JP4324002B2

JP4324002B2 - ステッピングモータ

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Description

本発明は、円筒形状のステッピングモータの改良に関するものである。

回転軸を中心とする直径を小さくし、かつ、出力を高めたステッピングモータが提案されている（例えば、特許文献１）。このステッピングモータの分解斜視図を図６に、該ステッピングモータの組み立て後の軸中心の断面図を図７に、それぞれ示す。

これらの図において、２０１は円周方向に４分割して異なる極に交互に着磁された永久磁石（マグネット）からなる円筒形状のロータ、２０２は前記ロータ２０１の軸方向に隣り合って配置された第１のコイル、２０３は同じく前記ロータ２０１の軸方向に隣り合って配置された第２のコイル、２０４は前記第１のコイル２０２により励磁される軟磁性材料からなる第１のステータ、２０５は前記第２のコイル２０３により励磁される軟磁性材料からなる第２のステータである。

前記第１のステータ２０４は、ロータ２０１の外周面に隙間を空けて対向する第１の外側磁極部２０４Ａ，２０４Ｂと、ロータ２０１の内周面に隙間を空けて対向する第１の内側磁極部２０４Ｃ，２０４Ｄを備えており、前記第２のステータ２０５は、ロータ２０１の外周面に隙間を空けて対向する第２の外側磁極部２０５Ａ，２０５Ｂと、ロータ２０１の内周面に隙間を空けて対向する第２の内側磁極部２０５Ｃ，２０５Ｄを備えている。２０６は出力軸であり、前記ロータ２０１が固着され、前記第１のステータ２０４の軸受け部２０４Ｅと前記第２のステータ２０５の軸受け部２０５Ｅに回転可能に保持されている。２０７は非磁性材料からなる連結リングであり、前記第１のステータ２０４と前記第２のステータ２０５とを所定の間隔で保持するものである。

上記構成において、第１のコイル２０２および第２のコイル２０３への通電方向を切り換えて、第１の外側磁極部２０４Ａ，２０４Ｂと第１の内側磁極部２０４Ｃ，２０４Ｄ、第２の外側磁極部２０５Ａ，２０５Ｂと第２の内側磁極部２０５Ｃ，２０５Ｄの極性を切り換え、前記ロータ２０１を回転させていくものである。

このステッピングモータは、コイルに通電することで発生した磁束が外側磁極部から対向する内側磁極部へ、あるいは、内側磁極部から対向する外側磁極部へと流れ、外側磁極部と内側磁極部の間に位置するロータをなすマグネットに効率的に作用する。また、外側磁極部と内側磁極部との距離を円筒形状のマグネットの厚さ程度とすることができるため、外側磁極部と内側磁極部とで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、出力の向上につながる。

また、上記ステッピングモータを更に改良したものとして、内側磁極部を円筒形状で構成し、その内側磁極部の内径部に挿入されている出力軸を軟磁性材料で構成すると共にステータ（内側磁極部と外側磁極部よりなる）に取り付け、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が開示されている（例えば、特許文献２）。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、モータの出力があがる。
特開平０９−３３１６６６号公報特開平１０−２２９６７０号公報

しかしながら、上記特許文献２で開示されたモータは、第１のコイルへの通電により発生する磁束が軟磁性材料の出力軸を介して第２のコイルおよび第２の外側磁極部、第２の内側磁極部に影響を及ぼし、第２のコイルへの通電により発生する磁束が軟磁性材料の出力軸を介して第１のコイルおよび第１の外側磁極部、第１の内側磁極部に影響を及ぼして、回転を不安定なものにしてしまう。

上記特許文献１および特許文献２に開示されているものは共にマグネットの内径とそれに対向する内側磁極部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ことになる。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。また、それらを別体で製造し、後で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。

更に第１の外側磁極部と第２の外側磁極部が近接するとお互いにクロストークを生じ回転精度及び回転出力が低下してしまう。そのため第１の外側磁極部と第２の外側磁極部との間では軸方向と並行方向に関して隙間Ｔ１を設けている。上記文献ではマグネットの着磁極数をｎ極とすると、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部はロータの外周面に１８０／ｎ度位相がずれて配置されおりしかも第１の外側磁極部はロータの外周面に対し７２０／ｎ度ピッチでおよそ３６０／ｎ度程度の対向角でｎ／２個所に設けられ、第２の外側磁極部もロータの外周面に対し７２０／ｎ度ピッチでおよそ３６０／ｎ度程度の対向角でｎ／２個所に設けられているため、もしも軸と並行方向の隙間Ｔ１を設けない場合は第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とが接触してしまう。

