JP2975886B2 - 多相永久磁石形ステッピングモータの駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２ｎ相（ｎは３以
上の奇数）の多相永久磁石形ステッピングモータの駆動
装置に係り、特に、超高分解能を要する精密機器に最適
な多相永久磁石形ステッピングモータの駆動装置の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の２ｎ相（ｎは３以上の奇数）の多
相永久磁石形ステッピングモータ、例えばｎ＝３の６相
２４極ハイブリッド形永久磁石形ステッピングモータ
（以下モータと略称する）は、例えば図１３、図１４に
示すような構造をなしている。図１３はモータの縦断正
面図を示し、図１４は、図１３のＸ−Ｘ′断面図であ
る。図１３、図１４において、１は円筒状のケーシング
であって、ケーシング１は磁性体によって成型した固定
子鉄心２と一体に結合されている。固定子鉄心２の内方
向には、このモータの構造特性に対応した３Ａ、３Ｂ、
・・・・３Ｘの計２４個の磁極が夫々図示のように等し
い間隔（３６０°／２４）で求心状に形成されている。
上記各磁極には、磁極を夫々磁化するための巻線４Ａ、
４Ｂ、・・・４Ｘが嵌合されている。また、各磁極の先
端部には、このモータの構造と特性に対応した数の極歯
３ａが等しい間隔で形成されている。なお、簡単のため
図１３では磁極の符号を代表して３で、巻線の符号を代
表して４で示している。図１４は各磁極の構造を示すた
めに一部の磁極部を拡大し、その他の磁極部を点線で示
して図示を省略している。また、図１５の巻線は、図１
４では丸で示している。上述した固定子鉄心に結合する
各磁極及び各磁極に嵌合した巻線によって、モータの固
定子を形成している。

【０００３】ケーシング１の両端には、エンドカバー
５、６が一体に結合されている。エンドカバー５、６の
中央部には、夫々に軸受７ａ、７ｂが嵌合され、一対の
軸受７ａ、７ｂは回転軸８を回転自在に支承している。
回転軸８には、軸方向に着磁された永久磁石９が嵌合し
固定されている。永久磁石９は円盤状の２個の回転子磁
極１０Ａ、１０Ｂによって挟持されている。回転子磁極
１０Ａと１０Ｂ夫々の外周には、各固定子の磁極に形成
した極歯３ａの形状と間隔に対応させた形状と間隔で極
歯１０ａ、１０ｂを形成しており、第１の回転子磁極１
０Ａの極歯１０ａと第２の回転子磁極１０Ｂの極歯１０
ｂとは、１／２ピッチ回転偏位して結合されている。回
転軸８に構成された要素機構によって、回転子Ｒを形成
している。上述の構成のモータは、固定子の巻線４Ａ〜
４Ｘに適切な所定の順序で通電することによって、固定
子の各極歯３ａが順次回転磁化される。従って、この固
定子の各極歯３ａと永久磁石９によって磁化されている
回転子の各極歯１０ａ、１０ｂとの相互作用により、固
定子の各磁化される極歯３ａの回転につれて回転子は回
転し、また、停止する。

【０００４】従来のモータを効率良く駆動する従来の手
段としては、モータの巻線をモノファイラ巻（ユニファ
イラ巻）にして図１５に示すような接続で、図１６に示
すような駆動ステップによるバイポーラ駆動方式が一般
に採用されている。なお、図１７に、このバイポーラ駆
動方式の巻線の結線図を示す。図１５において、Ｅは直
流電源であって、φ₁〜φ₆は各相の巻線を夫々示してい
る。各巻線は、同図に示すように電源Ｅの両端間に直列
接続した２回路のスイッチング手段、例えばトランジス
タの接続点に接続している。Ｔ₁〜Ｔ₁₂は、夫々各巻線
と直流電源Ｅのプラス側を接続するトランジスタ、Ｔ₁₃
〜Ｔ₂₄は、夫々各巻線と直流電源Ｅのマイナス側を接続
するトランジスタである。即ち、例えば第１相の巻線φ
₁を直流電源Ｅの間にブリッジ接続したトランジスタ
Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₁₃、Ｔ₁₄の出力回路ａ、ｂ間に接続し、そ
の他の巻線も直流電源Ｅに対して相互に並列接続したブ
リッジ回路の出力回路に接続している。上述の回路にお
いて、モータを駆動するには、図１６に示すタイミング
で夫々のトランジスタをＯＮ、ＯＦＦすることによって
実行される。

