JPH062468Y2 - 小型ステップモ−タ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、例えばカメラに組込まれるもので、正逆回転
が可能な小型ステップモータに関するものである。

［従来の技術］ 一般的にカメラ等の小型機器に組込まれるステップモー
タは、電源に電池が使用されるため、高効率で消費電流
が少なく、しかも小型なものが望まれる。

従来からこのような小型ステップモータとして、例えば
特開昭55−122471号が知られており、この構成は第６図
に示すものであった。即ち第６図において、回転自在に
配設され４極着磁されたロータ（コア）２４には、略コ
の字形に形成されたステータ（強磁性体）２０が２個対
向するように配設され、またこのステータは、始動時の
回転方向を正しく制御するため互いに所定の角度（例え
ばロータ磁極の半ピッチ）ずらして配設されている。ス
テータ２０には、コイル２５が巻回され、このコイルに
正（＋）および負（−）の励磁電流を通電させるとステ
ータ２０の先端には磁極部が形成され、ロータ２４が回
転される。

このような従来の小型ステップモータにあっては、４極
着磁されたロータ２４を、コイル２５に励磁電流を通電
させることによって回転させていた。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、このようにロータ２４が４等分されて着
磁され、ステータ２０を上述の如く起動性を良くするた
め所定の角度だけずらして配設されているが、そのた
め、ロータ２４の回転に際し、Ａ，Ｂ部分の間隔の差か
ら、回転速度が不均一になり、不円滑になるという欠点
がある。

従って、カメラ等に使用するためには、例えば露出制御
のために開閉運動をさせるような場合を考えると、ロー
タ２４の回転速度は均一で、かつ円滑でなければなら
ず、高精度の制御を達成することが困難であり、小型化
および円滑な回転性能を要求する要請に反するものであ
った。

そこで本考案の目的は、小型化が実現でき、均一で円滑
な回転性能を有する小型ステップモータを提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 本考案の特徴は、回転自在に配設され径方向に４極着磁
された永久磁石からなるロータと、このロータに対向し
て配設され４磁極部を有するステータと、このステータ
に巻回されたコイルと、このコイルに通電させる励磁電
流を制御する駆動回路とを備え、一対の２磁極部間のロ
ータの回転中心に対する角度をαとし、この一対の２磁
極部のうち隣接する磁極部であって、この磁極部間の一
方のロータの回転中心に対する角度をβとすると、β＜
９０°かつ１８０°＜２α＋β＜２７０°の関係を有す
るように前記４磁極部を配設するとともに、前記隣接す
る磁極部間の他方に、前記ロータの回転に伴い、前記ロ
ータの磁極と磁気結合する磁性材料からなる補極を設け
た構成とするものである。

［作用］ コイルに励磁電流を通電すると、ステータの磁極部がβ
＜９０°かつ１８０°＜２α＋β＜２７０°の関係を有
するように配設されているので、４極のロータを所望す
る方向に回転させることができ、且つ、補極を配設した
ので、この補極の磁気結合力によってロータは円滑に回
転する。

［実施例］ 以下図面に従って本考案の実施例について説明する。

先ず、第１図に示すように径方向に４極着磁された永久
磁石（例えば、希土類磁石）から成るロータ１はロータ
軸２に一体的に固着されている。第２図示のように、ロ
ータ軸２の下端は下板の穴により、また上端は上板４の
穴により回転自在に軸支されている。ロータ軸２の下端
は上記下板３の穴を貫通して、先端に歯車列（図示せ
ず）にロータ１の回転を伝達するためのロータカナ５
（ピニオン）が固着されている。

磁性材料からなるステータ６ｂは、第１図示のようにＵ
字形状をなす１対の脚部を有し、その脚部の各端部には
ロータ１の外周と対向する磁極部６ａ１，６ａ２を有し
ており、この両磁極部６ａ１，６ａ２は、ロータ１が第
１図に示す位置にあるとき、この左側のＮＳ極よりもそ
れぞれ下方に位置している。また、ステータ６ｂには、
このステータと同じ形状のステータ６ｃが線対称的に配
設され、同様に磁極部６ａ３，６ａ４はロータ１の右側
のＮＳ極よりもそれぞれ下方に位置している。

２つのステータ６ｂ，６ｃは、全体が略ハの字形状にか
つ平面的に重なり合わないように配設され、下板３に設
けられたガイドピン３ａにより位置決めされている。こ
のため、ステータ６ｂ，６ｃは磁極部６ａ１，６ａ４が
互いに近接する形となっている。