また隙間Ｔ１を設けることで第１の外側磁極部がマグネットロータに対向する軸方向の長さはマグネットロータの軸方向の長さをＡ１とすると（Ａ１−Ｔ１）／２となってしまうのでマグネットロータを有効に利用しているとは言えず特にモータの軸方向の寸法を小さくした場合出力が低下してしまう。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
円周方向に４×ｎ等分割され、異なる極が交互に着磁された円筒形状の永久磁石からなるマグネットリングと、前記マグネットリングと同心で、かつ該マグネットリングを軸方向に挟む位置に配置された円筒形状の第１のコイルと第２のコイルと、前記マグネットリングの一方の端面からの外周面に対向しｎ個の等分割された角度位置に配置され前記第１のコイルにより励磁される第１の外側磁極部と、前記マグネットリングのもう一方の端面からの外周面に対向しｎ個の等分割された角度位置に配置され前記第２のコイルにより励磁される第２の外側磁極部と、軟磁性材料からなり、前記マグネットリングの内径部に固定され、少なくとも前記第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部に軸方向の範囲において対向し前記第１コイル及び第２コイルにより励磁される内側磁極部が形成された回転軸とを有し、前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部とは前記マグネットリングの外周面に対し相対位置が（１３５／ｎ）度ずれ且つマグネットリングの軸方向に関して少なくとも一部が重複するように配置されている事を特徴とするステッピングモータとするものである。

本発明によれば、小型化を損なうことなく、よりコストが安く、高出力のステッピングモータを提供できるものである。

以下の実施例１および実施例２に示される通りである。

図１乃至図４は本発明の実施例１に係る図であり、図１はステッピングモータの分解斜視図、図２は図１のステッピングモータの組み立て後の軸方向の断面図であり次の図３におけるＢＢの位置での断面図である。図３は図１のステッピングモータの組み立て後の軸と垂直方向の断面図であり前の図２におけるＡＡ位置での断面図である。図４は動作状態を表す断面図である。

これらの図において、１はロータを構成する円筒形状のマグネットリングであり、このロータであるマグネットリング１は、その外周表面を円周方向に等間隔に４の整数倍である４×ｎ分割（ｎは整数であって、本実施例ではｎ＝４すなわち分割数１６）してＳ極、Ｎ極が交互に着磁された着磁部１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｉ、１Ｊ、１Ｋ、１Ｌ、１Ｍ、１Ｎ、１Ｐ、１Ｑを有している。そして、着磁部１Ａ、１Ｃ，１Ｅ、１Ｇ、１Ｉ、１Ｋ、１Ｍ、１Ｐの外周面がＳ極、１Ｂ、１Ｄ、１Ｆ、１Ｈ、１Ｊ、１Ｌ、１Ｎ、１Ｑの外周面がＮ極である。このマグネットリング１は射出成形で形成されたプラスチックマグネットで構成されており、簡単な形状であるために小さく、薄く構成することが容易である。また、圧入によって組み立てを行っても割れは発生しない。２は円筒形状の第１のコイルであり、３は同じく円筒形状の第２のコイルであって、共にその中心部はマグネットリング１の中心部と一致しており、軸方向に並んで前記マグネットリング１を挟む位置に配置されている。この第１、第２のコイル２，３の外径は前記マグネットリング１の外径とほぼ等しい。

８は第１のステータであり、９は第２のステータであって、共に軟磁性材料で構成され、円筒形状の外筒部がある。第１のステータ８には、前記マグネットリング１の外周面に所定の隙間をもって対向する櫛歯形状の第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄが形成されている。この第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄは、円筒形状の第１のステータ８の外筒部の先端を切り欠くことで周方向に複数に分割され、それぞれがマグネットリング１の一方の端面から軸方向に延出した櫛歯形状の磁極が形成されている。この第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄは３６０／ｎ度、すなわち９０度ずれて形成されている。前記第２のステータ９には、同じく前記マグネットリング１の外周面に所定の隙間をもって対向する櫛歯形状の第２の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄが形成されている。この第２の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄは、円筒形状の第２のステータ９の外筒部の先端を切り欠くことで周方向に複数に分割され、それぞれが第１のステータ８の場合と反対のマグネットリングのもう一方の端面から軸方向に延出した櫛歯形状の磁極が形成されている。この第２の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄも３６０／ｎ度、すなわち９０度ずれて形成されている。

