JP2001346373A - モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コンパクトでしかも回転カの高いモータを提供
する。 【構成】円筒形状に形成されるとともに円周方向にｎ分
割されて着磁される第1の着磁層と軸と平行に隣合う円
周方向にn分割されて着磁される第2の着磁層とからなる
マグネットを備え、マグネットの軸方向に第1のコイル
と第2のコイルを配置し、第1のコイルにより励磁される
第1の外側磁極および第1の内側磁極をマグネットの第1
の着磁層側の一端である外周面および内周面に対向させ
るとともに、第2のコイルより励磁される第2の外側磁極
および第2の内側磁極をマグネットの第2の着磁層の一端
である外周面および内周面に対向させる構成のモータに
おいて、第1の着磁層に対する第2の着磁層の着磁位相の
進み角をθ1とし、互いに対向する第1の外側磁極と第1
の内側磁極に対する、互いに対向する第2の外個磁極と
第2の内側磁極の位相の進み角をθ2としたとき、θ1十
θ2が180／n度よりも小さくなるようにこれらの着磁層
および磁極を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超小型に構成した円柱
形状のモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例の小型円僑形のステップモータと
しては、図17に示すものがある。ボビン101にステータ
コイル105が同心状に巻回され、ボビン101は2個のステ
ータヨーク106で紬方向から挟持固定されており、かつ
ステータヨーク106にはボビン101の内径面円周方向にス
テータ歯106aと106bが交互に配置され、ケース103に
は、ステータ歯106aまたは106bと一体のステータヨーク
106が固定されてステータ102が構成されている。

【０００３】2組のケース103の一方にはフランジ115と
軸受108が固定され、他方のケース103には他の軸受108
が固定されている。ロータ10９はロータ軸110に固定さ
れたロータ磁石111から成り、ロータ磁石111はステータ
102のステータヨーク106aと放射状の空隙部を形成して
いる。そして、ロータ軸110は2個の軸受108の間に回転
可能に支持されている。このように小型に構成されたス
テップモータによってカメラのレンズを駆動するように
したものが特開平3−180820号公報で公知のものとなっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の小型のステップモータはロータの外周にケース10
3、ボビン101、ステータコイル105、ステータヨーク106
等が同心状に配置されているためにモータの外形寸法が
大きくなってしまう欠点があった。また、ステータコイ
ル105への通電により発生する磁束は図18に示すように
主としてステータ歯106aの端面106alとステータ歯106b
とを通過するためロータ磁石111に効果的に作用しない
ので、モータの出力は高くならない欠点がある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、コンパクトでし
かも回転カの高い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、円筒形状に形成されるとともに円周方向
にｎ分割されて着磁される第1の着磁層と軸と平行に隣
合う円周方向にn分割されて着磁される第2の着磁層とか
らなるマグネットを備え、該マグネットの軸方向に第1
のコイルと第2のコイルを配置し、前記第1のコイルによ
り励磁される第1の外側磁極および第1の内側磁極を前記
マグネットの第1の着磁層側の一端である外周面および
内周面に対向させるとともに、前記第2のコイルより励
磁される第2の外側磁極および第2の内側磁極を前記マグ
ネットの第2の着磁層の一端である外周面および内周面
に対向させる構成のモータにおいて、第1の着磁層に対
する第2の着磁層の着磁位相の進み角をθ1とし、互いに
対向する第1の外側磁極と第1の内側磁極に対する、互い
に対向する第2の外側磁極と第2の内側磁極の位相の進み
角をθ2としたとき、θ1十θ2が180／n度よりも小さく
なるようにこれらの着磁層および磁極を配置したこと特
徴とするモータを採用するものである。

【０００７】本構成によって、ロータの第1の外側磁極
と第2の外側磁極聞での磁束の流れ、および第1の内側磁
極と第2の内側磁極間での磁束の流れに起因するコギン
グトルクが抑制されるとともに、ロータ磁石と磁極との
間に働く力の回転位置による変動が改善される。その結
果、ロータの回転位置によるトルク変動が改善される。

【０００８】本発明はまた、上記構成のモータにおい
て、上述のθ1＋θ2が120／n度以上、１78／n度以下で
あることを特徴とするモータを採用するものである。

【０００９】本構成によって、ロータの回転トルクを効
率よく発生させることができ、また上記のロータの回転
位置によるトルタ変動を最も効率よく抑止できる。

【００１０】本発明はまた、上記構成のモータにおい
て、上述のθ1を0度とし、θ2を120／n度以上178／n度
以下の範囲に設定することを特徴とするモータを採用す
るものである。

【００１１】本構成によって、マグネットは着磁位相差
のないもので済むので容易に製造ができる。

【００１２】本発明はまた、上記構成のモータにおい
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
るモータを採用するものである。

