JPH11113236A - ステッピングモータおよびそれを用いた計器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 減速機構を介することなく、所要のステップ
角が得られるステッピングモータおよびそれを駆動源に
用いた計器を提供する。 【解決手段】 ステータ５を、出力軸４を回転自在に支
持するステータフレーム２に、前記出力軸４を中心とし
て固定的に配設し、ロータ８を、出力軸４に連結してス
テータ５に対向して該ステータ５を包むように配設し、
出力軸４によって目盛板１５上の指針１６を直接駆動す
るように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力パルス信号に
応じて所定ステップ角ずつ回転するステッピングモータ
および該ステッピングモータを、指針駆動部に用いた速
度計や燃料計といった各種の計器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば自動車や二輪車に搭載され
る速度計等の指針駆動部には、図１１に示されるよう
に、ステッピングモータを用いたものがある。

【０００３】同図において、３０はステッピングモータ
であり、この例は、マグネットと巻線電流とによって励
磁されるＰＭ形（Permanent magnet type）のステッピ
ングモータを示しており、３１はインナロータ、３２は
ステータであり、インナロータ３１のシャフトが出力軸
として複数のギアからなる減速機構３３を介して速度計
の指針軸３４に連結されており、インナロータ３１の回
転が、減速機構３３を介して指針軸３４に伝達され、目
盛板３５上の指針３６によって速度が指示されるように
構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来例のス
テッピングモータでは、図１２に示されるように、ステ
ータ３２は、リング状に巻いた励磁コイル３２ｂと誘導
子３２ａ各２組より形成され、小径のインナーロータ３
１の外周方向に沿って多極の着磁を形成しているので、
速度計等の指針３６のステップ角を得るための誘導子３
２ａの歯数およびインナーロータ３１の極数の増加には
限界があり、上述のように減速機３３を介在させる必要
がある。このため、小形化および性能向上を図る上で障
害となっている。

【０００５】本発明は、上述の点に鑑みて為されたもの
であって、減速機構を介することなく、所要のステップ
角が得られるステッピングモータおよびそれを駆動源に
用いた計器を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。

【０００７】すなわち、本発明のステッピングモータ
は、入力パルス信号に応じて所定ステップ角ずつ回転す
るステッピングモータにおいて、ステータが内側、ロー
タが外側に配設され、前記ステータを中心としてその周
りを前記ロータが回転するものである。

【０００８】また、本発明のステッピングモータでは、
前記ステータは、出力軸を回転自在に支持するステータ
フレームに、前記出力軸を中心として固定的に配設さ
れ、前記ロータは、前記出力軸に連結されて前記ステー
タに対向して該ステータを包むように配設されるもので
ある。

【０００９】さらに、前記ステータは、積層コアに励磁
コイルが巻回されて構成されている。

【００１０】本発明の計器は、目盛板上の指針の回転に
よって表示を行う計器であって、本発明に係るステッピ
ングモータを備え、該ステッピングモータの前記出力軸
を、前記指針の回転軸とするものである。

【００１１】また、本発明のステッピングモータは、車
両の速度を検出する速度検出部と、該速度検出部の検出
出力に基づいて、前記指針を駆動するパルス信号を生成
するパルス信号生成部と、前記パルス信号によって駆動
される前記ステッピングモータとを備えている。

【００１２】本発明のステッピングモータによれば、ス
テータを中心としてその周りをロータが回転する、いわ
ゆるアウターロータ形としているので、従来例のインナ
ーロータ形に比べて、ロータの内径およびステータの外
径を大きくとることができ、これによって、例えばロー
タに多極の着磁を形成したり、ステータに小歯を形成す
るのが容易となり、計器の指針を駆動するための所要の
ステップ角を得ることができる。

【００１３】また、ステータを、積層コアに励磁コイル
が巻回された構成としているので、ロータを、マグネッ
トを有するロータ、積層コアを有するロータあるいはマ
グネットおよび積層コアを有するロータのいずれかの構
成とすることにより、ＰＭ形、ＶＲ形あるいはＨＢ形の
ステッピングモータとすることができる。

