JP2003219625A - モータおよびこれを備えた装置 - Google Patents

モータおよびこれを備えた装置

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JP2003219625A
JP2003219625A JP2002009076A JP2002009076A JP2003219625A JP 2003219625 A JP2003219625 A JP 2003219625A JP 2002009076 A JP2002009076 A JP 2002009076A JP 2002009076 A JP2002009076 A JP 2002009076A JP 2003219625 A JP2003219625 A JP 2003219625A
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magnetic pole
coil
stator
motor
rotor magnet
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JP2002009076A
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Masae Miyagawa
正衛 宮川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コイルからステータの外側磁極部間の空隙を
通してコイル端子に絡げるコイル線を延出させるための
スペースが確保できない。 【解決手段】 第1のコイル4により励磁され、ロータ
マグネット1の外周面および内周面にそれぞれ対向する
外側磁極部18a〜18eおよび内側磁極部を有する第
1のステータ18,21と、第2のコイルにより励磁さ
れ、ロータマグネットの外周面および内周面にそれぞれ
対向する外側磁極部および内側磁極部を有する第2のス
テータとを備え、第1および第2のステータがロータマ
グネットを挟んでロータ軸方向に並んで配置されてお
り、かつ第1および第2のコイルからそれぞれ外側磁極
部の間に形成された空隙を通してコイル線4aを外部に
延出させたモータにおいて、外側磁極部における上記空
隙側の周方向端面とコイルに対向する内周面とがなす角
部を面取り形状18hに形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超小径タイプのモ
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5に示すものがある。ボビン101にはステ
ータコイル105が同心状に巻回され、このボビン10
1は2個のステータヨーク106で軸方向から挟持固定
されている。また、ステータヨーク106には、ボビン
101の内径側において周方向にステータ歯106a,
106bが交互に形成されている。
【0003】ケース103には、ステータヨーク106
が固定され、ステータユニット102が構成されてい
る。
【0004】そして、このように構成された2組のステ
ータユニット102が、ステータ歯106a,106b
の内側にロータ109を収容した状態でロータ軸方向に
並んで配置されて1つのモータを構成している。
【0005】一方のステータユニット102のケース1
03には、フランジ115と軸受け108が固定され、
他方のステータユニット102のケース103には軸受
け108が固定されている。
【0006】ロータ109はロータ軸110に固定さ
れ、外周面が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111からなる。このロータマグネット1
11の外周面と各ステータ102のステータ歯106
a,106bとの間には一定の隙間が形成されている。
そして、ロータ軸110は2個の軸受け108によって
回転可能に支持されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のステップモータでは、ロータ109の外側に、ケー
ス103と、ボビン101と、ステータコイル105
と、ステータヨーク106と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欠
点がある。
【0008】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6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、ロータマグネット11
