JP2007037338A

JP2007037338A - 駆動装置

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Publication number: JP2007037338A
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Inventors: Hisashi Yasuda; 悠安田
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Abstract

【課題】ロータの構成を単純化することで品質を安定させ、ロータの慣性モーメントを低くすることで回転の高速化及び応答速度の向上を可能とした駆動装置を提供する。
【解決手段】ステッピングモータは、第１のマグネット１Ａ、第２のマグネット１Ｂ、ステータ２、第１のコイル３Ａ、第２のコイル３Ｂ、第１の軸受４Ａ、第２の軸受４Ｂ、ロータ５を備える。第１のマグネット１Ａ、第２のマグネット１Ｂは、Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁された着磁部を有する。ロータ５は、第１のマグネット１Ａ、第２のマグネット１Ｂの各着磁面と対向する磁極部５２を有する。ステータ２は、第１のマグネット１Ａ、第２のマグネット１Ｂを同軸に固定し、ロータ５を回転可能に支持する。第１のコイル３Ａは、ロータ５の磁極部５２が第１のマグネット１Ａに対向する箇所を励磁する。第２のコイル３Ｂは、ロータ５の磁極部５２が第２のマグネット１Ｂに対向する箇所を励磁する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヨーク回転型のステッピングモータに適用される駆動装置に関する。

従来、各種機構の駆動源にステッピングモータが広範に活用されている。ステッピングモータの第１の従来例として、回転軸を中心とする直径を小さくし且つ出力を高めたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図２２は、第１の従来例に係るステッピングモータの構成部品を示す分解斜視図である。図２３は、組立完成状態におけるステッピングモータの構造を示す断面図である。

図２２及び図２３において、ステッピングモータは、マグネット３０１、第１のコイル３０２、第２のコイル３０３、第１のステータ３０４、第２のステータ３０５、出力軸３０６、連結リング３０７を備えている。マグネット３０１は、円筒形状に形成され、円周方向に４分割され異なる極性に交互に着磁されている。第１のステータ３０４は、第１のコイル３０２により励磁される。第２のステータ３０５は、第２のコイル３０３により励磁される。

上記構成を有するステッピングモータは、第１のコイル３０２及び第２のコイル３０３への通電方向を切り替えることにより、第１の外側磁極３０４Ａ、３０４Ｂ、第１の内側磁極３０４Ｃ、３０４Ｄ、第２の外側磁極３０５Ａ、３０５Ｂ、第２の内側磁極３０５Ｃ、３０５Ｄの極性を切り替える。これにより、マグネット３０１及び出力軸３０６からなるロータを回転させるものである。この場合、マグネット３０１は出力軸３０６に接着剤等で貼り合わせられている。

このステッピングモータでは、第１のコイル３０２、第２のコイル３０３に通電することで発生した磁束が、外側磁極から対向する内側磁極に、あるいは内側磁極から対向する外側磁極に流れ、外側磁極と内側磁極の間に位置するマグネット３０１に効率的に作用する。また、外側磁極と内側磁極との間の距離を円筒形状のマグネット３０１の厚さ程度にすることができるので、外側磁極及び内側磁極から構成される磁気回路の抵抗を小さくすることができる。磁気回路の抵抗が小さいほど、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、ステッピングモータの出力が向上する。

また、ステッピングモータの第２の従来例として、中空円筒形状のステッピングモータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この種のステッピングモータをカメラに搭載する場合、カメラのレンズ鏡筒内で光軸と平行になるようにモータを配置し、モータの内径部に絞り羽根、シャッタ、レンズ等を配置する。これにより、カメラのレンズ鏡筒の直径を小さくすることができる。

図２４は、第２の従来例に係るステッピングモータの構成部品を示す分解斜視図である。図２５は、組立完成状態におけるステッピングモータの構造を示す図である。

図２４及び図２５において、ステッピングモータは、ロータ４０１、第１のコイル４０２、第２のコイル４０４、第１のステータ４１８、第２のステータ４１９、連結リング４２０を備えている。ロータ４０１は、連結リング４２０の内径部に挿入され、連結リングの凸部４２０ａ、４２０ｉによって回転自在に保持されている。また、ロータ４０１にピン４０１ｔを設けることにより、絞り羽根やレンズ鏡筒を動かすための出力をピン４０１ｔを介して取り出す。尚、４１８ａ〜４１８ｈは磁極歯である。
特開平０９−３３１６６６号公報特開２００２−５１５２６号公報

しかしながら、上記特許文献１や上記特許文献２に記載されている従来のステッピングモータでは、マグネットを出力軸や出力ピンに接着剤等で貼り合わせることによってロータを構成している。

このため、ロータの組み立て精度、接着剤のはみ出し、接着不良等が原因となって、ステッピングモータの品質が安定しないという問題があった。特に、ステッピングモータを小径化したときは、はみ出した接着剤といえども相対的に大きな体積を占めることになり、ロータの安定した回転の妨げとなることがあった。

また、ステッピングモータの回転の高速化や応答速度の向上を達成するためには、ロータの慣性モーメントを下げる必要がある。しかし、従来のステッピングモータではロータの軽量化が難しく、ロータの慣性モーメントの低下には限界があった。