前記ステータ８の第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄおよび前記第２のステータ９の第２の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄは、共に切欠き穴と軸と平行方向に延出する歯により構成されている。この構成により、ステッピングモータの直径を最小限にしつつ、磁極部の形成が可能となる。つまり、もし外側磁極部を半径方向に延びる凹凸で形成するとその分該モータの直径は大きくなってしまうのであるが、本実施例では、切欠き穴と軸と平行方向に延出する歯により外側磁極部を構成しているので、該モータの直径を最小限に抑えることができる。

前記第１のステータ８は第１のコイル２によって励磁され、前記第２のステータ９は第２のコイル３によって励磁される。

前記第１のステータ８の第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと前記第２のステータ９の第２の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄとは同一形状であって、互いの櫛歯形状の磁極部の先端が向かい合う向きで且つマグネットリングの外周面にマグネットリングの軸と並行方向の位置に関して重複するように配置される。第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと前記第２のステータ９の第２の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄはマグネットリング１の軸方向長さの全てにおいてマグネットリング１の外周面に対向している。

マグネットリング１の長さをＡ１で示すと従来例（特許文献１特開平０９−３３１６６６号公報）の場合と比較すると従来例ではマグネットの極数を４×ｎとすると第１の外側磁極の数は２×ｎ個所、対向長さ（Ａ１−Ｔ１）／２であるから総対向量はｎ×（Ａ１−Ｔ１）となるのに対し、本発明ではｎ×Ａ１となり総対向量は多くなる。これによりマグネットを有効に利用でき出力の大きなモータとする事ができる。

前記第１のステータ８と前記第２のステータ９とは互いの櫛歯形状の磁極部の位相が（１３５／ｎ）度、すなわち３３．７５°ずれて配置されている。図３においてその角度をＣで表す。

前記第１のステータ８と前記第２のステータ９とは互いの櫛歯形状の磁極部のマグネットリングに対向する１歯あたりの角度範囲（図３においてＤで表す）は３６０／（４×ｎ）度以下すなわち２２．５度以下であるから前記第１のステータ８の外側磁極部である櫛歯と前記第２のステータ９の外側磁極部である櫛歯の中心が３３．７５度ずれているので、前記第１のステータ８の第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと前記第２のステータ９の第２の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄとは同一形状であって、互いの櫛歯形状の磁極部の先端が向かい合う向きで且つマグネットリングの外周面にマグネットリングの軸と並行方向の位置に関して重複するように配置されていてもお互いに離れている。このため第１の外側磁極部と第２の外側磁極部がお互いにクロストークを生じることがないので回転精度及び回転出力が低下してしまうことはない。

１０は軟磁性材料からなる回転軸であり、マグネットリング１の内径部に固定されている。この回転軸１０にはマグネットリング１に対向している第１のステータ８の第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと対向した軸方向の範囲でマグネットリング１を挟む位置に外径寸法Ｄ１なる内側磁極部１０Ａを形成してある。第２の外側磁極部外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄは第１のステータ８の第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄとマグネットリングの軸と並行方向の位置に関して重複するように配置されているので、内側磁極部１０Ａは第２の外側磁極部外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄとも対向している事になる。

回転軸１０は一部１０Ｃが第１のコイル２の内径部に挿入されており、第１の内側磁極部１０Ａは第１のステータ８の第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄに対向する角度範囲の部分が第１のコイル２によって第１のステータ８の第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄとは反対の極に励磁される。回転軸１０の第１の内側磁極部１０Ａの軸と垂直方向の断面形状は図３に示すように円形形状である。回転軸１０は一部１０Ｄが第２のコイル３の内径部に挿入されており、内側磁極部１０Ａは前記第２のステータ９の第２の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄに対向する角度範囲の部分が第２のコイル３によって第２のステータ９の第２の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄとは反対の極に励磁される。回転軸１０はマグネットリング１を内側磁極部１０Ａにて固着している。

