JPH0736689B2 - ステツプモ−タ - Google Patents
ステツプモ−タInfo
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- JPH0736689B2 JPH0736689B2 JP61171307A JP17130786A JPH0736689B2 JP H0736689 B2 JPH0736689 B2 JP H0736689B2 JP 61171307 A JP61171307 A JP 61171307A JP 17130786 A JP17130786 A JP 17130786A JP H0736689 B2 JPH0736689 B2 JP H0736689B2
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- rotor
- stator
- cogging torque
- torque
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はステツプモータに関する。
〔従来技術〕 第10図は、従来のステツプモータに用いられるステータ
セツトの構造を示したもので、くし歯状に構成されたス
テータポール1a,2aをそれぞれ有するステータ1,2が１組
となって一対のステータセツトを構成している。この一
対のステータと全く同じステータで構成されたステータ
セツトが、それぞれステータ2,2′で背中合わせに配置
され、ステツプモータのステータを構成する。２組のス
テータセツトは、ステータポールの位相が互いに1/4ピ
ツチずれるように、ステータ2,2′に円ボス2b,2b′と穴
2c,2c′が形成されている。
セツトの構造を示したもので、くし歯状に構成されたス
テータポール1a,2aをそれぞれ有するステータ1,2が１組
となって一対のステータセツトを構成している。この一
対のステータと全く同じステータで構成されたステータ
セツトが、それぞれステータ2,2′で背中合わせに配置
され、ステツプモータのステータを構成する。２組のス
テータセツトは、ステータポールの位相が互いに1/4ピ
ツチずれるように、ステータ2,2′に円ボス2b,2b′と穴
2c,2c′が形成されている。
第11図は以上の様にして構成されたステツプモータの斜
視図である。３はロータ軸で、この軸を中心に回転する
ように円筒状のロータ磁石４がロータ軸３に同軸に固定
されている。ロータ磁石４は、各ステータポール1a,2a,
1a′,2a′と対向する周面に、１組のステータセツトに
あるステータポールの数と同じ数だけの磁極が形成され
ている。即ち第１図のステータポール数は24であり、こ
の場合、ロータの磁極はＮ極,S極をそれぞれ１つと数え
るので24であり、また、磁極対でいえば12である。5,6
はコイルで、共にバイフアイラ巻で各ステータセツトに
巻回されている。
視図である。３はロータ軸で、この軸を中心に回転する
ように円筒状のロータ磁石４がロータ軸３に同軸に固定
されている。ロータ磁石４は、各ステータポール1a,2a,
1a′,2a′と対向する周面に、１組のステータセツトに
あるステータポールの数と同じ数だけの磁極が形成され
ている。即ち第１図のステータポール数は24であり、こ
の場合、ロータの磁極はＮ極,S極をそれぞれ１つと数え
るので24であり、また、磁極対でいえば12である。5,6
はコイルで、共にバイフアイラ巻で各ステータセツトに
巻回されている。
第12図はステツプモータの駆動回路で、第13図は第３図
駆動回路に加える２相励磁駆動パルスのタイムチヤート
である。
駆動回路に加える２相励磁駆動パルスのタイムチヤート
である。
第14a図は、ステータポールとロータ磁石の展開図であ
る。２組のステータセツトをそれぞれａ（ステータ
１′,2′でなる）、ｂ（ステータ1,2でなる）とする。
る。２組のステータセツトをそれぞれａ（ステータ
１′,2′でなる）、ｂ（ステータ1,2でなる）とする。
ここでコイルを励磁していない時のロータの静止位置及
びコギングトルクについて説明する。
びコギングトルクについて説明する。
まずステータセツトａとロータとの間に働くコギングト
ルクについて説明する。
ルクについて説明する。
ここで１組のステータ、ステータセツトａとロータとの
間に働くトルクを考えるにあたり、第15図に示す２極ス
テツプモータをモデルにする。尚、この２極ステツプモ
ータは第11図ステツプモータの１ピツチ分に相当する。
間に働くトルクを考えるにあたり、第15図に示す２極ス
テツプモータをモデルにする。尚、この２極ステツプモ
ータは第11図ステツプモータの１ピツチ分に相当する。
今座標x,yを図の如く定めると、ロータ７に働くトルク
がゼロになる点は、磁極の中心がステータポールの中心
と一致する点なので、θ＝0,π,2π……ｎπである。
がゼロになる点は、磁極の中心がステータポールの中心
と一致する点なので、θ＝0,π,2π……ｎπである。
また、 の時は、ロータ７に左右のステータ8,9との間でトルク
が等しく働くので、やはり、この場合もトルクはゼロで
ある。トルクが正弦的に変化するものと仮定すると、 Ta＝asin2θ となり、ステータポールの周期２πの1/2のπの周期で
変化する。
が等しく働くので、やはり、この場合もトルクはゼロで
ある。トルクが正弦的に変化するものと仮定すると、 Ta＝asin2θ となり、ステータポールの周期２πの1/2のπの周期で
変化する。
