JPH0350519B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、１−２相励磁方式又は１−２−１相
励磁方式と呼ばれる励磁方式で駆動されるステツ
ピングモータ装置の静止位置のヒステリシス特性
の改良に関し、更に詳細には、可撓性磁気デイス
ク記録再生装置即ちフロツピーデイスク装置の送
り駆動装置として好適なステツピングモータ装置
に関するものである。

ステツピングモータ即ちステツプモータには、
VR（可変レラクタンス）型、PM（永久磁石）型、
及びハイブリツド（VR＋PM）型のステツピン
グモータがある。そして、これ等のステツピング
モータは、１相即ち１−１相励磁方式、２相即ち
２−２相励磁方式、又は１−２相即ち１−２−１
相励磁方式で駆動される。ところで、１−１相励
磁方式は、２−２相励磁方式に比較して電流が1/
２になり、消費電力及び発熱量が少ないという特
長を有する反面、ポジシヨニングの過渡特性が悪
いという欠点、即ち歩進に際しての振動が大き
く、ダンピング特性（制動特性）が悪いという欠
点、及びプルイントルクが小さいという欠点を有
する。一方、２−２相励磁方式は、ポジシヨニン
グの過渡特性即ちダンピング特性が良く且つプル
イントルクが大きいという特長を有する反面、電
流が１−１相励磁方式に比較して２倍になり、消
費電力及び発熱量が大きくなるという欠点を有す
る。また、１−２−１相励磁方式は、消費電力
（発熱量）及びプルイントルクが１−１相と２−
２相との中間になるが、電流値の制御及び２つの
相が同時に励磁される時間を制御することによ
り、トルクを実質的に十分な値まで上げることが
可能であるという特長及びポジシヨニングの過渡
特性は２−２相とほぼ同一であるという特長を有
する反面、正転と逆転との静止位置のヒステリシ
ス特性が悪いという欠点を有する。

各励磁方式の長所及び欠点を考慮し、従来は主
として２−２相励磁方式のステツピングモータが
フロツピーデイスク装置に於ける磁気ヘツドの送
り駆動装置に適用されている。しかし、フロツピ
ーデイスク装置を小型化すれば、必然的にステツ
ピングモータの発熱が問題となり、例えば、モー
タの表面温度が20℃程度アツプすれば、ヘツドの
移動方向の熱膨張によりヘツドが5μ〜10μシフト
する。このため、フロツピーデイスク装置の小型
化が困難であつた。従つて、１−１相励磁方式と
２−２相励磁方式との両方の長所を備えた１−２
−１相励磁方式を採用することが考えられるが、
正転及び逆転の静止位置のヒステリシス特性が悪
いため、採用されていない。第１図は従来の１−
２−１相励磁方式のヒステリシス特性を示すもの
であり、折れ線ａがステツピングモータを右に向
う矢印で示すように正転させた場合に於ける所定
角度位置に於ける角度ずれθを示し、折れ線ｂが
ステツピングモータを左に向う矢印で示すように
逆転させた場合に於ける所定角度位置に於ける角
度ずれθを示すものである。θ＝０の理論的静止
位置になれば理想的な送りが達成されるが、この
ような制御が不可能であつても、折れ線ａとｂと
が一致することが望ましい。即ち、第１図に示す
ようにａとｂとの間に角度誤差の位置ずれθH即
ちヒステリシス又は不感帯誤差があると、正転に
よつてある静止角度位置を得た場合と逆転によつ
てある静止角度位置を得た場合とで同一角度位置
とならない。従つて、フロツピーデイスク装置に
適合した場合にはトラツクずれが生じる。

