JPH0654509A

JPH0654509A - ハイブリッド型ステッピングモータ

Info

Publication number: JPH0654509A
Application number: JP20566992A
Authority: JP
Inventors: Akira Wakaguwa; 亮若桑; Masao Mizukami; 雅夫水上; Masaru Fujita; 勝藤田; Toshiaki Sato; 利明佐藤; Sadao Miyazawa; 貞雄宮澤; Tomoaki Ariga; 智昭有賀
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1994-02-25

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単に駆動でき、高速回転の安定性がよく、
生産性の高いハイブリッド型ステッピングモータを提供
する。【構成】ロータ１の外周にその円周方向に沿ってそれ
ぞれ所定の枚数のＮ極歯２とＳ極歯とを交互にそれぞれ
等間隔で配列し、他方、上記ロータ歯６に対応するステ
ータ歯７を均等に形成したステータ４のメインポール５
を２０極設けると共にステータ歯を励磁するコイルに１
０相の電力を供給し、どのメインポール５から見ても円
周方向に５極離れたメインポール５が９０度回転した位
置にあるように、且つ互いに隣り合うメインポール５の
間隔がロータ１の歯のピッチに基づくステップピッチに
応じた間隔であって少なくとも連続する５間隔のうち４
間隔が等しくなるようにメインポール５を配列した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータに永久磁石を用
いて高い効率を得ると共にロータを歯車状に形成して微
小回転角を可能にしたハイブリッド型ステッピングモー
タに係り、特に、簡単に駆動でき、高速回転の安定性が
よく、生産性の高いハイブリッド型ステッピングモータ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモータは、回転角度や回転
速度を精度よく制御できることから、今日では産業の幅
広い分野に亘って利用され、欠くことのできないものと
なっている。ステッピングモータの中でもハイブリッド
型ステッピングモータは利点が多く、各分野で重要な位
置を占めている。ハイブリッド型ステッピングモータの
代表的な構造とその動作原理を明らかにするために、以
下に４相及び５相のハイブリッド型ステッピングモータ
を例にとって説明する。

【０００３】まず、４相ハイブリッド型ステッピングモ
ータは、図６に示されるように永久磁石の磁極を有する
ロータ６０とその回りを囲んで電磁石６１を配置したス
テータ６２とから構成されている。図の左側は回転軸６
３に直交する断面図、右側は周方向の展開図であって、
ロータ６０には径方向両側にＮ極の突起があり、略円筒
形のステータ６２にはロータ６０に向かって内方に突き
出された８個の電磁石６１が等間隔で配列されている。
互いに対向する電磁石６１は同相に励磁されるので同じ
記号，，，で示されている。ここで、図６
（ａ）を例にとると、図示されないが、ロータ６０に
は、この断面より奥の方に、Ｓ極の突起があり、Ｓ極の
突起はＮ極の突起に対して回転軸６３の周りに９０度の
角度を有している。電磁石６１は軸方向に所定の長さを
有し、Ｓ極の突起はの記号を付した電磁石６１に対向
している。続いて回転動作を説明する。

【０００４】図６（ａ）にあっては、はＳに、はＮ
に励磁されており、ロータ６０のＮ極、Ｓ極は共に対応
する電磁石６１に吸引されている。以下Ｎ極、Ｓ極での
動作は同様の対応関係があるのでＮ極についてのみ説明
する。図６（ｂ）では、はＳに、はＮに励磁されて
いる。図６（ａ）の位置にあったＮ極はに吸引され且
つに反発されて、に対向する位置に回転される。以
下図６（ｃ）、図６（ｄ）に示すように励磁される電磁
石６１を交替させると、ロータ６０は図の右周りの方向
に回転することになる。この時、最初の図６（ａ）の状
態に戻るまでの間に、４つの状態を経るので、このハイ
ブリッド型ステッピングモータを４相と呼ぶことにな
る。１ステップの回転角度は４５度となる。

