JP2011055691A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】共通の回転軸に設けた複数のステータに少ない数の駆動回路でモータ電流を供給した場合でも、十分な回転数およびトルクを得ることのできるモータを提供すること。
【解決手段】ステッピングモータ１００では、モータ部２０を複数、モータ軸線Ｌ方向に配列し、複数のモータ部２０の間において極歯２１５、２２５、２６５、２７５の角度位置を同一にしてあるため、大きなトルクを得ることができる。モータ部２０のステータコイル２４同士およびステータコイル２９同士を直列に接続し、その分、駆動回路からの出力電圧を高く設定してある。このため、ステータコア２４、２９に十分なモータ電流を供給することができるので、十分な回転数やトルクを得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、１本の回転軸に対してステータが複数構成されたモータに関するものである。

モータは、回転軸に保持されたロータマグネットおよびロータマグネットに対向するステータを備えたモータ部と、モータ部にモータ電流を供給する駆動回路を備えた駆動部とを有している。また、モータのうち、ステッピングモータは、複数の極歯が環状に配列されたステータコア、および極歯の外周側で周回するステータコイルを備えた２相のステータ組を備えている。

かかるステッピングモータにおいて、２相のステータをモータ軸線方向に２組配置し、これら２組のステータにおいて極歯のピッチをずらすことにより、高速かつ微小な送りを可能とした構成が提案されている（特許文献１参照）。

特開平１０−２８３５９号公報

複数組のステータを備えたステッピングモータにおいて、各ステータにモータ電流を供給するにあたって、複数のステータの各々に駆動回路を設けるとモータのコストが増大してしまう。

ここに本願発明者は、複数のステータにモータ電流を供給するにあたって、１つの駆動回路から２以上のステータ（モータ部）にモータ電流を供給することによって駆動回路の数を削減することを提案するものである。しかしながら、図９に示すように、ステータコイル６００を並列に接続して共通の駆動回路７００で駆動すると、ステータコイル６００にばらつきがあると、全てのステータコイル６００に同一のモータ電流を供給することができないという問題点がある。すなわち、ステータコイル６００は、インダクタンスＬと抵抗Ｒとによって表されるが、ステータコイル６００において抵抗Ｒの値がばらついていると、モータ電流のピーク値がずれてしまう。また、ステータコイル６００においてインダクタンスＬの値がばらついていると、モータ電流の位相がずれてしまい、トルクが低下してしまう。なお、巻線仕様を検討しても、ステータコイル６００における抵抗ＲやインダクタンスＬのばらつきを解消することは困難である。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、共通の回転軸に設けた複数のステータに少ない数の駆動回路でモータ電流を供給した場合でも、十分な回転数およびトルクを得ることのできるモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、回転軸に保持されたロータマグネットおよび該ロータマグネットに対向するステータを備えたモータ部と、前記モータ部にモータ電流を供給する駆動回路を備えた駆動部と、を有するモータにおいて、１本の前記回転軸に対して前記ステータが当該回転軸の軸線方向に沿って複数配列されて、前記モータ部は前記回転軸の軸線方向に沿って複数構成されており、当該複数のモータ部には、ステータコイルが他のモータ部のステータコイルに直列に電気的接続されて同一の前記駆動回路から給電されるモータ部が含まれ、前記駆動部では、前記駆動回路の総数が前記モータ部の総数より少ないことを特徴とする。

本発明では、複数のステータの一部あるいは全部を直列に電気的に接続し、直列に電気的接続されたステータコイルに対して同一の駆動回路からモータ電流を供給する。このため、駆動回路の数を削減することができる。また、本発明では、ステータコイルを並列に接続するのではなく、直列に電気的に接続する。このため、ステータコイルにばらつきが発生している場合でも、ステータコイルに同一のモータ電流を供給することができる。また、ステータコイルを直列に電気的に接続した分、駆動回路からの出力電圧を高く設定すれば、たとえ、ステータコイルの抵抗や逆起電力が大きくなっても、ステータコアに十分なモータ電流を供給することができる。それ故、本発明によれば、共通の回転軸に設けた複数のステータに少ない数の駆動回路でモータ電流を供給した場合でも、十分な回転数やトルクを得ることができる。

本発明において、前記モータ部は、ステッピングモータであり、前記複数のモータ部は同位相で駆動されることが好ましい。すなわち、複数のステータ同士の間において極歯の角度位置を同一にしてある。このため、ステッピングモータの特長である高い送り精度を確保したまま、大きなトルクを得ることができる。また、複数のステータをモータ軸線方向に配列した構成であるため、ステッピングモータの外径寸法は小さいままである。

本発明において、前記複数のモータ部のいずれにおいてもステータコイルが他のモータ部のステータに直列に電気的接続されていることが好ましい。このように構成すると、駆動回路の数を最小限に抑えることができる。

本発明において、前記複数のモータ部は、ステータコイルが直列に電気的接続された複数組のモータ部にグループ分けされていることが好ましい。このように構成すると、複数のモータ部のステータコアを全て直列に電気的に接続した場合と比較して、駆動回路の出力電圧を低くすることができる。

