WO1994018745A1 - Moteur d'entrainement d'un moteur pas-a-pas de type hybride polyphase - Google Patents

Description

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明 細 書

多相 ハ イ ブ リ ッ ド型ス テ ッ ピ ン グモ ー 夕 の駆動方法 技 術 分 野

本発明 は 、 5 相ハ ィ ブ リ ッ ド 型ス テ ツ ピ ン ク モ 夕 の 駆動方法の改良 に関す る も の で ある

背 景 技 術

ハ ィ ブ リ ッ ド 形ス テ ツ ピ ン グモー 夕 は 、 高精度の位置 決め に適 し た ァ ク チ ユ エ一 夕 と し て 、 四半世紀以上 も 前 か ら よ く 知 ら れて い る 。 そ の応用範囲 に は 、 完全 自 動化 生産 ラ イ ン 用 を は じ め と す る各種の工作機械、 お よ びプ リ ン 夕 、 プ d ッ タ 、 フ ァ ク シ ミ リ 、 デ ィ ス ク ド ラ イ ブ、 な どの コ ン ピ ュ ー 夕 周辺機器が含 ま れて レ、 る 。

使用上の便利 さ か ら 、 上述のハ イ プ リ ッ ド型ス テ ツ ピ ン グモ ー タ の ス テ ッ プ角 を で き 得る だ け小 さ く す る試み が な さ れて お り 、 そ の た め に相数を増加 さ せて 、 現在 4 相 あ る レヽ は 5 相のス テ ツ ピ ン グモ一夕 が多 く 使用 さ れて い る 。

前述の よ う な従来の 4 相 あ る いは 5 相ス テ ツ ピ ン グモ 一 夕 に は 、 例 え ば ト ル ク ス テ ィ フ ネ スの不安定、 停止位 置の相違で静止 ト ル ク が変化す る 、 高精度の ス テ ッ プ角 が得 ら れな い な どの多 く の欠点が存在す る 。 そ こ で本発 明 は 、 上述の よ う な従来の欠点を角 決 し よ う と す る も の で あ る 。

発 明 の 開 示

上述の よ う な本発明 の 目 的 を達成す る ため に 、 本発明 _r

は 、 回転軸方向 に磁化さ れた 1 個以上の永久磁石を備え た ロ ー タ を具備する 多相ハイ プ リ ッ ド型ス テ ツ ピ ン グモ 一 夕 にお いて、 前記永久磁石 と 、 軟磁鋼製で外周 に等間 隔で複数個 （ N R 個） の歯を設け該永久磁石の両端に付 設 さ れたポールキ ャ ッ プ と を有 し、 こ れら永久磁石の両 端に設け られた 2 つのポールキ ャ ッ プにそれぞれ設け ら れた複数個の歯は互いに 1 Z 2 歯 ピ ッ チ （ 1 Z 2 T p ) だ けず ら さ れて いる 口一夕 と 、 該ロ ー タ の外周 に配置さ れ内側 に 向かっ て放射状に 1 0 個の固定磁極を備え こ れ ら 固定磁極の各 々 にはタ ッ プを持たない捲線が付設され た複数の非対称型ス テ一 夕 と 、 該非対称型ス テ一 夕 にそ れぞれ配設さ れ、 ロ ー タ の歯 ピ ッ チ と 同間隔で設け られ た 2 つ以上の小歯 と を有 し 、 非対称型ステ一タ の小歯の 数の合計 （ N S ) は、 N S = 5 x ( n 0 + n 1 ) { n 0 は 5 つの極歯各 々 の小歯の数、 n l は残 り の 5 つの極歯 の小歯の数 } で決ま り 、 小歯が n 1 である非対称型ス テ 一 夕 は小歯が n 0 である非対称型ス テ一夕の間に配設さ れ、 かつ回転軸芯を中心 と して小歯が n 1 である非対称 型ス テ一 夕 の反対側には小歯が n 0 である非対称型ス テ 一 夕 が配置さ れ、 ロ ー タ の歯数 （ N R ) と 該ス テ一 夕 の 小歯の数の合計 （ N S ) の関係は、 N S ≥ 0 . 8 N R { N S は 0 . 8 N R よ り も大き いカ 、 等 し レヽ } であ り 、 N R と N S と の差は、 N R — N S = K ( S O — S I ) + 1 0 ( S I — 1 + B ) { K は 2 力 ら 5 の間の整数、 S O と S 1 は可能な限 り 小さ い整数であ り 両者が等 し く と も良 い。 B は 1 の分数であ つ て、 1 0 Β ( Β の 1 0 倍） は力 な ら ず整数 と な る } であ り 、 1 0 個の固定子 コ イ ソレは、

