JP3810173B2 - ハイブリッド型ステッピングモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子に放射状に１５個の磁極を有するハイブリッド型ステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のハイブリッド型ステッピングモータとして、図１１に示すように、本出願者は、特開平５−２０７７２４号公報（特願平４−３４５７９号）にて、固定子の鉄心１にＰ個の磁極をもち、ｍ相またはｎ相に巻線できるハイブリッド型ステッピングモータの構成について開示している。すなわち、図１１によれば、固定子の鉄心１にＰ個の磁極をもち、該磁極の回転子の鉄心２と対向する面に、それぞれ複数個の固定子極歯３が配設されているハイブリッド型ステッピングモータであり、隣合う前記固定子磁極に配設された各固定子極歯３の群の中心をなすピッチ角は、それぞれτA である箇所が（Ｐ−Ｂ）箇所、τB である箇所がＢ箇所であって、前記固定子磁極数Ｐおよびピッチ角τA 、τB は下記の関係を満足するように構成され、これにより前記固定子はｍ相、またはｎ相に巻線されている。そして、その関係とは、Ｐ＝ａｍｎ （ただし、ｍｎが偶数のときａ＝２、ｍｎが奇数のときａ＝１）、τA ＝｛Ｎ＋（ｋ／Ｐ）｝τR 、τB ＝｛Ｎ＋ｘ＋（ｋ／Ｐ）｝τR 、ここで、Ｎは１以上の整数、τR は回転子の極歯ピッチ、｜ｘ｜＝１、または２、または３、ｋはＰをこえない正の整数であって、Ｐとの共約数をもたないもの、Ｂ＝ｍ、またはｎ、またはａｍ （ただし、ｍ〈ｎ）というものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のハイブリッド型ステッピングモータにあっては、ｍ＝３、ｎ＝５、Ｐ＝１５の場合の固定子の構成について、特定の回転子極歯４の数の場合に適用した場合、隣接する磁極のピッチを最適な構成にできないという問題点があった。
【０００４】
例えば、前記図１１に示す前記公報の実施例の図（図６）では、回転子極歯４の数が１００（すなわち、ｋ＝７、Ｎ＝６、ｘ＝１）の場合を開示しているが、隣接する磁極のピッチは｛６＋（７／１５）｝τR と｛７＋（７／１５）｝τR の２種類となり、例えば５相巻線をして４相励磁を行った場合や、３相巻線をして２相励磁を行った場合の励磁状態は、それぞれ図１２、図１３のようになり、励磁される磁極に機械的な偏りが生じ、該回転子に偏心力が作用するという問題点があった。
【０００５】
また、該公報の実施例にはないが、前記偏心力を極力抑えた構成として回転子極歯４の数が１００の場合（すなわち、ｋ＝４、Ｎ＝６、ｘ＝２）という構成が可能であるが、この場合には隣接する磁極のピッチは｛６＋（４／１５）｝τR と｛８＋（４／１５）｝τR の２種類となり、２種類の磁極ピッチの差が大きくなるという問題点があった。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、回転子に作用する偏心力を極力少なくするとともに、固定子磁極が、その磁極ピッチの極端な差を減らし、できるだけ等ピッチ配置に近く配設されるハイブリッド型ステッピングモータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明のハイブリッド型ステッピングモータの構成は、次のとおりである。
【０００８】
（１） 固定子は放射状に配置された１５個の磁極を有し、回転子の鉄心は、ａを１以上の整数とするとき、１５ａ＋１０個の回転子極歯を有し、前記固定子の各磁極の前記回転子と対向する面には、それぞれ１個以上の固定子極歯が設けられており、任意の前記固定子磁極の磁気的中心線を起点として４つおきに配置された３個の磁極の磁気的中心線は等ピッチで配設されるとともに、連続する６個の磁極の磁気的中心線により形成される５つの磁極ピッチは回転子の極歯ピッチをτR とするとき、｛ａ＋（４／１５）｝τR である箇所が３箇所と｛ａ＋（４／１５）＋１｝τR である箇所が２箇所よりなるか、または｛ａ＋（１１／１５）｝τR である箇所が４箇所と｛ａ＋（１１／１５）−（１／３）｝τR である箇所が１箇所よりなり、前記固定子は３相、または５相、または１５相に巻線が巻回されることを特徴とする。
【０００９】
（２） 固定子は放射状に配置された１５個の磁極を有し、回転子の鉄心は、ａを１以上の整数とするとき、１５ａ＋５個の回転子極歯を有し、前記固定子の各磁極の前記回転子と対向する面には、それぞれ１個以上の固定子極歯が設けられており、任意の前記固定子磁極の磁気的中心線を起点として４つおきに配置された３個の磁極の磁気的中心線は等ピッチで配設されるとともに、連続する６個の磁極の磁気的中心線により形成される５つの磁極ピッチは回転子の極歯ピッチをτR とするとき、｛ａ＋（１１／１５）｝τR である箇所が３箇所と｛ａ＋（１１／１５）−１｝τR である箇所が２箇所よりなるか、または｛ａ＋（４／１５）｝τR である箇所が４箇所と｛ａ＋（４／１５）＋（１／３）｝τR である箇所が１箇所よりなり、前記固定子は３相、または５相、または１５相に巻線が巻回されることを特徴とする。
【００１０】
（３） 前記（１）または（２）において、前記固定子には、前記回転子と対向する面にそれぞれ１個以上の固定子極歯が設けられた１５個の磁極が放射状に配置されており、互いに隣接する該磁極に設けられたそれぞれの極歯のなす位相差は１５箇所すべてが電気角で９６°または２６４°（−９６°）であるか、または１２箇所が電気角で９６°で残りの３箇所が電気角で（９６＋１２０）°、または１２箇所が電気角で２６４°（−９６°）で残りの３箇所が電気角で（２６４−１２０）°であり、電気角で２４°ずつの位相差をもった前記各磁極を順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏとするとき、磁極Ｈ、Ａ、Ｉの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第１相とし、磁極Ｋ、Ｄ、Ｌの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第２相とし、磁極Ｎ、Ｇ、Ｏの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第３相とし、磁極Ｂ、Ｊ、Ｃの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第４相とし、磁極Ｅ、Ｍ、Ｆの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第５相として５相ハイブリット型ステッピングモータを構成することを特徴とする。
【００１１】