本発明において、前記駆動部は、モータ電流を供給するステータコイルの数が相違する複数種類の前記駆動回路を備え、当該複数種類の駆動回路では、モータ電流を供給するステータコイルの数によって出力電圧が相違することが好ましい。この場合、前記複数種類の駆動回路では、駆動回路からの出力電圧を、駆動するステータコイルの数で割った値が等しいことが好ましい。このように構成すると、各モータ部で発生する回転数およびトルクを同等とすることができる。

本発明では、複数のステータの一部あるいは全部を直列に電気的に接続し、直列に電気的接続されたステータコイルに対して同一の駆動回路からモータ電流を供給する。このため、駆動回路の数を削減することができる。また、本発明では、ステータコイルを並列に接続するのではなく、直列に電気的に接続する。このため、ステータコイルにばらつきが発生している場合でも、ステータコイルに同一のモータ電流を供給することができる。また、ステータコイルを直列に電気的に接続した分、駆動回路からの出力電圧を高く設定すれば、たとえ、ステータコイルの抵抗や逆起電力が大きくなっても、ステータコアに十分なモータ電流を供給することができる。それ故、本発明によれば、共通の回転軸に設けた複数のステータに少ない数の駆動回路でモータ電流を供給した場合でも、十分な回転数やトルクを得ることができる。

本発明を適用したステッピングモータの外観図である。 図１に示すステッピングモータに用いたステータなどの説明図である。 図１に示すステッピングモータからカバーを取り外して内部構成を示す説明図である。 図３に示すステータに用いたステータ組の説明図である。 図１に示すステッピングモータに用いたロータの説明図である。 図１に示すステッピングモータに用いた基板および駆動部の構成を示す説明図である。 図１に示すステッピングモータに用いた駆動回路部の説明図である。 図１に示すステッピングモータのＮＴ特性の説明図である。 参考例に係るステッピングモータの説明図である。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

（ステッピングモータの全体構成）
図１は、本発明を適用したステッピングモータの外観図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、ステッピングモータにおいてコネクタが配置された上側部分の斜視図、および下側部分の斜視図である。図２は、図１に示すステッピングモータに用いたステータなどの説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、図１に示すステッピングモータの縦断面図、およびステータの一部を拡大して示す断面図である。図３は、図１に示すステッピングモータからカバーを取り外して内部構成を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は、内部構成の上側部分の斜視図、および下側部分の斜視図である。

図１および図２に示すように、本形態のステッピングモータ１００では、モータ軸線Ｌ方向に長手方向を向ける下カバー９１と上カバー９２とによってカバー９が構成されている。カバー９において、出力側Ｌ１の端部にはフランジ９５が固着され、かかるフランジ９５からはロータ３の回転軸３１が突出している。回転軸３１の先端部にはピニオン３９が固着されている。

カバー９において、反出力側Ｌ２の端面からは基板７の端部が突出し、かかる基板７の端部に対してさらに反出力側Ｌ２で隣接する位置にコネクタ７７が搭載されている。

図２および図３に示すように、ステッピングモータ１００は、カバー９の内側に、外周面においてＮ極とＳ極が周方向に交互に形成されたロータマグネット３２、および回転軸３１を備えたロータ３と、ロータマグネット３２の外周面に対向する筒状のステータ２とを有している。

本形態では、カバー９とステータ２との間には樹脂６が充填されている。かかる樹脂６は、ステータ２の内部において、後述するステータコイル２４、２９を覆う位置まで充填され、ステータコイル２４、２９で発生した熱をカバー９に伝達して放熱性を高める機能を担っている。

回転軸３１は、出力側Ｌ１の端部と反出力側Ｌ２の端部が軸受で回転可能に支持されている。本形態では、回転軸３１のいずれの端部もボールベアリングからなる軸受９７、９９によって支持されており、回転軸３１において、出力側Ｌ１の端部には軸受９７の内輪が固着され、軸受９７の外輪は、軸受ホルダ９６を介してフランジ９５に固定されている。また、回転軸３１において、反出力側Ｌ２の端部には軸受９９の内輪が固着され、軸受９９の外輪は、軸受ホルダ９８を介して固定されている。

（モータ部２０の構成）
図４は、図３に示すステータに用いたステータ組の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、ステータ組１つ分の斜視図、および分解斜視図である。

本形態のステッピングモータ１００において、ステータ２は、図４に示すステータ組が複数、モータ軸線Ｌ方向に配列されてなる。このため、ステッピングモータ１００において、回転軸３１の軸線方向に沿って、回転軸３１の外周面（ロータマグネット３２）にステータ２が対向する複数のモータ部２０が構成されている。本形態のステッピングモータ１００では、５組のステータ組およびモータ部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅが構成されている。

図４に示すように、モータ部２０は、Ａ相の外ステータコア２１、ステータコイルボビン２３に巻回されたＡ相のステータコイル２４、Ａ相の内ステータコア２２、Ｂ相の内ステータコア２７、ステータコイルボビン２８に巻回されたＢ相のステータコイル２９、Ｂ相の外ステータコア２６をモータ軸線Ｌ方向で重ねた２相構造になっている。

