JPH11146630A - 多相ｐｍ形ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 駆動回路を簡略化し、トルクを大きく、ステ
ップ角を微小とする。 【解決手段】 外周面にＮ極とＳ極とが交互に着磁され
た円筒状の永久磁石からなるロータ１、並びにロータ１
のＮ極又はＳ極に対して一定の空隙を介して対向配置さ
れた歯を持つステータコア、及びステータコア内に巻装
されたステータコイル４を３連でステッピングモータを
構成する場合、ステータを同一ピッチで３連に積層し、
ロータは永久磁石の着磁ピッチ角度をＰとした場合、第
１のロータに対し第２のロータの磁極は２Ｐ／３角度ず
らし、第３のロータの磁極は第２のロータの磁極に対し
て、同様に２Ｐ／３角度ずらすように構成する。ステー
タコイル４を３端子結合し、６個のトランジスタよりな
る駆動回路によって、２個又は３個を同時にバイポーラ
駆動すると、リード線の本数及びトランジスタの使用個
数が少なくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、プリンタ
ー、高速ＦＡＸ、ＰＰＣ用複写機等のＯＡ機器用として
好適な多相ＰＭ形ステッピングモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の単相ＰＭ形ステッピングモータに
ついて図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、
従来の単相ＰＭ形ステッピングモータ３０の縦断側面図
であり、同図において、３１は外周面に円周方向に向か
って交互にＮＳ磁極を形成した筒状のロータ、３２は当
該ロータ３１の回転軸、３３はリング状のステータであ
り、内周面が、上記ロータ３１の外周面に間隙を介して
対向するように配置されている。また、３４はステータ
３３を構成するステータコイル、３５はステータヨー
ク、３６ａ、３６ｂはこのステータヨーク３５に固定し
たモータ取付板、３７ａ、３７ｂは夫々この取付板３６
ａ、３６ｂに設けた上記回転軸３２支承用の軸受であ
る。

【０００３】次に、上記ステータ３３の詳細を図１４を
用いて説明する。図１４は、ステータ３３を分解して示
した縦断側面図である。上記ステータヨーク３５は、上
記ステータコイル３４の内周面に沿って、夫々軸方向に
延びる櫛歯状の極歯３８ａ、３８ｂを設けたリング状の
一方及び他方のヨーク素子３９ａ、３９ｂにより形成さ
れ、上記極歯３８ａ、３８ｂは互いに交互に円周方向に
ずれて隣接するように配置されている。

【０００４】また、上記ステータコイル３４は、上記一
方及び他方のヨーク素子３９ａ、３９ｂ並びに極歯３８
ａ、３８ｂにより取り囲まれるリング状のボビン４０
と、このボビン４０に巻かれたリング状コイル４１とよ
り構成される。

【０００５】次に、従来の２相ＰＭ形ステッピングモー
タについて、図１５を用いて説明する。図１５は、従来
の２相ＰＭ形ステッピングモータ５０の縦断側面図であ
る。当該ステッピングモータ５０では、ステータ５３
は、軸方向に重ねた第１、第２のステータ部５３ａ、５
３ｂにより構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の単相ＰＭ形ステッピングモータでは、ステー
タが１個のみであるため、モータの回転方向を定めるに
は、ステータの極歯と、ロータの磁極間の磁気パーミア
ンスや位相を、モータの回転方向が定まるようにずらす
か、または、機械的方法を用いてモータの回転方向を定
めており、高速回転や高トルクを必要とされる機器には
不向きであった。

【０００７】また、これらの問題を解決するために開発
された上記２相ＰＭ形ステッピングモータによれば、ト
ルク及び高速性を大幅に改善できるが、次のような問題
がある。 （１）コイルに対するリード線の本数が４本と多く、ま
た駆動回路に使用するトランジスタは最低８個必要であ
る。 （２）トルクリプルが大きいため振動が大きい。 （３）ステップ角を小さく取る場合、多数の極歯を形成
しなければならず、工作上の問題がある。 （４）微小ステップ角で高トルクのものは得にくい。 （５）また、特開平１−２５９７４８号公報に開示され
ている３相ＰＭ形ステッピングモータでは、電流の位相
角が６０゜であり、１２０゜通電ドライブができないと
いう問題があった。 本発明は、上記課題（問題点）を解決する多相ＰＭ形ス
テッピングモータを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のステッピングモ
ータは、上記課題を解決するために、請求項１に記載の
ものでは、外周面にＮ極とＳ極が交互に着磁された円筒
状の永久磁石からなるロータと、前記ロータの外周面の
Ｎ極又はＳ極に対して一定の空隙を介して対向配置され
た歯を持つステータコアと、前記ステータコア内に巻装
され、ステータコアを磁化することによりロータを回転
させるステータコイルを具備したステータとを各々３連
で構成し、３個のステータ群は、同一ピッチで３連に積
み重ね、ロータは永久磁石の着磁ピッチ角度をＰとした
場合、第１のロータに対し第２のロータの磁極を２Ｐ／
３角度ずらし、第３のロータの磁極は、第２のロータの
磁極に対し、同様に２Ｐ／３角度ずらして配置するよう
に構成した。

