JPH08205510A - Stepping motor - Google Patents
Stepping motorInfo
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- JPH08205510A JPH08205510A JP815395A JP815395A JPH08205510A JP H08205510 A JPH08205510 A JP H08205510A JP 815395 A JP815395 A JP 815395A JP 815395 A JP815395 A JP 815395A JP H08205510 A JPH08205510 A JP H08205510A
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- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ステッピングモーター
の構成に関し、特に、PM型のステッピングモーターに
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stepping motor structure, and more particularly to a PM type stepping motor.
【0002】[0002]
【従来の技術】図1に、小型で位置決め精度の高い4相
PM型ステッピングモーター10の一般的な構成を展開
図を用いて示してある。このステッピングモーター10
は、シャフト11に多極磁着された円筒状のローターマ
グネット12が取りつけられたローター13と、この周
囲に同軸状に配置されるステーター20とを備えてい
る。ステーター20は、シャフト11に沿って上下に積
層された2つのユニット21aおよび21bから構成さ
れており、それぞれのユニット21は、円筒状に周回巻
きされたコイル22と、このコイル22を外周面から覆
う外ヨーク23と、さらに、この外ヨーク23と共にコ
イル22を挟み込む内ヨーク24を備えている。外ヨー
ク23は、コイル22の外周面を覆う円筒状のハウジン
グ25と、コイル22の一方の端面を覆うドーナツ状の
プレート26と、このプレート26内側から等間隔にコ
イル22の内面に延びた第1の極歯27を備えている。
また、内ヨーク24は、プレート26と反対側のコイル
22の他方の端面を覆うドーナツ状のプレート28と、
このプレート28の内側から等間隔にコイル22の内面
に延びた第2の極歯29とを備えている。外ヨーク23
と内ヨーク24には同数の第1の極歯27と第2の極歯
29が設けられており、コイル22の内面にはこれらの
極歯27と29が等間隔となるように相互に配置され、
これらの極歯27および29によってローター13を駆
動する磁界が形成される。2つのステーターユニット2
1aおよび21bは、上下のカバー15aおよび15b
によって挟みこまれ、さらに、ステーターユニット21
aおよび21bの上下には同軸状にシャフト11を回転
支持する軸受け16aおよび16bが設置される。2. Description of the Related Art FIG. 1 shows a general construction of a four-phase PM type stepping motor 10 which is compact and has high positioning accuracy, using a developed view. This stepping motor 10
Includes a rotor 13 having a cylindrical rotor magnet 12 attached to a shaft 11 and having a multi-pole magnet, and a stator 20 coaxially arranged around the rotor 13. The stator 20 is composed of two units 21a and 21b that are vertically stacked along the shaft 11, and each unit 21 has a coil 22 wound in a cylindrical shape and the coil 22 from the outer peripheral surface. An outer yoke 23 for covering and an inner yoke 24 for sandwiching the coil 22 together with the outer yoke 23 are provided. The outer yoke 23 includes a cylindrical housing 25 that covers the outer peripheral surface of the coil 22, a donut-shaped plate 26 that covers one end surface of the coil 22, and a first donut-shaped plate 26 that extends from the inside of the plate 26 to the inner surface of the coil 22 at equal intervals. It has one pole tooth 27.
Further, the inner yoke 24 includes a donut-shaped plate 28 that covers the other end surface of the coil 22 on the side opposite to the plate 26,
Second pole teeth 29 extending from the inside of the plate 28 to the inner surface of the coil 22 at equal intervals are provided. Outer yoke 23
The same number of first pole teeth 27 and second pole teeth 29 are provided on the inner yoke 24, and these pole teeth 27 and 29 are arranged at equal intervals on the inner surface of the coil 22. Is
These pole teeth 27 and 29 form a magnetic field for driving the rotor 13. Two stator units 2
1a and 21b are upper and lower covers 15a and 15b
Sandwiched by the stator unit 21
Bearings 16a and 16b that coaxially rotatably support the shaft 11 are installed above and below a and 21b.
【0003】上下2つのステーターユニット21aおよ
び21bは、それぞれの極歯27a、27b、29a、
および29bが等間隔となるように所定の角度ずらして
積層されており、これらの極歯の位置関係を展開して示
すと図2のようになる。なお、以下において、1ステッ
プ角をΘと表し、これを用いて説明する。極歯の全枚数
をNとすると、1ステップ角Θは360°/Nで表すこ
とができ、Nが20枚の場合、Θは18°となる。The upper and lower two stator units 21a and 21b have their respective pole teeth 27a, 27b, 29a,
2 and 29b are stacked at a predetermined angle so as to be evenly spaced, and the positional relationship of these pole teeth is developed and shown in FIG. It should be noted that in the following, one step angle will be referred to as Θ and will be described using this. When the total number of pole teeth is N, the one-step angle Θ can be represented by 360 ° / N, and when N is 20, Θ is 18 °.
【0004】図2に、各々5枚の第1および第2の極歯
27および29を有するステッピングモーターの極歯の
相互位置を展開して示してある。第1および第2の極歯
27、29は、略台形であり、それぞれのプレート26
および28から向かい合った方向に細く延びている。第
1の極歯27は、それぞれが等間隔に72°(4Θ)ピ
ッチで配置されており、第2の極歯29も同様である。
そして、これら第1と第2の極歯27および29は等間
隔に組み合わされており、第1の極歯27と第2の極歯
29との間隔は36°(2Θ)に設定されている。さら
に、第1のユニット21aと第2のユニット21bは1
8°(Θ)ずれた位置で積層されている。この結果、こ
のステッピングモーターでは、第1および第2のユニッ
トを構成する、第1および第2の極歯27a、27b、
29aおよび29bの20(N)枚が各々18°(Θ)
づつ離れて等間隔に配置される。このステッピングモー
ターは、1相あるいは2相励磁によって20(N)ステ
ップの制御が可能であり、各ステップの角度は18°
(Θ)となる。FIG. 2 shows the mutual position of the pole teeth of a stepping motor, which has five first and second pole teeth 27 and 29, respectively, in a developed manner. The first and second pole teeth 27, 29 are substantially trapezoidal and each plate 26
And 28 in opposite directions. The first pole teeth 27 are arranged at equal intervals at a pitch of 72 ° (4Θ), and the second pole teeth 29 are also the same.
