JP4702995B2

JP4702995B2 - 環状コイル多相式回転電機とその使用方法

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Inventors: 正文坂本
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンターや複写機等の駆動モータとして使用して、好適な環状コイルＰ相式ステッピングモータ等の環状コイル多相式回転電機（以下本明細書で環状コイルＰ相式回転電機という）とその使用方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種用途に使用されるステッピングモータとしては、次のものがある。図１３は第１の従来例としてのクローポール式の永久磁石型（以下ＰＭ型という）ステッピングモータの斜視図である。
図１３において、固定子Ｓは２相を構成する第１の固定子部分１０１と第２の固定子部分１０２より成り、第１の固定子部分１０１はその内周側に交互に組み合わされる櫛歯状の極歯１０１ａ、１０１ｂとこれらの極歯１０１ａ、１０１ｂ内に収納される環状コイル１０１ｃとより、また、第２の固定子部分１０２は同様に極歯１０２ａ、１０２ｂとこれらの極歯１０２ａ、１０２ｂ内に収納される環状コイル１０２ｃとより構成される。
ここで、極歯１０１ａと１０２ａは電気角で例えば９０度ずれて配置されている。
Ｒは回転子で、この回転子Ｒは外周側に円周方向にＮ、Ｓ極が交互に配置されるように着磁された永久磁石１０３、中子１０４、回転子軸１０５より構成され、回転子軸１０５は軸受を介して固定子Ｓに支承される。
この場合、固定子Ｓの各相のクローポールの分割角ピッチと回転子Ｒの着磁ピッチ角は相互に一致するように構成されている。
このクローポールのＰＭ型ステッピングモータはコイルがボビン巻きのため、巻線時間が早くまた巻線後の渡り線処理が簡単なため安価であり、ＯＡ機器等に広く使用されている。
【０００３】
図１４は、第２の従来例としてのハイブリッド型（以下ＨＢ型という）ステッピングモータの要部を切り欠いて示した斜視図である。
図１４において、１５は回転子軸、１７は固定子ポール、１８及び１９は１対の回転子の回転子歯である。
このＨＢ型ステッピングモータは固定子及び回転子に多数の歯を設けることができるのでステップ角度を小さく出来、従って位置決め精度に優れ、低速時の回転ムラも小さいという長所があるため、プリンターや複写機等のＯＡ機器に広く使用されている。
本構造の場合、固定子のコイルは固定子内径部に設けたスロットから巻きこむ方式で通常２相機の場合でも図１４に示すように８個の固定子ポールに装着されるから８個のコイルが必要とされていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来例のものの構成は、次のような問題点があった。
図１３に示す第１の従来例のＰＭ型ステッピングモータではボビン巻の構造のため安価であるが、固定子がクローポール（櫛歯）で、且つこれらの櫛歯を交互にかみ合わせた構造とするため、また回転子が着磁するためどちらも、その極数を多くすることが困難であり、通常モータ径４０ｍｍ程度のもので２４極程度、２相機にすると、ステップ角度が７．５度程度の分解能のものしか、製作できなかった。
また、クローポール固定子は、クローポールの特に、根元部分に磁束が集中的に通過する構造であるため、磁束密度がクローポールの根元部分で飽和し、高トルクが得られないという問題もあった。
さらに、クローポール固定子の場合、お互いに噛み合わせるために、クローポール間の漏洩磁束も大きくなるという問題点もあった。
【０００５】
また、図１４に示す第２の従来例のＨＢ型ステッピングモータでは、分解能は高いが、固定子巻線が固定子のスロットに内径側から巻きこむため、巻線の速度が遅く、また巻線後の渡り線の処理が複雑で、高価になるという欠点を有していた。また、回転子の永久磁石より出た磁束は対向している固定子の歯に入るが、その内、コイルと鎖交してトルクとなる有効磁束は約５０％と少ないため、磁束の強い高価な永久磁石を使用しなければ十分なトルクが得られないという別な経済性の問題を有していた。
図１５はその現象を説明するための図で、図１４の固定子ポール１７とＮ極となる回転子歯１８とＳ極となる回転子歯１９の拡大図である。
回転子歯１８、１９はそれらのピッチが１／２ずらして配置されている。
今、回転子歯１８から出た磁束φ１は、その約半分はφ２として隣接する回転子歯１９に戻り、コイル２０と鎖交してトルクとなる有効磁束φ３は残りの約半分であるという問題点があった。
本発明は従来のものの上記問題点（課題）を解決するようにした環状コイルＰ相式回転電機とその使用方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の環状コイルＰ相式回転電機は、上記課題を解決するために、次のように構成される。請求項１に記載のものでは、夫々Ｎｓ個の歯を内周全域に亙り等ピッチＰｓに形成した磁性体よりなる１対の固定子鉄心を、夫々の歯を歯の配設ピッチＰｓの１／２ピッチずらして対向させ環状コイルを同心的に挟持して単位固定子を形成し、該単位固定子を回転子軸方向に同心的に、かつ夫々の歯を、歯の配設ピッチＰｓの１／２ＰだけずらしてＰ個連結させて固定子を構成し、空隙を保って該固定子に対向させるように回転自在に少なくとも１つの単位回転子から成る回転子を設け、この単位回転子を永久磁石にてその外周部に設けた磁性体よりなる合計Ｎｒ個の歯を、（Ｎｒ／２ｋ）個の回転方向に隣接したＮ極性の回転子歯群と、（Ｎｒ／２ｋ）個の回転方向に隣接したＳ極性の回転子歯群とに磁化し、このＮ極性の回転子歯群とＳ極性の回転子歯群を１対とし、単位回転子外周の回転方向にｋ対、配置すると共に、該回転子の１対を構成するＮ極性の回転子歯群の平均位置とＳ極性の回転子歯群の平均位置の成す角度が［３６０（ｎ±１／２）／Ｎｓ］度であるように構成した。但し、Ｐは２以上の整数、ｋは１以上の整数である。
【０００７】
また、請求項２のものでは、請求項１の環状コイルＰ相式回転電機において、回転子を、各単位固定子に対応して対向するＰ個の独立した単位回転子から構成した。
【０００８】
また、請求項３のものでは、請求項２の環状コイルＰ相式回転電機において、Ｐ個の単位固定子を、ずらす代わりに同位置に配置し、Ｐ個の単位回転子を夫々固定子歯ピッチＰｓの１／２Ｐピッチずつずらして回転子を構成した。
【０００９】
