(57)【要約】【課題】  ステップ角制御と駆動力制御とをそれぞれ格別に組合せ設定して行うことを可能ならしめ、各部材をユニット化して設計の自由度をもって配置構成することができ、各種機器の要求する最適なモータの形状とその駆動機能のバランスを図ることができるステッピングモータを提供する。【解決手段】  前記ヨーク３の極歯面を、回転子２の極数よりもＳ−Ｎ極を一対として減じた極歯３１２に配設すべく円弧状に形成せしめ、前記円弧状領域に配設される極歯数の増減により前記回転子２への駆動力設定を行うべく構成する。【選択図】        図１
2005269863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周面にＳ極とＮ極とが交互に連続形成するよう多極に着磁された回転子と、巻装される励磁コイルにより磁路が形成されるヨークと、該ヨークに前記回転子の磁極外周に対向して設けられる複数の極歯とからなり、前記回転子を、前記極歯を所定極性に励磁することで回転可能に構成すると共に、前記ヨークは、その極歯面を、回転子の極数よりもＳ−Ｎ極を一対として減じた極歯を配設すべく円弧状に形成せしめ、前記円弧状領域に配設される極歯数の増減により前記回転子への駆動力設定を行うべく構成されていることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
請求項１において、前記ヨークを、前記極歯面を１単位として複数の極歯ブロックに構成せしめ、各極歯ブロックを、前記回転子の外周面に任意間隔を存して、円周廻り又は軸線方向に配設させたことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項３】
請求項２において、前記極歯ブロックは、１相のコイルユニットで構成されていることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかにおいて、前記ヨークは、その極歯面を外側に向けて複数設けて構成され、前記回転子を、各極歯面に対してそれぞれ配設してあることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項５】
円周面にＳ極とＮ極とが交互に連続形成するよう多極に着磁された回転子と、該回転子の磁極に対向する複数の極歯、および励磁コイルを有するヨークとからなり、前記回転子を、前記極歯を所定極性に励磁することで回転可能に構成するに、前記ヨークは、その周面に２以上の円弧面が形成され、該円弧面に極歯を設けると共に、各円弧面に対向してそれぞれ回転子を配設し、各回転子を、同期または個別の励磁制御により回動する多軸駆動モータに構成してあることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかにおいて、前記回転子は、円弧状に形成されていることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかにおいて、前記回転子の多極構造は、半硬質磁材で形成されていることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかにおいて、前記ヨークは、前記回転子の過半部を露出させた円弧状に構成されていることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項９】
請求項８において、前記回転子は、前記ヨークと分離可能に構成されていることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかにおいて、前記回転子とヨークとの間には、遮蔽体が介在されていることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項１１】
請求項１または１０の何れかにおいて、前記回転子の外周面は、所定の表示態様が施されたディスプレイに構成されてい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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアル方向に多極着磁された回転子を、励磁制御によりステップ回動するステッピングモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種ステッピングモータは、使用される機器の用途に応じて、大きさや回転駆動力が設定されている。
