JP3138628B2

JP3138628B2 - ハイブリッド型ステップモータの駆動方法

Info

Publication number: JP3138628B2
Application number: JP08006003A
Authority: JP
Inventors: 恒雄杉浦
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 2001-02-26
Anticipated expiration: 2016-01-17
Also published as: JPH09201035A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッド型ス
テップモータの駆動方法に関し、特に、コイルの巻回及
び装着を容易化し、コイル実装密度を向上させて高効率
で安価な構成において、各１ピッチ回転内のトルク差を
防止するための新規な改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、用いられていたこの種のハイブリ
ッド型ステップモータとしては、図１４で示されるよう
に、ケーシング４の両端に設けられた１対の軸受２，３
には回転軸１が回転自在に設けられている。このステー
タケース４の内面４ａには全体形状が輪状をなしステー
タコイル５を有するステータヨーク６が設けられ、この
ステータヨーク６の内面には複数のステータ歯７が円周
状に所定間隔で形成されている。前記各軸受２，３間に
はマグネット板８を介して互いに軸方向に並設した輪状
の第１、第２ロータヨーク９，１０が一体状に設けられ
ており、この各ロータヨーク９，１０の周面には複数の
ロータ歯９ａ，１０ａが形成されていると共に、各ロー
タヨーク９，１０は互いに異なる極性にて構成されてい
る。従って、ステータコイル５に図示しない駆動回路を
介して駆動パルスを供給することによりロータヨーク
９，１０のステップ回転を得ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のハイブリッド型
ステップモータは、以上のように構成されていたため、
次のような課題が存在していた。すなわち、前述のよう
なマグネット板を各ロータヨークで挟持した構成のハイ
ブリッド構造のステップモータの場合、ステータヨーク
の各歯に巻回されたステータコイルがケーシングの内側
に位置しているため、各歯に対するコイル巻が難しく、
また、コイル巻きの密度を向上させることが困難であっ
た。

【０００４】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、コイルの巻回及び装着を容
易化し、コイル実装密度を向上させて高効率で安価な構
成において、各１ピッチ回転内のトルク差を防止するよ
うにしたハイブリッド型ステップモータの駆動方法を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によるハイブリッ
ド型ステップモータの駆動方法は、固定軸に互いに離間
して設けられた１対の軸受と、前記各軸受を介して回転
自在に設けられたロータケースと、前記ロータケースの
内面に設けられ複数のロータ歯を有する輪状ロータヨー
クと、前記固定軸にマグネット板を介して軸方向に並設
された第１、第２ステータヨークからなる１対ステータ
と、前記各ステータヨークの外周に形成された複数のス
テータ歯と、前記各ステータヨークの軸方向における中
央位置でかつ外周位置に形成された第１、第２コイル受
溝と、前記各コイル受溝に設けられた第１、第２コイル
とを備え、前記各ステータヨークは互いに異なる極性を
有するようにしたハイブリッドステップモータ部がＮ個
直列配置されているハイブリッド型ステップモータを用
い、前記各ハイブリッドステップモータ部における前記
各１対ステータ間のピッチを互いにずらせると共に、各
１対ステータ毎に同時に形成させる磁路パターンを異な
らせると共に各１対ステータに対応する前記輪状ロータ
ヨークは互いに異なるトルクである強トルクと弱トルク
を組合せることにより、前記輪状ロータヨークの３６０
°の１回転内のトルク差を防止する方法である。

【０００６】さらに詳細には、前記ピッチは１／２又は
１／４ずれている方法である。

【０００７】本発明によるハイブリッド型ステップモー
タの駆動方法は、ケーシングの両端に設けられた１対の
軸受と、前記各軸受を介して回転自在に設けられた回転
軸と、前記ケーシングの内面の軸方向に輪状マグネット
板を介して並設された第１、第２輪状ステータヨークか
らなる１対ステータと、前記各輪状ステータヨークの内
面に形成された複数のステータ歯と、前記各ステータヨ
ークの軸方向における中央位置でかつ内周位置に形成さ
れた第１、第２コイル受溝と、前記各コイル受溝に設け
られた第１、第２コイルと、前記回転軸に設けられ前記
各ステータヨークに対応して位置し、前記回転軸に設け
られたロータヨークと、前記ロータヨークの外周に設け
られた複数のロータ歯とを備えたハイブリッドステップ
モータ部がＮ個直列配置されているハイブリッド型ステ
ップモータを用い、前記各１対ステータ間のピッチを互
いにずらせると共に、各１対ステータ毎に同時に形成さ
せる磁路パターンを異ならせると共に各１対ステータに
対応する前記輪状ロータヨークは互いに異なるトルクで
ある強トルクと弱トルクを組合せることにより、前記輪
状ロータヨークの３６０°の１回転内のトルク差を防止
する方法である。

