CN101990735A - 步进电动机 - Google Patents

Abstract

一种即便在轴向上小型化的情形下也可抑制性能降低的步进电动机。具体来说，步进电动机包括驱动用磁铁(3)、具有极齿(14b)的轭部(14)及具有极齿(16b)的轭部(16)。轴向上的驱动用磁铁(3)的一端面(3a)在轴向上配置于极齿(14b)的基端部(14d)与极齿(16b)的前端部(16c)之间，轴向上的驱动用磁铁(3)的另一端面(3b)在轴向上配置于极齿(16b)的基端部(16d)与极齿(14b)的前端部(14c)之间。此外，前端部(14c、16c)形成为凸曲面状。

Description

步进电动机

技术领域

本发明涉及一种步进电动机。

背景技术

以往，作为使CD、DVD播放器等中使用的光拾取装置和摄像机中使用的透镜组等移动的电动机，使用步进电动机。作为这种步进电动机，已知有具有固定于外轭的极齿和固定于内轭的极齿的步进电动机(例如参照专利文献1)。

在专利文献1中记载的步进电动机中，固定于外轭的极齿与固定于内轭的极齿在转子的周向上交错配置，且极齿配置成与构成转子的驱动用磁铁的外周面对向。此外，在该步进电动机中，极齿大致形成为梯形，固定于外轭的极齿与固定于内轭的极齿的周向的间隙在转子的轴向上是一定的。

专利文献1：日本专利特开2000-50536号公报

发明的公开

发明所要解决的技术问题

近年来，在CD、DVD播放器和摄像机等的市场中，对于装置的小型化的要求不断提高，装载于这些装置的步进电动机的轴向上的小型化的要求也不断提高。另一方面，即便在使步进电动机在轴向上小型化的情形下，市场也要求具有与小型化前同样性能的步进电动机。

本发明的目的在于提供一种即便在轴向上小型化的情形下也可抑制性能降低的步进电动机。

解决技术问题所采用的技术方案

为解决上述技术问题，本申请的发明者进行了种种研究。首先，由于若使以往的步进电动机在轴向上小型化，则转矩降低，因此，使极齿等薄型化，并增加驱动用线圈的卷数，来抑制转矩的降低。不过，通过本申请发明者的研究明确了，若使极齿等薄型化，则转矩脉动(torque ripple)变大，线性特性降低。即，通过本申请发明者的研究明确了，若使极齿等薄型化，则尽管对驱动用线圈的通电量一定，各步进的转矩的变动量仍会变大，会出现理论上的一个步进的旋转量与实际的一个步进的旋转量的差变大的步进。

为了抑制线性特性的降低，本申请发明者进行了进一步研究。其结果是，本申请发明者发现了，在使极齿等薄型化的情形下，在极齿的基端部和前端部的磁通集中处出现磁饱和。此外，本申请发明者还发现了，在使极齿等薄型化的情形下，在极齿的基端部和前端部的磁通过度集中处出现磁饱和，从而导致线性特性降低。

本发明的步进电动机基于上述新发现而作，其特征是，包括：具有驱动用磁铁的转子；以及具有卷绕成筒状、配置于驱动用磁铁的外周侧的驱动用线圈的定子，定子包括：第一轭部，其具有配置成覆盖转子的轴向上的驱动用线圈的一端面的大致环状的第一端板部；以及第二轭部，其具有配置成覆盖轴向上的驱动用线圈的另一端面的大致环状的第二端板部，第一轭部具有从第一端板部的内周端立起形成的、与驱动用磁铁的外周面对向配置的多个第一极齿，第二轭部具有从第二端板部的内周端立起形成的、与驱动用磁铁的外周面对向配置的多个第二极齿，第一极齿与第二极齿在转子的周向上交错配置，轴向上的驱动用磁铁的一端面在轴向上配置于第一基端部与第二前端部之间，第一基端部是形成于第一端板部与第一极齿的边界部的第一极齿的基端部，第二前端部是第二极齿的前端部，轴向上的驱动用磁铁的另一端面在轴向上配置于第二基端部与第一前端部之间，第二基端部是形成于第二端板部与第二极齿的边界部的第二极齿的基端部，第一前端部是第一极齿的前端部，第一前端部及第二前端部形成为凸曲面状。

本发明的步进电动机中，轴向上的驱动用磁铁的一端面在轴向上配置于第一基端部与第二前端部之间，轴向上的驱动用磁铁的另一端面在轴向上配置于第二基端部与第一前端部之间。因此，可将第一基端部和第二前端部均衡性良好地远离驱动用磁铁的一端面配置，此外，可将第二基端部和第一前端部均衡性良好地远离驱动用磁铁的另一端面配置。因此，即便使第一极齿和第二极齿等薄型化，也可抑制第一、第二基端部及第一、第二前端部的磁通集中处的磁饱和。特别地，在本发明中，由于第一前端部和第二前端部形成为凸曲面状，因此，可有效地抑制磁通集中于第一、第二前端部。其结果是，在本发明中，即便使第一极齿和第二极齿等薄型化，增加驱动用线圈的卷数，抑制转矩降低，也可抑制第一、第二基端部及第一、第二前端部的磁通集中处的磁饱和，并可抑制线性特性的降低。因此，在本发明中，即便使步进电动机在轴向上小型化，也可抑制其性能的降低。

此外，在本发明中，由于第一前端部和第二前端部形成为凸曲面状，因此，即便使第一、第二前端部比较靠近驱动用磁铁的一端面或另一端面，也可有效地抑制磁通集中于第一、第二前端部。因此，可抑制磁通集中于第一、第二前端部，可形成有效的磁回路，并可有效地抑制转矩的降低。

本发明中，作为优选，使轴向上的驱动用磁铁的一端面与第一基端部之间的距离比轴向上的驱动用磁铁的一端面与第二前端部之间的距离短，使轴向上的驱动用磁铁的另一端面与第二基端部之间的距离比轴向上的驱动用磁铁的另一端面与第一前端部之间的距离短。若采用这种结构，则与轴向上的驱动用磁铁的一端面与第一基端部之间的距离比轴向上的驱动用磁铁的一端面与第二前端部之间的距离长、轴向上的驱动用磁铁的另一端面与第二基端部之间的距离比轴向上的驱动用磁铁的另一端面与第一前端部之间的距离长的情形相比，可缩短第一、第二极齿的轴向长度。因此，可使步进电动机在轴向上小型化。