（４） 前記（１）または（２）において、前記固定子には、前記回転子と対向する面にそれぞれ１個以上の固定子極歯が設けられた１５個の磁極が放射状に配置されており、互いに隣接する該磁極に設けられたそれぞれの極歯のなす位相差は１５箇所すべてが電気角で９６°または２６４°（−９６°）であるか、または１２箇所が電気角で９６°で残りの３箇所が電気角で（９６＋１２０）°、または１２箇所が電気角で２６４°（−９６°）で残りの３箇所が電気角で（２６４−１２０）°であり、電気角で２４°ずつの位相差をもった前記各磁極を順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏとするとき、磁極Ｏ、Ｈ、Ａ、Ｉ、Ｂの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第１相とし、磁極Ｅ、Ｍ、Ｆ、Ｎ、Ｇの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第２相とし、磁極Ｊ、Ｃ、Ｋ、Ｄ、Ｌの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第３相として３相ハイブリッド型ステッピングモータを構成することを特徴とする。
【００１２】
本発明は、以上のように構成されているので、隣接する磁極のピッチの少なくとも１２箇所を電気角で±９６°とすることができるため、励磁される磁極の空間的な偏りを極力少なくすることができる。また、磁極ピッチの差を、回転子極歯４のピッチτR 、またはτR ／３に抑えることができ、等ピッチ配置に近い配置とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。
（第１実施例）
図１ないし図５は、本発明の第１実施例で、請求項１、請求項３および請求項４に係るハイブリッド型ステッピングモータＭ１の最適な実施例を示す。
図１は前記ステッピングモータＭ１の固定子鉄心１１の断面図で、回転子鉄心１２との相互関係を示し、図２は５相を構成する磁極巻線の結線図、図３は５相のトルクベクトル図、図４は３相を構成する磁極巻線の結線図、図５は３相のトルクベクトル図である。
【００１４】
図１において、前記ステッピングモータＭ１の鉄心は、固定子鉄心１１と外周に１００個（ａ＝６とした場合、１５ａ＋１０＝１００）の極歯１４が等ピッチで形成された回転子鉄心１２とから構成されている。固定子鉄心１１内に放射状に配設された１５個の固定子磁極Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、………、Ｐ14、Ｐ15には前記回転子鉄心１２に対向する面にそれぞれ複数個の固定子極歯１３が配設されている。
【００１５】
そして、４つおきに配置された３個の磁極、Ｐ1 、Ｐ6 、Ｐ11、またはＰ2 、Ｐ7 、Ｐ12、またはＰ3 、Ｐ8 、Ｐ13、またはＰ4 、Ｐ9 、Ｐ14、またはＰ5 、Ｐ10、Ｐ15は、前記それぞれ３個の磁極の磁気的中心線が互いに１２０°の角度で等ピッチに配設されているとともに、連続する６個の任意の磁極、例えばＰ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 、Ｐ5 、Ｐ6 の磁気的中心線により形成される５つの磁極ピッチは、図１に示すように、順に２２．５６°、２６．１６°、２２．５６°、２６．１６°、２２．５６°となっており、前記回転子鉄心１２の極歯１４のピッチをτR とするとき、｛ａ＋（４／１５）｝τR ＝｛６＋（４／１５）｝τR ＝２２．５６°である箇所が３箇所と、｛ａ＋（４／１５）＋１｝τR ＝｛７＋（４／１５）｝τR ＝２６．１６°である箇所が２箇所から構成されている。
【００１６】
同図の状態における前記各固定子磁極Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、………、Ｐ14、Ｐ15の内周面に設けられたそれぞれの前記固定子極歯１３と前記回転子鉄心１２の外周に設けられた回転子極歯１４とのずれ角は、前記回転子極歯ピッチτR （電気角３６０°）を単位とすれば、それぞれ（０／１５）τR 、（４／１５）τR 、（８／１５）τR 、（１２／１５）τR 、（１／１５）τR 、（５／１５）τR 、（９／１５）τR 、（１３／１５）τR 、（２／１５）τR 、（６／１５）τR 、（１０／１５）τR 、（１４／１５）τR 、（３／１５）τR 、（７／１５）τR 、（１１／１５）τR である。ここで（０／１５）τR は、ずれ角０°を意味し、固定子極歯１３と回転子極歯１４とは丁度対向していることを意味し、（１／１５）τR は歯ピッチの１／１５、すなわち電気角で２４°のずれ角をもって対向していることを意味している。
【００１７】
従って、前記各固定子磁極Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、………、Ｐ14、Ｐ15にそれぞれ巻回された巻線Ｗ1 、Ｗ2 、Ｗ3 、………、Ｗ14、Ｗ15に、正方向電流を流したときに発生するトルクベクトルは前記ずれ角の関係から、図３に示すように、それぞれＴA 、ＴE 、ＴI 、ＴM 、ＴB 、ＴF 、ＴJ 、ＴN 、ＴC 、ＴG 、ＴK 、ＴO 、ＴD 、ＴH 、ＴL となる。
【００１８】
従って、図２に示すように、前記固定子磁極Ｐ14、Ｐ1 、Ｐ3 に巻回された巻線Ｗ14、Ｗ1 、Ｗ3 を極性が交互になるように結線して第１相とし、固定子磁極Ｐ11、Ｐ13、Ｐ15に巻回された巻線Ｗ11、Ｗ13、Ｗ15を極性が交互になるように結線して第２相とし、固定子磁極Ｐ8 、Ｐ10、Ｐ12に巻回された巻線Ｗ8 、Ｗ10、Ｗ12を極性が交互になるように結線して第３相とし、固定子磁極Ｐ5 、Ｐ7 、Ｐ9 に巻回された巻線Ｗ5 、Ｗ7 、Ｗ9 を極性が交互になるように結線して第４相とし、固定子磁極Ｐ2 、Ｐ4 、Ｐ6 に巻回された巻線Ｗ2 、Ｗ4 、Ｗ6 を極性が交互になるように結線して第５相とするとともに、前記各相巻線に正方向電流を流したときに発生するトルクベクトルをＴ(I) 、Ｔ(II)、Ｔ(III) 、Ｔ(IV)、Ｔ(V) とすると、各トルクベクトルは図３に示すように、所定の巻線によるトルクベクトルのベクトル合成となり、合成トルクベクトルＴ(I) 、Ｔ(II)、Ｔ(III) 、Ｔ(IV)、Ｔ(V) は電気角で７２°ずつの位相角をもつことになる。
【００１９】
また、前記とは逆向きに電流を流したときに発生するトルクベクトルＴ′(I) 、Ｔ′(II)、Ｔ′(III) 、Ｔ′(IV)、Ｔ′(V) は、トルクベクトルＴ(I) 、Ｔ(II)、Ｔ(III) 、Ｔ(IV)、Ｔ(V) に対し、それぞれ電気角で１８０°の位相差をもつベクトルとなる。このため、両者を交互に組み合わせることにより、電気角で３６°ずつ一定方向に回転するトルクベクトルＴ(I) 、Ｔ′(IV)、Ｔ(II)、Ｔ′(V) 、Ｔ(III) 、Ｔ′(I) 、Ｔ(IV)、Ｔ′(II)、Ｔ(V) 、Ｔ′(III) を発生することができる。
【００２０】
このとき回転子は、電気角で３６°（機械角で３６°／１００、すなわち０．３６°）ずつ回転することとなり、基本ステップ角０．３６°の５相ハイブリッド型ステッピングモータが構成できる。
【００２１】
また、図４に示すように、前記固定子磁極Ｐ12、Ｐ14、Ｐ1 、Ｐ3 、Ｐ5 に巻回された巻線Ｗ12、Ｗ14、Ｗ1 、Ｗ3 、Ｗ5 を極性が交互になるように結線して第１相とし、固定子磁極Ｐ2 、Ｐ4 、Ｐ6 、Ｐ8 、Ｐ10に巻回された巻線Ｗ2 、Ｗ4 、Ｗ6 、Ｗ8 、Ｗ10を極性が交互になるように結線して第２相とし、固定子磁極Ｐ7 、Ｐ9 、Ｐ11、Ｐ13、Ｐ15に巻回された巻線Ｗ7 、Ｗ9 、Ｗ11、Ｗ13、Ｗ15を極性が交互になるように結線して第３相とするとともに、前記各相巻線に正方向電流を流したときに発生するトルクベクトルをＴ(I) 、Ｔ(II)、Ｔ(III) とすると、各トルクベクトルは図５に示すように、所定の巻線によるトルクベクトルのベクトル合成となり、合成トルクベクトルＴ(I) 、Ｔ(II)、Ｔ(III) は電気角で１２０°ずつの位相角をもつことになる。
