步進馬達的磁化模式的製作方法

2023-11-11 10:42:22

專利名稱：步進馬達的磁化模式的製作方法
技術領域：
本發明涉及步進馬達的磁化模式，特別涉及在轉動磁體的旋轉方向上各磁極的磁化平衡受到破壞，使馬達驅動時等產生的振動和噪音降低的步進馬達的磁化模式(magnetizing pattern)。
背景技術：
原來，這種步進馬達適合於用作印表機、傳真機、磁碟驅動器等各種機器的間歇驅動源。然而，該步進馬達的轉子旋轉自由地配置在具有極齒的定子的內側，該轉子在外周部具有由永磁體組成的圓筒形旋轉磁體。還有，該步進馬達通過依次切換對定子磁極的勵磁線圈的通電，使該轉子相對於該定子旋轉。
如圖3所示，上述轉動磁體1在其圓周方向N極和S極以等間隔在多個地方被交互地多極磁化，按相互均等的圓弧狀磁化寬度C形成該多個磁化部2、2…。還有，在該圖中，在以上述轉動磁體1的總極數為y，上述磁化部2，2…的圓弧狀均等寬度C的中心角為x°時，滿足x°＝360°/y的關係。
如圖4所示，上述步進馬達不通電時在上述轉子磁極和磁齒之間，假如上述轉動磁體1偏離穩定點的話，就會產生使該轉動磁體1返回穩定點的保持轉矩，即起動轉矩(detent torgue)，近年來，伴隨著上述各種機器的高性能化，要求低起動轉矩的步進馬達。在該馬達的起動轉矩大的場合下，該馬達的轉矩波動和旋轉速度波動增大而產生振動和噪音等問題，另外，在用作定位用馬達時定位精度降低。
對此，為了降低起動轉矩，已知採用磁化模式有，使在步進馬達的旋轉方向上的一半的磁化模式的各磁極的中心從另一半的磁化模式的各磁極的中心移動磁化間距的1/4，並且，使在該兩個半部的邊界附近產生的不連續部分形成無磁化而成的馬達磁化模式(專利文獻1特開平2-114848號公報)。
原來的上述步進馬達的磁化模式是，通過使在一半產生的起動轉矩的相位相對於在另一個半部產生的起動轉矩的相位反轉，就能夠抵消起動轉矩。但是，由於形成在上述兩個半部的邊界附近產生的無磁化的不連續部分，所以具有因該無磁化使得驅動時驅動轉矩大幅下降而不適合於實用的缺點。

發明內容
對此，產生了為了使上述驅動轉矩降低，並且減少起動轉矩以消除振動和噪音等問題而應解決的技術課題，本發明就是以解決該課題為目的。
本發明是為了達成上述目的而提出的方案，方案1的發明為一種磁化模式，在步進馬達的轉動磁體中，在該轉動磁體的旋轉方向上各磁極的磁化部之中以該轉動磁體的旋轉軸為中心而對峙的磁化部的磁化寬度為A，在其他多個地方以均等寬度磁化的磁化部的磁化寬度為B時，上述各磁化部的磁化寬度具有A＞B的關係。
採用該結構，由於上述轉動馬達的對峙的組的寬幅的磁化部的磁化寬度A比剩餘地方的均等寬度B的磁化部更寬，所以在以該寬幅的磁化部為中心的附近領域產生局部的磁通分布的變化，作為上述轉動磁體的磁化部全體，起動轉矩減小。
方案2的發明是在方案1的步進馬達的磁化模式基礎上，進一步使上述磁化寬度A的磁化部的總數為1組2。
採用該結構，通過只在兩個地方設置上述寬幅的磁化部，作為上述轉動磁體全體磁通分布對於一個軸對稱，每隔半個周期(180°角)得到起動轉矩的最小值。
方案3的發明是在方案1的步進馬達的磁化模式基礎上，進一步使上述磁化寬度A的磁化部的總數為2組4個，該4個磁化部在轉動磁體的旋轉方向上以90度的等間距配置。
採用該結構，由於上述4個寬幅的磁化部以90度的等角度配置，所以全體的磁通分布相對於2個正交的軸對稱，每隔90度角得到起動轉矩的最小值。
方案4的發明是在方案1、2或3的步進馬達的磁化模式基礎上，進一步使得當形成於上述轉動磁體的全部磁化部的總極數為y、以上述總極數y除360°得的角度為x°、任意角度為α°，上述磁化寬度A的磁化部的總數為z時，與上述對峙的磁化部的圓弧狀磁化寬度A所對應的中心角A°為x°+(y/z-1)α°，與上述其他磁化部的圓弧狀磁化寬度B所對應的中心角B°為(x°-α°)，還滿足以下關係，x°+(y/z-1)α°＞(x°-α°)，且，x°/2＞α°。
採用該結構，只要滿足上述關係式，在上述寬幅的磁化部附近磁通分布產生一定的變化，可得到使起動轉矩降低的所期望的角度和轉矩間的特性。
