JP2005080362A - Permanent magnet stepping motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリンタ、高速ファクシミリ、PPC用複写機等のOA機器用として好適な永久磁石形(PM形)ステッピングモータに関する。 The present invention relates to a permanent magnet type (PM type) stepping motor suitable for use in office automation equipment such as printers, high-speed facsimiles, and PPC copying machines.
PM形ステッピングモータには、単相、2相、3相以上といった相数の異なる複数の種類がある。単相PM型ステッピングモータは、アナログ時計用の針駆動に主として用いられているが、固定子と回転子の磁極間の磁気パーミアンスや位相を、モータの回転方向が定まるようにずらす必要があり、高速回転や高トルクを必要とされる機器には不向きである。 There are a plurality of types of PM stepping motors having different numbers of phases, such as single phase, two phases, three phases or more. Single-phase PM type stepping motors are mainly used for driving hands for analog watches, but it is necessary to shift the magnetic permeance and phase between the magnetic poles of the stator and rotor so that the rotation direction of the motor is determined. It is not suitable for equipment that requires high speed rotation and high torque.
そこで、プリンタ、高速ファクシミリ、PPC用複写機等のOA機器には、2相以上のステッピングモータが使用されている。
図10は、従来の2相PM形ステッピングモータの縦断側面図である。
図10に示す2相PM形ステッピングモータ10は、固定部を構成する2枚の平行なプレート11、12と、このプレート11、12に囲まれた空間内で回転自在に支持された回転子13と、この回転子13を囲むようにプレート11、12間に配置された固定子14とを備えている。
回転子13は、プレート11の中心に固定された軸受11aと、プレート12の中心に固定された軸受12aとを介して取り付けられた回転軸13aと、この回転軸13aに一体に固定され、円周方向にS極、N極を同一ピッチで交互に着磁した円筒状の永久磁石13bとから構成されている。
Therefore, stepping motors of two or more phases are used in office automation equipment such as printers, high-speed facsimiles, and PPC copying machines.
FIG. 10 is a vertical side view of a conventional two-phase PM type stepping motor.
A two-phase PM
The
一方、固定子14は、軸方向に並置された2つの環状の単位固定子14a、14bを備えている。個々の単位固定子14a、14bは、夫々回転子13の磁極に対向するピッチで形成された櫛歯状の極歯を有する一対のヨーク素子15、16を極歯が等ピッチで交互に配列するよう組み合わせ、組み合わされた一対のヨーク素子の内側にボビン17に巻かれたコイル18を配置して構成されている。
On the other hand, the
また、図11は、従来の5相PM形ステッピングモータ20を示す縦断側面図である。基本的な構造は図10に示す2相の場合と同一である。
即ち、プレート21、22に設けられた軸受21a、22aを介して回転子23が取り付けられ、固定子24は、5つの単位固定子24a〜24eを軸方向に並置して構成されている。各単位固定子の構造は、図10に示す2相の場合と同一である。
なお、以下の特許文献1には、3相PM形ステッピングモータが開示されている。
FIG. 11 is a longitudinal side view showing a conventional five-phase PM
That is, the
The following
図10に示す2相PM形ステッピングモータ10、及び特許文献1に開示される3相PM形ステッピングモータは、単相の場合と比較して、高トルクが得られ、高速回転も可能である。但し、相数を増やさずにステップ角を小さくするには、極歯数を増やす必要があるため、ステップ角が微小なものは製造が困難である。
The two-phase PM
他方、単位固定子の極歯数を増やさずにステップ角を小さくするには、相数を増加させればよいが、コイルをモノファイラ巻で相数を増やそうとすると、図11に示す5相PM形ステッピングモータ20のように単位固定子の数を増やす必要があり、モータ全体の軸方向の全長が大きくなるという問題がある。
On the other hand, in order to reduce the step angle without increasing the number of pole teeth of the unit stator, the number of phases may be increased. However, if the number of phases is increased by monofilar winding of the coil, the five phases shown in FIG. It is necessary to increase the number of unit stators as in the PM
