JP3548425B2

JP3548425B2 - モータ

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Publication number: JP3548425B2
Application number: JP12405198A
Authority: JP
Inventors: 豊成佐々木; 力青島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2018-04-17
Also published as: JPH11308841A; US6411003B1; US6172440B1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、超小型に構成した円筒形状のモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例の小型円筒形のステップモータとしては、図１６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で軸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１０３、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への通電による発生する磁束は図１７に示すように主としてステータ歯１０６ａの端面１０６ａ１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】
したがって、本発明の目的は、コンパクトでしかも回転力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遅れ角をθ２としたとき、θ１＋θ２が１８８／ｎ度以上、２２０／ｎ度以下と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。
【００１１】
上記構成によって、コギングトルクが小さくなり、その結果ロータの回転がスムースになるとともに、モータ始動時においてロータの位置にかかわらず高い回転力が得られるものである。
【００１２】
【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１はステップモータの分解斜視図であり、図２はステップモータの組み立て後の断面図であり、図３、図４は、図２のＡ−Ａ線での断面図およびＢ−Ｂ線での断面図である。
【００１３】
図１〜４において、４はロータを構成する円筒形状のマグネットであり、その外周表面を円周方向にｎ分割して（本実施例では４等分して）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁された第１の着磁層４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとし、この着磁層４ａ、４ｃがＳ極に着磁され、着磁層４ｂ、４ｄがＮ極に着磁されている。そして、マグネット４の内周表面は隣接する外周表面と異なる極に着磁されており、着磁層４ａ、４ｃの内周表面はＮ極に着磁され、着磁層４ｂ、４ｄの内周表面がＳ極に着磁されている。
【００１４】
５は、４と同様に、ロータを構成する円筒形状のマグネットであり、その外周表面を円周方向にｎ分割して（本実施例では４等分して）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁された第２の着磁層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄとし、この着磁層５ａ、５ｃがＳ極に着磁され、着磁層５ｂ、５ｄがＮ極に着磁されている。そしてマグネット５の内周表面は隣接する外周表面と異なる極に着磁されており、着磁層５ａ、５ｃの内周表面がＮ極に着磁されており、着磁層５ｂ、５ｄの内周表面がＳ極に着磁されている。マグネット５はマグネット４に対して軸と平行方向に隣合う位置に、円周方向に１８０／ｎ度、即ち４５°だけ反時計回りに位相をずらして（反時計回りの方向を正として、４５°だけ位相を進めて）配置している。
【００１５】
７はロータ軸となる出力軸で、この出力軸７はロータのマグネット４および５に固着されている。これらの出力軸７とマグネット４および５とでロータを構成している。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４および５と同心でかつマグネット４および５を軸方向に挟む位置に配置され、コイル２および３はその外径がマグネット４および５の外径とほぼ同じ寸法である。
【００１６】
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、第１のステータ１８および第２のステータ１９の位相は同位相となるように配置され、これらの第１のステータ１８および第２のステータ１９は外筒および内筒からなっている。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が通電されることにより第１のステータ１８が励磁される。
