JPH05130763A

JPH05130763A - モータ

Info

Publication number: JPH05130763A
Application number: JP28846591A
Authority: JP
Inventors: Isao Kishimoto; 功岸本; Tadahiro Nakayama; 忠弘中山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-11-05
Filing date: 1991-11-05
Publication date: 1993-05-25

Abstract

(57)【要約】【目的】回転運動と軸方向運動とを行うことができる
モータにおいて、ロータの軸方向移動距離を長くするこ
とができ、且つこのようにしても軸受けによる支持点間
の距離を短くできるようにする。【構成】モータケース１２に複数個のステータコイル
からなるコイル列１３〜１５を軸方向に沿って３列設け
る。そして、各コイル列１３〜１５のいずれかに通電す
ることにより回転磁界を発生させると共に、通電するコ
イル列を変えることにより、ロータ２０を回転させなが
ら軸方向に移動させる。ロータ２０の最大外径部である
コア２１をモータケース１２に間欠的に設けた軸受１７
により支持する。これにより、シャフト２３を一対の軸
受により両端支持するものとは異なり、ロータ２０の軸
方向移動距離が長くすることができ、しかも軸受１７に
よる支持点間の距離を短くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロータが回転しながら軸
方向にも移動するように構成したモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、通常のモータは回転運動だけを行
うものであった。しかしながら、モータを駆動源とする
装置によっては、回転運動と直線運動とを必要とする場
合がある。ところが、従来のモータでは、回転運動を行
うだけであるから、回転運動から直線運動を取り出そう
とすると、カム機構などが必要となり、構造が複雑にな
る。

【０００３】この問題を解消するものとして、本出願人
は先に特願平３−１３４５８０号を出願した。これは、
図７に示すように、モータケース１に複数個のステータ
コイルからなるコイル列２〜４を軸方向に沿って例えば
３列設け、各コイル列２〜４のいずれかに通電すること
により回転磁界を発生させると共に、通電するコイル列
を変えることにより、ロータ５を回転させながら軸方向
に移動させる、という構成のものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の軸方向移動可能
なモータでは、モータケース１の端板部１ａ，１ｂに軸
受７，７を設け、この軸受７，７にロータ５のシャフト
６を回転自在に且つ軸方向移動自在に支持する構成とし
ている。

【０００５】このロータ支持構造では、シャフト６は軸
受７，７によるいわゆる両端支持であるから、コイル列
が３列ではなく、多数列設けられていて、ロータ５の軸
方向移動距離が長い場合には、シャフト６の軸受７によ
る支持点間距離が長くなり、これがためシャフト６が撓
み易くなって振動の原因になったりする。このことは、
逆にロータ５の軸方向長さをそれ程長くできないことを
意味する。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、ロータの軸方向移動距離を長くするこ
とができ、且つこのように軸方向移動距離が長くなって
も軸受けによる支持点間の距離を短くすることができる
モータを提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のモータは、周方
向に配列された回転磁界形成用の複数個のステータコイ
ルからなるコイル列を軸方向に沿って複数設けたステー
タと、回転可能に且つ軸方向に移動可能に設けられたロ
ータとを備え、前記複数のコイル列のうち少なくとも１
列のコイル列に通電すると共に、通電するコイル列を変
えることにより、前記ロータが回転運動と軸方向運動と
を行うように構成したモータであって、前記ロータを、
当該ロータの最大外径部を受ける軸受により、回転自在
に且つ軸方向移動自在に支持したことを特徴とするもの
である。

【０００８】

【作用】複数のコイル列のうち、いずれかのコイル列に
通電して回転磁界を形成すると、ロータがそのコイル列
の磁気力により吸引されて磁気抵抗が最小となる位置に
て回転する。この状態で、通電するコイル列を変える
と、ロータの磁気中心が変わるため、ロータは新たに通
電されたコイル列の磁気力により吸引されて軸方向に移
動し、磁気抵抗が最小となる位置にて回転し続ける。

