JP2009171797A - Stepping motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステータの外側にロータを備えたアウタロータ型に好適なステッピングモータに関する。 The present invention relates to a stepping motor suitable for an outer rotor type having a rotor outside a stator.
図15は、ステッピングモータを示す模式図である。ステッピングモータは、固定された電磁石101(ステータ102)と回転軸に取付けられた磁石(ロータ104)で構成される。電磁石101に巻きつけられたコイル103に電流を流して、磁化し磁力を発生させ、ロータ104を引きつけることで回転する。モータによってステータの相数が異なりA→B→・・・の順に励磁するとモータは正回転し、B→A→・・・の順に励磁すると逆回転を行う。図15の例では、A相、B相の2相の場合を示している。電磁石101が電流によりN極に磁化されるとロータ104のS極がひき付けられる。次のタイミングで隣の電磁石101をN極に磁化すればロータ104が回転してロータ104のS極がひき付けられるということを繰り返してロータ104が回転する。
FIG. 15 is a schematic diagram showing a stepping motor. The stepping motor is composed of a fixed electromagnet 101 (stator 102) and a magnet (rotor 104) attached to a rotating shaft. A current is passed through the
このようなステッピングモータには、VR型(Variable Reluctance Type (歯車状鉄心形)、PM型(Permanent Magnet Type (永久磁石形)、HB型(Hybrid Type (複合形))がある。VR型はリラクタンストルクを利用するもので永久磁石を使用せず、回転子として、歯車状の鉄心を使用する。ステップ角度を小さくできるが、トルクがやや低い。また、PM型はロータが永久磁石で構成されており、吸引・反発力を利用するものである。安価であるが、着磁間隔を細かくすることに限界があるので、ステップ角度は小さくできない。HB型はPM型とVR型の複合形で吸引力を使用して回転する。PM型の場合は円周方向に着磁するが、HB型では軸方向に着磁した磁石を使用し、磁極側を2枚の歯車状鉄心で挟み込む。このときN極側とS極側の歯の凸凹が逆になるよう構成される。 Such stepping motors include a VR type (Variable Reluctance Type (gear-like core type)), a PM type (Permanent Magnet Type), and an HB type (Hybrid Type). The VR type is a reluctance. Uses torque and does not use a permanent magnet, but uses a gear-shaped iron core as a rotor.The step angle can be reduced, but the torque is slightly low.The PM type has a rotor composed of permanent magnets. However, it is inexpensive, but the step angle cannot be reduced because there is a limit to reducing the magnetizing interval.The HB type is a combined type of PM and VR. In the PM type, the magnet is magnetized in the circumferential direction, but in the HB type, a magnet magnetized in the axial direction is used, and the magnetic pole side is sandwiched between two gear-shaped iron cores. N pole side and S pole side teeth Concave is configured so as to be reversed.
例えば、特許文献1には、反発力を有効に利用して大きな回転トルクを得ることができるステッピングモータが開示されている。このステッピングモータは、ハウジング内周上に固定されたステータの内周面に、コイルが周方向に巻回されているとともに、それらの各両側には径方向に突出した4つの凸部が周方向に沿って等間隔にそれぞれ設けられている。ハウジングに回転可能に支持された第1〜第3回転軸の外周上には第1〜第4ロータが固定され、各ロータに周方向に沿って固定された磁石は各凸部にそれぞれ対向している。ハウジング、ころがり軸受、又は第2及び第3回転軸を非磁性材料により構成して、ステータの凸部と反発位置にあるロータにも磁束が十分に通るようにしている。
For example,
図16は、他のステッピングモータを示す図である。図16に示すステッピングモータ110は、ハウジング118内に磁気遮蔽板117を挟んでA、B、C相のステータ114A〜114Cを有している。各ステータ114A〜114Cは、A相第1ステータ114A1及びA相第2ステータ114A2、B相第1ステータ114B1及びB相第2ステータ114B2、C相第1ステータ114C1及びC相第2ステータ114C2からなり、それぞれ相内で電気角が180deg(1/2ピッチ)ずれている。A相、B相、C相は、それぞれ相間で120deg(1/3ピッチ)ずれている。本例では8極のステータを示すが、例えば32極であってもよい。
FIG. 16 is a diagram showing another stepping motor. A
A相ステータ114A、B相ステータ114B、C相ステータ114Cのそれぞれの間にはステータコア112に円周上に巻かれたA相コイル113A、B相コイル113B、C相コイル113Cを有している。また、各ステータに対向する位置にそれぞれロータ磁石116が設けられている。
Between each of the
このように構成されたステッピングモータ110は、コイルエンド部などの無駄な空間がなく、吸引力のみでなく反発力も利用して回転させることができ、かつ全磁極を同時に励磁することができるため、ステッピングモータの中では最高のトルクを発生させることができるタイプである。