本发明中，作为优选，轴向上的第一基端部与第二前端部之间的距离和轴向上的第二基端部与第一前端部之间的距离大致相等，轴向上的驱动用磁铁的一端面与第一基端部之间的距离和轴向上的驱动用磁铁的另一端面与第二基端部之间的距离大致相等。即，作为优选，第一极齿与第二极齿配置成相对于驱动用磁铁大致对称。若采用这种结构，则和第一极齿与第二极齿配置成相对于驱动用磁铁不对称的情形相比，可有效地减小转矩脉动，并可有效地抑制线性特性的降低。

本发明中，作为优选，第一极齿的宽度从第一基端部朝第一前端部逐渐变窄，第二极齿的宽度从第二基端部朝第二前端部逐渐变窄，第一极齿由第一小幅减少率部和第一大幅减少率部构成，第一小幅减少率部配置于第一极齿的基端侧且朝第一极齿的前端侧以规定的减少率减少第一极齿的宽度，第一大幅减少率部配置于第一极齿的前端侧且随着朝向第一极齿的前端侧而以比第一小幅减少率部的减少率大的减少率减少第一极齿的宽度，第二极齿由第二小幅减少率部和第二大幅减少率部构成，第二小幅减少率部配置于第二极齿的基端侧且随着朝向第二极齿的前端侧而以规定的减少率减少第二极齿的宽度，第二大幅减少率部配置于第二极齿的前端侧且随着朝向第二极齿的前端侧而以比第二小幅减少率部的减少率大的减少率减少第二极齿的宽度。若采用这种结构，则与第一、第二极齿的宽度从基端部到前端部以一定的减少率减少的情形相比，可使第一、第二极齿的前端侧的宽度变窄，并可使第一、第二极齿的基端侧的宽度变宽。因此，可抑制因第一、第二极齿的前端侧的影响造成的转矩脉动变差的情形，并可抑制第一、第二极齿的基端侧的磁饱和，从而可抑制因第一、第二极齿的基端侧的影响造成的转矩脉动变差的情形。其结果是，可有效地抑制线性特性的降低。

本发明中，作为优选，作为第一小幅减少率部与第一大幅减少率部的边界部的第一宽度减少率变更部和作为第二小幅减少率部与第二大幅减少率部的边界部的第二宽度减少率变更部配置于轴向上第一前端部和第二前端部的大致中间位置，轴向上的第一宽度减少率变更部与第一前端部之间的距离是轴向上的第一宽度减少率变更部与第二基端部之间的距离的大致2/3，轴向上的第二宽度减少率变更部与第二前端部之间的距离是轴向上的第二宽度减少率变更部与第一基端部之间的距离的大致2/3。若采用这种结构，则可使轴向上的第一基端部与第二前端部之间的距离及轴向上的第二基端部与第一前端部的之间距离形成的较大。因此，可增大从驱动用磁铁的一端面到第一基端部的距离、从驱动用磁铁的一端面到第二前端部的距离、从驱动用磁铁的另一端面到第二基端部的距离及从驱动用磁铁的另一端面到第一前端部的距离。其结果是，可有效地抑制第一、第二基端部及第一、第二前端部的磁通集中处的磁饱和。

本发明中，作为优选，作为第一小幅减少率部与第一大幅减少率部的边界部的第一宽度减少率变更部配置于比轴向上的第一基端部与第二基端部之间的中心位置即第一中心位置靠第一基端部侧的位置，作为第二小幅减少率部与第二大幅减少率部的边界部的第二宽度减少率变更部配置于比第一中心位置靠第二基端部侧的位置。若采用这种结构，则与第一宽度减少率变更部配置于比第一中心位置靠第一前端部侧的位置的情形相比，可抑制第一基端部的磁通集中处的磁饱和，此外，与第二宽度减少率变更部配置于比第一中心位置靠第二前端部侧的位置的情形相比，可抑制第二基端部的磁通集中处的磁饱和。

本发明中，作为优选，第一宽度减少率变更部配置于比轴向上的第一中心位置与第二前端部之间的中心位置即第二中心位置靠第一前端部侧的位置，第二宽度减少率变更部配置于比轴向上的第一中心位置与第一前端部之间的中心位置即第三中心位置靠第二前端部侧的位置。若采用这种结构，则即便在第一宽度减少率变更部配置于比第一中心位置靠第一基端部侧的位置、第二宽度减少率变更部配置于比第一中心位置靠第二基端部侧的位置的情形下，也可确保第一极齿及第二极齿与驱动用磁铁的对向面积，可抑制转矩的降低。

本发明中，第一前端部及第二前端部例如形成为大致1/4圆弧状的凸曲面状。

本发明中，定子具有多个定子部组，该定子部组具有驱动用线圈、第一轭部和第二轭部，定子部组在轴向上重叠地配置。

发明效果

如上所述，在本发明中，即便在使步进电动机在轴向上小型化的情形下，也可抑制其性能的降低。

附图说明

图1是本发明实施方式的步进电动机的剖视图。

图2是从图1的E-E方向表示步进电动机的图。

图3是表示图1所示的外轭的图，图3(A)是平面图，图3(B)是图3(A)的F-F截面的剖视图。

图4是表示图1所示的内轭的图，图4(A)是平面图，图4(B)是图4(A)的G-G截面的剖视图。

图5是用于说明图1所示的驱动用磁铁及极齿的配置关系的图。

图6是用于说明对图5所示的宽度减少率变更部与前端部之间的距离变化时的电动机的转矩及转矩脉动进行计算的模拟的条件的图。

图7(A)是表示对图5所示的宽度减少率变更部与前端部之间的距离变化时的电动机的转矩及转矩脉动进行计算的模拟的结果的曲线图，图7(B)是图7(A)的曲线图的原始数据的一览表。

图8是用于说明比较例的电动机的极齿的结构、配置关系及驱动用磁铁与极齿的配置关系的图。

图9是表示对图1所示的电动机的转矩和比较例的电动机的转矩进行计算的模拟的结果的曲线图。

图10是表示对图1所示的电动机的转矩脉动和比较例的电动机的转矩脉动进行计算的模拟的结果的曲线图。

(符号说明)

