JPH10164816A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 励磁コイルに対する駆動信号供給が無い状態
であっても、ロータの回転を良好に抑制し得るステッピ
ングモータを提供。 【解決手段】 永久磁石からなるロータ２２の回転方向
周囲に、励磁信号供給を受けてロータ２２に回転磁界を
与える開ループ状の励磁コイル２０１，２０２と、ロー
タ２２に制動力を与える閉ループ状の制動コイル２１０
とを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＰＭ（永久磁石）型
のステッピングモータに関し、特に指示計器の駆動部と
して好適なステッピングモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より各種産業分野におけるアクチュ
エータ部品としてＰＭ型のステッピングモータが広く利
用されており、小型で高トルクであることなどから、近
年ではアナログ式指示計器の駆動部としての採用が検討
されている。

【０００３】この種ステッピングモータの多くは、例え
ば特開平８−１４９７８１号公報に開示されているよう
に、回転軸を備えた永久磁石からなるロータと、このロ
ータの回転方向周囲を囲むように配置される環状の２組
みのステータコアとを備え、各ステータコアはロータを
その回転方向に沿って囲むように巻かれた励磁コイル
と、ロータの回転方向周面に対向して櫛歯状に組み合わ
される複数の極歯を延設した環状のヨークとからなり、
２つの励磁コイルの各々に互いに位相が異なる電圧信号
（駆動信号）を与えることによりヨークを通じてロータ
に回転磁界を与え、ロータを回転駆動するようになって
いる。

【０００４】ところで、このようなステッピングモータ
を例えば車両用のアナログ式指示計器の駆動部として使
用する場合、指針を連結したロータを計測量に応じた駆
動信号供給によって回転駆動できるように構成すればよ
いが、駆動信号供給によるロータ駆動が行われない例え
ば電源オフ時や製品出荷／搬送時には、ロータ（指針）
の回転を規制することができないため、指針（ロータ）
を所定位置（例えば指針の零点指示位置）に維持してお
く何らかの回転規制手段が必要となる。

【０００５】このような回転規制手段としては、指針と
当接してその回転を抑制する指針ストッパやロータと当
接して指針の回転を抑制するロータストッパ、もしくは
回転軸に固定されこれと共に回転する専用の当接部材と
当接して指針（ロータ）の回転を抑制する専用ストッパ
といった各種の機械的規制手段の採用が考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステッ
ピングモータには、駆動信号供給が無い状態であっても
ディテントトルクと称されるロータ回転磁界が働くこと
もあって、単にこのような当接機構からなる機械的規制
手段を設けるのみでは、例えば振動等の外的要因により
ロータ（指針）が機械的規制手段による停止位置から離
れてしまいやすく、いわゆる脱調やフリームーブの原因
となったり、製品納入時に指針の位置が製品毎にばらつ
いて商品価値が低下する等の不都合を有している。

【０００７】このため、特開平８−１８２３０１号公報
に開示されているように、ディテントトルクによる吸引
力を利用して指針（ロータ）を所定位置に付勢保持する
手段が提案されているが、ディテントトルク自体の吸引
力が小さいために、例えば僅かな振動によっても指針が
浮き上がりやすく、この対策としてディテントトルクを
強力にすることが考えられるが、ディテントトルクを強
力にすると、通常駆動時（駆動信号供給によるロータ駆
動時）にロータがスムーズに回転しなくなってしまう。

【０００８】本発明は、この点に着目してなされたもの
で、励磁コイルに対する駆動信号供給が無い状態であっ
ても、ロータの回転を良好に抑制し得るステッピングモ
ータを提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、永久磁石から
なるロータと、このロータをその回転方向に沿って囲む
ように配置され駆動信号供給を受けて前記ロータに回転
磁界を与える開ループ状の励磁コイルと、前記ロータを
その回転方向に沿って囲むように配置され前記ロータに
制動力を与える閉ループの制動コイルとを有することを
特徴とするものである。

【００１０】また本発明は、前記ロータは所定の機械的
規制手段によりその回転が規制され且つこの機械的規制
手段による回転規制位置において前記制動コイルの制動
力により前記回転規制位置に保持されることを特徴とす
るものである。

