JPH0132748B2 - - Google Patents

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JPH0132748B2
JPH0132748B2 JP55089131A JP8913180A JPH0132748B2 JP H0132748 B2 JPH0132748 B2 JP H0132748B2 JP 55089131 A JP55089131 A JP 55089131A JP 8913180 A JP8913180 A JP 8913180A JP H0132748 B2 JPH0132748 B2 JP H0132748B2
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JP
Japan
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stator
teeth
salient
rotor
center
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Application number
JP55089131A
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English (en)
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JPS5716564A (en
Inventor
Hirobumi Satomi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oriental Motor Co Ltd
Original Assignee
Oriental Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Oriental Motor Co Ltd filed Critical Oriental Motor Co Ltd
Priority to JP8913180A priority Critical patent/JPS5716564A/ja
Priority to US06/255,258 priority patent/US4385247A/en
Publication of JPS5716564A publication Critical patent/JPS5716564A/ja
Publication of JPH0132748B2 publication Critical patent/JPH0132748B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/14—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K37/18—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures of homopolar type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Linear Motors (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
ａ 産業上の利用分野 本発明は、８個のステータ突極を４相構造に巻
線した構成を有するハイブリツド型ステツピング
モーターに関する。 ｂ 従来の技術 ハイブリツド型ステツピングモーターにおい
て、１相ずつ励磁を切換えていつた場合のステツ
プ角θsは、相数をｎ、ロータの歯数をZRとする
と、周知のようにθs＝360゜／2nZRと表される。ま
た、ステツピングモーターを励磁した状態で、シ
ヤフトに外力を加えた場合の、外力の大きさに対
する角度変位の様子は一般に角度―トルク特性と
呼ばれており、その特性は第９図に示すように、
正弦波で近似できる。そして、励磁最大静止トル
クをTHとすると、Ｔ＝−THSinZRθと表せる。し
たがつて、該モータの励磁最大トルク時の負荷角
θLは、上記ロータの歯数ZRによつて決定され、θL
＝360゜／4nZRで表される。また外力に対して反抗
トルクを発生できる領域は安定平衡点に対して±
360゜／2nZRの変位の範囲内であり、前記θLを使つ
て表すと±2θLとなる。この±2θLの点を不安定平
衡点と呼んでいる。高速での加速減速を行おうと
する場合には、ロータは慣性をもつているため、
加速時には安定平衡点に対して遅れを生じ、逆に
減速時にはオーバーシユートを生じる。そして、
この遅れやオーバーシユートの量は高速になるほ
ど大きくなり±2θLの範囲をこえると脱調を生じ
てしまう。この±2θLをステツプ角θsで除した値
は、何パルス分の遅れやオーバーシユートが許容
されるかを示している。ｋ＝θL／θsとすると、無
負荷時には最大2kパルス弱の遅れやオーバーシ
