JPS62193548A

JPS62193548A - 磁気エンコ−ダ内蔵ｐｍ形ステツピングモ−タ

Info

Publication number: JPS62193548A
Application number: JP3575386A
Authority: JP
Inventors: Manabu Shiraki; 学白木; Kanji Kawasaki; 川崎　寛治; Motoi Fujiki; 藤木　基; Isamu Katayama; 勇片山; Shunji Kawashima; 俊二川島; Osami Miyao; 宮尾　修美
Original assignee: SHIKOO GIKEN KK; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: SHIKOO GIKEN KK; Omron Corp
Priority date: 1986-02-19
Filing date: 1986-02-19
Publication date: 1987-08-25

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、閉ループ制御に適するように磁気エンコーダ
を内蔵し、サーボ制御に適したＰＭ形ステッピングモー
タに関する。

［従来技術とその問題点コＰＭ形に限らず、ステッピングモータは位置決めが容易
で開ループ制御ができ、簡単な回路構成で足りるため安
価に構成できるメリットがある。

しかしながら、ステッピングモータは高速回転させると
回路からの信号についていくことができず、脱調すると
いう欠点がある。

このため、高速回転には適さず、高速回転では、ＤＣブ
ラシレスモータに劣るものであるが、近年、ステッピン
グモータの性能をアップさせるためにエンコーダを内蔵
してエンコーダからの信号をフィードバックして高速回
転によるも税調しないようにする要求が強くなってきた
。

ここにステッピングモータにエンコーダを付設すること
は、当該ステッピングモータが大型且つ高価になる欠点
があった。

［発明の課題］本発明は、大型且つ高価なエンコーダを用いることなく
、閉ループ制御に適する磁気エンコーダを内蔵する磁気
エンコーダ内蔵ＰＭ形ステッピングモータを小型且つ安
価に得ることを課題としてなされたものである。

［発明の課題達成手段］かかる本発明の課題は、ＰＭ形ステッピングモータのラ
ジアル配向に多極着磁して形成した駆動用磁極を有する
マグネットロータの同一面に磁気エンコーダ磁極部をラ
ジアル配向に多極着磁し、この磁極部に対向して磁気セ
ンサを配設することによって達成される。

［発明の実施例］第１図は発明の一実施例を示す分解斜視図、第２図はＰ
Ｍ形ステッピングモータの斜視図、第３図は、同ステッ
ピングモータの縦断面図、第４図はマグネットロータの
斜視図である。以下この図を中心にして発明の第１実施
例を説明していく。

１は磁気エンコーダ内蔵ＰＭ形ステッピングモータで、
１ａは、ステッピングモータ１のステッピングモータ単
体部を示す。このステッピングモータ単体部１ａは、２
つの磁性体中空リングを有するステータ電機子２　ａ　
＋　２　ｂを上下二段に重ねた構造の中空状の固定子２
がある。このステータ電機子２ａ、２ｂは、表面が磁性
体からなり、内周部に交互にＮ、Ｓの磁極を形成するた
めの磁極片３ａと３ｂ、３ａ’　と３ｂ’とを微小間隙
をおいて交互に多数形成し、その内部に導線４を多数タ
ーン巻いている。磁極片３ａと３ｂ、３ａ’と３ｂ’は
、軸方向において対向位置するように、上下二段に渡っ
て配設固定されている。磁極片３ａと３　ｂ　＋　３　
ａ　’　と３ｂ’の幅は、後記するマグネットロータ５
の駆動用磁極６の一磁極幅に略等しく形成されている。

磁極片３ａと３ａ’は、ステータ電機子２ａ、２ｂの下
面の磁性体を内周部上方向に延長することで形成し、し
かも互いに２分の１ピツチずれて形成されている。また
磁極片３ｂと３ｂ’は、ステータ電機子２ａ、２ｂの上
面の磁性体を内周部下方向に延長することで形成され、
しかも互いに２分の１ピツチずれて形成されている。７
，８はそれぞれステータ電機子２ａ。

２ｂの導線に接続されたり一ト線である。円筒状のマグ
ネットロータ５は、回転軸９に固定した円板状のボス１
０の外周にマグネットロータ５の上端内周部を固定する
ことで、一体回動するようにしている。このマグネット
ロータ５は、この内側中空部１１（第３図参照）に設け
た軸受ハウジング１２に装着された軸受１３によって固
定子２の中央部に形成された中空部１４の中に回転自在
に軸支されている。マグネットロータ５は、プラスチッ
クマグネット、焼結によるマグネットいずれであっても
よく適宜なものを使用すればよい。