1 电动机(步进电动机)

3 驱动用磁铁

3a 一端面

3b 另一端面

4 转子

5 驱动用线圈

6 定子

12 第一定子部组(定子部组)

13 第二定子部组(定子部组)

14 外轭(第一轭部)

14a 端板部(第一端板部)

14b 极齿(第一极齿)

14c 前端部(第一前端部)

14d 基端部(第一基端部)

14e 小幅减少率部(第一小幅减少率部)

14f 大幅减少率部(第一大幅减少率部)

14g 宽度减少率变更部(第一宽度减少率部变更部)

16 内轭(第二轭部)

16a 端板部(第二端板部)

16b 极齿(第二极齿)

16c 前端部(第二前端部)

16d 基端部(第二基端部)

16e 小幅减少率部(第二小幅减少率部)

16f 大幅减少率部(第二大幅减少率部)

16g 宽度减少率变更部(第二宽度减少率部变更部)

CL1 中心位置(第一中心位置)

CL2 中心位置(第二中心位置)

CL3 中心位置(第三中心位置)

L1 第一基端部与第二前端部之间的距离

L2 第二基端部与第一前端部之间的距离

L3 第二宽度减少率变更部与第一基端部之间的距离

L4 第一宽度减少率变更部与第二基端部之间的距离

L5 驱动用磁铁的一端面与第一基端部之间的距离

L6 驱动用磁铁的另一端面与第二基端部之间的距离

L7 驱动用磁铁的一端面与第二前端部之间的距离

L8 驱动用磁铁的另一端面与第一前端部之间的距离

L9 第二宽度减少率变更部与第二前端部之间的距离

L10 第一宽度减少率变更部与第一前端部之间的距离

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

(步进电动机的概略结构)

图1是本发明实施方式的步进电动机1的剖视图。图2是从图1的E-E方向表示步进电动机1的图。图3是表示图1所示的外轭14的图，图3(A)是平面图，图3(B)是图3(A)的F-F截面的剖视图。图4是表示图1所示的内轭16的图，图4(A)是平面图，图4(B)是图4(A)的G-G截面的剖视图。

本方式的步进电动机1(以下称电动机1)是所谓的PM型步进电动机。如图1所示，该电动机1包括：具有转轴2和两个驱动用磁铁3的转子4；具有两个配置于驱动用磁铁3的外周侧的驱动用线圈5的定子6。此外，电动机1包括：支承转轴2的输出侧端部(未图示)的轴承(未图示)；支承转轴2的反输出侧端部的轴承7；保持轴承7的轴承保持构件8；以及用于对转轴2朝输出侧施力的片簧9。

在以下的说明中，转轴2的输出侧即图1的左侧为输出侧，转轴2的反输出侧即图1的右侧为反输出侧。此外，转轴2的轴向即图1的左右方向为轴向，与轴向正交的方向为径向，转子4的圆周方向为周向。

转轴2由不锈钢、铝或黄铜等金属形成。转轴2的输出侧从定子6突出，在从该定子6突出的部分上形成有丝杠2a。丝杠2a例如与光拾取装置等被移动体螺合，使被移动体移动。

驱动用磁铁3是永久磁铁，形成为大致圆筒状。2个驱动用磁铁3以沿轴向隔开规定间隔的状态固定于转轴2的反输出侧。具体来说，相对于通过定子6的轴向的大致中心的平面P，2个驱动用磁铁3配置成大致面对称。在驱动用磁铁3的外周面沿周向交错地形成有N极和S极。交错形成于驱动用磁铁3的外周面的N极、S极的周向的宽度例如与在周向交错配置的后述极齿14b、16b的周向的配置间距大致相等。

定子6包括第一定子部组12和第二定子部组13。第一定子部组12与第二定子部组13在轴向上重叠配置。

第一定子部组12包括：外轭14；供一个驱动用线圈5卷绕的绕线管15；配置成将绕线管15夹在其与外轭14之间的内轭16；以及从径向外侧及反输出侧覆盖上述各结构的壳体构件17。该第一定子部组12配置于在反输出侧配置有的驱动用磁铁3的径向外侧。

绕线管15形成为在轴向的两端具有凸缘部15a、15b的带凸缘的筒状。在本方式中，如图1所示，配置于输出侧的凸缘部15a的厚度(轴向厚度)比配置于反输出侧的凸缘部15b的厚度薄。驱动用线圈5卷绕于绕线管15的外周侧。即，驱动用线圈5卷绕成圆筒状等筒状。

如图3所示，外轭14包括：形成为大致环状的端板部14a；以及从端板部14a的内周端轴向立起且沿周向以规定的间距配置的多个极齿14b。如图4所示，内轭16包括：形成为大致环状的端板部16a；以及从端板部16a的内周端轴向立起且沿周向以规定的间距配置的多个极齿16b。在本方式中，外轭14具有四个极齿14b，四个极齿14b以大致90°的间距配置。此外，内轭16具有四个极齿16b，四个极齿16b以大致90°的间距配置。

外轭14的端板部14a配置成覆盖驱动用线圈5的反输出侧的端面，内轭16的端板部16a配置成覆盖驱动用线圈5的输出侧的端面。即，驱动用线圈5在轴向上被端板部14a与端板部16a夹住。具体来说，端板部14a配置成覆盖绕线管15的凸缘部15a的反输出侧的面，端板部16a配置成覆盖绕线管15的凸缘部15b的输出侧的面，绕线管15在轴向上被端板部14a与端板部16a夹住。

极齿14b、16b配置成与驱动用磁铁3的外周面对向。此外，极齿14b与极齿16b在周向上相邻地交错配置。即，极齿14b和极齿16b配置成在四个极齿14b之间分别从输出侧嵌入有极齿16b，在四个极齿16b之间分别从反输出侧嵌入有极齿14b。此外，在极齿14b、16b的径向外侧配置有供驱动用线圈5卷绕的绕线管15。

