JP2018042385A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】静音効果が良好な、２相ＰＭ型ステッピングモータを提供すること。【解決手段】２相ＰＭ型ステッピングモータは、ロータと、ロータを周囲から包囲するステータとを備える。ロータは、円周方向にＮ極とＳ極が交互に、６の倍数に等しいＰ個の極に着磁されたロータマグネットと、ロータマグネットの中心に取り付けられる回転軸と、から成る。ステータは、円周方向に等角度間隔で配置され、ロータに対向する極歯を有する、８の倍数に等しいＭ個の突極を供えたステータヨークと、Ｍ個の突極に巻回されたステータコイルと、を備える。ステータコイルは、第１相のステータコイルと、第２相のステータコイルとから成る。Ｍ個の突極は、円周方向に１つ置きに選択された、第１群の（Ｍ／２）個の突極と、第２群の（Ｍ／２）個の突極と、に分けられる。【選択図】図３

Description

本発明はステッピングモータに関し、特に、レーザプリンタや複写機等の紙送り機構の駆動源として使用されるステッピングモータに関する。

レーザプリンタや複写機では、用紙を一枚ずつ所定の速度（ピッチ）で搬送するために、紙送り機構を備えている。このような紙送り機構の駆動源として、ステッピングモータを使用するものが知られている。

ステッピングモータは、その種類として、可変リラクタンス（ＶＲ）型、永久磁石（ＰＭ）型、およびハイブリッド（ＨＢ）型の３つの基本形が知られている。本発明は、永久磁石（ＰＭ）型ステッピングモータに関する。

また、ＰＭ型ステッピングモータとして、クローポール式２相ＰＭ型ステッピングモータが知られている（例えば、特許文献１参照）。以下では、ステップ角が７．５°である場合のクローポール式２相ＰＭ型ステッピングモータ（以下、「関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータ」と呼ぶ）について説明する。

関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータは、ロータと、ロータを周囲から包囲するステータと、を備える。

ロータは、回転軸に平行な直線上に交互に並べられたＳ極とＮ極によって磁化されている。換言すれば、ロータは、円周方向に２４極で着磁された永久磁石（ロータマグネット）と、このロータマグネットの中心に取り付けられる回転軸と、から成る。

一方、ステータは、リング状に巻いたコイルと板金加工による歯が、２個組み合わされている。鉄板の爪型の部分が、クローポールあるいは誘導子と呼ばれる。コイルを挟み込んでいる爪は、上下が互いに噛み合うように組み合わされている。換言すれば、各組は、３０°毎に配置されたクローポール状のヨーク（ステータヨーク）２枚を、１５°毎に交互に配置されるように組み合わせ、そのクローポールの外周にリング状コイルが配置された構造をしている。これら２組を円周方向に７．５°ずらし軸方向（スラスト方向）に２段重ね２相とする。２相はＡ相、Ｂ相と呼ばれる。したがって、ステータは、軸方向（スラスト方向）に並んだ、Ａ相ステータとＢ相ステータとから成る。

このような構成の関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータでは、２相あるそれぞれのリング状コイルに流す電流の向きを切替えることで、クローポールに発生する磁界の磁極が切り替わる。この発生した磁極に合わせ永久磁石（ロータマグネット）の磁極が引き付けられ、７．５°の分解能を持ってロータがステップ回転（間欠的な回転）を行う。

一方、ステッピングモータではないが、本発明に関連する先行技術として、インナーロータ型モータも知られている（例えば、特許文献２参照）。このインナーロータ型モータは、ロータと、このロータの外側に配置されたステータとを備える。ロータは、軸に固着されたスリーブと、このスリーブの外周に固着されたロータ磁石とを備える。ロータ磁石は、周方向にＮＳＮＳと極性が反転するように４極の着磁が施されている。ステータは、ロータに対向する極歯を有する複数の突極を供えたステータヨークと、複数の突極に巻回されたステータコイルとを備える。ステータヨークは、打ち抜いた鋼板を軸方向に複数枚重ねた構造を有する。ステータヨークは、略円環状のバックヨーク、このバックヨークから内方に突出する６個の突極が形成され、各突極の先端に極歯を備えている。ステータコイルは、６個の突極に、時計回り、反時計回り、時計回り、・・・の順に巻かれている。

特許第３２８９６８７号公報 特許第５５８０１５９号公報

上述した特許文献１および２には、次に述べるような問題がある。

特許文献１に開示されたステッピングモータでは、上述したように、Ａ相ステータとＢ相ステータとがスラスト方向に２段重ねした２相構造をしている。そして、上述したように、特許文献１に開示されたステッピングモータでは、Ａ相、Ｂ相を切替えることでロータを回転させるので、２相の磁界の強さの差により、スラスト方向の振動（音）を発生させてしまう。

