JPH03277161A

JPH03277161A - Ｈｂ型ステッピングモータ

Info

Publication number: JPH03277161A
Application number: JP7558690A
Authority: JP
Inventors: Kichiji Nakagawa; 中川　吉司
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1991-12-09

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］この発明は、巻線コイルによって励磁されるステータポ
ールが、永久磁石を用いた突極ロータのタト周に複数配
置されたＨＢ型ステッピングモータに関するものである
。

［従来の技術１周知のように、ステッピングモータは、位置決め制御、
速度制御などに好適であり、例えば、ブノンタなどのコ
ンピュータ周辺機器、襠写機などのＯＡｍ器、スロット
ルアクチュエータなと′の自動車用制御機器、産業用ロ
ボットなどに輻広く応用されている。

従来のＨＢ型ステッピングモータの一例を、第３図に基
づいて説明すると、モータケース（図示しない）に回転
自在に支持されたシャフト２０に、軸方向に着磁された
永久磁石２１が固定されており、永久磁石２１には、キ
ャップ型のロータコア２２．２３が永久磁石２Ｉの両端
からそれぞれ嵌込むようにして固定されており、ロータ
コア２２．２３と永久磁石２１の端面の磁極とは磁気的
に速結されている。

ロータコア２２．２３は、それぞれ外周面に５０個の小
歯Ｉｆ！２４が形成されており、ロータコア２２とロー
タコア２３とは、周方向において、互いに小歯極２４の
歯ピッチの１／２だけずれて固定されている。

前記永久磁石２１と、ロータコア２２．２３で構成され
る突極ロータ２５の外周には、一定の小空隙を介して、
同心円上にステータコア２６が配置されている。ステー
タコア２６は、その外周基部２７がリング状を呈してお
り、このリング状基舒２７から内周側に向けた８個のス
テータポール２８が４５度の間隔で設けられている。ス
テータポール２８の先端面（内周面）には、軸方向に冶
って５個の小歯極２８ａが形成されており、ステータポ
ール２８の径方向に沿った柱部２８ｂには、励磁用のス
テータコイル２９が巻かれている。

［発明が解決しようとする課題〕しかし、上記したＨｅ型ステッピングモータでは、以下
に示す問題点がある。

（１）永久磁石のＮ極で生じた磁束は、Ｎ８側のロータ
コアの小歯極から、空隙を通してステータポールに流れ
、ステータコアのリング状基剖で向きを９０度変え、他
のステータポール（例えば２個離れたステータコイルラ
へと流れ、さらに、空隙を介してＳ８側のロータコア、
永久磁石のＳ極へと流れる。

この磁気回路では、磁路が長く、しかも途中で向きを９
０度変えるので磁気損失が大きいという問題点がある。

（２）ステータコイルは、ステータコアの全長（軸方向
）に渡って巻かれているので、コイル平均径が大きくな
り、起磁力が小さいという問題点がある。

（３）１対のロータコアは、周方向に正確に歯ピッチの
１／２だけずらして組み付けなければならず、製造コス
トが増すとともに、角度ｎ度なら３５；にトルク特性を
悪化させる要因となっている。

（４）ステータコアは、通常はけい素鋼板を軸方向にｌ
ｌ１層して構成しており、磁束が軸方向に流れるリング
状基郁では、渦電流の減少効果が得られない。

この発明は、上記問題点を解決することを基本的な目的
とし、磁気損失が小さく、起磁力が大きくて、さらにト
ルク特性などに性能に優れたＨｅ型ステッピングモータ
を堤供することを目的とするものである。

