(57)【要約】【課題】  高性能なＰＭ型ステッピングモータを提供することにある。【解決手段】  外周面にＮ極とＳ極が交互に配置される円筒形状の永久磁石を有するロータと、該永久磁石とギャップを介して上下交互に対向する台形形状であって、ロータのロータ軸方向に沿って該台形形状の底辺部がお互いに重なる配置の磁極歯と該磁極歯につながるヨーク体からなる複数のヨークと、各ヨークの内部に設けられ、前記磁極歯を磁化するための励磁コイルとから構成されるＰＭ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石は高磁力極異方性希土類ボンド磁石または低磁力極異方性希土類焼結磁石であり、また、前記磁極歯と前記ヨークのヨーク体を結ぶブリッジ部幅は該台形形状の磁極歯底辺部幅に比べ狭く設定されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にＮ極とＳ極が交互に配置される円筒形状の永久磁石を有するロータと、該永久磁石とギャップを介して上下交互に対向する台形形状であって、ロータのロータ軸に沿って該台形形状の底辺部がお互いに重なる配置の磁極歯と該磁極歯につながるヨーク体からなる複数のヨークと、各ヨークの内部に設けられ、前記磁極歯を磁化するための励磁コイルとから構成されるＰＭ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石は高磁力極異方性希土類ボンド磁石または低磁力極異方性希土類焼結磁石であることを特徴とするＰＭ型ステッピングモータ。
【請求項２】
前記磁極歯と前記ヨークのヨーク体を結ぶ該磁極歯のブリッジ部のブリッジ部幅は台形形状の磁極歯底辺部幅に比べ狭く設定されていることを特徴とする請求項１に記載のＰＭ型ステッピングモータ。
【請求項３】
前記磁極歯のブリッジ部にノッチが形成されていることを特徴とする請求項１乃至２に記載のＰＭ型ステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＭ型ステッピングモータに関し、詳しくは外周面にＮ極とＳ極が交互に配置される円筒形状の永久磁石を有するロータと、該永久磁石とギャップを介して上下交互に対向する台形形状の磁極歯を有する複数のヨークと、各ヨークの内部に設けられ、前記磁極歯を磁化するための励磁コイルとから構成されるＰＭ型ステッピングモータの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、小型のＰＭ型ステッピングモータは、インクジェットプリンタのインクカートリッジの位置決めや紙送り機構に、また、フレキシブルディスクドライブの磁気ヘッドの位置決め等に多用されている。該ＰＭ型ステッピングモータのロータの永久磁石では極異方性フェライト磁石や等方性希土類ボンド磁石が主流で、極異方性希土類ボンド磁石が開発され、近年、磁石メーカーから高磁力極異方性希土類ボンド磁石の発表がなされている。この高磁力極異方性希土類ボンド磁石は従来の極異方性フェライト磁石や等方性希土類ボンド磁石はもちろん、極異方性希土類ボンド磁石にくらべても、大きい磁気エネルギーと高残留磁束密度（０．７〜１．０Ｔ（テスラ））を有しており、ＰＭ型ステッピングモータのロータの永久磁石としてどう使いこなしていくかが課題となっている。具体的には、この永久磁石を使ってトルクの大きいモータあるいは低消費電力のモータを製品化することが課題となっている。
【０００３】
