JP2004328967A - ステッピングモータ - Google Patents
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Abstract
【課題】携帯機器・情報機器に使用されるステッピングモータにおいて、回転方向だけではなく軸方向の移動をも可能にすることを目的とする。
【解決手段】対向するステータ長に対し著しく短いロータ磁石４を導入する。
ステッピングモータステータ３０において軸方向の磁気安定点は励磁通電するコイル１の選択により決まる。ロータ４０において軸方向の磁気安定点は通常ロータ磁石軸方向中間点となる場合が多い。ロータ４０の磁気安定点はステータ３０の磁気安定点と一致するように移動しようとする力が働くので、励磁通電するコイル１の位置を変えてステータ３０の磁気安定点を変化させロータ４０の軸方向位置を変化させる。以上のようにコイル１の励磁を繰り返すことにより、ロータ永久磁石４が軸方向へ移動することを示すものである。
【選択図】 図１
【解決手段】対向するステータ長に対し著しく短いロータ磁石４を導入する。
ステッピングモータステータ３０において軸方向の磁気安定点は励磁通電するコイル１の選択により決まる。ロータ４０において軸方向の磁気安定点は通常ロータ磁石軸方向中間点となる場合が多い。ロータ４０の磁気安定点はステータ３０の磁気安定点と一致するように移動しようとする力が働くので、励磁通電するコイル１の位置を変えてステータ３０の磁気安定点を変化させロータ４０の軸方向位置を変化させる。以上のようにコイル１の励磁を繰り返すことにより、ロータ永久磁石４が軸方向へ移動することを示すものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯機器・情報機器などに使用されるステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステッピングモータはロータと軸受メタルの間にコイルバネ・板バネを取り付けてロータの軸方向移動を規制している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１６に従来のステッピングモータの構造を示す。図１６において、ロータのロータスペーサ６１に筒部６１ａを設け、更に筒部６１ａに溝（図示せず）を１ヶ所以上設け、コイルバネ６０をロータスペーサ６１に対して固定、挿入出来るようにしている。
【０００４】
また、図１７のように、フレーム７０に３組のステータ７２、７３、７４と１つの永久磁石ロータ７１からなる３相構造ステッピングモータで軸方向にロータを移動させることを可能にしたものもある。（例えば、特許文献２参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−６９６９８号公報（第４頁、図２）
【特許文献２】
特開平５−１５１３４号公報（第３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成ではロータの軸方向の移動を抑制するために、バネなどで制動せざるをえないという課題があった。また、軸方向にロータを移動させる構成では、市場に大量に流通している２相ステッピングモータではなく使用量が限られており高価な３相ステッピングモータを使用しなければならない。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を逆手に取り２相ステッピングモータを利用して軸方向にロータを積極的に移動させることで回転方向のみならず軸方向の移動も実現させるものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、
（ａ）従来軸方向のロータ移動を妨げるために、挿入していたコイルバネ・板バネを廃止する。
（ｂ）対向するステータ長に対し著しく短いロータ磁石を導入する。
としたものである。
【０００９】
これにより、各励磁シーケンスにおけるステータ磁気安定点とロータ磁気安定点は対向一致位置に引き込まれるためロータの軸方向移動を実現させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、該永久磁石を支持する軸とから成るロータを内嵌したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該カップ型ケースと該底板に各々一個設置した円環型軸受と該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くすることで、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするという作用を有する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、該永久磁石を支持する軸とから成るロータを内嵌したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該カップ型ケースに設置した円環型軸受と該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くすることで、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするインナーロータ型ステッピングモータであり、軸受の個数を減らすことができるという作用を有する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、該永久磁石を支持する軸とから成るロータを内嵌したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該底板に設置した円環型軸受と該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くすることで、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするインナーロータ型ステッピングモータであり、モータ取り付け板側に軸受保持機構が不要となるためモータ取り付け側の寸