JP3595619B2 - ステッピングモータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はステッピングモータに関し、さらに詳しくは、ハイブリッド形ステッピングモータの固定子の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ステッピングモータの角度−トルク特性に表れるディテントトルクによる歪みを消去する方法としては、以下の方法が特願平4−190065号(特開平6−70532号公報)に開示されている。なお、ここで、「ディテントトルク」とは、ステッピングモータを励磁しない状態でも、回転子が一定の位置を保持しようとするトルクであり、特定の相(単数又は複数の相)を励磁している時に現れる静止トルク、すなわちスティフネス特性(変位−トルク特性)で示される静止トルクとは異なるものである。
【0003】
上述のディテントトルクを消去するために、特願平4−190065号においては、ステッピングモータの回転子小歯ピッチτRと固定子突極内の小歯ピッチτSを下記の式(1)で示されるピッチεだけずらすようにしている。
【0004】
ε=±τR /(k×n) …… (1)
【0005】
なお、上記の式(1)において、nは固定子突極の組数で回転子に対して同位相のものを1組としたときの組数、kは固定子の1突極あたりの小歯数である。かくして、この場合には、固定子突極内の小歯ピッチτS をτR ±εとすると角度−トルク特性に表れるディテントトルクによる歪みを消去することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の如きディテントトルク消去方式では、次のような問題点がある。すなわち、回転子及び固定子の小歯数が多くなると、上記式(1)で表されるεが金型加工精度の誤差範囲の値となり、従って、ずれピッチの効果を有効に発揮し得るような加工をすることができないという問題点があるのが実状である。
【0007】
本発明はこのような問題点を解消すべくなされたものであって、その目的は、従来の加工精度で回転子及び固定子の小歯を加工した場合でも、ずれピッチの効果を有効に発揮させることができてディテントトルクを確実に消去することができるような構成のステッピングモータを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明では、複数の小歯が等ピッチで配設された回転子と、前記回転子の小歯と空隙を介して対向する面に複数の小歯を有する複数の突極が配設された固定子とを具備し、前記固定子の1突極あたりの小歯数がi×j(ただし、i,jは2以上の整数)であるステッピングモータにおいて、前記回転子の1小歯の中心が前記固定子の任意の小歯の中心と一致するとき、その固定子の小歯を含む固定子の突極内に、前記固定子の小歯と前記回転子の小歯の中心のずれ角が0,1×δ,2×δ,……(i−1)×δ(ただし、δは一定角度)である固定子小歯をそれぞれj個ずつ任意に配設し、前記一定角度δが前記回転子の小歯ピッチをτ R 、固定子突極の組数で前記回転子に対して同位相のものを1組としたときの組数をnとすれば、
δ=±τ R /(i×n)
であるようにしている。
【0009】
また、本発明では、前記固定子の1突極あたりの小歯はi個の小歯を含む小歯群がj個連続した構成となっており、この小歯群内の小歯ピッチτS1が、前記回転子の小歯ピッチをτR 、一定角度をδとすると、
τS1=τR ±δ
であるとともに、隣接する前記小歯群間の隣接する小歯の小歯ピッチτS2が、
【外2】
であるように構成している。
【0010】
また、本発明では、複数の小歯が等ピッチで配設された回転子と、前記回転子の小歯と空隙を介して対向する面に複数の小歯を有する複数の突極が配設された固定子とを具備し、前記固定子の1突極あたりの小歯数がu×v(ただし、u,vは2以上の整数)であるステッピングモータにおいて、前記固定子の1突極あたりの小歯はv個の小歯を含む小歯群がu個連続した構成となっており、この小歯群内の小歯ピッチτS1が前記回転子の小歯ピッチτR と等しく、隣接する前記小歯群間の隣接する小歯の小歯ピッチτS2が、
τS2=τR ±δ
であるように構成している。
【0011】
