JP2010041894A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】出力効率を最高にし、ハイパワー及びハイトルクの目的を達成することができるステッピングモータを提供する。
【解決手段】固定子１０と、回転子２０と、を含み、固定子１０の内部の周面には等距離に間隔されている八つの固定子磁極１２１，・・・，１２８が設けられ、これらの固定子磁極にはＡ相巻線ユニット３０とＢ相巻線ユニット４０とが巻付けられるステッピングモータであって、Ａ相巻線ユニット３０は、第一固定子磁極と、第三固定子磁極と、第五固定子磁極と、第七固定子磁極と、を順次に巻付け、第一固定子磁極と第五固定子磁極との巻付方向が第三固定子磁極と第七固定子磁極との巻付方向と逆にし、Ｂ相巻線ユニット４０は、第二固定子磁極と、第四固定子磁極と、第六固定子磁極と、第八固定子磁極と、を順次に巻付け、第二固定子磁極と第六固定子磁極との巻付方向が第四固定子磁極と第八固定子磁極との巻付方向と逆にしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁界及び電流によって回転子の回動を発生するステッピングモータに係り、特に、巻線の巻付方式を改良することによって巻線係数を最適にすると共に出力効率を最高にすることができ、ハイパワー及びハイトルクの目的を達成することができるステッピングモータに関する。

ステッピングモータは、電界、磁界、動作又はトルクの相互作用によって作動するものであり、電界は、磁界に電流を流せることによって発生され、ステッピングモータの性能との関係が絶対あり、コイルに通過する電流量を変更し、又は周辺の電磁界の強度を調整することにより、回転速度を制御することができる。しかし、本発明は、コイルに通過する電流量を変更することなく、そしてステッピングモータの基本構成を変更しないことを前提として、ステッピングモータの性能を如何に向上するかを探求する。

ステッピングモータの応用が極めて広範であり、その性能の良さは入力パワーと出力の効率比にあり、市販しているステッピングモータは全て固定子を有し、固定子の内部には回転子が設けられており、固定子は外周を有し、前記外周の内部には磁界空間が設けられており、前記磁界空間の周面には複数の固定子磁極が等距離に間隔されており、回転子が固定子磁極の内側に回転可能であり、固定子磁極に巻線が巻き付けられており、前記巻線に電流を流すと電界が発生され、固定子磁極に巻き付けられた巻線の巻付方式は、電磁界の強度（すなわち、ステッピングモータの性能）を強く影響する。

従来のステッピングモータの固定子磁極に巻き付けられた巻線の巻付方式には、一定の原理がなく、組合及び排列の方式が極めて多く、全ての方式が加工性を最優先に考慮しており、ステッピングモータの性能を如何に向上するかが全く考慮されなかったので、ステッピングモータの出力パワーの大きさに悪影響が与えられる。

従来のステッピングモータの固定子磁極に巻き付けられた巻線の第一種類の巻付方式は、Ａ相巻線ユニットは、第一固定子磁極の巻付方向が時計方向であり、第三固定子磁極の巻付方向が反時計方向であり、第五固定子磁極と第七固定子磁極の巻付方向が時計方向であり、なお、Ｂ相巻線ユニットは、第二固定子磁極の巻付方向が時計方向であり、第四固定子磁極の巻付方向が反時計方向であり、第六固定子磁極と第八固定子磁極の巻付方向が時計方向であり、そうすると、得られる巻線係数が０．３５３であり、このようなステッピングモータの効率は低い。

従来のステッピングモータの固定子磁極に巻き付けられた巻線の第二種類の巻付方式は、Ａ相巻線ユニットは、第一固定子磁極の巻付方向が時計方向であり、第三固定子磁極の巻付方向が反時計方向であり、第五固定子磁極と第八固定子磁極の巻付方向が時計方向であり、なお、Ｂ相巻線ユニットは、第二固定子磁極の巻付方向が時計方向であり、第四固定子磁極の巻付方向が反時計方向であり、第六固定子磁極と第七固定子磁極の巻付方向が時計方向であり、そうすると、得られる巻線係数が０．５５９であり、このようなステッピングモータの効率はやや向上される。