【００１７】
第１のステータ１８の外筒および内筒はその先端部が外側磁極１８ａ、１８ｂおよび内側磁極１８ｃ、１８ｄを形成しており、この内側磁極１８ｃと内側磁極の位相は互いに同位相となるように３６０／（ｎ／２）度、即ち、１８０°ずれて形成され、内側磁極１８ｃに対して外側磁極１８ａが対向配置しており、また内側磁極１８ｄに対して外側磁極１８ｂが対向配置している。
【００１８】
第１のステータの外側磁極１８ａ、１８ｂおよび内側磁極１８ｃ、１８ｄはマグネット４の一端側の外周面および内周面に対向してマグネット４の一端側を挟み込むように設けられている。また、第１のステータ１８の穴１８ｅには回転軸７の一端部が回転可能に嵌合する。
【００１９】
第２のステータ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が通電されることにより第２のステータ１９が励磁される。第２のステータ１９の外筒および内筒はその先端部が外側磁極１９ａ、１９ｂおよび内側磁極１９ｃ、１９ｄを形成しており、この内側磁極１９ｃと内側磁極１９ｄの位相は同位相となるように３６０／（ｎ／２）度、即ち、１８０°ずれて形成され、内側磁極１９ｃに対し外側磁極１９ａが対向配置しており、内側磁極１９ｄに対し外側磁極１９ｂが対向配置している。
【００２０】
第２のステータ１９の外側磁極１９ａ、１９ｂおよび内側磁極１９ｃ、１９ｄはマグネット５の一端側の外周面および内周面に対向してマグネット５の一端側を挟み込むように設けられている。また、第２のステータ１９の穴１９ｅには回転軸７の他端部が回転可能に嵌合する。
【００２１】
したがって、コイル２に発生する磁束は外側磁極１８ａ、１８ｂと内側磁極１８ｃ、１８ｄとの間のロータであるマグネット４を横切るので、効果的にロータであるマグネット４に作用し、コイル３により発生する磁束は外側磁極１９ａ、１９ｂと内側磁極１９ｃ、１９ｄとの間のロータであるマグネット５を横切るので、効果的にロータであるマグネット５に作用し、モータの出力を高める。
【００２２】
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り、この連結リング２０の内側には溝２０ａ、２０ｂが設けられ、他端側には溝２０ａ、２０ｂに第１のステータ１８の外側磁極１８ａ、１８ｂを嵌合し、溝２０ｃ、２０ｄに第２のステータの外側磁極１９ａ、１９ｂを嵌合し、これら嵌合部分を接着剤により固定して、連結リング２０に第１のステータ１８および第２のステータ１９が取付けられるものである。
【００２３】
これら第１のステータ１８と第２のステータ１９は互いに外側磁極１８ａ、１８ｂおよび内側磁極１８ｃ、１８ｄと外側磁極１９ａ、１９ｂおよび内側磁極１９ｃ、１９ｄを対向させ、連結リング２０の内面側の突出部２０ｅ、２０ｆにより或る距離だけ間隔を隔てて固定されている。
【００２４】
図２はステップモータの断面図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は図２のＡ−Ａ線での断面図を示す、図４（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は図２のＢ−Ｂ線での断面図を示しでいる。図４の（ａ）と（ｅ）とが同時点での断面図であり、図４の（ｂ）と（ｆ）とが同時点での断面図であり、図４の（ｃ）と（ｇ）とが同時点での断面図であり、図４の（ｄ）と（ｈ）とが同時点での断面図である。
【００２５】
次に、本発明のステップモータの動作を説明する。図４の（ａ）、（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をＮ極とし、内側磁極１８ｃ、１８ｄをＳ極とし、第２のステータ１９の外側磁極１９ａ、１９ｂをＮ極とし、内側磁極１９ｃ、１９ｄ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４５°回転し、図４の（ｂ）、（ｆ）に示す状態となる。
【００２６】
次に、コイル３への通電を反転させ、第２ステータ１９の外側磁極１９ａ、１９ｂをＳ極とし、内側磁極１９ｃ、１９ｄをＮ極とし、第１ステータ１８の外側磁極１８ａ、１８ｂをＮ極とし、内側磁極１８ｃ、１８ｄをＳ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４５°回転し、図４の（ｃ）と（ｇ）に示す状態となる。
【００２７】
次に、コイル２への通電を反転させ、第１ステータ１８の外側磁極１８ａ、１８ｂをＳ極とし、内側磁極１８ｃ、１８ｄをＮ極とし、第２ステータ１９の外側磁極１９ａ、１９ｂをＳ極とし、内側磁極１９ｃ、１９ｄをＳ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４５°回転し、図４の（ｄ）と（ｈ）に示す状態となる。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替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。
