JPS61285056A - 永久磁石型ステツピングモ−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】 ［発明の利用分野］ 本発明は永久磁石型ステッピングモータ、特に固定子に
１６個の磁極を備え各磁極に２相の巻線を巻装し、上記
磁極の先端に夫々複数個の極歯を備えた固定子の内周に
、空隙を介して対向し其の外周に極歯を設けた２個の回
転子ポールの間に永久磁石を挟持した構成の回転子を配
設したものに関するものである。

［従来技術］ 第３図は従来より実施されているステッピングモータを
示し、固定子１を構成する円筒形ヨーク１１の内周に放
射状に複数個の磁極１−２〜１−１６が植設され、各磁
極１−２〜１−１６の先端に極歯２が夫々設けられ、又
、各磁極１−２〜１−１６には固定子巻線３が夫々巻装
されている。

回転子ポール７．７の外周には回転子ポール７の極歯８
が固定子極歯２と同じピッチで配設されており、回転子
ポール７．７に設けられた極歯８は前部ポールと後部ポ
ールでは一歯の１７２ピツチだけずらせて配設されてい
る。　２個の回転子ポール７．７の間には軸方向にＮ極
とＳ極が着磁された永久磁石９が挟持され１回転子軸６
に一体的に固着されている。この回転子はエンドブラケ
ット４．４に設けられた軸受５，５で固定子１と空隙を
介して回転自在に支承されている。

第３図に示した従来技術のステッピングモータでは、複
数個の磁極に巻装した固定子巻線３の夫々に順次電流を
流すと、通電された巻線を巻装した磁極の先端に設けた
極歯２と回転子ポール７に設けた極歯８との間に吸引力
を発生し、回転子ポールの極歯８が固定子磁極の極歯２
と重なり整列するように回転し、整列した位置で静止す
る。

次に隣接する磁極の巻線３に電流を流し、前に流した巻
線の電流を止めると回転子の極歯８が、新しく通電した
巻線が巻かれた磁極の極歯２と整列するように回転子が
回転し静止する。　上述したようにステッピングモータ
は複数個の巻線に流す電流を順次切り換える毎に回転子
が一定の角度だけ歩進するモータであるから、巻線に流
す電流の切り換え回数とモータの回転角度との間に一定
の比例関係がある。従って上記巻線に流す電流の切り換
え回数を制御することにより、モータの回転を制御出来
るので、オープンループ制御に適する制御用モータであ
る。

このステッピングモータの特徴である一定角度づつ歩進
するステップ角は、ステッピングモータの分解度を表し
、ステップ角が小である程微細な制御が出来るので微小
角のステッピングモータが要求されている。このステッ
プ角は回転子の外周に設ける極歯の数と固定子巻線の相
数で決定され、ステップ角θｏ＝１８０°／Ｎｒ−Ｐ（
但しＮｒ＝回転子の極歯数、Ｐ＝固定子の相数）である
からステップ角を小さくするにはＮｒ又はＰを大きくす
る必要があるが、固定子の相数Ｐを大きくすると駆動回
路が複雑になり高価となるから、回転子の極歯Ｎｒの数
を増加する手段が多く取られている。

然し乍ら極歯の数を増加すると加工時の誤差の影響が多
くなり配設ピッチの精度が低下するので自ずと限度があ
り、無闇に増加する事は出来ない。

又、固定子鉄芯は第３図に示す様に磁極の先端に複数個
の極歯が設けてあり、該極歯の配設ピッチは回転子の極
歯の配設ピッチと同じで、固定子鉄芯の構成は磁性鋼板
を第３図の形状に打ち抜き。

複数個を積層して構成するが、打ち抜いた鉄芯を同じ位
置で其の侭積層すると、抜き型を形成する時に生じた極
歯の配設ピッチ誤差が、其の侭鉄芯に移り位置誤差の原
因となる。又、磁性鋼板は其の厚さが一様で無いので其
の侭積層すると第４図に示す様に厚さの誤差が累積され
、積層された固定子鉄芯の端面が平行で無くなり、其の
侭エンドブラケットを当接し組み立てると、エンドブラ
ケットが平行に装着されないので軸受に無理な力が作用
し、円滑な回転が出来ないと云う問題を生ずる。上記の
ような問題を避ける為、鉄芯を積層するに当たり固定子
磁極の位置が同じ位置にならない様に鉄芯を回転させな
がら積層する回転積みを行うのが通常である。この回転
積みを可能とするには複数個の等配された磁極に設けた
極歯が磁極の中心線に対し対称に配設されている必要が
ある。

ところが従来より実施されている磁極が１６個の２相巻
線のステッピングモータに於ては、回転子の極歯の数を
増加してステップ角を小さくしようとすると、磁極の配
設ピッチが等ピッチでないか、又は磁極に設けた極歯が
磁極の中心に対し対称に配設されていない等の理由で回
転積みが出来ないと云う問題があった。

