(57)【要約】【課題】大型化することなく高トルクのステッピングモータ及びその製造方法を提供する。【解決手段】ステッピングモータ１は、ステータシャフト１１に取り付けられるＡ相、Ｂ相、Ｃ相ステータ１４Ａ〜１４Ｃと、各ステータ間に設けられるステータ部磁気遮蔽板１７と、各ステータにおいて、それぞれ第１及び第２部材の間に円周方向に巻回されたＡ相、Ｂ相、Ｃ相コイル１３Ａ〜１３Ｃと、各ステータに対向して配設されるロータヨーク１５及びロータヨーク１５を挟んで設けられるロータ部磁気遮蔽板１９を有し、ステータ２０を中心にその外周を回転するロータ１０と、複数のステータティースに対応してロータヨーク１５に設けられる複数のロータ磁石１６と、ロータ１０を収納するハウジング１８とを有し、ロータ磁石１６は、ロータヨーク１５からロータ部磁気遮蔽板１９の少なくとも一部に突出して設けられる。【選択図】図１
2008178246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータシャフトと、
複数のステータティースを有する第１及び第２部材を有し、前記ステータシャフトに取り付けられるＡ相及びＢ相ステータと、
前記Ａ相ステータと前記Ｂ相ステータとの間に設けられる第１のステータ部磁気遮蔽板と、
前記Ａ相ステータ及びＢ相ステータにおいて、それぞれ前記第１及び第２部材の間に円周方向に巻回されたＡ相コイル及びＢ相コイルと、
前記Ａ相及びＢ相ステータに対向して配設されるロータヨーク及び前記ロータヨークを挟んで設けられるロータ部磁気遮蔽板を有し、前記ステータを中心にその外周を回転するロータと、
前記複数のステータティースに対応して前記ロータヨークに設けられる極性を統一した複数のロータ磁石と、
前記ロータを収納するハウジングとを有し、
前記ロータ磁石は、前記ロータヨークから前記ロータ部磁気遮蔽板の少なくとも一部に突出して設けられる、ステッピングモータ。
【請求項２】
前記ロータ磁石は、前記ロータ部磁気遮蔽板を貫通して設けられる
ことを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ。
【請求項３】
前記ロータ磁石は、前記Ａ相ステータ及びＢ相ステータに対してそれぞれ個別に設けられる
ことを特徴とする請求項１又は２記載のステッピングモータ。
【請求項４】
複数のステータティースを有する第１及び第２部材からなり、前記ステータシャフトに取り付けられるＣ相ステータと、
前記Ｂ相ステータと前記Ｃ相ステータとの間に設けられる第２のステータ部磁気遮蔽板とを更に備える
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のステッピングモータ。
【請求項５】
複数のステータティースを有する第１及び第２部材からなり、前記ステータシャフトに取り付けられる複数のステータと、
前記各ステータ間に設けられる第２のステータ部磁気遮蔽板とを更に備える
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のステッピングモータ。
【請求項６】
前記第１部材及び第２部材の前記スタータティースは、互いに１／２ピッチずれて配置される
ことを特徴とする請求項４項記載のステッピングモータ。
【請求項７】
前記Ａ相ステータの前記第１部材と前記Ｂ相ステータの前記第１部材とは１／３ピッチずれて配置されている
ことを特徴とする請求項６項記載のステッピングモータ。
【請求項８】
Ｎ（Ｎ≧２）相ステータは、各ステータの前記第１部材が（１／２）（Ｎ−１）／Ｎピッチずれて配置されている
ことを特徴とする請求項５記載のステッピングモータ。
【請求項９】
Ａ相コイルを巻きまわしたＡ相ステータをステータシャフトに取り付け、
磁気遮蔽板を挟んでＢ相コイルを巻きまわしたＢ相ステータを前記ステータシャフトに取り付け、
