JPH08275485A

JPH08275485A - ハイブリッド形ステッピングモータ

Info

Publication number: JPH08275485A
Application number: JP9597195A
Authority: JP
Inventors: Koki Isozaki; 弘毅礒崎
Original assignee: Japan Servo Corp
Current assignee: Nidec Advanced Motor Corp
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1996-10-18
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JP3665105B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】磁極数を増大しないで多相化を可能にし、複
雑な駆動回路を形成しないで高分解能で高精度のハイブ
リッド形ステッピングモータを提供する。【構成】励磁用のコイル４を嵌合した磁極３Ａ、３Ｂ
の各先端には所定数の極歯を形成した第１の単位固定子
ＳＡと、これと同一構造の第２の単位固定子ＳＢとを相
互に磁極ピッチの１／２回転偏位して固定した固定子Ｓ
と、外周全縁に極歯を形成した第１の回転子磁極１０Ａ
Ａと、これと同一構造の第２の回転子磁極１０ＡＢを、
極歯ピッチの１／２回転偏位し、軸方向に着磁した永久
磁石９を挟持して第１の単位固定子ＳＡの磁極に対向す
るように構成した第１の回転子ＲＡと、これと同一構造
の第２の回転子ＲＢを第１の回転子ＲＡに対して極歯ピ
ッチの１／４回転偏位し、非磁性体１１を挟んで構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばプリンタ、高速
ファックス、ＰＰＣ用複写機用等の高速運転で精密な位
置決め機能等を必要とするＯＡ機器等に最適な高分解能
のハイブリッド形（永久磁石形）ステッピングモータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石形ステッピングモータに、可変
リラクタンス形ステッピングモータの構造を組み合わせ
たハイブリッド形ステッピングモータは高精度、高トル
ク、小ステップ角が得られるが、従来のハイブリッド形
ステッピングモータは図１０、図１１に示すような構造
になっている。各図には、上述したステッピングングモ
ータ（以下モータと略称する）の１例を一部を断面にし
て示していて、図１０は縦断正面図、図１１は図１０の
Ｘ−Ｘ′断面図である。図１０、図１１において、２１
は円筒状のケーシングであって、ケーシング２１は磁性
体によって成型したヨーク２２と一体に結合されてい
る。ヨーク２２の内方向には、このモータの構造特性に
対応した所定数の磁極２３が等しいピッチで求心状に形
成されている。各磁極２３には磁極２３を順次磁化する
ためのコイル２４が嵌合されている。また、各磁極２３
の先端部には、このモータの構造特性に対応した数の極
歯２３ａが等しいピッチで形成されている。一般に、ヨ
ーク２２と磁極２３とは、一枚の磁性体板からプレスの
打抜きにより成型し成型板を所定枚数積層して、コイル
２４を嵌合して固定子を形成している。

【０００３】ケーシング２１の両端にはエンドカバー２
５、２６が一体に結合されている。エンドカバー２５、
２６の中央部には夫々に軸受２７ａ、２７ｂが嵌合さ
れ、１対の軸受２７ａ、２７ｂは回転軸２８を回転自在
に軸支している。回転軸２８には、軸方向に着磁された
永久磁石２９が嵌合し固定されている。永久磁石２９は
円盤状の第１の回転子磁極と第２の回転子磁極である２
個の回転子磁極３０Ａ、３０Ｂによって挟持されてい
る。第１、第２の回転子磁極３０Ａと３０Ｂ夫々の外周
には、固定子の磁極２３に形成した極歯２３ａの形状と
ピッチに対応した形状とピッチで、極歯３０ａを形成し
ており、第１の回転子磁極３０Ａの極歯３０ａと第２の
回転子磁極３０Ｂの極歯３０ａとは、相互に極歯を形成
するピッチの１／２ずらして結合されている。一般に、
回転子の磁極も一枚の磁性体板からプレスの打抜きによ
り成型し、成型板を所定枚数積層して回転子を形成して
いる。上述の構成のモータは固定子のコイル２４に順次
所定の順序で通電することによって、固定子の各極歯２
３ａが順次回転磁化される。従って、この固定子の各極
歯２３ａと永久磁石２９によって磁化されている回転子
の各極歯３０ａとの相互作用により、固定子の各極歯２
３ａの回転磁化とコイル２４に対する通電の停止によっ
て回転子は回転し、また、停止する。

