JP2018182792A - ステッピングモータおよび自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】ステッピングモータへ供給される電流が遮断された後にも、ストッパとロータの接触部との接触状態を維持し、メータの指針を初期位置に保持すること。【解決手段】実施形態のステッピングモータは、ストッパと、所定の回転方向又は所定の回転方向に対して反対の回転方向に回転可能なロータと、コイルを有し、第１相における励磁ベクトルを形成する第１ステータと、コイルを有し、第２相における励磁ベクトルを形成する第２ステータとを備える。また、ロータはストッパと接触する接触部を有する。さらに、第２相における励磁ベクトルはストッパの位置に形成されている。そして、所定の回転方向又は反対の回転方向における、第１相における励磁ベクトルと、第２相における励磁ベクトルとが成す電気角は、９０°より小さい。【選択図】図５

Description

本発明は、ステッピングモータおよび自動車に関する。

従来、メータにおける指針の初期位置を保証するために、モータにストッパを内蔵し、ロータが３６０度回動できない構造のステッピングモータが知られている。かかるステッピングモータでは、メータの電源停止時に、ロータを所定の方向に回転させてストッパとロータの接触部とを接触させ、指針を初期位置に合わせてからステッピングモータへ供給される電流を遮断する処理が行われる。

特開平８−１８２３０１号公報

しかしながら、従来のステッピングモータでは、供給される電流が遮断された後に、ストッパとロータの接触部とが離間して指針が初期位置からずれるという不具合が生じる場合がある。なぜなら、従来のステッピングモータでは、供給される電流が遮断された状態でも、構成部材である磁石と鉄との磁気作用に起因するごく微小なトルク、いわゆる「コギングトルク」がロータに働いており、かかるコギングトルクがロータの接触部をストッパから離間させる方向に働く場合があるからである。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ステッピングモータへ供給される電流が遮断された後にも、ストッパとロータの接触部との接触状態を維持し、メータの指針を初期位置に保持することを目的とする。

本発明の一態様に係るステッピングモータは、ストッパと、ロータと、第１ステータと、第２ステータとを備える。前記ロータは、所定の回転方向又は当該所定の回転方向に対して反対の回転方向に回転可能である。前記第１ステータは、コイルを有し、第１相における励磁ベクトルを形成する。前記第２ステータは、コイルを有し、第２相における励磁ベクトルを形成する。また、前記ロータは前記ストッパと接触する接触部を有する。さらに、前記第２相における励磁ベクトルは前記ストッパの位置に形成されている。そして、前記所定の回転方向又は前記反対の回転方向における、前記第１相における励磁ベクトルと、前記第２相における励磁ベクトルとが成す電気角は、９０°より小さい。

本発明の一態様によれば、ステッピングモータへ供給される電流が遮断された後にも、ストッパとロータの接触部との接触状態を維持し、メータの指針を初期位置に保持することができる。

図１は、実施形態に係るステッピングモータの斜視図である。 図２は、実施形態に係るステッピングモータの側断面図である。 図３は、実施形態に係るステッピングモータを構成するロータの斜視図である。 図４は、実施形態に係るステッピングモータに接続された制御部を示すブロック図である。 図５は、実施形態に係るステッピングモータのＡ相ステータおよびＢ相ステータで形成される励磁ベクトルと、ストッパとの位置関係を模式的に示す図である。 図６は、実施形態に係る接触部に作用するコギングトルクの向きを示す図である。 図７は、実施形態に係るステータずらしの角度θの好ましい範囲を説明するための図である。 図８は、実施形態に係るＡ相ステータおよびＢ相ステータの電圧の波形の一例を示す図である。 図９は、実施形態に係るステータずらしを補償する位相差の理論補正量を説明するための図である。 図１０は、実施形態に係るＡ相とＢ相との位相差に対する角度誤差の測定結果を示す図である。 図１１は、実施形態に係るステータずらしを補償する位相差の過補償量を説明するための図である。 図１２は、実施形態に係るＢ−ＥＭＦ波形の一例を示す図である。 図１３は、実施形態の変形例１に係るステッピングモータのＡ相ステータおよびＢ相ステータで形成される励磁ベクトルと、ストッパとの位置関係を模式的に示す図である。 図１４は、実施形態の変形例２に係るステッピングモータのＡ相ステータおよびＢ相ステータで形成される励磁ベクトルと、ストッパとの位置関係を模式的に示す図である。 図１５は、実施形態の変形例３に係るステッピングモータのＡ相ステータおよびＢ相ステータで形成される励磁ベクトルと、ストッパとの位置関係を模式的に示す図である。 図１６は、実施形態の変形例４に係るステッピングモータのＡ相ステータおよびＢ相ステータで形成される励磁ベクトルと、ストッパとの位置関係を模式的に示す図である。 図１７は、実施形態の変形例５に係るステッピングモータのロータマグネットの着磁状態を模式的に示す図である。 図１８は、実施形態の変形例６に係るステッピングモータのロータマグネットの着磁状態を模式的に示す図である。

以下、実施形態に係るステッピングモータについて図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

＜ステッピングモータの構成＞
最初に、実施形態に係るステッピングモータの構成について説明する。図１および図２は、実施形態に係るステッピングモータ１を示している。図１は、実施形態に係るステッピングモータ１の斜視図であり、図２は、実施形態に係るステッピングモータ１の側断面図である。

ステッピングモータ１は、例えば図示しない指針式メータ（表示装置）における指針の回動を駆動するためのメータ用のステッピングモータであり、図２に示すように、ロータ１０と、ステータ２０と、エンドプレート３０と、フロントプレート４０とを備える。

ロータ１０は、ステータ２０の内部に回動可能に収容されている。ロータ１０は、図２に示すように、シャフト１１と、ロータマグネット１２と、スリーブ１３とを備える。

シャフト１１は、アルミニウムと他の金属との合金で形成されたスリーブ１３の軸心に圧入されて固定されている。円筒状のロータマグネット１２は、ボンド磁石を射出成形して得られたものであり、スリーブ１３の外周に装着されている。シャフト１１は、ステッピングモータ１の回転軸を構成している。

また、ロータマグネット１２は必要に応じて、その磁気特性を調整する（基本は、磁気特性を向上させるが、磁気的分布を調整する事もある。）為に、射出成型時に必要な直流磁場を掛け（着磁）、異方性の磁石にすることができる。

ステータ２０は、互いに同様の構成を有する環状の第１ステータ（以下、Ａ相ステータと呼称する）２１と第２ステータ（以下、Ｂ相ステータと呼称する）２２とを備える。かかるＡ相ステータ２１とＢ相ステータ２２とは軸方向に並べて配置されることで、軸方向に同軸上に積層され、ステータ２０は両者で２相構造となっている。以下においては、Ａ相ステータ２１の内部構造についてまず説明し、続いてＢ相ステータ２２の内部構造について説明する。

図２に示すように、Ａ相ステータ２１は、カップ状ヨーク（第１ヨーク）２３ａと、円板状ヨーク（第２ヨーク）２４ａと、ボビン２５ａと、コイル２６ａとを備える。

カップ状ヨーク２３ａは、カップ状の外形を有し、軟磁性体の鋼板で形成され、円板状ヨーク２４ａと軸方向（図２で上下方向）で離間するように組まれている。カップ状ヨーク２３ａは底板２３ａｂを有する。そして、かかる底板２３ａｂの中央部に形成された開口の周縁には、軸方向に突出する複数の極歯２３ａａが櫛歯状に形成されている。

