JP2006288065A - Stepping motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はステッピングモータに関するものである。 The present invention relates to a stepping motor.
従来のステッピングモータの構成を図10に示す。
図10は従来のクローポール式PM型ステッピングモータで一部を破断して示した斜視図である。
The configuration of a conventional stepping motor is shown in FIG.
FIG. 10 is a perspective view showing a conventional claw-pole PM type stepping motor with a part broken away.
ステッピングモータ50は、永久磁石54、A相スタック51、B相スタック52から構成されている。永久磁石54はN極とS極とがロータの径(ラジアル)方向外側に向けて交互に配置された複数の磁性体53から構成されたものである。
The
A相スタック51は、上側ポール51a、下側ポール51b、コイル51cで形成されている。また、B相スタック52も同様に、図示されていない上側ポール、下側ポール52b、コイル52cで形成されている。尚、A相スタックとB相スタックは1/4ポールピッチずらして配置されている。
The
このように構成されたステッピングモータにおいては、コイルの巻線長さが巻数に比べ長くなる。それに伴いコイルの抵抗が大きくなり、流れる電流が小さくなる。また、永久磁石の外側にコイルが配置されるため、巻数に対して半径が大きくなってしまう。小型化する上で、半径を小さくすると巻数が少なくなる。コイルの起磁力はコイルに流れる電流と巻数の積で表されるため、小型化すると十分な起磁力が得られず、出力も小さくなってしまう。 In the stepping motor configured as described above, the winding length of the coil is longer than the number of turns. Along with this, the resistance of the coil increases and the flowing current decreases. Moreover, since a coil is arrange | positioned on the outer side of a permanent magnet, a radius will become large with respect to the number of turns. In reducing the size, the number of turns decreases as the radius decreases. Since the magnetomotive force of the coil is expressed by the product of the current flowing through the coil and the number of turns, if the size is reduced, a sufficient magnetomotive force cannot be obtained and the output is also reduced.
また、板金プレスでA相スタック51、B相スタック52が形成されるが、複雑なポール形状を作るのに複雑な金型が必要とされる。
In addition, the
特許文献1には従来のステッピングモータの説明と、さらにラジアル方向を小さくしたステッピングモータの例が開示されている。
また、非特許文献1には、様々なタイプのステッピングモータの説明が開示されている。
Non-Patent
従来のステッピングモータでは、永久磁石の外側に回転軸に関して同心円状にコイルが配置されるため、巻数に対してコイルの長さが長くなる。それに従い、コイルの抵抗が増え、電流が流れにくくなり、小型になると十分な起磁力がえられない。 In the conventional stepping motor, since the coil is concentrically arranged with respect to the rotation axis outside the permanent magnet, the length of the coil becomes longer with respect to the number of turns. Accordingly, the resistance of the coil increases, the current does not flow easily, and a sufficient magnetomotive force cannot be obtained when the size is reduced.
また、各スタックを形成するために複雑な金型が必要になる。さらに小型化する上では漏れ磁束を少なくし、効率よく集中的に永久磁石表面に磁束を集めることが大切である。 In addition, a complicated mold is required to form each stack. In order to further reduce the size, it is important to reduce the leakage flux and concentrate the flux on the surface of the permanent magnet efficiently and intensively.
本発明は前記課題を解決しようとするものであって、小型で高出力、かつ加工組立も容易なステッピングモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a stepping motor that is small in size, high in output, and easy to process and assemble.
少なくとも、回転軸方向に多極着磁された永久磁石を回転軸に固定したロータと、該ロータを軸支する軸受と、該軸受を所定の位置に保って固定し、且つ、ロータを囲むように形成されたハウジングと、コ字型コアにコイルを巻いたステータとを有し、該ステータが前記永久磁石を挟み込む様に配置されて成るステッピングモータであって、前記コ字型コア先端部に凸部が形成されているステッピングモータとする。 A rotor having at least a permanent magnet magnetized in the direction of the rotation axis fixed to the rotation axis, a bearing supporting the rotor, and fixing the bearing in a predetermined position, and surrounding the rotor A stepping motor having a housing with a coil wound around a U-shaped core, the stator being arranged so as to sandwich the permanent magnet, at the tip of the U-shaped core The stepping motor is provided with a convex portion.