また、本発明では、前記固定子の1突極あたりの小歯はi個の小歯を含む小歯群がj個連続した構成となっており、前記回転子の1小歯の中心が前記固定子の任意の小歯の中心と一致するとき、その固定子の小歯を含む固定子小歯群内に、固定子小歯と回転子小歯の中心のずれ角が0,1×δ,2×δ,……(i−1)×δ(ただし、δは一定角度)である固定子小歯がそれぞれ1個ずつ配設されていて、その並びは任意であるが全小歯群で等しく配設するようにしている。
【0013】
【発明の実施の形態】
前記目的を達成するための良好な実施の形態は次の通りである。すなわち、固定子の1突極内の小歯数がi×j(ただし、i,jは2以上の整数)であるとき、固定子突極内の小歯を、i個の小歯をそれぞれ含むj個の小歯群構成と考える。この場合、前記小歯群内で適切なずれピッチを計算すると下記(2)式で示す如くになる。
δ=±τR /(i×n) …… (2)
【0014】
そこで、回転子の1小歯の中心が固定子の任意の小歯の中心と一致するとき、その固定子の小歯を含む固定子の突極内に、固定子の小歯と回転子の小歯の中心のずれ角が0,1×δ,2×δ,……(i−1)×δである小歯をそれぞれj個ずつ任意に配設する。なお、δは一定角度である。
【0015】
特定の例においては、固定子突極内の小歯を、固定子小歯と回転子小歯の中心のずれ角が、0,1×δ,2×δ,……(i−1)×δである固定子小歯を突極の一方の端からこの順に、j回繰り返し配置した場合、小歯群内の小歯ピッチτS1は、
τS1=τR ±δ …… (3)
となり、隣接する小歯群間の隣接する小歯の小歯ピッチτS2は、
【外3】
となる。
【0016】
また、これとは別の特定の例においては、固定子突極内の小歯を、固定子小歯と回転子小歯の中心のずれ角が、0,1×δ,2×δ,……(i−1)×δである固定子小歯を突極の一方の端からこの順に、同一ずれ角のものをj個ずつ配置した場合、小歯群内の小歯ピッチτS1は、
τS1=τ R …… (5)
となり、隣接する小歯群間の隣接する小歯の小歯ピッチτS2 は、
τS2=τR±δ …… (6)
【0017】
ここで、このような構成を採用した場合の作用につき考察すると、次の通りである。すなわち、固定子突極の1突極内の小歯数がi×jのときに同突極内の小歯数をi個の小歯をそれぞれ含むj個の小歯群と考えると、有効なずれピッチは従来のj倍となる。さらに具体的に述べると、従来の場合のずれピッチεを示す前記(1)式におけるkはi×jに相当し、従って、本発明の場合のずれピッチδを示す前記(2)式と比較すれば明かなように、前者のずれピッチεに比べて後者の方のずれピッチδがj倍となる。このため、金型加工精度の誤差範囲よりずれ角度が大きくなるようにjを設定することにより、ずれ角度の効果が有効となる加工が可能となる。
【0018】
以下、本発明の一実施例について図1〜図3を参照して説明する。
【0019】
図1は本発明に係るハイブリッド形ステッピングモータMの全体構成を示す固定子1と回転子2との相互関係図である。図1に示すように、本実施例のハイブリッド形ステッピングモータMは同軸状に配設された固定子1と回転子2とから構成されており、固定子1は10個の突極P1 ,P2 ,……P10を有している。そして、各々の突極P1 ,P2 ,……P10は、図2及び図3に明示するように、等間隔で設けられた16個の小歯(固定子小歯)3をそれぞれ有している。一方、図1及び図2には明示しないが、回転子2の外周には200個の小歯(回転子小歯)4が等間隔で設けられており、互いに隣合う小歯4間の歯ピッチは1.8°である。
【0020】
このステッピングモータMにおいては、固定子突極内の小歯ピッチτS が回転子小歯ピッチの1.8°であるときのディテントトルクの周期τD は、位相の異なる突極組数が5であるから、
τD =τS /n=1.8°/5=0.36°
である。固定子突極内の小歯ピッチを変更することにより突極ごとにディテントトルクを消去することが可能であるが、この変更が全突極で同様に行われれば、突極相互の位相差を変更することなく全体的(総合的)にディテントトルクを消去することができる。
【0021】