ユートが許容されるといえる。したがつて、ミス
ステツプすることなく、高速でこのモータを加
速、減速するためには上記ｋの値が大きい程有利
である。 しかるに従来の８個のステータ突極を有するハ
イブリツド型ステツピングモーターは、２相に巻
線されているので、その基本ステツプ角がθs＝
360゜／4ZRであり、したがつてこのモータにおい
ては、θL＝θsなる関係が成立する。すなわちｋ＝
１である。このため該モータは、高速領域で使用
する場合にスローアツプ、スローダウンの立上
り、立下り時間の設定がむずかしく、また特定の
入力周波数領域で乱調現象を生じるという欠点が
ある。 ｃ 発明が解決しようとする課題 本発明はかかる点に鑑みて、上記従来のモータ
の１／２の基本ステツプ角を得ることができ、さ
らに高速応答性の改善とステツプ動作の安定化を
図つた４相ハイブリツド型ステツプモーターを提
供することを目的とする。さらに具体的には、本
発明は突極数８個で構成される４相ハイブリツド
型ステツピングモーターの磁気的なバランスを考
慮した最適な磁極配置および極構成を提供し、こ
れにより現在広く使用されている２相ハイブリツ
ド型ステツピングモーターと同じ突極数でありな
がら、低振動、低騒音、高分解能が得られ、上記
特性が要求されるフアクシミリ等に使用すること
ができる４相ハイブリツド型ステツピングモータ
を提供することを目的とする。 ｄ 課題を解決するための手段 上記課題は８個のステータ突極l1，l2，l3…l7，
l8を有し、各ステータ突極のロータと対向する面
にそれぞれ複数個のステータ歯が等ピツチで配設
されているハイブリツド型ステツピングモータに
おいて、第１番目のステータ突極l1上に配設され
たステータ歯グループの中心と第４番目のステー
タ突極l4上に配設されたステータ歯グループの中
心とのなすピツチ角、上記第４番目のステータ突
極l4上に配設されたステータ歯グループの中心と
第７番目のステータ突極l7上に配設されたステー
タ歯グループの中心とのなすピツチ角、および上
記第７番目のステータ突極l7上に配設されたステ
ータ歯グループの中心と第２番目のステータ突極
l2上に配設されたステータ歯グループの中心との
なすピツチ角が互いに等しいピツチ角τcであつ
て、ロータの歯数をZR、ロータの歯のピツチ角を
τRとしたとき、下記の関係を満足するように第
１、第４、第７、第２のステータ突極l1，l4，l7，
l2上にステータ歯を配置し、互いに180゜離れたス
テータ突極の対l1とl5、l4とl8、l7とl3、l2とl6のス
テータ歯は、それぞれのステータ歯グループの中
心のなすピツチ角が各々180゜であり、ロータ３の
歯の数ZRが偶数の場合、中心をはさんで山と谷、
谷と山が対向するように、また上記ロータ３の歯
数ZRが奇数の場合、それらのステータ歯の山と
山、谷と谷とが中心をはさんで対向するように配
置され、４組の相巻線を互いに180゜離れたステー
タ突極の対l1とl5、l2とl6、l3とl7、l4とl8から成る
４対の突極群にヘテロポーラ形に巻線することを
特徴とする４相ハイブリツド型ステツピングモー
タによつて解決された。 τc＝（Ｎ±１／８）τR Ｎは3ZR／８に最も近い整数。 ｅ 作 用 本発明によるステツピングモーターにおいて
は、ステータ突極数８個の従来型ステツピングモ
ーターの相数が２相であり、基本ステツプ角がθs
＝360゜／4ZRであるのに対し、モーター相数を２
倍の４相とすることにより、基本ステープ角はθs
＝360゜／8ZRとなり、従来型に比べ１／２の微小
角化がはかれ、その結果、分解能は２倍の高分解
能化が実現できる。 さらに、ローターの歯数が同じであるので、前
述の励磁最大トルク時の負荷角θL＝360゜／4ZRで
ある。この結果、高速性、安定性の目安であるｋ
の値はｋ＝θL／θS＝２となり、従来型に比べ２倍
とすることができる。このため、高速応答性の改
善とステツプ動作の安定化が可能となる。 さらに、τc＝（Ｎ±１／８）τRでＮを3ZR／８に
最も近い整数とすることにより多相励磁時のステ
ータ極構造の数を１相励磁時のステータ極構造の
数よりも多くすることができ、その結果、ステー
タヨークの局部的な磁束の集中がなくなり、磁路
長も短縮化されるためトルク特性の向上が可能と
なる。 ｆ 実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。第１図は本発明に係るステツ
ピングモーターの好ましい実施例の、ローター軸
に垂直な断面図であり、ローターの歯数ZRを50枚
とした場合について図示している。 第６図は本発明に係るステツピングモーターの
ローター軸を含む断面図である。 ローター３は例えば図中に示されるように、従
来構成のローターと同様、回転軸方向に磁化され
た永久磁石３3の両端に２つのローターキヤツプ
３1，３2を嵌入し、これらを非磁性材料からなる
ローターシヤフト３4で支持させた構成となつて
いる。そして、上記各ローターキヤツプ３1，３2
