JP2006288066A - 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6に示す。
図6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. 6 is a perspective view of 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 stepping
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が開示されている。
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.
さらに、大きな出力トルクを得るために一般的には、減速機がモータの外側に取り付けられており、その分大型になってしまう。 Further, in order to obtain a large output torque, a reduction gear is generally attached to the outside of the motor, and the size is increased accordingly.
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。 In addition, a complicated mold is required to form each stack.
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、高出力であり、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。 An object of the present invention is to provide a stepping motor that is small in size, high in output, and easy to assemble 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、
減速手段により該回転軸の回転が減速されて伝達される出力軸と、
前記ロータおよび前記出力軸を軸支する軸受と、
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、
前記永久磁石を挟み込み、且つ、該永久磁石の一つの磁極エリア上に配置された一対のコ字型をしたコアにコイルが巻かれたステータとで構成されるステッピングモータとする。
At least a rotor in which a permanent magnet magnetized in the direction of the rotation axis is fixed to the rotation axis;
An output shaft to which the rotation of the rotation shaft is decelerated and transmitted by the deceleration means;
A bearing for supporting the rotor and the output shaft;
A housing formed to hold the bearing in place and to surround the rotor;
The stepping motor includes a stator in which a coil is wound around a pair of U-shaped cores sandwiched between the permanent magnets and disposed on one magnetic pole area 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。コアは、コ字型であるため、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. Since the core is U-shaped, it can be formed without using a complicated mold.
また、一対のステータを一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 pair of stators 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.
また駆動するのは一対のステータのみとなり、構成部品が減る。ステータの数が減ることは一般的には回転出力としてのトルクが小さくなる傾向にあるが、ステッピングモータ内部に減速手段を設けたことで出力の低下を補うとともに、小型であり高出力のステッピングモータが得られる。また、加工組立も容易になる。 Further, only a pair of stators are driven, and the number of components is reduced. A reduction in the number of stators generally tends to reduce the torque as rotational output. However, a reduction means is provided inside the stepping motor to compensate for the decrease in output, and it is compact and has a high output stepping motor. Is obtained. In addition, processing and assembly are facilitated.
図1は本発明のステッピングモータの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である。
以下、図を参照し、本発明の実施例について詳細に説明する。
1 is an exploded perspective view showing an embodiment of the stepping motor of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment of the stepping motor of the present invention, and FIG. 3 is a top view showing an embodiment of the stepping motor of the present invention. 4 and 4 are front cross-sectional views cut along AA shown in FIG.
Hereinafter, embodiments 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は片側を半球面状に加工された球面部11a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を兼ねた歯車部11b、スラスト方向を所定の隙間を保って位置決めする端面部11c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 permanent magnet 12 has a hole 12a formed in the central axis and is magnetized with four poles at equal angular intervals in the thrust direction. The number of magnetization is not limited to 4 poles, and may be increased within a possible range of magnetization. The material is a rare earth magnet (for example, neodymium).
前記永久磁石12の孔12aに回転軸11の球面部11a側の軸を挿入し、フランジを兼ねた歯車部11b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11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が取り付けられてロータ13となる。
The shaft on the spherical surface portion 11a side of the rotating
出力軸14は両端部を半球面状に加工された球面部14a、14bが形成されている。また、回転軸11の歯車部11bと歯合する歯車部14c、スラスト方向を所定の隙間を保って位置決めする端面部14dが設けられている。
The
前記ロータ13と前記出力軸14は、スラスト方向とラジアル方向を支える軸受15、16によって軸支される。また2つの軸受15、16はハウジング17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。軸受15には2つのスリット15a、15bが設けられている。スリット15aと15bが略ハ字型に構成され対をなす。軸受凹部15cはロータ13をスラスト方向に軸支する端面部15dとラジアル方向に軸支する側面部15eで構成される(図4)。軸受凹部15fは出力軸14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側面部15hで構成される(図4)。後述するハウジング17と所定の位置を保つようにラジアル方向位置決め部15i、スラスト方向位置決めフランジ部15jが設けられている。
The
軸受16には、軸受15と同じ角度位置にスリット16a、16bが設けられている。スリット16aと16bが略ハ字型に構成され対をなす。軸受部16cはロータ13をスラスト方向に軸支する端面部16dとラジアル方向に軸支する貫通孔16eで構成される(図4)。軸受部16fは出力軸14をスラスト方向に軸支する端面部16gとラジアル方向に軸支する貫通孔16hで構成される(図4)。ハウジング17と所定の位置を保つようにラジアル方向位置決め部16i、スラスト方向位置決めフランジ部16jが設けられている。軸受15、16の材質は非磁性体の軸受け材(真鍮、または樹脂)を用いている。
The
ハウジング17は2つの中空円筒を結合した小判型をしており、両端面には軸受15、16に形成されている各スリットに対応する位置に長方形の切欠き部17a、17bが設けられている。ハウジング17の切欠き部17a、17bおよび軸受15、16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。ハウジング17の内部にロータ13と出力軸14が納められ、外部より保護される。小判型の筒の内側形状は、軸受のラジアル方向位置決め部15i、16iの外形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18はコア18aにコイル18bが巻かれて形成されている。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よい。同様にしてステータ19はコア19aにコイル19bが巻かれて形成されている。
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, a thin insulating tape is wound around the core, or a coil is wound after varnish is applied. Similarly, the
続いて、組立手順について説明する。
軸受15のラジアル方向位置決め部15iをスリットの方向が一致するようにハウジング17に挿入し、スラスト方向位置決めフランジ部15jを突き当て固定する。固定は接着剤を用いている。
Next, the assembly procedure will be described.
