JP3095846B2 - 永久磁石形ステッピングモ−タ - Google Patents
永久磁石形ステッピングモ−タInfo
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- JP3095846B2 JP3095846B2 JP03351836A JP35183691A JP3095846B2 JP 3095846 B2 JP3095846 B2 JP 3095846B2 JP 03351836 A JP03351836 A JP 03351836A JP 35183691 A JP35183691 A JP 35183691A JP 3095846 B2 JP3095846 B2 JP 3095846B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプリンタ，高速ＦＡＸ，
ＰＰＣ用複写機等のＯＡ機器用として好適な永久磁石形
（ハイブリット形）ステッピングモ−タに関する。
ＰＰＣ用複写機等のＯＡ機器用として好適な永久磁石形
（ハイブリット形）ステッピングモ−タに関する。
【０００２】
【従来の技術の説明】従来の永久磁石形（ハイブリッ
ド）ステッピングモ−タとしては，２相形のものが主流
を占めており，３相構造のものはほとんど見当たらな
い。これは，従来の技術で３相永久磁石形ステッピング
モ−タを構成すると次のような問題があったからであ
る。即ち， 磁極数を６とすると固定子を励磁した際，固定子が２
極に分けられて磁化されるため回転子にモ−メントが働
き，回転音が発生すると同時に位置精度が悪くなる。 このモ−メント発生を防止するため，磁極数を１２極
以上にし，励磁した固定子磁極を４極以上にする方法も
試みられているが，２相永久磁石形ステッピングモ−タ
に比べコストが増大する。 従って，永久磁石形のステッピングモ−タではコスト的
に有利な２相形のものが用いられてきた。その構造は図
１４に示すように構成されていた。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 は各磁極の内周に形成
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
転子磁極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。
ド）ステッピングモ−タとしては，２相形のものが主流
を占めており，３相構造のものはほとんど見当たらな
い。これは，従来の技術で３相永久磁石形ステッピング
モ−タを構成すると次のような問題があったからであ
る。即ち， 磁極数を６とすると固定子を励磁した際，固定子が２
極に分けられて磁化されるため回転子にモ−メントが働
き，回転音が発生すると同時に位置精度が悪くなる。 このモ−メント発生を防止するため，磁極数を１２極
以上にし，励磁した固定子磁極を４極以上にする方法も
試みられているが，２相永久磁石形ステッピングモ−タ
に比べコストが増大する。 従って，永久磁石形のステッピングモ−タではコスト的
に有利な２相形のものが用いられてきた。その構造は図
１４に示すように構成されていた。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 は各磁極の内周に形成
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
転子磁極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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで，従来の２相
の永久磁石形ステッピングモ−タでは次の問題点があっ
た。 リ−ド線の本数は４本が限度であるのに，駆動回路に
使用するトランジスタは，最低８個は必要とする。 トルクリップルが大きいため，振動が大きい。 低コスト用として４極のモ−タがあるが，高精度用と
して最低８極のモ−タとする必要がある。 微小角とするためには，回転子磁極に100 以上もの多
数の極歯を形成せねばならず，工作上の問題があった。 このため，５相の永久磁石形ステッピングモ−タも登場
しているが，これは次の問題点があった。 リ−ド線は５本が限度であるのに，駆動回路に要する
トランジスタは，最低１０個必要である。 磁極は，最低１０極必要であり，２相モ−タに比較
し，コスト高となるという問題がある。 微小角を得るために固定子は点対称にしなければなら
ない。しかし，このように点対称にした場合には，コア
の打ち抜きの際に生じる打ち抜き誤差を修正するため
