JPS61244257A - ステツピングモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はステッピングモータ、特に２相励磁バイポーラ
−駆動に適するステッピングモータに関するもので、こ
の種ステッピングモータは主として電子計算機の周辺機
器の駆動等に利用される。

〔従来技術〕

第４図（ａ）、　（ｂ）は従来より実施されて居るステ
ッピングモータの説明用断面図及び側面図を示し、１は
固定子鉄芯、２は固定子巻線、３．３はエンドブラケッ
ト、４．４は軸受、５は回転子軸、６．７はこの回転子
軸５に固定された回転子ボール、８はこの回転子ボール
６．７によって狭持された軸方向にＮ極Ｓ極を着磁した
永久磁石である。固定子鉄芯１は円環状のヨーク１−Ｏ
と該ヨークの内側に放射状に植設された４ｎ個、例えば
８個の磁極１−１〜１−８とより成り、各磁極には例え
ば８個の固定子巻線２−１〜２−８が巻装され各磁極の
先端には極歯が設けられている。

回転子ボール６と７の夫々の外周には前記固定子鉄芯の
極歯の幅と等しい幅の極歯がほぼ等ピッチで設けられ、
回転子ボール６．７の夫々に設けられた極歯は互に１／
２ピツチづらせて配設されている。

以下各磁極に巻装された固定子巻線のうち５図（ａ）に
示すように互に奇数番号のものと偶数番号のものを夫々
直列に接続し、その通電端子Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄを介して第
５図（ｂ）に示すシーケンスに従って通電する２相励磁
のバイポーラ駆動式で動作させる実施例について説明す
る。

全通電端子Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄに第５図（ｂｌのシーケンス
の第１ステートに従って通電した時の固定子鉄芯Ａ部分
及びＢ部分と回転子ボール６．７の夫々の極歯の相関関
係を第６図（ａ）の展開図に示す。

同図（ａ）では巻ｉ％Ｉ２−１．２−５．２−２゜２−
６がＳ極を、又巻線２−３．２−４．２−７．２−８が
Ｎ極を発生するように励磁され、固定子磁極１−１．１
−２．１−５．１−６のＡ側では回転子ボールの極歯と
の間に吸引力が作用し、夫々対応する極歯とは極歯幅の
３／４だけ重なっており固定子磁極１−３と１−７．１
−４と１−８のＢ側も同じように吸引力が作用し回転子
ボールの極歯と極歯幅の３／４だけ重なっている。

そして上記磁極１−１と１−２．１−３と１−４．１−
５と１−６・・・・・と順次隣接した磁極の吸引力が左
右の回転方向に付いて平衡し第６図（ａｌの位置に静止
している。

次に第５図０１））のシーケンスのステート２に移り端
子Ａ、Ｂの通電方向を逆転させると、固定子磁極１−１
と１−５がＡ側で反発、Ｂ側で吸引作用が働き磁極１−
７と１−３がＡ側で吸引、Ｂ側で反発作用が働き回転子
を右の方向に回転させる回転力が作用し、磁極１＝２．
１−４．１−６．１−８に作用する右方向の回転力と合
成されて回転子を回転させ、回転子が極歯の１／２幅だ
け（回転子極歯の配役ピッチの１／４）右方向に回転し
第６図（ｂ）の位置で静止する。即ち第６図（′ｂ）の
位置では磁極１−２と１−３．１−６と１−７がＡ側で
吸引しＢ側では磁極１−４と１−５．　１−８．と１−
１とが夫々反発して夫々左右の回転力が平衡しているか
らである。

同様に第５図（ｂｌのシーケンスの第３ステートでは端
子Ｃ，Ｄの通電方向を逆転させる事に依り回転子極歯の
１／２幅だけ更に右の方向に回転させ第６図（Ｃ１の位
置に静止させる。

以上説明した２相励磁バイポーラ駆動方式に於いては常
に全巻線を励磁して居り発生する回転力が大きいので多
くの用途に使用されているが、回転子の振動が大きく従
って騒音が大きいという欠点があった。

尚前記の展開図に於いては説明の便宜上固定子磁極１個
には１個の極歯を設け、回転子ボールの極歯の数もこれ
に合せて減少しであるが、極歯の数を増加してもその動
作は同様である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記の従来技術に依るステッピングモー
タの２相励磁バイポーラ駆動方式に於る回転子の振動に
因る騒音を低減せしめたステッピングモータを得るにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明のステッピングモータは円環状ヨーク内側に放射
状にほぼ等ピッチで４の倍数の磁極を植設し該磁極に夫
々巻線を巻装しかつ該磁極の先端に極歯を設けた固定子
と、該固定子の極歯と空隙を介して対向配設されたその
外側に極歯を等ピッチに配設した２個の回転子ボール及
びこれによって狭持された軸方向にＮ極Ｓ極を着磁した
永久磁石とを有する回転子とより成り、上記固定子磁極
に巻装した複数個の巻線のうち中心に対し対称の位置に
ある巻線を夫々直列に接続して１相を形成した４ｎ相ス
テッピングモータに於て、第１相と該第１相と電気角で
直角の位置にある第３相の夫々の巻線を直列に接続し、
第１相と電気角で４５度の位置にある第２相と該第２相
と直角の位置にある第４相の夫々の巻線を直列接続し、
第１相と第３相との接続点と第２相と第４相との接続点
とを電気的に接続した事を特徴とする。

