JP4298311B2

JP4298311B2 - モータ

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Publication number: JP4298311B2
Application number: JP2003030365A
Authority: JP
Inventors: 雅夫水牧
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: US7164215B2; CN100477455C; CN1521921A; KR20040072041A; JP2004242453A; KR100550140B1; EP1445851B1; TWI232019B; US20040212274A1; TW200419876A; EP1445851A3; MY136315A; EP1445851A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型に構成するのに好適な円筒形状のモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７（ａ）は従来のステップモータの一構成例を示す模式的縦断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のステップモータのステータから流れる磁束の状態を模式的に示す部分断面図である。
【０００３】
図７において、ステータコイル１０５が同心状に巻回されたボビン１０１が、軸方向に並んで２個配置され、これら２個のボビン１０１がそれぞれ別のステータヨーク１０６に挟持固定されている。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。ステータ歯１０６ａ又は１０６ｂと一体のステータヨーク１０６が、２個のケース１０３それぞれに固定されている。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。
【０００４】
２個のケース１０３の一方にはフランジ１１５と軸受１０８が固定され、他方のケース１０３には他の軸受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マグネット１１１から成り、該ロータマグネット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が２個の軸受１０８によって回転可能に支持されている。
【０００５】
上記従来の小型のステップモータにおいては、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課題があった。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７（ｂ）に示すように主としてステータ歯１０６ａの端面１０６ａ１とステータ歯１０６ｂの端面１０６ｂ１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課題もあった。
【０００６】
このような課題を解決することを目的として、本願出願人は特許文献１に開示される構成のモータを提案している。この提案に係るモータは、円筒形状の永久磁石を円周方向に等分割して異なる極に交互に着磁させたロータ（ロータマグネット）を形成し、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、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の外側磁極部及び第１の内側磁極部を該ロータの軸方向の一方側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の内側磁極部を該ロータの軸方向の他方側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永久磁石（マグネット）から取り出されている。
【０００７】
このような構成のモータならば、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の外側磁極部と第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、それにより磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができ、第１のコイル及び第２のコイルに流す電流が少なくても、多くの磁束を発生させることができ、高い出力を維持できる。
【０００８】
図８は、上記構成のモータを示す模式的縦断面図である。
【０００９】
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のコイルである。２０４は第１のステータであり、第１の外側磁極部２０４ａ，２０４ｂ及び第１の内側磁極部２０４ｃ，２０４ｄを有する。２０５は第２のステータであり、第２の外側磁極部２０５ａ，２０５ｂ及び第２の内側磁極部２０５ｃ，２０５ｄを有する。２０６はマグネット２０１が固着され、該マグネット２０１と一体に回転する出力軸であり、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。２０７は第１のステータ２０４と第２のステータ２０５を保持する連結リングである。
【００１０】
また、本願出願人は上記モータを更に改良したものとして、内側磁極を円筒形状で構成し、その内側磁極の内径部に挿入されている出力軸を軟磁性材料で構成し、更にはステータに取り付けられ、該出力軸を回転可能に保持する軸受けを非磁性材料で構成したものを、特許文献２にて提案している。
【００１１】