前記Ａ相及びＢ相ステータに対向して配設されるロータヨーク及び前記ロータヨークを挟んで設けられるロータ部磁気遮蔽板を有し、前記ステータを中心にその外周を回転するロータに、組み立てたステータを挿入し、
前記ロータヨークから前記ロータ部磁気遮蔽板を貫通して設けられるロータ磁石を取り付ける、ステッピングモータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータの外側にロータを備えたアウタロータ型に好適なステッピングモータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２０は、ステッピングモータを示す模式図である。ステッピングモータは、固定された電磁石１０１（ステータ１０２）と回転軸に取付けられた磁石（ロータ１０４）で構成される。電磁石１０１に巻きつけられたコイル１０３に電流を流して、磁化し磁力を発生させ、ロータ１０４を引きつけることで回転する。モータによってステータの相数が異なりＡ→Ｂ→・・・の順に励磁するとモータは正回転し、Ｂ→Ａ→・・・の順に励磁すると逆回転を行う。図２０の例では、Ａ相、Ｂ相の２相の場合を示している。電磁石１０１が電流によりＮ極に磁化されるとロータ１０４のＳ極がひき付けられる。次のタイミングで隣の電磁石１０１をＮ極に磁化すればロータ１０４が回転してロータ１０４のＳ極がひき付けられるということを繰り返してロータ１０４が回転する。
【０００３】
このようなステッピングモータには、ＶＲ型（Variable Reluctance Type （歯車状鉄心形）、ＰＭ型（Permanent Magnet Type （永久磁石形）、ＨＢ型（Hybrid Type （複合形））がある。ＶＲ型はリラクタンストルクを利用するもので永久磁石を使用せず、回転子として、歯車状の鉄心を使用する。ステップ角度を小さくできるが、トルクがやや低い。また、ＰＭ型はロータが永久磁石で構成されており、吸引・反発力を利用するものである。安価であるが、着磁間隔を細かくすることに限界があるので、ステップ角度は小さくできない。ＨＢ型はＰＭ型とＶＲ型の複合形で吸引力を使用して回転する。ＰＭ型の場合は円周方向に着磁するが、ＨＢ型では軸方向に着磁した磁石を使用し、磁極側を２枚の歯車状鉄心で挟み込む。このときＮ極側とＳ極側の歯の凸凹が逆になるよう構成される。
【０００４】
例えば、特許文献１には、反発力を有効に利用して大きな回転トルクを得ることができるステッピングモータが開示されている。このステッピングモータは、ハウジング内周上に固定されたステータの内周面に、コイルが周方向に巻回されているとともに、それらの各両側には径方向に突出した４つの凸部が周方向に沿って等間隔にそれぞれ設けられている。ハウジングに回転可能に支持された第１〜第３回転軸の外周上には第１〜第４ロータが固定され、各ロータに周方向に沿って固定された磁石は各凸部にそれぞれ対向している。ハウジング、ころがり軸受、又は第２及び第３回転軸を非磁性材料により構成して、ステータの凸部と反発位置にあるロータにも磁束が十分に通るようにしている。
【０００５】
図２１は、他のステッピングモータを示す図である。図２１に示すステッピングモータ１１０は、ハウジング１１８内に磁気遮蔽板１１７を挟んでＡ、Ｂ、Ｃ相のステータ１１４Ａ〜１１４Ｃを有している。各ステータ１１４Ａ〜１１４Ｃは、Ａ相第1ステータ１１４Ａ１及びＡ相第２ステータ１１４Ａ２、Ｂ相第１ステータ１１４Ｂ１及びＢ相第２ステータ１１４Ｂ２、Ｃ相第１ステータ１１４Ｃ１及びＣ相第２ステータ１１４Ｃ２からなり、それぞれ相内で電気角が１８０ｄｅｇ（１／２ピッチ）ずれている。Ａ相、Ｂ相、Ｃ相は、それぞれ相間で１２０ｄｅｇ（１／３ピッチ）ずれている。本例では８極のステータを示すが、例えば３２極であってもよい。
【０００６】
Ａ相ステータ１１４Ａ、Ｂ相ステータ１１４Ｂ、Ｃ相ステータ１１４Ｃのそれぞれの間にはステータコア１１２に円周上に巻かれたＡ相コイル１１３Ａ、Ｂ相コイル１１３Ｂ、Ｃ相コイル１１３Ｃを有している。また、各ステータに対向する位置にそれぞれロータ磁石１１６が設けられている。