【００１１】また本発明は、永久磁石からなるロータ
と、このロータをその回転方向に沿って囲むように配置
され駆動信号供給を受けて前記ロータに回転磁界を与え
る開ループの励磁コイルと、この励磁コイルへの駆動信
号供給が行われないときに前記ロータに制動力が加わる
よう前記励磁コイルを閉ループに切り替える切替手段と
を有することを特徴とするものである。

【００１２】また本発明は、前記ロータは所定の機械的
規制手段によりその回転が規制され且つこの機械的規制
手段による回転規制位置において前記切替手段により閉
ループに切り替えられた前記励磁コイルの制動力にて前
記回転規制位置に保持されることを特徴とするものであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明によるステッピングモータ
は、永久磁石からなるロータの回転方向周囲に、駆動信
号供給を受けてロータに回転磁界を与える開ループ状の
励磁コイルと、前記ロータに制動力を与える閉ループ状
の制動コイルとを備えることにより、励磁コイルへの駆
動信号供給が行われない例えば電源オフ時や製品出荷／
搬送時に、振動等によりロータが回転しようとすると、
制動コイルが閉ループ状であることから、制動コイル内
に起電圧が発生し、この起電圧による磁界がロータを回
転させない制動力として働くため、ロータの回転が抑制
される。

【００１４】また所定の機械的規制手段によりロータの
回転を規制するようにし、この機械的規制手段による回
転規制位置において制動コイルの制動力によりロータを
回転規制位置に保持するようにしてもよく、このように
すれば駆動信号無供給時のロータに対する回転抑制の確
実性が高まる。

【００１５】また本発明によるステッピングモータは、
永久磁石からなるロータと、このロータの回転方向周囲
に配置され駆動信号供給を受けて前記ロータに回転磁界
を与える開ループ状の励磁コイルと、この励磁コイルへ
の駆動信号供給が行われないときにロータに制動力が加
わるよう開ループ状の励磁コイルを閉ループ状に切り替
える切替手段とを備えることにより、励磁コイルへの駆
動信号供給が行われない例えば電源オフ時や製品出荷／
搬送時には、開ループ状の励磁コイルが閉ループ状に切
り替わるため、振動等によりロータが回転しようとする
と、励磁コイルに起電圧が発生し、この起電圧による磁
界がロータを回転させない制動力として働くので、ロー
タの回転が抑制され、一方、駆動信号供給を行う通常運
転時には閉ループ状の励磁コイルが開ループ状に切り替
わるため、起電圧による制動力は発生せず、ロータの回
転動作を阻害する悪影響は発生しないことになる。

【００１６】また所定の機械的規制手段によりロータの
回転を規制するようにし、この機械的規制手段による回
転規制位置において切替手段により閉ループに切り替え
られた励磁コイルの制動力にて回転規制位置にロータを
保持するようにしてもよく、このようにすれば駆動信号
無供給時のロータに対する回転抑制の確実性が高まる。

【００１７】

【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を
説明する。

【００１８】図１は、本発明の第１実施例として、本発
明によるステッピングモータをアナログ式指示計器に適
用したステッピングモータ式計器の側面図、図２はステ
ッピングモータの分解斜視図、図３は図２のボビンに巻
かれた励磁コイル及び制動コイルを示す斜視図、図４は
励磁コイル及び制動コイルの巻線状態を示す図３の正面
図、図５は本実施例によるステッピングモータ式計器の
駆動回路を示すブロック図である。

【００１９】本実施例によるステッピングモータ式計器
は、図１に示すように、図示しない目盛，文字，数字，
図形などの図示しない指標部が形成された文字板１と、
この文字板１の背後に固定されたステッピングモータ２
と、このステッピングモータ２により駆動される指針３
と、ステッピングモータ１を駆動するための後述する駆
動回路が搭載された回路基板４とで構成されている。

