JPS61139259A - 一相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、−相ステッピングモータ、更に詳細には、２
２個の交互に異なる磁極を有する永久磁化されたロータ
と、励磁コイルを包囲するステータとを備え、ステータ
の磁極アームがそれぞれ極性に従ってステータの一方あ
るいは他方側から軸方向に励磁コイルとロータ間の空間
に延び、それぞれ奇数の磁極アームを有する交互する第
１と第２の二つのグループとして配置されており、第１
のグループは極性が同一の磁極アームを、また第２のグ
ループは極性が交互する磁極アームを有する一相ステッ
ピングモータに関する。

［従来技術］ このような−相ステッピングモータの構造が例。

えば、スイス特許第５４１６９３号に記載されている。

［発明が解決しようとする問題点］ このような従来の一相ステッピングモータでは回転トル
クが少なく、また励磁電流が増大という問題点がある。

従って、本発明はこのような問題点を解決するためにな
されたもので、回転トルクの最小値を大きくするか、或
いは励磁電流を減少することが可能な一相ステッピング
モータを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、このような問題点を解決するために、第１の
グループの外側の両磁極アーム（ｌｅａ。

１６ｃ）は、ほぼ３αの角度幅を、またこのグループの
他の磁極アームは４αの角度幅を有し、第１のグループ
の隣接する磁極アーム間の角度距離はそれぞれ２βに等
しく、またステータの他の隣接する磁極アーム間の角度
距離はβに等しく、第２のグループの磁極アーム（１７
ａ〜１７ｇ）は、ほぼ２αの角度幅を有し、そのグルー
プ内で一対の同極の磁極アームを交互に極性をかえて配
置されており、ステッピングモータの回転方向で最後の
磁極アームは対となる同極のアームが欠けており、ステ
ッピングモータの回転方向で各々最初の対になった磁極
アーム（１７ａ、１７ｂ）と第１のグループの同極の磁
極アーム（ｌｆｉａ　−１６ｃ）とは互いに異なる極性
を有し、２α＋βの値がほぼ９０°／ｐに等しくする構
成を採用した。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に従い、本発明の詳細な説明す
る。

第１Ａ図から第１Ｆ図には本発明に用いられる２極の一
相スッテピングモータの動作原理が図示されている。

同図において符号３１で示すものは永久磁石からなる永
久磁化された２極のロータであり。

３２．３３はステータの主磁極、３４．３５は同じくス
テータの補助磁極である。両主磁極３２゜３３は磁気コ
ア３６により、又補助磁極３４゜３５は磁気コア３７に
よりそれぞれ結合されている。磁気コア３６には励磁コ
イル３８が巻回される。励磁コイル３８に電流を流すと
両主磁極３２．３３は反対の磁極にそれぞれ磁化され、
又補助磁極３４．３５は励磁されない。補助磁極３４．
３５はロータ３１が２極のステッピングモータの場合主
磁極３２．３３に対し空間的また電気的にγ＝４５′″
の角度ずらして配置される。

このずれの方向によりステッピングモータの回転方向φ
が定まる。この場合ステッピングモータは反時計方向に
正の方向に回転することになる。

励磁コイル３８は正方向の振幅ならびに負方向の振幅が
同じ大きさの２極の直流電圧パルスによって励磁される
。その励磁電圧ＵＥの時間に関する特性が第１Ｆ図に図
示されている。ロータ３１はこの励磁電圧に従って第１
Ａ図〜第１Ｅ図に図示した位置をそれぞれとる。

