JP3665105B2 - ６相ハイブリッド形ステッピングモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えばプリンタ、高速ファックス、ＰＰＣ用複写機用等の高速運転で精密な位置決め機能等を必要とするＯＡ機器等に最適な高分解能の６相ハイブリッド形（永久磁石形）ステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石形ステッピングモータに、可変リラクタンス形ステッピングモータの構造を組み合わせたハイブリッド形ステッピングモータは高精度、高トルク、小ステップ角が得られるが、従来のハイブリッド形ステッピングモータは図１０、図１１に示すような構造になっている。
各図には、上述したステッピングングモータ（以下モータと略称する）の１例を一部を断面にして示していて、図１０は縦断正面図、図１１は図１０のＸ−Ｘ′断面図である。
図１０、図１１において、２１は円筒状のケーシングであって、ケーシング２１は磁性体によって成型したヨーク２２と一体に結合されている。ヨーク２２の内方向には、このモータの構造特性に対応した所定数の磁極２３が等しいピッチで求心状に形成されている。各磁極２３には磁極２３を順次磁化するためのコイル２４が嵌合されている。
また、各磁極２３の先端部には、このモータの構造特性に対応した数の極歯２３ａが等しいピッチで形成されている。
一般に、ヨーク２２と磁極２３とは、一枚の磁性体板からプレスの打抜きにより成型し成型板を所定枚数積層して、コイル２４を嵌合して固定子を形成している。
【０００３】
ケーシング２１の両端にはエンドカバー２５、２６が一体に結合されている。エンドカバー２５、２６の中央部には夫々に軸受２７ａ、２７ｂが嵌合され、１対の軸受２７ａ、２７ｂは回転軸２８を回転自在に軸支している。
回転軸２８には、軸方向に着磁された永久磁石２９が嵌合し固定されている。永久磁石２９は円盤状の第１の回転子磁極と第２の回転子磁極である２個の回転子磁極３０Ａ、３０Ｂによって挟持されている。
第１、第２の回転子磁極３０Ａと３０Ｂ夫々の外周には、固定子の磁極２３に形成した極歯２３ａの形状とピッチに対応した形状とピッチで、極歯３０ａを形成しており、第１の回転子磁極３０Ａの極歯３０ａと第２の回転子磁極３０Ｂの極歯３０ａとは、相互に極歯を形成するピッチの１／２ずらして結合されている。
一般に、回転子の磁極も一枚の磁性体板からプレスの打抜きにより成型し、成型板を所定枚数積層して回転子を形成している。
上述の構成のモータは固定子のコイル２４に順次所定の順序で通電することによって、固定子の各極歯２３ａが順次回転磁化される。
従って、この固定子の各極歯２３ａと永久磁石２９によって磁化されている回転子の各極歯３０ａとの相互作用により、固定子の各極歯２３ａの回転磁化とコイル２４に対する通電の停止によって回転子は回転し、また、停止する。
【０００４】
図１２には、従来の６相モータのコイルをモノファイラ（ユニファイラ）巻にし、１２本のリード線を引出した結線例を示している。
同図の上部に付した番号は固定子の所定の磁極を１とし、順次隣の磁極に対して数値を１ずつ加えながら２〜２４と付し、電流は各入力端子Ａ、Ａ′間、Ｂ、Ｂ′間、Ｃ、Ｃ′間、Ｄ、Ｄ′間、Ｅ、Ｅ′間、Ｆ、Ｆ′間に流れるように図１３に示すように順次印加される。
なお、図１３は、図１２に記した結線における１相励磁の場合の各入力端子に供給される励磁電流の波形を示す励磁シーケンスである。
図１３において、縦方向には引出線に対して励磁電流を流す引出線の組別を記し、横方向には励磁ステップを記している。
また、各横方向の欄に記す上側の四辺形は、その引出線の所定方向に電流を流すことを示し、下側の四辺形は上記とは反対方向に電流を流すことを示している。即ち、ステップ１には図１２に記した固定子の磁極１、１３を同相に、磁極７、１９は逆相になるように各磁極のコイルを直列結線した引出線の各入力端子Ａ−Ａ′に電流を流す。
また、ステップ２には、固定子の磁極２、１４を同相に、磁極８、２０は逆相になるように各磁極のコイルを直列結線した引出線Ｂ−Ｂ′に電流を流すようにする。
以下、同様にステップ６まで電流を流し、ステップ７からステップ１２までは各引出線に対して、上記とは逆方向に順次電流を流して固定子の各磁極を励磁する。コイルに対して順次パルス電流を流すので、固定子の磁極に現れる磁気極性が回転し、対応する回転子の磁極を吸引してモータの回転軸２８は回転する。
上記のものと類似構造に構成された同期誘導電動機に関するものが、米国特許第３２０６６２３号公報に開示されている。
同公報に記載の同期誘導電動機は、コイルを嵌合し先端部に等ピッチで極歯を設けた磁極を、内部に向けて放射状に形成した環状の電極構造体である２個の同一構造である固定子と、軸方向に着磁した永久磁石と、この永久磁石の両側に外周に等ピッチで極歯を設けたエンドキャップ（磁極板）により形成して回転軸に構成させ、相互の磁気的結合を遮蔽した２個の同一構造の回転子と、を対向して構成し、さらに、永久磁石の両側に形成したエンドキャップ（磁極板）同士の極歯の相互位置関係は極歯を構成する１／２ピッチずらしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の構成によるハイブリッド形ステッピングモータのステップ角θは下記（４）式によって示される。
θ＝３６０°／２×Ｍ×Ｚ・・・・・・・・・（４）
但し、（４）式に示すＭは固定子の相数、Ｚは回転子の極歯の数である。
従って、ステップ角が微小なモータを得ようとすると、相数を多くするか、回転子の極歯の数を多くしなければならない。
例えば、３相のハイブリッド形ステッピングモータで回転子の極歯の数が５０の場合のステップ角は上記（４）式から
θ＝３６０°／２×３×５０＝１．２°となる。
【０００６】
ところで、回転子は前述したように一般にプレスの打抜きにより成型しているので、回転子の極歯の数はプレス型の精度能力によって決まる。
従って、極歯の数は無制限に多くすることはできない。回転子の極歯の数を押さえてステップ角を小さくする、即ち、極歯の数をそのままでモータ（ステッピングモータ）の分解能を倍増するには、例えば３相のモータならば６相にするように相数を増加すれば良い。
しかし、従来のモータ構造であると６相のモータを得るには、固定子には２４極の磁極（図示せず）が必要であった。ヨークの直径を同一のまま磁極の数を増大させると、スロット面積が小さくなるので、コイルの断面積が小さくなって必要な銅量がとれなくなってしまうという問題があった。
そのために、所望される分解能のモータを得ようとすると大型にする必要があった。また、磁極の数が多くなるのでコイルの数も増加しコイルの巻線工数等が増大するので作業効率が下がり、コストアップの原因にもなっていた。
また、固定子のコイルに流す電流を階段状に変化させるマイクロステップ駆動という方法がある。
しかし、このマイクロステップ駆動方法によると、回転子の静止位置は各相に流れる電流の相対値で決まるので、コイルに流す電流値のばらつき、スイッチ素子の特性のばらつき等が原因して精度の良い分解能を得ることが困難であった。
また、米国特許第３２０６６２３号公報に開示のものは、同一構造の固定子と回転子とを軸方向に連結した誘導同期電動機であって、従来の誘導同期電動機よりも大なるトルク（２倍のトルク）を得ようとするものである。
しかし、上記米国特許公報に記載の技術を適用した電動機はステッピングモータと同様にパルス電源による駆動も可能であるが、分解能が低く精度の良い回転を得ることはできない。
本発明は従来のものの上記課題（問題点）を解決し、磁極数を増大しないで多相化を可能にし、よって、モータのサイズを大きくすることもなく、また、複雑な駆動回路を形成しないで高分解能で高精度の６相ハイブリッド形ステッピングモータ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】
本発明に基づく６相ハイブリッド形ステッピングモータにおいては、当該固定子の内周に求心状で等ピッチに夫々が励磁用のコイルを嵌合した６個の磁極を形成し、夫々の磁極の先端には、所定数の極歯を形成した第１の単位固定子と、この第１の単位固定子と同一構造の第２の単位固定子とを相互に磁極ピッチの１／２回転偏位して固定した固定子と、この固定子の極歯に対応して外周全縁に極歯を形成した第１の回転子磁極と、この第１の回転子磁極と同一構造の第２の回転子磁極を、第１の回転子磁極に対して回転子の極歯間ピッチの１／２回転偏位し、軸方向に着磁した永久磁石を挟持して第１の単位固定子の磁極に対向するように構成した第１の回転子と、この第１の回転子と同一の構造を有し、第１の回転子に対して回転子の極歯間ピッチの１／４回転偏位し、非磁性体を挟んで第２の単位固定子の磁極に対向するように構成した第２の回転子とを備え、これらの第１、第２の回転子を回転軸に結合するように構成した。