The first and second pole teeth 27 and 29 are combined at equal intervals, and the distance between the first pole tooth 27 and the second pole tooth 29 is set to 36 ° (2Θ). . Furthermore, the first unit 21a and the second unit 21b are 1
It is laminated at a position shifted by 8 ° (Θ). As a result, in this stepping motor, the first and second pole teeth 27a, 27b, which form the first and second units,
20 (N) sheets of 29a and 29b are each 18 ° (Θ)
They are spaced apart and are evenly spaced. This stepping motor can control 20 (N) steps by one-phase or two-phase excitation, and the angle of each step is 18 °.
(Θ).
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ステッピングモーター
において、1相励磁、2相励磁あるいは1−2相励磁駆
動などの方法によって回転した後の停止角度精度をより
高くすることが重要である。このため、ステッピングモ
ーターを構成する部品の精度を高くし、さらに、そのよ
うな部品の組み立て精度を向上する技術が数多く考案さ
れてきた。In the stepping motor, it is important to increase the accuracy of the stop angle after rotating by a method such as one-phase excitation, two-phase excitation or 1-2 phase excitation drive. For this reason, many techniques have been devised to increase the accuracy of the components that make up the stepping motor and further improve the assembly precision of such components.
【0006】このような部品などの精度の向上はもちろ
ん重要であるが、本願の発明者は、停止位置の角度精度
に対するステッピングモーターの特性上の影響を重要視
し、ステッピングモーターの発生トルクの角度依存性を
できるかぎり少なくすることによって停止位置の角度精
度が向上できることに着目した。トルクの角度依存性を
少なくすれば、回転速度の均一化を図れ、さらに、停止
位置のずれも少なくできるからである。Although it is important to improve the accuracy of such parts, the inventor of the present application attaches great importance to the influence of the characteristic of the stepping motor on the angular accuracy of the stop position, and the angle of the torque generated by the stepping motor is important. We paid attention to the fact that the angular accuracy of the stop position can be improved by reducing the dependence as much as possible. This is because if the angle dependence of the torque is reduced, the rotation speed can be made uniform and the deviation of the stop position can be reduced.
【0007】図3に、ステッピングモーターの角度−ト
ルク特性の概要を示してある。ステッピングモーターの
発生トルクは、主に、無励磁時の発生トルクである残留
磁束に起因するディテントトルクTrと、励磁駆動に伴
い発生するホールディングトルクがあり、1相励磁のホ
ールディングトルクは図示したような特性を描く。本図
にて判るように、ローターの回転角度によって周期的に
発生するディテントトルクTrの影響がホールディング
トルクに強く現れる。従って、ディテントトルクTrを
削減すればホールディングトルクの抑制につながり、回
転角度によるトルクの変動を抑えることによって、スム
ーズな回転と停止位置精度の向上を図れることが判る。
さらに、ディテントトルクTrを減少させることは、励
磁時はもちろん、無励磁時における発生トルクおよびそ
の角度依存性が少なくなるので、モーターを励磁駆動し
た場合の角度精度と、無励磁状態の停止角度精度を共に
高めることができる。FIG. 3 shows an outline of the angle-torque characteristic of the stepping motor. The generated torque of the stepping motor mainly includes a detent torque Tr caused by residual magnetic flux which is a generated torque at the time of non-excitation and a holding torque generated by the excitation drive. The holding torque of the one-phase excitation is as shown in the figure. Draw characteristics. As can be seen from this figure, the influence of the detent torque Tr which is periodically generated depending on the rotation angle of the rotor appears strongly in the holding torque. Therefore, it is understood that if the detent torque Tr is reduced, the holding torque is suppressed, and by suppressing the torque fluctuation depending on the rotation angle, smooth rotation and improvement of the stop position accuracy can be achieved.
Further, reducing the detent torque Tr reduces the generated torque not only during excitation but also during non-excitation and its angle dependency. Therefore, the angular accuracy when the motor is excited and the stopping angle accuracy in the non-excited state are reduced. Can be raised together.
【0008】そこで、本発明においては、停止角度精度
の高いステッピングモーターを実現するために、発生ト
ルクの角度依存性を低減できるステッピングモーターの
構成を提供することを目的としている。発生トルクのう
ち、特に、ディテントトルクの低減を可能として、励磁
駆動した際の停止位置と、無励磁の際の停止位置精度を
共に向上できるステッピングモーターを提供することを
目的としている。Therefore, an object of the present invention is to provide a structure of a stepping motor capable of reducing the angle dependence of generated torque in order to realize a stepping motor having a high stopping angle accuracy. It is an object of the present invention to provide a stepping motor that can reduce the detent torque, in particular, of the generated torque, and can improve both the stop position at the time of excitation drive and the stop position accuracy at the time of non-excitation.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本願の発明者は、ディテ
ントトルクTrは、ローターマグネットの残留磁束によ
ってローターの位置を保持しようとする力であり、ロー
ターの回転角度によって周期的に発生することに着目
し、周期的な要素を均一化することを考えた。このた
め、ステーターユニットを構成する極歯を不均等に配置
することによってディテントトルクTrの発生要因を分
散させ、そのピーク値を低減することとした。これによ
り、無励磁時の発生トルクはもちろん、1相励磁時の発
生トルクも低減でき、ステッピングモーターをより均等
な条件下で回転させられ、停止位置精度の向上を図り、
さらに、無励磁時と励磁時との停止位置のずれを防止す
ることができる。DISCLOSURE OF THE INVENTION The inventor of the present application has found that the detent torque Tr is a force for holding the position of the rotor by the residual magnetic flux of the rotor magnet and is generated periodically depending on the rotation angle of the rotor. Focusing attention, we considered to make the periodical elements uniform. Therefore, it has been decided to disperse the factors that generate the detent torque Tr by arranging the pole teeth that form the stator unit unevenly and reduce the peak value thereof. As a result, not only the torque generated during non-excitation but also the torque generated during one-phase excitation can be reduced, the stepping motor can be rotated under more even conditions, and the stop position accuracy can be improved.
