JP2011259680A - Two-phase hybrid rotary electrical machinery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、巻き線極である複数個の主極に2相の巻き線を施してなる固定子と、ハイブリッド型回転子要素を有する回転子とを備えたステッピングモータ等の2相ハイブリッド型回転電機に関する。 The present invention relates to a two-phase hybrid type rotation such as a stepping motor provided with a stator having two-phase windings on a plurality of main poles which are winding poles, and a rotor having a hybrid type rotor element. It relates to electric machinery.
従来より、ステッピングモータは、プリンタ,ファクシミリ,複写機などの情報機器分野や、FA機器などの産業機器分野を含め、広範囲に渡ってその駆動部分に使用されている。近年では、ステッピングモータの総需要は年々拡大傾向にあり、その用途も広範囲に及んでおり、それに伴い機器側に貢献できるモータのコンパクト化設計、低コスト化の要求も高まってきている。小型で安価、高速高トルク、低振動回転が複写機やプリンタ等のOA機器等に多用されるステッピングモータ等の回転電機に要求されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, stepping motors have been widely used in driving parts including information equipment fields such as printers, facsimiles, and copying machines, and industrial equipment fields such as FA equipment. In recent years, the total demand for stepping motors has been increasing year by year, and their applications have been widespread. Accordingly, there has been an increasing demand for compact motor design and cost reduction that can contribute to the equipment side. Small, inexpensive, high-speed, high-torque, and low-vibration rotations are required for rotating electrical machines such as stepping motors frequently used in office automation equipment such as copying machines and printers.
この種ステッピングモータとしては、例えばロータに磁性体と永久磁石とを用いたハイブリッド型の場合、特開平3−212149号公報や実開昭55−24020号公報等に示される構成のものが多用されている。すなわち、環状の磁性体枠より放射状でかつ内方に突出した複数の主極にそれぞれ巻き線を施して固定子を構成し、この固定子にエアギャップを介して、対の磁性体間に軸方向に着磁した永久磁石を挟持して構成されたハイブリッド型回転子を対向させて構成されている。 As this type of stepping motor, for example, in the case of a hybrid type using a magnetic body and a permanent magnet for the rotor, ones having a configuration shown in Japanese Patent Laid-Open No. 3-212149, Japanese Utility Model Laid-Open No. 55-24020, etc. are frequently used. ing. In other words, a stator is formed by winding a plurality of main poles that protrude radially inward from an annular magnetic body frame, and a shaft is formed between the pair of magnetic bodies via an air gap. It is configured by facing a hybrid rotor configured to sandwich a permanent magnet magnetized in the direction.
上述したステッピングモータにあっては、そのステップ角として1.8°構成のものが多用されているが、このステップ角を高精度に維持、制御するためには、固定子と回転子との間のエアギャップを例えば0.05mmに管理することが要求される。このため、固定子を支持するモータケースにアルミ等の金属製ブッシュを固定し、これにボールベアリングを保持し、回転子の回転子軸をボールベアリングにて高精度に回転支持するようになっている。 In the stepping motor described above, a step angle of 1.8 ° is often used. However, in order to maintain and control the step angle with high accuracy, a step angle between the stator and the rotor is used. It is required to manage the air gap of 0.05 mm, for example. For this reason, a metal bush such as aluminum is fixed to a motor case that supports the stator, a ball bearing is held on the bush, and the rotor shaft of the rotor is rotated and supported with high precision by the ball bearing. Yes.
しかし、上述した従来構成のものでは、固定子と回転子との間に微小エアギャップを確保するため、金属製ブッシュやボールベアリングを用いる必要があり、コスト高となる問題がある。 However, in the conventional configuration described above, it is necessary to use a metal bush or a ball bearing in order to secure a minute air gap between the stator and the rotor, which increases the cost.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、安価でかつ高速高効率運転を可能としたステッピングモータ等の2相ハイブリッド型回転電機を得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 obtain a two-phase hybrid rotary electric machine such as a stepping motor that is inexpensive and enables high-speed and high-efficiency operation.
