JP2001069743A - モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 小型でトルクが大きいばかりでなく、エネル
ギー効率の面からも優れており、また構造がシンプルな
ため容易かつ安価に製造することができるという長所を
損なうことなく、コギングトルクを低減できるモータを
提供する。 【解決手段】 円筒形状に形成されるとともに少なくと
もその外周面を周方向にｎ分割して異なる極に交互に着
磁されたマグネットを備え、マグネットの外周部と対向
する部分の第１の外側磁極の周方向の長さ（占有領域）
θが、円筒の中心軸まわりの角度で表現したとき、（３
６０／ｎ）×１／３＜θ＜（３６０／ｎ）×９／１０度
の範囲であり、マグネットの外周部と対向する部分の第
２の外側磁極の周方向の長さ（占有領域）θが、円筒の
中心軸まわりの角度で表現したとき、（３６０／ｎ）×
１／３＜θ＜（３６０／ｎ）×９／１０度の範囲であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＰＭモータの低コギン
グトルク化、低騒音化、低振動化に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】小型で大きなトルクが得られるステップ
モータとして、ロータである円筒形状のマグネットの両
側に２つのコイル、そのまた両側に外側磁極と内側磁極
を持つステータを同軸上に配置したものが特開平９−３
３１６６６に記載されている。

【０００３】これらのモータは小型でトルクが大きいば
かりでなく、エネルギー効率の面からも優れており、ま
た構造がシンプルなため容易かつ安価に製造することが
できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ステップモータはトルクの回転ムラ（コギングトルク）
が大きいという欠点があり、低速回転使用時に支障をき
たすばかりでなく、それによって振動、騒音を引き起こ
すことがあった。

【０００５】したがって、本発明の目的は、上述のモー
タに対して、上記長所を損なうことなく、コギングトル
クを低減できる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】上記目的を達成するため
に、本発明は、第１に、円筒形状に形成されるとともに
少なくともその外周面を周方向にｎ分割して異なる極に
交互に着磁されたマグネットを備え、該マグネットの軸
方向に第１のコイルと前記マグネットと第２のコイルを
順に配置し、前記第１のコイルにより励磁され第１の外
側磁極及び第１の内側磁極とからなる第１のステータを
前記マグネットの一端の外周面及び内周面に対向させる
とともに、前記第２のコイルにより励磁され第２の外側
磁極及び第２の内側磁極とからなる第２のステータを前
記マグネットの他端の外周面及び内周面に対向させる構
成のモータにおいて、前記マグネットの外周部と対向す
る部分の第１の外側磁極の周方向の長さ（占有領域）θ
が、円筒の中心軸まわりの角度で表現したとき、（３６
０／ｎ）×１／３＜θ＜（３６０／ｎ）×９／１０度の
範囲であり、前記マグネットの外周部と対向する部分の
第２の外側磁極の周方向の長さ（占有領域）θが、円筒
の中心軸まわりの角度で表現したとき、（３６０／ｎ）
×１／３＜θ＜（３６０／ｎ）×９／１０度の範囲であ
ることを特徴とする。

【０００７】本構成において、非通電時に、第１の外側
磁極を、その周方向の長さθが大きい形状から小さい形
状に変化させたとき、マグネットと第１の外側磁極の引
力及び斥力による回転力は、最初次第に小さくなった
後、次に再び大きくなるというように極小値をもって変
化する。また第２の外側磁極を、その周方向の長さθが
大きい形状から小さい形状に変化させたとき、マグネッ
トと第２の外側磁極の引力及び斥力による回転力は、最
初次第に小さくなった後、次に再び大きくなるというよ
うに極小値をもって変化する。

【０００８】本構成によれば、これら外側磁極とマグネ
ット間での回転力が極小値に近い値となり、その結果コ
ギングトルクが低減される。

【０００９】本発明は、第２に、円筒形状に形成される
とともに少なくともその外周面を周方向にｎ分割して異
なる極に交互に着磁されたマグネットを備え、該マグネ
ットの軸方向に第１のコイルと前記マグネットと第２の
コイルを順に配置し、前記第１のコイルにより励磁され
第１の外側磁極及び第１の内側磁極とからなる第１のス
テータを前記マグネットの一端の外周面及び内周面に対
向させるとともに、前記第２のコイルにより励磁され第
２の外側磁極及び第２の内側磁極とからなる第２のステ
ータを前記マグネットの他端の外周面及び内周面に対向
させる構成のモータにおいて、第１の外側磁極のマグネ
ットの外周部と対向する部分の展開形状を、磁極の付け
根部分から先端に近づくに従って、幅狭なものとし、第
２の外側磁極のマグネットの外周部と対向する部分の展
開形状を、磁極の付け根部分から先端に近づくに従っ
て、幅狭なものとしたことを特徴とする。

【００１０】本構成により、非通電時において、第１の
外側磁極のマグネットの外周部と対向する部分のうち、
磁極の付け根部分がマグネットから受ける回転力と磁極
の先端部分がマグネットから受ける回転力とがバランス
し、マグネットと第１の外側磁極の引力及び斥力による
回転力が抑制される。また第２の外側磁極のマグネット
の外周部と対向する部分のうち、磁極の付け根部分がマ
グネットから受ける回転力と磁極の先端部分がマグネッ
トから受ける回転力とがバランスし、マグネットと第２
の外側磁極の引力及び斥力による回転力が抑制される。
その結果コギングトルクが低減される。

