TWI682610B

TWI682610B - 步進馬達

Info

Publication number: TWI682610B
Application number: TW104128139A
Authority: TW
Inventors: 依田泰志; 中武耕二; 大橋正明
Original assignee: 日商山洋電氣股份有限公司
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2020-01-11
Also published as: CN105429421B; US10170970B2; EP2996230A3; EP2996230A2; US20160079838A1; JP2016059220A; TW201611473A; HK1216945A1; JP6316714B2; CN105429421A; EP2996230B1

Abstract

步進馬達，是具備：旋轉件，具有：設有複數小齒的旋轉件芯、及永久磁鐵；及定子，隔有空隙地被配置在該旋轉件的周圍，具有：設有複數小齒，且朝向前述旋轉件側突設的複數磁極齒；在每隔1個的前述磁極齒捲裝捲線，前述捲線未被施加的前述磁極齒的前述小齒的相位，是與其他的前述磁極齒的前述小齒的相位偏離。

Description

步進馬達

本揭示，是有關於步進馬達。

一般，步進馬達，是在OA機器及產業用機器等，作為精密定位控制用的馬達被使用。

步進馬達，是具備：定子、及旋轉件。旋轉件，是可旋轉地被支撐在定子的內側。在複合型步進馬達中，捲線被捲裝在定子的磁極齒，永久磁鐵被配置在旋轉件。

在步進馬達中，電流是流至各捲線。由此，旋轉磁場被發生，旋轉件，是由規定步進角度被旋轉驅動。在步進馬達中，藉由定子及旋轉件的極數，使旋轉的步進角被決定。

在步進馬達中，通常，捲線是被捲裝在定子的全部的磁極齒。因此，捲線工時變多。近年來，為了減少步進馬達的捲線數用，與步進馬達的定子的捲線構造相關連的各種技術，已被提案。

例如，在日本特開2009-60765號公報所揭示的同步電動機中，在定子的每隔1槽，在背面軛捲取有捲線。形成捲取捲線的槽的2個齒，是成為同相且逆極性。

且在日本特開2000-50610號公報所揭示的永久磁鐵型步進馬達中，定子的相鄰接的突極彼此是一對。這些突極彼此，是藉由包含磁性材料的連結構件，一體地連結。單一的驅動捲線，是各別被捲裝在各對的連結構件。

如上述，在一般的步進馬達中，捲線是被捲裝在定子的全部的磁極齒。因此，捲線工時多。且，因為捲線被捲裝在全部的磁極齒，所以鄰接捲線是存在。因此，將捲線的佔用空間有效利用是困難的。進一步，因為自動捲線機的噴嘴容易干涉鄰接捲線，所以具有電線被膜被弄傷的可能。電線被膜受傷，會導致捲線的絕緣不良。

且在日本特開2009-60765號公報的技術中，捲線不是被捲裝在磁極齒，而是被捲裝在背面軛。因此，由自動捲線機所產生的捲裝作業會繁雜。

進一步，在日本特開2000-50610號公報的技術中，鄰接的一對的突極彼此是由連結構件被連結，捲線是被捲裝在各對的連結構件。因此，因為零件點數增加，所以與日本特開2009-60765號公報的技術同樣地，由自動捲線機所產生的捲裝作業會繁雜。

本揭示中的1個目的，是提供一種步進馬達，減少捲線工時，將捲線的佔用空間有效利用將扭矩下降分補足、及可以防止或是抑制捲線的絕緣不良。

本揭示的一實施例的步進馬達(本步進馬達)，是具備：旋轉件，具有：設有複數小齒的旋轉件芯、及永久磁鐵；及定子，隔有空隙地被配置在該旋轉件的周圍，具有：設有複數小齒，且朝向前述旋轉件側突設的複數磁極齒；在每隔1個的前述磁極齒捲裝捲線，前述捲線未被施加的前述磁極齒的前述小齒的相位，是與其他的前述磁極齒的前述小齒的相位偏離。

