JP5643471B2 - Stepping motor - Google Patents
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Description
本願発明は、回転子に永久磁石を用いたステッピングモータに関する。 The present invention relates to a stepping motor using a permanent magnet as a rotor.
従来からプリンタ等のOA器機等の制御用モータとして回転子に永久磁石を用いたステッピングモータが利用されている。これらのステッピングモータは、例えば、図6に示すような構成を取っている。回動自在に保持したシャフト51に円盤状の永久磁石53を同軸上に配設し、この永久磁石53を軸方向から狭持するように磁性体から成る回転子片52を配設して回転子5を構成すると共に、該回転子5の周囲に回転子5の外縁部と所定ギャップをもって励磁コイル62を巻回して、回転子側に突出させた複数の磁極61を形成した固定子6を環装配置した構成としている。
2. Description of the Related Art Conventionally, stepping motors using permanent magnets as rotors have been used as control motors for OA equipment such as printers. These stepping motors are configured as shown in FIG. 6, for example. A disc-shaped
かかる構成のステッピングモータは、回転子片52の外縁に所定ピッチで形成した小歯52aと固定子6の磁極61の先端側に形成した小歯61aとがそれぞれ対向すると共に、吸着又は反発しつつ回転子5を回転させている。永久磁石53を軸方向の上下から狭持する2つの回転子片52の小歯52aの回転方向の位置関係は、相対的に所定ピッチでずれているために、対応する特定の固定子6の磁極61の小歯61aに対しては一方の回転子片52の小歯52aがずれる配置となる。このため、回転子5及び固定子6の全体で見た場合に、各小歯どうしの対向する面積(以下、「対向面積」と称する。)は減少していた。ステッピングモータのトルク量は、この対向面積間の磁束量に比例するため、所望のトルク量を確保するためには、磁束密度が同じ場合は、径を大きくして周面積を増やして対向面積を増加させる必要があるが、このことは機器容積の増大を招き得策では無かった。
In the stepping motor having such a configuration, the
また、この対向面積を効率良く増加させる回転子の構成が特許文献1に開示されている。この構成は、図7に示すように、回転子5を円環又は円筒状に形成すると共に外周面をラジアル異方性に着磁させた永久磁石53として回転子側の小歯を省略するものである。この構成の回転子5を採用したステッピングモータは回転子側の小歯が省略される共に、2つの回転子片52に分割されることによる小歯間のずれもないため、回転子5と固定子6の対向面積はより増加するものであった。しかし、かかる回転子5を採用しても、例えば、図7に示す一般に多用される2相機であって、固定子6が8極構造となるステッピングモータでは、回転子5と固定子6が成す磁路rが磁極61を飛び越えて(図面上では略90°)長くなるために磁気抵抗が大きくなる結果、トルクが十分に得られない問題が依然として存在していた。
Moreover, the structure of the rotor which increases this opposing area efficiently is disclosed by patent document 1. FIG. In this configuration, as shown in FIG. 7, the rotor 5 is formed in an annular shape or a cylindrical shape and the outer peripheral surface is magnetized in a radial anisotropy so that the small teeth on the rotor side are omitted. It is. In the stepping motor employing the rotor 5 having this configuration, the small teeth on the rotor side are omitted, and there is no deviation between the small teeth due to the division into the two
上記の磁路を短くするステッピングモータが、特許文献2に開示されている。このステッピングモータは、円筒状を成す回転子に着磁させる磁極をN極とS極を夫々Z個として交互に等ピッチで配設し、Z=m(3n±1)(m及びnは1以上の整数)ならしめると共に固定子の磁極数を3m個とし、固定子の磁極の任意のものの中心の小歯(極歯)に対向する永久磁石のN極の中心と、上記固定子磁極の任意のものに隣接する固定子磁極の中心の小歯に対向する永久磁石のS極の中心との成す角を360°(n±1)/Zとする構成である。かかる構成の結果、固定子の隣接する磁極の小歯はそれぞれ回転子の磁極とは異極どうしが対向することとなり、磁路が隣接する磁極どうしで形成されることとなる。
特許文献2のステッピングモータにおいては、磁路を隣接する固定子の磁極間で形成するためには3相機の構造に限定され、一般に多用されている2相機、固定子の8極構造を採用したステッピングモータの場合には、依然として磁路は90°と長くなるものであった。また、固定子の磁極に配置する小歯数も、磁極中心に位置する小歯を必要とするために奇数個、実質的には3以上の配置を必要としていた。
In the stepping motor of
固定子の設計においては、一般的にその磁極に形成する小歯数が減少した方が、各小歯と回転子との対向面積の合計は増加する傾向にある。つまり、特許文献2のステッピングモータは外径寸法を一定とした場合、トルクアップを図るために対向面積を増加させるような固定子を設計する場合の制約は大きいものであった。
In the design of the stator, generally, as the number of small teeth formed on the magnetic pole decreases, the total area of the opposing surfaces of each small tooth and the rotor tends to increase. That is, in the stepping motor of
また、特許文献2のステッピングモータは、回転子と固定子間に作用するラジアル方向に作用する加振力(以下、「加振力」と略称する。)を、回転子に対して180°の角度で配置され、固定子及び回転子間での磁極の態様が全て同じとなる一対の磁極でキャンセルしている。加振力をキャンセルするように作用する磁極数は、多くなれば回転子に作用する電磁力がより平衡となり、駆動時の振動や騒音も減少する。しかし、特許文献2のステッピングモータではキャンセルするように作用する固定子の磁極数を増加させることは構造的に不可能であった。
In addition, the stepping motor of
