JP3460912B2 - モータ構造 - Google Patents
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- JP3460912B2 JP3460912B2 JP27648796A JP27648796A JP3460912B2 JP 3460912 B2 JP3460912 B2 JP 3460912B2 JP 27648796 A JP27648796 A JP 27648796A JP 27648796 A JP27648796 A JP 27648796A JP 3460912 B2 JP3460912 B2 JP 3460912B2
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- motor
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/14—Stator cores with salient poles
- H02K1/145—Stator cores with salient poles having an annular coil, e.g. of the claw-pole type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
- H02K21/145—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having an annular armature coil
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/12—Transversal flux machines
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータの構造に関
し、特に磁気回路を改善して性能を向上せしめるモータ
の構造に関する。
し、特に磁気回路を改善して性能を向上せしめるモータ
の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＯＡ機器、コンピュータ周辺機器や産業
機器などにおいてステッピングモータは広く使用されて
いる。このステッピングモータは、入力パルス交流によ
り回転駆動される電動機であり、その回転角度は入力交
流のパルス数により比例し、またその回転速度はその周
波数に比例する。従って、ステッピングモータはロータ
位置を検出する必要がない。すなわちオープンループに
てステッピングモータを駆動している為、ロータは磁気
抵抗が最小となるように回転している。従って、ロータ
より発生する磁束（マグネットの磁束分布）と、ステー
タより発生する磁束（電機子磁束分布）に、ロータの回
転状態は依存している。
機器などにおいてステッピングモータは広く使用されて
いる。このステッピングモータは、入力パルス交流によ
り回転駆動される電動機であり、その回転角度は入力交
流のパルス数により比例し、またその回転速度はその周
波数に比例する。従って、ステッピングモータはロータ
位置を検出する必要がない。すなわちオープンループに
てステッピングモータを駆動している為、ロータは磁気
抵抗が最小となるように回転している。従って、ロータ
より発生する磁束（マグネットの磁束分布）と、ステー
タより発生する磁束（電機子磁束分布）に、ロータの回
転状態は依存している。
【０００３】次にロータとステータのインターフェース
であるステータ極歯の形状、とくにクローポール型の場
合のステータ極歯の形状は、製造技術的にあまり長く形
成出来ないし、長く形成する場合は、極歯が磁気飽和を
起こさないように、極歯の根元を広くした台形型として
いる。また、１つの相を構成する２つのステータの極歯
は、同一形状としている。そのため、ステッピングモー
タを駆動すると回転変動が大きくなり振動を発生すると
いう欠点がある。
であるステータ極歯の形状、とくにクローポール型の場
