JPH09312957A - 同軸二重型電動モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転角、回転速度の設定、変更の自由度を向
上させ、複雑な回転制御を可能にする。 【解決手段】 同軸二重型ステッピングモータ１を、外
側ケース１１、外側電磁石１５、外側永久磁石２０等か
らなる外側モータ部２と、内側ケース１３、内側電磁石
２２、内側永久磁石２８、出力軸２７等からなる内側モ
ータ部３とから構成する。これにより、外側モータ部２
による回転出力と、内側モータ部３による回転出力とを
出力軸２７から得ることができると共に、外側モータ部
２によるステップ角と内側モータ部３によるステップ角
との複数のステップ角を設定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力を回転動力に
変換して、被回転体となる制御対象物の回転制御を行う
同軸二重型電動モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電動モータは一組の固定子と回
転子とから構成されており、この電動モータの回転特性
（速度特性）は、鉄心の構造、巻線の相数、磁極数等、
電動モータ自体の構造的な要素によって決定される。

【０００３】また、電動モータの一種であるステッピン
グモータは、駆動パルス信号を入力することによりステ
ップ角単位で回転するモータであるが、このステッピン
グモータのステップ角も当該ステッピングモータ自体の
構造的な要素によって決定される。

【０００４】即ち、いわゆる永久磁石型（ＰＭ型）のス
テッピングモータの場合、そのステップ角は、該ステッ
ピングモータの固定子に設けられた電磁石の磁極数と回
転子に設けられた永久磁石の磁極数（着磁数）によって
決定される。また、いわゆる可変リラクタンス型（ＶＲ
型）のステッピングモータの場合、そのステップ角は、
該ステッピングモータの固定子に設けられた電磁石の磁
極数とリラクタンス回転子の歯数によって決定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、電動モータの構造的要素によって決定され
る回転特性に拘束され、該電動モータの回転角、回転速
度等の制御を自由に行うことが難しいという問題があ
る。特に、従来技術によるステッピングモータでは、固
定子に設けられた電磁石の磁極数と回転子に設けられた
永久磁石の磁極数（着磁数）等によってステップ角が決
定されるため、ステップ角に駆動パルス信号のパルス数
を乗じた回転角しか得ることができず、複雑な回転制御
が難しいという問題がある。

【０００６】また、ステッピングモータには、一般に１
相励磁方式、２相励磁方式、１−２励磁方式といった幾
多の励磁方式（駆動パルス信号のパルスシーケンス）が
あり、例えば、該ステッピングモータ用のドライバ回路
で１相励磁方式と１−２相励磁方式とを選択的に出力す
るようにすれば、１つのステッピングモータから２種の
ステップ角を得ることができる。しかし、２種のステッ
プ角を得られるだけでは、回転角設定の自由度は低い。

【０００７】さらに、ステッピングモータの回転制御に
マイクロステップ駆動方式を採用すれば、ステップ角を
細かく設定することが可能であるが、ドライバ回路が複
雑になるという欠点がある。

【０００８】一方、ステッピングモータの回転速度は、
ステッピングモータに入力する駆動パルス信号の周波数
（パルス発生間隔）とステップ角によって決定される。
また、ステッピングモータの回転速度を変更するには、
駆動パルス信号の周波数を徐々に増加、減少させる制
御、いわゆるスローアップ・スローダウン制御が必要と
なり、複雑なドライバ回路が必要となるという問題があ
る。

【０００９】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、複雑なドライバ回路を用いることなく、
回転角、回転速度等の設定、変更の自由度を向上させる
ことができる同軸二重型電動モータを提供することを目
的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１に記載する発明は、外側モータ部のケ
ーシングとなる外側ケースと、該外側ケース内に同軸に
位置して該外側ケースに回転自在に軸支された内側モー
タ部のケーシングとなる内側ケースと、前記外側ケース
内に固定して設けられた外側固定子と、該外側固定子に
対面するように前記内側ケースの外周側に固定して設け
られた外側回転子と、前記内側ケースに固定して設けら
れた内側固定子と、該内側固定子に対面するように内側
ケースに回転自在に軸支された出力軸の外周側に固定し
て設けられた内側回転子とから構成したことにある。

【００１１】上記構成より、外側モータ部による回転と
内側モータ部による回転とを出力軸から出力することが
できる。即ち、外側固定子と外側回転子との間に回転磁
界を発生させることにより、外側固定子に対して外側回
転子、内側ケース、該内側ケース内に設けられた内側固
定子、内側回転子および出力軸が一体的に回転する。一
方、内側固定子と内側回転子との間に回転磁界を発生さ
せると、内側固定子に対して内側回転子および前記出力
軸が一体的に回転する。これにより、出力軸から外側回
転子による回転と内側回転子による回転とを出力するこ
とができる。

