JPH0636666B2 - ステツピングモ−タ - Google Patents

ステツピングモ−タ

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JPH0636666B2
JPH0636666B2 JP23494083A JP23494083A JPH0636666B2 JP H0636666 B2 JPH0636666 B2 JP H0636666B2 JP 23494083 A JP23494083 A JP 23494083A JP 23494083 A JP23494083 A JP 23494083A JP H0636666 B2 JPH0636666 B2 JP H0636666B2
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JP
Japan
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rotor
pole teeth
phase
pole
stepping motor
Prior art date
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正文 坂本
精一 林
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Japan Servo Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/22Damping units
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/02Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of variable reluctance type
    • H02K37/04Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of variable reluctance type with rotors situated within the stators

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はステツピングモータ、特に円筒形のヨークに複
数個の巻線を巻装した磁極を植設し該磁極の先端に極歯
を配設した固定子と、該固定子の極歯と空隙を介して対
向配設された極歯を備えた回転子とより成るステツピン
グモータに関するものである。
第1図(a),(b)は従来のステツピングモータの説明用縦
断側面図及び縦断正面図で、1は固定子鉄芯、1−1は
そのヨーク、2−1〜2−8は磁極、2−nは磁極の先
端に設けた極歯、4は回転子、4−nは回転子の外周に
配設した極歯、5は回転子軸、6,6は軸受、7は固定
子ハウジング、8,8はエンドブラケツトである。
磁極2−1〜2−8には夫々固定子巻線3-1〜3−8が
巻装され、中心に対し対称の位置にある巻線が第1図
(c)のように夫々接続されてA相、B相、C相、D相と
4相に構成されている。
第1図(d)はステツピングモータの動作を説明する展開
図で、便宜上固定子磁極に設けた極歯は磁極と同じ幅の
1個のみとし回転子には同じ幅の極歯が等ピツチPで配
設されているものとする。第1図(d)では固定子の磁極
が2−1〜2−8と8個、回転子の極歯が4−1〜4−
10と10個配設されているが、実際のモータでは例えば
回転子の極歯が5倍の50個、固定子の各磁極にも5個
の極歯が配設されている。
然しながらその動作は全く同じである。
第1図(d)は第1図(c)に示すA相に通電し他の相は全部
励磁されていない状態の固定子と回転子の各々の極歯の
相互関係位置を示している。A相が励磁されているので
磁極2−1と2−5が磁化され、対向する回転子の極歯
4−1と4−6とが夫々磁極2−1と2−5に吸引され
て整列しており、他の磁極の夫々と対向している回転子
の極歯は整列せず、夫々回転子の極歯のピツチPの1/4
の整数倍だけずれている。
回転子を右の方向に歩進させるにはA相の通電を止めB
相に通電する。このようにすると磁極2−2と2−6が
磁化されて夫々の磁極と1/4Pだけ重なつている回転子
の極歯4−2と4−7とが吸引されて右の方向に移動し
1/4Pだけ移動すると磁極2−2と2−6と対向して右
方向への吸引力がなくなり静止する。
第1図(d)で回転子を左の方向に移動させるにはD相に
通電すればよく、磁極2−4と2−8が励磁され、回転
