JP2005210806A - Motor - Google Patents
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Description
本発明は、小型のステッピングモータ等のモータに関するものである。 The present invention relates to a motor such as a small stepping motor.
図5及び図6に、従来のモータの一例を示す。従来のモータは、ラジアル方向にn極の磁極に着磁されて後述の内ヨーク24,25に回転自在に支持されている出力軸を有する円筒形状のマグネット21、該マグネット21を挟んでスラスト方向に対向配置される軟磁性材からなるステータヨークであるところの外ヨーク22,23、前記マグネット21を回転自在に支持する軟磁性材からなるステータヨークであるところの内ヨーク24,15、該内ヨーク24,25及び外ヨーク22,23を励磁するコイル26,27、該コイル26,27を支持するコイルボビン28,29、前記外ヨーク22,23を支持するモータカバー30、及び、前記内ヨーク24,25の内径に嵌合される軸受31,32より構成される。
5 and 6 show an example of a conventional motor. The conventional motor is a
上記図5及び図6や、特許文献1等に記載されているように、従来のモータは、円筒形状のマグネットと内径側(空壁)ギャップをへだてて対向する磁極を設けた内ヨークや外ヨークを有している。
しかしながら、上記図5及び図6や特許文献1に開示の従来例には、以下のような課題を有していた。
1)マグネットの外側と内側にギャップを有しているため、ギャップの為のスペースが小径化の障害となる。
2)内ヨークの磁極は、マグネットと外径側にギャップをへだてて対向する磁極を設けた外ヨークに比べて内径側に設けられているために対向面積が小さくなり、磁気飽和を起こしやすい。
3)マグネットの外径と内径の両側ラジアル方向でギャップを有しているため、ギャップの管理が難しい。
4)マグネットの内径側に付着する磁紛等のゴミを除去するのが困難なために、内ヨークと擦れてしまう。
However, the conventional examples disclosed in FIGS. 5 and 6 and Patent Document 1 have the following problems.
1) Since there is a gap on the outside and inside of the magnet, the space for the gap becomes an obstacle to reducing the diameter.
2) Since the magnetic pole of the inner yoke is provided on the inner diameter side as compared with the outer yoke provided with a magnetic pole facing the magnet on the outer diameter side, the facing area is reduced and magnetic saturation is likely to occur.
3) Since there is a gap in the radial direction on both sides of the outer diameter and inner diameter of the magnet, it is difficult to manage the gap.
4) Since it is difficult to remove dust such as magnetic particles adhering to the inner diameter side of the magnet, it rubs against the inner yoke.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、回転可能な円筒形状のマグネットと、該マグネットの外径側ラジアル方向にギャップをへだてて対向する磁極を有する外ヨークと、前記マグネットの内径側ラジアル方向に対向する磁極を有して前記外ヨークとともに磁気回路を構成する内ヨークと、該内ヨークの周囲に巻き回され、前記外ヨークと前記内ヨークを励磁するコイルとを有するモータにおいて、前記内ヨークを、前記コイルが巻き回されるステータ部と、前記マグネットの内径側ラジアル方向に対向する磁極を有して前記マグネットと一体で回転するロータ部で構成したモータとするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 includes a rotatable cylindrical magnet, an outer yoke having a magnetic pole facing the gap in the radial direction of the outer diameter side of the magnet, and the magnet. An inner yoke that has a magnetic pole facing in the radial direction of the inner diameter side and forms a magnetic circuit together with the outer yoke, and a coil that is wound around the inner yoke and that excites the outer yoke and the inner yoke In the motor, the inner yoke is a motor constituted by a stator portion around which the coil is wound and a rotor portion that has a magnetic pole facing the inner diameter side radial direction of the magnet and rotates integrally with the magnet. It is.