しかしながら、従来のステッピングモータにおいては、吸引力及び反発力を用い、ロータをステータに対して回転させるステッピングモータは、ロータの磁石端部においてステータティース(ステータ歯)に磁束が入らなくなり磁束漏れが生じる場合があり、よってモータ出力トルクが理論上の値より下回るという問題点がある。 However, in a conventional stepping motor, a stepping motor that uses an attractive force and a repulsive force to rotate the rotor with respect to the stator prevents magnetic flux from entering the stator teeth (stator teeth) at the magnet end of the rotor, resulting in magnetic flux leakage. In some cases, the motor output torque is lower than the theoretical value.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、吸引力、反発力の両者を利用して回転トルクを得るステッピングモータにおいて、磁石端部において発生している漏れ磁束を減少させ、高トルクを発生することができる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 such problems, and in a stepping motor that obtains rotational torque using both attractive force and repulsive force, leakage magnetic flux generated at the end of the magnet is removed. It is an object of the present invention to provide a stepping motor that can reduce and generate a high torque.
本発明にかかるステッピングモータは、ステータシャフトと、複数のステータティースを有する第1及び第2部材を有し、前記ステータシャフトに取り付けられる第1乃至第3ステータと、前記第1乃至第3ステータにおいて、それぞれ前記第1及び第2部材の間に円周方向に巻回された第1乃至第3コイルと、前記第1ステータと第2ステータの間及び第2ステータと第3ステータの間に設けられるそれぞれ第4コイル及び第5コイルと、前記第1乃至第3ステータに対向して配設されるロータヨーク及び前記ロータヨークを挟んで設けられるロータ部磁気遮蔽板を有し、前記ステータを中心にその外周を回転するロータと、前記複数のステータティースに対応して前記ロータヨークに設けられる複数のロータ磁石と、前記ロータを収納するハウジングとを有し、前記第1及び第2コイルに同一方向の電流が流れる間、前記第4コイルには、これとは反対方向に電流が流れ、第2及び第3コイルに同一方向の電流が流れる間、前記第5コイルには、これとは反対方向に電流が流れるものである。 The stepping motor according to the present invention includes a stator shaft, first and second members having a plurality of stator teeth, and first to third stators attached to the stator shaft, and the first to third stators. , First to third coils wound in a circumferential direction between the first and second members, respectively, between the first stator and the second stator and between the second stator and the third stator. Each having a fourth coil and a fifth coil, a rotor yoke disposed opposite to the first to third stators, and a rotor portion magnetic shielding plate sandwiched between the rotor yokes. A rotor rotating on the outer periphery, a plurality of rotor magnets provided on the rotor yoke corresponding to the plurality of stator teeth, and the rotor are accommodated A current flows in the same direction in the fourth coil while the current in the same direction flows in the first and second coils, and in the same direction in the second and third coils. When the current flows, the current flows through the fifth coil in the opposite direction.
本発明においては、第4コイル及び第5コイルがそれぞれ第1・第2コイル、第2・第3コイルとは逆方向に電流が流れるため、漏れ磁束を打ち消す。このことにより、磁気漏れ低減による高トルク化及びリップルの低減を実現すると共に、重量・体積増加を抑制することができる。 In the present invention, the current flows through the fourth coil and the fifth coil in directions opposite to those of the first and second coils and the second and third coils, respectively. Accordingly, it is possible to realize high torque and ripple reduction by reducing magnetic leakage and to suppress an increase in weight and volume.