円板状ヨーク２４ａは、円板状の外形を有し、軟磁性体の鋼板で形成され、円板状ヨーク２４ａの外周縁がカップ状ヨーク２３ａの内周面に嵌着されている。また、円板状ヨーク２４ａの中央部に形成された開口の周縁には、軸方向に突出する複数の極歯２４ａａが櫛歯状に形成されている。そして、カップ状ヨーク２３ａの極歯２３ａａと円板状ヨーク２４ａの極歯２４ａａとは、周方向に交互に噛み合わされている。

ボビン２５ａは、絶縁性の樹脂で形成され、ボビン２５ａの周縁の一部に端子台２５ａａが一体成形によって形成されている。また、コイル２６ａは、ボビン２５ａに巻回され、カップ状ヨーク２３ａと円板状ヨーク２４ａとの間であって極歯２３ａａ、２４ａａの外周側に配置されている。

Ｂ相ステータ２２は、Ａ相ステータ２１と同様、カップ状ヨーク（第１ヨーク）２３ｂと、円板状ヨーク（第２ヨーク）２４ｂと、ボビン２５ｂと、コイル２６ｂとを備える。

カップ状ヨーク２３ｂは、カップ状の外形を有し、軟磁性体の鋼板で形成され、円板状ヨーク２４ｂと軸方向で離間するように組まれている。カップ状ヨーク２３ｂは底板２３ｂｂを有する。そして、かかる底板２３ｂｂの中央部に形成された開口の周縁には、軸方向に突出する複数の極歯２３ｂａが櫛歯状に形成されている。

円板状ヨーク２４ｂは、円板状の外形を有し、軟磁性体の鋼板で形成され、円板状ヨーク２４ｂの外周縁がカップ状ヨーク２３ｂの内周面に嵌着されている。また、円板状ヨーク２４ｂの中央部に形成された開口の周縁には、軸方向に突出する複数の極歯２４ｂａが櫛歯状に形成されている。そして、カップ状ヨーク２３ｂの極歯２３ｂａと円板状ヨーク２４ｂの極歯２４ｂａとは、周方向に交互に噛み合わされている。

ボビン２５ｂは、絶縁性の樹脂部材で形成され、ボビン２５ｂの外周部の一部に端子台２５ｂａが一体成形によって形成されている。また、コイル２６ｂは、ボビン２５ｂに巻回され、カップ状ヨーク２３ｂと円板状ヨーク２４ｂとの間であって極歯２３ｂａ、２４ｂａの外周側に配置されている。

そして、端子台２５ａａおよび端子台２５ｂａには複数の端子ピン２７ａ〜２７ｄが設けられ、端子ピン２７ａ〜２７ｄには、コイル２６ａの端末２６ａａおよびコイル２６ｂの端末２６ｂａが絡げられて接続されている。

上記構成を有するＡ相ステータ２１およびＢ相ステータ２２は、樹脂により積層状態に一体に組み付けられて、モールド成形されている。以下、この樹脂を「モールド樹脂」と呼称する。このモールド樹脂５０は、Ａ相ステータ２１の極歯２３ａａと極歯２４ａａとの間、およびＢ相ステータ２２の極歯２３ｂａと極歯２４ｂａとの間に充填されている。

ここで、実施形態に係るステッピングモータ１は、図１に示すように、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２とが、Ａ相ステータ２１のＡ相に対してＢ相ステータ２２のＢ相の成す電気角９０°から、所定の距離Ｌだけ周方向に相対的にずらして配置されている（以下、「ステータずらし」とも呼称する。）。

実施形態では、Ｂ相ステータ２２に対して、Ａ相ステータ２１がＣＷ（時計回り）方向に所定の距離Ｌだけ周方向にずらして配置されている。なお、以下において、ＣＷ回転またはＣＣＷ（反時計回り）回転と呼称する場合は、図１に示すように、シャフト１１を手前に見た場合における回転方向とする。なぜなら、ステッピングモータ１は、通常はシャフト１１の先端に指針を挿入した状態でメータに搭載され、シャフト１１を手前に見た状態で用いられるからである。

かかるステータずらしは、例えば以下のように実施される。上述のモールド成形の際に、所定の距離Ｌを保証するように、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２との位置関係をアジャストする位置決めピンが金型の中に用意されている。そして、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２とに、それぞれかかる位置決めピンに対応する孔部（図示せず）を形成し、かかる孔部と位置決めピンとを係合した状態でモールド成形を行う。

これにより、ステッピングモータ１において、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２とを、電気角９０°から所定の距離Ｌだけ周方向に相対的にずらして配置させることができる。この所定の距離Ｌの詳細については後述する。

ステッピングモータ１の構成についての説明に戻る。ステッピングモータ１は、Ｂ相ステータ２２側の一端部（図２では上端部）がエンドプレート３０で閉塞され、Ａ相ステータ２１側の他端部（図２では下端部）がフロントプレート４０で閉塞されている。

円形状のエンドプレート３０は、上述のモールド樹脂５０の一体成形により形成されている。エンドプレート３０の中央部には、貫通孔（ロータ支持部）３０ａが形成されており、かかる貫通孔３０ａにシャフト１１の一端部が貫通され、かつ回動可能に支持されている。

樹脂で形成された円形状のフロントプレート４０は、Ａ相ステータ２１の円板状ヨーク２４ａに嵌着されるとともに、Ａ相ステータ２１のカップ状ヨーク２３ａにカシメ固定されている。フロントプレート４０の中央部には貫通孔（ロータ支持部）４０ａが形成されており、かかる貫通孔４０ａにシャフト１１が貫通され、かつ回動可能に支持されている。

また、フロントプレート４０の外周部の一部には、径方向に突出する端子部４０ｂが形成されている。かかる端子部４０ｂはカップ状ヨーク２３ａの外周から外側に突出しており、端子部４０ｂには、軸方向（図２で上下方向）に延びる複数の外部端子ピン４１ａ〜４１ｄが設けられている。

そして、外部端子ピン４１ａ〜４１ｄと端子ピン２７ａ〜２７ｄとのそれぞれの先端部同士は、抵抗溶接やレーザ溶接等の手段によって互いに固着され、固着接点４２を介して電気的に接続されている。

ここで、実施形態のステッピングモータ１は、ロータマグネット１２の一端面（図２では上端面）に、ロータマグネット１２とは同心状に環状のストップ部１４が形成されている。図３は、実施形態に係るステッピングモータ１を構成するロータ１０の斜視図である。そして、図３に示すように、ストップ部１４の外周部の一部には、径方向に突出する接触部１４ａが形成されている。

ストップ部１４は、ロータマグネット１２の射出成形時に一体成形で形成されている。ロータマグネット１２は周方向に複数の磁極が並ぶように多極着磁されており、ロータマグネット１２を着磁する際、同時にストップ部１４も接触部１４ａを含めて着磁されている。

また、図２に示すように、エンドプレート３０の所定箇所にはスタッド孔３０ｂが形成されており、このスタッド孔３０ｂに外側からストッパ（スタッドピン）６０が挿通され、固定されている。ストッパ６０は、非磁性金属によって形成されている。

ストッパ６０は、エンドプレート３０の内面（スリーブ１３に対向する内面）よりも内側に突出している。そして、ロータ１０が回動した場合、ストッパ６０と、ロータマグネット１２のストップ部１４に形成されている接触部１４ａとが当接し、ロータ１０の回動が制限されるようになっている。すなわち、ロータ１０は、ストッパ６０と接触する接触部１４ａを有する。

図４は、実施形態に係るステッピングモータ１に接続された制御部２を示すブロック図である。制御部２は、ステッピングモータ１のＡ相ステータ２１のコイル２６ａと、Ｂ相ステータ２２のコイル２６ｂとに接続されている。

