JP2754141B2 - 永久磁石式３相ステッピングモ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，永久磁石式３相ステッ
ピングモ−タに係り，特に，レ−ザビ−ムプリンタや複
写機等の回転機構に最適な，制動特性が良く回転時にお
ける振動の少ない高出力の永久磁石式３相ステッピング
モ−タに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモ−タには各種構造のもの
があるが，例えば，本発明を適用する永久磁石式３相ス
テッピングモ−タには，図３，図４および図５に示すよ
うな構造のものがある。図３は永久磁石式３相ステッピ
ングモ−タを回転軸に対して直角方向に外箱端部を除去
して見た概略図であり，図４は軸に平行方向の側面から
見た断面を示す概略図であって，ハイブリッド形の回転
子を有する永久磁石式３相ステッピングモ−タ（以下永
久磁石式３相ステッピングモ−タをモ−タと略述する）
の例を示している。図３，図４において，モ−タ１０の
外箱１の端面部１Ａ，１Ｂにベアリング２によって，図
示しない被回転機構に結合して回転を伝達する回転軸３
が回転自在に軸支されている。回転軸３には回転子４が
固定されている。回転子４は薄い磁性鉄板を積層して構
成した２個の磁性体回転子４Ａ，４Ｂの間に軸方向を
Ｎ，Ｓ極にした永久磁石４Ｃをサンドイッチ状に挟んで
構成している。また，２個の磁性体回転子４Ａ，４Ｂの
円周部にはそれぞれ凸部４ａと凹部４ｂによって形成し
たギヤ状Ｚ個の極歯を等ピッチで備えている。図には８
個の極歯の構造のモ−タを示している。２個の磁性体回
転子４Ａ，４Ｂそれぞれに形成した凸部４ａと凹部４ｂ
からなる極歯は，相互に１／２ピッチずらして固定して
いる。外箱１の内部には，回転子４に対向して微小ギャ
ップｄを設けて３個の主極５を設けた固定子が装着され
ている。固定子の３個の各主極５それぞれの回転子４に
対向する面には，凸部５ａと凹部５ｂによってギヤ状に
形成したそれぞれ３個の極歯を円周上を等ピッチになる
ように備えている。図３には３個の主極５に各３個，計
９個の極歯を円周上等ピッチになるように備えた構造の
モ−タを示している。また，固定子の各主極５には詳細
を後述するように相互に接続される巻線６が嵌合して巻
回されている。

【０００３】固定子の各主極５および回転子それぞれの
対向部に多数の極歯を設けることによって，ステッピン
グモ−タとしてのステップ角を小さくし，また，エアギ
ャップを小さくできるので，図３，図４によって上述し
たような多極歯構造のものが一般的に実用化されてい
る。上述した従来例では固定子に３個の主極と各固定子
の主極に３個の極歯を設けた例について説明したが，モ
−タの必要特性に対応して固定子主極の数は３の倍数の
適切な数に設定させる。即ち，主極の数をＭとすると，
Ｍは下記（１）式を満足する。 Ｍ＝３ｍ（ｍは１〜４の正の整数）・・・・・（１） 回転子に設ける極歯の数Ｚとすると，Ｚが下記（２）式
の条件でモ−タの機能が成立する。 Ｚ＝ｍ×（３ｎ±１）・・・・・（２） 但し，ｍは上述した（１）式に同じで，ｎは１以上の正
の整数である。また，各固定子主極５の先端部に設ける
極歯数は，各主極ごとに２以上の等数であって，そのピ
ッチは（３６０°／Ｚ）で回転子の極歯ピッチに等しい
か，〔３６０°／（Ｚ−２）〕〜〔３６０°／（Ｚ＋
２）〕の範囲でモ−タの機能が成立する。

