JP4416475B2 - ステッピングモータ - Google Patents

Description

本発明は、円筒形状のステッピングモータに関するものである。

本願出願人は、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を提案（特許文献１：従来例１）している。以下、図１０乃至図１２を用いてこの従来例１について簡単に説明する。

図１０はステッピングモータの分解斜視図、図１１は該ステッピングモータの側面の断面図、図１２は永久磁石からなるロータとステータの関係を表す円周方向展開図であり、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マグネットからなるロータ、２０２はロータ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は第１のコイル２０３により励磁され軟磁性材料からなる第１のステータ、２０５は第２のコイル２０４により励磁され軟磁性材料からなる第２のステータである。第１のステータ２０４は、ロータ２０１の外周面に隙間をあけて対向する第１の外側磁極部２０４Ａ，２０４Ｂとロータ２０１の内周面に隙間をあけて対向する第１の内側磁極部２０４Ｃ，２０４Ｄを備え、第２のステータ２０５は、ロータ２０１の外周面に隙間をあけて対向する第２の外側磁極部２０５Ａ，２０５Ｂとロータ２０１の内周面に隙間をあけて対向する第２の内側磁極部２０５Ｃ，２０５Ｄを備えている。２０６は出力軸であり、これにロータ２０１が固着され、第１のステータ２０４の軸受け部２０４Ｅと第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、第１のステータ２０４と第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、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、第１の内側磁極部２０４Ｃ，２０４Ｄ、第２の外側磁極部２０５Ａ，２０５Ｂ、第２の内側磁極部２０５Ｃ，２０５Ｄの各極性を切り換えることで、ロータ２０１が回転することになる。

この種のステッピングモータは、コイルに通電することにより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。このように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、出力が向上する。

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提案（特許文献２：従来例２）している。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、モータの出力が上がる。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。
特開平９−３３１６６６号公報 特開平１０−２２９６７０号公報

しかしながら、上記従来例１及び２にて提案されているものは、図１２に示すように、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とは軸方向において所定の隙間Ｋが設けられている。これはお互いの磁極の影響を避けるためである。具体的には、ロータ２０１の軸方向の長さをＭとし、第１の外側磁極部２０４Ａ，２０４Ｂ及び第２の外側磁極部２０５Ａ，２０５Ｂのロータ２０１に対向する軸方向の長さをＪとすると、Ｊ＜Ｍ／２となる。このため、ステッピングモータの軸方向長さをより短く構成しようとすると、前記所定の隙間Ｋがあるために第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部のロータ（マグネット）に対向する長さＪが非常に短いものとなり、大幅な出力低下となっていた。

また、上記従来例１及び２にて提案されているものは、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ものであった。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、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ものであった。

本発明のステッピングモータは、内側磁極部が形成されるロータ軸と、円筒形状を有し、前記内側磁極部に固定されるものであって、前記円筒形状の外周面が円周方向にＮ分割して着磁された着磁部を有するマグネットと、前記マグネットの軸方向の一方端側から前記マグネットの外周面に沿って延出されることで、前記着磁部に対向する櫛歯形状の第１の外側磁極部が形成された第１のステータと、前記マグネットの軸方向の一方端側に配置され、前記第１の外側磁極部を励磁する第１のコイルと、前記マグネットの軸方向の他方端側から前記マグネットの外周面に沿って延出されることで、前記着磁部に対向する櫛歯形状の第２の外側磁極部が形成された第２のステータと、前記マグネットの軸方向の他方端側に配置され、前記第２の外側磁極部を励磁する第２のコイルとを備え、前記第１の外側磁極部の先端部と前記第２の外側磁極部の先端部とが前記マグネットの軸方向に重なるように、前記第１の外側磁極部および前記第２の外側磁極部が形成され、前記第１の外側磁極部および前記第２の外側磁極部の先端部の一方の角にそれぞれテーパー面が形成され、前記第１の外側磁極部および前記第２の外側磁極部の前記テーパー面が形成された側の先端部どうしを近接させることで、前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部の位置ずれ関係が１８０／Ｎ度となるように、前記第１のステータと前記第２のステータとが配置されることを特徴とする。

本発明によれば、軸方向の長さが短くて、よりコストの安い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ないし実施例３に示す通りである。

