JP2005143207A

JP2005143207A - ステッピングモータ

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Publication number: JP2005143207A
Application number: JP2003376640A
Authority: JP
Inventors: Makoto Miyawaki; 宮脇　　誠
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-11-06
Also published as: JP4035501B2

Abstract

【課題】薄型で高トルクを発生可能とし、かつ、振動、騒音、回転むらが少なく、組立精度の高いステッピングモータを提供する。
【解決手段】円盤形状の第１のマグネット１及び第２のマグネット８と、第１のマグネットの着磁された面に対向する第１のステータ５と、第1のマグネットを挟んで第１のステータとは反対側でかつ第１のステータと平行な面にある第２のステータ６と、第１のステータ及び第２のステータを励磁する第１のコイル４と、第２のマグネットの着磁された面に対向する第３のステータ１１と、第２のマグネットを挟んで第３のステータとは反対側でかつ第３のステータと平行な面にある第４のステータ１２と、第３のステータ及び第４のステータを励磁する第２のコイル１０と、第１のマグネットと第２のマグネットを所定の間隔をおいて固定するとともに、これらを一体として回転可能に保持する出力軸３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステッピングモータに関し、特に薄型で高トルクが得られるステッピングモータに関する。

図１１は従来のステップモータの一構成例を示す縦断面図であり、図１２は図１１のステップモータのステータの磁束の状態を模式的に示す部分断面図である。図１１において、ステータコイル１０５が同心状に巻回された２個のボビン１０１が軸方向に配置され、これらボビン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、かつ各ステータヨーク１０６の内径面にはボビン１０１の内径面円周方向に沿って交互に配置されるステータ歯１０６ａ及び１０６ｂが形成されている。２組のケース１０３のそれぞれにはステータ歯１０６ａ又は１０６ｂと一体のステータヨーク１０６が固定されている。こうして励磁用の２個のステータコイル１０５のそれぞれに対応する２個のステータ１０２が構成されている。２組のケース１０３の一方にはフランジ１１５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（ロータマグネット）１１１から成り、ロータマグネット１１１は各ステータ１０２のステータヨーク１０６と放射状の空隙部を形成している。そして、ロータ軸１１０は２個の軸受け１０８の間で回転可能に支持されている。この従来の小型のステップモータでは、ロータ１０９の外周にケース１０３、ボビン１０１、ステータコイル１０５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１２に示すように主としてステータ歯１０６ａの端面１０６ａ_１とステータ歯１０６ｂの端面１０６ｂ_１とを通過するため、ロータマグネット１１１に効果的に作用せず、モータ出力が高くならないという欠点もあった。

上記欠点を解決するものとして、特許文献１に記載されているような構成のモータがある。この提案のモータは、円周方向に等分割して異なる極に交互に着磁された永久磁石からなるロータ（ロータマグネット）を円筒形状に形成し、該ロータの軸方向（モータの軸方向）に第１のコイル、ロータ及び第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のステータ及び第１の内側磁極部をロータの軸方向一方の外周面及び内周面に対向させ、第２のコイルにより励磁される第２の外側磁極部及び第２の内側磁極部をロータの軸方向他方の外周面及び内周面に対向させるように構成したものであり、ロータ軸である回転軸が円筒形状のマグネットから取り出されている。このような構成のモータとすることにより、出力が高く、モータの外形寸法を小さいものとすることができる。更に、マグネットを薄くすることにより、第１のステータと第１の内側磁極部との間の距離、並びに第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、磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができる。そのため、第１のコイル及び第２のコイルに流す電流を少なくしても多くの磁束を発生させることができる。

図１３は、上記構成のモータの縦断面図であり、同図において、２０１はマグネット、２０２は第１のコイル、２０３は第２のコイル、２０４は第１のステータ、２０４ａ，２０４ｂは第１の外側磁極部、２０４ｃ，２０４ｄは第１の内側磁極部、２０５は第２のステータ、２０５ａ，２０５ｂは第２の外側磁極部、２０５ｃ，２０５ｄは第２の内側磁極部である。２０６は出力軸であり、マグネット２０１に固着され、これと一体に回転する。この出力軸２０６は第１のステータ２０４と第２のステータ２０５の軸受部２０４ｅ，２０５ｅに回転可能に支持されている。連結リング２０７は第１のステータ２０４と第２のステータ２０５を保持する。

しかし、このような特許文献１に記載されているタイプのモータは、軸方向の長さが長くなってしまう課題を有していた。この課題を解決したものとして、つまり軸方向の長さを短くしたモータとして、例えば特許文献２や特許文献３等で提案されている図１４に示すようなものがある。このモータは、複数のコイル３０１，３０２，３０３と円盤形状のマグネット３０４で構成されるものであり、コイル３０１〜３０３は図に示すように薄型コイン形状であり、その軸はマグネット３０４の軸と平行に配置されている。マグネット３０４はその円盤の軸方向に着磁されており、該マグネット３０４の着磁面とコイル３０１〜３０３の軸は対向するように配置されている。

また、上記特許文献２や特許文献３と同様、軸方向に短いモータとして例えば特許文献４で提案されている図１６に示すようなものがある。この提案のモータは、マグネット３０５の軸方向に垂直な面が周方向に分割着磁され、該マグネット３０５を中心に両側に２つのコイル３０６，３０７が配置され、マグネット３０５とコイル３０６，３０７を軸方向上下から２つのステータ３０８，３０９で挟み込んで構成されている。これによって薄型のステッピングモータとすることができ、カメラの露光量調節装置に組み込み可能になっている。

また、複数のステータ組を積層し、複数のマグネットを１本の軸に連接することにより小径で高トルクを実現するステッピングモータとして、特許文献５がある。
特開平０９−３３１６６６号公報特開平７−２１３０４１号公報特開２０００−５０６０１号公報特開平０２−０５８０３５号公報特開２００１−２３１２４０号公報

しかしながら、上記特許文献２及び特許文献３のモータにおいては、コイル３０１〜３０３から発生する磁束は図１５中の矢印で示すように完全には有効にマグネット３０４に作用せず、またマグネット３０４が発生する回転力の中心はモータの外径からＬだけ離れた位置となるので、モータの大きさの割には発生するトルクは小さくなってしまう。

また、上記特許文献４においては、以下のような課題を有していた。第１に、１相当たりのマグネット３０５に対向しているステータ３０８，３０９の極歯は全円周の半分程度なのでマグネット３０５の持つ有効磁束も半分以下程度しか利用できず、効率的とはいえない。第２に、コイル３０６，３０７とステータ３０８，３０９の接近している部分は上下端でのみなのでコイルの外周への漏れ磁束が多く、効率的とはいえない。第３に、前述のようにマグネット３０５に対向しているステータ３０８，３０９の極歯は全円周の半分程度なのでそれぞれの励磁相について駆動力の発生する範囲も全円周の半分であり、その駆動力が回転力に変換される際、不要な横方向の力が発生しやすく、ステッピングモータとして振動、騒音、回転ムラや位置精度の悪化が懸念される。

また、上記特許文献５においては、図１１に示した一般的なステッピングモータを軸方向に複数個積層したものと考えられるが、ベースとなるユニットは軸方向の高さの薄型化を目指したものではないので、マグネットの外周面に着磁されており、高トルクを得る為には軸方向に長くする必要があり、結果として薄型化が困難な構造である。また、磁束の流れの点でもマグネットの外周面の表面とこれに対向する面にあるステータの間を通過するものであり、マグネットの磁束を十分に利用しているとは言えず、高トルクは得にくい。従って、このユニットを積層しても効率を高くしにくいという課題がある。