【０００７】
このように構成されたステッピングモータ１１０は、コイルエンド部などの無駄な空間がなく、吸引力のみでなく反発力も利用して回転させることができ、かつ全磁極を同時に励磁することができるため、ステッピングモータの中では最高のトルクを発生させることができるタイプである。
【特許文献１】特開２０００−１８４６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のステッピングモータにおいては、吸引力及び反発力を用い、ロータをステータに対して回転させるステッピングモータは、ロータの磁石端部においてステータティース（ステータ歯）に磁束が入らなくなり磁束漏れが生じる場合があり、よってモータ出力トルクが理論上の値より下回るという問題点がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、吸引力、反発力の両者を利用して回転トルクを得るステッピングモータにおいて、磁石形状をロータヨークから突出させることによって、磁石端部において発生している漏れ磁束を減少させ、高トルクを発生することができるステッピングモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明にかかるステータシャフトと、複数のステータティースを有する第１及び第２部材を有し、前記ステータシャフトに取り付けられるＡ相及びＢ相ステータと、前記Ａ相ステータと前記Ｂ相ステータとの間に設けられる第１のステータ部磁気遮蔽板と、前記Ａ相ステータ及びＢ相ステータにおいて、それぞれ前記第１及び第２部材の間に円周方向に巻回されたＡ相コイル及びＢ相コイルと、前記Ａ相及びＢ相ステータに対向して配設されるロータヨーク及び前記ロータヨークを挟んで設けられるロータ部磁気遮蔽板を有し、前記ステータを中心にその外周を回転するロータと、前記複数のステータティースに対応して前記ロータヨークに設けられる極性を統一した複数のロータ磁石と、前記ロータを収納するハウジングとを有し、前記ロータ磁石は、前記ロータヨークから前記ロータ部磁気遮蔽板の少なくとも一部に突出して設けられるものである。
【００１１】
本発明においては、ロータ磁石は、ロータヨークからロータ部磁気遮蔽板の少なくとも一部に突出して設けられることで、磁石端部において発生している磁束を有効にステータティースに入れることができる。よって、磁石端部の磁束漏れを低減することができる。
【００１２】
また、前記ロータ磁石は、前記ロータ部磁気遮蔽板を貫通して設けられることが好ましい。これにより、部品点数が減ると共に組み立てが容易となり、さらにロータヨークからの飛び出し部分も十分な大きさとなるため漏れ磁束低減の効果が大きい。
【００１３】
さらに、前記ロータ磁石は、前記Ａ相ステータ及びＢ相ステータに対してそれぞれ個別に設けられるものとしてもよい。
【００１４】
さらにまた、複数のステータティースを有する第１及び第２部材からなり、前記ステータシャフトに取り付けられるＣ相ステータと、前記Ｂ相ステータと前記Ｃ相ステータとの間に設けられる第２のステータ部磁気遮蔽板とを更に備えることができる。これにより、３相構造のステッピングモータとすることができる。
【００１５】
この場合、複数のステータティースを有する第１及び第２部材からなり、前記ステータシャフトに取り付けられる複数のステータと、前記各ステータ間に設けられる第２のステータ部磁気遮蔽板とを更に備えるものとしてもよい。すなわち、３相以上の多相ステータであってもよい。
【００１６】
また、前記第１部材及び第２部材の前記スタータティースは、互いに１／２ピッチずれて配置されるものとすることができる。さらに、３相の場合は、前記Ａ相ステータの前記第１部材と前記Ｂ相ステータの前記第１部材とは１／３ピッチずれて配置されているものとすることができる。
【００１７】