次に、固定子の突極ごとにディテントトルクを消去するための固定子突極内の小歯ピッチについて、図2及び図3を参照して説明する。図2は本発明に係るハイブリッド形ステッピングモータMにおける固定子突極P1 の小歯部を拡大して詳細に示すものであって、同図に示すように固定子1の各突極P1 〜P10には16個の固定子小歯3が等間隔にそれぞれ設けられている。この場合、16個の固定子小歯3については、4個(i=4)の小歯をそれぞれ含む小歯群a1 ,a2 ,a3 ,a4 が4個(j=4)連続した構成となされ、従って4個の小歯3をそれぞれ含む4個の小歯群により構成されていると考えて(図2参)、これらの小歯群を同位相になるように配置すると当該突極は4個の小歯を有する4突極があるときと磁気的に等価となる。このため、ずれ角度としては、4個の固定子小歯を有する突極でディテントトルクを消去する小歯ピッチを求めればよいことになる。
【0022】
周期が2πの正弦波をk個重ね合わせて消する場合、位相差は2π/kとすればよいから、これと同様に考えて、上述の0.36°なる周期のディテントトルクに対して4個の固定子小歯で消去するためのずれ角度δは、
δ=±0.36°/4=±0.09°
となる。
【0023】
このずれ角度δとしては正負のどちらの値でも任意に採用可能であるが、ここではその一例として負のずれ角度を採用した場合を説明する。なお、固定子1の各突極における隣合う16個の固定子小歯3間の小歯ピッチを図3に示すようにτ1 ,τ2 ,τ3 ……τ15とする。
【0024】
請求項2に記載の構成(段落番号10に記載の構成)とした実施例の場合には、固定子1の小歯群a1 ,a2 ,a3 ,a4 内における固定子小歯3間の小歯ピッチτS1は、
となり、互いに隣接する小歯群a1 ,a2 ,a3 ,a4 の隣接する小歯の間の小歯ピッチτS2は、
となる。すなわち、
τ1 =τ2 =τ3 =τ5 =τ6 =τ7 =τ9 =τ10=τ11=τ13=τ14=τ15=1.71°
τ4 =τ8 =τ12=2.07°
となる。
【0025】
また、請求項3に記載の構成(段落番号11に記載の構成)を採用した場合には、固定子1の小歯群a1 ,a2 ,a3 ,a4 内の小歯ピッチτS1は、
τS1=τR =1.8°
となり、互いに隣接する小歯群a1 ,a2 ,a3 ,a4 の隣接する小歯の間の小歯ピッチτS2は、
となる。
【0026】
また、請求項4及び請求項5にそれぞれ記載した構成(段落番号12及び13に記載の構成)を採用した場合には、下記の表1に示す如き小歯ピッチとなる。なお、下記の表1に示す小歯ピッチのうち請求項5に記載の構成の場合の小歯ピッチの数値は一例である。
【0027】
【表1】
【0028】
上述の実施例において、従来の技術を用いると、16個の固定子小歯3でディテントトルクを消去するため、ずれ角は、
0.36°/16=0.0225°
となる。例えば、±0.01°の加工精度では、ずれ角に対する加工精度の割合は、
0.01°/0.0225°=0.444
すなわち44.4%であり、実際のずれ角は理想値に対し±44.4%ずれる可能性がある。
【0029】
これに対し、本発明を適用することにより前記ずれ角は±0.01°の加工精度のずれ角に対する割合は、
0.01°/0.09°=0.111
すなわち11.1%であり、ずれ角に対する加工精度の割合が1/4に減少することとなる。従って、加工精度による誤差の影響が小さくなる。
【0030】
また、一般の場合について同様の考察をすると、次の通りである。まず、固定子の1突極あたりの小歯数がi×j(i,jは2以上の整数)であるとき、ディテントトルクの周期をτD とすると、このディテントトルクを消去するために従来の技術を適用した場合のずれ角ε0 は、
ε0 =τD /(i×j)
となる。また、±qの加工精度では、ずれ角に対する加工精度の割合p0 は、
p0 =q/{τD /(i×j)}
となる。
【0031】
これに対し、本発明を適用することにより、周期τD のディテントトルクを消去するためのずれ角ε1 は、
ε1 =τD /i
となり、±qの加工精度のずれ角に対する加工精度の割合p1 は、
p1 =q/(τD /i)
となり、ずれ角に対する加工精度の割合が、
p0 /p1 =1/j
に減少する。従って、加工精度による誤差の影響が小さくなる。
【0032】
以上、本発明の実施例につき述べたが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の各実施例では固定子1の内側に回転子2が配置されたいわゆるインナーロータ型の構成となっているが、固定子1と回転子2の位置関係を逆にしたいわゆるアウターロータ型の構成にも本発明を適用可能である。
【0033】
【発明の効果】
