JP3422192B2 - Ｐｍ形ステッピングモータ - Google Patents
Ｐｍ形ステッピングモータInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＰＭ形ステッピング
モータ、更に詳しくは磁極を有する内外のヨーク間に励
磁コイルを装着して形成されたステータユニットを、軸
方向に複数積層してステータを形成するＰＭ形ステッピ
ングモータに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来から、小型で位置決め用のモータと
してＰＭ形ステッピングモータが用いられてきた。二相
ＰＭ形ステッピングモータは、ロータとその周りに同軸
状に配置されるステータから構成される。ロータは、円
筒状の磁石が装着され多極着磁により複数の磁極を有す
る。ステータは、軸方向に積層された２つのステータユ
ニットからなり、各々のステータユニットは外ヨーク、
内ヨーク、及びこれら内外のヨーク間に挟持される励磁
コイルからなる。外ヨークは励磁コイルの外周面を覆う
円筒状のハウジング部と、励磁コイルの一方の端面を覆
うプレート部と、プレート部の中央から励磁コイル内周
面に等間隔に延びるくし歯状の複数の磁極歯からなり、
これらは鋼板を一体にプレス加工することで形成され
る。内ヨークは、励磁コイルのもう一方の端面を覆うプ
レート部と、プレート部の中央から励磁コイル内周面に
等間隔に延びるくし歯状の複数の磁極歯からなり、外ヨ
ークと同様プレス加工により一体に形成される。外ヨー
クと内ヨークには同数の磁極歯が設けられ、励磁コイル
の内周面においてこれら磁極歯が等間隔となるように配
置され、ロータを駆動する磁界が形成される。そして２
つのステータユニットは、２つのカバーによって挟みこ
まれ、カバーには同軸状にシャフトを回転支持する軸受
が備えられる。 【０００３】２つのステータユニットは、それぞれの磁
極歯が等間隔となるように所定の角度だけずらして積層
される。図５は、２つのステータユニットを配置したと
きの、磁極歯の相互位置関係を展開して示した図であ
る。ここで、モータの基本ステップ角（機械角）をθS
で表し、以下これを用いて説明する。Ｐをステッピング
モータの相数、Ｎを各ヨークの磁極歯の数とすると、モ
ータの磁極歯の全数は２ＰＮ枚となり、基本ステップ角
θSは下記（１）式により示される。 【０００４】 θS＝３６０°／（２ＰＮ） ・・・（１） 第１の磁極歯２７ａは外ヨーク２３ａのプレート部２６
ａから、第２の磁極歯２９ａは内ヨークのプレート部２
８ａから、それぞれ向かい合う方向に延びている。第１
および第２の磁極歯はそれぞれ等間隔に４θS毎に配置
される。そして、第１の磁極歯と第２の磁極歯がお互い
に等間隔で配置されるため、隣接する歯のピッチは２θ
Sとなる。さらに、第１のステータユニット２１ａと第
２のステータユニット２１ｂは、θSずらして積層され
る。したがって、第１と第２のステータユニットの磁極
歯、全数２ＰＮ枚がそれぞれ等間隔で配置され、隣接す
る歯のピッチはθSとなる。この結果、ステッピングモ
ータは励磁によりステップ数２ＰＮ、基本ステップ角θ
Sで制御することが可能となる。 【０００５】しかしステッピングモータは、その動作原
理から振動・騒音を伴う。そのため、振動・騒音を低減
することを目的に、モータを構成する部品の精度やその
部品を組立てる精度を向上する技術が考えられてきた。
また、磁極歯の形状を工夫したり、歯ピッチをずらす工
夫もなされてきた。 【０００６】図６は従来の二相ＰＭ形ステッピングモー
タの磁極歯の配列で、歯ピッチをずらした場合の磁極歯
の位置関係を示す展開図である。図６のモータの磁極歯
は、全数の磁極歯を等間隔に配置した位置から、４つの
ヨークのうち２つのヨークの歯はずらさず、１つのヨー
クの歯の全てを進み方向にずらし、１つのヨークの歯の
全てを遅れ方向にずらして形成してある。 【０００７】しかしながらこのような従来のＰＭ形ステ
ッピングモータは、永久磁石起磁力によりロータの回転
角に対し周期的に発生するディテントトルクを有する。
そしてそのディテントトルクの現れる成分は、原理的に
２Ｐｋe次（但し、Ｐはステッピングモータの相数、ｋe
は正の整数）の高調波成分である。この現象を具体的に
表したグラフを図７に示す。 【０００８】図７は、図６で示すように歯をずらしたモ
ータも含め、上述の二相ＰＭ形ステッピングモータの４
つのヨークの磁極歯のうち、等間隔な位置から１つのヨ
ークの全ての歯を進み方向に、１つのヨークの全ての歯
を遅れ方向にそれぞれずらした時の、ずれ量と、本モー
タのディテントトルクの４次成分・８次成分・４次成分
と８次成分の和の関係を示している。但し、等間隔な位