〔発明の実施例〕

本発明に於いては第１図に示すように奇数番号の固定子
巻線２−１．２−５．２−７゜２−３の直列回路の中間
点Ｐと偶数番号の固定子巻線２−２．２−６．２−８．
２−４の直列回路の中間接続点Ｑの間をジャンパー線Ｊ
で電気的に接続する。尚該接続点は外部回路とは接続し
ない。

以下第２図（ａ）〜（Ｃ）に示す２相励磁バイポーラ駆
動方式の通電制御回路によって本発明に成るステッピン
グモータの動作を説明する。

第２図（ａ）はステッピングモータの巻線通電を直接制
御するスイッチ回路、第２図（ｂ）は該スイッチ回路を
制御するシーケンス回路、第２図（Ｃ）は該シーケンス
回路の出力を示すタイミングチャートである。第２図（
ａｌでＱｌ−Ｑ８はスイッチ用トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ
８は上記トランジスタのエミッターコレクタ間に接続し
た保護用ダイオード、ｒ１〜ｒ８はトランジスタＱ１．
Ｑ４．Ｑ５．ＱＢのベース電流の供給回路となる抵抗で
ある。

第２図中）に示すシーケンス回路は単列パルスの入力量
を受けて第２図（Ｃ）のタイミングチャートで示すパル
スａ　ｗ　ｄを出力し、該出力がスイッチ回路のトラン
ジスタＱ２．Ｑ３゜Ｑ６．Ｑ７の夫々のベースに加えら
れる。

第２図（ｂｌのシーケンス回路の出力が第２図（Ｃ）の
第一ステートの状態であると出力すとｄがＨレベルにあ
りトランジスタＱ３とＱ７が共にＯＮとなり従ってトラ
ンジスタＱ１とＱ５のベースがＬレベルとなって共にＯ
Ｎとなり巻線端子にはＡ−Ｂ、Ｃ→Ｄと通電され第６図
（ａｌの展開図の状態になる。次にシーケンス回路の入
力端子に次のパルスｉが入り出力すがＬに出力ａがＨに
トランジスタＱ１とＱ３がＯＦＦとなりＱ２とＱ４とが
ＯＮとなって巻線端子Ａ、Ｂの電流が逆転してＡ−Ｂと
なる。この際に巻線端子ＡとＢにはＡ側をＨレベルとす
る逆起電ＥＯが発生するがＯＮＬ。

ているトランジスタとＯＦＦしているトランジスタの保
護ダイオードを通じて電流が流れ消滅する。

一方回転子の動作は第６図（ａ）の展開図の状態から直
ちに第６図（ｂｌの状態に移行するのではなく回転子の
慣性によって第３図（ａ）に示すように第６図（ｂ）で
示した静止点より右の方向に行き過ぎ、更に左の方向に
戻るという振動を繰り返し振幅が減衰しながら静止点に
安定するものである。この様な回転子の振動によりステ
ッピングモータは特有の騒音を発生する。回転子の振動
に依って固定子巻線と鎖交する磁束が変化して固定子巻
線には誘起電圧が発生するが巻線端子Ａ、Ｂには巻線２
丁１と２−５の誘起電圧の方向と巻線２−７と２−３の
誘起電圧の発生方向が逆極性となるから見掛は上発生し
ない事になる。

また、巻線端子Ｃ，Ｄに於いても同じである。

然しなから本発明においては巻線の中間接続点ＰとＱと
をジャンパー線Ｊで接続しているので上記の回転子の振
動によって各巻線に発生した誘起電圧によって上記ジャ
ンパー線を介して両方の巻線間に電流がながれる。

即ちシーケンスが第２ステートになりトランジスタＱ２
．Ｑ４．Ｑ５．Ｑ７がＯＮであるとし、今回転子が次の
静止点で静止せず同じ方向に運動を続けているものとす
ると、各巻線にはＡ、　Ｐ間ではＡが（＋）　、　Ｐ、
　Ｂ間ではＢが（＋）　、　Ｃ，Ｑ間ではＣが（−）。

Ｑ、　　Ｄ間ではＤが（−）という誘起電圧が発生する
。

その結果Ｐ、Ａ間の誘起電圧とＱ、　　Ｄ間の誘起電圧
によりＡ→Ｑ２→Ｄ７→Ｄ−Ｑ−Ｐという経路で電流が
流れる。又Ｐ、Ｂ間の誘起電圧Ｃ，Ｑ間の誘起電圧によ
りＢ−Ｄ４−Ｑ５−Ｃ−Ｑ→Ｐという経路で電流がなが
れる。上記の電流の方向はＡ、ｐｒ’ａｔ電流はＡ−Ｐ
となって主電流Ａ−Ｂの方向と一致するがＰ、　　Ｂ間
電流はＰ→Ｂとなって主電流Ａ−Ｂと逆方向となる。又
、Ｃ，Ｑとなって主電流Ｃ−Ｄの方向と一致し、Ｑ、Ｄ
間電流はＱ←Ｄとなって主電流Ｃ−Ｄと逆方向となる。

