JP3982875B2

JP3982875B2 - 3-phase stepping motor

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Publication number: JP3982875B2
Application number: JP17081697A
Authority: JP
Inventors: 博文里見
Original assignee: Oriental Motor Co Ltd
Current assignee: Oriental Motor Co Ltd
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: JPH1118397A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子に放射状に９個の固定子磁極を有する３相ステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の３相ステッピングモータで、回転子磁極に、多極（複数極）着磁された円筒状の永久磁石を使用したモータとしては、例えば、図１２のモータ断面図に示すものが知られている。
図１２において、該３相ステッピングモータＭの固定子１は、放射状に等ピッチで配置された６個の固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６と、該固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ６に、順にかつ各別に６個の巻線Ｗ１，Ｗ２，‥‥‥Ｗ６が巻装されている。回転子２は、回転軸３とともに、前記固定子１の軸心に回動自在に配設されており、前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ６と空隙を介して対向する該回転子２の外周面には、回動方向（周方向）に沿って極対数１６、すなわち、Ｎ極、Ｓ極が交互に３２極の回転子磁極５ａが、着磁、形成された円筒状の永久磁石５が配設されている。また、前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ６の前記回転子２と対向する面には固定子小歯４が配設されている。
【０００３】
そして、前記巻線Ｗ１と巻線Ｗ４とが同極性になるように結線されて第I 相を構成し、巻線Ｗ２と巻線Ｗ５とが同様に結線されて第II相を構成し、巻線Ｗ３と巻線Ｗ６とが同様に結線されて第III 相を構成して、３相巻線を形成している。
このため、前記ステッピングモータＭの基本ステップ角は、３６０°／（２×相数×極対数）であるから、相数３、極対数１６の場合の基本ステップ角は、３．７５°となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示す前記従来の３相ステッピングモータＭにおいては、以下のような問題点があった。
（１）固定子磁極あたりの巻線の巻数が多くなるため、インダクタンスが大きくなる。
（２）コイルエンドが高くなるため、薄型化を考えた場合、不利になる。
【０００５】
（３）固定子磁極あたりの固定子極歯の数が多いため、固定子磁極の幅やバックヨークの幅などを太くする必要があり、有効巻線スペースが狭くなり、高トルク化を考えた場合、不利になる。
（４）固定子磁極数が６の場合、可能な回転子極数は１２ｎ±４（ただし、ｎは１以上の正の整数）であるため、極数５０（極対数２５）が構成できない。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、従来のものよりも、固定子磁極巻線のインダクタンスが低く、かつ高速性に優れるとともに、薄型化にも適する３相ステッピングモータを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、回転子磁極の極対数を２５に構成することが可能な３相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】
前記目的を達成するための本発明の３相ステッピングモータの構成は、次のとおりである。
【０００９】
（１）固定子は、放射状に配置された９個の固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，‥‥‥Ｐ８，Ｐ９と、該固定子磁極に、順にかつ各別に巻装された９個の巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，‥‥‥Ｗ８，Ｗ９を有し、回転子は、前記固定子磁極と空隙を介して対向する面に、回動方向に沿って極対数Ｐ＝９ｎ＋７、またはＰ＝９ｎ＋２（ただし、ｎは１以上の整数）の回転子磁極が形成されており、前記固定子磁極の前記回転子と対向する面には１個以上の固定子極歯を有し、互いに隣接する固定子磁極の前記固定子極歯または固定子極歯群の中心のなす角度は、前記極対数Ｐ＝９ｎ＋７のときはｋ＝４ｎ＋３、Ｐ＝９ｎ＋２のときはｋ＝４ｎ＋１としたとき、１２０（３ｋ／Ｐ−１）度である箇所が６箇所と、１２０（３−６ｋ／Ｐ）度である箇所が３箇所であるとともに、２つおきに配置された３個の前記磁極Ｐ１，Ｐ４，Ｐ７、またはＰ２，Ｐ５，Ｐ８、またはＰ３，Ｐ６，Ｐ９に配設された前記極歯または極歯群の中心のなす角度は互いに１２０度であり、前記１２０（３−６ｋ／Ｐ）度をなす第１、第２の磁極と、該２つの磁極に対し等角度位置にある第３の磁極とに、それぞれ巻装された３個の巻線が同極性になるように結線されて１つの相を構成することを特徴とする。
【００１０】
（２）固定子は、放射状に配置された９個の固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，‥‥‥Ｐ８，Ｐ９と、該固定子磁極に、順にかつ各別に巻装された９個の巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，‥‥‥Ｗ８，Ｗ９を有し、回転子は、前記固定子磁極と空隙を介して対向する面に、回動方向に沿って極対数Ｐ＝９ｎ＋７、またはＰ＝９ｎ＋２（ただし、ｎは１以上の整数）の回転子磁極が形成されており、前記固定子磁極の前記回転子と対向する面には１個以上の固定子極歯を有し、互いに隣接する固定子磁極の前記固定子極歯または固定子極歯群の中心のなす角度は、前記極対数Ｐ＝９ｎ＋７のときはｋ＝４ｎ＋３、Ｐ＝９ｎ＋２のときはｋ＝４ｎ＋１としたとき、１２０（１−１．５ｋ／Ｐ）度である箇所が６箇所と、１２０（３ｋ／Ｐ−１）度である箇所が３箇所であるとともに、２つおきに配置された３個の前記磁極Ｐ１，Ｐ４，Ｐ７、またはＰ２，Ｐ５，Ｐ８、またはＰ３，Ｐ６，Ｐ９に配設された前記極歯または極歯群の中心のなす角度は互いに１２０度であり、前記１２０（３ｋ／Ｐ−１）度をなす２つの磁極から等角度位置にある第１の磁極と、該第１の磁極から両方向に１８０ｋ／Ｐ度の位置にある第２、第３の磁極とに、それぞれ巻装された３個の巻線が、前記第２、第３の磁極の巻線は互いに同極性に、第１の磁極の巻線は前記２つの巻線とは逆極性になるように結線されて１つの相を構成することを特徴とする。
【００１１】
（３）前記（１）または（２）において、前記回転子は極対数２５の回転子磁極を有するとともに、前記固定子磁極はそれぞれ３個の固定子極歯を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明は、以上のように構成されているので、固定子磁極あたりの巻数を少なくでき、その巻線のインダクタンスを小さくすることができる。このため、前記ステッピングモータの薄型化が期待できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。
（実施例１の１）
図１ないし図３は、本発明の実施例１の１で、請求項１に係る３相ステッピングモータＭ１の実施例を示す。
図１は、前記ステッピングモータＭ１の固定子１および回転子２を、回転軸３の垂直な面で切断した断面図、図２は３相を構成する固定子磁極の巻線の結線図、図３はトルクベクトル図である。
【００１４】
図１において、該３相ステッピングモータＭ１は、固定子１と、該固定子１の軸心に、回転軸３とともに、回動自在に配設さた回転子２とからなる。該固定子１は、内側に向かって放射状に配設された９個の固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，‥‥‥Ｐ８，Ｐ９と、該固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９に、順にかつ各別に９個の巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，‥‥‥Ｗ８，Ｗ９が巻装されており、該固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９の前記回転子２と対向する面に、それぞれ２個の固定子極歯４が配設されている。