そして、制御部２は、コイル２６ａ、２６ｂによってステッピングモータ１の内部に形成される励磁ベクトルを制御し、励磁ベクトルを制御することによりロータ１０の回動を制御する。制御部２は、ステッピングモータ１に内蔵されていてもよいし、ステッピングモータ１の外部に設けられていてもよい。

＜ステッピングモータの電流遮断処理の概要＞
続いて、実施形態に係るステッピングモータ１に供給される電流が遮断される際の処理（以下、「電流遮断処理」とも呼称する。）の概要について説明する。図５は、実施形態に係るステッピングモータ１の電流遮断処理におけるＡ相ステータ２１およびＢ相ステータ２２で形成される励磁ベクトルと、ストッパ６０との位置関係を模式的に示す図である。

なお、ここで言う励磁ベクトルとは、コイル２６ａ、２６ｂに流す直流電流の合成でロータ１０とステータ２０で構成されたエアギャップ中につくられた磁界をいい、この磁界によりロータマグネット１２を磁気的に安定な位置に停止させる静的なベクトルをいう。

また、本実施形態ではＣＷ回転のステッピングモータ１について示しており、電流遮断処理は図５に示すようにＣＣＷ回転である回転方向Ｒ１で実施される。また、ステッピングモータ１は、ＣＷ回転させる場合に、Ａ相がＢ相に対して約９０°進んでいるステッピングモータである。

なお、ステッピングモータ１は、ＣＷ回転に限られず、ＣＣＷ回転のステッピングモータでもよい。その場合、電流遮断処理について、回転方向Ｒ１と逆回転で実施することを前提で考える必要がある場合を除き、同様に考えればよい。

図５では、無負荷状態でＡ相ステータ２１のコイル２６ａのみが正方向に励磁された状態における励磁ベクトル（力）の方向を、Ａ相の＋方向の軸としている。また、無負荷状態でＢ相ステータ２２のコイル２６ｂのみが正方向に励磁された状態における励磁ベクトル（力）の方向を、Ｂ相の＋方向の軸としている。すなわち、Ａ相による軸とＢ相による軸とで、２次元座標系が構成されている。そして、ストッパ６０は、／Ｂ相に対応する位置に配置されている。

たとえば、コイル２６ａの正方向は、図４においてロータ１０の径方向でかつ右方の外側に向いた方向であり、コイル２６ｂの正方向は、図４においてロータ１０の径方向でかつ上方の外側に向いた方向である。また、たとえば、Ａ相の＋方向は、図４においてロータ１０の径方向でかつ右方の外側に向いた方向であり、Ｂ相の＋方向は、図４においてロータ１０の径方向でかつ上方の外側に向いた方向である。

ここで、図５に示すように、実施形態に係るステッピングモータ１では、Ａ相ステータ２１で形成される正負両方向の励磁ベクトルＥ１（負方向）およびＥ３（正方向）と、Ｂ相ステータ２２で形成される正負両方向の励磁ベクトルＥ０（負方向）およびＥ２（正方向）とは、互いに電気角で９０°からずれた位置に形成される。

励磁ベクトルＥ０〜Ｅ３の具体的な配置は以下の通りである。Ｂ相ステータ２２で形成される励磁ベクトルについては、ストッパ６０に対応する位置に、／Ｂ相励磁である励磁ベクトルＥ０（以後、ストッパ励磁ベクトルＥ０とも呼称する。）が形成される。また、励磁ベクトルＥ０とは反対の向きに（すなわち、位相差は１８０°）、Ｂ相励磁である励磁ベクトルＥ２が形成される。

また、Ａ相ステータ２１で形成される励磁ベクトルについては、／Ａ相励磁である励磁ベクトルＥ１（以後、第１励磁ベクトルＥ１とも呼称する。）が形成される。また、励磁ベクトルＥ１とは反対の向きに（すなわち、位相差は１８０°）、Ａ相励磁である励磁ベクトルＥ３が形成される。

ここで、Ａ相ステータ２１で形成される正負両方向の励磁ベクトルＥ１、Ｅ３のうち、ストッパ励磁ベクトルＥ０から所定の回転方向Ｒ１に回転させた励磁ベクトルである第１励磁ベクトルＥ１は、ストッパ励磁ベクトルＥ０に対して９０°より小さい電気角を成す。換言すると、所定の回転方向Ｒ１における、Ａ相における励磁ベクトルＥ１と、Ｂ相における励磁ベクトルＥ０とが成す電気角は、９０°より小さい。

具体的には、Ｂ相の軸に対して直交する軸である縦軸７０と、第１励磁ベクトルＥ１との成す角度が電気角でθ（°）である場合、ストッパ励磁ベクトルＥ０と第１励磁ベクトルＥ１との成す電気角は９０°−θである。換言すると、Ａ相ステータ２１で形成される正負両方向の励磁ベクトルＥ１、Ｅ３は、縦軸７０から所定の回転方向Ｒ１とは反対の回転方向に、電気角でθ（°）回転させた位置に設けられる。

かかる配置の励磁ベクトルＥ０〜Ｅ３は、図１で示したように、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２とを、電気角９０°から所定の距離Ｌだけ周方向に相対的にずらして配置したことにより実現される。換言すると、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２とは、上述のステータずらしの角度θに対応する距離Ｌだけ周方向に相対的にずらして配置されている。

例えば、ステッピングモータ１が３６ステップ、外径２０（ｍｍ）であり、θ＝４°とした場合、距離Ｌは４／３６０×（２π×１０）／９＝０．０７７５（ｍｍ）となる。すなわち、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２とは、かかるＡ相ステータ２１またはＢ相ステータ２２の半径と、ステータずらしの角度θ（この場合、単位はラジアン）との積である距離Ｌだけ、周方向に相対的にずらして配置されている。

また、ステッピングモータ１が指針を表示するメータに搭載された場合、ストッパ６０は、例えばメータの原点（例えば、メータのゼロ指示位置）に対応する位置に配置され、接触部１４ａ（図３参照）は、例えばメータの指針に対応する位置に配置される。

そして、Ａ相ステータ２１のコイル２６ａとＢ相ステータ２２のコイル２６ｂとで形成される励磁ベクトルに、接触部１４ａが引っ張り込まれるようにロータ１０（図２参照）が回動する。換言すると、励磁ベクトルの向きに対応した位置に向かって接触部１４ａが回動する。

上述の構成を有するステッピングモータ１の電流遮断処理の手順は以下の通りである。まず、ロータ１０に回転方向Ｒ１のトルクがかかるように、コイル２６ａ、２６ｂが所定の励磁ベクトルを形成する。これにより、接触部１４ａは回転方向Ｒ１に回転してストッパ６０に向かい、ストッパ６０に到達して接触する。

ここで、かかる所定の励磁ベクトルとしては、例えば、最初に／Ｂ相励磁の励磁ベクトルＥ０が形成される。続いて、／Ａ相励磁の励磁ベクトルＥ１、Ｂ相励磁の励磁ベクトルＥ２、Ａ相励磁の励磁ベクトルＥ３、／Ｂ相励磁の励磁ベクトルＥ０の順に励磁ベクトルが形成される。そして、ロータ１０を３６０°回転させ、確実に接触部１４ａをストッパ６０に到達させるように、上述の励磁ベクトルＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ０の励磁がくり返される。

なお、上述のようにくり返される励磁ベクトルは、励磁ベクトルＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ０に限定されない。接触部１４ａが回転方向Ｒ１に回転してストッパ６０に向かい、ストッパ６０に到達するように構成されていれば、どのような励磁ベクトルが形成されてもよい。

