JP2000224832A - 永久磁石型ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転角度精度及び静止角度精度の高い永久磁
石型ステッピングモータを提供する。 【解決手段】 クローポール形ヨークユニット１１１の
ヨーク１１３，１１７は、ｎ個の極歯を有する。ヨーク
１１３は、３６０°／ｍ（ｍは１及びｎを除くｎの約
数）の角度範囲θ内にぞれぞれｎ／ｍ個の極歯１１５を
有する。各角度範囲θ内に位置する極歯１１５間のピッ
チａを、（９０°／ｎ）［４−ｍ／（ｎ−ｍ）］＜ａ＜
（３６０°／ｎ）の範囲内の値とする。隣接する２つの
角度範囲の境界Ｂの両側に位置する２つの極歯間のピッ
チｂを、（３６０°／ｎ）＜ｂ＜（４５０°／ｎ）の範
囲内の値とする。ヨーク１１７の極歯１１９をヨーク１
１３の極歯１１５の間に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石型ステッ
ピングモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は、典型的な従来の二相永久磁石型
ステッピングモータのステータを切り開いて展開した図
であり、図９は従来のステータの極歯とロータの磁極と
の関係を示す図である。図８において、１は回転軸３に
固定された円柱状のブッシュ５に固定された筒状の永久
磁石エレメント７を備えてなるロータである。回転軸３
は、図示しない２つの軸受により支持されている。また
永久磁石エレメント７は、ｎ個（ｎは４以上の正の整
数）のＮ極の磁極とｎ個のＳ極の磁極とが回転軸の周方
向に等しいピッチで交互に現れるように筒状に構成され
ている。図示しないハウジングに固定されてロータ１の
外周側に配置されたステータ９は、第１及び第２のクロ
ーポール形ヨークユニット１１及び２５を備えている。
第１及び第２のクローポール形ヨークユニット１１及び
２５は、回転軸３の軸線方向に並んで配置さている。第
１及び第２のクローポール形ヨークユニット１１及び２
５は、周方向に永久磁石エレメント７の磁極ピッチＰの
１／４ピッチだけずらされて配置されている。第１のク
ローポール形ヨークユニット１１は、永久磁石エレメン
ト７と径方向に所定の間隔をあけて対向し且つ周方向に
所定のピッチＰで並ぶｎ個の極歯１５…及び１９…をそ
れぞれ備えた第１及び第２のヨーク１３及び１７と、第
１のヨーク１３のｎ個の極歯１５…と第２のヨーク１７
のｎ個の極歯１９…をそれぞれ異なる極性に励磁する励
磁巻線２１を備えている。励磁巻線２１は、ボビン２３
に巻装されている。第２のクローポール形ヨークユニッ
ト２５も、永久磁石エレメント７と径方向に所定の間隔
をあけて対向し且つ周方向に所定のピッチＰで並ぶｎ個
の極歯２９…及び３３…をそれぞれ備えた第１及び第２
のヨーク２７及び３１と、第１のヨーク２７のｎ個の極
歯２９…と第２のヨーク３１のｎ個の極歯３３…をそれ
ぞれ異なる極性に励磁する励磁巻線３５を備えている。
励磁巻線３５も、ボビン３７に巻装されている。図９に
示すように、典型的な従来の永久磁石型ステッピングモ
ータでは、２つの極歯１５間のピッチＰ、２つの極歯１
７間のピッチＰ、２つの極歯２９間のピッチＰ、２つの
極歯３３間のピッチＰ及び永久磁石エレメント７の２つ
の磁極間のピッチＰは、全て同じピッチ（角度）であ
る。

【０００３】このような構成の永久磁石型ステッピング
モータは、ハイブリッド型のステッピングモータと比べ
て回転角度精度及び静止角度精度が悪い。そこで従来か
ら、これらの問題を解決するための技術が数多く提案さ
れている（例えば、特開平７−２４５９２９号公報、特
開平７−２４５９３０号公報及び特開平１０−１２７０
２４号公報等参照）。従来提案されている技術は、極歯
の形状を変えたり、一方のヨークを他方のヨークに対し
て所定ピッチだけ周方向にずらせるなどして、ディテン
トトルクを下げたり、誘導起電力波形に含まれる特定の
高調波成分を低減または除去することにより、上記問題
を解消しようとしている。なお従来の技術では、クロー
ポール形ヨークユニットの各ヨークの極歯間のピッチを
一定にしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、当業者はクロー
ポール形ヨークユニットの各ヨークの極歯間のピッチを
一定にするという条件の下で、上記問題を解消しようと
していた。しかしながらこの条件の下で種々の工夫をし
ても回転角度精度及び静止角度精度を高めることには限
界があった。

【０００５】本発明の目的は、従来よりも回転角度精度
及び静止角度精度の高い永久磁石型ステッピングモータ
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明が改良の対象とす
る永久磁石型ステッピングモータのロータは、ｎ個（ｎ
は４以上の正の整数）のＮ極の磁極とｎ個のＳ極の磁極
とが周方向に等しいピッチで交互に現れるように筒状に
構成された永久磁石エレメントが回転軸に固定された構
造を有している。またステータは、永久磁石エレメント
と回転軸の径方向に所定の間隔をあけて対向し且つ周方
向に所定のピッチで並ぶｎ個の極歯をそれぞれ備えた第
１及び第２のヨーク並びに第１のヨークのｎ個の極歯と
第２のヨークのｎ個の極歯をそれぞれ異なる極性に励磁
する励磁巻線を備え、第１のヨークのｎ個の極歯と第２
のヨークのｎ個の極歯とが非接触の噛み合い状態で（非
接触状態で互い違いに）配置されるように第１及び第２
のヨークが組み合わされて構成された２以上のクローポ
ール形ヨークユニットが、回転軸の軸線方向に並んで配
置された構造を有してる。

