JP2002136094A - ステッピングモータ - Google Patents

ステッピングモータ

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JP2002136094A
JP2002136094A JP2000329953A JP2000329953A JP2002136094A JP 2002136094 A JP2002136094 A JP 2002136094A JP 2000329953 A JP2000329953 A JP 2000329953A JP 2000329953 A JP2000329953 A JP 2000329953A JP 2002136094 A JP2002136094 A JP 2002136094A
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poles
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Yuzuru Suzuki
譲 鈴木
Taketoshi Ooyashiki
剛敏 大屋敷
Kunitake Matsushita
晋武 松下
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/14Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2726Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of a single magnet or two or more axially juxtaposed single magnets
    • H02K1/2733Annular magnets

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、トルクなどの性能は維持し簡潔構
造でコギングを低減し低振動のステッピングモータを提
供することを目的とする。 【解決手段】 本発明のステッピングモータは、ホビン
6にマグネツトワイヤーを巻回したコイル8を複数の極
歯13を内周に形成したステータヨーク9、10に挿入
実装し、2個重ね合わせにして一体化したステータユニ
ット5と、複数の極歯13と所定間隔を隔てて回転自在
に配置され、外周に多極着磁したロータユニット19と
を備え、ロータユニット19の多極着磁をS極とN極と
を周方向に交互に行い、一対のS極とN極との磁極幅は
予め定めた一定値とし、一対のS極とN極のそれぞれの
磁極幅は互いに異なるものとした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、PMステッピング
モータの特性向上に関するものであり、詳しくはロータ
の磁極構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、プリンタ、ファクシミリ、フロッ
ピー(登録商標)ディスクドライブなどの各種機器は、
その高性能化に伴い、高トルクなどの高性能と、低コギ
ングで低振動の高品質のステッピングモータが求められ
てきている。各種機器に使用されるPM型ステッピング
モータは、これらの要望に応え改良は進められているも
のの、それらの要求は相反するものであり、両者を満足
させることは難しい状況にある。
【0003】PM型ステッピングモータは、ステータユ
ニットの内側にロータユニットが回転自在に配置され、
ステータユニットとロータユニットの磁束の相互作用に
よりロータユニットが回転するものであり、図8は、こ
の従来のロータユニット29の斜視図と、その表面に着
磁されるS極とN極の展開パターン図を示す。
【0004】図8(A)に示すように、ロータユニット
29は、ホルダー27が回転中心となるシヤフト23に
圧入固定され、このホルダー27の外周面には磁石24
が同軸的に固定され、磁石24の周方向に所定の間隔で
着磁を施し、図4(B)に示す磁極の展開パターンを形
成している。
【0005】図8(B)に示すように、S極とN極の展
開パターンは、S極とN極とが交互に着磁がされて、S
極とN極は、同じ磁極幅(W1=W2)に着磁されてい
る。そのため、磁束が変動するときコギングが発生する
という問題がある。
【0006】低コギング化は一般の積層型モータのよう
に相が周方向に配されていれば、ロータの磁極にスキュ
ーを付けるなどの方法で対処することができるが、この
ように、軸方向に相が構成されるPMステッピングモー
タでは、対処方法として、極歯の形状でスキューを付け
る程度しかなく改善が難しい状況にある。
【0007】また、極歯の形状にスキューを付けコギン
グの低減を行う場合は、そのスキューは板金加工で形成
するため、試作に金型を必要とし、多くの費用と時間が
必要とする上に精度の維持も難しく、容易に行うことが
できないものであった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑み
てなされたものであって、トルクなどの性能は維持し簡
潔構造でコギングを低減し低振動のステッピングモータ
を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のステッピングモ
ータは、ホビンにマグネツトワイヤーを巻回したコイル
を複数の極歯を内周に形成したステータヨークに挿入実
装し、2個背中合わせに重ねて一体化したステータユニ
ットと、前記複数の極歯と所定間隔を隔てて回転自在に
配置され、外周に多極着磁したロータユニットとを備
え、前記ロータユニットの多極着磁をS極とN極とを周
方向に交互に行い、一対のS極とN極との磁極幅は予め