Ａ相の外ステータコア２１は、底板部２１１の外周縁から反出力側Ｌ２に向けて円筒部２１２が延びた有底筒形形状を備えており、底板部２１１の中心穴の縁では、反出力側Ｌ２に向けて複数の極歯２１５が起立している。Ａ相の内ステータコア２２は、円環状のフランジ部２２１を備えており、このフランジ部２２１の中心穴の縁では、出力側Ｌ１に向けて複数の極歯２２５が起立している。従って、Ａ相のステータコイル２４が巻回されたステータコイルボビン２３をモータ軸線Ｌ方向の両側から挟むように、Ａ相の外ステータコア２１、ステータコイルボビン２３、およびＡ相の内ステータコア２２を重ねると、ステータコイルボビン２３の内周面では、Ａ相の外ステータコア２１に形成された極歯２１５と、Ａ相の内ステータコア２２に形成された極歯２２５とが交互に環状に並び、かかる極歯２１５、２２５の外周側でＡ相のステータコイル２４が周回する構造となる。

Ｂ相の外ステータコア２６は、円環状のフランジ部２６１を備えており、このフランジ部２６１の中心穴の縁では、出力側Ｌ１に向けて複数の極歯２６５が起立している。Ｂ相の内ステータコア２７は、円環状のフランジ部２７１を備えており、このフランジ部２７１の中心穴の縁では、反出力側Ｌ２に向けて複数の極歯２７５が起立している。従って、Ｂ相のステータコイル２９が巻回されたステータコイルボビン２８をモータ軸線Ｌ方向の両側から挟むように、Ｂ相の外ステータコア２６、ステータコイルボビン２８、およびＢ相の内ステータコア２７を重ねると、ステータコイルボビン２８の内周面では、Ｂ相の外ステータコア２６に形成された極歯２６５と、Ｂ相の内ステータコア２７に形成された極歯２７５とが交互に環状に並び、かかる極歯２６５、２７５の外周側でＢ相のステータコイル２９が周回する構造となる。

ここで、Ａ相の外ステータコア２１、ステータコイルボビン２３に巻回されたＡ相のステータコイル２４、Ａ相の内ステータコア２２、Ｂ相の内ステータコア２７、ステータコイルボビン２８に巻回されたＢ相のステータコイル２９、Ｂ相の外ステータコア２６をモータ軸線Ｌ方向で重ねた際、Ａ相の外ステータコア２１の円筒部２１２は、Ａ相のステータコイル２４、Ａ相の内ステータコア２２、Ｂ相の内ステータコア２７、Ｂ相のステータコイル２９を外周側で覆った状態となり、かかる円筒部２１２の先端部に対して、Ｂ相の外ステータコア２６のフランジ部２６１が嵌った状態となる。

この状態で、モータ部２０では、モータ軸線Ｌ方向の反出力側Ｌ２の端部の外周縁は、Ａ相の外ステータコア２２の円筒部２１２の先端部であり、直角形状（直角部分）あるいは略直角形状（略直角部分）になっている。これに対して、モータ部２０では、モータ軸線Ｌ方向の出力側Ｌ１の端部の外周縁は、Ａ相の外ステータコア２１において、底板部２１１から円筒部２１２が起立した部分であり、Ｒ形状（Ｒ部分）になっている。そこで、本形態では、隣接するモータ部２０を連結するにあたって、詳しくは後述するように、外周縁がＲ形状になっているＡ相の外ステータコア２１の底板部２１１に対して、磁性板からなるスペーサ５がスポット溶接されている。また、Ａ相の外ステータコア２２の円筒部２１２の先端部に対しては、隣接するモータ部２０のＡ相の外ステータコア２１にスポット溶接されたスペーサ５がレーザ溶接されている。

このように構成したモータ部２０において、Ａ相のステータコイル２４が巻回されたボビン２３の周方向の１箇所には端子台２３１が形成されており、かかる端子台２３１には２本の端子２４６が固着されている。また、２本の端子２４６にはＡ相のステータコイル２４の端部が各々絡げられ、端子２４６とステータコイル２４の端部とはハンダにより電気的に接続されている。また、Ｂ相のステータコイル２９が巻回されたボビン２８においても、周方向の１箇所に端子台２８１が形成され、かかる端子台２８１には２本の端子２９６が固着されている。また、２本の端子２９６にはＢ相のステータコイル２９の端部が各々絡げられ、端子２９６とステータコイル２９の端部とはハンダにより電気的に接続されている。

ここで、Ａ相に対応する２本の端子２４６は、モータ軸線Ｌ方向に直交する方向で並び、Ｂ相に対応する２本の端子２９６も、モータ軸線Ｌ方向に直交する方向で並んでいる。しかも、Ａ相に対応する２本の端子２４６と、Ｂ相に対応する２本の端子２９６とは、モータ軸線Ｌ周りの角度位置が同一に設定されているため、Ａ相に対応する２本の端子２４６と、Ｂ相に対応する２本の端子２９６は、各々がモータ軸線Ｌ方向で重なっている。

かかる端子２４６、２９６および端子台２３１、２８１は、Ａ相の外ステータコア２１の切り欠き２１８から半径方向外側に突出している。端子台２３１、２８１の内面は、円筒部２２１の外周面に当接している。また、端子台２３１、２８１において周方向の両端部は、切り欠き２１８において周方向の両側で対向する内縁に当接し、周方向の位置が規定されている。従って、Ａ相の外ステータコア２１の切り欠き２１８を基準に端子台２３１、２８１の角度位置が規定される結果、端子２４６、２９６の角度位置も規定される。また、Ａ相の内ステータコア２２の外周縁に形成された小突起２２８、Ｂ相の外ステータコア２６の外周縁に形成された小突起２６８、およびＢ相の内ステータコア２７の外周縁に形成された小突起２７８は、切り欠き２１８において周方向の両側で対向する内縁に当接し、周方向の位置が規定されている。このため、切り欠き２１８を基準に、Ａ相の内ステータコア２２、Ｂ相の外ステータコア２６、およびＢ相の内ステータコア２７の角度位置が規定されている。

