WO1988002194A1 - Pulse motor - Google Patents

Description

明 細 書

発明の名称

ノ、。ルスモータ

技術分野

こ の発明はハイ ブリ ッ ト形のパルスモータに閔するも のである。

背景技術

従来の 4相ハイ プリ ッ ト形パルスモータを第 1図及び第 2図に示す。 回転軸 1 1 上に永久磁石 1 2が揷通固定され、 その永久磁石 1 2 の両側に連結されてロータ鉄心 1 3 が回 転軸 1 1 上に挿通固定される。 ロータ鉄心 1 3 の周面には 同一角ピ ッ チ同一角度位置で歯 1 4が周方向に形成されて いる。 回転軸 1 1 、 永久磁石 1 2及び口—タ鉄心 1 3 によ り ロータ 1 5が構成される。

両口—タ鉄心 1 3 と対向して円筒状ステータヨーク 1 6 が配され、 ステータヨーク 1 6 の内周面より 8つの磁極 17 が等角間隔で突出し、 ロータ鉄心 1 3 の周面と近接対向し ている。 各磁極 1 7 のロータ 1 5 との対向面に歯 1 4 と同 一角ピ ッ チの歯 1 8 が形成され、 各磁極 i 7 にはコィ ル 19 が巻装されている。 ステータヨーク 1 6、 磁極 1 7及びコ ィ ル 1 9 により ステ一夕 2 1 が構成される。 ロータ 1 5及 びステータ 2 1 はハウジング 2 2内に配され、 回転軸 1 1 はハウ ジング 2 2 にベア リ ング 2 3 で回転自在に保持され ている。

こ の従来のパルスモータの動作は周知であるので、 簡単 に述べる。

第 3図は第 1 II、 第 2図に示したパルスモータの展開モ デル図であって、 永久磁石 1 2 の S極側を主として示して いる。 ギ リ シャ数字 I , Π , Π [及び IVば相番号を示す。 歯 1 8 は隨接極のものと、 歯のピッチの 1 4ずつずれて配 列されている。 いま、 第 3図の状態で柑番号 I , H [が磁極 1 7 のコ イ ル 1 9 に図示の方向に電流が流れると、 齒 1 8 は図のような極性に磁化される。 そのため、 ロータ鉄心 13 の齒 1 4 とステータ 2 1 の齒 1 3 との間には図のように実 線で示した永久磁石 1 2による磁束と、 点線で示したコ ィ ル 1 9 による磁束とが流れる。 その結果、 相番号 の齒 18 では二つの磁束が互に打消し合い、 これら間に吸引力は発' 生しないが、 磁束が枏加される相番号 I の齒.1 8 の部分で 吸引力が発生し、 ロータ 1 5 は図において右側に 1 / 4 ピ' ツチ動く 。 すると、 いま電流が'流れなかった相番号 II , W のコ イ ル 1 9を持つ齒 1 8 は、 ロータ 1 5 の齒 1 4に対し、 移動する前の相番号 I , ΠΙの齒 1 8 と同じ位置関係になり、 栢番号 Π > IVのコ イ ル 1 9 に電流を流すことによ 'り前面と 同じ動作を行う ことができる。 これを操り返すと ~常にどれ か一つの相番号の齒 1 8 とロータ 1 5 の齒 1 4 との間で吸 引力が作用し、 ロータ 1 5 は一方向へ歯の 1 / 4 ピッチず つ回転を繞けることができる。

以上説明した従来のパルスモータの構造では、 モータの 直径を小さ く するには口 —タ 1 5 の径及びノ又はステ―タ 2 1 の径を小さ く することを必要とし、 その結果トルク の 低下をきたすため小径化は困難であった。 また、 回転铀 1 1 の軸方向についてモータの寸法を小さ く する、 いわゆる薄 形化は比較的容易で、 トルクの低下も小形化に見合った程 度であるので、 このよう な製品は比較的多 く 市販されてい る。 しかし、 このタイ プは回転軸 1 1 はロータ鉄心などを 取り付けるため、 ある程度の長さを必要とするため、 回転 1 1 の長さがモータの厚み方向 （直径方向） の長さと同 じである従来のパルスモータでは小形化はさほど期待でき ないという問題点があつた。

