JP2006014583A - ステッピングモータの着磁パターン - Google Patents

Abstract

【課題】駆動トルクの低下が小さく、且つ、ディテントトルクを低減して振動や騒音等の不具合を無くす。
【解決手段】ステッピングモータのロータマグネット３はＮ極とＳ極が交互に着極されている。ロータマグネット３の回転軸を中心とした対峙する２個所に幅広の着磁部４，５を形成し、残余の複数箇所に該着磁部４，５よりも幅狭の着磁部６，６…を形成する。該複数の着磁部６，６…は相互に均等な着磁幅を有する。上記ロータマグネット３の全極数をｙ、３６０°を全極数ｙで割った角度をｘ°、任意な角度をα°、前記幅広の着磁部の総数をｚとした場合、幅広の着磁部４，５の円弧状着磁幅に対する中心角がｘ°＋（ｙ／ｚ−１）α°、前記幅狭の着磁部の円弧状着磁幅に対する中心角が（ｘ°−α°）であり、更に、ｘ°＋（ｙ／ｚ−１）α°＞（ｘ°−α°）、且つ、ｘ°／２＞α°の関係を満たす。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステッピングモータの着磁パターンに関するものであり、特に、ロータマグネットの回転方向に於ける各磁極の着磁バランスを崩して、モータ駆動時などに生ずる振動や騒音を低減させるステッピングモータの着磁パターンに関するものである。

従来、此種ステッピングモータは、プリンタ、ファクシミリ、ディスクドライブ等の各種機器の間欠駆動源として好適に使用される。而して、該ステッピングモータは、極歯を有する固定子の内側に回転子が回転自在に配設され、該回転子は、永久磁石から成る円筒形のロータマグネットを外周部に有する。又、該ステッピングモータは、固定子磁極の励磁コイルへの通電を順次切り換えることにより、該固定子に対して該回転子が回転駆動される。

前記ロータマグネット１は、図３に示すように、その円周方向にＮ極とＳ極が複数箇所に等間隔で交互に多極着磁され、該複数の着磁部２，２…は、相互に均等な円弧状着磁幅Ｃに形成されている。尚、同図中、前記ロータマグネット１の全極数をｙ、前記着磁部２，２…の円弧状均等幅Ｃの中心角をｘ°とした場合、ｘ°＝３６０°／ｙの関係を満たす。

上記ステッピングモータは、図４に示すように、無通電時、前記回転子磁極と極歯との間には、前記ロータマグネット１が安定点からずれると、該ロータマグネット１を安定点に戻す保持トルク、即ち、ディテントトルクが発生するが、近年、上記各種機器の高性能化に伴い、低ディテントトルクのステッピングモータが要求されている。該モータのディテントトルクが大きい場合、該モータのトルクリプルや回転速度リプルが増大して振動や騒音の不具合を発生させ、又、位置決め用モータとして用いたときは位置決め精度が低下する。

そこで、ディテントトルクを低減させるために、ステッピングモータの回転方向の半部に於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、且つ、該２つの半部の境目近傍に生じる不連続部分を無着磁に形成して成るモータの着磁パターンも知られている（特許文献１）。
特開平２−１１４８４８号公報

従来の上記ステッピングモータの着磁パターンは、一方の半部で発生するディテントトルクの位相に対して、他方の半部で発生するディテントトルクの位相を反転させることにより、ディテントトルクを打ち消すことができる。しかし、上記２つの半部の境目近傍に生じる不連続部分を無着磁に形成しているために、該無着磁により駆動時の駆動トルクが大幅に低下して実用に適さなくなるという欠点を有する。

そこで、上記駆動トルクの低下が少なく、且つ、ディテントトルクを低減して振動や騒音の不具合を無くすようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ス
テッピングモータのロータマグネットに於いて、該ロータマグネットの回転方向に於ける各磁極の着磁部のうち該ロータマグネットの回転軸を中心として対峙する着磁部の着磁幅をＡとし、その他の複数箇所に均等幅に着磁された着磁部の着磁幅をＢとしたとき、前記それぞれの着磁部の着磁幅はＡ＞Ｂの関係を有するステッピングモータの着磁パターンを提供する。

