JPH0617378U - Ｐｍ型ステップモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で、磁気抵抗が少なく、小型で、
高出力を得ることを可能とするＰＭ型ステップモータを
提供する。 【構成】 永久磁石を用いて径方向に磁化されたＮ極と
Ｓ極とを周方向に交互に配設された偶数の２倍の数の磁
極５を有する回転子３と、奇数の２倍の数の誘導磁極６
を有する固定子４とにより形成されているとともに、前
記誘導磁極６の１極おきに巻線１０が施されていること
を特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ステップモータに係り、特に、回転子に永久磁石を用いたＰＭ型ス テップモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、ステッピングモータ、ステッパ、パルスモータと称されるステップモ ータが、入力信号の電気パルスをこのパルスに対応した機械的変位に変換するデ ジタル制御が容易なために多用されている。そして、ステップモータには、ＰＭ （永久磁石）型、ＶＲ（リラクタンス）型、混成型等の種類がある。

【０００３】 以下、このような従来からあるステップモータとその磁気回路について図６か ら図８により説明する。

【０００４】 図６は従来の５相ＶＲ型ステップモータの要部の構成を示す縦断面図であり、 図７は磁気回路を説明するための部分拡大図であり、図８は磁気回路を示す磁気 回路図である。

【０００５】 まず、従来の一般的なステップモータ、例えば５相駆動のＶＲ型ステップモー タについて図６により説明する。

【０００６】 図６に示すように、従来の５相駆動のＶＲ型ステップモータ１は主軸２に固着 された回転子３と、その回転子３の径方向外側に適宜な間隔を以て配置された固 定子４とから形成されている。

【０００７】 前記回転子３は、鉄等の軟磁性素材により製造されており、周方向に等ピッチ （３０度毎）で１２個の磁極５が形成されている。

【０００８】 また、前記固定子４は、鉄等の所望の軟磁性素材により製造されており、誘導 磁極６が、周方向に等ピッチ（３６度毎）で１０個形成されている。そして、そ れぞれ相互に対向する２個の誘導磁極６，６を１対として、５つの巻線７ａ，７ ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅが施されており、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの５相が形成されて いる。この各巻線７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅは、通電によって相互に対向す る各相の２個の誘導磁極６，６がそれぞれ異極となるようにされている。

【０００９】 なお、説明を簡明にするために、Ａ相の一方の誘導磁極６をＡａ，他方の誘導 磁極６をＡｂ、Ｂ相の一方の誘導磁極６をＢａ，他方の誘導磁極６をＢｂ、Ｃ相 の一方の誘導磁極６をＣａ，他方の誘導磁極６をＣｂ、Ｄ相の一方の誘導磁極６ をＤａ，他方の誘導磁極６をＤｂ、Ｅ相の一方の誘導磁極６をＥａ，他方の誘導 磁極６をＥｂとして説明する。

【００１０】 このようにして形成されている従来の５相駆動のＶＲ型ステップモータ１にお いては、固定子４の相互に対向する各誘導磁極６，６の極性が異極、例えば誘導 磁極ＡａがＮ極、ＡｂがＳ極となるように励磁するとともに、固定子４に巻回さ れた各巻線７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅに対して７ａ→７ｂ→７ｃ→７ｄ→７ ｅ→７ａ→…の順に通電することにより、偶力モーメントを発生させ駆動するよ うになっている。

【００１１】 また、この場合の固定子４による位相θｓと、回転子３による位相θｒとの位 相差Δθは、Δθ＝θｓ−θｒ＝（３６０度／１０）−（３６０度／１２）＝６ 度とされ、６度ステップ駆動が可能となっている。

【００１２】 つぎに、上述した従来の５相駆動のＶＲ型ステップモータ１の磁気回路につい て図７および図８により説明する。

【００１３】 図７に示すように、固定子４の相互に対向する誘導磁極Ａａ，Ａｂに図に示す 巻線方向の巻線７ａを施して、一方の誘導磁極ＡａをＮ極、他方の誘導磁極Ａｂ をＳ極とし、誘導磁極Ａａと対向する回転子３の磁極５をＳ極、誘導磁極Ａｂと 対向する回転子３の磁極５をＮ極とする。そして、巻線７ａに通電する電流によ り発生する起磁力源をＵｍ、回転子３の磁極５と固定子４の誘導磁極６との空隙 ｇによる磁気抵抗をＲｇ、回転子３による磁気抵抗をＲｒ、固定子４による磁気 抵抗をＲｓとすると、磁気回路８を流れる磁束Φｅは次の式１で表すことができ 、この磁気回路８は図８に示すようになる。

