JPH06319294A - ５相ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】制御回路の簡素化及び４−５相励磁を可能とす
る５相ステッピングモータを提供する。 【構成】ペンタゴン接続された５相の励磁巻線のうち短
絡される順序で規定される励磁巻線を第１、第２、第
３、第４、第５の励磁巻線としたとき、第２の励磁巻線
の巻始めと第４の励磁巻線の巻終り相互を接続し、第４
の励磁巻線と第１の励磁巻線の巻始め相互を接続し、第
１の励磁巻線の巻終りと第３の励磁巻線の巻始め相互を
接続し、第３の励磁巻線の巻終りと第５の励磁巻線の巻
始め相互を接続し、第５の励磁巻線と第２の励磁巻線の
巻終りを相互に接続してペンタゴン接続した励磁巻線を
有する５相ステッピングモータである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は５相ステッピングモータ
に関し、特に励磁巻線がペンタゴン接続された５相ステ
ッピングモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】５箇の励磁巻線（以下巻線と云う）が巻
かれたステータと、永久磁石極を備えたロータから成
り、励磁巻線が直列接続された５相ステッピングモータ
が提案されている。この種の５相ステッピングモータの
駆動方式としては、ペンタゴンチョッパ駆動方式があ
る。そのための駆動回路が図６に示されている。図６に
おいて、５箇の巻線（１）と（２）の巻終り相互が接続
され、巻線（２）と（３）の「黒丸」で示す巻始め相互
が接続され、巻線（３）と（４）の巻終り相互が接続さ
れ、巻線（４）と（５）の巻始め相互が接続され、巻線
（５）の巻終りと巻線（１）の巻始め相互が接続され、
巻線（１）（２）（３）（４）（５）の順序で巻線が直
列ペンタゴン接続されている。そして、これらの巻線に
は、１０箇のトランジスタスイッチング素子Ｔr1〜Ｔr1
0 を用いて、図７に示す励磁シーケンスのもとに励磁電
流が流される。各巻線には、励磁ステップ毎に、図８
（ａ）〜（ｊ）を１周期とする励磁電流がそれぞれ流さ
れて駆動が行われる。

【０００３】即ち、ロータを図７に示すＣＷ方向に廻す
ときには、先ず、図６に示すように、エミッタが電源Ｖ
の正極性端子＋に接続されたスイッチング素子Ｔr9，Ｔ
r7，Ｔr3をオンとし、コレクタが電源Ｖの負極性端子−
に接続されたスイッチＴr2，Ｔr6をオンとすることによ
り 、図８（ａ）に示すように、白丸を正電位（励磁電
流の流入点）として、黒丸を負電位（励磁電流の流出
点）として４箇の巻線（２）（３）（４）（５）に矢印
方向の電流を流す。次に、スイッチング素子Ｔr9，Ｔr
3，Ｔr8，Ｔr6，Ｔr2をオンとすることにより、４箇の
巻線（１）（３）（４）（５）に、図８（ｂ）に示す矢
印方向の電流を流す。続いて、巻線（１）（２）（４）
（５）に、図８（ｃ）に示す矢印方向の電流を、巻線
（１）（２）（３）（５）に図８（ｄ）に示す矢印方向
の電流を流し、以下、図８（ｅ）→（ｆ）→（ｇ）→…
の順序で電流を流した後、最後に図６のスイッチＴr7，
Ｔr3とＴr10 ，Ｔr6，Ｔr2をオンとして、図８（ｊ）に
示す矢印方向の電流を４箇の巻線（１）（２）（３）
（４）に流す。このような励磁順序とするために必要な
電流流出入ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの電位関係が図
９に示されている。