このように構成したモータ部２０を用いてステッピングモータ１００を構成するにあたって、本形態では、同一構成の複数のモータ部２０（モータ部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ）がモータ軸線Ｌ方向に同軸状に配列されている。すなわち、いずれのモータ部２０でも、Ａ相の外ステータコア２１同士、ステータコイルボビン２３に巻回されたＡ相のステータコイル２４同士、Ａ相の内ステータコア２２同士、Ｂ相の内ステータコア２７同士、ステータコイルボビン２８に巻回されたＢ相のステータコイル２９同士、およびＢ相の外ステータコア２６同士は、同一の構成を有している。

また、いずれのモータ部２０においても、極歯の角度位置が同一である。すなわち、図２（ｂ）に示すように、いずれのモータ部２０においても、周方向の所定の箇所を基準にした際、Ａ相の外ステータコア２１に形成された極歯２１５同士は同一の角度位置にあり、Ａ相の内ステータコア２２に形成された極歯２２５同士は同一の角度位置にあり、Ｂ相の外ステータコア２６に形成された極歯２６５同士は同一の角度位置にあり、Ｂ相の内ステータコア２７に形成された極歯２７５同士は同一の角度位置にある。このため、各モータ部２０とロータ３との間に発生するピークトルク位置が一致するため、大きなトルクを得ることができる。特に、本形態では、各モータ部２０の間での極歯の角度位置のずれを防止してあるため、大きなトルクを確実に得ることができる。

（ロータの構成）
図５は、図１に示すステッピングモータ１００に用いたロータ３の説明図である。図２（ａ）および図５に示すように、本形態のステッピングモータ１００において、ロータ３では、回転軸３１の周りに円筒状の永久磁石からなるロータマグネット３２が固着され、かかるロータマグネット３２の外周面には、Ｎ極とＳ極が周方向に交互に形成されている、また、ロータマグネット３２では、同一の磁極がモータ軸線Ｌ方向の全体にわたって連続して形成されている。このため、ロータ３では、モータ軸線Ｌ方向においてステータ２が位置する全範囲にロータマグネット３２が位置する。

かかるロータマグネット３２を構成するにあたって、本形態では、回転軸３１の周りに複数の円筒状のマグネット片３２０をモータ軸線Ｌ方向に配列されており、本形態では、複数のマグネット片３２０は、隣接するマグネット片３２０同士が当接するように配置されている。

ここで、複数のマグネット片３２０には、モータ軸線Ｌ方向における長さ寸法が相違するマグネット片３２０が含まれている。また、本形態では、モータ部２０は５組であるが、マグネット片３２０は７つであり、マグネット片３２０の数と、モータ部２０の組数とが相違している。

このように、本形態では、ステータ２の長さ寸法に一致するような長いロータマグネット３２を用いるのではなく、長さ寸法が異なる円筒状の磁石材料を準備しておき、ステータ２の長さが定まった時点で、所定数の磁石材料を配置し、着磁を行なう。その際、同一寸法の磁石材料を配列しただけでは、ステータ２の長さ寸法にあったロータマグネット３２を構成できない場合、一部の磁石材料を長さの異なるものに交換して、ロータマグネット３２の長さ寸法を合わせる。従って、長さ寸法が同一のマグネット片３２０によってロータマグネット３２が構成される場合もあるが、本形態のように、長さ寸法が異なるマグネット片３２０によってロータマグネット３２が構成される場合もある。また、モータ部２０と同数のマグネット片３２０によってロータマグネット３２が構成される場合もあるが、本形態のように、モータ部２０と異なる数のマグネット片３２０によってロータマグネット３２が構成される場合もある。

このように構成すると、準備しておくロータマグネット３２用の部品の種類を減らすことができるので、ステッピングモータ１００のコストを低減することができる。また、極端に長いロータマグネット３２を用いた場合、成形の際、内径に通す金型が細く長くなるため、成形が難しく、長さ方向において内径寸法がバラツキやすいが、本形態のように、複数のマグネット片３２０によってロータマグネット３２を構成すれば、長さ方向の全体にわたって内径寸法が安定する。それ故、ステータ２とロータマグネット３２との隙間寸法を狭くすることができるので、大きなトルクを得るのに有利である。

（エンコーダ８の構成）
図１〜図３に示すように、本形態のステッピングモータ１００において、回転軸３１の反出力側Ｌ２の端部に対してはエンコーダ８が配置されている。本形態において、エンコーダ８は、回転軸３１の反出力側Ｌ２の端部に取り付けられた円筒状の磁石８１と、回転軸３１の反出力側Ｌ２の端部に対峙するＭＲ素子８２により構成されている。ＭＲ素子８２は、センサ基板８５に実装され、センサ基板８５は、カバー９の反出力側Ｌ２端部に取り付けられた円筒状のセンサカバー８０に固定されている。センサ基板８５には、駆動用ＩＣ７９が実装されており、駆動用ＩＣ７９は、エンコーダ８による検出結果に基づいて、ステータコイル２４、２９への通電をフィードバック制御する。

