特許 6814169 ５相ハイブリッド型ステッピングモータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6814169

(24)【登録日】2020年12月22日

(45)【発行日】2021年1月13日

(54)【発明の名称】５相ハイブリッド型ステッピングモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 37/04 20060101AFI20201228BHJP

【ＦＩ】

   H02K37/04 501E

   H02K37/04 501K

   H02K37/04 501C

【請求項の数】4

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2018-38877(P2018-38877)

(22)【出願日】2018年3月5日

(65)【公開番号】特開2019-154180(P2019-154180A)

(43)【公開日】2019年9月12日

【審査請求日】2019年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000103792

【氏名又は名称】オリエンタルモーター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002310

【氏名又は名称】特許業務法人あい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】海野 晃

【審査官】 佐藤 彰洋

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−２２２４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第３３９３８８８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平０６−０６２５５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ３７／００−３７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸線周りに回転可能な回転子と、
前記回転軸線に対して放射状の配置となるように前記回転子の周囲に配列され、前記回転子に対向する対向面を有する１０個の主極と、
前記回転軸線を挟んで対向する５対の前記対向面を有する５対の前記主極がそれぞれ互いに同極性になるように前記５対の主極にそれぞれ巻装された５対の巻線と、を含み、
各主極が、前記対向面から前記回転軸線に向かって突出した少なくとも一つの小歯を含む小歯群を有し、
前記回転子が、前記回転軸線が延びる方向に沿って磁化された１個以上の永久磁石と、前記永久磁石の前記回転軸線が延びる方向の両側に付設された一対の回転子鉄心とを有し、前記一対の回転子鉄心が前記回転軸線周りに所定の回転子歯ピッチで等間隔に配置された所定歯数Ｎの回転子歯をそれぞれ有し、前記一対の回転子鉄心がそれぞれ有する前記所定歯数Ｎの回転子歯が、前記回転軸線周りの回転方向に関して前記所定の回転子歯ピッチの半分であるハーフピッチだけずれて配置されており、
前記回転軸線に沿って見たときに、時計回り方向に順に１０個の前記主極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０が配列されており、前記１０個の主極のうちの任意の一つを基準主極Ｐ１とし、当該基準主極Ｐ１の前記小歯群の小歯群中心位置を基準小歯群中心位置とし、θ（度）＝３６０／５Ｎと定義するとき、前記基準小歯群中心位置に対して、前記１０個の主極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０のそれぞれの前記小歯群の小歯群中心位置が、前記回転軸線周りの時計回り方向に下記振動低減パターン１〜１２のいずれかに従う角度を成しており、
所定の第１電気角において、前記回転軸線を挟んで対向する第１の小歯群対の小歯群中心位置を通る第１軸に沿って第１電磁加振力が作用し、前記第１の小歯群対に対して前記周方向の両側に隣接して位置し前記回転軸線を挟んで対向する二組の第２の小歯群対の小
歯群中心位置を通る第２軸および第３軸に沿って前記第１電磁加振力よりも小さい第２電磁加振力が作用し、前記回転軸線を挟んで対向する残る二組の第３の小歯群対の小歯群中心位置を通る第４軸および第５軸に沿って前記第１電磁加振力よりも小さく前記第２電磁加振力よりも大きい第３電磁加振力が作用する、５相ハイブリッド型ステッピングモータ。

【表1】

【請求項2】

前記所定の第１電気角に対して９０度異なる所定の第２電気角において、前記第１軸に沿って第４電磁加振力が作用し、前記第２軸および第３軸に沿って前記第４電磁加振力よりも大きい第５電磁加振力が作用し、前記第４軸および第５軸に沿って前記第４電磁加振力よりも大きく前記第５電磁加振力よりも小さい第６電磁加振力が作用する、請求項１に記載の５相ハイブリッド型ステッピングモータ。

【請求項3】

回転軸線周りに回転可能な回転子と、
前記回転軸線に対して放射状の配置となるように前記回転子の周囲に配列され、前記回転子に対向する対向面を有する１０個の主極と、
前記回転軸線を挟んで対向する５対の前記対向面を有する５対の前記主極がそれぞれ互いに同極性になるように前記５対の主極にそれぞれ巻装された５対の巻線と、を含み、
各主極が、前記対向面から前記回転軸線に向かって突出した少なくとも一つの小歯を含む小歯群を有し、
前記回転子が、前記回転軸線が延びる方向に沿って磁化された１個以上の永久磁石と、前記永久磁石の前記回転軸線が延びる方向の両側に付設された一対の回転子鉄心とを有し、前記一対の回転子鉄心が前記回転軸線周りに所定の回転子歯ピッチで等間隔に配置された所定歯数の回転子歯をそれぞれ有し、前記一対の回転子鉄心がそれぞれ有する前記所定歯数の回転子歯が、前記回転軸線周りの回転方向に関して前記所定の回転子歯ピッチの半分であるハーフピッチだけずれて配置されており、
前記固定子の１０個の前記主極にそれぞれ設けられた小歯群の小歯の配置が、所定の第１電気角において、前記回転軸線を挟んで対向する第１の小歯群対の小歯群中心位置を通る第１軸に沿って第１電磁加振力が作用し、前記第１の小歯群対に対して前記周方向の両側に隣接して位置し前記回転軸線を挟んで対向する二組の第２の小歯群対の小歯群中心位置を通る第２軸および第３軸に沿って前記第１電磁加振力よりも小さい第２電磁加振力が作用し、前記回転軸線を挟んで対向する残る二組の第３の小歯群対の小歯群中心位置を通る第４軸および第５軸に沿って前記第１電磁加振力よりも小さく前記第２電磁加振力よりも大きい第３電磁加振力が作用するように設計されている、５相ハイブリッド型ステッピングモータ。

【請求項4】

前記固定子の１０個の前記主極にそれぞれ設けられた小歯群の小歯の配置が、前記所定の第１電気角に対して９０度異なる所定の第２電気角において、前記第１軸に沿って第４電磁加振力が作用し、前記第２軸および第３軸に沿って前記第４電磁加振力よりも大きい第５電磁加振力が作用し、前記第４軸および第５軸に沿って前記第４電磁加振力よりも大きく前記第５電磁加振力よりも小さい第６電磁加振力が作用するように設計されている、請求項３に記載の５相ハイブリッド型ステッピングモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、５相ハイブリッド型ステッピングモータに関する。

【背景技術】

【0002】

ハイブリッド型ステッピングモータは、回転軸方向に磁化したディスク形永久磁石を２つの鉄心で挟んだ構造の回転子（ロータ）を有し、２つの鉄心には、周方向に所定ピッチで歯が刻設されている。２つの鉄心の歯は、周方向にハーフピッチだけずれている。回転子を取り囲むように固定子（ステータ）が配置されている。固定子は、回転軸のまわりに放射状に配置された複数の主極（磁極）と、複数の主極にそれぞれ巻装された複数の巻線とを含む。主極は、ロータに対向する対向面を有し、その対向面には、周方向に所定の小歯ピッチで配列された小歯が配列されている。

