JP6463646B2 - Stepping motor - Google Patents
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Description
本発明は、ＰＭ（Permanent Magnet）型ステッピングモータに関するものである。 The present invention relates to a PM (Permanent Magnet) type stepping motor.
ＰＭ型ステッピングモータは、回転軸の外周面に永久磁石を配置したロータと、永久磁石に対向する複数の極歯が周方向に配置された筒状のステータとを有する。ステータは、ステータコアを励磁するコイルと、コイルに対してモータ軸線方向の両側に配置される一対のステータコアを備えており、一方のステータコアの端板部から櫛歯状に突出する極歯と、他方のステータコアの端板部から櫛歯状に突出する極歯が周方向に交互に配列される。特許文献１には、この種のステッピングモータが開示されている。
The PM type stepping motor has a rotor in which a permanent magnet is arranged on the outer peripheral surface of a rotating shaft, and a cylindrical stator in which a plurality of pole teeth facing the permanent magnet are arranged in the circumferential direction. The stator includes a coil for exciting the stator core, a pair of stator cores disposed on both sides of the motor axial direction with respect to the coil, pole teeth projecting in a comb shape from the end plate portion of one stator core, and the other The pole teeth projecting in a comb shape from the end plate portion of the stator core are alternately arranged in the circumferential direction.
この種のステッピングモータにおいて、駆動時の振動や騒音を低減するために、トルク変動の要因となる、永久磁石とステータコアとの間に働く磁気吸引力に起因するトルク（コギングトルク）を低減したいという要望があった。 In this type of stepping motor, in order to reduce vibration and noise during driving, it is desired to reduce the torque (cogging torque) caused by the magnetic attractive force acting between the permanent magnet and the stator core, which causes torque fluctuation. There was a request.
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、極歯の形状を適正化することにより、コギングトルクを低減し、モータ特性の改善を図ることができるモータを提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a motor that can reduce cogging torque and improve motor characteristics by optimizing the shape of the pole teeth.
上記課題を解決するために、本発明のモータは、回転軸および前記回転軸に直接又は間接的に固定された永久磁石を備えるロータと、前記永久磁石の外周面に対向して周方向に並ぶ複数の極歯を備えるステータと、を有し、前記極歯の根元部の最大幅をＡとし、前記
極歯の先端から前記根元部に向けて前記極歯の全長の１／１０の寸法だけ寄った位置における前記極歯の最大幅をＢとした場合に、Ｂ／Ａ≦０．３の関係式を満たしており、前記ステータは、円環状の端板部と、前記端板部の内周縁から立ち上がる前記複数の極歯と、を備えるステータコアと、前記ステータコアを励磁するコイルを有し、前記端板部の板厚をｔとした場合に、Ｂ≦ｔの関係式を満たすことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a motor according to the present invention includes a rotor having a rotating shaft and a permanent magnet fixed directly or indirectly to the rotating shaft, and a circumferential direction facing the outer peripheral surface of the permanent magnet. A stator having a plurality of pole teeth, wherein the maximum width of the root portion of the pole teeth is A, and the dimension is only 1/10 of the total length of the pole teeth from the tip of the pole teeth toward the root portion. when the maximum width of the pole teeth at a position closer is B, and meets the relation of B / a ≦ 0.3, wherein the stator is annular and the end plate portion, of the end plate portion A stator core having the plurality of pole teeth rising from the inner periphery, a coil for exciting the stator core, and satisfying a relational expression of B ≦ t when the thickness of the end plate portion is t. Features.
本発明によれば、様々なサイズのモータでコギングトルクを低減して振動を小さくすることができ、安定したモータ特性を実現できる。 According to the present invention, it is possible to reduce the cogging torque and reduce the vibration with various sizes of motors, and to realize stable motor characteristics.
本発明において、前記極歯は、略台形であることが望ましい。また、前記極歯は、０．１≦Ｂ／Ａの関係式を満たすことが望ましい。このような構成にすることで、コギングトルクを低減して確実に振動を小さくすることができ、且つ、安定したモータ特性を実現できる。 In the present invention, the pole teeth are preferably substantially trapezoidal. The pole teeth preferably satisfy the relational expression of 0.1 ≦ B / A. With such a configuration, the cogging torque can be reduced, the vibration can be reliably reduced, and stable motor characteristics can be realized.