図１〜図７は本発明の実施例１に係る図であり、詳しくは、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、図３は図１のステッピングモータのマグネットとステータの一部の関係を表す円周方向展開図、図４〜図７は図１のステッピングモータのマグネットとステータの位相関係を各動作段階毎に示す断面図である。

図１〜図７において、１は軟磁性材料からなる第１のステータであり、外筒及び中央に穴部１ｇの開いたドーナツ状の天板１ｆで構成されている。この第１のステータ１の外筒はその先端部に軸方向に延出する櫛歯形状の外側磁極部１ａ,１ｂ,１ｃ,１ｄ,１ｅが形成され、後述のマグネット７の着磁分割数をＮとすると（本実施例１ではＮ＝１０）、これらは円周方向に３６０／（Ｎ／２）度、すなわち７２度間隔で所定の歯幅で形成されている。２は軟磁性材料からなる第２のステータであり、外筒及び中央に穴部２ｇの開いたドーナツ状の天板２ｆで構成されている。この第２のステータ２の外筒はその先端部に軸方向に延出する櫛歯形状の外側磁極部２ａ,２ｂ,２ｃ,２ｄ,２ｅが形成され、これらは円周方向に３６０／（Ｎ／２）度、すなわち７２度間隔で所定の歯幅で形成されている。

３は円筒形状の第１のコイルであり、第１ボビン４に巻き付けられている。この第１のコイル３及び第１ボビン４はその外径が後述のマグネット７の外径とほぼ同じ寸法となっている。５は円筒形状の第２のコイルであり、第２ボビン６に巻き付けられている。この第２のコイル５及び第２ボビン６はその外径が後述のマグネット７の外径とほぼ同じ寸法となっている。

７は円筒形状のマグネットであり、図４〜図７に示すように、その外周表面及び内周表面を円周方向にＮ分割して（本実施例１ではＮ＝１０分割）Ｓ極及びＮ極が交互に着磁された着磁部を有する。８はロータ軸であり、図２に示すようにマグネット７に接着固定される。このロータ軸８は、第１円柱部８ａ、第２円柱部８ｂ、第３円柱部８ｃ、第１軸部８ｄ及び第２軸部８ｅで構成される。第１円柱部８ａはマグネット７の内径部に固定され、第１円柱部８ａの軸方向の長さはマグネット７の軸方向の長さと略同一となる。第２円柱部８ｂは第１のコイル３の内径部に挿入され、第３円柱部８ｃは第２のコイル５の内径部に挿入される。第１軸部８ｄは後述の第１軸受けによって回転可能に支持され、第２軸部８ｅは後述の第２軸受けによって回転可能に支持される。第１軸部８ｄは第２軸部８ｅよりも軸方向の長さが長く、出力軸として機能する。すなわち、第１軸部８ｄの先端に不図示のギアやレバー、スクリューねじ等を固定することで、ここより回転出力を得ることができる。

上記のマグネット７とロータ軸８とにより、ロータが構成される。

９は軟磁性材料からなる第１軸受けであり、第１円筒部９ａとこの第１円筒部９ａよりも外径の大きな第２円筒部９ｂで構成される。第１軸受け９は第１のステータ１の穴部１ｇにその第１円筒部９ａが挿入された状態で第２円筒部９ｂが天板１ｆに密着するように固定され、ロータ軸８の第１軸部８ｄを回転可能に支持する。また、第１のコイル３及び第１ボビン４は第１のステータ１の内側に固定され、その状態で第１軸受け９の第１円筒部９ａが第１ボビン４の内径部に嵌合している。すなわち、第１のコイル３の内径部には軟磁性材料からなる第１軸受け９の第１円筒部９ａと、同じく軟磁性材料からなるロータ軸８の第１軸部８ｄの一部と第２円柱部８ｂとが挿入された状態となる。

