JP2001037194A - モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 新規な構成の超小型モータを提供する。 【構成】 円筒形状に形成されるとともに少なくともそ
の外周面を周方向にｎ分割して異なる極に交互に着磁さ
れたマグネットと、マグネットの軸方向に第１のコイル
とマグネットと第２のコイルを順に配置し、第１のコイ
ルにより励磁され第１の外側磁極及び第１の内側磁極と
からなる第１のステータをマグネットの一端の外周面及
び内周面に対向させるとともに、第２のコイルにより励
磁され第２の外側磁極及び第２の内側磁極とからなる第
２のステータをマグネットの一端の外周面及び内周面に
対向させ、第１のステータと第２のステータを向かい合
わせて所定の位相及び間隔で第１のステータの外側磁極
と第２のステータの外側磁極を位置決めする保持部材
と、保持部材の外側に配置された第１のステータと第２
のステータを固定する連結リングとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超小型に構成した円筒
形状のモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の小型円筒形状のステップモータと
しては図１２に示すものがある。ボビン１０１にステー
タコイル１０５が同芯状に巻回され、ボビン１０１は２
個のステータヨーク１０６で軸方向から挟持固定されて
おり、かつステータヨーク１０６にはボビン１０１の内
径面円周方向にステータ歯１０６ａと１０６ｂが交互に
配置され、ケース１０３には、ステータ歯１０６ａまた
は１０６ｂと一体のステータヨーク１０６が固定されて
ステータ１０２が構成されている。

【０００３】２組のケース１０３の一方にはフランジ１
１５と軸受け１０８が固定され、他方のケース１０３に
は他の軸受け１０８が固定されている。ロータ１０９は
ロータ軸１１０に固定されたロータ磁石１１１からな
り、ロータ軸１１０は２個の軸受け１０８の間に回転可
能に支持されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の小型のステップモータはロータの外周にケース１０
３、ボビン１０１、ステータコイル１０５、ステータヨ
ーク１０６等が同芯状に配置されているためにモータの
外径寸法が大きくなってしまう欠点があった。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１
３に示すように主としてステータ歯１０６ａの端面１０
６ａ１とステータ歯１０６ｂの端面１０６ｂ１とを通過
するためロータ磁石１１１に効果的に作用しないのでモ
ータの出力は高くならない欠点がある。

【０００５】したがって、本発明の目的は、新規な構成
の超小型モータを提供することにある。

【０００６】

【問題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は円筒形状に形成されるとともに少なくとも
その外周面を周方向にｎ分割して異なる極に交互に着磁
されたマグネットと、該マグネットの軸方向に第１のコ
イルと前記マグネットと第２のコイルを順に配置し、前
記第１のコイルにより励磁され第１の外側磁極及び第１
の内側磁極とからなる第１のステータを前記マグネット
の一端の外周面及び内周面に対向させるとともに、前記
第２のコイルにより励磁され第２の外側磁極及び第２の
内側磁極とからなる第２のステータを前記マグネットの
一端の外周面及び内周面に対向させ、前記第１のステー
タと前記第２のステータを向かい合わせて所定の位相及
び間隔で前記第１のステータの外側磁極と前記第２のス
テータの外側磁極を位置決めする保持部材と、該保持部
材の外側に配置された前記第１のステータと前記第２の
ステータを固定する連結リングとを備えたことを特徴と
するものである。

【０００７】上記構成において、モータの径はマグネッ
トの外周面に対向する第１、第２の外側磁極で決めら
れ、モータの軸方向の長さは第１のコイル、マグネッ
ト、第２のコイルを順に配置することで決められ小型に
できる。また、第１のコイルにより発生する磁束は第１
の外側磁極と第１の内側磁極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。第２のコイルにより発生
する磁束は第２の外側磁極と第２の内側磁極との間にあ
るマグネットを横切るのでモータの出力を高める。

【０００８】保持部材の外側に配置した連結リングによ
り第１のステータと第２のステータとを強固に固定で
き、第１のステータと第２のステータの外側磁極の相対
的な位相と間隔を所定の値で決める保持部材により、前
記連結リングは単純な形状でも第１のステータと第２の
ステータの相対的な位置関係を精度良く位置決めでき
る。このため部品コストが非常に安価で組み立てし易
く、また、高トルクでステップ精度の良いモータを提供
できる。