【０００５】５相ハイブリッド型ステッピングモータ
は、図７に示されるように、４相の場合と同様のロータ
７０を有している。ただし、電磁石７１は１０本であっ
て、これらは等間隔で配列されている。ここで、図７
（ａ）を例にとると、Ｎ極の突起は、の記号を付した
電磁石７１に対向している。しかし、Ｓ極の突起は、
の中間に位置している。これは、電磁石７１が１０本
且つ等間隔あるため、互いに９０度の位置関係にある電
磁石７１が存在せず、Ｎ極の突起が１つの電磁石７１に
対向している時には、Ｓ極の突起は電磁石７１の中間に
位置するからである。従って、Ｓ極を吸引するための励
磁（同時にＮ極を反発する）は、図７（ａ）ならば、
、の両方をＮにするように行われる。このように５
相の場合は、励磁の組み合わせが複雑になる。以下、図
７（ｂ）（ｃ）のようにＮ極を吸引する１個のメインポ
ールと、Ｓ極を吸引する２個の電磁石７１が順次交替さ
れることになる。この時、最初の図７（ａ）の状態に戻
るまでの間に、５つの状態を経るので、このハイブリッ
ド型ステッピングモータを５相と呼ぶことになる。１ス
テップの回転角度は３６度となる。

【０００６】４相のものと５相のものとを比較すると、
５相のものの方が相数が多いので１ステップの回転角度
が小さく有利である。反面、５相のものは互いに９０度
の位置関係にあるメインポールが存在せず、励磁の組み
合わせが複雑になる。このように両者は相補的な特色を
有している。

【０００７】ロータに１対の突起を設けたステッピング
モータは、電磁石の極数（或いは相数）を増やすことで
１ステップの回転角度を小さくすることができる。ステ
ップが小刻みであるほど便利であり、且つステップ間の
トルクのむらがなく、良好な回転が得られる。しかし、
電磁石の極数（或いは相数）を増やすことには限界があ
る。即ち、電磁石が多くなると、コイルを巻く回数が多
くなるので製造工程が多くなる。また、電磁石間の間隔
が狭くなり、コイルを巻き付けるときに巻線機のノズル
が入らないという問題も生じる。そして、相数が多くな
ると、励磁のための駆動装置が複雑化したり、駆動ロジ
ックが複雑化して取扱いが煩わしくなる。

【０００８】これに対し、ロータの突起数を多くするこ
とが考えられる。即ち、図８のように、ロータ８１のＮ
Ｓ各極を歯車状に形成し、この歯８２のひとつひとつを
上記突起の代わりとすることで、歯数に応じたステップ
角度を得ることになる。この場合電磁石（以下メインポ
ール８３と呼ぶ）の先端部分もロータ８１の歯のサイズ
に合わせてステータの歯８４が形成される。この構成に
あっては、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ相のコイルを組み合わせ
て駆動して歯の１ピッチ分の回転を行う。歯の１ピッチ
分の回転により、同じ励磁状態が戻って来るので、歯の
１ピッチ分の回転に必要な励磁状態の数をそのステッピ
ングモータの相数と呼ぶことになる。そして１ステップ
の回転角度は歯のピッチ及び相数に応じた角度となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ロータ
を歯車状に形成したハイブリッド型ステッピングモータ
にあっても、ステップピッチは小さくなるものの、メイ
ンポールの励磁の組み合わせ及び順序は、上記２例と同
じである。結局、ロータを歯車状に形成した場合でも、
４相のものと５相のものとを比較すると、前記と同様
に、５相のものの方が相数が多いので１ステップの回転
角度が小さい。反面、５相のものは互いに９０度の位置
関係にあるメインポールが存在せず、励磁の組み合わせ
が複雑になる。この励磁の組み合わせは、電力に対する
効率や回転の安定性にとって好ましいとはいえない。

【００１０】これに対し、励磁の組み合わせを合理化す
るために、ロータ８１を歯車状に形成した利点を生かし
て、ステータの歯８４を歯ピッチに応じた角度でずらし
て形成する方法がある。ステータの歯８４をずらすため
には、メインポール８３自体の配列ピッチを変化させる
か、もしくはメインポール８３は等間隔としメインポー
ル８３上でステータの歯７４をずらして形成する。しか
し、この方法では、メインポール８３の間隔を不均一に
すれば軸回りの対称性が悪くなり高速回転での安定性に
問題がある。また、メインポール８３上でステータの歯
８４をずらして形成すると、コイルはメインポール８３
に巻き付けられるので、同じ電力を与えても歯によって
磁界の強さが一定しなくなり問題である。