そこで、本願発明は上記課題と要請に応えるべく提案するものであり、ステッピングモータの外形寸法を変更せずにトルクアップを図ると共に振動、騒音の低減を容易に図ることが可能な設計的自由度が大きな新規構成のステッピングモータを提供する。 Therefore, the present invention proposes to meet the above-mentioned problems and demands, and it is possible to increase the torque without changing the outer dimensions of the stepping motor and to reduce the vibration and noise easily. Provides a stepping motor having a large new configuration.
上記課題を解決するために、本願発明のステッピングモータ(以下、「モータ」と略称する。)は、以下のように構成している。 In order to solve the above problems, a stepping motor of the present invention (hereinafter abbreviated as “motor”) is configured as follows.
すなわち、本願発明のモータ(1)は、円環状又は円筒状の永久磁石(32)の外周面を周方向にN極、S極を交互に着磁させて回転自在に軸支した回転子(3)と、該回転子(3)の外周側に環装配置し、かつコイル励磁の複数個の磁極(41)と、該磁極(41)の先端部にエアギャップをもって回転子(3)と対面するように形成した2以上の小歯(41a)とから成る同軸配置の2以上の固定子(4)と、から成り、上記の1の定子(4)は、全磁極(41)を同時に励磁させる単相構成であって、任意の磁極(41)の全小歯(41a)は回転子(3)の同極性の磁極(32a)と対向し、かつ、これと隣接する他の磁極(41)の全小歯(41a)が対向する回転子(3)の磁極(32a)とは異極性となる励磁構成とすると共に、各固定子間は異相構成とし、さらに対応する上記小歯(41a)と回転子(3)の着磁極(32a)との対面位置は、各固定子間で円周方向(又は回転方向)に所定ピッチのずれをもって構成したことを特徴とする。 That is, the motor (1) of the present invention includes a rotor (not shown) that is rotatably supported by magnetizing the outer peripheral surface of an annular or cylindrical permanent magnet (32) alternately in the circumferential direction with N and S poles. 3), a plurality of magnetic poles (41) coil-excited and arranged on the outer peripheral side of the rotor (3), and a rotor (3) having an air gap at the tip of the magnetic pole (41) And two or more stators (4) of coaxial arrangement composed of two or more small teeth (41a) formed so as to face each other. It is a single-phase configuration to be excited , and all the small teeth (41a) of an arbitrary magnetic pole (41) are opposed to the same polarity magnetic pole (32a) of the rotor (3) and are adjacent to other magnetic poles ( co When all teeth of 41) (41a) is the magnetic pole (32a) of the rotor which faces (3) and the excitation arrangement to be different polarities , Between the stator and the secondary phase structure, further said corresponding face position of the magnetized poles of the small teeth (41a) and the rotor (3) (32a) is the circumferential direction (or the direction of rotation) between the stator It is characterized by having a deviation of a predetermined pitch.
上記の隣接する磁極(41)が異極性となる励磁構成は、固定子(4)の隣接する磁極(41)どうしが異極となるように励磁コイル(42)を交互に逆向きに巻回して構成する。この結果、任意の磁極(41)は隣接した磁極(41)を飛び越えた磁極(41)と相互に同極となる。また、固定子(4)の任意の磁極(41)の全ての小歯(41a)は回転子(3)の同極性の磁極(32a)、例えば、かかる全ての小歯(41a)がN極と対向する場合には、その磁極(41)に隣接する磁極(41)の全ての小歯(41a)が対向する回転子(3)の磁極(32a)はS極となるようにしている。In the excitation configuration in which the adjacent magnetic poles (41) have different polarities, the exciting coils (42) are alternately wound in opposite directions so that the adjacent magnetic poles (41) of the stator (4) have different polarities. Configure. As a result, the arbitrary magnetic pole (41) has the same polarity as the magnetic pole (41) jumping over the adjacent magnetic pole (41). Further, all the small teeth (41a) of the arbitrary magnetic pole (41) of the stator (4) are the same polarity magnetic pole (32a) of the rotor (3), for example, all the small teeth (41a) are N poles. , The magnetic pole (32a) of the rotor (3) facing all the small teeth (41a) of the magnetic pole (41) adjacent to the magnetic pole (41) is an S pole.