上記構成においては、内ヨークのロータ部に対するマグネットとのラジアル方向のギャップを最小(密着した状態を含む)にしてモータの小径化を可能にするとともに、マグネットと内ヨーク間にゴミ付着を防止可能にし、又内ヨークのロータ部がマグネットのバックヨークとして作用する。 In the above configuration, the radial gap between the inner yoke rotor and the magnet can be minimized (including the close contact state) to reduce the diameter of the motor and prevent dust from adhering between the magnet and the inner yoke. Further, the rotor portion of the inner yoke functions as a magnet back yoke.
また、請求項2に記載の発明は、内ヨークのステータ部とロータ部の、スラスト方向にギャップを有した請求項1に記載のモータとするものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the motor according to the first aspect, wherein a gap is provided in the thrust direction between the stator portion and the rotor portion of the inner yoke.
上記構成においては、従来有していたマグネットの内径側ラジアル方向のギャップを、内ヨークのステータ部とロータ部のスラストギャップに置き換え、ラジアル方向のスペース効率を向上させている。 In the above configuration, the radial gap in the radial direction of the inner yoke is replaced with the thrust gap between the stator portion of the inner yoke and the rotor portion, thereby improving the space efficiency in the radial direction.
また、請求項3に記載の発明は、内ヨークのステータ部とロータ部の、ラジアル方向にギャップを有した請求項1又は2に記載のモータとするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the motor according to the first or second aspect, wherein a gap is provided in the radial direction between the stator portion and the rotor portion of the inner yoke.
上記構成においては、従来あったマグネットの内径側ラジアル方向のギャップを、内ヨークのステータ部とロータ部のラジアルギャップに置き換え、ギャップの管理を容易にし、該ギャップの精度を向上させている。 In the above configuration, the conventional radial gap in the inner diameter side of the magnet is replaced with a radial gap between the stator portion and the rotor portion of the inner yoke, facilitating the management of the gap, and improving the accuracy of the gap.
また、請求項4に記載の発明は、内ヨークのステータ部に、マグネットを回転自在に支持する軸受機能を付加した請求項1ないし3のいずれかに記載のモータとするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the motor according to any one of the first to third aspects, wherein a bearing function for rotatably supporting a magnet is added to the stator portion of the inner yoke.
上記構成においては、内ヨークが軸受機能を有し、ロータマグネットを回転自在に支持するように作用する。 In the above configuration, the inner yoke has a bearing function and acts to support the rotor magnet rotatably.
また、請求項5に記載の発明は、内ヨークのステータ部を、鉄系の含油磁性材料により構成し、前記軸受が含油軸受として機能するようにした請求項4に記載のモータとするものである。
The invention according to
上記構成においては、内ヨークである鉄系の含油軸受の潤滑油がロータマグネットを回転自在に滑らかに支持し続けるように作用する。 In the above configuration, the lubricating oil of the iron-based oil-impregnated bearing which is the inner yoke acts so as to continue to support the rotor magnet smoothly and freely.
また、請求項6に記載の発明は、内ヨークのロータ部を、単極とした請求項1ないし5のいずれかに記載のモータとするものである。
The invention according to
上記構成においては、マグネットと内ヨークの磁極の対向面積を増やすことが可能となり、磁気飽和を改善するように作用する。 In the above configuration, it is possible to increase the opposing area between the magnet and the magnetic poles of the inner yoke, which acts to improve magnetic saturation.
また、請求項7に記載の発明は、外ヨークと内ヨーク及びコイルをそれぞれ2個づつ具備し、マグネットを挟んでスラスト方向に対向してそれぞれ配置した請求項1ないし6のいずれかに記載のモータとするものである。
The invention according to
上記構成においては、スラスト方向に対向配置されたヨークが磁気的バランスを保つように作用し、コイルがそれぞれ独立にあるいは共同してマグネットを回転駆動するように作用する。 In the above configuration, the yokes opposed to each other in the thrust direction act so as to maintain the magnetic balance, and the coils act independently or jointly to rotate the magnet.