【０００４】図１２には、従来の６相モータのコイルを
モノファイラ（ユニファイラ）巻にし、１２本のリード
線を引出した結線例を示している。同図の上部に付した
番号は固定子の所定の磁極を１とし、順次隣の磁極に対
して数値を１ずつ加えながら２〜２４と付し、電流は各
入力端子Ａ、Ａ′間、Ｂ、Ｂ′間、Ｃ、Ｃ′間、Ｄ、
Ｄ′間、Ｅ、Ｅ′間、Ｆ、Ｆ′間に流れるように図１３
に示すように順次印加される。なお、図１３は、図１２
に記した結線における１相励磁の場合の各入力端子に供
給される励磁電流の波形を示す励磁シーケンスである。
図１３において、縦方向には引出線に対して励磁電流を
流す引出線の組別を記し、横方向には励磁ステップを記
している。また、各横方向の欄に記す上側の四辺形は、
その引出線の所定方向に電流を流すことを示し、下側の
四辺形は上記とは反対方向に電流を流すことを示してい
る。即ち、ステップ１には図１２に記した固定子の磁極
１、１３を同相に、磁極７、１９は逆相になるように各
磁極のコイルを直列結線した引出線の各入力端子Ａ−
Ａ′に電流を流す。また、ステップ２には、固定子の磁
極２、１４を同相に、磁極８、２０は逆相になるように
各磁極のコイルを直列結線した引出線Ｂ−Ｂ′に電流を
流すようにする。以下、同様にステップ６まで電流を流
し、ステップ７からステップ１２までは各引出線に対し
て、上記とは逆方向に順次電流を流して固定子の各磁極
を励磁する。コイルに対して順次パルス電流を流すの
で、固定子の磁極に現れる磁気極性が回転し、対応する
回転子の磁極を吸引してモータの回転軸２８は回転す
る。上記のものと類似構造に構成された同期誘導電動機
に関するものが、米国特許第３２０６６２３号公報に開
示されている。同公報に記載の同期誘導電動機は、コイ
ルを嵌合し先端部に等ピッチで極歯を設けた磁極を、内
部に向けて放射状に形成した環状の電極構造体である２
個の同一構造である固定子と、軸方向に着磁した永久磁
石と、この永久磁石の両側に外周に等ピッチで極歯を設
けたエンドキャップ（磁極板）により形成して回転軸に
構成させ、相互の磁気的結合を遮蔽した２個の同一構造
の回転子と、を対向して構成し、さらに、永久磁石の両
側に形成したエンドキャップ（磁極板）同士の極歯の相
互位置関係は極歯を構成する１／２ピッチずらしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
構成によるハイブリッド形ステッピングモータのステッ
プ角θは下記（４）式によって示される。 θ＝３６０°／２×Ｍ×Ｚ・・・・・・・・・（４）但し、（４）式に示すＭは固定子の相数、Ｚは回転子の
極歯の数である。従って、ステップ角が微小なモータを
得ようとすると、相数を多くするか、回転子の極歯の数
を多くしなければならない。例えば、３相のハイブリッ
ド形ステッピングモータで回転子の極歯の数が５０の場
合のステップ角は上記（４）式からθ＝３６０°／２×
３×５０＝１．２°となる。