この提案によれば、出力軸も磁気回路として利用できるため、モータの出力が向上する。また、その際のステータと出力軸の磁気による吸着は、軸受けを非磁性材料で構成することで防いでいる。
【００１２】
しかし、上記特許文献１や特許文献２等に記載されているタイプのモータは、図７に示す従来のステップモータと同様に軸方向の長さが長くなってしまうという欠点があった。
【００１３】
また、図７及び図８に記載されているタイプのモータの場合、第１のコイルへの通電により発生する磁束がマグネットに作用する位置と、第２のコイルへの通電により発生する磁束がマグネットに作用する位置とが該マグネットの軸方向にずれている。そのため、軸と平行方向における位置（図８でいう２０４側の位置と２０５側の位置）でマグネットに着磁むらがある場合、該マグネットの回転停止位置の精度が悪くなることもある。
【００１４】
そこで、このような問題を解決したものとして、本願出願人は特許文献３に記載のモータを提案している。これは、周方向に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネット部を有する回転可能なロータと、第１のコイルにより励磁され、前記マグネット部の外周面の第１の所定の角度範囲内に対向する第１の外側磁極部と、第１のコイルにより励磁され、前記マグネット部の内周面に対向する第１の内側磁極部と、第２のコイルにより励磁され、前記マグネット部の外周面の第２の所定の角度範囲内に対向する第２の外側磁極部と、第２のコイルにより励磁され、前記マグネット部の内周面に対向する第２の内側磁極部とを設け、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とを前記マグネット部を中心とした同一円周上に配置したものである。
【００１５】
【特許文献１】
特開平９−３３１６６６号公報
【特許文献２】
特開平１０−２２９６７０号公報
【特許文献３】
特願２００１−２０６３０２号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１〜３にて提案されているものは、マグネットの内径とそれに対向する内側磁極との間には所定の間隔が必要であり、それを製造時に管理することはコストアップを招くものであった。
【００１７】
また、ステータの形状としても円筒形状の内側磁極部と外側磁極部が必要であり、それらを一体的に構成するのは部品製造上難しい。さらに、それらを別体で製造した後に一体的に組み立てる場合は部品点数が多くなり、コストアップを招いてしまう。
【００１８】
（発明の目的）
本発明の目的は、小型でかつ軸方向の長さが短く、低コストで高出力のモータを提供しようとするものである。
【００１９】
【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、周方向にＮ分割されて異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネットと、軟磁性材料からなり、前記マグネットの内径部に固定されるロータ軸と、前記マグネットの外周面に対して隙間をもち、前記マグネットの外周面の予め定められた角度範囲内に対向するように配置される第１の外側磁極部と、内周に前記第１の外側磁極部が配置され、通電することで前記第１の外側磁極部を励磁する第１のコイルと、前記マグネットの外周面に対して隙間をもち、前記マグネットの外周面の予め定められた角度範囲内に対向するように配置される第２の外側磁極部と、内周に前記第２の外側磁極部が配置され、通電することで前記第２の外側磁極部を励磁する第２のコイルとを有し、前記第１のコイルと前記第２のコイルを、異なるタイミングで励磁切り換えするモータとするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１及び図２は本発明の実施の一形態に係るモータを示す図であり、詳しくは、図1はモータの分解斜視図、図２はコイル及びロータ軸を通り、軸方向に平行な面での断面図である。
【００２２】
これらの図において、１は軟磁性材料から成るステ−タであり、第１の外側磁極部１ａ、第２の外側磁極部１ｂ、第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂのそれぞれの一端を結ぶ平板部１ｃおよび後述の軸受け１０を取り付ける軸受け取付部１ｄを有する。また、第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂは、後述のロータ軸７と平行方向に延びる櫛歯状に形成されている。
【００２３】
本実施形態におけるステ−タ１は、上記特許文献１に記載されたものとは異なり、図示のように第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂは一体的に構成されている。このため、第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂとの相互誤差が少なくなり、組み立てによるモータの性能のばらつきを最小限に抑えることができる。
【００２４】
２は導電線が巻回されて成る第１のコイル、３は第１のコイル２が巻かれる第１のボビンであり、第１のコイル２は第１のボビン３に固定された状態でその内周に第１の外側磁極部１ａが配置されるように固定される。そして、第１のコイル２へ通電することにより、第１の外側磁極部１ａが励磁される。４は導電線が巻回されて成る第２のコイル、５は第２のコイル４が巻かれる第２のボビンであり、第２のコイル４は第２のボビンに固定された状態でその内周に第２の外側磁極部１ｂが配置されるように固定される。そして、第２のコイル４へ通電することにより、第２の外側磁極部１ｂが励磁される。
【００２５】
