(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円環状のヨーク部と、該円環状ヨーク部内周面から中心に向かい夫々の先端に複数の小歯が形成された１２個の固定子主極とを有する磁性体より成る固定子鉄心と、該固定子鉄心夫々に巻装された固定子コイルとを備える固定子と、
該固定子と所定のエアギャップを介して回転自在に支承され、その外周面に等ピッチでＮｒ個の極歯が形成された磁性体より成る２個の回転子を相互に上記極歯を偏位させて回転軸方向に磁化した円筒形永久磁石を挟持して上記極歯を磁極に形成したいわゆるハイブリッド形回転子又は円筒形の外周を回転軸に平行にＮ極、Ｓ極交互にＮｒ対の磁極を形成した永久磁石形回転子とを備えたインナーロータ型永久磁石式１２主極形ステッピングモータにおいて、
上記固定子を３相巻線とし、３相１２主極の構成により各相のコギングトルクを合成することにより第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分及び第５高調波成分を夫々除去し、
さらに、１２個の各固定子主極に形成する小歯の数を夫々４個、上記回転子の極歯数Ｎｒを５０とし、各小歯のピッチと回転子極歯ピッチの機械的偏差角（τ）を（π／２００）ラジアン、（π／３００）ラジアン又は（π／４００）ラジアン或いは（π／５００）ラジアンに形成することにより、コギングトルクの第２高調波成分、第３高調波成分又は第４高調波成分或いは第５高調波成分のいずれかの高調波成分を各相毎に独立に消すことで、第２高調波成分、第３高調波成分又は第４高調波成分或いは第５高調波成分を２重に消去するようにしたことを特徴とするインナーロータ型永久磁石式１２主極形ステッピングモータ。
【請求項２】
略円環状のヨーク部と、
該円環状ヨーク部外周面から放射状に設けられ夫々の先端に複数の小歯が形成された１２個の固定子主極とを有する磁性体より成る固定子鉄心と、
該固定子鉄心夫々に巻装された固定子コイルとを備える固定子と、
該固定子とエアギャップを介して回転自在に支承され、その内周面に等ピッチでＮｒ個の極歯が形成された磁性体より成る２個の回転子を相互に上記極歯を偏位させて回転軸方向に磁化した円筒形永久磁石を挟持して上記極歯を磁極に形成したいわゆるハイブリッド形回転子又は円筒形の内周を回転軸に平行にＮ極、Ｓ極交互にＮｒ対の磁極を形成した永久磁石形回転子とを備えたアウタロータ型永久磁石式１２主極形ステッピングモータにおいて、
上記固定子を３相巻線とし、３相１２主極の構成により各相のコギングトルクを合成することにより第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分及び第５高調波成分を夫々除去し、
さらに、１２個の各固定子主極に形成する小歯の数を夫々４個、上記回転子の極歯数Ｎｒを５０とし、各小歯のピッチと回転子極歯ピッチの機械的偏差角（τ）を（π／２００）ラジアン、（π／３００）ラジアン又は（π／４００）ラジアン或いは（π／５００）ラジアンに形成することにより、コギングトルクの第２高調波成分、第３高調波成分又は第４高調波成分或いは第５高調波成分のいずれかの高調波成分を各相毎に独立に消すことで、第２高調波成分、第３高調波成分又は第４高調波成分或いは第５高調波成分を２重に消去するようにしたことを特徴とするアウタロータ型永久磁石式１２主極形ステッピングモータ。
【請求項３】
略円環状のヨーク部と、該円環状ヨーク部内周面から中心に向かい夫々の先端に複数の小歯が形成された１２個の固定子主極とを有する磁性体より成る固定子鉄心と、該固定子鉄心夫々に巻装された固定子コイルとを備える固定子と、
該固定子と所定のエアギャップを介して回転自在に支承され、その外周面に等ピッチでＮｒ個の極歯が形成された磁性体より成る２個の回転子を相互に上記極歯を偏位させて回転軸方向に磁化した円筒形永久磁石を挟持して上記極歯を磁極に形成したいわゆるハイブリッド形回転子又は円筒形の外周を回転軸に平行にＮ極、Ｓ極交互にＮｒ対の磁極を形成した永久磁石形回転子とを備えたインナーロータ型永久磁石式１２主極形ステッピングモータにおいて、