【００１２】請求項２に記載する発明は、外側モータ部
のケーシングとなる外側ケースと、該外側ケース内に同
軸に位置して該外側ケースに回転自在に軸支された内側
モータ部のケーシングとなる内側ケースと、前記外側ケ
ース内に固定して設けられ複数の磁極と該各磁極を励磁
するための励磁巻線とを有する外側電磁石と、該外側電
磁石に対面するように前記内側ケースの外周側に固定し
て設けられ複数の磁極が着磁された外側永久磁石と、前
記内側ケース内に固定して設けられ複数の磁極と該各磁
極を励磁するための励磁巻線とを有する内側電磁石と、
前記内側ケースと同一の軸心で回転するように該内側ケ
ースに回転自在に軸支された出力軸と、前記内側電磁石
に対面するように該出力軸の外周側に固定して設けられ
複数の磁極が着磁された内側永久磁石とから構成したこ
とにある。

【００１３】上記構成より、外側モータ部による回転と
内側モータ部による回転とを出力軸から出力することが
できる。即ち、外側電磁石の励磁巻線に電流を供給する
と、該外側電磁石と外側永久磁石の回転磁界によりトル
クが発生し、外側電磁石に対して、外側永久磁石、内側
ケース、該内側ケース内に設けられた内側電磁石、内側
永久磁石および出力軸が一体的に回転する。

【００１４】一方、内側電磁石の励磁巻線に電流を供給
すると、該内側電磁石と内側永久磁石の回転磁界により
トルクが発生し、内側電磁石に対して、内側永久磁石お
よび出力軸が一体的に回転する。これにより、出力軸か
ら外側電磁石および外側回転子による回転と内側電磁石
および内側回転子による回転とを出力することができ
る。

【００１５】ここで、該同軸二重型電動モータをステッ
ピングモータとして用いた場合には、外側モータ部と内
側モータ部とにより異なる複数のステップ角を設定で
き、異なるステップ角単位の回転を１本の出力軸から出
力することができる。例えば、外側モータ部のステップ
角を比較的小さい角度に設定し、内側モータ部のステッ
プ角を比較的大きい角度に設定するれば、外側モータ部
により大きなステップ角単位の回転を出力することがで
きると共に、内側モータ部により小さなステップ角単位
の回転を出力することができる。

【００１６】請求項３に記載する発明は、外側モータ部
のケーシングとなる外側ケースと、該外側ケース内に同
軸に位置して該外側ケースに回転自在に軸支された内側
モータ部のケーシングとなる内側ケースと、前記外側ケ
ース内に固定して設けられ複数の磁極と該各磁極を励磁
するための励磁巻線とを有する外側電磁石と、前記内側
ケースの外周側に固定して設けられ該外側電磁石に向け
て突出する複数の歯を有する鉄心と、前記内側ケース内
に固定して設けられ複数の磁極と該各磁極を励磁するた
めの励磁巻線とを有する内側電磁石と、前記内側ケース
と同一の軸心で回転するように該内側ケースに回転自在
に軸支された出力軸と、前記内側電磁石に対面するよう
に該出力軸の外周側に固定して設けられ複数の磁極が着
磁された内側永久磁石とから構成したことにある。

【００１７】上記構成より、外側モータ部による回転と
内側モータ部による回転とを出力軸から出力することが
できる。即ち、外側電磁石の励磁巻線に電流を供給する
と、該外側電磁石に回転磁界が発生し、この回転磁界と
内側ケースの外周側に設けられた鉄心の各歯との間に発
生するトルクによって該鉄心、内側ケース、該内側ケー
ス内に設けられた内側電磁石、内側永久磁石および出力
軸が一体的に回転する。

【００１８】一方、内側電磁石の励磁巻線に電流を供給
すると、該内側電磁石と内側永久磁石の回転磁界により
トルクが発生し、内側永久磁石および出力軸が一体的に
回転する。これにより、出力軸から外側電磁石および前
記鉄心による回転と内側電磁石および内側永久磁石によ
る回転とを出力することができる。

【００１９】ここで、該同軸二重型電動モータをステッ
ピングモータとして用いた場合には、外側モータ部と内
側モータ部とにより異なる複数のステップ角を設定で
き、異なるステップ角単位の回転を出力軸から出力する
ことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って詳述する。

【００２１】ここで、図１ないし図５は本発明の第１の
実施例による同軸二重型電動モータをステッピングモー
タに適用した場合を例に挙げて説明する。

【００２２】１は本実施例による同軸二重型電動モータ
としての同軸二重型ステッピングモータを示し、該同軸
二重型ステッピングモータ１は外側モータ部２と内側モ
ータ部３とから構成されている。

【００２３】ここで、まず外側モータ部２について述べ
るに、１１は外側ケースを示し、該外側ケース１１は円
筒状の筒部１１Ａと、図１において該筒部１１Ａの軸方
向左側を閉塞する蓋部１１Ｂと、筒部１１Ａの軸方向右
側を閉塞し、中心に後述する出力軸２７を挿通する挿通
穴１１Ｃを有する蓋部１１Ｄとから構成されている。ま
た、外側ケース１１内に位置し、蓋部１１Ｂ内周側には
一方の軸受１２を装着する軸受装着部１１Ｅが形成さ
れ、蓋部１１Ｄ内周側には該軸受装着部１１Ｅに対向す
る位置に他方の軸受１２を装着する軸受装着部１１Ｆが
形成されている。