この構成によれば、前記ロータマグネットの対峙する組の幅広の着磁部の着磁幅Ａが、残余個所の均等幅Ｂの着磁部よりも広幅に形成されているので、該幅広の着磁部を中心とする近傍領域に局所的な磁束分布の変化が生じて、前記ロータマグネットの着磁部全体としてディテントトルクが低減する。

請求項２記載の発明は、上記着磁幅Ａの着磁部の総数が１組の２個である請求項１記載のステッピングモータの着磁パターンを提供する。

この構成によれば、上記幅広の着磁部を２箇所に設けるのみで、上記ロータマグネット全体として磁束分布が１軸に関して対称に形成され、ディテントトルクの最小値が半周期（角１８０°）毎に得られる。

請求項３記載の発明は、上記着磁幅Ａの着磁部の総数が２組の４個であり、該４個の着磁部は、上記ロータマグネットの回転方向に於いて９０度の等ピッチで配置されている請求項１記載のステッピングモータの着磁パターンを提供する。

この構成によれば、上記４個の幅広の着磁部が９０度の等角度で配置されているので、全体の磁束分布が直交２軸に関して対称に形成され、ディテントトルクの最小値が角９０°毎に得られる。

請求項４記載の発明は、上記ロータマグネットに形成された全ての着磁部の全極数をｙ、３６０°を前記全極数ｙで割った角度をｘ°、任意な角度をα°、上記着磁幅Ａの着磁部の総数をｚとしたとき、上記対峙する着磁部の円弧状着磁幅Ａに対する中心角Ａ°がｘ°＋（ｙ／ｚ−１）α°、上記その他の着磁部の円弧状着磁幅Ｂに対する中心角Ｂ°が（ｘ°−α°）であり、更に、ｘ°＋（ｙ／ｚ−１）α°＞（ｘ°−α°）、且つ、ｘ°／２＞α°の関係を満たす請求項１，２又は３記載のステッピングモータの着磁パターンを提供する。

この構成によれば、上記関係式を満たす限り、前記幅広の着磁部の近傍に於いて磁束分布に一定の変化が生じて、ディテントトルクを低減させるような所望の角度とトルク間の特性が得られる。

請求項１記載の発明は、前記相互に対峙する着磁部の着磁幅Ａを残余の着磁部の着磁幅Ｂよりも幅広に形成したことにより、磁束の分布状況に変化を生じてディテントトルクが低減するので、ステッピングモータの駆動トルクの低下が少なく、且つ、該モータの振動や騒音を無くすことができる。特に、低速駆動時に、振動の少ない滑らかなモータ駆動を得ることができる。

請求項２記載の発明は、上記幅広の着磁部をロータマグネットの２個所に設けるのみで、ディテントトルクの最小値が半周期ごとに発生するので、請求項１記載の発明の効果に加えて、上記幅広の着磁部の形成が容易であり、且つ、ステッピングモータの駆動中のトルク変動が滑らかになる。

請求項３記載の発明は、上記ディテントトルクの最小値が四半周期毎に発生するので、請求項１記載の発明の効果に加えて、ステッピングモータのトルク変動が一層滑らかになり、特に、位置決め用モータとして使用した場合、該モータによる負荷に対する位置決め精度がその分だけ向上する。

請求項４記載の発明は、上記ステッピングモータのディテントトルクを低減させるためには、上記関係式を満たす限り、上記ロータマグネットの全極数ｙ、上記幅広の着磁部及び幅狭の着磁部の着磁幅を任意な組合せに設定できるので、請求項１，２及び３記載の発明の効果に加えて、前記ロータマグネット及びステッピングモータの設計の自由度が著しく向上するメリットを有する。

