JP2001037195A - モータ - Google Patents

モータ

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JP2001037195A
JP2001037195A JP11209162A JP20916299A JP2001037195A JP 2001037195 A JP2001037195 A JP 2001037195A JP 11209162 A JP11209162 A JP 11209162A JP 20916299 A JP20916299 A JP 20916299A JP 2001037195 A JP2001037195 A JP 2001037195A
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stator
magnet
magnetic pole
peripheral surface
coil
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JP11209162A
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Hiroshi Koizumi
洋 小泉
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Canon Electronics Inc
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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
れたマグネットを持ち、マグネットの軸方向に第1のコ
イルとマグネットの第2のコイルを順に配置し、第1の
コイルにより励磁される第1の外側磁極及び第1の内側
磁極からなる第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
り励磁される第2の外側磁極及び第2の内側磁極からな
る第2のステータをマグネットの他端側の外周面及び内
周面に対向させ、第1のステータと第2のステータを向
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形状
部を、保持形状部の外側に配置され第1のステータと第
2のステータを固定する非磁性金属製連結リングとを射
出成形法により一体化する。

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】従来例の小型円筒形状のステッピングモ
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で軸方向から狭持固定さ
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
来例の小型ステッピングモータはロータの外周にケース
103、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13に示すように主としてステータ歯106aの端
面106a1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に効果的に使用しない
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】
【課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の第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る第1の外側磁極及び第
1の内側磁極からなる第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る第2の外側磁極及び第2
の内側磁極からなる第2のステータを前記マグネットの
他端側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形状部を、該保持形
状部の外側に配置され前記第1のステータと前記第2の
ステータを固定する非磁性金属製連結リングとを射出成
形法により一体化した事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1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】保持形状部と一体化され外部に配置した連
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形状
部により、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、本発明のステッピングモータ
を示す図であり、そのうち図1はステッピングモータの
分解斜視図であり、図2はステッピングモータの組み立
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は保持
形状部と、保持形状部とステータの関係を示す図であ
り、図7〜9は他の例の保持形状部と、保持形状部とス
テータの関係を示す図であり、図10は、連結リングの
例を示す図であり、図11は、非磁性のバネ性である材
料からなり、かつ円周上にスリットが形成された他の例
の連結リングを示す図である。
【0010】図1〜3において、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、1
cがS極に着磁され、着磁部1b、1dがN極に着磁さ
れている。
【0011】7はロータ軸で、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。
【0012】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。
【0013】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。第1のステータ1
8の外筒およ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、18b及び内側磁極18c、1
8dを形成しており、この内側磁極18cと内側磁極1
8dの位相は互いに同位相となるように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
を挟み込むように設けられている。また第1のステータ
18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
となるように360/(n/2)度、即ち180度ずれ
て形成され、内側磁極19cに対し外側磁極19aが対
向配置しており、内側磁極19dに対し外側磁極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及び内側時局19c、19dはマグネット1の他端
側の外周面及び内周面に対向してマグネット1の他端側
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19eには出力軸7の他端部が回転可能にする。
【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は保持形状部であり、この保持形状部
21は第1の外側磁極18a、18bと第2の外側磁極
19a、19bの磁極歯と溝21a、21b、21c、
21dをそれぞれ嵌合させ、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、第1の外側磁極18a、18b
と第2の外側磁極19a、19bの磁極歯を保持形状部
21で保持する。保持形状部は、左右で位相が45度ず
れている。図4は保持形状部を示す斜傾図である。
【0021】21a、21bは保持形状部21に形成さ
れた溝であり、この溝21a、21bに外側磁極18
a、18bがそれぞれ嵌入されることによって、保持形
状部が一体化成形された後述する連結リング20に対し
て第1のステータ18が位置決めされる。21c、21
dは保持形状部21に形成された溝であり、この溝21
c、21dに外側磁極19a、19bがそれぞれ嵌入さ
れることによって、保持形状部が一体化成形された後述
する連結リング20に対して第2のステータ19が位置
決めされる。この結果、第1のステータ18と第2のス
テータ19は互いに対する位相と間隔が位置決めされる
ことになる。
【0022】図5は保持形状部にステータを挿入する直
前の状態を表す図であり、図6は保持形状部にステータ
を挿入した状態を表す図である。
【0023】また、図7に示すように、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。この場合、図7、図8に示すよ