１０は軟磁性材料からなる第２軸受けであり、第１円筒部１０ａとこの第１円筒部１０ａよりも外径の大きな第２円筒部１０ｂで構成される。第２軸受け１０は第２のステータ２の穴部２ｇにその第１円筒部１０ａが挿入された状態で第２円筒部１０ｂが天板２ｆに密着するように固定され、ロータ軸８の第２軸部８ｅを回転可能に支持する。また、第２のコイル５及び第２ボビン６は第２のステータ２の内側に固定され、その状態で第２軸受け１０の第１円筒部１０ａが第２ボビン６の内径部に嵌合している。すなわち、第２のコイル５の内径部には軟磁性材料からなる第２軸受け１０の第１円筒部１０ａと、同じく軟磁性材料からなるロータ軸８の第２軸部８ｅの一部と第３円柱部８ｃとが挿入された状態となる。そして、第１軸受け９の第１円筒部９ａの先端がロータ軸８の第２円柱部８ｂの端面を受け、第２軸受け１０の第１円筒部１０ａの先端がロータ軸８の第３円柱部８ｃの端面を受ける形で、前記ロータの軸方向の移動を所定量に規制する。第１のコイル３及び第１ボビン４と第２のコイル５及び第２ボビン６は、マグネット７をそれぞれ軸方向両端から挟む位置に所定の隙間を持って配置される。

１１は円筒形状の連結リングであり、この連結リング１１に第１のステータ１と第２のステータ２を固定することで、第１のステータ１と第２のステータ２を所望の位置、位相で配置することができる。第１のステータ１と第２のステータ２は同一形状であって、外側磁極部１ａ〜１ｅと外側磁極部２ａ〜２ｅとが対向するように配置される。その際、図４〜図７に示すように、マグネット７の着磁位相と第１のステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとの関係は、マグネット７の着磁位相と第２のステータ２の外側磁極２ａ〜２ｅとの関係に対して１８０／Ｎ度、すなわち１８度ずれて配置される。また、連結リング１１は非磁性材料で形成されており、第１のステータ１と第２のステータ２との間の磁気回路を分断してお互いの磁極の影響が出にくい構成となっている。

上記構成において、第１のステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅはマグネット７の外周面に所定の隙間をもって対向しており、第２のステータ２の外側磁極２ａ〜２ｅはマグネット７の外周面に所定の隙間をもって対向している。

第１のステータ１の外側磁極部１ａ,１ｂ,１ｃ,１ｄ,１ｅの先端及び第２のステータ２の外側磁極部２ａ,２ｂ,２ｃ,２ｄ,２ｅの先端にはお互いが向き合った状態で近接する一方の角にテーパー面が形成され、このテーパー面どうしが所定の隙間（図１２のＫに相当）をもってこれらステータは配置されている（図３参照）。これにより、第１のステータ１と第２のステータ２の外側磁極部どうしが干渉することなく（所定の隙間を設けつつ）外側磁極部の軸方向の長さを長く形成することが可能となる。具体的には、マグネット７の軸方向長さをＭとし、第１のステータ１の外側磁極部１ａ,１ｂ,１ｃ,１ｄ,１ｅ及び第２のステータ２の外側磁極部２ａ,２ｂ,２ｃ,２ｄ,２ｅのマグネット７に対向する軸方向の長さをＬ１とすると、Ｌ１≧Ｍ／２（図３は、Ｌ１＞Ｍ／２の関係にある）とすることが可能となる。よって、上記の従来例１及び２（図１２も参照）に比べて出力を向上させることができ、その分モータの軸方向の長さを短縮することも可能となる。

第１のステータ１は第１のコイル３によって励磁され、第２のステータ２は第２のコイル５によって励磁される。第１のステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅと対向してマグネット７を挟む位置にロータ軸８の第１円柱部８ａが配置される。ロータ軸８の第１円柱部８ａの第１のコイル３側の一部、及び第１のコイル３の内径部に配置されるロータ軸８の第２円柱部８ｂ及び第１軸部８ｄの第１のコイル３側の一部及び第１軸受け９の第１円筒部９ａは第１のコイル３によって第１のステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとは反対の極に励磁され、第１の内側磁極部として機能する。また、第２のステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅと対向してマグネット７を挟む位置にロータ軸８の第１円柱部８ａが配置される。ロータ軸８の第１円柱部８ａの第２のコイル５側の一部、及び第２のコイル５の内径部に配置されるロータ軸８の第３円柱部８ｃ及び第２軸部８ｃ及び第２軸受け１０の第１円筒部１０ａは第２のコイル５によって第２のステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとは反対の極に励磁され、第２の内側磁極部として機能する。

