JPS62196060A - ステツピングモ−タ - 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〕 本発明はステッピングモータに関し、特にステップ角を
極力小さくすることができる磁極構造に関する。

〔従来の技術〕

Ｉｉｏ図は従来の２相方式のステッピングモータを示す
断面図、第１１図は分解斜視図である。

ハウジング１に固着された軸受２．３にロータ軸４が回
転自在に支承されている。ロータ軸４にはヤンタピース
５を介して円筒形の磁石６が固着され、ロータ７をＭＩ
！成している。磁石６はその側周表面が軸方向には一様
に、周方向にはＮ＆、Ｓ極が交番する様に着磁され、ロ
ータフの磁極をなしている。

ステータ８は、ロータ７を巻回するドーナッツ状のコイ
ル９が薄板で形成されたステータコア１０により包まれ
てなるコイルユニット１１を２段積重ねて構成される。

２段積重ねるのは２相方式であるからである。１２はコ
イルボビン、１３はリード線である。

第１２図及びＷＳｉ２図は、ステータコア１０を構成す
る磁極板１５を示す平面図及び側面図である。磁極板１
５は、薄板をプレス加工して形成され、円筒状に配置さ
れた多数本の櫛状の歯１６を有している。２枚の磁極板
１５を対向させ、それぞれの＠１６が互いに相手の歯１
６と歯１６の間の溝ｇ１７に入り込む様に組み合されて
ステータコア１０を構成して（する、対向して組み合さ
れたｔｌ［１６はコイル９に上りそれぞれＮ極又はＳ極
に励磁されるステータ８の磁極をなす。

以上のｖｌｉを有する従来のステッピングモータの間′
８点について説明する。

ステッピングモータのステップ角を小さくしようとする
と磁極の数を多くしなければならず、磁極を構成する磁
極板１５の歯１６の数を多くしなければならない。しか
し、プレス加工により形成される＠１６の幅は板厚によ
る制限を受け、一般に磁極板１５の板厚以下の幅に形成
することは困難である。また、歯１６と歯１６との間の
溝部１７には対向する磁極板１５の歯１６が入り込むだ
めの幅を確保することが必要である。それ故、磁極＠１
５に形成することができる歯１６の数は、歯１６が配列
される円周の内径即ちステータの内径により制約を受け
る。このため、ステップ角を小さくするとステッピング
モータの外径が大きくなってしまうという問題点があっ
た。

また、ロータフの円筒形磁石６においても、径に比較し
てステップ角が小さくなると磁石６の側周の着磁のピッ
チが細かくなり、磁石６の表面付近しか磁化できなくな
るため磁石の体積利用効率が低下し、磁力が低下してス
テッピングモータのトルクが低下してしまうという問題
点もあった。

これらの要因により従来のステッピングモータでは、た
とえば外径４０１のものでは１回転入テップ数が９６ス
テツプ（ステップ角３．７５°）程度が実用的な＠界で
あった。

しかし、近年、軽景化、構造の単純化の要請から減速機
を用いずステッピングモータにより直接駆動することが
多くなり、小径のステッピングモータにおいても小ステ
ップ角化、高トルク化が課題になってきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記の問題点を解決するためなされたもので
あり、外径を大さくすることなくステップ角を小さくし
、１回転ステップ数を多くすることができるステッピン
グモータを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため第１の発明では、円周上から軸方向に突出した
多数本の歯を有する２枚の磁極板を、互いに歯の突出す
る方向が逆になるように対向して組み合せ、その歯を磁
極とする磁極コアを備えるステッピングモータであって
、前記磁極板は、複数本の歯が等ピッチで配列された連
続部と、同じ等ピッチの複数本の歯が欠落させられた欠
落部とを交互に有し、上記２枚の磁極板を、互いに前記
連続部が対向する磁極板の前記欠落部に入り込む様に組
み合せた第１の磁極コアを備えることを特徴とするステ
ッピングモータがｖＬｏ（される。

また、第２の発明では、円周上から軸方向に突出した多
数本の歯を有する２枚の磁極板を、互いに歯の突出する
方向が逆になるように対向して組み合せ、その歯を磁極
とする磁極コアを備えるステッピングモータであって、
前記磁極板は、多数本の歯が全周に渡り等ピッチで配列
され、上記２枚の磁極板を、互いに歯の先端が対向する
磁極板の歯と歯の間の溝部に対向し、かつ、歯が対向す
る前記溝部に入り込まない様に組み合せたｔｔＳ２の磁
極コアを罰えることを特徴とするステッピングモータが
提供される。