図８に示す従来のＰＭ型ステッピングモータの展開斜視図を使って、該従来のＰＭ型ステッピングモータの構造を詳しく説明する。該ＰＭ型ステッピングモータは、外周面にＮ極とＳ極が交互に配置される円筒形状の極異方性磁石からなる永久磁石５０ｂを有するロータ５０と、該永久磁石５０ｂとギャップを介して上下交互に対向する台形形状の磁極歯５１ａと５１ｂと該磁極歯５１ａと５１ｂにつながるヨーク体５１ｃから成るヨーク５１と、同様に、該永久磁石５０ｂとギャップを介して上下交互に対向する台形形状の磁極歯５２ａと５２ｂと該磁極歯５２ａと５２ｂにつながるヨーク体５２ｃから成るヨーク５２と、ヨーク体５１ｃの内部に設けられ、前記磁極歯５１ａと５１ｂを磁化するための励磁コイル５３と、ヨーク体５２ｃの内部に設けられ、前記磁極歯５２ａと５２ｂを磁化するための励磁コイル５４から構成されるＰＭ型ステッピングモータである。
次に、磁極歯の形状について説明する。
【０００４】
図４は従来のＰＭ型ステッピングモータの磁極歯の斜視図であって、該磁極歯４１はヨーク体４０に突き出た台形形状の磁極歯であって、ヨーク体４０との間にブリッジ部４３を有し、該ブリッジ部４３のブリッジ部幅４３ａが該台形形状の磁極歯底辺部４２の磁極歯底辺部幅４２ａと等幅に設定されている。
【０００５】
従来の極異方性磁石（特許文献１では、残留磁束密度でなく、磁化０．６８Ｔ）を使用したＰＭ型ステッピングモータのヨークの磁極歯（別名、クローポールと呼ぶ）の形状の最適化設計事例としては、例えば、特許文献１の報告がある。この報告では、図５に示す従来のＰＭ型ステッピングモータの磁極歯の配列を示す展開図において、ヨーク５１とヨーク５２はそれぞれ、上下の磁極歯５１ａと５１ｂ、磁極歯５２ａと５２ｂを有しており、磁極歯５１ａと５１ｂのそれぞれの磁極歯底辺部５１０ａと５１０ｂはお互いに、ロータ軸５０ａ方向であるＥ−ＥあるいはＦ−Ｆ方向で重なる配置をとり、同様に、磁極歯５２ａと５２ｂのそれぞれの磁極歯底辺部５２０ａと５２０ｂはお互いに、ロータ軸５０ａ方向であるＧ−ＧあるいはＨ−Ｈ方向で重なる配置をとることによって、励磁コイルに駆動電流を供給することによって発生する駆動トルクを変えずにディテントトルクを減少できるので、ＰＭステッピングモータの高性能化が可能である。
【０００６】
【特許文献１】電学回転機研資ＲＭ−００−１５０
【特許文献２】デンソーテクニカルレビューＶｏｌ．５  Ｎｏ．２  ２０００
【特許文献３】特開２０００−１９５７１５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前記従来の磁極歯構造のＰＭ型ステッピングモータにおいて、該ＰＭ型ステッピングモータのロータの極異方性磁石を単に高磁力極異方性希土類ボンド磁石（残留磁束密度０．７〜１．０Ｔ）に換えただけではモータをさらに高性能化することは困難である。このことについてさらに詳しく説明する。
【０００８】
まず、従来のＰＭ型ステッピングモータのディテントトルクを説明する。該ディテントトルクを発生する主な磁気回路としては、３個の磁気回路が上げられる。第１の磁気回路は、永久磁石５０ｂの磁極Ｎあるいは磁極Ｓからの磁束がヨーク５１のヨーク体５１ｃを経由せずに、磁極歯５１ａと磁極歯５１ｂを通って隣接する磁極Ｓあるいは磁極Ｎに戻る、あるいは、永久磁石５０ｂの磁極Ｎあるいは磁極Ｓからの磁束がヨーク５２のヨーク体５２ｃを経由せずに、磁極歯５２ａと磁極歯５２ｂを通って隣接する磁極Ｓあるいは磁極Ｎに戻る磁気回路である。
【０００９】
第２の磁気回路は、永久磁石５０ｂの磁極Ｎあるいは磁極Ｓからの磁束がヨーク５１の磁極歯５１ａあるいは磁極歯５１ｂからヨーク体５１ｃを経由して、磁極歯５１ｂあるいは磁極歯５１ａを通って隣接する磁極Ｓあるいは磁極Ｎに戻る、あるいは、永久磁石５０ｂの磁極Ｎあるいは磁極Ｓからの磁束がヨーク５２の磁極歯５２ａあるいは磁極歯５２ｂからヨーク体５２ｃを経由して、磁極歯５２ｂあるいは磁極歯５２ａを通って隣接する磁極Ｓあるいは磁極Ｎに戻る磁気回路である。
【００１０】