上記課題を解決するために、本発明は、円盤形状でその中心軸に対して垂直方向の面が周方向に分割して異なる極に交互に着磁された第１のマグネット及び第２のマグネットと、前記第１のマグネットの着磁された面に対向する第１のステータと、前記第1のマグネットを挟んで前記第１のステータとは反対側でかつ前記第１のステータと平行な面にある第２のステータと、前記第１のマグネットと略同心でかつ前記第１のステータ及び第２のステータに挟まれて配置され、前記第１のステータ及び第２のステータを励磁する第１のコイルと、前記第２のマグネットの着磁された面に対向する第３のステータと、前記第２のマグネットを挟んで前記第３のステータとは反対側でかつ前記第３のステータと平行な面にある第４のステータと、前記第２のマグネットと略同心でかつ前記第３のステータ及び第４のステータに挟まれて配置され、前記第３のステータ及び第４のステータを励磁する第２のコイルと、前記第１のマグネットと前記第２のマグネットを所定の間隔をおいて固定するとともに、これらを一体として回転可能に保持する出力軸とを有するステッピングモータとするものである。

上記構成によれば、第１のコイルへの通電により発生する磁束は、第１のステータと第２のステータの間に位置する第１のマグネットに効果的に作用し、第２のコイルへの通電により発生する磁束は、第３のステータと第４のステータの間に位置する第２のマグネットに効果的に作用するので、第１のマグネットと第２のマグネットが接合された出力軸の回転出力が高くなる。

また、請求項２に記載の発明は、第１ないし第４のステータが第１及び第２のマグネットの着磁極数Ｐの１／２の数の磁極歯を有し、各磁極歯どうしが前記第１のマグネットを挟んで正対して配置される前記第１及び第２のステータの組み合わせを第１のステータ組、各磁極歯どうしが前記第２のマグネットを挟んで正対して配置される前記第３及び第４のステータの組み合わせを第２のステータ組とすると、前記第１のステータ組と前記第２のステータ組を、磁極歯の設けられた位相を基準に周方向で３６０°／Ｐの角度だけずらして組み合わせ、かつ、前記第１のマグネットと前記第２のマグネットを、互いにその着磁位相を３６０°／２Ｐの角度だけ周方向にずらして前記出力軸にそれぞれ固定するようにしたステッピングモータとするものである。

上記構成によれば、２相のステッピングモータとして２つの励磁相に対し順次通電の方向を変えて通電位相に応じた位置へ移動するステッピングモータとして構成できる。また、２つのステータ組が接合される部分の第２のステータと第４のステータの磁極歯が周方向の距離が最も離れることになるので、２つの相の間で励磁される極の違いによる相互の磁気干渉が最小となる。従って、この励磁相の構成において最大の磁束の発生、最小の磁気抵抗となり、得られる出力が大きくなる。また、第１のコイル及び第１のマグネットは第１のステータと第２のステータの間に挟まれているので薄型に構成できる。また、第２のコイル及び第２のマグネットは第３のステータと第４のステータの間に挟まれているので薄型に構成できる。

また、請求項３に記載の発明は、第１ないし第４のステータが第１及び第２のマグネットの着磁極数Ｐの１／２の数の磁極歯をそれぞれ有し、各磁極歯どうしが前記第１のマグネットを挟んで正対して配置される前記第１及び第２のステータの組み合わせを第１のステータ組、各磁極歯どうしが前記第２のマグネットを挟んで正対して配置される前記第３及び第４のステータの組み合わせを第２のステータ組とすると、前記第１のステータ組と前記第２のステータ組を、磁極歯の設けられた位相を基準に３６０°／２Ｐの角度だけずらし、かつ、前記第１のマグネットと前記第２のマグネットを、その位相を同一にして前記出力軸にそれぞれ固定するようにした請求項１に記載のステッピングモータとするものである。

また、請求項４に記載の発明は、第１ないし第４のステータが第１及び第２のマグネットの着磁極数Ｐの１／２の数の磁極歯をそれぞれ有し、各磁極歯どうしが前記第１のマグネットを挟んで正対して配置される前記第１及び第２のステータの組み合わせを第１のステータ組、各磁極歯どうしが前記第２のマグネットを挟んで正対して配置される前記第３及び第４のステータの組み合わせを第２のステータ組とすると、前記第１のステータ組と前記第２のステータ組を、磁極歯の設けられた位相を同一に組み合わせ、かつ、前記第1のマグネットと前記第２のマグネットを、互いにその位相を３６０°／２Ｐの角度だけ周方向にずらして前記出力軸にそれぞれ固定したステッピングモータとするものである。

上記請求項３及び４の構成によれば、２相のステッピングモータとして２つの励磁相に対し順次通電の方向を変えて通電位相に応じた位置へ移動するステッピングモータとして構成できる。尚その際には２つのステータ組の位相が同一なので全く同一のステータを使用することができる他、２つのステータ組の間の精度の高い組立ができ、高精度のステッピングモータとなる。

本発明によれば、薄型で高トルクを発生可能とし、かつ、振動、騒音、回転むらが少なく、組立精度の高いステッピングモータを提供できるものである。

以下の実施例１ないし実施例４に示す通りである。

図１ないし図６は本発明の実施例１に係る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、図２は図１はステッピングモータの軸方向断面図、図３はマグネットとステータの位相関係を示す側面視の模式図である。

図１ないし図３において、１は円盤形状のマグネットであり、その中心に出力軸３と圧入などで固定する非磁性体の材料でできた圧入部１Ａと出力軸３と垂直方向の面に周方向にＰ分割（Ｐは偶数であって本実施例ではＰ＝１６）してＮ極とＳ極に交互に着磁された着磁部からなる。着磁部には１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ……という符号をつけている。前記圧入部１Ａの内周面は出力軸３に嵌め合う穴であり、その外周面は着磁部の内周と嵌め合う面と、着磁位相を決める為の半円の不図示の突起を有し、さらに出力軸３及び第２のマグネット８との接合の際、２つのマグネットの着磁位相を所定の角度とする為に接合の治具との間でマグネットの着磁位相を所定の角度とすることができる軸方向に突出する円形の突起部１Ｂを有する。ここではステッピングモータの外側に向いていて、第１のステータ５に対向する面が着磁されていることとし、着磁部１ａ，１ｃなどはＳ極に、１ｂ，１ｄなどはＮ極に着磁されており、それ以外の部分も同様である。また、着磁面の裏側には必然的に表側と反対の極が現れている。また第１のマグネットの着磁部は射出成形で形成されたプラスチックマグネットだがコンプレッション成形などで作成したマグネットを接合する方法によって製作してもよい。８は第２のマグネットであり、上記第１のマグネット１と同一部品よりなるものであるので、その詳細は省略する。

２は軸受けであり、出力軸３を滑らかに回転摺動させる為に第１のステータ５に固定され、非磁性材料の含油焼結金属などから作られている。また、スラスト受け面を有し、第１のマグネット１の圧入部とわずかな間隙により対向して出力軸３と第１のマグネット１及び第２のマグネット８の軸方向の位置を決めている。９は軸受けであり、上記軸受け２と同一部品よりなるものであるので、その詳細は省略する。

