JPH0947004A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステッピングモータを簡易な構造によって、
出力トルクを低下させることなく小型化可能とする。 【解決手段】 円盤状のステータヨーク１７の軸方向両
面に第１及び第２の平面型コイル群１８，１９を互いに
所定の角度をなして配置するとともに、これら第１及び
第２の平面型コイル群１８，１９の各々に対して、同一
の複数磁極を有する第１及び第２のロータマグネット１
４，１５を、それぞれ軸方向に対向するように配置し、
上記両平面型コイル群２１，２２に対して所定のタイミ
ングで励磁電流を供給することによってロータマグネッ
ト１４，１５の回転駆動を行わせるように構成したもの
であって、両平面型コイル群２１，２２とロータマグネ
ット１４，１５とを、従来のような極歯等を介すること
なく軸方向に扁平状に対向して配置し、径方向及び軸方
向の双方の配置スペースを省略するように構成したも
の。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロータに永久磁石
を用いたステッピングモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロータに永久磁石を用いたＰＭ型
のステッピングモータにおいては、例えば図１０に示さ
れているように、略円筒状のモータカバー１のフレーム
２に設けられた軸受３によって回転軸４が回転自在に支
承されているとともに、この回転軸４のカバー内挿入部
分に固定されたロータマグネット５の外周に、軸方向２
段にわたってステータコイル６，６が配置されている。
そしてこれら両ステータコイル６，６に、例えば２相の
励磁電流が供給されることによって、ロータマグネット
５の回転駆動が行われる。

【０００３】上記ロータマグネット５の外周面には、全
周にわたってＮ極及びＳ極が交互に着磁されているとと
もに、前記各ステータコイル６の内部には、ボビンに対
してリング状に巻回された励磁コイル６ａが配置されて
おり、複数個の励磁コイル６ａが、上記ロータマグネッ
ト５の外周磁極面に対して極歯（ティース）７を介して
対峙するように設けられている。上記極歯（ティース）
７は、板金材料を折り曲げることにより形成されてお
り、軸方向両側のステータコイル６，６の各極歯（ティ
ース）７，７が、周方向に交互に配置される構成になさ
れている。

【０００４】このようなステッピングモータは、各励磁
相すなわち各ステータコイル６の各励磁コイル６ａに供
給する励磁電流を順次切り替えることによって各極歯
（ティース）７に発生する磁極を切り替え、ロータマグ
ネット５のＳ極もしくはＮ極を上記各極歯（ティース）
７に順次引き付けてロータマグネット５の回転を行うよ
うになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが上述した従来
のステッピングモータにおいては、中心位置に配置され
たロータマグネットの外周囲部分を、極歯（ティース）
７及び励磁コイル６ａが取り巻くようにして配置されて
いるとともに、ステータコイル６，６が軸方向２段にわ
たって配置されているため、径方向及び軸方向の双方に
おいて小型化することが難しいという問題がある。また
小型化できても、回転トルクの低下を招来している。

【０００６】一方、特開平６−２６１５３０号公報に
は、複数の励磁コイルを同一平面内上に配置して偏平化
を図ったステッピングモータが提案されているが、この
ものにおいても、ロータマグネットの外周囲部分に極歯
が配置されているため、特に径方向において大型化は免
れ得ない。

【０００７】そこで本発明は、回転トルクの低下を招来
することなく、軸方向及び径方向の双方において小型化
を行うことができ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する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明にかかるステッピングモータは、回転軸に取り付
けられたロータマグネットと、このロータマグネットに
対向配置されたステータコイルと、を備えたステッピン
グモータにおいて、上記ステータコイルは、円盤状に形
成された非磁性板の両面に回転軸を中心として環状に配
置された第１及び第２の平面型コイル群から構成されて
いるとともに、前記ロータマグネットは、上記ステータ
コイルの第１及び第２の平面型コイル群に対して軸方向
にそれぞれ対向する第１及び第２のマグネット体からな
り、上記第１及び第２のマグネット体は、前記第１及び
第２の平面型コイル群に対向する面に磁極が周方向に並
設され、前記第１の平面型コイル群が、第２の平面型コ
イル群及び前記ロータマグネットの各磁極に対して、そ
れぞれ所定の角度を有するように配置されている。

【０００９】このような本発明にかかる手段において
は、第１の平面型コイル群及び第２の平面型コイル群に
所定のタイミングで励磁電流を供給することによって、
ロータマグネットの磁極が一定の方向に回転するように
順次引き寄せられていき、ロータマグネットの回転駆動
が行われる。

