JP2000232766A - モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 出力が高く、小型化が可能で、スムーズに起
動させることができ、安価に製造し得る円筒形状のモー
タを提供する。 【構成】 周方向にｎ分割して異なる極に着持されたロ
ータマグネットを備え、ロータマグネットの軸方向にコ
イルを配置し、コイルにより励磁される外側ヨークの外
側磁極部及び前記内側磁極部をロータの外周面及び内周
面に対向させ、外側磁極部及び前記内側磁極部が励磁さ
れていない際に前記マグネットの極の中心が前記外側磁
極部の中心と前記マグネットの回転の中心とを結ぶ線上
からずれた位置に保持する保持手段を備えることにより
１相モータを構成し、内側ヨークには内側磁極部の径よ
り小さい小径部を形成し、この小径部の径を小さくした
だけコイルを巻装するスペースを広く確保し、この小径
部にコイルを厚く巻装してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超小型の円筒形状の
モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、小型のモータとして形成されたも
のでは、例えば小型円筒形のステップモータとして図１
５に示すものがある。図１５は従来の円筒形状の小型ス
テップモータの構成例を示す断面図である。図１５にお
いて、図示のモータはモータの軸方向に配列された２個
のステータ１０２を備え、各ステータ１０２のそれぞれ
は軸方向に相対向するように配置された２個のステータ
ヨーク１０６を有する。各ステータ１０２ごとに、２個
のステータヨーク１０６により保持されたボビン１０１
には、ステータコイル１０５が同心状に巻回されてい
る。ステータコイル１０５が巻回された各ボビン１０１
は、２個のステータヨーク１０６により軸方向から挟持
固定されている。各ステータヨーク１０６、１０６に
は、ボビン１０１の内径面円周方向に交互に配置された
ステータ歯１０６ａ、１０６ｂが形成されている。一
方、各ステータ１０２のケース１０３にはステータ歯１
０６ａ、１０６ｂを有する一対のステータヨーク１０
６、１０６が固定されている。こうしてステータ１０２
が構成されている。

【０００３】２組のケース１０３の一方（図示左側）に
はフランジ１１５及び軸受け１０８が固定され、他方
（図示右側）のケース１０３には反対側の軸受け１０８
が固定されている。ロータ１０９はロータ磁石１１１を
ロータ軸１１０に固定した構造をしている。ロータ磁石
１１１の外周面とステータ１０２のステータヨーク１０
６の内径面との間には空隙部（エアギャップ）が形成さ
れている。そして、ロータ軸１１０は各ケース１０３に
固定された２個の軸受け１０８により回転自在に軸支さ
れている。

【０００４】図１７は時計などで使用されている１個の
コイルで駆動するステップモータを例示する平面図であ
る。図１７において、２０１は永久磁石から成るロー
タ、２０２及び２０３はステータを、２０３はコイルを
それぞれ示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１５
に示す従来の小型ステップモータにあっては、ロータの
外周にケース１０３、ボビン１０１、ステータコイル１
０５及びステータヨーク１０６が同心状に配置されてい
るため、モータの外形寸法が大きくなってしまうという
不都合がある。また、ステータコイル１０５への通電に
より発生する磁束は図１６に示すように、主としてステ
ータ歯１０６ａの端面１０６ａｌとステータ歯１０６ｂ
の端面１０６ｂｌとを通過するため、ロータ磁石１１１
には効果的に作用せず、モータ出力が高くならないとい
う解決すべき課題がある。

【０００６】また、図１７に示すモータにあっても、コ
イル２０４への通電で発生する磁束がロータ２０１とス
テータ２０２との間のギャップが小さいところに集中
し、マグネット２０１に効果的に作用しないという解決
すべき課題がある。

【０００７】本発明はこのような技術的課題に鑑みてな
されたものであり、本発明の目的は、コイルを巻装する
スペースを広く確保して高出力に構成した１相モータを
提供しようとするのである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のモータは、円筒形状に形成され、少なくと
もその外周面を周方向に異なる極に交互に着磁されたロ
ータマグネットと、前記ロータマグネットの軸方向に設
けられたコイルと、前記ロータマグネットの外周面に対
向する外側磁極部分とその他の部分とを有し、前記コイ
ルにより励磁される外側ヨークと、前記ロータマグネッ
トの内周面に対向する内側磁極部分とその他の部分とを
有し、前記コイルにより励磁される内側ヨークと、前記
コイルにより前記外側ヨーク及び前記内側ヨークが励磁
されていない際に前記ロータマグネットの極の中心が前
記外側磁極部分の中心と前記ロータマグネットの回転の
中心とを結ぶ線からずれた位置に前記ロータマグネット
を保持する保持手段とを備え、前記内側ヨークのその他
の部分の径は内側磁極部分の径より小さく形成され前記
コイルの巻装するスペースを広く形成しコイルを厚く巻
装していることを特徴とする。

【０００９】上記構成において、モータの径はマグネッ
トに外周面に対向する外側ヨーク及び前記内側ヨークの
柱形状部に巻回されるコイルの外径によって決められる
と共に、モータの軸方向の長さは、コイル、ロータマグ
ネットを順に配置することで構成され、モータを非常に
小型化することができる。また、コイルへの通電により
発生する磁束は、内側磁極部及び、外側磁極部との間の
ロータマグネットを横切るので、効果的にロータマグネ
ットに作用し、モータの出力を高める。更に前記保持手
段は、コイルへの非通電時に、ロータマグネットの極の
中心が外側磁極部分の中心とマグネットの回転中心とを
結ぶ直線上からずれた位置に該マグネット保持すること
ができ、従って、モータの停止時からコイルへの最初の
通電時にはコイルから発生する磁束がロータマグネット
に作用する力は、ロータマグネットの方向へ向かわず、
円滑で安定したモータの起動を行うことが可能になる。
部品数においては、ロータマグネット、コイル、内側ヨ
ーク、外側ヨーク及び出力軸といった非常に少ない部品
点数でモータを構成することができる上に、前記保持手
段は、ロータマグネットと外側ヨークを利用しているの
でコストを低く抑えることができる。

