JP3442643B2 - ステップモータ - Google Patents
ステップモータInfo
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- JP3442643B2 JP3442643B2 JP04787798A JP4787798A JP3442643B2 JP 3442643 B2 JP3442643 B2 JP 3442643B2 JP 04787798 A JP04787798 A JP 04787798A JP 4787798 A JP4787798 A JP 4787798A JP 3442643 B2 JP3442643 B2 JP 3442643B2
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- rotor
- holder
- stator
- step motor
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
- F16K31/04—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
Description
回転自在に設けられ固定子の発生磁界に応じてステップ
状に回転する回転子を有するステップモータに関するも
のである。
に示された従来の流量制御弁の断面図であり、この流量
制御弁は、アクチュエータとしてのステップモータ1
と、このステップモータ1の作動により空気の流量を制
御する弁装置2とを備えている。前記ステップモータ1
は、モータケース3と、このモータケース3の内側に設
けられた中空円柱状の固定子4と、この固定子4の中空
部分に回転自在に設けられた回転子5と、この回転子5
の中心部に回転子5の回転により軸線方向に往復動する
作動シャフト6とを備えている。
れた第1のコイル7a及び第2のコイル7bと、第1の
コイル7aの一部を覆った第1及び第2のステータ部8
0、81と、第2のコイル7bの一部を覆った第3及び
第4のステータ部82、83とを備えている。
形成され、端部に螺旋状のストッパ部11が形成された
支持部材9と、支持部材9の外側に固定されたスリーブ
12と、このスリーブ12の外側にN極の磁石部、S極
の磁石部が交互に配設されたマグネット13とを備えて
いる。回転子5は、第1のボールベアリング14と、第
2のボールベアリング15とにより回転自在に支持され
ている。第1のボールベアリング14は、その内輪が支
持部材9に、その外輪がモータケース3に圧接して固定
されている。また、第1のボールベアリング14の外輪
は波形ワッシャ16で第2のボールベアリング15側に
押圧されており、回転子5が軸線方向に移動するのを阻
止するようになっている。第2のボールベアリング15
は、その内輪がプレート18に組み込まれたスライド軸
受17に、その外輪がスリーブ12の端部19に圧接し
て固定されている。
じ部31と、回転を阻止すべくなされた断面が長円形状
の軸部34と、雄ねじ部31の端部に半径方向に延びて
取り付けられストッパ部11に当接し作動シャフト6の
回転を阻止するピン33とを備えている。
パス空気の通路を構成するハウジング20に対してプレ
ート18を挟んで固定ねじ21によって固着されてい
る。このハウジング20は第1ないし第3のポート2
2、23、24を有しており、またハウジング20の内
部には二系統の第1のバイパス通路25及び第2のバイ
パス通路26が形成されている。
の弁座27及び第2の弁座28と、作動シャフト6に固
定され第1の弁座27及び第2の弁座28に対向する第
1及び第2の弁体29、30と、プレート18と第1の
弁体29との間に設けられ第1の弁体29を第1の弁座
27側に付勢したスプリング32とを備えている。
て説明する。第1のコイル7a、第2のコイル7bに制
御ユニット(図示せず)から電気信号が入力されると、
回転子5がそのときの電気信号に応じて正または逆回転
する。スリーブ12の雌ねじ部10には作動シャフト6
の雄ねじ部31が螺合しているので、回転子5の回転に