【０００６】ところで、回転子は前述したように一般に
プレスの打抜きにより成型しているので、回転子の極歯
の数はプレス型の精度能力によって決まる。従って、極
歯の数は無制限に多くすることはできない。回転子の極
歯の数を押さえてステップ角を小さくする、即ち、極歯
の数をそのままでモータ（ステッピングモータ）の分解
能を倍増するには、例えば３相のモータならば６相にす
るように相数を増加すれば良い。しかし、従来のモータ
構造であると６相のモータを得るには、固定子には２４
極の磁極が必要であった。ヨークの直径を同一のまま磁
極の数を増大させると、スロット面積が小さくなるの
で、コイルの断面積が小さくなって必要な銅量がとれな
くなってしまうという問題があった。そのために、所望
される分解能のモータを得ようとすると大型にする必要
があった。また、磁極の数が多くなるのでコイルの数も
増加しコイルの巻線工数等が増大するので作業効率が下
がり、コストアップの原因にもなっていた。また、固定
子のコイルに流す電流を階段状に変化させるマイクロス
テップ駆動という方法がある。しかし、このマイクロス
テップ駆動方法によると、回転子の静止位置は各相に流
れる電流の相対値で決まるので、コイルに流す電流値の
ばらつき、スイッチ素子の特性のばらつき等が原因して
精度の良い分解能を得ることが困難であった。また、米
国特許第３２０６６２３号公報に開示のものは、同一構
造の固定子と回転子とを軸方向に連結した誘導同期電動
機であって、従来の誘導同期電動機よりも大なるトルク
（２倍のトルク）を得ようとするものである。しかし、
上記米国特許公報に記載の技術を適用した電動機はステ
ッピングモータと同様にパルス電源による駆動も可能で
あるが、分解能が低く精度の良い回転を得ることはでき
ない。本発明は従来のものの上記課題（問題点）を解決
し、磁極数を増大しないで多相化を可能にし、よって、
モータのサイズを大きくすることもなく、また、複雑な
駆動回路を形成しないで高分解能で高精度のハイブリッ
ド形ステッピングモータを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に基づくハイブリ
ッド形ステッピングモータにおいては、当該固定子の内
周に求心状で等ピッチに夫々が励磁用のコイルを嵌合し
た２個の磁極を形成し、夫々の磁極の先端には、所定数
の極歯を形成した第１の単位固定子と、この第１の単位
固定子と同一構造の第２の単位固定子とを相互に磁極ピ
ッチの１／２回転偏位して固定した固定子と、この固定
子の極歯に対応して外周全縁に極歯を形成した第１の回
転子磁極と、この第１の回転子磁極と同一構造の第２の
回転子磁極を、第１の回転子磁極に対して極歯ピッチの
１／２回転偏位し、軸方向に着磁した永久磁石を挟持し
て第１の単位固定子の磁極に対向するように構成した第
１の回転子と、この第１の回転子と同一構造の第２の回
転子を第１の回転子に対して極歯ピッチの１／４回転偏
位し、非磁性体を挟んで第２の単位固定子の磁極に対向
するように構成した第２の回転子とを回転軸に結合する
ように構成した。上述した固定子の磁極ピッチと回転子
の磁極ピッチとを、下記（１）式を満足するように形成
するのが望ましい。 τＳ＝τＲ・・・・・・・・・・・・・・・・（１）但し、上式でτＳは固定子の磁極ピッチ、τＲは固定子
の磁極ピッチである。また、固定子の磁極ピッチと回転
子の磁極ピッチとを、下記（２）式及び（３）式を満足
するように形成するのが望ましい。 τＳ＝３６０°／（Ｚ±２）・・・・・・・・（２） τＲ＝３６０°／Ｚ・・・・・・・・・・・・（３）さらに、任意の固定子の磁極とこの固定子の磁極と１８
０°の位置にある固定子の磁極夫々のコイルを同時に励
磁した場合に、両磁極が同極になるように各コイルを形
成するのが望ましい。

【０００８】

【作用】上記構成において、固定子の磁極の数を増大す
ることなく多相ステッピングモータとしての機能が発揮
される。従って、小型で精度の良い高分解能のステッピ
ングモータが得られる。この場合、これらの小型、高精
度、高分解能の機能は上記（１）式又は（２）式及び
（３）式を満足することにより、さらに確実に発揮され
る。また、上記のように各磁極のコイルを形成すると励
磁回路の構成が容易になる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
細に説明する。図１は本発明に基づき形成したハイブリ
ッド形ステッピングモータの縦断正面図、図２は図
（１）のＸ−Ｘ′方向の断面を示している。図１及び図
２において、１はケーシングであって、ケーシング１は
その内部に第１及び第２の単位固定子ＳＡとＳＢが結合
されて構成される固定子Ｓが設けられている。第１の単
位固定子ＳＡは、ヨーク部２でケーシング１とは一体に
結合されている。ヨーク部２の内方向には、このモータ
の構造特性に対応した所定数の磁極３Ａが等しい角度間
隔で求心状に形成されている。各磁極３Ａには詳細を後
述するように電流を流して所定の方向に順次磁化するた
めのコイル４が装着されている。磁極の間隔は、各磁極
が円周上に配列されているため、そのピッチは計測する
半径位置で変化する。磁極の角度間隔は一定であってピ
ッチに換算でき、また、ピッチは一般的な用語なので、
以降の説明では便宜上、角度間隔をピッチと称して説明
する。従って、数値としてピッチを表現する場合は角度
を単位とする。図２には、コイルを象徴的に記し、巻方
向を示すために・マークと×マークを記し、例えば、×
マーク側から電流を流せば、・マーク側に流出されるこ
とを示している。同図に示すように、巻いたコイルに同
一方向に電流を流すと、１８０°ずれた位置にある磁極
は同一極性に励磁される。また、各磁極３Ａの先端部に
は、このモータの構造特性に対応した数の極歯３ａが等
しい角度間隔で形成されている。極歯も上述した磁極と
同様なので、以降の説明では極歯の角度間隔をピッチと
称して説明し、数値としてピッチを表現する場合は角度
が単位となる。第２の単位固定子ＳＢは第１の単位固定
子ＳＡと同一の構造に構成され、第１の単位固定子ＳＡ
とは磁極ピッチの１／２の角度回転偏位させてケーシン
グ１に結合されている。なお、第２の単位固定子の磁極
を３Ｂと付す。なお、第１の単位固定子ＳＡと第２の単
位固定子ＳＢとで、このモータの全固定子を形成してい
る。また、従来のモータと同様、ヨーク部２と磁極３
Ａ、３Ｂとは一体に形成されて磁性体板からプレスの打
抜きにより成型し、詳細を後述するように成型板を所定
枚数積層し、コイル４を嵌合して夫々の単位固定子を形
成すれば良い。