ＵεがＯとなる最初のパルス位置では、ロータ３１はそ
のＳ極、Ｎ極が第１Ａ図に図示されたように上方に向い
た垂直になるような位置をとる。

続いて第１Ｆ図に図示したように例えば負のパルスが現
われると、ロータ３１は正の方向に１６０度回転する。

ロータのＳ、Ｎ極は第１Ｂ図に図示したように右上から
左下にすこし傾斜した方向をとる。続いて励磁電圧Ｕε
は再びＯとなり、ロータ３１は正の方向にわずかの角度
回転し、そのＳ、Ｎ極が第１Ｃ図に図示されたように垂
直方向になるような位置にくる。続いて正のパルスが現
われるとロータ３１は再び１６０度回転するので、その
Ｓ、Ｎ極は第１Ｅ図に図示されたように左下から右上に
わずか傾斜した方向をとる。このパルスが終了し再び０
の電圧となると、ロータ３１は再びわずかの角度正の方
向に回転し、そのＳ、Ｎ極は再び上向きに垂直な方向と
なる（第１Ｅ図）。ここでロータ３１は一回転し、ステ
ッピングモータは次の回転周期に入る。

第２図には２ｐ極のステッピングモータの回転角φｅノ
の関数として、従来のモータトルクＭＭとステッピング
トルクＭａの特性が図示されて−いる。従来ではこのト
ルクＭＦＩは大きな最大値と、最小値とほぼ同じ大きさ
の湾曲した第２の最大値をもつような特性であったが、
本発明では第２図に図示されているように最小値がかな
り大きくなっており、ほぼ同じ大きさの２つの最大値を
有し、その間に増大した最小値を有するモータトルクＭ
　Ｍｅ　、　Ｍ　Ｍ−９Ｍ　５＋　＋　Ｍ　ｓ−が発生
する。

第２図において電流が流れない状態では、ロータ３１は
、例えば０度、９０度、１６０度。

２７０度、３６０度で０点で交わる正弦波の保持（静止
）トルクＭＦＩによってロータ位置が定まる。コイルが
正に励磁されると、ステータの磁極が励磁されることに
よって発生するステッピングトルクＭＳ＋と保持トルク
ＭＰから合成されるモータトルクＭＭ＋が発生する。−
力負に励磁されると、ステータの磁極の励磁によって発
生するステッピングトルクｒｖｔｓ−と保持トルクＭＦ
Ｉとから合成されるモータトルクＭＭ−が発生する。こ
の場合ステッピングトルクＭＳ−はステラピンブトクル
ＭＳやと同じ大きさであり、その位相が１６０度ずれた
形となる。ステッピングトルクＭＳ＋、Ｍ３−の最大値
は、理想的な場合保持トルクＭＲがほぼ最小値をとる角
度に位置する。このようにＭＭ士＝Ｍ、　　＋ＭＳ＋ Ｍ　Ｍ−＝　Ｍ　Ｒ＋　Ｍ　５− の式が成立する。また励磁電流の大きさは、ステッピン
グトルクＭｓ＋、Ｍ３−の振幅が保持トルクＭρの振幅
のほぼ２倍となるように選ばれるので、 Ｍ　ｓ　＋（最大値）＝ＭＳ−（最大値）＝２Ｍ。

（最大値）の式が成立する。

第３図には本発明のステッピングモータの具体的な実施
例が断面図として図示されており、符号３１で示すもの
は永久磁化されたロータであり、このロータは交互に異
なる極性の２Ｂ個の磁極を有し外周が磁化された磁性体
、あるいはかご形の磁極を有する磁性体によって構成さ
れる。ステータは筐体９とカバー１０から構成されてお
り、リング状の励磁コイル３８は筐体９とカバーｌＯに
よって形成される空間内に筐体９とカバー１０によって
包囲されるように配置されている。

ロータ３１の軸１１はその一方がステータカバー１０に
設けられた軸受１２に軸受けされている。

この軸受１２ならびにステータの筐体９に設けられた軸
受１３はそれぞれロータの軸方向のストッパーとしても
機能している。ロータ３１の径方向の軸受は一方側だけ
なので、各構成部材に要求される許容誤差はわずかなも
のとなる。ステータの筐体９とステータカバー１０はそ
れぞれｉｔ輪の形として構成され、その外周部から磁極
アームが内側に直角に折り曲げる形で構成されている。