また、前記ロータ磁石は、前記ロータヨークから前記ロータ部磁気遮蔽板の少なくとも一部に突出して設けられていることが好ましい。ロータ磁石は、ロータヨークからロータ部磁気遮蔽板の少なくとも一部に突出して設けられることで、磁石端部において発生している磁束を有効にステータティースに入れることができる。よって、磁石端部の磁束漏れを低減することができる。 The rotor magnet is preferably provided so as to protrude from the rotor yoke to at least a part of the rotor part magnetic shielding plate. Since the rotor magnet is provided so as to protrude from at least a part of the rotor magnetic shielding plate from the rotor yoke, the magnetic flux generated at the end of the magnet can be effectively put into the stator teeth. Therefore, magnetic flux leakage at the magnet end can be reduced.
さらに、前記ロータ磁石は、前記ロータ部磁気遮蔽板を貫通して設けられることが好ましい。これにより、部品点数が減ると共に組み立てが容易となり、さらにロータヨークからの飛び出し部分も十分な大きさとなるため漏れ磁束低減の効果が大きい。 Furthermore, it is preferable that the rotor magnet is provided so as to penetrate the rotor part magnetic shielding plate. As a result, the number of parts is reduced and the assembly is facilitated. Further, since the protruding portion from the rotor yoke is sufficiently large, the effect of reducing the leakage magnetic flux is great.
さらにまた、前記ロータ磁石は、前記第1乃至第3ステータに対してそれぞれ個別に設けられるものとしてもよい。 Furthermore, the rotor magnet may be provided individually for each of the first to third stators.
また、前記第1部材及び第2部材の前記スタータティースは、互いに1/2ピッチずれて配置されるものとすることができる。ここで、第N(N≧2)ステータは、各ステータの第1部材が(1/2)(N−1)/Nピッチずれて配置されているものとすることができる。すなわち、N相の場合は180×(N−1)/Ndegずつずれて配置することができる。 Further, the starter teeth of the first member and the second member may be arranged with a ½ pitch deviation from each other. Here, in the Nth (N ≧ 2) stator, the first members of the respective stators may be arranged with a shift of (1/2) (N−1) / N pitch. In other words, in the case of the N phase, they can be shifted by 180 × (N−1) / Ndeg.
さらに、前記第1ステータの前記第1部材と前記第2ステータの前記第1部材とは1/3ピッチずれて配置されるものとすることができる。同じく、前記第2ステータの前記第1部材と前記第3ステータの前記第1部材とは1/3ピッチずれて配置されることができる。 Further, the first member of the first stator and the first member of the second stator may be arranged with a shift of 1/3 pitch. Similarly, the first member of the second stator and the first member of the third stator may be arranged with a shift of 1/3 pitch.
本発明によれば、大型化することなく高トルクのステッピングモータを提供することができる。 According to the present invention, a high torque stepping motor can be provided without increasing the size.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態は、本発明を、軽車両又はロボット装置等に好適に利用されるステッピングモータに適用したものである。本実施の形態は、本願発明者等が先に出願したステッピングモータ(特願2007−010158号)において生じる問題点を解消するのに好適なものである。ここでは、先ず、特願2007−010158号記載のステッピングモータ(以下参照例という。)及びその問題点について説明し、次に、本発明にかかるステッピングモータについて説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to a stepping motor suitably used for a light vehicle or a robot apparatus. The present embodiment is suitable for solving the problems that occur in the stepping motor (Japanese Patent Application No. 2007-010158) previously filed by the present inventors. Here, a stepping motor described in Japanese Patent Application No. 2007-010158 (hereinafter referred to as a reference example) and problems thereof will be described first, and then a stepping motor according to the present invention will be described.
図1は、参照例にかかるステッピングモータのロータを示す図、図2は、ステータを示す図、図3は、ステッピングモータの断面図、図4は、図3のIV−IV線における断面図である。 1 is a view showing a rotor of a stepping motor according to a reference example, FIG. 2 is a view showing a stator, FIG. 3 is a sectional view of the stepping motor, and FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. is there.
