JPH01164258A - ステツピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、異方性樹脂磁石ロータとステータヨークを有
するステッピングモータに関するものである。

［従来の技術］ 従来から、小型のステッピングモータ等においては、熱
可塑性樹脂からなる多極配向のプラスチックマグネット
ロータが使用されており、軸部との２色成形や、圧入、
接着等の方法で形成された小型のＰＭ型スステップモー
タ一般的である。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、この種のモータの小型化にともない、モ
ータの構造も従来の一般的な構成である各相の２段重ね
方式から、より小型化へと進んで行くに当って、ステー
タヨークをロータの左右対向に配置して、変則的、かつ
、製品に対応して配置されるものが数多く提案されてい
るが、中央の回転子ロータに対し、左右のステータヨー
クのギャップの差やステータ歯の角度位置、ロータ自身
の偏心ずれ等により、鎖交磁束量のバランスがくずれて
、設計上の安定停止位置が得られないことやトルクむら
が発生するという問題点があった。

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするもの
である。

［問題点を解決するための手段］ ステッピングモータの回転子となるロータを異方性の樹
脂磁石からなるものとし、該ロータの磁極センタに凹部
を形成して、モータ使用状態における該ロータトステー
タ歯のエアーギャップが０．１〜０．２の範囲において
磁力波形が２頭または台形波形となる異方性樹脂磁石ロ
ータを備えているものとした。

［作　　　用］ 本発明によれば、ロータを軸方向に長く配置して、その
着磁波形が２頭または台形波形となるようにロータの磁
極センタに凹部を形成してなるロータの左右対向位置に
、ステータ歯を有するステータヨークを配置し、かつ、
これらのステータヨークに磁界を発生させるコイルを設
けたことにより、モータ全体を小型軽量化することがで
き、製品スペースに対応して、変則的、かつ、自由に配
置されて、設計の自由度も広く、さらに、ロータの小型
化により、慣性モーメントを小さくすることができて十
分なトルクも得られる。

そして、台形着磁をすることによって、ロータとステー
タの間で発生するコギングトルク特性に高調波成分が含
まれるようになる。

すなわち、左右のステータの片方のセットとロータとの
間に発生するコギングトルク特性は、ロータが正弦波着
磁されている時は、Ｔｃ＋−ａｔ　ｓｉｎ　２Ｐθ（Ｐ
はロータの磁極対の数、θはロータとステータの磁極の
中心が一致した点を基準とした時のロータの角度）で表
わせるが、ロータ着磁が台形波が２頭波の場合は、２次
の高調波成分が加わり、 ｒｃＩ−ａｌ　ｓｉｎ　２Ｐθ＋ａ２ｓｉｎ　４Ｐθ（
ａｌｌａ２）となる。

一方、他のステータセットとロータの間で発生するコギ
ングトルク特性は、２つのステータセットが互いに磁極
ピッチの局だけずれているので、 （ｂ＋＞ｂｚ） で表わせる。モータのコギングトルクＴ。は、ＴＣＩ　
とＴｅ３の和で求められるので、７ｃｍ　（ａ、−ｂ、
）ｓｉｎ　　２Ｐθ十（ａ、＋ｂ２）ｓｉｎ　　４Ｐθ
となる。コギングトルクの１吹成分は２組のステータセ
ットの差になって打ち消し合うのに対し、２次の成分は
和になり強調される。このため、台形あるいは２頭形着
磁することによって、従来の２倍のロータ静止位置がで
きるとともに、コギングの大きさそのものも小さくでき
るので、安定したこまかいコギングによる停止位置精度
が向上し、トルクむらの少ない特性が得られて、起動性
および応答性に優れて制御性の向上を図ることができる
。

［実　施　例］ 第１図は本発明の一実施例を示した分解斜視図である。

第１図において、１は外周面に複数の磁極Ｎおよび磁極
Ｓが交互に着磁されているロータ、ＩＡはそのロータ軸
である。このロータ軸ＩＡはモータ支持板２の軸受部２
Ａおよび軸受板３の軸受部３Ａに軸支されており、さら
に、支持板２および軸受板３には、くしの歯型に形成さ
れた複数のステータ４を有するヨーク部材５Ｌ１゜５Ｌ
２およびコイル６Ａが巻着された鉄心７と、同様なヨー
ク部材ＳＲ１，５Ｒ２およびコイル６Ｂが巻着された鉄
心８とが、それぞれ、かしめまたはねじ止めによって固
定されている。

また２Ｂおよび３Ｂは前記鉄心７および鉄心８を貫通さ
せたうえ、その先端をかしめるために支持板２および軸
受板３に穿設された孔、５Ａは該ヨーク部材５を固定す
るためのかしめ孔である。

第２図（Ａ）は多極異方性配向樹脂磁石ロータの平面図
で、図示のように、Ｎ、Ｓ多極の磁極センタ位置に凹部
を形成した多極ロータであり、得られる磁束分布は凹部
を設けたことにより、疎の部分と密の部分が形成される
ことがわかる。

このように形成されたロータに対向するステータ歯を有
するステータヨークをエアーギャツブの０．１〜０．２
の範囲において、疎と密の分布する磁場中に配置してや
ることで、第２図（Ｂ）のような２頭形または台形の着
磁波形が得られることがわかる。

つぎに、このようにして構成されたステッピングモータ
における動作を、第３図（イ）、第３図（ロ）、第３図
（八）、第３図（ニ）にしたがって説明する。

すなわち、この実施例のステッピングモータにおいては
、第３図の（イ）＝（ロ）→（八）→（ニ）の４つの段
階において、’Ａ　Ｐ　（Ｐ−ピッチ）ずつそのロータ
１が回転するもので、第３図（イ）はコイル６Ａおよび
コイル６Ｂともに通電されていないモータの状態を示し
、この場合、ロータ１に設けた磁極がステータ４および
ヨーク部材５を介して磁路を形成しているので、左側の
ヨーク部材５Ｌ１のステータ歯４Ｌ１およびヨーク部材
５Ｌ２のステータ歯４Ｌ２がそれぞれロータ１の磁極Ｓ
および磁極Ｎと対向して、停止している。