【００１４】

【００１５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、図７および図８に示すように、前述した従来のＶＲ型ステップモー タ１の相互に対向する誘導磁極Ａａ，Ａｂ間の磁路長をＬ、固定子４の磁路長（ 誘導磁極Ａａから誘導磁極Ａｂまでの固定子４における長さ）をＬｓ、固定子４ の磁路の平均断面積をＳｓ、固定子４の透磁率をμｓ、回転子３の磁路の平均断 面積をＳｒ、回転子３の磁路長をＬｒ、回転子３の透磁率をμｒ、間隙ｇによる 磁路長をＬｇ（Ｌ＝２Ｌｇ＋Ｌｒ）、間隙ｇの磁路の平均断面積をＳｇ、間隙ｇ の透磁率をμｇとして、各磁気抵抗Ｒｓ、Ｒｇ、Ｒｒと全磁気抵抗Ｒを求める。 ここで、回転子３の平均断面積Ｓｒと間隙ｇの平均断面積Ｓｇとは同一であるの でＳｒ＝Ｓｇとし、回転子３の透磁率μｒおよび固定子４の透磁率μｓをその素 材である鉄の透磁率μｆｅをＣ．Ｇ．Ｓ単位系で用いてμｒ＝μｓ＝μｆｅ＝８ ０００〜１００００とし、間隙ｇの透磁率μｇを空気の透磁率μａを用いて次の 式２の通りとすると、前記各Ｒｓ、Ｒｇ、Ｒｒ、Ｒはそれぞれ次の式３から式６ により表すことができる。

【００１６】 また、ステップモータ１としては、回転子３に永久磁石を用いたＰＭ型ステッ プモータが、製作が容易であり、構成上低価格等の理由により多用されており、 回転子３に永久磁石を用いて、前述したステップモータ１と同一形状のＰＭ型ス テップモータとした場合には、図９に示すような磁気回路８ａが形成される。こ こで、永久磁石による回転子３の透磁率μｒをその素材である永久磁石の透磁率 μｍをもってＣ．Ｇ．Ｓ単位系で用いて次の式７の通りとすると、その磁束Φｅ ｍは次の式８で表すことができ、その各磁気抵抗Ｒｓ、Ｒｇ、Ｒｒｍと全磁気抵 抗Ｒｍは式９から式１２により表すことができる。

【００１７】 ここで、回転子３に鉄を用いた全磁気抵抗Ｒと、回転子３に永久磁石を用いた 全磁気抵抗Ｒｍとを比較すると、前述した鉄の透磁率μｆｅと永久磁石の透磁率 μｍの差となり、μｆｅ>>μｍであるために、Ｒ<<Ｒｍとなる。従って、磁束は Φｅ>>Φｅｍとなる。

【００１８】 このように、永久磁石を用いた従来のステップモータ１（ＰＭ型ステップモー タ）は、回転子３の磁路長Ｌｒが回転子３の最大外径と同一となり、高出力を得 ようとすると、磁気抵抗が大きくなるとともに、入力を大きくせざるを得ず巻線 部の面積の拡大が必要であり、その結果ＰＭ型ステップモータ自身の大きさを大 きくしなければならないという問題点があった。

【００１９】 本考案はこれらの点に鑑みてなされたものであり、前述した従来のものにおけ る問題点を克服し、簡単な構造で、磁気抵抗が少なく、小型で、高出力を得るこ とを可能とするＰＭ型ステップモータを提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】

前述した目的を達成するため請求項１に記載の本考案のＰＭ型ステップモータ は、永久磁石を用いて径方向に磁化されたＮ極とＳ極とを周方向に交互に配設さ れた偶数の２倍の数の磁極を有する回転子と、奇数の２倍の数の誘導磁極を有す る固定子とにより形成されているとともに、前記誘導磁極の１極おきに巻線が施 されていることを特徴としている。

【００２１】 そして、請求項２に記載の本考案のＰＭ型ステップモータは、請求項１におい て、前記回転子の磁極の数は１２とされ、前記固定子の誘導磁極の数は１０とさ れていることを特徴としている。

