JP2618690B2 - 永久磁石形ステッピングモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は，電子計算機等に使用される磁気デスク駆動
装置等に適用して好適な永久磁石形ステッピングモータ
に関するものである。

［従来の技術］ 従来の永久磁石形ステッピングモータの構造は，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。4,4′はエンドブラケット,5,5′は軸受,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
ある。このステッピングモータの性能を示す指数には種
々の項目があるが，その中で重要なものとしてステッピ
ング角θがある。

通常ステップ角θ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＝360/2・Ｐ・Ｚ（度） ……（１） と表されている。

ここで分母の２は，回転子磁極が２個であり,Zが１個
の磁極に設けられた極歯の数を示しているものである。

（１）式で示されたステップ角θは,1層の巻線に順次
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
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，制御性能が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が
小さくなることを示しているが，相数Ｐを増加すると駆
動回路のスイッチ数が増加し，回路が複雑かつ高価にな
るという問題があり，回転子磁極の極歯数Ｚは工作技術
上の制約からやたらに増加はできない。本発明の実施対
象としている外形が40mm口程度のステッピングモータの
公知例として第１の先行技術は相数Ｐが４相のものにつ
いて特願昭60−276075号が，又相数Ｐが５相のものは第
２の先行技術として米国特許第3,866,104号に開示され
ている。この２つの先行技術の内容を一覧表として比較
すれば，下記のようになる。

即ち第１の先行技術は,4相でスイッチ数が８個で簡単
であるが，ステップ角θが0.363…（度）とラウンドナ
ンバーでないのに対し，第２の先行技術は５相でスイッ
チ数が10個で駆動回路が複雑であるが，ステップ角θが
0.36（度）とラウンドナンバーになっている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の第２の先行技術におけるステップ角θ＝0.36
（度）は,1回転360（度）の1/1000に当たり，機器を製
造するに当たり大変都合の良い値であるが，駆動回路が
複雑で高価となるという問題点があった。

本発明は，駆動回路が簡単で，安価な４想ステッピン
グモータで,0.36（度）のラウンドナンバーのステップ
角となる永久磁石形ステッピングモータを提供すること
を目的とする。

［課題を解決しようとする手段］ 本発明の永久磁石形ステッピングモータは，従来技術
の問題点を解決するために，当該固定の内周に放射状に
複数個の磁極を設け，各磁極の先端に複数個の極歯を夫
々等ピッチで形成し，各磁極には夫々巻線を巻回した固
定子と，この固定子の極歯と空隙を介して対向し，上記
固定子の極歯と等ピッチの極歯を全周に備えた２個の回
転子磁極とこの回転子によって挟持される軸方向に着磁
した永久磁石とによって形成された回転子とより成り，
前記固定子の磁極の配置を，隣接した磁極間ピッチがα
＝22.5（１＋1/Z）（度）のものを15個とβ＝22.5（１
−15/Z）（度）のものを１個となるように配設するよう
にした永久磁石形ステッピングモータにおいて，固定子
の磁極数を16とし，回転子磁極に設ける極歯の数ＺをＺ
＝25（2m＋１）（ｍ＝0,1,2,3・・の自然数）となるよ
うに構成した。

［作用］ ステッピングモータのステップ角θは一般的にθ＝36
0/2・Ｐ・Ｚ（度）で表され,4相であるからＰ＝４とす
るとθ＝360/2・４・Ｚ＝45/Z（度）となる。

本発明においては隣接磁極の配設ピッチが，α＝22.5
（１＋1/Z）（度）のものが15個設けてあるが，αの式
を展開するとα＝22.5＋22.5/Z（度）となり22.5（度）
は16個の磁極を等分に配置した場合の磁極の配設ピッチ
で,22.5/Z（度）はθ＝45/Z（度）の1/2であるから1/2
θとなる。

従って，ある磁極を基準として，同一方向に隣接した
磁極は常に1/2θの整数倍の角度大きく離れた位置に配
設されたものが15個あり,16番目と１番目の磁極の間が
（22.5/Z）×15（度）だけ近くなるように配設されてい
る。