マグネットリングは内径を内側磁極部１０Ａで埋められているのでマグネットの機械的強度を増えまた内側磁極部１０Ａはバックメタルとして働き、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くなる。第１のステータ８と第２のステータ９はカップ状の形状で外側の筒部分に切り欠きを設けたという単純な形状で構成でき製造が容易になり組み立ても容易になる。

１２は非磁性材料からなる第１軸受けであり、前記第１のステータ８に固定され、回転軸１０の１０Ｅ部を回転可能に保持している。１３は同じく非磁性材料からなる第２軸受けであり、前記第２のステータ９に固定され、回転軸１０の１０Ｆ部を回転可能に保持している。これら第１軸受け１２、第２軸受け１３は共に非磁性材料であるので、第１のステータ８と回転軸１０との間に発生する磁力による吸着および第２のステータ９と回転軸１０との間に発生する磁力による吸着を防ぎ、回転特性および耐久性を高めることができる。

前記第１軸受け１２、第２軸受け１３は軟磁性材料であってもかまわない。その場合は磁気回路の磁気抵抗が小さくなるので発生するトルク自体は大きくなる。もちろん第１軸受け１２と回転軸１０との間或いは第２軸受け１３と回転軸１０との間では吸着力が発生し摩擦力によるトルク損失が生じたり、摺動面の耐久性を損なう可能性はあるが、第１軸受け１２、回転軸１０、第２軸受け１３の表面に潤滑材の塗布、潤滑塗装（フッ素系潤滑塗装・グラファイト系潤滑塗装・二流化モリブデン系潤滑塗装）、潤滑メッキ（例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子を含有した無電解ニッケルメッキやテフロン(登録商標)潤滑無電解ニッケルメッキなど）等を施すことにより摺動面の摩擦によるトルク損失を抑制したり、摺動面の耐久性を損なうことを防いだりでき、出力トルクの大きいモータとすることが出来る。

第１のステータ８の外筒部と回転軸１０の間であって、第１軸受け１２を介したこれらの連結部近傍に第１のコイル２を配置し、第１のステータ８の第１の外側磁極８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと回転軸１０の内側磁極１０Ａとの間にマグネットリング１の一端側を挟む。また、第２のステータ９の外筒部と回転軸１０の間であって、第２軸受け１３を介したこれらの連結部近傍に第２のコイル３を配置し、第２のステータ９の第２の外側磁極９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄと回転軸１０の内側磁極１０Ａとの間にマグネットリング１の他端側を挟む。つまり、外側磁極８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ，９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄがマグネットリング１の外周表面と対向し、内側磁極１０Ａがマグネットリング１の内周表面に位置し第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと内側磁極部１０Ａは対向し、同じく第２の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄと内側磁極部１０Ａは対向している構造になっている。

１４は円筒形状の連結リングであり、この連結リング１４の内側には溝１４Ａ，１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇ、１４Ｈが形成されており、溝１４Ａ，１４Ｃ、１４Ｅ、１４Ｇはお互いに位相が３６０／ｎ度、すなわち９０度ずれており、溝１４Ｂ、１４Ｄ、１４Ｆ、１４Ｈはお互いに位相が３６０／ｎ度、すなわち９０度ずれている。

溝１４Ａ，１４Ｃ、１４Ｅ、１４Ｇには第１のステータ８の第１の外側磁極８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄが嵌合され接着剤等で固定され、溝１４Ｂ、１４Ｄ、１４Ｆ、１４Ｈには第２のステータ９の第２の外側磁極９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄが嵌合され接着剤等で固定される。溝溝１４Ａ，１４Ｃ、１４Ｅ、１４Ｇと溝１４Ｂ、１４Ｄ、１４Ｆ、１４Ｈとは位相が（１３５／ｎ）度、すなわち３３．７５°ずれている。これにより前述したように前記第１のステータ８の櫛歯形状の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと前記第２のステータ９の櫛歯形状の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄとは位相が（１３５／ｎ）度、すなわち３３．７５°ずれて配置され保持される。