【００１１】本発明は、第３に、円筒形状に形成される
とともに少なくともその外周面を周方向にｎ分割して異
なる極に交互に着磁されたマグネットを備え、該マグネ
ットの軸方向に第１のコイルと前記マグネットと第２の
コイルを順に配置し、前記第１のコイルにより励磁され
第１の外側磁極及び第１の内側磁極とからなる第１のス
テータを前記マグネットの一端の外周面及び内周面に対
向させるとともに、前記第２のコイルにより励磁され第
２の外側磁極及び第２の内側磁極とからなる第２のステ
ータを前記マグネットの他端の外周面及び内周面に対向
させる構成のモータにおいて、ｎが４以上で第１の外側
磁極が複数あるとき、その複数の第１の外側磁極を、前
記周方向の長さ（占有領域）θの大きいものと小さいも
のの複数種類から構成し、ｎが４以上で第２の外側磁極
が複数あるとき、その複数の第２の外側磁極を、前記周
方向の長さ（占有領域）θの大きいものと小さいものの
複数種類から構成することを特徴とする。

【００１２】本構成により、非通電時に、第１の外側磁
極のうち周方向の長さθが大きいものがマグネットから
受ける回転力と、周方向の長さθが小さいものがマグネ
ットから受ける回転力とがバランスし、マグネットと第
１の外側磁極の引力及び斥力による回転力が抑制され
る。また第２の外側磁極のうち周方向の長さθが大きい
ものがマグネットから受ける回転力と、周方向の長さθ
が小さいものがマグネットから受ける回転力とがバラン
スし、マグネットと第２の外側磁極の引力及び斥力によ
る回転力が抑制される。その結果コギングトルクが低減
される。

【００１３】

【実施例】（実施例１）図１〜図７は、本発明のステッ
プモータを示す図であり、そのうち図１はステップモー
タの分解斜視図であり、図２はステップモータの組み立
て後の軸方向の断面図であり、図３は図２のＡ−Ａでの
断面図及びＢ−Ｂ線での断面図である。図４はステップ
モータの表面の軸まわりの展開図であり、図５、図７は
ロータ回転位置によるトルクの変化を示すグラフであ
り、図６は図２のＡ−Ａでの断面図である。

【００１４】図１〜図７において、１はロータを構成す
る円筒形状のマグネットであり、このロータであるマグ
ネット１は、その外周表面を円周方向にｎ分割して（本
実施例では４分割して）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁された
着磁部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを有し、着磁部１ａ、１
ｃがＳ極に着磁され、着磁部１ｂ、１ｄがＮ極に着磁さ
れている。

【００１５】７はロータ軸となる出力軸であり、この出
力軸７はロータであるマグネット１に固着されている。
これら出力軸７とマグネット１とでロータを構成してい
る。２及び３は円筒形状のコイルであり、コイル２及び
３は前記マグネット１と同心でかつ、マグネット１を軸
方向に挟む位置に配置され、コイル２及び３はその外径
が前記マグネット１の外径とほぼ同じ寸法である。

【００１６】１８及び１９は軟磁性材料からなる第１の
ステータ及び第２のステータであり、第１のステータ１
８及び第２のステータ１９の位相は１８０／ｎ度、即ち
４５度ずれて配置され、これらの第１のステータ１８及
び第２のステータ１９は外筒及び内筒からなっている。

【００１７】第１のステータ１８の外筒及び内筒の間に
コイル２が設けられ、このコイル２が通電されることに
より第１のステータ１８が励磁される。第１のステータ
１８の外筒及び内筒はその先端部が外側磁極１８ａ、１
８ｂ及び内側磁極１８ｃ、１８ｄを形成しており、この
内側磁極１８ｃと内側磁極１８ｄの位相は互いに同位相
になるように３６０／（ｎ／２）度、即ち１８０度ずれ
て形成され、内側磁極１８ｃに対して外側磁極１８ａが
対向配置しており、また内側磁極１８ｄに対して外側磁
極１８ｂが対向配置している。

【００１８】第１のステータ１８の外側磁極１８ａ、１
８ｂ及び内側磁極１８ｃ、１８ｄはマグネット１の一端
側の外周面及び内周面に対向してマグネット１の一端を
挟み込むように設けられている。また第１のステータ１
８の穴１８ｅには出力軸７の一端部が回転可能に嵌合す
る。

【００１９】第２のステータ１９の外筒及び内筒の間に
コイル３が設けられ、このコイル３が通電されることに
より第２のステータ１９が励磁される。第２のステータ
１９の外筒及び内筒はその先端部が外側磁極１９ａ、１
９ｂ及び内側磁極１９ｃ、１９ｄを形成しており、この
内側磁極１９ｃと内側磁極１９ｄの位相は互いに同位相
になるように３６０／（ｎ／２）度、即ち１８０度ずれ
て形成され、内側磁極１９ｃに対して外側磁極１９ａが
対向配置しており、また内側磁極１９ｄに対して外側磁
極１９ｂが対向配置している。

【００２０】第２のステータ１９の外側磁極１９ａ、１
９ｂ及び内側磁極１９ｃ、１９ｄはマグネット１の他端
側の外周面及び内周面に対向してマグネット１の他端を
挟み込むように設けられる。また第２のステータ１９の
穴１９ｅには出力軸７の他端部が回転可能に嵌合する。

【００２１】したがって、コイル２により発生する磁束
は外側磁極１８ａ、１８ｂと内側磁極１８ｃ、１８ｄと
の間のロータであるマグネット１を横切るので効果的に
ロータであるマグネット１に作用し、コイル３により発
生する磁束は外側磁極１９ａ、１９ｂと内側磁極１９
ｃ、１９ｄとの間のロータであるマグネット１に作用
し、モータの出力を高める。

【００２２】２０は非磁性材料からなる円筒形状部材と
しての連結リングであり、この連結リング２０の内側の
一端側には溝２０ａ、２０ｂが設けられ、他端部には溝
２０ａ、２０ｂに対し位相を１８０／ｎ度即ち４５度ず
らした溝２０ｃ、２０ｄが設けられ、溝２０ａ、２０ｂ
に第１のステータ１８の外側磁極１８ａ、１８ｂを嵌合
し、溝２０ｃ、２０ｄに第２のステータ１９の外側磁極
１９ａ、１９ｂを嵌合し、これら嵌合部分を接着剤によ
り固定して、連結リング２０に第１のステータ１８及び
第２のステータ１９が取り付けられるものである。