第１のコイル２と第２のコイル４とは、ステータ１の平板部１ｃの平面上に隣接して配置されるため、モータの軸方向の長さを短く構成できる。
【００２６】
６は永久磁石から成る円筒形状のマグネット(薄形環状も含むマグネットリング)であり、該マグネット６は外周表面を円周方向に多分割、即ち着磁極数がＮとなるよう（本実施形態では６分割、即ちＮ＝６となるよう）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁されている。このマグネット６を射出成形等により成形されるプラスチックマグネット材料により構成することで、円筒形状の半径方向の厚さを非常に薄くすることができる。また、このマグネット６の内周面は、外周面に比べ弱い着磁分布を持つか、あるいは全く着磁されていないか、あるいは外周面と逆の極、すなわち外周面がＳ極の場合はその範囲の内周面はＮ極に着磁されているものの何れかである。
【００２７】
７は軟磁性材料から成るロータ軸であり、該ロータ軸７の第１円柱部７ａの外周面とマグネット６の内周面６ａとが接着や圧入等により密着固定される。その際、マグネット６の軸方向の一端部が第１円柱部７ａの上面と同一面となるように固定される（図２参照）。ロータ軸７には出力軸部７ｃと保持軸部７ｄとが形成されており、後述の軸受け９，１０により回転可能に保持される。その際、ロータ軸７の第２円柱部７ｂは、図２に示すように第１のコイル２及び第２のコイル４の間に隣接して配置される。
【００２８】
第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂは、マグネット６の外周面に所定の隙間をもって対向して配置される。そして、第１円柱部７ａの第１の外側磁極部１ａに対向する部分、及び、第２円柱部７ｂの第１のコイル２の外周に隣接する部分で第１の内側磁極部が形成される。同様に、第１円柱部７ａの第２の外側磁極部１ｂに対向する部分、及び、第２円柱部７ｂの第２のコイル４の外周に隣接する部分で第２の内側磁極部が形成される。
【００２９】
そして、第１のコイル２へ通電することにより、第１の外側磁極部１ａと第１の内側磁極部が励磁され、その磁極間にはマグネット６を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネット６に作用する。その際、第１の外側磁極部１ａと第１の内側磁極部はそれぞれ反対の極に励磁される。同様に、第２のコイル４へ通電することにより、第２の外側磁極部１ｂと第２の内側磁極部が励磁され、その磁極間にはマグネット６を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネット６に作用する。その際、第２の外側磁極部１ｂと第２の内側磁極部はそれぞれ反対の極に励磁される。
【００３０】
マグネット６は前述したように射出成形等により成形される円筒形状のプラスチックマグネット材料により構成されているので、円筒形状の半径方向の厚さを非常に薄くすることができるとともに、マグネット６の内周面に対向して内側磁極部を成す第１円柱部７ａと該マグネット６の内周面との間に空隙を設ける必要がない。そのため、第１の外側磁極部１ａと第１円柱部７ａとの距離及び第２の外側磁極部１ｂと第１円柱部７ａとの距離を非常に小さくできる。よって、第１のコイル２と第１の外側磁極部１ａと第１の内側磁極部とで形成される磁気回路、及び、第２のコイル４と第２の外側磁極部１ｂと第２の内側磁極部とで形成される磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができ、モータの出力を高めることが出来る。
【００３１】
また、図２に示すように、マグネット６はその内径部がロータ軸７によって埋められているので、上記特許文献１で提案されているものに比べ、マグネットの機械的強度が大きく、又ロータ軸７はマグネット６の内径部に現れるＳ極、Ｎ極との間の磁気抵抗を小さくするいわゆるバックメタルとして作用するので、磁気回路のパーミアンス係数は高く設定されることになり、高温下の環境で使用されても減磁による磁気的劣化も少ない。
【００３２】
更に、上記特許文献１で提案されているものはマグネットの外径部と外側磁極部の隙間を精度良く保って組み立てる必要がある他に、マグネットの内径部に対向する位置にある内側磁極部をマグネットに対して所定の隙間を設けて配置する必要があり、部品精度のばらつきや組み立て精度が悪い場合にこの隙間を確保できず、内側磁極部がマグネットに接触してしまうなどの不良が生じる可能性が高いが、これに対し本実施形態では、前記マグネット６の外径部側のみの隙間を管理するだけでよいので、組み立てが容易になる。
【００３３】
また、上記特許文献１では、内側磁極部はマグネットと出力軸をつなぐ部分に接触しないように構成しなければならず、これにより内側磁極部とマグネットとが対向する軸方向の長さを十分に長くすることが出来ないが、これに対し本実施形態では、出力軸が内側磁極部を兼ねているので、内側磁極部と前記マグネット６とが対向する軸方向の長さを十分長く確保でき、これにより第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂとマグネット６を有効に利用することが可能となり、モータの出力を高めることができる。
【００３４】
また、第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂはモータ軸に平行な方向に延出する櫛歯状に構成されているので、モータの最外径（後述の図３のＬ１参照）を最小限に抑えることができる。例えば外側磁極部をマグネットの半径方向に伸びるヨーク板で構成すると、該マグネットを平面的な展開にする必要があるとともに半径方向に向かってコイルを巻くことになり、軸方向の長さは短くてもモータの最外径は大きなものとなってしまう。これに対し本実施形態のモータの最外径（Ｌ１）は、マグネット６に、第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂの厚みと、第１のコイル２及び前第２のコイル４の巻き線幅で決まる。