本発明の主な目的は、巻線の巻付方式を改良することによって巻線係数を最適にすると共に出力効率を最高にすることができ、ハイパワー及びハイトルクの目的を達成することができるステッピングモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のステッピングモータによると、固定子と、前記固定子の内部に設けられている回転子と、を含み、前記固定子の内部の周面には等距離に間隔されている八つの固定子磁極が設けられており、これらの固定子磁極にはＡ相巻線ユニットとＢ相巻線ユニットとが巻付けられているステッピングモータにおいて、前記Ａ相巻線ユニットは、第一固定子磁極と、第三固定子磁極と、第五固定子磁極と、第七固定子磁極と、に順次に巻付けており、第一固定子磁極と第五固定子磁極との巻付方向が第三固定子磁極と第七固定子磁極との巻付方向と逆にしており、なお、前記Ｂ相巻線ユニットは、第二固定子磁極と、第四固定子磁極と、第六固定子磁極と、第八固定子磁極と、に順次に巻付けており、第二固定子磁極と第六固定子磁極との巻付方向が第四固定子磁極と第八固定子磁極との巻付方向と逆にしており、前記Ａ相巻線ユニット及び前記Ｂ相巻線ユニットの巻付による巻線係数は０．６〜０．８程度であることを特徴とするステッピングモータである。

本発明の請求項２に記載のステッピングモータによると、前記Ａ相巻線ユニットの第一固定子磁極と第五固定子磁極とにおける巻付方向は時計方向であり、前記Ａ相巻線ユニットの第三固定子磁極と第七固定子磁極とにおける巻付方向は反時計方向であり、なお、前記Ｂ相巻線ユニットの第二固定子磁極と第六固定子磁極とにおける巻付方向は時計方向であり、前記Ｂ相巻線ユニットの第四固定子磁極と第八固定子磁極とにおける巻付方向は反時計方向である。

本発明の請求項３に記載のステッピングモータによると、前記Ａ相巻線ユニットの第一固定子磁極と第五固定子磁極とにおける巻付方向は反時計方向であり、前記Ａ相巻線ユニットの第三固定子磁極と第七固定子磁極とにおける巻付方向は時計方向であり、なお、前記Ｂ相巻線ユニットの第二固定子磁極と第六固定子磁極とにおける巻付方向は反時計方向であり、前記Ｂ相巻線ユニットの第四固定子磁極と第八固定子磁極とにおける巻付方向は時計方向である。

本発明の請求項４に記載のステッピングモータによると、前記Ａ相巻線ユニット及び前記Ｂ相巻線ユニットの巻付による巻線係数の最適な数値は０．７０７である。

本発明のステッピングモータによれば、巻線の巻付方式を改良することによって巻線係数を最適にし、出力効率を最高にすることができ、ハイパワー及びハイトルクの目的を達成することができ、そして生産性が極めてよいという効果を奏する。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず、図１を参照する。本発明に係るステッピングモータは、固定子１０と、前記固定子１０の内部に設けられている回転子２０と、を含み、前記固定子１０の内部には磁界空間１１が設けられており、磁界空間１１の周面には等距離に間隔されている八つの固定子磁極１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７，１２８が設けられており、これらは、それぞれ第一固定子磁極１２１と第二固定子磁極１２２と第三固定子磁極１２３と第四固定子磁極１２４と第五固定子磁極１２５と第六固定子磁極１２６と第七固定子磁極１２７と第八固定子磁極１２８であり、これらの固定子磁極１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７，１２８にはＡ相巻線ユニット３０とＢ相巻線ユニット４０とが巻付けられている。

前記Ａ相巻線ユニット３０は、第一固定子磁極１２１と、第三固定子磁極１２３と、第五固定子磁極１２５と、第七固定子磁極１２７と、に順次に巻付けており、図２に示すように、前記Ａ相巻線ユニット３０の第一固定子磁極１２１と第五固定子磁極１２５とにおける巻付方向は反時計方向であり、前記Ａ相巻線ユニット３０の第三固定子磁極１２３と第七固定子磁極１２７とにおける巻付方向は時計方向であり、なお、前記Ｂ相巻線ユニット４０は、第二固定子磁極１２２と、第四固定子磁極１２４と、第六固定子磁極１２６と、第八固定子磁極１２８と、に順次に巻付けており、図３に示すように、前記Ｂ相巻線ユニット４０の第二固定子磁極１２２と第六固定子磁極１２６とにおける巻付方向は反時計方向であり、前記Ｂ相巻線ユニット４０の第四固定子磁極１２４と第八固定子磁極１２８とにおける巻付方向は時計方向である。

このように、本発明に係るステッピングモータの固定子１０の固定子磁極１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７，１２８には、上記の順次及び方法によってＡ相巻線ユニット３０及びＢ相巻線ユニット４０を巻付けているので、磁界空間１１の内部の電磁界の強度が増加し、ハイパワー及びハイトルクの目的を達成することができ、且つステッピングモータにＡ相巻線ユニット３０とＢ相巻線ユニット４０とを巻付けた後の巻線係数は０．６〜０．８程度で、好ましいのは、巻線係数が０．７０７であり、そして巻線係数は、ステッピングモータの分布係数にピッチ係数をかけて得られた数値である。