【００２０】ステッピングモータ２は、図２に示すよう
に、回転軸２１を備える永久磁石からなるロータ２２
と、このロータ２２の周囲を囲むように収納すべく同心
的積層体を構成する第１の環状ステータコア２３及び第
２の環状ステータコア２４と、これら環状ステータコア
２３，２４をロータ２２の軸方向に沿って挟むように対
向配置され、各環状ステータコア２３，２４内にロータ
２２を保持する第１，第２の保持部材２５，２６とから
なり、図１に示すように、回転軸２１の先端に指針３が
固定され、第１の保持部材２５に文字板１が固定されて
いると共に、第２の保持部材２６を回路基板４に加締め
固定することにより、文字板１，指針３が付設されたス
テッピングモータ１を回路基板４上に固定するようにし
ている。

【００２１】第１，第２の環状ステータコア２３，２４
は、略同様な構成を有し、第１，第２の励磁コイル２０
１，２０２が巻かれた環状ボビン２０３，２０４と、磁
性金属材料からなる略円環カップ状の外ヨーク２０５，
２０６と、同じく磁性金属材料からなる略円環板状の内
ヨーク２０７，２０８とからなり、これら互いに対をな
す外，内ヨーク２０５，２０７、外，内ヨーク２０６，
２０８は、これらの間に対応する環状ボビン２０３，２
０４の各々を挟むように同心的に積層されて、第１，第
２の環状ステータコア２３，２４を構成し、これら第
１，第２の環状ステータコア２３，２４は、非磁性金属
材からなるスペーサ２０９を挟んで同心的に積層され、
ロータ２２をその回転方向に沿って囲むステータ体を構
成する。

【００２２】また各外，内ヨーク２０５，２０６，２０
７，２０８には組み付け状態において環状ボビン２０
３，２０４内に延設し、環状櫛歯型の配列形状をもって
ロータ２２の回転方向周面と対向する複数の極歯２０５
ａ，２０６ａ，２０７ａ，２０８ａが形成されている。

【００２３】また第１の保持部材２５には、ロータ２２
の突部２２ａと当接するロータストッパ２５ａが形成さ
れており、このロータストッパ２５ａとロータ２２の突
部２２ａとによりロータ２２の回転を規制する機械的規
制手段を構成している。

【００２４】そして第１，第２の環状ボビン２０３，２
０４のうち、下側となる第２の環状ボビン２０４には、
図３，図４に示すように、第２の励磁コイル２０２の
他、制動コイル２１０が巻かれており、第２の励磁コイ
ル２０２は、環状ボビン２０４のフランジより突出する
３本の各端子２１１，２１２，２１３のうち、一端が端
子２１１に他端が２１３にそれぞれ接続固定されて開ル
ープを構成しており、一方、制動コイル２１０はその両
端が端子２１２に接続固定されて閉ループを構成してお
り、開ループ状の第２の励磁コイル２０１が接続固定さ
れる端子２１１，２１３は、第２の環状ボビン２０４内
にインサート成形により固定され、それらの他端は第２
の環状ボビン２０４の背面側に貫通しており、図１に示
すように回路基板４に電気接続されている。

【００２５】なお、これら端子２１１，２１３の反対側
に設けられた端子２１４，２１５には、第１の励磁コイ
ル２０１の一端及び他端が接続固定され、従ってこの場
合、第１の励磁コイル２０１も開ループを構成するもの
で、これら端子２１４，２１５も端子２１１，２１３と
同様に、第２の環状ボビン２０４内にインサート成形に
より固定され、それらの他端は第２の環状ボビン２０４
の背面側に貫通しており、図１に示すように回路基板４
に電気接続されている。

【００２６】このように構成されたステッピングモータ
式計器は、図５に示す駆動回路によって駆動することが
でき、車両用の速度計を例にとって説明すると、計測量
である走行速度に比例した周波数信号が入力端子５から
入力されると、計数手段６において入力信号の立ち上が
りや立ち下がりを検出してこれを所定のゲートタイムに
てカウント（ゲートタイム方式）するか、もしくは別の
高周波クロック信号を入力信号にてカウント（周期測定
方式）し、刻々と変化する走行速度をデジタルデータと
して算出する。

【００２７】このように求められた計測量たるデジタル
データは、処理手段７にて所定の変換周期で指示角デー
タに変換され、変換周期毎に前回の指示角データと最新
の指示角データの差の絶対値とその増減状態が求められ
る。