上記の中間接続点Ｐ、Ｑ間のジャンパー線Ｊを通じて流
れる電流が主電流と一致した方向に流れる巻線と逆方向
に流れる巻線では、逆方向に流れる巻線に依って発生す
る回転力の減少の方が一致した方向に流れる巻線に依っ
て発生する回転力の増加より少し大きいので、結果とし
て制動力が作用して回転子の行き過花減少させる効果が
ある。

そしてこの効果は回転子の速度が速いほど発生する誘起
電圧が大きいので回転子の最初の行き過ぎを減少させる
効果が顕著である。

即ち第３図（ａ）、　（ｂ）はステッピングモータを第
２図（ａ）、　（ｂ）に示した２相励磁バイポーラ駆動
方式で運転した時の回転子の動作を測定したオフシログ
ラムで横軸に時間を、縦軸に回転角度を表示したもので
、第３図（ａ）は巻線の中間点Ｐ、　Ｑ間を接続してい
ない従来技術によるステッピングモータの場合、第３図
（ｂ）は本発明による巻線の中間点Ｐ、　Ｑ間を接続し
たステッピングモータのもので従来の場合に比し本発明
の場合の方が１ステツプ角を歩進させた時の最初の行き
過ぎ角が明らかに小さくなる。この結果本発明によるス
テッピングモータは従来技術によるステッピングモータ
と較べ騒音レベルが１０ｄＢも低下させることができる
。又、回転子の行き過ぎが減少した結果回転力が増加す
る。

上記の実施例は固定子の磁極が８個で巻線数が８個の４
相ステッピングモータについて説明したが、磁極数が８
個で巻線数が１６個の８相型、又は磁極数が１６個、巻
線数１６個の８相型の場合でも同じように実施できる。

〔発明の効果〕

上記のように本発明によれば４の倍数の巻線を備えたス
テッピングモータに於て２組の巻線の夫々の中間接続点
の間を接続するだけで外部回路と接続することな〈従来
と同じ通電興御回路による騒動方式で運転し、騒動レベ
ルを１０ｄＢも低下させると共に回転力（ダイナミック
トルク）を増加せしめるという大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ステッピングモータの固定巻線の接続状
態説明図、第２図（ａ）はステッピングモータの巻線通
電を直接制御するスイッチ回路、第２図（ｂ）は該スイ
ッチ回路を制御するシーケンス回路、第２図（Ｃ）は該
シーケンス回路の出力を示すタイミングチャート、第３
図（ａ）、　（ｂ）は回転子の動作を示すオフシログラ
ム、第４図（ａ）、　（ｂ）は従来より実施されて居る
ステッピングモータの説明用断面図及び側面図、第５図
（ａｌ、　（ｂ）はその固定巻線の接続状態説明図、及
びその通電シーケンス説明図、第６図ｔａ）〜（Ｃ）は
固定子極歯と回転子ボール極歯の関係を示す展開図であ
る。 １・・・固定子鉄芯、２・・・固定子巻線、３・・・３
エンドブラケツト、４・・・軸受５・・・回転子軸、６
，７回転子ボール、８・・・永久磁石。 ＋　３１！Ｉ（０） ＋４０（０）　　　　　　　＋４０（ｂ）＋３０（ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）円環状ヨーク内側に放射状にほぼ等ピッチで４の
   倍数の磁極を植設し該磁極に夫々巻線を巻装しかつ該磁
   極の先端に極歯を設けた固定子と、該固定子の極歯と空
   隙を介して対向配設されたその外側に極歯を等ピッチに
   配設した２個の回転子ポール及びこれによって狭持され
   た軸方向にＮ極Ｓ極を着磁した永久磁石とを有する回転
   子とより成り、上記固定子磁極に巻装した複数個の巻線
   のうち中心に対し対称の位置にある巻線を夫々直列に接
   続して１相を形成した４ｎ相ステッピングモータに於て
   、第１相と該第１相と電気閣角で直角の位置にある第３
   相の夫々の巻線を直列に接続し、第１相と電気角で４５
   度の位置にある第２相と該第２相と直角の位置にある第
   ４相の夫々の巻線を直列接続し、第１相と第３相との接
   続点と第２相と第４相との接続点とを電気的に接続した
   事を特徴とするステッピングモータ。
2. （２）４ｎ相ステッピングモータを第１相と第２相とを
   同時に又は第３相と第４相とを同時に其の通電方向を反
   転させる２相バイポーラ駆動方式で駆動させる事を特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のステッピングモータ
   。