本発明は、上述した従来技術の問題点(課題)を解決するために、軸方向の全長を大きくすることなく、微小なステップ角を得ることができるPM形ステッピングモータを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a PM-type stepping motor capable of obtaining a minute step angle without increasing the overall length in the axial direction in order to solve the above-described problems (issues) of the prior art. To do.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1にかかるPM形ステッピングモータは、固定部の軸方向の両端に配置された一対の軸受を介して固定部に取り付けられた回転軸に、外周部に円周方向にS極、N極を同一ピッチで交互に着磁した円筒状の永久磁石を一体に固定して構成される回転子と、回転子の外周に所定の間隙を介して対向し、内周側に回転子の磁極に対向するピッチで形成された櫛歯状の極歯を有する一対のヨーク素子を極歯が等ピッチで交互に配列するよう組み合わせ、組み合わされた一対のヨーク素子の内側にバイファイラ巻のコイルを配置して構成される環状の単位固定子を軸方向にn個(nは3以上の奇数)並置して固定部に取り付けて構成される固定子とを有し、回転子の異極間の着磁ピッチ角度をPとしたとき、n個の単位固定子は、各一方のヨーク素子の極歯が角度2P/nずれるよう配置され、2n個のコイルは、環状に結線され、2n個の結合点の夫々に電源電位に接続・切断するための第1のスイッチング素子と、接地電位に接続・切断するための第2のスイッチング素子とを配置した4n個のスイッチング素子を有する駆動回路により、4nステップで電気角360°回転するよう構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a PM stepping motor according to a first aspect of the present invention has an outer periphery mounted on a rotary shaft attached to a fixed portion via a pair of bearings arranged at both ends in the axial direction of the fixed portion. The rotor is configured by integrally fixing a cylindrical permanent magnet in which S poles and N poles are alternately magnetized at the same pitch in the circumferential direction, and is opposed to the outer periphery of the rotor via a predetermined gap. A pair of yoke elements having comb-shaped pole teeth formed at a pitch facing the magnetic poles of the rotor on the inner peripheral side so that the pole teeth are alternately arranged at an equal pitch. There is a stator that is configured by attaching n unit stators (n is an odd number of 3 or more) in the axial direction and attaching them to the fixing part. When the magnetization pitch angle between the different poles of the rotor is P The n unit stators are arranged so that the pole teeth of each one of the yoke elements are shifted by an angle of 2P / n, the 2n coils are connected in a ring shape, and connected to the power supply potential at each of the 2n coupling points. A drive circuit having 4n switching elements in which a first switching element for disconnecting and a second switching element for connecting / disconnecting to the ground potential are rotated by an electrical angle of 360 ° in 4n steps. It is configured.
また、請求項2にかかるPM形ステッピングモータは、請求項1の構成を前提として、固定子は、3個の単位固定子から構成され、各一方のヨーク素子の極歯が角度2P/3ずれるよう配置され、コイルは、6端子結合され、12個のスイッチング素子を有する駆動回路により、12ステップで電気角360°回転するよう構成されていることを特徴とする。
Further, in the PM type stepping motor according to
本発明の請求項1に記載の構成によれば、コイルをバイファイラ巻とすることにより、軸方向の全長を長くすることなく相数を増やし、微小なステップ角を得ることができる。 また、回転子の長さも同一相数の従来例の半分程度となるため、ロータイナーシャを半分にして高速回転が可能となる。
さらに、コイルを環状に結線することにより、単ステップ応答の立ち上がりが早く、振動が抑えられ、回転中の振動を低く抑えることができる。
According to the configuration of the first aspect of the present invention, the coil is bifilar wound, so that the number of phases can be increased and a minute step angle can be obtained without increasing the total axial length. Further, since the length of the rotor is about half that of the conventional example having the same number of phases, the rotor inertia can be halved to enable high-speed rotation.
Furthermore, by connecting the coils in an annular shape, the rise of the single step response is quick, vibration is suppressed, and vibration during rotation can be suppressed low.