【０００５】図１６はモータを駆動する４相励磁の場合
のタイムチャートを示す。横軸には所定のタイミング信
号に基づいて実行される時間推移、縦軸には各タイミン
グの進行に従って実行されるトランジスタのＯＮ、ＯＦ
Ｆ状況を記している。図１６に示すように、例えばステ
ップ１においては、８個のトランジスタＴ₁、Ｔ₈、
Ｔ₁₀、Ｔ₁₂、Ｔ₁₄、Ｔ₁₉、Ｔ₂₁、Ｔ₂₃をＯＮとし、１６
個のトランジスタＴ₂、Ｔ₃、Ｔ₄、Ｔ₅、Ｔ₆、Ｔ₇、
Ｔ₉、Ｔ₁₁、Ｔ₁₃、Ｔ₁₅、Ｔ₁₆、Ｔ₁₇、Ｔ₁₈、Ｔ₂₀、Ｔ
₂₂、Ｔ₂₄をＯＦＦとする。従って、モータにおける第１
相の巻線φ₁は、図１５の実線で示す矢印の方向に励
磁電流が流れ、第４相乃至第６相の巻線φ₄、φ₅、φ₆
には、逆方向の実線で示す矢印の方向に励磁電流が流
れて、４個の巻線を結合している磁極（図示せず）が励
磁される。次に、ステップ２においては、８個のトラン
ジスタＴ₁、Ｔ₃、Ｔ₁₀、Ｔ₁₂、Ｔ₁₄、Ｔ₁₆、Ｔ₂₁、Ｔ₂₃
をＯＮとし、１６個のトランジスタＴ₂、Ｔ₄、Ｔ₅、
Ｔ₆、Ｔ₇、Ｔ₈、Ｔ₉、Ｔ₁₁、Ｔ₁₃、Ｔ₁₅、Ｔ₁₇、Ｔ₁₈、
Ｔ₁₉、Ｔ₂₀、Ｔ₂₂、Ｔ₂₄をＯＦＦとする。従って、モー
タにおける第１相と第２相の巻線φ₁、φ₂には、図１５
の点線で示す矢印の方向に励磁電流が流れ、第５相と
第６相の巻線φ₅、φ₆には、逆方向の点線で示す矢印
の方向に励磁電流が流れて、４個の巻線を結合している
磁極（図示せず）が励磁される。即ち、励磁される磁極
（図示せず）がモータ上を回転するので、回転子（図示
せず）が１ステップ分回転する。以下、図１６に示すよ
うに、各トランジスタのＯＮ、ＯＦＦを切り替えること
によって、各巻線に供給する励磁電流を切り替えるの
で、モータは切替速度で回転を継続する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のよう
なモータの駆動手段であると、スイッチ動作させるため
のスイッチング手段、例えばトランジスタの数が相数の
４倍、即ち４ｎ個必要であって、このため６相の場合は
２４個、１０相の場合は４０個必要となる。また、各ト
ランジスタの駆動回路とスイッチングのための切替機能
も必要になる。このために、回路が複雑になるだけでは
なく、コストが高くなり、信頼性の面からみても問題が
あるために、スイッチング手段の数を削減できるモータ
の駆動回路が求められていた。本発明は、従来のものの
上記課題（問題点）を解決し、スイッチング手段の数を
半分に減らして、駆動回路の構成を単純化することがで
きるようにした多相永久磁石形ステッピングモータの駆
動装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の２ｎ相（ｎは３
以上の奇数）の多相永久磁石形ステッピングモータの駆
動装置においては、上記課題を解決するために、４ｎ個
のスイッチング素子を用い、任意の主磁極から奇数番目
同士及び偶数番目同士の相の巻き終わりの一端、即ち、
各相の巻線又は各相の巻線の内、磁極１個おきに対応す
るｎ相の巻線の所定端を夫々短絡するか又は全て結合
し、各相の巻線の他端を、夫々直列に接続した一対のス
イッチング手段の接続点に接続し、上記各一対のスイッ
チング手段の一端は直流電源の正側に、上記各一対のス
イッチング手段の他端は、直流電源の負側に接続し、各
スイッチング手段を、この多相永久磁石形ステッピング
モータの巻線構成に対応して、上記奇数番目の主磁極と
隣接する偶数番目の主磁極との位相差を（９０゜／ｎ）
ずらして順次駆動させるように構成した。また、上記奇
数番目の主磁極と隣接する偶数番目の主磁極との位相差
を（９０゜／ｎ）ずらして順次、奇数励磁−偶数励磁を
交互に繰り返してハーフステップ駆動させるように構成
した。本発明の２ｎ相の多相永久磁石形ステッピングモ
ータの駆動装置は、上記のように各相巻線の所定端を夫
々短絡又は全て結合し、各相の巻線の他端を夫々直列に
接続した一対のスイッチング手段の接続点に接続し、各
一対のスイッチング手段を上述のように例示するように
構成したので、従来に比して、スイッチング手段の数を
半分に減らしながら多様な励磁とシーケンスができ、ま
た、相当の駆動能力も得られる。従って、スイッチング
手段の必要数の半減に伴って、回路も単純化でき、ま
た、信頼性も向上される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、第１乃至第３の本発明の実
施の形態をｎ＝３とした６相永久磁石形ステッピングモ
ータ駆動回路について図６、図７を参照し、図１乃至図
５によって詳細に説明する。従って、各相計１２個の磁
極に対応して１２個の巻線を備えている。また、第４乃
至第６の本発明の実施の形態をｎ＝５とした１０相永久
磁石形ステッピングモータ駆動回路について、図８乃至
図１２によって詳細に説明する。従って、各相計２０個
の磁極に対応して２０個の巻線を備えている。但し、各
スイッチング手段のＯＮ、ＯＦＦを実行する駆動機能及
び詳細を後述するモータの回転を実行するタイミングチ
ャートに従ったＯＮ、ＯＦＦ切替機能は、一般に実用さ
れる手段を適用すれば良いので、各スイッチング手段の
前段機能の図示説明は省略する。