３は出力軸であり、第１のマグネット１と第２のマグネット８が圧入或いは接着などで固定され、軸受け２と軸受け９により回転可能に支持され、その回転力を出力する非磁性材料の例えばステンレスなどからなる軸である。第１のマグネット１と第２のマグネット８の接合の際、回転方向で３６０°を着磁極数の２倍で除した角度だけずらして固定される。

４は第１のコイルであり、第１のマグネット１の外側の略同心の位置に配置され、第２のステータ６に固定されている。本実施例１では空心コイルとして製作し、表面に絶縁処理をしている。なお、絶縁材料からなるボビンに導線を巻き線してあっても構わない。１０は第２のコイルであり、上記第１のコイル４と同一部品よりなるものであるので、その詳細は省略する。

５は第１のステータであり、軟磁性材料からなる円盤に回転軸に垂直な面に延出する磁極を構成する櫛歯形状の磁極歯５ａ，５ｂなどと軸受け２を支持する穴、及び後述の第２のステータ６と磁極歯の位相を合わせる為の突起部が打ち抜きプレス工程などで製作されている。また、内径側には磁極歯の先端をつないだつなぎ部があるが、これは各磁極歯の先端部の変形を防ぐ目的である。なお、上記第１のステータ５の磁極歯の数は、図３から明らかなように第１のマグネット１及び第２のマグネット８の着磁極数の１／２の数具備されている。１１は第３のステータであり、上記第１のステータ５と同一部品よりなるものであるので、その詳細は省略する。

６は第２のステータであり、軟磁性材料からなる円盤に回転軸に垂直な面に延出する磁極を構成する櫛歯形状の磁極歯６ａ，６ｂなどと出力軸３を貫通させる穴及び第１のステータ５の突起部と磁極歯の位相を合わせる為の切欠き部が打ち抜きプレス、絞り、或いは鍛造工程などで製作され、外周には立壁形状部を有し、第１のステータ５とカシメ工程などで磁極歯の位相を合わせて固定される。この立壁形状部により、第１のステータ５と第２のステータ６は磁気抵抗少なく接続される。また、内径側には磁極歯の先端をつないだつなぎ部があるが、これは各磁極歯の先端部の変形を防ぐ目的である。また、裏面には第２のステータ６と地板７と磁極歯の位相が所定の位相となるように回転方向の位置を決める突起部がある。なお、上記第２のステータ６の磁極歯の数も、図３から明らかなように、第１のマグネット１及び第２のマグネット８の着磁極数の１／２の数具備されている。１２は第４のステータであり、上記第３のステータ６と同一部品よりなるものであるので、その詳細は省略する。

７は地板であり、非磁性体材料あるいは磁気抵抗が大きくなる構造からなり、第２のステータ６と第４のステータ１２を所定の位相となるように結合する位置決め穴を有しており、ここではその位置決め穴のずれ角度は３６０°／Ｐで、２２．５°回転した位置になっている。また、第２のステータ６と第４のステータ１２の各磁極歯に密接または接着して固定され、これにより各磁極歯の変形を防いでいる。

図２の断面図において、ステッピングモータの上半分に示すように、第１のステータ５と第２のステータ６はその内側に第１のコイル４と第１のマグネット１を上下から挟み込んで、その断面は略コの字形状に組み合わされ、第１のステータ５と第２のステータ６のそれぞれの回転軸である出力軸３に垂直な面どうしの距離は所定の間隔になるように固定される。また、後述するようにそれぞれのステータの磁極歯の位相は第１のマグネット１を挟んで磁極歯どうしが正対する位置になっている。同時に第１のステータ５に固定された軸受け２により、第１のマグネット１の軸方向位置も決められているので、第１のマグネット１と第１のステータ５とのギャップ及び第１のマグネット１と第２のステータ６とのギャップも所定の間隔となっている。従って、第１のコイル４に通電するとその周囲にある第１のステータ５と第２のステータ６は励磁され、その磁極歯部にはＮ極或いはＳ極が発生する。それぞれのステータに発生する極は互いに逆である。以上によりステッピングモータの上ユニットが形成されている。

ステッピングモータの下ユニットも上ユニットと同じ部品により構成され、上ユニットとは軸方向を逆にして地板７を境界に両者が接合されている。すなわち、第２のマグネット８は出力軸３に固定され、軸受け９によって図２上、下側への位置規制となる。第３のステータ１１と第４のステータ１２により第２のコイル１０を上下に挟み込んでいる。図３に示すように上ユニットにおいて、第１のステータ５の磁極歯５ａには第２のステータ６の磁極歯６ａが、第１のステータ５の磁極歯５ｂには第２のステータ６の磁極歯６ｂが第１のマグネット１を挟んで正対している。同様に下ユニットには、第３のステータ１１の磁極歯１１ａには第４のステータ１２の磁極歯１２ａが、第３のステータ１１の磁極歯１１ｂには第４のステータ１２の磁極歯１２ｂが第２のマグネット８を挟んで正対している。さらに、上ユニットと下ユニットは第２のステータ６の磁極歯と第４のステータ１２の磁極歯が３６０°／Ｐ、すなわち２２．５°ずれるように組まれている。

図３に示すように上ユニットと下ユニットの接合の際、第２のステータ６の磁極歯と第４のステータ１２の磁極歯はＰＨｓの角度だけ回転方向にずれている。また、第１のマグネット１と第２のマグネット８の着磁角度の位相はＰＨｍだけずれている。ここで、Ｏはステータの磁極歯と磁極歯の角度ピッチであり、Ｍはマグネットの着磁幅の角度である。Ｌは３６０×２／Ｐであり、ここでは４５度である。また、Ｍは３６０／Ｐで、ここでは２２．５度である。従って、ＰＨｓはＯ／２で２２．５度で、ＰＨｍはＭ／２で１１．２５度である。

図３に示すように、第４のステータ１２の磁極歯１２ａは第２のステータ６の磁極歯６ａと６ｂの円周方向における中間に存在する。従って、２つの励磁相の距離が同じであればこの第４のステータ１２の磁極歯１２ａと第２のステータ６の磁極歯６ａ及び６ｂとの距離は最も遠いので、２つのコイルに通電するタイミングによって発生する磁極歯間の磁気干渉に対して最も影響が少ないことがわかる。これにより、この励磁相の構成において最大の磁束の発生、最小の磁気抵抗となり、得られる出力が大きくなる。

ここで、上側ユニットにおける磁気回路について、図２の断面図を参照しながら説明する。

外周にある第１のコイル４に通電するとその周囲に磁束が発生し、該磁束は第１のコイル４の周囲の第２のステータ６に導かれて出力軸３の中心に向かう。ここで櫛歯形状の磁極歯６ａ，６ｂなどが薄い第１のマグネット１に対向しているので、磁束はその反対側の第１のステータ５の櫛歯形状の磁極歯５ａ，５ｂに向けて第１のマグネットを通過する。第１のマグネット１が薄いので第１のステータ５と第２のステータ６との距離も小さく、第１のマグネット１と第２のステータ６、及び第１のマグネット１と第１のステータ５との間隔は回転体と固定体の最小限の距離であり、これも短いのでこの部分の磁気損失は小さい。第１のマグネット１を通過した磁束は第１のステータ５に導かれて第１のコイル４の周囲に到達する。各ステータは磁気抵抗少ないＳＵＹ（電磁軟鉄）などの軟磁性材料なのでこの部分の磁気損失も小さい。従って、第１のコイル４に流す電流を少なくしても多くの磁束を発生させることができるので、薄型のままで出力が高いことになる。