以上の如く、本発明は、回転子の1小歯の中心が前記固定子の任意の小歯の中心と一致するとき、その固定子の小歯を含む固定子の突極内に、固定子の小歯と回転子の小歯の中心のずれ角が0,1×δ,2×δ,……(i−1)×δ(ただし、δは一定角度)である固定子小歯をそれぞれj個ずつ任意に配設するようにしたものであるから、固定子の1突極内の小歯数がi×j(i,jは2以上の整数)のとき、この突極内の小歯をi個の小歯を含むj個の小歯群構成として機能せしめることができ、これにより、有効なずれピッチは従来の場合に比べてj倍となる。従って、金型加工精度の誤差範囲よりずれ角度が大きくなるようにjの値を設定することにより、ずれ角の効果が有効となる加工が可能となる。
【0034】
ちなみに、既述の実施例の構成の場合に従来の技術を適用するときは、バーニアピッチδはδ=±0.0225°となり、固定子突極内の小歯ピッチτS1はτS1=1.7775°となる。この角度を加工するためには、1万分の1程度の高い加工精度が必要となる。しかし、本発明を適用することにより、例えば100分の1程度の比較的低い加工精度でよいこととなる。そのため、本発明によれば、従来用いているような比較的低い加工精度で小歯を加工しても、ずれピッチの効果を有効に発揮させるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されたステッピングモータにおける固定子と回転子との相互の配置関係を示す平面図である。
【図2】固定子の1突極内に設けられている小歯(固定子小歯)の配列状態を説明するための拡大平面図である。
【図3】互いに隣合う固定子小歯間の小歯ピッチを示す図2と同様の平面図である。
【符号の説明】
1 固定子
2 回転子
3 固定子小歯
4 回転子小歯
M ハイブリッド形ステッピングモータ
δ ずれピッチ(一定角度)
τS1 固定子の小歯群内の小歯ピッチ
τS2 隣接する小歯群間の隣接する小歯の小歯ピッチ
τR 回転子の小歯ピッチ
Claims (4)
- 複数の小歯が等ピッチで配設された回転子と、前記回転子の小歯と空隙を介して対向する面に複数の小歯を有する複数の突極が配設された固定子とを具備し、前記固定子の1突極あたりの小歯数がi×j(ただし、i,jは2以上の整数)であるステッピングモータにおいて、前記回転子の1小歯の中心が前記固定子の任意の小歯の中心と一致するとき、その固定子の小歯を含む固定子の突極内に、前記固定子の小歯と前記回転子の小歯の中心のずれ角が0,1×δ,2×δ,……(i−1)×δ(ただし、δは一定角度)である固定子小歯をそれぞれj個ずつ任意に配設し、前記一定角度δが前記回転子の小歯ピッチをτ R 、固定子突極の組数で前記回転子に対して同位相のものを1組としたときの組数をnとすれば、
δ=±τ R /(i×n)
であるようにしたことを特徴とするステッピングモータ。 - 複数の小歯が等ピッチで配設された回転子と、前記回転子の小歯と空隙を介して対向する面に複数の小歯を有する複数の突極が配設された固定子とを具備し、前記固定子の1突極あたりの小歯数がu×v(ただし、u,vは2以上の整数)であるステッピングモータにおいて、前記固定子の1突極あたりの小歯はv個の小歯を含む小歯群がu個連続した構成となっており、この小歯群内の小歯ピッチτS1が前記回転子の小歯ピッチτRと等しく、隣接する前記小歯群間の隣接する小歯の小歯ピッチτS2が、
τS2=τR±δ
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。 - 前記固定子の1突極あたりの小歯はi個の小歯を含む小歯群がj個連続した構成となっており、前記回転子の1小歯の中心が前記固定子の任意の小歯の中心と一致するとき、その固定子の小歯を含む固定子小歯群内に、固定子小歯と回転子小歯の中心のずれ角が0,1×δ,2×δ,……(i−1)×δ(ただし、δは一定角度)である固定子小歯がそれぞれ1個ずつ配設されていて、その並びは任意であるが全小歯群で等しく配設するようにした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。
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- 1996-01-31 JP JP1492996A patent/JP3595619B2/ja not_active Expired - Fee Related
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