TW483219B - Stepping motor - Google Patents

Description

483219 五、發明說明（1) 本發明係關於一種步進馬達，尤指一種步進馬達，包含一 設有各有磁極齒之定子軛之定子。 相關枯藝 迄至目前，步進馬達係例如以如圖8及9中所示之方式予 以構形。

亦即，如圖8中所示，一步進馬達1包括一有一開口端之中 空圓柱形外殼2, 一托座3供封閉外殼2之開口端，一沿此外 殼2之内周圍表面提供之定子4，及一藉分別設在外殼2及托 座3之軸承部份2 a及3 a可旋轉式支承之轉子。 上述外殼2係以金屬材料作成，並在一靠近外殼2之封閉 端面中心之位置設有軸承部份2a。 上述托座3係以金屬材料作成，並在一靠近托座3中心之 位置，以如在外殼2之相同方式設有軸承部份2a。

、如圖9中所示，上述定子4係由一實際圓柱形軛單元6所構 成，其中各设有一似環狀凸緣部份，有一外徑實際等於外殼 2之内徑，俾儲存在外殼2之四定子輛6a至6d，與一樹脂之線 轴7，以及捲繞在分別由定子軛6a及⑼及由6c及“所界定之 線圈繞組部份之線圈8a及81)整體模製而成。在已捲繞線圈 8a及8b後，定子4予以儲存及固定固持在外殼2。 上述轉子5係由一由上述軸承部份2&及3&可旋轉式支承 之旋轉軸5a，及一固定固持在旋轉軸5a之中空圓柱形轉 磁鐵=所構成。此轉子磁鐵5b予以形成為有一外徑略微 於軛單元6之中央孔之内徑。轉子磁鐵5b予以在周圍磁“化、

483219 五、發明說明（2) 在此，上述定子輛6 a至6 d例如予以構形如圖1 0中所示。 由於所有定子車厄6 a至6 d均具有相同形狀，故圖1 〇中僅示 疋子扼6a。在圖10中，定子輛6a係以導電金屬材料作成，並 係由一似環狀凸緣部份以及提供為自此似環狀凸緣部份。 之内周圍部份垂直豎立之大量磁極齒6 f所構成。 =定子輛6a至6d予以合併致使定子軛6b及6c置為彼此背 對月’並且一對定子辆6a及6b之磁極齒6f予以自另一對定 子軛6 c及6 d者在相位偏移一預定值。在此狀態，將定子輛 6^至6d儲存在一供模製線軸7之模具，致使樹脂之線軸7在 疋子輛6a至6d周圍整體模製而成。因此完成輛單元6。 έ在例示之情形，步進馬達1在外殼2之封閉端側面有一凸 緣9，俾藉螺釘或類似者予以附著至一利用步進達 子設備。 1i心电 2 f如此構形之步進馬達丨，使驅動電流流入定子4之 麦ί 至6d，與轉子磁鐵5b之磁場互相作用。然 使其旋轉軛“至6'之磁極齒6f之效應斷續驅動轉子5及 座3然之而表：ϊ Ϊ反兩端之定子軛6a及6(1與外殼2之端面或托 對背接觸。因此，磁通量自該及6C彼此背 紙編，連同線圈8a _ = b及該對定子 磁路之間產生磁干擾。 冓成之邊路泄漏，致使在 在此，在步進馬達1由所謂之單相激勵予以驅動之情形， 88119323.ptd 第7頁