【０００８】さらに詳細には、前記ピッチは１／２又は
１／４ずれている方法である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明によるハ
イブリッド型ステップモータの駆動方法の好適な実施の
形態について詳細に説明する。なお、従来例と同一又は
同等部分には同一符号を用いて説明する。まず、本発明
による多連型のハイブリッド型ステップモータを説明す
る前に、多連型を構成する前の単一型のハイブリッド型
ステップモータについて述べる。図１はアウタロータ構
成の単一型のハイブリッド型ステップモータを示すもの
で、符号１で示されるものは非磁性材よりなる固定軸で
あり、この固定軸１に互いに離間して設けられた１対の
軸受２，３には、全体形状がほぼ輪状をなすロータケー
ス４が回転自在に設けられている。このロータケース４
の内面には、輪状をなすと共に複数のロータ歯７を有す
るロータヨーク６が設けられている。

【００１０】前記固定軸１上にマグネット板８を介して
軸方向に並設した輪状の第１、第２ステータヨーク９，
１０は、このマグネット板８を挟んだ状態で一体状に構
成されており、各ステータヨーク９，１０の軸方向にお
ける中央位置でかつ外周位置には第１、第２コイル受溝
２０ａ，２１ａが各々形成されている。前記各コイル受
溝２０ａ，２１ａには周知のボビン状に巻回されたボビ
ン巻きによる第１コイル２２及び第２コイル２３が設け
られている（なお、この各コイル２２，２３は巻線機に
より自動巻線されている）。前記第１ステータヨーク９
の外周にはこの第１コイル２２を挟持するように第１、
第２Ｎ極Ｎ１、Ｎ２が形成され、前記第２ステータヨー
ク１０の外周にはこの第２コイル２３を挟持するように
第１、第２Ｓ極Ｓ１、Ｓ２が形成され、各極Ｎ１、Ｎ
２、Ｓ１、Ｓ２は前記ロータ歯７に対応すると共に、こ
の各極Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２の外周には前記ロータ歯
７のピッチと同一ピッチの複数のステータ歯９ａ，１０
ａが形成されている。前記各極Ｎ１とＮ２は、図５の動
作図にも示すように、１／２ピッチ、Ｓ１とＳ２も１／
２ピッチずれた状態で各ステータ歯９ａ，１０ａが形成
され、Ｎ極Ｎ１、Ｎ２とＳ極Ｓ１、Ｓ２の各ステータ歯
９ａと１０ａは１／４ピッチずれる関係に形成されてい
る。従って、前記第１、第２ステータヨーク９，１０に
より１個の１対ステータ５０を構成し、図１の前記ロー
タケース４と輪状ロータヨーク６と１個の一対ステータ
５０とにより１個のハイブリッドステップモータ部１０
０を構成している。後述の図６の多連の場合にはこの１
個の１対ステータ５０をＮ個用いてＮ個のハイブリッド
ステップモータ部１００を直列状に連結して用いるもの
である。

【００１１】次に、動作について述べる。図３はマグネ
ット板８が形成する磁束の流れを示すと共に、図４は第
１コイル２２及び第２コイル２３が作る磁束を示し、こ
の磁束の流れの向きは各コイル２２，２３に流れる電流
の向きによる。図５はマグネット板８を介して設けられ
た第１、第２コイル２２，２３に対して図示しない駆動
回路からＡとＢで示す方向の電流を流すと、周知の磁気
作用により、ロータヨーク６は状態０から状態１のよう
に回転し、続いて各コイル２２，２３に対して前記駆動
回路から前記Ａ、Ｂの方向とは逆向きのＡバーとＢバー
で示す方向の向きに電流を流すことにより、状態II及び
状態IIIで示すようにロータヨーク６が回転し、その後
は前述の状態０の位置となり、各ロータ歯７の１ピッチ
分だけステップ回転することができる。

