JPH01214251A - ステッピングモータ - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ステッピングモータに関する。

（従来の技術） ステッピングモータのトルク発生原理は、主に電気工学
ハンドブック昭和５３年４月１０日発行の第７８８〜７
８９頁に記載されたように、ステータとロータの重なり
合わない歯同士の磁気吸引力によるものであり、磁気吸
引力の利用が巧みならばかなりの高トルクが発生する筈
であるが、従来は発生する磁気吸引力の接線方向成分の
利用は小さく、また、一部の磁束は、ブレーキ力となっ
ており、発生するトルクは、かなり小さな値となってい
る。

第５図は従来のステッピングモータの歯間部の磁束線図
を示しており、歯が対向しない部分の磁束は、歯側面に
入り、一部は隣りの歯にも入っていることが分かる。

第６図（ａ）は、第５図の磁束により発生する力の分布
を描いており、第６図（ｂ）には力を方向成分に分解し
たベクトルＦを描いており、第６図（ｃ）にはトルクの
大きさＦｔを描いている。

トルクとして有効な磁気吸引力は接線方向成分であるこ
とから、トルクは主にステータ小歯（４）とロータ歯（
９）が重なり合わない部分から発生する磁束によるもの
となる。第６図（ａ）　、　（ｂ）　＝　（ｃ）がら分
かる様にＸ部において隣のステータ小歯（４）に漏れる
磁束による磁気吸引力の接線方向成分力Ｆ２は、回転方
向と逆方向となりブレーキ方となるため、Ｘ部の力Ｆｒ
、＝Ｆよ−Ｆ２となり、磁気吸引力の接線方向成分の力
Ｆｔはあまり大きくないことが分かる。

（発明が解決しようとする課題） 以上の如く、従来のステッピングモータは、磁気吸引力
を有効に利用しておらないため、高トルクを発生してい
ないという欠点がある。

本発明の目的は、小形で高トルクを発生するステッピン
グモータを提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明においては、円周方
向に複数個の極歯を設け、各極歯には多相巻線を有し、
各極歯の内周面に複数個の小歯を有するステータと、前
記小歯に対向する外周面に複数個のロータ歯を有し、軸
方向に２分割され、互にロータ歯を１／２歯ピッチずら
し、分割部に軸方向に着磁された円板状永久磁石を有す
るロータと、前記小歯相互間又はロータ歯相互間の溝の
何れか一方に固着され、軸方向に２分割され、径方向に
着磁された棒状永久磁石とを有し、この棒状永久磁石の
極性はロータ溝底側に面して円板状永久磁石の極性と同
一としたことを特徴とするステッピングモータを提供す
る。

〔作　用〕

リラクタンス変化を利用して力を発生するモータの発生
トルクＴは次式で近似的に表わされる。

ａｏ　　　ａｏ　　　　　　ａ。

ここで、 Ｗ：磁気エネルギ ０８回転角 に：常数 Ｆｓ：ステータ巻線の起磁力 φ！Ｉ：円板状永久磁石の磁束 Ｆｍ：円板状永久磁石の起磁力 Ｐ：パーミアンスである。

上式は、トルクが磁気エネルギの変化によって生じ、リ
ラクタンス変化により磁気エネルギは変化することから
、トルクはパーミアンスの変化率が大きければ、トルク
も大となることを示している。

平均トルクＴ０は、ステータ小歯とロータ歯が対向する
時の対置磁気エネルギＥ２とステータ歯とロータ溝が対
向する時の対溝磁気エネルギＥ１からθ 対置磁気エネルギＥ２は空隙長を変えないかぎり、それ
ほど大きくならない、対溝磁気エネルギＥ□は、空隙長
一定でも変えることができる。つまり対溝エネルギＥ１
を小さくすれば平均エネルギは大となる。

本発明のステータ側に棒状永久磁石を設けた場合、ステ
ータ歯とロータ溝が対向すると、ロータ歯先から生じる
磁束は、棒状永久磁石の反対方向の磁束により、磁束の
一部はロータ面で漏れたり、また磁束は大きく曲げられ
てステータ歯先部に入る。

したがってパーミアンスは小さくなった様に見られ、対
溝エネルギＥ□は小さくなる。

また、これは、等価的空隙長が長くなったと見ることも
でき、かなり大きな磁気吸引力を生じることができる。

そしてロータ側に棒状永久磁石を設けた場合についても
、磁気吸引力が大きくなることは同様である。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図ないし第４図を
参照して説明する。