本願発明のモータ(1)の特徴の一つは、固定子(4)が、単相の励磁相であると共に、かかる構成の固定子(4)の複数個を回転子(3)の同軸上に階層を成すように多数配置したことにあり、別言すると、固定子(4)を相毎に分離独立させた同軸配置としたことにある。つまり、固定子(4)の個数が励磁相の数となるものである。したがって、例えば、固定子(4)が2個である場合は、いわゆる2相機のモータであり、固定子が3個である場合には3相機のモータとなる。One of the features of the motor (1) of the present invention is that the stator (4) is a single-phase excitation phase, and a plurality of stators (4) having such a configuration are arranged on the same axis as the rotor (3). In other words, it is arranged in a coaxial arrangement in which the stator (4) is separated and independent for each phase. That is, the number of stators (4) is the number of excitation phases. Therefore, for example, when there are two stators (4), it is a so-called two-phase motor, and when there are three stators, it is a three-phase motor.
上記構成のモータ(1)は回転子(3)の外周面をN極、S極と繰り返す交互異極となる磁極(32a)を有するように、別言すれば、ラジアル異方性または極異方性に着磁して構成することが好適である。また、固定子(4)の小歯(41a)と対応する回転子(3)の磁極(32a)との対面位置は、固定子毎に周方向(回転方向)に沿って所定ピッチのずれを設けている。かかる「ずれ」は、起動上必要であると共にモータとしての分解能を向上させるために、回転子(3)の磁極(32a)の着磁ピッチ(p)を固定子(4)の階層数で分割したピッチで軸回転させたものとすることが好適である。In other words, the motor (1) having the above configuration has a magnetic pole (32a) having alternating and different polarities that repeats the outer peripheral surface of the rotor (3) as an N pole and an S pole. It is preferable that the structure is magnetized in the direction. Further, the facing position between the small teeth (41a) of the stator (4) and the magnetic pole (32a) of the corresponding rotor (3) is shifted by a predetermined pitch along the circumferential direction (rotation direction) for each stator. Provided. Such “deviation” is necessary for start-up, and in order to improve the resolution as a motor, the magnetization pitch (p) of the magnetic poles (32a) of the rotor (3) is divided by the number of layers of the stator (4). It is preferable that the shaft is rotated at the pitch.
ところで、上記の本願発明の構成は、回転子(3)が固定子(4)の内周側に位置するインナーロータ型に限定するものではなく、回転子(3)と固定子(4)の位置関係を内外逆配置としたアウターロータ型に構成しても、本願発明の技術思想、及び提供する技術的特徴は同じ範疇に属するものである。By the way, the configuration of the present invention described above is not limited to the inner rotor type in which the rotor (3) is located on the inner peripheral side of the stator (4), but the rotor (3) and the stator (4). Even if it is configured as an outer rotor type in which the positional relationship is reversed inside and outside, the technical idea of the present invention and the technical features to be provided belong to the same category.
すなわち、円環状の永久磁石(32)の内周面を周方向にN極、S極を交互に等ピッチで着磁させて回転自在に軸支した回転子(3)と、該回転子(3)の内周側に環装配置するものであって、コイル励磁の複数個の磁極(41)と、該磁極(41)の先端部にエアギャップをもって回転子(3)と対面するように形成した2以上の小歯(41a)とから成る同軸配置の2以上の固定子(4)と、から成り、上記の1の固定子(4)は、全磁極(41)を同時に励磁させる単相構成であって、任意の磁極(41)の全小歯(41a)は回転子(3)の同極性の磁極(32a)と対向し、かつ、これと隣接する他の磁極(41)の全小歯(41a)が対向する回転子(3)の磁極(32a)とは異極性となる励磁構成とすると共に、各固定子間は異相構成とし、さらに対応する上記小歯(41a)と回転子(3)の着磁極との対面位置は、各固定子間で円周方向に所定ピッチのずれをもって構成したものである。That is, a rotor (3) in which an inner peripheral surface of an annular permanent magnet (32) is magnetized alternately at an equal pitch in the circumferential direction at an equal pitch and rotatably supported, and the rotor ( 3) is arranged on the inner peripheral side, and is arranged so as to face the rotor (3) with a plurality of magnetic poles (41) for coil excitation and an air gap at the tip of the magnetic pole (41). And two or more stators (4) of coaxial arrangement composed of two or more small teeth (41a) formed. The one stator (4) described above is a single unit that excites all the magnetic poles (41) simultaneously. All small teeth (41a) of an arbitrary magnetic pole (41) are opposed to the magnetic pole (32a) of the same polarity of the rotor (3) and are adjacent to the other magnetic pole (41). All the small teeth (41a) have an excitation configuration different in polarity from the magnetic pole (32a) of the rotor (3) facing each other, and between each stator. And heterophase structure, further facing position of the corresponding said teeth and (41a) and magnetized poles of the rotor (3) is obtained by constituting with a shift of a predetermined pitch in the circumferential direction between the stators.
