JPH0736689B2 - Step Motor - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はステツプモータに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a step motor.

〔従来技術〕 第10図は、従来のステツプモータに用いられるステータ
セツトの構造を示したもので、くし歯状に構成されたス
テータポール1a,2aをそれぞれ有するステータ1,2が１組
となって一対のステータセツトを構成している。この一
対のステータと全く同じステータで構成されたステータ
セツトが、それぞれステータ2,2′で背中合わせに配置
され、ステツプモータのステータを構成する。２組のス
テータセツトは、ステータポールの位相が互いに1/4ピ
ツチずれるように、ステータ2,2′に円ボス2b,2b′と穴
2c,2c′が形成されている。[Prior Art] FIG. 10 shows a structure of a stator set used in a conventional step motor, in which a pair of stators 1 and 2 having comb-shaped stator poles 1a and 2a respectively. Form a pair of stator sets. Stator sets composed of exactly the same stator as this pair of stators are arranged back to back with the stators 2 and 2 ', respectively, and form the stator of the step motor. The two sets of stator sets consist of circular bosses 2b and 2b 'and holes in the stators 2 and 2'so that the phases of the stator poles deviate from each other by 1/4 pitch.
2c and 2c 'are formed.

第11図は以上の様にして構成されたステツプモータの斜
視図である。３はロータ軸で、この軸を中心に回転する
ように円筒状のロータ磁石４がロータ軸３に同軸に固定
されている。ロータ磁石４は、各ステータポール1a,2a,
1a′,2a′と対向する周面に、１組のステータセツトに
あるステータポールの数と同じ数だけの磁極が形成され
ている。即ち第１図のステータポール数は24であり、こ
の場合、ロータの磁極はＮ極,S極をそれぞれ１つと数え
るので24であり、また、磁極対でいえば12である。5,6
はコイルで、共にバイフアイラ巻で各ステータセツトに
巻回されている。FIG. 11 is a perspective view of the step motor constructed as described above. Reference numeral 3 is a rotor shaft, and a cylindrical rotor magnet 4 is coaxially fixed to the rotor shaft 3 so as to rotate about this shaft. The rotor magnet 4 includes the stator poles 1a, 2a,
As many magnetic poles as the number of stator poles in one set of stators are formed on the peripheral surface facing 1a 'and 2a'. That is, the number of stator poles in FIG. 1 is 24, and in this case, the number of magnetic poles of the rotor is 24 because the number of N poles and the number of S poles are respectively counted as 1, and the number of magnetic pole pairs is 12. 5,6
Is a coil, which is wound around each stator set by bifilar winding.

第12図はステツプモータの駆動回路で、第13図は第３図
駆動回路に加える２相励磁駆動パルスのタイムチヤート
である。FIG. 12 is a step motor drive circuit, and FIG. 13 is a time chart of a two-phase excitation drive pulse applied to the drive circuit of FIG.

第14a図は、ステータポールとロータ磁石の展開図であ
る。２組のステータセツトをそれぞれａ（ステータ
１′,2′でなる）、ｂ（ステータ1,2でなる）とする。FIG. 14a is a development view of a stator pole and a rotor magnet. The two sets of stator sets are a (composed of stators 1'and 2 ') and b (composed of stators 1 and 2).

ここでコイルを励磁していない時のロータの静止位置及
びコギングトルクについて説明する。Here, the stationary position of the rotor and the cogging torque when the coil is not excited will be described.

まずステータセツトａとロータとの間に働くコギングト
ルクについて説明する。First, the cogging torque acting between the stator set a and the rotor will be described.

ここで１組のステータ、ステータセツトａとロータとの
間に働くトルクを考えるにあたり、第15図に示す２極ス
テツプモータをモデルにする。尚、この２極ステツプモ
ータは第11図ステツプモータの１ピツチ分に相当する。Here, in considering the torque acting between one set of the stator, the stator set a, and the rotor, the two-pole step motor shown in FIG. 15 is modeled. The two-pole step motor corresponds to one pitch of the step motor shown in FIG.

今座標x,yを図の如く定めると、ロータ７に働くトルク
がゼロになる点は、磁極の中心がステータポールの中心
と一致する点なので、θ＝0,π,2π……ｎπである。If the coordinates x and y are determined as shown in the figure, the point where the torque acting on the rotor 7 becomes zero is the point where the center of the magnetic pole coincides with the center of the stator pole, so θ = 0, π, 2π ... nπ. .

また、 の時は、ロータ７に左右のステータ8,9との間でトルク
が等しく働くので、やはり、この場合もトルクはゼロで
ある。トルクが正弦的に変化するものと仮定すると、 Ta＝asin2θ となり、ステータポールの周期２πの1/2のπの周期で
変化する。Also, At this time, torque is equally applied to the rotor 7 between the left and right stators 8 and 9, so that the torque is zero in this case as well. Assuming that the torque changes sinusoidally, Ta = asin2θ, which changes in a cycle of π that is 1/2 of the stator pole cycle of 2π.

もしステータとロータの磁極対の数がｐなら式は、 Ta＝asin2pθ となる。ｐθ＝αとおけば、 Ta＝asin2α となる。式は機械角、式は電気角で表した場合であ
る。以降αを用いて説明する。If the number of magnetic pole pairs of the stator and rotor is p, the formula becomes Ta = asin2pθ. If pθ = α, then Ta = asin2α. The equation is a mechanical angle, and the equation is an electrical angle. Hereinafter, description will be made using α.