对于外轭14及内轭16的更具体的结构、极齿14b、16b彼此的更具体的配置关系及轴向上驱动用磁铁3与极齿14b、16b的配置关系，在后面进行说明。

第二定子部组13与第一定子部组12结构相同，相对于通过定子6的轴向的大致中心的平面P对称地配置。即，第二定子部组13与第一定子部组12同样地，包括外轭14、供一个驱动用线圈5卷绕的绕线管15、内轭16及壳体构件17，如图1所示，构成第一定子部组12的内轭16的端板部16a的输出侧的面与构成第二定子部组13的内轭16的端板部16a的反输出侧的面在平面P上抵接。因此，省略第二定子部组13的结构的详细说明。

轴承保持构件8形成为大致筒状，固定于第一定子部组12的反输出侧的端面。即，轴承保持构件8固定于第一定子部组12的壳体构件17的反输出侧的端面。轴承7保持于轴承保持构件8的内周侧，能沿轴向移动。在轴承7中形成有供球状的枢轴19配置的凹部。此外，在转轴2的反输出侧的端面中也形成有供枢轴19配置的凹部。

片簧9固定于轴承保持构件8的反输出侧。如图2所示，在片簧9的中心部形成有与轴承7抵接的弹簧部9a。弹簧部9a通过轴承7及枢轴19对转轴2朝输出侧施力。在本方式中，利用轴承7、轴承保持构件8、片簧9及枢轴19，在径向及推力方向上支承转子4的反输出侧端。

在本方式中，如图1所示，被弹簧部9a施力的轴承7的输出端侧的一部分比第一定子部组12的壳体构件17的反输出侧的端面靠近输出侧。即，轴承7的输出端侧的一部分配置于定子6的内部。

如图2所示，从轴向观察电动机1时的形状大致呈小金币状。具体来说，从轴向观察电动机1时的形状形成为由曲率半径及曲率中心相同的两个圆弧和与图2的上下方向平行的两根线形成的大致小金币状。因此，与从轴向方向观察时的形状呈圆形的电动机相比较，在本方式中，在图2的左右方向上，能使电动机1小型化。例如，电动机1的外径Φ为7.5mm，图2的左右方向上电动机1的宽度W0为6mm。此外，在本方式中，即便在图2的左右两侧面，驱动用线圈5也被壳体构件17覆盖。即，驱动用线圈5整周被壳体构件17覆盖。

(外轭及内轭的结构)

如上所述，外轭14包括端板部14a和四个极齿14b。如图3(B)所示，极齿14b的前端部14c形成为凸曲面状。具体来说，前端部14c的从径向观察时的形状形成为大致1/4圆弧状的凸曲面状。

此外，如图3(B)所示，极齿14b的宽度(具体来说，周向的宽度)从形成于端板部14a与极齿14b的边界部的极齿14b的基端部14d朝前端部14c逐渐变窄。具体来说，从基端部14d朝向前端部14c，最初极齿14b的宽度非常缓慢地减少，然后，极齿14b的宽度缓慢地减少，极齿14b的从径向观察时的形状形成为大致五边形或大致六边形。

即，本方式的极齿14b由小幅减少率部14e和大幅减少率部14f构成，其中，小幅减少率部14e配置于极齿14b的基端侧，且极齿14b的宽度随着朝向极齿14b的前端侧而以规定的减少率逐渐减少，大幅减少率部14f配置于极齿14b的前端侧，且极齿14b的宽度随着朝向极齿14b的前端侧而以比小幅减少率部14e的减少率大的减少率逐渐减少。小幅减少率部14e与大幅减少率部14f的边界部为极齿14b的宽度的减少率改变的宽度减少率变更部14g。

小幅减少率部14e随着朝向极齿14b的前端侧而从周向的两侧以相同的量使极齿14b的宽度减少。此外，小幅减少率部14e的周向两端部的从径向观察时的形状形成为相对于轴向(图3(B)的上下方向)倾斜的直线状，在小幅减少率部14e处，随着朝向极齿14b的前端侧，极齿14b的宽度逐渐变窄。

大幅减少率部14f随着朝向极齿14b的前端侧而从周向的两侧以相同的量使极齿14b的宽度减少。此外，大幅减少率部14e的周向两端部的从径向观察时的形状形成为相对于轴向倾斜的直线状，在大幅减少率部14f处，随着朝向极齿14b的前端侧，极齿14b的宽度逐渐变窄。此外，从径向观察时的大幅减少率部14f的周向两端部相对于轴向的倾斜比从径向观察时的小幅减少率部14e的周向两端部相对于轴向的倾斜大。

如上所述，内轭16包括端板部16a和四个极齿16b。本方式中，极齿16b形成为与外轭14的极齿14b相同的形状。即，首先，如图4(B)所示，极齿16b的前端部16c的从径向观察时的形状形成为大致1/4圆弧状的凸曲面状。

此外，如图4(B)所示，极齿16b的宽度从形成于端板部16a与极齿16b的边界部的极齿16b的基端部16d随着朝向前端部16c而逐渐变窄。具体来说，从基端部16d朝向前端部16c，最初极齿16b的宽度非常缓慢地减小，然后，极齿16b的宽度缓慢地减小，极齿16b的从径向观察时的形状形成为大致五边形或大致六边形。

即，极齿16b由小幅减少率部16e和大幅减少率部16f构成，其中，小幅减少率部16e配置于极齿16b的基端侧，且极齿16b的宽度随着朝向极齿16b的前端侧而以规定的减少率减少，大幅减少率部16f配置于极齿16b的前端侧，且极齿16b的宽度随着朝向极齿16b的前端侧而以比小幅减少率部16e的减少率大的减少率减少。小幅减少率部16e与大幅减少率部16f的边界部为极齿16b的宽度的减少率改变的宽度减少率变更部16g。

与小幅减少率部14e同样，小幅减少率部16e随着朝向极齿16b的前端侧而从周向的两侧以相同的量使极齿16b的宽度减少。此外，小幅减少率部16e的周向两端部的从径向观察时的形状形成为相对于轴向(图4(B)的上下方向)倾斜的直线状。

与大幅减少率部14f同样，大幅减少率部16f随着朝向极齿16b的前端侧而从周向的两侧以相同的量使极齿16b的宽度减少。此外，大幅减少率部16f的周向两端部的从径向观察时的形状形成为相对于轴向倾斜的直线状。此外，从径向观察时的大幅减少率部16f的周向两端部相对于轴向的倾斜比从径向观察时的小幅减少率部16e的周向两端部相对于轴向的倾斜大。