【００１１】また、一般にステッピングモータは、量産
されるものであるが、巻線作業等に人手を必要としてお
り、その製造工程を少しでも短縮すると共に省力化する
ことが重要である。そのためには巻線機を有効に使用で
き、自動化できるような、ステータ構造としなければな
らない。

【００１２】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、簡単に駆動でき、高速回転の安定性がよく、生産性
の高いハイブリッド型ステッピングモータを提供するこ
とにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本出願人は、前述のよう
に４相、５相のハイブリッド型ステッピングモータの矛
盾し合う問題点を解決するには、４相、５相の長所を併
せ持った１０相を採用するのが良いのではないかと考え
た。しかし、１０相にすれば極数は２０極となり、前述
したように製造上の問題、駆動装置の問題があるので、
これらの問題を解決することが重要となる。即ち、コイ
ルを複数本同時に巻くことでコイルを巻く時間を減らす
こと。巻線機のノズルを入れやすいように隣接メインポ
ール同士のステータ歯間をできるだけ広くすること。高
速回転の安定性をよくするためにステータの軸回りの対
称性がよく、メインポール配列をバランスよくできるこ
と。ステータ歯の磁界の強さを一定にするためにステー
タ歯をメインポールに均等に設けること。勿論こうした
メインポールやステータ歯の配置であってもステップ回
転ができること。そして、駆動を簡略化するために、１
０相の励磁状態を１０以下の配電により行えること。以
上のことを同時に満足する構造を案出しなければならな
い。

【００１４】上記目的を達成するために本発明は、ロー
タの外周にその円周方向に沿ってそれぞれ所定の枚数の
Ｎ極歯とＳ極歯とを交互にそれぞれ等間隔で配列し、他
方、上記ロータ歯に対応するステータ歯を均等に形成し
たステータのメインポールを２０極設けると共にステー
タ歯を励磁するコイルに１０相の電力を供給し、どのメ
インポールから見ても円周方向に５極離れたメインポー
ルが９０度回転した位置にあるように、且つ互いに隣り
合うメインポールの間隔がロータの歯のピッチに基づく
ステップピッチに応じた間隔であって少なくとも連続す
る５間隔のうち４間隔が等しくなるようにメインポール
を配列したものである。

【００１５】

【作用】上記構成により、まずロータにおいては、Ｎ極
歯とＳ極歯をそれぞれ同じ枚数設けるので、軸方向から
見ると、３６０度の間に交互にＮ極歯とＳ極歯とが並ぶ
ことになり、あるＮ極歯から円周方向に９０度（４分の
１周）のところに、必ずＳ極歯があるようにすることが
できる。

【００１６】他方、ステータにおいては、どのメインポ
ールから見ても円周方向に５極離れたメインポールが９
０度回転した位置にあり、しかも連続する５間隔のうち
４間隔が等しいので、１周を４等分に区画すると、どの
区画も同じ配列のしかたとなっている。コイルを巻く際
に、巻線機に回転軸を中心として放射状に５本ノズルを
取り付ける。それぞれのノズルは、上記連続する５間隔
のメインポールに対応させ、且つ、各区画に分散して配
置される。各ノズルは互いに充分な間隔を隔てているこ
とになり、巻付け動作に充分なスペースが確保される。
従って、同時に５個のメインポールにコイルを巻き付け
ることができる。そして、巻線機とステータとの位置関
係を９０度回転移動させると、各ノズルは先と同様な位
置関係でしかもまだ巻線の巻かれていないメインポール
に対応していることになる。ここでも同時に５個のメイ
ンポールにコイルを巻付けることができる。このように
５個のメインポールで同時に巻付けを行い、９０度回転
するという動作を繰り返し、結局、２０個のメインポー
ルに対して、４回の動作で巻付けが達成される。

【００１７】また、ステータが９０度回転対称になり、
しかも連続する５間隔のうち４間隔が相等しいので、ス
テータの軸回りの対称性がよく、メインポール配列がバ
ランスよくなる。

【００１８】また、ステータ歯を均等に形成したメイン
ポールの間隔がロータの歯のピッチに基づくステップピ
ッチに応じた間隔であるので、ロータ歯と各メインポー
ルのステータ歯とが、ステップピッチに応じたずれを有
することになり、１０相の励磁状態を与えることにより
ステップ回転が可能となる。