【００１５】
回転子２は、前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９と空隙を介して対向する外周面に、回動方向（周方向）に沿って極対数１６（すなわち、前記極対数Ｐ＝９ｎ＋７の式で、ｎ＝１とした場合、Ｐ＝１６）の回転子磁極５ａで、Ｎ極、Ｓ極が交互に３２極の回転子磁極５ａが、回動方向または半径方向に着磁、形成された円筒状の永久磁石５となって配設されている。
【００１６】
互いに隣接する前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９に配設された固定子極歯４群の中心のなす角度は、３７．５゜、すなわち、ｎ＝１より前記ｋ＝４ｎ＋３＝７、したがって、１２０（３ｋ／Ｐ−１）＝１２０｛（３×７／１６）−１｝＝３７．５゜の箇所が６箇所と、４５゜、すなわち、１２０（３−６ｋ／Ｐ）＝１２０｛３−（６×７／１６）｝＝４５゜の箇所が３箇所であるとともに、２つおきに配置された３個の前記磁極Ｐ１，Ｐ４，Ｐ７、またはＰ２，Ｐ５，Ｐ８、またはＰ３，Ｐ６，Ｐ９に配設された前記極歯４群の中心のなす角度は互いに１２０度となっている。
【００１７】
ここで、前記回転子２の互いに隣接する前記回転子磁極５ａ，５ａのＮ極−Ｎ極間、またはＳ極−Ｓ極間のなす角度（電気角で３６０゜）を回転子磁極ピッチτ_Rとすると、τ_R＝３６０゜／Ｐより、τ_R＝２２．５゜である。
前記固定子極歯４群の中心のなす角度３７．５゜は、前記回転子磁極ピッチτ_Rを単位とすると、（１０／６）τ_R、すなわち（１＋４／６）τ_Rであり、角度４５゜は２τ_Rである。
【００１８】
したがって、前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９の内周面に設けられたそれぞれの前記固定子極歯４と回転子２のＳ極とのずれ角は、固定子磁極Ｐ１を基準にすると、図１によりそれぞれ（０／６）τ_R、（４／６）τ_R、（４／６）τ_R、（２／６）τ_R、（０／６）τ_R、（０／６）τ_R、（４／６）τ_R、（２／６）τ_R、（２／６）τ_Rである。ここで、（０／６）τ_Rは、ずれ角０゜を意味し、固定子極歯４と回転子２のＳ極とは丁度対向していることを意味している。同様に、（４／６）τ_Rは回転子磁極ピッチτ_Rの４／６、すなわち電気角で３６０゜×４／６＝２４０゜、（２／６）τ_Rは同様に電気角で１２０゜のずれ角をもって対向していることを意味している。
【００１９】
したがって、図２に示すように、巻線Ｗ１、巻線Ｗ５、巻線Ｗ６が互いに同極性になるように結線して第I 相とし、巻線Ｗ４、巻線Ｗ８、巻線Ｗ９が互いに同極性になるように結線して第II相とし、巻線Ｗ７、巻線Ｗ２、巻線Ｗ３が互いに同極性になるように結線して第III 相とすると、第I 相（巻線Ｗ１，Ｗ５，Ｗ６）、第II相（巻線Ｗ４，Ｗ８，Ｗ９）および第III 相（巻線Ｗ７，Ｗ２，Ｗ３）に、それぞれ正方向電流を流したときに発生する合成トルクベクトルＴ(I) ，Ｔ(II)，Ｔ(III) は、前記ずれ角の関係から図３に示すように、電気角で１２０゜ずつの位相をもつことになる。
【００２０】
また、前記とは逆方向に電流を流したときに発生する合成トルクベクトルＴ′(I) ，Ｔ′(II)，Ｔ′(III) は、前記合成トルクベクトルＴ(I) ，Ｔ(II)，Ｔ(III) に対し、それぞれ電気角で１８０゜の位相差をもつベクトルとなる。このため、両者を交互に組み合わせることにより、電気角で６０゜ずつ一定方向に回転する合成トルクベクトルＴ(I) ，Ｔ′(III) ，Ｔ(II)，Ｔ′(I) ，Ｔ(III) ，Ｔ′(II)を発生することができる。このとき回転子２は、電気角で６０゜（機械角で６０゜／Ｐ＝６０゜／１６、すなわち３．７５゜）ずつ回転することとなり、基本ステップ角３．７５゜の３相ステッピングモータが構成できる。
【００２１】
（実施例１の２）
図４および図５は、本発明の実施例１の２で、請求項１に係る３相ステッピングモータＭ２の実施例を示す。
図４は、前記ステッピングモータＭ２の固定子１および回転子２を、回転軸３の垂直な面で切断した断面図、図５は３相を構成する固定子磁極の巻線の結線図で、図１および図２と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。
各固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９の前記回転子２と対向する面に、それぞれ２個の固定子極歯４が配設されている。
【００２２】
回転子２の固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，‥‥‥Ｐ８，Ｐ９と対向する外周面には、回転方向に沿って、極対数２０（すなわち、前記極対数Ｐ＝９ｎ＋２の式で、ｎ＝２とした場合、Ｐ＝２０）の回転子磁極５ａが、前記第１実施例と同様に、着磁、形成された円筒状の永久磁石５となって配設されている。
【００２３】
互いに隣接する前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９に配設された固定子極歯４群の中心をのなす角度は、４２゜、すなわち、ｎ＝２よりｋ＝４ｎ＋１＝９、したがって、１２０（３ｋ／Ｐ−１）＝１２０｛（３×９／２０）−１｝＝４２゜の箇所が６箇所と、３６゜、すなわち、１２０（３−６ｋ／Ｐ）＝１２０｛３−（６×９／２０）｝＝３６゜の箇所が３箇所であるとともに、２つおきに配置された３個の前記磁極Ｐ１，Ｐ４，Ｐ７、またはＰ２，Ｐ５，Ｐ８、またはＰ３，Ｐ６，Ｐ９に配設された前記極歯４または極歯４群の中心のなす角度は互いに１２０度となっている。
【００２４】
この場合の回転子磁極ピッチτ_Rは、τ_R＝３６０゜／Ｐ＝３６０／２０より、τ_R＝１８゜であるから、前記固定子極歯４群の中心をのなす前記角度４２゜は前記回転子磁極ピッチτ_Rを単位とすると、（１４／６）τ_R、すなわち（２＋２／６）τ_Rであり、前記角度３６゜は２τ_Rである。
【００２５】
したがって、前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９の内周面に設けられたそれぞれの前記固定子極歯４と回転子２のＳ極とのずれ角は、固定子磁極Ｐ１を基準にすると、図４によりそれぞれ（０／６）τ_R、（２／６）τ_R、（２／６）τ_R、（４／６）τ_R、（０／６）τ_R、（０／６）τ_R、（２／６）τ_R、（４／６）τ_R、（４／６）τ_Rである。ここで、（０／６）τ_Rは、ずれ角０゜を意味し、固定子小歯４と回転子２のＳ極とは丁度対向していることを意味し、（２／６）τ_Rは、すなわち電気角で３６０゜×２／６＝１２０゜のずれ角をもって対向していることを意味している。
【００２６】
したがって、図５に示すように、巻線Ｗ１、巻線Ｗ５、巻線Ｗ６が互いに同極性になるように結線して第I 相とし、巻線Ｗ７、巻線Ｗ２、巻線Ｗ３が互いに同極性になるように結線して第II相とし、巻線Ｗ４、巻線Ｗ８、巻線Ｗ９が互いに同極性になるように結線して第III 相とすることにより、前記第１実施例と同様に、電気角で６０゜ずつ一定方向に回転する合成トルクベクトルＴ(I) ，Ｔ′(III) ，Ｔ(II)，Ｔ′(I) ，Ｔ(III) ，Ｔ′(II)を発生することができる。このとき回転子２は、電気角で６０゜（機械角で６０゜／Ｐ＝６０゜／２０、すなわち３゜）ずつ回転することとなり、基本ステップ角３゜の３相ステッピングモータが構成できる。
【００２７】
（実施例１の３）
図６は、本発明の実施例１の３で、請求項１に係る３相ステッピングモータＭ３の実施例を示す。
図６は、前記ステッピングモータＭ３の固定子１および回転子２を、回転軸３の垂直な面で切断した断面図で、図１と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。
各固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９の前記回転子２と対向する面に、それぞれ３個の固定子極歯４が配設されている。
【００２８】
回転子２の前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９と対向する外周面には、回動方向に沿って、極対数２５（すなわち、前記極対数Ｐ＝９ｎ＋７の式で、ｎ＝２とした場合、Ｐ＝２５）の回転子磁極５ａが、前記第１実施例と同様に、着磁、形成された円筒状の永久磁石５となって配設されている。
【００２９】