【０００９】先ず、本発明の駆動装置が適用される６相
永久磁石形ステッピングモータ（以下、単にモータとい
う）の構造を図６及び図７（Ａ）、（Ｂ）により説明す
る。この場合、従来のものと対応する構成は図１３と同
一の符号を付して説明する。図６はモータの縦断正面図
を示し、図７（Ａ）は、図６のＸ−Ｘ′断面図で、図７
（Ｂ）は、磁極の形状を示す拡大斜視図である。図６、
図７において、１は円筒状のケーシングであって、ケー
シング１は磁性体によって成型した固定子鉄心２と一体
に結合されている。固定子鉄心２の内方向には、このモ
ータの構造特性に対応した３Ａ₁、３Ｄ₁、・・・・３Ｃ
₂、３Ｆ₂の計１２個の磁極が等しい間隔で求心状に形成
されている。上記各磁極には、磁極を夫々磁化するため
の巻線４Ａ₁、４Ｄ₁、・・・・・４Ｃ₂、４Ｆ₂が嵌合さ
れている。また、各磁極の先端部は、図７（Ｂ）に示す
ように、隣接する磁極（例えば、３Ａ₁、３Ｄ₁）を交互
に軸方向左右の厚みの半分の極歯３ａが欠如するような
構成で、このモータの構造と特性に対応した数の極歯３
ａを等しい間隔で形成するものとする。なお、簡単のた
め図６では、磁極の符号を代表して３で、巻線の符号を
代表して４で示している。また、図７（Ａ）では、各磁
極の構造を示すために一部の磁極部を拡大し、その他の
磁極部を点線で示して図示を省略してあり、巻線は丸で
示している。上述した固定子鉄心に結合する各磁極及び
各磁極に嵌合した巻線によって、モータの固定子を形成
している。

【００１０】ケーシング１の両端には、エンドカバー
５、６が一体に結合されている。エンドカバー５、６の
中央部には、夫々に軸受７ａ、７ｂが嵌合され、一対の
軸受７ａ、７ｂは回転軸８を回転自在に支承している。
本実施の形態の回転子Ｒは、図６に示すように第１、第
２の２つの回転子Ｒ₁、Ｒ₂により構成される。同図にお
いて、８は回転軸で、第１の回転子Ｒ₁は、軸方向に着
磁された永久磁石９と、この永久磁石９を挟持するよう
に配置された円盤状の２個の回転子磁極１０Ａ、１０Ｂ
より成る。この場合、各回転子磁極１０Ａと１０Ｂ夫々
の外周には、各固定子の磁極に形成した極歯３ａの形状
と間隔に対応させた形状と間隔で極歯１０ａ、１０ｂを
形成しており、第１の回転子磁極１０Ａの極歯１０ａと
第２の回転子磁極１０Ｂの極歯１０ｂとは、１／２ピッ
チ回転偏位して結合されている。また、第２の回転子Ｒ
₂は、非磁性板１１を境にして、第１の回転子Ｒ₁と同様
に極歯１０ａ、１０ｂを備えた２個の回転子磁極１０
Ａ′、１０Ｂ′と永久磁石９とより成る。なお、第１の
回転子Ｒ₁の磁極１０Ａの極歯１０ａと、第２の回転子
Ｒ₂の磁極１０Ａ′の極歯１０ａとは１／４ピッチ回転
偏位して結合されている。上述の構成のモータは、固定
子の巻線４Ａ₁〜４Ｆ₂に適切な所定の順序で通電するこ
とによって、固定子の各極歯３ａが順次回転磁化され
る。従って、この固定子の各極歯３ａと永久磁石９によ
って磁化されている回転子の各極歯１０ａ、１０ｂとの
相互作用により、固定子の各磁化される極歯３ａの回転
につれて回転子は回転し、また、停止する。本発明が適
用される６相永久磁石形ステッピングモータは、上記の
ように構成される。次に、本発明の駆動装置を各実施の
形態により説明する。

【００１１】第１の実施の形態：図１は、本発明を適用
したモータの巻線に対する駆動装置の構成を記してい
る。同図では、ｎ＝３で、６相の場合を示している。同
図において、φＡ、φＢ、φＣ、φＤ、φＥ、φＦは、
夫々モータの各相の巻線であって、後述するように、各
直列接続された２個の巻線によって構成されている。Ｅ
は直流電源、例えば整流回路を示していて、入力する交
流回路の図示等は省略している。直流電源Ｅには、夫々
が２個のスイッチング手段、例えばトランジスタを直列
に接続したスイッチング手段を６回路並列に接続してい
る。トランジスタ等のスイッチング手段の制御入力回路
等の図示は省略している。直流電源Ｅの両端間を接続す
る第１のスイッチング手段ＳＷ₁と第４のスイッチング
手段ＳＷ₄の接続点には、Ａ相の巻線φＡの所定側、例
えば巻き始め側の端子ａが接続され、第２のスイッチン
グ手段ＳＷ₂と第５のスイッチング手段ＳＷ₅の接続点に
は、Ｂ相の巻線φＢの所定側、例えば巻き始め側の端子
ｂが接続され、第３のスイッチング手段ＳＷ₃と第６の
スイッチング手段ＳＷ₆の接続点には、Ｃ相の巻線φＣ
の所定側、例えば巻き始め側の端子ｃが接続されてい
る。また、各巻線の反対側端子である、例えば巻き終わ
り側のＡ相の巻線φＡの端子ａ′、Ｂ相の巻線φＢの端
子ｂ′、Ｃ相の巻線φＣの端子ｃ′は一点に接続されて
いる。即ち、上述した３個の巻線は、夫々のスイッチン
グ手段との接続側から同一方向に巻かれている。