第16図の曲線Taがステータセツトａとロータとの間に働
くコギングトルクである。一方、ステータセツトｂとロ
ータとのトルクは、ステータセツトｂがステータセツト
ａに対して1/4ピツチ位相がずれているから、 と表わせる。一方、電気角では、 である。すなわちTaに対して、符号が変わっただけであ
る。第17図の曲線Tbは上式をｐ＝１として表わしたもの
である。The curve Ta in FIG. 16 is the cogging torque acting between the stator set a and the rotor. On the other hand, the torque between the stator set b and the rotor is 1/4 pitch out of phase with the stator set b. Can be expressed as On the other hand, in electrical angle, Is. That is, the sign is changed with respect to Ta. The curve Tb in FIG. 17 represents the above equation with p = 1.

ここでステツプモータとしてのコギングトルクToは、２
つのステータセツトa,bとロータに働くコギングトルク
の和で表わせるから、 To＝Ta＋Tb ＝（a₁−b₁）Sin 2α となる。第16図の曲線Toは、a₁＞b₁の場合のコギングト
ルクの特性を示したもので、ステツプモータのコギング
トルクToは、トルクがゼロになる点の数と位置におい
て、単独のステータセツトとロータ間に働くものと変わ
らず、そのピーク値が、小さくなるだけである。もしa₁
＝b₁ならコギングトルクはゼロになる。またa₁,b₁を、
任意にコントロールできれば、コギングトルクの大きさ
も任意の大きさに設定できる。Here, the cogging torque To as the step motor is 2
Since it can be expressed by the sum of the two stator sets a and b and the cogging torque that acts on the rotor, To = Ta + Tb = (a ₁ −b ₁ ) Sin 2α. The curve To in Fig. 16 shows the characteristic of the cogging torque when a ₁ > b ₁ , and the cogging torque To of the step motor is a single stator set at the number and the position where the torque becomes zero. It is the same as that between the rotor and the rotor, and its peak value only decreases. If a ₁
= B _{1, the} cogging torque becomes zero. Also, a ₁ , b ₁
If it can be controlled arbitrarily, the magnitude of the cogging torque can be set to any magnitude.

次にロータの静止位置とコギングトルクToがゼロになる
位置との関係を説明する。Next, the relationship between the stationary position of the rotor and the position where the cogging torque To becomes zero will be described.

一般にステツプモータのもつロータ磁石による磁気エネ
ルギーＷとコギングトルクとの間には、 なる関係がある。これにより磁気エネルギーＷは、 で表わせる。Generally, between the magnetic energy W by the rotor magnet of the step motor and the cogging torque, There is a relationship. As a result, the magnetic energy W is Can be expressed as

第17図は上式の磁気エネルギーとロータ位置の関係を示
したものである。ここでロータ４は、磁気エネルギーの
一番小さい所で静止しようとし、そのためα＝π/2,3π
/2,……，（2n−１）π/2の位置はコギングトルクがゼ
ロなので、本来ならこの位置で静止しようとするが、磁
気エネルギーＷが高いので、ロータは不安定となり静止
しない（静止する場合は、摩擦力が大きい時である）。
結局ロータが、安定して静止するのは、α＝0,π,2π，
……,nπの位置である。FIG. 17 shows the relationship between the magnetic energy and the rotor position in the above equation. Here, the rotor 4 tries to come to rest at the place where the magnetic energy is the smallest, so α = π / 2,3π
Since the cogging torque is zero at the position of / 2, ..., (2n-1) π / 2, we would normally try to stop at this position, but the magnetic energy W is high, so the rotor becomes unstable and does not stop (stationary). If you have a large frictional force).
After all, the reason that the rotor is stable and stationary is α = 0, π, 2π,
......, nπ position.

すなわち、コギングトルク曲線が負から正に変わる位置
で、ロータは安定して静止し、コギングトルクが正から
負に変わる位置では、ロータは安定して静止しない。That is, the rotor is stable and stationary at the position where the cogging torque curve changes from negative to positive, and the rotor is not stable and stationary at the position where the cogging torque changes from positive to negative.

以上の説明で明らかなように、コイルを励磁しない状態
でのステツプモータのロータ静止位置は、α＝0,π,2π
……,nπ（ｎは整数）である。As is clear from the above description, the rotor stationary position of the step motor without the coil being excited is α = 0, π, 2π
..., nπ (n is an integer).

次に、第12図に示すステツプモータのコイルが第13図に
示される如く励磁された時に、ロータがステータポール
の１ピツチ分回転する時の動作を第14a図のステツプモ
ータのステータポールとロータ磁極の展開図を用いて説
明する。Next, the operation when the rotor rotates by one pitch of the stator pole when the coil of the step motor shown in FIG. 12 is excited as shown in FIG. 13 will be described with reference to FIG. This will be described using a development view of magnetic poles.

すでに説明したように、コイルを励磁しないときは、ロ
ータ４はα＝０の位置にある。次にＡ相とＢ相を励磁す
ると、磁極4aは、ステータポール1aとステータポール1
a′中間の1/8ピツチ、すなわちα＝π/4の位置に来る。
次のＢ相、相では1/2ピツチと、1/4ピツチの中間の3/
8ピツチ（α＝３π/4）の位置に来る。次の相、相
では1/2ピツチと3/4ピツチの中間の5/8ピツチ（α＝５
π/4）の位置に来る。次の、Ａ相では3/4ピツチと
し、ピツチの中間の7/8ピツチ（α＝７π/4）の位置に
来る。次にＡ相、Ｂ相で初めと同じことの繰り返しにな
る。As already explained, when the coil is not excited, the rotor 4 is in the position of α = 0. Next, when the A-phase and the B-phase are excited, the magnetic pole 4a becomes the stator pole 1a and the stator pole 1
It comes to 1/8 pitch in the middle of a ', that is, α = π / 4.
In the next phase B, the phase is 1/2 pitch and 3/4 in the middle of 1/4 pitch.
It comes to the position of 8 pitches (α = 3π / 4). In the next phase, the phase is 5/8 pitch (α = 5) which is between 1/2 pitch and 3/4 pitch.
π / 4) position. Next, in the A phase, the pitch is 3/4 pitch, and it comes to the position of 7/8 pitch (α = 7π / 4) in the middle of the pitch. Next, the same operations as in the beginning are repeated for the A phase and the B phase.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ステツプモータのコイル励磁状態におけるロータの静止
角度誤差について第14b図を用いて説明する。図中縦軸
のトルクの上半分であるプラス側は、ロータの進行方向
に対して、ロータを戻すトルク下半分のマイナス側は、
進めるトルクである。The rotor static angle error in the coil excitation state of the step motor will be described with reference to FIG. 14b. The plus side, which is the upper half of the torque on the vertical axis in the figure, is the minus side of the lower half of the torque that returns the rotor with respect to the traveling direction of the rotor.
It is the torque to advance.