合のステータ極歯の形状は、製造技術的にあまり長く形
成出来ないし、長く形成する場合は、極歯が磁気飽和を
起こさないように、極歯の根元を広くした台形型として
いる。また、１つの相を構成する２つのステータの極歯
は、同一形状としている。そのため、ステッピングモー
タを駆動すると回転変動が大きくなり振動を発生すると
いう欠点がある。
【０００４】近年の高性能化された機器では、ステッピ
ングモータの振動が他の部品に悪影響を与え、機器の機
能不良を起こす可能性が大きくなっている。そのためモ
ータの振動を抑える方法として、特開平４ー２６３５５
号公報に見られるように防振ゴムによってステッピング
モータをフローティングする方法や、実開昭５９ー１１
１５００号公報に見られるように駆動回路を工夫して制
御し、低振動化する方法が採られている。これらの方法
は、部品点数の増加、回路の複雑化は避けられず、コス
トアップ要因となっていた。また、これらは、ステッピ
ングモータ外部からの対応策である為、ステッピングモ
ータ本体の振動源は依然存在し、本質的な解決策とはな
っていなかった。また、ステッピングモータ以外の例え
ばＤＣサーボモータ、ブラシレスモータ等の回転電機、
リニア型ステッピングモータのように磁極を有するモー
タにもこれと同じような問題がある。
ングモータの振動が他の部品に悪影響を与え、機器の機
能不良を起こす可能性が大きくなっている。そのためモ
ータの振動を抑える方法として、特開平４ー２６３５５
号公報に見られるように防振ゴムによってステッピング
モータをフローティングする方法や、実開昭５９ー１１
１５００号公報に見られるように駆動回路を工夫して制
御し、低振動化する方法が採られている。これらの方法
は、部品点数の増加、回路の複雑化は避けられず、コス
トアップ要因となっていた。また、これらは、ステッピ
ングモータ外部からの対応策である為、ステッピングモ
ータ本体の振動源は依然存在し、本質的な解決策とはな
っていなかった。また、ステッピングモータ以外の例え
ばＤＣサーボモータ、ブラシレスモータ等の回転電機、
リニア型ステッピングモータのように磁極を有するモー
タにもこれと同じような問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】振動の発生源を潰しモ
ータ自身の振動を抑えて低振動のものを得る為には、デ
ィテントトルクを下げるのが有効であるが、ディテント
トルクを下げる一般的な手段として行うロータと極歯間
の間隙を広くする方法では、ディテントトルクが下がる
ものの，同時に動トルクの低下は免れずステッピングモ
ータ性能のダウンとなってしまう。そこで本質的な振動
源であるディテントトルクの解析を進めモータの構造を
変えることによって、これの性能を落とすことなく低振
動化を達成する必要がある。本発明は、上述の如き技術
的な要望に応えようとするものであって、その目的は、
電機子コイルに誘起される誘導起電力波形に含まれる高
調波成分の影響によるモータ振動を可及的に減少させる
ことにある。
ータ自身の振動を抑えて低振動のものを得る為には、デ
ィテントトルクを下げるのが有効であるが、ディテント
トルクを下げる一般的な手段として行うロータと極歯間
の間隙を広くする方法では、ディテントトルクが下がる
ものの，同時に動トルクの低下は免れずステッピングモ
ータ性能のダウンとなってしまう。そこで本質的な振動
源であるディテントトルクの解析を進めモータの構造を
変えることによって、これの性能を落とすことなく低振
動化を達成する必要がある。本発明は、上述の如き技術
的な要望に応えようとするものであって、その目的は、
電機子コイルに誘起される誘導起電力波形に含まれる高
調波成分の影響によるモータ振動を可及的に減少させる
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の本願発明の目的を
達成するために、本願発明の請求項１に係る発明では、
固定的に交互に配置されたＮ極とＳ極の磁極を持った第
１の部分と、前記第１の部分の各磁極に対応して設けら