本発明の目的は、ロータの構成を単純化することで品質を安定させ、ロータの慣性モーメントを低くすることで回転の高速化及び応答速度の向上を可能とした駆動装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明の駆動装置は、円筒形状に形成され、周方向に異なる極に交互に着磁された第１のマグネットと、円筒形状に形成され、周方向に異なる極に交互に着磁された第２のマグネットと、前記第１及び第２のマグネットの各着磁面と対向する軟磁性材料からなる磁極部が一体に形成されたロータと、前記第１及び第２のマグネットを同軸に固定し、前記ロータを回転可能に支持するステータと、前記ステータに固定され、前記ロータの前記磁極部における前記第１のマグネットに対向する箇所を励磁する第１のコイルと、前記ステータに固定され、前記ロータの前記磁極部における前記第２のマグネットに対向する箇所を励磁する第２のコイルと、を備えることを特徴とする。

また、本発明の駆動装置は、円筒形状に形成され、周方向に異なる極に交互に着磁されたマグネットと、前記マグネットの着磁面と対向する軟磁性材料からなる第１の磁極部及び第２の磁極部が一体に形成されたロータと、前記マグネットを固定し、前記ロータを回転可能に支持するステータと、前記ステータに固定され、前記ロータの前記第１の磁極部を励磁する第１のコイルと、前記ステータに固定され、前記ロータの前記第２の磁極部を励磁する第２のコイルと、を備えることを特徴とする。

また、本発明の駆動装置は、円筒形状に形成され、周方向に異なる極に交互に着磁された第１のマグネットと、円筒形状に形成され、周方向に異なる極に交互に着磁された第２のマグネットと、前記第１及び第２のマグネットの各着磁面とそれぞれ対向する軟磁性材料からなる第１の磁極部及び第２の磁極部が一体に形成されたロータと、前記第１及び第２のマグネットを同軸に固定し、前記ロータを回転可能に支持するステータと、前記ステータに固定され、前記ロータの前記第１の磁極部を励磁する第１のコイルと、前記ステータに固定され、前記ロータの前記第２の磁極部を励磁する第２のコイルと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、駆動装置の回転子をロータ１部品のみで構成しているため、従来のように回転子の構成部品の接着不良等により発生するトラブルが解消され、品質の安定した駆動装置を提供することが可能となる。また、ロータに磁極部を一体に形成しているため、従来のように磁石をロータとして用いた場合に比べて、ロータの径が同じならば、ロータの軽量化を図ることができ、ロータの慣性モーメントを低くすることができる。これにより、回転の高速化及び応答速度の向上を達成した駆動装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置としてのステッピングモータの構成部品を示す分解斜視図である。図２は、組立完成状態におけるステッピングモータの軸方向に沿った構造を示す断面図である。

図１及び図２において、ステッピングモータは、第１のマグネット１Ａ、第２のマグネット１Ｂ、ステータ２、第１のコイル３Ａ、第２のコイル３Ｂ、第１の軸受４Ａ、第２の軸受４Ｂ、ロータ５を備えている。

第１のマグネット１Ａは、中空円筒形状に形成されており、その内周面が円周方向にＮ分割（本実施の形態ではＮ＝８分割）されると共にＳ極及びＮ極が交互に着磁された着磁部として構成されている。第１のマグネット１Ａの外周面は、内周面に比べ弱い着磁分布を有するか、あるいは全く着磁されていないか、あるいは内周面と逆の極性に着磁されているかの何れかに構成されている。第１のマグネット１Ａは、ロータ５の外周側に配置される。

第２のマグネット１Ｂは、第１のマグネット１Ａと同形状であり、中空円筒形状に形成されており、その内周面が円周方向にＮ分割（本実施の形態ではＮ＝８分割）されると共にＳ極及びＮ極が交互に着磁された着磁部として構成されている。第２のマグネット１Ｂの外周面は、内周面に比べ弱い着磁分布を有するか、あるいは全く着磁されていないか、あるいは内周面と逆の極性に着磁されているかの何れかに構成されている。第２のマグネット１Ｂは、ロータ５の外周側に配置されると共に、ステータ２の内周側において第１のマグネット１Ａと同軸上に配置される。

ステータ２は、軟磁性材料から形成されると共に円筒形状に形成されている。ステータ２の内径は、第１のマグネット１Ａ（第２のマグネット１Ｂ）の外径と略等しい寸法に設定されている。

第１のコイル３Ａは、第１のマグネット１Ａと同軸上に多数の導線が円筒状に巻回されたものである。第１のコイル３Ａの外径は、第１のマグネット１Ａの外径と略等しい寸法に設定されている。

第２のコイル３Ｂは、第１のコイル３Ａと同形状であり、第２のマグネット１Ｂと同軸上に多数の導線が円筒状に巻回されたものである。第２のコイル３Ｂの外径は、第２のマグネット１Ｂの外径と略等しい寸法に設定されている。第２のコイル３Ｂは、ステータ２の内周側において第１のコイル３Ａと同軸上に配置される。

第１の軸受４Ａは、軟磁性材料から形成されており、後述するロータ５のシャフト部５１を回転可能に支持すると共に、磁路として利用することが可能である。

第２の軸受４Ｂは、第１の軸受４Ａと同形状であり、軟磁性材料から形成されており、後述するロータ５のシャフト部５１を回転可能に支持すると共に、磁路として利用することが可能である。

図２に示すように、ステータ２の内周部に、第１のマグネット１Ａ、第１のコイル３Ａ、第１の軸受４Ａ、第２のマグネット１Ｂ、第２のコイル３Ｂ、第１の軸受４Ｂを固定することで、本実施の形態のステッピングモータの固定子を構成している。