また、請求項４のものでは、夫々Ｎｓ個の歯を内周全域に亙り等ピッチＰｓに形成した磁性体よりなる１対の固定子鉄心を、夫々の歯を歯の配設ピッチＰｓの１／２ピッチずらして対向させ環状コイルを同心的に挟持して成る単位固定子と、永久磁石にてその外周部に設けた磁性体よりなる合計Ｎｒ個の歯を、（Ｎｒ／２ｋ）個の回転方向に隣接したＮ極性の回転子歯群と、（Ｎｒ／２ｋ）個の回転方向に隣接したＳ極性の回転子歯群とに磁化し、このＮ極性の回転子歯群とＳ極性の回転子歯群を１対とし、回転子外周の回転方向にｋ対、配置して回転自在に設けられる単位回転子との相互に独立してＰ個軸方向に配置された単位固定子、単位回転子を、Ｐ個軸方向に配置すると共に、各単位固定子と各単位回転子を所定間隙を隔てて対向配置して成る環状コイルＰ相式回転電機において、１相分の単位固定子を励磁したとき、この１相分の単位固定子に対向配置される単位回転子を吸引整列せしめたとき、次相の単位固定子と対向配置される単位回転子との相互間を、固定子歯ピッチＰｓの１／２Ｐピッチずつずらすと共に、該単位回転子の１対を構成するＮ極性の回転子歯群の平均位置とＳ極性の回転子歯群の平均位置の成す角度が［３６０（ｎ±１／２）／Ｎｓ］度であるように構成した。
【００１０】
また、請求項５に記載のものでは、請求項１乃至４のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機において、
単位固定子を構成する歯を、内周全域に亙り、該環状コイルの内径側にまで突出させるオーバーハング構造となるように構成した。
【００１２】
また、請求項６に記載のものでは、請求項１乃至４のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機において、ＮｒがＮｓより少ないように構成した。
【００１３】
また、請求項７に記載のものでは、請求項１乃至４のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機において、Ｐ＝２、ｋ＝２とし、Ｎｓ＝４ｎ±２となるように構成した。
【００１４】
また、請求項８に記載のものでは、請求項１乃至４のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機において、回転子をその外周が、交互に異極の回転子歯群の回転子鉄心が配置され、その異極の回転子歯群の境目を少なくとも積層時は連結させた１体ものの鉄心を使用するように構成した。
【００１５】
また、請求項９に記載のものでは、請求項１乃至４のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機において、コイル収納用のボビンを設けて環状コイルを固定子鉄心内に収納するように構成した。
【００１６】
また、請求項１０に記載のものでは、請求項１乃至４のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機において、固定子歯部又は回転子歯部は磁性鉄板を打ち抜き成形したクローポールで形成するように構成した。
【００１７】
また、請求項１１に記載のものでは、請求項１０に記載の環状コイルＰ相式回転電機において、固定子のクローポール部の外周に密着させた磁性円筒部又は回転子のクローポール部の内周部に密着させた磁性体のヨーク部分を独立又は一体的に設けるように構成した。
【００１８】
また、請求項１２に記載のものでは、請求項１乃至１１のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機において、固定子の外周に回転子を配置したアウターロータ型回転子の構造とし、固定子の歯を内周に設ける代わりに外周に設け、回転子の歯を外周に設ける代わりに内周に設けるように構成した。
【００１９】
さらに、請求項１３に記載のものでは、請求項１乃至１２のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機を、プリンタ用の印字ヘッドのキャリッジ又は、紙送りのアクチュエータとして使用するようにした。
【００２０】
上述のような構成の本発明の環状コイルＰ相式回転電機によれば、従来技術の欠点であった事項が次のように解決される。
即ち、従来技術のものでは、図１３、図１４に示すように、回転子の磁極又は磁歯は全周に亙り等ピッチで構成されているが、本発明のものでは回転子の磁極が、全周の内、２ｋ個所、他の歯ピッチと異なる個所を有した回転子となっている。従って、本発明の回転子は珪素鋼板打ち抜き積層方式や磁性紛焼結方式で製作できるので、従来のＨＢ型ステッピングモータと同じ分解能の回転子が低コストで得られる。また、環状コイルをボビン巻構造とし、かつ固定子歯は磁性鉄板や珪素鋼板をプレス打ち抜き積層構造で製作できるので、従来のＨＢ型ステッピングモータの固定子と同じ分解能が低価格で得られる。この結果、安価で高分解能の回転電機が得られることになる。
また、本発明のものでは、永久磁石から出た磁束のほとんどがコイルと鎖交する有効磁束となるので、従来のＨＢ型ステッピングモータより、高トルク又は小形で同トルクの回転機となり得る。
また、本発明のクローポール方式のように磁性円筒部等を配置すると、根元部分での磁束飽和が起こらないので、高トルクが得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した本発明の実施の形態である環状コイルＰ相式回転電機としてのステッピングモータにより、本発明を具体的に説明する。
第１の実施の形態：
図１は本発明の第１の実施の形態である環状コイル２相式ステッピングモータの基本構成を示す縦断側面図、図２は左方から見た正面図で、これら各図では軸受、及び前後のブラケットは省略して記載してある。
図３は回転子部分を取り出して示した斜視図である。本実施の形態のものは、請求項１に示す第１の発明中、Ｐ＝２、ｋ＝２のものに相当する。
図１乃至図３において、２相式ステッピングモータの第１相のリング状の単位固定子１ａと第２相のリング状の単位固定子１ｂが軸方向に連接されて固定子１Ｓを構成している。各単位固定子１ａ、１ｂは磁性体、特に珪素鋼板の積層により形成される１対の固定子鉄心より構成され、各固定子鉄心内周部に等ピッチＰｓで形成されたＮｓ個の歯を有し、前記１対の固定子鉄心は夫々の内周に設けられた歯が、歯の配設ピッチＰｓの１／２ピッチずらして対向し配設されている。絶縁体よりなるコイルボビン２ａ、２ｂに夫々に巻かれたコイル３ａ、３ｂが、前記２対の固定子鉄心の夫々により挟持されている。
そして、前記単位固定子１ａと１ｂは夫々の内周に設けられた歯が歯の配設ピッチＰｓの１／４ピッチずらして回転子軸５の方向に連接されている。そして該固定子１Ｓの内周に、後述する回転子１Ｒが空隙を介して対向配置されている。なお、ヨーク４は固定子１Ｓの外周を囲んでいる。
なお、ＰｓとＮｓの関係は、Ｐｓ＝（３６０／Ｎｓ）である。
