JPH02114848A - ステッピングモータの着磁パターン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、振動や音響ノイズを低減させるステッピング
モータのロータマグネットの着磁パターンに関するもの
である。

「発明の概要」 本発明は、ステッピングモータのロータマグネットの着
磁パターンにおいて、 回転方向の半部の着磁パターンと他の半部の着磁パター
ンを着磁ピッチの１７４変位させ、それぞれの半部で発
生ずるデイテントトルクを互いに打ち消し合うようにし
て、ロータが滑らかに回転できるようにすることにより
、 ステッピングモータ回転時の振動や音響ノイズを低減で
きるようにしたものである。

［従来の技術］ 従来より、間欠駆動源に適したモータとして、パルスモ
ータとも呼ばれているステッピングモータがあり、その
一つとしてＰＭ形（永久磁石回転子形）ステッピングモ
ータがある。Ｉ）Ｍ形ステッピングモータは、ステータ
磁極の励磁コイルを順序よく励磁することで、永久磁石
で作られた回転子（ロータ）の磁極を吸引し回転させる
ものである。　第５図は従来例のステッピングモータの
ロータマグネットの着磁パターンを示す構成図である。

１１は円筒形のロータマグネットを示し、反対磁極（Ｎ
とＳ）が交互に等ピッチで１６極に着磁されて形成され
ている。１２はステータ磁極を示し、モータの軸方向に
対し２相構迅に形成され、それぞれにロータマグネット
１１の磁極と等ピッチ（電気角でπ）の極歯が形成され
ていて、一つの相（Ａ相）の極歯１２Ａ、、ｌ　２Ａ２
と他の相（Ｂ相）の極歯１２Ｂ、、１２Ｂ、とは半ピツ
チ（電気角てπ／２）だ（」ずれている。ここでいうス
テッピングモータの相とは、同時に励磁される励磁コイ
ル群を言い、この従来例では例えばＡ相とＢ相が交互に
励磁される。Ａ相（またはＢ相）によって、奇数番目極
歯１２Ａ、、（または１２Ｂ、）と偶数番目の極歯１２
Ａ？（または１２Ｂ２）は互いに逆の極性に励磁され、
ロータマグネット１１の各磁極Ｎ、Ｓを吸引してホール
ディングトルクを発生ずる。第５図はロータマグネット
ＩＩがＡ相の励磁によって吸引された状態を示し、次に
Ａ相の励磁をやめてＢ相を励磁（極歯１２Ｂ、をＳ極１
２Ｂ、をＮ極）すると、今度はロータマグネットＩＩが
Ｂ相の極歯１２ｒ３．、＋２１３．に吸引されてＢ相に
よるホールディングトルクが発生しＩステップ（図では
電気角π／２）だυＣ方向へ回転する。続いてＢ相の励
磁をやめ、Ａ相を＋’＋ｉＪとは逆に励磁（極歯１２Ａ
、をＮ極、極歯１２Ａ、をＳ極）すれば、Ａ相のホール
ディングトルクに」；りさらに１ステツプたけＣ方向へ
回転する。このように、ＰＭ形ステッピングモータでは
、励磁の切り換え回数だ（Ｊ１ステップずつ回転さ且る
ことができる。

しかし、第５図の従来例のＰＭ形ステッピンクモータで
は、励磁電流を流さなくとしロータマグネットが発生ず
る磁束のためにロータを引き（＝ｉ　＋Ｊるトルク即ち
デイテント）・ルクが存在し、このデイテントトルクが
ステッピングモータの振動や音響ノイズの原因となり、
さらにポールディンクトルクの波形を歪ませるため、モ
ータを滑らかに回転させることができなかった。第６図
は従来例のＰＭ形ステッピングモータの発生ｌ・ルクを
示している。■はＡ相のホールディングトルク、■はＩ
３相のボールディングトルク、■はデイテントｌ・ルク
を示している。デイテント）・ルク■は、ステッピング
モータの各ステップで発生し、従って電気角２π［ｒａ
ｄ］　（４ステツプ）に４回のデイテントトルクか発生
ずる。