【００１３】本構成によって、マグネットが内側磁極か
ら受ける力も回転力として作用するようになり、回転力
が更に向上する。

【００１４】本発明はまた、円筒形状に形成されるとと
もに少なくとも外周面が周方向に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のコイルと第2のコイルを配置し、前記第1のコ
イルにより励磁される第1の外側磁極部と第1の内側磁極
部を前記マグネットの外周面およ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る第2の外側
磁極部と第2の内側磁極部が前記ロータの外周面および
内周面に対向するように構成されるモータにおいて、第
1の外側磁極と第1の内側磁極に対する第2の外側磁極と
第2の内側磁極の位相の進み角θを、120／n度以上178／
ｎ度以下の範囲に設定することを特徴とするモータを採
用するものである。

【００１５】本構成によって、ロータの第1の外側磁極
と第2の外側磁極間での磁束の流れ、および第1の内側磁
極と第2の内側磁極間での磁束の流れに起因するコギン
グトルクが抑制されるとともに、ロータ磁石と磁極との
間に働く力の回転位置による変動が改善される。その結
果ロータの回転位置によるトルク変動が改善される。ま
たマグネットは単一層着磁で済むので容易に製造ができ
る。

【００１６】

【実施例】（実施例1）図1〜4は、本発明の実施例1のス
テップモータを示す図であり、そのうち、図2はステッ
プモータの分解斜視図であり、図3はステップモータの
組み立て後の断面図であり、図1、図4は、図3のA−A線
での断面図およびB−B線での断面図である。

【００１７】図1〜図4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10分割して）S極、N極が交互に着磁された着磁部
1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h、1i、1jとすると、こ
の着磁部1a、1c、1e、1g、1iがS極に着磁され、着磁部1
b、1d、1f、1h、1jがN極に着磁されている。また、マグ
ネット1は射出成形により形成されるプラスチックマグ
ネット材料により構成されている。これにより円筒形状
の半径方向に関しての厚さは非常に薄く構成することが
できる。

【００１８】マグネット1は軸方向中央部に内径が小な
る嵌合部1wを備えている。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の嵌合部
1wに庄入によって固着されている。マグネット1は射出
成形により成形されるプラスチックマグネットからなる
ため圧入による組み立てでも割れが発生することはな
く、また軸方向中央部に内径が小なる嵌合部1wを備える
という複雑な形状でも製造が容易となる。また、出力軸
7とマグネット1は圧入で組み立ておよび固着されるの
で、組み立てが容易で安価で製造可能となる。これらの
出力軸7とマグネット1とでロータを構成している。

【００１９】2および3は円筒形状のコイルであり、コイ
ル2および3は前記マグネットと同心であり（同一軸線上
にあり）かつ軸方向に挟む位置に配置され、コイル2お
よび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。

【００２０】18および19は軟磁性材料からなる第1のス
テータおよび第2のステータであり、第2のステータは第
1のステータに対し、180／ｎ度、即ち、18°だけ位相を
進めて配置され、これらの第1のステータおよび第2ステ
一夕は外筒および内筒からなっている。

【００２１】第1のステータ18の外筒はその先端が第1の
外側磁極18a、18b、18c、18d、18eを形成している。21
は第1の補助ステーク（補助ヨーク）で内径都21fが第1
のステータ18の内筒18fに嵌合して固着されかつ外径部
には前記第1のステータの外側磁極18a、18b、18c、18
d、18eに対向した位相に第1の内側磁極となる21a、21
b、２1c、21d、21e部が形成されている。第1の内側磁極
21a、21b、21c、21d、21e部はそれぞれがマグネット1の
着磁に関して同位相になるように360／（n／2）度、即
ち、72度ずれて形成されており、また、第1のステータ1
8の第1の外側磁極18a、18b、18c、18d、18eはそれぞれ
がマグネット1の着磁に関して同位相になるように360／
（n／2）度、即ち、72度ずれて形成されている。

【００２２】第2のステータ19の外筒はその先端部が第2
の外側磁極19a、19b、19c、19d、19eを形成している。2
2は第2の補助ステータ（補助ヨーク）で内径部22fが第2
のステータ19の内筒19fに嵌合して固着されかつ外径部
には前記第2のステータの外側磁極19a、19b、19c、19
d、19eに対向した位相に第2の内側磁極となる22a、22
b、22c、22d、22e部が形成されている。第2の内側磁極2
2a、22b、22c、22d、22e部はそれぞれがマグネット1の
着磁に関して同位相になるように360／（ｎ／2）度、即
ち、72度ずれて形成されており、また、第2のステータ1
9の第2の外側磁極19a、19b、19c、19d、19eはそれぞれ
がマグネット1の着磁に関して同位相になるように360／
（ｎ／2）度、即ち、72度ずれて形成されている。

