JP3517550B2 - モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円筒形状のモータに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】小型円筒形のステップモータとしては、
図１４に示すものがある。ボビン１０１にステータコイ
ル１０５が同心状に巻回され、ボビン１０１はステータ
ヨーク１０６を２個で軸方向から挟持固定し、かつステ
ータヨーク１０６にはボビン１０１の内径面円周方向に
ステータ歯１０６ａと１０６ｂが交互に配置され、ケー
ス１０３にステータ歯１０６ａまたは１０６ｂと一体の
ステータヨーク１０６が固定され、ステータ１０２が構
成されている。

【０００３】２組のケース１０３の一方にはフランジ１
１５と軸受１０８が固定され、他方のケース１０３には
もう一個の軸受１０８が固定されている。ロータ１０９
はロータ軸１１０にロータ磁石１１１が固定され、ステ
ータ１０２のステータヨーク１０６ａと放射状の空隙部
を構成し、軸受１０８で両支持されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例は、ロータの外周にケース１０３、ボビン１０１、
ステータコイル１０５、ステータヨーク１０６等が同心
状に配置されているためにモータの外径寸法が大きくな
ってしまう欠点があった。またステータコイル１０５へ
の通電により発生する磁束は主としてステータ歯１０６
ａと１０６ｂの端面間を通過するためロータ磁石１１１
に効果的に作用しないため出力は高くならない欠点もあ
る。

【０００５】また、出力軸となるロータ軸１１０はモー
タ本体が小型化、小径化するとそれにともなって小径化
し、強度が弱くなったり出力軸に歯車やプーリ等の出力
伝達手段を取り付けるのも小型化されているため、取扱
いが困難となってくる。また、軸の強度が弱いため駆動
時出力軸が振れて安定しない。

【０００６】したがって、本発明の目的はモータの外径
寸法を小さく抑えつつ出力の高いものとし、さらにモー
タの出力を外部に取り出すのが容易に行え、また安定的
に出力を取り出すことができるものとすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、外周面が周方向に分割され異なる極に交
互に着磁されたロータであるマグネットと、前記マグネ
ットの軸方向であって前記マグネットを挟む位置に配置
された第１のコイルおよび第２のコイルと、前記第１の
コイルによって励磁されるとともに前記マグネットの内
径部に対向する第1の内側磁極を備えた第１ヨークと、
前記第２のコイルによって励磁されるとともに前記マグ
ネットの内径部に対向する第2の内側磁極を備えた第２
ヨークと、前記第１ヨークおよび前記第２ヨークと接続
され、前記第１のコイル、前記第２のコイル、および、
前記マグネットの外周を覆い、前記第１ヨークおよび前
記第２ヨークのいずれとも対向しない部位に切り欠きが
設けられた筒状の第３ヨークと、を有し、前記マグネッ
トの外周面に動力伝達機構が形成され、前記動力伝達機
構が前記切り欠きから露出していることを特徴とする。

【０００８】上記構成において、第１コイルと第２コイ
ルはマグネットを軸方向に関して挟む位置に配置されて
いるため、本モータの外径寸法を小さくしている。ま
た、第１の外側磁極部と第１の内側磁極部との間で発生
する磁束はすべてマグネットに作用し、また第２の外側
磁極部と第２の内側磁極部との間で発生する磁束はすべ
てマグネットに作用する。すなわち第１のコイル及び第
２のコイルへの通電により発生する磁束は効果的にマグ
ネットに作用するためモータの出力が高まる。

【０００９】また、マグネットの軸方向の中心部の外周
面に形成された動力伝達手段は、出力軸に新たな歯車や
プーリ等の動力伝達手段を取り付ける必要をなくし、コ
ストダウンに寄与するとともに、駆動力が発生するマグ
ネットの中心にあるため振れが少なく安定して出力を伝
えることができる。

