(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に永久磁石のＮ極及びＳ極の磁極対が一定のピッチＰ１で周方向に交互に並んだ回転子と、この回転子を包囲する固定子と、を備え、前記固定子は、外ヨーク及び内ヨークを備えたステータユニットを有するとともに、前記外ヨーク及び内ヨークは、内周側に櫛歯状の固定子極歯を有しているＰＭ形ステッピングモータにおいて、
前記外ヨーク及び内ヨークのそれぞれは、ｍ個の前記固定子極歯からなる歯群をｎ組備え、前記歯群内における前記固定子極歯のピッチをＰ２、前記歯群同士のピッチをＰ３とした場合に、
Ｐ２≠Ｐ１
Ｐ３≠ｍ・Ｐ１
Ｐ３≠ｍ・Ｐ２
という関係が成立していることを特徴とするＰＭ形ステッピングモータ。
但し、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は電気角、ｍ及びｎは２以上の整数である。
【請求項２】
前記外ヨーク及び内ヨークの前記歯群は、前記外ヨークの任意の前記歯群が前記内ヨークの前記歯群のいずれか一つとだけ周方向でオーバーラップするように設定されている請求項１記載のＰＭ形ステッピングモータ。
【請求項３】
Ｐ２＝Ｐ１｛１±ｉ／ｕ｝
Ｐ３＝Ｐ１｛ｍ±ｉ’／（ｎ・ν’）｝
という関係が成立している請求項１又は２記載のＰＭ形ステッピングモータ。
但し、ｕは正の整数、ｉはｕの倍数でない正の整数、ｉ’はｎの倍数でない正の整数、ν’は低減される主な高調波の次数である。
【請求項４】
Ｐ２＝Ｐ１｛１−ｉ／ｕ｝
Ｐ３＝Ｐ１｛ｍ＋ｉ’／（ｎ・ν’）｝
という関係、若しくは、
Ｐ２＝Ｐ１｛１−ｉ／ｕ｝
Ｐ３＝Ｐ１｛ｍ−ｉ’／（ｎ・ν’）｝
という関係が成立している請求項３記載のＰＭ形ステッピングモータ。
【請求項５】
Ｐ２＝Ｐ１｛１±ｉ／（ｍ・ν）｝
Ｐ３＝Ｐ１｛ｍ±ｉ’／（ｎ・ν’）｝
という関係が成立している請求項１又は２記載のＰＭ形ステッピングモータ。
但し、ν及びν’は低減される主な高調波の次数、ｉはｍの倍数でない正の整数、ｉ’はｎの倍数でない正の整数である。
【請求項６】
Ｐ２＝Ｐ１｛１−ｉ／（ｍ・ν）｝
Ｐ３＝Ｐ１｛ｍ＋ｉ’／（ｎ・ν’）｝
という関係、若しくは、
Ｐ２＝Ｐ１｛１−ｉ／（ｍ・ν）｝
Ｐ３＝Ｐ１｛ｍ−ｉ’／（ｎ・ν’）｝
という関係が成立している請求項５記載のＰＭ形ステッピングモータ。
【請求項７】
前記固定子は、前記ステータユニットを複数積層した構造を有し、軸方向に隣接する前記ステータユニット間の前記固定子極歯の根元部分同士の間に、それら根元部分同士が接触しないように軸方向の隙間を形成したことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のＰＭ形ステッピングモータ。
【請求項８】
軸方向に隣接する前記ステータユニット間に、それらステータユニットの前記固定子極歯の根元以外の部分にのみ接するスペーサを介在させることにより、前記軸方向の隙間を形成した請求項７記載のＰＭ形ステッピングモータ。
【請求項９】
前記固定子極歯の根元部分の形状を、軸方向に隣接する他の固定子極歯の根元部分から離れる方向に変形させることにより、前記軸方向の隙間を形成した請求項７記載のＰＭ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】
この発明は、ＰＭ形ステッピングモータに関し、特に、振動や騒音をさらに低減できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＰＭ形ステッピングモータとして、本出願人が先に提案した特開平１０−１３６６３１号公報に開示されたものがあり、かかる従来のＰＭ形ステッピングモータは、ディテントトルクの高調波成分を効果的に低減させるために、ステータユニットのヨークの極歯を、等間隔な位置からずらして配設している。つまり、等間隔な位置からずらして極歯を配設すると、原理的に現れるディテントトルクの高調波成分をヨーク内で相殺し減少できる、というものであった。
【０００３】
その他、従来のＰＭ形ステッピングモータとしては、特開平５−２５２７１９号公報、特開平８−１２６２９０号公報、特開平３−７０５０号公報、特開平９−２３３８０２号公報等に開示されたものもある。
【０００４】
これらのうち、特開平５−２５２７１９号公報には、軸方向に積層された第１の相及び第２の相の間に非磁性体からなる部材を介在させた２相のＰＭ形ステッピングモータが開示されている。
【０００５】
また、特開平８−１２６２９０号公報には、ＰＭ形ステッピングモータのステータを構成するヨークの接合方法が開示されている。
【０００６】
そして、特開平３−７０５０号公報には、ヨークの隣接する極歯間をブリッジでつなげたＰＭ形ステッピングモータが開示されている。
【０００７】
さらに、特開平９−２３３８０２号公報には、回転子の回転軸を軸方向の一方向に付勢する板ばねを備えたＰＭ形ステッピングモータが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１０−１３６６３１号公報に開示されたＰＭ形ステッピングモータにあっては、確かにディテントトルクの例えば４次高調波成分を低減することができるが、４次高調波及び２次高調波の両方を低減するという効果は期待できなかった。しかも、外ヨークの極歯と内ヨークの極歯との間の隙間が極端に狭くなる箇所があるため、それら極歯間を流れる漏れ磁束が増加してしまい、その分、発生トルクが低下するという解決すべき課題を有している。
【０００９】