【００２４】１３は外側ケース１１内に同軸に位置して
該外側ケース１１に軸受１２，１２を介して回転自在に
軸支された内側ケースを示し、該内側ケース１３は外側
モータ部２の回転子の一部を構成すると共に、内側モー
タ部３のケーシングとなる。そして、該内側ケース１３
は、円筒状の筒部１３Ａと、図１において該筒部１３Ａ
の軸方向左側を閉塞する蓋部１３Ｂと、筒部１３Ａの軸
方向右側を閉塞し、中心に後述する出力軸２７を挿通す
る挿通穴１３Ｃを有する蓋部１３Ｄとから構成されてい
る。また、蓋部１３Ｂの内周側には一方の軸受１４を装
着する軸受装着部１３Ｅが設けられ、蓋部１３Ｄの内周
側には他方の軸受１４を装着する軸受装着部１３Ｆが該
軸受装着部１３Ｅと対向するように設けられている。

【００２５】１５は外側ケース１１内に固定して設けら
れた外側固定子としての外側電磁石である。１６，１６
は該外側電磁石１５の一部を構成する２個のコイルボビ
ンを示し、該各コイルボビン１６は絶縁材料により円筒
状に形成され、その外周側には励磁巻線１７，１７がそ
れぞれ巻回されている。そして、該各励磁巻線１７の端
部は外側ケース１１に設けられた入出力端子（図示せ
ず）に接続されている。

【００２６】１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄは外側電
磁石１５の一部を構成する鉄心部材を示し、該各鉄心部
材１８Ａ〜１８Ｄは、金属材料により円筒状に形成さ
れ、各コイルボビン１６の外側を包囲するように設けら
れている。

【００２７】また、各鉄心部材１８Ａ〜１８Ｄのそれぞ
れ内周面には、図３に示すように、三角形状の磁極１
９，１９，…が周方向に等間隔毎に離間して２４個設け
られいる。即ち、鉄心部材１８Ａ〜１８Ｄには合計９６
個の磁極１９が設けられている。そして、これら９６個
の磁極１９は、図３中の点線に示すように、周方向に間
隔ａ（＝３．７５度）毎に離間して配置されている。

【００２８】２０は外側電磁石１５に対面するように内
側ケース１３の外周側に設けられた外側回転子としての
外側永久磁石を示し、該外側永久磁石２０は図２に示す
ように円筒状に形成されている。そして、該外側永久磁
石２０は内側ケース１３の筒部１３Ａに固定されてお
り、内側ケース１３と共に一体的に回転する。また、外
側永久磁石２０は複数の磁極２１，２１，…が着磁され
た多極磁石であり、その磁極２１の数はＮ極とＳ極とを
合わせて合計４８個である。

【００２９】以上のように、外側モータ部２は、外側ケ
ース１１、内側ケース１３、外側電磁石１５および外側
永久磁石２０等から構成されている。

【００３０】次に、内側モータ部３について述べるに、
２２は内側ケース１３内に固定して設けられた内側固定
子としての内側電磁石である。２３，２３は該内側電磁
石２２の一部構成する２個のコイルボビンを示し、該各
コイルボビン２３は絶縁材料により円筒状に形成され、
その外周側には励磁巻線２４，２４がそれぞれ巻回され
ている。

【００３１】２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄは内側電
磁石２２の一部を構成する鉄心部材を示し、該各鉄心部
材２５Ａ〜２５Ｄは、前記外側電磁石１５の各鉄心部材
１８Ａ〜１８Ｄとほぼ同様に金属材料により円筒状に形
成され、各コイルボビン２３の外側を包囲するように設
けられている。

【００３２】また、各鉄心部材２５Ａ〜２５Ｄのそれぞ
れ内周面には三角形状の磁極２６，２６，…が周方向に
等間隔毎に離間して６個設けられいる。即ち、鉄心部材
２５Ａ〜２５Ｄには合計２４個の磁極２６が設けられて
いる。そして、これら２４個の磁極２６は、周方向に１
５度毎に離間して配置されている。

【００３３】２７は内側電磁石２２の内周側に位置し、
前記内側ケース１３に軸受１４，１４を介して回転自在
に支持された出力軸を示し、該出力軸２７はその先端が
内側ケース１３の挿通穴１３Ｃ、外側ケース１１の挿通
穴１１Ｃを挿通し、外部に突出している。また、該出力
軸２７は内側ケース１３と同一軸心で回転するように設
けられている。

【００３４】２８は内側電磁石２２に対面するように出
力軸２７の外周側に設けられた内側回転子としての内側
永久磁石を示し、該内側永久磁石２８は図２に示すよう
に円筒状に形成されている。そして、該内側永久磁石２
８は、出力軸２７に支持用筒体２９を介して固定的に設
けられており、出力軸２７と一体的に回転する。また、
内側永久磁石２８は図２に示すように複数の磁極３０，
３０，…が着磁された多極磁石であり、その磁極３０の
数はＮ極とＳ極とを合わせて合計１２個である。