ft例如轉子5相對於如圖u中戶斤示定子施塵之磁 二=6f順序停止在符號31，S2, S3, Μ...所示之轉子停止位 日守，理論上，使磁中心切換如符號A，c，B及d所示。 ▲然而，在例如在停止位置S2產生磁通量之上述泄漏時，定 =軛6c之磁通量也略微泄漏至定子軛⑼，致使磁中心自位 C向位置B略微偏移。因之，轉子5實際停止之位置也偏移 至位置B側面。 同樣，在停止位置S3,定子軛6b之磁通量也略微泄漏至定 子軛6c，致使軛6b及6c之激勵效應彼此抵消。因之，磁中心 自位置B向位置C略微偏移。因之，轉子5實際停止之位置也 偏移至位置C側面。 為了減低由於磁通量之泄漏所致轉子5之停止置 種偏移，迄至目前，有一種方法其中在每一相位之似梳形磁 極齒6f之尺寸予以改變，以使各別極齒部份6f間之磁力平 衡；一種方法其中定子軛61)及6(：予以合併之角度，予以自一 理論角度略微偏移，俾校正停止位置；以及等等。然而，由 於各別磁極齒6 f之磁力間之散布根據線圈之繞組，轉子之 磁力強度等狀況之組合而變化，故難以完美校正停止位置 之移位。 在另一方面，在步進馬達1藉所謂二相激勵予以驅動之情 形，並且在例如轉子5相對於如圖12中所示定子軛6a至6(1之 磁極齒6f，順序停止在符號S1，S2, s3，S4· · ·所示之轉子停 止位置時，理論上，位置D及A在停止位置S1被激勵，因而磁 中心與位置D及A間之中間位置，亦即停止位置31重合。同 五、發明說明（4) ----η 樣二位置Α及c在轉子5停止在停止位置S2時被激勵，位置c及 在停止位置S3被激勵，以及位置β及D在停止位置S4被激勵 ，因而各別情形之磁中心，理論上與諸激勵位置間之中間位 置，亦即分別為停止位置S2, S3及S4重合。 f而，在產生上述磁通量之泄漏時，例如在停止位置S2， · 外设2之磁力產生至定子軛6a，致使在位置A之磁力變成密· 集多於，位置C者。因此，磁中心向位置一略微偏移。因之 ，轉#子5實際停止之位置也在位置a侧面偏移。 同樣’在彳τ止位置S4，托座3之磁力產生定子軛6d，致使在 位置D之磁力變成密集多於在位置β者。因此，磁中心向位4 置D偏移。因之，轉子5實際停止之位置也偏移至位置〇側面 而且’在如此構形之步進馬達1，定子軛6a至6d通常如圖 13(A)中所示，以厚度1〇或〇 8毫米之材料作成。

/在步進~角，亦即上述停止位置間之間隔予以作成小之情 =，如果疋子軛6&至6(1之每一磁極齒6f之齒寬度w予以作成 亦即不大於厚度t，則不僅定子軛6a至“難以完成，而且 完工之準確度也變低。其因此難以實際製造一種在大小及 在y進角均小之步進馬達，例如，一種步進馬達，其中直徑 不大於50,米及步進角不大於18度。 另外在每一定子輛6a至6d之厚度t，予以作成薄於每一磁 極齒之度w,俾改進完工之準確度時，定子軛63至6(1之 飽牙兹谷量降低，因而使定子4之磁力整體降低。因此，有 使步進馬達1之轉矩降低之問題。

483219 五、發明說明（5) 而為了防止步進馬達i之轉矩降低，㉟常每―磁極齒 之長度L予以作成例如為如通常長度之丨. . , r χ 變，以便增加每一定子軛6a至6d相反於轉子°5處^面^積^。 然而，在增加每一磁極齒之長度L時，自各別定妒fi泛 ，出至轉子5之磁性之磁惰性變高= _ 化奸，磁響應度變低。因此，有惡化步進馬達i之古 特徵之問題。此係因為步進角小，因而在步 1 、 予以驅動時，馬達旋轉速度變成太低。 〜 - ’ 明之概述 計及上述種種問題，本發明之目的為提供一 構形之步進馬達，其在大小及在步 ，、種具有間皁 能高速旋轉。 /進角均小，在轉矩大，並 為達成以上目的，根據本發明，如在申往奎 所述，提供一種步進馬達包含.一轉子 明專利範圍第1項 轉子磁鐵及一旋轉軸附著至轉子磁鐵之磁化之 子，由許多相位之定子軛在步進 冓成卜定 圍轉子，及線圈捲繞在由定子軛之^轴向並排配置，俾包 構成，·-鎧裝構件，供使定子軛相對於繞組部份所 ，·以及定子軛之每一相位係由—對、乂進馬達之軸向固待 之複相位之磁極齒在其上予以交錯人子軛所構成，環狀配置 配置為致使定子軛之每二相位成u中定子軛予以 軛；其中在每一組定子輛’ 乂形成偶數組之定 彼此逆反之磁場。 -相位予以連接為產生串聯j 根據在本發明所述之上述 ，捲繞在構成每一組定子 88119323.ptd