P 3 , P 8 ， P 6 , P 1 , Ρ 9 , Ρ 4 , Ρ 2 , Ρ 7 , Ρ

5 ， P 1 0 の順序で リ ン グ状に接続さ れ、 Ρ 1 0 と Ρ 3 と の間、 P 8 と P 6 と の間、 Ρ 1 と Ρ 9 と の間、 Ρ 4 と

P 2 と の間、 P 7 と P 5 と の間 に端子が設け られてお り 、 1 0 個の巻線には各ス テ ッ プにお ける各磁極への磁化 で、 N 極 と S 極の数が同数である こ と を特徴 と する 多相 ハ ィ ブ リ ッ ド型ス テ ツ ピ ン グモー タ の駆動方法を提供す る も のである。

図 面 の 簡 単 な 説 明

1 は、 本発明の一実施例の横断面図である 。 図 2 は

、 本発明の一実施例の縦断面図である。 図 3 は、 本発明 の一実施例のス テ一 夕 シス テムの正面図である 。 図 4 は 、 本発明の α — 夕 のべク ト ル図である 。 図 5 は、 本発明 の結線図で ある 。 図 6 は、 フ ル ' ス テ ッ プ · モー ド 時の 各固定磁極の磁極の変化を示す図表図である 。 図 7 は、 ノ\― フ · ス テ ツ ブ · モー ド時の各固定磁極の磁極の変化 を示す図表図である。

明 を 実 施 す る た め の 最 良 の 形 態

次 に本発明の一実施例を、 図面を用 いて詳細に説明す 図 1 及び図 2 は本発明 に係る ス テ ッ ピ ン グモー タ を示 し た断面図である。 その う ち図 1 は、 回転軸に直交する 面で切断 し た断面図である 。 同図にお いて、 1 はス テー 夕 であ り 、 そのス テ一 夕 1 には内方に向力 >つ て 1 0 個の 固定子磁極 S ， S ' が設け られて いる。 ま た、 各固定子 磁極 S 、 S ' には固定子 コ イ ル 2 が巻回 さ れて いる 。 固 定子磁極 S の先端には小歯 3 が設け られて いる。 こ れ ら 小歯の総数を一般論的に N S と 定義する。 4 は回転軸で 、 その周囲 には 口 一夕 5 が設け られている。 こ の ロ ー タ 5 は図 2 に示す よ う に、 中央に永久磁石 7 を持ち、 その 両端 には ロ ー タ · キ ャ ッ プ 8 を持ち、 その外周面に は多 数の歯 6 が設け られてお り 、 その総数を一般論的 に、 N R と 定義する。 なお、 図 1 は図 2 の A — A線に沿っ て破 断 し て示 し た断面図である。 ま た、 各固定子磁極に捲回 さ れて いる 1 0 個の固定子 コ イ ルにはそれぞれ P 1 力 ら P 1 0 迄の番号を付す。

最初の実施例は、 1 0 の固定磁極を持ち、 N R = 5 0 である 5 相モー タ に対 して、 ト ルク ， ステ ィ フ ネス、 ス テ ツ プ角精度、 効率の改善を も た らす も のである （隣接 す る 固定磁極間の シフ 卜 · ア ン グルは 1 Z 5 T p ) ( T P は小歯 3 の ピ ッ チである ） 。 1 0 の固定子磁極の小歯 数を全て 4 と する代わ り に、 2 つ 目 ご と の固定磁極に小 齒を 1 つずつ加えている （非対象型固定子磁極） 。 こ の よ う な構成に よ り 、 小歯が 4 つの固定磁極の反対側 には 常に小歯力 s' 5 つの固定磁極が く る （図 3 ) 。