そして、接触部１４ａがストッパ６０に到達し、ストッパ励磁ベクトルＥ０が形成されて電流遮断処理が完了する。

ここで、電流遮断処理が完了し、外部からの電流が遮断された後においても、Ａ相ステータ２１の極歯２３ａａおよび極歯２４ａａ（図２参照）と、Ｂ相ステータ２２の極歯２３ｂａおよび極歯２４ｂａ（図２参照）は、それぞれ残留磁気を有する。すなわち、外部からの電流が遮断された後においても、ステッピングモータ１の内部には、残留磁気に起因する励磁ベクトルＥ０〜Ｅ３が形成されている。

これら残留磁気に起因する励磁ベクトルＥ０〜Ｅ３の磁力は比較的小さく、後述するロータ１０を回転させるトルク成分を生じさせる。なお、後述するように、このようなトルク成分はコギングトルクのトルク成分となる。

この場合において、Ｂ相ステータ２２で形成される励磁ベクトルＥ０、Ｅ２は、接触部１４ａと互いに逆向きである径方向の励磁ベクトルであり、接触部１４ａを縦軸７０の方向に動かすコギングトルクのトルク成分は有しないことから、ストッパ６０に接触する接触部１４ａを回動させることはない。

一方で、Ａ相ステータ２１で形成される励磁ベクトルＥ１、Ｅ３は、いずれも接触部１４ａを縦軸７０の方向に動かすコギングトルクのトルク成分を有するため、ストッパ６０に接触する接触部１４ａをＣＷ方向またはＣＣＷ方向に回動させる場合がある。

具体的には、第１励磁ベクトルＥ１は、ストッパ励磁ベクトルＥ０に対して回転方向Ｒ１の方向に位置するため、接触部１４ａを回転方向Ｒ１の方向に回転させるコギングトルクのトルク成分を有する。また、励磁ベクトルＥ３は、ストッパ励磁ベクトルＥ０に対して回転方向Ｒ１とは反対の方向に位置するため、接触部１４ａを回転方向Ｒ１とは反対の方向に回転させるコギングトルクのトルク成分を有する。

ここで、ステッピングモータ１は、図５に示すように、ストッパ励磁ベクトルＥ０に対して第１励磁ベクトルＥ１が成す電気角が９０°より小さく、ストッパ励磁ベクトルＥ０に対して励磁ベクトルＥ３が成す電気角が９０°より大きい。すなわち、励磁ベクトルＥ３に比べて、第１励磁ベクトルＥ１は接触部１４ａのより近くに位置している。

さらに、コギングトルクの絶対値に影響を与える励磁ベクトルの絶対値に関しては、第１励磁ベクトルＥ１の絶対値と、励磁ベクトルＥ３の絶対値とがほぼ等しい値である。したがって、励磁ベクトルＥ３に比べて、第１励磁ベクトルＥ１のほうが接触部１４ａを回動させるコギングトルクのトルク成分がより大きくなる。

図６は、実施形態に係る接触部１４ａに作用するコギングトルクの向きを示す図である。図６に示すように、かかる第１励磁ベクトルＥ１に起因するコギングトルクにより、ステッピングモータ１へ供給される電流が遮断された後にも、接触部１４ａはストッパ６０よりも回転方向Ｒ１の下流側に引き寄せられ、ストッパ６０に押しつけられる。これにより、接触部１４ａがストッパ６０から離間することを抑制することができる。

したがって、ステッピングモータ１へ供給される電流が遮断された後にも、ストッパ６０と接触部１４ａとの接触状態を維持し、メータの指針を初期位置に保持することができる。

そして、ステッピングモータ１をメータに搭載することにより、メータの電源が停止された後に、指針がメータのゼロ指示位置を超えてプラスに表示される現象を抑制できることから、指針表示の信頼性が高いメータを実現することができる。

また、ステッピングモータ１が搭載されるメータは、例えば、自動車に搭載される車載用のメータであるとよい。これにより、指針表示の信頼性が高いメータが搭載される自動車を実現することができる。また、かかる自動車は、ステッピングモータ１に電流を供給する外部電源を備えていても構わない。

＜ステータずらしの角度について＞
続いて、図７を参照しながら、上述のステータずらしの角度θの好ましい範囲について説明する。図７は、ステータずらしの角度θの好ましい範囲を説明するための図である。

ステッピングモータ１の製造工程において、ストッパ６０を／Ｂ相に当接する所望の位置に配置するといっても、実際には公差が必要であり、すべてのステッピングモータ１でストッパ６０をぴったり所望の位置に合わせることは難しい。そして、かかる公差を考慮した場合、図７に示すように、ストッパ６０が所望の位置から回転方向Ｒ１の下流側にずれる場合（ストッパ６０ａに相当）と、所望の位置から回転方向Ｒ１の上流側にずれる場合（ストッパ６０ｂに相当）とが考えられる。

ここで、下流側のストッパ６０ａの位置にずれた場合には、ストッパ６０ａと接触する接触部１４ａが、第１励磁ベクトルＥ１により近づき、励磁ベクトルＥ３からはより離れる。これにより、接触部１４ａを回転方向Ｒ１に回転させるコギングトルクのトルク成分がより大きくなる。したがって、ストッパ６０ａの位置にずれた場合には、接触部１４ａがストッパ６０から離間することを抑制することができる。

一方で、上流側のストッパ６０ｂの位置にずれた場合には、ストッパ６０ｂと接触する接触部１４ａが、励磁ベクトルＥ３により近づき、第１励磁ベクトルＥ１からはより離れる。これにより、接触部１４ａを回転方向Ｒ１に回動させるコギングトルクのトルク成分が小さくなる。

そして、所望の位置（ストッパ６０）に対するストッパ６０ｂのずれ角αが、上述のステータずらしの角度θよりも大きくなると、第１励磁ベクトルＥ１に比べて、励磁ベクトルＥ３が接触部１４ａに近くなる。これにより、第１励磁ベクトルＥ１に比べて、励磁ベクトルＥ３のほうが接触部１４ａを回動させるコギングトルクのトルク成分がより大きくなることから、接触部１４ａはストッパ６０ｂよりも回転方向Ｒ１の上流側に引き寄せられ、ストッパ６０ｂからは離間してしまう。

すなわち、ステータずらしの角度θを、公差に起因するずれ角αよりも大きい値に設定することにより、接触部１４ａを回転方向Ｒ１に回転させるコギングトルクのトルク成分を維持することができるため、接触部１４ａがストッパ６０から離間することを抑制することができる。

そして、ステッピングモータ１の製造工程において、かかる公差に起因する上述のずれ角αは、機械角で２°程度である。このαの値は、例えば、ステッピングモータ１が磁極数１８極、基本ステップ角１０°である場合、電気角では１８°程度に相当する。

したがって、上述のステータずらしの角度θを電気角で０°＜θ＜２０°の範囲に設定することにより、公差に起因してストッパ６０の位置がずれた場合においても、ストッパ６０とロータ１０の接触部１４ａとの接触状態を安定して維持することができる。

＜ステータずらしを補償する駆動方法＞
続いて、図８〜図１１を参照しながら、上述したステータずらしを補償するための、ステッピングモータ１の好ましい駆動方法について説明する。

従来の２相ステッピングモータでは、Ａ相ステータとＢ相ステータとの位相差を電気角で９０°になるように配置していることから、Ａ相ステータに印加された電圧の波形に対して、Ｂ相ステータに印加された電圧の波形が位相差９０°になるように設定することにより、ロータを円滑に回動させている。

しかしながら、実施形態に係るステッピングモータ１では、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２との位相差を電気角で９０°からθだけずらして配置している。したがって、Ａ相ステータ２１に印加された電圧の波形に対して、Ｂ相ステータ２２に印加された電圧の波形を位相差９０°になるように設定した場合、ロータ１０に回転ムラが発生する場合がある。