【００１０】ケーシング１の両端にはエンドカバー５、
６が一体に結合されている。エンドカバー５、６の中央
部には夫々に軸受７ａ、７ｂが嵌合され、１対の軸受７
ａ、７ｂは回転軸８を回転自在に支承している。回転軸
８には、第１の単位固定子ＳＡに対向させた位置に第１
の単位固定子ＳＡの内面に対して所定の間隙を設けて第
１の回転子ＲＡが結合されており、また同様に第２の単
位固定子ＳＢには第２の回転子ＲＢが結合されている。
第１の回転子ＲＡは、第１、第２の回転子磁極１０Ａ
Ａ、１０ＡＢと、これらの回転子磁極の中間に配置され
る軸方向に着磁された永久磁石９とにより構成される。
第１、第２の回転子磁極１０ＡＡと１０ＡＢ夫々の外周
には第１の単位固定子の磁極３Ａに形成した極歯３ａの
形状とピッチに対応させた所定の形状とピッチで極歯１
０ａを形成しており、第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯
１０ａと第２の回転子磁極１０ＡＢの極歯１０ａとは極
歯を形成するピッチの１／２の角度回転偏位させて結合
されている。第２の回転子ＲＢも、第１の回転子ＲＡと
同様に、第１、第２の回転子磁極１０ＢＡ、１０ＢＢ及
び永久磁石９により構成され、各回転子磁極の極歯の形
成状態は第１の回転子ＲＡと同一である。なお、第１の
回転子ＲＡの極歯１０ａに対して第２の回転子ＲＢの極
歯１０ａは極歯を形成するピッチの１／４の角度回転偏
位させて結合されている。この場合、回転子も一枚の磁
性体板からプレスの打抜きにより成型し、成型板を所定
枚数積層して各回転子磁極を形成すれば良い。上述した
回転子側の磁極のピッチ、極歯のピッチも、各磁極、極
歯が円周上に配列されているため、計測する半径位置で
変化する。従って、回転子側についても前述した固定子
側の場合と同様に、以降の説明では、角度間隔をピッチ
と称して説明する。

【００１１】次に、図３を参照して固定子の作成方法の
例を説明する。固定子は図３に示すように円形のヨーク
部２内部に所定数の磁極３Ａ、３Ｂを等ピッチで求心状
に形成した磁性材板（以下固定子鉄板と称す）ＳＰを所
定枚数極歯が重なるように積層して第１の単位固定子Ｓ
Ａ及び第２の単位固定子ＳＢの各コア部を構成する。各
磁極３Ａ、３Ｂの先端部には夫々所定数の極歯３ａが等
ピッチで形成されている。なお、この極歯は等ピッチで
なくとも良い。第１の単位固定子ＳＡ及び第２の単位固
定子ＳＢの各コア部は、図１、図２に示したように所定
巻数で同一方向に巻き回したコイルを装着してケーシン
グ１に固定する。

【００１２】図４は、前述した各回転子の極歯の相互位
置関係を示し、第１の単位固定子ＳＡに対向して構成し
た第１の回転子ＲＡ及び第２の単位固定子ＳＢに対向し
て構成した第２の回転子ＲＢ夫々に形成した極歯の位置
関係を拡大して示すものである。第１の回転子ＲＡと第
２の回転子ＲＢは同一構造である。即ち、図４には、第
１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０
ａ及び第２の回転子磁極１０ＡＢの極歯１０ａと、第２
の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ａ
及び第２の回転子磁極１０ＢＢの極歯１０ａを夫々示し
ている。従って、永久磁石９の極性によって、第１の回
転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡと第２の回転子Ｒ
Ｂの第１の回転子磁極１０ＢＡの各極歯１０ａには、い
ずれもＮ極が、第１の回転子ＲＡの第２の回転子磁極１
０ＡＢと第２の回転子ＲＢの第２の回転子磁極１０ＢＢ
の各極歯１０ａにはいずれもＳ極が現れる。同図に示す
ように、同一磁極の極歯のピッチをτＲとすると、第１
の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ａ
の中心部と第２の回転子磁極１０ＡＢの極歯１０ａの中
心部とのピッチはτＲ／２となる。また、第２の回転子
ＲＢにおいても、第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０
ａの中心部と第２の回転子磁極１０ＢＢの極歯１０ａの
中心部とのピッチはτＲ／２である。また、第１の回転
子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ａの中心
部と、第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの
極歯１０ａの中心部との偏位角度はτＲ／４である。