【００１０】本発明のモータは、さらに、前記内側ヨー
クのその他の部分に巻装されたコイルは内径をＤ１と
し、前記内側ヨークの内側磁極部分の径をＤ２とする
と、Ｄ１＜Ｄ２となることを特徴とする。

【００１１】上記構成において、前記内側ヨークの柱形
状部を細く形成し、該内側ヨークの柱形状の周囲に巻回
されたコイルの内径Ｄ１を小さくして、コイルの外径を
も小さくすることでモータの小型化をより促進できる。
また、前記内側ヨークの細くした柱形状部に存分に巻回
され、巻数を増やしたコイルによってコイル通電時の起
磁力（アンペア・ターン）を高めることができる。これ
によって発生する磁束は、前記内側ヨークの直径Ｄ２を
前記ロータマグネットの内径寸法内で最大限に大きくす
ることと、ロータマグネットの円筒形状の半径方向の厚
さを非常に薄く構成することによって、前記内側磁極部
分と対向する前記外側磁極部分との距離を非常に小さく
できるので、内側磁極部分と外側磁極部分の間のロータ
であるマグネットに、より効果的に作用してモータの出
力を高める。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を説明する。

【００１３】（実施例１）図１は本発明を適用したモー
タの一実施例の分解斜視図であり、図２は本発明を適用
したモータの一実施例の縦断面図である。図１及び図２
において、本発明によるモータは、周方向に交互に異な
る極に着磁された回転可能なロータマグネット１と、ロ
ータマグネット１に対して空隙をもって対向する円筒形
の外側ヨーク１８と、切り欠いた円筒形の内側磁極部
（部分）を持つ柱形状の内側ヨーク８と、内側ヨーク８
の柱形状小径部の周囲に巻回されたコイル２と、を備
え、内側ヨーク８の柱形状の小径部の根元で外側ヨーク
１８と磁気的に接続され、内側ヨーク８の柱形状の大径
部先端の外周面をロータマグネット１の内周面に対向さ
せ、ロータマグネット１の回転軸端部７ｂを内側ヨーク
８の柱形状の大径部の先端の穴８ｄで受け、ロータマグ
ネット１の極の中央が外側ヨーク１８とロータマグネッ
ト１の回転中心とを結ぶ直線上からずれた位置にロータ
マグネット１を保持する保持手段が設けられて構成され
ている。このように構成した本発明によるモータは、内
側ヨークに内側磁極部の径より小さい小径部を形成し、
この小径部の径を小さくしただけコイルを巻装するスペ
ースを広く確保し、この小径部にコイルを厚く巻装でき
るようにして高出力な１相モータとしたものである。な
お、以下の説明では、モータがステップモータである場
合を例に挙げて本発明を説明する。

【００１４】図１及び図２において、１はロータを構成
するマグネット（ロータマグネット）であり、このロー
タマグネット１はその外周表面を円周方向に複数箇所に
分割（本実施例では４分割）してＳ極及びＮ極に交互に
着磁されている。着磁部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄとする
と着磁部１ａ、１ｃがＳ極に着磁され、着磁部１ｂ、１
ｄがＮ極に着磁されている。着磁部１ａ、１ｂ、１ｃ、
１ｄの各極の中央をＫ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４として図３
に示す。また、マグネット１は射出成型により成型され
るプラスチックマグネット材料で作られている。このよ
うにプラスチックマグネット材料で作ることにより、ロ
ータマグネット１の円筒形状の半径方向に関して厚さを
非常に薄くできる。

【００１５】ロータマグネット１の中心部には軸方向貫
通孔が形成され、この貫通孔の軸方向中間部には内径が
小さい嵌合部１ｅが形成されている。ロータ軸となる出
力軸７は前記ロータマグネット１の嵌合部１ｅに圧入し
てマグネット１に固着されている。マグネット１は射出
成型により成型されるプラスチックマグネットから成る
ため、出力軸７を圧入するなどの組立方法によっても、
割れが生じることはない。

【００１６】また、マグネット１は、その貫通孔の軸方
向中央部の内径の小さい嵌合部１ｅを有する複雑な形状
であっても、これを容易に製造することができる。また
出力軸７とマグネット１は圧入で組立及び固着されるの
で、組立が容易になり、安価に製造することが可能にな
る。ロータは出力軸７及びマグネット１で構成されてい
る。

【００１７】マグネット１の材料としては、例えば、Ｎ
ｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁性粉ポリアミドなどの熱可塑性
バインダー材との混合物を射出成型することにより形成
されたプラスチックマグネットが用いられる。これによ
り、圧縮成型されたマグネットの場合の曲げ強度が５０
０kgｆ／ｃｍ² 程度であるのに対し、例えばポリアミド
樹脂をバインダー材として使用した場合、８００kgｆ／
ｃｍ² 以上の曲げ強度を得ることができ、従って、圧縮
成型では実現できないような薄肉円筒形状にすることが
できる。薄肉円筒形状にすることは、後述するように、
モータの性能を高めることになる。また、前記プラスチ
ックマグネットが用いることにより、マグネットの形状
を自由に選定することができ、圧縮成型では得られない
効果、つまり、出力軸７を固着するための形状を一体化
でき、かつ十分な出力軸固着強度を得ることができる。
また、強度的に優れているため、出力軸７を圧入する方
法などを用いても出力軸７が破損する（割れる）ことは
ない。

【００１８】同時に、出力軸７の固着部が一体成型され
たことにより、出力軸部に対するマグネット部の同軸精
度が向上し、振れを少なくすることが可能となり、圧縮
成型マグネットの磁気特性８ＭＧＯｅ以上に対して射出
成型マグネットの磁気特性は５〜７ＭＧＯｅ程度である
が、モータの十分な出力トルクを得ることができる。

【００１９】また、射出成型マグネットは、表面に薄い
樹脂被膜が形成されるため、圧縮成型マグネットに比べ
て錆の発生が大幅に減少し、塗装などの防錆処理を廃止
することができる。また、圧縮成型マグネットで問題に
なる磁性粉の付着もなく、防錆塗装時に発生しやすい表
面の膨らみもなく、品質を向上させることができる。