ロータ５は、軟磁性材料から形成されており、シャフト部５１と、磁極部５２−１、５２−２、・・・５２−Ｎ／２（以下の説明では適宜、磁極部５２と表記する）から構成されている。磁極部５２の外径は、第１のマグネット１Ａ（第２のマグネット１Ｂ）の内径よりもわずかに小さい寸法に設定されている（図２参照）。磁極部５２の本数は、１本ないしＮ／２本（Ｎはマグネットの極数）に設定されるが、本実施の形態では４本配設されている。磁極部５２は、軟磁性材料を加工することで凸極状（略直方体状）に形成されており、シャフト部５１の外周方向に等間隔で４箇所に且つシャフト部５１の軸方向に沿って設けられている。

図２に示すように、ロータ５を第１の軸受４Ａ及び第２の軸受４Ｂによって回転可能に支持することで、本実施の形態のステッピングモータの回転子を構成している。この場合、ロータ５の磁極部５２−１、５２−２、・・・５２−Ｎ／２は、第１のマグネット１Ａ、第２のマグネット１Ｂの着磁面と対向する。

次に、上記構成を有する本実施の形態のステッピングモータにおけるロータ５をステータ２に対して回転させる駆動原理について、図３乃至図７を参照しながら詳細に説明する。

図３は、ステッピングモータの第１のコイル３Ａ及び第２のコイル３Ｂに正方向の通電を行ったときの磁路の様子を示す断面図である。

図３において、第１のコイル３Ａに通電することによって発生した磁束は、第１の軸受４Ａ、ステータ２、第１のマグネット１Ａ、ロータ５の磁極部５２、と一周するループを形成する。磁路中における空隙は、（１）第１の軸受４Ａとシャフト部５１の間、（２）磁極部５２と第１のマグネット１Ａの間、の２箇所のみとなり、第１のコイル３Ａにより形成される磁束は、第１のマグネット１Ａに対して効果的に作用する。即ち、効率の良いステッピングモータを実現することができる。このとき、ロータ５の磁極部５２が第１のマグネット１Ａに対向する箇所（図３に示す（ア）の箇所の磁極表面）は、Ｎ極に励磁される。この（ア）の箇所の磁極は、第１のコイル３Ａに通電する方向によって選択することができる。

同様に、第２のコイル３Ｂに通電することによって発生した磁束は、ロータ５の磁極部５２、第２のマグネット１Ｂ、ステータ２、第２の軸受４Ｂを通るループを形成する。ロータ５の磁極部５２が第２のマグネット１Ｂに対向する箇所（図３に示す（イ）の箇所の磁極表面）の磁極は、Ｓ極に励磁される。この（イ）の箇所の磁極は、第２のコイル３Ｂに通電する方向によって選択することができる。

図４乃至図７は、各通電状態におけるロータ５と、第１のマグネット１Ａ、第２のマグネット１Ｂとの角度位置の関係を示す図である。

図４乃至図７において、第１のコイル３Ａ、第２のコイル３Ｂに対する通電方向を切り替えていくことによってロータ５が回転していく様子を示している。図４（ａ）乃至図７（ａ）は、それぞれ図３の矢視Ａ−Ａ線に沿う断面を示し、図４（ｂ）乃至図７（ｂ）は、それぞれ図３の矢視Ｂ−Ｂ線に沿う断面を示している。この場合、第１のマグネット１Ａと第２のマグネット１Ｂの位相差は、１８０／Ｎ（Ｎはマグネットの極数）ずれており、本実施の形態では２２．５°に設定されている。

図４は、第１のコイル３Ａに正方向の通電を行い、第２のコイル３Ｂに逆方向の通電を行った状態である。第１のコイル３Ａ及び第２のコイル３Ｂに対するそれぞれの通電により、ロータ５の磁極部５２の（ア）の箇所はＳ極に励磁され、（イ）の箇所はＳ極に励磁される。このとき、励磁されたロータ５の磁極部５２と、第１のマグネット１Ａ、第２のマグネット１Ｂとの磁気的なバランスにより、ロータ５は、図４に示す角度位置で安定する。

図５は、第１のコイル３Ａに逆方向の通電を行い、第２のコイル３Ｂに逆方向の通電を行った状態である。ロータ５の磁極部５２の（ア）の箇所はＮ極に励磁され、（イ）の箇所はＳ極に励磁される。ロータ５は、図４に示す状態から１×１８０／Ｎ°（本実施の形態では２２．５°）回転した図５に示す角度位置で安定する。

図６は、第１のコイル３Ａに逆方向の通電を行い、第２のコイル３Ｂに正方向の通電を行った状態である。ロータ５の磁極部５２の（ア）の箇所はＮ極に励磁され、（イ）の箇所はＮ極に励磁される。ロータ５は、図４に示す状態から２×１８０／Ｎ°（本実施の形態では４５°）回転した図６に示す角度位置で安定する。

図７は、第１のコイル３Ａに正方向の通電を行い、第２のコイル３Ｂに正方向の通電を行った状態である。ロータ５の磁極部５２の（ア）の箇所はＳ極に励磁され、（イ）の箇所はＮ極に励磁される。ロータ５は、図４に示す状態から３×１８０／Ｎ°（本実施の形態では６７．５°）回転した図７に示す角度位置で安定する。

次に、再び第１のコイル３Ａに正方向の通電を行い、第２のコイル３Ｂに逆方向の通電を行う。ロータ５は、図４に示す状態から４×１８０／Ｎ°（本実施の形態では９０°）回転した角度位置で安定する。このときの状態は図４の状態と同じになる。