この場合ステータの磁極はすべてそれぞれ矩形状の断面
を有する。第３図では明瞭にする為に、断面に現われる
ステータ９．１０の２つの磁極アーム１４．１５のみが
図示されている。

励磁コイル３８を取り巻くステータ９．ｌＯは上述した
ように磁極アームを有し、この磁極アームはロータの周
囲に妄互に異なるグループとなって配置される。その場
合磁極アームはそれぞれ磁性に従ってステータの一方あ
るいは他方の側から軸方向に励磁コイル３８とロータ３
１間の空間にのびて配置される。

第４図には時計方向にＧｌから０６の６つのグループに
分けられた磁極の構成が図示されている。これらのグル
ープのうち一方の種類のグループ、即ち第４図で奇数番
目のグループＧｌ。

Ｇ３．Ｇ５は奇数４１１２ｍ＋１．２ｍ”＋１　。

２　ｍ　”　＋　１・・・の同じ磁極（ＮあるいはＳ）
の磁極アームを有し、第４図ではこのグループに属する
所が斜線を設けない白の部分として概略図示されている
。他方のグループ、即ち第４図で偶数番目のグループＧ
２．Ｇ４．Ｇ６は極性を交互に配列した奇数個２　ｎ　
＋　１　、２　ｎ　”　＋　１　、２　ｎ　”　＋　１
　・・・の磁極アームを有し、第４図ではこのグループ
に属する所が斜線で図示されている。なおｍ。

ｍ′、ｍ”−”、ｎ、ｎ”、ｎ″・”はそれぞれＯより
大きい整数である。

第５図に図示した実施例では、簡単のために２個のグル
ープＧｌ、Ｇ２．即ち例えば３個の磁極アーム１６ａ〜
Ｌ６ｃからなるグループＧｌと例えば７個の磁極アーム
１７ａ−１７ｇからなるグループＧ２からなる実施例が
図示されている。

第５図に図示された一相のステッピングモータは、例え
ば時計方向に回転し、その回転角がφで図示されている
。ロータ３１はＮとＳの交互に異なる磁性の２　ｐ　＝
　６　（１の磁極を有するので、ｐ：３となる。ステー
タ９，１０の磁極アームの断面が第５図で白又は斜線で
図示されており、それぞれ対応した極性に対応している
。グループＧｌのすべての磁極アーム１６ａ〜１６ｃは
それぞれ白で図示した断面を有し、上述したように、同
じ極性の磁極アームを構成する。

同極の磁極アームを有するグループＧ１゜Ｇ３．Ｇ５の
磁性アーム間の角度距離、即ち、第５図の実施例ではグ
ループＧｌの隣接する磁極アーム１６ａ、１６ｂ、１６
ｃ間の角度圧°離はそれぞれ２βにされ、一方、他の隣
接する磁極アーム間の角度距離はすべてβに等しくされ
る。即ち、他のグループＧ２．Ｇ４．Ｇ６の磁性アーム
間の角度距離、即ち第５図の実施例ではグループＧ２の
磁極アーム１７ａ−１７ｇ間の角度距離並びに隣接する
グループの両端の磁極アーム間の角度距離、例えば第５
図の磁極アーム１６ｃ。

１７ｃ間の角度距離はすべてβに等しくされる。

偶数番目のグループの磁極アーム、例えば第５図のグル
ープＧ２は一対の同極の磁性アームを交互に磁性を変え
て配置した構成となっている。各グループには奇数の磁
極アームが設けられているので、ステッピングモータの
回転方向にみてそれぞれ最後の磁極アーム（１７ｇ）は
それと同じ極性の対応するパートナ−（磁極アーム）を
欠いている。偶数番目のグループの磁極アーム、即ち第
５図でグループＧ２の磁極アーム１７ａ〜１７ｇはそれ
ぞれαを一定の角度幅としてほぼ２αに等しい角度幅を
有する。奇数番目のグループＧｌ。

