて以下に説明する。図３は、ステップモータ５
０の非通電時において、永久磁石によって各ステータコ
ア３ａ1 、2 、３ｂ1 、2 の各極歯１２〜１５および第
２のステータコア１０の突起歯１０ａ等に起磁される磁
気回路のモデル図である。

【００１８】ステータコア３ａ1 、2 、３ｂ1 、2 の極
歯１２〜１５および第２のステータコア１０の突起歯１
０ａは、非通電時においては単なる磁性材料になる。し
かし、永久磁石５の起磁力によってステータコア３ａ1
、2 、３ｂ1 、2 および第２のステータコア１０には
磁性材料よりなるハウジング１を通じて磁気回路が成立
する。すなわち、永久磁石５とステータコア３ａ1 、2
との間に磁気回路Ａ１、永久磁石５とステータコア３ｂ
1 、2 との間に磁気回路Ｂ１が、永久磁石５と第２のス
テータコア１０との間に磁気回路Ｃ１が成立する。この
磁気回路Ｃ１を形成する第２のステータコア１０の突起
歯１０ａは、図３に示す如く、ステータコア３ａ1 、2
にそれぞれ形成されている極歯１２、１３と同位相とな
っている。各磁気回路Ａ１、Ｂ１、Ｃ１は、各極歯１２
〜１５および突起歯１０ａを通って成立する。なお、極
歯１２、１３は各ステータコア３ａ1 および３ａ2 にそ
れぞれ配設され、互いに対になる磁極に励磁される。ま
た、極歯１４および１５はステータコア３ｂ1 、３ｂ2
のそれぞれに配設され、同様に互いに対になる磁極に励
磁される。

【００１９】図４ (ａ) 〜 (ｄ) には、ステップモータ
５０の非通電時におけるトルクの発生状態を各磁気回路
Ａ１、Ｂ１、Ｃ１別に示し、図４ (ｅ) には、このよう
な各発生トルクによってロータがどのような保持トルク
を有するのかを示している。横軸はロータ４の回転角、
縦軸は発生トルクを表し、４ステップ角における保持ト
ルク変動を示す。

【００２０】図４ (ａ) に示す磁気回路Ａ１による発生
トルクＡ２を、ステップモータ５０の設計上、正常なト
ルク発生であるとする。図４ (ｂ) に示す磁気回路Ｂ１
による発生トルクＢ３は、以下の要因によって正常なト
ルクを発生することができず、発生トルクＢ３における
最大トルクは、図４ (ａ) の磁気回路Ａ１による発生ト
ルクＡ２の最大トルクと比較して小さくなっている。こ
のような、各磁気回路Ａ１およびＢ１において発生トル
クのアンバランスが生じる要因は、各ステータコア３ａ
1 、2 、および３ｂ1 、2 の各組において、磁気抵抗の
アンバランスが存在しているからである。この磁気抵抗
のアンバランスは、図１に示したようにステータコア３
ａ１がハウジング１と一体に形成され、他のステータコ
アと比較した場合、ステータコア３ａ１の磁気抵抗が異
なってしまうためである。また、ステータコア３ａ2 、
３ｂ1 、３ｂ2 およびハウジング１の形状精度、あるい
はそれらの組付精度等により、ハウジング１と各ステー
タコアとの間にできる隙間１６が不均一になったり、永
久磁石５との空間１１が不均一になったりする。この場
合にも、各磁気回路Ａ１、Ｂ１に対応する磁気抵抗にア
ンバランスが生じることとなる。実際にはこのような複
数の要因が足しあわされて、磁気回路による発生トルク
のアンバランスが生じることとなる。しかしここでは、
ステータコア３ａ1 がハウジング１と一体に構成される
ことにより、ステータコア３ａ1 を伴うステータコア３
ｂ1 、2 の組が発生する発生トルクＡ２とステータコア
３ｂ1、2 の組が発生する発生トルクＢ２とで、図４
(ａ) と (ｂ) との間に示すようなアンバランスが生じ
ているとする。

【００２１】このような各発生トルクＡ２、Ｂ２を合成
した合成トルクは、図４ (ｃ) に示すようになる。発生
トルクＢ２の最大トルク値が、ステータコア３ａ1 とハ
ウジング１との一体化による磁気抵抗のアンバランスに
より、発生トルクＡ２の最大トルクと比較して小さくな
っていることにより、合成トルクのトルク波形におい
て、一周期ごとに最大トルク値が低下している。