ま た、 ロ ー タ の歯数 と 固定子磁極の小歯数の差は、 5 に な る （ 4 と 5 を掛けた数を 5 0 力 >ら 引 き 、 余っ た数か ら 5 と 5 を掛けた数を引 く ） 。 こ の設計は ま た 、 ト ル ク 平衡点の安定性を も 改善す る 。 そ れは 、 最低 2 つの隣接す る 固定磁極が N 極で あ 0 、 他の 2 つの隣接す る 固定磁極が S 極 と な る か ら で あ る （ 図 6 参照

固定子磁極数 1 0 個の非対称型固定子構造 に お い て 、 は っ き り し た改善を 4 つのェ リ ァ すべて で達成す る た め 、 4 0 、 5 0 、 8 0 、 9 0 な レヽ し 1 0 0 と レヽ つ た 口 一 タ の歯数 に対 し て 、 次 に説明す る実施例は 、 隣接す る 固定 磁極間 の シ フ ト 角 と し て 3 ノ 1 O T p な レ、 し 7 1 0 Τ P と い う 数字を採用 し て い る 。 2 つ 目 ご と の固定磁極 に は 、 上記で説明 し た よ う に 、 小歯 1 つを追力 [] し て い る 。

い ま 、 非常 に重要な ス テ ッ プ角 を持つモー タ を設計す る た め に は 、 口 — タ 数 と ス テ ー タ 小歯数の差を 5 、 な い し 3 と すれば よ い。

図 4 を参照す る と 、 ロ ー タ ' キ ヤ ッ プに働 く 半径方'向 の 力 は 、 3 つの方向 に分散 し て い る 。 その 力 は 、 双方の ロ ー タ . キ ヤ ッ プに対 し て等 し く 働 いて い る 。 こ の よ う な 3 方向 への力の分散が製造公差に与え る影響は 、 かな り 低 い。 ス テ ツ ブ角精度は 向上 し 、 振動 も 減少す る れ は 、 間隔の大 き な ス ロ ッ ト 部分が 2 力 所 しかな いか ら で あ る 。 図 6 は 、 2 0 の連続す る ス テ ツ プに 関 す る 各固 定子磁極の分極状況を示 し て いる 。 こ の ス テ ッ プ動作は 、 )ヽ一 つ ス テ ツ プで も つ て 回転軸 4 が回転す る 。 図 6 か ら 明 ら カ な よ う に 、 こ の ス テ ッ プモー タ は 、 ど こ の ポ ジ シ ョ ン す な わ ち ス テ ツ ブで あれ、 お な じ数の Ν 極 と S 極 を も っ て いる 。 こ の こ と は ヒ ス テ リ シスの減少につなが る 。

次に図 5 及び図 6 を用 いてス テ ッ プ回転動作を説明す る 。 図 5 は本発明実施例の結線図である。 こ の発明の 1 0 個の固定子 コ イ ルは、 P 3 , P 8 , P 6 , P 1 , P 9 , P 4 ， P 2 ， P 7 , P 5 , P 1 0 の順序で リ ン グ状に 接続さ れて いる 。 そ して、 P 1 0 と P 3 と の間、 P 8 と P 6 と の間、 P 1 と P 9 と の間、 P 4 と P 2 と の間、 P 7 と P 5 と の間 に青、 赤、 橙、 緑、 黒の端子が設け られ て いる。 図 6 は各ステ ッ プにおける各極の磁化状態を示 す ダイ ヤ グラ ムである。 なお図 5 において ド ッ 卜 を も つ て コ イ ルの巻方向を示す。

図 5 にはスイ ッ チ ン グ回路が示されては いないが、 各 端子青、 赤、 橙、 緑、 黒には、 常態では中立位置を保ち 一方位置でプラ スの電源に接続 し他方の位置でマイ ナス の電源に接続する両方向スィ ッ チが接続さ れ、 未図示の 制御装置か らの指令に よ り こ れ等のス ィ ツ チは 3 モー ド の内の 1 つ に選択的に接続さ れる。 そ し て各ス テ ッ プ毎 に 、 各磁極に図 6 に示す よ う な極性を発生する よ う な電 流を流す こ と になる。 こ の様に各ステ ッ プにお け る ス ィ ツ チ ン グ動作に よ り 、 図 6 に示す よ う に各ス テ ッ プで、 両極の磁極の数が等 し い。