次に、上記構成の本願発明にかかるモータ(1)は、回転子(3)を所定の長さ寸法を持った円筒状に形成する他、対応する固定子毎にそれぞれ別体で(又は個別的に)形成して同軸配置させても良い。かかる構成により、イナーシャ(回転慣性)を小さくして応答性を良くすることかできる。回転子(3)を別体とした場合は、回転子間の着磁位置に周方向における所定ピッチのずれを設けても良い。Next, in the motor (1) according to the present invention having the above-described configuration, the rotor (3) is formed in a cylindrical shape having a predetermined length dimension, and each corresponding stator is separately (or individually). And may be arranged coaxially. With this configuration, the inertia (rotational inertia) can be reduced and the response can be improved. When the rotor (3) is a separate body, a predetermined pitch shift in the circumferential direction may be provided at the magnetization position between the rotors.
本願発明において、もっとも典型的にその効果を発揮できるのは、単相励磁の固定子(4)の2個をそれぞれ別相として同軸配置した2相励磁のモータを構成した場合である。 In the present invention, the effect can be exhibited most typically when a two-phase excitation motor is configured in which two single-phase excitation stators (4) are arranged coaxially as separate phases.
なお、特許請求の範囲の書類と上記の課題を解決するための手段の欄で記載した括弧付き符号は、発明の構成の理解を容易にするため参考として図面符号を付記したものであり、この図面上の形態に限定するものでない。 Note that the reference numerals in parentheses described in the claims and the means for solving the above-described problems are added with reference numerals for reference in order to facilitate understanding of the configuration of the invention. It is not limited to the form on the drawing.
本願発明のモータは、上記の構成を採ることより、以下の効果を奏する。
すなわち、本願発明のモータは、相毎に固定子を構成すると共に、1の固定子に配設した複数個(又は多数個)のコイル励磁による磁極全部を同時に励磁させる構成であるため、回転子の永久磁石が形成する磁界と効率良く作用して、高いトルクを得ることができる。
The motor of the present invention has the following effects by adopting the above configuration.
In other words, the motor of the present invention is configured to form a stator for each phase and simultaneously excite all the magnetic poles by exciting a plurality of (or many) coils disposed on one stator. High torque can be obtained by efficiently working with the magnetic field formed by the permanent magnet.
また、回転子の主要部材の永久磁石を近年普及が著しい希土類磁石で形成した場合は、これによる強磁界の磁場と工作精度の向上により密に電磁石を配設することができることと相俟って、より高いトルクのモータを形成することができる。 In addition, when the permanent magnet of the main component of the rotor is formed of rare earth magnets that have been widely used in recent years, combined with the fact that it is possible to densely arrange the electromagnets by improving the magnetic field of the strong magnetic field and the work accuracy. A motor with higher torque can be formed.
そして、対応する固定子の小歯と回転子の磁極との対面位置を、固定子毎に所定ピッチだけ周方向(又は回転方向)にずらしているため、同時励磁の異相構成の固定子であっても、十分な回転起動力を確保することができ、かつ、1つの固定子当たりの対向面積を従来の1の固定子内での2相又は3相励磁構成に比べて大きく確保することができるため、より高いトルクを得ることができる。 In addition, since the facing positions of the corresponding small teeth of the stator and the magnetic poles of the rotor are shifted in the circumferential direction (or rotational direction) by a predetermined pitch for each stator, it is a stator having a different phase configuration for simultaneous excitation. However, a sufficient rotational starting force can be ensured, and the opposing area per one stator can be ensured larger than the conventional two-phase or three-phase excitation configuration in one stator. Therefore, a higher torque can be obtained.