【００２３】これら第１のステータ１８及び第２のステ
ータ１９は互いに外側磁極１８ａ、１８ｂ及び内側磁極
１８ｃ、１８ｄと外側磁極１９ａ、１９ｂ及び内側磁極
１９ｃ、１９ｄとを対向させ、連結リング２０の内面側
の突出部２０ｅ、２０ｆによりある距離だけ間隔を隔て
て固定されている。

【００２４】図２はステップモータの断面図であり、図
３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は図２のＡ−Ａ線で
断面図を示し、図３の（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）
は図２のＢ−Ｂ線で断面図を示している。図３の（ａ）
と（ｅ）とが同時点での断面図であり、図３の（ｂ）と
（ｆ）とが同時点での断面図であり、図３の（ｃ）と
（ｇ）とが同時点での断面図であり、図３の（ｄ）と
（ｈ）とが同時点での断面図である。

【００２５】次に、本発明のステップモータの動作を説
明する。図３の（ａ）、（ｅ）の状態からコイル２及び
３に通電して、第１のステータ１８の外側磁極１８ａ、
１８ｂをＮ極とし、内側磁極１８ｃ、１８ｄをＳ極と
し、第２のステータ１９の外側磁極１９ａ、１９ｂをＮ
極とし、内側磁極１９ｃ、１９ｄをＳ極に励磁すると、
ロータであるマグネット１は反時計方向に４５度回転
し、図３の（ｂ）、（ｆ）に示す状態になる。

【００２６】次にコイル３への通電を反転させ、第２の
ステータ１９の外側磁極１９ａ、１９ｂをＳ極とし、内
側磁極１９ｃ、１９ｄをＮ極とし，第１のステータ１８
の外側磁極１８ａ、１８ｂをＮ極とし、内側磁極１８
ｃ、１８ｄをＳ極に励磁すると、ロータであるマグネッ
ト１は更に反時計方向に４５度回転し、図３の（ｃ）、
（ｇ）に示す状態になる。

【００２７】次にコイル２への通電を反転させ、第１の
ステータ１８の外側磁極１８ａ、１８ｂをＳ極とし、内
側磁極１８ｃ、１８ｄをＮ極とし、第２のステータ１９
の外側磁極１９ａ、１９ｂをＳ極とし、内側磁極１９
ｃ、１９ｄをＮ極に励磁すると、ロータであるマグネッ
ト１は更に反時計方向に４５度回転し、図３の（ｄ）、
（ｈ）に示す状態になる。以後、このようにコイル２及
び３に通電方向を順次切換えていくことによりロータで
あるマグネット１は通電位相に応じた位置へと回転して
いくものである。

【００２８】図４はコイルと連結リングを図示しない、
モータ表面の軸まわりの展開図である。図４に示すよう
に、第１のステータ１８の外側磁極１８ａ及び１８ｂの
マグネットと対向する部分の周方向の長さ（占有領域）
θは、円筒の中心軸まわりの角度で表現したとき、４０
〜７０度になるようにする。

【００２９】我々の研究によれば、各外側磁極の周方向
の長さθをこのように設定することによりコギングトル
クを飛躍的に小さくすることができることが見い出され
ている。このことについて、図５、図６を用いて説明す
る。

【００３０】図５は図１におけるマグネット１、コイル
２、第１のステータ１８及び出力軸７のみを取り出し、
コイルに電流を流さない状態で、ロータを回転させたと
きに、ロータに働く回転力をグラフ化したものであり、
上記構成におけるマグネット１と第１のステータ１８間
で働くコギングトルクに相当するものである。本コギン
グトルクはロータの９０度の回転が１周期となるので１
周期分だけを表示している。

【００３１】なお、結果は数値シミュレーションによっ
て求めたものであり、磁場計算には回転機の数値シミュ
レーションの分野で最もポピュラーな方法である辺要素
を用いた３次元有限要素法を使用し、また回転力計算に
は節点力法を使用した。図４における外側磁極１８ａ及
び１８ｂの周方向の長さθを９０度、７２度、５４度、
３６度と変化させたときのコギングトルクを表示してい
る。

【００３２】図５に示す結果から、磁極の周方向の長さ
θが９０度のときロータ回転位置が０〜４５度では正の
回転力、４５〜９０度では負の回転力が働く。その結果
ロータ回転位置が４５度のときロータは回転力を受け
ず、安定状態となることがわかる。

【００３３】図６（ａ）に本安定位置でのロータとステ
ータの位置関係を示す。外側磁極１８ａ、１８ｂのそれ
ぞれに対し、その周方向の両端部にマグネットの極の中
心がくるときが安定位置となる。

【００３４】また図５の結果から、磁極の周方向の長さ
θが３６度のときロータ回転位置が０〜４５度では負の
回転力、４５〜９０度では正の回転力が働く。その結果
ロータ回転位置が０度のときロータは回転力を受けず、
安定状態となることがわかる。

【００３５】図６（ｂ）に本安定位置でのロータとステ
ータの位置関係を示す。外側磁極１８ａ、１８ｂのそれ
ぞれに対し、対向する位置にマグネットの極の中心がく
るときが安定位置となる。

【００３６】そして図５の結果から、外側磁極の周方向
の長さθを９０度から３６度へと徐々に小さくしていっ
たとき、コギングトルクは徐々に小さくなり、５４度付
近で０に近づいたのち、回転の向きが逆となって今度は
増加傾向になることがわかる。

【００３７】以上の説明から明らかなように、外側磁極
１８ａ、１８ｂのマグネットと対向する周方向の長さθ
を５４度付近にすることで、コギングトルクを飛躍的に
低減させることができる。即ち、非通電時において、外
側磁極１８ａ、１８ｂを、その周方向の長さθが大きい
形状から小さい形状に変化させたとき、マグネットと外
側磁極の引力及び斥力による回転力は、最初次第に小さ
くなった後、次に再び大きくなるというように極小値を
もって変化するが、θを５４度付近の値にすることでそ
の極小値に近い値になり、その結果コギングトルクが低
減される。