また、特許文献１に開示されているような、関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータにおいては、ステータヨークに使用される磁性材料として、亜鉛メッキ鋼板、珪素鋼板、ステンレス鋼板が多く用いられる。発生する磁界は、選択した材料の性能、クローポールの面積及び厚みに依存する。そのため、モータが大きくなり、ある程度の電流を流すようになると、いずれステータヨークが磁気飽和してしまう。その結果、関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータでは、それ以上のトルクを発生することができなくなってしまう。

さらに、特許文献１に開示されたステッピングモータでは、ステータを覆うケースを更に備えている。しかしながら、ステータは、ステータヨークにリング状のコイルが巻回された構造をしているので、ケースがステータヨークと直接的に接触する面積が狭くなる。したがって、ステッピングモータで発生した熱を効率良く外部へ放熱することができない。

なお、特許文献２に開示されたインナーロータ型モータは、ステッピングモータでないので、ステッピング動作を行うことができない。

したがって、本発明の目的は、静音効果が良好な、２相ＰＭ型ステッピングモータを提供することにある。

本発明の他の目的は、大きなトルクを発生することが可能な、２相ＰＭ型ステッピングモータを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、放熱効果が良好な、２相ＰＭ型ステッピングモータを提供することにある。

本発明の他の目的は、説明が進むにつれて明らかになるだろう。

本発明の例示的な態様による２相ＰＭ型ステッピングモータ（１０Ａ）は、ロータ（５０）と、ロータを周囲から包囲するステータ（７０）とを備える。ロータ（５０）は、円周方向にＮ極とＳ極が交互に、６の倍数に等しいＰ個の極に着磁されたロータマグネット（５４）と、ロータマグネットの中心に取り付けられる回転軸（５２）と、から成る。ステータ（７０）は、円周方向に等角度間隔で配置され、ロータに対向する極歯（７２６）を有する、８の倍数に等しいＭ個の突極（７２４）を供えたステータヨーク（７２）と、Ｍ個の突極に巻回されたステータコイル（７４）と、を備える。本発明の例示的な態様によれば、ステータコイル（７４）は、第１相のステータコイル（７４Ａ）と、第２相のステータコイル（７４Ｂ）とから成る。Ｍ個の突極（７２４）は、円周方向に１つ置きに選択された、第１群の（Ｍ／２）個の突極（７２４Ａ）と、第２群の（Ｍ／２）個の突極（７２４Ｂ）と、に分けられる。第１相のステータコイル（７４Ａ）は、第１群の（Ｍ／２）個の突極（７２４Ａ）に対して、各々の外周にリング状に配置され、円周方向に１つ毎に巻き方向を変えて巻回される。第２相のステータコイル（７４Ｂ）は、第２群の（Ｍ／２）個の突極（７２４Ｂ）に対して、各々の外周にリング状に配置され、円周方向に１つ毎に巻き方向を変えて巻回されている。

上記２相ＰＭ型ステッピングモータ（１０Ａ）において、上記２相ＰＭ型ステッピングモータのステップ角が、例えば、７．５°であるとき、Ｐは２４に等しく、Ｍは１６に等しい。ステータヨーク（７２）は、打ち抜いた鋼板を軸方向に複数枚積層した構造を有することが好ましい。ステータヨーク（７２）は、略円環状のバックヨーク（７２２）と、バックヨークから内方に突出するＭ個の突極（７２４）と、を備え、各突極の先端に極歯（７２６）を備える、ものであってよい。ステータヨーク（７２）の外周面と接触するように、ステータ（７０）を覆うケース（８０）を更に備える、ことが望ましい。

尚、上記括弧内の参照符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、本発明は、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、静音効果が良好な、２相ＰＭ型ステッピングモータを提供することができる。

関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータの分解斜視図である。 図１に図示した２相ＰＭ型ステッピングモータの縦断面図である。 本発明の実施形態に係る２相ＰＭ型ステッピングモータの分解斜視図である。 図３に図示した２相ＰＭ型ステッピングモータの縦断面図である。 図３に示した２相ＰＭ型ステッピングモータにおいて、ステータコイルを省いた状態を示す横断面図である。 図３に示した２相ＰＭ型ステッピングモータの動作を説明するための概略横断面図であって、ロータが初期状態から時計回りに７．５°だけ回転して停止した状態を示す図である。 図３に示した２相ＰＭ型ステッピングモータの動作を説明するための概略横断面図であって、ロータが初期状態から時計回りに１５°だけ回転して停止した状態を示す図である。 図３に示した２相ＰＭ型ステッピングモータの動作を説明するための概略横断面図であって、ロータが初期状態から時計回りに２２．５°だけ回転して停止した状態を示す図である。 図３に示した２相ＰＭ型ステッピングモータの動作を説明するための概略横断面図であって、ロータが初期状態から時計回りに３０°だけ回転して停止した状態を示す図である。