【００１９】そして、どのステータ歯から見ても９０度
回転した位置に別のステータ歯があることになるので、
あるステータ歯にＮ極歯が正対しているとき、９０度回
転した位置の別のステータ歯には、必ずＳ極歯が正対し
ていることになる。両ステータ歯を逆極性に励磁すれ
ば、効率のよい吸引・反発が行われる。

【００２０】さらに、ステータが５個おきに９０度回転
対称になっているうえに、Ｎ極歯とＳ極歯とが交互に配
列されているので、１０相の励磁状態を与えると、５相
おきに磁界を反対にした状態が現れることになる。これ
は１０相のうち前半の５相と後半の５相とが、ロータ歯
の極性は逆であってもステータ側は同じ組み合わせで逆
極性に励磁したものであることを示している。従って、
互いに９０度離れているステータを必ず逆極性に励磁す
るように配電し、前半の５相と後半の５相とで電流方向
のみを逆転すれば１０相の励磁状態を得ることができ
る。このための駆動装置は５端子あればよく、駆動が簡
略化される。

【００２１】上記構成に好適なメインポール間隔をあた
える規則は、まず、以下の数式を満足することである。

【００２２】Ｐ＝（２Ｐｔ−θ×ｎ）＋Ｐｔ（１）ここで、Ｐは、メインポール間隔Ｐｔは、ロータ歯ピッチ θは、ステップピッチ（ロータ歯ピッチを相数１０で割
ったもの）ｎは、５を除く９以下の整数（ただし、間隔、ピッチは
全て軸周りの角度で表現する。）であって、ステータの半周分について上記メインポール
間隔を総和したとき、総和ΣＰの値は、総和ΣＰ＝Ｐ×φ ＝｛（２Ｐ−θ×ｎ）＋Ｐｔ｝×φ （２）ここで、φは半周内のメインポール個数となる。

【００２３】ｎの値は適当に選択し得るが、ΣＰの値が
１８０度に近いほど、各メインポールがバランスよく配
置され、ステータの対称性がよい。

【００２４】もう１つの規則は、どのメインポールから
見ても円周方向に５極離れたメインポールが９０度回転
した位置にあるようにするために、上記メインポール間
隔Ｐにて５極を配列した後、６極目は最初のメインポー
ルから９０度になるように配置することである。このた
め５極目と６極目との間隔Ｐ₉₀は、≠Ｐになる。６極目
以降は同様の規則を繰り返す。こうすることにより、連
続する５間隔のうち４間隔がＰに、残る１間隔がＰ₉₀と
なり、９０度おきに同じ配列が繰り返すようになる。こ
こで、前述のようにΣＰの値が１８０度に近いようにｎ
の値を選択すれば、Ｐ₉₀とＰとの差が小さくできる。

【００２５】このような規則によってメインポールを配
列することにより、最初のメインポールに対して次のメ
インポールは、ステータ歯の位置がｎステップピッチず
れていることになる。このずれは、メインポールの順に
累積し、６極目で補正されることになる。その結果、１
０極目までの間に、０〜９ステップピッチのずれを有し
たメインポールが順不同に形成される。従って、ずれの
小さい順に励磁することにより、１ステップずつ吸引す
ることができ、ステップ回転動作を得ることができる。

【００２６】

【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。

【００２７】図１、図２は本発明に係る１０相２０極の
ハイブリッド型ステッピングモータの回転軸に直角な断
面図及び回転軸に沿った断面図である。

【００２８】まず概略の説明をすると、図１に示される
ように、ロータ１の外周にその円周方向に沿って５０枚
のＮ極歯２が等間隔に配列されている。図示されない
が、同様にロータの外周にその円周方向に沿って５０枚
のＳ極歯が等間隔に配列されている。Ｓ極歯はＮ極歯２
に対して軸方向異なる位置に、且つ歯と谷の位置が周方
向に交互になるように配置されている。一方、ステータ
４には、軸心を臨む２０個のメインポール５が設けられ
ている。各メインポール５の先端には、Ｓ極歯、Ｎ極歯
２からなるロータ歯６と同じ歯ピッチを有したステータ
歯７が形成されている。ステータ歯７はメインポール５
の中心線を中心として均等に形成されている。各メイン
ポール５にはステータ歯７を励磁するためのコイル（図
示せず）が巻き付けられている。各コイルは、軸心を挟
んで対向するメインポールに同じ極が励磁されるように
設けられ、各対のコイルのために１０本の配線端子が設
けられている。メインポール５の配列は、どのメインポ
ール５から見ても円周方向に５極離れたメインポール５
が９０度回転した位置にあるように、且つ互いに隣り合
うメインポール５の間隔がロータ歯６のピッチに基づく
ステップピッチに応じた間隔であって少なくとも連続す
る５間隔のうち４間隔が等しくなるように施されてい
る。