【０００９】

【実施例】以下に、図面を参照して本発明の実施例を詳
細に説明する。図１〜９は、本発明のステップモータを
示す図であり、そのうち図１はステップモータの分解斜
視図であり、図２はステップモータの組み立て後の軸方
向の断面図であり、図３は図２のＡ−Ａでの断面図及び
Ｂ−Ｂ線での断面図である。図４〜６は外側磁極保持部
材及び外側磁極とステータの例１の関係図であり、図７
〜９は外側磁極保持部材及び外側磁極とステータの例２
の関係図である。図１０は、例２の連結リングを示す図
であり、図１１は、例３の連結リングを示す図である。

【００１０】図１〜３においては、１はロータを構成す
る円筒形状のマグネットであり、このロータであるマグ
ネット１は、その外周表面を円周方向にｎ分割して（本
実施例では４分割して）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁された
着磁部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄとし、この着磁部１ａ、
１ｃがＳ極に着磁され、着磁部１ｂ、１ｄがＮ極に着磁
されている。７はロータ軸となる出力軸で、この出力軸
７はロータであるマグネット１に固着されている。これ
ら出力軸７とマグネット１とでロータを構成している。

【００１１】２及び３は円筒形状のコイルであり、コイ
ル２及び３は前記マグネット１と同芯でかつ、マグネッ
ト１を軸方向に挟む位置に配置され、コイル２及び３は
その外径が前記マグネット１の外径とほぼ同寸法であ
る。

【００１２】１８及び１９は軟磁性材料からなる第１の
ステータ及び第２のステータである。

【００１３】第１のステータ１８の外筒及び内筒の間に
コイル２が設けられ、このコイル２が通電されることに
より第１のステータ１８が励磁される。第１のステータ
１８の外筒及び内筒はその先端部が外側磁極１８ａ、１
８ｂ及び内側磁極１８ｃ、１８ｄを形成しており、この
内側磁極１８ｃと内側磁極１８ｄの位相は互いに同位相
になるように３６０／（ｎ／２）度、即ち１８０度ずれ
て形成され、内側磁極１８ｃに対して外側磁極１８ａが
対向配置しており、また内側磁極１８ｄに対して外側磁
極１８ｂが対向配置している。

【００１４】第１のステータ１８の外側磁極１８ａ、１
８ｂ及び内側磁極１８ｃ、１８ｄはマグネット１の一端
側の外周面及び内周面に対向してマグネット１の一端を
挟み込むように設けられている。また第１のステータ１
８の穴１８ｅには出力軸７の一端部が回転可能に嵌合す
る。

【００１５】第２のステータ１９の外筒及び内筒の間に
コイル３が設けられ、このコイル３が通電されることに
より第２のステータ１９が励磁される。第２のステータ
１９の外筒及び内筒はその先端部が外側磁極１９ａ、１
９ｂ及び内側磁極１９ｃ、１９ｄを形成しており、この
内側磁極１９ｃと内側磁極１９ｄの位相は互いに同位相
になるように３６０／（ｎ／２）度、即ち１８０度ずれ
て形成され、内側磁極１９ｃに対して外側磁極１９ａが
対向配置しており、また内側磁極１９ｄに対して外側磁
極１９ｂが対向配置している。

【００１６】第２のステータ１９の外側磁極１９ａ、１
９ｂ及び内側磁極１９ｃ、１９ｄは永久磁石１の他端側
の外周面及び内周面に対向して永久磁石１の他端を挟み
込むように設けられる。また第２のステータ１９の穴１
９ｅには出力軸７の他端部が回転可能に嵌合する。

【００１７】したがって、コイル２により発生する磁束
は外側磁極１８ａ、１８ｂと内側磁極１８ｃ、１８ｄ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１に作用し、コイル３により発
生する磁束は外側磁極１９ａ、１９ｂと内側磁極１９
ｃ、１９ｄとの間のロータであるマグネット１に作用
し、モータの出力を高める。

【００１８】２１は保持部材であり、第１の外側磁極１
８ａ、１８ｂと第２の外側磁極１９ａ、１９ｂの磁極歯
と溝２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄがそれぞれ嵌合
し、第１のステータ１８及び第２のステータ１９の相対
位置を所定の間隔及び位相で位置決めしている。

