JP2844359B2 - 永久磁石形ステッピングモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はプリンタ、高速FAX、PPC用複写機等のOA機器
用として好適な永久磁石形（ハイブリット形）ステッピ
ングモータに関する。

［従来の技術］ 従来の永久磁石形ステッピングモータとしては、２相
形のものが主流を占めており、その構造は、第６図に示
すように構成されていた。

同図において、１は固定子ハウジング、２は固定子鉄
心で、これは磁極２−１〜２−８を構成している。２−
10は各磁極の内周に形成された極歯である。３は固定子
巻線で、前記各磁極に３−１〜３−８で示すように巻か
れている。

これら固定子鉄心２、固定子巻線３で固定子Ｓが構成
されている。

４、４′はエンドブラケット、５、５′は軸受、６は
回転子軸、７、８は夫々回転子磁極、７−10と８−10は
夫々上記回転子磁極７、８の外周に形成された極歯、９
は永久磁石で、これら６〜９で回転子Ｒが構成される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、従来の２相の永久磁石形ステッピングモー
タでは次の問題点があった。

リード線の本数は４本が限度であるのに、駆動回路に
使用するトランジスタは、最低８個は必要とする。

トリクリップルが大きいため、振動が大きい。

低コスト用として４極のモータがあるが、高精度用と
して最低８極のモータとする必要がある。

微小角とするためには、回転子磁極に100以上もの多
数の極歯を形成せねばならず、工作上の問題があった。

このため、５相の永久磁石形ステッピングモータも登
場しているが、これは次の問題点があった。

リード線は５本が限度であるのに、駆動回路に要する
トランジスタは、最低10個必要である。

磁極は、最低10極必要であり、２相モータに比較し、
コスト高となる問題がある。

微小角を得るため固定子は点対称となっており、回転
積みができず、コア抜き型誤差を吸収することが困難で
ある。

本発明は、従来のものの上記課題（問題点）を解決す
るようにした永久磁石形ステッピングモータを提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、当該固定子の内周に、放射状に複数個の磁
極を形成し、各磁極の先端には複数個の極歯を夫々等ピ
ッチで形成し、各磁極には各々180度ずれた磁極が同極
となるように夫々巻線を巻いて成る固定子と、この固定
子の内方に空隙を隔てて同心的に配置され、上記固定子
の極歯ピッチと異なるピッチで、相互に1/2ピッチずら
した極歯ピッチとなる極歯を全周に形成した２個の回転
子磁極と、この回転子磁極によって挟持された軸方向に
着磁された永久磁石とより成る回転子とを備えた永久磁
石形ステッピングモータにおいて、次の構成を備えた永
久磁石形ステッピングモータである。

（イ）固定子の磁極を６極とし、これを等ピッチに設け
る。

（ロ）第１の固定子磁極の任意の極歯と任意の回転子磁
極の極歯とを正対させた条件において、前記第１の固定
子磁極に隣接する第２の固定子磁極の前記第１の固定子
磁極の極歯に対応する位置の極歯の中心線と、該第２の
固定子磁極から第１の固定子磁極側で最も近接した前記
回転子磁極の極歯の中心線とがなす角をθ_ｒ、回転子磁
極の極歯数をＺとした場合 θ_ｒ＝120゜/Z Ｚ＝6n±４ （但し、ｎは正の整数）とする。

（ハ）固定子の磁極の極歯ピッチτ_Ｓと回転子の極歯ピ
ッチτ_Ｒとの相関を τ_Ｓ＝180τ_R/（180±τ_Ｒ） 60/τ_Ｓ＝ｍ（ｍ＝１、２、・・・・） となるようにする。

（ニ）６極の固定子磁極それぞれに巻回した巻線のう
ち、180度ずれた磁極が同極となるように各々直列接続
した３回路を相互にスター接続して３本のリード線で動
作させる。

［実施例］ 以下第１図〜第５図に示す２つの実施例について本発
明を具体的に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例であるステッピングモ
ータの固定子側の構造図を示す縦断面図である。

同図において10は固定子で、これは６極の固定子磁極
11−１〜11−６と、これら磁極に夫々各磁極は各々180
゜ずれた磁極が同極となるよう巻かれた巻線12−１〜12
−６が設けられている。

