JPH10257745A - ロータ位置検出機構付きステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 既存のハイブリッド型ステッピングモータの
機械的構造をそのまま利用してロータの回転位置の検出
を確実に高精度で行なうことができるようなロータ位置
検出機構付きステッピングモータを提供する。 【解決手段】 ロータ４及びステータ５に小歯２，３を
それぞれ有するハイブリッド型ステッピングモータにお
いて、ロータ位置検出用巻線１５をステータの励磁極１
３に巻回し、磁性材から成るセンサヨーク１８をロータ
セグメント１１に対して微少な空隙２４を介して配置す
ると共にステータバックヨーク１２に当接配置し、ステ
ータ５の励磁極１３からセンサヨーク１８を介してステ
ータバックヨーク１２に至る閉磁路Ｒの磁気抵抗の変化
に応じて変化するロータ位置検出用巻線１５のインダク
タンスに基づいてロータ位置を検出するように構成す
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、ロータ及びステー
タに小歯をそれぞれ有するハイブリッド型ステッピング
モータのロータ位置を検出する機能をもつロータ位置検
出機構付き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、この種のロータ位置検出機構付き
ステッピングモータとしては、例えば、特公昭５７−１
８９５５４号公報に示されるようなものがある。この公
報に記載のステッピングモータは、ロータが回転するの
に伴ってステータ巻線に誘起される誘起電圧に基づいて
ロータの回転位置を検出し、通電すべき巻線を指定して
最適時に通電制御できるように構成したものである。

【０００３】また、本発明に関わる従来技術としては、
周知の通り、可変リラクタンス型多極レゾルバがある。
この可変リラクタンス型多極レゾルバは、ロータの小歯
とステータの小歯との対向面積の変化をインダクタンス
の変化として検出することにより、ロータの回転位置を
検知するように構成したものであり、その機械的構造は
ステッピングモータの構造に類似している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
５７−１８９５５４号公報に示されるようなステッピン
グモータにあっては、ロータの回転位置を検出するため
の物理量として、ロータの回転により発生する誘起電圧
を利用するようにしているため、低速回転時のように誘
起電圧が小さい場合等にはロータ回転位置の検出が不可
能であるという問題点がある。

【０００５】また、上述の如く可変リラクタンス型多極
レゾルバの機械的構成はステッピングモータに類似して
いるが、ハイブリッド型ステッピングモータにおいて
は、前記レゾルバとは異なり、ロータはシャフト軸方向
に着磁された円盤状磁石を挟んだ上下２段のロータセグ
メントから構成されており、それぞれのロータセグメン
トが有する小歯は互いに１８０度位相がずれている。こ
のため、ステータ側からみた、ロータ全体の小歯との対
向面積は常に一定となる。従って、ハイブリッド型ステ
ッピングモータの機械的構造をそのまま可変リラクタン
ス型多極レゾルバとして利用してもインダクタンスの変
化は得られず、ロータ回転位置の検出信号（情報信号）
を取り出すことができない。

【０００６】本発明は、このような問題点に着目してな
されたものであって、その目的は、既存のハイブリッド
型ステッピングモータの機械的構造をそのまま利用して
ロータの回転位置の検出を確実に高精度で行なうことが
できるようなロータ位置検出機構付きステッピングモー
タを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明では、ロータ及びステータに小歯をそれぞ
れ有するハイブリッド型ステッピングモータにおいて、
ロータ位置検出用巻線をステータの励磁極に巻回し、磁
性材から成るセンサヨークをロータセグメントに対して
微少な空隙を介して配置すると共にステータバックヨー
クに当接配置し、前記ステータの励磁極，前記励磁極の
小歯と前記ロータセグメントの小歯との間の空隙，前記
ロータセグメント，前記ロータセグメントとセンサヨー
クとの間の空隙，前記センサヨーク，前記ステータバッ
クヨークを順次通る閉磁路の磁気抵抗の変化に応じて変
化する前記ロータ位置検出用巻線のインダクタンスに基
づいてロータ位置を検出するように構成している。