上述した固定子の極歯間ピッチと回転子の極歯間ピッチとを、下記（１）式を満足するように形成するのが望ましい。
τＳ＝τＲ・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
但し、上式でτＳは固定子の極歯間ピッチ、τＲは固定子の極歯間ピッチである。
また、固定子の極歯間ピッチと回転子の極極間ピッチとを、下記（２）式及び（３）式を満足するように形成するのが望ましい。
τＳ＝３６０°／（Ｚ±２）・・・・・・・・（２）
τＲ＝３６０°／Ｚ・・・・・・・・・・・・（３）
さらに、任意の固定子の磁極とこの固定子の磁極と１８０°の位置にある固定子の磁極夫々のコイルを同時に励磁した場合に、両磁極が同極になるように各コイルを形成するのが望ましい。
【０００８】
【作用】
上記構成において、固定子の磁極の数を増大することなく多相ステッピングモータとしての機能が発揮される。従って、小型で精度の良い高分解能の６相ステッピングモータが得られる。
この場合、これらの小型、高精度、高分解能の機能は上記（１）式又は（２）式及び（３）式を満足することにより、さらに確実に発揮される。
また、上記のように各磁極のコイルを形成すると励磁回路の構成が容易になる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に基づき形成したハイブリッド形ステッピングモータの縦断正面図、図２は図（１）のＸ−Ｘ′方向の断面を示している。
図１及び図２において、１はケーシングであって、ケーシング１はその内部に第１及び第２の単位固定子ＳＡとＳＢが結合されて構成される固定子Ｓが設けられている。
第１の単位固定子ＳＡは、ヨーク部２でケーシング１とは一体に結合されている。ヨーク部２の内方向には、このモータの構造特性に対応した所定数の磁極３Ａが等しい角度間隔で求心状に形成されている。
各磁極３Ａには詳細を後述するように電流を流して所定の方向に順次磁化するためのコイル４が装着されている。
磁極の間隔は、各磁極が円周上に配列されているため、そのピッチは計測する半径位置で変化する。
磁極の角度間隔は一定であってピッチに換算でき、また、ピッチは一般的な用語なので、以降の説明では便宜上、角度間隔をピッチと称して説明する。
従って、数値としてピッチを表現する場合は角度を単位とする。
図２には、コイルを象徴的に記し、巻方向を示すために・マークと×マークを記し、例えば、×マーク側から電流を流せば、・マーク側に流出されることを示している。
同図に示すように、巻いたコイルに同一方向に電流を流すと、１８０°ずれた位置にある磁極は同一極性に励磁される。
また、各磁極３Ａの先端部には、このモータの構造特性に対応した数の極歯３ａが等しい角度間隔で形成されている。
極歯も上述した磁極と同様なので、以降の説明では極歯の角度間隔を固定子の極歯間ピッチと称して説明し、数値としてピッチを表現する場合は角度が単位となる。
第２の単位固定子ＳＢは第１の単位固定子ＳＡと同一の構造に構成され、第１の単位固定子ＳＡとは磁極ピッチの１／２の角度回転偏位させてケーシング１に結合されている。なお、第２の単位固定子の磁極を３Ｂと付す。
なお、第１の単位固定子ＳＡと第２の単位固定子ＳＢとで、このモータの全固定子を形成している。
また、従来のモータと同様、ヨーク部２と磁極３Ａ、３Ｂとは一体に形成されて磁性体板からプレスの打抜きにより成型し、詳細を後述するように成型板を所定枚数積層し、コイル４を嵌合して夫々の単位固定子を形成すれば良い。
【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、１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、第１の単位固定子ＳＡに対向させた位置に第１の単位固定子ＳＡの内面に対して所定の間隙を設けて第１の回転子ＲＡが結合されており、また同様に第２の単位固定子ＳＢには第２の回転子ＲＢが結合されている。
第１の回転子ＲＡは、第１、第２の回転子磁極１０ＡＡ、１０ＡＢと、これらの回転子磁極の中間に配置される軸方向に着磁された永久磁石９とにより構成される。
第１、第２の回転子磁極１０ＡＡと１０ＡＢ夫々の外周には第１の単位固定子の磁極３Ａに形成した極歯３ａの形状とピッチに対応させた所定の形状とピッチで極歯１０ａを形成しており、第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ａと第２の回転子磁極１０ＡＢの極歯１０ａとは、後述の図４に示すように、回転子の極歯間ピッチの１／２の角度回転偏位させて結合されている。
第２の回転子ＲＢも、第１の回転子ＲＡと同様に、第１、第２の回転子磁極１０ＢＡ、１０ＢＢ及び永久磁石９により構成され、各回転子磁極の極歯の形成状態は第１の回転子ＲＡと同一である。
なお、第１の回転子ＲＡの極歯１０ａに対して第２の回転子ＲＢの極歯１０ａは、後述の図４に示すように、極歯を回転子の極歯間ピッチの１／４の角度回転偏位させて結合されている。
この場合、回転子も一枚の磁性体板からプレスの打抜きにより成型し、成型板を所定枚数積層して各回転子磁極を形成すれば良い。
上述した回転子側の磁極のピッチ、極歯間ピッチも、各磁極、極歯が円周上に配列されているため、計測する半径位置で変化する。従って、回転子側についても前述した固定子側の場合と同様に、角度間隔を回転子の極歯ピッチと称して説明する。
【００１１】
次に、図３を参照して固定子の作成方法の例を説明する。
固定子は図３に示すように円形のヨーク部２内部に所定数の磁極３Ａ、３Ｂを等ピッチで求心状に形成した磁性材板（以下固定子鉄板と称す）ＳＰを所定枚数極歯が重なるように積層して第１の単位固定子ＳＡ及び第２の単位固定子ＳＢの各コア部を構成する。
各磁極３Ａ、３Ｂの先端部には夫々所定数の極歯３ａが等ピッチで形成されている。なお、この極歯は等ピッチでなくとも良い。
第１の単位固定子ＳＡ及び第２の単位固定子ＳＢの各コア部は、図１、図２に示したように所定巻数で同一方向に巻き回したコイルを装着してケーシング１に固定する。
【００１２】
図４は、前述した各回転子の極歯の相互位置関係を示し、第１の単位固定子ＳＡに対向して構成した第１の回転子ＲＡ及び第２の単位固定子ＳＢに対向して構成した第２の回転子ＲＢ夫々に形成した極歯の位置関係を拡大して示すものである。第１の回転子ＲＡと第２の回転子ＲＢは同一構造である。
即ち、図４には、図１に示す第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ａ及び第２の回転子磁極１０ＡＢの極歯１０ａと、第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ａ及び第２の回転子磁極１０ＢＢの極歯１０ａを夫々示している。
従って、永久磁石９の極性によって、第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡと第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの各極歯１０ａには、いずれもＮ極が、第１の回転子ＲＡの第２の回転子磁極１０ＡＢと第２の回転子ＲＢの第２の回転子磁極１０ＢＢの各極歯１０ａにはいずれもＳ極が現れる。
同図に示すように、同一磁極の回転子の極歯間ピッチをτＲとすると、第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ａの中心部と第２の回転子磁極１０ＡＢの極歯１０ａの中心部とのピッチはτＲ／２となる。
また、第２の回転子ＲＢにおいても、第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ａの中心部と第２の回転子磁極１０ＢＢの極歯１０ａの中心部とのピッチはτＲ／２である。
また、第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ａの中心部と、第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ａの中心部との偏位角度（ピッチ）はτＲ／４である。