第１のコイル３により発生する磁束は、マグネット７の外周面に対向する第１のステータ１の外側磁極部とマグネット７の内周面に固定され第１の内側磁極部を構成するロータ軸８の第１円柱部８ａ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、第１の内側磁極部を構成する第１円柱部８ａはマグネット７の内周面との間に空隙を設ける必要がない。同様に、第２のコイル５により発生する磁束は、マグネット７の外周面に対向する第２のステータ２の外側磁極部とマグネット７の内周面に固定され第２の内側磁極部を構成するロータ軸８の第１円柱部８ａとの間を通過するので、効果的に該マグネット７に作用する。その際、第２の内側磁極部を構成する第１円柱部８ａはマグネット７の内周面との間に空隙を設ける必要がない。したがって、上記従来例１及び２に比べて、外側磁極部と内側磁極部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、出力を高めることができる。

また、第１軸受け９を軟磁性材料で形成することにより、ロータ軸８の第１円柱部８ａの第１のコイル３側の一部及び第２円柱部８ｂ及び第１軸部８ｄの第１のコイル３側の一部と共に第１の内側磁極部として作用し、同じく第２軸受け１０を軟磁性材料で形成することにより、ロータ軸８の第１円柱部８ａの第２のコイル５側の一部及び第３円柱部８ｃ及び第２軸部８ｅと共に第２の内側磁極部として作用するので、第１のコイル３及び第２のコイル５により発生する磁束が流れやすくなり、よりいっそう出力を高めることが可能となる。

ここで、第１軸受け９とマグネット７が固定されるロータ軸８との間、及び、第２軸受け１０とマグネット７が固定されるロータ軸８との間には吸着力が発生し、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、ロータ軸８の第１軸受け９との軸方向受け部を第２円柱部８ｂの端面とし、ロータ軸８の第２軸受け１０との軸方向受け部を第３円柱部８ｃの端面とすることで、マグネット７からの距離を離して吸着力を低減させているとともに、マグネット７を薄くて小径の円筒形状で構成することでその吸着力は極くわずかしか発生せず、磁気回路の磁気抵抗が減少することによる効率アップの方がより有効に働き、発生するトルク自体は大きくなる。また、第１軸受け９、ロータ軸８、第２軸受け１０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・二硫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で出力トルクをアップさせることも可能である。

上記従来例２では、出力軸が軟磁性材料で構成され、軸受けは非磁性材料で構成されているが、この構成ではコイルの内径部には出力軸のみが配置されることになり、例えば出力軸の外径を大きくすることで磁束が流れやすくなるものの、コイルとの接触を避けるため、コイルと出力軸との間に所定の隙間を持たせる必要があり、その分コイルの内径に対する出力軸の外径、すなわち内側磁極部径は小さくなる。しかも実際にはコイルとステータが不用意に導通しないようにコイルはボビンに巻き回す必要があり、出力軸はボビンとの接触を避けるためにボビン内径と所定の隙間を持たせる必要があった。これに対し、本実施例１では、コイルの内径部に軟磁性材料の軸受けと軟磁性材料のロータ軸を配置しており、軸受けはボビン内径部と嵌合しており、ロータ軸と軸受けも回転嵌合してしているため、コイルの内径に対する内側磁極部の割合を増やすことが可能となり、これにより磁気回路の磁気抵抗が減少して発生トルクがアップする。或いは内側磁極部を小径化してその分コイルの占有率を増すことで、発生トルクをアップさせることも可能である。

また、マグネット７の内径部はロータ軸８によって埋められているので、従来例１及び２に示されるものに比べ、マグネットの機械的強度が大きいものとなる。

また、本実施例１では、第１の内側磁極部をロータ軸８の一部と第１軸受け９で構成し、第２の内側磁極部をロータ軸８の一部と第２軸受け１０で構成して、第１のステータ１と第２のステータ２はカップ形状で外筒部分に切り欠きを設けたという単純な形状で構成されることから製造が容易であり、コストが安くなる。すなわち、ロータ軸と軸受けが内側磁極部を兼ねていることで、コストを安くしている。これに対し従来例１及び２に示される構造の場合、第１のステータ及び第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ないが、内側磁極部を外側磁極部と同一部品で構成することは製造上難しい。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ことは可能であるがコスト高となり、プレスにより一体的に製造することは外側磁極部のみを構成する部品を製造する場合と比較して部品が小さ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とを別々に製造してからカシメや溶接或いは接着等により一体的に固着する場合もコストが高くなる。

