(57)【要約】【課題】  一般的に用いられるパルス制御法を用いて駆動され、高トルクを達成することができる正逆回転用ステップモーターを提供する。【解決手段】    回転軸１と、回転軸に固定される永久磁石３とを有する回転体５と、磁性材であるヨーク７と、磁性材である第１のコイル芯１５と第２のコイル芯２１とを備え、ヨークは第１の磁極９、第２の磁極１１、第３の磁極１３を有し、第１のコイル芯の一端は第１の磁極と他端は第３の磁極と磁気的に接続され、第２のコイル芯の一端は第２の磁極と他端は第３の磁極と磁気的に接続され、ヨークの一部に設けられた回転体用穴２９に回転体が回転自在に保持され、電圧パルスを制御して駆動される正逆回転用ステップモーターであって、第１、第２のコイル芯にはそれぞれ複数のコイルが巻き回され、複数のコイルには、それぞれ独立に電圧パルスが印加されることを特徴とする。【選択図】    図１
2006087256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、該回転軸に固定される永久磁石とを有する回転体と、磁性材であるヨークと、磁性材である第１のコイル芯と第２のコイル芯とを備え、前記ヨークは第１の磁極、第２の磁極、第３の磁極を有し、前記第１のコイル芯の一端は前記第１の磁極と他端は前記第３の磁極と磁気的に接続され、前記第２のコイル芯の一端は前記第２の磁極と他端は前記第３の磁極と磁気的に接続され、前記ヨークの一部に設けられた回転体用穴に前記回転体が回転自在に保持され、電圧パルスを制御して駆動される正逆回転用ステップモーターであって、前記第１、第２のコイル芯にはそれぞれ複数のコイルが巻き回され、該複数のコイルには、それぞれ独立に電圧パルスが印加されることを特徴とする正逆回転用ステップモーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正逆回転可能なステップモーターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
その技術分野における従来の技術として正逆回転用ステップモーターが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。正逆回転用ステップモーターは、情報機器の駆動装置、出力装置としての用途が多く、高トルク、高速応答性、高精度位置決め特性などが要求されている。以下、従来の正逆回転用ステップモーターに関して図６の平面図を用いて説明する。
【０００３】
従来技術の正逆回転用ステップモーターは、回転軸１に２極に着磁された円筒形の永久磁石３が組み込まれて回転体５が構成され、回転体５は磁性材料からなるヨーク７の回転体用穴２９内部に回転自在に支持されている。また、回転体用穴２９の周辺には第１の磁極９、第２の磁極１１、第３の磁極１３を備えており、第１のコイル芯１５の一端は第１の磁極９と、第１のコイル芯１５の他端は第３の磁極１３と磁気的に接続しており、第２のコイル芯２１の一端は第２の磁極１１と、第２のコイル芯２１の他端は第３の磁極１３と磁気的に接続して磁気回路を構成している。
【０００４】
そして、第１のコイル芯１５には第１のコイル１１７が巻き回されており、第２のコイル芯２１には第２のコイル１１９が巻き回されている。第１のコイル１１７と第２のコイル１１９には同じ線径の線材が同じ巻き数Ｎ巻かれている。
【０００５】
第１、第２のコイル１１７、１１９の巻き線両端は、駆動回路２７に接続されており、それぞれ独立に電圧パルスを印加することが可能である。
【０００６】