また、n=3の場合には、請求項2の構成となり、従来の6相PM形ステッピングモータと比較して、ステップ角を同一に保ちつつ、軸方向の長さを約半分にすることができる。
Further, in the case of n = 3, the configuration of
以下、この発明にかかるPM形ステッピングモータを実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、この形態の6相PM形ステッピングモータ100の縦断側面図、図2は図1に示すPM形ステッピングモータ100の分解斜視図である。
The best mode for carrying out the PM type stepping motor according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal side view of a six-phase
図1に示すように、本実施の形態にかかる6相PM形ステッピングモータ100は、固定部を構成する2枚の平行なプレート111、112と、このプレート111、112に囲まれた空間内で回転自在に支持された回転子120と、この回転子120を囲むようにプレート111、112間に配置された固定子130とを備えている。
回転子120は、固定部の軸方向の両端、即ち、プレート111の中心とプレート112の中心とに夫々固定された軸受113、114を介して取り付けられた回転軸121と、この回転軸121に一体に固定され、円周方向にS極、N極を同一ピッチで交互に着磁した円筒状の永久磁石122とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the 6-phase PM
The
一方、固定子130は、軸方向に並置されたn個、この例では3つの環状の単位固定子130a、130b、130cを備えている。
第1の単位固定子130aは、図2にも示すように、クローポール形の単位固定子であり、夫々回転子120の磁極に対向するピッチで形成された櫛歯状の極歯131a、132aを有する一対のヨーク素子131、132を組み合わせ、組み合わされた一対のヨーク素子の内側にボビン133に巻かれたコイル134を配置して構成されている。第2、第3の単位固定子130b、130cも上記の単位固定子130aと同様に構成されている。
On the other hand, the
As shown in FIG. 2, the
図1の状態に組み立てられたプレート111、112、回転子120、固定子130は、図2に示すカップ状のケーシング115内に収納され、その上部を蓋体116により封止してモータとして完成する。図1では、ケーシング115と蓋体116は図示されておらず、図2では、プレート111、112は図示省略されている。
The
次に、各単位固定子130a、130b、130cのヨーク素子に形成された極歯と、回転子120の外周に形成された永久磁石122の磁極との位置関係を図3の展開図に基づいて説明する。
Next, the positional relationship between the pole teeth formed on the yoke elements of the
各単位固定子の一方のヨーク素子131の極歯131aの間隔をτsとする。他方のヨーク素子132の極歯132aの間隔もτsである。
一対のヨーク素子131、132は、極歯131a、132aが等ピッチで交互に配列するよう組み合わされている。
即ち、各単位固定子内では、一方のヨーク素子131の極歯131aは、他方のヨーク素子132の極歯132aに対してτs/2だけずれて配置されている。
Let τs be the interval between the
The pair of
That is, in each unit stator, the
次に、回転子120の異極間(N極と隣接するS極との間隔)の着磁ピッチ角度をPとする。ここでは、τs=2Pである。n個の単位固定子は、各一方のヨーク素子の極歯が角度2P/nずれるよう配置される。
この例では、3個の単位固定子130a、130b、130cが、各一方のヨーク素子131の極歯131aが順に角度2P/3ずれるよう配置されている。ちなみに、他方のヨーク素子132の極歯132aも同一ピッチであるため、ヨーク素子132の極歯も、順に角度2P/3ずれている。
このような配置によると、図3に示すように、第1の単位固定子130aの一方のヨーク素子131の極歯131aが永久磁石122のN極に対向しているとき、第1の単位固定子130aの他方のヨーク素子132の極歯132aはS極に対向し、第2、第3の単位固定子130b、130cの極歯は、至近の磁極に対して夫々P/3だけずれた位置にある。
Next, let P be the magnetization pitch angle between the different poles of the rotor 120 (the distance between the N pole and the adjacent S pole). Here, τs = 2P. The n unit stators are arranged such that the pole teeth of each one of the yoke elements are shifted by an angle of 2P / n.
In this example, three
According to such an arrangement, as shown in FIG. 3, when the
固定子130の各単位固定子130a、130b、130cに巻回されたコイル134は、夫々バイファイラ巻であり、1つの単位固定子に対して2相のコイルが巻回されているのと等価である。図4は、コイルの結線を示す回路図であり、図5は、各単位固定子のコイル配置を単純化した説明図である。
The
2n個のコイル、即ち、この例では6個のコイルは、環状に結線され、6個の結合点に端子A〜Fが設けられている。図4、図5では、端子A〜Fに接続されるコイルの端子をa〜fで表している。 2n coils, that is, six coils in this example, are connected in a ring shape, and terminals A to F are provided at six coupling points. 4 and 5, the terminals of the coils connected to the terminals A to F are represented by a to f.
駆動回路は、環状に接続されたコイルの2n個の結合点の夫々に、電源電位に接続・切断するための第1のスイッチング素子と、接地電位に接続・切断するための第2のスイッチング素子とを配置した4n個のスイッチング素子を有する。 The driving circuit includes a first switching element for connecting / disconnecting to the power supply potential and a second switching element for connecting / disconnecting to the ground potential at each of the 2n coupling points of the annularly connected coils. And 4n switching elements.