【０００４】図５に，図３とは別の構造のモ−タを示し
ている。図５は，図３と同様，モ−タ１１を回転軸に対
して直角方向に外箱端部を除去して見た概略図である。
図５は図３の構造のものにおいて，外周部にＮ極１４N
と，Ｓ極１４Sを等ピッチで交互に着磁した回転子１４
とした以外は同一である。Ｎ極１４Nと，Ｓ極１４Sの対
数は図５に示した極歯の数Ｚ個と同一対数，即ち図にお
いては８対のモ−タを示している。回転子１４に設ける
磁極の対数は，図３，図４で示した構造のモ−タの回転
子に設けた極歯と同様，モ−タの必要特性によって定ま
る固定子の主極の数や極歯の数との対応で適切に形成す
る。即ち，磁極の対数をＺとすると，上述した（２）式
を満足するように形成している。

【０００５】図１１に巻線６の接続図を示している。同
図において，６ａ，６ｂ，６ｃはそれぞれ，図３，図５
によって前述した３個の各主極５に嵌合された巻線を示
している。３個の巻線６ａ，６ｂ，６ｃはそれぞれ，各
巻線の巻終わり端において相互に接続され，第１の巻線
６ａの巻始め端は第１のスイッチ７ａの親接点７a₀に接
続され，第１のスイッチ７ａの，第１の子接点７a+はプ
ラス電源回路８に，第２の子接点７anはいずれの電源回
路にも接続されず，第３の子接点７a-はマイナス電源回
路９に接続されている。同様に，第２の巻線６ｂの巻始
め端は第２のスイッチ７ｂの親接点７b₀に接続され，第
２のスイッチ７ｂの，第１の子接点７b+はプラス電源回
路８に，第２の子接点７bnはいずれの電源回路にも接続
されず，第３の子接点７b-はマイナス電源回路９に接続
されている。また同様に，第３の巻線６ｃの巻始め端は
第３のスイッチ７ｃの親接点７c₀に接続され，第３のス
イッチ７ｃの，第１の子接点７c+はプラス電源回路８
に，第２の子接点７cnはいずれの電源回路にも接続され
ず，第３の子接点７c-はマイナス電源回路９に接続され
ている。即ち，３個の巻線６ａ，６ｂ，６ｃはスタ−結
線を構成している。２０は，このモ−タを駆動するため
に所定の電流を上記各巻線６ａ，６ｂ，６ｃに供給する
定電流の直流電源装置であって，この電源装置２０の出
力回路は上述したプラス電源回路８とマイナス電源回路
９に接続している。図１１に示す各スイッチの接続状態
において電源装置２０から定電流ｉ₀が供給されると，
第１の巻線６ａと第２の巻線６ｂにはそれぞれ電流ｉ₀
が流れ，第３の巻線６ｃには電流が流れない。図示しな
い制御装置によって各スイッチ，７ａ，７ｂ，７ｃを順
次回転状に切り換えて各巻線６ａ，６ｂ，６ｃに流れる
電流を順次回転状に変化させ，図３に示したモ−タ１０
を回転させる。即ち，このモ−タ１０は，２相励磁によ
る定電流駆動を形成している。

【０００６】図１２は，上述した図１１に対して，制御
装置（図示せず）による第３のスイッチ７ｃの操作によ
って第３の巻線６ｃをマイナス電源回路９に接続してい
る状態が異なっている。即ち，図１２に示す状態におい
ては，電源装置２０から定電流ｉ₀が供給されると，第
１の巻線６ａに電流ｉ₀が流れ，第２の巻線６ｂと第３
の巻線６ｃにはそれぞれ（１／２）ｉ₀の電流が流れる
３相励磁方式を形成している。図示しない制御装置によ
って各スイッチ，７ａ，７ｂ，７ｃを順次回転状に切り
換えて各巻線６ａ，６ｂ，６ｃに流れる電流を順次回転
状に変化させると，モ−タは回転する。

【０００７】電源装置２０は定電圧電源であってもモ−
タを駆動できるが，高速回転を必要とするモ−タの場合
は，瞬間的に必要な値の電流を各巻線に供給する必要性
から，上述したように定電流電源が一般的に使用され
る。定電流電源装置の制御装置（図示せず）は，各巻線
に供給する全電流値を所定の検出機能（図示せず）によ
って検出し，設定された電流値と比較することによっ
て，設定電流値に一致するように出力電流値を制御する
ＰＷＭ制御方式が一般に使用されている。