ところで、従来のステッピングモータは、特開平８−１８２２９８号公報に開示されたものの如く、回転子は、磁路を形成する筒状のヨーク内に外観露出させることなく密封状に納められ、多極に着磁された回転子の極数と、ヨークを構成する極歯の数とが同数に設定された構造となっている。
【０００３】
このため、所定のステップ角度に設定したステッピングモータを得ようとした場合、回転子に多極着磁された当該ステップ角に対応した数の極歯を設けることが強いられ、かつ、十分な起磁力を得るためにはコイルの巻数を必要以上に少なくすることができないという設計上の制約を受ける。例えば、コンパクト化が要求される場合には、回転子の外径を可能な限り小さくしてその極数を減らさざるをえず、所望の回転駆動力を得ることが難しくなり、また、強力な回転駆動力は必要としないが、回転子の極数を減らすことなくステップ角制御が要求される場合には、ヨークの外径を小さくすることができず過剰品質となり、モータ自体が大きくなって機器への限られたセッティングスペースに配置できないなどの弊害が生じ、何れにせよ、回転子の極数および極歯数と駆動力設定との関係で、各種機器の要求する最適なモータの外径とその駆動機能のバランス化を図ることに限界がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１８２２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、ステップ角制御と駆動力制御とをそれぞれ格別に組合せ設定して行うことを可能ならしめ、各部材をユニット化して設計の自由度をもって配置構成することができ、各種機器の要求する最適なモータの形状とその駆動機能のバランスを図ることができるステッピングモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明が採用した技術手段は、円周面にＳ極とＮ極とが交互に連続形成するよう多極に着磁された回転子と、巻装される励磁コイルにより磁路が形成されるヨークと、該ヨークに前記回転子の磁極外周に対向して設けられる複数の極歯とからなり、前記回転子を、前記極歯を所定極性に励磁することで回転可能に構成すると共に、前記ヨークは、その極歯面を、回転子の極数よりもＳ−Ｎ極を一対として減じた極歯を配設すべく円弧状に形成せしめ、前記円弧状領域に配設される極歯数の増減により前記回転子への駆動力設定を行うべく構成されていることを特徴とするものである。
また、上記課題を解決するために本発明が採用した技術手段は、円周面にＳ極とＮ極とが交互に連続形成するよう多極に着磁された回転子と、該回転子の磁極に対向する複数の極歯、および励磁コイルを有するヨークとからなり、前記回転子を、前記極歯を所定極性に励磁することで回転可能に構成するに、前記ヨークは、その周面に２以上の円弧面が形成され、該円弧面に極歯を設けると共に、各円弧面に対向して前記回転子をそれぞれ配設し、各回転子を、同期または個別の励磁制御により回動する多軸駆動モータに構成してあることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明におけるステッピングモータは、所定のステップ角に配設される回転子の極数に対し、要求される駆動力性能に応じて極歯を任意に設定し、これを分割極歯ブロックとしてユニット化して任意の数だけ所望位置に配設できるようになり、ステップ角制御と駆動力制御とをそれぞれ格別に種々のバリエーションをもって任意に組合せる設定が行える結果、一つの回転子に複数の極歯ブロックを分散して配設することは勿論、複数の極歯ブロックを外方に向けて集結させた集合ヨークとし、各極歯ブロックに対応して回転子を複数配設する複軸駆動パルスモータとしても構成することが可能となり、ヨーク、回転子、コイルなどの各部材を設計の自由度をもって配置構成することができ、もって、各種機器の要求する最適なモータ形状とそのステッピング特性による駆動機能とのバランス化を図ることができ、使用態様や用途範囲を拡大することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を、好適な実施の形態として例示するステッピングモータを図面に基づいて詳細に説明する。
図１はステッピングモータの全体構成図である。図に示すように、１はステッピングモータであって、該ステッピングモータ１は、回転軸２１に装着された樹脂製またはアルミ製の円柱（円筒）型の胴部２２と、該胴部２２の円周面にＳ極とＮ極の磁石（ヒステリシス材（半硬質磁材）であっても良い）が交互に配設することで多極に磁着された回転子２と、１組のヨークブロック３１、３１のそれぞれにコイルボビン３０１に巻装された励磁コイル３０２が装着され、該励磁コイル３０２を励磁することにより磁路が形成されるヨーク３とで構成される。