さらには、励磁相を分離する構成であるために、回転子と固定子の各磁極配置に制約が少なく設計的な自由度を増すことができる。つまり、固定子において隣接する磁極間で磁路を成す構成を維持しながら、適宜に磁極数及び小歯数を選択して固定子と回転子の対向面積を増加させることが可能となる。この結果、モータの外形寸法を維持しながらもトルクアップを図るモータの設計や変更が容易にできる。軸方向の制約が許される場合には、同構成の固定子を軸方向に適宜に追加して励磁相を増加して分解能等のモータ特性向上も極めて容易にできる。 Furthermore, since the excitation phase is separated, there are few restrictions on the arrangement of the magnetic poles of the rotor and the stator, and the degree of design freedom can be increased. That is, while maintaining a configuration in which a magnetic path is formed between adjacent magnetic poles in the stator, it is possible to appropriately select the number of magnetic poles and the number of small teeth to increase the facing area of the stator and the rotor. As a result, it is possible to easily design or change the motor that increases the torque while maintaining the external dimensions of the motor. When axial restrictions are allowed, a stator having the same configuration can be appropriately added in the axial direction to increase the excitation phase and to improve motor characteristics such as resolution very easily.
また、励磁相を分離する構成であるために、固定子の任意の磁極に対してその隣接した磁極を飛びこえた間隔で配置する磁極どうしを同極とすることができる。このため、加振力のキャンセルを180°に配置する一対の磁極だけでなく複数対の磁極で行うことが可能となり、回転子に作用する電磁力がより平衡となる結果、駆動時の振動や騒音が減少する効果も得ることができる。 In addition, since the excitation phase is separated, the magnetic poles arranged at an interval where the adjacent magnetic poles jump over the arbitrary magnetic poles of the stator can be made the same polarity. Therefore, the cancellation of the excitation force can be performed not only with a pair of magnetic poles arranged at 180 ° but also with a plurality of pairs of magnetic poles, and the electromagnetic force acting on the rotor becomes more balanced. An effect of reducing noise can also be obtained.
加えて、励磁相を分離する構成により、固定子間の所定ピッチのずれを微調整すればモータの個体差による特性のバラツキを抑制することができ、モータ製造時の品質管理も容易となる効果も発揮する。 In addition, with the configuration that separates the excitation phases, if the deviation of the predetermined pitch between the stators is finely adjusted, variations in characteristics due to individual differences in the motor can be suppressed, and quality control during motor manufacturing can be facilitated. Also demonstrates.
以下に、本願発明にかかるモータの最良の実施形態例について、図面に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, the best embodiment of a motor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本実施例のモータを示す一部切り欠き斜視図であり、図2は本実施例のモータを示す縦断面図であり、図3は図2のAA線端面図(A)とBB線端面図(B)であり、図4は本実施例のモータの回転子と固定子の変形例を示す断面図であり、図5は本実施例のモータが採用可能な各部位の構成例を示す一覧表である。 FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing the motor of this embodiment, FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the motor of this embodiment, and FIG. 3 is an end view (A) along line BB in FIG. 4 is a line end view (B), FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification of the rotor and stator of the motor of this embodiment, and FIG. 5 is a configuration example of each part where the motor of this embodiment can be adopted. It is a list which shows.