れ、これらと間隔を保持して配設された極歯の極性が切
換自在な第２の部分とを有し、第２の極歯に発生する極
歯の極性を変化させて第１と第２の部分を相対的に移動
させるモータ構造において、前記第２の極歯の第１の部
分と前記第２の極歯の第２の部分を櫛歯上に形成し、該
第２の部分の第１の極歯に対しこれと対応する該第２の
部分の第２の極歯のスキュー量を該第２の部分の第１の
極歯のスキュー量と異とすることで極歯形状を異とし
て、これら極歯を鎖交する磁束の変化により発生する第
３次高調波の位相差を電気角で略１８０度異ならせるこ
とで相殺せしめることを特徴とするモータ構造を提供す
る。請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明に加
えて、前記モータ構造は回転電機であることを特徴とす
るモータ構造を提供する。請求項３に係る発明では、請
求項１に係る発明に加えて、前記モータ構造はリニアモ
ータであることを特徴とするモータ構造を提供する。請
求項４に係る発明では、請求項１に係る発明に加えて、
前記モータ構造はポリウレタン銅線等を巻いたコイル
と、軟磁性材よりなるステータヨークにて構成されたス
テータと、前記ステータの極歯と適切な間隙をもって対
向する永久磁石からなるロータとで構成されるステッピ
ングモータであって、１相を構成するステータの極歯の
大きさ（面積）を異なるようにしたことを特徴とするモ
ータ構造を提供する。請求項５に係る発明では、請求項
１に係る発明に加えて、前記モータ構造は、軟磁性材を
折り曲げて極歯を形成したクローポール型ステッピング
モータであって、極歯側辺部の傾きに変化を持たせたス
テータヨーク２個で、ポリウレタン銅線等を巻いたコイ
ルを包み込んで、１相を構成したステータを２相以上組
合せたクローポール型ステッピングモータであることを
特徴とするモータ構造を提供する。請求項６に係る発明
では、請求項５に係る発明に加えて、１相を構成する２
個のステータヨークの極歯間の間隙が、極歯と対向する
永久磁石からなるロータマグネットとの間隙よりも広い
ことを特徴とするモータ構造を提供する。
達成するために、本願発明の請求項１に係る発明では、
固定的に交互に配置されたＮ極とＳ極の磁極を持った第
１の部分と、前記第１の部分の各磁極に対応して設けら
れ、これらと間隔を保持して配設された極歯の極性が切
換自在な第２の部分とを有し、第２の極歯に発生する極
歯の極性を変化させて第１と第２の部分を相対的に移動
させるモータ構造において、前記第２の極歯の第１の部
分と前記第２の極歯の第２の部分を櫛歯上に形成し、該
第２の部分の第１の極歯に対しこれと対応する該第２の
部分の第２の極歯のスキュー量を該第２の部分の第１の
極歯のスキュー量と異とすることで極歯形状を異とし
て、これら極歯を鎖交する磁束の変化により発生する第
３次高調波の位相差を電気角で略１８０度異ならせるこ
とで相殺せしめることを特徴とするモータ構造を提供す
る。請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明に加
えて、前記モータ構造は回転電機であることを特徴とす
るモータ構造を提供する。請求項３に係る発明では、請
求項１に係る発明に加えて、前記モータ構造はリニアモ
ータであることを特徴とするモータ構造を提供する。請
求項４に係る発明では、請求項１に係る発明に加えて、
前記モータ構造はポリウレタン銅線等を巻いたコイル
と、軟磁性材よりなるステータヨークにて構成されたス
テータと、前記ステータの極歯と適切な間隙をもって対
向する永久磁石からなるロータとで構成されるステッピ
ングモータであって、１相を構成するステータの極歯の
大きさ（面積）を異なるようにしたことを特徴とするモ
ータ構造を提供する。請求項５に係る発明では、請求項
１に係る発明に加えて、前記モータ構造は、軟磁性材を
折り曲げて極歯を形成したクローポール型ステッピング
モータであって、極歯側辺部の傾きに変化を持たせたス
テータヨーク２個で、ポリウレタン銅線等を巻いたコイ