また、請求項8に記載の発明は、2個の内ヨークのロータ部間に、非磁性材料の部材を配置した請求項7に記載のモータとするものである。
The invention according to
上記構成においては、非磁性材料の部材が内ヨークのロータ部間の磁気的干渉を低減するように作用する。 In the above configuration, the nonmagnetic material member acts to reduce magnetic interference between the rotor portions of the inner yoke.
また、請求項9に記載の発明は、内ヨークのロータ部間に硬磁性材料よりなる部材を配置した請求項7に記載のモータとするものである。
The invention according to
上記構成においては、硬磁性材料の部材が内ヨークのロータ部に誘起される磁力に影響されないように、該内ヨークのロータ部間の磁気的干渉を低減するように作用する。 In the above configuration, the member of the hard magnetic material acts so as to reduce the magnetic interference between the rotor portions of the inner yoke so as not to be affected by the magnetic force induced in the rotor portion of the inner yoke.
また、請求項10に記載の発明は、マグネットを一体的に回転するように支持する軸を、非磁性材料により構成した請求項1ないし9のいずれかに記載のモータとするものである。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the motor according to any one of the first to ninth aspects, wherein the shaft for supporting the magnet so as to rotate integrally is made of a nonmagnetic material.
上記構成においては、非磁性材料の軸が、内ヨークのロータ部間の磁気を伝達しないように、該内ヨークのロータ部間の磁気的干渉を低減するように作用する。 In the above configuration, the shaft of the non-magnetic material acts to reduce magnetic interference between the rotor portions of the inner yoke so as not to transmit magnetism between the rotor portions of the inner yoke.
また、請求項11に記載の発明は、非磁性材料の軸が2個の内ヨークのロータ部を一体に回転するように支持する請求項10に記載のモータとするものである。
The invention according to
上記構成においては、内ヨークのロータ部の組込み精度が向上するように作用する。 The above configuration acts to improve the accuracy of assembling the rotor portion of the inner yoke.
本発明によれば、マグネットと内ヨークのギャップを最小にするとともに、磁極の磁気飽和及び磁気干渉を改善して磁気効率及び位置決め精度を向上させ、スペース効率を改善した小径化を達成したモータを提供できるものである。 According to the present invention, a motor that achieves a small diameter with improved space efficiency by minimizing the gap between the magnet and the inner yoke and improving magnetic efficiency and positioning accuracy by improving magnetic saturation and magnetic interference of magnetic poles. It can be provided.
本発明を実施するための最良の形態を、以下に実施例1ないし実施例3として説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below as Embodiments 1 to 3.
図1及び図2は本発明の実施例1に係わるモータの構成を示す図であり、詳しくは、図1はモータの断面図、図2は図1のモータの分解斜視図である。 1 and 2 are views showing a configuration of a motor according to Embodiment 1 of the present invention. Specifically, FIG. 1 is a sectional view of the motor, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the motor of FIG.
これらの図において、1は円筒形状のマグネットであり、ラジアル方向に2n極(例えばn=5)の磁極に着磁されている。2は後述の内ヨークステータ7,8に回転自在に支持されているステンレス等の非磁性材料の軸であり、マグネット1及び後述のロータヨーク5,6を一体に支持している。3,4はマグネット1と該マグネット1の外径側ラジアル方向にギャップをへだてて対向するn極(例えばn=5)の磁極を有して軟磁性材からなるステータヨークである外ヨークであり、マグネット1を挟んでスラスト方向に所定の対向角度を設けて対向配置される。5,6はマグネット1の内径側ラジアル方向に密着して対向する単極の磁極を有する軟磁性材からなる内ヨークのロータ部(以下内ヨークロータ)であり、マグネット1を挟んでスラスト方向に対向配置される。7,8は軸2を回転自在に支持する鉄系の含油軸受を兼ねる内ヨークのステータ部(以下内ヨークステータ)であり、後述のコイル9,10が周囲に巻き回されて外ヨーク3,4に固着され、マグネット1の硬磁性材料を間に有してスラスト方向に対向配置される。
In these figures, reference numeral 1 denotes a cylindrical magnet, which is magnetized to 2n poles (for example, n = 5) in the radial direction.