子の極歯4−5と4−10とが夫々対向する磁極に吸引
されて左の方向に移動し1/4P移動して磁極と整列して
静止する。
このように現在通電している相の隣接相に電流を切り換
えると、隣接相の配置された方向に回転子の極歯のピツ
チPの1/4だけ歩進する。
従つて通電相の切換回数と方向によつて回転子の回転角
と方向が制御でき簡単な制御装置で高精度の制御ができ
るので制御用モータとして極めて多くの用途がある。
このステツピングモータの性能で重要な項目として通電
相の切換え毎に回転子が歩進する角をステツプ角と呼
び、この角度は回転子の極歯の配設ピツチPの1/4であ
るから、この角度の精度は固定子と回転子の夫々の極歯
の幾何学的寸法とその精度によつて定まるものである。
然しながら上記の説明のように通電する相を1相のみと
する1相励磁方式では全巻線の中で1/4以外は使用して
いないので発生するトルクが小さく応答速度がおそい。
従つて隣接する2つの相に同時に通電する2相励磁方式
が提案されている。この場合の固定子と回転子の極歯の
相互関係は第2図に示されるようになる。
第2図に於てはA相とB相が励磁され、C相とD相は無
励磁であるので、励磁されたA相とB相が巻装された磁
極2−1と2−2及び2-5と2−6に夫々対向する回転
子の極歯4−1と4−2及び4−6と4−7とが同時に
吸引される結果、回転子の極歯は固定子の極歯と完全に
重なるのではなく隣接する固定子極歯の中間に静止す
る。この為に夫々の回転子の極歯と固定子の極歯との間
にはP/8のずれを生じ、しかもこのずれは磁極2−1で
は左側に、磁極2−2に於ては右側にと両側に生じ、こ
のずれの大きさはA相、B相のアンペアタンの大なる方
がずれが小さくなる。従つて2相励磁の場合の回転子極
歯の静止位置は極歯の幾何学的な配設ピツチの他に同時
に励磁する2つの相のアンペアタンに依つても変化する
ことになり、静止位置の精度を高めることがむずかしく
なるという問題を生ずる。
本発明の目的は上記のような従来技術に於ける問題を解
決するようにしたステツピングモータを得るにある。
本発明のステツピングモータは、円筒形ヨークに複数個
の巻線を巻装した磁極を植設し、該磁極の先端に極歯を
形成した固定子と、上記固定子の極歯と空隙を介して対
向配設された極歯を備えた回転子とより成るステツピン
グモータに於て、上記複数個の巻線をN相の巻線群に構
成し、上記回転子の回転軸上に上記回転子の極歯の配設
ピッチの1/Nのピッチ(Nは励磁相数)で極歯を設けた
位置決用回転子を上記回転子軸上に配設し、上記位置決
用回転子と同じピツチで極歯を配設した一対の磁極と1
個の巻線よりなる位置決用固定子を上記位置決用回転子
と空隙を介して対向配設せしめ、上記N相の巻線群の任
意のものが励磁されたとき、これにより上記回転子の極
歯の配設ピッチの1/Nだけ上記回転子が回転した時点
で上記位置決用固定子巻線を励磁し、上記N相の巻線群
の任意の他のものが励磁されたときその励磁を止め、以
下このようにして励磁を繰り返すことを特徴とする。
以下図面によつて本発明の実施例を説明する。
本発明に於ては第3図(a),(b)に示すように回転子軸5
と同軸上に位置決用回転子10を一体的に固着し、該位
置決用回転子10の外周面にはステツピングモータの回
転子4に設けた極歯の1/Nピツチ(Nは励磁相数、即ち
4相であれば1/4のピツチ)で極歯10−1を配設し、
該極歯と空隙を介して対向する、前記位置決用回転子1
0の極歯と同じビツチの極歯11−1をその内周面に配
設した位置決用固定子磁極11を設け、該磁極11内に
形成した凹部に励磁巻線12を配設せしめる。
尚、ステツピングモータの回転子4の極歯と位置決用回
転子10の極歯との相互関係は第3図(c)に示すように
する。即ちステツピングモータの回転子4の極歯の配設
ピツチPの中に位置決用回転子10の極歯10−1が4
個配設され、両者の極歯の一方の端は同一の位置に整列
し、又ステツピングモータが2相で励磁されて回転子の
極歯の位置が励磁された2個の磁極の中間の位置にある
時に位置決用固定子磁極11の極歯11−1が位置決用
回転子10の極歯10-1と対向する位置となるようにす
る。
本発明ステツピングモータは上記のような構成であるか
らその動作は第3図(c)に示すようになる。
第3図(c)では第3図(d)に示すA相とB相が励磁され固
定子の磁極2−1と2−2に回転子の極歯4−1と4−
2とが対向し夫々1/8Pだけずれた位置で両相の吸引力
が平衡して静止しており、位置決用固定子磁極11の極
歯11−1と回転子の極歯10−1とが対向している。
位置決用固定子磁極11の巻線12が励磁されると、位
