JPH1141901A

JPH1141901A - モータ

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Publication number: JPH1141901A
Application number: JP20856197A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Aoshima; 力青島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 1999-02-12
Anticipated expiration: 2017-07-17
Also published as: JP3517557B2

Abstract

(57)【要約】【目的】モータの外径寸法を小さく抑えつつ出力の高
いものとする。【構成】モータは、円筒形状に形成されるとともに、
少なくともその外周面を周方向にｎ分割して異なる極に
交互に着磁されている永久磁石を備え、永久磁石の軸方
向に第１のコイルと、永久磁石と、第２のコイルを順に
配置し、第１のコイルにより励磁される第１の外側磁極
及び第１の内側磁極を永久磁石の外周面及び内周面に対
向させ、第２のコイルにより励磁される第２の外側磁極
及び第２の内側磁極を前記永久磁石の外周面及び内周面
に対向させ、第１の外側磁極と第２の外側磁極は互いに
概略対向するように配置し、先端部の展開形状が凸形状
となるよう形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は円筒形状のモータに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来例の小型円筒形のステップモータと
しては、図８に示すものがある。この従来例のモータで
は、ボビン１０１にステータコイル１０５が同心状に巻
回され、ボビン１０１はステータヨーク１０６を２個で
軸方向から挟持固定し、かつステータヨーク１０６には
ボビン１０１の内径面円周方向にステータ歯１０６ａと
１０６ｂが交互に配置され、ケース１０３にステータ歯
１０６ａまたは１０６ｂと一体のステータヨーク１０６
が固定され、ステータ１０２が構成されている。

【０００３】２組のケース１０３の一方にはフランジ１
１５と軸受１０８が固定され、他方のケース１０３には
もう１個の軸受１０８が固定されている。ロータ１０９
のロータ軸１１０にはロータ磁石１１１が固定され、ス
テータヨーク１０６ａと放射状の空隙部を構成し、軸受
１０８で両支持されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、ロータ１０９の外周にケース１０３、ボビン
１０１、ステータコイル１０５、ステータヨーク１０６
等が同心状に配置されているためにモータの外径寸法が
大きくなってしまう欠点があった。またステータコイル
１０５への通電により発生する磁束は主としてステータ
歯１０６ａと１０６ｂの端面間を通過するためロータ磁
石１１１に効果的に作用しないため出力は高くならない
欠点もある。

【０００５】したがって、本発明の目的は、モータの外
径寸法を小さく抑えつつ出力の高いものとすることにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、本発明のモータは、円筒形状に形成され
るとともに、少なくともその外周面を周方向にｎ分割し
て異なる極に交互に着磁されている永久磁石を備え、該
永久磁石の軸方向に第１のコイルと、前記永久磁石と、
第２のコイルを順に配置し、前記第１のコイルにより励
磁される第１の外側磁極及び第１の内側磁極を前記永久
磁石の外周面及び内周面に対向させ、前記第２のコイル
により励磁される第２の外側磁極及び第２の内側磁極を
前記永久磁石の外周面及び内周面に対向させ、前記第１
の外側磁極と前記第２の外側磁極は互いに概略対向する
ように配置されかつ先端部の展開形状が凸形状となるよ
う形成されていることを特徴とする。

【０００７】上記構成において、第１のコイルと第２の
コイルは永久磁石を軸方向に関して挟む位置に配置され
ているため、本モータの外径寸法を小さくしている。ま
た、第１のコイルにより発生する磁束は永久磁石の外周
面に対向する第１の外側磁極と永久磁石の内周面に対向
する第１の内側磁極との間を通過するので効果的に永久
磁石に作用し、第２のコイルにより発生する磁束は永久
磁石の外周面に対向する第２の外側磁極と永久磁石の内
周面に対向する第２の内側磁極との間を通過するので効
果的に永久磁石に作用し、モータの出力を高める。

【０００８】さらに、第１の外側磁極と第２の外側磁極
は互いに対向し合う先端の展開形状が凸形状になってい
るので、第１の外側磁極と第２の外側磁極との間の磁気
抵抗は高くなり、第１のコイルにより発生する磁束が第
２のコイル側に作用しにくくなり、また第２のコイルに
より発生する磁束が第１のコイル側に作用しにくくな
り、モータの出力は大きくなる。