［関連技術］
本発明の理解を容易にするために、最初に、図面を参照して本発明の関連技術について説明する。以下に説明する関連技術は、上記特許文献１に開示されたステッピングモータ（クローポール式２相ＰＭ型ステッピングモータ）と実質的に同一である。但し、関連技術は、特許文献１に開示されたものと完全に同一ではなく、若干の修正を加えた上で、より詳細にしたものである。

図１および図２は、関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータ１０を示す図である。図１は２相ＰＭ型ステッピングモータ１０の分解斜視図であり、図２は２相ＰＭ型ステッピングモータ１０の縦断面図である。

ここでは、図１および図２に示されるような、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。図１および図２に図示した状態では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、Ｚ方向は、モータ１０の回転軸ＭＡが延在する上下方向（高さ方向；軸方向）であり、Ｘ方向は、モータ１０の回転軸ＭＡの方向（Ｚ方向）に対して直交する前後方向（奥行方向）であり、Ｙ方向は、Ｚ方向およびＸ方向に直交する左右方向（幅方向）である。

尚、明細書中において方向を説明するために使用した「上、下、前、後、左、右」は、説明の便宜上図中における方向をいうものであって、関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータ１０を実際に使用する際の上、下、前、後、左、右とは必ずしも一致するものではない。

図示の２相ＰＭ型ステッピングモータ１０は、モータ１０の回転軸ＭＡに対して実質的に回転対称の形状を持っている。なお、本例では、２相ＰＭ型ステッピングモータ１０のステップ角が７．５°である。

２相ＰＭ型ステッピングモータ１０は、ケース２０と、ブラケット３０と、ステータ４０と、ロータ５０とを備える。

ケース２０は、一端（上端）が開放した中空円筒状をしている。ブラケット３０は、ケース２０の開放端（上端）を閉塞する。ステータ４０は、ケース２０の内周面に沿って設けられている。ロータ５０は、ケース２０及びブラケット３０にそれぞれ設けられた第１及び第２の軸受部２０ａ、３０ａにより回転可能に支持されている。

ケース２０は、金属材料から構成されていると共に、その閉じた端面（下端面）の中心付近に第１の軸受部２０ａを備えている。ブラケット３０は、同様に金属材料から構成されていると共に、その中心付近に第２の軸受部３０ａを備えている。

ステータ４０は、ケース２０内に収容された、円筒状のヨークユニット４２と、第１および第２のステータコイル４６、４７とから成る。ヨークユニット４２は、ケース２０内の内径にほぼ等しい外径を有するリング状のフランジ部を備えた第１乃至第４のステータヨーク４２１、４２２、４２３、４２４を備える。ヨークユニット４２は、これら第１乃至第４のステータヨーク４２１〜４２４が樹脂製のボビン４２５により一体にモールド成形されている。第１のステータコイル４６は、第１及び第２のステータヨーク４２１及び４２２により画成された第１のコイル巻線部に巻回されている。第２のステータコイル４７は、第３及び第４のステータヨーク４２３及び４２４により画成された第２のコイル巻線部に巻回されている。ステータ４０は、第１及び第２のステータコイル４６、４７の巻回後にケース２０内に収容され、固定保持される。

尚、図２は、第１及び第２のステータコイル４６、４７の図示を省略している。また、図１および図２中の６０および６５は、第１及び第２のステータコイル４６、４７へ電流を供給するための回路基板およびコネクタである。

第１のステータヨーク４２１と、第２のステータヨーク４２２と、第１のステータコイル４６との組み合わせは、Ａ相ステータ（４２１；４２２；４６）と呼ばれる。同様に、第３のステータヨーク４２３と、第４のステータヨーク４２４と、第２のステータコイル４７との組み合わせは、Ｂ相ステータ（４２３；４２４；４７）と呼ばれる。従って、ステータ４０は、軸方向（スラスト方向）Ｚに並んだ、Ａ相ステータ（４２１；４２２；４６）とＢ相ステータ（４２３；４２４；４７）とから成る。

ロータ５０は、回転軸５２と、中空円筒状のロータマグネット５４とから成る。回転軸５２は、第１及び第２の軸受部２０ａ、３０ａにより回転可能に支持されている。ロータマグネット５４は、回転軸５２に対して固定保持されている。ロータマグネット５４は、その外径がヨークユニット４２の中心孔の内径より僅かに小径に形成されている。ロータマグネット５４は、円周方向に沿って着磁されている。本例では、ロータマグネット５４は、回転軸５２に平行な直線上に交互に並べられたＳ極とＮ極によって磁化され、円周方向に２４極で着磁されている。

