(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ及びステータに小歯をそれぞれ有するハイブリッド型ステッピングモータにおいて、ロータ位置検出用巻線をステータの励磁極に巻回し、磁性材から成るセンサヨークをロータセグメントに対して微少な空隙を介して配置すると共にステータバックヨークに当接配置し、前記ステータの励磁極，前記励磁極の小歯と前記ロータセグメントの小歯との間の空隙，前記ロータセグメント，前記ロータセグメントとセンサヨークとの間の空隙，前記センサヨーク，前記ステータバックヨークを順次通る閉磁路の磁気抵抗の変化に応じて変化する前記ロータ位置検出用巻線のインダクタンスに基づいてロータ位置を検出するように構成したことを特徴とするロータ位置検出機構付きステッピングモータ。
【請求項２】
前記センサヨークに円周方向に巻回された第１の補助コイルを付設し、磁路から漏れ出る漏れ磁束を前記第１の補助コイルにより前記閉磁路に引き込むように構成したことを特徴とする請求項１に記載のロータ位置検出機構付きステッピングモータ。
【請求項３】
前記センサヨークが設けられない側のロータセグメントに対向する磁性材製の部材を配設すると共に、この部材に円周方向に巻回された第２の補助コイルを付設し、磁路から漏れ出る漏れ磁束を前記第２の補助コイルにより遮断して前記漏れ磁束が前記ロータ位置検出用巻線に鎖交しないように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ位置検出機構付き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、ロータ及びステータに小歯をそれぞれ有するハイブリッド型ステッピングモータのロータ位置を検出する機能をもつロータ位置検出機構付きステッピングモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のロータ位置検出機構付きステッピングモータとしては、例えば、特公昭５７−１８９５５４号公報に示されるようなものがある。この公報に記載のステッピングモータは、ロータが回転するのに伴ってステータ巻線に誘起される誘起電圧に基づいてロータの回転位置を検出し、通電すべき巻線を指定して最適時に通電制御できるように構成したものである。
【０００３】
また、本発明に関わる従来技術としては、周知の通り、可変リラクタンス型多極レゾルバがある。この可変リラクタンス型多極レゾルバは、ロータの小歯とステータの小歯との対向面積の変化をインダクタンスの変化として検出することにより、ロータの回転位置を検知するように構成したものであり、その機械的構造はステッピングモータの構造に類似している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公昭５７−１８９５５４号公報に示されるようなステッピングモータにあっては、ロータの回転位置を検出するための物理量として、ロータの回転により発生する誘起電圧を利用するようにしているため、低速回転時のように誘起電圧が小さい場合等にはロータ回転位置の検出が不可能であるという問題点がある。
【０００５】
また、上述の如く可変リラクタンス型多極レゾルバの機械的構成はステッピングモータに類似しているが、ハイブリッド型ステッピングモータにおいては、前記レゾルバとは異なり、ロータはシャフト軸方向に着磁された円盤状磁石を挟んだ上下２段のロータセグメントから構成されており、それぞれのロータセグメントが有する小歯は互いに１８０度位相がずれている。このため、ステータ側からみた、ロータ全体の小歯との対向面積は常に一定となる。従って、ハイブリッド型ステッピングモータの機械的構造をそのまま可変リラクタンス型多極レゾルバとして利用してもインダクタンスの変化は得られず、ロータ回転位置の検出信号（情報信号）を取り出すことができない。
【０００６】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、その目的は、既存のハイブリッド型ステッピングモータの機械的構造をそのまま利用してロータの回転位置の検出を確実に高精度で行なうことができるようなロータ位置検出機構付きステッピングモータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明では、ロータ及びステータに小歯をそれぞれ有するハイブリッド型ステッピングモータにおいて、ロータ位置検出用巻線をステータの励磁極に巻回し、磁性材から成るセンサヨークをロータセグメントに対して微少な空隙を介して配置すると共にステータバックヨークに当接配置し、前記ステータの励磁極，前記励磁極の小歯と前記ロータセグメントの小歯との間の空隙，前記ロータセグメント，前記ロータセグメントとセンサヨークとの間の空隙，前記センサヨーク，前記ステータバックヨークを順次通る閉磁路の磁気抵抗の変化に応じて変化する前記ロータ位置検出用巻線のインダクタンスに基づいてロータ位置を検出するように構成している。
【０００８】
また、本発明では、前記センサヨークに円周方向に巻回された第１の補助コイルを付設し、磁路から漏れ出る漏れ磁束を前記第１の補助コイルにより前記閉磁路に引き込むように構成している。
【０００９】