このように、第１のコイル３Ａと第２のコイル３Ｂに対する通電方向を順次切り替えることにより、ロータ５の回転方向の安定位置をずらしていくことができ、ロータ５をステータ２に対して回転させることができる。

本実施の形態では、ステッピングモータの回転子をロータ１部品のみで構成しているため、従来のステッピングモータのように回転子を構成する複数の部品を接着剤等で貼り合わせることが不要となる。これにより、接着剤のはみ出しや接着不良等により発生する組み立て時におけるトラブルを解消することができ、品質の安定したステッピングモータを提供することが可能となる。

また、従来のステッピングモータで用いられるロータは、最外周部にマグネットが配置されており、その形状は完全な円筒形状である。これに対し、本実施の形態のステッピングモータに用いるロータ５の最外周部は、軟磁性材料を例えば５０〜８０％程度切り欠いて（切り込みを入れて）形成した磁極部５２として構成している。

ここで、従来のステッピングモータで用いられるロータの最外周部に配置されるマグネットに用いられる材料の比重は、ネオジウム焼結磁石で７．４ｇ／ｃｍ^３、サマリウムコバルト磁石で８．３ｇｃｍ^３、ネオジウムボンド磁石で６．０ｇ／ｃｍ^３である。また、本実施の形態のステッピングモータに用いるロータ及び該ロータ５の最外周部に配置される磁極部５２に用いられる純鉄の比重は、７．０ｇ／ｃｍ^３であり、磁石の比重の８０〜１２０％と略同程度となっている。

本実施の形態のステッピングモータに用いるロータ５は、上記のように軟磁性材料を切り欠いて磁極部５２を形成した構造を有する。従って、従来のステッピングモータで用いられるロータの最外周部にマグネットを配置した場合に比べて、ロータの径が同じならば、ロータの軽量化を図ることができ、ロータの慣性モーメントを低くすることができる。これにより、回転を高速化し且つ応答性の良いステッピングモータを提供することが可能となる。

また、最外周部に磁極部５２が形成されたロータ５は単純な形状であるため、引き抜き加工等の、より量産に向いた加工法で製作することが可能であり、コストの低減や品質の安定化につながるという利点がある。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ロータの構成を単純化することで品質を安定させると共に、ロータの慣性モーメントを低くすることで回転の高速化及び応答速度の向上を達成したステッピングモータを提供することが可能となる。

［第２の実施の形態］
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置としてのステッピングモータの構成部品を示す分解斜視図である。図９は、組立完成状態におけるステッピングモータの軸方向に沿った構造を示す断面図である。

図８及び図９において、ステッピングモータは、ステータ２、第１のコイル３Ａ、第２のコイル３Ｂ、第１の軸受４Ａ、第２の軸受４Ｂ、マグネット６、ロータ７を備えている。

本実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、マグネットの配設個数を１つとした点と、ロータに第１の磁極部と第２の磁極部を設けた点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１）の対応するものと同一なので、同一符号を付し、説明を省略する。

マグネット６は、中空円筒形状に形成されており、その内周面が円周方向にＮ分割（本実施の形態ではＮ＝８分割）されると共にＳ極及びＮ極が交互に着磁された着磁部として構成されている。マグネット６の外周面は、内周面に比べ弱い着磁分布を有するか、あるいは全く着磁されていないか、あるいは内周面と逆の極性に着磁されているかの何れかに構成されている。

ロータ７は、軟磁性材料から形成されており、シャフト部７１、第１の磁極部７２−１、７２−２、…７２−Ｎ／２（以下の説明では適宜、第１の磁極部７２と表記する）、第２の磁極部７３−１、７３−２、…７３−Ｎ／２（以下の説明では適宜、第２の磁極部７３と表記する）から構成されている。

第１の磁極部７２の外径は、マグネット６の内径よりもわずかに小さい寸法に設定されている（図９参照）。第１の磁極部７２の本数は、１本ないしＮ／２本（Ｎはマグネットの極数）に設定されるが、本実施の形態では４本配設されている。第１の磁極部７２は、凸極状（直方体状）に形成されており、シャフト部７１の外周方向に等間隔で４箇所に且つシャフト部７１の軸方向に沿って設けられている。

第２の磁極部７３は、シャフト部７１に対して第１の磁極部７２と軸方向に隣り合う位置に設けられており、その形状と数は第１の磁極部７２と同じである。但し、第２の磁極部７３は、第１の磁極部７２に対してシャフト部７１の外周方向に１８０／Ｎ（本実施の形態では２２．５°：Ｎはマグネットの極数８）の位相差をもって配置される。

図９に示すように、ステータ２の内周部に、第１の軸受４Ａ、第１のコイル３Ａ、マグネット６、第２のコイル３Ｂ、第１の軸受４Ｂを固定することで、本実施の形態のステッピングモータの固定子を構成している。また、第１の軸受４Ａ及び第２の軸受４Ｂによってロータ７を回転可能に支持することで、本実施の形態のステッピングモータの回転子を構成している。この場合、第１の磁極部７２及び第２の磁極部７２は、マグネット６の着磁面と対向する。

次に、上記構成を有する本実施の形態のステッピングモータにおけるロータ７をステータ２に対して回転させる駆動原理について、図１０乃至図１３を参照しながら詳細に説明する。

本実施の形態においても、上述した第１の実施の形態と同様の磁路を形成し、第１のコイル３Ａに通電することにより第１の磁極部７２を励磁し、第２のコイル３Ｂに通電することにより第２の磁極部７３を励磁することができる。

