(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ極歯が配置されたステータと、前記ステータ極歯に対向するロータ極歯を有するロータとを備えたステッピングモータにおいて、
前記ステータ極歯は、２ｍ（ｍは自然数）個設けられると共に、１つおきのｍ個の前記ステータ極歯にコイルを巻装し、ｎ個（ｎは２ｍの約数以外の自然数）の前記ロータ極歯を備え、かつ、前記ロータ極歯は、隣合う２つの前記ステータ極歯に跨る幅で形成され、前記各ロータ極歯の外周面に溝が形成されて２つの小歯に分割され、前記溝の大きさは前記小歯の幅が前記各ステータ極歯の幅と同じに形成されたことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
前記ロータには、軸方向に貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載の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、各種産業機器に使用されるステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＶＲ（可変リラクタンス）形ステッピングモータとして、例えば、図６に示すような、４相にて駆動されるものが知られている。このステッピングモータＭは、円筒状に形成されたステータＳと、ステータＳの内部に回転自在に配置されたロータＲとを備えている。
【０００３】
このうち、ステータＳは、その内周面に円周方向に沿って等間隔に配置された磁極となる８個のステータ極歯ＳＴ（Ａ〜Ｈ相）が中心軸方向に向けて突設されたステータコアＳＣと、各ステータ極歯ＳＴの周囲に夫々巻装された励磁コイルＣＬとからなる。一方、ロータＲは、円筒状に形成されたロータ本体ＲＣの外周面に、円周方向に沿って等間隔に配置された、ステータ極歯ＳＴと対向可能な１０個のロータ極歯ＲＴ（ａ〜ｊ相）が、放射状に突設されている。
【０００４】
対角線にあるステータ極歯ＳＴの対を励磁すると、励磁されたステータ極歯ＳＴに最も近い位置にあるロータ極歯ＲＴが、これと対向する位置に移動する。尚、図８は、Ａ−Ｅ相を励磁した状態であり、次にＢ−Ｆ相を励磁すると、ロータＲは、ロータ極歯ＲＴのｂ−ｇ相がＢ−Ｆ相と対向する位置まで移動する。励磁するステータ極歯ＳＴの対をＡ−Ｅ相，Ｂ−Ｆ相，Ｃ−Ｇ相，Ｄ−Ｈ相の順に順次切り換えれば、ロータＲは図中右回りに回転する。
【０００５】
また、図９に示すように、ｍ個のステータ極歯ＳＴ（Ａ〜Ｈ相）が等間隔に配置されたステータＳを備えると共に、ロータ極歯ＲＴを２ｎ（ｎはｍの約数以外の自然数）個備え、ロータ極歯ＲＴのうち半数をロータＲの周方向に沿って第１ピッチ角Ｐ１（＝３６０／ｎ）毎に配置する。残りの半数を第２ピッチ角Ｐ２（＝３６０／ｍ）毎に配置したものもある（特願平９−６４８５９号）。図９は、ステータ極歯ＳＴのＡ−Ｂ相を励磁した状態であり、以下、Ｆ−Ｇ相、Ｃ−Ｄ相、Ｈ−Ａ相、Ｅ−Ｆ相、Ｂ−Ｃ相、Ｇ−Ｈ相、Ｄ−Ｅ相、Ａ−Ｂ相の順番で励磁すれば、ロータＲは図中右廻りに回転する。
【０００６】
ところで、近年、車両の電動パワーステアリング装置として、車両の左右輪を連結すると共に、これら左右輪に操舵力を伝達するラックバーを、ステッピングモータの駆動力により付勢するものが知られており、この装置では、装置を小型に構成するため、図８、図９に示すように、ロータＲの中心部にラックバーを挿通するための貫通孔Ｏが設けられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来のものでは、各ステータ極歯ＳＴにコイルＣＬを巻装するので、隣合うステータ極歯ＳＴではコイルＣＬが背中合わせに巻装されることになり、ステータ極歯ＳＴにコイルＣＬを巻装する作業が煩雑で、組立工数が多いという問題があった。また、コイルＣＬの数が多いと制御回路が複雑になり、結線作業等が煩雑になるという問題もあった。
【０００８】
本発明の課題は、組立作業性を向上させたステッピングモータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