Ｇ３．Ｇ５の各外側の両磁極アーム、即ち第５図ではグ
ループＧｌの磁極アーム１６ａ、１６ｃはほぼ３αに等
しい角度幅を有し、奇数番目のグループＧｌ、Ｇ３．Ｇ
５の他の磁極アーム、即ち第５図で磁極アーム１６ｂは
ほぼ４αに等しい角度幅を有する。偶数番目のグループ
において、ステッピングモータの回転方向において最初
の対になった磁極アーム、即ち第５図においてグループ
Ｇ２の磁極アーム１７ａ、１７ｂは奇数番目のグループ
の磁極アーム、即ちグループＧｌの磁極アーム１６ａ、
１６ｂ、１６ｃと異なる極性を有する。従って第５図で
は磁極アーム１７ａ。

１７ｂの断面が斜線で図示されて、いる（斜線を施した
部分と施さない部分は互いに極性が異なる）。偶数番目
のグループの磁極アームは異なる極性の磁極を対にして
配置しであるので、斜線を施した断面を有する磁極アー
ム１７ａ、１７ｂ　。

１７ｅ　、１７ｆは同じ極性となる。それに対し磁極ア
ーム１７ｃ、１７ｄ、１７ｇは異なる極性を有し、白の
断面で図示されている。ｗＩＪＳ図において同じ極性の
パートナ−をかいている磁極アームは１７ｇである。γ
＝２α＋βの和は、ほぼ９０度／ｐに等しくｐ＝３であ
るのでほぼ３０度に等しい。

図示されている。

奇数番目のグループの部分、即ち第５図ではグループＧ
１の部分ではステッピングトルクＭｓ　。

ＭＳはそれぞれＯとなっている。従ってこの部分では永
久磁化されたロータ３１によって発生する保持トルクの
みが存在している。従ってロータの磁石によって形成さ
れる磁束は励磁コイル３８によって形成される磁束と結
合されない。

これに対して偶数番目のグループの区間、即ち＠５図で
第２番目のグループＧ２の部分では保持トルクがＯに等
しくなる。この部分ではロータ３１は回転角φに従って
変化する純粋に磁気的な抵抗のみを有する。

好ましい実施例では各種類のすべてのグループの磁極ア
ームの数は同一にされる。即ちｍ＝ｍ”＝ｍ”或いはｎ
＝ｎ′＝ｎ”である。

又、好ましい実施例では２つのグループＧｌ。

Ｇ２のみが設けられる。

ステータの筐体９の奇数番目のグループの磁極アームに
対向したステータカバー１０の領域（第３図）には切り
欠は部１６が設けられる。それにより励磁電流に発生し
た磁束はこの磁極アームではごくわずかなものにされる
。

第３図に図示したようにロータの振動を押さえるために
コイルバネの形をした弾性部材１９が設けられ、この弾
性部材の一端は軸受１３に、又他端はロータ３１の円筒
上の部分に取り付けられている。この弾性部材１９はロ
ータ３１が正転方向に回転する時は制動効果をもたず、
又逆方向にまわろうとする時には、それを制動する機能
を有する。

上述したステッピングモータはその構造が極めて簡単で
あり、ロータの磁極を明確なものにする必要はない、ス
テッピングモータを回転させるに必要な磁気的な非対称
性は実験的にのみ定められるステータの磁極アームの配
列によってではなく、上述したように本発明のような構
成によって達成されることになる。