【0003】

特許文献１は、５相ハイブリッド型ステッピングモータを開示している。このステッピングモータでは、固定子鉄心（ステータコア）は、放射状に配設された１０個の突極（主極）を有し、各突極の回転子（ロータ）と対向する面にはそれぞれ１個以上の固定子小歯が形成されている。各突極には巻線が巻装され、対向する突極が同極性となるように複数の巻線が結線され、それにより、５相巻線が構成されている。

【0004】

特許文献２に記載されているように、ハイブリッド型ステッピングモータは、騒音および振動が大きい。そこで、特許文献２は、騒音および振動を低減するための改良を提案している。具体的には、断面略正方形状の外形を有する角形ステータコアを備えるステッピングモータに対する改良が提案されている。より詳細には、角形ステータコアの断面形状において、上下方向中心のＸ軸、左右方向中心のＹ軸、ならびに一対の対角線方向のＭ軸およびＮ軸のいずれからも外れる位置に複数の磁極が配置されている。特許文献２では、角形ステータコアの一次の固有振動ではＸ軸方向およびＹ軸方向に振動の腹が現れ、二次の固有振動ではＭ軸方向およびＮ軸方向に振動の腹が現れることが指摘されている。そこで、これらの方向を外して磁極が配置され、磁極とロータとの間の吸引力および反発力による加振力が一次および二次の固有振動の腹の方向に直接作用することを回避している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３３９３８８８号公報

【特許文献2】特開２０００−１９７３３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、ステータコアが角形でない場合、たとえば、特許文献１のようにバックヨークが円形の場合には、特許文献２の対策は効果がない。また、たとえバックヨークが角形であっても、バックヨークの幅が広いときには、固有振動特性は円形の場合と同等となってしまうので、やはり実質的な騒音低減効果が得られない。
このように、特許文献２は、特定構造のステータコアの場合にのみ有効な騒音対策を提供しているに過ぎず、様々な構造のハイブリッド型ステッピングモータに広く適用可能な本質的解決手段を提供しているわけではない。

【0007】

そこで、この発明の一つの目的は、より広範な固定子構造に対して有効な騒音対策が可能な５相ハイブリッド型ステッピングモータを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明の一実施形態は、回転軸線周りに回転可能な回転子と、前記回転軸線に対して放射状の配置となるように前記回転子の周囲に配列され、前記回転子に対向する対向面を有する１０個の主極と、前記回転軸線を挟んで対向する５対の前記対向面を有する５対の前記主極がそれぞれ互いに同極性になるように前記５対の主極にそれぞれ巻装された５対の巻線と、を含む、５相ハイブリッド型ステッピングモータを提供する。各主極は、前記対向面から前記回転軸線に向かって突出した少なくとも一つの小歯を含む小歯群を有する。前記回転子は、前記回転軸線が延びる方向に沿って磁化された１個以上の永久磁石と、前記永久磁石の前記回転軸線が延びる方向の両側に付設された一対の回転子鉄心とを有する。前記一対の回転子鉄心は、前記回転軸線周りに所定の回転子歯ピッチで等間隔に配置された所定歯数Ｎの回転子歯をそれぞれ有し、前記一対の回転子鉄心がそれぞれ有する前記所定歯数Ｎの回転子歯は、前記回転軸線周りの回転方向に関して前記所定の回転子歯ピッチの半分であるハーフピッチだけずれて配置されている。前記回転軸線に沿って見たときに、時計回り方向に順に１０個の前記主極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０が配列されており、前記１０個の主極のうちの任意の一つを基準主極Ｐ１とし、当該基準主極Ｐ１の前記小歯群の小歯群中心位置を基準小歯群中心位置とし、θ（度）＝３６０／５Ｎと定義するとき、前記基準小歯群中心位置に対して、前記１０個の主極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０のそれぞれの前記小歯群の小歯群中心位置が、前記回転軸線周りの時計回り方向に下記振動低減パターン１〜１２のいずれかに従う角度を成している。

【0009】

【表1】

【0010】

この発明の一実施形態では、所定の第１電気角において、前記回転軸線を挟んで対向する第１の小歯群対の小歯群中心位置を通る第１軸に沿って第１電磁加振力が作用し、前記第１の小歯群対に対して前記周方向の両側に隣接して位置し前記回転軸線を挟んで対向する二組の第２の小歯群対の小歯群中心位置を通る第２軸および第３軸に沿って前記第１電磁加振力よりも小さい第２電磁加振力が作用し、前記回転軸線を挟んで対向する残る二組の第３の小歯群対の小歯群中心位置を通る第４軸および第５軸に沿って前記第１電磁加振力よりも小さく前記第２電磁加振力よりも大きい第３電磁加振力が作用する。

【0011】

また、この発明の一実施形態では、前記所定の第１電気角に対して９０度異なる所定の第２電気角において、前記第１軸に沿って第４電磁加振力が作用し、前記第２軸および第３軸に沿って前記第４電磁加振力よりも大きい第５電磁加振力が作用し、前記第４軸および第５軸に沿って前記第４電磁加振力よりも大きく前記第５電磁加振力よりも小さい第６電磁加振力が作用する。

【0012】

さらに、この発明の一実施形態は、回転軸線周りに回転可能な回転子と、前記回転軸線に対して放射状の配置となるように前記回転子の周囲に配列され、前記回転子に対向する対向面を有する１０個の主極と、前記回転軸線を挟んで対向する５対の前記対向面を有する５対の前記主極がそれぞれ互いに同極性になるように前記５対の主極にそれぞれ巻装された５対の巻線と、を含み、各主極が、前記対向面から前記回転軸線に向かって突出した少なくとも一つの小歯を含む小歯群を有し、前記回転子が、前記回転軸線が延びる方向に沿って磁化された１個以上の永久磁石と、前記永久磁石の前記回転軸線が延びる方向の両側に付設された一対の回転子鉄心とを有し、前記一対の回転子鉄心が前記回転軸線周りに所定の回転子歯ピッチで等間隔に配置された所定歯数の回転子歯をそれぞれ有し、前記一対の回転子鉄心がそれぞれ有する前記所定歯数の回転子歯が、前記回転軸線周りの回転方向に関して前記所定の回転子歯ピッチの半分であるハーフピッチだけずれて配置されており、前記固定子の１０個の前記主極にそれぞれ設けられた小歯群の小歯の配置が、所定の第１電気角において、前記回転軸線を挟んで対向する第１の小歯群対の小歯群中心位置を通る第１軸に沿って第１電磁加振力が作用し、前記第１の小歯群対に対して前記周方向の両側に隣接して位置し前記回転軸線を挟んで対向する二組の第２の小歯群対の小歯群中心位置を通る第２軸および第３軸に沿って前記第１電磁加振力よりも小さい第２電磁加振力が作用し、前記回転軸線を挟んで対向する残る二組の第３の小歯群対の小歯群中心位置を通る第４軸および第５軸に沿って前記第１電磁加振力よりも小さく前記第２電磁加振力よりも大きい第３電磁加振力が作用するように設計されている、５相ハイブリッド型ステッピングモータを提供する。