【０００７】本発明では、クローポール形ヨークユニッ
トの第１のヨークのｎ個の極歯の隣接する二つの極歯間
のピッチを、それぞれ３６０°／ｎの一定ピッチとせず
に、２７０°／ｎより大きく４５０°／ｎより小さい２
種類以上の異なる値のピッチとする。当然にして、ｎ個
の極歯の隣接する２つの極歯間のｎ個のピッチの合計値
は３６０°になる。本発明の基本は、クローポール形ヨ
ークユニットのヨークの極歯間のピッチを一定にすると
いう常識を捨てて、少なくとも一方の第１のヨークの複
数の極歯の極歯間のピッチを上記の角度条件の範囲内で
異ならせることにある。従来のようにクローポール形ヨ
ークユニットの各ヨークの極歯間のピッチを一定にした
場合には、概念的に見れば、各ピッチ間において部分的
に発生する部分静止トルクの位相（電気角で見た位相）
は一致している。従来は、極歯の形状等を変えることに
より、この部分静止トルクの特性形状を変えて、複数の
部分静止トルクが合成されて得られる合成静止トルクを
正弦波に近付けようとしている。これに対して本発明で
は、少なくとも第１のヨークの極歯間のピッチを一定に
しない即ち変えて、各部分静止トルクの位相をずらすこ
とにより、合成静止トルクの特性を正弦波に近付ける。
基本的には、各極歯の形状を一定にしてヨークの極歯間
のピッチを変えない場合よりも、合成静止トルクの特性
を正弦波に近付けることができる（言い換えればディテ
ントトルクを低減できるまたは回転角度精度及び静止角
度精度を高めることができる）のであれば、ｎ個のピッ
チをどのようなピッチパターンで異ならせてもよい。現
時点では、どのようなピッチパターンにすると、最良の
結果が得られるのかは分かっていないが、ピッチを上記
条件の範囲で異ならせることにより、特定の高調波成分
が低減または除去されて、特性を従来よりも改善できる
ことが分かっている。本発明のように、ｎ個の極歯間の
ピッチを一定にしない場合でも、ステータの磁気的なバ
ランスが極端にくずれていないまたは磁気的なバランス
がある程度とれていれば、種々のピッチパターンを採用
できる。

【０００８】なおクローポール形ヨークユニットの第２
のヨークのｎ個の極歯の隣接する二つの極歯間のピッチ
は、第１のヨークのｎ個の極歯と第２のヨークのｎ個の
極歯とが非接触の噛み合い状態になるように定めればよ
い。例えば従来と同様に一定ピッチでもよい。しかしな
がら第２のヨークにおいても、第１のヨークにおけるピ
ッチパターンと同様に、ピッチを一定とせずに、各ピッ
チ間で発生する部分静止トルクの位相をずらせば、ピッ
チを一定にした場合と比べてよりよい結果が得られる。

【０００９】現時点で分かっている第１のヨークのｎ個
の極歯のｎ個のピッチを異ならせるパターン（ピッチパ
ターン）の好ましい例について説明する。まず第１のピ
ッチパターンでは、クローポール形ヨークユニットの第
１のヨークが、３６０°／ｍ（ｍは１及びｎを除くｎの
約数）の一定角度範囲（機械角）内にぞれぞれｎ／ｍ個
の極歯を有する。そして第１のピッチパターンでは、デ
ィテントトルクを低減して回転角度精度及び静止角度精
度を高めるように、各角度範囲内に位置するｎ／ｍ個の
極歯間のピッチと隣接する２つの角度範囲の境界の両側
に位置する２つの極歯間のピッチとを異ならせる。この
第１のピッチパターンを用いる場合で、設計と製造を容
易にするには、各角度範囲内に位置するｎ／ｍ個の極歯
間のピッチ（ａ）をそれぞれ一定とし、隣接する２つの
角度範囲の境界の両側に位置する２つの極歯間のピッチ
（ｂ）もそれぞれ一定にすればよい。

【００１０】第１のピッチパターンで、第１のヨークの
極歯間のピッチを変える際の具体的な極歯の配置の態様
には２種類の態様がある。まず第１の配置の態様（ショ
ートピッチ配置態様）では、各角度範囲内に位置するｎ
／ｍ個の極歯間のピッチａを、（９０°／ｎ）［４−ｍ
／（ｎ−ｍ）］＜ａ＜（３６０°／ｎ）の範囲内の値と
し、隣接する２つの角度範囲の境界の両側に位置する２
つの極歯間のピッチｂを、（３６０°／ｎ）＜ｂ＜（４
５０°／ｎ）の範囲内の値とする。この配置の態様で
は、ピッチａが、従来のピッチ（３６０°／ｎ）よりも
小さくなり、ピッチｂが従来のピッチ（３６０°／ｎ）
よりも大きくなる。

【００１１】また第２の配置の態様（ロングピッチ配置
態様）では、１つの角度範囲内に位置するｎ／ｍ個の極
歯間のピッチａを（９０°／ｎ）［４＋ｍ／（ｎ−
ｍ）］＞ａ＞（３６０°／ｎ）の範囲内の値とし、隣接
する２つの角度範囲の境界の両側に位置する２つの極歯
間のピッチｂを（３６０°／ｎ）＞ｂ＞（２７０°／
ｎ）の範囲内の値とする。この配置の態様では、ピッチ
ａが、従来のピッチ（３６０°／ｎ）よりも大きくな
り、ピッチｂが従来のピッチ（３６０°／ｎ）よりも小
さくなる。

【００１２】第１及び第２の配置の態様のいずれでも、
電気角で９０°の範囲において、各ピッチにおいて発生
する各部分静止トルクの位相が−側または＋側に順次ず
れることになる。これによってディテントトルクまたは
高調波成分が小さくなって、回転角度精度及び静止角度
精度が高くなる。