【００１０】

【実施例】

（実施例１）図１から図４は本発明の実施例１を表す図
である。１は円筒形状の永久磁石からなるマグネットで
あり、円周をｎ分割（本実施例では４分割）してＳ極Ｎ
極が交互に着磁された１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄからなる
第１の着磁層と、円周を同じく４分割してＳ極Ｎ極が交
互に着磁された１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈからなる第２の
着磁層とからなる。第１の着磁層と第２の着磁層の位相
は１８０／ｎ度、すなわち４５°ずれて着磁されてい
る。本実施例では第１の着磁層の１ａ、１ｃ及び第２の
着磁層の１ｅ、１ｇの外周面がＳ極、内周面がＮ極にな
るよう着磁されており、第１の着磁層の１ｂ、１ｄ及び
第２の着磁層の１ｆ、１ｈの外周面がＮ極、内周面がＳ
極になるように着磁されている。第１の着磁層と第２の
着磁層の間すなわちマグネット１の軸方向に関して概略
中間の位置の外周面には歯車１ｉからなる動力伝達手段
が一体的に形成されている。動力伝達手段としては、歯
車の他に摩擦によって動力を伝達するプーリ等でもよ
い。マグネット１は例えばプラスチックマグネットから
なる。

【００１１】２は回転軸でマグネット１が固着されてい
る。回転軸２とマグネット１とによりロータが構成され
る。３、４は第１、第２コイルであり、前記マグネット
１と同心でかつマグネット１を軸方向に挟む位置に配置
される。３ｂ、３ｃはコイル３の端子部であり、４ｂ、
４ｃは第２コイル４の端子部である。５は軟磁性材料か
らなる第１ヨークでコイル３の内径部３ａに挿入される
５ｄ部と前記マグネット１の第１の着磁層の内径部に対
向する歯５ｂ、５ｃを持つ。歯５ｂ、５ｃは第１の着磁
層の極に対し同位相となるように３６０／（ｎ／２）
度、すなわち１８０°ずれて形成されている。第１ヨー
クの穴５ａと、回転軸２の２ａ部とは回転可能に嵌合す
る。

【００１２】図６は軟磁性材料からなる第２ヨークで第
２コイル４の内径部４ａに挿入される６ｄ部と前記マグ
ネット１の第２の着磁層の内径部に対向する歯６ｂ、６
ｃを持つ。歯６ｂ、６ｃは第２の着磁層の極に対し同位
相となるように３６０／ｎ（ｎ／２）度、すなわち１８
０°ずれて形成されている。第２ヨーク６の穴６ａと回
転軸２の２ｂ部とは回転可能に嵌合する。

【００１３】第１ヨーク５の歯５ｂ、５ｃと第２ヨーク
６の歯６ｂ、６ｃとは同位相すなわち互いに軸方向に関
して対向する位置にある。７は軟磁性材料からなる第３
ヨークである。第３ヨークは筒形状であり、第１コイル
３、第２コイル４、マグネット１の外周を覆うように構
成されている。第３ヨーク７は７ｅ部で第１ヨーク５の
５ｅ部と結合され、７ｆ部で第２ヨーク６の６ｅ部と溶
接あるいは接着あるいは圧入等で結合される。

【００１４】第１ヨーク５と第３ヨーク７とを結合する
際に第１コイル３の端子部３ｂ、３ｃは第３ヨーク７の
切り欠き部７ｇから外に突出するようにする。また、第
２ヨーク６と第３ヨークとを結合する際に第２コイル４
の端子部４ｂ、４ｃは第３ヨーク７の切り欠き部７ｈか
ら突出するようにする。このようにすれば、穴をヨーク
に設けてコイル端子をその穴に通す方法に比べれば、は
るかに組立性の向上がはかられる。また第３ヨーク７は
第１ヨーク５の歯５ｂ、５ｃ、第２ヨーク６の歯６ｂ、
６ｃにマグネット１をはさんで対向する位置７ａ、７ｂ
部があり、それ以外の部分には穴７ｃ、７ｄが形成され
ている。