［発明目的］ 本発明の目的は上記の様な従来技術によるステッピング
モータの問題点を解決し、固定子鉄芯を回転積みが出来
る構造として高精度の微小ステップ角のステッピングモ
ータを提供せんとするものである。

［発明の概要］ 本発明の概要は円環状ヨークに１６個の固定子磁極を等
ピッチで放射状に植設し、該磁極の夫々に固定子巻線を
巻装し、該磁極の先端に複数個の極歯を配設した固定子
と、上記磁極の極歯と空隙を介して対向し、其の外周に
極歯を備えた２個の回転子ポールの間に永久磁石を挟持
した回転子とよりなり、上記回転子ポールには夫々Ｎｒ
個の極歯が設けられ、夫々の極歯が互いに（１８０／Ｎ
ｒ）度だけずらせて配置されている永久磁石型ステッピ
ングモータに於て、回転子ポールの極歯数ＮｒをＮｒ＝
４＋１６ｎ　　又はＮｒ＝　１２　＋　１６　ｎ（但し
ｎはＯ以外の正の整数とする） となるように配設した事が特徴である。

［発明の実施例］ 第１表は本発明の実施の対称となるステッピングモータ
に於て、固定子の磁極数Ｍと１回転子の極歯の数Ｎｒと
、ステップ角θ０との関係と、固定子磁極の構成が対称
であるか又は非対称であるかを検討する為のものである
。

第１表 第１表に於てＮＧＩは最も一般的に実施されているもの
で固定子の磁極と極歯の配設位置が対称でありステップ
角θ０は１．８度である。Ｎ　ｒ　／　Ｍは隣接する固
定子磁極の配設ピッチ間に配設される回転子の極歯の数
を示しており６．２５の端数０゜２５は固定子の隣接磁
極間で固定子の極歯と回転子の極歯が回転子の極歯の１
／４ピツチだけずれていることを示し、固定子の磁極数
Ｍと回転子の極歯数Ｎｒとの関係はＮｒ＝Ｍ　（１／４
＋ｎ）という関係式で表す事が出来る。（但しｎは正の
整数とする）　此の関係式に磁極数Ｍ＝８．ｎ＝６の数
値を入れるとＮｒ＝５０となる。翫２はＮα１の固定子
磁極数Ｍと回転子の極歯数Ｎｒとを共に２倍としたもの
でステップ角θ０は１／２の０．９度になり、Ｎｒ／Ｍ
は６．２５で其の端数が０゜２５であるから磁極配置は
対称である。固定子の磁極数Ｍと回転子の極歯数Ｎｒと
の関係を検討するとＮｒ＝１６　（１／４＋６）＝１０
０となりぬ１と魔２の磁極配置のものは共に２相ステツ
ピングモータとして動作する。固定子磁極の構成が対称
であれば鉄芯を積層するときに磁極の位置を順次回転さ
せながら積層する回転積みが出来るので固定子鉄芯に基
因する位置誤差を軽減できる。

然るにＮα３は固定子磁極数ＭはＮα２と同じ１６であ
るが、回転子の極歯数Ｎｒを２倍の２００としであるの
でステップ角θ０は０．４５度となるが、Ｎｒ／Ｍは１
２．５となり端数が０．５となるのは、固定子の隣接磁
極間で固定子の極歯と回転子の極歯が回転子の極歯の１
／２ピツチだけずれている事を示し、固定子の磁極配置
を非対称に形成しないと２相ステツピングモータとして
動作しない事を示している。上記のＮｒ＝Ｍ（１／４＋
　ｎ　）の式により固定子の磁極数Ｍと回転子の極歯数
Ｎｒの関係を検討すると磁極数Ｍが１６でありＮｒ＝２
００に最も近い数値が得られるｎの数値を１２としてＮ
ｒを求めるとＮｒ＝１６（１／４＋１２）＝１９６とな
ってＮｒ＝２００とはならない。

即ちＮα３の実施例は固定子鉄芯を回転積み出来ない実
施例を示している。

上記の従来技術に依る実施例に対しＮα４は本発明の一
実施例を示し上記のＮｒ＝Ｍ　（１／　４　＋　ｎ　）
の関係式に固定子の磁極数Ｍ＝１６、ｎを１１と設定す
ると回転子の極歯数ＮｒはＮｒ＝１８０となり、ステッ
プ角θ０は０．５度となり、Ｎｒ／Ｍは１１．２５と、
其の端数が０６２５であるから磁極の配置が対称で２相
ステツピングモータとして動作する。　第１図は本発明
によるＮα４の実施例に成るステッピングモータの鉄芯
１０の詳細図で１１は円環状ヨーク、１１−１〜１１−
１６は固定子の磁極、１２は固定子の極歯、１７は回転
子ポール、１８は回転子の極歯である。１１の固定子磁
極は１６個が等ピッチ（２２，５度）で配設され、各磁
極の先端には極歯１２が等ピッチで配設されている。回
転子ポール１７には極歯１８が等ヒツチ（２度）で１８
０個が配設されている。