【００１３】なお各角度範囲における磁気中心が変わら
なければ、１つの角度範囲においてピッチａを上記条件
の範囲内において異ならせてもよく、またｍ個のピッチ
ｂを上記条件の範囲内において異ならせてもよい。しか
しながら設計の容易さを考えると、ピッチａ及びピッチ
ｂは一定であることが好ましく、その場合には（ｎ−
ｍ）×ａ＋ｍ×ｂ＝３６０°となるようにａ及びｂの値
を定めることになる。このようにすると設計が容易にな
るだけでなく、回転角度精度及び静止角度精度がより高
くなる。

【００１４】第１のピッチパターンで第１のヨークのピ
ッチを定める場合において、クローポール形ヨークユニ
ットの第２のヨークのｎ個の極歯は、第１のヨークのｎ
個の極歯と非接触の噛み合い状態で配置されていればよ
い。例えば第１のヨークと第２のヨークを同じ形状にし
て、同じ形状の第１のヨークと第２のヨークを組み合わ
せてもよい。上記の具体例の場合であれば、第２のヨー
クも、３６０°／ｍ（ｍは１及びｎを除くｎの約数）の
角度範囲内にぞれぞれｎ／ｍ個の極歯を有している構造
とする。そして各角度範囲内に位置するｎ／ｍ個の極歯
間のピッチと隣接する２つの角度範囲の境界の両側に位
置する２つの極歯間のピッチとを異ならせる。また各角
度範囲内に位置するｎ／ｍ個の極歯間のピッチ（ａ）を
それぞれ一定とし、隣接する２つの角度範囲の境界の両
側に位置する２つの極歯間のピッチ（ｂ）をそれぞれ一
定とする。なおこの場合には、第２のヨークの角度範囲
内に位置するｎ／ｍ個の極歯の中心が、第１のヨークの
角度範囲内に位置するｎ／ｍ個の極歯間の中心位置に位
置するように、第１及び第２のヨークを組み合わせるの
が好ましい。

【００１５】しかしながら磁気バランスをより良好なも
のとするためには、第２のヨークのｎ個の極歯間のピッ
チは、第１のヨークのｎ個の極歯の隣接する２つの極歯
間の中心位置に第２のヨークの対応する１つの極歯の中
心が位置するように定めるのが好ましい。前述のピッチ
ａ及びピッチｂがそれぞれ一定で、この条件が揃った場
合において、ｍがｎ／２以外の値であれば、クローポー
ル形ヨークユニットの第２のヨークのｎ個の極歯間のピ
ッチは、中心が前記境界に位置する極歯と該極歯に隣接
する２つの極歯との間のピッチが実質的に（ａ＋ｂ）／
２となり、その他の隣接する２つの極歯間のピッチが実
質的にａになるように定められる。またｍがｎ／２の値
であるときには、クローポール形ヨークユニットの第２
のヨークのｎ個の極歯間のピッチは、すべて実質的に
（ａ＋ｂ）／２となるように定められる。

【００１６】第１のヨークのｎ個の極歯のピッチの定め
方の第２のピッチパターンでは、合計値が３６０°とな
る複数の角度範囲（すべての角度範囲の角度が同一であ
る場合を除く）内にそれぞれ２以上の極歯を有してい
る。そして複数の角度範囲は、それぞれ３６０°／ｎの
角度のＭ倍［Ｍは２以上（ｎ−２）以下の正の整数から
選択された数］の角度を有し且つその角度範囲にはＭ個
の極歯が位置している。複数の角度範囲の角度がすべて
異なる場合（各角度範囲の選択されたＭの値が異なる場
合）もあれば、２以上の角度範囲が同じ角度を有する場
合（２以上の角度範囲の選択されたＭの値が同じ場合）
がある。このような場合において、複数の角度範囲内に
位置する２以上の極歯間のピッチと隣接する２つの角度
範囲の境界の両側に位置する２つの極歯間のピッチとを
異ならせる。この場合に、１つの角度範囲内に位置する
２以上の極歯間のピッチ（ａ1 〜ａ3 ）をそれぞれ一定
にしてもよく、隣接する２つの角度範囲の境界の両側に
位置する２つの極歯間のピッチ（ｂ）をそれぞれ一定に
してもよい。なおこのような第２のピッチパターンを採
用する場合にも、第２のヨークのｎ個の極歯間のピッチ
を、第１のヨークのｎ個の極歯の隣接する２つの極歯間
の中心位置に第２のヨークの対応する１つの極歯の中心
が位置するように定めるのが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、図８に示した二相永
久磁石型ステッピングモータに本発明を適用する場合の
２つのクローポール形ヨークユニット１１１及び１２５
の極歯１１５，１１９，１２９及び１３３と、ロータ側
の永久磁石エレメント１０７の磁極との関係を示す概略
展開図である。また図２は、１つのクローポール形ヨー
クユニット１１１の第１及び第２のヨーク１１３及び１
１７にそれぞれ設けられた極歯１１５，１１９の配置位
置を３６０°にわたって簡略的に示した図である。

【００１８】この実施の形態のステッピングモータは、
クローポール形ヨークユニット１１１及び１２５の極歯
１１５，１１９，１２９及び１３３のピッチが異なる点
を除いて、図８に示した従来の永久磁石型ステッピング
モータと同じである。この実施の形態では、永久磁石エ
レメント１０７が４８個の磁極を有しており、クローポ
ール形ヨークユニット１１１の第１及び第２のヨーク１
１３及び１１７がそれぞれ２４（＝ｎ）個の極歯を有し
ている。２４の約数は、１，２，３，４，６，８，１
２，２４である。この永久磁石型ステッピングモータで
は、１と２４を除く約数ｍ（＝２，３，４，６，８，１
２）で機械角の３６０°を分割した角度範囲θ（＝３６
０°／ｍ）内にｎ／ｍ個の極歯１１５が存在するよう
に、第１のヨーク１１３の極歯１１５…を分散配置して
いる。そしてこの例では、第１の配置の態様即ちショー
トピッチ配置態様を採用している。ショートピッチ配置
態様では、各角度範囲θ内に位置するｎ／ｍ個の隣接す
る２つの極歯１１５…間のピッチａを下記（１）式の範
囲内の値とする。