【００１５】第１ヨーク５の歯５ｂ、５ｃとマグネット
１をはさんで対向する第３ヨーク７の７ａ、７ｂ部は第
１の外側磁極部を構成し、マグネット１の内径部に対向
する第１ヨーク５の歯５ｂ、５ｃは第１の内側磁極部を
構成する。また第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃとマグネッ
ト１をはさんで対向する第３ヨークの７ａ、７ｂ部は第
２の外側磁極部を構成し、マグネット１の内径部に対向
する第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃは第２の内側磁極部を
構成する。第１ヨーク５の歯５ｂ、５ｃと第２ヨーク６
の歯６ｂ、６ｃとは同位相であるからそれらの歯に対向
すべき第３ヨーク７の磁極部７ａ、７ｂは図１に示すよ
うに単純な形状となり、プレス等で製造が容易となる。

【００１６】図２は組立後の断面図であり、図３の
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は図２におけるＡ−Ａ
断面を示し、図３の（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は
図２におけるＢ−Ｂ断面を示している。図３の（ａ）、
（ｅ）が同時点での断面図であり、図３の（ｂ）と
（ｆ）が同時点での断面図であり、図３の（ｃ）と
（ｇ）が同時点での断面図であり、図３の（ｄ）と
（ｈ）が同時点での断面図である。

【００１７】図３の（ａ）（ｅ）の状態から第１コイル
３、第２コイル４に通電して第１ヨーク５の歯５ｂ、５
ｃをＳ極、歯５ｂ、５ｃに対向する第３ヨークの７ａ、
７ｂ部をＮ極、第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃをＳ極に、
歯６ｂ、６ｃに対向する第３ヨークの７ａ、７ｂ部をＮ
極に励磁すると、マグネット１は４５°左（反時計方向
に）回転し、図３の（ｂ）（ｆ）に示す状態になる。

【００１８】次に、第１コイル３への通電を反転させ、
第１ヨーク５の歯５ｂ、５ｃをＮ極、歯５ｂ、５ｃに対
向する第３ヨークの７ａ、７ｂ部をＳ極、第２ヨーク６
の歯６ｂ、６ｃをＳ極に、歯６ｂ、６ｃに対向する第３
ヨークの７ａ、７ｂ部をＮ極に励磁すると、マグネット
１はさらに４５°左回転し、図３の（ｃ）（ｇ）に示す
状態になる。

【００１９】次に、第２コイル４への通電を反転させ、
第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃをＮ極に、歯６ｂ、６ｃに
対向する第３ヨークの７ａ、７ｂ部をＳ極に励磁すると
マグネット１はさらに４５°左回転していく。このよう
に第１コイル３、第２コイル４への通電方向を順次切り
換えていくことにより、マグネット１及び回転軸２から
なるロータは通電位相に応じた位置へと回転していく。
図４は組立後の側面図である。

【００２０】このような構成によれば、第１コイル３と
第２コイル４はマグネット１を軸方向に関して挟む位置
に配置されているためマグネット１あるいは第１コイ
ル、第２コイルが突出して大きな径になることはなく、
全体として外径寸法が大きくならないようになってい
る。さらに第１の外側磁極部と第１の内側磁極部との間
で発生する磁束はすべてマグネット１に作用し、また第
２の外側磁極部と第２の内側磁極部との間で発生する磁
束はすべてマグネット１に作用する。すなわち、第１コ
イル３、第２コイル４への通電により発生する磁束は効
果的にマグネット１に作用しモータの出力が高まる。

【００２１】本モータの駆動力の外部への取り出し方
は、図４に示すようにマグネット１に形成された歯車１
ｉの回転駆動力を第３ヨーク７の穴７ｃあるいは７ｄか
ら不図示の歯車等で取り出す。これによれば、マグネッ
ト１に一体的に歯車を形成しているので、回転軸２に新
たに別の歯車を取り付けて駆動力を取り出す必要がない
ため、その歯車分のコストが低く抑えられるとともに、
歯車１ｉは回転軸２により両持ち支持となり、駆動力を
伝える際にブレが少なくなり、駆動力が発生するマグネ
ット１そのものの中間部分にあたるため、マグネット１
及び回転軸２に生じるねじりが少なく安定的に出力が取
り出せる。