【００１２】同様に、直流電源Ｅの両端間を接続する第
７のスイッチング手段ＳＷ₇と第１０のスイッチング手
段ＳＷ₁₀の接続点には、Ｄ相の巻線φＤの所定側、例え
ば巻き始め側の端子ｄが接続され、第８のスイッチング
手段ＳＷ₈と第１１のスイッチング手段ＳＷ₁₁の接続点
には、Ｅ相の巻線φＥの所定側、例えば巻き始め側の端
子ｅが接続され、第９のスイッチング手段ＳＷ₉と第１
２のスイッチング手段ＳＷ₁₂の接続点には、Ｆ相の巻線
φＦの所定側、例えば巻き始め側の端子ｆが接続されて
いる。また、各巻線の反対側端子である、例えば巻き終
わり側のＤ相の巻線φＤの端子ｄ′、Ｅ相の巻線φＥの
端子ｅ′、Ｆ相の巻線φＦの端子ｆ′は一点に接続され
ている。３個の巻線は、前述した３個の巻線と同様にス
イッチング手段との接続側から同一方向に巻かれてい
る。

【００１３】図２に、６相１２極モータの各磁極に設け
られる巻線の接続例を示している。図２において、４Ａ
₁、４Ｄ₁、４Ｂ₁、４Ｅ₁、４Ｃ₁、４Ｆ₁、４Ａ₂、４
Ｄ₂、４Ｂ₂、４Ｅ₂、４Ｃ₂、４Ｆ₂は、夫々１２個の各
磁極に巻かれた巻線を示している。即ち、前述したＡ相
の巻線φＡの所定の端子ａからは、第１の磁極の巻線４
Ａ₁の、例えば巻き始めに接続して、第１の磁極の巻線
４Ａ₁の巻き終わりは、第７の磁極の巻線４Ａ₂の巻き始
めに接続し、第７の磁極の巻線４Ａ₂の巻き終わりは、
第１の巻線φＡの反対端子ａ′に接続している。同様
に、Ｂ相の巻線φＢの端子ｂと端子ｂ′の間には、第３
の磁極の巻線４Ｂ₁と第９の磁極の巻線４Ｂ₂が接続さ
れ、Ｃ相の巻線φＣの端子ｃと端子ｃ′との間には、第
５の磁極の巻線４Ｃ₁と第１１の磁極の巻線４Ｃ₂が、Ｄ
相の巻線φＤの端子ｄと端子ｄ′との間には、第２の磁
極の巻線４Ｄ₁と第８の磁極の巻線４Ｄ₂が、Ｅ相の巻線
φＥの端子ｅと端子ｅ′との間には、第４の磁極の巻線
４Ｅ₁と第１０の磁極の巻線４Ｅ₂が、Ｆ相の巻線φＦの
端子ｆと端子ｆ′との間には、第６の磁極の巻線４Ｆ₁
と第１２の磁極の巻線４Ｆ₂が、夫々同一方向に接続さ
れている。即ち、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相に属する６個の磁極
とＤ相、Ｅ相、Ｆ相に属する６個の磁極とは、夫々交互
に配設されている。各磁極によって、モータの固定子は
１２分割されるので、巻線４Ａ₁が巻かれた第１の磁極
と巻線４Ａ₂が巻かれた第７の磁極とは、機械的角度で
１８０度の位置にある。従って、例えば端子ａから端子
ａ′に向けて励磁電流が供給されると、Ａ相に属する第
１の磁極と第７の磁極は同一極に励磁される。

【００１４】次に、図３によって上述の接続における４
相励磁の場合の駆動例を説明する。図同は、モータを駆
動する４相励磁の場合のタイムチャートを示していて、
横軸には、所定のタイミング信号に基づいて実行される
時間推移に伴うスイッチング動作と励磁動作の各ステッ
プを示し、縦軸には各タイミングの進行に従って実行さ
れる図１に示した１２個のスイッチング手段のＯＮ、Ｏ
ＦＦ状況及び各相コイルの励磁状況を記している。同図
に示すように、例えば、ステップ１において、４個のス
イッチング手段ＳＷ₂、ＳＷ₆、ＳＷ₈、ＳＷ₁₂をＯＮと
し、８個のスイッチング手段ＳＷ₁、ＳＷ₃、ＳＷ₄、Ｓ
Ｗ₅、ＳＷ₇、ＳＷ₉、ＳＷ₁₀、ＳＷ₁₁をＯＦＦとする。
従ってモータにおいて、図１及び図３に示すようにＢ相
の巻線φＢとＣ相の巻線φＣとには、夫々で示す方向
に電流が流れ、Ｅ相の巻線φＥとＦ相の巻線φＦとに
は、夫々で示す方向に電流が流れる。第３の磁極の巻
線４Ｂ₁と第９の磁極の巻線４Ｂ₂及び第４の磁極の巻線
４Ｅ₁と第１０の磁極の巻線４Ｅ₂には、所定方向に電流
が流れて各磁極が所定極性に励磁される。第５の磁極の
巻線４Ｃ₁と第１１の磁極の巻線４Ｃ₂及び第６の磁極の
巻線４Ｆ₁と第１２の磁極の巻線４Ｆ₂には、逆方向に電
流が流れて逆極性に励磁される。