ステータ極歯が配置されたステータと、前記ステータ極歯に対向するロータ極歯を有するロータとを備えたステッピングモータにおいて、
前記ステータ極歯は、２ｍ（ｍは自然数）個設けられると共に、１つおきのｍ個の前記ステータ極歯にコイルを巻装し、ｎ個（ｎは２ｍの約数以外の自然数）の前記ロータ極歯を備え、かつ、前記ロータ極歯は、隣合う２つの前記ステータ極歯に跨る幅で形成され、前記各ロータ極歯の外周面に溝が形成されて２つの小歯に分割され、前記溝の大きさは前記小歯の幅が前記各ステータ極歯の幅と同じに形成されたことを特徴とするステッピングモータがそれである。
【００１０】
また、前記ロータには、軸方向に貫通孔を形成してもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のステッピングモータ２は、円筒状のステータ４と、ステータ４内に回転自在に配置されたロータ６とを備えている。
【００１２】
そして、ステータ４は、円筒状に形成され、その内周面の円周方向に沿って等間隔に２ｍ個（本実施形態では、ｍ＝７）のステータ極歯８（８Ａ〜８Ｇ），９（９Ａ〜９Ｇ）が突設されたステータコア１０を備え、２ｍ個のステータ極歯８，９のうち、１つおきのｍ個のステータ極歯８Ａ〜８Ｇの周囲に各々コイル１２（１２Ａ〜１２Ｇ）が巻装されている。尚、本実施形態では各コイル１２の巻方向は同じであるので、組立作業が容易である。
【００１３】
一方、ロータ６には、円周方向に沿ってｎ個（本実施形態では、ｎ＝６）のロータ極歯１４（１４Ａ〜１４Ｆ）が等間隔で突設されている。各ロータ極歯１４は、隣合う２個のステータ極歯８，９に跨る幅で形成されている。そして、各ロータ極歯１４には、その外周面に溝１６（１６Ａ〜１６Ｆ）が形成されており、溝１６により各ロータ極歯１４は、２つの小歯１８，１９（１８ａ〜１８ｆ，１９ａ〜１９ｆ）に分割されている。
【００１４】
溝１６の大きさは、各小歯１８，１９の幅が各ステータ極歯８，９の幅と同じになるように形成されている。例えば、図３に示すように、溝１６Ａは、コイル１２Ａを励磁した際に、ステータ極歯８Ａ，９Ａ、及びロータ極歯１４Ａの小歯１８ａ，１９ａ内を通る磁路が形成される。図矢印方向に回転して、ステータ極歯８Ａ，９Ａとロータ極歯１４Ａの小歯１８ａ，１９ａの一部が重なり合っている状態では、図３（イ）に示すように、溝１６Ａが形成されている場合には、磁路はその重なり具合により歪む。磁束はできるだけ短く、まっすぐに通ろうとするので、磁路が最短となるように、ロータ６にトルクが発生する。
【００１５】
図３（ロ）に示すように、もし、溝１６Ａが形成されていない場合には、一方のステータ極歯８Ａ内を通る磁路の歪みはほぼ同じであるが、他方のステータ極歯９Ａ内を通る磁路の変形は少なく、溝１６Ａを形成している場合に比べて、その発生トルクが小さくなる。溝１６Ａの深さ等の形状は、トルクの発生に最適となるように決定すればよく、底面は両小歯１８，１９間を滑らかにつなぐように丸く形成するとよい。尚、ロータ６の中心部には、軸方向に貫通する大径の貫通孔２０が形成されている。車両の電動パワーステアリング装置に用いる場合には、貫通孔２０に図示しないラックバーが挿通される。
【００１６】
また、本実施形態では、ｎ個のロータ極歯１４のうち、２個のロータ極歯１４が２組のステータ極歯８，９に同時に対向することができるように形成されている。図１に示す状態では、対角線上にあるロータ極歯１４Ａ，１４Ｄが２組のステータ極歯８Ａ，９Ａ，８Ｄ，９Ｅに対向するように形成されている。
【００１７】
コイル１２が巻装されたステータ極歯８の個数ｍが７である本実施形態では、ロータ極歯１４の個数ｎとして４，６，８等を取り得る。個数ｎが１０以上であっても、隣同士のロータ極歯１４が重ならない限り形成することができる。この個数ｎはステータ極歯８，９の全個数２ｍの約数以外の自然数であり、個数ｎがステータ極歯８，９の全個数２ｍの約数であるときには、全てのロータ極歯１４がステータ極歯８に跨るように対向してしまう。
【００１８】