【0013】

この発明の一実施形態では、前記固定子の１０個の前記主極にそれぞれ設けられた小歯群の小歯の配置が、前記所定の第１電気角に対して９０度異なる所定の第２電気角において、前記第１軸に沿って第４電磁加振力が作用し、前記第２軸および第３軸に沿って前記第４電磁加振力よりも大きい第５電磁加振力が作用し、前記第４軸および第５軸に沿って前記第４電磁加振力よりも大きく前記第５電磁加振力よりも小さい第６電磁加振力が作用するように設計されている。

【発明の効果】

【0014】

この発明により、広範な固定子構造に適用可能で、有効な騒音対策が可能な５相ハイブリッド型ステッピングモータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、この発明の一実施形態に係る５相ハイブリッド型ステッピングモータの構造を一部切り欠いて示す斜視図である。

【図2】図２は、前記ステッピングモータの回転軸線に沿う縦断面図である。

【図3】図３は、回転子鉄心を回転軸線に沿って見た構成を示す。

【図4】図４は、固定子鉄心を回転軸線に沿って見た構成を示す。

【図5】図５は、巻線の結線例を説明するための説明図である。

【図6】図６Ａおよび図６Ｂは、巻線の結線例を説明するための電気回路図である。

【図7】図７は、小歯の配列を説明するための拡大図である。

【図8】図８は、ステッピングモータを駆動するための電気的構成を説明するためのブロック図である。

【図9】図９は、巻線電流波形の例を表す。

【図10A】図１０Ａは、固定子に加わる電磁加振力の分布の一例を説明するための図である。

【図10B】図１０Ｂは、固定子に加わる電磁加振力の分布の一例を説明するための図である。

【図10C】図１０Ｃは、固定子に加わる電磁加振力の分布の一例を説明するための図である。

【図11A】図１１Ａは、固定子に加わる電磁加振力分布の他の例を説明するための図である。

【図11B】図１１Ｂは、固定子に加わる電磁加振力分布の他の例を説明するための図である。

【図11C】図１１Ｃは、固定子に加わる電磁加振力分布の他の例を説明するための図である。

【図12】図１２は、主極と、各主極の小歯群中心位置のずれ角との関係（小歯配置パターン）を網羅的に示す。

【図13】図１３は、騒音低減効果が不良となる検証パターンでの電磁加振力分布を示す。

【図14】図１４は、騒音低減効果が良好となる検証パターンでの電磁加振力分布を示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る５相ハイブリッド型ステッピングモータの構造を一部切り欠いて示す斜視図であり、図２は、その回転軸線４０に沿う縦断面図である。５相ハイブリッド型ステッピングモータ１（以下単に「ステッピングモータ１」という。）は、固定子１０（ステータ）と、回転子２０（ロータ）と、モータフランジ３０と、ブラケット３１と、一対の軸受３２Ａ，３２Ｂとを含む。

【0017】

固定子１０は、固定子鉄心２および巻線Ｗを含む。固定子鉄心２の両端にモータフランジ３０およびブラケット３１がそれぞれ固定され、これらがモータケース３５を構成している。
モータケース３５の内部に回転子２０が回転軸線４０まわりに回転可能に配置されている。回転子２０は、回転軸線４０に沿って配置された回転軸２１と、回転軸２１に支持されたディスク状の永久磁石２２と、永久磁石２２の両側に固定された一対の回転子鉄心２３１，２３２とを含む。永久磁石２２は、回転軸線４０に沿って磁化されている。この永久磁石２２が一対の回転子鉄心２３１，２３２によって挟持されている。回転軸は、一対の軸受３２Ａ，３２Ｂにより回転自在に支持されている。一方の軸受３２Ａはモータフランジ３０に装着されており、他方の軸受３２Ｂはブラケット３１に装着されている。

【0018】

固定子鉄心２は、電磁鋼板の打ち抜き加工により作製された固定子鉄板２ａ（固定子鉄心用薄板）を複数枚積層して構成されている。積層方向は、回転軸線４０と平行である。
図３は、回転子鉄心２３１，２３２を回転軸線４０に沿って見た構成を示す。各回転子鉄心２３１，２３２は、電磁鋼板の打ち抜き加工により作製された回転子鉄板２３ａ（回転子鉄心用薄板）を複数枚積層して構成されている。積層方向は回転軸線４０と平行である。回転子鉄板２３ａは、回転軸２１が挿通する貫通孔２４を中央に有し、周縁部には、多数（たとえば５０個）の極歯（回転子歯）２５が回転軸線４０周りの周方向４１に沿って所定の回転子歯ピッチＴｐで等間隔に形成されている。複数枚の回転子鉄板２３ａは、貫通孔２４および極歯２５の位置を揃えて積層され、それにより回転子鉄心２３１，２３２を構成している。したがって、回転子鉄心２３１，２３２は、回転軸２１が挿通するように回転軸線４０上で延びた貫通孔２４と、回転軸線４０に平行に延びる突条からなる極歯２５とを有している。そして、多数（たとえば５０個）の極歯２５が、回転軸線４０周りの周方向４１に沿って所定の回転子歯ピッチＴｐで等間隔に配置されている。

【0019】

一対の回転子鉄心２３１，２３２は、実質的に同様の構成を有している。そして、回転子歯ピッチＴｐの半分であるハーフピッチＴｐ／２だけずらして、回転軸２１に固定されている。したがって、回転軸線４０に沿って見たときに、一方の回転子鉄心２３１の極歯２５の間に他方の回転子鉄心２３２の極歯２５が位置している。
図４は、固定子鉄心２を回転軸線４０に沿って見た構成を示す。すなわち、図４は、固定子鉄板２ａを回転軸線４０に沿って見た構成を示す。固定子鉄板２ａは、電磁鋼板の打ち抜き加工によって、環状の薄板に加工されている。固定子鉄板２ａは、この実施形態では、略四角形枠状に形成されている。固定子鉄板２ａは、回転子２０が配置される回転子収容部３を中央に有している。回転子収容部３は、回転軸線４０を中心とした円形に形成されている。固定子鉄板２ａは、枠状のバックヨーク４と、このバックヨーク４から回転軸線４０に向かって突出した１０個の主極（磁極）Ｐ１〜Ｐ１０（総称するときには「主極Ｐ」という。）とを有している。複数の主極Ｐ１〜Ｐ１０は、回転軸線４０周りの周方向４１に沿って間隔を空けて配置されている。周方向４１の間隔は、等間隔が好ましいが、厳密に等間隔である必要はない。

【0020】

各主極Ｐは、基端部がバックヨーク４と結合された支柱部５と、支柱部５の先端側に結合された対向部６とを有している。対向部６は、回転子収容部３に臨んでおり、すなわち、回転子２０に対向しており、支柱部５に対して周方向４１の両側に延びている。これにより、各主極Ｐは、周方向４１に隣接する他の主極Ｐとの間にスロット８を形成している。これらのスロット８に巻線Ｗが配置されている。巻線Ｗは、主極Ｐ１〜Ｐ１０の支柱部５にそれぞれ巻装された巻線Ｗ１〜Ｗ１０を含む。対向部６は、回転子２０に対向する対向面６ａを有している。この対向面６ａには、回転軸線４０に向かって突出した複数の小歯７が形成されている。複数の小歯７は、周方向４１に沿って所定の小歯ピッチ角Ｓｐで等間隔に配置されている。