もしステータとロータの磁極対の数がｐなら式は、 Ta＝asin2pθ となる。ｐθ＝αとおけば、 Ta＝asin2α となる。式は機械角、式は電気角で表した場合であ
る。以降αを用いて説明する。
る。以降αを用いて説明する。
第16図の曲線Taがステータセツトａとロータとの間に働
くコギングトルクである。一方、ステータセツトｂとロ
ータとのトルクは、ステータセツトｂがステータセツト
ａに対して1/4ピツチ位相がずれているから、 と表わせる。一方、電気角では、 である。すなわちTaに対して、符号が変わっただけであ
る。第17図の曲線Tbは上式をｐ＝１として表わしたもの
である。
くコギングトルクである。一方、ステータセツトｂとロ
ータとのトルクは、ステータセツトｂがステータセツト
ａに対して1/4ピツチ位相がずれているから、 と表わせる。一方、電気角では、 である。すなわちTaに対して、符号が変わっただけであ
る。第17図の曲線Tbは上式をｐ＝１として表わしたもの
である。
ここでステツプモータとしてのコギングトルクToは、２
つのステータセツトa,bとロータに働くコギングトルク
の和で表わせるから、 To＝Ta＋Tb ＝（a1−b1）Sin 2α となる。第16図の曲線Toは、a1＞b1の場合のコギングト
ルクの特性を示したもので、ステツプモータのコギング
トルクToは、トルクがゼロになる点の数と位置におい
て、単独のステータセツトとロータ間に働くものと変わ
らず、そのピーク値が、小さくなるだけである。もしa1
＝b1ならコギングトルクはゼロになる。またa1,b1を、
任意にコントロールできれば、コギングトルクの大きさ
も任意の大きさに設定できる。
つのステータセツトa,bとロータに働くコギングトルク
の和で表わせるから、 To＝Ta＋Tb ＝（a1−b1）Sin 2α となる。第16図の曲線Toは、a1＞b1の場合のコギングト
ルクの特性を示したもので、ステツプモータのコギング
トルクToは、トルクがゼロになる点の数と位置におい
て、単独のステータセツトとロータ間に働くものと変わ
らず、そのピーク値が、小さくなるだけである。もしa1
＝b1ならコギングトルクはゼロになる。またa1,b1を、
任意にコントロールできれば、コギングトルクの大きさ
も任意の大きさに設定できる。
次にロータの静止位置とコギングトルクToがゼロになる
位置との関係を説明する。
位置との関係を説明する。
一般にステツプモータのもつロータ磁石による磁気エネ
ルギーＷとコギングトルクとの間には、 なる関係がある。これにより磁気エネルギーＷは、 で表わせる。
ルギーＷとコギングトルクとの間には、 なる関係がある。これにより磁気エネルギーＷは、 で表わせる。
第17図は上式の磁気エネルギーとロータ位置の関係を示
したものである。ここでロータ４は、磁気エネルギーの
一番小さい所で静止しようとし、そのためα＝π/2,3π
/2,……，（2n−１）π/2の位置はコギングトルクがゼ
ロなので、本来ならこの位置で静止しようとするが、磁
気エネルギーＷが高いので、ロータは不安定となり静止
しない（静止する場合は、摩擦力が大きい時である）。
結局ロータが、安定して静止するのは、α＝0,π,2π，
……,nπの位置である。
したものである。ここでロータ４は、磁気エネルギーの
一番小さい所で静止しようとし、そのためα＝π/2,3π
/2,……，（2n−１）π/2の位置はコギングトルクがゼ
ロなので、本来ならこの位置で静止しようとするが、磁
気エネルギーＷが高いので、ロータは不安定となり静止
しない（静止する場合は、摩擦力が大きい時である）。
結局ロータが、安定して静止するのは、α＝0,π,2π，
……,nπの位置である。
すなわち、コギングトルク曲線が負から正に変わる位置
で、ロータは安定して静止し、コギングトルクが正から
負に変わる位置では、ロータは安定して静止しない。
で、ロータは安定して静止し、コギングトルクが正から
負に変わる位置では、ロータは安定して静止しない。
以上の説明で明らかなように、コイルを励磁しない状態
でのステツプモータのロータ静止位置は、α＝0,π,2π
……,nπ（ｎは整数）である。
でのステツプモータのロータ静止位置は、α＝0,π,2π
……,nπ（ｎは整数）である。
次に、第12図に示すステツプモータのコイルが第13図に
示される如く励磁された時に、ロータがステータポール
の１ピツチ分回転する時の動作を第14a図のステツプモ
ータのステータポールとロータ磁極の展開図を用いて説
明する。
示される如く励磁された時に、ロータがステータポール
の１ピツチ分回転する時の動作を第14a図のステツプモ
ータのステータポールとロータ磁極の展開図を用いて説
明する。
すでに説明したように、コイルを励磁しないときは、ロ
ータ４はα＝０の位置にある。次にＡ相とＢ相を励磁す
ると、磁極4aは、ステータポール1aとステータポール1
a′中間の1/8ピツチ、すなわちα＝π/4の位置に来る。
次のＢ相、相では1/2ピツチと、1/4ピツチの中間の3/
8ピツチ（α＝３π/4）の位置に来る。次の相、相
では1/2ピツチと3/4ピツチの中間の5/8ピツチ（α＝５
π/4）の位置に来る。次の、Ａ相では3/4ピツチと
し、ピツチの中間の7/8ピツチ（α＝７π/4）の位置に
来る。次にＡ相、Ｂ相で初めと同じことの繰り返しにな
る。
ータ４はα＝０の位置にある。次にＡ相とＢ相を励磁す
ると、磁極4aは、ステータポール1aとステータポール1
a′中間の1/8ピツチ、すなわちα＝π/4の位置に来る。
次のＢ相、相では1/2ピツチと、1/4ピツチの中間の3/