本方式中，极齿14b的前端部14c的宽度H1为极齿14b的基端部14d的宽度H2的大致1/3。此外，前端部14c的宽度H1为极齿14b的宽度减少率变更部14g的宽度H3的大致19/50。同样地，本方式中，极齿16b的前端部16c的宽度H4为极齿16b的基端部16d的宽度H5的大致1/3。此外，前端部16c的宽度H4为极齿16b的宽度减少率变更部16g的宽度H6的大致19/50。

(极齿的配置关系及驱动用磁铁与极齿的配置关系)

图5是用于说明图1所示的驱动用磁铁3及极齿14b、16b的配置关系的图。

如上所述，本方式中，外轭14的极齿14b与内轭16的极齿16b形成为相同的形状。因此，如图5所示，本方式中，极齿14b的基端部14d与极齿16b的前端部16c之间的距离L1和极齿16b的基端部16d与极齿14b的前端部14c之间的距离L2相等。此外，极齿16b的宽度减少率变更部16g与基端部14d之间的距离L3和极齿14b的宽度减少率变更部14g与基端部16d之间的距离L4相等。

此外，本方式中，在轴向上，外轭14与内轭16配置成相对于通过轴向上的驱动用磁铁3的中心的平面P1大致面对称。即，极齿14b与极齿16b配置成相对于平面P1大致面对称，轴向上的驱动用磁铁3的一端面3a与基端部14d之间的距离L5和轴向上的驱动用磁铁3的另一端面3b与基端部16d之间的距离L6大致相等。因此，驱动用磁铁3的一端面3a与前端部16c之间的距离L7和驱动用磁铁3的另一端面3b与前端部14c之间的距离L8大致相等。此外，由于外轭14与内轭16配置成相对于平面P1大致面对称，因此，轴向上的基端部14d与基端部16d之间的中心位置CL1和轴向上的平面P1的位置大致一致。图5中，中心位置CL1与平面P1在轴向上一致，但中心位置CL1与平面P1有时会在轴向上略微错位。

此外，如图5所示，驱动用磁铁3的一端面3a在轴向上配置于基端部14d与前端部16c之间，驱动用磁铁3的另一端面3b在轴向上配置于基端部16d与前端部14c之间。在本方式中，驱动用磁铁3的一端面3a与基端部14d之间的距离L5比驱动用磁铁3的一端面3a与前端部16c之间的距离L7短。此外，驱动用磁铁3的另一端面3b与基端部16d之间的距离L6比驱动用磁铁3的另一端面3b与前端部14c之间的距离L8短。

此外，在本方式中，宽度减少率变更部14g和宽度减少率变更部16g配置于轴向上前端部14c和前端部16c的大致中间位置。即，宽度减少率变更部14g和宽度减少率变更部16g配置于轴向上基端部14d和基端部16d的大致中间位置。具体来说，在轴向上，宽度减少率变更部14g配置于较中心位置CL1靠极齿14b的基端部14d侧的位置，宽度减少率变更部16g配置于较中心位置CL1靠极齿16b的基端部16d侧的位置。更具体来说，宽度减少率变更部14g在轴向上配置于比中心位置CL1与前端部16c之间的中心位置CL2靠极齿14b的前端部14c侧(中心位置CL1侧)的位置，宽度减少率变更部16g在轴向上配置于比中心位置CL1与前端部14c之间的中心位置CL3靠极齿16b的前端部16c侧(中心位置CL1侧)的位置。此外，如上所述，由于极齿14b和极齿16b形成为相同形状，因此，轴向上的宽度减少率变更部14g与中心位置CL1之间的距离和轴向上的宽度减少率变更部16g与中心位置CL1之间的距离相等。

在轴向上宽度减少率变更部14g与宽度减少率变更部16g之间(具体来说，图5的斜线所示的区域)，周向上彼此相邻的极齿14b与极齿16b在周向上的间隙比其他处窄。即，在轴向上宽度减少率变更部14g与宽度减少率变更部16g之间的区域是周向上彼此相邻的极齿14b与极齿16b在周向上的间隙比其他处窄的窄间隙部R。窄间隙部R形成于轴向上前端部14c与前端部16c的大致中间位置。即，窄间隙部R形成于轴向上基端部14d与基端部16d的大致中间位置。

此外，轴向上窄间隙部R与前端部16c之间的距离为轴向上窄间隙部R与基端部14d之间的距离的大致2/3，轴向上窄间隙部R与前端部14c之间的距离为轴向上窄间隙部R与基端部16d之间的距离的大致2/3。更具体来说，如图5所示，在本方式中，轴向上宽度减少率变更部16g与前端部16c之间的距离L9为轴向上宽度减少率变更部16g与基端部14d之间的距离L3的大致2/3，轴向上宽度减少率变更部14g与前端部14c之间的距离L10为轴向上宽度减少率变更部14g与基端部16d之间的距离L4的大致2/3。

在本方式中，例如，外轭14是第一轭部，内轭16是第二轭部。此外，端板部14a是第一端板部，端板部16a是第二端板部，极齿14b是第一极齿，极齿16b是第二极齿。此外，前端部14c是第一前端部，前端部16c是第二前端部，基端部14d是第一基端部，基端部16d是第二基端部。此外，小幅减少率部14e是第一小幅减少率部，小幅减少率部16e是第二小幅减少率部，大幅减少率部14f是第一大幅减少率部，大幅减少率部16f是第二大幅减少率部，宽度减少率变更部14g是第一宽度减少率变更部，宽度减少率变更部16g是第二宽度减少率变更部。此外，中心位置CL1是第一中心位置，中心位置CL2是第二中心位置，中心位置CL3是第三中心位置。

(本方式的主要效果)