【００２３】第1のステータ18の外側磁極18a、18b、18
c、18d、18eおよび第2のステータ19の外側磁極19a、19
b、19c、19d、19eは切り欠き穴と軸に平行方向に延出す
る歯により構成されている。この構成によりモータの直
径を最小限にしつつ磁極の形成が可能となる。つまり、
もし外側磁極を半径方向に延びる凹凸で形成するとその
分モータの直径は大きくなってしまうのであるが、本実
施例では切り欠き穴と軸に平行方向に廷出する歯により
外側磁極を構成しているのでモータの直径を最小限に抑
えることができる。

【００２４】第1のステータ18の外側磁極18a、18b、18
c、18d、18eおよび第1の内側磁極となる第1の補助ステ
ータ21の外径部21a、21b、21c、21d、21eはマグネット1
の一端側の外周面および内周面に対向してマグネットの
一端側を挟み込むように設けられる。また第1のステー
タ18の穴18fには出力軸7の一端部が回転可能に嵌合して
いる。

【００２５】第2のステータ19の外側磁極19a、19b、19
c、19d、19eおよび第1の内側磁極となる第1の補助ステ
一夕22の外径部22a、22b、22c、22d、22eはマグネット1
の他端側の外周面および内周面に対向してマグネットの
他端側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19fには出力軸7の一端部が回転可能に嵌合して
いる。

【００２６】第1のステータ18の外筒および内筒の間に
コイル2が設けられ、このコイル2に通電されることによ
り第1のステータ18および第1の補助ヨーク21とが励磁さ
れる。

【００２７】第2のステ一夕19の外筒および内筒の間に
コイル3が設けられ、このコイル3に通電されることによ
り第2のステータ19および第2の補助ヨーク22とが励磁さ
れる。

【００２８】したがって、コイルにより発生する磁束は
外側磁極18a、18b、18c、18d、18eおよび内側磁極21a、
21b、21c、21d、21e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に作用
し、コイル3により発生する磁束は外側磁極19a、19b、1
9c、19d、19eおよび内側磁極22a、2２b、22c、22d、22e
との間のロータであるマグネットを横切るので効果的に
ロータであるマグネットに作用しモータの出力を高め
る。

【００２９】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る。この連結リング20の内側の一
端側には溝20a、20b、20c、20d、20eが設けられ、他端
側には、溝20a、20b、20c、20d、20eに対して位相を180
／n度、即ち18度ずらした溝20f、20g、20h、20i、20jが
設けられ、溝20a、20b、20c、20d、20eに第1のステータ
18の外側磁極18a、18b、18c、18d、18eを嵌合し、溝20
f、20g、20h、20i、20jに第2のステータ19の外側磁極19
a、19b、19c、19d、19eを嵌合し、これらの部材間を接
着剤により固定する。これら第1のステータ18と第2のス
テータ19は連結リング20の内面側の突出部20k、20nによ
りある距離だけ間隔を隔てて固定されている。

【００３０】即ち、第1のステータ18の外側磁極18a、18
b、18c、18d、18eの先端と第2ステータの外側磁極1９
a、19b、19c、19d、19eの先端とが向さ合うように配置
されている。連結リングを非磁性材料で樺成したことに
より、第1のステータ18と第2のステータ19とを磁気回路
上分断でき、互いの影響が及ばないようになることで、
モータの性能が安定する。

【００３１】図3はステップモータの断面図であり、図4
（a）、（b）、（c）、（d）は図3のA−A線での断面図
を示し、図4（e）、（f）、（g）、（h）は図3のB−B線
での断面図を示している。図4（a）と（e）とが同時点
での断面図であり、図4（b）と（f）とが同時点での断
面図であり、図4〈c〉と（g）とが同時点での断面図で
あり、図4（d）と（h）とが同時点での断面図である。
なお図4の断面図はすべて、図3において矢印Eの方向か
らみたものである。

【００３２】次に、本ステップモータの動作を詳しく説
明する。図4（a）と（e）の状態からコイル2および3に
通電し、第1のステータ18の外側磁極18a、18b、18c、18
d、18eをＳ極とし、第1の補助ヨーク21からなる第1の内
側磁極21a、21b、21c、2Id、２1eをN極とし、第2のステ
ータ19の外側磁極19a、19b、19c、19d、19eをN極とし、
第2の補助ヨーク22からなる第2の内側磁極22a、22b、22
c、22d、22e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18度回転し、図4（b）と（f）に示
す状態になる。

【００３３】次に、コイル3への通電を反転させ、第1の
ステータ18の外側磁極18a、18b、18c、18d、18eをＳ極
にし、第1の補助ヨーク21からなる第1の内側磁極21a、2
1b、21c、21d、21eをN極とし、第2のステータ19の外側
磁極1９a、19b、19c、19d、19eをＳ極とし、第2の補助
ヨーク22からなる第2の内側磁極22a、22b、22c、22d、2
2eをN極に励磁すると、ロータであるマグネット1はさら
に反時計方向に18度回転し、図4（c）と（g）に示す状
態になる。