互いに隣接する前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９に配設された固定子極歯４群の中心をのなす角度は、３８．４゜、すなわち、ｎ＝２よりｋ＝４ｎ＋３＝１１、したがって、１２０（３ｋ／Ｐ−１）＝１２０｛（３×１１／２５）−１｝＝３８．４゜の箇所が６箇所と、４３．２゜、すなわち、１２０（３−６ｋ／Ｐ）＝１２０｛３−（６×１１／２５）｝＝４３．２゜の箇所が３箇所であるとともに、２つおきに配置された３個の前記磁極Ｐ１，Ｐ４，Ｐ７、またはＰ２，Ｐ５，Ｐ８、またはＰ３，Ｐ６，Ｐ９に配設された前記極歯または極歯群の中心のなす角度は互いに１２０度となっている。
【００３０】
この場合の回転子磁極ピッチτ_Rは、τ_R＝３６０゜／Ｐ＝３６０／２５より、τ_R＝１４．４゜であるから、前記固定子極歯４群の中心をのなす前記角度３８．４゜は前記回転子磁極ピッチτ_Rを単位とすると、（１６／６）τ_R、すなわち（２＋４／６）τ_Rであり、前記角度４３．２゜は３τ_Rである。
【００３１】
したがって、前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９の内周面に設けられたそれぞれの前記固定子極歯４と回転子２のＳ極とのずれ角は、固定子磁極Ｐ１を基準にすると、図６によりそれぞれ（０／６）τ_R、（４／６）τ_R、（４／６）τ_R、（２／６）τ_R、（０／６）τ_R、（０／６）τ_R、（４／６）τ_R、（２／６）τ_R、（２／６）τ_Rであり、前記実施例１の１の場合と同じになる。したがって、この場合の結線図は図２と同一になり、基本ステップ角は、６０／２５＝２．４゜の３相ステッピングモータが構成できる。
【００３２】
（実施例２の１）
図７および図８は、本発明の実施例２の１で、請求項２に係る３相ステッピングモータＭ４の実施例を示す。
図７は、前記ステッピングモータＭ４の固定子１および回転子２を、回転軸３の垂直な面で切断した断面図、図８は３相を構成する固定子磁極の巻線の結線図で、図１および図２と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。
各固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９の前記回転子２と対向する面に、それぞれ２個の固定子極歯４が配設されている。
【００３３】
回転子２の固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，‥‥‥Ｐ８，Ｐ９と対向する外周面には、回転方向に沿って、極対数１６（すなわち、前記極対数Ｐ＝９ｎ＋７の式で、ｎ＝１とした場合、Ｐ＝１６）の回転子磁極５ａが、前記実施例１の１と同様に、着磁、形成された円筒状の永久磁石５となって配設されている。
【００３４】
互いに隣接する前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９に配設された固定子極歯４群の中心をのなす角度は、４１．２５゜、すなわち、ｎ＝１よりｋ＝４ｎ＋３＝７、したがって、１２０（１−１．５ｋ／Ｐ）＝１２０｛１−（１．５×７／１６）｝＝４１．２５゜の箇所が６箇所と、３７．５゜、すなわち、１２０（３ｋ／Ｐ−１）＝１２０｛（３×７／１６）−１｝＝３７．５゜の箇所が３箇所であるとともに、２つおきに配置された３個の前記磁極Ｐ１，Ｐ４，Ｐ７、またはＰ２，Ｐ５，Ｐ８、またはＰ３，Ｐ６，Ｐ９に配設された前記極歯または極歯群の中心のなす角度は互いに１２０度となっている。
【００３５】
この場合の回転子磁極ピッチτ_Rは、τ_R＝３６０゜／Ｐ＝３６０／１６より、τ_R＝２２．５゜であるから、前記固定子極歯４群の中心をのなす前記角度４１．２５゜は前記回転子磁極ピッチτ_Rを単位とすると、（１１／６）τ_R、すなわち（１＋５／６）τ_Rであり、前記角度３７．５゜は（１＋４／６）τ_Rである。
【００３６】
したがって、前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９の内周面に設けられたそれぞれの前記固定子極歯４と回転子２のＳ極とのずれ角は、固定子磁極Ｐ１を基準にすると、図７によりそれぞれ（０／６）τ_R、（５／６）τ_R、（３／６）τ_R、（２／６）τ_R、（１／６）τ_R、（５／６）τ_R、（４／６）τ_R、（３／６）τ_R、（１／６）τ_Rとなる。
【００３７】
したがって、図８に示すように、巻線Ｗ３と巻線Ｗ８とが互いに同極性に、巻線Ｗ１が前記２つの巻線Ｗ３，Ｗ８とは逆極性になるように結線して第I 相とし、巻線Ｗ６と巻線Ｗ２とが互いに同極性に、巻線Ｗ４が前記２つの巻線Ｗ６，Ｗ２とは逆極性になるように結線して第II相とし、巻線Ｗ９と巻線Ｗ５とが互いに同極性に、巻線Ｗ７が前記２つの巻線Ｗ９，Ｗ５とは逆極性になるように結線して第III 相とすることにより、実施例１の１と同様に、電気角で６０゜ずつ一定方向に回転する合成トルクベクトルＴ(I) ，Ｔ′(III) ，Ｔ(II)，Ｔ′(I) ，Ｔ(III) ，Ｔ′(II)を発生することができる。このとき回転子２は、電気角で６０゜（機械角で６０゜／Ｐ＝６０゜／１６、すなわち３．７５゜）ずつ回転することとなり、基本ステップ角３．７５゜の３相ステッピングモータが構成できる。
【００３８】
（実施例２の２）
図９および図１０は、本発明の実施例２の２で、請求項２に係る３相ステッピングモータＭ５の実施例を示す。
図９は、前記ステッピングモータＭ５の固定子１および回転子２を、回転軸３の垂直な面で切断した断面図、図１０は３相を構成する固定子磁極の巻線の結線図で、図１および図２と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。
各固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９の前記回転子２と対向する面に、それぞれ２個の固定子極歯４が配設されている。
【００３９】
回転子２の固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，‥‥‥Ｐ８，Ｐ９と対向する外周面には、回転方向に沿って、極対数２０（すなわち、前記極対数Ｐ＝９ｎ＋２の式で、ｎ＝２とした場合、Ｐ＝２０）の回転子磁極５ａが、前記第実施例１の２と同様に、着磁、形成された円筒状の永久磁石５となって配設されている。
【００４０】
互いに隣接する前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９に配設された固定子極歯４群の中心をのなす角度は、３９゜、すなわち、ｎ＝２よりｋ＝４ｎ＋１＝９、したがって、１２０（１−１．５ｋ／Ｐ）＝１２０｛１−（１．５×９／２０）｝＝３９゜の箇所が６箇所と、４２゜、すなわち、１２０（３ｋ／Ｐ−１）＝１２０｛（３×９／２０）−１｝＝４２゜の箇所が３箇所であるとともに、２つおきに配置された３個の前記磁極Ｐ１，Ｐ４，Ｐ７、またはＰ２，Ｐ５，Ｐ８、またはＰ３，Ｐ６，Ｐ９に配設された前記極歯４または極歯４群の中心のなす角度は互いに１２０度となっている。
【００４１】
この場合の回転子磁極ピッチτ_Rは、τ_R＝３６０゜／Ｐ＝３６０／２０より、τ_R＝１８゜であるから、前記固定子極歯４群の中心をのなす前記角度３９゜は前記回転子磁極ピッチτ_Rを単位とすると、（１３／６）τ_R、すなわち（２＋１／６）τ_Rであり、前記角度４２゜は（２＋２／６）τ_Rである。
【００４２】
したがって、前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９の内周面に設けられたそれぞれの前記固定子極歯４と回転子２のＳ極とのずれ角は、固定子磁極Ｐ１を基準にすると、図９によりそれぞれ（０／６）τ_R、（１／６）τ_R、（３／６）τ_R、（４／６）τ_R、（５／６）τ_R、（１／６）τ_R、（２／６）τ_R、（３／６）τ_R、（５／６）τ_Rとなる。
【００４３】
したがって、図１０に示すように、巻線Ｗ３と巻線Ｗ８とが互いに同極性に、巻線Ｗ１が前記２つの巻線Ｗ３，Ｗ８とは逆極性になるように結線して第I 相とし、巻線Ｗ９と巻線Ｗ５とが互いに同極性に、巻線Ｗ７が前記２つの巻線Ｗ９，Ｗ５とは逆極性になるように結線して第II相とし、巻線Ｗ６と巻線Ｗ２とが互いに同極性に、巻線Ｗ４が前記２つの巻線Ｗ６，Ｗ２とは逆極性になるように結線して第III 相とすることにより、実施例１の１と同様に、電気角で６０゜ずつ一定方向に回転する合成トルクベクトルＴ(I) ，Ｔ′(III) ，Ｔ(II)，Ｔ′(I) ，Ｔ(III) ，Ｔ′(II)を発生することができる。このとき回転子２は、電気角で６０゜（機械角で６０゜／Ｐ＝６０゜／２０、すなわち３゜）ずつ回転することとなり、基本ステップ角３゜の３相ステッピングモータが構成できる。
【００４４】
（実施例２の３）
図１１は、本発明の実施例２の３で、請求項２に係る３相ステッピングモータＭ６の実施例を示す。