この例では、図6に示すように、結合線に接続される端子Aには、電源電位+Eに接続・切断するための第1のスイッチング素子であるトランジスタTrA1と、接地電位に接続・切断するための第2のスイッチング素子であるトランジスタTrA2とが接続されている。同様にして各結合点に接続される端子B〜Fに、2個ずつのトランジスタTrB1、TrB2、TrC1、TrC2、TrD1、TrD2、TrE1、TrE2、TrF1、TrF2が接続され、合計12個のトランジスタで駆動回路が構成されている。 In this example, as shown in FIG. 6, the terminal A connected to the coupling line is connected to and disconnected from the transistor TrA1, which is a first switching element for connecting / disconnecting to the power supply potential + E, and to the ground potential. Therefore, the transistor TrA2, which is a second switching element, is connected. Similarly, two transistors TrB1, TrB2, TrC1, TrC2, TrD1, TrD2, TrE1, TrE2, TrF1, and TrF2 are connected to the terminals B to F connected to the respective coupling points, for a total of 12 transistors. A drive circuit is configured.
本実施の形態の6相PM形ステッピングモータ100は、図6に示す12個のスイッチング素子を有する駆動回路により、12ステップで電気角360°回転する。
次に、上記の6相PM形ステッピングモータ100の動作について図7、図8、図9に基づいて説明する。
The 6-phase PM
Next, the operation of the above 6-phase PM
図7は、本実施の形態の6相PM形ステッピングモータ100を4相励磁する場合の励磁シーケンスを示す表であり、縦方向に端子、横方向に励磁ステップを示している。
図8は、この励磁シーケンスに従って励磁された際の各ステップにおける電流の方向と磁界ベクトルとを示す説明図である。
図9は、この励磁シーケンスに従って励磁した際の各ステップにおけるヨーク素子の極歯と回転子の磁極との位置関係を示す展開図である。
FIG. 7 is a table showing an excitation sequence when the six-phase PM
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a current direction and a magnetic field vector in each step when excitation is performed according to this excitation sequence.
FIG. 9 is a developed view showing the positional relationship between the pole teeth of the yoke element and the magnetic poles of the rotor in each step when excitation is performed according to this excitation sequence.
図6の回路構成において、図7に示すように、励磁ステップRでは、トランジスタTrA1、 TrC2、 TrE2をオンして端子aに電源電位+Eを印加すると共に、端子c、eを接地電位とする。
これにより、図8の(R)に示すように、電流は端子aからbを通ってcへ、また端子aからfを通ってeに流れ、磁界ベクトルは端子aからdに向かう方向、即ち、図中の下方向に向く。
In the circuit configuration of FIG. 6, as shown in FIG. 7, in the excitation step R, the transistors TrA1, TrC2, TrE2 are turned on, the power supply potential + E is applied to the terminal a, and the terminals c, e are set to the ground potential.
Thus, as shown in FIG. 8 (R), current flows from terminals a to b to c, and from terminals a to f to e, and the magnetic field vector is directed from terminals a to d, that is, It faces downward in the figure.