ルを包み込んで、１相を構成したステータを２相以上組
合せたクローポール型ステッピングモータであることを
特徴とするモータ構造を提供する。請求項６に係る発明
では、請求項５に係る発明に加えて、１相を構成する２
個のステータヨークの極歯間の間隙が、極歯と対向する
永久磁石からなるロータマグネットとの間隙よりも広い
ことを特徴とするモータ構造を提供する。
【０００７】さらに、本発明を出願するに至る経緯を詳
しく述べると、ディテントトルクの解析において、誘導
起電力波形に含まれる高調波の量、特に第３次高調波の
量が振動の大きさを左右することを突き止め、更にはこ
の第３次高調波の量を支配する要素として、ステータヨ
ーク部分の磁極を構成する極歯側辺の傾き（以後スキュ
ー量と称する）では、高調波成分の割合は変わらない
が、その高調波の位相が変わることが判明した。これら
から第３次高調波の基本波に対する位相には、ある一定
の関係（２次関数）が存在していることと、スキュー量
と高調波成分の振幅の大きさとの間には（スキュー量の
変更可能な範囲内で）相関がなく、極歯の間隙に依存す
ることを確認した。そこで１相を構成する一対のステー
タヨーク部分の夫々の極歯の間隙を適切に設定し、一相
を構成する極歯の大きさ（面積）を変えるか、または極
歯のスキュー量を調整し、一対のステータヨーク部分の
第３次高調波の位相が電気角で１８０°ずらして設定す
ることによって、第３次高調波は相殺され、高調波成分
の殆ど含まれない誘導起電力波形を得ることが出来、モ
ータの低振動化が達成できる。またこの極歯の間隙を、
この極歯と対向する他方の部分（回転電機にあってはロ
ータマグネット）との間隙より広くなる適切な値とすれ
ば、動トルクを低下させないで振動を極めて小さくする
ことが出来る。
しく述べると、ディテントトルクの解析において、誘導
起電力波形に含まれる高調波の量、特に第３次高調波の
量が振動の大きさを左右することを突き止め、更にはこ
の第３次高調波の量を支配する要素として、ステータヨ
ーク部分の磁極を構成する極歯側辺の傾き（以後スキュ
ー量と称する）では、高調波成分の割合は変わらない
が、その高調波の位相が変わることが判明した。これら
から第３次高調波の基本波に対する位相には、ある一定
の関係（２次関数）が存在していることと、スキュー量
と高調波成分の振幅の大きさとの間には（スキュー量の
変更可能な範囲内で）相関がなく、極歯の間隙に依存す
ることを確認した。そこで１相を構成する一対のステー
タヨーク部分の夫々の極歯の間隙を適切に設定し、一相
を構成する極歯の大きさ（面積）を変えるか、または極
歯のスキュー量を調整し、一対のステータヨーク部分の
第３次高調波の位相が電気角で１８０°ずらして設定す
ることによって、第３次高調波は相殺され、高調波成分
の殆ど含まれない誘導起電力波形を得ることが出来、モ
ータの低振動化が達成できる。またこの極歯の間隙を、
この極歯と対向する他方の部分（回転電機にあってはロ
ータマグネット）との間隙より広くなる適切な値とすれ
ば、動トルクを低下させないで振動を極めて小さくする
ことが出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を、図面を
用いて詳細に説明する。図１は本発明をクローポール型
２相ステッピングモータに適用した場合の断面斜視図で
あり、図２は図１で示したステータ極歯部の展開図を示
し、図３はその極歯部の拡大展開図である。図４は４８
ステップのステッピングモータにおける極歯のスキュー
量と、ロータが回転することにより電機子コイルに誘起
される誘導起電力波形に含まれる第３次高調波の基本波
に対する位相の関係（実験結果）を示す図である。図５
は極歯のスキュー量の定義を示す図で、スキュー量ｓ
は、s=２C/τＰとして定義される。ここで、Ｃ＝極歯側
辺の斜め部の１／２、τＰ＝極ピッチ（電気角πの長
さ）を意味する。
用いて詳細に説明する。図１は本発明をクローポール型
２相ステッピングモータに適用した場合の断面斜視図で
