JPH07147763A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロータのマグネットに関して、加工性が良好
であると共に、高磁束密度が得られるようにしたステッ
ピングモータを提供すること。 【概要】 二つの極歯ヨークとボビンから成る極歯アッ
センブリと、このボビンの巻線部に巻回されたコイル
と、この極歯アッセンブリの極歯に対向するように回動
可能に支持されたマグネットを備えたロータとから成
る、ステッピングモータにおいて、上記マグネット１３
ａが、極数分の円柱マグネットから構成されるように、
ステッピングモータ１０を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＣＤ−ＲＯＭド
ライブ装置やＭＯドライブ装置等のスピンドルモータと
して使用されるステッピングモータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、このようなステッピングモータ
は、例えば図２３に示すように構成されている。図２３
において、ステッピングモータ１は、ケース２内の周囲
に配設された中空の極歯アッセンブリ３と、この極歯ア
ッセンブリ３の中空部内で回動し得るように、支持され
且つ環状に配設されたマグネット４ａを備えたロータ４
とを含んでいる。

【０００３】ここで、このケース２は、その開放した下
端が、フランジ２ａによって閉塞されるようになってい
る。また、上記ロータ４は、その回転軸５が、ケース２
及びフランジ２ａに対して固定された軸受６により回転
可能に支持されている。

【０００４】この極歯アッセンブリ３は、図２４に示す
ように、四枚の極歯ヨーク３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに対
して、インサート成形等によりモールド樹脂成形したボ
ビン７を有している。これにより、ボビン７には二つの
巻線が巻回されるべき巻線部７ａ，７ｂが一体に形成さ
れる。

【０００５】また、上記ロータ４は、図２５及び図２６
に示すように、回転軸５に対して、一つの円筒マグネッ
ト４ａを接着した後、図２７に示すような構成の着磁ヨ
ーク９を使用して、多極着磁されるようになっている。

【０００６】ここで、着磁ヨーク９は、中空円筒状に形
成されており、中空内壁の着磁すべき磁極に対応する領
域に、図示しないコイルを受容するための凹部９ａが形
成されている。

【０００７】このように構成されたステッピングモータ
１は、巻線部７ａ，７ｂに巻回された各コイル８に対し
て、所定の方向及び順序で通電することにより、各極歯
ヨーク３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの各極歯に磁極が発生さ
れ、ロータ４が回転駆動されるようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成されたステッピングモータ１においては、上記
ロータ４のマグネット４ａとして、成形プラスチックマ
グネットを使用している場合には、加工性の点で優れて
いるものの、エネルギ積が小さく、大きなトルクが得ら
れないという問題があった。

【０００９】また、マグネット４ａとして、焼結マグネ
ットを使用している場合には、比較的大きなトルクは得
られるものの、所定の外形寸法を出すためには、研磨が
必要となり、加工が困難であることから、加工コストが
高くなってしまうという問題があった。

【００１０】さらに、ステッピングモータ自体の小型化
により、着磁ピッチが小さくなると、着磁ヨークの寿命
が短くなってしまうという欠点があった。例えば、直径
５ｍｍで１２極着磁をする場合には、着磁ピッチは約
１．３ｍｍになるため、電線径を大きくすることができ
ない。従って、ヨークの発熱や絶縁破壊という事態を招
いてしまうという問題があった。

【００１１】本発明は、以上の点に鑑み、ロータのマグ
ネットに関して、加工性が良好であると共に、高磁束密
度が得られるようにした、ステッピングモータを提供す
ることを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、極歯ヨークとボビンから成る極歯アッセンブリ
と、このボビンの巻線部に巻回されたコイルと、この極
歯アッセンブリの極歯に対向するように回動可能に支持
されたマグネットを備えたロータとから成る、ステッピ
ングモータにおいて、上記マグネットが、極数分の複数
のマグネットから構成されている、ステッピングモータ
により、達成される。

【００１３】本発明によるステッピングモータは、好ま
しくは、上記マグネットが、円柱状もしくは角柱状に形
成されている。

【００１４】本発明によるステッピングモータは、好ま
しくは、上記マグネットが、異方性マグネットである。

【００１５】さらに、本発明によるステッピングモータ
は、好ましくは、上記マグネットが、予め一方向着磁さ
れた後、軸の周りに接着配置される。

【００１６】

【作用】上記構成によれば、複数のマグネットを磁極の
数だけ用意して、外形寸法に合わせて軸の周りに配置し
た後、接着等により固定することにより、ロータのマグ
ネットが構成されているので、所望の外形寸法のマグネ
ットを得るために、加工作業が不要である。

