JPS63133861A - Stepping motor - Google Patents

Stepping motor

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JPS63133861A
JPS63133861A JP27868286A JP27868286A JPS63133861A JP S63133861 A JPS63133861 A JP S63133861A JP 27868286 A JP27868286 A JP 27868286A JP 27868286 A JP27868286 A JP 27868286A JP S63133861 A JPS63133861 A JP S63133861A
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JP
Japan
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stator
magnetic pole
magnetic
cylindrical
phase
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JP27868286A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Hatanaka
武史 畑中
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HAITEKU KENKYUSHO KK
Original Assignee
HAITEKU KENKYUSHO KK
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Publication date
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

PURPOSE:To increase the volumetric ratio of a coil, by concentrating flux, generated in cylindrical driving coils, into an inner cylindrical stator magnetic pole and an outer stator magnetic pole to arrange the flux in the areas of plural radii of curvature. CONSTITUTION:A stepping motor 10 is equipped with a frame 12, a stator 14 and a rotor 26. A housing 16 is fixed to the yoke 15 of the stator 14 and the output shaft 22 of the rotor 26 is supported through bearings 18, 20. Cylindrical driving coils 28-32 of first-third phase are arranged in the stator 14 concentrically with different radii of curvature while inner and outer cylindrical stator magnetic poles 34-44 of first-third phase are arranged inside and outside of the coils. A plurality of arc-shaped magnetic pole teeth 34p-44p, a plurality of troughs 34c-44c and a plurality of slits 34s-44s are formed on said magnetic poles 34-44. Cylindrical magnetism interrupting members 46-50 and magnetism interrupting rings 52-56 are arranged to prevent the leakage of magnetism whereby the electromagnetic energy converting efficiency of the motor may be improved.

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野ゴ この発明はステッピングモータに関し、さらに詳しくは
、有効エネルギー密度を高めた高効率のステッピングモ
ータに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to a stepping motor, and more particularly to a highly efficient stepping motor with increased effective energy density.

最近における各種情報機器、OA機器あるいはFA機器
の省エネ化、小形軽量化、高性能化の進展に伴ない、小
形軽量、高性能、省エネタイプのステッピングモータの
ニーズが高まってきている。従来のステッピングモータ
では、複数相の固定子の内側に回転子が配置され、複数
相の磁極が同一平面に分割されているために、相数が多
いと1相当りの磁極が小さくなって、回転子に対面する
磁極面積が小さくなってモータの出力トルクが著しく低
下する欠点がある。しかも、従来のステッピングモータ
において駆動コイルは固定子の同一平面内で分割された
狭い断面積内に配置しなければならず、したがって、出
力トルクを増やすべくコイルの巻数を増やそうとすると
必然的にモータが大きくなるという欠点があった。さら
に、これらステッピングモータでは、固定子において隣
接した磁極相互間の磁気^れが大きく、実際に回転子の
駆動に利用される有効磁束が少ないという欠点があった
。さらに、ステッピングモータの出力トルクは駆動巻線
の巻数(n)とこの巻線の駆動電流(I)の2乗(nl
)’に比例することから、゛ステッピングモータの小形
、高性能化をもっと効果的に図るにはステッピングモー
タの単位体積当りのI駆動巻線の比率、すなわち、固定
子と回転子との総合体積に対する駆動巻線の体積の比率
を増加させる必要があるが。
2. Description of the Related Art As various information devices, OA devices, and FA devices have become more energy-saving, smaller, lighter, and more sophisticated in recent years, the need for small, lightweight, high-performance, and energy-saving stepping motors has been increasing. In conventional stepping motors, the rotor is placed inside a stator with multiple phases, and the magnetic poles of multiple phases are divided on the same plane, so when the number of phases is large, the magnetic pole per phase becomes small. This has the disadvantage that the area of the magnetic poles facing the rotor becomes smaller, resulting in a significant decrease in the output torque of the motor. Moreover, in conventional stepping motors, the drive coil must be arranged within a narrow cross-sectional area divided within the same plane of the stator. Therefore, if you try to increase the number of turns of the coil to increase the output torque, the motor The disadvantage was that it became large. Furthermore, these stepping motors have a drawback in that the magnetic deviation between adjacent magnetic poles in the stator is large, and the effective magnetic flux actually used to drive the rotor is small. Furthermore, the output torque of the stepping motor is determined by the number of turns (n) of the drive winding and the square of the drive current (I) of this winding (nl
)', in order to more effectively reduce the size and improve the performance of the stepping motor, the ratio of the I drive winding per unit volume of the stepping motor, that is, the total volume of the stator and rotor. Although it is necessary to increase the ratio of the volume of the drive winding to.

従来のステッピングモータでは、その特殊な構造上、ス
テッピングモータの単位体積当りの駆動巻線の比率を上
げることができなかった。これらの欠点はステッピング
モータのより一層の小形軽景化、省エネ化、高性能化な
らびに大容量機の実現化の大きなネックとなっていた。
In conventional stepping motors, due to their special structure, it was not possible to increase the ratio of drive windings per unit volume of the stepping motor. These shortcomings have been a major bottleneck in realizing stepping motors that are smaller and lighter, more energy efficient, have higher performance, and larger capacity machines.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

そこでこの発明の目的は有効エネルギー密度を高めた。 Therefore, the purpose of this invention is to increase the effective energy density.

電磁エネルギー変換効率の高いステッピングモータを提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a stepping motor with high electromagnetic energy conversion efficiency.

この発明の他の目的は省エネ化、超小形化、′gj性能
化が可能な高効率ステッピングモータを提供することに
ある。
Another object of the present invention is to provide a highly efficient stepping motor that can save energy, be miniaturized, and improve gj performance.

この発明の他の目的は磁気漏れや電磁ノイズの少ないス
テッピングモータを提供することにある。
Another object of the invention is to provide a stepping motor with less magnetic leakage and less electromagnetic noise.