上記固定子を３相巻線とし、３相１２主極の構成により各相のコギングトルクを合成することにより第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分及び第５高調波成分を夫々除去し、
さらに、１２個の各固定子主極に形成する小歯の数を夫々４個、上記回転子の極歯数Ｎｒを５０とし、各小歯のピッチと回転子極歯ピッチの機械的偏差角（τ）を（π／３００）ラジアンを越え（π／２００）ラジアン未満、又は（π／４００）ラジアンを越え（π／３００）未満、或いは（π／５００）ラジアンを越え（π／４００）ラジアン未満に形成することにより、コギングトルクの第２高調波成分を越え第３高調波成分未満又は第３高調波成分を越え第４高調波成分未満或いは第４高調波成分を越え第５高調波成分未満のいずれかの高調波成分を各相毎に独立に消すようにしたことを特徴とするインナーロータ型永久磁石式１２主極形ステッピングモータ。
【請求項４】
略円環状のヨーク部と、該円環状ヨーク部外周面から放射状に設けられ夫々の先端に複数の小歯が形成された１２個の固定子主極とを有する磁性体より成る固定子鉄心と、該固定子鉄心夫々に巻装された固定子コイルとを備える固定子と、
該固定子とエアギャップを介して回転自在に支承され、その内周面に等ピッチでＮｒ個の極歯が形成された磁性体より成る２個の回転子を相互に上記極歯を偏位させて回転軸方向に磁化した円筒形永久磁石を挟持して上記極歯を磁極に形成したいわゆるハイブリッド形回転子又は円筒形の内周を回転軸に平行にＮ極、Ｓ極交互にＮｒ対の磁極を形成した永久磁石形回転子とを備えたアウタロータ型永久磁石式１２主極形ステッピングモータにおいて、
上記固定子を３相巻線とし、３相１２主極の構成により各相のコギングトルクを合成することにより第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分及び第５高調波成分を夫々除去し、
さらに、１２個の各固定子主極に形成する小歯の数を夫々４個、上記回転子の極歯数Ｎｒを５０とし、各小歯のピッチと回転子極歯ピッチの機械的偏差角（τ）を（π／３００）ラジアンを越え（π／２００）ラジアン未満、又は（π／４００）ラジアンを越え（π／３００）未満、或いは（π／５００）ラジアンを越え（π／４００）ラジアン未満に形成することにより、コギングトルクの第２高調波成分を越え第３高調波成分未満又は第３高調波成分を越え第４高調波成分未満或いは第４高調波成分を越え第５高調波成分未満のいずれかの高調波成分を各相毎に独立に消すようにしたことを特徴とするアウタロータ型永久磁石式１２主極形ステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＯＡ機器である複写機のスキャナー等に使用される３相の永久磁石式１２主極形ステッピングモータの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の１２主極の３相永久磁石式ステッピングモータにおける固定子小歯のピッチは、回転子極歯ピッチと同一で、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの相が空間的に１２０度で分布し、且つ、ハイブリッド形回転子が磁極間とＮ極とＳ極が１８０度の位相差があるため、各相間でエアギャップの界磁の空間で第４高調波成分が消去されていた。
この場合、エアギャップの界磁の空間で第４高調波成分はコギングトルクを形成するが、上記の効果で従来の３相ハイブリッド形ステッピングモータのコギングトルクは極小になっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の構成では、エアギャップに形成される界磁磁束に含まれる第４高調波成分は、回転子極対数Ｎｒが大きくなると回転子に形成されるＮ極とＳ極の各極歯間の位相は機械角で（１８０／Ｎｒ）度なので、小さな値となる。従って、僅かな機械角誤差でも、電気角では大きな狂いとなり、各相間に形成される界磁の第４高調波成分は消去されない。
従って、コギングトルクの値にバラツキを生じ、コギングトルクの大きい箇所のある製品があったりして、振動騒音も大小各値のバラツキを生じていた。なお、高調波成分の影響は、第２高調波成分、第３高調波成分及び第５高調波成分が存在する場合も同様であって、これらの各高調波成分の除去も求められていた。