に，通常，行われている積層鉄心の所定厚さの積層毎に
コアを，たとえば，90゜ずつの角度ずらしながら配置し
て積層するような修正動作ができず，全体のコアをその
まま積層せざるを得ないため，上記打ち抜き誤差を吸収
するのは困難である。 磁極が１０極となるため，コイル巻数を多く取れず，
トルクを十分引き出せない。 また，２相及び５相形永久磁石ステッピングモ−タで
は固定子の極歯と，回転子の極歯のピッチの関係は同一
ピッチであるか，もしくは固定子の極歯数と回転子の極
歯数を変えて固定子の極歯ピッチと回転子の極歯ピッチ
をたがえる方式（バ−ニヤスロット方式）の２つが通例
であった。このように固定子極歯と回転子極歯の組合せ
が限られているため，振動対策等で共振点の移動，振動
レベル低減対応は，エアギャップの変更，イナ−シャの
変更，巻線の変更等による手段によらなければならなか
った。 上記２相，５相モ−タの問題点を解決する手段として本
特許出願人は先に３相永久磁石形ステッピングモ−タ
（特開平２−２５４９５７号，特開平２−２６９５４８
号，特開平３−８９８４０号）の特許出願をしている
が，これらの固定子の極歯ピッチと回転子の極歯ピッチ
の関係は，同一ピッチ（Ｋ＝１）もしくは固定子の極歯
数と回転子の極歯数をτS＝180τR／（ 180±τR）で表
されるバ−ニヤスロット方式であった。本発明は上記２
相，５相のステッピングモ−タの問題点を解決する手段
として先に出願した３相永久磁石形ステッピングモ−タ
の構造において，更に固定子の極歯ピッチと回転子極歯
ピッチを決められた範囲に設定することにより，先に述
べたエアギャップ，イナ−シャ，巻線等の変更を組合せ
てより効果的に振動特性を任意に変化させるようにした
３相永久磁石形ステッピングモ−タを提供することを目
的とする。
の永久磁石形ステッピングモ−タでは次の問題点があっ
た。 リ−ド線の本数は４本が限度であるのに，駆動回路に
使用するトランジスタは，最低８個は必要とする。 トルクリップルが大きいため，振動が大きい。 低コスト用として４極のモ−タがあるが，高精度用と
して最低８極のモ−タとする必要がある。 微小角とするためには，回転子磁極に100 以上もの多
数の極歯を形成せねばならず，工作上の問題があった。 このため，５相の永久磁石形ステッピングモ−タも登場
しているが，これは次の問題点があった。 リ−ド線は５本が限度であるのに，駆動回路に要する
トランジスタは，最低１０個必要である。 磁極は，最低１０極必要であり，２相モ−タに比較
し，コスト高となるという問題がある。 微小角を得るために固定子は点対称にしなければなら
ない。しかし，このように点対称にした場合には，コア
の打ち抜きの際に生じる打ち抜き誤差を修正するため
に，通常，行われている積層鉄心の所定厚さの積層毎に
コアを，たとえば，90゜ずつの角度ずらしながら配置し
て積層するような修正動作ができず，全体のコアをその
まま積層せざるを得ないため，上記打ち抜き誤差を吸収
するのは困難である。 磁極が１０極となるため，コイル巻数を多く取れず，
トルクを十分引き出せない。 また，２相及び５相形永久磁石ステッピングモ−タで
は固定子の極歯と，回転子の極歯のピッチの関係は同一
ピッチであるか，もしくは固定子の極歯数と回転子の極
歯数を変えて固定子の極歯ピッチと回転子の極歯ピッチ
をたがえる方式（バ−ニヤスロット方式）の２つが通例
であった。このように固定子極歯と回転子極歯の組合せ
が限られているため，振動対策等で共振点の移動，振動
レベル低減対応は，エアギャップの変更，イナ−シャの
変更，巻線の変更等による手段によらなければならなか
った。 上記２相，５相モ−タの問題点を解決する手段として本
特許出願人は先に３相永久磁石形ステッピングモ−タ
（特開平２−２５４９５７号，特開平２−２６９５４８
号，特開平３−８９８４０号）の特許出願をしている
が，これらの固定子の極歯ピッチと回転子の極歯ピッチ
の関係は，同一ピッチ（Ｋ＝１）もしくは固定子の極歯
数と回転子の極歯数をτS＝180τR／（ 180±τR）で表
されるバ−ニヤスロット方式であった。本発明は上記２
相，５相のステッピングモ−タの問題点を解決する手段
として先に出願した３相永久磁石形ステッピングモ−タ
の構造において，更に固定子の極歯ピッチと回転子極歯
ピッチを決められた範囲に設定することにより，先に述
べたエアギャップ，イナ−シャ，巻線等の変更を組合せ
てより効果的に振動特性を任意に変化させるようにした
３相永久磁石形ステッピングモ−タを提供することを目
的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は当該固定子の内