【０００８】モ−タの励磁方法には，特開平４−３０８
４９９号公報に開示されている方法がある。この公報に
は，図１１によって示したスタ−（Ｙ）結線での２相励
磁方式と図１２によって示した３相励磁方式を組み合わ
せた２相励磁と３相励磁を交互に繰り返し励磁する手段
が提案されている。２相励磁と３相励磁を交互に繰り返
し励磁する手段における電流供給タイミングを図１３に
示している。図１３は図示しない制御装置に設定した条
件によって実行する３個のスイッチ７ａ，７ｂ，７ｃの
切り換え操作を示した図表であって，横欄は第１ないし
第３の各スイッチ７ａ，７ｂ，７ｃの切り換えタイミン
グを，操作の１サイクルを１２等分して示し，縦欄のＡ
相，Ｂ相，Ｃ相はそれぞれ第１ないし第３の各巻線６
ａ，６ｂ，６ｃに対する通電の有無を○マ−クで示し，
縦欄のＳA+，ＳA-，ＳB+，ＳB-，ＳC+，ＳC-はそれぞれ
第１のスイッチ７ａによる第１の巻線６ａに対するプラ
ス電源８の接続とマイナス電源９の接続，第２のスイッ
チ７ｂによる第２の巻線６ｂに対するプラス電源８の接
続とマイナス電源９の接続，第３のスイッチ７ｃによる
第３の巻線６ｃに対するプラス電源８の接続とマイナス
電源９の接続をそれぞれ○マ−クで示している。また，
ステップ２，４，６，８，１０，１２が３相励磁で，ス
テップ１，３，５，７，９，１１が２相励磁である。ス
テップの切り換え速度を変えることによってモ−タの回
転速度が変化する。

【０００９】図１１，図１２に示したように電源装置か
ら各巻線に定電流が供給されると，各巻線電流によって
出力されるトルクは，各巻線の巻数が等しいので，それ
ぞれの巻線に流れる電流値に比例する。また，各トルク
をベクトル表示するとその方向は各々π／３ラジアン電
気角ずれている。即ち，供給電流値をｉ₀とし，第１の
巻線６ａによる第１のトルクをＴａ，第２の巻線６ｂに
よる第２のトルクをＴｂ，第３の巻線６ｃによる第３の
トルクをＴｃとすると，２相励磁の場合，例えば，第１
のトルクＴａと第２のトルクをＴｂとの合成トルクは，
図１４（Ａ）に示すようにＴ２′となり，３相励磁の場
合，例えば，第２の巻線６ｂと第３の巻線６ｃに第１の
巻線６ａの１／２の電流が流れるので，全トルクの合成
トルクは，図１４（Ｂ）に示すようにＴ３′となる。こ
の場合，２相励磁の合成トルクＴ２′と３相励磁の合成
トルクＴ３′との関係は（３）式によって示される。 Ｔ２′／Ｔ３′＝〔２×ｉ₀×ｃｏｓ（π／６）〕／｛ｉ₀＋〔２×（ｉ₀／２ ）×ｃｏｓ（π／３）〕｝＝√３／１．５・・・・・（３） 即ち，２相励磁の合成トルクＴ２′と３相励磁の合成ト
ルクＴ３′との比は，√３：１．５となり，３相励磁の
トルクＴ３′は２相励磁のトルクＴ２′の８６．６％に
なる。この場合，巻線の抵抗値をＲ，２相励磁の時の入
力をＷ２′とすると，入力Ｗ２′は（４）式のようにな
る。 Ｗ２′＝２Ｒｉ₀ ²・・・・・（４） ３相励磁の時の入力をＷ３′とすると，入力Ｗ３′は
（５）式のようになる。 Ｗ３′＝Ｒ×ｉ₀ ²＋２×Ｒ×（ｉ₀／２）² ＝（３／２）Ｒｉ₀ ²・・・・・（５）

