JP2592316B2 - ハイブリッド形ステッピングモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は３相およびその倍数の相数に適用可能なハイ
ブリッド形ステッピングモータに関するものである。

［従来の技術］ 従来のハイブリッド形ステッピングモータとしては,2
相形のものが主流を占めており，その構造は，第２図に
示すように構成されている。

同図において,1は固定子ハウジング,2は固定子鉄心
で，これは磁極２−１〜２−８を構成している。

２−10は各磁極の外周に形成された極歯である。

３は固定子巻線で，前記各磁極に３−１〜３−８で示
すように巻かれている。

これら固定子鉄心2,固定子巻線３で固定子Ｓが構成さ
れる。

4,4′はエンドブラケット,5,5′は軸受である。

６は回転子軸,7,8は夫々回転子磁極,7−10と８−10は
夫々上記回転子上記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。

ところで，ステッピングモータの性能を示す指数中，
重要なものとしてステップ角θ_ｓがある。

通常ステップ角θ_ｓは固定子巻線の相数Ｐと回転子磁
極に設けた極歯数Ｚにより決定され θ_ｓ＝180/P・Ｚ（度） ……（１） と表されている。

ここで,Pは回転子磁極の相数,Zは１個の磁極に設けら
れた極歯の数を示す。

［発明が解決しようとする課題］ （１）式で示されたステップ角θ_ｓは,1組の巻線に順
次通電した場合の１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。

ステップ角θ_ｓを小さくすると，分解度の高いステッ
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。

（１）式は分母の相数Ｐと極歯数Ｚを多くするとθ_ｓ
が小さくなることを示している。

従来の２相形の永久磁石型ステッピングモータのステ
ップ角はθ_ｓ＝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。

一方,4相,5相というように相数Ｐを増加することも考
えられるが，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。

本発明は従来のものの上述した課題を解決するように
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。

［課題を解決するための手段］ 本発明のハイブリッド形ステッピングモータは，次の
イ〜ニに示す条件を満足するように構成される。

イ．固定子の巻線の相数は３またはその倍数とする ロ．回転子は多数の歯車状空極を有する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構成さ
れる ハ．固定子の主磁極数は6m個（ｍ≧１の整数） ニ．固定子の極歯数をZ,n≧１の整数とした場合 Ｚ＝ｍ（6n＋１）のときは ステップ角 θ_ｓ＝60/m（6n＋１） Ｚ＝ｍ（6n＋５）のときは ステップ角 θ_ｓ＝60/m（6n＋５） に設定する ［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。

第１図において第２図と均等な構成についてはこれと
同等な符号を付して示した。

本発明のステッピングモータの回転子Ｒは従来の例の
２相のステッピングモータの回転子Ｒと同様，永久磁石
７を中間にして回転子磁極8,9で挟むように構成し，角
磁極の極歯も形成されるが，その図示は省略する。な
お，極歯の歯数Ｚの設定については後述する。

また，本発明のステッピングモータの固定子Ｓとして
は，固定子磁極10−１に１相分の巻線11−１を，また，
固定子磁極10−２に２相分の巻線11−２を，さらに，固
定子磁極10−３に３相分の巻線11−３を，・・というよ
うに巻き，極歯の歯数Z,ステッピング角θ_ｓを次の
（２），（３）式または（４），（５）式の条件を夫々
同時に満足するように設定する。

但し,m≦１の整数,n≧１の整数である。

即ち， Ｚ＝ｍ（6n＋１） ……（２） θ_ｓ＝60/m（6n＋１） ……（３） または Ｚ＝ｍ（6n＋５） ……（４） θ_ｓ＝60/m（6n＋５） ……（５） とするところが，本発明のステッピングモータの条件式
である。

１例として,m＝3,n＝４の場合について，（２），
（３）式から求めると， Ｚ＝３（６×４＋１）＝75,主極18極 θ_ｓ＝60/3（６×４＋１）＝0.8度となる。