この発明の目的は、 回転軸と直角な一つの方向の寸法を 小さ く することによって従来なかった形態と寸法のパルス モータを提供することにある。

発明の開示 ·

この発明によれば、 ロータに取付けられた軟磁性体の円 筒状ロータ鉄心の周面上に等間隔角ピッ チで歯が形成され、 ステ—タはそのロータの周面と対向した 2 n個 （ nは 2以 上の整数） の磁極を有し、 各磁極にそれぞれコ イ ルが施さ れ、 このステータの 2 n個の磁極は前記ロータの回転軸を 含む平面において前記ロータの軸方向に第 1 , 第 2 , 第 3 …第 2 n の順に配置固定され、 前記第 1 の磁極乃至第 IIの 磁極は磁気的に結合され、 同じ く第 n + 1 の磁極乃至第 2 ηの磁極とは磁気的に結合され、 前記第 ηの磁極と第 η 1 の磁極との間と、 前記ロータの前記ステータの磁極に対 向して長手方向に 2 η分割される中央の位置との少な く と も一方にはロータの回転軸の方向に着磁された永久磁石が 配 aされ、 前記第 1乃至第 2 ηの磁極のそれぞれに前記口 ータに設けた歯と同一のピッチの歯がロータ と対向して形 成され、 前記ステータの磁極の irあるいは前記口一タの前 記ステータの磁極に対向して長手方向に n分割される部 分における歯のどちらか一方が齒のピッチの 1 / 2 nだけ 角度をずらして配置固定されている。

このような構成であるため、 ロータの回転軸と直角方向 のステータが配されていない側のモータの高さを小さ く、 つまり ロータの径と同一とすることができ、 薄形のパルス モータが得られる。

図面の簡単な説明

第 1図は従来の 4相ハイブリ ツ ト形パルスモータを示す 断面図

第 2図は第 1図の ' A A線断面図、

第 3図は従来のパルスモータの動作を説明するための展 開モデル図、

第 4図はこの発明を適用した 4相ハイ ブリ ッ ド彤パルス モータの一例を示す斜視図、

第 5図 第 4図のステータを舍む断面図、

第 6図は第 5 11の B B線断面図、

第 7図は第 4図のモータの動作を説明するための展開モ デル図、

第 8図はこの発明の他の例を示す第 5図と対応する断面 図、

第 9図は口—タ側に永久磁石を設けた例を示す第 5図と 対応する断面図、

第 1 0図は磁極の向きをロータの軸と直角に配置した例 を示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

第 4図乃至第 6図にこの発明を 4相ハイ ブリ ッ ト形パル スモータに適用した実施例を示す。 回転軸 1 1 上に軟磁性 体より なるロータ鉄心 13い 13_z, 13₃, 13₄が揷通固定され る。 ロータ鉄心 13 , 〜13₄ は第 4図ではこれを区別し易い ように僅か離して示しているが、 実際には第 5図に示すよ うに順次対接されている。 ロータ鉄心 13! 〜13₄ の各周面 には同一ピッチで歯 1 4が周方向にそれぞれ小形成され、 これら齒 i 4 は互に 1 ノ 4 ピッチずつずらされている。 例 えばロータ鉄心 13_t の歯 1 4を基準にすると、 ロータ鉄心 13_{2 !} 13_{3 >} 13₄.の各歯 1 4 は同 r方向にそれぞれ 2 / 4 ピ ツチ、 1 ノ 4 ピッチ、 3 ノ' 4 ピッチずつずらされている。 回転蝕 1 1 及びロータ鉄心 13 , 〜 13₄ でロータ 1 5が構成 される。 なお歯 1 4の角度位置のずれはロ ータ鉄心 13, の し 1 4を基準として、 ロータ鉄心 13₂, 13₃, 13₄.の各歯を 同一方向にそれぞれ 2 ノ 4 ピ ッ チ、 3 / 4 ピッチ、 1 / 4 ピ ンチずつずらしてもよい。