うに第1の外側磁極と第2の外側磁極の位相を0度にす
るように、保持形状部の左右の溝の位置は0度の位相差
となるように形成される。
【0024】また、図8は保持形状部にステータを挿入
する直前の状態を表す図であり、図9は保持形成部にス
テータを挿入した状態を表す図である。
【0025】図1(図2、図5、図6、図8、図9も参
照)において、20は連結リングである。この連結リン
グ20は第1のステータ18、第2のステータ19を固
定保持する。保持形状部21は射出成形法により樹脂で
連結リング20の内周面に連結リング20と一体化され
て作製される。このため、連結リング20は、第1のス
テータ18、第2のステータ19の固定にのみ用いるよ
うな単純なリング形状で良い。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において符号22で示す
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と台形状の凸部2
4を凹凸部で嵌合したリングでも良い。
【0027】連結リング20(図10に示すリング2
0)は、ステータ18、19を挿入するためステータ1
8、19の外径より若干大きくすれば良い。また、図1
1に他の例の連結リング20を示すが、バネ性が有り円
周部にスリットが形成された連結リングであってもよ
い。
【0028】連結リング20が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あ
る。その場合、連結リングが金属製であるので、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はステッピングモータの断面図であ
り、図3(a)、(b)、(c)、(d)は図2のA−
A線での断面図を示し、図3の(e)、(f),
(g)、(h)は図2のB−B線での断面図を示してい
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)とが同時点での断面図であ
り、図3の(d)と(h)とが同時点での断面図であ
る。次に本発明のステッピングモータの動作を説明す
る。
【0030】図3の(a)、(e)の状態からコイル2
及びコイル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、18d
をS極とし、第2ステータ19の外側磁極19a、19
b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)と(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S極とし、
内側磁極18c、18dをN極とし、第2ステータ19
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)と(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ステータ18
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)と
(a)に示す状態になる。以後、このようにコイル2及
びコイル3への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。
【0033】ここで、このような構成のステッピングモ
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。ステッピング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のステータを
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形状
部を設け、また、該保持形状部を射出成形法により一体
化した外側に設けた連結リングで第1のステータと第2
のステータを固定することである。
【0034】したがって、このステッピングモータの径
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、ステッピングモータの
軸方向の長さは、マグネットの長さに第1コイルと第2
コイルの長さを加えただけの長さがあればよいことにな
る。このため、ステッピングモータの大きさは、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
ピングモータを超小型化できる。
【0035】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、ステッピングモータとし
ての精度を維持することが難しくなる。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
位相及び間隔を一定に保持する保持形状部を非磁性金属
連結リングと射出成形により一体化した単純な構造によ
りステッピングモータとしての精度の問題を解決してい
る。
【0036】なお、マグネットの外周面だけでなく、マ
グネットの内周面も縁方向に着磁すれば、モータの出力
を更に効果的にすることができる。
【0037】
【発明の効果】以上のように、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を
備え、該マグネットの軸方向に第1のコイルと前記マグ
ネットの第2のコイルを順に配置し、前記第1のコイル
により励磁される第1の外側磁極及び第1の内側磁極か
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
より励磁される第2の外側磁極及び第2の内側磁極から
なる第2のステータを前記マグネットの他端側の外周面
及び内周面に対向させ、前記第1のステータと前記第2
のステータを向合わせて必要とされる位相及び間隔を保
持させるために前記第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の磁極歯を保持する保持形状部
を設け、かつ、該保持形状部を外側の非磁性金属製リン
グと一体化し、該一体化非磁性金属製リングで前記第1
のステータを前記第2のステータを固定することを特徴
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。
【0038】また、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。
【0039】保持形状部と一体化された外側に配置した
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を間隔を所定の位置で決める保持
形状部により、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。前記連結リングは単純な形状とする事が
できるため金属で製造する事も容易となりモータをより
強固なものとする事ができ、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事が可能となるので接
続が非常に強固なものとする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明のステッピングモータの分解斜
視図である。
【図2】図2は、図1に示すステッピングモータの組み
立て完成状態の断面図である。
【図3】図3は、図2に示すステッピングモータのロー
タの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保
持形状部を示す斜視図である。
【図5】図5は、外側磁極をリングと一体化された保持
形状部へ挿入する直前の状態を表す図である。
【図6】図6は、外側磁極をリングと一体化された保持
形状部へ挿入した状態を表す図である。
【図7】図7は、外側磁極の位相及び間隔を保持する保
持形状部の他の例を示す図である。
【図8】図8は、外側磁極をリングと一体化された他の
例の保持形状部へ挿入する直前の状態を表す図である。
【図9】図9は、外側磁極をリングと一体化された他の
例の保持形状部へ挿入した状態を表す図である。
【図10】図10は、他の例の連結リングを表す図であ
る。
【図11】図11は、さらに他の連結リングを表す図で
ある。
【図12】図12は、従来例の小型円筒形ステッピング
モータの断面図である。
【図13】図13は、従来例のステッピングモータのス
テータコイルへの通電により発生磁束の状態を示す断面
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 連結リングに対して一体化成形され
た保持形状部 22 溶接箇所 23 凹部 24 凸部