同様にして,m＝4,n＝４の場合は， Ｚ＝４（６×４＋１）＝100,主極24極 θ_ｓ＝60/4（６×４＋１）＝0.6度となる。

この場合，例えば，ロータ外径は22mmで,0.6度のステ
ップ角とするには，歯巾は0.35mm,歯ピッチは0.69mm
で，歯数を100に設定すれば良い。

従来の２相のハイブリッド形のステッピングモータの
場合では，上記と同じ条件即ち，ロータ外径は22mmで,
0.6度のステップ角とするには歯巾は0.35mm,歯ピッチは
0.69mm,歯数を150も形成する必要があったのと比較する
と，微小角の得易さが分かる。

上記実施例は３相の場合で説明したが，本発明は３相
の倍即ち６相等にも条件式を満足するように構成すれば
適用可能のものである。上記実施例は回転子が固定子の
内周側に配置されて回転する，いわゆるインナーロータ
型の場合であるが，上述した本発明の条件式は，回転子
が固定子の外側に配置され回転する，いわゆるアウタロ
ータ型のものにも適用可能である。

［作用］ 上述の関係を満足するＺを有する永久磁石型回転子と
6m個の均等固定子鉄心に３相巻線とすることにより，必
要な微小なステップ角θ_ｓで回転するものである。

上記（２）〜（５）式が３相電力が適用できる理由を
数式上から説明すると次の通りである。

即ち，（１）式のＰに３相であるからＰ＝３を代入す
ると，θ_ｓ＝180/3Z＝60/Z ……（６） 一方，ステッピング角θ_ｓは θ_ｓ＝360/6m＝−360n/Z ……（７） （６），（７）からθ_ｓを消去し、Ｚを求めれば Ｚが（２）式と全く同じ Ｚ＝ｍ（6n＋１）となる。

同様に（６），（７）式からＺを消去しθ_ｓを求めれ
ば θ_ｓは（３）式と全く同じ θ_ｓ＝60/m（6n＋１）になる。

また， θ_ｓ＝360/Z（ｎ＋１）−360/6m ……（８） と設定することができる。

この場合，（６），（８）式よりθ_ｓを消去してＺを
求めれば,Zは（４）式と全く同じ Ｚ＝ｍ（6n＋５）となる。

同様に，（６），（８）式からＺを消去してθ_ｓを求
めれば，θ_ｓは（５）式と全く同じ θ_ｓ＝60/m（6n＋５）になる。

また,1相分の励磁トルクをT₀とした場合,2相励磁の場
合の合成トルクは ３相励磁の場合の合成トルクは となるから，本発明の３相励磁の場合の効率η_３と従来
の２相励磁の効率η_２の比は となる。

［発明の効果］ 本発明のハイブリッド形ステッピングモータは，軸方
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，次の効果を有する。

回転子の極歯の数を多く設けなくても,2相のものに比
べて微小となるステップ角が得られる。

３相の構成とできるので，その場合は従来より使用さ
れている３相回路がそのまま使用できるため，極めて便
利である。

また，従来の２相のステッピングモータの場合に比
べ，効率は 即ち 約1.23倍に効率を向上できる。

また,3相のVR形のものに比べては，次の特長を有す
る。

永久磁石を使用しているので，小電流で大トルクが得
られる。

無励磁でも，ある程度のデーテントトルクを有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断側面図，第２図は
従来例を示すもので，同図（イ）は縦断正面図，同図
（ロ）は（イ）のＡ−Ａ′断面図である。 S:固定子 R:回転子 6:回転子軸 10−1:固定子磁極 10−2:固定子磁極 10−3: 〃 11−1:1相用巻線 11−2:2相用巻線 11−3:3相用巻線

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】次の構成から成るハイブリッド形ステッピ
   ングモータ。 イ．固定子の巻線の相数は３またはその倍数とする ロ．回転子は多数の歯車状空極を有する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構成さ
   れる ハ．固定子の主磁極数は6m個（ｍ≧１の整数） ニ．固定子の極歯数をZ,n≧１の整数とした場合 Ｚ＝ｍ（6n＋１）のときは ステップ角 θ_ｓ＝60/m（6n＋１） Ｚ＝ｍ（6n＋５）のときは ステップ角 θ_ｓ＝60/m（6n＋５） に設定する