【００２２】
また、前記とは逆向きに電流を流したときに発生するトルクベクトルＴ′(I) 、Ｔ′(II)、Ｔ′(III) は、トルクベクトルＴ(I) 、Ｔ(II)、Ｔ(III) に対し、それぞれ電気角で１８０°の位相差をもつベクトルとなる。このため、両者を交互に組み合わせることにより、電気角で６０°ずつ一定方向に回転するトルクベクトルＴ(I) 、Ｔ′(III) 、Ｔ(II)、Ｔ′(I) 、Ｔ(III) 、Ｔ′(II)を発生することができる。
【００２３】
このとき回転子は、電気角で６０°（機械角で６０°／１００、すなわち０．６°）ずつ回転することとなり、基本ステップ角０．６°の３相ハイブリッド型ステッピングモータが構成できる。
さらに、電気角で２４°（機械角で２４°／１００、すなわち０．２４°）ずつ回転させることも可能であり、その場合は、基本ステップ角０．２４°の１５相ハイブリッド型ステッピングモータが構成できる。
【００２４】
（第２実施例）
図６ないし図８は、本発明の第２実施例で、請求項２、請求項３および請求項４に係るハイブリッド型ステッピングモータＭ２の最適な実施例を示す。
図６は前記ステッピングモータＭ２の固定子鉄心２１の断面図で、回転子鉄心２２との相互関係を示し、図７は５相を構成する磁極巻線の結線図、図８は３相を構成する磁極巻線の結線図である。
【００２５】
図６において、前記ステッピングモータＭ２の鉄心は、固定子鉄心２１と外周に５０個（ａ＝３とした場合、１５ａ＋５＝５０）の極歯２４が等ピッチで形成された回転子鉄心２２とから構成されている。固定子鉄心２１内に放射状に配設された１５個の固定子磁極Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、………、Ｐ14、Ｐ15には回転子鉄心２２に対向する面にそれぞれ複数個の固定子極歯２３が配設されている。
【００２６】
そして、４つおきに配置された３個の磁極、Ｐ1 、Ｐ6 、Ｐ11、またはＰ2 、Ｐ7 、Ｐ12、またはＰ3 、Ｐ8 、Ｐ13、またはＰ4 、Ｐ9 、Ｐ14、またはＰ5 、Ｐ10、Ｐ15は、前記それぞれ３個の磁極の磁気的中心線が互いに１２０°の角度で等ピッチに配置されているとともに、連続する６個の任意の磁極、例えばＰ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 、Ｐ5 、Ｐ6 の磁気的中心線により形成される５つの磁極ピッチは図６に示すように、順に２３．５２°、２３．５２°、２５．９２°、２３．５２°、２３．５２°となっており、回転子の極歯ピッチをτR とするとき、｛ａ＋（４／１５）｝τR ＝｛３＋（４／１５）｝τR ＝２３．５２°である箇所が４箇所と、｛ａ＋（４／１５）＋（１／３）｝τR ＝｛３＋（４／１５）＋（１／３）｝τR ＝２５．９２°である箇所が１箇所から構成されている。
【００２７】
同図の状態における前記各固定子磁極Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、………、Ｐ14、Ｐ15の内周面に設けられたそれぞれの前記固定子極歯２３と前記回転子鉄心２２の外周に設けられた回転子極歯２４とのずれ角は、前記回転子極歯ピッチτR （電気角３６０°）を単位とすれば、それぞれ（０／１５）τR 、（４／１５）τR 、（８／１５）τR 、（２／１５）τR 、（６／１５）τR 、（１０／１５）τR 、（１４／１５）τR 、（３／１５）τR 、（１２／１５）τR 、（１／１５）τR 、（５／１５）τR 、（９／１５）τR 、（１３／１５）τR 、（７／１５）τR 、（１１／１５）τR である。ここで（０／１５）τR は、ずれ角０°を意味し、固定子極歯２３と回転子極歯２４とは丁度対向していることを意味し、（１／１５）τR は歯ピッチの１／１５、すなわち電気角で２４°のずれ角をもって対向していることを意味している。
【００２８】
従って、前記各固定子磁極Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、………、Ｐ14、Ｐ15にそれぞれ巻回された巻線Ｗ1 、Ｗ2 、Ｗ3 、………、Ｗ14、Ｗ15に、個別に正方向電流を流したときに発生するトルクベクトルは前記ずれ角の関係から、それぞれＴA 、ＴE 、ＴI 、ＴC 、ＴG 、ＴK 、ＴO 、ＴD 、ＴM 、ＴB 、ＴF 、ＴJ 、ＴN 、ＴH 、ＴL となる。
【００２９】
従って、図７に示すように、前記固定子磁極Ｐ14、Ｐ1 、Ｐ3 に巻回された巻線Ｗ14、Ｗ1 、Ｗ3 を極性が交互になるように結線して第１相とし、固定子磁極Ｐ6 、Ｐ8 、Ｐ15に巻回された巻線Ｗ6 、Ｗ8 、Ｗ15を極性が交互になるように結線して第２相とし、固定子磁極Ｐ13、Ｐ5 、Ｐ7 に巻回された巻線Ｗ13、Ｗ5 、Ｗ7 を極性が交互になるように結線して第３相とし、固定子磁極Ｐ10、Ｐ12、Ｐ4 に巻回された巻線Ｗ10、Ｗ12、Ｗ4 を極性が交互になるように結線して第４相とし、固定子磁極Ｐ2 、Ｐ9 、Ｐ11に巻回された巻線Ｗ2 、Ｗ9 、Ｗ11を極性が交互になるように結線して第５相とすると、前記各相巻線に電流を流したときに発生するトルクベクトルは前記図３と同じになり、電気角で３６°ずつ一定方向に回転するトルクベクトルＴ(I) 、Ｔ′(IV)、Ｔ(II)、Ｔ′(V) 、Ｔ(III) 、Ｔ′(I) 、Ｔ(IV)、Ｔ′(II)、Ｔ(V) 、Ｔ′(III) を発生することができる。
【００３０】
このとき回転子は、電気角で３６°（機械角で３６°／５０すなわち０．７２°）ずつ回転することとなり、基本ステップ角０．７２°の５相ハイブリッド型ステッピングモータが構成できる。
【００３１】
また、図８に示すように、前記固定子磁極Ｐ7 、Ｐ14、Ｐ1 、Ｐ3 、Ｐ10に巻回された巻線Ｗ7 、Ｗ14、Ｗ1 、Ｗ3 、Ｗ10を極性が交互になるように結線して第１相とし、固定子磁極Ｐ2 、Ｐ9 、Ｐ11、Ｐ13、Ｐ5 に巻回された巻線Ｗ2 、Ｗ9 、Ｗ11、Ｗ13、Ｗ5 を極性が交互になるように結線して第２相とし、固定子磁極Ｐ12、Ｐ4 、Ｐ6 、Ｐ8 、Ｐ15に巻回された巻線Ｗ12、Ｗ4 、Ｗ6 、Ｗ8 、Ｗ15を極性が交互になるように結線して第３相とすると、前記各相巻線に電流を流したときに発生するトルクベクトルは前記図４と同じになり、電気角で６０°ずつ一定方向に回転するトルクベクトルＴ(I) 、Ｔ′(III) 、Ｔ(II)、Ｔ′(I) 、Ｔ(III) 、Ｔ′(II)を発生することができる。
【００３２】
このとき回転子は、電気角で６０°（機械角で６０°／５０すなわち１．２°）ずつ回転することとなり、基本ステップ角１．２°の３相ハイブリッド型ステッピングモータが構成できる。
さらに、電気角で２４°（機械角で２４°／５０すなわち０．４８°）ずつ回転させることも可能であり、その場合は、基本ステップ角０．４８°の１５相ハイブリッド型ステッピングモータが構成できる。
