JP2013009560A - ハイブリッド型ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】コスト増を招かない構造でありながら固定磁極の積厚を有効に利用することで高トルクが得られ、更により細かいステップでの制御を行うことができるハイブリッド型ステッピングモータを提供する。
【解決手段】突極２１１を備えた第１のステータコア２０１と、突極２２１を備えた第２のステータコア２０２とを備え、軸方向から見て、ロータコア２０１の極歯とロータコア２０２の極歯とは、周方向において（１／２）ピッチずれており、また突極２１１のロータコア３０１に対向する突極面に設けられた小歯と突極２２１のロータコア３０２に対向する突極面に設けられた小歯も周方向において（１／２）ピッチずれている。
【選択図】図１

Description

本発明はロータに永久磁石を用いたステッピングモータに関し、特にインナーロータ型のハイブリッド型スッピングモータに関する。

インナーロータ型のハイブリッド型ステッピングモータは、内周面に複数個のステータ極歯（小歯）を備え、コイルが巻回されたステータ磁極（突極）を複数個備えたステータと、このステータの内側に回転可能に配置されたロータから構成されている。ここで、ロータは、軸方向に磁化されたリング状の永久磁石の両端を複数個のロータ極歯が等ピッチで配置された一対のロータ鉄心で挟持した構造とされ、一対のロータ鉄心の極歯は、互いに円周方向において極歯ピッチ の１／２ずれるように配置されている。この構造において、ステータ磁極が励磁されると、ステータ磁極と引き合うロータ鉄心の極歯は、一方のロータ磁極の極歯であり、ステータ磁極の積厚の半分としか引き合わず、ステータ磁極の積厚（軸方向の厚み）が有効に活用されないという問題がある。

これに対して、一対のロータ鉄心を有するロータと、一対のロータ鉄心に対応させて軸方向に並んで配設されたステータ磁極を備えたステータを有し、ロータの一対のロータ鉄心のそれぞれの極歯は互いに円周方向に位相差が零度、すなわち、ずれ角を零度とすることにより、ステータ磁極の積厚を有効に活用して大きなトルクを得ることができるハイブリッド型ステッピングモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載のハイブリッド型ステッピングモータは、軸方向において隣接する一対のロータ鉄心のそれぞれのロータ極歯において互いにずれ角を零度に配設し、ステータは軸方向に磁路を形成するように並設された各一対のステータ磁極を備えることにより、ステータ磁極の積厚を有効に活用して大きなトルクを得ている。

特開平１１−３１３４７３号公報

ところで、特許文献１に記載の構造では、基本ステップ角度を同等に保ったまま特許文献１に記載の効果を得ようとする場合、ロータ上下のずれ角と励磁方法の関係から、磁極の極歯のピッチを更に細かくする必要があるため、部材の加工精度の維持が必要になる。

このような背景において、本発明は、基本ステップ角度を同等に保ったまま磁極の積厚を有効に利用することができるハイブリッド型ステッピングモータを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、永久磁石を軸方向で挟持し、外周面の軸方向に延在した複数の極歯が等ピッチで形成された第１のロータコアおよび第２のロータコアを備えたロータと、軸中心の方向に延在した複数の第１の突極を備え、前記第１のロータコアを収容する第１のステータコアと、軸中心の方向に延在した複数の第２の突極を備えると共に軸方向において前記第１のステータコアと並んで配置され、前記第２のロータコアを収容する第２のステータコアとを備え、軸方向から見て、前記第１のロータコアの前記複数の極歯と前記第２のロータコアの前記複数の極歯とは、周方向において（１／２）ピッチずれており、前記複数の第１の突極のそれぞれは、磁極となる複数の第１の小歯を備え、前記複数の第２の突極のそれぞれは、磁極となる複数の第２の小歯を備え、前記第１の小歯と前記第２の小歯のピッチは等ピッチであり、軸方向から見て、前記第１の小歯と前記第２の小歯とは周方向において（１／２）ピッチずれていることを特徴とするハイブリッド型ステッピングモータである。

請求項１に記載の発明によれば、第１のロータコアの極歯と第１のステータコアの小歯が引き合う状態において、第２のロータコアの極歯と第２のステータコアの小歯も引き合う。このため、ステータ側の磁極の積厚が有効に利用され、高いトルクを得ることができる。