【０００９】この場合、ロータはその最大外径部、例え
ばコアが軸受により支持されるから、モータケースの両
端板に設けられた軸受によりシャフトを支持する場合と
は異なり、軸受の支持点間の距離を短くできる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の第１実施例につき図１ないし
図５を参照しながら説明する。

【００１１】図１において、ステータ１１のヨークを兼
ねる円筒状のモータケース１２は縦軸形に配置され、そ
の内周面には複数のコイル列が軸方向に所定の間隔をも
って固定配置されている。この実施例では、説明の簡単
化のために、例えば３列のコイル列１３〜１５が固定配
置されているものとする。これら各コイル列１３〜１５
は、モータケース１２の周方向に沿って例えば１２０度
の間隔をもって配設された３個のステータコイル１３ａ
〜１３ｃ，１４ａ〜１４ｃ，１５ａ〜１５ｃ（図４参
照）から構成されている。

【００１２】上記モータケース１２は上下両端部に端板
のない上下開放形のもので、このモータケース１２の内
周面には、各コイル列１３〜１５を挟むようにして複数
個の鍔部１６が一体に突設されている。そして、これら
各鍔部１６の内周部に軸受１７が固定されている。この
軸受１７は例えばプラスチックにより形成された円環状
ホルダ１８の内周面側に多数個の非磁性材製、例えばセ
ラミックス製のボール１９を回転自在に埋め込み状態に
保持して構成されている。

【００１３】一方、上記コイル列１３〜１５により囲ま
れた空間内にはロータ２０が配設されている。このロー
タ２０は永久磁石形ロータとして構成され、そのコア２
１の外周部には所要極数の永久磁石２２が固定されてお
り、さらにその永久磁石２２の外周部には円筒体２１ａ
が嵌着されている。また、コア２１の中心部には、該コ
ア２１の回転運動および軸方向運動を外部に取り出すた
めのシャフト２３が取り付けられている。

【００１４】そして、上記ロータ２０の最大外径部、こ
の実施例ではコア２１が円筒体２１ａの外周面において
前記軸受１７のボール１９に接するようにして支承され
ており、これにてロータ２０が軸受１７により回転自在
に且つ軸方向に移動自在に支持された状態になってい
る。なお、軸受１７の配置間隔は、ロータ２０の上下動
位置にかかわらずコア２１が少なくとも２個の軸受１７
により支承されるような寸法に設定されている。

【００１５】さて、上述のように構成されたモータの制
御構成を説明するに、まず各コイル列１３〜１５を構成
する各ステータコイル１３ａ〜１３ｃ，１４ａ〜１４
ｃ，１５ａ〜１５ｃの中心部には、図２に示すようにロ
ータ２０の回転位置を検出するホール素子２４〜２６が
配置されている。また、ロータ２０の基準回転位置およ
び軸方向位置を検出するために、各コイル列１３〜１５
の所定のステータコイルに図１に示す反射形のホトセン
サ２７〜２９が設けられていると共に、コア２１の所定
部位には図３に示すようにミラー３０が設けられてい
る。従って、このミラー３０がホトセンサ２７〜２９に
対向すると、ホトセンサ２７〜２９がミラー３０により
反射された光を受けてオン作動するようになっており、
これにてロータ２０の基準回転位置および軸方向位置が
検出されるように構成されている。

【００１６】各コイル列１３〜１５のステータコイル１
３ａ〜１３ｃ，１４ａ〜１４ｃ，１５ａ〜１５ｃは図４
に示す駆動回路３１〜３３により通断電制御される。各
駆動回路３１〜３３の具体的な制御構成はすべて同一で
あるので、ここでは上段のコイル列１３の駆動回路３１
についてのみ説明し、他の駆動回路３２，３３について
は説明を省略する。