本実施例のモータ1は、有底筒状のケース2の内部に回転自在に円形外周面を有する回転子3を配置すると共に、この回転子3の外周面と所定のエアギャップをもって対向する複数磁極41を配設した円環状の固定子4を配置し、ケース開口側を閉塞して成るインナーロータ型のモータである。なお、以下の実施例ではインナーロータ型のモータとして説明するが、本願発明のモータは回転子と固定子の配置関係をモータの径方向で逆転させたアウターロータ型とすることが可能である。
In the motor 1 of the present embodiment, a
図示するケース2は、有底円筒状を成すと共に底部側の略中心位置から回転子3のシャフト31の先端側を貫通突出させ、これと反対側の開口部をカバー21で閉塞する構成としている。ケース2及びカバー21の材質は、その内部に配置する回転子3及び固定子4からの磁束漏れを防ぐため、鉄等の強磁性材で形成するのが一般的であるが、これに限定するものではなく、樹脂材やこれに磁性粉を混入させた磁性樹脂成形品としても良い。
The
筒状のケース内部には、ケース2と同軸上に回転子3を配設している。回転子3はケース2と同軸配置するシャフト31と2つの円環状の永久磁石32とから成り、上述のようにシャフト31の一方側先端をケース2の外部に貫通突出させて出力部としている。シャフト31はケース2の底面側とカバー21のケース内部側の2箇所に軸受31aを環装し、保持する永久磁石32と共にケース2に対して回転自在としている。
A
永久磁石32は外周部を所定磁極数(本実施例では48極)に等ピッチpでN極及びS極の磁極32aを交互に繰り返す、いわゆるラジアル異方性に着磁した円環状を成し、これを円盤状のプレート33をもって同軸上にかつ2つの永久磁石32の磁極配置に軸回転方向のずれがないようにシャフト31に固定して構成している。なお、モータ1のステップ数は、回転子3の磁極数により決定されるが、磁極数が確保できれば着磁態様は、上述のラジアル異方性だけでなく、極異方性に着磁しても良い。また、円盤状のプレート33は軽量な樹脂材を採用し、回転子全体の軽量化を図ることによりイナーシャ(回転慣性)を減少させてモータ特性の向上(起動停止の応答性の向上)を図っている。
The
各永久磁石32は、シャフト31の軸方向に所定距離をもって離隔配置している。永久磁石32の軸方向の長さ(いわゆる厚み)の合計は、同サイズの従来モータの固定子片や永久磁石との軸方向の長さと略同じとしている。別言すれば、本実施例の永久磁石32は従来モータの回転子片等を略半分に分割してシャフト31に配置しているものと同等の形態である。このため、回転子3の重量を考慮しない場合には、永久磁石32どうしを接続した円筒状の一体構造としても良い。
The
回転子3の外周部かつケース内周側には、各永久磁石32の外周部に対向するように円環状を成す2個の固定子4を配置している。この固定子4は回転子3の外周面に向かって突出状に形成した所定数(本実施例では16極)の全磁極41に励磁コイル42を単相でかつ同時に励磁が可能となるように巻回して成るものである。また、固定子4の磁極41は、隣接する磁極41どうしでは励磁時には異極となるようにそれぞれ逆向きに励磁コイル42を巻回している。
Two
各磁極41の先端には、回転子3の外周面と所定のエアギャップをもって対向する所定数(本実施例では2個)の小歯41aを形成している。この小歯41aの周方向の長さ(平面視における幅)は、少なくとも回転子3の磁極32aの2ピッチpを超えないように設定すると共に、任意の磁極41の全ての小歯41aは回転子3の同極性(全てがN極又はS極)の磁極32aと対向し、かつ、隣接する他の磁極41の全ての小歯41aが対向する回転子3の磁極32aとは異極(一方がN極であれば他方はS極)となるように間隔を設定して形成している。
At the tip of each
この2個の固定子4は、上述したように、各永久磁石32と対向しつつシャフト31の軸方向に所定距離をもって離隔配置している。回転子3はシャフト31に対して軸回転方向にずれのないように配置していることに対して、固定子4は回転子3の磁極32aに対してその半ピッチpのみ軸回転させて配置している。なお、かかる半ピッチpのずれはモータ毎に適宜に微調整し、モータの個体差によるその特性のバラツキを抑制するようにしても良い。
As described above, the two
固定子4の軸方向の長さの合計は、回転子3の永久磁石32と同様に同サイズの従来モータの固定子の軸方向の長さと略同じとしている。つまり、固定子4も従来モータの固定子を略半分に分割してケース2に配置しているものである。このため、モータ1の外径及び全長寸法は従来モータと略同じとなる。
The total axial length of the
本実施例のモータ1は上述のように回転子3の永久磁石32と固定子4を一組とする合計2組の2階層構造であり、シャフト31の出力側から固定子位置によりA相、B相とした場合、A相、B相の階層毎に別個独立に固定子4の全磁極41を同時に励磁している。つまり、本実施例のモータ1は固定子4の励磁相をシャフト31の軸方向に分離したいわゆる2相機であり、各励磁相の励磁コイル42の通電により磁気吸引又は反発が回転子3に作用して回転子3を回転させている。この励磁においては、上述のように固定子4は隣接する磁極41どうしが異極となるので、任意の固定子4の磁極41の小歯41aとこれと隣接する磁極41の小歯41aのそれぞれが、回転子3の隣接する磁極32aの異極どうしとそれぞれ対向することとなり、図3に示すように、固定子4の隣接する磁極41の小歯41aと回転子3の隣接する磁極32aとにおいて磁路rが形成されることとなる。
As described above, the motor 1 of this embodiment has a total of two sets of two-layer structure including the
また、固定子4の磁極41は隣接する磁極41を飛びこえた間隔で配置する磁極41と同極となると共に、各小歯41aが対向する回転子側の磁極32aとの関係も同じ態様となる。このため、加振力のキャンセルを隣接した磁極41を飛びこえた間隔で配置する複数の磁極41で行うこととなり、回転子3に作用する電磁力がより平衡となる。本実施例のモータ1であれば、45°ずつ離れた合計8の磁極41で加振力のキャンセルを行っている。
In addition, the