の外周部にはそれぞれZR個のローター歯３ａがピ
ツチ角τR（τR＝360゜／ZR）で配設してあり、さら
に両ローターキヤツプ３1，３2に配設された各々
のローター歯３ａは円周方向に互いに１／2τRだ
けずらしてある。 第１図に図示されているローター３はローター
キヤツプ３1であり、永久磁石３3のＮ極側に嵌入
してあるため、Ｎ極に磁化されている。 第１図にはローターキヤツプ３2は図示されて
いないが、永久磁石３3のＳ極側に嵌入してある
ためＳ極に磁化され、そして、前記のよつにロー
ターキヤツプ３1の歯に対して円周方向に１／2τR
だけずらしてあるため、ローターキヤツプ３1に
配設された歯と歯の間、すなわち谷の位置にロー
ターキヤツプ３2の歯が位置する関係にある。 ８個のステータ突極l1，l2，l3…l7，l8には複数
個のステータ歯laが等ピツチτsで配設されてい
る。ステータ歯ピツチτsは普通ローター歯ピツチ
τRと等しく選ばれるが、デイテントトルクを減ら
し、より滑らかな回転を得るためτs≠τRに選ばれ
ることもある。 また、ステータl1，l4，l7，l2に配設されている
ステータ歯の数は等しくそれぞれ５枚であり、そ
して、前記ステータ突極l5，l8，l3，l6に配設され
ているステータ歯の数はそれぞれ４枚である。 すなわち、１相を構成する２つのステータ突極
l1とl5、l4とl8、l7とl3、l2とl6に配設されたステー
タ歯の数はそれぞれ５枚と４枚であり、等しくな
く、その差が１であるが、各相に属するステータ
歯の合計は９枚で等しく配設してある。 この様に配設することにより、ステータ歯が５
枚配設されている突極のステータ歯グループの中
心は真中の歯の中心となり、また、ステータ歯が
４枚配設されている突極のステータ歯グループの
中心は真中の谷の中心となるため、対をなすステ
ータ突極l1とl5、l4とl8、l7とl3、l2とl6上に配設さ
れた各々のステータ歯グループの中心がなすピツ
チ角は180゜となる。その結果、１相励磁を行つた
時の左右の磁路長を等しくできる。 これはローター歯数ZRが50枚すなわち偶数個の
時の実施例であるが、ローター歯数ZRが奇数の場
合には前述の様に８個のステータ突極l1，l2，l3
…l7，l8上に配設された各々のステータ歯の数を
等しくすることにより対をなすステータ突極上に
配設された各々のステータ歯グループの中心のな
すピツチ角を180゜とすることができる。 各ステータ突極l1，l2，l3…l7，l8上に配設され
ているステータ歯は対向する一対の突極、たとえ
ば突極l1とl5上のステータ歯グループの中心のな
すピツチ角が180゜となるように配設してあり、か
つ８個のステータ突極のうちの特定の突極におけ
るステータ歯laを次の態様で配設させてある。す
なわち、突極l1におけるステータ歯グループの中
心と突極l4におけるステータ歯グループの中心と
のなすピツチ角、突極l4におけるステータ歯グル
ープの中心と突極l7におけるステータ歯グループ
の中心のなすピツチ角、および突極l7におけるス
テータ歯グループの中心と突極l2におけるステー
タ歯グループの中心とのなすピツチ角が各々下記
する関係を満たす等しいピツチτcとなるように配
設させてある。 τc＝（Ｎ±１／８）τR ……(1) Ｎは3ZR／８に最も近い整数 ただし、ZRはロータ歯数でτRはロータ歯ピツチ
角とする。 第１図の例においては、ZR＝50、τR＝7.2゜、
3ZR／８＝18.75のためＮ＝19であり、上記式(1)の
右項に示す符号±はτcが360゜×３／８、すなわち
135゜に最も近くなる方を選択することが磁気的な
バランスからみて妥当であり、この実施例におい
てはマイナスを選択している。したがつてτc＝
135.9゜である。 たとえばZR＝100の場合には3ZR／８＝37.5とな
るが、この様な場合には最も近い整数Ｎは37と38
の２つが存在し、Ｎ＝37とした場合には符号はプ
ラスが選択され、Ｎ＝38とした場合に符号はマイ
ナスが選択される。 ２1，２2，２3，……２7，２8は上記各ステータ
突極l1，l2，l3……l7，l8に巻線されたコイルを示
す。これらコイルのうちコイル２1と２5、コイル
２2と２6、コイル２3と２7およびコイル２4と２8
は第２図に示すごとく互いに直列接続して４つの
相を形成している。そして各相を形成する一対の
コイルは、いわゆるヘテロポーラ型に巻線してあ
るため、たとえばコイル２1と２5に電流を流す
と、ステータ突極l1の極性がＮ（Ｓ）の場合、対
向するステータ突極l5の極性Ｓ（Ｎ）と互いに異
極性となる。 上記各相を形成する１対のコイルは第２図にお
いては互いに直列接続しているが、互いに並列接
続することも当然可能である。 また、上記各コイル２1，２2，２3，……２7，
２8は、いわゆるモノフアイラ状に巻線してある
が、第３図に示す如く、これら個々のコイルを
各々２つのコイル２1′，２1′，２2′，２2′，……，
２8′，２8′で構成し、各２つのコイルをバイフア