周に，放射状に複数個の磁極を形成し，各磁極の先端に
は複数個の極歯をそれぞれ等ピッチで形成し，各磁極に
は各々 180度ずれた磁極が同極となるようにそれぞれ巻
線を巻いて成る固定子と；この固定子の内方に空隙を隔
てて同心的に配置され， 1/2ピッチずらした極歯ピッチ
となる極歯を全周に形成した２個の回転子磁極と，この
回転子磁極によって挟持された軸方向に着磁された永久
磁石とより成る回転子とを備えた永久磁石形ステッピン
グモ−タにおいて，次の条件を満足する構成を備えた永
久磁石形ステッピングモ−タに関する。 （１）固定子の磁極を６極とし，これを等ピッチに設け
る。 （２）固定子の極歯ピッチτSと回転子極歯ピッチτRと
の相関を次のように定める。τS＝ＫτR 0.75 ≦Ｋ
≦1.25但し，Ｋ＝１及び τS＝ 180τR／（ 180±
τR）で得られるＫの値は除く。 （３）回転子磁極の極歯数ＺをＺ＝６ｎ±４とする。 （４）固定子磁極の任意の極歯と、任意の回転子極歯と
を相対向させた条件において，前記固定子磁極の一方に
隣接する他方の固定子磁極の前記一方の固定子磁極の極
歯に対応する位置の極歯の中心線とその固定子磁極の極
歯に最も近接した前記回転子磁極の内の反対極性をもつ
回転子磁極の中心の対向位置の状態とのなす角を θR
＝60°／Ｚとする。
周に，放射状に複数個の磁極を形成し，各磁極の先端に
は複数個の極歯をそれぞれ等ピッチで形成し，各磁極に
は各々 180度ずれた磁極が同極となるようにそれぞれ巻
線を巻いて成る固定子と；この固定子の内方に空隙を隔
てて同心的に配置され， 1/2ピッチずらした極歯ピッチ
となる極歯を全周に形成した２個の回転子磁極と，この
回転子磁極によって挟持された軸方向に着磁された永久
磁石とより成る回転子とを備えた永久磁石形ステッピン
グモ−タにおいて，次の条件を満足する構成を備えた永
久磁石形ステッピングモ−タに関する。 （１）固定子の磁極を６極とし，これを等ピッチに設け
る。 （２）固定子の極歯ピッチτSと回転子極歯ピッチτRと
の相関を次のように定める。τS＝ＫτR 0.75 ≦Ｋ
≦1.25但し，Ｋ＝１及び τS＝ 180τR／（ 180±
τR）で得られるＫの値は除く。 （３）回転子磁極の極歯数ＺをＺ＝６ｎ±４とする。 （４）固定子磁極の任意の極歯と、任意の回転子極歯と
を相対向させた条件において，前記固定子磁極の一方に
隣接する他方の固定子磁極の前記一方の固定子磁極の極
歯に対応する位置の極歯の中心線とその固定子磁極の極
歯に最も近接した前記回転子磁極の内の反対極性をもつ
回転子磁極の中心の対向位置の状態とのなす角を θR
＝60°／Ｚとする。
【０００５】
【作用】巻線方法としてモノファイラ（ユニファイラ）
巻きを採用し，６本のリ−ド線にしバイポ−ラ駆動した
場合及び巻線方法としてバイファイラ巻きにし，９本の
リ−ド線でユニポ−ラ駆動する場合（センタ−タップを
すべて共通にした場合には７本のリ−ド線でも良い）で
も前記した条件式で決まるステップ角θS でステップ駆
動される。従って，本発明の永久磁石形ステッピングモ
−タは巻線方法を変えることにより，３本のリ−ド線に
よる駆動のほかに，６本のリ−ド線によるバイポ−ラ駆
動，９本のリ−ド線（前記場合には７本のリ−ド線）に
よるユニポ−ラ駆動の大別３種類の駆動方式が可能であ
る。また，固定子の極歯ピッチτSと回転子の極歯ピッ
チτRとの相関をτS＝ＫτRとし，Ｋを 0.75≦Ｋ≦ 1.2
5の範囲に設定し，固定子の極歯ピッチと回転子の極歯
ピッチの相関を変えることにより共振周波数，振動レベ
ル等の振動特性を変化させることができる。さらに，固
定子の極歯ピッチを回転子の極歯ピッチよりも小さくす
ることにより，巻線の挿入作業が容易となる。
巻きを採用し，６本のリ−ド線にしバイポ−ラ駆動した
場合及び巻線方法としてバイファイラ巻きにし，９本の
リ−ド線でユニポ−ラ駆動する場合（センタ−タップを
すべて共通にした場合には７本のリ−ド線でも良い）で
も前記した条件式で決まるステップ角θS でステップ駆
動される。従って，本発明の永久磁石形ステッピングモ
−タは巻線方法を変えることにより，３本のリ−ド線に
よる駆動のほかに，６本のリ−ド線によるバイポ−ラ駆
動，９本のリ−ド線（前記場合には７本のリ−ド線）に
よるユニポ−ラ駆動の大別３種類の駆動方式が可能であ
る。また，固定子の極歯ピッチτSと回転子の極歯ピッ
チτRとの相関をτS＝ＫτRとし，Ｋを 0.75≦Ｋ≦ 1.2
5の範囲に設定し，固定子の極歯ピッチと回転子の極歯
ピッチの相関を変えることにより共振周波数，振動レベ
ル等の振動特性を変化させることができる。さらに，固