上記目的を実現するために、本発明の2相ハイブリッド型回転電機にあっては、略環状のコアバック部、及びこのコアバック部より放射状に内方に突出形成されそれぞれの先端に複数個の誘導子歯を形成してなる複数個の主極からなる固定子コアと、この固定子コアのそれぞれの主極に巻回された2相の巻き線とを含む固定子と、
固定子にエアギャップを介して回転自在に設けられ、回転子軸に、磁性材からなる1対の回転子磁極と該両回転子磁極で挟み込まれ軸方向に着磁された永久磁石とからなる回転子要素を支持して構成された回転子とを備え、
各回転子磁極の外周面に複数個の磁歯を等ピッチで形成し、1対の回転子磁極をそれぞれの磁歯が周方向に1/2ピッチ分ずらせて配置するようにし、
回転子のステップ角を4.09°に設定すると共に、回転子の回転子軸を支持する軸受としてメタル軸受を用いるようにしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the two-phase hybrid electric rotating machine of the present invention, a substantially annular core back part, and a plurality of protrusions formed radially inwardly from the core back part, are formed at the respective tips. A stator core comprising a plurality of main poles forming inductor teeth, and a two-phase winding wound around each main pole of the stator core;
The stator is rotatably provided through an air gap. The rotor shaft includes a pair of rotor magnetic poles made of a magnetic material and a permanent magnet sandwiched between the rotor magnetic poles and magnetized in the axial direction. A rotor configured to support the rotor element;
A plurality of magnetic teeth are formed at an equal pitch on the outer peripheral surface of each rotor magnetic pole, and a pair of rotor magnetic poles are arranged such that each magnetic tooth is shifted by 1/2 pitch in the circumferential direction,
The step angle of the rotor is set to 4.09 °, and a metal bearing is used as a bearing for supporting the rotor shaft of the rotor.
上記した構成における回転子は、回転子要素を2組、共通回転子軸上に設けて近接させ、両回転子要素の近接する回転子磁極同士の歯位置を周方向同一であり且つ同一極性に磁化されているように構成してもよい。 In the rotor having the above-described configuration, two pairs of rotor elements are provided on the common rotor shaft so as to be close to each other, and the tooth positions of the adjacent rotor magnetic poles of both rotor elements are the same in the circumferential direction and the same polarity. You may comprise so that it may be magnetized.
また、固定子の固定子コアは、8個の主極を周方向等間隔に有し、各主極はそれぞれ3個の誘導子歯を等間隔かつ当該主極の中心線に対し対称状に配置して構成するのがよい。 Further, the stator core of the stator has eight main poles at equal intervals in the circumferential direction, and each main pole has three inductor teeth at equal intervals and symmetrical with respect to the center line of the main pole. It is good to arrange and configure.
この場合、固定子コアは磁性鉄板を1枚ごとに90°回転積層させて構成されているのが望ましく、さらに、回転子は、回転子磁極の磁歯の数を22個にすることで44極構成に設定されているとよい。 In this case, it is desirable that the stator core is configured by rotating and laminating 90 ° of magnetic iron plates one by one. Further, the rotor has a structure in which the number of magnetic teeth of the rotor magnetic poles is set to 22 so that 44 It is good to set to a polar configuration.
加えて、本願発明の2相ハイブリッド型回転電機において、固定子の軸方向両側に位置するカバー部材に、メタル軸受を保持する樹脂製の軸受保持部材をそれぞれ取り付けるようにしてもよく、この場合、両カバー部材にそれぞれ保持される軸受保持部材及びこれに保持されるメタル軸受はそれぞれ、同一部材からな構成するのがよい。 In addition, in the two-phase hybrid electric rotating machine of the present invention, resin bearing holding members that hold metal bearings may be attached to the cover members that are located on both sides in the axial direction of the stator. Each of the bearing holding members held by the cover members and the metal bearing held by the cover members may be made of the same member.