イラ状に巻線してもよい。この場合、各コイルは
たとえば第５図に示す態様で結線され、コイル２
1′と２5′に通電するとステータ突極l1の極性がＮ
の場合、対向するステータ突極l4の極性はＳとな
り、コイル２1′と２5′に通電するとステータ突極
l1の極性がＳの場合、ステータ突極l5の極性はＮ
となる。 したがつて、コイル２1と２5で構成された相巻
線に通電し、突極l1をＳ極に、突極l5をＮ極に励
磁した場合の無負荷時のステータとロータの位置
関係は第１図の様になる。 すなわち、突極l1に配設されたステータ歯laと
永久磁石３3によりＮ極に磁化されたローターキ
ヤツプ３1の外周に配設されたロータ歯３ａとが
引き合い正対し、同時に突極l5に配設されたステ
ータロータ歯laと永久磁石３3によるＳ極に磁化
されたローターキヤツプ３2の外に配設されたロ
ーター歯３ａとが引き合い正対している。 この状態における各突極l1，l2，l3…l7，l8上に
配設されたステータ歯とローターキヤツプ３1の
外周に配設されたローター歯３ａとのずれはロー
ター歯ピツチτRを単位としてそれぞれ０／8τR、
３／8τR、６／8τR、１／8τR、４／8τR、７／8τR、
５／8τRであり、これを図示したものが第７図で
あり、その時のずれの様子をＮ極に磁化されたロ
ータキヤツプ３1の外周に配設されたロータ歯に
ついてだけでなく、Ｓ極に磁化されたロータキヤ
ツプ３2の外周に配設されたロータ歯についても
同時に示したものが第８表である。表中のカツコ
内の数値は逆方向から見た場合のずれであり、た
とえば７／8τRと−１／8τRとは等価である。 これから隣接するステータ突極上の歯の中心が
なすピツチ角はローター歯ピツチτRを単位として
右まわりにみると（ｎ−３／８）τR、左まわりに
みると（n′＋５／８）τR、ただしｎ、n′は整数で
ある。これは逆に±３／8τRのずれと±５／8τRの
ずれとが等価であることを示している。 また、１／8τRずれている相を順次励磁してい
くことにより、基本ステツプ角θs＝0.9゜が実現で
きる。 ４相ステツピングモーターを構成するために
は、隣接する突極上のステータ歯の中心のなすピ
ツチ角τiは、次の関係を満足しなければならな
い。 τi＝（ni±１／８）τRまたはτi＝（ni±３／８）
τR、 niは整数 １相励磁を行つた場合には両者の極構造に差は
ないが、多相励磁（２相励磁、３相励磁、４相励
磁）を行つた場合には第８図の様な差がでる。第
８図は４相励磁時の極配置とその時の磁路の様子
を示している。（ni±１／８）τRの場合には第８
図ａの様に２極構造となり、その結果磁路長が長
くなり、またステータヨークが飽和しやすくなる
という欠点がある。 他方、（ni±１／８）τRの場合には第８図ｂの
様に６極構造となり、前者に比べて極構造数が３
倍になる。この６極構造では、隣接する突極を通
る最短の磁路が構成され、またステータヨークも
飽和しにくいという長所がある。すなわち「作
用」の項の中で説明したように、トルク特性の向
上を図ることができる。 上記構成の本発明に係るステツピングモーター
は、下記する第１表ないし第７表に示す励磁シー
ケンスに従つて作動させることにより合計６種の
ステツプ角が得られる。なお、第４図はモノフア
イラ状に巻いたコイル２1〜２8をバイポーラ励磁
する場合の駆動回路を、また第５図はバイフアイ
ラ状に巻いた前記コイル２1′，２1′〜２8′，２8′を
ユニポーラ励磁する場合の駆動回路を各々示し、
かかる励磁回路によつて上記各シーケンスが実行
される。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】 第８表はこの実施例のステツピングモーターを
１相励磁した場合のロータの一つの安定点におけ
る各ステータ突極l1…l8のステータ歯とロータの
歯の位相差を示す。
【表】
【表】 第９表はこの実施例のステツピングモータを２
相励磁した場合の一つの安定点における各ステー
タ突極l1…l8のステータ歯とロータの歯の位相差
を示す。この場合は安定点は１／16だけ増加す
る。
【表】
【表】 第10表ないし第13表は、本実施例のステツピン
グモータを第３表ステツプ６からステツプ９まで
の励磁シーケンスで励磁した時の各ステータ突極
l1…l8のステータ歯とロータの歯の位相差を示す。
なお第10表ないし第13表は、それぞれ第１表ステ
ツプ３、第２表ステツプ４、第１表ステツプ４、
第２表ステツプ５にも対応する。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】 上記第１表、第２表のシーケンスによればステ
ツプ角が基本ステツプ角θsに等しくなり、また第
３表に示すシーケンスでは、ステツプ角が１／2s
となる。さらに第４表、第５表、第６表および第
７表に示すシーケンスによれば、各々（３／２）
×θs、２×θs、（５／２）×θsおよび３×θsのステ
ツプ角が得られる。 なお上述した実施例では、各突極l1〜l8の中心