1に効果的に作用せず、モータの高出力化が難しいとい
う問題もある。
【0009】このような問題を解決した超小径モータと
しては、特開平9−331666号公報にて提案のもの
がある。
【0010】その構成を図7〜図10を用いて説明す
る。図7はモータの概略を示した外観図であり、図8は
ボビンの斜視図である。また、図9はボビンの断面図で
あり、図10はステータユニットの詳細構成を示す正面
断面図およびステータの側面断面図である。
【0011】このモータは、円周方向に異なる極に交互
に着磁された永久磁石からなる円筒状のロータマグネッ
ト(図示せず)と、それぞれコイルが巻回された第1お
よび第2のボビン204,208と、第1のボビン20
4に巻回されたコイル205により励磁され、ロータマ
グネットの外周面および内周面にそれぞれ対向する第1
の外側磁極部201および第1の内側磁極部(図示せ
ず)を有する第1のステータ211と、第2のボビン2
08に巻回されたコイル205により励磁され、ロータ
マグネットの外周面および内周面にそれぞれ対向する第
2の外側磁極部202および第2の内側磁極部(図示せ
ず)を有する第2のステータ212とを有する。
【0012】そして、第1および第2のステータ21
1,212がロータマグネットを挟んでロータ軸方向に
並んで配置され、これら両ステータは円筒状の連結部材
203によって連結されている。
【0013】このような構成のモータは、出力が高く、
かつ外形寸法が極めて小さいものとすることができる。
しかも、さらに上記の構成において、ロータマグネット
を薄くすることにより、第1の外側磁極部と第1の内側
磁極部との間の距離および第2の外側磁極部と第2の内
側磁極部との間の距離を小さくすることができるので、
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、コイルコイルに流す電流は少なくても、多くの磁
束を発生させることができる。
【0014】しかしながら、図7〜図10に示したモー
タにおいて、高分解能を求めて外側磁極部の極数を増や
したり、高トルク化のためにコイル巻数(コイル径)を
増やしたり(モータの出力トルクは同一MG,同一エア
ギャップとした場合、入力電流値とコイル巻数との積で
表される)していくと、図10に示すように、外側磁極
部201(202)の周方向端面とコイルに対向する内
周面とがなすクリアランスが小さくなっていく。
【0015】このため、コイル205から外側磁極部2
01(202)の間の空隙を通して、ボビン204(2
08)においてステータ211(212)の外側に突出
した部分に設けられているコイル端子206(20
9),207(210)に絡げるコイル線を延出させる
ためのスペースが確保できなくなり、高分解能を有し、
高トルクの超小径モータの実現が困難であるという問題
がある。
【0016】そこで、本発明は、高分解能でかつ出力が
高い超小径モータを提供することを目的としている。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、円筒形状に形成され、少なくとも外
周面が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、それぞれコイルが巻回された第1および第2
のボビンと、第1のボビンに巻回された第1のコイルに
より励磁され、ロータマグネットの外周面および内周面
にそれぞれ対向する第1の外側磁極部および第1の内側
磁極部を有する第1のステータと、第2のボビンに巻回
された第2のコイルにより励磁され、ロータマグネット
の外周面および内周面にそれぞれ対向する第2の外側磁
極部および第2の内側磁極部を有する第2のステータと
を備え、第1および第2のステータがロータマグネット
を挟んでロータ軸方向に並んで配置されており、かつ第
1および第2のコイルからそれぞれ第1の外側磁極部の
間および第2の外側磁極部の間に形成された空隙を通し
てコイル線を外部に延出させたモータにおいて、第1お
よび第2の外側磁極部における上記空隙側の周方向端面
とコイルに対向する内周面とがなす角部を面取り形状に
形成している。
【0018】このように、ステータの外側磁極部におけ
るコイル線を延出させる空隙側の周方向端面とコイルに
対向する内周面とがなす角部を面取り形状(面取り、テ
ーパー面若しくはプレスダレ面)とすることにより、ス
テータ内でのコイルの配置スペースを有効に利用しなが
らも上記角部周辺においてコイル線が通るスペースを十
分に確保することが可能である。