【００２８】
以上の構成で動作する本発明のモータにおける、第１ステータの外側磁極１８ａ、１８ｂおよび第２ステータの外側磁極１９ａ、１９ｂの、コイル電流による磁極の変化をグラフ化したのが図５である。各磁極は図５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関係は、図中矢印で示したように関係ずけられる。即ち、外側磁極が共にＮ極となった時点が図４の（ａ）、（ｅ）に対応し、第１のステータの外側磁極１８ａ、１８ｂがＮ極、第２のステータの外側磁極がＳ極となった時点が（ｂ）、（ｆ）、外側磁極が共にＳ極となった時点が（ｃ）、（ｇ）、第１のステータの外側磁極１８ａ、１８ｂがＳ極、第２ステータの外側磁極１９ａ、１９ｂがＮ極となった時点が（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ものとする。
【００２９】
以上の構成のモータのロータ回転位置とトルクの関係を図６、図７に示す。図６中、黒丸はコイルに電流を流さない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、白丸はコイルが発生する磁界により発生するトルクを示す。また、図７はコギングトルクとコイル磁界によるトルクを加えたものであり、最終的なロータの回転力となるトルクである。なお、図６、図７は有限要素法を用いた計算により算出したものであり、計算においては、図７のトルクと図６のコギングトルクが求まる。そこで、両者の差をとることで、図６のコイル磁界によるトルクが求まる。一方、計算結果に対して、実験でも同様な結果が得られている。即ち、図７で示すように、モータはロータ回転位置が４５度のときにトルクが非常に小さくなること（トルク最小値が小さい）、およびロータの回転位置が０〜４５度のときに比べて４５〜９０度のときのトルクが小さいこと（トルク変動が大）が計算および実験の両面から確認されている。
【００３０】
そして、図６よりトルク最小値が小さいという問題の原因はコギングトルクにあり、トルク変動が大である原因はコイルの発生するトルク変動にあることがわかる。即ち、ロータの回転位置が３０〜４５度の範囲にあるときにコギングトルクによって非常に大きな負のトルクが働くことからトルクの最小値が小さくなっしまう。またコイルが発生するトルクが、ロータの回転位置が０〜４５度のときに比べ、４５〜９０度のときの方が小さいことによりロータの回転トルクの変動が大きくなってしまう。
【００３１】
これら本構成のモータに関するトルク最小値が小さいおよびトルク変動が大きいという問題に対して、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設けることにより解決することが見いだされた。ここではその詳細を説明する前に、これらの問題が発生する原因について、図８、図９を参照して少し詳しく説明を行っておく。
【００３２】
図６のコギングトルクの変化（黒丸）からわかるように、コイルに電流を流さないとき、ロータは図中安定点１、安定点２で示す２つの点において安定な状態（回転力が働かない状態）となる。なお、安定点２ではロータ微小回転させたときに元に戻るという意味では安定点ではないが、回転力が働かないという意味でここでは安定点と呼んだ。図８は図６に示した２つの安定点におけるロータとステータの位置関係を示すものであり、図８（１）は安定点１での図２のＡ−Ａ線での断面図（ａ１）とＢ−Ｂ線での断面図（ｅ１）であり、図８（２）は安定点２における図２のＡ−Ａ線での断面図（ｂ１）とＢ−Ｂ線での断面図（ｆ１）である。安定点１は、第１のステータの外側磁極１８ａ、１８ｂの内側にＮ極、第２のステータの外側磁極１９ａ、１９ｂの内側にＳ極がきたロータの回転位置であり、このとき２つのステータの磁極およびその間の空気を介して、着磁層４ｂと５ａ、着磁層４ｄと５ｃの間での磁束が流れ易くなることから極めて安定な状態になる。一方、安定点２は、第２のステータの外側磁極１８ａ、１８ｂの内側にＳ極、第２のステータの外側磁極１９ａ、１９ｂの内側にもＳ極がきたロータの回転位置である。この状態ではマグネット４と５の間での磁束の流れは発生しないことから安定点１と異なり、不安定な状態となる。これらの結果、安定点１が極めて安定であることから、図６に示したコギングトルクが発生する。
【００３３】
次に、図９を参照して、ロータの回転位置が０〜４５度のときに比べ、４５〜９０度のときの方がコイルに発生するトルクが小さくなる原因について説明する。図９はロータの回転位置が４５〜９０度のときのコイルの発生する磁束の流れを示す。第１のステータと第２のステータの対向する磁極、即ち、１８ａと１９ａ、１８ｂと１９ｂ、１８ｃと１９ｃ、１８ｄと１９ｄがそれぞれ反対極であることから、磁束は第１のステータと第２のステータを矢印のように流れる。その結果、マグネット４、５を横切る磁束が少なくなり、そのため本状態におけるコイル発生トルクは小さくなる。一方、ロータの回転位置が０〜４５度のときは、第１ステータと第２ステータのそれぞれの対向する磁極は同じ極であることから、両者間を行き来する磁束は生じないため、このようなトルクの低下は発生しない。