置決用固定子磁極11の極歯11−1と回転子の極歯1
0−1との間に空隙を介して磁束が流れ、回転子の極歯
10−1を固定子磁極11の極歯11−1と対向した位
置に保つホールデングトルクが発生する。このホールデ
ングトルクは位置決用固定子磁極11の極歯11−1と
回転子の極歯10−1との間に作用するものでその結果
生ずる回転子の位置と精度は上記位置決用固定子磁極と
回転子に設けた極歯の幾何学的寸法とその精度とによつ
て一義的に決定されるので、ステツピングモータを2相
励磁した場合の回転子の静止位置が両相のアンペアタン
に依つて決定されるのに対し静止精度が改善される。
特に位置決用固定子磁極と回転子に配設する極歯のピツ
チはステツピングモータの回転子4の極歯の配設ピツチ
の1/4であり、しかも回転子の全周に渡つて同ピツチで
配設されているので位置決用回転子に作用する復元トル
クの傾度は元のステツピングモータに於ける復元トルク
の傾度よりはるかに大きいので位置決精度が改善され
る。
本発明に依るステツピングモータを動作させる新しい駆
動システムを第4図(a)に示す。
第4図(a)に於て101はパルス発生装置、102は指
令パルスを受けこれを4相の順序パルスに変換するロジ
ツク回路、103はロジツク回路102より4相の順序
パルスを受けこのパルスの出力時間を規正するタイマ装
置、104はタイマ装置103の出力を受けステツピン
グモータ106の各相巻線A,B,C,Dを励磁する駆
動回路、105はタイマ装置103の出力を受けステツ
ピングモータの位置決巻線Eを励磁する駆動回路であ
る。
第4図(b)はこの駆動システムのタイムチヤートを示
す。第4図(b)に於てIは指令パルスの単列パルスで
A,B,C,D,Eはステツピングモータの各相巻線と
位置決用巻線の動作タイミングを示す。指令パルスIの
発生間隔をτ1とし通常の2相励磁におけるA,B,
C,D各相の保持時間をτ2とし、指令パルスの到来に
より励磁電流が切替わり回転子がほぼ1/NP(4相なら
P/4)回転した後次の指令パルスの到来までの時間を
τとする。指令パルスが0,1,2,3……と到来す
るものとし、0のタイミングではC相とD相が励磁され
ており、回転子が1/4P回転したタイミングでタイマ装
置103より駆動回路104,105に出力が出てC
相、D相の励磁電流が切れ、E相巻線に励磁電流が流れ
る。この為、ステッピングモータは位置決用固定子のみ
で位置決用回転子10が吸引位置決めされる。次にパル
スIが到来するとE相が切れてD相とA相が励磁される
ようにロジツク回路102より信号が出タイマ装置10
3に加えられ、タイマ装置103の動作でステツピング
モータの回転子が1/4P回転した時にA相とD相の電流
を切る指令を駆動回路104に送ると共に駆動回路10
5を介してステツピングモータ106の位置決巻線Eに
電流を流し位置決用固定子磁極の極歯が回転子の極歯と
一致し整流した位置で静止せしめる。
次に指令パルス2が到来すると駆動回路105が動作して
位置決巻線Eの電流が止まり、A相とB相が励磁され、
回転子4が1/4P回転する時間τ3の間にタイマ装置10
3の動作でτ3時間後にA相、B相の通電を止めると同
時に駆動回路105が動作して位置決固定子の巻線Eを
励磁し回転子を静止せしめる。
本発明に依るステツピングモータは上記のように静止中
は位置決用巻線Eのみを励磁し、ステツプ動作させると
きは巻線Eの電流を止め直前に励磁した相と隣接した新
しい相を励磁し、回転子4が1/4P歩進する時間τ3の間
通電後電流を止めると共に位置決巻線Eを励磁して1ス
テツプ歩進した位置で静止させる動作を指令パルスの到
来毎に繰返してステツピングモータを回転させるもので
歩進させる時の駆動力は2相励磁による強い駆動力で応
答を速くし、ステツプ歩進した後の位置精度は位置決用
固定子磁極に設けた極歯の精度で決まるように分担させ
るようにしたことで応答速度が速く回転子の位置精度の
良いステツピングモータを構成できる。
上記の説明ではステツピングモータの回転子4を極歯の
みを有するVR形ステツピングモータについて説明した
が、回転子の構造を極歯を備えた回転子ポール2個を軸
方向に離間して設け、この2個の回転子ポールの間に軸
方向にN極S極と着磁した永久磁石を回転子軸と共に一
体的に構成した回転子を備えた永久磁石形ステツピング
モータについても同様に構成して同様の効果を得ること
ができる。
又位置決用固定子磁極の動作の説明で2相励磁の場合に
ついて説明したが、1相励磁の場合でも励磁した巻線の
電流を回転子の極歯が1/4P回転し固定子の極歯と回転
子の極歯が整列した時に励磁電流を止め位置決用巻線を
