JPS63206149A - 永久磁石型高精度パルスモ−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】 ［発明の利用分野］ この発明は、ステップ角度誤差を微少ならしめる永久磁
石型高精度パルスモータに関する。

［発明の背景］ プリンタ、タイプライタ、フロッピーディスクドライブ
、ファクシミリ等に用いられる、電気−機械変換器とし
てのパルスモータには、位置決め精度であるステップ角
度誤差が少ないことが要求される。

ステップ角度誤差の生じる要因は、種々有るがパルスモ
ータ静止安定点近傍でのトルク勾配が小さいことが挙げ
られる。このトルク勾配は、励磁方式により異なるので
以下にその説明をする。

まず４相パルスモータの代表的励磁方式は、３通りあり
、１相励磁力式、２相励磁力式、それに、１−２相励磁
力式である。それぞれのトルク勾配には違いが見られ、
特に、静止安定点近傍でみると、２相励磁力式ではトル
ク勾配が高いが、１相励磁力式では低く、場合によって
は、トルクが零の範囲も現われる。このトルク茎の範囲
を、デッドバンドもしくはトルク不感帯と称している。

また１−２相励磁方式では、１相励磁と２相励磁が交互
に繰り返されるで、静止安定点近傍でトルク勾配が、高
い時と低い時とがステップごとに現われ、トルク勾配が
低い時に前記トルク不感帯が生ずる。

１相励磁の時に、静止安定点近傍でトルク勾配が低くな
る原因を、図面にもとづいて説明する。

第６図は、ステータＡ１ステータＢの斜視図である。各
ステータは、モータに組まれると、第７図の構造図のよ
うに構成される。第８図は、第７図のイーイ断面であり
、第９図は、第８図口部の拡大図である。

第９図において、ステータＡの歯極１ａとステータＢの
歯極１ｂは互いに等間隔に配置されるが、これら歯ｉ１
ａ、ｌｂはプレスで打抜き加工されるために、回転子側
歯極端ＩＣにプレスによるダレ（丸み）が生じる。その
結果、歯極端１ｃに磁束が集中しなくなり、静止安定点
近傍でのトルク勾配が低くなる。さらにプレスによるダ
レの量は、板厚とか、プレス金型のクリアランスの変化
に伴なって、製品ロットごとに変動するため、上記トル
ク勾配もロットにより変動する。

ところで、２相励磁方式の時に静止安定点近傍でのトル
ク勾配が高くなる理由は、同時に２つの相が励磁され、
その２つの相の歯極が、回転子を互いに引き合うトルク
を発生し、安定点を形成しているためであり、１相励磁
方式や１−２相励磁方式の時のようにトルク不感帯によ
る静止不安定性の問題は生じない。従来のステータ歯極
配列においては、歯極端にプレス加工によるダレ（丸み
）が生じることは説明した通りであり、その対策として
、次の■ないし■を挙げることができる。

■ダレを均一にするため、金型クリアランスの管理を厳
重に行なう。

■板厚の管理を高める。

■上記■および■のほか、回転子側の歯極端ＩＣを磁束
集中度が高いプレスパリとする。

上記■のブレスバリとした場合、磁束の集中度が得られ
る反面バ′すがモータのエアギャップ内に存在するため
、パリ量の管理を高める必要があり、管理次第でモータ
の組立不良率が大きく変動する。

以上のことから、従来の１相励磁方式もしくは１−２相
励磁方式のパルスモータにおいては、歯極端をプレスダ
レ、あるいはブレスバリにして静止安定点近傍でのトル
ク勾配を高めることには、種々の制約や難点があり、結
果としてステップ角度誤差を少くしてパルスモータの精
度を上げるには限界があった。

［発明の目的コ この発明は、以上の観点からなされたものであり、歯極
端がプレスダレであろうと、ブレスバリであろうと、そ
の如何を問わず、パルスモータ静止安定点近傍でのトル
ク勾配を高めることで、１相励磁方式、あるいは１−２
相励磁方式のパルスモータにおけるステップ角度誤差を
僅少ならしめた高精度パルスモータを提供することを、
目的としている。

［発明の概要］ 上記目的を達成するための本発明の構成は、表面にＮ、
Ｓ交互の永久磁極を設けた多極ロータと、その極面に対
向してロータと同心の円周上に歯極を配置して複数の環
状コイルより励磁され多相駆動磁界を発生するステータ
より成る多極永久磁石型パルスモータにおいて、前記ス
テータ歯極配列又は回転子磁極配列を、同じ繰返久しパ
ターンの不等間隔にすることで、等間隔に配列された回
転子磁極又はステータ歯極との相対位置を偏穆し、パル
スモータ静止安定点近傍でのトルク勾配を高め、これに
よりステップ角度誤差を微少ならしめたことを特徴とす
るものである。