【００３５】３１，３１，…は内側ケース１３を構成す
る蓋部１３Ｂの外側面に設けられた環状導電部材を示
し、該各環状導電部材３１は、図４または図５に示すよ
うに、導電材料によって環状に形成され、内側ケース１
３の軸心を中心として同心状に５輪設けられている。そ
して、該各環状導電部材３１は内側ケース１３の内部に
設けられた導線等によって内側電磁石２２の各励磁巻線
２４等に電気的に接続されている。

【００３６】３２，３２，…は外側ケース１１の蓋部１
１Ｂと内側ケース１３の蓋部１３Ｂとの間に設けられた
ブラシを示し、該各ブラシ３２は環状導電部材３１に対
応して５個設けられている。そして、該各ブラシ３２の
基端側は外側ケース１１の蓋部１１Ｂに固着され、先端
側は内側ケース１３の蓋部１３Ｂ側に突出し、各環状導
電部材３１の摺動可能に接触している。これにより、各
ブラシ３２と各環状導電部材３１とは電気的に接続され
ている。さらに、該各ブラシ３２の基端側は導線等を介
して外側ケースに設けられた入出力端子（図示せず）に
電気的に接続されている。

【００３７】以上のように、内側モータ部３は、内側ケ
ース１３、内側電磁石２２、出力軸２７、内側永久磁石
２８、各環状導電部材３１および各ブラシ３２等から構
成されている。

【００３８】本実施例による同軸二重型ステッピングモ
ータ１は上述したような構成を有するもので、次にその
動作について説明する。

【００３９】まず、前記外側モータ部２の動作について
説明すると、外側電磁石１５の各励磁巻線１７にステッ
ピングモータを回転駆動するための駆動パルス信号を入
力すると、外側電磁石１５と外側永久磁石２０の回転磁
界によりトルクが生じ、外側永久磁石２０、内側ケース
１３、該内側ケース１３内に設けられた内側電磁石２
２，内側永久磁石２８および出力軸２７等が外側電磁石
１５に対して一体的に回転する。これにより、出力軸２
７からは外側電磁石１５および外側永久磁石２０による
回転出力が得られる。

【００４０】一方、内側モータ部３について説明する
と、内側電磁石２２の各励磁巻線２４に駆動パルス信号
を入力すると、内側電磁石２２と内側永久磁石２８の回
転磁界によりトルクが生じ、内側永久磁石２８および出
力軸２７等が内側電磁石２２に対して一体的に回転す
る。これにより、出力軸２７からは内側電磁石２２およ
び内側永久磁石２８による回転出力が得られる。

【００４１】このように、本実施例による同軸二重型ス
テッピングモータ１は、外側モータ部２による回転出力
と、内側モータ部３による回転出力との２通りの回転出
力を出力軸２７から得ることができる。

【００４２】また、一般にステッピングモータのステッ
プ角は、固定子の磁極数と回転子の磁極数によって決定
される。

【００４３】本実施例では、外側電磁石１５が９６個の
磁極１９を有し、外側永久磁石２０が４８個の磁極２１
を有するから、外側モータ部２によるステップ角（以
下、「外側ステップ角」という）は３．７５度である。
一方、内側電磁石２２が２４個の磁極２６を有し、内側
永久磁石２８が１２個の磁極３０を有するから、内側モ
ータ部３によるステップ角（以下、「内側ステップ角」
という）は１５度である。

【００４４】このように、本実施例による同軸二重型ス
テッピングモータ１は外側ステップ角と内側ステップ角
の２通りのステップ角を有する。

【００４５】また、一般にステッピングモータを駆動す
るための駆動パルス信号のパルスシーケンスには、１相
磁方式、２相励磁方式および１−２相励磁方式がある。
そして、１−２相励磁方式を採用すれば、１相励磁方式
または２相励磁方式の１／２のステップ角でステッピン
グモータを回転制御することができる。従って、本実施
例による同軸二重型ステッピングモータ１に、１相励磁
方式と１−２相励磁方式、または２相励磁方式と１−２
相励磁方式を併用すれば、外側ステップ角（３．７５
度）、外側ステップ角の１／２のステップ角（１．８７
５度）、内側ステップ角（１５度）および内側ステップ
角の１／２のステップ角（７．５度）の合計で４通りの
ステップ角を設定できる。

【００４６】かくして、本実施例によれば、外側モータ
部２による回転出力と、内側モータ部３による回転出力
との２通りの回転出力を出力軸２７から得ることができ
る。また、本実施例によれば、外側電磁石１５と外側永
久磁石２０とによって決定される外側ステップ角と、内
側電磁石２２と内側永久磁石２８とによって決定される
内側ステップ角とを異なるように設定することにより、
少なくとも４通りのステップ角、即ち、１．８７５度、
３．７５度、７．５度、１５度を設定することができ
る。

【００４７】従って、当該同軸二重柄ステッピングモー
タ１を駆動するためのドライバ回路から１相励磁方式と
１−２励磁方式とを、または２相励磁方式と１−２励磁
方式とを選択的に出力して当該同軸二重型ステッピング
モータ１を制御するようにすれば、４通りのステップ角
に基づいて出力軸２７を回転させることができる。これ
により、出力軸２７から出力される回転角を自由に設定
することができ、複雑な回転制御が可能となる。