【００２２】（実施例２）実施例１ではマグネット１の
着磁は外周面と内周面とで各々分割して着磁してある
が、図５に示すように外周面のみを分割着磁しても本モ
ータの駆動は可能である。

【００２３】（実施例３）実施例１では第１ヨーク５の
歯５ｂ、５ｃと第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃとは互いに
向かい合う位置になっているが、第１ヨーク５の歯５
ｂ、５ｃと第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃとは１８０／ｎ
度すなわち４５°ずれて配置し、マグネット１の第１の
着磁層と第２の着磁層との位相差を０°もしくは９０°
としてもよい。その際には第３ヨーク７は図６に示すよ
うに第１の外側磁極部となる７ａ、７ｂは、第１の内側
磁極部５ｂ、５ｃと対向する位置にし、第２の外側磁極
部となる７ａ、７ｂは第２の内側磁極部６ａ、６ｃと対
向する位置にする。

【００２４】（実施例４）図７から図１３は第４実施例
を示す図である。８は軟磁性材料からなる第１外ヨーク
であり、歯８ａ、８ｂが第１ヨーク５の歯５ｂ、５ｃと
マグネット１の第１の着磁層を挟む位置に形成されてい
る。９は軟磁性材料からなる第２の外ヨークであり、歯
９ａ、９ｂが第２ヨーク６ｂ、６ｃとマグネット１の第
２の着磁層を挟む位置に形成される。１０は非磁性材料
からなる連結リングであり、溝１０ａ、１０ｂに第１外
ヨーク８の歯８ａ、８ｂが嵌合し、溝１０ｃ、１０ｄに
第２外ヨーク９の歯９ａ、９ｂが嵌合し、第１外ヨーク
８、第２外ヨーク９を公知の方法たとえば接着等により
固定する。第１外ヨーク８と第２外ヨーク９は連結リン
グ１０の１０ｅ、１０ｆ部により所定の間隔を持って固
定されている。また、第１外ヨーク８の歯８ａ、８ｂは
第２外ヨーク９の歯９ａ、９ｂと向き合って配置されて
いる。連結リング１０の孔１０ｇからマグネット１の歯
車１ｉの一部が露出し、そこから外部へモータの駆動力
が取り出されるようになっている。

【００２５】第１外ヨーク８と第２外ヨーク９とで実施
例１における第３ヨーク７と同様な働きをする。また、
第１外ヨーク８は図８に示すように、一端が第１ヨーク
５と溶接、圧入あるいは接着等の方法により接続されか
つ第１コイル３の外径部を覆い、他端である歯８ａ、８
ｂがマグネット１の外周部に所定の間隔をもって対向し
ている。第１外ヨーク８の切り欠き部８ｇは第１ヨーク
５と接続された場合に第１ヨーク５とで孔を形成する。
第１外ヨーク８と第１外ヨーク５とを接続する際に第１
コイル３の端子部３ｂ、３ｃは第１外ヨーク８の切り欠
き部８ｇから外に突出するようにする。このようにすれ
ば、孔をヨークに設けてコイル端子をその穴に通す方法
に比べれば、はるかに組立性の向上がはかられる。第１
外ヨーク８の歯８ａ、８ｂが第１の外側磁極部を構成す
る。

【００２６】第２外ヨーク９は図８に示すように一端が
第２ヨーク６と溶接、圧入あるいは接着等の方法により
接続されかつ第２コイル４の外径部を覆い、他端である
歯９ａ、９ｂがマグネット１の外周部に所定の間隔をも
って対向している。第２外ヨーク９の切り欠き９ｇは第
２ヨーク６と接続された場合に第１ヨーク６とで孔を形
成する。第２外ヨーク９と第２外ヨーク６とを接続する
際に第２コイル４の端子部４ｂ、４ｃは第２外ヨーク９
の切り欠き部９ｇから外に突出するようにする。このよ
うにすれば、孔をヨークに設けてコイル端子をその穴に
通す方法に比べれば、はるかに組立性の向上がはかられ
る。第２外ヨーク９の歯９ａ、９ｂが第２の外側磁極部
を構成する。