この発明の他の目的は構造が簡単で1組立が容易であり
、小容量機から大容量機まで実用可能な低コストのステ
ッピングモータを提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a low-cost stepping motor that is simple in structure, easy to assemble, and can be put to practical use in small to large capacity machines.

この発明の他の目的はロータのイナーシャを小さくでき
、パワデンシティ (kw/kg)とパワーレート(k
w/s)が著しく改善されたステッピングモータを提供
することにある。
Another object of this invention is to reduce the inertia of the rotor, and to reduce the power density (kw/kg) and power rate (kw/kg).
The object of the present invention is to provide a stepping motor with significantly improved speed (w/s).

この発明の他の目的はエアギャップを小さくでき、起動
トルクが高くて。
Another purpose of this invention is to reduce the air gap and increase the starting torque.

スルーイング特性に優れた、ステッピングモータを提供
することにある。
The purpose of the present invention is to provide a stepping motor with excellent slewing characteristics.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

本発明のステッピングモータは、ステータにおいて曲率
半径の異なる複数相の円筒状駆動巻線をそれぞれ同心的
に配置し、前記複数相の円筒状駆動巻線の内5外部にそ
れぞれ内部円筒ステータ磁極と外部円筒ステータ磁極を
同心的に配置し、前記内部円筒ステータ磁極と前記外部
円筒ステータ磁極の前面に互いに予じめ定められた歯ピ
ッチ関係で周方向に分割された複数の6J&極歯を形成
し、ロータディスクに周方向に分割されて径方向に延び
る複数の磁極歯を形成し、前記ロータディスクの各磁極
歯を前記ステータの各相の磁極歯に対してエアギャップ
を介して対向するように配置したことを特徴とする。
In the stepping motor of the present invention, a plurality of phases of cylindrical drive windings having different radii of curvature are arranged concentrically in the stator, and an inner cylindrical stator magnetic pole and an external cylindrical stator magnetic poles are arranged concentrically, and a plurality of 6J&pole teeth are formed on the front surfaces of the inner cylindrical stator magnetic pole and the outer cylindrical stator magnetic pole, each divided in the circumferential direction with a predetermined tooth pitch relationship; A plurality of magnetic pole teeth are formed in the rotor disk that are divided in the circumferential direction and extend in the radial direction, and each magnetic pole tooth of the rotor disk is arranged to face the magnetic pole teeth of each phase of the stator via an air gap. It is characterized by what it did.

〔実施例〕〔Example〕

この発明によるステッピングモータの好ましい実施例を
第1〜3図に基づいて説明する。第1.2図において、
ステッピングモータ10はフレーム12と、フレーム1
2に支持されたステータ14を備える。望ましくは。
A preferred embodiment of the stepping motor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. In Figure 1.2,
The stepping motor 10 has a frame 12 and a frame 1.
The stator 14 is supported by the stator 2. Preferably.

ステータ14はフレーム12のマウント部12aに固定
された円板状のステータヨーク15を備える。ステータ
ヨーク15にはハウジング16が溶接その他の適当な手
段により固着される。フレーム12は良熱伝導体の非磁
性金属材料から形成される6フレーム12はそれぞれベ
アリング18゜20を介して出力軸22が回転可能に支
持される。さらに、ステッピングモータ10は出力軸2
2にネジ24で固定されたロータ26とを備える。
The stator 14 includes a disc-shaped stator yoke 15 fixed to the mount portion 12a of the frame 12. A housing 16 is fixed to the stator yoke 15 by welding or other suitable means. The six frames 12 are made of a non-magnetic metal material that is a good thermal conductor, and an output shaft 22 is rotatably supported through bearings 18 and 20, respectively. Further, the stepping motor 10 has an output shaft 2
2 and a rotor 26 fixed with a screw 24.

ステータ14は異なる曲率半径の同心的に配置された第
1相〜第3相の円筒状駆動巻線28,30.32が配置
される。
The stator 14 has first to third phase cylindrical drive windings 28, 30, 32 concentrically arranged with different radii of curvature.

第1相円筒状駆動巻線28の内側と外側にはそれぞれ高
透磁率の材料からなる第1相の内部円筒ステータ磁極3
4と外部円筒ステータ磁極36が配置される。第1相の
内部円筒ステータ磁極34と外部円筒ステータ磁極36
の後部はステータヨーク15により磁気的に結合される
。第2相用円筒状即動巻線30の内側と外側にはそれぞ
れ高透磁率の材料からなる第2相の内部円筒ステータ磁
極38と外部円筒ステータ磁I@40が配置される。
Inside and outside of the first phase cylindrical drive winding 28, first phase internal cylindrical stator magnetic poles 3 made of a material with high magnetic permeability are respectively provided.
4 and external cylindrical stator poles 36 are arranged. First phase inner cylindrical stator pole 34 and outer cylindrical stator pole 36
The rear part of the stator yoke 15 is magnetically coupled to the stator yoke 15. A second phase internal cylindrical stator magnetic pole 38 and an external cylindrical stator magnetic pole I@40 made of a material with high magnetic permeability are arranged inside and outside the second phase cylindrical quick-acting winding 30, respectively.

第2相の内部円筒ステータ磁極38と外部円筒ステータ
磁極40の後部はステータヨーク15により磁気的に結
合される。同様に、第3相用円筒状卵動巻線32の内部
と外部にはそれぞれ高透磁率の材料からなる第3相の内
部円筒ステータ磁極42と外部円筒ステータ磁極44が
配置され、それら内部円筒ステータ磁極と外部円筒ス午
−タ磁極の後部はステータヨーク15により磁気的に結
合される。
The rear portions of the second phase internal cylindrical stator magnetic poles 38 and external cylindrical stator magnetic poles 40 are magnetically coupled by the stator yoke 15 . Similarly, a third phase internal cylindrical stator magnetic pole 42 and an external cylindrical stator magnetic pole 44 made of a material with high magnetic permeability are arranged inside and outside the third phase cylindrical egg motion winding 32, respectively. The stator poles and the rear portions of the external cylindrical stator poles are magnetically coupled by a stator yoke 15.