【００１３】
図５には、本発明に基づいて構成した６相のハイブリッド形ステッピングモータを例としてモータの固定子と回転子との相互関係状況を示している。
同図に示すθＳは、第１、第２の各単位固定子ＳＡとＳＢ夫々の磁極ピッチの１／２を示しており、図同（Ａ）は固定子の極歯間ピッチτＳと回転子の極歯間ピッチτＲとが下記（１）式に等しい場合、同図（Ｂ）は固定子の極歯間のピッチτＳと回転子の極歯間のピッチτＲとの関係が下記（２）式及び（３）式で表わされ、τＳ＞τＲの場合を示している。
τＳ＝τＲ・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
τＳ＝３６０°／（Ｚ±２）・・・・・・・・・（２）
τＲ＝３６０°／Ｚ・・・・・・・・・・・・・（３）
但し、Ｚは１個の回転子磁極に形成した極歯の数である。
図５（Ａ）、（Ｂ）において、３Ａ1、３Ａ2は、夫々３６０°／６のピッチで形成された図１に示す第１の単位固定子ＳＡの６個の磁極の内の２個の磁極を示しており、３Ｂ1は、夫々３６０°／６のピッチで形成された第２の単位固定子ＳＢの６個の磁極の内の１個の磁極を示している。
従って、各磁極の形成ピッチ（磁極間角度）θＳは３６０°／１２に等しい。また、３Ａａ1は第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ1の中央部の極歯、３Ａａ2は磁極３Ａ1に隣接する磁極３Ａ2の中央部の極歯、３Ｂａ1は磁極３Ａ1に隣接する位置関係にある第２の単位固定子ＳＢの磁極３Ｂ1の中央部の極歯である。
また、１０ＡＡａ1は、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ1を励磁することによって、図１に示す第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ａのうち、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ1の極歯３Ａａ1と同一位置に位置した状態の極歯を示し、１０ＢＡａ1は、上述した極歯１０ＡＡａ1から偏位角度τＲ／４にある第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯である。
また、１０ＢＡａjは、図１に示す第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ａのうち、上述した状態における第２の固定子ＳＢの前述した磁極３Ｂ1の極歯３Ｂａ1に最も近い位置にある極歯を示し、１０ＡＡａjは、上述した極歯１０ＢＡａjから偏位角度τＲ／４にある第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯である。
また、１０ＡＡａnは、上述の条件における第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ａのうち、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ2の極歯３Ａａ2に最も近い位置にある極歯を示し、１０ＢＡａｎは、上述した極歯１０ＡＡａｎから偏位角度τＲ／４にある第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯である。
【００１４】
本構成においては、上述した状態において、図５（Ａ）、（Ｂ）いずれの場合も、第２の単位固定子ＳＢの１番目の磁極３Ｂ1の極歯３Ｂａ1と第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ＢＡａjとの偏差角度が−τＲ／１２（図においては角度の方向を示すために図におけるセンターから左方向は正の符号を、また右方向のものを負の符号−を付す）になるように設定している。
従って、図に示す第２の単位固定子ＳＢの１番目の磁極３Ｂ1の極歯３Ｂａ1と第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ＡＡａjとの偏位角度はτＲ／６に、第１の単位固定子ＳＡの２番目の磁極３Ａ2の極歯３Ａａ2と第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ＡＡａnとの偏位角度は２τＲ／６、即ちτＲ／３に、第１の単位固定子ＳＡの２番目の磁極３Ａ2の極歯３Ａａ2と第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ＢＡａnとの偏位角度はτＲ／１２になる。
即ち、図５（Ａ）、（Ｂ）いずれの場合にも、次に第２の単位固定子ＳＢの１番目の磁極３Ｂ1を励磁すると、第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ＢＡａjが吸引されてτＲ／１２回転する。
以下後述するように順次第１の単位固定子ＳＡの磁極と第２の単位固定子ＳＢの磁極を励磁することによってτＲ／１２ずつ歩進する。即ち、τＲ／１２がステップ角になる。
【００１５】
図６に、本発明に基づき製作したモータの特性例として、固定子の磁極を線対称にした場合において、回転子の極歯の数を下記（５）式、又は（６）式を満足する条件で変化させた場合の３相モータと６相モータのステップ角を図表にして示している。
Ｚ＝６ｎ−４・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
Ｚ＝６ｎ＋４・・・・・・・・・・・・・・・・（６）
但し、ｎは１以上の整数である。
【００１６】
次に図７、図８によって、本発明に基づき製作したモータの励磁方法の例を示す。
図７は、図１、図２に示した構造のモータにおいて、各励磁用のコイルをモノファイラ（ユニファイラ）巻とし、１２本リードでバイポーラ駆動をする場合の結線を示している。
同図において、横方向に付した数値は任意の箇所から付したコイルの順序を示している。
例えば、１番目と７番目のように１８０°ずれた位置にある磁極は同一方向に電流を流すことによって同一の磁極が発生する。
図７において、Ａ、Ａ′は夫々１番目と７番目の磁極のコイルを同一方向に直列に接続した引出線、同様にＤ、Ｄ′は２番目と８番目の磁極のコイルを、Ｂ、Ｂ′は３番目と９番目の磁極のコイルを、Ｅ、Ｅ′は４番目と１０番目の磁極のコイルを、Ｃ、Ｃ′は５番目と１１番目の磁極のコイルを、Ｆ、Ｆ′は６番目と１２番目の磁極のコイルを同一方向に直列に接続した引出線を示している。
図８は、図７に示した結線においてモータを１相励磁する場合に各引出線に電流を供給する励磁シーケンスを示している。
同図において、縦方向に上述した引出線の名称を順次記し、上部には横方向に励磁順序を記している。
各引出線名の横方向には励磁状態を四辺形で記している。上部に記した四辺形は、例えばＡからＡ′方向に電流を流し、下部に記した四辺形は、逆に，Ａ′からＡ方向に電流を流すことを示している。
【００１７】
図９は、上述した６相モータを図８に示したように１相励磁した場合の動作状態であるタイムシーケンスを示している。
図９の横方向にはモータを展開して示し、最上段には固定子の磁極列を左から１つおきに順次、第１の単位固定子ＳＡの所定の磁極３Ａ1、３Ａ2、３Ａ3、３Ａ4を夫々記し、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ1の隣に示す第２の単位固定子ＳＢの磁極を磁極３Ｂ1から１つおきに、３Ｂ2、３Ｂ3と記している。
図７に示したコイル番号を図９に示す各固定子の符号に合わせると、例えば第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ1のコイル番号を１とすると、３Ａ2のコイル番号が３、３Ａ3のコイル番号が５、３Ａ4のコイル番号が７、また、第２の単位固定子ＳＢの磁極３Ｂ1のコイル番号が２、３Ｂ2のコイル番号が４、３Ｂ3のコイル番号が６、３Ｂ4のコイル番号が８のようになる。
最上段の磁極の配置図の下からは、所定の磁極を励磁するステップ順に各回転子の磁極の位置を例示している。
即ち、各ステップにおいて、上段から第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡ、第２の回転子磁極１０ＡＢ、第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡ、第２の回転子磁極１０ＢＢを夫々示している。