【００３４】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、18c、18d、18eをN極に
し、第1の補助ヨーク21からなる第1の内側磁極21a、21
b、21c、21d、21eをS極とし、第2のステータ19の外側磁
極19a、19b、19c、19d、19eをS極とし、第2の補助ヨー
ク22からなる第2の内側磁極22a、22b、22c、22d、22eを
N極に励磁すると、ロータであるマグネット1はさらに反
時計方向に18度回転し、図4（d）と（h）に示す状態に
なる。

【００３５】以後、このようにコイル2およびコイル3へ
の通電方向を順次切り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。

【００３６】以上の構成で動作する本発明のモータにお
ける、第1のステータの外側磁極18a〜18e及び第2のステ
ータの外側磁極19a〜19eの、コイルの電流による磁極の
変化をグラフ化したのが図5である。各磁極は本図に示
すように変化し、それに伴ってロータが回転する。なお
図4のステータとロータとの位置閑係は、図5に矢印で示
したように関係づけられる。すなわち第1のステータの
外側磁極18a〜18eがS、第2のステータの外側磁極19a〜1
9eがNとなった時点が図4の（a）、（e）に対応し、外側
磁極が共にSとなった時点が（b）、（f）、第1のステー
タの外側磁極18a〜18eがN、第2のステータの外側磁極19
a〜19eがSとなった時点が（c）、（g）、外側磁極が共
にNとなった時点が（d）、（h）に対応する。なお、以
後の説明において、ステータとロータとの位置関係を、
図5に示したロータの回転位置を示す角度で表すことに
する。

【００３７】ここで、このような構成のステップモータ
がモータを超小型化する上で最適な構成であることにつ
いて述べる。ステップモータの基本構成について述べる
と、（1）マグネットを中空の円筒形状に形成している
こと、（2）マグネットの外周面を周方向にn分割して異
なる極に交互に着磁していること（ただし、マグネット
の周方向にマグネットの軸方向全体にわたってｎ分割し
ている）、（3）マグネットの軸方向に第1のコイルとマ
グネットと第2のコイルを順に配置していること、（4）
第1、第2のコイルにより励磁される第1、第2のステータ
の外側磁極および内側磁極をマグネットの外周面および
内周面に対向させていること、（5）外側磁極を切り欠
き穴と軸に平行方向に延出する歯により構成しているこ
とである。

【００３８】このステップモータの径はマグネットの径
にステータの磁極を対向させるだけの大きさがあればよ
く、またステップモータの長さはマグネットの長さに第
1のコイルと第2のコイルの長さを加えただけの長さがあ
ればよいことになる。このため、ステップモータの大き
さは、マグネットおよびコイルの径と長さによって決ま
るもので、マグネットとコイルの径と長さをそれぞれ非
常に小さくすればステップモータを超小型にすることが
できるものである。

【００３９】このとき、マグネットおよびコイルの径と
長さをそれぞれ非常に小さくすると、ステップモータと
しての精度を維持することが難しくなるが、これはマグ
ネットを中空に円筒形状に形成し、この中空の円筒形状
に形成されたマグネットの外周面および内周面に第1、
第2のステータの外側磁極および内側磁極を対向させる
単純な構造により、ステップモータの精度の問題を解決
している。このとき、マグネットの外周面だけでなく、
マグネットの内周面も円周方向に分割して着磁すれば、
モータの出力をさらに高めることができる。

【００４０】以上の構成のモータの、ロータ回転位置と
トルクとの関係を図6、図7に示す。図6はコイルに電流
を流さない状態でロータをゆっくり回転させたときにロ
ータに働く力であるコギングトルク、及びコイルが発生
する磁界により発生するトルクの変化を示す。

【００４１】また図7は本コギングトルクとコイル磁界
によるトルクを加えたトルク、すなわちコイルに電流を
流したときに回転軸から取り出される最終的なロータの
回転力となるトルクの変化を示す。なお図にはロータ回
転角度が0〜36度における結果を示したが、容易にわか
るようにそれ以後はここで示したトルク曲線の繰り返し
となる。また本図は有限要素法を用いた計算により算出
したものであるが、実験でも同様の結果が得られてい
る。

【００４２】図6のコギングトルクの結果より、電流を
流さない状態では、本モータはロータ回転位置が27度の
とき安定位置になることがわかる。また図7よりロータ
回転位置が0度及び18度のときにトルクが非常に小さく
なること、及びロータの回転位置が0〜18度のときのト
ルクのピーク値（T０と呼ぶ）の方が、18〜36度のとき
のピーク値（Tlと呼ぶ）に比べて大きいことがわかる。
また総じてロータ回転全域を通してトルク変動が大きい
こともわかる。