方案1所述的發明由於通過使上述相互對峙的磁化部的磁化寬度A比剩餘的磁化部的磁化寬度B更寬，磁通的分布狀況產生變化而起動轉矩減小，所以步進馬達的驅動轉矩的下降小，並且，能夠去除該馬達的振動和噪音。特別是在低速驅動時，能夠得到振動少且平穩的馬達驅動。
方案2所述的發明由於通過只在轉動磁體的兩個地方設置上述寬幅的磁化部，每隔半個周期產生起動轉矩的最小值，所以除了方案1所述的發明的效果之外，還易於形成上述寬幅的磁化部，並且，步進馬達的驅動中轉矩的變動變得平穩。
方案3所述的發明由於每隔四分之一個周期得到起動轉矩的最小值，所以除了方案1所述的發明的效果之外，步進馬達的轉矩變動進一步變得平穩，特別是，在用作定位馬達的場合，利用該馬達得到的相對於負荷的定位精度相應得到提高。
方案4所述的發明為了減小上述步進馬達的起動轉矩，只要滿足上述關係式，由於能夠將上述轉動磁體的總極數y、上述寬幅的磁化部以及窄幅的磁化部的磁化寬度設定成任意的組合，所以，除了方案1、2以及3所述的發明的效果之外，還具有能夠顯著提高上述轉動磁體以及步進馬達設計上的自由度的優點。


圖1表示本發明的一個實施方式，說明步進馬達的磁化模式的轉動磁體的立體圖。
圖2是圖1的步進馬達的角度-轉矩特性示意圖。
圖3表示原有例，說明步進馬達的磁化模式的轉動磁體的立體圖。
圖4是圖3的步進馬達的角度-轉矩特性示意圖。
具體實施例方式
本發明在步進馬達的轉動磁體中，在該轉動磁體的旋轉方向上各磁極的磁化部之中以該轉動磁體的旋轉軸為中心而對峙的磁化部的磁化寬度為A，在其他多個地方以均等寬度磁化的磁化部的磁化寬度為B時，通過使上述各磁化部的磁化寬度具有A＞B的關係，就不會導致上述驅動轉矩的大幅度下降，達到降低起動轉矩來抑制振動和噪音的發生的目的。
實施例以下，根據圖1以及圖2來說明本發明的一個實施方式。圖中，3是圓筒形的轉動磁體，該轉動磁體3旋轉自如地配置在具有定子磁極的定子部件(未圖示)的內側，該轉動磁體3的芯部一體地固定在設在其旋轉中心的旋轉軸上。還有，上述轉子部件，系利用依次對定子磁極的勵磁線圈進行勵磁，進而靠該定子磁極使上述轉動磁體3的磁極被吸引或被排斥，而進行旋轉驅動。
如圖1所示，在轉動磁體3上，沿其圓周方向交互形成多個N極的磁化部和S極的磁化部。還有，上述轉動磁體3的磁化部由以所定的圓弧狀磁化寬度A磁化的寬幅的磁化部4、5和在剩餘的多個地方以均等的圓弧狀磁化寬度B磁化的多個窄幅的磁化部6、6…構成。
上述寬幅的磁化部4、5，以夾著上述轉動磁體1的旋轉中心O而相互對峙的2個地方為一組，在圖示的例子中在1組2個地方設有上述寬幅的磁化部4、5。還有，上述寬幅的磁化部4、5的磁化寬度A按比上述窄幅的磁化部6的磁化寬度B寬所定寬度而形成。
這樣，按比上述窄幅的磁化部6、6…更寬的寬度形成上述寬幅的磁化部4、5時，與圖3的原有型磁化模式不同，在2個地方的寬幅的磁化部4、5的附近區域磁通的分布狀況產生一定的變化，降低了無勵磁時從外部使上述旋轉軸旋轉時產生異樣感的所謂起動轉矩。即，通過以寬幅形成上述寬幅的磁化部4、5，破壞上述轉動磁體3全體的磁化寬度平衡，特別是，在上述寬幅的磁化部4、5的周邊，對與此接近的定子側異極的吸引力稍稍變強，另一方面，對定子側同極的排斥力也增強，起動轉矩就局部地抵消，結果，通過作為上述轉動磁體3全體產生使起動轉矩減小的磁通密度分布，就降低了上述起動轉矩。
圖示的例子是應用於在定子上形成48個極齒而成的PM(PermanentMagnet)型步進馬達。另外，詳細敘述的話，是應用於上述轉動磁體3的上述寬幅的磁化部4、5以及窄幅的磁化部6的總極數y為24個，角度360°被總極數y除得的角度x°為15°，任意的角度α°為0.5°的馬達。至於該馬達的性能，探求旋轉角度θ和起動轉矩T的關係，得到了圖2所示的θ-T特性。
從該圖可以清楚知道，起動轉矩T的變動寬度與原來的全均等寬度型磁化模式(參照圖3)相比降低至2分之1以下。這意味著，採用本發明的磁化模式，通過在上述轉動磁體3的2個地方形成寬幅的磁化部4、5，得到了使起動轉矩T減小的磁通密度分布的變化。