本発明によれば、様々なサイズのモータでコギングトルクを低減して振動を小さくすることができ、安定したモータ特性を実現できる。 According to the present invention, it is possible to reduce the cogging torque and reduce the vibration with various sizes of motors, and to realize stable motor characteristics.
以下に、図面を参照して、本発明を適用したステッピングモータの実施形態について説明する。図１は本発明に係るステッピングモータ１の外観斜視図であり、図２はその分解斜視図である。図１、図２に示すように、ステッピングモータ１は、ロータ１０と、ロータ１０の外周側に配置された略円筒状のステータ２０を備える。ロータ１０は、回転軸１１と、回転軸１１の反出力側Ｌ２に配置された永久磁石１２を備える。永久磁石１２の外周面には、Ｎ極とＳ極が周方向において交互に配置されている。なお、ステッピングモータ１は、回転軸１１の出力側Ｌ１を支持する軸受を備えているが、図１、図２ではこの軸受の図示を省略している。
Embodiments of a stepping motor to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view of a
本明細書では、モータ軸線方向Ｌにおいて、ロータ１０の回転軸１１がステータ２０から突出している側を出力側Ｌ１とし、回転軸１１が突出している側とは反対側を反出力側Ｌ２とする。回転軸１１の出力側Ｌ１には雄ねじ部１１ａが形成されている。
In the present specification, in the motor axial direction L, the side on which the
ステータ２０は、モータ軸線方向Ｌに重ねて配置されたＡ相のステータ組２１Ａ、Ｂ相のステータ組２１Ｂ、および端板２２を備える。Ａ相のステータ組２１Ａは、ボビン３０Ａと、ボビン３０Ａに巻回されたＡ相のコイル４０Ａと、ボビン３０Ａの出力側Ｌ１に配置された外ステータコア５０Ａと、ボビン３０Ａの反出力側Ｌ２に配置された内ステータコア６０Ａを備える。ボビン３０Ａは、コイル４０Ａを構成する巻線が巻かれる円筒部の両端に一対のフランジ部が形成されており、一方のフランジ部には端子台３１Ａが一体に形成されている。端子台３１Ａには、給電用の配線等が接続される端子ピン３２Ａが保持されている。
The
外ステータコア５０Ａは、円環状端板部５１Ａと、円環状端板部５１Ａの外周端から反出力側Ｌ２に延在する筒状部５２Ａと、円環状端板部５１Ａの内周縁から反出力側Ｌ２に起立する複数（本形態では、１２個）の極歯５３Ａを備える。筒状部５２Ａは、ボビン３０Ａの端子台３１Ａに対応する位置に形成された切り欠き部５４Ａを備える。内ステータコア６０Ａは、円環状端板部６１Ａと、円環状端板部６１Ａの内周縁から出力側Ｌ１に起立する複数（本形態では、１２個）の極歯６２Ａを備える。
The
内ステータコア６０Ａは、円環状端板部６１Ａが筒状部５２Ａの開口端を塞ぐように外ステータコア５０Ａに組み付けられる。内ステータコア６０Ａと外ステータコア５０Ａは、円環状端板部６１Ａの外周端に形成された位置決め突起６３Ａと、筒状部５２Ａに形成された切り欠き部５５Ａとを嵌め合わせることにより、周方向の位置決めがなされている。ボビン３０Ａおよびコイル４０Ａは、外ステータコア５０Ａと内ステータコア６０Ａの間に収容される。端子台３１Ａおよび端子ピン３２Ａは、外ステータコア５０Ａの切り欠き部５４Ａから外部に露出する。
The
Ｂ相のステータ組２１Ｂは、Ａ相のステータ組２１Ａをモータ軸線方向Ｌに逆向きにした形態をしており、ボビン３０Ｂと、ボビン３０Ｂに巻回されたＢ相のコイル４０Ｂと、ボビン３０Ｂの出力側Ｌ１に配置された内ステータコア６０Ｂと、ボビン３０Ｂの反出力側Ｌ２に配置された外ステータコア５０Ｂを備える。ボビン３０Ｂは、コイル４０Ｂを構
成する巻線が巻かれる円筒部の両端に一対のフランジ部が形成されており、一方のフランジ部には端子台３１Ｂが形成されている。端子台３１Ｂには、給電用の配線等が接続される端子ピン３２Ｂが保持されている。
The B-