本発明は、上記従来のものの課題（問題点）を解決するようにした永久磁石式１２主極形ステッピングモータを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のインナロータ型の永久磁石式１２主極形ステッピングモータにおいては、
略円環状のヨーク部と、該円環状ヨーク部内周面から中心に向かい夫々の先端に複数の小歯が形成された１２個の固定子主極とを有する磁性体より成る固定子鉄心と、該固定子鉄心夫々に巻装された固定子コイルとを備える固定子と、該固定子と所定のエアギャップを介して回転自在に支承され、その外周面に等ピッチでＮｒ個の極歯が形成された磁性体より成る２個の回転子を相互に上記極歯を偏位させて回転軸方向に磁化した円筒形永久磁石を挟持して上記極歯を磁極に形成したいわゆるハイブリッド形回転子又は円筒形の外周を回転軸に平行にＮ極、Ｓ極交互にＮｒ対の磁極を形成した永久磁石形回転子を備え、
上記固定子を３相巻線とし、３相１２主極の構成により各相のコギングトルクを合成することにより第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分及び第５高調波成分を夫々除去し、さらに、１２個の各固定子主極に形成する小歯の数を夫々４個、上記回転子の極歯数Ｎｒを５０とし、各小歯のピッチと回転子極歯ピッチの機械的偏差角（τ）を（π／２００）ラジアン、（π／３００）ラジアン又は（π／４００）ラジアン或いは（π／５００）ラジアンに形成することにより、コギングトルクの第２高調波成分、第３高調波成分又は第４高調波成分或いは第５高調波成分のいずれかの高調波成分を各相毎に独立に消すことで、第２高調波成分、第３高調波成分又は第４高調波成分或いは第５高調波成分を２重に消去するように構成した。
【０００５】
また、請求項２に記載のアウタロータ型の永久磁石式１２主極形ステッピングモータにおいては、
略円環状のヨーク部と該円環状ヨーク部外周面から放射状に設けられ夫々の先端に複数の小歯が形成された１２個の固定子主極とを有する磁性体より成る固定子鉄心と、該固定子鉄心夫々に巻装された固定子コイルとを備える固定子と、該固定子とエアギャップを介して回転自在に支承され、その内周面に等ピッチでＮｒ個の極歯が形成された磁性体より成る２個の回転子を相互に上記極歯を偏位させて回転軸方向に磁化した円筒形永久磁石を挟持して上記極歯を磁極に形成したいわゆるハイブリッド形回転子又は円筒形の内周を回転軸に平行にＮ極、Ｓ極交互にＮｒ対の磁極を形成した永久磁石形回転子を備え、
上記固定子を３相巻線とし、３相１２主極の構成により各相のコギングトルクを合成することにより第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分及び第５高調波成分を夫々除去し、さらに、１２個の各固定子主極に形成する小歯の数を夫々４個、上記回転子の極歯数Ｎｒを５０とし、各小歯のピッチと回転子極歯ピッチの機械的偏差角（τ）を（π／２００）ラジアン、（π／３００）ラジアン又は（π／４００）ラジアン或いは（π／５００）ラジアンに形成することにより、コギングトルクの第２高調波成分、第３高調波成分又は第４高調波成分或いは第５高調波成分のいずれかの高調波成分を各相毎に独立に消すことで、第２高調波成分、第３高調波成分又は第４高調波成分或いは第５高調波成分を２重に消去するように構成した。
【０００６】
また、請求項３に記載のインナーロータ型永久磁石式１２主極形ステッピングモータにおいては、
略円環状のヨーク部と該円環状ヨーク部内周面から中心に向かい夫々の先端に複数の小歯が形成された１２個の固定子主極とを有する磁性体より成る固定子鉄心と、該固定子鉄心夫々に巻装された固定子コイルとを備える固定子と、該固定子と所定のエアギャップを介して回転自在に支承され、その外周面に等ピッチでＮｒ個の極歯が形成された磁性体より成る２個の回転子を相互に上記極歯を偏位させて回転軸方向に磁化した円筒形永久磁石を挟持して上記極歯を磁極に形成したいわゆるハイブリッド形回転子又は円筒形の外周を回転軸に平行にＮ極、Ｓ極交互にＮｒ対の磁極を形成した永久磁石形回転子を備えたインナーロータ型永久磁石式１２主極形ステッピングモータにおいて、