また、従来例１及び２に示されるものは、マグネットの外径部と外側磁極部との隙間を精度良く保って組み立てる必要のほかに、マグネットの内径部に対向する位置にある内側磁極部も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場合にこの隙間を確保出来ず、内側磁極部がマグネットに接触してしまう等の不良が生じてしまうが、本実施例１ではマグネットの外径部のみの隙間を管理するだけで良いので、組み立てが容易になる。

さらに、上記従来例１及び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１１のＬ０）を十分に長く出来ないのに対し、本実施例１では図２のＬ１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、モータの出力が高まる。

また、本実施例１においても、従来例１及び２に示されるものと同様にコイルの通電により発生する磁束を直接マグネットに作用させ、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、このステッピングモータの外径はマグネットの外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程度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外径と長さによって決まるもので、マグネット及びコイルの外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。その際、マグネット及びコイルの外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ことが難しくなるが、これはマグネットを円筒形状に形成し、この円筒形状に形成されたマグネットの外周面及び内周面に第１、第２のステータの外側磁極部及び内側磁極部を対向させるという単純な構造により、ステッピングモータの精度の問題を解決している。また、上記の説明で述べたように、さらに低コストで高出力なものになる。

図４〜図７はそれぞれ（ａ）が図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）が図２のＢ−Ｂ断面図であり、以下にこれらを用いてモータの回転駆動方法を説明する。

図４の状態は、第１のコイル３に対して正通電することにより、第１のステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅをＮ極とし、ロータ軸８の第１円柱部８ａの第１のコイル３側の一部をＳ極とし、同時に第２のコイル５に対して逆通電することにより、第２のステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅをＳ極とし、ロータ軸８の第１円柱部８ａの第２のコイル５側の一部をＮ極とした場合を示す。これにより、マグネット７の外周表面のＳ極に着磁された着磁部が第１のステータ１の外側磁極部の中心に向かう回転力（図４（ａ）の時計方向）が発生するとともに、マグネット７の外周表面のＮ極に着磁された着磁部が第２のステータ２の外側磁極部の中心に向かう回転力（図４（ｂ）の反時計方向）が発生し、図４の状態でバランスを保って静止する。

次に、図４の状態から、第１のコイル３への正通電を維持しながら、すなわち第１のステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅをＮ極とし、ロータ軸８の第１円柱部８ａの第１のコイル３側の一部をＳ極としながら、第２のコイル５への通電を正通電に切り換えると、第２のステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅはＮ極に励磁され、ロータ軸８の第１円柱部８ａの第２のコイル５側の一部はＳ極に励磁され、マグネット７は外周表面のＳ極に着磁された着磁部が第２のステータ２の外側磁極部の中心に向かう回転力が発生し、図中時計方向に回転を始める。そして、図５に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は、図４の状態からマグネット７が時計方向に１８．０度回転した状態である。

次に、図５の状態から、第２のコイル５への正通電を維持しながら、すなわち第２のステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅをＮ極とし、ロータ軸８の第１円柱部８ａの第２のコイル５側の一部をＳ極としながら、第１のコイル３への通電を逆通電に切り換えると、第１のステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅはＳ極に励磁され、ロータ軸８の第１円柱部８ａの第１のコイル３側の一部はＮ極に励磁され、マグネット７は外周表面のＮ極に着磁された着磁部が第１のステータ１の外側磁極部の中心に向かう回転力が発生し、図中時計方向に回転を始める。そして、図６に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は、図５の状態からマグネット７が時計方向に１８．０度回転した状態である。

次に、図６の状態から、第１のコイル３への逆通電を維持しながら、すなわち第１のステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅをＳ極とし、ロータ軸８の第１円柱部８ａの第１のコイル２側の一部をＮ極としながら、第２のコイル５への通電を逆通電に切り換えると、第２のステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅはＳ極に励磁され、ロータ軸８の第１円柱部８ａの第２のコイル５側の一部はＮ極に励磁され、マグネット７は外周表面のＮ極に着磁された着磁部が第２のステータ２の外側磁極部の中心に向かう回転力が発生し、図中時計方向に回転を始める。そして、図７に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は図６の状態から前記マグネット７が時計方向に１８．０度回転した状態である。

