JPH0984325A - ステッピングモータ - Google Patents

ステッピングモータ

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JPH0984325A
JPH0984325A JP26346795A JP26346795A JPH0984325A JP H0984325 A JPH0984325 A JP H0984325A JP 26346795 A JP26346795 A JP 26346795A JP 26346795 A JP26346795 A JP 26346795A JP H0984325 A JPH0984325 A JP H0984325A
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JP
Japan
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stepping motor
stator
rotor
pole
excitation
Prior art date
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Pending
Application number
JP26346795A
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English (en)
Inventor
Shuji Sato
藤 修 治 佐
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Nippon Pulse Motor Co Ltd
Original Assignee
Nippon Pulse Motor Co Ltd
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Publication date
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  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】大出力が得られ、小形で高温下での正常動作が
可能なステッピングモータを提供する。 【構成】多極永久磁石を有するロータ3と、それぞれの
極のステータ1A〜1Fにコイル2A〜2Fが巻回され
ている多極ステータ1とを有するステッピングモータで
あって、前記多極ステータは、前記多極ステータ1の各
極のステータ部1A〜1Fが予めコイル2A〜2Fが巻
回された状態で前記ロータ3の周囲方向に磁気的に結合
され、前記コイル2A〜2Fは電流流入流出点を有する
3相巻線とされるとともに、バイポーラ駆動されるよう
に構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はステッピングモータ
に関し、特に小形で高速動作且つ大出力の発生を可能と
するステッピングモータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ステッピングモータやDCサーボ
モータは、例えば、OA機器、FA機器、自動車、医療
機器、住設機器、遊技機械、産業機械等の広い分野にお
いて駆動モータとして使用され、高精度な回転、停止、
位置決め制御を可能とする。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、搬送、昇降、割
出し回転装置、特に巻線機、織機、ブラインド、シャッ
ター、カーテン等、更には、研磨機、バルブ開閉、真空
発生装置、弁別機等の駆動装置では、大トルク(大出
力)が要求される。かかる大出力制御が要求される分野
における駆動モータとしては、通常、DCモータ、DC
ブラシレスモータ、ACブラシレスモータが用いられて
いる。しかしながら、これらのモータでは、位置情報を
得るためのセンサ、すなわち、位置決め用センサ(ホー
ル素子やエンコーダ等)が必須であり、高価で装置全体
が大型化するという問題がある。また、かかるセンサ
は、通常、半導体素子を有するため高温下での動作が不
可能であり、使用環境条件の制約を受けてしまう。更
に、ビル内での多数のカーテンやブラインド等の負荷を
開閉制御する際には、各負荷は同一負荷ではないため、
それぞれの負荷により制御、駆動時間にずれが生じ、同
期運転制御が困難であるという問題もある。
【0004】例えば、連続運転用として用いられるAC
サーボモータ駆動システムは、回路構成が複雑で、エン
コーダ等の回転センサを必要とし、大形且つ高価となる
一方、エンコーダ等のセンサは熱に弱く、周囲温度80
℃以上の高温環境下では使用できない。また、必要とす
る負荷トルクに対応するため偏差カウンタが設けられる
ことがあるが、この偏差カウンタの設定数だけ入力パル
ス列信号に対して同期が進み遅れすることがあるので、
多数のモータを一つの信号で並列同期運転する際に問題
が生ずる。
【0005】ステッピングモータは、オープンループ制
御動作をするため、上述のような問題は生じないが、例
えば、数百ワット、数千ワットの連続定格出力が得られ
るステッピングモータは存在しない。これは、大出力を
得るためには大電流を巻線に流す必要があるが、そうす
ると、巻線が発熱し、大出力を得ようとすればするほど
巻線が発熱してしまい、正常な動作が不可能となり、と
きには、巻線が焼き切れてしまう恐れがあるからであ
る。
【0006】例えば、中形、大形ステッピングモータと
しては、2相、3相、4相、5相のハイブリッド型が一
般的であり、ボールネジナットを用いた微小ステップ送
り、高精度位置決めに対応すべく多相化、多極化により
微小ステップ角、高分解能化を可能とするステッピング
モータの開発が進んでいる。現存するステッピングモー
タでは、5相ハイブリッド型、100極、ハーフステッ
プ角0.36度、1回転1000分割の分解能が最も進
んだステッピングモータである。このような高分解能ス