【0019】このため、外側磁極部の極数を増やしたり
コイル巻数を増やしても、支障なくコイルから上記空隙
を通してコイル線を延出させることができ、高分解能で
かつ出力が高い超小径モータを実現することが可能とな
る。
【0020】なお、ロータマグネットと外側磁極部の対
向エアギャップは、中心位置を最小とし、マグネットが
回転するにつれて次第にその間隔が広がるため、中心時
のトルクは変わらずに、中心に到るまでと中心を超えて
からのホルーディングトルクは小さくなり、より滑らか
にホールディングトルクを発生させることとなるため、
モータの振動、騒音を低減することが可能である。
【0021】
【発明の実施の形態】図1〜図4には、本発明の実施形
態であるステップモータを示している。このうち図1は
上記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断面図である。また、図
3は図2のA−A線およびB−B線での断面図であり、
図4はコイルからコイル端子に延出するコイル線と外側
磁極部との関係を表す図である。
【0022】図1〜図4において、1は円筒形状のロー
タマグネットであり、このロータマグネット1は、その
外周表面が円周方向にn個に分割されてS極、N極が交
互に着磁されている。
【0023】また、ロータマグネット1はプラスチック
マグネット材料を射出成形して製作される。これによ
り、円筒形状の径方向の厚さを非常に薄く構成すること
ができる。
【0024】また、ロータマグネット1には軸方向中央
部に内径が小さな嵌合部1wを備えている。10はロー
タ軸となる出力軸であり、この出力軸10はロータマグ
ネット1の嵌合部1wに圧入にて固着されている。
【0025】ロータマグネット1は上述したように射出
成形により成形されるプラスチックマグネットからなる
ため、圧入による組み立てでも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さな嵌合部1wを備え
るという複雑な形状でも製造が容易である。
【0026】また、出力軸10とロータマグネット1は
圧入固着されるので、組み立てが容易で安価に製造可能
となる。これらの出力軸10とロータマグネット1とで
ロータユニットが構成される。
【0027】2,3はそれぞれ第1のボビン、第2のボ
ビンである。4は第1のボビン2に円筒形状に巻回され
た第1のコイルであり、5は第2のボビン3に円筒形状
に巻回された第2のコイルである。
【0028】第1のコイル4および第2のコイル5はロ
ータマグネット1と同心で、かつロータマグネット1を
ロータ軸方向において挟む位置に配置されている。ま
た、第1のコイル4および第2のコイル5はその外径が
ロータマグネット1の外径とほぼ同じ寸法に設定されて
いる。
【0029】第1のボビン2および第2のボビン3に
は、その径方向外方に突出する端子保持部2a,3aが
形成されている。第1のボビン2の端子保持部2aに
は、金属材料からなる端子ピン6,7が固定されてお
り、これら端子ピン6,7には第1のコイル4から延出
したコイル線の両端がハンダ付け等により電気的に接続
されている。
【0030】また、第2のボビン3の端子保持部3aに
も金属材料からなる端子ピン8,9が固定されており、
これら端子ピン8,9には第2のコイル5から延出した
コイル線の両端がハンダ付け等により電気的に接続され
ている。
【0031】第1のボビン2の端子保持部2aには、突
起部2bが形成されており、この突起部2bのロータ軸
方向端面にはピン2cと穴部(図示せず)とが形成され
ている。また、第2のボビン3の端子保持部3aにも突
起部3bが形成されており、この突起部3bのロータ軸
方向端面にもピン(図示せず)と穴部3dとが形成され
ている。
【0032】第1のボビン2のピン2cは第2のボビン
3の穴部3dに、第2のボビン3のピンは第1のボビン
2の穴にそれぞれモータの組み立て状態において圧入係
合し、第1のボビン2および第2のボビン3は、端子保
持部2a,3aが互いに固定された状態になる。このた
め、端子保持部2a,3aの機械的強度が増加し、不用
意な外力によって端子保持部2a,3aが破損すること
を防止できる。
【0033】18,19は軟磁性材料からなり、ロータ
マグネット1の外周面に対向する外側磁極部を構成する
第1および第2の主ステータである。また、21,22
はロータマグネット1の内周面に対向する第1および第
2の補助ステータであり、それらの内径部21f,22
fがそれぞれ第1および第2の主ステータ18,19の
内筒部18f,19fに嵌合して固着されている。