【００１４】本発明の計器によれば、本発明に係るステ
ッピングモータを備えているので、従来例のような減速
機構を介することなく、ステッピングモータの出力軸
を、指針の回転軸として所要のステップ角を得ることが
でき、計器の小形化および性能の向上を図ることができ
る。

【００１５】また、車両のアナログ速度計として用いて
その小形化、高性能化を図ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面によって本発明の実施
の形態について、詳細に説明する。

【００１７】図１は、本発明の一つの実施の形態に係る
ＨＢ形のステッピングモータの構成を示す縦断側面図で
あり、図２は、その切断面線Ａ−Ａから見た断面図であ
る。

【００１８】この実施の形態のステッピングモータ１
は、ステータフレーム２の中央位置に、軸受け３を介し
て出力軸４が回転自在に支持されており、この出力軸４
を中心としてステータ５が固定位置に配設されており、
このステータ５は、積層コア６に励磁コイル７が巻回さ
れて構成され、このステータ５は、周方向に沿って等間
隔のピッチで８個の歯（極歯）５ａを有しており、さら
に、その先端部には、それぞれ多数の小歯５ｂを有して
いる。

【００１９】出力軸４の上部には、ステータ５に対向し
て該ステータ５を包むように配設されたロータ８が連結
されており、該ロータ８の回転によって出力軸４が一体
に回転するように構成されている。このロータ８は、ス
テータに対向してマグネット９およびその上下に積層コ
ア（ロータ鉄心）１０が配設されて構成されており、そ
の内周には、ステータ５の小歯５ｂに対応する多数の歯
８ａを有しており、出力軸４の軸方向に磁化された前記
マグネット９の上側の積層コア１０の歯と下側の積層コ
ア１０の歯とは、互いに１／２ピッチずつずれている。

【００２０】以上の構成を有するＨＢ形のステッピング
モータ１では、互いに離反するように延びる一対の極歯
５ａの励磁コイル７にパルス状の駆動電流を順次流すこ
とにより、ステータ５の極歯５ａの先端の小歯５ｂが磁
化されてロータ８の歯８ａが吸引されて該ロータ８が歩
進回転するものである。

【００２１】このように、ステータ５を中心としてその
周りをロータ８が回転する、いわゆるアウターロータ形
としているので、従来例のインナーロータ形に比べて、
ロータ８の内径およびステータ５の外径を大きくとるこ
とができ、ロータ８の歯数およびステータ５の歯数を大
きく設計できることなり、これによって、下記の式に示
されるように、ステッピングモータ１のステップ角を小
さくでき、後述の図３に示される計器の指針を駆動する
所要のステップ角と等しくすることができる。また、磁
路を大きく設計できるので、トルクを増加させることが
できる。

【００２２】ここで、ＨＢ形のステッピングモータの基
本ステップ角θｆは、次式で算出される。

【００２３】θｆ＝３６０°／（２ｍＺ） 但し、ｍ：ステッピングモータの相数、Ｚ：ロータの歯
数 したがって、ロータの歯数Ｚを大きく設計することによ
り、上述のようにステップ角を小さくできる。

【００２４】図３は、図１のステッピングモータ１を、
目盛板上の指針の回転によって速度などの表示を行う計
器の駆動源とした場合の要部の構成図であり、図１に対
応する部分には、同一の参照符号を付す。

【００２５】この計器１１は、上方が開口したケース１
２とカバー１３とを備えており、ケース１２内に上記構
成を有するステッピングモータ１が、収納されており、
このステッピングモータ１の出力軸４が、カバー１３の
開口部から軸受け１４を介して上方へ突出するように設
けられており、この出力軸４に、目盛り板１５上を回転
して指示する指針１６の基部１７が嵌合されており、ス
テッピングモータ１の出力軸４の回転と一体に指針１６
が回転するように構成されている。

【００２６】ステッピングモータ１は、上述のように、
そのステップ角を、計器１１の指針１６の所要のステッ
プ角と等しくできるので、図１１の従来例のように、複
数のギアからなる減速機構を介在させることなく、ステ
ッピングモータ１の出力軸４で直接計器１１の指針１６
を駆動することができる。