テッピングモータにおいては、動作速度を確保し、通常
のサーボモータと同様、最高毎分回転数3000(RP
M)程度まで回転させるため、そのドライバはAC10
0[V]をDC140[V]に変換した電源を用いてい
る。この例の5相ステッピングモータにおいては、30
00(RPM)は、毎秒パルスレート50,000(P
PS)となり、モータのステータコイルには2500H
zの5相交流電源が流れることになり、この高周波電流
により、モータは発熱する。具体的には、3000(R
PM)では、数分間でコイルが100度C温度上昇して
しまい、連続運転は不可能となる。したがって、ステッ
ピングモータは、短時間のみ動作する間欠運転用途のみ
に使用されているのが現状である。
【0007】本発明は、上記事情に鑑みて為されたもの
で、大出力が得られ、小形で高温下での正常動作が可能
なステッピングモータを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明のステッピングモータは、多極永久磁石を有
するロータと、それぞれの極にコイルが巻回されている
多極ステータとを有するステッピングモータであって、
前記多極ステータは、前記多極ステータの各極のステー
タ部が予めコイルが巻回された状態で前記ロータ周囲方
向に磁気的に結合され、前記コイルは電流流入流出点を
有する3相巻線とされるとともに、バイポーラ駆動され
るように構成される。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態例を図面
を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施形態に
おけるモータの模式断面図である。
【0010】本実施の形態例は、3相6極ステータ、4
極ロータを有するモータであり、ステータは、各極毎の
6個のステータ1A〜1Fで構成されており、各極のス
テータには予めコイル(巻線)2A〜2Fのそれぞれが
巻回されている。
【0011】従来のステッピングモータは、これらステ
ータ1A〜1Fは一体化されているため、各極ステータ
にコイルを巻回するには、巻線機により、隣接極ステー
タのコイルとの干渉をさけながら巻回作業を行なわざる
を得ず、隣接極ステータの巻回コイル間の間隔は一定以
上必要となる。したがって、巻回可能なコイル巻線数に
も制約があり、大出力を得るには、どうしても大電流を
流さなければならず、前述のようなコイル発熱の問題が
生ずる。
【0012】これに対し、本実施の形態例では、各極ス
テータは、分離状態で成型されているので、コイルの巻
回作業の際に隣接するステータ、コイルとの干渉を配慮
する必要がない。したがって、高密度に最大限のコイル
巻線数を得ることができる。すなわち、図1に示すよう
に、各極ステータ1A〜1Fの結合した状態で隣り合う
ステータのコイル間の干渉が生じない程度まで、隣接コ
イル間隔を狭くできるので、コイル巻線数は、従来と比
して格段に多くなり、比較的小電流で大出力が得られる
ことになる。
【0013】こうして、コイル2A〜2Fのそれぞれが
巻回されたステータ1A〜1Fをレーザ固着技術等によ
り互いに固着、磁気的に結合してステータ1が構成され
る。ステータ1内には、各極対応のロータマグネット3
A〜3Dを有するロータ3が設置されている。図中、4
は、ロータのバックアイアンである。
【0014】上述例は、インナーロータ型であるが、逆
構成のアウターロータ型であっても良く、また、巻線は
3相独立であっても、デルタ結線、スター結線いずれで
あっても良い。
【0015】図2は、図1に示すステッピングモータを
駆動するためのバイポーラ駆動用励磁回路を示す。モー
タ駆動用電圧プラス極VMとマイナス極GND間に、直
列接続されたNPNトランジスタQ1とQ2、Q3とQ
4、Q5とQ6の直列回路が、並列に、図示の如く接続
されている。トランジスタQ1、Q3及びQ5は、電流
流入側スイッチング素子、トランジスタQ2、Q4及び
Q6は、電流流出側スイッチング素子を示す。また、ト
ランジスタQ1、Q3及びQ5のエミッタ側が三相のコ
イル結線端U,V及びWに接続されている。
【0016】図3には、2−3相励磁の励磁シーケンス
を示し、各励磁ステップにおけるスイッチング素子とし
てののトランジスタQ1〜Q6のON状態、コイルU,
V,Wの極性の関係が示されている。図3から明らかな
ように、電流流入点と流出点のポイント数は2−3ポイ
ントの繰り返しである。
【0017】図4は、励磁ステップにおけるコイル端
U,V,Wを基準とするトルクベクトル方向を示し、図
中、白丸は電流流入点を、黒丸は電流流出点を示し、ま
た、中央部で“ ”で囲まれた数字は励磁状態を示す。
こうして得られた全励磁ステップ、1周のトルクベクト
ル方向が図5に示されており、2−3ポイントシーケン
ス、2−3相励磁シーケンスは12ステップで一順す
る。
【0018】図1に示すモータ構成を用いた場合、上記
シーケンスでは、ハーフステップ角15度となり、3相
ステータ、8極ロータではハーフステップ角7.5度が
得られる。
【0019】図6には、3−3相励磁、2−2ポイント
励磁シーケンスが図3と同様な関係で示されている。ま
た、図7には、図6の励磁ステップで得られるトルクベ
クトル一周図が示されている。
【0020】同様に、図8には、2−2相励磁、3−3
ポイント励磁シーケンスが、図6と同様な関係で、ま
た、図9には図8の励磁ステップで得られるトルクベク
トル一周図が示されている。
【0021】以上のように、モータ及び駆動回路を構成
し、バイポーラコモンチョッパ等の定電流駆動方式を採
用することにより、小形で、大出力、高効率、低発熱で
ローコストのステッピングモータ駆動システムが得られ
る。
【0022】次に、上述ステッピングモータの動作原理
を図10〜図15を参照して説明する。図10は2相励
磁状態におけるロータの安定静止位置を示し、図4の状
態“2”に相当する。次に、図4の状態“4”に励磁を