【００４３】ここで、本トルク変動が大きいという問題
に対して、発明者は、第1のステータと第2のステータの
配置に僅かな位相差をつけることで克服できることがわ
かった。すなわち上記説明では、第2のステータは第1の
ステータに対し、180／n度、即ち、18°だけ位相を進め
て配置したが、我々の検討によれば、微小角度Δθだけ
戻して、（180／n−Δθ）度、即ち18°−Δθとするこ
とでトルタ変動を抑制できることがわかった。

【００４４】図1に僅かな位相差を設けた場合のモータ
の断面図を示す。図1（a）は図3のA−A線での断面図、
図1（b）は図3のB−B線での断面図であり、共に図3の矢
印Eの方向からみたものである。図中Ｘは回転軸の中心
と第2のステータの外側磁極19aの中心を通る面、Y０は
Ｘを回転軸の中心に対して18度だけ遅らせた、上述のΔ
θ＝0のときに第1のステータの外側磁極18aの中心が来
る面、Y１は僅かな位相差をつけた場合の第1のステータ
の外側磁極18aの中心を通る面である。

【００４５】このように僅かな位相差Δθをつけた場合
のコギングトルクの変動の変化の様子を図8に示す。な
おΔθの符号は、図1における反時計周りの方向を正と
している（以下同様）。本図より、Δθを大きくするに
つれてコギングトルクは小さくなるが、Δθ＝5度を起
えると再び大きくなることがわかる。そしてΔθが2度
のときのコギングトルクの大きさは、Δθが０度のとき
のそれに比べて約半分である。

【００４６】同様に僅かな位相差をつけた場合の回転ト
ルクの変化の様子を図9に示す。Δθが０のときは、ロ
ータの回転位置が０〜18度のときのピーク値の方が、18
〜36度のときのピーク値よりも大きかったが、Δθ＝2
度を境に逆転し、18−36度の方が大きくなることがわか
る。

【００４７】このことを分かり易くするために、図10に
ロータの回転位置が0〜18度のときのピーク値T０から18
〜36度のときピーク値T１を引いた値の変化をプロット
した図を示す。本図よりΔθが約1．6度のときT０＝T１
となり各ピーク値は等しくなる、すなわち回転の前半と
後半におけるトルク変動の差は小さくなることがわか
る。

【００４８】また図11は図9における各Δθの結果か
ら、その回転全角度域における最大値、最小値及び平均
値を求め、Δθによる変化として整理したものである。
本図よりΔθを0度から2度にすることで、トルクの最大
値は小さくなるものの、最小値は大きくなることがわか
る。すなわちロータの初期回転位置によって弱かった始
動トルクが改善された。また、トルクの平均値そのもの
はあまり変化しないことがわかる。そしてその最大値と
最小値の差であるトルク変動幅は約65％にまで減少して
いる。すなわち、Δθ＝2度にすることで、平均トルク
を下げることなくトルク変動を抑制できる。

【００４９】以上図8〜図11からわかる結果をまとめる
と、Δθを0度から2度にすることで、以下の変化が見ら
れることがわかった。 ・コギングトルクは約半分にまで小さくなる。 ・回転の前半（0〜18度）と後半（18〜36度）における
トルクのピーク値はほぼ等しくなると共に、変動曲線の
形状もほぼ同じになる。 ・始動トルクが向上する。 ・回転全角度域におけるトルクの変動幅は65％にまで小
さくなる。 ・平均トルクは変化しない。

【００５０】そこで、次にこれらの結果を生んだ原因を
図12〜図15を用いて説明する。なお図12、図14、図15は
図1と同様に上に図3のA−A線での断面図、下に図3のB−
B線での断面図を示し、夫々図3の矢印Eの方向からみた
ものである。また図中の符号Ｘ、Y０、Y１は図1のそれ
と同じである。一方図13は図3と同じくモータの回転軸
を通る面での断面図であり、回転軸の上の部分だけを表
示したものである。

【００５１】図12はコギングトルクが零になる、コイル
に電流を流さないときのロータの安定位置を示す。
（1）はΔθが0度のとき、（2）はΔθが18度のときの
ものを示す。Δθが0度のときは図6で説明したようにロ
ータ回転角度が27度で安定となるが、このとき（1）に
示すように第1の外側磁極と第2の外側磁極のそれぞれ内
側に異なるマグネットの極が来る。第1、第2の磁極の内
側に来るマグネットの極が異極で、互いの間で磁束が流
れることにより安定となる。一方（2）においては、第1
の外側磁極と第2の外側磁極のそれぞれ内側両端に、マ
グネット1のS及びNの極の中心が来ることにより安定と
なる。すなわちΔθが０度から大きくなるにつれてその
安定位置は変化し、それとともにその安定度も変化す
る。それが図8を用いて上で説明したようなコギングト
ルクの大きさの変化となっている訳である。

