JPS61231863A - ステツプモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はステップモータに関し、特に、剛性円形スプラ
インとこれに噛み合う可撓性スプラインとを用いて可撓
性スプラインを楕円形に撓ませるとともにその楕円を回
転させることにより高い減速比を得ることのできる調和
歯車装置を組合せたステップモータに関する。

従来の技術 調和歯車装置を組込んだステップモータは、例えば特公
昭４ｔｒ　−１ｓｏ４ｔ９号会報（昭和４ｔざ年り月／
７日出願公告）に開示されている。この公報に記載され
たステップモータは、外側の側！円形スプラインと、こ
の円形スプラインの歯に係合する歯を備えた向傷の可撓
性スプラインと、該可撓性スプラインに対して半径方向
外側から磁界を与えこの可撓性スゲツインを楕円形に撓
ませて円形スプラインに対して直径方向く対向する一点
で係合させる、複数の磁極を備えた磁界発生手段と、該
磁界発生手段の磁極を順次励磁して可撓性スプラインの
楕円形状を回転させ、これにより円形スプラインと可撓
性スプラインとの間に両スプラインの歯数差に比例した
相対回転を生じさせる励磁手段とを備えている。

このステップモータは、磁界発生手段の磁極を順次励磁
することによって可撓性スプラインの楕円を回転させ、
これＫより円形スプラインに対して大きな減速比を得る
ので、ステップモータの分解能が極めて高くなる利点を
有し、しかもその高分解能を得るの釦複雑で嵩高い減速
歯車を必要としない利点もあり、従って小型の高分解能
ステップモータが極めて簡単な構造で得られる。

発明が解決しようとする間濁点 しかしながら、上記のステップモータにおいては、磁界
発生手段はその磁気吸引力によってのみ可撓性スプライ
ンを楕円に変形させて〜またので、その磁気吸引力を強
くせねばならず、また可撓性スプラインに対して磁気抵
抗すなわちリラクタンスを減少させるよう良磁性体でな
る板ばねを裏打インに内ｆｌｉｌｌｃロール状に巻かれ
、該スプラインに対してスポット溶接等で固着されてい
る。このため、可撓性スプラインに対してこれを楕円に
変形させる際、変形のために音が発生し、楕円を高速で
回転させるとその音が大きくなって、モータからの騒音
が激しくなる。また、板ばねの変形の際の層方向ずれに
対処するため、」滑油を供給せねばならず、途絶えると
摩擦熱が発生し、更には摩損してしまうおそれがある。

従って、本発明の目的は、可撓性スプラインの楕円変形
を磁気吸引力にのみ頼らず、磁気的反撥力を用いて楕円
形を形成し、また、可撓性スプラインに対して裏打ち材
を不要にするステップモータな提供するＫある。

問題点を解決するための手段 かかる目的を達成するため、本発明による、調和歯車装
置付ステップモータにおいては、可撓性スプラインの歯
に対応する部分く、可撓性の永久磁石片が磁界発生手段
の７ｍｇに対応して取付けらＱｑマ’ｍＩＡ−−ｐ−１
’エノ＋／ＩＪ＋Ｉ！／ａＴＡｆｔｌｒ−ＩＷ４ｒｒＪ
−↓４Ｊモト１１Ｌ】−られていない。この永久磁石片
は、希土類コバルト磁石材料を有機バインダで結合した
プラスチック磁石であるのが好ましい。このよ５に、磁
界発生手段の磁極に対応して永久磁石を可撓性スプライ
ンに取付けたことにより、磁気吸引力のみならず、磁気
反撥力を可撓性スプラインに作用させることができ、こ
のため楕円の形成及びその回転が精密に且つ容易に行わ
れる。また、磁気吸引力も永久磁石のない時に比べはる
かに増大し、磁界発生手段の磁界強度を小さくすること
ができ、これによりモータ全体の寸法を小型化できる。