ロータ 1 5を挟みステ一タ 2 1 A , 2 1 Bが配される。 ステ—タ 2 1 Aは磁極 17Ah 17A_{2 )} 17A₃, 17A₄.を有し、 磁 極 ΠΑ, , 17A_{2 l} 17Α₃, ΠΑ₄.の一端面はロータ鉄心 13い 13₂₎ 13₃, 13₄.の周面と対向し、 その歯 1 4 と同一角ピッ チの歯 1 8がそれぞれ形成される。 磁極 ΠΑ,, 17Α₂の他端にステ ータヨーク _t6Atが結合され、 磁極 i7A₃, 17 の他端にステ ータヨーク 16i が対接される。 ステータヨーク 16A_t, 16Az 間に、 回転軸 1 1 の軸方向に着磁された永久磁石 1 2 Aが 挿入される。 磁極 17ih, 17Α₂₎ ΠΑ₃, 17A₄にはそれぞれコ ィ ル 1 9 が各別に巻装されている。

ステータ 2 1 B も同様に磁極 Bt, 17Β_2ι 17Β₃, ΠΒ₄が 設けられ、 磁極 ΠΒ^ 17Β_2! 17Β₃, ΠΒ₄の一端面はロータ 鉄心 13 13₂, 13₃₎ 13₄.の周面と対向し、 その齒 1 4 と同 一ピッチの歯 i 8がそれぞれ形成され、 磁極 ΠΒ!, ΠΒ₂の 他端にステ一タヨーク 16B_tが対接され、 磁極 17Β₃, ΠΒ₄の 他端にステータヨーク 16Β₂が対接される。 ステータヨーク 16B_{t )} 16B₂間に、 回転钴 1 1 の軸方向に着磁された永久磁 石 1 2 Βが掙入される。 磁極 ITBi, 1TB_ZJ 17Β_3ι ΠΒ には それぞれコ ィ ル 19が各別に巻装されている。 ステ一タ 21Α， 2 I B ともその歯 1 8 の角度位置ば互にずらされることな く 同一とされている。 なお第 4図乃至第 6図においてはモ —タのハウジングは省略して示している。

第 4図乃至第 6図に示したパルスモ -タの動作を説明す るため、 その等価的展開モデルを第 7図に示す。 つまり磁 極 17A i， 17B _tとロータ鉄心 13 との閎で吸引力が働き、 同 様に磁極 ΠΑ_Ζ, 17Β₂ (17Α₃, ΠΒ₃, 17", ΠΒ₄.) とロータ 鉄心 13 13₃, 13₄) との間で吸引力が働き、 ロータ鉄心 〜13* は回転軸 1 1を通じて互に一体にされているから、 これらロータ鉄心 _13ί 〜₁₃₄ を第 7図に示すように直線的 に配列することができる。 第 7図においてギリ シャ数字 [ , π , m , ivは相番号を示すこ とは第 3図の場合と同様であ る。 第 7 図に示した状態で相番号 I , Π の各コ イ ル 1 9 に 図示の方向に電流が流れると.、 磁極 n/ n , ΠΒ,

17Β₄.は図に示す極性に磁化される。 そして、 ロータ鉄心 13 の歯 1 4 とステ一タ 2 1 ( 2 1 A , 2 1 B ) の歯 1 8 との 間に永久磁石 i 2 A > 1 2 B とコ イ ル 1 9 とによる各磁束 がそれぞれ実線と点線で示したように流れる。 その結果、 第 3図で説明したと同じように、 相番号 〖 と Πのロータ鉄 心 1 3 の歯 1 4 とステータ 2 1 A , 2 1 B の歯 1 8 との間 で吸引力により駆動 トルクを発生し、 ロータ 1 5 は歯 1 4 のピ ッチの 1 / 4だけ回転する。 次からは相番号が ]! と m , . illと IV , IVと I , I と 辽…の順に繰り返すようにコ イ ル 19 を駆動すれば、 ロータ 1 5 は歯の 1 / 4 ピッチずつ回転を 続ける こ とができ る。 以上は 2相励磁の場合であるが、 1 相励磁ならば第 7図の状態でまず第 I 相のコ イ ル 1 9 を駆 動し、 以下 Π > ΙΠ , IV , [ , …の順に駆動すればよい。