【００５２】次に図13を用いて、Δθが０度のときにト
ルクのピーク値は回転の前半（ロータの回転角度0〜18
度）の方が後半（ロータの回転角度18〜36度）よりも大
きい理由を説明する。（a）は回転の前半すなわち第1の
ステータ18の外側磁極がS、内側磁極がNとなり、また第
2のステータ19の外側磁極がN、内側磁極がSとなる（対
向する磁極が異極）ときのコイル2が発生する磁束の流
れを矢印で表示したものである。（b）は回転の後半す
なわち第1のステータ18の外側磁極がS、内側磁極がNと
なり、また第2のステ一夕19の外側磁極がS、内側磁極が
Nとなる（対向する磁極が同極）ときのコイル2が発生す
る磁束の流れを矢印で表示したものである。（ａ）にお
いて外側磁極からマグネット1を横切って内側磁極に流
れる磁束は、対向する第2のステータの磁極が異極であ
ることから第2のステータ側に大きく広がる。一方
（ｂ）の場合は、対向する第2のステータの磁極が同極
であることから、第1のステータと第2のステータの対向
中心面よりも第2のステータ側に行くことはない。従っ
て（ａ）の方が、マグネット1に作用する磁束の量が多
くなる。そしてこのことはコイル3が発生する磁束につ
いても同様である。その結果（ａ）に示した、回転の前
半の方が後半よりもトルクが大きくなる。

【００５３】次に本回転の前半と後半におけるトルクの
大小関係が、Δθ＞0とすることにより逆転する理由を
図14、図15を用いて説明する。

【００５４】図14は回転の前半にあたるロータ回転位置
が9度のときのロータマグネットとステータ磁極の位置
関係を示し、（1）はΔθ＝0度、（2）はΔθ＞0度のと
きのものを示す。また同様に図15は回転の後半にあたる
ロータ回転位置が27度のときのロータマグネットとステ
ータ磁極の位置関係を示し、（1）はΔθ＝0度、（2）
はΔθ＞0度のときのものを示す。なお、図14、図15に
おける符号ZＳはマグネット1の磁極1aの中心と回転軸の
中心を通る面を、符号ZNはマグネット1の磁極1jの中心
と回転軸の中心を通る面を示す。

【００５５】図14に示すロータ回転位置が9度のとき、
第1のステータ18の外側磁極18a、18b、18c、18d、18eは
S極、第2のステータ19の外側磁極19a、19b、19c、19d、
19eはN極である。このとき、（1）に示すΔθ＝0度では
面Ｘと面ZSのなす角度は9度、面Y１と面ZSのなす角度は
9度となる。一方（2）に示すΔθ＞０の場合は、面Ｘと
面ZSのなす角度は（1）と同じく9度であるのに対して、
面Y１と面ZSのなす角度は（9−Δθ）度となる。なおこ
れら2つの面がなす角度は、外側磁極18a、19aとマグネ
ットの極1aの関係だけでなくすべての外側磁極とその外
側磁極に最も近接したマグネットの磁極の中心がなす角
度にも等しい。容易にわかるように、外側磁極の中心と
その磁極近傍のマグネットの磁極の中心の角度が小さい
とトルクは小さくなることから、Δθ＞０の方がロータ
のトルクは小さくなる。つまりこのときΔθの位相差を
つけることによりトルタは抑制される。

【００５６】図15に示すロータ回転位置が27度のとき、
第1のステータ18の外側磁極18a、18b、18c、18d、18eは
S極、第2のステータ19の外側磁極19a、19b、19c、1９
d、19eはS極である。このとき、（1）に示すΔθ＝０度
では面Ｘと面ZSのなす角度は9度、面Y１と面ZNのなす角
度は9度となる。一方（2）に示すΔθ＞０の場合は、面
Ｘと面ZSのなす角度は（l）と同じく9度であるのに対し
て、面Y１と面ZNのなす角度は（9＋Δθ）度となる。図
14で説明したのと同様に、Δθ＞０の方が第1の外側磁
極とマグネットの磁極のなす角度が大きいことからロー
タのトルクは大きくなる。つまりこのときΔθの位相差
をつけることによりトルクは助長される。

【００５７】以上のような理由で、第1のステータと第2
のステータの配置に僅かな位相差Δθをつけることで、
回転の前半（0〜18度）ではトルクが抑制され、後半（1
8〜36度）では助長される。その結果、上で説明したよ
うに回転の前半と後半でのトルクの変動を抑えることが
できた。

