(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユニポーラ駆動されるようにバイファイラ巻された４相の励磁コイルを備え、２相励磁方式により正逆両方向に回転駆動されるＰＭ型のステッピングモータであって、
上記４相の励磁コイルの内、少なくとも１相の励磁コイルによる発生トルクは、一方向と他方向のモータ駆動時の出力トルクを異ならせるべく他の相の励磁コイルによる発生トルクと異なる大きさに設定したことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
バイポーラ駆動されるようにモノファイラ巻きされた２相の励磁コイルを備えた正逆両方向に回転駆動されるＰＭ型のステッピングモータであって、
上記２相の励磁コイルの内、１相の励磁コイルによる発生トルクは、一方向と他方向のモータ駆動時の出力トルクを異ならせるべく他の相の励磁コイルによる発生トルクと異なる大きさに設定したことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項３】
上記発生トルクの異なる励磁コイルは、電気抵抗の逆数と巻数との積が異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載のステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動回路により多相励磁駆動されるステッピングモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のステッピングモータにおける各相の励磁コイルは、それ自体の電気抵抗や巻数などの形態が同一とされている。そのため、例えば、ロータリ型のステッピングモータの場合には、同一の駆動条件下において、一方向の回転トルクと他方向の回転トルクは同一となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなステッピングモータの使用形態としては、回転方向に応じた異なる回転トルクが要求される場合がある。例えば、開閉バルブの駆動源として使用される場合において、その開閉バルブの閉弁時におけるバルブとシートとの損耗を小さく抑えるべく、閉弁トルクを開弁トルクよりも小さくしたいときには、ステッピングモータの回転トルクが回転方向に応じて異なることが要求される。
しかし、上記従来のステッピングモータの場合、同一駆動条件下においては、回転方向に応じて回転トルクを異ならせることができず、仮に、回転方向に応じて駆動条件を変更しようとした場合には、その分、ステッピングモータの駆動回路が複雑化して、製造費用の高騰化を招くという問題があった。
【０００４】
本発明は、かかる従来のステッピングモータに対する要請に基づいてなされたもので、同一の駆動条件下において、一方向と他方向のモータ駆動時の出力トルクを異ならせることができるステッピングモータを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ユニポーラ駆動されるようにバイファイラ巻された４相の励磁コイルを備え、２相励磁方式により正逆両方向に回転駆動されるＰＭ型のステッピングモータであって、上記４相の励磁コイルの内、少なくとも１相の励磁コイルによる発生トルクは、一方向と他方向のモータ駆動時の出力トルクを異ならせるべく他の相の励磁コイルによる発生トルクと異なる大きさに設定したことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、バイポーラ駆動されるようにモノファイラ巻きされた２相の励磁コイルを備えた正逆両方向に回転駆動されるＰＭ型のステッピングモータであって、上記２相の励磁コイルの内、１相の励磁コイルによる発生トルクは、一方向と他方向のモータ駆動時の出力トルクを異ならせるべく他の相の励磁コイルによる発生トルクと異なる大きさに設定したことを特徴とするものである。
【０００６】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、上記発生トルクの異なる励磁コイルは、電気抵抗の逆数と巻数との積が異なっていることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１〜図８は、本発明の第１の実施形態を説明するための図であって、ユニポーラ駆動されるようにバイファイラ巻された２対の励磁コイルを備えて、２相励磁方式により駆動されるＰＭ型のステッピングモータとしての適用例である。