参照例にかかるステッピングモータ1は、ロータ10と、ロータの内側に設けられる、鉄などの磁性材料からなるステータ20とを有する。このステッピングモータ1は、ステータ20が内側、ロータ10が外側に配設され、ステータ20を中心としてその周りをロータ10が回転するアウタロータ構成を有する。
The
ステータ20は、非磁性材料からなるステータシャフト11と、ステータシャフト11に取り付けられたA相ステータ14A、B相ステータ14B、及びC相ステータ14Cとを有する。各ステータ14A〜14Cは、8つのステータティースを有する第1及び第2部材を有する。第1部材と第2部材はステータコア12により接続されている。本参照例においては、各ステータの第1部材及び第2部材をそれぞれA相第1ステータ14A1、及びA相第2ステータ14A2、B相第1ステータ14B1、及びB相第2ステータ14B2、C相第1ステータ14C1、及びC第2相ステータ14C2とする。さらに、各ステータには、第1及び第2部材の間に円周方向に巻回されたA相コイル13A、B相コイル13B、C相コイル13Cを有する。また、A相ステータ14AとB相ステータ14Bとの間、B相ステータ14BとC相ステータ14Cとの間にステータ部磁気遮蔽板17を有する。
The
各ステータ14A〜14Cは、図5に示すように、それぞれ相内でステータティース31、ステータスロット32の電気角が180deg(1/2ピッチ)ずれている。A相、B相、C相は、それぞれ相間でステータティース31、ステータスロット32が120deg(1/3ピッチ)ずれている。本例では8極のステータを示すが、例えば32極であってもよい。なお、本参照例においては、3相ステータであるので、1/3ピッチずれて配置されているが、N(N≧2)相ステータの場合は、180×(N−1)/Ndeg、(1/2)(N−1)/Nピッチずれて配置すればよい。すなわち、2相の場合は、90deg、1/2ピッチ、3相の場合は120deg、1/3ピッチ、4層の場合は135deg、3/8ピッチ、5相の場合は144deg、2/5ピッチ等である。
As shown in FIG. 5, the
ロータ10は、A相ステータ14A、B相ステータ14B、C相ステータ14Cに対向して配設されるロータヨーク15及びロータヨーク15を挟んで設けられるアルミニウム等からなるロータ部磁気遮蔽板19を有し、ステータ20を中心にその外周を回転する。本参照例においては、ステータは3相であるのでロータヨーク15が3つ、そのロータヨーク15を挟んで4つのロータ部磁気遮蔽板19が設けられている。
The
また、ロータ10には、上述の各ステータにおける8つのステータティースに対応して8つのロータ磁石16が設けられている。後述するように、本参照例にかかるロータ磁石16は、ステータ20の端面からロータ磁石の両端がロータ部磁気遮蔽板19内部に突出するよう設けられる。特に本参照例においては、ロータ磁石16が磁気遮蔽板19を貫通して設けられており、このことにより、ステータ20のステータティースへの磁束漏れを極力低減し、高トルクを実現する。
Further, the
さらに、ロータ10を収納するハウジング18を有し、ベアリング20A、20Bを介してステータシャフト11が回転可能に取り付けられている。
Furthermore, it has the
次に、本参照例にかかるステッピングモータのロータ磁石16について説明する。図6及び図7は、それぞれ従来及び本参照例にかかるステッピングモータのロータ磁石部分を拡大して示す図である。図6に示すように、従来のステッピングモータは、ロータ磁石116が各相単位で各ステータ114A〜114Cの端面に揃って配置されている。しかしこの構成であるとロータ磁石116の端部の磁束漏れのため、トルク発生に寄与する磁束が減少する。これに対し、図7に示すように、本参照例においては、3相共通の1本の細長いロータ磁石16とし、ロータ磁石16端部がステータ14A1、14A2より長く飛び出す設計とすることで、漏れ磁束により磁束量の減少、すなわちトルク低下を抑えることができる。
Next, the
ここで、本参照例においては、全相共通の1本の構成とするが、各相個別に設けてもよい。この場合、各相において、ステータの両端部又は少なくとも片端部からロータ磁石が突出する構成とする。 Here, in this reference example, one configuration common to all phases is used, but each phase may be provided individually. In this case, in each phase, the rotor magnet protrudes from both ends or at least one end of the stator.
従来はステータ端面とロータ磁石端面とが一致する構成であったため、磁束がステータティース(ステータ歯)に入らず有効に使用できないためモータ出力が計算より低下していた。この欠点は特に埋め込み型構造を用いる場合に顕著になる。これに対し、本参照例においては、ステータを超えて両端に延びる単一のロータ磁石を使用することで各相に対して共通に磁束を与えることができるため、漏れ磁束を減少してトルクを向上させることができる。 Conventionally, the end face of the stator and the end face of the rotor magnet coincide with each other. Therefore, since the magnetic flux does not enter the stator teeth (stator teeth) and cannot be used effectively, the motor output is lower than the calculation. This drawback is particularly noticeable when an embedded structure is used. On the other hand, in this reference example, since a single magnetic flux can be applied to each phase by using a single rotor magnet extending beyond both ends of the stator, the leakage magnetic flux is reduced and torque is increased. Can be improved.