第３の磁気回路は、永久磁石５０ｂの磁極Ｎあるいは磁極Ｓからの磁束がヨーク５１の磁極歯５１ｂからヨーク体５１ｃとヨーク体５２ｃを経由あるいは経由せずに、ヨーク５２の磁極歯５２ｂを通って隣接する磁極Ｓあるいは磁極Ｎに戻る磁気回路である。
【００１１】
次に、図９に示す駆動トルクとディテントトルクの説明図と図１０に示すディテントトルクカーブを使って、従来のＰＭ型ステッピングモータのロータの永久磁石を極異方性磁石から高磁力極異方性希土類ボンド磁石に換えた時の問題点について説明する。図９から分かるように、ロータの永久磁石を極異方性磁石から高磁力極異方性希土類ボンド磁石に換えた時に、ディテントトルクが永久磁石の磁束密度の約２乗に比例するのに対して、励磁トルクが永久磁石の磁束密度の約１乗に比例するために、ディテントトルクは駆動トルクにくらべて急激に増大してしまう。つまり、駆動トルクが９１ａから９２ａに増大するのに対して、ディテントトルクは９１ｂから９２ｂに急激に増大し、ディテントトルクと駆動トルクの比は増大し、消費電力は増大してしまうという問題が生じる。図１０に示すように、ディテントトルクカーブの１０１から１０２への急激な増大は前記ディテントトルクを発生する第１、第２、第３の磁気回路において、第２の磁気回路と特に、第３の磁気回路における永久磁石とヨーク間の磁気結合の増大が関係している。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の従来のＰＭ型ステッピングモータにおいて、ロータの永久磁石を従来の極異方性磁石から高磁力極異方性希土類ボンド磁石に換えたにもかかわらずモータの性能である消費電力が増大してしまうという問題を解決するために、本発明は以下の構成を有している。外周面にＮ極とＳ極が交互に配置される円筒形状の高磁力極異方性希土類ボンド磁石からなる永久磁石を有するロータと、該永久磁石とギャップを介して上下交互に対向する台形形状であって、その台形形状の底辺部がロータ軸方向に沿ってお互いに重なる磁極歯を有する複数のヨークと、各ヨークの内部に設けられ、前記磁極歯を磁化するための励磁コイルとから構成されるＰＭ型ステッピングモータであって、該ＰＭ型ステッピングモータは該磁極歯のブリッジ部幅を該磁極歯底辺部幅に比べて狭く設定した磁極歯を有している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のＰＭ型ステッピングモータは、ロータの永久磁石に高磁力極異方性希土類永久磁石を使用することによって、ディテントトルクを維持しながら駆動トルクを増大することができるので、ＰＭ型ステッピングモータを低消費電力できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ロータの永久磁石に高磁力極異方性希土類永久磁石（残留磁束密度０．７〜１．０Ｔ）を使用し、上下交互に対向する台形形状であって、その台形形状の底辺部がロータ軸方向に沿ってお互いに重なる磁極歯を有するＰＭ型ステッピングモータであって、台形形状の磁極歯のブルッジ幅を磁極歯底辺部幅に比べ狭く設定することが、ディテントトルクの増大を抑制し、駆動トルクを増大させることによるＰＭ型ステッピングモータの低消費電力化の最良の形態であり、以下、ＰＭ型ステッピングモータの本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳述する。
【実施例１】
【００１５】