置から磁極歯をずらす量（機械角）をα、ずれピッチを
ｄt＝１／ｄPで表すと、下記（２）式の関係がある。 【０００９】 α＝（１／ｄP）４θS ・・・（２） ここで横軸のずれ量は簡単のため、ずれピッチの逆数ｄ
Pを用いた。また二相ステッピングモータの場合、ディ
テントトルクは４次成分、８次成分等が原理的に現れ、
それ以外の成分は打ち消し合い現れない。さらに、どの
歯もずらさない場合は、この図でｄPの値を無限大にと
ったときに相当し、この時のディテントトルクの４次成
分と８次成分の和の値を、図７中に一点鎖線で示した。 【００１０】この図７より以下の内容がわかる。ディテ
ントトルクの４次成分はｄPとともに振動的に増減し、
ディテントトルクの８次成分も同様である。その結果、
４次成分と８次成分の和も、ｄPとともに振動的に増減
する。したがって、０＜α＜４θSの範囲すなわちｄP＞
１の範囲で、適当なｄPの値（但し、ｄP≠４／３、２、
４）を選ぶことにより、どの歯もずらさない場合に比
べ、ディテントトルクの高調波成分を減少させることが
できる。しかしその減少は小さく、また４次成分と８次
成分を同時にゼロにさせるｄPの値は存在しないため、
ディテントトルクの高調波成分を完全に打ち消すことは
できない。 【００１１】さらに上述のモータの場合、適当なｄPの
値（但し、ｄP≠４／３、２、４）を選ぶことによりデ
ィテントトルクの高調波成分を減少させることができる
が、磁極歯を備える４つのヨーク全てを用いて、モータ
全体としてディテントトルクの高調波成分を打ち消し合
っている。このため、軸の倒れにより磁気的なバランス
が崩れ、軸方向の位置によって空隙のパーミアンスが不
均一になった場合、ディテントトルクの高調波成分は打
ち消し合い難くなる。 【００１２】従ってこれらディテントトルクの高調波成
分の影響により、励磁に伴い発生する主トルクに角度依
存性が生じていた。その結果、回転速度が不均一とな
り、動作時の振動・騒音を抑制することが難しいという
問題点があった。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の請求項
１の発明は、各ヨーク内でディテントトルクの高調波成
分を打ち消し合うことで、軸の倒れにより磁気的なバラ
ンスが崩れ軸方向の位置によって空隙のパーミアンスが
不均一になった場合でも、ディテントトルクの高調波成
分を効果的に低減させ、主トルクの角度依存性を低減で
き、回転速度の不均一性を改善できるため、動作時の振
動・騒音を抑制することを可能とするＰＭ形ステッピン
グモータを提供することを目的としたものである。 【００１４】請求項２の発明は、原理的に現れるディテ
ントトルクの２Ｐ次成分（但し、Ｐはステッピングモー
タの相数）をゼロにすることでディテントトルクの高調
波成分を低減させ、動作時の振動・騒音を抑制すること
を可能とするＰＭ形ステッピングモータを提供すること
を目的としたものである。 【００１５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、各ステータユニットの各ヨークの磁極歯に、各ヨー
ク内で等間隔な位置からずれた歯を設けることが好まし
い。ここで等間隔な位置とは、歯ピッチを４θSにして
配置した位置である。磁極歯を、このように等間隔な位
置からずれた歯を設けて配置すると、原理的に現れるデ
ィテントトルクの２Ｐｋe次成分（但し、Ｐはステッピ
ングモータの相数、ｋeは正の整数）を各ヨーク内で相
殺し、減少できる。その結果、軸の倒れにより磁気的な
バランスが崩れ、軸方向の位置によって空隙のパーミア
ンスが不均一になった場合でも、ディテントトルクの高
調波成分を効果的に低減させることが可能となる。した
がって、主トルクの角度依存性を減少でき、回転速度の
不均一性を改善できるため、動作時の振動・騒音を抑制
することが可能となる。ここで、０＜α＜４θSを満た
すずれ量α、すなわちｄP＞１を満たす範囲の中に、上
記の効果が得られるｄPの値が存在するが、請求項２記
載の発明では、特に磁極歯のずれピッチを数１の式で示
される値に設定することを特徴とする。なお数１の式中
のｎは、各ヨークの磁極歯の配列の最小単位となる歯数
である。例えば、ずらさない歯１枚、ずらした歯１枚を
順番に配列した場合、計２枚が歯の配列の最小単位であ
るため、ｎ＝２である。同様に、ずらさない歯１枚、進
み方向にずらした歯１枚、遅れ方向にずらした歯１枚を
順番に配列した場合、計３枚が歯の配列の最小単位であ
るため、ｎ＝３である。また、ここで定義されるｎ枚の
歯に対し、それぞれずれピッチｄtが存在する。 【００１６】ずれピッチをこのように設定すると、原理
的に現れるディテントトルクの２Ｐ次成分（但し、Ｐは
ステッピングモータの相数）をゼロにすることができ、