【００１７】すなわち、駆動回路３１はＰＮＰ形トラン
ジスタ３４とＮＰＮ形トランジスタ３５とを３組備えて
いる。これら両トランジスタ３４および３５のコレクタ
はＹ結線されたステータコイル１３ａ〜１３ｃにそれぞ
れ接続され、ＰＮＰ形トランジスタ３４のエミッタは直
流電源３６のプラス端子に接続されていると共にＮＰＮ
形トランジスタ３５のエミッタはアースされている。そ
して、両トランジスタ３４および３５のベースは論理回
路により構成された制御回路３７にそれぞれ抵抗３８を
介して接続されている。

【００１８】上記制御回路３７にはホール素子２４〜２
６の検出信号が入力される。そして、制御回路３７は、
そのホール素子２４〜２６の検出信号に基づき、駆動回
路３１〜３３を介してコイル列１３〜１５のステータコ
イル１３ａ〜１３ｃ，１４ａ〜１４ｃ，１５ａ〜１５ｃ
に順次通電して回転磁界を形成する。この場合、すべて
のコイル列１３〜１５に通電して回転磁界を形成するの
ではなく、本実施例にあっては、或るタイミングでいず
れか一列のコイル列に択一的に通電して回転磁界を形成
する。どのようなタイミングでどのコイル列に通電する
かは、マイクロコンピュータ３９からのコイル指定信号
に基づいて決定される。

【００１９】すなわち、上記マイクロコンピュータ３９
にはホール素子２４〜２６の検出信号およびホトセンサ
２７〜２９の検出信号が入力されるようになっている。
そして、このマイクロコンピュータ３９は、ロータ２０
の回転位置（ホール素子およびホトセンサの検出信号）
と各コイル列１３〜１５への通電順との関係を図示しな
いメモリに記憶している。

【００２０】このメモリの記憶内容は例えば図５（斜線
部分が通電期間である）に示すように、モータを起動す
べく図示しないスイッチが投入されると、まず中段のコ
イル列１４に通電し（タイミング番号１）、この通電
後、ホトセンサ２８からの最初の検出信号によりロータ
２０が基準回転位置まで回転したことを検出すると、中
段のコイル列１４を断電して上段のコイル列１３に通電
する（タイミング番号３）。そして、次にホール素子２
４から検出信号が入力されると、上段のコイル列１３を
断電して中段のコイル列１４に通電する（タイミング番
号４）、というようにホール素子２４〜２６とホトセン
サ２７〜２９の検出信号毎に通電するコイル列を選択す
るようになっている。

【００２１】なお、中段のコイル列１４への通電前にお
けるロータ２０の停止位置は不定であるが、図５におい
ては、ロータ２０は中段のコイル列１４の通電により回
転し始めてから、２個のホール素子２５が検出信号を発
して基準回転位置に至るような位置に停止していたもの
としている。

【００２２】一方、ロータ２０は、通電されるコイル列
が変化すると、その通電されたコイル列により形成され
る磁気力により吸引されて軸方向に移動し、磁気抵抗が
最小となる位置で停止する。そして、通電されるコイル
列が変えられると、コア２１の磁気中心が変化するの
で、新たに通電されたコイル列の磁気力により吸引され
て軸方向に移動し、磁気抵抗が最小となる位置で停止す
る。例えば通電されるコイル列が中段のコイル列１４か
ら上段のコイル列１３に変えられた場合には、コア２１
は上段のコイル列１４の磁気力により吸引されて上方に
移動するものである。

【００２３】この結果、ロータ２０のシャフト２３上端
の高さ位置は、通電されるコイル列に応じて図１にＡ、
Ｂ、Ｃで示す上、中、下の三段に変化する。図５のよう
にコイル列が通電される場合においては、シャフト２３
の上端の高さ位置は、タイミング番号１から３に至るま
ではＢの中位置、タイミング番号３から４に至るまでは
Ａの上位置というように変化する。従って、ロータ２０
は回転しながら軸方向に移動するので、回転運動と軸方
向運動とを行うことができる。

