JPH0947005A - 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を可能とする。 【解決手段】 円盤状のロータマグネット14における軸
方向両面に形成された同一の複数磁極に対向するように
して、第１及び第２の平面型コイル群15,16を所定の角
度をなして配置し、上記両平面型コイル群15,16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の回転駆動を行わせるように構成し
たものであって、上記両平面型コイル群15,16とロータ
マグネット14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６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、上記ロータマグネットは、軸方向両
面に同一の磁極が周方向に複数着磁された円盤状体から
形成されているとともに、前記ステータコイルは、上記
ロータマグネットの両側磁極形成面に対してそれぞれ軸
方向に対向するように配置された第１及び第２の平面型
コイル群から構成され、これら第１及び第２の平面型コ
イル群は、前記回転軸の周囲に環状に配置され、かつ第
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】また上記回転軸１３のカバー内挿入部分に
は、円盤状のロータマグネット１４が固定されている。
このロータマグネット１４の軸方向の両面には、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
って環状に着磁されており、計１２個の磁極が略等間隔
で形成されている。これらの各磁極は、ロータマグネッ
ト１４の軸方向両面において同一の磁極に設定されてい
る。

【００１３】さらに前記モータカバー１１の軸方向両端
の各内壁面には、第１及び第２の平面型コイル群１５，
１６がそれぞれ装着されている。これらの各第１及び第
２の平面型コイル群１５，１６は、上記ロータマグネッ
ト１４に両面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配置されており、このうち第１の
平面型コイル群１５は、前記モータカバー１１の軸方向
一端（図示上端）の内壁面に絶縁層１７を介して装着さ
れ、第２の平面型コイル群１６は、前記モータカバー１
１の軸方向他端（図示下端）の内壁面に絶縁層１８を介
して装着されている。

【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１５，１６を構成してい
る各平面型コイル１５ａ，１６ａは、銅箔または導線を
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１５ａ，１６ａ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１５ａ，１６ａ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１５を構成し
ている各平面型コイル１５ａの配置位置は、第２の平面
型コイル群１６における各平面型コイル１６ａ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１５ａ，１６ａ
は、特に図４に示されているように、円盤状のヨーク１
５ｂ，１６ｂ上に形成された樹脂層１５ｃ，１６ｃ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１５ａ，１６ａの巻回中心部分には、空心部
１５ｄ，１６ｄが設けられているとともに、円盤状のヨ
ーク１５ｂ，１６ｂには、軸方向に突出するように突極
１５ｅ，１６ｅが設けられており、上記平面型コイル１
５ａ，１６ａの各空心部１５ｄ，１６ｄが、ヨーク１５
ｂ，１６ｂの突極１５ｅ，１６ｅに嵌着されるように構
成されている。

【００１６】一方、上記樹脂層１５ｃ，１６ｃ上には、
回路パターン１５ｆ，１６ｆが形成されており、この回
路パターン１５ｆ，１６ｆにそれぞれ設けられた接続端
子端部１５ｇ，１６ｇに、上記各平面型コイル１５ａ，
１６ａ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１５ｈ，１６ｈ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１
５，１６における各平面コイル１５ａどうし及び１６ａ
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１５の各平面型コイル１５ａ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１５がＡ相となり、当該第１の平面型コイル群１５
の各突極１５ｅ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１４の各Ｓ極が、
上記第１の平面型コイル群１５の各突極１５ｅに引き付
けられる。