次に、前述したステッピングモータの作動について説明する。
まず、図２（イ）に示すように、コイル１２Ａ、１２Ｄが同時に励磁されると、コイル１２Ａの励磁により、ステータ極歯８Ａ、９Ａ及びロータ極歯１４Ａの小歯１８ａ，１９ａ内に磁路が形成される。また、コイル１２Ｄの励磁により、ステータ極歯８Ｄ，９Ｅ及びロータ極歯１４Ｄの小歯１８ｄ，１９ｄ内に磁路が形成される。
【００１９】
この状態から、図２（ロ）に示すように、別の２つのコイル１２Ｃ，１２Ｇを同時に励磁すると、コイル１２Ｃの励磁により、ステータ極歯８Ｃ、９Ｄ及びロータ極歯１４Ｃの小歯１８ｃ，１９ｃ内に磁路が形成される。また、コイル１２Ｇの励磁により、ステータ極歯８Ｇ，９Ｇ及びロータ極歯１４Ｆの小歯１８ｆ，１９ｆ内に磁路が形成される。これにより、磁路が最短となるように、ロータ６が図矢印方向に回転される。
【００２０】
続いて、図２（ハ）に示すように、別の２つのコイル１２Ｂ，１２Ｆを同時に励磁すると、コイル１２Ｂの励磁により、ステータ極歯８Ｂ、９Ｃ及びロータ極歯１４Ｂの小歯１８ｂ，１９ｂ内に磁路が形成される。また、コイル１２Ｆの励磁により、ステータ極歯８Ｆ，９Ｆ及びロータ極歯１４Ｅの小歯１８ｅ，１９ｅ内に磁路が形成され、ロータ６が図矢印方向に回転される。
【００２１】
次に、図２（ニ）に示すように、別の２つのコイル１２Ａ，１２Ｅを同時に励磁すると、コイル１２Ａの励磁により、ステータ極歯８Ａ、９Ｂ及びロータ極歯１４Ａの小歯１８ａ，１９ａ内に磁路が形成される。また、コイル１２Ｅの励磁により、ステータ極歯８Ｅ，９Ｅ及びロータ極歯１４Ｄの小歯１８ｄ，１９ｄ内に磁路が形成され、ロータ６が回転される。
【００２２】
図２（イ）のときには、同じコイル１２Ａが励磁された際に、ステータ極歯９Ａ側に磁路が形成されたが、ロータ極歯１４Ａの位置に応じて、ステータ極歯９Ｂに磁路が形成される。従って、コイル１２が巻装されているかいないかに係わらず、各ステータ極歯８（８Ａ〜８Ｇ），９（９Ａ〜９Ｇ）は等間隔で形成する必要がある。
【００２３】
図２（ホ）に示すように、２つのコイル１２Ｄ，１２Ｇを同時に励磁すると、コイル１２Ｄの励磁により、ステータ極歯８Ｄ、９Ｄ及びロータ極歯１４Ｃに磁路が形成される。また、コイル１２Ｇの励磁により、ステータ極歯８Ｇ，９Ａ及びロータ極歯１４Ｆに磁路が形成され、ロータ６が回転される。
【００２４】
続いて、図２（ヘ）に示すように、別の２つのコイル１２Ｃ，１２Ｆを同時に励磁すると、コイル１２Ｃの励磁により、ステータ極歯８Ｃ、９Ｃ及びロータ極歯１４Ｂに磁路が形成される。また、コイル１２Ｆの励磁により、ステータ極歯８Ｆ，９Ｇ及びロータ極歯１４Ｅに磁路が形成され、ロータ６が回転される。
【００２５】
次に、図２（ト）に示すように、別の２つのコイル１２Ｂ，１２Ｅを同時に励磁すると、コイル１２Ｂの励磁により、ステータ極歯８Ｂ，９Ｂ及びロータ極歯１４Ａに磁路が形成される。また、コイル１２Ｅの励磁により、ステータ極歯８Ｅ，９Ｆ及びロータ極歯１４Ｄに磁路が形成され、ロータ６が回転される。
【００２６】
そして、図２（チ）に示すように、図２（イ）のときと同じにコイル１２Ａ，１２Ｄを励磁すると、ロータ６は、図２（イ）のときらか本実施形態では６０度回転したことになる。そして、続いて、図２（ロ）〜（ト）に示したように、順次コイル１２を励磁して回転を継続する。
【００２７】
次に、第２実施形態のステッピングモータについて図４によって説明する。図４に示すように、２４個（ｍ＝１２）のステータ極歯８（８Ａ〜８Ｌ），９（９Ａ〜９Ｌ）を形成し、１つおきのステータ極歯８（８Ａ〜８Ｌ）にはコイル１２（１２Ａ〜１２Ｌ）を巻装する。
【００２８】
また、ロータ６には９個（＝ｎ）のロータ極歯１４（１４Ａ〜１４Ｉ）が形成されている。これらのロータ極歯１４のうち、３個のロータ極歯１４がステータ極歯８，９に跨るようにして対向するように形成されている。回転させるときは同時に３個のコイル１２を励磁させ、図４ではコイル１２Ａ，１２Ｅ，１２Ｉを同時に励磁させている状態を示す。
【００２９】