図 7 は 同 じ く ハー フ ス テ ッ プモ一 ド にお いて各ス テ ツ プにお ける各極の磁化状態を示す ダイ ヤ グラ ム である。

以上詳細に説明 し た よ う に、 本発明は、 前記に示す よ う な構成 を具備 し て い る が故 に 、 ト ル ク ' ス テ ィ フ ネ ス も 安定 し 、 静止 ト ル ク も平衡 し て いて 、 高精度の ス テ ツ プ角 が得 ら れる 。 ま た 、 フ ル ' ス テ ッ プ ' モー ド 、 ハ ー フ · ス テ ッ プ ' モ ー ド 時に 、 S 極 と N 極の数が等 し い た め 、 回転時の異常振動が起 こ ら な い と い う 効果を有す る 産 業 上 の 利 用 可 能 性

上記の よ う な ロ ー タ の歯構造 と 固定磁極の小歯構造を 有 し て い る た め 、 静止 ト ル ク も平衡 し て いて 、 高精度の ス テ ッ プ角 が得 ら れる 。 ま た 、 フ ル ' ス テ ッ プ · モ ー ド 時及びハ ー フ · ス テ ッ プ ' モー ド 時に 、 S 極 と N 極の数 が等 し い た め に 、 回転時の異常振動が起 こ ら な い。

Claims

請 求 の 範 囲

回転軸方向 に磁化された 1 個以上の永久磁石を備えた ロ ー タ を具備する多相ハイ プ リ ッ ド型ステ ツ ピ ン グモ一 夕 にお いて、 前記永久磁石 と 、 軟磁鋼製で外周 に等間隔 で複数個 （ N R個） の歯を設け該永久磁石の両端に付設 さ れた ポールキ ャ ッ プ と を有 し 、 これら永久磁石の両端 に設け られた 2 つのポールキ ヤ ッ ブにそれぞれ設け られ た複数個の歯は互いに 1 Z 2 歯 ピ ッ チ （ 1 2 T p ) だ けず ら さ れている ロ ー タ と 、 該ロ ータ の外周 に配置さ れ 内側 に 向かっ て放射状に 1 0個の固定磁極を備え こ れ ら 固定磁極の各 々 にはタ ッ プを持たない捲線が付設された 複数の非対称型ステ一夕 と 、 該非対称型ス テ一 夕 にそれ ぞれ配設さ れ、 ロ ータ の歯 ピ ッ チ と 同間隔で設け られた 2 つ以上の小歯 と を有 し、 非対称型ス テ一夕の小歯の数 の合計 （ N S ) は、 N S - 5 X ( n 0 + n 1 ) { n 0 は 5 つの極歯各 々 の小歯の数、 n l は残 り の 5 つの極歯の 小歯の数 } で決ま り 、 小歯が n 1 である非対称型ス テ ー 夕 は小歯が n 0 である非対称型ス テ一夕 の間に配設さ れ 、 かつ回転軸芯を中心 と して小歯が n 1 である非対称型 ス テ一 夕 の反対側には小歯が n 0 である非対称型ス テ ー 夕 が配置さ れ、 ロ ー タ の歯数 （ N R ) と該ス テ一 夕 の小 歯の数の合計 （ N S ) の関係は、 N S ≥ 0 . 8 N R { N S は 0 . 8 N R よ り も大 き い；^、 等 し レヽ } であ り 、 N R と N S と の差は、 N R — N S = K ( S 0 - S 1 ) + 1 0 ( S 1 - 1 + B ) { K は 2 力 ら 5 の間の整数、 S O と S 1 は可能 な限 り 小 さ い整数で あ り 両者が等 し く と も 良 い 。 B は 1 の分数で あ っ て 、 1 0 B ( B の 1 0 倍） はかな ら ず整数 と な る } で あ り 、 1 0 個の固定子 コ イ ルは 、 P

3 , P 8 , P 6 , P 1 , P 9 , P 4 , P 2 , P 7 , P 5 ， P 1 0 の順序で リ ン グ状に接続 さ れ、 P 1 0 と P 3 と の間 、 P 8 と P 6 と の間、 P 1 と P 9 と の間、 P 4 と P 2 と の間 、 P 7 と P 5 と の間 に端子が設け られてお り 、 1 0 個の巻線 に は各ス テ ッ ブにお け る各磁極への磁化で 、 N 極 と S 極の数が同数で ある こ と を特徴 と す る 多相 ハ イ ブ リ ツ ド型ス テ ッ ピ ン グモー タ の駆動方法。