【００４８】例えば、外側電磁石１５の各励磁巻線１７
に１−２相励磁方式の駆動パルス信号を入力すれば、
１．８７５度単位で出力軸２７を細かく回転させること
ができる。また、内側電磁石２２の各励磁巻線２４に１
相励磁方式の駆動パルス信号を入力すれば、１５度単位
で出力軸２７を回転させることができ、少ないパルス数
で大きな回転角を得ることができる。

【００４９】また、外側電磁石１５に第１の駆動パルス
信号を入力し、これと同時に、内側電磁石２２に第２の
駆動パルス信号を入力することにより、外側電磁石１５
の回転出力と内側電磁石２２による回転出力とを同時に
出力軸２７から得ることができる。これにより、出力軸
２７の回転速度を自由にかつ容易に変更することができ
る。即ち、従来技術によるステッピングモータでは、一
般に回転速度を変更するために、駆動パルス信号の周波
数を徐々に増加、減少させる制御、いわゆるスローアッ
プ・スローダウン制御が必要だが、本実施例による同軸
二重型ステッピングモータ１では、スローアップ・スロ
ーダウン制御を行わずに回転速度を容易に変更すること
ができる。

【００５０】例えば、回転速度を増加させる場合には、
外側電磁石１５のみに１相励磁方式の第１の駆動パルス
信号を入力する。これにより、出力軸２７は外側ステッ
プ角＝３．７５度毎に回転する。その後、外側電磁石１
５に第１の駆動パルス信号を入力した状態のままで、内
側電磁石２２に１相励磁方式の第２の駆動パルス信号を
入力する。これにより、３．７５度毎に回転している出
力軸２７に内側ステップ＝１５度毎の回転が加わり、結
果的に出力軸２７は１８．７５度毎に回転する。このよ
うに、駆動パルス信号の周波数（パルス発生間隔）を変
更せずに、出力軸２７の回転速度を増加させることがで
きる。さらに、駆動パルス信号の励磁方式を時間差をも
って適宜変更して、４通りのステップ角を組み合わせれ
ば、出力軸２７の回転速度をスムーズに増加させること
も可能である。

【００５１】次に、本発明の第２の実施例による同軸二
重型電動モータをステッピングモータに適用した場合を
例に挙げ、図６および図７に基づいて説明するに、本実
施例の特徴は、外側モータ部の外側ステップ角を内側モ
ータ部の内側ステップ角より大きく設定したことにあ
る。なお、本実施例では、前記第１の実施例による構成
要素と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を
省略するものとする。

【００５２】４１は本実施例による同軸二重型電動モー
タとしての同軸二重型ステッピングモータを示し、該同
軸二重型ステッピングモータ４１は本実施例による外側
モータ部４２と、第１の実施例で述べた内側モータ部３
とから構成されている。

【００５３】ここで、外側モータ部４２について述べる
に、５１は外側ケースを示し、該外側ケース５１は横断
面ほぼ四角形状の筒部５１Ａと、図６において該筒部５
１Ａの軸方向左側を閉塞する蓋部５１Ｂと、筒部５１Ａ
の軸方向右側を閉塞し、中心に出力軸２７を挿通する挿
通穴５１Ｃを有する蓋部５１Ｄとから構成されている。

【００５４】また、前記蓋部５１Ｂには一方の軸受５２
を装着する軸受装着部５１Ｅが形成され、蓋部５１Ｄに
は他方の軸受５２を装着する軸受装着部５１Ｆが形成さ
れている。

【００５５】５３は外側ケース５１内に固定して設けら
れた外側固定子を示す。５４は該外側固定子５３の一部
を構成する鉄心を示し、該鉄心５４は、外側ケース５１
の筒部５１Ａの内周形状に対応するように横断面ほぼ四
角形の筒状に形成されている。

【００５６】また、鉄心５４の内周側には、図７に示す
ように、４個の磁極５５Ａ，５５Ｂ，５６Ａ，５６Ｂが
鉄心５４の中心に向けて突出するように形成されてい
る。そして、該磁極５５Ａ，５５Ｂ，５６Ａ，５６Ｂの
うち、左右方向に対向して設けられた磁極５５Ａ，５５
Ｂには励磁巻線５７，５７が巻回されている。即ち、磁
極５５Ａ，５５Ｂと各励磁巻線５７とによって外側電磁
石５８を構成している。なお、各励磁巻線５７の端部は
外側ケース５１に設けられた入出力端子（図示せず）に
接続されている。

【００５７】さらに、鉄心５４の上側に位置する磁極５
６Ａ先端側にはＮ極に着磁された中立位置静止用磁石５
９Ａが設けられ、下側に位置する磁極５６Ｂ先端側には
Ｓ極に着磁された中立位置静止用磁石５９Ｂが設けられ
ている。