【００２２】このような合成トルクがロータ４の保持ト
ルクとして採用された場合には、上述の如く、ステップ
モータ５０に振動もしくは騒音等が発生する可能性があ
る。しかし、図４ (ｄ) に示すように、第２のステータ
コア１０における磁気回路Ｃ１による発生トルクＣ２
を、前記合成トルクに足し合わせた場合、保持トルクの
特性を図４ (ｅ) に示すようにすることも可能である。
すなわち、第２のステータコア１０によって、発生トル
クＡ２と発生トルクＢ２との差分のトルクを発生し、図
４の (ｃ) の合成トルクとあわせることによって、図４
(ｅ) に示す保持トルクにおけるトルクの各ピークチを
均一に調整することができる。つまり、ステータコア３
ａ1 とハウジング１との一体化によって、理想の保持ト
ルクから変化してしまう場合においても、所定の発生ト
ルクを有する第２のステータコア１０を構成することに
より、簡単にロータの保持トルクを調整することが可能
である。なお、第２のステータコア１０による発生トル
クＣ２の大きさの調整は、ステータコアの厚さを可変す
るようにしてもよい。すなわち、厚みを厚くすることに
よって第２のステータコア１０による発生トルクを大き
くしたり、厚みを薄くすることによって第２のステータ
コア１０による発生トルクを小さくするようにする。

【００２３】これによって、ステップモータ５０のアン
バランスの補正が実行され、ステップモータの振動およ
び騒音等を極力抑制することができる。本発明は上記実
施例に限定されるものではなく、以下のように種々変形
可能である。上述の実施例では、発生トルクＡ２と発生
トルクＢ２との差分のトルクを第２のステータコア１０
が発生する際、その発生トルクの大きさの調整を、第２
のステータコア１０の厚さを可変することによって実行
している。しかし、これに限定されるものではなく、例
えば、前記突起歯１０ａと永久磁石５との間隔を加減す
ることによって、保持トルクのアンバランスを調整する
ようにしてもよい。すなわち、各隙間が拡がる方向に調
整する場合には、第２のステータコア１０の磁気抵抗は
増大し、第２のステータコア１０による発生トルクは小
さくなる。また、逆に各隙間が狭まる方向に調整する場
合には、第２のステータコア１０の磁気抵抗は低下し、
第２のステータコアによる発生トルクは大きくなる。さ
らに、第２のステータコア１０の突起歯１０ａの、永久
磁石５に対向する部分の形状を大小可変することによっ
て保持トルクのアンバランスを調整するようにしてもよ
い。なお、永久磁石５のそれぞれの磁極に対向配置され
ている突起歯１０ａの数を減少すれば、第２のステータ
コア１０において発生するトルクを小さく調整すること
もできる。すなわち、第２のステータコア１０における
トルク発生も、２個の各突起歯１０ａの対によってそれ
ぞれトルクを発生した合計であるため、突起歯１０の数
を減らし、対になってトルクを発生する組を減らせば、
第２のステータコア１０ａによる発生トルクが小さくな
る。この際、突起歯１０ａの減らし方として、永久磁石
５の各磁極に対向する突起歯１０ａにおける最も隣接し
た２個組みづつを残存するように減らすようにしてもよ
い。

【００２４】以上のような手段を用いて調整した第２の
ステータコア１０による発生トルクを、各ステータコア
が発生する発生トルクに合成すると、より高精度に保持
トルクの発生を調整することができる。また、本発明に
よるステップモータ５０を、４輪独立制御を実行するサ
スペンションの位置制御用アクチュエータ６０に採用す
るようにしてもよい。その際のショックアブソーバのア
クチュエータ構成の正面図を図８に、縦断面図を図９に
表す。

【００２５】図６には、内部にステップモータ５０と、
このステップモータ５０を駆動制御するための電気回路
５３とを組み込まれた筐体ケース５１の外観を示す。こ
のケース５１の内部には外部との電気的接続を実行する
ためのコネクタ５２も設けられている。図７には、ケー
ス５２の内部構成を表す断面図を示す。電気回路５３
は、車両の各サスペンションに対応して設けられる各ス
テップモータ５０にそれぞれ独立して配設される。この
ような構成のアクチュエータ６０は各車輪に対するそれ
ぞれのサスペンション装置におけるショックアブソーバ
の上部に配設され、ステップモータ５０の駆動力は図示
しないコントロールロッドに接続されている。