外ステータコア５０Ｂは、円環状端板部５１Ｂと、円環状端板部５１Ｂの外周端から出力側Ｌ１に延在する筒状部５２Ｂと、円環状端板部５１Ｂの内周縁から出力側Ｌ１に起立する複数（本形態では、１２本）の極歯５３Ｂを備える。筒状部５２Ｂは、ボビン３０Ｂの端子台３１Ｂに対応する位置に形成された切り欠き部５４Ｂを備える。内ステータコア６０Ｂは、円環状端板部６１Ｂと、円環状端板部６１Ｂの内周縁から反出力側Ｌ２に起立する複数（本形態では、１２本）の極歯６２Ｂを備える。
The
内ステータコア６０Ｂは、円環状端板部６１Ｂが筒状部５２Ｂの開口端を塞ぐように外ステータコア５０Ｂに組み付けられる。内ステータコア６０Ｂと外ステータコア５０Ｂは、円環状端板部６１Ｂの外周端に形成された位置決め突起６３Ｂと、筒状部５２Ｂに形成された切り欠き部５５Ｂとを嵌め合わせることにより、周方向の位置決めがなされている。ボビン３０Ｂおよびコイル４０Ｂは、外ステータコア５０Ｂと内ステータコア６０Ｂの間に収容される。端子台３１Ｂおよび端子ピン３２Ｂは、外ステータコア５０Ｂの切り欠き部５４Ｂから外部に露出する。
The
Ａ相のステータ組２１Ａ、Ｂ相のステータ組２１Ｂ、および端板２２は、Ａ相のステータ組２１Ａの反出力側Ｌ２の端面を構成する円環状端板部６１Ａと、Ｂ相のステータ組２１Ｂの出力側Ｌ１の端面を構成する円環状端板部６１Ｂとが接合され、更に、Ｂ相のステータ組２１Ｂの反出力側Ｌ２の端面を構成する円環状端板部５１Ｂと、端板２２とが接合されることにより、全体として一体のステータ２０を構成する。端板２２には、ロータ１０が備える回転軸１１の反出力側Ｌ２の端部を回転可能に支持する軸孔２３が形成されている。外ステータコア５０Ａ、５０Ｂおよび端板２２は、永久磁石１２やコイル４０Ａ、４０Ｂなどのモータ構成部品を収容するモータケースを兼ねている。
The A-phase stator set 21A, the B-phase stator set 21B, and the
（極歯の形状）
図３は極歯の形状を示す説明図である。上述したＡ相のステータ組２１Ａを構成するように外ステータコア５０Ａと内ステータコア６０Ａとを組み付けると、ボビン３０Ａの円筒部の内周面に沿って起立する外ステータコア５０Ａの極歯５３Ａと内ステータコア６０Ａの極歯６２Ａとが、周方向に交互に配置された状態となる。同様に、Ｂ相のステータ組２１Ｂでは、ボビン３０Ｂの円筒部の内周面に沿って起立する外ステータコア５０Ｂの極歯５３Ｂと内ステータコア６０Ｂの極歯６２Ｂとが、周方向に交互に配置された状態となる。これら複数の極歯の列は、永久磁石１２の外周面と対向する。永久磁石１２の外周面と極歯との間には、一定のエアギャップが確保されている。
(Polar tooth shape)
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the shape of the pole teeth. When the
Ａ相のステータ組２１Ａが備える極歯５３Ａ、６２Ａの列と、Ｂ相のステータ組２１Ｂが備える極歯５３Ｂ、６２Ｂの列は、１つの歯の角度ピッチの１／４の角度だけ周方向にずらして配置されている。本形態のＡ相のステータ組２１Ａ、Ｂ相のステータ組２１Ｂは、内ステータコア６０Ａ、６０Ｂと外ステータコア５０Ａ、５０Ｂがそれぞれ、１２個ずつの極歯を備えているため、４８ステップで１回転する。
A row of
極歯の形状は、Ａ相のステータ組２１ＡとＢ相のステータ組２１Ｂで同一であるため、図３には、代表してＡ相のステータ組２１Ａの極歯の形状を示す。図２、図３に示すように、内ステータコア６０Ａの円環状端板部６１Ａの外周端には、隣り合う極歯６２Ａの間を径方向内側に切り欠いた凹部６４Ａが形成されている。同様に、外ステータコア５０Ａの円環状端板部５１Ａの外周端には、隣り合う極歯５３Ａの間を径方向内側に切り欠いた凹部５６Ａが形成されている。
Since the shape of the pole teeth is the same for the A-phase stator set 21A and the B-phase stator set 21B, FIG. 3 shows the shape of the pole teeth of the A-phase stator set 21A as a representative. As shown in FIGS. 2 and 3, a concave portion 64 </ b> A is formed at the outer peripheral end of the annular end plate portion 61 </ b> A of the inner stator core 60 </ b> A by notching the adjacent pole teeth 62 </ b> A radially inward. Similarly, a