〔作用〕

ｗＳｌの発明の構成によれば、対向する磁極板の歯は互
いに相手の欠落部に入り込むため、連続する歯と歯の間
の溝部には歯が入り込むだけの幅を確保する必要がなく
、溝部の幅に比較して歯の幅を大きくとることができる
。それ故、磁極板の板厚により制限される歯の幅に比較
して歯と歯のピッチを小さくすることができ、ステップ
角を小さくすることができる。

＠２の発明の構成によれば、対向する磁極板の歯は互い
に対向する溝部に入り込まないため、溝部の幅に比較し
て歯の幅を大きくとることができる。それ故、歯の幅に
比較して歯と歯のピッチを小さくすることができ、ステ
ップ角を小さく　−ｔ−ることができる。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面に従って具体的に説明する
。

ｔＩＳ１図は本発明に係る２相方式のステッピングモー
タを示す断面図、ｆｆ１２図はステータコアの展開図、
第３図はａ−タコ７の展開図である０本実施例ではステ
ータコアに第１の発明が、ロータコアに第２の発明がそ
れぞれ適用されている。

ハウジング１に固着された軸受２．３にロータ軸４が回
転自在に支承されている。ロータ軸４には円筒板形状を
し厚さ方向（軸方向）に−・様に着磁された２枚の磁石
２１，２２が固着されている。

各磁石２１．２２は、それぞれ２枚の磁極板２３．２４
及び２５．２６により挾着されている。磁極板２３〜２
６は磁性体からなる薄板をプレス加工して形成された同
一形状を有するもので、外周部が打ち抜かれ軸方向に突
出して折り曲げられて形成された多数本の歯２７を外周
上に有している。

磁石２１を挾着する２枚の磁極板２３．２４は、互いに
＠２７の突出する方向が逆になるように対向して組み合
され、磁極板２３の歯２７をＮ極の磁極、磁極板２４の
１ｌｉ２７をＳ極の磁極とする磁極コアをなしている、
磁石２２を挾着する２枚の磁極板２５．２６も、同様に
組み合されそれぞれの歯２７を磁極とする磁極コアをな
す。ロータ軸４、磁石２１．２２及び４枚の！極板２３
〜２６にてロータを構成している。

第３図はロータコアを構成する４枚の磁極板２３〜２６
の展開図である。

各磁極＠２３〜２６の′ｔｌＪ２７は等ピッチで円周上
に配列され、歯２７の幅は歯と歯の間の溝部２８の幅と
大略等しく形Ｉ！！、されている。磁極板２３と対向す
る磁極板２４とは、その位相が１７２ピツチだけずらし
て組み合され、互いに歯２７の先端Ｍｍｕ　２８１．：
対向し、カッ、歯２７がｍ［１２８に入り込まない様に
組み合されている。磁極板２３．２４からなる磁極コア
と、磁極板２５．２６からなる磁極コアとは全く同じ位
相に組み合されている。ａ−夕の磁極コアは第２の磁極
コアをなす。

再び第１図を参照し説明する。ステータはドーナッツ状
をした２つのフィル３１．３２を有する。

フィルポビン１２に収容された各コイル３１．３２は、
それぞれ２枚の磁極板３３．３４及び３５．３６により
挾持されている。各磁極板３３〜３６は、磁性体からな
る薄板をプレス加工して形成された同一形状を有するも
ので、内周部が打ち抜かれ軸方向に突出して折り曲げら
れて形ｍ％れた多数本のｌ！１３７を内周上に有してい
る。２枚の磁極＠３３．３４が互いに歯３７の突出する
方向が逆になるように対向して組合され、それぞれの歯
３７を磁極とするコイル３１の磁極コアをなしている。

磁極板３５．３６も同様に組み合され、コイル３２の磁
極コアをな°忙。フィルボビン１２に巻かれた２組のコ
イル３１．３２及び４枚の磁極板３３〜３６にてステー
タを構成している。