このように配設していると，ある磁極の巻線が励磁さ
れ，固定子の極歯と回転子の極歯とが整列したとする
と，隣接した固定子磁極の極歯と，回転子の極歯とはス
テップ角θだけずれており，次に同一方向に隣接した磁
極では２θ分ずれる。

従って，順次に隣接して配設され，回転子の極歯とθ
のズレ角がある磁極を励磁すると，ステップ角θだけ回
転し，ステッピングモータとして動作するものである。

［実施例］ 以下第１図に示す一実施例について本発明を具体的に
説明する。同図において第２図と均等な構成についてこ
れと同等な符号を付して示した。

回転子磁極の磁歯数Ｚ＝25（2m＋１）（ｍ＝0,1,2,3
…の自然数）を備えた回転子においてｍ＝２の場合の実
施例を示すと第１図のようになる。

なお，同図（ａ）は断面図，（ｂ）は固定子磁極の配
置図，（ｃ）は固定子と回転子の極歯の関係を示す展開
図である。

同図において，固定子磁極２−１〜２−16を配置し，
磁極２−１〜２−９との間と２−10と２−16との間をそ
れぞれαとし,2−９と２−10との間をβとしている。

極歯の数Ｚ＝25（2m＋１）において,m＝２とするとＺ
＝25（４＋１）＝125となるから α＝22.5（１＋1/125）＝22.68（度） β＝22.5（１−15/125）＝19.8（度） となる。

（ｂ）図は，磁極配置図で，磁極２−１〜２−９まで
の間と磁極２−10〜２−１までの間の15箇所はα＝22.6
8（度）のピッチに配置され，磁極２−９と２−10との
間の１箇所はβ＝19.8（度）に配置されている。

また，各磁極には巻線が巻回され，巻線３−1,3−5,3
−9,3−13が直列に接続され１相を形成しており，巻線
３−2,3−6,3−10,3−14を直列に接続して第２相を，巻
線３−3,3−7,3−11,3−15を直列に接続して第３相を，
巻線３−4,3−8,3−12,3−16を直列に接続して第４相を
形成している。なお，第１図（ｂ）では，これらの巻線
は１部を除き，巻き始め，巻き終わりのみを簡略表示し
ている。

（ｃ）図は固定子磁極２−1,2−2,2−３‥‥の先端に
設けた極歯a,b,c,dと回転子磁極7,8に設けられた極歯
イ，ロ，ハ，ニ‥‥との相関関係を示す展開図で，図は
磁極２−１が励磁され，固定子の極歯a,b,c,dと回転子
磁極７の極歯イ，ロ，ハ，ニが整列している状態を示し
ている。

回転子磁極7,8には極歯が125個設けられているから，
極歯の配設ピッチは2.88（度）となっている。

磁極２−１の極歯ａより磁極２−２の極歯ａの位置ま
でのピッチはα＝22.68（度）となっており，磁極２−
２の極歯ａと対向している回転子の極歯リの位置は，極
歯イの位置より 2.88×８＝23.04度位置になり，磁極２−１と磁極２
−２とのピッチがα＝22.68（度）であるから，磁極２
−２の極歯ａと回転子の極歯リとのズレ角は 23.04−22.68＝0.36（度）となり，この角がステップ
角θとなる。

次の隣接した磁励２−３においては，固定子磁極の極
歯と回転子の極歯とのズレ角は 0.36×２＝0.72（度）となり，更に隣接した磁極２−
４においてはズレ角が0.36×３＝1.08（度）となり，磁
極２−５においてはズレ角が 0.36×４＝1.44（度）となり，この位置では磁極２−
１と比較すると回転子磁極８の極歯と固定子の極歯とが
整列して対向する関係となっている。

以上のように，次々と隣接する磁極の極歯と回転子の
極歯とのズレ角が0.36の整数倍となって磁極２−９の位
置では磁極２−１の位置と全く同じで，ズレ角は０とな
る。

