JP2003319625A - 複数のステーターを含むステップモーター - Google Patents
複数のステーターを含むステップモーターInfo
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Abstract
ステップモーターを提供する。 【解決手段】 ステップモーターは少なくともそれぞれ
ローターの回転を駆動させる二つステーターを含む。第
一ステーターのステップ角が比較的に大きいので、第一
ステーターが高速回転でローターを駆動させることに使
われ、回転時間を減らす。第二ステーターのステップ角
が比較的に小さいので、第二ステーターが比較的に小さ
い回転角度でローターを駆動させることに使われ、ロー
ターの回転精密度が増加する。
Description
に関し、特に複数のステーターを含むステップモーター
に関する。
ない動力転換装置であり、電力から、装置が動く時に必
要とされる運動エネルギーに変換することができる。よ
く使われるモーターは直流モーターや交流モーターやス
テップモーターなどである。直流モーター及び交流モー
ターは一般的に精密制御を必要されない装置で使われ、
扇風機のファンを回転させるようなことに直流モーター
と交流モーターが使われる。ステップモーターは回転距
離とスピードが制御システムより電力でコントロールさ
れるので、精密制御を必要される装置でよく使われる。
例えば、スキャナーで書類をスキャンさせる時に、スキ
ャニングモジュールの移動がステップモーターで駆動さ
せられる。デジタル情報商品の目覚しい発展にしたがっ
て、ステップモーターはデジタル商品の制御システムの
中に幅広く応用され、デジタル装置における位置とスピ
ードとの制御に用いられる。
ーター(可変レラクタンス モータ)とPM型モーター
(永久磁石モータ)との二種類がある。PM型モーター
は間断的な操作の周期の中でのエネルギー消費量が少な
いので、業界によく使われる。これ以下は、PM型モー
ターを例として一般的なステップモーターの動作原理を
説明する。図1を参照する。図1は従来技術によるステ
ップモーター10を表す説明図である。ステップモータ
ー10は固定軸を回るローター12と、ローター12の
外側に囲み、固定不動であるステーター14とを含む。
ローター12は永久磁石であり、互いに60度離れ、平
均的にローター12に分布される六つのN磁極R1−R
6を含む。ステーター14も、巻線A、Bに電磁石M1
−M8を巻くことによって形成され、互いに45度離
れ、巻線A、Bの巻き方向と巻線A、Bにおける電圧の
正負による各々の極性をもつ八つの磁極L1−L8を含
む。本実施例にあるステップモーター10は二組の巻線
A、Bを含む。巻線Aが磁極L1、L3、L5及びL7
に巻かれ、各々の磁極L1、L3、L5及びL7にある
巻線の巻き方向が違い、導電した後に各々の磁極に違う
磁性を発生させる。磁極L2、L4、L6及びL8に巻
かれる巻線Bのやり方は巻線Aと同じである。ステップ
モーター10も巻線A、Bに電気的に接続され、巻線
A、Bに流れる電流をコントロールさせることによって
ステップモーター10にあるローター12をコントロー
ルさせるコントローラー16を含む。
巻線Bが導電されず、電磁石M1、M5のローターに面
する辺にS極をさせるなら、ステーター14の磁極L
1、L5がそれぞれローター12の磁極R1、R4を引
き付け、磁極L1、L5をそれぞれ磁極R1、R4の真
正面に面させる。この時、磁極R2は磁極L2に対し、
及び磁極R5は磁極L6に対して反時計周りの15度差
があり、磁極R3は磁極L4に対し、及び磁極R6は磁
極L8に対して時計周りの15度差があり、磁極R3は
磁極L3に対し、及び磁極R6は磁極L7に対して反時
計周りの30度差がある。もし他のある時間の間に、巻
線Bが導電され、巻線Aが導電されず、電磁石M2、M
6のローターに面する辺にS極をさせるなら、ステータ
ー14の磁極L2、L6がそれぞれローター12の磁極
R2、R5を引き付け、ローター12を反時計周り15
度に回転させ、磁極L2、L6をそれぞれ磁極R2、R
5の真正面に面させる。もし再び巻線Aが導電され、電
磁石M3、M7のローター12に面する辺にS極をさせ
るなら、ステーター14の電磁石M3、M7がそれぞれ
ローター12の磁極R3、R6を引き付け、ローター1
2を反時計周り15度に回転させ、電磁石M3、M7を
それぞれ磁極R3、R6の真正面に面させる。これによ