如以上说明所述，在本方式中，驱动用磁铁3的一端面3a在轴向上配置于基端部14d与前端部16c之间，驱动用磁铁3的另一端面3b在轴向上配置于基端部16d与前端部14c之间。因此，可将基端部14d和前端部16c均衡性良好地远离驱动用磁铁3的一端面3a配置，此外，可将基端部16d和前端部14c均衡性良好地远离驱动用磁铁3的另一端面3b配置。因此，在本方式中，即便外轭14、内轭16(即，端板部14a、16a和极齿14b、16b)及壳体构件17等薄型化，也可抑制前端部14c、16c及基端部14d、16d的磁通集中处的磁饱和。特别地，在本方式中，由于前端部14c、16c形成为凸曲面状，因此，可有效地抑制磁通集中于前端部14c、16c。其结果是，在本方式中，在使电动机1在轴向上小型化时，即便使外轭14、内轭16及壳体构件17等薄型化，增加驱动用线圈5的圈数，抑制转矩的降低，也可抑制前端部14c、16c及基端部14d、16d的磁通集中处的磁饱和，并可抑制线性特性的降低。因此，在本方式中，即便使电动机1在轴向上小型化，也可抑制其性能的降低。

在本方式中，前端部14c、16c形成为凸曲面状。因此，即便使前端部14c、16c比较接近驱动用磁铁3的一端面3a或另一端面3b，也可抑制磁通集中于前端部14c、16c。即，可增加极齿14b、16b与驱动用磁铁3的相对面积，并可抑制磁通集中于前端部14c、16c。因此，可抑制磁通集中于前端部14c、16c，可形成有效的磁回路，并可有效地抑制转矩的降低。

在本方式中，驱动用磁铁3的一端面3a与基端部14d之间的距离L5比驱动用磁铁3的一端面3a与前端部16c之间的距离L7短。此外，驱动用磁铁3的另一端面3b与基端部16d之间的距离L6比驱动用磁铁3的另一端面3b与前端部14c之间的距离L8短。因此，与距离L5比距离L7长、距离L6比距离L8长的情形相比较，轴向上的驱动用磁铁3的长度一定，且在距离L7、L8一定的情形下，能缩短极齿14b、16b的轴向的长度。因此，在轴向上的驱动用磁铁3的长度一定、且距离L7、L8一定的情形下，能使电动机1在轴向上小型化。即，当驱动用磁铁3的一端面3a与基端部14d之间的距离L5比驱动用磁铁3的一端面3a与前端部16c之间的距离L7短、驱动用磁铁3的另一端面3b与基端部16d之间的距离L6比驱动用磁铁3的另一端面3b与前端部14c之间的距离L8短时，可使电动机1在轴向上小型化。

在本方式中，极齿14b与极齿16b配置成相对于通过轴向上的驱动用磁铁3的中心的平面P1大致面对称。因此，和极齿14b与极齿16b配置成相对于平面P1不对称的情形相比，可有效地减小转矩脉动，并可有效地抑制线性特性的降低。

在本方式中，极齿14b由小幅减少率部14e和大幅减少率部14f构成，极齿16b由小幅减少率部16e和大幅减少率部16f构成。因此，与极齿14b、16b的宽度从基端部14d、16d到前端部14c、16c以一定的减少率减少的情形相比，可使极齿14b、16b的前端侧的宽度变窄，并可使极齿14b、16b的基端侧的宽度变宽。因此，可抑制因极齿14b、16b的前端侧的影响造成的转矩脉动变差的情形，并可抑制极齿14b、16b的基端侧的磁饱和，从而可抑制因极齿14b、16b的基端侧的影响造成的转矩脉动变差的情形。其结果是，可有效地抑制线性特性的降低。

在本方式中，宽度减少率变更部14g、16g配置于轴向上前端部14c、16c的大致中间位置。此外，宽度减少率变更部16g与前端部16c之间的距离L9为宽度减少率变更部16g与基端部14d之间的距离L3的大致2/3，宽度减少率变更部14g与前端部14c之间的距离L10为宽度减少率变更部14g与基端部16d之间的距离L4的大致2/3。因此，可使基端部14d与前端部16c之间的距离L1及基端部16d与前端部14c之间的距离L2形成的较大。因此，可增加从驱动用磁铁3的一端面3a到基端部14d的距离L5、从驱动用磁铁3的一端面3a到前端部16c的距离L7、从驱动用磁铁3的另一端面3b到基端部16d的距离L6及从驱动用磁铁3的另一端面3b到前端部14c的距离L8。其结果是，可有效地抑制前端部14c、16c及基端部14d、16d的磁通集中处的磁饱和。

在本方式中，宽度减少率变更部14g配置于较中心位置CL1靠基端部14d侧的位置，宽度减少率变更部16g配置于较中心位置CL1靠基端部16d侧的位置。因此，与宽度减少率变更部14g配置于较中心位置CL1靠前端部14c侧的位置的情形相比，可有效地抑制基端部14d的磁通集中处的磁饱和。此外，与宽度减少率变更部16g配置于较中心位置CL1靠前端部16c侧的位置的情形相比，可有效地抑制基端部16d的磁通集中处的磁饱和。

在本方式中，宽度减少率变更部14g配置于较中心位置CL2靠前端部14c侧的位置，宽度减少率变更部16g配置于较中心位置CL3靠前端部16c侧的位置。因此，即便在较中心位置CL1靠基端部14d侧配置有宽度减少率变更部14g、在较中心位置CL1靠基端部16d侧配置有宽度减少率变更部16g的情形下，也可确保极齿14b、16b与驱动用磁铁3的对向面积，并可抑制转矩的降低。

(模拟1)

图6是用于说明对图5所示的宽度减少率变更部16g与前端部16c之间的距离L9及宽度减少率变更部14g与前端部14c之间的距离L10变化时的电动机1的转矩及转矩脉动进行计算的模拟的条件的图。图7(A)是表示对图5所示的宽度减少率变更部16g与前端部16c之间的距离L9及宽度减少率变更部14g与前端部14c之间的距离L10变化时的电动机1的转矩及转矩脉动进行计算的模拟结果的曲线图，图7(B)是图7(A)的曲线图的原始数据的一览表。

使驱动用磁铁3的轴向长度W1(参照图6)、轴向上的极齿14b的基端部14d与极齿16b的基端部16d之间的距离L11(参照图5)、轴向上的基端部14d与宽度减少率变更部14g之间的距离L12(参照图5)、轴向上的基端部16d与宽度减少率变更部16g之间的距离L13(参照图5)、驱动用磁铁3的一端面3a与基端部14d之间的距离L5及驱动用磁铁3的另一端面3b与基端部16d之间的距离L6一定，进行对宽度减少率变更部16g与前端部16c之间的距离L9及宽度减少率变更部14g与前端部14c之间的距离L10变化时的电动机1的转矩及转矩脉动进行计算的模拟。具体来说，在模拟中，计算供给到驱动用线圈5的电流值一定时的电动机1的最小转矩及供给到驱动用线圈5的电流值一定时的电动机1的各步进的转矩的变动量的最大值(最大转矩与最小转矩的差)。以下，对该模拟的条件及结果进行说明。