【００２２】 さらに、請求項３に記載の本考案のＰＭ型ステップモータは、請求項１におい て、前記回転子の磁極の数は８とされ、前記固定子の誘導磁極の数は６とされて いることを特徴としている。

【００２３】

【作用】

前述した構成からなる本考案のＰＭ型ステップモータによれば、誘導磁極の１ 極おきに巻線が施され、この巻線に通電することにより各誘導磁極それぞれが単 独に励磁されるので、励磁された誘導磁極の磁路長が短くなる。つまり、磁気抵 抗を減少させることができ、これに伴い高出力化、小型化を容易に図ることがで きる。

【００２４】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図１から図５により説明する。なお、前述した従来の ものと同一ないしは相当する構成については、図面中に同一の符号を付して、そ の説明は省略する。

【００２５】 図１は本考案に係るＰＭ型ステップモータを５相駆動のＰＭ型ステップモータ に用いた第１実施例の要部の構成を示す縦断面図である。

【００２６】 図１に示すように、本実施例のＰＭ型ステップモータ９は、主軸２に固着され た回転子３と、その回転子３の径方向外側に適宜な間隔を以て配置された固定子 ４とから形成されている。

【００２７】 前記回転子３は、永久磁石により製せられており、軸方向に磁化されていると ともに、軸方向に分極された磁極５が、周方向に等ピッチ（３０度毎）で１２個 形成されている。そして、この各磁極５は、同極どうしが径方向に相互に対向す るとともに、周方向の相互に隣接する磁極５，５が異極となるように、Ｎ極とＳ 極とを交互にして配置されている。

【００２８】 また、前記固定子４は、鉄等の所望の軟磁性素材により製造されており、誘導 磁極６が、周方向に等ピッチ（３６度毎）で１０個形成されている。この固定子 ４としては、全体を一体的に焼結したものや、薄く打ち抜いたものを適宜数積層 したもの等を用いるとよい。そして、誘導磁極６の１極おき（ひとつおき）に巻 線１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅが施されており、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ， Ｅの５相が形成されている。これらの巻線１０ａ…としては、導線を巻回したも のや、プリント方式により形成したものを用いるとよい。

【００２９】 なお、説明を簡明にするために、巻線１０ａが施された誘導磁極６をＡＡ、巻 線１０ｂが施された誘導磁極６をＢＢ、巻線１０ｃが施された誘導磁極６をＣＣ 、巻線１０ｄが施された誘導磁極６をＤＤ、巻線１０ｅが施された誘導磁極６を ＥＥとして説明する。

【００３０】 つぎに、前述した構成からなる本実施例の作用について図２から図４により説 明する。

【００３１】 図２は本実施例の駆動原理を説明する説明図であり、図３は磁気回路を説明す るための部分拡大図であり、図４は磁気回路を示す磁気回路図である。

【００３２】 まず、本実施例の５相駆動のＰＭ型ステップモータの駆動原理について図２に より説明する。

【００３３】 前述したように形成されている本実施例のＰＭ型ステップモータ９は、誘導磁 極ＡＡがＮ極となるように巻線１０ａに通電すると、回転子３のＳ極に着磁され た磁極５01が誘導磁極ＡＡに引きつけられて対向し、図２に示すような状態にな る。そして、この状態から誘導磁極ＡＡの巻線１０ａに対する通電を停止して、 誘導磁極ＢＢがＮ極となるように巻線１０ｂに通電すると、回転子３の磁極５02 が誘導磁極ＢＢに引きつけられて対向する。つまり、回転子３は時計方向に１２ 度回転する。すなわち、誘導磁極ＡＡ，ＢＢ，ＣＣ，ＤＤ，ＥＥが各々Ｎ極とな るように、巻線１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅに対して、１０ａ→１ ０ｂ→１０ｃ→１０ｄ→１０ｅ→１０ａ→…の順に通電することにより、誘導磁 極６のＮ極と、励磁された誘導磁極６に近接した回転子３のＳ極に着磁された磁 極５が引き合うことになり、回転子３が時計方向に１２度ずつ回転し、１２度ス テップ駆動を行なうことができる。