【００３４】
以上のことを踏まえて、上記構成のモータを改良する方法である本発明の具体的な実施例の説明に移る。
【００３５】
図３、図１０および図１１は本発明の実施例を示す図であり、図３は本発明のモータの図２のＡ−Ａ線での断面図（ａ１）とＢ−Ｂ線での断面図（ｅ１）である。本発明のモータの基本構成は上述したものと同じであるが、第１のステータに対して、第２のステータを、周方向にΔθだけ時計方向にずらして（反時計方向を正として、Δθだけ位相を遅らして）配置している点が異なる。Δθを６度にしたときのロータの回転位置とトルクとの関係を図１０、図１１に示す。
【００３６】
これらの図は、図６、図７に対応するものである。図１０中、黒丸はコイルに電流を流さない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、白丸はコイルに発生する磁界により発生するトルクを示す。また、図１１はコギングトルクとコイルが発生するトルクを加えたものであり、最終的なロータの回転力となるトルクである。これらの図も有限要素法を用いた計算により算出したものであるが、実験においても同様な結果が得られている。
【００３７】
図１１より、ロータ回転位置が４５度、９０度のときにトルクが小さくなるものの、その小さい方の値が（４５度のときの値）は図７に比べて大きいこと（トルク最少値が大きい）、およびロータの回転位置が４５〜９０度の範囲においても、０〜４５度と同様なトルクが得られていりこと（トルクの変動が小）がわかる。
【００３８】
そして、図１０と図６を比較することにより、ロータ回転位置が４５度におけるトルクの最小値が改善された原因はコギングトルクが小さくなったことにあり、トルク変動が小さくなった原因はコイルの発生するトルクの変動が小さくなったことにあることがわかる。即ち、コギングトルクの最小値は図６では約−１．０×１０^−５〔Ｎｍ〕と半分となっている。一方、コイルが発生するトルクは、ロータの回転位置が０〜４５度のときと、４５〜９０度のときとではほぼ同じ変化を見せるようになり、その振幅は図６のものと比べて小さくなっている。
【００３９】
なお、図１４に関連して後述するが、ロータ回転位置が０〜９０度の間でのロータの回転トルクの平均値は図７と図１１とでは同じであることが確かめられている。
【００４０】
そこで、次に、このようにトルクの変動が改善された原因について図３、図１２および図１３を参照して説明する。
【００４１】
図３は図１０の安定点１におけるステータとマグネットの位置関係を示す。図８（１）の場合と同様に着磁層４ｂと５ａ、着磁層４ｄと５ｃの間で外側磁極１８ａ、１９ａおよびその間の空気を介して、磁束が流れ易くなることから安定な状態となる。しかし、第１のステータと第２のステータの位置がわずかにずれていることからその間の磁気抵抗が大きいため、図８（１）のように極めて安定な状態にはならない。その結果、図１０のようにコギングトルクは図６に比べて小さくなる。
【００４２】
図１２、図１３はロータの回転位置がそれぞれ２２．５度、６７．５度のときのステータとマグネットの位置関係を示す。各図の（１）は本発明を適用する前のもの（Δθ＝０度）であり、（２）は本発明によるもの（Δθ＝６度）である。また、図１２の（ａ１）および図１３の（ｂ１）は、図２のＡ−Ａ線での断面図、図１２の（ｅ１）および図１３の（ｆ１）は図２のＢ−Ｂ線での断面図である。
【００４３】
図１２のロータ回転位置において、図１２（１）と（２）は共に、第１のステータ１８の外側磁極１８ａ、１８ｂおよび第２のステータの外側磁極１９ａ、１９ｂはＮ極であり、第１のステータ１８の内側磁極１８ｃ、１８ｄおよび第２のステータ１９の内側磁極１９ｃ、１９ｄはＳ極である。図１２（１）と（２）の図を比較すると、第１のステータ側に位置するマグネット４に働くトルクは同じであることがわかるが、第２のステータ側に位置するマグネット５に働く力は、（２）の方が着磁層５ａおよび５ｃと磁極の中心軸とのなす角度が小さいことから（２２．５度に対して２２．５度−Δθ）、小さいことがわかる。その結果、ロータ回転位置においては、Δθ＝６度の方が、ロータに働くトルクは小さい。
【００４４】
次に、図１３のロータ回転位置において、図１３（１）と（２）は共に、第１ステータ１８の外側磁極１８ａ、１８ｂおよび第２のステータ１９の内側磁極１９ｃ、１９ｄはＮ極であり、第１のステータ１８の内側磁極１８ｃ、１８ｄおよび第２のステータ１９の外側磁極１９ａ、１９ｂはＳ極である。図１３（１）と（２）の図を比較すると、第１のステータ側に位置するマグネット４に働くトルクは同じであることがわかるが、第２ステータ側に位置するマグネット５に働くトルクは、（２）の方が着磁層５ａおよび５ｃとの磁極の中心軸とのなす角度が大きいことから（２２．５度に対して２２．５度＋Δθ）、大きいことがわかる。その結果、ロータ回転位置においてはΔθ＝６度の方が、ロータに働くトルクが大きい。