上記固定子を３相巻線とし、３相１２主極の構成により各相のコギングトルクを合成することにより第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分及び第５高調波成分を夫々除去し、さらに、１２個の各固定子主極に形成する小歯の数を夫々４個、上記回転子の極歯数Ｎｒを５０とし、各小歯のピッチと回転子極歯ピッチの機械的偏差角（τ）を（π／３００）ラジアンを越え（π／２００）ラジアン未満、又は（π／４００）ラジアンを越え（π／３００）未満、或いは（π／５００）ラジアンを越え（π／４００）ラジアン未満に形成することにより、コギングトルクの第２高調波成分を越え第３高調波成分未満又は第３高調波成分を越え第４高調波成分未満或いは第４高調波成分を越え第５高調波成分未満のいずれかの高調波成分を各相毎に独立に消すように構成した。
【０００７】
また、請求項４に記載のアウタロータ型永久磁石式１２主極形ステッピングモータにおいては、
略円環状のヨーク部と、該円環状ヨーク部外周面から放射状に設けられ夫々の先端に複数の小歯が形成された１２個の固定子主極とを有する磁性体より成る固定子鉄心と、該固定子鉄心夫々に巻装された固定子コイルとを備える固定子と、該固定子とエアギャップを介して回転自在に支承され、その内周面に等ピッチでＮｒ個の極歯が形成された磁性体より成る２個の回転子を相互に上記極歯を偏位させて回転軸方向に磁化した円筒形永久磁石を挟持して上記極歯を磁極に形成したいわゆるハイブリッド形回転子又は円筒形の内周を回転軸に平行にＮ極、Ｓ極交互にＮｒ対の磁極を形成した永久磁石形回転子を備えたアウタロータ型永久磁石式１２主極形ステッピングモータにおいて、
上記固定子を３相巻線とし、３相１２主極の構成により各相のコギングトルクを合成することにより第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分及び第５高調波成分を夫々除去し、さらに、１２個の各固定子主極に形成する小歯の数を夫々４個、上記回転子の極歯数Ｎｒを５０とし、各小歯のピッチと回転子極歯ピッチの機械的偏差角（τ）を（π／３００）ラジアンを越え（π／２００）ラジアン未満、又は（π／４００）ラジアンを越え（π／３００）未満、或いは（π／５００）ラジアンを越え（π／４００）ラジアン未満に形成することにより、コギングトルクの第２高調波成分を越え第３高調波成分未満又は第３高調波成分を越え第４高調波成分未満或いは第４高調波成分を越え第５高調波成分未満のいずれかの高調波成分を各相毎に独立に消すように構成した。
【００１３】
請求項１又は２に記載のように構成すると、ハイブリッド形回転子のＮ極とＳ極の各極歯間の位相が狂った場合でも、３相１２主極の基本構成により第２高調波成分〜第５高調波成分が除去されると共に、さらに、固定子各相毎に界磁の第２高調波成分、第３高調波成分又は、第４高調波成分、或いは第５高調波成分のいずれかの高調波成分が確実に消去されるので、一番影響が大きい第４高調波成分を主体に、これらの各高調波成分を確実に除去できるので、常に回転特性の安定した振動騒音の少ない３相ハイブリッド形ステッピングモータが得られる。
また、請求項３又は４に記載のように構成すると、３相１２主極の基本構成により第２高調波成分〜第５高調波成分が除去されると共に、固定子各相毎に界磁の第２高調波成分、第３高調波成分、又は第４高調波成分、或いは第５高調波成分のいずれかの高調波成分を緩和する機能を有する。
本効果はハイブリッド以外の３相永久磁石形でも回転子に着磁される永久磁石の寸法誤差に対しても、同様の効果が得られる。
一般に固定子鉄心は珪素鋼板をプレスによる打ち抜きで製作する。
回転子に形成される磁極と固定子小歯との間の位相差はプレス型の精度で略決まるので、精度が高くコギングトルクが少なく且つバラツキの少ないモータが得られる。
従って、回転時の振動・騒音を大幅に低減できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す一実施の形態によって本発明を具体的に説明する。
第１の実施の形態：
図１、図２は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は固定子磁極数が１２個のインナーロータ型の３相ハイブリッド形ステッピングモータの縦断側面図、図２は図１のＸ−Ｘ′断面図である。