【００２２】
回転子１Ｒは磁性材料より成り、所定の間隙を隔てて固定子１Ｓに対向配置され、回転自在とされている。なお、５は回転子軸である。
本実施の形態の回転子１Ｒは、ｋ＝２なので軸方向の切断面が図１に示すように、コ字状（Ｕ字状）に形成される２個の回転子の磁極６ａ、６ｂとこれら磁極の底部６ａｙと６ｂｙの部分により挟着されるように配置される永久磁石７とより構成されている。
第１の磁極６ａは、底部６ａｙと、１８０度で対向する一対のサイドアーム(側壁)６ａｘとを有する。他方の磁極６ｂは同一形状である。
これらの磁極６ａ、６ｂは、底部６ａｙ、６ｂｙが反対側に位置し、かつ、一方の磁極のサイドアームが他方の磁極の空いている側に位置するよう配置されている。即ち、磁極６ａは、磁極６ｂを回転子軸５の回りに９０度回転させた位置にある。
この場合、図１の構造のものでは、図２に示すように永久磁石７は回転子軸５に取り付けられ、軸方向に２極に磁化されると共に、前記のようにその両側から２個の回転子の磁極６ａ、６ｂで互いに９０度ずらして回転子の磁極６ａ、６ｂの歯部が噛み合うように、そのカップ状の底部で挟持され、２個の回転子の磁極６ａ、６ｂは各々Ｎ極、Ｓ極に磁化される。
なお、回転子１Ｒは、図２、図３に示すように２個（ｋ＝２）の軸方向に１８０度隔てて突出したアーム状の突出部の外周に外周歯を形成し、この外周歯は固定子１Ｓの内周歯と対向している。
回転子の磁極６ａ、６ｂは珪素鋼板の積層によっても、焼結メタル等のソリッドによっても製作できるが、珪素鋼板の積層によって構成する場合については、後述する。
【００２３】
図２及び図３に示すように、回転子１Ｒを構成する回転子の磁極６ａ、６ｂの外周には歯が、第１Ｎ極歯群、第１Ｓ極歯群、第２Ｎ極歯群、第２Ｓ極歯群というように円周方向に順次、配置形成される。
この場合、本実施の形態のものでは、隣接するＮ極歯群とＳ極歯群を１対と数えたとき、２対あるので、ｋ＝２となる。
ｋ＝４の場合は回転子底部から４個のアームが９０度隔ててその外周部に歯を有するように設けられ、２個の回転子が４５度互いに異なる位置で永久磁石７を挟んで噛み合うようにして、回転子軸５に固定される。
この場合は、歯の極性の配列はＮ極歯群とＳ極歯群を１対と数えたとき、４対のＮ極歯群とＳ極歯群が交互に回転子外周の回転方向に並ぶことになる。
このように、本発明の回転子は、一般にｋ対のＮ極歯群、Ｓ極歯群で構成できる。従って、回転子の歯数の総数をＮｒとすれば、回転子の磁極６ａ、６ｂから出ているアーム数はｋ個であり、回転子の磁極６ａ、６ｂを２個使用するから、１個のアームの歯数、即ち、回転子外周部の同極性の歯群の歯数はＮｒ／２ｋとなる。
本発明のこのような技術内容を、総括して請求項１として記載したが、これはＰ個の単位固定子が１個の回転子と対向配置して構成される場合である。
なお、請求項１に記載の歯の配設ピッチ、歯幅、歯溝幅の関係を図１６に表示した。また、図２ではＮｓ＝２２、Ｎｒ＝２０の場合を示している。
【００２４】
従来技術のＨＢ型ステッピングモータは、回転子磁束の半分程度しか有効に使用できないと述べたが、本発明の構成では、回転子の磁束のほとんどを有効な鎖交磁束として使用できるので高トルクが得られるという画期的長所を有する。
その理由は、図１の単位固定子を示す縦断側面図から理解できる。
即ち、２個の単位固定子１ａ、１ｂの１対の固定子鉄心は回転子１Ｒと対向している部分の軸方向の中央部が分離されているので、磁束の短絡が起きないためである。
【００２５】
第２の実施の形態：
図４は本発明の第２の実施の形態を示す要部を切り欠いて示した縦断側面図である。
図１乃至図３に示した第１の実施の形態のものでは上記のようにＰ個の単位固定子が、回転子１個と対向して構成されていた。
これに対し、第２の実施の形態のものでは、図４に示すように、Ｐ個の単位固定子の各々にＰ個の単位回転子を対向配置させるように構成している。
この構造はやや複雑になるが、回転子の磁気飽和が起き難く良好な特性が得られる。
なお、図４においては、図を簡略してｎ個の構成素子の符号を区別せず、また、その左端の単位固定子及び単位回転子のみを破断面で示して記載してある。
即ち、同図において、１は１対の固定子鉄心により構成される単位固定子、２はコイルボビン、３はコイル、４はヨーク、５は回転子軸、６ａ、６ｂは夫々回転子の磁極、７は永久磁石である。なお、本発明の第２の実施の形態の技術内容は、請求項２として記載されている。
【００２６】
第３の実施の形態
図５は本発明の第３の実施の形態を示す縦断側面図で、請求項３に記載されている構成を示すもので、図示のものは、Ｐ＝２、ｋ＝２の場合に相当する。
本実施の形態のものは、第２の実施の形態のものでは、単位固定子に対向配置される単位回転子が相互にずらされることなく配置されていたのに対して、本実施の形態の場合では、単位回転子相互を歯の配設ピッチＰｓの１／２Ｐピッチ（本実施の形態では、Ｐ＝２なのでＰｓの１／４ピッチ）ずらして２個連結して配置するようにした点に構成上の特徴がある。
このように固定子３Ｓを構成する各単位固定子の構成は、第１及び第２の実施の形態のものに対し、単位固定子同士は同一位置で連結構成され、また回転子３Ｒを構成する各単位回転子相互の配置の構成も、第２の実施の形態とは相違する構成となるので、図５において、各単位固定子及び各単位回転子の各部の符号については、第１及び第２の実施の形態とは相違する２桁の数字の符号で示した。
【００２７】
図５において、２相式ステッピングモータの第１相の単位固定子３０ａと第２相の単位固定子３０ｂが軸方向に連接され、各単位固定子３０ａ、３０ｂは磁性体、特に珪素鋼板の積層により形成される１対の固定子鉄心３１ａ、３１ａ′；３１ｂ、３１ｂ′より構成され、該固定子鉄心内周部にＮｓ個の歯を有し、絶縁体よりなるコイルボビン３２ａ、３２ｂに夫々に巻かれたコイル３３ａ、３３ｂが、前記１対の固定子鉄心３１ａ、３１ａ′；３１ｂ、３１ｂ′により挟持されている。
そして前記１対の固定子鉄心３１ａ、３１ａ′；３１ｂ、３１ｂ′は夫々の内周に設けられた歯が、歯の配設ピッチＰｓの１／２ピッチずらして対向し配設され、前記単位固定子３０ａと３０ｂは夫々の内周に設けられた歯が同位置で軸方向に連接されて固定子３Ｓを構成している。ヨーク３４は、単位固定子３０ａ、３０ｂの外周を囲んで設けられている。なお、固定子３Ｓの内周に、次に述べる回転子３Ｒが空隙を隔てて対向配置される。
【００２８】
回転子３Ｒは、図５に示すように２個の単位回転子３Ｒａ、３Ｒｂと回転軸３５とから構成される。
単位回転子３Ｒａは、磁性体３６ａｘ、３６ｂｘ、永久磁石３７ａから構成され、単位回転子３Ｒｂは、磁性体３６ａｙ、３６ｂｙ、永久磁石３７ｂから構成される。なお、図５では軸受及び前後のブラケットは、本発明の要部ではないので図示を省略して描いてある。