ロータは無励磁状態でα＝０の位置に静止している。The rotor is stationary at the position of α = 0 in the non-excitation state.

今、励磁の第１ステツプでは、A,B相を励磁するので、
点線10の励磁トルクが働き、ロータ４を励磁トルクがゼ
ロのα＝π/4の位置に進めようとする。一方、α＝π/4
の位置ではa₁−b₁なるコギングトルクが作用している。
このコギングトルクはロータをα＝０へ戻す向きに働く
ので、結局ロータはコギングトルクによってロータを戻
すトルクとA,B相励磁トルクによってロータを数めるト
ルクがつり合った位置で静止する。この位置が第14b図
のα＝α_１の位置で、本来得られるべきロータの静止位
置であるα＝π/4より手前の位置である。第２ステツプ
は,B相が励磁され、点線11の励磁トルクが働き、ロー
タを励磁トルクがゼロのα＝３π/4の位置に進めようと
する。Now, in the first step of excitation, since the A and B phases are excited,
The exciting torque indicated by the dotted line 10 acts to try to advance the rotor 4 to the position of α = π / 4 where the exciting torque is zero. On the other hand, α = π / 4
At the position of, the cogging torque of a ₁ −b ₁ is acting.
Since this cogging torque acts in the direction to return the rotor to α = 0, the rotor eventually stops at a position where the torque for returning the rotor due to the cogging torque and the torque for counting the rotor due to the A and B phase excitation torque are balanced. This position is the position of α = α _{1 in} FIG. 14b, which is the position before α = π / 4 which is the originally obtained stationary position of the rotor. In the second step, the B-phase is excited, and the exciting torque indicated by the dotted line 11 works to move the rotor to the position of α = 3π / 4 where the exciting torque is zero.

一方、α＝３π/4の位置では、−（a₁−b₁）なるコギン
グトルクが作用する。このコギングトルクはロータを進
める向きに働くので、結局ロータは、コギングトルクに
よってロータを進めるトルクと,B相励磁トルクによっ
てロータを戻すトルクがつり合った位置で静止する。こ
の位置が第14b図のα＝α_２の位置で、本来得られるべ
きロータの静止位置であるα＝３π/4より進んだ位置で
ある。On the other hand, at the position of α = 3π / 4, the cogging torque of − (a ₁ −b ₁ ) acts. Since this cogging torque acts in the direction of advancing the rotor, the rotor eventually stops at a position where the torque for advancing the rotor by the cogging torque and the torque for returning the rotor by the B-phase excitation torque are balanced. This position is the position of α = α _{2 in} FIG. 14b, which is a position advanced from α = 3π / 4 which is the originally stationary position of the rotor.

次の第３ステツプでは第１ステツプと同じことが起こ
り、本来のロータの静止位置であるα＝５π/4より手前
の位置α_３で、ロータは静止する。さらに第４ステツプ
では第２ステツプと同じことが起こり、本来のロータの
静止位置であるα＝７π/4より進んだ位置α_４で、ロー
タは静止する。本来得られるべき位置に対するロータの
角度誤差を縦軸にとり、横軸にステツプモータのステツ
プ数をとると、第14c図の特性が得られる。２相励磁方
式の場合通常、ロータの角度誤差は、１ステツプ毎に負
号が反転する。すなわち、ロータの角度移動量は１ステ
ツプ毎に少ない、多い、少ないと変わり、均一性のある
正確な移動量が得られないという重要な欠点を持ってい
た。In the next third step, the same thing as in the first step occurs, and the rotor comes to rest at a position α ₃ before α = 5π / 4 which is the original rest position of the rotor. Further, in the fourth step, the same thing as in the second step occurs, and the rotor comes to a standstill at a position α ₄ which is ahead of the original rest position of the rotor α = 7π / 4. The angle error of the rotor with respect to the position that should be originally obtained is plotted on the vertical axis, and the number of steps of the step motor is plotted on the horizontal axis, whereby the characteristic shown in FIG. 14c is obtained. In the case of the two-phase excitation method, normally, the negative sign of the angular error of the rotor is inverted every step. That is, the angular movement amount of the rotor changes from one step to another, that is, to a large number, and there is an important drawback that a uniform and accurate movement amount cannot be obtained.