【００３８】以上、マグネット１と第１のステータ１８
の間でのコギングトルクの低減について説明したが、こ
のことがマグネット１と第２のステータ１９の間でも同
様であることは明白であり、その結果上記構成のモータ
に対してコギングトルクが低減する。

【００３９】なお外側磁極の周方向の長さθを小さくす
ることで、外側磁極とマグネット１との対向面積が減少
することから、駆動トルクの減退が心配されるがそのよ
うなことはない。このことを図７を用いて説明する。

【００４０】図７は図５と同様に、図１におけるマグネ
ット１、コイル２、第１のステータ１８及び出力軸７の
みを取り出し、コイルに通電してロータを回転させたと
きに、ロータが発生する回転力をグラフ化したものであ
り、上記構成におけるマグネット１と第１のステータ１
８間で発生する駆動トルクに相当するものである。本駆
動トルクはロータの９０度の回転が１周期となるので１
周期分だけを表示している。なお本結果は図５と同様な
計算手法を用いて得たものである。

【００４１】図７の結果から、外側磁極の周方向の長さ
θが９０度のとき、ロータ回転位置が０〜４５度では大
きな駆動トルクが得られるものの、４５〜９０度では非
常に小さく、特に７５〜９０度では負の回転力になるこ
とがわかる。そして磁極の周方向の長さθが５４度まで
小さくしたとき、本駆動トルクのピーク値は小さくなる
ものの、ロータ回転位置が４５〜９０度におけるトルク
は向上することがわかる。更に磁極の周方向の長さθが
３６度まで小さくするとθが５４のものに比べて、駆動
トルクのピーク値は向上するものの、ロータ回転位置が
４５〜９０度におけるトルクの向上は僅かであり、一方
ロータ回転位置が０〜４５度におけるトルクは悪化す
る。

【００４２】このことから磁極の周方向の長さθを５４
度にすることで、駆動トルクのピーク値は小さくなるも
のの、ロータが１回転する間の駆動トルクの平均値が低
下することはなく、逆に駆動トルクの回転ムラがなくな
り、極めてスムースに回転するモータが得られることが
わかる。

【００４３】なお、ここでは外側磁極の周方向の長さθ
が５４度のときに最適値を得たが、我々の検討によれ
ば、本最適値はステータの磁気特性、モータを構成する
各部分の寸法等に依存して変化することがわかってい
る。そして一般的には、θが４０〜７０度で最適値を得
られる。

【００４４】以上のように、上記モータにおいては、外
側磁極の周方向の長さθを４０〜７０度にすることでコ
ギングトルクを低減し、更に駆動トルクの変動をスムー
スにすることができた。

【００４５】なお、ここでは、上記マグネット表面の着
磁分割数ｎが４の場合のモータについて説明したが、ｎ
が４より大きい場合についても同様であり、我々の研究
によれば、第１のステータ１８の外側磁極１８ａ及び１
８ｂのマグネットと対向する部分の周方向長さ（占有領
域）θが、円筒の中心軸まわりの角度で表現したとき、
（３６０／ｎ）×１／３＜θ＜（３６０／ｎ）×９／１
０度の範囲にする。また同様に第２のステータ１９の外
側磁極１９ａ及び１９ｂのマグネットと対向する部分の
周方向長さ（占有領域）θが、円筒の中心軸まわりの角
度で表現したとき、（３６０／ｎ）×１／３＜θ＜（３
６０／ｎ）×９／１０度の範囲にすることにより、コギ
ングトルクを飛躍的に抑制でき、また大きな駆動トルク
でもって極めてスムースに回転するモータが得られるこ
とが見い出された。

【００４６】また、ここで得たコギングトルクの低減に
より、従来問題となっていたモータの振動、騒音の問題
も大幅に改善された。

【００４７】（実施例２）前述の実施例１では、１つの
外側磁極に対してその周方向の長さθを一定としたが、
それを変化させることによってもコギングトルクを低減
させることができる。そこで、実施例２では、第１のス
テータの外側磁極のマグネットと対向する部分の展開形
状を、磁極の付け根部分から先端に近づくに従って、幅
狭なものとし、第２のステータの外側磁極のマグネット
と対向する部分の展開形状を、磁極の付け根部分から先
端に近づくに従って、幅狭なものとした例について説明
する。

【００４８】図８〜図１１は本発明の実施例２のステッ
プモータを示す図であり、コイルと連結リングを図示し
ないモータ表面の軸まわりの展開図である。モータの基
本的な構成及び動作は実施例１における図１〜３と同様
であり、その説明を省略する。図８〜図１１において、
符号は実施例１と同様である。

【００４９】図８は第１のステータ１８の外側磁極１８
ａ、１８ｂ及び第２のステータ１９の外側磁極１９ａ、
１９ｂのマグネットの外周部と対向する部分の展開形状
を、磁極の付け根部分から先端に近づくに従って、段階
的に不連続に幅狭なものとしたことを特徴とする例であ
る。

【００５０】詳細にはマグネット表面の着磁分割数ｎが
４の場合、本モータについては、外側磁極の付け根部分
では５４度以上、先端部分では５４度以下となるように
加工している。これによって１つの磁極中に、図５にお
ける外側磁極の周方向の長さθが５４度以上の部分と５
４度以下の部分があることになる。その結果、第１のス
テータ１８の外側磁極１８ａ、１８ｂのそれぞれのマグ
ネットと対向する部分のうち、磁極の付け根部分がマグ
ネットから受ける回転力と磁極の先端部分がマグネット
から受ける回転力とがバランスし、マグネットと外側磁
極の引力及び斥力による回転力が抑制される。