依據本步進馬達的話，因為捲線被捲裝在每隔1個磁極齒，所以可以減少捲線工時。且，因為鄰接捲線不存在，所以可以將捲線的佔用空間有效利用。因此，可以補足由捲線數減少所產生的扭矩下降分。進一步，因為鄰接捲線不存在，所以可防止或是抑制由自動捲線機的噴嘴的干涉所產生的電線被膜的刮傷。其結果，可以防止或是抑制捲線的絕緣不良。

此外，捲線未被施加的磁極齒的小齒的相位，是與其他的磁極齒的小齒的相位偏離。因此，本步進馬達，即使具有捲線被捲裝在每隔1個磁極齒的捲線構造，仍可以確保磁束路徑。

1‧‧‧旋轉軸

2‧‧‧旋轉件

3‧‧‧定子

21‧‧‧上側旋轉件芯

21A，22A，33，221A，222A，233‧‧‧小齒

22‧‧‧下側旋轉件芯

23‧‧‧永久磁鐵

30‧‧‧定子芯

31，31a~31g，231，231a~231g‧‧‧磁極齒

34‧‧‧槽

40‧‧‧捲線

100‧‧‧步進馬達

200‧‧‧步進馬達

202‧‧‧旋轉件

203‧‧‧定子

221‧‧‧上側旋轉件芯

222‧‧‧下側旋轉件芯

240‧‧‧捲線

第1圖，是本實施例的步進馬達的整體構成的概略圖。

第2圖，是本實施例中的旋轉件的側面圖。

第3圖，是本實施例中的旋轉件的俯視圖及一部分放大圖。

第4圖，是本實施例中的定子的前視圖。

第5圖A，是供說明本實施例中的定子的發生磁極的圖。

第5圖B，是供說明本實施例的步進馬達的磁束路徑的圖。

第6圖，是具備一般的捲線構造的定子的前視圖。

第7圖A，是供說明一般的步進馬達中的定子的發生磁極的圖。

第7圖B，是供說明一般的步進馬達的磁束路徑的圖。

在下面的詳細描述中，為了解釋的目的，許多具體的細節被闡述以便提供徹底理解所公開的實施例。這將是顯而易見的，然而，一個或多個實施例可以在沒有這些具體細節的情況下實施。在其它實例中，公知的結構和裝置，由簡化附圖示意性地顯示。

以下，參照圖面，說明本實施例的步進馬達。

本實施例的步進馬達，是捲線被捲裝在每隔1個磁極齒。進一步，捲線未被施加的磁極齒的小齒的相位，是與其他的磁極齒的小齒的相位偏離。因此，依據本實施例可以實現一種步進馬達，可以減少捲線工時，將捲線的佔用空間有效利用將扭矩下降分補足、及防止或是抑制捲線的絕緣不良。

[步進馬達的構成]

首先，參照第1圖~第4圖，說明本實施例的步進馬達的構成。第1圖，是本實施例的步進馬達的整體構成的概略圖。第2圖，是本實施例中的旋轉件的側面圖。第3圖，是本實施例中的旋轉件的俯視圖及一部分放大圖。第4圖，是本實施例中的定子的前視圖。

第1圖所例示的步進馬達100，是2相複合型(HB型)的步進馬達。步進馬達100，是具備：旋轉軸1、及旋轉件2、及定子3。定子3，是在旋轉件2的周圍，隔有空隙地配置。

如第1圖~第3圖所示，旋轉件2，是具有永久磁鐵23、上側旋轉件芯21及下側旋轉件芯22。旋轉件芯21及22，是在旋轉軸1的周圍，被2段重疊。旋轉件芯21及22，是設在旋轉軸1的周圍之幾乎厚層圓筒體狀的金屬構件。旋轉軸1，是成為旋轉件2的旋轉中心。

在上側旋轉件芯21的外周面，形成有外齒齒輪狀的複數小齒21A。在下側旋轉件芯22的外周面中，形成有外齒齒輪狀之複數小齒22A。小齒21A及22A，是各別在旋轉件芯21及22的圓圓周方向，由均等或是幾乎均等間隔被配置。小齒21A及22A，是使下側旋轉件芯22的小齒22A面向上側旋轉件芯21的小齒21A地配置(第3圖參照)。