この場合、固定子10は所要枚数の固定子鉄心をその極
歯ピッチが重なるよう同一方向に積層して構成するのが
通例である。

なお、回転子は従来のものと同様に、外周に極歯を備
えた磁極の間にＮ、Ｓに着磁した永久磁石を挟持してお
り、２個の磁極の極歯のピッチは1/2ずらしてある。

ところで、本発明のステッピングモータは、その基本
原理からいえば、次の条件を満足するように回転子磁極
の極歯数Ｚ及びそのほかの構成を定めているものであ
る。

イ．固定子の磁極を６極とし、これを等ピッチに設け
る。

ロ．第１の固定子磁極の任意の極歯と任意の回転子磁極
の極歯とを正対させた条件において、前記第１の固定子
磁極に隣接する第２の固定子磁極の前記第１の固定子磁
極の極歯に対応する位置の極歯の中心線と、該第２の固
定子磁極から第１の固定子磁極側で最も近接した前記回
転子磁極の極歯の中心線とがなす角をθ_ｒ、回転子磁極
の極歯数をＺとした場合 θ_ｒ＝120゜/Z ……（１） Ｚ＝6n±４ ……（２） とする。

ハ．固定子の磁極の極歯ピッチτ_Ｓと回転子の極歯ピッ
チτ_Ｒとの相関を次式とする。

τ_Ｓ＝180τ_R/（180±τ_Ｒ） ……（３） 60/τ_Ｓ＝ｍ（ｍ＝１、２、・・・・） ……（４） この（３）、（４）式の成立について補足すると、回
転子の極歯ピッチτ_Ｒはτ_Ｒ＝360/Zだから Ｚ＝360/τ_Ｒ ……（５） また、固定子の極歯ピッチτ_Ｓは、τ_Ｓ＝360/（Ｚ±
２）だから Ｚ＝（360/τ_Ｓ）±２ ……（６） （５）、（６）式からτ_Ｓを求めれば 次式のように（３）式が求められる。

τ_Ｓ＝180τ_R/（180±τ_Ｒ） ……（３） また、磁極の中心に固定子極歯が一致せねばならない
ので次のように（４）式が求められる。

60/τ_Ｓ＝ｍ（ｍ＝１、２、・・・・） ……（４） ニ.6極の固定子磁極それぞれに巻回した巻線のうち、18
0度ずれた磁極が同極となるように各々直列接続した３
回路を相互にスター接続して３本のリード線で動作させ
る（第５図（ロ））。

ところで、本発明の第１の実施例のものは、第１図に
示すように、６極の固定子磁極を左右対称となるように
配置し、詳細を後述する第２の実施例において定義付け
る角度αの特殊条件として、α＝０になるように構成し
た永久磁石形ステッピングモータであるが、この場合の
固定子磁極11−１、11−２と回転子13の磁極13−１との
関係を展開図として示せば第２図（イ）の通りである。

但し、13−１は、永久磁石を挟持する２個の磁極のう
ちの手前の１個を示している。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

第２図（ロ）には、固定子の中心軸と、固定子に奇数
個の極歯を形成した場合における中央の極歯とのなす角
をずれ角αとすると、このずれ角αを０とした前述した
第１の実施例に対して、所定のずれ角αを有するように
構成した第２の実施例の、固定子磁極11−１′、11−
２′と回転子13の磁極13−１との関係を展開図で示して
いる。

第２の実施例の構成では、固定子極歯数をＺ、隣接す
る回転子磁極の極歯間ピッチ角をθ_Ｐとするとき、ステ
ップ角θ_Ｓは３相のモータであるため θ_Ｓ＝θ_P/6となる。

これら、Ｚ、θ_Ｐ、θ_ＳはＺのパラメータであるｎの
値によって第３図に示す図表のように設定される。

［作用］ 本発明のステッピングモータにおいて、第５図（ロ）
に示すように３本の外部リード線を介して、２巻線ずつ
直列接続した３組の回路Ｕ、Ｖ、Ｗにスター接続された
固定子巻線12−１〜12−６に対して第４図（イ）に示す
ような励磁シーケンスを与え、第４図（ロ）のように
〜で示すように電力を順次シフトして供給した場合、
各巻線12−１〜12−６は第５図（イ）に示すように磁極
の移動が行われ、本発明のステッピングモータは前記し
た条件式で決まるステップ角θ_Ｓでステップ駆動され
る。

なお、11−１〜11−６は各巻線12−１〜12−６が巻か
れる固定子磁極を示す。

また、以下の説明は簡単のため、ずれ角α＝０となる
本発明の第１の実施例の場合で説明すつが、第２の実施
例のようにずれ角αが生ずる場合でもその動作は変わら
ない。

第３図の図表から、たとえば、ｎを16とした場合、回
転子磁極の極歯数を100としても、0.6度のステップ角と
なり、２相モータでは極歯数を150にしないと、0.6度の
ステップ角とならない点を考慮すると、本発明のステッ
ピングモータは微小角を得易いモータであることが分か
る。