Further, it is possible to prevent the shift of the stop position between the non-excitation and the excitation.
【0010】すなわち、本発明に係るステッピングモー
ターは、軸方向に複数のユニットが積層された略円筒形
のステーターと、このステーターの内側に同軸状に配置
されたローターとを有しており、さらに、ローターは周
方向に分布した複数の磁極を備え、ステーターの各ユニ
ットは、円筒状のコイルと、このコイルの一方の端から
その内周に等間隔に延びた複数の第1の極歯と、コイル
の他方の端からその内周に等間隔に第1の極歯の間に延
びた第2の極歯とを備えており、これらのユニットの少
なくとも1つを構成する第1および第2の極歯のいずれ
かの極歯の少なくとも1枚を等間隔な位置からずれた位
置に形成するようにしている。That is, the stepping motor according to the present invention has a substantially cylindrical stator in which a plurality of units are laminated in the axial direction, and a rotor coaxially arranged inside the stator. , The rotor has a plurality of magnetic poles distributed in the circumferential direction, and each unit of the stator has a cylindrical coil and a plurality of first pole teeth extending from one end of the coil to the inner circumference at equal intervals. A second pole tooth extending from the other end of the coil to the inner circumference of the coil at equal intervals between the first pole teeth, and forming at least one of these units. At least one of the pole teeth is formed at a position displaced from the equidistant position.
【0011】このような第1および第2の極歯は、それ
らの極歯の間に少なくとも3つの異なる隙間が設けられ
ており、ローターの角度に依存するディテントトルクを
含め、他の周期的な要素の角度依存性を抑制できるの
で、スムーズな回転動作を行え、停止位置精度の高いス
テッピングモーターを実現できる。Such first and second pole teeth are provided with at least three different gaps between the pole teeth, and other periodic teeth, including detent torque depending on the angle of the rotor. Since the angle dependence of the elements can be suppressed, a smooth rotating operation can be performed and a stepping motor with high stop position accuracy can be realized.
【0012】なお、以下の実施例に示してあるように、
2つのステーターユニットを備えた4相のPM型ステッ
ピングモーターの実験結果より、合計N枚の極歯を備え
たステッピングモーターにおいて、合計n枚の極歯を等
間隔な位置から次の関係を持ったΔθずれた位置に形成
したときに、ホールディングトルクの大幅な減少と、低
いディテントトルクTrが得られる。 Δθ = C×(K/K0)/(N×n) ・・・(A) ここで、Kは前記の面積と、これらの極歯に寄与する前
記コイルの面積の比であり、K0は0.73であり、ま
た、Cはほぼ200〜900の範囲である。As shown in the following examples,
From the experimental results of the 4-phase PM type stepping motor equipped with two stator units, in the stepping motor equipped with a total of N pole teeth, a total of n polar teeth have the following relationships from equidistant positions. When formed at a position deviated by Δθ, a significant reduction in holding torque and a low detent torque Tr can be obtained. Δθ = C × (K / K0) / (N × n) (A) Here, K is the ratio of the area to the area of the coil that contributes to these pole teeth, and K0 is 0. 0.73 and C is approximately in the range of 200-900.
【0013】[0013]
【実施例】図4に、本発明の1実施例のステッピングモ
ーターの極歯の展開図を示してある。本例のステッピン
グモーターは、上記にて図1および図2に基づき説明し
たステッピングモーターと同じ構成であり、上下2つの
ステーターユニット21aおよび21bを有し、それぞ
れのユニット21の外ヨーク23および内ヨーク24は
それぞれ5枚の極歯27および29を備えたステップ数
が20のPM型ステッピングモーターである。本例のス
テッピングモーターは、内ヨーク24aおよび24bか
らコイルの内側に延びた5本の極歯29aおよび29b
の内、それぞれ2本の極歯、計4本の極歯の位置を均等
な角度72°(4Θ)からずらして形成してある。図4
に示した例では、上下それぞれ2本の極歯29A、29
B、29Cおよび29Dを均等な間隔72°(4Θ)か
ら7.125°(0.4Θ)ずらしてある。FIG. 4 shows a development view of the pole teeth of a stepping motor according to an embodiment of the present invention. The stepping motor of this example has the same configuration as the stepping motor described above with reference to FIGS. 1 and 2, and has two upper and lower stator units 21a and 21b, and an outer yoke 23 and an inner yoke of each unit 21. Reference numeral 24 is a PM type stepping motor with 20 steps, each having five pole teeth 27 and 29. The stepping motor of this example has five pole teeth 29a and 29b extending from the inner yokes 24a and 24b to the inside of the coil.
Among them, the positions of two pole teeth, that is, a total of four pole teeth, are formed by shifting from a uniform angle of 72 ° (4Θ). FIG.
In the example shown in, the upper and lower two pole teeth 29A, 29
B, 29C and 29D are evenly spaced 72 ° (4Θ) offset by 7.125 ° (0.4Θ).
【0014】図5に、図4に示したステッピングモータ
ーの内ヨーク24から極歯29が延びている様子を示し
てある。本例では、5本の極歯のうち、隣接しない2本
の極歯29Aおよび29Bの位置を7.125°(0.