【００５１】また第２のステータ１９の外側磁極１９
ａ、１９ｂのそれぞれのマグネットと対向する部分のう
ち、磁極の付け根部分がマグネットから受ける回転力と
磁極の先端部分がマグネットから受ける回転力とがバラ
ンスし、マグネットと外側磁極の引力及び斥力による回
転力が抑制される。その結果コギングトルクが低減され
る。

【００５２】更に、図５における外側磁極の周方向の長
さθが５４度のコギングトルクの結果を見ると、実施例
１の方法では、θを最適にしてもコギングトルクを完全
に除去することはできないことがわかるが、本実施例に
よればより小さくすることが可能である。また外側磁極
をこのように不連続に幅狭にする加工は切削加工によっ
て容易に実現可能という特徴をもつ。

【００５３】なお図８では１段階で不連続に幅狭にする
例を示したが、更に多段階で実現してもよいことは言う
までもなく、多段階にすることで上記回転力のバランス
をより微細に調節することができ、コギングトルクを小
さくすることができる。

【００５４】図９は、第１のステータ１８の外側磁極１
８ａ、１８ｂ及び第２のステータ１９の外側磁極１９
ａ、１９ｂのマグネットの外周部と対向する部分の展開
形状を、磁極の付け根部分から先端に近づくに従って、
直線的に幅狭なものとしたことを特徴とする例である。

【００５５】これによって図８の場合と同様な原理によ
りコギングトルクが低減することができる。更に、図８
の例に比べ、磁極の付け根から先端部分に流れる磁束が
スムースに流れるようになり、単位電流当たりの出力が
向上する。

【００５６】図１０は、第１のステータ１８の外側磁極
１８ａ、１８ｂ及び第２のステータ１９の外側磁極１９
ａ、１９ｂのマグネットの外周部と対向する部分の展開
形状を、磁極の付け根部分から先端に近づくに従って、
外にふくらんだ曲線から構成し、次第に幅狭なものとし
たを特徴とする例である。これによって図８の場合と同
様な原理によりコギングトルクが低減することができ
る。更に、図９の例に比べ、磁極の付け根から先端部分
により多くの磁束が流れることから、単位電流当たりの
出力がより向上する。

【００５７】図１１は、第１のステータ１８の外側磁極
１８ａ、１８ｂ及び第２のステータ１９の外側磁極１９
ａ、１９ｂのマグネットの外周部と対向する部分の展開
形状を、磁極の付け根部分から先端に近づくに従って、
内側にへこんだ曲線から構成し、次第に幅狭なものとし
たことを特徴とする例である。これによって図８の場合
と同様な原理によりコギングトルクが低減することがで
きる。

【００５８】更に、第１のステータ１８の外側磁極１８
ａと、それと概略対向するように配置されている第２の
ステータ１９の外側磁極１９ａとの間の磁気抵抗は、上
述の例に比べて大きくなる。従ってコイル２、コイル３
から発生する磁束は互いに影響を及ぼしにくくなり、モ
ータの回転は安定しかつ出力は高くなる。

【００５９】なお、図５を用いた上述の説明から明らか
なように、上記図８〜図１１の外側磁極の形状を組み合
わせることで、原理的にはコギングトルクを完全に除去
することも可能である。

【００６０】（実施例３）上記実施例では全ての外側磁
極の形状を同じにしたが、それを変化させることによっ
てもコギングトルクを低減させることができる。そこ
で、実施例３では、ｎが４以上で第１の外側磁極が複数
あるとき、その複数の第１の外側磁極を、前記周方向の
長さ（占有領域）θの大きいものと小さいものの複数種
類から構成し、ｎが４以上で第２の外側磁極が複数ある
とき、その複数の第２の外側磁極を、前記周方向の長さ
（占有領域）θの大きいものと小さいものの複数種類か
ら構成した例について説明する。

【００６１】図１２では、第１のステータの外側磁極１
８ａの周方向の長さを外側磁極１８ｂよりも小さいもの
にした。詳細には、マグネット表面の着磁分割数ｎが４
の場合のモータについては、外側磁極１８ａの周方向の
長さθを５４度以下とし、外側磁極１８ｂの周方向の長
さθを５４度以上となるように加工している。

【００６２】これによって図５からわかるように、外側
磁極１８ａがマグネット１から受ける回転力と、外側磁
極１８ｂがマグネット１から受ける回転力とがバランス
し、マグネットと第１のステータの外側磁極の引力及び
斥力による回転力が抑制される。

【００６３】同様に、第２のステータの外側磁極１９ａ
の周方向の長さを外側磁極１９ｂよりも小さいものにし
た。詳細には、マグネット表面の着磁分割数ｎが４の場
合の本モータについては、外側磁極１９ａの周方向の長
さθを５４度以下とし、外側磁極１９ｂの周方向の長さ
θを５４度以上となるように加工している。

【００６４】これによって図５からわかるように、外側
磁極１９ａがマグネット１から受ける回転力と、外側磁
極１９ｂがマグネット１から受ける回転力とがバランス
し、マグネットと第２のステータの外側磁極の引力及び
斥力による回転力が抑制される。その結果コギングトル
クが低減される。なお本実施例における外側磁極の形状
は極めて単純であり、非常に加工し易いという特徴をも
つ。

【００６５】（実施例４）図１３は本発明の実施例４を
示すものであり、図２のＡ−Ａ線による断面図である。
前述した本発明の実施例１〜３において、ロータである
マグネット１は、その外周表面を円周方向にｎ分割し
て、Ｓ極、Ｎ極に交互に着磁しているが、本発明の実施
例４においては、ロータであるマグネット１の外周表面
だけではなく、図１３に示す如くロータであるマグネッ
ト１の内周表面も円周方向にｎ分割して（本実施例では
４分割して）Ｓ極、Ｎ極に交互に着磁しており、モータ
の出力を更に効果的に増大するものである。