【００２７】これによって、計器の構造が簡素化されて
小形化、薄型化を図ることができるとともに、高性能化
を図ることができ、さらに、コストの低減および耐久性
の向上を図ることができる。

【００２８】図４は、自動車の速度計として前記計器１
１を用いた場合の概略構成図であり、図３に対応する部
分には、同一の参照符号を付す。

【００２９】この実施の形態では、自動車の車輪の回転
速度を検出する速度検出部１８と、この速度検出部１８
の検出出力に基づいて、上述の計器１１のステッピング
モータ１を駆動するためのパルス信号を生成するパルス
信号生成部１９とを備えている。

【００３０】速度検出部１８は、例えば、エンコーダで
構成され、スリットが形成された車軸に設置されて車輪
の回転に応じて、例えば図５（Ａ）に示されるパルスを
出力する。

【００３１】ステッピングモータ１の駆動用パルス信号
を生成するパルス信号生成部１９は、例えば、マイクロ
コンピュータで構成され、速度検出部１８からのパルス
を分周してステッピングモータ１を駆動できるパルスに
変換する信号変換部２０と、指針１６のゼロの位置や前
回読み込んだ速度などを記憶するメモリ２１と、前回読
み込んだ速度と今回読み込んだ速度との差分を演算して
速度変動分に対応するパルスを、図５（Ｂ）に示される
ように出力する比較演算部２２と、ステッピングモータ
１の相数等に応じた駆動用のパルス信号、例えば３相の
場合には、図５（Ｃ）〜（Ｅ）に示される駆動用のパル
ス信号を生成するモータ駆動信号生成部２３とを備えて
おり、この駆動用パルス信号によってステッピングモー
タ１が駆動されて指針１６が速度に応じて回転すること
になる。

【００３２】図６は、この実施の形態の動作説明に供す
るフローチャートである。

【００３３】先ず、自動車のキーがオンされると（ステ
ップｎ１）、初期化されて指針の「０」の位置に対応す
る速度を読み込んでメモリ２１に格納し（ステップｎ
２，ｎ３）、速度分のパルス信号を発生し（ステップｎ
４）、次に、速度を読み込んでメモリ２１に格納し（ス
テップｎ５）、今回の測定値とメモリ２１に格納されて
いる前回の測定値との差分を比較演算し（ステップｎ
６）、速度変動分に応じたパルスを発生してステップｎ
５に戻る（ステップｎ７）。

【００３４】以上のようにして速度に応じた駆動用パル
ス信号が発生されてステッピングモータ１が駆動されて
計器１１の指針１６が回転し、これによって指針１６
が、速度に応じた指示を行うことになる。

【００３５】従来の速度計では、例えばえい行式回転速
度計のように車軸の回転を金属ワイヤおよびカップリン
グなどを介して速度計の指針部に機械的に伝達するの
で、ワイヤの伝達誤差等による指示誤差を小さくでき
ず、また、太い金属ワイヤを用いるために引き回しが制
限されるといった難点があったけれども、この実施の形
態の速度計では、駆動源にステッピングモータ１を用い
て速度の検出から指針１６の駆動用パルスの生成までを
電気的に処理しているので、伝達誤差、したがって、指
示誤差を小さくすることができ、また、金属ワイヤ等を
用いることなく、フレキシブルケーブル等の電線を用い
て速度検出部１８、パルス信号生成部１９およびステッ
ピングモータ１を接続することができ、引き回しの自由
度が向上する。

【００３６】なお、上述の実施の形態では、速度計に適
用して説明したけれども、本発明は、同様の構成で、回
転を検出して回転数を指示する回転計に適用できるのは
勿論である。

【００３７】上述の実施の形態では、ＨＢ形のステッピ
ングモータ１に適用して説明したけれども、本発明の他
の実施の形態として、図７，図８に示されるように、ロ
ータ８₁を、周方向に沿って磁化されたマグネット２４
で構成したＰＭ形のステッピングモータ、あるいは、図
９，図１０に示されるように、ロータ８₂を積層コア２
５で構成したＶＲ形のステッピングモータに適用しても
よいのは勿論であり、このようにアウターロータ形とす
ることにより、従来例のインナーロータ形に比べて、ロ
ータの内径を大きくとることができ、ロータに周方向に
沿って多極の着磁を形成し、あるいは、多数の小歯を形
成することが可能となり、上述の実施の形態と同様に、
計器の指針を駆動するための所要のステップ角を得るこ
とが可能となり、減速機構を介することなく、計器の指
針を直接駆動できることになる。