［発明の実施例］ 以下、第１図ないし第５図に従って本発明のいくつかの
実施例の説明に入るが、それに先立って第１０図（ａ）
　、　（ｂ）に従って従来の永久磁石型パルスモータに
おける磁極配列について概略説明する。

第１０図（ａ）は、従来の１２極永久磁石型パルスモー
タにおける、ステータ歯極１ａ、１ｂと、回転子磁極２
Ｎ、２Ｓの１相励磁状態でめ磁極配列である。これは、
第８図に示される円筒状の等間隔歯極或は磁極配列を展
開して直線状に引きのばした図である。

第１０図（ａ）の励磁した状態において、ステータ歯極
が発生するトルクは、第１０図（ｂ）の破線でもって示
される。すなわち第１０図（ｂ）は横軸に角度、縦軸に
トルクを取り、偏移角度が零の点を静止安定点３として
いるが、前記破線の中で、静止安定点３の近傍ではトル
ク値が零となる範囲がある。これは、デッドバンドもし
くはトルク不感帯４と呼称されている。

第１０図（ｂ）において、実線は、１２極それぞれの角
度対トルクを合成したものであり、各歯極の持っていた
トルク不感帯４は、そのまま残っている。

第１０図（ａ）において、ステータＢの歯極１ｂの配列
を正方向と負方向に等量に交互に偏移し、ステータ歯極
１ａと回転子磁極２Ｎ。

２Ｓは、そのまま等間隔に配列すると第１図（ａ）に示
す本発明による歯極配列になる。ここで、ステータＢの
正方向に偏移した歯極を＋１ｂ、負方向に偏移しな歯極
を一１ｂとする。

第１図（ａ）の各歯極における角度対トルクを第１０図
（ｂ）　と同じように図示すると、第１図（ｂ）のよう
になる。第１図（ｂ）において、一点鎖線は歯極は一１
ｂの角度対トルクであり、二鎖線は歯極は＋１ｂの角度
対トルクであり、さらに破線は歯極１ａの角度対トルク
である。ここでそれぞれの歯極の角度対トルクには、前
に説明したトルク不感帯４が含まれることになるが、歯
極−１ｂでは負方向に歯極＋１ｂでは正方向に偏移する
。

第１図（ｂ）における実線は、歯極１ａと歯極子１ｂ、
−１ｂを合わせて、１２極の角度対トルクを合成したも
のであり、上記したトルク不感帯の偏移により静止安定
点３近傍でのトルク不感帯がなくなり、トルク勾配を有
している。

その結果、同時に２つの相を励磁し、２つの相の南極が
回転子を引きあって安定点を形成している２相励磁と同
じ効果を得ることになり、ステップ角度誤差を微少なら
しめることができる。

次に、第１０図（ａ）において回転子の磁極２Ｓの配列
を正方向と負方向に交互に偏移し、ステータ歯極１ａ、
Ｉｂと回転子磁極２Ｎは等間隔に配列すると第２図（ａ
）に示す本発明によるもう一つの磁極配列になる。ここ
で、回転子磁極２Ｓの正方向に偏移した磁極を＋２８、
負方向に偏移した磁極を−２３とする。

第２図（ａ）の角度対トルクを図にすると、第２図（ｂ
）　となり、一点鎖線が磁極＋２５、二点鎖線が−２３
、破線が２Ｎのそれぞれの角度対トルクである。この磁
極配列においてもそれぞれの角度対トルクにはトルク不
感帯４が含まれることになるが、磁極＋２８では負方向
に、磁極−２５では正方向に偏移する。

第２図（ｂ）の実線は、磁極２Ｎ、＋２Ｓ。

−２Ｓを合わせて、１２極の角度対トルクを合成したも
のであり、上記したトルク不感帯の偏移により静止安定
点３近傍でのトルク不感帯がなくなりトルク勾配を有し
ている。その結果、第１図（ｂ）の場合と同様にステッ
プ誤差角度を微少ならしめることができる。

この発明は、以上説明したように、ステータ歯極の配列
を不等間隔にする、あるいは回転子磁極の配列を不等間
隔にすることで、静止安定点近傍でのトルク勾配を高め
ることにより、ステップ角度誤差を微少ならしめ、パル
スモータの精度を高めるという効果がある。