あり、図２は図１で示したステータ極歯部の展開図を示
し、図３はその極歯部の拡大展開図である。図４は４８
ステップのステッピングモータにおける極歯のスキュー
量と、ロータが回転することにより電機子コイルに誘起
される誘導起電力波形に含まれる第３次高調波の基本波
に対する位相の関係（実験結果）を示す図である。図５
は極歯のスキュー量の定義を示す図で、スキュー量ｓ
は、s=２C/τＰとして定義される。ここで、Ｃ＝極歯側
辺の斜め部の１／２、τＰ＝極ピッチ（電気角πの長
さ）を意味する。
【０００９】図１において１は第１の部分となるロータ
を示し、外周面にＮ極Ｓ極交互に２４極着磁を施した永
久磁石１０の中心に回転軸１１が、インサートモールド
にて固定されている。２ａはＡ相コイルを示し、ボビン
にポリウレタン銅線を巻いて構成されている。２ｂはＢ
相コイルを示し、Ａ相コイル２ａと同じ構成となってい
る。３は外側ヨークを示し、内周面には櫛歯状に磁極と
なる極歯３ａを１２個配している。４は内側ヨークを示
し、外側ヨーク３同様内周面には櫛歯状に磁極となる極
歯４ａを１２個配している。夫々の構成は図２に示すよ
うに、外側ヨーク３と内側ヨーク４の間にコイル２ａま
たは、２ｂが挟持され、夫々のコイルにより、第２の部
分となるＡ相ステータ５ａと、同じく第２の部分となる
Ｂ相ステータ５ｂが構成されている。更に、Ａ相ステー
タ５ａとＢ相ステータ５ｂは電気角で９０°の位相差に
なるようにして、内側ヨーク同士が背中合わせに固定さ
れている。
を示し、外周面にＮ極Ｓ極交互に２４極着磁を施した永
久磁石１０の中心に回転軸１１が、インサートモールド
にて固定されている。２ａはＡ相コイルを示し、ボビン
にポリウレタン銅線を巻いて構成されている。２ｂはＢ
相コイルを示し、Ａ相コイル２ａと同じ構成となってい
る。３は外側ヨークを示し、内周面には櫛歯状に磁極と
なる極歯３ａを１２個配している。４は内側ヨークを示
し、外側ヨーク３同様内周面には櫛歯状に磁極となる極
歯４ａを１２個配している。夫々の構成は図２に示すよ
うに、外側ヨーク３と内側ヨーク４の間にコイル２ａま
たは、２ｂが挟持され、夫々のコイルにより、第２の部
分となるＡ相ステータ５ａと、同じく第２の部分となる
Ｂ相ステータ５ｂが構成されている。更に、Ａ相ステー
タ５ａとＢ相ステータ５ｂは電気角で９０°の位相差に
なるようにして、内側ヨーク同士が背中合わせに固定さ
れている。
【００１０】更に、フランジ６と共に上側に位置する外
側ヨーク３と下側に位置する外側ヨーク３の夫々には、
軸受け７が設けられ（下側の軸受は図示されていな
い）。これら軸受にはロータ１を支える回転軸１１が回
転自在に軸支されている。またロータ１の永久磁石１０
の着磁は、磁束分布がサイン波形になるように施されて
いる。ここで、Ａ相ステータ５ａならびにＢ相ステータ
５ｂを構成する外側ヨーク３の極歯３ａのスキュー量
と、内側ヨーク４の極歯４ａのスキュー量は、図２並び
に図３に示すように、ロータ１との磁気回路にてＡ相コ
イル２ａ並びにＢ相コイル２ｂに鎖交する磁束、即ち各
々の相に於ける誘導起電力波形に含まれる第３次高調波
の基本波に対する位相が、電気角で１８０°の違いにな
るように内側ヨーク４の極歯４ａのスキュー量を多く設
定してある。
側ヨーク３と下側に位置する外側ヨーク３の夫々には、
軸受け７が設けられ（下側の軸受は図示されていな
い）。これら軸受にはロータ１を支える回転軸１１が回
転自在に軸支されている。またロータ１の永久磁石１０
の着磁は、磁束分布がサイン波形になるように施されて
いる。ここで、Ａ相ステータ５ａならびにＢ相ステータ
５ｂを構成する外側ヨーク３の極歯３ａのスキュー量
と、内側ヨーク４の極歯４ａのスキュー量は、図２並び
に図３に示すように、ロータ１との磁気回路にてＡ相コ
イル２ａ並びにＢ相コイル２ｂに鎖交する磁束、即ち各
々の相に於ける誘導起電力波形に含まれる第３次高調波
の基本波に対する位相が、電気角で１８０°の違いにな
るように内側ヨーク４の極歯４ａのスキュー量を多く設
定してある。