各回転子の極歯に記したＮは永久磁石によってその極歯にはＮ極が、Ｓは永久磁石によってその極歯にはＳ極が現れていることを示している。
また、各ステップの上部に記した（Ｎ）又は（Ｓ）はそのステップにおいて、その列の最上段に記した固定子の磁極が励磁されて現れている磁気極性を示している。
上記のように固定子の磁極を順次励磁することによって回転子が回転する状況を示すために、上述した回転子の所定の磁極に・マークを記しており、固定子によって吸引される回転子の磁極部を破線で囲って記している。
但し、ステップ１の欄に記す各回転子の磁極にはステップ２以降に吸引される磁極部を下の欄で示すタイミングに対応させて破線で囲っている。
【００１８】
次に、図９に示すタイムシーケンスによって本モータの動作を説明する。
所定のタイミングで、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ1と磁極３Ａ4にＳ極が現れるようにコイルを励磁する（図８においては引出線ＡからＡ′方向に電流を流す）と、Ｎ極である第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの近傍の極歯１０ＡＡａ1が吸引され、図に示した位置になる（ステップ１）。
次に、第２の単位固定子ＳＢの磁極３Ｂ1と磁極３Ｂ4（図示せず）にＳ極が現れるようにコイルを励磁する（図８においては引出線ＤからＤ′方向に電流を流す）と、Ｎ極である第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの近傍の極歯が吸引され、図に示した位置になる（ステップ２）。
次に、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ2と磁極３Ａ5（図示せず）にＮ極が現れるようにコイルを励磁する（図８においては引出線Ｂ′からＢ方向に電流を流す）と、Ｓ極である第１の回転子ＲＡの第２の回転子磁極１０ＡＢの近傍の極歯が吸引され、図に示した位置になる（ステップ３）。
次に、第２の単位固定子ＳＢの磁極３Ｂ2と磁極３Ｂ5（図示せず）にＮ極が現れるようにコイルを励磁する（図８においては引出線Ｅ′からＥ方向に電流を流す）と、Ｓ極である第２の回転子ＲＢの第２の回転子磁極１０ＢＢの近傍の極歯が吸引され、図に示した位置になる（ステップ４）。
次に、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ3と磁極３Ａ6（図示せず）にＳ極が現れるようにコイルを励磁する（図８においては引出線ＣからＣ′方向に電流を流す）と、Ｎ極である第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの近傍の極歯が吸引され、図に示した位置になる（ステップ５）。
次に、第２の単位固定子ＳＢの磁極３Ｂ3と磁極３Ｂ6（図示せず）にＳ極が現れるようにコイルを励磁する（図８においては引出線ＦからＦ′方向に電流を流す）と、Ｎ極である第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの近傍の極歯が吸引され、図に示した位置になる（ステップ６）。
上記のように順次、第１の単位固定子ＳＡの磁極と第２の単位固定子ＳＢの磁極に対し、Ｎ極又はＳ極が現れるように励磁することによって、この励磁された磁極に対応する回転子の磁極が吸引されて回転する。
【００１９】
上述の実施例は本発明の技術思想を実現する一例を示したものであって、そのモータの用途と用途に対応した回転速度や所望されるトルク、状況に適した電源条件等に対応して適切に応用改変しても良いことは当然である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明に基づく６相ハイブリッド形ステッピングモータは、上述のように形成し作動するようにしたので、次のような優れた効果を有する。
(a) 従来のハイブリッド形ステッピングモータに比して、少ない磁極の数で６相のモータを得ることができる。
(b) すなわち、従来の６相ステッピングモータには２４個の固定子磁極が必要であったが、本発明のものでは１２個の固定子磁極で実現できる。
(c) 固定子磁極の数を減らすことができたので、同一相数のステッピングモータの小型化が可能になった。
(d) 固定子磁極の数を減らすことができたので、３相より分解能の高い６相ステッピングモータの実現が容易になり、従来は困難であった６相ステッピングモータが低価格で実現できる。
(e) 固定子磁極の数を減らすことができるので、巻線の数が減ると同時に巻線の加工費が大幅に削減できる。
(f) 固定子磁極の数を減らすことによって、回転子の極歯をピッチを小さくして多数設けなくても、従来市販されているステッピングンモータよりも微少なステップ角が得られ、従ってステッピングモータの分解能が向上され、従来のマイクロステップ駆動で得られる位置精度よりも倍以上の位置精度が得られるようになった。
(g) 従って、本発明のステッピングモータを使用すれば、位置決め精度を必要とする装置や低速低回転ムラを要求されるデジタルカラーＰＰＣ等の高精度を要求されるＯＡ機器等の性能が向上し、また、コストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施例のハイブリッド形ステッピングモータの縦断正面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ′断面図である。
【図３】本発明に基づいて固定子を形成する磁性材板（固定子鉄板）の形状を説明する平面図である。
【図４】回転子を構成する４個の磁極に設けた極歯の位置関係を拡大して示している回転子磁極先端部の展開説明図である。
【図５】本発明に基づいて構成したハイブリッド形ステッピングモータの固定子と回転子の極歯部の展開説明図であって、図５（Ａ）は、固定子のピッチ（間隔角度）と回転子のピッチ（間隔角度）が等しい場合の図、同図（Ｂ）は、固定子のピッチ（間隔角度）が、（固定子の磁極数±２）を３６０°で割った値であって固定子のピッチ（間隔角度）が回転子のピッチ（間隔角度）よりも大きい場合の図である。
【図６】本発明に基づいて構成したハイブリッド形ステッピングモータにおいて、回転子の歯数とステップ角との関係を示す図表である。
【図７】本発明に基づいて構成したハイブリッド形ステッピングモータにおけるモノファイラ巻線の接続状態を示す結線図である。
【図８】本発明に基づいて構成したハイブリッド形ステッピングモータにおける励磁シーケンス図である。
【図９】図８に示す励磁シーケンスによる実行時における固定子の極歯と回転子の極歯との位置関係を説明する固定子と回転子の極歯部の展開説明図である。
【図１０】従来のハイブリッド形ステッピングモータ例の縦断正面図である。
【図１１】図１０におけるＸ−Ｘ′断面図である。
【図１２】従来構造のハイブリッド形ステッピングモータのモノファイラ巻きでの結線図である。
【図１３】従来構造のハイブリッド形ステッピングモータの励磁シーケンス図である。
【符号の説明】
２：ヨーク部
３Ａ〜３Ｂ1：固定子の磁極
３ａ〜３Ｂａ1：固定子の極歯
４：コイル
８：回転軸
９：永久磁石
１０ＡＡ〜１０ＢＢ：回転子磁極
１０ａ〜１０ＢＡａn：回転子の極歯
１１：非磁性体
ＲＡ、ＲＢ：回転子
Ｓ：固定子
ＳＡ、ＳＢ：単位固定子
ＳＰ：磁性材板（固定子鉄板）
τＲ：回転子の極歯間ピッチ（間隔角度）
τＳ：固定子の極歯間ピッチ（間隔角度）
【産業上の利用分野】
本発明は、例えばプリンタ、高速ファックス、ＰＰＣ用複写機用等の高速運転で精密な位置決め機能等を必要とするＯＡ機器等に最適な高分解能の６相ハイブリッド形（永久磁石形）ステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石形ステッピングモータに、可変リラクタンス形ステッピングモータの構造を組み合わせたハイブリッド形ステッピングモータは高精度、高トルク、小ステップ角が得られるが、従来のハイブリッド形ステッピングモータは図１０、図１１に示すような構造になっている。
各図には、上述したステッピングングモータ（以下モータと略称する）の１例を一部を断面にして示していて、図１０は縦断正面図、図１１は図１０のＸ−Ｘ′断面図である。
図１０、図１１において、２１は円筒状のケーシングであって、ケーシング２１は磁性体によって成型したヨーク２２と一体に結合されている。ヨーク２２の内方向には、このモータの構造特性に対応した所定数の磁極２３が等しいピッチで求心状に形成されている。各磁極２３には磁極２３を順次磁化するためのコイル２４が嵌合されている。