図5を参照すると分かるように、第3の単位固定子130cの2本のコイルには、bからc、fからeに向かって内向きの電流が流れ、第1の単位固定子130aの1本のコイルと第2の単位固定子130bの1本のコイルには、夫々aからb、aからfに向かって外向きの電流が流れる。
これにより、第3の単位固定子130cの一方のヨーク素子131の極歯131aがN極、他方のヨーク素子132の極歯132aがS極に励磁され、第1、第2の単位固定子130a、130bの一方のヨーク素子131の極歯131aはS極、他方のヨーク素子132の極歯132aはN極に励磁される。但し、第3の単位固定子130cで発生する磁力に対して、第1、第2の単位固定子130a、130bで発生する磁力は約半分となる。
As can be seen from FIG. 5, inward currents flow from b to c and from f to e through the two coils of the
As a result, the
以下の説明では、1本のコイルに電流が流れることにより発生する磁界を「弱い」磁界、2本のコイルに同方向の電流が流れることにより発生する磁界を「強い」磁界という。 また、図9では、強い磁界が生じている極歯については、夫々の極性N、Sに○記号をつけて示し、弱い磁界が生じている極歯については、夫々の極性N、Sのみを示す。また、回転子120の相対的な回転位置を示すため、回転子120の特定のN極に黒点を付している。
In the following description, a magnetic field generated when a current flows through one coil is referred to as a “weak” magnetic field, and a magnetic field generated when a current in the same direction flows through two coils is referred to as a “strong” magnetic field. Further, in FIG. 9, the polar teeth having a strong magnetic field are indicated by a circle in the polarities N and S, and the polar teeth having a weak magnetic field are indicated by only the polarities N and S. Show. Further, in order to indicate the relative rotational position of the
励磁ステップRでは、図9(R)に示すように、回転子120は、S極が第3の単位固定子130cの一方のヨーク素子131の極歯131aに対向し、N極が第3の単位固定子130cの他方のヨーク素子132の極歯132aに対向する位置で保持される。
In the excitation step R, as shown in FIG. 9R, in the
次に、励磁ステップ1では、トランジスタTrA1、 TrB1、 TrD2、 TrE2をオンして端子a、bに電源電位+Eを印加すると共に、端子d、eを接地電位とする。
これにより、図8の(1)に示すように、電流は端子bからcを通ってd、端子aからfを通ってeに流れ、磁界ベクトルは時計回りに30°回転する。
Next, in
As a result, as shown in FIG. 8 (1), current flows from terminals b to c to d, from terminals a to f to e, and the magnetic field vector rotates 30 ° clockwise.
図5を参照すると分かるように、第2の単位固定子130bの2本のコイルには、aからf、cからdに向かって外向きの電流が流れ、第3の単位固定子130cの2本のコイルには、bからc、fからeに向かって内向きの電流が流れる。
これにより、第2の単位固定子130bの一方のヨーク素子131の極歯131aが強いS極、他方のヨーク素子132の極歯132aが強いN極に励磁され、第3の単位固定子130cの一方のヨーク素子131の極歯131aが強いN極、他方のヨーク素子132の極歯132aが強いS極に励磁される。また、第2、第3の単位固定子130b、130cで発生する磁力は同一である。
As can be seen with reference to FIG. 5, outward current flows from two coils of the
As a result, the
このため、励磁ステップ1では、図9(1)に示すように、回転子120は、S極が第2の単位固定子130bのヨーク素子132の極歯132aと第3の単位固定子130cのヨーク素子131の極歯131aとの中間点に対向し、N極が第2の単位固定子130bのヨーク素子131の極歯131aと第3の単位固定子130cのヨーク素子132の極歯132aとの中間点に対向する位置まで回転する。即ち、励磁ステップRから1への移行で回転子120は角度P/6だけ回転する。
For this reason, in the
次に、励磁ステップ2では、トランジスタTrB1、 TrD2、 TrF2をオンして端子bに電源電位+Eを印加すると共に、端子d、fを接地電位とする。これにより、図8の(2)に示すように、電流は端子bからcを通ってd、端子bからaを通ってfに流れ、磁界ベクトルは時計回りに30°回転する。
Next, in
図5を参照すると分かるように、第2の単位固定子130bの2本のコイルには、aからf、cからdに向かって外向きの電流が流れ、第1の単位固定子130aの1本のコイルと第3の単位固定子130cの1本のコイルとには、夫々bからa、bからcに向かって内向きの電流が流れる。
これにより、第2の単位固定子130bの一方のヨーク素子131の極歯131aが強いS極、他方のヨーク素子132の極歯132aが強いN極に励磁され、第1の単位固定子130aと第3の単位固定子130cとの一方のヨーク素子131の極歯131aが弱いN極、他方のヨーク素子132の極歯132aが弱いS極に励磁される。
As can be seen from FIG. 5, outward current flows from two coils of the
As a result, the
このため、励磁ステップ2では、図9(2)に示すように、回転子120は、S極が第2の単位固定子130bのヨーク素子132の極歯132aに対向し、N極が第2の単位固定子130bのヨーク素子131の極歯131aに対向する位置まで回転する。
即ち、励磁ステップ1から2への移行で回転子120は角度P/6だけ回転する。
For this reason, in the
In other words, the
次に、励磁ステップ3では、トランジスタTrB1、 TrC1、 TrE2、 TrF2をオンして端子b、cに電源電位+Eを印加すると共に、端子e、fを接地電位とする。
これにより、図8の(3)に示すように、電流は端子bからaを通ってfへ、また端子cからdを通ってeに流れ、磁界ベクトルは時計回りに30°回転する。
Next, in
Thereby, as shown in (3) of FIG. 8, a current flows from terminal b to a through f and from terminal c through d to e, and the magnetic field vector rotates 30 ° clockwise.