【０００９】請求項２に記載のステッピングモータは、
上記３個のステータコアを巻装するステータコイルが３
端子結合され、６個のトランジスタよりなる駆動回路に
よって上記３個のステータコイルのうち、２個又は３個
が同時にバイポーラ駆動されるように構成した。

【００１０】請求項３に記載のステッピングモータは、
外周面にＮ極とＳ極が交互に着磁された円筒状の永久磁
石からなるロータと、前記ロータの外周面のＮ極又はＳ
極に対して、一定の空隙を介して対向配置された歯をも
つステータコアと、前記ステータコア内に巻装され、ス
テータコアを磁化することにより、ロータを回転させる
ステータコイルを具備したステータとを各々ｎ連（ｎ≧
３の奇数）で構成し、ｎ個のステータ群は同一ピッチで
ｎ連に積み重ね、ロータは、永久磁石の着磁ピッチ角度
をＰとした場合、第１のロータに対し第２のロータの磁
極を２Ｐ／ｎ角度ずらし、同様に（ｎ−１）のロータに
対し、第ｎのロータを２Ｐ／ｎ角度ずらして配置するよ
うに構成した。

【００１１】請求項４のステッピングモータは上記ロー
タをハイブリッド構造とするように構成した。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の多相ＰＭ形ステッピング
モータの一実施の形態を図１乃至図１２を用いて説明す
る。先ず本発明の３相ＰＭ形ステッピングモータの基本
構成を図１乃至図３を用いて説明する。

【００１３】図１は、本発明の３相ＰＭ形ステッピング
モータの一実施の形態を示す縦断側面図で、図２は本発
明の３相ＰＭ形ステッピングモータの一実施形態を示す
分解斜視図である。また、図３は、当該ステッピングモ
ータのステータ部とロータの展開図である。図１及び図
２に示すように本実施の形態に示す３相ＰＭ形ステッピ
ングモータ２０では、ステータ３を互いに軸方向に重ね
た３個の第１乃至第３のステータ部３ａ〜３ｃの各櫛歯
状の極歯８ａ、８ｂとロータの外周面上のＮ、Ｓ磁極と
の関係位置を図３に示すように定める。即ち、一方又は
他方のヨーク素子９ａ及び９ｂの極歯８ａ、８ｂの極歯
ピッチを夫々τｓとした場合、第１乃至第３の各ステー
タ部３ａ〜３ｃにおいて、上記他方の極歯８ｂを上記一
方の極歯８ａから円周方向の一方にτｓ／２だけずら
し、第１〜第３のステータを極歯８ａと８ｂが同一線状
に重なるように３連縦続にする。また、ロータ１はＮ極
及びＳ極のピッチを夫々τｒとした場合、τｒ＝τｓと
し、従ってＮ極とこれに隣接するＳ極の間隔ＰがＰ＝τ
ｒ／２となるようにする。また、ロータ１ａと１ｂとの
極は２Ｐ／３角度ずらし、１ｂと１ｃとの極も２Ｐ／３
角度ずらす。なお、２は回転軸、４はステータコイル、
６ａ、６ｂは夫々モータ取付板、７ａ、７ｂは夫々軸受
である。また、１２はモータケースである。

【００１４】以上の構成において本発明の３相ＰＭ形ス
テッピングモータの動作を図４〜図１２を用いて説明す
る。図４はモノファイラ巻きとしたステータコイル４ａ
〜４ｃとその６本の外部リード線を示し、図５は、６個
のＰＮＰトランジスタＴＲ１〜ＴＲ６と６個のＮＰＮト
ランジスタＴＲ７〜ＴＲ１２とを用いたステータコイル
４ａ〜４ｃの駆動回路図、図６は本発明の３相ＰＭ形ス
テッピングモータの動作を単純化して説明する為、図５
の駆動回路を用い励磁信号〜でステータコイル４ａ
〜４ｃを順次バイポーラ駆動した場合の波形図である。
また、図７は本発明の３相ＰＭ形ステッピングモータの
ステップ１〜４における各動作を簡略化して説明するた
めのステータ部３ａ〜３ｃの極歯８ａ、８ｂとロータ１
の磁極展開図である。

【００１５】図７のステップ１では、第１ステータ部３
ａの一方の極歯８ａが総てＳ、他方の極歯８ｂが総てＮ
となるようにステータコイル４ａのみに電流を流した場
合であり、ロータ１ａの磁極Ｎは第１ステータ部３ａの
極歯８ａのＳに吸引され、磁極Ｓは極歯８ｂのＮに吸引
され同図のように整列した状態になる。