切り換え、3相励磁状態にすると、ロータは図11に示
すような位置までステップ回転して静止する。このとき
のステップ角はハーフステップ角15度である。以下、
図12と図13に示すように、ハーフスッテプ角で進
む。図13は、図4の状態“5”に相当する。続いて、
図4の状態“5”の3相励磁状態から図4の状態“7”
の3相励磁状態とすることにより、図14に示すよう
に、フルステップ角30度フルステップ回転する。同様
に、図14→図15で30度フルステップ回転すること
になる。
【0023】尚、図8に示すような2−2相励磁を行な
うことによってもフルステップ回転させることができ
る。
【0024】図16は、本発明になるステッピングモー
タの一実施例を示す構成図であり、3相バイポーラ、ス
テータ12極、ロータ8極のモータで、モータサイズ
は、外径40mm、長さ70mmである。励磁回路とし
ては、図2に示す定電流コモンチョッパ方式を用い、励
磁シーケンスが図3に、励磁状態は図4と図5に示すと
おりである。また、ステータ巻線は集中巻デルタ結線、
ロータはネオジウム鉄ボロンホットプレスMQ−IIIを
採用している。本実施例では、ステップ角はハーフステ
ップ角7.5度、コイル抵抗は4Ω/相、駆動電圧DC
140[V]、2−3相励磁、コモン2A定電流駆動と
し、ホールディングトルク3.8[kg−cm]、無負
荷自起動周波数1390[PPS]、自起動回転数17
37[RPM]、連続応答周波数7350[PPS]、
連続応答回転数9187[RPM]が得られた。
【0025】上述実施例で得られた「速度対プルアウト
トルク特性」及び「速度対機械出力特性」が図17に示
されている。7000[RPM]、パルスレート560
0[PPS]で153[W]の機械出力が得られ、この
ときの電気入力に対する機械出力は65%であった。
【0026】また、図18は、本実施例で得られた「速
度対飽和温度上昇特性」を示し、最高温度上昇分は、ケ
ース部が外被法で50[deg]、モータコイル部が抵
抗法で89[deg]であった。
【0027】本発明によるステッピングモータは、バッ
クラッシュのない、いわゆる“ボール減速機”等を組み
合わせて使用することにより、微小角で大慣性負荷を駆
動できるシステムを構成できる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のステッピ
ングモータは、エンコーダ等の回転センサを用いずに、
高精度且つ大出力が得られる。また、エンコーダを必要
としないので、高温、水中、宇宙等の悪条件、厳しい環
境下においても使用可能な低コストのステッピングモー
タが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態におけるステッピングモー
タの模式断面図である。
【図2】図1に示すステッピングモータを駆動するため
のバイポーラ駆動用励磁回路を示す図である。
【図3】本発明の実施形態における2−3相励磁の励磁
シーケンスを示し、各励磁ステップにおけるスイッチン
グ素子としてのトランジスタQ1〜Q6のON状態、コ
イルU,V,Wの極性の関係を示す図である。
【図4】図3の励磁ステップにおけるコイル端U,V,
Wを基準とするトルクベクトル方向を示す図である。
【図5】図3の全励磁ステップ、1周のトルクベクトル
方向を示す図である。
【図6】本発明の実施形態における3−3相励磁、2−
2ポイント励磁シーケンスを示す図である。
【図7】図6の励磁ステップで得られるトルクベクトル
一周図である。
【図8】本発明の実施形態における2−2相励磁、3−
3ポイント励磁シーケンスを示す図である。
【図9】図8の励磁ステップで得られるトルクベクトル
一周図である。
【図10】上述実施形態におけるステッピングモータの
動作原理を説明するための図である。
【図11】上述実施形態におけるステッピングモータの
動作原理を説明するための図である。
【図12】上述実施形態におけるステッピングモータの
動作原理を説明するための図である。
【図13】上述実施形態におけるステッピングモータの
動作原理を説明するための図である。
【図14】上述実施形態におけるステッピングモータの
動作原理を説明するための図である。
【図15】上述実施形態におけるステッピングモータの
動作原理を説明するための図である。
【図16】本発明になるステッピングモータの一実施例
を示す構成図である。
【図17】図16に示すステッピングモータで得られた
「速度対プルアウトトルク特性」及び「速度対機械出力
特性」を示す図である。
【図18】図16に示すステッピングモータで得られた
「速度対飽和温度上昇特性」を示す図である。
【符号の説明】
1 ステータ 1A〜1F 各極ステータ 2A〜2F コイル 3 ロータ 3A〜3F ロータマグネット 4 ロータのバックアイアン

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多極永久磁石を有するロータと、それぞれ
    の極にコイルが巻回されている多極ステータとを有する
    ステッピングモータであって、前記多極ステータは、前
    記多極ステータの各極のステータ部が予めコイルが巻回
    された状態で前記ロータ周囲方向に磁気的に結合され、
    前記コイルは電流流入流出点を有する3相巻線とされる
    とともに、バイポーラ駆動されることを特徴とするステ
    ッピングモータ。
JP26346795A 1995-09-18 1995-09-18 ステッピングモータ Pending JPH0984325A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002103430A (ja) * 2000-09-29 2002-04-09 Aoki Technical Laboratory Inc ブロー成形機における回転移送装置

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