またマグネットロータ５は、カップ型であってもよく、
この場合にはプラスチックマグネットによるモールド形
成時、その中心部に回転軸９の一端部と一体化して該回
転軸９を固定するとボス１０が省略できて、安価に製造
できるので、誠に都合良い。このマグネットロータ５の
外周部には、上記磁極片３ａ、３ｂ、３ａ’及び３ｂ’
と対向する外周面部上記磁極片３ａ、３ｂ、３ａ’及び
３ｂ′の幅と等しい幅のＮ、Ｓの磁極が交互に多極にラ
ジアル配向着磁された駆動用磁極６を杉成し、上記磁極
片３　ａ　＋　３　ｂ　、３　ａ　’　、３　ｂ　’に
相対的回動させている。マグネットロータ５は、ステー
タ電機子２ａの上端面に若干突出して配設している。こ
のようにするため、マグネットロータ６は、固定子２よ
りも長く形成しである。マグネットロータ６の固定子２
の上部に突出した駆動用磁極６と同一面のマグネットロ
ータ５の上端部外周面に、第２図及び第４図に示すよう
に細かな間隔（駆動用磁極６よりも細かな間隔）で、Ｎ
、Ｓの磁極を交互にラジアル配向に多極着磁した磁気エ
ンコーダ磁極部１５を形成している。ステッピングモー
タ１の下端部には、モータ取付は用固定板１６を固定し
ている。固定板１６には、取付は用透孔１７が形成され
ている。ステータ電機子２ｂの上面部には、位置規制穴
１日を形成している。Ｉ９は円板状のプリント基板で、
この基板１９の上面には、磁気エンコーダ用電気回路を
構成する電気部品２０が配設され、図示しないプリント
配電パターンに半田付けによって電気的に結線している
。

この場合の電気回路としては、＠気エンコーダ内ＭＰＭ
型ステッピングモータ１を厚みの薄いものとするために
は、磁気センサからの信号を増幅するための増幅回路、
その信号を波形成型するための波形成型回路及びその回
路からの出力信号を増幅する増幅回路（オペアンプ等）
程度に留めるのが望ましい。しかし、ステッピングモー
タ１の通電制御回路を内蔵してもよい。特に通電制御回
路をＩＣ化すれば、小型にてきるので、この場合には、
内蔵も容易である。プリント基板１９には、上記規制穴
１８と略々一致する箇所に支柱挿入孔２１を形成してい
る。またプリント基板１９の下面には、磁気エンコーダ
磁極部１５と対向する箇所に磁気センサ２２を配設して
いる。この実施例では、磁気センサ２２としては、磁気
抵抗素子（ＭＲセンサという）を用いている。ｒｉｉ％
センサ２２としては、磁電変換素子としてブラシレスモ
ータの位置検知素子として多用されているホール素子、
ホールｒＣや磁気ヘッドを用いてもよい。

しかし、磁気エンコーダを構成するためには、Ａ相、Ｂ
相の信号を得る必要があるが、これらの磁気センサ素子
は、Ａ相、Ｂ相の信号を得るために２個の素子を電気角
で９０度ずらして配設しなければならず、組立、ｙＪｒ
Ｊ！１時間が増加する欠点がある。しかもＺ相まで必要
とした場合、合計３個の磁気センサ素子が必要になるの
で、上記欠点は更に増加する。更にまた、上記磁気エン
コーダ磁極部１５が、より精度の良いモータｌ及び磁気
エンコーダを得るために、Ｎ、Ｓの磁極ピッチを微細幅
に着磁形成した場合（例えば、１００μｍピッチ）には
、複数の磁気センサ素子を人間の間隔を持って位置合わ
せしつつ、配設することは、非常にやっかいで、困難且
つ量産に適さないものとなる。また磁気ヘッドは大型で
且つ高価なので、この使用はできれば避けたいところで
ある。従ってこの実施例では、磁気センサ２２として、
Ａ相。