また、軸方向から見て、ロータ側では、手前側の極歯の隙間に奥側の極歯が位置し、ステータ側では、手前側の小歯の隙間に奥側の小歯が位置するので、従来構造の場合に比較して、極歯ピッチを保ったままより細かいステップでの制御が可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１のステータコアは、前記第１の突極の部分から軸方向における前後の方向に突出する第１の部材を有し、前記第２のステータコアは、前記第２の突極の部分から軸方向における前後の方向に突出する第２の部材を有し、前記第１のステータコアと前記第２のステータコアとは、軟磁性材料のスペーサを介して結合し、前記スペーサにより前記第１の部材と前記第２の部材との干渉が避けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、第１および第２のステータコアの突極から軸方向に突出する部分があっても、その部分が干渉しない状態で第１のステータコアと第２のステータコアとを軸方向で磁気的に結合することができる。なお、第１および第２のステータコアの突極から軸方向に突出する部分としては、突極に巻かれたコイル、コイルの巻線とコアとの接触を防止するインシュレータ、突極先端部分の軸方向に延在した部分の一または複数を挙げることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記第１の部材は、前記第１の突極を芯とするコイルであり、前記第２の部材は、前記第２の突極を芯とするコイルであることを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、コイルを構成する巻線の巻回数（ターン数）を確保しつつ軸方向で隣接するコイル同士の干渉を避けることができる。なお、突極を芯とするコイルは、突極に巻線を巻きつける方法で得られる構造であってもよいし、予めコイル形状にされたものを突極に装着した構造であってもよい。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記第１のステータコアと前記第２のステータコアとは同じ構造を有し、前記複数の第１の突極および前記複数の第２の突極のそれぞれは、軸方向から見て前記小歯が周方向に（１／４）ピッチずれた左右非対称な形状を有し、前記第１のステータコアに対して前記第２のステータコアが軸方向における前後を逆にした状態で配置されていることを特徴とする。請求項４に記載の発明によれば、第１のステータコアと第２のステータコアとが同じ構造であるので、部品の共通化が図られ、部品コストが抑えられる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記第１のステータコアおよび前記第２のステータコアは、周方向において突極毎に分割された構造を有することを特徴とする。本発明では、軸方向で閉じたループの磁路が形成されるので、ステータコアを周方向において分割し、周方向への磁気抵抗が増加しても、モータの性能に大きな影響を与えることは無い。請求項５に記載の発明によれば、周方向において隣接する突極が分離された状態において突極へのコイルの巻回やコイルの装着が行える。このため、突極のコイルを形成する作業が行い易く、また小型化が容易となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発明において、駆動時において、軸方向で隣接する前記第１の突極と前記第２の突極とが異なる極性に励磁されることを特徴とする。

本発明によれば、ステップ数を保ったまま磁極の積厚を有効に利用することができるハイブリッド型ステッピングモータが提供される。

実施形態のハイブリッド型ステッピングモータの分解斜視図（Ａ）と斜視図（Ｂ）である。 実施形態のハイブリッド型ステッピングモータの内部構造が見える正面図（Ａ）と側断面図（Ｂ）である。 実施形態におけるステータの正面図（Ａ）、側断面図（Ｂ）、および背面図（Ｃ）である。 実施形態における軸方向から見た突極の正面図（Ａ）、軸方向から見た他の突極の正面図（Ｂ）、ステータに配置された軸方向で隣接する２つの突極を軸方向から見た正面図（Ｃ）である。 従来技術における突極の正面図である。 変形例の突極の軸方向から見た正面図である。 実施形態のハイブリッド型ステッピングモータの分解斜視図である。

（１）第１の実施形態
（構成）
図１には、実施形態のハイブリッド型ステッピングモータの分解斜視図（Ａ）と斜視図（Ｂ）が示されている。図２には、実施形態のハイブリッド型ステッピングモータの正面図（Ａ）と側断面図（Ｂ）が示されている。ここで図２（Ａ）のＡ−Ａの線で切断した断面の様子が図２（Ｂ）に示されている。図３には、実施形態におけるステータの正面図（Ａ）、側断面図（Ｂ）および背面図（Ｂ）が示されている。なお、図１〜図３では、正面および背面の開口部に蓋をするフロントフランジおよびリアフランジ、さらにステータの外側を覆うケースは図示省略されている。

図１および図２には、実施形態のハイブリッド型ステッピングモータ１００が示されている。ハイブリッド型ステッピングモータ１００は、ステータ（固定子）２００およびロータ（回転子）３００を備えている。ステータ２００は、第１のステータコア２０１、第２のステータコア２０２、第１のステータコア２０１と第２のステータコア２０２との間に挟まれたスペーサ２０３により構成されている。第１のステータコア２０１は、略筒上の構造を有し、内側にロータ３００を回転自在な状態で収めるロータ収容部２１７（図３）を有している。第１のステータコア２０１と第２のステータコア２０２とは、同じ構造を有し、軸方向における向きを１８０°反転させ、スペーサ２０３を介して背中合わせに配置した状態とされている。なお、軸方向というのは、回転軸であるシャフト３０１の延在方向のことであり、図のＺ軸方向のことである。