本発明の好ましい実施例においては、磁界発生手段の複
数の磁極が全体として円形の空胴を形成するようにモー
タハクソングの内側に固定され、この磁界発生手段の内
側に可撓性スプラインがモータハウジングに対して固定
され、該スプラインの、磁極に対面する側に磁極と同数
の永久磁石片が固着されている。可的性スプラインの内
側には、該スプラインに１＊み合う歯を備えた心性円形
スプラインが回転可能に取付けられこの円形スプライン
に出力軸が取付けられる。磁界発生手段の磁極を励磁す
ると、可撓性スプラインが楕円に変形させられ、頑次他
の磁極を励磁すると、その楕円が回転し、可撓性スプラ
インの歯と剛性円形スプラインの歯の歯数差に対応した
大減速比の回転が得られる。

実施例 。、以下本発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。先ず、本発明の詳細な説明に先立って、調和
歯車装置の原理について一般的な説明をする。第１図に
示すように、調和歯車装置は、剛性の円形スプライン１
と、この円形スプラインｌに噛み合う可撓性スプライン
２とを備え、該可撓性スプライン２はウェーブジェネレ
ータ８により楕円形に撓められている。ウェーブジェネ
レータ８は可撓性スプライン２を楕円形に撓めるだけで
なくその楕円形を回転させるものであり、この楕円の回
転の際可撓性スプラインを回転させないようメールベア
リング４を備えている。

可撓性スプライン２は楕円に撓められるため、その歯は
円形スプラインに対し矢印Ａ、Ｂの２点でしか噛み合わ
ない。なお、円形スプライン１の歯数は可撓性スプライ
ンの歯数とは異なっており、例えば円形スプライン１は
可撓性スプライン２の歯よ９２枚多く形成される。

第２図（ａｌ〜（ｄ）において、ウェーブジェネレータ
３を時計方向に回転させた場合の円形スプラインｌと可
撓性スプライン２との関係が示されている。

ウェーブジェネレータ３が第一図（ａ）の位置にあると
き、円形スプライン１の１つの歯５は可撓性スプライン
２の７つの歯６に噛み合っている。ウェーブジェネレー
タ３を第二図（ｂｌに示すように９００回転させると、
可撓性スプライン２はその楕円形状が回転し、円形スプ
ラインｌと可撓性スプライン２の噛み合う位置がウェー
ブジェネレータ３の長軸の回転に従って移動する。第２
図（ｃｌに示すように、ウェーブジェネレータ３が／ｇ
００回転すると、歯５と歯６が再び噛み合うがその位置
は歯数／秋分だけ回転方向とは反対の方向にずれる。

そして、第二図（ｄｌに示すように、ウェーブジェネレ
ータ８が３６０°回転すると歯ひと歯６とは歯数ａ秋分
だけ回転方向とは反対の方向にずれる。

このように、噛合い位置が順次ずれる動きを出力として
とシ出せば、大きな減速比を得ることができる。

因みに、可撓性スプライン２を固定し、円形スプライン
１に出力軸を設けた場合の速度比Ｒは、可撓性スプライ
ン２の歯数をＺ／　、　　円形スプラインの歯数をＺｅ
　（＝　Ｚｆ＋、２）とすると、Ｚｃ　　　　　　　　
　Ｚｃ　　　　　　　Ｚｃ従って、減速比では、 として得られる。すなわち歯数を多くすることによって
簡単に大きな減速比を得ることができる。

なお、上記の例では、可撓性スプラインｚｔ″剛性円形
スプライン１の内側に設けたが、勿論可撓性スプライン
２を円形スプライン１の外側に設けることもできる。

次に１かかる調和歯車装置を用いたステップモータの原
理について説明する。第１図の例では、ウェーブジェネ
レータが可撓性スプラインの形状を楕円に撓ませている
が、ステップモータでは、このウェーブジェネレータが
磁界発生手段に代る。

説明の便宜のため、第３図に、特公昭ｑｇ−／　！；０
４１９号公報の第１図を用いて説明する。

第３図において、モータハウジングｌＯの内側Ｋｆｆｉ
界発生手段となる多数の磁極を備えた電磁石１２が取付
けられ、この電磁石のコア１４にはそのほぼ中央に剛性
円形スプライン１６が固着されている。この円形スプラ
イン１６の内側にこれと噛合う筒状の可撓性スプライン
１８が回転可能に且つ各磁極と隙間をあけて配置され、
可撓スプライン１８には軸受２０，２０を介して出力軸
２２が取付けられている。また、可撓性スプライン１８
の内側には、リラクタンス減少用の磁性体で成る板ばね
材２４がロール状に巻回されて固着されている。