【０００８】また、本発明では、前記センサヨークに円
周方向に巻回された第１の補助コイルを付設し、磁路か
ら漏れ出る漏れ磁束を前記第１の補助コイルにより前記
閉磁路に引き込むように構成している。

【０００９】また、本発明では、前記センサヨークが設
けられない側のロータセグメントに対向する磁性材製の
部材を配設すると共に、この部材に円周方向に巻回され
た第２の補助コイルを付設し、磁路から漏れ出る漏れ磁
束を前記第２の補助コイルにより遮断して前記漏れ磁束
が前記ロータ位置検出用巻線に鎖交しないように構成し
ている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
１〜図６を参照して説明する。

【００１１】図１は本発明の第１実施例に係るロータ位
置検出機構付きステッピングモータ１を示すものであっ
て、このステッピングモータ１は従来のハイブリッド型
ステッピングモータの機械的構造を主要構成としてその
まま具備し、その従来の機械的構造に後述の如くセンサ
ヨーク及びロータ位置検出用巻線を付加したものであ
る。その詳細な構造を述べると、次の通りである。

【００１２】図１及び図２に示すように、本例のステッ
ピングモータ１は、小歯２及び３をそれぞれ有するロー
タ４及びステータ５と、ロータ４に同軸状に組付けられ
たモータシャフト６と、ロータ４及びステータ５の一端
側に配設されたフランジ７と、ロータ４及びステータ５
の他端側に配設されたブラケット８とをそれぞれ具備し
ている。上述のロータ４は、図１に示すように磁石９と
この磁石９の左右両箇所に一体的に取付けられたロータ
セグメント１０，１１とで構成され、ステータ５は、図
２に示すように円筒状のステータバックヨーク１２とこ
のステータバックヨーク１２の内周面に突設された例え
ば８つの励磁極（ステータ極）１３ａ〜１３ｈとから構
成されている。そして、ロータセグメント１０，１１の
外周面に所定数の小歯２が形成されると共に、ステータ
５の励磁極１３ａ〜１３ｈに所定数の小歯３がそれぞれ
形成されており、これらの小歯２，３が僅かな空隙２３
（図１参照）を隔てて互いに対向するように配置されて
いる。なお、図１に示すように、ステータ５はフランジ
７及びブラケット８間に支持されると共に、モータシャ
フト６はフランジ７及びブラケット８にそれぞれ組付け
られた軸受１６，１７にて回転自在に支持されている。

【００１３】

【外１】

【００１４】さらに、本例のロータ位置検出機構付きス
テッピングモータ１にあっては、磁性体から成るセンサ
ヨーク１８が付設されている。このセンサヨーク１８
は、図１に示すように、中央円柱部１８ａとこの中央円
柱部１８ａを取り囲む外周リング部１８ｂとを一体成形
して成る磁性部材であり、中央円柱部１８ａがフランジ
７側のロータセグメント１１の端面に対して微少な空隙
２４を隔てて平行状に対向配置されると共に、外周リン
グ部１８ｂがステータバックヨーク１２のフランジ７側
の端面に当接配置された状態で前記フランジ７内に固定
配置されている。

【００１５】

【外２】

【００１６】

【外３】

【００１７】ここで、フランジ７側では、前記センサヨ
ーク１８の存在により、ステータ５の励磁極１３，この
励磁極１３の小歯３とロータセグメント１１の小歯２と
の間の空隙２３，ロータセグメント１１，このロータセ
グメント１１とセンサヨーク１８との間の空隙２４，セ
ンサヨーク１８，ステータバックヨーク１２を順次通る
閉磁路Ｒ（図１参照）が形成される。一方、ブラケット
８側では、センサヨーク１８がないため、既述のような
閉磁路Ｒは形成されない。このため、ステータ５の励磁
極１３とステータバックヨーク１２との間の磁気抵抗は
高くなっている。なお、両ロータセグメント１０，１１
間にある磁石９は磁気抵抗が高いため、両ロータセグメ
ント１０，１１は互いに絶縁された状態となっている。