磁性体３６ａｘ及び３６ｂｘは、図５に示すものでは、ｋ＝２なので、軸方向の切断面がＵ字形状に形成され、夫々底部と２個の軸方向に１８０度隔てて突出するように形成したサイドアームとを有する。
単位回転子３Ｒａは、磁性体３６ａｘ、３６ｂｘのサイドアームの外周部に極歯を有し、固定子３Ｓの単位固定子３０ｂの内周歯と対向するように配置されている。同様に単位回転子３Ｒｂの外周に形成される極歯は固定子３Ｓの単位固定子３０ａの内周歯と対向している。
永久磁石３７ａ、３７ｂは図５に示すものでは、軸方向にＮ、Ｓの２極に磁化されている。Ｕ字状の磁性体３６ａｘ、３６ｂｘ及び３６ａｙ、３６ｂｙは底面で永久磁石３７ａ、３７ｂに接触しており、夫々Ｎ、Ｓ極に磁化されている。この場合の各単位回転子を構成する磁性体３６ａｘ、３６ｂｘ及び３６ａｙ、３６ｂｙの磁化の状態は、図２に示す第１の実施の形態の回転子１Ｒを本実施の形態の１つの単位回転子とした場合に相当し、図２に示すように各単位回転子の外周には極歯が、第１Ｎ極群、第１Ｓ極群、第２Ｎ極群、第２Ｓ極群と順次配置され構成される。
そして、隣接するＮ極群とＳ極群を１対と数えたとき、２対あるので、ｋ＝２となる。
【００２９】
なお、ｋ＝４の場合は、回転子底部から４個のアームが９０度隔てて、その外周部に極歯を有して設けられ、２個の回転子が４５度お互いに異なる位置で永久磁石３７ａ、３７ｂを挟んで噛み合うようにして回転子軸３５と固定されることになり、この場合は、極歯の極性の配列はＮ極群、Ｓ極群を１対と数えたとき、４対のＮ極群の極歯とＳ極群の極歯が交互に回転子外周の回転方向に並ぶことになる。
このように本発明の回転子は、一般にｋ対のＮ極、Ｓ極の極歯群で構成でき、この場合、回転子の極歯の歯数の総数をＮｒとすれば、磁性体３６ａｘ（３６ａｙ）から出るアーム数はｋ個であり、磁性体３６ｂｘ（３６ｂｙ）を含め、２個使用するのだから、１個のアーム数の歯数、即ち、回転子外周部の同極性の歯群の歯数はＮｒ／２ｋとなる。
【００３０】
ところで、図５に示す場合は、Ｐ＝２で２相モータの場合であり、２個の単位回転子３Ｒａ、３Ｒｂより成り、各磁性体３６ａｘ、３６ａｙ、３６ｂｘ、３６ｂｙは機械角で示せば３６０／（４Ｎｓ）度位置をずらして配置されている。
なお、この考え方を拡張すれば、１相コイル３３ａを励磁し、回転子３Ｒの各磁性体３６ａｙ、３６ｂｙの歯が各固定子鉄心３１ａ、３１ａ′に吸引され、それらの位置で静止（整列）しているとき、２相の固定子鉄心３１ｂ、３１ｂ′と２相分の回転子の磁性体３６ａｘ、３６ｂｘ間の位相差を機械角で３６０／４Ｎｓ度（ピッチとしては１／２Ｐピッチのずれ）設けるようにすれば、固定子の相間の位相差又は回転子の相間の位相差を特に、請求項２又は請求項３のような条件としなくともよい。これを請求項４に記載した。
なお、構成としては、請求項４の構成は、やや複雑となるので、請求項２又は請求項３の構成の方が実用性は大である。
また、本実施の形態のものにおける回転子は、珪素鋼板の積層で構成しても、焼結メタル等のソリッド型で構成してもよい。
また、磁性鉄板の打ち抜きのクローポール型で構成しても、お互いの歯が噛み合わないので、分解能も従来のＰＭ型クローポールモータよりも高くでき、磁束密度の少ない構成が可能である。
【００３１】
前述の第２の実施の形態と第１の実施の形態とでは基本構成としては共通しているが、詳細構成としては固定子鉄心の構成が、次のように相違する。
即ち、図１の場合は２個の固定子鉄心の各歯部が挟持されている環状コイルの内径側にまで突出させた構造（オーバーハング構造）であるが、図４の場合は、固定子鉄心の各歯部が挟持されている環状コイルの内径側まで突出していない。
どちらも動作機能には問題ないが、図１の構造の方が固定子鉄心の磁極が回転子の磁極と対向面積が多くなるので、トルクを高めるには有利である。
よって、第２及び第３の実施の形態では、夫々図４及び図５の固定子構造の場合で示したが、第２及び第３の実施の形態の場合も第１の実施の形態の場合のようにオーバーハング構造の固定子の構造とする方が望ましい。
なお、この技術内容は請求項５として記載されている。
【００３２】
第１乃至第３の各実施の形態において、単位固定子の内周に等ピッチで設けたＮｓ個の歯のピッチは（３６０／Ｎｓ）度である。これらの単位固定子と対向する回転子を構成する回転子の磁極６ａ、６ｂの外周側に形成されるアーム（以下、回転子のアームと略称する）上の同極性歯群のピッチは（３６０／Ｎｓ）度とするとトルクも高く得られるが、コイルに通電しないときのトルクであるコギングトルクも大きくなり、振動や騒音で問題になる場合がある。その場合は、回転子の１アーム上の同極性の回転子歯群のピッチは（３６０／Ｎｓ）度とやや異ならせて［（３６０／Ｎｓ）±（３６／Ｎｓ）］度の範囲から選ぶこともできる。しかし、その場合でも、単位固定子１ａ、１ｂを構成する１対の固定子鉄心の歯位置をお互いに１／２ピッチずらした構成の場合、回転子の１対を構成するＮ極性の回転子歯群の平均位置と、Ｓ極性の回転子歯群の平均位置の成す角度が、［３６０（ｎ±１／２）／Ｎｓ］度でないと成立しない。この技術内容を請求項１及び４として記載している。また、図３から明らかなように、固定子歯ピッチと回転子の１アームの歯群の歯ピッチがほぼ等しい場合は、回転子の各アームの境目、即ち異極性歯群との境目は空隙部が存在するから、ｋ個のアームを有する回転子の場合、回転子歯数の合計Ｎｒは、通常Ｎｓよりｋ個以上少なくなる。この技術内容を請求項６として記載している。
【００３３】
本発明の構造は、コイル数の少ないＰ＝２の２相機が最適である。また、構造が簡単で磁気バランスの良い構造はｋが２の場合である。その理由は、ｋ＝１では回転子の１８０度異なる位置に回転子の異極性歯群がくるので、ラジアル方向の吸引力がキャンセルされず、偶力が発生し、回転時に振動騒音を引き起こすからである。そこで、請求項５に記載のものでＰ＝２、ｋ＝２とおき、回転子の各アーム位置を均等に配置するとすれば、ｋ＝２であるから［３６０（ｎ±１／２）／Ｎｓ］度＝９０度からＮｓ＝４ｎ±２を得る。例えばｎ＝１２のときＮｓ＝５０となり、２相機の場合、ステップ角度が１．８度のステッピングモータとなる。この技術内容を請求項７として記載した。また、本発明の構造の固定子歯数は、自由に選べるので従来のＨＢ式ステッピングモータと比べ、ステップ角度の値の自由度が大きい。
【００３４】
第４の実施の形態、第５の実施の形態
上記のように、回転子の永久磁石は軸方向に磁化した場合で述べたが、回転子の各アームが交互に回転子の回転方向で異極性に配列される方法は、磁石の磁化方向は軸方向のみとは限らない。