【００２８】この最新指示角データは、次回の更新時に
おける前回時データとして採用され、同様の演算にて最
新指示角データとの比較と更新が繰り返される。

【００２９】こうして更新された指示角データは、出力
手段８を介してステッピングモータの励磁コイル２０
１，２０２に適宜の波形処理（マイクロステップ処理や
位相変換）を行って駆動信号（電圧信号）として供給さ
れ、これによって励磁コイル２０１，２０２が励磁さ
れ、その磁路を各外，内ヨーク２０５，２０６，２０
７，２０８を通じて導いてロータ２２を駆動し、文字板
１の目盛に対応した角度指示にて回転軸２１に固定した
指針３を回動するものである。

【００３０】処理手段７としては、計器指示特性を任意
に設定して走行速度を指示できるよう計数手段６を含ん
でマイクロコンピュータにて構成することができ、処理
手段７への電源供給は、電源スイッチ９を介して電源１
０から行われるが、自動車用計器の場合には、車載バッ
テリからイグニッションキースイッチを介しての供給と
なる。

【００３１】従って電源スイッチ９がオンの状態では、
指示角データに基づく駆動信号である電圧が励磁コイル
２０１，２０２に印加され、ロータ２２は駆動信号に応
じた回転動作を行うが、電源スイッチ９がオフの状態で
は、このような指示角データに基づく駆動信号は励磁コ
イル２０１，２０２に印加されず、ロータ２２の動作を
制御することは不可能となる。

【００３２】また本実施例では、ロータストッパ２５ａ
がロータ２２の突部２２ａに当接する位置をロータ２２
の基点として設定すると共に、ロータ２２が基点位置に
あるときに、指針３が文字板１の基点である例えば目盛
上の零点を指示するように回転軸２１に対し指針３を固
定するようにしており（即ち、ロータストッパ２５ａと
ロータ２２の突部２２ａとの当接位置たるステッピング
モータ側の基点位置と指針３の指示基点たる文字板１の
基点位置とが一致している）、この場合、処理手段７
は、電源スイッチ９をオフした直後に一定時間だけ作動
してロータ２２をロータストッパ２５ａとの当接する位
置に戻す処理を行う機能も備えている。

【００３３】よって、電源スイッチ９のオフ時、指針３
は文字板１上の零点を指示した状態でその回動が規制さ
れることになるが、この状態で振動等によりロータ２２
（指針３）が動こうとすると、閉ループ状の制動コイル
２１０に起電圧が発生するため、この起電圧による磁界
がロータ２２の回転を抑制する制動力として働き、これ
により指針３の文字板１上の零点指示状態が維持され
る。

【００３４】また製品出荷／搬送時等、電源１０との接
続が行われない車両への取り付け前の状態にあっては、
振動等による指針３の回動が抑制されるため、指針３の
位置が製品毎にばらつくといった不具合も抑制すること
ができ、出荷時における指針３の指示位置を前述のよう
に文字板１上の零点として設定した場合には、その指示
状態が維持される。

【００３５】なお制動コイル２１０に発生する起電圧
は、ロータ２２が急激に回転しようとすればするほど高
くなるので、これによる制動力（保持トルク）も強力に
作用する。

【００３６】以上のように本実施例によれば、永久磁石
からなるロータ２２の回転方向周囲に、励磁信号供給を
受けてロータ２２に回転磁界を与える開ループ状の励磁
コイル２０１，２０２と、ロータ２２に制動力を与える
閉ループ状の制動コイル２１０とを備えることにより、
励磁コイル２０１への駆動信号供給が行われない例えば
電源スイッチ９のオフ時や製品出荷／搬送時に、振動等
によりロータ２２が回転しようとすると、制動コイル２
１０が閉ループ状であることから、起電圧が発生し、こ
の起電圧による磁界がロータ２２を回転させない制動力
として働き、ロータ２２の回転を良好に抑制することが
できる。

【００３７】またロータストッパ２５ａとロータ２２の
突部２２ａとよりロータ２２の回転を規制する機械的規
制手段を設け、この機械的停止手段による回転規制位置
において制動コイル２１０の制動力によりロータ２２を
回転規制位置に保持するようにしたことにより、駆動信
号無供給時のロータ２２に対する回転抑制を確実なもの
とすることができる。