本実施例のモータ1は上述したように、2つの回転子間に軸回転のずれはなく、各回転子3と対向配置する固定子間に回転子3の磁極32aにおける半ピッチpの軸回転のずれがある構成である。しかし、この態様に限定するものでなく、前記態様とは逆に2つの回転子間に上記半ピッチpの軸回転のずれを与える一方で、固定子間には軸回転のずれを与えない構成に変更しても良く、さらには回転子間及び固定子間の両方に所定の軸回転のずれを与えるように変更しても良い。また、本実施例のモータ1は2階層構造の2相機としているが、モータ1の軸方向のスペースが許容されるならば、さらに回転子3と固定子4の組み合わせた階層を追加して3相機とすることも可能である。この場合は、各固定子4は回転子3の磁極32aの3分の1ピッチpずつ軸回転させたずれをもたせて分解能をより向上させる配置が好適である。
As described above, in the motor 1 of this embodiment, there is no deviation of the shaft rotation between the two rotors, and the shaft rotation of the half pitch p in the
上述の実施例は本願発明のモータの実施形態の一部である。本願発明のモータの回転子や固定子の各部位は、以下の各式の値を満たす範囲において配置数等の設計変更が可能である。
(1) 固定子の磁極数:M
(2) 固定子の磁極の小歯数:q
(3) 回転子の永久磁石の磁極数:P
(4) 固定子数:R
(5) 励磁相数:m
式1:P=(4q・2)n[n=1,2、・・・](nは自然数)
式2:M=P/(2q―1)
式3:R=m
The above-described examples are a part of the motor embodiments of the present invention. Each part of the rotor and stator of the motor of the present invention can be changed in design, such as the number of arrangements, within a range that satisfies the values of the following equations.
(1) Number of magnetic poles of stator: M
(2) Number of small teeth of stator magnetic poles: q
(3) Number of magnetic poles of rotor permanent magnet: P
(4) Number of stators: R
(5) Number of excitation phases: m
Formula 1: P = (4q · 2) n [n = 1, 2,...] (N is a natural number)
Formula 2: M = P / (2q-1)
Formula 3: R = m
ここで、固定子の磁極数を10、各磁極41の小歯数を3、回転子3の磁極数を50とした場合であって、回転子3と固定子4の組み合わせた1階層分の実施例を図4に示す。かかる構成のモータでは、円盤状のプレートは磁路rを確保するため強磁性材とし、バックヨークとして機能させることが好適である。また、本願発明のモータにおいて、製造技術等を考慮した場合、実質的に採用可能な回転子や固定子の各部位の構成例を図5の一覧表に示す。
Here, when the number of magnetic poles of the stator is 10, the number of small teeth of each
ところで、モータは一般的に固定子の磁極の小歯と回転子の磁極との対向面積が大きくできれば、トルクが増大する。本願発明のモータは上記の各式を満たすことを条件とするが、励磁相を分離しているために回転子の磁極に対して固定子の磁極や小歯の位置設定に殆ど制約が無く、その位置や数を設定するための設計的な自由度が大きい。このため、上記の対向面積を増加させることは従来に比べ極めて容易となっている。 By the way, in general, if the opposing area between the small teeth of the magnetic poles of the stator and the magnetic poles of the rotor can be increased, the torque of the motor increases. The motor of the present invention is subject to satisfying each of the above equations, but since the excitation phase is separated, there is almost no restriction on the setting of the stator magnetic poles and small teeth relative to the rotor magnetic poles, The design freedom for setting the position and number is great. For this reason, it is extremely easy to increase the facing area as compared with the conventional case.
例えば、本願発明のモータはケースの外径寸法42mm、全長30mmの場合において、回転子の磁極や固定子の磁極や小歯を増減させて、略同寸法の従来モータと比べても静止最大トルクを適宜に1.5倍まで変更でき、その設計的な自由度は大きいと言える。 For example, the motor of the present invention has a case with an outer diameter of 42 mm and a total length of 30 mm. Can be appropriately changed up to 1.5 times, and it can be said that the degree of design freedom is large.
