JP5662737B2

JP5662737B2 - ハイブリッド型ステッピングモータ

Info

Publication number: JP5662737B2
Application number: JP2010185920A
Authority: JP
Inventors: 吉田　直弘; 直弘吉田; 隆利桑野
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2030-08-23
Also published as: JP2012044826A

Description

本発明は、ステッピングモータに関し、特に、ハイブリッド型ステッピングモータに関する。

ハイブリッド型ステッピングモータは、プリンタ等のＯＡ機器や搬送装置等の産業用機器のアクチュエータとして使用され、高精度な位置決め用モータとして広く使用されている。

この高精度な位置決めを行うためには、１パルス入力した時の回転角である基本ステップ角を小さくして分解能を高くする必要があり、基本ステップ角を小さくするためには小歯を増やす必要がある。モータの相数をｍ、回転子の小歯数をＮｒとすると、基本ステップ角θ_Ｓは、θ_Ｓ＝１８０／（ｍ・Ｎｒ）で表すことができる。基本ステップ角θ_Ｓを小さくすると分解能を高くすることができる。

例えば、現在最も一般的な２相のハイブリッド型ステッピングモータで基本ステップ角が１．８°では、回転子の小歯数Ｎｒは５０となる（例えば、特許文献１参照）。

図３は、特許文献１に記載のインナーロータ型の２相ハイブリッド型ステッピングモータの一例を示した図である。

ロータ１の外周には、７．２°のピッチ（θＲ）で５０個の小歯１１が設けられている。ステータ２はヨーク２１の内周側に等間隔で８個のステータポール２２ａ〜２２ｈを有しており、ステータポール２２ａ〜２２ｈの磁極部２３ａ〜２３ｈの内部側にはそれぞれ６個の小歯２４を有している。各ステータポール２２ａ〜２２ｈの間に形成された巻線巻回用スロット２５ａ〜２５ｈには、巻線絶縁用のスロットインシュレータ２６がそれぞれ嵌合されている。そして各ステータポール２２ａ〜２２ｈには巻線２７がそれぞれ巻回されている。

しかし、この特許文献１に記載のモータでは、基本ステップ角を小さくして分解能を高くする一方で、基本ステップ角が小さいために速度を上げることができないという問題がある。このため、基本ステップ角を大きくしたものとして、基本ステップ角が３．７５°のステッピングモータがある（例えば、特許文献２参照）。

図４は、特許文献２に記載のインナーロータ型の３相ハイブリッド型ステッピングモータの一例を示した図である。

固定子１５の内面から円中心に向け求心状に等ピッチで６個の固定子極１５Ａを有しており、固定子極１５Ａの先端部には３個の小歯１５ａを有している。ヨーク部１５ｂにはコイル１２が巻装されている。５は回転軸で、回転子１６の外周には１６個の小歯１６ａが設けられている。

特開平４−２１０７６１号公報、図１特開２００１−０２５２１２号公報

上述の特許文献２に記載のハイブリッド型ステッピングモータは、基本ステップ角が３．７５°であるため、特許文献１に記載の基本ステップ角が１．８°のハイブリッド型ステッピングモータに比べて回転速度を上げることができる。

しかしながら、特許文献２に記載のハイブリッド型ステッピングモータは３相であるため、２相式に比べて駆動回路が複雑となり、コストアップの要因となる。

また、一般に固定子は珪素鋼板を打ち抜いて使用されている。そして、固定子は珪素鋼板の圧延方向による方向性をキャンセルして磁気バランスを改善し、ギャップ磁束密度も正弦波に近づけ高調波を低減するために９０°回転積層が広く行なわれている。