法規制を用意に設定できるという効果を有する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、軸なしフレーム片軸受インナーステッピングモータであり、コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、ステータ外周と接続したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該カップ型ケースに設置した円柱型軸受外径が該永久磁石内径を支持し該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くすることで、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするインナーロータ型ステッピングモータであり、軸を廃止した分、軽量化・小型化の可能性が展開できるという作用を有する。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、ステータ外周と接続したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該底板に設置した円柱型軸受外径が該永久磁石内径を支持し該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くすることで、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするインナーロータ型ステッピングモータであり、軸廃止分の小型化・軽量化が展開できる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、ロータの永久磁石内周部と軸外周部は接着剤にて接続された請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３のインナーロータ型ステッピングモータであり、繰り返し発生するロータ永久磁石の軸方向移動に対して信頼性向上が可能になるという作用を有する。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、ロータの永久磁石内周部と軸外周部の間に樹脂一体成型を行い接続された請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３のインナーロータ型ステッピングモータであり、ロータの径が大きくなる場合顕著に軽量化が可能となるという作用を有する。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、ロータの永久磁石内周部と軸外周部の間は、非磁性の円環スペーサで接続した請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３のインナーロータ型ステッピングモータであり、円環スペーサにより永久磁石内周部と軸外周部の締結が強固になるという作用を有する。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、円環スペーサ密度が磁石より大きい部材を使用した請求項８のスペーサであり、慣性モーメントが大きくなるため回転の安定性が高まる、また移動エネルギーが増えるという作用を有する。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、ロータ永久磁石端面に円板を接続することにより、請求項１〜請求項９のいずれかのインナーロータ型ステッピングモータであり、軸方向の移動のみならずステータ極歯励磁信号に追従して軸方向の運動をするときに該カップ型ケースをたたく作用を有する。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、上記円板の材質が非磁性であることを特長とした請求項１０のスペーサであり、非磁性部材を永久磁石端面に接続することで磁束のかく乱を防ぐ作用を有する。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、上記円板においてカップ型ケースに対向する面に少なくともひとつの突起を設置したことを特長とした請求項１０のスペーサであり、突起は回転方向のエネルギーロスを減少またロータの寸法精度ばらつきによる傾きが発生しようとも確実に該カップ型ケースにあてる作用を有する。
【００２２】
請求項１３に記載の発明は、ステータへの励磁信号周波数を変化させて有意な音階表現をする請求項１〜請求項１２のいずれかのステッピングモータであり、印加周波数に同期した動きによる音色を発することが出来るという作用を有する。
【００２３】
請求項１４に記載の発明は、ロータ全高を著しく短くするとは、ロータ磁石全高を対向する２組のステータ長さよりわずかに長くし全高の１／２〜３／４とする請求項１〜請求項１５のいずれかのステッピングモータであり、有意な軸方向移動を実現できるという作用を有する。
【００２４】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００２５】
（実施例１）
図１において本発明の請求項１に係るステッピングモータは、以下の要件を備え構成されている。
【００２６】
コイル１を巻装したボビン２と該ボビンを組付けた極歯ヨーク３を有するステータ３０と該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石４と、該永久磁石を支持する軸５とから成るロータ４０を内嵌したカップ型ケース６と該カップ型ケース６内周に同軸接続した底板７、該カップ型ケース６と該底板７に各々一個設置した円環型軸受８と該カップ型ケース６の天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジ９とから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石４を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くしたものである。ステータ３０において軸方向の磁気安定点は励磁通電するコイルにより決まる。ロータ４０において軸方向の磁気安定点は通常ロータ磁石軸方向中間点となる場合が多い。