次に参照例にかかるステッピングモータの効果について説明する。図18及び図19は、それぞれ図6に示す従来及び図7に示す本参照例にかかるステッピングモータにおける磁場解析シミュレーションによるトルク増加検証結果を示すグラフ図である。横軸は回転角、縦軸はトルクを示す。ロータ磁石の端部がステータ端面と等しい従来のステッピングモータは、最大トルクが66.5Nm、最小トルク57.9、平均トルク62.0Nm、トルククリップル13.7%であったのに対し、本参照例にかかるステッピングモータは、最大トルクが72.5Nm、最小トルク62.4、平均トルク67.4Nm、トルククリップル14.9%であった。 Next, the effect of the stepping motor according to the reference example will be described. 18 and 19 are graphs showing torque increase verification results by a magnetic field analysis simulation in the stepping motor according to the conventional example shown in FIG. 6 and the reference example shown in FIG. 7, respectively. The horizontal axis represents the rotation angle, and the vertical axis represents the torque. The conventional stepping motor in which the end portion of the rotor magnet is equal to the end surface of the stator has a maximum torque of 66.5 Nm, a minimum torque of 57.9, an average torque of 62.0 Nm, and a torque cripple of 13.7%. The stepping motor according to the reference example had a maximum torque of 72.5 Nm, a minimum torque of 62.4, an average torque of 67.4 Nm, and a torque cripple of 14.9%.
このように、参照例においては、ロータ磁石を遮蔽板を貫通するように設けることで、漏れ磁束を減少させ、結果、最大トルクを約10%向上させることができた。参照例においては、ロータ磁石をロータヨークのみならず、遮蔽板に飛び出して設ける。好ましくは遮蔽板を貫通するようにして各相共通の1つのロータ磁石を設けることで、磁石端部で従来発生していたステータティースに対する漏れ磁束を減少させる。すなわち、ステータティースに有効に磁束を入れることで、無駄なスペースが少ない状態は維持いつつトルクが極めて高いステッピングモータを提供することができる。例えば、加減速が激しいロボット等の装置にはダイレクトドライブが好ましいが、本構成であれば高いトルクが得られるためダイレクトドライブが可能となる。また、ロータ磁石を1本にすることで部品点数が減り、組み立て容易となる。 Thus, in the reference example, by providing the rotor magnet so as to penetrate the shielding plate, the leakage magnetic flux was reduced, and as a result, the maximum torque could be improved by about 10%. In the reference example, the rotor magnet is provided not only on the rotor yoke but also on the shielding plate. Preferably, by providing one rotor magnet common to each phase so as to penetrate the shielding plate, the leakage magnetic flux with respect to the stator teeth that has been conventionally generated at the end of the magnet is reduced. That is, by effectively putting magnetic flux into the stator teeth, it is possible to provide a stepping motor with extremely high torque while maintaining a state where there is little wasted space. For example, a direct drive is preferable for a device such as a robot that is accelerating and decelerating, but with this configuration, a high torque can be obtained, so that a direct drive is possible. Further, by using one rotor magnet, the number of parts is reduced, and assembly is facilitated.