図１０乃至図１３は、各通電状態におけるロータ７とマグネット６との角度位置の関係を示す図である。

図１０乃至図１３において、第１のコイル３Ａ、第２のコイル３Ｂに対する通電方向を切り替えていくことによってロータ７が回転していく様子を示している。図１０（ａ）乃至図１３（ａ）は、それぞれ図９の矢視Ａ−Ａ線に沿う断面を示し、図１０（ｂ）乃至図１３（ｂ）は、それぞれ図９の矢視Ｂ−Ｂ線に沿う断面を示している。

図１０は、第１のコイル３Ａに正方向の通電を行い、第２のコイル３Ｂに逆方向の通電を行った状態である。励磁されたロータ７の第１の磁極部７２、第２の磁極部７３と、マグネット６との磁気的なバランスにより、ロータ７は、図１０に示す角度位置で安定する。

図１１は、第１のコイル３Ａに逆方向の通電を行い、第２のコイル３Ｂに逆方向の通電を行った状態である。ロータ７は、図１０に示す状態から１×１８０／Ｎ°（本実施の形態では２２．５°）回転した図１１に示す角度位置で安定する。

図１２は、第１のコイル３Ａに逆方向の通電を行い、第２のコイル３Ｂに正方向の通電を行った状態である。ロータ７は、図１０に示す状態から２×１８０／Ｎ°（本実施の形態では４５°）回転した図１２に示す角度位置で安定する。

図１３は、第１のコイル３Ａに正方向の通電を行い、第２のコイル３Ｂに正方向の通電を行った状態である。ロータ７は、図１０に示す状態から３×１８０／Ｎ°（本実施の形態では６７．５°）回転した図１３に示す角度位置で安定する。

このように、第１のコイル３Ａと第２のコイル３Ｂに対する通電方向を順次切り替えていくことにより、ロータ７の回転方向の安定位置をずらしていくことができ、ロータ７をステータ２に対して回転させることができる。

本実施の形態では、第１の磁極部７２と第２の磁極部７３の位相差を、ロータ１部品で決めることができるため、組み立て精度に影響しない品質の安定したステッピングモータとすることができるという利点が生じる。

［第３の実施の形態］
図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る駆動装置としてのステッピングモータの構成部品を示す分解斜視図である。図１５は、組立完成状態におけるステッピングモータの軸方向に沿った構造を示す断面図である。

図１４及び図１５において、ステッピングモータは、第１のマグネット１１Ａ、第２のマグネット１１Ｂ、ステータ１２、第１のコイル１３Ａ、第２のコイル１３Ｂ、第１の軸受１４Ａ、第２の軸受１４Ｂ、ロータ１５を備えている。

第１のマグネット１１Ａは、中空円筒形状に形成されており、その外周表面が円周方向にＮ分割（本実施の形態ではＮ＝２０分割）されると共にＳ極及びＮ極が交互に着磁された着磁部として構成されている。第１のマグネット１１Ａは、ロータ１５の内周側に配置される。

第２のマグネット１１Ｂは、第１のマグネット１１Ａと同形状であり、中空円筒形状に形成されており、その外周表面が円周方向にＮ分割（本実施の形態ではＮ＝２０分割）されると共にＳ極及びＮ極が交互に着磁された着磁部として構成されている。第２のマグネット１１Ｂは、ロータ１５の内周側に配置される。

ステータ１２は、軟磁性材料から形成されると共に概略円筒形状に形成されている。スタータ１２の外径は、第１のマグネット１１Ａ（第２のマグネット１１Ｂ）の内径と略等しい寸法に設定されている。ステータ１２の軸方向中心付近には、径方向に延びる円盤状の第１の磁束伝達部１２１、第２の磁束伝達部１２２が形成されている。

第１のコイル１３Ａは、第１のマグネット１１Ａと同軸上に多数の導線が円筒状に巻回されたものである。第１のコイル１３Ａの外径は、第１のマグネット１１Ａの外径と略等しい寸法に設定されている。

第２のコイル１３Ｂは、第１のコイル１３Ａと同形状であり、第２のマグネット１１Ｂと同軸上に多数の導線が円筒状に巻回されたものである。第２のコイル１３Ｂは、ロータ１５の内周側において第１のコイル１３Ａと同軸上に配置される。第２のコイル１３Ｂの外径は、第２のマグネット１１Ｂの外径と略等しい寸法に設定されている。

第１の軸受１４Ａは、非磁性材料から形成されており、磁束は通らない。第１の軸受１４Ａは、ロータ１５をステータ１２に対して回転可能に支持する。

第２の軸受１４Ｂは、第１の軸受１４Ａと同形状であり、非磁性材料から形成されており、磁束は通らない。第２の軸受１４Ｂは、ロータ１５をステータ１２に対して回転可能に支持する。

図１５に示すように、ステータ１２の外周部に、第１のコイル１３Ａ、第１のマグネット１１Ａ、第１の軸受１４Ａ、第２のコイル１３Ｂ、第２のマグネット１１Ｂ、第２の軸受１４Ｂを固定することで、本実施の形態のステッピングモータの固定子を構成している。

ロータ１５は、軟磁性材料から形成されると共に概略円筒形状に形成されている。ロータ１５の側面は、矩形状に切り欠かれることにより磁極部１５１として構成されている。磁極部１５１の本数は、１本ないしＮ／２本（Ｎはマグネットの極数）に設定されるが、本実施の形態では１０本配設されている。また、各々の磁極部１５１は、図１４に示すように軸方向中心付近の両側に、磁束を遮断するための切り欠きを備えている。

