JP2018182808A - 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の回転むらを低減すること。
【解決手段】実施形態のステッピングモータは、磁石を有するロータと、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、第１相および第２相に印加される電圧および／又は電流を制御する制御部と、を備える。そして、制御部は、ロータの回転角度および回転方向と、かかる回転角度における第１ステータおよび第２ステータの構造に起因して発生するコギングトルクとに応じて、第１相および／又は第２相における励磁波形の振幅を補正する。
【選択図】図４

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、車載用などのメータにおいて指針を回動させるモータとして、ステッピングモータが用いられている。かかるステッピングモータは、入力パルス数に応じて出力軸がステップ状に回転している。

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の回転速度は、最大回転速度と最小回転速度との間を周期的に変動している。そして、メータにおいて指針を回動させる場合、かかる最大回転速度と最小回転速度との差である回転むらが問題となる場合がある。

本発明は、上記課題を一例とするものであり、ステッピングモータの回転むらを低減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、磁石を有するロータと、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、前記第１相および前記第２相に印加される電圧および／又は電流を制御する制御部と、を備える。そして、前記制御部は、前記ロータの回転角度および回転方向と、当該回転角度における前記第１ステータおよび前記第２ステータの構造に起因して発生するコギングトルクとに応じて、前記第１相および／又は前記第２相における励磁波形の振幅を補正する。

本発明の一態様によれば、ステッピングモータの回転むらを低減することができる。

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に接続された制御部を示すブロック図である。 図４は、実施形態に係るロータの回転角度と、Ａ相およびＢ相の励磁電圧、コギングトルクおよび励磁電圧の二乗和との関係を示す図である。 図５は、実施形態の変形例１に係るロータの回転角度と、Ａ相およびＢ相の励磁電圧、コギングトルクおよび励磁電圧の二乗和との関係を示す図である。 図６は、実施形態の変形例２に係るロータの回転角度と、Ａ相およびＢ相の励磁電圧、コギングトルクおよび励磁電圧の二乗和との関係を示す図である。 図７は、実施形態の変形例３に係るロータの回転角度と、Ａ相およびＢ相の励磁電圧、コギングトルクおよび励磁電圧の二乗和との関係を示す図である。

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１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、たとえば、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の中央に圧入されて固定されており、シャフト１１はスリーブ１３の軸となっている。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。

なお、シャフト１１はスリーブ１３に圧入されて固定されることに限定されず、スリーブ１３と一体に成形されていてもよい。この場合、シャフト１１はスリーブ１３を形成する樹脂部材でロータマグネット１２と一体成形されていること、などが挙げられる。

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）、周方向に異なる磁極を有する、いわゆる異方性を有する磁石となっている。

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、軸方向（図２で上下方向）において円板状ヨーク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、軸方向から見て、円板状の外形を有する平面形状を備え、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、絶縁性を有する樹脂部材で形成され、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、軸方向において円板状ヨーク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、軸方向から見て、円板状の外形を有する平面形状を備え、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、絶縁性を有する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。

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。

なお、以下において、ＣＷ（時計回り）方向またはＣＣＷ（反時計回り）方向と呼称する場合は、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。

図３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。

＜実施形態＞
図４は、実施形態に係るロータ１０の回転角度と、Ａ相およびＢ相の励磁電圧、コギングトルクおよび励磁電圧の二乗和との関係を示す図である。図４の横軸は、Ａ相ステータ２１およびＢ相ステータ２２と、ロータ１０との相対的な回転角度であり、電気角で１サイクル分（０°〜３６０°）の範囲を示している。

また、図４に示す実施形態において、ステッピングモータ１は、ロータ１０がＣＷ方向に回転している場合に、Ａ相の励磁電圧がＢ相の励磁電圧より９０°進んでいるモータである。

図４に示すコギングトルクは、ステッピングモータ１の内部でＡ相ステータ２１およびＢ相ステータ２２の構造に起因して発生し、ロータ１０に作用するトルクである。なお、図４において、コギングトルクが正の値の場合はＣＷ方向にトルクが作用することを示し、コギングトルクが負の値の場合はＣＣＷ方向にトルクが作用することを示している。

かかるコギングトルクは、たとえば、図４に示すように、ロータ１０の回転角度が０°〜９０°または１８０°〜２７０°の場合はＣＷ方向にトルクが作用し、ロータ１０の回転角度が９０°〜１８０°または２７０°〜３６０°の場合はＣＣＷ方向にトルクが作用する。