以下、第１のステータコア２０１および第２のステータコア２０２について説明する。第１のステータコア２０１と第２のステータコア２０２は、向きが異なるだけで同じ構造であるので、ここでは、第１のステータコア２０１を例に挙げ説明を加える。第１のステータコア２０１は、軟磁性材料により構成されている。この例では、抜き打ち加工した珪素鋼板を軸方向で積層することで、図示する形状を有する第１のステータコア２０１が構成されている。第１のステータコア２０１は、軸方向から見て、外側が略四角形で、内側が略８角形の短い略筒状の形状を有している。第１のステータコア２０１は、その内周にロータ３００の回転中心の方向に延在した８個の突極２１１を備えている。８個の突極２１１は、同じ形状のものが周方向に沿って軸方向から見て等角な位置（この場合は、４５°間隔）に配置されている。

図４（Ａ）には、軸方向（図１のＺ軸負の方向）から見た突極２１１の拡大図が示されている。図４（Ａ）に示すように、軸方向から見た突極２１１は、ロータ３００の回転中心の方向に延在し、コイル２１４が巻かれる部分であるコイルエンド部２１２、コイルエンド部２１２の先端部分にある突極先端部２１３を備えている。なお、コイル２１４（図１および図２参照）の記載は、図４において図示省略されている。

突極先端部２１３は、突極面２１５を有している。突極面２１５は、ロータ３００に対向する面（ロータ３００の回転中心側の面）であり、ロータ３００の外周面に対応した湾曲した構造を有している。突極２１１は、図４（Ａ）に示す断面の構造が軸方向に延在した構造を有している。突極面２１５には、磁極として機能する小歯２１６が設けられている。小歯２１６は、軸方向から見て凸形状を有し、この凸形状が軸方向に延在した構造を有している。この例では、軸方向から見て６個の小歯２１６が軸方向から見た突極面２１５の周方向における等角な位置に等ピッチで設けられている。また、突極２１１において、６個の小歯２１６の配置は、軸方向から見て左右非対称な位置関係とされている。

以下、６個の小歯２１６の配置が軸方向から見て左右で非対称な位置関係とされている点について説明する。図５は、参考のために図示する６個の小歯が左右で対称な位置に配置されている突極を軸方向から見た正面図である。図４および図５において、破線が軸方向から見たコイルエンド部（例えば符号２１２）の中心線である。図５に示す構造の場合、破線に対して軸対称な位置に６個の小歯が位置している。これに対して、本実施形態の場合、周方向において等角な位置にある６個の小歯２１６は、図４（Ａ）の実線に対して線対称な位置にあり、軸方向から見た突極２１１のコイルエンド部２１２の中心線（破線）に対しては左右対称な位置にはない。より詳細にいうと、６個の小歯２１６により構成される小歯構造の中心（実線）は、コイルエンド部２１２の中心線（破線）から周方向に（１／４）ピッチずれた位置にある。つまり、軸方向から見ると、コイルエンド部２１２の中心線に対して６個の小歯２１６は、左右対称な位置に配置されている場合（例えば、図５の構造）に比較して、周方向左に（１／４）ピッチずれた状態で配置されている。

次に、第２のステータコア２０２について説明する。第２のステータコア２０２は、第１のステータコア２０１を軸方向で反転させた状態で配置されている。つまり、図４（Ａ）の状態の第１のステータコア２０１の表裏を反転させものが図４（Ｂ）に示すステータコア２０２となる。ここで第１のステータコア２０１の小歯２１６と区別するために、第２のステータコア２０２の小歯を符号２２６で示す。小歯２２６も周方向で６個が配置されている。図４（Ｂ）には、図４（Ａ）と同じ軸方向（図１のＺ軸負の方向）から見た突極２２１の拡大図が示されている。なお、実際にステータ２００を組み上げた状態においては、図４（Ｂ）の状態における手前側に第１のステータコア２０１が存在するが、図４（Ｂ）においては、その記載は省略されている。