このようなデイテントトルク 従来の技術としては、特開昭６３−３５１６２号公報に
開示された技術がある。この従来の技術では、ステータ
のＡ相の極歯とＢ相の極歯を半ピツチだ（Ｊ変位させる
ことに加えて、さらに所定量だけ変位さけるか、または
第７図の他の従来例のロータの構成図に示すように２つ
の円筒形のロータマグネット＋３Ａ，１３Ｂを軸方向に
配置したＡ相，Ｂ相の各極歯に対向して設け、それぞれ
の着磁パターンを」１記所定量だけ変位させることによ
り、デイテントトルク 消そうとするものであった。

（２）２つのロータマグネットを変位させる方法では、
各相の極歯が軸方向に分かれている構造のものにしか適
用できず、分布形の各相極歯を有するものなど他の構造
のステッピングモータに広く適用できない。

本発明は、上記問題点を解決するために創案されたもの
で、ステッピングモータ回転時の振動や音響ノイズを低
減し、ロータを滑らかに回転させることができるロータ
マグネットの着磁パターンであって、製造容易でかつど
のような構造のものにも適用可能なステッピングモータ
の着磁パターンを提供することを目的とする。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、」−記従来の技術にお（プるデイテント
トルクの打ち消し手段では、以下のような問題点があっ
た。

（１）ステータの極歯を変位させる方法では、等ピッチ
角に組むことさえ困難であって精度が出しにくい。

［課題を解決するための手段］ 」二記の目的を達成するための本発明のステッピングモ
ータの着磁パターンの構成は、 ステッピングモータのロータマグネットの回転方向の半
部におひる着磁パターンの各磁極の中心を他の半部の着
磁パターンの各磁極の中心から着磁ピッチの１／４変位
させることを特徴とする特［作用］ 本発明は、ロータマグネットの着磁パターンを回転方向
に２つの半部に分け、それぞれの着磁パターンを着磁ピ
ッチの１／４だ１Ｊ変位させることによって、一方の半
部で発生するデイテントトルクの位相に対し他方の半部
で発生ずるデイテントトルクの位相を反転させ、ステー
タの極歯を細工することなく、かつ一つのロータマクネ
ット上で振動、音響ノイズ等の原因となるデイテントト
ルクを打ち消す。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の一実施例を示
ず８極モデルの着磁パターンの構成図である。１は円筒
状のロータマグネットを示し、２Ｂ個（図例では２×４
個）のＮ極とＳ極のペアーの磁極を着磁により形成する
。本実施例では（ａ）に示すように、このロータマグネ
ット１を例えば中心線ｘ−ｘ’　を境に一方の半部１ａ
と他方の半分１ｂに分け、それぞれ等ピッチＰ（電気角
でπ）でｎ個（図例では４個）のＮ極、Ｓ極のペアーを
着磁するが、それらの磁極の中心が互いに着磁ピッチＰ
のｌ／４（電気角でπ／４）変位するように着磁する。

第１図では一方の半部１ａの磁極の中心線θ。−θ。′
と他方の半部１ｂの対応する磁極の中心線Ｙ−０の挟角
が電気角でπ／４となるように着磁を行う。このように
すると、２つの半部１　ａＩｂの境い目１ｃ、Ｉｄ近傍
において着磁ピッチの不連続部分が生じる。その一方の
境い目１ｃでは着磁ピッチＰの」／４（電気角てπ／４
）となり、他方の境い目では着磁ピッチＰの７／４　（
７／４　π）の範囲が不連続部分となる。そこで本実施
例で（Ｊｌ一方の１７４Ｐの不連続部分を無着磁部分Ｉ
ｅとし、他の７／４Ｐの範囲の不連続部分を以下の（１
）〜（３）のいずれかのように着磁する。

（１）（ａ）図示のように、着磁ピッチＰ（電気角でπ
）のＳ極（または場合によりＮ極）Ｉｆを半部１ａ側に
設け、３／４Ｐ　（電気角で３／４π）のＮ極（または
場合によりＳ極）Ｉｇを半部１ｂ側に設ける。この場合
、Ｎ極１ｇ側を着磁ピッチＰに、Ｓ極１ｆ側を３７４Ｐ
に形成しても良い。