【００１９】 （９０°／ｎ）［４−ｍ／（ｎ−ｍ）］＜ａ＜（３６０°／ｎ） …（１） また隣接する２つの角度範囲の境界Ｂの両側に位置する
２つの極歯間のピッチｂを下記（２）式の範囲内の値と
する。

【００２０】 （３６０°／ｎ）＜ｂ＜（４５０°／ｎ） …（２） 式（１）は、１つの角度範囲θ内にあるｎ／ｍ個の極歯
の各ピッチａと等配における極歯の１ピッチ（３６０°
／ｎ）との差の合計が、等配における極歯の１ピッチ
（３６０°／ｎ）の１／４ピッチ（電気角で９０度）の
範囲内に入るという条件を満たす式である。（２）式
は、（１）式でピッチａを定める場合に取り得るピッチ
ｂの範囲である。この範囲は、ピッチａとピッチｂがそ
れぞれ一定であるとすると、（ｎ−ｍ）×ａ＋ｍ×ｂ＝
３６０°が成立することを前提にして定められる。これ
らの式を満たしたピッチａ及びｂは、２７０°／ｎより
大きく４５０°／ｎより小さい２種類の異なる値のピッ
チとなる。

【００２１】この例では、より良い結果を得るために、
第２のヨーク１１７のｎ個の極歯１１９…間のピッチ
は、第１のヨーク１１３のｎ個の極歯１１５…の隣接す
る２つの極歯間の中心位置に第２のヨーク１１７の対応
する１つの極歯１１９の中心が位置するように定めてい
る。具体的には、ｍがｎ／２以外の値であれば、第２の
ヨーク１１７のｎ個の極歯１１９…間のピッチは、その
中心が境界Ｂに位置する極歯１１９と該極歯に隣接する
２つの極歯１１９との間のピッチｃが実質的にｃ＝（ａ
＋ｂ）／２となり、その他の隣接する２つの極歯間のピ
ッチが実質的にａになるように定めらる。またｍがｎ／
２の値であるときには、第２のヨーク１１７のｎ個の極
歯間のピッチは、すべて実質的に（ａ＋ｂ）／２となる
ように定められる。

【００２２】その結果、図１及び図２の配置の態様で
は、ピッチａが、２７０°／ｎより大きく３６０°／ｎ
よりも小さい値となり、ピッチｂがピッチ３６０°／ｎ
よりも大きく４５０°／ｎよりも小さくなる。図１で
は、上記の条件で、ｍ＝６を選択している。したがって
第１のヨーク１１３は、６つの角度範囲θ（＝６０°）
を有しおり、各角度範囲θ内にそれぞれ４つの極歯１１
５…を備えている。１つの角度範囲θ内の隣接する２つ
の極歯１１５間のピッチａは、上記（１）式及び（２）
式にｎ＝２４，ｍ＝６を代入してａ，ｂ，ｃの範囲を求
めると、下記の通りになる。

【００２３】１３．７５°＜ａ＜１５° １５°＜ｂ＜１８．７５° １５°＜ｃ＜１６．２５° ｍ＝６を選択した場合で、実際にモータを製造する場合
に選択する，ａ，ｂ，ｃの値の一例は、ａ＝１４°，ｂ
＝１８°，ｃ＝１６である。

【００２４】ｎ＝２４で、ｍ＝１２を選択した場合に
は、第１のヨーク１１３では極歯のピッチａ及びピッチ
ｂが交互に現れることになるため、第２のヨーク１１７
では、極歯のピッチはピッチｃのみとなり、結果として
等配ピッチとなる。この場合でも本発明の効果を得るこ
とはできる。

【００２５】図３は、二相永久磁石型ステッピングモー
タでｎ＝２５，ｍ＝５としたときの、２つのクローポー
ル形ヨークユニット２１１及び２２５の極歯２１５，２
１９，２２９及び２３３と、ロータ側の永久磁石エレメ
ント２０７の磁極との関係を示す概略展開図である。こ
の場合においても、前述のピッチａ，ピッチｂ及びピッ
チｃの関係が成立する。この場合のａ，ｂ，ｃの範囲
は、下記の通りである。 １３．５°＜ａ＜１４．４° １４．４°＜ｂ＜１８° １４．４°＜ｃ＜１５．７５° そしてこの場合に、実際にモータを製造するときに設計
がし易い、ａ，ｂ，ｃの値の一例は、ａ＝１３．６８
°，ｂ＝１７．２８°，ｃ＝１５．４８°である。

【００２６】上記例は、いずれもショートピッチ配置態
様で極歯を配置しているが、ピッチａを等配のピッチ
（３６０°／ｎ）よりも大きくする場合（ロングピッチ
配置態様）にも、本発明を適用できる。ロングピッチ配
置態様では、１つの角度範囲内に位置するｎ／ｍ個の極
歯間のピッチａは下記（３）式の範囲の値になる。

【００２７】 （９０°／ｎ）［４＋ｍ／（ｎ−ｍ）］＞ａ＞（３６０°／ｎ） …（３） また隣接する２つの角度範囲の境界の両側に位置する２
つの極歯間のピッチｂは下記（４）式の範囲の値にな
る。

【００２８】 （３６０°／ｎ）＞ｂ＞（２７０°／ｎ） …（４） この配置の態様では、ピッチａが、従来のピッチ（３６
０°／ｎ）よりも大きくなり、ピッチｂが従来のピッチ
（３６０°／ｎ）よりも小さくなる。