各図において、１は円環状ヨーク部、２は円環状ヨーク部１の内周面から中心に向かい、夫々複数の固定子小歯２ａが形成された１２個の主極、３は各主極２に巻装した固定子コイルである。
即ち、３相機の場合、固定子に形成する主極の数は、上記１２個のように、３の倍数で成立する。
上記の、円環状ヨーク部１、主極２、固定子コイル３によって固定子５を形成している。
円環状ヨーク部１は、エンドブラケット６、６′を貫通する図示しないボルトによって固定されている。
エンドブラケット６及び６′は夫々左右の対向位置にある軸受７、７′により回転軸８に支承されている。
【００１５】
回転軸８には周囲を等ピッチでＮｒ個の極歯９ａ、９ａ′を形成した２個の回転子極９、９′を、夫々の回転子極歯９ａ、９ａ′を相互に極歯ピッチの１／２ずらした位置に配置して回転軸方向に磁化した永久磁石１０を挟持し固定されている。なお、８′は回転軸８の端部に突出して設けた出力軸である。
上記の回転軸８に固定した２個の回転子極９、９′及び永久磁石１０によって回転子１１が構成されている。
【００１６】
上記のような、永久磁石を挟持した磁極を備えた構造の回転子をハイブリッド形回転子と称し、ハイブリッド形回転子を備えたステッピングモータはハイブリッド形ステッピングモータと呼ばれ、以下これをＨＢ形ステッピングモータと略記する。
本発明を３相ＨＢ形ステッピングモータに適用した例（以降３相機と略記する）によって詳細に説明する。
図１、図２に示す、１２主極を備えた３の倍数の固定子で形成される３相機は、３相機の中でも界磁の磁路バランスやコストパフォーマンスに優れている。
また、本実施の形態においては、図１に示すように極歯数Ｎｒは５０の場合を例示している。
Ｎｒ＝５０とすると、ステップ角は１．２度になる。
本実施の形態では、上記のように３相機の場合を例示しているが、Ｎｒ＝５０で２相機に適用するとステップ角は１．８度になる。
【００１７】
一般に、ステッピングモータのコギングトルクは、エアギャップの不均一性や、固定子、回転子に歯（固定子主極に形成する小歯、回転子磁極に形成する極歯）を形成することにより発生するギャップ磁束の高調波成分によって生じるが、以降の説明では、コギングトルク形成の主原因となる、固定子、回転子に歯を形成することにより発生するギャップ磁束の高調波成分に関する解析を行い、本発明の技術を説明する。
【００１８】
図３に、回転子コイルに励磁電流を供給していない時の３相機の磁気等価回路を示している。
図３において、各相の磁極を通る回転子に挟持される永久磁石１０により形成される磁束は、３Ｐ0≫Ｐmという条件を入れると、下記の（１）、（２）、（３）式に示すように近似される。
但し、図３及び（１）〜（３）及び次に述べる（４）〜（９）の各式に示す各文字記号の定義は下記の通りである。
Ｐm：永久磁石のパーミアンス
Ｐａ：Ａ相のパーミアンス
Ｆm：永久磁石の起磁力
Ｆａ：Ａ相の起磁力
Ｐ0：パーミアンスの定常分
ＰA、ＰB、ＰC：Ａ、Ｂ、Ｃ各相の回転子Ｎ極との対向パーミアンス
ＰA、ＰB、ＰC：Ａ、Ｂ、Ｃ各相の回転子Ｓ極との対向パーミアンス
ФA：Ａ相の固定子を通過する磁束
ФB：Ｂ相の固定子を通過する磁束
ФC：Ｃ相の固定子を通過する磁束
Фａ：回転子から出る総磁束
ФA＝（ＰmＦm／３Ｐ0）ＰA・・・・・・（１）
ФB＝（ＰmＦm／３Ｐ0）ＰB・・・・・・（２）
ФC＝（ＰmＦm／３Ｐ0）ＰC・・・・・・（３）
【００１９】
さらに、各パーミアンスＰA、ＰB、ＰC、ＰA、ＰB、ＰCは、
ｎ：高調波の次数
Ｋn：各高調波の次数に対応した定数
θ：固定子と回転子の位相角
とすれば、夫々下記の（４）〜（９）式のようになる。
ＰA＝Ｐ0｛１＋ΣＫncosｎ（Ｎｒθ）｝・・・・・・・・・・・（４）
ＰB＝Ｐ0｛１＋ΣＫncosｎ（Ｎｒθ＋２π／３）｝・・・・・・（５）
ＰC＝Ｐ0｛１＋ΣＫncosｎ（Ｎｒθ＋４π／３）｝・・・・・・（６）
ＰA＝Ｐ0｛１＋ΣＫncosｎ（Ｎｒθ＋π）｝・・・・・・・・・（７）
ＰB＝Ｐ0｛１＋ΣＫncosｎ（Ｎｒθ＋π＋２π／３）｝・・・・（８）
ＰC＝Ｐ0｛１＋ΣＫncosｎ（Ｎｒθ＋π＋４π／３）｝・・・・（９）