回転子のステップ角を4.09°に設定したことにより、ステップ角1.8°の一般的な汎用品に比し、入力パルス信号でコイルを励磁する毎に回転する回転子の回転角度が大きくなり、この分、回転子を高速回転させることが可能となる。回転子の高速化は回転数の上昇によりモータの効率が高まることを意味している。一方、モータの効率はエアギャップに依存する値でもあり、エアギャップが大きくなれば効率が低下することはよく知られているが、この点を考慮すると、高速化によりモータ効率を高めることができるため、エアギャップを広くしてもモータの効率を従来と同等程度に確保することが可能になる。 By setting the step angle of the rotor to 4.09 °, the rotation angle of the rotor that rotates each time the coil is excited by the input pulse signal is smaller than that of a general-purpose product having a step angle of 1.8 °. As the size increases, the rotor can be rotated at a high speed. Increasing the speed of the rotor means that the efficiency of the motor is increased by increasing the rotational speed. On the other hand, the efficiency of the motor is also a value depending on the air gap, and it is well known that the efficiency decreases as the air gap increases. However, considering this point, the motor efficiency can be increased by increasing the speed. For this reason, even if the air gap is widened, the efficiency of the motor can be secured to the same level as in the conventional case.
換言すれば、エアギャップを高精度に維持しなくてもモータ出力を従来のものと同等にすることができるため、回転子を支持する軸受として安価なスベリ軸受、つまりメタル軸受を利用することが可能になり、大幅なコスト低減が実現できることになる。 In other words, since the motor output can be made equivalent to that of the conventional one without maintaining the air gap with high accuracy, an inexpensive sliding bearing, that is, a metal bearing can be used as a bearing for supporting the rotor. It becomes possible, and a significant cost reduction can be realized.
本発明に係る2相ハイブリッド型回転電機の実施形態につき、以下図面に基づいて説明する。 An embodiment of a two-phase hybrid electric rotating machine according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1及び図2は、本発明の一例である2相ハイブリッド(HB)型ステッピングモータの全体構成を示し、図1は切断正面図、図2は平面図であり、また、図3は、本モータの要部構成を示し、主極数を8とした固定子とHB型回転子とを組合わせたものを軸方向から見た図であり、巻き線の図示は省略してあるが、8主極の巻き線極である首部にはそれぞれ巻き線が施され、1個おきの4個の主極に巻回された巻き線が連結されて1相分を形成し、残りの4主極で他の1相分を形成し、全体で2相巻き線としたHB型回転電機である。固定子は不平衡電磁力が発生せず高速性に優れた8主極構造を採用した例である。 1 and 2 show the overall configuration of a two-phase hybrid (HB) type stepping motor which is an example of the present invention. FIG. 1 is a cut front view, FIG. 2 is a plan view, and FIG. FIG. 2 is a view showing a configuration of a main part of a motor and a combination of a stator having a main pole number of 8 and an HB type rotor as viewed from the axial direction, and illustration of windings is omitted; The neck, which is the winding pole of the main pole, is each wound, and the windings wound around every other four main poles are connected to form one phase, and the remaining four main poles This is an HB type rotating electrical machine in which another one-phase portion is formed to form a two-phase winding as a whole. The stator is an example of adopting an 8-main pole structure excellent in high speed without generating unbalanced electromagnetic force.