【００１２】次に、図６で示す構成は、図１で示す単体
のハイブリッド型ステップモータを２個（ここでは２個
であるが任意のＮ個とすることができる）直列に接続
し、前記１対ステータ５０を２個用い、各１対ステータ
５０間に非磁性板５１を固定軸１を介して固設してい
る。また、図７で示す構成は、他の形態を示し、前記輪
状ロータヨーク６は空隙６ａが形成されて複数に独立さ
れており、各輪状ロータヨーク６は前記各１対ステータ
５０に各々対応している。次に、この図６で示す多連型
（ここでは１対ステータ５０を有する前記ハイブリッド
ステップモータ部１００を２個としているが任意のＮ個
とすることができる）のハイブリッド型ステップモータ
の動作について述べる。前述の図５の動作説明におい
て、各コイル２２，２３に流す電流の向きにより磁路パ
ターンが変わり、マグネット板８の近くに流れる場合
（図５の状態II，IIIのようにトルクが強となり、この
磁路パターンはマグネット板８側の内側であるため磁路
パターンＳとする）はトルク強となり、マグネット板８
から離れて外側を流れる場合（図５の状態I，IIのよう
にトルクが弱となり、この磁路パターンは外側であるた
め磁路パターンＲとする）はトルク弱となる。従って、
単に図１の構成を単純に軸方向に連結した場合、図５の
連結である図８の構成となり、各モータの各コイル２
２，２３を図８のように励磁すると、何れも磁路パター
ンＲでトルク弱となり、この次に、磁路パターンＳとす
ると何れもトルク強となるため、１ピッチの回転内にお
いてトルク弱と強が明確に別れて存在し、トルク差が発
生し、回転状態がスムーズでなくなる。そのため、図９
で示すように、状態０から状態３で示す１ピッチ回転の
工程において、各１／４ピッチ回転における各１対ステ
ータ５０ごとの磁路パターンＲ，Ｓを異なる状態で組合
わせる（図９のように）ことによって、各１／４ピッチ
回転ごとにトルク強と弱が組合わされ、３６０°の１回
転の工程では、各１／４ピッチ回転のステップ回転にお
いて同じトルクで作動することになり、トルク差のない
各１／４ピッチ回転及び１ピッチ回転を達成することが
できる。

【００１３】なお、前述の場合は、１相励磁としたが、
図１０で示すように２相励磁とすることもできる（但
し、ここでは単体のモータとして説明している）。ま
た、図１１は図１０を連結型とした場合の図９と同じ動
作を示している。

【００１４】また、図１２で示す構成は従来使用されて
いた図１４で示すインナーロータ構成のハイブリッド型
ステップモータを本発明の構成のように適用してインナ
ーロータのハイブリッド型ステップモータを構成した場
合の例を示すもので、前述と同一又は同等部分には同一
符号を用いる。非磁性材からなるステータケース１０４
の内面に輪状マグネット板３０を介して１対の第１、第
２輪状ステータヨーク１０６，１０６Ａが軸方向に互い
に一体状に配設されており、各ステータヨーク１０６，
１０６Ａは互いに異なる極性となるように構成されてい
る。前記各ステータヨーク１０６，１０６Ａの各コイル
受溝２０ａ，２１ａにはボビン状の第１、第２コイル２
２，２３が設けられており、磁性材からなる回転軸１０
０Ａ上には、前記各ステータヨーク１０６，１０６Ａに
対応するロータヨーク１０９が設けられ、このロータヨ
ーク１０９の外周には複数のロータ歯１０９ａが形成さ
れている。従って、図１２の構成は図１と逆のインナー
ロータ型で構成されているもので、そのステップ駆動状
態は前述の図３から図５で示す動作と同じ原理でステッ
プ回転が行われるためここでは省略する。なお、前述の
各コイル２２，２３は周知のバイポーラ巻の場合を前提
として述べたが、周知のユニポーラ巻とした場合も同様
の作用を得ることができる。また、前述は１相励磁とし
たが、２相励磁又は１−２相励磁により駆動できる。ま
た、前述の各歯７，９ａ，１０ａ，１０７，１０９ａの
ピッチずれについては、相対的なものであり、何れの側
をずらせた場合も前述と同じ動作を得ることができるも
のである。

【００１５】従って、前述のインナーロータ型の単一型
のハイブリッド型ステップモータを多連型とする場合に
は、図１３に示すようになり、各ステータヨーク１０６
と１０６Ａとで前記１対ステータ５０を２個（２個に限
らずＮ個でも可）用い、各１対ステータ５０間に空隙２
００を設けて各１対ステータ５０及びロータヨーク１０
９を分離し１対ステータ５０の数に対応してロータヨー
ク１０９を構成している。なお、この図１３で示す多連
型のハイブリッド型ステップモータの動作は図９の動作
と同一であるので、ここでは省略する。なお、ロータヨ
ーク１０９は分離させずに連続して構成することもでき
る。また、前記空隙２００の代わりに非磁性板（図示せ
ず）を用いることもできる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によるハイブリッド型ステップモ
ータの駆動方法は、以上のように構成されているため、
次のような効果を得ることができる。すなわち、図１で
示す構成の場合、ステータヨークの外周にボビン巻きに
よってコイルを設けることができるため、巻線作業が極
めて容易で、この種のハイブリッド型のアウタロータ型
ステップモータのコストを大幅に引下げることができ
る。また、図９の構成においても、ボビン状に形成した
コイルをステータヨークの内側から挿入することがで
き、従来よりも組立コストを大幅に下げることができ
る。また、複数のハイブリッドステップモータ部を直列
に接続し、３６０°の１回転内のトルクを強、弱組合わ
せて駆動しているため、トルク差のない回転を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるハイブリッド型ステップモータを
示す断面図である。