【００１３】図５には、本発明に基づいて構成した６相
のハイブリッド形ステッピングモータを例としてモータ
の固定子と回転子との相互関係状況を示している。同図
に示すθＳは、第１、第２の各単位固定子ＳＡとＳＢ夫
々の磁極ピッチの１／２を示しており、図同（Ａ）は固
定子の極歯間のピッチτＳと回転子の極歯間のピッチτ
Ｒとが下記（１）式に等しい場合、同図（Ｂ）は固定子
の極歯間のピッチτＳと回転子の極歯間のピッチτＲと
の関係が下記（２）式及び（３）式で表わされ、τＳ＞
τＲの場合を示している。 τＳ＝τＲ・・・・・・・・・・・・・・・・・（１） τＳ＝３６０°／（Ｚ±２）・・・・・・・・・（２） τＲ＝３６０°／Ｚ・・・・・・・・・・・・・（３）但し、Ｚは１個の回転子磁極に形成した極歯の数であ
る。図５（Ａ）、（Ｂ）において、３Ａ₁、３Ａ₂は、夫
々３６０°／６のピッチで形成された第１の単位固定子
ＳＡの６個の磁極の内の２個の磁極を示しており、３Ｂ
₁は、夫々３６０°／６のピッチで形成された第２の単
位固定子ＳＢの６個の磁極の内の１個の磁極を示してい
る。従って、各磁極の形成ピッチ（磁極間角度）θＳは
３６０°／１２に等しい。また、３Ａａ₁は第１の単位
固定子ＳＡの磁極３Ａ₁の中央部の極歯、３Ａａ₂は磁極
３Ａ₁に隣接する磁極３Ａ₂の中央部の極歯、３Ｂａ₁は
磁極３Ａ₁に隣接する位置関係にある第２の単位固定子
ＳＢの磁極３Ｂ₁の中央部の極歯である。また、１０Ａ
Ａａ₁は、第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ₁を励磁する
ことによって、第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１
０ＡＡの極歯１０ａのうち、第１の単位固定子ＳＡの磁
極３Ａ₁の極歯３Ａａ₁と同一位置に位置した状態の極歯
を示し、１０ＢＡａ₁は、上述した極歯１０ＡＡａ₁から
偏位角度τＲ／４にある第２の回転子ＲＢの第１の回転
子磁極１０ＢＡの極歯である。また、１０ＢＡａ_jは、
第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１
０ａのうち、上述した状態における第２の固定子ＳＢの
前述した磁極３Ｂ₁の極歯３Ｂａ₁に最も近い位置にある
極歯を示し、１０ＡＡａ_jは、上述した極歯１０ＢＡａ_j
から偏位角度τＲ／４にある第１の回転子ＲＡの第１の
回転子磁極１０ＡＡの極歯である。また、１０ＡＡａ_n
は、上述の条件における第１の回転子ＲＡの第１の回転
子磁極１０ＡＡの極歯１０ａのうち、第１の単位固定子
ＳＡの磁極３Ａ₂の極歯３Ａａ₂に最も近い位置にある極
歯を示し、１０ＢＡａｎは、上述した極歯１０ＡＡａｎ
から偏位角度τＲ／４にある第２の回転子ＲＢの第１の
回転子磁極１０ＢＡの極歯である。

【００１４】本構成においては、上述した状態におい
て、図５（Ａ）、（Ｂ）いずれの場合も、第２の単位固
定子ＳＢの１番目の磁極３Ｂ₁の極歯３Ｂａ₁と第２の回
転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ＢＡａ
_jとの偏差角度が−τＲ／１２（図においては角度の方
向を示すために図におけるセンターから左方向は正の符
号を、また右方向のものを負の符号−を付す）になるよ
うに設定している。従って、図に示す第２の単位固定子
ＳＢの１番目の磁極３Ｂ₁の極歯３Ｂａ₁と第１の回転子
ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ＡＡａ_jと
の偏位角度はτＲ／６に、第１の単位固定子ＳＡの２番
目の磁極３Ａ₂の極歯３Ａａ₂と第１の回転子ＲＡの第１
の回転子磁極１０ＡＡの極歯１０ＡＡａ_nとの偏位角度
は２τＲ／６、即ちτＲ／３に、第１の単位固定子ＳＡ
の２番目の磁極３Ａ₂の極歯３Ａａ₂と第２の回転子ＲＢ
の第１の回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ＢＡａ_nとの偏
位角度はτＲ／１２になる。即ち、図５（Ａ）、（Ｂ）
いずれの場合にも、次に第２の単位固定子ＳＢの１番目
の磁極３Ｂ₁を励磁すると、第２の回転子ＲＢの第１の
回転子磁極１０ＢＡの極歯１０ＢＡａ_jが吸引されてτ
Ｒ／１２回転する。以下後述するように順次第１の単位
固定子ＳＡの磁極と第２の単位固定子ＳＢの磁極を励磁
することによってτＲ／１２ずつ歩進する。即ち、τＲ
／１２がステップ角になる。