尚、第１のステータ５、第２のステータ６、第３のステータ１１、第４のステータ１２の内径側には磁極歯の先端をつないだつなぎ部があるが、これは各磁極歯の先端部の変形を防ぐ目的であってこの部分は第１のマグネット１及び第２のマグネット８の内周部の非磁性体で作られた圧入部１Ａ，８Ａに対向しているので、上記磁束の流れに関し漏れ磁束が発生することはない。また、軸受け２及び軸受け９も非磁性材料を用いているので漏れ磁束が発生することはない。また、出力軸３も非磁性材料のステンレスを用いているので漏れ磁束が発生することはない。

下側のユニットについても対称構造なので全く同一の機能を有するものであり、その詳細な説明については省略する。

次に、図３ないし図６を用いて、上記構成におけるステッピングモータの回転駆動について説明する。

図３は上記のようにマグネットとステータの位相関係を示す側面視の模式図であり、図４は図３の状態からコイルへの通電を切り換えてマグネットを１１．２５度回転させた状態を示す側面視の模式図、図５は図４の状態からコイルへの通電を切り換えてマグネットをさらに１１．２５度回転させた状態を示す側面視の模式図、図６は図５の状態からコイルへの通電を切り換えてマグネットを更に１１．２５度回転させた状態を示す側面視の模式図である。

図３の状態は、不図示の第１のコイル４に対して正通電することにより、第１のステータ５の磁極歯５ａ，５ｂをＮ極とし、第２のステータ６の磁極歯６ａ，６ｂをＳ極とし、同時に不図示の第２のコイル１０に対して正通電することにより、第３のステータ１１の磁極歯１１ａ，１１ｂをＳ極とし、第４のステータ１２の磁極歯１２ａ，１２ｂをＮ極とした場合を示す。このとき、第１のマグネット１の上面側がＳ極に着磁された着磁部１ａ，１ｃの中心が第１のステータ５の磁極歯５ａ，５ｂそれぞれの中心に向かう回転力が発生する（図３の矢印Ｒの方向）とともに、第２のマグネット８の下面側のＳ極に着磁された着磁部８ａ，８ｃの中心が第３のステータ１１の磁極歯１１ａ，１１ｂの中心に向かう回転力が発生し（図３の矢印Ｒの反対方向）、よって図３の状態で回転方向のバランスを保って静止する。

次に、図３の状態から第１のコイル４への正通電を維持しながら、すなわち第１のステータ５の磁極歯５ａ，５ｂをＮ極とし、第２のステータ６の磁極歯６ａ，６ｂをＳ極としながら、第２のコイル１０への通電を逆通電に切り換える。すると、第３のステータ１１の磁極歯１１ａ，１１ｂはＮ極に励磁され、第４のステータ１２の磁極歯１２ａ，１２ｂはＳ極に励磁され、第２のマグネット８は下側面のＮ極に着磁された着磁部８ｂ，８ｄが第３のステータ１１の磁極歯１１ａ、１１ｂの中心に向かう回転力が発生し、図中矢印Ｒ方向に回転を始める。そして、図４に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は、図３の状態から該第１のマグネット１及び第２のマグネット８、すなわち出力軸３が矢印Ｒ方向に１１．２５度回転した状態である。

次に、図４の状態から第２のコイル１０への逆通電を維持しながら、すなわち第３のステータ１１の磁極歯１１ａ，１１ｂをＮ極とし、第４のステータ１２の磁極歯１２ａ，１２ｂをＳ極としながら、第１のコイル４への通電を逆通電に切り換える。すると、第１のステータ５の磁極歯５ａ，５ｂはＳ極に励磁され、第２のステータ６の磁極歯６ａ，６ｂはＮ極に励磁され、第１のマグネット１は上側面のＮ極に着磁された着磁部１ｂ，１ｄが第１のステータ５の磁極歯５ａ，５ｂの中心に向かう回転力が発生し、図中矢印Ｒ方向に回転を始める。そして、図５に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は、図４の状態から該第１のマグネット１及び第２のマグネット８、すなわち出力軸３が矢印Ｒ方向に１１．２５度回転した状態である。

次に、図５の状態から第１のコイル４への逆通電を維持しながら、すなわち第１のステータ５の磁極歯５ａ，５ｂをＳ極とし、第２のステータ６の磁極歯６ａ，６ｂをＮ極としながら、第２のコイル１０への通電を正通電に切り換える。すると、第３のステータ１１の磁極歯１１ａ，１１ｂはＳ極に励磁され、第４のステータ１２の磁極歯１２ａ，１２ｂはＳ極に励磁され、第２のマグネット８は下側面のＮ極に着磁された着磁部８ｃ，８ｅが第３のステータ１１の磁極歯１１ａ，１１ｂの中心に向かう回転力が発生し、図中矢印Ｒ方向に回転を始める。そして、図６に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は、図５の状態から該第１のマグネット１及び第２のマグネット８、すなわち出力軸３が矢印Ｒ方向に１１．２５度回転した状態である。

上記のように第１のコイル４及び第２のコイル１０への通電方向を順次切り換えていくことにより、ロータである第１のマグネット１及び第２のマグネット８、すなわち出力軸３は通電位相に応じた位置へと順次回転することになる。

ここで、このようなマグネットとコイルを上下から挟み込んでさらにこれらを積層して構成した２相のステッピングモータが、小型で扁平でありながら高トルクの得られる高効率なステッピングモータとして好適な構成であることについて述べる。

第１に、円環形状の第１のマグネット１と第２のマグネット８の２つのマグネットを３６０°をそれらの着磁極数Ｐの２倍で除した角度（ＰＨｍ＝１１．２５度）だけずらして出力軸３に固定していることである。第２に、第１のマグネット１及び第２のマグネット８の回転中心である出力軸３に対して垂直方向の面が分割して異なる極に交互に着磁していることである。第３に、第１のマグネット１及び第２のマグネット８の外周面の外側（内側でも良い）に第１のコイル４及び第２のコイル１０を同軸上に配置していることである。第４に、第１のコイル４により励磁される第１のステータ５、第２のステータ６、及び第２のコイル１０により励磁される第３のステータ１１、第４のステータ１２をそれぞれ第１のマグネット１及び第２のマグネット８の軸方向と垂直な面即ち円環形状の平面に対向させていることである。第５に、第１のステータ５、第２のステータ６、第３のステータ１１、第４のステータ１２の各磁極歯を半径方向に延出する櫛歯により構成していることである。第６に、第１のステータ５と第２のステータ６、及び第３のステータ１１と第４のステータ１２のそれぞれの磁極歯は互いに正対させており、かつ、第２のステータ６と第４のステータ１２の磁極歯の位相を３６０°を着磁極数Ｐで除した角度（ＰＨｓ＝２２．５度）だけずらしてあることである。第７に、軸受け２及び軸受け９及び地板７を非磁性体材料により製作していることである。