【００３５】
また、第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂがモータ軸に平行な方向に延出する櫛歯状のため、第１のコイル２、第２のコイル４及びマグネット６とロータ軸７から成るロータをすべて一方向（図1の上方向から下方向へ）から組み込むことが可能となり、組み立て作業性がよい。
【００３６】
８はカバーであり、ステ−タ１の第１の外側磁極部１ａの先端に設けられた突起１ｅへ嵌合穴８ｂが嵌合し、第２の外側磁極部１ｂの先端に設けられた突起１ｆへ嵌合穴８ｃが嵌合して位置決めされ、第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂの先端がカバー８の裏面に当接する状態でステ−タ１に固定される。また、８ａは軸受け取付部であり、ここに軸受け９がカシメや接着等により固定され、該軸受け９にロータ軸７の保持軸部７ｄが嵌合して該ロータ軸７は回転保持される。
【００３７】
軸受け９及びステータ１の軸受け取付部１ｄにカシメや接着等により固定される軸受け１０はカバー８がステータ１に固定された状態で、ロータ軸７を回転嵌合保持するとともに該ロータ軸７の軸方向の移動を所定範囲内に規制する。この状態で、ロータ軸７に固定されたマグネット６は、図２に示すように、その外周面が第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂと所定の隙間を持つとともに、軸方向の一端がカバー８の裏面と所定の隙間を保ち、かつ軸方向の他端が、第１のコイル２が巻かれるボビン３及び第２のコイル４が巻かれるボビン４と所定の隙間を保つ。よって、マグネット６は第１のコイル２及び第２のコイル４と軸方向に隣接して配置されており、これら第１のコイル２と第２のコイル４とは軸方向に垂直な平面で隣接しているため、軸方向の長さの短いモータとすることが可能となる。
【００３８】
図３は、マグネット６とステータ１の位置関係を示す上面図である。
【００３９】
図３からわかるように、マグネット６はその外周表面及び内周表面を円周方向に均一に多分割して（本実施形態では６分割して）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁された着磁部が形成されている。外周表面がＳ極のとき、内周表面はＮ極となり、外周表面がＮ極のとき、内周表面はＳ極となる。
【００４０】
ここで、マグネット６と外側磁極部１ａ，１ｂとの位置関係について説明する。
【００４１】
第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂとは、マグネット６の回転中心を基準に考えるとθ度位相がずれた位置に配置されている。ここでθ度は（１８０度−１８０度／Ｎ）である（Ｎ＝着磁分割数）。本実施形態では、Ｎ＝６なので、θ度は１５０度である。このように、θ度＝（１８０度−１８０度／Ｎ）にする事で、図中のＬ２の寸法を非常に小型に設定することができる。つまり、第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂとは、マグネット６の着磁位相に対して（１８０／Ｎ）度、即ち本実施形態では３０度位相がずれて配置されていれば良いのであり、第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂとのマグネット６の回転中心を基準に考えた角θ度を数式で表すと、（Ｂ×３６０／Ｎ−１８０／Ｎ）となる。ＢはＮ以下の正の整数である。よって、第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂとのマグネット６の回転中心を基準に考えた角θ度は、３０度、９０度、１５０度、２１０度、２７０度、３３０度のどれであっても良い。しかしながら、このうち、３０度と３３０度に関しては第１のコイル２、第２のコイル４の配置が困難になり、また、９０度、２７０度に関してはマグネット６の働く磁力及び電磁力の位置がアンバランスになり、該マグネット６の回転に振動を発生しやすくなったり、Ｌ２の寸法を小さくすることができない。Ｌ２の寸法を小さくするためには、Ｂ＝Ｎ／２の関係、即ちＢ＝３とし、θ度は（１８０度−１８０度／Ｎ）、即ち上記の１５０度に設定するのが良い。このとき、マグネット６の働く磁力及び電磁力の位置は左右対称に近い状態になり、振動の発生は最小限に抑えられる。
【００４２】
また、第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂのマグネット６の外周面に対向する角度範囲はそれぞれ３６０度／Ｎ（Ｎ＝着磁分割数）の角度範囲内に設定するのが望ましく、本実施形態では、Ｎ＝６なので６０度以内に設定すればよく、実際には大きさとトルクのバランスから４５度に設定してある。
【００４３】
上記構成によれば、第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂは同一のマグネット６の、軸方向と垂直な方向の同一面においてθ（＝１８０度−１８０度／Ｎ）度位相がずれた所定の角度範囲内（実施形態では、４５度）に対向するように構成されている。よって、従来は軸方向にずれた位置でさらに位相もずらして配置していたので（すなわち、マグネットの同一面には対向しない）、軸方向に長くなってしまうという欠点があったが、本実施形態では、前記マグネット６を軸方向に関して短く構成でき、軸方向と平行方向に関する長さについても短いモータとすることができる。