また、各磁極２３の先端部には、このモータの構造特性に対応した数の極歯２３ａが等しいピッチで形成されている。
一般に、ヨーク２２と磁極２３とは、一枚の磁性体板からプレスの打抜きにより成型し成型板を所定枚数積層して、コイル２４を嵌合して固定子を形成している。
【０００３】
ケーシング２１の両端にはエンドカバー２５、２６が一体に結合されている。エンドカバー２５、２６の中央部には夫々に軸受２７ａ、２７ｂが嵌合され、１対の軸受２７ａ、２７ｂは回転軸２８を回転自在に軸支している。
回転軸２８には、軸方向に着磁された永久磁石２９が嵌合し固定されている。永久磁石２９は円盤状の第１の回転子磁極と第２の回転子磁極である２個の回転子磁極３０Ａ、３０Ｂによって挟持されている。
第１、第２の回転子磁極３０Ａと３０Ｂ夫々の外周には、固定子の磁極２３に形成した極歯２３ａの形状とピッチに対応した形状とピッチで、極歯３０ａを形成しており、第１の回転子磁極３０Ａの極歯３０ａと第２の回転子磁極３０Ｂの極歯３０ａとは、相互に極歯を形成するピッチの１／２ずらして結合されている。
一般に、回転子の磁極も一枚の磁性体板からプレスの打抜きにより成型し、成型板を所定枚数積層して回転子を形成している。
上述の構成のモータは固定子のコイル２４に順次所定の順序で通電することによって、固定子の各極歯２３ａが順次回転磁化される。
従って、この固定子の各極歯２３ａと永久磁石２９によって磁化されている回転子の各極歯３０ａとの相互作用により、固定子の各極歯２３ａの回転磁化とコイル２４に対する通電の停止によって回転子は回転し、また、停止する。
【０００４】
図１２には、従来の６相モータのコイルをモノファイラ（ユニファイラ）巻にし、１２本のリード線を引出した結線例を示している。
同図の上部に付した番号は固定子の所定の磁極を１とし、順次隣の磁極に対して数値を１ずつ加えながら２〜２４と付し、電流は各入力端子Ａ、Ａ′間、Ｂ、Ｂ′間、Ｃ、Ｃ′間、Ｄ、Ｄ′間、Ｅ、Ｅ′間、Ｆ、Ｆ′間に流れるように図１３に示すように順次印加される。
なお、図１３は、図１２に記した結線における１相励磁の場合の各入力端子に供給される励磁電流の波形を示す励磁シーケンスである。
図１３において、縦方向には引出線に対して励磁電流を流す引出線の組別を記し、横方向には励磁ステップを記している。
また、各横方向の欄に記す上側の四辺形は、その引出線の所定方向に電流を流すことを示し、下側の四辺形は上記とは反対方向に電流を流すことを示している。即ち、ステップ１には図１２に記した固定子の磁極１、１３を同相に、磁極７、１９は逆相になるように各磁極のコイルを直列結線した引出線の各入力端子Ａ−Ａ′に電流を流す。
また、ステップ２には、固定子の磁極２、１４を同相に、磁極８、２０は逆相になるように各磁極のコイルを直列結線した引出線Ｂ−Ｂ′に電流を流すようにする。
以下、同様にステップ６まで電流を流し、ステップ７からステップ１２までは各引出線に対して、上記とは逆方向に順次電流を流して固定子の各磁極を励磁する。コイルに対して順次パルス電流を流すので、固定子の磁極に現れる磁気極性が回転し、対応する回転子の磁極を吸引してモータの回転軸２８は回転する。
上記のものと類似構造に構成された同期誘導電動機に関するものが、米国特許第３２０６６２３号公報に開示されている。
同公報に記載の同期誘導電動機は、コイルを嵌合し先端部に等ピッチで極歯を設けた磁極を、内部に向けて放射状に形成した環状の電極構造体である２個の同一構造である固定子と、軸方向に着磁した永久磁石と、この永久磁石の両側に外周に等ピッチで極歯を設けたエンドキャップ（磁極板）により形成して回転軸に構成させ、相互の磁気的結合を遮蔽した２個の同一構造の回転子と、を対向して構成し、さらに、永久磁石の両側に形成したエンドキャップ（磁極板）同士の極歯の相互位置関係は極歯を構成する１／２ピッチずらしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の構成によるハイブリッド形ステッピングモータのステップ角θは下記（４）式によって示される。
θ＝３６０°／２×Ｍ×Ｚ・・・・・・・・・（４）
但し、（４）式に示すＭは固定子の相数、Ｚは回転子の極歯の数である。
従って、ステップ角が微小なモータを得ようとすると、相数を多くするか、回転子の極歯の数を多くしなければならない。
例えば、３相のハイブリッド形ステッピングモータで回転子の極歯の数が５０の場合のステップ角は上記（４）式から
θ＝３６０°／２×３×５０＝１．２°となる。
【０００６】
ところで、回転子は前述したように一般にプレスの打抜きにより成型しているので、回転子の極歯の数はプレス型の精度能力によって決まる。
従って、極歯の数は無制限に多くすることはできない。回転子の極歯の数を押さえてステップ角を小さくする、即ち、極歯の数をそのままでモータ（ステッピングモータ）の分解能を倍増するには、例えば３相のモータならば６相にするように相数を増加すれば良い。
しかし、従来のモータ構造であると６相のモータを得るには、固定子には２４極の磁極（図示せず）が必要であった。ヨークの直径を同一のまま磁極の数を増大させると、スロット面積が小さくなるので、コイルの断面積が小さくなって必要な銅量がとれなくなってしまうという問題があった。
そのために、所望される分解能のモータを得ようとすると大型にする必要があった。また、磁極の数が多くなるのでコイルの数も増加しコイルの巻線工数等が増大するので作業効率が下がり、コストアップの原因にもなっていた。
また、固定子のコイルに流す電流を階段状に変化させるマイクロステップ駆動という方法がある。
しかし、このマイクロステップ駆動方法によると、回転子の静止位置は各相に流れる電流の相対値で決まるので、コイルに流す電流値のばらつき、スイッチ素子の特性のばらつき等が原因して精度の良い分解能を得ることが困難であった。
また、米国特許第３２０６６２３号公報に開示のものは、同一構造の固定子と回転子とを軸方向に連結した誘導同期電動機であって、従来の誘導同期電動機よりも大なるトルク（２倍のトルク）を得ようとするものである。
しかし、上記米国特許公報に記載の技術を適用した電動機はステッピングモータと同様にパルス電源による駆動も可能であるが、分解能が低く精度の良い回転を得ることはできない。
本発明は従来のものの上記課題（問題点）を解決し、磁極数を増大しないで多相化を可能にし、よって、モータのサイズを大きくすることもなく、また、複雑な駆動回路を形成しないで高分解能で高精度の６相ハイブリッド形ステッピングモータ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】
本発明に基づく６相ハイブリッド形ステッピングモータにおいては、当該固定子の内周に求心状で等ピッチに夫々が励磁用のコイルを嵌合した６個の磁極を形成し、夫々の磁極の先端には、所定数の極歯を形成した第１の単位固定子と、この第１の単位固定子と同一構造の第２の単位固定子とを相互に磁極ピッチの１／２回転偏位して固定した固定子と、この固定子の極歯に対応して外周全縁に極歯を形成した第１の回転子磁極と、この第１の回転子磁極と同一構造の第２の回転子磁極を、第１の回転子磁極に対して回転子の極歯間ピッチの１／２回転偏位し、軸方向に着磁した永久磁石を挟持して第１の単位固定子の磁極に対向するように構成した第１の回転子と、この第１の回転子と同一の構造を有し、第１の回転子に対して回転子の極歯間ピッチの１／４回転偏位し、非磁性体を挟んで第２の単位固定子の磁極に対向するように構成した第２の回転子とを備え、これらの第１、第２の回転子を回転軸に結合するように構成した。
上述した固定子の極歯間ピッチと回転子の極歯間ピッチとを、下記（１）式を満足するように形成するのが望ましい。
τＳ＝τＲ・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
但し、上式でτＳは固定子の極歯間ピッチ、τＲは固定子の極歯間ピッチである。
また、固定子の極歯間ピッチと回転子の極極間ピッチとを、下記（２）式及び（３）式を満足するように形成するのが望ましい。
τＳ＝３６０°／（Ｚ±２）・・・・・・・・（２）
τＲ＝３６０°／Ｚ・・・・・・・・・・・・（３）
さらに、任意の固定子の磁極とこの固定子の磁極と１８０°の位置にある固定子の磁極夫々のコイルを同時に励磁した場合に、両磁極が同極になるように各コイルを形成するのが望ましい。
【０００８】
【作用】