って類推して、もし電磁石M4、M8、電磁石M1、M
5、電磁石M2、M6のローターに面する辺にS極を順
次にさせるなら、ローター12を反時計周りに回転させ
ることができ、ステップ角が15度である。もし巻線
A、Bに流れる電流の変化速度が速ければ、ステップモ
ーター10の回転速度が速い。しかし、各々のステップ
角がそのまま15度を保つ。ローター12の時計周り回
転の操作原理は反時計周り回転の操作原理と似ているの
で、ここで述べない。上記によってわかり、ただステー
ター14にある巻線A、Bに流れる電流の導通状態をコ
ントロールすれば、ステップモーター10の回転方向と
回転速度を簡単にコントロールすることができる。
ステップごとの操作原理である。もちろん、ステップモ
ーター10は毎回ただ半ステップ或いは1/4ステップ
で回転することができ、その操作原理を次に述べる。使
用者はステップモーター10を半ステップ或いは1/4
ステップで回転することでコントロールしたい時に、同
時に巻線A、Bに電流を流し、電磁石M2、M3と電磁
石M6、M7のローター12に面する辺に同時にS極を
発生させる。しかし、巻線A、Bに流す電流強度が必ず
しも同じではない。例えば、巻線Bに比較的に強い電流
を流し、巻線Aに比較的に弱い電流を流したら、電磁石
M2、M6の中にあるS極の極性が電磁石M6、M7よ
り強い。従って、ローター12が反時計周りの方向に微
量で回転する。回転角度については、巻線A、Bに流れ
る電流強度の比例によって決められる。この方法によっ
て半ステップ、1/4ステップ、ミクロステップで回転
することでステップモーター10をコントロールするこ
とができる。
側面図である。ステップモーター10はローター12と
歯車20との間に固定され、ローター12の回転を歯車
20に伝えるシャフト18を含む。歯車20は出力装置
(例えば、スキャナーのスキャニングモジュール)に接
続され、出力装置を作動させる。
強さによって半ステップ或いは1/4ステップの回転を
させることができるが、磁力の強さによってローター1
2の回転角度を正確的にコントロールさせることができ
ない。原因はステップモーター10自身の重量、出力装
置の重量、制御電流の正確度、関係のある部品線路の誤
差などの要素で、ミクロステップで回転する時にロータ
ー12に誤差を生じやすく正確的に位置を定めることが
できない。特に回転角度が小さければ小さいほど、誤差
が大きい。例えば、一般のステップモーター10は1ス
テップで動く誤差が7%であり、半ステップで動く誤差
が30%までに増え、1/4ステップで動く誤差がもっ
と大きくなる。従って、ステップモーター10を使っ
て、ミクロステップで回転することは精密度の要求を満
たすのが難しい。
ーター12とステーター14におけるN極或いはS極の
数を増やすことができ、ステップモーター10が半ステ
ップ或いはミクロステップを1ステップに代えられ、半
ステップ或いはミクロステップの回転する誤差量を減ら
すことができる。しかし、このようなやり方はステップ
モーター10を他の問題に直面させることになる。それ
はステップモーター10の高速回転ができないことであ
る。ステップモーター10には、巻線A、Bに流れる電
流を変えることによってローター12の回転をコントロ
ールさせるので、電流の変わり速度が速ければ速いほど
ローター12の回転速度も速くなる。しかし、磁極と電
磁石感応との反応速度の限界があるので、巻線A、Bの
変わり速度が高速に達しにくい。したがって、もしステ
ップモーター10のステップ角が小さいなら、ステップ
モーター10が高速回転に達しにくい。
ステップモーター10は同時に高精密度と高速回転との
要求を満たせない。もしステップモーター10のステッ
プ角が小さければ、ステップモーター10の回転する精
度要求が満たせるが、ステップモーター10は高速回転
に達することができない。逆に、もしステップモーター
10のステップ角が大きくなれば、ステップモーター1
0が高速回転に達することができるが、ミクロステップ
の回転する時に大きい誤差が起こり、ローター12に位
置を正確に定めさせることができない。しかし、一般の
装置にある動力システムはよく同時に高精密度と高速回
転との特性を備えることに要求される。従来技術による
ステップモーター10はただその中の一つがしか満たせ
ない。
回転との要求を満たすステップモーターを提供すること
を課題とする。