【0021】

複数枚の固定子鉄板２ａは、対応する主極Ｐ１〜Ｐ１０の位置を揃えて積層され、それにより固定子鉄心２を構成している。したがって、固定子鉄心２は、回転軸線４０に平行な突条からなる１０個の主極Ｐ１〜Ｐ１０を有する。各主極Ｐ１〜Ｐ１０に巻線Ｗ１〜Ｗ１０が巻装され、その巻線Ｗ１〜Ｗ１０は隣り合う主極Ｐの間のスロット８に収容されている。各主極Ｐは、回転子２０に対向する対向部６を有する。対向部６は、回転軸線４０周りの周方向４１に小歯ピッチ角Ｓｐで等間隔配置された複数の小歯７を有し、各小歯７は回転軸線４０に沿う突条からなる。このようにして、１０極構造の固定子鉄心２が構成されている。

【0022】

１０個の主極Ｐ１〜Ｐ１０の対向部６の各々は、少なくともの一つ（この実施形態では複数）の小歯７を有し、合計で１０個の小歯群Ｓ１〜Ｓ１０（総称するときには「小歯群Ｓ」という。）を形成している。これらは、回転軸線４０を挟んで対向する５対の小歯群Ｓ１，Ｓ６；Ｓ２，Ｓ７；Ｓ３，Ｓ８；Ｓ４，Ｓ９；Ｓ５，Ｓ１０を含む。この実施形態では、小歯群Ｓ１〜Ｓ１０は、同数の小歯７を含む。

【0023】

図５は、巻線Ｗ１〜Ｗ１０の結線例を説明するための説明図である。各主極Ｐ１〜Ｐ１０に巻線Ｗが巻装されており、したがって、固定子１０は、１０個の巻線Ｗ１〜Ｗ１０を含む。回転軸線４０を挟んで対向する任意の一対の小歯群Ｓ１，Ｓ６（Ｓ２，Ｓ７；Ｓ３，Ｓ８；Ｓ４，Ｓ９；Ｓ５，Ｓ１０）にそれぞれ対応する一対の主極Ｐ１，Ｐ６（Ｐ２，Ｐ７；Ｐ３，Ｐ８；Ｐ４，Ｐ９；Ｐ５，Ｐ１０）にそれぞれ巻装された一対の巻線Ｗ１，Ｗ６（Ｗ２，Ｗ７；Ｗ３，Ｗ８；Ｗ４，Ｗ９；Ｗ５，Ｗ１０）は、互いに結線されており、同じ波形の電流が供給される。そして、それらの一対の巻線Ｗ１，Ｗ６（Ｗ２，Ｗ７；Ｗ３，Ｗ８；Ｗ４，Ｗ９；Ｗ５，Ｗ１０）は、対応する一対の小歯群Ｓ１，Ｓ６（Ｓ２，Ｓ７；Ｓ３，Ｓ８；Ｓ４，Ｓ９；Ｓ５，Ｓ１０）に同極性の磁極を誘起するように主極Ｐ１，Ｐ６（Ｐ２，Ｐ７；Ｐ３，Ｐ８；Ｐ４，Ｐ９；Ｐ５，Ｐ１０）にそれぞれ巻装されている。

【0024】

５対の小歯群Ｓ１，Ｓ６；Ｓ２，Ｓ７；Ｓ３，Ｓ８；Ｓ４，Ｓ９；Ｓ５，Ｓ１０に対応する５対の巻線Ｗ１，Ｗ６；Ｗ２，Ｗ７；Ｗ３，Ｗ８；Ｗ４，Ｗ９；Ｗ５，Ｓ１０がそれぞれ同様に結線および巻装されている。これにより、５相１０極構造の固定子１０が構成されている。
５相の巻線Ｗ１〜Ｗ１０は、図６Ａに示すペンタゴン形、または図６Ｂに示す星形に結線されていてもよい。

【0025】

図７は、小歯７の配列を説明するための拡大図である。図２および図７を参照して、小歯７の配列を説明する。
各主極Ｐに備えられた小歯群Ｓは、周方向４１に所定の小歯ピッチ角Ｓｐ（たとえば６．８４度）で等間隔（回転軸線４０周りに等角度間隔）に配置された一つ以上（この実施形態では複数。たとえば４個）の小歯７を含む。各小歯７は、実質的に同形同大に構成されている。

【0026】

回転軸線４０に直交する固定子１０の横断面において、各小歯群Ｓを構成する全ての小歯７の重心位置を小歯群中心位置Ｃ１〜Ｃ１０（総称するときには「小歯群中心位置Ｃ」という。）と定義し、回転軸線４０から小歯群中心位置Ｃ１〜Ｃ１０に向かって引いた半直線を小歯群中心線Ｌ１〜Ｌ１０（総称するときには「小歯群中心線Ｌ」という。）と定義する。

【0027】

一方、図４に示すように、１０個の主極Ｐ１〜Ｐ１０のなかから任意に選択される一つの主極、たとえば主極Ｐ１の小歯群中心線Ｌ１を基準として、回転軸線４０周りの３６０度を１０等分し、各主極Ｐの小歯群Ｓに対する基準角度（＝(n-1)×３６。ｎ＝１，２，３，…，１０）を下記表２のように定め、回転軸線４０から各基準角度の方向に延びる半直線を各小歯群Ｓの小歯群基準線Ｒ１〜Ｒ１０（総称するときには「小歯群基準線Ｒ」という。）と定義する。基準となる小歯群中心線Ｌ１と、対応する小歯群基準線Ｒ１とは一致している。この実施形態では、主極Ｐ１〜Ｐ１０は、小歯群基準線Ｒ１〜Ｒ１０にそれぞれ整合するように配置されており、したがって、回転軸線４０周りに等角度間隔で放射状に配置されている。

【0028】

なお、図４および図７の平面において回転軸線４０周りの時計回り方向を正符号の角度で表し、同平面において回転軸線４０周りの反時計回り方向を負符号の角度で表すこととする。

【0029】

【表2】

この実施形態では、各小歯群基準線Ｒ１〜Ｒ１０に対して、対応する小歯群Ｓ１〜Ｓ１０の小歯群中心線Ｌ１〜Ｌ１０のなす角度（ずれ角）は、次の振動低減パターンのいずれかで表される。ただし、θ（度）は、回転子２０の歯数Ｎ（Ｎは自然数）を用いて、θ＝３６０／５Ｎで表される角度である。この実施形態ではＮ＝５０であるので、θ＝１．４４（度）である。

【0030】

【表3】

【0031】

図８は、ステッピングモータ１を駆動するための電気的構成を説明するためのブロック図である。５相の巻線Ｗ１〜Ｗ１０は、前述の図６Ａおよび図６Ｂにそれぞれ例を示すようにペンタゴン形または星形に結線されている。ただし、ペンタゴン形の結線は、小歯群Ｓの配置パターンに依存する。図６Ａは、表３の振動低減パターン１０（図１２の検証パターン１８に対応）の場合に適用される結線を一例として示す。