より、作動シャフト6はスプリング32の弾性力を受け
ながら往復動する。例えば、作動シャフト6が図10に
おいて右方向に移動したときには、第1及び第2の弁体
29、30はそれぞれ第1及び第2の弁座27、28に
接近し、各バイパス通路25、26に流れるバイパス空
気の流路面積が漸減する。そして、作動シャフト6の送
り出し量が最大となったときには、第1及び第2の弁体
29、30はそれぞれ第1及び第2の弁座27、28に
当接し、第1及び第2のバイパス通路25、26は遮断
される。
側は第1の弁体29と第1の弁座27との当接位置で決
定される。また、開弁側は支持部材9の端部の螺旋状の
端面のストッパ部11と雄ねじ部31に取り付けられた
ピン33との当接位置で決定される。
コイル7a、第2のコイル7bにはそれぞれ通電方向が
切り替えられ、全部で4つの通電パターンに切り替える
ことができる。この各パターンに応じて第1のステータ
部80、第2のステータ部81、第3のステータ部82
及び第4のステータ部83にはN極またはS極の極性が
決まる。この極性の磁界の中で、マグネット13との間
で互いに作用する磁力が釣り合う位置まで、回転子5は
所定の角度回転し、その位置が保持される。第1のコイ
ル7a、第2のコイル7bへの通電パターンを、第1の
通電パターン、第2の通電パターン、第3の通電パター
ン、第4の通電パターン、第1の通電パターン、第2の
通電パターン・・・・の順序で切り替えた場合、その都
度、回転子5は所定の角度、同一方向に回転し、作動シ
ャフト6も軸線方向に所定の距離ずつ移動する。
ステップモータ1を駆動させるためには、作動シャフト
6を予めイニシャライズ、つまり支持部材9のストッパ
部11とピン33とを当接させる位置まで移動させ、作
動シャフト6の初期位置を定める必要がある。このイニ
シャライズを確実に行うために、作動シャフト6がモー
タエンドとなるステップ数以上のステップ数がステップ
モータ1に与えられるようになっている。そして、作動
シャフト6がモータエンドの位置に達した後、さらに第
1のコイル7a、第2のコイル7bに通電して回転子5
を回転させようとしても、ストッパ部11はピン33に
当接しており、回転子5は回転せず、従って作動シャフ
ト6は開弁方向にはさらに移動できない。
は、回転子5の回転運動を作動シャフト6の直線運動に
変換している。この作動シャフト6を軸線方向の移動に
変換する変換部材として、長円形状の軸部34に対して
摺動自在のスライド軸受17が設けられている。このス
ライド軸受17は、プレート18及び第2のボールベア
リング15に係合させるために形状が複雑となり、製造
コストが嵩むという問題点があった。
い第1のボールベアリング14は回転子5を回転自在に
支持するために必要であり、また波形ワッシャ16は回
転子5がモータケース3内で軸線方向に移動するのを阻
止するために必要であり、両部材は削除できず、それだ
けコストが嵩むという問題点があった。
ト6のイニシャライズを確実に行うために、作動シャフ
ト6がモータエンドとなるステップ数以上のステップ数
がステップモータ1に与えられるようになっているが、
ストッパ部11の周方向の位置に対してマグネット13
の着磁位置は決められていないので、ストッパ部11と
ピン33とが当接したときのマグネット13の着磁位置
は不定である。つまり、作動シャフト6の初期位置のと
き、第1のコイル7a、第2のコイル7bへの通電パタ
ーンが4パターンのうちのいずれであるか不明である。
従って、作動シャフト6を弁座27、28側に移動する
ように第1のコイル7a、第2のコイル7bに逆電流を
流した場合、実際に作動シャフト6が移動する通電パタ
ーンまでの複数のステップではピン33とストッパ部1
1とは当接することになる。つまり、ステップ数と作動
シャフト6の移動量との関係がばらつくことになり、制
御すべき流量がばらついてしまうという問題点があっ
た。なお、ストッパ部11とピン33とが当接したとき
のマグネット13の着磁位置を第1のコイル7a、第2
のコイル7bへの通電信号パターンを検出する検出手段
を備えることも考えることもできるが、この方法を採用