上述においては永久磁石 1 2 Aによる磁束の通路をステ ータ 2 1 Aとロータ 1 5 との間で構成し、 永久磁石 1 2 B による磁束の通路をステータ 2 i B とロータ 1 5 との間で 構成したが、 永久磁石 1 2 A , 1 2 Bが第 8図に示すよう に、 ステータ 2 1 A , 2 1 B、 ロータ 1 5 を通じる閉磁路 に直列に挿入されるようにしてもよい。 この場合永久磁石 1 2 A , 1 2 Bの挿入方向が回転軸 1 1 の軸方向に対して 互に反対方向とされ、 かつロータ鉄心 13い 13₂, 13₃, 13₄ の各間に間隔が設けられ、 必要に応じてその間隔に非磁性 材のスぺ一サ 2 5がそれぞれ揷入される。 またコ イ ル 1 9 による磁束も第 8図に点線で示すように、 ある躯勖状態で は例えば磁極 17A i , ΠΒ ,の各コ イ ル 1 9 による磁束が相加 し、 かつロータ 1 5及びステータ 2 1 A , 2 1 Bによる閉 磁路を通るようにする。

上述においては永久磁石 1 2 A, 1 2 Bをステータ 2U, 2 1 Bに設けたが、 ロータ じ 5 に設けてもよい。 その例を 第 9図に第 5図と対応する部分に同一符号を付けて示す。 すなわちロータ鉄心 13₂, 13₃ 面に永久磁石 i 2が介在され、 永久磁石 1- 2 は回転铀 1 1上に挿通固定され、 かつ軸方向 に着磁されている。 磁極 nAL n のロータ 1 5 と対向し ない一面はステ一タヨーク 1 6 Aに対接され、 磁極 17B _t〜 17B ₄のロータ 1 5 と対向しない一面はス.テータヨーク 16-B に対接されている。 このパルスモータの動作は第 7図に示 したものと全く同様なものとなることは容易に理解されよ つ-。

と述の各例では永久磁石 1 2 ( 1 2 A , 1 2 B ) の磁極 を口—タ铀 1 1 と平行に配置したが、 直角に配置すること もできる。 その例を第 1 0面に示す。 この例は第 8図の変 形であり、 ステータヨーク 丄 6 Aと 1 6 Bに永久磁石 12A と i 2 Bの互いに異る一方の磁極 （N, S ) をそれぞれ結 合し、 他方の磁極 （ S , N) 間はョ -ク 2 6で結合されて いる。 従って永久磁石 1 2 A , 1 2 Bの磁極はヨーク 2 6 を介して直列に接続されている。 ヨーク 2 6 にはロータ軸 1 1 より大きぃ径の貫通穴 2 7が開げられており、 その中 を通してロータ軸 1 1 が配置されている。 このパルスモー 夕の動作原理も第 7図に示したものと同様なものとなる。 第 1 0図から明らかなように 2 つの永久磁石 1 2 A , 1 2 B とヨーク 2 6 の直列接続は同様な貫通穴 2 7を有する 1 つ の永久磁石 （図示せず） と置き替えてもよい。

上述の各実施例ではロータ鉄心 1 3 , 〜 1 3 ₄ の歯 1 4 の位相 （角度位置） を順次ずらしたが、 ロータ鉄心 1 3 , 〜 1 3 ₄ の齒の位相を同一と し、 ステ一タ 2 1 A , 2 I B の磁極 〜 17 / の歯 1 8 の位相を順次ずら してもよい。 第 5図に示した構成においてロータ鉄心 1 3 , 〜 1 3 ₄ を 一体に構成してもよい.。 第 5図及び第 9図に示した構成に おいて、 ロータ鉄心 1 3 , と 1 3 ₂ , 1 3 3 と 1 3 ₄ をそ れぞれ一体に構成してもよい、 '第 5図， 第 9図に示した構 成において、 ステータ 2 1 A , 2 I Bの一方を省略しても よいこ とは容易に理解できょう。 第 8図， 第 1 0図の構成 においてステータ 2 1 A , 2 1 Bの一方は単なるステータ ヨ ーク のみでもよい。