定子の極歯ピッチを回転子の極歯ピッチよりも小さくす
ることにより，巻線の挿入作業が容易となる。
【０００６】
【実施例】以下各図に示す４つの実施例について本発明
を具体的に説明する。図１は本発明の第１の実施例であ
るステッピングモ−タの固定子側の構造を示す固定子の
平面図である。同図において１０は固定子で，これは６
極の固定子磁極11−1 〜11−6 と,これらの磁極には，
夫々各磁極は各々 180°ずれた磁極が同極となるよう巻
かれた固定子磁極巻線12−1〜 12−6 が設けられてい
る。この場合，固定子１０は所要枚数の固定子鉄心をそ
の極歯ピッチが重なるよう同一方向に積層して構成する
のが通例である。なお，回転子は従来のものと同様に，
外周に極歯を備えた磁極の間にＮ，Ｓに着磁した永久磁
石を挟持しており，２個の磁極の極歯のピッチは1／2ず
らしてある。ところで，本発明のステッピングモ−タ
は，その基本原理からいえば，次の条件を満足するよう
に回転子磁極の極歯数Ｚほかの構成を定めているもので
ある。 （１）固定子の磁極を６極とし，これを等ピッチに設け
る。 （２）固定子の極歯ピッチτSと回転子極歯ピッチτRと
の相関を次のように定める。τS＝ＫτR 但し， 0.75
≦Ｋ≦1.25 とする。 （３）任意の磁極で対向する固定子磁極の中心と，回転
子磁極の中心とを一致させた時，隣接する固定子磁極の
中心と，反対極性の回転子磁極の中心とのなす角をθ＝
60°／Ｚとする。 （４）回転子磁極の極歯数ＺをＺ＝６ｎ±４とする。
を具体的に説明する。図１は本発明の第１の実施例であ
るステッピングモ−タの固定子側の構造を示す固定子の
平面図である。同図において１０は固定子で，これは６
極の固定子磁極11−1 〜11−6 と,これらの磁極には，
夫々各磁極は各々 180°ずれた磁極が同極となるよう巻
かれた固定子磁極巻線12−1〜 12−6 が設けられてい
る。この場合，固定子１０は所要枚数の固定子鉄心をそ
の極歯ピッチが重なるよう同一方向に積層して構成する
のが通例である。なお，回転子は従来のものと同様に，
外周に極歯を備えた磁極の間にＮ，Ｓに着磁した永久磁
石を挟持しており，２個の磁極の極歯のピッチは1／2ず
らしてある。ところで，本発明のステッピングモ−タ
は，その基本原理からいえば，次の条件を満足するよう
に回転子磁極の極歯数Ｚほかの構成を定めているもので
ある。 （１）固定子の磁極を６極とし，これを等ピッチに設け
る。 （２）固定子の極歯ピッチτSと回転子極歯ピッチτRと
の相関を次のように定める。τS＝ＫτR 但し， 0.75
≦Ｋ≦1.25 とする。 （３）任意の磁極で対向する固定子磁極の中心と，回転
子磁極の中心とを一致させた時，隣接する固定子磁極の
中心と，反対極性の回転子磁極の中心とのなす角をθ＝
60°／Ｚとする。 （４）回転子磁極の極歯数ＺをＺ＝６ｎ±４とする。
【０００７】次に図２（Ａ），（Ｂ）は本発明の第１の
実施例についての固定子磁極11−1,11−2 と回転子磁極
１３との関係を展開図で示したものでτS＝ＫτR，0.75
≦Ｋ≦1.25でＺ＝６ｎ−４の場合である。なお，７及び
８は回転子磁極１３の一方及び他方側の極歯を，９はこ
れらの極歯の中間に設けられる永久磁石を示す。図２
（Ｃ），（Ｄ）は本発明の第２の実施例についての固定
子磁極11−1 ，11−2と回転子磁極１３との関係を展開
図で示したもので，τS＝ＫτR，0.75≦Ｋ≦1.25でＺ＝
６ｎ＋４となる場合である。なお，７及び８は回転子磁
極１３の一方及び他方側の極歯を，９はこれらの極歯の
中間に設けられる永久磁石を示す。次に図３（Ａ），
（Ｂ）は夫々本発明の第１の実施例の別の実施態様につ
いての固定子磁極11−1 ,11−1’と回転子磁極１３との
関係を展開図で示したものである。この内，図３（Ａ）
はτS＝ＫτRで，0.75 ≦Ｋ≦1.00，また，同図（Ｂ）
はτS＝ＫτRで，1.00≦Ｋ≦1.25 であり，且つ両図の
場合ともＺ＝６ｎ−４である。なお，同図中，実線で示
した固定子磁極11−1 は固定子の極歯ピッチが回転子極
歯ピッチと同じ場合（Ｋ＝１の場合），点線で示した固
定子磁極11−1'は固定子極歯ピッチが回転子極歯ピッチ
τR の3／4（Ｋ＝0.75）の場合である。図３（Ｃ），
（Ｄ）は夫々本発明の第２の実施例の別の実施態様を示
し，この場合も実線Ｋ＝１の場合，点線は固定子極歯ピ
ッチが回転子極歯ピッチτRの5／4（Ｋ＝1.25）の場合
で，Ｚ＝６ｎ＋４の場合である。なお，図３（Ｃ）はτ
S＝ＫτRで，0.75 ≦Ｋ≦1.00，また，同図（Ｄ）はτS
＝ＫτRで，1.00≦Ｋ≦1.25 の場合である。これらの各
実施例とも，図３（Ａ）乃至（Ｄ）の斜線部の範囲が固