したときにはそれだけコストが嵩むという問題点があ
る。
ることを課題とするものであって、製造コストが低減さ
れ、またホルダの移動量を正確に制御することができる
ステップモータを得ることを目的とする。
モータは、モータケースと、このモータケースの内側に
設けられ磁界を発生する中空円柱状の固定子と、この固
定子の内部に回転自在に設けられ前記固定子の発生磁界
に応じてステップ状に回転する回転子と、この回転子に
固定されているとともに一端部にねじ部が形成されたシ
ャフトと、前記ねじ部に螺合され軸線方向に移動可能な
ホルダと、前記モータケースに固定されているととも
に、前記ホルダの回転運動を阻止しかつホルダが軸線方
向に移動するのを案内するガイドとを備え、前記回転子
は、回転子の一端部から突出した前記シャフトに設けら
れた支持部材と、前記回転子の他端部に設けられたベア
リングとにより回転自在に支持され、また前記支持部材
は、前記シャフトが貫通した貫通孔を有する円板状であ
り、かつ前記固定子とともにインサートモールド成形さ
れたときに固定子の内部に樹脂が入り込むのを防止する
ようになっている。
は、ベアリングはばねにより支持部材側に付勢されてい
る。
は、モータケースと、このモータケースの内側に設けら
れ磁界を発生する中空円柱状の固定子と、この固定子の
内部に回転自在に設けられ前記固定子の発生磁界に応じ
てステップ状に回転し、またS極とN極とが交互に配列
され、かつ切り欠き部により金型内の位置が定められる
マグネットを有している回転子と、この回転子に固定さ
れているとともに一端部にねじ部が形成されたシャフト
と、前記ねじ部に螺合され軸線方向に移動可能なホルダ
と、前記モータケースに固定されているとともに、前記
ホルダの回転運動を阻止しかつホルダが軸線方向に移動
するのを案内するガイドとを備え、前記ホルダの端部が
前記回転子に当接して回転子の回転が阻止されたときの
ホルダの初期位置と、前記マグネットの着磁位置との関
係が一定になっているものである。
は、流体の流量を制御する弁装置と一体化され、ホルダ
の往復動に応じて流体の流量を制御するようになってい
る。
は、ホルダの端部には通路を遮断する弁体が一体に設け
られている。
込まれた流量制御弁の断面図、図2は図1のステップモ
ータの部分断面斜視図、図3は図1のIII−III線
に沿う断面図、図4は図3のIV−IV線に沿う断面
図、図5は図1の回転子の斜視図、図6は図1のガイド
の部分断面斜視図、図7は図1の板ばねの正面図、図8
は図7の板ばねの側断面図である。この流量制御弁は、
アクチュエータとしてのステップモータ40と、このス
テップモータ40の作動により空気の流量を制御する弁
装置41とを備えている。前記ステップモータ40は、
モータケース3と、このモータケース3の内側に設けら
れた中空円柱状の固定子4と、この固定子4の中空部分
に回転自在に設けられた回転子42と、この回転子42
の中心部に設けられ回転子42の回転とともに回転する
作動シャフト43と、モータケース3に連結された円筒
形状のガイド44と、このガイド44内に設けられ軸線
方向に摺動可能なホルダ45とを備えている。
れた第1のコイル7a及び第2のコイル7bと、第1の
コイル7aの一部を覆った第1のステータ部80及び第
2のステータ部81と、第2のコイル7bを一部覆った
第3のステータ部82及び第4のステータ部83とを備
えている。図2に示すように、第1のステータ部80の
爪部80aと第2のステータ部81の爪部81aとは噛
み合っており、第3のステータ部82の爪部82aと第
4のステータ部83の爪部83aとは噛み合っている。
通して固定された円筒形状のスリーブ46と、このスリ
ーブ46の外側に固定されN極の磁石部、S極の磁石部
が交互に配設されているとともに位置決め部としての切
り欠き部73を有する円環状のマグネット72とを備え
ている。この切り欠き部73はマグネット72の着磁位
置と後述するスリーブ46の衝突部49の位置とが一定
の関係になるようにするためのものである。つまり、成
形金型内にマグネット72及び作動シャフト43を載置