一方、本発明者等が鋭意研究したところによると、ＰＭ形ステッピングモータで発生する振動や騒音は、従来から報告されているように永久磁石の起磁力により回転子の回転角に対して周期的に発生するディテントトルクの高調波成分に起因するものの他、モータ駆動時の電磁力による極歯の軸方向の振動に起因するものも無視できないことが判った。しかしながら、上記特開平１０−１３６６３１号公報に開示されたＰＭ形ステッピングモータは、極歯の軸方向の振動に起因する衝突音等の騒音を低減するような工夫はなされていない。
【００１０】
また、上記特開平５−２５２７１９号公報に開示されたＰＭ形ステッピングモータにあっては、第１の相側の極歯と第２の相側の極歯との直接的な衝突は、相間に介在させた部材によって防止することができるが、そもそもがディテントトルクの低減のみを目的とした技術であるため、相間に介在させた部材と極歯との衝突を防止するような構造にはなっておらず、それら部材と極歯との衝突音が騒音悪化の原因となっていた。
【００１１】
また、上記特開平８−１２６２９０号公報に開示されたＰＭ形ステッピングモータにあっては、モータのカバーと極歯との衝突を防止するような接合方法ではないため、それらカバーと極歯との衝突音が騒音悪化の原因となっていた。
【００１２】
これに対し、特開平３−７０５０号公報に開示されたＰＭ形ステッピングモータにあっては、極歯の根元部分の強度が増大しているから、モータ駆動時の電磁力による極歯の振動を低減することが期待できるが、ブリッジを設ける構成であるため部品点数が増え製造コストが増加するという不具合がある。
【００１３】
さらに、上記特開平９−２３３８０２号公報に開示されたＰＭ形ステッピングモータにあっては、モータ駆動時に極歯を軸方向に振動させる電磁力の反力が回転子側に作用すると、回転子も板ばねの弾性変形を伴って軸方向に振動してしまい、板ばねの付勢方向と同じ方向に変位する際に軸受等の部材と衝突して衝撃音が発生してしまうという不具合がある。
【００１４】
本発明は、このような従来の技術が有する種々の目的に着目してなされたものであって、ディテントトルクの高調波成分をさらに低減することができるＰＭ形ステッピングモータを提供することを目的としており、また、モータ駆動時の電磁力による極歯や回転軸の軸方向の振動に起因する騒音を低減することができるＰＭ形ステッピングモータを提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外周面に永久磁石のＮ極及びＳ極の磁極対が一定のピッチＰ１で周方向に交互に並んだ回転子と、この回転子を包囲する固定子と、を備え、
前記固定子は、外ヨーク及び内ヨークを備えたステータユニットを有するとともに、前記外ヨーク及び内ヨークは、内周側に櫛歯状の固定子極歯を有しているＰＭ形ステッピングモータにおいて、
前記外ヨーク及び内ヨークのそれぞれは、ｍ個の前記固定子極歯からなる歯群をｎ組備え、前記歯群内における前記固定子極歯のピッチをＰ２、前記歯群同士のピッチをＰ３とした場合に、
Ｐ２≠Ｐ１                      ……（１）
Ｐ３≠ｍ・Ｐ１                  ……（２）
Ｐ３≠ｍ・Ｐ２                  ……（３）
という関係が成立するようにした。但し、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は電気角、ｍ及びｎは２以上の整数である。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発明であるＰＭ形ステッピングモータにおいて、前記外ヨーク及び内ヨークの前記歯群は、前記外ヨークの任意の前記歯群が前記内ヨークの前記歯群のいずれか一つとだけ周方向でオーバーラップするように設定した。つまり、この請求項２に係る発明にあっては、例えばｍ＝３とした場合、外ヨークの任意の歯群の三つの極歯と、その歯群と対となる内ヨークの歯群の三つの極歯とは、外ヨーク１番目、内ヨーク１番目、外ヨーク２番目、内ヨーク２番目、外ヨーク３番目、内ヨーク３番目、という具合に周方向に並び、それ以外の歯群とは周方向でオーバーラップしないようになっている。なお、かかる関係は、ステータユニットを複数積層した構成を有する複数相のＰＭ形ステッピングモータの場合には、それぞれのステータユニット内においてのみ成立すればよい。
【００１７】
請求項３に係る発明は、上記請求項１又は２に係る発明であるＰＭ形ステッピングモータにおいて、
Ｐ２＝Ｐ１｛１±ｉ／ｕ｝              ……（４）
Ｐ３＝Ｐ１｛ｍ±ｉ’／（ｎ・ν’）｝  ……（５）
という関係が成立するようにした。但し、ｕは正の整数、ｉはｕの倍数でない正の整数、ｉ’はｎの倍数でない正の整数、ν’は低減される主な高調波の次数である。
【００１８】
請求項４に係る発明は、上記請求項３に係る発明であるＰＭ形ステッピングモータにおいて、
Ｐ２＝Ｐ１｛１−ｉ／ｕ｝              ……（６）
Ｐ３＝Ｐ１｛ｍ＋ｉ’／（ｎ・ν’）｝  ……（７）
という関係、若しくは、
Ｐ２＝Ｐ１｛１−ｉ／ｕ｝              ……（８）
Ｐ３＝Ｐ１｛ｍ−ｉ’／（ｎ・ν’）｝  ……（９）
という関係が成立するようにした。
【００１９】
請求項５に係る発明は、上記請求項１又は２に係る発明であるＰＭ形ステッピングモータにおいて、
Ｐ２＝Ｐ１｛１±ｉ／（ｍ・ν）｝      ……（10）
Ｐ３＝Ｐ１｛ｍ±ｉ’／（ｎ・ν’）｝  ……（11）
という関係が成立するようにした。但し、ν及びν’は低減される主な高調波の次数、ｉはｍの倍数でない正の整数、ｉ’はｎの倍数でない正の整数である。
【００２０】
請求項６に係る発明は、上記請求項５に係る発明であるＰＭ形ステッピングモータにおいて、
Ｐ２＝Ｐ１｛１−ｉ／（ｍ・ν）｝      ……（12）