【００２９】式（３）は、１つの角度範囲θ内にあるｎ
／ｍ個の極歯の各ピッチａと等配における極歯の１ピッ
チ（３６０°／ｎ）との差の合計が、等配における極歯
の１ピッチ（３６０°／ｎ）の１／４ピッチ（電気角で
９０度）の範囲内に入るという条件を満たす式である。
（４）式は、（１）式でピッチａを定める場合に取り得
るピッチｂの範囲である。この範囲は、ピッチａとピッ
チｂがそれぞれ一定であるとすると、（ｎ−ｍ）×ａ＋
ｍ×ｂ＝３６０°が成立することを前提にして定められ
る。

【００３０】図４は、二相永久磁石型ステッピングモー
タでｎ＝２４，ｍ＝６として、ロングピッチ配置態様を
採用したときの、２つのクローポール形ヨークユニット
３１１及び３２５の極歯３１５，３１９，３２９及び３
３３と、ロータ側の永久磁石エレメント３０７の磁極と
の関係を示す概略展開図である。この場合においても、
前述（３）式及び（４）式のピッチａ，ピッチｂ及びピ
ッチｃの関係が成立する。この場合のａ，ｂ，ｃの範囲
は、下記の通りである。

【００３１】 １６．２５°＞ａ＞１５° １５°＞ｂ＞１１．２５° １５°＞ｃ＞１３．７５° そしてこの場合に、実際にモータを製造するときに設計
がし易い、ａ，ｂ，ｃの値の一例は、ａ＝１６°，ｂ＝
１２°，ｃ＝１４°である。

【００３２】図５は、図１の実施の形態のステッピング
モータの静止角度誤差（Ｘ）と、図８及び図９に示した
従来のステッピングモータ（ｎ＝２４としたもの）の静
止角度誤差（Ｙ）と、図１０に示すように極歯１５´，
１９´のピッチを一定として一方のヨークの極歯１５´
の巾寸法を小さくした従来のステッピングモータ（特開
平１０−１２７０２４号公報の図３参照）の静止角度誤
差（Ｚ）とを比較のために示した図である。図５から分
かるように、本発明のステッピングモータによれば、従
来のステッピングモータ（Ｘ，Ｙ）と比べて静止角度誤
差がかなり小さくなっている。すなわち本発明の実施の
形態では、静止角度誤差がほぼ±１．５％以下となって
いる。

【００３３】上記の各例では、第１のヨークの形状と第
２のヨークの形状とが異なっているため、２種類のヨー
クを作成する必要がある。図６は、第１のヨーク４１３
と第２のヨーク４１７を同じ形状にした場合の本発明の
実施の形態の一例の１つのクローポール形ヨークユニッ
ト４１１の極歯の配置態様（ピッチパターン）を示す図
である。この実施の形態では、第１及び第２のヨーク４
１３及び４１７は、それぞれ２４個の極歯４１５，４１
９を有している。そして４つの９０°の角度範囲（ｍ＝
４）内に、それぞれ６個の極歯が配置されている。この
例では、図１の例と同様に、１つの角度範囲内に位置す
る６個の極歯４１５…の隣接する２つの極歯間のピッチ
ａは一定であり、また隣接する２つの角度範囲の境界の
両側に位置する２つの極歯間のピッチｂは一定であり、
ａ＜ｂの関係になるショートピッチ配置態様である。そ
してこの例では、第２のヨーク４１７の１つの角度範囲
内に位置する６個の極歯４１９…の中心が、第１のヨー
ク４１３の対応する１つの角度範囲内に位置する６個の
極歯間４１５…の中心位置に位置するように、第１及び
第２のヨーク４１３及び４１７が組み合わされている。
なお図６においてＩは第１のヨーク４１３の磁気中心で
あり、IIは第２のヨーク４１７の磁気中心であり、III
は第１及び第２のヨークの合成磁気中心である。このよ
うな配置構成であっても、従来よりも静止トルク特性を
改善できる。

【００３４】上記各実施の形態は、いずれも第１のヨー
クの複数の極歯をグループ分けする場合に用いる複数の
角度範囲が、すべて同じ角度になるピッチパターンで各
極歯間のピッチを定めている。図７の実施の形態は、第
１のヨーク５１３の複数の極歯５１５…をグループ分け
する場合に用いる複数の角度範囲θ1 〜θ3 がすべて同
一にならない場合のピッチパターンで各極歯５１５…間
のピッチをショートピッチ配置態様で定めた例である。
この例では、極歯５１５…の数が１２（即ちｎ＝１２）
である。そしてこの例では、合計値が３６０°となる複
数の角度範囲（具体的には３つの角度範囲θ1 〜θ3 ）
は、同一ではなく異なっている。そして各角度範囲に
は、それぞれ２以上の極歯が含まれている。これら３つ
の角度範囲θ1 〜θ3 は、それぞれ３６０°／ｎの角度
のＭ倍［Ｍは２以上（ｎ−２）以下の正の整数から選択
された数］の角度を有している。そして各角度範囲には
Ｍ個の極歯が存在している。具体的には、角度範囲θ1
は、３６０°／１２の３倍の角度すなわち９０°であ
り、この角度範囲θ1 内に３個の極歯５１５…がある。
３個の極歯間のピッチａ1 は一定であり、このピッチａ
1 は、ショートピッチであるから２６．２５°＜ａ1 ＜
３０°の範囲から選択される。また角度範囲θ2は、３
６０°／１２の４倍の角度すなわち１２０°であり、こ
の角度範囲θ2 内に４個の極歯５１５…がある。この角
度範囲θ2 内に４個の極歯５１５…がある。４個の極歯
５１５…間のピッチａ2 は一定であり、このピッチａ2
は、ショートピッチであるから２７．２５°＜ａ2 ＜３
０°の範囲から選択される。角度範囲θ3 は、３６０°
／１２の５倍の角度すなわち１５０°であり、この角度
範囲θ3 内に５個の極歯５１５…がある。５個の極歯間
のピッチａ3 は一定であり、このピッチａ3 は、ショー
トピッチであるから２８．１２５°＜ａ3 ＜３０°の範
囲から選択される。そしてこの例では、図１の例と同様
に、隣接する２つの角度範囲の境界Ｂの両側に位置する
２つの極歯５１５，５１５間のピッチｂをそれぞれ一定
にしている。このピッチｂは、３０°＜ｂ＜３７．５°
の範囲から選択される。