【0032】

巻線Ｗ１〜Ｗ１０に、５相ハーフブリッジインバータ回路５１が接続される。インバータ回路５１には、直流電源５２からの電力が供給される。インバータ回路５１は、５相分のハーフブリッジ回路５１１〜５１５を含み、各ハーフブリッジ回路５１１〜５１５は、直列に接続された一対のパワーＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）を含む。インバータ回路５１の各パワーＦＥＴには、ＰＷＭ（パルス幅変調）パターン発生回路５３からＰＷＭ制御信号が入力される。ＰＷＭパターン発生回路５３は、５相指示電圧パターン発生回路５４が発生するパターン制御信号に応じて、ＰＷＭ制御信号を生成する。それにより、ステッピングモータ１は、所定の位相ずれした５相の電流により駆動される。電流波形は正弦波状や矩形波状であってもよい。励磁方式は、たとえば、５相のうちの４相ずつ励磁する４相励磁方式や、５相全てを励磁する５相励磁方式であってもよい。

【0033】

図９は、巻線電流波形の例を表す。順に励磁される５つの相、すなわちＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相およびＥ相の巻線電流波形は、１４４度ずつずれている。つまり、Ａ相巻線電流の位相を基準（０度）とし、巻線電流の位相を−１８０度〜１８０度の範囲で定義すると、Ｂ相巻線電流の位相は１４４度、Ｃ相巻線電流の位相は−７２（＝１４４×２−３６０）度、Ｄ相巻線電流の位相は７２（＝１４４×３−３６０）度、Ｅ相巻線電流の位相は−１４４（＝１４４×４−７２０）度と表される。

【0034】

回転子２０の歯数Ｎ＝５０であるので、電気角３６０度に対応する回転子２０の回転角（機械角）は７．２（＝３６０／５０）度である。したがって、電気角１４４度に対応する回転子２０の回転角は、２．８８（＝７．２×１４４／３６０）度である。
たとえば、Ａ相巻線電流が印加される巻線Ｗが巻装された主極Ｐの小歯群中心線Ｌが、小歯群基準線Ｒと一致しているとする。この場合、Ｂ相巻線電流が印加される巻線Ｗが巻装された主極Ｐの小歯群中心線Ｌは、小歯群基準線Ｒに対して２．８８度（＝２θ。θ＝３６０／５Ｎ＝１．４４度）だけ、時計回り方向にずれていればよい。さらに、Ｃ相巻線電流が印加される巻線Ｗが巻装された主極Ｐの小歯群中心線Ｌは、小歯群基準線Ｒに対して−１．４４度（＝２．８８＋２．８８−７．２＝−θ）だけ時計回り方向にずれて（すなわち、反時計回り方向に１．４４度ずれて）いればよい。同様に、Ｄ相巻線電流が印加される巻線Ｗが巻装された主極Ｐの小歯群中心線Ｌは、小歯群基準線Ｒに対して１．４４度（＝−１．４４＋２．８８＝θ）だけ時計回り方向にずれていればよい。そして、Ｅ相巻線電流が印加される巻線Ｗが巻装された主極Ｐの小歯群中心線Ｌは、小歯群基準線Ｒに対して−２．８８度（＝１．４４＋２．８８−７．２＝−２θ）だけ時計回り方向にずれて（すなわち、反時計回り方向に２．８８度ずれて）いればよい。

【0035】

上記の例の場合において、各相と、小歯群基準線Ｒに対する小歯群中心線Ｌのずれ角（小歯群中心位置ずれ角）との対応関係をまとめると、以下のとおりである。ただし、各相とずれ角との対応関係は、この例に固定されるわけではなく、Ａ相〜Ｅ相の相順とずれ角（０、＋２θ、−θ、＋θ、−２θ）の順序とが対応していればよい。

【0036】

【表4】

回転軸線４０周りの主極Ｐ１〜Ｐ１０の配置順、すなわち小歯群Ｓの配置順に従って相電流を供給するとすれば、Ａ相〜Ｅ相と主極Ｐ１〜Ｐ１０との対応関係は、たとえば、以下のように定めることができる。

【0037】

【表5】

換言すれば、各主極Ｐ１〜Ｐ１０の小歯群中心位置Ｃ１〜Ｃ１０のずれ角を前記表５のように定めたときには、主極Ｐ１〜Ｐ５に対してＡ相〜Ｅ相の正弦波電流をそれぞれ供給し、かつ主極Ｐ６〜Ｐ１０に対してＡ相〜Ｅ相の正弦波電流をそれぞれ供給することで、ステッピングモータ１をスムーズに回転駆動できる。

【0038】

しかし、このような小歯群Ｓの配置では、固定子１０の固有振動周波数に起因する振動および騒音が発生する。この問題を次に説明する。
図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃは、前記表５に表した小歯配置の場合に固定子１０に加わる電磁加振力の分布を説明するための図である。加振力とは、物体に振動を生じさせる力をいう。電磁加振力とは、電磁力に起因する加振力である。ステッピングモータ１における電磁加振力とは、端的には、固定子１０と回転子２０との間に働く吸引力（引っ張り力）であり、回転軸線４０を中心とした径方向に働く力（径方向電磁加振力）である。この吸引力により、固定子１０の外周部に周期的に変位が発生し、それによって振動が引き起こされる。変位の周期が固定子１０の固有振動周波数と整合すると、大きな振動および大きな騒音が引き起こされる。

【0039】

固定子巻線Ｗに対して図９のような５相の正弦波電流を供給したときに各主極Ｐの方向に働く径方向電磁加振力を解析した結果が図１０Ａに示されている。この図から、電気角３６０度に対して２回周期的に振動が発生していることが分かる。
図１０Ｂは、電気角９０度（２７０度）および１８０度（０度）のときの加振力分布であり、各主極Ｐ１〜Ｐ１０の方向への電磁加振力の分布を回転軸線４０を中心として表している。電気角９０度および２７０度のとき、一組の対向する主極対Ｐ１，Ｐ６の小歯群中心位置Ｃ１，Ｃ６を通る軸ＡＸ_１６に沿う電磁加振力が最大であり、その両隣の二組の対向する主極対Ｐ２，Ｐ７；Ｐ５，Ｐ１０の小歯群中心位置Ｃ２，Ｃ７；Ｃ５，Ｃ１０を通る２つの軸ＡＸ_２７，ＡＸ_５１０に沿う電磁加振力が次に大きく、残り二組の対向する主極対Ｐ３，Ｐ８；Ｐ４，Ｐ９の小歯群中心位置Ｃ３，Ｃ８；Ｃ４，Ｃ９を通る２つの軸ＡＸ_３８，ＡＸ_４９に沿う電磁加振力が最も小さい。

【0040】

一方、電気角１８０度および０度のとき、隣り合う二組のそれぞれ対向する主極対Ｐ３，Ｐ８；Ｐ４，Ｐ９の小歯群中心位置Ｃ３，Ｃ８；Ｃ４，Ｃ９を通る２つの軸ＡＸ_３８，ＡＸ_４９に沿う電磁加振力が最も大きく、それらの両隣の二組の対向する主極対Ｐ２，Ｐ７；Ｐ５，Ｐ１０の小歯群中心位置Ｃ２，Ｃ７；Ｃ５，Ｃ１０を通る２つの軸ＡＸ_２７，ＡＸ_５１０に沿う電磁加振力が次に大きく、残る一組の主極対Ｐ１，Ｐ６の小歯群中心位置Ｃ１，Ｃ６を通る軸ＡＸ_１６に沿う電磁加振力が最小である。