従って、Ａ相の回転子Ｎ極側との対向部に発生するコギングトルクＴAはエアギャップ中の磁気エネルギーの角度に対する変化として求められるので、下記の（１０）式のようになる。
0003997076.tif 000002
但し、上式で、Ｋ2、Ｋ3は各高調波の次数に対応した定数である。
ここで、上記（４）〜（９）の各式に示す各パーミアンス毎の６個のコギングトルクを、上記Ａ相のコギングトルクＴA以降は、記述は省略するが、順次Ｂ相〜Ｆ相におけるコギングトルクＴB、ＴC、ＴD、ＴE、ＴFとして（１０）式に準じて求めることができる。
【００２０】
上記（１０）の各式に（４）〜（９）式を挿入し、高調波次数ｎを１から１２まで計算して加え合わせると、６次と１２次の高調波成分トルクのみが残り、下記（１１）式の３相機のコギングトルクを示す理論式が得られる。
0003997076.tif 000003
【００２１】
図４に示す表は、上記（１１）式を導出する過程の一部を示した図表であって、ｎ＝１からｎ＝６まで、即ち、１次か６次までの、界磁磁束のパーミアンスの高調波成分について、−ＰDi＝−（ｄＰI／ｄθ）をｉ＝Ａ相からＦ相までの各高調波成分毎の和を示したものである。
但し、
ＰDi：各パーミアンス角度変化成分
ｉ：Ａ，Ｂなどのような任意の相を示すものである。
図４の表に示すように、ｎ＝２、ｎ＝３、ｎ＝４及びｎ＝５の各場合のパーミアンスの第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分及び第５高調波成分等は、各３相間のパーミアンスの和で、同図のΣ項に示すように、キャンセルされることが分かる。
しかしながら、各相間の磁気バランスが崩れたり、各固定子主極の機械的位置の精度等が悪いと、第２高調波成分、第３高調波成分又は第４高調波成分或いは第５高調波成分がキャンセルされないために残り、コギングトルクを増大させることになる。
一般に、高調波は、次数が低い第３高調波成分や第４高調波成分等が一番コギングトルクの増大に影響する。
従って、上記のような原因で第２高調波成分、第３高調波成分又は第４高調波成分或いは第５高調波成分が残って各相のバランスが崩れた場合でも、各相ごとに、或いは、各固定子主極に形成した複数の小歯のピッチを適切に構成することによって、第２高調波成分、第３高調波成分又は第４高調波成分或いは第５高調波成分を各別に、各相毎に消去すれば、コギングトルクを減少させることができる。
上記のように、本発明を３相機に適用した場合は、コギングトルクを各相間と各相内の両方で２重に消去させることによって、確実にコギングトルクが低減される。
【００２２】
上記は図１及び図２に示すようなインナーロータ型のステッピングモータについて説明し、これを請求項１として記載したが、このような構成をアウタロータ型ステッピングモータに適用する場合も、固定子は同様な構成としロータを固定子の外方に同心的に配置するだけの相違であり、両者は回転電機として同等であるので、上記のようなインナーロータ型のステッピングモータで実証された本発明の機能はアウタロータ型ステッピングモータにおいても同様に実現できる。
そこで、インナーロータ型ステッピングモータについて記載した固定子を、アウタロータ型ステッピングモータについて適用した本発明の構成を請求項２として記載した。
【００２３】
第２の実施の形態：
次に、前記のように各相内で第３高調波成分及び第４高調波成分を各別に消去する方法を、主極の小歯が４個の場合について実施した構成例を図５を参照して説明する。
図５は、図１、図２に示す１２個の主極のうちの任意の１個を示す図であって、主極に形成した小歯が４個の場合において、小歯のピッチを回転子に形成した極歯のピッチより機械角でτだけ小さくした場合の両者の関係を、固定子の４個の小歯の中心と回転子の極歯の任意の歯溝の中心が一致した場合について示している。
この場合、パーミアンスの第３高調波成分Ｐ3及び第４高調波成分Ｐ4は、回転子の極歯数をＮｒとすれば、夫々下記（１３）、（１４）式のように示される。
Ｐ3＝２｛cos３（Ｎｒτ／２）＋cos３（３Ｎｒτ／２）｝・・・・（１３）
Ｐ4＝２｛cos４（Ｎｒτ／２）＋cos４（３Ｎｒτ／２）｝・・・・（１４）
上記の（１３）式において、
Ｐ3を０にする解を求めると、τ＝π／６Ｎｒ