2個の前記ステータでステータ対が構成され、該ステータ対のコ字型コア先端部が前記永久磁石の1つの磁極エリア上に配置されて成るステッピングモータとする。 A stator pair is formed by the two stators, and a U-shaped core tip portion of the stator pair is disposed on one magnetic pole area of the permanent magnet.
前記ステータ対のコ字型コア先端部と対向し、前記永久磁石の平面上で回転軸中心を通る直線と軸対称に配置されるもう一組のステータ対を設けたステッピングモータとする。 The stepping motor is provided with another pair of stators that are opposed to the leading ends of the U-shaped cores of the stator pair and are arranged symmetrically with respect to a straight line passing through the rotation axis center on the plane of the permanent magnet.
本発明のステッピングモータは、コアにコイルを巻くことで、巻数に対して、コイル長さを小さくできるため、抵抗値が小さくなる。そのため流すことのできる電流の大きさを大きくとれ、大きな起磁力を得ることができる。さらにステータの先端に凸部を設けることで凸部から集中的に磁束が流れることになるので高出力を得られる。コアは、コ字状であるため、複雑な金型を用いないで形成することができる。 In the stepping motor of the present invention, since the coil length can be reduced with respect to the number of turns by winding the coil around the core, the resistance value is reduced. Therefore, the magnitude of the current that can be flowed can be increased, and a large magnetomotive force can be obtained. Further, by providing a convex portion at the tip of the stator, magnetic flux flows intensively from the convex portion, so that high output can be obtained. Since the core is U-shaped, it can be formed without using a complicated mold.
また、ステータ対を1つの磁極エリア上に配置することで、コイルの発生する起磁力による磁束は1つの磁極エリアに集中し、漏れ磁束が減る。さらに前述したステータの先端凸部に磁束が集中することで、発生した磁束がより効率よく回転力に変換される。 Further, by arranging the stator pair on one magnetic pole area, the magnetic flux generated by the magnetomotive force generated by the coil is concentrated on one magnetic pole area, and the leakage magnetic flux is reduced. Furthermore, since the magnetic flux concentrates on the above-described convex portion at the front end of the stator, the generated magnetic flux is more efficiently converted into a rotational force.
前記ステータ対のコ字型コア先端部と対向し、前記永久磁石の平面上で回転軸中心を通る直線と軸対称に配置されるもう一組のステータ対を設けたので、ステップ角精度が向上する。 Step angle accuracy is improved by providing another pair of stators facing the U-shaped core tip of the stator pair and arranged symmetrically with the straight line passing through the rotation axis center on the plane of the permanent magnet. To do.
図1は本発明のステッピングモータの第一実施例を示す分解斜視図、図2は本発明のステッピングモータの第一実施例を示す斜視図、図3は本発明のステッピングモータの第一実施例を示す上面図、図4は図3に示すA−Aで切断した正面断面図、図5は本発明のステッピングモータの永久磁石とステータの位置関係を示した上面図、図6は本発明のステッピングモータの第一実施例で、コアの正面図である。
以下、図を参照し、本発明の第一実施例について詳細に説明する。
1 is an exploded perspective view showing a first embodiment of the stepping motor of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing the first embodiment of the stepping motor of the present invention, and FIG. 3 is a first embodiment of the stepping motor of the present invention. 4 is a front sectional view taken along the line AA shown in FIG. 3, FIG. 5 is a top view showing the positional relationship between the permanent magnet and the stator of the stepping motor of the present invention, and FIG. It is a front view of a core in the first embodiment of the stepping motor.