【００２７】図９は組立後の斜視図である。図１０、図
１１、図１２、図１３はマグネット１の回転位相を示
し、各図の（ａ）は第１着磁層を示し、（ｂ）は第２着
磁層を示す。もし、実施例１のように外ヨークが一体の
第３ヨーク７で構成されていると仮定すると、マグネッ
ト１の第１着磁層と第２着磁層との間で第３ヨーク７を
介して磁束の行き来が生じる。そのため、図１０、図１
２に示すマグネット１の回転位置では図１１、図１３に
示す場合よりもコギングによる力が強くなる。これらコ
ギングの強い位置は一回転中に９０°ピッチで４回現れ
る。本モータはコイル３、４への通電を順次交番させて
いく場合８回で一回転するので、第１コイル３、第２コ
イル４への通電により発生する電磁力とコギングによる
力とが常に一致するわけではない。このため、発生する
駆動力の変動が大きく回転がなめらかにならない。

【００２８】本実施例では非磁性材料からなる連結リン
グ１０により第１外ヨーク８と第２外ヨーク９とを磁気
的に分断しているので第１の着磁層と第２の着磁層との
間で第１外ヨーク８、第２外ヨーク９を介しての磁束の
行き来はほとんどなくなり、コギングの発生も第１の着
磁層による９０°ピッチの４回と、それと４５°位相の
ずれた第２の着磁層による９０°ピッチの４回との計８
回となる。また発生の頻度も４５°ピッチで生じるの
で、発生する駆動力の変動は小さく回転がなめらかなモ
ータとなる。

【００２９】前述の第１コイル３の端子３ｂ、３ｃ、第
２コイルの端子４ｂ、４ｃを突出する孔は、第１外ヨー
ク８の切り欠き部８ｇ、第２外ヨーク９の切り欠き部９
ｇにより構成したが、前述の実施例１と同様に第１ヨー
ク５、第２ヨーク６側に切り欠き部を設けそれが第１外
ヨーク８、第２外ヨーク９と接続されることにより構成
してもよい。

【００３０】このような構成によれば、第１コイル３と
第２コイル４はマグネット１を軸方向に関して挟む位置
に配置されているため、マグネット１あるいは第１コイ
ル、第２コイルが突出して大きな径になることはなく、
全体として外径寸法が大きくならないようになってい
る。さらに第１の外側磁極部と第１の内側磁極部との間
で発生する磁束はすべてマグネット１に作用しまた、第
２の外側磁極部と第２の内側磁極部との間で発生する磁
束はすべてマグネット１に作用する。すなわち第１コイ
ル３、第２コイル４への通電により発生する磁束は効果
的にマグネット１に作用しモータの出力が高まる。

【００３１】本モータの駆動力の外部への取り出し方
は、前記したようにマグネット１に形成された歯車１ｉ
の回転駆動力を第３ヨーク７の連結リング１０の孔１０
ｇから不図示の歯車等で取り出す。これによれば、マグ
ネット１に一体的に歯車を形成してあるので、回転軸２
に新たに別の歯車を取り付けて駆動力を取り出す必要が
ないため、その歯車分のコストが低く抑えられるととも
に、歯車１ｉは回転軸２により両持ち支持となり、駆動
力を伝える際にブレがなくなり、駆動力が発生するマグ
ネット１そのものの中間部分にあたるためマグネット１
及び回転軸２に生じるねじりが少なく安定的に出力が取
り出せる。またもちろん第１ヨーク５と第１外ヨーク
８、第２ヨーク６と第２外ヨーク９はそれぞれ一体的に
構成してもよい。さらには、実施例２と同様に本実施例
においてもマグネット１の着磁は外周面と内周面とで各
々分割して着磁してあるが図５に示すように外周面のみ
を分割着磁しても本モータの駆動は可能である。