Ｐ３＝Ｐ１｛ｍ＋ｉ’／（ｎ・ν’）｝  ……（13）
という関係、若しくは、
Ｐ２＝Ｐ１｛１−ｉ／（ｍ・ν）｝      ……（14）
Ｐ３＝Ｐ１｛ｍ−ｉ’／（ｎ・ν’）｝  ……（15）
という関係が成立するようにした。
【００２２】
請求項７に係る発明は、上記請求項１乃至６の何れかに係る発明であるＰＭ形ステッピングモータにおいて、前記固定子は、前記ステータユニットを複数積層した構造を有し、軸方向に隣接する前記ステータユニット間の前記固定子極歯の根元部分同士の間に、それら根元部分同士が接触しないように軸方向の隙間を形成した。
【００２３】
請求項８に係る発明は、上記請求項７に係る発明であるＰＭ形ステッピングモータにおいて、軸方向に隣接する前記ステータユニット間に、それらステータユニットの前記固定子極歯の根元以外の部分にのみ接するスペーサを介在させることにより、前記軸方向の隙間を形成した。
【００２４】
これに対し、請求項９に係る発明は、上記請求項７に係る発明であるＰＭ形ステッピングモータにおいて、前記固定子極歯の根元部分の形状を、軸方向に隣接する他の固定子極歯の根元部分から離れる方向に変形させることにより、前記軸方向の隙間を形成した。
【００３４】
ここで、請求項１に係る発明にあっては、上記（１）式に示すように、歯群内における固定子極歯のピッチＰ２が、回転子に着磁されたＮ極及びＳ極のピッチＰ１と異なることから、このずれに対応する次数の高調波が低減される。
【００３５】
また、ｍ個の固定子極歯からなる一の歯群は、回転子側のｍ個の磁極対に対応する一つの極歯と仮定することができる。従って、上記（２）式に示すように、歯群同士のピッチＰ３が、ｍ個の磁極対のピッチｍ・Ｐ１と異なるから、このずれに対応する次数の高調波が低減される。
【００３６】
さらに、歯群同士のピッチＰ３が、歯群内における固定子極歯のピッチＰ２のｍ倍であると、固定子極歯のピッチが複数の歯群に渡って一定となり、歯群と歯群との境界が失われてしまうことから、上記（３）式に示すように、歯群のピッチＰ３は、歯群内の固定子極歯のピッチＰ２のｍ倍とは異なるようにした。
【００３７】
このように、請求項１に係る発明であれば、より多くの次数の高調波が低減されるので、高調波が効率よく低減され、より静かで滑らかな回転が得られる。
【００３８】
また、一般に、回転子の磁極のピッチＰＲと、固定子極歯のピッチＰＳとの間に、
ＰＳ＝ＰＲ｛１±１／（ｍ・ν）｝      ……（16）
という関係があれば、ディテントトルクのν次を含む複数の高調波成分が低減できることが知られている。
【００３９】
また、各次高調波はそれぞれ所定の周期の正弦波で表されるので、上記（16）式に示すような固定子極歯のずれは、ＰＲ｛１／（ｍ・ν）｝のｉ倍（ｉはｍの倍数でない正の整数）、つまりＰＲ｛ｉ／（ｍ・ν）｝でもよい。
【００４０】
従って、請求項５に係る発明であれば、歯群内の固定子極歯のピッチＰ２を上記（10）式のようにしているから、ν次を含む複数の高調波成分を低減することができる。また、歯群同士のピッチＰ３は、回転子側の磁極対のピッチＰ１に対して、
Ｐ３＝ｍ・Ｐ１｛１±ｉ’／（ｎ・ν’）｝    ……（17）
の関係にあると、ν’次を含む複数の高調波が低減されるのであるが、歯群で生じる高調波は、ｍ個の固定子極歯毎に分解できることから、回転子側のｍ個の磁極対に対する歯群のピッチのずれは、（１／ｍ）であってもよい。
【００４１】
従って、上記（17）式は、
0003978980.tif 000002
となって上記（11）式が導かれる。よって、請求項５に係る発明であれば、歯群同士のピッチＰ３を上記（11）式のようにしているから、ν’次を含む複数の高調波成分をも低減できる。
【００４２】
また、請求項３に係る発明にあっては、ｍ・ν＝ｕ（ｕは正の整数）と考え、ｉをｕの倍数でない正の整数とすれば、上記（10）式は上記（４）式となり、歯群同士のピッチＰ３を上記（５）式（上記（11）式と同じ）のようにしているから、やはりν’次を含む複数の高調波成分を低減できる。
【００４３】
さらに、請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明における上記（４）式及び（５）式それぞれの右辺内の「±」を、「−」と「＋」（上記（６）式及び（７）式の組）或いは「−」同士（上記（８）式及び（９）式の組）で組み合わせたものであり、請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明における上記（10）式及び（11）式それぞれの右辺内の「±」を、「−」と「＋」（上記（12）式及び（13）式の組）或いは「−」同士（上記（14）式及び（15）式の組）で組み合わせたものである。
【００４４】
このような請求項４或いは請求項６に係る発明における組合せを選択すると、固定子極歯間の隙間が極端に狭くなることがないから、固定子極歯間を流れる漏れ磁束が増加することが防止でき、発生トルクが大きく低下することが避けられる。
【００４５】
請求項７に係る発明にあっては、固定子がステータユニットを複数積層した構造を有しているが、隣接するステータユニット間の固定子極歯の根元部分同士の間に隙間が形成されているため、モータ駆動時の電磁力により固定子極歯が軸方向に振動したとしても、それら固定子極歯の根元同士が衝突する可能性を低減できる。
なお、そのような隙間は、請求項８に係る発明或いは請求項９に係る発明のような構成により容易に実現できる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００５２】
図１及び図２は本発明の第１の実施の形態を示す図であって、この実施の形態は、本発明を二相ＰＭ形ステッピングモータに適用したものである。