した状態で、ポリフェニレンサルファイド樹脂を金型内
に射出成形してスリーブ46を成形するとき、金型内の
マグネット72は金型のストッパが切り欠き部73に当
接して所定の位置にあり、従ってマグネット72の着磁
位置とスリーブ46の衝突部49の位置とが常に一定の
回転子42を得ることができる。スリーブ46の端部に
は段部47が形成されている。この段部47には周方向
に延びて形成された溝部48が形成されている。段部4
7の端部は螺旋形状をしており、その端部の端面には矢
印Aの方向に回転子42が回転するのを阻止する衝突部
49が形成されている。段部47とモータケース3との
間には回転子42を回転自在に支持したボールベアリン
グ50が嵌着されている。溝部48にはボールベアリン
グ50をマグネット13側に付勢した板ばね51が組み
込まれている。板ばね51はばね鋼板で構成されてお
り、また欠円環形状をしており、通常は図8に示すよう
に片側に撓み変形している。
された軸部52と、この軸部52と一体のねじ部53と
から構成されている。軸部52の端部はポリフェニレン
サルファイド樹脂からなる円板状の貫通孔54aを有す
る支持部材54で回転自在に支持されている。図9は第
1の金型100と第2の金型101との内部に固定子4
及び支持部材54が配設された状態を示している。第1
の金型100内には固定子4の一側面が当接しており、
固定子4の他側面には支持部材54が載置されている。
この支持部材54は、ゲート102からポリフェニレン
サルファイド樹脂が金型100、101内に入り込んだ
とき固定子4の内部に樹脂が入り込まないように、固定
子4の全側面を覆っている。また、この支持部材54は
樹脂が矢印B及び矢印Cの方向に流れる通路となってい
る。
55と、このガイド本体55の端部に形成されたフラン
ジ56と、このフランジ56の周方向に120°間隔で
3個形成された円弧状の突起57とを備えている。ガイ
ド本体55は、内側円筒部58と外側円筒部59とから
構成されている。モータケース3の端部には、突起57
を挿入する挿入部60、及び挿入部60から周方向に延
びた先細の穴部61が形成されている。そして、突起5
7を挿入部60から挿入してガイド44を周方向に回動
させることで、回動方向に先細の突起57が穴部61に
嵌着される。この嵌着により、モータケース3とガイド
44とが仮止めされ、その後モータケース3とガイド4
4との当接部が熱融着され、モータケース3とガイド4
4とは連結される。
成され衝突部49と衝突して回転子42の回転を阻止す
る被衝突部62と、内側円筒部58の内壁面に軸線方向
に延びて形成された案内溝部63に嵌着され内側円筒部
58に対して軸線方向のみの移動を可能にする案内凸部
(図示せず)と、内周面に形成され作動シャフト43の
ねじ部53に螺合した雌ねじ部65とを有している。モ
ータケース3は、第1の吸気通路67及び第2の吸気通
路68が形成されたハウジング66に対して固定ねじ2
1によって固着されている。
弁座69と、弁座69に対向しているとともにホルダ4
5と一体の弁体70と、ガイド44と弁体70との間に
設けられ弁体70を弁座69側に付勢したスプリング7
1とを備えている。
て説明する。固定子4のコイル7a、7bに制御ユニッ
ト(図示せず)から電気信号が入力されると、回転子4
2がそのときの電気信号に応じて正または逆回転する。
スリーブ46は作動シャフト43の軸部52に固着され
ているので、回転子42の回転とともに軸部52、及び
軸部52と一体のねじ部53は回転する。ねじ部53が
雌ねじ部65に螺合しているので、ねじ部53の回転に
伴い、ガイド44には回転力が作用するが、このガイド
44はモータケース3と一体的に連結されているので、
ガイド44の周方向の回転は阻止される。そのため、ね
じ部53は雌ねじ部65と協働して、所謂「送りねじ」
として作用し、ホルダ45は軸線方向にスプリング71
の弾性力を受けながら往復動する。
に移動したときには、ホルダ45と一体の弁体70は弁
座69に接近して空気の流路面積が漸減し、第1の吸気
通路67、第2の吸気通路68を通って内燃機関に流通
