JPS63314159A - ステツプモ−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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、位置制御に好適なステップモータに関するも
のである。

「従来の技術］ 既に、可変リラクタンス（ＶＲ）型ステップモータ、永
久磁石（ＰＭ）型ステップモータ、ハイブリッド型ステ
ップモータ、多段式ＶＲステップモータ等がある。また
、回転角度位置を高精度に決定するためにステップモー
タをマイクロステップ駆動することも公知である。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、マイクロステップ駆動方式によれば、ステッ
プ角を小さくすることができるが、アナログ制御しなけ
ればならないので、制御が複雑になる。

そこで、本発明の目的は、微小ステップ角を得ることが
できるステップモータを提供することにある。

［問題点を解決するための手段コ 上記問題点を解決し、上記目的を達成するための本発明
は、実施例を示す図面の符号を参照して説明すると、互
いに並置された少なくとも第１、第２及び第３の固定子
１．２．３と、前記第１、第２及び第３の固定子１．２
．３に対応するように設けられ且つ相互に結合された第
１、第２及び第３の回転子４、う、６と、前記第１、第
２及び第３の固定子１．２．３と第１、第２及び第３の
回転子４．５．６との間に配置された磁性体から成る共
通の中間回転子７と、前記第１、第２及び第３の固定子
１．２．３の第１、第２及び第３の固定子巻線１１．１
２．１３と前記第１、第２及び第３の回転子４．５．６
の第１、第２及び第３の回転子巻線１４．１５．１６に
選択的に電流を供給するための制御駆動回路８とから成
り、前記第１の固定子１は所定角度間隔で磁極として機
能する複数の歯２１を有し、前記第２の固定子２は前記
第１の固定子１と同じ数の歯２２を前記第１の固定子１
の歯２１と異なる角度位置に有し、前記第３の固定子３
は前記第１及び第２の固定子１．２の歯２１．２２と同
じ数の歯２３を前記第１及び第２の固定子１，２の歯２
１．２２と異なる角度位置に有し、前記第１、第２及び
第３の固定子巻線１１．１２．１３は前記第１、第２及
び第３の固定子１．２．３の前記歯２１．２２．２３に
磁極を形成することができるように設けられ、前記第１
、第２及び第３の回転子４．５．６は前記第１、第２及
び第３の固定子１．２．３の歯２１．２２．２３の数と
異なる数の歯２７．２８．２９をそれぞれ有し、前記第
１、第２及び第３の回転子巻線１４．１５．１６は前記
第１、第２及び第３の回転子４．５．６の歯２７．２８
．２９に磁極を形成することができるように設けられ、
前記中間回転子７の固定子対向面７ａに前記第１の固定
子１の歯２１と同じ数の歯３０が設けられ、前記中間回
転子７の回転子対向面７ｂに前記第１の回転子４の歯２
７と同じ数の歯３１が設けられ、前記第１、第２及び第
３の固定子巻線１１．１２．１３と前記第１、第２及び
第３の回転子巻線１４．１５．１６とを所望の順番で同
時駆動することができるように前記制御駆動回路８が設
けられていることを特徴とするステップモータに係わる
ものである。

［作　用］ 第１、第２及び第３の固定子１．２．３の歯２１．２２
．２３の数をＮｓ　　（全部でＮ５ｘ３）、第１、第２
及び第３の回転子４．５．６の歯２７．２８．２９の数
をＮｒ　　（全部でＮ　ｒ　ｘ　３　）とすれば、１パ
ルスで（１／Ｎｓ　−１／Ｎｒ　）Ｘ３６０度だけ回転
子が回転する。このステップ角は、歯２１．２２．２３
のピッチに比べて例えば１／２０〜１／３０であり、極
めて小さい値になる。なお、第１、第２及び第３の回転
子４．５．６の一部又は全部を連続的に直流励磁すれば
、中間回転子７が第１、第２及び第３の回転子４．５．
６に対して固定され、従来と同様なステップ角の駆動が
可能になる。また、第２の固定子２と第３の回転子６と
を同時駆動し、第２の回転子５と第３の固定子３とを同
時駆動するように接続すれば、１ステツプパルスで（１
／Ｎｓ　＋　１／Ｎｒ　）　ｘ　３６０度）のステップ
角が得られる。

［実施例コ 次に、本発明の実施例に係わるステップモータを第１図
〜第７図に基づいて説明する。第１図に原理的に示すス
テップモータは、第１、第２及び第３の固定子１．２．
３と、これ等に対応している第１、第２及び第３の回転
子４．５．６と、中間回転子７と、制御駆動回路８とか
ら成る。