【００５３】
即ち、本実施の形態のＰＭ形ステッピングモータ１は、回転自在の回転子（ロータ）１０と、この回転子１０を非接触に包囲する固定子（ステータ）２０とを備えている。
【００５４】
回転子１０は、軸方向に離隔した二箇所において固定子側部材としてのカバー３０Ａ、３０Ｂに軸受３０ａ、３０ｂを介して回転自在に支持された回転軸１１を有している。但し、回転軸１１と軸受３０ａ、３０ｂとの間には、軸方向に弾性変形可能な弾性部材としての板ばね３１ａ、３１ｂが介在していて、これにより、回転軸１１は、板ばね３１ａ、３１ｂが弾性変形可能な範囲内において、カバー３０Ａ、３０Ｂに対して相対的に軸方向に移動可能になっている。
【００５５】
また、回転軸１１のカバー３０Ａ、３０Ｂで挟まれた位置には、軸方向に離隔して、円筒状の永久磁石１２Ａ、１２Ｂが固定されている。これら永久磁石１２Ａ、１２Ｂは、同一の構成であって、その外周面の展開図である図２（ａ）に示すように、Ｎ極及びＳ極が一定のピッチＰ１で周方向に交互に着磁されて並んでいる。
【００５６】
一方、固定子２０は、永久磁石１２Ａ、１２Ｂに対応して、上下二段に積層された第１ステータユニット２１Ａ、第２ステータユニット２１Ｂを有し、各ステータユニット２１Ａ、２１Ｂは、後述する固定子極歯の周方向位置が若干ずれていること並びに上下逆になっていることを除いては、同一の部材である。
【００５７】
即ち、第１ステータユニット２１Ａ及び第２ステータユニット２１Ｂのそれぞれは、励磁コイル２２、外ヨーク２３及び内ヨーク２４を備えていて、励磁コイル２２は、ワイヤを円筒状に捲線して絶縁処理を施し、外ヨーク２３及び内ヨーク２４間に挟み込まれている。
【００５８】
外ヨーク２３は、励磁コイル２２の外周面を覆う円筒状のハウジング部２３ａと、励磁コイル２２のカバー３０Ａ又は３０Ｂに近接した側の端面を覆う円盤状のプレート部２３ｂと、プレート部２３ｂの中央から励磁コイル２２の内周面に沿って軸方向に延びる櫛歯状の複数の固定子極歯２５と、を備えている。なお、外ヨーク２３の各ハウジング部２３ａ、プレート部２３ｂ及び固定子極歯２５は、鋼板を一体にプレス加工することにより形成される。
【００５９】
これに対し、内ヨーク２４は、励磁コイル２２のカバー３０Ａ又は３０Ｂから遠い側の端面を覆う円盤状のプレート部２４ａと、プレート部２４ａの中央から励磁コイル２２の内周面に沿って軸方向に延びる櫛歯状の複数の固定子極歯２６と、を備えている。なお、内ヨーク２４の各プレート部２４ａ及び固定子極歯２６は、鋼板を一体にプレス加工することにより形成される。
【００６０】
そして、外ヨーク２３の固定子極歯２５と内ヨーク２４の固定子極歯２６とは同数（本実施の形態では、１２）であって、励磁コイル２２の内周面においてそれら固定子極歯２５及び２６が接触しないように交互に配置されている。
【００６１】
図２（ｂ）は、外ヨーク２３及び内ヨーク２４の一部を展開したものであり、第１ステータユニット２１Ａ及び第２ステータユニット２１Ｂのそれぞれの外ヨーク２３、内ヨーク２４について、６〜７個の固定子極歯２５ａ〜２５ｇ、固定子極歯２６ａ〜２６ｆ、２６ｌが表れている。なお、各固定子極歯２５、２６の具体的な形成位置については、後述する。
【００６２】
このような第１ステータユニット２１Ａ及び第２ステータユニット２１Ｂは、固定子極歯２５、２６の周方向位置が所定の角度だけずれるように積層された状態で、カバー３０Ａ、３０Ｂ間に挟み込まれて固定されている。
【００６３】
そして、このように構成されたＰＭ形ステッピングモータ１は、図示しない駆動回路により各相の励磁コイル２２に流す電流を順次切り換えることで回転磁界が形成され、回転子１０が駆動される。
【００６４】
次に、本実施の形態における固定子極歯２５、２６の具体的な形成位置について説明する。ただし、固定子極歯２５、２６は、それぞれ１２個ずつ備えられているが、これらは６個の固定子極歯２５、２６を一セットとしたものが二セット設けられておりそれら各セットのなかを下記のように適宜歯群に分けているものと考えればよいから、それら６個の固定子極歯２５、２６の形成位置についてのみ説明する。
【００６５】
即ち、本実施の形態では、請求項１に係る発明における上記（１）〜（３）式の関係を成立させるために、請求項３に係る発明における上記（４）、（５）式の関係が成立するようにしており、より具体的には、請求項４に係る発明における（８）、（９）式の関係が成立するようにしている。
【００６６】
ここで、本実施の形態のＰＭ形ステッピングモータ１は、ピッチＰ２、Ｐ３を決めるための各数値を、
ｍ＝３、ｎ＝２、ｕ＝３２、ｉ＝１、ｉ’＝１、ν’＝４
としている。
【００６７】
つまり、本実施の形態では、各ヨーク２３、２４に６個ずつの固定子極歯２５ａ〜２５ｆ、２６ａ〜２６ｆが備えられているが、外ヨーク２３については、６個の固定子極歯２５ａ〜２５ｆを、３個の固定子極歯２５ａ〜２５ｃ、２５ｄ〜２５ｆからなる２組の歯群に分けており、内ヨーク２４についても、６個の固定子極歯２６ａ〜２６ｆを、３個の固定子極歯２６ａ〜２６ｃ、２６ｄ〜２６ｆからなる２組の歯群に分けている。
【００６８】
但し、外ヨーク２３及び内ヨーク２４のそれぞれの歯群は、例えば、外ヨーク２３の一方の歯群２５ａ〜２５ｃは、内ヨーク２４の一方の歯群２６ａ〜２６ｃとだけ周方向でオーバーラップするように、設定されている。かかる関係は、歯群の個数や、各歯群を構成する固定子極歯の個数が異なっても、同じである。
【００６９】
そして、上記数値を上記（８）、（９）式に代入すると、
Ｐ２＝Ｐ１｛１−１／３２｝
Ｐ３＝Ｐ１｛３−１／８｝