しかし、特許文献２に記載の３相ハイブリッド型ステッピングモータでは、６個の固定子極１５Ａを備えた構成のため、固定子１５の９０°回転積層では固定子極１５Ａの位置が一致しなくなるが、６０°ごとの回転積層が可能である。しかしながら、この特許文献２に記載のハイブリッド型ステッピングモータは、外形が丸形状のため、角型に比べて磁路面積の制約からトルクが低く、角型と同等のトルクを得るためには外径の増加を招くことになり、結果、ステッピングモータが大型になるという点で好ましくない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速回転でき、且つトルクを低下させることのないハイブリッド型ステッピングモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、環状磁性体から内側に放射状に延びる複数個のステータポールを設けたステータと、前記ステータポールと空隙を介して内側に配置されたロータからなり、前記ステータポールの先端に複数個の小歯を有し、前記ロータの外周に複数個の小歯を有してなるハイブリッド型ステッピングモータにおいて、前記ハイブリッド型ステッピングモータは２相であって、前記ステータは環状磁性体から内側に等間隔で放射状に延びる８個のステータポールを有し、それぞれのステータポールの先端に等ピッチで４個の小歯を有し、前記ロータは回転軸に装着されたマグネットとロータコアから構成され、前記ロータコアは所定枚数積層して前記マグネットの軸方向両側に配置され、前記ロータコアの外周に等ピッチで３０個の小歯を有し、前記軸方向の一方に積層配置された前記ロータコアの小歯と、前記軸方向の他方に積層配置されたロータコアの小歯とは周方向に１／２ピッチずらして配置され、基本ステップ角が３°であることを特徴とする。

本発明によれば、ステップ角度を大きくして高速回転でき、角型を採用することによりトルクを低下させることなく、かつ、低振動なハイブリッド型ステッピングモータを提供することができる。

また、本発明によれば、２相のハイブリッド型ステッピングモータにおいて、基本ステップ角が例えば３°であるため、高速駆動することができる。

また、本発明によれば、従来から使用されている２相の駆動回路をそのまま使用することができるため、コストアップを抑制することができる。

また、本発明によれば、角型コアで例えば９０°回転積層できるため、トルクを低下させることなく低コギングトルクで低振動化できる。

また、本発明によれば、円型コアで例えば４５°回転積層できるため、コギングトルクを低減して低振動化できる。

本発明によるハイブリッド型ステッピングモータの構造を示した図である。図１に示したステータコアの突極の小歯とロータコアの小歯の部分拡大図である。従来のハイブリッド型ステッピングモータの構造を示した図である。他の従来のハイブリッド型ステッピングモータの構造を示した図である。

以下、本発明のハイブリッド型ステッピングモータの実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明によるハイブリッド型ステッピングモータであって、インナーロータ型の２相ハイブリッド型ステッピングモータの構造を示す図である。

図２は、図１に示したステータコアのポールの小歯とロータコアの小歯の部分拡大図である。

ハイブリッド型ステッピングモータ１０１のステータコア１０２は、四角形の角型コアであって４つのコーナー部は円弧形を有し、珪素鋼板をプレス加工したものである。

ステータコア１０２の内側には等間隔で放射状に８個のステータポール１０３が設けられており、それぞれのステータポール１０３の先端には等ピッチで４個の小歯１０４を有している。そしてステータコア１０２は所定枚数積層して構成され、それぞれのステータポール１０３にはＡ相コイル（図示せず）とＢ相コイル（図示せず）が巻回されて２相ハイブリッド型ステッピングモータを構成している。そして、ステータポール１０３の小歯１０４と所定のギャップを介してロータ１０５が配設されている。１０９はステータコア１０２の各コーナー部に形成されたボルト挿通孔である。

ロータ１０５は、回転軸１０６と、回転軸１０６に装着されたマグネット（図示せず）とロータコア１０７とから構成されている。ロータコア１０７は所定枚数積層して構成され、軸方向にＮ極とＳ極に着磁されたマグネットを挟持するように両側に配置されている。そして、ロータコア１０７の外周には１２°の等ピッチで３０個の小歯１０８が設けられており、一方側のロータコア１０７の小歯１０８と他方側のロータコア１０７の小歯１０８とは円周方向に１／２ピッチ（電気角で１８０°）ずれるように配置されている。

そして、このハイブリッド型ステッピングモータ１０１は、基本ステップ角が３°でステップ駆動する構成となっている。このため、現在最も一般的な基本ステップ角が１．８°でステップ駆動する２相ハイブリッド型ステッピングモータに比べて速度を上げて高速駆動できる。