さらなる効果が得られる。なおここでは、ｎは２以上の
整数である。 【００１７】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を二相ＰＭ
形ステッピングモータを対象に、図面に基づき説明す
る。図１は本発明の一例を示す、二相ＰＭ形ステッピン
グモータの縦断面図であり、この図１によりＰＭ形ステ
ッピングモータの構造を説明する。 【００１８】ＰＭ形ステッピングモータ１は、回転自在
に支持されるロータ１０と、その周りに僅かな空隙を隔
てて同軸状に配置されるステータ２０から構成される。
ロータ１０はシャフト１１の周囲に円筒状の磁石１２が
装着され、多極着磁により複数の磁極を有する。 【００１９】ステータ２０は軸方向に２列に積層され
た、第１のステータユニット２１ａと第２のステータユ
ニット２１ｂからなる。各々のステータユニットは、励
磁コイル２２、外ヨーク２３、内ヨーク２４からなる。
励磁コイル２２は、ワイヤーを円筒状に巻装して絶縁処
理を施し、外ヨーク２３と内ヨーク２４の間に挟持され
る。外ヨーク２３は励磁コイル２２の外周面を覆う円筒
状のハウジング部２５と、励磁コイル２２の一方の端面
を覆う円盤状のプレート部２６と、プレート部の中央か
ら励磁コイルの内周面に延びるくし歯状の複数の磁極歯
２７からなる。これらハウジング部２５、プレート部２
６、磁極歯２７は鋼板を一体にプレス加工することによ
り形成される。内ヨーク２４は、励磁コイル２２のもう
一方の端面を覆う円盤状のプレート部２８と、プレート
部２８の中央から励磁コイル２２の内周面に延びるくし
歯状の複数の磁極歯２９からなる。これらプレート部２
８、磁極歯２９は、外ヨーク２３と同様に鋼板をプレス
加工することにより一体に形成される。そして外ヨーク
２３と内ヨーク２４には同数の磁極歯が設けられてお
り、励磁コイル２２の内周面においてこれら磁極歯が、
接触しないように交互に配置される。 【００２０】また第１のステータユニット２１ａと第２
のステータユニット２１ｂは、所定の角度だけずらして
積層される。そして２つのステータユニット２１は、２
つのカバー１３によって挟みこまれる。また２つのカバ
ー１３には、同軸状にシャフト１１を回転支持する軸受
１４が備えられる。このように構成されたＰＭ形ステッ
ピングモータ１は、図示しない駆動回路により各相の励
磁コイル２２に流す電流を順次切換えることで回転磁界
が形成され、ロータ１０が駆動される。ここで以下の実
施例においては、ステップ数９６、基本ステップ角θS
＝３．７５°のＰＭ形ステッピングモータを用いて説明
する。 【００２１】［実施例１］ 図２は請求項１記載の発明に係り、各々のステータユニ
ットに設ける磁極歯の、相互の位置関係の一例を示す展
開図である。第１の磁極歯２７ａは第１の外ヨーク２３
ａのプレート部２６ａから、第２の磁極歯２９ａは第１
の内ヨーク２４ａのプレート部２８ａから、それぞれ向
かい合う方向に延びている。同様に、第３の磁極歯２７
ｂは第２の外ヨーク２３ｂのプレート部２６ｂから、第
４の磁極歯２９ｂは第２の内ヨーク２４ｂのプレート部
２８ｂから、それぞれ向かい合う方向に延びている。そ
して各々のステータユニットを構成する外ヨーク２３と
内ヨーク２４には、同数２４枚の磁極歯が設けられ、全
部で９６枚の磁極歯を有する。ただし図２では、磁極歯
は各ヨーク６枚、全部で２４枚のみを抜粋して示してい
る。 【００２２】図２は、右方向を進み方向、左方向を遅れ
方向とし、矢印の方向にそれぞれの歯をずらした後の状
態を示す。第１の磁極歯２７ａの左から１番目の歯は等
間隔な位置からずらさず、２番目の歯は進み方向にずら
してある。また３番目以降はこの繰り返しである。同様
に、第２の磁極歯２９ａ、第３の磁極歯２７ｂ、第４の
磁極歯２９ｂも、左から１番目の歯はずらさず、２番目
の歯は進み方向にずらし、３番目以降はこの繰り返しで
ある。 【００２３】従って、本例のＰＭ形ステッピングモータ
は、各ヨークの２４枚の磁極歯を等間隔１５°おきに配
置した位置から、２４枚の歯のうち１２枚の歯はずらさ
ず、１２枚の歯を進み方向にずらして形成してある。 【００２４】このように磁極歯を配置すると、ずらさな
い歯、進み方向にずらした歯がお互いに作用し合い、デ
ィテントトルクの２Ｐｋe次成分（但し、Ｐはステッピ
ングモータの相数、ｋeは正の整数）を低減することが
できる。また磁極歯を備える各々のヨーク内において、
ディテントトルクの高調波成分を打ち消し合っている。
このため、軸の倒れにより磁気的なバランスが崩れ、軸
方向の位置によって空隙のパーミアンスが不均一になっ
た場合でも影響を受け難く、ディテントトルクを有効に
打ち消し合うことができる。また、円周方向の直近の歯