また、図５に示す第３実施形態のように、２８個（ｍ＝１４）のステータ極歯８（８Ａ〜８Ｎ），９（９Ａ〜９Ｎ）を形成し、１つおきのステータ極歯８（８Ａ〜８Ｎ）にはコイル１２（１２Ａ〜１２Ｎ）を巻装する。また、ロータ６には１２個（＝ｎ）のロータ極歯１４（１４Ａ〜１４Ｌ）が形成されている。
【００３０】
これらのロータ極歯１４のうち、４個のロータ極歯１４がステータ極歯８に跨るようにして対向するように形成されている。回転させるときは同時に４個のコイル１２を励磁させ、図５ではコイル１２Ａ，１２Ｄ，１２Ｈ，１２Ｋを同時に励磁させている状態を示す。前述した第１〜第３実施形態に示すように、円周上に等間隔にある複数のロータ極歯１４が、ステータ極歯８，９に対向できるようにすると、コイル１２の励磁により、ロータ６に不均衡な力が作用しない。
【００３１】
更に、図６に示す第４実施形態のように、６個（ｍ＝３）のステータ極歯８（８Ａ〜８Ｃ），９（９Ａ〜９Ｃ）を形成し、１つおきのステータ極歯８（８Ａ〜８Ｃ）にはコイル１２（１２Ａ〜１２Ｃ）を巻装する。ステータ極歯８（８Ａ〜８Ｃ），９（９Ａ〜９Ｃ）の間隔は、一対のステータ極歯８Ａ，９Ａ間が角度α１で、コイル１２が巻装されたステータ極歯（８Ａ〜８Ｃ）が角度α２である。また、ロータ６には８個のロータ極歯１８ａ〜１８ｄ，１９ａ〜１９ｄが等間隔（角度α１）で形成されている。この場合でも、同様に順次コイル１２（１２Ａ〜１２Ｃ）を励磁することにより、ロータ６を回転することができる。
【００３２】
また、図７に示す第５実施形態のように、１２個（ｍ＝６）のステータ極歯８（８Ａ〜８Ｆ），９（９Ａ〜９Ｆ）を形成し、１つおきのステータ極歯８（８Ａ〜８Ｆ）にはコイル１２（１２Ａ〜１２Ｆ）を巻装する。ステータ極歯８（８Ａ〜８Ｆ），９（９Ａ〜９Ｆ）の間隔は、一対のステータ極歯８Ａ，９Ａ間が角度α１で、コイル１２が巻装されたステータ極歯（８Ａ〜８Ｆ）が角度α２である。また、ロータ６には１０個のロータ極歯１８ａ〜１８ｅ，１９ａ〜１９ｅが等間隔（角度α１）で形成されている。この場合でも、同様に順次コイル１２（１２Ａ〜１２Ｆ）を励磁することにより、ロータ６を回転することができる。
【００３３】
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明のステッピングモータは、コイルを１つおきのステータ極歯に巻装したので、コイル数が減り、組立工数の削減となり、作業性が向上するという効果を奏する。また、コイル数が減ることから、組立時のコイルの結線作業が減り、作業性が向上する。
【００３５】
ロータ極歯に溝を形成することにより、トルクの低下を防止できる。また、複数のロータ極歯がステータ極歯と対向するようにすると、コイルの励磁によりロータに不均衡な力が作用しないようにできる。更に、ロータに大径の貫通孔を形成しても、磁路の形成に影響を与えないので、トルクの低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのステッピングモータの断面図である。
【図２】本実施形態のステッピングモータの回転の状態を説明する説明図である。
【図３】本実施形態のロータ極歯とステータ極歯を示す断面図である。
【図４】第２実施形態のステッピングモータの断面図である。
【図５】第３実施形態のステッピングモータの断面図である。
【図６】第４実施形態のステッピングモータの断面図である。
【図７】第５実施形態のステッピングモータの断面図である。
【図８】従来のステッピングモータの断面図である。
【図９】別の従来のステッピングモータの断面図である。
【符号の説明】
２…ステッピングモータ    ４…ステータ
６…ロータ                ８，９…ステータ極歯
１０…ステータコア        １２…コイル
１４…ロータ極歯          １６…溝
１８，１９…小歯          ２０…貫通孔
【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】
0004050367.tif 000009
【図９】
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