第２図はステータコアを構成する４枚の磁極板３３〜３
６の展開図である。

各磁極板３３〜３６は、２枚の歯３７からなるＸ！！絞
部襠部４０３枚の歯が欠ＦＡさせられた欠落部４１とを
交互に有する。１１３ち、各磁極板３３〜３６は、内周
上に等間隔に配列された多数本の歯から３本の歯を欠落
させた欠落部４１と２本の歯３７を残した連続部４０と
を交互に配列した形状を有する。＄３７のピッチはロー
タの磁極板２３〜２６の歯２７のピッチと等しい、また
、１ｌｌ１３７の幅は歯と歯の間のｍ部３８の幅と大略
等しく形ｒ！Ｌされている。

磁極板３３と磁極板３４とは互いに位相が５７２ピツチ
だけずらして組み合され、互いに連続部４０が相手の欠
落部４０に入り込む様に組み合されている。磁極板３３
と磁極板３４とは位相が５７２ピツチずれているのであ
るから、互いに位相が１７２ピツチだけずれていること
と等価である。

＠極板３３．３４は、コイル３１の励磁電流の方向によ
りそれぞれＮ極又はＳ極に励磁される。

磁極板３３．３４からなるコイル３１の磁極コアと、磁
極板３５．３６からなるコイル３２の磁極コアとは、そ
の位相が１７４ピツチだけずらして組み介され、ステー
タコアを構成している。ステータの磁極コアはｒｊＳｌ
の磁極コアをなす。

以上の構成に基さ作動について説明する。

７１′１４図乃至第９図はロータコアと又テータコアの
相対的な位置を示す展開図であり、ロータ側からステー
タ側を見た図である。

ロータコアをなす４枚の磁極板２３．２４．２５．２６
は、磁石２１．２２によりそれぞれ磁極板２３．２５は
Ｎ極に、磁極板２４．２６はＳ極に常時励磁されている
６ステータコアをなす４枚の磁極板３３．３４．３５．
３６は、コイル３１．３２の励磁電流の方向によりＮ極
又はＳ極に励磁される。

まず、第４図に示す様に、ロータの磁極板２６の歯がス
テータの磁極板３５の歯と重り合う位置にいるとする。

この位置でコイル３１のみを正方向に通電すると、図示
の様に磁極［３３はＮ極に、磁極板３４はＳ極に励磁さ
れる。そして、Ｓ極に励磁されたステータの磁極板３４
の歯６１．６２（以後ステータの歯と称する）にロータ
の磁極板２３の歯５１．５２が吸引され、磁極板２４の
歯５６．５７（以後Ｕ−タの歯と称する）が反発される
。共にロータを図面左方向に移動させる力である。＊た
、Ｎ極に励磁されたステータの１！＋０３．６４に、ロ
ータの歯５３．５４が反発され、ロータの歯５９．６０
が吸引され、ロータを図面左方向に移動させる力を発生
する。ステータの極性の異なる歯と歯の開に位置するロ
ータの歯５８．５５には殆んど力が作用しない、このよ
うにして、ロータには図面左方向にトルクが働き、ロー
タは１／４ピツチ移動してｔｊＩＳ図に示す位置に進む
。

第５図の位置で、コイル３１の通電を止め、コイル３２
のみ逆方向にｉＩり電すると、磁極板３５はＳ極に、磁
極板３６はＮ極に動磁される。そして、Ｓ極に励磁され
たステータの歯８１．８２に、ロータの歯７１．７２が
吸引され、ロータの＄７６．７７が反発される。ＮＭｉ
ｌ、に励磁されたステータの＠８３．８４に、ロータノ
歯７３．７４が反発され、ロータの歯７９．８０が吸引
される。上記の吸引力及び反発力はいずれもロータを図
面左方向に進める方向に働き、ロータは１／４ピツチ移
動して第６図に示す位置に進む。

第６図の位置では、コイル３２の通電を止め、フィル３
１のみ逆方向に通電することにより磁極板３３はＳ極に
、磁極１２３４はＮ極に励磁され、ロータは図面左方向
にトルクを受け１／４ピツチ移動してｆ！Ｓ７図に示す
位置に進む。

ｔＪＳ７図の位置では、コイル３１の通電を止め、コイ
ル３２のみ正方向に通電することにより磁極板３５はＮ
極に、磁極板３６はＳ極に励磁され、ロータは図面左方
向にトルクを受け１／４ピツチ移動して第８図に示す位
置に進む。

第８図の位置で、そのままコイル３１の通電を続けると
、ステータの歯８１．８２及び８３．８４とロータの歯
７７．７８及び７４．７５との吸引力と、ステータの歯
８１．８２とロータの歯７１．７２．７３との反発力の
平衡及びステータの歯８３．８４とロータの歯７９．８
０．８６との反発力の平衡により、保持トルクが発生す
る。

