JP4050367B2 - ステッピングモータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種産業機器に使用されるステッピングモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、VR(可変リラクタンス)形ステッピングモータとして、例えば、図6に示すような、4相にて駆動されるものが知られている。このステッピングモータMは、円筒状に形成されたステータSと、ステータSの内部に回転自在に配置されたロータRとを備えている。
【0003】
このうち、ステータSは、その内周面に円周方向に沿って等間隔に配置された磁極となる8個のステータ極歯ST(A〜H相)が中心軸方向に向けて突設されたステータコアSCと、各ステータ極歯STの周囲に夫々巻装された励磁コイルCLとからなる。一方、ロータRは、円筒状に形成されたロータ本体RCの外周面に、円周方向に沿って等間隔に配置された、ステータ極歯STと対向可能な10個のロータ極歯RT(a〜j相)が、放射状に突設されている。
【0004】
対角線にあるステータ極歯STの対を励磁すると、励磁されたステータ極歯STに最も近い位置にあるロータ極歯RTが、これと対向する位置に移動する。尚、図8は、A−E相を励磁した状態であり、次にB−F相を励磁すると、ロータRは、ロータ極歯RTのb−g相がB−F相と対向する位置まで移動する。励磁するステータ極歯STの対をA−E相,B−F相,C−G相,D−H相の順に順次切り換えれば、ロータRは図中右回りに回転する。
【0005】
また、図9に示すように、m個のステータ極歯ST(A〜H相)が等間隔に配置されたステータSを備えると共に、ロータ極歯RTを2n(nはmの約数以外の自然数)個備え、ロータ極歯RTのうち半数をロータRの周方向に沿って第1ピッチ角P1(=360/n)毎に配置する。残りの半数を第2ピッチ角P2(=360/m)毎に配置したものもある(特願平9−64859号)。図9は、ステータ極歯STのA−B相を励磁した状態であり、以下、F−G相、C−D相、H−A相、E−F相、B−C相、G−H相、D−E相、A−B相の順番で励磁すれば、ロータRは図中右廻りに回転する。
【0006】
ところで、近年、車両の電動パワーステアリング装置として、車両の左右輪を連結すると共に、これら左右輪に操舵力を伝達するラックバーを、ステッピングモータの駆動力により付勢するものが知られており、この装置では、装置を小型に構成するため、図8、図9に示すように、ロータRの中心部にラックバーを挿通するための貫通孔Oが設けられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来のものでは、各ステータ極歯STにコイルCLを巻装するので、隣合うステータ極歯STではコイルCLが背中合わせに巻装されることになり、ステータ極歯STにコイルCLを巻装する作業が煩雑で、組立工数が多いという問題があった。また、コイルCLの数が多いと制御回路が複雑になり、結線作業等が煩雑になるという問題もあった。
【0008】
本発明の課題は、組立作業性を向上させたステッピングモータを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
ステータ極歯が配置されたステータと、前記ステータ極歯に対向するロータ極歯を有するロータとを備えたステッピングモータにおいて、
前記ステータ極歯は、2m(mは自然数)個設けられると共に、1つおきのm個の前記ステータ極歯にコイルを巻装し、n個(nは2mの約数以外の自然数)の前記ロータ極歯を備え、かつ、前記ロータ極歯は、隣合う2つの前記ステータ極歯に跨る幅で形成され、前記各ロータ極歯の外周面に溝が形成されて2つの小歯に分割され、前記溝の大きさは前記小歯の幅が前記各ステータ極歯の幅と同じに形成されたことを特徴とするステッピングモータがそれである。
【0010】
また、前記ロータには、軸方向に貫通孔を形成してもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態のステッピングモータ2は、円筒状のステータ4と、ステータ4内に回転自在に配置されたロータ6とを備えている。