【００２６】このように、本発明による保持トルクの高
いステップモータ５０のそれぞれに電子制御回路５３を
対応させて、４輪独立のサスペンション制御に採用する
と、サスペンション動作の正確さを向上することが可能
である。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ステップモータの保持トルクを簡素な構成にて調節する
ことが可能なステップモータを提供することが可能にな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるステップモータの全体構成を表す
断面図である。

【図２】本発明による第２のステータコアを示す正面図
である。

【図３】本発明によるステップモータの停止時における
トルク発生モデル図である。

【図４】本発明によるステップモータの停止時における
トルク発生図である。

【図５】従来の技術におけるステップモータの全体構成
を表す断面図である。

【図６】その他の実施例におけるステップモータの使用
応用図である。

【図７】その他の実施例におけるステップモータの使用
応用断面図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ３ａ1 、2 、３ｂ1 、2 各ステータコア ４ ロータ ５ 永久磁石 ９ａ、ｂ 励磁コイル １０ 第２のステータコア １０ａ 突起部 １２〜１４ 極歯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 正行 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (7)

【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
   てなる筒状の永久磁石を有し回動自在に軸止されている
   ロータと、前記永久磁石に対して所定の隙間を介して対
   向配置され、極歯を有し対極に磁化されるそれぞれのス
   テータコアと、前記ステータコアに巻装され前記ステー
   タコアの極歯を通電時に磁化させて前記ロータを回転さ
   せる複数の励磁コイルとを備えるステップモータにおい
   て、 対極に磁化された前記ステータコアが非通電時に前記永
   久磁石の起磁力に伴って発生する発生トルクと前記複数
   のステータコアの内の残る対極に磁化されたステータコ
   アが発生する発生トルクとの差分のトルクを発生し、前
   記発生トルクが小さいステータコアの組のそれぞれの極
   歯の位相と同位相の突起歯を有する、磁性材料により形
   成された第２のステータコアを有することを特徴とする
   ステップモータ。
2. 【請求項２】 前記第２のステータコアに形成されてい
   る突起歯は、前記永久磁石が有する極数と同等であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のステップモータ。
3. 【請求項３】 前記第２のステータコアは、前記永久磁
   石に対して所定の空間を介して突起歯を有し、 前記所定の空間を拡大することによって前記第２のステ
   ータコアが前記永久磁石から受ける起磁力の影響を小さ
   くするか、もしくは、前記所定の空間を縮小することに
   よって前記第２のステータコアが前記永久磁石から受け
   る起磁力の影響を大きくすることを特徴とする請求項１
   もしくは請求項２に記載のステップモータ。
4. 【請求項４】 前記ステップモータの外殻を成すハウジ
   ングは磁性材料より構成されており、前記複数のステー
   タコアの内の１枚が前記ハウジングと一体に構成されて
   いることを特徴とする請求項１もしくは請求項２もしく
   は請求項３に記載のステップモータ。
5. 【請求項５】 前記第２のステータコアの厚みを、前記
   複数のステータコアの厚みと比較して可変することによ
   り、前記第２のステータコアが前記永久磁石から受ける
   起磁力を調整することを特徴とする請求項１もしくは請
   求項２もしくは請求項３もしくは請求項４に記載のステ
   ップモータ。
6. 【請求項６】 前記第２のステータコアの有する突起歯
   の永久磁石に対向する対向面の形状を小さくまたは大き
   くすることによって、前記第２のステータコアが前記永
   久磁石から受ける起磁力を可変することを特徴とする請
   求項１もしくは請求項２もしくは請求項３もしくは請求
   項４もしくは請求項５に記載のステップモータ。
7. 【請求項７】 前記第２のステータコアに設けられる前
   記突起歯は、前記永久磁石が有する極数と同数以下の複
   数個を、前記永久磁石の各磁極に対して同一位相の最も
   隣接する位置に形成されていることを特徴とする請求項
   請求項１もしくは請求項２もしくは請求項３もしくは請
   求項４もしくは請求項５もしくは請求項６に記載のステ
   ップモータ。