次に、１−２−１相励磁方式でヒステリシス特
性が悪くなる理由を第２図〜第５図に基づいて説
明する。第２図は４相のPM型ステツピングモー
タを説明的に示すものであり、ロータ１の２極の
永久磁石で形成され、ステータ２は４極を有し、
ステータ２の４極に第１、第２、第３及び第４相
の巻線φ₁，φ₂，φ₃，φ₄が巻かれ、各巻線は第１、
第２、第３及び第４のスイツチ回路S₁，S₂，S₃，
S₄を介して直流電源＋Ｖに接続されている。この
ステツピングモータを１−１相励磁方式で駆動す
る場合には、各巻線φ₁〜φ₄に順次に電流が流さ
れ、例えば第１相の巻線φ₁に電流を流すことに
より、第３図Ａの磁束状態となり、次に第２相の
巻線φ₂に電流を流すことにより、第３図Ｂの磁
束状態となる。尚、第３図Ｂの実線は励磁による
磁束を示し、点線は残留磁化を示す。この第３図
から明らかなように１−１相励磁方式の場合には
磁束分布及び残留磁化の分布が均一になるため
に、正転と逆転とに於けるヒステリシスが少な
い。

第２図のステツピングモータを２−２相励磁方
式で駆動する場合には、第１の期間に巻線φ₁と
φ₂に電流を流し、次の第２の期間に巻線φ₂とφ₃
とに電流を流す。この結果、第１の期間では第４
図Ａの磁束分布となり、第２の期間には第４図Ｂ
の磁束分布となり、励磁による磁束分布及び残留
磁化の分布が均一になり、ヒステリシス特性も良
い。

これに対して、第２図のステツピングモータを
１−２−１相励磁方式で駆動する場合には、例え
ば、第１の期間で第１相の巻線φ₁に電流を流す
ことにより第５図Ａの磁束分布となり、第２の期
間で第１相及び第２相の巻線φ₁，φ₂に電流を流
すことにより第５図Ｂの実線で示す磁束分布と点
線で示す残留磁化の分布となり、第３の期間に第
２相の巻線φ₂に電流を流すことにより第５図Ｃ
の実線で示す磁束分布と点線及び鎖線で示す残留
磁化分布となる。従つて、残留磁化が不均一に分
布し、この影響によつてロータ１の静止位置が正
転と逆転とで異なる。

そこで、本発明の目的は、残留磁化を消滅させ
てヒステリシス特性を良くすることが可能な１−
２−１相励磁方式のステツピングモータ装置を提
供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、実施例を
示す図面の符号を参照して説明すると、それぞれ
の一端が共通の電源端子に接続された第１、第
２、第３、及び第４相巻線φ₁，φ₂，φ₃，φ₄を有
する４相ステツピングモータと、前記第１、第
２、第３及び第４相巻線φ₁，φ₂，φ₃，φ₄に直列
に夫々接続された第１、第２、第３及び第４のス
イツチ回路S₁，S₂，S₃，S₄と、前記第１、第２、
第３及び第４のスイツチ回路S₁，S₂，S₃，S₄を１
−２−１相励磁方式で制御する位相制御回路３
と、前記第１相巻線φ₁の他端と前記第３相巻線
φ₃の他端との間に接続された第１のコンデンサ
C₁と、前記第２相巻線φ₂の他端と前記第４相巻
線φ₄の他端との間に接続された第２のコンデン
サC₂とから成り、前記第１又は第３のスイツチ
回路S₁，S₃がオフに制御された時に前記第１相巻
線φ₁と前記第１のコンデンサC₁と前記第３相巻
線φ₃とから成る閉回路に振動電流を流すことが
できるように前記第１のコンデンサC₁の容量が
決定され、前記第２又は第４のスイツチ回路S₂，
S₄がオフに制御された時に前記第２相巻線φ₂の
前記第２のコンデンサC₂と前記第４相巻線φ₄と
から成る閉回路に振動電流を流すことができるよ
うに前記第２のコンデンサC₂の容量が決定され
ていることを特徴とするステツピングモータ装置
に係わるものである。