【００１７】また、上記マグネットが、異方性マグネッ
トである場合には、マグネットの磁束密度が、より一層
高められ得ることになる。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例を図１乃至図
２２を参照しながら、詳細に説明する。尚、以下に述べ
る実施例は、本発明の好適な具体例であるから、技術的
に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲
は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載
がない限り、これらの態様に限られるものではない。

【００１９】図１及び図２は、本発明によるステッピン
グモータの一実施例を示している。図１及び図２におい
て、ステッピングモータ１０は、ケース１１内の周囲に
配設された中空の極歯アッセンブリ１２と、この極歯ア
ッセンブリ１２の中空部内で回動し得るように、支持さ
れかつ環状に配設されたマグネット１３ａを備えたロー
タ１３とを含んでいる（図３参照）。ここで、上記ロー
タ１３は、その回転軸１４が、図示しない軸受けにより
ケース１１に対して回転可能に支持されている。

【００２０】この極歯アッセンブリ１２は、図３及び図
４に示すように、四枚の極歯ヨーク１２ａ，１２ｂ，１
２ｃ，１２ｄを含んでいる。これら四枚の極歯ヨーク１
２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、それぞれ、例えば板
金で形成した輪状のフランジの内側にて、図において垂
直方向に起立した複数の極歯を備えている。このうち、
中側の極歯ヨーク１２ｂ，１２ｃは、半径方向に平板状
に突出する延長部１２ｂ−１，１２ｃ−１を備えてい
る。また、外側の極歯ヨーク１２ａ，１２ｄは、図３に
示すように、インサート成形等によりモールド樹脂成形
することにより、絶縁層１５ａ，１６ａと軸受部１５
ｂ，１６ｂとを有するホルダー１５，１６として、構成
されている。

【００２１】さらに、上記極歯ヨーク１２ｂ，１２ｃ
は、前以て互いに背中合わせに固定された後、図５に示
すように、フレキシブルプリント基板１７上に取り付け
られたコイル１８，１９が、このフレキシブルプリント
基板１７の中央部１７ａを折り返すことにより、図３に
示すように装着される。

【００２２】具体的には、図５に示されているように、
両端部に円状の装着部を有する帯状のフレキシブル基板
１７を形成し、これら両端部に図５及び図６に示すよう
にコイル１８，１９を装着し、帯状の中央部１７ａを折
り返すようにする。ここで、上記各コイル１８，１９
は、図６に示すように、コイル巻線端末１８ａ，１８
ｂ，１９ａ，１９ｂが、フレキシブルプリント基板１７
上の端子部に対してハンダ付けにより接続されている。
尚、このフレキシブルプリント基板１７は、その中央部
付近にて、例えばＩＣ等の電子部品１７ｂが実装されて
おり、フレキシブルプリント基板１７上に形成された導
電パターンと共に、駆動回路が構成される。

【００２３】ロータ１３のマグネット１３ａは、図３に
おいてはその形状が簡略化して示されているが、具体的
には以下のように形成される。上記ロータ１３は、図７
及び図８に示すように、回転軸１４に対して、極数分
（図示の場合、１２個）の円柱マグネット１３ａが、等
角度間隔で配設されることにより、構成されている。

【００２４】ここで、各円柱マグネット１３ａは、図９
で示すように、連続的に一様磁界により着磁された後、
図８に示すように、磁束の方向が、回転軸１４に対して
半径方向に沿うように、配設され、接着される。

【００２５】その際、ロータ１３の外形寸法が、各円柱
マグネット１３ａの外形寸法の誤差の影響を受けずに、
所定の外形寸法に形成されるために、図８に示すよう
に、例えばロータの外形寸法に等しい内径を有する磁性
体から成る治具２０を使用して、着磁方向を合わせた
後、接着剤で固定するようになっている。

【００２６】この場合、各円柱マグネット１３ａ間の間
隙は、例えば治具２０のピン２０ａを、２方向または４
方向に広げることによって、均等に分散される。かくし
て、円柱マグネット１３ａにより、多極着磁マグネット
が構成されることになる。