この連結リング１４に、上記のようにして第１のステータ８と第２のステータ９を固定することで、これら第１のステータ８と第２のステータ９を所望の位置および位相で配置することができる。また、連結リング１４は非磁性材料で構成されており、第１のステータ８と第２のステータ９との間の磁気回路を分断でき、お互いの磁極の影響が出にくい構成となっている。

本実施例１では、マグネットリング１の内径部は回転軸１０の第１の内側磁極部１０Ａによって埋められているので、上記の特許文献１や特許文献２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、また、回転軸１０はマグネットの内径部に現れる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。

前記第１のステータ８と第２のステータ９はカップ状の形状で外側の筒部分に切り欠きを設けたという単純な形状であるから、製造が容易である。もしも従来例で述べた特許文献１や特許文献２に示す構造であると、第１のステータあるいは第２のステータはそれぞれ内側磁極部を外側磁極部と一体的に構成しなければならず、内側磁極部と外側磁極部を同一の部品で構成する場合は製造が難しい。例えばメタルインジェクションモールドにより成型するのはコストが高くなり、プレスにより一体的に製造するのは外側磁極部を構成する部品を製造するのに比較し、部品が細かくなればなるほど困難になる。また、内側磁極部と外側磁極部を別々に製造してからカシメや溶接あるいは接着等により一体的に固着する場合はコストが高くなる。すなわち、特許文献１や特許文献２に開示された従来のモータは、コイル２個、マグネットリング１個、出力軸１個、第１ステータ（外側磁極部を構成する部品と内側磁極部を構成する部品の２部品）、第２ステータ（外側磁極部を構成する部品と内側磁極部を構成する部品の２部品）、連結リングの、合計９部品が最低限必要であったのに対し、本実施例では、コイル２個、マグネットリング１個、出力軸に相当する回転軸１個、第１ステータ（外側磁極部を構成する部品）、第２ステータ（外側磁極部を構成する部品）、連結リングの、合計７部品で構成することが可能となり、コストが安くなり、製造もし易くなる。

さらに、特許文献１や特許文献２で提案されているモータは、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ほかに、マグネットの内径部に対向する位置にある内側磁極部はマグネットに対し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事により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のに対し、本実施例では、マグネット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。また、第１の内側磁極部と第２の内側磁極部を別の部品で構成するのに比べ、本実施例では単一の部品で構成しているので、お互いの相互差が少なく精度の良いステッピングモータとすることができる。

更には、上記特許文献１や特許文献２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（図７のＬ１）は十分に長く出来ないのに対し、本実施例では、図２のＬ２で示すように、内側磁極部とマグネットとが対向する軸方向の長さを容易に長く確保でき、これにより外側磁極部とマグネットを有効に利用することができモータの出力を高めることができる。

更には、マグネットリング１の長さをＡ１とし従来例（特許文献１特開平０９−３３１６６６号公報）の場合と比較すると従来例ではマグネットの極数を４×ｎとすると第１の外側磁極の数は２×ｎ個所、対向長さ（Ａ１−Ｔ１）／２であるから総対向量はｎ×（Ａ１−Ｔ１）となるのに対し、本発明ではｎ×Ａ１となり総対向量は多くなる。これによりマグネットを有効に利用でき出力の大きなモータとする事ができる。

図４は、図２のＡ−Ａ断面を示す図であり、これを用いてステッピングモータの回転駆動について説明する。

図４（ａ）の状態は第１のコイル２および第２のコイル３に通電して、第１のステータ８の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８ＤをＮ極に励磁し、第２のステータ９の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９ＤをＳ極に励磁している状態である。

図４（ａ）の状態から、第１のコイル２および第２のコイル３に通電して、第１のステータ８の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８ＤをＮ極に励磁し、第２のステータ９の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９ＤをＮ極に励磁すると、ロータであるマグネットリング１は反時計方向に１１．２５度回転し、図４（ｂ）に示す状態になる。次に、第１のコイル２への通電を反転させ、第１のステータ８の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８ＤをＳ極に励磁し、第２のステータ９の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９ＤをＮ極に励磁すると、ロータであるマグネットリング１は更に反時計方向に１１．２５度回転し、図４（ｃ）に示す状態になる。次に、第２のコイル３への通電を反転させ、第１のステータ８の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８ＤをＳ極に励磁し、第２のステータ９の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９ＤをＳ極に励磁すると、ロータであるマグネットリング１は更に反時計方向に１１．２５度回転し、図４（ｄ）に示す状態になる。