固定子10は、外形がほぼ正四辺形の環状のコアバック部12aとこのコアバック部12aより放射状に内方に突出して設けられ周方向に等間隔に配列された8個の主極12bとからなる固定子コア12と、各主極12bに巻回された2相の巻き線14(図1に示す)と、各主極12bと巻き線14との間に介在された上下の絶縁部材16,18とからなり、巻き線極である各主極12bの先端には3個の誘導子歯12cが突出して設けられている。各主極12bにおいて、3個の誘導子歯12cは等間隔に配置され、かつ主極12bの中心線に対し対称位置に配置されている。
The
固定子コア12は複数枚の珪素鋼板を積層して構成されている。図3に示すように、垂直軸(X軸)と水平軸(Y軸)の互いに直交する2つの線上に配置された4個の主極12b、つまり90°毎に配置された4個の主極12bで1相分(A相、C相)を構成し、残りの4個の機械角で互いに90°隔てて且つ1相分主極からは機械角で45度隔てて配置された主極12bで2相分(B相、D相)を形成する。各相において、90°毎の4個の主極12bは巻き線14への通電時に交互に異極となるように励磁され駆動される。
The
図1に示すように、固定子コア12には、その軸方向両側から、各主極12bの首部つまり被巻線部を挟み込んで覆うように絶縁部材16,18が組み込まれ、巻き線14はこの絶縁部材16,18を介して各主極12bに巻回される。
As shown in FIG. 1, insulating
一方、固定子コア12の内側に配置された回転子20は、図1に示すように、回転子軸22に軸方向に並んで固定された2個の回転子磁極24A,24Bと、この回転子磁極24A,24B間で挟持され軸方向に着磁された円盤状の永久磁石26とにより構成されている。これら回転子磁極24A,24Bはそれぞれ珪素鋼鈑等を積層して構成され、それぞれの外周には等ピッチで複数個(本実施例では22個)の磁歯25が等間隔に設けられている。対の回転子磁極24A,24Bは互いに歯ピッチが1/2ずれて配置されており、この2個の回転子磁極24A,24Bとこの間に挟持された永久磁石26とにより回転子要素28が構成されている。回転子軸22の回転子磁極24A,24Bに対応する位置にはローレット加工部22aが形成され、永久磁石26を挟持した対の回転子磁極24A,24Bに回転子軸22が圧入固着され、ローレット加工部22aにおいて回転子磁極24A,24Bの回り止めがなされ、強固に固定されている。永久磁石26は例えばフェライト磁石により構成されている。勿論、他の磁石材料、ネオジウム等の希土類磁石を用いることもできる。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the
回転子磁極24A,24Bの磁歯25の歯数は22であるから、回転子磁歯ピッチは360°/22=16.36°であり、ステップ角は2相機なので回転子磁歯ピッチを4等分した値となり、4.09°である。すなわち、本モータはHB型であり、前述より明らかなように、図3で示された一方の回転子磁極24AがS極に磁化されているとすれば、その各磁歯25の中間にはN極に磁化された他方の回転子磁極24Bの磁歯25が永久磁石26の厚み分軸方向に隔てて存在する。従って回転子要素28としての磁歯25のN極とS極のピッチは8.18°であり、この値を相数で割ったものがステップ角であるから、本実施形態は2相機のため、ステップ角は上述した4.09°となる。
Since the number of teeth of the
図1において、固定子10の軸方向両側(便宜上、上側及び下側と称する)には、上カバー30及び下カバー32が配置され、固定子10の固定子コア12における外周面と共にモータカバーを構成している。両カバー30,32の外形はそれぞれ固定子コア12と同様にほぼ正四辺形状に形成されている。下カバー32は底面を構成する底板部32a、四辺形状の外枠部32b、及び回転子軸22と同心状になるよう形成された内枠部32cからなり、PPS,PBT等の樹脂により一体成形されている。この下カバー32は、外枠部32bの端面を固定子コア12の下面に当接させた状態で固定子10に固定されている。この固定方法としては、例えば、下側の絶縁部材18の一部と下カバー32の一部とをほぼ全周の複数箇所に渡って近接対向させ、両者間に超音波を印加していわゆる超音波溶着により固着させている。この下カバー32により固定子コア12の下面より導出している絶縁部材18及び巻き線14が覆われることになる。
In FIG. 1, an
上述した下カバー32の一辺には、外部との接続用のターミナル部が設けられている。すなわち、図1及び図2に示すように、下カバー32の外枠部32bの一部を切り欠くと共に、この位置の底板部32aに側方に延出した受け部32dを形成している。下側の絶縁部材18には、これに植設されたピン(からげピン)を用いて回路基板36が取り付けられており、ピンには巻き線14の端部がからげてはんだ付けされることにより回路基板36に電気的に接続されている。回路基板36の一部は固定子コア12の外側面より導出されてこの受け部32dで支持され、この位置の回路基板36上にコネクタ38が取り付けられている。従って、外部電源や信号をこのコネクタ38を利用して供給することにより巻き線14への通電及びその制御を行うことができるようになっている。
