(57)【要約】【課題】従来提案されているステッピングモータに比して、上下のステータの接触部分を介して流れる磁束を一段と抑制して、ディテントトルクを一段と低下させ、出力トルクのバラツキや振動騒音を一段と抑制し得るロータ及びステッピングモータを提供すること。【解決手段】ロータ１００のマグネット１０１を上側マグネット領域１１０と下側マグネット領域１２０に分割し、上側マグネット領域１１０と下側マグネット領域１２０間で、回転軸１０２の軸方向で互いに異極を形成したことにより、上下のステータ４０，５０の接触部分８０を介して流れる磁束を抑制できる。この結果、ディテントトルクが低下し、出力トルクのバラツキや振動騒音を一段と抑制し得るステッピングモータを実現できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にマグネットが形成されたステッピングモータ用ロータであって、
前記マグネットは、回転軸の軸方向に、第１のマグネット領域と、第２のマグネット領域とに分割され、
前記第１及び第２のマグネット領域は、周方向にＮ極とＳ極が交互に形成され、
前記第１のマグネット領域と、前記第２のマグネット領域は、前記回転軸の軸方向で互いに異極が形成されている
ことを特徴とするステッピングモータ用ロータ。
【請求項２】
前記第１のマグネット領域と、前記第２のマグネット領域との間には、非マグネット領域が形成されている
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用ロータ。
【請求項３】
外周面にマグネットが形成されたロータと、
内周側に前記ロータが配置され、かつ内周面の周方向に亘って前記ロータのマグネットに対向した複数の極歯が形成された第１及び第２のステータと、
前記第１及び第２のステータの内部に設けられ、前記第１及び第２のステータの前記極歯を励磁する第１及び第２の励磁コイルと、
を有するステッピングモータであって、
前記ロータの前記マグネットは、前記第１のステータに対向する第１のマグネット領域と、前記第２のステータに対向する第２のマグネット領域とに分割され、
前記第１及び第２のマグネット領域は、周方向にＮ極とＳ極が交互に形成され、
前記第１のマグネット領域と、前記第２のマグネット領域は、前記回転軸の軸方向で互いに異極が形成されている
ステッピングモータ。
【請求項４】
前記第１及び第２のマグネット領域間には、非マグネット領域が形成されている
ことを特徴とする請求項３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、特に、クローポール型ステッピングモータのロータ、及びクローポール型ステッピングモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
図８及び図９に、従来のクローポール型ステッピングモータの一般的な構成を示す。図８に、２相クローポール型ステッピングモータの外観図を示し、図９に、その分解斜視図を示す。
【０００３】
図９に示すように、ステッピングモータ１０は、ケース１１とブラケット１２との間に、Ａ相ステータ１３と、Ｂ相ステータ１４と、ロータ１５とが収納されて構成される。
【０００４】
Ａ相及びＢ相ステータ１３，１４は、ケース１１内に固定して収納される。Ａ相ステータ１３及びＢ相ステータ１４の内部には、図示しない励磁コイルが巻回されて設けられている。また、Ａ相ステータ１３及びＢ相ステータ１４の内周面には、複数の極歯２０が形成されている。
【０００５】
ロータ１５には上下方向に突出した回転子軸１５Ａが設けられており、この回転子軸１５Ａがブラケット１２及びケース１１の軸受け１２Ａ，１１Ａに回転自在に軸支される。つまり、ロータ１５は、Ａ相ステータ１３及びＢ相ステータ１４の内周面に対向した位置に、回転自在に配置される。また、ロータ１５の外周面には、周方向にＮ極とＳ極とが交互に多極磁着されたマグネット１５Ｂが形成されている。
【０００６】
ステッピングモータ１０においては、励磁コイルに電流パルスを流すことで、極歯２０を励磁させる。これにより、極歯２０とロータ１５のマグネット１５Ｂとの磁力によってロータ１５が回転する。
【０００７】
具体的には、各励磁コイルの電流パルスの方向を切り替えて極歯２０の磁極を変えることで、極歯２０とロータ１５のマグネット１５Ｂとが吸引、反発を繰り返し、これにより、ロータ１５が回転し続ける。
【０００８】
このようなクローポール型ステッピングモータの一つの例として、特許文献１で開示されたものがある。
【０００９】
図１０及び図１１は、特許文献１に記載されたステッピングモータの構造を示すものである。ロータ３０のマグネット３１は、ｎ個（ｎは４以上の正の整数）のＮ極とｎ個のＳ極とが回転軸３２の周方向に等しいピッチＰで交互に現れるように構成されている。
【００１０】
Ａ相ステータ４０の極歯４１及び４２は、それぞれ、周方向に所定のピッチＰでｎ個設けられている。同様に、Ｂ相ステータ５０の極歯５１及び５２は、それぞれ、周方向に所定のピッチＰでｎ個設けられている。Ａ相ステータ４０とＢ相ステータ５０の極歯は、マグネット３１の磁極ピッチＰに対して、周方向に１／４ピッチ（Ｐ／４）だけずらされている。