【００２７】本実施例によるステッピングモータ１０
は、以上のように構成されており、各コイル１８，１９
に対して、所定の方向及び順序で通電することにより、
図４にて矢印で示すように、磁束が、第一の極歯ヨーク
１２ａの極歯から、ロータ１３の円柱マグネット１３
ａ，第二の極歯ヨーク１２ｂの極歯，ケース１１を介し
て、再び第一の極歯ヨーク１２ａに戻るように、磁束経
路が構成される。かくして、ロータ１３が回転駆動され
るようになっている。

【００２８】その際、ロータ１３においては、図８に示
すように、従来のマグネットに比較して、半径方向内側
まで、磁化されているので、マグネットとコイルのギャ
ップが従来と同一ギャップの場合であっても、パーミア
ンスが大きくなる。従って、磁束密度が高くなり、モー
タのトルクが増大されることになる。

【００２９】また、ロータ１３の磁束密度は、図１０に
実線で示すようになっており、ピークでは、高い値が得
られると共に、磁極の境界付近においては、図１０にて
点線で示す従来のロータよりも低い値になっている。従
って、ディテントトルクが低減されることになる。

【００３０】尚、上述したロータ１３は、複数個の円柱
マグネット１３ａを備えているが、これに限らず、例え
ば図１１に示すように、ロータは、回転軸１４の周りに
複数個の角柱状のマグネット１３ｂを備えるようにして
もよいことは明らかである。

【００３１】このようにして、各コイル１８，１９に対
して通電が行なわれると、本ステッピングモータ１０
は、以下のように動作する。

【００３２】即ち、円柱マグネット１３ａのＮ極から出
た磁束は、コイル１８に関しては、上述したように、極
歯ヨーク１２ｂから、ケース１１，極歯ヨーク１２ａを
介して、円柱マグネット１３ａのＳ極に戻る。

【００３３】ここで、ロータ１３が（３６０／１２）度
だけ回転すると、磁束の方向が逆向きとなり、コイル１
８に対する鎖交磁束φは、回転角θに対して、図１２に
示すようになる。ここで、コイルの巻数をＮとすると、
逆起電圧Ｕは、

【００３４】

【数１】 で表わされるので、回転角θに対して、図１３で示され
る。従って、コイル１８に電流Ｉを流したときに発生す
るトルクＴは、

【数２】

【００３５】で表わされるので、回転角θに対して、図
１４で示される。ここで、下側のコイル１９は、上側の
コイル２０に対して、極歯ヨークが３６０／１２／４だ
け角度がずれているので、各コイル１８，１９に対する
逆起電圧ＵＵ，ＵＬの関係は、図１５に示すようにな
り、また各コイル１８，１９に対するトルクＴＵ，ＴＬ
の関係は、図１６に示すようになる。

【００３６】従って、各コイル１８，１９に対して、そ
れぞれ図１７に示すパルス電流ＩＵ，図１８に示すパル
ス電流ＩＬを流すことにより、ロータ１３は、順次引き
込まれるように回転されることになる。

【００３７】さらに、上記ステッピングモータ１０は、
フレキシブルプリント基板１７上に駆動回路が構成され
ていることにより、例えばセンサレス駆動式のスピンド
ルモータに応用される。この場合、図１９に示すよう
に、逆起電圧ＵＵ，−ＵＵ，ＵＬ，−ＵＬにより、これ
らの交点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が通電切換えタイミン
グとして得られる。この通電切換えタイミングＰ１，Ｐ
２，Ｐ３，Ｐ４にて、図２０に示すように、コイル１
８，１９に流す電流ＩＬ，ＩＵの向きを切換える。

【００３８】これにより、図２２に示すように、全体の
トルクＴが、実質的に平均化されることになる。従っ
て、二相の位相差９０度の通電と同じ通電タイミングに
より、ロータ１３は、効率良く、しかも滑らかに回転す
ることになる。

【００３９】但し、この場合、起動時においては、従来
のステッピングモータと同様に通電を行ない、起動後に
おいては、逆起電圧が検出された時点で、上述した通電
方法に切換えることにより、容易に起動されることにな
る。これは、ステッピングモータの発生トルクＴが、図
２２に示すように、慣性による遅れｄがあるために、全
体としてトルクにムラがあると共に、平均トルクが比較
的小さくなってしまうためである。