定子の極歯ピッチτSとなる。図４は図３（Ａ）の第１
の実施例の場合で，Ｋ＝0.8，Ｋ＝0.9，Ｋ＝1.0とした
場合における中速域での共振周波数の変化及び共振点に
おける加速度の変化を表したものである。図５は永久磁
石９によりＮ極に磁化された回転子磁極とＳ極に磁化さ
れた回転子の展開図を駆動ステップ毎に示したものであ
る。なお，同図中に回転子磁極７の各ステップ時の回転
位置を示すため，その１つの極歯に・印を付して示して
ある。まず，モ−タのステップ動作を単純化するために
図２（Ａ）の磁極配置のときに，１相励磁するために図
６（Ａ）に示すモノファイラ巻きを採用し，６本リ−ド
線でバイポ−ラ駆動する場合について図５を参照して説
明する。今，磁極11-1，11-4がＳとなるように電流を流
すと，回転子の極歯７がＮ極のため吸引され，回転子の
極歯が整列した状態となる（ステップ１）。次に，磁極
11-2，11-5がＮとなるように電流を流すと，回転子の極
歯８のＳ極が磁極11-2，11-5の固定子の極歯に吸引され
て移動し，整列する（ステップ２） 次に，磁極11-3，11-6がＳとなるように電流を流すと，
回転子の極歯７のＮ極が吸引されて移動し，整列する
（ステップ３）。次に，磁極11-1，11-4をＮ極となるよ
うに電流を流すと，回転子の極歯８のＳ極が磁極11-1，
11-4の固定子の極歯に吸引されて移動し，整列する（ス
テップ４）。このようにして，ステップ６で回転子の極
歯１ピッチ分が移動する。この時の１ステップでの移動
角度（ステップ角度）θS は60゜／Ｚで，回転子の歯数
によって決まり，隣接する回転子の磁極間ピッチ角をθ
P とするとき，ステップ角θS はθP／６となる。これ
ら，Ｚ，θP ，θS はＺのパラメ−タであるｎの値によ
って図７に示す図表のように設定される。この図表では
便宜上１６までとし，ステップ角の値は小数第４位の桁
まで表示してある。
実施例についての固定子磁極11−1,11−2 と回転子磁極
１３との関係を展開図で示したものでτS＝ＫτR，0.75
≦Ｋ≦1.25でＺ＝６ｎ−４の場合である。なお，７及び
８は回転子磁極１３の一方及び他方側の極歯を，９はこ
れらの極歯の中間に設けられる永久磁石を示す。図２
（Ｃ），（Ｄ）は本発明の第２の実施例についての固定
子磁極11−1 ，11−2と回転子磁極１３との関係を展開
図で示したもので，τS＝ＫτR，0.75≦Ｋ≦1.25でＺ＝
６ｎ＋４となる場合である。なお，７及び８は回転子磁
極１３の一方及び他方側の極歯を，９はこれらの極歯の
中間に設けられる永久磁石を示す。次に図３（Ａ），
（Ｂ）は夫々本発明の第１の実施例の別の実施態様につ
いての固定子磁極11−1 ,11−1’と回転子磁極１３との
関係を展開図で示したものである。この内，図３（Ａ）
はτS＝ＫτRで，0.75 ≦Ｋ≦1.00，また，同図（Ｂ）
はτS＝ＫτRで，1.00≦Ｋ≦1.25 であり，且つ両図の
場合ともＺ＝６ｎ−４である。なお，同図中，実線で示
した固定子磁極11−1 は固定子の極歯ピッチが回転子極
歯ピッチと同じ場合（Ｋ＝１の場合），点線で示した固
定子磁極11−1'は固定子極歯ピッチが回転子極歯ピッチ
τR の3／4（Ｋ＝0.75）の場合である。図３（Ｃ），
（Ｄ）は夫々本発明の第２の実施例の別の実施態様を示
し，この場合も実線Ｋ＝１の場合，点線は固定子極歯ピ
ッチが回転子極歯ピッチτRの5／4（Ｋ＝1.25）の場合
で，Ｚ＝６ｎ＋４の場合である。なお，図３（Ｃ）はτ
S＝ＫτRで，0.75 ≦Ｋ≦1.00，また，同図（Ｄ）はτS
＝ＫτRで，1.00≦Ｋ≦1.25 の場合である。これらの各
実施例とも，図３（Ａ）乃至（Ｄ）の斜線部の範囲が固
定子の極歯ピッチτSとなる。図４は図３（Ａ）の第１
の実施例の場合で，Ｋ＝0.8，Ｋ＝0.9，Ｋ＝1.0とした
場合における中速域での共振周波数の変化及び共振点に
おける加速度の変化を表したものである。図５は永久磁
石９によりＮ極に磁化された回転子磁極とＳ極に磁化さ
れた回転子の展開図を駆動ステップ毎に示したものであ
る。なお，同図中に回転子磁極７の各ステップ時の回転
位置を示すため，その１つの極歯に・印を付して示して
ある。まず，モ−タのステップ動作を単純化するために
図２（Ａ）の磁極配置のときに，１相励磁するために図
６（Ａ）に示すモノファイラ巻きを採用し，６本リ−ド
線でバイポ−ラ駆動する場合について図５を参照して説
明する。今，磁極11-1，11-4がＳとなるように電流を流
すと，回転子の極歯７がＮ極のため吸引され，回転子の
極歯が整列した状態となる（ステップ１）。次に，磁極
11-2，11-5がＮとなるように電流を流すと，回転子の極