ここで、Ｎ（Ｎ≧２）相ステータは、各ステータの第１部材が（１／２）（Ｎ−１）／Ｎピッチずれて配置されているものとすることができる。すなわち、Ｎ相の場合は１８０×（Ｎ−１）／Ｎｄｅｇずれて配置することができる。
【００１８】
本発明にかかるステッピングモータの製造方法は、Ａ相コイルを巻きまわしたＡ相ステータをステータシャフトに取り付け、磁気遮蔽板を挟んでＢ相コイルを巻きまわしたＢ相ステータを前記ステータシャフトに取り付け、前記Ａ相及びＢ相ステータに対向して配設されるロータヨーク及び前記ロータヨークを挟んで設けられるロータ部磁気遮蔽板を有し、前記ステータを中心にその外周を回転するロータに、組み立てたステータを挿入し、前記ロータヨークから前記ロータ部磁気遮蔽板を貫通して設けられるロータ磁石を取り付けるものである。
【００１９】
本発明においては、ロータにステータアッシーを挿入してから最後にロータ磁石を取り付けることができるので、組み立て中に磁力が働くことなく組み立てが行いやすい。また、ロータ部磁気遮蔽板を貫通して設けられるものであるため、部品点数も少なくてすむ。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、大型化することなく高トルクのステッピングモータ及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態は、本発明を、軽車両又はロボット装置等に好適に利用されるステッピングモータに適用したものである。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態にかかるステッピングモータのロータを示す図、図２は、ステータを示す図、図３は、ステッピングモータの断面図、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【００２３】
本発明の実施の形態にかかるステッピングモータ１は、ロータ１０と、ロータの内側に設けられる、鉄などの磁性材料からなるステータ２０とを有する。このステッピングモータ１は、ステータ２０が内側、ロータ１０が外側に配設され、ステータ２０を中心としてその周りをロータ１０が回転するアウタロータ構成を有する。
【００２４】
ステータ２０は、非磁性材料からなるステータシャフト１１と、ステータシャフト１１に取り付けられたＡ相ステータ１４Ａ、Ｂ相ステータ１４Ｂ、及びＣ相ステータ１４Ｃとを有する。各ステータ１４Ａ〜１４Ｃは、８つのステータティースを有する第１及び第２部材を有する。第１部材と第２部材はステータコア１２により接続されている。本実施の形態においては、各ステータの第１部材及び第２部材をそれぞれＡ相第１ステータ１４Ａ１、及びＡ相第２ステータ１４Ａ２、Ｂ相第１ステータ１４Ｂ１、及びＢ相第２ステータ１４Ｂ２、Ｃ相第１ステータ１４Ｃ１、及びＣ第２相ステータ１４Ｃ２とする。さらに、各ステータには、第１及び第２部材の間に円周方向に巻回されたＡ相コイル１３Ａ、Ｂ相コイル１３Ｂ、Ｃ相コイル１３Ｃを有する。また、Ａ相ステータ１４ＡとＢ相ステータ１４Ｂとの間、Ｂ相ステータ１４ＢとＣ相ステータ１４Ｃとの間にステータ部磁気遮蔽板１７を有する。
【００２５】
各ステータ１４Ａ〜１４Ｃは、図５に示すように、それぞれ相内でステータティース３１、ステータスロット３２の電気角が１８０ｄｅｇ（１／２ピッチ）ずれている。Ａ相、Ｂ相、Ｃ相は、それぞれ相間でステータティース３１、ステータスロット３２が１２０ｄｅｇ（１／３ピッチ）ずれている。本例では８極のステータを示すが、例えば３２極であってもよい。なお、本実施の形態においては、３相ステータであるので、１／３ピッチずれて配置されているが、Ｎ（Ｎ≧２）相ステータの場合は、１８０×（Ｎ−１）／Ｎｄｅｇ、（１／２）（Ｎ−１）／Ｎピッチずれて配置すればよい。すなわち、２相の場合は、９０ｄｅｇ、１／２ピッチ、３相の場合は１２０ｄｅｇ、１／３ピッチ、４層の場合は１３５ｄｅｇ、３／８ピッチ、５相の場合は１４４ｄｅｇ、２／５ピッチ等である。