図１５に示すように、ロータ１５が第１の軸受１４Ａ及び第２の軸受１４Ｂによってステータ１２に対して回転可能に支持されることで、本実施の形態のステッピングモータの回転子を構成している。

本実施の形態では、第１のコイル１３Ａによって発生した磁束は、ステータ１２、第１の磁束伝達部１２１、磁極部１５１、第１のマグネット１１Ａ、と一周する磁路を形成する。また、第２のコイル１３Ｂによって発生した磁束は、ステータ１２、第２の磁束伝達部１２２、磁極部１５１、第２のマグネット１１Ｂ、と一周する磁路を形成する。

これにより、第１のコイル１３Ａによって磁極部１５１における第１のマグネット１１Ａに対向する箇所を励磁することができ、第２のコイル１３Ｂによって磁極部１５１における第２のマグネット１１Ｂに対向する箇所を励磁することができる。従って、ロータ１５をステータ１２に対して回転させることができる。

このように、本実施の形態のステッピングモータは、第１のマグネット１１Ａ、第２のマグネット１１Ｂの外周を着磁することで、ステッピングモータの最外周部にロータ１５を位置させることも可能な構造を実現している。

本実施の形態では、軸方向両端に開口部を設けたリング状のステッピングモータとすることができる。これにより、開口部を、レンズの光路、液体の流路、電気配線等に利用することができる。この場合、ロータ１５がステッピングモータの最外径部に位置する構造となる。従って、ステッピングモータの出力を取り出す際に出力ピン等を設ける必要がなく、出力を容易に取り出すことができるステッピングモータを提供することが可能となる。

また、ロータ１５の側面を切り欠くことで磁極部１５１として構成しているため、従来のように完全な円筒形状であるマグネットをロータに用いる場合に比べて慣性モーメントを低くすることができる。これにより、回転の高速化を達成し応答速度を向上させたステッピングモータを提供することが可能となる。

［第４の実施の形態］
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係るステッピングモータの構成部品を示す分解斜視図である。図１７は、組立完成状態におけるステッピングモータの軸方向に沿った構造を示す断面図である。

図１６及び図１７において、ステッピングモータは、第１のマグネット２１Ａ、第２のマグネット２１Ｂ、ステータ２２、第１のコイル２３Ａ、第２のコイル２３Ｂ、軸受２４、ロータ２５を備えている。

第１のマグネット２１Ａは、中空円筒形状に形成されており、その外周表面が円周方向にＮ分割（本実施の形態ではＮ＝８分割）されると共にＳ極及びＮ極が交互に着磁された着磁部として構成されている。第１のマグネット２１Ａは、ロータ２５の内周側に配置される。

第２のマグネット２１Ｂは、中空円筒形状に形成されており、その内周表面が円周方向にＮ分割（本実施の形態ではＮ＝８分割）されると共にＳ極及びＮ極が交互に着磁された着磁部として構成されている。第２のマグネット２１Ｂの内径は、第１のマグネット２１Ａの外径よりも大きい寸法に設定されている。第２のマグネット２１Ｂは、ロータ２５の外周側に配置される。

ステータ２２は、軟磁性材料から形成されると共に、コの字型断面（図１７参照）を有する二重円筒形状に形成されており、内筒２２１、外筒２２２、連結部２２３から構成されている。連結部２２３は、第１の磁束伝達部２２４、第２の磁束伝達部２２５を備えている。

第１のコイル２３Ａは、第１のマグネット２１Ａと同軸上に多数の導線が円筒状に巻回されたものである。第１のコイル２３Ａの内径及び外径は、第１のマグネット２１Ａの内径及び外径と略等しい寸法に設定されている。

第２のコイル２３Ｂは、第２のマグネット２１Ｂと同軸上に多数の導線が円筒状に巻回されたものである。第２のコイル２３Ｂの内径及び外径は、第２のマグネット２１Ｂの内径及び外径と略等しい寸法に設定されている。

軸受２４は、ロータ２５をステータ２２に対して回転可能に支持する。軸受２４は、非磁性材料から形成することが望ましい。

図１７に示すように、ステータ２２の内筒２２１の外周部に、第１のコイル２３Ａ、第１のマグネット２１Ａを同軸に固定し、外筒２２２の内周部に第２のコイル２３Ｂ、第２のマグネット２１Ｂを同軸に固定することにより、本実施の形態で提案するモータの固定子を構成している。この場合、第１のマグネット２１Ａは第２のマグネット２１Ｂに対して１８０／Ｎ°の位相差をもって配置される。

ロータ２５は、軟磁性材料から形成されると共に概略円筒形状に形成されている。ロータ２５は、図１８に示すように、内周部に第１の磁極部２５１−１、２５１−２、２５１−３、２５１−４（以下の説明では適宜、第１の磁極部２５１と表記する）を備え、外周部に第２の磁極部２５２−１、２５２−２、２５２−３、２５２−４（以下の説明では適宜、第２の磁極部２５２と表記する）を備えている。

第１の磁極部２５１の本数は、１本ないしＮ／２本に設定されるが、本実施の形態では４本配設されている。第１の磁極部２５１は、ロータ２５の内周方向に等間隔で４箇所に且つ軸方向に沿って凸極状に形成されており、その内径は第１のマグネット２１Ａの外径よりもわずかに大きい寸法に設定されている。第２の磁極部２５２の本数は、１本ないしＮ／２本に設定されるが、本実施の形態では４本配設されている。第２の磁極部２５２は、ロータ２５の外周方向に等間隔で４箇所に且つ軸方向に沿って凸極状に形成されており、その外径は第２のマグネット２１Ｂの内径よりもわずかに小さい寸法に設定されている。

