JPS61173659A - ステツピングモ−タ - Google Patents

ステツピングモ−タ

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JPS61173659A
JPS61173659A JP1376385A JP1376385A JPS61173659A JP S61173659 A JPS61173659 A JP S61173659A JP 1376385 A JP1376385 A JP 1376385A JP 1376385 A JP1376385 A JP 1376385A JP S61173659 A JPS61173659 A JP S61173659A
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JP
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rotor
poles
output shaft
stepping motor
stator
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JP1376385A
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Daiki Ebihara
大樹 海老原
Tsuneaki Okada
恒明 岡田
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Toshiba TEC Corp
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Tokyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/14Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/18Machines moving with multiple degrees of freedom

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Linear Motors (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はb−夕の回転運動を出力軸の直線運動に変換で
きるようにしたステッピングモータに関する。
C従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕回転運
動を直線運動に変換するには、クランク機構、偏心輪、
歯車、ラック・ビニオン、カム、ベルトなどの機械要素
を組合せて構成される変換機構が多く使用されている。
しかし、これらの機械式の変換機構は、摩擦が大きく効
率が悪いとともに、はとんどの機構では直線運動の移動
量を任意に得ることができない。
一方、入力パルスが加わる毎に、ある定まった角度だけ
ロータが回転する従来のステッピングモータでは、回転
運動しか得ることはできなかった。
また、従来提供されているリニヤステッピングモータは
、直線運動を直接に得るものであって、回転運動を直線
運動に変換するものではない。
しかも、このリニヤステッピングモータは、固定子に沿
って移動する可動子が永久磁石と突極を有する軟la鋼
を使用して形成されるため、可動子が大きく、かつ、重
かった。よって、全体が大形となり、かつ高コストであ
るとともに、可動子の慣性が大きいから、応答性が良く
なく、しかも振動が大きくダンピング特性も良くなかっ
た。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、ロータの外周にS極とN極とをスパイラル状
の配置にして交互に着磁し、このロータを収納するステ
ータの内面に巻線が巻付けられる複数の突極を突設し、
これら突極の先端部には夫々上記ステータの軸方向に沿
って等間隔に多数の歯を形成し、上記ステータの軸方向
に沿う上記歯のピッチを上記ロータの隣合うS極とN極
間のロータ軸方向に沿うピッチの整数倍とし、かつ、上
記ロータを支持した出力軸を回転自在に支持する軸受に
、上記出力軸を摺動自在に貫通させた構成として、この
ような技術的手段により上記従来の諸問題点を解決した
ものである。
〔作用〕
このステッピングモータは、そのステータの突極と巻線
とからなる層の励磁を順番に切換えることによって動作
され、励磁された層にロータの極が対向するように磁気
的に吸引されて、ロータがあるステップ角だけ回転され
る。そして、この回転と同時に上記の磁気的な吸引作用
によりロータが−ステップ角回転する毎に、ロータはそ
の外周に吸引され、かつ、隣合う異極間のロータ軸方向
に沿うピッチと同じ量移動される。このようにして、ロ
ータがその回転とともに軸方向に移動されるから、この
ロータを支持し、かつ、軸受を摺動自在に貫通した出力
軸が、直線運動されるものである。
〔実施例〕
以下、本発明の第1実施例を第1図から第4図を参照し
て説明する。
図中1はロータで、2はこのロータ1を収納したステー
タである。
第2図に示すようにステータ2は、ステータ支持体例え
ば本実施例ではステータ2の両端部に夫々嵌着して設け
られた一対の軸受ブラケット3に支持されている。これ
らのブラケット3の内側には軸受4が夫々取付けられて
いる。
そして、これらの軸受4は、ステータ2の軸線上に位置
される出力軸5を回“転自在に支持している。出力軸5
は、軸受4を摺動自在に貫通しており、その一方の突出
軸端部5aには負荷が接続されている。
なお、第2図に例示した本実施例のステッピングモータ
は、磁気記憶装置等のシーク動作用の動力源として使用
されている。その関係で軸端部に設けた凹溝5bに軸受
6を介して負荷、つまり磁気ヘッド7を先端に設けたヘ
ッド支持体8が取付けられている。ヘッド支持体8は、
その一部が上記軸端部5a側の軸受ブラケット3に固定
したガイド9に摺動自在に嵌合されており、これによっ
て回り止めされて、磁気ヘッド7をメデア(磁気ディス
ク)10に沿わせてその径方向に往復移動されるように
なっている。
上記ロータ1は出力軸5に支持されている。そして、こ
のロータ1は例えば円柱状をなしており、その外周には
スパイラル状の着磁帯域11が例えば−ターン設けられ
ている。
この着磁帯域11は、S極とN極とを交互にスパイラル
状の配置にして着磁して形成されている。
なお、本実施例ではS極とN極とは夫々穴つずつ設けて
あり、以後の説明および図面においてはその識別を容易
にするために、多極に1〜6の添字を付して表示する。
また、第1図中ΔXは隣合うS極とN極間のロータ1の
軸方向に沿う距離、つまり異極間ピッチを示している。
ステータ2は略円筒状であってロータ1よりも長く形成
され、かつ、その内面には、複数例えば八つの突極12
〜19がステータ2の軸線を中心とする放射方向に沿っ
て一体に突設されている。これらの究極12〜19には
巻線20.21が交互に巻付けられている。
なお、本実施例は2相バイポ一ラ駆動方式のステッピン