Ｂ相更にはＺ相の信号を１個の素子でありながら得られ
るｉｉ！！気抵抗素子を用いた場合を描いている。

単に１個の磁気センサ素子なので、プリント基板１９面
での位置合わせが必要なだけで、磁気エンコーダ内蔵Ｐ
Ｍ形ステッピングモータ１を安価且つ容易に量産できる
。この磁気抵抗素子は、磁界を加えろと素子の電気抵抗
が変化する効果を利用したもので、低パルスのものでＩ
ｎ−３ｂの半導体磁気抵抗素子を用いたものも一部にあ
るが、この実施例の磁気センサ２２では、Ｎｉ−Ｆｅ系
やＮｉ−Ｃｏ系を主材料として形成した低磁界での感度
が高い強磁性体磁気抵抗素子を用いている。

磁気センサ２２の端子は、プリント基板１９に形成した
図示しない導電接点に半田付けして電気的に接続してい
る。主に上記磁気エンコーダ磁極部１５と磁気センサ２
２とで、磁気エンコーダを構成している。磁気センサ２
２からの出力信号は、この端子部、導電接点、プリント
基板１９に形成した図示しないプリント配電パターン及
び電気部品２０郡によって構成された電気回路を介して
出力用リード線２３から取り出される。２４はカップ型
磁気エンコーダ収納ケースで、この内面の底部には、後
記する支柱２５の上端部と係合する係合穴２６が形成し
であると共に、周面部２４ａにはリード線２３を通すた
めの切欠部２７を形成している。また、この周面部２４
ａには、図示しない小孔が複数個形成されていて、この
小孔を利用して螺子上めすることで、ケース２４をステ
ータ電機子２ａの上面部に固定できるようにしている。

支柱２５は中央部に段部２５ａを形成しており、その上
端部２５ｂ及び下端部２５ｃを細い胴体部に形成してい
る。支柱２５は、その下端部２５ｃを支柱挿入孔２１及
び規制穴１８に挿入し、段部２５ａの下端部をプリント
基板１９に係合させている。支柱２５の上端部２５ｂは
、係合穴２６に挿入係合させるとともに、ケース２４の
内面に段部２５ａの上部を係合させている。

従って、通電制御回路によって、ステッピングモータｌ
が駆動させられると、磁気エンコーダ磁極部１５を磁気
センサ２２で検出することで、その信号をリード線２３
より取り出せば、モータｌの回転速度、回転角、回転方
向等が判明する。これらのモータ１の回転情報に応じて
通電制御回路にフィードバックして、閉ループ制御をか
けることで、例えステッピングモータであっても高速回
転させても脱調しないものを得ることが出来ろ。

第５図及び第６図を参照して、本発明第２実施例を説明
する。

この実施例では、第１実施例と構成的には殆と共通して
いるので、異なる箇所のみを説明すると、中空部に回動
自在に挿入されろマグネットロータ５′は、この下端部
が固定子２のステータ電機子２ｂよりも突出するものに
形成し、この突出したマグネットロータ５′の下端部に
第６図で示すように駆動用磁極６′と同一面に磁気エン
コーダ磁極部１５゛を着磁形成している。尚、駆動用磁
極６゛及び磁気エンコーダ磁極部１５°の着磁方法に関
しては、上記第１実施例と同様である。ｌｉ！気エンコ
ーダ磁極部１５’にプリント基板２８に配設された磁気
センサ２２が対向配設している。

尚、この場合、プリント基板２８にステッピングモータ
１ａの駆動回路を配設して内側中空部１０に収納配設し
ておくと誠に都合よいものとなる。

尚、上記実施例において、駆動用磁極と磁気エンコーダ
磁極部とは、必ずしも異なる磁極数にしなくてもよく、
同一極数であってもよい。

［発明の効果］本発明によれば、主に下記のような効果がある。

（１）低速から高速まで自在且つ位置決めの極めて容易
なサーボ用として適する磁気エンコーダ内ＭＰＭ系ステ
ッピングモータを安価且つ容易に量産できるものを得る
ことができる。（２）市販の高価且つ大型のエンコーダ
を付設することなく、しかも光学式エンコーダのように
ゴミやほこりに弱い、電気ノイズが入り誤動作したり寿
命が短い等の欠点がなく、磁気エンコーダを備えていて
尚且つ小型且つ安価で性能の良いものが得られる。