図２に本発明のＰＭ型ステッピングモータの展開斜視図を示す。該ＰＭ型ステッピングモータ１は、外周面にＮ極とＳ極が交互に配置される円筒形状の高磁力極異方性希土類ボンド磁石（０．７〜１．０Ｔ）からなる永久磁石２０ｂを有するロータ２０と、該永久磁石２０ｂとギャップを介して上下交互に対向する台形形状であって、台形形状の底辺部がロータ軸２０ａに沿ってお互いに重なる磁極歯２１ａと２１ｂと該磁極歯２１ａと２１ｂにつながるヨーク体２１ｃから成るヨーク２１と、同様に、該永久磁石２０ａとギャップを介して上下交互に対向する台形形状であって、台形形状の底辺部がロータ軸２０ａに沿ってお互いに重なる磁極歯２２ａと２２ｂと該磁極歯２２ａと２２ｂにつながるヨーク体２２ｃから成るヨーク２２と、ヨーク体２１ｃの内部に設けられ、前記磁極歯２１ａと２１ｂを磁化するための励磁コイル２３と、ヨーク体２２ｃの内部に設けられ、前記磁極歯２２ａと２２ｂを磁化するための励磁コイル２４から構成されるＰＭ型ステッピングモータである。
【００１６】
なお、図３に示す本発明のＰＭ型ステッピングモータの磁極歯の配列を示す展開図において、ヨーク２１とヨーク２２はそれぞれ、上下の磁極歯２１ａと２１ｂ、磁極歯２２ａと２２ｂを有しており、磁極歯２１ａと２１ｂのそれぞれの磁極歯底辺部２１０ａと２１０ｂはお互いに、ロータ軸２０ａ方向であるＡ−ＡあるいはＢ−Ｂ方向で重なる配置をとり、同様に、磁極歯２２ａと２２ｂのそれぞれの磁極歯底辺部２２０ａと２２０ｂはお互いに、ロータ軸２０ａ方向であるＣ−ＣあるいはＤ−Ｄ方向で重なる配置をとっている。次に、磁極歯について詳しく説明する。
【００１７】
図１は本発明のＰＭ型ステッピングモータの第１の磁極歯の斜視図であって、該磁極歯１１はヨーク体１０に突き出た台形形状の磁極歯１１であって、ヨーク体１０との間にブリッジ部１３を有し、該ブリッジ部１３のブリッジ部幅１３ａが該台形形状の磁極歯底辺部１２の磁極歯底辺部幅１２ａがよりも狭く設定されている。
【実施例２】
【００１８】
図６は本発明のＰＭ型ステッピングモータの第２の磁極歯の斜視図であって、該磁極歯６１はヨーク体６０に突き出た台形形状の磁極歯であって、ヨーク体６０との間にブリッジ部６３を有し、該ブリッジ部６３のブリッジ部幅６３ａは該台形形状の磁極歯底辺部６２の磁極歯底辺部幅６２ａと同幅に設定されているが、該磁極歯底辺部６２とブリッジ部６３の境界線６５からブリッジ部６３寄りにノッチ６４ａとノッチ６４ｂが形成されており、前記図１に示す本発明のＰＭ型ステッピングモータの第１の磁極歯１１において、前記ブリッジ部１３のブリッジ部幅１３ａが該台形形状の磁極歯底辺部１２の磁極歯底辺部幅１２ａがよりも狭く設定されていることと等価な構造となっている。
【実施例３】
【００１９】
図７は本発明のＰＭ型ステッピングモータの第３の磁極歯の斜視図であって、
該磁極歯７１はヨーク体７０に突き出た台形形状の磁極歯であって、ヨーク体７０との間にブリッジ部７３を有し、該ブリッジ部７３のブリッジ部幅７３ａは該台形形状の磁極歯底辺部７２の磁極歯底辺部幅７２ａより狭く設定されており、さらに、該磁極歯底辺部７２とブリッジ部７３の境界線７５からブリッジ部７３寄りにノッチ７４ａとノッチ７４ｂが形成されており、前記図１に示す本発明のＰＭ型ステッピングモータの第１の磁極歯１１と前記図６に示す本発明のＰＭ型ステッピングモータの第２の磁極歯６１の構造を併せ持った構造となっている。
【００２０】
次に図９に示す駆動トルクとディテントトルクの説明図と図１０に示すディテントトルクカーブを使って作用を説明する。図９において、図２に示す本発明のＰＭ型ステッピングモータ１のロータ２０の永久磁石２０ｂに高磁力極異方性希土類ボンド磁石を適用した場合、図１に示す磁極歯１１の磁極歯底辺部幅１２ａをブリッジ部幅１３ａに比べて、最適な幅に狭くすることによって、ディテントトルクを発生する第１、第２、第３の磁気回路の中で第２と第３の磁気回路の磁気抵抗は上がり、永久磁石２０ｂの磁極Ｎあるいは磁極Ｓから第２と第３の磁気回路への磁束が抑制され、図１０に示すディテントトルクカーブに示すように、ディテントトルクを１０２に増大させずに１０１に維持できるので、図９に示すように、駆動トルクを９１ａから９３ａに増大させ、ディテントトルクを９１ｂから９３ｂに維持でき、結果的に、消費電力を下げることができる。