次に、参照例にかかるステッピングモータの問題点について説明する。図3に示すステッピングモータにおいて、各相間での磁気漏れが問題となる。この磁気漏れを防ぐためには、各相間の距離を十分に離したり、各相間に、磁性体を設置し、渦電流による磁束の妨げを利用する(以下、パッシブ遮蔽ともいう。)ことが考えられる。しかしながら、これらの方法では、ステッピングモータの体積増加・重量増加が避けられない。そこで、本願発明者が鋭意実験研究した結果、相間にコイルを設置し、磁束を妨げる向きに電流を流す(以下、アクティブ遮蔽ともいう。)ことにより、磁気漏れ低減による高トルク化及びリップルの低減を実現すると共に、重量・体積増加を抑制することができることを見出した。 Next, problems of the stepping motor according to the reference example will be described. In the stepping motor shown in FIG. 3, magnetic leakage between the phases becomes a problem. In order to prevent this magnetic leakage, it is conceivable that the distances between the phases are sufficiently separated, or a magnetic material is installed between the phases, and magnetic flux obstruction due to eddy current is used (hereinafter also referred to as passive shielding). . However, these methods inevitably increase the volume and weight of the stepping motor. Therefore, as a result of earnest experiment research by the inventor of the present application, by installing a coil between the phases and passing a current in a direction that interferes with the magnetic flux (hereinafter also referred to as active shielding), higher torque and reduced ripple are achieved by reducing magnetic leakage. It has been found that an increase in weight and volume can be suppressed.
図10は、参照例にかかるステッピングモータの問題点を説明する図であって、図10(a)は、ステッピングモータの断面図、図10(b)は、モータ断面の磁束コンター図(高等線図:contour figure)、図10(c)は、(b)の相間を拡大して示す図である。図10(a)に示すように、駆動トルク発生用コイルの電流の向きは、A相、B'相、C'相で紙面手前向き、A'相、B相、C相で紙面奥方向とする。この場合、B相とC相、及びB'相とC'相では、電流の向きが同じになるため、図10(b)、(c)に示すように、各相で偏った磁気漏れが発生する。この偏った磁気漏れは、磁力からトルクに変換する際の損失になり、トルクむらは発生する。 10A and 10B are diagrams for explaining the problems of the stepping motor according to the reference example. FIG. 10A is a cross-sectional view of the stepping motor, and FIG. 10B is a magnetic flux contour diagram (high contour line) of the motor cross-section. Fig. 10 (contour figure) and Fig. 10 (c) are enlarged views showing the phase of (b). As shown in FIG. 10 (a), the direction of the current of the drive torque generating coil is A phase, B ′ phase, C ′ phase facing forward in the plane of the paper, and A ′ phase, B phase, C phase, the depth direction of the plane of the page. To do. In this case, since the current directions are the same in the B phase and the C phase, and in the B ′ phase and the C ′ phase, as shown in FIGS. appear. This biased magnetic leakage becomes a loss when converting from magnetic force to torque, and torque unevenness occurs.
図11は、参照例にかかる問題点を解消する方法を示す図である。図11(a)に示すように、各相間の距離を十分離すことで偏った磁気漏れを低減することができる。又は、図11(b)に示すように、各相間に挟む板に非磁性かる電気伝導率が高い材料を使用する。これにより、磁束を妨げる向きに渦電流が発生する。このパッシブ遮蔽により、偏った磁気漏れを抑制することができる。しかしながら、図11(a)及び/又は図11(b)に示す方法では、重量の増加及び体積の増加を避けることができない。 FIG. 11 is a diagram illustrating a method for solving the problem according to the reference example. As shown in FIG. 11A, biased magnetic leakage can be reduced by sufficiently separating the distances between the phases. Alternatively, as shown in FIG. 11B, a non-magnetic material having high electrical conductivity is used for the plates sandwiched between the phases. As a result, an eddy current is generated in a direction that disturbs the magnetic flux. This passive shielding can suppress biased magnetic leakage. However, in the method shown in FIG. 11A and / or FIG. 11B, an increase in weight and an increase in volume cannot be avoided.