【００１６】次に、図７のステップ２では、第２ステー
タ部３ｂの一方の極歯８ａがＮ、他方の極歯８ｂがＳと
なるようにステータコイル４ｂに電流を流すと、ロータ
１ｂの磁極Ｓ、Ｎは夫々第２ステータ部３ｂの極歯８ａ
のＮ、極歯８ｂのＳに吸引され移動し、整列する。この
時、ロータ１の磁極はτr／６移動したことになる。

【００１７】更に、図７のステップ３では、第３ステー
タ部３ｃの一方の極歯８ａがＳ、他方の極歯８ｂがＮと
なるようにステータコイル４ｃに電流を流すと、ロータ
１ｃの磁極Ｓ、Ｎは第３ステータ部３ｃの夫々極歯８ｂ
のＮ、極歯８ａのＳに吸引され、ロータ１は１ステップ
移動し整列する。

【００１８】以下、ステップ４、また図示しないがステ
ップ５、ステップ６では、夫々ステータコイル４ａ〜４
ｃに流す電流の向きをステップ１、ステップ２、ステッ
プ３とは夫々逆とする。このようにすれば、ロータ１は
矢印に示すように移動し、ステップ７でステップ１に戻
る。この時のステップ角θsはτr／６となる。

【００１９】次に、図８乃至図１２を用いて本発明の３
相ＰＭ形ステッピングモータ２０の具体的な動作を説明
する。ここで図８は、本発明の３相ＰＭ形ステッピング
モータ２０のステータコイル４の説明図、図９は、ステ
ータコイル駆動回路図、図１０は、ステータコイル４の
励磁シーケンス図である。また、図１１は、本発明の３
相ＰＭ形ステッピングモータ２０のステップ１〜４にお
ける各動作を簡略化して説明するためのステータ部３ａ
〜３ｃの極歯８ａ、８ｂとロータ１の磁極の展開図であ
る。

【００２０】本実施の形態では、図８に示すように、ス
テータコイル４ａ〜４ｃを星型に接続して外部リード線
を３本とし、この各リード線を図９に示すように直流電
源Ｖ間に直列接続されたＰＮＰトランジスタＴＲ１３〜
ＴＲ１５とＮＰＮトランジスタＴＲ１６〜ＴＲ１８間に
夫々接続し、このステータコイル駆動回路に図１０に示
すような励磁信号〜を加えて第１乃至第３ステータ
コイル４ａ〜４ｃをバイポーラ駆動する。

【００２１】即ち、図１１に示すように、ステップ１で
は、第１ステータ部３ａの一方の極歯８ａと第２ステー
タ部３ｂの他方の極歯８ｂが総てＳ、第１ステータ部３
ａの他方の極歯８ｂと第２ステータ部３ｂの一方の極歯
８ａが総てＮとなるようにステータコイル４ａと４ｂに
電流を流す。次に、ステップ２では、第２のステータ部
３ｂの一方の極歯８ａと第３のステータ部３ｃの他方の
極歯８ｂが総てＮ、第２のステータ部３ｂの他方の極歯
８ｂと第３のステータ部３ｃの一方の極歯８ａが総てＳ
となるようにステータコイル４ｂと４ｃに電流を流す。
さらに、ステップ３では、第３のステータ部３ｃの一方
の極歯８ａと第１のステータ部３ａの他方の極歯８ｂの
総てがＳ、第３のステータ部３ｃの他方の極歯８ｂと第
１のステータ部３ａの一方の極歯８ａが総てＮとなるよ
うにステータコイル４ｃと４ａに電流を流す。

【００２２】なお、ステップ４、図示しないがステップ
５、ステップ６では、各ステータコイル４ａ〜４ｃに流
れる電流の向きを逆とし、ステップ１〜３の場合とＮ、
Ｓを反転する。ステップ７では、ステップ１に戻るよう
にする。この実施の形態におけるステップ角θcはτr／
６となる。

【００２３】なお、図１２の図表に、ロータ１の磁極数
Ｍと、ロータ１の磁極ピッチτr、ステップ角θｓとの
関係を示す。

【００２４】

【発明の効果】本発明の多相ＰＭ形ステッピングモータ
は、上述のように構成したために、以下のような優れた
効果を有する。 （１）同一のステップ角を得る場合、２相ＰＭ形ステッ
ピングモータにおいて、磁極幅を広くとれるので、従来
の同形状の２相ＰＭ形ステッピングモータに対し、トル
クが２０％以上改善される。 （２）ロータの磁極数が同一の場合、従来の２相ＰＭ形
ステッピングモータと比較し、より微小なステップ角を
得ることができる。 （３）従来の２相ＰＭ形ステッピングモータでは、リー
ド線を最低４本、駆動回路のトランジスタは８個必要と
したのに対し、本発明のものでは、リード線３本、トラ
ンジスタも６個で済むので、駆動回路を大幅に簡略化で
きる。 （４）公知の３相ＰＭ形ステッピングモータが、電流が
位相角６０゜であるのに対し、本発明のものは位相角が
１２０゜であるため、位置検出手段を設けることによ
り、ブラシレスモータとしても使用可能である。 （５）巻線のインピーダンスを変更することにより、３
相交流モータとしても使用可能である。 （６）本発明の多相ＰＭ形ステッピングモータは、デル
タ結線にしても動作させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３相ＰＭ形ステッピングモータの縦断
側面図である。

