JP2652080B2 - ハイブリッド形ステッピングモータ - Google Patents
ハイブリッド形ステッピングモータInfo
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- JP2652080B2 JP2652080B2 JP2257481A JP25748190A JP2652080B2 JP 2652080 B2 JP2652080 B2 JP 2652080B2 JP 2257481 A JP2257481 A JP 2257481A JP 25748190 A JP25748190 A JP 25748190A JP 2652080 B2 JP2652080 B2 JP 2652080B2
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
- H02K37/10—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
- H02K37/12—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
- H02K37/14—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
- H02K37/18—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures of homopolar type
Description
形ステッピングモータに関するものである。
相形のものが主流を占めており,その構造は,第8図
(A),(B)に示すように構成されている。
で,これは磁極2a〜2hを構成している。
巻かれている。
れる。
記回転子磁極7,8の外周に形成された極歯,9は永久磁石
で,これら6〜9で回転子Rが構成される。
重要なものとしてステップ角θSがある。
極に設けた極歯数Zにより決定され θS=180/P・Z(度) ・・・(1) と表されている。
れた極歯の数を示す。
次通電した場合の1相励磁または2相ずつ通電する2相
励磁の場合に得られる角度で,そのステッピングモータ
の固有のものである。
ピングモータが得られ,制御性能を高くすることができ
るので種々の実施例がある。
が小さくなることを示している。
ップ角はθS=180/2Zとなり,微小角とするにはZを
大,従ってロータ歯巾を小さくせねばならないが,これ
には工作技術上の制約から限界があった。
れるが,この場合には駆動回路のスイッチ数が増加し,
回路が複雑かつ高価になるという問題があった。
したハイブリッド形ステッピングモータを提供すること
を目的とする。
a〜cに示す条件を満足するように構成される。
転軸と同方向に磁化された永久磁石板を挟んで構成され
る2個の歯車状突極は永久磁石を挟んで回転軸方向から
みたとき,1この突極ピッチの1/2ずれて配置される。
され,その回転子との対向部は各々同数でほぼ回転子歯
ピッチに等しい複数個の歯を持ち,各主極ごとに巻線が
巻かれたインナーロータ形ハイブリッド形ステッピング
モータにおいて,回転子の歯車状突極の数をZとしてn
≧1の整数とするとき m=9で3相巻線固定子にてZ=9n±3に設定するも
の m=12で3相巻線固定子にてZ=12n±4に設定する
もの m=8で4相巻線固定子にてZ=8n±3に設定するも
の m=16で4相巻線固定子にてZ=16n±6に設定する
もの 上記の〜の条件を回転子が固定子の外側で回転す
るアウターロータ形ハイブリッド形ステッピングモータ
に適用したもの [実施例] 以下第1図に示す一実施例に基き本発明を具体的に説
明する。本発明の実施例としては,3相の場合について説
明する。
同等な符号を付して示した。
相のステッピングモータの回転子Rと同様永久磁石9を
中間にして回転子磁極7,8で挟むように構成し,各磁極
の極歯も形成されるが,その図示は省略する。なお,片
側(1個)の極歯の歯数Zの設定については後述する。
は,固定子磁極10aに1相分の巻線11aをまた,固定子磁
極10bに2相分の巻線11bを,さらに,固定子磁極10cに
3相分の巻線11cを・・・・・・というように巻く。
b,10c間と等ピッチで10dなるものを配置し,また巻線11
dなるものが4相分に相当する。
相巻線の場合mが9と12,4相巻線の場合,mが8と16につ
いて限定している。
を多くすると固定子巻線に電流を流さないときのトルク
であるデーテントトルク,またはコギングトルクという
ものを小さくすることができる。
きが少なくなり高い位置決め精度が得られる。
は一般用途として性能面と経済性の面から8〜16極であ
る。
数は3個となり120°等配分にする。
る。
の関係式でありn≧1の整数である。
るZの実施例は第7図(A)と第7図(B)に示す。
ップ角θS=0.6°となる。
比較してみる。
微小角化できる。