第２図は第１図の極歯の部分を拡大した展開図で、固定
子磁極１１−１と隣接して配設された固電子磁極１１−
２との配設ピッチは２２．５度となっており、各磁極に
は７個の極歯１２が回転子の極歯と同じθｒ＝２度のピ
ッチで設けられ対向して配設された回転子ポールの極歯
はθｒ＝２度の等ピッチで全周に設けられている。第２
図に於ては磁極１１−１の極歯と回転子の極歯とが対向
して整列しており、磁極１１−２の極歯と、対向す名目
転子の極歯とは１／４θｒ＝０．５度だけずれている。

そして磁極１１−１と磁極１１−２とのピッチ２２．５
度の間に入る回転子の極歯の数は１１゜２５である。同
様に磁極１１−３．１１−４、・・・・・・・・・１１
−１６、と隣接磁極に移る毎に固定子の極歯に対向する
回転子の極歯の位置が１／４θｒ＝０．５度だけずれる
ので磁極１１−５と１１−９と１１−１３の位置では回
転子の極歯が固定子の極歯と対向して整列している。

従って固定子の磁極の配設ピッチ（２２，５度）の間に
、対向した回転子に配設される回転子の極歯の数は２２
．５／２＝１１．２５となり、端数の０．２５は磁極が
等ピッチで配設されて居り磁極が対称に配設されている
事を示しているから、鉄芯を積層するに当たり磁極を順
次ずらせて積む回転積みができるので、抜き型の誤差と
磁性鋼板の厚さのむらに依る固定子鉄芯の端面の不平行
度を軽減し位置誤差の少ない固定子を形成できる。

上記の実施例よりＮｒ＝Ｍ　（１／４＋ｎ）の関係式を
開いてＮｒ＝Ｍ　Ｘ　１　／　４　＋Ｍ　Ｘ　ｎと変形
しＭ＝１６とするとＮｒ＝４＋１６ｎという条件式を導
くことができる。　　又、ＭＸＩ／４の項をＭＸ　（１
−１／４）としても良く此の場合はＭＸ３／４となり、
Ｎｒ＝１２＋１６ｎとなる。

又、他の実施例として回転子の極歯の数ＮｒをＮｒ＝４
　＋　１６　ｎ又はＮｒ＝　１２　＋　１６　ｎの二つ
の条件式のｎの数値を変えて極歯の数Ｎｒと００の関係
を計算し第２表に示す。

第２表に於てステップ角θ０は角度を小数点以下３桁ま
で表示してあり、ｎは便宜上４０まで計算し表示しであ
る。

又、第２表に於てＮｒ／１６の値は固定子鉄芯の形状が
対称であるか否かを示すもので其の端数が０．２５又は
０　、７５　（１−０，７５＝０．２５）となっている
から全て対称である。

［発明の効果］ 本発明は上記のような構成であるから従来技術による固
定子に１６個の磁極を備えた２相ステツピングモータに
於て、固定子磁極の配設ピッチが対称でない為に、其の
鉄芯を積層するに当たり回転積みが出来ないと云う問題
を解決し、回転子の極歯の数をＮｒ＝４＋１６ｎ又はＮ
ｒ＝　１２　＋　１６ｎとなるように配設する事により
固定子の磁極の形状を対称にして、鉄芯の積層に当たり
回転積みが出来るようにして、微小のステップ角でしか
も位置精度の高いステッピングモータを安価に提供でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるステッピングモータの鉄芯の平面
図、第２図は第１図の部分拡大図、第３図は従来技術に
よるステッピングモータの断面図第４図は固定子鉄芯の
積層状態図である。 符号の説明 １・・固定子、１−１〜１６・・固定子磁極２・・固定
子の極歯、３・・固定子巻線、４・・エンドブラケット
、５・・軸受、６・・回転子軸、７・・回転子ボール、
９・・永久磁石１０・・固定子鉄芯、１１・・円環状ヨ
ーク、１１−１〜１６・・固定子磁極、１２・・極歯、
１７・・回転子ポール、１８・・回転子の極歯、 特許請求人　日本サーボ株式会社 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 円環状ヨークに１６個の磁極を等ピッチで放射状に植設
   し、該磁極の夫々に巻線を巻装し該巻線を適宜接続して
   ２相巻線を形成し、上記各磁極の先端には夫々同数の極
   歯を配設した固定子と、上記磁極の先端に設けた極歯と
   空隙を介して対向し、其の外周に夫々Ｎｒ個の極歯を備
   えた２個の回転子ポールの間に永久磁石を挟持した回転
   子とより成り、上記２個の回転子ポールは夫々の極歯が
   互いに（１８０／Ｎｒ）度だけずらせて配置されている
   永久磁石型ステッピングモータに於て、上記回転子ポー
   ルに備えた極歯の数Ｎｒを、 Ｎｒ＝４＋１６ｎ又はＮｒ＝１２＋１６ｎ （但しｎは０以外の正の整数とする） となるように配設した事を特徴とする永久磁石型ステッ
   ピングモータ。