【００３４】 また、誘導磁極ＡＡ，ＢＢ，ＣＣ，ＤＤ，ＥＥに対して一つおきに極性を交互 になるように、巻線１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅに通電する（ＡＡ −Ｎ極→ＣＣ−Ｓ極→ＥＥ−Ｎ極→ＢＢ−Ｓ極→ＤＤ−Ｎ極→ＡＡ−Ｓ極→ＣＣ −Ｎ極→ＥＥ−Ｓ極→ＢＢ−Ｎ極→ＤＤ−Ｓ極→ＡＡ−Ｎ極…）と、励磁された 誘導磁極６に近接した回転子３の異磁極に着磁された磁極５が引き合うことにな り、回転子３が反時計方向に６度ずつ回転し、６度ステップ駆動を行なうことが できる。

【００３５】 このように本実施例の５相駆動のＰＭ型ステップモータ９は、１２度ステップ 駆動と、６度ステップ駆動を行なうことができ、駆動形態を多様にできる。

【００３６】 つぎに、本実施例の５相駆動のＰＭ型ステップモータの磁気回路について図３ および図４により説明する。

【００３７】 図３に示すように、誘導磁極ＡＡは、巻線１０ａに通電することによってＮ極 とされ、隣接する誘導磁極６，６はＳ極とされている。そして、巻線１０ａに通 電する電流により発生する起磁力源をＵｍ、回転子３の磁極５と固定子４の誘導 磁極ＡＡとの空隙ｇによる磁気抵抗をＲｇ、回転子３による磁気抵抗をＲｒｍｍ 、固定子４による磁気抵抗をＲｓとすると、磁気回路１１を流れる磁束Φｅｍｍ は式１３で表すことができ、磁気回路１１は図４に示すようになる。

【００３８】 図３および図４に示すように、相互に隣接する誘導磁極ＡＡ，６により形成さ れる磁束Φｅｍｍの一方の回転子３側の磁路長をＬ10、固定子４側の磁路長（固 定子４の内部）をＬｓ00、固定子４の平均断面積をＳｓ、固定子４の透磁率をμ ｓ、回転子３の平均断面積をＳｒ、回転子３の磁路長（回転子３の内部）をＬｒ 00、回転子３の透磁率をμｒ、間隙ｇによる磁路長をＬｇ（Ｌ10＝２Ｌｇ＋Ｌｒ 00）、間隙ｇの平均断面積をＳｇ、間隙ｇの透磁率をμｇとして、前記各磁気抵 抗Ｒｓ、Ｒｇ、Ｒｒｍｍと全磁気抵抗Ｒ10を求める。ここで、回転子３の平均断 面積Ｓｒと間隙ｇの平均断面積Ｓｇとは同一であるのでＳｒ＝Ｓｇとし、固定子 ４の透磁率μｓをその素材である鉄の透磁率μｆｅをＣ．Ｇ．Ｓ単位系で用いて μｓ＝μｆｅ＝８０００〜１００００とし、回転子３の透磁率μｒをその素材で ある永久磁石の透磁率μｍをもってＣ．Ｇ．Ｓ単位系で用いて前記式７の通りと し、間隙ｇの透磁率μｇを空気の透磁率μａを用いて前記式２の通りとし、つま りμｒ＝μｇとすると、前記各Ｒｓ、Ｒｇ、Ｒｒｍｍ、Ｒ10はそれぞれ次の式１ ４から式１７により表すことができる。

【００３９】 ここで、本実施例の全磁気抵抗Ｒ10（式１７）と、従来の全磁気抵抗Ｒｍ（式 １２）とを比較する。

【００４０】 式１７および式１２において、本実施例の磁路長Ｌ10は、間隙ｇによる磁路長 Ｌｇと回転子３による磁路長Ｌｒ00を加算したもの（Ｌ10＝２Ｌｇ＋Ｌｒ00）で あり、従来の磁路長Ｌは、間隙ｇによる磁路長Ｌｇと回転子３による磁路長Ｌｒ を加算したもの（Ｌ＝２Ｌｇ＋Ｌｒ）であり、本実施例と従来例の回転子３と固 定子４とを同一形状とすると、図３および図７に示すように、本実施例の磁路長 Ｌｒ00は隣接する誘導磁極６，６に対向する回転子３の長さであり、従来の磁路 長Ｌｒは相互に対向する磁極５，５の長さ（回転子３の外径寸法）であるので、 磁路長Ｌｒ00は磁路長Ｌｒより格段に短い。また、本実施例の固定子４による磁 路長Ｌｓ00も同様に従来の磁路長Ｌｓより格段に短い。また、磁路長Ｌｒ00、Ｌ ｒが短くなるので磁気抵抗Ｒ10も従来より格段に小さくできる。