の間でディテントトルクの高調波成分を打ち消し合うた
め、軸の偏心により円周方向の位置によって空隙のパー
ミアンスが不均一になった場合でも影響を受け難く、同
様にディテントトルクを有効に打ち消し合うことができ
る。 【００２５】請求項１記載の発明は、本実施例における
ずらした歯の具体的ずれ量の設定方法に関する。一般
に、一つの極歯における空隙パーミアンスの基本波はsi
nθｍ、（θｍ：電気角）と表せる。同様に２Ｐ次高調
波成分はsin２Ｐθｍと表せる。また、ずらした歯の成
分はsin2P（θm+ｄt・2π）、（ｄt：ずれピッチ）。実
施例に示すとおり二層モータで歯の最小単位：ｎ＝２の
とき、ｄt＝１／８ピッチ、または３／８ピッチ、また
は５／８ピッチ等に設定すれば、ずらした歯の成分はsi
n（4θm＋π）であり、ずらさない歯の成分sin4θmとの
和は、ゼロとなる。これを一般式で表すと、 がゼロとなることであり、 が導かれる。 【００２６】上述した実施例では、二相のＰＭステッピ
ングモータを対象に説明したが、二相に限らず一般にＰ
相のステッピングモータについても同様に適用できる。 【００２７】 【発明の効果】本発明により、各ヨーク内で原理的に現
れるディテントトルクの２Ｐｋe次成分（但し、Ｐはス
テッピングモータの相数、ｋeは正の整数）を打ち消し
合うことで、軸の倒れにより磁気的なバランスが崩れ軸
方向の位置によって空隙のパーミアンスが不均一になっ
た場合でも、ディテントトルクの高調波を効果的に低減
させ、主トルクの角度依存性を低減でき、回転速度の不
均一性を改善できるため、動作時の振動・騒音を抑制す
ることが可能となる。 【００２８】特に、請求項１の発明により、原理的に現
れるディテントトルクの２Ｐ次成分（但し、Ｐはステッ
ピングモータの相数）をゼロにすることで、動作時の振
動・騒音を抑制することが可能となる。
モータ、更に詳しくは磁極を有する内外のヨーク間に励
磁コイルを装着して形成されたステータユニットを、軸
方向に複数積層してステータを形成するＰＭ形ステッピ
ングモータに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来から、小型で位置決め用のモータと
してＰＭ形ステッピングモータが用いられてきた。二相
ＰＭ形ステッピングモータは、ロータとその周りに同軸
状に配置されるステータから構成される。ロータは、円
筒状の磁石が装着され多極着磁により複数の磁極を有す
る。ステータは、軸方向に積層された２つのステータユ
ニットからなり、各々のステータユニットは外ヨーク、
内ヨーク、及びこれら内外のヨーク間に挟持される励磁
コイルからなる。外ヨークは励磁コイルの外周面を覆う
円筒状のハウジング部と、励磁コイルの一方の端面を覆
うプレート部と、プレート部の中央から励磁コイル内周
面に等間隔に延びるくし歯状の複数の磁極歯からなり、
これらは鋼板を一体にプレス加工することで形成され
る。内ヨークは、励磁コイルのもう一方の端面を覆うプ
レート部と、プレート部の中央から励磁コイル内周面に
等間隔に延びるくし歯状の複数の磁極歯からなり、外ヨ
ークと同様プレス加工により一体に形成される。外ヨー
クと内ヨークには同数の磁極歯が設けられ、励磁コイル
の内周面においてこれら磁極歯が等間隔となるように配
置され、ロータを駆動する磁界が形成される。そして２
つのステータユニットは、２つのカバーによって挟みこ
まれ、カバーには同軸状にシャフトを回転支持する軸受
が備えられる。 【０００３】２つのステータユニットは、それぞれの磁
極歯が等間隔となるように所定の角度だけずらして積層
される。図５は、２つのステータユニットを配置したと
きの、磁極歯の相互位置関係を展開して示した図であ
る。ここで、モータの基本ステップ角（機械角）をθS
で表し、以下これを用いて説明する。Ｐをステッピング
モータの相数、Ｎを各ヨークの磁極歯の数とすると、モ
ータの磁極歯の全数は２ＰＮ枚となり、基本ステップ角
θSは下記（１）式により示される。 【０００４】 θS＝３６０°／（２ＰＮ） ・・・（１） 第１の磁極歯２７ａは外ヨーク２３ａのプレート部２６
ａから、第２の磁極歯２９ａは内ヨークのプレート部２
８ａから、それぞれ向かい合う方向に延びている。第１
および第２の磁極歯はそれぞれ等間隔に４θS毎に配置
される。そして、第１の磁極歯と第２の磁極歯がお互い
に等間隔で配置されるため、隣接する歯のピッチは２θ
Sとなる。さらに、第１のステータユニット２１ａと第
２のステータユニット２１ｂは、θSずらして積層され
る。したがって、第１と第２のステータユニットの磁極
歯、全数２ＰＮ枚がそれぞれ等間隔で配置され、隣接す
る歯のピッチはθSとなる。この結果、ステッピングモ
ータは励磁によりステップ数２ＰＮ、基本ステップ角θ