図４（Ｂ）に示すように、突極２２１も突極２１１と同様に、ロータ３００の回転中心の方向に延在したコイルエンド部２２２、コイルエンド部２２２の先端部分にある突極先端部２２３を備えている。コイルエンド部２２２には、図１および図２に示すコイル２２４（図４では図示省略）が巻回されている。なお、図示省略されているが、コイルエンド部２２２には、コイル２２４が巻回されている。突極先端部２２３は、突極面２２５を有している。突極面２２５は、ロータ３００に対向する面（ロータ３００の回転中心側の面）であり、ロータ３００の外周面に対応した湾曲した構造を有している。突極２２１は、図４（Ｂ）に示す断面の構造が軸方向に延在した構造を有している。突極面２２５は、軸方向に延在する磁極である小歯２２６を備えている。軸方向から見て、６個の小歯２２６は、左右で非対称な位置関係とされている。

ここで、第２のステータコア２０２は、第１のステータコア２０１に対して軸方向において反転（ひっくり返した）状態とされているので、同じ方向から見た小歯２１６と２２６の配置状態の左右非対称性は、左右で反転する。すなわち、図４（Ａ）の状態を表裏で反転させたものが図４（Ｂ）に示す状態となり、図４（Ａ）では小歯２１６が周方向左側に片寄って配置されているものが、図４（Ｂ）では小歯２２６が周方向右側に片寄って配置されている状態となる。ここで、６個の小歯２２６により構成される小歯構造の中心（実線）は、コイルエンド部２２２の中心線（破線）から図４（Ａ）の場合と逆の周方向に（１／４）ピッチずれた位置となる。つまり、軸方向から見ると、コイルエンド部２２２の中心線（破線）に対して、６個の小歯２１６が左右対称な位置に配置されている場合に比較して、周方向右に（１／４）ピッチずれた状態で配置されている。

図４（Ｃ）には、第１のステータコア２０１と第２のステータコア２０２とを図１に示す状態で組み上げ、それを図４（Ａ）および（Ｂ）の場合と同じ軸方向（図１のＺ軸負の方向）から見た場合における突極部分の重なり具合が示されている。上述したように、図４の視点から見た場合、コイルエンド部の中心線に対して、６個の小歯２１６は、左に（１／４）ピッチずれ、６個の小歯２２６は、右に（１／４）ピッチずれて配置されている。したがって、図４（Ｃ）に示すように、小歯２１６と小歯２２６とは、軸方向から見て、周方向において（１／２）ピッチずれた位置関係となる。

図１および図２に戻り、第１のステータコア２０１と第２のステータコア２０２とは、スペーサ２０３を間に挟んで軸方向で結合されている。スペーサ２０３は、軟磁性材料により構成され、第１のステータコア２０１から突極２１１を取りさった状態の略筒状の形状を有している。この例では、打ち抜き加工した珪素鋼板を軸方向で積層することで、スペーサ２０３を構成している。スペーサ２０３は、軸方向における第１のステータコア２０１と第２のステータコア２０２との間におけるクリアランスを調整する役割、および第１のステータコア２０１と第２のステータコア２０２とを貫く磁路を確保する役割を果たす。

略筒状を有するステータ２００の内側には、ロータ３００がステータ２００に対して回転が可能な状態で収められている。ロータ３００は、回転軸であるシャフト３０１を備えている。シャフト３０１は、その前後の部分が、図示省略した一対の軸受により、回転可能な状態で保持されている。この図示省略した一対の軸受の一方は、第１のステータコア２０１の開口部に蓋をするフロントフランジ（図示省略）に固定され、このフロントフランジの中心から、シャフト３０１が外部に露出する。また、上記軸受の他方は、第２のステータコア２０２の開口部に蓋をするリアフランジ（図示省略）に固定される。この構造により、ロータ３００は、ステータ２００の内側で回転が自在に行える状態とされている。

シャフト３０１には、略円筒形状を有する第１のロータコア３０２、第２のロータコア３０３、更に第１のロータコア３０２と第２のロータコア３０３の間に挟まれたリング状の永久磁石３０４が取り付けられている。シャフト３０１、第１のロータコア３０２、第２のロータコア３０３、およびリング状の永久磁石３０４によりロータ３００が構成されている。ここで、第１のロータコア３０２は、第１のステータコア２０１の内側に収容され、第２のロータコア３０３は、第２のステータコア２０２の内側に収容される。