4Θ)ずらしてあり、この結果、5枚の極歯29は72
°(4Θ)、79.125°(4.4Θ)および64.
875°(3.6Θ)の3つの異なった間隔をもって配
置される。FIG. 5 shows how the pole teeth 29 extend from the inner yoke 24 of the stepping motor shown in FIG. In this example, of the five pole teeth, the positions of two pole teeth 29A and 29B that are not adjacent to each other are set to 7.125 ° (0.
4Θ), and as a result, the five pole teeth 29 are 72
° (4Θ), 79.125 ° (4.4Θ) and 64.
They are placed at three different intervals of 875 ° (3.6Θ).
【0015】このように極歯29が不均等に配置された
内ヨーク24と、極歯27が均等に配置された外ヨーク
23とを組み合わせると、図4に示すように、外ヨーク
から延びた極歯27と、内ヨークから延びた極歯29と
は、均等に開いた隙間L1と、この隙間L1より狭い隙
間L2、さらに広い隙間L3の3つの異なった隙間をも
って組み合わされる。これに対し、極歯が共に均等に配
置された内ヨークと外ヨークを組み合わせ際に内ヨーク
と外ヨークとを角度をずらしても、極歯の間も従来の均
等に開いた隙間とは異なる隙間を設けれる。しかし、こ
の場合、極歯の間の隙間は最大で2種類であり、本例の
ように3つの異なった隙間をもって極歯を組み合わせる
ことは不可能である。さらに、本例では、2本の極歯2
9Aおよび29Bを同じ角度でずらしてあるが、これら
を異なった角度でずらすことも可能であり、この場合
は、さらに4あるいはそれ以上多数の異なった隙間を極
歯と極歯の間に形成できる。As shown in FIG. 4, when the inner yoke 24 having the non-uniformly arranged pole teeth 29 and the outer yoke 23 having the non-uniformly arranged pole teeth 27 are combined, it extends from the outer yoke. The pole teeth 27 and the pole teeth 29 extending from the inner yoke are combined with a gap L1 that is evenly opened, a gap L2 that is narrower than the gap L1, and a gap L3 that is wider than the gap L1. On the other hand, even when the inner yoke and the outer yoke are displaced in angle when the inner yoke and the outer yoke in which the pole teeth are evenly arranged are combined, the gap between the pole teeth is also different from the conventional evenly opened gap. A gap can be provided. However, in this case, the maximum gap between the pole teeth is two, and it is impossible to combine the pole teeth with three different gaps as in this example. Furthermore, in this example, two pole teeth 2
Although 9A and 29B are offset by the same angle, it is also possible to offset them by different angles, in which case four or more different gaps can be formed between the pole teeth. .
【0016】図6に、図4に示した状態でずらしたモー
ターも含め、上述したステップ数Nが20のステッピン
グモーターの極歯のうち、4枚の極歯を均等な位置から
ずらした角度と、そのモーターのプルイントルク、およ
び、ディテントトルクTrの値を示してある。ここで示
すプルイントルクとは、一方のステータユニット内のコ
イルのみに連続的にパルスを印加したときに発生するト
ルクである。本図の左の縦軸はプルイントルクを示して
おり、ずらし角Δθが2°(0.11Θ)を超えると減
少し、Δθを2.8°(0.15Θ)としたステッピン
グモーターにおいてはプルイントルクが略0を示す。ず
らし角Δθを増加させてステッピングモーターを作成し
た場合でもプルイントルクは略0を示し、図4に示した
ずらし角Δθが7.125°(0.4Θ)のモーターも
プルイントルクは略0である。さらに、ずらし角Δθを
増加させてもプルイントルクは低いままであり、この状
態は極歯同士が隣接するΔθが11.3°(0.627
Θ)程度まで同じである。In FIG. 6, including the motor shifted in the state shown in FIG. 4, among the pole teeth of the stepping motor having the step number N of 20 described above, four pole teeth are displaced from an equal position and an angle. , The values of the pull-in torque of the motor and the detent torque Tr are shown. The pull-in torque shown here is a torque generated when pulses are continuously applied only to the coils in one of the stator units. The vertical axis on the left side of this figure shows the pull-in torque, which decreases when the shift angle Δθ exceeds 2 ° (0.11θ), and is reduced when the stepping motor has Δθ of 2.8 ° (0.15θ). The torque shows almost zero. Even when the stepping motor is produced by increasing the shift angle Δθ, the pull-in torque is substantially 0, and the pull-in torque of the motor having the shift angle Δθ of 7.125 ° (0.4Θ) shown in FIG. 4 is also substantially 0. . Furthermore, even if the shift angle Δθ is increased, the pull-in torque remains low. In this state, Δθ where pole teeth are adjacent to each other is 11.3 ° (0.627).
It is the same up to about Θ).
【0017】プルイントルクの大きなケースとしてずら
し角Δθが1.8°(0.1Θ)のモーターを、また、
プルイントルクが小さなケースとして発生トルクが略0
であるずらし角Δθが7.125°(0.4Θ)のモー
ターを選択し、それらのディテントトルクTrを測定し
た。その結果、図6に記載してあるように、Δθが1.
8°のモーターではディテントトルクTrが1.1g・
cmであるのに対しΔθが7.125°のモーターでは
ディテントトルクTrが0.65g・cmであり、プル
イントルクの大きなモーターと比較して略半分の値に低
減されているのが判る。As a case of a large pull-in torque, a motor having a shift angle Δθ of 1.8 ° (0.1θ),
As the case of small pull-in torque, the generated torque is almost 0.
A motor having a shift angle Δθ of 7.125 ° (0.4θ) was selected, and their detent torque Tr was measured. As a result, as shown in FIG. 6, Δθ is 1.