軸線とそれらの突極に配設されたステータ歯グル
ープの中心とを一致させてある。すなわち、個々
の突極におけるステータ歯１ａを該突極の中心軸
線の左右に対称的に配列させてある。しかし本発
明は上記の実施例に限定されず、たとえば上記各
突極l1〜l8を等スロツトピツチつまり45゜のピツチ
で配設したモーターにも適用しうる。もちろんこ
の場合、上記各突極l1〜l8に設けられたステータ
歯は、前記(1)式の関係を満たすため上記各突極の
中心軸線に対し非対称に配設される。 上記するように本発明に係るハイブリツド型ス
テツピングモーターは、４相構造に巻線を施して
あるので、その基本ステツプ角が従来の２相型ス
テツピングモーターのそれの半分となる。したが
つて、上記する各種のステツプ角を容易に得るこ
とができる。また、上記第１、第２第５および第
７表に示す３相または４相励磁時におては全くト
ルク変動が発生せず、かつ上記第３、第４および
第６表に示す３相励磁と４相励磁とを交互にくり
返す励磁シーケンスを採用した場合でも、トルク
変動１：1.1に抑えることができる。 前記従来の２相構造のステツピングモーターに
おいて本発明のモーターと同等の基本ステツプ角
を得るには、１相励磁と２相励磁を交互に繰り返
す励磁シーケンスを採用する必要があり、そのた
め１：√２のトルク変動や１ステツプの応答特性
が各ステツプ毎に変化するなどの不都合を伴う。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る４相ハイブリツド型ステ
ツピングモーターのステータとロータとを概念的
に示した図、第２図はコイルの接続態様を示した
図、第３図はコイルをバイフアイラ状に巻いた態
様を示す概念図、第４図はモノフアイラ状に巻い
たコイルの駆動回路図、第５図はバイフアイラ状
に巻いたコイルの駆動回路、第６図は本発明に係
るステツピングモータの具体的な構造を示す半截
断面図、第７図は第１図における各突極上のステ
ータ歯とロータ歯とのずれをロータ歯ピツチを単
位として示した概念図、第８図ａは４相励磁時の
極配置とその時の励磁の様子を示す概念図であ
り、第８図ｂは本発明に係る前記概念図、第９図
はステツピングモータを励磁した状態におけるロ
ータの変位に対するトルクを示すグラフである。 １……ステータ、１1〜１8……ステータ突極、
１ａ……ステータの歯、２1〜28，２1′〜２8′，２
１′〜２8′……コイル、３……ロータ、３ａ……ロ
ータの歯。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ８個のステータ突極l1，l2，l3…l7，l8を有し、
    各ステータ突極のロータと対向する面にそれぞれ
    複数個のステータ歯が等ピツチで配設されている
    ハイブリツド型ステツピングモータにおいて、第
    １番目のステータ突極l1上に配設されたステータ
    歯グループの中心と第４番目のステータ突極l4上
    に配設されたステータ歯グループの中心とのなす
    ピツチ角、上記第４番目のステータ突極l4上に配
    設されたステータ歯グループの中心と第７番目の
    ステータ突極l7上に配設されたステータ歯グルー
    プの中心とのなすピツチ角、および上記第７番目
    のステータ突極l7上に配設されたステータ歯グル
    ープの中心と第２番目のステータ突極l2上に配設
    されたステータ歯グループの中心とのなすピツチ
    角が互いに等しいピツチ角τcであつて、ロータの
    歯数をZR、ロータの歯のピツチ角をτRとしたと
    き、下記の関係を満足するように第１、第４、第
    ７、第２のステータ突極l1，l4，l7，l2上にステー
    タ歯を配置し、互いに180゜離れたステータ突極の
    対l1とl5、l4とl8、l7とl3、l2とl6のステータ歯は、
    それぞれのステータ歯グループの中心のなすピツ
    チ角が各々180゜であり、ロータ３の歯の数ZRが偶
    数の場合、中心をはさんで山と谷、谷と山が対向
    するように、また上記ロータ３の歯数ZRが奇数の
    場合、それらのステータ歯の山と山、谷と谷とが
    中心をはさんで対向するように配置され、４組の
    相巻線を互いに180゜離れたステータ突極の対l1と
    l5、l2とl6、l3とl7、l4とl8から成る４対の突極群に
    ヘテロポーラ形に巻線することを特徴とする４相
    ハイブリツド型ステツピングモータ。 τc＝（Ｎ±１／８）τR Ｎは3ZR／８に最も近い整数。
JP8913180A 1980-07-02 1980-07-02 4-phase hybrid type stepping motor Granted JPS5716564A (en)

Priority Applications (2)

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