従来の正逆回転用ステップモーターの駆動方法としては、パルス制御法という駆動方法が一般的に用いられており、パルス制御法は電圧一定を保ったままで、オン、オフいずれかの状態の繰り返してコイルに印加する方法であり、オフタイムでの電力ロスが無く、オンタイムでも制御用トランジスタが完全に飽和しているためここでの電力ロスも非常に少なく、また、パルスの幅を変化させることでモーターの回転速度の制御や消費電流値のコントロールが可能であるという特徴を持つため、ステップモーターの制御法として優れている。
【０００７】
次に、従来技術の正逆回転用ステップモーターが第１の状態にあるときの磁束の流れについて図７を用いて説明する。第１の状態とは、２極に着磁された永久磁石３が第１の回転位置にあり、コイルには電圧パルスを印加していない状態のときである。なお、第１の回転位置とは、永久磁石３のＮ極がＹ軸負方向を向いている状態のことをいう。
【０００８】
第１の状態において、永久磁石Ｎ極から出た磁束をΦｍとし、ヨーク７の第３の磁極１３に流れ込んだ磁束をΦ１３ａとすると、Φ１３ａ＝Φｍとすることができる。そして、第１のコイル芯１５に流れる磁束をΦ１５ａ、第２のコイル芯２１に流れる磁束をΦ２１ａとすると、第１のコイル芯１５には磁束Φｍの半分であるΦｍ／２がＸ軸負方向の向きに流れ、第２のコイル芯２１にも磁束Φｍの半分であるΦｍ／２がＸ軸正方向の向きに流れる。
【０００９】
ここで、Ｘ軸正方向の磁束の向きを正とし、Ｘ軸負方向の磁束の向きをマイナスで表すと、第１のコイル芯、第２のコイル芯に流れる磁束はΦ１５ａ＝−Φｍ／２、Φ２１ａ＝
Φｍ／２となる。そして、第１のコイル芯１５を流れる磁束Φ１５ａは第１の磁極９を経て、空隙を通り永久磁石３のＳ極に流れて磁路を形成する。そのため第１の磁極９はＮ極となる。また、第２のコイル芯２１を流れる磁束Φ２１ａは第２の磁極１１を経て、空隙を通り永久磁石３のＳ極に流れて磁路を形成する。そのため第２の磁極１１もＮ極になっている。
【００１０】
この様に磁路を形成することによって、第１の磁極９と第２の磁極１１のＮ極と永久磁石３のＳ極とが引き合い、第３の磁極１３と、永久磁石３のＮ極とが引き合うために、回転体５を第１の回転位置に無通電保持することができる。
【００１１】
次に、第２の状態における磁束の流れについて図８を用いて説明する。第２の状態とは回転体５が第１の回転位置にあり、回転体５を第１の回転位置から第２の回転位置に回転させるために、コイルに電圧パルスを印加した状態であり、回転体５を第１の回転位置から第２の回転位置に回転させるためには、第１の磁極９をＮ極にして、第２の磁極１１をＳ極にする必要がある。そのために第１のコイル芯１５と第２のコイル芯２１には、Ｘ軸負方向の磁束を生じさせることが必要となる。そこで、第１のコイル１１７のコイル端子に電圧パルス−Ｖを印加し、第２のコイル１１９のコイル端子にも電圧パルス−Ｖを印加する。なお、第２の回転位置とは永久磁石３のＮ極がＸ軸正方向を向いている位置である。
【００１２】
このとき、第１のコイル１１７により生じる磁束をΦ１１７ｂ、第２のコイル１１９により生じる磁束をΦ１１９ｂとすると、第１のコイル１１７と第２のコイル１１９とは同じ線径、同じ巻き数Ｎが巻かれており、第１のコイル芯１５と第２のコイル芯２１とは同じ材質、同じ断面積を持つため第１のコイル１１７と第２のコイル１１９とによって生じる磁束を同じΦｃとすると、第１のコイル芯１５には永久磁石による磁束Φ１５ｂ（＝Φ１５ａ）と第１のコイルによる磁束Φ１１７ｂが発生することとなり、第２のコイル芯２１には永久磁石による磁束Φ２１ｂ（＝Φ２１ａ）と第２のコイル１１９による磁束Φ１１９ｂとが発生することになるため、第１のコイル芯１５に流れる磁束はΦ１５ｂ＋Φ１１７ｂ＝−Φｍ／２−Φｃであり、また、第２のコイル芯２１に流れる磁束はΦ２１ｂ＋Φ１１９ｂ＝Φｍ／２−Φｃとなる。
【００１３】