前記ヨーク３は、鉄、磁性ステンレス等により形成され、前記ヨークブロック３１は、平面部３１１から前記回転子２に対向するよう断面Ｌ字状に折曲され、回転子２の磁極間隔に対応して凹凸歯状の定ピッチに形成された複数の極歯３１２とからなる一対のヨーク部材を、極歯３１２……同士を歯合させることにより断面コ字状に形成され、このコ字状空間に励磁コイル３０２、３０２が収容され、所謂２相のコイルユニットを構成している。そして、前記ヨークブロック３１、３１同士は、それぞれの極歯３１２……がステップ角だけ位置ズレさせて組付けられ、前記極歯３１２をＳまたはＮの所定極性に励磁することで回転子２が回動するよう構成されるが、これら構成は、前記極歯３１２……を所定極性に励磁することで回転可能なステッピングモータの基本構成として概略公知の技術である。
【実施例１】
【０００９】
さて、図１に示す実施例は、回転子２とヨーク３とがそれぞれ分離した状態で構成されている。つまり、回転子２は、ヨーク３を構成するステータヨーク（ケース）に軸支しても良いが、別途ステッピングモータが採用される任意の取付け部（図示しない）に軸支されるようになっている。
【００１０】
一方、前記ヨーク３は、その極歯面が円弧状に形成され全体が非円筒形の極歯ブロックとして構成されており、極歯面に形成される極歯３１２は、回転子２の極数よりもＳ−Ｎ極を一対のセットとして減じた極歯数のものが設定配設されている。つまり、円弧状極歯面の形成態様は、例えば、回転子２の極数を、９０度の正分割をもってＮ極とＳ極が１０極づつの計２０極数に設定した場合に、上下ブロック３１、３１のそれぞれにおいて、上（下）極歯Ｓ極と下（上）極歯Ｎ極を一対とする極歯３１２の数は、最大９極から最小１極までの範囲で要求される励磁駆動力に応じて、回転子２に対して前記極歯３１２が配設されない領域（非ヨーク形成領域）と配設される領域（ヨーク形成領域）の構成比を可変して、極歯数の増減に比例して駆動力を異ならしめて設定できるようになっている。この実施例では、前記ヨーク３の円弧形状を、前記回転子２の略過半部を露出させた円弧状に形成し、回転子２が手前側に取り出すことのできる着脱自在な構成となっている。なお、前記ヨーク３の円弧形状が回転子２の略過半部を覆い隠す上面視略Ｃ字型の円弧状に形成した場合には、軸線方向に取りだしできるようにすれば良い。また、前記励磁コイル３０２は、板状体に捲線したものを２つのコイルボビン３０１、３０１にそれぞれセットして、２相のコイルユニット（ヨークブロック３１、３１）を構成しているが、１相またはｎ相としても良いことは勿論である。
【実施例２】
【００１１】
図２に示す実施例は、実施例１を基本構成として展開したステッピングモータ１の組合せパターン構成を示すものである。図２（Ａ）のものは、前記回転子２とヨーク３とを１対１の関係で構成したもので、両者間にその磁力伝達を阻害しない材質よりなる遮蔽体４を介在させ、遮蔽体４によりヨーク３を覆い隠しその存在が外観から視認されないようになっている。なお、遮蔽体４を回転子２に適用しても良く、何れの場合も密着して介在させても良い。
【００１２】
図２（Ｂ）のものは、前記回転子２とヨーク３とを１対多の関係で構成したもので、ヨーク３は、３ａ、３ｂ、３ｃの３つの極歯ブロックに分割され、互いに任意の間隔を存して回転子２の円周廻りに配設され、また、必要において図示しない軸線方向に配置される。この極歯ブロック３ａ、３ｂには、同極数の極歯３１２が割り当てられ、極歯ブロック３ｃには、極歯ブロック３ａ、３ｂの極歯数よりも少ない極歯３１２が割り当てられて分割ヨークを構成しており、実施例における２相のコイルユニットとして形成されたヨーク３を複数同期配設すれば、円周廻り又は軸線方向への配置構成により、複数倍の駆動力が得られると共に、コイルユニット数（２相）×極歯ブロックの配設数（３個）により、６相励磁のステッピングモータ１を構成している。
【００１３】
これに対し、ヨーク３を１相のコイルユニットで構成し複数シフト配設すれば、多相化（Ｎ相励磁のステッピングモータ）を構成することが可能となる。つまり、１相のコイルユニットを１単位として、
ａ．多相の相数を「Ｎ」（１相コイルユニットをＮ個配設）
ｂ．片方のヨークの極歯間ピッチを２π（ラジアン）＝電気角３６０（度）
ｃ．回転子のＮ・Ｓ局の総数を「Ｐ」
とすれば、多相（Ｎ相）におけるシフト角は、電気角「π／Ｎ」となる。