図5を参照するとわかるように、第1の単位固定子130aの2本のコイルには、bからa、dからeに向かって内向きの電流が流れ、第2の単位固定子130bの2本のコイルには、aからf、cからdに向かって外向きの電流が流れる。
これにより、第1の単位固定子130aの一方のヨーク素子131の極歯131aが強いN極、他方のヨーク素子132の極歯132aが強いS極に励磁され、第2の単位固定子130bの一方のヨーク素子131の極歯131aが強いS極、他方のヨーク素子132の極歯132aが強いN極に励磁される。
As can be seen with reference to FIG. 5, inward currents flow from b to a and from d to e through the two coils of the
As a result, the
このため、励磁ステップ3では、図9(3)に示すように、回転子120は、S極が第1の単位固定子130aのヨーク素子131の極歯131aと第2の単位固定子130bのヨーク素子132の極歯132aとの中間点に対向し、N極が第1の単位固定子130aのヨーク素子132の極歯132aと第2の単位固定子130bのヨーク素子131の極歯131aとの中間点に対向する位置まで回転する。即ち、励磁ステップ2から3への移行で回転子120は角度P/6だけ回転する。
For this reason, in the
次に、励磁ステップ4では、トランジスタTrA2、 TrC1、 TrE2をオンして端子cに電源電位+Eを印加すると共に、端子a、eを接地電位とする。
これにより、図8の(4)に示すように、電流は端子cからbを通ってa、端子cからdを通ってeに流れ、磁界ベクトルは時計回りに30°回転する。
Next, in
Thereby, as shown in (4) of FIG. 8, current flows from terminals c to b to a and from terminals c to d to e, and the magnetic field vector rotates 30 ° clockwise.
図5を参照するとわかるように、第1の単位固定子130aの2本のコイルには、bからa、dからeに向かって内向きの電流が流れ、第2の単位固定子130bの1本のコイルと第3の単位固定子130cの1本のコイルとには、夫々cからd、cからbに向かって外向きの電流が流れる。
これにより、第1の単位固定子130aの一方のヨーク素子131の極歯131aが強いN極、他方のヨーク素子132の極歯132aが強いS極に励磁され、第2の単位固定子130bと第3の単位固定子130cとの一方のヨーク素子131の極歯131aが弱いS極、他方のヨーク素子132の極歯132aが弱いN極に励磁される。
As can be seen with reference to FIG. 5, inward currents flow from b to a and from d to e through the two coils of the
As a result, the
このため、励磁ステップ4では、図9(4)に示すように、回転子120は、S極が第1の単位固定子130aのヨーク素子131の極歯131aに対向し、N極が第1の単位固定子130aのヨーク素子132の極歯132aに対向する位置まで回転する。即ち、励磁ステップ3から4への移行で回転子120は角度P/6だけ回転する。
Therefore, in the
以下同様にして図7に示すように励磁ステップ5〜11を進めることにより、磁界ベクトルは図8(5)〜(11)に示すように、1ステップで電気角30°毎、12ステップで電気角360°回転する。また、回転子120は、1ステップで機械角P/6ずつ、12ステップで2P(=τs)回転する。
In the same manner, by proceeding with
上記のように、コイルをバイファイラ巻きにして4相励磁することにより、単位固定子の数を増やすことなく、ステップ角を小さく設定することができる。また、従来のバイファイラ巻きの構成では、夫々のコイルに対して流す電流の方向が定まっており、1つの単位固定子に巻かれた2つのコイルに対しては異なるタイミングで逆方向の電流を流すよう制御されている。
従って、励磁に利用されるのは各単位固定子について1つのコイルに限られるため、発生させるトルクがモノファイラ巻きの半分となっていた。
本実施の形態では、環状に結線されたコイルの結合点に2つのスイッチング素子を設けることにより、各単位固定子に配置された2つのコイルに対して任意の方向の電流を流すことができる。
従って、4相励磁の場合には、1つの単位固定子に配置された2つのコイルに同一方向の電流を流すことができ、発生させるトルクもモノファイラ巻きの場合と同等になる。
As described above, the step angle can be set small without increasing the number of unit stators by exciting the coil by bifilar winding and performing four-phase excitation. Further, in the conventional bifilar winding configuration, the direction of the current flowing to each coil is determined, and the current in the opposite direction is passed to the two coils wound around one unit stator at different timings. It is controlled as follows.