第１、第２及び第３の回転子４．５．６は共通の回転軸
９に結合され、中間回転子７はベアリング１０を介して
回転軸９に回転自在に支持されている。第１、第２及び
第３の固定子１．２．３は第１、第２及び第３の固定子
巻線１１．１２．１３を有し、これ等は制御駆動回路８
に接続されている。第１、第２及び第３の回転子４．５
．６は第１、第２及び第３の回転子巻線１４．１５．１
６を有し、これ等はスリップリング１７を介して制御駆
動回路８に接続されている。第１図のステップモータは
多段構成であっても、中間回転子７、並びに第１、第２
及び第３の回転子巻線１４．１５．１６を有するので、
従来の多段式ＶＲステップモータと本質的に相違してい
る。第１、第２及び第３の固定子１．２．３並びに第１
、第２及び第３の回転子４．５．６は互いに基本的構造
は同一であるが、位相関係（角度位置関係）が相互に異
なっている。

第２図〜第６図は各部の位置関係を示す。第１、第２及
び第３の固定子１．２．３のコア１８．１９．２０は、
第２図、第３図、第４図に示す如く所定角度間隔で磁極
として機能するＮｓ個の突極即ち歯２１．２２．２３を
それぞれ有する。しかし、歯２１．２２．２３の角度位
置は互いに相違している。従って、全体としてＮ５Ｘ３
個の歯を有する１つの固定子と等価である。今、第１の
固定子ｌの歯２１のピッチＰａ＝３６０／ＮＳ度とすれ
ば、Ｐａｘｌ／３だけ、第２の歯２２の角度位置は第１
の歯２１に対してずれている。第３の歯２３は第１の歯
２１に対してｐａｘ２／３だけずれている。従って、第
５図の展開図から明らかな如く第１の歯２１の相互間に
第２及び第３の歯２２．２３が位置した状態になり、１
つの固定子として見る場合には、歯２１．２２．２３の
ピッチは３６０／ＢＸＮＳ度となる。

第１、第２及び第３の回転子４．５．６のコア２４．２
５．２６は磁極として機能するＮ「個（この例ではＮｒ
　＝ＭＳ−１個）の凸極即ち第１、第２及び第３の歯２
７．２８．２９を所定角度間隔で有する。

第１の回転子４の第１の歯２７の角度ピッチ（３６０ｘ
ｌ／Ｎｒ度）をｐｂとすれば、第２の歯２８は第１の歯
２７がらＰｂ　／３だけ離れた位置にあり、第３の歯２
９は第１の歯２７からｐｂ×２／３だけ離れた位置にあ
る。

中間回転子７の固定子対向面７ａには固定子側の歯３０
が第１、第２及び第３の固定子１．２．３と同数のＮｓ
個設けられ、回転子対向面７ｂには回転子側の歯３１が
第１、第２及び第３の回転子４．５．６と同数のＮ「個
設けられている。

第７図は制御駆動回路８を示す、第１、第２及び第３の
固定子巻線１１．１２．１３はスイッチジグ素子として
機能する。第１、第２及び第３のトランジスタＱ１、Ｑ
２、Ｑ３を介して直流電源３２に接続されている。第１
、第２及び第３の回転子巻線１４．１５．１６は第１、
第２及び第３のスイッチＳ　、Ｓ２、＄３とそれぞれの
スリブプリング１７を介して第１、第２及び第３の固定
子巻線１１．１２．１３に並列接続されている。

従って、スイッチ８１〜＄３がオン状態に制御されてい
る時には、各固定子巻線１１．１２．１３と各回転予巻
１！１４．１５．１６とは同期して駆動される。第１、
第２及び第３の回転子巻線１４．１５．１６と電源３２
との間に設けられている第４、第５及び第６のスイッチ
Ｓ　、Ｓ５、Ｓ６はトランジスタＱ　、Ｑ２、Ｑ３を介
さないで励磁電流を流すためのものである。第７、及び
第８のスイッチＳ　、Ｓ　は第２及び第３の回転子巻線
１５．１６を別の相に接続するためのものである。

各トランジスタＱ　、Ｑ２、Ｑ３のベースはオント オフ制御回路３３に接続されている。この制御回路３３
はライン３４から与えられるステップパルスに応答して
トランジスタＱ　、Ｑ２、Ｑ３を駆動し、ライン３うか
ら与えられるステップ方向信号に応答してトランジスタ
Ｑ　、Ｑ２、Ｑ３の制御順番を決定する。