ここで、実施形態では、コギングトルクの向きや大きさに応じて、Ａ相の励磁電圧とＢ相の励磁電圧とを補正している。ここで、「励磁電圧を補正する」とは、コギングトルクの向きや大きさに応じて補正した励磁波形を予め設定しておき、かかる設定された励磁波形を用いて励磁することも含む。

たとえば、ロータ１０を所定の方向に回転させる場合、コギングトルクが回転方向と同じ方向に作用する回転角度では励磁電圧を低めに補正し、コギングトルクが回転方向と反対の方向に作用する回転角度では励磁電圧を高めに補正する。なお、かかる励磁電圧の補正は、制御部２で行われる。

すなわち、ロータ１０の回転方向とコギングトルクの向きとが同じ場合には、励磁電圧によりロータ１０に作用するトルクを弱めに調整し、ロータ１０の回転方向とコギングトルクの向きとが反対の場合には、励磁電圧によりロータ１０に作用するトルクを強めに調整する。これにより、コギングトルクの向きがいずれの方向である場合にも、ロータ１０に作用するトルク（コギングトルクおよび励磁電圧によるトルク）の合計値を均等化することができる。

したがって、実施形態によれば、すべての回転角度においてロータ１０に作用するトルクを均等化することができることから、ロータ１０の回転むらを低減することができる。

実施形態における具体的な補正方法は以下の通りである。たとえば、図４に示すように、ロータ１０をＣＷ方向に回転させる場合、コギングトルクがＣＷ方向に作用する回転角度０°〜４５°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧（図４の１点鎖線に対応）より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧（図４の２点鎖線に対応）より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）。

そして、回転角度４５°〜９０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）。

すなわち、実施形態において、回転角度０°〜４５°の範囲では、コギングトルクの大きさが増大しているので、励磁電圧を調整している。一方で、回転角度４５°〜９０°の範囲では、コギングトルクの大きさが減少しているので、励磁電圧を基準電圧から変化させないように制御している。

また、コギングトルクがＣＣＷ方向に作用する回転角度９０°〜１３５°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）。

そして、回転角度１３５°〜１８０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）。

すなわち、実施形態において、回転角度９０°〜１３５°の範囲では、コギングトルクの大きさが増大しているので、励磁電圧を調整している。一方で、回転角度１３５°〜１８０°の範囲では、コギングトルクの大きさが減少しているので、励磁電圧を基準電圧から変化させないように制御している。

また、コギングトルクがＣＷ方向に作用する回転角度１８０°〜２２５°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）。

そして、回転角度２２５°〜２７０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）。

すなわち、実施形態において、回転角度１８０°〜２２５°の範囲では、コギングトルクの大きさが増大しているので、励磁電圧を調整している。一方で、回転角度２２５°〜２７０°の範囲では、コギングトルクの大きさが減少しているので、励磁電圧を基準電圧から変化させないように制御している。

また、コギングトルクがＣＣＷ方向に作用する回転角度２７０°〜３１５°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）。

そして、回転角度３１５°〜３６０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）。

すなわち、実施形態において、回転角度２７０°〜３１５°の範囲では、コギングトルクの大きさが増大しているので、励磁電圧を調整している。一方で、回転角度３１５°〜３６０°の範囲では、コギングトルクの大きさが減少しているので、励磁電圧を基準電圧から変化させないように制御している。

このように、実施形態では、ロータ１０に作用するコギングトルクの向きに基づいて、ロータ１０の回転角度４５°ごとに、Ａ相およびＢ相の励磁電圧の振幅値を大（１．２５倍）、中（１．００倍）、小（０．７５倍）に補正する。

たとえば、Ａ相およびＢ相の励磁電圧の波形は、所定の波形を有する第１電気信号と、かかる第１信号とは異なる波形を有する第２電気信号とを組み合わせて形成されるとよい。たとえば、第１電気信号と第２電気信号とをいずれも正弦波又は余弦波にして、第１電気信号と第２電気信号との振幅を異ならせればよい。また、第１電気信号を正弦波または余弦波にして、第２電気信号をパルス信号にしてもよい。