第 5図の構成において口―タ鉄心 1 3 z 及び 1 3 3 の間 に铀方向に着磁された永久磁石を介在させてもよい。 この 場合その永久磁石は永久磁石 1 2 A， 1 2 B とそれぞれ直 列に閉磁路を構成するよう な極性とする。

上述においては磁極数を 4 としたが、 一般には磁極数を 2 n ( riは 2以上の整数） としてもよい。 永久磁石からス テータの各磁極までの距離の差があっても、 各磁極位置で、 トルクの差が生じないように、 その距離の差に応じてその 磁極上に卷かれるコィ ルの巻数又は磁極の断面あるいはコ ィルの抵抗値もしく はこれらの組合せを適当に選んで、 各 磁極で同一 トルクが得られるようにしてもよい。 このこと は特に極数が多く なる場合に有効である.。 コィルの抵抗値 を異ならせる場合ばコ ィ ルに抵抗器を外付けして簡単に行 う ことができる。

以上述べたようにこの発明によれば口ータ 1 5 とステー タ 2 1 A ( 2 1 B ) との配列方向と直角方向においてはス テ一タが存在しないため、 この方向におけるモータの)！:さ を薄くすることができ、 例えば従来のモ一タに対し約 1/4 の薄形のモータとすることができ、 しかも軸方向にロータ が延長され、 歯 i 4 , 1 8 の各長さは比較的長くすること が-できるため比較-的大きな トルクが得られ,る。 またロータ はその各ロ ータ鉄心は一つ'の相を受け持てばよいから、 そ の径は小さ ぐてよ く 、 従って慣性モ一メ ン トが小さ く高速 域まで使用できる。

Claims

Π 請 求 の 範 囲

1. 钦磁性体の円筒伏ロータ鉄心の周面に等間隔ピッチで 歯が形成されたロータと、 そのロータの周面と対向し、 そ れぞれコ ィ ルが施された 2 η偭 （ ηは 2以上の整数） 磁極 を有するステ一タとよりなり、

そのステ—タ の 2 η個の磁極は前記ロータ の回転軸を舍 む平面においてその回転軸の方向に第 丄 ， 第 2 , …第 2 η の順に配置され、

前記第 1 の磁極乃至第 ηの磁極は磁気的に互に結合され、 前記第 η I- 1 の磁極乃至第 2 ηの磁性は磁気的に結合さ れ、

前記第 η極性及び第 + 1 の磁極間と、 前記ロ ー タ の、 * 前記ステータ磁極と対向して軸方向に 2 η分割される中央

の位置との少く とも一方に .. 前記回転軸方^に着磁された * 永久磁石が配置され、

前記第 1乃至第 2 ηの磁極の前記口一タ との対向面にそ れぞれロータに設けた歯と同一角ピッチの歯が形成され、 前記ステ—タの磁極の歯と、 前記ロータの前記ステータ の磁極と対向して軸方向に 2 η分割される部分における齒 との一方が、 相互に歯のピッチの 丄 ノ 2 ηずつずらされて - 配置されているパルスモータ。 ·

2. 前記永久磁石は前記ス テータに取付けられ、 前記ロ ー タを前記ステータとで挾むようにもう 1 つのステータが配 され、 そのもう 1 つのステータの 2 η個の磁極は前記回転 軸を舍む平面において回転軸の方向に第 1 , 第 2 , …第 2 aの順に配置され、 その第 1 の磁極乃至第 nの磁極は磁気 的に結合され、 前記もう 1つのステ—タの第 η 十 1乃至第 2 ηの磁極は磁気的に互に結合され、 そのもう 1つのステ 一タの第 ηの磁極と第 η + 1 の磁極との間にもう 1 つの永 久磁石が介在され、 これらもう 1 つのステータの第 1乃至 第 2 ηの磁極の前記口—タとの対向面にそれぞれその口— タに設けた歯と同一角ピッチの歯が形成されていることを 特徵とする請求の範囲第 1項記載のパルスモータ。

3. 前記永久磁石は前記ステータに取付けられ、 前記ロー タを前記ステータとで挟むようにョーク手段が設けられ、 前記ロータの、 前記ステータ磁極と対向して軸方向に 2 η 分割される部分が互に磁気的に離されていることを特徴と す 請求の範囲第 1項記載のパルスモータ。