第1相内部円筒ステータ磁極34および外部円筒ステー
タ磁極36の前面または軸方向端面にはそれぞれ周方向
にピッチ角α°で均等間隔で形成された複数の小歯、す
なわち円弧状磁極歯34P、36Pと、複数の谷部34
C,36Cとが形成されている0円弧状磁極歯34F、
36Pは同一位相においてそれぞれ第1−相のN極、S
極を構成する。第2相内部円筒ステータ磁極38および
外部円筒ステータ磁極40の前面にはそれぞれ第1相の
磁ti1134P、36Pに対して同一ピッチ角α°で
しかもCW力方向1/3ピッチ(α°/3)ずれている
複数の円弧状磁極歯38P、40Pと谷部38C,40
Cが形成され、円弧状磁極歯38F、40Pはそれぞれ
第2相のS極、N極を構成する。第3相内部円筒ステー
タ磁極42および外部円筒ステータ磁極44の前面には
それぞれ第2相の磁極38P。
A plurality of small teeth, that is, arc-shaped magnetic pole teeth 34P and 36P, are formed at equal intervals in the circumferential direction at a pitch angle α° on the front surface or axial end face of the first phase internal cylindrical stator magnetic pole 34 and the external cylindrical stator magnetic pole 36, respectively. and multiple valleys 34
0 circular arc magnetic pole teeth 34F in which C, 36C are formed,
36P are the N pole and S pole of the 1st phase, respectively, in the same phase.
constitute the poles. The front surfaces of the second phase internal cylindrical stator magnetic pole 38 and the external cylindrical stator magnetic pole 40 have the same pitch angle α° with respect to the first phase magnetic ti1134P and 36P, respectively, and a 1/3 pitch (α°/3) in the CW force direction. A plurality of misaligned arc-shaped magnetic pole teeth 38P, 40P and troughs 38C, 40
C is formed, and the arc-shaped magnetic pole teeth 38F and 40P constitute the second phase S pole and N pole, respectively. A second phase magnetic pole 38P is provided in front of the third phase internal cylindrical stator magnetic pole 42 and the external cylindrical stator magnetic pole 44, respectively.

401’に対して同一ピッチ角αゝでしかもCW力方向
1/3ピッチ(α°/3)ずれている複数の円弧状磁極
歯42P、44Pと谷部42C144Gが形成され1円
弧状磁極歯4.2P、44Pは第3相のN極、S極を構
成する。
A plurality of arc-shaped magnetic pole teeth 42P, 44P and troughs 42C and 44G are formed with the same pitch angle α゜ but shifted by 1/3 pitch (α°/3) in the CW force direction with respect to 401'. .2P and 44P constitute the N and S poles of the third phase.

第1相〜第3相の円弧状磁極歯34P、36P、38P
、40T’、42F、44Pには半径方向に延びる複数
の細いスリット34S、36S。
1st to 3rd phase arc-shaped magnetic pole teeth 34P, 36P, 38P
, 40T', 42F, and 44P have a plurality of thin slits 34S and 36S extending in the radial direction.

38S、40S、423,448がそれぞれ形成されて
いる。これは、円筒状駆動巻線のオン、オフ時の変動磁
束による磁気表皮効果で有効に電磁力に寄与する強磁束
密度部分がきわめて狭い面積となって磁気抵抗が増して
総磁束の減少をきたし、モータの出力トルクが低下する
のを防ぐためである。これらスリットによって変動磁束
に対する反磁界の作用である渦電流を効果的に抑えるの
で各相のそれぞれの円弧状磁極歯の広い部分にわたって
強磁束部分を全体に均一に分布させる効果がある。さら
に1円弧状磁極歯のスリット部分はこれを複数個形成す
ることにより、ロータ26の回転につれて磁界の強さや
磁束密度の変化量を大きく変えるのでステッピングモー
タの出力増大に著しい効果がある。
38S, 40S, 423, and 448 are formed, respectively. This is because due to the magnetic skin effect caused by the varying magnetic flux when the cylindrical drive winding turns on and off, the area of strong magnetic flux density that effectively contributes to electromagnetic force becomes extremely narrow, increasing magnetic resistance and reducing the total magnetic flux. This is to prevent the output torque of the motor from decreasing. These slits effectively suppress eddy currents, which are the effects of demagnetizing fields on fluctuating magnetic flux, and thus have the effect of uniformly distributing the strong magnetic flux portion over a wide portion of each arcuate magnetic pole tooth of each phase. Furthermore, by forming a plurality of slit portions in each arc-shaped magnetic pole tooth, the amount of change in the strength of the magnetic field and the magnetic flux density can be greatly changed as the rotor 26 rotates, which has a significant effect on increasing the output of the stepping motor.