前記内ヨークロータ5,6と内ヨークステータ7,8はスラスト方向とラジアル方向でギャップを有し、外ヨーク3、内ヨークロータ5及び内ヨークステータ7で磁気回路を構成し、外ヨーク4、内ヨークロータ6及び内ヨークステータ8で独立に磁気回路を構成する。
The
また、9,10は内ヨークステータ7,8と内ヨークロータ5,6と外ヨーク3,4をそれぞれ励磁するコイルであり、後述のコイルボビン11,12に支持されて内ヨークステータ7,8の周囲に巻き回されている。11,12は内ヨークステータ7,8及び外ヨーク3,4に挟まれて前記コイル9,10を支持するコイルボビンである。13は外ヨーク3,4を支持するモータカバーである。14,15は内ヨークロータ5,6と内ヨークステータ7,8のスラスト方向のギャップを保持するスペーサである。
上記構成において、コイル9及び10へ通電されると、外ヨーク3,4と内ヨークステータ7,8及びスラストとラジアルの各方向のギャップを介して内ヨークロータ5,6が励磁されて各磁極が誘磁され、マグネット1の着磁極と反発、吸引してトルクが発生して、マグネット1がコイル9及び10の通電に従って回転するように駆動され、軸2から外部に駆動力が伝達される。前記外ヨーク3,4と内ヨークロータ5,6はマグネット1を挟んでラジアル方向にギャップを有しており、内ヨークロータ5,6はマグネット1の内径側に密着してバックヨークとして一体で回転する。
In the above configuration, when the
ここで、内ヨークロータ5,6とマグネット1間には、マグネット1の内径側ラジアル方向にギャップがなく、更に内ヨークロータ5,6の磁極面積を大きくできるため、モータの小径化及びマグネットの内径側にゴミ付着によるマグネットと内ヨークと擦れてしまうといったことを無くすことができるとともに、磁気抵抗を低く抑えることができる。詳しくは、内ヨークロータ5,6の外径側のギャップを無くすことで、内ヨークロータ5,6の外径を大きくして該内ヨークロータ5,6の磁極面積を大きくできるため、磁気抵抗を低減して磁気効率を向上できる。上記外径側のギャップを内ヨークロータの内径側のギャップに変更して同じ厚みの内ヨークロータとしてもラジアル方向の断面積は大きくなり、磁気抵抗が低減するため、小型化が可能になる。勿論、本実施例で設定した内ヨークロータ5,6と内ヨークステータ7,8間のラジアル方向のギャップをなくしてスラスト方向のギャップのみとし、更に小型化にしても良い。
Here, there is no gap in the radial direction of the inner diameter side of the magnet 1 between the
また、従来有していた内径側ラジアル方向のギャップを、内ヨークロータ5,6と内ヨークステータ7,8間のスラスト方向のギャップに置き換えているので、ラジアル方向のスペース効率が向上する。更に、従来有していた内径側ラジアル方向のギャップを、内ヨークロータ5,6と内ヨークステータ7,8間のラジアル方向のギャップに置き換えているので、マグネットでは管理が難しかったギャップの精度を向上できる。そして、ラジアル方向及びスラスト方向のギャップを共用することで、ロータ部とステータ部間に発生する吸着力を低減できる。つまり、スラスト方向の磁束の流れをラジアル方向の磁束に分流できるため、スラスト方向の吸着力をラジアル方向の吸着力に分力させられることから、ロータ部とステータ部間に発生する吸着力を低減可能となる。
In addition, since the gap in the radial direction on the inner diameter side, which has been conventionally provided, is replaced with the gap in the thrust direction between the
また、マグネット1が内ヨークステータ7,8に回転自在に支持され、特にコイル9,10が巻き回されている内ヨークステータ7,8の内径部で軸を支持しているため、軸2には外部から大きなストレスがかかっても、内ヨークステータ7,8が軸受として十分な強度を有することになるので、軸ロストルクが大きくなることを防止しつつ、マグネット1を回転させることができる。
Further, since the magnet 1 is rotatably supported by the
また、内ヨークステータ7,8は含油軸受を兼ねるので、染み出る潤滑油はマグネット1が内ヨークを削ることなく滑らかに回転し続けるように作用する。なお、内ヨークは含油軸受ではなく、コーティングされたもので有ってもよく、これにより、耐磨耗性が向上して軸ロスが低減される。
Further, since the