グモータを示しているから、上記の巻線20は、突極1
2.14.16.18にわたって巻付けられているとと
もに、突極12.16と突極14.18に対する巻付は
方向は互いに逆向きにしである。同様に、巻線21は、
突極13.15.17.19にわたって巻付けられてい
るとともに、突極13.17と突極15.19に対する
巻付は方向は互いに逆向きにしである。
そして、各突極12〜19の先端部には、夫々ステータ
2の軸方向に沿って等間隔に多数の1+22が一体に形
成されている。ステータ2の軸方向に沿って隣合う二つ
の歯22間の距離、つまり歯のピッチは、上記S極とへ
極間のピッチΔXの整数倍に定められ、本実施例の場合
には上記ロータ1の極数と上記突極の数とによりステッ
プ角が15°となる関係から、3ΔXにしである。
以上の構成のステッピングモータは次の表に示すような
励磁層の切換えにより動作される。
つまり、ステップ1で巻線20への通電がなされると、
突極12.14.16.18が夫々励磁されるが、巻線
20の巻付は方向の違いにより突極12.16と突極1
4.18とは夫々異なる極性に励磁されるものである。
この場合、突極12.16がN極に、かつ、突極14.
18がS極に夫々励磁されるから、磁気的な吸引作用に
より各励磁層12.14.16.18の歯22に対して
ロータ1の 、2.4.5が各別に対向する位置で安定
する。この状態は第3図に示される。
次に、巻線20の電流を切るとともに巻線21に電流を
流してステップ2に進むと、突極13.15.17.1
9が夫々励磁されるが、巻線21の巻付は方向の違いに
より突極13.17と突極15.19とは夫々異なる極
性に励磁されるものである。この場合、突極13.17
がS極に、かつ、突極15.19がN極に夫々励磁され
るから、磁気的な吸引作用により各励磁層13.15.
16.19の歯22に対してロータ1の1.3.4.6
が各別に対向するようにトルクが働き、ロータ1は時計
回り方向に15°回転して第4図に示す位置に安定する
さらに、ステップ3では、巻線21の電流を切るととも
に、今度は巻線20にステップ1の場合とは逆向きの電
流を流して励磁層を切換えるから、磁気的な吸引作用に
よりロータ1は時計回り方向に更に15°回転される。
続くステップ4では、巻線20の電流を切るとともに、
巻1121にステップ2の場合とは逆向きの電流を流し
て励磁層を切換えるから、磁気的な吸引作用によりロー
タ1は時計回り方向に更に15°回転される。
このようにして励磁層を入力パルスにしたがって切換え
ることにより、ロータ1を必要なステップだけ時計回り
に回転させることができ、また、以上の説明とは逆の順
番に励磁層を切換えることにより、ロータ1を反時計回
りに回転させることができる。
そして、上記のロータ1の多極はスパイラル状に配設さ
れているから、その極が磁気的に吸引し合って突極の歯
22に対向して安定する際に、同時に1ステツプについ
てΔXだけ軸方向に移動される。したがって、ステップ
数に応じてロータ1および出力軸5を軸方向に沿って前
または後に歩進させることができる。
これにより、例えば第2図に示した磁気ヘッド7をメデ
ア10に対してシーク動作させることができる。
以上のようにしてロータ1の回転運動を出力軸5の往復
直線運動に変換できるステッピングモータによれば、従
来の機械式の変換機構に比較して摩m部分が極小となる
から、高効率で変換できるとともに、従来の機械式の変
換機構ではほとんど不可能であった出力軸5の移動スト
ロークを任意に得ることができ、しかも微少スト口−り
でも容易に得ることができる。
これとともに、ロータ1および出力軸5の合計重量を従
来のりニヤステッピングモータの可動子よりも小さくで
きるので、ロータ1の慣性を極めて小さくできる。この
ため、応答性を高めることができるとともに、振動を小
さくしてダンピング特性を向上することができる。しか
も、ロータが回転されるステッピングモータは一般にリ
ニヤステッピングモータよりも小形であり、その特徴を
本発明のステッピングモータを損うものではなく、そし
て、従来の回転のみのステッピングモータと同じ駆動方
式により駆動できる。
また、本発明は第5図に示す第2実施例のように、S極
とN極とを交互に着磁したスパイラル着磁帯域11を、
ロータ1の外周に対して2ターン以上にわたって設ける
とともに、2条以上設けて実施してもよい。なお、これ
らの点以外の構造は上記第1実施例と同様であるので、
その説明は省略する。
この第2実施例によれば、より多くの箇所で磁気的吸引
作用を行なわせることができるので、ロータ1のトルク
およびスラストを増大することができる。
なお、以上のトルクなどの向上は、スパイラル着磁帯域
11を、ロータ1の外周に対して2ターン以上にわたっ
て設けるだけでも実現できるとともに、2条以上設ける
ことだけでも実現できることは勿論である。
ざらに、本発明は第6図に示したように、ロータ1にお
けるスパイラル着磁帯域11以外の非着磁帯域部位を除
去して、ロータ1を全体としてスパイラル状に形成して
実施してもよい。なお、これらの点以外の構造は上記第
1実施例と同様であるので、その説明は省略する。
この第3実施例によれば、ロータ1の重量を極めて軽く
できるから、その慣性を極少とでき応答性をより向上で
きるとともに、振動をより小さくしてダンピング特性を
より向上することができる。
なお、この第3実施例の技術的思想は上記第2実施例に
おいて適用できることは言うまでもない。
上記各実施例は夫々以上のように構成したが、本発明は
各種のアクチュエータを始めとして種々の用途に実施で
きるとともに、ロータの駆動方式はバイポーラ方式では
なくユニポーラ方式で駆動しても差支えない。また、突
極およびロータの極の数、ピッチ等は設計の仕様に応じ
て任意に定め得るものである。
その他、本発明の実施に当っては、発明に要旨に反しな
い限り、ロータ、スパイラル着磁帯域、ステータ、究極
、歯、出力軸、軸受等の具体的な構造、形状、位置、材
質等は、上記各実施例に制約されることなく、種々の態
様に構成して実施できることは勿論である。
〔発明の効果〕
上記特許請求の範囲に記載の構成を要旨とする本発明に
よれば、ロータを有した従来のステッピングモータでは
不可能であったロータの回転運動を出力軸の直線運動に
変換できるとともに、その変換効率が従来の機械式の変
換機構に比較して高いとともに、従来のりニヤステッピ
ングモータによる直線運動に比較して、慣性が小さく応
答性が高いとともに、振動が少なくダンピング特性が良
い等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図から第4図は本発明の第1実施例を示し、第1図
は一部を断面した要部の斜視図、第2図は負荷とともに
示す全体の略縦断側面、第3図および第4図は夫々異な
る状態の略断面図である。第5図は本発明の第2実施例
を示す要部の略縦断側面図である。第6図は本発明の第
3実施例を示す要部の略縦断側面図である。 1・・・ロータ、2・・・ステータ、4・・・軸受、5
・・・出力軸、11・・・スパイラル着磁帯域、12〜
19・・・突極、20、21・・・巻線、22・・・歯

