JP2005304195A - Stepping motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、円筒形状のステッピングモータの改良に関するものである。 The present invention relates to an improvement of a cylindrical stepping motor.
回転軸を中心とする直径を小さくし、かつ、出力を高めたステッピングモータが提案されている(例えば、特許文献1)。このステッピングモータの分解斜視図を図6に、該ステッピングモータの組み立て後の軸中心の断面図を図7に、それぞれ示す。 There has been proposed a stepping motor in which the diameter around the rotation axis is reduced and the output is increased (for example, Patent Document 1). FIG. 6 shows an exploded perspective view of the stepping motor, and FIG. 7 shows a sectional view of the shaft center after the stepping motor is assembled.
これらの図において、201は円周方向に4分割して異なる極に交互に着磁された永久磁石(マグネット)からなる円筒形状のロータ、202は前記ロータ201の軸方向に隣り合って配置された第1のコイル、203は同じく前記ロータ201の軸方向に隣り合って配置された第2のコイル、204は前記第1のコイル202により励磁される軟磁性材料からなる第1のステータ、205は前記第2のコイル203により励磁される軟磁性材料からなる第2のステータである。
In these figures, 201 is a cylindrical rotor composed of permanent magnets (magnets) divided into four in the circumferential direction and alternately magnetized to different poles, and 202 is arranged adjacent to the axial direction of the
前記第1のステータ204は、ロータ201の外周面に隙間を空けて対向する第1の外側磁極部204A,204Bと、ロータ201の内周面に隙間を空けて対向する第1の内側磁極部204C,204Dを備えており、前記第2のステータ205は、ロータ201の外周面に隙間を空けて対向する第2の外側磁極部205A,205Bと、ロータ201の内周面に隙間を空けて対向する第2の内側磁極部205C,205Dを備えている。206は出力軸であり、前記ロータ201が固着され、前記第1のステータ204の軸受け部204Eと前記第2のステータ205の軸受け部205Eに回転可能に保持されている。207は非磁性材料からなる連結リングであり、前記第1のステータ204と前記第2のステータ205とを所定の間隔で保持するものである。
The
上記構成において、第1のコイル202および第2のコイル203への通電方向を切り換えて、第1の外側磁極部204A,204Bと第1の内側磁極部204C,204D、第2の外側磁極部205A,205Bと第2の内側磁極部205C,205Dの極性を切り換え、前記ロータ201を回転させていくものである。
In the above configuration, the energization direction to the
このステッピングモータは、コイルに通電することで発生した磁束が外側磁極部から対向する内側磁極部へ、あるいは、内側磁極部から対向する外側磁極部へと流れ、外側磁極部と内側磁極部の間に位置するロータをなすマグネットに効率的に作用する。また、外側磁極部と内側磁極部との距離を円筒形状のマグネットの厚さ程度とすることができるため、外側磁極部と内側磁極部とで構成される磁気回路の抵抗を小さくすることができる。磁気回路の抵抗が小さいほど、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、出力の向上につながる。 In this stepping motor, the magnetic flux generated by energizing the coil flows from the outer magnetic pole part to the opposing inner magnetic pole part, or from the inner magnetic pole part to the opposing outer magnetic pole part, and between the outer magnetic pole part and the inner magnetic pole part. It works efficiently on the magnet that forms the rotor located in the center. Further, since the distance between the outer magnetic pole part and the inner magnetic pole part can be made about the thickness of the cylindrical magnet, the resistance of the magnetic circuit composed of the outer magnetic pole part and the inner magnetic pole part can be reduced. . The smaller the resistance of the magnetic circuit, the more magnetic flux can be generated with less current, leading to improved output.