【００３３】
前記実施例１の構成のモータを、５相ハイブリッド型ステッピングモータとして４相励磁を行った場合の励磁状態を図９に示し、３相ハイブリッド型ステッピングモータとして２相励磁を行った場合の励磁状態を図１０に示す。この場合、励磁される磁極の空間位置的な偏りはなく、回転子に作用する偏心力が極力抑えられた構成となっていることが分かる。
【００３４】
なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
また、本実施の形態においては、固定子の内側に回転子がある構成を示したが、固定子の外側に回転子がある構成ももちろん可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のハイブリッド型ステッピングモータによれば、固定子は放射状に配置された１５個の磁極を有し、回転子の鉄心は、前記所定個数の回転子極歯を有し、前記固定子の各磁極の前記回転子と対向する面には、それぞれ１個以上の固定子極歯が設けられており、任意の前記固定子磁極の磁気的中心線を起点として４つおきに配置された３個の磁極の磁気的中心線は等ピッチで配設されるとともに、連続する６個の磁極の磁気的中心線により形成される５つの磁極ピッチは、前記所定の条件を満たすようにしたので、回転子に作用する偏心力を極力少なくするとともに、固定子磁極を、その磁極ピッチの極端な差を減らし、できるだけ等ピッチ配置に近い配置とすることができる。
【００３６】
また、固定子鉄心に５相、または３相、または１５相の完全な相巻線を巻装することができるため、一つの固定子の鉄板用金型の設計製作で、前記３種類のモータに対応できる。このため、金型費用の節約と、関連部品や治具の共用化などが図られ、生産性が向上する優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハイブリッド型ステッピングモータの第１実施例を示し、その固定子鉄心の断面図で、回転子鉄心との相互関係を示す図である。
【図２】図１の５相を構成する磁極巻線の結線図である。
【図３】図２の５相のトルクベクトル図である。
【図４】３相を構成する磁極巻線の結線図である。
【図５】図４の３相のトルクベクトル図である。
【図６】本発明のハイブリッド型ステッピングモータの第２実施例を示し、その固定子鉄心の断面図で、回転子鉄心との相互関係を示す図である。
【図７】図６の５相を構成する磁極巻線の結線図である。
【図８】図６の３相を構成する磁極巻線の結線図である。
【図９】第１実施例のモータを、５相ハイブリッド型ステッピングモータとして４相励磁を行った場合の励磁状態を示す図である。
【図１０】第１実施例のモータを、３相ハイブリッド型ステッピングモータとして２相励磁を行った場合の励磁状態を示す図である。
【図１１】従来のハイブリッド型ステッピングモータの固定子鉄心の断面図で、回転子鉄心との相互関係を示す図である。
【図１２】図１１のモータを、５相ハイブリッド型ステッピングモータとして４相励磁を行った場合の励磁状態を示す図である。
【図１３】図１１のモータを、３相ハイブリッド型ステッピングモータとして２相励磁を行った場合の励磁状態を示す図である。
【符号の説明】
１、１１、２１ 固定子鉄心
２、１２、２２ 回転子鉄心
３、１３、２３ 固定子極歯
４、１４、２４ 回転子極歯
Ｍ１、Ｍ２ ハイブリッド型ステッピングモータ
Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、………、Ｐ14、Ｐ15 固定子磁極
Ｔ(I) 、Ｔ(II)、Ｔ(III) 、Ｔ(IV)、Ｔ(V) トルクベクトル
Ｔ′(I) 、Ｔ′(II)、Ｔ′(III) 、Ｔ′(IV)、Ｔ′(V) トルクベクトル
Ｗ1 、Ｗ2 、Ｗ3 、………、Ｗ14、Ｗ15 巻線
τR 回転子極歯ピッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子に放射状に１５個の磁極を有するハイブリッド型ステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のハイブリッド型ステッピングモータとして、図１１に示すように、本出願者は、特開平５−２０７７２４号公報（特願平４−３４５７９号）にて、固定子の鉄心１にＰ個の磁極をもち、ｍ相またはｎ相に巻線できるハイブリッド型ステッピングモータの構成について開示している。すなわち、図１１によれば、固定子の鉄心１にＰ個の磁極をもち、該磁極の回転子の鉄心２と対向する面に、それぞれ複数個の固定子極歯３が配設されているハイブリッド型ステッピングモータであり、隣合う前記固定子磁極に配設された各固定子極歯３の群の中心をなすピッチ角は、それぞれτA である箇所が（Ｐ−Ｂ）箇所、τB である箇所がＢ箇所であって、前記固定子磁極数Ｐおよびピッチ角τA 、τB は下記の関係を満足するように構成され、これにより前記固定子はｍ相、またはｎ相に巻線されている。そして、その関係とは、Ｐ＝ａｍｎ （ただし、ｍｎが偶数のときａ＝２、ｍｎが奇数のときａ＝１）、τA ＝｛Ｎ＋（ｋ／Ｐ）｝τR 、τB ＝｛Ｎ＋ｘ＋（ｋ／Ｐ）｝τR 、ここで、Ｎは１以上の整数、τR は回転子の極歯ピッチ、｜ｘ｜＝１、または２、または３、ｋはＰをこえない正の整数であって、Ｐとの共約数をもたないもの、Ｂ＝ｍ、またはｎ、またはａｍ （ただし、ｍ〈ｎ）というものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のハイブリッド型ステッピングモータにあっては、ｍ＝３、ｎ＝５、Ｐ＝１５の場合の固定子の構成について、特定の回転子極歯４の数の場合に適用した場合、隣接する磁極のピッチを最適な構成にできないという問題点があった。
【０００４】
例えば、前記図１１に示す前記公報の実施例の図（図６）では、回転子極歯４の数が１００（すなわち、ｋ＝７、Ｎ＝６、ｘ＝１）の場合を開示しているが、隣接する磁極のピッチは｛６＋（７／１５）｝τR と｛７＋（７／１５）｝τR の２種類となり、例えば５相巻線をして４相励磁を行った場合や、３相巻線をして２相励磁を行った場合の励磁状態は、それぞれ図１２、図１３のようになり、励磁される磁極に機械的な偏りが生じ、該回転子に偏心力が作用するという問題点があった。
【０００５】
また、該公報の実施例にはないが、前記偏心力を極力抑えた構成として回転子極歯４の数が１００の場合（すなわち、ｋ＝４、Ｎ＝６、ｘ＝２）という構成が可能であるが、この場合には隣接する磁極のピッチは｛６＋（４／１５）｝τR と｛８＋（４／１５）｝τR の２種類となり、２種類の磁極ピッチの差が大きくなるという問題点があった。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、回転子に作用する偏心力を極力少なくするとともに、固定子磁極が、その磁極ピッチの極端な差を減らし、できるだけ等ピッチ配置に近く配設されるハイブリッド型ステッピングモータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明のハイブリッド型ステッピングモータの構成は、次のとおりである。
【０００８】