【００２７】
ロータの磁気安定点はステータ３０の磁気安定点と一致するように移動しようとする力が働くことを利用して、励磁通電するコイルの位置を変えてステータ３０の磁気安定点を変化しロータ軸方向位置が変位する。
【００２８】
具体的な動作を図１と図２により補足する。図１はコイル１ａを励磁したときのロータ永久磁石４の位置を示したもの、図２はコイル１ｂを励磁したときのロータ永久磁石４の位置を示したものである。
以上のようにコイル１ａから１ｂへ励磁を変更することにより、ロータ永久磁石４が軸方向への移動することを示すものである。
【００２９】
（実施例２）
図３は、周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石４内周部と軸５の間に接着剤１３を塗布したものである。
【００３０】
（実施例３）
図４は、ロータの永久磁石４内周部と軸５外周部の間は樹脂一体成型１４を行ったものである。
【００３１】
（実施例４）
図５はロータの永久磁石内周部４と軸５外周部の間を、非磁性の円環スペーサ１２で接続したものである。互いの接続面には接着剤１３を塗布しても良い。上記円環スペーサ１２の密度を磁石よりはるかに大きい部材を使用してもよい。
【００３２】
（実施例５）
図６はロータ永久磁石端面に接続する円板である。
上記材料は非磁性であってもよい。また図７に示すような面に少なくともひとつ（図では３つ）の突起１１を設置してもよい。図８は上記非磁性材を使用し面に突起１１を設けた円板１０を搭載したインナーロータ、図９は図８の断面図である。
【００３３】
（実施例６）
図１０は、図１に対し片側保持用軸受１８を底板７側に１個にしたものであり、コイル１ａを励磁したときのロータ永久磁石４の位置を示したものである。
【００３４】
図１１は、図１に対し片側保持用軸受１８を底板７側に１個にしたものであり、コイル１ｂを励磁したときのロータ永久磁石４の位置を示したものである。
【００３５】
（実施例７）
図１２は、図１に対し片側保持用軸受１９をカップ型ケース６側に１個にしたものであり、コイル１ａを励磁したときのロータ永久磁石４の位置を示したものである。
【００３６】
図１３は、図１に対し片側保持用軸受１９をカップ型ケース６側に１個にしたものであり、コイル１ｂを励磁したときのロータ永久磁石４の位置を示したものである。
【００３７】
（実施例８）
図１４においてコイル１を巻装したボビン２と該ボビンを組付けた極歯ヨーク３を有するステータ３０と該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石１６と、ステータ外周と接続したカップ型ケース１５と該カップ型ケース内周に同軸接続した底板７、該カップ型ケースに設置した円柱型軸受１７外径が該永久磁石内径を支持し該カップ型ケースの天面（図示せず）あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高が上記軸受間距離に対し著しく短いため、対向するステータ極歯励磁信号に追従して移動する。
【００３８】
具体的には、図１４はコイル１ａを励磁したときのロータ永久磁石１６の位置を示したものである。図１５はコイル１ｂを励磁したときのロータ永久磁石１６の位置を示したものである。
【００３９】
以上のようにコイルの励磁を繰り返すことにより、ロータ永久磁石１６が軸方向へ移動することを示すものである。
【００４０】
このとき一相励磁駆動時は、図１４、図１５の繰り返しであるが、一二相励磁の二相励磁モードのときはロータ永久磁石１６にこの中間の状態が入り、軸方向により滑らかな動きを得ることもできる。なお図１４、１５では底板に円柱型軸受１７を配置しているが、カップ型ケース１５から配置してもよい。
【００４１】
（実施例９）
ステッピングモータは原理上ステータコイルへ印加する励磁信号に応じて同期したロータ動作をするものである。これによりコイルへの励磁信号の周波数を有意に変化させることにより、ロータの動きは有意なものとなる。なお、１相励磁駆動の場合、ロータの動作周波数は印加励磁信号の周波数の１／４、１−２相励磁のときは１／８となる。
【００４２】
なお同期応答不可能になるほどの、速度・負荷量応答を要求するときは同期はずれ（脱調）をおこすので余裕をもたせた設計が必要である。
【００４３】
【発明の効果】
上記の実施例から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、永久磁石を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くすることで、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をすることができる。
【００４４】
また、請求項２に記載の発明によれば、フレーム側に軸受機能を集約して軸受個数を減らすことが出来るので軽量化及びコストダウンを図ることが出来る。同様に、請求項３に記載の発明によれば、底板側に軸受機能を集約して軸受個数を減らすことが出来るので軽量化及びコストダウンを図ることが出来る。
【００４５】
また請求項４に記載の発明によれば、軸を介さずにロータ磁石が軸方向の移動が出来るため部材削減が可能になる。同様に請求項５に記載の発明も、軸を介さずにロータ磁石が軸方向の移動が出来るため部材削減が可能になる。
【００４６】
さらに請求項６記載の発明によれば接着剤を塗布することで部材の信頼性を高めることが出来る。
【００４７】
請求項７記載の発明によれば、永久樹脂内周部と軸外周部とを樹脂一体成型で接続するため接続強度を向上させ、特に軸方向の動きに対しての信頼性を向上させることができる。同様に請求項８記載の発明によれば、永久樹脂内周部と軸外周部とを非磁性の円環スペーサで接続するため信頼性の向上が図れる。また、樹脂は磁石より一般的には密度が低いため軽量化が図れる。
【００４８】
また請求項９記載の発明によれば、永久樹脂内周部と軸外周部とを非磁性の円環スペーサの密度を上げることにより、移動時の慣性を増大することが出来、系の安定化および外部への振動出力を増大させることが出来る。
