(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＭ形（永久磁石形）、ＶＲ形（可変リラクタンス形）およびＨＢ形（複合形）の３種類の内の少なくとも２種類のステッピングモータにおいて、
ロータ部分以外を共用するものであって、前記ＰＭ形、前記ＶＲ形または前記ＨＢ形のいずれか１種類のステータの歯のピッチ角に対して、残余の２種類の少なくとも１種類のロータの歯のピッチ角またはマグネットの磁極のピッチ角を設定することを特徴とするステッピングモータ。
【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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステッピングモータは、近年の制御技術の進展に伴って様々な技術分野で応用されるようになっており、その応用範囲の拡大とともに、その種類もＶＲ形（Ｖａｒｉａｂｌｅ  ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ  ｔｙｐｅ）、ＰＭ形（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔ  ｔｙｐｅ）、ＨＢ形（Ｈｙｂｒｉｄ  ｔｙｐｅ）等が提供されるようになっている。
【０００３】
ＶＲ形ステッピングモータは、巻線電流だけによって励磁され、回転子が電磁材料で構成されたものであり、どのコイルにも通電しない無励磁の時には、保持トルク（ディテント  トルク）を発生せず、例えば、比較的大きなトルクを必要とする工作機械などの用途に用いられ、また、ＰＭ形ステッピングモータは、永久磁石と巻線電流とによって励磁され、無励磁の時でも、ある程度の保持トルクを発生し、例えば、低コストで簡単な制御系を構成するような用途に用いられ、さらに、ＨＢ形ステッピングモータは、基本的には、ＶＲ形とＰＭ形を一体化構造にしたもと考えることができ、高精度、微小ステップ角などの優れた特徴を有し、例えば、精密な位置決め制御などの用途に用いられる。
【０００４】
これら各種のステッピングモータは、その特性や価格等を、組み込むべき機器の性能と比較した上で適宜選択されて使い分けされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のステッピングモータでは、ＶＲ形、ＰＭ形およびＨＢ形の各種類毎に、それぞれの特性が得られるように個別に設計、製作されているので、構成部品の互換性が得られないという難点がある。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、種類の異なるステッピングモータの構成部品を共用できるようにしたステッピングモータを提供することを目的とする。
【０００７】
【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。
【０００８】
すなわち、本発明のステッピングモータは、ＰＭ形（永久磁石形）、ＶＲ形（可変リラクタンス形）およびＨＢ形（複合形）の３種類の内の少なくとも２種類のステッピングモータにおいて、ロータ部分以外を共用するものであって、前記ＰＭ形、前記ＶＲ形または前記ＨＢ形のいずれか１種類のステータの歯のピッチ角に対して、残余の２種類の少なくとも１種類のロータの歯のピッチ角またはマグネットの磁極のピッチ角を設定している。
【００１２】
本発明のステッピングモータによれば、ＰＭ形、ＶＲ形およびＨＢ形の３種類の内の少なくとも２種類のステッピングモータにおいて、ロータ部分以外を共用するものであって、前記ＰＭ形、前記ＶＲ形または前記ＨＢ形のいずれか１種類のステータの歯のピッチ角に対して、残余の２種類の少なくとも１種類のロータの歯のピッチ角またはマグネットの磁極のピッチ角を設定しているので、各種類毎に個別に設計製作していた従来例に比べて、構成部品の数を削減できるとともに、ロータ部分を取り替えることにより、容易に特性を変更することができる。また、例えば、ＶＲ形のステータの歯のピッチ角に対して、ＰＭ形のロータのマグネットの磁極のピッチ角およびＨＢ形のロータの歯のピッチ角を設定し、ＶＲ形のステータ部分を共用することにより、ＶＲ形のステッピングモータのロータを、ＰＭ形のロータあるいはＨＢ形のロータと取り替えることにより、ＰＭ形のステッピングモータあるいはＨＢ形のステッピングモータを得ることができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１は、本発明の一つの実施の形態に係るＶＲ形のステッピングモータ１の構造を示す平面図であり、図２は、その側断面図である。
【００１６】
この実施の形態では、上下の２つのブラケット２，３から構成されるケース４内には、積層コアからなるステータ５が固定的に設けられており、このステッピングモータ１は、４相であって、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、図３に示されるように、それぞれ２個の小歯５ｂを有している。ステータ５の各極歯５ａには、励磁コイル７が巻回されている。なお、８はボビンである。下ブラケット３には、端子９が配設されるとともに、この端子９がプリント配線基板１０のパターンに接続されている。