Sで制御することが可能となる。 【０００５】しかしステッピングモータは、その動作原
理から振動・騒音を伴う。そのため、振動・騒音を低減
することを目的に、モータを構成する部品の精度やその
部品を組立てる精度を向上する技術が考えられてきた。
また、磁極歯の形状を工夫したり、歯ピッチをずらす工
夫もなされてきた。 【０００６】図６は従来の二相ＰＭ形ステッピングモー
タの磁極歯の配列で、歯ピッチをずらした場合の磁極歯
の位置関係を示す展開図である。図６のモータの磁極歯
は、全数の磁極歯を等間隔に配置した位置から、４つの
ヨークのうち２つのヨークの歯はずらさず、１つのヨー
クの歯の全てを進み方向にずらし、１つのヨークの歯の
全てを遅れ方向にずらして形成してある。 【０００７】しかしながらこのような従来のＰＭ形ステ
ッピングモータは、永久磁石起磁力によりロータの回転
角に対し周期的に発生するディテントトルクを有する。
そしてそのディテントトルクの現れる成分は、原理的に
２Ｐｋe次（但し、Ｐはステッピングモータの相数、ｋe
は正の整数）の高調波成分である。この現象を具体的に
表したグラフを図７に示す。 【０００８】図７は、図６で示すように歯をずらしたモ
ータも含め、上述の二相ＰＭ形ステッピングモータの４
つのヨークの磁極歯のうち、等間隔な位置から１つのヨ
ークの全ての歯を進み方向に、１つのヨークの全ての歯
を遅れ方向にそれぞれずらした時の、ずれ量と、本モー
タのディテントトルクの４次成分・８次成分・４次成分
と８次成分の和の関係を示している。但し、等間隔な位
置から磁極歯をずらす量（機械角）をα、ずれピッチを
ｄt＝１／ｄPで表すと、下記（２）式の関係がある。 【０００９】 α＝（１／ｄP）４θS ・・・（２） ここで横軸のずれ量は簡単のため、ずれピッチの逆数ｄ
Pを用いた。また二相ステッピングモータの場合、ディ
テントトルクは４次成分、８次成分等が原理的に現れ、
それ以外の成分は打ち消し合い現れない。さらに、どの
歯もずらさない場合は、この図でｄPの値を無限大にと
ったときに相当し、この時のディテントトルクの４次成
分と８次成分の和の値を、図７中に一点鎖線で示した。 【００１０】この図７より以下の内容がわかる。ディテ
ントトルクの４次成分はｄPとともに振動的に増減し、
ディテントトルクの８次成分も同様である。その結果、
４次成分と８次成分の和も、ｄPとともに振動的に増減
する。したがって、０＜α＜４θSの範囲すなわちｄP＞
１の範囲で、適当なｄPの値（但し、ｄP≠４／３、２、
４）を選ぶことにより、どの歯もずらさない場合に比
べ、ディテントトルクの高調波成分を減少させることが
できる。しかしその減少は小さく、また４次成分と８次
成分を同時にゼロにさせるｄPの値は存在しないため、
ディテントトルクの高調波成分を完全に打ち消すことは
できない。 【００１１】さらに上述のモータの場合、適当なｄPの
値（但し、ｄP≠４／３、２、４）を選ぶことによりデ
ィテントトルクの高調波成分を減少させることができる
が、磁極歯を備える４つのヨーク全てを用いて、モータ
全体としてディテントトルクの高調波成分を打ち消し合
っている。このため、軸の倒れにより磁気的なバランス
が崩れ、軸方向の位置によって空隙のパーミアンスが不
均一になった場合、ディテントトルクの高調波成分は打
ち消し合い難くなる。 【００１２】従ってこれらディテントトルクの高調波成
分の影響により、励磁に伴い発生する主トルクに角度依
存性が生じていた。その結果、回転速度が不均一とな
り、動作時の振動・騒音を抑制することが難しいという
問題点があった。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の請求項
１の発明は、各ヨーク内でディテントトルクの高調波成
分を打ち消し合うことで、軸の倒れにより磁気的なバラ
ンスが崩れ軸方向の位置によって空隙のパーミアンスが
不均一になった場合でも、ディテントトルクの高調波成
分を効果的に低減させ、主トルクの角度依存性を低減で
き、回転速度の不均一性を改善できるため、動作時の振
動・騒音を抑制することを可能とするＰＭ形ステッピン
グモータを提供することを目的としたものである。 【００１４】請求項２の発明は、原理的に現れるディテ
ントトルクの２Ｐ次成分（但し、Ｐはステッピングモー
タの相数）をゼロにすることでディテントトルクの高調
波成分を低減させ、動作時の振動・騒音を抑制すること
を可能とするＰＭ形ステッピングモータを提供すること
を目的としたものである。 【００１５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、各ステータユニットの各ヨークの磁極歯に、各ヨー
ク内で等間隔な位置からずれた歯を設けることが好まし