【００４１】 すなわち、本実施例におけるＰＭ型ステップモータ９は、従来のＰＭ型ステッ プモータ１に比べて、磁路長Ｌｒ00，Ｌｓ00を短く（Ｌｒ00<<Ｌｒ，Ｌｓ00<<Ｌ ｓ）することができるので、磁気の漏洩を少なくすることができるとともに、全 磁気抵抗Ｒ10を小さくする（Ｒ10<<Ｒｍ）ことができる。つまり、本実施例の磁 束Φｅｍｍは、従来の磁束Φｅｍより大きく（Φｅｍｍ>>Φｅｍ）なり、磁束の 高効率駆動が可能となる。

【００４２】 したがって、本実施例によれば、従来より小さい入力によりステップモータを 駆動させることができる。

【００４３】 さらに、図１に示すように、１極おきに巻線が施されているので、巻線の占積 率（巻線を施すことのできるスペース）を増加させることができるとともに、巻 線の数を多くできるので、入力に対する励磁力を大きくさせ効率を向上させるこ とができる。また、従来と同一出力のＰＭ型ステップモータを製する場合には、 本実施例によれば、ＰＭ型ステップモータ９を小型化することができる。

【００４４】 図５は本考案に係るＰＭ型ステップモータの第２実施例を示すものであり、本 実施例においては、回転子３に８つの磁極５が形成され、固定子４に６つの誘導 磁極６が形成されている。そして、６つの誘導磁極６の１極おき（ひとつおき） に巻線１０ａ，１０ｂ，１０ｃが施されており、ＡＡ，ＢＢ，ＣＣの３相が形成 されたている。

【００４５】 このような構成のＰＭ型ステップモータ９ａによっても、駆動ステップ角度が 異なる他は、前述した第１実施例と同様の効果を奏することができる。

【００４６】 なお、本考案は前述した実施例に限定されるものではなく、必要に応じて種々 の変更が可能である。

【００４７】

【考案の効果】

以上説明したように本考案のＰＭ型ステップモータによれば、磁路長を短くす ることができるので、漏洩磁気の低減、磁気抵抗の低減を確実に図ることができ るとともに、磁束の高効率駆動、ＰＭ型ステップモータの小型化を確実に行なう ことができるという実用的な効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るＰＭ型ステップモータを５相駆動
のＰＭ型ステップモータに用いた第１実施例の要部の構
成を示す縦断面図

【図２】駆動原理を説明する説明図

【図３】磁気回路を説明するための部分拡大図

【図４】磁気回路を示す磁気回路図

【図５】本考案に係るＰＭ型ステップモータの第２実施
例の要部の構成を示す図１と同様の図

【図６】従来の５相駆動のＶＲ型ステップモータの要部
の構成を示す縦断面図

【図７】従来の５相駆動のＶＲ型ステップモータの磁気
回路を説明するための部分拡大図

【図８】従来の５相駆動のＶＲ型ステップモータの磁気
回路を示す磁気回路図

【図９】従来の５相駆動のＰＭ型ステップモータの磁気
回路を示す磁気回路図

【符号の説明】

３ 回転子 ４ 固定子 ５ 磁極 ６ 誘導磁極 ９ ＰＭ型ステップモータ １０ 巻線 １１ 磁気回路

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石を用いて径方向に磁化されたＮ
   極とＳ極とを周方向に交互に配設された偶数の２倍の数
   の磁極を有する回転子と、奇数の２倍の数の誘導磁極を
   有する固定子とにより形成されているとともに、前記誘
   導磁極の１極おきに巻線が施されていることを特徴とす
   るＰＭ型ステップモータ。
2. 【請求項２】 前記回転子の磁極の数は１２とされ、前
   記固定子の誘導磁極の数は１０とされていることを特徴
   とする請求項１に記載のＰＭ型ステップモータ。
3. 【請求項３】 前記回転子の磁極の数は８とされ、前記
   固定子の誘導磁極の数は６とされていることを特徴とす
   る請求項１に記載のＰＭ型ステップモータ。