【００４９】
請求項１０記載の発明によれば、永久樹脂端面に円板を接続することで、永久磁石端面を衝突の衝撃によるカケなどの発生から守ることが出来る。
【００５０】
さらに請求項１１記載の発明によれば、円板材料を非磁性にするので永久磁石から発生する磁束の短絡を防ぐことができる。
【００５１】
また、請求項１２記載の発明によれば、円板に突起を形成するので、多少の傾きがあっても確実に対向するカップ型フレーム面に接続することが出来る。
【００５２】
請求項１３記載の発明によれば、ステータへ印加する信号を有意なものとすることで、モータの永久磁石を有するロータが、有意な動きをさせるものである。
【００５３】
請求項１４では、永久磁石の長さを指定して適切なロータ挙動をさせることが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例１のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ａを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図２】本実施例１のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ｂを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図３】本実施例２のインナーロータ型ステッピングモータの構造図
【図４】本実施例３のインナーロータ型ステッピングにおけるモータロータの構造図
【図５】本実施例４のインナーロータ型ステッピングモータにおけるロータの構造図
【図６】本実施例５のインナーロータ型ステッピングモータに搭載する円板の構造図
【図７】本実施例５のインナーロータ型ステッピングモータに搭載する突起を設けた円板の構造図
【図８】本実施例５のインナーロータ型ステッピングモータにおけるロータの構造図
【図９】本実施例５のインナーロータ型ステッピングモータにおけるロータの断面構造図
【図１０】本実施例６のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ａを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図１１】本実施例６のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ｂを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図１２】本実施例７のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ａを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図１３】本実施例７のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ｂを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図１４】本実施例８のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ａを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図１５】本実施例８のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ｂを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図１６】従来のステッピングモータ（特開平１１−６９６９８）の構造図
【図１７】従来のステッピングモータ（特開平５−１５１３４）の構造図
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ コイル
２ コイルボビン
３ 極歯ヨーク
４、１６ 円環状永久磁石
５ 軸
６、１５ カップ型ケース
７ 底板
８ 円環型軸受
９ フランジ
１０ 円板
１１ 突起
１２ 円環ロータスペーサ
１３ 接着剤
１４ 一体成型樹脂
１７ ブラケット用円筒型軸受
１８ 片側保持用ブラケット用円環型軸受
１９ 片側保持用フレーム用円環型軸受
３０、７２、７３、７４ ステータ
４０ ロータ
６０ コイルバネ
６１ ロータスペーサ
６１ａ ロータスペーサ筒部
７０ フレーム
７１ 永久磁石ロータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯機器・情報機器などに使用されるステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステッピングモータはロータと軸受メタルの間にコイルバネ・板バネを取り付けてロータの軸方向移動を規制している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１６に従来のステッピングモータの構造を示す。図１６において、ロータのロータスペーサ６１に筒部６１ａを設け、更に筒部６１ａに溝（図示せず）を１ヶ所以上設け、コイルバネ６０をロータスペーサ６１に対して固定、挿入出来るようにしている。
【０００４】
また、図１７のように、フレーム７０に３組のステータ７２、７３、７４と１つの永久磁石ロータ７１からなる３相構造ステッピングモータで軸方向にロータを移動させることを可能にしたものもある。（例えば、特許文献２参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−６９６９８号公報（第４頁、図２）
【特許文献２】