一方、右側のヨーク部材５Ｒ１のステータ歯４Ｒ１およ
びヨーク部材ＳＲ２のステータ歯４Ｒ２のほうは、ロー
タ１の磁極Ｓおよび磁極Ｎとは対向せずに半極、すなわ
ち、ｙ２ｐずれた状態にあり、このように、右側のヨー
ク相と左側のヨーク相とではＨｐずれるように設定しで
ある。

すなわち、ピッチＰはロータ１における着磁磁極ピッチ
であり、したがってこの場合、図に示す角度θは、θ＝
ｎＰ＋％Ｐで示されることになり、またヨーク部材５Ｌ
１．５Ｌ２によって構成されるステータ歯４Ｌ１．４Ｌ
２間のピッチおよびヨーク部材ＳＲ１，５Ｒ２によって
構成されるステータ歯４Ｒ１，４Ｂ２間のピッチは、上
述したピッチＰに一致している。

ついで、第３図（イ）の状態から（ロ）に示すように、
コイル６Ａには逆方向に通電しくこの状態をＢで示す）
、コイル６Ｂには正方向に通電すると（この状態をＡを
示す）、ステータ歯４Ｌ１にはＮ極が、またステータ歯
４Ｌ２にはＳ極が発生し、さらに、またステータ歯４Ｒ
１にはＳ極が、ステータ歯４Ｒ２にはＮ極が発生する。

このようにして、ロータ１における極と個々のステータ
に発生した極との間の相互間の反発、吸引により、ロー
タ１を反時計回りの方向に回動させることができる。す
なわち、このとき、左側のステータ歯４Ｌ１．４Ｌ２と
右側のステータ歯４Ｉ（１，４Ｒ２とは、％Ｐずつずれ
ているので、ロータ１における極とヨーク側の極とはバ
ランスを保とうとして第３図（イ）の状態から反時計回
りの方向にＳ／４Ｐだけ移動したのち、安定して停止す
る。

ついで、第３図（ロ）の状態において、コイル６Ａの通
電を停止し、コイル６Ｂにのみ通電を継続して第３図（
八）の状態とすると、ステータ歯４Ｒ１がＳ極、ステー
タ歯４Ｒ２がＮ極に保たれることから、対向するロータ
１の極との間の吸引動作により、ロータ１はさらにＨＰ
だけ反時計方向に回動する。

ついで、第３図（八）の状態において、コイル６Ａに第
３図（ニ）に示すように正方向に通電Ｂを行なうことに
より、同様な原理で、ロータ１をさらに！４Ｐだけ反時
計回りの方向に回動させることができる。

以上述べた一連の動作手順を、さらに、第４図によって
述べることにする。ここで横軸はステップのシーケンス
を示し、さらに、ステップ別にコイル６Ａ、６Ｂへの通
電状態が示されている。すなわちステップＳｌ、Ｓ２．
Ｓ３．Ｓ４．Ｓ５．Ｓ６゜５７、Ｓ８を通して通電の組
合せがＢＡ〜Ｂまで８とおりあり、このような８通りの
ステップを１パルスとしてシーケンス制御するようにす
るもので、そのくりかえしによって、ロータ１を任意所
望の角度まで回転させることができる。また上述した通
電の組合せが逆に進行するように通電を制御することに
より、ロータ１を時計回りの方向に回動させることがで
きる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、モータの回転子
となるロータの磁極センタに凹形状または■形状の溝な
どからなる凹部が形成されていて、モータ使用状態にお
ける該ロータとステータ歯のエアーギャップが０．１〜
０．２の範囲において磁力波形が２頭波形または台形波
形となる異方性樹脂磁石ロータを備えているので、理論
通りの、つまり、設計通りの安定したこまかいコキング
で停止位置精度が向上するとともに、トルクむらの少な
い安定したモータ特性が得られ、優れた起動性と制御機
能を保持させることができ、したがって、効率のよい小
型軽量のステッピングモータを提供することかぎできる
。また軸方向に対して長く形成することは、いたって容
易であり、小型で、しかも、慣性モーメントが小さく、
かつ、高トルクのステッピングモータを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した分解斜視図、第２図
（Ａ）は第１図のロータの断面図、第２図ＣＢ）は同じ
く着磁波形の説明図、第３図（イ）、（ロ）、（八）、
（ニ）は第１図のステッピングモータの作用の説明図、
第４図は同じく励磁シーケンスのタイミングの説明図で
ある。 １・・・ロータ　　　　　２・・・モータ支持板３・・
・軸受板 ４　（４Ｌ１，４Ｌ２，４Ｒ１，４Ｒ２）・・・ステー
タ歯５　（ＳＬｌ、５Ｌ２．ＳＲ１，５Ｒ２）　・・・
ヨーク部材６．７・・・コイル　　　８，９・・・鉄心
第２図（Ａ） 第２図（Ｂ） 第３図 第３図 ｃノ＼）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. モータの回転子となるロータは異方性の樹脂磁石からな
   り、かつ、該ロータの磁極センタに凹部が形成されてい
   て、モータ使用状態における該ロータとステータ歯のエ
   アーギャップが０．１〜０．２の範囲において磁力波形
   が２頭波形と台形波形のいずれかとなる異方性樹脂磁石
   ロータを備えていることを特徴とするステッピングモー
   タ。