（１） 固定子は放射状に配置された１５個の磁極を有し、回転子の鉄心は、ａを１以上の整数とするとき、１５ａ＋１０個の回転子極歯を有し、前記固定子の各磁極の前記回転子と対向する面には、それぞれ１個以上の固定子極歯が設けられており、任意の前記固定子磁極の磁気的中心線を起点として４つおきに配置された３個の磁極の磁気的中心線は等ピッチで配設されるとともに、連続する６個の磁極の磁気的中心線により形成される５つの磁極ピッチは回転子の極歯ピッチをτR とするとき、｛ａ＋（４／１５）｝τR である箇所が３箇所と｛ａ＋（４／１５）＋１｝τR である箇所が２箇所よりなるか、または｛ａ＋（１１／１５）｝τR である箇所が４箇所と｛ａ＋（１１／１５）−（１／３）｝τR である箇所が１箇所よりなり、前記固定子は３相、または５相、または１５相に巻線が巻回されることを特徴とする。
【０００９】
（２） 固定子は放射状に配置された１５個の磁極を有し、回転子の鉄心は、ａを１以上の整数とするとき、１５ａ＋５個の回転子極歯を有し、前記固定子の各磁極の前記回転子と対向する面には、それぞれ１個以上の固定子極歯が設けられており、任意の前記固定子磁極の磁気的中心線を起点として４つおきに配置された３個の磁極の磁気的中心線は等ピッチで配設されるとともに、連続する６個の磁極の磁気的中心線により形成される５つの磁極ピッチは回転子の極歯ピッチをτR とするとき、｛ａ＋（１１／１５）｝τR である箇所が３箇所と｛ａ＋（１１／１５）−１｝τR である箇所が２箇所よりなるか、または｛ａ＋（４／１５）｝τR である箇所が４箇所と｛ａ＋（４／１５）＋（１／３）｝τR である箇所が１箇所よりなり、前記固定子は３相、または５相、または１５相に巻線が巻回されることを特徴とする。
【００１０】
（３） 前記（１）または（２）において、前記固定子には、前記回転子と対向する面にそれぞれ１個以上の固定子極歯が設けられた１５個の磁極が放射状に配置されており、互いに隣接する該磁極に設けられたそれぞれの極歯のなす位相差は１５箇所すべてが電気角で９６°または２６４°（−９６°）であるか、または１２箇所が電気角で９６°で残りの３箇所が電気角で（９６＋１２０）°、または１２箇所が電気角で２６４°（−９６°）で残りの３箇所が電気角で（２６４−１２０）°であり、電気角で２４°ずつの位相差をもった前記各磁極を順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏとするとき、磁極Ｈ、Ａ、Ｉの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第１相とし、磁極Ｋ、Ｄ、Ｌの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第２相とし、磁極Ｎ、Ｇ、Ｏの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第３相とし、磁極Ｂ、Ｊ、Ｃの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第４相とし、磁極Ｅ、Ｍ、Ｆの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第５相として５相ハイブリット型ステッピングモータを構成することを特徴とする。
【００１１】
（４） 前記（１）または（２）において、前記固定子には、前記回転子と対向する面にそれぞれ１個以上の固定子極歯が設けられた１５個の磁極が放射状に配置されており、互いに隣接する該磁極に設けられたそれぞれの極歯のなす位相差は１５箇所すべてが電気角で９６°または２６４°（−９６°）であるか、または１２箇所が電気角で９６°で残りの３箇所が電気角で（９６＋１２０）°、または１２箇所が電気角で２６４°（−９６°）で残りの３箇所が電気角で（２６４−１２０）°であり、電気角で２４°ずつの位相差をもった前記各磁極を順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏとするとき、磁極Ｏ、Ｈ、Ａ、Ｉ、Ｂの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第１相とし、磁極Ｅ、Ｍ、Ｆ、Ｎ、Ｇの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第２相とし、磁極Ｊ、Ｃ、Ｋ、Ｄ、Ｌの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第３相として３相ハイブリッド型ステッピングモータを構成することを特徴とする。
【００１２】
本発明は、以上のように構成されているので、隣接する磁極のピッチの少なくとも１２箇所を電気角で±９６°とすることができるため、励磁される磁極の空間的な偏りを極力少なくすることができる。また、磁極ピッチの差を、回転子極歯４のピッチτR 、またはτR ／３に抑えることができ、等ピッチ配置に近い配置とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。
（第１実施例）
図１ないし図５は、本発明の第１実施例で、請求項１、請求項３および請求項４に係るハイブリッド型ステッピングモータＭ１の最適な実施例を示す。
図１は前記ステッピングモータＭ１の固定子鉄心１１の断面図で、回転子鉄心１２との相互関係を示し、図２は５相を構成する磁極巻線の結線図、図３は５相のトルクベクトル図、図４は３相を構成する磁極巻線の結線図、図５は３相のトルクベクトル図である。
【００１４】
図１において、前記ステッピングモータＭ１の鉄心は、固定子鉄心１１と外周に１００個（ａ＝６とした場合、１５ａ＋１０＝１００）の極歯１４が等ピッチで形成された回転子鉄心１２とから構成されている。固定子鉄心１１内に放射状に配設された１５個の固定子磁極Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、………、Ｐ14、Ｐ15には前記回転子鉄心１２に対向する面にそれぞれ複数個の固定子極歯１３が配設されている。
【００１５】
そして、４つおきに配置された３個の磁極、Ｐ1 、Ｐ6 、Ｐ11、またはＰ2 、Ｐ7 、Ｐ12、またはＰ3 、Ｐ8 、Ｐ13、またはＰ4 、Ｐ9 、Ｐ14、またはＰ5 、Ｐ10、Ｐ15は、前記それぞれ３個の磁極の磁気的中心線が互いに１２０°の角度で等ピッチに配設されているとともに、連続する６個の任意の磁極、例えばＰ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 、Ｐ5 、Ｐ6 の磁気的中心線により形成される５つの磁極ピッチは、図１に示すように、順に２２．５６°、２６．１６°、２２．５６°、２６．１６°、２２．５６°となっており、前記回転子鉄心１２の極歯１４のピッチをτR とするとき、｛ａ＋（４／１５）｝τR ＝｛６＋（４／１５）｝τR ＝２２．５６°である箇所が３箇所と、｛ａ＋（４／１５）＋１｝τR ＝｛７＋（４／１５）｝τR ＝２６．１６°である箇所が２箇所から構成されている。
【００１６】