極歯５３Ａ、６２Ａは同一形状であり、その形状は、略台形の上底部分の角部が湾曲状に面取りされた形状である。極歯５３Ａ、６２Ａの形状は、このような略台形の範囲で適宜変更が可能である。図３に示すように、極歯５３Ａ、６２Ａを構成する外ステータコア５０Ａおよび内ステータコア６０Ａの板厚（円環状端板部６１Ａ、円環状端板部５１Ａの板厚）はいずれもｔである。
The
ここで、極歯５３Ａ、６２Ａは、根元部の周方向の幅が最も太いので、この部位の幅を極歯最大幅Ａとする。また、極歯５３Ａ、６２Ａの根元部から極歯５３Ａ、６２Ａの先端（極歯５３Ａ、６２Ａの頂点５７Ａ、６５Ａ）までの寸法を極歯５３Ａの全長Ｈとするとき、頂点５７Ａから根元部側に１／１０Ｈだけ寄った位置Ｐでの極歯５３Ａの幅を、極歯先端幅Ｂとする。極歯最大幅Ａと極歯先端幅Ｂは、極歯を外周側から見た場合の幅寸法である。本形態では、これらの寸法が以下の式（１）および（２）を満たすように、極歯５３Ａの形状が決定されている。また、内ステータコア６０Ａに設けられた極歯６２Ａの形状、および、もう一方のステータ組２１Ｂに設けられた極歯５３Ｂ、６２Ｂの形状も、式（１）および（２）を満たすように決定されている。
０．１≦Ｂ／Ａ≦０．３・・・・（１）
Ｂ≦ｔ・・・・・・・・（２）
Here, since the
0.1 ≦ B / A ≦ 0.3 (1)
B ≦ t (2)
（磁場解析による検討）
以下、式（１）および（２）を満たすように極歯５３Ａ、６２Ａおよび極歯５３Ｂ、６２Ｂを形成する根拠について説明する。本発明者は、図１、図２に示すステッピングモータ１の磁場解析による検討を行った。より具体的には、極歯５３Ａ、６２Ａおよび極歯５３Ｂ、６２Ｂの形状に関するパラメータとして、上述した極歯最大幅Ａおよび極歯先端幅Ｂを含む複数のパラメータの値を変えた多数の３次元モデルを設定し、これらのパラメータの変動が、磁場解析で算出したコギングトルクの値に及ぼす影響を検討した。
(Examination by magnetic field analysis)
Hereinafter, the grounds for forming the
図４は、極歯数が１周あたり１２個（すなわち、４８ｓｔｅｐ）のステッピングモータの磁場解析結果である。また、図５は、極歯数が１周あたり５個（すなわち、２０ｓｔｅｐ）のステッピングモータの磁場解析結果である。図４（ａ）と図５（ａ）は、Ｂ／Ａ（極歯先端幅／極歯最大幅）の値がコギングトルクに及ぼす影響を示すデータであり、横軸がＢ／Ａ、縦軸がコギングトルクの値を示す。また、図４（ｂ）と図５（ｂ）は、極歯先端幅Ｂの値がコギングトルクに及ぼす影響を示すデータであり、横軸がＢ、縦軸がコギングトルクの値を示す。 FIG. 4 shows a magnetic field analysis result of a stepping motor having 12 pole teeth per round (that is, 48 steps). FIG. 5 is a magnetic field analysis result of a stepping motor having 5 pole teeth per round (that is, 20 steps). 4 (a) and 5 (a) are data showing the influence of the value of B / A (pole tooth tip width / pole tooth maximum width) on cogging torque, where the horizontal axis is B / A and the vertical axis. Indicates the value of the cogging torque. 4B and 5B are data showing the influence of the value of the pole tooth tip width B on the cogging torque, where the horizontal axis indicates B and the vertical axis indicates the cogging torque value.