【００２０】図１及び図２において、２は円筒形状のコ
イルであり、コイル２はマグネット１と同心でかつ該マ
グネット１の軸方向に並んで配置されている。コイル２
の外径はマグネット１の外径とほぼ同じ寸法である。

【００２１】８は軟磁性材料からなる内側ヨークであ
り、内側ヨーク８は一端の周面に円筒を切り欠いて形成
された内側磁極部８ａ、８ｂ及び先端中心に穴８ｄを持
つ大径部の台座と、他端の内側磁極部８ａ、８ｂの径よ
り小径な寸法からなる小径部（軸部）８ｅ及び先端８ｃ
から成っている。この内側ヨーク８の軸部８ｅにコイル
２が挿着されている。

【００２２】内側磁極部８ａ、８ｂの位相は互いに同位
相となるように３６０／０．５ｎ度、すなわち本実施例
のように磁極数が４の場合は１８０度ずれて形成されて
いる。１８は内側ヨーク８と同質の軟磁性材料からなる
外側ヨークであり、外側ヨーク１８は外筒及び中心に貫
通穴１８ｃを持つ底面部とから成っている。外側ヨーク
１８の外筒部の先端部が外側磁極部（部分）１８ａ、１
８ｂを形成し、内側磁極部８ａに対して外側磁極部１８
ａが対向配置され、また、内側磁極部８ｂに対して外側
磁極部１８ｂが対向配置されるように内側ヨーク８の先
端部８ｃと外側磁極部１８の貫通穴１８ｃは「機械的に
カシメる」、「互いに接着する」などの方法によって組
立られる。こうして一体的に組立られた内側ヨーク８、
外側ヨーク１８は、ステータを形成し内側ヨーク８の小
径部８ｅに挿着されたコイル２に通電することにより励
磁される。

【００２３】図２において、Ｄ１はコイル２の内径であ
り、Ｄ２は前記内側ヨーク８の内側磁極部８ａと８ｂ間
の径寸法を表し、Ｄ１はＤ２より小さく形成される。こ
こでコイル２の内径Ｄ１が小さく形成される理由は、内
側ヨーク８の軸部８ｅの体積が外側ヨーク１８と磁気的
に接続されるだけの必要最小限で良く、内側ヨーク８の
小径部８ｅの周囲に存分にコイル２を巻回させられるこ
とにある。従って、コイル２の巻数を増やしてコイル通
電時の起磁力（アンペア・ターン）を高めることがで
き、これによって励磁された外側磁極部及び内側磁極部
がロータマグネットの着磁部に作用する力は増加し、ロ
ータマグネットの回転力（起動力）を向上させることが
可能になる。

【００２４】また、前記内側ヨーク８の内側磁極部８ａ
と８ｂ間の径寸法Ｄ２を大きく形成する理由は、前述し
たようにロータマグネット１の円筒形状の半径方向の厚
さは非常に薄く構成できることから、ロータマグネット
１の円筒形状の半径方向の厚さを極力薄くし、その分、
ロータマグネット１の内径寸法を最大限に利用して内側
磁極部８ａと８ｂ間の径寸法Ｄ２を大きく形成し、内側
ヨーク８の内側磁極部８ａ、８ｂと対向する前記外側ヨ
ーク１８の外側磁極部１８ａ、１８ｂとの距離を非常に
小さくできることにある。これによりコイル２と内側ヨ
ーク８と外側ヨーク１８により形成される磁気回路の磁
気抵抗を小さく抑えて、コイルへの少ない通電電流で多
くの磁束を発生し、ロータマグネット１の回転力が向上
する。

【００２５】外側磁極部１８ａ、１８ｂは切欠き穴と軸
と平行方向に延出する歯によって構成されている。この
構成により、モータの直径を最小限にしつつ磁極部の形
成が可能となる。つまり、もし外側磁極部の半径方向に
延びる凹凸で形成すると、その分モータの直径は大きく
なってしまうが、本実施例では、切欠き穴と軸と平行方
向に延出する歯により外側磁極部を構成しているのでモ
ータの直径を最小限に抑えることができる。

【００２６】内側ヨーク８の内側磁極部８ａ、８ｂ及び
外側ヨーク１８の外側磁極部１８ａ、１８ｂは、ロータ
マグネット１の一端側の外周面及び内周面に対向してロ
ータマグネット１の一端側を挟み込むように設けられて
いる。また、内側ヨーク８の穴８ｄには、出力軸７の一
端部７ｄが回転可能に嵌合している。従って、コイル２
により発生する磁束は、内側磁極部８ａ、８ｂ及び外側
磁極部１８ａ、１８ｂとの間のロータであるマグネット
１を横切るので、効果的にロータであるマグネットに作
用し、モータの出力を高める。

【００２７】また、マグネット１は前述したように射出
成型により形成されるプラスチックマグネットが材料に
使用され、これにより、円筒形状の半径方向に関しての
厚さは非常に薄く構成できる。そのため、内側磁極部８
ａ、８ｂ及び外側磁極部１８ａ、１８ｂの距離を非常に
小さくでき、コイル２と磁極部により形成される磁気回
路の磁気抵抗を小さくすることができる。これにより、
少ない電流で多くの磁束を発生することができ、モータ
の出力アップ、低消費電力化、コイルの小型化が達成さ
れることになる。

【００２８】２０は非磁性材料から成る円筒形状部材と
してのカバーであり、このカバー２０の内径部２０ａに
は外側ヨーク１８の外径部（外側磁極部１８ａ、１８ｂ
が形成された部分）が嵌合し、接着材等で固定される。
出力軸７の軸部７ａがカバー２０の貫通穴２０ｂを軸受
けとして回転可能に嵌合し、一端部７ｂが内側ヨーク８
の穴８ｄを軸受けとして回転可能に嵌合している。

【００２９】図３〜図６は図１及び図２のモータの動作
を図２中の線３−３に沿った断面図を用いて順次示す説
明図である。図３〜図６において、Ｑ１は外側ヨーク１
８の外側磁極部１８ａの中央を示し、Ｑ２は外側磁極部
１８ｂの中央を示し、Ｑ３はロータマグネット１の回転
中心を示す。２１、２２は軟磁性材料から成る位置出し
ステータである。これらの位置出しステータ２１、２２
はカバー２０の内径部２０ａ（図２）に固着されてい
る。