の技術に見られる欠点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、ロ
ーターと、前記ローターの周りに設けられ、それぞれ違
う数の磁極をもち、前記ローターをコントロールさせる
ことによって違うステップ角が起こる二つのステーター
とを含んでいる構造によって課題を解決できる点に着眼
し、かかる知見に基づいて本発明を完成させた。
る。
ローターと、前記ローターの周りに設けられ、それぞれ
違う数の磁極をもち、前記ローターをコントロールさせ
ることによって違うステップ角が起こる二つのステータ
ーとを含んでなる。
請求項1における二つのステーターの間に分離装置を設
け、前記二つのステーターの間に電磁感応が起こること
を避ける。
請求項1におけるそれぞれ二つのステーターに流れる電
流をコントロールする第一制御回路と第二制御回路とを
含む。
請求項1における二つのステーターは位相整合であり、
順次に導電されて、順次に前記ローターに感応する。
請求項1における二つのステーターは位相整合ではな
い。
請求項1における永久磁石モーターである。
請求項1における電子装置の中のモジュール部品を駆動
する。
請求項7における電子装置はスキャナーであり、前記モ
ジュール部品はスキャニングモジュールである。
請求項7における前記電子装置はプリンターである。
なくともそれぞれローターの回転を駆動させる二つステ
ーターを含む。第一ステーターのステップ角が比較的に
大きいので、第一ステーターが高速回転でローターを駆
動させることに使われ、回転時間を減らす。第二ステー
ターのステップ角が比較的に小さいので、第二ステータ
ーが比較的に小さい回転角度でローターを駆動させるこ
とに使われ、従来技術によるステップモーターにおける
半ステップが起こされる誤差を減らし、ローターの回転
精密度を増加させる。
ーターの構造と特徴を詳述するために、具体的な実施例
を挙げ、図示を参照にして以下に説明する。
ップモーター30の側面図である。この実施例の中にあ
るステップモーター30はPM型モーターである。ステ
ップモーター30は固定軸を回るローター32と、ロー
ター32の外側に囲み、固定不動である第一ステーター
34及び第二ステーター36と第一ステーター34の中
にある巻線に流れる電流をコントロールし、ローター3
2を回転させる第一コントローラー38と第二ステータ
ー36の中にある巻線に流れる電流をコントロールし、
ローター32を回転させる第二コントローラー40とを
含む。ローター32は第一ステーター34及び第二ステ
ーター36に回され、回転する。ステップモーター30
は更にローター32と歯車44との間に接続され、ロー
ター32の回転を歯車44に伝えるシャフト42を含
む。歯車44は出力装置(例えば、スキャナーのスキャ
ニングモジュール)に接続され、出力装置の作動を動か
させられる。その他、第一ステーター34と第二ステー
ター36との間に設置されてある金属板46は第一ステ
ーター34及び第二ステーター36の起こる磁力線を分
け、第一ステーター34と第二ステーター36との間に
起こる電磁感応を避けるものである。
示する本発明による第一ステーター34の正面図であ
り、図5は図3に開示する本発明による第二ステーター
36の正面図である。第一ステーター34および第二ス
テーター36の構造は一般のステーターと似ており、第
一ステーター34は、巻線48A、48Bで電磁石C1
−C8を巻くことによって形成される磁極D1−D8を
含み、巻線48A、48Bに流れる電流の状態が第一コ
ントローラーにコントロールされ、ローター32の回転
をコントロールさせられ、第二ステーター36は、巻線
50A、50Bで電磁石E1−E16を巻くことによっ
て形成される磁極F1−F16を含み、巻線50A、5
0Bに流れる電流の状態が第二コントローラー40にコ
ントロールされ、ローター32の回転をコントロールさ
せられる。第二ステーター36にある磁極は第一ステー
ター34より多く、第二ステーター36にある磁極と第
一ステーター34にある磁極との比例は整数である。し
たがって、第一ステーター34に駆動されるローター3
2の回転ステップ角が比較的に大きく、第二ステーター
36に駆動されるローター32の回転ステップ角が比較
的に小さい。
二ステーター36に駆動されて、回転する。なお第一ス
テーター34が駆動する回転ステップ角が比較的大き
く、第二ステーター36が駆動するステップ角が比較的