すなわち、前記Ａ相巻線ユニット３０は、第一固定子磁極１２１と、第三固定子磁極１２３と、第五固定子磁極１２５と、第七固定子磁極１２７と、に順次に巻付けており、前記Ｂ相巻線ユニット４０は、第二固定子磁極１２２と、第四固定子磁極１２４と、第六固定子磁極１２６と、第八固定子磁極１２８と、に順次に巻付けており、また、第一固定子磁極１２１と第二固定子磁極１２２と第五固定子磁極１２５と第六固定子磁極１２６とにおける巻付方向は反時計方向であり、第三固定子磁極１２３と第四固定子磁極１２４と第七固定子磁極１２７と第八固定子磁極１２８とにおける巻付方向は時計方向である。

また、本発明は第一固定子磁極１２１と第二固定子磁極１２２と第五固定子磁極１２５と第六固定子磁極１２６とにおける巻付方向は時計方向であり、且つ第三固定子磁極１２３と第四固定子磁極１２４と第七固定子磁極１２７と第八固定子磁極１２８とにおける巻付方向は反時計方向でもよく、そうすると、上記と同様な効果を得ることもできる。

本発明に係るステッピングモータの固定子の磁極の配線及び巻線方法を示す概略図 本発明に係るステッピングモータの固定子の磁極のＡ相巻線ユニットによる配線及び巻線方法を示す概略図 本発明に係るステッピングモータの固定子の磁極のＢ相巻線ユニットによる配線及び巻線方法を示す概略図

符号の説明

１０：固定子、１１：磁界空間、２０：回転子、３０：Ａ相巻線ユニット、４０：Ｂ相巻線ユニット、１２１：第一固定子磁極、１２２：第二固定子磁極、１２３：第三固定子磁極、１２４：第四固定子磁極、１２５：第五固定子磁極、１２６：第六固定子磁極、１２７：第七固定子磁極、１２８：第八固定子磁極。

Claims (4)

1. 固定子と、前記固定子の内部に設けられている回転子と、を含み、前記固定子の内部の周面には等距離に間隔されている八つの固定子磁極が設けられており、これらの固定子磁極にはＡ相巻線ユニットとＢ相巻線ユニットとが巻付けられているステッピングモータにおいて、
   前記Ａ相巻線ユニットは、第一固定子磁極と、第三固定子磁極と、第五固定子磁極と、第七固定子磁極と、を順次に巻付けており、第一固定子磁極と第五固定子磁極との巻付方向が第三固定子磁極と第七固定子磁極との巻付方向と逆にしており、なお、前記Ｂ相巻線ユニットは、第二固定子磁極と、第四固定子磁極と、第六固定子磁極と、第八固定子磁極と、を順次に巻付けており、第二固定子磁極と第六固定子磁極との巻付方向が第四固定子磁極と第八固定子磁極との巻付方向と逆にしており、前記Ａ相巻線ユニット及び前記Ｂ相巻線ユニットの巻付による巻線係数は０．６〜０．８程度であることを特徴とする、ステッピングモータ。
2. 前記Ａ相巻線ユニットの第一固定子磁極と第五固定子磁極とにおける巻付方向は時計方向であり、前記Ａ相巻線ユニットの第三固定子磁極と第七固定子磁極とにおける巻付方向は反時計方向であり、なお、前記Ｂ相巻線ユニットの第二固定子磁極と第六固定子磁極とにおける巻付方向は時計方向であり、前記Ｂ相巻線ユニットの第四固定子磁極と第八固定子磁極とにおける巻付方向は反時計方向であ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. 前記Ａ相巻線ユニットの第一固定子磁極と第五固定子磁極とにおける巻付方向は反時計方向であり、前記Ａ相巻線ユニットの第三固定子磁極と第七固定子磁極とにおける巻付方向は時計方向であり、なお、前記Ｂ相巻線ユニットの第二固定子磁極と第六固定子磁極とにおける巻付方向は反時計方向であり、前記Ｂ相巻線ユニットの第四固定子磁極と第八固定子磁極とにおける巻付方向は時計方向であ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。
4. 前記Ａ相巻線ユニット及び前記Ｂ相巻線ユニットの巻付による巻線係数は、最適な数値が０．７０７であ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。