作動時、隣接する一つの磁極が７組になって、直径方向
に対向する二組で励磁されると可撓性スプライン１８が
その二点で磁気吸引され楕円形に変形させられる。次に
、その磁極の組が消磁されるとともに隣シの磁極組が励
磁されると、その楕円形状が回転し始め、この励磁を次
々に変えていくととＫより楕円が回転し、第１図のウェ
ーブジェネレータを回転したのと同じ効果を得る。すな
わち、磁界発生手段が通常の調和歯車装置のウェーブジ
ェネレータの作用をしており、また普通のステップモー
タと比べると、磁極を／サイクル分動励磁しても先に示
した減速比１で出力軸が回転するので、高い分解能で且
つ高いトルクを持つステップモータとなる。

本発明は、上記した調和歯車装置付ステップモータを改
良するもので、以下その一実施例を説明する。第ダ図〜
第６図において、モータハウジング８０には、その内側
に磁界発生手段としての磁極８ｚが多数（本例では２４
極）全体としてほぼ円形の空胴を形成するように並べて
固着されている。各磁極はコア８４とコイル８６とから
成シ、コイル８６にはリード線８８から電流が供給され
る０ 田極群の内側には可撓性スプライン４０が配置され、こ
のスプラインは、その一端縁４２が半径方向外方に延長
していて、いわゆるシルクハツト形状に形成され、端縁
４２でハウジング８０にねじ４４等によシ固着されてい
る。可撓性スプライン４０は、良好な磁性体で成るのが
好ましく、例えば低炭素鋼が用いられる。この磁性体で
成る部分は、磁極に対応する部分だけであってもよく、
磁極８２からの磁界の磁気抵抗（リラクタンス）を小さ
くできればよい。

本発明におかては、磁極８２に対応する可撓性スプライ
ンの外面には、該磁極に対面して永久磁石片４６が固着
されている。この永久磁石片４６は、磁極８ｚに対応す
る数だけ、第６図に示すようにＮ極とＳ極とを交互に並
べて取付けられるのが好ましい。また、永久磁石片４６
は可撓性スプラインの楕円変形に対応できるよう、可撓
性の永久磁石材料で成シ、好ましくは希土類コバルト礎
石材料を有機バインダで結合したいわゆるプラスチック
磁石であるのが好ましい。発明者等が使用したものは、
東北金属工業株式会社製のＬＳ−＜ｊｏ、ＬＳ−６０、
ＬＳ−ＫＯという製品番号のグラスチック磁石であった
。

可撓性スプライン４０の内側には、該スプライン４０に
噛み合う歯を備えた剛性円形スプライン４８が設けられ
ている。円形スプライン４８は、中空円筒状に形成され
モータハウジング８０に対して軸受５０．５２を介して
回転可能に支持されている。円形スプライン４８の一方
の端縁５４はハウジング８０より突出しておシ、この部
分にシャフト等の出力部材（図示せず）を取付けること
ができるようになっている。なお円形スプライン４８の
歯数は、前述のとおシ、可撓性スプライン４０の回数と
は異なっている。

モータハウジング８０は、各部品を組込むために１３つ
の部分から成シ、これらが互いにねじ等によシ固着され
る。しかし、組込みが可能な限シコ分割であっても一体
構造であってもよい。

第７図及び第５図を参照すると、各磁極の結線とその励
磁法が示されている０第７図において、磁極８２はｊ＋
個設けられ、これに対応して可撓性スプライン４０には
２ダ伊の永久磁石片４６が２ｔ＠固着されておシ、永久
磁石片４６は隣接する磁石片に対して反対の極性（正確
には磁極に面する表面での極性）を有するよう並べられ
ている。

説明の便宜上、各磁極用リード８８には♂、ｂ・・・・
・・・・・ｅなる記号が付され、直径方向に対向するリ
ードにδ′、ｂ′・・・・・・ｅ′なる記号が付されて
いる。