〔問題を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明においては、第１及び第２のステータセットのス
テータポールの中央部にそれぞれ磁気的に抵抗の高い領
域を形成し、コギングトルクの周期を前記ステータポー
ルの所定のピッチの半分に等しくした構成とした。In the present invention, a region having high magnetic resistance is formed in the central portion of each of the stator poles of the first and second stator sets, and the cycle of cogging torque is made equal to half the predetermined pitch of the stator poles. And

〔作用〕[Action]

ロータに対して互いに1/4ピッチずれて配置された第１
及び第２のステータセットのステータポールの中央部に
それぞれ磁気的に抵抗の高い領域を形成し、コギングト
ルクの周期を前記ステータポールの所定のピッチの半分
に等しくする。従って基本成分の他に２次の高調波成分
を発生させることになり、これが励磁状態におけるロー
タの静止位置でコギングトルクを発生させる働きをなく
し、ロータの各ステツプ毎の回転誤差を低減させる。The first is placed 1/4 pitch away from the rotor
And a magnetically high resistance region is formed in the central portion of each of the stator poles of the second stator set so that the cycle of the cogging torque is equal to half the predetermined pitch of the stator poles. Therefore, in addition to the fundamental component, the second harmonic component is generated, which eliminates the function of generating the cogging torque at the stationary position of the rotor in the excited state, and reduces the rotation error for each step of the rotor.

〔実施例〕〔Example〕

まず励磁位置においてコギングトルクの発生しないステ
ツプモータを実現するための条件について考える。First, let us consider the conditions for realizing a step motor that does not generate cogging torque at the excitation position.

励磁時のロータ静止位置は、±（2n−１）π/4（ｎ＝1,
2,3,…）であるので、コイルを励磁していない時に、α
＝π/4,3π/4,5π/4,7π/4で最小になる磁気エネルギー
特性を求めれば、各励磁ステツプで角度誤差の小さいス
テツプモータを得ることができる。上記の点で極小値を
とりえる関数は、 Ｗ＝ΔWcos4α＋Wo （ΔＷ＞０） であり、 α＝π/4,3π/4,…（2n−１）π４で、Ｗ＝Wo−ΔＷと
なってＷは極小値をとる。従って式が、本発明実施例
のステツプモータが必要とする磁気エネルギー特性であ
る。The rotor rest position during excitation is ± (2n-1) π / 4 (n = 1,
2,3, ...), so when the coil is not excited, α
By obtaining the magnetic energy characteristic which becomes the minimum at = π / 4,3π / 4,5π / 4,7π / 4, a step motor with a small angular error can be obtained at each excitation step. The function that can take the minimum value at the above point is W = ΔWcos4α + Wo (ΔW> 0), and α = π / 4,3π / 4,… (2n−1) π4, and W = Wo−ΔW W has a minimum value. Therefore, the equation is the magnetic energy characteristic required by the step motor of the present invention.

ここで式を前述した式と比べてみると、式が基本
波成分を示しているのに対し、式は２次の高調波成分
を示している。Comparing the equation with the above equation, the equation shows the fundamental wave component, while the equation shows the second-order harmonic component.

第１図W1は、ΔＷ＞０の場合の式を示している。FIG. 1 W1 shows the formula in the case of ΔW> 0.

一方、W2はΔＷ＜０の場合の式を示している。On the other hand, W2 shows the formula in the case of ΔW <0.

次にコギングトルクは上式をαで微分して得られ、 Ｔ＝−４ΔWSin4αとなる。Next, the cogging torque is obtained by differentiating the above equation by α and becomes T = −4ΔWSin4α.

ここでステータセツトａとロータ間に働くコギングトル
クをTa,ステータセツトｂとロータ間に働くコギングト
ルクをTbとすると、Ta,Tbはコギングトルクの基本波成
分に２次の高調波成分を加えたものとすると、Taは、Ta
＝a,Sin2α−a₂Sin4αとなり、Tbはステータセツトｂの
位相がステータセツトａに対し1/4ピツチ進んでいるの
で、Tbは、 となる。ステツプモータのコギングトルクはTa,Tbの和
として求められるので、求めるコギングトルクTcは、 Tc＝Ta＋Tb Tc＝（a₁−b₁）Sin 2 α−（a₂＋b₂）Sin 4 α a₁＝b₁ すなわち、両方の基本波成分の振幅が等しい時
は、コギングトルクTcは、 Tc＝（a₂＋b₂）Sin 4 α となり、２次の高調波分だけになる。尚、a₂,b₂を大き
くすれば、コギングトルクが大きく、小さくすればコギ
ングトルクが小さくなる。ステツプモータの磁気エネル
ギーをＷとすると、最終的に、 と表わせる。Assuming that the cogging torque acting between the stator set a and the rotor is Ta and the cogging torque acting between the stator set b and the rotor is Tb, Ta and Tb are the fundamental wave component of the cogging torque and the second harmonic component is added. Assuming that Ta is Ta
= A, Sin2α-a ₂ Sin4α next, since Tb is the phase of the stator excisional b is advanced 1/4 pitch relative to the stator excisional a, Tb is Becomes Since the cogging torque of the step motor is obtained as the sum of Ta and Tb, the required cogging torque Tc is Tc = Ta + Tb Tc = (a ₁ −b ₁ ) Sin 2 α− (a ₂ + b ₂ ) Sin 4 α a ₁ = When b ₁ is the same, that is, when both fundamental wave components have the same amplitude, the cogging torque Tc becomes Tc = (a ₂ + b ₂ ) Sin 4 α, which is only the second harmonic component. The cogging torque increases as a ₂ and b ₂ increase, and the cogging torque decreases as a ₂ and b ₂ decrease. If the magnetic energy of the step motor is W, finally, Can be expressed as

前述した第１図W1は上式のa₁＝b₁,a₂＞0,b₂＞０の場
合をグラフ化したものである。The above-mentioned FIG. 1 W1 is a graph showing the case of a ₁ = b ₁ , a ₂ > 0, b ₂ > 0 in the above equation.

またW2は、上式のa₁＝b₁,a₂＜0,b₂＜０の場合をグラ
フ化したものである。Further, W2 is a graph in the case of a ₁ = b ₁ , a ₂ <0, b ₂ <0 in the above equation.