旋轉件芯21及22的構成材料，是例如，使用矽鋼板。但是，旋轉件芯21及22的構成材料，不限定於例示的材料。

永久磁鐵23，是被挾持於呈軸方向的上下配置之一對的旋轉件芯21及22之間。永久磁鐵23，是例如，具有圓板狀(第2圖參照)。在本實施例中，藉由永久磁鐵23，使旋轉件芯21及22，由上側旋轉件芯21成為N極，另一方面，下側旋轉件芯22成為S極的方式被磁化。永久磁鐵23的材質，是例如，可舉例釹磁鐵等的稀土類磁鐵。但是，永久磁鐵23的材質，不限定於例示的材質。

如第1圖及第4圖所示，定子3，是具有定子芯30及捲線40。

定子芯30，是厚層筒體狀的金屬構件。定子芯30的內周面，是呈內齒齒輪狀。定子芯30的外周面，是呈幾乎八角形狀。本實施例的定子芯30，是例如，包含被積層的薄板的堆疊構造。但是，定子芯30，是具有單體構造也可以，包含壓粉鐵心也無妨。

在定子芯30的內周側中，朝向旋轉件2側，突設有複數磁極齒31(第1圖及第4圖參照)。在本實施例中，捲線40被捲裝在每隔1個磁極齒31。具體而言，8極的磁極齒31之中，捲線40被捲裝在每隔1個共4個磁極齒31(31a、31c、31e及31g)。捲線40被捲裝的磁極齒31的基端部，若電流流至捲線40的話，成為N極或是S極的突極。

複數小齒33是被突設在齒輪狀的各磁極齒31的內周面。在本實施例中，捲線40未被捲裝之一對的磁極齒31(31b及31f)的小齒33的相位，是與捲線40未被捲裝之其他的磁極齒31(31d及31h)的小齒33的相位偏離。具體而言，捲線40未被捲裝的4個磁極齒31(31b、31d、31f及31h)之中，相面對位置的一對的磁極齒31(31b及31f)的小齒33的相位，是與其他的一對的磁極齒31(31d及31h)的小齒33的相位偏離180度。不限定於此，相面對位置之一對的磁極齒31(31d及31h)的小齒33的相位，是與其他的一對的磁極齒31(31b及31f)的小齒33的相位偏離180度也可以。

相鄰接的磁極齒31及31彼此之間，是面向旋轉件2的方式呈放射線狀使複數槽34被區劃形成。槽34，是收容捲線40用的空間。

定子芯30的構成材料，是例如，使用矽鋼板。但是，定子芯30的構成材料，不限定於例示的材料。

捲線40，是透過未圖示的電絕緣構件被捲裝在每隔1個的磁極齒31，且被配置於槽34內。電絕緣構件的構成材料，可舉例例如，酚、耐綸及PBT等的合成樹脂。但是，電絕緣構件的構成材料，不限定於例示的構成材料。

[步進馬達的作用]

接著，參照第1圖~第7圖B，說明本實施例的步進馬達的作用。

如第1圖~第4圖所示，本實施例的步進馬達100的定子3，是設成將旋轉件2的周圍隔有空隙地包圍。定子芯30，是具有朝向旋轉件2側突設的複數磁極齒31。

本實施例，捲線40被捲裝在每隔1個的磁極齒31。在第1圖所例示的步進馬達100中，8極的磁極齒31之中，捲線40被捲裝在每隔1個共4個磁極齒31(31a、31c、31e及31g)。因為捲線40被捲裝在每隔1個的磁極齒31a、31c、31e及31g，所以可以減少捲線工時。且，在與捲線40被捲裝的磁極齒31a、31c、31e及31g相鄰接的磁極齒31b、31d、31f及31h中，捲線40未被捲裝。