【００４５】
以上の理由により、Δθを０度から６度に変更することにより、図６のコイルが発生するトルクはロータ回転位置が０〜４５度の間では小さくなり、図６のコイルが発生するトルクはロータ回転位置が０〜４５度の間では小さくなり、４５〜９０度の間では大きくなる。その結果、図１０に示したように、コイルが発生するトルクは、ロータの回転位置が０〜４５度のときと、４５〜９０度のときとでほぼ同じ変化を示すようになり、その振幅は図６のものと比べて小さくなる。
【００４６】
なお、ここで、Δθとして６度の例を説明したが、Δθを変化させたときのトルクの変化を図１４に示す。図中、○印は１周期間（例えば、図７、図１１におけるロータ回転位置０〜９０度）におけるトルクの平均値であり、△は最小値、□は最大値である。このグラフよりトルクの最小値は、Δθを０度以上にすることで改善されるが、３度以上ではあまり変化しないことがわかる。一方、このとき、トルクの平均値は変化していない。また、グラフ中にはないが、Δθが１０度を越えると、図４で説明したタイプのモータの動作原理を満足できなくなることから回転力は低下した。確実にモータの性能を改善するためには、Δθは２度〜１０度の間がよい。
【００４７】
なお、モータのトルクの変動を抑制するための一般的な方法としてロータ磁石のＮ／Ｓの境界線とステータヨークの端部を非平行にしたスキューがしばしば用いられる。本発明では、ロータ磁石４、５に対してＮ／Ｓの境界線の端部を平行に保ったままステータ１９を△θずらしていること、さらにロータ磁石４、５の位相が４５度ずれて配置されており、そのずれに対して一方のステータ１９のずれを規定しているという点でスキューとは異なるものである。
【００４８】
（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設けることで、ロータ回転時のトルクの変動を改善した。実施例２では、ステータの配置に位相差を設ける代わりに、２つのマグネット４、５の位相差を変更することで、トルクの変動を改善するものである。
【００４９】
図１５（１）、（２）は実施例２を説明するための図であり、ロータの回転位置がそれぞれ２２．５度、６７．５度のときのステータとマグネットの位置関係を示す。なお、この図は実施例１における図１２、図１３に対応するものである。図１５中、（ｂ１）は図２のＡ−Ａ線での断面図、（ｆ１）は図２のＢ−Ｂ線での断面図である。図中、符号は実施例１におけるそれと同じである。この実施例２では、マグネット５はマグネット４に対して、周方向に４５度＋Δθだけ反時計回りに位相をずらして（反時計回りの方向を正として、４５度＋Δθだけ位相を進めて）配置する。
【００５０】
図１５（１）のロータ回転位置において、第１のステータ１８の外側磁極１８ａ、１８ｂおよび第２のステータ１９の外側磁極１９ａ、１９ｂはＮ極であり、第１のステータ１８の内側磁極１８ｃ、１８ｄおよび第２のステータ１９の内側磁極１９ｃ、１９ｄはＳ極である。図１５（１）を図１２（１）と比較すると、第１のステータ側に位置するマグネット４に働くトルクは同じであるが、第２のステータ側に位置するマグネット５に働くトルクは、図１５（１）の方が着磁層５ａおよび５ｃとの磁極の中心軸とのなす角度が小さいことから（２２．５度に対して２２．５度−θ）、小さいことがわかる。その結果、ロータ回転位置において、マグネットの位相ずれを４５度＋Δθにした方がロータに働くトルクは小さい。
【００５１】
次に、図１５（２）のロータ回転位置において、第１のステータ１８の外側磁極１８ａ、１８ｂおよび第２のステータ１９の内側磁極１９ｃ、１９ｄはＮ極であり、第１のステータ１８の内側磁極１８ｃ、１８ｄおよび第２のステータ１９の外側磁極１９ａ、１９ｂはＳ極である。図１５（２）を図１２（２）と比較すると、第１のステータ側に位置するマグネット４に働くトルクは同じであるが、第２のステータ側に位置するマグネット５に働くトルクは、図１５（２）の方が着磁層５ａおよび５ｃと磁極の中心軸とのなす角度が大きいことから（２２．５度に対して２２．５度＋Δθ）、大きいことがわかる。その結果、ロータ回転位置においてはマグネットの位相ずれを４５度＋Δθにした方がロータに働くトルクは大きい。
【００５２】
以上の理由により、マグネットの位相ずれを４５度から４５度＋△θに変更することにより、図６に示したコイルが発生するトルクはロータ回転位置が０〜４５度の間では小さくなり、４５度〜９０度の間では大きくなる。その結果、コイルが発生するトルクは、ロータの回転位置が０〜４５度のときと、４５〜９０度のときとで、ほぼ同じ変化を見せるようになり、その振幅は図６のものに比べて小さくなる。
【００５３】
以上に説明した理由により、この実施例２の発明を用いることで、ロータの回転がスムースになる。
【００５４】