【０００４】このペンタゴン駆動方式は、常に５相のう
ち４相の巻線に電流を流す４相励磁、即ち４−４相フル
ステップ励磁であるため常に最大出力が発揮される。し
かも、図８に示すように、各励磁ステップ毎に電流流入
点（白丸）または電流流出点（黒丸）が５相のうちの異
なる１相の両端に必ず位置することになる。従って、例
えば、図８（ａ）に示すように、電流流入点が両端に作
られた「×」で示す巻線（１）は、スイッチング素子Ｔ
r7，Ｔr9のオンにより短絡された状態になる。また、図
８（ｂ）に示すように、電流の流出点が作られた場合に
は、巻線（２）の両端が短絡され、１周期において巻線
（１）（２）（３）（４）（５）の順序で短絡状態にな
る。このため、このとき巻線に生じた誘起電圧の短絡に
より、ロータを制御する方向の電流が流れ、公知の発電
制動が行われる。従って、フィードバック制御を行うこ
となしに優れたダンピングをロータにきかせ、共振現象
を効果的に消し去る利点がある。

【０００５】また、これに加えて他の駆動方式、例え
ば、図１０に示すような、スタンダード駆動方式の場
合、制御用トランジスタスイッチング素子が原理的に２
０箇必要であるのに対し、図６から理解されるように、
１／２の１０箇で済む回路構成上の優れた利点が得られ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、その反面、前
述したように、電源の入出力ポイントが５箇所であるの
にもかかわらず、必ず各励磁ステップ過程において異な
る１相の巻線の両端を短絡状態にすることから４−４相
励磁に限定され、例えばスタンダード方式のようにハー
フ励磁のための所謂４−５相励磁を行うことができない
不利がある。

【０００７】また、このような駆動方式を採用したモー
タの場合、例えば、図８の（ａ）に示すように、２相分
の電流を流すポイント（図中Ａ，Ｂ，Ｅ）と、１相分の
電流しか流さないポイント（図中Ｃ，Ｄ）があり、しか
も２相分または１相分の電流を流すポイントは、図８
（ａ）〜（ｊ）に示すように、励磁過程において次々と
変化する。このため、制御回路の構成が複雑になると同
時に大きい電源容量を必要とする等、経済的に不利であ
る。

【０００８】更に、電流流出入ポイントにおける電位の
変化を励磁シーケンスに沿って見ると、制御用のトラン
ジスタスイッチング素子に供給される信号は、図９に示
すように、Ｈ−Ｌ−Ｈ−Ｌと急激な電位変化をオフタイ
ムをもつことなく頻繁に繰返し受けるため、トランジス
タは過酷な条件で使用されることになる。従って、トラ
ンジスタの破損を回避するための工夫が必要となり、上
記電流供給上の回路の複雑化と併せて回路構成を著しく
複雑にする。このため、使用条件によっては、他の駆動
方式に勝ることが明らかであるにもかかわらず、かかる
駆動方式を用いたペンタゴン接続ステッピングモータは
殆ど実用化されていないのが現状であった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、上記の如き諸欠
点を一掃し、制御回路の簡素化及び４−５相励磁を可能
とするペンタゴン接続ステッピングモータを提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明によるペンタゴン接続ステッピングモータ
は、励磁巻線を、１，２，３，４，５の順序で順次短絡
状態にしながら、他の４相の励磁巻線に回転に必要な所
要極性の励磁電流を流すようにした５相ステッピングモ
ータのペンタゴンチョッパ駆動方法において、前記励磁
巻線２の巻始めと前記励磁巻線４の巻終り相互を接続
し、前記励磁巻線４と前記励磁巻線１の巻始め相互を接
続し、前記励磁巻線１の巻終りと前記励磁巻線３の巻始
め相互を接続し、前記励磁巻線３の巻終りと前記励磁巻
線５の巻始め相互を接続し、前記励磁巻線５と前記励磁
巻線２の巻終りを相互に接続して、前記励磁巻線２ ，
４，１，３，５の順序でペンタゴン接続すると共に、前
記励磁巻線の各接続点に電流流入流出点を設け、前記５
相の励磁巻線のうち１相の励磁巻線を１、２、３、４、
５の順序で順次短絡状態にしながら、他の４相の励磁巻
線に回転に必要な所要極性の励磁電流を所定の方向に流
すように構成されている。