【０００９】

【実施例】

（実施例１）図１〜図４は、本発明の実施例１のステッ
プモータを示す図であり、そのうち、図１はステップモ
ータの分解斜視図であり、図２はステップモータの組み
立て後の軸方向の断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線
での断面図及びＢ−Ｂ線での断面図である。図４は一部
部品を除いた平面図である。

【００１０】図１〜図４において、１はロータを構成す
る円筒形状のマグネットであり、このロータであるマグ
ネット１は、その外周表面を円周方向にｎ分割して（本
実施例では４分割して）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁された
着磁層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを有し、着磁部１ａ、１
ｃがＳ極に着磁され、着磁部１ｂ、１ｄがＮ極に着磁さ
れている。７はロータ軸となる出力軸で、この出力軸７
はロータであるマグネット１に固着されている。これら
出力軸７とマグネット１とでロータを構成している。２
及び３は円筒形状のコイルであり、コイル２及び３は前
記マグネット１と同心でかつ、マグネット１を軸方向に
挟む位置に配置され、コイル２及び３はその外径が前記
マグネット１の外径とほぼ同じ寸法である。

【００１１】１８および１９は軟磁性材料からなる第１
のステータ及び第２のステータで、第１のステータ１８
および第２のステータ１９の位相は１８０／ｎ度、即ち
４５°ずれて配置され、これらの第１のステータ１８及
び第２のステータ１９は外筒及び内筒からなっている。
第１のステータ１８の外筒及び内筒の間にコイル２が設
けられ、このコイル２が通電されることにより第１のス
テータ１８が励磁される。第１のステータ１８の外筒及
び内筒はその先端部が外側磁極１８ａ、１８ｂ及び内側
磁極１８ｃ、１８ｄを形成しており、この内側磁極１８
ｃと内側磁極１８ｄの位相は互いに同位相となるように
３６０／（ｎ／２）度、即ち１８０度ずれて形成され、
内側磁極１８ｃに対して外側磁極１８ａが対向配置して
おり、また内側磁極１８ｄに対して外側磁極１８ｂが対
向配置している。

【００１２】第１のステータ１８の外側磁極１８ａ、１
８ｂ及び内側磁極１８ｃ、１８ｄはマグネット１の一端
側の外周面及び内周面に対向してマグネット１の一端側
を挟み込むように設けられる。また第１のステータ１８
の穴１８ｅに回転軸７の一端部が回転可能に嵌合する。

【００１３】第２のステータ１９の外筒及び内筒の間に
コイル３が設けられ、このコイル３が通電されることに
より第２のステータ１９が励磁される。第２のステータ
１９の外筒及び内筒はその先端部が外側磁極１９ａ、１
９ｂ及び内側磁極１９ｃ、１９ｄを形成しており、この
内側磁極１９ｃと内側磁極１９ｄの位相は互いに同位相
となるように３６０／（ｎ／２）度、即ち１８０度ずれ
て形成され、内側磁極１９ｃに対し外側磁極１９ａが対
向配置しており、内側磁極１９ｄに対し外側磁極１９ｂ
が対向配置している。第２のステータ１９の外側磁極１
９ａ、１９ｂ及び内側磁極１９ｃ、１９ｄは永久磁石１
の他端側の外周面及び内周面に対向して永久磁石１の他
端側を挟み込むように設けられる。また第２のステータ
１９の穴１９ｅには回転軸７の他端部が回転可能に嵌合
する。

【００１４】したがって、コイル２により発生する磁束
は外側磁極１８ａ、１８ｂと内側磁極１８ｃ、１８ｄと
の間のロータであるマグネット１を横切るので、効果的
にロータであるマグネット１に作用し、コイル３により
発生する磁束は外側磁極１９ａ、１９ｂと内側磁極１９
ｃ、１９ｄとの間のロータであるマグネットを横切るの
で、効果的にロータであるマグネット１に作用し、モー
タの出力を高める。