【0012】
そして、ステータ4は、円筒状に形成され、その内周面の円周方向に沿って等間隔に2m個(本実施形態では、m=7)のステータ極歯8(8A〜8G),9(9A〜9G)が突設されたステータコア10を備え、2m個のステータ極歯8,9のうち、1つおきのm個のステータ極歯8A〜8Gの周囲に各々コイル12(12A〜12G)が巻装されている。尚、本実施形態では各コイル12の巻方向は同じであるので、組立作業が容易である。
【0013】
一方、ロータ6には、円周方向に沿ってn個(本実施形態では、n=6)のロータ極歯14(14A〜14F)が等間隔で突設されている。各ロータ極歯14は、隣合う2個のステータ極歯8,9に跨る幅で形成されている。そして、各ロータ極歯14には、その外周面に溝16(16A〜16F)が形成されており、溝16により各ロータ極歯14は、2つの小歯18,19(18a〜18f,19a〜19f)に分割されている。
【0014】
溝16の大きさは、各小歯18,19の幅が各ステータ極歯8,9の幅と同じになるように形成されている。例えば、図3に示すように、溝16Aは、コイル12Aを励磁した際に、ステータ極歯8A,9A、及びロータ極歯14Aの小歯18a,19a内を通る磁路が形成される。図矢印方向に回転して、ステータ極歯8A,9Aとロータ極歯14Aの小歯18a,19aの一部が重なり合っている状態では、図3(イ)に示すように、溝16Aが形成されている場合には、磁路はその重なり具合により歪む。磁束はできるだけ短く、まっすぐに通ろうとするので、磁路が最短となるように、ロータ6にトルクが発生する。
【0015】
図3(ロ)に示すように、もし、溝16Aが形成されていない場合には、一方のステータ極歯8A内を通る磁路の歪みはほぼ同じであるが、他方のステータ極歯9A内を通る磁路の変形は少なく、溝16Aを形成している場合に比べて、その発生トルクが小さくなる。溝16Aの深さ等の形状は、トルクの発生に最適となるように決定すればよく、底面は両小歯18,19間を滑らかにつなぐように丸く形成するとよい。尚、ロータ6の中心部には、軸方向に貫通する大径の貫通孔20が形成されている。車両の電動パワーステアリング装置に用いる場合には、貫通孔20に図示しないラックバーが挿通される。
【0016】
また、本実施形態では、n個のロータ極歯14のうち、2個のロータ極歯14が2組のステータ極歯8,9に同時に対向することができるように形成されている。図1に示す状態では、対角線上にあるロータ極歯14A,14Dが2組のステータ極歯8A,9A,8D,9Eに対向するように形成されている。
【0017】
コイル12が巻装されたステータ極歯8の個数mが7である本実施形態では、ロータ極歯14の個数nとして4,6,8等を取り得る。個数nが10以上であっても、隣同士のロータ極歯14が重ならない限り形成することができる。この個数nはステータ極歯8,9の全個数2mの約数以外の自然数であり、個数nがステータ極歯8,9の全個数2mの約数であるときには、全てのロータ極歯14がステータ極歯8に跨るように対向してしまう。
【0018】
次に、前述したステッピングモータの作動について説明する。
まず、図2(イ)に示すように、コイル12A、12Dが同時に励磁されると、コイル12Aの励磁により、ステータ極歯8A、9A及びロータ極歯14Aの小歯18a,19a内に磁路が形成される。また、コイル12Dの励磁により、ステータ極歯8D,9E及びロータ極歯14Dの小歯18d,19d内に磁路が形成される。
【0019】
この状態から、図2(ロ)に示すように、別の2つのコイル12C,12Gを同時に励磁すると、コイル12Cの励磁により、ステータ極歯8C、9D及びロータ極歯14Cの小歯18c,19c内に磁路が形成される。また、コイル12Gの励磁により、ステータ極歯8G,9G及びロータ極歯14Fの小歯18f,19f内に磁路が形成される。これにより、磁路が最短となるように、ロータ6が図矢印方向に回転される。
【0020】