図６、図７は回転子を軸方向から見た本発明の第４及び第５の実施の形態に関する回転子の正面図である。
図６の第４の実施の形態のものでは、円筒型永久磁石８の外周に独立した４個の回転子アーム９ａ〜９ｄを設け、各アーム９ａ〜９ｄがＮ極、Ｓ極交互に配列するように磁化したものである。
図７の第５の実施の形態のものでは、回転子１０に溝１０ａを設け、この溝１０ａ中に永久磁石１１を装着したもので、図７のように磁化すればその目的を達することができる。
なお、図６、図７の各回転子はその外周部で異極性部が連結していているが、接続部分は細いため、磁気短絡は僅かである。
また、図２、図３に示した請求項１及び２に記載した回転子の構成も図示のアーム構造のみでなく、外周部が細部で連結したもの等で適宜構成できるのは勿論である。
【００３５】
図８（Ａ）、（Ｂ）は本発明になるステッピングモータの動作原理を説明するための説明図で、同図（Ａ）は固定子と回転子との歯の関係位置を模式的に示す展開図で、同図（Ｂ）はステップ動作させるための通電シーケンスである。
図８（Ａ）は２相式のｋ＝２、Ｎｓ＝４ｎ±２でｎ＝２の時で、Ｎｓ＝１０の場合を示してある。なお、図８（Ａ）では固定子１ａ、１ｂの歯幅と歯溝幅を等しくした図としてある。
同図（Ａ）において、１ａはＡ相（第１相分）の単位固定子、１ｂはＢ相（第２相分）の単位固定子、１ａ−１はＡ相単位固定子の一方の固定子鉄心、１ａ−２は他方の固定子鉄心で、各固定子鉄心１ａ−１及び１ａ−２には夫々１０個の歯ｔ₁〜ｔ₁₀、及びｔ₁′〜ｔ₁₀′（ｔ₁₀′は図示せず）が設けられ、２個の固定子鉄心１ａ−１と１ａ−２とは両方の歯を歯の配設ピッチＰｓの１／２ずらして対向させ、その間に環状コイル３ａを挟持して図１に示すＡ相の単位固定子１ａを形成し、一方のＢ相単位固定子１ｂもＡ相単位固定子１ａと同じように１０個の歯を設けた固定子鉄心１ｂ−１と１ｂ−２により環状コイル３ｂを挟持して図１に示すＢ相単位固定子１ｂを形成する。
Ａ相の単位固定子１ａに対しＢ相の単位固定子１ｂを歯の配設ピッチＰｓの１／４だけ回転方向にずらして連接して図１に示す固定子１Ｓを形成し、この固定子１Ｓの内周に空隙を介して回転子１Ｒを配置する。
【００３６】
この回転子１Ｒは、夫々複数の歯（図２及び図３では５個、図８（Ａ）では簡略化した２個で示している）を有する２つの歯群を備える磁極６ａと、この磁極６ａと同形状で軸方向に方向を逆にし、かつ、電気角で１８０度だけ磁極６ａとは位相をずらして配置した磁極６ｂを、各々の磁極６ａ、６ｂの底部６ａｙ、６ｂｙで軸方向に磁化した永久磁石７と回転子軸５で連結されて構成されている。
なお、図３では、磁極６ａはｋ＝２なので、回転子１Ｒの複数の歯群を有するサイドアームは機械角で１８０度の位置に２個配置され、磁極６ｂも機械角で１８０度をなす２個のサイドアームを備えている。
環状コイル３ａと３ｂの端子は夫々Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とし、図８（Ｂ）に示す動作シーケンスに従い各環状コイルに通電することによりステッピングモータとして動作させることができる。
【００３７】
図８（Ｂ）のステップ１において、環状コイル３ａの端子Ｃ１に＋、端子Ｃ２に−を通電し、環状コイル３ｂの端子Ｃ３、Ｃ４は通電しないと図８（Ａ）に示す状態となり、Ａ相の単位固定子の固定子鉄心１ａ−１にＳ極が、固定子鉄心１ａ−２にはＮ極が生成し、固定子鉄心１ａ−１の極歯ｔ₁とｔ₂のＳ極と永久磁石７のＮ極と当接している回転子磁極６ａの極歯ｔｒのＮ極とが吸引し、固定子鉄心１ａ−２の極歯ｔ₃′とｔ₄′のＮ極と永久磁石７のＳ極と当接している回転子磁極６ｂの極歯ｔｒのＳ極とが吸引して回転子を、同図（Ａ）に示す位置に静止させる。
なお、上記の説明は固定子磁極の左半分の極歯ｔ₁〜ｔ₅について説明したが右半分の極歯ｔ₆〜ｔ₁₀においても同じように固定子鉄心の極歯と回転子の磁極との間にも吸引力が作用するものである。
【００３８】
第２ステップでは、端子Ｃ１、Ｃ２の通電を止め、端子Ｃ３に＋、Ｃ４に−を通電すると、Ａ相の単位固定子の磁化が無くなり、Ｂ相の単位固定子の固定子鉄心１ｂ−１にＳ極が固定子鉄心１ｂ−２にＮ極が生成し、固定子鉄心１ｂ−１の極歯ｔ₁とｔ₂のＳ極と、永久磁石７のＮ極と当接している回転子磁極６ａの極歯ｔｒのＮ極とが吸引し、固定子鉄心１ｂ−２の極歯ｔ₃′とｔ₄′のＮ極と永久磁石７のＳ極と当接している回転子磁極６ｂの極歯ｔｒのＳ極とが吸引して回転子を図８（Ａ）に示す位置から歯配設ピッチＰｓの１／４ピッチ右方向に移動し前記の吸引し合う磁極が正対し静止する。
この回転子の移動量である歯配設ピッチＰｓの１／４ピッチがこのステッピングモータのステップ角となる。
第２ステップでは、Ａ相の単位固定子に対向している回転子の磁極６ａの極歯ｔｒは固定子磁極１ａ−２の極歯ｔ₁′、ｔ₂′の位置より歯配設ピッチＰｓの１／４ピッチ右に移動しているので、回転子の極歯ｔｒは固定子磁極１ａ−２の極歯ｔ₁′、ｔ₂′とは半分重なった位置にある。
【００３９】
第３ステップでは、端子Ｃ３、Ｃ４の通電を止め、端子Ｃ１に−、Ｃ２に＋を通電する。
第３ステップでは、固定子磁極１ａ−２にＳ極が、固定子磁極１ａ−１にＮ極が生成し、固定子磁極１ａ−２の極歯ｔ₁′、ｔ₂′のＳ極と回転子の極歯ｔｒのＮ極が吸引し、固定子磁極１ａ−１の極歯ｔ₄とｔ₅のＮ極と回転子の磁極６ｂの極歯ｔｒのＳ極との間に吸引力が作用し回転子が第２ステップの位置から歯配設ピッチＰｓの１／４ピッチ右方向へ移動する。
【００４０】
同様に第４ステップでは、端子Ｃ１、Ｃ２の通電を止め、端子Ｃ３に−、Ｃ４に＋を通電すると、同様に回転子が第３ステップの位置から歯配設ピッチＰｓの１／４ピッチ右方向に移動する。
このように、本発明のステッピングモータでは、固定子の極歯の配設ピッチＰｓの１／４の角度がステップ角である。なお、上記の説明では、固定子の歯幅と歯溝幅を等しくした場合とその動作原理を説明したが、歯幅が歯溝幅よりも小さい場合等の両者が等しくない場合でも本発明は成立する。
即ち、Ｐ相式回転電機の場合には、固定子の歯の配設ピッチＰｓの１／２Ｐがステップ角となる。
従来のＰ相式ステッピングモータは回転子の歯ピッチの１／２Ｐで動作したのに対し、本発明のステッピングモータでは図８（Ａ）に示すように固定子の歯配設ピッチＰｓの１／２Ｐで動作する点が大きく相違する点である。
【００４１】
次に、回転子磁極６ａ、６ｂを形成する積層方法について、図９、図１０を参照して説明する。
図９、図１０は、積層方法により回転子磁極を構成するプレス加工された珪素鋼板を示す。
図９は、一方の回転子磁極の底部と他方の回転子磁極のサイドアームとを形成する第１の珪素鋼板６ｔ、図１０は両方の回転子磁極のサイドアームを形成する第２の珪素鋼板６ｈを示す。プレス加工の後、第１の珪素鋼板６ｔの実線で描かれた３つの領域は、破線で示された架橋部分により接続されている。