ここで第１図に示すように、一対の２磁極部６ａ１，６
ａ２および６ａ３，６ａ４間のロータ１の中心に対する
角度をαとし、またこの一対の２磁極部６ａ１，６ａ２
および６ａ３，６ａ４の隣接する一方の磁極部６ａ１，
６ａ４間のロータ１の回転中心に対する角度をβとす
る。これらの磁極部６ａ１，６ａ２，６ａ３，６ａ４
は、β＜９０°，１８０＜２α＋β＜２７０°という関
係を有するように配設されている。

このような関係を有するように配設された磁極部６ａ
１，６ａ２，６ａ３，６ａ４の一例として、第１図で
は、β＝４５°，α＝９０°としたものである。

磁性材料で形成された補極２０は、位相角度βを２等分
するＹ軸上でしかもロータ１と磁気結合する関係位置、
すなわち、一対の２磁極部６ａ１，６ａ２および６ａ
３，６ａ４の隣接する他方の磁極部６ａ２，６ａ３間に
配置されている。従ってコイル枠８に巻回されているコ
イル７ａ，７ｂへの通電により、ロータ１のＮまたはＳ
極がＹ軸上に停止する時（第４図ｂ参照）、Ｙ軸上に配
置された補極２０とロータ１の磁気結合力によりロータ
１の制御すべき速度が円滑に補正される。これによって
このロータは均一な速度で円滑に回転する。なおロータ
１と補極２０の磁気結合力は、このロータと磁極部６ａ
１，６ａ２，６ａ３，６ａ４の磁気結合力よりも弱く設
定されている。

さらに各ステータ６ｂ，６ｃの各磁極部６ａ１，６ａ
２，６ａ３，６ａ４に磁界を発生させる２つのコイル７
ａ，７ｂは、駆動回路９に接続されていると共に、コイ
ル７ａ，７ｂはそれぞれコイル枠８に巻線され、ステー
タ６ｂ，６ｃの脚部に挿入されている。

一方、第２図に示すように下板３と上板４はプラスチッ
ク成形加工で形成されており、下板３には、上板４を取
付け固定するための係止爪３ｂを有しており、また上板
４には下板のガイドピン３ａと嵌合するガイド穴４ａと
係止爪３ｂと係合する引掛部４ｂを有している。そして
コイル７ａ，７ｂの挿入された２つのステータ６ｂ，６
ｃとロータ１とが下板３に取付けられた後、上板４を上
から乗せて係止爪３ｂと引掛部４ｂを係合させることに
より、下板３と上板４およびステータ６が固定され、ロ
ータ１が回転自在に支持されるものである。

なお第３図は、コイル７ａ，７ｂに通電し、ステータ６
ｂ，６ｃの各磁極部６ａ１，６ａ２，６ａ３，６ａ４
に、所定の磁界を発生させるための駆動回路９の出力信
号を示し、これはこのコイルの励磁電流の方向が正
（＋）および負（−）の２方向でかつ常時２つのコイル
に励磁電流を流す公知のバイポーラ駆動の２相励磁方式
の駆動回路の出力信号である。

以上の構成において以下、本考案の動作を説明する。

先ず、２つのコイル７ａ，７ｂが通電されない状態にお
いては、２つのステータの４つの磁極部６ａ１，６ａ
２，６ａ３，６ａ４とロータ１の４つのＮＳ極との磁気
結合力および前述した様な位相関係の構成により、ロー
タ１の１回転を４等分した角度（９０°）毎にバランス
して停止する静的安定点が存在する。

すなわち、ロータ１の４つの磁極に対して対向配設され
たステータ６ｂ，６ｃのそれぞれ一対の磁極部６ａ１，
６ａ２，６ａ３，６ａ４はロータ１の４つの磁極の磁力
によってそれぞれ反対の磁極に磁化される。このため、
ロータ１はこの１回転を４等分した角度（９０°）毎に
静的安定点があるのである。

仮に、ロータ１の４つの磁極にステータ６ｂ，６ｃの磁
極部６ａ１，６ａ２，６ａ３，６ａ４を直角に対向する
ように、即ちもし、α＝９０°，β＝９０°に配設する
とすれば、ロータ１には同じように９０°毎に静的安定
点がある。しかし、この場合には前述したように、駆動
回路９よりコイル７ａ，７ｂに励磁電流を通電させた場
合に、ロータ１は時計回り方向と反時計回り方向とのど
ちら方向に回転するか不明となる。したがってロータ１
を所望する回転方向に回転させることができなくなる。