歯８のＳ極が磁極11-2，11-5の固定子の極歯に吸引され
て移動し，整列する（ステップ２） 次に，磁極11-3，11-6がＳとなるように電流を流すと，
回転子の極歯７のＮ極が吸引されて移動し，整列する
（ステップ３）。次に，磁極11-1，11-4をＮ極となるよ
うに電流を流すと，回転子の極歯８のＳ極が磁極11-1，
11-4の固定子の極歯に吸引されて移動し，整列する（ス
テップ４）。このようにして，ステップ６で回転子の極
歯１ピッチ分が移動する。この時の１ステップでの移動
角度（ステップ角度）θS は60゜／Ｚで，回転子の歯数
によって決まり，隣接する回転子の磁極間ピッチ角をθ
P とするとき，ステップ角θS はθP／６となる。これ
ら，Ｚ，θP ，θS はＺのパラメ−タであるｎの値によ
って図７に示す図表のように設定される。この図表では
便宜上１６までとし，ステップ角の値は小数第４位の桁
まで表示してある。
【０００８】本発明のステッピングモ−タにおいて，図
８（Ａ）及び（Ｂ）に夫々示すように３本の外部リ−ド
線を介してＹ接続及び△接続された固定子巻線12-1〜12
-6に対して図９（Ａ）及び（Ｂ）に夫々示すような励磁
シ−ケンスを与え，図１０（Ａ）及び（Ｂ）中に夫々
〜で示すように電力を順次シフトして供給した場合，
各巻線 12-1〜12-6 は図１１（Ａ）及び（Ｂ）に夫々示
すように磁極の移動が行われ，本発明のステッピングモ
−タは前記した条件式で決まるステップ角θSでステッ
プ駆動される。なお，11−1〜11−6は各巻線12−1〜12
−6が巻かれる固定子磁極を示す。同様にして，図６
（Ａ）に示すように巻線方法としてモノファイラ（ユニ
ファイラ）巻きを採用し，６本のリ−ド線にしバイポ−
ラ駆動した場合及び図１３に示すように巻線方法として
バイファイラ巻きにし，９本のリ−ド線でユニポ−ラ駆
動する場合（センタ−タップをすべて共通にした場合に
は７本のリ−ド線でも良い）でも前記した条件式で決ま
るステップ角θSでステップ駆動される。従って，本発
明の永久磁石形ステッピングモ−タは巻線方法を変える
ことにより，３本のリ−ド線による駆動のほかに，６本
のリ−ド線によるバイポ−ラ駆動，９本のリ−ド線（前
記場合には７本のリ−ド線）によるユニポ−ラ駆動の大
別３種類の駆動方式が可能である。また，図３からＫを
0.75≦Ｋ≦ 1.25の範囲に設定し，固定子の極歯ピッチ
と回転子の極歯ピッチの相関を変えることにより，振動
特性を変化させることができる。なお，図７の図表か
ら，たとえば，ｎを 16 とした場合，回転子磁極の極歯
数を 100としても，0.6 度のステップ角となり，２相モ
−タでは極歯数を 150にしないと， 0.6度のステップ角
とならない点を考慮すると，本発明のステッピングモ−
タは微小角を得易いモ−タであることが分かる。上記の
説明は簡単のため，本発明の第１の実施例の場合で説明
したが，第２乃至第４の各実施例の場合でもその動作は
変わらない。
８（Ａ）及び（Ｂ）に夫々示すように３本の外部リ−ド
線を介してＹ接続及び△接続された固定子巻線12-1〜12
-6に対して図９（Ａ）及び（Ｂ）に夫々示すような励磁
シ−ケンスを与え，図１０（Ａ）及び（Ｂ）中に夫々
〜で示すように電力を順次シフトして供給した場合，
各巻線 12-1〜12-6 は図１１（Ａ）及び（Ｂ）に夫々示
すように磁極の移動が行われ，本発明のステッピングモ
−タは前記した条件式で決まるステップ角θSでステッ
プ駆動される。なお，11−1〜11−6は各巻線12−1〜12
−6が巻かれる固定子磁極を示す。同様にして，図６
（Ａ）に示すように巻線方法としてモノファイラ（ユニ
ファイラ）巻きを採用し，６本のリ−ド線にしバイポ−
ラ駆動した場合及び図１３に示すように巻線方法として
バイファイラ巻きにし，９本のリ−ド線でユニポ−ラ駆
動する場合（センタ−タップをすべて共通にした場合に
は７本のリ−ド線でも良い）でも前記した条件式で決ま
るステップ角θSでステップ駆動される。従って，本発
明の永久磁石形ステッピングモ−タは巻線方法を変える
ことにより，３本のリ−ド線による駆動のほかに，６本
のリ−ド線によるバイポ−ラ駆動，９本のリ−ド線（前
記場合には７本のリ−ド線）によるユニポ−ラ駆動の大
別３種類の駆動方式が可能である。また，図３からＫを
0.75≦Ｋ≦ 1.25の範囲に設定し，固定子の極歯ピッチ
と回転子の極歯ピッチの相関を変えることにより，振動
特性を変化させることができる。なお，図７の図表か
ら，たとえば，ｎを 16 とした場合，回転子磁極の極歯
数を 100としても，0.6 度のステップ角となり，２相モ
−タでは極歯数を 150にしないと， 0.6度のステップ角