い。ここで等間隔な位置とは、歯ピッチを４θSにして
配置した位置である。磁極歯を、このように等間隔な位
置からずれた歯を設けて配置すると、原理的に現れるデ
ィテントトルクの２Ｐｋe次成分（但し、Ｐはステッピ
ングモータの相数、ｋeは正の整数）を各ヨーク内で相
殺し、減少できる。その結果、軸の倒れにより磁気的な
バランスが崩れ、軸方向の位置によって空隙のパーミア
ンスが不均一になった場合でも、ディテントトルクの高
調波成分を効果的に低減させることが可能となる。した
がって、主トルクの角度依存性を減少でき、回転速度の
不均一性を改善できるため、動作時の振動・騒音を抑制
することが可能となる。ここで、０＜α＜４θSを満た
すずれ量α、すなわちｄP＞１を満たす範囲の中に、上
記の効果が得られるｄPの値が存在するが、請求項２記
載の発明では、特に磁極歯のずれピッチを数１の式で示
される値に設定することを特徴とする。なお数１の式中
のｎは、各ヨークの磁極歯の配列の最小単位となる歯数
である。例えば、ずらさない歯１枚、ずらした歯１枚を
順番に配列した場合、計２枚が歯の配列の最小単位であ
るため、ｎ＝２である。同様に、ずらさない歯１枚、進
み方向にずらした歯１枚、遅れ方向にずらした歯１枚を
順番に配列した場合、計３枚が歯の配列の最小単位であ
るため、ｎ＝３である。また、ここで定義されるｎ枚の
歯に対し、それぞれずれピッチｄtが存在する。 【００１６】ずれピッチをこのように設定すると、原理
的に現れるディテントトルクの２Ｐ次成分（但し、Ｐは
ステッピングモータの相数）をゼロにすることができ、
さらなる効果が得られる。なおここでは、ｎは２以上の
整数である。 【００１７】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を二相ＰＭ
形ステッピングモータを対象に、図面に基づき説明す
る。図１は本発明の一例を示す、二相ＰＭ形ステッピン
グモータの縦断面図であり、この図１によりＰＭ形ステ
ッピングモータの構造を説明する。 【００１８】ＰＭ形ステッピングモータ１は、回転自在
に支持されるロータ１０と、その周りに僅かな空隙を隔
てて同軸状に配置されるステータ２０から構成される。
ロータ１０はシャフト１１の周囲に円筒状の磁石１２が
装着され、多極着磁により複数の磁極を有する。 【００１９】ステータ２０は軸方向に２列に積層され
た、第１のステータユニット２１ａと第２のステータユ
ニット２１ｂからなる。各々のステータユニットは、励
磁コイル２２、外ヨーク２３、内ヨーク２４からなる。
励磁コイル２２は、ワイヤーを円筒状に巻装して絶縁処
理を施し、外ヨーク２３と内ヨーク２４の間に挟持され
る。外ヨーク２３は励磁コイル２２の外周面を覆う円筒
状のハウジング部２５と、励磁コイル２２の一方の端面
を覆う円盤状のプレート部２６と、プレート部の中央か
ら励磁コイルの内周面に延びるくし歯状の複数の磁極歯
２７からなる。これらハウジング部２５、プレート部２
６、磁極歯２７は鋼板を一体にプレス加工することによ
り形成される。内ヨーク２４は、励磁コイル２２のもう
一方の端面を覆う円盤状のプレート部２８と、プレート
部２８の中央から励磁コイル２２の内周面に延びるくし
歯状の複数の磁極歯２９からなる。これらプレート部２
８、磁極歯２９は、外ヨーク２３と同様に鋼板をプレス
加工することにより一体に形成される。そして外ヨーク
２３と内ヨーク２４には同数の磁極歯が設けられてお
り、励磁コイル２２の内周面においてこれら磁極歯が、
接触しないように交互に配置される。 【００２０】また第１のステータユニット２１ａと第２
のステータユニット２１ｂは、所定の角度だけずらして
積層される。そして２つのステータユニット２１は、２
つのカバー１３によって挟みこまれる。また２つのカバ
ー１３には、同軸状にシャフト１１を回転支持する軸受
１４が備えられる。このように構成されたＰＭ形ステッ
ピングモータ１は、図示しない駆動回路により各相の励
磁コイル２２に流す電流を順次切換えることで回転磁界
が形成され、ロータ１０が駆動される。ここで以下の実
施例においては、ステップ数９６、基本ステップ角θS
＝３．７５°のＰＭ形ステッピングモータを用いて説明
する。 【００２１】［実施例１］ 図２は請求項１記載の発明に係り、各々のステータユニ
ットに設ける磁極歯の、相互の位置関係の一例を示す展
開図である。第１の磁極歯２７ａは第１の外ヨーク２３
ａのプレート部２６ａから、第２の磁極歯２９ａは第１
の内ヨーク２４ａのプレート部２８ａから、それぞれ向
かい合う方向に延びている。同様に、第３の磁極歯２７
ｂは第２の外ヨーク２３ｂのプレート部２６ｂから、第
４の磁極歯２９ｂは第２の内ヨーク２４ｂのプレート部
２８ｂから、それぞれ向かい合う方向に延びている。そ