【００１５】２０は非磁性材料からなる円筒形状部材と
しての連結リングであり、この連結リング２０の内側の
一端側には溝２０ａ、２０ｂが設けられ、他端部には溝
２０ａ、２０ｂに対し位相を１８０／ｎ度すなわち４５
度ずらした溝２０ｃ、２０ｄが設けられ、溝２０ａ、２
０ｂに第１のステータ１８の外側磁極１８ａ、１８ｂを
嵌合し、溝２０ｃ、２０ｄに第２のステータ１９の外側
磁極１９ａ、１９ｂを嵌合し、これら嵌合部分を接着剤
により固定して、連結リング２０に第１のステータ１８
及び第２のステータ１９が取り付けられるものである。
これら第１のステータ１８と第２のステータ１９は互い
に外側磁極１８ａ、１８ｂ及び内側磁極１８ｃ、１８ｄ
と外側磁極１９ａ、１９ｂ及び内側磁極１９ｃ、１９ｄ
と対向させ、連結リング２０の内面側の突出部２０ｅ、
２０ｆにより或る距離だけ間隔を隔てて固定されてい
る。

【００１６】図４は連結リングを図示しない本実施例の
モータの側面図である。この図に示すように、第１のス
テータ１８の外側磁極１８ａ及び図示しない外側磁極１
８ｂ、第２のステータ１９の外側磁極１９ａ及び図示し
ない外側磁極１９ｂは先端部が根元の幅Ｄ１より小さな
Ｄ２となっていわゆる凸形状となっている。これにより
第１のステータ１８の外側磁極１８ａと、それと概略対
向するよう配置されている第２のステータ１９の外側磁
極間との間の磁気抵抗は、それぞれの外側磁極の先端が
平坦な場合に比べて大きくなる。これによりコイル２、
コイル３から発生する磁束は互いに影響を及ぼしにくく
なり、モータの回転は安定しかつ出力は高くなる。

【００１７】同様に、図４では不図示の第１のステータ
１８の外側磁極１８ｂ、第２のステータ１９の外側磁極
１９ｂも先端部が根元の幅Ｄ１より小さなＤ２となって
おり、先端部が凸形状となっている。これにより第１の
ステータ１８の外側磁極１８ｂとそれに概略対向するよ
うに配置されている第２のステータ１９ｂとの間の磁気
対向はそれぞれの外側磁極の先端が平坦な場合に比べて
大きくなる。このためコイル２、コイル３から発生する
磁束は互いに影響を及ぼしにくくなり、モータの回転は
安定しかつ出力は高くなる。

【００１８】図４からわかるように、第１のステータ１
８の外側磁束１８ａ、１８ｂ、第２のステータ１９の外
側磁束１９ａ、１９ｂがマグネット１に対向している面
積は凸形状にするために切欠いた面積だけ少しだけ小さ
くなるだけなので、これによるモータ出力の低下は少な
く、上記したコイル２とコイル３の間で互いに影響しあ
う磁束を減らしたことによるモータ出力の増大の方が大
きい。

【００１９】図２はステップモータの断面図であり、図
３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は図２のＡ−Ａ線で
の断面図を示し、図３の（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、
（ｈ）は図２のＢ−Ｂ線での断面図を示している。図３
の（ａ）と（ｅ）とが同時点での断面図であり、図３の
（ｂ）と（ｆ）とが同時点での断面図であり、図３の
（ｃ）と（ｇ）とが同時点での断面図であり、図３の
（ｄ）と（ｈ）とが同時点での断面図である。

【００２０】次に、本発明のステップモータの動作を説
明する。図３の（ａ）、（ｅ）の状態からコイル２及び
３に通電して、第１のステータ１８の外側磁極１８ａ、
１８ｂをＮ極とし、内側磁極１８ｃ、１８ｄをＳ極と
し、第２のステータ１９外側磁極１９ａ、１９ｂをＮ極
とし、内側磁極１９ｃ、１９ｄをＳ極に励磁すると、ロ
ータであるマグネット１は反時計方向に４５度回転し、
図３の（ｂ）と（ｆ）に示す状態になる。

【００２１】次に、コイル２への通電を反転させ、第１
のステータ１８の２外側磁極１８ａ、１８ｂをＳ極と
し、内側磁極１８ｃ、１８ｄをＮ極とし、第２ステータ
１９の外側磁極１９ａ、１９ｂをＮ極とし、内側磁極１
９ｃ、１９ｄをＳ極に励磁すると、ロータであるマグネ
ット１は更に反時計方向に４５度回転し、図３の（ｃ）
と（ｇ）に示す状態になる。