第1相の外部円筒ステータ磁極36とハウジング16と
の間には導電体からなる円筒磁気遮断部材46が配置さ
れる。第1相の内部円筒ステータ磁極34と第2相の外
部円筒ステータ磁極40との間にはこれらの磁極相互間
の磁気漏れを遮断するための銅またはアルミ等の導電体
からなる円筒磁気遮断部材48が配置される。磁気遮断
部材48の前面は好ましくは隣接する円弧状磁極歯34
P、40Pの前面にそろえられる。第2相の内部円筒ス
テータ磁極38と第3相の外部円筒ステータ磁極44と
の間には円筒磁気遮断部材50が配置され、隣接した磁
極相互間の磁気漏れを効果的に防止している。
A cylindrical magnetic shielding member 46 made of a conductive material is disposed between the first phase external cylindrical stator magnetic pole 36 and the housing 16. A cylindrical magnetic shielding member made of a conductive material such as copper or aluminum is provided between the first phase internal cylindrical stator magnetic pole 34 and the second phase external cylindrical stator magnetic pole 40 to block magnetic leakage between these magnetic poles. 48 are arranged. The front surface of the magnetic shielding member 48 preferably has an adjacent arcuate magnetic pole tooth 34.
It can be aligned to the front of P and 40P. A cylindrical magnetic shielding member 50 is disposed between the second phase internal cylindrical stator magnetic pole 38 and the third phase external cylindrical stator magnetic pole 44 to effectively prevent magnetic leakage between adjacent magnetic poles.

第1相〜第3相円筒状駆動巻線28,30.32の前面
にはアルミまたは銅等の導を性金J111からなる磁気
遮断リング52,54.56が配置される。磁気遮断リ
ング52,54.56はそれぞれ第1相の円弧状磁極歯
34P、3613.第2相の円弧状磁極歯38P、40
P、および第3相の円弧状磁極歯42P、44P間の径
方向環状空隙に位置して各相の隣接する磁極歯相互間の
磁気漏れを遮断することによりモータの電磁エネルギー
変換効率を向l−させる。とくに、モータが小形化され
たときに、各相のNS磁極歯間どうしの磁気漏れを効果
的に防ぐので高効率の超重形モータが得られる。さらに
円筒状駆動巻線28,30.32のオン、オフに伴なう
電磁波ノイズのモータの外側への放射をも効果的に防止
する役目をもつ。
Magnetic isolation rings 52, 54, 56 made of conductive metal J111 such as aluminum or copper are arranged in front of the first to third phase cylindrical drive windings 28, 30, 32. The magnetic shielding rings 52, 54, 56 have first phase arcuate magnetic pole teeth 34P, 3613. Second phase arc-shaped magnetic pole teeth 38P, 40
P, and is located in the radial annular gap between the arcuate magnetic pole teeth 42P and 44P of the third phase, and improves the electromagnetic energy conversion efficiency of the motor by blocking magnetic leakage between adjacent magnetic pole teeth of each phase. − to make. In particular, when the motor is downsized, magnetic leakage between the NS magnetic pole teeth of each phase is effectively prevented, resulting in a highly efficient super-heavy motor. Furthermore, it also serves to effectively prevent radiation of electromagnetic noise to the outside of the motor due to the turning on and off of the cylindrical drive windings 28, 30, 32.

上記構成において1円筒状駆動巻線28〜32の発生磁
束は各相の円弧状磁極歯を介してロータ26とステータ
14の対向磁極面間により多く集中するため、最大の電
磁エネルギーが得られる。したがって、電磁エネルギー
変換効率が高く、少ない電気エネルギーで最大の出力ト
ルクが得られる。
In the above configuration, the magnetic flux generated by each of the cylindrical drive windings 28 to 32 is more concentrated between the opposing magnetic pole surfaces of the rotor 26 and the stator 14 via the arc-shaped magnetic pole teeth of each phase, so that the maximum electromagnetic energy can be obtained. Therefore, the electromagnetic energy conversion efficiency is high, and the maximum output torque can be obtained with a small amount of electrical energy.

さらに、各相の円筒状駆動巻線の発生磁束を高透磁率の
内部円筒ステータ磁極および外部円筒ステータ磁極に直
接集中させ、磁極歯以外の磁場への磁気漏れを磁気遮断
リング52〜56により遮断したため、磁束は各相の円
弧状磁極歯により多く集中する。したがって、電磁エネ
ルギーに変換される有効磁束数が増えるため、モータの
効率が著しく向上してより一層の小形軽量化を図ること
ができる。さらに、各相の円筒状駆動巻線の断面中4面
が熱良導体に接触し、これら熱良導体がさらにモータの
ステータヨークとハウジングとに熱的に結合され、また
フレーム12を介して負荷装置に接続されるため駆動巻
線の熱伝導面積が飛躍的に拡大して巻線の熱放散が著し
く向Fする。したがって、モータの冷却効率が高くなっ
て過負荷耐量を大きくできる効果がある。なお、第1,
2図の実施例において、円弧状磁極歯34P、36P、
38P、4.OF、42P、44Fは各相の内部円筒ス
テータ磁極34,38.42と外部円筒ステータ磁極3
6,40゜44の双方に形成されたものとして示された
が、これら円弧状磁極は各相の内部円筒ステータ磁極と
外部円筒ステータ磁極のいずれが一方のみに形成し、他
方には谷部のない円形磁極を形成しても良い、第2図に
おいて。
Furthermore, the magnetic flux generated by the cylindrical drive winding of each phase is directly concentrated on the high magnetic permeability internal cylindrical stator magnetic poles and external cylindrical stator magnetic poles, and magnetic leakage to magnetic fields other than the magnetic pole teeth is blocked by magnetic isolation rings 52 to 56. Therefore, the magnetic flux concentrates more on the arc-shaped magnetic pole teeth of each phase. Therefore, since the number of effective magnetic fluxes converted into electromagnetic energy increases, the efficiency of the motor is significantly improved and the motor can be made smaller and lighter. Further, four faces in the cross section of the cylindrical drive winding of each phase are in contact with a thermally conductive material, and these thermally conductive materials are further thermally coupled to the stator yoke and housing of the motor, and are connected to a load device via the frame 12. Because of this connection, the heat conduction area of the drive winding is dramatically expanded, and the heat dissipation of the winding is significantly improved. Therefore, there is an effect that the cooling efficiency of the motor is increased and the overload capacity can be increased. In addition, the first
In the embodiment shown in FIG. 2, arc-shaped magnetic pole teeth 34P, 36P,
38P, 4. OF, 42P, 44F are the internal cylindrical stator magnetic poles 34, 38, 42 and the external cylindrical stator magnetic poles 3 of each phase.
6,40°44, these arcuate magnetic poles are formed only on one of the internal cylindrical stator magnetic poles and external cylindrical stator magnetic poles of each phase, and on the other side are the arcuate magnetic poles formed on both the inner and outer cylindrical stator magnetic poles. In FIG. 2, not circular magnetic poles may be formed.