が22m/mで設計する場合歯ピッチは22π/100=0.69m/mで
歯巾はピッチの約50%として0.35m/mとなり市販されて
いる硅素鋼鈑は0.35m/mのものがあり歯巾が鉄板厚と同
じなのでプレス抜きが可能となる。
タ外径で40m/m程度となり,このサイズで0.6°ステップ
角が実現できるのである。
式にてZを任意にとればどんなステップ角でも得られる
ものではない。
合はさらに取り得るZは限られてくるのであり,第7図
(A)〜第7図(B)に示したように本発明によればm
を等ピッチ配置にして実用的なステップ角が得られるこ
とが判る。
=0.7894と得られ,値が割り切れないがステップモータ
としては360°を2PZ等分即ち,456等分動作しているので
そのステップ角精度等問題はない。
ばZ=12n+4でn=8でθS=0.6°などの方が使い易
い。
0°,2.5°,2.0°,1.0°,0.8°,0.5°,0.4°,0.25°と使
い易いステップ角が多くその点優れているといえる。
=0.25°となりロータ歯数が250となるとインナーロー
タ式ではロータピッチが0.69とした場合,ロータ径は約
55m/mとなり,モータ外径は100m/m程度となる。
ウターロータ式にもそのまま適用できる。
する回転板であったのに対し,2枚のインターナルギヤ状
回転子をリング状の永久磁石を挟んで1/2ピッチずらせ
て配置し,固定子の中心に回転軸支持のボールベアリン
グ等を配置すればよい。
ンターナルギヤ部とエアギャップを保って対向させれば
よい。
プ角モータがモータ外径で歯ピッチが同じ0.69m/mとし
て60m/m程度で可能となる。
子のイナーシャが大きくなるため,スタート,ストップ
の多い用途には適さないが一定回転駆動で回転ムラを小
さくするような用途たとえばレーザービームプリンター
のドラムをダイレクトにステッピングモータで駆動する
などには逆にアウターロータ式の方がイナーシャが大き
い分,回転むらが小さく,駆動トルクも比較的大きく取
れるので有利であり現在のところこの辺の用途のモータ
としてはアウターロータ式のブラシレスDCモータが使用
されている。
いるため,また固定子には歯を持たないため,回転数が
低く取れず通常メカニカルな減速体を併用している。
があり,ダイレクトに減速体なしで駆動できるモータが
望まれている。
適と考える。
るZの実施例を第7図(C),第7図(D)に示す。
有利であり(1)式から判るように2相モータに対し同
一歯数でステップ角が1/2にできる。
個使用すればよく5相ほど複雑ではない。
3相の場合は,9極と12極の均等固定子鉄心にて,また4
相の場合は8極と16極とで決定された微小なステップ角
θSで回転するものである。
も示してある)の固定子磁極とその巻遷都回転子歯の関
係を示した図である。
の数は等数であれば特に限定しない。
ある。K=PZ/mと置くとき,3相の本発明は整数になり,
このKが整数のときは各相内の固定子磁極極性は同極と
なるように磁化し,そして次に励磁される相内の固定子
磁極極性は前の相と逆極性となるよう磁化する。
方向を逆にしても良い。
ピッチずれており,永久磁石の裏側の歯はハッチングを
つけて示した個所である。
極の関係によるI相励磁駆動による回転子の回転原理を
示したのが第3図(A)〜(G)である。
配置してあるため,第3図のように示した。
関係に相当する。
動の電流の流し方および方向を示した表である。
る方向,IIIAからIIIBへ流れる方向が+,その逆方向が
−で示してある。
〜第3図(G)で回転子は同図(A),(B),・・
(F),(G)への順に回転子歯数Zのピッチの1/6ず
つステップ移動することが理解できる。
たものである。
ピングモータとして成立する理由を説明する。
のである。
ある。同様に4相の場合は(1)式でP=4とおき θS=45/Z ・・・(13) m=8のとき θS=±{360/8−360(n1/2)/Z} ・・・(14) m=16のとき θS=±{360/16−360(n1/2)/Z} ・・・(15) (13),(14)式より(6),(7)式がまた(13),
(15)式より(8),(9)式が導かれるのである。
5,247号公報にて,また4相でm=16の場合が米国特許
第4,675,564号公報で示されているが,両方とも固定子
磁極は均一等ピッチのものではないし,Zも異なるもので
ある。
ステップ角精度を良くするために重要であることを述べ
る。
のフープ材等には磁気方向性が,また厚みの方向性やば
らつきがある。
は固定子は1枚ごとに90°ずつ回転させてラミネーショ
ンしているのである。
きなくなる。
角も良いものが提供できる。
照)となるがこのステータSXとロータRXの歯の関係を図
示した。
端数に0.5ができる。
内の固定子磁極極性はN極とS極が交互に配置される。
定子磁極の隣に位置するものは,前の固定子磁極極性の
逆とすることが特徴である。
磁される10cはNというようになる。