第10頁 483219

軛之二相位之線圈，予以作成為逆反，致使電流在線圈彼此 逆反流動。因此，可減低相互磁干擾至低位準。 因此，在一組之任何相位之任何定子軛，受到來自靠近所 討論定子軛之相位之磁干擾，但磁干擾僅自靠近所討論之 一組之另一組產生所討論之定子軛。因之，可減低來Z相 鄰相位之磁干擾。 由於靠近所討論之定子軛之定子軛產生在任何相位之任 何定子軛之磁干擾，以此種方式減低，故改進步進角之位置 準確度。

另外，即使形成定子軛之材料薄，定子軛材料也為在電阻 南及在磁心損耗低，因而改進定子軛材料之高頻磁響應度 。因之，也改進馬達之高頻響應度。另外，因為使用定子軛 之二相位作為一組，故可保證飽和磁容量。因此可防止驅 因此，如果定子軛材料予以作成薄，即使每一磁極齒之齒 寬度予以作成小於在背景技藝者，也不損害可工作性。因 此可形成一種具有小步進角之步進馬達。

、而且，由於定子係由許多組四相定子軛所構成，轉子之總 ，力也分為四相位，因而減低棘爪轉矩。因此可減低在連 續驅動時之驅動噪音。然而，在此情形，需要定子軛之數為 二倍於在背景技藝者。然而，由於定子軛可予以作成薄，例 如為在背景技藝者之一半厚，故可抑制材料成本為實際等 於在背景技藝者。 另外，由於步進馬達整體之結構實際相似於在背景技藝

88l19323.ptd

第11頁 483219 五、發明說明（7) __ 者，組裝步進馬達之步驟相似於在 明之步進馬達可使用在背旦# ^ ^ ^技真者。因此，本發 在本發明所述之步=於額外的設備。 相鄰二組定子軛，相鄰二έ之疋厄^以配置為致使在每 偏移90度。 一-組之-自相鄰二組之另一在相位 在以上所說明之構飛 ^ if ^ Λ 击MRH月1R ★叫女 僅在彼此在相位偏移90度之定子 軛16d及16e之間，產生白一宁工击广衣口 义丁 祕、、昆 甘a — 7 , 自 疋子輛至另一定子軛之磁通量 泄漏。其他疋子車厄均？ξρ菩么y* 軛之間盈“成、s θ 為在 此逆反，因而在定子 軛之間無產生磁通垔泄漏，亦即磁干擾之虞。 圖式之簡單說明 、 固為示w 面圖，示一種根據本發明之步進馬達之一 種實施例之構形； 02為。卩伤放大正視圖，示磁極齒在圖1中之步進馬達配 置在定子軛之狀態； 圖3為邛伤剖面圖，示在圖1中之步進馬達，電流與相對於 一組定子軛之磁場間之關係； 、 圖4(a)與（b)為示意透視圖及配線圖，示在圖1中之步進 馬達’一定子之各別線圈彼此連接之狀態·， 、圖5為曲線圖，示根據圖1中所示本發明之步進馬達之步 進角之準確度，及圖8中之背景技藝步進馬達在二相激勵之 情形； 圖6為曲線圖，示根據圖1中所示本發明之步進馬達，其步 進角之準確度，及圖8中之背景技藝步進馬達在單相激勵之 483219

五、發明說明（8) 情形； 圖7為曲線圖，示根據圖1中所示本發明之步進馬達之轉 矩特徵，及圖8中之背景技藝步進馬達；

圖8為分解透視圖，系在背景技藝之步進馬達之一種實例 之構形； 圖9為圖8中之步進馬達之示意剖面圖； 圖10為在圖8中之步進馬達之定子軛之放大透視圖； 圖11為視圖，示在圖8中以單相激勵所驅動之步進馬達 例中之磁通量泄漏之情形；