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、ステッピングモータ10の構成について説明する。
回転軸11には両端部を半球面状に加工された球面部11a、11bが形成されている。また、後述する永久磁石12と所定の位置を保って固定するためのフランジ部11c、スラスト方向を所定の隙間を持って位置決めする端面部11dが形成されている。材質は、非磁性体(SUS303)を用いている。
First, the configuration of the
The rotating
円筒形状の永久磁石12は中心軸に孔12aが形成され、スラスト方向に等角度間隔に4極着磁されている。着磁数は4極に限定されるものではなく、着磁可能な範囲で増やしてもよい。材質は希土類磁石(たとえばネオジ)を用いている。
The cylindrical
前記永久磁石12の孔12aに回転軸11の球面部11b側の軸を挿入し、フランジ部11cに突き当ててスラスト方向の位置決めをする。固定は、ボンド磁石の場合は、孔12aと係合する回転軸の軸径よりやや小さくして軽圧入後、接着固定する。焼結磁石の場合は割れやすいため、孔12aの径を回転軸11よりやや大きく形成し、ジグ等によりラジアル方向の位置決め後、接着固定する。回転軸11に永久磁石12が取り付けられロータ13となる。
The shaft on the spherical surface portion 11b side of the rotating
前記ロータ13は、スラスト方向とラジアル方向を支える軸受14、15によって軸支される。また2つの軸受14、15はハウジング16により、スラスト方向、ラジアル方向を所定の位置に位置決めされる。
The
前記軸受14には4つのスリット14a、14b、14c、14dが設けられている。スリット14aと14d、スリット14bと14cが略ハ字型に構成され対をなす。さらにスリット14aと14d、スリット14bと14cは、それぞれ永久磁石12の1つの磁極エリア(1/4円)上に配置される構成である(図5)。軸受凹部14eはロータ13をスラスト方向に軸支する端面部14gとラジアル方向に軸支する側面部14fで構成される(図4)。ハウジング16と所定の位置を保つようにラジアル方向位置決め部14h、スラスト方向位置決めフランジ部14iが設けられている。
The
前記軸受15には、前記軸受14と同じ角度位置にスリット15a、15b、15c、15dが設けられている。スリット15aと15d、スリット15bと15cが略ハ字型に構成され対をなす。軸受部15eはロータ13をスラスト方向に軸支する端面部15gとラジアル方向に軸支する貫通孔15fで構成される(図4)。ハウジング16と所定の位置を保つようにラジアル方向位置決め部15h、スラスト方向位置決めフランジ部15iが設けられている。軸受14,15の材質は非磁性体の軸受材(真鍮、または樹脂)を用いている。
The
ハウジング16は中空円筒形をしており、両端面の軸受14,15に対応する位置にスリット16a〜16dが設けられている。ハウジング16および軸受14,15のスリットに後述するステータが差し込まれて固定される。中空円筒の内部にロータ13が納められ、外部より保護される。中空円筒内径は、軸受のラジアル方向位置決め部14h、15hの外径としっくり嵌合する大きさに形成されている。材質は非磁性体(アルミニウム)を用いている。
The
ステータ17はコア17aにコイル17bが巻かれて形成されている。略コ字型のコア17aは先端に凸部17cが2箇所設けられている。コイル17bは2つの凸部17cの間の長さに巻かれるため、コイルの巻かれない部分に斜面部17dを設けることでコアの断面積を増やし、磁束が飽和しにくくなるように形成されている(図6)。コア材には一般的に軟磁性体が用いられる(たとえば、パーマロイ、純鉄)。所定の性能を引き出すため、加工後熱処理が施される。
The
コイルは、通常ボビンに巻かれたものをコアに取り付けるのが一般的であるが、さらに小型化を図るため本発明の実施例ではボビンを介さずにコイルを巻いた。コアに直接コイルを巻くと、断線や断線による短絡が起きる可能性がある。それを防ぐため、コアに薄い絶縁テープを巻いたり、あるいはワニスを塗布したあとにコイルを巻くと良い。 In general, a coil wound around a bobbin is generally attached to a core. However, in order to further reduce the size, the coil is wound without using a bobbin in the embodiment of the present invention. If a coil is wound directly around the core, there is a possibility that disconnection or a short circuit due to disconnection may occur. To prevent this, it is better to wind a thin insulating tape around the core, or wind a coil after applying varnish.
同様にしてステータ18はコア18aにコイル18bが、ステータ19はコア19aにコイル19bが、ステータ20はコア20aにコイル20bが巻かれて形成されており、コア18a、19a、20aの先端部には凸部18c、19c、20cが形成されている。(いずれもステータ17と同形状である。)前記ステータ17と前記ステータ20で1対のステータを構成し、前記ステータ18と前記ステータ19で1対のステータが構成されている。それぞれは、前記永久磁石12の中心軸を通る直線と軸対称に配置されている。
Similarly, the
続いて、組立手順について説明する。
軸受14のラジアル方向位置決め部14hをハウジング16に挿入し、スラスト方向位置決めフランジ部14iに突き当てる。そのあとハウジング16と軸受14のスリットを所定の位置に合わせ固定する。固定は接着剤を用いている。
Next, the assembly procedure will be described.