【００２６】
ロータ１０は、Ａ相ステータ１４Ａ、Ｂ相ステータ１４Ｂ、Ｃ相ステータ１４Ｃに対向して配設されるロータヨーク１５及びロータヨーク１５を挟んで設けられるアルミニウム等からなるロータ部磁気遮蔽板１９を有し、ステータ２０を中心にその外周を回転する。本実施の形態においては、ステータは３相であるのでロータヨーク１５が３つ、そのロータヨーク１５を挟んで４つのロータ部磁気遮蔽板１９が設けられている。
【００２７】
また、ロータ１０には、上述の各ステータにおける８つのステータティースに対応して８つのロータ磁石１６が設けられている。後述するように、本実施の形態にかかるロータ磁石１６は、ステータ２０の端面からロータ磁石の両端がロータ部磁気遮蔽板１９内部に突出するよう設けられる。特に本実施の形態においては、ロータ磁石1６が磁気遮蔽板１９を貫通して設けられており、このことにより、ステータ２０のステータティースへの磁束漏れを極力低減し、高トルクを実現する。
【００２８】
さらに、ロータ１０を収納するハウジング１８を有し、ベアリング２０Ａ、２０Ｂを介してステータシャフト１１が回転可能に取り付けられている。
【００２９】
次に、本実施の形態にかかるステッピングモータのロータ磁石１６について説明する。図６及び図７は、それぞれ従来及び本実施の形態にかかるステッピングモータのロータ磁石部分を拡大して示す図である。図６に示すように、従来のステッピングモータは、ロータ磁石１１６が各相単位で各ステータ１１４Ａ〜１１４Ｃの端面に揃って配置されている。しかしこの構成であるとロータ磁石１１６の端部の磁束漏れのため、トルク発生に寄与する磁束が減少する。これに対し、図７に示すように、本実施の形態においては、３相共通の１本の細長いロータ磁石１６とし、ロータ磁石１６端部がステータ１４Ａ１、１４Ａ２より長く飛び出す設計とすることで、漏れ磁束により磁束量の減少、すなわちトルク低下を抑えることができる。
【００３０】
ここで、本実施の形態においては、全相共通の１本の構成とするが、各相個別に設けてもよい。この場合、各相において、ステータの両端部又は少なくとも片端部からロータ磁石が突出する構成とする。
【００３１】
従来はステータ端面とロータ磁石端面とが一致する構成であったため、磁束がステータティース（ステータ歯）に入らず有効に使用できないためモータ出力が計算より低下していた。この欠点は特に埋め込み型構造を用いる場合に顕著になる。これに対し、本実施の形態においては、ステータを超えて両端に延びる単一のロータ磁石を使用することで各相に対して共通に磁束を与えることができるため、漏れ磁束を減少してトルクを向上させることができる。
【００３２】
また、このような構成とすることで、ステッピングモータの製造が容易になる。図８は、本実施の形態にかかるステッピングモータの組み立て工程を示すフローチャートである。図８に示すように、先ずハウジングにロータヨーク及びロータ部遮蔽板からなるロータを挿入する（ステップＳ１）。従来は、各ロータヨークにロータ磁石を挿入していたが、本実施の形態においては、ロータ磁石はロータを貫通して設けるため最後に挿入することができる。したがってこの段階ではロータ磁石は取り付けない。次に、ステータを組み立てる。先ず、ステータシャフト１１にＡ相コイルを巻いたＡ相ステータ１４Ａを取り付ける（ステップＳ２）。
【００３３】
次に、磁気遮蔽板を挿入し（ステップＳ３）、同じくＢ相コイルを巻いたＢ相ステータ１４Ｂをステータシャフト１１に取り付け、磁気遮蔽板を挿入する。さらに、Ｃ相コイルを巻いたＣ相ステータ１４Ｃをステータシャフト１１に取り付ける（ステップＳ４〜Ｓ６）。そして、こうして組み立てられたステータアッシーをロータに挿入し（ステップＳ７）、最後にロータ磁石を挿入する（ステップＳ８）。本実施の形態においては、ロータ磁石は３相共通の１本の構成としているので、部品点数も減って８本のロータ磁石を挿入して組み立てが完了する。従来は、ロータ磁石と共に組み立てるため磁力により組み立てしづらかったのに対し、最後にロータ磁石を組み立てすることができるため磁力が働くことがなく組み立て容易となる。