【００１９】本実施例では、第１のステータ１８及び第
２のステータ１９の位相は１８０／ｎ度、即ち４５度ず
れて配置されるが、この位相をできる限り４５度に近づ
けること、また、第１のステータと第２のステータの間
隔を一定にすることが高トルク、高ステップ精度を得る
ためには必要となる。

【００２０】そのために、第１の外側磁極１８ａ、１８
ｂと第２の外側磁極１９ａ、１９ｂの磁極歯を保持部材
２１で保持する。保持部材は左右で位相が４５度ずれて
いる。

【００２１】図４は保持部材の斜視図である。２１ａ、
２１ｂは外側磁極１８ａ、１８ｂが入る溝であり、２１
ｃ、２１ｄは外側磁極１９ａ、１９ｂが入る溝である。
図５は保持部材にステータを挿入する直前の状態を表す
図であり、図６は保持部材にステータを挿入した状態を
表す図である。

【００２２】また、第１のステータ１８と第２のステー
タ１９との相対回転位置をまったく同じにしてかつ、第
１のステータの外側磁極と内側磁極に挟まれるマグネッ
ト１の着磁部の着磁位相と第２のステータの外側磁極と
内側磁極に挟まれるマグネット１の着磁部の着磁位相と
を（１８０／ｎ）度即ち４５度ずらして構成しても良
い。

【００２３】この場合、高精度の位相を維持する保持部
材では、図７に示すように第１の外側磁極と第２の外側
磁極の位相は０度になる。また、図８は保持部材にステ
ータを挿入する直前の状態を表す図であり、図９は保持
部材にステータを挿入した状態を表す図である。

【００２４】２０は連結リングである。この連結リング
２０で第１のステータ１８、第２のステータ１９を固定
保持する。上述したように保持部材２１があるので連結
リング２０は、第１のステータ１８、第２のステータ１
９の固定のみ用いるため単純なリング形状で良い。

【００２５】連結リング２０と第１のステータ１８、第
２のステータ１９を接合するが、連結リング２０の位置
を治具などで固定し、連結リング２０が金属の場合は、
例えば図２中で２２で示す箇所（連結リング２０の両端
面と第１のステータ１８、第２のステータ１９の前記両
端面に隣接する箇所）を溶接で固定する。

【００２６】連結リング２０は、切削により作製したも
のであるが、他の例として、図１０のように金属板を丸
め接合端面に設けた台形状の凹部２３と凸部２４を凹凸
部で嵌合したリングでも良い。

【００２７】連結リング２０はステータ１８、１９を挿
入するためステータ１８、１９の外径より若干大きくす
れば良い。また、図１１に他の例を示すが、単純に金属
板を丸めたリングでも良い。

【００２８】連結リングの内径はステータ１８、１９の
外径より若干大きくしても良いが、小さくした場合、バ
ネ性があるためステータに密着嵌合できる。そのため、
第１のステータと第２のステータとの部品間の平行位置
出ししやすいというメリットがある。このように単純な
リング形状ならば金属を用いても部品の製造は非常に容
易で且つ連結リングは金属製であるので第１のステータ
１８、第２のステータ１９を溶接等を用いて固定できる
ため非常に強固に固定でき、また連結リングは金属製で
あるのでモータ自体の機械的強度も大きいものとなる。

【００２９】図２はステップモータの断面図であり、図
３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は図２のＡ−Ａ線で
断面図を示し、図３の（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）
は図２のＢ−Ｂ線で断面図を示している。図３の（ａ）
と（ｅ）とが同時点での断面図であり、図３の（ｂ）と
（ｆ）とが同時点での断面図であり、図３の（ｃ）と
（ｇ）とが同時点の断面図であり、図３の（ｄ）と
（ｈ）との同時点の断面図である。

【００３０】次に、図３を参照して本発明のステップモ
ータの動作を説明する。図３の（ａ）、（ｅ）の状態か
らコイル２及び３に通電して、第１のステータ１８の外
側磁極１８ａ、１８ｂをＮ極とし、内側磁極１８ｃ、１
８ｄをＳ極とし、第２のステータ１９の外側磁極１９
ａ、１９ｂをＮ極とし、内側磁極１９ｃ、１９ｄをＳ極
に励磁すると、ロータであるマグネット１は反時計方向
に４５度回転し、図３の（ｂ）、（ｆ）に示す状態にな
る。