第１乃至第４のステータヨーク４２１〜４２４は、すべて同じ形状をしている。したがって、以下では、第１のステータヨーク４２１のみについて説明する。第１のステータヨーク４２１は、磁性材料から成る。第１のステータヨーク４２１は、リング状のフランジ部４２１ａと、このリング状のフランジ部４２１ａの内周縁部から垂直に立ち上がるように設けられた多数の櫛歯状突極部４２１ｂとから成る。本例では、第１のステータヨーク４２１は、３０°毎に配置された１２個の櫛歯状突極部４２１ｂを持つ。櫛歯状突極部４２１ｂの各突極部は、クローポールあるいは誘導子とも呼ばれる。

第２のステータヨーク４２２と第３のステータヨーク４２３とが互いに背中合わせになるように、且つ一方の一対のステータヨーク（４２１、４２２）の櫛歯状突極部が、他方の一対のステータヨーク（４２３、４２４）の櫛歯状突極部に対して、所定値だけ位相がずれるように、第１乃至第４のステータヨーク４２１〜４２４が互いに組み合わされた状態にて、ボビン４２５の形成用金型内に収容され、第１乃至第４のステータヨーク４２１〜４２４の周囲に樹脂製のボビン４２５がモールド成形される。かくして、ヨークユニット４２が完成する。本例では、上記所定値は、７．５°である。

このように構成された２相ＰＭ型ステッピングモータ１０によれば、ステータ４０の第１及び第２のステータコイル４６、４７に駆動電流を流すことによって、第１及び第２のステータコイル４６、４７に発生する磁界が、ヨークユニット４２の各ステータヨーク４２１、４２２、４２３、４２４を介して、ロータマグネット５４の磁界と相互作用する。その際、各ステータヨーク４２１〜４２４の櫛歯状突極部の作用によって、ロータ５０が間欠的に（本例では、７．５°の分解能を持って）回転駆動（ステップ回転）される。

次に、このように構成された関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータ１０の問題点について説明する。

関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータ１０では、上述したように、Ａ相ステータ（４２１；４２２；４６）とＢ相ステータ（４２３；４２４；４７）とがスラスト方向（軸方向）Ｚに２段重ねした２相構造をしている。そして、上述したように、関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータ１０では、Ａ相、Ｂ相を切替えることでロータ５０を回転させるので、２相の磁界の強さの差により、スラスト方向（軸方向）Ｚの振動（音）を発生させてしまう。

また、第１乃至第４のステータヨーク４２１〜４２４に使用される磁性材料として、亜鉛メッキ鋼板、珪素鋼板、ステンレス鋼板が多く用いられる。発生する磁界は、選択した材料の性能、クローポールの面積及び厚みに依存する。そのため、モータ１０が大きくなり、ある程度の電流を流すようになると、いずれ第１乃至第４のステータヨーク４２１〜４２４が磁気飽和してしまう。その結果、関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータ１０では、それ以上のトルクを発生することができなくなってしまう。

さらに、関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータ１０では、ステータ４０を覆うケース２０を更に備えている。しかしながら、ステータ４０は、第１乃至第４のステータヨーク４２１〜４２４にリング状の第１及び第２のコイル４６、４７が巻回された構造をしているので、ケース２０が第１乃至第４のステータヨーク４２１〜４２４と直接的に接触する面積が狭くなる。したがって、ステッピングモータ１０で発生した熱を効率良く外部へ放熱することができない。

［実施形態］
図３および図４を参照して、本発明の実施形態に係る２相ＰＭ型ステッピングモータ１０Ａの構造について説明する。

図３は２相ＰＭ型ステッピングモータ１０Ａの分解斜視図である。図４は、２相ＰＭ型ステッピングモータ１０Ａの縦断面図である。

ここでは、図３および図４に示されるような、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。図３および図４に図示した状態では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、Ｚ方向は、モータ１０Ａの回転軸ＭＡが延在する上下方向（垂直方向）であり、Ｘ方向は、モータ１０Ａの回転軸ＭＡの方向（Ｚ方向）に対して直交する前後方向（奥行方向）であり、Ｙ方向は、Ｚ方向およびＸ方向に直交する左右方向（幅方向）である。

尚、明細書中において方向を説明するために使用した「上、下、前、後、左、右」は、説明の便宜上図中における方向をいうものであって、関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータ１０Ａを実際に使用する際の上、下、前、後、左、右とは必ずしも一致するものではない。

図示の２相ＰＭ型ステッピングモータ１０Ａは、モータ１０Ａの回転軸ＭＡに対して実質的に回転対称の形状を持っている。なお、本例では、２相ＰＭ型ステッピングモータ１０Ａのステップ角が７．５°である。