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで，上述したよ
うな巻線電流の供給方法であると，例えば２相励磁の場
合，１相と２相の巻線６ａと６ｂが直列となるため，そ
のインダクタンスは１相分の４倍となり，電気時定数が
大きくなり，ステッピングモ−タの入力パルスレ−トを
増していくとトルクの減少が大きいという問題点があっ
た。また，回転子が停止する時，振動が大きく，停止ま
でに時間を要するという問題点があり，速応性を必要と
する位置決め制御の場合には適さなかった。本発明は上
記従来の課題（問題点）を解決した永久磁石式３相ステ
ッピングモ−タを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，本発明に基づく永久磁石式３相ステッピングモータ
においては，ハイブリッド形回転子，または，外周部に
所定対のＮ，Ｓ極を着磁した回転子を備えたステッピン
グモータにおいて，固定子の巻線は環状接続して３相励
磁と２相励磁を交互に行うようにするとともに，巻線の
３端子は，各々２個のトランジスタのエミッタとコレク
タの接合点に接続し，計６個のトランジスタにはダイオ
ードを並列にそのカソード側が正の電源側へくるよう接
続することにより，３端子電圧印加時，すなわち３相通
電から２相通電に変わる時，同極性になる２端子間のコ
イルに接続されオン状態にある１個のトランジスタと，
もう１個のオン状態のトランジスタに並列接続させたダ
イオードと，このダイオードと並列に接続されているト
ランジスタと同極性でオンしているトランジスタとを通
して同極性に接続されている２端子間の３個の相巻線が
閉回路を構成し，電流が減少する相に瞬間的に発生する
逆起電力により循環電流を発生させ，回転子の制動を行
わせるように構成した。

【００１２】

【作用】本発明は，上述のように３相励磁と２相励磁を
交互におこなった場合は，制動作用が働くため，回転時
に発生する振動が減少する。また，定電流駆動によって
高速応答性が維持できる。また，位置決め停止時の動作
が速く，応答性が大幅に改善される。

【００１３】

【実施例】本発明に基づく永久磁石式３相ステッピング
モ−タの一実施例を図１ないし図１０を参照して説明す
る。図３および図４に本発明が適用される一実施例にお
けるハイブリッド形の回転子を備えたモ−タの概要構造
を示し，図５に回転子の外周部に磁極を形成したモ−タ
の概要構造を示している。なお，図３ないし図５の構成
については従来の技術で説明したので，その説明は省略
する。図１，図２は，本実施例における巻線６の接続図
を示している。図１，図２において，６ａ，６ｂ，６ｃ
はそれぞれ，図３，図４，図５によって前述した３個の
各主極５に嵌合した巻線６を示している。第１の巻線６
ａの巻始め端６aaは第１のスイッチ７Ａの親接点７A₀に
接続され，巻終わり端６abは第２のスイッチ７Ｂの親接
点７B₀に接続されている。第２の巻線６ｂの巻始め端６
baは第２のスイッチ７Ｂの親接点７B₀に接続され，巻終
わり端６bbは第３のスイッチ７Ｃの親接点７C₀に接続さ
れている。第３の巻線６ｃの巻始め端６caは第３のスイ
ッチ７Ｃの親接点７C₀に接続され，巻終わり端６cbは第
１のスイッチ７Ａの親接点７A₀に接続されている。即
ち，３個の巻線６ａ，６ｂ，６ｃは図１，図２に示すよ
うにデルタ結線に構成されている。上述した３個のスイ
ッチはいずれも，３回路の切り換え機能を備えていて，
図示しない制御装置によって，詳細を後述するように操
作される。

【００１４】図１，図２において，第１のスイッチ７Ａ
の第１の子接点７A+はプラス電源回路８に，第２の子接
点７Anはいずれの電源回路にも接続されず，第３の子接
点７A-はマイナス電源回路９に接続されており，第２の
スイッチ７Ｂの第１の子接点７B+はプラス電源回路８
に，第２の子接点７Bnはいずれの電源回路にも接続され
ず，第３の子接点７B-はマイナス電源回路９に接続され
ている。また，第３のスイッチ７Ｃの第１の子接点７C+
はプラス電源回路８に，第２の子接点７Cnはいずれの電
源回路にも接続されず，第３の子接点７C-はマイナス電
源回路９に接続されている。なお，上述した各巻線の巻
始め端および巻終わり端と各スイッチとの接続は，上述
した接続に対して,すべての巻線の接続方向を逆にして
も良い。２１は，このモ−タを駆動するために所定の電
流を上記各巻線６ａ，６ｂ，６ｃに供給する定電流の直
流電源装置であって，電源装置２１の出力回路は上述し
たプラス電源回路８とマイナス電源回路９に接続してい
る。