（ステッピングモータ１００の製造方法）
本形態のステッピングモータ１００を製造するにあたって、ロータ形成工程では、まず、ステータ２の長さに合わせて、予め準備しておいたマグネット片３２０から所定寸法のマグネット片３２０を必要な数、回転軸３１の周りに固定し、着磁してロータマグネット３２を形成する。あるいは、冶具の周りで複数のマグネット片３２０を接着剤で連結した後、着磁してロータマグネット３２を形成し、かかるロータマグネット３２を回転軸３１の周りに固定する。

一方、ステータ形成工程では、Ａ相の外ステータコア２１、ステータコイルボビン２３に巻回されたＡ相のステータコイル２４、Ａ相の内ステータコア２２、Ｂ相の内ステータコア２７、ステータコイルボビン２８に巻回されたＢ相のステータコイル２９、Ｂ相の外ステータコア２６をモータ軸線Ｌ方向で重ねてモータ部２０を形成する。かかる工程を行なう前に、Ａ相の外ステータコア２１の底板部２１１に対してスペーサ５をスポット溶接しておく。スポット溶接は、Ａ相の外ステータコア２１の内側にステータコイル２４、２９などを配置した後は行なうことができないが、Ｒ形状になっているＡ相の外ステータコア２１の底板部であってもスペーサ５を溶接することができる。

次に、丸棒状の冶具を貫通するように、複数のモータ部２０を通し、複数のモータ部２０を同軸状に配列する。その際、別の冶具を端子２４６、２９６あるいは端子台２３１、２８１に当接させて、複数のモータ部２０の角度調整を行なう。

次に、端子２４６、２９６を基板７の端子穴７０に嵌めた後、端子２４６、２９６と基板７のランドとのハンダ付けを行なう。かかるハンダ付けの前、あるいは後に、Ａ相の外ステータコア２２の円筒部２２１の先端部と、隣接するモータ部２０のＡ相の外ステータコア２１に固定したスペーサ５とをレーザ溶接により固定する。レーザ溶接は、Ｒ部分には行なうことができないが、本形態では、Ａ相の外ステータコア２２の円筒部２２１において直角あるいは略直角になっている先端部とスペーサ５とを溶接するので、レーザ溶接を採用することができる。かかるレーザ溶接は、スポット溶接と違って、Ａ相の外ステータコア２１とＢ相の外ステータコア２６とによって囲まれた空間内にステータコイル２４、２９などを配置した後に行なっても、ステータコイル２４、２９が損傷しないなどの利点がある。

また、本形態では、Ａ相の外ステータコア２２の円筒部２２１の先端部にはＢ相の外ステータコア２６のフランジ部２６１が嵌っており、円筒部２２１の先端部は、分厚くなっているのと同様な状態にある。このため、Ａ相の外ステータコア２２の円筒部２２１の先端部とスペーサ５とをレーザ溶接した際、Ａ相の外ステータコア２２の円筒部２２１に穴があいてステータコイル２９が損傷あるいは断線するなどの不具合が発生しない。また、Ａ相の外ステータコア２２の円筒部２２１とレーザ溶接されるのは、隣接するモータ部２０のＡ相の外ステータコア２２にスポット溶接されているスペーサ５であるため、レーザ溶接の際、隣接するモータ部２０のＡ相の外ステータコア２２に穴があいてステータコイル２４が損傷あるいは断線するなどの不具合も発生しない。それ故、モータ部２０同士の固定強度を向上することができるとともに、ステッピングモータ１００の歩留まりを向上することができる。

次に、カバー９の内側に複数のモータ部２０を連設したステータ２を配置し、しかる後に軸受９７、９９や軸受ホルダ９６、９８などを介してロータ３をステータ２内に回転可能に配置する。その際、回転軸３１の反出力側Ｌ２の端部にエンコーダ８を構成するための磁石８１を取り付けておく。しかる後には、ＭＲ素子８２や駆動用ＩＣ７９が実装されたセンサ基板８５をカバー９に取り付ける。

（ステッピングモータ１００の電気的構成）
図６は、図１に示すステッピングモータに用いた基板および駆動部の構成を示す説明図である。図７は、図１に示すステッピングモータに用いた駆動回路部の説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は、第１駆動回路部の説明図および第２駆動回路部の説明図である。図８は、図１に示すステッピングモータのＮＴ特性の説明図である。なお、図６では、ステータコイル２４、２９を点線で示してある。

本形態においては、いずれのモータ部２０においても、端子台２３１、２８１および端子２４６、２９６の角度位置が同一である。このため、５つのモータ部２０を配列したステータ２には計２０本の端子があるが、これらの端子は１０本ずつ、モータ軸線Ｌに平行に２列に直線的に並んでいる。

そこで、本形態では、図６に示すように、計２０個の端子穴７０が１０個ずつ、２列に直線的に並んだ基板７を用い、これらの端子穴７０に端子２４６、２９６を貫通させてハンダ付けしてある。ここで、基板７は、ＰＣＢ基板やガラス−エポキシ基板などといった剛性基板である。