磁場解析に用いた３次元モデルは、パラメータである極歯最大幅Ａおよび極歯先端幅Ｂの値を、Ｂ／Ａ（極歯先端幅／極歯最大幅）の値が０．１〜１．０の範囲となるように設定した。Ｂ／Ａの下限値が０．１であるのは、極歯先端幅Ｂとして、極歯の先端から根元部側に極歯の全長Ｈの１／１０だけ寄った位置での幅寸法を用いたためである。すなわち、Ｂ／Ａの値が０．１となるのは、極歯の形状が二等辺三角形の場合である。また、Ｂ／Ａの値が１．０となるのは、極歯の先端と根元部で幅が変わらない形状である。すなわち、磁場解析では、極歯の形状を二等辺三角形ないし矩形の範囲で変化させた３次元モデルを用いている。 The three-dimensional model used for the magnetic field analysis has parameters of maximum pole tooth width A and pole tooth tip width B, and values of B / A (pole tooth tip width / pole tooth maximum width) of 0.1 to 1. It was set to be in the range of 0.0. The lower limit of B / A is 0.1 because the width dimension at a position that is offset by 1/10 of the total length H of the pole tooth from the tip of the pole tooth to the root side is used as the pole tooth tip width B. This is because. That is, the value of B / A is 0.1 when the pole tooth shape is an isosceles triangle. Further, the value of B / A is 1.0 in a shape where the width does not change between the tip and the root of the pole tooth. That is, in the magnetic field analysis, a three-dimensional model in which the shape of the pole teeth is changed in the range of an isosceles triangle or rectangle is used.
また、磁場解析に用いた３次元モデルは、いずれも、外径φ（図１参照）が２５ｍｍ、モータ軸線方向Ｌの寸法である高さＬ０（図１参照）が１２．８ｍｍのサイズとした。このため、４８ｓｔｅｐ（極歯数が１２個）の３次元モデルは、極歯最大幅Ａが２．５７ｍｍ〜１．３４ｍｍの範囲であり、且つ、極歯先端幅Ｂが０．３５ｍｍ〜１．３４ｍｍの範囲となった。また、２０ｓｔｅｐ（極歯数が５個）の３次元モデルは、極歯最大幅Ａが５．０６ｍｍ〜２．４１ｍｍの範囲であり、且つ、極歯先端幅Ｂが０．６２ｍｍ〜２．４１
ｍｍの範囲となった。全ての３次元モデルにおいて、極歯を備えるステータコアの板厚ｔを０．８ｍｍに設定した。
The three-dimensional models used for the magnetic field analysis all have an outer diameter φ (refer to FIG. 1) of 25 mm and a height L0 (refer to FIG. 1) that is a dimension in the motor axial direction L is 12.8 mm. . For this reason, the 48-step (12 pole teeth number) three-dimensional model has a maximum pole tooth width A in the range of 2.57 mm to 1.34 mm and a pole tooth tip width B of 0.35 mm to 1.4 mm. The range was 34 mm. The three-dimensional model of 20 steps (5 pole teeth) has a maximum pole tooth width A in the range of 5.06 mm to 2.41 mm and a pole tooth tip width B of 0.62 mm to 2.41.
It became the range of mm. In all three-dimensional models, the thickness t of the stator core having pole teeth was set to 0.8 mm.
（Ｂ／Ａによる影響の評価）
図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、４８ｓｔｅｐと２０ｓｔｅｐのどちらの形状でも、Ｂ／Ａの値がおおむね０．２の形状で、コギングトルクが極小値となっている。また、Ｂ／Ａの値が０．３以下の範囲（０．１≦Ｂ／Ａ≦０．３の範囲）では、コギングトルクのばらつきが明らかに小さくなっている。これに対し、Ｂ／Ａの値が０．３よりも大きくなると、同じＢ／Ａでもコギングトルクのばらつきが大きく、極歯最大幅Ａや極歯先端幅Ｂの影響によってコギングトルクが変動することがわかる。つまり、Ｂ／Ａの値が０．３以下の範囲では、Ｂ／Ａの値を指標として極歯の形状を決定することにより、確実に振動を少なくすることができ、且つ、安定したモータ特性を得ることができる。これに対し、Ｂ／Ａの値が０．３を超えるような構成では、振動が大きくなり、且つ、振動や騒音のレベルが安定しなくなる。
(Evaluation of the effects of B / A)
As shown in FIGS. 4 (a) and 5 (a), the B / A value is approximately 0.2 and the cogging torque is a minimum value in both the 48step and 20step shapes. Further, in the range where the value of B / A is 0.3 or less (the range of 0.1 ≦ B / A ≦ 0.3), the variation in cogging torque is clearly reduced. On the other hand, when the value of B / A is larger than 0.3, the cogging torque varies greatly even with the same B / A, and the cogging torque varies due to the influence of the pole tooth maximum width A and pole tooth tip width B. I understand. That is, in the range where the B / A value is 0.3 or less, the shape of the pole teeth is determined using the B / A value as an index, so that vibration can be reliably reduced and stable motor characteristics can be obtained. Can be obtained. On the other hand, in the configuration in which the value of B / A exceeds 0.3, the vibration becomes large and the level of vibration and noise becomes unstable.