【００６６】この時、マグネット１の内周表面は隣接す
る外周表面と異なる極に着磁されており、着磁部１ａ、
１ｃの内周表面がＮ極に着磁され、着磁部１ｂ、１ｄの
内周表面がＳ極に着磁されている。この実施例４では、
ロータであるマグネット１の外周表面だけではなく、ロ
ータであるマグネット１の内周表面も円周方向にｎ分割
してＳ極、Ｎ極に交互に着磁していることから、マグネ
ット１の内周表面に対して、第１のステータ１８の内側
磁極１８ｃ、１８ｄ及び第２のステータ１９の内側磁極
１９ｃ、１９ｄにも回転力が発生することから、モータ
の出力が増大するものである。

【００６７】なお、更にこのとき、第１のステータ１８
の内側磁極１８ｃ、１８ｄ及び第２のステータ１９の内
側磁極１９ｃ、１９ｄに対しても、その形状を第１実施
例〜第３実施例で外側磁極に施したのと同様にすること
で、内側磁極とマグネット１間に発生するコギングトル
クを抑制できることが見い出されている。

【００６８】即ち、マグネット１の内周部も上記のよう
に着磁されているモータにおいて、マグネットの内周部
と対向する部分の第１の内側磁極の周方向の長さ（占有
得領域）θが、円筒の中心軸まわりの角度で表現したと
き、（３６０／ｎ）×１／３＜θ＜（３６０／ｎ）×９
／１０度の範囲にあり、前記マグネットの内周部と対向
する部分の第２の内側磁極の周方向の長さ（占有得領
域）θが、円筒の中心軸まわりの角度で表現したとき、
（３６０／ｎ）×１／３＜θ＜（３６０／ｎ）×９／１
０度の範囲であるようにする。

【００６９】または、第１のステータ１８の内側磁極１
８ｃ、１８ｄのマグネットの内周部と対向する部分の展
開形状を、磁極の付け根部分から先端に近づくに従っ
て、幅狭なものとし、第２のステータ１８の内側磁極１
８ｃ、１８ｄのマグネットの内周部と対向する部分の展
開形状を、磁極の付け根部分から先端に近づくに従っ
て、幅狭なものとする。

【００７０】例えば、前記第１のステータ１８の内側磁
極と第２のステータ１９の内側磁極とマグネットの内周
部と対向する部分の展開形状を、磁極の付け根部分から
先端に近づくに従って、段階的に不連続で幅狭なものと
する。

【００７１】または、前記第１のステータ１８の内側磁
極と第２のステータ１９の内側磁極とマグネットの内周
部と対向する部分の展開形状を、磁極の付け根部分から
先端に近づくに従って、直線的に幅狭にする。

【００７２】または、前記第１のステータ１８の内側磁
極と第２のステータ１９の内側磁極とマグネットの内周
部と対向する部分の展開形状を、磁極の付け根部分から
先端に近づくに従って、外にふくらんだ曲線から構成
し、次第に幅狭にする。

【００７３】または、前記第１のステータ１８の内側磁
極と第２のステータ１９の内側磁極とマグネットの内周
部と対向する部分の展開形状を、磁極の付け根部分から
先端に近づくに従って、内側にへこんだ曲線から構成
し、次第に幅狭にする。

【００７４】または、前記マグネット１の内周部も上記
のように着磁されているモータにおいて、ｎが４以上で
第１の内側磁極が複数あるとき、その複数の第１の内側
磁極を、前記周方向の長さ（占有領域）θの大きいもの
と小さいものの複数種類から構成し、ｎが４以上で第２
の内側磁極が複数あるとき、その複数の第２の内側磁極
を、前記周方向の長さ（占有領域）θの大きいものと小
さいものの複数種類から構成する。

【００７５】前述のような方法で、実施例１〜実施例１
で説明した外側磁極と同様に、内側磁極とマグネット１
間に発生するコギングトルクを抑制できる。

【００７６】（実施例５）図１４は本発明の実施例５を
示す図である。前述した本発明の実施例１〜３におい
て、第１のステータ１８及び第２のステータ１９は外筒
及び内筒を一体的に形成しているが、本発明の実施例５
においては、第１のステータ１８及び第２のステータ１
９は図１４に示す如く、外筒及び内筒を別々に形成して
いるものである。

【００７７】即ち、第１のステータ１８の内筒はその先
端の内側磁極１８ｃ、１８ｄとともに第１のヨーク１８
１を形成し、第１のステータ１８の外筒はその先端の外
側磁極１８ａ、１８ｂとともに第３のヨーク１８２を形
成する。また、第２のステータ１９の内筒はその先端の
内側磁極１９ｃ、１９ｄとともに第２のヨーク１９１を
形成し、第２のステータ１９の外筒はその先端の外側磁
極１９ａ、１９ｂとともに第４のヨーク１９２を形成す
るものである。

【００７８】これによってステータの形状が単純になり
容易に製造が可能となる。実施例５においても、ロータ
であるマグネット１の外周表面だけでなく、実施例４に
示すようにロータであるマグネット１の内周表面も円周
方向にｎ分割してＳ極、Ｎ極を交互に着磁すると、モー
タの出力を更に効果的に増大させることができるもので
ある。

【００７９】（実施例６）図１５は実施例６を示す図で
ある。本発明の実施例１〜３のマグネット１の着磁ステ
ータ１８に対向する範囲と第２のステータ１９に対向す
る範囲とで１８０／ｎ度即ち４５度位相をずらし、その
かわり第１のステータ１８の外側磁極１８ａと第２のス
テータ１９の外側磁極１９ａを位相差なく完全に対向す
るように配置したモータに適用したものである。

【００８０】第１の外側磁極と第２の外側磁極が完全に
対向することから対称形状となり、見た目に美しいとい
う特徴がある。第１のステータ１８の外側磁極とマグネ
ット１間で発生するコギングトルク、及び第２のステー
タ１９の外側磁極とマグネット１間で発生するコギング
トルクは実施例１〜３と同様に低減され、実施例１〜３
と同様の効果がある。