特開平５−１５１３４号公報（第３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成ではロータの軸方向の移動を抑制するために、バネなどで制動せざるをえないという課題があった。また、軸方向にロータを移動させる構成では、市場に大量に流通している２相ステッピングモータではなく使用量が限られており高価な３相ステッピングモータを使用しなければならない。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を逆手に取り２相ステッピングモータを利用して軸方向にロータを積極的に移動させることで回転方向のみならず軸方向の移動も実現させるものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、
（ａ）従来軸方向のロータ移動を妨げるために、挿入していたコイルバネ・板バネを廃止する。
（ｂ）対向するステータ長に対し著しく短いロータ磁石を導入する。
としたものである。
【０００９】
これにより、各励磁シーケンスにおけるステータ磁気安定点とロータ磁気安定点は対向一致位置に引き込まれるためロータの軸方向移動を実現させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、該永久磁石を支持する軸とから成るロータを内嵌したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該カップ型ケースと該底板に各々一個設置した円環型軸受と該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くすることで、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするという作用を有する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、該永久磁石を支持する軸とから成るロータを内嵌したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該カップ型ケースに設置した円環型軸受と該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くすることで、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするインナーロータ型ステッピングモータであり、軸受の個数を減らすことができるという作用を有する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、該永久磁石を支持する軸とから成るロータを内嵌したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該底板に設置した円環型軸受と該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くすることで、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするインナーロータ型ステッピングモータであり、モータ取り付け板側に軸受保持機構が不要となるためモータ取り付け側の寸法規制を用意に設定できるという効果を有する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、軸なしフレーム片軸受インナーステッピングモータであり、コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、ステータ外周と接続したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該カップ型ケースに設置した円柱型軸受外径が該永久磁石内径を支持し該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くすることで、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするインナーロータ型ステッピングモータであり、軸を廃止した分、軽量化・小型化の可能性が展開できるという作用を有する。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、ステータ外周と接続したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該底板に設置した円柱型軸受外径が該永久磁石内径を支持し該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くすることで、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするインナーロータ型ステッピングモータであり、軸廃止分の小型化・軽量化が展開できる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、ロータの永久磁石内周部と軸外周部は接着剤にて接続された請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３のインナーロータ型ステッピングモータであり、繰り返し発生するロータ永久磁石の軸方向移動に対して信頼性向上が可能になるという作用を有する。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、ロータの永久磁石内周部と軸外周部の間に樹脂一体成型を行い接続された請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３のインナーロータ型ステッピングモータであり、ロータの径が大きくなる場合顕著に軽量化が可能となるという作用を有する。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、ロータの永久磁石内周部と軸外周部の間は、非磁性の円環スペーサで接続した請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３のインナーロータ型ステッピングモータであり、円環スペーサにより永久磁石内周部と軸外周部の締結が強固になるという作用を有する。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、円環スペーサ密度が磁石より大きい部材を使用した請求項８のスペーサであり、慣性モーメントが大きくなるため回転の安定性が高まる、また移動エネルギーが増えるという作用を有する。