同図の状態における前記各固定子磁極Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、………、Ｐ14、Ｐ15の内周面に設けられたそれぞれの前記固定子極歯１３と前記回転子鉄心１２の外周に設けられた回転子極歯１４とのずれ角は、前記回転子極歯ピッチτR （電気角３６０°）を単位とすれば、それぞれ（０／１５）τR 、（４／１５）τR 、（８／１５）τR 、（１２／１５）τR 、（１／１５）τR 、（５／１５）τR 、（９／１５）τR 、（１３／１５）τR 、（２／１５）τR 、（６／１５）τR 、（１０／１５）τR 、（１４／１５）τR 、（３／１５）τR 、（７／１５）τR 、（１１／１５）τR である。ここで（０／１５）τR は、ずれ角０°を意味し、固定子極歯１３と回転子極歯１４とは丁度対向していることを意味し、（１／１５）τR は歯ピッチの１／１５、すなわち電気角で２４°のずれ角をもって対向していることを意味している。
【００１７】
従って、前記各固定子磁極Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、………、Ｐ14、Ｐ15にそれぞれ巻回された巻線Ｗ1 、Ｗ2 、Ｗ3 、………、Ｗ14、Ｗ15に、正方向電流を流したときに発生するトルクベクトルは前記ずれ角の関係から、図３に示すように、それぞれＴA 、ＴE 、ＴI 、ＴM 、ＴB 、ＴF 、ＴJ 、ＴN 、ＴC 、ＴG 、ＴK 、ＴO 、ＴD 、ＴH 、ＴL となる。
【００１８】
従って、図２に示すように、前記固定子磁極Ｐ14、Ｐ1 、Ｐ3 に巻回された巻線Ｗ14、Ｗ1 、Ｗ3 を極性が交互になるように結線して第１相とし、固定子磁極Ｐ11、Ｐ13、Ｐ15に巻回された巻線Ｗ11、Ｗ13、Ｗ15を極性が交互になるように結線して第２相とし、固定子磁極Ｐ8 、Ｐ10、Ｐ12に巻回された巻線Ｗ8 、Ｗ10、Ｗ12を極性が交互になるように結線して第３相とし、固定子磁極Ｐ5 、Ｐ7 、Ｐ9 に巻回された巻線Ｗ5 、Ｗ7 、Ｗ9 を極性が交互になるように結線して第４相とし、固定子磁極Ｐ2 、Ｐ4 、Ｐ6 に巻回された巻線Ｗ2 、Ｗ4 、Ｗ6 を極性が交互になるように結線して第５相とするとともに、前記各相巻線に正方向電流を流したときに発生するトルクベクトルをＴ(I) 、Ｔ(II)、Ｔ(III) 、Ｔ(IV)、Ｔ(V) とすると、各トルクベクトルは図３に示すように、所定の巻線によるトルクベクトルのベクトル合成となり、合成トルクベクトルＴ(I) 、Ｔ(II)、Ｔ(III) 、Ｔ(IV)、Ｔ(V) は電気角で７２°ずつの位相角をもつことになる。
【００１９】
また、前記とは逆向きに電流を流したときに発生するトルクベクトルＴ′(I) 、Ｔ′(II)、Ｔ′(III) 、Ｔ′(IV)、Ｔ′(V) は、トルクベクトルＴ(I) 、Ｔ(II)、Ｔ(III) 、Ｔ(IV)、Ｔ(V) に対し、それぞれ電気角で１８０°の位相差をもつベクトルとなる。このため、両者を交互に組み合わせることにより、電気角で３６°ずつ一定方向に回転するトルクベクトルＴ(I) 、Ｔ′(IV)、Ｔ(II)、Ｔ′(V) 、Ｔ(III) 、Ｔ′(I) 、Ｔ(IV)、Ｔ′(II)、Ｔ(V) 、Ｔ′(III) を発生することができる。
【００２０】
このとき回転子は、電気角で３６°（機械角で３６°／１００、すなわち０．３６°）ずつ回転することとなり、基本ステップ角０．３６°の５相ハイブリッド型ステッピングモータが構成できる。
【００２１】
また、図４に示すように、前記固定子磁極Ｐ12、Ｐ14、Ｐ1 、Ｐ3 、Ｐ5 に巻回された巻線Ｗ12、Ｗ14、Ｗ1 、Ｗ3 、Ｗ5 を極性が交互になるように結線して第１相とし、固定子磁極Ｐ2 、Ｐ4 、Ｐ6 、Ｐ8 、Ｐ10に巻回された巻線Ｗ2 、Ｗ4 、Ｗ6 、Ｗ8 、Ｗ10を極性が交互になるように結線して第２相とし、固定子磁極Ｐ7 、Ｐ9 、Ｐ11、Ｐ13、Ｐ15に巻回された巻線Ｗ7 、Ｗ9 、Ｗ11、Ｗ13、Ｗ15を極性が交互になるように結線して第３相とするとともに、前記各相巻線に正方向電流を流したときに発生するトルクベクトルをＴ(I) 、Ｔ(II)、Ｔ(III) とすると、各トルクベクトルは図５に示すように、所定の巻線によるトルクベクトルのベクトル合成となり、合成トルクベクトルＴ(I) 、Ｔ(II)、Ｔ(III) は電気角で１２０°ずつの位相角をもつことになる。
【００２２】
また、前記とは逆向きに電流を流したときに発生するトルクベクトルＴ′(I) 、Ｔ′(II)、Ｔ′(III) は、トルクベクトルＴ(I) 、Ｔ(II)、Ｔ(III) に対し、それぞれ電気角で１８０°の位相差をもつベクトルとなる。このため、両者を交互に組み合わせることにより、電気角で６０°ずつ一定方向に回転するトルクベクトルＴ(I) 、Ｔ′(III) 、Ｔ(II)、Ｔ′(I) 、Ｔ(III) 、Ｔ′(II)を発生することができる。
【００２３】
このとき回転子は、電気角で６０°（機械角で６０°／１００、すなわち０．６°）ずつ回転することとなり、基本ステップ角０．６°の３相ハイブリッド型ステッピングモータが構成できる。
さらに、電気角で２４°（機械角で２４°／１００、すなわち０．２４°）ずつ回転させることも可能であり、その場合は、基本ステップ角０．２４°の１５相ハイブリッド型ステッピングモータが構成できる。
【００２４】
（第２実施例）
図６ないし図８は、本発明の第２実施例で、請求項２、請求項３および請求項４に係るハイブリッド型ステッピングモータＭ２の最適な実施例を示す。
図６は前記ステッピングモータＭ２の固定子鉄心２１の断面図で、回転子鉄心２２との相互関係を示し、図７は５相を構成する磁極巻線の結線図、図８は３相を構成する磁極巻線の結線図である。
【００２５】
図６において、前記ステッピングモータＭ２の鉄心は、固定子鉄心２１と外周に５０個（ａ＝３とした場合、１５ａ＋５＝５０）の極歯２４が等ピッチで形成された回転子鉄心２２とから構成されている。固定子鉄心２１内に放射状に配設された１５個の固定子磁極Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、………、Ｐ14、Ｐ15には回転子鉄心２２に対向する面にそれぞれ複数個の固定子極歯２３が配設されている。
【００２６】
そして、４つおきに配置された３個の磁極、Ｐ1 、Ｐ6 、Ｐ11、またはＰ2 、Ｐ7 、Ｐ12、またはＰ3 、Ｐ8 、Ｐ13、またはＰ4 、Ｐ9 、Ｐ14、またはＰ5 、Ｐ10、Ｐ15は、前記それぞれ３個の磁極の磁気的中心線が互いに１２０°の角度で等ピッチに配置されているとともに、連続する６個の任意の磁極、例えばＰ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 、Ｐ5 、Ｐ6 の磁気的中心線により形成される５つの磁極ピッチは図６に示すように、順に２３．５２°、２３．５２°、２５．９２°、２３．５２°、２３．５２°となっており、回転子の極歯ピッチをτR とするとき、｛ａ＋（４／１５）｝τR ＝｛３＋（４／１５）｝τR ＝２３．５２°である箇所が４箇所と、｛ａ＋（４／１５）＋（１／３）｝τR ＝｛３＋（４／１５）＋（１／３）｝τR ＝２５．９２°である箇所が１箇所から構成されている。
【００２７】