次磁極２−９と２−10との間はβ＝19.8（度）となっ
ているから，この間に対向している回転子の極歯の数は
７個として，その間の角度は 2.88×７＝20.16（度），よって磁極２−10の極歯ａ
と対向している回転子の極歯とのズレ角は20.16−19.8
＝0.36（度）となる。

更に，同じ方向に隣接する磁極２−11,2−12,2−13は
それぞれ0.36（度）の整数値のズレ角で磁極２−13は軸
極２−５と同じ関係となり，磁極２−14,2−15,2−16,
とズレ角が進み，磁極２−１で元の位置に戻る。

図示の固定子巻線に第１相〜第４相に順次通電する
と，通電相の切り替え毎に１ステップ0.36度ずつ歩進す
るステッピングモータが得られる。

［発明の効果］ 本発明の永久磁石形ステッピングモータは，上記のよ
うに極歯数と磁極ピッチの設定によって,4相のステッピ
ングモータで0.36度のステップ角を実現するようにした
ものであるため，次の効果を有する。

４相のため駆動回路の構成は簡単化できる。

ステッピングモータをデバイダー（Divider）に適用
する場合,360/1000（度）のフルステップ角（分解能）
があると，そのｎ倍（ｎは正の整数）で,1/1000の最小
ユニットに当たる種々の角度または分解能での位置決め
ができ，広範囲の用途へ適用可能となる。（従来の４相
ステッピングモータのように,0.363…とラウンドナンバ
ーでない場合には，これを0.36度を要求している用途に
適用すると，その誤差はｎ倍に拡大され精度の点で問題
になるが，この点で本発明は優れている。） ステッピングモータを直線移動量に変換するような用
途に適用する場合，たとえば，ギア，プーリー，タイミ
ングベルトを変えない限り，駆動側と被動側の直線量の
調整は不可能であった。市販のステッピングモータは，
一般に，（ａ）1.8度,0.9度,0.45度系（２相,4相の系
列）と（ｂ）1.44度,0.72度,0.36度系（５相の系列の）
の２系列があるが，本発明のステッピングモータを採用
した場合には，同一のタイミングベルト等で（ｂ）の場
合，たとえば,0.72度のベルトで0.36度に用いると２倍
の分解能にそのまま変換でき，システム系を変更せずモ
ータの変換のみで分解能を２倍にすることができ，需要
者にとって大変便利である。

また，（ａ）系列の1.8度のプーリー，スチールベル
トのそのまま0.36度のものに使用すれば分解能を５倍に
増大できる。

本発明のステッピングモータはこのような特長を有す
るから極めて広い用途に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すもので，その内（ａ）
は磁極の縦断側面図，（ｂ）は固定子磁極の配置図，
（ｃ）は固定子と回転子の極歯の関係を示す展開図，第
２図は従来例を示すもので，その内，（ａ）は縦断正面
図，（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。 1:固定子ハウジング 2:固定子鉄心 ２−１〜２−16:磁極 3,3−１〜３−16:巻線 7,8:回転子磁極 ａ〜d,イ〜リー：極歯 9:永久磁石

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】当該固定子の内周に放射状に複数個の磁極
   を設け，各磁極の先端に複数個の極歯を夫々等ピッチで
   形成し，各磁極には夫々巻線を巻回した固定子と，この
   固定子の極歯と空隙を介して対向し，上記固定子と極歯
   と等ピッチの極歯を全周に備えた２個の回転子磁極とこ
   の回転子磁極によって挾持される軸方向に着磁した永久
   磁石とによって形成された回転子とより成り，前記固定
   子の磁極の配置を，隣接した磁極間ピッチがα＝22.5
   （１＋1/Z）（度）のものを15個とβ＝22.5（１−15/
   Z）（度）のものを１個となるように配設するようにし
   た永久磁石形ステッピングモータにおいて， 固定子の磁極数を16とし，回転子磁極に設ける極歯の数
   ＺをＺ＝25（2m＋１）（ｍ＝0,1,2,3・・の自然数）と
   したことを特徴とする永久磁石形ステッピングモータ。