The radial direction positioning portion 15i of the
ロータ13の球面部11aを軸受凹部15cに挿入する。出力軸14の球面部14aを軸受凹部15fに挿入する。この時点でロータ13の歯車部11bと出力軸14の歯車部14cが歯合される。
The spherical portion 11a of the
次に、軸受16とハウジング17のスリットの方向が一致するようにし、ロータ13の球面部11aの反対端面側に軸受16の貫通孔16cを、出力軸14の球面部14bに軸受け16の貫通孔16f挿通させながら、軸受16のラジアル方向位置決め部16iをハウジング17に挿入し、スラスト方向位置決めフランジ部16jを突き当て固定する。固定は接着剤を用いている。
Next, the direction of the slits of the
回転軸11のスラスト方向は回転軸11の球面部11a、端面部11cと軸受15、16の端面部15d、16dが所定のクリアランスを持って規制される。
The thrust direction of the
出力軸14のスラスト方向は出力軸14の球面部14a、端面部14dと軸受15、16の端面部15g、16gが所定のクリアランスを持って規制される。
The thrust direction of the
軸受15、16、ハウジング17によりロータ13と出力軸14は回動自在に軸支されることになる。
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15aと16aにステータ18を突き当たるまで差し込む。同様にしてスリット15bと16bにステータ19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15a(16a)と15b(16b)は1つの磁極エリア(1/4円)上に配置され永久磁石を挟み込むように配置されるため、該スリットに差し込み固定される前記ステータ18と前記ステータ19は1つの磁極エリア上に配置されることとなる。該構成ににすることで、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。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。固定は接着剤を用いている。
Next, the stator is inserted and fixed in a slit formed in the bearing. The
配線は、ステータ18がA相、ステータ19がB相となるように配線する。よって、それぞれのステータに個別に電圧が印加できる。
The wiring is performed 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5は本発明のステッピングモータの軸受16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. The embodiments 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. 5 is a view showing the principle of rotation of the stepping motor according to the present invention as viewed from the bearing 16 side, and is a view for explaining clockwise rotation. The S pole is displayed in black for easy understanding. Further, the circles on the permanent magnet 12 in the figure are shown for the purpose of recognizing the rotational position for the sake of explanation.
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 permanent magnet 12 stops at the position shown in FIG. ((1))
次にステータ19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 pole of the
次にステータ18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 pole of the
次にステータ19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 pole of the
次にステータ18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良いことは言うまでもない。
Next, the magnetic pole of the
Here, the
ロータ13に発生した回転は、歯車部11bから出力軸14の歯車部14cに伝達される。歯数の比で減速されて出力軸14から回転出力される。従って、回転数は歯数の比で減速され、トルクは歯数の比で大きくなることになる。
The rotation generated in the
10 ステッピングモータ
11 回転軸
11a 球面部
11b フランジを兼ねた歯車部
11c 端面部
12 永久磁石
12a 孔
13 ロータ
14 出力軸
14a 球面部
14b 球面部
14c 歯車部
14d 端面部
15 軸受
15a スリット
15b スリット
15c 軸受凹部
15d 端面部
15e 側面部
15f 軸受凹部
15g 端面部
15h 側面部
15i ラジアル方向位置決め部
15j スラスト方向位置決めフランジ部
16 軸受
16a スリット
16b スリット
16c 軸受部
16d 端面部
16e 貫通孔
16f 軸受部
16g 端面部
16h 貫通孔
16i ラジアル方向位置決め部
16j スラスト方向位置決めフランジ部
17 ハウジング
17a 切欠き部
17b 切欠き部
18 ステータ
18a コア
18b コイル
19 ステータ
19a コア
19b コイル
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
DESCRIPTION OF
Claims (1)
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、
減速手段により該回転軸の回転が減速されて伝達される出力軸と、
前記ロータおよび前記出力軸を軸支する軸受と、
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、
前記永久磁石を挟み込み、且つ、該永久磁石の一つの磁極エリア上に配置された一対のコ字型をしたコアにコイルが巻かれたステータとで構成され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;
An output shaft to which the rotation of the rotation shaft is decelerated and transmitted by the deceleration means;
A bearing for supporting the rotor and the output shaft;
A housing formed to hold the bearing in place and to surround the rotor;
A stepping motor comprising a stator in which a coil is wound around a pair of U-shaped cores sandwiched between the permanent magnets and disposed on one magnetic pole area of the permanent magnet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005104003A JP2006288066A (en) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | Stepping motor |
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JP2005104003A JP2006288066A (en) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | Stepping motor |
Publications (1)
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JP (1) | JP2006288066A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015125086A (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-06 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Inductive rotation angle detector and motor driven throttle valve controller equipped with same |
-
2005
- 2005-03-31 JP JP2005104003A patent/JP2006288066A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015125086A (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-06 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Inductive rotation angle detector and motor driven throttle valve controller equipped with same |
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