そこで、以下においては、ステータずらしを補償し、かかる回転ムラの発生を抑制するためのステッピングモータ１の駆動方法の詳細について説明する。図８は、実施形態に係るステッピングモータ１における、Ａ相ステータ２１およびＢ相ステータ２２の電圧の波形の一例を示す図である。

なお、図５に示すように、ステッピングモータ１は、ロータ１０を所定の回転方向Ｒ１とは反対方向のＣＷ方向に回転させた場合に、Ａ相がＢ相に対して約９０°進んでいる。そこで、図８においても、ロータ１０をＣＷ方向に回転させた場合の電圧の波形について示している。

図８に示すように、Ａ相ステータ２１のコイル２６ａに印加された電圧の波形Ｖａに対して、Ｂ相ステータ２２のコイル２６ｂに印加された電圧の波形Ｖｂは、位相差を電気角で９０°遅らせた場合（図中のＶｂ０に対応）よりも、さらに補正量θ’だけ遅らせている。換言すると、電圧の波形Ｖａに対する電圧の波形Ｖｂの位相差は、９０°よりも大きい値である９０°＋θ’に設定されている。

このように、ステッピングモータ１において、ロータ１０をＣＷ方向に回転させる場合に、Ａ相のコイル２６ａの電圧の波形Ｖａに対するＢ相のコイル２６ｂの電圧の波形Ｖｂの位相差を９０°よりも大きくすることにより、ロータ１０の回転ムラを抑制することができる。

続いて、電圧の波形Ｖａに対する電圧の波形Ｖｂの位相差を９０°よりも大きくすることにより、ロータ１０の回転ムラを抑制することができる理由について説明する。図９は、実施形態に係るステータずらしを補償する位相差の理論補正量を説明するための図である。上述のように、Ａ相励磁の励磁ベクトルＥ３は、Ｂ相励磁の励磁ベクトルＥ２に近づくようにステータずらしの角度θ（°）だけずらして配置されている。

ここで、Ａ相励磁の励磁ベクトルＥ３に対して、電気角でθ’＝２θ（°）だけ遅らせた理論補正量の励磁ベクトルＥ４を、電圧の波形Ｖａにより励磁する。これにより、Ａ相ステータ２１のずらしに起因する励磁ベクトルＥ３と、電圧の波形Ｖａに起因する励磁ベクトルＥ４とが合成されて、Ｂ相に対して理論値である９０°進んでいる理想的な合成励磁ベクトルＥ５となる。したがって、理論どおりのモータ状態が実現されるため、ロータ１０の回転ムラを抑制することができる。

なお、合成励磁ベクトルＥ５の絶対値に関しては、この手法を取っても変わらない。すなわち、Ａ相励磁の励磁ベクトルＥ３およびＢ相励磁の励磁ベクトルＥ２の絶対値と、合成励磁ベクトルＥ５の絶対値とはほぼ等しい値となる。理由は、ステータずらしの角度θが実質的に０°＜θ＜１０°であるからである。

続いて、電圧の波形Ｖａと電圧の波形Ｖｂとの位相差の補正量θ’の好ましい値について実際に評価した結果について示す。

評価に用いたステッピングモータ１は、車載用計器に用いられている外形；φ２０ｍｍ×Ｌ１４ｍｍ、３６ステップ（ステップ角：１０°）の２相クローポール型ステッピングモータであり、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２との位相差を電気角で９０°からθ＝４°だけずらして配置している。

また、本評価では、実際の指針（慣性モーメント：２．０ｇｃｍ^２、アンバランス量：０．１ｇｃｍ以下）をシャフト１１に取り付け、約４０ｄｅｇ／ｓ（６．５７ｒｐｍ）の一定速度で回転している指針上の相対角度誤差を測定した。

なお、ここで言う「角度誤差」とは、１電気サイクル（機械角で４０°）中の（｜理論上の角度−実際の角度｜ｍａｘ−｜理論上の角度−実際の角度｜ｍｉｎ）／２の値を機械角で表した数値であり、この値が小さいほどロータ１０が滑らかに回転することを示している。図１０は、実施形態に係るＡ相とＢ相との位相差に対する角度誤差の測定結果を示す図である。

図１０から、Ａ相に印加された電圧の波形ＶａとＢ相に印加された電圧の波形Ｖｂとの位相差によって、角度誤差が小さくなる最適位相差があることがわかる。そして、この実験結果は、ステータずらしの角度θがθ＝４°の場合、電圧の波形Ｖａと電圧の波形Ｖｂとの位相差が１０２°、すなわち補正量θ’が１０２°−９０°＝１２°のときに最も滑らかにロータ１０が回転することを示している。

この評価結果により、補正量θ’の最適値は、理論補正量２θ＝８°よりも大きい値となることがわかった。この実験結果について、図１１を用いて説明する。図１１は、実施形態に係るステータずらしを補償する位相差の過補償量Δｏｃを説明するための図である。

図１１に示すように、Ａ相励磁の励磁ベクトルＥ３に対して、電気角で２θ＋Δｏｃ（°）だけ遅らせた補正量θ’の励磁ベクトルＥ４ａを、電圧の波形Ｖａにより励磁する。これにより、Ａ相ステータ２１のずらしに起因する励磁ベクトルＥ３と、電圧の波形Ｖａに起因する励磁ベクトルＥ４ａとが合成されて、Ｂ相に対して最適な位相差を有する合成励磁ベクトルＥ５ａとなる。

すなわち、実施形態では、補正量θ’を理論補正量２θよりさらに過補償量Δｏｃ大きくした最適補正量２θ＋Δｏｃとすることにより、ステッピングモータ１のステータずらしを補償し、ロータ１０の回転ムラの発生を抑制することができる。

例えば、過補償量Δｏｃは、０°＜Δｏｃ＜１０°とするとよく、２°＜Δｏｃ＜６°にするとさらによい。これにより、ロータ１０の回転ムラの発生をさらに抑制することができる。

＜ステータずらしの角度評価方法＞
ここまで述べたように、実施形態では、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２との位相差を電気角で９０°からずらして配置することにより、ストッパ６０とロータ１０の接触部１４ａとの接触状態を維持することができる。したがって、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２との位相差は非常に重要な要素である。そこで、以下においては、作製されたステッピングモータ１において、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２との位相差を評価する方法の一例について説明する。

まずは、ステップ数Ｓのステッピングモータ１を治具に固定して、さらにシャフト１１に、慣性モーメントが大きく回転むらが小さい外部駆動源を同芯よく結合する。次に、かかる外部駆動源を一定の回転数Ｎ（ｒｐｍ）で回転させる。

次に、ステッピングモータ１のＡ相ステータ２１とＢ相ステータ２２とから出力される、いわゆるＢ−ＥＭＦ（Back ElectroMotive Force）波形を取り出す。図１２は、実施形態に係るＢ−ＥＭＦ波形の一例を示す図である。そして、Ａ相ステータ２１から出力されるＢ−ＥＭＦ波形Ｗａと、Ｂ相ステータ２２から出力されるＢ−ＥＭＦ波形Ｗｂとの時間差Δｔ（ｍｓ）を測定する。

ここで、以下に示す式（１）から、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２との位相差ωを計算することができる。
ω＝Δｔ／（１０００／（Ｎ／６０）／（Ｓ／４））×３６０ （°）・・・（１）

上述のいわゆるＢ−ＥＭＦ法によると、磁気的要素を全周積分した代表値として、Ａ相およびＢ相の誘導起電力が生成される特徴がある。そのため、かかる誘導起電力は各極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａの一つ一つの影響度を平均化したものと考えることができる。したがって、実施形態におけるＡ相ステータ２１とＢ相ステータ２２との位相差を議論する際には、非常に適している。

