JPWO2012032993A1 - 揺動型ステップモータ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の揺動型ステップモータの第1の実施形態を図1〜図11を用いて説明する。まず、モータ構造を図1〜図4を用いて説明する。
[駆動機構の説明:図1、図5、図6]
次に、駆動機構について図1、図5、図6を用いて説明する。
[2つの星車の位相関係の説明:図6]
次に、星車A31及び星車B32の歯の位相関係について図6を用いて説明する。
[ニュートラル位置及び送り動作の説明:図7、図8]
次に、歯車の送り動作を図7及び図8を用いて説明する。
[2つ送り歯の角度の説明]
次に、ロータ軸22に設けた2枚の送り歯である、送り歯A23と送り歯B24とに設定した開き角度などについて説明する。
[星車位置の保持手段:図1、図9]
次に、星車や歯車の角度ずれを防止する保持手段について図1及び図9を用いて説明する。
[回転規制部材:図10、図11]
次に、ロータの異常な回転を防止する回転規制部材について図10及び図11を用いて説明する。
[第1の実施形態の変形例の説明:図12]
次に、第1の実施形態の変形例を図12を用いて説明する。
[回転動作の検証の説明:図1〜図3、図13]
次に、本発明の揺動型ステップモータから抽出される信号を用いて、動作の検証を行う技術について、主に図13の波形グラフを用いて説明する。
また、コイルに流れる電流波形を用いて回転検出する方法として、回転規制部材7に送り歯A23又は送り歯B24が衝突する程度の駆動パルスを印加して、衝突した際の電流波形変化を捉えることで、確実に必要な角度を回転したことを判断することもできる。
さらに、コイルに流れる電流波形のピーク値を捉えて、そのピークとピークの時間間隔と回転角度との相関データから必要な角度を回転したかどうかを判断することもできる。
次に、本発明の揺動型ステップモータの第2の実施形態を、動作の説明図を兼ねた要部平面図である図14、図15を用いて説明する。
[その他の変形例]
以上、説明した実施形態及び変形例以外に、本発明の作用や効果を損なわない範囲で許容される種々の変更の可能性について述べる。
(1)2枚の送り歯の形状、ニュートラル状態における待機位置、2つの星車の歯数又は歯形を非同一とする構成。
(2)ロータ軸22のニュートラル方向を非対称とする構成。例えば、ニュートラル方向を示す直線L1がP1、P2の垂直二等分線ではない場合。
(3)ロータ磁石21のニュートラル位置にあるとき、磁極がステータA11とステータB12との接合部である非磁性部材14の方向から逸れた方向を向くようにする構成。この場合、駆動力を揺動回転方向により駆動力を異ならせるため、交互に発生する駆動パルスの波形も異ならせる場合があり得る。
(4)2枚の星車の歯のピッチのずれを、半ピッチではないピッチとする構成。
(5)駆動の頻度が低い(例えば毎秒1〜数回)場合でも、慣性負荷を抑えることにより、ロータが全回転する従来のステップモータよりも低消費電力化をはかることができる可能性がある。
Claims (21)
- ロータが所定の揺動角度範囲内にて揺動運動を行うことによって、2つの駆動車を順次送ることにより、出力歯車を所定の方向に所定角度ずつ回転させる揺動型ステップモータにおいて、
前記ロータは、2つの送り歯を有し、
前記ロータが一方向に揺動するとき、一方の前記送り歯が一方の前記駆動車を送り、
前記ロータが他方向に揺動するとき、他方の前記送り歯が他方の前記駆動車を送ることを特徴とする揺動型ステップモータ。 - 前記駆動車は、前記送り歯が当接して所定の方向に駆動される星車と、該星車と関連し合うように結合される歯車とで構成し、
2つの前記星車は、互いの歯先同士が噛み合わない位置に設け、
2つの前記歯車は、互いの歯先同士が噛み合う位置に設けることを特徴とする請求項1に記載の揺動型ステップモータ。 - 2つの前記送り歯は、前記ロータの回転軸に対して所定の開き角度で設け、
前記所定の開き角度は、前記ロータが前記駆動力を受けずステータによる保持力のみの作用によりニュートラル位置にあるとき、2つの前記送り歯のうち一方の送り歯は、2つの前記星車のうちの一方の星車の歯の1つに第1の距離で近接し、他方の送り歯は、他方の星車の歯の1つに前記第1の距離よりも大きい第2の距離で近接する角度であることを特徴とする請求項1又は2に記載の揺動型ステップモータ。 - 2つの前記送り歯の各々は、2つの前記星車の中心と前記ロータの回転軸の中心とによって形成される三角形範囲の外側にあることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の揺動型ステップモータ。