内ヨークロータ5,6は単極であるために、磁極面積を増加することができ、磁極幅と磁極間隔が同じ場合には2倍程度にできる。また、外ヨーク及び内ヨークはスラスト方向に対向配置されているために磁気バランスを保つことができ、又それぞれが独立に磁気回路を構成するため、コイル9,10はそれぞれ独立にあるいは共同してマグネットを回転駆動するように作用する。また、内ヨークロータ5と6の間は硬磁性材料よりなるマグネット1であるため、内ヨークロータ5,6に誘起される磁力に影響されないように内ヨークロータ間の磁気的干渉を低減できる。これにより、コイル9と10の励磁による磁気的干渉が低減されて、それぞれの励磁によるマグネット1の位置決め精度を向上させることができる。
Since the
また、軸2は非磁性材料であるために、内ヨークロータ間の磁気を伝達しないようにして該内ヨークロータ間の磁気的干渉を低減させることができる。また、マグネット1と内ヨークロータ5,6は一体に軸2に支持されているため、組込み精度が向上して、ギャップの管理が容易になる。さらに、スペーサ14,15が内ヨークロータ5,6と内ヨークステータ7,8間のスラストギャップ間のギャップを保持するために、内ヨークロータ5,6と内ヨークステータ7,8間に発生する吸着力を低減できる。
Further, since the
図3は本発明の実施例2に係わるモータの構成を示す断面図であり、マグネット16は円筒形であってその内径が空洞となっている。そして、その空洞部にりん青銅等の非磁性のスペーサ17が内ヨークロータ5,6間に配置されて、内ヨークロータ間の磁気的干渉を低減するようにしている。その他の構成は図1及び図2と同様である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the motor according to the second embodiment of the present invention. The
図4は本発明の実施例3に係わるモータの構成を示す断面図であり、マグネット16は円筒形であってその内径が空洞であり、そこにステンレス等の非磁性の軸18が内ヨークロータ5,6間に配置されて、内ヨークロータ間の磁気的干渉を低減するようにしている。その他の構成は図1及び図2と同様である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of a motor according to
以上の実施例1〜3によれば、内ヨークを、コイル9,10が巻き回される内ヨークステータ7,8と、マグネット1の内径側ラジアル方向に対向する磁極を有して該マグネット1と一体で回転する内ヨークロータ5,6で構成しているので、内ヨークロータ5,6はマグネット1とのラジアル方向のギャップを最小(各実施例のように密着した状態を含む)にでき、モータを小径化できるとともに、マグネット1と内ヨークの間のゴミ付着を無くすることができる。又内ヨークのロータ部を該マグネット1のバックヨークとして作用させることができる。
According to the first to third embodiments, the inner yoke has the
また、マグネット1の内径側ラジアル方向のギャップを内ヨークステータ7,8と内ヨークロータ5,6のスラストギャップ、および、内ヨークステータ7,8と内ヨークロータ5,6のラジアルギャップに置き換えるようにすることで、ラジアル方向のスペース効率が向上させることができるとともに、マグネットでは管理が難しかったギャップの精度を向上できる。また、ラジアル方向及びスラスト方向のギャップを共用することで、発生する吸着力を低減でき、回転不能なステータ部に対してマグネットと一体に回転するロータ部の回転をスムーズにできる。
Further, the radial gap on the inner diameter side of the magnet 1 is replaced with a thrust gap between the
また、内ヨークステータ7,8はマグネット1を回転自在に支持する軸受を兼ねるので、専用の軸受を不要としつつ、マグネット1を回転自在に支持可能となる。よって、軸受占有スペースを無くした小型のモータとすることができる。
Further, since the
また、内ヨークステータ7,8を鉄系の含油多孔磁性材料より構成し、これを軸受として機能させているので、潤滑油がマグネット1を回転自在に滑らかに支持し続ける。よって、軸受強度を向上させて軸ロストルクを低減可能なモータとすることができる。
Further, since the
また、内ヨークロータ5,6は単極であるので、マグネット1と内ヨークの磁極の対向面積を増やすことができ、磁気飽和を改善できる。よって、吸引力をバランスさせて、軸ロストルクやディテントトルクを低減して、トルクアップ可能なモータとすることができる。
Moreover, since the