ここで、第２の磁極１１をＳ極とするためには、Φ２１ｂ＋Φ１１９ｂ＜０である必要があり、Φ２１ｂ＋Φ１１９ｂ＝Φｍ／２−Φｃ＜０より、Φｍ／２＜Φｃとなるように、磁束Φｃを生じさせると良い。具体例としては、永久磁石３による磁束はΦｍ／２＝０．１８２×１０-6Ｗｂに対し、３ｖの電圧パルスを印加することでΦ１１９ｂ＝−Φｃ＝−０．４８９×１０-6Ｗｂの磁束Φｃを生じさせることができる。このようにすることで、Φ１５ｂ＋Φ１１７ｂ＝−０．６７１×１０-6Ｗｂ、Φ２１ｂ＋Φ１１９ｂ＝−０．３０７×１０-6Ｗｂとなり、第１の磁極９をＮ極、第２の磁極１１をＳ極にすることができ、永久磁石３のＮ極は、第１の磁極９のＮ極と反発し、第２の磁極１１のＳ極と吸引し、かつ、永久磁石３のＳ極は第１の磁極９のＮ極と吸引し、第２の磁極１１のＳ極と反発するため、回転トルクを得、第１の回転位置から第２の回転位置へ回転することができる。
【００１４】
次に、第３の状態における磁束の流れについて図９を用いて説明する。第３の状態とは回転体５は第２の回転位置にあり、回転体５を第２の回転位置から第３の回転位置に回転させるために第１のコイルには電圧パルス＋Ｖが印加され、第２のコイルには電圧パルス−Ｖが印加された場合である。なお、第３の回転位置とは永久磁石３のＮ極がＹ軸正方向を向いている状態である。
【００１５】
まず、第２の回転位置における永久磁石３の磁束の流れを説明すると、永久磁石Ｎ極から出た磁束Φｍは、ヨーク７の第２の磁極１１に流れ込む。この磁束はΦ１１ｃ＝Φｍで
ある。そして、磁束Φｍは第２のコイル芯２１から第１のコイル芯１５を経て、第１の磁極９へ流れ、空隙を通り永久磁石３のＳ極に流れて磁路を形成する。ここで、Ｘ軸正方向右向きの磁束の方向を正にとると、第１のコイル芯１５に生じる磁束はΦ１５ｃ＝−Φｍ、第２のコイル芯２１に生じる磁束はΦ２１ｃ＝−Φｍとなる。
【００１６】
そして、回転体５を第２の回転位置から第３の回転位置に回転させるためには、第１のコイル芯１５にＸ軸正方向の磁束を生じさせ、第２のコイル芯２１には、Ｘ軸負方向の磁束を生じさせて、第１の磁極９と第２の磁極１１をＳ極に、第３の磁極１３をＮ極にすることが必要となる。そこで、第１のコイル１１７にＸ軸正方向の磁束を生じさせるためにコイル端子に電圧パルス−Ｖを印加し、第２のコイル１１９にはＸ軸負方向に磁束を生じさせるためにコイル端子に電圧パルス−Ｖを印加する。このとき、第１のコイル１１７によって生じた磁束をΦ１１７ｃ、第２のコイル１１９によって生じた磁束をΦ１１９ｃとしたとき、Φ１１７ｃ＝Φｃ、Φ１１９ｃ＝−Φｃであり、第１のコイル芯１５には永久磁石３による磁束Φ１５ｃと第１のコイル１１７による磁束Φ１１７ｃがあり、第２のコイル芯２１には永久磁石による磁束Φ２１ｃと第２のコイル１１９による磁束Φ１１９ｃとがあるため、第１のコイル芯１５に流れる磁束はΦ１５ｃ＋Φ１１７ｃ＝−Φｍ＋Φｃ、また、第２のコイル芯２１に流れる磁束はΦ２１ｃ＋Φ１１９ｃ＝−Φｍ−Φｃとなる。
【００１７】
そして、第１の磁極９と第２の磁極１１をＳ極、第３の磁極１３をＮ極とするためには、Φ１５ｃ＋Φ１１７ｃ＞０とする必要があり、Φ１５ｃ＋Φ１１７ｃ＝−Φｍ＋Φｃ＞０であるから、Φｃ＞Φｍとなるように、第１のコイル１１７に電圧パルスを与えて磁束Φｃを生じさせると良い。具体例としては、Φｍ＝０．３６４×１０-6Ｗｂに対して、３ｖの電圧パルスを印加して、Φｃ＝０．４８９×１０-6Ｗｂの磁束Φｃを生じさせることができる。そして、Φ１５ｃ＋Φ１１７ｃ＝０．１２５×１０-6Ｗｂ、Φ２１ｃ＋Φ１１９ｃ＝−０．８５３×１０-6Ｗｂとすることで、第１の磁極９、第２の磁極１１をＳ極とすることができる。また、第３の磁極をＮ極とすることができる。よって永久磁石３のＮ極は、第３の磁極１３のＮ極と反発し、永久磁石３のＳ極は第３の磁極１３のＮ極と吸引することによって、第２の回転位置から第３の回転位置に回転トルクを得て移動することができる。
【００１８】