Detent torque Tr is 1.1g for 8 ° motor.
In contrast to the motor having a Δθ of 7.125 °, the detent torque Tr is 0.65 g · cm, which is about half the value of the motor having a large pull-in torque.
【0018】ここで、プルイントルクとディテントトル
クとの関係について定性的に考察する。一方のコイルか
らの励磁のみで零でないプルイントルクが発生するとい
うことは、ロータの停止位置が、本来停止すべき位置か
らずれていることを意味する。すなわち、ディテントル
クが大きい状態と対応すると考えられる。そこで、ディ
テントルクについても、図6に破線で示したような特性
が得られると推測される。Here, the relationship between the pull-in torque and the detent torque will be considered qualitatively. The fact that the pull-in torque that is not zero is generated only by the excitation from one coil means that the rotor stop position is deviated from the position where it should be stopped. That is, it is considered to correspond to the state where the detent torque is large. Therefore, it is estimated that the detent torque also has the characteristics shown by the broken line in FIG.
【0019】以上から、ステーターユニットの内ヨーク
から延びた極歯の一部を等間隔な位置からずれた位置に
形成することによって発生トルクを大幅に低減できるこ
とが判る。さらに、発生トルクが低いモーターにおいて
は、ディテントトルクTrがほぼ半分まで低減されてい
るので、ディテントトルクTrの減少がホールディング
トルクの安定した出力に大きく寄与していることが判
る。このようにディテントトルクの小さなステッピング
モーターは、これらのトルク自体の値が小さいので、角
度によってその値が変動しても角度に対する依存性は小
さい。従って、1相励磁、2相励磁、および1−2相励
磁など、どのような駆動状態であっても回転はスムーズ
に行われ、停止位置精度も非常に高くなる。さらに、本
例のステッピングモーターは無励磁の発生トルクに相当
するディテントトルクTrが削減されているので、1相
励磁などによる駆動状態の停止位置と、無励磁の停止位
置とのずれは少なくなる。従って、駆動状態での停止位
置と無励磁の停止状態との間の静止角度誤差も少なくな
り、停止位置精度の高いステッピングモーターを実現で
きる。本例のようにトルクの角度依存性が少なく、停止
位置精度の高いステッピングモーターは、励磁駆動した
際に振動や騒音の発生も少ない。従って、モーターを動
力源とした駆動系統の振動や騒音も抑制できるので、本
例のステッピングモーターを動力源として振動や騒音の
発生が少なく、非常に位置精度の高い駆動機構を構成で
きる。From the above, it can be seen that the generated torque can be greatly reduced by forming some of the pole teeth extending from the inner yoke of the stator unit at positions displaced from the equidistant positions. Further, in a motor with a low generated torque, the detent torque Tr is reduced to almost half, so it can be seen that the decrease in the detent torque Tr greatly contributes to the stable output of the holding torque. As described above, the stepping motor having a small detent torque has a small value of these torques, and therefore has a small dependency on the angle even if the value varies depending on the angle. Therefore, rotation is smoothly performed in any driving state such as one-phase excitation, two-phase excitation, and one-two-phase excitation, and the stop position accuracy is very high. Further, in the stepping motor of this example, the detent torque Tr corresponding to the torque generated by the non-excitation is reduced, so that the deviation between the stop position in the driving state due to the one-phase excitation and the like and the stop position in the non-excitation is reduced. Therefore, the stationary angle error between the stopped position in the driven state and the non-excited stopped state is reduced, and a stepping motor with high stop position accuracy can be realized. As in this example, a stepping motor having a small angle dependence of torque and a high stop position accuracy produces little vibration or noise when being excited and driven. Therefore, the vibration and noise of the drive system using the motor as the power source can be suppressed, so that the stepping motor of the present example can be used as the power source to generate less vibration and noise, and a drive mechanism with extremely high positional accuracy can be configured.
【0020】ステッピングモーターのステーターを構成
する極歯と極歯の間の隙間を様々、特に3以上の異なっ
た隙間を設けることにより、ディテントトルクの発生要
因が周方向に分散されるので、ディテントトルクのピー
ク値が低減されると考えられる。そして、上述したよう
に本実施例のステッピングモーターにおいては、図6に
示すような広い角度範囲で、ディテントトルクが大幅に
低減され、上記の技術的思想が確認できた。さらに、こ
のような広い角度範囲でディテントトルクを低減できる
ので、ステッピングモーターの組み立て時における許容
誤差を大きく設定できる。従って、良好な特性を持つ本
発明のステッピングモーターは容易に製造でき、安価に
提供できる。極歯の間の隙間を上記のように様々な幅に
設定するには、本例のように極歯の形成された位置(角
度)をずらしても良く、あるいは、1つあるいは複数の
極歯の面積を変えることによっても様々な幅の隙間を設
定することも可能である。By providing various gaps between the pole teeth forming the stator of the stepping motor, particularly three or more different gaps, the detent torque generation factors are dispersed in the circumferential direction. It is considered that the peak value of is reduced. Then, as described above, in the stepping motor of this embodiment, the detent torque was significantly reduced in a wide angle range as shown in FIG. 6, and the above technical idea was confirmed. Further, since the detent torque can be reduced in such a wide angle range, a large tolerance can be set when the stepping motor is assembled. Therefore, the stepping motor of the present invention having good characteristics can be easily manufactured and provided at a low cost. To set the gap between the pole teeth to various widths as described above, the positions (angles) where the pole teeth are formed may be shifted as in this example, or one or a plurality of pole teeth may be set. It is also possible to set gaps of various widths by changing the area of.