【００１５】各スイッチ７Ａ，７Ｂ，７Ｃはそれぞれ図
示しない制御装置によって操作され，図１に示すタイミ
ングにおいては，第１のスイッチ７Ａの親接点７A₀は第
１の子接点７A+に接続され，第２のスイッチ７Ｂの親接
点７B₀は第２の子接点７Bnに接続され，第３のスイッチ
７Ｃの親接点７C₀は第３の子接点７C-に接続されてい
る。即ち，第２のスイッチ７Ｂの親接点７B₀は電源回路
が接続されず，第１のスイッチ７Ａの親接点７A₀はプラ
ス電源回路８に，第３のスイッチ７Ｃの親接点７C₀はマ
イナス電源回路９にそれぞれ接続されている。従って，
電源装置２１から定電流ｉが供給されると，各巻線は同
一の抵抗値を有しているので，直列接続に構成される第
１の巻線６ａと第２の巻線６ｂにはそれぞれ（ｉ／３）
の電流が流れ，第３の巻線６ｃには２×（ｉ／３）の電
流が流れる。即ち３相励磁状態になっている。

【００１６】図２には，２相励磁状態における一例を図
示している。図２に示す各符号は図１と共通である。図
２において，各スイッチは図示しない制御装置によって
操作され，図示のタイミングにおいて，第１のスイッチ
７Ａの親接点７A₀は第３の子接点７A-に接続され，第２
のスイッチ７Ｂの親接点７B₀は第１の子接点７B+に接続
され，第３のスイッチ７Ｃの親接点７C₀は第３の子接点
７C-に接続されている。即ち，第１のスイッチ７Ａの親
接点７A₀はマイナス電源回路９に，第２のスイッチ７Ｂ
の親接点７B₀はプラス電源回路８に，第３のスイッチ７
Ｃの親接点７C₀はマイナス電源回路９にそれぞれ接続さ
れている。従って，電源装置２１から定電流ｉが供給さ
れると，各巻線は同一の抵抗値を有しているので，第１
の巻線６ａと第２の巻線６ｂにはそれぞれ電流（ｉ／
２）が流れ，第３の巻線６ｃは両端が同一電位なので電
流が流れない。即ち２相励磁状態になっている。

【００１７】図６は３個のスイッチ７Ａ，７Ｂ，７Ｃの
切り換え操作を示した図表であって，横欄は第１ないし
第３の各スイッチ７Ａ，７Ｂ，７Ｃの切り換えタイミン
グを，操作の１サイクルを１２等分して示し，縦欄のＡ
相，Ｂ相，Ｃ相はそれぞれ，第１ないし第３の各巻線６
ａ，６ｂ，６ｃに対する通電の有無を示し，縦欄の７A
+，７An，７A-，７B+，７Bn，７B-，７C+，７Cn，７C-
の各横欄には，それぞれ，第１のスイッチ７Ａの親接点
７A₀が接続する子接点，第２のスイッチ７Ｂの親接点７
B₀が接続する子接点，第３のスイッチ７Ｃの親接点７C₀
が接続する子接点に対して○印を記している。図６に示
すように第１ないし第３のスイッチを，図示しない制御
装置を操作することによって，図１および図２に示した
のと同様の接続状況が交互になりながら固定子上を回転
する。即ち，ステップ１，３，５，７，９，１１が３相
励磁で，ステップ２，４，６，８，１０，１２が２相励
磁である。ステップの切り換え速度を変えることによっ
てモ−タの回転速度が変化する。