【0041】

このような加振力分布に基づいて構造解析を行った結果、図１０Ｃに示すように、電気角９０度（２７０度）において、主極Ｐ１，Ｐ６の対向方向において回転軸線４０に向かう変位が最大となり、それに直交する方向において回転軸線４０に向かう変位が最小となって、全体として、横長の楕円形状６１の変形となることが分かった。また、電気角１８０度（０度）においては、主極Ｐ１，Ｐ６の対向方向において回転軸線４０に向かう変位が最小となり、それに直交する方向において回転軸線４０に向かう変位が最大となって、全体として、縦長の楕円形状６２の変形となることが分かった。なお、図１０Ｃには、矢印の太さで各主極Ｐに働く電磁加振力の大きさを表してある。

【0042】

横長の楕円形状６１の変形が電気角９０度および２７０度において生じ、縦長の楕円形状６２の変形が電気角０度および１８０度において生じることにより、電気角３６０度に対して２回周期的な楕円変形が発生する。歯数Ｎ＝５０の回転子２０を有するステッピングモータ１においては、回転子２０の１回転は電気角の５０周期に対応するから、回転子２０が１回転する間に、１００回の楕円変形が生じることになる。この周期的な楕円変形の周波数が固定子１０の固有振動の周波数と整合すると、共振振動が起こり、振動および騒音が大きくなる。このことは、本件発明者が行った実験結果と整合する。

【0043】

具体的には、発明者は、ハンマリング測定によって、固定子１０の固有振動の周波数を測定した。より具体的には、固定子１０に打撃を加え、その直後の固定子１０の表面の加速度を加速度センサによって測定した。加速度センサの出力に基づいての周波数応答を解析したところ、４キロヘルツに最大ピークが現れ、８キロヘルツに２番目に大きなピークが現れた。４キロヘルツは一次固有振動の周波数、８キロヘルツは二次固有振動の周波数であると考えられる。

【0044】

一方、表５の小歯配置を有するステッピングモータ１に対して、主極Ｐ１〜Ｐ５の配列順に従ってＡ相〜Ｅ相正弦波電流を与えたとき、２４００ｒｐｍ、すなわち、４０回転／秒の周辺の回転域で大きな騒音が生じた。前述のとおり、回転子２０の１回転に対して１００回の楕円変形が生じるので、４０回転／秒では、４０００回／秒の楕円変形が生じる。この楕円変形の周波数は、ハンマリング測定による一次固有振動周波数と一致している。

【0045】

固定子の剛性を高くし、固定子の固有振動周波数を高周波側にシフトさせ、ステッピングモータ１の実用回転速度での共振騒音を抑制する対策が考えられる。しかし、この対策は根本的な対策ではなく、高回転速度でステッピングモータ１を駆動すれば、大きな騒音が生じる。すなわち、共振騒音の周波数をシフトできるとしても、共振騒音のピーク値を低減することができない。

【0046】

本件発明者は、固定子１０の最大変位が電気角９０度（２７０度）のときの電磁加振力分布に起因していることに着目し、さらに、このような電磁加振力分布が回転軸線４０周りの主極Ｐ（すなわち小歯群Ｓ）の幾何学的配置に従う順序での相電流の印加に起因していることに着目した。
５相ステッピングモータでは、主極Ｐ（すなわち小歯群Ｓ）の配列順に従って相電流を印加する必要はない。たとえば、相電流と主極Ｐとの対応関係は、以下のようにすることもできる。

【0047】

【表6】

ただし、回転子２０がスムーズに回転するためには、各小歯群基準線Ｒに対して対応する小歯群Ｓの小歯群中心線Ｌのなす角度は、前記表３の振動低減パターン１０の関係を満たす必要がある。

【0048】

図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃは、各相と主極Ｐとの対応関係を表６のように定めた場合、すなわち、表３の振動低減パターン１０の小歯配置の場合に固定子１０に加わる電磁加振力分布を説明するための図である。
固定子巻線Ｗに対して図９のような５相（Ａ相〜Ｅ相）の正弦波電流を供給したときに各主極Ｐの方向に働く径方向電磁加振力を解析した結果が図１１Ａに示されている。電気角３６０度に対して２回周期的に振動が発生している。

【0049】

図１１Ｂは、電気角９０度（２７０度）および０度（１８０度）のときの加振力分布であり、各主極Ｐ１〜Ｐ１０の方向への電磁加振力の分布を回転軸線４０を中心として表している。電気角９０度および２７０度のとき、一組の対向する主極対Ｐ１，Ｐ６の小歯群中心位置Ｃ１，Ｃ６を通る軸ＡＸ_１６に沿う電磁加振力が最大であり、その両隣の二組の対向する主極対Ｐ２，Ｐ７；Ｐ５，Ｐ１０の小歯群中心位置Ｃ２，Ｃ７；Ｃ５，Ｃ１０を通る２つの軸ＡＸ_２７，ＡＸ_５１０に沿う電磁加振力が最小であり、残り二組の対向する主極対Ｐ３，Ｐ８；Ｐ４，Ｐ９の小歯群中心位置Ｃ３，Ｃ８；Ｃ４，Ｃ９を通る２つの軸ＡＸ_３８，ＡＸ_４９に沿う電磁加振力が中間的な値を有する。一方、電気角０度および１８０度のとき、一組の主極対Ｐ１，Ｐ６の小歯群中心位置Ｃ１，Ｃ６を通る軸ＡＸ_１６に沿う電磁加振力が最小であり、その両隣の二組の対向する主極対Ｐ２，Ｐ７；Ｐ５，Ｐ１０の小歯群中心位置Ｃ２，Ｃ７；Ｃ５，Ｃ１０を通る２つの軸ＡＸ_２７，ＡＸ_５１０に沿う電磁加振力が最大であり、残り二組の対向する主極対Ｐ３，Ｐ８；Ｐ４，Ｐ９の小歯群中心位置Ｃ３，Ｃ８；Ｃ４，Ｃ９を通る２つの軸ＡＸ_３８，ＡＸ_４９に沿う電磁加振力が中間的な値を有する。

【0050】

このような加振力分布に基づいて構造解析を行った結果、図１１Ｃに示すように、電気角９０度（２７０度）において、主極Ｐ１，Ｐ６の対向方向において回転軸線４０に向かう変位が最大となるものの、それに直交する方向において回転軸線４０に向かう変位も比較的大きく、回転軸線４０周りの全方向にほぼ均等な変形となることが分かった。また、電気角０度（１８０度）においては、主極Ｐ２，Ｐ７の対向方向および主極Ｐ５，Ｐ１０の対向方向に電磁加振力が分散しており、やはり、回転軸線４０周りの全方向にほぼ均等な変形となることが分かった。これにより、低次の変形モードによる固定子１０の変形が小さくなり、したがって、振動の振幅が小さくなるので、固定子１０の固有振動周波数付近での振動および騒音を抑制できる。