A terminal portion for connection to the outside is provided on one side of the
また、上カバー30は薄板金属板をプレス成形することにより形成され、天板部30aと四辺形状の外枠部30bとからなっており、天板部30aの中央部には、下カバー32の内枠部32cの内径にほぼ等しい内径の開口30cが形成されている。この上カバー30は、外枠部30bの下端面を固定子コア12の上面に当接させた状態で、後述するかしめ技術によって固定子10に固着されている。天板部30aの上面には、これとほぼ同一の外形形状を有し金属板をプレスによる打ち抜き加工することにより形成された取付板34が例えばスポット溶接により固定されている。この取付板34にも、その中央部に天板部30aの開口30cと合致する開口34aが形成されている。
The
図3より明らかなように、固定子コア12の四隅には、90°毎の回転対称の位置に軸方向の通し孔12dが形成されている。固定子コア12の上下の上,下カバー30,32にはそれぞれ、この通し孔12dに対応して挿通孔が設けられ、取付板34にはこの挿通孔に対応してねじ孔34bが形成されている。そして、当該モータの取付の際には、これら通し孔12dや挿通孔に通したボルトを取付板34のねじ孔34bに螺合させて行われる。
As is apparent from FIG. 3, axial through
固定子コア12の軸方向両側の内周部には、軸受ブッシュ40A,40Bが取り付けられ、これにそれぞれ回転子軸22を回転自在に支持するメタル軸受42A,42Bが保持されている。この軸受ブッシュ40A,40BはPPS等の樹脂により成形された同一形状のものであり、図4に示すような構造になっている。すなわち、環状に成形された本体部40aの下部に外径が固定子コア11の各主極12bにおける誘導子歯12cの内径にほぼ等しく形成された段付き嵌合部40bが形成され、本体部40aの外周部の端面にカバー支持面40cが形成されると共に、このカバー支持面40cの内側に軸方向外側に突出したインロー部40dが設けられ、さらに、本体部40aの内周に軸受保持面40eが形成され、この軸受保持筒面40eのインロー部40d側に内方に延出形成されたカバー部40fが設けられている。嵌合部40bの外周面,インロー部40dの外周面及び軸受保持面40eは同心に形成されている。
両軸受ブッシュ40A,40Bの軸受保持面40eには、その内側にメタル軸受42A,42Bが圧入により固定されている。両軸受ブッシュ40A,40Bはそれぞれの嵌合部40b側を互いに向かい合わせた状態で固定子コア12にその軸方向両側から取り付けられる。すなわち、軸受ブッシュ40A,40Bのそれぞれの嵌合部40bを固定子コア12の各主極12bにおける誘導子歯12cの内径に嵌合させ、かつそれぞれの段付き面を固定子コア12の端面に当接させることにより取り付けられ、軸受ブッシュ40A,40Bの固定子コア12に対する調芯が嵌合部40bの嵌合面(外周面)により行われると共に、軸方向位置が嵌合部40bの段付き面により規制されることになる。メタル軸受42A,42Bは例えば焼結多孔質金属に潤滑剤を含浸させてなる含油スリーブである。
下側の軸受ブッシュ40Bは、固定子コア12に下カバー32を固定することにより同時に固定される。すなわち、軸受ブッシュ40Bをその嵌合部40bを固定子コア12の各主極12bの内側に嵌合して取り付けると、本体部40aが下側の絶縁部材18の内周面に嵌合した状態で保持され、この状態で固定子10の下側に下ケース32を配置する。このとき、下ケース32の外枠部32bの上端面を固定子コア12の下面に当接した際、下ケース32の内枠部32cの上端面が軸受ブッシュ40Bの取付支持面40cに当接する。そして、下カバー32を絶縁部材18に超音波溶着により固定することにより、一部が固定子コア12に内嵌保持された軸受ブッシュ40Bが固定子コア12と下カバー32とに挟み込まれた状態となり、確実に固定される。下側の軸受ブッシュ40Bのインロー部40dは、下カバー32の内枠部32cに遊嵌され、その先端が下カバー32より導出することなく内枠部32c内に収容される。
The lower bearing bush 40 </ b> B is simultaneously fixed by fixing the
上側の軸受ブッシュ40Aは、固定子10に回転子20を組み込んだ後に固定子コア12に取り付けられ、上カバー30を固定子10に固定することにより同時に固定される。すなわち、下側の軸受ブッシュ40B及び下カバー32を固定した固定子10の固定子コア12の内側に上方より回転子20を挿入し、回転子20の回転子軸22の下部を軸受ブッシュ40Bに保持されたメタル軸受42Bの内側に挿通させ、回転子20の回転子磁極24A,24Bを固定子コア12の各主極12bの内面に対峙させる。その後、メタル軸受42Aを保持した軸受ブッシュ40Aを、その嵌合部40bを下側にした状態で、回転子軸22をその上端からメタル軸受42Aの内側に挿通させ、嵌合部40bを固定子コア12の主極12bの内側に嵌合する。軸受ブッシュ40Aの嵌合部40bが固定子コア12に嵌合した後、上カバー30を固定子コア12に固定する。