【００３０】位置出しステータ２１、２２はロータマグ
ネット１の外周面に対向している。一方の位置出しステ
ータ２１は、図３に示すように、外側磁極部１８ａ、１
８ｂの間であって外側磁極部１８ａ寄りに位置してい
る。もう一つの位置出しステータ２２は、図３に示すよ
うに、外側磁極部１８ａ、１８ｂの間であって外側磁極
部１８ｂ寄りに位置している。これらの位置出しステー
タ２１、２２は外側ヨーク１８と接触しておらず、かつ
内側ヨーク８の内側磁極部８ａ、８ｂと対向していない
か、あるいは十分離れていることにより、コイル２に通
電しても外側磁極部１８ａ、１８ｂに比べほとんど磁化
されず、従って、ロータマグネット１を回転駆動させる
のには寄与しない。

【００３１】位置出しステータ２１、２２を設けること
により、コイル２に通電しない時のマグネット１の停止
位置は図３に示す位置に設定される。すなわち、マグネ
ット１の着磁部の各極の中央Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４が
外側ヨーク１８の外側磁極部１８ａ、１８ｂの中央とマ
グネット１の回転中心とを結ぶ直線Ｌ１からずれた位置
（図３に示す位置）に停止するように設定される。Ｋ２
に関しては角度θだけずれた位置に停止している。この
位置からコイル２に通電すると、前述したように位置出
しステータ２１、２２は励磁されず、外側磁極部１８
ａ、１８ｂと内側磁極部８ａ、８ｂが励磁され、励磁さ
れた外側磁極部１８ａ、１８ｂがマグネット１の着磁部
に作用する力は必ず該マグネット１の回転方向に向くこ
とになる。このため、マグネット（ロータマグネット）
１はスムーズに起動される。

【００３２】位置出しステータ２１、２２を有しないモ
ータの場合は、コイル２に通電しない時にマグネット１
が安定的に停止する位置は図１３または図１４どちらか
になる。図１３及び図１４はこれら安定的に停止する二
つの位置を示す模式的断面図である。図１３の位置で
は、マグネット１の着磁部の極の中央Ｋ１、Ｋ２、Ｋ
３、Ｋ４が外側磁極部の中央Ｑ１、Ｑ２とマグネット１
の回転中心Ｑ３とを結ぶ直線上にあるため、コイル２に
通電しても電磁力はマグネット１を回転させる方向には
作用しない。

【００３３】図１４の位置では、コイル２の通電によっ
てマグネット１の起動は可能であるが、あるタイミング
で通電を変え続けない限りマグネット１を安定状態で回
転させることはできない。すなわち、図１４の状態から
外側磁極部１８ａ、１８ｂを例えばＮ極に励磁した場
合、マグネット１が図１３と同じ位置に停止してからコ
イル２への通電を逆方向に切り換え、外側磁極部１８
ａ、１８ｂをＳ極に励磁しても、図１３で説明したとお
り、電磁力はマグネット１を回転させる方向には作用し
ない。位置出しステータ２１、２２は、ロータマグネッ
ト１と共働して該マグネット１を保持する保持手段を構
成している。また、位置出しステータ２１、２２は、外
側ヨーク１８の外側磁極部１８ａ、１８ｂの間に位置し
ているので、モータのサイズを大きくすることなく構成
できる。

【００３４】次に図３〜図６を参照して、以上説明した
本発明のステップモータの動作を説明する。図３の状態
からコイル２に通電して、外側ヨーク１８の外側磁極部
１８ａ、１８ｂをＮ極、内側ヨーク８の内側磁極部８
ａ、８ｂをＳ極に励磁すると、ロータであるマグネット
１は図中の反時計方向に回転し、図４に示す状態にな
る。位置出しステータ２１、２２はコイル２によりほと
んど励磁されないので、実質的にはマグネット１の着磁
部と外側ヨーク１８の外側磁極部１８ａ、１８ｂ、内側
ヨーク８の内側磁極部８ａ、８ｂのコイル２による励磁
状態によりマグネット１の位置は決められ図４に示す状
態となる。

【００３５】この状態からコイルへの通電を遮断する
と、マグネット１の磁力により安定する状態（図５の位
置）になる。

【００３６】次に、コイル２への通電を反転させて、外
側ヨーク１８の外側磁極部１８ａ、１８ｂをＳ極、内側
ヨーク８の内側磁極部８ａ、８ｂをＮ極に励磁すると、
ロータであるマグネット１はさらに反時計方向に回転
し、図６に示す状態になる。以降、このようにコイル２
への通電方向を順次切り替えていくことにより、ロータ
であるマグネット１は通電位相に応じた位置へと回転
し、モータが回転してゆくことになる。モータが回転し
ている状態からコイル２への通電を遮断すると、ロータ
マグネット１の磁力により安定する状態である図３の位
置に停止する。

【００３７】以上説明した実施例によれば、モータの径
はマグネット１の外周面に外側ヨーク１８の磁極部を対
向させるだけの大きさがあればよく、また、モータの長
さはマグネット１の長さにコイル２の長さを加えただけ
の長さがあれば良いことになる。このため、モータの大
きさはマグネット１及びコイル２の径と長さによって決
まることになり、マグネット１及びコイル２の径と長さ
をそれぞれ非常に小さくすることでモータを超小型化す
ることができる。すなわち、モータの径はマグネット１
の外周面に対向する外側磁極部１８ａ、１８ｂで実質的
に決められ、モータの軸方向の長さはコイル２及びロー
タマグネット１を軸方向に並べる（配置する）ことで決
められ、モータを非常に小型化することができる。