する空気量が漸減する。そして、ホルダ45の送り出し
量が最大となったときには、弁体70は弁座69に接触
し、第1の吸気通路67と第2の吸気通路68とは弁体
70で遮断される。一方、弁体70の開弁側の位置は、
スリーブ46の衝突部49とホルダ45の端部の被衝突
部62との当接位置で決定される。
のコイル7a、第2のコイル7bにはそれぞれ通電方向
が切り替えられ、全部で4つの通電パターンに切り替え
ることができる。この各パターンに応じて第1のステー
タ部80、第2のステータ部81、第3のステータ部8
2及び第4のステータ部83にはN極またはS極の極性
が決まる。この極性の磁界の中で、マグネット72との
間で互いに作用する磁力が釣り合う位置まで、回転子4
2は所定の角度回転し、その位置が保持される。第1の
コイル7a、第2のコイル7bへの通電パターンを、第
1の通電パターン、第2の通電パターン、第3の通電パ
ターン、第4の通電パターン、第1の通電パターン、第
2の通電パターン・・・・の順序で切り替えた場合、そ
の都度、回転子42は所定の角度、同一方向に回転し、
ホルダ45も軸線方向に所定の距離ずつ移動する。
ステップモータ40を駆動させるためには、ホルダ45
を予めイニシャライズ、つまりスリーブ46の衝突部4
9とホルダ45の被衝突部62とが当接する位置まで移
動させ、ホルダ45の初期位置を決定する必要がある。
このイニシャライズを確実に行うために、ホルダ45が
モータエンドとなるステップ数以上のステップ数がステ
ップモータ40に与えられるようになっている。
り欠き部73と衝突部49との位置関係が予め分かって
いる。つまり、スリーブ46の衝突部49とホルダ45
の端部の被衝突部62とが当接し、ホルダ45がモータ
エンドの位置にあるときのマグネット72の着磁位置は
分かっている。従って、このマグネット72の着磁位置
に合わせて、ホルダ45が弁座69の方向に実際に移動
を開始する通電パターンになるように、第1のコイル7
a、第2のコイル7bに逆電流を流すことができる。こ
の通電パターンをホルダ45が弁座69の方向に実際に
移動する開始パターンにすることで、ステップ数とホル
ダ45の実際の移動量との関係は第1のステップから比
例関係となり、内燃機関に送られる空気流量は正確に制
御される。
テップモータによれば、モータケースと、このモータケ
ースの内側に設けられ磁界を発生する中空円柱状の固定
子と、この固定子の内部に回転自在に設けられ前記固定
子の発生磁界に応じてステップ状に回転する回転子と、
この回転子に固定されているとともに一端部にねじ部が
形成されたシャフトと、前記ねじ部に螺合され軸線方向
に移動可能なホルダと、前記モータケースに固定されて
いるとともに、前記ホルダの回転運動を阻止しかつホル
ダが軸線方向に移動するのを案内するガイドとを備え、
前記回転子は、回転子の一端部から突出した前記シャフ
トに設けられた支持部材と、前記回転子の他端部に設け
られたベアリングとにより回転自在に支持され、また前
記支持部材は、前記シャフトが貫通した貫通孔を有する
円板状であり、かつ前記固定子とともにインサートモー
ルド成形されたときに固定子の内部に樹脂が入り込むの
を防止するようになっているので、従来構造が複雑でコ
ストが高いスライド軸受が不要となり、製造コストが低
減される。また、コストが高いボールベアリングの替わ
りに支持部材が用いられており、製造コストが低減され
る。さらに、支持部材は、シャフトが貫通した貫通孔を
有する円板状であり、かつ固定子の一側面を覆っている
ので、インサートモールド成形されたときに固定子の内
部に樹脂が入り込むのは防止される。
れば、ベアリングは、ばねにより支持部材側に付勢され
ているので、回転子が軸線方向に移動するのが阻止され
る。
れば、モータケースと、このモータケースの内側に設け
られ磁界を発生する中空円柱状の固定子と、この固定子
の内部に回転自在に設けられ前記固定子の発生磁界に応
じてステップ状に回転し、またS極とN極とが交互に配
列され、かつ切り欠き部により金型内の位置が定められ
るマグネットを有している回転子と、この回転子に固定
されているとともに一端部にねじ部が形成されたシャフ