The radial positioning portion 14h of the
次に、ロータ13の球面部11b側を軸受凹部14eに挿入する。ロータ13の球面部11a側に軸受15の貫通孔15eを挿通させながら、軸受15のラジアル方向位置決め部15hをハウジング16に挿入し、スラスト方向位置決めフランジ部15iにつき当てる。そのあとハウジング16と軸受15のスリットを所定の位置に合わせて固定する。固定は接着剤を用いている。
Next, the spherical portion 11b side of the
軸受14、15、ハウジング16によりロータ13は回動自在に軸支されることになる。スラスト方向は端面部14g、15gにより規制され、ロータと所定のクリアランスを保っている。
The
次に、軸受に形成されているスリットに、ステータを差し込み固定する。スリット14aと15aにステータ17を突き当たるまで差し込む。同様にしてスリット14bと15bにステータ18を、スリット14cと15cにステータ19を、スリット14dと15dにステータ20を、突き当たるまで差し込む。これにより、ラジアル方向の位置決めがなされる。スリット14a(15a)と14d(15d)、スリット14b(15b)と14c(15c)は1つの磁極エリア(1/4円)上に配置されるため、該スリットに差し込み固定されるステータは、前記ステータ17と前記ステータ20が1つの磁極エリア上に配置され、前記ステータ18と前記ステータ19が1つの磁極エリア上に配置されることとなるので、磁束漏れが少なくなり、効率的に磁力が出力トルクに変換される。また、ステータの先端に設けられた凸部が、永久磁石を挟み込むように配置されるため、さらに、効率的に磁力が出力トルクに変換される。スラスト方向は図示しないジグを用いて位置決めし、永久磁石と所定の隙間を保って固定される。固定には接着剤を用いている。
Next, the stator is inserted and fixed in a slit formed in the bearing. Insert the
次に配線をする。配線は、ステータ17と19、18と20を結線し、さらに励磁したとき同極になるように配線する。(たとえば、軸受15側から見て、ステータ17がN極に励磁される場合、ステータ19も同じくN極になるように配線する。)配線は、直列、並列の2種類があるが、各ステータに発生する磁力を均一化にするには、各コイルに流れる電流を等しくできる直列が好ましい。
Next, wiring. The wiring is made so that the
続いて、動作について説明する。
小型ステッピングモータでは2相励磁、1−2相励磁のような励磁方法が一般的である。本発明の一実施例もこれらの励磁方法で回転させることが可能である。ここでは2相励磁を例にとって説明をする。図9は本発明のステッピングモータの軸受15側から見た回転原理図で、時計方向への回転を説明する図である。わかりやすくするためS極を黒塗りで表示する。また、図中の永久磁石12上の○印は、説明上、回転位置を認識するためのものとして示した。
Subsequently, the operation will be described.
In small stepping motors, excitation methods such as two-phase excitation and 1-2 phase excitation are common. One embodiment of the present invention can also be rotated by these excitation methods. Here, description will be made taking two-phase excitation as an example. FIG. 9 is a view illustrating the rotation principle of the stepping motor according to the present invention as viewed from the bearing 15 side, and illustrates the clockwise rotation. The S pole is displayed in black for easy understanding. Further, the circles on the
まず、すべてのステータをS極に励滋する。すると図の位置に永久磁石12が回転後静止する。((1))
First, all the stators are excited to the S pole. Then, the
次にステータ18と20の磁極を反転しN極に励磁する。すると発生した磁力により永久磁石12に時計方向の回転モーメントが発生し、45゜時計方向に回転して静止する。((2))
Next, the magnetic poles of the
次にステータ17と19の磁極を反転しN極に励磁する。発生した磁力により永久磁石12に時計方向の回転モーメントが発生し45゜時計方向に回転して静止する。((3))
Next, the magnetic poles of the
次にステータ18と20の磁極を反転しS極に励磁する。すると発生した磁力により永久磁石12に時計方向の回転モーメントが発生し、45゜時計方向に回転して静止する。((4))
Next, the magnetic poles of the
次にステータ17と19の磁極を反転しS極に励磁する。発生した磁力により永久磁石12に時計方向の回転モーメントが発生し45゜時計方向に回転して静止する。((5))
ここで、ロータ13は180゜回転することになる。磁極を変えるのを1ステップとすると8ステップで1回転する事になる。反時計方向に回転する場合は、磁極の反転する順番を逆にすればよいことは言うまでもない。
Next, the magnetic poles of the
Here, the
続いて、本発明のステッピングモータの第二実施例について説明する。
図7は本発明のステッピングモータの第二実施例で上面図、図8は、本発明のステッピングモータのコアの正面図である。第二実施例では第一実施例と構成の異なる部分について説明する。組立方法、配線、回転原理は第一実施例と同じであるので省略する。
Subsequently, a second embodiment of the stepping motor of the present invention will be described.
