JP2640073B2 - ステッピングモータ - Google Patents
ステッピングモータInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
- H02K37/10—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
- H02K37/12—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
- H02K37/14—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
クを有する永久磁石型のステッピングモータの改良に関
する。
て、非通電時に発生するロータのディテントトルクは、
ロータの永久磁石とステータの極歯との間の磁気的吸着
力によって発生する。ステータが2つのステータ組によ
って構成されており、それらのステータ組が電気角にし
てπ/2の位相だけずれているとき、ディテントトルク
の周期がπであるため、ディテントトルクは、両者のス
テータ組の間で打ち消し合って、比較的小さな値に設定
されている。
では、ディテントトルクが回転(通電)時の負荷となる
ために、ディテントトルクが小さくなるように設計され
ている。しかし、用途によっては、非通電時のディテン
トトルクによって、負荷を確実に停止させる場合に、大
きなディテントトルクが必要となる。
タの極歯の幅を不揃いとすることによって、非通電時に
おける各相でのトルクの発生パターンを変化させ、ディ
テントトルクを向上させることを開示している。しか
し、上記技術によると、各相でのトルクのアンバランス
状態が不確実であり、製造過程で、一定のディテントト
ルクが確保しにくく、期待通りの製品が得られない。
ステッピングモータにおいて、非通電時のロータのディ
テントトルクを大きく、または適切な大きさとし、しか
も安定化させることである。
のロータの永久磁石に対向する櫛歯状の磁極を中心部に
有し、これらの磁極を交互に位置させた上下ステータ間
にコイルを設けてステータ組を構成し、このステータ組
をロータの軸方向に2つ並べキャップ状のケース内に所
定の位相で配置したステッピングモータにおいて、キャ
ップ状のケースの底部に磁極を形成してステータを兼用
させ、このステータとコイルを介して重なるステータと
で奥側すなわちキャップ状のケースの底側のステータ組
を形成させ、この奥側のステータ組の磁極の面積の合計
と手前側すなわちキャップ状のケースの開口側のステー
タ組の磁極の面積の合計とを異ならせるよう設定してい
る。好ましい実施例では、ディテントトルクを大きくす
るために、磁極の幅を狭くすることによって、奥側のス
テータ組の磁極の面積の合計が手前側のステータ組の磁
極の面積の合計よりも小さく形成される。
石のロータとの間のトルクカーブが変化し、両トルクの
合成過程でトルクが加算される状態に設定されるため、
これによって必要なディテントトルクが確保できる。
している。このステッピングモータ1は、円柱状の永久
磁石のロータ2と、このロータ2の外周を取り囲む2つ
のステータ組3、4とで構成されている。
兼用する回転体7により回転自在に支持されている。こ
の回転体7の外周に環状の永久磁石8が組み合わせられ
ている。ここで、永久磁石8は、図7、8に示すよう
に、外周の円周方向でN極とS極とを交互に形成してい
る。
の底とこのケース9の開口面を塞ぐ蓋ケース10との間
に固定されている。また、上記ピニオン6の回転は、減
速用のギヤ11、図示しない中間のギヤ、ギヤ13を介
し出力軸14に伝達される。ギヤ11は、軸15より回
転自在に支持されている。この軸15は、蓋ケース10
とケース9の内部にはめ込まれた仕切り板17とによっ
て支えられており、また出力軸14は、仕切り板17に
形成された軸受け部18と蓋ケース10の孔にはめ込ま
れた軸受け19によって回転自在に支持されている。
ぞれ環状のステータ21、22、23、24およびステ
ータ21、22の間、ステータ23、24の間に組み込
まれるコイル25、26、コイルボビン36、37によ
り組み立てられている。それぞれのステータ22、2
3、24は、環状で、ケース9の内部に入る大きさであ
り、ステータ21とともにロータ2と対向する内周部分
で、それぞれ磁極27、28、29、30を形成してい
る。
は、それぞれのステータ21、22、ステータ23、2
4の内周部分の一部を直角に折り曲げて、ロータ2の外
周のNS極と対向する状態で交互に向き合っている。2
つのステータ組3、4は、電気角にしてπ/2だけずれ
た状態で配置されている。このように、ケース9は、底
部でステータ21を兼用している。
ャップ状のケース9の内部の奥側すなわち底側のステー
タ組3のステータ21、22の磁極27、28の面積の
合計がケース9の入口側すなわち開口側のステータ組4
のステータ23、24の磁極29、30の面積の合計よ
りも小さくなるように設定されている。また、その逆で
もよい。すなわちケース9の底側のステータ組3のステ
ータ21、22の磁極27、28の面積の合計がケース
9の開口側のステータ組4のステータ23、24の磁極
29、30の面積の合計より大きくなるように設定され
ていてもよい。この実施例では磁極27、28の幅が磁
極29、30の幅よりも小さく、ほぼ1/2程度に設定
されているため、磁極27、28の面積の合計が磁極2
9、30の面積の合計よりも小さくなっている。
いて、非通電時のディテントトルクの発生状況を示して
いる。ロータ2のN極からでた磁束は、ロータ2の回転
位置によって、磁極27、28、29、30のうちいず
れか1つのみを通過してS極に戻るか、または対向の磁
極28を通ってケース9に到り、磁極27を経てS極に
戻るか、対向の磁極27を通ってケース9に到り、磁極
28を経てS極に戻るか、もしくは対向の磁極30を通
ってケース9に到り、磁極29を経てS極に戻るか、対