【００１５】次に、ステップ２において、４個のスイッ
チング手段ＳＷ₁、ＳＷ₆、ＳＷ₈、ＳＷ₁₂をＯＮとし、
８個のスイッチング手段ＳＷ₂、ＳＷ₃、ＳＷ₄、ＳＷ₅、
ＳＷ₇、ＳＷ₉、ＳＷ₁₀、ＳＷ₁₁をＯＦＦとする。従って
モータにおいて、図１及び図３に示すようにＡ相の巻線
φＡとＣ相の巻φＣとには、夫々で示す方向に電流が
流れ、Ｅ相の巻線φＥとＦ相の巻線φＦとには、夫々
で示す方向に電流が流れる。第１の磁極の巻線４Ａ₁と
第７の磁極の巻線４Ａ₂及び第４の磁極の巻線４Ｅ₁と第
１０の磁極の巻線４Ｅ₂には、所定方向に電流が流れて
各磁極が所定極性に励磁される。第５の磁極の巻線４Ｃ
₁と第１１の磁極の巻線４Ｃ₂及び第６の磁極の巻線４Ｆ
₁と第１２の磁極の巻線４Ｆ₂には、逆方向に電流が流れ
て逆極性に励磁される。即ち、励磁される磁極（図示せ
ず）がモータ上を回転するので、回転子（図示せず）の
永久磁石が吸引されて１ステップ分回転する。以下、図
３に示すように、各スイッチング手段のＯＮ、ＯＦＦを
切り替えることによって、巻線φＡ〜φＦの各相に属す
る磁極の巻線に供給する励磁電流を切り替えるので、モ
ータは切替速度で回転を継続する。

【００１６】第２の実施の形態：次に、図４によって、
前述した接続におけるハーフステップ駆動における４相
−５相励磁の場合の駆動例を説明する。図４の記載方法
は、図３と対応するタイムチャートであるので、詳細説
明は省略する。本実施の形態は、４相−５相励磁なので
図３に示すように、例えばステップ１においては、４個
のスイッチング手段ＳＷ₂、ＳＷ₆、ＳＷ₈、ＳＷ₁₂をＯ
Ｎとし、８個のスイッチング手段ＳＷ₁、ＳＷ₃、Ｓ
Ｗ₄、ＳＷ₅、ＳＷ₇、ＳＷ₉、ＳＷ₁₀、ＳＷ₁₁をＯＦＦと
する。次に、ステップ２においては、５個のスイッチン
グ手段ＳＷ₁、ＳＷ₂、ＳＷ₆、ＳＷ₈、ＳＷ₁₂をＯＮと
し、７個のスイッチング手段ＳＷ₃、ＳＷ₄、ＳＷ₅、Ｓ
Ｗ₇、ＳＷ₉、ＳＷ₁₀、ＳＷ₁₁をＯＦＦとする。以下、図
４に示すように、順次各スイッチ手段をＯＮ、ＯＦＦす
ることによって、モータ内に回転磁界が形成され、回転
子の永久磁石は吸引されて回転する。

【００１７】第３の実施の形態：次に、図５によって、
巻線グループの上述とは別の接続手段を説明する。図５
は、図１によって説明した第１の実施の形態に対して、
各相の巻線φＡ、φＢ、φＣ、φＤ、φＥ、φＦの所定
の端子、例えば巻線の巻き終わり側を全て一点に接続し
ているところが異なっている。即ち、Ａ相の巻線φＡの
端子ａ′、Ｂ相の巻線φＢの端子ｂ′、Ｃ相の巻線φＣ
の端子ｃ′、Ｄ相の巻線φＤの端子ｄ′、Ｅ相の巻線φ
Ｅの端子ｅ′、Ｆ相の巻線φＦの端子ｆ′を相互に接続
している以外は、第１の実施の形態と同一である。各巻
線のインピーダンスは等しく各スイッチング手段の特性
も等しいので、第３の実施の形態の作用・働きは、前述
した第１の実施の形態に同じく、従って、第２の実施の
形態と同一タイムチャートに従った励磁も実行可能なの
で、回路動作の説明は省略する。