［課悶を解決するための手段１上記課題を解決するため本願発明の１−ＩＢ型ステッピ
ングモータは、外周面に突極が複数形成された２つのロ
ータコアが、永久磁石の異なる磁極にそれぞれ磁気的に
速結されているとともに、軸方向に対向配置されて突極
ロータが構成されており、この突極ロータの外周に、複
数のステータポールが配置されており、ステータポール
は、前記ロータコアに対応して軸方向に沿って一線状に
配置された２つのポール舒が、構成されており、さらに
、各ステータポールでは、それぞれのポール舒内周面に
互いに対極となる磁極を生じさせるステータコイルを有
することを特徴とするものである。

さらに、第２の発明では、前記した２つのポールがか軸
方向に、Ｄったヨーク部で速結されており、このヨーク
剖に、各ポール師内周面に互いに対極となる磁極を生じ
させるステータコイルが巻かれていることを特徴とする
ものである。

上記ロータコアの突極は小歯極で構成することができ、
その数は任意に選定することができる。

なお、対向する１対のロータコアは、従来のように、周
方向にずらして配置することが必須とされるものではな
く、同位相で配置することが可能である。

また、ロータの外周に配置されるステータポールの数も
適宜選定可能である。

各ステータポールは、ロータコアに対応した２つのポー
ル部で構成され、２つのポール部は軸方向に一線状に配
置される。ただし、ポール部は必ず一直線に配置される
ことが要求されるものではなく、はぼ−直線に沿った状
、聾で配、置することも可能である。

なお、ポール部の内周面には、任意数の小歯極を形成す
ることができる。

また、２つのポール部は、通常はヨーク部で連結される
が、必ずヨーク部が必要とされるものではなく、各ポー
ル部が、後述するステータコイルによって、互いに対極
となるように磁化されるものであればよい。

このステータコイルは、通常は、２つのポール部を連結
するヨーク部に巻かれるものであるが、これに限定され
るものではなく、ヨークに巻回することなく、コイルを
ボビン状にして、ポール部間に配置する手段などを採用
することができる。

また、ステータコイルは、１つで２つのポール部を励磁
する他に、２つのステータコイルを用い、各ポール部の
励磁をそれぞれのステータコイルで行うように構成する
ことも可能である。

各ステータコイルは、所望の制御用電源に接続されてお
り、直列結線されたステータコイル群の数、すなわち相
数も適宜選定することができる。

［作　用］すなわち、この考案によれば、ステータコイルへの通電
によって、２つのポール部に互いに対極となる磁極がそ
れぞれ生ずる。ロータコアと、これに対するポール部の
磁極が異種の場合には、永久磁石のＮ種から生じた磁束
は、ロータコアに伝わり、ロータコアの突極から、空隙
を介して８種のポール部の突極へと流れ、さらにＮ桶に
励磁されたポール部へと流れる。このポール部の突極が
ら空隙を介してＳ極側のロータコア、永久磁石のＳ極へ
と流れる。

すなわち、磁路は、軸方向にほぼ平行な平面に形成され
、磁路が短縮化される。

この磁気回路によって、ロータコアとステータポールと
の間には、吸引力が働き、互いの突極の山と山が対向す
る。

また、ロータコアと、これに対峙するポール部の磁極が
同極の場合には、ロータコアとポール部との間には反発
力が生じ、互いの突極の山と谷とが対向する。

各ステータポールでは、上記磁気回路が構成され、通常
の要領で各ステータコイルへの通電を制御することによ
って、ＨＢ堅ステッピングモータとして動作させること
ができる。

［実施イ列］以下に、この発明の一実施例を第１図および第２図に基
づいて説明する。

図示しないモータケースに回転可能に支持されたシャフ
ト１に、軸方向に着磁した永久磁石２が固定されており
、永久磁石２の軸方向両端に、キャップ状のロータコア
４．５が互いに間隙を有するように嵌込み固定され突極
ロータが構成されている。なお、ロータコア４に永久磁
石２のＮｔ−ｆｆ１、ロータコア５にＳ極が磁気的に連
結されている。