【００１８】上述のような励磁時に各巻線電流によって
発生するトルク状態を図７に示している。図７（Ａ）は
図２に示す２相励磁の場合，図７（Ｂ）は図１に示す３
相励磁の場合をそれぞれ示している。図７において，Ｔ
Ａは第１の巻線６ａによる第１のトルク，ＴＢは第２の
巻線６ｂによる第２のトルク，ＴＣは第３の巻線６ｃに
よる第３のトルクである。各巻線は同一巻数，同一抵抗
値なので，２相励磁の場合，例えば，第１の巻線６ａと
第２の巻線６ｂに電流が供給されるタイミングにおける
第１のトルクＴＡと第２のトルクＴＢとの合成トルク
は，図７（Ａ）に示すようにＴ２となり，３相励磁の場
合，例えば，第１の巻線６ａと第２の巻線６ｂにそれぞ
れ電流（ｉ／３）が供給され，第３の巻線６ｃに電流
〔２×（ｉ／３）〕が供給されるタイミングにおける全
トルクの合成トルクは，図７（Ｂ）に示すようにＴ３と
なる。この場合，２相励磁の合成トルクＴ２と３相励磁
の合成トルクＴ３との関係は（６）式によって示され
る。 Ｔ２／Ｔ３＝〔２×（ｉ／２）×ｃｏｓ（π／６）〕／｛〔２×（ｉ／３）× ｃｏｓ（π／３）〕＋〔（２／３）×ｉ〕｝ ＝√３／２・・・・（６） ここで（３）式でのトルクであるスタ−結線の２相励磁
時とデルタ結線の３相励磁時（どちらも２端子より入力
印加）を入力が同一とするため，デルタ結線の図１の直
流電源装置２１より流出する全電流をスタ−結線のｉ₀
の√３倍にすると（６）式はＴ２／Ｔ３＝１．５／√３
となり，スタ−の２相励磁とデルタの３相励磁のトルク
は同一となる。この場合，巻線の抵抗値をＲとすると，
２相励磁の時の入力をＷ２とすると，Ｗ２は（７）式の
ようになる。 Ｗ２＝２×Ｒ×（√３ｉ₀／２）²＝（Ｒ×ｉ₀ ²）・３／２・・・・・（７） ３相励磁の時の入力Ｗ３は（８）式のようになるので，
（４）式のＷ２′と同一であることがわかる。 Ｗ３＝２×Ｒ×（√３ｉ₀／３）²＋Ｒ×〔（２／３）×√３ｉ₀〕² ＝２Ｒｉ₀ ²・・・・・（８）

【００１９】前述した（４）式と（８）式に示すよう
に，スタ−２相励磁とデルタ３相励磁で入力を同一にす
ると，トルクも同一なることを示したが，このトルクは
直流励磁時のホ−ルデングトルクや低速パルスレ−ト域
でのトルクであって，高速パルスレ−ト域ではスタ−と
デルタでは巻線のインダクタンスが前述したごとく異な
るため，トルクも異なってくる。スタ−でインダクタン
スを小さくする場合，太い線を巻くことになり，巻線で
限界がある場合が多い。図８（Ａ）には，スタ−の２相
励磁のトルク（ＴY₂と記す）とデルタの３相励磁トルク
（ＴΔ₃と記す）の比較を示す。図８（Ｂ）には，スタ
−とデルタの２−３相励磁時のトルクをＴY_2-3，ＴΔ
_3-2として試作デ−タを示した。トルクは，どちらも低
域ではスタ−とデルタのトルクはほぼ同一であるが，高
パルス域ではデルタの方が勝っていることが判る。

【００２０】次に，ステッピングモ−タで負荷を位置決
めする時の角度（θ）と前述のＴY₂とＴΔ₃を両者，直
流励磁（入力同一のためＴΔ₃の電流はＴY₂の√３倍と
する）した時の関係を考察する。一般に，永久磁石型ス
テッピングモ−タのギャップパ−ミアンスＰ（θ）は奇
数次調波のみで次の（９）式のように書ける。 Ｐ（θ）＝Ｐ₀（Ｋ₁ｓｉｎθ＋Ｋ₃ｓｉｎ３θ＋Ｋ₅ｓｉｎ５θ＋Ｋ₇ｓｉｎ７ θ）・・・・・（９） ｉＢＬ側によるトルクＴは，次の（１０）式のようにな
る。 Ｔ＝ＫＩＰ（θ）・・・・・（１０） （但し，Ｐ₀，Ｋ₁，Ｋ₃，Ｋ₅，Ｋ₇，Ｋは定数）Ｙ結線
の２相励磁の合成トルクをＴY₂とし，（９）式，（１
０）式によりＴY₂を求めると，次の（数１）に示す（１
１）式のようになる。