【００１７】
このステータ５に対向する積層コアからなるロータ１１は、歯車状の歯（突極）１１ａを２８個有しており、このロータ１１のシャフト１２が軸受１３を介してケース４に回転可能に支持されている。
【００１８】
このＶＲ形のステッピングモータ１では、図３のロータ１１およびステータ５の要部の拡大図に示されるように、ステータ５の極歯５ａのピッチ角θｓと、ロータ１１の歯１１ａのピッチ角θｒと、ステータ５の小歯５ｂのピッチ角θｓｓとの間には、下記の式が成立するように設計されている。
【００１９】
θｓ／θｒ≠整数
θｒ＝θｓｓ
なお、この式を満足すれば、ステータ５の極歯５ａの数、小歯５ｂの数あるいはロータ１１の歯１１ａの数は、適宜選択することができる。
【００２０】
以上の構成を有するＶＲ形のステッピングモータ１では、対向する一対の励磁コイル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１１の歯１１ａが吸引されて該ロータ１１が歩進回転するものである。
【００２１】
このＶＲ形のステッピングモータ１の基本ステップ角θｆは、次式で算出される。
【００２２】
θｆ＝３６０°／（ｍＺ）
但し、ｍ：ステッピングモータの相数、Ｚ：ロータの歯数
この実施の形態のステッピングモータ１では、このＶＲ形のステッピングモータ１のロータ部分以外、すなわち、ステータ５、ケース４、軸受１３等を、ＰＭ形のステッピングモータおよびＨＢ形のステッピングモータにも共用するものであり、ＶＲ形のシャフト１２を含むロータ１１を、後述のＰＭ形あるいはＨＢ形のロータと取り替えることにより、ＰＭ形のステッピングモータあるいはＨＢ形のステッピングモータを構成するものである。
【００２３】
図４は、ＰＭ形のステッピングモータを構成するためのＰＭ形のロータ１５を示す図であり、同図（Ａ）は平面図であり、同図（Ｂ）はその側断面図である。ＰＭ形のロータ１５は、永久磁石で構成されており、このロータ１５の表面には、周方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互に多極着磁されており、この実施の形態では、磁極対数が、２８（マグネットの極数＝５６）となっている。
【００２４】
このＰＭ形のロータ１５のシャフト１４は、上述のＶＲ形のシャフト１２を含むロータ５と取り替えることができるように、その寸法等が、ＶＲ形のロータ５のシャフト１２等と同一の寸法とされており、図１のＶＲ形のステッピングモータ１におけるシャフト１２を含むロータ５と取り替えることにより、ＰＭ形のステッピングモータを構成することができる。
【００２５】
このＰＭ形のステッピングモータでは、図５のロータ１５およびステータ５の要部の拡大図に示されるように、上述のステータ５の極歯５ａのピッチ角θｓと、ロータ１５のマグネットの磁極のピッチ角θｒとの間には、下記の式が成立するように設計されている。
【００２６】
θｓ／θｒ≠整数
すなわち、ＰＭ形のロータマクネットの磁極のピッチ角θｒは、上述のＶＲ形のステッピングモータ１のステータ５の極歯５ａのピッチ角θｓに対して、上述の式を満足するように設定されるものである。なお、この式を満足すれば、磁極対数は、適宜選択することができる。
【００２７】
このＰＭ形のステッピングモータにおいて、上述のＶＲ形のステッピングモータ１と同様に、対向する一対の励磁コイル７にパルス状の駆動電流を順次流すことにより、ロータ１５が歩進回転するものである。
【００２８】
このＰＭ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。
【００２９】
θｆ＝３６０°／（２ｍＺ）
但し、ｍ：ステッピングモータの相数、Ｚ：ロータの磁極対数
この実施の形態では、ロータ１５の磁極対数を、上述のＶＲ形のステッピングモータ１のロータ１１の歯数に等しくしているので、このＰＭ形のステッピングモータの基本ステップ角θｆは、上述のＶＲ形のステッピングモータの基本ステップ角θｆの１／２である。
【００３０】
このＰＭ形のステッピングモータでは、ステータ５の極歯５ａの先端に小歯５ｂが設けられているので、その先端部の磁束が分散され、外部からの力に対する復元力は、２方向に分散した合成力となり、停止位置精度が向上することになる。
【００３１】
図６は、ＨＢ形のステッピングモータを構成するためのＨＢ形のロータ１６を示す図であり、同図（Ａ）は平面図であり、同図（Ｂ）はその側面図である。
【００３２】
このＨＢ形のロータ１６は、歯車状の歯（突極）１６１ａ，１６２ａをそれぞれ有する一対のロータ１６１，１６２の間に、セクションＡの拡大図である図７に示されるように、シャフト１８の軸方向に磁化された永久磁石１７が組み込まれて構成されており、この永久磁石１７の両側の前記ロータ１６１，１６２は、互いに半ピッチずれて構成されており、この実施の形態では、ロータ１６１，１６２の歯車状の歯１６１ａ，１６２ａは、上述のＶＲ形のロータ１１の歯１１ａと同数の２８個有している。なお、一対のロータ１６１，１６２は、それぞれ２枚のコアが積層されて構成されている。
【００３３】
