永久磁石ステッピングモーター

永久磁石ステッピングモーターのスタータ構造は、シングルスタック可変リラクタンスモーターと非常に似ています。そのロータは円筒形で、高残留磁束密度鋼から作られた永久磁石の極で構成されています。スタータ上では、直径方向に対向する極に配置された集中巻線が直列に接続され、それによって2相巻線が形成されます。

ロータの極とスタータの歯との位置合わせは、巻線の励起に依存しています。例えば、2つのコイルAA’は直列に接続されてフェーズAの巻線を構成します。同様に、2つのコイルBB’は直列に接続されてフェーズBの巻線を作ります。以下の図は4/2極の永久磁石ステッピングモーターを示しており、その構造と巻線の配置を視覚的に表現しています。

図(a)では、フェーズAの始端から終端へ電流が流れます。フェーズ巻線はAとラベル付けされ、電流はiA+と表記されます。この図は、フェーズ巻線がiA+の電流で励起されている状況を示しています。その結果、ロータの南極はスタータのフェーズAによって引き寄せられ、スタータとロータの磁気軸が完全に一致し、角位移α=0°となります。

同様に、図(b)では、電流がフェーズBの始端から終端へ流れます。電流はiB+と表記され、巻線はBとラベル付けされます。図(b)を見ると、フェーズAの巻線には電流が流れていませんが、フェーズBはiB+の電流で励起されています。スタータの極は対応するロータの極を引き寄せ、ロータは時計回りに90度回転します。この時点では、α=90°です。

図(c)は、フェーズAの終端から始端へ電流が流れる状況を示しています。この電流はiA−と表記され、巻線もiA−とラベル付けされます。iA−の電流はiA+の方向とは逆です。この場合、フェーズBの巻線は非励起であり、フェーズAの巻線はiA−の電流で励起されています。結果として、ロータはさらに時計回りに90度回転し、角位移はα=180°に達します。

上記の図(d)では、フェーズBの終端から始端へ電流が流れ、iB−と表記され、対応する巻線はB−とラベル付けされます。この時点で、フェーズAは非励起であり、フェーズBは励起されています。結果として、ロータはさらに90度進み、角位移αは270°に達します。

ロータを1回転させるためには、α=360°に到達するまで、フェーズBの巻線が非励起になり、フェーズAが励起される必要があります。永久磁石ステッピングモーターにおいて、回転方向はフェーズ電流の極性によって決定されます。時計回り回転の場合、フェーズ励起の順序はA,B,A−,B−,Aであり、反時計回り回転の場合、順序はA,B−,A−,B,Aとなります。

多くの極を持つ永久磁石ロータを製造することは大きな課題があります。そのため、このタイプのステッピングモーターは通常、30°から90°の大きなステップサイズに制限されます。これらのモーターは慣性が大きいため、可変リラクタンスステッピングモーターと比較して加速率が低くなります。しかし、永久磁石ステッピングモーターは可変リラクタンスステッピングモーターよりも大きなトルクを生成できるという利点があります。