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、ロータ永久磁石端面に円板を接続することにより、請求項１〜請求項９のいずれかのインナーロータ型ステッピングモータであり、軸方向の移動のみならずステータ極歯励磁信号に追従して軸方向の運動をするときに該カップ型ケースをたたく作用を有する。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、上記円板の材質が非磁性であることを特長とした請求項１０のスペーサであり、非磁性部材を永久磁石端面に接続することで磁束のかく乱を防ぐ作用を有する。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、上記円板においてカップ型ケースに対向する面に少なくともひとつの突起を設置したことを特長とした請求項１０のスペーサであり、突起は回転方向のエネルギーロスを減少またロータの寸法精度ばらつきによる傾きが発生しようとも確実に該カップ型ケースにあてる作用を有する。
【００２２】
請求項１３に記載の発明は、ステータへの励磁信号周波数を変化させて有意な音階表現をする請求項１〜請求項１２のいずれかのステッピングモータであり、印加周波数に同期した動きによる音色を発することが出来るという作用を有する。
【００２３】
請求項１４に記載の発明は、ロータ全高を著しく短くするとは、ロータ磁石全高を対向する２組のステータ長さよりわずかに長くし全高の１／２〜３／４とする請求項１〜請求項１５のいずれかのステッピングモータであり、有意な軸方向移動を実現できるという作用を有する。
【００２４】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００２５】
（実施例１）
図１において本発明の請求項１に係るステッピングモータは、以下の要件を備え構成されている。
【００２６】
コイル１を巻装したボビン２と該ボビンを組付けた極歯ヨーク３を有するステータ３０と該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石４と、該永久磁石を支持する軸５とから成るロータ４０を内嵌したカップ型ケース６と該カップ型ケース６内周に同軸接続した底板７、該カップ型ケース６と該底板７に各々一個設置した円環型軸受８と該カップ型ケース６の天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジ９とから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石４を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くしたものである。ステータ３０において軸方向の磁気安定点は励磁通電するコイルにより決まる。ロータ４０において軸方向の磁気安定点は通常ロータ磁石軸方向中間点となる場合が多い。
【００２７】
ロータの磁気安定点はステータ３０の磁気安定点と一致するように移動しようとする力が働くことを利用して、励磁通電するコイルの位置を変えてステータ３０の磁気安定点を変化しロータ軸方向位置が変位する。
【００２８】
具体的な動作を図１と図２により補足する。図１はコイル１ａを励磁したときのロータ永久磁石４の位置を示したもの、図２はコイル１ｂを励磁したときのロータ永久磁石４の位置を示したものである。
以上のようにコイル１ａから１ｂへ励磁を変更することにより、ロータ永久磁石４が軸方向への移動することを示すものである。
【００２９】
（実施例２）
図３は、周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石４内周部と軸５の間に接着剤１３を塗布したものである。
【００３０】
（実施例３）
図４は、ロータの永久磁石４内周部と軸５外周部の間は樹脂一体成型１４を行ったものである。
【００３１】
（実施例４）
図５はロータの永久磁石内周部４と軸５外周部の間を、非磁性の円環スペーサ１２で接続したものである。互いの接続面には接着剤１３を塗布しても良い。上記円環スペーサ１２の密度を磁石よりはるかに大きい部材を使用してもよい。
【００３２】
（実施例５）
図６はロータ永久磁石端面に接続する円板である。
上記材料は非磁性であってもよい。また図７に示すような面に少なくともひとつ（図では３つ）の突起１１を設置してもよい。図８は上記非磁性材を使用し面に突起１１を設けた円板１０を搭載したインナーロータ、図９は図８の断面図である。
【００３３】
（実施例６）
図１０は、図１に対し片側保持用軸受１８を底板７側に１個にしたものであり、コイル１ａを励磁したときのロータ永久磁石４の位置を示したものである。
【００３４】
図１１は、図１に対し片側保持用軸受１８を底板７側に１個にしたものであり、コイル１ｂを励磁したときのロータ永久磁石４の位置を示したものである。
【００３５】
（実施例７）
図１２は、図１に対し片側保持用軸受１９をカップ型ケース６側に１個にしたものであり、コイル１ａを励磁したときのロータ永久磁石４の位置を示したものである。
【００３６】
図１３は、図１に対し片側保持用軸受１９をカップ型ケース６側に１個にしたものであり、コイル１ｂを励磁したときのロータ永久磁石４の位置を示したものである。
【００３７】
（実施例８）
図１４においてコイル１を巻装したボビン２と該ボビンを組付けた極歯ヨーク３を有するステータ３０と該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石１６と、ステータ外周と接続したカップ型ケース１５と該カップ型ケース内周に同軸接続した底板７、該カップ型ケースに設置した円柱型軸受１７外径が該永久磁石内径を支持し該カップ型ケースの天面（図示せず）あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高が上記軸受間距離に対し著しく短いため、対向するステータ極歯励磁信号に追従して移動する。
【００３８】