以後、このように第１のコイル２および第２のコイル３への通電方向を順次切り換えていくことによって、ロータであるマグネットリング１は通電位相に応じた位置へと順に回転する。

上記の実施例１では、上記特許文献１や特許文献２で提案されているものと同様に、コイルに通電により発生する磁束を直接マグネットに作用させ、ステッピングモータを高出力なものにするとともに、非常に小型化可能なものとしている。つまり、このモータの径はマグネットの径にステータの磁極を対向させるだけの大きさがあればよく、また、ステッピングモータの長さはマグネットの長さに第１のコイルと第２のコイルの長さを加えただけの長さがあれば良いことになる。このため、ステッピングモータの大きさは、マグネットおよびコイルの径と長さによって決まるもので、マグネットおよびコイルの径と長さをそれぞれ非常に小さくすればステッピングモータを超小型にすることができるものである。

この時、マグネットおよびコイルの径と長さをそれぞれ非常に小さくすると、ステッピングモータとしての精度を維持する事が難しくなるが、これはマグネットを中空の円筒形状に形成し、この中空の円筒形状に形成されたマグネットの外周面および内周面に第１、第２のステータの外側磁極部および内側磁極部を対向させる単純な構造によりステッピングモータの精度の問題を解決している。さらに上記の説明で述べたように、低コストで高出力なものに出来る。

図５は本発明の実施例２に係るステッピングモータを示す断面図であり、上記実施例１と同じ構成要素については同一の符号を付し、その説明は省略する。

同図において、１５は第１のボビンであり、第１のコイル２が巻き回されている。この第１のボビン１５は非磁性材料で非導電材料からなり、第１のコイル２と第１のステータ８が不用意に導通しないようにしている。この第１のボビン１５は第１のステータ８に固定され、孔１５Ａで回転軸１０を回転可能に保持し、上記実施例１における第１軸受け１２と同様な機能を果たす。１６は第２のボビンであり、第２のコイル３が巻き回されている。この第２のボビン１６も非磁性材料で非導電材料からなり、第２のコイル３と第２のステータ９が不用意に導通しないようにしている。この第２のボビン１６は第２のステータ９に固定され、孔１６Ａで回転軸１０を回転可能に保持し、上記実施例１における第２軸受け１３と同様な機能を果たす。

本実施例２では、第１コイル２と第１のステータ８との不用意な導通を防ぐと同時に、第１ステータ８と回転軸１０の吸着を防ぐ部材を一つの部品、すなわち第１のボビン１５で構成したので、組み立てが容易でかつコストの安く、安定した動作を行うことができる構成とすることができる。同じく、第２コイル３と第２のステータ９との不用意な導通を防ぐと同時に、第２ステータ９と回転軸１０の吸着を防ぐ部材を一つの部品、すなわち第２のボビン１６で構成したので、組み立てが容易でかつコストの安く、安定した動作を行うことができる構成とすることができる。

以上の実施例１および実施例２によれば、第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと対向し、マグネットリング１の内周面に固定された出力軸１０の部分を内側磁極部１０Ａと呼ぶとすると、第１のコイル２により発生する磁束は、マグネットリング１の外周面に対向する第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄとマグネットリング１の内周面に固定された回転軸１０の内側磁極部１０Ａとの間を通過するので、効果的にマグネットリング１に作用する。その際に、マグネットリング１の内周面に対向する回転軸１０の第１の内側磁極部１０Ａはマグネットリング１の内周面との間に空隙を設ける必要がないので、上記引用文献１や引用文献２に比べ、外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄと内側磁極部１０Ａの距離を狭くでき、磁気抵抗を小さくすることができる、出力を高めることができる。

第２のコイル２により発生する磁束は、マグネットリング１の外周面に対向する第２の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄとマグネットリング１の内周面に固定された回転軸１０の内側磁極部１０Ａとの間を通過するので、効果的にマグネットリング１に作用する。その際に、マグネットリング１の内周面に対向する回転軸１０の内側磁極部１０Ａはマグネットリング１の内周面との間に空隙を設ける必要がないので、上記引用文献１や引用文献２に比べ、第２の外側磁極部９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄと内側磁極部１０Ａの距離を狭くでき、磁気抵抗を小さくすることができるので、出力を高めることができる。