圖1 2為視圖，示在圖8中以二相激勵所驅動之步進馬達 例中之磁通量泄漏之情形； 圖13為視圖，示圖8中之步進馬達之疋子輛：（A)為部份放 大剖面圖；（B)為磁極齒自内側所見之放大圖；以及（C)為磁 極齒之放大圖，其每一之整個長度予以作成大。 車父佳實施例之詳細說明 以下將依據圖式中所示之實施例，詳細說明本發明。 圖1示一根據本發明之步進馬達之一種實施例之構形。

，圖1中，一步進馬達10係由一有 ·,Ν……〜，工圓位 f殼11，一托座1 2供封閉外殼11之開口端，一定子1 3沿此 殼11之内周圍表面所提供，一轉子14由分別設在外殼11 之輛承部份1 la及12a可旋轉式支承，及一凸緣15 者外殼11之封閉端所構成。 閉iii殼11係以金屬材料作成，1在-靠近外殼11之 而面中心之位置設有軸承部份lla。

483219 五、發明說明（9) 上述托座1 2係以金屬材料作成，並在一靠近托座1 2中心 之位置，以與在外殼11之相同方式設有軸承部份12a。 上述定子13係由一實際圓柱形軛單元16及線圈17a至17d =構成。在輛單元1 6，各設有一似環狀凸緣部份，有一外徑 貫際等於外殼11之内徑之八定子軛16a至16][1，以如在背景 技藝之相同方式，以樹脂（未示）整體模製而成，因而軛單元 16可儲存在外殼11中。線圈17a至17(1予以捲繞在分別由定 子軛16a及16b，1 6c及1 6d，16e及1 6f及16g及I6h所界定之 線圈繞組部份。在捲繞線圈17a至17d後，定子13予以容納 並固定固持在外殼11。 、 上述轉子14係由一由上述軸承部份丨及丨2a可旋轉式支 承之旋轉軸14a，及一固定固持在旋轉軸Ua之中空圓柱形 轉子磁鐵14b所構成。此轉子磁鐵14b形成為有一外徑略微 小於軛單元16之中央孔之内徑。轉子磁鐵141)予以在周圍 磁化。 在此，上述定子軛16a至16h係各以導電金屬材料，例如以 中所示^子杨之相同方式作成，但形成為薄於 月厅、技藝定子輛6a。定子軛16a至16h係各藉一似環狀凸緣 部份及很多磁極齒提供為自此似環狀凸緣部份之内 份垂直豎立所構成。 " 上述定子軛16a至16h各可以厚如在背景技藝之步進 者之材料作成。 定子軛予以合併，因而定子軛及l6e及i6f 及16g被置為彼此背對背。諸對定子軛Ua及i6b，i6^及“a 88119323.ptd 第14頁 483219 五、發明說明（ίο) ，1 6e及1 6f，以及1 6g及1 6h分別構成相位a，b，c及d，如圖1及 2中所示。 而且，定子軛予以配置為致使相鄰二相位a及b之定子車厄 16a至16d構成第一組，以及相鄰二相位c及d之定子軛16e至 1 6 h構成第二組，並且致使第一組之定子輛1 6 a至1 6 d之磁極 齒自第二組之定子輛之磁極齒1 6 e至1 6 h分別在相位偏移9 〇 ， 度。 由於各別磁極齒予以如此配置，僅在相位偏移9 0度之定 子軛16d與16e之間，產生磁通量自一定子軛至另一定子幸厄 之泄漏。其他定子軛均配置為在相位彼此逆反，因而在定| 子軛之間無產生磁通量泄漏，亦即磁干擾之虞。 八定子輥16a至16h係以樹脂，在一種使其如以上所述合 併之狀況整體模製而成。因此完成軛單元丨6。 至於分別捲繞在相位a至d之定子軛之線圈繞組部份之線 圈1 7a至1 7d，線圈1 7a及1 7b予以串聯並成彼此逆反連接，並 ' 且同樣線圈17c及17d予以串聯及成彼此逆反連接，如圖2中 所示。