上記本発明によれば、巻線に対する電流の供給
が遮断されると、巻線とコンデンサとから成る閉
回路に振動電流が流れ、この振動電流によつてス
テータとロータとの一方又は両方の残留磁化の除
去がなされる。従つて、残留磁化の影響が少なく
なり、ヒステリシス特性が良くなる。また、２つ
のコンデンサC₁，C₂によつて４つの巻線φ₁〜φ₄
の振動電流を得ることが可能になり、回路構成が
簡単になる。

次に、図面を参照して本発明の実施例について
述べる。

第６図は本発明の実施例に係わる１−２−１相
励磁方式の４相ステツピングモータ装置を示すも
のである。この実施例に於けるロータ及びステー
タ及び第１、第２、第３及び第４相の巻線φ₁，
φ₂，φ₃，φ₄は第２図と同様に設けられ、各巻線
φ₁〜φ₄の一端は共通に接続されて正の直流電源
＋Ｖに夫々接続されている。また各巻線φ₁〜φ₄
の他端はオープンコレクタ形式のトランジスタを
含む駆動回路から成る第１、第２、第３、及び第
４のスイツチ回路S₁，S₂，S₃，S₄に接続されてい
る。３はステツピングモータの位相制御回路であ
つて、１−２−１相励磁方式でモータを駆動する
ためのパルスを各スイツチ回路S₁〜S₄に送る。
C₁及びC₂は消磁用の第１及び第２のコンデンサ
であり、第１のコンデンサC₁は第１相の巻線φ₁
の左端と第３相の巻線φ₃の左端との間に接続さ
れ、第２のコンデンサC₂は第２相の巻線φ₂の左
端と第４相の巻線φ₄の左端との間に接続されて
いる。尚、第１のコンデンサC₁は、巻線φ₁又は
φ₃の励磁電流が遮断された時にφ₁とC₁とφ₃とか
ら成る閉回路に振動電流が次のオン期間までの一
定時間範囲で流れてステータ２の残留磁化を除去
することが可能な容量を有する。また第２のコン
デンサC₂は、巻線φ₂又はφ₄の励磁電流が遮断さ
れた時にφ₂とC₂とφ₄とから成る閉回路に振動電
流が次のオン期間になる前の一定時間範囲で流れ
てステータ２の残留磁化を除去することが可能な
容量を有する。

第７図は第６図の第１〜第４のスイツチング回
路S₁〜S₄のオン・オフ状態を示すものであり、第
１の区間t₀〜t₁ではS₁とS₄、第２の区間t₁〜t₂で
はS₁、第３の区間t₂〜t₃ではS₁とS₂、第４の区間
t₃〜t₄ではS₂、第５の区間t₄〜t₅ではS₂とS₃、第
６の区間ではS₃、第７の区間ではS₃とS₄、第８の
区間ではS₄がオンになる。そして、t₀〜t₈を１サ
イクルとして同様な制御がなされる。また逆転の
場合には第７図と逆方向の制御となる。

今、巻線φ₁の電流を例にとつて考えると、t₀〜
t₃期間でスイツチ回路S₁がオン状態となることに
より、電源＋Ｖと巻線φ₁とスイツチ回路S₁とか
ら閉回路で第８図のt₀〜t₃区間で示すように電流
が流れる。しかる後、t₃でスイツチ回路S₁がオフ
になると、スイツチ回路S₁を通つて接地に電流が
流れることが不可能になるために、巻線φ₁に蓄
積されたエネルギに基づいて、第１の巻線φ₁と
第１のコンデンサC₁とオフ期間中の第３の巻線
φ₃とから成る閉回路に電流が流れ、LCの共振回
路で第８図に示すような振動電流が流れる。この
ように交互に反対方向となる振動電流が流れる
と、ステータの残留磁化が消磁され、磁心がリセ
ツト状態となる。このため、正転と逆転との間の
静止位置のヒステリシスが少なくなる。今、第１
相の巻線φ₁の励磁電流をオフにする場合につい
て述べたが、他の相の場合にも全く同様な動作と
なる。尚、各巻線φ₁〜φ₄のインダクタンスが
夫々約35mHである場合に、コンデンサC₁，C₂の
容量を夫々５〜10μFとすることにより、良い結
果が得られた。