また、上記の構造ゆえ、第１のコイル４への通電により発生する磁束は第１のステータ５と第２のステータ６との間にある第１のマグネット１を横切るので効果的に作用する。また、第２のコイル１０への通電により発生する磁束は第３のステータ１１と第４のステータ１２との間にある第２のマグネット８を横切るので効果的に作用する。また、第１のステータ５、第２のステータ６、第３のステータ１１、第４のステータ１２は全て半径方向に延出する櫛歯形状により構成されるため、軸方向へ延出して構成されるものに比べて軸方向に関する寸法は小さく構成できる。また、マグネットとコイルが概略同じ高さの空間に配置されているので、マグネットとコイルを軸方向に重ねる方式に比べて軸方向に関する寸法は小さく構成できる。

また、２つの励磁相の接合している面にあるステータの磁極歯が最も離れている（例えば磁極歯６ａと６ｂの中間に磁極歯１２ａを配置する構成）ので磁極歯間の干渉が少なく、最大の磁束の発生、最小の磁気抵抗となり、得られる出力が大きくなる。また、第１のコイル４と第２のコイル１０の２つのコイルによる２相ステッピングモータなので制御が容易で駆動用の電気回路を単純化できる。また、各ステータは全円周に渡って均等なピッチで磁極歯を備えているのでマグネットと対向する面積も大きくすることができ、マグネットの磁束が最大限に利用可能である。また、マグネット、ステータの近傍にある軸受けや板が全て非磁性体材料でできているので、マグネット、ステータの間の磁気回路からの漏れ磁束が少なく効率の低下がない。また、１つの励磁相について１組のステータを有し、その磁極歯はマグネットを上下方向から挟んで全円周に配置され、駆動力が発生する位置（マグネットと磁極歯が対向している位置）も全周に渡っているので駆動力が回転トルクに変換される際に不要な横方向の力が発生しにくく、ステッピングモータとして振動、騒音、回転ムラが起きにくい。これにより、停止位置精度の良いステッピングモータとなる。

さらに、本実施例１ではマグネットとステータとコイルという電磁駆動装置の最小限の要素に出力軸と軸受けとスペーサー（地板７）を追加した構成なので部品点数が少なく、かつ、それぞれが単純で製作しやすい平板形状なので製作コストが安い。更に、さらなる高トルクを得る為に２相のステッピングモータをさらに軸方向に積層する方法においても、ベースとなるユニットとして効率の高い本実施例の構成を採用することにより効率の高いまま、高トルクを得ることができるのは容易に考えられる。

図７は本発明の実施例２に係わるステッピングモータのマグネットとステータの位相関係を示す側面視の模式図である。

本発明の実施例２に係わるステッピングモータは、上記実施例１のステッピングモータとは、第１ステータ２２と第２ステータ２３の組と第３のステータ２６と第４のステータ２７の組において、２つの組の間の磁極歯の位相を３６０°を着磁極数Ｐ（＝１６）の２倍で除した角度ＰＨｓだけずらし、かつ、第１のマグネット２１と第２のマグネット２５を出力軸に接合する際の着磁部の位相を同一にした点が異なる。従って、この位相以外の部分は全て共通なのでその構成及び動作の説明については省略する。

図７に示すように、上ユニットと下ユニットの接合の際、第２のステータ２３の磁極歯２３ａ，２３ｂ……と第４のステータ２７の磁極歯２７ａ，２７ｂ……はＰＨｓの角度だけ回転方向にずれている。また、第１のマグネット２１と第２のマグネット２５の着磁角度の位相は同一にしてある。ここで、Ｏはステータの磁極歯と磁極歯の角度ピッチであり、Ｍはマグネットの着磁幅の角度である。Ｏは実施例１と同様、３６０×２／Ｐであり、ここでは４５度である。また、Ｍは３６０／Ｐで、ここでは２２．５度である。従って、ＰＨｓはＯ／４で、１１．２５度である。なお、２４は地板である。

本実施例２のように、２つのマグネットを同じ位相で１本の出力軸３に接合するので、軸と各々のマグネットの位置決めの部分が容易に構成でき、製造上も不良が発生しにくいという利点がある。詳しくは、例えばマグネットの着磁位相は圧入部の外周にある半円形突起により決定する。そして圧入部の軸と垂直面にある円径の突起を位置決めとして接合治具にセットする。その際、第１のマグネット２１と第２のマグネット２５のそれぞれの圧入部の突起を接合治具の同一の溝に合わせてセットし、その後、出力軸３を圧入部の穴に挿入して接合する。すなわち、同一の溝に圧入部の円形の突起をセットするので、２つのマグネット２１，２５は精度が高く同一の着磁位相として出力軸３に接合することができる。

上記のようなマグネットとコイルを図２と同様に上下から挟み込んでさらにこれらを積層して構成した２相のステッピングモータが、小型で扁平でありながら高トルクの得られる高効率なステッピングモータとして好適な構成であることについて述べる。

第１に、円環形状の第１のマグネット２１と第２のマグネット２５の２つのマグネットを同一の着磁位相で出力軸３に固定していることである。第２に、第１のマグネット２１及び第２のマグネット２５の回転中心である出力軸３に対して垂直方向の面が分割して異なる極に交互に着磁していることである。第３に、第１のマグネット２１及び第２のマグネット２５の外周面の外側に不図示の第１のコイル及び不図示の第２のコイルを同軸上に配置していることである。第４に、不図示の第１のコイルにより励磁される第１のステータ２２、第２のステータ２３及び不図示の第２のコイルにより励磁される第３のステータ２６、第４のステータ２７をそれぞれ第１のマグネット２１及び第２のマグネット２５の軸方向と垂直な面即ち円環形状の平面に対向させていることである。第５に、第１のステータ２２、第２のステータ２３、第３のステータ２６、第４のステータ２７の各磁極歯を半径方向に延出する櫛歯により構成していることである。第６に、第１のステータ２２と第２のステータ２３、及び第３のステータ２６と第４のステータ２７のそれぞれの磁極歯は互いに正対させており、かつ、第２のステータ２３と第４のステータ２７の磁極歯の位相を、３６０°を第１及び第２のマグネット２１，２５の着磁極数の２倍で除した角度だけずらして組んであることである。

また、上記の構造ゆえ、２つのマグネットの着磁位相を完全に一致させることができ、この接合ずれによる回転位置精度の低下を防ぐことができる。不図示の第１のコイルへの通電により発生する磁束は第１のステータ２２と第２のステータ２３との間にある第１のマグネット２１を横切るので効果的に作用する。また、不図示の第２のコイルへの通電により発生する磁束は第３のステータ２７と第４のステータ２６との間にある第２のマグネット２５を横切るので効果的に作用する。また、第１のステータ２２、第２のステータ２３、第３のステータ２６、第４のステータ２７は全て半径方向に延出する櫛歯形状により構成されるため、軸方向へ延出して構成されるものに比べて軸方向に関する寸法は小さく構成できる。また、不図示の第１のコイルと不図示の第２のコイルの２つのコイルによる２相ステッピングモータなので制御が容易で駆動用の電気回路を単純化できる。

さらに、各ステータは全円周に渡って均等なピッチで磁極歯を備えているのでマグネットと対向する面積も大きくすることができ、該マグネットの磁束が最大限に利用可能である。更に、１つの励磁相について１組のステータを有し、その磁極歯はマグネットを上下方向から挟んで全円周に配置され、駆動力が発生する位置（マグネットと磁極歯が対向している位置）も全周に渡っているので駆動力が回転トルクに変換される際に不要な横方向の力が発生しにくく、ステッピングモータとして振動、騒音、回転ムラが起きにくい。これにより、停止位置精度の良いステッピングモータとなる。