同様に、第２の珪素鋼板６ｈの実線で示された４つの領域は、破線で示された架橋部分により接続されている。即ち、夫々の珪素鋼板は、一体構造の板である。
最初に、所定枚数の第１の珪素鋼板６ｔが積層され、回転子磁極６ａの底部６ａｙと回転子磁極６ｂのサイドアームの先端とが形成される。その後、永久磁石７が底部６ａｙ上に配置される。
【００４２】
次に、所定枚数の第２の珪素鋼板６ｈが、既に積層された第１の珪素鋼板の上に積層される。この工程で４つのサイドアームが形成される。その後、所定枚数の第１の珪素鋼板６ｔが、底部６ａｙを形成したときとは９０度異なる方向で積層される。この工程で回転子磁極６ｂの底部６ｂｙと、回転子磁極６ａのサイドアームの先端とが形成される。
そして、積層された珪素鋼板６ｔ、６ｈは、永久磁石７と共に樹脂モールドで固定される。
【００４３】
最後に、回転子磁極６ａ、６ｂの外周面が削り取られる。図９においてＤ１はプレス加工後の外径、Ｄ２は切削後の外径である。点線で示された架橋部分は、切削工程で削り取られる。なお、架橋部分は回転子が固定子に組み込まれる際に残っていてもよい。架橋部分は磁気飽和するほど細いため、特性の大きな低下は無く使用できる。このような本発明の技術内容を請求項８として記載した。Ｄ４以下は永久磁石７が当接する部分である。図１０の歯鉄心６ｈは、図９の回転子鉄心６ｔをＤ３の径で追い抜きすることでできる。
【００４４】
請求項１に記載した図１及び図３に示す回転子と例えば図１３の従来のクローポール式固定子とを組み合わせてもステッピングモータとして動作する。但し、分解能（ステップ角）は、固定子の１相分クローポール数で決まるので分解能は、従来のＰＭ型ステッピングモータと大差ない。回転子がＨＢ型なのでＰＭ機より大きなトルクが得られる。このような組合せの技術を請求項１０として記載した。
【００４５】
上記のオーバーハング構造のクローポール方式の改良された固定子の構造を図１１に示す。図１１は改良されたクローポール部により形成された固定子全体の構造を示す分解斜視図である。なお、この実施の形態では固定子歯をクローポールと呼ぶ。
同図において、３Ｓ₁及び３Ｓ₂は夫々図５の１相分及び２相分の単位固定子３０ａ、３０ｂに対応する１相分及び２相分の単位固定子である。
１相分の単位固定子３Ｓ₁は、図示のように、相互に向き合って所定角度ずらして配置されるクローポールＣＰ１、ＣＰ１′を備えた固定子鉄心３１ａ₁、３１ｂ₁、これらのクローポールＣＰ１、ＣＰ１′の外周に配置される磁性体リング３２ａ₁、３２ｂ₁、コイルボビン３３ａ₁に装着されたコイル３３ｂ₁を中心に配置して構成される。
なお、磁性体リング３２ａ₁の片側端面は固定子鉄心３１ａ₁の円板底部に接するように結合される。
同様に、２相分の単位固定子３Ｓ₂は、クローポールＣＰ２、ＣＰ２′を備えた固定子鉄心３１ａ₂、３１ｂ₂、これらのクローポールＣＰ２、ＣＰ２′の外周に配置される磁性体リング３２ａ₂、３２ｂ₂、コイルボビン３３ａ₂に装着されたコイル３３ｂ₂を中心に配置して構成される。
なお、回転子は、例えば、図１の回転子１Ｒ又は図５の回転子３Ｒのように構成すればよい。
【００４６】
このように、１相分の単位固定子３Ｓ₁に設けられる磁性体リング３２ａ₁及び３２ｂ₁を夫々クローポールＣＰ１及びＣＰ１′の各外周に密着させ、一方、２相分の単位固定子３Ｓ₂に設けられる磁性体リング３２ａ₂及び３２ｂ₂を夫々クローポールＣＰ２及びＣＰ２′の各外周に密着させることにより、これらの磁性体リングに、いわゆるバックヨークの機能を持たせることにより、各クローポールの磁束の飽和を防ぐようにした点に、この改良構造の構成上の特徴がある。即ち、クローポール単体で磁性体リングがない場合には磁気飽和を起こすような電圧がコイルに印加されたとしても、このような磁性体リングを設けることにより、これらの磁性体リングが全体の磁路を拡張することになるので、磁気飽和の問題を解決し、クローポールの強度を増加させ、トルクを大とすることができる。なお、このように構成すると、磁気的には、図１の固定子と同様の機能を有する固定子を安価に製作することができる。なお、図１１に示したものでは、磁性円筒部となる磁性体リングを独立して設けて、固定子のクローポールの外周部に密着して配置する場合を示したが、これに代え、回転子のクローポール部の内周部に密着させた磁性体のヨークの機能を持つ磁性体を設けた構成にしてもよく、さらに、この構成を磁性体で一体的に設けるようにしてもよい。このような技術内容を、請求項１１に記載した。
【００４７】
以上、説明してきた本発明の請求項１乃至７に記載の発明を適用したステッピングモータは、従来の同一サイズのボビン巻ＰＭ型ステッピングモータと比較して、約４倍の高密度で取れる。例えば直径４０ｍｍモータでＰＭ機は、７．５度であるが本発明のものでは、１．８度が可能である。従って、本発明の応用製品として、小型、高トルク、高分解能で安価な構造を活用して、ＯＡ機器のプリンター、特に小型インクジェットプリンターの印字ヘッドのキャリッジと紙送り機構の駆動用モータとしての活用が考えられる。プリンターの画質を向上させるにはＤＰＩ（Dot Per Inch）を６００から２４００等と高くする必要がある。これは使用するステッピングモータの分解能に要求される。しかし、従来のＰＭ機では、その構造から分解能に制限が有った。又従来のＨＢ型のステッピングモータでは、前述したように永久磁石の無効磁束が約５０％と多く、モータの形状の小型化に問題があった。しかし、本発明では、この高分解能と小型化を同時に達成した。従って本発明のステッピングモータは、プリンター、特に小型インクジェットプリンターの印字ヘッドのキャリッジ駆動と、紙送り駆動に最適なアクチュエーターになる。従って、このような本発明を適用したステッピングモータ等のＰ相回転電機の使用方法を、請求項１３に記載した。
【００４８】
また、図１、図４及び図５に示すように環状コイルＰ相式回転電機の固定子用の環状コイルを、コイル収納用のボビンを設けて、これらのボビンに装着して固定子鉄心内にコンパクトに収納できるようにした。このような技術内容を請求項９に記載した。さらに、上記した各実施の形態に示した環状コイルＰ相式回転電機においては、インナーロータ型回転子の場合の構造を示したが、これに代え、固定子の外周に回転子を配置したアウターロータ型回転子の構造として、本発明が適用できることは勿論である。このような技術内容を請求項１２に記載した。
【００４９】
なお、アウターロータ型回転子の構造として本発明を適用した構成の一例を示すと、図１２に示す通りである。