小さいので、ステップモーター30が高速回転に必要さ
れる時に、第一ステーター34によって、ローター32
の回転を駆動させ、ステップモーター30が高精密度的
な回転に必要される時に、第二ステーター36によっ
て、ローター32の回転を駆動させ、ローター32が位
置で正確に定められることができる。
6にある電磁石C、Eの数は必要されるステップ角によ
って定められる。もしステップモーター30の外接歯車
44における1歯ごとでの回転角度が7.5度であるな
ら、第一ステーター34のステップ角が7.5度の倍に
設計されることができ、即ち15度であり、第二ステー
ター36の回転角度が7.5度の半分に設計されること
ができ、即ち3.75度である。ステップモーター30
には、半歯(3.75度)で回転する時に第二ステータ
ー36によって、1ステップでローター32の回転を駆
動させることによって達することができる。なお従来技
術によるステーター14が半ステップでローター12の
回転を駆動させなければならないことによって達するこ
とは必要とされていないので、ローター32の半ステッ
プ回転による誤差を減らすことができる。一般のステッ
プモーター30における1ステップ回転の誤差量が7%
であり、半ステップ回転の誤差量が30%である。これ
によってわかり、本発明によるステップモーター30を
使い、歯車44を半歯で駆動させることは誤差量が明ら
かに従来技術による30%から7%に減らされ、歯車4
4の回転精密度が上げられる。
時に、ステップモーター30には、第一ステーター34
によって、ローター32の回転を駆動させ、第一ステー
ター34のステップ角が15度である。即ち、第一ステ
ーター34の巻線48A、48Bに流れる電流が一回変
化すると、ローター32が15度で回転することがで
き、従来技術によるステップ角7.5度であるステータ
ー14の電流が必ず二回変えられることによってロータ
ー12の回転を15度で駆動させられる(ローターが2
ステップで回転する。)ことは必要とされていない。従
って、もし本発明と従来技術による電流の変化速度が同
じであるなら、本発明におけるローター32の回転速度
は従来技術による回転速度より倍である。
テップモーター30に、第一ステーター34と第二ステ
ーター36を使うことによってそれぞれローター32の
回転をコントロールさせ、高速回転と高精密度の要求を
満たすことができる。
図である。スキャナー52のスキャニングモジュール5
4を例として、スキャニングモジュール54はスキャナ
ー52の中にあり、前後に移動され、スキャン待ち書類
56をスキャンする。スキャニングモジュール54の動
きはステップモーター30によって駆動される。スキャ
ン待ち書類56がスキャニングプレート58のスキャニ
ングエリア60上に置かれ、スキャニングモジュール5
4がスキャニングエリア60に到達する前に必ず過渡領
域62を経過する。従って、スキャニングエリア60ま
でにステップモーター30にスキャニングモジュール5
4を駆動させる時に、ステップモーター30では、まず
第一ステーター34にローター32を駆動させることに
よってスキャニングモジュール54が高速で過渡領域6
2を通過し、スキャニングエリア60に到達し、スキャ
ニングモジュール54が過渡領域62にかかる時間を節
約する。スキャニングモジュール54がスキャニングエ
リア60に入った後に、ステップモーター30では、第
二ステーター36に変わり、ローター32を駆動させ
る。ローター32には、比較的に小さいステップ角と比
較的に高い精密度でスキャン待ち書類56をスキャンさ
せ、スキャニング解像度を増やし、よりよいスキャニン
グ効果を得る。スキャナー52以外、本発明によるステ
ップモーター30は他の電子装置に応用されることがで
きる。例えば、本発明のステップモーター30をプリン
ターにおける印刷ヘットの移動操作に使うことができ
る。
ター36との位相は互いに整合ではなくてもよい。ステ
ップモーター30には、ただ第一コントローラー38或
いは第二コントローラー40によってローター32をコ
ントロールさせることができる。
Cの数も第二ステーター36にある数に等しく設計さ
れ、このような設計は高回転トルクが必要される装置で
使われる。即ち、第一ステーター34および第二ステー
ター36にある対応する磁極の電流が同時に通じられ、
同時に極性が起こされ、ローター32の回転を駆動させ
る。このようなローター32が比較的に高い回転トルク
を備える。