ロータ２５が軸受２４によってステータ２２に対して回転可能に支持されることで、本実施の形態のステッピングモータの回転子を構成している。この場合、ロータ２５の第１の磁極部２５１は、第１のマグネット２１Ａの着磁面と対向し、ロータ２５の第２の磁極部２５２は、第２のマグネット２１Ｂの着磁面と対向する。

次に、上記構成を有する本実施の形態のステッピングモータの駆動原理について、図１８乃至図２１を参照しながら詳細に説明する。

第１のコイル２３Ａに通電することによって発生する磁束は、ステータ２２の内筒２２１、連結部２２３、第１の磁束伝達部２２４、ロータ２５の第１の磁極部２５１、第１のマグネット２１Ａ、と一周するループを形成し、第１の磁極部２５１が励磁される。第１の磁極部２５１の励磁状態（Ｎ極、Ｓ極、中立）は、第１のコイル２１Ａに対する通電方向を変えることにより変えることができる。

第２のコイル２３Ｂに通電することによって発生する磁束は、ステータ２２の外筒２２２、連結部２２３、ロータ２５の第２の磁束伝達部２２５、第２の磁極部２５２、第２のマグネット２１Ｂ、と一周するループを形成し、第２の磁極部２５２が励磁される。第２の磁極部２５２の励磁状態（Ｎ極、Ｓ極、中立）は、第２のコイル２１Ｂに対する通電方向を変えることにより変えることができる。

励磁したロータ２５の第１の磁極部２５１、第２の磁極部２５２と、第１のマグネット２１Ａ、第２のマグネット２１Ｂとの磁気的なバランスにより、ロータ２５には、ステータ２２に対して安定する角度位置ができる。

上述した第１乃至第３の実施の形態と同様に、第１のコイル２１Ａ、第２のコイル２１Ｂに対する通電方向を切り替えていくことにより、ロータ２５がステータ２２に対して安定する角度をずらしていくことができ、ロータ２５をステータ２２に対して回転させることができる。その様子を図１８乃至図２１に示す。

図１８乃至図２１は、各通電状態におけるロータ２５と、第１のマグネット２１Ａ、第２のマグネット２１Ｂとの角度位置の関係を示す図である。

図１８乃至図２１において、第１のコイル２３Ａ、第２のコイル２３Ｂに対する通電方向を切り替えていくことによってロータ２５が回転していく様子を示している。図１８乃至図２１は、それぞれ図１７の矢視Ａ−Ａ線に沿う断面を示している。

本実施の形態では、第１のマグネット２１Ａと第２のマグネット２１Ｂを同軸上に且つ径方向に並べて配置することにより、第１乃至第３の実施の形態のようにマグネットを同軸上に且つ軸方向に並べて配置した場合に比べ、軸方向に短いステッピングモータとすることが可能となる。

また、ロータ２５を一部品で構成することができるため、従来のような、ロータの構成部品を接着剤で貼り合わせる場合の接着剤のはみ出し等の、組み立て時におけるトラブルを解消することができ、品質の安定したステッピングモータを提供することが可能となる。

また、第１の磁極部２５１及び第２の磁極部２５２を有するロータ２５を用いることにより、磁石でロータを構成する従来のモータに比べて慣性モーメントを低くすることが可能となる。

［他の実施の形態］
上記第１の実施の形態では、ロータ５の外周部に磁極部５２を４本形成した場合を例に挙げたが、本発明は、これに限定されるものではなく、１〜Ｎ／２本（Ｎ：マグネット極数）の範囲内であればよい。

上記第２の実施の形態では、ロータ７の外周部に第１の磁極部７２及び第２の磁極部７３を４本ずつ形成した場合を例に挙げたが、本発明は、これに限定されるものではなく、１〜Ｎ／２本（Ｎ：マグネット極数）の範囲内であればよい。

上記第３の実施の形態では、ロータ１５をステッピングモータの最外径部に配置した場合を例に挙げたが、本発明は、これに限定されるものではなく、ロータをステッピングモータの最内径部に配置する構造としてもよい。

上記第４の実施の形態では、ロータ２５の内周部及び外周部にそれぞれ第１の磁極部２５１及び第２の磁極部２５２を４本ずつ形成した場合を例に挙げたが、本発明は、これに限定されるものではなく、１〜Ｎ／２本（Ｎ：マグネット極数）の範囲内であればよい。