【００３２】さらに本実施例では、第１ヨーク５の歯５
ｂ、５ｃと第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃとは互いに向か
い合う位置になっているが、第３実施例同様に第１ヨー
ク５の歯５ｂ、５ｃと第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃとは
１８０／ｎ度すなわち４５°ずれて配置しマグネット１
の着磁層と第２着磁層との位相差を０°もしくは９０°
としてもよい。その際には第１外ヨーク８の第１の外側
磁極部となる８ａ、８ｂは第１の内側磁極部５ｂ、５ｃ
と対向する位置にし、第２外ヨーク９の第２の外側磁極
部となる９ａ、９ｂは第２の内側磁極部６ｂ、６ｃと対
向する位置にする。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１コイルと第２コイルはマグネットを軸方向に関して
挟む位置に配置されているため、第１コイル、第２コイ
ル、マグネットが突出して大きくならず、本モータの外
径寸法を小さくしている。また、第１の外側磁極部と第
１の内側磁極部との間で発生する磁束はすべてマグネッ
トに作用し、また第２の外側磁極部と第２の内側磁極部
との間で発生する磁束はすべてマグネットに作用する。
すなわち第１のコイル及び第２のコイルへの通電により
発生する磁束は効果的にマグネットに作用するためモー
タの出力が高まる。また、マグネットの軸方向の中心部
の外周面に形成された動力伝達手段は出力軸に新たな歯
車やプーリ等の動力伝達手段を取り付ける必要をなく
し、コストダウンに寄与するとともに、駆動力は、発生
するマグネットの中心にあたるため振れが少なく安定し
て出力を伝えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、実施例１の構成部品の斜視図である。

【図２】図２は、実施例１の断面図である。

【図３】図３は、実施例１のロータとの関係を示す断面
平面図である。

【図４】図４は、実施例１の側面図である。

【図５】図５は、第２実施例のマグネット１の断面図
（着磁状態を示す図）である。

【図６】図６は、第３実施例の構成部品の斜視図であ
る。

【図７】図７は、第４実施例の構成部品の斜視図であ
る。

【図８】図８は、第４実施例の断面図である。

【図９】図９は、第４実施例の斜視図である。

【図１０】図１０は、第４実施例のロータとヨークとの
関係を示す平面図である。

【図１１】図１１は、第４実施例のロータとヨークとの
関係を示す平面図である。

【図１２】図１２は、第４実施例のロータとヨークとの
関係を示す平面図である。

【図１３】図１３は、第４実施例のロータとヨークとの
関係を示す平面図である。

【図１４】図１４は、従来例のモータの断面図である。

【符号の説明】

１ マグネット ２ 回転軸 ３ コイル ４ コイル ５ 第１ヨーク ６ 第２ヨーク ７ 第３ヨーク ８ 第１外ヨーク ９ 第２外ヨーク １０ 連結リング １ｉ 動力伝達手段（例えば、歯車）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 37/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周面が周方向に分割され異なる極に交
   互に着磁されたロータであるマグネットと、 前記マグネットの軸方向であって前記マグネットを挟む
   位置に配置された第１のコイルおよび第２のコイルと、 前記第１のコイルによって励磁されるとともに前記マグ
   ネットの内径部に対向する第1の内側磁極を備えた第１
   ヨークと、 前記第２のコイルによって励磁されるとともに前記マグ
   ネットの内径部に対向する第2の内側磁極を備えた第２
   ヨークと、 前記第１ヨークおよび前記第２ヨークと接続され、前記
   第１のコイル、前記第２のコイル、および、前記マグネ
   ットの外周を覆い、前記第１ヨークおよび前記第２ヨー
   クのいずれとも対向しない部位に切り欠きが設けられた
   筒状の第３ヨークと、を有し、 前記マグネットの外周面に動力伝達機構が形成され、前
   記動力伝達機構が前記切り欠きから露出していることを
   特徴とするモータ。
2. 【請求項２】 前記動力伝達機構は、前記マグネットの
   軸方向における中間位置の外周面に形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載のモータ。