【００１１】
ところで、Ａ相ステータ４０とＢ相ステータ５０は、互いに重なり合って配置されている。このため、ロータ３０のマグネット３１の軸方向中央付近からの磁束が、Ａ相ステータ４０とＢ相ステータ５０の互いに重なり合っている部分を通して、Ａ相ステータ４０とＢ相ステータ５０に侵入する（つまり重なり合っている部分を通して上下のステータヨークに侵入する）。これが原因となって、Ａ相ステータ４０とＢ相ステータ５０との間に磁気的な干渉が生じ、これによりディテントトルクが増加し、出力トルクのバラツキや振動騒音に繋がる問題があった。
【００１２】
この問題を解決するため、特許文献２では、ロータのマグネットの中央部分に所定幅の無着磁領域又は磁極逃げ部を設けた構成が提示されている。これにより、マグネットの軸方向中央部分での発生磁束が減少もしくは無くなるため、上下のステータの接触部分を介して流れる磁束が抑制され、この結果、ディテントトルクが低下し、出力トルクのバラツキや振動騒音が抑制される。
【特許文献１】特開２００１−１６１０４３号公報
【特許文献２】特開昭６３−１９８５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、従来提案されているステッピングモータに比して、上下のステータの接触部分を介して流れる磁束を一段と抑制して、ディテントトルクを一段と低下させ、出力トルクのバラツキや振動騒音を一段と抑制し得るロータ及び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】
【００１４】
本発明のステッピングモータ用ロータの一つの態様は、外周面にマグネットが形成されたステッピングモータ用ロータであって、前記マグネットは、回転軸の軸方向に、第１のマグネット領域と、第２のマグネット領域とに分割され、前記第１及び第２のマグネット領域は、周方向にＮ極とＳ極が交互に形成され、前記第１のマグネット領域と、前記第２のマグネット領域は、前記回転軸の軸方向で互いに異極が形成されている構成を採る。
【００１５】
本発明のステッピングモータの一つの態様は、外周面にマグネットが形成されたロータと、内周側に前記ロータが配置され、かつ内周面の周方向に亘って前記ロータのマグネットに対向した複数の極歯が形成された第１及び第２のステータと、前記第１及び第２のステータの内部に設けられ、前記第１及び第２のステータの前記極歯を励磁する第１及び第２の励磁コイルと、を有するステッピングモータであって、前記ロータの前記マグネットは、前記第１のステータに対向する第１のマグネット領域と、前記第２のステータに対向する第２のマグネット領域とに分割され、前記第１及び第２のマグネット領域は、周方向にＮ極とＳ極が交互に形成され、前記第１のマグネット領域と、前記第２のマグネット領域は、前記回転軸の軸方向で互いに異極が形成されている構成を採る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ロータのマグネットを、第１のマグネット領域と第２のマグネット領域に分割し、第１及び第２のマグネット領域間で回転軸の軸方向で互いに異極を形成したことにより、ステータの重なり合っている部分への磁束の侵入を抑制でき、この結果、出力トルクのバラツキや振動騒音を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１に、本発明の実施の形態に係るロータの構成を示す。ロータ１００の外周面には、マグネット１０１が形成されている。
【００１９】
マグネット１０１は、回転軸１０２の軸方向に、上側マグネット領域１１０と下側マグネット領域１２０の２つの領域に分割されている。上側マグネット領域１１０及び下側マグネット領域１２０共に、同じピッチＰで、周方向にＮ極とＳ極とが交互に形成されている。ここでピッチＰとは、あるＮ極からその隣のＳ極を隔てて次のＮ極までの間隔を示す（当然、あるＳ極からその隣のＮ極を隔てて次のＳ極までの間隔と言ってもよい）。
【００２０】
上側マグネット領域１１０と下側マグネット領域１２０は、周方向に１／２ピッチ（Ｐ／２）だけずれた関係とされている。具体的には、上側マグネット領域１１０でＮ極が形成されている場合には、その箇所に対応する下側マグネット領域１２０ではＳ極が形成されており、上側マグネット領域１１０でＳ極が形成されているばあいには、その箇所に対応する下側マグネット領域１２０ではＮ極が形成されている。つまり、上側マグネット領域１１０と下側マグネット領域１２０は、回転軸１０２の軸方向で互いに異極が形成されている。
【００２１】
図１０との対応部分に同一符号を付して示す図２に、本実施の形態のロータ１００を有するステッピングモータの構成例を示す。図２は、ロータ１００と、Ａ相ステータ４０及びＢ相ステータ５０との関係を示したものである。
【００２２】
図３は、ロータ１００のマグネット１０１と、Ａ相ステータ４０及びＢ相ステータ５０と関係を、さらに詳細に示した模式図である。図３（ａ）は上側マグネット領域１１０の磁極を示し、図３（ｂ）はＡ相及びＢ相ステータ４０，５０を示し、図３（ｃ）は下側マグネット領域１２０の磁極を示す。励磁コイル６０，７０（図２）によって極歯４１，４２，５１，５２，………が励磁されると、ロータ１００はステータ４０，５０に対して相対的に矢印の方向に回転する。