また、上記ステッピングモータを更に改良したものとして、内側磁極部を円筒形状で構成し、その内側磁極部の内径部に挿入されている出力軸を軟磁性材料で構成すると共にステータ(内側磁極部と外側磁極部よりなる)に取り付け、該出力軸を回転可能に保持する軸受けを非磁性材料で構成したものが開示されている(例えば、特許文献2)。この提案によれば、出力軸も磁気回路として利用できるため、モータの出力があがる。
しかしながら、上記特許文献2で開示されたモータは、第1のコイルへの通電により発生する磁束が軟磁性材料の出力軸を介して第2のコイルおよび第2の外側磁極部、第2の内側磁極部に影響を及ぼし、第2のコイルへの通電により発生する磁束が軟磁性材料の出力軸を介して第1のコイルおよび第1の外側磁極部、第1の内側磁極部に影響を及ぼして、回転を不安定なものにしてしまう。
However, in the motor disclosed in
上記特許文献1および特許文献2に開示されているものは共にマグネットの内径とそれに対向する内側磁極部との間には所定の間隔が必要であり、それを製造時に管理することはコストアップを招くことになる。また、ステータの形状としても円筒形状の内側磁極部と外側磁極部が必要であり、それらを一体的に構成するのは部品製造上難しい。また、それらを別体で製造し、後で一体的に組み立てる場合は部品点数が多くなり、コストアップを招いてしまう。
Both of the above-mentioned
更に第1の外側磁極部と第2の外側磁極部が近接するとお互いにクロストークを生じ回転精度及び回転出力が低下してしまう。そのため第1の外側磁極部と第2の外側磁極部との間では軸方向と並行方向に関して隙間T1を設けている。上記文献ではマグネットの着磁極数をn極とすると、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部はロータの外周面に180/n度位相がずれて配置されおりしかも第1の外側磁極部はロータの外周面に対し720/n度ピッチでおよそ360/n度程度の対向角でn/2個所に設けられ、第2の外側磁極部もロータの外周面に対し720/n度ピッチでおよそ360/n度程度の対向角でn/2個所に設けられているため、もしも軸と並行方向の隙間T1を設けない場合は第1の外側磁極部と第2の外側磁極部とが接触してしまう。 Further, when the first outer magnetic pole portion and the second outer magnetic pole portion are close to each other, crosstalk occurs with each other, and rotational accuracy and rotational output are lowered. Therefore, a gap T1 is provided between the first outer magnetic pole part and the second outer magnetic pole part in the axial direction and the parallel direction. In the above document, when the number of magnetized magnetic poles is n poles, the first outer magnetic pole portion and the second outer magnetic pole portion are arranged 180 / n degrees out of phase with each other on the outer peripheral surface of the rotor. Are provided at n / 2 locations at a counter angle of about 360 / n degrees at a pitch of 720 / n degrees with respect to the outer peripheral surface of the rotor, and the second outer magnetic pole part is also provided with a pitch of 720 / n degrees with respect to the outer peripheral surface of the rotor Therefore, if the gap T1 in the direction parallel to the shaft is not provided, the first outer magnetic pole portion and the second outer magnetic pole portion are provided with an opposing angle of about 360 / n degrees. Contact.
また隙間T1を設けることで第1の外側磁極部がマグネットロータに対向する軸方向の長さはマグネットロータの軸方向の長さをA1とすると(A1−T1)/2となってしまうのでマグネットロータを有効に利用しているとは言えず特にモータの軸方向の寸法を小さくした場合出力が低下してしまう。 Further, by providing the gap T1, the axial length of the first outer magnetic pole portion facing the magnet rotor becomes (A1-T1) / 2, where A1 is the axial length of the magnet rotor. It cannot be said that the rotor is effectively used, and the output is lowered particularly when the axial dimension of the motor is reduced.
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、
円周方向に4×n等分割され、異なる極が交互に着磁された円筒形状の永久磁石からなるマグネットリングと、前記マグネットリングと同心で、かつ該マグネットリングを軸方向に挟む位置に配置された円筒形状の第1のコイルと第2のコイルと、前記マグネットリングの一方の端面からの外周面に対向しn個の等分割された角度位置に配置され前記第1のコイルにより励磁される第1の外側磁極部と、前記マグネットリングのもう一方の端面からの外周面に対向しn個の等分割された角度位置に配置され前記第2のコイルにより励磁される第2の外側磁極部と、軟磁性材料からなり、前記マグネットリングの内径部に固定され、少なくとも前記第1の外側磁極部及び第2の外側磁極部に軸方向の範囲において対向し前記第1コイル及び第2コイルにより励磁される内側磁極部が形成された回転軸とを有し、前記第1の外側磁極部と前記第2の外側磁極部とは前記マグネットリングの外周面に対し相対位置が(112.5/n)度ずれ且つマグネットリングの軸方向に関して少なくとも一部が重複するように配置されている事を特徴とするステッピングモータとするものである。
In order to solve the above problems, the invention described in
A magnet ring made up of a cylindrical permanent magnet with 4 × n equally divided in the circumferential direction and with different poles alternately magnetized, and concentric with the magnet ring and arranged at a position sandwiching the magnet ring in the axial direction The cylindrical first coil and the second coil that are formed are arranged at n equally divided angular positions facing the outer peripheral surface from one end surface of the magnet ring and excited by the first coil. A first outer magnetic pole portion and a second outer magnetic pole which is arranged at n equally divided angular positions facing the outer peripheral surface from the other end face of the magnet ring and is excited by the second coil. And is made of a soft magnetic material, is fixed to the inner diameter portion of the magnet ring, and is opposed to at least the first outer magnetic pole portion and the second outer magnetic pole portion in the axial range. And the first outer magnetic pole portion and the second outer magnetic pole portion have a relative position (112.) with respect to the outer peripheral surface of the magnet ring. The stepping motor is characterized in that it is arranged so as to be shifted by 5 / n) degrees and at least partially overlap in the axial direction of the magnet ring.