【００１０】そしてこのとき上記両平面型コイル群とロ
ータマグネットとは、従来のような極歯等を何ら介する
ことなく軸方向に扁平状に対向配置されているため、径
方向の対向配置スペースが省略されるとともに、軸方向
の配置スペースも圧縮されることとなり、径方向及び軸
方向双方に小型化が行われるようになっている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。まず図１に示されているよう
に、略円筒状のモータカバー１１の軸方向（図示上下方
向）一端部には、メタル軸受１２が固定されているとと
もに、このメタル軸受１２によって、回転軸１３が回転
自在に支承されている。また回転軸１３のカバー内挿入
部分の先端部（図示下端部）は、図示を省略したボール
受けを介してモータカバー１１の内壁面に対して回転自
在に突き当てられている。一方、上記回転軸１３の他端
側の先端部（図示上端部）は、通常のように図示しない
ピボット軸受にて回転自在に保持されている。なお図示
下端部側を、上述したボール受けを設けることなくメタ
ル軸受により軸受保持させ、図示上端部側のピボット軸
受を省略するように構成することもできる。

【００１２】さらに上記回転軸１３のカバー内挿入部分
には、ロータマグネットＭが固定されている。このロー
タマグネットＭは、軸方向に所定間隔離して配置された
一対の円盤状マグネット体１４，１５から構成されてお
り、これら両第１及び第２のマグネット体１４，１５の
軸方向対向面には、図２に示されているように、Ｎ極及
びＳ極が交互に全周にわたって着磁されている。この第
１及び第２のマグネット体１４，１５に形成された各磁
極は、それぞれ計１２個が略等間隔で環状に並設されて
おり、当該両マグネット体１４，１５における各磁極の
うち、軸方向に互いに対向する磁極どうしが同一極とな
るように設定されている。

【００１３】さらにまた上記第１及び第２のマグネット
体１４，１５どうしの軸方向間隔部分には、ステータＳ
が配置されている。このステータＳは、前記モータカバ
ー１１の内周壁面に固定された円盤状の非磁性板１７を
有しているとともに、この非磁性板１７の軸方向両面
に、薄板状の磁性ヨーク１８，１９を介して第１及び第
２の平面型コイル群２１，２２がそれぞれ装着されてい
る。これら第１及び第２の平面型コイル群２１，２２
は、上記第１及び第２のマグネット体１４，１５に形成
された各磁極面の各々と軸方向に近接して対向するよう
にそれぞれ配置されている。

【００１４】図３及び図４に示されているように、上記
第１及び第２の平面型コイル群２１，２２を構成してい
る各平面型コイル２１ａ，２２ａは、導線を略台形状に
巻回して形成したものであって、シートコイルやＦＣＣ
等から構成されている。これらの各平面型コイル２１
ａ，２２ａは、上記各群ごとに、それぞれ６体が周方向
に略６０度間隔で環状に配置されているとともに、これ
らの各平面型コイル２１ａ，２２ａの配置中心は、前記
回転軸１３の中心と略一致するように設定されている。
そして上記第１の平面型コイル群２１を構成している各
平面型コイル２１ａの配置位置は、第２の平面型コイル
群２２における各平面型コイル２２ａの配置位置に対し
て、平面視において反時計周り方向に約１５度ずらされ
ている。

【００１５】ここで上記各平面型コイル２１ａ，２２ａ
は、特に図４に示されているように、円盤状の磁性ヨー
ク１８，１９上に形成された樹脂層１８ａ，１９ａに埋
め込まれるようにして固定されている。そして上記各平
面型コイル２１ａ，２２ａの巻回中心部分には、空心部
２１ｂ，２２ｂが設けられているとともに、円盤状の磁
性ヨーク１８，１９には、軸方向に突出するように突極
１８ｂ，１９ｂが設けられており、上記平面型コイル２
１ａ，２２ａの各空心部２１ｂ，２２ｂが、磁性ヨーク
１８，１９の突極１８ａ，１９ａに嵌着されるように構
成されている。