因此，因為可以將捲線40的佔用空間(磁極齒31間的空間)有效利用，所以可以補足由捲線數減少所產生的扭矩下降分。進一步，因為捲線40不存在於磁極齒31b、31d、31f及31h中，所以可防止或是抑制由自動捲線機的噴嘴的干涉所產生的電線被膜的刮傷。其結果，可以防止或是抑制捲線40的絕緣不良。

捲線40被捲裝的磁極齒31的基端部，是對應朝捲線40的電流的流動的方向，成為N極或是S極的突極。即，本實施例的步進馬達100，是藉由使電流流至各捲線40，使旋轉磁場發生，使旋轉件2由規定步進角度被旋轉驅動。

為了明確本實施例的步進馬達100的作用，首先，說明一般的步進馬達200的捲線構造中的磁束路徑。

參照第6圖、第7圖A及第7圖B，說明作為比較例的一般的步進馬達200的磁束路徑。第6圖，是具備一般的捲線構造的定子的前視圖。第7圖A，是供說明一般的步進馬達中的定子的發生磁極的圖。第7圖B，是供說明一般的步進馬達的磁束路徑的圖。又，在第7圖B中，步進馬達的定子203及旋轉件202，是在旋轉方向被展開地顯示。

第6圖例示的比較例的步進馬達200的定子203，是具有8極的磁極齒231(231a~231h)。在比較例的步進馬達200中，捲線240被捲裝在8極的磁極齒231的全部。且，上側旋轉件芯221是被磁化成N極，下側旋轉件芯222是被磁化成S極(第7圖A及第7圖B參照)。

如第6圖、第7圖A及第7圖B所示，在勵磁順序(1)中，在磁極齒231h~231g中，這些是依序，使成為SS-NN、SS-NN的突極的方式，使電流流至捲線240。在N極及S極相鄰接之成對的磁極齒231(231a及231b、231c及231d、231e及231f、及231g及231h)中，從N極的磁極齒231，通過旋轉件202，朝向S極的磁極齒231，形成磁束路徑R11。具體而言，例如，磁束路徑R11，是從N極的磁極齒231b的小齒233，通過下側旋轉件芯222的小齒222A、及上側旋轉件芯221的小齒221A，朝向S極的磁極齒231a的小齒233。

接著，在勵磁順序(2)中，在磁極齒231h~231g中，這些是依序，使成為NS-SN、NS-SN的突極的方式，使電流流至捲線240。在N極及S極相鄰接之成對的磁極齒231(231h及231a、231b及231c、231d及231e、及231f及231g)中，從N極的磁極齒231，通過旋轉件202，朝向S極的磁極齒231，形成磁束路徑R12。具體而言，例如，磁束路徑R12，是從N極的磁極齒231c的小齒233，通過下側旋轉件芯222的小齒222A、及上側旋轉件芯221的小齒221A，朝向S極的磁極齒231b的小齒233。

接著，在勵磁順序(3)中，磁極齒231h~231g，這些是依序，使成為NN-SS、NN-SS的突極的方式，使電流流至捲線240。在N極及S極相鄰接之成對的磁極齒231(231a及231b、231c及231d、231e及231f、及231g及231h)中，從N極的磁極齒231，通過旋轉件202，朝向S極的磁極齒231，形成磁束路徑R13。具體而言，例如，磁束路徑R13，是從N極的磁極齒231a的小齒233，通過下側旋轉件芯222的小齒222A、及上側旋轉件芯221的小齒221A，朝向S極的磁極齒231b的小齒233。

接著，在勵磁順序(4)中，磁極齒231h~231g，這些是依序，使成為SN-NS、SN-NS的突極的方式，使電流流至捲線240。在N極及S極相鄰接之成對的磁極齒231(231h及231a、231b及231c、231d及231e、及231f及231g)中，從N極的磁極齒231，通過旋轉件202，朝向S極的磁極齒231，形成磁束路徑R14。具體而言，例如，磁束路徑R14，是從N極的磁極齒231b的小齒233，通過下側旋轉件芯222的小齒222A、及上側旋轉件芯221的小齒221A，朝向S極的磁極齒231c的小齒233。