【００５８】６０は内側ケース１３の外周側に設けられ
た外側固定子としての外側永久磁石を示し、該外側永久
磁石６０は図７に示すように円筒状に形成されている。
そして、該外側永久磁石６０は内側ケース１３に固定さ
れており、内側ケース１３と共に一体的に回転する。ま
た、外側永久磁石６０は図７に示すように、周方向に１
８０度離間してＳ極とＮ極に着磁され、２個の磁極６１
Ａ，６１Ｂを有している。

【００５９】本実施例による同軸二重型ステッピングモ
ータ４１は上述したような構成を有するもので、本実施
例の特徴である外側モータ部４２の動作について説明す
る。まず、外側電磁石５８の各励磁巻線５７に電流を供
給しない状態では、図７に示すように、中立位置静止用
磁石５９Ａと外側永久磁石６０のＳ極磁極６１Ａとが引
き合うと共に、中立位置静止用磁石５９Ｂと外側永久磁
石６０のＮ極磁極６１Ｂが引き合う。これにより、外側
永久磁石６０、内側ケース１３、内側電磁石２２等は図
７に示すように中立位置で静止している。

【００６０】この状態から、外側電磁石５８の各励磁巻
線５７に電流を供給し、図７中の左側の磁極５５ＡがＳ
極、右側の磁極５５ＢがＮ極となるように励磁すると、
磁極５５Ａに外側永久磁石６０のＮ極磁極６１Ｂが吸引
されると共に、磁極５５Ｂに外側永久磁石６０のＳ極磁
石６１Ａが吸引される。これにより、外側永久磁石６
０、内側ケース１３、内側電磁石２２、内側永久磁石２
８および出力軸２７等が右方向に９０度一体回転する。
なお、このとき磁極５５Ａ，５５Ｂの磁力が中立位置静
止用磁石５９Ａ，５９Ｂの磁力より大きくなるように磁
極５５Ａ，５５Ｂを励磁している。

【００６１】また、各励磁巻線５７への電流供給を中止
すると、中立位置静止用磁石５９Ａ，５９Ｂの磁力によ
り、外側永久磁石６０、内側ケース１３、内側電磁石２
２、内側永久磁石２８および出力軸２７等は元の中立位
置に戻る。また、図７中の左側の磁極５５ＡがＮ極、右
側の磁極５５ＢがＳ極となるように励磁すると、外側永
久磁石６０、内側ケース１３、内側電磁石２２、内側永
久磁石２８および出力軸２７等が左方向に９０度回転す
る。

【００６２】なお、内側電磁石２２に駆動パルス信号を
入力すると、第１の実施例で述べた通り、内側永久磁石
２８、出力軸２７等が内側ステップ角（１５度または
７．５度）単位で回転する。

【００６３】かくして、本実施例によれば、第１の実施
例と同様に外側モータ部４２による回転出力と、内側モ
ータ部３による回転出力の２通りの回転出力を出力軸２
７から得ることができる。

【００６４】また、本実施例によれば、外側固定子５３
に４個の磁極５５Ａ，５５Ｂ，５６Ａ，５６Ｂを設ける
と共に、外側永久磁石６０に磁極６１Ａ，６１Ｂを設け
る構成としたから、内側ステップ角が７．５度または１
５度であるのに対し、外側ステップ角を９０度と大きい
角度とすることができる。

【００６５】これにより、外側モータ部４２による９０
度単位の大きな回転と、内側モータ部３による１５度ま
たは７．５度単位の細かい回転とを出力軸２７から得る
ことができる。従って、回転角設定の自由度を向上で
き、複雑な回転角制御を実現することができる。

【００６６】例えば、目標角１０５度の大きな回転角を
得る場合には、外側電磁石５８に電流を供給して内側ケ
ース１３、出力軸２７等を一方向に９０度回転させると
共に、内側電磁石２２に１相励磁方式の駆動パルス信号
を入力して出力軸２７を一方向に１５度回転させればよ
い。これにより、目標角１０５度の回転角を短時間で得
ることができる。一方、例えば７．５度毎の細かい回転
角を得るには、内側電磁石２２に１−２相励磁方式の駆
動パルス信号を入力し出力軸２７を内側ステップ角単位
で回転させればよい。

【００６７】このように、本実施例によれば、パルス数
が多数の駆動パルス信号を入力しなくても、少ないパル
ス数で大きな回転角を得ることができると共に、細かい
回転角をも得ることができる。特に、少ないパルス数で
大きな回転角を得ることができるから、大きな回転角を
瞬時に得ることができる。

【００６８】次に、本発明の第３の実施例による同軸二
重型電動モータをステッピングモータに適用した場合を
例に挙げ、図８および図９に基づいて説明するに、本実
施例の特徴は、外側電磁石の鉄心に複数の突極を設け、
該各突極の先端に複数の歯を設けると共に、内側ケース
の外周側に外側永久磁石と、複数の歯が列設された歯車
状の鉄心を設ける構成としたことにある。なお、本実施
例では、前記第１の実施例による構成要素と同一の構成
要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとす
る。

【００６９】７１は本実施例による同軸二重型電動モー
タとしての同軸二重型ステッピングモータを示し、該同
軸二重型ステッピングモータ７１は本実施例による外側
モータ部７２と、第１の実施例で述べた内側モータ部３
とから構成されている。