符号59は取付用カット部を示す。Reference numeral 59 indicates a cut portion for attachment.

第3図において、ロータ26は軟鉄またはケイ素鋼板等
の高透磁率材料転軸22の取付ネジ24用の通孔62が
形成され、ロータディスク6oは回転軸22にネジ24
で固定される。ロータディスク6oは第1〜第3の曲率
゛を径領域に延びていて周方向にピッチ角α”で形成さ
れた複数の円弧状ロータ磁極64と複数の低パーミアン
ス部またはカットアウト66を備える。隣接したロータ
磁極64はブリッジ部またはリム部68により連結され
て補強効果を有する。ロータディスク6oのロータ磁極
64は第1〜第3相のステータ磁極に対応した複数の曲
率半径領域に半径方向に延びる複数の細いスリット64
SI、64SH,645mをそれぞれ備える。これらス
リットの各々はステータの円弧状磁極歯のスリット34
S、36S。
In FIG. 3, the rotor 26 is formed with a through hole 62 for the mounting screw 24 of the rotary shaft 22 made of a high magnetic permeability material such as soft iron or silicon steel plate, and the rotor disk 6o is provided with the screw 24 on the rotating shaft 22.
is fixed. The rotor disk 6o has a plurality of arc-shaped rotor magnetic poles 64 extending in the radial region with first to third curvatures and having a pitch angle α'' in the circumferential direction, and a plurality of low permeance portions or cutouts 66. Adjacent rotor magnetic poles 64 are connected by a bridge portion or a rim portion 68 to have a reinforcing effect.The rotor magnetic poles 64 of the rotor disk 6o are arranged in a plurality of radii of curvature regions corresponding to the first to third phase stator magnetic poles in the radial direction. Multiple thin slits 64 extending
It is equipped with SI, 64SH, and 645m, respectively. Each of these slits is a slit 34 of an arcuate magnetic pole tooth of the stator.
S, 36S.

38S、40S、42S、44Sに対して一定のスキュ
ー角をなすように形成される。スリット6451,64
SII、645111はロータ磁極歯64内において半
径方向に磁束が通過する際に生ずる渦電流を抑えて1強
磁束密度部分をロータ磁極歯64の全体にわたって均一
に分布させることにより、磁気抵抗を減少させて有効磁
束を増大させる効果がある。しかも、ロータ磁極歯64
の渦電流を抑えることにより、モータの中速域あるいは
高速域におけるトルク特性の落ち込みがら生ずる不安定
現象や共振現象を効果的に防止することができるため、
低速域から高速域に至るまで安定したトルク特性が得ら
れる。さらに、ステータの円弧状磁極歯のスリットと相
まって、ロータディスク6oが回転するにつれて、ステ
ータとロータの対向磁極面間の磁界の強さや磁束密度の
変化量を大きく変えさせることにょリモータの出力トル
クの著しい増大を図ることができる。ステッピングモー
タをさらに小形軽量化したいときは1図示してはいない
が、ロータディスク60の磁極歯を永久磁石で構成して
も良い、なお、ロータディスク6oの磁極歯64は同一
平面内に形成したものとして示したが、ロータディスク
の軸方向の厚みを変えた異なる平面において軸方向凸部
領域に円弧状磁極歯を形成し、凹部領域をカットアウト
の代わりに低パーミアンス部としても良い。
38S, 40S, 42S, and 44S to form a constant skew angle. Slit 6451, 64
SII, 645111 reduces magnetic resistance by suppressing eddy currents that occur when magnetic flux passes in the radial direction within the rotor magnetic pole teeth 64 and uniformly distributing the 1 strong magnetic flux density portion throughout the rotor magnetic pole teeth 64. This has the effect of increasing the effective magnetic flux. Moreover, the rotor magnetic pole teeth 64
By suppressing the eddy currents in the motor, it is possible to effectively prevent instability and resonance phenomena that occur due to a drop in torque characteristics in the medium or high speed range of the motor.
Stable torque characteristics can be obtained from low speed range to high speed range. Furthermore, in combination with the slits in the arc-shaped magnetic pole teeth of the stator, as the rotor disk 6o rotates, the strength of the magnetic field between the opposing magnetic pole surfaces of the stator and rotor and the amount of change in magnetic flux density are greatly changed, which increases the output torque of the remoter. A significant increase can be achieved. If it is desired to further reduce the size and weight of the stepping motor, the magnetic pole teeth of the rotor disk 60 may be constructed of permanent magnets (not shown in the figure). Furthermore, the magnetic pole teeth 64 of the rotor disk 6o may be formed in the same plane. However, arcuate magnetic pole teeth may be formed in the axial convex region in different planes with different axial thicknesses of the rotor disk, and the concave region may be a low permeance portion instead of a cutout.

上記構成において、第1相円筒状駆動巻線28を励磁す
ると、コイル28により発生した磁束は内部円筒ステー
タ磁極34.ステータヨーク15、外部円筒ステータ磁
極36とにより焦中され、このとき、円弧状磁極歯34
P、36Pは第1図にて矢印Fで示す如くそれぞれN極
およびS極として励磁されてロータ26の円弧状磁極歯
64を吸引する。このとき。
In the above configuration, when the first phase cylindrical drive winding 28 is excited, the magnetic flux generated by the coil 28 is transferred to the inner cylindrical stator pole 34. The stator yoke 15 and the external cylindrical stator magnetic pole 36 are focused, and at this time, the arcuate magnetic pole teeth 34
P and 36P are excited as N and S poles, respectively, as shown by arrows F in FIG. 1, and attract the arc-shaped magnetic pole teeth 64 of the rotor 26. At this time.