【0034】なお、第1の主ステータ18と第1の補助
ステータ21とにより第1のステータが構成され、第2
の主ステータ19と第2の補助ステータ22とにより第
2のステータが構成される。
【0035】図3(a)に示すように、第1の主ステー
タ18の外筒部には、周方向に複数の外側磁極部(第1
の外側磁極部)18a,18b,18c,18d,18
eが所定間隔で形成されており、第1の補助ステータ2
1には、周方向において、上記外側磁極部18a〜18
eにロータマグネット1を径方向にて挟んで対向する位
相に複数の内側磁極部(第1の内側磁極部)21a,2
1b,21c,21d,21eが形成されている。な
お、第1の内側磁極部はそれぞれがロータマグネット1
の着磁位相と同位相になるように形成されている。
【0036】また、第2の主ステータ19には、周方向
に複数の外側磁極部(第2の外側磁極部)19a,19
b,19c,19d,19eが所定間隔で形成されてお
り、第2の補助ステータ22には、周方向において、上
記外側磁極部19a〜19eにロータマグネット1を径
方向にて挟んで対向する位相に複数の内側磁極部(第2
の内側磁極部)22a,22b,22c,22d,22
eが形成されている。なお、第2の外側磁極部はそれぞ
れがロータマグネット1の着磁部に関して同位相になる
ように形成されている。
【0037】より詳しく説明すると、第1の主ステータ
18の外側磁極部18a〜18eおよび第2の主ステー
タ19の外側磁極部19a〜19eは、ロータ軸と平行
な方向に延出する歯形状に形成されている。
【0038】第1の主ステータ18の外側磁極部18a
〜18eおよび第1の補助ステータ21の第1の内側磁
極部21a〜21eは、ロータマグネット1の軸方向一
端側の外周面および内周面にそれぞれ対向し、ロータマ
グネット1の軸方向一端側を挟み込むように配置されて
いる。また、第1の主ステータ18の穴部18gには出
力軸10の一端部が回転可能に嵌合している。
【0039】一方、第2の主ステータ19の外側磁極部
19a〜19eおよび第2の補助ステータ22の第2の
内側磁極部22a〜22eも、ロータ軸と平行な方向に
延出する歯形状に形成されている。
【0040】第2の主ステータ19の外側磁極部19a
〜19eおよび第2の補助ステータ22の第2の内側磁
極部22a〜22eは、ロータマグネット1の軸方向他
端側の外周面および内周面にそれぞれ対向し、ロータマ
グネット1の軸方向他端側を挟み込むように配置されて
いる。また、第2の主ステータ19の穴部19gには出
力軸10の他端部が回転可能に嵌合している。
【0041】そして、第1の主ステータ18の外筒部に
おける外側磁極部の根元側と内筒部との間に第1のコイ
ル4が配置され、この第1のコイル4に通電されること
により第1のステータ18,21が励磁される。
【0042】また、第2の主ステータ19の外筒部にお
ける外側磁極部の根元側と内筒部との間に第2のコイル
5が配置され、この第2のコイル5に通電されることに
より第2のステータ19,22が励磁される。
【0043】図3(a)〜(d)には、ロータマグネッ
ト1の回転の様子を示している。
【0044】ここで、第1のコイル4により発生する磁
束は、第1のステータ18,21の外側磁極部18a〜
18eと内側磁極21a〜21eとの間にあるロータマ
グネット1を横切るので、効果的にロータマグネット1
に作用する。また、同様に、第2のコイル5により発生
する磁束は、第2のステータ19,22の外側磁極部1
9a〜19eと内側磁極部22a〜22eとの間にある
ロータマグネット1を横切るので、効果的にロータマグ
ネット1に作用する。これらによって、モータの出力を
高めることができる。
【0045】また、ロータマグネット1は、前述したよ
うに、プラスチックマグネット材料を射出成形して製作
されるために円筒形状の径方向に関しての厚さを非常に
薄く構成することができるが、これにより、第1の主ス
テータ18において周方向にて隣り合う外側磁極部間の
間隔と第1の補助ステータ21において周方向にて隣り
合う内側磁極部間の間隔を非常に小さくすることができ
る。このため、第1のコイル4と第1のステータ18,
21と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。
【0046】また、同様に、第2の主ステータ19にお
いて周方向にて隣り合う外側磁極部間の間隔と第2の補
助ステータ22において周方向にて隣り合う内側磁極部
間の間隔とを非常に小さくすることができ、第2のコイ