【００７０】ここで、外側モータ部７２について述べる
に、８１は外側ケースを示し、該外側ケース８１は、前
記第１の実施例とほぼ同様に、円筒状の筒部８１Ａ、蓋
部８１Ｂ、中心に挿通穴８１Ｃを有する蓋部８１Ｄとか
ら構成されている。また、外側ケース８１の蓋部８１Ｂ
には一方の軸受８２を装着する軸受装着部８１Ｅが形成
され、蓋部８１Ｄには他方の軸受８２を装着する軸受装
着部８１Ｆが形成されている。

【００７１】８３は外側ケース８１内に固定して設けら
れた外側固定子としての外側電磁石を示す。８４は該外
側電磁石８３の一部を構成する鉄心を示し、該鉄心８４
は円筒状に形成され、該鉄心８４の内周側には、図９に
示すように、該鉄心８４の中心に向けて径方向に突出し
た突極８５，８５，…が周方向に等間隔毎に離間して８
個設けられている。そして、該各突極８５の基端側には
励磁巻線８６，８６，…がそれぞれ巻回されている。さ
らに、該各突極８５の先端側にはそれぞれ磁極としての
歯８７，８７，…が複数突設されている。

【００７２】８８は内側ケース１３の外周側に固定的に
設けられた外側永久磁石を示し、該外側永久磁石８８は
軸方向に磁化されており、例えば図８中の左側がＳ極
で、右側がＮ極に磁化されている。

【００７３】９０Ａ，９０Ｂは外側永久磁石８８の外周
側に固定的に設けられた２個の筒状鉄心を示し、該筒状
鉄心９０Ａ，９０Ｂは外側永久磁石８８、内側ケース１
３等と共に一体的に回転する。また、図８中の左側に位
置する筒状鉄心９０ＡはＳ極に磁化され、図８中の右側
に位置する筒状鉄心９０ＢはＮ極に磁化されている。さ
らに、該筒状鉄心９０Ａ，９０Ｂは、図９に示すように
筒状に形成され、該筒状鉄心９０Ａの外周側には外側電
磁石８３に向けて径方向外向に突出する歯９１Ａ，９１
Ａ，…が、該筒状鉄心９０Ｂの外周側にも同様に歯９１
Ｂ，９１Ｂ，…がそれぞれ周方向に多数列設されてい
る。そして、該筒状鉄心９０Ａの各歯９１Ａと、筒状鉄
心９０Ｂの各歯９１Ｂとは互いに周方向に半ピッチずれ
て配設されている。

【００７４】本実施例による同軸二重型ステッピングモ
ータ７１は上述したような構成を有するもので、その基
本的な動作は前述した第１の実施例によるものとほぼ同
様である。

【００７５】然るに、本実施例によれば、外側電磁石８
３に８個の突極８５を設けると共に該各突極８５の先端
側に歯８７を複数設け、内側ケース１３の外周側には外
側永久磁石８８と多数の歯９１Ａ，９１Ｂが列設された
筒状鉄心９０Ａ，９０Ｂを設ける構成としたから、外側
電磁石８３の歯８７の数、外側永久磁石８８の磁極８９
の数、筒状鉄心９０Ａ，９０Ｂの歯９１Ａ，９１Ｂの数
によって決定される外側ステップ角は極めて細かくな
る。従って、一層細かくかつ複雑な回転角の制御が可能
となる。

【００７６】なお、外側電磁石１５（５８，８３）、外
側永久磁石２０（６０，８８）、筒状鉄心９０Ａ，９０
Ｂ、内側電磁石２２、内側永久磁石２８のそれぞれの磁
極数（歯数）は前記各実施例で述べた数に限定するもの
ではない。

【００７７】また、前記各実施例では、内側電磁石２２
と内側永久磁石２８とを設けることにより、いわゆる永
久磁石型（ＰＭ型）の構成を採用したが、本発明はこれ
に限らず、内側永久磁石２８に代えて歯車状のリラクタ
ンス回転子を設けることにより、いわゆる可変リラクタ
ンス型（ＶＲ型）の構成を採用してもよい。さらに、内
側永久磁石を設けると共に該内側永久磁石の外周側にリ
ラクタンス回転子を設け、いわゆる複合型（ＨＢ型）の
構成を採用してもよい。

【００７８】また、前記第３の実施例では、内側ケース
１３の外周側に外側永久磁石８８と筒状鉄心９０Ａ，９
０Ｂを設けるものとして述べたが、本発明はこれに限ら
ず、内側ケース１３の外周側に複数の歯を有する筒状鉄
心のみを設け、いわゆる可変リラクタンス型（ＶＲ型）
の構成を採用してもよい。

【００７９】さらに、前記各実施例では、同軸二重型電
動モータをステッピングモータに適用した場合を例に挙
げて説明したが、本発明はこれに限るものでなく、サー
ボモータ、ブラシレスモータ、整流子モータ等にも適用
できる。