【0051】

図１２は、主極Ｐ（正確には各主極Ｐに対応する小歯群Ｓ）と、各主極Ｐの小歯群中心位置Ｃのずれ角（小歯群基準線Ｒに対する小歯群中心線Ｌのずれ角）との関係（小歯配置パターン）を網羅的に示す。
前述のとおり、５通りのずれ角（０度、＋２θ、−θ、＋θ、−２θ）を５組の対向主極対Ｐ１，Ｐ６；Ｐ２，Ｐ７；Ｐ３，Ｐ８；Ｐ４，Ｐ９；Ｐ５，Ｐ１０に割り当てることにより、回転子２０をスムーズに回転駆動できる。そして、ずれ角０度、＋２θ、−θ、＋θ、−２θの順に１４４度ずつ順に位相のずれたＡ相巻線電流、Ｂ相巻線電流、Ｃ相巻線電流、Ｄ相巻線電流、Ｅ相巻線電流が対応する主極Ｐの巻線Ｗに印加される。ただし、前述のとおり、小歯群Ｓのずれ角に対する相順は決まっているものの、ずれ角は図１２に示した範囲内で任意に選択できる。

【0052】

いずれの主極Ｐを基準にとっても同等であるので、主極対Ｐ１，Ｐ６をずれ角０度の基準対向主極対として固定して考えると、４！（＝２４）通りの小歯群配置が可能であり、これらのうちの任意の一つの小歯群配置を選択することによって、ステッピングモータ１をスムーズに回転駆動できる。この場合、主極Ｐ１の小歯群Ｓ１の小歯群中心位置Ｃ１は角度０度の位置にある基準小歯群中心位置であり、いずれのパターンでも０度の位置にあり、ずれ角も０度である。主極Ｐ１に対向する主極Ｐ６の小歯群中心位置Ｃ６は角度１８０度の位置にあり、ずれ角は０度である。

【0053】

図１２には、各主極Ｐ（各小歯群Ｓ）と相電流との関係を併せて示してある。さらに図１２には、振動低減効果、すなわち騒音低減効果の観点での評価の良否を「○」および「×」の記号で示してある。「○」は騒音レベルが比較的低いことを示し、「×」は騒音レベルが比較的高いことを示す。
評価が「○」の小歯配置パターンが、前述の表３に示す振動低減パターン１〜１２に相当する。以下、図１２に示す小歯配置パターンを「検証パターン」といい、振動低減パターンと区別する。

【0054】

図１３および図１４は、図１２に示された全ての検証パターンについて電磁加振力分布を検証した結果を示している。図１３は、騒音低減効果が不良となる検証パターンでの電磁加振力分布を示し、図１４は、騒音低減効果が良好となる検証パターンでの電磁加振力分布を示す。
まず、図１３を参照すると、検証パターン１の電磁加振力分布は、図１０Ｂと同じである。検証パターン２４の小歯配置は、検証パターン１の小歯配置に対して、軸ＡＸ_１６に関して対称の関係にある。そのため、回転子２０の回転方向が逆転する以外は検証パターン１と同じであり、検証パターン１の場合に対して対向主極対Ｐ１，Ｐ６の小歯群中心線Ｌ１，Ｌ６に関して反転した電磁加振力分布となる。いずれも、軸ＡＸ_１６方向の電磁加振力が最大となる電気角９０度において楕円形の電磁加振力分布が現れており、共振騒音が引き起こされる。

【0055】

検証パターン３では検証パターン１の電磁加振力分布と同様の電磁加振力分布となり、検証パターン２２は検証パターン２３と同様の電磁加振力分布となる。検証パターン２，２３では検証パターン３，２２の電磁加振力分布をそれぞれ時計回り方向に３６度回転させた電磁加振力分布が現れる。すなわち、軸ＡＸ_２７方向の電磁加振力が最大となる電気角９０度において楕円形の電磁加振力分布が現れており、共振騒音が引き起こされる。検証パターン１０，１５では検証パターン２，２３の電磁加振力分布をそれぞれ時計回り方向に３６度回転させた電磁加振力分布が現れる。すなわち、軸ＡＸ_３８方向の電磁加振力が最大となる電気角９０度において楕円形の電磁加振力分布が現れており、共振騒音が引き起こされる。検証パターン６，１９では検証パターン１０，１５の電磁加振力分布をそれぞれ時計回り方向に３６度回転させた電磁加振力分布が現れる。すなわち、軸ＡＸ_４９方向の電磁加振力が最大となる電気角９０度において楕円形の電磁加振力分布が現れており、共振騒音が引き起こされる。検証パターン７，１７では検証パターン６，１９の電磁加振力分布をそれぞれ時計回り方向に３６度回転させた電磁加振力分布が現れる。すなわち、軸ＡＸ_５１０方向の電磁加振力が最大となる電気角９０度において楕円形の電磁加振力分布が現れており、共振騒音が引き起こされる。検証パターン７，１７の電磁加振力分布をさらに３６度時計回り方向に回転させると、それぞれ検証パターン３，２２の電磁加振力分布に戻る。

【0056】

次に、図１４を参照すると、検証パターン１８の加振力分布は、図１１Ｂと同じである。検証パターン８の小歯配置は、検証パターン１１の小歯配置に対して軸ＡＸ_１６に関して対称の関係にある。そのため、回転子２０の回転方向が逆転する以外は検証パターン１８と同じであり、検証パターン１８の場合に対して左右反転した電磁加振力分布となる。
検証パターン１１および検証パターン１４においても、検証パターン８および検証パターン１８と同様の電磁加振力分布が表れる。いずれも、電気角９０度（第１電気角）において、軸ＡＸ_１６（第１軸）に沿う電磁加振力（第１電磁加振力）が最大であり、軸ＡＸ_２７，ＡＸ_５１０（第２軸および第３軸）に沿う電磁加振力（第２電磁加振力）が最小であり、軸ＡＸ_３８，ＡＸ_４９（第４軸および第５軸）に沿う電磁加振力（第３電磁加振力）が中間的な値を有する。一方、電気角１８０度または０度（第２電気角）のときは、軸ＡＸ_１６に沿う電磁加振力（第４電磁加振力）が最小であり、軸ＡＸ_２７，ＡＸ_５１０に沿う電磁加振力（第５電磁加振力）が最大であり、軸ＡＸ_３８，ＡＸ_４９に沿う電磁加振力（第６電磁加振力）が中間的な値を有する。

【0057】

検証パターン１２，１３では検証パターン８，１８の電磁加振力分布をそれぞれ時計回り方向に３６度回転させた電磁加振力分布が現れる。具体的には、それぞれ電気角１６２度および１８度（第１電気角）において、軸ＡＸ_２７（第１軸）に沿う電磁加振力（第１電磁加振力）が最大であり、軸ＡＸ_１６，ＡＸ_３８（第２軸および第３軸）に沿う電磁加振力（第２電磁加振力）が最小であり、軸ＡＸ_４９，ＡＸ_５１０（第４軸および第５軸）に沿う電磁加振力（第３電磁加振力）が中間的な値を有する。一方、それぞれ電気角７２度および１０８度（第２電気角）のときは、軸ＡＸ_２７に沿う電磁加振力（第４電磁加振力）が最小であり、軸ＡＸ_１６，ＡＸ_３８に沿う電磁加振力（第５電磁加振力）が最大であり、軸ＡＸ_４９，ＡＸ_５１０に沿う電磁加振力（第６電磁加振力）が中間的な値を有する。