ここまで説明したように、実施形態では、ロータ１０の回転角度および回転方向と、かかる回転角度におけるコギングトルクの向きとに応じて、Ａ相およびＢ相における励磁波形の振幅を補正してもよい。たとえば、図４の例に示すように、ロータ１０をＣＷ方向に回転させる場合、コギングトルクがＣＷ方向に作用する回転角度では所定の基準電圧より低く補正し、コギングトルクがＣＣＷ方向に作用する回転角度では所定の基準電圧より高く補正してもよい。

また、実施形態では、ロータ１０の回転角度および回転方向と、かかる回転角度におけるコギングトルクの大きさとに応じて、Ａ相およびＢ相における励磁波形の振幅を補正してもよい。たとえば、コギングトルクの向きが同一方向の区間において、各回転角度におけるコギングトルクの大きさと、かかる区間におけるコギングトルクの最大値との比に基づいて、Ａ相およびＢ相における励磁波形の振幅を設定してもよい。

さらに、実施形態では、ロータ１０の回転角度および回転方向と、かかる回転角度におけるコギングトルクの大きさの変化傾向に応じて、Ａ相およびＢ相における励磁波形の振幅を補正してもよい。たとえば、図４の例に示すように、コギングトルクの大きさが増大している場合は励磁電圧を調整し、コギングトルクの大きさが減少している場合は励磁電圧を基準電圧から変化させないように制御してもよい。

このように、ロータ１０の回転角度におけるコギングトルクの向きや大きさ、大きさの変化傾向に応じて励磁電圧を補正することにより、すべての回転角度においてロータ１０に作用するトルクをさらに均等化することができる。したがって、ロータ１０の回転むらをさらに低減することができる。

また、図４に示すように、ステッピングモータ１への電気的入力に相当するＡ相の励磁電圧とＢ相の励磁電圧との二乗和は、回転角度４５°ごとにステップ状に補正される。つまり、０°〜４５°と１８０°〜２２５°とでは最小入力電力、４５°〜９０°と１３５°〜１８０°と２２５°〜２７０°と３１５°〜３６０°では中入力電力、９０°〜１３５°と２７０°〜３１５°とでは最大入力電力が投入されている。

このように、Ａ相およびＢ相における励磁電圧の補正をステップ状に行うことにより、効率的に振幅値を補正することができることから、かかる補正が行われる制御部２の負荷を低減させることができる。

また、図４に示す例では、回転角度０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°、３６０°の位置に極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａのいずれかが配置されており、かかる位置に配置される極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａがコギングトルクの発生源となっている。したがって、実施形態では、上述の位置に配置される極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａの前後において、励磁波形を補正している。

さらに、上述のように、回転角度４５°ごとに励磁電圧の振幅値を補正するのは、実施形態に係るステッピングモータ１において、ロータ１０における回転むらの指標である動的角度誤差ΔΦｍａｘの値が４５°ずつ変化するのが理由である。

なお、かかる動的角度誤差ΔΦｍａｘは、ステッピングモータ１が１電気サイクル（実施形態では４０°）移動した際の最大位置誤差値Δφｍａｘと最小位置誤差値Δφｍｉｎとを求め、以下の式（１）から計算することができる。
ΔΦｍａｘ＝（Δφｍａｘ−Δφｍｉｎ）／２ （°）（機械角）・・・（１）

また、実施形態では、振幅値の補正量を１．２５倍および０．７５倍に設定しているが、かかる補正量はステッピングモータ１に要求される回転むら（すなわち動的角度誤差ΔΦｍａｘの値）により適宜変更される。実施形態では、たとえば、ステッピングモータ１のステップ数がＳの場合、補正量は以下の式（２）から計算することができる。
補正量＝ｓｉｎ（ΔΦｍａｘ×（Ｓ／４）） ・・・（２）

たとえば、要求される動的角度誤差ΔΦｍａｘが３．５°（機械角）で、ステッピングモータ１のステップ数Ｓが３６である場合、補正量はｓｉｎ（３．５×（３６／４））＝０．５２２となることから、励磁電圧の振幅値を大の場合には１．５２２倍、小の場合には０．４７８倍に設定すればよい。

なお、上述の補正量はあくまで一例であり、実際はコギングトルクや励磁電圧によるトルクの大きさ、ステッピングモータ１の回転数、ステッピングモータ１に取り付けられる指針の慣性モーメントなどに基づいて適宜補正すればよい。