［発明の効果］ 本発明の永久磁石形ステッピングモータは、上記のよ
うに、特定の条件を充足するように構成し、次のような
優れた効果を有するもので、プリンタ、高速FAX、PPC複
写機等の高精度を要する各種OA機器用として有用であ
る。

従来の２相モータではリード線を４本、駆動回路のト
ランジスタは８個必要とし、又５相モータではリード線
は５本、上記トランジスタを10個必要としたのに対し、
本発明のものでは３相により駆動できるため、その場合
はリード線３本、トランジスタも６個で済むため駆動回
路の構成が大幅に簡単化でき、安価とできる。

従来のものは、磁極数も２相のものでは８極、５相の
ものでは10極とする必要があったが、本発明のものでは
６極で済み、この点でも構造が簡単となり、製造工程が
簡略化、小型化できる。

トリクリップルは、従来の２相モータに比べ、1/2と
なり振動が改善できる。

固定子磁極を左右対称に配置するようにし、回転積み
を行う際に、コア抜き型で生じる誤差を吸収できる構造
としたため、位置制御が大幅に増大できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の２つの実施例を示すもので、
その内第１図はその第１の実施例となる固定子の縦断面
図、第２図（イ）及び（ロ）はそれぞれ本発明の第１及
び第２の実施例に当たる固定子磁極と回転子磁極の関係
を示す展開図である。 また、第３図は本発明におけるパラメータｎに対応する
極歯数Ｚと回転子磁極の極歯間ピッチθ_Ｐおよびステッ
プ角θ_Ｓとの関係を示す図表、 第４図（イ）は固定子巻線の励磁のシーケンスを示す波
形図、第４図（ロ）はスター接続し３本のリード線で動
作させるように接続した固定子巻線に供給する３相励磁
電力の切り換えを示す同図（イ）に対応する電流方向の
説明図である。第５図（イ）はそのように切り換える場
合の各固定子巻線の磁極の推移を示す図表、第５図
（ロ）はスター接続し３本のリード線で動作させるよう
に接続した場合の接続図である。 又、第６図は従来例を示すもので、同図（イ）は縦断正
面図、同図（ロ）は（イ）におけるＡ−Ａ′断面図であ
る。10 ：固定子 11−１〜11−6:固定子磁極 12−１〜12−6:固定子巻線13 ：回転子 13−1:回転子磁極 α：ずれ角

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】当該固定子の内周に、放射状に複数個の磁
   極を形成し、各磁極の先端には複数個の極歯をそれぞれ
   等ピッチで形成し、各磁極には各々180度ずれた磁極が
   同極となるようにそれぞれ巻線を巻いて成る固定子と、
   この固定子の内方に空隙を隔てて同心的に配置され、上
   記固定子の極歯と異なるピッチで相互に1/2ピッチずら
   した極歯ピッチとなる極歯を全周に形成した２個の回転
   子磁極と、この回転子磁極によって挟持された軸方向に
   着磁された永久磁石とより成る回転子とを備えた永久磁
   石形ステッピングモータとにおいて、次の構成を備えた
   ことを特徴とする永久磁石形ステッピングモータ。 （イ）固定子の磁極を６極とし、これを等ピッチに設け
   る。 （ロ）第１の固定子磁極の任意の極歯と任意の回転子磁
   極の極歯とを正対させた条件において、前記第１の固定
   子磁極に隣接する第２の固定子磁極の前記第１の固定子
   磁極の極歯に対応する位置の極歯の中心線と、該第２の
   固定子磁極から第１の固定子磁極側で最も近接した前記
   回転子磁極の極歯の中心線とがなす角をθ_ｒ、回転子磁
   極の極歯数をＺとした場合 θ_ｒ＝120゜/Z Ｚ＝6n±４（但し、ｎは正の整数）とする。 （ハ）固定子の磁極の極歯ピッチτ_Ｓと回転子の極歯ピ
   ッチτ_Ｒとの相関を τ_Ｓ＝180τ_R/（180±τ_Ｒ） 60/τ_Ｓ＝ｍ（ｍ＝１、２、・・・・） となるようにする。 （ニ）６極の固定子磁極それぞれに巻回した巻線のう
   ち、180度ずれた磁極が同極となるように各々直列接続
   した３回路を相互にスター接続して３本のリード線で動
   作させる。