ロータディスク60のカットアウト66が第1相の谷部
34G、36Cに一致した安定点でロータ26は静止す
る。ロータ26のロータ磁極64がステータの第1相磁
極歯34P、36P上を移動するとき、前述した如く、
ステータとロータとの対向磁極面間の磁界の強さや磁束
密度の変化量がスリットによって大きく変わるため、ス
リットの数に応じてトルクを著しく増大できる。しかも
、ステータの各相の磁極歯の径方向空隙間にはそれぞれ
磁気遮断リング52〜56が配置されているために、ス
テータ磁極歯相互間の磁気漏れは完全に遮断され、磁束
は目的とする磁場にのみ集中させられて、ロータ26に
大きな電磁エネルギーが作用する。つぎに、第1相円筒
状駆動巻線28がターン・オフされて、第2相円筒状即
動巻830がターン・オンされると、第2相のステータ
磁極歯38P、40PがそれぞれS極、N極に励磁され
て、ロータ26のロータ磁極64を吸引する。このとき
、ロータ2Gのロータ磁極64は時計方向に移動するた
め、ロータ26は時計方向にα0/3ピッチ角で歩進す
る。さらに、第2相円筒状駆動巻1iA30がターン・
オフされて、第3相円筒状駆り」巻線32がターン・オ
ンされると、ロータ26のロータ磁wA64が時計方向
に吸引されて、ロータ26は時計方向にα@/3ピッチ
角で歩進する。このように第1相〜第3相の円筒状駆動
巻線28〜32を順次■→■→■のシーケンスで励磁す
ることにより、ロータ26は時計方向にα@/3ピッチ
角づつ歩進する。
The rotor 26 comes to rest at a stable point where the cutout 66 of the rotor disk 60 coincides with the first phase troughs 34G, 36C. As described above, when the rotor magnetic pole 64 of the rotor 26 moves over the first phase magnetic pole teeth 34P and 36P of the stator,
Since the strength of the magnetic field between the opposing magnetic pole surfaces of the stator and rotor and the amount of change in magnetic flux density vary greatly depending on the slits, the torque can be significantly increased depending on the number of slits. Moreover, since magnetic isolation rings 52 to 56 are arranged in the radial gaps between the magnetic pole teeth of each phase of the stator, magnetic leakage between the stator magnetic pole teeth is completely blocked, and the magnetic flux is directed to the target. Large electromagnetic energy acts on the rotor 26, concentrated only in the magnetic field. Next, when the first phase cylindrical drive winding 28 is turned off and the second phase cylindrical quick acting winding 830 is turned on, the second phase stator magnetic pole teeth 38P and 40P each turn to the S pole. , is excited to the north pole and attracts the rotor magnetic pole 64 of the rotor 26. At this time, the rotor magnetic pole 64 of the rotor 2G moves clockwise, so the rotor 26 steps clockwise at a pitch angle of α0/3. Furthermore, the second phase cylindrical drive winding 1iA30 turns
When the third phase cylindrical drive winding 32 is turned on, the rotor magnet wA64 of the rotor 26 is attracted clockwise, and the rotor 26 walks clockwise at a pitch angle of α@/3. proceed. In this way, by sequentially exciting the cylindrical drive windings 28 to 32 of the first to third phases in the sequence of ■→■→■, the rotor 26 advances clockwise by α@/3 pitch angles. .

ロータ26の反時計方向回転は第1相〜第3相の駆動巻
線を!→■→■→■→■→■のシーケンスで励磁するこ
とにより得られる。
The counterclockwise rotation of the rotor 26 is caused by the first to third phase drive windings! It is obtained by excitation in the sequence →■→■→■→■→■.

上記実施例のステッピングモータは1相励磁または2相
励磁により駆動しても良い。本発明のステッピングモー
タに適当なエンコーダまたはレゾルバを接続して、低速
の制御モータとしても利用できる。なお、第1相〜第3
相円筒状駆動コイルを交流電源に接続して、汎用の低速
交流モータとして利用することもできる。
The stepping motor of the above embodiment may be driven by one-phase excitation or two-phase excitation. By connecting a suitable encoder or resolver to the stepping motor of the present invention, it can also be used as a low-speed control motor. In addition, Phase 1 to Phase 3
It is also possible to connect the phase cylindrical drive coil to an AC power source and use it as a general-purpose low-speed AC motor.

上記実施例において、ロータは高透磁率のディスクから
なるものとして説明したが、ロータは非磁性材料のディ
スクに高透磁率材料または永久磁石からなる円弧状磁極
を埋め込んだ構造としても良い、また、ロータディスク
の軸方向の厚みを変えて、ステータに対面した凸部によ
り円弧状磁極を構成し、凹部をカットアウトの代わりに
低パーミアンス部としても良い。
In the above embodiments, the rotor has been described as consisting of a disk with high magnetic permeability, but the rotor may also have a structure in which arc-shaped magnetic poles made of high magnetic permeability material or permanent magnets are embedded in a disk of non-magnetic material. The thickness of the rotor disk in the axial direction may be changed so that the convex portion facing the stator constitutes an arcuate magnetic pole, and the concave portion may be used as a low permeance portion instead of a cutout.

発明のステッピングモータは1例としてフラン1−形モ
ータに適用したものとして示したが1円筒形モータにも
適用できることは云うまでもない。
Although the stepping motor of the present invention has been shown as being applied to a flange type motor as an example, it goes without saying that it can also be applied to a single cylindrical type motor.