上記構成において、固定子の磁極の数を増大することなく多相ステッピングモータとしての機能が発揮される。従って、小型で精度の良い高分解能の６相ステッピングモータが得られる。
この場合、これらの小型、高精度、高分解能の機能は上記（１）式又は（２）式及び（３）式を満足することにより、さらに確実に発揮される。
また、上記のように各磁極のコイルを形成すると励磁回路の構成が容易になる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に基づき形成したハイブリッド形ステッピングモータの縦断正面図、図２は図（１）のＸ−Ｘ′方向の断面を示している。
図１及び図２において、１はケーシングであって、ケーシング１はその内部に第１及び第２の単位固定子ＳＡとＳＢが結合されて構成される固定子Ｓが設けられている。
第１の単位固定子ＳＡは、ヨーク部２でケーシング１とは一体に結合されている。ヨーク部２の内方向には、このモータの構造特性に対応した所定数の磁極３Ａが等しい角度間隔で求心状に形成されている。
各磁極３Ａには詳細を後述するように電流を流して所定の方向に順次磁化するためのコイル４が装着されている。
磁極の間隔は、各磁極が円周上に配列されているため、そのピッチは計測する半径位置で変化する。
磁極の角度間隔は一定であってピッチに換算でき、また、ピッチは一般的な用語なので、以降の説明では便宜上、角度間隔をピッチと称して説明する。
従って、数値としてピッチを表現する場合は角度を単位とする。
図２には、コイルを象徴的に記し、巻方向を示すために・マークと×マークを記し、例えば、×マーク側から電流を流せば、・マーク側に流出されることを示している。
同図に示すように、巻いたコイルに同一方向に電流を流すと、１８０°ずれた位置にある磁極は同一極性に励磁される。
また、各磁極３Ａの先端部には、このモータの構造特性に対応した数の極歯３ａが等しい角度間隔で形成されている。
極歯も上述した磁極と同様なので、以降の説明では極歯の角度間隔を固定子の極歯間ピッチと称して説明し、数値としてピッチを表現する場合は角度が単位となる。
第２の単位固定子ＳＢは第１の単位固定子ＳＡと同一の構造に構成され、第１の単位固定子ＳＡとは磁極ピッチの１／２の角度回転偏位させてケーシング１に結合されている。なお、第２の単位固定子の磁極を３Ｂと付す。
なお、第１の単位固定子ＳＡと第２の単位固定子ＳＢとで、このモータの全固定子を形成している。
また、従来のモータと同様、ヨーク部２と磁極３Ａ、３Ｂとは一体に形成されて磁性体板からプレスの打抜きにより成型し、詳細を後述するように成型板を所定枚数積層し、コイル４を嵌合して夫々の単位固定子を形成すれば良い。
【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、１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、第１の単位固定子ＳＡに対向させた位置に第１の単位固定子ＳＡの内面に対して所定の間隙を設けて第１の回転子ＲＡが結合されており、また同様に第２の単位固定子ＳＢには第２の回転子ＲＢが結合されている。
第１の回転子ＲＡは、第１、第２の回転子磁極１０ＡＡ、１０ＡＢと、これらの回転子磁極の中間に配置される軸方向に着磁された永久磁石９とにより構成される。
第１、第２の回転子磁極１０ＡＡと１０ＡＢ夫々の外周には第１の単位固定子の磁極３Ａに形成した極歯３ａの形状とピッチに対応させた所定の形状とピッチで極歯１０ａを形成しており、第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ａと第２の回転子磁極１０ＡＢの極歯１０ａとは、後述の図４に示すように、回転子の極歯間ピッチの１／２の角度回転偏位させて結合されている。
第２の回転子ＲＢも、第１の回転子ＲＡと同様に、第１、第２の回転子磁極１０ＢＡ、１０ＢＢ及び永久磁石９により構成され、各回転子磁極の極歯の形成状態は第１の回転子ＲＡと同一である。
なお、第１の回転子ＲＡの極歯１０ａに対して第２の回転子ＲＢの極歯１０ａは、後述の図４に示すように、極歯を回転子の極歯間ピッチの１／４の角度回転偏位させて結合されている。
この場合、回転子も一枚の磁性体板からプレスの打抜きにより成型し、成型板を所定枚数積層して各回転子磁極を形成すれば良い。
上述した回転子側の磁極のピッチ、極歯間ピッチも、各磁極、極歯が円周上に配列されているため、計測する半径位置で変化する。従って、回転子側についても前述した固定子側の場合と同様に、角度間隔を回転子の極歯ピッチと称して説明する。
【００１１】
次に、図３を参照して固定子の作成方法の例を説明する。
固定子は図３に示すように円形のヨーク部２内部に所定数の磁極３Ａ、３Ｂを等ピッチで求心状に形成した磁性材板（以下固定子鉄板と称す）ＳＰを所定枚数極歯が重なるように積層して第１の単位固定子ＳＡ及び第２の単位固定子ＳＢの各コア部を構成する。
各磁極３Ａ、３Ｂの先端部には夫々所定数の極歯３ａが等ピッチで形成されている。なお、この極歯は等ピッチでなくとも良い。
第１の単位固定子ＳＡ及び第２の単位固定子ＳＢの各コア部は、図１、図２に示したように所定巻数で同一方向に巻き回したコイルを装着してケーシング１に固定する。
【００１２】
図４は、前述した各回転子の極歯の相互位置関係を示し、第１の単位固定子ＳＡに対向して構成した第１の回転子ＲＡ及び第２の単位固定子ＳＢに対向して構成した第２の回転子ＲＢ夫々に形成した極歯の位置関係を拡大して示すものである。第１の回転子ＲＡと第２の回転子ＲＢは同一構造である。
即ち、図４には、図１に示す第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ａ及び第２の回転子磁極１０ＡＢの極歯１０ａと、第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ａ及び第２の回転子磁極１０ＢＢの極歯１０ａを夫々示している。
従って、永久磁石９の極性によって、第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡと第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの各極歯１０ａには、いずれもＮ極が、第１の回転子ＲＡの第２の回転子磁極１０ＡＢと第２の回転子ＲＢの第２の回転子磁極１０ＢＢの各極歯１０ａにはいずれもＳ極が現れる。
同図に示すように、同一磁極の回転子の極歯間ピッチをτＲとすると、第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ａの中心部と第２の回転子磁極１０ＡＢの極歯１０ａの中心部とのピッチはτＲ／２となる。
また、第２の回転子ＲＢにおいても、第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ａの中心部と第２の回転子磁極１０ＢＢの極歯１０ａの中心部とのピッチはτＲ／２である。
また、第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ａの中心部と、第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ａの中心部との偏位角度（ピッチ）はτＲ／４である。
【００１３】
図５には、本発明に基づいて構成した６相のハイブリッド形ステッピングモータを例としてモータの固定子と回転子との相互関係状況を示している。
同図に示すθＳは、第１、第２の各単位固定子ＳＡとＳＢ夫々の磁極ピッチの１／２を示しており、図同（Ａ）は固定子の極歯間ピッチτＳと回転子の極歯間ピッチτＲとが下記（１）式に等しい場合、同図（Ｂ）は固定子の極歯間のピッチτＳと回転子の極歯間のピッチτＲとの関係が下記（２）式及び（３）式で表わされ、τＳ＞τＲの場合を示している。
τＳ＝τＲ・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
τＳ＝３６０°／（Ｚ±２）・・・・・・・・・（２）
τＲ＝３６０°／Ｚ・・・・・・・・・・・・・（３）
但し、Ｚは１個の回転子磁極に形成した極歯の数である。
図５（Ａ）、（Ｂ）において、３Ａ1、３Ａ2は、夫々３６０°／６のピッチで形成された図１に示す第１の単位固定子ＳＡの６個の磁極の内の２個の磁極を示しており、３Ｂ1は、夫々３６０°／６のピッチで形成された第２の単位固定子ＳＢの６個の磁極の内の１個の磁極を示している。