図８は本発明の実施例３に係わるステッピングモータの構成要素であるマグネットとステータの位相関係を示す側面視の模式図である。

本発明の実施例３に係わるステッピングモータは、上記実施例１のステッピングモータとは、第１ステータ３２と第２ステータ３３の組と第３のステータ３６と第４のステータ３７の組において、２つの組の間の磁極歯の位相を同一にして、かつ第１のマグネット３１と第２のマグネット３５を出力軸３に接合する際の着磁部の位相を３６０°を着磁極数Ｐ（＝１６）の２倍で除した角度ＰＨｍだけずらした点が異なる。従って、この位相以外の部分は全て共通なのでその構成及び動作の説明については省略する。

図８に示すように、上ユニットと下ユニットの接合の際、第２のステータ３３の磁極歯３３ａ，３３ｂ……と第４のステータ３７の磁極歯３７ａ，３７ｂ……は同一位相になっている。また、第１のマグネット３１と第２のマグネット３５の着磁角度の位相は３６０°を着磁極数の２倍で除した角度だけずらしてある。ここで、Ｏはステータの磁極歯と磁極歯の角度ピッチであり、Ｍはマグネットの着磁幅の角度である。Ｏは実施例１と同様３６０×２／Ｐであり、ここでは４５度である。また、Ｍは３６０／Ｐで、ここでは２２．５度である。従って、ＰＨｍはＯ／４で、１１．２５度である。

上記のようなマグネットとコイルを上下から図２と同様に挟み込んでさらにこれらを積層して構成した２相のステッピングモータが、小型で扁平でありながら高トルクの得られる高効率なステッピングモータとして好適な構成であることについて述べる。

第１に、円環形状の第１のマグネット３１と第２のマグネット３５の２つのマグネットを、３６０度をそれらの着磁極数の２倍で除した角度だけ位相をずらして出力軸に固定していることである。第２に、第１のマグネット３１及び第２のマグネッ３５の回転中心である軸に対して垂直方向の面が分割して異なる極に交互に着磁していることである。第３に、第１のマグネット３１及び第２のマグネット３５の外周面の外側に不図示の第１のコイル及び不図示の第２のコイルを同軸上に配置していることである。第４に、不図示の第１のコイルにより励磁される第１のステータ３２、第２のステータ３３及び不図示の第２のコイルにより励磁される第３のステータ３６、第４のステータ３７をそれぞれ第１のマグネット３１及び第２のマグネット３５の軸方向と垂直な面即ち円環形状の平面に対向させていることである。第５に、第１のステータ３２、第２のステータ３３、第３のステータ３６、第４のステータ３７の各磁極歯を半径方向に延出する櫛歯により構成していることであり、第６に、第１のステータ３２と第２のステータ３３、及び第３のステータ３６と第４のステータ３７のそれぞれの磁極歯は互いに正対させており、かつ、第２のステータ３３と第４のステータ３７の磁極歯の位相を同一としていることである。

上記第２のステータ３３と第４のステータ３７の位相を同一に組み合わせることにより、これらステータの製造上、全く同一のプレス型が使用できるという利点がある。例えばステータの磁極歯の裏側に互いに嵌め合い可能な位置決め突起をプレス加工することができ、この突起を地板３４に設けた同一の穴に挿入することで磁極歯の位相は完全に同一に上下のステータ組を組み合わせることができる。

また、上記の構造ゆえ、不図示の第１のコイルへの通電により発生する磁束は第１のステータ３２と第２のステータ３３との間にある第１のマグネット３１を横切るので効果的に作用する。また、第２のコイルへの通電により発生する磁束は第３のステータ３６と第４のステータ３７との間にある第２のマグネット３５を横切るので効果的に作用する。また、第１のステータ３２、第２のステータ３３、第３のステータ３６、第４のステータ３７は全て半径方向に延出する櫛歯形状により構成されるため、軸方向へ延出して構成されるものに比べて軸方向に関する寸法は小さく構成できる。

さらに、不図示の第１のコイルと不図示の第２のコイルの２つのコイルによる２相ステッピングモータなので制御が容易で、駆動用の電気回路が単純化できる。更に、各ステータは全円周に渡って均等なピッチで磁極歯を備えているのでマグネットと対向する面積も大きくすることができ、該マグネットの磁束が最大限に利用可能である。また、１つの励磁相について１組のステータを有し、その磁極歯はマグネットを上下方向から挟んで全円周に配置され、駆動力が発生する位置（マグネットと磁極歯が対向している位置）も全周に渡っているので駆動力が回転トルクに変換される際に不要な横方向の力が発生しにくく、ステッピングモータとして振動、騒音、回転ムラが起きにくい。これにより、停止位置精度の良いステッピングモータとなる。

図９及び図１０は本発明の実施例４に係わるステッピングモータを示す図であり、上記実施例１で説明したステッピングモータのコイルの配置が異なる他の例を示すもので、図９はコイルの配置の異なる構成のステッピングモータの分解斜視図、図１０はその軸方向断面図である。なお、動作の説明は実施例１と同様なので省略する。

図９及び図１０において、５１は円盤形状のマグネットであり、上記実施例１及び２と同様に、その中心軸と垂直方向の面に周方向にＰ分割（Ｐは偶数であって本実施例４ではＰ＝１６）してＮ極とＳ極に交互に着磁された着磁部からなる。また、着磁面の裏側には必然的に表側と反対の極が現れている。その外周には着磁位相を決める突起がある。また、第１のマグネット５１は射出成形で形成されたプラスチックマグネットだがコンプレッション成形などで作成したマグネットでもよく、その際は割れやすい為に圧入部は別部品で組み立てることが望ましい。５８は第２のマグネットであり、第１のマグネット５１と同一部品を用いているので、その詳細は省略する。

５２は軸受けであり、後述のロータ５３の出力軸５３ａを滑らかに回転摺動させる為に第２のステータ５６に固定され、例えば非磁性材料の含油焼結金属などから作られている。また、スラスト受け面を有し、後述のロータ５３の円盤部５３ｂとわずかな間隙により対向して該ロータ５３の軸方向位置を決めている。５９は軸受けであり、軸受け５２と同一部品を用いているので、その詳細は省略する。５３は出力軸５３ａと円盤部５３ｂよりなるロータであり、第１のマグネット５１と第２のマグネット５８をその外輪部の上下にある切欠き部により着磁位相を決め、圧入或いは接着などで固定され、軸受け５２と軸受け５９により回転可能に支持され、その回転力を出力するステンレス材料などからなる。５４は第１のコイル＆ボビンであり、第１のマグネット５１の内側の略同心の位置に配置され、第２のステータ５６に固定されている。その外径は第１のマグネット５１の内径より小さく、ロータ５３の回転の際に干渉しない程度の隙間を有している。本実施例４では絶縁材料からなるボビンに導線を巻き線してある。６０は第２のコイル＆ボビンであり、第１のコイル＆ボビン５４と同一部品を用いているので、その詳細は省略する。