【００４４】
上記構成の特徴として、マグネット６の外周面の一部分に着目すれば、マグネット６が回転することにより、該マグネット６の一部分に対して第１のコイル２により励磁される第１の外側磁極部１ａの磁束と、第２のコイル４により励磁される第２の外側磁極部１ｂの磁束とが交互に作用することになる。これらの外側磁極部がマグネット６の同じ個所に対して磁束を作用させるので、着磁のバラツキなどによる悪影響を受けず、安定した性能のモータを提供することが可能となる。
【００４５】
次に、図３〜図６を参照して、本発明の実施の一形態に係るステップモータの動作について説明する。
【００４６】
図３は、第１のコイル２に通電して第１の外側磁極部１ａをＮ極とし、第１の内側磁極部（第１円柱部７ａ及び第２円柱部７ｂの第１の外側磁極部１ａに対向する部分）をＳ極になるように励磁するとともに、第２のコイル４に通電して第２の外側磁極部１ｂをＮ極とし、第２の内側磁極部（第１円柱部７ａ及び第２円柱部７ｂの第２の外側磁極部１ｂに対向する部分）をＳ極となるように励磁しているモータの状態である。
【００４７】
図３の状態から第１のコイル２への通電方向のみ反転して、第１の外側磁極部１ａをＳ極とし、第１の内側磁極部をＮ極となるように励磁すると、図４に示すようにマグネット６は反時計方向に３０度回転する。
【００４８】
次に、前記図４の状態から第２のコイル４への通電方向のみ反転して、第２の外側磁極部１ｂをＳ極とし、第２の内側磁極部をＮ極となるように励磁すると、図５に示すようにマグネット６は反時計方向にさらに３０度回転する。
【００４９】
次いで、上記図５の状態から第１のコイル２への通電方向のみ反転して、第１の外側磁極部１ａをＮ極とし、第１の内側磁極部をＳ極となるように励磁すると、図６に示すようにマグネット６は反時計方向に更に３０度回転する。
【００５０】
以後、上記のようにして第１のコイル２及び第２のコイル４への通電方向を順次切り換えていくことにより、第１の内側磁極部１ａと第２の内側磁極部１ｂとは異なるタイミングで励磁の切り換えが行われ、マグネット６は通電位相に応じた位置へと回転することになる。
【００５１】
上記実施の形態では、第１の通電状態として、第１のコイル２と第２のコイル４を共に正方向に通電し、第２の通電状態として、第１のコイル２を逆方向に通電、第２のコイル４を正方向に通電し、第３の通電状態として、第１のコイル２を逆方向と第２のコイル４を共に逆方向に通電し、第４の通電状態として、第１のコイル２を正方向に通電、第２のコイル４を逆方向に通電して、第１の通電状態→第２の通電状態→第３の通電状態→第４の通電状態へと通電状態の切り換えを行い、マグネット６を回転させていったが、第５の通電状態として、第１のコイル２と第２のコイル４を共に正方向に通電し、第６の通電状態として、第１のコイル２を非通電に、第２のコイル４を正方向に通電し、第７の通電状態として、第１のコイル２を逆方向に通電し、第２のコイル４を正方向に通電し、第８の通電状態として、第１のコイル２を逆方向に通電し、第２のコイル４を非通電として、第５の通電状態→第６の通電状態→第７の通電状態→第８の通電状態へと通電状態を切り換えるようにしてもよい。それによってもマグネット６は通電位相に応じた回転位置へと回転していく。
【００５２】
次に、前記マグネット６と第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂとの位相関係について説明する。
【００５３】
上記したように第１の通電状態、第２の通電状態、第３の通電状態、第４の通電状態と通電状態を切り換えると、第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂとは交互に励磁される極性の切り換えが行われる。
【００５４】
図３のように第１のコイル２に正通電することで第１の外側磁極部１ａをＮ極に励磁すると、マグネット６には第１の外側磁極部１ａの中心と該マグネット６の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中時計方向の回転力が発生するが、同時に第２のコイル４にも正通電することで第２の外側磁極部１ｂをＮ極に励磁すると、マグネット６には第２の外側磁極部１ｂの中心と該マグネット６の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、両コイルの通電中は回転力のバランスがとれた状態で静止する。この状態が図３の状態であり、両コイルへの通電量が等しい時は、第１の外側磁極部１ａの中心とマグネット６の着磁部の中心（Ｓ極の中心）との位相差及び第２の外側磁極部１ｂの中心とマグネット６の着磁部の中心（Ｓ極の中心）との位相差は共に約１５度となる。
【００５５】
図３の状態から前記第１のコイル２を逆通電に切り換えると、第１の外側磁極部１ａはＳ極に励磁されて、マグネット６には第１の外側磁極部１ａの中心と該マグネット６の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生する。ここで、第２のコイル４は正通電のままにしておくことで、マグネット６には第２の外側磁極部１ｂの中心と該マグネット６の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように同じく反時計方向の回転力が発生し、図３の状態から反時計方向に回転を始める。
【００５６】