〔効果〕〔effect〕

以−ヒより明らかなように1本発明の多相ステッピング
モータでは、各相において円筒状駆動巻線により発生し
た磁束を内部円筒ステータ磁極および外部円筒ステータ
磁極に集中させ、ステータにおいて各相を径方向の複数
の曲率半径領域に配置したために、モータの単位体積当
りの巻線の体積比率を著しく高めることができ、したが
って、モータの出力トルクを巻線の巻数nと駆動電流I
の2乗(nI)”に比例して極めて増大させることによ
り、従来達成し得なかった高効率化を図ることができる
。その結果、ステッピングモータの超小形軽量化、高速
応答および高性能化が図れる6とくに、ステッピングモ
ータを細小形軽量化する場合に各相の円弧状磁極歯相互
間の距離が小さくなっても、各相の磁極歯間に磁気遮断
リングを配置したため駆動巻線の発生磁束が円弧状磁極
歯相互間の空隙中に漏洩せず。
As is clear from the following, in the multiphase stepping motor of the present invention, the magnetic flux generated by the cylindrical drive winding in each phase is concentrated on the internal cylindrical stator magnetic pole and the external cylindrical stator magnetic pole, and each phase is Due to the arrangement in multiple radii of curvature regions in the direction, the volume ratio of the windings per unit volume of the motor can be significantly increased, and therefore the output torque of the motor can be reduced by the number of turns n of the windings and the driving current I
By significantly increasing the stepper motor in proportion to the square of (nI), it is possible to achieve higher efficiency that could not be achieved in the past.As a result, the stepping motor can be made ultra-small and lightweight, with high-speed response and high performance. 6. In particular, when making a stepping motor smaller and lighter, even if the distance between the arc-shaped magnetic pole teeth of each phase becomes smaller, the magnetic flux generated in the drive winding can be improved by placing a magnetic isolation ring between the magnetic pole teeth of each phase. No leakage into the gap between the arc-shaped magnetic pole teeth.

磁束はすべてステータとロータの対向磁極面間により多
く集中するため。
Because all the magnetic flux is more concentrated between the opposing magnetic pole faces of the stator and rotor.

最大の電磁エネルギーが得られる。したがって、電磁エ
ネルギー変換効率が極めて高く、大きな省エネルギー効
果が得られる。さらに、各相の円筒状駆動巻線の断面中
4辺が良熱伝導体に囲まれ、これら良熱伝導体は同じく
良熱伝導体のケーシングとエンドハウジングとに熱的に
伝導しているため1巻線の熱伝導面積が著しく増大して
巻線の熱放散が極めて効率的であり、モータの過負荷耐
量が著しく増加する。しかも、各相の円筒状駆動巻線は
内部円筒ステータ磁極、外部円筒ステータ磁極、ステー
タヨークならびに磁気遮断リングにより囲まれているた
め、モータから外部への電磁波ノイズの放射を著しく減
らすことができる。さらに、ロータディスクとステータ
の磁極歯とに磁気通路と平行に多数のスリットを形成し
たために。
Maximum electromagnetic energy is obtained. Therefore, the electromagnetic energy conversion efficiency is extremely high, and a large energy saving effect can be obtained. Furthermore, the four sides of the cross section of the cylindrical drive winding of each phase are surrounded by good thermal conductors, and these good thermal conductors are thermally conducted to the casing and end housing, which are also good thermal conductors. The heat conduction area of one winding is significantly increased, the heat dissipation of the winding is extremely efficient, and the overload capacity of the motor is significantly increased. Furthermore, since the cylindrical drive winding of each phase is surrounded by the inner cylindrical stator pole, the outer cylindrical stator pole, the stator yoke, and the magnetic isolation ring, the radiation of electromagnetic noise from the motor to the outside can be significantly reduced. Furthermore, a large number of slits are formed in the rotor disk and the magnetic pole teeth of the stator in parallel with the magnetic path.

変動磁束による磁気反作用を効果的に防止して磁気回路
における有効断面積を増大させ、磁気抵抗を減少させる
ことによって総磁束を著しく増大させることができる。
The total magnetic flux can be significantly increased by effectively preventing the magnetic reaction caused by the fluctuating magnetic flux, increasing the effective cross-sectional area in the magnetic circuit, and reducing the magnetic resistance.

各相の円筒状駆動巻線の円弧状磁極とロータの円弧状磁
極とにスリットを形成しであるため、ロータの回転につ
れて、ステータとロータとの対向S極面間の磁界の強さ
や磁束密度の変化量が平坦な磁極面の場合に比べて著し
く増大し、モータの出力トルクが極めて大きくなる。
Since slits are formed in the arc-shaped magnetic poles of the cylindrical drive winding of each phase and the arc-shaped magnetic poles of the rotor, as the rotor rotates, the strength of the magnetic field between the opposing south pole faces of the stator and rotor increases and the magnetic flux density increases. The amount of change in the magnetic pole surface increases significantly compared to the case of a flat magnetic pole surface, and the output torque of the motor becomes extremely large.

したがって、高速応答が可能で、従来にない小形軽量で
高性能なステッピングモータが実現される。さらに、ロ
ータディスクは大面積のカットアウト部を備えているた
め、ロータディスクの全体重量が著しく軽減され、ロー
タイナーシャが極めて少なく、しかも、回転トルクが大
きいために、高速応答、精密位置決めが可能であり、ま
た、スルーイング特性が優れる。
Therefore, a stepping motor that is capable of high-speed response, is smaller, lighter, and has higher performance than ever before is realized. In addition, the rotor disc has a large-area cutout, which significantly reduces the overall weight of the rotor disc, which has extremely low rotor inertia and high rotational torque, allowing for fast response and precise positioning. It also has excellent slewing characteristics.