【００２２】次に、コイル３への通電を反転させ、第２
のステータ１９の外側磁極１９ａ、１９ｂをＳ極とし、
内側磁極１９ｃ、１９ｄをＮ極とし、第１ステータ１８
の外側磁極１８ａ、１８ｂをＳ極とし、内側磁極１８
ｃ、１８ｄをＮ極に励磁すると、ロータであるマグネッ
ト１はさらに反時計方向４５度回転し、図３の（ｄ）と
（ａ）に示す状態になる。以後、このようにコイル２及
び３への通電方向を順次切り換えていくことにより、ロ
ータであるマグネット１は通電位相に応じた位置へと回
転していくものである。

【００２３】ここで、このような構成のステップがモー
タを超小型化する上で最適な構成であることについて述
べる。ステップモータの基本構成について述べると、第
１にマグネットを中空の円筒形状に形成していること、
第２にマグネットの外周面を周方向にｎ分割して異なる
極に交互に着磁していること、第３にマグネットの軸方
向に第１のコイルとマグネットと第２のコイルを順に配
置していること、第４に第１、第２のコイルにより励磁
される第１、第２のステータの外側磁極及び内側磁極を
マグネットの外周面及び内周面に対向させていること、
である。

【００２４】したがって、このステップモータの径はマ
グネットの径にステータの磁極を対向して設けるだけの
大きさがあればよく、また、ステップモータの軸方向の
長さマグネットの長さに第１のコイルと第２のコイルの
長さを加えただけの長さがあればよいことになる。この
ため、ステップモータの大きさは、マグネット及びコイ
ルの径と長さによって決まるもので、マグネット及びコ
イルの径と長さをそれぞれ非常に小さくすれば、ステッ
プモータを超小型化する事ができるものである。

【００２５】この時、マグネット及びコイルの径と長さ
をそれぞれ非常に小さくすると、ステップモータとして
の精度を維持することが難しくなるが、これはマグネッ
トを中空の円筒形状に形成し、この中空の円筒形状に形
成されたマグネットの外周面及び内周面に第１、第２の
ステータの外側磁極及び内側磁極に対向させる単純な構
造によりステップモータとしての精度の問題を解決して
いる。この時、後述する実施例２の如く、マグネットの
外周面だけでなく、マグネットの内周面も円周方向に分
割して半径方向に着磁すれば、モータの出力を更に効果
的に増大することができる。第１のステータ１８、第２
のステータ１９はメタルインジェクションモールド（Ｍ
ＩＭ）により形成するのが望ましい。

【００２６】（実施例２）図５は本発明の実施例２を示
すものである。前述した本発明の実施例１において、ロ
ータであるマグネット１は、その外周表面を円周方向に
ｎ分割してＳ極、Ｎ極に交互に着磁しているが、本発明
の実施例２においては、ロータであるマグネット１の外
周表面だけではなく、図５に示す如くロータであるマグ
ネット１の内周表面も円周方向にｎ分割して（本実施例
では４分割して）Ｓ極、Ｎ極を交互に着磁しており、モ
ータの出力を更に効果的に増大するものである。この
時、マグネット１の内周表面は隣接する外周表面と異な
る極に着磁されており、着磁部１ａ、１ｂの内周表面が
Ｎ極に着磁され、着磁部１ｂ、１ｄの内周表面がＳ極に
着磁されている。この実施例２では、ロータであるマグ
ネット１の外周表面だけでなく、ロータであるマグネッ
ト１の内周表面も円周方向にｎ分割してＳ極、Ｎ極に交
互に着磁していることから、マグネット１の内周表面と
第１のステータ１８の内側磁極１８ｃ、１８ｄに第２の
ステータ１９の内側磁極１９ｃ、１９ｄの関係でモータ
の出力が増大するものである。

【００２７】（実施例３）図６は本発明の実施例３を示
すものである。前述した本発明の実施例１において、第
１のステータ１８及び第２のステータ１９は外筒及び内
筒を一体的に形成しているが、本発明の実施例３におい
ては、第１のステータ１８及び第２のステータ１９は図
６に示す如く、外筒及び内筒を別々に形成しているもの
である。即ち、第１のステータ１８の内筒はその先端の
内側磁極１８ｃ、１８ｄとともに第１のヨーク１８₁を
形成し、第１のステータ１８の外筒はその先端の外側磁
極１８ａ、１８ｂとともに第３のヨーク１８₂を形成す
る。また、第２のステータ１９の内筒はその先端の内側
磁極１９ｃ、１９ｄとともに第２のヨーク１９₁を形成
し、第２のステータ１９の外筒はその先端の外側磁極１
９ａ、１９ｂとともに第４のヨーク１９₂を形成するも
のである。実施例３においても、ロータであるマグネッ
ト１の外周表面だけでなく、実施例２に示すようにロー
タであるマグネット１の内周表面も円周方向にｎ分割し
てＳ極、Ｎ極を交互に着磁すると、モータの出力を更に
効果的に増大させることができるものである。