FIG. 7 is a top view of a second embodiment of the stepping motor of the present invention, and FIG. 8 is a front view of the core of the stepping motor of the present invention. In the second embodiment, a different part from the first embodiment will be described. Since the assembly method, wiring, and rotation principle are the same as those in the first embodiment, they are omitted.
第二実施例では、コ字型のコア21aの先端近傍に半円状の切り欠き部21cが設けられている。これにより先端部には凸部が形成されることになる(図8)。コア21aに図示しないコイルが巻かれ、ステータ21が構成される。半円状の切り欠き部21cを設けることで凸部を形成しているため、コイルの巻数を増やすことができ、起磁力を大きくすることができる。
In the second embodiment, a semicircular cutout 21c is provided near the tip of the U-shaped core 21a. As a result, a convex portion is formed at the tip (FIG. 8). A coil (not shown) is wound around the core 21a to form the
4個のステータ21は図7のごとく、回転軸中心を通り、垂直に交わる直線(X軸、Y軸)に関して軸対称に配置されている。Y軸を分割線として見て左右に一対のステータが配置される構成である。本構成によれば、回転角度の精度がさらに上がることになる。
As shown in FIG. 7, the four
ステータの形状と配置に関しては前述した実施例に限るものではなく、ステータ21を第一実施例のような配置で用いてもよい。また、ステータ17、18、19、20を第二実施例のように配置してもよい。
The shape and arrangement of the stator are not limited to the above-described embodiments, and the
10 ステッピングモータ
11 回転軸
11a 球面部
11b 球面部
11c フランジ部
11d 端面部
12 永久磁石
12a 孔
13 ロータ
14 軸受
14a スリット
14b スリット
14c スリット
14d スリット
14e 軸受凹部
14f 側面部
14g 端面部
14h ラジアル方向位置決め部
14i スラスト方向位置決めフランジ部
15 軸受
15a スリット
15b スリット
15c スリット
15d スリット
15e 貫通孔
15f 軸受部
15g 端面部
15h ラジアル方向位置決め部
15i スラスト方向位置決め部
16 ハウジング
16a スリット
16b スリット
16c スリット
16d スリット
17 ステータ
17a コア
17b コイル
17c 凸部
17d 斜面部
18 ステータ
18a コア
18b コイル
18c 凸部
19 ステータ
19a コア
19b コイル
19c 凸部
20 ステータ
20a コア
20b コイル
20c 凸部
21 ステータ
21a コア
21c 切り欠き部
50 ステッピングモータ
51 A相スタック
51a 上側ポール
51b 下側ポール
51c コイル
52 B相スタック
52b 下側ポール
52c コイル
53 複数の磁性体
54 永久磁石
10
Claims (3)
回転軸方向に多極着磁された永久磁石を回転軸に固定したロータと、
該ロータを軸支する軸受と、
該軸受を所定の位置に保って固定し、且つ、ロータを囲むように形成されたハウジングと、
コ字型コアにコイルを巻いたステータとを有し、
該ステータが前記永久磁石を挟み込む様に配置されて成るステッピングモータであって、
前記コ字型コア先端部に凸部が形成されていることを特徴とするステッピングモータ。 at least,
A rotor in which a multi-pole magnetized permanent magnet is fixed to the rotation axis;
A bearing that pivotally supports the rotor;
A housing formed to hold the bearing in place and to surround the rotor;
And a stator with a coil wound around a U-shaped core,
A stepping motor in which the stator is arranged so as to sandwich the permanent magnet,
A stepping motor characterized in that a convex portion is formed at the tip of the U-shaped core.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101903645B1 (en) | 2017-04-20 | 2018-11-22 | 전진영 | Half turn step motor |
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2005
- 2005-03-31 JP JP2005104002A patent/JP2006288065A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101903645B1 (en) | 2017-04-20 | 2018-11-22 | 전진영 | Half turn step motor |
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