図３の状態から反時計方向に約１５度回転すると、第２の外側磁極部１ｂの中心とマグネット６の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致する状態になり、この時、第１の外側磁極部１ａの中心はマグネット６の着磁部の境界（Ｓ極、Ｎ極の境界）と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転させる力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約１５度回転（図３の状態から反時計方向に約３０度回転）すると、両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図４の状態である。
【００５７】
図４の状態から前記第２のコイル４を逆通電に切り換えると、第２の外側磁極部１ｂはＳ極に励磁されて、マグネット６には第２の外側磁極部１ｂの中心と該マグネット６の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生する。ここで、第１のコイル２は逆通電のままにしておくことで、マグネット６には第１の外側磁極部１ａの中心と該マグネット６の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように同じく反時計方向の回転力が発生し、図４の状態から反時計方向に回転を始める。
【００５８】
図４の状態から反時計方向に約１５度回転すると、第１の外側磁極部１ａの中心とマグネット６の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致する状態になり、この時、第２の外側磁極部１ｂの中心はマグネット６の着磁部の境界（Ｓ極、Ｎ極の境界）と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転させる力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約１５度回転（図４の状態から反時計方向に約３０度回転）すると、両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図５の状態である。
【００５９】
図５の状態から第１のコイル２を正通電に切り換えると、第１の外側磁極部１ａはＮ極に励磁されて、マグネット６には第１の外側磁極部１ａの中心と該マグネット６の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生する。ここで、第２のコイル４は逆通電のままにしておくことで、マグネット６には第２の外側磁極部１ｂの中心と該マグネット６の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように同じく反時計方向の回転力が発生し、図５の状態から反時計方向に回転を始める。
【００６０】
図５の状態から反時計方向に約１５度回転すると、第２の外側磁極部１ｂの中心とグネット６の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致する状態になり、この時、第１の外側磁極部１ａの中心は該マグネット６の着磁部の境界（Ｓ極、Ｎ極の境界）と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転させる力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約１５度回転（図５の状態から反時計方向に約３０度回転）すると、両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図６の状態である。
【００６１】
以上の実施の形態によれば、第１のコイル２により発生する磁束は第１の外側磁極部１ａと第１の内側磁極部との間にあるマグネット６を横切り、第２のコイル４により発生する磁束は第２の外側磁極部１ｂと第２の内側磁極部との間にあるマグネット６を横切るので、磁束を効果的に作用させることができる。その結果、モータの出力向上を図ることが可能となる。
【００６２】
また、マグネット６は射出成形等により成形される円筒形状のプラスチックマグネット材料により構成されているので、円筒形状の半径方向の厚さを非常に薄くすることができるとともに、該マグネット６の内周面に対向して内側磁極部を形成する第１円柱部７ａは、該マグネット６の内周面との間に空隙を設ける必要がない。よって、第１の外側磁極部１ａと第１円柱部７ａとの距離および第２の外側磁極部１ｂと第１円柱部７ａとの距離を非常に小さくでき、第１のコイル２と第１の外側磁極部１ａと第１の内側磁極部とで形成される磁気回路、及び、第２のコイル４と第２の外側磁極部１ｂと第２の内側磁極部とで形成される磁気回路の磁気抵抗が小さくなり、さらなるモータの出力向上を図ることができる。
【００６３】
また、マグネット６はその内径部がロータ軸７によって埋められているので、該マグネット６の機械的強度が大きく、またロータ軸７はバックメタルとして作用するので、該マグネット６の磁気的劣化も少ない。
【００６４】
また、本実施形態では、マグネット６の外径部のみの隙間を管理するだけでよいので、組み立てが容易になる。又、出力軸が内側磁極部を兼ねているので、内側磁極部とマグネット６とが対向する軸方向の長さを十分長く確保でき、これにより外側磁極部１ａ及び外側磁極部１ｂとマグネット６を有効に利用することが可能となり、モータの出力が高められる。
【００６５】
また、第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂをロータ軸７と平行な方向に延出する櫛歯状にて構成したので、モータの軸と垂直な方向の寸法を最小限に抑えることができるとともに、第１のコイル２及び第２のコイル４の組み付けが簡単な構造となる。
【００６６】