以上２つのタイプのモデルで説明したが、ステータ歯極
の偏移の組合せ、及び回転子磁極の偏移の組合せは多数
あるため、代表的なステータ歯極の組合せを第３図から
第５図にて示す。

回転子磁極の偏移においても、ステータ磁極偏移と同じ
手法にて組合せが考えられる。

さらに、以上説明した偏移の例では、同じ繰返しパター
ンの不等間隔をとるのに歯極或は磁極を個々に偏移させ
た訳だが、２つの南極或は磁極を同時に偏移する場合、
３つ、４つと歯極或は磁極を同時に偏移する場合もある
。通常、永久磁石型パルスモータの極数は、１０極から
５０極のものが多く使用されているため、全ての極数、
全ての組合せを含めると膨大な数になるので代表例のモ
デルにとどめた。

次に第３図に示す実施例は、図示の如きステータ磁極偏
移の方法を通用した。また、極数は２４極とし、偏移量
は１．５度とした。

本実施例によると、１相励磁力式でのステップ角度誤差
は、従来の磁極配列方法のモータに比して約１７５に減
少した。

すなわち、本実施例と同サイズ、同極数とし、従来の歯
極或は磁極配列をもった１相励磁力式のステップ角度誤
差は、第１表に示すとおりであったのに対し、本実施例
においては第２表に示すとおりであった。

第１表 誤差帯幅　±７．４Ｋ。

１Ｆ５２表 １ｘ差帯暢　◆−１．コ侶 □ 上記第１表および第２表において正転誤差とは正転した
ときの１回転中での各ステップにおける理論値に対する
誤差百分率であり、逆転誤差とは正転１回転に引続いて
逆転したときの１回転中での同じく誤差百分率である。

そして、ステップ数は正転・逆転ともに４８である。ま
た誤差帯幅とは正転誤差と逆転誤差の中で最大値と最小
値の平均値である。

１−２相励磁力式でのステップ角度誤差は、その詳細デ
ータ比較は省略するが、従来の磁極配列方法を通用した
モータに比して約１７３に減少した。

二発明の効果］ この発明は以上説明したように、ステータ南極の配列を
不等間隔にすることで、静止安定点近傍でのトルク勾配
を高めることになり、ステップ角度誤差を減少させるこ
とができる。また回転子磁極の配列を不等間隔にするこ
とでもステータ歯極の場合と同じ効果が得られる。この
ことは、従来では困難とされていた１相励磁力式もしく
は１−２相励磁力式での位置決め精度が向上するという
効果があり、しかも、ステークのプレス加工仕上がりに
ついては従来プレスダレについて行なっていたのと何ら
変りのない管理でこと足りるという生産技術上の利点は
極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、（ｂ）は、本発明の一実施例を示し、
同図（ａ）はステータ歯極配列を不等間隔にしたモデル
図、同図（ｂ）は同図（ａ）の歯極配列での、角度対ト
ルク図である。 第２図（ａ）　、（ｂ）は、本発明のもう一つの実施例
を示し、同図（ａ）は回転子磁極配列を不等間隔にした
モデル図、同図（ｂ）は同図（ａ）の磁極配列での、角
度対トルク図である。 第３図ないし第５図は、本発明におけるその他の実施例
を示し、それぞれステータ歯極配列を不等間隔にした代
表的なモデル図である。 第６図は、従来パルスモータにおけるステータＡ、ステ
ータＢの斜視図。第７図は、同モータの組立構造図。第
８図は、第２図のイーイ線における断面図。第９図は、
第８図の口部拡大図である。 第１０図（ａ）は、従来パルスモータにおけるステータ
歯極配列と回転子磁極配列のモデル図。第１０図（ｂ）
は、同図（ａ）の歯極および磁極の配列での、角度対ト
ルク図である。 第１図 Ｃａ） （ｂ） 第２図 （＆） （ｂ） 第３図 第４図 第５図 第６図 χ 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面にＮ、Ｓ交互の永久磁極を設けた多極 ロータと、その極面に対向してロータと同心の円周上に
   歯極を配置して複数の環状コイルより励磁され多相駆動
   磁界を発生するステータより成る多極永久磁石型パルス
   モータにおいて、前記ステータ歯極配列又は回転子磁極
   配列 を、同じ繰返えしパターンの不等間隔にすることで、等
   間隔に配列された回転子磁極又はステータ歯極との相対
   位置を偏移し、パルスモータ静止安定点近傍でのトルク
   勾配を高め、これによりステップ角度誤差を微少ならし
   めたことを特徴とする永久磁石型高精度パルスモータ。