次に、第４の状態についての磁束の流れについて図１０を用いて説明する。第４の状態とは回転体が第３の回転位置であり、各コイルには電流が流れていない状態のためコイルにより生じる磁束は無く、磁気回路には永久磁石によりる磁束のみ流れた状態であり、永久磁石の磁力によって回転体姿勢が保持されている。
【００１９】
まず、第４の状態において、永久磁石３のＮ極の磁束Φｍは、ヨーク７の第１の磁極９と第２の磁極１１とに分かれて流れ込み、それぞれ、第１の磁極９にはΦｍの半分の量の磁束Φ９ｄ＝Φｍ／２が、第２の磁極１１にもΦｍの半分の量の磁束Φ１１ｄ＝Φｍ／２が流れ、磁束Φ９ｄは第１の磁極９、第１のコイル芯１５，第３の磁極１３を経て、空隙を通り永久磁石３のＳ極に流れて磁路を形成する。また、磁束Φ１１ｄは第２の磁極１１、第２のコイル芯２１，第３の磁極１３を経て、空隙を通り永久磁石３のＳ極に流れて磁路を形成する。この様に磁路を形成することによって、第３の磁極１３と永久磁石のＳ極とが引き合うために、永久磁石３を第３の回転位置に無通電保持することができる。
【００２０】
【特許文献１】特開平１−１５７２９４号報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、従来の正逆回転用ステップモーターは、下記に記載の問題点を有する。
【００２２】
従来技術の正逆回転用ステップモーターの駆動方法はパルス制御法が用いられているため電圧一定であり、第１のコイルと第２のコイルは線径、巻き数Ｎが同じであるから抵抗値は等しく、電流値Ｉは同じ値になり、生じる磁束をΦｃとすると、Φｃ＝ｋ・Ｎ・Ｉ（ｋは係数）となる。
【００２３】
しかし、磁気回路中には永久磁石による磁束も流れており、永久磁石３のＮ極の向きによって磁束の通る磁路が変化するため、第１のコイル芯１５および第２のコイル芯２１を通る磁束はコイルによる磁束と永久磁石の磁束との和または差となり、回転位置と第１のコイル、第２のコイルへの励磁パターンによって絶えず変化している。
【００２４】
例えば、第３の状態において、第１のコイル芯１５を通過する磁束はΦ１５ｃ＋Φ１１７ｃ＝−Φｍ＋Φｃであり、第２のコイル芯２１を通過する磁束はΦ２１ｃ＋Φ１１９ｃ＝−Φｍ−Φｃであり、このとき永久磁石による磁束はΦｍ＝０．３６４×１０-6Ｗｂ、コイルによる磁束はΦｃ＝０．４８９×１０-6Ｗｂとすると、Φ１５ｃ＋Φ１１７ｃ＝０．１２５×１０-6Ｗｂ、Φ２１ｃ＋Φ１１９ｃ＝−０．８５３×１０-6Ｗｂとなる。
【００２５】
これは、第３の状態において、回転体を第２の回転位置から第３の回転位置に回転させるための条件、Φ１５ｃ＋Φ１１７ｃ＞０、Φ２１ｃ＋Φ１１９ｃ＜０は満足しているが、第１のコイル芯および第２のコイル芯の材料を４２Ｎｉパーマロイとしたとき、材料特性による飽和磁束密度とコイル芯の断面積から算出される飽和磁束Φｍａｘ＝±０．８５３×１０-6Ｗｂと比較すると、Φ２１ｃ＋Φ１１９ｃは飽和磁束と等しいが、Φ１５ｃ＋Φ１１７ｃは飽和磁束Φｍａｘの約１５％程度しかないため、ステップモーターの回転トルクが少ないという課題があった。
【００２６】
また、従来の第３の状態において、トルクを増大させることを考えて第１のコイル芯を通過する磁束Φ１５ｃ＋Φ１１７ｃと第２のコイル芯を通過する磁束Φ２１ｃ＋Φ１１９ｃの両方が飽和磁束Φｍａｘと等しくなるような磁束Φｃを求めるために方程式−（Φ１５ｃ＋Φ１１７ｃ）＝Φ２１ｃ＋Φ１１９ｃを解いてみると、Φｍ−Φｃ＝−Φｍ−Φｃ、従ってΦｍ＝０となってしまい、第１のコイル芯を通過する磁束と第２のコイル芯を通過する磁束とを同時に飽和磁束にすることができないことがわかる。
【００２７】