【００３８】なお本実施例では、機械的規制手段をロー
タストッパ２５ａとロータ２２の突部２２ａとから構成
したが、指針３と直接当接してその回転を抑制する指針
ストッパから構成したり、回転軸２１に固定されこれと
共に回転する専用部材からなる可動側当接部材とこの可
動側当接部材と当接して指針３（ロータ２２）の回転を
抑制する同じく専用部材からなる固定側当接部材とから
構成しもよい。

【００３９】また本実施例では、制動コイル２１０を励
磁コイル２０２と共に環状ボビン２０４に巻回する例を
示したが、制動コイル２１０は、ロータ２２の回転方向
周囲を囲むよう巻回されていれば、専用のボビンもしく
は巻き枠に巻回してもよい。

【００４０】図６，７は本発明の第２実施例を示すもの
で、本実施例では、制動コイル２１０の両端を端子２１
１に接続固定したもので、かかる構成による効果は前記
第１実施例と同様である。

【００４１】図８は本発明の第３実施例を示すもので、
本実施例では、出力回路８と端子２１１，２１３との間
に切換手段１１を設けたもので、この切替手段１１は、
電源スイッチ９のオン，オフに応動して作動する例えば
常閉型のリードスイッチからなるもので、電源スイッチ
９がオフの状態では、駆動コイル１１ａへの電源供給も
絶たれるのでスイッチング素子１１ｂは作動せず、
「閉」状態を維持することとなり、これにより励磁コイ
ル２０１は閉ループを構成し、一方、電源スイッチ９が
オンの状態では、駆動コイル１１ａに電源供給がなされ
るので、スイッチング素子１１ｂが作動して「開」状態
に切り替わり、これにより励磁コイル２０１は開ループ
を構成する。なお切替手段１１は電源スイッチ９がオン
からオフの状態になると、駆動コイル１１ａへの電源供
給が絶たれ、スイッチング素子１１ｂは「閉」状態に切
り替わるよう構成されていると共に、ステッピングモー
タ自体は前記第１実施例と同様である。

【００４２】従って、切替手段１１が励磁コイル２０１
を閉ループに切り替える電源スイッチ９のオフ時は、振
動等によりロータが回転しようとすると、励磁コイル２
０１に起電圧が発生し、この起電圧による磁界がロータ
２２を回転させない制動力として働くので、ロータ２２
の回転を良好に抑制することができ、また、切替手段１
１が励磁コイル２０１を開ループに切り替える電源スイ
ッチ９のオン時は、起電圧による制動力は発生せず、ロ
ータの回転動作を阻害する悪影響は発生しないことにな
り、ロータ２２の回転動作を阻害することなく円滑にロ
ータ２２を駆動することができる。

【００４３】また、ロータストッパ２５ａとロータ２２
の突部２２ａとよりロータ２２の回転を規制する機械的
規制手段を設け、この機械的停止手段による回転規制位
置においてロータ２２を切替手段１１により閉ループに
切り替えられた励磁コイル２０１の制動力にて回転規制
位置に保持するようにすれば、駆動信号無供給時のロー
タ２２に対する回転抑制を確実なものとすることができ
る。

【００４４】なお、このような切替手段１１は、励磁コ
イル２０１側のみならず、励磁コイル２０２側にも設け
ることができ、励磁コイル２０１，２０２双方に設けて
もよい。

【００４５】また、本実施例では、切替手段１１として
常閉型のリードスイッチを用いたが、回路構成を工夫す
ることにより、常開型のリードスイッチを用いてもよ
く、さらにこのようなリードスイッチに替えてアナログ
スイッチを用いることもできる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、永久磁
石からなるロータと、このロータをその回転方向に沿っ
て囲むように配置され駆動信号供給を受けて前記ロータ
に回転磁界を与える開ループ状の励磁コイルと、前記ロ
ータをその回転方向に沿って囲むように配置され前記ロ
ータに制動力を与える閉ループ状の制動コイルとを有す
ることにより、励磁コイルに対する駆動信号供給が無い
状態であっても、ロータの回転を良好に抑制し得るステ
ッピングモータを提供できる。