また、前記内側磁極部１０Ａは単一の回転軸１０で構成しているので、上記引用文献１や引用文献２に示される外側磁極部と内側磁極部を接続あるいは一体的に製造する場合に比べ、容易に製造でき、コストが安くなる。

さらに、マグネットリング１は内径部に回転軸１０が固定されるので、強度において優れたものとなる。

つまり、構成する部品の数が少なく、かつ、製造の容易な部品で構成できるモータとすることができる。また、内側磁極部１０Ａを長く構成できるので、外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ，９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄとマグネットリング１を有効に利用することができ、ステッピングモータの出力を高めることができる。さらに、マグネットリング１の外径部と外側磁極部８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ，９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄと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、マグネットリング１の機械的強度が増し、バックメタルとして回転軸１０は作用するので、マグネットの磁気的劣化も少ない。

更に、第１のコイル２と第２のコイル３は、マグネットリング１とほぼ同径で、かつ該マグネットリング１を軸方向に関して挟む位置に配置されているため、ステッピングモータの外径寸法を小さくしている。

マグネットリングの着磁極数を４×ｎとした場合、第１のステータの櫛歯形状の外側磁極部をｎ個の等分割された角度位置に設け、第２のステータの櫛歯形状の外側磁極部をｎ個の等分割された角度位置に設け、第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部とは前記マグネットリングの外周面に対し相対位置が（１３５／ｎ）度ずれ且つマグネットリングの軸方向に関して少なくとも一部が重複するように配置した事により、マグネットリング１の長さをＡ１で示すと従来例（特許文献１特開平０９−３３１６６６号公報）の場合と比較すると従来例ではマグネットの極数を４×ｎとすると第１の外側磁極の数は２×ｎ個所、対向長さ（Ａ１−Ｔ１）／２であるから総対向量はｎ×（Ａ１−Ｔ１）となるのに対し、本発明ではｎ×Ａ１となり総対向量は多くなる。これによりマグネットを有効に利用でき出力の大きなモータとする事ができる。さらにこの場合でも第１のステータの外側磁極部と第２のステータの外側磁極部とは離して構成できるのでクロストークを防ぐ事ができ安定した性能のステッピングモータとする事ができる。

本発明のステッピングモータは、撮影装置や携帯電話機等の小型の機器に有用である。

本発明の実施例１に係るステッピングモータを示す分解斜視図である。図１に示すステッピングモータの組み立て完成状態の断面図である。図２に示すステッピングモータのロータの軸と垂直な方向より見た断面図である。本発明の実施例１に係るステッピングモータのロータの回転動作説明図である。本発明の実施例２に係るステッピングモータを示す分解斜視図である。従来のステッピングモータを示す分解斜視図である。図６のステッピングモータの組み立て完成状態の断面図である。

符号の説明

１マグネット（マグネットリング）
２第１のコイル
３第２のコイル
８第１のステータ
８Ａ，８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ第１の外側磁極部
９第２のステータ
９Ａ，９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ第２の外側磁極部
１０回転軸
１０Ａ内側磁極部
１２第１軸受け
１３第２軸受け
１４連結リング
１５第１のボビン
１６第２のボビン

Claims

円周方向に４×ｎ等分割され、異なる極が交互に着磁された円筒形状の永久磁石からなるマグネットリングと、前記マグネットリングと同心で、かつ該マグネットリングを軸方向に挟む位置に配置された円筒形状の第１のコイルと第２のコイルと、前記マグネットリングの一方の端面からの外周面に対向しｎ個の等分割された角度位置に配置され前記第１のコイルにより励磁される第１の外側磁極部と、前記マグネットリングのもう一方の端面からの外周面に対向しｎ個の等分割された角度位置に配置され前記第２のコイルにより励磁される第２の外側磁極部と、軟磁性材料からなり、前記マグネットリングの内径部に固定され、少なくとも前記第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部に軸方向の範囲において対向し前記第１コイル及び第２コイルにより励磁される内側磁極部が形成された回転軸とを有し、前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部とは前記マグネットリングの外周面に対し相対位置が（１３５／ｎ）度ずれ且つマグネットリングの軸方向に関して少なくとも一部が重複するように配置されている事を特徴とするステッピングモータ。