このように構成した基板７を用いてステッピングモータ１００を構成するにあたって、各モータ部２０（モータ部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ）のステータコイル２４、２９に対して駆動部４００が電気的に接続されている。ここで、ステッピングモータ１００のモータ部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの数は５つであるが、駆動部４００には、第１駆動回路４１０および第２駆動回路４２０からなる２つの駆動回路が形成されており、駆動回路（第１駆動回路４１０および第２駆動回路４２０）の総数は、モータ部２０（モータ部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ）の総数より少ない。なお、駆動部４００には、第１駆動回路４１０および第２駆動回路４２０に対する電源部４３０および制御部４４０が構成されている。

本形態では、駆動回路（第１駆動回路４１０および第２駆動回路４２０）の総数を、モータ部２０（モータ部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ）の総数より少なくするにあたって、以下の構成が採用されている。なお、各モータ部２０（モータ部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ）において、Ａ相のステータコイル２４とＢ相のステータコイル２９は、互いに反転した駆動パルス（駆動電流）が供給される点が相違する他、給電方式は同一であるため、Ａ相のステータコイル２４への給電方式を中心に説明する。

本発明では、まず、基板７０には、モータ部２０ａのＡ相のステータコイル２４の一方端が接続された端子２４６と、隣接するモータ部２０ｂのＡ相のステータコイル２４の他方端が接続された端子２４６がハンダ付けされたランドとを電気的に接続する配線７１ａが形成されている。また、基板７０には、モータ部２０ａのＡ相のステータコイル２４の他方端が接続された端子２４６から延在する配線７１ｅと、モータ部２０ｂのＡ相のステータコイル２４の一方端が接続された端子２４６から延在する配線７１ｆとが形成されており、配線７１ｅ、７１ｆは第１駆動回路４１０に電気的に接続されている。

このため、図７（ａ）に示すように、モータ部２０ａのＡ相のステータコイル２４と、モータ部２０ｂのＡ相のステータコイル２４とは第１駆動回路４１０に直列に電気的に接続されている。なお、モータ部２０ａのＢ相のステータコイル２９と、モータ部２０ｂのＢ相のステータコイル２９とは第１駆動回路４１０に直列に電気的に接続されている。

また、図６に示すように、基板７０には、モータ部２０ｃのＡ相のステータコイル２４の一方端が接続された端子２４６と、隣接するモータ部２０ｄのＡ相のステータコイル２４の他方端が接続された端子２４６がハンダ付けされたランドとを電気的に接続する配線７２ａと、モータ部２０ｄのＡ相のステータコイル２４の一方端が接続された端子２４６と、隣接するモータ部２０ｅのＡ相のステータコイル２４の他方端が接続された端子２４６がハンダ付けされたランドとを電気的に接続する配線７２ｂとが形成されている。また、基板７０には、モータ部２０ｃのＡ相のステータコイル２４の他方端が接続された端子２４６から延在する配線７２ｅと、モータ部２０ｅのＡ相のステータコイル２４の一方端が接続された端子２４６から延在する配線７２ｆとが形成されており、配線７２ｅ、７２ｆは第２駆動回路４２０に電気的に接続されている。

このため、図７（ｂ）に示すように、モータ部２０ｃのＡ相のステータコイル２４と、モータ部２０ｄのＡ相のステータコイル２４と、モータ部２０ｅのＡ相のステータコイル２４とは第２駆動回路４２０に直列に電気的に接続されている。なお、モータ部２０ｃのＢ相のステータコイル２４と、モータ部２０ｄのＢ相のステータコイル２４と、モータ部２０ｅのＢ相のステータコイル２４とは第２駆動回路４２０に直列に電気的に接続されている。

図７（ａ）、（ｂ）において、ステータコイル２４（ステータコイル２９）は、インダクタンスＬと抵抗Ｒとによって表してある。また、第１駆動回路４１０および第２駆動回路４２０については、図６に示す制御部４４０からの制御信号によってオンオフ動作を行なうトランジスタＴｒ11〜Ｔｒ14、およびダイオードＤ11〜Ｄ14を備えたＨブリッジ回路として表してある。

このように構成した駆動部４００において、第１駆動回路４１０は、直列接続された２つのＡ相のステータコイル２４と、直列接続された２つのＢ相のステータコイル２９とを駆動する。これに対して、第２駆動回路４２０は、直列接続された３つのＡ相のステータコイル２９と、直列接続された３つのＢ相のステータコイル２９とを駆動する。そこで、本形態では、モータ部２０が１つの通常のステッピングモータにおける定格電圧をＶccとした場合、第１駆動回路４１０からステータコイル２４およびステータコイル２９に駆動電流を供給する際の出力電圧は、Ｖcc×２倍の電圧Ｖａに設定され、第２駆動回路４２０からステータコイル２４およびステータコイル２９に駆動電流を供給する際の出力電圧は、Ｖcc×３倍の電圧Ｖｂに設定されている。このため、第１駆動回路４１０と第２駆動回路４２０とでは、出力電圧Ｖａ、Ｖｂを、駆動するステータコイル２４の数（ステータコイル２９の数）で割った値がいずれもＶccであり、等しい。なお、第１駆動回路４１０および第２駆動回路４２０の出力電圧Ｖａ、Ｖｂに上記の関係を設定するにあたっては、電源部４３０から第１駆動回路４１０および第２駆動回路４２０に供給される電圧を上記の関係に設定する方式の他、第１駆動回路４１０および第２駆動回路４２０の少なくとも一方に昇圧回路を設けた方式を採用することができる。