【００３８】また、コイル２により発生する磁束は、外
側ヨークと内側ヨークとの間にあるマグネットを横切る
ので、効果的に作用する。さらに、ロータマグネット１
とマグネット１の外周面に対向する位置出しステータ２
１、２２とで構成される保持手段を設けたので、コイル
２への非通電時に、マグネット１の極の中心が外側ヨー
クの中心とマグネット１の回転中心Ｑ３とを結ぶ直線上
からずれた位置にマグネット１を保持することができ、
従って、モータの停止時からコイル２への最初の通電時
にはコイル２から発生する磁束がマグネット１に作用す
る力は、マグネット１の回転中心に向かわず、円滑で安
定したモータの起動を行うことが可能になる。

【００３９】また、部品数も、ロータマグネット１、コ
イル２、内側ヨーク８、外側ヨーク１８及び出力軸７と
いった非常に少ない部品点数でモータを構成することが
でき、コストを低く抑えることができる。また、ロータ
マグネット１を中空の円筒形状に形成し、この中空の円
筒形状に形成されたロータマグネット１の外周面及び内
周面に外側磁極部１８ａ、１８ｂ及び内側磁極部８ａ、
８ｂを対向させることにより、モータとしての効果的な
出力を得ることができる。前記出力軸７は、ロータであ
るマグネット１の中心孔の嵌合部１ｅに圧入にて固着さ
れている。ロータマグネット１は射出成型によるプラス
チックマグネットから成るため、圧入による組立でも、
ロータマグネット１に割れが発生することはなく、ま
た、軸方向中央部に内径が小なる嵌合部１ｅを設けると
いう複雑な形状でも容易に製造することができる。ま
た、出力軸７とマグネット１は圧入にて固着されるの
で、組立が容易で安価に製造することが可能となる。

【００４０】次に、以上の実施例で説明した構成のステ
ップモータがモータを超小型化する上で最適な構成であ
ることについて、さらに説明する。ステップモータの基
本構成において、第１に、ロータマグネット１を中空の
円筒形状にしていること、第２に、ロータマグネット１
の外周面を周方向に複数分割して異なる極を交互に着磁
していること、第３に、ロータマグネット１の軸方向に
コイル２を並べて配置していること、第４に、コイル２
により励磁される外側ヨーク１８の外側磁極部１８ａ、
１８ｂ及び内側ヨーク８の内側磁極部８ａ、８ｂをロー
タマグネット１の外周面及び内周面に対向させているこ
と、第５に、外側磁極部１８ａ、１８ｂを切欠き穴と軸
と平行方向に延出する歯により形成していること、第６
に、内側ヨーク８の小径部８ｅの体積を小さくして、そ
の周囲にコイル２が存分に巻回されていること、第７
に、コイル２に通電していない時には、ロータマグネッ
ト１の極の中央が外側磁極部１８ａ、１８ｂの中心とマ
グネット１の回転中心Ｑ３とを結ぶ直線上からずれた位
置に該ロータマグネット１を保持する保持手段を備えて
いることである。

【００４１】このステップモータ（モータ）の径は、ロ
ータマグネット１の径に外側ヨーク１８の磁極部を対向
させるだけの大きさがあれば良く、また、このステップ
モータの長さは、ロータマグネット１の長さにコイル２
の長さを加えるだけの長さがあれば良いことになる。そ
のため、ステップモータの大きさはロータマグネット１
及びコイル２の径と長さによって決まることになり、ロ
ータマグネット１及びコイル２の径と長さをそれぞれ非
常に小さくすれば、ステップモータを超小型化にするこ
とができる。

【００４２】この時、ロータマグネット１及びコイル２
の径と長さをそれぞれ非常に小さくすると、ステップモ
ータとしての精度を維持することが難しくなるが、実施
例においては、ロータマグネット１を中空の円筒形状に
形成し、この中空の円筒形状に形成されたロータマグネ
ット１の外周面及び内周面に外側磁極部１８ａ、１８ｂ
及び内側磁極部８ａ、８ｂを対向させる単純な構成によ
り、ステップモータの精度の問題を解決している。その
場合、ロータマグネット１の外周面だけでなく、ロータ
マグネット１の内周面も円周方向に複数に分割して着磁
したり、或いは内側ヨーク８の軸部８ｅの体積を極力小
さくして、コイル２を存分に巻回してコイル通電時の起
磁力（アンペア・ターン）を大きくすればモータ出力を
高めることができる。

【００４３】また、ロータマグネット１をずれた位置に
保持する保持手段を設けるので、モータの停止時からコ
イル２への通電（最初の通電）する際に、コイル２から
の磁束によりマグネット１に作用する力はマグネット１
の回転中心に向かわないようになり、そのため円滑で安
定したモータの起動を行うことができる。

【００４４】また、ロータマグネット１は前述のように
射出成型により形成されるプラスチックマグネット材料
により構成されており、これにより円筒形状の半径方向
に関しての厚さは非常に薄く構成することができる。そ
のため、外側ヨーク１８の外側磁極部１８ａ、１８ｂ及
び内側ヨーク８の内側磁極部８ａ、８ｂとの距離を非常
に小さくすることができ、コイル２と外側ヨーク１８、
内側ヨーク８により形成される磁気回路の磁気抵抗を小
さくすることができる。これにより、少ない電流で多く
に磁束を発生させることができ、モータの出力アップ、
低消費電力化、コイルの小型化を達成することが可能に
なる。

【００４５】繰返すが、本実施例においては、内側ヨー
ク８の軸部８ｅの体積が、外側ヨーク１８と磁気的に接
続されるだけの必要最小限でよく、内側ヨーク８の小径
部８ｅの周囲に存分にコイル２を巻回させられ、従っ
て、コイル２の巻数を増やしてコイル通電時の起磁力
（アンペア・ターン）を高めることができる。これによ
って励磁された外側磁極部及び内側磁極部がロータマグ
ネットの着磁部に作用する力は増加し、ロータマグネッ
トの回転力（起動力）を向上させることが可能になる。

【００４６】また、ロータマグネット１の円筒形状の半
径方向の厚さは非常に薄く構成できることから、ロータ
マグネット１の円筒形状の半径方向の厚さを極力薄く
し、その分、ロータマグネット１の内径寸法を最大限に
利用して内側磁極部８ａと８ｂ間の径寸法Ｄ２を大きく
形成し、前記内側ヨーク８の内側磁極部８ａと８ｂと対
向する外側ヨーク１８の外側磁極部１８ａ、１８ｂとの
距離を非常に小さくでき、これによりコイル２と内側ヨ
ーク８と外側ヨーク１８により形成される磁気回路の磁
気抵抗を小さく抑えて、コイルへの通電電流で多くの磁
束を発生し、ロータマグネット１の回転力が向上する。