【数１】 Δ結線の３相励磁時の合成トルクＴΔ₃も，同様にして
求めると，次の（数２）に示す（１２）式のようにな
る。

【数２】 （１１）式と（１２）式とを比較すると基本波成分は同
じであるが，高調波の影響の仕方が異なっていることが
わかる。（１１）式より判る通りＴY₂は５調波，７調波
が基本波Ｋ₁ｓｉｎθをθが零付近で減算するように働
くため，角度−トルクカ−ブがθが零付近で凹むことに
なり，負荷に対し位置ずれが大きくなる。これに対し，
（１２）式より判るように，ＴΔ₃は５調波，７調波が
基本波Ｋ₁ｓｉｎθに加算するように働くため，角度−
トルクカ−ブがθが零付近で凸となり，負荷に対し位置
ずれが少なくなり，ステップ各誤差もそれぞれ改善され
ることになる。

【００２１】ステッピングモ−タの回転子が停止時には
できるだけ停止時間が短いことが望ましい。図９に本発
明の永久磁石式３相ステッピングモ−タ用のデルタ結線
の構成を示す。同図において，Ｔr₁〜Ｔr₆はそれぞれト
ランジスタ，ｄ₁〜ｄ₆はそれぞれ循環回路形成用のダイ
オ−ドである。図９において，各トランジスタＴr₁とＴ
r₄がオンして３相通電状態から更にトランジスタＴr₆が
オンされるとｂ相巻線６ｂの電流が切れ，ａ相巻線６ａ
の電流も全電流の２／３が１／２に減るため逆起電圧が
発生し，Ｔr₆に並列接続されたダイオ−ドｄ₆とＴr₄と
ｂ相巻線６ｂで１つの閉回路を作り，またｃ相巻線６
ｃ，ａ相巻線６ａとダイオ−ドｄ₆とＴr₄とでもう１つ
の閉回路を作り，点線の如き電流が逆起電圧で発生し
て，回転子に制動力を与える。図１０にデルタ結線の２
−３相励磁の回転子の応答波形特性図を示す。縦軸が角
度，横軸が時間であり，制動されている方が２相励磁時
振幅が大きく波うっている方が３相励磁時である。従っ
て，負荷を２−３相励磁で駆動させて本方式にて２相励
磁時で位置決め停止させるとダンピング（制動）の効い
た制御が可能となることが示されている。

【００２２】上記した各実施例では，インナ−ロ−タ型
の構成の場合で説明したが，本発明はアウタ−ロ−タ型
の場合も回転子の内周側に配置されるステ−タ側にＺ個
の極対数の着磁がなされ，Ｚ＝ｍ（２ｎ±１）（但し，
ｎは１以上の正の整数）を満たす永久磁石式ステッピン
グモ−タとすることにより適用できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので,次
のような優れた効果を有する。 スタ−結線に比べ，同一入力で高速回転時のトルクが
大幅に改善される。 回転時に発生する振動が減少した。 角度−トルク特性が改善され，スタ−結線に比べ位置
決め時の誤差が少なくできる。 停止時の整定時間を短くできる。 定電流源で説明したが，定電圧源でも同様な効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく永久磁石式３相ステッピングモ
−タの一実施例における３相励磁状態における３巻線の
接続状態を示す概略結線図である。