上記の（１４）式において、
Ｐ4を０にする解を求めると、τ＝π／８Ｎｒ
で、夫々示される。
同様にして、パーミアンスの第２高調波成分Ｐ2及び第５高調波成分Ｐ5は、回転子の極歯数をＮｒとすれば、夫々下記（１５）、（１６）式のように示される。
Ｐ2＝２｛cos２（Ｎｒτ／２）＋cos２（３Ｎｒτ／２）｝・・・（１５）
Ｐ5＝２｛cos５（Ｎｒτ／２）＋cos５（３Ｎｒτ／２）｝・・・（１６）
上記の（１５）式において、
Ｐ2を０にする解を求めると、τ＝π／４Ｎｒ
上記の（１６）式において、
Ｐ5を０にする解を求めると、τ＝π／１０Ｎｒ
で、夫々示される。
【００２４】
上記の解析に基づき、第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分及び第５高調波成分を除去する手段を、次のように整理できる。
即ち、１２個の各固定子主極に形成する小歯の数を夫々４個、回転子の極歯数Ｎｒを５０とした場合、各小歯のピッチと回転子極歯ピッチの機械的偏差角（τ）を次のように設定することで、各高調波成分を各別に除去できる。
（１）τ＝π／２００ラジアンに形成→第２高調波成分の除去。
（２）τ＝π／３００ラジアンに形成→第３高調波成分の除去。
（３）τ＝π／４００ラジアンに形成→第４高調波成分の除去。
（４）τ＝π／５００ラジアンに形成→第５高調波成分の除去。
【００２５】
上記の説明は、第２高調波成分〜第５高調波成分を各別に除去させる手段について説明したが、第２高調波成分〜第５高調波成分を実用的な限度まで低減する手段として、各小歯のピッチと回転子極歯ピッチの機械的偏差角（τ）を各小歯のピッチを（π／３００）ラジアンを越え（π／２００）ラジアン未満、又は（π／４００）ラジアンを越え（π／３００）ラジアン未満、或いは（π／５００）ラジアンを越え（π／４００）ラジアン未満に形成することで第２高調波を越え第３高調波未満の高調波成分、又は第３高調波を越え第４高調波未満の高調波成分或いは第４高調波を越え第５高調波未満の高調波成分のいずれかの高調波成分を除去する適切な値を選定するようにしても良い。
【００２６】
前述のように、パーミアンスの第２高調波成分Ｐ2と第５高調波成分Ｐ5は、式（１５）、（１６）で表すことができる。
Ｐ2＝２｛cos２（Ｎｒτ／２）＋cos２（３Ｎｒτ／２）｝・・・（１５）
Ｐ5＝２｛cos５（Ｎｒτ／２）＋cos５（３Ｎｒτ／２）｝・・・（１６）
また、前述のようにパーミアンスの第３高調波成分Ｐ3と第４高調波成分をＰ4は式（１３）、（１４）のように表すことができた。
Ｐ3＝２｛cos３（Ｎｒτ／２）＋cos３（３Ｎｒτ／２）｝・・・（１３）
Ｐ4＝２｛cos４（Ｎｒτ／２）＋cos４（３Ｎｒτ／２）｝・・・（１４）
これらの式（１５）、（１３）、（１４）及び（１６）の各式で左辺を０とおくことで求められるパーミアンスの第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分、第５高調波成分をゼロとする各τの値を夫々τ2、τ3、τ4、τ5とするとき、次のように各高調波成分の中間の高調波成分に対しても対処できる。
即ち、τ3＜τ＜τ2の条件を満足させるτのときには、第２高調波を越え、第３高調波未満の高調波成分を除去できる。
また、τ4＜τ＜τ3の条件を満足させるτのときには、第３高調波を越え、第４高調波未満の高調波成分を除去できる。
さらに、τ5＜τ＜τ4の条件を満足させるτのときには、第４高調波を越え、第５高調波未満の高調波成分を除去できる。
これらの条件を永久磁石式インナーロータ型１２主極ステッピングモータ及び永久磁石式アウタロータ型１２主極ステッピングモータに適用した構成を請求項３及び請求項４に記載した。
【００２７】
なお、上記第１及び第２の実施の形態では、ハイブリッド形回転子を備えたステッピングモータを主体に説明したが、永久磁石形回転子を備えたステッピングモータについても、同様の技術思想が適用できることは当然である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のステッピングモータは上記のように構成されるから、次のような優れた効果を有する。