（３）磁気エンコーダのロータを回動自在に支持するた
めの特別な部材を設けることなく、ステッピングモータ
のマグネットロータを利用して支持しているので、部品
点数が少なく、安価に製造できる磁気エンコーダ内蔵Ｐ
Ｍ形ステッピングモータを得ることができる。（４）本
発明の磁気エンコーダ内ＭＰＭ形ステッピングモータに
よれば、磁気エンコーダを内蔵して尚且つスラスト方向
に寸法を小さくてきる。（５）駆動用磁極と磁気エンコ
ーダ磁極部を同一面に着磁形成しているので、極めて容
易に着磁形成できる。（６）マグネットロータとステー
タ電機子間に磁気センサを配設しないで済むので、磁気
センサを配設することによるマグネットロータとステー
タ電機子間のエアギャップが増加して効率が低下するこ
とがない。この結果、効率のよいステッピングモータが
得られる。（７）磁気エンコーダ磁極部をマグネットロ
ータの周面に着磁形成し、磁気センサで検出するように
しているので、マグネットロータのスラスト方向の振動
によって、磁気センサから信号が得られなくなるような
不都合が発生しない。また、スラスト方向の振動を防ぐ
ために、著しい機械的精度が要求されることがないので
、安価に量産できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１実施例の分解斜視図、第２図はＰＭ
形ステッピングモータの分解斜視図、第３図は同縦断面
図、第４図はマグネットロータの縦断面図、第５図は本
発明第２実施例の縦断面図、第６図は同実施例のマグネ
ットロータの斜視図である。１・・・磁気エンコーダ内ＭＰＭ形ステッピングモータ
、２・・・固定子、２ａ、２ｂ・・・ステータ電機子、
３ａ、３ｂ、３ａ’　、３ｂ’　　・・・磁極片、４・
・・導線、５・・・マグネットロータ、６・・・駆動用
磁極、７．８・・・リード線、９・・・回転軸、１０・
・・ボス、１１・・・内側中空部、１２・・・軸受ハウ
ジング、１３・・・軸受、１４・・・中空部、１５・・
・磁気エンコーダ磁極部、１６・・・モータ取付は用固
定板、１７・・・取付は用透孔、１８・・・位置規制穴
、１９・・・プリント基板、２０・・・電気部品、２１
・・・支柱挿入孔、２２・・・磁気センサ、２３・・・
出力用リード線、２４・・・カップ型磁気エンコーダケ
ース、２４ａ・・・周面部、２５・・・支柱、２５ａ・
・・段部、２５ｂ・・・上端部、２５ｃ・・・下端部、
２６・・・係合穴、２７・・・切欠部、２８・・・プリ
ント基板。第１ＩＩＫ手続補正書（方式）昭和６１年５月ｌｒ　日１−事件の表示＃願昭６１−３５７５３号２−発明の名称ｍ気エンコーダ内蔵ＰＭ形ステッピングモータ３、補正をする者事件との関係　特許出願人住所　神奈川県大和市中央林間４丁目９番４号ギケン氏名　株式会社　シコ　−技研５−補正の対象「明細書」の欄６−補正の内容明細書全文を別紙のように浄書する（ただし内容に変更
なし）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　内周部に磁極片を有し且つ内部に導線を巻いた
磁性体中空リング状ステータ電機子の中央部に形成され
る中空部に、外周部にＮ，Ｓの磁極を交互に細かな間隔
で多数有する駆動用磁極と磁気エンコーダ磁極部をラジ
アル配向に多極着磁したマグネットロータを回動自在に
設け、上記駆動用磁極にステータ電機子を対向配設し、
上記磁気エンコーダ磁極部に磁気センサを対向配設して
なる、磁気エンコーダ内蔵ＰＭ形ステッピングモータ。
（２）　上記ステッピングモータは、上記マグネットロ
ータの下端部を上記中空部から突出して設け、上記突出
したマグネットロータ部に磁気エンコーダ磁極部を着磁
形成し、該磁気エンコーダ磁極部に磁気センサを対向配
設し、上記中空部のステータ電機子に対向するマグネッ
トロータに駆動用磁極を着磁形成してなる、特許請求の
範囲第（１）項記載の磁気エンコーダ内蔵ＰＭ形ステッ
ピングモータ。
（３）　上記ステッピングモータは、上記マグネットロ
ータの上端部を上記中空部から突出して設け、上記突出
したマグネットロータ部に磁気エンコーダ磁極部を着磁
形成し、該磁気エンコーダ磁極部に磁気センサを対向配
設し、上記中空部のステータ電機子に対向するマグネッ
トロータに駆動用磁極を着磁形成してなる、特許請求の
範囲第（２）項記載の磁気エンコーダ内蔵ＰＭ形ステッ
ピングモータ。