且參照第4圖、第5圖A及第5圖B，說明本實施例的步進馬達100的磁束路徑。第5圖A，是供說明本實施例中的定子的發生磁極的圖。第5圖B，是供說明本實施例的步進馬達的磁束路徑的圖。又，在第5圖B中，步進馬達100的定子3及旋轉件2，是在旋轉方向被展開地顯示。

在第4圖例示的本實施例的步進馬達100的定子3，是具有8極的磁極齒31。在本實施例的步進馬達100中，8極的磁極齒31之中，在每隔1個磁極齒31(31a、31c、31e、及31g)，捲裝有捲線40。且，在本實施例的步進馬達100中，捲線40未被捲裝的磁極齒31b、31d、31f及31h之中相面對位置的磁極齒31b及31f的小齒33的相位，是與捲線40未被捲裝的其他的磁極齒31d及31h的小齒33的相位呈180度偏離。進一步，上側旋轉件芯21是被磁化成N極，下側旋轉件芯22是被磁化成S極(第2圖參照)。

如第4圖、第5圖A及第5圖B所示，在勵磁順序(1)中，在捲線40被捲裝之磁極齒31a、31c、31e及31g中，這些是依序，使成為S-N、S-N的突極的方式，使電流流至捲線40。在磁極齒31b、31d、31f及31h中，捲線40未被捲裝。因此，在捲線40被捲裝之磁極齒31a及31c、31c及31e、31e及31g、及31g及31a中，從N極的磁極齒31，通過旋轉件2，朝向S極的磁極齒31，形成磁束路徑R1。具體而言，例如，磁束路徑R1，是從N極的磁極齒31c的小齒33，通過下側旋轉件芯22的小齒22A、及上側旋轉件芯21的小齒21A，朝向S極的磁極齒31a的小齒33。

接著，在勵磁順序(2)中，在捲線40被捲裝之磁極齒31a、31c、31e及31g中，使這些全部成為S極的方式，使電流流至捲線40。磁極齒31a、31c、31e及31g的全部是成為S極的話，捲線40未被捲裝之磁極齒31b、31d、31f及31h，是全部成為N極。因此，從N極的磁極齒31，通過旋轉件2，朝向S極的磁極齒31，形成磁束路徑R2。具體而言，例如，磁束路徑R2，是從N極的磁極齒31b的小齒33，通過下側旋轉件芯22的小齒22A、及上側旋轉件芯21的小齒21A，朝向S極的磁極齒31a的小齒33。

接著，在勵磁順序(3)中，在捲線40被捲裝之磁極齒31a、31c、31e及31g中，這些是依序，使成為N-S、N-S的突極的方式，使電流流至捲線40。在磁極齒31b、31d、31f及31h中，捲線40未被捲裝。因此，在捲線40被捲裝的磁極齒31a及31c、31c及31e、31e及31g、及31g及31a中，從N極的磁極齒31，通過旋轉件2，朝向 S極的磁極齒31，形成磁束路徑R3。具體而言，例如，磁束路徑R3，是從N極的磁極齒31a的小齒33，通過下側旋轉件芯22的小齒22A、及上側旋轉件芯21的小齒21A，朝向S極的磁極齒31c的小齒33。

接著，在勵磁順序(4)中，在捲線40被捲裝之磁極齒31a、31c、31e及31g中，使這些是全部成為N極的方式，使電流流至捲線40。磁極齒31a、31c、31e及31g的全部是成為N極的話，捲線40未被捲裝之磁極齒31b、31d、31f及31h，是全部成為S極。因此，從N極的磁極齒31，通過旋轉件2，朝向S極的磁極齒31，形成磁束路徑R4。具體而言，例如，磁束路徑R4，是從N極的磁極齒31a的小齒33，通過下側旋轉件芯22的小齒22A、及上側旋轉件芯21的小齒21A，朝向S極的磁極齒31b的小齒33。