なお、従来のモーターの他の駆動方法としては、第１のコイルと第２のコイルとに別々の電圧を印加することが可能な抵抗制御法というのがあり、これを用いれば第１のコイル芯を飽和磁束に近づける電圧と第２のコイル芯を飽和磁束に近づける電圧とを別々に設定することが可能となるため、大きな回転トルクを得ることができるが、この抵抗制御法はモーターと電源の間にアナログ的な電圧調整器を挿入してモーターに供給される電圧をコントロールする方法であり、電圧調整器としてはトランジスタや可変抵抗器が用いられるため、挿入されたトランジスタなどの電力制御素子で電力ロスが発生し、電力の一部がジュール熱として消費されるという無駄が多い制御法であることから、ステップモーターの駆動方法としては一般的に用いられない。
【００２８】
そこで本発明の目的は、一般的に用いられるパルス制御法を用いて駆動され、高トルクを達成することができる正逆回転用ステップモーターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、上記目的を達成するために、基本的には、下記に記載されたような技術構成を採用するものである。
【００３０】
回転軸と、回転軸に固定される永久磁石とを有する回転体と、磁性材であるヨークと、磁性材である第１のコイル芯と第２のコイル芯とを備え、ヨークは第１の磁極、第２の磁極、第３の磁極を有し、第１のコイル芯の一端は第１の磁極と他端は第３の磁極と磁気的に接続され、第２のコイル芯の一端は第２の磁極と他端は第３の磁極と磁気的に接続され、ヨークの一部に設けられた回転体用穴に回転体が回転自在に保持され、電圧パルスを制御して駆動される正逆回転用ステップモーターであって、第１、第２のコイル芯にはそれぞれ複数のコイルが巻き回され、複数のコイルには、それぞれ独立に電圧パルスが印加されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の正逆回転用ステップモーターは、第１のコイル芯に複数のコイルが巻き回されており、かつ第２のコイル芯にも複数のコイルが巻き回されているため、永久磁石の回転位置に対応して任意のコイルに電圧パルスを印加して磁束を発生させることができ、常に飽和磁束に近い磁束をコイル芯に流すことが可能であるため、駆動電圧を増加させることなくトルクを増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の正逆回転用ステップモーターに関して図１の平面図を用いて説明する。
【実施例１】
【００３３】
本発明の正逆回転用ステップモーターは、回転軸１に２極に着磁された円筒形の永久磁石３が組み込まれて回転体５が構成され、回転体５は磁性材料からなるヨーク７の回転体用穴２９内部に回転自在に支持されている。また、回転体用穴２９の周辺には第１の磁極９、第２の磁極１１、第３の磁極１３を備えおり、第１のコイル芯１５の一端は第１の磁極９と、第１のコイル芯１５の他端は第３の磁極１３と磁気的に接続しており、第２のコイル芯２１の一端は第２の磁極１１と、第２のコイル芯２１の他端は第３の磁極１３と磁気的に接続して磁気回路を構成している。
【００３４】
そして、第１のコイル芯１５には同じ線径の線材で巻き数Ｎである第１のコイル１７と第２のコイル１９が巻き回されており、第２のコイル芯２１にも同じ線径の線材で巻き数Ｎである第３のコイル２３と第４のコイル２５が巻き回されている。
【００３５】
また、第１のコイル１７、第２のコイル１９，第３のコイル２３、第４のコイル２５の巻き線両端は駆動回路２７に接続されており、それぞれ独立に電圧パルスを印加することが可能である。
【００３６】
そして、巻き数Ｎの第１のコイル１７の巻き線両端に電圧パルスを印加して、コイルに電流Ｉを流したとき、第１のコイル芯１５にはＸ軸正方向に磁束Φｃ＝ｋ・Ｎ・Ｉ（ｋは係数）が生じる。第２のコイル１９，第３のコイル２３、第４のコイル２５に電圧パルスを印加した場合も同様である。負の電圧パルスを印加した場合には、Ｘ軸負方向の磁束が生じ、符号をつけると−Φｃと表すことができる。
【００３７】