具体的には、図１４はコイル１ａを励磁したときのロータ永久磁石１６の位置を示したものである。図１５はコイル１ｂを励磁したときのロータ永久磁石１６の位置を示したものである。
【００３９】
以上のようにコイルの励磁を繰り返すことにより、ロータ永久磁石１６が軸方向へ移動することを示すものである。
【００４０】
このとき一相励磁駆動時は、図１４、図１５の繰り返しであるが、一二相励磁の二相励磁モードのときはロータ永久磁石１６にこの中間の状態が入り、軸方向により滑らかな動きを得ることもできる。なお図１４、１５では底板に円柱型軸受１７を配置しているが、カップ型ケース１５から配置してもよい。
【００４１】
（実施例９）
ステッピングモータは原理上ステータコイルへ印加する励磁信号に応じて同期したロータ動作をするものである。これによりコイルへの励磁信号の周波数を有意に変化させることにより、ロータの動きは有意なものとなる。なお、１相励磁駆動の場合、ロータの動作周波数は印加励磁信号の周波数の１／４、１−２相励磁のときは１／８となる。
【００４２】
なお同期応答不可能になるほどの、速度・負荷量応答を要求するときは同期はずれ（脱調）をおこすので余裕をもたせた設計が必要である。
【００４３】
【発明の効果】
上記の実施例から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、永久磁石を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くすることで、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をすることができる。
【００４４】
また、請求項２に記載の発明によれば、フレーム側に軸受機能を集約して軸受個数を減らすことが出来るので軽量化及びコストダウンを図ることが出来る。同様に、請求項３に記載の発明によれば、底板側に軸受機能を集約して軸受個数を減らすことが出来るので軽量化及びコストダウンを図ることが出来る。
【００４５】
また請求項４に記載の発明によれば、軸を介さずにロータ磁石が軸方向の移動が出来るため部材削減が可能になる。同様に請求項５に記載の発明も、軸を介さずにロータ磁石が軸方向の移動が出来るため部材削減が可能になる。
【００４６】
さらに請求項６記載の発明によれば接着剤を塗布することで部材の信頼性を高めることが出来る。
【００４７】
請求項７記載の発明によれば、永久樹脂内周部と軸外周部とを樹脂一体成型で接続するため接続強度を向上させ、特に軸方向の動きに対しての信頼性を向上させることができる。同様に請求項８記載の発明によれば、永久樹脂内周部と軸外周部とを非磁性の円環スペーサで接続するため信頼性の向上が図れる。また、樹脂は磁石より一般的には密度が低いため軽量化が図れる。
【００４８】
また請求項９記載の発明によれば、永久樹脂内周部と軸外周部とを非磁性の円環スペーサの密度を上げることにより、移動時の慣性を増大することが出来、系の安定化および外部への振動出力を増大させることが出来る。
【００４９】
請求項１０記載の発明によれば、永久樹脂端面に円板を接続することで、永久磁石端面を衝突の衝撃によるカケなどの発生から守ることが出来る。
【００５０】
さらに請求項１１記載の発明によれば、円板材料を非磁性にするので永久磁石から発生する磁束の短絡を防ぐことができる。
【００５１】
また、請求項１２記載の発明によれば、円板に突起を形成するので、多少の傾きがあっても確実に対向するカップ型フレーム面に接続することが出来る。
【００５２】
請求項１３記載の発明によれば、ステータへ印加する信号を有意なものとすることで、モータの永久磁石を有するロータが、有意な動きをさせるものである。
【００５３】
請求項１４では、永久磁石の長さを指定して適切なロータ挙動をさせることが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例１のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ａを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図２】本実施例１のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ｂを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図３】本実施例２のインナーロータ型ステッピングモータの構造図
【図４】本実施例３のインナーロータ型ステッピングにおけるモータロータの構造図
【図５】本実施例４のインナーロータ型ステッピングモータにおけるロータの構造図
【図６】本実施例５のインナーロータ型ステッピングモータに搭載する円板の構造図
【図７】本実施例５のインナーロータ型ステッピングモータに搭載する突起を設けた円板の構造図
【図８】本実施例５のインナーロータ型ステッピングモータにおけるロータの構造図
【図９】本実施例５のインナーロータ型ステッピングモータにおけるロータの断面構造図
【図１０】本実施例６のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ａを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図１１】本実施例６のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ｂを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図１２】本実施例７のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ａを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図１３】本実施例７のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ｂを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図１４】本実施例８のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ａを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図１５】本実施例８のインナーロータ型ステッピングモータにおいてコイル１ｂを励磁したときのロータ位置を示す構造図