【００３５】これに対して第２のヨーク５１７では、１
２個の極歯５１９…間のピッチを、第１のヨークの１２
個の極歯５１５…の隣接する２つの極歯間の中心位置に
第２のヨーク５１７の対応する１つの極歯５１９の中心
が位置するように定めている。このような配置すると、
第２のヨーク５１７の１２個の極歯５１９…の隣接する
極歯間のピッチは、図示のようにａ1 ，ａ2 ，ａ3 、ｃ
1 ，ｃ2 ，ｃ3 の６種類のピッチを含むことになる。ａ
1 ，ａ2 ，ａ3 の値は前述の通りであり、ｃ1は３０°
＜ｃ1 ＜３１．８７５°であり、ｃ2 は３０°＜ｃ1 ＜
３２．５°であり、ｃ3 は３０°＜ｃ1 ＜３２．８１２
５°である。この実施の形態において、設計のし易いピ
ッチの一例を上げると、ａ1 ＝２７°，ａ2 ＝２８°，
ａ3 ＝２８．５°，ｂ＝３６°、ｃ1 ＝３１．５°，ｃ
2 ＝３２°、ｃ3 ＝３２．５°である。

【００３６】図７の例では、複数の角度範囲の角度θ1
〜θ3 がすべて異なっている。しかしながら角度範囲が
３つ以上ある場合であれば、２以上の角度範囲が同じ角
度を有していてもよい。また図７の例では、１つの角度
範囲内に位置する２以上の極歯間のピッチ（ａ1 〜ａ3
）をそれぞれ一定にしており、また隣接する２つの角
度範囲の境界の両側に位置する２つの極歯間のピッチｂ
をそれぞれ一定にしているが、これらのピッチを前述の
条件の範囲内で異ならせてもよいのは勿論である。

【００３７】上記の例は、二相永久磁石型ステッピング
モータに本発明を適用した例であるが、本発明はクロー
ポール形ヨークユニットを３個、４個…Ｑ個と回転軸の
軸線方向に並べたＱ相の永久磁石型ステッピングモータ
にも当然にして適用できる。Ｑ相の永久磁石型ステッピ
ングモータでは、Ｑ個のクローポール形ヨークユニット
が前記磁極のピッチの１／（２Ｑ）ピッチだけ周方向に
ずらされて配置される。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、少なくとも第１のヨー
クの極歯間のピッチを変えることにより、各ピッチ間で
発生する部分静止トルクの位相をずらして合成静止トル
クの特性を正弦波に近付けるので、従来よりも合成静止
トルクの特性を正弦波に近付けることができ、従来より
も回転角度精度及び静止角度精度の高い永久磁石型ステ
ッピングモータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例で用いる２つのクロ
ーポール形ヨークユニットの極歯と、ロータ側の永久磁
石エレメントの磁極との関係を示す概略展開図である。

【図２】図１の実施の形態の１つのクローポール形ヨー
クユニットの第１及び第２のヨークにそれぞれ設けられ
た極歯の配置位置を３６０°にわたって示した図であ
る。

【図３】本発明の他の実施の形態の２つのクローポール
形ヨークユニットの極歯とロータ側の永久磁石エレメン
トの磁極との関係を示す概略展開図である。

【図４】本発明の更に他の実施の形態の２つのクローポ
ール形ヨークユニットの極歯とロータ側の永久磁石エレ
メントの磁極との関係を示す概略展開図である。

【図５】本発明の実施の形態と従来例の静止角度誤差を
比較するための図である。

【図６】第１のヨークと第２のヨークを同じ形状にした
場合の本発明の他の実施の形態の１つのクローポール形
ヨークユニットの第１及び第２のヨークにそれぞれ設け
られた極歯の配置位置を３６０°にわたって示した図で
ある。

【図７】本発明の他の実施の形態の１つのクローポール
形ヨークユニットの第１及び第２のヨークにそれぞれ設
けられた極歯の配置位置を３６０°にわたって示した図
である。

【図８】従来の二相永久磁石型ステッピングモータのス
テータを切り開いて展開した図である。

【図９】従来のステータの極歯とロータの磁極との関係
を示す図である。

【図１０】従来のステッピングモータのクローポール形
ヨークユニットの極歯の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ ロータ ３ 回転軸 ７，１０７ 永久磁石エレメント ９ ステータ １１，２５，１１１，１２５ クローポール形ヨークユ
ニット １３，１７，１１３，１１７，１２７，１３１ ヨーク １５，１９，２９，３３，１１５，１１９，１２９，１
３３ 極歯 ２１，３５ 励磁巻線