Claims (8)

    【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
    もその外周面を円周方向にn分割して異なる極に交互に
    着磁されたマグネットを有し、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る第1の外側磁
    極及び第1の内側磁極からなる第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る第2の外側磁極
    及び第2の内側磁極からなる第2のステータを前記マグ
    ネットの他端側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のステータを向合わせて所定の
    位相及び間隔で前記第一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形状部を、
    該保持形状部の外側に配置され前記第1のステータと前
    記第2のステータを固定する非磁性金属材製連結リング
    に射出成形法により樹脂で一体化形成したことを特徴と
    するモータ。
  2. 【請求項2】 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の第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る第1の外側磁極及び
    第1の内側磁極からなる第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る第2の外側磁極及び第
    2の内側磁極からなる第2のステータを前記マグネット
    の他端側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形状部を、該保持
    形状部の外側に配置され前記第1のステータと前記第2
    のステータを固定するバネ性が有り、かつ円周上にスリ
    ットが形成された非磁性金属材連結リングに射出成形法
    により樹脂で一体化成形したことを特徴とするモータ。
  3. 【請求項3】円筒形状であり、その外周面を交互に異な
    る極に着磁されたマグネットと、 該マグネットの軸方向にマグネットを挟むように配置さ
    れた第1のコイル及び第2のコイルと、 前記第1のコイルにより励磁されかつ前記マグネットの
    一端の外周面及び内周面に対向する第1の外側磁極と第
    1の内側磁極を持つ第1のステータと、 前記第2のコイルにより励磁されかつ前記マグネットの
    他端の外周面及び内周面に対向する第2の外側磁極と第
    2の内側磁極を持つ第2のステータと、 前記第1のステータと前記第2のステータを所定の位相
    及び間隔で位置決めして保持する保持形状部を内周面に
    一体に形成された連結リングと、 を有することを特徴とするモータ。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のモータにおいて、前記連
    結リングは非磁性金属材料から作製されることを特徴と
    するモータ。
  5. 【請求項5】 請求項4記載のモータにおいて、前記連
    結リングは円周方向に連続した円筒形状であることを特
    徴とするモータ。
  6. 【請求項6】 請求項4記載のモータにおいて、前記連
    結リングはバネ性を有し、軸線方向にスリットが形成さ
    れた円筒形状であることを特徴とするモータ。
  7. 【請求項7】 請求項3記載のモータにおいて、前記連
    結リングは前記第1ステータと前記第2ステータに対し
    て溶接によって固定されることを特徴とするモータ。
  8. 【請求項8】 請求項3記載のモータにおいて、前記保
    持形状部は前記連結リングの内周面に樹脂で射出成形に
    より一体化成形されることを特徴とするモータ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008302789A (ja) * 2007-06-07 2008-12-18 Toyota Auto Body Co Ltd ダブルステータ型インホイールモータ
JP2012506931A (ja) * 2008-10-30 2012-03-22 ランクセス・ドイチュランド・ゲーエムベーハー ポリブタジエン含有成形物を製造するための新規な方法

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