【００２１】
なお、前記高磁力極異方性希土類ボンド磁石（残留磁束密度０．７〜１．０Ｔ）に換えて低磁力極異方性希土類焼結磁石（残留磁束密度１．０〜１．１Ｔ）を使うことは可能であり、該低磁力極異方性希土類焼結磁石を使ったＰＭ型ステッピングモータの構造は、該高磁力極異方性希土類ボンド磁石を使った本発明のＰＭ型ステッピングモータの構造と同様であり、また、該低磁力極異方性希土類焼結磁石を使った駆動トルクとディテントトルクの特性は、高磁力極異方性希土類ボンド磁石を使った時の図９に示すディテントトルクカーブと図１０に示す駆動トルクとディテントトルクの特性と同様であるので説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
以上の詳細な説明により示されたように、ロータの永久磁石に高磁力極異方性希土類ボンド磁石（残留磁束密度０．７〜１．０Ｔ）あるいは低磁力極異方性希土類焼結磁石（残留磁束密度１．０〜１．１Ｔ）を使用したＰＭ型ステッピングモータは、ディテントトルクを抑制してより大きな駆動トルクを必要とする場合あるいは低消費電力を必要とする場合には、ロータの永久磁石に極異方性フェライト磁石あるいは等方性希土類ボンド磁石あるいは極異方性希土類ボンド磁石を使用した従来のＰＭ型ステッピンングモータに置き換わることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のＰＭ型ステッピングモータの第１の磁極歯の斜視図である。（実施例１）
【図２】本発明のＰＭ型ステッピングモータの展開斜視図である。
【図３】本発明のＰＭ型ステッピングモータの磁極歯の配列を示す展開図である。
【図４】従来のＰＭ型ステッピングモータの磁極歯の斜視図である。
【図５】従来のＰＭ型ステッピングモータの磁極歯の配列を示す展開図である。
【図６】本発明のＰＭ型ステッピングモータの第２の磁極歯の斜視図である。（実施例２）
【図７】本発明のＰＭ型ステッピングモータの第３の磁極歯の斜視図である。（実施例３）
【図８】従来のＰＭ型ステッピングモータの展開斜視図である。
【図９】駆動トルクとディテントトルクの説明図である。
【図１０】ディテントトルクカーブである。
【符号の説明】
【００２４】
２０、５０  ロータ
２０ａ、５０ａ  ロータ軸
２０ｂ、５０ｂ  永久磁石
２３、２４、５３、５４  励磁コイル
２１、２２、５１、５２  ヨーク
１０、２１ｃ、２２ｃ、５１ｃ、５２ｃ、４０、６０、７０  ヨーク体
１１、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、
４１、６１、７１  磁極歯
１２、４２、６２、７２、２１０ａ、２１０ｂ、２２０ａ、２２０ｂ、
５１０ａ、５１０ｂ、５２０ａ、５２０ｂ  磁極歯底辺部
１２ａ、４２ａ、６２ａ、７２ａ  磁極歯底辺部幅
１３、４３、６３、７３  ブリッジ部
１３ａ、４３ａ、６３ａ、７３ａ  ブリッジ部幅
６４ａ、６４ｂ、７４ａ、７４ｂ  ノッチ
【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】
2005051904.tif 000009
【図８】
2005051904.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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