【００４７】（実施例２）図７は本発明を適用したモー
タの別の実施例の分解斜視図であり、図８は図７の別の
実施例に係るモータの縦断面図であり、図９〜図１２は
図７及び図８のモータの動作を図８中の線９−９に沿っ
た断面図を用いて順次示す説明図である。

【００４８】本実施例もモータがステップモータである
場合を示す。本実施例では、外側ヨーク１８の外側磁極
部１８ａ、１８ｂをさらに延ばして保持手段が構成され
ている特徴を持つが、コイル２の内径Ｄ１が内側ヨーク
８の内側磁極部８ａと８ｂ間の径寸法Ｄ２より小さく形
成され、内側ヨーク８の小径部８ｅの周囲に存分にコイ
ル２を巻回させられる点、内側ヨーク８の内側磁極部８
ａ、８ｂと対向する外側ヨーク１８の外側磁極部１８
ａ、１８ｂとの距離を非常に小さくできる点について
は、前述の実施例と同等である。従って、ロータマグネ
ット１の回転力を向上させることが可能と言える。

【００４９】前述の実施例と異なる構成について以下に
説明する。外側磁極部１８ａ、１８ｂは内側磁極部８
ａ、８ｂと対向する１８ａ１、１８ｂ１と延ばした部分
の１８ａ２、１８ｂ２からなる。この延出部１８ａ２、
１８ｂ２は、内側磁極部８ａ、８ｂと対向していないの
で、コイル２に通電しても対向部１８ａ１、１８ｂ１に
比べほとんど磁化されず、従って駆動力を発生しない。

【００５０】ロータマグネット１は、図７に示すよう
に、外側磁極部１８ａ、１８ｂの延出部１８ａ１、１８
ｂ１に対向する部分Ｅと延出部１８ａ２、１８ｂ２に対
向する部分Ｄとで着磁位相を変えている。これにより、
図９に示すようにコイル２へ通電していない時には、マ
グネット１のＥ部分外側磁極部１８ａ、１８ｂのコイル
２により磁化される磁化部１８ａ１、１８ｂ１の中心と
マグネット１の回転中心Ｑ３とを結ぶ直線上からずれた
位置に保持される。一方、延出部１８ａ２、１８ｂ２
は、内側磁極部８ａ、８ｂと対向していないので、コイ
ル２に通電しても磁化部１８ａ１、１８ｂ１に比べほと
んど磁化されず、駆動力を発生しない。従って、コイル
２への通電によってコイル２から発生する磁束は実質的
には磁化部１８ａ１、１８ｂ１と内側磁極部８ａ、８ｂ
とを通過するので、ロータマグネットのに作用する力は
ロータマグネット１の回転中心に向かない。そのため、
モータを安定してスムーズに起動することができる。

【００５１】延出部１８ａ２、１８ｂ２は、コイル２に
通電しても、磁化部１８ａ１、１８ｂ１に比べてほとん
ど磁化されず、コイル２への通電により発生する駆動力
にほとんど影響を及ぼさない。そのため、モータから十
分に安定した出力を取り出すことができる。本実施例で
は、マグネット１の極の中央が外側磁極部１８ａ、１８
ｂの中央とマグネット１の回転中心Ｑ３とを結ぶ直線上
からずれた位置に該マグネット１を保持する手段は、マ
グネット１の外周面に対向する延出部１８ａ２、１８ｂ
２によって構成されている。

【００５２】この延出部１８ａ２、１８ｂ２は、前述の
位置出しステータ２１、２２に対応するものであり、外
側磁極部１８ａ、１８ｂと一体的に形成された位置出し
ステータを形成している。

【００５３】次に、図９〜図１２を参照して、本実施例
によるモータ（スッテプモータ）の動作を説明する。図
９の状態からコイル２に通電して、外側ヨーク１８の外
側磁極部１８ａ、１８ｂをＮ極とし、内側磁極部８ａ、
８ｂをＳ極に励磁すると、ロータであるマグネット１は
図中の反時計方向に回転し、図１０に示す状態になる。

【００５４】前述の位置出しステータ２１、２２に相当
する延出部１８ａ２、１８ｂ２は、コイル２によりほと
んど励磁されないので、実質的にはマグネット１の着磁
部と外側ヨーク１８の外側磁極部１８ａ、１８ｂ、内側
磁極部８ａ、８ｂのコイル２による励磁状態によりマグ
ネット１の位置に決められた図１０に示す状態となる。

【００５５】この状態からコイル２への通電を遮断する
と、マグネット１の磁力により、図１１の安定状態にな
る。

【００５６】次に、コイル２への通電を反転させて、外
側ヨーク１８の外側磁極部１８ａ、１８ｂをＳ極とし、
内側磁極部８ａ、８ｂをＮ極に励磁すると、ロータであ
るマグネット１はさらに反時計方向に回転し、図１２に
示す状態になる。以降、このようにコイル２への通電方
向を順次切り換えていくことにより、ロータであるマグ
ネット１は通電位相に応じた位置へと回転し、モータが
回転することになる。

【００５７】モータが回転している状態からコイル２へ
の通電を遮断すると、ロータマグネット１の磁力により
安定状態の位置である図９の位置に停止する。図７〜図
１２の実施例は、以上で説明した点で図１〜図６の実施
例と相違している。従って、図７〜図１２の実施例によ
れば、図１〜図６の実施例と同様の効果が得られる他に
次のような効果を奏することができる。図７〜図１２の
実施例によれば、保持手段は外側ヨーク１８の外側磁極
部と一体的に形成された延出部１８ａ２、１８ｂ２とマ
グネット１により構成されているので、さらに、部品点
数を少なく組み立てることが容易になり、コストも低減
することができる。