また、第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂとは同一のマグネット６の、軸方向と垂直な方向の同一面においてθ（＝１８０度−１８０度／Ｎ）度位相がずれた所定の角度範囲内に対向するように構成されているので、マグネット６を軸方向に関して短く構成でき、軸方向と平行方向に関する長さについても短いモータとすることができる。
【００６７】
具体的に言えば、第１のコイル２と第１の外側磁極部１ａと第１の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束と、第２のコイル４と第２の外側磁極部１ｂと第２の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束とが、同一のマグネット６に作用する構成になっている。そして、このマグネット６が回転することによりそれぞれの磁気回路は該マグネット６の同一円周上に作用し、該マグネット６の同一部位を利用する構成となっている。このようにマグネット６の同一部位を利用するので、着磁によるバラツキなどによる悪影響を受けずに安定した性能のモータを提供することが可能となる。
【００６８】
さらに、第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂとを同一部材から構成すれば、相互位置の誤差を小さく抑えることができるとともに、部品点数が少なく、構造が簡単なモータとすることができ、コストダウンになる。
【００６９】
また、マグネット６の外周面の着磁極数をＮとすると、第１の外側磁極部１ａは第２の外側磁極部１ｂに対して（１８０／Ｎ）度位相がずれて形成されているので、第１のコイル２及び第２のコイル４への通電方向を異なるタイミングで順次変えることにより、通電状態に応じた位置へマグネット６を回転していくことができ、双方向の回転が可能なステップモータとして機能させることができる。
【００７０】
次に、本発明と実施の形態の対応関係について説明する。
【００７１】
上記実施の形態において、図１乃至図６のマグネット６が本発明のマグネットに相当し、図１乃至図６のロータ軸７が本発明のロータ軸に相当し、図１乃至図６の第１のコイル２が本発明の第１のコイルに相当し、図１乃至図６の第１の外側磁極部１ａが本発明の第１の外側磁極部に相当し、図１乃至図６の第２のコイル４が本発明の第２のコイルに相当し、図１乃至図６の第２の外側磁極部１ｂが本発明の第２の外側磁極部に相当する。また、本発明の所定の角度範囲は、３６０度／Ｎ（Ｎ＝着磁分割数）に相当する。
【００７２】
以上が実施の形態の各構成と本発明の各構成の対応関係であるが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではなく、請求項で示した機能、又は実施の形態がもつ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても良いことは言うまでもない。
【００７３】
最後に、請求項１に記載の発明以外の本発明に係るモータの実施態様およびその効果を以下に列挙する。
【００７４】
（実施態様１）周方向にＮ分割されて異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネットと、該マグネットの内径部に固定される軟磁性材料からなるロータ軸と、該ロータ軸の軸方向において前記マグネットに隣接して配置される環状又は筒状の第１のコイルと、該第１のコイルにより励磁され、該第１のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面の所定の角度範囲内に対向する第１の外側磁極部と、前記ロータ軸の軸方向において前記マグネットに隣接するとともに前記第１のコイルと略同一平面上に配置される環状又は筒状の第２のコイルと、該第２のコイルにより励磁され、該第２のコイルの内周に配置されるとともに、前記第１の外側磁極部に比べて前記マグネットの着磁部に対して（１８０／Ｎ）度位相がずれた状態で前記マグネットの外周面の所定の角度範囲内に対向する第２の外側磁極部とを有することを特徴とするモータ。
【００７５】
上記構成によれば、従来の小型モータと比較して、回転軸方向の長さを小型化したモータを提供できる。また、モータを駆動するための二つの磁気回路はマグネットの同一個所に対して作用するため、該マグネットの着磁むらの影響を受けにくく、回転精度の高いモータを提供することができる。
【００７６】
また、前記マグネットの内周面に固定された前記ロータ軸の前記第１の外側磁極部と対向する一部分を第１の内側磁極部と呼ぶとすると、前記第１のコイルにより発生する磁束は前記マグネットの外周面に対向する前記第１の外側磁極部と前記第１の内側磁極部との間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際に、前記第１の内側磁極部と前記マグネットの内周面との間に空隙を設ける必要がないので、上記従来の特許文献１〜３の構成のモータに比べて外側磁極部と内側磁極部との距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ、モータの出力を高めることが出来る。
【００７７】
同じく前記マグネットの内周面に固定された前記ロータ軸の前記第２の外側磁極部と対向する一部分を第２の内側磁極部と呼ぶとすると、前記第２のコイルにより発生する磁束は前記マグネットの外周面に対向する前記第２の外側磁極部と前記第２の内側磁極部との間を通過するので、効果的にマグネットリングに作用する。その際に、前記第２の内側磁極部と前記マグネットリングの内周面との間に空隙を設ける必要がないので、上記従来の特許文献１〜３の構成のモータに比べて外側磁極部と内側磁極部との距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ、モータの出力を高めることが出来る。