とならない点を考慮すると，本発明のステッピングモ−
タは微小角を得易いモ−タであることが分かる。上記の
説明は簡単のため，本発明の第１の実施例の場合で説明
したが，第２乃至第４の各実施例の場合でもその動作は
変わらない。
【０００９】
【発明の効果】本発明の永久磁石形ステッピングモ−タ
は，上記のように，特定の条件を充足するように構成
し，次のような優れた効果を有するもので，プリンタ，
高速ＦＡＸ，ＰＰＣ複写機等の高精度を要する各種ＯＡ
機器用として有用である。 従来の２相モ−タではリ−ド線を４本，駆動回路のト
ランジスタは８個必要とし，又５相モ−タではリ−ド線
は５本，上記トランジスタを１０個必要としたのに対
し，本発明のものでは３相により駆動できるため，その
場合はリ−ド線３本，トランジスタも６個で済むため駆
動回路の構成が大巾に簡単化でき，安価とできる。 従来のものは，磁極数も２相のものでは８極，５相の
ものでは１０極とする必要があったが，本発明のもので
は６極で済み，この点でも構造が簡単となり，製作工程
が簡略化，小型化できる。 トルクリップルは，従来の２相モ−タに比べ，１/２
となり振動が改善できる。 固定子の極歯ピッチと回転子の極歯ピッチを変化させ
ることにより共振周波数，振動レベルを変えることがで
きる。また，固定子の極歯ピッチを回転子の極歯ピッチ
より小さくすることにより巻線の挿入作業が容易にな
る。 固定子磁極を回転子軸に対して左右対称に配置するよ
うにし，コアの打ち抜きの際に生じる打ち抜き誤差を積
層鉄心の所定厚さの積層毎にコアを，たとえば，90゜ず
つの角度ずらしながら配置して積層することで修正動作
を行える構造とした。このため，位置精度が大幅に改善
できる。 磁極数が６個と少ないため，コイルの巻数を多くと
れ，従来の同形状のモ−タに対し，トルクが３０％以上
改善できる。 巻線のインピ−ダンスを大きくし，３相交流モ−タと
しても使用可能である。 回転子の位置検出を設けることによりブラシレスモ−
タとしても使用可能である。
は，上記のように，特定の条件を充足するように構成
し，次のような優れた効果を有するもので，プリンタ，
高速ＦＡＸ，ＰＰＣ複写機等の高精度を要する各種ＯＡ
機器用として有用である。 従来の２相モ−タではリ−ド線を４本，駆動回路のト
ランジスタは８個必要とし，又５相モ−タではリ−ド線
は５本，上記トランジスタを１０個必要としたのに対
し，本発明のものでは３相により駆動できるため，その
場合はリ−ド線３本，トランジスタも６個で済むため駆
動回路の構成が大巾に簡単化でき，安価とできる。 従来のものは，磁極数も２相のものでは８極，５相の
ものでは１０極とする必要があったが，本発明のもので
は６極で済み，この点でも構造が簡単となり，製作工程
が簡略化，小型化できる。 トルクリップルは，従来の２相モ−タに比べ，１/２
となり振動が改善できる。 固定子の極歯ピッチと回転子の極歯ピッチを変化させ
ることにより共振周波数，振動レベルを変えることがで
きる。また，固定子の極歯ピッチを回転子の極歯ピッチ
より小さくすることにより巻線の挿入作業が容易にな
る。 固定子磁極を回転子軸に対して左右対称に配置するよ
うにし，コアの打ち抜きの際に生じる打ち抜き誤差を積
層鉄心の所定厚さの積層毎にコアを，たとえば，90゜ず
つの角度ずらしながら配置して積層することで修正動作
を行える構造とした。このため，位置精度が大幅に改善
できる。 磁極数が６個と少ないため，コイルの巻数を多くと
れ，従来の同形状のモ−タに対し，トルクが３０％以上
改善できる。 巻線のインピ−ダンスを大きくし，３相交流モ−タと
しても使用可能である。 回転子の位置検出を設けることによりブラシレスモ−
タとしても使用可能である。
【図１】本発明の第１の実施例となる固定子の平面図で
ある。
ある。
【図２】本発明の固定子磁極と回転子磁極の関係を示す
展開図で，同図（Ａ）,（Ｂ）は夫々本発明の第１の実
施例を，また同図（Ｃ）,（Ｄ）は夫々本発明の第２の
実施例を示すものである。
展開図で，同図（Ａ）,（Ｂ）は夫々本発明の第１の実
施例を，また同図（Ｃ）,（Ｄ）は夫々本発明の第２の
実施例を示すものである。
【図３】本発明の固定子磁極と回転子磁極の関係を示す
展開図で，同図（Ａ），（Ｂ）は夫々本発明の第１の実
施例の別の実施態様を，また同図（Ｃ），（Ｄ）は夫々
本発明の第２の実施例の別の実施態様を示すものであ
る。
展開図で，同図（Ａ），（Ｂ）は夫々本発明の第１の実
施例の別の実施態様を，また同図（Ｃ），（Ｄ）は夫々
本発明の第２の実施例の別の実施態様を示すものであ
る。
【図４】図３（Ａ）の第１の実施例の場合で，Ｋ＝0.