首先，对模拟的条件进行说明。在模拟中，将距离L12、L13固定于2.0mm，如图7(B)所示，计算距离L9、L10为条件1～条件4中的四个长度时的电动机1的转矩及转矩脉动。此外，在该模拟中，将图2～图6中所示的各尺寸设定如下。

距离L3、L4：2.41mm

距离L5：0.26mm

距离L6：0.3mm

距离L11：4.41mm

距离L12、L13：2mm

前端部14c的宽度H1、前端部16c的宽度H4：0.457mm

基端部14d的宽度H2、基端部16d的宽度H5：1.339mm

宽度减少率变更部14g的宽度H3、宽度减少率变更部16g的宽度H6：1.2mm

前端部14c、16c的曲率半径：0.4mm

驱动用磁铁3的长度W1：3.85mm

驱动用线圈5的轴向长度W2：3.7mm

两个驱动用磁铁3的一端面3a间的距离W3：9.2mm

从定子6的输出侧端到电动机1的反输出侧端的距离W4：12.42mm

极齿14b、16b的厚度t1：0.37mm

端板部14a、16a的厚度t2：0.45mm

壳体构件17的厚度t3：0.2mm

驱动用磁铁3的外径D1：3.16mm

极齿14b、16b的内径D2：3.46mm

极齿14b、16b的外径D3：4.2mm

径向上的极齿14b、16b与驱动用磁铁3的间隙S：0.15mm

电动机1的外径Φ：7.5mm

电动机1的宽度W0：6mm

此外，图5所示的L14是从极齿14b的前端部14c到基端部14d的距离(即，极齿14b的轴向长度)，图5所示的L15是从极齿16b的前端部16c到基端部16d的距离(即，极齿16b的轴向长度)。

以上述条件进行模拟的结果如图7所示。如图7所示，在距离L9、L10为1.2mm即条件1的情形下，转矩脉动小，线性特性良好，但转矩小，转矩特性不佳。此外，在距离L9、L10为1.96mm即条件3的情形及距离L9、L10为2.2mm即条件4的情形下，转矩大，转矩特性良好，但转矩脉动大，线性特性不佳。与此相对，在距离L9、L10为1.6mm即条件2的情形下，转矩脉动小，且转矩大，线性特性及转矩特性均良好。即，在距离L9、L10为距离L3、L4的大致2/3的情形下，线性特性及转矩特性均良好。

(模拟2)

图8是用于说明比较例的电动机的极齿54b、56b的结构、配置关系及驱动用磁铁3与极齿54b、56b的配置关系的图。图9是表示对图1所示的电动机1的转矩和比较例的电动机的转矩进行计算的模拟的结果的曲线图。图10是表示对图1所示的电动机1的转矩脉动和比较例的电动机的转矩脉动进行计算的模拟的结果的曲线图。

为了对图1所示的电动机1(实施例的电动机1)的转矩及转矩脉动与轴向长度比电动机1长的电动机(比较例的电动机)的转矩及转矩脉动进行比较，进行对电动机1的转矩及转矩脉动和比较例的电动机的转矩及转矩脉动进行计算的模拟。以下，对该模拟的条件及结果进行说明。

首先，对模拟的条件进行说明。在模拟中，作为实施例的电动机1，使用上述模拟1的条件2中设定的电动机1。此外，如图8所示，作为比较例的电动机，使用外轭54的极齿54b与内轭56的极齿56b的周向间隙在轴向上一定的电动机。此外，比较例的电动机的图6、图8中所示的各尺寸设定如下。除极齿54b、56b的形状及以下的设定值外，比较例的电动机与电动机1采用大致相同的结构。此外，极齿54b与极齿56b形成为相同的形状。除此之外，极齿54b的前端部54c及极齿56b的前端部56c形成为平面状。

极齿54b的基端部54d与极齿56b的前端部56c之间的距离L51：0.5mm

极齿56b的基端部56d与极齿54b的前端部54c之间的距离L52：0.5mm

驱动用磁铁3的一端面3a与基端部54d之间的距离：0mm

驱动用磁铁3的另一端面3b与基端部56d之间的距离L56：0.3mm

驱动用磁铁3的另一端面3b与前端部54c之间的距离L58：0.2mm

基端部54d与基端部56d之间的距离L61：5.11mm

极齿54b的轴向长度L64、极齿56b的轴向长度L65：4.61mm

前端部54c的宽度H51、前端部56c的宽度H53：0.585mm

基端部54d的宽度H52、基端部56d的宽度H54：1.339mm

驱动用磁铁3的长度W1：4.81mm

驱动用线圈5的轴向长度W2：4.3mm

两个驱动用磁铁3的一端面3a间的距离W3：11.22mm

从定子6的输出侧端到电动机1的反输出侧端的距离W4：14.42mm

极齿54b、56b的厚度t1：0.45mm

端板部54a、56a的厚度t2：0.5mm

壳体构件17的厚度t3：0.3mm

驱动用磁铁3的外径D1：3.2mm

极齿54b、56b的内径D2：3.5mm

极齿54b、56b的外径D3：4.4mm

径向上的极齿54b、56b与驱动用磁铁3的间隙S：0.15mm

以上述条件进行模拟的结果如图9、图10所示。如图9所示，关于用于使旋转的转子4停止的转矩即牵出转矩(POT)，实施例的电动机1与比较例的电动机大致相等。此外，如图9所示，关于用于使停止的转子4启动的转矩即牵入转矩(PIT)，实施例的电动机1与比较例的电动机大致相等。此外，如图10所示，实施例的电动机1的转矩脉动与比较例的电动机的转矩脉动大致相等。

这样，尽管上述模拟1的条件2中设定的电动机1比比较例的电动机在轴向上短2mm(即，在轴向上小型化2mm)，但能获得与比较例的电动机大致相等的转矩特性和线性特性。

(其它实施方式)