また、外ヨークと内ヨーク及びコイルは、マグネット1を挟んでスラスト方向に対向して配置される、それぞれ2つの外ヨーク7,8と内ヨーク(7,8,5,6)及びコイル9,10からなるので、スラスト方向に対向配置されたヨークは磁気的バランスを保つように作用し、コイル9,10はそれぞれ独立にあるいは共同してマグネットを回転駆動するように作用する。よって、スラスト方向で磁気的バランスをとって、軸ロストルクやディテントトルクを軽減して高効率なモータとすることができる。
The outer yoke, the inner yoke, and the coil are disposed opposite to each other in the thrust direction with the magnet 1 interposed therebetween, and the two
また、実施例2や実施例3では、内ヨークロータ間は非磁性材料のスペーサ17や軸18であるので、内ヨークロータ間の磁気的干渉を低減させることができる。また、実施例1では、2つの内ヨークロータ間は硬磁性材料よりなるマグネット1が配置されるので、硬磁性材料は内ヨークロータに誘起される磁力に影響されないように内ヨークロータ間の磁気的干渉を低減できる。また、マグネット1を支持する軸2は非磁性材料であるので、内ヨークロータ間の磁気を伝達しないように内ヨークロータ間の磁気的干渉を低減できる。以上より、内ヨークロータ間の磁気的結合を低減して位置決め精度の良いモータとすることができる。
Further, in the second and third embodiments, since the space between the inner yoke rotors is the
また、軸2は内ヨークロータ5,6を一体に回転するように支持するので、内ヨークロータの組込み精度が向上させることができる。
Further, since the
1,16 マグネット
2,18 軸
3,4 外ヨーク
5,6 内ヨークロータ
7,8 内ヨークステータ
9,10 コイル
1,16
Claims (11)
前記内ヨークは、前記コイルが巻き回されるステータ部と、前記マグネットの内径側ラジアル方向に対向する磁極を有して前記マグネットと一体で回転するロータ部で構成されることを特徴とするモータ。 A rotatable cylindrical magnet, an outer yoke having a magnetic pole facing the outer diameter side radial direction of the magnet, and a magnetic pole facing the inner diameter side radial direction of the magnet together with the outer yoke In a motor having an inner yoke constituting a magnetic circuit, and a coil wound around the inner yoke and exciting the outer yoke and the inner yoke,
The inner yoke includes a stator portion around which the coil is wound, and a rotor portion having a magnetic pole facing the inner diameter side radial direction of the magnet and rotating integrally with the magnet. .
The motor according to claim 10, wherein the shaft supports the rotor portion of the inner yoke so as to rotate integrally.
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JP2007097367A (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Nidec Copal Corp | Stepping motor |
JP2008092629A (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Canon Inc | Driving apparatus |
JP2011061890A (en) * | 2009-09-07 | 2011-03-24 | Canon Inc | Solenoid drive device |
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