8ピツチ（α＝３π/4）の位置に来る。次の相、相
では1/2ピツチと3/4ピツチの中間の5/8ピツチ（α＝５
π/4）の位置に来る。次の、Ａ相では3/4ピツチと
し、ピツチの中間の7/8ピツチ（α＝７π/4）の位置に
来る。次にＡ相、Ｂ相で初めと同じことの繰り返しにな
る。
ステツプモータのコイル励磁状態におけるロータの静止
角度誤差について第14b図を用いて説明する。図中縦軸
のトルクの上半分であるプラス側は、ロータの進行方向
に対して、ロータを戻すトルク下半分のマイナス側は、
進めるトルクである。
角度誤差について第14b図を用いて説明する。図中縦軸
のトルクの上半分であるプラス側は、ロータの進行方向
に対して、ロータを戻すトルク下半分のマイナス側は、
進めるトルクである。
ロータは無励磁状態でα＝０の位置に静止している。
今、励磁の第１ステツプでは、A,B相を励磁するので、
点線10の励磁トルクが働き、ロータ４を励磁トルクがゼ
ロのα＝π/4の位置に進めようとする。一方、α＝π/4
の位置ではa1−b1なるコギングトルクが作用している。
このコギングトルクはロータをα＝０へ戻す向きに働く
ので、結局ロータはコギングトルクによってロータを戻
すトルクとA,B相励磁トルクによってロータを数めるト
ルクがつり合った位置で静止する。この位置が第14b図
のα＝α１の位置で、本来得られるべきロータの静止位
置であるα＝π/4より手前の位置である。第２ステツプ
は,B相が励磁され、点線11の励磁トルクが働き、ロー
タを励磁トルクがゼロのα＝３π/4の位置に進めようと
する。
点線10の励磁トルクが働き、ロータ４を励磁トルクがゼ
ロのα＝π/4の位置に進めようとする。一方、α＝π/4
の位置ではa1−b1なるコギングトルクが作用している。
このコギングトルクはロータをα＝０へ戻す向きに働く
ので、結局ロータはコギングトルクによってロータを戻
すトルクとA,B相励磁トルクによってロータを数めるト
ルクがつり合った位置で静止する。この位置が第14b図
のα＝α１の位置で、本来得られるべきロータの静止位
置であるα＝π/4より手前の位置である。第２ステツプ
は,B相が励磁され、点線11の励磁トルクが働き、ロー
タを励磁トルクがゼロのα＝３π/4の位置に進めようと
する。
一方、α＝３π/4の位置では、−（a1−b1）なるコギン
グトルクが作用する。このコギングトルクはロータを進
める向きに働くので、結局ロータは、コギングトルクに
よってロータを進めるトルクと,B相励磁トルクによっ
てロータを戻すトルクがつり合った位置で静止する。こ
の位置が第14b図のα＝α２の位置で、本来得られるべ
きロータの静止位置であるα＝３π/4より進んだ位置で
ある。
グトルクが作用する。このコギングトルクはロータを進
める向きに働くので、結局ロータは、コギングトルクに
よってロータを進めるトルクと,B相励磁トルクによっ
てロータを戻すトルクがつり合った位置で静止する。こ
の位置が第14b図のα＝α２の位置で、本来得られるべ
きロータの静止位置であるα＝３π/4より進んだ位置で
ある。
次の第３ステツプでは第１ステツプと同じことが起こ
り、本来のロータの静止位置であるα＝５π/4より手前
の位置α３で、ロータは静止する。さらに第４ステツプ
では第２ステツプと同じことが起こり、本来のロータの
静止位置であるα＝７π/4より進んだ位置α４で、ロー
タは静止する。本来得られるべき位置に対するロータの
角度誤差を縦軸にとり、横軸にステツプモータのステツ
プ数をとると、第14c図の特性が得られる。２相励磁方
式の場合通常、ロータの角度誤差は、１ステツプ毎に負
号が反転する。すなわち、ロータの角度移動量は１ステ
ツプ毎に少ない、多い、少ないと変わり、均一性のある
正確な移動量が得られないという重要な欠点を持ってい
た。
り、本来のロータの静止位置であるα＝５π/4より手前
の位置α３で、ロータは静止する。さらに第４ステツプ
では第２ステツプと同じことが起こり、本来のロータの
静止位置であるα＝７π/4より進んだ位置α４で、ロー
タは静止する。本来得られるべき位置に対するロータの
角度誤差を縦軸にとり、横軸にステツプモータのステツ
プ数をとると、第14c図の特性が得られる。２相励磁方
式の場合通常、ロータの角度誤差は、１ステツプ毎に負
号が反転する。すなわち、ロータの角度移動量は１ステ
ツプ毎に少ない、多い、少ないと変わり、均一性のある
正確な移動量が得られないという重要な欠点を持ってい
た。
本発明においては、第１及び第２のステータセットのス
テータポールの中央部にそれぞれ磁気的に抵抗の高い領
域を形成し、コギングトルクの周期を前記ステータポー
ルの所定のピッチの半分に等しくした構成とした。
テータポールの中央部にそれぞれ磁気的に抵抗の高い領
域を形成し、コギングトルクの周期を前記ステータポー
ルの所定のピッチの半分に等しくした構成とした。
ロータに対して互いに1/4ピッチずれて配置された第１
及び第２のステータセットのステータポールの中央部に
それぞれ磁気的に抵抗の高い領域を形成し、コギングト
ルクの周期を前記ステータポールの所定のピッチの半分
に等しくする。従って基本成分の他に２次の高調波成分
を発生させることになり、これが励磁状態におけるロー
タの静止位置でコギングトルクを発生させる働きをなく
し、ロータの各ステツプ毎の回転誤差を低減させる。
及び第２のステータセットのステータポールの中央部に
それぞれ磁気的に抵抗の高い領域を形成し、コギングト