【００１８】第４の実施の形態：図８及び図９は夫々本
発明の２ｎ相（ｎは３以上の奇数）の多相永久磁石形ス
テッピングモータ駆動装置において、ｎ＝５とした場合
の１０相永久磁石形ステッピングモータの巻線に対する
駆動装置の構成を示している。図８及び図９のモータの
構造については、６相永久磁石形ステッピングモータの
構造とほぼ同様の構造であり、磁極数が１２極から２０
極に変わっただけで固定子、回転子の基本構造及び回路
構成については、図１及び図５とほぼ同一なので、詳細
説明は省略する。図８及び図９において、φＡ〜φＪは
夫々各相の巻線であって、図８は各相φＡ、φＢ、φ
Ｃ、φＤ、φＥ及びφＦ、φＧ、φＨ、φＩ、φＪの所
定端を夫々一点に接続した場合を示し、図９は各相φＡ
〜φＪの所定端を全て一点に接続した場合を示す。代表
例として、上述の図８における８相励磁の場合の駆動例
を図１０を用いて説明する。図１０はモータを駆動する
８相励磁の場合のタイムチャートを示し、横軸には所定
のタイミング信号に基づいて実行される時間推移に伴う
スイッチング手段のステップを示す。縦軸の上部には各
タイミング信号に従って実行される図１０に示した２０
個のスイッチング手段のＯＮ、ＯＦＦ状況を上下２段の
横線で示し、下部、即ち、Ａ相の巻線φＡ、Ｄ相の巻線
φＤ、Ｇ相の巻線φＧ、Ｉ相の巻線φＩに流れる電流に
よって、巻線４ｂ₁、４ｂ₂、４ｂ₇、４ｂ₈、４ｂ₁₁、４
ｂ₁₂、４ｂ₁₇、４ｂ₁₈の夫々が巻き回された磁極が所定
方向の極性で励磁される。また、Ｃ相の巻線φＣ、Ｅ相
の巻線φＥ、Ｈ相の巻線φＨ、Ｊ相の巻線φＪに流れる
電流によって、巻線４ｂ₄、４ｂ₆、４ｂ₉、４ｂ₁₀、４
ｂ₁₅、４ｂ₁₆、４ｂ₁₉、４ｂ₂₀の夫々が巻き回された磁
極が上記とは逆方向の極性で継続励磁される。即ち、励
磁される磁極（図示せず）がモータ上を回転するので、
回転子（図示せず）の永久磁石が吸引されて１ステップ
分回転する。以下、図１０に示すように、各スイッチン
グ手段のＯＮ、ＯＦＦを切り替えることによって、φＡ
〜φＪの巻線グループに供給する励磁電流を切り替える
ので、モータは切替速度でモータの特性で定まるステッ
プ角ずつ回転を継続する。

【００１９】第５の実施の形態：次に、図９によって巻
線グループの上述とは別の接続手段を説明する。同図は
図８によって説明した第４の実施の形態に対して、各巻
線グループφＡ、φＢ、φＣ、φＤ、φＥ、φＦ、φ
Ｇ、φＨ、φＩ、φＪの所定の端子、例えば、巻線の巻
き終わり側を全て一点に接続している点が異なってい
る。即ち、Ａ相の巻線φＡの端子ａ′、Ｂ相の巻線φＢ
の端子ｂ′、Ｃ相の巻線φＣの端子ｃ′、Ｄ相の巻線φ
Ｄの端子ｄ′、Ｅ相の巻線φＥの端子ｅ′、Ｆ相の巻線
φＦの端子ｆ′、Ｇ相の巻線φＧの端子ｇ′、Ｈ相の巻
線φＨの端子ｈ′、Ｉ相の巻線φＩの端子ｉ′、Ｊ相の
巻線φＪの端子ｊ′を交互に接続している以外は第４の
実施の形態と同一である。各巻線のインピーダンスは等
しく、各スイッチング手段の特性も等しいので、第５の
実施の形態の作用、働きは前述した第４の実施の形態に
同じく、従って、第５の実施の形態と同一タイムチャー
トに従った励磁も実行可能なので、回路動作の説明は省
略する。

【００２０】第６の実施の形態：図１１は、１０相モー
タのハーフステップ駆動時の８相−９相励磁の場合の励
磁シーケンスを示す。なお、図１１の記載方法は、図１
０下部と同一なので詳細説明は省略する。本実施の形態
は、８相−９相励磁なので２０個のスイッチング手段を
用いて、図１１に示すように各相の巻線φＡ〜φＪに電
流を流す。即ち、ステップ１では図９に示すように夫々
Ａ相の巻線φＡ、Ｃ相の巻線φＣ、Ｄ相の巻線φＤ、Ｅ
相の巻線φＥに夫々で示す方向に電流が流れ、Ｇ相の
巻線φＧ、Ｈ相の巻線φＨ、Ｉ相の巻線φＩ、Ｊ相の巻
線φＪに夫々で示す方向に電流が流れる。次に、ステ
ップ２において、図９に示すようにモータのＡ相の巻線
φＡ、Ｃ相の巻線φＣ、Ｄ相の巻線φＤ、Ｅ相の巻線φ
Ｅに夫々で示す方向に電流が流れ、Ｆ相の巻線φＦ、
Ｈ相の巻線φＨ、Ｉ相の巻線φＩ、Ｊ相の巻線φＪに夫
々で示す方向に電流が流れる。従って、励磁される磁
極（図示せず）がモータ上を回転するので、回転子（図
示せず）の永久磁石が吸引されて１ステップ分回転す
る。１０相モータのハーフステップ駆動時の８相−９相
励磁の駆動例は、基本的には前述した動作で、８相−９
相励磁を交互に繰り返し、その切替えによってモータが
動作するのは同じであるが、ステップ角は基本ステップ
の半分となる。