【図２】本発明の３相ＰＭ形ステッピングモータの分解
斜視図である。

【図３】本発明の３相ＰＭ形ステッピングモータのステ
ータ部とロータの展開図である。

【図４】本発明の３相ＰＭ形ステッピングモータの動作
を簡略化して説明するためのステータコイルの説明図で
ある。

【図５】本発明の３相ＰＭ形ステッピングモータの動作
を簡略化して説明するためのステータコイル駆動回路図
である。

【図６】本発明の３相ＰＭ形ステッピングモータの動作
を簡略化して説明するためのステータコイルの励磁シー
ケンス図である。

【図７】本発明の３相ＰＭ形ステッピングモータの各ス
テップにおける動作を簡略化して説明するためのステー
タ部の極歯とロータの磁極の展開図である。

【図８】本発明の３相ＰＭ形ステッピングモータのステ
ータコイルの説明図である。

【図９】本発明の３相ＰＭ形ステッピングモータのステ
ータコイル駆動回路図である。

【図１０】本発明の３相ＰＭ形ステッピングモータのス
テータコイルの励磁シーケンス図である。

【図１１】本発明の３相ＰＭ形ステッピングモータの各
ステップにおける動作を簡略化して説明するためのステ
ータ部の極歯とロータの磁極の展開図である。

【図１２】ロータの磁極数（Ｍ）と、ロータの磁極ピッ
チ（τr）、ステップ角（θs）との関係を示す図表であ
る。

【図１３】従来の単相ＰＭ形ステッピングモータの縦断
側面図である。

【図１４】従来の単相ＰＭ形ステッピングモータのステ
ータ部の分解縦断側面図である。

【図１５】従来の２相ＰＭ形ステッピングモータの縦断
側面図である。

【符号の説明】

１：ロータ ３：ステータ ３ａ〜３ｃ：ステータ部 ４、４ａ〜４ｃ：ステータコイル ８ａ、８ｂ：ステータの極歯 ＴＲ１〜ＴＲ１８：トランジスタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周面にＮ極とＳ極が交互に着磁された
   円筒状の永久磁石からなるロータと、前記ロータの外周
   面のＮ極又はＳ極に対して、一定の空隙を介して対向配
   置された歯をもつステータコアと、前記ステータコア内
   に巻装され、ステータコアを磁化することによりロータ
   を回転させるステータコイルを具備したステータとを、
   各々３連で構成し、３個のステータ群は、同一ピッチで
   ３連に積み重ね、ロータは永久磁石の着磁ピッチ角度を
   Ｐとした場合、第１のロータに対し第２のロータの磁極
   を２Ｐ／３角度ずらし、第３のロータの磁極は、第２の
   ロータの磁極に対し、同様に２Ｐ／３角度ずらしたこと
   を特徴とする多相ＰＭ形ステッピングモータ。
2. 【請求項２】 上記３個のステータコアを巻装するステ
   ータコイルが３端子結合され、６個のトランジスタより
   なる駆動回路によって、上記３個のステータコイルのう
   ち、２個又は３個が同時にバイポーラ駆動されることを
   特徴とする請求項１に記載の多相ＰＭ形ステッピングモ
   ータ
3. 【請求項３】 外周面にＮ極とＳ極が交互に着磁された
   円筒状の永久磁石からなるロータと、前記ロータの外周
   面のＮ極又はＳ極に対して、一定の空隙を介して、対向
   配置された歯をもつステータコアと、前記ステータコア
   内に巻装され、ステータコアを磁化することにより、ロ
   ータを回転させるステータコイルを具備したステータと
   を各々ｎ連（ｎ≧３の奇数）で構成し、ｎ個のステータ
   群は、同一ピッチでｎ連に積み重ね、ロータは永久磁石
   の着磁ピッチ角度をＰとした場合、第１のロータに対
   し、第２のロータの磁極を２Ｐ／ｎ角度ずらし、同様に
   第（ｎ−１）のロータに対し第ｎのロータを２Ｐ／ｎ角
   度ずらしたことを特徴とする多相ステッピングモータ。
4. 【請求項４】 上記モータをハイブリッド構造としたこ
   とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の多相
   ステッピングモータ。 【０００１】