また、実施形態では、ロータ１０をＣＷ方向に回転させた場合の制御について説明したが、ロータ１０をＣＣＷ方向に回転させた場合についても、同様の制御を行えばよい。すなわち、コギングトルクがＣＣＷ方向に作用する回転角度の範囲では、Ａ相およびＢ相の励磁電圧を所定の基準電圧より低く補正し、コギングトルクがＣＷ方向に作用する回転角度の範囲では、Ａ相およびＢ相の励磁電圧を所定の基準電圧より高く補正すればよい。

さらに、実施形態では、Ａ相およびＢ相の励磁電圧を補正することにより、ロータ１０に作用するトルクを調整する場合について説明したが、Ａ相およびＢ相の励磁電流を補正することにより、ロータ１０に作用するトルクを調整してもよい。すなわち、実施形態では、制御部２がＡ相およびＢ相の励磁波形（励磁電圧、励磁電流）を補正することにより、Ａ相およびＢ相の振幅値を補正すればよい。

実施形態において、励磁電流を補正する場合は、コイル電流の検出手段が別途必要となる一方で、励磁電圧を補正する場合に比べて位相遅れが少なくなるように補正することができる。したがって、実施形態によれば、励磁電流を補正することにより、ロータ１０の回転むらをさらに低減することができる。

また、実施形態によれば、励磁電圧を補正することにより、コイル電流の検出手段が不要になることから、低コストでロータ１０の回転むらを低減することができる。

さらに、実施形態にかかるステッピングモータ１をメータに搭載することにより、指針の回転むらが小さく、表示品位の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、たとえば、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、指針の回転むらが小さく、表示品位の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。

＜変形例＞
以降においては、実施形態における各種変形例について、図５〜図７を参照しながら説明する。図５は、実施形態の変形例１に係るロータ１０の回転角度と、Ａ相およびＢ相の励磁電圧、コギングトルクおよび励磁電圧の二乗和との関係を示す図である。

変形例１は、実施形態のようにロータ１０の回転角度４５°ごとにＡ相およびＢ相の励磁電圧の振幅値を補正するのではなく、ロータ１０の回転角度９０°ごとに、Ａ相およびＢ相の励磁電圧の振幅値を補正する。

このように、ロータ１０の回転角度９０°ごとに、Ａ相およびＢ相の励磁電圧の振幅値を補正することによっても、すべての回転角度においてロータ１０に作用するトルクを均等化することができる。なぜなら、図５に示すように、ロータ１０に作用するコギングトルクは、回転角度９０°ごとにＣＷ方向とＣＣＷ方向とで交互に変化しているからである。

すなわち、変形例１では、ロータ１０の回転角度および回転方向と、かかる回転角度におけるコギングトルクの向きとにのみ応じて、Ａ相およびＢ相における励磁波形の振幅を補正する。

変形例１における具体的な補正方法は以下の通りである。図５に示すように、ロータ１０をＣＷ方向に回転させる場合、コギングトルクがＣＷ方向に作用する回転角度０°〜９０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧（図５の１点鎖線に対応）より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧（図５の２点鎖線に対応）より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）。

また、コギングトルクがＣＣＷ方向に作用する回転角度９０°〜１８０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）。

また、コギングトルクがＣＷ方向に作用する回転角度１８０°〜２７０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）。

また、コギングトルクがＣＣＷ方向に作用する回転角度２７０°〜３６０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）。

ここまで説明したように、変形例１では、ロータ１０に作用するコギングトルクの向きに基づいて、ロータ１０の回転角度９０°ごとに、Ａ相およびＢ相の励磁電圧の振幅値を大（１．２５倍）、小（０．７５倍）に補正する。

したがって、ステッピングモータ１への電気的入力に相当するＡ相の励磁電圧とＢ相の励磁電圧との二乗和は、図５に示すように、回転角度９０°ごとにステップ状に補正される。つまり、０°〜９０°と１８０°〜２７０°とでは最小入力電力、９０°〜１８０°と２７０°〜３６０°とでは最大入力電力が投入されている。

これにより、変形例１では、実施形態と同様に、コギングトルクの向きがいずれの方向である場合にも、ロータ１０に作用するトルクの合計値を均等化することができる。したがって、変形例１によれば、すべての回転角度においてロータ１０に作用するトルクを均等化することができることから、ロータ１０の回転むらを低減することができる。

また、図５に示す例では、回転角度０°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°の位置に極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａのいずれかが配置されており、かかる位置に配置される極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａがコギングトルクの発生源となっている。したがって、変形例１では、上述の位置に配置される極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａの前後において、励磁波形を補正している。