ルクの周期を前記ステータポールの所定のピッチの半分
に等しくする。従って基本成分の他に２次の高調波成分
を発生させることになり、これが励磁状態におけるロー
タの静止位置でコギングトルクを発生させる働きをなく
し、ロータの各ステツプ毎の回転誤差を低減させる。
まず励磁位置においてコギングトルクの発生しないステ
ツプモータを実現するための条件について考える。
ツプモータを実現するための条件について考える。
励磁時のロータ静止位置は、±（2n−１）π/4（ｎ＝1,
2,3,…）であるので、コイルを励磁していない時に、α
＝π/4,3π/4,5π/4,7π/4で最小になる磁気エネルギー
特性を求めれば、各励磁ステツプで角度誤差の小さいス
テツプモータを得ることができる。上記の点で極小値を
とりえる関数は、 Ｗ＝ΔWcos4α＋Wo （ΔＷ＞０） であり、 α＝π/4,3π/4,…（2n−１）π４で、Ｗ＝Wo−ΔＷと
なってＷは極小値をとる。従って式が、本発明実施例
のステツプモータが必要とする磁気エネルギー特性であ
る。
2,3,…）であるので、コイルを励磁していない時に、α
＝π/4,3π/4,5π/4,7π/4で最小になる磁気エネルギー
特性を求めれば、各励磁ステツプで角度誤差の小さいス
テツプモータを得ることができる。上記の点で極小値を
とりえる関数は、 Ｗ＝ΔWcos4α＋Wo （ΔＷ＞０） であり、 α＝π/4,3π/4,…（2n−１）π４で、Ｗ＝Wo−ΔＷと
なってＷは極小値をとる。従って式が、本発明実施例
のステツプモータが必要とする磁気エネルギー特性であ
る。
ここで式を前述した式と比べてみると、式が基本
波成分を示しているのに対し、式は２次の高調波成分
を示している。
波成分を示しているのに対し、式は２次の高調波成分
を示している。
第１図W1は、ΔＷ＞０の場合の式を示している。
一方、W2はΔＷ＜０の場合の式を示している。
次にコギングトルクは上式をαで微分して得られ、 Ｔ＝−４ΔWSin4αとなる。
ここでステータセツトａとロータ間に働くコギングトル
クをTa,ステータセツトｂとロータ間に働くコギングト
ルクをTbとすると、Ta,Tbはコギングトルクの基本波成
分に２次の高調波成分を加えたものとすると、Taは、Ta
＝a,Sin2α−a2Sin4αとなり、Tbはステータセツトｂの
位相がステータセツトａに対し1/4ピツチ進んでいるの
で、Tbは、 となる。ステツプモータのコギングトルクはTa,Tbの和
として求められるので、求めるコギングトルクTcは、 Tc＝Ta＋Tb Tc＝（a1−b1）Sin 2 α−（a2＋b2）Sin 4 α a1＝b1 すなわち、両方の基本波成分の振幅が等しい時
は、コギングトルクTcは、 Tc＝（a2＋b2）Sin 4 α となり、２次の高調波分だけになる。尚、a2,b2を大き
くすれば、コギングトルクが大きく、小さくすればコギ
ングトルクが小さくなる。ステツプモータの磁気エネル
ギーをＷとすると、最終的に、 と表わせる。
クをTa,ステータセツトｂとロータ間に働くコギングト
ルクをTbとすると、Ta,Tbはコギングトルクの基本波成
分に２次の高調波成分を加えたものとすると、Taは、Ta
＝a,Sin2α−a2Sin4αとなり、Tbはステータセツトｂの
位相がステータセツトａに対し1/4ピツチ進んでいるの
で、Tbは、 となる。ステツプモータのコギングトルクはTa,Tbの和
として求められるので、求めるコギングトルクTcは、 Tc＝Ta＋Tb Tc＝（a1−b1）Sin 2 α−（a2＋b2）Sin 4 α a1＝b1 すなわち、両方の基本波成分の振幅が等しい時
は、コギングトルクTcは、 Tc＝（a2＋b2）Sin 4 α となり、２次の高調波分だけになる。尚、a2,b2を大き
くすれば、コギングトルクが大きく、小さくすればコギ
ングトルクが小さくなる。ステツプモータの磁気エネル
ギーをＷとすると、最終的に、 と表わせる。
前述した第１図W1は上式のa1＝b1,a2＞0,b2＞０の場
合をグラフ化したものである。
合をグラフ化したものである。
またW2は、上式のa1＝b1,a2＜0,b2＜０の場合をグラ
フ化したものである。
フ化したものである。
一方、一つのステータセツトａとロータとの間に働くコ
ギングトルクTaの特性は、 Ta＝a1 Sin 2α−a2 Sin 4α である。もう一つのステータセツトｂのコギングトルク
Tbは、 Tb＝b1 Sin2（α＋π/2）−b2 Sin4（α＋π/2） である。
ギングトルクTaの特性は、 Ta＝a1 Sin 2α−a2 Sin 4α である。もう一つのステータセツトｂのコギングトルク
Tbは、 Tb＝b1 Sin2（α＋π/2）−b2 Sin4（α＋π/2） である。
第２図は、a2＞0,b2＞０の場合、つまりΔＷ＞０の場合
（a1＞0,b1＞０としている）におけるTa,Tb,その合成ト
ルクTc（Ta＋Tb）をグラフ化したものである。
（a1＞0,b1＞０としている）におけるTa,Tb,その合成ト
ルクTc（Ta＋Tb）をグラフ化したものである。
図からもわかる様にTaは、そのピーク位置をπ/4よりも
やや右側に有し、一方Tbはそのピーク位置をπ/4よりも
やや左側に有しているが、これはそれぞれ２次の高調波
成分である Sin 4α,Sin 4（α＋π/2） をマイナス項として含んでいる為である。以上の２次の
高調波成分の働きにより、合成トルクTcは、Ta,Tbの２
倍の周期を持つに至る。ここで合成トルクTcが０になる
位置が、ロータが停止しようとする位置であり、α＝0,