上記のように第１のコイル３及び第２のコイル５への通電方向を順次切り換えていくことにより、ロータの構成要素であるマグネット７は通電位相に応じた位置へと順次回転することになる。

図８は本発明の実施例２に係るステッピングモータのマグネットとステータの一部の関係を表す円周方向展開図である。ここで、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。

本実施例２では、上記実施例１における第１のステータ１及び第２のステータ２を異なる形態にしたもので、その他は同じ構成要素となる。

２１は第１のステータ、２２は第２のステータであり、第１のステータ２１の外筒はその先端部に軸方向に延出する櫛歯形状の外側磁極部２１ａ,２１ｂ及び不図示の２１ｃ,２１ｄ,２１ｅが形成され、マグネット７の着磁分割数をＮとすると（本実施例２ではＮ＝１０）、これらは円周方向に３６０／（Ｎ／２）度、すなわち７２度間隔で所定の歯幅で形成されている。同様に、第２のステータ２２の外筒はその先端部に軸方向に延出する櫛歯形状の外側磁極部２２ａ,２２ｂ及び不図示の２２ｃ,２２ｄ,２２ｅが形成され、これらは円周方向に３６０／（Ｎ／２）度、すなわち７２度間隔で所定の歯幅で形成されている。第１のステータ２１と第２のステータ２２は軸方向に向き合って配置され、これらの位相は１８０／Ｎ度（本実施例２では１８度）ずれて配置される。

第１のステータ２１の外側磁極部２１ａ〜２１ｅの先端及び第２のステータ２２の外側磁極部２２ａ〜２２ｅの先端はそれぞれ左右均等のテーパー面が形成され、お互いにテーパー面どうしが所定の隙間（図１２のＫに相当）もつようにして各ステータは配置されている。これにより、第１のステータ２１と第２のステータ２２の外側磁極部どうしが干渉することなく外側磁極部の軸方向長さを長く形成することが可能となる。具体的には、マグネット７の軸方向の長さをＭとし、第１のステータ２１の外側磁極部２１ａ〜２１ｅ及び第２のステータ２２の外側磁極部２２ａ〜２２ｅのマグネット７に対向する軸方向の長さをＬ２とすると、Ｌ２≧Ｍ／２（図８は、Ｌ２＞Ｍ／２の関係にある）とすることが可能となる。よって、従来例１及び２に比べて出力を向上させることができ、その分モータの軸方向長さを短縮することも可能となる。

また、各外側磁極部の先端には左右均等のテーパー面が形成されているので、上記実施の第１の形態に比べて、各外側磁極部のマグネット７への対向部のバランスを得やすく、回転ステップ精度を高めやすい。

図９は本発明の実施例３に係るステッピングモータのマグネットとステータの一部の関係を表す円周方向展開図である。ここで、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。

本実施例３では、上記実施例１における第１のステータ１及び第２のステータ２とマグネット７を異なる形態にしたもので、その他は同じ構成要素となる。

３１は第１のステータ、３２は第２のステータであり、第１のステータ３１の外筒はその先端部に軸方向に延出する櫛歯形状の外側磁極部３１ａ,３１ｂ及び不図示の３１ｃ,３１ｄ,３１ｅが形成され、後述のマグネット３７の着磁分割数をＮとすると（本実施例３はＮ＝１０）、これらは円周方向に３６０／（Ｎ／２）度、すなわち７２度間隔で所定の歯幅で形成されている。同様に、第２のステータ３２の外筒はその先端部に軸方向に延出する櫛歯形状の外側磁極部３２ａ,３２ｂ及び不図示の３２ｃ,３２ｄ,３２ｅが形成され、これらは円周方向に３６０／（Ｎ／２）度、すなわち７２度間隔で所定の歯幅で形成されている。３７は円筒形状のマグネットであり、その外周表面及び内周表面を円周方向にＮ分割してＳ極及びＮ極が交互に着磁された着磁層を軸方向に２つ設け、第１のステータ３１と対向する一方の着磁層と、第２のステータ３２と対向する他方の着磁層の位相を互いに１８０／Ｎ度（本実施例では１８度）ずらして形成される。第１のステータ３１と第２のステータ３２は軸方向に向き合って配置され、第１のステータ３１と第２のステータ３２の位相は３６０／Ｎ度（本実施例３は３６度）ずらして配置される。これにより、第１のステータ３１とマグネット３７との位相関係と、第２のステータ３２とマグネット３７との位相関係は１８０／Ｎ度（本実施例３では１８度）ずれることとなり、第１のコイル３及び第２のコイル５への通電方向を順次切り換えていくことにより、ロータの構成要素であるマグネット３７は通電位相に応じた位置へと順次回転することが可能となる。