向の磁極29を通ってケース9に到り、磁極30を経て
S極に戻る。磁極27、28、29、30の1つのみを
通って閉じる磁束をΦaとし、磁極27、28、29、
30の2つおよびケース9を通る磁束をΦbで表すと、
これらの磁束Φa、Φbによって、ロータ2にCW(時
計方向)またはCCW(反時計方向)のトルクが発生す
る。
は、図3に示すように、磁束Φaが他の磁束Φbよりも
大きくなるため、ロータ2が図示の位置で停止し、その
ときのトルクの方向およびその大きさは、図5のグラフ
のようになる。トルクカーブが右下がりにトルク0の線
を通過するポイントが電気角θ=0、π、2π、3π・
・となる。一方、ステータ組3の幅の狭い磁極27、2
8では、図4に示すように、磁束Φbが他の磁束Φaよ
りも大きくなるため、この磁束Φbが形成される位置で
ロータ2が停止する。このため、図6のように、トルク
カーブが右下がりにトルク0の線を通過するポイントが
電気角θ=0、π、2π、3π・・となる。この結果、
ステータ組3、4のトルクの合成すなわちロータ2のデ
ィテントトルクは、上記2つのトルクカーブの加算によ
って、大きな値となる。なお、図6で、点線のトルクカ
ーブは、磁極27、28の幅が広い場合を示している。
めには、ケース9が1キャップ型であるから、奥(ケー
ス9の底)側のステータ組3の磁極27、28の面積が
ケース9の手前(開口)側のステータ組4の磁極29、
30の面積よりも小さくなるように構成されていなけれ
ばならない。その理由は、奥側のステータ組3では、ス
テータ21とケース9が一体であり、磁束Φbの経路で
接触部が一箇所のみのため、その経路での磁気抵抗が少
なく、図6で示す値のトルクカーブが得られるからであ
る。一方で、1キャップ型のケース9の入口側の相で
は、ステータ組4の2枚のステータ23、24とも外側
のケース9と接触部を有し、外側のケース9を通って閉
じる磁路の抵抗が大きく、磁極29、30の幅を狭くす
ると、図6で示す値のトルクカーブが得られず、所望の
機能を得ることが困難となるからである。
を得るために、奥側のステータ組3の磁極27、28の
面積の合計を手前側のステータ組4の磁極29、30の
面積の合計よりも小さく形成する他の手段を示してい
る。図7のものは、ステータ22の磁極28のみを幅の
狭いものとして構成する例であり、また図8のものは、
ステータ21の磁極27の一部のみを狭い幅のものとし
て構成する例であり、さらに図9のものはステータ2
1、22、23の磁極27、28、29を同じ幅のもの
とし、他のステータ24の磁極30の一部のみを幅の広
いものとして構成する例である。もちろん、これらの磁
極27、28、29、30は、台形でなく、長方形状あ
るいはその他の形状であってもよい。
ス9の他の構造を示している。図10のものは、筒状の
ケース9の底の外周部分に盛り上がり部分を形成し、ス
テータ21を別部材として構成し、両者を大きな面積で
圧入などにより面で接触させることによって、磁気的な
結合をよくする例であり、また図11のものは、接触部
をステータ21の外側面に当てて、溶接などによって固
着する例である。これらの実施例でも、ケース9は、別
部材のものとともに最終的にキャップ状となっている。
5、26の間に背中合わせに配置した2枚のステータ2
2、23の一方の極歯27、28の面積の合計と他方の
極歯29、30の面積の合計とを異ならせた構成におい
て、特に3つの極歯27、28、30の面積を同じに形
成し、他方の極歯29の面積を小さく形成したものであ
る。この構造のものは、モータの組み立て過程で、図7
の具体例のステータ22、23を入れ替えたものに相当
する。したがって、2枚のステータ22、23の組み込
み位置を単に入れ替えするだけで、2つの異なるディテ
ントトルクを選択し得る効果があり、モータの用途に応
じて適切に対応できる。
クが大きくなり、停止位置の保持能力が増加するため、
ステッピングモータによって駆動される部分に復帰方向
の力や荷重がかかったとしても、回りはじめない。しか
も、この大きなディテントトルクが磁束形成の相違によ
って簡単に得られるため、特性上のばらつきもなく、安
定なディテントトルクが得られる。
れかたの違いを利用して、各相でのトルクを加え合わせ
るようにしてディテントトルクを確保しているから、従
来例のものに比較して大きなディテントトルクが確実に
確保できる。
る。
る。
トルクの発生状況を示す説明図である。
トルクの発生状況を示す説明図である。
の波形図である。
の波形図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 円柱状のロータの永久磁石に対向する櫛
歯状の磁極を中心部に有し、この磁極を交互に位置させ
た上下ステータ間にコイルを設けた2つのステータ組を
上記ロータの軸方向に並べたステッピングモータにおい
て、キャップ状のケースに磁極を形成してステータを兼
用させ、このステータとコイルを介して重なるステータ
とで奥側のステータ組を構成させ、この奥側のステータ
組の磁極の面積の合計と手前側のステータ組の磁極の面
積の合計とを異ならせて形成したことを特徴とするステ
ッピングモータ。 - 【請求項2】 奥側のステータ組の磁極の面積の合計を
手前側のステータ組の磁極の面積の合計よりも小さく形
成したことを特徴とする請求項1記載のステッピングモ
ータ。 - 【請求項3】 磁極の幅を狭くすることによって磁極の
面積を小さくすることを特徴とする請求項2記載のステ
ッピングモータ。
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- 1993-05-25 JP JP5145514A patent/JP2640073B2/ja not_active Expired - Fee Related
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