【００２９】さらに詳しく説明すると、ロータ１は図２
に示されるように、回転軸８上に軸方向に極を有する永
久磁石９が設けられ、この両極を挟んで、外周に等間隔
ピッチで５０枚の歯が形成された２個の歯車１０が互い
に軸周りに半ピッチずらして配置されている。ここで、
歯ピッチＰｔは７．２度であり、ＮＳ極のピッチは３．
６度となっている。これらの歯車１０は、硅素鋼板を積
層して構成されたものであり、永久磁石の磁界をよく導
いて、一方の歯車１０の各歯にはＮ極、他方の歯車１０
の各歯にはＳ極が形成されている。これにより、Ｎ極歯
２とＳ極歯３とを交互にそれぞれ等間隔で多数配列した
ロータ１が構成されていることになる。そして、いずれ
かのＮ極歯２を基準にロータの周方向９０度の位置に
は、必ずＳ極歯３が存在している。今、図１の真上方向
を０度とすると、Ｎ極歯は、３．６度、１０．８度・・
・９０度・・の各位置にあり、Ｓ極歯は、０度、７．２
度・・・の各位置にある。図３の数直線は、ロータ１の
周方向を直線方向に展開して示したもので、Ｎ極歯の位
置を目盛ってある。

【００３０】これに対してステータ４は、図１の断面を
有する硅素鋼板を積層して図２のように構成される。各
硅素鋼板はプレス抜き成型されている。ステータ４は、
ロータ１を囲撓する円筒状の外殻４ａを有し、その外殻
４ａの内壁より径方向内方にメインポール５が突き出さ
れている。メインポール５は軸方向に所定の長さ延出さ
れ、ロータ１のＮ極、Ｓ極歯車１０の外周を覆ってい
る。全てのメインポール５の先端には２枚のステータ歯
７が形成されており、ステータ歯７のピッチはロータ歯
ピッチＰｔと同じ７．２度である。また、本実施例では
歯と谷の幅が同じに形成されているので、歯、谷の幅は
それぞれ３．６度である。メインポール５の幅は、ステ
ータ歯７の外側のエッジ同士の幅より細くなるように形
成されているので、メインポール５の形状は、基端部で
幅が狭く先端部で幅が広い形状となっている。各メイン
ポール５のコイル１１は、基端部に巻き付けられてい
る。

【００３１】次に、メインポール５の配置を詳しく説明
する。説明の便宜上、図１の真上にあるものを１番目と
し、時計周りに２，３・・１９番目とするが、同時に、
互いに対向するメインポール５の対を時計周りに，
，，，，，10，，，の記号で呼ぶこと
もある（図中では、10は丸で囲まれた記号で表わされ
る；以下同じ）。

【００３２】本実施例は、前記（１）式、（２）式に、
Ｐｔ＝７．２、θ＝０．７２、ｎ＝６、φ＝１０を代入
した場合であるので、各式は、Ｐ＝（７．２×２−０．７２×６）＋７．２＝１７．２８（１ａ） ΣＰ＝１７．２８×１０＝１７２．８（２ａ）となる。この計算結果に従って、１７．２８度間隔でメ
インポール５を１番目から順に配置していくと、５番目
までのメインポール５の中心の位置は、表１に示すよう
に、０度、１７．２８度、３４．５６度、５１．８４
度、６９．１２度となり、６番目は規則により９０度と
なっている。そして、ここからまた１７．２８度間隔
で、７番目から１０番目までは、１０７．２８度、１２
４．５６度、１４１．８４度１５９．２度となってい
る。１１番目は、１番目から１８０度の位置にあり、こ
れ以降のメインポール５配列は同様の繰り返しとなる。
５番目と６番目の間隔、１０番目と１１番目の間隔は、
どちらもＰ₉₀＝２０．８８度であり、それまでの間隔に
比べて３．６度広くなっている。