Therefore, since only one coil is used for each unit stator for excitation, the generated torque is half that of the monofilar winding.
In the present embodiment, by providing two switching elements at the coupling point of the coils connected in a ring shape, a current in an arbitrary direction can be supplied to the two coils arranged in each unit stator.
Therefore, in the case of four-phase excitation, currents in the same direction can be passed through two coils arranged in one unit stator, and the generated torque is equivalent to that in the case of monofilar winding.
なお、本実施の形態では、n=3の場合について説明したが、nが5以上の奇数の場合にも適用可能である。
例えば、n=5の場合には、各単位固定子は、一方のヨーク素子の極歯を2P/5だけずらして配置され、環状に結線された10個のコイルの10の端子の夫々に2個ずつ、合計20個のスイッチング素子を有する駆動回路により、20ステップで電気角360°回転するよう構成される。
In this embodiment, the case where n = 3 has been described, but the present invention can also be applied to a case where n is an odd number of 5 or more.
For example, when n = 5, each unit stator is arranged by shifting the pole teeth of one yoke element by 2P / 5, and 2 for each of 10 terminals of 10 coils connected in an annular shape. Each unit is configured to rotate at an electrical angle of 360 ° in 20 steps by a drive circuit having a total of 20 switching elements.
本発明のPM形ステッピングモータは、事務用機器、医療機器、家電製品等の分野で、特に微小ステップ角が要求される用途に対して適用可能である。 The PM type stepping motor of the present invention is applicable to applications that require a very small step angle in the fields of office equipment, medical equipment, home appliances, and the like.
100:6相PM形ステッピングモータ
111、112:プレート
120:回転子
121:回転軸
122:永久磁石
130:固定子
130a、130b、130c:単位固定子
131、132:ヨーク素子
131a、132a:極歯
133:ボビン
134:コイル
100: 6-phase PM
Claims (2)
該回転子の外周に所定の間隙を介して対向し、内周側に前記回転子の磁極に対向するピッチで形成された櫛歯状の極歯を有する一対のヨーク素子を前記極歯が等ピッチで交互に配列するよう組み合わせ、組み合わされた一対の前記ヨーク素子の内側にバイファイラ巻のコイルを配置して構成される環状の単位固定子を、軸方向にn個(nは3以上の奇数)並置して前記固定部に取り付けて構成される固定子とを有し、
前記回転子の異極間の着磁ピッチ角度をPとしたとき、n個の前記単位固定子は、各一方のヨーク素子の極歯が角度2P/nずれるよう配置され、2n個の前記コイルは、環状に結線され、2n個の結合点の夫々に電源電位に接続・切断するための第1のスイッチング素子と、接地電位に接続・切断するための第2のスイッチング素子とを配置した4n個のスイッチング素子を有する駆動回路により、4nステップで電気角360°回転するよう構成されていることを特徴とする永久磁石形ステッピングモータ。 A cylinder in which S and N poles are alternately magnetized at the same pitch in the circumferential direction on the outer peripheral portion on a rotating shaft attached to the fixed portion via a pair of bearings arranged at both ends in the axial direction of the fixed portion. A rotor configured by integrally fixing a permanent magnet,
A pair of yoke elements having comb-shaped pole teeth formed at a pitch facing the outer circumference of the rotor with a predetermined gap and facing the magnetic poles of the rotor on the inner circumference side, the pole teeth, etc. The number of annular unit stators configured by arranging bifilar-wound coils inside the pair of yoke elements combined so as to be alternately arranged at a pitch in the axial direction (n is an odd number of 3 or more) And a stator configured to be juxtaposed and attached to the fixed part,
When the magnetization pitch angle between the different poles of the rotor is P, the n unit stators are arranged such that the pole teeth of each one of the yoke elements are shifted by an angle of 2P / n, and 2n coils Are connected in a ring, and each of 2n coupling points is provided with a first switching element for connecting / disconnecting to the power supply potential and a second switching element for connecting / disconnecting to / from the ground potential. A permanent magnet type stepping motor characterized in that it is configured to rotate at an electrical angle of 360 ° in 4n steps by a drive circuit having individual switching elements.
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