【図２】図１の横断面図である。

【図３】マグネット板が作る磁束の流れを示す説明図で
ある。

【図４】コイルが作る磁束の流れを示す説明図である。

【図５】マグネット板と各コイルに電流を流した場合の
合成磁束とロータヨークのステップ回転を示す説明図で
ある。

【図６】図１のモータを連結型とした構成図である。

【図７】図６の１部の他例を示す構成図である。

【図８】単体の場合の駆動を示す説明図である。

【図９】図６の駆動を示す説明図である。

【図１０】２相励磁を示す説明図である。

【図１１】２相励磁で連結型の駆動説明図である。

【図１２】図１の他例を示す断面図である。

【図１３】図１２の連結型を示す断面図である。

【図１４】従来構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１固定軸２，３軸受４ロータケース６輪状ロータヨーク７ロータ歯８マグネット板９，１０ステータヨーク９ａ，１０ａステータ歯２０ａ，２１ａコイル受溝２２，２３コイル３０輪状マグネット板１００Ａ回転軸１０４ケーシング１０６，１０６Ａ輪状ステータヨーク１０７，１０７ａステータ歯１０９ロータヨーク１０９ａロータ歯１００ハイブリッドステップモータ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 37/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固定軸(1)に互いに離間して設けられた
１対の軸受(2、3)と、前記各軸受(2,3)を介して回転自
在に設けられたロータケース(4)と、前記ロータケース
(4)の内面に設けられ複数のロータ歯(7)を有する輪状ロ
ータヨーク(6)と、前記固定軸(1)にマグネット板(8)を
介して軸方向に並設された第１、第２ステータヨーク
(9,10)からなる１対ステータ(50)と、前記各ステータヨ
ーク(9,10)の外周に形成された複数のステータ歯(9a,10
a)と、前記各ステータヨーク(9,10)の軸方向における中
央位置でかつ外周位置に形成された第１、第２コイル受
溝(20a,21a)と、前記各コイル受溝(20a,21a)に設けられ
た第１、第２コイル(22,23)とを備え、前記各ステータ
ヨーク(9,10)は互いに異なる極性を有するようにしたハ
イブリッドステップモータ部(100)がＮ個互いに間隔を
あけて直列配置されているハイブリッド型ステップモー
タを用い、前記各ハイブリッドステップモータ部(100)
における前記各１対ステータ(50)間のピッチを互いにず
らせると共に、各１対ステータ(50)毎に同時に形成させ
る磁路パターン(R,S)を異ならせると共に各１対ステー
タ(50)に対応する前記輪状ロータヨーク(6)は互いに異
なるトルクである強トルクと弱トルクを組合せることに
より、前記輪状ロータヨーク(6)の３６０°の１回転内
のトルク差を防止することを特徴とするハイブリッド型
ステップモータの駆動方法。
【請求項２】前記ピッチは１／２又は１／４ずれてい
ることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド型ステ
ップモータの駆動方法。
【請求項３】ケーシング(104)の両端に設けられた１
対の軸受(2,3)と、前記各軸受(2,3)を介して回転自在に
設けられた回転軸(100)と、前記ケーシング(104)の内面
の軸方向に輪状マグネット板(30)を介して並設された第
１、第２輪状ステータヨーク(106,106A)からなる１対ス
テータ(50)と、前記各輪状ステータヨーク(106,106A)の
内面に形成された複数のステータ歯(107,107a)と、前記
各ステータヨーク(106,106A)の軸方向における中央位置
でかつ内周位置に形成された第１、第２コイル受溝(20
a,21a)と、前記各コイル受溝(20a,21a)に設けられた第
１、第２コイル(22,23)と、前記回転軸(100)に設けられ
前記各ステータヨーク(106,106A)に対応して位置し、前
記回転軸(100)に設けられたロータヨーク(109)と、前記
ロータヨーク(109)の外周に設けられた複数のロータ歯
(109a)とを備えたハイブリッドステップモータ部(100)
がＮ個直列配置されているハイブリッド型ステップモー
タを用い、前記各１対ステータ(50)間のピッチを互いに
ずらせると共に、各１対ステータ(50)毎に同時に形成さ
せる磁路パターン(R,S)を異ならせると共に各１対ステ
ータ(50)に対応する前記輪状ロータヨーク(6)は互いに
異なるトルクである強トルクと弱トルクを組合せること
により、前記輪状ロータヨーク(6)の３６０°の１回転
内のトルク差を防止することを特徴とするハイブリッド
型ステップモータの駆動方法。
【請求項４】前記ピッチは１／２又は１／４ずれてい
ることを特徴とする請求項３記載のハイブリッド型ステ
ップモータの駆動方法。