上記ロータコア４．５の外周面には、軸方向に７Ｇった
５０個の小歯ｆ４ａ、５ａが等ピッチで形成されている
（図面では一部のみを図示）。

上記ロータコア４．５の外周には、小空隙を介して、８
つのステータポール６ａ、６ｂ、６Ｃ１６ｄ、６ｅ、６
ｆ、６ｇ、６ｈが４５度間隔で配置されている（図面で
は６ａのみを具体的に図示し、他は概略的に図示した）
。

各ステータポールは、軸方向に治って一線に配置された
２つのポール部７，８と、ポール部７．８の基部７ａ、
８ａを連結するヨーク部９とによってｍ戒されている。

上記ポール部７．８は、ロータコア４．５とほぼ同じ幅
（軸方向）を有しており、その内周面には、軸方向に沿
った５つの小歯極１０・・・１０がロータコアの小歯極
と同ピツチで形成されている。またヨーク部９には、励
磁用のステータコイル１１が巻かれており、ステータコ
イル１１は図示しない制御電源部に結線されている。

なお、ステータポール６８〜６ｈは、軟磁性材料で一体
に成形することも可能であるが、鉄損を抑えるために、
けい素鋼板などを積層するのが望ましい。この積層に際
しては、従来と同様に軸方向に積層することも可能であ
るが、ステータポール全体または、ヨーク部を軸方向と
直角な方向に１層すれば、鉄損の抑制効果は一層向上す
る。

なお、ステータコイル１１の結線においては、つおきの
ステータポール６ａ、６ｃ、６ｅ、６ｇのコイルを、各
ポールの磁極が交互に変わるように巻回方向を変えて直
列に結線し、同じくステータポール６ｂ、６ｄ、６ｆ、
６ｈのコイルを、各ポールの磁極が交互に変わるように
直列に結線している。なお、上記２組のコイル群の巻回
方向は、イ列えば、ステータポール６ａとステータポー
ル６ｂのコイルの巻回方向が同じ向きとなる。

次に、このステッピングモータの動作を以下に説明する
。

ステッピングモータの励磁方式としては、１相励磁、２
相励磁、１−２相励磁などがあるが、この実施例では、
１相励磁の場合について、以下に動作を説明する。

ステータポール６ａのステータコイル１１に、図示１の
電流を流すことによって、ヨーク部９が励磁され、ポー
ル舒７の内周面がＳ極に励磁され、ポール郁８の内周面
がＮ極に励磁される。この状、聾で、永久磁石２の磁束
１２は、第２図に示すように、Ｎ極に速結されたロータ
コア４に伝わり、ロータコア４の小歯ｔｉ４ａから、空
隙を介してポール剖７の突極１０へと流れ、ヨーク＠Ｊ
９を通ってポールｖ８へと流れ、このポール剖８の突極
１０から空隙を介してロータコア５の小歯極５ｂへと流
れ、さらに、永久磁石２のＳ極へと流れる。

この磁気回路では、磁路は、軸方向に平行に治った平面
に円状または楕円状に形成される。

上記磁気回路によって、ロータコア４．５とステータポ
ール７．８との間には、吸引力が働き、互いの小歯極の
山が対向する。

一方、ポール舒７にＮ極が励磁され、ポール郁８にＳ極
が励磁されるステータポール６ｃ、６ｇでは、ステータ
コア４．５とポール舒７．８との間に反発力が生じ、互
いの小歯極の山と谷とが対向する。

次の動作として、ステータポール６ａのコイルへのａｔ
を止め、ステータポール６ｂのコイルへコイル１１と同
じ向きの電流を流す。なお、前記した通電状態では、ス
テータポール６ｂの小歯極０とロータコア４．５の小歯
極４ａ、５ａとは、１／４ピツチずれるように歯極が形
成されており、上記通電によってロータは１／４ピツチ
だけ図示時計方向に回転する。