π/4,π/2,3π/4,π,5π/4,3π/2,7π/4……がその位置
である。しかしながら、この場合における磁気エネルギ
ーは、ほぼ第１図のW1で示された状態にあり、α＝0,π
/2,π,3π/2,π……はW1がピークにあって、ロータは不
安定となり、結局α＝π/4,3π/4,5π/4,7π/4……が、
非励磁状態におけるロータの大略の停止位置となる。
やや右側に有し、一方Tbはそのピーク位置をπ/4よりも
やや左側に有しているが、これはそれぞれ２次の高調波
成分である Sin 4α,Sin 4（α＋π/2） をマイナス項として含んでいる為である。以上の２次の
高調波成分の働きにより、合成トルクTcは、Ta,Tbの２
倍の周期を持つに至る。ここで合成トルクTcが０になる
位置が、ロータが停止しようとする位置であり、α＝0,
π/4,π/2,3π/4,π,5π/4,3π/2,7π/4……がその位置
である。しかしながら、この場合における磁気エネルギ
ーは、ほぼ第１図のW1で示された状態にあり、α＝0,π
/2,π,3π/2,π……はW1がピークにあって、ロータは不
安定となり、結局α＝π/4,3π/4,5π/4,7π/4……が、
非励磁状態におけるロータの大略の停止位置となる。
この位置は前述した如く、励磁状態において本来ロータ
が停止すべき位置であり、ロータは励磁状態においてコ
ギングトルクに妨害されず、正確にその位置に静止でき
る。また励磁の切断前後において、ロータが回転するこ
ともない。
が停止すべき位置であり、ロータは励磁状態においてコ
ギングトルクに妨害されず、正確にその位置に静止でき
る。また励磁の切断前後において、ロータが回転するこ
ともない。
一方、a2＜0,b2＜０（a1＞01b＞０）とした場合、つま
りΔＷ＜０とした場合は、第３図に示した如くTa,Tb,Tc
が表わせる。第２図に比べてTaのピーク位置はπ/4より
も左方に変わり、Tbもそのピーク位がπ/4が右方に変わ
っている。これは２次の高調波成分であるSin4α,Sin4
（α＋π/2）をプラス項として含んでいるためである。
また合成トルクTcは第２図に比べ位相が反転している。
しかしながら励磁状態における、ロータの静止位置であ
るπ/4,3π/4,5π/4,7π/4等においては合成トルクTcは
０である。従って励磁されてロータが本来の位置に静止
しようとする時、それを妨害するコギングトルクは発生
せず、本来の位置に正確に停止できる。
りΔＷ＜０とした場合は、第３図に示した如くTa,Tb,Tc
が表わせる。第２図に比べてTaのピーク位置はπ/4より
も左方に変わり、Tbもそのピーク位がπ/4が右方に変わ
っている。これは２次の高調波成分であるSin4α,Sin4
（α＋π/2）をプラス項として含んでいるためである。
また合成トルクTcは第２図に比べ位相が反転している。
しかしながら励磁状態における、ロータの静止位置であ
るπ/4,3π/4,5π/4,7π/4等においては合成トルクTcは
０である。従って励磁されてロータが本来の位置に静止
しようとする時、それを妨害するコギングトルクは発生
せず、本来の位置に正確に停止できる。
しかしながらこの場合に励磁エネルギーは第１図のW2の
状態にあり、結局、ロータは非励磁状態において、α＝
0,π/2,π，3/2π,2π……の位置で停止する。これらの
位置は励磁状態においては本来ロータが静止しようとす
る位置と異なり、従って励磁を解除するとロータはπ/4
だけ回転する。
状態にあり、結局、ロータは非励磁状態において、α＝
0,π/2,π，3/2π,2π……の位置で停止する。これらの
位置は励磁状態においては本来ロータが静止しようとす
る位置と異なり、従って励磁を解除するとロータはπ/4
だけ回転する。
第４図は、a2＞0,b2＞0,b1/a＝0.9の場合におけるコギ
ングトルクTa,Tb,Tcを示している。
ングトルクTa,Tb,Tcを示している。
また、各ステータセツトにおいてステータポールがｐ対
あるとき一般にTa,Tbは、 （θは、α＝０と同じ位置をθ＝０としたロータの機械
的な位置でロータが１回転すればθ＝２πとなる。）と
表わせる。先にあげた例ではｐ＝12である。
あるとき一般にTa,Tbは、 （θは、α＝０と同じ位置をθ＝０としたロータの機械
的な位置でロータが１回転すればθ＝２πとなる。）と
表わせる。先にあげた例ではｐ＝12である。
以上説明した様に、ロータの各ステツプ毎の回転量誤差
のないステツプモータを得るためには、基本波成分に、
２次の高調波成分を付加すれば良いことがわかる。ここ
で２次の高調波成分は基本波成分に対してその周期が２
倍のものであるが、その周期を２倍とする為には、ロー
タの磁極に対するステータの数を２倍にすることにより
疑似的に得られると考えられる。
のないステツプモータを得るためには、基本波成分に、
２次の高調波成分を付加すれば良いことがわかる。ここ
で２次の高調波成分は基本波成分に対してその周期が２
倍のものであるが、その周期を２倍とする為には、ロー
タの磁極に対するステータの数を２倍にすることにより
疑似的に得られると考えられる。
第５図は本発明の第１実施例のステツプモータであり、
15はＳ極,N極を一つづつ有した２極のロータであり、こ
のロータ15に対して２個のステータポール16−1,16−２
を対向させた第１のステータ16が設けられている。この
ステータ16にはバイフアルラ巻コイル17が巻回されてお
り、このコイル17への通電方向を変えることによりステ