【００１１】なお、この実施形態では外側ヨーク３に比
べ内側ヨーク４の極歯４ａのスキュー量を多くしたが、
反対に内側ヨーク４に比べ外側ヨーク３の極歯３ａのス
キュー量を多くしても同様な効果があるのは明らかであ
る。以上のように構成することにより、駆動回路よりモ
ータのＡ相コイル２ａおよびＢ相コイル２ｂに電力を供
給し、ロータ１を回転させると（モータを運転する）、
１つのＡ相ステータ５ａ（またはＢ相ステータ５ｂ）に
より、Ａ相コイル２ａ（またはＢ相コイル２ｂ）に誘導
される誘導起電力波形は、外側ヨーク３の極歯３ａのス
キュー量にて発生する第３次高調波の位相と、内側ヨー
ク４の極歯４ａのスキュー量にて発生する第３次高調波
の位相が、全く逆の電気角で略１８０°の位相差とな
り、且つ振幅が同じ量となっている為、合成すると相殺
されて第３次高調波成分は略ゼロとなる。
べ内側ヨーク４の極歯４ａのスキュー量を多くしたが、
反対に内側ヨーク４に比べ外側ヨーク３の極歯３ａのス
キュー量を多くしても同様な効果があるのは明らかであ
る。以上のように構成することにより、駆動回路よりモ
ータのＡ相コイル２ａおよびＢ相コイル２ｂに電力を供
給し、ロータ１を回転させると（モータを運転する）、
１つのＡ相ステータ５ａ（またはＢ相ステータ５ｂ）に
より、Ａ相コイル２ａ（またはＢ相コイル２ｂ）に誘導
される誘導起電力波形は、外側ヨーク３の極歯３ａのス
キュー量にて発生する第３次高調波の位相と、内側ヨー
ク４の極歯４ａのスキュー量にて発生する第３次高調波
の位相が、全く逆の電気角で略１８０°の位相差とな
り、且つ振幅が同じ量となっている為、合成すると相殺
されて第３次高調波成分は略ゼロとなる。
【００１２】この結果を図６に示す。図６から明らかな
ように、従来品と比較し誘導起電力波形の全高調波歪み
率は、１０％から１．６％に減少し、第３次高調波の含
有率が９％から０．９％に低減した。これらの効果とし
てモータの振動は、図７に示すように従来品の１／２と
することが出来た。また、スキュー量を多くしたことか
ら、図８に示すようにディテントトルクが従来品と比較
し、約６０％も低減した。そのため、ディテントトルク
の影響が小さくなり、図９に示すように角度誤差が従来
品の±４％から±２％以下となり角度精度を向上させる
ことが出来た。更に、第３次高調波（全高調波）の有効
磁束に占める割合が非常に小さい為、基本波で発生する
動トルクに対してブレーキとなるトルクが微小となり、
なお且つ、隣接する極歯の間隙は従来品と同程度に確保
している為に、漏れ磁束に変化が出にくい為、モータの
動トルクは図１０に示すように従来品と同じか、若干上
回ることになる。
ように、従来品と比較し誘導起電力波形の全高調波歪み
率は、１０％から１．６％に減少し、第３次高調波の含
有率が９％から０．９％に低減した。これらの効果とし
てモータの振動は、図７に示すように従来品の１／２と
することが出来た。また、スキュー量を多くしたことか
ら、図８に示すようにディテントトルクが従来品と比較
し、約６０％も低減した。そのため、ディテントトルク
の影響が小さくなり、図９に示すように角度誤差が従来
品の±４％から±２％以下となり角度精度を向上させる
ことが出来た。更に、第３次高調波（全高調波）の有効
磁束に占める割合が非常に小さい為、基本波で発生する
動トルクに対してブレーキとなるトルクが微小となり、
なお且つ、隣接する極歯の間隙は従来品と同程度に確保
している為に、漏れ磁束に変化が出にくい為、モータの
動トルクは図１０に示すように従来品と同じか、若干上
回ることになる。
【００１３】なお、トルクが若干上回る理由としては、
ディテントトルクが小さく、ブレーキとなるトルクが少
ない上に、モータの動トルク発生能力は従来品と同じで
ある為に、結果として従来品以上の動トルクが得られる
ことになる。以上の如く本発明によれば。モータ振動の
主たる原因である第３次高調波に起因するロータ１の回
転ムラがなくなり、角度精度等を改善すると同時に、動
トルクを下げることなくモータの振動を低減できる。図