【００１１】

【作用】本発明では、ペンタゴン接続された５相の励磁
巻線のうち短絡される順序で規定される励磁巻線を第
１、第２、第３、第４、第５の励磁巻線としたとき、第
２の励磁巻線の巻始めと第４の励磁巻線の巻終り相互を
接続し、第４の励磁巻線と第１の励磁巻線の巻始め相互
を接続し、第１の励磁巻線の巻終りと第３の励磁巻線の
巻始め相互を接続し、第３の励磁巻線の巻終りと第５の
励磁巻線の巻始め相互を接続し、第５の励磁巻線と第２
の励磁巻線の巻終りを相互に接続してペンタゴン接続し
た励磁巻線を有する５相ステッピングモータである。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明による５相ステッピン
グモータの一実施例の結線態様を従来の結線態様ととも
に示すブロック図である。図１の（ａ）と（ｂ）は、４
−４相励磁方式における従来の結線態様と本発明の結線
態様の対比図である。従来のモータは、図１（ａ）に示
すように、巻線が（１）→（２）→（３）→（４）→
（５）の順序で接続され、かつ巻線（１）（２）が巻終
り同士（黒丸がない点）、（２）（３）が巻始め同士
（図中黒丸点）、（３）（４）が巻終り同士、（４）
（５）が巻始め同士、（５）（１）が巻終り巻始め端
が、それぞれ直列に接続されている。

【００１３】これに対して、本実施例によるペンタゴン
接続ステッピングモータにおいては、図１（ｂ）に示す
ように、巻線を（２）→（４）→（１）→（３）→
（５）または（１）→（３）→（５）→（２）→（４）
の順序で接続し、このとき、巻線（２）（４）が巻始め
と巻終り、巻線（４）（１）が巻始め同士、巻線（１）
（３）が巻終りと巻始め、巻線（３）（５）が巻終りと
巻始め、巻線（５）（２）が巻終り同士がそれぞれ直列
にペンタゴン接続され、励磁巻線の各接続点には電流流
入流出点が設けられる。この電流流入流出点には、励磁
ステップ動作時に、図３に示すように、連続３ステップ
電流が流入し（図３のＨ）、次いで、２ステップ休止
し、続いて、連続３ステップ電流を流出させる（図３の
Ｌ）ような基本シーケンスで駆動される。このとき、励
磁ステップの各ステップにおいて、励磁巻線（１）
（２）（３）（４）（５）の順序で短絡状態にされ、各
励磁ステップにおいて、励磁電流が流れる励磁巻線は２
相が直列接続された２組となり、かつ短絡状態とされた
励磁巻線以外の励磁巻線に、回転のための所要極性の励
磁電流をそれぞれ流すように、スイッチング素子をオン
オフ制御して電流流入点「白丸」と電流流出点「黒丸」
が選定される。

【００１４】ここで、図２（ａ）に示すように、電流流
入点をポイントＣに、流出点をポイントＡ，Ｅに選定す
ることにより、巻線（５）（３）の直列回路と、（２）
（４）の直列回路に電流を流して、各巻線（５）（３）
（２）（４）に図８（ａ）に示す従来のモータと同一極
性の電流を流し、巻線（１）の両端を短絡状態（図中×
印）にする。次に、図３（ｂ）に示すように、電流流入
点をポイントＣとＤに、流出点をポイントＡに選定する
ことにより、各巻線に従来のモータの図８（ｂ）と同一
極性の電流をそれぞれ流すと同時に、巻線（２）を短絡
状態（図中×印）にする。以下、図３（ｃ）〜（ｊ）に
示すように、電流の流入出点を選定することにより、図
８（ａ）〜（ｊ）の従来のモータに対応する電流を各相
巻線に流して駆動を行う。