動となるから,図示は省略する。
向に2極の着磁した永久磁石の両端に,円板状の磁極を
当接し,円板状磁極の外周に多数の極歯を設けた回転子
を有するハイブリッド形ステッピングモータとして構成
し,回転子の極歯数Zとステップ角を特定の条件を充足
するように構成したから,次のような優れた効果を有す
る。
べて微小となるステップ角が得られる。
ーションが可能なためステップ角精度が良く,実用的な
微小ステップ角モータが提供できる。
が,本発明品はハイブリッド形のため小電流で大トルク
が得られ,無励磁でもデーテントトルクを有する。
ゆるインナーロータ形で説明したが,本発明は回転子が
固定子の外側で回転するいわゆるアウターロータ形のハ
イブリッド形ステッピングモータにも成立する。
が一定回転の用途,たとえばレーザービームプリンター
のドラム駆動などには回転ムラが小さくなり有利であ
る。
本発明によるステッピングモータの一例であり固定子数
9極,回転子歯数24個,3相ステッピングモータの縦断側
面図,第3図(A)〜第3図(G)は夫々本発明による
ステッピングモータの1相励磁による回転原理を示す
図,第4図は第3図(A)〜第3図(G)への供給電流
シーケンス図,第5図は本発明によるステッピングモー
タへの2相励磁による電流シーケンス図である。 第6図は本発明によるステッピングモータの一例であ
り,固定子数16極回転子歯数58,4相ステッピングモータ
の縦断側面図(ステータ,ロータの歯配列のみ図示)で
ある。 第7図(A)〜第7図(D)は表であり,その内,第7
図(A)は本発明による3相9極固定子とその回転子歯
数との関係の実例,第7図(B)は本発明による3相12
極固定子とその回転子歯数との関係の実例,第7図
(C)は本発明による4相8極固定子とその回転子歯数
との関係の実例,第7図(D)は本発明による4相16極
固定子とその回転子歯数との関係の実例を夫々示すもの
である。 第8図は従来例を示すもので,その内同図(A)は縦断
正面図,同図(B)は同図(A)のX−X線における断
面図である。 S:固定子 R:回転子 6:回転子軸 7.8:回転子磁極 9:永久磁石 10a〜10c:固定子磁極 11a:1相用巻線 11b:2相用巻線 11c:3相用巻線
Claims (8)
- 【請求項1】回転子は多数の歯車状突極を有する2個の
回転板に回転軸と同方向に磁化された永久磁石板を挟ん
で歯車状突極が1/2ピッチずれて配置構成され,エア・
ギャップを保って回転子面に対向してm個の固定子磁極
が等ピッチで360°間に放射状に配設され,その回転子
との対向部は各々同数でほぼ回転子歯ピッチに等しい複
数個の歯を持ち,各主極ごとに巻線が巻かれたインナー
ロータ形ハイブリッド形ステッピングモータにおいて,
回転子の歯車状突極の数をZとしてn≧1の整数とする
も隣接固定子磁極同士の磁極性が相励磁切替えにより逆
極性となるようにし, m=9で,3相巻線固定子にて Z=9±3に設定するようにしたことを特徴とするイン
ナーロータ型ハイブリッド形ステッピングモータ。 - 【請求項2】回転子は多数の歯車状突極を有する2個の
回転板に回転軸と同方向に磁化された永久磁石板を挟ん
で歯車状突極が1/2ピッチずれて配置構成され,エア・
ギャップを保って回転子面に対向してm個の固定子磁極
が等ピッチで360°間に放射状に配設され,その回転子
との対向部は各々同数でほぼ回転子歯ピッチに等しい複
数個の歯を持ち,各主極ごとに巻線が巻かれたインナー
ロータ形ハイブリッド形ステッピングモータにおいて,
回転子の歯車状突極の数をZとしてn≧1の整数とする
も隣接固定子磁極同士の磁極性が相励磁切替えにより逆
極性となるようにし,m=12で3相巻線固定子にてZ=12
n±4に設定するようにしたことを特徴とするインナー
ロータ型ハイブリッド形ステッピングモータ。 - 【請求項3】回転子は多数の歯車状突極を有する。2個
の回転板に回転軸と同方向に磁化された永久磁石板を挟
んで歯車状突極が1/2ピッチずれて配置構成され,エア
・ギャップを保って回転子面に対向してm個の固定子磁
極が等ピッチで360°間に放射状に配設され,その回転
子との対向部は各々同数でほぼ回転子歯ピッチに等しい
複数個の歯を持ち,各主極ごとに巻線が巻かれたインナ
ーロータ形ハイブリッド形ステッピングモータにおい
て,回転子の歯車状突極の数をZとしてn≧1の整数と
するも隣接固定子磁極同士の磁極性が相励磁切替えによ
り逆極性となるようにし,m=8で4相巻線固定子にてZ
=8n±3に設定するようにしたことを特徴とするインナ
ーロータ型ハイブリッド形ステッピングモータ。 - 【請求項4】回転子は多数の歯車状突極を有する2個の
回転板に回転軸と同方向に磁化された永久磁石板を挟ん
で歯車状突極が1/2ピッチずれて配置構成され,エア・
ギャップを保って回転子面に対向してm個の固定子磁極
が等ピッチで360°間に放射状に配設され,その回転子
との対向部は各々同数でほぼ回転子歯ピッチに等しい複