（２）（ｂ）図示のように、７／４　Ｐ　（電気角７／
４π）の範囲を等分して、？／８　Ｐ　（７／８π）の
Ｓ極（または場合によりＮ極）Ｉｆ′　と７／８　Ｐ　
（７／８π）のＮ極（または場合によりＳ極）Ｉｇ′　
とを設ける。

（３）（ｃ）図示のように、半部１ａ側には３／４Ｐ（
電気角で３／４π）のＳ極（または場合によりＮ極）Ｉ
ｆ″を、半部１ｂ側には３／４　Ｐ　Ｃ電気角で３／４
　π）のＮ極（または場合によりＳ極）Ｉｇを設け、そ
の２つの磁極１ｆ″、Ｉｇ″の間に１／４Ｐの無着磁部
分１ｈを設げる。

その他の極はもちろんずべて等ピッチＰでＮ極Ｓ極を交
互に着磁する。

第２−は、上記ロータマグネットとステータの極歯の配
置例を示す部分展開図である。本図はステータ２の極歯
部分の円筒断面の一部を平面に展開した図とその極歯に
対向する円筒状のロータマクネット１の着磁パターンの
一部を平面に展開した図を表している。極歯は断面が台
形状とされ、モータの軸方向（図では」１下方向）にＡ
相用と１３相用に分けて配置されている。Ａ相用の極歯
は、奇数番目の極歯２Ａ、と偶数番口の極歯２Ａ、とが
ロータマグネット１の着磁ピッチＰ（電気角でπ）と同
一の配列ピッチでかつ台形状の極歯２Ａ２Ａ２が互いに
噛み合うように配列され、モータ駆動時には互いに同一
の励磁電流で異る極に励磁される。Ｂ相用の極歯２Ｂ、
、２Ｂ、もＡ相用と同様に配列され、同様に励磁される
。そして、Ａ相用の極歯２Ａ、、２Ａ、の配列とＢ相用
の極歯２１３２Ｂ、の配列とは、その配列ピッチの１／
２だ（Ｊ変位される。これに対し、ロータマクネットＩ
の着磁パターンは、Ａ相、　Ｉ−３相に対して−っにな
っており、従って各半部１ａ、Ｉｂおよび無着磁部分Ｉ
ｅ等もＡ相、Ｂ相に対して共通に形成される。なお極歯
の断面形状は台形状としたが三角形状等他の形状であっ
ても良い。

以」二のように構成した実施例の作用を述べる。

第３図（ａ）、（ｂ）はそのための説明図であり、第４
図は本実施例の発生トルクを示す図である。

第３図（ａ）はロータマグネットの一極（第１図中θ。

の位置の磁極）に発生ずるデイテントトルクを示し、（
ｂ）は」二記−極に対称な位置の他の半部の極（第１図
中θ。′の位置の磁極）に発生ずるデイテントトルクを
示している。デイテントトルクはすでに説明したように
、励磁電流を流さなくともロータマグネット１による磁
束のため、ステータの各極歯２Ａ、、２Ａ９，２Ｂ、、
２Ｂ２にロータマグネット１を引きイ」１〕るトルクで
ある。