The upper bearing bush 40 </ b> A is attached to the
上カバー30の固定子コア12への固定時には、上カバー30の外枠部30bの下端面が固定子コア12の上面に当接されると同時に、軸受ブッシュ40Aの取付支持面40cに上カバー30の天板部30aが当接するため、軸受ブッシュ40Aが固定子コア12と上カバー30とに挟み込まれた状態となり、確実に固定される。このとき、軸受ブッシュ40Aのインロー部40dは、図1に示すように、上カバー30の天板部30aの開口30c及び取付板34の開口34aに遊挿され、その上端部が取付板34の上面より突出する。従って、このインロー部40dの導出部分を利用することにより、当該モータを各種機器へ取り付けた場合に、回転子軸22を精度よく各種機器の入力部に合致させることが可能となる。
When the
次に、上カバー30の固定子10への固定について説明する。上述したように、四辺形状の上カバー30は天板部30a及び外枠部30bを有するが、四辺形の四隅に対応する外枠部30bには、図5に示すような固定片30dが一体にかつ下方へ延出させて設けられている。固定片30dの下部寄りには、図6(a)に明示するように、抜き孔30eが設けられ、固定片30dの抜き孔30eより下側の部分がかしめ作用部30fとなっている。抜き孔30eの内下縁には、その中央位置が最も低くなるような形態の2つのテーパ面30e1,30e2が形成されている。この固定片30dの下部に対応する固定子コア12には、外表面に四角形に開口する凹部12eが設けられている。ここで、凹部12eの上縁は、上カバー30の外枠部30下端面が固定子コア12の上面に当接した状態において、固定片30dの抜き孔30eのテーパ面30e1,30e2に一部クロスするような配置になっている。
Next, the fixing of the
そして、上カバー30の固定子10への固定に際しては、上述したように、固定子10に上側の軸受ブッシュ40Aを取り付けた後、固定子10上に上カバー30をその外枠部30bの下端面を固定子コア12の上端面に当接させて配置し、次に、上カバー30の四隅に位置する各固定片30dの作用部30f中心部をそれぞれ外側から内方に向けて打刻し、つまりそれぞれの凹部12eに作用部30fの一部を変形させて入り込ませ、上カバー30をかしめ固定する。
When the
このとき、固定片30dの作用部30fの一部が固定子コア12の凹部12eに入り込むことにより上カバー30の抜け止め,脱落防止が実現するが、本実施形態の構造の場合、特に上カバー30の強固な固定が実現する。すなわち、図6(a),(b)よりわかるように、固定片30dにおける抜き孔30eの下縁のテーパ面30e1,30e2、つまり作用部30fの上縁テーパ面が固定子コア12の凹部12eの上縁とクロスしているため、作用部30fを凹部12e内に変形させた際、作用部30fの上縁テーパ面が凹部12e内に入り込むに従い固定片30dに下方への引っ張り力が発生することになり、上カバー30を固定子コア12に押し付けることができ、この押し付け力は上カバー30の四隅で働き、上カバー30全体を固定子コア12にしっかり固定できることになる。
At this time, part of the
上述した構成のステッピングモータにあっては、パルス信号により回転することができるステップ角が4.09°に設定されており、一般的な1.8°のものに比べ、回転角度を大きく設定することができるため、この分、高速に回転させることができる。つまり、実施形態のものは高速化を可能としたステッピングモータであるといえる。そして、モータの出力は回転数とトルクとの積に比例するため、この高速化により出力が増大し、結果として効率が高まることになる。 In the stepping motor having the above-described configuration, the step angle that can be rotated by the pulse signal is set to 4.09 °, and the rotation angle is set larger than that of the general 1.8 °. Therefore, it can be rotated at this speed. That is, it can be said that the embodiment is a stepping motor capable of increasing the speed. Since the output of the motor is proportional to the product of the rotation speed and the torque, the output increases as a result of this increase in speed, resulting in increased efficiency.
