JP4757887B2 - 角型ハイブリッド型ステッピングモータ - Google Patents

Description

本発明は、高精度の位置決めを行う角型ハイブリッド型ステッピングモータの逆起電力の均一化を通じて、位置決め精度特性改善に関するものである。

ハイブリッド型ステッピングモータはオープンループで速度制御、位置決め制御等が出来ることにより事務機市場をはじめ遊技機、産業機器など様々な分野で使用されている。
このためハイブリッド型ステッピングモータには高精度の位置決め精度が要求される。その角度制度は、モータを制御する制御方式・方法で改善が出来ず、モータ単体の位置決め精度がそのまま出るためモータ単体での精度確保が重要な技術的課題である。用途として精密機械に使われ、その関連機器の精度向上要求から、市場要求は厳しさを増し、±５％程度以内の精度向上が要求さてきている。
従来、ハイブリッド型ステッピングモータは、シート状の電磁鋼板から、固定子コアを打抜くのに、材料使用効率の良い四角形の角型形状が多く用いられてきた。この角型形状ハイブリッド型ステッピングモータは、その外観が角型形状である理由から、２相タイプの場合、Ａ相、Ｂ相各相のバックヨーク幅が異なる構成となるため、鎖交磁束に若干の不均一が発生する。このことが角型ハイブリッド型ステッピングモータの重要な特性である位置精度に悪影響を与えていた。また、同様に、Ａ相、Ｂ相各相のバックヨーク幅が異なるため、鎖交磁束に若干の不均一がみられ、逆起電力の不均一化の原因を作り、その結果、振動特性にも悪影響を与えていた。

このため固定子の外形形状を丸型にし、各相の鎖交磁束を均一化した丸型ハイブリッド型ステッピングモータにすることにより、高精度の位置決め精度を実現したハイブリッド型ステッピングモータが存在した。
しかし、丸型ハイブリッド型ステッピングモータは、材料使用効率が四角型より低く、安価に生産できない。
また、従来角型ハイブリッド型ステッピングモータが多く用いられてきたという歴史的背景から、取付け互換性を要求され、角型ハイブリッド型ステッピングモータの形状で、丸型ハイブリッド型ステッピングモータの高精度の位置決め精度と、同等の特性を要求する市場があった。
特開平１１−２８９７３７

発明が解決しようとする課題は、角型ハイブリッド型ステッピングモータの形状で、丸型ハイブリッド型ステッピングモータの高精度の位置決め精度と同等の特性を実現すること、逆起電力の均一化を図り、その結果、振動特性も改善することである。

モータ積層タイプ固定子において、該固定子コアの概正方形の４角部分に、円周方向に均一幅でスリットを入れることで、角型ハイブリッド型ステッピングモータの各相のバックヨーク幅を均一にし、その結果、各相の鎖交磁束を均一化する結果になり、磁気回路の均一化することで高精度の位置決め精度と、逆起電力の不均一化の原因を作り、その結果、振動特性を改善する。

これにより、従来のハイブリッド型ステッピングモータと比較し高精度の位置決めが、又、丸型ハイブリッド型ステッピングモータの位置決め精度、振動特性と同等特性の性能の実現が可能となった。又、逆起電力の均一化が図られ、その結果、振動特性の改善も可能になった。そのことで角型ハイブリッド型ステッピングモータが安価に製造することができ、かつ、従来の角型ハイブリッド型ステッピングモータと互換性のある四角型ハイブリッド型ステッピングモータが製作可能となる。

以下、実施例を基に図面で説明する。

図１は、本発明を実施した固定子コア形状を示す図面である。角型ハイブリッド型ステッピングモータのステータスロット数が、８スロットであるものを表している。角型形状の４角には、モータを組立る為の通し穴が設けられている。その通し穴に一部掛かって円周方向に均一幅でスリットを入れられている。

２相ハイブリット型ステッピングモータとした場合、各スロットに集中巻き方式でステータ巻線が施される。２相の場合、図２に示す「Ａ」のヨークに集中巻き方式で巻線が施される巻線を「Ａ相」巻線と呼び、図２に示す「Ｂ」のヨークに集中巻き方式で巻線が施される巻線を「Ｂ相」巻線と呼ぶ。それが時計方向に沿って順次「Ａバー」のヨークに集中巻き方式で巻線が施される巻線を「Ａバー相」巻線が施され、「Ｂバー」のヨークに集中巻き方式で巻線が施される巻線を「Ｂバー相」巻線が施される。