となり、これらピッチＰ２、Ｐ３となるように各固定子極歯２５ａ〜２５ｆ、２６ａ〜２６ｆの形成位置が決められている。
【００７０】
このような構成であれば、ν’＝４であることから、ディテントトルクの４次高調波を低減することができる。図３は、本実施の形態の構成を適用したステップ数４８の二相ＰＭ形ステッピングモータについて実際に測定したディテントトルクの波形図であって、従来のＰＭ形ステッピングモータについて同様の測定を行った結果である図４と比較しても判るように、振れ幅が大幅に低減していることが確認できた。そして、図３及び図４に示す結果を周波数解析したところ、図５に示すように、４次高調波が大幅に低減していることが確認できた。
【００７１】
また、本実施の形態であれば、外ヨーク２３の固定子極歯２５と内ヨークの固定子極歯２６との間の隙間が、極端に狭くなることを防止できる。つまり、例えば図２（ｂ）に示す固定子極歯２５ｄ及び固定子極歯２６ｃ間のピッチＰ４は、固定子極歯２５及び固定子極歯２６を一定のピッチで配置したとすると、ピッチＰ２はピッチＰ１に等しくなるから、Ｐ４＝Ｐ１／２となる。しかし、固定子極歯２５及び固定子極歯２６のピッチＰ２を例えば上記特開平１０−１３６６３１号公報に開示されたＰＭ形ステッピングモータのように一定でなくすると、隣り合った固定子極歯２５及び固定子極歯２６間のピッチは、広くなるところもあるし、逆に狭くなるところもあるから、その隣り合った固定子極歯２５及び固定子極歯２６間のピッチの最小値は、Ｐ１／２よりも必ず小さくなる。
【００７２】
しかしながら、本実施の形態のように、請求項４に係る発明における（８）、（９）式に従ってピッチＰ２、Ｐ３を設定すれば（上記（６）、（７）式を選択しても同じ）、ピッチＰ２によるずれ方向とピッチＰ３によるずれ方向とが互いに相殺し合うようになって、ピッチＰ４が極端に狭くなることが防止できるのである。
【００７３】
これを、図２（ｂ）を利用して具体的に説明すると、例えばピッチＰ２がピッチＰ１に等しいピッチＰ２、Ｐ３の設定前の状況を考えるとともに、歯群２５ａ〜２５ｃ及び２６ａ〜２６ｃのそれぞれの中心の固定子極歯２５ｂ、２６ｂの位置を固定して考え、かかる固定位置に対してピッチＰ２を（８）式に従って設定すれば、固定子極歯２５ａ、２５ｃが固定子極歯２５ｂに近づくとともに、固定子極歯２６ａ、２６ｃが固定子極歯２６ｂに近づく。同様の動きが、歯群２５ｄ〜２５ｆ及び２６ｄ〜２６ｆに関しても生じ、その結果、歯群同士の端部間距離は離れる方向に変化する（ピッチＰ４は大きくなる。）。このため、歯群同士のピッチＰ３を（９）式に従って設定した結果、今度は逆に歯群同士の端部間距離が近づく方向に変化しても（ピッチＰ４は小さくなっても）、ピッチＰ２の設定によるピッチＰ４の増大が既に得られているから、ピッチＰ４が極端に狭くなることが防止されるのである。なお、（８）、（９）式に代えて（６）、（７）式を採用した場合にも同様に、極端に狭くなることが防止される。ちなみに、本実施の形態の構成であると、ピッチＰ４の最小値は、０．８８・（Ｐ１／２）となるから、特開平１０−１３６６３１号公報に開示されたＰＭ形ステッピングモータの場合にピッチの最小値が０．８３・（Ｐ１／２）となることに比べて広めになっている。
【００７４】
そして、ピッチＰ４が極端に狭くならなければ、固定子極歯２５ｄ及び２６ｃ間を流れる漏れ磁束が増加することが防止でき、発生トルクが大きく低下することが避けられるのである。
【００７５】
さらに、本実施の形態にあっては、回転軸１１と軸受３０ａとの間、並びに回転軸１１と軸受３０ｂとの間のそれぞれに、板ばね３１ａ、３１ｂを介在させているため、さらに振動を低減することができるという利点がある。つまり、ＰＭ形ステッピングモータ１の駆動時の電磁力により固定子極歯２５、２６を軸方向に振動させる力が発生し、その力の反力が永久磁石を通じて回転子１０側に入力されても、回転軸１１が板ばね３１ａ、３１ｂの弾性変形可能範囲内で軸方向に変動可能であるから、回転軸１１が軸受３０ａ、３０ｂ等に衝突して摺動及び衝撃音が発生する可能性を低減できるからである。
【００７６】
図６は本発明の第２の実施の形態を示す図であって、上記第１の実施の形態における図２と同様の展開図である。なお、ＰＭ形ステッピングモータとしての全体的な構成は上記第１の実施の形態と同様であるため、図示及び重複する説明は省略するとともに、上記第１の実施の形態と同様の部材、部位には同じ符号を付し、その重複する説明も省略する。
【００７７】
即ち、本実施の形態では、請求項１に係る発明における上記（１）〜（３）式の関係を成立させるために、請求項５に係る発明における上記（10）、（11）式の関係が成立するようにしており、より具体的には、請求項６に係る発明における（14）、（15）式の関係が成立するようにしている。
【００７８】
ここで、本実施の形態のＰＭ形ステッピングモータは、ピッチＰ２、Ｐ３を決めるための各数値を、
ｍ＝３、ｎ＝２、ｉ＝２、ν＝４、ｉ’＝１、ν’＝２
としている。
【００７９】
つまり、本実施の形態でも、外ヨーク２３の６個の固定子極歯２５ａ〜２５ｆを、３個の固定子極歯２５ａ〜２５ｃ、２５ｄ〜２５ｆからなる２組の歯群に分けており、内ヨーク２４の６個の固定子極歯２６ａ〜２６ｆを、３個の固定子極歯２６ａ〜２６ｃ、２６ｄ〜２６ｆからなる２組の歯群に分けている。そして、ピッチＰ２、Ｐ３は、上記（14）、（15）式から、
Ｐ２＝Ｐ１｛１−２／１２｝
Ｐ３＝Ｐ１｛３−１／４｝
としている。
【００８０】