第１のロータコア３０２および第２のロータコア３０３は、軟磁性材料により構成されている。この例において、第１のロータコア３０２および第２のロータコア３０３は、例えば珪素鋼板を打ち抜き加工したものを積層したもので構成されている。第１のロータコア３０２と第２のロータコア３０３のそれぞれには、軸方向から見て断面の形状が凸型で軸方向に延在した構造の極歯３０２ａ，３０３ａが設けられている。極歯３０２ａ，３０３ａは、周方向において複数個が等ピッチな間隔で形成されている。また、極歯３０２ａと極歯３０３ａとは、軸方向から見て周方向において（１／２）ピッチずれた位置関係とされている。この構造によれば、複数の極歯３０２ａが複数の小歯２１６に同時に対向し、且つ、その状態において複数の極歯３０３ａが複数の小歯２２６に同時に対向することが可能となる。リング状の永久磁石３０４は、軸方向に磁化されており、第１のロータコア３０２と第２のロータコア３０３とを異なる極性に磁化する。

次に、動作時において形成される磁路の状態について説明する。ハイブリッド型ステッピングモータ１００の駆動は、第１のステータコア２０１のコイルと第２のステータコア２０２のコイルとに逆極性の駆動電流を流し、更にこの駆動電流の向きを適切なタイミングで切り替えることで行われる。つまり、軸方向で隣接する突極２１１と突極２２１とが異なる極性に励磁され、その状態が周期的に入れ替わるようにする。この際、磁路は、突極２１１→極歯２１６→第１のロータコア３０２の極歯３０２ａ→第１のロータコア３０２→リング状の永久磁石３０４→第２のロータコア３０３→第２のロータコア３０３の極歯３０３ａ→極歯２２６→磁極２２１→第２のステータコア２０２→スペーサ２０３→第１のステータコア２０１→突極２１１により示される経路（あるいはこの逆の経路）に形成される。この磁路の状態は、各８個ある突極２１１および２２１において同じである。そして、励磁電流の向きを適切なタイミングで切り替えることで、上記の磁路の向きが周期的に切り替わり、それに従ってロータ３００が回転する。

ここで、第１のロータコア３０２の極歯３０２ａと第１のステータコア２０１の小歯２１６とが対向した状態において、第２のロータコア３０３の極歯３０３ａと第２のステータコア２０２の小歯２２６とが対向する。これは、軸方向から見て、極歯３０２ａと極歯３０３ａとが周方向において（１／２）ピッチずれ、且つ、小歯２１６と小歯２２６とが周方向において（１／２）ピッチずれているからである。

（優位性）
以上述べたように、ハイブリッド型ステッピングモータ１００は、リング状の永久磁石３０４を軸方向で挟持し、外周面に軸方向に延在した複数の極歯３０２ａおよび３０３ａが等ピッチで形成された第１のロータコア３０２および第２のロータコア３０３を備えたロータ３００と、軸中心の方向に延在した複数の突極２１１を備え、第１のロータコア３０２を収容する第１のステータコア２０１と、軸中心の方向に延在した複数の突極２２１を備えると共に軸方向において第１のステータコア２０１と並んで配置され、第２のロータコア３０３を収容する第２のステータコア２０２とを備え、軸方向から見て、第１のロータコア３０２の複数の極歯３０２ａと第２のロータコア３０３の複数の極歯３０３ａとは、周方向において（１／２）ピッチずれており、複数の第１の突極２１１のそれぞれは、磁極となる複数の小歯２１６を備え、複数の第２の突極２２１のそれぞれは、磁極となる複数の小歯２２６を備え、第１の小歯２１６と第２の小歯２２６のピッチは等ピッチであり、軸方向から見て、第１の小歯２１６と第２の小歯２２６とは周方向において（１／２）ピッチずれている。

上記の構造によれば、第１のロータコア３０２の極歯３０２ａと第１のステータコア２０１の小歯２１６とが対向した状態において、第２のロータコア３０３の極歯３０３ａと第２のステータコア２０２の小歯２２６とが対向する。このため、従来技術において問題となるステータ磁極と引き合うロータ鉄心の極歯は、一方のロータ磁極の極歯であり、ステータ磁極の積厚の半分としか引き合わず、残りの半分のステータ磁極は実質的に機能せず利用されない問題が生じない。

また、軸方向から見て、極歯３０２ａと３０３ａとが周方向において（１／２）ピッチずれているので、軸方向から見て、極歯３０２ａの隙間に極歯３０３ａが位置する。また、軸方向から見て、小歯２１６と２２６とが周方向において（１／２）ピッチずれているので、図４（Ｃ）に示すように、軸方向から見て小歯２１６の隙間に小歯２２６が位置する。このため、ステータ側における磁極のずれがない従来の構造に比較して、より細かいステップでの制御が可能となる。言い換えると、機能していない磁極が生じないので、基本ステップ角度が増加せず、角度制御の精度を確保するために固定磁極の数を増やす必要がない。こうして、固定子磁極の積厚を有効に活用でき、また固定子磁極を増やすことなく効率のよい磁気回路をもった多ステップのハイブリッド型ステッピングモータを得ることができる。