【００２３】
本実施の形態のマグネット構成を用いると、マグネット１０１からの磁束がＡ相ステータ４０とＢ相ステータ５０の互いに重なり合っている部分８０を通して、Ａ相ステータ４０とＢ相ステータ５０に侵入することを抑制できる。これにより、Ａ相ステータ４０とＢ相ステータ５０との間での磁気的な干渉を抑制できる。この結果、ディテントトルクが低下し、出力トルクのバラツキや振動騒音を抑制できる。
【００２４】
因みに、本実施の形態の構成では、特許文献２のようにマグネットの中央部分に所定幅の非マグネット領域を設ける場合と比較して、マグネット領域を確保できるので、出力トルクの点で有利である。
【００２５】
従来のマグネット構成を用いた場合のディテントトルクと、本実施の形態のマグネット構成を用いた場合のディテントトルクとを測定したところ、図４及び図５に示すような実験結果が得られた。
【００２６】
図４において、実線Ｌ１は本実施の形態のマグネット構成（ロータ１００）を用いた場合のディテントトルク特性を示し、点線Ｌ２は従来のマグネット構成を用いた場合のディテントトルク特性を示す。図４から、本実施の形態のマグネット構成を用いた場合、ディテントトルク特性が改善されることが分かる。実際上、図５に示すように、従来構成でのディテントトルクが６．１８［ｍＮｍ］であったのに対して、本実施の形態の構成でのディテントトルクは４．５１［ｍＮｍ］であり、ディテントトルクを２７［％］低減できた。
【００２７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ロータ１００のマグネット１０１を上側マグネット領域１１０と下側マグネット領域１２０に分割し、上側マグネット領域１１０と下側マグネット領域１２０間で、回転軸１０２の軸方向で互いに異極を形成したことにより、上下のステータ４０，５０の接触部分８０を介して流れる磁束を抑制できる。この結果、ディテントトルクが低下し、出力トルクのバラツキや振動騒音を一段と抑制し得るステッピングモータを実現できる。
【００２８】
なお上述の実施の形態では、２相のステータ４０，５０を有するステッピングモータに本発明を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、３相以上のステータを有するステッピングモータに適用することもできる。
【００２９】
例えば、４相のステータを有するステッピングモータに適用する場合には、ロータのマグネットを、４つのステータに対向する領域に対応させて４つのマグネット領域に分割し、回転軸の軸方向に隣接するマグネット領域間で、回転軸方向が互いに異極となるように、Ｎ極、Ｓ極のパターンを形成すればよい。
【００３０】
また上述の実施の形態では、上側マグネット領域１１０と下側マグネット領域１２０とを軸方向に連続して形成した場合について述べたが、図６に示すように、上側マグネット領域１１０と下側マグネット領域１２０との間に、非マグネット領域１３０を設けてもよい。
【００３１】
また上側マグネット領域１１０と下側マグネット領域１２０との間に、非マグネット領域１３０を設ける場合には、図７に示すように、上側マグネット領域１１０を形成するマグネットと、下側マグネット領域１２０を形成するマグネットとを別体のマグネットによって構成してもよい。
【００３２】
さらに本発明のロータは、実施の形態で例に挙げた構成のステッピングモータに限らず、種々のクローポール型のステッピングモータに広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、クローポール型のステッピングモータに広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係るロータの構成を示す斜視図
【図２】実施の形態によるロータとステータとの関係を示す図
【図３】ロータのマグネットとステータと関係の説明に供する模式図
【図４】実施の形態の構成によるディテントトルク特性と、従来構成のディテントトルク特性とを示す特性曲線図
【図５】実施の形態の構成によるディテントトルクと、従来構成のディテントトルクと示す図表
【図６】ロータの他の構成例を示す斜視図
【図７】ロータの他の構成例を示す斜視図
【図８】ステッピングモータの外観図
【図９】ステッピングモータの分解斜視図
【図１０】従来例のロータとステータとの関係を示す図
【図１１】従来例のロータとステータとの関係を示す図
【符号の説明】
【００３５】
４０  Ａ相ステータ
４１，４２，５１，５２  極歯
５０  Ｂ相ステータ
６０，７０  励磁コイル
１００  ロータ
１０１  マグネット
１０２  回転軸
１１０  上側マグネット領域
１２０  下側マグネット領域
【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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