ところが、本考案にあってはステータ６ｂ，６ｃを磁極
部６ａ１，６ａ２，６ａ３，６ａ４が、β＜９０°、か
つ１８０°＜２α＋β＜２７０°の関係を有するように
配設したので、コイル７ａ，７ｂに所望の励磁電流を通
電すれば、ロータ１は所望する回転方向に回転し、起動
性は良くなる。

例えば第１図の様な関係にロータ１が停止しているもの
とする。この状態において、駆動回路９からのシンメト
リックな出力信号によりコイル７ａ，７ｂは通電され
て、第４図(a)の様にステータの磁極部６ａ１，６ａ
２，６ａ３，６ａ４に磁界が発生すると、ロータ１は時
計方向に８分の１（４５°）回転して、第４図(b)の位
置で停止する。

このとき補極２０は、ロータ１のＮ極が近ずくと、反対
のＳ極に磁化される。このため、ロータ１のＮ極がＳ極
の補極２０に近ずくと、このロータ１は補極２０に引か
れて円滑に回転する。またロータ１は第４図(b)の位置
で停止したときに、補極２０の磁気結合力によりその制
御すべき位置が正確に補正される。

次にコイル７ｂの電流方向が反転して通電されると、コ
イル７ｂ側のステータ６ｃの磁極が反転して、第４図
(c)の様に磁極部６ａ３，６ａ４に磁界が発生し、ロー
タ１は更に時計方向に８分の１回転して、第４図(d)の
位置で停止する。

以下交互に反転電流が２つのコイル７ａ，７ｂに通電さ
れる毎に、２つのステータの一方の磁極が反転してロー
タ１は時計方向にステップ的に円滑に回転を続ける。

さらに第４図(d)の状態において、コイル７ａ，７ｂの
通電により、第４図(e)の様に磁極部６ａ３，６ａ４に
磁界を発生させると、ロータ１は反時計方向に８分の１
回転し、第４図(f)の位置で停止する。次にコイル７ａ
側のステータ６ｂの磁極を反転すると、更に反時計方向
に８分の１回転して停止するもので、前述した時計方向
の回転動作と同様に、コイル７ａ，７ｂに反転電流が通
電される毎に、反時計方向に回転を続ける。

また、このときも同様にロータ１は、補極２０に引かれ
てスムーズに回転する。従ってロータ１の回転は駆動回
路９の出力信号により正逆自在に制御されこのロータ１
の回転は、ロータ軸２の先端に固着されたロータカナ５
により、図示されない歯車列に回転が伝達されるもので
ある。歯車列の正逆回転により、カメラのシャッタが開
閉される。

ところで、磁極部６ａ２，６ａ３の間に、仮に補極２０
が配設されていないとすると、ロータ１が第４図(b)の
位置にあるときにはロータ２０の４極のうち上方のＮ極
には補極２０が存在せず、他の３極のみに磁極部６ａ
１，６ａ２，６ａ３，６ａ４が対応している。

また、ロータ１が第４図(a)の位置にあるときには、ロ
ータ２０の４極全てが磁極部６ａ１，６ａ２，６ａ３，
６ａ４に対応している。このため、ロータ１は回転の際
に補極２０の磁気結合力に引かれることがないので、第
４図(a)の位置から第４図(b)の位置まで回転しずらく、
一方第４図(c)の位置から第４図(d)の位置へは回転しや
すくなる。このため、駆動回路９の出力信号に対するロ
ータ１の動きは、全体としてギクシャクすることにな
る。

しかし本考案では、磁極部６ａ２，６ａ３の間に、補極
２０が配設されているので、この補極２０の磁気結合力
によってロータ１は全体として円滑に回転する。また、
補極２０の磁気結合力によってロータ１が引かれること
により、ロータ１の回転力は増加する。さらに、ロータ
１の制御すべき位置が正確に補正されるため、ロータ１
のステップ角精度が向上し、円滑に回転する。

このように、４極着磁されたロータ１を、４個の磁極部
６ａ１，６ａ２，６ａ３，６ａ４を有するステータ６
ｂ，６ｃに巻回されたコイル７ａ，７ｂに励磁電流を通
電することによって回転させ、補極２０を設けたので、
このロータ１は円滑に回転し、且つこの回転力が大きく
なる。