いずれの方式を場合した場合も、本形態のステッピングモータ１００では、図８に直線Ｌ１１でＮＴ特性を示すように、高い回転数およびトルクを得ることができる。すなわち、例えば、１つのステータコイルに対する出力電圧をＶccに設定すると図８に直線Ｌ１２でＮＴ特性を示すように、十分なトルクを得ることができない。また、２つのステータコイルを直列に接続して出力電圧をＶccに設定すると、ステータコイルの抵抗Ｒに起因する電流低下や、インダクタンスＬに起因する逆起電力によって、ステータコイルに所定のモータ電流を供給できない結果、図８に直線Ｌ１３でＮＴ特性を示すように、回転数およびトルクの双方が低くなってしまう。しかるに本形態では、ステータコイルを直列に接続した分、ステータコイルの数に応じて最適な出力電圧Ｖａ、Ｖｂを設定し、第１駆動回路４１０と第２駆動回路４２０のいずれにおいても、出力電圧Ｖａ、Ｖｂを、駆動するステータコイル２４の数（ステータコイル２９の数）で割った値がいずれもＶccである。このため、高い回転数およびトルクを得ることができる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のステッピングモータ１００では、モータ部２０を複数、モータ軸線Ｌ方向に配列し、複数のモータ部２０の間において極歯２１５、２２５、２６５、２７５の角度位置を同一にしてあるため、ステッピングモータ１００の特長である高い送り精度を確保したまま、大きなトルクを得ることができる。また、複数のモータ部２０をモータ軸線Ｌ方向に配列した構成であるため、ステッピングモータ１００の外径寸法は小さいままである。

また、本形態では、モータ部２０は、ステータコアおよびステータコイルとして、Ａ相のステータコア（外ステータコア２１および内ステータコア２２）およびステータコイル２４と、Ｂ相のステータコア（外ステータコア２６および内ステータコア２７）およびステータコイル２９を備え、複数のモータ部２０の間においてＡ相の極歯２１５、２２５同士の角度位置が同一で、Ｂ相の極歯２６５、２７５同士の角度位置が同一である。かかる２相構造を採用すれば、単相構造と違って、送り動作の際の振動などを低く抑えることができる。

また、複数のモータ部２０の間において、ステータコア（外ステータコア２１、２６および内ステータコア２２、２７）およびステータコイル２４、２９は同一構成である。従って、部品の共通化を図ることができるので、ステッピングモータ１００の低コスト化を図ることができる。

さらに、複数のモータ部２０を用いた場合、ステータコイル２４同士およびステータコイル２９同士を並列に接続すると、ステータコイル２４、２９に流れる電流にアンバランスが発生するおそれがあるが、本形態では、ステータコイル２４同士およびステータコイル２９同士を直列に接続しているため、各モータ部２０においてステータコイル２４、２９に流れる電流を同等とすることができる。しかも、駆動回路の数を削減することができる。また、本形態では、ステータコイル２４、２９を直列に電気的に接続した分、第１駆動回路４１０および第２駆動回路４２０からの出力電圧Ｖａ、Ｖｂを高く設定してある。このため、ステータコイル２４、２９の抵抗や逆起電力が大きくなっても、ステータコア２４、２９に十分なモータ電流を供給することができる。それ故、本形態によれば、共通の回転軸３１に設けた複数のモータ部２０に少ない数の駆動回路でモータ電流を供給した場合でも、十分な回転数やトルクを得ることができる。

また、本形態において、複数のモータ部２０のいずれにおいてもステータコイル２４、２９が他のモータ部のステータに直列に電気的接続されている。このため、駆動回路の数を最小限、本形態では、２つの駆動回路（第１駆動回路４１０および第２駆動回路４２０）に抑えることができる。

さらに、本形態において、複数のモータ部２０は、ステータコイル２４、２９が直列に電気的接続された複数組のモータ部、すなわち、第１駆動回路４１０に接続されたモータ部２０ａ、２０ｂのグループと、第２駆動回路４２０に接続されたモータ部２０ｃ、２０ｄ、２０ｅのグループとにグループ分けされている。このため、複数のモータ部２０のステータコア２４、２９を全て直列に電気的に接続した場合と比較して、駆動回路の出力電圧を低くすることができる。

さらにまた、第１駆動回路４１０と第２駆動回路４２０のいずれにおいても、出力電圧Ｖａ、Ｖｂを、駆動するステータコイル２４の数（ステータコイル２９の数）で割った値がいずれもＶccである。このため、各モータ部２０で発生する回転数およびトルクを同等とすることができ、高い回転数およびトルクを得ることができる。

また、本形態では、複数のモータ部２０の間において、端子２４６、２９６の位置が同一の角度位置にあるため、端子２４６、２９６への電気的な接続が容易である。また、モータ部２０を同一の角度位置に配置する際、端子２４６、２９６あるいは端子台２３１、２８１を基準にモータ部２０の角度位置を合わせることができる。しかも、端子２４６、２９６の位置が同一の角度位置にあるため、全ての端子２４６、２９６を共通の基板７に接続することができるので、端子２４６、２９６への電気的な接続が容易である。また、基板７として剛性基板を用いたため、フレキシブル基板を用いた場合と違って、端子２４６、２９６と基板７との固定により、モータ部２０の位置ずれを防止することができるという利点がある。