して各々のステータユニットを構成する外ヨーク２３と
内ヨーク２４には、同数２４枚の磁極歯が設けられ、全
部で９６枚の磁極歯を有する。ただし図２では、磁極歯
は各ヨーク６枚、全部で２４枚のみを抜粋して示してい
る。 【００２２】図２は、右方向を進み方向、左方向を遅れ
方向とし、矢印の方向にそれぞれの歯をずらした後の状
態を示す。第１の磁極歯２７ａの左から１番目の歯は等
間隔な位置からずらさず、２番目の歯は進み方向にずら
してある。また３番目以降はこの繰り返しである。同様
に、第２の磁極歯２９ａ、第３の磁極歯２７ｂ、第４の
磁極歯２９ｂも、左から１番目の歯はずらさず、２番目
の歯は進み方向にずらし、３番目以降はこの繰り返しで
ある。 【００２３】従って、本例のＰＭ形ステッピングモータ
は、各ヨークの２４枚の磁極歯を等間隔１５°おきに配
置した位置から、２４枚の歯のうち１２枚の歯はずらさ
ず、１２枚の歯を進み方向にずらして形成してある。 【００２４】このように磁極歯を配置すると、ずらさな
い歯、進み方向にずらした歯がお互いに作用し合い、デ
ィテントトルクの２Ｐｋe次成分（但し、Ｐはステッピ
ングモータの相数、ｋeは正の整数）を低減することが
できる。また磁極歯を備える各々のヨーク内において、
ディテントトルクの高調波成分を打ち消し合っている。
このため、軸の倒れにより磁気的なバランスが崩れ、軸
方向の位置によって空隙のパーミアンスが不均一になっ
た場合でも影響を受け難く、ディテントトルクを有効に
打ち消し合うことができる。また、円周方向の直近の歯
の間でディテントトルクの高調波成分を打ち消し合うた
め、軸の偏心により円周方向の位置によって空隙のパー
ミアンスが不均一になった場合でも影響を受け難く、同
様にディテントトルクを有効に打ち消し合うことができ
る。 【００２５】請求項１記載の発明は、本実施例における
ずらした歯の具体的ずれ量の設定方法に関する。一般
に、一つの極歯における空隙パーミアンスの基本波はsi
nθｍ、（θｍ：電気角）と表せる。同様に２Ｐ次高調
波成分はsin２Ｐθｍと表せる。また、ずらした歯の成
分はsin2P（θm+ｄt・2π）、（ｄt：ずれピッチ）。実
施例に示すとおり二層モータで歯の最小単位：ｎ＝２の
とき、ｄt＝１／８ピッチ、または３／８ピッチ、また
は５／８ピッチ等に設定すれば、ずらした歯の成分はsi
n（4θm＋π）であり、ずらさない歯の成分sin4θmとの
和は、ゼロとなる。これを一般式で表すと、 がゼロとなることであり、 が導かれる。 【００２６】上述した実施例では、二相のＰＭステッピ
ングモータを対象に説明したが、二相に限らず一般にＰ
相のステッピングモータについても同様に適用できる。 【００２７】 【発明の効果】本発明により、各ヨーク内で原理的に現
れるディテントトルクの２Ｐｋe次成分（但し、Ｐはス
テッピングモータの相数、ｋeは正の整数）を打ち消し
合うことで、軸の倒れにより磁気的なバランスが崩れ軸
方向の位置によって空隙のパーミアンスが不均一になっ
た場合でも、ディテントトルクの高調波を効果的に低減
させ、主トルクの角度依存性を低減でき、回転速度の不
均一性を改善できるため、動作時の振動・騒音を抑制す
ることが可能となる。 【００２８】特に、請求項１の発明により、原理的に現
れるディテントトルクの２Ｐ次成分（但し、Ｐはステッ
ピングモータの相数）をゼロにすることで、動作時の振
動・騒音を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータの一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の、実施例１のモータの磁極歯の配列を
示す展開図である。 【図３】本発明の、実施例２のモータの磁極歯の配列を
示す展開図である。 【図４】本発明の、実施例２のモータの磁極歯のずれ量
とディテントトルク、主トルクの比との関係を示すグラ
フである。 【図５】従来のモータの磁極歯の配列を示す展開図であ
る。 【図６】従来のモータの磁極歯の配列の、他の例を示す
展開図である。 【図７】従来のモータの磁極歯のずれ量とディテントト
ルク、主トルクの比との関係を示すグラフである。 【符号の説明】 １…ステッピングモータ １０…ロータ １１…シャフト １２…磁石 １３…カバー １４…軸受 ２０…ステータ ２１…ステータユニット ２２…励磁コイル ２３…外ヨーク ２４…内ヨーク ２５…ハウジング部 ２６、２８…プレート部 ２７、２９…磁極歯
示す展開図である。 【図３】本発明の、実施例２のモータの磁極歯の配列を
示す展開図である。 【図４】本発明の、実施例２のモータの磁極歯のずれ量
とディテントトルク、主トルクの比との関係を示すグラ
フである。 【図５】従来のモータの磁極歯の配列を示す展開図であ