【００５８】また、前述の実施例と同様、このステップ
モータの径はマグネット１の外周面に外側ヨーク１８の
外側磁極部を対向させるだけの大きさがあればよく、ま
た、モータの長さはマグネット１の長さにコイル２の長
さを加えただけの長さがあれば良いことになる。このた
め、モータの大きさは、マグネット１及びコイル２の径
と長さによって決まることになり、マグネット１及びコ
イル２の径と長さをそれぞれ非常に小さくすることでモ
ータを超小型化できる。

【００５９】この時、マグネット１及びコイル２の径と
長さをそれぞれ非常に小さくすると、ステップモータと
しての精度を維持することが難しくなるが、この中空に
円筒形状に形成されたマグネット１の外周面及び内周面
に外側ヨーク１８の外側磁極部１８ａ、１８ｂ及び内側
ヨーク８の内側磁極部８ａ、８ｂを対向させるという単
純な構造によりステップモータの精度の問題を解決する
ことができる。その際、マグネット１の外周面だけでな
く、該マグネットの内周面も円周方向に複数に分割して
着磁すれば、モータの出力をさらに高めることができ
る。なお、以上の実施例では内側ヨーク８の大径部の先
端位置に軸受けとしての穴８ｄを設けているが、この大
径部の長さを非常に短くしてコイル２側まで引っ込んだ
状態にして穴８ｄを設けるようにしても良く、穴８ｄの
位置は図示位置からコイル２側まで引っ込んだ位置まで
の間ならどこでも良いものである。

【００６０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなごとく、本発明
によれば、第１に、モータは、少なくとも外周面が周方
向に交互に異なる局に着磁された回転可能なロータマグ
ネットと、該ロータマグネットに対して空隙をもって対
向する円筒形の外側ヨークと、切り欠いた円筒形の内側
磁極部を持つ柱形状の内側ヨークと、該内側ヨークの柱
形状小径部の周囲に巻回されたコイルと、を備え、前記
内側ヨークの柱形状の小径部の根元で前記外側ヨークと
磁気的に接続され、前記内側ヨークの柱形状の大径部先
端の外周面を前記ロータマグネットの内周面に対向さ
せ、前記ロータマグネットの回転軸端部を前記内側ヨー
クの柱形状の大径部の先端の穴で受け、前記ロータマグ
ネットの極の中心が前記外側ヨークと該ロータマグネッ
トの回転中心とを結ぶ直線上からずれた位置に該ロータ
マグネットを保持する保持手段が設けられている構成と
したので、本発明によるモータは、内側ヨークに内側磁
極部分の径より小さい小径部を形成し、この小径部の径
を小さくしただけコイルを巻装するスペースを広く確保
し、この小径部にコイルを厚く巻装できるようにして高
出力な１相モータとすることができるものである。

【００６１】また、モータの径は前記ロータマグネット
の径に前記外側ヨークの外側磁極部を対向させるだけの
大きさがあればよく、モータの長さは前記ロータマグネ
ットの長さに前記コイルの長さを加えただけの長さがあ
れば良いことからロータマグネット及びコイルの径と長
さを非常に小さくしてモータを超小型化でき、また、前
記保持手段を設けることによって、前記コイルへ通電し
ない時のロータマグネットの停止位置は、該ロータマグ
ネットの着磁部の各極の中心が前記外側磁極部の中心と
該ロータマグネットの回転中心とを直線上からずれた位
置になり、この位置からコイルに通電することで外側ヨ
ークがロータマグネットの着磁部に作用する力は必ずロ
ータマグネットの回転方向に向くようになり、それによ
ってロータマグネットをスムーズに起動することが可能
になる。

【００６２】さらに、前記内側ヨークの柱形状の根元の
体積は、前記外側ヨークと磁気的に接続されるだけの必
要最小限で良いことから、内側ヨークの柱形状の周囲に
存分に前記コイル巻回させ、コイル巻数を増やしてコイ
ル通電時の起磁力（アンペア・ターン）を高めることが
できる。これによって励磁された外側磁極部及び内側磁
極部がロータマグネットの着磁部に作用する力は増加
し、ロータマグネットの回転力（起動力）を向上させる
ことが可能になる。また、前記内側ヨークの対向する内
側磁極部の径寸法を前記ロータマグネットの内径寸法内
で最大限に大きくすること、ロータマグネットの円筒形
状の半径方行の厚さを非常に薄く構成することによっ
て、前記内側ヨークの内側磁極部と対向する前記外側ヨ
ークの外側磁極部との距離を非常に小さくできる。これ
によりコイル２と内側ヨークと外側ヨークにより形成さ
れる磁気回路の磁気抵抗を小さく抑えて、少ないコイル
への通電電流で多く磁束を発生し、ロータマグネットの
回転力が向上する。

【００６３】本発明によれば、第２に、モータは前記内
側ヨークの柱形状小径部の周囲に巻回されたコイルの内
径をＤ１、前記内側ヨークの前記ロータマグネットの内
周に対向する部分の直径をＤ２とすると、Ｄ１＜Ｄ２に
なるよう構成したので、一層効率良く上記効果が期待で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明を適用したモータの実施例１の
模式的分解斜視図である。