て、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よ
って、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、
この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して
均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請
求の範囲の範囲に属するものとする。
て、本発明のステップモーターは少なくともそれぞれロ
ーターの回転を駆動させる二つステーターを含む。第一
ステーターのステップ角が比較的に大きいので、第一ス
テーターが高速回転でローターを駆動させることに使わ
れ、回転時間を減らす。第二ステーターのステップ角が
比較的に小さいので、第二ステーターが比較的に小さい
回転角度でローターを駆動させることに使われ、従来技
術によるステップモーターにおける半ステップが起こさ
れる誤差を減らし、ローターの回転精密度を増加する。
従って、本発明のステップモーターは第一ステーターお
よび第二ステーターによって同時に高速回転と高精密度
の要求を満たされる。もちろんステーターの数は二つに
限らなく、実際の必要に応じてステーターの数を増やす
ことも可能である。
である。
る。
る。
正面図である。
正面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 ローターと、 前記ローターの周りに設けられ、それぞれ違う数の磁極
をもち、前記ローターをコントロールさせることによっ
て違うステップ角が起こる二つのステーターとを含んで
なることを特徴とするステップモーター。 - 【請求項2】 前記二つのステーターの間に分離装置を
設け、前記二つのステーターの間に電磁感応が起こるこ
とを避けることを特徴とする請求項1に記載のステップ
モーター。 - 【請求項3】 それぞれ前記二つのステーターに流れる
電流をコントロールする第一制御回路と第二制御回路と
を含むことを特徴とする請求項1に記載のステップモー
ター。 - 【請求項4】 前記二つのステーターは位相整合であ
り、順次に導電されて、順次に前記ローターに感応する
ことを特徴とする請求項1に記載のステップモーター。 - 【請求項5】 前記二つのステーターは位相整合ではな
いことを特徴とする請求項1に記載のステップモータ
ー。 - 【請求項6】 永久磁石モーターであることを特徴とす
る請求項1に記載のステップモーター。 - 【請求項7】 電子装置の中のモジュール部品を駆動す
ることを特徴とする請求項1に記載のステップモータ
ー。 - 【請求項8】 前記電子装置はスキャナーであり、前記
モジュール部品はスキャニングモジュールであることを
特徴とする請求項7に記載のステップモーター。 - 【請求項9】 前記電子装置はプリンターであることを
特徴とする請求項7に記載のステップモーター。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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TW091108594 | 2002-04-25 | ||
TW091108594A TWI296875B (en) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | Step motor with multiple stators |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2003319625A true JP2003319625A (ja) | 2003-11-07 |
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Family Applications (1)
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DE (1) | DE10257906A1 (ja) |
FR (1) | FR2839215A1 (ja) |
GB (1) | GB2389969A (ja) |
TW (1) | TWI296875B (ja) |
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