図２（Ｂ）に示されるように、第１のステータコア２０１からは軸方向にコイル２１４の一部が突出し、第２のステータコア２０２からは軸方向にコイル２２４の一部が突出している。このような構造であっても、スペーサ２０３があることで、コイル２１４と２２４の干渉が防止される。この例では、スペーサ２０３によって、コイルの軸方向への突出を許容する構造を示したが、軸方向に突出する部材は、コイルに限定されず、突極の先端部分や突極とコイルとの絶縁を行うインシュレータであってもよい。すなわち、第１のステータコア２０１と第２のステータコア２０２から軸方向に突出する部分がある構造であっても、スペーサ２０３を用いることで、この突出する部分同士の干渉が防止される構造が得られる。また、そのような構造としても、スペーサ２０３が軟磁性材により構成されるので、第１のステータコア２０１と第２のステータコア２０２を貫く磁路の形成が阻害されず、２つのステータコアを軸方向で離間させた構造に起因する効率の低下が抑えられる。

図４に示すように、ステータコアにおける小歯の構造を周方向に（１／４）ピッチずれた左右非対称な形状とすることで、ステータコア２０１と２０２を同じ構造のものとし、一方を他方に対して反転して使用した際に、ステータコア２０１と２０２の小歯の位置が軸方向から見て（１／２）ピッチずれた配置関係を得ている。この構造によれば、部品の共通化を図ることができ、コストが抑えられる。

（突極形状の変形例）
図６には、突極の他の形状の一例が示されている。図６には、突極６０１が示されている。なお、突極６０１の母体となるステータは、ステータコア２０１と同じである。突極６００は、図示省略したコイルが巻回されるコイルエンド部６０１、突極先端部６０２、突極先端部６０２の図示しないロータに対向する面である突極面６０３、突極面６０３に設けられた磁極の極歯である小歯６０４を備えている。図６において、実線が突極先端部６０２の周方向における中心を通る軸中心（回転中心）への線であり、破線が図４（Ａ）および（Ｂ）における破線に一致する線である。図６の例の場合、コイルエンド部６０１が設けられている位置が図４（Ａ）の場合と異なり、周方向で左側にずれており、それにより、反転させた場合に、図４（Ａ）⇔図４（Ｂ）の場合と同様な周方向で小歯の位置が（１／２）ピッチずれる構造を実現している。

この場合も突極６０１を備えるステータコアと、このステータコアと同じ形状のものを軸方向で反転した別のステータコアとを用意し、スペーサを介してこの２つのステータコアを軸方向で積層し、ステータを構成する。このステータは、図４（Ｃ）に示す位置関係となる小歯の構造となる。

（２）第２の実施形態
図７（Ａ）には、実施形態のハイブリッド型ステッピングモータ７００が示されている。ハイブリッド型ステッピングモータ７００は、ステータ８００およびロータ３００を備えている。ロータ３００は、図１に示すロータ３００と同じものであるので説明は省略する。なお、ロータ３００がステータ８００の内側で回転自在な状態で保持されている構造は、第１の実施形態の場合と同じである。以下、ステータ８００について説明する。ステータ８００は、第１のステータ部８０１を内側に納めたケース８０２、第２のステータ部８０３を内側に納めたケース８０４、第１のステータ部８０１と第２のステータ部との間で挟まれたスペーサ８０５を備えている。ここで、ケース８０２と８０４の開口部に蓋をするフロントフランジおよびリアフランジは、図示省略されている。

まず、第１のステータ部８０１について説明する。第１のステータ部８０１の内側には、第１のロータコア３０２が収容されている。第１のステータ部８０１は、周方向の等角な位置に配置された８個の磁極ユニット８０１ａ〜８０１ｈにより構成されている。８個の磁極ユニット８０１ａ〜８０１ｈは、それぞれ同じ構造を有し、周方向において分離された状態を有している。図７（Ｂ）は、磁極ユニット８０１ａとスペーサ８０５の一部を拡大した拡大斜視図である。図７（Ｂ）に示すように、磁極ユニット８０１ａは、突極８１０およびコイル８１５により構成されている。突極８１０は、打ち抜き加工などにより得た板状の軟磁性材料（この場合は、珪素鋼板）を軸方向において積層した構造を有している。