【００１５】図６に、本発明に基づき製作したモータの
特性例として、固定子の磁極を線対称にした場合におい
て、回転子の極歯の数を下記（５）式、又は（６）式を
満足する条件で変化させた場合の３相モータと６相モー
タのステップ角を図表にして示している。Ｚ＝６ｎ−４・・・・・・・・・・・・・・・・（５）Ｚ＝６ｎ＋４・・・・・・・・・・・・・・・・（６）但し、ｎは１以上の整数である。

【００１６】次に図７、図８によって、本発明に基づき
製作したモータの励磁方法の例を示す。図７は、図１、
図２に示した構造のモータにおいて、各励磁用のコイル
をモノファイラ（ユニファイラ）巻とし、１２本リード
でバイポーラ駆動をする場合の結線を示している。同図
において、横方向に付した数値は任意の箇所から付した
コイルの順序を示している。例えば、１番目と７番目の
ように１８０°ずれた位置にある磁極は同一方向に電流
を流すことによって同一の磁極が発生する。図７におい
て、Ａ、Ａ′は夫々１番目と７番目の磁極のコイルを同
一方向に直列に接続した引出線、同様にＤ、Ｄ′は２番
目と８番目の磁極のコイルを、Ｂ、Ｂ′は３番目と９番
目の磁極のコイルを、Ｅ、Ｅ′は４番目と１０番目の磁
極のコイルを、Ｃ、Ｃ′は５番目と１１番目の磁極のコ
イルを、Ｆ、Ｆ′は６番目と１２番目の磁極のコイルを
同一方向に直列に接続した引出線を示している。図８
は、図７に示した結線においてモータを１相励磁する場
合に各引出線に電流を供給する励磁シーケンスを示して
いる。同図において、縦方向に上述した引出線の名称を
順次記し、上部には横方向に励磁順序を記している。各
引出線名の横方向には励磁状態を四辺形で記している。
上部に記した四辺形は、例えばＡからＡ′方向に電流を
流し、下部に記した四辺形は、逆に，Ａ′からＡ方向に
電流を流すことを示している。

【００１７】図９は、上述した６相モータを図８に示し
たように１相励磁した場合の動作状態であるタイムシー
ケンスを示している。図９の横方向にはモータを展開し
て示し、最上段には固定子の磁極列を左から１つおきに
順次、第１の単位固定子ＳＡの所定の磁極３Ａ₁、３
Ａ₂、３Ａ₃、３Ａ₄を夫々記し、第１の単位固定子ＳＡ
の磁極３Ａ₁の隣に示す第２の単位固定子ＳＢの磁極を
磁極３Ｂ₁から１つおきに、３Ｂ₂、３Ｂ₃と記してい
る。図７に示したコイル番号を図９に示す各固定子の符
号に合わせると、例えば第１の単位固定子ＳＡの磁極３
Ａ₁のコイル番号を１とすると、３Ａ₂のコイル番号が
３、３Ａ₃のコイル番号が５、３Ａ₄のコイル番号が７、
また、第２の単位固定子ＳＢの磁極３Ｂ₁のコイル番号
が２、３Ｂ₂のコイル番号が４、３Ｂ₃のコイル番号が
６、３Ｂ₄のコイル番号が８のようになる。最上段の磁
極の配置図の下からは、所定の磁極を励磁するステップ
順に各回転子の磁極の位置を例示している。即ち、各ス
テップにおいて、上段から第１の回転子ＲＡの第１の回
転子磁極１０ＡＡ、第２の回転子磁極１０ＡＢ、第２の
回転子ＲＢの第１の回転子磁極１０ＢＡ、第２の回転子
磁極１０ＢＢを夫々示している。各回転子の極歯に記し
たＮは永久磁石によってその極歯にはＮ極が、Ｓは永久
磁石によってその極歯にはＳ極が現れていることを示し
ている。また、各ステップの上部に記した（Ｎ）又は
（Ｓ）はそのステップにおいて、その列の最上段に記し
た固定子の磁極が励磁されて現れている磁気極性を示し
ている。上記のように固定子の磁極を順次励磁すること
によって回転子が回転する状況を示すために、上述した
回転子の所定の磁極に・マークを記しており、固定子に
よって吸引される回転子の磁極部を破線で囲って記して
いる。但し、ステップ１の欄に記す各回転子の磁極には
ステップ２以降に吸引される磁極部を下の欄で示すタイ
ミングに対応させて破線で囲っている。