数個の歯を持ち,各主極ごとに巻線が巻かれたインナー
ロータ形ハイブリッド形ステッピングモータにおいて,
回転子の歯車状突極の数をZとしてn≧1の整数とする
も隣接固定子磁極同士の磁極性が相励磁切替えにより逆
極性となるようにし,m=16で4相巻線固定子にてZ=16
n±6に設定するようにしたことを特徴とするインナー
ロータ型ハイブリッド形ステッピングモータ。 - 【請求項5】回転子は多数の歯車状突極を有する2個の
回転板に回転軸と同方向に磁化された永久磁石板を挟ん
で歯車状突極が1/2ピッチずれて配置構成され,エア・
ギャップを保って回転子面に対向してm個の固定子磁極
が等ピッチで360°間に放射状に配設され,その回転子
との対向部は各々同数でほぼ回転子歯ピッチに等しい複
数個の歯を持ち,各主極ごとに巻線が巻かれたアウター
ロータ形ハイブリッド形ステッピングモータにおいて,
回転子の歯車状突極の数をZとしてn≧1の整数とする
も隣接固定子磁極同士の磁極性が相励磁切替えにより逆
極性となるようにし, m=9で,3相巻線固定子にて Z=9n±3に設定するようにしたことを特徴とするアウ
ターロータ型ハイブリッド形ステッピングモータ。 - 【請求項6】回転子は多数の歯車状突極を有する2個の
回転板に回転軸と同方向に磁化された永久磁石板を挟ん
で歯車状突極が1/2ピッチずれて配置構成され,エア・
ギャップを保って回転子面に対向してm個の固定子磁極
が等ピッチで360°間に放射状に配設され,その回転子
との対向部は各々同数でほぼ回転子歯ピッチに等しい複
数個の歯を持ち,各主極ごとに巻線が巻かれたアウター
ロータ形ハイブリッド形ステッピングモータにおいて,
回転子の歯車状突極の数をZとしてn≧1の整数とする
も隣接固定子磁極同士の磁極性が相励磁切替えにより逆
極性となるようにし,m=12で3相巻線固定子にてZ=12
n±4に設定するようにしたことを特徴とするアウター
ロータ型ハイブリッド形ステッピングモータ。 - 【請求項7】回転子は多数の歯車状突極を有する2個の
回転板に回転軸と同方向に磁化された永久磁石板を挟ん
で歯車状突極が1/2ピッチずれて配置構成され,エア・
ギャップを保って回転子面に対向してm個の固定子磁極
が等ピッチで360°間に放射状に配設され,その回転子
との対向部は各々同数でほぼ回転子歯ピッチに等しい複
数個の歯を持ち,各主極ごとに巻線が巻かれたアウター
ロータ形ハイブリッド形ステッピングモータにおいて,
回転子の歯車状突極の数をZとしてn≧1の整数とする
も隣接固定子磁極同士の磁極性が相励磁切替えにより逆
極性となるようにし,m=8で4相巻線固定子にてZ=8n
±3に設定するようにしたことを特徴とするアウターロ
ータ型ハイブリッド形ステッピングモータ。 - 【請求項8】回転子は多数の歯車状突極を有する2個の
回転板に回転軸と同方向に磁化された永久磁石板を挟ん
で歯車状突極が1/2ピッチずれて配置構成され,エア・
ギャップを保って回転子面に対向してm個の固定子磁極
が等ピッチで360°間に放射状に配設され,その回転子
との対向部は各々同数でほぼ回転子歯ピッチに等しい複
数個の歯を持ち,各主極ごとに巻線が巻かれたアウター
ロータ形ハイブリッド形ステッピングモータにおいて,
回転子の歯車状突極の数をZとしてn≧1の整数とする
も隣接固定子磁極同士の磁極性が相励磁切替えにより逆
極性となるようにし,m=16で4相巻線固定子にてZ=16
n±6に設定するようにしたことを特徴とするアウター
ロータ型ハイブリッド形ステッピングモータ。
Applications Claiming Priority (2)
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US544902 | 1990-06-28 | ||
US07/544,902 US4983867A (en) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | Hybrid-type stepping motor |
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Family
ID=24174061
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2257481A Expired - Lifetime JP2652080B2 (ja) | 1990-06-28 | 1990-09-28 | ハイブリッド形ステッピングモータ |
Country Status (2)
Country | Link |
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US (1) | US4983867A (ja) |
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