（Ｂによる影響の評価）
図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、４８ｓｔｅｐと２０ｓｔｅｐのどちらの形状でも、極歯先端幅Ｂが小さくなるとコギングトルクのばらつきが小さくなっている。具体的には、４８ｓｔｅｐの形状では、図４（ｂ）に示すように、極歯先端幅Ｂが０．６２ｍｍ以下になるとコギングトルクのばらつきが非常に小さくなり、極歯先端幅Ｂがおおむね０．６ｍｍ程度となった場合に、コギングトルクが極小値となっている。また、２０ｓｔｅｐの形状では、図５（ｂ）に示すように、極歯先端幅Ｂが０．９８ｍｍ以下になると、コギングトルクのばらつきが非常に小さくなり、極歯先端幅Ｂがおおむね０．９ｍｍ程度となった場合に、コギングトルクが極小値となっている。従って、極歯先端幅Ｂをこのような範囲にするように極歯の形状を決定することにより、振動を少なくすることができ、且つ、安定したモータ特性を得ることが可能である。
(Evaluation of the effects of B)
As shown in FIGS. 4B and 5B, in both the 48 step shape and the 20 step shape, the variation in cogging torque is reduced as the pole tooth tip width B is reduced. Specifically, in the 48-step shape, as shown in FIG. 4B, when the pole tooth tip width B is 0.62 mm or less, the variation in the cogging torque becomes very small, and the pole tooth tip width B is substantially 0. When it becomes about 6 mm, the cogging torque becomes a minimum value. Further, in the shape of 20 steps, as shown in FIG. 5B, when the pole tooth tip width B is 0.98 mm or less, the variation in cogging torque becomes very small, and the pole tooth tip width B is approximately 0.9 mm. When it becomes about, the cogging torque becomes a minimum value. Therefore, by determining the shape of the pole teeth so that the pole tooth tip width B is in such a range, vibration can be reduced and stable motor characteristics can be obtained.
一方、４８ｓｔｅｐの形状では、極歯先端幅Ｂが０．７ｍｍ以上になると、コギングトルクが大きくなるだけでなく、コギングトルクがばらつく傾向がある。また、２０ｓｔｅｐの形状では、極歯先端幅Ｂが１．１ｍｍ以上になると、コギングトルクが大きくなるだけでなく、コギングトルクがばらつく傾向がある。具体的には、４８ｓｔｅｐと２０ｓｔｅｐのどちらの場合においても極歯最大幅Ａ（すなわち、根元幅）の影響が現れ、極歯最大幅Ａが小さいとコギングトルクは大きく、極歯最大幅Ａが大きいとコギングトルクは小さくなる傾向がある。このように、極歯最大幅Ａの影響が現れる範囲では、確実にコギングトルクを小さくするためには、上述したＢ／Ａの値を指標として極歯の形状を決定することが望ましい。 On the other hand, in the 48-step shape, when the pole tooth tip width B is 0.7 mm or more, not only the cogging torque increases, but the cogging torque tends to vary. Further, in the shape of 20 steps, when the pole tooth tip width B is 1.1 mm or more, not only the cogging torque increases but also the cogging torque tends to vary. Specifically, the influence of the maximum pole tooth width A (that is, the root width) appears in both cases of 48 step and 20 step. If the maximum pole tooth width A is small, the cogging torque is large and the maximum pole tooth maximum width A is large. And the cogging torque tends to be small. Thus, in the range in which the influence of the maximum pole tooth width A appears, it is desirable to determine the shape of the pole teeth using the B / A value described above as an index in order to reliably reduce the cogging torque.