【００３３】

【表１】

【００３４】メインポール５の配置が上記の如くである
ので、ステータ歯７の位置は表１に示すように、１番目
のメインポールのものが、３５６．４度と３．６度であ
り、これより２個飛びにメインポール間隔Ｐ、Ｐ₉₀に応
じた間隔が現れ、歯ピッチは、１０．０８度、１３．６
８度となっている。以下、ステータ歯７は１つのメイン
ポール５上の対をまとめて表現するので、例えば３番目
のステータ歯という場合は、歯番４、５のステータ歯の
ことを意味する。

【００３５】ステータ歯７が上記の如く配列されている
ため、各ステータ歯とロータ歯との関係は、図３に示す
ようなものになる。即ち、図１のように１番目のステー
タ歯がＮ極歯に正対しているとき、２番目のステータ歯
は、Ｎ極歯より時計方向に２．８８度ずれていることに
なる。これは先に示した（１ａ）式において−０．７２
×６（反時計方向に４．３２度ずらす）を施した結果で
ある。以下、時計方向のずれの大きさは、２．８８度ず
つ蓄積されて、３番目のステータ歯では５．７６度、４
番目のステータ歯では歯ピッチ７．２度を差し引いて
１．４４度となる。６番目では時計方向に３．６度の補
正が加わるので、ずれは３．６度となる。１番目から１
１番目までのＮ極歯からの時計方向のずれの大きさをメ
インポール位置の順に示すと、０度、２．８８度、５．
７６度、１．４４度、４．３２度、３．６度、６．４８
度、２．１６度、５．０４度、０．７２度、０度とな
る。

【００３６】次に、このＮ極歯からの時計方向のずれの
大きさの小さい順に番号を与えて、その番号を記号とす
れば、先に示したように、１番目から順に，，，
，，，10，，，の記号が並ぶことになる。
この記号は、Ｎ極歯との時計方向のずれの大きさの小さ
い順を示していることになるが、これに対して、Ｓ極歯
との時計方向のずれの大きさは、表１に示されるように
３．６度ずつ異なるものとなる。従って、Ｓ極歯との時
計方向のずれの大きさの小さい順は、６番目即ちから
始まり、５番目、９番目・・ということになる。

【００３７】次に実施例の作用を述べる。

【００３８】まず、図４を用いてステータ４を製造する
際の作用効果を述べる。図４は図１のステータ４のみを
取り出した図である。メインポール５にコイルを巻き付
ける工程には、巻線機が用いられる。巻線機は、コイル
の素線を供給するノズルをステータ４の軸心部よりメイ
ンポール５間隙内に延出し、このノズルをメインポール
の周りに周回させてコイルを形成する。ノズルは、軸心
部より放射状に５本設けられる。図示されるように各ノ
ズルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、１番目、５番目、９番目、
１３番目、１７番目のメインポールに沿わせて配置され
る。この配置は、ノズル同士が巻付け動作中に接するこ
とのないような充分に分散された配置となっていると同
時に、９０度刻みで回転させたときに他のノズルがあっ
た位置に重なり合うことがないような配置となってい
る。そこで、上記５個のメインポールにコイルを巻付け
た後、巻線機或いはステータ４を９０度回転移動させる
と、各ノズルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、６番目、１０番
目、１４番目、１８番目、２番目のメインポールに沿わ
せて配置されることになる（図中破線で示す）。ここで
も同時に５個のメインポールにコイルを巻付けることが
できる。次には、１１、１５、１９、２３、７番目、最
後に６、１０、１４、１８、２番目のメインポールとい
う順序で、結局、２０個のメインポールに対して、４回
の動作で巻き付けが達成される。

【００３９】また、ノズルをメインポール間隙に挿入す
るためには、隣接するメインポールのステータ歯同士の
間隔が狭いところがあっては不都合である。本実施例に
あっては、各メインポール間隙が略均等に形成されてい
るので、表１に示すように歯ピッチは、狭いものでも１
０．０８度であり、２０極を有するステータとしては、
十分な間隙が確保されている。

【００４０】次に動作を説明する。

【００４１】表２に各相での励磁の組み合わせを示して
おく。今、図１の状態においては、がＳ、がＮに励
磁されている。ロータは、Ｎ極歯がのステータ歯に吸
引されて正対し、Ｓ極歯がのステータ歯に吸引されて
正対している。これを第１相とする。この時、時計方向
にＮ極歯とのずれの一番小さいのは、Ｓ極歯とのずれ
の小さいのはであることが分かる。