4. 前記ョ—ク手段に前記第 1 の磁極乃至第 nの磁極と 対応したもう i つの第 1 の磁極乃至第 2 nの磁極が前記口 —タ側に突出して設けられ、 これらもう 丄つの第 1乃至第 2 nの磁極の前記ロータとの対向面にそのロータの歯と同 一角ピ チの齒が形成されている請求の範囲第 3項記載の ノヾルスモータ。

5 前記もう 1つの第 aの磁極及び第 II 1 の磁極間にお いて前記ョ―ク手段に、 前記回転軸方向において前記永久 磁石と逆方向に着磁されたもう 1つの永久磁石が挿入され ている請求の範囲第 4項記載のパルスモータ。

6. 前記ロータの 2 ri分割されている部分の間隔に非磁性 材のスぺーサが介在されている請求の範囲第 5項記載のパ ゾレス モータ。

7. 前記永久磁石は前記ロータ に取付けられ、 前記ロータ を前記ス テータで挟むようにもう 1 つのステ一夕が配され、 その も う i つのステータ の 2 n個の磁極は前記回転軸を含 む平面において回転軸の方向に第 1 ， 第 2 ……第 2 nの順 に配置され、 その第 1 の磁極乃至第ひの磁気的に互に結合 され、 前記もう 1 つのステ—タの第 n + 1 の磁極乃至第 2 n の磁極は磁気的に互に結合され、 これらもう 1 つのステ— タの第 1 乃至第 2 nの磁極の前記ロータ との対向面にその ロータに設けた歯と同一角ピ ッ チの歯がそれぞれ形成され ていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のパルスモ -タ 。

8. 前記ロータの轴方向に 2 n分割される部分は一体に形 成されている請求の範囲第 2項又は第 7項記載のパルスモ 一タ。

9. 前記ロータの軸方向に 2 n分割される部分は別体に形 成されたものが順次対接されて構成されている請求の範囲

2項又は第 7項記載のパルス モータ。

1 0 . 前記永久磁石から前記第 i乃至第 2 nの磁極までの距 離に応じてその磁極に施されているコ イ ルの巻数が異なら されている請求の範囲第 1 項乃至第 7項の何れかに記載の ノ、⁰ルス モ ータ。

1 1 . 前記永久磁石から前記第 1乃至第 2 nの磁極までの距 離に応じてその磁極の断面積が異ならされている請求の範 囲第 1 項乃至第 7項の何れかに記載のパルス モータ。

12 前記永久磁石から前記第 1乃至第 2 riの磁極までの距 離に応じてその磁極に施されているコィ ルの抵抗値が異な らされている請求の範面第 1項乃至第 7項の何れかに記載 のノヽ。ゾレスモータ。

13. 前記 ηは 2であることを特徴とする請求の範囲第 1項 乃至第 7項記戴のパルスモ—タ。

14. 前記第 1 の磁極の位置を基準として、 前記第 3 の磁極. 第 2 の磁極、 第 4 の磁極が同一方向に順次、 前記ロータの 歯の 1 Z 4 ピッチずつずらされている請求の範囲第 1 3項 記 のパルスモータ。

15. 前記第 1 の磁極の位置を基準として、 前記第 3 の磁極 第 4 の磁極、 第 2 の磁極が同一方向に順次、 前記ロータの 歯の 1 / 4 ビッチずつずらされている請求の範囲第 1 3項 記載のパルスモータ。 '

16. 前記ロータの軸方向に 4分割されている部分は、 その 前記第 〖 の磁極と対向する部分を基準として、 前記第 3 の 磁極と対向する部分、 第 2 の磁極と対向する部分、 第 4 の 磁極と対向する部分が同一方向に順次、 π—タの歯の 1ノ 4 ピッチずつずらされている請求の範囲第 I 3項記載のパ ルスモータ。

17. 前記ロータの敏方向に 4分割されている部分は、 その 前記第 1 の磁極と対向する部分を基準として、 前記の磁極 と対向する部分、 第 4 の磁極と対向する部分、 第 2 の磁極 と対向する部分が同一方向に順次、 ロータの歯の 1ノ 4 ピ 7チずつずらされている請求の範囲第 1 3項記載のパルス

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