さらに、次の動作として、ステータポール６ｂ人の通電
を止め、ステータポール６ａに、前記とは述向きの電流
が７汽れるように通電することによってさらに、１／４
ピツチ回転し、次に、ステータポール６ａの通電を止め
、ステータポール６ｂに前記とは迎向きの電流を流すこ
とによって１／４ピツチ回転する。この動作を繰り返す
ことによって、ステッピングモータは同方向に回転を続
ける。

ここで、ロータの小ｍｔｉの歯数Ｎと、ステップ角θ、
モータ相数Ｐとの間の関係は、従来のモータと同様に、１相励磁、２相励磁の場合には、一２相励磁の場合には、前記実施イ列では、磁路長は、ステータポールの軸方向
長さのほぼ２倍で足り、磁路長が短くなって磁気抵抗が
Ａ少した。

また、ステータコイルの平均径も、ヨーク部の周囲長に
よって決定されるが、従来に比べて、約／２の径となり
、起磁力が増大した。

なお、ヨーク部の形状、周囲長を変えることによってコ
イルの径を変更することができる。

また、上記実施例では、ステータコイルは、ヨーク部９
に１つ巻いたが、ステータポールの柱部７ｂ、８ｂにそ
れぞれ分割して巻くことも可能であり、この場合にもコ
イルの平均径は従来に比べ約１／２とすることができる
。

また、対向するステータコアの配置も小歯極がずれた状
態での組み付けが必要とされないので、製造が容易とな
り、角度精度およびトルク特性が向上した。

［発明の効果１以上説明したように、この発明のＨＢ型ステッピングモ
ータによれば、外周面に突極が複数形成された２つのロ
ータコアが、永久磁石の異なる磁極にそれぞれ磁気的に
連結されているとともに、軸方向に対向配置されて突極
ロータが構成されており、この突極ロータの外周に、複
数のステータポールが配置されており、ステータポール
は、前記ロータコアに対応して軸方向に沿って一線状に
配置された２つのポール部で構成されており、さらに、
各ステータポールでは、それぞれのポール舒内周面に互
いに対極となる磁極を生じさせるステータコイルを有す
るので、路長を短縮化でき、磁気抵抗を減少させること
ができるとともに、コイルの径を小さくして起磁力を増
大させることができる。

また、対向する１対のロータコアは、周方向に４　。

ずらして配置する必要性がないので、製造が容易となり
、製造コストを低減できるとともに、角度精度およびト
ルク特性が向上する。

さらに、複数のステータポールは独立して配置できるの
で、全体または一部を軸方向と直角な方向に積層するこ
とができ、渦電流を減少させることができる。

また、ステータコイルを、ポール部を迷糸吉するヨーク
部に巻けば、コイル径の短縮効果が確実になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す斜視図、第２図は
同じく概略正面図、第３図は従来例を示す一部を破断し
た概略斜視図である。２・・・永久磁石　　　　　　４．５・・・ロータコア
４ａ、５ａ・・・小歯極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ・・
・ステータポール７．８・・・ポール部　　　　９・・・ヨーク部０・・
・小歯極・・・ステータコイル出願人アスモ株式

Claims

【特許請求の範囲】１　外周面に突極が複数形成された２つのロータコアが
、永久磁石の異なる磁極にそれぞれ磁気的に連結されて
いるとともに、軸方向に対向配置されて突極ロータが構
成されており、この突極ロータの外周に、複数のステー
タポールが配置されており、ステータポールは、前記ロ
ータコアに対応して軸方向に沿って一線状に配置された
２つのポール部で構成されており、さらに、各ステータ
ポールでは、それぞれのポール部内周面に互いに対極と
なる磁極を生じさせるステータコイルを有することを特
徴とするＨＢ型ステッピングモータ２　２つのポール部は軸方向に沿ったヨーク部で連結さ
れており、このヨーク部に、各ポール部内周面に互いに
対極となる磁極を生じさせるステータコイルが巻かれて
いることを特徴とする請求項１記載のＨＢ型ステッピン
グモータ