本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置としてのステッピングモータの構成部品を示す分解斜視図である。組立完成状態におけるステッピングモータの軸方向に沿った構造を示す断面図である。ステッピングモータの第１のコイル及び第２のコイルに正方向の通電を行ったときの磁路の様子を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）は、各通電状態におけるロータと第１のマグネット、第２のマグネットとの角度位置の関係を示す図である。（ａ）、（ｂ）は、各通電状態におけるロータと第１のマグネット、第２のマグネットとの角度位置の関係を示す図である。（ａ）、（ｂ）は、各通電状態におけるロータと第１のマグネット、第２のマグネットとの角度位置の関係を示す図である。（ａ）、（ｂ）は、各通電状態におけるロータと第１のマグネット、第２のマグネットとの角度位置の関係を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置としてのステッピングモータの構成部品を示す分解斜視図である。組立完成状態におけるステッピングモータの軸方向に沿った構造を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）は、各通電状態におけるロータとマグネットとの角度位置の関係を示す図である。（ａ）、（ｂ）は、各通電状態におけるロータとマグネットとの角度位置の関係を示す図である。（ａ）、（ｂ）は、各通電状態におけるロータとマグネットとの角度位置の関係を示す図である。（ａ）、（ｂ）は、各通電状態におけるロータとマグネットとの角度位置の関係を示す図である。本発明の第３の実施の形態に係る駆動装置としてのステッピングモータの構成部品を示す分解斜視図である。組立完成状態におけるステッピングモータの軸方向に沿った構造を示す断面図である。本発明の第４の実施の形態に係るステッピングモータの構成部品を示す分解斜視図である。組立完成状態におけるステッピングモータの軸方向に沿った構造を示す断面図である。各通電状態におけるロータと第１のマグネット、第２のマグネットとの角度位置の関係を示す図である。各通電状態におけるロータと第１のマグネット、第２のマグネットとの角度位置の関係を示す図である。各通電状態におけるロータと第１のマグネット、第２のマグネットとの角度位置の関係を示す図である。各通電状態におけるロータと第１のマグネット、第２のマグネットとの角度位置の関係を示す図である。第１の従来例に係るステッピングモータの構成部品を示す分解斜視図である。組立完成状態におけるステッピングモータの軸方向に沿った構造を示す断面図である。第２の従来例に係るステッピングモータの構成部品を示す分解斜視図である。組立完成状態におけるステッピングモータの軸方向に沿った構造を示す図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、６、１１Ａ、１１Ｂ２１Ａ、２１Ｂマグネット
２、１２、２２ステータ
３Ａ、３Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ、２３Ａ、２３Ｂコイル
４Ａ、４Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ、２４軸受
５、７、１５、２５ロータ

Claims

円筒形状に形成され、周方向に異なる極に交互に着磁された第１のマグネットと、
円筒形状に形成され、周方向に異なる極に交互に着磁された第２のマグネットと、
前記第１及び第２のマグネットの各着磁面と対向する軟磁性材料からなる磁極部が一体に形成されたロータと、
前記第１及び第２のマグネットを同軸に固定し、前記ロータを回転可能に支持するステータと、
前記ステータに固定され、前記ロータの前記磁極部における前記第１のマグネットに対向する箇所を励磁する第１のコイルと、
前記ステータに固定され、前記ロータの前記磁極部における前記第２のマグネットに対向する箇所を励磁する第２のコイルと、
を備えることを特徴とする駆動装置。
前記第１及び第２のマグネットの各内周面が前記着磁面として構成され、
前記第１及び第２のマグネットは前記ロータの外周側に配置されることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
前記ロータの前記磁極部は前記ロータの外周部から突出した状態に設けられることを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
前記第１及び第２のマグネットの各外周面が前記着磁面として構成され、
前記第１及び第２のマグネットは前記ロータの内周側に配置されることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
前記ロータの前記磁極部は前記ロータの側面を切り欠くことにより形成されることを特徴とする請求項４記載の駆動装置。
円筒形状に形成され、周方向に異なる極に交互に着磁されたマグネットと、
前記マグネットの着磁面と対向する軟磁性材料からなる第１の磁極部及び第２の磁極部が一体に形成されたロータと、
前記マグネットを固定し、前記ロータを回転可能に支持するステータと、
前記ステータに固定され、前記ロータの前記第１の磁極部を励磁する第１のコイルと、
前記ステータに固定され、前記ロータの前記第２の磁極部を励磁する第２のコイルと、
を備えることを特徴とする駆動装置。
前記マグネットの内周面が前記着磁面として構成され、
前記マグネットは前記ロータの外周側に配置されることを特徴とする請求項６記載の駆動装置。
前記ロータの前記第１の磁極部と前記第２の磁極部とは、前記ロータの外周部から突出した状態に且つ前記ロータの軸方向に沿って設けられると共に、前記ロータの外周方向に所定の位相差で配置されることを特徴とする請求項６記載の駆動装置。
円筒形状に形成され、周方向に異なる極に交互に着磁された第１のマグネットと、
円筒形状に形成され、周方向に異なる極に交互に着磁された第２のマグネットと、
前記第１及び第２のマグネットの各着磁面とそれぞれ対向する軟磁性材料からなる第１の磁極部及び第２の磁極部が一体に形成されたロータと、
前記第１及び第２のマグネットを同軸に固定し、前記ロータを回転可能に支持するステータと、
前記ステータに固定され、前記ロータの前記第１の磁極部を励磁する第１のコイルと、
前記ステータに固定され、前記ロータの前記第２の磁極部を励磁する第２のコイルと、
を備えることを特徴とする駆動装置。
前記第１のマグネットの外周面が前記着磁面として構成され、前記第２のマグネットの内周面が前記着磁面として構成され、
前記第２のマグネットの内径は前記第１のマグネットの外径より大きく設定され、
前記第１のマグネットは前記ロータの内周側に配置され、前記第２のマグネットは前記ロータの外周側に配置されることを特徴とする請求項９記載の駆動装置。
前記ロータの前記第１の磁極部は前記ロータの外周部から突出した状態に設けられ、前記ロータの前記第２の磁極部は前記ロータの内周部から突出した状態に設けられ、前記第１の磁極部と前記第２の磁極部とは、前記ロータの周方向に所定の位相差をもって配置されることを特徴とする請求項９記載の駆動装置。