本発明の正逆回転用ステップモーターの駆動方法としては、パルス制御法という駆動方法を用いている。パルス制御法は電圧一定を保ったままで、オン、オフいずれかの状態の繰り返してコイルに電圧パルスを印加する方法であり、オフタイムでの電力ロスが無く、オンタイムでも制御用トランジスタが完全に飽和しているためここでの電力ロスも非常に少なく、また、パルスの幅を変化させることでモーターの回転速度の制御や消費電流値のコントロールが可能であるという特徴を持つため、ステップモーターの制御法として優れている。
【００３８】
次に、本発明の正逆回転用ステップモーターが第１の状態にあるときの磁束の流れについて図２を用いて説明する。第１の状態とは、永久磁石３が第１の位置にあり、いずれのコイルにも電圧パルスを印加していない状態のときである。なお、第１の回転位置とは、２極に着磁された永久磁石３のＮ極がＹ軸負方向を向いている状態のことをいう。
【００３９】
第１の状態において、永久磁石Ｎ極から出た磁束をΦｍとし、ヨーク７の第３の磁極１３に流れ込んだ磁束をΦ１３ａとすると、Φ１３ａ＝Φｍとすることができる。そして、第１のコイル芯１５に流れる磁束をΦ１５ａ、第２のコイル芯２１に流れる磁束をΦ２１ａとすると、第１のコイル芯１５には磁束Φｍの半分であるΦｍ／２がＸ軸負方向の向きに流れ、第２のコイル芯２１にも磁束Φｍの半分であるΦｍ／２がＸ軸正方向の向きに流れる。
【００４０】
ここで、Ｘ軸正方向の磁束の向きを正とし、Ｘ軸負方向の磁束の向きをマイナス方向で表すと、第１のコイル芯に流れる磁束はΦ１５ａ＝−Φｍ／２、Φ２１ａ＝Φｍ／２となる。そして、第１のコイル芯１５を流れる磁束Φ１５ａは第１の磁極９を経て、空隙を通り永久磁石３のＳ極に流れて磁路を形成する。そのため第１の磁極９はＮ極となる。また、第２のコイル芯２１を流れる磁束Φ２１ａは第２の磁極１１を経て、空隙を通り永久磁石３のＳ極に流れて磁路を形成する。そのため第２の磁極１１もＮ極になっている。
【００４１】
この様に磁路を形成することによって、第１の磁極９と第２の磁極１１のＮ極と永久磁石のＳ極とが引き合い、磁束Φｍが流れ込む第３の磁極１３と、永久磁石のＮ極とが引き合うために、回転体５を第１の回転位置に無通電保持することができる。
【００４２】
次に、本発明の第２の状態における磁束の流れについて図３を用いて説明する。第２の状態とは回転体５が第１の回転位置にあり、回転体５を第１の回転位置から第２の回転位置に回転させるためには、第１のコイル１７に電圧パルス−Ｖを印加し第１のコイル芯１５にＸ軸負方向の磁束を生じさせ、第３のコイル２３と、第４のコイル２５に電圧パルス−Ｖを印加して第２のコイル芯２１にＸ軸負方向の磁束を生じさせ状態である。なお、第２の回転位置とは永久磁石３のＮ極がＸ軸正方向を向いている位置である。
【００４３】
このとき、第１のコイル１７と第３のコイル２３、第４のコイル２５は同じ線径、同じ巻き数Ｎが巻かれており、第１のコイル芯１５と第２のコイル芯２１とは同じ材質、同じ断面積を持つため、第１のコイル１７と第３のコイル２３と第４のコイル２５によって同じ量の磁束Φｃが生じ、その磁束はＸ軸負方向をマイナスとして符号をつけると−Φｃであり、第１のコイル芯１５には永久磁石３による磁束Φ１５ｂと第１のコイル１７による磁束Φ１７ｂが発生し、第２のコイル芯２１には永久磁石３による磁束Φ２１ｂと第３のコイル２３による磁束Φ２３ｂ、第４のコイル２５による磁束Φ２５ｂとが発生することになるため、第１のコイル芯１５に流れる磁束はΦ１５ｂ＋Φ１７ｂ＝−Φｍ／２−Φｃであり、また、第２のコイル芯２１に流れる磁束はΦ２１ｂ＋Φ２３ｂ＋Φ２５ｂ＝Φｍ／２−２×Φｃとなる。
【００４４】