ータポール16−1,16−２の極性を変化させる。ロータ15
の軸方向には、第１のステータ16と全く等しい第２のス
テータ18が、ロータ15に対してステータポール18−1,18
−２を対向させる様、かつ電気的にπ/4だけづれる様
（構造的には90゜づれている）配置されている。また第
２のステータにはバイフアルラ巻コイル19が巻回されて
いる。
15はＳ極,N極を一つづつ有した２極のロータであり、こ
のロータ15に対して２個のステータポール16−1,16−２
を対向させた第１のステータ16が設けられている。この
ステータ16にはバイフアルラ巻コイル17が巻回されてお
り、このコイル17への通電方向を変えることによりステ
ータポール16−1,16−２の極性を変化させる。ロータ15
の軸方向には、第１のステータ16と全く等しい第２のス
テータ18が、ロータ15に対してステータポール18−1,18
−２を対向させる様、かつ電気的にπ/4だけづれる様
（構造的には90゜づれている）配置されている。また第
２のステータにはバイフアルラ巻コイル19が巻回されて
いる。
以上のステツプモータを駆動させるための回路は、第12
図のものであり、駆動タイミングは第13図の如きであ
る。
図のものであり、駆動タイミングは第13図の如きであ
る。
更に本実施例においては、各ステータポール16−1,16−
2,18−1,18−２のロータと対向した面の中央に、ロータ
15の軸方向に沿って深い溝16−1a,16−2a,18−1a,18−2
aが形成されている。従って本実施例においては、各ス
テータにおいてステータポールを疑似的に４個にした状
態となっている。これによって２次の高調波成分が発生
し、磁気エネルギーＷは、 基本成分＋２次高調波成分＋所定値 ＝−ΔW1 cos 2α＋ΔW2 cos 4α＋W0 と表わされる。従って前述した如く本実施例のステツプ
モータは、励磁状態においてほぼα＝π/4,3π/4,5π/
4,7π/4等の位置において、コギングトルクの影響をほ
とんど受けることなく静止可能となり、ステツプ毎の回
転量誤差が著しく低減される。
2,18−1,18−２のロータと対向した面の中央に、ロータ
15の軸方向に沿って深い溝16−1a,16−2a,18−1a,18−2
aが形成されている。従って本実施例においては、各ス
テータにおいてステータポールを疑似的に４個にした状
態となっている。これによって２次の高調波成分が発生
し、磁気エネルギーＷは、 基本成分＋２次高調波成分＋所定値 ＝−ΔW1 cos 2α＋ΔW2 cos 4α＋W0 と表わされる。従って前述した如く本実施例のステツプ
モータは、励磁状態においてほぼα＝π/4,3π/4,5π/
4,7π/4等の位置において、コギングトルクの影響をほ
とんど受けることなく静止可能となり、ステツプ毎の回
転量誤差が著しく低減される。
第６図は本発明の第２実施例に用いられる第１のステー
タセツト20を示し、第２ステータセツトもこれと等し
い。本例のステツプモータは、第11図従来例と同じ基本
構成を有し（ロータの磁極数、ポールの数、駆動方法
等）、各ステータ21,22の各ステータポール23,24のロー
タに対向する面の中央には、ロータの軸方向と平行に
溝、23a,24aを有している。本例も第１実施例と全く等
しい効果が達成される。ここで溝23a,24aは従来のプレ
ス工程に凹部を形成するスタンプ工程を追加することで
容易に作ることができる。
タセツト20を示し、第２ステータセツトもこれと等し
い。本例のステツプモータは、第11図従来例と同じ基本
構成を有し（ロータの磁極数、ポールの数、駆動方法
等）、各ステータ21,22の各ステータポール23,24のロー
タに対向する面の中央には、ロータの軸方向と平行に
溝、23a,24aを有している。本例も第１実施例と全く等
しい効果が達成される。ここで溝23a,24aは従来のプレ
ス工程に凹部を形成するスタンプ工程を追加することで
容易に作ることができる。
また、溝23a,24aは溝でなくて、その平面形状が円形，
長円形でも良い。要はステータポールの中心軸上に中心
軸に対してほぼ対称な凹みを形成することが大切で、そ
の形状は問わない。
長円形でも良い。要はステータポールの中心軸上に中心
軸に対してほぼ対称な凹みを形成することが大切で、そ
の形状は問わない。
また上記実施例ではすべてのステータポールに溝がもう
けられているが、一部のステータポールだけにもうけて
も良い。またこの凹部の数，大きさ，深さは、ロータ磁
極とステータポールが対向した時の磁気抵抗の大きさに
影響を与え、それらの数や大きさが大きい程磁気抵抗が
大きくなり、Sin4dの係数、すなわちコギングトルクの
大きさが大きくなる。
けられているが、一部のステータポールだけにもうけて
も良い。またこの凹部の数，大きさ，深さは、ロータ磁
極とステータポールが対向した時の磁気抵抗の大きさに
影響を与え、それらの数や大きさが大きい程磁気抵抗が
大きくなり、Sin4dの係数、すなわちコギングトルクの
大きさが大きくなる。
また、本実施例ではステータポールは先端に向って細く
なっているが、ステータポールの形状が、く形であって
も本発明の効果は失われない。
なっているが、ステータポールの形状が、く形であって
も本発明の効果は失われない。
第７図は、第10,11図に示された従来のステツプモータ
における、各ステツプ毎における角度誤差の実験結果を
示している。モータの仕様は、外径＝42mm,ステータ厚
＝17mm,ステータ内径＝22.4mm,ステータポール板厚＝0.