また、本発明では、前記センサヨークが設けられない側のロータセグメントに対向する磁性材製の部材を配設すると共に、この部材に円周方向に巻回された第２の補助コイルを付設し、磁路から漏れ出る漏れ磁束を前記第２の補助コイルにより遮断して前記漏れ磁束が前記ロータ位置検出用巻線に鎖交しないように構成している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図１〜図６を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明の第１実施例に係るロータ位置検出機構付きステッピングモータ１を示すものであって、このステッピングモータ１は従来のハイブリッド型ステッピングモータの機械的構造を主要構成としてそのまま具備し、その従来の機械的構造に後述の如くセンサヨーク及びロータ位置検出用巻線を付加したものである。その詳細な構造を述べると、次の通りである。
【００１２】
図１及び図２に示すように、本例のステッピングモータ１は、小歯２及び３をそれぞれ有するロータ４及びステータ５と、ロータ４に同軸状に組付けられたモータシャフト６と、ロータ４及びステータ５の一端側に配設されたフランジ７と、ロータ４及びステータ５の他端側に配設されたブラケット８とをそれぞれ具備している。上述のロータ４は、図１に示すように磁石９とこの磁石９の左右両箇所に一体的に取付けられたロータセグメント１０，１１とで構成され、ステータ５は、図２に示すように円筒状のステータバックヨーク１２とこのステータバックヨーク１２の内周面に突設された例えば８つの励磁極（ステータ極）１３ａ〜１３ｈとから構成されている。そして、ロータセグメント１０，１１の外周面に所定数の小歯２が形成されると共に、ステータ５の励磁極１３ａ〜１３ｈに所定数の小歯３がそれぞれ形成されており、これらの小歯２，３が僅かな空隙２３（図１参照）を隔てて互いに対向するように配置されている。なお、図１に示すように、ステータ５はフランジ７及びブラケット８間に支持されると共に、モータシャフト６はフランジ７及びブラケット８にそれぞれ組付けられた軸受１６，１７にて回転自在に支持されている。
【００１３】
【外１】
0003814041.tif 000002
【００１４】
さらに、本例のロータ位置検出機構付きステッピングモータ１にあっては、磁性体から成るセンサヨーク１８が付設されている。このセンサヨーク１８は、図１に示すように、中央円柱部１８ａとこの中央円柱部１８ａを取り囲む外周リング部１８ｂとを一体成形して成る磁性部材であり、中央円柱部１８ａがフランジ７側のロータセグメント１１の端面に対して微少な空隙２４を隔てて平行状に対向配置されると共に、外周リング部１８ｂがステータバックヨーク１２のフランジ７側の端面に当接配置された状態で前記フランジ７内に固定配置されている。
【００１５】
【外２】
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【００１６】
【外３】
0003814041.tif 000004
【００１７】
ここで、フランジ７側では、前記センサヨーク１８の存在により、ステータ５の励磁極１３，この励磁極１３の小歯３とロータセグメント１１の小歯２との間の空隙２３，ロータセグメント１１，このロータセグメント１１とセンサヨーク１８との間の空隙２４，センサヨーク１８，ステータバックヨーク１２を順次通る閉磁路Ｒ（図１参照）が形成される。一方、ブラケット８側では、センサヨーク１８がないため、既述のような閉磁路Ｒは形成されない。このため、ステータ５の励磁極１３とステータバックヨーク１２との間の磁気抵抗は高くなっている。なお、両ロータセグメント１０，１１間にある磁石９は磁気抵抗が高いため、両ロータセグメント１０，１１は互いに絶縁された状態となっている。
【００１８】
この場合、ステータ５の各励磁極１３に発生した搬送波の磁束量は、前記フランジ７側に形成された閉磁路Ｒの磁束抵抗に応じて変化する。そして、この磁束抵抗は、フランジ７側のロータセグメント１１の小歯２とステータ５の励磁極の小歯３との対向面積に応じて変化する。
【００１９】
【外４】
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【００２０】
【外５】
0003814041.tif 000006
【００２１】
上述の接続点Ｐ，Ｑからそれぞれ得られる信号（図４（ＩＶ），（Ｖ）に示される情報信号）は同期復調器２１において搬送波を除去され、この同期復調器２１からは図４（ＶＩ）において符号３７，３８でそれぞれ示すようなロータ位置情報を持つ２相信号が得られる。しかして、これらの２相信号３７，３８に基づいてロータ４の回転位置が検出される。
【００２２】
このような構成のステッピングモータ１によれば、２つのロータセグメント１０，１１のうちの一方のロータセグメント１１にステータバックヨーク１２への磁路を通すセンサヨーク１８を対向させ、これによりモータシャフト６の軸線方向に磁路を設け、前記ロータセグメント１１とステータ５の励磁極１３との間の磁気抵抗を検出することによりロータ位置の検出を確実に高精度で行なうことができる。
【００２３】
また、図５及び図６は本発明の第２実施例に係るロータ位置検出機構付きステッピングモータ４０を示すものである。なお、図５及び図６において、図１〜図３と同様の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２４】