【００５８】なおここでは、第1のステータに対して第2
のステータを180／ｎだけ位相を進めて配置した構成で
説明したが、上述の第1のステータに対して第2のステー
タを180／nだけ遅らした構成としても、同じであること
は言うまでもない。この場合には、図3における矢印Eか
ら遠い方のステータを第2のステータ、近い方のステー
タを第1のステータと呼ぶことになるが、とにかく位相
の進んでいる方のステータを第2のステータ、遅れてい
る方のステータを第1のステータと命名し、これらに対
して上記Δθの僅かな位相ずれ配置を行うことで同様な
効果を得ることができる。

【００５９】（実施例2）実施例1では、第1のステータ
と第2のステータの配置に僅かな位相差をつけることで
ロータ回転時のトルクの変動を改善した。本実施例で
は、ステータの配置に位相差をつけるかわりに、マグネ
ットの第1のステータ18に対向する部分と、第2のステー
タに対向する部分とに位相差を設けることによりトルク
の変動を改善する方法について述べる。

【００６０】図16は本実施例を説明するもので、図1と
同様に上に図3のA−A線での断面図、下に図3のB―B線で
の断面図を示し、夫々図3の矢印Ｅの方向からみたもの
である。また図中の符号は図1と同じである。なお基本
的な構成は第1実施例にあげたΔθ＝0度の場合と同様な
ので、その詳しい説明は省略する。

【００６１】図16に示すように、ロータを梼成する円筒
形状のマグネット1は、第1の着磁層と第2の着磁層を備
えている。第1の着磁層はマグネット1の外周表面を軸線
方向の中央部から一端部にわたって円周方向にn分割し
て（本実施例では10分割して）S極、N極が交互に着磁さ
れた着磁部1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h、1i、1jか
らなり、この着磁部1a、1c、1e、1g、1iがS極に着磁さ
れ、着磁部1b、1d、1f、1h、1jがＮ極に着磁されてい
る。

【００６２】第2の着磁層はマグネット1の外周表面を軸
線方向の中央部から他端部にわたって円周方向にn分割
して（本実施例では10分割して）S極、N極が交互に着磁
された着磁部1k、11、1m、1n、1p、1q、1r、1s、1t、1u
からなり、この着磁部1k、1m、1p、1r、1tがS極に着磁
され、着磁部1ｌ、1n、1q、1s、1uがN極に着磁されてい
る。

【００６３】そして第1の外側磁極18a、18b、18c、18
d、18eと第1の内側磁極21a、21b、21c、21d、21eはマグ
ネット1の第1の着磁層に対してそれぞれ外周面と内周面
に対向して配置され、第1の外側磁極と第1の内側磁極で
マグネット1の第1の着磁層を隙間を持って挟み込む梼成
となっている。

【００６４】第2の外側磁極19a、19b、19c、19d、19eと
第2の内側磁極22a、22b、22c、22d、22eはマグネット1
の第2の着磁層に対してそれぞれ外周面と内周面に対向
して配置され、第2の外側磁極と第2の内側磁極でマグネ
ット1の第2の着磁層を隙間を持って挟み込む構成となっ
ている。

【００６５】そしてこのとき、マグネット1の第1の着磁
層に対する第2の着磁層の着磁位相の進み角Δθを僅か
に負の値として（時計周り方向に）着磁を行っている。

【００６６】発明者の検討によれば、本構成によって
も、第1のステータと第2のステータと、夫々に対向する
マグネットの位置関係は実施例1と同じになることか
ら、第1の実施例と同様に次のような効果を生むことが
わかった。 ・コギングトルクが小さくなる。 ・回転の前半（0〜18度）と後半(18〜36度)におけるト
ルクのピーク値はほほ等しくなると共に、変動曲線の形
状もほほ同じになる。 ・始動トルクが向上する。 ・回転全角度域におけるトルクの変動幅が小さくなる。 ・平均トルクは変化しない。

【００６７】なお一般に、ここで説明した2つのマグネ
ット4、5は1つの円柱状の硬磁性材料を着磁することに
よって作成することから、このようにΔθの位相をずら
したものを作成することは容易である。従って本方法に
よれば、実施例1に比べて、第1のステータと第2のステ
ータをΔθだけ位相をずらして配置するという組み立て
時の微妙な調整が不要となり、その結果生産性、歩留ま
りが向上するという特長を持つ。

【００６８】なおここでは、マグネット4と5の位相ずれ
をΔθと記載したが、発明者の検討によれば、第1の実
施例と同様にΔθは0度より大きくすることで効果がで
るが、特に2／n〜60／ｎ度の範囲にあるときに特に効果
があることが見いだされている。

【００６９】（実施例3）実施例1、実施例2では、第1の
ステ一夕に対して第2のステータが18度（＝180／n、ｎ
＝10）だけ位相が進んだモータの例について説明した
が、本構成のモータ（図2に示した、ステータとコイル
とマグネットが同一軸上に順に並ぶタイプのモータ）は
一般的に実施例2で説明した第1の着磁層に対する第2の
着磁層の位相の進み角をθ1とし、第1のステータに射す
る第2のステータの位相の進み角θ2としたとき、θ1＋
θ2が180／n（nは前述したマグネットの極数）となって
いれば回転する。そして本発明は、このような一般的な
形態でのモータに対しても適用できる。すなわち、ここ
でθ1＋θ2を180／n度−Δθにすることによって、上記
と同様な原理によって、回転トルクの変動を小さくする
ことができる。その結果ロータの回転がスムースにな
る。