図６は、実施形態の変形例２に係るロータ１０の回転角度と、Ａ相およびＢ相の励磁電圧、コギングトルクおよび励磁電圧の二乗和との関係を示す図である。変形例２は、実施形態とはロータ１０に作用するコギングトルクの向きが正反対である場合について示している。

すなわち、変形例２では、図６に示すように、コギングトルクは、ロータ１０の回転角度が０°〜９０°または１８０°〜２７０°の場合はＣＣＷ方向にトルクが作用し、ロータ１０の回転角度が９０°〜１８０°または２７０°〜３６０°の場合はＣＷ方向にトルクが作用している。

かかる変形例２においても、実施形態と同様に、ロータ１０の回転方向とコギングトルクの向きとが同じ場合には、励磁電圧によりロータ１０に作用するトルクを弱めに調整し、ロータ１０の回転方向とコギングトルクの向きとが反対の場合には、励磁電圧によりロータ１０に作用するトルクを強めに調整する。さらに、変形例２では、実施形態と同様に、コギングトルクの大きさが増大している場合は励磁電圧を調整し、コギングトルクの大きさが減少している場合は励磁電圧を基準電圧から変化させないように制御する。

具体的には、図６に示すように、ロータ１０をＣＷ方向に回転させる場合、コギングトルクがＣＣＷ方向に作用する回転角度０°〜４５°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧（図６の１点鎖線に対応）より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧（図６の２点鎖線に対応）より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）。

そして、回転角度４５°〜９０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）。

また、コギングトルクがＣＷ方向に作用する回転角度９０°〜１３５°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）。

そして、回転角度１３５°〜１８０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）。

また、コギングトルクがＣＣＷ方向に作用する回転角度１８０°〜２２５°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）。

そして、回転角度２２５°〜２７０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）。

また、コギングトルクがＣＷ方向に作用する回転角度２７０°〜３１５°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）。

そして、回転角度３１５°〜３６０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧と同じ値にする（すなわち基準電圧の１．００倍）。

ここまで説明したように、変形例２では、ロータ１０に作用するコギングトルクの向きに基づいて、ロータ１０の回転角度４５°ごとに、Ａ相およびＢ相の励磁電圧の振幅値を大（１．２５倍）、中（１．００倍）、小（０．７５倍）に補正する。

これにより、変形例２では、実施形態と同様に、コギングトルクの向きがいずれの方向である場合にも、ロータ１０に作用するトルクの合計値を均等化することができる。したがって、変形例２によれば、すべての回転角度においてロータ１０に作用するトルクを均等化することができることから、ロータ１０の回転むらを低減することができる。

また、図６に示す例では、回転角度０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°、３６０°の位置に極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａのいずれかが配置されており、かかる位置に配置される極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａがコギングトルクの発生源となっている。したがって、変形例２では、上述の位置に配置される極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａの前後において、励磁波形を補正している。

図７は、実施形態の変形例３に係るロータ１０の回転角度と、Ａ相およびＢ相の励磁電圧、コギングトルクおよび励磁電圧の二乗和との関係を示す図である。

変形例３は、変形例１に示したように、ロータ１０の回転角度９０°ごとにＡ相およびＢ相の励磁電圧の振幅値を補正する場合に、ロータ１０に作用するコギングトルクの向きが変形例１とは正反対である場合について示している。

すなわち、変形例３では、図７に示すように、コギングトルクは、ロータ１０の回転角度が０°〜９０°または１８０°〜２７０°の場合はＣＣＷ方向にトルクが作用し、ロータ１０の回転角度が９０°〜１８０°または２７０°〜３６０°の場合はＣＷ方向にトルクが作用している。

かかる変形例３においても、変形例１と同様に、ロータ１０の回転方向とコギングトルクの向きとが同じ場合には、励磁電圧によりロータ１０に作用するトルクを弱めに調整し、ロータ１０の回転方向とコギングトルクの向きとが反対の場合には、励磁電圧によりロータ１０に作用するトルクを強めに調整する。

すなわち、変形例３では、ロータ１０の回転角度および回転方向と、かかる回転角度におけるコギングトルクの向きとにのみ応じて、Ａ相およびＢ相における励磁波形の振幅を補正する。

具体的には、図７に示すように、ロータ１０をＣＷ方向に回転させる場合、コギングトルクがＣＣＷ方向に作用する回転角度０°〜９０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧（図７の１点鎖線に対応）より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧（図７の２点鎖線に対応）より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）。