【図２】本発明に基づく永久磁石式３相ステッピングモ
−タの実施例における２相励磁状態における３巻線の接
続状態を示す概略結線図である。

【図３】本発明を適用するハイブリッド形永久磁石式３
相ステッピングモ−タの横断面図である。

【図４】本発明を適用するハイブリッド形永久磁石式３
相ステッピングモ−タの縦断正面図である。

【図５】本発明を適用する回転子周囲に磁極対を着磁し
た形式の永久磁石式３相ステッピングモ−タの横断面図
である。

【図６】本発明の実施例における各巻線に電流を供給す
るタイミング関係を記した図表である。

【図７】本発明の実施例における各巻線に流れる電流に
より発生するトルク状況を説明するベクトル図であっ
て，同図（Ａ）は２相励磁状態におけるベクトル図，同
図（Ｂ）は３相励磁状態におけるベクトル図である。

【図８】本発明の永久磁石式３相ステッピングモ−タと
従来技術のものの比較を行うためのトルク特性で，同図
（Ａ）はフルステップ時のもの，また同図（Ｂ）はハ−
フステップ時のものを示す。

【図９】本発明に基づく永久磁石式３相ステッピングモ
−タの駆動構成を示す説明図である。

【図１０】本発明による永久磁石式３相ステッピングモ
−タのステップ応答波形図である。

【図１１】従来の永久磁石式３相ステッピングモ−タの
２相励磁状態における３巻線の接続状態を示す概略結線
図である。

【図１２】従来の永久磁石式３相ステッピングモ−タの
２相励磁状態における３巻線の接続状態を示す概略結線
図である。

【図１３】従来の各巻線に電流を供給するタイミング関
係を記した図表である。

【図１４】従来例の各巻線に流れる電流により発生する
トルク状況を説明するベクトル図であって，同図（Ａ）
は２相励磁状態におけるベクトル図，同図（Ｂ）は３相
励磁状態におけるベクトル図である。

【符号の説明】

３：回転軸 ４：回転子 ５：固定子の主極 ６，６ａ，６ｂ，６ｃ：巻線 ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ：スイッチ ８：プラス電源回路 ９：マイナス電源回路 １０：モ−タ（ハイブリッド形永久磁石式３相ステッピ
ングモ−タ） １１：モ−タ（回転子表面に磁極列を着磁した永久磁石
式３相ステッピングモ−タ） ２１：直流電源装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子は３ｍ個（ｍは１以上の正の整
   数）のコイルを回転軸に垂直な平面上に回転軸に同心的
   に配置し，回転子には永久磁石を有し，回転子の外周
   （インナーロータ型の場合）または内周（アウターロー
   タ型の場合）にはＺ個の磁歯またはＺ個を極対数とする
   着磁がなされ，Ｚ＝ｍ（３ｎ±１），（但し，ｎは１以
   上の正の整数）を満たす永久磁石式３相ステッピングモ
   ータにおいて，固定子の３相分コイルの１相分の巻終わ
   りと次相分のコイルの巻始めを１給電端子とし，次々に
   同様に環状に結線することにより作られた計３個の給電
   端子は，それぞれ２個ずつのトランジスタのエミッタと
   コレクタの結合点に結合され，計６個のトランジスタに
   は各々のトランジスタに並列にダイオードをそのカソー
   ド側が正の電源側に，またダイオードのアノード側が負
   の電源側になるように接続して，３端子を有する該ステ
   ッピングモータの任意の１端子を正，他のいずれかの１
   つの端子を負極性に接続した３相通電と該ステッピング
   モータの任意の１端子を正，他の残りの２端子を負極性
   に，または任意の２端子を正に，残りの１端子を負極性
   に接続した２相通電とを交互に繰り返し，３相通電から
   ２相通電に変わる時，同極性になる２端子間のコイルに
   接続されオン状態にある１個のトランジスタと，もう１
   個のオン状態のトランジスタに並列に接続されたダイオ
   ードと，このダイオードと並列に接続されているトラン
   ジスタと同極性でオンしているトランジスタとを通して
   同極性に接続されている２端子間の３個の相巻線が閉回
   路を構成し，電流が減少する相に瞬間的に発生する逆起
   電力により循環電流を発生させ，回転子の制動を行わせ
   るようにしたことを特徴とした永久磁石式３相ステッピ
   ングモータ。