なお、ロータディスクがソリッドであり、ブラシ、コミ
ュテータがないので、高速回転で使用できる。しかも、
ステータおよびロータディスクは安い原材料を使用可能
とし、さらにステータ、ロータディスク、駆動巻線の構
造を極めて簡略化したため、加工および組立が簡単で安
価に製造可能とし、著しくコストを低減することができ
る。なお、本発明のモータは構造簡単で頑丈なため、高
速大出力用にも適し、高頻度の加減速運転に耐え高温、
低温の耐環境性に優れ、しかも連続使用による運転性能
の劣化がなく。
The rotor disk is solid and has no brushes or commutators, so it can be used at high speeds. Moreover,
Since the stator and rotor disk can use cheap raw materials, and the structures of the stator, rotor disk, and drive winding are extremely simplified, processing and assembly are simple and can be manufactured at low cost, resulting in a significant cost reduction. The motor of the present invention has a simple structure and is strong, so it is suitable for high-speed, large-output applications, and can withstand high-temperature and high-temperature operation.
It has excellent resistance to low-temperature environments, and there is no deterioration in operating performance due to continuous use.

長寿命である0本発明は一例として3相ステツピングモ
ータに適用した例を示したが1本発明の基本概念は3相
モータに限定されない。
Although the present invention is applied to a three-phase stepping motor as an example, the basic concept of the present invention is not limited to three-phase motors.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例による3相ステツピングモー
タの断面図、第2図は第1図の■−■線からみた断面図
、第3図は第1図のロータの平面図をそれぞれ示す。 12 ・・・・・・フレーム     14・・・・・
・・・ステータ26・・・・・・・・・ロータ
FIG. 1 is a cross-sectional view of a three-phase stepping motor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken from the line ■-■ in FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view of the rotor in FIG. Each is shown below. 12...Frame 14...
...Stator 26 ...Rotor

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)同心的に配置された曲率半径の異なる複数相の円
筒状駆動巻線と、前記円筒状駆動巻線の各々の内部と外
部において同心的に配置された内部円筒ステータ磁極お
よび外部円筒ステータ磁極と、前記複数相の前記内部円
筒ステータ磁極と前記外部円筒ステータ磁極の少くとも
1つの前部に互いに予じめ定められた歯ピッチ関係で周
方向に分割された複数の磁極歯とを備えたステータと、
周方向に分割された位置において径方向に延びる複数の
磁極歯を備えたロータディスクからなり、各相において
前記ステータの磁極歯に対して前記ロータディスクの磁
極歯をエアギャップを介して対向させたことを特徴とす
るステッピングモータ。
(1) Multi-phase cylindrical drive windings with different radii of curvature arranged concentrically, and inner cylindrical stator magnetic poles and outer cylindrical stator arranged concentrically inside and outside each of the cylindrical drive windings. a plurality of magnetic pole teeth divided in the circumferential direction at a front portion of at least one of the internal cylindrical stator magnetic pole and the external cylindrical stator magnetic pole of the plurality of phases with a predetermined tooth pitch relationship with each other; a stator,
It consists of a rotor disk having a plurality of magnetic pole teeth extending in the radial direction at circumferentially divided positions, and in each phase, the magnetic pole teeth of the rotor disk are opposed to the magnetic pole teeth of the stator via an air gap. A stepping motor characterized by:
(2)前記ステータが前記複数相の各々の円筒状駆動巻
線の前面において前記内部円筒ステータ磁極と前記外部
円筒ステータ磁極間の環状空隙に配置された磁気遮断リ
ングをさらに備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載のステッピングモータ。
(2) The stator further includes a magnetic isolation ring disposed in the annular gap between the inner cylindrical stator pole and the outer cylindrical stator pole in front of the cylindrical drive winding of each of the plurality of phases. A stepping motor according to claim 1.
(3)前記内部円筒ステータ磁極と前記外部円筒ステー
タ磁極の磁極歯が円弧状磁極歯からなることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項または第2項記載のステッピン
グモータ。
(3) The stepping motor according to claim 1 or 2, wherein the magnetic pole teeth of the inner cylindrical stator magnetic pole and the outer cylindrical stator magnetic pole are arcuate magnetic pole teeth.
(4)前記ステータがさらに前記内部円筒ステータ磁極
と前記外部円筒ステータ磁極の後部に接続されたステー
タヨークを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1
項または第2項記載のステッピングモータ。
(4) The stator further includes a stator yoke connected to rear portions of the inner cylindrical stator pole and the outer cylindrical stator pole.
Stepping motor according to item 1 or item 2.
(5)前記ステータ磁極の円弧状磁極歯が半径方向に延
びる複数の渦電流防止用スリットを備え、前記ロータデ
ィスクの磁極歯が半径方向に延びる複数の渦電流防止用
スリットを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第3
項記載のステッピングモータ。
(5) The arc-shaped magnetic pole teeth of the stator magnetic poles are provided with a plurality of radially extending eddy current prevention slits, and the rotor disk magnetic pole teeth are provided with a plurality of radially extending eddy current prevention slits. Claim No. 3:
Stepping motor described in section.
(6)前記ロータディスクのスリットが前記ステータ磁
極のスリットに対して一定のスキュー角をなすことを特
徴とする特許請求の範囲第5項記載のステッピングモー
タ。
(6) The stepping motor according to claim 5, wherein the slits of the rotor disk form a constant skew angle with respect to the slits of the stator magnetic poles.
(7)前記ステータが前記複数相において隣接する相の
前記内部円筒ステータ磁極と前記外部円筒ステータ磁極
間に円筒状磁気遮断部材をさらに備えたことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項または第2項記載のステッピン
グモータ。
(7) The stator further comprises a cylindrical magnetic shielding member between the internal cylindrical stator magnetic poles and the external cylindrical stator magnetic poles of adjacent phases in the plurality of phases. The stepping motor described in item 2.
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