［動作］ 第７図において第１〜第３のスイッチ８１〜Ｓ２をオン
制御し、第４〜第８のスイッチＳ４〜Ｓ８をオフｆｌｌ
ｌｖｌＪｌ、、第１のトランジスタＱ１をオン駆動する
と、第１の固定子巻線１１と第１の回転子巻線１４とに
励磁電流が流れ、第１の固定子巻線１１が巻回されてい
る歯２１が磁極となり、中間回転子７の固定子側の歯３
０を吸引し、又、第１の回転子巻線１４が巻回されてい
る歯２７が磁極となり、中間回転子７の回転子側の歯３
１を吸収し、第２図及び第５図に示す状態が得られる。

次に、第１のトランジスタＱ１をオフ状態に制御し、第
２のトランジスタＱ２のみをオン状態に制御すると、第
２の固定子巻線１２と第２の回転子巻線１５とに励磁電
流が流れ、これ等が巻回されている第５図で点線で示す
歯２２．２８が磁極となる。この結果、第２の固定子２
の歯２２は中間回転子７の歯を時計回り方向に吸引する
。これにより中間回転子７は第６図に示す位置に移動す
る。一方、第２の回転子５の歯２８は中間回転子７の回
転子側の歯３１を吸引する。しかし、中間回転子７が第
２の回転子２によって固定されているから、第２の回転
子５が反時計回り方向（左方向）に移動し、第６図に示
す如く中間回転子７の歯３１と第２の回転子５の歯２８
とが同一角度位置になる。この第２の回転子５の回転角
度は＜１／３Ｎｒ　　−１／３Ｎｓ　　）　　ｘ３６０
　度＝（Ｎｓ　−Ｎｒ　）／（９ＮｒＮｓ　）３６０度
であり、極めて小さい、この実施例ではＮＳ　−Ｎｒ＝
、１に歯数が設定されているので、１パルスで１／９Ｎ
ｒ　Ｎｓ　Ｘ３６０度だけ回転子４．５．６が反時計回
り方向く左方向〉に移動する。この移動は第５図と第６
図における固定子１．２と回転子４．５との関係の変化
から理解できる。

第３のトランジスタＱ３のみをオンｆｌｔｌａｌｌすれ
ば、第３の固定子巻線１３と第３の回転子巻線１６とに
励磁電流が流れ、第６図で点線で示す歯２３．２９が磁
極となり、第３の回転子６は反時計回り方向に１／９Ｎ
ｒ　Ｎｓ　Ｘ３６０度だけ移動する。

以上の動作を繰返すことにより、一体化された第１、第
２及び第３の回転子４．５．６は小さなステップ角で反
時計回り方向に回転する。

一方、上記とは逆の第３のトランジスタＱ３、第２のト
ランジスタＱ２、第１のトランジスタＱ１の順番でオン
制御すれば、第１、第２及び第３の回転子４．５．６は
時計回り方向に回転する。

大きなステップ角を得たい場合には、第１、第２、第３
、第７及び第８のスイッチＳ、Ｓ１　２・ ３、７、＄８をオフ制御し、第４、第５及び　　　　Ｓ 第６のスイッチＳ　　、Ｓ ４　５、＄６の内の１個又は 全部をオン制御する。これにより、中間回転子７が第１
、第２及び第３の回転子４．５．６に対して固定され、
一般的なパルスモータと同様に１パルスで１／３Ｎｓ　
Ｘ３６０度だけ回転する。

第１、第７及び第８のスイッチＳ　　、Ｓｌ　　７・ Ｓ８をオン制御し、第２〜第６のスイッチ８２〜Ｓ６を
オフ制御し、第１のトランジスタＱ１のみをオン制御す
れば、第５図と同一の第８図の状態が得られる０次に、
第２のトランジスタＱ２のみをオン制御すると、第２の
固定子巻線１２と第３の回転子巻線１６とに励磁電流が
流れ、第９図の状態が得られる。即ち、第８図で矢印で
示す如く中間回転子７の固定子側の歯３０が第２の固定
子２の歯２２に向って右方向（時計回り方向）に移動し
、第３の回転子６の歯２９は中間回転子７の回転子側の
歯３１に向って右方向（時計回り方向）に移動する。従
って、１ステツプパルスで（１／３Ｎｓ　＋１／３Ｎｒ
　）Ｘ３６０度＝　（Ｎｓ　＋Ｎｒ　）／３Ｎｓ　Ｎｒ
　ｘ３６０度だけ第１、第２及び第３の回転子４．５．
６が角度変位し、第５図及び第６図の場合よりも大きな
ステップ角となり、商運回転が可能になる。