一方、一つのステータセツトａとロータとの間に働くコ
ギングトルクTaの特性は、 Ta＝a₁ Sin 2α−a₂ Sin 4α である。もう一つのステータセツトｂのコギングトルク
Tbは、 Tb＝b₁ Sin2（α＋π/2）−b₂ Sin4（α＋π/2） である。On the other hand, the characteristic of the cogging torque Ta acting between one stator set a and the rotor is Ta = a ₁ Sin 2α−a ₂ Sin 4α. Cogging torque of another stator set b
Tb _{is, Tb = b 1 Sin2 (α} + π / 2) is a _{-b 2 Sin4 (α + π /} 2).

第２図は、a₂＞0,b₂＞０の場合、つまりΔＷ＞０の場合
（a₁＞0,b₁＞０としている）におけるTa,Tb,その合成ト
ルクTc（Ta＋Tb）をグラフ化したものである。FIG. 2 is a graph showing Ta, Tb, and their combined torque Tc (Ta + Tb) when a ₂ > 0, b ₂ > 0, that is, when ΔW> 0 (a ₁ > 0, b ₁ > 0). It has been transformed.

図からもわかる様にTaは、そのピーク位置をπ/4よりも
やや右側に有し、一方Tbはそのピーク位置をπ/4よりも
やや左側に有しているが、これはそれぞれ２次の高調波
成分である Sin 4α,Sin 4（α＋π/2） をマイナス項として含んでいる為である。以上の２次の
高調波成分の働きにより、合成トルクTcは、Ta,Tbの２
倍の周期を持つに至る。ここで合成トルクTcが０になる
位置が、ロータが停止しようとする位置であり、α＝0,
π/4,π/2,3π/4,π,5π/4,3π/2,7π/4……がその位置
である。しかしながら、この場合における磁気エネルギ
ーは、ほぼ第１図のW1で示された状態にあり、α＝0,π
/2,π,3π/2,π……はW1がピークにあって、ロータは不
安定となり、結局α＝π/4,3π/4,5π/4,7π/4……が、
非励磁状態におけるロータの大略の停止位置となる。As can be seen from the figure, Ta has its peak position slightly to the right of π / 4, while Tb has its peak position slightly to the left of π / 4. This is because Sin 4α and Sin 4 (α + π / 2), which are harmonic components of, are included as negative terms. Due to the action of the second-order harmonic component described above, the combined torque Tc is 2 of Ta and Tb.
It has a double cycle. Here, the position where the combined torque Tc becomes 0 is the position where the rotor is about to stop, and α = 0,
The positions are π / 4, π / 2, 3π / 4, π, 5π / 4, 3π / 2, 7π / 4 .... However, the magnetic energy in this case is almost in the state shown by W1 in FIG. 1, and α = 0, π
At / 2, π, 3π / 2, π ……, W1 is at the peak and the rotor becomes unstable, so α = π / 4,3π / 4,5π / 4,7π / 4 ……
This is the approximate stop position of the rotor in the non-excited state.

この位置は前述した如く、励磁状態において本来ロータ
が停止すべき位置であり、ロータは励磁状態においてコ
ギングトルクに妨害されず、正確にその位置に静止でき
る。また励磁の切断前後において、ロータが回転するこ
ともない。As described above, this position is the position where the rotor should originally stop in the excited state, and the rotor can be accurately stopped at that position without being obstructed by the cogging torque in the excited state. Moreover, the rotor does not rotate before and after the excitation is cut off.

一方、a₂＜0,b₂＜０（a₁＞0₁b＞０）とした場合、つま
りΔＷ＜０とした場合は、第３図に示した如くTa,Tb,Tc
が表わせる。第２図に比べてTaのピーク位置はπ/4より
も左方に変わり、Tbもそのピーク位がπ/4が右方に変わ
っている。これは２次の高調波成分であるSin4α,Sin4
（α＋π/2）をプラス項として含んでいるためである。
また合成トルクTcは第２図に比べ位相が反転している。
しかしながら励磁状態における、ロータの静止位置であ
るπ/4,3π/4,5π/4,7π/4等においては合成トルクTcは
０である。従って励磁されてロータが本来の位置に静止
しようとする時、それを妨害するコギングトルクは発生
せず、本来の位置に正確に停止できる。On the other hand, when a ₂ <0, b ₂ <0 (a ₁ > 0 ₁ b> 0), that is, when ΔW <0, Ta, Tb, Tc as shown in FIG.
Can be represented. Compared with FIG. 2, the peak position of Ta changes to the left of π / 4, and the peak position of Tb also changes to the right of π / 4. This is the second harmonic component Sin4α, Sin4
This is because (α + π / 2) is included as a plus term.
The phase of the combined torque Tc is inverted as compared with FIG.
However, in the excited state, the combined torque Tc is 0 at π / 4, 3π / 4,5π / 4, 7π / 4, etc., which are the stationary positions of the rotor. Therefore, when the rotor tries to stand still at the original position by being excited, the cogging torque that interferes with it is not generated and the rotor can be accurately stopped at the original position.

しかしながらこの場合に励磁エネルギーは第１図のW2の
状態にあり、結局、ロータは非励磁状態において、α＝
0,π/2,π，3/2π,2π……の位置で停止する。これらの
位置は励磁状態においては本来ロータが静止しようとす
る位置と異なり、従って励磁を解除するとロータはπ/4
だけ回転する。However, in this case, the excitation energy is in the state of W2 in FIG. 1, and as a result, the rotor is α =
It stops at the positions of 0, π / 2, π, 3 / 2π, 2π .... These positions are different from the positions at which the rotor is supposed to stand still in the excited state, so when the excitation is released, the rotor becomes π / 4.
Just rotate.