【００４２】

【表２】

【００４３】第２相では、Ｎ極歯とのずれの一番小さい
をＳに励磁し、Ｓ極歯とのずれの小さいをＮに励磁
する。これにより、Ｎ極歯、Ｓ極歯が吸引されて、ロー
タが時計方向に０．７２度回転されることになる。この
結果、各ステータ歯のＮ極歯からの時計方向のずれの大
きさは、表１の値から０．７２を差し引いたものとな
り、Ｎ極歯とのずれの一番小さいものはとなる。

【００４４】このようにして、第３相以降、記号に示さ
れた番号順にステータ歯をＳに励磁し、対応するステー
タ歯を順にＮに励磁すると、第１０相までの間に６．４
８度の時計方向の回転が達成され、１１相目は第１相と
全く同じ状態となり丁度７．２度の時計方向の回転が達
成される。

【００４５】本発明に係るハイブリッド型ステッピング
モータにあっては、ステータ歯を均等に形成したので、
励磁のアンバランスによる電磁騒音の発生がない。

【００４６】また、ステータ歯が均等であると共にメイ
ンポールの間隔がロータの歯のピッチに基づくステップ
ピッチに応じた間隔であるので、ロータ歯と各メインポ
ールのステータ歯とが、ステップピッチに応じたずれを
有することになり、１０相の励磁状態を与えることによ
りステップ回転が可能となる。

【００４７】また、ステータが９０度回転対称になり、
ステータの軸回りの対称性がよい。しかも連続する５間
隔のうち４間隔が相等しいので、メインポール配列がバ
ランスよい。従って、高速回転の安定性が向上する。ま
た、ステータの軸回りの対称性がよいことは、加工精度
に基づくステップ誤差をキャンセルする効果をも有して
いる。ステップ誤差がキャンセルされると、ステップ動
作の精度が向上する。

【００４８】そして、あるステータ歯にＮ極歯が正対し
ているとき、９０度回転した位置の別のステータ歯に
は、必ずＳ極歯が正対していることになり、両ステータ
歯を逆極性に励磁すれば、効率のよい吸引・反発が行わ
れる。

【００４９】また、本発明にあっては、１０相２０極に
構成し、ステップピッチを小さくすることができたの
で、メインポールが細いものでよく、巻数も少なくてよ
くなる。メインポールが細くなることは、コイル鉄心に
おけるヒステリシス損、渦電流損が少なくなることであ
り、特に高速回転において発熱を抑える効果が顕著に現
れる。一方、巻数が少ないことは、インダクタンスが小
さいということであるので、起動時や高速回転時の応答
性が向上すると共に発熱が抑制される。

【００５０】ところで、表２に示した１０相の励磁の組
み合わせをよく見ると、前半の５相と後半の５相とで
は、と、とのように互いに９０度の位置関係に
あるメインポールに対して丁度逆極性の励磁が行われて
いることが分かる。従って、各コイルのために設けた１
０本の配線端子に対して、互いに９０度離れているステ
ータを必ず逆極性に励磁するように配電し、前半の５相
と後半の５相とで電流方向のみを逆転すれば１０相の励
磁状態を得ることができることになる。このための駆動
装置側は５端子あればよく、駆動が簡略化される。例え
ば、互いに９０度の位置関係にあるメインポールは、常
に逆極性に励磁されることから、９０度おきにコイルを
逆巻きとしておけば同一の端子から両方のメインポール
を逆極性に励磁することができる。

【００５１】そして、このようなコイルの逆巻きは、コ
イル巻付けの際に巻線機のノズルを９０度おきに逆方向
にメインポールを周回させれば達成されるが、前述のよ
うに巻線機の工程をノズルを９０度ずつ回転移動させて
４工程とするのであるから、前工程で使用した素線をそ
のまま使用して次の工程でノズルの周回を逆転させるこ
とでメインポール間の結線も達成されるという効果があ
る。従って、製造工程が非常に簡素化される。