【００２１】上述の説明は、本発明の技術思想を実現す
るための構成を示したものであって、種々応用し改変す
ることができることは当然である。例えば、上記実施の
形態の説明では、６相１２極又は１０相２０極のモータ
について説明したが、その他の極数に、また極歯の有無
に対応して上述の説明を参照し適用することもできる
し、また図１、図２、図８、図９に示した接続手段に対
して、適切に適用できる励磁回路や励磁ステップ等従来
からも一般的に使用される技術も利用して本発明の駆動
装置を構成することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明の駆動装置は、上述のように構成
したので、次のような優れた効果を有する。 トランジスタ等のスイッチング手段の数を半減するこ
とができる。 従って、スイッチング手段の駆動回路を単純化でき、
使用素子部品類の数を減らすことができる。 部品類の数を減らすことができるので、組立工数も減
少する。 使用部品類や組立工数を減らすことができるので、生
産コストの低減を図ることができ、従って、信頼性が向
上される。 従って、従来困難であった高分解能の１０相モータの
実用化が可能となり、ダイレクトドライブによる精度が
良く、振動の少ない回転駆動が容易に実現できるように
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく第１の実施の形態を説明する６
相永久磁石形ステッピングモータの巻線駆動回路図であ
る。

【図２】第１の実施の形態を説明する６相１２極永久磁
石形ステッピングモータの巻線結合回路図である。

【図３】第１の実施の形態を説明する４相励磁による巻
線駆動のタイムチャート図である。

【図４】第２の実施の形態を説明する４相−５相励磁に
よるハーフステップ駆動となる巻線駆動のタイムチャー
ト図である。

【図５】本発明に基づく第３の実施の形態を説明する６
相永久磁石形ステッピングモータの巻線駆動回路図であ
る。

【図６】本発明を適用する６相１２極ハイブリッド形永
久磁石形ステッピングモータの縦断正面図である。

【図７】図７（Ａ）は図６のＸ−Ｘ′断面図、図７
（Ｂ）は磁極の形状を示す要部拡大斜視図である。

【図８】本発明に基づく第４の実施の形態を説明する１
０相永久磁石形ステッピングモータの巻線駆動回路図で
ある。

【図９】本発明に基づく第５の実施の形態を説明する１
０相永久磁石形ステッピングモータの巻線駆動回路図で
ある。

【図１０】本発明に基づく第４の実施の形態を説明する
１０相２０極永久磁石形ステッピングモータの８相励磁
による巻線駆動のタイムチャート図である。

【図１１】本発明に基づく第６の実施の形態を説明する
巻線駆動のタイムチャート図である。

【図１２】本発明に基づく第５の実施の形態を説明する
１０相２０極永久磁石形ステッピングモータの結線図で
ある。

【図１３】従来例の６相２４極ステッピングモータの縦
断正面図である。

【図１４】図１３のＸ−Ｘ′断面図である。

【図１５】従来例のものの巻線駆動回路図である。

【図１６】従来例のものの巻線駆動のタイムチャート図
である。

【図１７】従来例のものの巻線結合回路図である。

【符号の説明】

３Ａ₁〜３Ｆ₂：磁極 ４Ａ₁〜４Ｆ₂：磁極巻線 Ｅ：直流電源 ＳＷ₁〜ＳＷ₂₀：スイッチング手段 φＡ、φＢ、φＣ、φＤ、φＥ、φＦ、φＧ、φＨ、φ
Ｉ、φＪ：各相の巻線