もちろん、外部駆動源との機械的連結をロスなく行ったうえで、外部駆動源の回転変動が無視できる程度の慣性モーメント効果を利用しながら、測定時の回転数Ｎを設定すれば、繰返し精度よく、位相差ωを測定することが容易である。また、Ｂ−ＥＭＦ法には原則、直流分が重畳することがないので、直流成分による測定誤差が含まれることはない。

万が一、何らかの要因で、直流成分による重畳（いわゆるＤＣオフセット成分）が含まれる場合には、Ｂ−ＥＭＦ波形ＷａおよびＢ−ＥＭＦ波形Ｗｂから、かかるＤＣオフセット成分を差し引いた波形での位相差を算出すればよい。

なお、位相差ωを測定する手法は上述のＢ−ＥＭＦ法に限られない。例えば、Ａ相のゼロクロス点でトリガをかけ、Ｂ相のゼロクロス点までの時間差をカウンタなどで測定し、かかる時間差を回転角に換算してもよい。

＜変形例＞
続いて、実施形態に係るステッピングモータ１の各種変形例について、図１３〜図１８を用いて説明する。図１３は、実施形態の変形例１に係るステッピングモータ１のＡ相ステータ２１およびＢ相ステータ２２で形成される励磁ベクトルと、ストッパ６０との位置関係を示す図であり、実施形態の図５に対応する図である。

かかる変形例１は、上述の実施形態と同様に、ロータ１０をＣＷ方向に回転させる場合に、Ａ相がＢ相に対して約９０°進んでいる。一方で、上述の実施形態（図５参照）と異なり、Ｂ相ステータ２２で形成される正負両方向の励磁ベクトルＥ０、Ｅ２が、横軸７１から所定の回転方向Ｒ１に、電気角でθ（°）回転された位置に設けられている。なお、横軸７１は、図５に示した縦軸７０に対して直交する軸である。

さらに、Ａ相ステータ２１で形成される正負両方向の励磁ベクトルＥ１、Ｅ３は、縦軸７０と重なるように設けられている。また、ストッパ６０は上述の実施形態と同様、／Ｂ相に対応する位置に配置されている。

ここで、図１３に示す変形例１においては、上述の実施形態と同様、／Ｂ相励磁の励磁ベクトルＥ０がストッパ励磁ベクトルである。さらに、Ａ相における正負両方向の励磁ベクトルＥ１、Ｅ３のうち、ストッパ励磁ベクトルＥ０から所定の回転方向Ｒ１に回転させた第１励磁ベクトルＥ１は、ストッパ励磁ベクトルＥ０に対して９０°より小さい電気角を成している。

すなわち、励磁ベクトルＥ３に比べて、第１励磁ベクトルＥ１のほうが接触部１４ａのより近くに位置していることから、励磁ベクトルＥ３に比べて、第１励磁ベクトルＥ１のほうが接触部１４ａを回動させるコギングトルクのトルク成分がより大きい。

したがって、かかる第１励磁ベクトルＥ１に起因するコギングトルクにより、ステッピングモータ１へ供給される電流が遮断された後にも、接触部１４ａはストッパ６０よりも回転方向Ｒ１の下流側に引き寄せられ、ストッパ６０に押しつけられる。

このように、Ａ相ステータ２１ではなく、Ｂ相ステータ２２を所定の位置（横軸７１に相当）からずらしたとしても、上述の実施形態と同様に、接触部１４ａがストッパ６０から離間することを抑制することができる。

図１４は、実施形態の変形例２に係るステッピングモータ１のＡ相ステータ２１およびＢ相ステータ２２で形成される励磁ベクトルと、ストッパ６０との位置関係を示す図である。

この変形例２にかかるステッピングモータ１は、上述の実施形態および変形例１とは異なり、ロータ１０をＣＷ方向に回転させる場合に、Ｂ相がＡ相に対して約９０°進んでいる、いわゆる逆合わせのステッピングモータである。そして、Ｂ相ステータ２２で形成される正負両方向の励磁ベクトルＥ１、Ｅ３が、縦軸７０から所定の回転方向Ｒ１とは反対の回転方向に、電気角でθ（°）回転された位置に設けられている。

さらに、Ａ相ステータ２１で形成される正負両方向の励磁ベクトルＥ０、Ｅ２は、横軸７１（図１３参照）と重なるように設けられている。また、ストッパ６０は、／Ａ相に対応する位置に配置されている。

ここで、図１４に示す変形例２においては、／Ａ相励磁の励磁ベクトルＥ０がストッパ励磁ベクトルである。さらに、Ｂ相における正負両方向の励磁ベクトルＥ１、Ｅ３のうち、ストッパ励磁ベクトルＥ０から所定の回転方向Ｒ１に回転させた第１励磁ベクトルＥ１は、ストッパ励磁ベクトルＥ０に対して９０°より小さい電気角を成している。

すなわち、励磁ベクトルＥ３に比べて、第１励磁ベクトルＥ１のほうが接触部１４ａのより近くに位置していることから、励磁ベクトルＥ３に比べて、第１励磁ベクトルＥ１のほうが接触部１４ａを回動させるコギングトルクのトルク成分がより大きい。

したがって、かかる第１励磁ベクトルＥ１に起因するコギングトルクにより、ステッピングモータ１へ供給される電流が遮断された後にも、接触部１４ａはストッパ６０よりも回転方向Ｒ１の下流側に引き寄せられ、ストッパ６０に押しつけられる。

このように、Ｂ相がＡ相に対して約９０°進んでいる逆合わせのステッピングモータにおいて、Ｂ相ステータ２２で形成される励磁ベクトルＥ１、Ｅ３を所定の位置（縦軸７０に相当）からずらしたとしても、上述の実施形態および変形例１と同様に、接触部１４ａがストッパ６０から離間することを抑制することができる。

図１５は、実施形態の変形例３に係るステッピングモータ１のＡ相ステータ２１およびＢ相ステータ２２で形成される励磁ベクトルと、ストッパ６０との位置関係を示す図である。

この変形例３にかかるステッピングモータ１は、上述の変形例２と同様に、ロータ１０をＣＷ方向に回転させる場合に、Ｂ相がＡ相に対して約９０°進んでいる、いわゆる逆合わせのステッピングモータである。そして、Ａ相ステータ２１で形成される正負両方向の励磁ベクトルＥ０、Ｅ２が、横軸７１から所定の回転方向Ｒ１に、電気角でθ（°）回転された位置に設けられている。

さらに、Ｂ相ステータ２２で形成される正負両方向の励磁ベクトルＥ１、Ｅ３は、縦軸７０（図１４参照）と重なるように設けられている。また、ストッパ６０は、／Ａ相に対応する位置に配置されている。

ここで、図１５に示す変形例３においては、／Ａ相励磁の励磁ベクトルＥ０がストッパ励磁ベクトルである。さらに、Ｂ相における正負両方向の励磁ベクトルＥ１、Ｅ３のうち、ストッパ励磁ベクトルＥ０から所定の回転方向Ｒ１に回転させた第１励磁ベクトルＥ１は、ストッパ励磁ベクトルＥ０に対して９０°より小さい電気角を成している。

すなわち、励磁ベクトルＥ３に比べて、第１励磁ベクトルＥ１のほうが接触部１４ａのより近くに位置していることから、励磁ベクトルＥ３に比べて、第１励磁ベクトルＥ１のほうが接触部１４ａを回動させるコギングトルクのトルク成分がより大きい。