【００７８】
さらに、第１の内側磁極部及び第２の内側磁極部を前記ロータ軸で構成してあるので、上記特許文献１〜３にて提案されている外側磁極部と内側磁極部とを接続或いは一体的に製造する場合に比べて容易に製造でき、コストが安くなる。更に、前記マグネットは内径部に前記ロータ軸が固定されるので、強度的に優れる。
【００７９】
(実施態様２) 前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部とを同一部材で構成したことを特徴とする実施態様１に記載のモータ。
【００８０】
上記構成によれば、相互位置の誤差を小さく抑えることができるとともに、部品点数を少なく、構造が簡単なモータを提供でき、コストダウンになる。
【００８１】
（実施態様３）前記第１の外側磁極部及び前記第２の外側磁極部を、前記ロータ軸の軸方向でかつ同一方向に延出した櫛歯状に形成したことを特徴とする実施態様１又は２に記載のモータ。
【００８２】
上記構成によれば、軸方向に垂直な方向の寸法を小型化できるとともに、コイルの組み付けが簡単な構造となる。
【００８３】
（実施態様４）前記第１のコイルと前記第２のコイルを、異なるタイミングで励磁切り換えする構成にしたことを特徴とする実施態様１〜３のいずれかに記載のモータ。
【００８４】
（実施態様５）前記ロータ軸の回転中心を基準にした前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部とのなす角θ度を、θ＝（１８０−１８０／Ｎ）にしたことを特徴とする実施態様１〜４のいずれかに記載のモータ。
【００８５】
上記実施態様４及び５の構成によれば、コイルの通電タイミングを制御することで、双方向の回転が可能なステップモータとして動作させることができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型でかつ軸方向の長さが短く、低コストで高出力のモータを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るモータの分解斜視図である。
【図２】図１のモータのロータ軸方向に平行な面での断面図である。
【図３】図１のモータのマグネットとステータの位相関係を示す上面図である。
【図４】図３の状態からコイル通電を切り換えてマグネットを３０度回転させた状態を示す上面図である。
【図５】図３の状態からコイル通電を切り換えてマグネットをさらに３０度回転させた状態を示す上面図である。
【図６】図３の状態からコイル通電を切り換えてマグネットをさらに３０度回転させた状態を示す上面図である。
【図７】従来のステップモータの一構成例を示す模式的縦断面図である。
【図８】従来の円筒形状のステップモータの他の構造例を示す模式的縦断面図である。
【符号の説明】
１ステ−タ
１ａ第１の外側磁極部
１ｂ第２の外側磁極部
２第１のコイル
３第１のボビン
４第２のコイル
５第２のボビン
６マグネット
７ロータ軸
８カバー
９，１０軸受け

Claims

周方向にＮ分割されて異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネットと、
軟磁性材料からなり、前記マグネットの内径部に固定されるロータ軸と、
前記マグネットの外周面に対して隙間をもち、前記マグネットの外周面の予め定められた角度範囲内に対向するように配置される第１の外側磁極部と、
内周に前記第１の外側磁極部が配置され、通電することで前記第１の外側磁極部を励磁する第１のコイルと、
前記マグネットの外周面に対して隙間をもち、前記マグネットの外周面の予め定められた角度範囲内に対向するように配置される第２の外側磁極部と、
内周に前記第２の外側磁極部が配置され、通電することで前記第２の外側磁極部を励磁する第２のコイルとを有し、
前記第１のコイルと前記第２のコイルを、異なるタイミングで励磁切り換えすることを特徴とするモータ。
前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部とを同一部材で構成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
前記第１の外側磁極部及び前記第２の外側磁極部を、前記ロータ軸の軸方向でかつ同一方向に延出した櫛歯状に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
前記ロータ軸には、前記マグネットが固定される第１の円柱部と、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの間に隣接して配置される第２の円柱部が形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のモータ。
前記第１の円柱部の前記第１の外側磁極部に対向する部分および前記第２の円柱部の前記第１のコイルに隣接する部分には、第１の内側磁極部が形成され、前記第１の円柱部の前記第２の外側磁極部に対向する部分および前記第２の円柱部の前記第２のコイルに隣接する部分には、第２の内側磁極部が形成されることを特徴とする請求項４に記載のモータ。
前記第１のコイルに通電することで、前記第１の外側磁極部および前記第１の内側磁極部を励磁し、前記第２のコイルに通電することで、前記第２の外側磁極部および前記第２の内側磁極部を励磁することを特徴とする請求項５に記載のモータ。
前記ロータ軸の回転中心を基準にした前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部とのなす角度θを、θ＝（１８０−１８０／Ｎ）にしたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のモータ。