【００１８】この場合、ステータ５の各励磁極１３に発
生した搬送波の磁束量は、前記フランジ７側に形成され
た閉磁路Ｒの磁束抵抗に応じて変化する。そして、この
磁束抵抗は、フランジ７側のロータセグメント１１の小
歯２とステータ５の励磁極の小歯３との対向面積に応じ
て変化する。

【００１９】

【外４】

【００２０】

【外５】

【００２１】上述の接続点Ｐ，Ｑからそれぞれ得られる
信号（図４（ＩＶ），（Ｖ）に示される情報信号）は同
期復調器２１において搬送波を除去され、この同期復調
器２１からは図４（ＶＩ）において符号３７，３８でそ
れぞれ示すようなロータ位置情報を持つ２相信号が得ら
れる。しかして、これらの２相信号３７，３８に基づい
てロータ４の回転位置が検出される。

【００２２】このような構成のステッピングモータ１に
よれば、２つのロータセグメント１０，１１のうちの一
方のロータセグメント１１にステータバックヨーク１２
への磁路を通すセンサヨーク１８を対向させ、これによ
りモータシャフト６の軸線方向に磁路を設け、前記ロー
タセグメント１１とステータ５の励磁極１３との間の磁
気抵抗を検出することによりロータ位置の検出を確実に
高精度で行なうことができる。

【００２３】また、図５及び図６は本発明の第２実施例
に係るロータ位置検出機構付きステッピングモータ４０
を示すものである。なお、図５及び図６において、図１
〜図３と同様の部分には同一の符号を付してその詳細な
説明を省略する。

【００２４】本例のステッピングモータ４０は、既述の
本発明の第１実施例の構成を全て包含し、さらに第１及
び第２の補助コイル４１，４２を付設して成るものであ
る。上述の第１の補助コイル４１は、図５に示すよう
に、センサヨーク１８のうちロータセグメント１１に対
応する中央円柱部１８ａの外周部において円周方向に巻
回されている。一方、ブラケット８側の箇所にはロータ
セグメント１０とほぼ同じ直径を有する有底円筒状磁性
体４３が前記ロータセグメント１０に対して微少な空隙
２５をもって対向配置され、この円筒状磁性体４３の外
周部に第２の補助コイル４２が円周方向に巻回されてい
る。

【００２５】なお、前記第１及び第２の補助コイル４
１，４２は、そこから発生する磁界が図５において矢印
で示すような方向の極性となるように、図６に示す如く
接続されている。

【００２６】

【外６】

【００２７】

【外７】

【００２８】以上、本発明の実施例につき述べたが、本
発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発
明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能で
ある。例えば、既述の第１及び第２実施例では、フラン
ジ７側の片方にのみセンサヨーク１８を配設するように
したが、ブラケット８側の片方のみに、或いはフランジ
７側及びブラケット８側の両方にステータヨーク１８を
配設することも可能である。両方にステータヨーク１８
を配設する場合には、２つのロータセグメント１０，１
１と励磁極１３との間の磁気抵抗のうちの一つを選択的
に検出するようにすればよい。

【００２９】

【発明の効果】以上の如く、請求項１に記載の本発明
は、ロータ及びステータに小歯をそれぞれ有するハイブ
リッド型ステッピングモータにおいて、ロータ位置検出
用巻線をステータの励磁極に巻回し、磁性材から成るセ
ンサヨークをロータセグメントに対して微少な空隙を介
して配置すると共にステータバックヨークに当接配置
し、ステータの励磁極からセンサヨークを介してステー
タバックヨークに至る閉磁路の磁気抵抗の変化に応じて
変化するロータ位置検出用巻線のインダクタンスに基づ
いてロータ位置を検出するように構成するようにしたも
のであるから、既存のハイブリッド型ステッピングモー
タの機械的構造をそのまま利用してロータの回転位置の
検出を確実に行なうことができる。