図１２は、図１に示した第１の実施の形態の２相のインナーロータ型回転子の構造のものを、２相のアウターロータ型回転子に変更した例を示すもので、同図において、５０ａと５０ｂ夫々第１相及び第２相の単位固定子である。
単位固定子５０ａは同図に示すように１対の固定子鉄心５１ａ、５１ａ′、これらの１対の固定子鉄心５１ａ、５１ａ′で挟持されたコイルボビン５２ａ、このコイルボビン５２ａに収納されたコイル５３ａから成る。
同様に、他方の単位固定子５０ｂは、１対の固定子鉄心５１ｂ、５１ｂ′、コイルボビン５２ｂ、コイル５３ｂから成る。
上記単位固定子５０ａ、５０ｂは固定子ボデー５４上に一体に連結されて固定子５Ｓを構成する。なお、固定子５Ｓは、軸受５５ａ、５５ｂを介して回転子軸５６に支承される。
【００５０】
一方、アウターロータ型の回転子５Ｒは、回転子軸５６に連結されるカップ状の回転子ホルダー５７とこの回転子ホルダー５７の円筒部５７ａの内周面に設けられる永久磁石５８、この永久磁石５８を抱持するように円周方向に交互に複数個配設される回転子鉄心５９、６０により構成される。なお、回転子鉄心５９、６０の内周面は固定子鉄心５１ａ、５１ａ′；５１ｂ、５１ｂ′の各外周面と所定間隙を隔てて対向配置される。
なお、詳細な説明は省略するが、上記の各１対の固定子鉄心５１ａ、５１ａ′；５１ｂ、５１ｂ′の外周に設けられる歯はＮｓ個とする点、これらの歯の配設ピッチを１／２ピッチずらす点及び回転子５Ｒの磁極の構成等は第１の実施の形態のものと同等に構成すればよい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明を適用した環状コイルＰ相式回転電機として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）まず、基本構成となる請求項１乃至４に記載のものは、次のような優れた効果を有する。
▲１▼従来のＨＢ型と同等の分解能を有する。
▲２▼永久磁石から出た磁束の殆どがコイルと鎖交するので、高トルクとなり、従来のＨＢ型と比べて同一サイズで大幅にトルクが改良される。
▲３▼固定子歯数は自由に選べ、さらに、固定子歯は固定子の全周に配置することができるので、固定子の歯を固定子磁極のみに配置される従来のＨＢ式ステッピングモータに比べて、ステップ角度の値の自由度が大きい。
【００５２】
（２）また、請求項２及び３に記載のように構成すると、各単位回転子が各単位固定子と対向配置されるので、請求項１の構成に比べ、さらに回転子の磁気飽和が生じ難く、良好な特性が得られる。
【００５３】
（３）請求項５に記載のように構成すると、固定子鉄心の歯部が環状コイルを支持するようにオーバーハング構造となっているので、トルクを増大させるのに有利な構造である。
【００５４】
（４）請求項１又は４に記載のように当該回転子の１対を構成するＮ極性の回転子歯群の平均位置とＳ極性の回転子歯群の平均位置の成す角度が［３６０（ｎ±１／２）／Ｎｓ］度であるように構成すると、コギングトルクを抑制するのに有利である。
【００５５】
（５）請求項６に記載のように構成すると、固定子歯ピッチと回転子の１アームの歯群の歯ピッチがほぼ等しい場合は、回転子の各アームの境目、即ち異極性歯群との境目は空隙部が存在するから、ｋ個のアームを有する回転子の場合、回転子歯数の合計Ｎｒは、通常Ｎｓよりｋ個以上少なくできる。
【００５６】
（６）請求項７に記載のように構成すると、実用的に最も簡単な構成として、固定子歯数は、自由に選べるので従来のＨＢ式ステッピングモータと比べ、ステップ角度の値の自由度を大きくすることができる。
【００５７】
（７）請求項８に記載のように構成すると、本発明を適用する回転子鉄心のコア打ち抜きを効率よく行うことができる。
【００５８】
（８）請求項９に記載のようにコイル収納用のボビンを設けて環状コイルを固定子鉄心内に収納するようにすると、従来のスロット挿入式に比べて安価で、コンパクトな構成とすることができる。
【００５９】
（９）請求項１０に記載のように構成すると、固定子として従来のクローポール式固定子との組合せで本発明の基本構成の機能を発揮できる。
【００６０】
（１０）請求項１１に記載のように、固定子のクローポール部の外周に密着させた磁性円筒部又は回転子のクローポール部の内周部に密着させた磁性体のヨーク部分を独立又は一体的に設けるように構成すると、クローポール単体では磁気飽和を起こしても、上記磁性円筒部等の部分で磁路が拡張された分、全体の磁路は増大するので、磁気飽和が防止され、クローポールの強度が増強し、トルクを増大させることができる。
【００６１】
（１１）請求項１２に記載のように、固定子の外周に回転子を配置したアウターロータ型回転子の構造とすると、アウターロータ型の回転電機においても、上記した本発明の機能が発揮できる。
【００６２】
（１２）請求項１３に記載のように本発明のステッピングモータをプリンタのアクチュエータ用に適用すると、小型インクジェットプリンタの印字ヘッドのキャリッジ駆動と紙送り駆動に最適なアクチュエータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である環状コイル２相式ステッピングモータの縦断側面図である。
【図２】図１のステッピングモータの左側から見た正面図である。
【図３】図１のステッピングモータの回転子だけ取り出して示した斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態である環状コイルＰ相式ステッピングモータの要部を切り欠いて示した縦断側面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態である環状コイル２相式ステッピングモータの縦断側面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態である環状コイルＰ相式ステッピングモータの回転子の構成を示す正面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態である環状コイルＰ相式ステッピングモータの回転子の構成を示す正面図である。
【図８】同図（Ａ）は本発明に係る環状コイル式２相ステッピングモータの動作原理を説明するための固定子と回転子の展開図であり、同図（Ｂ）は本発明に係る環状コイル式２相ステッピングモータの動作原理を説明するための動作シーケンス図である。
【図９】本発明の回転子コアの積層方法を示す平面図である。
【図１０】本発明の回転子コアの積層方法を示す平面図である。
【図１１】本発明の固定子を磁性体リングを配置してクローポール方式で形成した場合の改良された固定子全体の構造を示す分解斜視図である。