なお、一般に、ここで説明した２つのマグネット４、５は１つの円柱状の高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△θの位相をずらしたものを作成することは容易である。したがって、実施例２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△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利点がある。
【００５５】
なお、ここで、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、実施例１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２〜１０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。
【００５６】
（実施例３）
実施例１、実施例２では、マグネット４に対してマグネット５が４５度（＝１８０／ｎ、ｎ＝４）だけ位相が進んでおり、第１のステータに対して第２のステータが同位相となるモータの例について説明したが、本構成のモータ（図１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、一般にマグネット４に対するマグネット５の位相の進み角をθ１とし、第１のステータに対する第２のステータの位相の遅れ角を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。即ち、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。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あるが、特に、８／ｎ〜４０／ｎ度の範囲にあるとき（即ち、θ１＋θ２は１８８／ｎ〜２２０／ｎ度の範囲）、特に効果があることが見いだされている。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、２つのマグネットの位相のずれと、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、しかもスムースに回転するモータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例１のステップモータの分解斜視図である。
【図２】図２は、図１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３】図３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４】図４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５】図５は、図１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１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１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ロータの回転動作説明図である。
【図９】図９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１０】図１０は、図１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１１】図１１は、図１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ロータの回転動作説明図である。
【図１４】図１４は、図１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１５】図１５は、本発明の実施例２の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、従来例のステップモータを示す断面図である。
【図１７】図１７は、図１６に示す従来例のステップモータの磁束の説明図である。
【符号の説明】
４、５マグネット
２第１のコイル
３第２のコイル
７出力軸
１８第１のステータ
１８ａ、１８ｂ外側磁極
１８ｃ、１８ｄ内側磁極
１８ｅ穴
１９第２のステータ
１９ａ、１９ｂ外側磁極
１９ｃ、１９ｄ内側磁極
１９ｅ穴
２０接続部材としての連結リング

Claims

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遅れ角をθ２としたとき、θ１＋θ２が１８８／ｎ度以上、２２０／ｎ度以下と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。
請求項１記載のモータにおいて、前記θ１を１８０／ｎ度とし、θ２を８／ｎ度以上４０／ｎ度以下の範囲に設定することを特徴とするモータ。