続いて、図2(ハ)に示すように、別の2つのコイル12B,12Fを同時に励磁すると、コイル12Bの励磁により、ステータ極歯8B、9C及びロータ極歯14Bの小歯18b,19b内に磁路が形成される。また、コイル12Fの励磁により、ステータ極歯8F,9F及びロータ極歯14Eの小歯18e,19e内に磁路が形成され、ロータ6が図矢印方向に回転される。
【0021】
次に、図2(ニ)に示すように、別の2つのコイル12A,12Eを同時に励磁すると、コイル12Aの励磁により、ステータ極歯8A、9B及びロータ極歯14Aの小歯18a,19a内に磁路が形成される。また、コイル12Eの励磁により、ステータ極歯8E,9E及びロータ極歯14Dの小歯18d,19d内に磁路が形成され、ロータ6が回転される。
【0022】
図2(イ)のときには、同じコイル12Aが励磁された際に、ステータ極歯9A側に磁路が形成されたが、ロータ極歯14Aの位置に応じて、ステータ極歯9Bに磁路が形成される。従って、コイル12が巻装されているかいないかに係わらず、各ステータ極歯8(8A〜8G),9(9A〜9G)は等間隔で形成する必要がある。
【0023】
図2(ホ)に示すように、2つのコイル12D,12Gを同時に励磁すると、コイル12Dの励磁により、ステータ極歯8D、9D及びロータ極歯14Cに磁路が形成される。また、コイル12Gの励磁により、ステータ極歯8G,9A及びロータ極歯14Fに磁路が形成され、ロータ6が回転される。
【0024】
続いて、図2(ヘ)に示すように、別の2つのコイル12C,12Fを同時に励磁すると、コイル12Cの励磁により、ステータ極歯8C、9C及びロータ極歯14Bに磁路が形成される。また、コイル12Fの励磁により、ステータ極歯8F,9G及びロータ極歯14Eに磁路が形成され、ロータ6が回転される。
【0025】
次に、図2(ト)に示すように、別の2つのコイル12B,12Eを同時に励磁すると、コイル12Bの励磁により、ステータ極歯8B,9B及びロータ極歯14Aに磁路が形成される。また、コイル12Eの励磁により、ステータ極歯8E,9F及びロータ極歯14Dに磁路が形成され、ロータ6が回転される。
【0026】
そして、図2(チ)に示すように、図2(イ)のときと同じにコイル12A,12Dを励磁すると、ロータ6は、図2(イ)のときらか本実施形態では60度回転したことになる。そして、続いて、図2(ロ)〜(ト)に示したように、順次コイル12を励磁して回転を継続する。
【0027】
次に、第2実施形態のステッピングモータについて図4によって説明する。図4に示すように、24個(m=12)のステータ極歯8(8A〜8L),9(9A〜9L)を形成し、1つおきのステータ極歯8(8A〜8L)にはコイル12(12A〜12L)を巻装する。
【0028】
また、ロータ6には9個(=n)のロータ極歯14(14A〜14I)が形成されている。これらのロータ極歯14のうち、3個のロータ極歯14がステータ極歯8,9に跨るようにして対向するように形成されている。回転させるときは同時に3個のコイル12を励磁させ、図4ではコイル12A,12E,12Iを同時に励磁させている状態を示す。
【0029】
また、図5に示す第3実施形態のように、28個(m=14)のステータ極歯8(8A〜8N),9(9A〜9N)を形成し、1つおきのステータ極歯8(8A〜8N)にはコイル12(12A〜12N)を巻装する。また、ロータ6には12個(=n)のロータ極歯14(14A〜14L)が形成されている。
【0030】
これらのロータ極歯14のうち、4個のロータ極歯14がステータ極歯8に跨るようにして対向するように形成されている。回転させるときは同時に4個のコイル12を励磁させ、図5ではコイル12A,12D,12H,12Kを同時に励磁させている状態を示す。前述した第1〜第3実施形態に示すように、円周上に等間隔にある複数のロータ極歯14が、ステータ極歯8,9に対向できるようにすると、コイル12の励磁により、ロータ6に不均衡な力が作用しない。
【0031】
更に、図6に示す第4実施形態のように、6個(m=3)のステータ極歯8(8A〜8C),9(9A〜9C)を形成し、1つおきのステータ極歯8(8A〜8C)にはコイル12(12A〜12C)を巻装する。ステータ極歯8(8A〜8C),9(9A〜9C)の間隔は、一対のステータ極歯8A,9A間が角度α1で、コイル12が巻装されたステータ極歯(8A〜8C)が角度α2である。また、ロータ6には8個のロータ極歯18a〜18d,19a〜19dが等間隔(角度α1)で形成されている。この場合でも、同様に順次コイル12(12A〜12C)を励磁することにより、ロータ6を回転することができる。