したがって、かかる第１励磁ベクトルＥ１に起因するコギングトルクにより、ステッピングモータ１へ供給される電流が遮断された後にも、接触部１４ａはストッパ６０よりも回転方向Ｒ１の下流側に引き寄せられ、ストッパ６０に押しつけられる。

このように、Ｂ相がＡ相に対して約９０°進んでいる逆合わせのステッピングモータにおいて、Ａ相ステータ２１で形成される励磁ベクトルＥ０、Ｅ２を所定の位置（横軸７１に相当）からずらしたとしても、上述の実施形態および変形例１、２と同様に、接触部１４ａがストッパ６０から離間することを抑制することができる。

さらに、変形例２、３で示したように、Ｂ相がＡ相に対して約９０°進んでいる、いわゆる逆合わせのステッピングモータである場合は、Ａ相および／Ａ相をＢ相および／Ｂ相と読みかえ、Ｂ相および／Ｂ相をＡ相および／Ａ相と読みかえればよい。

したがって、変形例２および変形例３においては、ロータ１０をＣＷ方向に回転させる場合に、Ｂ相のコイル２６ｂに印加された電圧の波形Ｖｂに対して、Ａ相のコイル２６ａに印加された電圧の波形Ｖａの位相差を９０°よりも大きくすることにより、ロータ１０の回転ムラを抑制することができる。

図１６は、実施形態の変形例４に係るステッピングモータ１のＡ相ステータ２１およびＢ相ステータ２２で形成される励磁ベクトルと、ストッパ６０との位置関係を模式的に示す図である。

かかる変形例４は、上述の実施形態とは異なり、ＣＣＷ回転のステッピングモータ１について示しており、電流遮断処理は、図１６に示すようにＣＷ回転方向である回転方向Ｒ２で実施される。したがって、変形例４において、所定の回転方向は回転方向Ｒ２となる。また、変形例４にかかるステッピングモータ１は、ＣＣＷ回転させる場合に、Ｂ相がＡ相に対して約９０°進んでいる逆合わせのステッピングモータである。

そして、Ａ相ステータ２１で形成される正負両方向の励磁ベクトルＥ０、Ｅ２が、縦軸７０から所定の回転方向Ｒ２に、電気角でθ（°）回転された位置に設けられている。また、Ｂ相ステータ２２で形成される正負両方向の励磁ベクトルＥ１、Ｅ３は、横軸７１（図１３参照）と重なるように設けられている。また、ストッパ６０は、Ａ相に対応する位置に配置されている。

ここで、図１６に示す変形例４においては、Ａ相励磁の励磁ベクトルＥ０がストッパ励磁ベクトルである。さらに、Ｂ相における正負両方向の励磁ベクトルＥ１、Ｅ３のうち、ストッパ励磁ベクトルＥ０から所定の回転方向Ｒ２に回転させた第１励磁ベクトルＥ１は、ストッパ励磁ベクトルＥ０に対して９０°より小さい電気角を成している。換言すると、回転方向Ｒ２における、Ａ相における励磁ベクトルＥ０と、Ｂ相における励磁ベクトルＥ１とが成す電気角は、９０°より小さい。

すなわち、励磁ベクトルＥ３に比べて、第１励磁ベクトルＥ１のほうが接触部１４ａのより近くに位置していることから、励磁ベクトルＥ３に比べて、第１励磁ベクトルＥ１のほうが接触部１４ａを回動させるコギングトルクのトルク成分がより大きい。

したがって、かかる第１励磁ベクトルＥ１に起因するコギングトルクにより、ステッピングモータ１へ供給される電流が遮断された後にも、接触部１４ａはストッパ６０よりも回転方向Ｒ１の下流側に引き寄せられ、ストッパ６０に押しつけられる。

このように、ＣＣＷ回転のステッピングモータ１において、電流遮断処理を回転方向Ｒ２で実施したとしても、上述の実施形態と同様に、接触部１４ａがストッパ６０から離間することを抑制することができる。

上述の実施形態では、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２との位置を距離Ｌだけ周方向に相対的にずらすことにより、励磁ベクトルＥ０〜Ｅ３にステータずらしの角度θをつけている。一方で、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２との位置を相対的にずらすのではなく、Ａ相とＢ相とに対応するロータマグネット１２の着磁状態を周方向に相対的にずらすことによっても、ステータずらしの角度θをつけることができる。以降においては、かかるロータマグネット１２の着磁状態の具体例について示す。

図１７は、実施形態の変形例５に係るステッピングモータ１のロータマグネット１２の着磁状態を模式的に示す図である。図１７では、ロータマグネット１２のうち、シャフト１１が突出する側（図では上側）の半分がＡ相ステータ２１に対応するＡ相ロータマグネット１２ａであり、シャフト１１が突出する側とは反対側（図では下側）の半分がＢ相ステータ２２に対応するＢ相ロータマグネット１２ｂである。

なお、図１７では、一例として、ロータマグネット１２は中心角を１８等分した１８極着磁である場合について示している。また、Ａ相ロータマグネット１２ａとＢ相ロータマグネット１２ｂとの間には、Ａ相とＢ相の中立箇所１２ｃが設けられる。

ここで、図１７に示すように、変形例５では、ロータ１０をＣＷ回転させる場合、Ａ相ロータマグネット１２ａがＢ相ロータマグネット１２ｂより機械角で角度Δθ（°）相対的に遅らせるように、ロータマグネット１２を着磁している。これにより、Ｂ−ＥＭＦ波形で見た場合、図１７に示したような着磁のずらしがないロータマグネット１２と比較して、Ａ相がＢ相より角度Δθだけ戻り、位相差は（９０−Δθ×（Ｓ／４））（°）（Ｓ：ステップ数）となることから、位相差が９０°以下となる。

すなわち、変形例５に示すように、Ａ相とＢ相とに対応するロータマグネット１２の着磁状態を周方向に相対的にずらすことにより、励磁ベクトルＥ０〜Ｅ３にステータずらしの角度θをつけることができる。

図１８は、実施形態の変形例６に係るステッピングモータ１のロータマグネット１２の着磁状態を模式的に示す図である。図１８に示すように、変形例６は、ロータマグネット１２の着磁に傾斜をつける、いわゆるスキュー着磁を行った例である。

変形例６においては、ロータ１０をＣＷ回転させる場合、Ｂ相ロータマグネット１２ｂがＡ相ロータマグネット１２ａより機械角で角度Δθ（°）相対的に進ませるようにスキュー角を持たせて、ロータマグネット１２を着磁している。これにより、変形例５と同様に、変形例６でも位相差を９０°以下にすることができる。

すなわち、変形例６によれば、ロータマグネット１２のスキュー着磁を行うことにより、励磁ベクトルＥ０〜Ｅ３にステータずらしの角度θをつけることができる。

なお、かかるΔθの値は、上述のＡ相ステータ２１とＢ相ステータ２２との位置を相対的にずらす場合と同様に、電気角で０（°）〜２０（°）であるとよい。たとえば、外形；φ２０ｍｍ、ステップ数Ｓが３６、ロータマグネット１２の外径がφ９ｍｍのモータで、Δθ＝１０（°）の場合、周方向のずらし量は１０／３６０×（π×（３６／４））／９＝０．０８７２（ｍｍ）となる。

上述したように、実施形態によれば、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２との位置関係を電気角９０°からずらして配置することにより、ステッピングモータ１へ供給される電流が遮断された後にも、接触部１４ａはストッパ６０よりも回転方向Ｒ１の下流側に引き寄せられ、ストッパ６０に押しつけられる。これにより、接触部１４ａがストッパ６０から離間することを抑制することができることから、供給される電流が遮断された後にも、ストッパ６０と接触部１４ａとの接触状態を維持し、メータの指針を初期位置に保持することができる。