図示の２相ＰＭ型ステッピングモータ１０Ａは、実質的に、ステータおよびケースの構造（構成）が後述するように相違する点を除いて、上述した関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータ１０と同様の構成を有し、動作をする。従って、ステータに７０の参照符号を付し、ケースに８０の参照符号を付してある。図１および図２に示した２相ＰＭ型ステッピングモータ１０の構成要素と同一の機能を有するものには同一の参照符号を付してある。以下では、説明を簡略化するために、関連技術の２相ＰＭ型ステッピングモータ１０と相違する点についてのみ詳細に説明する。

２相ＰＭ型ステッピングモータ１０Ａは、ケース８０と、ブラケット３０と、ステータ７０と、ロータ５０とを備える。

ケース８０は、上側ケース８２と、下側ケース８４とから成る。上側ケース８２は、一端（下端）が開放した中空円筒状をしている。下側ケース８４は、上側ケース８２の開放端（上端）を閉塞する。ブラケット３０は、上側ケース８２の上端に設けられている。ステータ７０は、上側ケース８２の内周面に沿って設けられている。ロータ５０は、下側ケース８４及びブラケット３０にそれぞれ設けられた第１及び第２の軸受部８４ａ、３０ａにより回転可能に支持されている。

ステータ７０は、ケース８０内に収容された、ステータヨーク７２と、ステータコイル７４とから成る。なお、ステータヨーク７２は、ステータコアとも呼ばれる。

ステータヨーク７２は、円周方向に等角度（図示の例では、２２．５°）間隔で配置され、ロータ５０に対向する極歯７２６を有する、１６個の突極７２４を供えている。ステータコイル７４は、後述するように、１６個の突極７２４に巻回されている。

詳述すると、ステータヨーク７２は、打ち抜いた珪素鋼板などの鋼板を軸方向Ｚに複数枚積層した構造を有する。図示の例では、ステータヨーク７２は、板厚が０．５ｍｍの珪素鋼板を軸方向Ｚに４１枚積層してある。ステータヨーク７２は、略円環状のバックヨーク７２２と、このバックヨーク７２２から内方へ突出する１６個の突極７２４とを備える。各突極７２４の先端に極歯７２６を備えている。極歯７２６は、傘型に開いた構造を有し、ロータマグネット５４に間隔を隔てて対向している。各突極７２４にはステータコイル７４が巻かれている。

なお、図３および図４中の６０Ａおよび６５Ａは、ステータコイル７４へ電流を供給するための回路基板およびコネクタである。

図５は、２相ＰＭ型ステッピングモータ１０Ａのロータ５０（ロータマグネット）５４とステータ７０との間の配置関係を、ステータコイルを省いた状態で示した横断面図である。

図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、および図６Ｄは、２相ＰＭ型ステッピングモータ１０Ａの動作するための図であって、それぞれ、ロータ５０がステータ７０に対して７．５°のステップ角だけ回転した様子を示す概略横断面図である。

まず、図５および図６Ａを参照して、ステータ７０の構成について更に詳細に説明する。

ステータコイル７４は、第１相のステータコイル７４Ａと、第２相のステータコイル７４Ｂとから成る。なお、第１相はＡ相とも呼ばれ、第２相はＢ相とも呼ばれる。従って、第１相のステータコイル７４Ａは、Ａ相ステータコイルとも呼ばれ、第２相のステータコイル７４Ｂは、Ｂ相ステータコイルとも呼ばれる。

ステータヨーク７２の１６個の突極７２４は、円周方向に１つ置きに選択された、第１群の８個の突極７２４Ａと、第２群の８個の突極７２４Ｂと、に分けられる。第１群の８個の突極７２４Ａの各々は、Ａ相用突極と呼ばれ、第２群の８個の突極７２４Ｂは、Ｂ相用突極と呼ばれる。

第１相のステータコイル７４Ａは、第１群の８個の突極（Ａ相用突極）７２４Ａに対して、各々の外周にリング状に配置され、円周方向に１つ毎に巻き方向を変えて巻回されている。同様に、第２相のステータコイル７４Ｂは、第２群の８個の突極（Ｂ相用突極）７２４Ｂに対して、各々の外周にリング状に配置され、円周方向に１つ毎に巻き方向を変えて巻回されている。

以下、ステータヨーク７２の１６個の突極７２４に対する、ステータコイル７４の巻き方について、より具体的に説明する。

図５において、１６個の突極７２４を、１２時方向（上方向）を基準して時計回りに、第１乃至第１６の突極７２４−１、７２４−２、・・・、７２４−１６と呼ぶことにする。同様に、図５および図６Ａにおいて、１６個の極歯７２６を、１２時方向（上方向）を基準して時計回りに、第１乃至第１６の極歯７２６−１、７２６−２、・・・、７２６−１６と呼ぶことにする。

この場合、第１群の８個の突極（Ａ相用突極）７２４Ａは、奇数番目の突極、すなわち、第１の突極７２４−１、第３の突極７２４−３、第５の突極７２４−５、第７の突極７２４−７、第９の突極７２４−９、第１１の突極７２４−１１、第１３の突極７２４−１３、および第１５の突極７２４−１５から成る。