励磁すれば同じ効果が得られる。又ステツピングモータ
の巻線を励磁したまま位置決用巻線を励磁しても良い。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)は従来のステツピングモータの説明用縦
断側面図及び縦断正面図、第1図(c)はその固定子巻線
の接続状態説明図、第1図(d)はその動作説明用磁極展
開図、第2図は固定子と回転子の極歯の相互関係説明
図、第3図(a),(b)は本発明ステツピングモータの説明
用縦断側面図及び縦断正面図、第3図(c)はその固定子
と回転子の極歯の相互関係説明図、第3図(d)はその固
定子巻線の接続状態説明図、第4図(a)はその駆動シス
テムの構成図、第4図(b)はそのタイムチヤートを示
す。 1……固定子鉄芯、1−1……ヨーク、2−1〜2−8
……磁極、2−n……極歯、3,3−1〜3−8……固
定子巻線、4,4−1〜4−10……回転子、4−n…
…極歯、5……回転子軸、6……軸受、7……固定子ハ
ウジング、8……エンドブラケツト、10……位置決用
回転子、10−1,11−1……極歯、11……位置決
用固定子磁極、12……励磁巻線、101……パルス発
生装置、102……ロジツク回路、103……タイマ装
置、104,105……駆動回路、106……ステツピ
ングモータ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円筒形ヨークに複数個の巻線を巻装した磁
    極を植設し、該磁極の先端に極歯を形成した固定子と、
    上記固定子の極歯と空隙を介して対向配設された極歯を
    備えた回転子とより成るステッピングモータに於て、上
    記複数個の巻線をN相の巻線群に構成し、上記回転子の
    回転軸上に上記回転子の極歯の配設ピッチの1/Nのピ
    ッチ(Nは励磁相数)で極歯を設けた位置決用回転子を
    上記回転子軸上に配設し、上記位置決用回転子と同じピ
    ッチで極歯を配設した一対の磁極と1個の巻線よりなる
    位置決用固定子を上記位置決用回転子と空隙を介して対
    向配設せしめ、上記N相の巻線群の任意のものが励磁さ
    れたとき、これにより上記回転子の極歯の配設ピッチの
    1/Nだけ上記回転子が回転した時点で上記位置決用固
    定子巻線を励磁し、上記N相の巻線群の任意の他のもの
    が励磁されたときその励磁を止め、以下このようにして
    励磁を繰り返すことを特徴とするステッピングモータ。
  2. 【請求項2】上記ステッピングモータの回転子が、軸方
    向に離間して配設した外周に極歯を備えた2個の回転子
    ポールと、上記2個の回転子ポールの間に挾持された軸
    方向にN極,S極を着磁した永久磁石とより成る特許請
    求の範囲第1項記載のステッピングモータ。
  3. 【請求項3】指令パルス到来毎にN相の巻線の通電順序
    を指令するシーケンス発生装置と、各相の通電時間を制
    御するタイマ装置とより成る駆動システムによって駆動
    され、各相の通電指令と断流指令により上記位置決用固
    定子の励磁巻線に流れる電流が制御される特許請求の範
    囲第1項又は第2項記載のステッピングモータ。
JP23494083A 1983-12-15 1983-12-15 ステツピングモ−タ Expired - Lifetime JPH0636666B2 (ja)

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JPS60128855A JPS60128855A (ja) 1985-07-09
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US5668430A (en) * 1996-04-17 1997-09-16 Dana Corporation Dual-sectioned switched reluctance motor
JP4858099B2 (ja) * 2005-12-26 2012-01-18 株式会社アドヴィックス 負圧式倍力装置
JP6028176B2 (ja) * 2015-07-15 2016-11-16 Atテクマック株式会社 静脈還流促進装置に用いられる振動発生ステッピングモータ

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JPS60128855A (ja) 1985-07-09

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