最初に水平方向を選ぶか、対角線上を選ぶかで「Ａ，Ａバー相」と「Ｂ、Ｂバー相」が決まり、「Ａ，Ａバー相」と「Ｂ、Ｂバー相」の形状の違いが発生する。この形状の違いがモータの磁気回路の違いを発生させ、結果としてモータの逆起電力のばらつきを発生させ、角度精度誤差を悪化される原因となっていた。

図３はモータの逆起電力波形をオシロスコープで実測した図である。図３は、本発明のモータの逆起電力を実測した図である。図の表示は、煩雑になるので省略するが、同様に従来品のモータの逆起電力を実測した図、丸形モータの逆起電力を実測できる。各々のモータの波形は、ほぼ同一の逆起電力波形を呈しているが、波形の先端のばらつき違ってくる。各逆起電力波形を比較すると、本発明実施品の方が少ない事が目視確認できる。
図４は、Ａ相、Ｂ相、Ａバー相、Ｂバー相の各波形を一回転で区分し、各ピーク値を読み取り、その平均値、標準偏差、変動係数、そして「バラツキ」として表現した図である。その結果、「バラツキ」は、従来品を１．００とした場合、０．４５となり、半分以下に減少した。同様に丸型モータと比較しても同等以上のバラツキ範囲に入っている。

図５は、同様にステッピングモータの代表特性ひとつである角度精度を測定し、その結果を表した図である。本発明を実施したモータの誤差偏差は実線で表し、従来品のそれは破線で表す。その結果は目視で充分確認が出来るが、図６にステップ角度誤差を＋、−で表し、ポジショニング精度の各々の項目で評価した図である。その結果、従来品を１．００とした場合、本発明品が０．３３となり、誤差精度は１／３以下になった。このデータからも、従来モータと比較すると格段の改善が見られ、丸型モータ並みの特性に改善されている。

図７は、振動特性を表す。横軸にステッピングモータの回転速度を回転周波数（ＰＰＳ）で表し、縦軸はモータの振動加速度を「Ｇ」で表した。本発明モータの振動特性を実線で表し、従来品を破線で表している。横軸のステッピングモータの回転速度を回転周波数（ＰＰＳ）ほぼ全範囲で振動加速度の低下が確認される。

同様に、請求項２から請求項6に示すスリット形状で、そのモータの特性の確認を行い、その効果が同等に確認できた。

磁気回路を均一にすることでモータの角度精度が向上する。従って、角型形状のモータ、クラッチ、ソレノイド等の電機機器に対し、その求める特性に依るが、位置決め、振動の減少を目指す特性改善に対し、利用可能性がある。

本発明を実施したステータコアの一実施例形状を示す。 ステッピングモータのステータ磁極に集中巻きされた相を表示する。 本発明を実施したモータ逆起電力の出力波形を示す。 本発明と従来品、丸型モータの逆起電力特性比較を示す。 本発明と従来品、丸型モータの角度精度測定結果を示す。 本発明と従来品、丸型モータの角度精度比較を数値化した結果を示す。 本発明と従来品、丸型モータの振動特性のデータ比較を示す。

符号の説明

特に符号は使わず、図面上に表す。

Claims (3)

1. モータの固定子コアが積層コアタイプである固定子を有し、該固定子コアの外形形状が、概正方形であり、該固定子コアは８スロット構成で、巻き線が施される８つのヨークが周方向に配列して設けられると共に、各ヨークが該正方形の各辺の中央部分と４角部分にそれぞれ対向して配置されており、該固定子コアの正方形の４角部分に、固定子を固定するためのボルトが挿通する貫通穴が設けられ、この貫通穴の一部に接して、円周方向に均一幅でスリットが入れられ、前記正方形の各辺の中央部分におけるヨークのバックヨーク幅と４角部分におけるヨークのバックヨーク幅が均一にされていることを特徴とする角型ハイブリッド型ステッピングモータ。
2. モータの固定子コアが積層コアタイプである固定子を有し、該固定子コアの外形形状が、概正方形であり、該固定子コアは８スロット構成で、巻き線が施される８つのヨークが周方向に配列して設けられると共に、各ヨークが該正方形の各辺の中央部分と４角部分にそれぞれ対向して配置されており、該固定子コアの正方形の４角部分に、固定子を固定するためのボルトが挿通する貫通穴が設けられ、この貫通穴の一部に接して、４角の対角線に対し直角方向に均一幅でスリットが入れられ、前記正方形の各辺の中央部分におけるヨークのバックヨーク幅と４角部分におけるヨークのバックヨーク幅が均一にされていることを特徴とする角型ハイブリッド型ステッピングモータ。
3. 前記スリットは、前記貫通穴の外形の約１／２から１／３の均一幅で、前記貫通穴の中心より内側に変移した位置に設けられている請求項１又は２に記載の角型ハイブリッド型ステッピングモータ。

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