一方、第２群の８個の突極（Ｂ相用突極）７２４Ｂは、偶数番目の突極、すなわち、第２の突極７２４−２、第４の突極７２４−４、第６の突極７２４−６、第８の突極７２４−８、第１０の突極７２４−１０、第１２の突極７２４−１２、第１４の突極７２４−１４、および第１６の突極７２４−１６から成る。

第１相のステータコイル７４Ａは、第１の突極７２４−１に時計回りに巻かれ、第３の突極７２４−３に反時計回りに巻かれ、第５の突極７２４−５に時計回りに巻かれ、第７の突極７２４−７に反時計回りに巻かれ、第９の突極７２４−９に時計回りに巻かれ、第１１の突極７２４−１１に反時計回りに巻かれ、第１３の突極７２４−１３に時計回りに巻かれ、および第１５の突極７２４−１５に反時計回りに巻かれている。

同様に、第２相のステータコイル７４Ｂは、第２の突極７２４−２に時計回りに巻かれ、第４の突極７２４−４に反時計回りに巻かれ、第６の突極７２４−６に時計回りに巻かれ、第８の突極７２４−８に反時計回りに巻かれ、第１０の突極７２４−１０に時計回りに巻かれ、第１２の突極７２４−１２に反時計回りに巻かれ、第１４の突極７２４−１４に時計回りに巻かれ、および第１６の突極７２４−１６に反時計回りに巻かれている。

したがって、例えば、図６Ａに示されるように、第１相のステータコイル７４Ａに順方向の電流を流し、第２相のステータコイル７４Ｂにも順方向の電流を流したとする。この場合、図６Ａに示されるように、第１の極歯７２６−１はＮ極となり、第２の極歯７２６−２はＮ極となり、第３の極歯７２６−３はＳ極となり、第４の歯極７２６−４はＳ極となり、第５の極歯７２６−５はＮ極となり、第６の極歯７２６−６はＮ極となり、第７の極歯７２６−７はＳ極となり、第８の歯極７２６−８はＳ極となり、第９の極歯７２６−９はＮ極となり、第１０の極歯７２６−１０はＮ極となり、第１１の極歯７２６−１１はＳ極となり、第１２の歯極７２６−１２はＳ極となり、第１３の極歯７２６−１３はＮ極となり、第１４の極歯７２６−１４はＮ極となり、第１５の極歯７２６−１５はＳ極となり、第１６の歯極７２６−１６はＳ極となる。

次に、図６Ａ〜図６Ｄを参照して、２相ＰＭ型ステッピングモータ１０Ａの動作について説明する。初期状態として、ロータ５０のロータマグネット５４は、図６Ｄに示されるように、１２時方向（上方向）を基準して時計回りに、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、・・・のように交互に磁化され、円周方向に２４極で着磁されているとする。すなわち、ロータマグネット５４は、１２時方向（上方向）、３時方向（右方向）、６時方向（下方向）、および９時方向（左方向）がＳ極に着磁されているとする。

この状態において、先ず、図６Ａに示されるように、第１相のステータコイル７４Ａに順方向の電流を流し、第２相のステータコイル７４Ｂにも順方向の電流を流す。したがって、上述したように、第１の極歯７２６−１はＮ極となり、第２の極歯７２６−２はＮ極となり、第３の極歯７２６−３はＳ極となり、第４の歯極７２６−４はＳ極となり、第５の極歯７２６−５はＮ極となり、第６の極歯７２６−６はＮ極となり、第７の極歯７２６−７はＳ極となり、第８の歯極７２６−８はＳ極となり、第９の極歯７２６−９はＮ極となり、第１０の極歯７２６−１０はＮ極となり、第１１の極歯７２６−１１はＳ極となり、第１２の歯極７２６−１２はＳ極となり、第１３の極歯７２６−１３はＮ極となり、第１４の極歯７２６−１４はＮ極となり、第１５の極歯７２６−１５はＳ極となり、第１６の歯極７２６−１６はＳ極となる。周知のように、同極同士は反発しあい、異極同士は引き付けあう。その結果、図６Ａに示されるように、ロータ５０は、初期状態から、回転軸ＭＡの回りで時計回りに７．５°だけ回転して、停止する。