また、コギングトルクがＣＷ方向に作用する回転角度９０°〜１８０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）。

また、コギングトルクがＣＣＷ方向に作用する回転角度１８０°〜２７０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧より高く補正する（たとえば基準電圧の１．２５倍）。

また、コギングトルクがＣＷ方向に作用する回転角度２７０°〜３６０°の範囲では、Ａ相の励磁電圧を所定の基準電圧より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）とともに、Ｂ相の励磁電圧を所定の基準電圧より低く補正する（たとえば基準電圧の０．７５倍）。

すなわち、変形例３では、ロータ１０に作用するコギングトルクの向きに基づいて、ロータ１０の回転角度９０°ごとに、Ａ相およびＢ相の励磁電圧の振幅値を大（１．２５倍）、小（０．７５倍）に補正する。

これにより、変形例３では、変形例１と同様に、コギングトルクの向きがいずれの方向である場合にも、ロータ１０に作用するトルクの合計値を均等化することができる。したがって、変形例３によれば、すべての回転角度においてロータ１０に作用するトルクを均等化することができることから、ロータ１０の回転むらを低減することができる。

また、図７に示す例では、回転角度０°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°の位置に極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａのいずれかが配置されており、かかる位置に配置される極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａがコギングトルクの発生源となっている。したがって、変形例３では、上述の位置に配置される極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａの前後において、励磁波形を補正している。

上述したように、実施形態によれば、ロータ１０に作用するコギングトルクの向きや大きさに基づいて、Ａ相およびＢ相の励磁電圧または励磁電流を補正することにより、ステッピングモータ１の回転むらを低減することができる。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。

また、上記の実施形態では、Ａ相とＢ相とにおける励磁電圧の振幅値を回転角度４５°または回転角度９０°ごとに補正した例について示したが、その他の回転角度ごとに振幅値を補正してもよい。このように、所定の回転角度間隔で振幅値を補正することにより、効率的に振幅値を補正することができることから、かかる補正が行われる制御部２の負荷を低減させることができる。

以上のように、実施形態に係るステッピングモータ１は、磁石（ロータマグネット１２）を有するロータ１０と、コイル２６ａを有し、第１相（Ａ相）における励磁ベクトルを形成する第１ステータ（Ａ相ステータ２１）と、コイル２６ｂを有し、第２相（Ｂ相）における励磁ベクトルを形成する第２ステータ（Ｂ相ステータ２２）と、第１相（Ａ相）および第２相（Ｂ相）に印加される電圧および／又は電流を制御する制御部２と、を備える。そして、制御部２は、ロータ１０の回転角度および回転方向と、かかる回転角度における第１ステータ（Ａ相ステータ２１）および第２ステータ（Ｂ相ステータ２２）の構造に起因して発生するコギングトルクとに応じて、第１相（Ａ相）および／又は第２相（Ｂ相）における励磁波形（励磁電圧、励磁電流）の振幅を補正する。これにより、ステッピングモータ１の回転むらを低減することができる。

また、実施形態に係るステッピングモータ１において、制御部２は、ロータ１０の回転角度および回転方向と、かかる回転角度におけるコギングトルクの向きとに応じて、第１相（Ａ相）および第２相（Ｂ相）における励磁波形（励磁電圧、励磁電流）の振幅を補正する。これにより、ステッピングモータ１の回転むらをさらに低減することができる。

また、実施形態に係るステッピングモータ１において、制御部２は、ロータ１０の回転角度および回転方向と、かかる回転角度におけるコギングトルクの大きさとに応じて、第１相（Ａ相）および第２相（Ｂ相）における励磁波形（励磁電圧、励磁電流）の振幅を補正する。これにより、ステッピングモータ１の回転むらをさらに低減することができる。

また、実施形態に係るステッピングモータ１において、制御部２は、ロータ１０の回転角度および回転方向と、かかる回転角度におけるコギングトルクの大きさの変化傾向とに応じて、第１相（Ａ相）および第２相（Ｂ相）における励磁波形（励磁電圧、励磁電流）の振幅を補正する。これにより、ステッピングモータ１の回転むらをさらに低減することができる。

また、実施形態に係るステッピングモータ１において、制御部２は、所定の回転角度間隔で、励磁波形（励磁電圧、励磁電流）の振幅を補正する。これにより、かかる補正が行われる制御部２の負荷を低減させることができる。