【００８１】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
第１のステータ及び第２のステータの外側磁極の周方向
の長さθを適切にする、またはその形状を工夫すること
により、コギングトルクを劇的に低減することができ
た。

【００８２】その結果、低速回転使用時にも問題なく使
用できるようになり、またそれによって振動、騒音の問
題もなくなった。

【００８４】更には駆動トルクの低下をまねくことな
く、駆動トルクの変動そのものも抑制することが可能と
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例１に係るステップモータ
の分解斜視図である。

【図２】図２は図１に示すステップモータの組み立て完
成状態の断面図である。

【図３】図３は図１に示すステップモータのロータ回転
動作説明図である。

【図４】図４は本発明の実施例１に係るステップモータ
の外周展開図である。

【図５】図５は本発明の実施例１に係るステップモータ
のコギングトルク変動グラフである。

【図６】図６は従来のステップモータのロータ安定位置
を示す図である。

【図７】図７は本発明の実施例１に係るステップモータ
の駆動トルク変動グラフである。

【図８】図８は本発明の実施例２に係るステップモータ
の外周展開図の一例である。

【図９】図９は本発明の実施例２に係るステップモータ
の外周展開図の一例である。

【図１０】図１０は本発明の実施例２に係るステップモ
ータの外周展開図の一例である。

【図１１】図１１は本発明の実施例２に係るステップモ
ータの外周展開図の一例である。

【図１２】図１２は本発明の実施例３に係るステップモ
ータの外周展開図の一例である。

【図１３】図１３は本発明の実施例４に係るステップモ
ータの断面図である。

【図１４】図１４は本発明の実施例５に係るステップモ
ータの分解斜視図である。

【図１５】図１５は本発明の実施例６に係るステップモ
ータの分解斜視図である。

【符号の説明】

１ マグネット ２ コイル ３ コイル ７ 回転軸 １８ 第１のステータ １９ 第２のステータ ２０ 連結リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 37/12 ５１１ Ｈ０２Ｋ 37/12 ５１１ Ｆターム(参考） 5H002 AA04 AB06 AB08 AC06 AE05 AE07 AE08 5H621 AA02 BB01 BB02 BB08 GA02 GA05 GA14 GA16 GA17 HH01 JK02 JK05 JK07 JK17 5H622 AA02 CA02 CA05 CA12 CB04 PP01 PP03 PP11 QB04