【００１５】以上のように、従来のモータが電流流入出
ポイントが５箇所であるのに対して、本発明のモータで
は、３箇所であるので、それだけ制御回路を簡素化でき
る。また、必ず２つの相が直列になった回路に共通に電
流が流され、従来のように或るポイントでは２相分、或
るポイントでは１相分の電流が流入出することがなくな
る。従って電流のバランスがよくなるばかりか、電流容
量等が１／２になり、トランジスタの損失の減少による
効率の上昇と発熱の低下を図りうる。しかも、本発明で
は、従来と同様、各励磁ステップ毎に短絡相を有するた
めロータの制動に効果を発揮して共振現象を抑圧でき
る。

【００１６】ところで、本実施例では巻線が直列になる
ため、従来の駆動方式を採用した場合と比較して、電流
の立上りに悪影響を及ぼして高速回転ができなくなるよ
うに考えられ勝ちであるが、本発明では直列となる２相
の既にオンしている相の励磁切換時に生ずる逆起電力に
より直列となった新たな相が励磁されるので、従来方式
と同等またはこれを上回るものとなる。

【００１７】即ち、本実施例では、例えば、図２（ａ）
→（ｂ）のステップにおいて、Ｅポイントがオフになっ
たとき、即ち巻線の切換時には、巻線（４）から逆起電
力が発生するが、これはそのまま巻線（１）に加えられ
るため立上りは悪化しない。また、オフする巻線（２）
のコイルからの逆起電力も巻線（４）に加算的に働くと
同時に、巻線（２）の短絡電流はロータに最適な制動効
果を示すように働く。更に、図２（ｂ）→（ｃ）のステ
ップではＣポイントがオフとなり、これにより発生した
逆起電力は、そのまま巻線（２）に投入され、また、こ
のときオフとなった巻線（３）に発生した逆起電力も巻
線（５）に加算的に働くと同時に、巻線（３）の短絡電
流はロータに最適な効果を示すように働く。従って電流
の立上りは従来と同等またはそれ以上になり、短絡相に
もとづく制動効果も向上されて共振現象の発生を効果的
に防ぐことができる。

【００１８】図２（ａ）〜（ｊ）の各ステップにおける
各ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの電位変化は、図３のよ
うになる。例えばポイントＡにおける電位変化を見た場
合、図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のステップにおいて
はＬレベル、図２の（ｄ）、（ｅ）のステップにおいて
はオフ、ステップ（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）においてはＨ
レベル、（ｉ）、（ｊ）のステップにおいてはオフとな
るように、各ポイントＢ，Ｃ，Ｄ，ＥについてもＬとＨ
の間には必ずオフの期間が入る。このため前記従来のモ
ータのように各ポイントにおけるトランジスタスイッチ
ング素子は過酷な動作を強いられることがなく、その結
果、トランジスタスイッチング素子の保護回路を必要と
しなくなるので、前記電流流出点の減少と共に回路は簡
単化される。従って回路の複雑化にもとづく実用化への
阻害は排除される。

【００１９】以上は４−４相（φ）励磁についての説明
であるが、本実施例によれば４−５相励磁が可能となり
ハーフ駆動を行うことができる。即ち、電流が巻終りか
ら巻始め方向に流れる時を＋（プラス）、巻始めから巻
終り方向に流れる電流を−（マイナス）とし、トルクを
発生させる巻線を（１）（３）（５）（２）（４）で示
すと、図４（ａ）のように、４−４相励磁を示す図２と
同様に、最初、電流流入出点をポイントＣ，Ａ，Ｅに選
定すれば、（＋２）（＋３）（＋４）（＋５）となって
トルクは加算的に働く。

【００２０】次に、図４（ａ1 ）に示すように、電流流
入点をポイントＣ、流出点をポイントＡに選定すること
により、巻線（５）（３）の直列回路と巻線（２）
（４）（１）の直列回路を形成して５相全部に所要励磁
極性の電流を流せば、（ａ1 ）は（＋２）（＋３）（＋
４）（＋５）（−１）となってトルクは加算的に働く。