る。 【図６】従来のモータの磁極歯の配列の、他の例を示す
展開図である。 【図７】従来のモータの磁極歯のずれ量とディテントト
ルク、主トルクの比との関係を示すグラフである。 【符号の説明】 １…ステッピングモータ １０…ロータ １１…シャフト １２…磁石 １３…カバー １４…軸受 ２０…ステータ ２１…ステータユニット ２２…励磁コイル ２３…外ヨーク ２４…内ヨーク ２５…ハウジング部 ２６、２８…プレート部 ２７、２９…磁極歯
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−109836（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−245930（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−77664（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−35162（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−284486（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02K 37/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の磁極を有するロータの周りに、外
ヨーク、内ヨークを有するステータユニットを複数積層
して形成したステータを配置し、前記各ステータユニッ
トの各ヨークには複数の磁極歯が備えられるＰＭ形ステ
ッピングモータにおいて、各ステータユニットの各ヨー
クの磁極歯が、各ヨーク内で等間隔な位置からずれた歯
を有し、各ヨークともずれた歯を一定の順番で配列し、
各配列の中の磁極歯のずれピッチｄtは、 【数１】 （但し、Ｐはモータの相数、θmは磁極歯の位置を表す
電気角、ｎは各ヨークの磁極歯の配列の最小単位となる
歯数）を満たす値であることを特徴とするＰＭ形ステッ
ピングモータ
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28448696A JP3422192B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | Ｐｍ形ステッピングモータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28448696A JP3422192B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | Ｐｍ形ステッピングモータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10136631A JPH10136631A (ja) | 1998-05-22 |
| JP3422192B2 true JP3422192B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=17679148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28448696A Expired - Fee Related JP3422192B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | Ｐｍ形ステッピングモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3422192B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3978980B2 (ja) * | 1999-09-22 | 2007-09-19 | セイコーエプソン株式会社 | Ｐｍ形ステッピングモータ |
| JP4656913B2 (ja) | 2004-11-02 | 2011-03-23 | 日本電産サーボ株式会社 | 多相クローポール形回転電機 |
| CN104343738B (zh) * | 2013-07-30 | 2018-10-16 | 三井易艾斯机械有限公司 | 轴流压缩机的静叶构造 |
-
1996
- 1996-10-25 JP JP28448696A patent/JP3422192B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10136631A (ja) | 1998-05-22 |
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