- 前記ロータは、前記2つの送り歯の間の空間が前記2つの送り歯の歯先間を結ぶ曲面によって閉じられて形成されたカムを有し、前記2つの送り歯の歯面が前記カムの両端のカム面として形成されていることを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項に記載の揺動型ステップモータ。
- 前記カムは、前記2つの駆動車の各回転中心と前記ロータの揺動運動の中心とを結んで形成される三角形の内側領域に配置されるように形成されていることを特徴とする請求項5に記載の揺動型ステップモータ。
- 前記カムは、その両端に形成された2つのカム面のうち少なくとも一方が常に前記2つの駆動車のうちいずれか一方の駆動車の歯先円内に配置されるように形成されていることを特徴とする請求項6に記載の揺動型ステップモータ。
- 前記カムの2つのカム面の間の、前記ロータの揺動運動の中心回りの空間のうち前記カム面を除いた領域に、前記2つのカム面のうち一方のカム面が前記一方の駆動車に接している状態のとき前記他方の駆動車の歯先円内に侵入する歯底凸部が形成されていることを特徴とする請求項6または7に記載の揺動型ステップモータ。
- 前記ロータの、前記ロータの揺動運動の中心を挟んで前記カムが形成された部分と反対側の部分に、ロータの半径方向外側に向けて突出した突部が形成され、
前記ロータの揺動角度範囲の両端において、前記突部に突き当てられる回転規制部材が備えられていることを特徴とする請求項5から8のうちいずれか1つに記載の揺動型ステップモータ。 - 前記ニュートラル位置で、前記送り歯の一方とその前方にある一方の星車の1つの歯が最も接近しているとき、
次の駆動にあっては、前記送り歯の一方が前記一方の星車の1つの歯を駆動し、その駆動が終了して前記ロータが再びニュートラル位置に戻ったときには、前記送り歯の他方とその前方にある他方の星車の1つの歯が最も接近した状態に入れ替わり、
更に次の駆動にあっては、前記送り歯の他方が前記他方の星車の1つの歯を駆動することを特徴とする請求項1から9のうちいずれか1つに記載の揺動型ステップモータ。 - 前記ロータの前記永久磁石は、直径方向に極性を有し、
前記駆動力は、前記ロータを180度回転させるには不足するように設定されていることを特徴とする請求項1から10のうちいずれか1つに記載の揺動型ステップモータ。 - 2つの前記歯車は、2つの前記星車の各々へ同軸で固着されることを特徴とする請求項1から11のいずれか1つに記載の揺動型ステップモータ。
- 2つの前記星車の各々と同軸で固着される2つの星車カナを設け、
2つの前記歯車は、2つの前記星車カナのそれぞれに連結し、互いに噛み合っていることを特徴とする請求項1から12のうちいずれか1つに記載の揺動型ステップモータ。 - 前記各星車の軸とその星車の歯を結ぶ方向は、前記各星車の軸と前記ロータの軸とを結ぶ方向に対して互いに半ピッチずれているように、前記各星車の各々と前記各歯車との結合における角度関係が設定されており、
前記揺動運動によって、前記各星車を交互に半ピッチずつ駆動することを特徴とする請求項12又は13に記載の揺動型ステップモータ。 - 前記ステータから前記電気機械的駆動力が与えられていないとき、
前記星車の歯を所定位置に保つための保持手段を更に備えたことを特徴とする請求項1から14のうちいずれか1つに記載の揺動型ステップモータ。 - 前記保持手段は、前記星車の歯又は前記歯車の歯に直接又は間接的に作用する、永久磁石より成ることを特徴とする請求項15に記載の揺動型ステップモータ。
- 前記保持手段は、前記星車又は前記歯車の少なくとも1つに作用する、摩擦を伴うバネ部材であることを特徴とする請求項15に記載の揺動型ステップモータ。
- 前記歯車又は前記星車に噛み合う小歯車を設け、
前記保持手段を、前記小歯車に作用させることで、前記星車または前記歯車に作用することを特徴とする請求項16又は17に記載の揺動型ステップモータ。 - 前記ロータの前記揺動角度を制限するための回転規制部材を更に備えたことを特徴とする請求項1から18のうちいずれか1つに記載の揺動型ステップモータ。
- 前記ロータは、前記ステータから与えられる電気機械的駆動力によって前記星車の歯を駆動し、駆動期間の終了後は前記ステータから前記ロータに作用する保持力によってニュートラル位置に復帰する運動を反復することを特徴とする請求項1から19のうちいずれか1つに記載の揺動型ステップモータ。
- 前記ロータがニュートラル位置に復帰する過程では、前記ロータを構成する永久磁石の運動によって前記ステータに巻回したコイルに発生する誘起電圧を、前記揺動型ステップモータの動作判定信号として利用することを特徴とする請求項1から20のうちいずれか1つに記載の揺動型ステップモータ。
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