第を図において、リードａ及びリードｂ−に矢印方向の
電流を供給すると、図示のような磁路ｍ。

が形成され、これによシ可撓性スプライン４０は矢印６
０方向に磁気吸引される。同様に隣接する磁極を励磁し
て磁路ｍ２　ｍ　ｍ５を形成することによって更にその
吸引力を増すことができる。この吸引力は、可撓性ス″
；ｆライン４０のリラクタンスを利用するだけでなく、
磁石片４６の吸引力（いわゆるクーロン力）を利用して
いるので公知の可変シックタンス型式のものに比べはる
かに大きい０他方、リードに′　、ｌ　Ｋは、第６図に
図示の電流が同時に供給される。これにより磁極８２か
らは磁石片４６に反撥する磁界が発生され、これにより
矢印６２に示すように、可撓性スプライン４０を内側に
押圧する力すなわち反撥する力が与えられる。このよう
に、リードａ　Ｈｌ）’　　Ｈｅ　＋　ｄ’ｓ戸　及び
リードａ’　Ｈｂ　ＨＣ’　Ｈｄ　ｅ　＠’　ｅ　／　
には可撓性ス′：ｊ′ライン４０を吸引する方向の磁界
を発生する常流が供給され、リードｇｏ”　　、ｌ−１
’５ｋｅｅ’及びｖ−ドｇ／　ｔｈｔ＋’　ｅｌｓｋ’
　、６には可撓性スプライン４０に反撥する方向の磁界
を発生する電流が供給されると、第７図に示すように可
撓性スプライン４０が楕円形に撓められ、剛性円形スプ
ライン４８に対して、短軸６４上の一点でのみ噛み合う
ことになる。

次に、リードｂ−／、ｂ’〜／’の電流はそのままにし
て、リードａ、５ｓ’４Ｃ逆方向の電流を流すこととも
にリードｇ　、　ｇ’　　の電流も逆方向にすると、吸
引磁界と反撥磁界が／磁極分だけ相回転し、楕円形が／
磁極分だけ回転する。このようにして、七の磁極の励磁
電流の向きを順に反転させていくと可撓性スプライン４
０が同定されたままその楕円形状を回転させていき、楕
円が一回転すると、第１図及び第２図（ａｌ〜（ｄ）で
説明したように、剛性円形スプライン４８を歯数差分だ
け回転させると上記励磁ステップの順序を逆にすれば、
その回転方向は逆になる。

なお、上述の例では、全ての磁極を利用したフルステラ
ｆ駆動であるが、磁極を一つおきに励磁したハーフステ
ップ駆動にすることもできる。

第９図は直径方向に対向する一つの磁極（例えばａ、ａ
’）を励磁する駆動回路を示しておシ、この回路は、例
えばコイルδ、コイルａ′　の励磁を行５ｔつのトラン
ジスタ０．〜Ｑ４で成る。吸引方向の励磁においては、
トランジスタＱ１　ｓ　Ｑ４がオンにされ、トランジス
タＱ２　、　Ｑ＝がオフにされると実線方向に電流が供
給されて、吸引磁界がコイルａ　、　ａ’　　から発生
される。逆にトランジスタＱ２゜Ｑ４　　がオフにされ
ると破線方向に電流が供給され、コイルａ　、　ａ’　
　は反撥磁界を形成する。このように、各磁極の励磁も
極めて簡単な駆動回路で両極性すなわちパイポー２駆動
することができる。

このようにバイポーラ駆動することで、ユニポーラ（す
なわち巻線には一方向くしか電流を流さない方式）駆動
した場合の巻線を一対必要とする不利がなくなり、また
、それによる巻線への相互誘導による起電力を生じない
ので、高速で高トルクの駆動が可能になる。

なお、上記した実施例に示すステップモータの出力トル
クを実測したところ、公称値／　ＯＮ−ｍを得ることが
できた。また、上記実施例では、磁極数、！ｌ相数７．
２）としているが、最大３２極（／６相）まで可能であ
ることも確認した。

発明の効果 上記の通り、本発明においては、永久磁石片が可撓性ス
プラインの吸引力だけでなく反撥力をも与えて楕円の形
成に太き彦力を発揮し、ま九吸引時においても可変リラ
クタンスを利用するだけでなく、磁極によるいわゆるク
ーロン力も利用することができるので極めて効率よく小
さな磁界で楕円を形成することができる。従って、磁界
発生手段も小形になシ、モータ全体が小形化できる。