本形態において、ロータマグネット３２では、同一の磁極がモータ軸線Ｌ方向の全体にわたって連続して形成されているため、ロータマグネット３２においてステータ２と対向する領域全体が着磁されていることになる。このため、磁気効率が高いので、大きなトルクを得るのに有利である。

また、ロータマグネット３２はモータ軸線Ｌ方向に配列された複数のマグネット片３２０からなるため、マグネット片３２０の数などを変更することでロータマグネット３２の全長を調整することができる。従って、準備しておくロータマグネット３２用の部品の種類を減らすことができるので、ステッピングモータ１００のコストを低減することができる。しかも、複数のマグネット片３２０は、隣接するマグネット片３２０同士が当接するように配置されているため、ステータ２と対向する部分の全てが着磁されている構成を容易に実現することができる。

さらに、ステータ２の外周側はカバー９により覆われ、カバー９とステータ２との間には樹脂６が充填され、かかる樹脂６はステータコイル２４、２９まで届いている。このため、ステータコイル２４、２９で発生した熱を、樹脂６を介してカバー９に伝達することができるので、放熱性が高い。従って、複数のモータ部２０を用いた場合でも、ステッピングモータ１００の温度上昇を低く抑えることができるので、ステッピングモータ１００の信頼性を向上することができる。

［他の実施の形態］
上記実施の形態では、
モータ部２０ａ、２０ｂ＝直列、駆動回路の出力電圧Ｖcc×２
モータ部２０ｃ〜２０ｅ＝直列、駆動回路の出力電圧Ｖcc×３
としたが、以下の条件
モータ部２０ａ〜２０ｅ＝直列、駆動回路の出力電圧Ｖcc×５
のように、全てのモータ部２０を直列に電気的に接続した構成としてもよい。また、以下の条件
モータ部２０ａ、２０ｂ＝直列、駆動回路の出力電圧Ｖcc×２
モータ部２０ｃ、２０ｄ＝直列、駆動回路の出力電圧Ｖcc×２
モータ部２０ｅ＝単独、駆動回路の出力電圧Ｖcc
のように、一部のモータ部２０については直列に電気的接続しない構成を採用してもよい。

上記実施の形態では、モータ部２０が５個であったが、モータ部２０の数については、求められるＮＴ特性に応じて、２〜４個、あるいは６個以上であってもよい。また、駆動回路の出力電圧についても、求められるＮＴ特性に応じて、最適な値に設定すればよい。

また、上記実施の形態では、スペーサ５が磁性材料で構成されていたが、非磁性材料で構成してもよい。さらに、上記実施の形態では、基板７は剛性基板であったが、フレキシブル基板であってもよい。

上記実施の形態では、ステッピングモータに本発明を適用したが、他の直流モータに本発明を適用してもよい。

２ ステータ
３ ロータ
５ スペーサ
６ 樹脂
７ 基板
８ エンコーダ
９ カバー
２０ モータ部
２０ａ〜２０ｅ モータ部
２１ Ａ相の外ステータコア
２２ Ａ相の内ステータコア
２４ Ａ相のステータコイル
２６ Ｂ相の外ステータコア
２７ Ｂ相の内ステータコア
２９ Ｂ相のステータコイル
３１ 回転軸
３２ ロータマグネット
１００ ステッピングモータ
２１５、２２５ Ａ相の極歯
２３１、２８１ 端子台
２６５、２７５ Ｂ相の極歯
３２０ マグネット片
４００ 駆動部
４１０ 第１駆動回路
４２０ 第２駆動回路
Ｌ モータ軸線

Claims (6)

1. 回転軸に保持されたロータマグネットおよび該ロータマグネットに対向するステータを備えたモータ部と、前記モータ部にモータ電流を供給する駆動回路を備えた駆動部と、を有するモータにおいて、
   １本の前記回転軸に対して前記ステータが当該回転軸の軸線方向に沿って複数配列されて、前記モータ部は前記回転軸の軸線方向に沿って複数構成されており、
   当該複数のモータ部には、ステータコイルが他のモータ部のステータコイルに直列に電気的接続されて同一の前記駆動回路から給電されるモータ部が含まれ、
   前記駆動部では、前記駆動回路の総数が前記モータ部の総数より少ないことを特徴とするモータ。
2. 前記モータ部は、ステッピングモータであり、
   前記複数のモータ部は同位相で駆動されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記複数のモータ部のいずれにおいてもステータコイルが他のモータ部のステータに直列に電気的接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記複数のモータ部は、ステータコイルが直列に電気的接続された複数組のモータ部にグループ分けされていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のモータ。
5. 前記駆動部は、モータ電流を供給するステータコイルの数が相違する複数種類の前記駆動回路を備え、
   当該複数種類の駆動回路では、モータ電流を供給するステータコイルの数によって出力電圧が相違することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のモータ。
6. 前記複数種類の駆動回路では、駆動回路からの出力電圧を、駆動するステータコイルの数で割った値が等しいことを特徴とする請求項５に記載のモータ。

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