このように、極歯の形状を決定する指標として極歯先端幅Ｂを用いる場合、ステップ数（極歯数）によって、コギングトルクを安定して小さくすることができる閾値が異なってくる。すなわち、上述したように、コギングトルクが小さくなり、ばらつきも小さくなる極歯先端幅Ｂの範囲は、４８ｓｔｅｐでは０．６２ｍｍ以下、２０ｓｔｅｐでは０．９８ｍｍ以下となっている。このようにステップ数によって設計時の指標とする値が異なるのは、実用上不便である。 As described above, when the pole tooth tip width B is used as an index for determining the shape of the pole teeth, the threshold at which the cogging torque can be stably reduced varies depending on the number of steps (number of pole teeth). That is, as described above, the range of the pole tooth tip width B in which the cogging torque is reduced and the variation is reduced is 0.62 mm or less at 48 steps and 0.98 mm or less at 20 steps. It is practically inconvenient that the design index value differs depending on the number of steps.
そこで、本発明者は、より簡易で実用的な指標として、極歯先端幅Ｂを板厚ｔによって規定するという着想を得た。磁場解析に用いたステータコア形状では板厚ｔを０．８ｍｍに設定したが、２０ｓｔｅｐの磁場解析結果では、Ｂ≦ｔ（Ｂ≦０．８ｍｍ）は確実にコギングトルクを小さくできる範囲に含まれる。一方、４８ｓｔｅｐの磁場解析結果では、極歯先端幅Ｂの閾値である０．６２ｍｍよりも板厚ｔ（０．８ｍｍ）の方が大きいので、Ｂ≦ｔの条件のみを満たしても、コギングトルクを十分に小さくできない場合がある。し
かしながら、上述したＢ／Ａの値を用いた条件（式（１））と併用すれば、確実にコギングトルクを小さくすることは可能である。
Therefore, the present inventor obtained the idea that the pole tooth tip width B is defined by the thickness t as a simpler and more practical index. In the stator core shape used for the magnetic field analysis, the plate thickness t is set to 0.8 mm. However, in the 20-step magnetic field analysis result, B ≦ t (B ≦ 0.8 mm) is included in a range where the cogging torque can be surely reduced. On the other hand, in the magnetic field analysis result of 48 steps, since the plate thickness t (0.8 mm) is larger than the threshold value of the pole tooth tip width B of 0.62 mm, even if only the condition of B ≦ t is satisfied, the cogging torque May not be sufficiently small. However, it is possible to reliably reduce the cogging torque when used in combination with the above-described condition using the B / A value (formula (1)).
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のステッピングモータ１は、永久磁石１２を備えるロータ１０と、永久磁石１２の外周面に対向して周方向に並ぶ複数の極歯５３Ａ、６２Ａを備えるＡ相のステータ組２１Ａ、および、複数の極歯５３Ｂ、６２Ｂを備えるＢ相のステータ組２１Ｂを備えるステータ２０を有している。そして、これらの極歯５３Ａ、６２Ａ、５３Ｂ、６２Ｂの形状は、先端側に向かうに従って幅が狭くなる略台形であり、極歯５３Ａ、６２Ａ、５３Ｂ、６２Ｂの根元部の最大幅をＡとし、極歯５３Ａ、６２Ａ、５３Ｂ、６２Ｂの先端から根元部に向けて極歯の全長の１／１０の寸法だけ寄った位置における極歯の最大幅をＢとした場合に、０．１≦Ｂ／Ａ≦０．３の関係式を満たすように構成されている。本発明者は、磁場解析により、このような関係式を満たす極歯形状では、コギングトルクが小さく、且つ、コギングトルクのばらつきを小さくできることを見出した。このような関係式は、永久磁石と極歯との間のエアギャップとは無関係に極歯の形状を適正化できるので、適用できる範囲が広い。従って、様々なサイズのモータで、振動を小さくすることができる。また、コギングトルクのばらつきが小さいので、安定したモータ特性を実現できる。
(Main effects of this form)
As described above, the stepping
また、本形態のステッピングモータ１は、ステータコアの板厚をｔとした場合に、Ｂ≦ｔの関係式を満たすように構成されている。このように、極歯先端幅Ｂと板厚ｔとの関係を規定すれば、より実用的な指標が得られる。従って、より簡易に、振動を小さくすることができ、且つ、安定したモータ特性を実現できる。
Further, the stepping
（他の実施形態）
本発明は、極歯数が１２個あるいは５個のステータコアを備えるステッピングモータの形態に適用できるが、他の極歯数の場合にも適用可能である。また、本発明は、磁場解析に用いたモータサイズ（外径φ＝２５ｍｍ、高さＬ０＝１２．８ｍｍ）に限定されるものではなく、これよりも小さいサイズや大きいサイズのステッピングモータにも適用可能である。また、略台形の範囲であれば、様々な極歯形状に適用可能である。
(Other embodiments)
The present invention can be applied to the form of a stepping motor having a stator core having 12 or 5 pole teeth, but can also be applied to other pole teeth. Further, the present invention is not limited to the motor size (outer diameter φ = 25 mm, height L0 = 12.8 mm) used in the magnetic field analysis, and is applicable to a stepping motor having a smaller size or a larger size. Is possible. Moreover, if it is the range of a substantially trapezoid, it is applicable to various pole-tooth shapes.