【0032】
また、図7に示す第5実施形態のように、12個(m=6)のステータ極歯8(8A〜8F),9(9A〜9F)を形成し、1つおきのステータ極歯8(8A〜8F)にはコイル12(12A〜12F)を巻装する。ステータ極歯8(8A〜8F),9(9A〜9F)の間隔は、一対のステータ極歯8A,9A間が角度α1で、コイル12が巻装されたステータ極歯(8A〜8F)が角度α2である。また、ロータ6には10個のロータ極歯18a〜18e,19a〜19eが等間隔(角度α1)で形成されている。この場合でも、同様に順次コイル12(12A〜12F)を励磁することにより、ロータ6を回転することができる。
【0033】
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【0034】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明のステッピングモータは、コイルを1つおきのステータ極歯に巻装したので、コイル数が減り、組立工数の削減となり、作業性が向上するという効果を奏する。また、コイル数が減ることから、組立時のコイルの結線作業が減り、作業性が向上する。
【0035】
ロータ極歯に溝を形成することにより、トルクの低下を防止できる。また、複数のロータ極歯がステータ極歯と対向するようにすると、コイルの励磁によりロータに不均衡な力が作用しないようにできる。更に、ロータに大径の貫通孔を形成しても、磁路の形成に影響を与えないので、トルクの低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としてのステッピングモータの断面図である。
【図2】本実施形態のステッピングモータの回転の状態を説明する説明図である。
【図3】本実施形態のロータ極歯とステータ極歯を示す断面図である。
【図4】第2実施形態のステッピングモータの断面図である。
【図5】第3実施形態のステッピングモータの断面図である。
【図6】第4実施形態のステッピングモータの断面図である。
【図7】第5実施形態のステッピングモータの断面図である。
【図8】従来のステッピングモータの断面図である。
【図9】別の従来のステッピングモータの断面図である。
【符号の説明】
2…ステッピングモータ 4…ステータ
6…ロータ 8,9…ステータ極歯
10…ステータコア 12…コイル
14…ロータ極歯 16…溝
18,19…小歯 20…貫通孔
Claims (2)
- ステータ極歯が配置されたステータと、前記ステータ極歯に対向するロータ極歯を有するロータとを備えたステッピングモータにおいて、
前記ステータ極歯は、2m(mは自然数)個設けられると共に、1つおきのm個の前記ステータ極歯にコイルを巻装し、n個(nは2mの約数以外の自然数)の前記ロータ極歯を備え、かつ、前記ロータ極歯は、隣合う2つの前記ステータ極歯に跨る幅で形成され、前記各ロータ極歯の外周面に溝が形成されて2つの小歯に分割され、前記溝の大きさは前記小歯の幅が前記各ステータ極歯の幅と同じに形成されたことを特徴とするステッピングモータ。 - 前記ロータには、軸方向に貫通孔が形成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。
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Cited By (1)
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1997
- 1997-12-01 JP JP33039797A patent/JP4050367B2/ja not_active Expired - Fee Related
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