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２ｎ相の多相永久磁石形ステッピングモ
   ータにおいて、 ４ｎ個のスイッチング素子を用い、任意の主磁極から奇
   数番目同士の相及び偶数番目同士の相の巻き終わりの一
   端、即ち、各相の巻線の内、磁極１個おきに接続される
   ｎ相の巻線ごとに所定端を夫々短絡するか又は全て結合
   し、各相の巻線の他端を夫々直列に接続した一対のスイ
   ッチング手段の接続点に接続し、上記各一対のスイッチ
   ング手段の一端は直流電源の正側に、上記各一対のスイ
   ッチング手段の他端は直流電源の負側に接続し、上記各
   スイッチング手段を、当該２ｎ相永久磁石形ステッピン
   グモータの巻線構成に対応して、上記奇数番目の主磁極
   と隣接する偶数番目の主磁極との位相差を（９０゜／
   ｎ）ずらして順次作動させるようにしたことを特徴とす
   る多相永久磁石形ステッピングモータの駆動装置。但
   し、ｎは３以上の奇数とする。
2. 【請求項２】 ２ｎ相の多相永久磁石形ステッピングモ
   ータにおいて、 ４ｎ個のスイッチング素子を用い、任意の主磁極から奇
   数番目同士の相及び偶数番目同士の相の巻き終わりの一
   端、即ち、各相の巻線の内、磁極１個おきに接続される
   ｎ相の巻線ごとに所定端を夫々短絡するか又は全て結合
   し、各相の巻線の他端を夫々直列に接続した一対のスイ
   ッチング手段の接続点に接続し、上記各一対のスイッチ
   ング手段の一端は直流電源の正側に、上記各一対のスイ
   ッチング手段の他端は直流電源の負側に接続し、上記各
   スイッチング手段を、当該２ｎ相永久磁石形ステッピン
   グモータの巻線構成に対応して、上記奇数番目の主磁極
   と隣接する偶数番目の主磁極との位相差を（９０゜／
   ｎ）ずらして順次、奇数励磁と偶数励磁を交互に繰り返
   してハーフステップ駆動させるようにしたことを特徴と
   する多相永久磁石形ステッピングモータの駆動装置。但
   し、ｎは３以上の奇数とする。
3. 【請求項３】 請求項１記載の６相永久磁石形ステッピ
   ングモータの駆動装置において、 １２個のスイッチング素子を用い、任意の主磁極から奇
   数番目同士の相及び偶数番目同士の相の巻き終わりの一
   端、即ち、各相の巻線の内、磁極１個おきに接続される
   ３相の巻線ごとに所定端を夫々短絡するか又は全て結合
   し、各相の巻線の他端を夫々直列に接続した一対のスイ
   ッチング手段の接続点に接続し、上記各一対のスイッチ
   ング手段の一端は直流電源の正側に、上記各一対のスイ
   ッチング手段の他端は直流電源の負側に接続し、上記各
   スイッチング手段を、当該６相永久磁石形ステッピング
   モータの巻線構成に対応して、入力パルスを受けるごと
   に上記奇数番目の主磁極と隣接する偶数番目の主磁極と
   の位相差を３０°ずらして駆動し、３相励磁、４相励
   磁、５相励磁のフルステップ駆動を行うようにしたこと
   を特徴とする６相永久磁石形ステッピングモータの駆動
   装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の６相永久磁石形ステッピ
   ングモータの駆動装置において、 １２個のスイッチング素子を用い、任意の主磁極から奇
   数番目同士の相及び偶数番目同士の相の巻き終わりの一
   端、即ち、各相の巻線の内、磁極１個おきに接続される
   ３相の巻線ごとに所定端を夫々短絡するか又は全て結合
   し、各相の巻線の他端を夫々直列に接続した一対のスイ
   ッチング手段の接続点に接続し、上記各一対のスイッチ
   ング手段の一端は直流電源の正側に、上記各一対のスイ
   ッチング手段の他端は直流電源の負側に接続し、上記各
   スイッチング手段を、当該６相永久磁石形ステッピング
   モータの巻線構成に対応して、入力パルスを受けるごと
   に上記奇数番目の主磁極と隣接する偶数番目の主磁極と
   の位相差を３０°ずらして駆動し、３相励磁−４相励磁
   又は４相励磁−５相励磁を交互に繰り返すハーフステッ
   プ駆動を行うようにしたことを特徴とする６相永久磁石
   形ステッピングモータの駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の１０相永久磁石形ステッ
   ピングモータの駆動装置において、 ２０個のスイッチング素子を用い、任意の主磁極から奇
   数番目同士の相及び偶数番目同士の相の巻き終わりの一
   端、即ち、各相の巻線の内、磁極１個おきに接続される
   ５相の巻線ごとに所定端を夫々短絡するか又は全て結合
   し、各相の巻線の他端を夫々直列に接続した一対のスイ
   ッチング手段の接続点に接続し、上記各一対のスイッチ
   ング手段の一端は直流電源の正側に、上記各一対のスイ
   ッチング手段の他端は直流電源の負側に接続し、上記各
   スイッチング手段を、当該１０相永久磁石形ステッピン
   グモータの巻線構成に対応して、入力パルスを受けるご
   とに上記奇数番目の主磁極と隣接する偶数番目の主磁極
   との位相差を１８°ずらしてフルステップ駆動を行うよ
   うにしたことを特徴とする１０相永久磁石形ステッピン
   グモータの駆動装置。
6. 【請求項６】 請求項２記載の１０相永久磁石形ステッ
   ピングモータの駆動装置において、 ２０個のスイッチング素子を用い、任意の主磁極から奇
   数番目同士の相及び偶数番目同士の相の巻き終わりの一
   端、即ち、各相の巻線の内、磁極１個おきに接続される
   ５相の巻線ごとに所定端を夫々短絡するか又は全て結合
   し、各相の巻線の他端を夫々直列に接続した一対のスイ
   ッチング手段の接続点に接続し、上記各一対のスイッチ
   ング手段の一端は直流電源の正側に、上記各一対のスイ
   ッチング手段の他端は直流電源の負側に接続し、上記各
   スイッチング手段を、当該１０相永久磁石形ステッピン
   グモータの巻線構成に対応して、入力パルスを受けるご
   とに上記奇数番目の主磁極と隣接する偶数番目の主磁極
   との位相差を１８°ずらして駆動し、奇数励磁−偶数励
   磁を交互に繰り返すハーフステップ駆動を行うようにし
   たことを特徴とする１０相永久磁石形ステッピングモー
   タの駆動装置。