【００４０】尚、上述の実施例では、ロータマグネット
を構成する複数のマグネットは、円柱状もしくは角柱状
に形成されているが、これに限らず、断面半円状等種々
の形状を選択することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ロ
ータのマグネットが、極数分の複数のマグネットにより
構成されているので、ひとつの多極着磁されたマグネッ
トの場合のように所望の外形寸法のマグネットを得るた
めの加工作業が不要である。従って、製造コストが低減
されることになり、ステッピングモータ全体のコストも
低減されることになる。また、上記マグネットが、異方
性マグネットである場合には、マグネットの磁束密度
が、より一層高められ得る。従って、ステッピングモー
タのトルクが増大されることになり、また同じトルクの
場合には、ステッピングモータがより小型化されること
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるステッピングモータの一実施例の
構成を示す概略平面図である。

【図２】図１のステッピングモータを示す概略断面図で
ある。

【図３】図１のステッピングモータの分解斜視図であ
る。

【図４】図１のステッピングモータの極歯ヨークの分解
斜視図である。

【図５】図４の極歯アッセンブリのコイルを示す展開斜
視図である。

【図６】図５のコイルの巻線端末の接続状態を示す部分
断面図である。

【図７】図１のステッピングモータのロータの拡大斜視
図である。

【図８】図７のロータのマグネット組み込み時の拡大断
面図である。

【図９】図７のロータのマグネット着磁時の斜視図であ
る。

【図１０】図１のステッピングモータにおける回転角に
対する磁束密度分布を示すグラフである。

【図１１】本発明によるステッピングモータのロータの
変形例を示す断面図である。

【図１２】図１のステッピングモータにおける回転角θ
に対する鎖交磁束φの密度を示すグラフである。

【図１３】図１のステッピングモータにおける回転角θ
に対する逆起電圧Ｕを示すグラフである。

【図１４】図１のステッピングモータにおける回転角θ
に対するトルクＴを示すグラフである。

【図１５】図１のステッピングモータにおける回転角θ
に対する二つのコイルに発生する逆起電圧ＵＵ，ＵＬを
示すグラフである。

【図１６】図１のステッピングモータにおける回転角θ
に対する二つのコイルによるトルクＴＵ，ＴＬを示すグ
ラフである。

【図１７】図１のステッピングモータにおける上方のコ
イルに流れる電流ＩＵを示すグラフである。

【図１８】図１のステッピングモータにおける下方のコ
イルに流れる電流ＩＬを示すグラフである。

【図１９】図１のステッピングモータにおける二つのコ
イルによる逆起電圧ＵＵ，−ＵＵ，ＵＬ，−ＵＬと通電
切換えタイミングＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４との関係を示
すグラフである。

【図２０】図１のステッピングモータにおける通電切換
えタイミングＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４でコイルに流され
る電流ＩＵ，ＩＬを示すグラフである。

【図２１】図１のステッピングモータにおける通電切換
えタイミングＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４でコイルに流され
る電流を示すグラフである。

【図２２】図２１の電流ＩＵ，ＩＬにより発生するトル
クＴを示すグラフである。

【図２３】従来のステッピングモータの一例の構成を示
す概略断面図である。

【図２４】図２３のステッピングモータにおける極歯ヨ
ークの分解斜視図である。

【図２５】図２３のステッピングモータにおけるロータ
の拡大斜視図である。

【図２６】図２３のステッピングモータにおけるロータ
の拡大平面図である。

【図２７】図２３のステッピングモータにおけるロータ
を着磁するための着磁ヨークの一例の構成を示す概略斜
視図である。

【符号の説明】

１０ ステッピングモータ １１ ケース １２ 極歯アッセンブリ １３ ロータ １３ａ 円柱マグネット １３ｂ 角柱マグネット １４ 回転軸 １５ ホルダー １６ ホルダー １７ フレキシブルプリント基板 １８ コイル １９ コイル ２０ 治具

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 極歯ヨークとボビンから成る極歯アッセ
   ンブリと、 このボビンの巻線部に巻回されたコイルと、 この極歯アッセンブリの極歯に対向するように回動可能
   に支持されたマグネットを備えたロータとから成るステ
   ッピングモータにおいて、 上記マグネットが、極数分の複数のマグネットから構成
   されていることを特徴とするステッピングモータ。
2. 【請求項２】 前記マグネットが円柱マグネットである
   ことを特徴とする請求項１に記載のステッピングモー
   タ。
3. 【請求項３】 前記マグネットが、角柱マグネットであ
   ることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモー
   タ。
4. 【請求項４】 前記マグネットが、異方性マグネットで
   あることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモ
   ータ。
5. 【請求項５】 前記マグネットが、予め一方向着磁され
   た後、軸の周りに接着配置されることを特徴とする、請
   求項４に記載のステッピングモータ。