【図１２】本発明をアウターロータ型回転子構造とした場合の構成例を示す半部縦断側面図である。
【図１３】第１の従来例のステッピングモータの斜視図である。
【図１４】第２の従来例のステッピングモータの斜視図である。
【図１５】第２の従来例のステッピングモータの動作説明のための要部正面図である。
【図１６】固定子磁極の配設ピッチ、歯幅、歯溝幅の関係を示す固定子磁極の展開図である。
【符号の説明】
１Ｒ、３Ｒ、５Ｒ：回転子
１Ｓ、１Ｓ′、３Ｓ、５Ｓ：固定子
１、１ａ、１ｂ、３Ｓ₁、３Ｓ₂：単位固定子
２、２ａ、２ｂ：ボビン
３、３ａ、３ｂ：コイル
４：ヨーク
５、３５、５６：回転子軸
６ａ、６ｂ：回転子の磁極
７、１１、５８：永久磁石
８：円筒型永久磁石
９ａ〜９ｄ：回転子アーム
１０：溝付き回転子
３０ａ、３０ｂ、５０ａ、５０ｂ：単位固定子
３１ａ、３１ａ′、３１ｂ、３１ｂ′：固定子鉄心
３２ａ、３２ｂ、３３ａ₁、３３ａ₂、５２ａ、５２ｂ：ボビン
３３ｂ₁、３３ｂ₂、３３ａ、３３ｂ、５３ａ、５３ｂ：コイル
３１ａ₁、３１ｂ₁、３１ａ₂、３１ｂ₂：クローポール
３２ａ₁、３２ｂ₁、３２ａ₂、３２ｂ₂：磁性体リング
５１ａ、５１ａ′、５１ｂ、５１ｂ′：固定子鉄心

Claims

夫々Ｎｓ個の歯を内周全域に亙り等ピッチＰｓに形成した磁性体よりなる１対の固定子鉄心を、夫々の歯を歯の配設ピッチＰｓの１／２ピッチずらして対向させ環状コイルを同心的に挟持して単位固定子を形成し、該単位固定子を回転子軸方向に同心的に、かつ夫々の歯を、歯の配設ピッチＰｓの１／２ＰだけずらしてＰ個連結して固定子を構成し、
空隙を保って該固定子に対向させるように回転自在に少なくとも１つの単位回転子から成る回転子を設け、この単位回転子を永久磁石にてその外周部に設けた磁性体よりなる合計Ｎｒ個の歯を、（Ｎｒ／２ｋ）個の回転方向に隣接したＮ極性の回転子歯群と、（Ｎｒ／２ｋ）個の回転方向に隣接したＳ極性の回転子歯群とに磁化し、このＮ極性の回転子歯群とＳ極性の回転子歯群を１対とし、単位回転子外周の回転方向にｋ対、配置すると共に、該回転子の１対を構成するＮ極性の回転子歯群の平均位置とＳ極性の回転子歯群の平均位置の成す角度が［３６０（ｎ±１／２）／Ｎｓ］度であるように構成したことを特徴とする環状コイル多相式回転電機（以下の請求項では環状コイルＰ相式回転電機という）。
但し、Ｐは２以上の整数、ｋは１以上の整数である。
請求項１記載の環状コイルＰ相式回転電機において、回転子を、各単位固定子に対応して対向するＰ個の独立した単位回転子から構成したことを特徴とする環状コイルＰ相式回転電機。
請求項２に記載の環状コイルＰ相式回転電機において、Ｐ個の単位固定子をずらす代わりに同位置に配置し、Ｐ個の単位回転子を夫々固定子歯ピッチＰｓの１／２Ｐピッチずつずらして回転子を構成するようにしたことを特徴とする環状コイルＰ相式回転電機。
夫々Ｎｓ個の歯を内周全域に亙り等ピッチＰｓに形成した磁性体よりなる１対の固定子鉄心を、夫々の歯を歯の配設ピッチＰｓの１／２ピッチずらして対向させ環状コイルを同心的に挟持して成る単位固定子と、永久磁石にてその外周部に設けた磁性体よりなる合計Ｎｒ個の歯を、（Ｎｒ／２ｋ）個の回転方向に隣接したＮ極性の回転子歯群と、（Ｎｒ／２ｋ）個の回転方向に隣接したＳ極性の回転子歯群とに磁化し、このＮ極性の回転子歯群とＳ極性の回転子歯群を１対とし、回転子外周の回転方向にｋ対、配置して回転自在に設けられる単位回転子との相互に独立してＰ個軸方向に配置された単位固定子、単位回転子を、Ｐ個軸方向に配置すると共に、各単位固定子と各単位回転子を所定間隙を隔てて対向配置して成る環状コイルＰ相式回転電機において、
１相分の単位固定子を励磁したとき、この１相分の単位固定子に対向配置される単位回転子を吸引整列せしめたとき、次相の単位固定子と対向配置される単位回転子との相互間を、固定子歯ピッチＰｓの１／２Ｐピッチずつずらすと共に、該単位回転子の１対を構成するＮ極性の回転子歯群の平均位置とＳ極性の回転子歯群の平均位置の成す角度が［３６０（ｎ±１／２）／Ｎｓ］度であるようにしたことを特徴とする環状コイルＰ相式回転電機。
請求項１乃至４のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機において、単位固定子を構成する歯を、内周全域に亙り、該環状コイルの内径側にまで突出させるオーバーハング構造としたことを特徴とする環状コイルＰ相式回転電機。
請求項１乃至４のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機において、ＮｒがＮｓより少ないことを特徴とする環状コイルＰ相式回転電機。
請求項１乃至４のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機において、Ｐ＝２、ｋ＝２とし、Ｎｓ＝４ｎ±２とすることを特徴とする環状コイル２相式回転電機。
請求項１乃至４のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機において、回転子をその外周が、交互に異極の回転子歯群の回転子鉄心が配置され、その異極の回転子歯群の境目を少なくとも積層時は連結させた１体ものの鉄心を使用するようにしたことを特徴とする環状コイルＰ相式回転電機。
請求項１乃至４のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機において、コイル収納用のボビンを設けて環状コイルを固定子鉄心内に収納するようにしたことを特徴とする環状コイルＰ相式回転電機。
請求項１乃至４のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機において、固定子歯部又は回転子歯部は磁性鉄板を打ち抜き成形したクローポールで形成するようにしたことを特徴とする環状コイルＰ相式回転電機。
請求項１０に記載の環状コイルＰ相式回転電機において、固定子のクローポール部の外周に密着させた磁性円筒部又は回転子のクローポール部の内周部に密着させた磁性体のヨーク部分を独立又は一体的に設けたことを特徴とする環状コイルＰ相式回転電機。
請求項１乃至１１のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機において、固定子の外周に回転子を配置したアウターロータ型回転子の構造とし、固定子の歯を内周に設ける代わりに外周に設け、回転子の歯を外周に設ける代わりに内周に設けたことを特徴とする環状コイルＰ相式回転電機。
請求項１乃至１２のいずれかに記載の環状コイルＰ相式回転電機を、プリンタ用の印字ヘッドのキャリッジ又は、紙送りのアクチュエータとして使用するようにしたことを特徴とする環状コイルＰ相式回転電機の使用方法。