引き続いて、図６Ｂに示されるように、第１相のステータコイル７４Ａに順方向の電流を流し、第２相のステータコイル７４Ｂに逆方向の電流を流す。この場合、図６Ｂに示されるように、第１の極歯７２６−１はＮ極となり、第２の極歯７２６−２はＳ極となり、第３の極歯７２６−３はＳ極となり、第４の歯極７２６−４はＮ極となり、第５の極歯７２６−５はＮ極となり、第６の極歯７２６−６はＳ極となり、第７の極歯７２６−７はＳ極となり、第８の歯極７２６−８はＮ極となり、第９の極歯７２６−９はＮ極となり、第１０の極歯７２６−１０はＳ極となり、第１１の極歯７２６−１１はＳ極となり、第１２の歯極７２６−１２はＮ極となり、第１３の極歯７２６−１３はＮ極となり、第１４の極歯７２６−１４はＳ極となり、第１５の極歯７２６−１５はＳ極となり、第１６の歯極７２６−１６はＮ極となる。その結果、図６Ｂに示されるように、ロータ５０は、回転軸ＭＡの回りで時計回りに７．５°だけ回転して、停止する。従って、ロータ５０は、初期状態から、回転軸ＭＡの回りで時計回りに１５°だけ回転したことになる。

引き続いて、図６Ｃに示されるように、第１相のステータコイル７４Ａに逆方向の電流を流し、第２相のステータコイル７４Ｂに逆方向の電流を流す。この場合、図６Ｃに示されるように、第１の極歯７２６−１はＳ極となり、第２の極歯７２６−２はＳ極となり、第３の極歯７２６−３はＮ極となり、第４の歯極７２６−４はＮ極となり、第５の極歯７２６−５はＳ極となり、第６の極歯７２６−６はＳ極となり、第７の極歯７２６−７はＮ極となり、第８の歯極７２６−８はＮ極となり、第９の極歯７２６−９はＳ極となり、第１０の極歯７２６−１０はＳ極となり、第１１の極歯７２６−１１はＮ極となり、第１２の歯極７２６−１２はＮ極となり、第１３の極歯７２６−１３はＳ極となり、第１４の極歯７２６−１４はＳ極となり、第１５の極歯７２６−１５はＮ極となり、第１６の歯極７２６−１６はＮ極となる。その結果、図６Ｃに示されるように、ロータ５０は、回転軸ＭＡの回りで時計回りに７．５°だけ回転して、停止する。従って、ロータ５０は、初期状態から、回転軸ＭＡの回りで時計回りに２２．５°だけ回転したことになる。

引き続いて、図６Ｄに示されるように、第１相のステータコイル７４Ａに逆方向の電流を流し、第２相のステータコイル７４Ｂに順方向の電流を流す。この場合、図６Ｄに示されるように、第１の極歯７２６−１はＳ極となり、第２の極歯７２６−２はＮ極となり、第３の極歯７２６−３はＮ極となり、第４の歯極７２６−４はＳ極となり、第５の極歯７２６−５はＳ極となり、第６の極歯７２６−６はＮ極となり、第７の極歯７２６−７はＮ極となり、第８の歯極７２６−８はＳ極となり、第９の極歯７２６−９はＳ極となり、第１０の極歯７２６−１０はＮ極となり、第１１の極歯７２６−１１はＮ極となり、第１２の歯極７２６−１２はＳ極となり、第１３の極歯７２６−１３はＳ極となり、第１４の極歯７２６−１４はＮ極となり、第１５の極歯７２６−１５はＮ極となり、第１６の歯極７２６−１６はＳ極となる。その結果、図６Ｄに示されるように、ロータ５０は、回転軸ＭＡの回りで時計回りに７．５°だけ回転して、停止する。従って、ロータ５０は、初期状態から、回転軸ＭＡの回りで時計回りに３０°だけ回転したことになる。このときのロータ５０の状態は、上述した初期状態と同じ状態である。

以下、同様に、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、および図６Ｄの状態を繰り返すことにより、ロータ５０は、回転軸ＭＡの回りで時計回りに７．５°のステップ角ずつ間欠的に回転駆動することになる。

次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態に係る２相ＰＭ型ステッピングモータ１０Ａにおいては、ステータ７０のステータヨーク（ステータコア）７２として、円周方向に１６個の突極７２４を有するものを使用しており、スラスト方向での磁極の切替えがない。そのため、静音効果が期待できる。

また、本実施形態に係る２相ＰＭ型ステッピングモータ１０Ａにおいては、ステータ７０のステータヨーク（ステータコア）７２として、鋼板を複数枚積層した構造のものを使用している。そのため、総磁束量を増やすことができ、磁気飽和する限界を上げることができる。その結果、関連の２相ＰＭ型ステッピングモータ１０と比較して、より大きなトルクを発生することができるようになり、モータ効率を向上させることが可能となる。

さらに、本実施形態に係る２相ＰＭ型ステッピングモータ１０Ａにおいては、ケース８０の上側ケース８２が、直接、ステータ７０のステータヨーク（ステータコア）７２のバックヨーク７２２に接触しているので、接触面積を大きくすることができる。その結果、放熱効果が高くなるので、モータ１０Ａの発熱を抑制することが可能となる。