５５は第１のステータであり、軟磁性材料からなる円盤に出力軸５３ａに垂直な面に延出する磁極を構成する櫛歯形状と軸受け５２を支持する穴が打ち抜きプレス工程などで製作されている。６１は第３のステータであり、第１のステータ５５と同一部品を用いているので、その詳細は省略する。５６は第２のステータであり、軟磁性材料からなる円盤に出力軸５３ａに垂直な面に延出する磁極を構成する櫛歯形状と出力軸を貫通させる穴及び第２のステータ５６との回転方向を決める回転止めの切欠きとケース５７の位相を決める為の突起を打ち抜きプレス工程などで製作され、内周には絞り工程などで製作した立壁円筒形状部を有し、その先端には回転方向の位相決めの突起があり、第１のステータ５５と磁極歯の位相を合わせて固定される。この立壁円筒形状部により、第１のステータ５５と第２のステータ５６は磁気抵抗少なく接続される。６２は第４のステータであり、第２のステータ５６と同一部品を用いているので、その詳細は省略する。

５７はケースであり、非磁性体材料あるいは磁気抵抗が大きくなる構造からなり、その両端には第２のステータ５６と第４のステータ６２を所定の位相となるように結合する位相決めとなる切欠き部を有している。

図１０の断面図において、ステッピングモータの上半分に示すように第１のステータ５５と第２のステータ５６はその内側の内周部に第１のコイル＆ボビン５４と第１のマグネット５１を上下から挟み込んで、その断面は略コの字形状に組み合わされ、第１のステータ５５と第２のステータ５６のそれぞれの出力軸５３に垂直な面どうしの距離は所定の間隔になるように固定される。また、それぞれのステータの磁極歯の位相は第１のマグネット５１を挟んで磁極歯どうしが正対する位置になっている。同時に第１のステータ５５に固定された軸受け５２により、第１のマグネット１の軸方向位置も決められているので第１のマグネット１と第１のステータ５とのギャップ及び第１のマグネット１と第２のステータ６とのギャップも所定の間隔となっている。従って、第１のコイル＆ボビン５４に通電するとその周囲にある第１のステータ５５と第２のステータ５６は励磁され、その磁極歯部にはＮ極或いはＳ極が発生する。それぞれのステータに発生する極は互いに逆である。

次に、ロータ５３の円盤部５３ｂを挟んで反対側には、図１０に示したようにステッピングモータの上側と線対称の配置がなされ、すなわち、第２のマグネット５８と第２のコイル＆ボビン６０を上下から挟み込む第３のステータ６１と第４のステータ６２が軸受け５９と同心に配置され、ケース５７に固定されている。詳細な説明は省略する。

ここで、上側ユニットにおける磁気回路について、図１０の断面図を参照しながら説明する。

内周にある第１のコイル５４に通電するとその周囲に磁束が発生し、該第１のコイル５４の周囲の第２のステータ５６に導かれて外周側に向かう。ここで第２のステータ５６の不図示の櫛歯形状の磁極歯が薄い第１のマグネット５１に対向し、その反対側の第１のステータ５５の不図示の櫛歯形状の磁極歯に向けて第１のマグネット５１を通過する。第１のマグネット５１は薄いので第１のステータ５５と第２のステータ５６との距離も小さく、第１のマグネット５１と第２のステータ５６、及び第１のマグネット５１と第１のステータ５５との間隔は回転体と固定体の最小限の距離であり、これも短いのでこの部分の磁気損失は小さい。第１のマグネット５１を通過した磁束は第１のステータ５５に導かれて第１のコイル５４の周囲に到達する。第１のステータ５５と第２のステータ５６は内周部の円筒形上部で接続されているので磁気回路は閉じており、漏れ磁束が発生することもない。また、ロータ５３は非磁性体材料なのでこれによる漏れ磁束もない。各ステータは磁気抵抗少ないＳＵＹなどの軟磁性材料なのでこの部分の磁気損失も小さい。従って、コイルに流す電流を少なくしても多くの磁束を発生させることができるので薄型のままで出力が高いことになる。下側のユニットについても対称構造なので全く同一の機能があるので説明を省略する。

次に、本実施例４において、具体的な組立順の一例を示す。
１）軸受け５２に第２のステータ５６、第１のコイル＆ボビン５４の順に挿入、固定する。
２）上記ユニットをロータ５３の上側から挿入する。ロータ５３とは回転可能である。
３）ロータ５３の外輪部上側に第１のマグネット５１を固定する。
４）第１のステータ５５を第２のステータ５６及び軸受け５２と固定する。
５）ケース５７を第１のステータ５５と固定する。

上記１）〜５）において、軸受け５２、第１及び第２のステータ５５，５６、第１のコイル＆ボビン５４、ケース５７は一体となっており、ロータ５３及び第１のマグネット５１とは相互に回転可能、かつ、軸方向にもそれぞれのステータとマグネットの所定のギャップの分だけ可動である。
６）軸受け５９に第４のステータ６２、第２のコイル＆ボビン６０の順に挿入し、固定する。
７）上記ユニットをロータ５３の下側から挿入する。ロータ５３とは回転可能である。
８）ロータ５３の外輪部下側に第２のマグネット５８を固定する。
９）第３のステータ６１を第４のステータ６２及び軸受け５９及びケース５７と固定する。

上記６）から９）によりケース５７に軸受け５９、第３及び第４のステータ６１，６２、第２のコイル＆ボビン６０、ケース５７が一体となって固定されており、結果として、１）から９）によってケース５７に固定された各ステータに対し、ロータ５３に固定された第１及び第２のマグネット５１，５８はそれぞれ所定のギャップを有しながら回転可能に組み合わされている。

次に、各ステータの磁極歯の位相に関して説明する。

第１のステータ５５と第２のステータ５６の極歯の位相は同一であり、第３のステータ６１と第４のステータ６２の磁極歯の位相も同一である。ここでは上記実施例１〜３と同様に２つのステータ組と二つのマグネットの間に組み合わせがあり、実施例１〜３と同様それぞれのメリットがある。従って、その詳細な説明は省略する。

次に、本実施例４が薄型でありながら高トルクが発生する高効率ステッピングモータである理由について説明すると、本実施例４においてはマグネットをステッピングモータの最外径側に配置しているので、直径が大きいマグネットとすることができる。よって、同じ電磁力の発生によってもマグネットを内径側に配置した場合に比べてより大きいトルクが得られる。また、コイルを内径側に配置したので外形側に配置した場合に比べて導線の直径及び巻線のターン数が同じの場合、導線の長さが短いので総抵抗値は小さくなる。すなわち、同じ抵抗値であればより細い導線を使用することができ、コイルにはより多くのターン数が得られ、結果としてより大きい磁束の発生が可能となり、高トルクのステッピングモータとすることができる。

ここで、上記のようなマグネットとコイルを上下から挟み込んでさらにこれらを積層して構成した２相のステッピングモータが小型で扁平でありながら高トルクの得られる高効率なステッピングモータとして好適な構成であることについて述べる。