【００３０】また、請求項２に記載の本発明は、センサ
ヨークに円周方向に巻回された第１の補助コイルを付設
し、磁路から漏れ出る漏れ磁束を第１の補助コイルによ
り閉磁路に引き込むように構成したものであるから、こ
の第１の補助コイルの作用にてロータ位置検出巻線にお
けるインダクタンスの変化の低下を防止でき、ロータ位
置の検出に充分な大きさのインダクタンス変化を得るこ
とができる。

【００３１】また、請求項３に記載の本発明は、センサ
ヨークが設けられない側のロータセグメントに対向する
磁性材製の部材を配設すると共に、この部材に円周方向
に巻回された第２の補助コイルを付設し、磁路から漏れ
出る漏れ磁束を第２の補助コイルにより遮断して漏れ磁
束がロータ位置検出用巻線に鎖交しないように構成した
ものであるから、この第２の補助コイルの作用にて漏れ
磁束のロータ位置検出用巻線への通路が遮断されるのに
応じてロータ位置検出巻線におけるインダクタンスの変
化の低下を防止でき、ロータ位置の検出に充分な大きさ
のインダクタンス変化を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るロータ位置検出機構
付きステッピングモータの機械的構造を示す断面図であ
る。

【図２】図１におけるＸ−Ｘ線拡大断面図である。

【図３】上述のステッピングモータにおけるロータ位置
検出巻線の接続を示す回路図である。

【図４】

【外８】

【図５】本発明の第２実施例に係るロータ位置検出機構
付きステッピングモータの機械的構造を示す断面図であ
る。

【図６】本発明の第２実施例に係るロータ位置検出機構
付きステッピングモータにおけるロータ位置検出巻線の
接続を示す回路図である。

【符号の説明】

１，４０ ロータ位置検出機構付きステッピングモータ ２ ロータの小歯 ３ ステータの小歯 ４ ロータ ５ ステータ ６ モータシャフト ７ フランジ ８ ブラケット ９ 磁石 １０，１１ ロータセグメント １２ ステータバックヨーク １３ 励磁極 １４ モータ駆動用巻線 １５ ロータ位置検出用巻線 １８ センサヨーク １８ａ 中央円柱部 １８ｂ 外周リング部 ２０ 搬送波発生器 ２１ 同期復調器 ２３，２４ 空隙 ４１ 第１の補助コイル ４２ 第２の補助コイル Ｒ 閉磁路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータ及びステータに小歯をそれぞれ有
   するハイブリッド型ステッピングモータにおいて、ロー
   タ位置検出用巻線をステータの励磁極に巻回し、磁性材
   から成るセンサヨークをロータセグメントに対して微少
   な空隙を介して配置すると共にステータバックヨークに
   当接配置し、前記ステータの励磁極，前記励磁極の小歯
   と前記ロータセグメントの小歯との間の空隙，前記ロー
   タセグメント，前記ロータセグメントとセンサヨークと
   の間の空隙，前記センサヨーク，前記ステータバックヨ
   ークを順次通る閉磁路の磁気抵抗の変化に応じて変化す
   る前記ロータ位置検出用巻線のインダクタンスに基づい
   てロータ位置を検出するように構成したことを特徴とす
   るロータ位置検出機構付きステッピングモータ。
2. 【請求項２】 前記センサヨークに円周方向に巻回され
   た第１の補助コイルを付設し、磁路から漏れ出る漏れ磁
   束を前記第１の補助コイルにより前記閉磁路に引き込む
   ように構成したことを特徴とする請求項１に記載のロー
   タ位置検出機構付きステッピングモータ。
3. 【請求項３】 前記センサヨークが設けられない側のロ
   ータセグメントに対向する磁性材製の部材を配設すると
   共に、この部材に円周方向に巻回された第２の補助コイ
   ルを付設し、磁路から漏れ出る漏れ磁束を前記第２の補
   助コイルにより遮断して前記漏れ磁束が前記ロータ位置
   検出用巻線に鎖交しないように構成したことを特徴とす
   る請求項１又は２に記載のロータ位置検出機構付きステ
   ッピングモータ。