以下、第３図ては極歯２Ａ、をＡ相、極歯２Ａ、をＡ相
と呼び、極歯２Ｂ、をＢ相、極歯２Ｂ２をＢ相と呼ぶ。

今、仮に（ａ）に示すようにマグネットロータのθ。の
位置においてＡ相の極歯と対向しているとする。ロータ
マグネットの半部の−っの磁極がθ。に位置する場合、
Ａ相の極歯とは対向しているため最大の磁束か流れ安定
する（トルクは発生しない）。Ａ相の極歯とは対向して
いないためトルクは発生しない。１３相、Ｂ相の極歯と
は１７２対向しているためトルクが発生ずるが、同じ大
きさで作用する方向が逆向きとなるために釣り合って安
定する。次に［７−タマグネツトの半部の一つの磁極が
０１（θ。から電気角てπ／４の位置）に位置する場合
、Ａ相の極歯とｉＪ、３／４対向してトルクを発生ずる
か、このｌ・ルクはＩ３相の極歯によるトルクと釣り合
って平衡状態になる。Ａ相の極歯とは】／４の対向でト
ルクを発生ずるがこれはＢ相の極歯によるトルクと釣り
合う。このようにロータマグネットの磁極と対向する極
歯による）・ルクを位置ｆｆｊて展開してみると電気角
２πまでに平衡点（合成トルクか０となる点）が８ポイ
ント存在し、デイテントトルクは第４ｇ波として発生ず
る。これに対して、上記磁極と対称なロータマグネット
の他の半部の磁極がθ。′に位置する場合、上記θ。位
置の磁極とは電気角でπ／２変位しているため、（ｂ）
に示すようにその位相がπ／２ずれることになる。上記
において、ロータマグネットの上記一方の半部とＡ、Ａ
相の極歯によるトルクをＡ相トルクと呼び、およびそれ
と、Ｂ，Ｂ相の極歯によるトルクをＢ相トルクと呼び、
他の半部とＡ．Ａ相の極歯によるトルクを便宜上Ａ′相
トルクと名付け、およびそれとＢ相，π相の極歯による
トルクを便宜上Ｂ′相トルクと名（＝Ｉける。第４図に
示すように、この新たなＡ′相トルクおよびＢ′相トル
クによるデイテントトルクＴｏ’　はＡ相トルクとＢ相
トルクによるデイテントトルクＴｏとは」二連の如く反
転するため、合成によってお互いに打ち消し合うことに
なる。なお第４図中、ＴＡはＡ相コイルとロータマグネ
ットの半部のボールディングトルクを示し、ＴＡ’　は
Ａ相コイルとロータマグネットの他の半部のホールディ
ングトルクを示している。

本実施例の着磁パターンは着磁ヨークによって着磁を行
うことにより形成されるが、この着磁ヨークを精度良く
作りさえずれば、すべてのロータマグネットを精度よく
製造することができ、製品毎のバラツギをなくすことが
できる。また、デイテントトルクが減少するために、ボ
ールディングトルクの波形がそれによって歪むことがな
いため、ホールディングトルクの波形を正弦波形に近づ
けてｓｉｎ　（ザイン）／ｃｏｓ（コザイン）駆動が可
能となり、滑らかに回転させることができる。また、デ
イテントトルクが少なくなるため、それが主な原因とな
って生ずる振動や音響ノイズが低減される。

なお、上記実施例ではステータの各相を軸方向に配置し
た例で説明したが、本発明の着磁パターンは軸方向に対
して一つであるため、ステータの各相をモータの回転方
向に配列した分布形のステータ構造等のステッピングモ
ータにも適用することができるようになる。このように
、本発明はその主旨に沿って種々に応用され、種々の実
施態様を取り得るものである。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明のステッピングモ
ータの着磁パターンによれば、以下の効果を得ることが
できる。

（＋）デイテントトルクの減少により振動、音響ノイズ
が低減する。

（２）ポールデインクトルクの波形のデイテントトルク
により歪みが減少し、正弦波形に近づｌ−１られるため
、ｓｉｎ／　ｃｏｓ駆動が可能になり、滑らかな回転が
得られる。

（３）モータの軸方向に対して一つの着磁パターンであ
るため、容易に精度を出すことができ、かつどのような
ステータ構造のステンピングモータにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の一実施例を示
ず着磁パターンの構成図、第２図はロータマグネットと
ステータの極歯の配列例を示す部分展開図、第３図（ａ
）、（ｂ）は本実施例の作用説明図、第４図は本実施例
の発生トルクを示す図、第５図は従来例の着磁パターン
の構成図、第６図は従来例の発生トルクを示す図、第７
図は他の従来例のロータの構成図である。 １　・ロータマグネット、Ｉａ・半部、Ｉｂ・半鏡い目
、 ステータ。 １く ■ １ａ：１ ■イ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステッピングモータのロータマグネットの回転方
   向の半部における着磁パターンの各磁極の中心を他の半
   部の着磁パターンの各磁極の中心から着磁ピッチの１／
   ４変位させることを特徴とするステッピングモータの着
   磁パターン。