【００１８】次に第２の平面型コイル群１６の各平面型
コイル１６ａ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１６がＢ相となり、当該第２の
平面型コイル群１６の各突極１６ｅがＳ極に励磁され
る。その結果、ロータマグネット１４の各Ｎ極が上記第
２の平面型コイル群１６の各突極１６ｅに引き付けられ
て、ロータマグネット１４の各Ｎ極の中心が突極１６ｅ
の中心と一致するようにロータマグネット１４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１５の各平
面型コイル１５ａ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１５がＡ
バー相となり、当該第１の平面型コイル群１５の各突極
１５ｅがＳ極に励磁される。その結果、ロータマグネッ
ト１４の各Ｎ極が、上記第１の平面型コイル群１５の各
突極１５ｅに引き付けられて、ロータマグネット１４の
各Ｎ極の中心が突極１５ｅの中心と一致するようにロー
タマグネット１４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１６の各平面型
コイル１６ａ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１６がＢバー
相となり、当該第２の平面型コイル群１６の各突極１６
ｅがＮ極に励磁される。その結果、ロータマグネット１
４の各Ｓ極が上記第２の平面型コイル群１６の各突極１
６ｅに引き付けられて、ロータマグネット１４の各Ｓ極
の中心が突極１６ｅの中心と一致するようにロータマグ
ネット１４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１５及び第２の平面型コイ
ル群１６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
１５，１６とロータマグネット１４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
１４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１５及び１６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１５における符
号１５１で表した一対のコイルと、第２の平面型コイル
群１６における符号１６１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１５における符号１５２
で表した一対のコイルと、第２の平面型コイル群１６に
おける符号１６２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１５における符号１５３で表した一
対のコイルと、第２の平面型コイル群１６における符号
１６３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１４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、当該ロー
タマグネット１４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１５の平面型コイル１５
１及び第２の平面型コイル群１６の平面型コイル符号１
６１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１５，１６がＡ相となり、各平面型コイル１
５１，１６１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１４の各Ｎ
極が、各平面型コイル１５１，１６１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１５の平面型コ
イル１５２及び第２の平面型コイル群１６の平面型コイ
ル１６２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１５，１６がＢ相となり、各平面型コイ
ル１５２，１６２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１４の
各Ｓ極が、各平面型コイル１５２，１６２の各突極に引
き付けられて、ロータマグネット１４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１４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１５の平面型
コイル１５３及び第２の平面型コイル群１６の平面型コ
イル１６３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１５，１６がＣ相となり、各平面型コ
イル１５２，１６２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１４の各Ｎ極が、各平面型コイ
ル１５２，１６２の各突極に引き付けられて、ロータマ
グネット１４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１４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１５の平面型コ
イル１５１及び第２の平面型コイル群１６の平面型コイ
ル１６１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１５，１６がＡバー
相となり、各平面型コイル１５１，１６１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１４の各
Ｓ極が、各平面型コイル１５１，１６１の各突極に引き
付けられて、ロータマグネット１４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１４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１５の平面型
コイル１５２及び第２の平面型コイル群１６の平面型コ
イル１６２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１５，１６がＢバー
相となり、各平面型コイル１５２，１６２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１４の各
Ｎ極が、各平面型コイル１５２，１６２の各突極に引き
付けられて、ロータマグネット１４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１４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１５の平面型
コイル１５３及び第２の平面型コイル群１６の平面型コ
イル１６３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１５，１６がＣバー
相となり、各平面型コイル１５２，１６２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１４の各
Ｓ極が、各平面型コイル１５２，１６２の各突極に引き
付けられて、ロータマグネット１４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１４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１５，１６の各コイルを設置する部材として、円盤状
の磁性ヨークを用いているが、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】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。例えば上記実施形態においては、平面型コイル群１
５，１６の各コイル１５ａ，１６ａを設置する部材とし
て、円盤状のヨーク１５ｂ，１６ｂを用いているが、図
５に示されているように、放射状に延出する突極２５ｅ
を複数備えた形状のヨーク２５等をであっても同様に採
用することができる。

【００３４】また上述した実施形態では、ロータマグネ
ット１４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。

【００３５】

【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、円盤状のロータマグネットにおける軸
方向両面に形成された同一の複数磁極に対向するように
して、第１及び第２の平面型コイル群を所定の角度をな
して配置し、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、上記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 ロータマグネット １５ 第１平面型コイル群 １６ 第２平面型コイル群 １５ｄ，１６ｄ 空心部 １５ｅ，１６ｅ 突極

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、 上記ロータマグネットは、軸方向両面に同一の磁極が周
   方向に複数着磁された円盤状体から形成されているとと
   もに、 前記ステータコイルは、上記ロータマグネットの両側磁
   極形成面に対してそれぞれ軸方向に対向するように配置
   された第１及び第２の平面型コイル群から構成され、 これら第１及び第２の平面型コイル群は、前記回転軸の
   周囲に環状に配置され、かつ第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。