本例のステッピングモータ４０は、既述の本発明の第１実施例の構成を全て包含し、さらに第１及び第２の補助コイル４１，４２を付設して成るものである。上述の第１の補助コイル４１は、図５に示すように、センサヨーク１８のうちロータセグメント１１に対応する中央円柱部１８ａの外周部において円周方向に巻回されている。一方、ブラケット８側の箇所にはロータセグメント１０とほぼ同じ直径を有する有底円筒状磁性体４３が前記ロータセグメント１０に対して微少な空隙２５をもって対向配置され、この円筒状磁性体４３の外周部に第２の補助コイル４２が円周方向に巻回されている。
【００２５】
なお、前記第１及び第２の補助コイル４１，４２は、そこから発生する磁界が図５において矢印で示すような方向の極性となるように、図６に示す如く接続されている。
【００２６】
【外６】
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【００２７】
【外７】
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【００２８】
以上、本発明の実施例につき述べたが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の第１及び第２実施例では、フランジ７側の片方にのみセンサヨーク１８を配設するようにしたが、ブラケット８側の片方のみに、或いはフランジ７側及びブラケット８側の両方にステータヨーク１８を配設することも可能である。両方にステータヨーク１８を配設する場合には、２つのロータセグメント１０，１１と励磁極１３との間の磁気抵抗のうちの一つを選択的に検出するようにすればよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上の如く、請求項１に記載の本発明は、ロータ及びステータに小歯をそれぞれ有するハイブリッド型ステッピングモータにおいて、ロータ位置検出用巻線をステータの励磁極に巻回し、磁性材から成るセンサヨークをロータセグメントに対して微少な空隙を介して配置すると共にステータバックヨークに当接配置し、ステータの励磁極からセンサヨークを介してステータバックヨークに至る閉磁路の磁気抵抗の変化に応じて変化するロータ位置検出用巻線のインダクタンスに基づいてロータ位置を検出するように構成するようにしたものであるから、既存のハイブリッド型ステッピングモータの機械的構造をそのまま利用してロータの回転位置の検出を確実に行なうことができる。
【００３０】
また、請求項２に記載の本発明は、センサヨークに円周方向に巻回された第１の補助コイルを付設し、磁路から漏れ出る漏れ磁束を第１の補助コイルにより閉磁路に引き込むように構成したものであるから、この第１の補助コイルの作用にてロータ位置検出巻線におけるインダクタンスの変化の低下を防止でき、ロータ位置の検出に充分な大きさのインダクタンス変化を得ることができる。
【００３１】
また、請求項３に記載の本発明は、センサヨークが設けられない側のロータセグメントに対向する磁性材製の部材を配設すると共に、この部材に円周方向に巻回された第２の補助コイルを付設し、磁路から漏れ出る漏れ磁束を第２の補助コイルにより遮断して漏れ磁束がロータ位置検出用巻線に鎖交しないように構成したものであるから、この第２の補助コイルの作用にて漏れ磁束のロータ位置検出用巻線への通路が遮断されるのに応じてロータ位置検出巻線におけるインダクタンスの変化の低下を防止でき、ロータ位置の検出に充分な大きさのインダクタンス変化を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るロータ位置検出機構付きステッピングモータの機械的構造を示す断面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線拡大断面図である。
【図３】上述のステッピングモータにおけるロータ位置検出巻線の接続を示す回路図である。
【図４】
【外８】
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【図５】本発明の第２実施例に係るロータ位置検出機構付きステッピングモータの機械的構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施例に係るロータ位置検出機構付きステッピングモータにおけるロータ位置検出巻線の接続を示す回路図である。
【符号の説明】
１，４０  ロータ位置検出機構付きステッピングモータ
２  ロータの小歯
３  ステータの小歯
４  ロータ
５  ステータ
６  モータシャフト
７  フランジ
８  ブラケット
９  磁石
１０，１１  ロータセグメント
１２  ステータバックヨーク
１３  励磁極
１４  モータ駆動用巻線
１５  ロータ位置検出用巻線
１８  センサヨーク
１８ａ  中央円柱部
１８ｂ  外周リング部
２０  搬送波発生器
２１  同期復調器
２３，２４  空隙
４１  第１の補助コイル
４２  第２の補助コイル
Ｒ  閉磁路
【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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