【００２１】また、図４（ｂ）に示すように、電流流入
出点を図６（ｂ）と同様に、短絡相（２）以外の４相に
電流を流せば、図４（ｂ）は（＋３）（＋４）（＋５）
（−１）となってトルクは加算的に働く。次に、図４
（ｂ1 ）のように電流の流入出点をＤ，Ａに選定して巻
線（２）（５）（３）の直列回路と巻線（４）（１）の
直列回路を形成して５相全部に電流を流せば、（ｂ1 ）
は（＋３）（＋４）（＋５）（−１）（−２）となって
トルクは加算的に働く。以下、図４（ｃ）からは、
（ｃ）は（＋４）（＋５）（−１）（−２）、（ｃ1 ）
は（＋４）（＋５）（−１）（−２）（−３）、（ｄ）
は（＋５）（−１）（−２）（−３）、（ｄ1）は（＋
５）（−１）（−２）（−３）（−４）、（ｅ）は（−
１）（−２）（−３）（−４）、（ｅ1 ）は（−１）
（−２）（−３）（−４）（−５）となり、５相の巻線
を、図１（ｂ）に示すように結線したことにより、トル
クを常に加算するそれぞれ所要極性の電流を４相→５相
→４相→５相の順序で流すことができる。

【００２２】従って、４−５相励磁を可能としてハーフ
駆動を実現できる。またこのときの電流流入出点の電位
変化は図５に示すようになり、４−４相励磁と同様にＨ
レベルとＬレベルの間に必ずオフタイムが存在すること
から、トランジスタの保護回路を不要とする。従って前
記従来方式の諸欠点を一掃した実用的な５相ステッピン
グモータを実現できる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による５相
ステッピングモータによれば、制御回路の簡素化及び４
−５相励磁が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による５相ステッピングモータ
の一実施例の結線態様を従来の結線態様とともに示すブ
ロック図である。

【図２】図１に示す実施例における励磁ステップの電流
流入流出点の電位関係を示す図である。

【図３】図１に示す実施例における励磁シーケンスを示
す図である。

【図４】本発明の他の実施例による４−５相励磁シーケ
ンスを示す図である。

【図５】図４に示す実施例における励磁ステップの電流
流入流出点の電位関係を示す図である。

【図６】従来の５相ステッピングモータの構成図であ
る。

【図７】図６の５相ステッピングモータの励磁シーケン
スを示す図である。

【図８】図６の５相ステッピングモータの各ステップ毎
の励磁状態図である。

【図９】図６に示す実施例における励磁ステップの電流
流入流出点の電位関係を示す図である。

【図１０】従来のスタンダード駆動回路の構成図であ
る。

【符号の説明】

１、２、３、４、５ 励磁巻線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】励磁巻線を、１，２，３，４，５の順序で
   順次短絡状態にしながら、他の４相の励磁巻線に回転に
   必要な所要極性の励磁電流を流すようにした５相ステッ
   ピングモータにおいて、 前記励磁巻線２の巻始めと前記励磁巻線４の巻終り相互
   を接続し、前記励磁巻線４と前記励磁巻線１の巻始め相
   互を接続し、前記励磁巻線１の巻終りと前記励磁巻線３
   の巻始め相互を接続し、前記励磁巻線３の巻終りと前記
   励磁巻線５の巻始め相互を接続し、前記励磁巻線５と前
   記励磁巻線２の巻終りを相互に接続して、前記励磁巻線
   ２ ，４，１，３，５の順序でペンタゴン接続すると共
   に、前記励磁巻線の各接続点に電流流入流出点を設け、
   前記５相の励磁巻線のうち１相の励磁巻線を１、２、
   ３、４、５の順序で順次短絡状態にしながら、他の４相
   の励磁巻線に回転に必要な所要極性の励磁電流を所定の
   方向に流すように構成されて成ることを特徴とする５相
   ステッピングモータ。