第５図に図示されたステータの磁極は１６ａ〜１６ｃ、
１７ａ−１７ｇはそれぞれ円環形状をした断面を有する
０図示したような断面を有する磁極アームはその製造に
あたって矩形状の断面を有する磁極アームよりも工程数
が多くなる。従って、矩形状の断面がすべてロータ３１
と共通な同心円に接して配置されるように磁極アームを
構成するのが好ましい。各矩形状の断面はその中心線と
一致する円の半径に垂直に配置される。但し同極の磁極
アームから構成される奇数番目のグループＧｌ　、Ｇ３
　、Ｇ５の磁極アーム、例えば第５図の例では磁極アー
ム１６ａ、１６ｃのような外側の両磁極アームの矩形状
の断面は例外であり、これらはその断面を１対２の比で
分割する分割線と一致する円半径に垂直に配置されてい
る。その場合このように分割された面の小さい方の磁極
アームはそれぞれ隣接するグループの外側に向けて配置
されている。

［効　果］ 以上説明したように本発明によれば、極めて構成が簡単
で安価な一相ステッピングモータが得られ、その場合駆
動トルクの最小値を増大することができ、しかも励磁電
流を顕著に減少させることができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図〜第１Ｅ図は本発明の詳細な説明する説明図で
あり、第１Ｆ図はステッピングモータを駆動する励磁電
流の波形図、第２図は回転角に対するトルクの特性を示
した特性図、第３図は本発明の一実施例によるステッピ
ングモータの構成を示す断面図、第４図は本発明の一相
ステッピングモータのステータのグループ構成を示す説
明図、第５図はロータが３つの磁極の対を有するステッ
ピングモータの場合の極性配列を示した説明図である。 ３１・・・ロータ　　　　３２．・３３・・・主磁極３
４．３５・・・補助磁極 ３８・・・励磁コイル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）２ｐ個の交互に異なる磁極を有する永久磁化された
   ロータと、励磁コイルを包囲するステータとを備え、ス
   テータの磁極アームがそれぞれ極性に従ってステータの
   一方あるいは他方側から軸方向に励磁コイルとロータ間
   の空間に延び、それぞれ奇数の磁極アームを有する交互
   する第１と第２の二つのグループとして配置されており
   、第１のグループは極性が同一の磁極アームを、また第
   ２のグループは極性が交互する磁極アームを有する一相
   ステッピングモータにおいて、第１のグループの外側の
   両磁極アーム（１６ａ、１６ｃ）は、ほぼ３αの角度幅
   を、またこのグループの他の磁極アームは４αの角度幅
   を有し、第１のグループの隣接する磁極アーム間の角度
   距離はそれぞれ２βに等しく、またステータの他の隣接
   する磁極アーム間の角度距離はβに等しく、第２のグル
   ープの磁極アーム（１７ａ〜１７ｇ）は、ほぼ２αの角
   度幅を有し、そのグループ内で一対の同極の磁極アーム
   を交互に極性を変えて配置されており、ステッピングモ
   ータの回転方向で最後の磁極アームは対となる同極のア
   ームが欠けており、ステッピングモータの回転方向で各
   々最初の対になった磁極アーム（１７ａ、１７ｂ）と第
   １のグループの同極の磁極アーム（１６ａ〜１６ｃ）と
   は、互いに異なる極性を有し、２α＋βの値がほぼ９０
   °／ｐに等しいことを特徴とする一相ステッピングモー
   タ。 ２）第１のグループの全ては同数の磁極アームを有する
   特許請求の範囲第１項に記載の一相ステッピングモータ
   。 ３）二個のグループのみが設けられる特許請求の範囲第
   １項又は第２項に記載の一相ステッピングモータ。 ４）ステータの全ての磁極は矩形の断面を有し、その断
   面がロータと同心の円に接するように配置され、またそ
   の断面は、第１のグループの外側の両磁極アーム（１６
   ａ、１６ｃ）を除き、断面の中心線と一致する円の半径
   に垂直となっており、一方第１のグループの外側の両磁
   極アーム（１６ａ、１６ｃ）は、その断面を１対２に分
   割する円半径に垂直に配置されており、分割された小さ
   い断面のアームは隣接するグループに向けて配置されて
   いる特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項に記載の
   一相ステッピングモータ。