8，Ｋ＝0.9，Ｋ＝1.0とした場合における中速域での特
性図を示し，本図（Ａ）は中速域における共振周波数の
変化を，また同図（Ｂ）は共振点における加速度の変化
を表したものである。
8，Ｋ＝0.9，Ｋ＝1.0とした場合における中速域での特
性図を示し，本図（Ａ）は中速域における共振周波数の
変化を，また同図（Ｂ）は共振点における加速度の変化
を表したものである。
【図５】本発明の第１の実施例における回転子磁極の移
動を表す展開図である。
動を表す展開図である。
【図６】同図（Ａ）はモノファイラ巻きをし，６本リ−
ド線による場合の接続図，同図（Ｂ）はこの接続におい
てバイポ−ラ駆動する場合の結線図である。
ド線による場合の接続図，同図（Ｂ）はこの接続におい
てバイポ−ラ駆動する場合の結線図である。
【図７】本発明の極歯数Ｚ，隣接する回転子の磁極間ピ
ッチθρ，ステップ角θＳ等の関係を示す図表である。
ッチθρ，ステップ角θＳ等の関係を示す図表である。
【図８】本発明のステッピングモ−タを３本の外部リ−
ド線により給電して駆動するための結線を示すもので，
同図（Ａ）及び（Ｂ）は夫々Ｙ結線図及び△結線であ
る。
ド線により給電して駆動するための結線を示すもので，
同図（Ａ）及び（Ｂ）は夫々Ｙ結線図及び△結線であ
る。
【図９】本図（Ａ）及び（Ｂ）は夫々Ｙ結線及び△結線
の場合の固定子巻線の励磁のシ−ケンスを示す波形図で
ある。
の場合の固定子巻線の励磁のシ−ケンスを示す波形図で
ある。
【図１０】本図（Ａ）及び（Ｂ）は夫々Ｙ結線及び△結
線の場合の固定子巻線に供給する３相励磁電力の切り換
えを示す接続図である。
線の場合の固定子巻線に供給する３相励磁電力の切り換
えを示す接続図である。
【図１１】本図（Ａ）はＹ結線の場合の各固定子巻線の
磁極の推移を示す図表，同図（Ｂ）は３本のリ−ド線に
よる場合の接続図である。
磁極の推移を示す図表，同図（Ｂ）は３本のリ−ド線に
よる場合の接続図である。
【図１２】本図（Ａ）は△結線での各固定子巻線の磁極
の推移を示す図表，同図（Ｂ）は３本のリ−ド線による
場合の接続図である。
の推移を示す図表，同図（Ｂ）は３本のリ−ド線による
場合の接続図である。
【図１３】本発明のステッピングモ−タを９本の外部リ
−ド線により給電して駆動する場合の接続図である。
−ド線により給電して駆動する場合の接続図である。
【図１４】従来例を示すもので，その内，本図（Ａ）は
縦断正面図，同図（Ｂ）は同図(Ａ)におけるＸ−Ｘ断面
図である。
縦断正面図，同図（Ｂ）は同図(Ａ)におけるＸ−Ｘ断面
図である。
【符号の説明】１０ ：固定子 11−1〜11−6：固定子磁極 12−1〜12−6：固定子磁極巻線 １３：回転子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 37/04
Claims (1)
- 【請求項１】 当該固定子の内周に，放射状に複数個の
磁極を形成し，各磁極の先端には複数個の極歯をそれぞ
れ等ピッチで形成し，各磁極には各々 180度ずれた磁極
が同極となるようにそれぞれ巻線を巻いて成る固定子
と；この固定子の内方に空隙を隔てて同心的に配置さ
れ， 1/2ピッチずらした極歯ピッチとなる極歯を全周に
形成した２個の回転子磁極と，この回転子磁極によって
挟持された軸方向に着磁された永久磁石とより成る回転
子とを備えた永久磁石形ステッピングモ−タにおいて，
次の構成を備えたことを特徴とする永久磁石形ステッピ
ングモ−タ。 （１）固定子の磁極を６極とし，これを等ピッチに設け
る。 （２）固定子の極歯ピッチτSと回転子極歯ピッチτRと
の相関を次のように定める。 τS＝ＫτR 0.75 ≦
Ｋ≦1.25但し，Ｋ＝１及び τS＝ 180τR／（ 180±τ
R）で得られるＫの値は除く。 （３）回転子磁極の極歯数ＺをＺ＝６ｎ±４とする。 （４）固定子磁極の任意の極歯と、任意の回転子極歯と
を相対向させた条件において，前記固定子磁極の一方に
隣接する他方の固定子磁極の前記一方の固定子磁極の極
歯に対応する位置の極歯の中心線とその固定子磁極の極
歯に最も近接した前記回転子磁極の内の反対極性をもつ
回転子磁極の中心の対向位置の状態とのなす角を θR
＝60°／Ｚとする。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03351836A JP3095846B2 (ja) | 1991-12-16 | 1991-12-16 | 永久磁石形ステッピングモ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03351836A JP3095846B2 (ja) | 1991-12-16 | 1991-12-16 | 永久磁石形ステッピングモ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05168215A JPH05168215A (ja) | 1993-07-02 |
| JP3095846B2 true JP3095846B2 (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=18419942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03351836A Expired - Fee Related JP3095846B2 (ja) | 1991-12-16 | 1991-12-16 | 永久磁石形ステッピングモ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3095846B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000197338A (ja) * | 1998-10-19 | 2000-07-14 | Toyota Autom Loom Works Ltd | Ｓｒモ―タ及びｓｒリニアモ―タ並びに荷移載装置 |
-
1991
- 1991-12-16 JP JP03351836A patent/JP3095846B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05168215A (ja) | 1993-07-02 |
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