即，依據本實施例的步進馬達100的話，捲線40未被捲裝之磁極齒31b、31d、31f及31h之中，相面對位置之磁極齒31b及31f的小齒33的相位，是與其他的磁極齒31d及31h的小齒33的相位呈180度偏離。因此，本實施例的步進馬達100，即使是在每隔1個磁極齒31a、31c、31e、31g使捲線40被捲裝的捲線構造，仍可以確保磁束路徑。

以上，雖說明了本揭示的最佳的實施例。這些，只是本揭示的說明用的例示，不是將本揭示的技術範圍限定於這些的實施例的記載用。本揭示的技術，在不脫離其實質範圍，可以由與上述實施例不同的各種的態樣被實施。

例如，在本實施例中，2相HB型的步進馬達被例示。但是，本揭示的技術，不限定於2相的步進馬達，可適用在任意相數的步進馬達。

在本實施例中，在與捲線40被捲裝的磁極齒31a、31c、31e及31g相鄰接的磁極齒31b、31d、31f及31h中，捲線40未被捲裝。因此，可將磁極齒31a、31c、31e及31g中的捲線數(或是捲線的體積)增多。

在本實施例中，捲線40未被捲裝之一對的磁極齒31(31b及31f)的小齒33的相位，是與捲線40未被捲裝之其他的磁極齒31(31d及31h)的小齒33的相位偏離。不限定於此，在本實施例中，捲線40未被施加的磁極齒31的小齒33的相位，是與其他的磁極齒31的小齒33的相位偏離也可以。

本揭示，也可說是有關於改良了定子的磁極齒的構造、及朝該磁極齒的捲線構造的步進馬達。

本實施例，是以下的第1~第3步進馬達也可以。

第1步進馬達，是具備：具有被挾持在旋轉件芯的永久磁鐵且具有複數小齒的旋轉件；及隔有空隙地被配置在該旋轉件的周圍且具有複數小齒且具有朝向前述旋轉件側突設的複數磁極齒的定子；在每隔1磁極齒使捲線被捲裝，使該捲線未被施加的前述磁極齒的小齒的相位對於其他的磁極齒的小齒偏離。

第2步進馬達，是對於第1步進馬達，將前述捲線未被施加的前述磁極齒之中相面對位置的一對的磁極齒的小齒的相位對於其他的磁極齒的小齒偏離相位180度。

第3步進馬達，是具備：旋轉件、及在該旋轉件的周圍隔有空隙地配置的定子。上述旋轉件，是具有被挾持在旋轉件芯的永久磁鐵，具有複數小齒。上述定子，是具有複數小齒，具有朝向上述旋轉件側突設的複數磁極齒。捲線是每隔1磁極齒地被捲裝。該捲線未被施加的述磁極齒的小齒的相位，是對於其他的磁極齒的小齒偏離。

前述詳細描述中已經給出了說明和描述的目的。許多修改和變化是可能根據上述教導的。它不旨在窮盡或限制本文描述的所公開的精確形式的主題。雖然本主題已經以特定於結構特徵和/或方法動作的語言進行了描述，但是應該理解的是，在申請專利範圍中定義的主題不必限於上述具體特徵或動作。相反，上述具體特徵和動作被公開作為實現申請專利範圍的示例形式。

2‧‧‧旋轉件

3‧‧‧定子

21‧‧‧上側旋轉件芯

21A‧‧‧小齒

22A‧‧‧小齒

30‧‧‧定子芯

31‧‧‧磁極齒

33‧‧‧小齒

34‧‧‧槽

40‧‧‧捲線

100‧‧‧步進馬達

Claims

一種步進馬達，具備：旋轉件、及定子；前述旋轉件，是具有被挾持在旋轉件芯的永久磁鐵，且具有複數小齒；前述定子，是隔著空隙配置在前述旋轉件的周圍，具有複數小齒，且具有朝向前述旋轉件側突設的複數磁極齒；其特徵為：在每隔1個的前述磁極齒捲裝捲線，未施加前述捲線的前述磁極齒的前述小齒的位置，鄰接的前述小齒之間的相位偏離作為360度時其相位偏離180度。