１１は、スキュー量の違う極歯の構成（配列）方法の他
の実施形態を示し、図１２は、スキュー量を非対称とし
た極歯形状の実施形態を示す。
ディテントトルクが小さく、ブレーキとなるトルクが少
ない上に、モータの動トルク発生能力は従来品と同じで
ある為に、結果として従来品以上の動トルクが得られる
ことになる。以上の如く本発明によれば。モータ振動の
主たる原因である第３次高調波に起因するロータ１の回
転ムラがなくなり、角度精度等を改善すると同時に、動
トルクを下げることなくモータの振動を低減できる。図
１１は、スキュー量の違う極歯の構成（配列）方法の他
の実施形態を示し、図１２は、スキュー量を非対称とし
た極歯形状の実施形態を示す。
【００１４】以上、本発明をクローポール型ステッピン
グモータの実施形態で説明したが、本発明は、例えばＤ
Ｃサーボモータ、ブラシレスモータ等の回転電機の極歯
に適用できるほか、図１３に示すように、リニア型ステ
ッピングモータに適用することもできる。
グモータの実施形態で説明したが、本発明は、例えばＤ
Ｃサーボモータ、ブラシレスモータ等の回転電機の極歯
に適用できるほか、図１３に示すように、リニア型ステ
ッピングモータに適用することもできる。
【００１５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
モータ構造において、１相を構成する１つの極歯とこれ
と対応する極歯との極歯の形状を、面積を異ならせたり
スキュー量を異ならせたりして異ならせ、これら極歯を
鎖交する磁束の変化により発生する第３次高調波を相殺
せしめているので、モータの動トルク特性を下げること
なく、従来問題点であった回転振動を小さく出来、しか
もロータの移動精度を向上させることができる。
モータ構造において、１相を構成する１つの極歯とこれ
と対応する極歯との極歯の形状を、面積を異ならせたり
スキュー量を異ならせたりして異ならせ、これら極歯を
鎖交する磁束の変化により発生する第３次高調波を相殺
せしめているので、モータの動トルク特性を下げること
なく、従来問題点であった回転振動を小さく出来、しか
もロータの移動精度を向上させることができる。
【図１】本発明をクローポール型２相ステッピングモー
タに適用した場合の一部破断斜視図である。
タに適用した場合の一部破断斜視図である。
【図２】本発明のステータ極歯部を示す展開図である。
【図３】図２に示すステータ極歯部の部分拡大図であ
る。
る。
【図４】クローポール型２相ステッピングモータの極歯
スキュー量と電機子コイルに発生する誘導起電力波形に
含まれる第３次高調波の位相関係を示す特性図である。
スキュー量と電機子コイルに発生する誘導起電力波形に
含まれる第３次高調波の位相関係を示す特性図である。
【図５】極歯のスキュー量の定義を説明する説明図であ
る。
る。
【図６】本発明によるステッピングモータの全高調波歪
み率と第３次高調波成成分が抑圧されたデータを示す特
性図である。
み率と第３次高調波成成分が抑圧されたデータを示す特
性図である。
【図７】本発明によるモータ回転振動の減少量を示す特
性図である。
性図である。
【図８】従来品と本発明によるステッピングモータのデ
ィテントトルクの比較を説明する説明図である。
ィテントトルクの比較を説明する説明図である。
【図９】従来品と本発明によるステッピングモータの角
度誤差を比較する比較図である。
度誤差を比較する比較図である。
【図１０】従来品と本発明によるステッピングモータの
プルイン及びプルアウトトルクを比較する比較図であ
る。
プルイン及びプルアウトトルクを比較する比較図であ
る。
【図１１】本発明によるスキュー量の異なる極歯の他の
実施形態を示す正面図である。
実施形態を示す正面図である。
【図１２】本発明による極歯のスキュー量を非対称とし
た場合の実施形態を示す正面図である。
た場合の実施形態を示す正面図である。
【図１３】本発明をリニアモータに適用した場合の展開
図である。
図である。
１・・・・・ロータ
２ａ・・・・Ａ相コイル
２ｂ・・・・Ｂ相コイル
３・・・・・外側ヨーク