【００３４】
次に、ステッピングモータ１の動作について説明する。図９（ａ）はステッピングモータ１の各相に流す電流波形を示す図、図９（ｂ）は各相のステータティース３１、ステータスロット３２と、ロータ磁石及びロータヨークのＳ極、Ｎ極の位置関係を示す図である。図９（ａ）に示すように、ｔ１からｔ６のタイミングで１サイクルの動作が完了する。Ａ相には、タイミングｔ２とｔ３の間からタイミングｔ５とｔ６の間まではＨｉｇｈになるようなパルス信号が与えられる。またＢ相にはタイミングｔ３とｔ４の間からタイミングｔ６とｔ７の間までがＬｏｗとなるパルス信号が入力される。Ｃ相にはタイミングｔ１とｔ２の間からタイミングｔ４とｔ５の間までがＬｏｗとなるパルス信号が入力される。
【００３５】
図９（ｂ）において、４１はロータヨークを示し、４２はロータ磁石を示している。ロータ磁石４２は、内周側がＮ極になるよう磁化されており、ロータヨーク４１はＳ極となっている。このＳ極のロータヨーク４１及びＮ極のロータ磁石４２がステータティース３１及びステータスロット３２を有するステータの周りを回転する。例えばＡ相コイルに紙面下向きに電流を流した場合、Ａ相第１ステータ１４Ａ１はＳ極、Ａ相第２ステータ１４Ａ２はＮ極に磁化される。この場合、Ｎ極に磁化されたＡ相第２ステータ１４Ａ２のステータティース３１上にロータヨーク４１が位置するとロータ磁石４２と磁極が完全に向き合い安定点に入る。このとき、Ｂ相ステータ、Ｃ相ステータにおいて、ロータを紙面下側に動かすようにトルクが働く。その状態から励磁電流を逆向きに流すとＡ相第１ステータ１４Ａ１とＡ相第２ステータ１４Ａ２のＮ極とＳ極が入れ替わり、Ａ相第１ステータ１４Ａ１はＮ極、Ａ相第２ステータ１４Ａ２はＳ極に磁化される。そうするとＮ極のＡ相第１ステータ１４Ａ１のステータスロット３２に反発力、ステータティース３１に吸引力が働き、Ｓ極のＡ相第２ステータ１４Ａ２のステータスロット３２に吸引力が働き、紙面下方向にロータが回転する力を発生させる。
【００３６】
次に、回転動作を具体的に説明する。図１０乃至図１６は、各タイミングにおける、各相のステータティース３１、ステータスロット３２と、Ｓ極、Ｎ極の位置関係を示す図である。先ず、図１０に示すようにタイミングｔ１において、Ｓ極のロータヨーク４１及びＮ極のロータ磁石４２がＡ相ステータのステータスロット３２上にあるとする。このとき、Ａ相コイルには紙面下向き、Ｂ相コイル、Ｃ相コイルには紙面上向きに励磁電流が流される。すなわち、図１０（ａ）に示す電流値がＨｉｇｈのときは紙面上向きの励磁電流となり、Ｌｏｗのときは紙面下向きの励磁電流となる。全てのステータ磁極は同時に励磁することができる。
【００３７】
このとき図１０（ｂ）に示すように、Ａ相第２ステータ、Ｂ相第１ステータ、Ｃ相第１ステータには吸引力と反発力が働き、全てのステータには吸引力が働き、よってロータを紙面下向きに動かす力が発生する。
【００３８】
図１１に示すように、タイミングｔ２ではＡ相コイル及びＣ相コイルに紙面下向きの励磁電流が流され、Ｂ相コイルに紙面上向きの励磁電流が流される。するとＡ相第２ステータ、Ｂ相第１ステータ、Ｃ相第２ステータには吸引力と反発力が働き、全てのステータには吸引力が働き、よってロータを紙面下向きに動かす力が発生する。
【００３９】
図１２に示すように、タイミングｔ３ではＡ相コイル及びＢ相コイルに紙面上向きの励磁電流が流され、Ｃ相コイルに紙面上向きの励磁電流が流される。するとＡ相第１ステータ、Ｂ相第１ステータ、Ｃ相第２ステータには吸引力と反発力が働き、全てのステータには吸引力が働き、よってロータを紙面下向きに動かす力が発生する。
【００４０】
図１３に示すように、タイミングｔ４ではＡ相コイルに紙面上向きの励磁電流が流され、Ｂ相コイル及びＣ相コイルに紙面下向きの励磁電流が流される。するとＡ相第１ステータ、Ｂ相第２ステータ、Ｃ相第２ステータには吸引力と反発力が働き、全てのステータには吸引力が働き、よってロータを紙面下向きに動かす力が発生する。
【００４１】
図１４に示すように、タイミングｔ５ではＡ相コイル及びＣ相コイルに紙面上向きの励磁電流が流され、Ｂ相コイルに紙面下向きの励磁電流が流される。するとＡ相第１ステータ、Ｂ相第２ステータ、Ｃ相第１ステータには吸引力と反発力が働き、全てのステータには吸引力が働き、よってロータを紙面下向きに動かす力が発生する。
【００４２】
図１５に示すように、タイミングｔ６ではＡ相コイル及びＢ相コイルに紙面下向きの励磁電流が流され、Ｃ相コイルに紙面上向きの励磁電流が流される。するとＡ相第２ステータ、Ｂ相第２ステータ、Ｃ相第１ステータには吸引力と反発力が働き、全てのステータには吸引力が働き、よってロータを紙面下向きに動かす力が発生する。
【００４３】
そして、図１５に示すように、次のタイミングでタイミングｔ１と同じ配置になり同様にＡ相コイルに紙面下向きの励磁電流が流され、Ｂ相コイル及びＣ相コイルに紙面上向きの励磁電流が流される。するとＡ相第２ステータ、Ｂ相第１ステータ、Ｃ相第１ステータには吸引力と反発力が働き、全てのステータには吸引力が働き、よってロータを紙面下向きに動かす力が発生することとなる。
【００４４】
更に詳細に説明する。図１７は、ｔ１〜ｔ２の間のＣ相ステータ１４Ｃを示す図である。図１７（ａ）に示すように、タイミングｔ１において、Ｃ相第１ステータ１４Ｃ１では吸引力と反発力が、Ｃ相第２ステータ１４Ｃ２では吸引力が働き、結果トルクが発生する。そして図１７（ｂ）に示すように、タイミングｔ２の直前では、Ｃ相第１ステータ１４Ｃ１は反発力のみとなり、Ｃ相第２ステータ１４Ｃ２は吸引力のみとなり、結果安定する。この安定点においては、他のＡ相ステータ、Ｂ相ステータでトルクが発生している。図１７（ｃ）に示すようにタイミングｔ２においては、Ｃ相第１ステータには吸引力のみ、Ｃ相第２ステータには吸引力と反発力が働き、結果トルクが発生する。
【００４５】
次に本発明の効果について説明する。図１８及び図１９は、それぞれ図６に示す従来及び図７に示す本実施の形態にかかるステッピングモータにおける磁場解析シミュレーションによるトルク増加検証結果を示すグラフ図である。横軸は回転角、縦軸はトルクを示す。ロータ磁石の端部がステータ端面と等しい従来のステッピングモータは、最大トルクが６６．５Ｎｍ、最小トルク５７．９、平均トルク６２．０Ｎｍ、トルククリップル１３．７％であったのに対し、本実施の形態にかかるステッピングモータは、最大トルクが７２．５Ｎｍ、最小トルク６２．４、平均トルク６７．４Ｎｍ、トルククリップル１４．９％であった。
【００４６】
すなわち、本実施の形態では、ロータ磁石を遮蔽板を貫通するように設けることで、漏れ磁束を減少させ、結果、最大トルクを約１０％向上させることができた。
【００４７】
本実施の形態においては、ロータ磁石をロータヨークのみならず、遮蔽板に飛び出して設ける。好ましくは遮蔽板を貫通するようにして各相共通の１つのロータ磁石を設けることで、磁石端部で従来発生していたステータティースに対する漏れ磁束を減少させる。すなわち、ステータティースに有効に磁束を入れることで、無駄なスペースが少ない状態は維持いつつトルクが極めて高いステッピングモータを提供することができる。例えば、加減速が激しいロボット等の装置にはダイレクトドライブが好ましいが、本構成であれば高いトルクが得られるためダイレクトドライブが可能となる。また、ロータ磁石を１本にすることで部品点数が減り、組み立て容易となる。
【００４８】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、本実施の形態においては、アウタロータ型のステッピングモータとして説明したが、インナロータ型のステッピングモータに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態にかかるステッピングモータのロータを示す図、