同図の状態における前記各固定子磁極Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、………、Ｐ14、Ｐ15の内周面に設けられたそれぞれの前記固定子極歯２３と前記回転子鉄心２２の外周に設けられた回転子極歯２４とのずれ角は、前記回転子極歯ピッチτR （電気角３６０°）を単位とすれば、それぞれ（０／１５）τR 、（４／１５）τR 、（８／１５）τR 、（２／１５）τR 、（６／１５）τR 、（１０／１５）τR 、（１４／１５）τR 、（３／１５）τR 、（１２／１５）τR 、（１／１５）τR 、（５／１５）τR 、（９／１５）τR 、（１３／１５）τR 、（７／１５）τR 、（１１／１５）τR である。ここで（０／１５）τR は、ずれ角０°を意味し、固定子極歯２３と回転子極歯２４とは丁度対向していることを意味し、（１／１５）τR は歯ピッチの１／１５、すなわち電気角で２４°のずれ角をもって対向していることを意味している。
【００２８】
従って、前記各固定子磁極Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、………、Ｐ14、Ｐ15にそれぞれ巻回された巻線Ｗ1 、Ｗ2 、Ｗ3 、………、Ｗ14、Ｗ15に、個別に正方向電流を流したときに発生するトルクベクトルは前記ずれ角の関係から、それぞれＴA 、ＴE 、ＴI 、ＴC 、ＴG 、ＴK 、ＴO 、ＴD 、ＴM 、ＴB 、ＴF 、ＴJ 、ＴN 、ＴH 、ＴL となる。
【００２９】
従って、図７に示すように、前記固定子磁極Ｐ14、Ｐ1 、Ｐ3 に巻回された巻線Ｗ14、Ｗ1 、Ｗ3 を極性が交互になるように結線して第１相とし、固定子磁極Ｐ6 、Ｐ8 、Ｐ15に巻回された巻線Ｗ6 、Ｗ8 、Ｗ15を極性が交互になるように結線して第２相とし、固定子磁極Ｐ13、Ｐ5 、Ｐ7 に巻回された巻線Ｗ13、Ｗ5 、Ｗ7 を極性が交互になるように結線して第３相とし、固定子磁極Ｐ10、Ｐ12、Ｐ4 に巻回された巻線Ｗ10、Ｗ12、Ｗ4 を極性が交互になるように結線して第４相とし、固定子磁極Ｐ2 、Ｐ9 、Ｐ11に巻回された巻線Ｗ2 、Ｗ9 、Ｗ11を極性が交互になるように結線して第５相とすると、前記各相巻線に電流を流したときに発生するトルクベクトルは前記図３と同じになり、電気角で３６°ずつ一定方向に回転するトルクベクトルＴ(I) 、Ｔ′(IV)、Ｔ(II)、Ｔ′(V) 、Ｔ(III) 、Ｔ′(I) 、Ｔ(IV)、Ｔ′(II)、Ｔ(V) 、Ｔ′(III) を発生することができる。
【００３０】
このとき回転子は、電気角で３６°（機械角で３６°／５０すなわち０．７２°）ずつ回転することとなり、基本ステップ角０．７２°の５相ハイブリッド型ステッピングモータが構成できる。
【００３１】
また、図８に示すように、前記固定子磁極Ｐ7 、Ｐ14、Ｐ1 、Ｐ3 、Ｐ10に巻回された巻線Ｗ7 、Ｗ14、Ｗ1 、Ｗ3 、Ｗ10を極性が交互になるように結線して第１相とし、固定子磁極Ｐ2 、Ｐ9 、Ｐ11、Ｐ13、Ｐ5 に巻回された巻線Ｗ2 、Ｗ9 、Ｗ11、Ｗ13、Ｗ5 を極性が交互になるように結線して第２相とし、固定子磁極Ｐ12、Ｐ4 、Ｐ6 、Ｐ8 、Ｐ15に巻回された巻線Ｗ12、Ｗ4 、Ｗ6 、Ｗ8 、Ｗ15を極性が交互になるように結線して第３相とすると、前記各相巻線に電流を流したときに発生するトルクベクトルは前記図４と同じになり、電気角で６０°ずつ一定方向に回転するトルクベクトルＴ(I) 、Ｔ′(III) 、Ｔ(II)、Ｔ′(I) 、Ｔ(III) 、Ｔ′(II)を発生することができる。
【００３２】
このとき回転子は、電気角で６０°（機械角で６０°／５０すなわち１．２°）ずつ回転することとなり、基本ステップ角１．２°の３相ハイブリッド型ステッピングモータが構成できる。
さらに、電気角で２４°（機械角で２４°／５０すなわち０．４８°）ずつ回転させることも可能であり、その場合は、基本ステップ角０．４８°の１５相ハイブリッド型ステッピングモータが構成できる。
【００３３】
前記実施例１の構成のモータを、５相ハイブリッド型ステッピングモータとして４相励磁を行った場合の励磁状態を図９に示し、３相ハイブリッド型ステッピングモータとして２相励磁を行った場合の励磁状態を図１０に示す。この場合、励磁される磁極の空間位置的な偏りはなく、回転子に作用する偏心力が極力抑えられた構成となっていることが分かる。
【００３４】
なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
また、本実施の形態においては、固定子の内側に回転子がある構成を示したが、固定子の外側に回転子がある構成ももちろん可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のハイブリッド型ステッピングモータによれば、固定子は放射状に配置された１５個の磁極を有し、回転子の鉄心は、前記所定個数の回転子極歯を有し、前記固定子の各磁極の前記回転子と対向する面には、それぞれ１個以上の固定子極歯が設けられており、任意の前記固定子磁極の磁気的中心線を起点として４つおきに配置された３個の磁極の磁気的中心線は等ピッチで配設されるとともに、連続する６個の磁極の磁気的中心線により形成される５つの磁極ピッチは、前記所定の条件を満たすようにしたので、回転子に作用する偏心力を極力少なくするとともに、固定子磁極を、その磁極ピッチの極端な差を減らし、できるだけ等ピッチ配置に近い配置とすることができる。
【００３６】
また、固定子鉄心に５相、または３相、または１５相の完全な相巻線を巻装することができるため、一つの固定子の鉄板用金型の設計製作で、前記３種類のモータに対応できる。このため、金型費用の節約と、関連部品や治具の共用化などが図られ、生産性が向上する優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハイブリッド型ステッピングモータの第１実施例を示し、その固定子鉄心の断面図で、回転子鉄心との相互関係を示す図である。
【図２】図１の５相を構成する磁極巻線の結線図である。
【図３】図２の５相のトルクベクトル図である。
【図４】３相を構成する磁極巻線の結線図である。
【図５】図４の３相のトルクベクトル図である。
【図６】本発明のハイブリッド型ステッピングモータの第２実施例を示し、その固定子鉄心の断面図で、回転子鉄心との相互関係を示す図である。
【図７】図６の５相を構成する磁極巻線の結線図である。
【図８】図６の３相を構成する磁極巻線の結線図である。
【図９】第１実施例のモータを、５相ハイブリッド型ステッピングモータとして４相励磁を行った場合の励磁状態を示す図である。
【図１０】第１実施例のモータを、３相ハイブリッド型ステッピングモータとして２相励磁を行った場合の励磁状態を示す図である。
【図１１】従来のハイブリッド型ステッピングモータの固定子鉄心の断面図で、回転子鉄心との相互関係を示す図である。
【図１２】図１１のモータを、５相ハイブリッド型ステッピングモータとして４相励磁を行った場合の励磁状態を示す図である。
【図１３】図１１のモータを、３相ハイブリッド型ステッピングモータとして２相励磁を行った場合の励磁状態を示す図である。
【符号の説明】
１、１１、２１ 固定子鉄心
２、１２、２２ 回転子鉄心
３、１３、２３ 固定子極歯
４、１４、２４ 回転子極歯
Ｍ１、Ｍ２ ハイブリッド型ステッピングモータ
Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、………、Ｐ14、Ｐ15 固定子磁極
Ｔ(I) 、Ｔ(II)、Ｔ(III) 、Ｔ(IV)、Ｔ(V) トルクベクトル
Ｔ′(I) 、Ｔ′(II)、Ｔ′(III) 、Ｔ′(IV)、Ｔ′(V) トルクベクトル
Ｗ1 、Ｗ2 、Ｗ3 、………、Ｗ14、Ｗ15 巻線
τR 回転子極歯ピッチ
Claims (4)
- 固定子は放射状に配置された１５個の磁極を有し、回転子の鉄心は、ａを１以上の整数とするとき、１５ａ＋１０個の回転子極歯を有し、前記固定子の各磁極の前記回転子と対向する面には、それぞれ１個以上の固定子極歯が設けられており、任意の前記固定子磁極の磁気的中心線を起点として４つおきに配置された３個の磁極の磁気的中心線は等ピッチで配設されるとともに、連続する６個の磁極の磁気的中心線により形成される５つの磁極ピッチは回転子の極歯ピッチをτR とするとき、｛ａ＋（４／１５）｝τR である箇所が３箇所と｛ａ＋（４／１５）＋１｝τR である箇所が２箇所よりなるか、または｛ａ＋（１１／１５）｝τR である箇所が４箇所と｛ａ＋（１１／１５）−（１／３）｝τR である箇所が１箇所よりなり、前記固定子は３相、または５相、または１５相に巻線が巻回されることを特徴とするハイブリッド型ステッピングモータ。
- 固定子は放射状に配置された１５個の磁極を有し、回転子の鉄心は、ａを１以上の整数とするとき、１５ａ＋５個の回転子極歯を有し、前記固定子の各磁極の前記回転子と対向する面には、それぞれ１個以上の固定子極歯が設けられており、任意の前記固定子磁極の磁気的中心線を起点として４つおきに配置された３個の磁極の磁気的中心線は等ピッチで配設されるとともに、連続する６個の磁極の磁気的中心線により形成される５つの磁極ピッチは回転子の極歯ピッチをτR とするとき、｛ａ＋（１１／１５）｝τR である箇所が３箇所と｛ａ＋（１１／１５）−１｝τR である箇所が２箇所よりなるか、または｛ａ＋（４／１５）｝τR である箇所が４箇所と｛ａ＋（４／１５）＋（１／３）｝τR である箇所が１箇所よりなり、前記固定子は３相、または５相、または１５相に巻線が巻回されることを特徴とするハイブリッド型ステッピングモータ。
- 前記固定子には、前記回転子と対向する面にそれぞれ１個以上の固定子極歯が設けられた１５個の磁極が放射状に配置されており、互いに隣接する該磁極に設けられたそれぞれの極歯のなす位相差は１５箇所すべてが電気角で９６°または２６４°（−９６°）であるか、または１２箇所が電気角で９６°で残りの３箇所が電気角で（９６＋１２０）°、または１２箇所が電気角で２６４°（−９６°）で残りの３箇所が電気角で（２６４−１２０）°であり、電気角で２４°ずつの位相差をもった前記各磁極を順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏとするとき、磁極Ｈ、Ａ、Ｉの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第１相とし、磁極Ｋ、Ｄ、Ｌの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第２相とし、磁極Ｎ、Ｇ、Ｏの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第３相とし、磁極Ｂ、Ｊ、Ｃの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第４相とし、磁極Ｅ、Ｍ、Ｆの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第５相として５相ハイブリット型ステッピングモータを構成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
- 前記固定子には、前記回転子と対向する面にそれぞれ１個以上の固定子極歯が設けられた１５個の磁極が放射状に配置されており、互いに隣接する該磁極に設けられたそれぞれの極歯のなす位相差は１５箇所すべてが電気角で９６°または２６４°（−９６°）であるか、または１２箇所が電気角で９６°で残りの３箇所が電気角で（９６＋１２０）°、または１２箇所が電気角で２６４°（−９６°）で残りの３箇所が電気角で（２６４−１２０）°であり、電気角で２４°ずつの位相差をもった前記各磁極を順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏとするとき、磁極Ｏ、Ｈ、Ａ、Ｉ、Ｂの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第１相とし、磁極Ｅ、Ｍ、Ｆ、Ｎ、Ｇの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第２相とし、磁極Ｊ、Ｃ、Ｋ、Ｄ、Ｌの極性が交互になるように前記磁極に巻回された巻線を結線して第３相として３相ハイブリッド型ステッピングモータを構成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05434997A JP3810173B2 (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | ハイブリッド型ステッピングモータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05434997A JP3810173B2 (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | ハイブリッド型ステッピングモータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10257744A JPH10257744A (ja) | 1998-09-25 |
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ID=12968164
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP05434997A Expired - Fee Related JP3810173B2 (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | ハイブリッド型ステッピングモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3810173B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
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-
1997
- 1997-03-10 JP JP05434997A patent/JP3810173B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH10257744A (ja) | 1998-09-25 |
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