第１のステータ３１と第２のステータ３２の位相が３６０／Ｎ度ずらして配置されることにより、第１のステータ３１と第２のステータ３２の外側磁極部どうしが干渉することなく外側磁極部の軸方向の長さを長く形成することが可能となる。具体的には、マグネット３７の軸方向の長さをＭとし、第１のステータ３１の外側磁極部３１ａ〜３１ｅ及び第２のステータ３２の外側磁極部３２ａ〜３２ｅのマグネット３７に対向する軸方向の長さをＬ３とすると、Ｌ３＝Ｍ／２とすることが可能となる。すなわち、外側磁極部の軸方向長さはマグネット７の着磁層の境界である中央部まで伸ばすことが可能となる。よって、従来例１及び２に比べて出力を向上させることができ、その分モータの軸方向長さを短縮することも可能となる。

また、従来例１及び２や上記実施例１及び２に比べて、第１のステータ３１の外側磁極部と第２のステータ３２の外側磁極部との距離を大きく離すことが可能となり、お互いの磁束の干渉が発生しずらくなり、回転ステップ精度が大幅に向上する。

最後に、上記各実施例における効果についてまとめて以下に説明する。

上記実施例１及び２においては、第１のステータの外側磁極部の先端及び第２のステータの外側磁極部の先端に、お互いが向き合った状態で近接する少なくとも一方の角にテーパー面を形成しているので、第１のステータ１と第２のステータ２の外側磁極部どうしが干渉することなく、各外側磁極部の軸方向長さを長く形成することができる。具体的には、第１の外側磁極部１ａ〜１ｅ，２１ａ〜２１ｅのマグネット７の外周面に対向する軸方向の長さ及び第２の外側磁極部２ａ〜２ｅ，２２ａ〜２２ｅのマグネット７の外周面に対向する軸方向の長さをＬとし、マグネット７の軸方向の長さをＭとすると、Ｌ≧Ｍ／２となるように構成している。

また、実施例３によれば、マグネット３７を、その外周表面及び内周表面を円周方向にＮ分割してＳ極及びＮ極が交互に着磁された着磁層を軸方向に２つもち、第１の外側磁極部３１ａ〜３１ｅと対向する一方の着磁層と第２の外側磁極部３２ａ〜３２ｅと対向する他方の着磁層の位相を互いに１８０／Ｎ度ずらして形成し、マグネット３７の外周面に対向するとともにお互いが近接して向き合うように配置される第１の外側磁極部３１ａ〜３１ｅと第２の外側磁極部３２ａ〜３２ｅの位相は３６０／Ｎ度ずらして配置するようにしている。このような構成により、第１の外側磁極部３１ａ〜３１ｅのマグネット３７の外周面に対向する軸方向の長さ及び第２の外側磁極部３２ａ〜３２ｅのマグネット３７の外周面に対向する軸方向の長さをＬとし、マグネット７の軸方向の長さをＭとすると、Ｌ＝Ｍ／２となるように構成している。

よって、マグネットの外周面に対向する第１の外側磁極部の軸方向の長さ及び第２の外側磁極部の軸方向の長さを従来例に比べて長く構成できるので、モータの出力を高めることができる。すなわち、モータの軸方向の長さを短く構成しても出力低下の割合が少ないものとなる。

また、上記各実施例においては、マグネット７，３７の内周面に固定されたロータ軸８の第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、第１のコイルにより発生する磁束はマグネット７，３７の外周面に対向する第１の外側磁極部とマグネット７，３７の内周面に固定されたロータ軸８からなる第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、第１の内側磁極部はマグネット７，３７の内周面との間に空隙を設ける必要がない。同様に、マグネット７，３７の内周面に固定されたロータ軸の第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、この第２の内側磁極部も同様に、マグネット７，３７の内周面との間に空隙を設ける必要がない。したがって、上記従来例１及び２に比べて外側磁極部と内側磁極部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出力を高めることができる。