該場合，通過形成上述寬度A的磁化部4、5，雖然出現一些步進馬達的驅動轉矩減小現象，但該轉矩的減小與原來的無磁極形成型磁化模式相比極小。因此，本發明的磁化模式儘管驅動部轉矩下降很少，但起動轉矩T卻下降到一半以下，能夠大幅度地抑制步進馬達的振動和噪音。
採用本實施方式，通過僅在上述轉動磁體3的2個地方形成寬度A的磁化部4、5，就能夠很容易地製成馬達驅動時轉矩變動平滑的磁化模式。
在這裡，對有關本發明的磁化模式的條件再進行更加詳細的說明。上述轉動磁體3的總極數為y、以總極數y除360°得的角度為x°、比角度x°的一半還小的任意角度為α°、上述磁化寬度A的磁化部的總數為z時，設定成以下條件與上述對峙的磁化部4，5的圓弧狀磁化寬度A所對應的中心角A°＝x°+(y/z-1)α°比與上述窄幅的磁化部6、6…的圓弧狀磁化寬度B所對應的中心角B°＝(x°-α°)更大。即，本發明的寬幅對峙型磁化模式同時滿足以下條件式(1)、(2)以及(3)。
x°+(y/z-1)α°＞(x°-α°)……(1)x°/2＞α°……(2)x°＝360°/y……(3)只要上述寬幅對峙型磁化模式滿足上述3個條件式，就能夠由上述寬幅的磁化部4、5在其周圍的磁通密度分布產生變化，使起動轉矩減小。例如，夾著上述轉動磁體3的旋轉中心O而對峙的寬幅的磁化部4、5的組的個數在圖1中上下方向對峙的2個地方的1組上加上左右方向對峙的2個地方1組形成共2組4個地方也可以。該場合，該2組4個寬幅的磁化部4、5在上述轉動磁體3的圓周方向以90度等間距配置。
在將該寬幅的磁化部4、5在正交的2個軸方向的兩側配置2組的場合，上述轉動磁體3的磁通密度分布的變化由於在相互正交的左右對稱軸以及上下對稱軸上發生，所以與在1組2個地方形成寬幅A的磁化部4、5的場合相比，起動轉矩的減小效果進一步增大，上述步進馬達的動作中的轉矩變動變得進一步平穩。
還有，只要不脫離本發明的精神，本發明可以進行各種變更，因此，本發明當然也包括該改變後的方式。
權利要求
1.一種步進馬達的磁化模式，其特徵在於，在步進馬達的轉動磁體中，在該轉動磁體的旋轉方向上各磁極的磁化部之中以該轉動磁體的旋轉軸為中心而對峙的磁化部的磁化寬度為A，在其他多個地方以均等寬度磁化的磁化部的磁化寬度為B時，上述各磁化部的磁化寬度具有A＞B的關係。
2.如權利要求1所述的步進馬達的磁化模式，其特徵在於，上述磁化寬度A的磁化部的總數為1組2個。
3.如權利要求1所述的步進馬達的磁化模式，其特徵在於，上述磁化寬度A的磁化部的總數為2組4個，該4個磁化部在上述轉動磁體的旋轉方向上以90度的等間距配置。
4.如權利要求1至3中任一項所述的步進馬達的磁化模式，其特徵在於形成於上述轉動磁體上的全部磁化部的總極數為y、以上述總極數y除360°得的角度為x°、任意角度為α°、上述磁化寬度A的磁化部的總數為z時，與上述對峙的磁化部的圓弧狀磁化寬度A所對應的中心角A°為x°+(y/z-1)α°，與上述其他磁化部的圓弧狀磁化寬度B所對應的中心角B°為(x°-α°)，還滿足以下關係，x°+(y/z-1)α°＞(x°-α°)，且，x°/2＞α°。
全文摘要
本發明涉及步進馬達的磁化模式。可減少驅動轉矩降低，降低起動轉矩並消除振動和噪音等弊端。步進馬達的轉動磁體(3)N極和S極交替磁化。在以轉動磁體(3)旋轉軸為中心而對峙的2處形成寬幅磁化部(4，5)，在其餘多處形成比磁化部(4，5)窄的磁化部(6，6……)。多個磁化部具有相互均等的磁化寬度。在轉動磁體(3)的總極數為y、以總極數y除360°得的角度為x°、任意角度為α°、寬幅磁化部的總數為z時，與寬幅磁化部的圓弧狀磁化寬度所對應的中心角為x°+(y/z－1)α°，與窄幅磁化部(4，5)的圓弧狀磁化寬度所對應的中心角為(x°－α°)，還滿足以下關係，x°+(y/z－1)α°＞(x°－α°)，且，x°/2＞α°。
文檔編號H02K37/12GK1702946SQ20041007405
公開日2005年11月30日 申請日期2004年8月31日 優先權日2004年5月26日
發明者比留間修一, 坂本貴則, 下村重幸 申請人:三美電機株式會社