【００１６】一方、上記樹脂層１８ａ，１９ａ上には、
回路パターン１８ｃ，１９ｃが形成されており、この回
路パターン１８ｃ，１９ｃにそれぞれ設けられた接続端
子端部１８ｄ，１９ｄに、上記各平面型コイル２１ａ，
２２ａの外周および空心部内周にそれぞれ設けられた半
田接続部２１ｃ，２２ｃが接合されるように構成されて
いる。これにより上記第１及び第２の平面型コイル群２
１，２２における各平面コイル２１ａどうし及び２２ａ
どうしが、それぞれ直列に接続されるようになってい
る。

【００１７】このようなステッピングモータは、２相バ
イポーラ駆動によって回転駆動される。すなわちまず第
１の平面型コイル群２１の各平面型コイル２１ａに対し
て励磁電流が供給され、これによって第１の平面型コイ
ル群２１がＡ相となり、当該第１の平面型コイル群２１
の各突極１８ｂがＮ極に励磁される。その結果、図２に
示されているようにロータマグネットＭ（１４，１５）
の各Ｓ極が、上記第１の平面型コイル群２１の各突極１
８ｂに引き付けられる。

【００１８】次に第２の平面型コイル群２２の各平面型
コイル２２ａに対して励磁電流が供給され、これによっ
て第２の平面型コイル群２２がＢ相となり、当該第２の
平面型コイル群２２の各突極１９ｂがＳ極に励磁され
る。その結果、ロータマグネットＭの各Ｎ極が上記第２
の平面型コイル群２２の各突極１９ｂに引き付けられ
て、ロータマグネットＭの各Ｎ極の中心が突極１９ｂの
中心と一致するようにロータマグネットＭが図３におい
て反時計周り方向に１５度だけ回転する。

【００１９】続いて、第１の平面型コイル群２１の各平
面型コイル２１ａに対して前回とは逆向きの励磁電流が
供給され、これによって第１の平面型コイル群２１がＡ
バー相となり、当該第１の平面型コイル群２１の各突極
１８ｂがＳ極に励磁される。その結果、ロータマグネッ
トＭの各Ｎ極が、上記第１の平面型コイル群２１の各突
極１８ｂに引き付けられて、ロータマグネットＭの各Ｎ
極の中心が突極１８ｂの中心と一致するようにロータマ
グネットＭが図３において反時計周り方向にさらに１５
度だけ回転する。

【００２０】次に第２の平面型コイル群２２の各平面型
コイル２２ａに対して前回とは逆向きの励磁電流が供給
され、これによって第２の平面型コイル群２２がＢバー
相となり、当該第２の平面型コイル群２２の各突極１９
ｂがＮ極に励磁される。その結果、ロータマグネットＭ
の各Ｓ極が上記第２の平面型コイル群２２の各突極１９
ｂに引き付けられて、ロータマグネットＭの各Ｓ極の中
心が突極１９ｂの中心と一致するようにロータマグネッ
トＭが図３において反時計周り方向に１５度だけ回転す
る。

【００２１】これ以降、上述と同様にＡ相からＢバー相
までの励磁切り替えが繰り返して行われることによっ
て、ステッピングモータが反時計周り方向に連続的に回
転することとなる。

【００２２】このように本実施形態にかかる手段におい
ては、第１の平面型コイル群２１及び第２の平面型コイ
ル群２２に対して所定のタイミングで励磁電流を供給す
ることによって、ロータマグネットＭ（１４，１５）の
磁極が一定の方向に回転するように引き寄せられて所定
の回転駆動が行われることとなるが、そのとき上記両平
面型コイル群２１，２２とロータマグネットＭとは、従
来のような極歯等を介することなく、軸方向に扁平状に
対向配置されているため、径方向の対向配置スペースが
省略されるとともに、軸方向の配置スペースも圧縮され
ることとなり、径方向及び軸方向双方に小型化が行われ
るようになっている。

【００２３】上述した実施形態では、ロータマグネット
Ｍの磁極数が１２、ステータ側の突極数すなわち励磁相
数が２である場合を表しているが、磁極数及び励磁相数
は任意に設定することが可能である。例えば、図５及び
図６に示されている実施形態では、磁極数が８、励磁相
数が３である場合を表しており、第１及び第２の平面型
コイル群２１及び２２を構成している各６体の平面型コ
イルが、円周方向に互いに約３０度ずらされて配置され
ている。そして第１の平面型コイル群２１における符号
２１１で表した一対のコイルと、第２の平面型コイル群
２２における符号２２１で表した一対のコイルとが直列
接続されて、Ａ相もしくはＡバー相を形成しているとと
もに、第１の平面型コイル群２１における符号２１２で
表した一対のコイルと、第２の平面型コイル群２２にお
ける符号２２２で表した一対のコイルとが直列接続され
て、Ｂ相もしくはＢバー相を形成している。さらに第１
の平面型コイル群２１における符号２１３で表した一対
のコイルと、第２の平面型コイル群２２における符号２
２３で表した一対のコイルとが直列接続されて、Ｃ相も
しくはＣバー相を形成している。