また、実施形態に係るステッピングモータ１において、制御部２の制御は、第１相（Ａ相）および第２相（Ｂ相）に印加される電圧（励磁電圧）を補正することを含む。これにより、低コストでステッピングモータ１の回転むらを低減することができる。

また、実施形態に係るステッピングモータ１において、制御部２の制御は、第１相（Ａ相）および第２相（Ｂ相）に印加される電流（励磁電流）を補正することを含む。これにより、ステッピングモータ１の回転むらをさらに低減することができる。

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）および第２ステータ（Ｂ相ステータ２２）は、いずれも複数の極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａを有し、制御部２は、ロータ１０の回転方向における極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａの位置の前後において、第１相（Ａ相）及び／又は第２相（Ｂ相）の励磁波形を補正する。これにより、ステッピングモータ１の回転むらを低減することができる。

また、実施形態に係るステッピングモータ１において、制御部２は、ロータ１０の回転方向における極歯２３ａａ、２３ｂａ、２４ａａ、２４ｂａの位置の前又は後において、所定の波形を有する第１電気信号と、かかる第１電気信号とは異なる波形を有する第２電気信号とを印加する。これにより、ステッピングモータ１の回転むらを低減することができる。

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電気信号および第２電気信号は正弦波又は余弦波であり、第２電気信号の振幅は第１電気信号の振幅と異なる。これにより、ステッピングモータ１の回転むらを低減することができる。

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電気信号は正弦波又は余弦波であり、第２電気信号はパルス信号である。これにより、ステッピングモータ１の回転むらを低減することができる。

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、を備える。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
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

Claims (13)

1. 磁石を有するロータと、
   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、
   前記第１相および前記第２相に印加される電圧および／又は電流を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記ロータの回転角度および回転方向と、当該回転角度における前記第１ステータおよび前記第２ステータの構造に起因して発生するコギングトルクとに応じて、前記第１相および／又は前記第２相における励磁波形の振幅を補正する
   ステッピングモータ。
2. 前記制御部は、
   前記ロータの前記回転角度および前記回転方向と、当該回転角度における前記コギングトルクの向きとに応じて、前記第１相および前記第２相における前記励磁波形の振幅を補正する
   請求項１に記載のステッピングモータ。
3. 前記制御部は、
   前記ロータの前記回転角度および前記回転方向と、当該回転角度における前記コギングトルクの大きさとに応じて、前記第１相および前記第２相における前記励磁波形の振幅を補正する
   請求項１または２に記載のステッピングモータ。
4. 前記制御部は、
   前記ロータの前記回転角度および前記回転方向と、当該回転角度における前記コギングトルクの大きさの変化傾向とに応じて、前記第１相および前記第２相における前記励磁波形の振幅を補正する
   請求項１〜３のいずれか一つに記載のステッピングモータ。
5. 前記制御部は、
   所定の前記回転角度間隔で、前記励磁波形の振幅を補正する
   請求項１〜４のいずれか一つに記載のステッピングモータ。
6. 前記制御部の制御は、
   前記第１相および前記第２相に印加される前記電圧を補正することを含む
   請求項１〜５のいずれか一つに記載のステッピングモータ。
7. 前記制御部の制御は、
   前記第１相および前記第２相に印加される前記電流を補正することを含む
   請求項２〜６のいずれか一つに記載のステッピングモータ。
8. 前記第１ステータおよび前記第２ステータは、いずれも複数の極歯を有し、
   前記制御部は、前記ロータの回転方向における前記極歯の位置の前後において、前記第１相及び／又は前記第２相の励磁波形を補正する
   請求項１に記載のステッピングモータ。
9. 前記制御部は、前記ロータの回転方向における前記極歯の位置の前又は後において、所定の波形を有する第１電気信号と、当該第１電気信号とは異なる波形を有する第２電気信号とを印加する
   請求項８に記載のステッピングモータ。
10. 前記第１電気信号および前記第２電気信号は正弦波又は余弦波であり、
    前記第２電気信号の振幅は前記第１電気信号の振幅と異なる
    請求項９に記載のステッピングモータ。
11. 前記第１電気信号は正弦波又は余弦波であり、
    前記第２電気信号はパルス信号である
    請求項９に記載のステッピングモータ。
12. メータの指針を回動させる、
    請求項１〜１１のいずれか一つに記載のステッピングモータ。
13. 請求項１２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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