以上、本発明の実施例について述べたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、更に変形可
能なものである。例えば、第９図及び第１０図に
示すハイブリツド型ステツピングモータにも適用
可能である。このハイブリツト型ステツピングモ
ータのロータ１は永久磁石１１と成層鋼板１２と
で構成され、表面に凹凸を有する。またステータ
２の極の表面にも凹凸があり、小さいステツプ角
が得られるように構成されている。尚消磁用コン
デンサは巻線φと閉回路を作るように接続する。

また、第１１図に示す如くロータ１とステータ
２との極の数を変えてステツプ駆動するVR型ス
テツピングモータにも適用可能である。この場合
にも勿論巻線φと閉回路を作るように消磁用コン
デンサを接続する。

また、巻線φ₁〜φ₄と消磁用コンデンサとから
成る閉回路中に抵抗を接続してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は１−２−１相励磁方式のステツピング
モータに於ける正転と逆転に於ける角度ずれ即ち
ヒステリシスを示す特性図、第２図はPM型ステ
ツピングモータを示す断面図、第３図は１−１相
励磁方式に於ける磁束及び残留磁化を示すロータ
及びステータの断面図、第４図は２−２相励磁方
式に於ける磁束及び残留磁化を示すロータ及びス
テータの断面図、第５図は１−２−１相励磁方式
に於ける磁束及び残留磁化を示すロータ及びステ
ータの断面図、第６図は本発明の実施例に係わる
１−２−１相励磁方式のステツピングモータ装置
を示す回路図、第７図は第６図のスイツチ回路の
状態を示す波形図、第８図は第６図の巻線に流れ
る電流を示す波形図、第９図はハイブリツド型ス
テツピングモータを示す断面図、第１０図は第９
図の縦断面図、第１１図はVR型ステツピングモ
ータを原理的に示す断面図である。 尚図面に用いられている符号に於いて、１はロー
タ、２はステータ、３は位相制御回路、φ₁〜φ₄
は巻線、S₁〜S₄はスイツチ回路（駆動回路）、
C₁，C₂はコンデンサである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ それぞれの一端が共通の電源端子に接続され
   た第１、第２、第３及び第４相巻線φ₁，φ₂，φ₃，
   φ₄を有する４相ステツピングモータと、 前記第１、第２、第３及び第４相巻線φ₁，φ₂，
   φ₃，φ₄に直列に夫々接続された第１、第２、第
   ３及び第４のスイツチ回路S₁，S₂，S₃，S₄と、 前記第１、第２、第３及び第４のスイツチ回路
   S₁，S₂，S₃，S₄を１−２−１相励磁方式で制御す
   る位相制御回路３と、 前記第１相巻線φ₁の他端と前記第３相巻線φ₃
   の他端との間に接続された第１のコンデンサC₁
   と、 前記第２相巻線φ₂の他端と前記第４相巻線φ₄
   の他端との間に接続された第２のコンデンサC₂
   と から成り、前記第１又は第３のスイツチ回路S₁，
   S₃がオフに制御された時に前記第１相巻線φ₁と
   前記第１のコンデンサC₁と前記第３相巻線φ₃と
   から成る閉回路に振動電流を流すことができるよ
   うに前記第１のコンデンサC₁の容量が決定され、
   前記第２又は第４のスイツチ回路S₂，S₄がオフに
   制御された時に前記第２相巻線φ₂と前記第２の
   コンデンサC₂と前記第４相巻線φ₄とから成る閉
   回路に振動電流を流すことができるように前記第
   ２のコンデンサC₂の容量が決定されていること
   を特徴とするステツピングモータ装置。