【００８０】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１に係る発明
では、外側モータ部よる回転出力と内側モータ部による
回転出力とを１つの出力軸から得ることができる。従っ
て、外側モータ部による回転特性と、内側モータ部によ
る回転特性との２通りの回転特性を設定でき、回転角，
回転速度等の設定，変更の自由度を向上させ、簡単な構
成のドライバ回路によって複雑な回転制御を実現でき
る。

【００８１】請求項２または３に係る発明では、外側モ
ータ部による回転特性と、内側モータ部による回転特性
との２通りの回転特性を設定できる。特に、当該同軸二
重型電動モータをステッピングモータとして用いた場合
には、外側モータ部と内側モータ部とで、それぞれ異な
るステップ角を設定することができる。そして、１相励
磁方式と１−２相励磁方式とを併用した場合、または２
相励磁方式と１−２相励磁方式とを併用した場合には、
４通りのステップ角を１つの出力軸から得ることができ
る。従って、回転角設定の自由度を向上させ、簡単な構
成のドライバ回路によって複雑な回転制御を実現でき
る。

【００８２】また、外側電磁石による回転制御と、内側
電磁石による回転制御とを同時に行うことにより、回転
速度の変更を容易にかつ自由に行うことができると共
に、高速回転を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による同軸二重型ステッ
ピングモータを示す縦断面図である。

【図２】図１中の矢示II−II方向断面図である。

【図３】図１中の外側電磁石を示す拡大縦断面図であ
る。

【図４】図１中の各環状導電部材、各ブラシ等を示す拡
大断面図である。

【図５】図４中の矢示Ｖ−Ｖ方向断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例による同軸二重型ステッ
ピングモータを示す縦断面図である。

【図７】図６中の矢示VII −VII 方向断面図である。

【図８】本発明の第３の実施例による同軸二重型ステッ
ピングモータを示す縦断面図である。

【図９】図８中の矢示IX−IX方向断面図である。

【符号の説明】

１，４１，７１ 同軸二重型ステッピングモータ（同軸
二重型電動モータ） ２，４２，７２ 外側モータ部 ３ 内側モータ部 １１，５１，８１ 外側ケース １３ 内側ケース １５，５８，８３ 外側電磁石（外側固定子） １７，２４，５７，８６ 励磁巻線 １９，２１，２６，３０，５５Ａ，５５Ｂ，５６Ａ，５
６Ｂ，６１Ａ，６１Ｂ，８９ 磁極 ２０，６０，８８ 外側永久磁石（外側回転子） ２２ 内側電磁石（内側固定子） ２７ 出力軸 ２８ 内側永久磁石（内側回転子） ３１ 環状導電部材 ３２ ブラシ ８７，９１Ａ，９１Ｂ 歯 ９０Ａ，９０Ｂ 筒状鉄心（鉄心）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外側モータ部のケーシングとなる外側ケ
   ースと、該外側ケース内に同軸に位置して該外側ケース
   に回転自在に軸支された内側モータ部のケーシングとな
   る内側ケースと、前記外側ケース内に固定して設けられ
   た外側固定子と、該外側固定子に対面するように前記内
   側ケースの外周側に固定して設けられた外側回転子と、
   前記内側ケースに固定して設けられた内側固定子と、該
   内側固定子に対面するように内側ケースに回転自在に軸
   支された出力軸の外周側に固定して設けられた内側回転
   子とから構成してなる同軸二重型電動モータ。
2. 【請求項２】 外側モータ部のケーシングとなる外側ケ
   ースと、該外側ケース内に同軸に位置して該外側ケース
   に回転自在に軸支された内側モータ部のケーシングとな
   る内側ケースと、前記外側ケース内に固定して設けられ
   複数の磁極と該各磁極を励磁するための励磁巻線とを有
   する外側電磁石と、該外側電磁石に対面するように前記
   内側ケースの外周側に固定して設けられ複数の磁極が着
   磁された外側永久磁石と、前記内側ケース内に固定して
   設けられ複数の磁極と該各磁極を励磁するための励磁巻
   線とを有する内側電磁石と、前記内側ケースと同一の軸
   心で回転するように該内側ケースに回転自在に軸支され
   た出力軸と、前記内側電磁石に対面するように該出力軸
   の外周側に固定して設けられ複数の磁極が着磁された内
   側永久磁石とから構成してなる同軸二重型電動モータ。
3. 【請求項３】 外側モータ部のケーシングとなる外側ケ
   ースと、該外側ケース内に同軸に位置して該外側ケース
   に回転自在に軸支された内側モータ部のケーシングとな
   る内側ケースと、前記外側ケース内に固定して設けられ
   複数の磁極と該各磁極を励磁するための励磁巻線とを有
   する外側電磁石と、前記内側ケースの外周側に固定して
   設けられ該外側電磁石に向けて突出する複数の歯を有す
   る鉄心と、前記内側ケース内に固定して設けられ複数の
   磁極と該各磁極を励磁するための励磁巻線とを有する内
   側電磁石と、前記内側ケースと同一の軸心で回転するよ
   うに該内側ケースに回転自在に軸支された出力軸と、前
   記内側電磁石に対面するように該出力軸の外周側に固定
   して設けられ複数の磁極が着磁された内側永久磁石とか
   ら構成してなる同軸二重型電動モータ。