図１１は、前記ステッピングモータＭ６の固定子１および回転子２を、回転軸３の垂直な面で切断した断面図で、図１と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。
各固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９の前記回転子２と対向する面に、それぞれ３個の固定子極歯４が配設されている。
【００４５】
回転子２の固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，‥‥‥Ｐ８，Ｐ９と対向する外周面には、回転方向に沿って、極対数２５（すなわち、前記極対数Ｐ＝９ｎ＋７の式で、ｎ＝２とした場合、Ｐ＝２５）の回転子磁極５ａが、前記第実施例１の３と同様に、着磁、形成された円筒状の永久磁石５となって配設されている。
【００４６】
互いに隣接する前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９に配設された固定子極歯４群の中心をのなす角度は、４０．８゜、すなわち、ｎ＝２よりｋ＝４ｎ＋３＝１１、したがって、１２０（１−１．５ｋ／Ｐ）＝１２０｛１−（１．５×１１／２５）｝＝４０．８゜の箇所が６箇所と、３８．４゜、すなわち、１２０（３ｋ／Ｐ−１）＝１２０｛（３×１１／２５）−１｝＝３８．４゜の箇所が３箇所であるとともに、２つおきに配置された３個の前記磁極Ｐ１，Ｐ４，Ｐ７、またはＰ２，Ｐ５，Ｐ８、またはＰ３，Ｐ６，Ｐ９に配設された前記極歯または極歯群の中心のなす角度は互いに１２０度となっている。
【００４７】
この場合の回転子磁極ピッチτ_Rは、τ_R＝３６０゜／Ｐ＝３６０／２５より、τ_R＝１４．４゜であるから、前記固定子極歯４群の中心をのなす前記角度４０．８゜は前記回転子磁極ピッチτ_Rを単位とすると、（１７／６）τ_R、すなわち（２＋５／６）τ_Rであり、前記角度３８．４゜は（２＋４／６）τ_Rである。
【００４８】
したがって、前記固定子磁極Ｐ１，Ｐ２，‥‥‥Ｐ９の内周面に設けられたそれぞれの前記固定子極歯４と回転子２のＳ極とのずれ角は、固定子磁極Ｐ１を基準にすると、図１１によりそれぞれ（０／６）τ_R、（５／６）τ_R、（３／６）τ_R、（２／６）τ_R、（１／６）τ_R、（５／６）τ_R、（４／６）τ_R、（３／６）τ_R、（１／６）τ_Rとなり、前記実施例２の１と同一になる。
したがって、結線図は図８と同一となり、実施例１の１と同様に、電気角で６０゜ずつ一定方向に回転する合成トルクベクトルＴ(I) ，Ｔ′(III) ，Ｔ(II)，Ｔ′(I) ，Ｔ(III) ，Ｔ′(II)を発生することができる。このとき回転子２は、電気角で６０゜（機械角で６０゜／Ｐ＝６０゜／２５、すなわち２．４゜）ずつ回転することとなり、基本ステップ角２．４゜の３相ステッピングモータが構成できる。
【００４９】
なお、本発明の技術は前記実施例に限定されるものではなく、例えば、固定子磁極巻線の結線方法は、３個の巻線の直列結線ではなく並列結線でも、勿論可能である。また、図２や図５の結線図において、例えば巻線Ｗ５とＷ６とを並列接続し、巻線Ｗ１を直列接続するということも可能である。
また、図２、図５、図８および図１０の結線図においては、固定子の各相の磁極巻線の結線方法がポイントであるため、第I 相巻線、第II相巻線および第III 相巻線を、それぞれ独立して示しているが、実際に使用する場合には、これらはスター結線、またはデルタ結線されることは当然である。
また、固定子磁極に複数個配設された固定子極歯の配設ピッチτ_Sは、断面図では全て回転子磁極ピッチτ_Rと同一になっているが、バーニアピッチ（τ_S≠τ_R）とすることも勿論可能である。
【００５０】
本実施例では、固定子磁極は均等配置で固定子極歯群の中心のなす角度を所定の角度配置にしているため、固定子磁極の中心と固定子極歯群の中心とは必ずしも一致していないが、固定子磁極を所定の角度配置とし、固定子極歯群の中心と磁極の中心とを一致させることも可能である。
また、前記回転子磁極は、円筒状永久磁石の多極着磁ではなく、棒状永久磁石を２Ｐ個、その長手方向を軸方向にしながら、円筒状に形成して構成することも勿論可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の３相ステッピングモータによれば、固定子は、放射状に配置された９個の固定子磁極と、該固定子磁極に、順にかつ各別に巻装された９個の巻線を有し、回転子は、前記固定子磁極と空隙を介して対向する面に、回動方向に沿って極対数Ｐ＝９ｎ＋７、またはＰ＝９ｎ＋２（ただし、ｎは１以上の整数）の回転子磁極が形成されており、前記固定子磁極の前記回転子と対向する面には１個以上の固定子極歯を有し、互いに隣接する固定子磁極の前記固定子極歯または固定子極歯群の中心のなす角度は、前記極対数Ｐ＝９ｎ＋７のときはｋ＝４ｎ＋３、Ｐ＝９ｎ＋２のときはｋ＝４ｎ＋１としたとき、所定式による角度である箇所が６箇所と、他の所定式による角度である箇所が３箇所であるとともに、２つおきに配置された３個の前記磁極に配設された前記極歯または極歯群の中心のなす角度は互いに１２０度であり、前記他の所定式による角度を基になす第１、第２、第３の磁極に、それぞれ巻装された３個の巻線が所定の極性になるように結線されて１つの相を構成するので、固定子磁極あたりの巻線の巻数を少なくすることができ、インダクタンスを小さくすることができる。また、固定子磁極あたりの巻線の巻数を少なくなることにより、コイルエンドも低くなり、モータの薄型化に有利となる。
【００５２】
さらに、特定の極対数（Ｐ＝１６）の場合において、固定子磁極あたりの極歯数が従来の３（図１２）に対し、２（図１）とすることができ、磁極幅およびバックヨークの幅を２／３にすることが可能となる。
また、図６および図１１に示すように、極対数２５の３相ステッピングモータを構成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の３相ステッピングモータの実施例１の１を示し、その固定子と回転子との相互関係を示す断面図である。
【図２】図１の３相を構成する固定子磁極の巻線の結線図である。
【図３】図２の結線による３相のトルクベクトル図である。
【図４】本発明の３相ステッピングモータの実施例１の２を示し、その固定子と回転子との相互関係を示す断面図である。
【図５】図４の３相を構成する固定子磁極の巻線の結線図である。
【図６】本発明の３相ステッピングモータの実施例１の３を示し、その固定子と回転子との相互関係を示す断面図である。
【図７】本発明の３相ステッピングモータの実施例２の１を示し、その固定子と回転子との相互関係を示す断面図である。
【図８】図７の３相を構成する固定子磁極の巻線の結線図である。
【図９】本発明の３相ステッピングモータの実施例２の２を示し、その固定子と回転子との相互関係を示す断面図である。
【図１０】図９の３相を構成する固定子磁極の巻線の結線図である。
【図１１】本発明の３相ステッピングモータの実施例２の３を示し、その固定子と回転子との相互関係を示す断面図である。
【図１２】従来の３相ステッピングモータの固定子と回転子との相互関係を示す断面図である。
【符号の説明】
１固定子
２回転子
３回転軸
４固定子極歯
５永久磁石
５ａ回転子磁極
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６３相ステッピングモータ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，‥‥‥Ｐ８，Ｐ９固定子磁極
Ｔ(I) ，Ｔ(II)，Ｔ(III) トルクベクトル
Ｔ′(I) ，Ｔ′(II)，Ｔ′(III) トルクベクトル
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，‥‥‥Ｗ８，Ｗ９巻線
τ_R 回転子磁極ピッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-phase stepping motor having nine stator magnetic poles radially on a stator.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of three-phase stepping motor using a multi-pole (multiple-pole) magnetized cylindrical permanent magnet as a rotor magnetic pole, for example, the one shown in the motor cross-sectional view of FIG. Are known.