従って、各磁極の形成ピッチ（磁極間角度）θＳは３６０°／１２に等しい。また、３Ａａ1は第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ1の中央部の極歯、３Ａａ2は磁極３Ａ1に隣接する磁極３Ａ2の中央部の極歯、３Ｂａ1は磁極３Ａ1に隣接する位置関係にある第２の単位固定子ＳＢの磁極３Ｂ1の中央部の極歯である。
また、１０ＡＡａ1は、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ1を励磁することによって、図１に示す第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ａのうち、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ1の極歯３Ａａ1と同一位置に位置した状態の極歯を示し、１０ＢＡａ1は、上述した極歯１０ＡＡａ1から偏位角度τＲ／４にある第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯である。
また、１０ＢＡａjは、図１に示す第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ａのうち、上述した状態における第２の固定子ＳＢの前述した磁極３Ｂ1の極歯３Ｂａ1に最も近い位置にある極歯を示し、１０ＡＡａjは、上述した極歯１０ＢＡａjから偏位角度τＲ／４にある第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯である。
また、１０ＡＡａnは、上述の条件における第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ａのうち、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ2の極歯３Ａａ2に最も近い位置にある極歯を示し、１０ＢＡａｎは、上述した極歯１０ＡＡａｎから偏位角度τＲ／４にある第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯である。
【００１４】
本構成においては、上述した状態において、図５（Ａ）、（Ｂ）いずれの場合も、第２の単位固定子ＳＢの１番目の磁極３Ｂ1の極歯３Ｂａ1と第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ＢＡａjとの偏差角度が−τＲ／１２（図においては角度の方向を示すために図におけるセンターから左方向は正の符号を、また右方向のものを負の符号−を付す）になるように設定している。
従って、図に示す第２の単位固定子ＳＢの１番目の磁極３Ｂ1の極歯３Ｂａ1と第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ＡＡａjとの偏位角度はτＲ／６に、第１の単位固定子ＳＡの２番目の磁極３Ａ2の極歯３Ａａ2と第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ＡＡａnとの偏位角度は２τＲ／６、即ちτＲ／３に、第１の単位固定子ＳＡの２番目の磁極３Ａ2の極歯３Ａａ2と第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ＢＡａnとの偏位角度はτＲ／１２になる。
即ち、図５（Ａ）、（Ｂ）いずれの場合にも、次に第２の単位固定子ＳＢの１番目の磁極３Ｂ1を励磁すると、第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ＢＡａjが吸引されてτＲ／１２回転する。
以下後述するように順次第１の単位固定子ＳＡの磁極と第２の単位固定子ＳＢの磁極を励磁することによってτＲ／１２ずつ歩進する。即ち、τＲ／１２がステップ角になる。
【００１５】
図６に、本発明に基づき製作したモータの特性例として、固定子の磁極を線対称にした場合において、回転子の極歯の数を下記（５）式、又は（６）式を満足する条件で変化させた場合の３相モータと６相モータのステップ角を図表にして示している。
Ｚ＝６ｎ−４・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
Ｚ＝６ｎ＋４・・・・・・・・・・・・・・・・（６）
但し、ｎは１以上の整数である。
【００１６】
次に図７、図８によって、本発明に基づき製作したモータの励磁方法の例を示す。
図７は、図１、図２に示した構造のモータにおいて、各励磁用のコイルをモノファイラ（ユニファイラ）巻とし、１２本リードでバイポーラ駆動をする場合の結線を示している。
同図において、横方向に付した数値は任意の箇所から付したコイルの順序を示している。
例えば、１番目と７番目のように１８０°ずれた位置にある磁極は同一方向に電流を流すことによって同一の磁極が発生する。
図７において、Ａ、Ａ′は夫々１番目と７番目の磁極のコイルを同一方向に直列に接続した引出線、同様にＤ、Ｄ′は２番目と８番目の磁極のコイルを、Ｂ、Ｂ′は３番目と９番目の磁極のコイルを、Ｅ、Ｅ′は４番目と１０番目の磁極のコイルを、Ｃ、Ｃ′は５番目と１１番目の磁極のコイルを、Ｆ、Ｆ′は６番目と１２番目の磁極のコイルを同一方向に直列に接続した引出線を示している。
図８は、図７に示した結線においてモータを１相励磁する場合に各引出線に電流を供給する励磁シーケンスを示している。
同図において、縦方向に上述した引出線の名称を順次記し、上部には横方向に励磁順序を記している。
各引出線名の横方向には励磁状態を四辺形で記している。上部に記した四辺形は、例えばＡからＡ′方向に電流を流し、下部に記した四辺形は、逆に，Ａ′からＡ方向に電流を流すことを示している。
【００１７】
図９は、上述した６相モータを図８に示したように１相励磁した場合の動作状態であるタイムシーケンスを示している。
図９の横方向にはモータを展開して示し、最上段には固定子の磁極列を左から１つおきに順次、第１の単位固定子ＳＡの所定の磁極３Ａ1、３Ａ2、３Ａ3、３Ａ4を夫々記し、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ1の隣に示す第２の単位固定子ＳＢの磁極を磁極３Ｂ1から１つおきに、３Ｂ2、３Ｂ3と記している。
図７に示したコイル番号を図９に示す各固定子の符号に合わせると、例えば第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ1のコイル番号を１とすると、３Ａ2のコイル番号が３、３Ａ3のコイル番号が５、３Ａ4のコイル番号が７、また、第２の単位固定子ＳＢの磁極３Ｂ1のコイル番号が２、３Ｂ2のコイル番号が４、３Ｂ3のコイル番号が６、３Ｂ4のコイル番号が８のようになる。
最上段の磁極の配置図の下からは、所定の磁極を励磁するステップ順に各回転子の磁極の位置を例示している。
即ち、各ステップにおいて、上段から第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡ、第２の回転子磁極１０ＡＢ、第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡ、第２の回転子磁極１０ＢＢを夫々示している。
各回転子の極歯に記したＮは永久磁石によってその極歯にはＮ極が、Ｓは永久磁石によってその極歯にはＳ極が現れていることを示している。
また、各ステップの上部に記した（Ｎ）又は（Ｓ）はそのステップにおいて、その列の最上段に記した固定子の磁極が励磁されて現れている磁気極性を示している。
上記のように固定子の磁極を順次励磁することによって回転子が回転する状況を示すために、上述した回転子の所定の磁極に・マークを記しており、固定子によって吸引される回転子の磁極部を破線で囲って記している。
但し、ステップ１の欄に記す各回転子の磁極にはステップ２以降に吸引される磁極部を下の欄で示すタイミングに対応させて破線で囲っている。
【００１８】
次に、図９に示すタイムシーケンスによって本モータの動作を説明する。
所定のタイミングで、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ1と磁極３Ａ4にＳ極が現れるようにコイルを励磁する（図８においては引出線ＡからＡ′方向に電流を流す）と、Ｎ極である第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの近傍の極歯１０ＡＡａ1が吸引され、図に示した位置になる（ステップ１）。