【0021】このような考えかたに基づくと、本例に限
らず、3枚以下、あるいは5枚以上の、ステーターユニ
ットの外ヨークあるいは内ヨークの少なくともいずれか
の極歯を不均等に形成することにより、トルクのロータ
ーの回転角度に対する依存性の低いステッピングモータ
ーを提供できることは明らかである。また、ステッピン
グモーターを構成する極歯の枚数も20枚に限定されな
いことはもちろんである。そして、このようなステッピ
ングモーターは、ローターの回転がスムーズに行われる
ので、騒音や振動等が少なく、停止位置精度も高いステ
ッピングモーターを実現できる。On the basis of such an idea, the present invention is not limited to this example, and three or less or five or more pole teeth of at least one of the outer yoke and the inner yoke of the stator unit are formed unevenly. As a result, it is clear that a stepping motor having a low dependence of torque on the rotation angle of the rotor can be provided. Also, the number of pole teeth constituting the stepping motor is not limited to 20. In such a stepping motor, since the rotor is smoothly rotated, it is possible to realize a stepping motor with less noise and vibration and high stop position accuracy.
【0022】上記のような測定と同時に、第1および第
2の極歯が等間隔で形成された図2に説明したステッピ
ングモーターにおいて、外ヨークあるいは内ヨークの極
歯をこれらが等間隔で組み合わせれる位置からずらした
ステッピングモーターについての特性も測定されてい
る。Simultaneously with the above measurement, in the stepping motor explained in FIG. 2 in which the first and second pole teeth are formed at equal intervals, the pole teeth of the outer yoke or the inner yoke are combined at equal intervals. The characteristics of the stepping motor displaced from the position where it is moved are also measured.
【0023】図7に、内ヨークを外ヨークの極歯の中間
に等間隔に組み合わせた位置から2.85°(0.15
8Θ)ずらして組み立てた状態を示してある。これによ
って、内ヨークを構成する第2の極歯29aおよび29
bの計10枚を、第1の極歯27aおよび27bに対し
ずらすことになる。この10枚の極歯をずらしたステッ
ピングモーターにおける、ずらし角度Δθと、測定され
たプルイントルクおよびディテントトルクの値を図8に
纏めてある。本図にて判るように、Δθが略1.3〜
5.2°(0.072Θ〜0.289Θ)の範囲でプル
イントルクはほぼ0となり、ディテントトルクTrも
0.71g・cmと低い値を示す。In FIG. 7, 2.85 ° (0.15 °) from the position where the inner yoke is combined in the middle of the pole teeth of the outer yoke at equal intervals.
8 Θ) It is shown in the assembled state by shifting. As a result, the second pole teeth 29a and 29 forming the inner yoke are formed.
A total of 10 sheets of b will be displaced with respect to the first pole teeth 27a and 27b. FIG. 8 shows the shift angle Δθ and the measured values of pull-in torque and detent torque in the stepping motor in which the ten pole teeth are shifted. As can be seen in this figure, Δθ is approximately 1.3 to
In the range of 5.2 ° (0.072Θ to 0.289Θ), the pull-in torque becomes almost 0, and the detent torque Tr also shows a low value of 0.71 g · cm.
【0024】同様に、外ヨークも等間隔に組み合わせる
位置からΔθずらしてモーターを組み立てられる。この
モーターにおいては内ヨークを構成する極歯10枚に加
え、外ヨークを構成する極歯10枚の計20枚の極歯を
ずらしたことになる。図9に、ずらした角度Δθと、測
定されたプルイントルクおよびディテントトルクの値を
纏めてある。本図にて判るように、Δθが略0.4〜
1.9°(0.022Θ〜0.105Θ)の範囲でプル
イントルクがほぼ0となり、ディテントトルクTrも
0.7g・cmと低い値を示す。Similarly, the motor can be assembled by shifting the outer yokes by Δθ from the position where they are combined at equal intervals. In this motor, in addition to the 10 pole teeth forming the inner yoke, a total of 20 pole teeth including the 10 pole teeth forming the outer yoke are displaced. FIG. 9 summarizes the shifted angle Δθ and the measured values of pull-in torque and detent torque. As can be seen in this figure, Δθ is approximately 0.4 to
In the range of 1.9 ° (0.022Θ to 0.105Θ), the pull-in torque becomes almost 0, and the detent torque Tr also shows a low value of 0.7 g · cm.
【0025】図6に示した、極歯のいずれかを等間隔な
位置からずらし、極歯同士の隙間を様々に設定可能にし
たモーターと比較すると、図8および図9に示した極歯
が等間隔に形成され、内ヨークおよび外ヨークの組み立
てる角度をずらしたモーターでは、ディテントトルクを
低減できる角度領域が狭い。従って、その角度領域に収
まるようにステーターユニットを高い精度で組み立てる
必要があり、コストアップの原因となり、特性も不安定
になりやすい。これに対し、本発明に係るステッピング
モーターでは、組み立て精度はそれほど要求されないの
で、性能の安定した高性能のモーターを安価に提供でき
る。Comparing with the motor shown in FIG. 6 in which one of the pole teeth is displaced from the equidistant position and the gap between the pole teeth can be set variously, the pole teeth shown in FIGS. In a motor that is formed at equal intervals and has a different assembly angle of the inner yoke and the outer yoke, the angular range in which the detent torque can be reduced is narrow. Therefore, it is necessary to assemble the stator unit with high accuracy so that the stator unit fits within the angular range, which causes an increase in cost and tends to make the characteristics unstable. On the other hand, in the stepping motor according to the present invention, assembling accuracy is not so required, so that a high-performance motor with stable performance can be provided at low cost.