In FIG. 12, the stator 1 of the three-phase stepping motor M includes six stator magnetic poles P1, P2, P3, P4, P5, P6 that are radially arranged at equal pitches, and the stator magnetic poles P1, P2. ,... P6 has six windings W1, W2,. The rotor 2 is rotatably disposed on the axis of the stator 1 together with the rotating shaft 3, and the rotor faces the stator magnetic poles P1, P2,. On the outer peripheral surface of 2, a cylindrical permanent magnet 5 a having 16 pole pairs along the rotation direction (circumferential direction), that is, 32 N poles and S poles alternately magnetized and formed. A magnet 5 is provided. Further, stator small teeth 4 are arranged on the surfaces of the stator magnetic poles P1, P2,... P6 facing the rotor 2.
[0003]
Then, the winding W1 and the winding W4 are connected so as to have the same polarity to constitute the first phase, and the winding W2 and the winding W5 are similarly connected to constitute the second phase. The wire W3 and the winding W6 are similarly connected to form the third phase to form a three-phase winding.
Therefore, the basic step angle of the stepping motor M is 360 ° / (2 × number of phases × number of pole pairs), and therefore the basic step angle in the case of 3 phases and 16 pole pairs is 3.75 °. .
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional three-phase stepping motor M shown in FIG. 12 has the following problems.
(1) Since the number of windings per stator pole increases, the inductance increases.
(2) Since the coil end becomes high, it is disadvantageous when considering thinning.
[0005]
(3) Since the number of stator pole teeth per stator magnetic pole is large, it is necessary to increase the width of the stator magnetic pole and the back yoke, reducing the effective winding space and increasing torque. If you are disadvantaged.
(4) When the number of stator magnetic poles is 6, the possible number of rotor poles is 12n ± 4 (where n is a positive integer equal to or greater than 1), and thus the number of poles 50 (number of pole pairs 25) cannot be configured.
[0006]
The present invention has been made in view of the above points, and the object thereof is to solve the above problems, and the stator magnetic pole winding has a lower inductance and higher speed than the conventional one, and is also suitable for thinning. The object is to provide a three-phase stepping motor.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a three-phase stepping motor capable of configuring the number of pole pairs of rotor magnetic poles to be 25.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the three-phase stepping motor of the present invention for achieving the above object is as follows.
[0009]
(1) The stator is composed of nine stator poles P1, P2, P3,... P8, P9 arranged radially, and nine windings wound around the stator poles sequentially and separately. The rotor has lines W1, W2, W3,..., W8, W9, and the rotor has a pole pair number P = 9n + 7 along the rotation direction on the surface facing the stator magnetic pole through the air gap, or P = 9n + 2 (where n is an integer greater than or equal to 1) rotor magnetic poles are formed, and the stator magnetic poles have one or more stator pole teeth on the surface facing the rotor and are adjacent to each other. The angle between the stator pole teeth or the center of the stator pole teeth group of the stator magnetic pole is 120 (when k = 4n + 3 when P = 9n + 7 and k = 4n + 1 when P = 9n + 2). 6 locations with 3k / P-1) degrees and 3 locations with 120 (3-6k / P) degrees And the center of the pole teeth or group of pole teeth arranged in every third magnetic poles P1, P4, P7, or P2, P5, P8, or P3, P6, P9, which are arranged every two. The first and second magnetic poles forming 120 (3-6 k / P) degrees and the third magnetic pole located at an equiangular position with respect to the two magnetic poles are respectively 120 degrees. The three wound windings are connected so as to have the same polarity to constitute one phase.
[0010]
(2) The stator is composed of nine stator poles P1, P2, P3,... P8, P9 arranged radially, and nine windings wound around the stator poles sequentially and separately. The rotor has lines W1, W2, W3,..., W8, W9, and the rotor has a pole pair number P = 9n + 7 along the rotation direction on the surface facing the stator magnetic pole through the air gap, or P = 9n + 2 (where n is an integer greater than or equal to 1) rotor magnetic poles are formed, and the stator magnetic poles have one or more stator pole teeth on the surface facing the rotor and are adjacent to each other. The angle between the stator pole teeth or the center of the stator pole teeth group of the stator magnetic pole is 120 (when k = 4n + 3 when P = 9n + 7 and k = 4n + 1 when P = 9n + 2). There are six places that are 1-1.5 k / P) degrees and places that are 120 (3 k / P-1) degrees. The pole teeth or groups of pole teeth arranged at three places and at every other three poles P1, P4, P7, or P2, P5, P8, or P3, P6, P9. The angle formed by the centers is 120 degrees, and the first magnetic pole located at an equiangular position from the two magnetic poles forming 120 (3 k / P-1) degrees, and 180 k / P degrees in both directions from the first magnetic pole. The three windings wound respectively on the second and third magnetic poles at the positions of the first magnetic pole, the windings of the second and third magnetic poles have the same polarity, and the winding of the first magnetic pole Are connected so as to have opposite polarities to the two windings to form one phase.
[0011]
(3) In the above (1) or (2), the rotor has a rotor magnetic pole having 25 pole pairs, and each of the stator magnetic poles has three stator pole teeth.
[0012]
Since the present invention is configured as described above, the number of turns per stator magnetic pole can be reduced, and the inductance of the winding can be reduced. For this reason, the stepping motor can be expected to be thin.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1 of Example 1)
1 to 3 show an embodiment of a three-phase stepping motor M1 according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a cross-sectional view of the stator 1 and the rotor 2 of the stepping motor M1 taken along a plane perpendicular to the rotary shaft 3, and FIG. 2 is a connection diagram of windings of stator magnetic poles constituting three phases. 3 is a torque vector diagram.
[0014]
In FIG. 1, the three-phase stepping motor M <b> 1 includes a stator 1, and a rotor 2 that is rotatably disposed along with a rotating shaft 3 on the axis of the stator 1. The stator 1 includes nine stator magnetic poles P1, P2, P3,... P8, P9 and radial stators P1, P2,. Nine windings W1, W2, W3,..., W8, W9 are wound in order and separately on the surface of the stator magnetic poles P1, P2,. In each case, two stator pole teeth 4 are arranged.
[0015]
The rotor 2 has 16 pole pairs (that is, the pole pair number P = 9n + 7) along the rotation direction (circumferential direction) on the outer peripheral surface facing the stator magnetic poles P1, P2,. When n = 1, P = 16) of the rotor magnetic pole 5a, the N-pole and S-pole 32 poles are alternately magnetized and formed in the rotational direction or radial direction. The cylindrical permanent magnet 5 is arranged.
[0016]
The angle formed by the centers of the stator pole teeth 4 arranged in the stator magnetic poles P1, P2,... P9 adjacent to each other is 37.5 °, that is, n = 1 and k = 4n + 3 = 7. Therefore, 120 (3k / P-1) = 120 {(3 × 7/16) -1} = 37.5 ° is 6 places, 45 °, that is, 120 (3-6k / P) = 120 {3- (6 × 7/16)} = 45 ° is three places, and the three magnetic poles P1, P4, P7 or P2, P5, P8 arranged every two, or The angles formed by the centers of the four groups of pole teeth arranged at P3, P6, and P9 are 120 degrees.
[0017]
Here, the rotor magnetic pole pitch τ is the angle (electrical angle 360 °) formed between the N pole and N pole of the rotor magnetic poles 5a, 5a adjacent to each other of the rotor 2 or between the S pole and S pole. _R Then τ _R = From 360 ° / P, τ _R = 22.5 °.
The angle 37.5 ° formed by the center of the stator pole teeth 4 group is the rotor pole pitch τ. _R (10/6) τ _R That is, (1 + 4/6) τ _R The angle 45 ° is 2τ _R It is.