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎ個（ｎは４以上の正の整数）のＮ極の
   磁極とｎ個のＳ極の磁極とが回転軸の周方向に等しいピ
   ッチで交互に現れるように筒状に構成された永久磁石エ
   レメントが前記回転軸に固定されてなるロータと、 前記永久磁石エレメントと前記回転軸の径方向に所定の
   間隔をあけて対向し且つ前記周方向に所定のピッチで並
   ぶｎ個の極歯をそれぞれ備えた第１及び第２のヨーク並
   びに前記第１のヨークの前記ｎ個の極歯と前記第２のヨ
   ークの前記ｎ個の極歯をそれぞれ異なる極性に励磁する
   励磁巻線を備え、前記第１のヨークの前記ｎ個の極歯と
   前記第２のヨークの前記ｎ個の極歯とが非接触の噛み合
   い状態で配置されるように前記第１及び第２のヨークが
   組み合わされて構成された２以上のクローポール形ヨー
   クユニットが、前記回転軸の軸線方向に並んで配置され
   てなるステータとを具備する永久磁石型ステッピングモ
   ータであって、 前記クローポール形ヨークユニットの前記第１のヨーク
   の前記ｎ個の極歯の隣接する二つの極歯間のピッチは、
   それぞれ３６０°／ｎの一定ピッチではなく、２７０°
   ／ｎより大きく４５０°／ｎより小さい２種類以上の異
   なる値のピッチであり、 前記クローポール形ヨークユニットの前記第２のヨーク
   の前記ｎ個の極歯の隣接する二つの極歯間のピッチは、
   前記第１のヨークの前記ｎ個の極歯と前記第２のヨーク
   の前記ｎ個の極歯とが非接触の噛み合い状態になるよう
   に定められていることを特徴とする永久磁石型ステッピ
   ングモータ。
2. 【請求項２】 前記第１のヨークは、３６０°／ｍ（ｍ
   は１及びｎを除くｎの約数）の角度範囲内にぞれぞれｎ
   ／ｍ個の前記極歯を有しており、 前記角度範囲内に位置するｎ／ｍ個の前記極歯間のピッ
   チと隣接する２つの前記角度範囲の境界の両側に位置す
   る２つの前記極歯間のピッチとが異なることを特徴とす
   る請求項２に記載の永久磁石型ステッピングモータ。
3. 【請求項３】 前記角度範囲内に位置するｎ／ｍ個の前
   記極歯間のピッチ（ａ）はそれぞれ一定であり、 前記隣接する２つの前記角度範囲の境界の両側に位置す
   る２つの前記極歯間のピッチ（ｂ）はそれぞれ一定であ
   る請求項２に記載の永久磁石型ステッピングモータ。
4. 【請求項４】 前記クローポール形ヨークユニットの前
   記第２のヨークの前記ｎ個の極歯間のピッチは、前記第
   １のヨークの前記ｎ個の極歯の隣接する２つの前記極歯
   間の中心位置に前記第２のヨークの対応する１つの前記
   極歯の中心が位置するように定められていることを特徴
   とする請求項１または３に記載の永久磁石型ステッピン
   グモータ。
5. 【請求項５】 前記第２のヨークは、３６０°／ｍ（ｍ
   は１及びｎを除くｎの約数）の角度範囲内にぞれぞれｎ
   ／ｍ個の前記極歯を有しており、 前記角度範囲内に位置するｎ／ｍ個の前記極歯間のピッ
   チと隣接する２つの前記角度範囲の境界の両側に位置す
   る２つの前記極歯間のピッチとが異なっており、 前記角度範囲内に位置するｎ／ｍ個の前記極歯間のピッ
   チ（ａ）はそれぞれ一定であり、 前記隣接する２つの前記角度範囲の境界の両側に位置す
   る２つの前記極歯間のピッチ（ｂ）はそれぞれ一定であ
   る請求項３に記載の永久磁石型ステッピングモータ。
6. 【請求項６】 前記第２のヨークの前記角度範囲内に位
   置するｎ／ｍ個の前記極歯の中心が、前記第１のヨーク
   の前記角度範囲内に位置するｎ／ｍ個の前記極歯間の中
   心位置に位置している請求項５に記載の永久磁石型ステ
   ッピングモータ。
7. 【請求項７】 前記第１のヨークは、合計値が３６０°
   となる複数の角度範囲（すべての角度範囲の角度が同一
   である場合を除く）内にそれぞれ２以上の極歯を有して
   おり、 前記複数の角度範囲は、それぞれ３６０°／ｎの角度の
   Ｍ倍［Ｍは２以上（ｎ−２）以下の正の整数から選択さ
   れた数］の角度を有しており且つ各角度範囲内にはＭ個
   の前記極歯が位置しており、 前記複数の角度範囲内に位置する２以上の前記極歯間の
   ピッチと隣接する２つの前記角度範囲の境界の両側に位
   置する２つの前記極歯間のピッチとが異なることを特徴
   とする請求項１に記載の永久磁石型ステッピングモー
   タ。
8. 【請求項８】 １つの前記角度範囲内に位置する２以上
   の前記極歯間のピッチ（ａ1 〜ａ3 ）はそれぞれ一定で
   あり、 前記隣接する２つの前記角度範囲の境界の両側に位置す
   る２つの前記極歯間のピッチ（ｂ）はそれぞれ一定であ
   る請求項７に記載の永久磁石型ステッピングモータ。
9. 【請求項９】 前記第２のヨークの前記ｎ個の極歯間の
   ピッチは、前記第１のヨークの前記ｎ個の極歯の隣接す
   る２つの前記極歯間の中心位置に前記第２のヨークの対
   応する１つの前記極歯の中心が位置するように定められ
   ていることを特徴とする請求項７または８に記載の永久
   磁石型ステッピングモータ。
10. 【請求項１０】 ｎ個（ｎは４以上の正の整数）のＮ極
    の磁極とｎ個のＳ極の磁極とが回転軸の周方向に等しい
    ピッチで交互に現れるように筒状に構成された永久磁石
    エレメントが前記回転軸に固定されてなるロータと、 前記永久磁石エレメントと前記回転軸の径方向に所定の
    間隔をあけて対向し且つ前記周方向に所定のピッチで並
    ぶｎ個の極歯をそれぞれ備えた第１及び第２のヨーク並
    びに前記第１のヨークの前記ｎ個の極歯と前記第２のヨ