図12は、本実施の形態にかかるステッピングモータを示す図であって、図12(a)は、ステッピングモータの断面図、図12(b)は、ステッピングモータの断面磁束コンター図、図12(c)は、相間の拡大図を示す。上述の図10と同様の向きに駆動トルク発生用コイルの電流が流れている場合、B相とC相の間にアクティブ遮蔽用コイル(Y相コイル13E)を設ける。そして、B相、C相の電流の方向とは反対向きに、アクティブ遮蔽用コイルに電流を流す。B'相とC'相の間も同様とする。また、A相とB相の間にもアクティブ遮蔽用コイル(X相コイル13D)が設けられており、A相、B相の電流の方向とは逆向きに電流を流すことができる。このアクティブ遮蔽用コイルが発生する磁界により、図12(b)、図12(c)に示すように、磁気漏れを遮断する方向に磁界を発生させる。このことにより、少ないスペースで磁気漏れを低減することができる。よって、トルクむらの低減を実現することができると供に、重量・体積増加を抑制することができる。
12A and 12B are diagrams showing the stepping motor according to the present embodiment. FIG. 12A is a sectional view of the stepping motor, FIG. 12B is a sectional magnetic flux contour diagram of the stepping motor, and FIG. c) shows an enlarged view between the phases. When the current of the driving torque generating coil flows in the same direction as in FIG. 10 described above, an active shielding coil (
図13は、アクティブ遮蔽の励磁タイミングを示す図である。また、図14は、タイミングT=t1〜t6における電流の方向及び磁束の向きを示す図である。コイルをステッピングモータの上からそれぞれA相、B相、C相(A'相、B'相、C'相)としたとき、A相とB相の間をX相(A'相とB'相の間をX'相)、B相とC相の間をY相(B'相とC'相の間をY'相)とする。 FIG. 13 is a diagram illustrating the excitation timing of active shielding. FIG. 14 is a diagram illustrating the direction of current and the direction of magnetic flux at timings T = t 1 to t 6 . When the coils are set to the A phase, the B phase, and the C phase (A ′ phase, B ′ phase, and C ′ phase) from the top of the stepping motor, the X phase (A ′ phase and B ′ phase) is between the A phase and the B phase. The phase between the phases is the X ′ phase), and the phase between the B phase and the C phase is the Y phase (the phase between the B ′ phase and the C ′ phase is the Y ′ phase).
時刻t1では、A相とB相にかかる駆動電流が共にHighで同一であるため、X相にLowの電流を流す。また時刻t2では、B相とC相にかかる駆動電流が共にLowであるため、Y相にそれとは逆向きのHighの電流を流す。時刻t3では、A相とC相が同一方向の電流となり、B相はその逆向きの電流となっているため、X相、Y相にはアクティブ遮蔽のために電流を流す必要がない。時刻t4では、A相とB相にかかる駆動電流が共にLowで同一であるため、X相にそれとは逆向きのHighの電流を流す。また時刻t5では、B相とC相にかかる駆動電流が共にHighであるため、Y相にそれとは逆向きのLowの電流を流す。時刻t6では、A相とC相が同一方向の電流となり、B相はその逆向きの電流となっているため、X相、Y相にはアクティブ遮蔽のために電流を流す必要がない。 At time t 1, since the driving current according to the A-phase and B-phase are both identical in High, flow Low current to the X phase. In addition time t 2, the order drive current according to the B-phase and C phase are both Low, flow High current in the opposite direction from that in the Y-phase. At time t 3 , the A phase and the C phase are currents in the same direction, and the B phase is the current in the opposite direction. Therefore, it is not necessary to flow current in the X phase and the Y phase for active shielding. At time t 4, since the driving current according to the A-phase and B-phase are the same both at Low, flow High current in the opposite direction from that in the X phase. In addition the time t 5, since the driving current according to the B-phase and C phase are both High, flow Low current in the opposite direction from that in the Y-phase. At time t 6, A phase and the C phase become the same direction of the current, since the B phase has a current in the opposite direction, X-phase, it is not necessary to flow a current to the active shield is the Y-phase.
本実施の形態においては、3相のステッピングモータにおいて、A相とB相に同一方向の電流が流れる間、及びB相とC相に同一方向の電流が流れる間、これらとは逆向きにX相、Y相に電流を流す。すなわち、漏れ磁束を打ち消すタイミングでX相、Y相に電流を流すことにより、漏れ磁束を打ち消し、磁束の偏りを低減することができる。このことにより、磁気漏れ低減による高トルク化及びリップルの低減を実現すると共に、重量・体積増加を抑制することができる。 In the present embodiment, in a three-phase stepping motor, while currents in the same direction flow in the A phase and the B phase and currents in the same direction flow in the B phase and the C phase, A current is passed through the phase and the Y phase. That is, by flowing current in the X phase and the Y phase at the timing of canceling the leakage magnetic flux, the leakage magnetic flux can be canceled and the magnetic flux bias can be reduced. Accordingly, it is possible to realize high torque and ripple reduction by reducing magnetic leakage and to suppress an increase in weight and volume.