また、フルステップ角（ステップ出来る最大角度）「θ」は、
θ＝３６０°／Ｐ×Ｎ  （度）となる。
【００１４】
例えば、極歯ブロック３ａ、３ｂをそれぞれ１相のコイルユニットで構成して２つ配設すれば、
ａ．Ｎ＝２相
ｂ．回転子Ｎ・Ｓ総極数Ｐ＝２４（極）とすれば、
ｃ．ヨーク歯極間ピッチ（＝回転子で３６０°×２／２４）＝３６０°／１２＝機械角３０（度）となり、
ｄ．シフト角：π／Ｎ＝π／２（ラジアン）＝電気角９０（度）＝機械角１５（度）／２＝７．５（度）のコイルユニットの配設となり、
ｅ．フルステップ角度θ＝３６０°／２４×２＝７．５（度／step）となる。
【００１５】
同様に、極歯ブロック３ａ、３ｂ、３ｃを１相のコイルユニットで構成して３つ配設すれば、
ａ．Ｎ＝３相
ｂ．回転子Ｎ・Ｓ総極数P＝１００（極）
ｃ．ヨーク歯極間ピッチ＝３６０°／５０＝機械角７．２（度）となり、
ｄ．シフト角＝π／３＝電気角６０（度）＝機械角３．６°／３＝機械角１．２（度）
ｅ．フルステップ角度θ＝３６０°／１００×３＝１．２（度／step）となる。  この様に、Ｎ個の極歯ブロックを配設すれば、その配設位置や極歯数に関わりなくＮ相励磁のステッピングモータ１を構成できるようになっている。
【００１６】
図２（Ｃ）および（Ｄ）のものは、前記回転子２とヨーク３とを多対１または多対多の関係で構成したもので、図２（Ｃ）のものでは、ヨーク３は、２つの極歯ブロック３ａ、３ｂを、励磁コイル３０２側を背中合わせにして極歯面をそれぞれ外方に向けて一つに集結させた集合ヨークとして、または１つのヨークとして構成し、この極歯面に対向してヨーク３の円周廻りにそれぞれ２つの回転子２ａ、２ｂを図示しないモータケース（ステータヨーク）や取付け機器に軸支して配設し、多軸駆動モータを構成している。同様に図２（Ｄ）のものは、ヨーク３が、４つの極歯ブロック３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、および４つの回転子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄで構成され、各回転子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、対応する極歯ブロック３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを同期または個別に励磁制御することで、同期回動または個別回動が可能になっている。なお、本実施例において、個々の回転子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに対して、図２（Ｂ）の実施例の如く更に極歯ブロックを任意の数配設しても良いことは勿論であり、極歯ブロックに替えて脱調防止用、或いは駆動伝達機構を構成するために、同極幅の所定径を有する回転子を、回転子２の円周廻りに配設させても良く、回転子２が１回転を必要としない半回転駆動（円弧状に往復する揺動駆動）が要求される場合には、回転子２円弧状（半円形含む）に形成しても良い。
【００１７】
叙述の如く構成された本発明の実施例の形態において、円周面にＳ極とＮ極とが交互に連続形成するよう多極に着磁された回転子２と、巻装される励磁コイル３０２により磁路が形成されるヨーク３と、該ヨーク３に前記回転子の磁極外周に対向して設けられる複数の極歯３１２によってステッピングモータ１を構成するのであるが、本発明におけるステッピングモータ１は、前記ヨーク３の極歯面を、回転子２の極数よりもＳ−Ｎ極を一対として減じた極歯を配設すべく円弧状に形成せしめ、前記回転子２への駆動力は、前記円弧状領域に配設される極歯数の増減により設定すべく構成されているため、
ヨーク３を筒状体として形成する必要が無くなり、所定のステップ角に配設される回転子２の極数に対し、要求される駆動力性能に応じて極歯３１２の数を回転子２の極数に影響されることなく任意に設定し、これを１単位とする極歯ブロックとしてユニット化することができ、任意数の極歯ブロック３ａ、３ｂ、３ｃ・・・を所望の位置に配設できるようになり、ステップ角制御と駆動力制御とをそれぞれ格別に種々のバリエーションをもって任意に組合せる設定が行うことができる。
その結果、一つの回転子２に複数の極歯ブロックを３ａ、３ｂ、３ｃ・・・分散して配設することは勿論、複数の極歯ブロック３ａ、３ｂ、３ｃ・・・を外方に向けて集結させた集合ヨークとし、各極歯ブロックａ、３ｂ、３ｃ・・・に対応して回転子２を複数配設する複軸駆動パルスモータとしても構成することが可能となり、ヨーク、回転子、コイルなどの各部材を設計の自由度をもって配置構成することができ、もって、各種機器の要求する最適なモータ形状とそのステッピング特性による駆動機能とのバランス化を図ることができ、使用態様や用途範囲を拡大することができる。