【００５２】次に本発明の他の実施例を説明する。

【００５３】図５に示された１０相２０極のハイブリッ
ド型ステッピングモータは、先の実施例と同様、ロータ
１、Ｎ極歯２及びＳ極歯からなるロータ歯６、ステータ
４、メインポール５、ステータ歯７を有し、回転軸８に
沿った断面は略図２に等しくなる。この実施例は前記
（１）式に代入するｎの値が異なり、ｎ＝４を代入した
場合であるので、各式は、Ｐ＝（７．２×２−０．７２×４）＋７．２＝１８．７２（１ｂ） ΣＰ＝１８．７２×１０＝１８７．２（２ｂ）となっている。

【００５４】

【表３】

【００５５】この値に基づくメインポールの配列は、表
３の如くであり、５番目と６番目の間隔が他の間隔より
狭い構成となっている。また、Ｎ極歯からの時計方向の
ずれの大きさは、同じく表３の如くであり、ずれの小さ
い順に付した記号は、１番目から順に
10と、先の実施例とは異なる順序になっている。

【００５６】この実施例においても、メインポールの記
号の順に励磁を行うことでステップ回転が達成される。

【００５７】なお、図１、図５に示した実施例にあって
は、ロータ歯、ステータ歯は共に、歯と谷とを同じ比率
で構成したが、この比率を変えて構成してもよいことは
勿論である。また、歯のエッジをテーパ状に形成しても
よい。

【００５８】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００５９】（１）ステータ歯を均等に形成したので、
励磁のアンバランスによる電磁騒音の発生がない。

【００６０】（２）ステータのバランスがよいので、高
速回転の安定性がよくなり、用途が拡大する。

【００６１】（３）ステータのバランスがよいので、ス
テップ誤差がキャンセルされ、ステップ動作の精度が向
上する。

【００６２】（４）メインポールが細くなるので、コイ
ル鉄心におけるヒステリシス損、渦電流損が少なくな
り、特に高速回転において発熱を抑えられる。

【００６３】（５）巻数が少なくなるので、インダクタ
ンスが小さくなり、起動時や高速回転時の応答性が向上
すると共に発熱が抑制される。

【００６４】（６）５相おきに電流方向を逆転すること
で１０相の駆動が達成されるので、駆動装置や駆動タイ
ミングが簡素化される。

【００６５】（７）９０度おきに必ずメインポールがあ
るので、巻線機によるコイル巻き付けが合理化され、生
産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すハイブリッド型ステッ
ピングモータの回転軸に直角な断面図である。

【図２】図１のハイブリッド型ステッピングモータの回
転軸に沿った断面図である。

【図３】図１のハイブリッド型ステッピングモータの周
方向を直線上に展開して、ステータ歯とロータ歯との位
置関係を表した展開図である。

【図４】図１のハイブリッド型ステッピングモータのス
テータに巻線を施す際の説明図である。

【図５】本発明の他の実施例を示すハイブリッド型ステ
ッピングモータの回転軸に直角な断面図である。

【図６】従来例を示す４相ステッピングモータの説明図
である。

【図７】従来例を示す５相ステッピングモータの説明図
である。

【図８】従来例を示す５相ステッピングモータの断面図
である。

【符号の説明】

１ロータ２Ｎ極歯３Ｓ極歯４ステータ５メインポール６ロータ歯７ステータ歯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤利明東京都江東区豊洲三丁目２番16号石川島播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内 (72)発明者宮澤貞雄長野県上伊那郡辰野町大字伊那富3934番地石川島汎用機械株式会社辰野工場内 (72)発明者有賀智昭長野県上伊那郡辰野町大字伊那富3934番地石川島汎用機械株式会社辰野工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータの外周にその円周方向に沿ってそ
れぞれ所定の枚数のＮ極歯とＳ極歯とを交互にそれぞれ
等間隔で配列し、他方、上記ロータ歯に対応するステー
タ歯を均等に形成したステータのメインポールを２０極
設けると共にステータ歯を励磁するコイルに１０相の電
力を供給し、どのメインポールから見ても円周方向に５
極離れたメインポールが９０度回転した位置にあるよう
に、且つ互いに隣り合うメインポールの間隔がロータの
歯のピッチに基づくステップピッチに応じた間隔であっ
て少なくとも連続する５間隔のうち４間隔が等しくなる
ようにメインポールを配列したことを特徴とするハイブ
リッド型ステッピングモータ。