【００４７】また本発明は、前記ロータは所定の機械的
規制手段によりその回転が規制され且つこの機械的停止
手段による回転規制位置において前記制動コイルの制動
力により前記回転規制位置に保持されることにより、駆
動信号無供給時のロータに対する回転抑制の確実性を高
めることができる。

【００４８】また本発明は、永久磁石からなるロータ
と、このロータをその回転方向に沿って囲むように配置
され駆動信号供給を受けて前記ロータに回転磁界を与え
る開ループ状の励磁コイルと、この励磁コイルへの駆動
信号供給が行われないときに前記ロータに制動力が加わ
るよう前記励磁コイルを閉ループ状に切り替える切替手
段とを有することにより、励磁コイルに対する駆動信号
供給が無い状態では、ロータの回転を良好に抑制するこ
とができ、また励磁コイルに対する駆動信号供給を行う
通常時には、ロータに加わる制動力を無くしてロータを
円滑に駆動することができるステッピングモータを提供
できる。

【００４９】また本発明は、前記ロータは所定の機械的
規制手段によりその回転が規制され且つこの機械的停止
手段による回転規制位置において前記切替手段により閉
ループに切り替えられた前記励磁コイルの制動力にて前
記回転規制位置に保持されることにより、駆動信号無供
給時のロータに対する回転抑制の確実性を高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係わるステッピングモー
タ式計器の側面図。

【図２】図１のステッピングモータの分解斜視図。

【図３】図２の励磁コイル及び制動コイルを示す斜視
図。

【図４】励磁コイル及び制動コイルの巻線状態を示す図
３の正面図。

【図５】本実施例によるステッピングモータ式計器の駆
動回路を示すブロック図。

【図６】本発明の第２実施例による励磁コイル及び制動
コイルを示す斜視図。

【図７】励磁コイル及び制動コイルの巻線状態を示す図
６の正面図。

【図８】本発明の第３実施例による実施例によるステッ
ピングモータ式計器の駆動回路を示すブロック図。

【符号の説明】

１ 文字板 ２ ステッピングモータ ３ 指針 ４ 回路基板 ５ 入力端子 ６ 計数手段 ７ 処理手段 ８ 出力手段 ９ 電源スイッチ １０ 電源 １１ 切替手段 ２１ 回転軸 ２２ ロータ ２２ａ 突部（機械的規制手段） ２３ 第１のステータコア ２４ 第２のステータコア ２５ａ ロータストッパ（機械的規制手段） ２０１，２０２ 励磁コイル ２１０ 制動コイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石からなるロータと、このロータ
   をその回転方向に沿って囲むように配置され駆動信号供
   給を受けて前記ロータに回転磁界を与える開ループ状の
   励磁コイルと、前記ロータをその回転方向に沿って囲む
   ように配置され前記ロータに制動力を与える閉ループ状
   の制動コイルとを有することを特徴とするステッピング
   モータ。
2. 【請求項２】 前記ロータは所定の機械的規制手段によ
   りその回転が規制され且つこの機械的停止手段による回
   転規制位置において前記制動コイルの制動力により前記
   回転規制位置に保持されることを特徴とする請求項１記
   載のステッピングモータ。
3. 【請求項３】 永久磁石からなるロータと、このロータ
   をその回転方向に沿って囲むように配置され駆動信号供
   給を受けて前記ロータに回転磁界を与える開ループ状の
   励磁コイルと、この励磁コイルへの駆動信号供給が行わ
   れないときに前記ロータに制動力が加わるよう前記励磁
   コイルを閉ループ状に切り替える切替手段とを有するこ
   とを特徴とするステッピングモータ。
4. 【請求項４】 前記ロータは所定の機械的規制手段によ
   りその回転が規制され且つこの機械的停止手段による回
   転規制位置において前記切替手段により閉ループに切り
   替えられた前記励磁コイルの制動力にて前記回転規制位
   置に保持されることを特徴とする請求項３記載のステッ
   ピングモータ。