[0018]
Therefore, the deviation angle between each of the stator pole teeth 4 provided on the inner peripheral surface of the stator magnetic poles P1, P2,... P9 and the S pole of the rotor 2 is based on the stator magnetic pole P1. Then, (0/6) τ in FIG. _R , (4/6) τ _R , (4/6) τ _R , (2/6) τ _R , (0/6) τ _R , (0/6) τ _R , (4/6) τ _R , (2/6) τ _R , (2/6) τ _R It is. Where (0/6) τ _R Means a deviation angle of 0 °, and means that the stator pole teeth 4 and the S pole of the rotor 2 are just opposite each other. Similarly, (4/6) τ _R Is the rotor pole pitch τ _R 4/6, ie, electrical angle 360 ° × 4/6 = 240 °, (2/6) τ _R Similarly, it means that they are opposed to each other with an electrical angle of 120 °.
[0019]
Therefore, as shown in FIG. 2, the winding W1, the winding W5, and the winding W6 are connected so as to have the same polarity to form the first phase, and the winding W4, the winding W8, and the winding W9 are the same. If the wires W7, W2 and W3 are connected so as to have the same polarity and are connected to the third phase, the first phase (windings W1, W5) , W6), the second phase (windings W4, W8, W9) and the third phase (windings W7, W2, W3), respectively, are combined torque vectors T (I), T (II) and T (III) have phases of 120 ° in electrical angle as shown in FIG.
[0020]
Further, the combined torque vectors T ′ (I), T ′ (II), T ′ (III) generated when a current is passed in the opposite direction are combined with the combined torque vectors T (I), T (II). ) And T (III) are vectors having a phase difference of 180 ° in electrical angle. For this reason, the combined torque vectors T (I), T '(III), T (II), T' (I), T (III) that rotate in a fixed direction by 60 ° in electrical angle by alternately combining the two. ), T ′ (II) can be generated. At this time, the rotor 2 rotates by 60 ° in electrical angle (mechanical angle 60 ° / P = 60 ° / 16, ie 3.75 °), and a three-phase stepping motor having a basic step angle of 3.75 °. Can be configured.
[0021]
(Example 1-2)
4 and 5 show an embodiment of a three-phase stepping motor M2 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the stator 1 and the rotor 2 of the stepping motor M2 cut along a plane perpendicular to the rotary shaft 3, and FIG. 5 is a connection diagram of stator magnetic pole windings constituting three phases. The same members as those in FIG. 1 and FIG.
Two stator pole teeth 4 are disposed on the surface of each of the stator magnetic poles P1, P2,..., P9 facing the rotor 2 respectively.
[0022]
On the outer peripheral surface of the rotor 2 facing the stator magnetic poles P1, P2, P3,..., P8, P9, the number of pole pairs is 20 (ie, the number of pole pairs P = 9n + 2) When P = 2, the rotor magnetic pole 5a of P = 20) is arranged as a cylindrical permanent magnet 5 that is magnetized and formed as in the first embodiment.
[0023]
The angle formed between the centers of the stator pole teeth 4 arranged in the stator magnetic poles P1, P2,... P9 adjacent to each other is 42 °, that is, k = 2n = 9 from n = 2. , 120 (3k / P-1) = 120 {(3 × 9/20) -1} = 42 °, and 36 °, that is, 120 (3-6k / P) = 120 {3- (6 × 9/20)} = 36 ° is three places, and the three magnetic poles P1, P4, P7, or P2, P5, P8, or P3, P6 arranged every other two. The angle formed by the centers of the pole teeth 4 or the group of pole teeth 4 arranged in P9 is 120 degrees.
[0024]
In this case, the rotor magnetic pole pitch τ _R Is τ _R = 360 ° / P = 360/20, τ _R = 18 °, the angle 42 ° forming the center of the group 4 of stator pole teeth 4 is the rotor magnetic pole pitch τ. _R (14/6) τ _R That is, (2 + 2/6) τ _R And the angle 36 ° is 2τ _R It is.
[0025]
Therefore, the deviation angle between each of the stator pole teeth 4 provided on the inner peripheral surface of the stator magnetic poles P1, P2,... P9 and the S pole of the rotor 2 is based on the stator magnetic pole P1. Then, according to FIG. 4, (0/6) τ _R , (2/6) τ _R , (2/6) τ _R , (4/6) τ _R , (0/6) τ _R , (0/6) τ _R , (2/6) τ _R , (4/6) τ _R , (4/6) τ _R It is. Where (0/6) τ _R Means a deviation angle of 0 °, and means that the stator small teeth 4 and the south pole of the rotor 2 are just opposite each other, (2/6) τ _R That is, it is opposed to each other with a deviation angle of 360 ° × 2/6 = 120 ° in electrical angle.
[0026]
Therefore, as shown in FIG. 5, the winding W1, the winding W5, and the winding W6 are connected so as to have the same polarity to be the first phase, and the winding W7, the winding W2, and the winding W3 are the same. Similar to the first embodiment by connecting to the polarity to make the second phase, and connecting the winding W4, winding W8, and winding W9 to the same polarity to make the third phase. Generates combined torque vectors T (I), T '(III), T (II), T' (I), T (III), T '(II) that rotate in a constant direction by 60 ° in electrical angle can do. At this time, the rotor 2 rotates by 60 ° in electrical angle (mechanical angle 60 ° / P = 60 ° / 20, ie, 3 °), so that a three-phase stepping motor having a basic step angle of 3 ° can be configured.
[0027]
(3 in Example 1)
FIG. 6 shows a third embodiment of the three-phase stepping motor M3 according to the first aspect of the present invention.
6 is a sectional view of the stator 1 and the rotor 2 of the stepping motor M3 taken along a plane perpendicular to the rotating shaft 3. The same members as those in FIG. .
Three stator pole teeth 4 are disposed on the surface of each stator magnetic pole P1, P2,...
[0028]
On the outer peripheral surface of the rotor 2 facing the stator magnetic poles P1, P2,... P9, the number of pole pairs is 25 (that is, n = 2 in the formula of the number of pole pairs P = 9n + 7) along the rotation direction. In this case, the rotor magnetic pole 5a of P = 25) is arranged as a cylindrical permanent magnet 5 which is magnetized and formed, as in the first embodiment.
[0029]
The angle between the centers of the stator pole teeth 4 arranged on the stator magnetic poles P1, P2,... P9 adjacent to each other is 38.4 °, that is, n = 2 and k = 4n + 3 = 11. Therefore, 120 (3k / P-1) = 120 {(3 × 11/25) -1} = 38.4 ° is 6 places, and 43.2 °, that is, 120 (3-6k / P ) = 120 {3- (6 × 11/25)} = 43.2 °, and the three magnetic poles P1, P4, P7 or P2, P5 arranged every two , P8, or P3, P6, and P9, the angle formed by the centers of the pole teeth or groups of pole teeth is 120 degrees.
[0030]
In this case, the rotor magnetic pole pitch τ _R Is τ _R = 360 ° / P = 360/25, τ _R = 14.4 °, the angle 38.4 ° forming the center of the stator pole teeth 4 group is the rotor magnetic pole pitch τ. _R (16/6) τ _R That is, (2 + 4/6) τ _R And the angle 43.2 ° is 3τ. _R It is.
[0031]
Therefore, the deviation angle between each of the stator pole teeth 4 provided on the inner peripheral surface of the stator magnetic poles P1, P2,... P9 and the S pole of the rotor 2 is based on the stator magnetic pole P1. Then, according to FIG. _R , (4/6) τ _R , (4/6) τ _R , (2/6) τ _R , (0/6) τ _R , (0/6) τ _R , (4/6) τ _R , (2/6) τ _R , (2/6) τ _R This is the same as in the first embodiment. Therefore, the connection diagram in this case is the same as FIG. 2, and a three-phase stepping motor with a basic step angle of 60/25 = 2.4 ° can be configured.
[0032]
(Example 2)
7 and 8 show an embodiment of a three-phase stepping motor M4 according to claim 2 as a first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the stator 1 and the rotor 2 of the stepping motor M4 cut along a vertical plane of the rotary shaft 3, and FIG. 8 is a connection diagram of the windings of the stator magnetic poles constituting the three phases. The same members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
Two stator pole teeth 4 are disposed on the surface of each of the stator magnetic poles P1, P2,..., P9 facing the rotor 2 respectively.