なお、上述した実施形態では、ステップ角が７．５°で、ロータ５０のロータマグネット５４が２４極に着磁されており、ステータ７０のステータヨーク７２が１６個の突極７２４を持つ例を挙げて説明したが、本発明はそれに限定されないのは勿論である。すなわち、ステップ角は７．５°に限定されず、１５°や、３．２５°等の別の角度に変更してもよい。ステップ角の変更に合わせて、ロータマグネットの極数や、ステータヨークの突極の個数も変更され得る。一般的には、本発明は、ロータマグネットが６の倍数に等しいＰ個の極に着磁され、ステータヨークの突極が８の倍数に等しいＭ個備えた、２相ＭＰ型ステッピングモータに適用可能である。

以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

例えば、上述した実施形態では、ステータヨーク（ステータコア）として、板厚が０．５ｍｍの鋼板を４１枚積層したものを使用しているが、鋼板の積層枚数や板厚は、モータの仕様に応じて変更されてよい。例えば、モータの薄型化を図りたい場合には、板厚を変えずに鋼板の積層枚数を削減すればよく、モータのトルクを向上させたい場合には、板厚を変えずに鋼板の積層枚数を増加すればよい。鋼板の板厚も、０．５ｍｍには限定されず、０．６５ｍｍなどの他の板厚を使用しても良いのは勿論である。また、上述した実施形態では、ステップ角が７．５°の場合を例に挙げて説明したが、前述したように、ステータヨークの突極の個数を８の倍数で増減させることにより、別のステップ角に変更することができる。

本発明に係るステッピングモータは、紙送り機構の駆動源としてのみには限定されず、一般に、所定のピッチで間欠的に回転駆動する必要のある装置に利用されえる。

１０Ａ ２相ＰＭ型ステッピングモータ
３０ ブラケット
３０ａ 第２の軸受部
５０ ロータ
５２ 回転軸
５４ ロータマグネット
６０Ａ 回路基板
６５Ａ コネクタ
７０ ステータ
７２ ステータヨーク（ステータコア）
７２２ バックヨーク
７２４ 突極
７２４Ａ 第１群の突極（Ａ相用突極）
７２４Ｂ 第２群の突極（Ｂ相用突極）
７２６ 極歯
７４ ステータコイル
７４Ａ 第１相のステータコイル（Ａ相ステータコイル）
７４Ｂ 第２相のステータコイル（Ｂ相ステータコイル）
８０ ケース
８２ 上側ケース
８４ 下側ケース
８４ａ 第１の軸受部
ＭＡ モータの回転軸
Ｘ 前後方向（奥行方向）
Ｙ 左右方向（幅方向）
Ｚ 上下方向（高さ方向：軸方向）

Claims (5)

1. ロータと、該ロータを周囲から包囲するステータとを備える、２相ＰＭ型ステッピングモータであって、
   前記ロータは、円周方向にＮ極とＳ極が交互に、６の倍数に等しいＰ個の極に着磁されたロータマグネットと、該ロータマグネットの中心に取り付けられる回転軸と、から成り、
   前記ステータは、円周方向に等角度間隔で配置され、前記ロータに対向する極歯を有する、８の倍数に等しいＭ個の突極を供えたステータヨークと、前記Ｍ個の突極に巻回されたステータコイルと、を備え、
   前記ステータコイルは、第１相のステータコイルと、第２相のステータコイルとから成り、
   前記Ｍ個の突極は、円周方向に１つ置きに選択された、第１群の（Ｍ／２）個の突極と、第２群の（Ｍ／２）個の突極と、に分けられ、
   前記第１相のステータコイルは、前記第１群の（Ｍ／２）個の突極に対して、各々の外周にリング状に配置され、円周方向に１つ毎に巻き方向を変えて巻回され、
   前記第２相のステータコイルは、前記第２群の（Ｍ／２）個の突極に対して、各々の外周にリング状に配置され、円周方向に１つ毎に巻き方向を変えて巻回されている、
   ことを特徴とする２相ＰＭ型ステッピングモータ。
2. 前記２相ＰＭ型ステッピングモータのステップ角が７．５°であるとき、前記Ｐは２４に等しく、前記Ｍは１６に等しい、請求項１に記載の２相ＰＭ型ステッピングモータ。
3. 前記ステータヨークは、打ち抜いた鋼板を軸方向に複数枚積層した構造を有する、請求項１又は２に記載の２相ＰＭ型ステッピングモータ。
4. 前記ステータヨークは、略円環状のバックヨークと、該バックヨークから内方に突出する前記Ｍ個の突極と、を備え、
   各突極の先端に前記極歯を備える、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の２相ＰＭ型ステッピングモータ。
5. 前記ステータヨークの外周面と接触するように、前記ステータを覆うケースを更に備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の２相ＰＭ型ステッピングモータ。

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