一方、上述したステッピングモータでは、従来のものと異なり、回転子20の軸受としてメタル軸受42A,42Bが用いられている。この種のメタル軸受42A,42Bはいわゆるスベリ軸受であるため、固定子と回転子間のエアギャップがボールベアリングの場合のエアギャップより多少大きく設定されている。この場合、固定子と回転子間のエアギャップはモータの効率に影響し、エアギャップが大きくなるほど効率が低下する傾向にある。しかしながら、上記実施形態のものでは、ステップ角の設定により高速化し効率を高めた構成になっているため、軸受としてメタル軸受42A,42Bを用いることに伴って効率の低下を招いても、これを補うだけの効率向上を図る結果、従来の場合と同等以上の効率を発揮するステッピングモータを得ることができる。
On the other hand, unlike the conventional stepping motor,
ここで、上記固定子コア12は、珪素鋼板を所定枚数積層して構成されるが、この珪素鋼板を所定形状にプレス打ち抜きしたものを90°ずつ次々に回転して積層する手法を採用することにより、パーミアンスベクトルのバラツキ抑制効果を得ることができる。つまり、図3に示した固定子コア12は90°点対称構造であるため、90°回転させて重ね合わせることにより、プレス抜き型の僅かな寸法の差や珪素鋼板の板厚差によるパーミアンスベクトルのバラツキを、キャンセルさせることができる。
Here, the
次に、本発明の実施例2につき、図7を用いて説明する。なお、図7において、前記と同一符号のものは同一もしくは相当するものを示すものとする。図7に示すものは、回転子20’としていわゆるツインマグネットタイプのHB型回転子を採用し、回転子20’の軸長に合わせて固定子10’を構成したものである。
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the same reference numerals as those described above denote the same or corresponding ones. In FIG. 7, a so-called twin magnet type HB type rotor is adopted as the
すなわち、固定子10’において、図1に記載のものと異なる点は、複数枚の珪素鋼板を積層して構成される固定子コア12’であり、珪素鋼板の積層枚数を増大させて所定の軸長を形成している。この場合も、所定形状にプレス抜きした珪素鋼板を90°ずつ次々に回転して積層する手法を採用することにより、パーミアンスベクトルのばらつきを解消しバランスさせることができる。
That is, the
回転子20’は、一対の回転子磁極間に永久磁石を挟持してなる回転子要素を用いて構成されたHB型回転子であるが、この実施例では、二つの回転子要素を用いて構成されている。すなわち、回転子20’は、回転子軸22’に軸方向に並んで固定された4個の回転子磁極24AX,24BX,24BY,24AYと、対の回転子磁極24AX,24BX間及び24BY,24AY間でそれぞれ挟持され軸方向に着磁された円盤状の永久磁石26X,26Yとにより構成されている。これら回転子磁極はそれぞれ珪素鋼鈑等を積層して構成され、それぞれの外周には等ピッチで複数個(この実施例では22個)の磁歯25X,25Yが設けられている。
The
対の回転子磁極24AX,24BXは互いに歯ピッチが1/2ずれて配置され、両者の間に永久磁石26Xが挟持され、同様に、対の回転子磁極24AY,24BYは互いに歯ピッチが1/2ずれて配置され、両者の間に永久磁石26Yが挟持されている。両永久磁石26X,26Yは着磁方向が互いに逆になるように設定されており、永久磁石26Xにより磁化された回転子磁極24AX,24BXと永久磁石26Yにより磁化された回転子磁極24AY,24BYとのうち、向かい合う隣接磁極24BX,24BYが同極性になるように設定されている。このとき隣接する回転子磁極24BX,24BYの周方向における歯位置は同じ位置である。回転子磁極24AX,24BX及び永久磁石26Xで回転子要素28Xが、回転子磁極24AY,24BY及び永久磁石26Yで回転子要素28Yが構成される。なお、図7では回転子要素28X,28Yが隙間なく隣接している状態を示しているが、回転子要素28X,28Yが軸方向に僅かに離れた状態で隣接していてもよい。
The pair of rotor magnetic poles 24AX, 24BX are arranged with a tooth pitch offset by 1/2, and a
回転子要素28X,28Yの各回転子磁極24AX,24AY,24BX,24BYのそれぞれの磁歯25X,25Yは、固定子10’の各主極の誘導子歯にエアギャップを介して径方向に対向する。二つの回転子要素28X,28Yを共通の回転子軸22’に支持した回転子20’は、その回転子軸22’を固定子10’の軸方向両側に設けた軸受ブッシュ40A,40Bのメタル軸受42A,42Bにて支持することにより、回転自在に支持されている。軸受ブッシュ40A,40Bは、実施例1の場合と同様、上カバー30及び下カバー32を固定子10’に固定することにより、固定子10’に取り付けられる。
The
この実施例においても、実施例1の場合と同様の作用効果を得ることができる。 Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