３ａ・・・・極歯
４・・・・・内側ヨーク
４ａ・・・・極歯
５ａ・・・・Ａ相ステータ
５ｂ・・・・Ｂ相ステータ
６・・・・・フランジ（前）
７・・・・・軸受け
８・・・・・フランジ（後）
１０・・・・ロータの永久磁石
１１・・・・ロータの軸
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 井上 尚美
静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ ミネ
ベア株式会社開発技術センタ−内
(72)発明者 崎山 英樹
静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ ミネ
ベア株式会社開発技術センタ−内
(56)参考文献 特開 昭61−214759（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−116031（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−205510（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−177694（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−265451（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−203537（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02K 21/12
H02K 29/00
H02K 1/14
H02K 37/14 535
Claims (6)
- 【請求項１】固定的に交互に配置されたＮ極とＳ極の磁
極を持った第１の部分と、前記第１の部分の各磁極に対
応して設けられ、これらと間隔を保持して配設された極
歯の極性が切換自在な第２の部分とを有し、第２の極歯
に発生する極歯の極性を変化させて第１と第２の部分を
相対的に移動させるモータ構造において、前記第２の極
歯の第１の部分と前記第２の極歯の第２の部分を櫛歯上
に形成し、該第２の部分の第１の極歯に対しこれと対応
する該第２の部分の第２の極歯のスキュー量を該第２の
部分の第１の極歯のスキュー量と異とすることで極歯形
状を異として、これら極歯を鎖交する磁束の変化により
発生する第３次高調波の位相差を電気角で略１８０度異
ならせることで相殺せしめることを特徴とするモータ構
造。 - 【請求項２】前記モータ構造は回転電機であることを特
徴とする請求項１に記載のモータ構造。 - 【請求項３】前記モータ構造はリニアモータであること
を特徴とする請求項１に記載のモータ構造。 - 【請求項４】前記モータ構造はポリウレタン銅線等を巻
いたコイルと、軟磁性材よりなるステータヨークにて構
成されたステータと、前記ステータの極歯と適切な間隙
をもって対向する永久磁石からなるロータとで構成され
るステッピングモータであって、１相を構成するステー
タの極歯の大きさ（面積）を異なるようにしたことを特
徴とする請求項１に記載のモータ構造。 - 【請求項５】前記モータ構造は、軟磁性材を折り曲げて
極歯を形成したクローポール型ステッピングモータであ
って、極歯側辺部の傾きに変化を持たせたステータヨー
ク２個で、ポリウレタン銅線等を巻いたコイルを包み込
んで、１相を構成したステータを２相以上組合せたクロ
ーポール型ステッピングモータであることを特徴とする
請求項１に記載のモータ構造。 - 【請求項６】１相を構成する２個のステータヨークの極
歯間の間隙が、極歯と対向する永久磁石からなるロータ
マグネットとの間隙よりも広いことを特徴とする請求項
５に記載のモータ構造。
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1997
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