[0033]
On the outer peripheral surface of the rotor 2 facing the stator magnetic poles P1, P2, P3,..., P8, P9, the number of pole pairs is 16 along the rotation direction (that is, n = 7 = 1, the rotor magnetic pole 5a of P = 16) is arranged as a cylindrical permanent magnet 5 that is magnetized and formed in the same manner as in the first embodiment.
[0034]
The angle formed between the centers of the stator pole teeth 4 arranged in the stator magnetic poles P1, P2,... P9 adjacent to each other is 41.25 °, that is, n = 1 and k = 4n + 3 = 7. Therefore, 120 (1−1.5 k / P) = 120 {1− (1.5 × 7/16)} = 41.25 ° has six locations, and 37.5 °, that is, 120 (3 k / P-1) = 120 {(3 × 7/16) -1} = 37.5 °, and the three magnetic poles P1, P4, P7 arranged every two, Alternatively, the angle formed by the centers of the pole teeth or groups of pole teeth arranged in P2, P5, P8, or P3, P6, and P9 is 120 degrees.
[0035]
In this case, the rotor magnetic pole pitch τ _R Is τ _R = 360 ° / P = 360/16, τ _R = 22.5 °, the angle 41.25 ° forming the center of the stator pole teeth 4 group is the rotor magnetic pole pitch τ. _R (11/6) τ _R That is, (1 + 5/6) τ _R And the angle 37.5 ° is (1 + 4/6) τ _R It is.
[0036]
Therefore, the deviation angle between each of the stator pole teeth 4 provided on the inner peripheral surface of the stator magnetic poles P1, P2,... P9 and the S pole of the rotor 2 is based on the stator magnetic pole P1. Then, according to FIG. 7, (0/6) τ _R , (5/6) τ _R , (3/6) τ _R , (2/6) τ _R , (1/6) τ _R , (5/6) τ _R , (4/6) τ _R , (3/6) τ _R , (1/6) τ _R It becomes.
[0037]
Therefore, as shown in FIG. 8, the winding W3 and the winding W8 have the same polarity, and the winding W1 has the opposite polarity to the two windings W3 and W8. The winding W6 and the winding W2 have the same polarity, and the winding W4 is connected so as to have the opposite polarity to the two windings W6 and W2. Are connected to each other in the same polarity and the winding W7 is opposite in polarity to the two windings W9 and W5 to form the third phase, and in the same manner as in Example 1, the electrical angle Synthetic torque vectors T (I), T '(III), T (II), T' (I), T (III), T '(II) that rotate in a fixed direction by 60 ° can be generated. At this time, the rotor 2 rotates by 60 ° in electrical angle (mechanical angle 60 ° / P = 60 ° / 16, ie 3.75 °), and a three-phase stepping motor having a basic step angle of 3.75 °. Can be configured.
[0038]
(Example 2-2)
FIG. 9 and FIG. 10 show an embodiment of a three-phase stepping motor M5 according to claim 2 of the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the stator 1 and the rotor 2 of the stepping motor M5 cut along a plane perpendicular to the rotary shaft 3, and FIG. 10 is a connection diagram of the stator magnetic pole windings constituting three phases. The same members as those in FIG. 1 and FIG.
Two stator pole teeth 4 are disposed on the surface of each of the stator magnetic poles P1, P2,..., P9 facing the rotor 2 respectively.
[0039]
On the outer peripheral surface of the rotor 2 facing the stator magnetic poles P1, P2, P3,..., P8, P9, the number of pole pairs is 20 along the rotation direction (that is, n = 2 In the case of = 2, the rotor magnetic pole 5a of P = 20) is arranged as a cylindrical permanent magnet 5 that is magnetized and formed in the same manner as 2 in the first embodiment.
[0040]
The angle formed between the centers of the stator pole teeth 4 arranged in the stator magnetic poles P1, P2,... P9 adjacent to each other is 39 °, that is, n = 2 and k = 4n + 1 = 9. , 120 (1−1.5 k / P) = 120 {1− (1.5 × 9/20)} = 39 °, 6 locations, 42 °, that is, 120 (3 k / P−1) = 120 {(3 × 9/20) −1} = 42 ° is three places, and the three magnetic poles P1, P4, P7, or P2, P5, P8 arranged every two, or The angle formed by the centers of the pole teeth 4 or groups of pole teeth 4 arranged at P3, P6, and P9 is 120 degrees.
[0041]
In this case, the rotor magnetic pole pitch τ _R Is τ _R = 360 ° / P = 360/20, τ _R = 18 °, the angle 39 ° forming the center of the stator pole teeth 4 group is the rotor magnetic pole pitch τ. _R (13/6) τ _R That is, (2 + 1/6) τ _R And the angle 42 ° is (2 + 2/6) τ. _R It is.
[0042]
Therefore, the deviation angle between each of the stator pole teeth 4 provided on the inner peripheral surface of the stator magnetic poles P1, P2,... P9 and the S pole of the rotor 2 is based on the stator magnetic pole P1. Then, according to FIG. 9, (0/6) τ _R , (1/6) τ _R , (3/6) τ _R , (4/6) τ _R , (5/6) τ _R , (1/6) τ _R , (2/6) τ _R , (3/6) τ _R , (5/6) τ _R It becomes.
[0043]
Therefore, as shown in FIG. 10, the winding W3 and the winding W8 have the same polarity as each other, and the winding W1 has the opposite polarity to the two windings W3 and W8. The winding W9 and the winding W5 have the same polarity and the winding W7 has the opposite polarity to the two windings W9 and W5 to form the second phase, and the winding W6 and the winding W2 Are connected to each other in the same polarity and the winding W4 is opposite in polarity to the two windings W6 and W2 to form the third phase, so that the electrical angle is Synthetic torque vectors T (I), T '(III), T (II), T' (I), T (III), T '(II) that rotate in a fixed direction by 60 ° can be generated. At this time, the rotor 2 rotates by 60 ° in electrical angle (mechanical angle 60 ° / P = 60 ° / 20, ie, 3 °), so that a three-phase stepping motor having a basic step angle of 3 ° can be configured.
[0044]
(Example 2-3)
FIG. 11 shows a third embodiment of the three-phase stepping motor M6 according to the second aspect of the second embodiment of the present invention.
11 is a sectional view of the stator 1 and the rotor 2 of the stepping motor M6 cut along a plane perpendicular to the rotating shaft 3. The same members as those in FIG. .
Three stator pole teeth 4 are disposed on the surface of each stator magnetic pole P1, P2,...
[0045]
On the outer peripheral surface of the rotor 2 facing the stator magnetic poles P1, P2, P3,..., P8, P9, the number of pole pairs is 25 (that is, the number of pole pairs P = 9n + 7, n In the case of = 2, the rotor magnetic pole 5a of P = 25) is arranged as a cylindrical permanent magnet 5 that is magnetized and formed in the same manner as 3 in the first embodiment.
[0046]
The angle formed between the centers of the stator pole teeth 4 arranged in the stator magnetic poles P1, P2,... P9 adjacent to each other is 40.8 °, that is, n = 2 and k = 4n + 3 = 11. Therefore, 120 (1-1.5 k / P) = 120 {1- (1.5 × 11/25)} = 40.8 ° are 6 places, and 38.4 °, that is, 120 (3 k / P-1) = 120 {(3 × 11/25) -1} = 38.4 °, and three magnetic poles P1, P4, P7 arranged every two, Alternatively, the angle formed by the centers of the pole teeth or groups of pole teeth arranged in P2, P5, P8, or P3, P6, and P9 is 120 degrees.
[0047]
In this case, the rotor magnetic pole pitch τ _R Is τ _R = 360 ° / P = 360/25, τ _R = 14.4 °, the angle 40.8 ° forming the center of the stator pole teeth 4 group is the rotor magnetic pole pitch τ. _R (17/6) τ _R That is, (2 + 5/6) τ _R And the angle 38.4 ° is (2 + 4/6) τ. _R It is.