定めた一定値とし、前記一対のS極とN極のそれぞれの
磁極幅は互いに異なるものとした。
【0010】また、前記一対のS極とN極との磁極幅
は、電気角で15度から50度の範囲で異なることとし
た。
【0011】さらに、前記一対のS極とN極は、N磁よ
りS極の磁極幅を小としたものと、逆にN極よりS極の
磁極幅を大としたものとを交互に配することとした。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
【0013】図1は、本発明に関わるPM(永久磁石)
型ステッピングモータの一部を切り欠いた斜視図を示
す。
【0014】図1に示すように、このPM型ステッピン
グモータは、ステータユニット5と、ロータユニット1
9とで主に構成されている。ステータユニット5は、軟
磁性材の鋼板を立体的にドーナツ状に折曲げてその内周
に複数の極歯13を形成したステータヨーク9、10
に、マグネツトワイヤーをボビン6に巻回して構成した
コイル8をそれぞれ挟持するように挿入実装したもので
あり、このステータユニット5を2個背中合わせに重ね
て樹脂モールドにて一体とし、ステンレス鋼板を打抜い
て製作したフランジ1と15に固定されている。
【0015】一方、ロータユニット19は、外周に磁石
4が固定される樹脂製のホルダー17が回転中心となる
シャフト3に圧入されたものであり、シャフト3は、フ
ランジ1、15の中央部にそれぞれ固定された軸受2と
軸受16(図3参照)に回転自在に取り付けられてい
る。
【0016】図2は、ステータユニット5の構成を示す
断面図を示す。
【0017】ドーナツ状に構成されたステータヨーク1
0は、その極歯13がもう一方のステータヨーク9の極
歯13と等間隔に噛み合うようにその外周をステータヨ
ーク9と嵌合され、その内部にはマグネットワイヤーを
ボビン6に巻回して構成したコイル8が挿入実装されて
ステータユニット5が構成されている。
【0018】図3は、本発明に関わるPM型ステッピン
グモータの縦断面図を示す。
【0019】ステータユニット5は、図2に示すように
構成され、ロータユニット19は、樹脂製のホルダー1
7が回転中心となるシヤフト3に圧入固定され、このホ
ルダー17の外周面には磁石4が同軸的に固定されてい
る。磁石4の固定方法は、磁石4をインサート成形する
方法でもよいし、また、磁石4を圧入挿入する方法でも
よい。
【0020】このように構成されたロータユニット19
は、磁石4がステータユニット5の極歯13と微小間隔
離間して同軸で対向するように、フランジ1、15の中
心部にカシメなどにより設けられた軸受2、16でシヤ
フト3が回転自在に保持され、フランジlと15は、プ
ロジェクション溶接などの方法によりそれぞれステータ
ユニット5に固定されている。
【0021】図4は、本発明に関するロータユニット1
9の斜視図と、その表面に着磁されるS極とN極の展開
パターン図を示す。
【0022】図4(A)に示すように、ロータユニット
19は、ホルダー17が回転中心となるシヤフト3に圧
入固定され、このホルダー17の外周面には磁石4が同
軸的に固定されている。このように構成されたロータユ
ニット19は、図示しない着磁器を用いて磁石4の周方
向に所定の間隔で着磁を施し、図4(B)に示す磁極の
展開パターンを形成する。
【0023】図4(B)に示すように、S極とN極の展
開パターンは、S極とN極とが交互に着磁がされている
が、一対のS極とN極との磁極幅Pは予め定めた一定値
として一対のS極とN極のそれぞれの磁極幅は互いに異
なるものとし、N極よりS極の磁極幅を大としたもので
ある。
【0024】次に、この実施例のPM型ステッピングモ
ータの作動につき図1から図4を基に説明する。
【0025】ロータユニット19は、ステータユニット
5とロータユニット19の磁束の相互作用により回転す
るものであり、ステータユニット5のコイル14にパル
ス状の駆動電圧が与えられると磁束が発生し、ステータ
ヨーク9と10の極歯13より磁束がロータユニット1
9のS極に入り隣りのN極を介し再び磁束が入力したス
テータヨーク極歯の隣りの極歯13に入り、パルス状の
駆動電圧によりこれらが順次繰り替えされ回転が行なわ
れる。
【0026】図5は、本発明に関わるPM型ステッピン
グモータに関し、ロータユニット5が回転したときの電
気角(度)に対する逆起電力の電圧Eの特性図を示す。
【0027】Rは、図8に示す従来のPM型ステッピン
グモータでの逆起電力の電圧特性を示し、Qは、本発明
に関わるPM型ステッピングモータでの逆起電力の電圧
特性を示し、一対のS極とN極の磁極幅のズラシ量を電
気角で50度としたものである。
【0028】図5に示すように、従来のPM型ステッピ
ングモータでの逆起電力の電圧特性Rは、立上がりと立
下りが急激でピーク近辺で凹形状になっているが、本発
明に関わるPM型ステッピングモータでの逆起電力の電
圧特性Qは、滑らかな正弦波となっている。
【0029】図6は、一対のS極とN極の磁極幅のズラ
シ量(電気角(度))に対し、ワウフラッタ(W/F
(%))を実験的に求めたものである。
【0030】図6に示すように、ズラシ量(電気角
(度))が15度から50度の範囲ではワウフラッタ
(W/F(%))は3.0%以下であり、図5に示す逆
起電力の特性はいずれも滑らかな正弦波に近く、50度
を超えたときと15度を下回ったときにはその特性は正
弦波の形状より乱れることが確認された。
【0031】上記したごとく、本発明に関わるPM型ス
テッピングモータでの逆起電力の電圧特性Qは滑らかな
正弦波が得られるが、これは、一対のS極とN極でN極
の磁極幅を小さくしているため、立上がりと立下りでN
極を通過する磁束が緩和されるためであり、逆起電力の
電圧特性Qはトルク特性と対応するため滑らかなトルク