突極８１０は、ロータ３００の回転中心の方向に延在し、コイル８１５が巻回あるいは装着されるコイルエンド部８１１、コイルエンド部８１１の回転中心側に設けられ、軸方向から見て周方向に平たく延在した断面形状を有する突極先端部８１２、突極先端部８１２においてロータ３００側に対向する突極面８１３、突極面８１３に設けられた小歯８１４を備えている。突極面８１３は、ロータ３００の外周に対応した曲面を有している。突極面８１３には、周方向において一定の間隔をおいて配置された磁極である６個の小歯８１４が設けられている。６個の小歯８１４は、周方向において等ピッチの間隔で位置されている。小歯８１３は、軸方向から見て凸状に突出した断面形状を有し、それが軸方向に延在した構造と有している。

突極８１０の形状は、図４に示す突極２１１と同じである。すなわち、突極８１０は、図４に示す突極２１１と同様に、軸方向から見て、小歯８１４のピッチで考えて周方向に（１／４）ピッチずれた左右非対称な形状を有している。

突極８１０は、コイルエンド部８１１のコイル８１５からラジアル方向（Ｙ軸方向）に突出した部分の軸方向側の面が、スペーサ８０５の符号８０５ａの部分に接触する。この接触構造は、他の８個の磁極ユニット８０１ｂ〜８０１ｈにおいても同じである。また、コイルエンド部８１１の端面である符号８１０ａの部分がケース８０２の内面に接着などの手段を用いることで、磁極ユニット８０１ａがケース８０２に固定されている。これは、他の７個の磁極ユニット８０１ｂ〜８０１ｈにおいても同じである。なお、磁極ユニット８０１ａ〜８０１ｈを図示する位置関係で固定する構造としては、図示省略したフロントフランジとスペーサ８０５とによって磁極ユニット８０１ａ〜８０１ｈを軸方向で挟み込む構造も可能である。

次に、第２のステータ部８０３について説明する。第２のステータ部８０３の内側は、第２のロータコア３０３が収容される。第２のステータコア８０３は、第１のステータコア８０１と同じ構造のものを軸方向で反転させた状態のものが配置されている。第２のステータコア８０３は、周方向の等角な位置に配置された８個の磁極ユニット磁極ユニット８０３ａ〜８０３ｈにより構成されている。

ここで、磁極ユニット８０１ａは、スペーサ８０５を介して磁極ユニット８０３ａと軸方向において磁気的に結合している。これは、磁極ユニット８０１ｂと磁極ユニット８０３ｂ、磁極ユニット８０１ｃと磁極ユニット８０３ｃ、磁極ユニット８０１ｄと磁極ユニット８０３ｄ、磁極ユニット８０１ｅと磁極ユニット８０３ｅ、磁極ユニット８０１ｆと磁極ユニット８０３ｆ、磁極ユニット８０１ｇと磁極ユニット８０３ｇ、磁極ユニット８０１ｈと磁極ユニット８０３ｈの関係においても同じである。なお、スペーサ８０５は、打ち抜き加工された薄板状の軟磁性材料（この場合は、珪素鋼板）を積層したものによって構成されている。また、ケース８０２および８０４は、磁性材料であっても良いし非磁性材料であっても良い。

この構造においては、図４に関連して説明した場合と同様に、第１のステータ部８０１の小歯８１４と第２のステータ部８０３の小歯（符号省略）とが、軸方向から見て周方向において（１／２）ピッチずれ、第１の実施形態の場合と同様なステータ側の磁極構造が得られる。また、第２のステータ部８０３を構成する８個の磁極ユニット８０３ａ〜８０３ｈそれぞれの突極は、第１の磁極ユニット８０１の場合と同様に、スペーサ８０５に接触している。また、磁極ユニット８０３ａ〜８０３ｈは、磁極ユニット８０１ａ〜８０１ｈの場合と同様に、ケース８０４の内側に固定されている。

次に、ハイブリッド型ステッピングモータ７００の動作時における磁路の状態について説明する。動作に当たっては、第１のステータ部８０１のコイルと第２のステータ部８０３のコイルが生成する磁束の極性が逆になるように各コイルに対する励磁を行う。これは、図１のハイブリッド型ステッピングモータ１００の場合と同じである。この際、例えば、磁極ユニット８０１ａ→第１のロータコア３０２→リング状の永久磁石３０４→第２のロータコア３０３→磁極ユニット８０３ａ→スペーサ８０５→磁極ユニット８０１ａの経路（あるいはこの逆の経路）において磁路が形成される。この磁路の状態は、軸方向においてスペーサ８０５を介して結合する他の磁極ユニットの組においても同じである。