このＨＢ形のロータ１６のシャフト１８は、上述のＶＲ形のシャフト１２を含むロータ５と取り替えることができるように、その寸法等が、ＶＲ形のロータ５のシャフト１２等と同一の寸法とされており、図１のＶＲ形のステッピングモータ１におけるシャフト１２を含むロータ５と取り替えることにより、ＨＢ形のステッピングモータを構成することができる。
【００３４】
このＨＢ形のステッピングモータでは、図８のロータ１６およびステータ５の要部の拡大図に示されるように、上述のステータ５の極歯５ａのピッチ角θｓと、ロータ１６の歯１６１ａまたは１６２ａのピッチ角θｒと、ステータ５の小歯５ｂのピッチ角θｓｓとの間には、下記の式が成立するように設計されている。
【００３５】
θｓ／θｒ≠整数
θｒ＝θｓｓ
すなわち、ＨＢ形のロータ１６の歯１６１ａまたは１６２ａのピッチ角θｒは、上述のＶＲ形のステッピングモータ１のステータ５の極歯５ａのピッチ角θｓおよびステータ５の小歯５ｂのピッチ角θｓｓに対して、上述の式を満足するように設定されるものである。
【００３６】
なお、この式を満足すれば、ロータ１６の歯数は、適宜選択することができる。
【００３７】
このＨＢ形のステッピングモータにおいて、上述のＶＲ形のステッピングモータ１同様に、対向する一対の励磁コイル７にパルス状の駆動電流を順次流すことにより、ロータ１６が歩進回転するものである。
【００３８】
この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。
【００３９】
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
この実施の形態では、ロータ１６の歯数を、上述のＶＲ形のステッピングモータのロータ１１の歯数に等しくしているので、このＨＢ形のステッピングモータの基本ステップ角θｆは、上述のＶＲ形のステッピングモータの基本ステップ角θｆの１／２である。
【００４０】
以上のように、ＶＲ形のステッピングモータのロータを、ＰＭ形のロータあるいはＨＢ形のロータと入れ替えることにより、ＰＭ形あるいはＨＢ形のステッピングモータを構成する、すなわち、ＶＲ形のステッピングモータのロータ以外の部分を、ＶＲ形、ＰＭ形およびＨＢ形の３種類のステッピングモータで共用するので、各種類毎に個別に設計製作していた従来例に比べて、構成部品の材料、型あるいは治工具等を削減でき、量産による生産、品質、資材管理等が容易となり、生産性が向上するとともに、コストの低減を図ることができる。
【００４１】
さらに、ロータ部分を取り替えることにより、各種類のステッピングモータの特性、例えば、ディテント  トルクがないＶＲ形、比較的高いトルクが得られるＰＭ形、ステップ角を小さくできるＨＢ形の各種類の特性を容易に選択できることになる。また、上述のようにＶＲ形のロータ１１を、ＰＭ形のロータ１５あるいはＨＢ形のロータ１６に取り替えることにより、ステップ角を簡単に変更することもできる。
【００４２】
上述の実施の形態では、ＶＲ形、ＰＭ形およびＨＢ形の３種類のステッピングモータのロータ部分以外を共用化したけれども、本発明の他の実施の形態として、前記３種類の内の少なくとも２種類のステッピングモータのロータ部分以外を共用化するようにしてもよい。
【００４３】
上述の実施の形態では、ステータ５の極歯５ａの先端部には、小歯５ｂを設けたけれども、本発明の他の実施の形態として、小歯５ｂを省略してもよい。
【００４４】
また、本発明のステッピングモータでは、相数も上述の４相に限るものではなく、励磁方法も１相励磁に限らないのは勿論である。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明のステッピングモータによれば、ＰＭ形、ＶＲ形およびＨＢ形の３種類の内の少なくとも２種類のステッピングモータにおいて、ロータ部分以外を共用しているので、各種類毎に個別に設計製作していた従来例に比べて、構成部品等の数を削減でき、これによって、生産性を高めてコストの低減を図ることができ、また、ロータ部分を取り替えることにより、各種類のステッピングモータを構成することができ、簡単に特性を変更できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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構造を示す平面図である。
【図２】図１の側断面図である。
【図３】図１のロータおよびステータの要部の拡大図である。
【図４】ＰＭ形のロータを示す図である。
【図５】ＰＭ形のステッピングモータの図３に対応する図である。
【図６】ＨＢ形のロータを示す図である。。
【図７】図６の一部拡大図である。
【図８】ＨＢ形のステッピングモータの図３に対応する図である。
【符号の説明】
５                          ステータ
５ａ                        ステータの歯（極歯）
５ｂ                        小歯
１１，１５，１６            ロータ
１１ａ，１６１ａ，１６２ａ    ロータの歯（突極）
【図１】
0003594731.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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