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、本実施の形態においては、アウタロータ型のステッピングモータとして説明したが、インナロータ型のステッピングモータに適用することも可能である。また、本実施の形態は、参照例にかかるステッピングモータに適用した例について説明したが、通常の3相(又はそれ以上の)ステッピングモータにおける磁気漏れを低減することができることは言うまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, the outer rotor type stepping motor has been described. However, the present invention can also be applied to an inner rotor type stepping motor. Moreover, although this Embodiment demonstrated the example applied to the stepping motor concerning a reference example, it cannot be overemphasized that the magnetic leakage in a normal three phase (or more) stepping motor can be reduced.
1 ステッピングモータ、10 ロータ、11 ステータシャフト
12 ステータコア、13A A相コイル、13B B相コイル
13C C相コイル、13D X相コイル、13E Y相コイル
14A A相ステータ、14A1 A相第1ステータ
14A2 A相第2ステータ、14B B相ステータ
14B1 B相第1ステータ、14B2 B相第2ステータ
14C C相ステータ、14C1 C相第1ステータ
14C2 C相第2ステータ、15、41 ロータヨーク
16、42 ロータ磁石、17 ステータ部磁気遮蔽板
18 ハウジング、19 ロータ部磁気遮蔽板
20 ステータ、20A、20B ベアリング
31 ステータティース、32 ステータスロット
DESCRIPTION OF
Claims (7)
複数のステータティースを有する第1及び第2部材を有し、前記ステータシャフトに取り付けられる第1乃至第3ステータと、
前記第1乃至第3ステータにおいて、それぞれ前記第1及び第2部材の間に円周方向に巻回された第1乃至第3コイルと、
前記第1ステータと第2ステータの間及び第2ステータと第3ステータの間に設けられるそれぞれ第4コイル及び第5コイルと、
前記第1乃至第3ステータに対向して配設されるロータヨーク及び前記ロータヨークを挟んで設けられるロータ部磁気遮蔽板を有し、前記ステータを中心にその外周を回転するロータと、
前記複数のステータティースに対応して前記ロータヨークに設けられる複数のロータ磁石と、
前記ロータを収納するハウジングとを有し、
前記第1及び第2コイルに同一方向の電流が流れる間、前記第4コイルには、これとは反対方向に電流が流れ、第2及び第3コイルに同一方向の電流が流れる間、前記第5コイルには、これとは反対方向に電流が流れる、ステッピングモータ。 A stator shaft;
First to third stators having first and second members having a plurality of stator teeth and attached to the stator shaft;
In the first to third stators, first to third coils wound in a circumferential direction between the first and second members, respectively.
A fourth coil and a fifth coil respectively provided between the first stator and the second stator and between the second stator and the third stator;
A rotor yoke disposed opposite to the first to third stators, and a rotor magnetic shielding plate provided across the rotor yoke, the rotor rotating around the stator around the stator;
A plurality of rotor magnets provided on the rotor yoke corresponding to the plurality of stator teeth;
A housing for housing the rotor,
While current in the same direction flows in the first and second coils, current flows in the fourth coil in the opposite direction, and current in the same direction flows in the second and third coils. A stepping motor in which current flows through the five coils in the opposite direction.
ことを特徴とする請求項1記載のステッピングモータ。 The stepping motor according to claim 1, wherein the rotor magnet is provided so as to protrude from the rotor yoke to at least a part of the rotor magnetic shielding plate.
ことを特徴とする請求項2記載のステッピングモータ。 The stepping motor according to claim 2, wherein the rotor magnet is provided so as to penetrate the rotor part magnetic shielding plate.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のステッピングモータ。 The stepping motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotor magnet is individually provided for each of the first to third stators.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のステッピングモータ。 The stepping motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the starter teeth of the first member and the second member are arranged with a ½ pitch shift from each other.
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のステッピングモータ。 6. The stepping motor according to claim 1, wherein the first member of the first stator and the first member of the second stator are arranged with a shift of 1/3 pitch. .
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のステッピングモータ。 6. The Nth (N ≧ 3) stator is characterized in that the first member of each stator is arranged with a shift of (1/2) (N-1) / N pitch. A stepping motor according to claim 1.
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JP2008009852A JP2009171797A (en) | 2008-01-18 | 2008-01-18 | Stepping motor |
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- 2008-01-18 JP JP2008009852A patent/JP2009171797A/en active Pending
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