また、従来例１及び２に比べて内側磁極部を軸方向に長く構成できるので、外側磁極部とマグネットを有効に利用することができ、出力を高められる。さらに、第１の内側磁極部及び第２の内側磁極部はロータ軸で構成してあるので、上記従来例１及び２にて提案されている外側磁極部と内側磁極部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、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り、不良率も少なくなる。またマグネットは内径部にロータ軸が固定されるので、強度的に優れる。

（発明と実施例の対応）
上記各実施例において、マグネット７，３７が本発明の円筒形状のマグネットに、第１のコイル３及び第２のコイル４が本発明の第１のコイル及び第２のコイルに、外側磁極部１ａ〜１ｅ，２１ａ〜２１ｂ，３１ａ〜３１ｂが本発明の第１の外側磁極部に、外側磁極部２ａ〜２ｅ，２２ａ〜２２ｂ，３２ａ〜３２ｂが本発明の第２の外側磁極部に、ロータ軸８が本発明の回転軸に、それぞれ相当する。

以上が各実施例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例に限定されるものではなく、請求項で示した機能、又は各実施例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。

本発明のステッピングモータは、小型化、低コスト化を達成しつつ、出力を高めることができるという効果を有し、カメラ等の小型の電子機器に有用である。

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１に示すステッピングモータのマグネットとステータの一部の関係を示す円周方向展開図である。 図２に示すステッピングモータのマグネットとステータの位相関係を示す断面図である。 図４の状態からコイル通電を切り換えてマグネットを１８．０度回転させた状態を示すステッピングモータの断面図である。 図５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１８．０度回転させた状態を示すステッピングモータの断面図である。 図６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１８．０度回転させた状態を示すステッピングモータの断面図である。 本発明の実施例２に係るステッピングモータのマグネットとステータの一部の関係を示す円周方向展開図である。 本発明の実施例３に係るステッピングモータのマグネットとステータの一部の関係を示す円周方向展開図である。 従来のステッピングモータを示す分解斜視図である。 従来のステッピングモータの断面図である。 従来のステッピングモータのマグネットとステータの関係を示す円周方向展開図である。

符号の説明

１ 第１のステータ
２ 第２のステータ
３ 第１のコイル
５ 第２のコイル
７ マグネット
８ ロータ軸
９ 第１軸受け
１０ 第２軸受け
２１ 第１のステータ
２２ 第２のステータ
３１ 第１のステータ
３２ 第２のステータ
３７ マグネット

Claims (1)

1. 内側磁極部が形成されるロータ軸と、
   円筒形状を有し、前記内側磁極部に固定されるものであって、前記円筒形状の外周面が円周方向にＮ分割して着磁された着磁部を有するマグネットと、
   前記マグネットの軸方向の一方端側から前記マグネットの外周面に沿って延出されることで、前記着磁部に対向する櫛歯形状の第１の外側磁極部が形成された第１のステータと、
   前記マグネットの軸方向の一方端側に配置され、前記第１の外側磁極部を励磁する第１のコイルと、
   前記マグネットの軸方向の他方端側から前記マグネットの外周面に沿って延出されることで、前記着磁部に対向する櫛歯形状の第２の外側磁極部が形成された第２のステータと、
   前記マグネットの軸方向の他方端側に配置され、前記第２の外側磁極部を励磁する第２のコイルとを備え、
   前記第１の外側磁極部の先端部と前記第２の外側磁極部の先端部とが前記マグネットの軸方向に重なるように、前記第１の外側磁極部および前記第２の外側磁極部が形成され、
   前記第１の外側磁極部および前記第２の外側磁極部の先端部の一方の角にそれぞれテーパー面が形成され、
   前記第１の外側磁極部および前記第２の外側磁極部の前記テーパー面が形成された側の先端部どうしを近接させることで、前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部の位置ずれ関係が１８０／Ｎ度となるように、前記第１のステータと前記第２のステータとが配置されることを特徴とするステッピングモータ。

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