【００３１】次に、コイル２への通電を反転させ、第１
のステータ１８の外側磁極１８ａ、１８ｂをＮ極とし、
内側磁極１８ｃ、１８ｄをＳ極とし、第２のステータ１
９の外側磁極１９ａ、１９ｂをＮ極とし、内側磁極１９
ｃ、１９ｄをＳ極に励磁すると、ロータ１９ａ、１９ｂ
をＮ極とし、内側磁極１９ｃ、１９ｄをＳ極に励磁する
と、ロータであるマグネット１は更に反時計方向に４５
度回転し、図３の（ｃ）、（ｇ）に示す状態になる。

【００３２】次に、コイル３への通電を反転させ、第２
のステータ１９の外側磁極１９ａ、１９ｂをＳ極とし、
内側磁極１９ｃ、１９ｄをＮ極とし，第１のステータ１
８の外側磁極１８ａ、１８ｂをＳ極とし、内側磁極１８
ｃ、１８ｄをＮ極に励磁すると、ロータであるマグネッ
ト１は更に反時計方向に４５度回転し、図３の（ｄ）、
（ｈ）に示す状態になる。

【００３３】以後、このようにコイル２及び３に通電方
向を順次切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ていくものであ
る。

【００３４】ここで、このような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
いて述べる。ステップモータの基本構成について述べる
と、第１に、マグネットを中空の円筒形状に形成してい
ること、第２に、マグネットの外周面を周方向にｎ分割
して異なる極に交互に着磁していること、第３に、マグ
ネットの軸方向に第１のコイルとマグネットと第２のコ
イルを順に配置していること、第４に、第１、第２のコ
イルにより励磁される第１、第２のステータの外側磁極
及び内側磁極をマグネットの外周面及び内周面に対向さ
せていること、第５に、第１のステータと第２のステー
タを所定の位相及び間隔を保持するために第１の外側磁
極と第２の外側磁極を保持するための保持部材を設け、
また、保持部材の外側に設けた連結リングで第１のステ
ータと第２ステータを固定することである。

【００３５】したがって、このステップモータの径はマ
グネットの径にステータの磁極を対向して設けるだけの
大きさがあればよく、また、ステップモータの軸方向の
長さは、マグネットの長さに第１のコイルと第２のコイ
ル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、ステップモータの大きさは、マグネット及び
コイルの径と長さによって決まるもので、マグネット及
びコイルの長さをそれぞれ小さくすればステップモータ
を超小型化できる。

【００３６】また、マグネット及びコイルの径と長さを
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、これはマグネット
を中空の円筒形状に形成し、この中空の円筒形状に形成
されたマグネットの外周面及び内周面に第１、第２のス
テータの外側磁極及び内側磁極を対向させ、また、その
位相および間隔を一定に保持する保持部材を設ける単純
な構造によりステップモータとしての精度の問題を解決
している。

【００３７】この時、マグネットの外周面だけでなく、
マグネットの内周面も円方向に着磁すれば、モータの出
力を更に効果的にすることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、円
筒形状に形成されるとともに少なくともその外周面を周
方向にｎ分割して異なる極に交互に着磁されたマグネッ
トと、該マグネットの軸方向に第１のコイルと前記マグ
ネットと第２のコイルを順に配置し、前記第１のコイル
により励磁され第１の外側磁極及び第１の内側磁極とか
らなる第１のステータを前記マグネットの一端の外周面
及び内周面に対向させるとともに、前記第２のコイルに
より励磁され第２の外側磁極及び第２の内側磁極とから
なる第２のステータを前記マグネットの一端の外周面及
び内周面に対向させ、前記第１のステータと前記第２の
ステータを向かい合わせて所定の位相及び間隔で前記第
１のステータの外側磁極と前記第２のステータの外側磁
極を位置決めする保持部材と、該保持部材の外側に配置
された前記第１のステータと前記第２のステータを固定
する連結リングとを備えたことを特徴とするため、従来
とは異なる全く新規な構成のモータとすることができ、
モータを超小型化する上で最適な構成である。

【００３９】マグネット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マグネットの外周面及び
内周面に第１、第２の外側磁極及び内側磁極を対向させ
ることによりモータとして効果的な出力を得ることがで
きる。