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ロータの外周にS極とN極とをスパイラル状の配
    置にして交互に着磁し、このロータを収納するステータ
    の内面に巻線が巻付けられる複数の突極を突設し、これ
    ら突極の先端部には夫々上記ステータの軸方向に沿つて
    等間隔に多数の歯を形成し、上記ステータの軸方向に沿
    う上記歯のピツチを上記ロータの隣合うS極とN極間の
    ロータ軸方向に沿うピツチの整数倍とし、かつ、上記ロ
    ータを支持した出力軸を回転自在に支持する軸受に、上
    記出力軸を摺動自在に貫通させたことを特徴とするステ
    ツピングモータ。
  2. (2)上記特許請求の範囲第(1)項の記載において、
    S極とN極とを交互に着磁したスパイラル着磁帯域が、
    2ターン以上にわたつて設けられていることを特徴とす
    るステツピングモータ。
  3. (3)上記特許請求の範囲第(1)項または第(2)項
    の記載において、S極とN極とを交互に着磁したスパイ
    ラル着磁帯域が、2条以上設けられていることを特徴と
    するステッピングモータ。
  4. (4)上記特許請求の範囲第(1)項ないし第(3)項
    のいずれか一項の記載において、上記ロータが、そのス
    パイラル着磁帯域以外の非着磁部位を除去されて、全体
    としてスパイラル状をなしていることを特徴とするステ
    ツピングモータ。
JP60013763A 1985-01-28 1985-01-28 ステツピングモ−タ Expired - Lifetime JPH0732581B2 (ja)

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JPH0732581B2 (ja) 1995-04-10

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