本発明による2相ハイブリッド型回転電機は、高速回転が可能で、高効率化を実現し、かつメタル軸受の採用により低コスト化を図ることができ、ステッピングモータとして、OA機器である複写機やプリンターの用途に対し安価で高速高トルク低振動の回転電機の提供が可能であり、工業的に大きな寄与が期待される。その他、医療機器、FA機器、ロボット、遊戯機械、住宅設備機器への応用も大いに期待される。 The two-phase hybrid electric rotating machine according to the present invention is capable of high-speed rotation, achieves high efficiency, and can reduce the cost by adopting a metal bearing. As a stepping motor, a copying machine that is an OA machine, It is possible to provide an inexpensive, high-speed, high-torque, low-vibration rotating electrical machine for printer applications, which is expected to make a significant industrial contribution. In addition, application to medical equipment, FA equipment, robots, amusement machines, and housing equipment is also highly expected.
10,10’:固定子
12,12’:固定子コア
12b:主極
12c:誘導子歯
14 :巻き線
20,20’:回転子
22,22’:回転子軸
24A,24B,24AX,24BX,24AY,24BY:回転子磁極
25,25X,25Y:磁歯
26,26X,26Y:永久磁石
28,28X,28Y:回転子要素
30:上カバー
32:下カバー
40A,40B:軸受ブッシュ
42A,42B:メタル軸受
10, 10 ':
Claims (7)
前記固定子にエアギャップを介して回転自在に設けられ、回転子軸に、磁性材からなる1対の回転子磁極と該両回転子磁極間で挟持され軸方向に着磁された永久磁石とからなる回転子要素を支持して構成された回転子とを備え、
前記各回転子磁極の外周面には複数個の磁歯が等ピッチで形成され、前記1対の回転子磁極はそれぞれの磁歯が周方向に1/2ピッチ分ずらせて配置されてなる2相ハイブリッド型回転電機であって、
前記回転子のステップ角が4.09°に設定されると共に、前記回転子の回転子軸を支持する軸受としてメタル軸受が用いられていることを特徴とする2相ハイブリッド型回転電機。 A substantially annular core back portion, and a stator core comprising a plurality of main poles formed radially inwardly projecting from the core back portion and having a plurality of inductor teeth formed at respective tips; A stator including two-phase windings wound around each main pole of the child core;
A pair of rotor magnetic poles made of a magnetic material, and a permanent magnet sandwiched between the rotor magnetic poles and magnetized in the axial direction, provided rotatably on the stator via an air gap; A rotor configured to support a rotor element consisting of
A plurality of magnetic teeth are formed at an equal pitch on the outer peripheral surface of each rotor magnetic pole, and the pair of rotor magnetic poles are arranged with their magnetic teeth shifted by 1/2 pitch in the circumferential direction. Phase hybrid type rotating electric machine,
A two-phase hybrid rotary electric machine characterized in that a step angle of the rotor is set to 4.09 ° and a metal bearing is used as a bearing for supporting the rotor shaft of the rotor.
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