また、第８図に示す位置は第４図に示す位置と等価であ
る。このようにして、コイル３１．３２の励磁電流を切
換ることによりロータを１７４ピツチずつ移動させるこ
とができる。

上記の説明では、説明を簡単にするためコイル３１．３
２をｓＭＪづつ通電することとしたが、２つのコイル３
１．３２を共に通電する２相励磁方式としても、第９図
に示す様に、ロータの平衡位ｆｆ１（停止位ｆｆ１）が
１７８ピツチずれるだけであり、作動は同じである。

以上説明した様に、？！！１２７．３７のピッチの１７
４をステップ角としてロータを回転させることができる
。ステップ角が磁極板の歯のピッチの１／４であること
は従来と同じであるが、従来に比べて磁極板の歯のピッ
チを小さくすることができるから、ステップ角を小さく
することができる。

従来のステッピングモータでは外径４０１のものでは１
回転ステップ数が９６ステツプのものが限界であったが
、本実施例によれば２００ステ、プのものが容易に可能
になった。

また、ステータの磁極板に欠ｇ部４１を設けるためトル
クが低下するかに思われるが、実験によると従来のもの
以上のトルクを確保することができた。これは、歯のピ
ッチを小さくしたことにより歯の総数が従来のものと余
り変りなくなったためと、ロータの磁石が表面着磁では
なく軸方向に一様に着磁すればよくなったので磁石効率
が上り、ロータからの磁束が強くなったためと考えられ
る。

従来の９６ステツプのものと、本実施例による２００ス
テツプのものとのトルクの比を概算的に検討すると、欠
落部４１により歯が５本の内３本が欠落させられたこと
による係数２７５、歯の幅は従来と概略同じであること
による係数１、歯の数の増加による係数５０／２４　、
それに磁石効率による係数を考えると、トルク比は、 ２１５　Ｘ　Ｉ　Ｘ　５０／２４　Ｘ（磁石効率）とな
り、大略同等のトルクが確保できることが理解できる。

以上説明した本実施例は次の利点を有する。

（１）　ステータの磁極板の遅統部４０の歯３７の数は
、欠落部４１で欠落させられた歯の数より１本だけ少な
い、このため、磁極コアを構成する２枚の磁極板３３．
３４を互いに歯３７の中心位置を相対的に１７２ピツチ
だけずらして連続ｓ４ｏが相手の欠落部４１に入り込む
様に１み介せることが容易にでき、がっ、磁極を構成す
る歯の数の減少を少なくすることかでか、トルクをげ保
することができるという利、αがある。

（２）　ステータ及びロータの磁極板の歯２７．３７の
幅は、歯と歯の間のｍ部２８．３８の幅と大略等しい、
このため、歯２７．３７を磁極として形成される磁束分
布が比較的滑らかな変化を示し、トルク変動が比較的小
さいという利、αがある。

また、歯２７．３７の幅が余りに狭いと磁束が減少し、
トルクが減少する。逆に歯２７．３７の幅が溝部２８．
３８の幅に比べて余り大きいと、磁束のギャップでの空
間分布が不均衡になり、かえってトルクが減少する。そ
れ故、トルクを確保できる利点もある、 （３）　ロータにも磁極コアを用いている。即ち、軸方
向に着磁された磁石２１を櫛状の歯２７を有する２枚の
磁極板２３．２４で挾着し、歯２７を磁極としている。

このため、ロータの磁石は、側周表面に細いピッチで着
磁する必要はなく、軸方向（厚さ方向）に一様に着磁す
ればよいから、磁石の利用効率が高くなり、ロータの磁
極からの磁束を強（シてトルクを＾めることがでさると
いう利点がある。

前記実施例では、ステータの磁極板３３．３４の連ａ部
４０の歯の数を２本、欠落部４１で欠落させた歯の数を
３本としたが、たとえば２！！続部を４本、欠落部を５
本とするなど、任意の本数にしてもよいことは勿論であ
る。