【００４０】保持部材の外側に配置した連結リングによ
り第１のステータと第２のステータとを強固に固定で
き、第１のステータと第２のステータの外側磁極の相対
的な位相と間隔を所定の値で決める保持部材により、前
記連結リングは単純な形状でも第１のステータと第２の
ステータの相対的な位置関係を精度良く位置決めでき
る。このため部品コストが非常に安価で組立し易く、ま
た高トルクでステップ精度の良いモータが得られる。

【００４１】連結リングは単純な形状とするとことがで
きるため金属で製造することも容易となりモータをより
強固なものとするとことができ、また第１のステータと
第２のステータの接続を溶接でも行うことが可能となる
ので接続が非常に強固なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明のステップモータの分解斜視図で
ある。

【図２】図２は図１に示すステップモータの組み立て完
成状態の断面図である。

【図３】図３は図２に示すステップモータのロータ回転
動作説明図である。

【図４】図４は外側磁極の位相及び間隔を保持するため
の保持部材の例１の図である。

【図５】図５は外側磁極を保持部材へ挿入する直前の状
態を表す例１の図である。

【図６】図６は外側磁極を保持部材へ挿入した状態を表
す例１の図である。

【図７】図７は外側磁極の位相及び間隔を保持するため
の保持部材の例２の図である。

【図８】図８は外側磁極を保持部材へ挿入する直前の状
態を表す例２の図である。

【図９】図９は外側磁極を保持部材へ挿入した状態を表
す例３の図である。

【図１０】図１０は連結リングの例２の図である。

【図１１】図１１は連結リングの例３の図である。

【図１２】図１２は従来例の小型円筒形ステップモータ
である。

【図１３】図１３はステータコイルへの通電により発生
する磁束の状況を示す図である。

【符号の説明】

１ マグネット １ａ、１ｃ Ｓ極 １ｂ、１ｄ Ｎ極 ２ 第１のコイル ３ 第２のコイル ７ 出力軸 １８ 第１のステータ １８ａ、１８ｂ 外側磁極 １８ｃ、１８ｄ 内側磁極 １８ｅ 出力軸の嵌合穴 １９ 第２のステータ １９ａ、１９ｂ 外側磁極 １９ｃ、１９ｄ 内側磁極 １９ｅ 出力軸の嵌合穴 ２０ 連結リング ２１ 保持部材 ２２ 溶接箇所 ２３ 凹部 ２４ 凸部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒形状に形成されるとともに少なくとも
   その外周面を周方向にｎ分割して異なる極に交互に着磁
   されたマグネットと、該マグネットの軸方向に第１のコ
   イルと前記マグネットと第２のコイルを順に配置し、前
   記第１のコイルにより励磁され第１の外側磁極及び第１
   の内側磁極とからなる第１のステータを前記マグネット
   の一端の外周面及び内周面に対向させるとともに、前記
   第２のコイルにより励磁され第２の外側磁極及び第２の
   内側磁極とからなる第２のステータを前記マグネットの
   他端の外周面及び内周面に対向させ、前記第１のステー
   タと前記第２のステータを向かい合わせて所定の位相及
   び間隔で前記第１のステータの外側磁極と前記第２のス
   テータの外側磁極を位置決めする保持部材と、該保持部
   材の外側に配置された前記第１のステータと前記第２の
   ステータを固定する連結リングとを備えたことを特徴と
   するモータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のモータにおいて、前記保
   持部材は、軸線方向に関して、その一方の片側が第１ス
   テータの第１の外側磁極と第１の内側磁極がなす形状の
   補完形状として形成されており、その他方の片側が第２
   ステータの第２の外側磁極と第２の内側磁極がなす形状
   の補完形状として形成されていることを特徴とするモー
   タ。
3. 【請求項３】 請求項１記載のモータにおいて、前記保
   持部材は、円筒形状から、一方の片側において、第１の
   ステータの第１の外側磁極の形状を切り欠き、他方の片
   側において、第２のステータの第２の外側磁極の形状を
   切り欠いた形状に作られていることを特徴とするモー
   タ。
4. 【請求項４】 請求項１記載のモータにおいて、前記連
   結リングは、金属で形成されており、連結リングの両端
   面と第１のステータ、第２のステータの前記両端面に隣
   接する箇所が溶接されることによって、第１ステータと
   第２ステータを連結保持することを特徴とするモータ。