このような構成であると、ν＝４であることから、各歯群内の固定子極歯２５ａ〜２５ｃ、２５ｄ〜２５ｆ、２６ａ〜２６ｃ、２６ｄ〜２６ｆ同士のピッチＰ２のずれによってディテントトルクの４次高調波が低減され、ν’＝２であることから、歯群２５ａ〜２５ｃ及び２５ｄ〜２５ｆ間、歯群２６ａ〜２６ｃ及び２６ｄ〜２６ｆ間のピッチＰ３のずれによってディテントトルクの２次高調波が低減されるため、従来のＰＭ形ステッピングモータとは異なり、多くの次数の高調波を低減することができ、より静かで滑らかな回転が得られる。
【００８１】
また、本実施の形態にあっても、上記（14）、（15）式を採用してピッチＰ２及びＰ３を設定しているため、上記第１の実施の形態と同様に、ピッチＰ２を設定する際にピッチＰ４が広がるため、ピッチＰ３を設定する際にピッチＰ４が狭くなってもそれが極端に狭くなることが防止できるから、固定子極歯２５ｄ及び２６ｃ間を流れる漏れ磁束が増加することが防止でき、発生トルクが大きく低下することを避けることができる。なお、（14）、（15）式に代えて上記（12）、（13）式を採用した場合にも、同様にピッチが極端に狭くなることが防止できる。
【００８２】
図７乃至図１０は本発明の第３の実施の形態を示す図であって、図７は図１と同様に二相のＰＭ形ステッピングモータ１の断面図である。なお、上記第１の実施の形態と同様の部材及び部位には、同じ符号を付しその重複する説明は省略する。また、本実施の形態にあっても、固定子極歯２５、２６の周方向の位置関係は、上記第１の実施の形態又は第２の実施の形態と同様に、上記（６）、（７）式、上記（８）、（９）式、上記（12）、（13）式、上記（14）、（15）式に従って設定されている。
【００８３】
そして、本実施の形態では、第１ステータユニット２１Ａと第２ステータユニット２１Ｂとの間に、円盤状のスペーサ４０を介在させている。但し、スペーサ４０の中央部分には、内ヨーク２４のプレート部２４ａの直径ｄ（図８参照）と同程度の直径を有する円形の開口部４０ａが形成されていて、これにより、図９に示すように、スペーサ４０は、内ヨーク２４のプレート部２４ａにのみ接し、固定子極歯２６の根元部分には接しないようになっている。
【００８４】
このため、軸方向に隣接した第１ステータユニット２１Ａ及び第２ステータユニット２１Ｂ間には、軸方向の隙間４１が形成され、これにより、両内ヨーク２４の固定子極歯２６の根元部分同士が非接触となっている。
【００８５】
一方、外ヨーク２３は、そのプレート部２３ｂがカバー３０Ａ、３０Ｂに接しているが、そのカバー３０Ａ、３０Ｂに接している部分のうち、固定子極歯２５の根元部分に溶接ポイントｗを設定していて、その溶接ポイントｗにおいてスポット溶接を行って固定子極歯２５の根元部分をカバー３０Ａ又は３０Ｂに接合している。具体的には、本実施の形態では、図１０に示すように、外ヨーク２３の固定子極歯２５の一つ置きの根元部分に溶接ポイントｗを設定してスポット溶接を行うようになっていて、これにより、固定子極歯２５がカバー３０Ａ、３０Ｂから離れ難くなっている。
【００８６】
そして、本実施の形態にあっては、上記のような構成を有するため、ＰＭ形ステッピングモータ１の駆動時の電磁力により固定子極歯２５、２６を軸方向に振動させる力が発生しても、それに起因した騒音が発生し難くなっている。その理由の第１は、本実施の形態も、上記第１の実施の形態と同様に、回転軸１１と軸受３０ａとの間、並びに回転軸１１と軸受３０ｂとの間のそれぞれに、板ばね３１ａ、３１ｂを介在させているからである。
【００８７】
また、理由の第２は、隙間４１を形成しているからである。つまり、ＰＭ形ステッピングモータ１の駆動時の電磁力により内ヨーク２４の固定子極歯２６が軸方向に振動したとしても、隙間４１が形成されているから、第１ステータユニット２１Ａ側の固定子極歯２６と、第２ステータユニット２１Ｂ側の固定子極歯２６とが衝突することが避けられるからである。また、内ヨーク２４同士の接触部分を減らすことで第１及び第２のステータユニット２１Ａ、２１Ｂ間の磁気干渉を減少させることができるから、これに起因する電磁力の変動或いは回転むらを防止できるからである。
【００８８】
そして、理由の第３は、固定子極歯２５をカバー３０Ａ、３０Ｂから離れ難くしているからである。つまり、ＰＭ形ステッピングモータ１の駆動時の電磁力により外ヨーク２３の固定子極歯２５に軸方向の力が入力されたとしても、固定子極歯２５がカバー３０Ａ、３０Ｂから離れなければ、固定子極歯２５が元の位置に戻る際にカバー３０Ａ、３０Ｂに衝突するということもないからである。
【００８９】
よって、本実施の形態の構成であれば、上記第１、第２の実施の形態と同様の作用によりディテントトルクの高調波成分の低減が図れるとともに、ＰＭ形ステッピングモータ１の駆動時の電磁力による固定子極歯２５、２６を軸方向に振動させる力に起因した振動も低減されるため、極めて静かで滑らかな回転が得られるという利点がある。
【００９０】
ここで、本実施の形態にあっては、外ヨーク２３の固定子極歯２５の根元部分をカバー３０Ａ、３０Ｂに溶接により接合した構造が、対カバー衝突防止構造に相当する。
【００９１】
なお、この第３の実施の形態にあっては、スペーサ４０を利用して隙間４１を形成しているが、これに限定されるものではなく、固定子極歯２６の根元部分の形状を、隣接した他の内ヨーク２４から離れる方向に変形させて隙間４１を形成するようにしてもよい。かかる具体例としては、例えば、図１１（ａ）に示すように、固定子極歯２６の根元部分を階段状に変形させて隙間４１を形成する構成や、図１１（ｂ）に示すように、固定子極歯２６の根元部分を折り曲げて隙間４１を形成する構成等が考えられる。なお、これら図１１（ａ）、（ｂ）に示すような形状は、内ヨーク２４をプレス加工する際に一体に形成できるため、製造コストの増大を招くこともない。
【００９２】