また、従来のものに比べて消費電流を低減することがで
きることになる。

次に第５図は他の実施例を示すもので、前記の実施例の
構造に対してステータの平面形状を変更したものであ
る。即ちステータ１６は、Ｕ字形状を成すように一対の
脚部を有し、その脚部の各端部には、前記実施例と同様
に磁極部１６ａ…が形成されている。また２つのステー
タ１６は、取付け状態において磁極部１６ａの位相角度
α，βを前記実施例と同様の関係とし、各脚部が直線状
に並ぶように配置したもので、これによりモータブロッ
クの外形状を長方形にも構成できる。

なお、下板３と上板４を、摩擦磨耗特性や機械的強度、
長期的信頼性の優れたプラスチック材料（例えばポリア
セタール系樹脂等）を用いて射出成形加工により形成す
れば、構成部品を大幅に削減できるだけでなく、組立性
も良く経済性に優れたステップモータの構成が可能とな
る。また、ステータの各磁極部の位相関係以外は形状的
な規制が少ないため小型機器へ組込む、ステップモータ
としては設計上非常に有利であるばかりでなく、構成部
品も少なく、組立性、量産性、経済性等が優れている。

ところで、ステータ６ｂ，６ｃの磁極部６ａ１，６ａ
２，６ａ３，６ａ４を、ロータ１が高効率に回転するよ
うにα＝９０°，β＝４５°となるように配設したが、
これに限らずβ＜９０°，１８０°＜２α＋β＜２７０
°の一例として、α＝８５°，β＝５０°とした実験に
よると、本考案が要求する性能に著しい差異はなく、略
同様の作用効果が得られた。

［考案の効果］ 以上説明したように、本考案によれば１対の２磁極部間
のロータの回転中心に対する角度をαとし、この一対の
２磁極部の隣接する磁極部であって、この磁極部間の一
方のロータの回転中心に対する角度をβとすると、β＜
９０°かつ１８０°＜２α＋β＜２７０°の関係を有す
るように前記４磁極部を配設してあるので、コイルに励
磁電流を通電すると、４極のロータを所望する方向に回
転させることができ起動性が良い。

また一対の２磁極部の隣接する他方の磁極部間に補極を
設けたので、この補極によってこのロータの制御すべき
速度が円滑に補正され、これによってこのロータの反転
すべき中間位置におけるステップ角精度が向上し、ロー
タの均一且つ円滑な回転は、ロータの回転制御性能を向
上する。さらにコイルに通電する励磁電流は小さくて済
み、消費電流を低減することができる。このため、小型
ステップモータには小容量の電池を組み込むことができ
る。したがって、小型ステップモータはさらに小型化、
薄型化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すステップモータの平面
図、第２図は第１図の断面図、第３図は本考案のステッ
プモータを駆動するための駆動回路よりの出力信号の波
形図、第４図は１実施例のモータ動作図、第５図は本考
案の他の実施例を示すステップモータの平面図である。
第６図は従来の小型ステップモータを示す平面図であ
る。 １……ロータ ２……ロータ軸 ５……ロータカナ（ピニオン） ６ａ１，６ａ２，６ａ３，６ａ４……磁極部 ６ｂ，６ｃ……ステータ ７ａ，７ｂ……コイル ９……駆動回路 ２０……補極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 篠崎 圓男 千葉県四街道市鹿渡934―13番地 セイコ ー光機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−122471（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−102989（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】回転自在に配設され径方向に４極着磁され
   た永久磁石からなるロータと、このロータに対向して配
   設され４磁極部を有するステータと、このステータに巻
   回されたコイルと、このコイルに通電させる励磁電流を
   制御する駆動回路とを備え、一対の２磁極部間のロータ
   の回転中心に対する角度をαとし、この一対の２磁極部
   のうち隣接する磁極部であって、この磁極部間の一方の
   ロータの回転中心に対する角度をβとすると、β＜９０
   °かつ１８０°＜２α＋β＜２７０°の関係を有するよ
   うに前記４磁極部を配設した小型ステップモータにおい
   て、 前記隣接する磁極部間の他方に、前記ロータの回転に伴
   い、前記ロータの磁極と磁気結合する磁性材料からなる
   補極を設けた ことを特徴とする小型ステップモータ。