因此，在每一組定子軛及線圈，例如，如圖3中所示在第一 組定子軛16a至16d以及線圈17a及1 7b，電流I流過線圈17a 及1 7 b，在相位a及b彼此逆反，因而分別在相位a及b所產生 磁場之方向為彼此逆反，如圖3中箭頭B所示。因此，由於在 定子1 6b及1 6c之間通過之磁通量，係在相同方向產生，磁場 彼此不抵消，因而不產生磁干擾。 在此，各別線圈1 7 a及1 7 d之繞組端子予以導至一設在馬

88119323.ptd 第15頁 483219 五、發明說明（11) 〇 達外側之板1 8 (請見圖4 (a)及（b))，因而可如圖4 (a)及（b) 中所示，在此板18作成各別線圈17a至17d之電線連接。線 圈17a及17b以及線圈17c及17d，分別被一相似於在背景技 藝，具有一相結構之步進馬達者之驅動電路驅動。

^在根據本發明之實施例，如此構形之步進馬達丨〇，將驅動 電流自圖中未不之驅動電路加至分別捲繞在定子丨3之軛單 tlI 6之線圈繞組部份之線圈丨7a至丨7d，致使分別在線圈17& 至17d所產生之磁場，通過輛單元丨6之各別定子輛Wa至i6h ，與轉子磁鐵1 4b之磁場互相作用。然後，各別定子軛丨6a至 1 6h之磁極齒之效應驅動轉子丨4斷續旋轉。 雖然在旁景技藝步進馬達每一定子輛構成一相位，但在 根據本發明實施例之步進馬達丨〇，定子軛之二相位構成一 組。因此可減低在相鄰相位定子軛間之磁干擾。因之，改 進步進角之位置準確度（靜態角準確度）。 ’

例如，在靜態角準確度，在步進馬達1 〇以二相激勵予以驅 動之f形，呈現圖5中符號P所示之特徵曲線。在另_方面， 在靜悲角準確度，在以二相激勵驅動之背景技藝步進馬達 f現圖5中符號Q所示之特徵曲線。因此瞭解，根據本發明 貫施例之步進馬達1 0在靜態角準確度較高。 " 另外，在靜態角準確度，在步進馬達丨〇有單相結構之产形 ’呈現圖6中符號P所示之特徵曲線。在另一方面，在靜離角 '-確度’在背景技藝二相驅動步進馬達，呈現圖6中符费 =之特徵曲線。因此瞭解，根據本發明實施例之步進U io,在單相驅動步進馬達之情形，在靜態角準確度 f

483219 五、發明說明（12) 另外，即使形成定子輛之材料薄，也使用定子輛之二相位 作為一組，因而可保證飽和磁容量。因之，無降低驅動轉矩 之虞。 而且，在供定子軛之材料予以作成薄時，電阻變成高，並 且磁心損耗變低，因而改進供定子軛之材料之高頻磁響應 度。因之，也改進步進馬達10之高頻響應度。 - 例如，在步進馬達1 0轉矩對頻率取一足夠高值，直到如圖 7中符號P所示之比較咼頻率。然而，在背景技藝步進馬達 轉矩對頻率在比較低頻降低如圖7中符號Q所示。因此瞭解 ，根據本發明實施例之步進馬達1 〇,在高頻之驅動轉矩較大4 因此，即使定子軛1 6a至1 6d之每一磁極齒之寬度予以作 成小於在背景技藝者，將供定子輛1 6 &至1 β d之材料作成薄， 也不損害可工作性。因此可形成一有小步進角之步進馬達 而且，在例示之情形，輛單元1 6係由四相位之定子輕1 6 a 至16h予以組成二組所構成，因而轉子14之總磁力也分為四