本発明は、ステッピングモータのロータマグネットに於いて、該ロータマグネットの回転方向に於ける各磁極の着磁部のうち該ロータマグネットの回転軸を中心として対峙する着磁部の着磁幅をＡとし、その他の複数箇所に均等幅に着磁された着磁部の着磁幅をＢとしたとき、前記それぞれの着磁部の着磁幅はＡ＞Ｂの関係を有することにより、前記駆動トルクの大幅な低下を招来することなく、ディテントトルクを低減して振動や騒音の発生を抑制するという目的を達成した。

以下、本発明の一実施の形態を図１及び図２に従って説明する。図中、３は円筒形のロータマグネットであり、該ロータマグネット３は、固定子磁極を有する固定子ユニット（図示せず）の内側に回転自在に配設され、該ロータマグネット３のコア部は、その回転中心に設けられた回転軸に一体に固定されている。更に、前記回転子ユニットは、固定子磁極の励磁コイルを順次励磁することによって、該固定子磁極により前記ロータマグネット３の磁極が吸引又は反発されて回転駆動する。

ロータマグネット３には、図１に示すように、その円周方向に沿ってＮ極の着磁部とＳ極の着磁部とが交互に多極形成されている。又、前記ロータマグネット３の着磁部は、所定の円弧状着磁幅Ａで着磁された幅広の着磁部４，５と、残余の複数個所に均等な円弧状着磁幅Ｂに着磁された複数の幅狭の着磁部６，６…とから構成されている。

前記幅広の着磁部４，５は、前記ロータマグネット１の回転中心Ｏを挟んで互いに対峙する２個所を１組とし、図示例では１組２個所に前記幅広の着磁部４，５が設けられている。又、前記幅広の着磁部４，５の着磁幅Ａは、前記幅狭の着磁部６の着磁幅Ｂよりも所定幅だけ幅広に形成されている。

このように、前記幅広の着磁部４，５を前記幅狭の着磁部６，６…よりも幅広に形成すると、図３の従来型着磁パターンとは異なり、２個所の幅広の着磁部４，５の近傍領域に於いて、磁束の分布状況に一定の変化が生じ、無励磁のとき外部から前記回転軸を回転させたときに異様感が生じる、所謂ディテントトルクが低減する。即ち、前記幅広の着磁部４，５を幅広に形成して、前記ロータマグネット３全体の着磁幅バランスを崩したことにより、特に、前記幅広の着磁部４，５の周辺に於いて、これと近接した固定子側異極に対する吸引力がやや強まる反面、固定子側同極に対する反発力も強くなって、ディテントトルクが局部的に相殺された結果、前記ロータマグネット３全体としてディテントトルクを低減させるような磁束密度分布が発生したことによって、前記ディテントトルクが低減するものと考えられる。

図示例は、固定子に極歯４８個を形成して成るＰＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）型ステッピングモータに適用したものである。尚、詳述すれば、前記ロータマグネッ
ト３の前記幅広の着磁部４，５及び幅狭の着磁部６の全極数ｙが２４個、角度３６０°を全極数ｙで割った角度ｘ°が１５°、任意の角度α°が０．５°であるモータに適用したものである。該モータの性能に関して、回転角度θとディテントトルクＴとの関係を調べたところ、図２に示すθ−Ｔ特性が得られた。

同図から明らかなように、ディテントトルクＴの変動幅は、従来の全均等幅型着磁パターン（図３参照）と比較して２分の１以下に低減した。これは、本発明の着磁パターンによれば、前記ロータマグネット３の２個所に広幅Ａの着磁部４，５を形成したことにより、ディテントトルクＴを低減させるような磁束密度分布の変化が得られたことを意味する。

この場合、前記広幅Ａの着磁部４，５の形成により、ステッピングモータの駆動トルク低下が若干発生したが、該トルク低下は、従来の無磁極形成型着磁パターンに比べれば極めて小であった。斯くして、本発明の着磁パターンは、駆動部トルクの低下が僅少であるにもかかわらず、ディテントトルクＴが半分以下に低減し、ステッピングモータの振動や騒音を大幅に抑制させることができた。

本実施の形態によれば、上記ロータマグネット３の２個所のみに広幅Ａの着磁部４，５を形成するのみで、モータ駆動時のトルク変動が円滑になる着磁パターンを容易に製作できる。