第４図は、a₂＞0,b₂＞0,b₁/a＝0.9の場合におけるコギ
ングトルクTa,Tb,Tcを示している。FIG. 4 shows cogging torque Ta, Tb, Tc in the case of a ₂ > 0, b ₂ > 0, b ₁ /a=0.9.

また、各ステータセツトにおいてステータポールがｐ対
あるとき一般にTa,Tbは、 （θは、α＝０と同じ位置をθ＝０としたロータの機械
的な位置でロータが１回転すればθ＝２πとなる。）と
表わせる。先にあげた例ではｐ＝12である。Also, when there are p pairs of stator poles in each stator set, Ta and Tb are (Θ is the mechanical position of the rotor with θ = 0 at the same position as α = 0, and if the rotor makes one rotation, θ = 2π). In the example given above, p = 12.

以上説明した様に、ロータの各ステツプ毎の回転量誤差
のないステツプモータを得るためには、基本波成分に、
２次の高調波成分を付加すれば良いことがわかる。ここ
で２次の高調波成分は基本波成分に対してその周期が２
倍のものであるが、その周期を２倍とする為には、ロー
タの磁極に対するステータの数を２倍にすることにより
疑似的に得られると考えられる。As explained above, in order to obtain a stepper motor with no rotation amount error for each step of the rotor,
It is understood that it is sufficient to add the second harmonic component. Here, the period of the second-order harmonic component is 2 with respect to the fundamental component.
Although it is doubled, it is considered that in order to double the cycle, it can be obtained artificially by doubling the number of stators with respect to the magnetic poles of the rotor.

第５図は本発明の第１実施例のステツプモータであり、
15はＳ極,N極を一つづつ有した２極のロータであり、こ
のロータ15に対して２個のステータポール16−1,16−２
を対向させた第１のステータ16が設けられている。この
ステータ16にはバイフアルラ巻コイル17が巻回されてお
り、このコイル17への通電方向を変えることによりステ
ータポール16−1,16−２の極性を変化させる。ロータ15
の軸方向には、第１のステータ16と全く等しい第２のス
テータ18が、ロータ15に対してステータポール18−1,18
−２を対向させる様、かつ電気的にπ/4だけづれる様
（構造的には90゜づれている）配置されている。また第
２のステータにはバイフアルラ巻コイル19が巻回されて
いる。FIG. 5 shows a step motor according to the first embodiment of the present invention,
Reference numeral 15 is a two-pole rotor having one S pole and one N pole, and two stator poles 16-1 and 16-2 for this rotor 15.
A first stator 16 facing each other is provided. A bifilar winding coil 17 is wound around the stator 16, and the polarity of the stator poles 16-1 and 16-2 is changed by changing the energization direction to the coil 17. Rotor 15
In the axial direction of the second stator 18, a second stator 18 which is exactly the same as the first stator 16 is connected to the rotor 15 by the stator poles 18-1, 18
-2 are arranged so as to face each other and are electrically deviated by π / 4 (they are structurally deviated by 90 °). A bifilar winding coil 19 is wound around the second stator.

以上のステツプモータを駆動させるための回路は、第12
図のものであり、駆動タイミングは第13図の如きであ
る。The circuit for driving the above step motor is
The drive timing is as shown in FIG.

更に本実施例においては、各ステータポール16−1,16−
2,18−1,18−２のロータと対向した面の中央に、ロータ
15の軸方向に沿って深い溝16−1a,16−2a,18−1a,18−2
aが形成されている。従って本実施例においては、各ス
テータにおいてステータポールを疑似的に４個にした状
態となっている。これによって２次の高調波成分が発生
し、磁気エネルギーＷは、 基本成分＋２次高調波成分＋所定値 ＝−ΔW₁ cos 2α＋ΔW₂ cos 4α＋W₀ と表わされる。従って前述した如く本実施例のステツプ
モータは、励磁状態においてほぼα＝π/4,3π/4,5π/
4,7π/4等の位置において、コギングトルクの影響をほ
とんど受けることなく静止可能となり、ステツプ毎の回
転量誤差が著しく低減される。Further, in this embodiment, each stator pole 16-1, 16-
At the center of the surface facing the rotors of 2,18-1 and 18-2,
Deep grooves 16-1a, 16-2a, 18-1a, 18-2 along the axial direction of 15
a is formed. Therefore, in this embodiment, each stator has four stator poles in a pseudo manner. As a result, a second-order harmonic component is generated, and the magnetic energy W is expressed as: fundamental component + second-order harmonic component + predetermined value = -ΔW ₁ cos 2α + ΔW ₂ cos 4α + W ₀ . Therefore, as described above, the step motor of this embodiment has approximately α = π / 4,3π / 4,5π / in the excited state.
At a position such as 4,7π / 4, it is possible to stand still without being affected by the cogging torque, and the rotation amount error for each step is significantly reduced.

第６図は本発明の第２実施例に用いられる第１のステー
タセツト20を示し、第２ステータセツトもこれと等し
い。本例のステツプモータは、第11図従来例と同じ基本
構成を有し（ロータの磁極数、ポールの数、駆動方法
等）、各ステータ21,22の各ステータポール23,24のロー
タに対向する面の中央には、ロータの軸方向と平行に
溝、23a,24aを有している。本例も第１実施例と全く等
しい効果が達成される。ここで溝23a,24aは従来のプレ
ス工程に凹部を形成するスタンプ工程を追加することで
容易に作ることができる。FIG. 6 shows the first stator set 20 used in the second embodiment of the present invention, and the second stator set is the same. The step motor of this example has the same basic structure as the conventional example shown in FIG. 11 (the number of magnetic poles of the rotor, the number of poles, the driving method, etc.) and faces the rotor of each stator pole 23, 24 of each stator 21, 22. Grooves 23a, 24a are provided in the center of the surface to be formed in parallel with the axial direction of the rotor. This example also achieves the same effect as the first example. Here, the grooves 23a and 24a can be easily formed by adding a stamping step for forming a recess to the conventional pressing step.