第１に、円環形状の第１のマグネット５１と第２のマグネット５８の２つのマグネットを、３６０度をそれらの着磁極数の２倍で除した角度だけ位相をずらしてロータ５３に固定していることである。第２に、第１のマグネット５１及び第２のマグネット５８の回転中心である軸に対して垂直方向の面が分割して異なる極に交互に着磁していることである。第３に、第１のマグネット５１及び第２のマグネット５８の内周面の内側（外周面の外側でも良い）に第１のコイルを同軸上に配置していることである。第４に、第１のコイルにより励磁される第１のステータ５５、第２のステータ５６、第３のステータ６１、第４のステータ６２をそれぞれ第１のマグネット５１及び第２のマグネット５８の軸方向と垂直な面即ち円環形状の平面に対向させていることである。第５に、第１のステータ５５、第２のステータ５６、第３のステータ６１、第４のステータ６２の各磁極歯を半径方向に延出する櫛歯により構成していることである。第６に、第１のステータ５５と第２のステータ５６、及び第３のステータ６１と第４のステータ６２のそれぞれの磁極歯は互いに正対させており、かつ、第２のステータ５６と第４のステータ６２のそれぞれの磁極歯の位相を同一にしてあることである。

また、上記の構造ゆえ、第１のコイル＆ボビンへの通電により発生する磁束は第１のステータ５５と第２のステータ５６との間にある第１のマグネット５１を横切るので効果的に作用する。また、第２のコイル＆ボビンへの通電により発生する磁束は第３のステータ６１と第４のステータ６２との間にある第２のマグネット５８を横切るので効果的に作用する。また、第１のステータ５５、第２のステータ５６、第３のステータ６１、第４のステータ６２は全て半径方向に延出する櫛歯形状により構成されるため、軸方向へ延出して構成されるものに比べて軸方向に関する寸法は小さく構成できる。

さらに、本実施例４では第１のマグネット５１は外径側に、第１のコイル＆ボビンを第１のマグネット５１の内周側に配置したので、直径の大きい第１のマグネット５１に発生するトルクはより大きくなり、直径の小さい第１のコイル＆ボビンはよりターン数の大きい巻線を行うことができるので総合してより高トルクを得ることができる。

以上の実施例１ないし実施例４の構成のステッピングモータとすることにより、該ステッピングモータを薄型に構成することができると共に高トルクを発生可能とし、かつ、組立性が良く、安価で製造できるようにすることである。さらに、高トルクだけでなく振動、騒音、回転ムラが少なく、停止位置精度の良い高機能のステッピングモータとすることができる。

本発明のステッピングモータは、薄型で高トルクを発生可能とするとともに、振動、騒音、回転むらが少なく、組立精度の高いといった効果を有し、光量調節装置やカメラ等の駆動源として有用である。

本発明の実施例１に係わるステッピングモータの分解斜視図である。図１のステッピングモータの軸方向の断面図である。図１のステッピングモータのマグネットとステータの位相関係を示す側面視の模式図である。図３の状態からコイルへの通電を切り換えてマグネットを１１．２５度回転させた状態を示す側面視の模式図である。図４の状態からコイルへの通電を切り換えてマグネットを１１．２５度回転させた状態を示す側面視の模式図である。図５の状態からコイルへの通電を切り換えてマグネットを１１．２５度回転させた状態を示す側面視の模式図である。本発明の実施例２に係わるステッピングモータのマグネットとステータの位相関係を示す側面視の模式図である。本発明の実施例３に係わるステッピングモータのマグネットとステータの位相関係を示す側面視の模式図である。本発明の実施例４に係わるステッピングモータの分解斜視図である。図９のステッピングモータの軸方向の断面図である。従来のステッピングモータの軸方向の断面図である。図１１のステッピングモータのステータの磁束の状態を模式的に示す部分断面図である。従来の中実円筒形状のステッピングモータの他の構造例を示す模式的断面図である。従来の薄型コイン形状のモータの構成図である。図１４に示すモータの磁束の様子を示す断面図である。従来の薄型露光調整装置を示す斜視図である。

符号の説明

１第１のマグネット
２軸受け
３出力軸
４第１のコイル
５第１のステータ
６第２のステータ
７，２４地板
８第２のマグネット
９軸受け
１０第２のコイル
１１第３のステータ
１２第４のステータ
５１第１のマグネット
５２軸受け
５３ロータ
５４第１のコイル
５５第１のステータ
５６第２のステータ
５７ケース
５８第２のマグネット
５９軸受け
６０第２のコイル
６１第３のステータ
６２第４のステータ

Claims

円盤形状でその中心軸に対して垂直方向の面が周方向に分割して異なる極に交互に着磁された第１のマグネット及び第２のマグネットと、前記第１のマグネットの着磁された面に対向する第１のステータと、前記第1のマグネットを挟んで前記第１のステータとは反対側でかつ前記第１のステータと平行な面にある第２のステータと、前記第１のマグネットと略同心でかつ前記第１のステータ及び第２のステータに挟まれて配置され、前記第１のステータ及び第２のステータを励磁する第１のコイルと、前記第２のマグネットの着磁された面に対向する第３のステータと、前記第２のマグネットを挟んで前記第３のステータとは反対側でかつ前記第３のステータと平行な面にある第４のステータと、前記第２のマグネットと略同心でかつ前記第３のステータ及び第４のステータに挟まれて配置され、前記第３のステータ及び第４のステータを励磁する第２のコイルと、前記第１のマグネットと前記第２のマグネットを所定の間隔をおいて固定するとともに、これらを一体として回転可能に保持する出力軸とを有するステッピングモータ。
前記第１ないし第４のステータは、前記第１及び第２のマグネットの着磁極数Ｐの１／２の数の磁極歯をそれぞれ有し、
各磁極歯どうしが前記第１のマグネットを挟んで正対して配置される前記第１及び第２のステータの組み合わせを第１のステータ組、各磁極歯どうしが前記第２のマグネットを挟んで正対して配置される前記第３及び第４のステータの組み合わせを第２のステータ組とすると、前記第１のステータ組と前記第２のステータ組を、磁極歯の設けられた位相を基準に周方向で３６０°／Ｐの角度だけずらして組み合わせ、かつ、前記第１のマグネットと前記第２のマグネットを、互いにその着磁位相を３６０°／２Ｐの角度だけ周方向にずらして前記出力軸にそれぞれ固定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。
前記第１ないし第４のステータは、前記第１及び第２のマグネットの着磁極数Ｐの１／２の数の磁極歯をそれぞれ有し、
各磁極歯どうしが前記第１のマグネットを挟んで正対して配置される前記第１及び第２のステータの組み合わせを第１のステータ組、各磁極歯どうしが前記第２のマグネットを挟んで正対して配置される前記第３及び第４のステータの組み合わせを第２のステータ組とすると、前記第１のステータ組と前記第２のステータ組を、磁極歯の設けられた位相を基準に３６０°／２Ｐの角度だけずらし、かつ、前記第１のマグネットと前記第２のマグネットを、その位相を同一にして前記出力軸にそれぞれ固定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。
前記第１ないし第４のステータは、前記第１及び第２のマグネットの着磁極数Ｐの１／２の数の磁極歯をそれぞれ有し、
各磁極歯どうしが前記第１のマグネットを挟んで正対して配置される前記第１及び第２のステータの組み合わせを第１のステータ組、各磁極歯どうしが前記第２のマグネットを挟んで正対して配置される前記第３及び第４のステータの組み合わせを第２のステータ組とすると、前記第１のステータ組と前記第２のステータ組を、磁極歯の設けられた位相を同一に組み合わせ、かつ、前記第１のマグネットと前記第２のマグネットを、互いにその位相を３６０°／２Ｐの角度だけ周方向にずらして前記出力軸にそれぞれ固定したことを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。