    ークの前記ｎ個の極歯をそれぞれ異なる極性に励磁する
    励磁巻線を備え、前記第１のヨークの前記ｎ個の極歯と
    前記第２のヨークの前記ｎ個の極歯とが非接触の噛み合
    い状態で配置されるように前記第１及び第２のヨークが
    組み合わされて構成された２以上のクローポール形ヨー
    クユニットが、前記回転軸の軸線方向に並んで配置され
    てなるステータとを具備する永久磁石型ステッピングモ
    ータであって、 前記クローポール形ヨークユニットの前記第１のヨーク
    は、３６０°／ｍ（ｍは１及びｎを除くｎの約数）の角
    度範囲内にぞれぞれｎ／ｍ個の前記極歯を有しており、 １つの前記角度範囲内に位置するｎ／ｍ個の前記極歯間
    のピッチａは、（９０°／ｎ）［４−ｍ／（ｎ−ｍ）］
    ＜ａ＜（３６０°／ｎ）の範囲内の値であり、 隣接する２つの前記角度範囲の境界の両側に位置する２
    つの前記極歯間のピッチｂは、（３６０°／ｎ）＜ｂ＜
    （４５０°／ｎ）の範囲内の値であることを特徴とする
    永久磁石型ステッピングモータ。
11. 【請求項１１】 前記ピッチａ及び前記ピッチｂはぞれ
    ぞれ一定であり、（ｎ−ｍ）×ａ＋ｍ×ｂ＝３６０°と
    なるようにａ及びｂの値が定められていることを特徴と
    する請求項１０に記載の永久磁石型ステッピングモー
    タ。
12. 【請求項１２】 前記クローポール形ヨークユニットの
    前記第２のヨークの前記ｎ個の極歯間のピッチは、前記
    第１のヨークの前記ｎ個の極歯の隣接する２つの前記極
    歯間の中心位置に前記第２のヨークの対応する１つの前
    記極歯の中心が位置するように定められていることを特
    徴とする請求項１０または１１に記載の永久磁石型ステ
    ッピングモータ。
13. 【請求項１３】 前記ｍがｎ／２以外の値であり、 前記クローポール形ヨークユニットの前記第２のヨーク
    の前記ｎ個の極歯間のピッチは、前記中心が前記境界に
    位置する前記極歯と該極歯に隣接する２つの前記極歯と
    の間のピッチが実質的に（ａ＋ｂ）／２となり、その他
    の隣接する２つの前記極歯間のピッチが実質的にａとな
    るように定められている請求項１０に記載の永久磁石型
    ステッピングモータ。
14. 【請求項１４】 前記ｍがｎ／２の値であり、 前記クローポール形ヨークユニットの前記第２のヨーク
    の前記ｎ個の極歯間のピッチは、実質的に（ａ＋ｂ）／
    ２となるように定められている請求項１０に記載の永久
    磁石型ステッピングモータ。
15. 【請求項１５】 ｎ個（ｎは４以上の正の整数）のＮ極
    の磁極とｎ個のＳ極の磁極とが回転軸の周方向に等しい
    ピッチで交互に現れるように筒状に構成された永久磁石
    エレメントが前記回転軸に固定されてなるロータと、 前記永久磁石エレメントと前記回転軸の径方向に所定の
    間隔をあけて対向し且つ前記周方向に所定のピッチで並
    ぶｎ個の極歯をそれぞれ備えた第１及び第２のヨーク並
    びに前記第１のヨークの前記ｎ個の極歯と前記第２のヨ
    ークの前記ｎ個の極歯をそれぞれ異なる極性に励磁する
    励磁巻線を備え、前記第１のヨークの前記ｎ個の極歯と
    前記第２のヨークの前記ｎ個の極歯とが非接触の噛み合
    い状態で配置されるように前記第１及び第２のヨークが
    組み合わされて構成された２以上のクローポール形ヨー
    クユニットが、前記回転軸の軸線方向に並んで配置され
    てなるステータとを具備する永久磁石型ステッピングモ
    ータであって、 前記クローポール形ヨークユニットの前記第１のヨーク
    は、３６０°／ｍ（ｍは１及びｎを除くｎの約数）の角
    度範囲内にぞれぞれｎ／ｍ個の前記極歯を有しており、 １つの前記角度範囲内に位置するｎ／ｍ個の前記極歯間
    のピッチａは、（９０°／ｎ）［４＋ｍ／（ｎ−ｍ）］
    ＞ａ＞（３６０°／ｎ）の範囲内の値であり、 隣接する２つの前記角度範囲の境界の両側に位置する２
    つの前記極歯間のピッチｂは、（３６０°／ｎ）＞ｂ＞
    （２７０°／ｎ）の範囲内の値であることを特徴とする
    永久磁石型ステッピングモータ。
16. 【請求項１６】 前記ピッチａ及び前記ピッチｂは一定
    であり、（ｎ−ｍ）×ａ＋ｍ×ｂ＝３６０°となるよう
    にａ及びｂの値が定められていることを特徴とする請求
    項１５に記載の永久磁石型ステッピングモータ。
17. 【請求項１７】 前記クローポール形ヨークユニットの
    前記第２のヨークの前記ｎ個の極歯間のピッチは、前記
    第１のヨークの前記ｎ個の極歯の隣接する２つの前記極
    歯間の中心位置に前記第２のヨークの対応する１つの前
    記極歯の中心が位置するように定められていることを特
    徴とする請求項１５または１６に記載の永久磁石型ステ
    ッピングモータ。
18. 【請求項１８】 前記ｍがｎ／２以外の値であり、 前記クローポール形ヨークユニットの前記第２のヨーク
    の前記ｎ個の極歯間のピッチは、前記中心が前記境界に
    位置する前記極歯と該極歯に隣接する２つの前記極歯と
    の間のピッチが実質的に（ａ＋ｂ）／２となり、その他
    の隣接する２つの前記極歯間のピッチが実質的にａとな
    るように定められている請求項１５に記載の永久磁石型
    ステッピングモータ。
19. 【請求項１９】 前記ｍがｎ／２の値であり、 前記クローポール形ヨークユニットの前記第２のヨーク
    の前記ｎ個の極歯間のピッチは、実質的に（ａ＋ｂ）／
    ２となるように定められている請求項１５に記載の永久
    磁石型ステッピングモータ。