次に、第２の単位固定子ＳＢの磁極３Ｂ1と磁極３Ｂ4（図示せず）にＳ極が現れるようにコイルを励磁する（図８においては引出線ＤからＤ′方向に電流を流す）と、Ｎ極である第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの近傍の極歯が吸引され、図に示した位置になる（ステップ２）。
次に、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ2と磁極３Ａ5（図示せず）にＮ極が現れるようにコイルを励磁する（図８においては引出線Ｂ′からＢ方向に電流を流す）と、Ｓ極である第１の回転子ＲＡの第２の回転子磁極１０ＡＢの近傍の極歯が吸引され、図に示した位置になる（ステップ３）。
次に、第２の単位固定子ＳＢの磁極３Ｂ2と磁極３Ｂ5（図示せず）にＮ極が現れるようにコイルを励磁する（図８においては引出線Ｅ′からＥ方向に電流を流す）と、Ｓ極である第２の回転子ＲＢの第２の回転子磁極１０ＢＢの近傍の極歯が吸引され、図に示した位置になる（ステップ４）。
次に、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ3と磁極３Ａ6（図示せず）にＳ極が現れるようにコイルを励磁する（図８においては引出線ＣからＣ′方向に電流を流す）と、Ｎ極である第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの近傍の極歯が吸引され、図に示した位置になる（ステップ５）。
次に、第２の単位固定子ＳＢの磁極３Ｂ3と磁極３Ｂ6（図示せず）にＳ極が現れるようにコイルを励磁する（図８においては引出線ＦからＦ′方向に電流を流す）と、Ｎ極である第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの近傍の極歯が吸引され、図に示した位置になる（ステップ６）。
上記のように順次、第１の単位固定子ＳＡの磁極と第２の単位固定子ＳＢの磁極に対し、Ｎ極又はＳ極が現れるように励磁することによって、この励磁された磁極に対応する回転子の磁極が吸引されて回転する。
【００１９】
上述の実施例は本発明の技術思想を実現する一例を示したものであって、そのモータの用途と用途に対応した回転速度や所望されるトルク、状況に適した電源条件等に対応して適切に応用改変しても良いことは当然である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明に基づく６相ハイブリッド形ステッピングモータは、上述のように形成し作動するようにしたので、次のような優れた効果を有する。
(a) 従来のハイブリッド形ステッピングモータに比して、少ない磁極の数で６相のモータを得ることができる。
(b) すなわち、従来の６相ステッピングモータには２４個の固定子磁極が必要であったが、本発明のものでは１２個の固定子磁極で実現できる。
(c) 固定子磁極の数を減らすことができたので、同一相数のステッピングモータの小型化が可能になった。
(d) 固定子磁極の数を減らすことができたので、３相より分解能の高い６相ステッピングモータの実現が容易になり、従来は困難であった６相ステッピングモータが低価格で実現できる。
(e) 固定子磁極の数を減らすことができるので、巻線の数が減ると同時に巻線の加工費が大幅に削減できる。
(f) 固定子磁極の数を減らすことによって、回転子の極歯をピッチを小さくして多数設けなくても、従来市販されているステッピングンモータよりも微少なステップ角が得られ、従ってステッピングモータの分解能が向上され、従来のマイクロステップ駆動で得られる位置精度よりも倍以上の位置精度が得られるようになった。
(g) 従って、本発明のステッピングモータを使用すれば、位置決め精度を必要とする装置や低速低回転ムラを要求されるデジタルカラーＰＰＣ等の高精度を要求されるＯＡ機器等の性能が向上し、また、コストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施例のハイブリッド形ステッピングモータの縦断正面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ′断面図である。
【図３】本発明に基づいて固定子を形成する磁性材板（固定子鉄板）の形状を説明する平面図である。
【図４】回転子を構成する４個の磁極に設けた極歯の位置関係を拡大して示している回転子磁極先端部の展開説明図である。
【図５】本発明に基づいて構成したハイブリッド形ステッピングモータの固定子と回転子の極歯部の展開説明図であって、図５（Ａ）は、固定子のピッチ（間隔角度）と回転子のピッチ（間隔角度）が等しい場合の図、同図（Ｂ）は、固定子のピッチ（間隔角度）が、（固定子の磁極数±２）を３６０°で割った値であって固定子のピッチ（間隔角度）が回転子のピッチ（間隔角度）よりも大きい場合の図である。
【図６】本発明に基づいて構成したハイブリッド形ステッピングモータにおいて、回転子の歯数とステップ角との関係を示す図表である。
【図７】本発明に基づいて構成したハイブリッド形ステッピングモータにおけるモノファイラ巻線の接続状態を示す結線図である。
【図８】本発明に基づいて構成したハイブリッド形ステッピングモータにおける励磁シーケンス図である。
【図９】図８に示す励磁シーケンスによる実行時における固定子の極歯と回転子の極歯との位置関係を説明する固定子と回転子の極歯部の展開説明図である。
【図１０】従来のハイブリッド形ステッピングモータ例の縦断正面図である。
【図１１】図１０におけるＸ−Ｘ′断面図である。
【図１２】従来構造のハイブリッド形ステッピングモータのモノファイラ巻きでの結線図である。
【図１３】従来構造のハイブリッド形ステッピングモータの励磁シーケンス図である。
【符号の説明】
２：ヨーク部
３Ａ〜３Ｂ1：固定子の磁極
３ａ〜３Ｂａ1：固定子の極歯
４：コイル
８：回転軸
９：永久磁石
１０ＡＡ〜１０ＢＢ：回転子磁極
１０ａ〜１０ＢＡａn：回転子の極歯
１１：非磁性体
ＲＡ、ＲＢ：回転子
Ｓ：固定子
ＳＡ、ＳＢ：単位固定子
ＳＰ：磁性材板（固定子鉄板）
τＲ：回転子の極歯間ピッチ（間隔角度）
τＳ：固定子の極歯間ピッチ（間隔角度）
Claims (4)
- 当該固定子の内周に求心状で等ピッチに夫々が励磁用のコイルを嵌合した６個の磁極を形成し、夫々の磁極の先端には所定数の極歯を形成した第１の単位固定子と、
前記第１の単位固定子と同一構造の第２の単位固定子とを相互に磁極ピッチの１／２回転偏位して固定した固定子と、
上記固定子の極歯に対応して外周全縁に極歯を形成した第１の回転子磁極と、
該第１の回転子磁極と同一構造の第２の回転子磁極を、前記第１の回転子磁極に対して回転子の極歯間ピッチの１／２回転偏位し、軸方向に着磁した永久磁石を挟持して前記第１の単位固定子の磁極に対向するように構成した第１の回転子と、
該第１の回転子と同一の構造を有し、前記第１の回転子に対して回転子の極歯間ピッチの１／４回転偏位し、非磁性体を挟んで前記第２の単位固定子の磁極に対向するように設けた第２の回転子とを備え、
該第１、第２の回転子を回転軸に支承するようにしたことを特徴とする６相ハイブリッド形ステッピングモータ。 - 請求項１記載のハイブリッド形ステッピングモータにおいて、固定子の極歯間ピッチと回転子の極歯間ピッチとを、下記（１）式を満足するように形成したハイブリッド形ステッピングモータ。
τＳ＝τＲ・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
但し、上式でτＳは角度で表現した固定子の極歯間ピッチ、τＲは角度で表現した回転子の極歯間ピッチである。 - 請求項１記載のハイブリッド形ステッピングモータにおいて、固定子の極歯間ピッチと回転子の極歯間ピッチとを、下記（２）式及び（３）式を満足するように形成したハイブリッド形ステッピングモータ。
τＳ＝３６０°／（Ｚ±２）・・・・・・・・（２）
τＲ＝３６０°／Ｚ・・・・・・・・・・・・（３）
但し、上式でτＳは角度で表現した固定子の極歯間ピッチ、Ｚは回転子の極歯の数である。 - 請求項１記載のハイブリッド形ステッピングモータにおいて、任意の固定子の磁極と該固定子の磁極と１８０°の位置にある固定子の磁極夫々のコイルを同時に励磁した場合に、上記両磁極が同極になるように各コイルを形成したハイブリッド形ステッピングモータ。
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