【００１８】
つまり、図２（Ｂ）に例示するように、前記ヨーク３を、前記極歯面を１単位として複数のユニット化された極歯ブロック３ａ、３ｂ、３ｃ・・・として構成せしめ、各極歯ブロック３ａ、３ｂ、３ｃ・・・を、前記回転子２の外周面に任意間隔を存して配設すること、
いわゆる、回転子２の円周廻り又は軸線方向に任意数を配設した場合には、形成されるコイルユニット数に乗じた配設数がそのままＮ相励磁のステッピングモータ１として構成することができ、また、回転子２の軸線方向にステップ角分位置ズレさせてスパイラル状に任意数を配設した場合には、ステップ角制御を電気的に行うことなく機械的に行うことができ、その位置決め精度が向上されマイクロステップ制御も可能となる。この様に、一つの極歯ブロックを単位部品として用意しておけば、任意数の単位極歯ブロックを組合せるだけでユニット化され、バレエーションに富んだ配設態様によるヨーク３を構成することができ、製作後であってもその仕様変更が可能となる。
【００１９】
しかも、前記極歯ブロック３ａ、３ｂ・・・は、１相のコイルユニットで構成することも可能となり、図１に示すの如く２相のコイルユニットを製作しなくとも、その配設組合せにより同等のコイルユニット機能を得ることができ、しかも、個数がそのままＮ相励磁のステッピングモータ１として構成することができる。
【００２０】
また、前記ヨーク３は、極歯ブロックの極歯面を外側に向けて複数設けて構成され、前記回転子２を、各極歯面に対してそれぞれ配設した構成となっている。つまり、図２（Ｃ）、（Ｄ）に例示する如く、前記ヨーク３は、その周面に２以上の円弧面が形成されるよう極歯ブロックを一体的に組合せて、極歯３１２が設けられた各円弧面に対向して回転子２をそれぞれ配設し、各回転子２ａ、２ｂ・・・を、同期または個別に励磁制御することにより回動する多軸駆動モータとして構成してある。このため、従来のように複数の駆動軸を必要とする場合に、複数のモータを結集して配置する必要が無くなり、所定のステップ角に配設される各回転子２ａ、２ｂ・・・の極数に対し、要求される駆動力性能に応じて各極歯ブロック３ａ、３ｂ・・・に形成される極歯３１２の数設定により、各回転子２の同期または個別駆動制御を行うことができ、ステップ角制御と駆動力制御とをそれぞれ格別に種々のバリエーションをもって任意に組合せた多軸駆動モータを形成することができる。しかも、単体の極歯ブロックと組み合わせることにより、上記同様にその配設数によりＮ相励磁のステッピングモータ１として構成することができ、さらに、この様な複数の円弧状極歯面が形成されたヨーク３を複合極歯ブロックとして複数用いれば、回転子をＸ軸、Ｙ軸方向に所望する数だけ配設することができる。
【００２１】
また、前記ヨーク３を、前記回転子２の過半部を露出させた円弧状に構成することにより、ヨーク３と回転子２を分離可能にすることができ、この分離構成により、回転子２をヨーク３に対して着脱自在とすることができる。
しかも、回転子２とヨーク３との間に、遮蔽体４を介在させておく構成も容易で、この遮蔽体４は、回転子２側或いはヨーク３側の何れの側にも設けることができ、回転子の外周面を、所定の表示態様が施されたディスプレイに構成することができ、パチンコ等の遊技装置等種々の回転表示部としても用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ステッピングモータの斜視図。
【図２】ステッピングモータの組合せパターン構成図であって、図２（Ａ）は回転子とヨークの１対１の構成、図２（Ｂ）は回転子とヨークの１対多の構成、図２（Ｃ）および（Ｄ）は回転子とヨークの多対１または多対多の構成を示す。
【符号の説明】
【００２３】
１      ステッピングモータ
２      回転子
２ａ    回転子
２ｂ    回転子
２ｃ    回転子
２ｄ    回転子
２１    回転軸
２２    胴部
３      ヨーク
３ａ    極歯ブロック
３ｂ    極歯ブロック
３ｃ    極歯ブロック
３１    ヨークブロック
３０１  コイルボビン
３０２  励磁コイル
３１１  平面部
３１２  極歯
４      遮蔽体
【図１】
2005269863.tif 000003
【図２】
2005269863.tif 000004