ここで、本発明による着磁パターンの条件に関し、更に詳しく説明すると、前記ロータマグネット３の全極数をｙ、３６０°を全極数ｙで割った角度をｘ°、角度ｘ°の半分よりも小さい任意の角度をα°、前記着磁幅Ａの着磁部の総数をｚとした場合、前記対峙する着磁部４，５の円弧状着磁幅Ａに対する中心角Ａ°＝ｘ°＋（ｙ／ｚ−１）α°は、前記幅狭の着磁部６，６…の円弧状着磁幅Ｂに対する中心角Ｂ°＝（ｘ°−α°）よりも大となるように条件設定する。即ち、本発明の広幅対峙型着磁パターンは、次の条件式（１）、（２）及び（３）を同時に満たす。

ｘ°＋（ｙ／ｚ−１）α°＞（ｘ°−α°）……（１）
ｘ°／２＞α°……（２）
ｘ°＝３６０°／ｙ……（３）
前記広幅対峙型着磁パターンは前記３つの条件式を満たす限り、前記幅広の着磁部４，５によりその周囲の磁束密度分布に変化が生じて、ディテントトルクを低減させることができる。例えば、前記ロータマグネット３の回転中心Ｏを挟んで対峙する幅広の着磁部４，５の組の個数は、図１に於ける上下方向に対峙する２箇所の１組に、左右方向に対峙する２箇所の１組を加えて、計２組の計４個所に形成しても良い。この場合、該２組４個の幅広の着磁部４，５は、上記ロータマグネット３の円周方向に於いて９０度の等ピッチで配置される。

該幅広の着磁部４，５を直角２軸方向の両側に２組配置した場合、上記ロータマグネット３の磁束密度分布の変化が、相互に直交する左右対称軸及び上下対称軸に発生するため、広幅Ａの着磁部４，５を１組２個所に形成した場合に比べて、ディテントトルクの低減効果が更に増大して、上記ステッピングモータの作動中のトルク変動が一層滑らかになる。

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明の一実施の形態を示し、ステッピングモータの着磁パターンを説明するロータマグネットの斜視図。 図１のステッピングモータの角度−トルク特性の説明図。 従来例を示し、ステッピングモータの着磁パターンを説明するロータマグネットの斜視図。 図３のステッピングモータの角度−トルク特性の説明図。

符号の説明

１ ロータマグネット
２ 着磁部
３ ロータマグネット
４，５ 幅広の着磁部
６ 幅狭の着磁部
Ａ、Ｂ 着磁幅

Claims (4)

1. ステッピングモータのロータマグネットに於いて、該ロータマグネットの回転方向に於ける各磁極の着磁部のうち該ロータマグネットの回転軸を中心として対峙する着磁部の着磁幅をＡとし、その他の複数箇所に均等幅に着磁された着磁部の着磁幅をＢとしたとき、前記それぞれの着磁部の着磁幅はＡ＞Ｂの関係を有す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。
2. 上記着磁幅Ａの着磁部の総数が１組の２個であることを特徴とする請求項１記載のステッピングモータの着磁パターン。
3. 上記着磁幅Ａの着磁部の総数が２組の４個であり、該４個の着磁部は、上記ロータマグネットの回転方向に於いて９０度の等ピッチで配置されていることを特徴とする請求項１記載のステッピングモータの着磁パターン。
4. 上記ロータマグネットに形成された全ての着磁部の全極数をｙ、３６０°を前記全極数ｙで割った角度をｘ°、任意な角度をα°、上記着磁幅Ａの着磁部の総数をｚとしたとき、上記対峙する着磁部の円弧状着磁幅Ａに対する中心角Ａ°がｘ°＋（ｙ／ｚ−１）α°、上記その他の着磁部の円弧状着磁幅Ｂに対する中心角Ｂ°が（ｘ°−α°）であり、更に、
   ｘ°＋（ｙ／ｚ−１）α°＞（ｘ°−α°）、且つ、ｘ°／２＞α°
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１，２又は３記載のステッピングモータの着磁パターン。
   
   

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