8mm,ステータポール根本巾＝2.5mm,ステータポール先端
巾＝0.7mm,インダクタンス＝93Ω，駆動電圧＝18Vであ
る。
における、各ステツプ毎における角度誤差の実験結果を
示している。モータの仕様は、外径＝42mm,ステータ厚
＝17mm,ステータ内径＝22.4mm,ステータポール板厚＝0.
8mm,ステータポール根本巾＝2.5mm,ステータポール先端
巾＝0.7mm,インダクタンス＝93Ω，駆動電圧＝18Vであ
る。
第８図は第６図に示す実施例の各ステツプ毎における角
度誤差の実験結果を示している。モータの仕様は、第７
図仕様と溝23a,24aを除いて等しい。溝23a,24aの巾は0.
4mm,溝23a,24aの深さは0.4mmである。
度誤差の実験結果を示している。モータの仕様は、第７
図仕様と溝23a,24aを除いて等しい。溝23a,24aの巾は0.
4mm,溝23a,24aの深さは0.4mmである。
図からも明確にわかる様に、ステツプ毎の角度誤差は従
来例に比して大幅に改善された。また励磁切断の前後に
おいての、ロータの回転量も大幅に減少した。このこと
は前述した如く、ステータポールに溝を設けるとは、２
次の高調波成分を発生し、しかもその係数が基本波成分
の係数の逆（符号が）であることを裏付けるものと考え
られる。
来例に比して大幅に改善された。また励磁切断の前後に
おいての、ロータの回転量も大幅に減少した。このこと
は前述した如く、ステータポールに溝を設けるとは、２
次の高調波成分を発生し、しかもその係数が基本波成分
の係数の逆（符号が）であることを裏付けるものと考え
られる。
第９図は本発明の第２実施例であり、本例においてはス
テータポールに溝を入れて、ステータポールの数を培増
させる代りに、実際に独立したステータポールの数を培
増させている。
テータポールに溝を入れて、ステータポールの数を培増
させる代りに、実際に独立したステータポールの数を培
増させている。
本例では、ロータ25が２極であり、これに対し第１のス
テータセツト26は、４本のステータポール27−１〜27−
４を有し、各ポールにはそれぞれバイフアイラ巻コイル
28が巻回されている。図中紙面と垂直方向には、図には
示されていないが、電気的にπ/4だけづれて、機械的に
は90゜だけづれて第１のステータセツトと全く等しい第
２のステータセツトが配置されている。本例におけるモ
ータの駆動回路及びその駆動タイミングは実質的に、第
１実施例と同じく第12図、第13図のもので良い。ただこ
の場合には、ステータポール27−1,と27−２が常にペア
となって同じ極性に励磁され、また27−３と27−４がペ
アで励磁されるようにし、また第２のステータセツトに
おいては、第１のステータセツト26においてステータポ
ール27−1,27−３と重なって見えるポールがペアとなっ
て励磁され、またステータポール27−２と27−４に重な
って見えるポールがペアとなって励磁される様にする。
テータセツト26は、４本のステータポール27−１〜27−
４を有し、各ポールにはそれぞれバイフアイラ巻コイル
28が巻回されている。図中紙面と垂直方向には、図には
示されていないが、電気的にπ/4だけづれて、機械的に
は90゜だけづれて第１のステータセツトと全く等しい第
２のステータセツトが配置されている。本例におけるモ
ータの駆動回路及びその駆動タイミングは実質的に、第
１実施例と同じく第12図、第13図のもので良い。ただこ
の場合には、ステータポール27−1,と27−２が常にペア
となって同じ極性に励磁され、また27−３と27−４がペ
アで励磁されるようにし、また第２のステータセツトに
おいては、第１のステータセツト26においてステータポ
ール27−1,27−３と重なって見えるポールがペアとなっ
て励磁され、またステータポール27−２と27−４に重な
って見えるポールがペアとなって励磁される様にする。
本実施例においても前述実施例と同様の効果が達成され
る。
る。
尚、本発明は上記各実施例に限定するものではなく、例
えば実施例は第１のステータセツトと第２ステータセツ
トをπ/4だけづらせたがロータの磁極をπ/4だけづらせ
ても良い。
えば実施例は第１のステータセツトと第２ステータセツ
トをπ/4だけづらせたがロータの磁極をπ/4だけづらせ
ても良い。
以上の如く本発明は、ロータに対して互いに1/4ピッチ
ずれて配置された第１及び第２のステータセツトのステ
ータポールの中央部にそれぞれ磁気的に抵抗の高い領域
を形成し、コギングトルクの周期を前記ステータポール
の所定のピッチの半分に等しくしたので、励磁状態にお
けるロータ停止位置でコギングトルクが発生しにくく、
従って、ロータの各ステップ毎の回転誤差は著しく低減
され、ステップモータ停止時のロータの位置決め精度を
向上させるものである。
ずれて配置された第１及び第２のステータセツトのステ
ータポールの中央部にそれぞれ磁気的に抵抗の高い領域
を形成し、コギングトルクの周期を前記ステータポール
の所定のピッチの半分に等しくしたので、励磁状態にお
けるロータ停止位置でコギングトルクが発生しにくく、
従って、ロータの各ステップ毎の回転誤差は著しく低減
され、ステップモータ停止時のロータの位置決め精度を
向上させるものである。
第１図は本発明実施例のステツプモータが有すべき磁気
エネルギーと角度αの関係を示す説明図、 第２図は、ΔＷ＞ｏの時のコギングトルクと角度αの関
係説明図、 第３図は、ΔＷ＜ｏの時のコギングトルクと角度αの関
係説明図、 第４図はb1/a1＝0.9の時のコギングトルク−角度α関係
説明図、 第５図は本発明の第１実施例説明図、 第６図は本発明の第２実施例説明図、 第７図は従来例の実験結果説明図、 第８図は第２実施例の実験結果説明図、 第９図は本発明の第３実施例説明図、 第10図は従来のステータセツトの説明図、 第11図はステツプモータの説明図、 第12図はモータの駆動回路図、 第13図はモータの駆動タイミングチヤート図、 第14a図は、ステツプモータの磁極まわりの展開図、 第14b図は、ロータの静止位置を示す説明図、 第14c図はロータの角度誤差を示す説明図、 第15図は従来の２極ステツプモータの説明図、 第16図は、ステータセツトａにおけるコギングトルク−