(1)請求項１又は２に記載のように、まず、３相１２極に構成すると、インナーロータ型又はアウタロータ型の３相のステッピングモータの各相のコギングトルクが合成されることにより、第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分及び第５高調波成分の各高調波成分を除去できる。
さらに、１２個の各固定子主極に形成する小歯の数を夫々４個、回転子の極歯数Ｎｒを５０とし、各小歯のピッチと回転子極歯ピッチの機械的偏差角（τ）を（π／２００）ラジアン、（π／３００）ラジアン又は（π／４００）ラジアン或いは（π／５００）ラジアンに形成することにより、コギングトルクの第２高調波成分、第３高調波成分又は第４高調波成分或いは第５高調波成分のいずれかの高調波成分を各相毎に独立に消すことができるので、第２高調波、第３高調波又は第４高調波或いは第５高調波のいずれかの高調波成分を２重に消去することができる。
例えば、τ＝π／２００ラジアンとした場合には、第２高調波成分以外の高調波成分に重点をおいた場合でも第２高調波成分を含めて２重に消去することができ、τ＝π／３００ラジアンとした場合には、第３高調波成分以外の高調波成分に重点をおいた場合でも第３高調波成分を含めて２重に消去することができ、τ＝π／４００ラジアンとした場合には、第４高調波成分以外の高調波成分に重点をおいた場合でも第４高調波成分を含めて２重に消去することができ、τ＝π／５００ラジアンとした場合には、第５高調波成分以外の高調波成分に重点をおいた場合でも第５高調波成分を含めて２重に消去することができる。
従って、固定子や回転子の部品精度を高度に高めなくても、確実にコギングトルクを低減できる。
【００２９】
(2)請求項３又は４に記載のように、まず、３相１２極に構成すると、インナーロータ型又はアウタロータ型の３相のステッピングモータの各相のコギングトルクが合成されることにより、第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分及び第５高調波成分の各高調波成分を除去できる。
さらに、１２個の各固定子主極に形成する小歯の数を夫々４個、回転子の極歯数Ｎｒを５０とし、各小歯のピッチと回転子極歯ピッチの機械的偏差角（τ）を（π／３００）ラジアンを越え（π／２００）ラジアン未満、又は（π／４００）ラジアンを越え（π／３００）未満、或いは（π／５００）ラジアンを越え（π／４００）ラジアン未満に形成することにより、コギングトルクの第２高調波成分を越え第３高調波成分未満又は第３高調波成分を越え第４高調波成分未満或いは第４高調波成分を越え第５高調波成分未満のいずれかの高調波成分を各相毎に独立に消すように構成されているから、第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分、第５高調波成分を実用上差し支えない程度に、緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明する１２主極ＨＢ形ステッピングモータの縦断側面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ′断面図である。
【図３】３相機の励磁電流零時における磁気等価回路図である。
【図４】本発明により基本的に第２高調波成分〜第５高調波成分が除去できることを説明する図表である。
【図５】本発明により各相毎に第３高調波成分、第４高調波成分を各別に除去するための構成例としての、固定子主極に形成する小歯と回転子磁極に形成する極歯との位相関係図である。
【符号の説明】
１：円環状ヨーク部
２：主極
２ａ：固定子小歯
３：固定子コイル
５：固定子
６、６′：エンドブラケット
７、７′：軸受
８′：出力軸
８：回転軸
９、９′：回転子極
９ａ、９ａ′：回転子極歯
１０：永久磁石
１１：回転子
Ｐａ、ＰA、ＰB、ＰC、ＰA、ＰB、ＰC：パーミアンス
Фａ、ФA、ФB、ФC：磁束
Ｆａ：Ａ相の起磁力
τ：固定子小歯ピッチと回転子極歯ピッチとの機械的偏差角
【図１】
0003997076.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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