【0026】図8および図9で得られた結果を参照する
と、ずらした極歯の枚数nが増えると、ディテントトル
クなどが低減できるずらし角Δθの範囲は減少し、これ
らの間には反比例の関係が成立すると推定される。ま
た、ステーターユニットを構成する極歯の総数Nが増え
ると、極歯をずらせる角度範囲は減少するので、ディテ
ントトルクを低くできるずらし角ΔθもNに反比例する
と推定される。従って、ずらし角Δθと、ステッピング
モーターを構成するこれらの要素N、nとの関係は以下
の式で表されると考えられる。Referring to the results obtained in FIGS. 8 and 9, as the number n of the displaced pole teeth increases, the range of the displacement angle Δθ where the detent torque and the like can be reduced decreases, and there is an inverse proportion between them. It is estimated that the relationship is established. Further, when the total number N of the pole teeth forming the stator unit increases, the angular range in which the pole teeth are displaced decreases, so the shift angle Δθ that can reduce the detent torque is also estimated to be inversely proportional to N. Therefore, it is considered that the relationship between the shift angle Δθ and these elements N and n forming the stepping motor is expressed by the following equation.
【0027】 Δθ = C0/( N×n ) ・・・(1) ここでC0は定数であり、この定数のとる範囲によって
Δθの範囲を設定できる。さらに、図10に示すような
極歯の面積S1に対し、その極歯に寄与するステーター
コイルの面積(磁石面積)S2の比S1/S2(=K)
が大きくなるとディテントトルクは上昇する傾向があ
る。このため、ΔθはKに比例すると考えられるので、
式1は以下の通りとなる。Δθ = C0 / (N × n) (1) Here, C0 is a constant, and the range of Δθ can be set by the range of this constant. Further, the ratio S1 / S2 (= K) of the area (magnet area) S2 of the stator coil contributing to the pole tooth to the area S1 of the pole tooth as shown in FIG.
The detent torque tends to increase with increasing. Therefore, Δθ is considered to be proportional to K,
Equation 1 is as follows.
【0028】 Δθ = C×(K/K0)/(N×n) ・・・(2) この式を用いて、図6で得られたディテントトルクを低
減できるΔθの範囲から定数Cの範囲を求める。なお、
図6の測定を行ったステッピングモーターの面積比Kは
0.73であり、この値をK0として採用する。この結
果、Cの範囲をほぼ200〜900として、上記の式2
により規定されるΔθの範囲であれば、本発明におい
て、ディテントトルクの低減されたステッピングモータ
ーを実現できることとなる。なお、図6で説明したよう
に、極歯同士が接触してしまうため本発明に係るステッ
ピングモーターのずらし角Δθの上限は特定されていな
い。従って、上記の定数Cの範囲は最小の範囲と考えら
る。Δθ = C × (K / K0) / (N × n) (2) Using this formula, the range of Δθ from which the detent torque obtained in FIG. 6 can be reduced to the constant C range can be reduced. Ask. In addition,
The area ratio K of the stepping motor measured in FIG. 6 is 0.73, and this value is adopted as K0. As a result, assuming that the range of C is approximately 200 to 900, the above equation 2
Within the range of Δθ defined by, the stepping motor with reduced detent torque can be realized in the present invention. As described with reference to FIG. 6, since the pole teeth come into contact with each other, the upper limit of the shift angle Δθ of the stepping motor according to the present invention is not specified. Therefore, the range of the constant C is considered to be the minimum range.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、ローターの回転角度に対する発生トルクの変動を少
なくすることにより、停止位置精度の高いステッピング
モーターを実現している。発生トルクの変動を抑制する
ために、本発明においては、ステーターユニットを構成
する外ヨークあるいは内ヨークの複数の極歯のうち、い
ずれか少なくとも1枚の極歯を従来の均等な位置から不
均等な位置にずらして配置している。このような極歯を
有する外ヨークあるいは内ヨークを用いると極歯同士の
隙間を様々に、特に3つ以上の異なった間隔に開けたス
テーターユニットを組み立てできる。As described above, in the present invention, a stepping motor with high stop position accuracy is realized by reducing the fluctuation of the generated torque with respect to the rotation angle of the rotor. In order to suppress the fluctuation of the generated torque, in the present invention, at least one pole tooth of the plurality of pole teeth of the outer yoke or the inner yoke that constitutes the stator unit is uneven from the conventional uniform position. It is arranged in a different position. By using the outer yoke or the inner yoke having such pole teeth, it is possible to assemble a stator unit having various gaps between the pole teeth, particularly three or more different gaps.
【0030】これらのステーターユニットを用いること
により、ローターの角度に依存するディテントトルクを
含め、発生トルクの角度依存性を低減できるので、スム
ーズな回転と高い停止位置精度を備えたステッピングモ
ーターを提供できる。また、発生トルクが均一化される
ので、1相、2相あるいは1−2相励磁などにより駆動
される場合と、無励磁状態で停止している場合との停止
位置の誤差もなくなり、いずれの場合であっても高い停
止位置精度を備えたステッピングモーターを実現でき
る。さらに、本発明に係るステッピングモーターでは、
ステーターユニットを組み立てる際の許容度が広いの
で、モーターの製造が容易であり、良好な特性の安定し
たモーターを安価に提供できる。By using these stator units, the angle dependence of the generated torque including the detent torque depending on the angle of the rotor can be reduced, so that a stepping motor having smooth rotation and high stop position accuracy can be provided. . Further, since the generated torque is made uniform, there is no error in the stop position between when driven by one-phase, two-phase or 1-2-phase excitation and when stopped in a non-excited state. Even in such a case, it is possible to realize a stepping motor having high stop position accuracy. Furthermore, in the stepping motor according to the present invention,
Since the tolerance in assembling the stator unit is wide, the motor can be easily manufactured, and a stable motor having good characteristics can be provided at a low cost.
【図1】PM型のステッピングモーターの概略構成を示
す展開斜視図である。FIG. 1 is a developed perspective view showing a schematic configuration of a PM type stepping motor.
【図2】図1に示すステッピングモーターの極歯の配置
を示す展開図である。FIG. 2 is a development view showing the arrangement of pole teeth of the stepping motor shown in FIG.