また、溝23a,24aは溝でなくて、その平面形状が円形，
長円形でも良い。要はステータポールの中心軸上に中心
軸に対してほぼ対称な凹みを形成することが大切で、そ
の形状は問わない。Also, the grooves 23a, 24a are not grooves, and their planar shape is circular,
It may be oval. In short, it is important to form a recess on the central axis of the stator pole that is substantially symmetrical with respect to the central axis, and its shape does not matter.

また上記実施例ではすべてのステータポールに溝がもう
けられているが、一部のステータポールだけにもうけて
も良い。またこの凹部の数，大きさ，深さは、ロータ磁
極とステータポールが対向した時の磁気抵抗の大きさに
影響を与え、それらの数や大きさが大きい程磁気抵抗が
大きくなり、Sin4dの係数、すなわちコギングトルクの
大きさが大きくなる。Further, in the above embodiment, grooves are provided in all the stator poles, but it may be provided only in some of the stator poles. Moreover, the number, size, and depth of the recesses affect the magnitude of the magnetic resistance when the rotor pole and the stator pole face each other. The larger the number and the size of the recess, the greater the magnetic resistance. The coefficient, that is, the magnitude of the cogging torque increases.

また、本実施例ではステータポールは先端に向って細く
なっているが、ステータポールの形状が、く形であって
も本発明の効果は失われない。Further, in the present embodiment, the stator pole is tapered toward the tip, but the effect of the present invention is not lost even if the stator pole has a rectangular shape.

第７図は、第10,11図に示された従来のステツプモータ
における、各ステツプ毎における角度誤差の実験結果を
示している。モータの仕様は、外径＝42mm,ステータ厚
＝17mm,ステータ内径＝22.4mm,ステータポール板厚＝0.
8mm,ステータポール根本巾＝2.5mm,ステータポール先端
巾＝0.7mm,インダクタンス＝93Ω，駆動電圧＝18Vであ
る。FIG. 7 shows the experimental result of the angular error at each step in the conventional step motor shown in FIGS. The motor specifications are: outer diameter = 42mm, stator thickness = 17mm, stator inner diameter = 22.4mm, stator pole plate thickness = 0.
8mm, stator pole base width = 2.5mm, stator pole tip width = 0.7mm, inductance = 93Ω, drive voltage = 18V.

第８図は第６図に示す実施例の各ステツプ毎における角
度誤差の実験結果を示している。モータの仕様は、第７
図仕様と溝23a,24aを除いて等しい。溝23a,24aの巾は0.
4mm,溝23a,24aの深さは0.4mmである。FIG. 8 shows the experimental result of the angular error at each step of the embodiment shown in FIG. Motor specifications are 7th
It is the same except for the drawings and the grooves 23a and 24a. The width of the grooves 23a, 24a is 0.
The depth of the grooves 23a, 24a is 4 mm and 0.4 mm.

図からも明確にわかる様に、ステツプ毎の角度誤差は従
来例に比して大幅に改善された。また励磁切断の前後に
おいての、ロータの回転量も大幅に減少した。このこと
は前述した如く、ステータポールに溝を設けるとは、２
次の高調波成分を発生し、しかもその係数が基本波成分
の係数の逆（符号が）であることを裏付けるものと考え
られる。As can be clearly seen from the figure, the angle error for each step was greatly improved compared to the conventional example. In addition, the amount of rotation of the rotor before and after the excitation disconnection was greatly reduced. As described above, this means that forming a groove in the stator pole is
It is considered to support the fact that the next harmonic component is generated and the coefficient thereof is the inverse (sign) of the coefficient of the fundamental wave component.

第９図は本発明の第２実施例であり、本例においてはス
テータポールに溝を入れて、ステータポールの数を培増
させる代りに、実際に独立したステータポールの数を培
増させている。FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, instead of grooving the stator poles and increasing the number of stator poles, the actual number of independent stator poles is increased. There is.

本例では、ロータ25が２極であり、これに対し第１のス
テータセツト26は、４本のステータポール27−１〜27−
４を有し、各ポールにはそれぞれバイフアイラ巻コイル
28が巻回されている。図中紙面と垂直方向には、図には
示されていないが、電気的にπ/4だけづれて、機械的に
は90゜だけづれて第１のステータセツトと全く等しい第
２のステータセツトが配置されている。本例におけるモ
ータの駆動回路及びその駆動タイミングは実質的に、第
１実施例と同じく第12図、第13図のもので良い。ただこ
の場合には、ステータポール27−1,と27−２が常にペア
となって同じ極性に励磁され、また27−３と27−４がペ
アで励磁されるようにし、また第２のステータセツトに
おいては、第１のステータセツト26においてステータポ
ール27−1,27−３と重なって見えるポールがペアとなっ
て励磁され、またステータポール27−２と27−４に重な
って見えるポールがペアとなって励磁される様にする。In this example, the rotor 25 has two poles, whereas the first stator set 26 has four stator poles 27-1 to 27-.
4 and each pole has a bifilar winding coil
28 are wound. In the direction perpendicular to the plane of the drawing, a second stator set, which is not shown in the figure but is exactly equal to the first stator set, is electrically separated by π / 4 and mechanically separated by 90 °. Has been done. The motor drive circuit and its drive timing in this example may be substantially those shown in FIGS. 12 and 13 as in the first embodiment. However, in this case, the stator poles 27-1 and 27-2 are always paired to be excited with the same polarity, and 27-3 and 27-4 are also paired to be excited, and the second stator is also used. In the set, in the first stator set 26, the poles that appear to overlap the stator poles 27-1 and 27-3 are excited as a pair, and the poles that appear to overlap the stator poles 27-2 and 27-4 form a pair. And become excited.