１…ステッピングモータ
１０…ロータ
１１…回転軸
１１ａ…雄ねじ部
１２…永久磁石
２０…ステータ
２１Ａ…Ａ相のステータ組
２１Ｂ…Ｂ相のステータ組
２２…端板
２３…軸孔
３０Ａ、３０Ｂ…ボビン
３１Ａ、３１Ｂ…端子台
３２Ａ、３２Ｂ…端子ピン
４０Ａ、４０Ｂ…コイル
５０Ａ、５０Ｂ…外ステータコア
５１Ａ、５１Ｂ…円環状端板部
５２Ａ、５２Ｂ…筒状部
５３Ａ、５３Ｂ…極歯
５４Ａ、５４Ｂ…切り欠き部
５５Ａ、５５Ｂ…切り欠き部
５６Ａ…凹部
５７Ａ…頂点
６０Ａ、６０Ｂ…内ステータコア
６１Ａ、６１Ｂ…円環状端板部
６２Ａ、６２Ｂ…極歯
６３Ａ、６３Ｂ…位置決め突起
６４Ａ…凹部
６５Ａ…頂点
Ａ…極歯最大幅
Ｂ…極歯先端幅
Ｈ…全長
Ｌ…モータ軸線方向
Ｌ０…高さ
Ｌ１…出力側
Ｌ２…反出力側
Ｐ…極歯の先端から根元部側に極歯の全長の１／１０だけ寄った位置
ｔ…板厚
φ…外径
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記永久磁石の外周面に対向して周方向に並ぶ複数の極歯を備えるステータと、を有し、
前記複数の極歯は、
前記極歯の根元部の最大幅をＡとし、
前記極歯の先端から前記根元部に向けて前記極歯の全長の１／１０の寸法だけ寄った位置における前記極歯の最大幅をＢとした場合に、
Ｂ／Ａ≦０．３
の関係式を満たしており、
前記ステータは、
円環状の端板部と、前記端板部の内周縁から立ち上がる前記複数の極歯と、を備えるステータコアと、前記ステータコアを励磁するコイルを有し、
前記端板部の板厚をｔとした場合に、
Ｂ≦ｔ
の関係式を満たすことを特徴とするステッピングモータ。 A rotor comprising a rotating shaft and a permanent magnet fixed directly or indirectly to the rotating shaft;
A stator having a plurality of pole teeth arranged in the circumferential direction facing the outer peripheral surface of the permanent magnet,
The plurality of pole teeth
The maximum width of the root portion of the pole teeth is A,
When the maximum width of the pole teeth at a position that is offset by 1/10 of the total length of the pole teeth from the tip of the pole teeth toward the root portion is B,
B / A ≦ 0.3
And meet the relationship,
The stator is
A stator core comprising an annular end plate portion and the plurality of pole teeth rising from the inner periphery of the end plate portion; and a coil for exciting the stator core,
When the thickness of the end plate portion is t,
B ≦ t
A stepping motor characterized by satisfying the relational expression
０．１≦Ｂ／Ａ
の関係式を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のステッピングモータ。 The pole teeth
0.1 ≦ B / A
Stepping motor according to claim 1 or 2, characterized by satisfying the relational expression.
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