そして、楕円形成の力が強いため、公知のステップモー
タのように可撓性スプラインに対してリラクタンス減少
用補助部材を一切必要としなくなシ、これに伴なう騒音
も一切なくなシ、更に該部材に必要とした潤滑の問題も
なくなるので、スプラインの噛み合い部分に乾式潤滑を
施せばよいだけになる。

また、本発明によるステップモータでは永久磁石を用い
ているので可変リラクタンス方式のステップモータに比
べ多極にすることができ、このため分解能を高めるとと
もに、）ルクを高くすることができる。

更に、可撓性スプラインを外側に配置した場合、楕円形
の回転中心ずれ（いわゆるデドイダル）に対して該スプ
ラインの外側から円形リング等を用いてそのずれを修正
することが極めて簡単に行える０

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の調和歯車装置の概略正面図、第２図（ａ
）〜（ｄ）は調和歯車装置の動作説明図、第３図は公知
のステップモータの一部破断した斜視図、 第７図は本発明によるステップモータの一部破断した側
面図、 第３図は第７図に示した本発明によるステップモータの
一部破断した斜視図、 第６図は第グ図のステップモータの可撓性スプラインの
一部破断した斜視図、 埴り図は磁界発生手段と両スプラインとの関係をを示す
正面図、 第ｇ図は第７図の一部を拡大し、磁界とその力を示す説
明図、 第９図はコイルを励磁する駆動回路を示す回路図である
。 １．１６．４８・・・・・・円形スプライン、２．１８
．４０・・・・・・可撓性スプライン、８・・・・・・
ウエープソエネレータ、１０．８０・・・・・・ハウジ
ング、 １２・・・・・・電磁石、 ２４・・・・・・板ばね材、 ８ｚ・・・・・・磁極、 ４６・・・・・・永久磁石片０ 第１図 第２図 （ａ）　　　　　　　（ｂ） （ｃ）　　　、／’　　　（ｄ） 第３図 ２４：＠バ；ｆ−唇 第４図 第５図 Ｕ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．剛性円形スプラインと、この円形スプラインの歯に
   係合する歯を備えた可撓性スプラインと、該可撓性スプ
   ラインに対して半径方向外側から磁界を与えこの可撓性
   スプラインを楕円形に撓ませて円形スプラインに対して
   直径方向に対向する２点で係合させる、複数の磁極を備
   えた磁界発生手段と、該磁界発生手段の磁極を順次励磁
   して可撓性スプラインの楕円形状を回転させ、これによ
   り円形スプラインと可撓性スプラインとの間に両スプラ
   インの歯数差に比例した相対回転を生じさせる励磁手段
   とを備えたステップモータにおいて、 可撓性スプラインの歯に対応する部分には、可撓性の永
   久磁石片が前記磁界発生手段の磁極に対応して取付けら
   れ、可撓性スプラインの楕円変形を磁気吸引力だけでな
   く反撥力を与えることによって強化したことを特徴とす
   るステップモータ。
2. ２．永久磁石片が希土類コバルト磁石材料を有機バイン
   ダで結合したプラスチック磁石材料である特許請求の範
   囲第１項記載のステップモータ。
3. ３．永久磁石材料が前記磁界発生手段の磁極数と同じ数
   だけ設けられている特許請求の範囲第１項記載のステッ
   プモータ。
4. ４．磁極数が２４個である特許請求の範囲第３項記載の
   ステップモータ。
5. ５．前記磁界発生手段の磁極はモータハウジングの内側
   に複数の磁極が全体として円形になるように固定されて
   ステータを形成し、このステータの内側に可撓性スプラ
   インがモータハウジングに固定されて配置され、この可
   撓性スプラインの内側にモータハウジングに対して回転
   可能に剛性円形スプラインが配置され、該円形スプライ
   ンに出力軸が取付けられて成る特許請求の範囲第１項記
   載のステップモータ。
6. ６．可撓性スプラインがその一方の端縁で半径方向外方
   に延びており、該延長端縁部がハウジングに取付けられ
   ている特許請求の範囲第５項記載のステップモータ。
7. ７．楕円に形成された可撓性スプラインは、その長軸部
   分が磁界発生手段の磁極と永久磁石片との吸引力によっ
   て、短軸部分が磁極と磁石との反撥力によって、それぞ
   れ形成されている特許請求の範囲第５項記載のステップ
   モータ。