【図２】本発明の実施の形態にかかるステッピングモータのステータを示す図、
【図３】本発明の実施の形態にかかるステッピングモータの断面図、
【図４】本発明の実施の形態にかかるステッピングモータの図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【図５】相内及び相間におけるステータティース、ステータスロットと電気角のずれを説明する図である。
【図６】従来にかかるステッピングモータのロータ磁石部分を拡大して示す図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかるステッピングモータのロータ磁石部分を拡大して示す図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかるステッピングモータの組み立て工程を示すフローチャートである。
【図９】（ａ）はステッピングモータ１の各相に流す電流波形を示す図、（ｂ）は各相のステータティース、ステータスロットと、ロータ磁石及びロータヨークの位置関係を示す図である。
【図１０】タイミングｔ１における、各相のステータティース及びステータスロットと、ロータ磁石及びロータヨークの位置関係を示す図である。
【図１１】タイミングｔ２における、各相のステータティース及びステータスロットと、ロータ磁石及びロータヨークの位置関係を示す図である。
【図１２】タイミングｔ３における、各相のステータティース及びステータスロットと、ロータ磁石及びロータヨークの位置関係を示す図である。
【図１３】タイミングｔ４における、各相のステータティース及びステータスロットと、ロータ磁石及びロータヨークの位置関係を示す図である。
【図１４】タイミングｔ５における、各相のステータティース及びステータスロットと、ロータ磁石及びロータヨークの位置関係を示す図である。
【図１５】タイミングｔ６における、各相のステータティース及びステータスロットと、ロータ磁石及びロータヨークの位置関係を示す図である。
【図１６】タイミングｔ１における、各相のステータティース及びステータスロットと、ロータ磁石及びロータヨークの位置関係を示す図である。
【図１７】タイミングｔ１〜ｔ２の間のＣ相ステータを示す図である。
【図１８】図６に示す従来のステッピングモータにおける磁場解析シミュレーションによるトルク増加検証結果を示すグラフ図である。
【図１９】図７に示す本発明の実施の形態にかかるステッピングモータにおける磁場解析シミュレーションによるトルク増加検証結果を示すグラフ図である。
【図２０】一般的なステッピングモータを示す模式図である。
【図２１】従来の他のステッピングモータを示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ステッピングモータ
１０  ロータ
１１  ステータシャフト
１２  ステータコア
１３Ａ  Ａ相コイル
１３Ｂ  Ｂ相コイル
１３Ｃ  Ｃ相コイル
１４Ａ  Ａ相ステータ
１４Ａ１  Ａ相第１ステータ
１４Ａ２  Ａ相第２ステータ
１４Ｂ  Ｂ相ステータ
１４Ｂ１  Ｂ相第１ステータ
１４Ｂ２  Ｂ相第２ステータ
１４Ｃ  Ｃ相ステータ
１４Ｃ１  Ｃ相第１ステータ
１４Ｃ２  Ｃ相第２ステータ
１５、４１  ロータヨーク
１６、４２  ロータ磁石
１７  ステータ部磁気遮蔽板
１８  ハウジング
１９  ロータ部磁気遮蔽板
２０  ステータ
２０Ａ、２０Ｂ  ベアリング
３１  ステータティース
３２  ステータスロット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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