まず、図１、図２、および図３により、本実施形態のステッピングモータの基本構成について説明する。図１において符号１、２は、互いに１８０°の位相関係の磁界をつくるようにバイファイラ巻された励磁コイルであり、励磁コイル１による磁界をＡ相とする。そのＡ相と逆相の励磁コイル２による磁界に関しては、図においてはＡ相の「Ａ」の文字の上に「−」を付して表記し、以下においては「Ａバー相」という。また、３、４も互いに１８０°の位相関係の磁界をつくるようにバイファイラ巻された励磁コイルであり、励磁コイル３による磁界をＢ相とする。そのＢ相と逆相の励磁コイル４による磁界に関しては、図においてはＢ相の「Ｂ」の文字の上に「−」を付して表記し、以下においては「Ｂバー相」という。さらに励磁コイル１、３がつくる磁界（Ａ相、Ｂ相）は位相差９０°の
関係に設定されている。
【０００８】
本実施形態においては、励磁コイル１、２は、図２に示すように、同一のボビン５に同時に巻き込まれて一体構造とされ、磁極を成すステータポール６は台形となっている。同様に、励磁コイル３、４は、同一のボビン７に同時に巻き込まれて一体構造とされ、磁極を成すステータポール８は台形となっている。なお、図中符号９は、アルニコ系などの永久磁石などにより構成されたロータであり、図２に示すように、ステータポール６、８に対応する磁極が形成されている。そして、このような基本構成のステッピングモータは、図３に示すように、１つの入力パルスに対して２相ずつ励磁される２相励磁方式により駆動される。
【０００９】
本発明の第１の実施形態は、このような基本構成において、励磁コイル１、２と励磁コイル３、４との間において、それらの電気抵抗と巻数を異ならせることにより、前者における励磁電流と巻数の積ＡＴ（アンペアターン）に対して、後者における励磁電流と巻数の積ＡＴ（アンペアターン）が小さく設定されている。これにより、励磁コイル１、２による発生トルクに対して、励磁コイル３、４による発生トルクが小さく設定されている。
例えば、励磁コイル１、２を線径０．１５５ｍｍ、巻数３９０ターン、電気抵抗３０オームとし、これに対して、励磁コイル３、４を線径０．１３ｍｍ、巻数５５０ターン、電気抵抗６０オームとした。共通の電源を用いた同一駆動条件において励磁コイル１、２、３、４を駆動する場合においては、それらの電気抵抗と励磁電流が反比例するため、それらの電気抵抗の逆数と巻数の積がＡＴ（アンペアターン）に対応することになる。したがって、励磁コイル１、２における電気抵抗の逆数と巻数の積は、励磁コイル３、４における電気抵抗の逆数と巻数の積よりも大きく設定されることになる。
【００１０】
このようにして、励磁コイル１、２による発生トルクに対し、励磁コイル３、４による発生トルクを小さく設定したことにより、各相毎のθ−Ｔ特性（角度変位−トルク特性）は図４〜図７に示すようになる。
これらの図において、励磁コイル１による発生トルクは「Ａ相トルクＴ（Ａ）」とし、励磁コイル２による発生トルクに関しては、図においてはＡ相トルクＴ（Ａ）の「Ａ」の文字の上に「−」を付して表記し、以下においては「Ａバー相トルク」という。同様に、励磁コイル３による発生トルクは「Ｂ相トルクＴ（Ｂ）」とし、励磁コイル４による発生トルクに関しては、図においてはＢ相トルクＴ（Ｂ）の「Ｂ」の文字の上に「−」を付して表記し、以下においては「Ｂバー相トルク」という。
【００１１】
図４は、励磁コイル１、３を励磁したとき（以下、「シーケンス１」という）のθ−Ｔ特性、図５は、励磁コイル１、４を励磁したとき（以下、「シーケンス２」という）のθ−Ｔ特性、図６は、励磁コイル２、４を励磁したとき（以下、「シーケンス３」という）のθ−Ｔ特性、図７は、励磁コイル２、３を励磁したとき（以下、「シーケンス４」という）のθ−Ｔ特性であり、いずれにおいてもＡ相、Ａバー相のトルクよりもＢ相、Ｂバー相のトルクが小さくなる。また、これらの図においてＴ（Ｄ）はディデントトルクであり、またＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４はシーケンス１、２、３、４における合成トルクである。
【００１２】
次に、このようなシーケンス１、２、３、４を用いて、本例のステッピングモータの動作について説明する（図８参照）。
（右回転（ＣＷ方向）動作）
いま、シーケンス１の安定点Ｐ１にロータ９が停止していたとする。このときにシーケンス２に切り換わることによって、動作点が合成トルクＴ２上のＰ２ポイントとなり、ＣＷ方向の力が作用してロータ９が右回転し、シーケンス２の安定点Ｐ３に移動する。その後、シーケンス３に切り換わることによって、動作点が合成トルクＴ３上のＰ４ポイントとなり、ＣＷ方向の力が作用してロータ９が右回転し、シーケンス３の安定点Ｐ５に移動する。その後、シーケンス４に切り換わることによって、動作点が合成トルクＴ４上のＰ６ポイントとなり、ＣＷ方向の力が作用してロータ９が右回転し、シーケンス４の安定点Ｐ７に移動する。以上の動作を繰り返すことによって、ロータ９が右回転する。
【００１３】
（左回転（ＣＣＷ方向）動作）