また、ステータに用いた磁極コアと、ロータに用いた磁
極コアとは互いに交換することができる。

即ち、ロータに連続部と欠落部を有する第１の磁極コア
を用い、ステータに歯が等ピッチで配列されたｊＱ２の
磁極コアを用いても同様の効果を得ることができる。

また、ステータにのみ第１又はｔＩＳ２の磁極コアを用
い、ロータは磁極コアを用いず円筒形磁石の側周に表面
着磁してもステップ角を小さくすることが可能である。

しかし、小ステップ角のものでは磁石の利用効率が下り
トルクが低下する京で不利である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、上記の構成を有し磁極板
の板厚により制限される歯の幅に比較して歯と歯のピッ
チを小さくすることがでトるから、ステッピングモータ
の外径を大軽くすることなくステップ角を小さくするこ
とができるという優れた効果がある。また、波及的な効
果として、ステ７プ角に比べてロータの外径を小さくで
終るから、ロータの慣性モーメントを小さくすることが
でか、ステータコイルの自己インダクタンスも小さくす
ることができる。このため、ステッピングモータの応答
性を高め高速運転を可能にするという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第９図は本発明の一実施例を示し、第１図は
本発明に係るステッピングモータの断面図、Ｐｔ５２図
はステータコアの展開図、第３図はロータコアのＩＪＬ
閏図、第４図乃至第９図は作動を説明するステータコア
及びロータコアの展開図であり、ｔＩＳ１０図乃至第１
３図は従来の入チッピングモータを示し、第１０図は断
面図、第１１図は要部の分解斜視図、９１２図はステー
タコアをなす磁極板の平面図、第１３図は側面図である
。 ４・・・ロータ軸、６・・・磁石、９・・・コイル、１
５・・・磁極板、１６・・・歯、１７・・・溝部、２１
．２２・・・磁石、２３．２４．２５．２６・・・ロー
タの磁極板、２７・・・歯、２８・・・ｍ部、３１．３
２・・・コイル、３３．３４．３５．３６・・・ステー
タの磁極板、３７・・・歯、３８・・・溝部、４０・・
・連続部、４１・・・欠落部。 代理人　　弁理士　　後　藤　勇　作 第１０図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　円周上から軸方向に突出した多数本の歯を有する２
   枚の磁極板を、互いに歯の突出する方向が逆になるよう
   に対向して組み合せ、その歯を磁極とする磁極コアを備
   えるステッピングモータであって、 前記磁極板は、複数本の歯が等ピッチで配列された連続
   部と、同じ等ピッチの複数本の歯が欠落させられた欠落
   部とを交互に有し、 上記２枚の磁極板を、互いに前記連続部が対向する磁極
   板の前記欠落部に入り込む様に組み合せた第１の磁極コ
   アを備えることを特徴とするステッピングモータ。 ２　前記磁極板の前記各連続都の歯の数は、前記各欠落
   部で欠落させられた歯の数より１本だけ少ないことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のステッピングモー
   タ。 ３　前記磁極板の歯の幅は、前記連続部の歯と歯の間の
   構部の幅に大略等しいことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のステッピングモータ。 ４　前記第１の磁極コアは、ステータの磁極コアとして
   用いられ、前記２枚の磁極板に挟持されるコイルを備え
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のステッ
   ピングモータ。 ５　前記第１の磁極コアは、ロータの磁極コアとして用
   いられ、前記２枚の磁極板に挾着される軸方向に着磁さ
   れた磁石を備えることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のステッピングモータ。 ６　円周上から軸方向に突出した多数本の歯を有する２
   枚の磁極板を、互いに歯の突出する方向が逆になるよう
   に対向して組み合せ、その歯を磁極とする磁極コアを備
   えるステツピングモータであって、 前記磁極板は、多数本の歯が全周に渡り等ピッチで配列
   され 上記２枚の磁極板を、互いに歯の先端が対向する磁極板
   の歯と歯の間の溝部に対向し、かつ、歯が対向する前記
   溝部に入り込まない様に組み合せた第２の磁極コアを備
   えることを特徴とするステッピングモータ。 ７　前記磁極板の歯の幅は、前記溝部の幅に大略等しい
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載のステッピ
   ングモータ。 ８　前記第２の磁極コアは、ステータの磁極コアとして
   用いられ、前記２枚の磁極板に挾持されるコイルを備え
   ることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載のステッ
   ピングモータ。 ９　前記第２の磁極コアは、ロータの磁極コアとして用
   いられ、前記２枚の磁極板に挾持される軸方向に着磁さ
   れた磁石を備えることを特徴とする特許請求の範囲第６
   項記載のステッピングモータ。