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒形状に形成されるとともに少なくとも
   その外周面を周方向にｎ分割して異なる極に交互に着磁
   されたマグネットを備え、該マグネットの軸方向に第１
   のコイルと前記マグネットと第２のコイルを順に配置
   し、前記第１のコイルにより励磁され第１の外側磁極及
   び第１の内側磁極とからなる第１のステータを前記マグ
   ネットの一端の外周面及び内周面に対向させるととも
   に、前記第２のコイルにより励磁され第２の外側磁極及
   び第２の内側磁極とからなる第２のステータを前記マグ
   ネットの他端の外周面及び内周面に対向させる構成のモ
   ータにおいて、 前記マグネットの外周部と対向する部分の第１の外側磁
   極の周方向の長さ（占有領域）θが、円筒の中心軸まわ
   りの角度で表現したとき、（３６０／ｎ）×１／３＜θ
   ＜（３６０／ｎ）×９／１０度の範囲であり、 前記マグネットの外周部と対向する部分の第２の外側磁
   極の周方向の長さ（占有領域）θが、円筒の中心軸まわ
   りの角度で表現したとき、（３６０／ｎ）×１／３＜θ
   ＜（３６０／ｎ）×９／１０度の範囲であることを特徴
   とするモータ。
2. 【請求項２】円筒形状に形成されるとともに少なくとも
   その外周面を周方向にｎ分割して異なる極に交互に着磁
   されたマグネットを備え、該マグネットの軸方向に第１
   のコイルと前記マグネットと第２のコイルを順に配置
   し、前記第１のコイルにより励磁され第１の外側磁極及
   び第１の内側磁極とからなる第１のステータを前記マグ
   ネットの一端の外周面及び内周面に対向させるととも
   に、前記第２のコイルにより励磁され第２の外側磁極及
   び第２の内側磁極とからなる第２のステータを前記マグ
   ネットの他端の外周面及び内周面に対向させる構成のモ
   ータにおいて、 第１の外側磁極のマグネットの外周部と対向する部分の
   展開形状を、磁極の付け根部分から先端に近づくに従っ
   て、幅狭なものとし、 第２の外側磁極のマグネットの外周部と対向する部分の
   展開形状を、磁極の付け根部分から先端に近づくに従っ
   て、幅狭なものとしたことを特徴とするモータ。
3. 【請求項３】前記第１の外側磁極と第２の外側磁極のマ
   グネットの外周部と対向する部分の展開形状を、磁極の
   付け根部分から先端に近づくに従って、段階的に不連続
   で幅狭なものとしたことを特徴とする請求項２に記載の
   モータ。
4. 【請求項４】前記第１の外側磁極と第２の外側磁極のマ
   グネットの外周部と対向する部分の展開形状を、磁極の
   付け根部分から先端に近づくに従って、直線的に幅狭な
   ものとしたことを特徴とする請求項２に記載のモータ。
5. 【請求項５】前記第１の外側磁極と第２の外側磁極のマ
   グネットの外周部と対向する部分の展開形状を、磁極の
   付け根部分から先端に近づくに従って、外にふくらんだ
   曲線から構成し、次第に幅狭なものとしたことを特徴と
   する請求項２に記載のモータ。
6. 【請求項６】前記第１の外側磁極と第２の外側磁極のマ
   グネットの外周部と対向する部分の展開形状を、磁極の
   付け根部分から先端に近づくに従って、内側にへこんだ
   曲線から構成し、次第に幅狭なものとしたことを特徴と
   する請求項２に記載のモータ。
7. 【請求項７】第１の外側磁極と第２の外側磁極がそれぞ
   れ複数あるとき、各外側磁極の形状が請求項３〜６に記
   載の構成を組み合わせたものであることを特徴とする請
   求項２に記載のモータ。
8. 【請求項８】円筒形状に形成されるとともに少なくとも
   その外周面を周方向にｎ分割して異なる極に交互に着磁
   されたマグネットを備え、該マグネットの軸方向に第１
   のコイルと前記マグネットと第２のコイルを順に配置
   し、前記第１のコイルにより励磁され第１の外側磁極及
   び第１の内側磁極とからなる第１のステータを前記マグ
   ネットの一端の外周面及び内周面に対向させるととも
   に、前記第２のコイルにより励磁され第２の外側磁極及
   び第２の内側磁極とからなる第２のステータを前記マグ
   ネットの他端の外周面及び内周面に対向させる構成のモ
   ータにおいて、 ｎが４以上で第１の外側磁極が複数あるとき、その複数
   の第１の外側磁極を、前記周方向の長さ（占有領域）θ
   の大きいものと小さいものの複数種類から構成し、 ｎが４以上で第２の外側磁極が複数あるとき、その複数
   の第２の外側磁極を、前記周方向の長さ（占有領域）θ
   の大きいものと小さいものの複数種類から構成すること
   を特徴とするモータ。
9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれか１つに記載のモー
   タにおいて、前記マグネットは、その内周面が外周面に
   着磁された極と反対の極にさらに着磁されていることを
   特徴とするモータ。
10. 【請求項１０】請求項９記載のモータにおいて、 前記マグネットの内周部と対向する部分の第１の内側磁
    極の周方向の長さ（占有領域）θが、円筒の中心軸まわ
    りの角度で表現したとき、（３６０／ｎ）×１／３＜θ
    ＜（３６０／ｎ）×９／１０度の範囲であり、 前記マグネットの内周部と対向する部分の第２の内側磁
    極の周方向の長さ（占有領域）θが、円筒の中心軸まわ
    りの角度で表現したとき、（３６０／ｎ）×１／３＜θ
    ＜（３６０／ｎ）×９／１０度の範囲であることを特徴
    とするモータ。
11. 【請求項１１】請求項９記載のモータにおいて、 第１の内側磁極のマグネットの内周部と対向する部分の
    展開形状を、磁極の付け根部分から先端に近づくに従っ
    て、幅狭なものとし、 第２の内側磁極のマグネットの内周部と対向する部分の
    展開形状を、磁極の付け根部分から先端に近づくに従っ
    て、幅狭なものとしたことを特徴とするモータ。
12. 【請求項１２】前記第１の内側磁極と第２の内側磁極の
    マグネットの内周部と対向する部分の展開形状を、磁極
    の付け根部分から先端に近づくに従って、段階的に不連
    続で幅狭なものとしたことを特徴とする請求項２に記載
    のモータ。
13. 【請求項１３】前記第１の内側磁極と第２の内側磁極の
    マグネットの内周部と対向する部分の展開形状を、磁極
    の付け根部分から先端に近づくに従って、直線的に幅狭
    なものとしたことを特徴とする請求項１１に記載のモー
    タ。
14. 【請求項１４】前記第１の内側磁極と第２の内側磁極の
    マグネットの内周部と対向する部分の展開形状を、磁極
    の付け根部分から先端に近づくに従って、外にふくらん
    だ曲線から構成し、次第に幅狭なものとしたことを特徴
    とする請求項１１に記載のモータ。
15. 【請求項１５】前記第１の内側磁極と第２の内側磁極の
    マグネットの内周部と対向する部分の展開形状を、磁極
    の付け根部分から先端に近づくに従って、内側にへこん
    だ曲線から構成し、次第に幅狭なものとしたことを特徴
    とする請求項１１に記載のモータ。
16. 【請求項１６】請求項９記載のモータにおいて、 ｎが４以上で第１の内側磁極が複数あるとき、その複数
    の第１の内側磁極を、前記周方向の長さ（占有領域）θ
    の大きいものと小さいものの複数種類から構成し、 ｎが４以上で第２の内側磁極が複数あるとき、その複数
    の第２の内側磁極を、前記周方向の長さ（占有領域）θ
    の大きいものと小さいものの複数種類から構成すること
    を特徴とするモータ。
17. 【請求項１７】請求項１〜１６のいずれか１つに記載の
    モータにおいて、前記第１の外側磁極が第１のステータ
    の外筒の先端に形成され、前記第１の内側磁極が第１の
    ステータの内筒の先端に形成され、前記第２の外側磁極
    が第２のステータの外筒の先端に形成され、前記第２の
    内側磁極が第２のステータの内筒の先端に形成されてい
    ることを特徴とするモータ。
18. 【請求項１８】請求項１７記載のモータにおいて、前記
    第１のステータ及び前記第２のステータは、それぞれ、
    前記外筒及び前記内筒が一体に形成されていることを特
    徴とするモータ。
19. 【請求項１９】請求項１７記載のモータにおいて、前記
    第１のステータ及び前記第２のステータは、それぞれ、
    前記外筒及び前記内筒が別個に形成され、互いに対して
    固定されていることを特徴とするモータ。
20. 【請求項２０】請求項１〜１６のいずれか１つに記載の
    モータにおいて、前記第１の外側磁極と前記第２の外側
    磁極は１８０／ｎ度位相がずらされていることを特徴と
    するモータ。
21. 【請求項２１】請求項１〜１６のいずれか１つに記載の
    モータにおいて、前記マグネットは、前記第１の外側磁
    極に対向する外周面に着磁された磁極と前記第２の外側
    磁極に対向する外周面に着磁された磁極とが互いに１８
    ０／ｎ度位相がずらされており、前記第１の外側磁極と
    前記第２の外側磁極が互いに対向していることを特徴と
    するモータ。