【図１６】従来のステッピングモータ（特開平１１−６９６９８）の構造図
【図１７】従来のステッピングモータ（特開平５−１５１３４）の構造図
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ コイル
２ コイルボビン
３ 極歯ヨーク
４、１６ 円環状永久磁石
５ 軸
６、１５ カップ型ケース
７ 底板
８ 円環型軸受
９ フランジ
１０ 円板
１１ 突起
１２ 円環ロータスペーサ
１３ 接着剤
１４ 一体成型樹脂
１７ ブラケット用円筒型軸受
１８ 片側保持用ブラケット用円環型軸受
１９ 片側保持用フレーム用円環型軸受
３０、７２、７３、７４ ステータ
４０ ロータ
６０ コイルバネ
６１ ロータスペーサ
６１ａ ロータスペーサ筒部
７０ フレーム
７１ 永久磁石ロータ
Claims (14)
- コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、該永久磁石を支持する軸とから成るロータを内嵌したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該カップ型ケースと該底板に各々一個設置した円環型軸受と該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高を上記軸受間距離に対し著しく短くすることで、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするインナーロータ型ステッピングモータ。
- コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、該永久磁石を支持する軸とから成るロータを内嵌したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該カップ型ケースに設置した円環型軸受と該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高を著しく短くして対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするインナーロータ型ステッピングモータ。
- コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、該永久磁石を支持する軸とから成るロータを内嵌したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該底板に設置した円環型軸受と該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高をし著しく短くして対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするインナーロータ型ステッピングモータ。
- コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、ステータ外周と接続したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該カップ型ケースに設置した円柱型軸受外径が該永久磁石内径を支持し該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高を著しく短くして、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするインナーロータ型ステッピングモータ。
- コイルを巻装したボビンと該ボビンを組付けた極歯ヨークを有するステータと該ステータ内周の中心孔に遊嵌された周方向に２極以上の着磁を施した円環状永久磁石と、ステータ外周と接続したカップ型ケースと該カップ型ケース内周に同軸接続した底板、該底板に設置した円柱型軸受外径が該永久磁石内径を支持し該カップ型ケースの天面あるいは底面に接続されたモータを取り付ける為のフランジとから成るインナーロータ型ステッピングモータにおいて、前記永久磁石を搭載したロータ全高を著しく短くすることで、対向するステータ極歯励磁信号に追従して回転方向運動に加え軸方向の運動をするインナーロータ型ステッピングモータ。
- ロータの永久磁石内周部と軸外周部は接着剤にて接続された請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３のインナーロータ型ステッピングモータ
- ロータの永久磁石内周部と軸外周部の間に樹脂一体成型を行い接続された請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３のインナーロータ型ステッピングモータ
- ロータの永久磁石内周部と軸外周部の間は、非磁性の円環スペーサで接続した請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３のインナーロータ型ステッピングモータ
- 円環スペーサ密度が磁石より大きい部材を使用した請求項８のスペーサ
- ロータ永久磁石端面に円板を接続した請求項１〜請求項９のいずれかのインナーロータ型ステッピングモータ
- 上記円板の材質が非磁性であることを特長とした請求項１０のスペーサ
- 上記円板においてカップ型ケースに対向する面に少なくともひとつの突起を設置したことを特長とした請求項１０または請求項１１のスペーサ
- 音階作成。ステータへの励磁信号周波数を変化させて有意な音階表現をする請求項１〜請求項１５のいずれかのステッピングモータ
- ロータ全高を著しく短くするとは、ロータ磁石全高を対向する２組のステータ長さよりわずかに長くし全高の１／２〜３／４とする請求項１〜請求項１５のいずれかのステッピングモータ
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