【００２４】このように本実施例によれば、ロータ２０
の最大外径部であるコア２１の外周面を軸受１７により
支承することにより、ロータ２０を回転自在に且つ軸方
向移動自在に支持する構成としたので、図７に示すよう
にシャフト６をモータケース１の両端板１ａ，１ｂに設
けられた軸受７，７により支持する構成のものとは異な
り、モータケース１２の軸方向長さをコア２１の軸方向
移動距離と同等程度にすることができ、該モータケース
１２の軸方向長さを短縮できる。

【００２５】しかも、コア２１の外周面を軸受１７によ
り支持するから、コイル列を３列ではなく、多数列設け
てコア２１の軸方向移動距離を長くすることが可能とな
る。そして、コイル列を多数列設けてコア２１の軸方向
移動距離を長くした場合でも、図７に示すシャフト６を
軸受７，７で２点支持するものとは異なり、軸受１７に
よる支持点間距離が長くなるおそれがなく、コア２１が
振動などを発生するおそれがなくなる。

【００２６】また、本実施例では、軸受１７を非磁性材
製としたので、ボール１９を鉄などの磁性材で形成した
場合とは異なり、ボール１９とコア２１の永久磁石２２
との間に作用する磁気力によりコア２１が回転むらなど
を生ずるおそれがない。

【００２７】なお、上記実施例では３列のコイル列１３
〜１５のいずれか１列のコイル列に択一的に通電する構
成としたが、２列或いは３列のコイル列に同時通電する
ようにしても良く、この場合において各コイル列へ流す
電流の比率を変えるようにしても良い。このようにすれ
ば、ロータ２０はシャフト２３の上端が前記第１の実施
例における上位置Ａ、中位置Ｂ、下位置Ｃの三段階だけ
でなく、上位置Ａと中位置Ｂとの中間、中位置Ｂと下位
置Ｃとの中間に位置させることもでき、さらに電流比率
の変化によりいずれの位置へも無段階に変位させること
ができる。

【００２８】また、上記実施例では、コア２１を軸受１
７により支持するようにしたが、これに限られず、図６
に示す他の実施例のように、ロータ２０のシャフト２３
にコア２１より若干径大な円盤４０を設け、この円盤４
０を軸受１７により支持するようにしても良い。

【００２９】また、軸受としては、ボールベアリングに
かぎらず、平軸受、或いは空気軸受などであっても良
い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明のモータによ
れば、ロータが回転運動と軸方向運動とを行うことがで
きるものにあって、ロータを、当該ロータの最大外径部
を受ける軸受により、回転自在に且つ軸方向移動自在に
支持したことにより、ロータの軸方向移動距離を長くで
き、且つこのようにしても軸受による支持点間の距離を
短縮でき、振動発生などを防止できるという優れた効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す縦断側面図

【図２】要部の部分拡大斜視図

【図３】ロータ単体の斜視図

【図４】制御構成図

【図５】コイル列への通電状態を示す図

【図６】本発明の他の実施例を示す図１相当図

【図７】本発明と比較するための他のロータ支持構成例
を示す図１相当図

【符号の説明】

１１はステータ、１３〜１５はコイル列、１７は軸受、
１８はホルダ、１９はボール、２０はロータ、２１はコ
ア、２２は永久磁石、２４〜２６はホール素子、２７〜
２９はホトセンサ、３０はミラー、３７は制御回路、３
９はマイクロコンピュータである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周方向に配列された回転磁界形成用の複
数個のステータコイルからなるコイル列を軸方向に沿っ
て複数設けたステータと、回転可能に且つ軸方向に移動
可能に設けられたロータとを備え、前記複数のコイル列
のうち少なくとも１列のコイル列に通電すると共に、通
電するコイル列を変えることにより、前記ロータが回転
運動と軸方向運動とを行うように構成したモータであっ
て、前記ロータを、当該ロータの最大外径部を受ける軸
受により、回転自在に且つ軸方向移動自在に支持したこ
とを特徴とするモータ。