特性が得られることとなり、コギングの低減を容易に行
うことができる。
【0032】従って、上記実施例のPM型ステッピング
モータは、逆起電力の電圧特性Qを滑らかな正弦波にす
ることができ、トルクなどの性能は維持し、一対のS極
とN極との磁極幅を変える簡潔構造でコギングを低減し
低振動とすることができる。
【0033】図7は、本発明に関するロータユニット1
9の他の実施例の斜視図と、その表面に着磁されるS極
とN極の展開パターン図を示す。
【0034】図7(A)に示すように、ロータユニット
19は、ホルダー17が回転中心となるシヤフト3に圧
入固定され、このホルダー17の外周面には磁石4が同
軸的に固定されている。このように構成されたロータユ
ニット19は、図示しない着磁器を用いて磁石4の周方
向に所定の間隔で着磁を施し、図7(B)に示す磁極の
展開パターンを形成する。
【0035】図7(B)に示すように、S極とN極の展
開パターンは、S極とN極とが交互に着磁がされている
が、一対のS極とN極との磁極幅Pは予め定めた一定値
として一対のS極とN極のそれぞれの磁極幅は互いに異
なるものとし、N磁よりS極の磁極幅を小としたもの
と、逆にN極よりS極の磁極幅を大としたものとを交互
に配すようにしたものである。
【0036】従って、前記実施例と同様に、この実施例
のPM型ステッピングモータは、逆起電力の電圧特性Q
を滑らかな正弦波にすることができ、トルクなどの性能
は維持し、一対のS極とN極との磁極幅を変える簡潔構
造でコギングを低減し低振動とすることができる。
【0037】
【発明の効果】本発明のステッピングモータは、ホビン
にマグネツトワイヤーを巻回したコイルを複数の極歯を
内周に形成したステータヨークに挿入実装し、2個背中
合わせに重ねて一体化したステータユニットと、前記複
数の極歯と所定間隔を隔てて回転自在に配置され、外周
に多極着磁したロータユニットとを備え、前記ロータユ
ニットの多極着磁をS極とN極とを周方向に交互に行
い、一対のS極とN極との磁極幅は予め定めた一定値と
し、前記一対のS極とN極のそれぞれの磁極幅は互いに
異なるものとしたため、逆起電力の電圧特性を滑らかな
正弦波にすることができ、トルクなどの性能は維持し、
簡潔構造でコギングを低減し低振動とすることができ
る。
【0038】また、前記一対のS極とN極との磁極幅
は、電気角で15度から50度の範囲で異なることとし
たため、効果的にコギングを低減し低振動とすることが
できる。
【0039】さらに、前記一対のS極とN極は、N磁よ
りS極の磁極幅を小としたものと、逆にN極よりS極の
磁極幅を大としたものとを交互に配することとしたた
め、的確にコギングを低減し低振動とすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関わるPM型ステッピングモータの一
部を切り欠いた斜視図を示す。
【図2】ステータユニットの構成を示す断面図を示す。
【図3】本発明に関わるPM型ステッピングモータの縦
断面図を示す。
【図4】本発明に関するロータユニットの斜視図と、そ
の表面に着磁されるS極とN極の展開パターン図を示
す。
【図5】本発明に関わるPM型ステッピングモータに関
し、ロータユニットが回転したときの電気角(度)に対
する逆起電力の電圧Eの特性図を示す。
【図6】一対のS極とN極の磁極幅のズラシ量(電気角
(度))に対し、ワウフラッタ(W/F(%))を実験
的に求めた特性図を示す。
【図7】本発明に関するロータユニットの他の実施例の
斜視図と、その表面に着磁されるS極とN極の展開パタ
ーン図を示す。
【図8】従来のロータユニットの斜視図と、その表面に
着磁されるS極とN極の展開パターン図を示す。
【符号の説明】
1、15 フランジ 2、16 軸受 3 シャフト 4 磁石 5 ステータユニット 6 ボビン 8 コイル 9、10 ステータヨーク 13 極歯 17 樹脂製のホルダー 19 ロータユニット 20 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 晋武 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−1 ミネベ ア株式会社浜松製作所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ホビンにマグネツトワイヤーを巻回した
    コイルを複数の極歯を内周に形成したステータヨークに
    挿入実装し、2個背中合わせに重ねて一体化したステー
    タユニットと、前記複数の極歯と所定間隔を隔てて回転
    自在に配置され、外周に多極着磁したロータユニットと
    を備え、前記ロータユニットの多極着磁をS極とN極と
    を周方向に交互に行い、一対のS極とN極との磁極幅は
    予め定めた一定値とし、前記一対のS極とN極のそれぞ
    れの磁極幅は互いに異なるものとすることを特徴とする
    ステッピングモータ。
  2. 【請求項2】 前記一対のS極とN極との磁極幅は、電
    気角で15度から50度の範囲で異なることを特徴とす
    る請求項1に記載のステッピングモータ。
  3. 【請求項3】 前記一対のS極とN極は、N極よりS極
    の磁極幅を小としたものと、逆にN極よりS極の磁極幅
    を大としたものとを交互に配することを特徴とする請求
    項1または請求項2に記載のステッピングモータ。
JP2000329953A 2000-10-30 2000-10-30 ステッピングモータ Withdrawn JP2002136094A (ja)

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