ステータ（１）は、８個の極歯（３）をもち、さらに極
歯（３）には、５個の小歯（４）が形成されている。

ステータ小歯（４）は歯ピッチからいうと、後述のロー
タ歯（９）に対して２個だけ差があるようにすることは
従来と同様である。

ステータ（１）は、ステータ中心で軸方向に対し、２つ
に区分でき、仮にｌ個（ｌａ）、■側（１ｂ）とすると
第１図の様にあられされる。Ｉ側ステータ（１ａ）の小
歯（４）相互間の溝部には、空隙（Ｇ）面側がＳ極とな
る様に径方向に着磁された棒状の永久磁石（６ａ）が固
着されている。■側のステータ（１ｂ）の小歯（４）間
の溝部には、空隙（Ｇ）面側がＮ極となる様に径方向に
着磁された棒状の永久磁石（６ｂ）が固着されている。

極歯（３）には、２組巻線（５）が巻かれており、各相
巻線は極歯（３）の位置で幾何学的に９０°毎に巻き方
向が逆になる様に巻いである。ロータ（２）は、外周上
に５０個の歯（９）が設けられた鉄心（８）が２組あり
、さらにこの２組の鉄心（８）間には円板状の軸方向に
着磁された永久磁石（７）が挟まれて構成されている１
円板状永久磁石（７）は、磁極がＩ側ステータ（ｌａ）
方向がＳ極に■側ステータ（１ｂ）方向がＮ極となる様
に軸方向に着磁されている。また、２組のロータ鉄心は
、１／２歯ピッチずれた位置で対向されている。

次にこの実施例の作用について説明する。

まず、ステータ・ロータ歯間部のトルク発生力について
考える。

本実施例のステッピングモータの歯間部の磁束線図、力
線図をそれぞれ第３図、第４図（ａＬ（ｂ）。

（Ｃ）に示す。

第３図に示す様に、ロータ歯（９）から出る磁束で隣り
のステータ小歯（４）へ漏れる磁束は無くなり、ステー
タ小歯（４）間の溝に設けられた棒状永久磁石（６）に
より曲げられ、ロータにもどるループ磁束（１０）をつ
くる。したがって、このループ磁束（ｌＯ）は、無効と
なり、ブレーキ力は発生しない。

また、対向するステータ小歯（４）に入る磁束は、棒状
永久磁石（６）の磁束により曲げられるため、磁束は接
線方向に近づくことになる。電磁力のうち、トルク力と
なるのは接線方向成分のみなので、トルクＦｔ　＝　Ｆ
ｒ□＋Ｆｒ、は増すことになる。

上述した様に本実施例によれば、磁気吸引力を有効に利
用できるため、小形で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。

上述した構成では、ステータ小歯間の溝の棒磁石を埋め
込んでいるが、当然ながら、ロータ歯間の溝に磁石を設
けても同様となるからそのようにしてもよい、又、巻線
は２相のみでなくて、３相又は４相等にしてもよい、こ
の場合は極歯の数がふえる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明によれば、ステータ、又はロー
タの歯間部の溝に棒状永久磁石を入れ、この棒状永久磁
石の極性はロータ溝底側に面して円板状永久磁石の極性
と同一にしたので、磁気吸引力を有効に利用できるため
、小形で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図は本発明のステッピングモータの一実施例を示す
縦断面図、第２図は第１図のＭ−Ｍ線に沿う矢視断面図
、第３図は第２図の要部の磁束分布を示す説明図、第４
図（ａ）は第３図の力の分布を示す力線図、第４図（ｂ
）は第４図（ａ）のＸ部およびＹ部の力のベクトルを示
す説明図、第４図（ｃ）は第４図（ｂ）のトルクの大き
さを示す説明図、第５図は従来例の磁束分布を示す説明
図、第６図（ａ）は第５図の力の分布を示す力線図、第
６図（ｂ）は第５図（ａ）のＸ部およびＹ部のカのベク
トルを示す説明図、第６図（ｃ）は第６図（ｂ）のトル
クの大きさを示す説明図である。 １・・・ステータ　　　　　　２・・・ロータ３・・・
極歯　　　　　　４・・・小歯５・・・巻線　　　　　
　　６・・・棒状永久磁石７・・・円板状永久磁石　　
８・・・ロータ鉄心９・・・ロータ歯

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　円周方向に複数個の極歯を設け、各極歯には多相巻線
   を有し、各極歯の内周面に複数個の小歯を有するステー
   タと、前記小歯に対向する外周面に複数個のロータ歯を
   有し、軸方向に２分割され、互にロータ歯を１／２歯ピ
   ッチずらし、分割部に軸方向に着磁された円板状永久磁
   石を有するロータと、前記小歯相互間又はロータ歯相互
   間の溝の何れか一方に固着され、軸方向に２分割され、
   径方向に着磁された棒状永久磁石とを有し、この棒状永
   久磁石の極性はロータ溝底側に面して円板状永久磁石の
   極性と同一としたことを特徴とするステッピングモータ
   。