【図3】ステッピングモーターの発生トルクとローター
の回転角度の概略を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing an outline of a torque generated by a stepping motor and a rotation angle of a rotor.
【図4】本発明の実施例に係るステッピングモーターの
極歯の配置を示す展開図である。FIG. 4 is a development view showing the arrangement of pole teeth of the stepping motor according to the embodiment of the invention.
【図5】図4に示したステッピングモーターの内ヨーク
の極歯の配置を示す展開図である。5 is a development view showing an arrangement of pole teeth of an inner yoke of the stepping motor shown in FIG.
【図6】本発明の実施例のステッピングモーターのプル
イントルク及びディテントトルクと、極歯のずらし角と
の関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the pull-in torque and detent torque of the stepping motor according to the embodiment of the present invention and the shift angle of the pole teeth.
【図7】極歯が均等に配置された内ヨークをずらして組
み立てた極歯の配置を示す展開図である。FIG. 7 is a development view showing an arrangement of pole teeth assembled by shifting an inner yoke in which pole teeth are evenly arranged.
【図8】図7で示した10枚の極歯をずらしたときのず
らし角とステッピングモーターのプルイントルク及びデ
ィテントトルクとの関係を示すグラフである。8 is a graph showing the relationship between the shift angle when the 10 pole teeth shown in FIG. 7 are shifted, and the pull-in torque and detent torque of the stepping motor.
【図9】図7と同様に20枚の極歯をずらしたときのず
らし角とステッピングモーターのプルイントルク及びデ
ィテントトルクとの関係を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the shift angle and the pull-in torque and detent torque of the stepping motor when the 20 pole teeth are shifted, as in FIG. 7.
【図10】極歯の面積と、これに寄与するステーターコ
イルの面積との比を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a ratio of the area of the pole teeth to the area of the stator coil that contributes to the area.
10・・ステッピングモーター 11・・シャフト 12・・ローターマグネット 13・・ローター 15・・モーターカバー 16・・軸受け 20・・ステーター 21・・ステーターユニット 22・・コイル 23・・外ヨーク 24・・内ヨーク 26、28・・プレート 27、29・・極歯 10 Stepping motor 11 Shaft 12 Rotor magnet 13 Rotor 15 Motor cover 16 Bearing 20 Stator 21 Stator unit 22 Coil 23 Outer yoke 24 Inner yoke 26, 28 ... Plates 27, 29 ... Pole teeth
Claims (3)
円筒形のステーターと、このステーターの内側に同軸状
に配置されたローターとを有し、 このローターは周方向に分布した複数の磁極を備えてお
り、 前記ステーターの各ユニットは、円筒状のコイルと、こ
のコイルの一方の端からその内周に等間隔に延びた複数
の第1の極歯と、前記コイルの他方の端からその内周へ
等間隔に前記第1の極歯の間に延びた第2の極歯とを備
えており、これらのユニットの少なくとも1つを構成す
る前記第1および第2の極歯のいずれかの極歯の少なく
とも1枚が前記等間隔な位置からずれた位置に形成され
ていることを特徴とするステッピングモーター。1. A stator having a substantially cylindrical stator in which a plurality of units are stacked in the axial direction, and a rotor coaxially arranged inside the stator, wherein the rotor has a plurality of magnetic poles distributed in the circumferential direction. Each unit of the stator includes a cylindrical coil, a plurality of first pole teeth extending from one end of the coil to the inner circumference thereof at equal intervals, and the other end of the coil. Any of the first and second pole teeth forming at least one of these units, the second pole teeth extending between the first pole teeth at equal intervals to the inner circumference thereof. A stepping motor, wherein at least one of the pole teeth is formed at a position deviated from the equidistant position.
が積層されており、合計N枚の前記第1および第2の極
歯を備え、これらの極歯のうち合計n枚の極歯が前記等
間隔な位置からΔθずれた位置に形成されており、これ
らΔθ、nおよびNの間にほぼ次の関係があることを特
徴とするステッピングモーター。 Δθ = C×(K/K0)/(N×n) ・・・(A) ここで、Kは前記極歯の面積と、これらの極歯に寄与す
る前記コイルの面積の比、K0は0.73であり、ま
た、Cはほぼ200〜900の範囲である。2. The unit according to claim 1, wherein the two units are laminated and a total of N first and second pole teeth are provided, and a total of n pole teeth are the above-mentioned N pole teeth. A stepping motor that is formed at positions that are deviated from equidistant positions by Δθ, and that the following relationships exist among these Δθ, n, and N. Δθ = C × (K / K0) / (N × n) (A) Here, K is the ratio of the area of the pole teeth to the area of the coil that contributes to these pole teeth, and K0 is 0. 0.73 and C is approximately in the range of 200-900.
円筒形のステーターと、このステーターの内側に同軸状
に配置されたローターとを有し、 このローターは周方向に分布した複数の磁極を備えてお
り、 前記ステーターの各ユニットは、円筒状のコイルと、こ
のコイルの一方の端からその内周に等間隔に延びた複数
の第1の極歯と、前記コイルの他方の端からその内周へ
前記第1の極歯の間に延びた第2の極歯とを備えてお
り、これら第1および第2の極歯の間に少なくとも3つ
の異なる隙間が設けられていることを特徴とするステッ
ピングモーター。3. A substantially cylindrical stator in which a plurality of units are laminated in the axial direction, and a rotor coaxially arranged inside the stator, wherein the rotor has a plurality of magnetic poles distributed in the circumferential direction. Each unit of the stator includes a cylindrical coil, a plurality of first pole teeth extending from one end of the coil to the inner circumference thereof at equal intervals, and the other end of the coil. And a second pole tooth extending between the first pole teeth on the inner circumference thereof, and at least three different gaps are provided between the first and second pole teeth. A characteristic stepping motor.
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