【００２４】またロータマグネットＭを構成する両第１
及び第２のマグネット体には、各々計８個の磁極が略等
間隔で環状に並設されており、当該各両マグネット体に
おける各磁極のうち、軸方向に互いに対向する磁極どう
しが同一極となるように設定されている。

【００２５】このようなステッピングモータにおいて
は、まず第１の平面型コイル群２１の平面型コイル２１
１及び第２の平面型コイル群２２の平面型コイル符号２
２１に対して励磁電流が供給され、これによって各平面
型コイル群２１，２２がＡ相となり、各平面型コイル２
１１，２２１の各突極がＳ極に励磁される。その結果、
図７に示されているようにロータマグネットＭの各Ｎ極
が、各平面型コイル２１１，２２１の各突極に引き付け
られる。

【００２６】次に第１の平面型コイル群２１の平面型コ
イル２１２及び第２の平面型コイル群２２の平面型コイ
ル２２２に対して励磁電流が供給され、これによって各
平面型コイル群２１，２２がＢ相となり、各平面型コイ
ル２１２，２２２の各突極がＮ極に励磁される。その結
果、図８に示されているようにロータマグネットＭの各
Ｓ極が、各平面型コイル２１２，２２２の各突極に引き
付けられて、ロータマグネットＭの各Ｓ極の中心が突極
の中心と一致するようにロータマグネットＭが図におい
て反時計周り方向に１５度だけ回転する。

【００２７】続いて第１の平面型コイル群２１の平面型
コイル２１３及び第２の平面型コイル群２２の平面型コ
イル２２３に対して励磁電流が供給され、これによって
各平面型コイル群２１，２２がＣ相となり、各平面型コ
イル２１２，２２２の各突極がＳ極に励磁される。その
結果、ロータマグネットＭの各Ｎ極が、各平面型コイル
２１２，２２２の各突極に引き付けられて、ロータマグ
ネットＭの各Ｎ極の中心が突極の中心と一致するように
ロータマグネットＭが図において反時計周り方向にさら
に１５度だけ回転する。

【００２８】次に第１の平面型コイル群２１の平面型コ
イル２１１及び第２の平面型コイル群２２の平面型コイ
ル２２１に対して前回とは逆方向の励磁電流が供給さ
れ、これによって各平面型コイル群２１，２２がＡバー
相となり、各平面型コイル２１１，２２１の各突極がＮ
極に励磁される。その結果、ロータマグネットＭの各Ｓ
極が、各平面型コイル２１１，２２１の各突極に引き付
けられて、ロータマグネットＭの各Ｓ極の中心が突極の
中心と一致するようにロータマグネットＭが図において
反時計周り方向にさらに１５度だけ回転する。

【００２９】ついで第１の平面型コイル群２１の平面型
コイル２１２及び第２の平面型コイル群２２の平面型コ
イル２２２に対して前回とは逆方向の励磁電流が供給さ
れ、これによって各平面型コイル群２１，２２がＢバー
相となり、各平面型コイル２１２，２２２の各突極がＳ
極に励磁される。その結果、ロータマグネットＭの各Ｎ
極が、各平面型コイル２１２，２２２の各突極に引き付
けられて、ロータマグネットＭの各Ｎ極の中心が突極の
中心と一致するようにロータマグネットＭが図において
反時計周り方向に１５度だけ回転する。

【００３０】続いて第１の平面型コイル群２１の平面型
コイル２１３及び第２の平面型コイル群２２の平面型コ
イル２２３に対して前回とは逆方向の励磁電流が供給さ
れ、これによって各平面型コイル群２１，２２がＣバー
相となり、各平面型コイル２１２，２２２の各突極がＮ
極に励磁される。その結果、ロータマグネットＭの各Ｓ
極が、各平面型コイル２１２，２２２の各突極に引き付
けられて、ロータマグネットＭの各Ｓ極の中心が突極の
中心と一致するようにロータマグネットＭが図において
反時計周り方向にさらに１５度だけ回転する。