また、従来の基本ステップ角が１．８°のステッピングモータでは、ステータポールの小歯が６個であるが、本実施例では図１に示すようにステータポール１０３は４個の小歯１０４を有し、ロータ１０５との対向面積は、従来の小歯が６個におけるロータとの対向面積に比べて大きくなっている。このため、本実施例ではトルクに寄与する磁束が増加するため、従来の基本ステップ角が１．８°でステップ駆動される２相ハイブリッド型ステッピングモータに比べてトルクを大きくすることができる。

また、本実施例ではステータコア１０２は等間隔で放射状に８個のステータポール１０３を設け、かつ、４個の小歯を対称形状としている。このため、９０°回転積層してもステータポール１０３および小歯１０４が一致する。したがって、９０°で回転積層できるので、珪素鋼板の圧延方向による方向性をキャンセルして磁気バランスを改善し、ギャップ磁束密度も正弦波に近づけ高調波を低減できる結果、コギングトルクを低減して低振動化できる。さらに、従来から使用されている２相の駆動回路をそのまま使用することができるため、コストアップを抑制することができる。

また、本実施例ではステータコア１０２の内側には等間隔で放射状に８個のステータポール１０３が設けられており、それぞれのステータポール１０３の先端には等ピッチで４個の小歯１０４を有し、基本ステップ角が３°の２相ハイブリッド型ステッピングモータ１０１を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ステータコア１０２の内側には等間隔で放射状に８個のステータポール１０３を設け、それぞれのステータポール１０３の先端には等ピッチで３個の小歯１０４を有した構成であってもよい。この場合の基本ステップ角は約４．０９°でロータコア１０７の外周には等ピッチで２２個の小歯１０８を有している。この構成によれば、基本ステップ角が３°よりもさらに高速駆動ができる。

また、それぞれのステータポール１０３の先端には等ピッチで５個の小歯１０４を有した構成であってもよい。この場合の基本ステップ角は約２．１４°で、ロータコア１０７の外周には等ピッチで４２個の小歯１０８を有している。この構成によれば、従来の基本ステップ角が１．８°に比べて高速駆動できる。

以上、本発明のハイブリッド型ステッピングモータについて説明したが、本実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲において数々の変形が可能である。

例えば、ステータコア１０２は角型に限定されるものではなく、円形で構成してもよい。この場合、角型に比べてトルクは若干低くなるが、ステータコア１０２は９０°回転積層ではなく、４５°回転積層が可能となり、よりコギングトルクを低減して低振動化できると共に、従来の基本ステップ角が１．８°に比べて高速駆動することができる。

１０１ステッピングモータ
１０２ステータコア
１０３ステータポール
１０４小歯
１０５ロータ
１０６回転軸
１０７ロータコア
１０８小歯
１０９ボルト挿通孔

Claims

環状磁性体から内側に放射状に延びる複数個のステータポールを設けたステータと、前記ステータポールと空隙を介して内側に配置されたロータからなり、前記ステータポールの先端に複数個の小歯を有し、前記ロータの外周に複数個の小歯を有してなるハイブリッド型ステッピングモータにおいて、
前記ハイブリッド型ステッピングモータは２相であって、前記ステータは環状磁性体から内側に等間隔で放射状に延びる８個のステータポールを有し、それぞれのステータポールの先端に等ピッチで４個の小歯を有し、
前記ロータは回転軸に装着されたマグネットとロータコアから構成され、
前記ロータコアは所定枚数積層して前記マグネットの軸方向両側に配置され、前記ロータコアの外周に等ピッチで３０個の小歯を有し、
前記軸方向の一方に積層配置された前記ロータコアの小歯と、前記軸方向の他方に積層配置されたロータコアの小歯とは周方向に１／２ピッチずらして配置され、
基本ステップ角が３°であることを特徴とする２相ハイブリッド型ステッピングモータ。
前記ステータが角型コアにて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の２相ハイブリッド型ステッピングモータ。
前記ステータが円型コアにて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の２相ハイブリッド型ステッピングモータ。
前記ステータコアは９０°回転積層させて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の２相ハイブリッド型ステッピングモータ。