【００１８】次に、図９に示すタイムシーケンスによっ
て本モータの動作を説明する。所定のタイミングで、第
１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ₁と磁極３Ａ₄にＳ極が現
れるようにコイルを励磁する（図８においては引出線Ａ
からＡ′方向に電流を流す）と、Ｎ極である第１の回転
子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの近傍の極歯１０Ａ
Ａａ₁が吸引され、図に示した位置になる（ステップ
１）。次に、第２の単位固定子ＳＢの磁極３Ｂ₁と磁極
３Ｂ₄（図示せず）にＳ極が現れるようにコイルを励磁
する（図８においては引出線ＤからＤ′方向に電流を流
す）と、Ｎ極である第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁
極１０ＢＡの近傍の極歯が吸引され、図に示した位置に
なる（ステップ２）。次に、第１の単位固定子ＳＡの磁
極３Ａ₂と磁極３Ａ₅（図示せず）にＮ極が現れるように
コイルを励磁する（図８においては引出線Ｂ′からＢ方
向に電流を流す）と、Ｓ極である第１の回転子ＲＡの第
２の回転子磁極１０ＡＢの近傍の極歯が吸引され、図に
示した位置になる（ステップ３）。次に、第２の単位固
定子ＳＢの磁極３Ｂ₂と磁極３Ｂ₅（図示せず）にＮ極が
現れるようにコイルを励磁する（図８においては引出線
Ｅ′からＥ方向に電流を流す）と、Ｓ極である第２の回
転子ＲＢの第２の回転子磁極１０ＢＢの近傍の極歯が吸
引され、図に示した位置になる（ステップ４）。次に、
第１の単位固定子ＳＡの磁極３Ａ₃と磁極３Ａ₆（図示せ
ず）にＳ極が現れるようにコイルを励磁する（図８にお
いては引出線ＣからＣ′方向に電流を流す）と、Ｎ極で
ある第１の回転子ＲＡの第１の回転子磁極１０ＡＡの近
傍の極歯が吸引され、図に示した位置になる（ステップ
５）。次に、第２の単位固定子ＳＢの磁極３Ｂ₃と磁極
３Ｂ₆（図示せず）にＳ極が現れるようにコイルを励磁
する（図８においては引出線ＦからＦ′方向に電流を流
す）と、Ｎ極である第２の回転子ＲＢの第１の回転子磁
極１０ＢＡの近傍の極歯が吸引され、図に示した位置に
なる（ステップ６）。上記のように順次、第１の単位固
定子ＳＡの磁極と第２の単位固定子ＳＢの磁極に対し、
Ｎ極又はＳ極が現れるように励磁することによって、こ
の励磁された磁極に対応する回転子の磁極が吸引されて
回転する。

【００１９】上述の実施例は本発明の技術思想を実現す
る一例を示したものであって、そのモータの用途と用途
に対応した回転速度や所望されるトルク、状況に適した
電源条件等に対応して適切に応用改変しても良いことは
当然である。

【００２０】

【発明の効果】本発明に基づくハイブリッド形ステッピ
ングモータは、上述のように形成し作動するようにした
ので、次のような優れた効果を有する。従来のハイブリッド形ステッピングモータに比して、
少ない磁極の数で多相のモータを得ることができる。例えば、６相ステッピングモータには２４個の固定子
磁極が必要であったが、本発明のものでは１２個の固定
子磁極で実現できる。固定子磁極の数を減らすことができたので、同一相数
のステッピンモータの小型化が可能になった。固定子磁極の数を減らすことができたので、多相ステ
ッピングモータの実現が容易になり、従来は困難であっ
た多相ステッピングモータが低価格で実現できる。固定子磁極の数を減らすことができるので、巻線の数
が減ると同時に巻線の加工費が大幅に削減できる。固定子磁極の数を減らすことによって、回転子の極歯
をピッチを小さくして多数設けなくても、従来市販され
ているステッピングンモータよりも微少なステップ角が
得られ、従ってステッピングモータの分解能が向上さ
れ、従来のマイクロステップ駆動で得られる位置精度よ
りも倍以上の位置精度が得られるようになった。従って、本発明のステッピングモータを使用すれば、
位置決め精度を必要とする装置や低速低回転ムラを要求
されるデジタルカラーＰＰＣ等の高精度を要求されるＯ
Ａ機器等の性能が向上し、また、コストダウンが図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく実施例のハイブリッド形ステッ
ピングモータの縦断正面図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ′断面図である。