相位。因之，減低棘爪轉矩，因而可減低連續驅驅動 噪音。 此，軛單元16需要如在背景技藝軛單元二倍多之定子 声Λ而成ΐ 一定子輛之厚度可予以作成較薄，^列如，如果 咸低至一半，引吏材料成本保持實際等於在背景 卜’於^進馬達整體之結構實際相似於在背景技藝

483219 五、發明說明（13) ί’Λ可枯使:牛與在背景技藝之相同組裝過程。因此，可使用 達10 :因：’進馬達按現狀之零件及製造線製造步進馬 達1 〇因此，不必要在另外設備之投資。 i二在Λ述實施例，1^單元16有四相位之定子輛…至 -種有偶且數厂/组，夕但顯然本發明不限於此，而是可應用於 種有偶數相位，多於三組定子軛之步進馬達。 士:以^ t已說明，根據本發明，I繞在二相位定 圈予以作成逆U而在線圈之電流流動彼 圯反口此，可減低相互磁干擾至低位準。 因此’在—組之任何相位之任何定子軛受到來自靠 討f;:輛f相位之磁干擾，但磁干擾僅自靠近所討論之 相位之磁干擾所4…輛。因之’可減低來自相鄰 由於在任何相位由靠近所討論定子輛之 定子軛之磁干擾以此種方★沐你从并 > 千軛產生任何 確度。了復’以此種方式減低，故改進步進角之位置準 一另外，：P使形成定子軛之材/料薄，冑子軛材料在電 南，並且在磁心損耗低闺而并、仓—工4 也為 # ®之+故輛材料之高頻磁響應 度口之，也改進馬達之高頻響應度。另外因為栋 w 位之定子軛作為一組，故可保證飽和磁量。因相 驅動轉矩降低。 口此可防止 因此如果定子軛材料予以作成薄，即使每一磁極去 寬度作成小於在背景技藝者，也不損害可工作性。 w 形成一種具有一小步進角之步進馬達。 可

I1H 483219 五、發明說明（14) 不目位，因而減低棘爪轉矩。闵+ π;把备 續驅動時之驅動哮音。然而，在此情形，需連 二倍在背景技藝者。然而，由於定子二二, ;:ί;之-半厚，&可抑制材料成本為實際等於在背 者另故外组妒由牛於隹步進馬達整體之結構實際相似於在背景技藝 ΐ’明之牛λ馬達之步㈣㈣在背景技藝者。因此，本 赉月之V進馬達可使用在背景技藝所使用於 件及製造線予以製造。因此不需要投資於額外設二運之零 因此’根據本發明，獲得一種具有簡單構形之獲極優越步 進馬達’其為在大小及在步進角小，在轉矩大，並能高速旋 轉0 ·'〜 而且’僅在彼此在相位偏移9 0度之定子|厄1 β d及1 β e之間 產生磁通量自一定子軛至另一定子軛之泄漏。其他定子輕 均配置為在相位彼此逆反，因而在定子軛之間無產生磁通 量之泄漏，亦即磁干擾之虞。

88119323.ptd 第19頁

Claims (1)

1. 483219

   六、申請專利範圍 1 ·種步進馬達，包含； 轉子，包括一在周圍磁化之轉子磁鐵，及一附著至該 子磁鐵中心之旋轉軸； 定子’包括許多相位之定子軛，在該步進馬達之軸向並 排配置，俾包圍該轉子，以及捲繞在由該 圈繞組部份之線圈； t類丨疋之線 、- 件，供相對於该步進馬達之軸向固持該定子 …疋子軛之每—相位係由一對定子軛所構成， 複=位，磁極齒，予以交錯合併在其上； 其中該定子轭予以配置為致使該定子軛之 對’以形成偶數組之定子軛； 其中在每一組定子軛之二相位予以彼此逆反 在每一組設在該定子軛之二相位之線圈予以 聯並成彼此逆反之磁場。 環狀配置< 二相位成 ;以及其中 接為產生串

   2 ·如申請專利範圍第1項之步進馬達，其中該定 配置為致使在每相鄰二組定子軛，相鄰二組之一 組之另一在相位偏移約9 〇度。 子輛予以 自相鄰二