【００３８】上述の実施の形態では、速度計に適用して
説明したけれども、本発明は速度計に限らず、燃料計、
油圧計、水温計あるいは排気温度計などの他の計器にも
適用できるのは勿論である。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ステータ
を中心としてその周りをロータが回転する、いわゆるア
ウターロータ形としているので、従来例のインナーロー
タ形に比べて、対向するロータの内径およびステータの
外径を大きくとることができ、これによって、例えばロ
ータに多極の着磁を形成したり、ステータに小歯を形成
するのが容易となり、計器の指針を駆動するための所要
のステップ角を得ることができ、これによって、ステッ
ピングモータによって計器の指針を、従来例のような減
速機構を介することなく直接駆動することが可能とな
り、計器の小形化、性能の向上を図ることができるとと
もに、コストの低減および耐久性の向上を図ることが可
能となる。

【００４０】また、車両のアナログ速度計として用いる
ことにより、従来例の速度計に比べて、指示誤差を小さ
くできるとともに、速度検出部から指針までの引き回し
の自由度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るＨＢ形のステッピン
グモータの縦断側面図である。

【図２】図１の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。

【図３】図１のステッピングモータを備えた計器の縦断
側面図である。

【図４】本発明に係る速度計の構成図である。

【図５】図４の各部の信号波形図である。

【図６】図４の動作説明に供するタイムチャートであ
る。

【図７】本発明の実施の形態に係るＰＭ形のステッピン
グモータの縦断側面図である。

【図８】図７の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。

【図９】本発明の実施の形態に係るＶＲ形のステッピン
グモータの縦断側面図である。

【図１０】図９の切断面線Ａ−Ａから見た断面図であ
る。

【図１１】従来例の計器の縦断側面図である。

【図１２】従来例の概略平面図である。

【符号の説明】

１ ステッピングモータ ２ ステータフレーム ４ 出力軸 ５ ステータ ８，８₁，８₂ ロータ １１ 計器 １５ 目盛板 １６ 指針 １８ 速度検出部 １９ パルス信号生成部

フロントページの続き (72)発明者 片山 勇 岡山県岡山市海吉2075番地 オムロン岡山 株式会社内 (72)発明者 川崎 寛治 岡山県岡山市海吉2075番地 オムロン岡山 株式会社内 (72)発明者 五味 寛二 長野県諏訪郡富士見町落合字南原山13414 −１ ゴコー電工株式会社内 (72)発明者 宮坂 英夫 長野県諏訪郡富士見町落合字南原山13414 −１ ゴコー電工株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力パルス信号に応じて所定ステップ角
   ずつ回転するステッピングモータにおいて、 ステータが内側、ロータが外側に配設され、前記ステー
   タを中心としてその周りを前記ロータが回転することを
   特徴とするステッピングモータ。
2. 【請求項２】 前記ステータは、出力軸を回転自在に支
   持するステータフレームに、前記出力軸を中心として固
   定的に配設され、前記ロータは、前記出力軸に連結され
   て前記ステータに対向して該ステータを包むように配設
   される請求項１記載のステッピングモータ。
3. 【請求項３】 前記ステータは、積層コアに励磁コイル
   が巻回されてなる請求項１または２記載のステッピング
   モータ。
4. 【請求項４】 目盛板上の指針の回転によって表示を行
   う計器であって、 前記請求項１ないし３のいずれかに記載のステッピング
   モータを備え、該ステッピングモータの前記出力軸を、
   前記指針の回転軸とすることを特徴とする計器。
5. 【請求項５】 車両の速度を検出する速度検出部と、該
   速度検出部の検出出力に基づいて、前記ステッピングモ
   ータを駆動するパルス信号を生成するパルス信号生成部
   とを備える請求項４記載の計器。