【図３】本発明に基づいて固定子を形成する磁性材板
（固定子鉄板）の形状を説明する平面図である。

【図４】回転子を構成する４個の磁極に設けた極歯の位
置関係を拡大して示している回転子磁極先端部の展開説
明図である。

【図５】本発明に基づいて構成したハイブリッド形ステ
ッピングモータの固定子と回転子の極歯部の展開説明図
であって、図５（Ａ）は、固定子のピッチ（間隔角度）
と回転子のピッチ（間隔角度）が等しい場合の図、同図
（Ｂ）は、固定子のピッチ（間隔角度）が、（固定子の
磁極数±２）を３６０°で割った値であって固定子のピ
ッチ（間隔角度）が回転子のピッチ（間隔角度）よりも
大きい場合の図である。

【図６】本発明に基づいて構成したハイブリッド形ステ
ッピングモータにおいて、回転子の歯数とステップ角と
の関係を示す図表である。

【図７】本発明に基づいて構成したハイブリッド形ステ
ッピングモータにおけるモノファイラ巻線の接続状態を
示す結線図である。

【図８】本発明に基づいて構成したハイブリッド形ステ
ッピングモータにおける励磁シーケンス図である。

【図９】図８に示す励磁シーケンスによる実行時におけ
る固定子の極歯と回転子の極歯との位置関係を説明する
固定子と回転子の極歯部の展開説明図である。

【図１０】従来のハイブリッド形ステッピングモータ例
の縦断正面図である。

【図１１】図１０におけるＸ−Ｘ′断面図である。

【図１２】従来構造のハイブリッド形ステッピングモー
タのモノファイラ巻きでの結線図である。

【図１３】従来構造のハイブリッド形ステッピングモー
タの励磁シーケンス図である。

【符号の説明】

２：ヨーク部３Ａ〜３Ｂ₁：固定子の磁極３ａ〜３Ｂａ₁：固定子の極歯４：コイル８：回転軸９：永久磁石１０ＡＡ〜１０ＢＢ：回転子磁極１０ａ〜１０ＢＡａ_n：回転子の極歯１１：非磁性体ＲＡ、ＲＢ：回転子Ｓ：固定子ＳＡ、ＳＢ：単位固定子ＳＰ：磁性材板（固定子鉄板） τＲ：回転子の極歯間ピッチ（間隔角度） τＳ：固定子の極歯間ピッチ（間隔角度）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】当該固定子の内周に求心状で等ピッチに
夫々が励磁用のコイルを嵌合した２個の磁極を形成し、
夫々の磁極の先端には所定数の極歯を形成した第１の単
位固定子と、前記第１の単位固定子と同一構造の第２の
単位固定子とを相互に磁極ピッチの１／２回転偏位して
固定した固定子と、上記固定子の極歯に対応して外周全
縁に極歯を形成した第１の回転子磁極と、該第１の回転
子磁極と同一構造の第２の回転子磁極を、前記第１の回
転子磁極に対して極歯ピッチの１／２回転偏位し、軸方
向に着磁した永久磁石を挟持して前記第１の単位固定子
の磁極に対向するように構成した第１の回転子と、該第
１の回転子と同一構造の第２の回転子を前記第１の回転
子に対して極歯ピッチの１／４回転偏位し、非磁性体を
挟んで前記第２の単位固定子の磁極に対向するように設
けた第２の回転子を軸受を介して回転軸に支承するよう
にしたことを特徴とするハイブリッド形ステッピングモ
ータ。
【請求項２】請求項１記載のハイブリッド形ステッピ
ングモータにおいて、固定子の磁極のピッチと回転子の
磁極のピッチとを、下記（１）式を満足するように形成
したハイブリッド形ステッピングモータ。 τＳ＝τＲ・・・・・・・・・・・・・・・・（１）但し、上式でτＳは角度で表現した固定子の磁極のピッ
チ、τＲは角度で表現した固定子の磁極のピッチであ
る。
【請求項３】請求項１記載のハイブリッド形ステッピ
ングモータにおいて、固定子の磁極のピッチと回転子の
磁極のピッチとを、下記（２）式及び（３）式を満足す
るように形成したハイブリッド形ステッピングモータ。 τＳ＝３６０°／（Ｚ±２）・・・・・・・・（２） τＲ＝３６０°／Ｚ・・・・・・・・・・・・（３）但し、上式でτＳは角度で表現した固定子の磁極のピッ
チ、Ｚは回転子の磁極数である。
【請求項４】請求項１記載のハイブリッド形ステッピ
ングモータにおいて、任意の固定子の磁極と該固定子の
磁極と１８０°の位置にある固定子の磁極夫々のコイル
を同時に励磁した場合に、上記両磁極が同極になるよう
に各コイルを形成したハイブリッド形ステッピングモー
タ。