ル5と第2のステータ19,22と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。
【0047】これらにより、少ない電流で多くの磁束を
発生させることができ、モータの出力アップ、低消費電
力化およびコイルの小型化が達成される。
【0048】また、ロータマグネット1の射出成形時の
ゲートは、第1の主ステータ18の外側磁極部18a,
18bと第2の主ステータ19の外側磁極部19a,1
9bの間の位置にある。
【0049】ゲートをこの位置にすることで、成形後の
ゲート残りやゲートの残りの削除等の後処理に起因する
磁気のアンバランスや表面の凹凸が生じても、モータの
出力特性には影響を及ぼさないので、良好なモータを構
成することができる。
【0050】連結リング20は非磁性材料かつ可撓性を
有する材料、例えば、ばね用ステンレス鋼やばね用リン
青銅等からなり、スリット20bが形成されている略円
筒形状部材としての連結リングである。スリット20b
は円周面に軸方向と並行方向に形成されている。
【0051】連結リング20は、その内径部20aの径
が第1の主ステータ18および第2の主ステータ19の
外筒部の外径寸法より小さく設定されており、内径部2
0aの内側に第1の主ステータ18および第2の主ステ
ータ19の外筒部が挿入されると、連結リング20は径
方向に弾性変形し、これら第1の主ステータ18および
第2の主ステータ19を弾性的に保持する。
【0052】連結リング20は非磁性材料により構成さ
れている。これにより第1の主ステータ18と第2の主
ステータ19とを磁気回路上分断でき、互いの影響が及
ばないようにすることができる。したがって、モータの
性能を安定させることができる。図1に示すように、連
結リング20の周方向一箇所に形成されたスリット20
bは、連結リング20が比較的容易に弾性変形するよう
にするためのものである。
【0053】この構造によれば、第1の主ステータ18
と第2の主ステータ19とが、組み立て状態においてガ
タのないように保持され、第1の主ステータ18と第2
の主ステータ19は精度良く同心状態に組み立てられ
る。その後、溶接や接着により連結リング20と第1お
よび第2の主ステータ18,19とが固定される。
【0054】なお、連結リング20におけるロータ軸方
向の両側には、第1および第2のボビン2,3の端子保
持部2a,3aを外側に突出させるための切り欠き部2
0c,20dが形成されている。
【0055】図4には、コイルから外側磁極部間に形成
された空隙を通ってコイル端子に延びるコイル線と外側
磁極部との関係を示している。なお、ここでは、第1の
コイル4からコイル端子6,7に延びるコイル線4aと
第1の主ステータ18の外側磁極部18a〜18eとの
関係を示しているが、第2のコイル5からコイル端子
8,9に延びるコイル線と第2の主ステータ19の外側
磁極部19a〜19eとの関係も同様である。
【0056】第1のコイル4は第1のボビン2に不図示
の巻線機により巻かれ、コイル端子6,7に絡げられ
る。その後、このコイルボビンユニットは、第1の主ス
テータ18の外筒部の内側に挿入され、所望の位置に位
置決めされる。
【0057】ここで、外側磁極部における周方向端面と
内周面とがなす角部とコイル線4aとの間に所望のクリ
アランスが無いと、コイルボビンユニットを第1の主ス
テータ18の外筒部内に挿入する際(コイル線4aを外
側磁極部間の空隙を通す際)に、コイル線4aを切断し
たり傷つけたりしてしまうおそれがある。
【0058】ここで、図10に示した従来の構成のま
ま、外側磁極部の周方向端面と内周面とがなす角部とコ
イル線との間に所望のクリアランスを与えると、コイル
外径が制約を受けて、コイルの配置スペースを有効に使
用できない。
【0059】これに対し、本実施形態では、図4に示す
ように、外側磁極部の周方向端面と内周面とがなす角部
を面取り形状(面取り、テーパー面もしくはプレスダレ
面)18hに形成することにより、第1のコイル4の配
置スペースを有効に使用しながらも上記角部とコイル線
4aとの間に所望のクリアランスを確保することができ
る。
【0060】また、本実施形態において、外側磁極部と
ロータマグネットとの対向面積はその対向中心位置を最
小エアギャップとして、滑らかに変化していくため、振
動、騒音の要因であるホールディングトルクも滑らかに
変化して行く。
【0061】なお、以上説明した本実施形態のモータ
は、このモータによって被駆動部材を駆動する種々の装
置に用いることができ、特に、小型装置化と被駆動部材
の駆動力の増加や位置決め分解能の増加を望む装置に好
適である。