ここで、第２の磁極１１をＳ極にするためには、Φ２１ｂ＋Φ２３ｂ＋Φ２５ｂ＜０である必要があり、Φ２１ｂ＋Φ２３ｂ＋Φ２５ｂ＝Φｍ／２−２×Φｃ＜０より、Φｍ／２＜２×Φｃとなるので、この不等式を満たすように、第３のコイル２３、第４のコイル２５による磁束Φｃを生じさせると良い。具体例としては、永久磁石３による磁束がΦｍ／２＝０．１８２×１０-6Ｗｂのとき、３Ｖの電圧パルスを印加することでΦｃ＝０．４８９×１０-6Ｗｂとなり、第１のコイル芯の磁束はΦ１５ｂ＋Φ１７ｂ＝（−０．１８２−０．４８９）×１０-6Ｗｂ＝−０．６７１×１０-6Ｗｂとなり、飽和磁束の約７９％を達成でき、第２のコイル芯２１の磁束はΦ２１ｂ＋Φ２３ｂ＋Φ２５ｂ＝−０．７９６×１０-6Ｗｂであり、磁性材料４２Ｎｉパーマロイの飽和磁束の約９３％にすることができ
る。
【００４５】
このようにすることで、第１の磁極９をＮ極、第２の磁極１１をＳ極にすることができ、永久磁石３のＮ極は、第１の磁極９のＮ極と反発し、第２の磁極１１のＳ極と吸引し、かつ、永久磁石３のＳ極は第１の磁極９のＮ極と吸引し、第２の磁極１１のＳ極と反発するため、反発、吸引力による回転トルクを得、第１の回転位置から第２の回転位置へ回転させることができる。トルクの値としては、従来比２７％の増大させることができる。
【００４６】
次に、第３の状態における磁束の流れについて図４を用いて説明する。第３の状態とは回転体５は第２の回転位置にあり、回転体５を第２の回転位置から第３の回転位置に回転させるために、第１のコイル１７、第２のコイル１９には電圧パルス＋Ｖが印加され、第３のコイル２３には電圧パルス−Ｖが印加された場合である。なお、第３の回転位置とは永久磁石３のＮ極がＹ軸正方向を向いている状態である。
【００４７】
まず、第２の回転位置における永久磁石３の磁束の流れを説明すると、永久磁石Ｎ極から出た磁束Φｍは、ヨーク７の第２の磁極１１に流れ込む。この磁束はΦ１１ｃ＝Φｍである。そして、磁束Φｍは第２のコイル芯２１から第１のコイル芯１５を経て、第１の磁極９へ流れ、空隙を通り永久磁石３のＳ極に流れて磁路を形成する。ここで、Ｘ軸正方向の磁束の方向を正にとると、第１のコイル芯１５には磁束Φ１５ｃ＝−Φｍ、第２のコイル芯２１には磁束Φ２１ｃ＝−Φｍが生じている。
【００４８】
そして、回転体５を第２の回転位置から第３の回転位置に回転させるためには、第２のコイル芯２１に、Ｘ軸負方向の磁束を生じさせ、第１のコイル芯１５にＸ軸正方向の磁束を生じさせることで、第１の磁極９と第２の磁極１１をＳ極に、第３の磁極１３をＮ極にする必要がある。ここで、第１のコイル１７および第２のコイル１９にＸ軸正方向の磁束を生じさせるためにはコイル端子に電圧パルス＋Ｖを与え、第３のコイル２３にはＸ軸負方向に磁束を生じさせるためにはコイル端子に電圧パルス−Ｖを与える。このとき、第１のコイル１７によって生じた磁束をΦ１７ｃ、第２のコイル１９によって生じた磁束をΦ１９ｃ、第３のコイル２３によって生じた磁束をΦ２３ｃとすると、第１のコイル芯１５には永久磁石３による磁束Φ１５ｃと第１のコイル１７による磁束Φ１７ｃ、第２のコイル１９による磁束Φ１９ｃが発生し、第２のコイル芯２１には永久磁石による磁束Φ２１ｃと第３のコイル２３による磁束Φ２３ｃが発生することになるため、第１のコイル芯１５に流れる磁束はΦ１５ｃ＋Φ１７ｃ＋Φ１９ｃ＝−Φｍ＋２×Φｃであり、また、第２のコイル芯２１に流れる磁束はΦ２１ｃ＋Φ２３ｃ＝−Φｍ−Φｃである。
【００４９】
そして、第１の磁極９と第２の磁極１１をＳ極、第３の磁極１３をＮ極とするためには、Φ１５ｃ＋Φ１７ｃ＋Φ１９ｃ＞０とする必要があり、Φ１５ｃ＋Φ１７ｃ＋Φ１９ｃ＝−Φｍ＋２×Φｃ＞０であるから、２×Φｃ＞Φｍとなるように、第１のコイル１７および第２のコイル１９による磁束Φｃを生じさせると良い。具体例としては、Φｍ＝０．３６４×１０-6Ｗｂに対して、３Ｖの電圧パルスを印加して、Φｃ＝０．４８９×１０-6Ｗｂとすることができる。従って、Φ１５ｃ＋Φ１７ｃ＋Φ１９ｃ＝（−０．３６４＋２×０．４８９）×１０-6Ｗｂ＝０．６１４×１０-6Ｗｂ、Φ２１ｃ＋Φ２３ｃ＝−０．８５３×１０-6Ｗｂとすることができ、Φ１５ｃ＋Φ１７ｃ＋Φ１９ｃは飽和磁束の約７２％、Φ２１ｃ＋Φ２３ｃはほぼ飽和磁束と等しくすることができる。