【００３１】これ以降、上述と同様にＡ相からＣバー相
までの励磁切り替えが繰り返して行われることによっ
て、ステッピングモータが反時計周り方向に連続的に回
転することとなる。

【００３２】以上本発明者によってなされた発明を各実
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記各実
施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもな
い。例えば上述した実施形態においては、平面型コイル
群２１，２２の各コイル２１ａ，２２ａを設置する部材
として、円盤状の磁性ヨーク１８，１９を用いている
が、図９に示されているように、放射状に延出する突極
２５ｂを複数備えた形状のヨーク２５等であっても同様
に採用することができる。

【００３３】また上記実施形態においては、ロータマグ
ネットＭを構成する両マグネット体における各磁極のう
ち、軸方向に互いに対向する磁極どうしを同一極とする
ように形成しているが、本発明はそのような実施形態に
限定されることなく、一方側の磁極とコイルとの対向関
係が、他方側の磁極とコイルとの対向関係と同じになる
ように設定されていればよく、両側の磁極及びコイルど
うしをずらした角度関係で配置することも可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように本発明にかかるステッ
ピングモータは、円盤状のステータヨークの軸方向両面
に第１及び第２の平面型コイル群を互いに所定の角度を
なして配置するとともに、これら第１及び第２の平面型
コイル群の各々に対して、同一の複数磁極を有する第１
及び第２のロータマグネットをそれぞれ軸方向に対向す
るように配置し、上記両平面型コイル群に対して所定の
タイミングで励磁電流を供給することによってロータマ
グネットの回転駆動を行わせるように構成したものであ
って、両平面型コイル群とロータマグネットとを、従来
のような極歯等を介することなく軸方向に扁平状に対向
して配置したものであるから、径方向及び軸方向の双方
の配置スペースを省略することができ、ステッピングモ
ータを簡易な構造によって大幅に小型化することができ
る。特に、直径６ｍｍ以下のステッピングモータについ
ては、出力トルクを低下させることなく小型化が実現可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるステッピングモー
タを表した縦断面説明図である。

【図２】図１に表されたステッピングモータに用いられ
ているロータマグネットの一実施形態を表した平面説明
図である。

【図３】図１に表されたステッピングモータに用いられ
ている平面型コイル群の配置関係を表した平面説明図で
ある。

【図４】平面型コイルの取付構造を表した部分拡大斜視
説明図である。

【図５】本発明の他の実施形態におけるステッピングモ
ータのロータマグネットを表した平面説明図である。

【図６】図５に表されたステッピングモータに用いられ
ている平面型コイル群の配置関係を表した平面説明図で
ある。

【図７】図５及び図６に表されたステッピングモータの
回転動作を表した平面説明図である。

【図８】図７からの移動状態を表した平面説明図であ
る。

【図９】本発明の他の実施形態におけるヨークを表した
部分拡大斜視説明図である。

【図１０】従来例としてのステッピングモータの構造を
表した縦断面説明図である。

【符号の説明】

１１ モータカバー １３ 回転軸 １４ 第１マグネット体 １５ 第２マグネット体 １８，１９ 磁性ヨーク １８ｂ，１９ｂ 突極 ２１ 第１平面型コイル群 ２２ 第２平面型コイル群 ２１ｂ，２２ｂ 空心部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に取り付けられたロータマグネッ
   トと、このロータマグネットに対向配置されたステータ
   コイルと、を備えたステッピングモータにおいて、 上記ステータコイルは、円盤状に形成された非磁性板の
   両面に回転軸を中心として環状に配置された第１及び第
   ２の平面型コイル群から構成されているとともに、 前記ロータマグネットは、上記ステータコイルの第１及
   び第２の平面型コイル群に対して軸方向にそれぞれ対向
   する第１及び第２のマグネット体からなり、 上記第１及び第２のマグネット体は、前記第１及び第２
   の平面型コイル群に対向する面に複数の磁極が周方向に
   並設され、 前記第１の平面型コイル群が、第２の平面型コイル群及
   び前記ロータマグネットの各磁極に対して、それぞれ所
   定の角度を有するように配置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】 請求項１記載の第１の平面型コイル群及
   び第２の平面型コイル群を構成する各平面型コイルは、
   当該平面型コイルの中心に空心部を有するように巻回さ
   れたコイル体から構成されているとともに、 当該コイル体の空心部に、前記ロータマグネットの磁極
   と対向する突極が配設されていることを特徴とするステ
   ッピングモータ。