【0062】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ステータの外側磁極部におけるコイル線を延出させる空
隙側の周方向端面とコイルに対向する内周面とがなす角
部を面取り形状(面取り、テーパー面若しくはプレスダ
レ面)としているので、ステータ内におけるコイルの配
置スペースを有効に利用しながらも上記角部周辺におい
てコイル線が通るスペースを十分に確保することができ
る。
【0063】したがって、外側磁極部の極数を増やした
りコイル巻数を増やしても、支障なくコイルから上記空
隙を通してコイル線を延出させることができ、高分解能
でかつ出力が高い超小径モータを実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態であるステップモータの分解
斜視図である。
【図2】上記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】上記ステップモータのロータの回転動作の説明
図である。
【図4】上記ステップモータにおけるコイルからコイル
端子に延びるコイル線とステータの外側磁極部との関係
を示す図である。
【図5】従来のステップモータの断面図である。
【図6】従来のステップモータのステータを示す断面図
である。
【図7】従来のステップモータの外観図である。
【図8】従来のステップモータのボビンの斜視図であ
る。
【図9】従来のステップモータのボビンの断面図であ
る。
【図10】従来のステップモータにおけるコイルからコ
イル端子に延びるコイル線とステータの外側磁極部との
関係を示す図である。
【符号の説明】
1 ロータマグネット 2 第1のボビン 2a 端子保持部 2b 突起部 2c ピン 3 第2のボビン 3a 端子保持部 3b 突起部 3d 穴部 4 第1のコイル 5 第2のコイル 6,7,8,9 コイル端子 10 出力軸 18 第1の主ステータ 18a〜18e 第1の外側磁極部 19 第2の主ステータ 19a〜19e 第2の外側磁極部 20 連結リング 20b スリット 21 第1の補助ヨーク 21a〜21e 第1の内側磁極部 22 第2の補助ステータ 22a〜22e 第2の外側磁極部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒形状に形成され、少なくとも外周面
    が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、 それぞれコイルが巻回された第1および第2のボビン
    と、 前記第1のボビンに巻回された第1のコイルにより励磁
    され、前記ロータマグネットの外周面および内周面にそ
    れぞれ対向する第1の外側磁極部および第1の内側磁極
    部を有する第1のステータと、 前記第2のボビンに巻回された第2のコイルにより励磁
    され、前記ロータマグネットの外周面および内周面にそ
    れぞれ対向する第2の外側磁極部および第2の内側磁極
    部を有する第2のステータとを備え、 前記第1および第2のステータが前記ロータマグネット
    を挟んでロータ軸方向に並んで配置されており、かつ前
    記第1および第2のコイルからそれぞれ前記第1の外側
    磁極部の間および前記第2の外側磁極部の間に形成され
    た空隙を通してコイル線を外部に延出させたモータであ
    って、 前記第1および第2の外側磁極部における前記空隙側の
    周方向端面と前記コイルに対向する内周面とがなす角部
    を面取り形状に形成したことを特徴とするモータ。
  2. 【請求項2】 前記第1および第2のボビンの一部であ
    る端子保持部がそれぞれ、前記第1および第2のステー
    タの外側に突出しており、 前記コイル線の一部が前記端子保持部に保持された通電
    端子に接続されていることを特徴とする請求項1に記載
    のモータ。
  3. 【請求項3】 前記第1および第2のステータをこれら
    第1および第2のステータの外周において同心状に保持
    する弾性材料からなる連結部材を有することを特徴とす
    る請求項1又は2に記載のモータ。
  4. 【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載のモー
    タと、このモータにより駆動される被駆動部材とを有す
    ることを特徴とする装置。
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