HB型ステッピングモータはロボットの関節や工作機械の回転テーブルなど、位置出し精度が必要な機器のアクチュエータとして使用されます。回転子は積厚方向に着磁した磁石を歯車状突極を持つ二枚のロータコアで挟み込んだ構造をしており、ステータコアのティース先端も歯車状になっています。回転分解能は回転子の歯数と駆動コイルの相数から決まるため、角度分解能を高めるため歯数は50や100などの大きな数で設計されます。ステッピングモータの重要な特性は出力ではなく制御性や無励磁状態の保持トルクであるディテントトルクや励磁状態の保持トルクであるスティフネストルクとなります。
ステッピングモータの磁気回路は二枚のロータコアの片側がN極、もう一方がS極とし、歯車状の突極を1/2ピッチずらすことで多極磁石を実現するため、固定子を介して3次元的に流れます。また、ステータ、ロータ共にギャップ部の形状が複雑なこともあり、精度良く事前検討を進めるためには、有限要素法による三次元の電磁界解析を行う必要があります。
ここでは、HB型ステッピングモータの基本特性であるディテントトルク特性とスティフネストルク特性を求めます。