角度α関係説明図、 第17図は、ロータ静止位置説明図、 15,25……ロータ、 16−1,16−2,18−1,18−2,23,24,27−１〜27−４……ス
テータポール、 16−1a,16−2a,18−1a,18−2a,23a,24a……溝、 17,19,28……コイル
エネルギーと角度αの関係を示す説明図、 第２図は、ΔＷ＞ｏの時のコギングトルクと角度αの関
係説明図、 第３図は、ΔＷ＜ｏの時のコギングトルクと角度αの関
係説明図、 第４図はb1/a1＝0.9の時のコギングトルク−角度α関係
説明図、 第５図は本発明の第１実施例説明図、 第６図は本発明の第２実施例説明図、 第７図は従来例の実験結果説明図、 第８図は第２実施例の実験結果説明図、 第９図は本発明の第３実施例説明図、 第10図は従来のステータセツトの説明図、 第11図はステツプモータの説明図、 第12図はモータの駆動回路図、 第13図はモータの駆動タイミングチヤート図、 第14a図は、ステツプモータの磁極まわりの展開図、 第14b図は、ロータの静止位置を示す説明図、 第14c図はロータの角度誤差を示す説明図、 第15図は従来の２極ステツプモータの説明図、 第16図は、ステータセツトａにおけるコギングトルク−
角度α関係説明図、 第17図は、ロータ静止位置説明図、 15,25……ロータ、 16−1,16−2,18−1,18−2,23,24,27−１〜27−４……ス
テータポール、 16−1a,16−2a,18−1a,18−2a,23a,24a……溝、 17,19,28……コイル
Claims (1)
- 【請求項１】周面に所定のピッチで磁極を有してなるロ
ータと、前記所定のピッチでステータポールを有すると
ともに前記ロータに対して互いに1/4ピッチずれて配置
された第１及び第２のステータセットと、前記第１及び
第２のステータセットを励磁するコイルとからなるステ
ップモータにおいて、前記第１及び第２のステータセッ
トのステータポールの中央部にそれぞれ磁気的に抵抗の
高い領域を形成し、コギングトルクの周期を前記ステー
タポールの所定のピッチの半分に等しくしたことを特徴
とするステップモータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61171307A JPH0736689B2 (ja) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | ステツプモ−タ |
| US07/073,970 US4794292A (en) | 1986-07-21 | 1987-07-15 | Stepping motor with divided stator pole pieces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61171307A JPH0736689B2 (ja) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | ステツプモ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6328256A JPS6328256A (ja) | 1988-02-05 |
| JPH0736689B2 true JPH0736689B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=15920847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61171307A Expired - Fee Related JPH0736689B2 (ja) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | ステツプモ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0736689B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19504387A1 (de) * | 1995-02-11 | 1996-08-22 | Dufa Deutsche Uhrenfabr Gmbh | Schrittmotor |
| GB2425841B (en) * | 2005-05-04 | 2008-03-26 | Matador Internat Inc | Electronic environment sensing instrument having an analog indicator |
| JP5086116B2 (ja) * | 2008-02-01 | 2012-11-28 | シチズンホールディングス株式会社 | 時計用ステップモータ |
| JP5495989B2 (ja) * | 2010-07-08 | 2014-05-21 | シチズンホールディングス株式会社 | ステップモータ及びそれを用いたステップモータ装置 |
| JP5496011B2 (ja) * | 2010-08-11 | 2014-05-21 | シチズンホールディングス株式会社 | ステップモータ装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5878788U (ja) * | 1981-11-20 | 1983-05-27 | リコーエレメックス株式会社 | ステツプモ−タの構造 |
| JPS5992585U (ja) * | 1982-12-13 | 1984-06-23 | リコーエレメックス株式会社 | 小型ステツプモ−タ |
-
1986
- 1986-07-21 JP JP61171307A patent/JPH0736689B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6328256A (ja) | 1988-02-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |