(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向で分割して多極に着磁した永久磁石によるロータを有し、Ａ相，Ｂ相の２つのステータについて各構成要素を前記ロータの軸方向で前後に挟み合わせに配置し、各ステータでは誘導子たる極歯を周方向で櫛歯状に並べて前記ロータの外周に囲ませるステッピングモータにおいて、
前記極歯の先端を凸形状あるいは凹形状とし、前記ロータの外周を囲んで向き合う両相の極歯の先端を互いに接触させて噛み合わせることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
前記極歯の先端は直線部位を適宜に減らした端縁に形成し、前記両相の向き合い接触において互いの接触部位が低減するような形状に設定することを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。
【請求項３】
前記極歯の先端を凸形状として、中央の突起部は所定の曲率の円弧部位とするとともに、両側の角部も所定の曲率の円弧部位とすることを特徴とする請求項１または２に記載のステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クローポール式のステッピングモータに関するもので、より具体的には、Ａ相，Ｂ相の２つのステータについて各構成要素をロータの軸方向で前後に挟み合わせに配置し、ロータの外周に位置する構成要素を減らすようにした２相構造におけるステータ側の誘導子（極歯）の形状の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータに関してよく知られる形式の一つに、クローポール式のものがある。これはロータの外周に多数の磁極を配列し、ステータ側には櫛歯状の誘導子（極歯）を有し、Ａ相，Ｂ相それぞれで極歯を噛み合う状態にしてロータと対面させる構成を採り、分解能が比較的に良好であり製造コストを低減できるメリットがあって好まれている。
【０００３】
そして、クローポール式のステッピングモータでは、特許文献１などに見られるように、小径化のため、Ａ相，Ｂ相の２つのステータについて各構成要素をロータの軸方向で前後に挟み合わせに配置し、ロータの外周に位置する構成要素を減らすようにした２相構造のステッピングモータが知られている。この特許文献１のステッピングモータは、いわゆる縦積みモータと呼ばれており、ロータに対しては一方の軸側に同心にＡ相コイルを配置するとともに、他方の軸側に同心にＢ相コイルを配置し、各相のコイルには内ヨーク板および外ヨーク板を挟み合わせとし、それらヨーク板からロータ側へ向かって延びる櫛歯状の極歯が周方向で挟み合いに並んでロータ外周と対面する構成を採っている。
【特許文献１】特開昭６３−１１０９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、係る従来のステッピングモータでは以下に示すような問題がある。特許文献１などに開示されたステッピングモータは、ロータの外周に位置する構成要素が少ないため小径化には適した構造ではあるが、ステータ側のコイル等の構成要素は軸方向に連なることから、逆に軸方向の全長が長くなる問題がある。
【０００５】
また、極歯がロータ軸の両側から中央に向かって延びるので、Ａ相，Ｂ相の両相を分離するため中央にリング部材を配置する必要がある。このことも軸方向の全長を長くする要因となるとともに、部品点数が多くなり組み立てに手間がかかる。
【０００６】
２相モータではＡ相，Ｂ相の間に電気角で所定の移相値を設定する必要があるため、Ａ相，Ｂ相の極歯は所定に位置ズレさせた配置を採るが、これには位置合わせのための切り欠きや突起を設けたり、あるいは位置合わせのためのジグ部材を設けて組み立て時に位置決め調整を行っている。したがって、従来の構成では組み立てに手間がかかり、位置合わせ精度が低くなり、設計性能が得られなくなる。
【０００７】
この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、小径化に好ましい縦積みモータの構成を採り、軸方向の全長を低減でき、部品点数を低減できて組み立てを手間なく高精度に行うことができ、トルク特性についても高トルクを良好に得ることができるステッピングモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するために、本発明に係るステッピングモータは、周方向で分割して多極に着磁した永久磁石によるロータを有し、Ａ相，Ｂ相の２つのステータについて各構成要素を前記ロータの軸方向で前後に挟み合わせに配置し、各ステータでは誘導子たる極歯を周方向で櫛歯状に並べて前記ロータの外周に囲ませるステッピングモータにおいて、前記極歯の先端を凸形状あるいは凹形状とし、前記ロータの外周を囲んで向き合う両相の極歯の先端を互いに接触させて噛み合わせる構成にした。
【０００９】
また、前記極歯の先端は直線部位を適宜に減らした端縁に形成し、前記両相の向き合い接触において互いの接触部位が低減するような形状に設定するとよい。そして例えば前記極歯の先端を凸形状として、中央の突起部は所定の曲率の円弧部位とするとともに、両側の角部も所定の曲率の円弧部位とする設定にすることができる。
【００１０】
係る構成にすることにより本発明では、Ａ相，Ｂ相の両相は極歯を向き合わせとし、その先端を接触させて噛み合わせるので、中央には従来構成のようなリング部材は必要ない。そして、極歯の先端を噛み合わせるので互いの位置が決まり、Ａ相，Ｂ相の両相について位置決めが完了する。
【００１１】
極歯の先端を噛み合わせることでＡ相，Ｂ相の両相の位置関係が決まるので、極歯の形状を適宜に設定することにより、両相の位置関係を調整できる。そしてこれはＡ相，Ｂ相の両相における移相関係が極歯の形状設定により決定するので、従来構成のような位置決め部材の公差の影響がなく、組み立てを高精度に行える。
【００１２】
極歯の先端は、凸形状あるいは凹形状の何れでもよく、向き合う両相を噛み合わせることができればよい。この噛み合わせでは接触する部位が少なく小面積であることが好ましい。これは、接触部位の面積が小さいと、当該接触部位の近辺は磁気的に飽和してしまい、Ａ相，Ｂ相の間では磁束が流れにくい状態になる。そして、極歯の先端は根元に比べて磁束が集中していないので、トルクの低減はさほどではない。したがって、極歯の先端を接触させた際でもＡ相，Ｂ相の間での漏れ磁束は小値になり、トルクを低減する作用を抑制することができ、両相の極歯が接近するので最大トルクを大きく得ることができ、より好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るステッピングモータでは、Ａ相，Ｂ相の両相は極歯を向き合わせとし、その先端を接触させて噛み合わせるので互いの位置が決まり、Ａ相，Ｂ相の両相について位置決めが完了する。この場合、両相を分離させるための部材や位置決めのための部材が不要であり、部品点数を減らすことができ、組み立てを手間なく高精度に行うことができる。そして、当該モータの軸方向の全長を低減でき、小型化が行える。極歯の先端を接触させた際でもＡ相，Ｂ相の間での漏れ磁束は小値になり、両相の極歯が接近するのでトルク特性についても高トルクを良好に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１，図２は、本発明の好適な一実施の形態を示している。本実施の形態においてステッピングモータは、永久磁石によるロータ１を有し、Ａ相，Ｂ相の２つのステータＳ１，Ｓ２について各構成要素をロータ１の軸方向で前後に挟み合わせに配置し、各ステータＳ１，Ｓ２では誘導子（極歯２）を周方向で櫛歯状に並べてロータ１の外周に囲ませる２相構造を採り、いわゆる縦積みモータの構成になっている。
【００１５】
Ａ相，Ｂ相の２つのステータＳ１，Ｓ２は構成が同一であり、ロータ１の軸方向で前後に挟み合わせに向き合うことになる。つまり、ロータ１に対しては一方の軸側に同心にＡ相のコイル３を配置するとともに、他方の軸側に同心にＢ相のコイル３を配置し、各相のコイル３には内ヨーク板４および外ヨーク板５を挟み合わせとする。そして、それらヨーク板４，５からロータ１側へ向かって延びる櫛歯状の極歯２が、周方向で挟み合いに並んでロータ１の外周と対面する構成になっている。
【００１６】
ロータ１は円柱形状の永久磁石の中心に回転軸１０を有し、永久磁石の表面を周方向でｎ分割してＮ極，Ｓ極と交互の極に着磁させてそれぞれを磁極６にしている。なお、磁極６は単体の磁石から形成し、これらを一体に連結することで円柱形状の永久磁石を形成するようにしてもよい。
【００１７】
ロータ１およびその前後に挟み合わせに配置する２つのステータＳ１，Ｓ２は、図示は省略するが円筒形状のハウジング内に収まる。このハウジングには、前後にブラケット板を嵌め合わに設けて軸受け部によりロータ１の回転軸１０を回転自在に支持するようになっている。
【００１８】
コイル３は筒状のボビン７に線材を巻き付けた構成であり、ボビン７の孔部を内ヨーク板４の筒部８に嵌め合わせることで組み付けする。
【００１９】
内ヨーク板４および外ヨーク板５は円形状の基板９を有し、基板９の周縁は部分的に起立させて櫛歯状の極歯２を並び列に形成している。内ヨーク板４は基板９の中央に筒部８を一体に設けてあり、筒部８の内側は回転軸１０が回転自在に嵌め合い、筒部８の外側にはコイル３を組み付けるようになっている。
【００２０】
極歯２の並び列はロータ１の磁極６の並び列と対応し、極歯２はその先端を所定の凸形状に形成している。これら極歯２は、Ａ相，Ｂ相の両者で互いに向き合い、ロータ１の外周を囲んで向き合う両相の極歯２の先端を互いに接触させて噛み合わせる構成にしている。この噛み合い関係では、Ａ相，Ｂ相が回転方向について所定量だけ位置ズレし、この位置ズレは噛み合い関係つまり噛み合い先端の形状に応じて変化する。２相モータではＡ相とＢ相との間に電気角で所定の移相値を設定する必要があるので、噛み合い先端の形状を適宜に調整し、上記した所定の移相値が得られる位置ズレに設定している。
【００２１】
ここで、極歯２の先端は凸形状あるいは凹形状の何れでもよく、両相の向き合い先端を噛み合わせることができ、その噛み合いによって互いの位置が定まるような形状であればよい。そして好ましくは、接触に係る縁部は直線部位を適宜に減らした端縁に形成し、両相の向き合い接触において互いの接触部位が低減するような形状に形成する。本実施の形態では先端の形状を図３に示すような凸形状とし、中央の突起部は所定の曲率ｒ１の円弧部位とするとともに、両側の角部も所定の曲率ｒ２の円弧部位とする設定にしている。
【００２２】
なお、極歯２の先端形状は、本形態のような凸形状に限定されるものではない。その先端形状は、例えば図４（ａ）から（ｄ）に示すように適宜に変更することができる。極歯２の先端形状は、図４（ａ）に示すように鋭角に尖った形状に形成したり、図４（ｂ）に示すように鈍角に尖った形状に形成することもよい。あるいは図４（ｃ）に示すように、多角形状に尖った形状に形成したり、図４（ｄ）に示すように、先端縁部の全てが曲線となる略半円形状に形成することもよい。
【００２３】
このように、Ａ相，Ｂ相の両相は極歯２を向き合わせとし、その先端を接触させて噛み合わせるので、中央には従来構成のようなリング部材は必要ない。そして、極歯２の先端を噛み合わせるので互いの位置が決まり、Ａ相，Ｂ相の両相について位置決めが完了する。したがって、両相を分離させるための部材や位置決めのための部材が不要であり、部品点数を減らすことができ、組み立てを手間なく高精度に行うことができる。そして、当該モータの軸方向の全長を低減でき、小型化が行える。
【００２４】
この場合、極歯２の先端を噛み合わせることでＡ相，Ｂ相の両相の位置関係が決まるので、極歯２の形状を適宜に設定することにより、両相の位置関係を調整できる。そしてこれはＡ相，Ｂ相の両相における移相関係が極歯２の形状設定により決定するので、従来構成のような位置決め部材の公差の影響がなく、組み立てを高精度に行える。