また、ＰＭ形ステッピングモータ１の駆動時の電磁力に起因した騒音を低減させる構造としては、図１２乃至図１４に示す構造も採用可能である。即ち、図１２は、内ヨーク２４の一つの固定子極歯２６及びその近傍のプレート部２４ａの斜視図、図１３は同部分の図１２とは逆の方向からの斜視図、図１４は同部分の側面図であって、固定子極歯２６の根元部分の中央部及び両側部に、内ヨーク２４の径方向に沿って延びるリブ４２ａ、４２ｂ、４２ｃを、プレス加工により一体的に形成している。なお、同様の構成は、外ヨーク２３の固定子極歯２５にも採用可能である。そして、リブ４２ａ、４２ｂ、４２ｃを固定子極歯２５、２６に形成していれば、ＰＭ形ステッピングモータ１の駆動時の電磁力によりその固定子極歯２５、２６を軸方向に振動させる力が発生したとしても、固定子極歯２５、２６の振動をなくする又は極小さくできるから、それら固定子極歯２５、２６がカバー３０Ａ、３０Ｂや近接した他の固定子極歯２６に衝突することが防止できる或いは衝撃を小さくでき、騒音をなくする又は小さくできるのである。
【００９３】
しかも、この図１２乃至図１４に示す構成であれば、リブ４２ａ、４２ｂ、４２ｃを、プレス加工により一体的に形成しているため、別部材を後から固定する構造等とは異なり、製造コストの増大を招くこともない。
【００９４】
図１５乃至図１７は本発明の第４の実施の形態を示す図であって、図１５は外ヨーク２３及び内ヨーク２４の斜視図である。なお、ＰＭ形ステッピングモータとしての全体的な構成は上記第１の実施の形態と同様であるため、図示及び重複する説明は省略するとともに、上記第１の実施の形態と同様の部材、部位には同じ符合を付与し、その重複する説明も省略する。
【００９５】
そして、本実施の形態では、図１５に示すように、外ヨーク２３の固定子極歯２５の先端部外周にはこの固定子極歯２５の半径方向外側への変形を抑制するための拘束部材としてのリング２７が設けられ、このリング２７によって、内ヨーク２４の固定子極歯２６の外側への変形をも抑制するようになっている。すなわち、前記リング２７は、例えば、アルミニウム或いは真鍮等の非磁性体で構成され、図１６の断面図に示すように、リング２７を外ヨーク２３の固定子極歯２５及び内ヨーク２４に装着した場合に、互いに噛み合う外ヨーク２３の固定子極歯２５の先端から内ヨーク２４の固定子極歯２６の先端までを覆うことの可能な幅に形成され、また、前記各固定子極歯２５、２６にリング２７を装着した際に、リング２７と励磁コイル２２との間に余裕代が生じる肉厚であり、且つ、前記固定子極歯２５及び２６の外側への変形を抑制可能な肉厚に形成されている。
【００９６】
そして、例えば外ヨーク２３の固定子極歯２５の外周面にリング２７を圧入した後、このリング２７に内ヨーク２４の固定子極歯２６を圧入すること等により、外ヨーク２３の固定子極歯２５と内ヨーク２４の固定子極歯２６にリング２７を装着させるようになっている。
【００９７】
ここで、モータ駆動時に半径方向或いは軸方向に作用する電磁力が固定子極歯２５、２６に作用すると、これら固定子極歯２５、２６部分は剛性が低いため、回転子１０の磁極と固定子極歯２５、２６との対向位置が変化する毎に、固定子極歯２５、２６が半径方向外側に変形しこれによって軸方向への変形も引き起こしており、これらによって振動が発生し騒音が生じる。すなわち、図１７（ａ）に示すモータ非駆動時に比較して、図１７（ｂ）に示すようにモータ駆動時には、固定子極歯が半径方向外側に変形し、特に先端部にいくほどその変形量が大きくなる。図１７（ｂ）には一方の固定子極歯のみを記載しているが、この現象が外ヨーク２３及び内ヨーク２４の固定子極歯２５、２６に共に生じる。
【００９８】
しかしながら、本実施の形態においては、固定子極歯２５及び２６の先端付近に係合するリング２７を設けているから、固定子極歯２５、２６の半径方向外側への変形は抑えられる。したがって、固定子極歯２５、２６の変形が抑制されるから、この固定子極歯２５、２６の変形に起因する振動も抑制されることになる。
【００９９】
ここで、固定子極歯２５、２６の変形を抑制する方法としては、例えば固定子極歯２５、２６と励磁コイル２２との間に樹脂等を充填したり、また金属を埋め込むこと等も考えられるが、樹脂は剛性が低く、また、固定子極歯２５、２６と励磁コイル２２との間に樹脂を充填してこれらを固定する必要があり組み立てに手間がかかる。また、金属を埋め込む方法では製造上困難であり、また、固定子極歯２５、２６に意図しない応力が作用してしまう場合がある等といった問題がある。しかしながら、本実施の形態においては、リング２７を固定子極歯２５、２６に装着するだけでよいから、容易に組み立てを行うことができると共に、リング２７は、励磁コイル２２との間に余裕代をもって形成されているから、固定子極歯２５、２６と励磁コイル２２とを取り付ける際でも、容易に行うことができる。
【０１００】
また、図１７に示すように、固定子極歯２５、２６の先端の方が、根元付近に比較してその変形量が大きいが、本実施の形態においては、固定子極歯２５、２６の先端付近にリングを設けるようにしているから、固定子極歯２５、２６のうち最も変形量の多い場所にリング２７が設けられることになって、固定子極歯２５、２６の変形を効果的に抑制することができる。
【０１０１】
なお、本実施の形態においては、リング２７によって外ヨーク２３及び内ヨーク２４の固定子極歯２５、２６を共に拘束するようにしているが、これに限らず、外ヨーク２３の固定子極歯２５を拘束するためのリングと、内ヨーク２４の固定子極歯２６を拘束するためのリングとを二つ設けるようにしてもよい。しかしながら、一つのリング２７によって外ヨーク２３及び内ヨーク２４の固定子極歯２５、２６を共に拘束することによってモータ構成部品数の増加を最小限に抑えることができる。