【００５０】
このようにすることで、第１の磁極９、第２の磁極１１をＳ極にすることができる。また、第３の磁極をＮ極にすることができる。よって永久磁石３のＮ極は、第３の磁極１３のＮ極と反発し、永久磁石３のＳ極は第３の磁極１３のＮ極と吸引することによって、回転トルクを得て、第２の回転位置から第３の回転位置に移動することができる。そして、本発明の正逆回転用ステップモーターの第２の回転位置におけるトルクは従来比７０％増
大させることが可能という大きな効果が得られている。
【００５１】
次に、第４の状態における磁束の流れについて図５を用いて説明する。第４の状態とは第３の回転位置においていずれのコイルにも電圧パルスを印加していない状態であるため、コイルにより生じる磁束は無く、磁気回路には永久磁石によりる磁束のみ流れた状態であり、永久磁石の磁力によって回転体の姿勢が保持された状態のことである。
【００５２】
そして、第４の状態において、永久磁石３のＮ極の磁束Φｍは、ヨーク７の第１の磁極９と第２の磁極１１とに分かれて流れ込み、それぞれ、第１の磁極９にはΦｍの半分の量の磁束Φ９ｄ＝Φｍ／２、第２の磁極１１にもΦｍの半分の量の磁束Φ１１ｄ＝Φｍ／２が流れ、第１の磁極９の磁束Φ９ｄは第１の磁極９、第１のコイル芯１５，第３の磁極１３を経て、空隙を通り永久磁石３のＳ極に流れて磁路を形成する。また、第２の磁極１１の磁束Φ１１ｄは第２の磁極１１、第２のコイル芯２１，第３の磁極１３を経て、空隙を通り永久磁石３のＳ極に流れて磁路を形成する。この様に磁路を形成することによって、第３の磁極１３と永久磁石のＳ極とが引き合うために、回転体５を第３の回転位置に無通電保持することができる。
【００５３】
以上、第１の状態、第２の状態、第３の状態、第４の状態を用いて、永久磁石のＮ極の向きがＹ軸負方向からＸ軸正方向を経由して、Ｙ軸正方向に１８０度回転する動作を説明したが、Ｙ軸正方向からＸ軸負方向を経由してＹ軸負方向に１８０度回転させることも永久磁石Ｎ極の向きとコイルへの電圧パルス印加を最適化させることで問題無く行うことができ、更に、逆回転に関しても同様に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例における構造平面図である。
【図２】本発明の実施例における第１の状態を説明するための平面図である。
【図３】本発明の実施例における第２の状態を説明するための平面図である。
【図４】本発明の実施例における第３の状態を説明するための平面図である。
【図５】本発明の実施例における第４の状態を説明するための平面図である。
【図６】従来技術を説明するための構造平面図である。
【図７】従来技術における第１の状態を説明する平面図である。
【図８】従来技術における第２の状態を説明する平面図である。
【図９】従来技術における第３の状態を説明する平面図である。
【図１０】従来技術における第４の状態を説明する平面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  回転軸
３  永久磁石
５  回転体
７  ヨーク
９  第１の磁極
１１  第２の磁極
１３  第３の磁極
１５  第１のコイル芯
１７  第１のコイル
１９  第２のコイル
２１  第２のコイル芯
２３  第３のコイル
２５  第４のコイル
２７  駆動回路
２９  回転体用穴
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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