上述方式是本发明的优选方式的一例，但并不限定于此，可在不改变本发明思想的范围内进行各种变形。

在上述方式中，如图1所示，轴承7的输出端侧的一部分配置在定子6的内部。其他，例如能以轴承7的大半部分配置于定子6的内部的方式构成转轴2、轴承7、轴承保持构件8及片簧9。此外，也可采用将轴承7的全部配置于定子6的内部(即，轴承7收纳于定子6的内部)的方式构成转轴2、轴承7、轴承保持构件8及片簧9。

在上述方式中，定子6由第一定子部组12和第二定子部组13构成。其他，例如定子6也可由三个以上的定子部组构成。

在上述方式中，从轴向观察电动机1时的形状大致呈小金币形状。其他，例如从轴向观察电动机1时的形状也可大致呈圆形。

Claims (9)

1.一种步进电动机，其特征在于，包括：

具有驱动用磁铁的转子；以及

具有卷绕成筒状、配置于所述驱动用磁铁的外周侧的驱动用线圈的定子，所述定子包括：第一轭部，该第一轭部具有配置成覆盖所述转子的轴向上的所述驱动用线圈的一端面的大致环状的第一端板部；以及第二轭部，该第二轭部具有配置成覆盖所述轴向上的所述驱动用线圈的另一端面的大致环状的第二端板部，

所述第一轭部具有从所述第一端板部的内周端立起形成的、与所述驱动用磁铁的外周面对向配置的多个第一极齿，

所述第二轭部具有从所述第二端板部的内周端立起形成的、与所述驱动用磁铁的外周面对向配置的多个第二极齿，

所述第一极齿与所述第二极齿在所述转子的周向上交错配置，

所述轴向上的所述驱动用磁铁的一端面在所述轴向上配置于第一基端部与第二前端部之间，所述第一基端部是形成于所述第一端板部与所述第一极齿的边界部的所述第一极齿的基端部，所述第二前端部是所述第二极齿的前端部，

所述轴向上的所述驱动用磁铁的另一端面在所述轴向上配置于第二基端部与第一前端部之间，所述第二基端部是形成于所述第二端板部与所述第二极齿的边界部的所述第二极齿的基端部，所述第一前端部是所述第一极齿的前端部，

所述第一前端部及所述第二前端部形成为凸曲面状。

2.如权利要求1所述的步进电动机，其特征在于，

所述轴向上的所述驱动用磁铁的一端面与所述第一基端部之间的距离比所述轴向上的所述驱动用磁铁的一端面与所述第二前端部之间的距离短，

所述轴向上的所述驱动用磁铁的另一端面与所述第二基端部之间的距离比所述轴向上的所述驱动用磁铁的另一端面与所述第一前端部之间的距离短。

3.如权利要求1或2所述的步进电动机，其特征在于，

所述轴向上的所述第一基端部与所述第二前端部之间的距离和所述轴向上的所述第二基端部与所述第一前端部之间的距离大致相等，

所述轴向上的所述驱动用磁铁的一端面与所述第一基端部之间的距离和所述轴向上的所述驱动用磁铁的另一端面与所述第二基端部之间的距离大致相等。

4.如权利要求1或2所述的步进电动机，其特征在于，

所述第一极齿的宽度从所述第一基端部随着朝向所述第一前端部而逐渐变窄，

所述第二极齿的宽度从所述第二基端部随着朝向所述第二前端部而逐渐变窄，

所述第一极齿由第一小幅减少率部和第一大幅减少率部构成，所述第一小幅减少率部配置于所述第一极齿的基端侧且随着朝向所述第一极齿的前端侧而以规定的减少率减少所述第一极齿的宽度，所述第一大幅减少率部配置于所述第一极齿的前端侧且随着朝向所述第一极齿的前端侧而以比所述第一小幅减少率部的减少率大的减少率减少所述第一极齿的宽度，所述第二极齿由第二小幅减少率部和第二大幅减少率部构成，所述第二小幅减少率部配置于所述第二极齿的基端侧且随着朝向所述第二极齿的前端侧而以规定的减少率减少所述第二极齿的宽度，所述第二大幅减少率部配置于所述第二极齿的前端侧且随着朝向所述第二极齿的前端侧而以比所述第二小幅减少率部的减少率大的减少率减少所述第二极齿的宽度。

5.如权利要求4所述的步进电动机，其特征在于，

作为所述第一小幅减少率部与所述第一大幅减少率部的边界部的第一宽度减少率变更部和作为所述第二小幅减少率部与所述第二大幅减少率部的边界部的第二宽度减少率变更部配置于所述轴向上的所述第一前端部和所述第二前端部的大致中间位置，

所述轴向上的所述第一宽度减少率变更部与所述第一前端部之间的距离是所述轴向上的所述第一宽度减少率变更部与所述第二基端部之间的距离的大致2/3，

所述轴向上的所述第二宽度减少率变更部与所述第二前端部之间的距离是所述轴向上的所述第二宽度减少率变更部与所述第一基端部之间的距离的大致2/3。

6.如权利要求4或5所述的步进电动机，其特征在于，

作为所述第一小幅减少率部与所述第一大幅减少率部的边界部的第一宽度减少率变更部配置于比所述轴向上的所述第一基端部与所述第二基端部之间的中心位置即第一中心位置靠所述第一基端部侧的位置，

作为所述第二小幅减少率部与所述第二大幅减少率部的边界部的第二宽度减少率变更部配置于比所述第一中心位置靠所述第二基端部侧的位置。

7.如权利要求6所述的步进电动机，其特征在于，

所述第一宽度减少率变更部配置于比所述轴向上的所述第一中心位置与所述第二前端部之间的中心位置即第二中心位置靠所述第一前端部侧的位置，

所述第二宽度减少率变更部配置于比所述轴向上的所述第一中心位置与所述第一前端部之间的中心位置即第三中心位置靠所述第二前端部侧的位置。

8.如权利要求1或2所述的步进电动机，其特征在于，所述第一前端部及所述第二前端部形成为大致1/4圆弧状的凸曲面状。

9.如权利要求1或2所述的步进电动机，其特征在于，

所述定子具有多个定子部组，该定子部组具有所述驱动用线圈、所述第一轭部和所述第二轭部，

所述定子部组在所述轴向上重叠地配置。

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