【００７０】なおこのときのΔθは上記実施例にあるよ
うに、0度以上にすることで効果がでるが、特に2／n〜6
0／n度の範囲にあるとき（すなわちθ1＋θ2は120／n〜
178／n度の範囲）に特に効果があることが見いだされて
いる。

【００７１】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
マグネットの第1の着磁層と第2の着磁層の位相のずれ
と、2つのステータの位相のずれを微妙に変更すること
により、コンパクトで回転力の大きな、しかも出力変動
が小さく、コギングトルクも小さく、また大きな始動ト
ルクを持つモータが得られる。

【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
の断面図である。

【図２】図2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３】図3は、図2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４】図4は、図2に示すステップモータのロータの回
転動作説明図である。

【図５】図5は、図2に示すステップモータの磁極の極変
化を示すグラフである。

【図６】図6は、図2に示すステップモータのトルクの変
化を示すグラフである。

【図７】図7は、図2に示すステップモータのトルクの変
化を示すグラフである。

【図８】図8は、図1に示すステップモータのコギングト
ルクの変化を示すグラフである。

【図９】図9は、図1に示すステップモータの回転トルク
の変化を示すグラフである。

【図１０】図10は、図1に示すステップモータの出力変
動の変化を示すグラフである。

【図１１】図11は、図1に示すステップモータの出力変
動の変化を示すグラフである。

【図１２】図12は、図1に示すステップモータのロータ
の回転動作説明図である。

【図１３】図13は、図1に示すステップモータの磁束の
流れを示す図である。

【図１４】図14は、図1に示すステップモータのロータ
の回転動作説明図である。

【図１５】図15は、図1に示すステップモータのロータ
の回転動作説明図である。

【図１６】図16は、本発明の実施例2に係るステップモ
ータの断面図である。

【図１７】図１８は、従来のステップモータを示す断面
図である。

【図１８】図18は、図17に示す従来のステップモータの
磁束の説明図である。

【符号の説明】

1 マグネット 2 第1のコイル 3 第2のコイル 18 第1のステータ 18a、18b、18c、18d、18e 第1の外側磁極 19 第2のステータ 19a、19b、19c、19d、19e 第2の外側磁極 20 連結リング 21 第1の補助ヨーク 22 第2の補助ヨーク

Claims (6)

【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円周方向
   にｎ分割されて着磁される第1の着磁層と軸と平行に隣
   合う円周方向にn分割されて着磁される第2の着磁層とか
   らなるマグネットを備え、該マグネットの軸方向に第1
   のコイルと第2のコイルを配置し、前記第1のコイルによ
   り励磁される第1の外側磁極および第1の内側磁極を前記
   マグネットの第1の着磁層側の一端である外周面および
   内周面に対向させるとともに、前記第2のコイルより励
   磁される第2の外側磁極および第2の内側磁極を前記マグ
   ネットの第2の着磁層の一端である外周面および内周面
   に対向させる構成のモータにおいて、 第1の着磁層に対する第2の着磁層の着磁位相の進み角を
   θ1とし、互いに対向する第1の外側磁極と第1の内側磁
   極に対する、互いに対向する第2の外側磁極と第2の内側
   磁極の位相の進み角をθ2としたとき、θ1＋θ2が180／
   n度よりも小さくなるようにこれらの着磁層および磁極
   を配置したことを特徴とするモータ。
2. 【請求項２】 請求項1記載のモータにおいて、前記θ1
   ＋θ2が120／n度以上、178／n度以下であることを特徴
   とするモータ。
3. 【請求項３】 請求項1記載のモータにおいて、前記θ1
   を0度とし、θ2を120／n度以上178／n度以下の範囲に設
   定することを特徴とするモータ。
4. 【請求項４】 請求項1〜3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。
5. 【請求項５】 円筒形状に形成されるとともに少なくと
   も外周面が周方向に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
   イルと第2のコイルを配置し、前記第1のコイルにより励
   磁される第1の外側磁極部と第1の内側磁極部が前記マグ
   ネットの外周面およ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る第2の外側磁極部と第2
   の内側磁極部が前記ロータの外周面および内周面に対向
   するように構成されるモータにおいて、 第1の外側磁極と第1の内側磁極に対する、第2の外側磁
   極と第2の内側磁極の位相の進み角θを、120／n虔以上1
   78／n度以下の範囲に設定することを特徴とするモー
   タ。
6. 【請求項６】 請求項5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。