本実施例においても前述実施例と同様の効果が達成され
る。Also in this embodiment, the same effect as the above-mentioned embodiment is achieved.

尚、本発明は上記各実施例に限定するものではなく、例
えば実施例は第１のステータセツトと第２ステータセツ
トをπ/4だけづらせたがロータの磁極をπ/4だけづらせ
ても良い。The present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, in the embodiment, the first stator set and the second stator set are separated by π / 4, but the magnetic poles of the rotor are separated by π / 4. Is also good.

〔効果〕〔effect〕

以上の如く本発明は、ロータに対して互いに1/4ピッチ
ずれて配置された第１及び第２のステータセツトのステ
ータポールの中央部にそれぞれ磁気的に抵抗の高い領域
を形成し、コギングトルクの周期を前記ステータポール
の所定のピッチの半分に等しくしたので、励磁状態にお
けるロータ停止位置でコギングトルクが発生しにくく、
従って、ロータの各ステップ毎の回転誤差は著しく低減
され、ステップモータ停止時のロータの位置決め精度を
向上させるものである。As described above, according to the present invention, the regions of high magnetic resistance are formed in the central portions of the stator poles of the first and second stator sets, which are arranged with a 1/4 pitch offset with respect to the rotor, and cogging torque is increased. Since the cycle of is equal to half the predetermined pitch of the stator pole, cogging torque is less likely to occur at the rotor stop position in the excited state,
Therefore, the rotation error of each step of the rotor is remarkably reduced, and the positioning accuracy of the rotor when the step motor is stopped is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は本発明実施例のステツプモータが有すべき磁気
エネルギーと角度αの関係を示す説明図、 第２図は、ΔＷ＞ｏの時のコギングトルクと角度αの関
係説明図、 第３図は、ΔＷ＜ｏの時のコギングトルクと角度αの関
係説明図、 第４図はb₁/a₁＝0.9の時のコギングトルク−角度α関係
説明図、 第５図は本発明の第１実施例説明図、 第６図は本発明の第２実施例説明図、 第７図は従来例の実験結果説明図、 第８図は第２実施例の実験結果説明図、 第９図は本発明の第３実施例説明図、 第10図は従来のステータセツトの説明図、 第11図はステツプモータの説明図、 第12図はモータの駆動回路図、 第13図はモータの駆動タイミングチヤート図、 第14a図は、ステツプモータの磁極まわりの展開図、 第14b図は、ロータの静止位置を示す説明図、 第14c図はロータの角度誤差を示す説明図、 第15図は従来の２極ステツプモータの説明図、 第16図は、ステータセツトａにおけるコギングトルク−
角度α関係説明図、 第17図は、ロータ静止位置説明図、 15,25……ロータ、 16−1,16−2,18−1,18−2,23,24,27−１〜27−４……ス
テータポール、 16−1a,16−2a,18−1a,18−2a,23a,24a……溝、 17,19,28……コイルFIG. 1 is an explanatory view showing the relationship between the magnetic energy and the angle α that should be possessed by the step motor of the embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory view of the relationship between the cogging torque and the angle α when ΔW> o. FIG. 4 is an explanatory diagram of the relationship between the cogging torque and the angle α when ΔW <o, FIG. 4 is an explanatory diagram of the relationship of the cogging torque-angle α when b ₁ / a ₁ = 0.9, and FIG. FIG. 6 is an explanatory view of a second embodiment of the present invention, FIG. 7 is an explanatory view of an experimental result of a conventional example, FIG. 8 is an explanatory view of an experimental result of the second embodiment, and FIG. FIG. 10 is an explanatory view of a conventional stator set, FIG. 11 is an explanatory view of a step motor, FIG. 12 is a drive circuit diagram of the motor, and FIG. 13 is drive timing of the motor. FIG. 14a is a development view around the magnetic poles of the step motor, and FIG. 14b is an explanatory view showing the stationary position of the rotor. 14c diagrams explanatory view showing the angular error of the rotor, FIG. 15 is a schematic view for illustrating a conventional two-pole step motor, FIG. 16, the cogging torque in the stator excisional a -
FIG. 17 is an explanatory view of the relation of the angle α, FIG. 17 is an explanatory view of a rotor stationary position, 15, 25 ... Rotor, 16-1, 16-2, 18-1, 18-2, 23, 24, 27-1 to 27- 4 ... Stator pole, 16-1a, 16-2a, 18-1a, 18-2a, 23a, 24a ... Groove, 17, 19, 28 ... Coil

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】周面に所定のピッチで磁極を有してなるロ
ータと、前記所定のピッチでステータポールを有すると
ともに前記ロータに対して互いに1/4ピッチずれて配置
された第１及び第２のステータセットと、前記第１及び
第２のステータセットを励磁するコイルとからなるステ
ップモータにおいて、前記第１及び第２のステータセッ
トのステータポールの中央部にそれぞれ磁気的に抵抗の
高い領域を形成し、コギングトルクの周期を前記ステー
タポールの所定のピッチの半分に等しくしたことを特徴
とするステップモータ。1. A rotor having magnetic poles on a peripheral surface at a predetermined pitch, a stator pole at the predetermined pitch, and first and second rotors arranged at a 1/4 pitch with respect to the rotor. In a step motor including two stator sets and a coil for exciting the first and second stator sets, regions of high magnetic resistance are provided in central portions of the stator poles of the first and second stator sets. And a cycle of cogging torque is made equal to half of a predetermined pitch of the stator poles.