【００２５】
また、極歯２の先端は、向き合う両相を噛み合わせることができればよいので、その形状は適宜に設定でき、この噛み合わせでは接触する部位が少なく小面積であることが好ましい。これは、接触部位の面積が小さいと、当該接触部位の近辺は磁気的に飽和してしまい、Ａ相，Ｂ相の間では磁束が流れにくい状態になる。そして、極歯２の先端は根元に比べて磁束が集中していないので、トルクの低減はさほどではない。したがって、極歯２の先端を接触させた際でもＡ相，Ｂ相の間での漏れ磁束は小値になり、トルクを低減する作用を抑制することができ、両相の極歯２が接近するのでトルク特性についても高トルクを良好に得ることができる。
【００２６】
さらに、Ａ相，Ｂ相は構造的に対称であるため、両相の極歯２が接触することでの磁気回路は略同一となる。したがって、両相の極歯２を接触させて噛み合わせる構成であってもロータ１の磁極６のピッチと同一周期でのコギングトルクが発生しない。
【実施例】
【００２７】
本発明の効果を実証するため、極歯先端の形状を図３に示すような凸形状とした設定例および矩形状の極歯先端を非接触とする従来構成による比較例について解析演算を行い、トルク特性を検証した。
【００２８】
本発明に係る極歯の設定例としては、図３に示す凸形状において中央の突起部の曲率ｒ１および両側の角部の曲率ｒ２とを適宜に変更してあり、表１に示すモデル番号４から１０を用意した。比較例としては、極歯の先端形状は矩形状とするとともに、Ａ相，Ｂ相の向き合いは非接触として所定の隙間を設定してあり、表１に示すモデル番号１から３を用意した。
【表１】
0004675773.tif 000002
【００２９】
これらのモデルについて解析演算を行ったところ、表１に示すように、最大静止トルクは本発明に係る設定例においても従来と同等の値が得られることを確認した。モデル番号４から７では、極歯の先端は互いの接触縁部が低減する設定になり、接触部位を小面積にした場合は最大静止トルクをより高く得られることを確認した。表１に示す最大静止トルクは、モデル番号１におけるトルク値を基準値１００％とし、他のモデルは相対値を示している。
【００３０】
また、図５は１相励磁におけるトルク特性を示すグラフ図である。同図にはモデル番号７およびモデル番号１でのトルク特性を示してあり、同図から明らかなように、従来と同等のトルク特性が得られることを確認した。
【００３１】
すなわち、Ａ相，Ｂ相の向き合いにおいて、極歯の先端を互いに接触させる構成を採ってもトルク特性を良好に得ることができ、その結果、当該モータの軸方向の全長を低減でき、より小型化が行える。また、軸方向の全長を従来構成と同等に設定してよければ、極歯の面積を大きくすることができ、より大きなトルクが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るステッピングモータの好適な一実施の形態を分解して示す側面図である。
【図２】図１に示すステッピングモータの側面図である。
【図３】極歯（誘導子）の先端部位を拡大して示す展開図である。
【図４】極歯（誘導子）の他例における先端形状を拡大して示す展開図であり、（Ａ）は鋭角形状、（Ｂ）は鈍角形状、（Ｃ）は多角形状、（Ｄ）は略半円形状とした例である。
【図５】１相励磁におけるトルク特性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ロータ
２  極歯（誘導子）
３  コイル
４  内ヨーク板
５  外ヨーク板
６  磁極
７  ボビン
８  筒部
９  基板
１０    回転軸
Ｓ１，Ｓ２    ステータ
【図１】
0004675773.tif 000003
【図２】
0004675773.tif 000004
【図３】
0004675773.tif 000005
【図４】
0004675773.tif 000006
【図５】
0004675773.tif 000007