トと、前記ねじ部に螺合され軸線方向に移動可能なホル
ダと、前記モータケースに固定されているとともに、前
記ホルダの回転運動を阻止しかつホルダが軸線方向に移
動するのを案内するガイドとを備え、前記ホルダの端部
が前記回転子に当接して回転子の回転が阻止されたとき
のホルダの初期位置と、前記マグネットの着磁位置との
関係が一定になっているので、簡単な構造の切り欠き部
を形成することで、ホルダの初期位置における固定子へ
の通電パターンを所定の通電パターンに合わせることが
でき、ホルダの移動量を正確に制御することができる。
れば、流体の流量を制御する弁装置と一体化され、ホル
ダの往復動に応じて流体の流量を制御するようになって
いるので、ホルダの移動量を正確に制御でき、流体の流
量を正確に制御できる。
れば、ホルダの端部に通路を遮断する弁体が一体に設け
られているので、弁装置と一体のステップモータの構造
が簡単化される。
組み込まれた流量制御弁の断面図である。
る。
る。
タ、42 回転子、43作動シャフト、44 ガイド、
45 ホルダ、49 衝突部、53 ねじ部、54 支
持部材、70 弁体、72 マグネット、73 切り欠
き部。
Claims (5)
- 【請求項1】 モータケースと、 このモータケースの内側に設けられ磁界を発生する中空
円柱状の固定子と、 この固定子の内部に回転自在に設けられ前記固定子の発
生磁界に応じてステップ状に回転する回転子と、 この回転子に固定されているとともに一端部にねじ部が
形成されたシャフトと、 前記ねじ部に螺合され軸線方向に移動可能なホルダと、 前記モータケースに固定されているとともに、前記ホル
ダの回転運動を阻止しかつホルダが軸線方向に移動する
のを案内するガイドと を備え、前記回転子は、回転子の一端部から突出した前記シャフ
トに設けられた支持部材と、前記回転子の他端部に設け
られたベアリングとにより回転自在に支持され、また前
記支持部材は、前記シャフトが貫通した貫通孔を有する
円板状であり、かつ前記固定子とともにインサートモー
ルド成形されたときに固定子の内部に樹脂が入り込むの
を防止するようになっている ステップモータ。 - 【請求項2】 ベアリングはばねにより支持部材側に付
勢された請求項1に記載のステップモータ。 - 【請求項3】 モータケースと、 このモータケースの内側に設けられ磁界を発生する中空
円柱状の固定子と、 この固定子の内部に回転自在に設けられ前記固定子の発
生磁界に応じてステップ状に回転し、またS極とN極と
が交互に配列され、かつ切り欠き部により金型内の位置
が定められるマグネットを有している回転子と、 この回転子に固定されているとともに一端部にねじ部が
形成されたシャフトと、 前記ねじ部に螺合され軸線方向に移動可能なホルダと、 前記モータケースに固定されているとともに、前記ホル
ダの回転運動を阻止しかつホルダが軸線方向に移動する
のを案内するガイドとを備え、 前記ホルダの端部が前記回転子に当接して回転子の回転
が阻止されたときのホルダの初期位置と、前記マグネッ
トの着磁位置との関係が一定になっているステップモー
タ。 - 【請求項4】 流体の流量を制御する弁装置と一体化さ
れ、ホルダの往復動に応じて流体の流量を制御するよう
になっている請求項3に記載のステップモータ。 - 【請求項5】 ホルダの端部には通路を遮断する弁体が
一体に設けられている請求項4に記載のステップモー
タ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04787798A JP3442643B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | ステップモータ |
US09/158,896 US6157103A (en) | 1998-02-27 | 1998-09-23 | Step motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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