[0048]
Therefore, the deviation angle between each of the stator pole teeth 4 provided on the inner peripheral surface of the stator magnetic poles P1, P2,... P9 and the S pole of the rotor 2 is based on the stator magnetic pole P1. Then, according to FIG. 11, each (0/6) τ _R , (5/6) τ _R , (3/6) τ _R , (2/6) τ _R , (1/6) τ _R , (5/6) τ _R , (4/6) τ _R , (3/6) τ _R , (1/6) τ _R This is the same as 1 in the second embodiment.
Therefore, the connection diagram is the same as FIG. 8, and, similar to the first embodiment, the combined torque vectors T (I), T ′ (III), T (II), T (II), T '(I), T (III), T' (II) can be generated. At this time, the rotor 2 rotates by 60 ° in electrical angle (mechanical angle 60 ° / P = 60 ° / 25, ie, 2.4 °), and a three-phase stepping motor having a basic step angle of 2.4 °. Can be configured.
[0049]
The technique of the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the method of connecting the stator magnetic pole windings is, of course, possible not only in series connection of three windings but also in parallel connection. Further, in the connection diagrams of FIGS. 2 and 5, for example, the windings W5 and W6 can be connected in parallel and the winding W1 can be connected in series.
In the connection diagrams of FIGS. 2, 5, 8, and 10, the method of connecting the magnetic pole windings of each phase of the stator is the key, so the I-phase winding, the II-phase winding, and the Although the III-phase windings are shown independently, it is natural that they are star-connected or delta-connected in actual use.
In addition, a plurality of stator pole teeth disposed on the stator magnetic pole τ _S Are all the rotor pole pitch τ in the sectional view. _R But the vernier pitch (τ _S ≠ τ _R Of course, it is also possible.
[0050]
In this embodiment, the stator magnetic poles are arranged uniformly and the angle formed by the center of the stator pole teeth group is set at a predetermined angle. Therefore, the center of the stator pole and the center of the stator pole tooth group do not necessarily coincide with each other. However, it is possible to arrange the stator magnetic poles at a predetermined angle so that the center of the stator pole teeth and the center of the magnetic poles coincide.
Further, the rotor magnetic poles are not limited to the multipolar magnetization of cylindrical permanent magnets, but can of course be configured by forming 2P rod-shaped permanent magnets in a cylindrical shape with the longitudinal direction being the axial direction. .
[0051]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the three-phase stepping motor of the present invention, the stator is wound around the stator magnetic poles arranged radially and the stator magnetic poles in order and separately. The rotor has a number of pole pairs P = 9n + 7 or P = 9n + 2 along the rotation direction on the surface facing the stator magnetic pole through the air gap (where n is 1). (An integer above) of the rotor magnetic poles, and the stator magnetic poles having one or more stator pole teeth on the surface of the stator magnetic poles facing the rotor, and the stator magnetic poles adjacent to each other. The angle formed by the centers of the pole teeth or the stator pole teeth group is k = 4n + 3 when the number of pole pairs P = 9n + 7, and k = 4n + 1 when P = 9n + 2, where there are 6 locations where the angle is determined by the predetermined formula. While there are three places and places that are angles according to other predetermined formulas The angle formed by the centers of the pole teeth or groups of pole teeth arranged on the three magnetic poles arranged every other two is 120 degrees, and the first, which is based on the angle according to the other predetermined formula, Since the three windings wound around the second and third magnetic poles are connected so as to have a predetermined polarity to form one phase, the number of windings per stator magnetic pole is reduced. Inductance can be reduced. Further, by reducing the number of windings per stator magnetic pole, the coil end is also lowered, which is advantageous for making the motor thinner.
[0052]
Further, in the case of a specific number of pole pairs (P = 16), the number of pole teeth per stator magnetic pole can be 2 (FIG. 1) compared to the conventional 3 (FIG. 12), and the pole width and back yoke Can be reduced to 2/3.
Further, as shown in FIGS. 6 and 11, there is an effect that a three-phase stepping motor having 25 pole pairs can be configured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a three-phase stepping motor according to the present invention and showing a mutual relationship between a stator and a rotor.
FIG. 2 is a connection diagram of stator magnetic pole windings constituting the three phases of FIG. 1;
FIG. 3 is a three-phase torque vector diagram according to the connection of FIG. 2;
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the interrelationship between the stator and the rotor of Embodiment 3 of the three-phase stepping motor of the present invention.
5 is a connection diagram of windings of stator magnetic poles constituting the three phases of FIG. 4;
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a third example of the three-phase stepping motor according to the first embodiment of the present invention and illustrating a mutual relationship between the stator and the rotor.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the interrelationship between the stator and the rotor of the three-phase stepping motor according to the second embodiment of the present invention.
8 is a connection diagram of windings of stator magnetic poles constituting the three phases of FIG. 7. FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the interrelationship between the stator and the rotor of the three-phase stepping motor according to the second embodiment of the present invention.
10 is a connection diagram of stator magnetic pole windings constituting the three phases of FIG. 9; FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a third example of the three-phase stepping motor according to the second embodiment of the present invention and illustrating a mutual relationship between the stator and the rotor.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a mutual relationship between a stator and a rotor of a conventional three-phase stepping motor.
[Explanation of symbols]
1 Stator
2 Rotor
3 Rotating shaft
4 Stator pole teeth
5 Permanent magnet
5a Rotor magnetic pole
M, M1, M2, M3, M4, M5, M6 3-phase stepping motor
P1, P2, P3, P8, P9 Stator magnetic pole
T (I), T (II), T (III) Torque vector
T '(I), T' (II), T '(III) Torque vector
W1, W2, W3, ... W8, W9 Winding
τ _R Rotor magnetic pole pitch

Claims

The stator includes nine stator poles P1, P2, P3,..., P8, P9 arranged radially, and nine windings W1, wound around the stator poles in order and separately. W8, W3,..., W8, W9, and the rotor has a number of pole pairs P = 9n + 7 or P = 9n + 2 along the rotation direction on the surface facing the stator magnetic poles through the air gap. , N is an integer greater than or equal to 1), and the stator poles have one or more stator pole teeth on the surface of the stator pole facing the rotor, and are adjacent to each other. The angle formed by the center of the stator pole teeth or the group of stator pole teeth is 120 (3 k / P) when k = 4n + 3 when P = 9n + 7 and k = 4n + 1 when P = 9n + 2. -1) 6 places and 120 (3-6k / P) degrees are 3 places In addition, an angle formed by the centers of the pole teeth or groups of pole teeth arranged in every three magnetic poles P1, P4, P7, or P2, P5, P8, or P3, P6, P9, which are arranged every two. Are wound on the first and second magnetic poles that are 120 (3-6 k / P) degrees and the third magnetic pole that is equiangular with respect to the two magnetic poles. A three-phase stepping motor characterized in that one phase is formed by connecting the three windings so as to have the same polarity.

The stator includes nine stator poles P1, P2, P3,..., P8, P9 arranged radially, and nine windings W1, wound around the stator poles in order and separately. W8, W3,..., W8, W9, and the rotor has a number of pole pairs P = 9n + 7 or P = 9n + 2 along the rotation direction on the surface facing the stator magnetic poles through the air gap. , N is an integer greater than or equal to 1), and the stator poles have one or more stator pole teeth on the surface of the stator pole facing the rotor, and are adjacent to each other. The angle formed by the center of the stator pole teeth or the group of stator pole teeth is 120 (1-1 when k = 4n + 3 when P = 9n + 7 and k = 4n + 1 when P = 9n + 2. .5 k / P) degrees are 6 places and 120 (3 k / P-1) degrees are 3 places. And the center of the pole teeth or groups of pole teeth arranged in every third magnetic pole P1, P4, P7, or P2, P5, P8, or P3, P6, P9. The angle is 120 degrees, and the first magnetic pole is equiangular from the two magnetic poles of 120 (3k / P-1) degrees, and 180 k / P degrees in both directions from the first magnetic pole. Three windings respectively wound around certain second and third magnetic poles, the windings of the second and third magnetic poles have the same polarity, and the winding of the first magnetic pole is the above-mentioned 2 A three-phase stepping motor characterized in that one phase is formed by being connected so as to have opposite polarities to two windings.

3. The three-phase stepping motor according to claim 1, wherein the rotor has a rotor magnetic pole having 25 pole pairs, and each of the stator magnetic poles has three stator pole teeth.
Data.