【図２】図２は、本発明を適用したモータの実施例１の
縦断断面図である。

【図３】図３は、図２中の線３−３の断面図を用いてモ
ータの動作を示す説明図である。

【図４】図４は、図２中の線３−３の断面図を用いてモ
ータの動作を示す説明図である。

【図５】図５は、図２中の線３−３の断面図を用いてモ
ータの動作を示す説明図である。

【図６】図６は、図２中の線３−３の断面図を用いてモ
ータの動作を示す説明図である。

【図７】図７は、本発明を適用したモータの実施例２の
模式的分解斜視図である。

【図８】図８は、本発明を適用したモータの実施例２の
縦断断面図である。

【図９】図９は、図８中の線９−９の断面図を用いてモ
ータの動作を示す説明図である。

【図１０】図１０は、図８中の線９−９の断面図を用い
てモータの動作を示す説明図である。

【図１１】図１１は、図８中の線９−９の断面図を用い
てモータの動作を示す説明図である。

【図１２】図１２は、図８中の線９−９の断面図を用い
てモータの動作を示す説明図である。

【図１３】図１３は、保持手段を備えないモータにおけ
るコイル非通電時のマグネットの一つの安定停止状態を
示す説明図である。

【図１４】図１４は、保持手段を備えないモータにおけ
るコイル非通電時のマグネットの他の安定停止状態を示
す説明図である。

【図１５】図１５は、従来の円筒形状の小型ステップモ
ータの構成例を示す縦断面図である。

【図１６】図１６は、図１５のモータのステータの状態
を示す部分断面図である。

【図１７】図１７は、時計などで使用されている１個の
コイルで駆動するステップモータを例示する平面図であ
る。

【符号の説明】

１ ロータマグネット ２ コイル ７ 出力軸 ８ 内側ヨーク ８ａ、８ｂ 内側磁極部 １８ 外側ヨーク １８ａ、１８ｂ 外側磁極部 １８ａ１、１８ｂ１ 磁化部 １８ａ２、１８ｂ２ 延出部 ２０ 連結リング ２１、２２ 位置出しステータ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒形状に形成され、少なくともその外周
   面を周方向に異なる極に交互に着磁されたロータマグネ
   ットと、 前記ロータマグネットの軸方向に設けられたコイルと、 前記ロータマグネットの外周面に対向する外側磁極部分
   とその他の部分とを有し、前記コイルにより励磁される
   外側ヨークと、 前記ロータマグネットの内周面に対向する内側磁極部分
   とその他の部分とを有し、前記コイルにより励磁される
   内側ヨークと、 前記コイルにより前記外側ヨーク及び前記内側ヨークが
   励磁されていない際に前記ロータマグネットの極の中心
   が前記外側磁極部分の中心と前記ロータマグネットの回
   転の中心とを結ぶ線からずれた位置に前記ロータマグネ
   ットを保持する保持手段とを備え、 前記内側ヨークのその他の部分の径は内側磁極部分の径
   より小さく形成され前記コイルの巻装するスペースを広
   く形成しコイルを厚く巻装していることを特徴とするモ
   ータ。
2. 【請求項２】前記外側ヨークと前記内側ヨークはステー
   タを形成し、前記保持手段は前記ステータの前記外側磁
   極部分に隣接して設けられる位置出しステータを有して
   いることを特徴とする請求項１記載のモータ。
3. 【請求項３】前記外側ヨークの外側磁極部分は円筒形状
   のカバーの内側に固定され、該カバーからは前記ロータ
   マグネットに固定された回転軸が取り出されていること
   を特徴とする請求項２記載のモータ。
4. 【請求項４】前記回転軸の一端側の軸受けが前記カバー
   に設けられ、前記回転軸の他端側の軸受けが前記内側ヨ
   ークの先端部に設けられることを特徴とする請求項３記
   載のモータ。
5. 【請求項５】前記内側ヨークのその他の部分に巻装され
   たコイルは内径をＤ１とし、前記内側ヨークの内側磁極
   部分の径をＤ２とすると、Ｄ１＜Ｄ２となることを特徴
   とする請求項１記載のモータ。
6. 【請求項６】前記マグネットは、その外周面を周方向に
   異なる極に交互に着磁された着磁層に対し、位相をずら
   して少なくともその外周面を周方向に異なる極に交互に
   着磁された他の着磁層を有し、前記保持手段は前記外側
   磁極部分から延出し、前記マグネットの他の着磁層の外
   周面に対向する延出部を有していることを特徴とする請
   求項６記載のモータ。
7. 【請求項７】円筒形状に形成され、少なくともその外周
   面を周方向に異なる極に交互に着磁されたロータマグネ
   ットと、 前記ロータマグネットの外周面に対向する外側磁極部分
   を有する外側ヨークと、 前記ロータマグネットの内周面に対向する内側磁極部分
   を有するとともに前記外側ヨークと磁気的に接続するた
   めの小径部を有する内側ヨークと、 前記内側ヨークの小径部に巻装され、前記記外側ヨーク
   及び前記内側ヨークを励磁するコイルと、 前記コイルにより前記外側ヨーク及び前記内側ヨークが
   励磁されていない際に前記ロータマグネットの極の中心
   が前記外側磁極部分の中心と前記ロータマグネットの回
   転の中心とを結ぶ線からずれた位置に該ロータマグネッ
   トを保持する保持手段とを備え、 該内側ヨークの小径部は前記内側磁極部分の径より小さ
   く形成され、前記コイルの巻装するスペースを広く形成
   しコイルを厚く巻装していることを特徴とするモータ。
8. 【請求項８】円筒形状に形成され、少なくともその外周
   面を周方向に異なる極に交互に着磁されたロータマグネ
   ットと、 前記ロータマグネットの外周面に対向する外側磁極部分
   を有する外側ヨークと、 前記ロータマグネットの内周面に対向する内側磁極部分
   を有するとともに、前記外側ヨークと磁気的に接続する
   ための小径部を有する内側ヨークと、 前記内側ヨークの小径部に巻装され、前記記外側ヨーク
   及び前記内側ヨークを励磁するコイルと、 前記コイルにより前記外側ヨーク及び前記内側ヨークが
   励磁されていない際に前記ロータマグネットの極の中心
   が前記外側磁極部分の中心と前記ロータマグネットの回
   転の中心とを結ぶ線からずれた位置に前記ロータマグネ
   ットを保持する保持手段と、 前記外側ヨークの外側磁極部分を内側に固定し、前記ロ
   ータマグネットに固定された回転軸の一端軸受け部が形
   成され円筒形状のカバーとを備え、 前記内側ヨークは前記回転軸の他端軸受け部を形成する
   とともに、前記小径部は前記内側磁極部分の径より小さ
   く形成され、前記コイルの巻装スペースを広く形成しコ
   イルを厚く巻装しているこを特徴とするモータ。
9. 【請求項９】前記内側ヨークに形成される前記回転軸の
   他端軸受け部は前記コイルが巻装される位置から内側磁
   極部分の先端部迄の位置の間に設けられることを特徴と
   する請求項８記載のモータ。