［変形例］ 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば
次の変形が可能なものである。

（１）　角度変化範囲が３６０度（１回転）以下の場合
には、スリップリング１７の代りに可視性リードを使用
して回転子４．５．６に対する接続を行ってもよい。

（２）　３相よりも多い相のステップモータにも連用可
能である。

（３）　第１、第２及び第３の固定子１．２．３及び第
１、第２及び第３の回転子４．５．６の配列順序を変え
ても差し支えない。

［発明の効果］ 上述から明らかな如く、本発明によれば、小さな単位ス
テップ角を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係わるステップモータを原理
的に示す断面図、 第２図、第３図及び第４図は第１図の■−■線、■−Ｉ
線、ＩＶ−ｒＶ線に相当する部分の一部を原理的に示す
断面図、 第５図は第１の固定子及び回転子を励磁した場合の各部
の位置関係を示す展開図、 第６図は第２の固定子及び回転子を励磁した場合の各部
の位置関係を示す展開図、 第７図は第１図のステップモータを示す回路図、第８図
は第１の固定子及び回転子を励磁した状態の各部の位置
関係を示す展開図 第９図は第２の固定子と第３の回転子とを同時に励磁し
た場合の各部の位置関係を示す展開図である。 １・・・第１の固定子、２・・・第２の固定子、３・・
・第３の固定子、４・・・第１の回転子、５・・・第２
の回転子、６・・・第３の回転子、７・・・中間回転子
、８・・・制御駆動回路、９・・・回転軸、１０・・・
ベアリング、１１・・・第１の固定子巻線、１２・・・
第２の固定子巻線、１３・・・第３の固定子巻線、１４
・・・第１の回転子巻線、１５・・・第２の回転子巻線
、１６・・・第３の回転子巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］互いに並置された少なくとも第１、第２及び第３
   の固定子（１）（２）（３）と、前記第１、第２及び第
   ３の固定子（１）（２）（３）に対応するように設けら
   れ且つ相互に結合された第１、第２及び第３の回転子（
   ４）（５）（６）と、前記第１、第２及び第３の固定子
   （１）（２）（３）と前記第１、第２及び第３の回転子
   （４）（５）（６）との間に配置された磁性体から成る
   共通の中間回転子（７）と、 前記第１、第２及び第３の固定子（１）（２）（３）の
   第１、第２及び第３の固定子巻線（１１）（１２）（１
   ３）と前記第１、第２及び第３の回転子（４）（５）（
   ６）の第１、第２及び第３の回転子巻線（１４）（１５
   ）（１６）に選択的に電流を供給するための制御駆動回
   路（８）とから成り、 前記第１の固定子（１）は所定角度間隔で磁極として機
   能する複数の歯（２１）を有し、 前記第２の固定子（２）は前記第１の固定子（１）と同
   じ数の歯（２２）を前記第１の固定子（１）の歯（２１
   ）と異なる角度位置に有し、 前記第３の固定子（３）は前記第１及び第２の固定子（
   １）（２）の歯（２１）（２２）と同じ数の歯（２３）
   を前記第１及び第２の固定子（１）（２）の歯（２１）
   （２２）と異なる角度位置に有し、 前記第１、第２及び第３の固定子巻線（１１）（１２）
   （１３）は前記第１、第２及び第３の固定子（１）（２
   ）（３）の前記歯（２１）（２２）（２３）に磁極を形
   成することができるように設けられ、 前記第１、第２及び第３の回転子（４）（５）（６）は
   前記第１、第２及び第３の固定子（１）（２）（３）の
   歯（２１）（２２）（２３）の数と異なる数の歯（２７
   ）（２８）（２９）をそれぞれ有し、 前記第１、第２及び第３の回転子巻線（１４）（１５）
   （１６）は前記第１、第２及び第３の回転子（４）（５
   ）（６）の歯（２７）（２８）（２９）に磁極を形成す
   ることができるように設けられ、 前記中間回転子（７）の固定子対向面（７ａ）に前記第
   １の固定子（１）の歯（２１）と同じ数の歯（３０）が
   設けられ、 前記中間回転子（７）の回転子対向面（７ｂ）に前記第
   １の回転子（４）の歯（２７）と同じ数の歯（３１）が
   設けられ、 前記第１、第２及び第３の固定子巻線（１１）（１２）
   （１３）と前記第１、第２及び第３の回転子巻線（１４
   ）（１５）（１６）とを所望の順番で同時駆動すること
   ができるように前記制御駆動回路（８）が設けられてい
   ることを特徴とするステップモータ。