【0058】

検証パターン５，２０では検証パターン８，１８の電磁加振力分布をそれぞれ時計回り方向に３６度回転させた電磁加振力分布が現れる。具体的には、それぞれ電気角５４度および１２６度（第１電気角）において、軸ＡＸ_３８（第１軸）に沿う電磁加振力（第１電磁加振力）が最大であり、軸ＡＸ_２７，ＡＸ_４９（第２軸および第３軸）に沿う電磁加振力（第２電磁加振力）が最小であり、軸ＡＸ_５１０，ＡＸ_１６（第４軸および第５軸）に沿う電磁加振力（第３電磁加振力）が中間的な値を有する。一方、それぞれ電気角１４４度および３６度（第２電気角）のときは、軸ＡＸ_３８に沿う電磁加振力（第４電磁加振力）が最小であり、軸ＡＸ_２７，ＡＸ_４９に沿う電磁加振力（第５電磁加振力）が最大であり、軸ＡＸ_５１０，ＡＸ_１６に沿う電磁加振力（第６電磁加振力）が中間的な値を有する。

【0059】

検証パターン９，１６では検証パターン５，２０の電磁加振力分布をそれぞれ時計回り方向に３６度回転させた電磁加振力分布が現れる。具体的には、それぞれ電気角１２６度および２３４度（第１電気角）において、軸ＡＸ_４９（第１軸）に沿う電磁加振力（第１電磁加振力）が最大であり、軸ＡＸ_３８，ＡＸ_５１０（第２軸および第３軸）に沿う電磁加振力（第２電磁加振力）が最小であり、軸ＡＸ_１６，ＡＸ_２７（第４軸および第５軸）に沿う電磁加振力（第３電磁加振力）が中間的な値を有する。一方、それぞれ電気角２１６度および１４４度（第２電気角）のときは、軸ＡＸ_４９に沿う電磁加振力（第４電磁加振力）が最小であり、軸ＡＸ_３８，ＡＸ_５１０に沿う電磁加振力（第５電磁加振力）が最大であり、軸ＡＸ_１６，ＡＸ_２７に沿う電磁加振力（第６電磁加振力）が中間的な値を有する。

【0060】

検証パターン４，２１では検証パターン９，１６の電磁加振力分布をそれぞれ時計回り方向に３６度回転させた電磁加振力分布が現れる。具体的には、それぞれ電気角１６２度および１９８度（第１電気角）において、軸ＡＸ_５１０（第１軸）に沿う電磁加振力（第１電磁加振力）が最大であり、軸ＡＸ_４９，ＡＸ_１６（第２軸および第３軸）に沿う電磁加振力（第２電磁加振力）が最小であり、軸ＡＸ_２７，ＡＸ_３８（第４軸および第５軸）に沿う電磁加振力（第３電磁加振力）が中間的な値を有する。一方、それぞれ電気角２５２度および１０８度（第２電気角）のときは、軸ＡＸ_５１０に沿う電磁加振力（第４電磁加振力）が最小であり、軸ＡＸ_４９，ＡＸ_１６に沿う電磁加振力（第５電磁加振力）が最大であり、軸ＡＸ_２７，ＡＸ_３８に沿う電磁加振力（第６電磁加振力）が中間的な値を有する。

【0061】

検証パターン４，２１の電磁加振力分布をさらに３６度時計回り方向に回転させると、それぞれ検証パターン８，１８の電磁加振力分布に戻る。
以上の結果から、検証パターン４，５，８，９，１１，１２，１３，１４，１６，１８，２０，２１のいずれかを適用することにより、一次共振に起因する振動を抑制できることが分かる。これらの検証パターン４，５，８，９，１１，１２，１３，１４，１６，１８，２０，２１が、前記表３の振動低減パターン１〜１２にそれぞれ対応している。

【0062】

振動低減パターン１〜１２では、１０個の主極のうちの任意の一つを基準主極Ｐ１とし、当該基準主極Ｐ１の小歯群Ｓ１の小歯群中心位置Ｃ１である基準小歯群中心位置に対して、主極Ｐ１〜Ｐ１０のそれぞれの小歯群Ｓ１〜Ｓ１０の小歯群中心位置Ｃ１〜Ｃ１０が、回転軸線４０周りの時計回り方向に前記表１に示した角度をそれぞれ成している。
このような小歯配置によって、図１３に表れているような楕円形の加振力分布を回避でき、図１４に示すような全方位に分散した加振力分布を達成できる。それにより、振動およびそれに伴う騒音を低減することができる。

【0063】

すなわち、この実施形態では、回転軸線４０周りに放射状に配置された１０個の主極Ｐ１〜Ｐ１０に対する電磁加振力が適切に分布するように小歯配置が設計されている。したがって、固定子１０の構造によらずに振動および騒音を低減できる根本的な振動／騒音対策を提供できる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することができる。たとえば、前述の実施形態では、１０個の小歯群Ｓ１〜Ｓ１０が同数の小歯７を有しているが、小歯群Ｓ１〜Ｓ１０の間で小歯７の数が異なっていてもよい。ただし、１０個の小歯群Ｓが、いずれも奇数個の小歯７を有するか、またはいずれも偶数個の小歯７を有することが好ましい。また、前述の実施形態では、１０個の主極Ｐ１〜Ｐ１０は回転軸線４０周りに等角度間隔で配置されているが、主極Ｐの配置は必ずしも等間隔である必要はない。また、前述の実施形態では、回転子２０が一つの永久磁石２２を備えているが、回転子２０は２個以上の永久磁石２２を備えていてもよい。また、回転子鉄心２３１，２３２に設けられる極歯２５の歯数Ｎは５０以外の数であってもよい。

【0064】

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

【符号の説明】

【0065】

１ ステッピングモータ
１０ 固定子
２ 固定子鉄心
６ 対向部
６ａ 対向面
７ 小歯
８ スロット
２０ 回転子
２１ 回転軸
２２ 永久磁石
２３１，２３２ 回転子鉄心
２５ 極歯（回転子歯）
４０ 回転軸線
４１ 周方向
Ｐ１〜Ｐ１０ 主極
Ｓ１〜Ｓ１０ 小歯群
Ｗ１−Ｗ１０ 巻線
Ｌ１〜Ｌ１０ 小歯群中心線
Ｃ１〜Ｃ１０ 小歯群中心位置
Ｒ１〜Ｒ１０ 小歯群基準線
ＡＸ_１６ 軸（第１軸）
ＡＸ_２７ 軸（第２軸）
ＡＸ_３８ 軸（第４軸）
ＡＸ_４９ 軸（第５軸）
ＡＸ_５１０軸 （第３軸）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12】

【図13】

【図14】