なお、上記の実施形態では、ダイレクト駆動型のステッピングモータ１について説明したが、減速器一体内蔵型モータ（ギアードモータ）に適用してもよい。一方で、上記の実施形態は、ダイレクト駆動型のステッピングモータに適用したほうが、より好ましい。

なぜなら、ダイレクト駆動型のステッピングモータ、特に計器用モータは、指示精度を確保するために軸受摺動損失トルクがきわめて小さく設定されていることから、第１励磁ベクトルＥ１に起因するコギングトルクが微小な値であったとしても、ストッパ６０とロータ１０の接触部１４ａとの接触状態を安定して維持することができるからである。

また、上記の実施形態では、ストッパ６０を／Ｂ相もしくは／Ａ相に対応する位置に配置したが、ストッパ６０の配置はこれに限られない。例えば、ストッパ６０をＡ相やＢ相に対応する位置に配置してもよい。

以上のように、実施形態に係るステッピングモータ１は、ストッパ６０と、ロータ１０と、第１ステータ（Ａ相ステータ２１）と、第２ステータ（Ｂ相ステータ２２）とを備える。ロータ１０は、所定の回転方向Ｒ１又は当該所定の回転方向Ｒ１に対して反対の回転方向Ｒ２に回転可能である。第１ステータ（Ａ相ステータ２１）は、コイル２６ａを有し、第１相（Ａ相）における励磁ベクトルＥ１を形成する。第２ステータ（Ｂ相ステータ２２）は、コイル２６ｂを有し、第２相（Ｂ相）における励磁ベクトルＥ０を形成する。また、ロータ１０はストッパ６０と接触する接触部１４ａを有する。さらに、第２相（Ｂ相）における励磁ベクトルＥ０はストッパ６０の位置に形成されている。そして、所定の回転方向Ｒ１又は反対の回転方向Ｒ２における、第１相（Ａ相）における励磁ベクトルＥ１と、第２相（Ｂ相）における励磁ベクトルＥ０とが成す電気角は、９０°より小さい。これにより、ステッピングモータ１へ供給される電流が遮断された後にも、ストッパ６０とロータ１０の接触部１４ａとの接触状態を維持し、メータの指針を初期位置に保持することができる。

また、実施形態に係るステッピングモータ１において、反対の回転方向Ｒ２にロータ１０を回転させる電圧が第１相（Ａ相）のコイル２６ａに印加され、第１相（Ａ相）のコイル２６ａに印加された電圧の波形Ｖａの位相に対する、第２相（Ｂ相）のコイル２６ｂに印加された電圧の波形Ｖｂの位相差は９０°より大きい。これにより、連続動作時の回転ムラを改善することができる。

また、実施形態に係るステッピングモータ１において、電気角が９０°よりステータずらしの角度θは小さく、周方向における、第１ステータ（Ａ相ステータ２１）と第２ステータ（Ｂ相ステータ２２）のずらしの角度θは、０°より大きく２０°より小さい。これにより、公差に起因してストッパ６０の位置がずれた場合においても、ストッパ６０とロータ１０の接触部１４ａとの接触状態を安定して維持することができる。

また、実施形態に係るステッピングモータ１において、第１相（Ａ相）のコイル２６ａに印加された電圧の波形Ｖａの位相に対する、第２相（Ｂ相）のコイル２６ｂに印加された電圧の波形Ｖｂの位相差は、９０°と、ステータずらしの角度θを２倍した値（理論補正量２θ）と、過補償量Δｏｃとの和である。これにより、連続動作時の回転ムラをさらに改善することができる。

また、実施形態に係るステッピングモータ１において、過補償量Δｏｃは、０°より大きく１０°より小さい。これにより、連続動作時の回転ムラをさらに改善することができる。

また、実施形態に係るステッピングモータ１において、第１ステータ（Ａ相ステータ２１）と第２ステータ（Ｂ相ステータ２２）とは、第１ステータ（Ａ相ステータ２１）の半径又は第２ステータ（Ｂ相ステータ２２）の半径とステータずらしの角度θの積（距離Ｌ）だけ周方向に相対的にずらして配置されている。これにより、Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２との位相差のずれを機械的に形成することができることから、ステッピングモータ１へ供給される電流が遮断された後にも、ストッパ６０とロータ１０の接触部１４ａとの接触状態を安定して維持することができる。

また、実施形態に係るステッピングモータ１は、メータの指針を回動させる。これにより、指針表示の信頼性が高いメータを実現することができる。

また、実施形態に係る自動車は、ステッピングモータ１と、指針を有するメータと、ステッピングモータ１に電流を供給する外部電源と、を備えても構わない。これにより、指針表示の信頼性が高いメータが搭載された自動車を実現することができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ ステッピングモータ
２ 制御部
１０ ロータ
１１ シャフト
１２ ロータマグネット
１３ スリーブ
１４ ストップ部
１４ａ 接触部
２０ ステータ
２１ Ａ相ステータ
２２ Ｂ相ステータ
２３ａ、２３ｂ カップ状ヨーク
２４ａ、２４ｂ 円板状ヨーク
２５ａ、２５ｂ ボビン
２６ａ、２６ｂ コイル
２７ａ〜２７ｄ 端子ピン
３０ エンドプレート
４０ フロントプレート
４１ａ〜４１ｄ 外部端子ピン
４２ 固着接点
５０ モールド樹脂
６０ ストッパ
Ｅ０ ストッパ励磁ベクトル
Ｅ１ 第１励磁ベクトル
Ｖａ、Ｖｂ 電圧の波形

Claims (8)

1. ストッパと、
   所定の回転方向又は当該所定の回転方向に対して反対の回転方向に回転可能なロータと、
   コイルを有し、第１相における励磁ベクトルを形成する第１ステータと、
   コイルを有し、第２相における励磁ベクトルを形成する第２ステータと、
   を備え、
   前記ロータは前記ストッパと接触する接触部を有し、
   前記第２相における励磁ベクトルは前記ストッパの位置に形成されており、
   前記所定の回転方向又は前記反対の回転方向における、前記第１相における励磁ベクトルと、前記第２相における励磁ベクトルとが成す電気角は、９０°より小さい、
   ステッピングモータ。
2. 前記反対の回転方向に前記ロータを回転させる電圧が前記第１相のコイルに印加され、
   前記第１相のコイルに印加された電圧の波形の位相に対する、前記第２相のコイルに印加された電圧の波形の位相の差は９０°より大きい、
   請求項１に記載のステッピングモータ。
3. 前記電気角が９０°よりステータずらしの角度は小さく、
   周方向における、前記第１ステータと前記第２ステータのずらしの角度は、
   ０°より大きく２０°より小さい、
   請求項１または２に記載のステッピングモータ。
4. 前記第１相のコイルに印加された電圧の波形の位相に対する、前記第２相のコイルに印加された電圧の波形の位相差は、
   ９０°と、前記ステータずらしの角度を２倍した値と、過補償量との和である、
   請求項３に記載のステッピングモータ。
5. 前記過補償量は、
   ０°より大きく１０°より小さい、
   請求項４に記載のステッピングモータ。
6. 前記第１ステータと前記第２ステータとは、
   当該第１ステータの半径又は当該第２ステータの半径と前記ステータずらしの角度の積だけ周方向に相対的にずらして配置されている、
   請求項３〜５のいずれか一つに記載のステッピングモータ。
7. メータの指針を回動させる、
   請求項１〜６のいずれか一つに記載のステッピングモータ。
8. 請求項７に記載のステッピングモータと、
   前記指針を有するメータと、
   前記ステッピングモータに電流を供給する外部電源と、
   を備える自動車。

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