ハイブリッド型ステッピングモータ７００は、ステータ側の突極部分が周方向において分離されているので、突極へのコイルの装着や巻回が図１に示す突極が周方向において分離されていない構造に比較してより簡単に行える。このため、小型化することが容易であり、また小型化した場合により多くの巻数を有したコイルが実現可能となる。また、図７に示すように磁極ユニットを周方向で分離可能な構造とすることで、巻線機を用いてのコイルエンド部へのコイルの巻回ではなく、予めコイルとされたものをコイルエンド部に装着する構成も可能となる。この場合もコイルを形成する作業が簡素化され、また小型化した構造への対応も容易となる。

（その他）
図示したハイブリッド型ステッピングモータの例では、ステータ側の突極が周方向で８個配置された構造であるが、その数は、４個や６個、あるいは１０個といった数であってもよい。また、図４の符号２１６，２２６で示される突極面における小歯の数も６個に限定されず、４個や８個等の他の数であってもよい（奇数個でもよい）。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

本発明は、インナーロータ型の構造を有するハイブリッド型ステッピングモータに利用することができる。

１００…ハイブリッド型ステッピングモータ、２００…ステータ、２０１…第１のステータコア、２０２…第２のステータコア、２０３…スペーサ、２１１…突極、２１２…コイルエンド部、２１３…突極先端部、２１４…コイル、２１５…突極面、２１６…小歯、２１７…ロータ収容部、２２１…突極、２２２…コイルエンド部、２２３…突極先端部、２２４…コイル、２２５…突極面、２２６…小歯、３００…ロータ、３０１…シャフト、３０２…第１のロータコア、３０３…第２のロータコア、３０４…リング状の永久磁石、６００…突極、６０１…コイルエンド部、６０２…突極先端部、６０３…突極面、６０４…小歯、７００…ハイブリッド型ステッピングモータ、８００…ステータ、８０１…第１のステータ部、８０１ａ〜８０１ｈ…磁極ユニット、８０２…ケース、８０３…第２のステータ部、８０３ａ〜８０３ｈ…磁極ユニット、８０４…ケース、８０５…スペーサ、８１０…突極、８１１…コイルエンド部、８１２…突極先端部、８１３…突極面、８１４…小歯、８１５…コイル。

Claims (6)

1. 永久磁石を軸方向で挟持し、外周面の軸方向に延在した複数の極歯が等ピッチで形成された第１のロータコアおよび第２のロータコアを備えたロータと、
   軸中心の方向に延在した複数の第１の突極を備え、前記第１のロータコアを収容する第１のステータコアと、
   軸中心の方向に延在した複数の第２の突極を備えると共に軸方向において前記第１のステータコアと並んで配置され、前記第２のロータコアを収容する第２のステータコアと
   を備え、
   軸方向から見て、前記第１のロータコアの前記複数の極歯と前記第２のロータコアの前記複数の極歯とは、周方向において（１／２）ピッチずれており、
   前記複数の第１の突極のそれぞれは、磁極となる複数の第１の小歯を備え、
   前記複数の第２の突極のそれぞれは、磁極となる複数の第２の小歯を備え、
   前記第１の小歯と前記第２の小歯のピッチは等ピッチであり、
   軸方向から見て、前記第１の小歯と前記第２の小歯とは周方向において（１／２）ピッチずれていることを特徴とするハイブリッド型ステッピングモータ。
2. 前記第１のステータコアは、前記第１の突極の部分から軸方向における前後の方向に突出する第１の部材を有し、
   前記第２のステータコアは、前記第２の突極の部分から軸方向における前後の方向に突出する第２の部材を有し、
   前記第１のステータコアと前記第２のステータコアとは、軟磁性材料のスペーサを介して結合し、前記スペーサにより前記第１の部材と前記第２の部材との干渉が避けられていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
3. 前記第１の部材は、前記第１の突極を芯とするコイルであり、
   前記第２の部材は、前記第２の突極を芯とするコイルであることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
4. 前記第１のステータコアと前記第２のステータコアとは同じ構造を有し、
   前記複数の第１の突極および前記複数の第２の突極のそれぞれは、軸方向から見て前記小歯が周方向に（１／４）ピッチずれた左右非対称な形状を有し、
   前記第１のステータコアに対して前記第２のステータコアが軸方向における前後を逆にした状態で配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
5. 前記第１のステータコアおよび前記第２のステータコアは、周方向において突極毎に分割された構造を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
6. 駆動時において、軸方向で隣接する前記第１の突極と前記第２の突極とが異なる極性に励磁されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。

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