いま、シーケンス４の安定点Ｐ７にロータ９が停止していたとする。このときにシーケンス３に切り換わることによって、動作点が合成トルクＴ３上のＰ８ポイントとなり、ＣＣＷ方向の力が作用してロータ９が左回転し、シーケンス３の安定点Ｐ５に移動する。その後、シーケンス２に切り換わることによって、動作点が合成トルクＴ２上のＰ９ポイントとなり、ＣＣＷ方向の力が作用してロータ９が左回転し、シーケンス２の安定点Ｐ３に移動する。その後、シーケンス１に切り換わることによって、動作点が合成トルクＴ１上のＰ１０ポイントとなり、ＣＣＷ方向の力が作用してロータ９が左回転し、シーケンス１の安定点Ｐ１に移動する。以上の動作を繰り返すことによって、ロータ９が左回転する。
【００１４】
ところで、このようなステッピングモータは、左回転時のトルクよりも右回転時のトルクが小さくなる。このことは、前述した励磁コイル１、２、３、４の電気抵抗および巻数の設定例により、励磁コイル１、２における励磁電流と巻数の積ＡＴ（アンペアターン）に対して励磁コイル３、４における励磁電流と巻数の積ＡＴ（アンペアターン）を小さくしたステッピングモータの作動試験から確認できた。その作動試験の結果、左回転トルク２．０kg・km、右回転トルク１．５kg・kmであった。このような右回転トルクと左回転トルクとの差は、図８中の太線のような包絡線上のトルクの最小ポイントＰＡ、ＰＢの差によるものと推測できる。つまり、左回転領域におけるトルクの最小ポイントＰＢに対して、右回転領域におけるトルクの最小ポイントＰＡが小さいことから、左回転トルクに対して右回転トルクが小さくなったと推測できる。
【００１５】
このようなトルク出力特性のステッピングモータは、回転方向に応じて異なる回転トルクが要求される種々の作動機構の駆動源として広く利用することができる。例えば、開閉バルブの駆動源として利用した場合には、その開閉バルブの閉弁時におけるバルブとシートとの損耗を小さく抑えるべく、閉弁トルクを開弁トルクよりも小さくすることができる。
【００１６】
（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態を説明するための図であり、本例の場合は、モノファイラ巻された２つの励磁コイル１１、１２をバイポーラ駆動する基本構成において、励磁コイル１１、１２の電気抵抗と巻数を異ならせ、励磁コイル１１における励磁電流と巻数の積ＡＴ（アンペアターン）に対して、励磁コイル１２における励磁電流と巻数の積ＡＴ（アンペアターン）を小さく設定した。したがって、励磁コイル１１と励磁コイル１２のそれぞれが前述した実施形態における励磁コイル１、２と励磁コイル３、４に対応し、前述した実施形態と同様のトルク出力特性が得られることになる。
なお、本発明は、１−２相励磁方式を含む多相励磁方式のステッピングモータに対して適用することができ、またリニア形のステッピングモータに対しても適用することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１から３に記載の発明によれば、４相の励磁コイルの内、少なくとも１相の励磁コイルによる発生トルクを他の相の励磁コイルによる発生トルクと異なる大きさに設定したことにより、同一の駆動条件下において、一方向と他方向のモータ駆動時の出力トルクを異ならせることができ、この結果、駆動回路の複雑化や高価格化を招くことなく、作動方向において異なるトルクが要求される種々の作動機構の駆動源として有効に利用することができる。
【００１８】
ここで、請求項３に記載の発明にあっては、発生トルクの異なる励磁コイルは、電気抵抗の逆数と巻数との積が異なっているので、励磁コイルの選定に応じて、一方向と他方向のモータ駆動時の出力トルクを異なる大きさに設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態の基本構成の説明図である。
【図２】  図１の基本構成におけるロータとステータとの関係の説明図のである。
【図３】  図１の基本構成における２相励磁方式の説明図である。
【図４】  本発明の第１の実施形態におけるシーケンス１の説明図である。
【図５】  本発明の第１の実施形態におけるシーケンス２の説明図である。
【図６】  本発明の第１の実施形態におけるシーケンス３の説明図である。
【図７】  本発明の第１の実施形態におけるシーケンス４の説明図である。
【図８】  本発明の第１の実施形態の動作説明図である。
【図９】  本発明の第２の実施形態の基本構成の説明図である。
【符号の説明】
１、２、３、４  励磁コイル
５、７  ボビン
６、８  ステータポール
９  ロータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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