【０１０２】
また、本実施の形態においては、固定子極歯２５、２６に、拘束部材としてリング２７を設けているが、拘束部材は必ずしも環になっていなくてもよく、例えばコイル状の部材等であっても適用することができ、固定子極歯２５、２６の変形を抑制することの可能な部材であれば適用することができる。
【０１０３】
また、本実施の形態においては、リング２７を、固定子極歯２５、２６にリング２７を装着した際に、リング２７と励磁コイル２２との間に余裕代が生じる肉厚に形成した場合について説明したが、必ずしも余裕代が生じなくてもよく、リング２７と励磁コイル２２との間隔よりも小さい肉厚に形成すればよく、要は、固定子極歯２５、２６と励磁コイル２２とを組み立てる際に、リンブ２７が装着されている場合であっても容易に組み立てることの可能な肉厚であればよい。
【０１０４】
また、本実施の形態において、リング２７の固定子極歯２５、２６と対向する側に、各固定子極歯２５、２６の位置決めをするための固定子極歯２５、２６の形状に応じた凹部等を形成しておき、これを固定子極歯２５、２６をリング２７に係合する際の案内として用いるようにしてもよい。
【０１０５】
また、本実施の形態においては、固定子極歯２５、２６の先端を覆うリング２７を用いた場合について説明したが、必ずしも先端まで覆う必要はなく、固定子極歯２５、２６の変形を抑制することの可能な先端付近の位置を覆うようにすればよい。
【０１０６】
なお、上記各実施の形態では、本発明に係るＰＭ形ステッピングモータを二相のＰＭ形ステッピングモータ１に適用した場合について説明したが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、一相或いは三相以上のＰＭ形ステッピングモータであっても本発明は適用可能である。
【０１０７】
また、上記第１の実施の形態、第２の実施の形態では、ディテントトルクの４次高調波成分、或いは、ディテントトルクの２次高調波成分及び４次高調波成分を低減することを狙ってピッチＰ２、Ｐ３を設定しているが、これに限定されるものではなく、例えば、三相のＰＭ形ステッピングモータであれば、４次高調波成分及び６次高調波成分を低減し得る構成としてもよいし、四相のＰＭ形ステッピングモータであれば、４次高調波成分及び８次高調波成分を低減し得る構成としてもよく、それらは任意に選択できる。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１乃至請求項６に係る発明にあっては、歯群内における固定子極歯のピッチＰ２及び歯群同士のピッチＰ３を適宜設定するようにしたため、より多くの次数の高調波が低減されるので、高調波が効率よく低減され、より静かで滑らかな回転が得られるという効果がある。
【０１０９】
特に、請求項４或いは請求項６に係る発明であれば、固定子極歯間の隙間が極端に狭くなることが防げるから、固定子極歯間を流れる漏れ磁束が増加することが防止でき、発生トルクが大きく低下することが避けられるという効果も得られる。
【０１１０】
さらに、請求項７乃至請求項９に係る発明にあっては、ＰＭ形ステッピングモータの駆動時の電磁力により外ヨークや内ヨークの固定子極歯を軸方向に振動させる力が発生したとしても、振動及び衝撃音が発生しない又は発生し難くなっているから、より静かなＰＭ形ステッピングモータが得られるという効果がある。
【０１１１】
特に、請求項７乃至請求項９に係る発明であれば、ステータユニット間の磁気干渉を減少させることができるから、これに起因する力の変動・回転むらをも防止することができるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態におけるＰＭ形ステッピングモータの断面図である。
【図２】永久磁石及び固定子極歯の位置関係を説明する展開図である。
【図３】実施の形態の作用を説明する波形図である。
【図４】従来例の波形図である。
【図５】ディテントトルクの高調波成分の周波数解析結果を示す図である。
【図６】第２の実施の形態における永久磁石及び固定子極歯の位置関係を説明する展開図である。
【図７】第３の実施の形態におけるＰＭ形ステッピングモータの断面図である。
【図８】内ヨークの平面図である。
【図９】内ヨークにスペーサを重ねた状態での平面図である。
【図１０】外ヨークの平面図である。
【図１１】内ヨークの変形例を示す断面図である。
【図１２】固定子極歯の変形例の斜視図である。
【図１３】図１２とは異なる方向から見た固定子極歯の変形例の斜視図である。
【図１４】固定子極歯の変形例の側面図である。
【図１５】第４の実施の形態における外ヨーク及び内ヨークの斜視図である。
【図１６】第４の実施の形態におけるＰＭ形ステッピングモータの断面図である。
【図１７】固定子極歯の変形の様子を表した説明図である。
【符号の説明】
１              ＰＭ形ステッピングモータ
１０            回転子
１１            回転軸
１２Ａ、１２Ｂ  永久磁石
２０            固定子
２１Ａ          第１ステータユニット
２１Ｂ          第２ステータユニット
２２            励磁コイル
２３            外ヨーク
２４            内ヨーク
２５、２６      固定子極歯
２７            リング
３０Ａ、３０Ｂ  カバー
３１ａ、３１ｂ  板ばね
【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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