【００２８】（第４実施例）図７は第４の実施例で永久
磁石１の着磁形状を第１のステータ１８に対向する範囲
と第２のステータ１９に対向する範囲とで１８０／ｎ度
すなわち４５°位相をずらし、そのかわり第１のステー
タ１８の外側磁極１８ａと第２のステータ１９の外側磁
極１９ａを位相差なく完全に対向するように配置したモ
ータに適用したものである。これらの外側磁極１８ａ、
１８ｂ、１９ａ、１９ｂも先端が凸形状にしてあるので
第１実施例同様の効果がある。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１のステータ及び第２のステータの外側磁極部を先端
の幅が狭くなるような凸形状にしたことにより、それら
の外側磁極間での磁気抵抗が大きくなり、第１のコイル
と第２のコイルとの間で影響を及ぼし合うことを防ぐこ
とができ、モータの回転は安定しつつ出力も高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例の分解斜視図であ
る。

【図２】図２は、本発明の第１実施例の組立時の断面図
である。

【図３】図３は、本発明の第１実施例の第１ヨーク、第
２ヨークの関係を示す断面図である。

【図４】図４は、本発明の第１実施例の側面図（連結リ
ングを図示しない）である。

【図５】図５は、本発明の第２実施例の第１ヨーク、第
２ヨークの関係を示す断面図である。

【図６】図６は、本発明の第３実施例の分解斜視図であ
る。

【図７】図７は、本発明の第４実施例の分解斜視図であ
る。

【図８】図８は、従来例のステップモータの断面図であ
る。

【符号の説明】

１永久磁石２回転軸３コイル４コイル１８第１のステータ１９第２のステータ２０連結リング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒形状に形成されるとともに、少なく
ともその外周面を周方向にｎ分割して異なる極に交互に
着磁されている永久磁石を備え、該永久磁石の軸方向に
第１のコイルと、前記永久磁石と、第２のコイルを順に
配置し、前記第１のコイルにより励磁される第１の外側
磁極及び第１の内側磁極を前記永久磁石の外周面及び内
周面に対向させ、前記第２のコイルにより励磁される第
２の外側磁極及び第２の内側磁極を前記永久磁石の外周
面及び内周面に対向させ、前記第１の外側磁極と前記第
２の外側磁極は互いに概略対向するように配置されかつ
先端部の展開形状が凸形状となるよう形成されているこ
とを特徴とするモータ。
【請求項２】請求項１記載のモータにおいて、前記永
久磁石は、その内周面が外周面に着磁された極と反対の
極にさらに着磁されていることを特徴とするモータ。
【請求項３】請求項１記載のモータにおいて、前記第
１の外側磁極が第１のステータの外筒の先端に形成さ
れ、前記第１の内側磁極が前記第１のステータの内筒の
先端に形成され、前記第２の外側磁極が第２のステータ
の外筒の先端に形成され、前記第２の内側磁極が前記第
２のステータの内筒の先端に形成されていることを特徴
とするモータ。
【請求項４】請求項３記載のモータにおいて、前記第
１のステータおよび前記第２のステータは、それぞれ、
前記外筒および前記内筒が一体に形成されていることを
特徴とするモータ。
【請求項５】請求項３記載のモータにおいて、前記第
１のステータおよび前記第２のステータは、それぞれ、
前記外筒および前記内筒が別個に形成され、互いに対し
て固定されていることを特徴とするモータ。
【請求項６】請求項１記載のモータにおいて、前記第
１の外側磁極と前記第２の外側磁極は１８０／ｎ度位相
がずらされていることを特徴とするモータ。
【請求項７】請求項１記載のモータにおいて、前記永
久磁石は、前記第１の外側磁極に対向する外周面に着磁
された磁極と前記第２の外側磁極に対向する外周面に着
磁された磁極とが互いに１８０／ｎ度位相がずらされて
おり、前記第１の外側磁極と前記第２の外側磁極が互い
に対向していることを特徴とするモータ。