1 モータ
2 ケース
21 カバー
3 回転子
31 シャフト
31a 軸受
32 永久磁石
32a 磁極
33 プレート
4 固定子
41 磁極
41a 小歯
42 励磁コイル
5 回転子(従来例)
51 シャフト
52 回転子片
52a 小歯
53 永久磁石
6 固定子(従来例)
61 磁極
61a 小歯
62 励磁コイル
p ピッチ
r 磁路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
51
61
Claims (5)
該回転子(3)の外周側に環装配置し、かつコイル励磁の複数個の磁極(41)と、該磁極(41)の先端部にエアギャップをもって回転子(3)と対面するように形成した2以上の小歯(41a)とから成る同軸配置の2以上の固定子(4)と、から成り、
上記の1の固定子(4)は、全磁極(41)を同時に励磁させる単相構成であって、任意の磁極(41)の全小歯(41a)を、回転子(3)の同極性の着磁極(32a)と対向し、かつ、これと隣接する他の磁極(41)の全小歯(41a)が対向する回転子(3)の着磁極(32a)とは異極性となる励磁構成とすると共に、各固定子間は異相構成とし、
さらに対応する上記小歯(41a)と回転子(3)の着磁極(32a)との対面位置は、各固定子間で円周方向に所定ピッチのずれをもって構成したことを特徴とするステッピングモータ。 A rotor (3) that is rotatably supported by magnetizing the outer peripheral surface of an annular permanent magnet (32) in the circumferential direction alternately with N poles and S poles at equal pitches;
A plurality of magnetic poles (41) for coil excitation are arranged around the outer periphery of the rotor (3), and face the rotor (3) with an air gap at the tip of the magnetic pole (41). Comprising two or more stators (4) in a coaxial arrangement comprising two or more small teeth (41a) formed,
Said 1 stator (4) is the single phase structure which excites all the magnetic poles (41) simultaneously, Comprising : All the small teeth (41a) of arbitrary magnetic poles (41) are the same polarity of a rotor (3). Excitation that has a different polarity from the magnetic pole (32a) of the rotor (3) that faces the other magnetic pole (41a) of the other magnetic pole (41) that faces the other magnetic pole (41a). In addition to the configuration , each stator has a different phase configuration,
Further, the corresponding position of the corresponding small tooth (41a) and the magnetic pole (32a) of the rotor (3) is configured with a predetermined pitch deviation in the circumferential direction between the stators. .
該回転子(3)の内周側に環装配置し、かつコイル励磁の複数個の磁極(41)と、該磁極(41)の先端部にエアギャップをもって回転子(3)と対面するように形成した2以上の小歯(41a)とから成る同軸配置の2以上の固定子(4)と、から成り、
上記の1の固定子(4)は、全磁極(41)を同時に励磁させる単相構成であって、任意の磁極(41)の全小歯(41a)を、回転子(3)の同極性の着磁極(32a)と対向し、かつ、これと隣接する他の磁極(41)の全小歯(41a)が対向する回転子(3)の着磁極(32a)とは異極性となる励磁構成とすると共に、各固定子間は異相構成とし、
さらに対応する上記小歯(41a)と回転子(3)の着磁極(32a)との対面位置は、各固定子間で円周方向に所定ピッチのずれをもって構成したことを特徴とするステッピングモータ。 A rotor (3) that is rotatably supported by magnetizing the inner peripheral surface of an annular permanent magnet (32) in the circumferential direction alternately with N poles and S poles at equal pitches;
A plurality of magnetic poles (41) for coil excitation are arranged on the inner peripheral side of the rotor (3), and the rotor (3) faces the rotor (3) with an air gap at the tip of the magnetic pole (41). And two or more stators (4) in a coaxial arrangement composed of two or more small teeth (41a) formed in
Said 1 stator (4) is the single phase structure which excites all the magnetic poles (41) simultaneously, Comprising : All the small teeth (41a) of arbitrary magnetic poles (41) are the same polarity of a rotor (3). Excitation that has a different polarity from the magnetic pole (32a) of the rotor (3) that faces the other magnetic pole (41a) of the other magnetic pole (41) that faces the other magnetic pole (41a). In addition to the configuration , each stator has a different phase configuration,
Further, the corresponding position of the corresponding small tooth (41a) and the magnetic pole (32a) of the rotor (3) is configured with a predetermined pitch deviation in the circumferential direction between the stators. .
周方向にN極、S極を交互に等ピッチで着磁させる位置を、回転子間で周方向に所定ピッチのずれをもって着磁構成したことを特徴とする請求項3記載のステッピングモータ。 In the rotor (3) having a separate structure,
4. A stepping motor according to claim 3, wherein the positions where the N poles and S poles are alternately magnetized at equal pitches in the circumferential direction are magnetized with a predetermined pitch deviation in the circumferential direction between the rotors.
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