本発明によれば、小型化を損なうことなく、よりコストが安く、高出力のステッピングモータを提供できるものである。 According to the present invention, it is possible to provide a high-power stepping motor at a lower cost without impairing downsizing.
以下の実施例1および実施例2に示される通りである。 As shown in Example 1 and Example 2 below.
図1乃至図4は本発明の実施例1に係る図であり、図1はステッピングモータの分解斜視図、図2は図1のステッピングモータの組み立て後の軸方向の断面図であり次の図3におけるBBの位置での断面図である。図3は図1のステッピングモータの組み立て後の軸と垂直方向の断面図であり前の図2におけるAA位置での断面図である。図4は動作状態を表す断面図である。
1 to 4 are diagrams according to
これらの図において、1はロータを構成する円筒形状のマグネットリングであり、このロータであるマグネットリング1は、その外周表面を円周方向に等間隔に4の整数倍である4×n分割(nは整数であって、本実施例ではn=4すなわち分割数16)してS極、N極が交互に着磁された着磁部1A,1B,1C,1D、1E、1F、1G、1H、1I、1J、1K、1L、1M、1N、1P、1Qを有している。そして、着磁部1A、1C,1E、1G、1I、1K、1M、1Pの外周面がS極、1B、1D、1F、1H、1J、1L、1N、1Qの外周面がN極である。このマグネットリング1は射出成形で形成されたプラスチックマグネットで構成されており、簡単な形状であるために小さく、薄く構成することが容易である。また、圧入によって組み立てを行っても割れは発生しない。2は円筒形状の第1のコイルであり、3は同じく円筒形状の第2のコイルであって、共にその中心部はマグネットリング1の中心部と一致しており、軸方向に並んで前記マグネットリング1を挟む位置に配置されている。この第1、第2のコイル2,3の外径は前記マグネットリング1の外径とほぼ等しい。
In these drawings,
8は第1のステータであり、9は第2のステータであって、共に軟磁性材料で構成され、円筒形状の外筒部がある。第1のステータ8には、前記マグネットリング1の外周面に所定の隙間をもって対向する櫛歯形状の第1の外側磁極部8A,8B、8C、8Dが形成されている。この第1の外側磁極部8A,8B、8C、8Dは、円筒形状の第1のステータ8の外筒部の先端を切り欠くことで周方向に複数に分割され、それぞれがマグネットリング1の一方の端面から軸方向に延出した櫛歯形状の磁極が形成されている。この第1の外側磁極部8A,8B、8C、8Dは360/n度、すなわち90度ずれて形成されている。前記第2のステータ9には、同じく前記マグネットリング1の外周面に所定の隙間をもって対向する櫛歯形状の第2の外側磁極部9A,9B、9C、9Dが形成されている。この第2の外側磁極部9A,9B、9C、9Dは、円筒形状の第2のステータ9の外筒部の先端を切り欠くことで周方向に複数に分割され、それぞれが第1のステータ8の場合と反対のマグネットリングのもう一方の端面から軸方向に延出した櫛歯形状の磁極が形成されている。この第2の外側磁極部9A,9B、9C、9Dも360/n度、すなわち90度ずれて形成されている。
8 is a first stator and 9 is a second stator, both of which are made of a soft magnetic material, and have a cylindrical outer cylinder portion. The
前記ステータ8の第1の外側磁極部8A,8B、8C、8Dおよび前記第2のステータ9の第2の外側磁極部9A,9B、9C、9Dは、共に切欠き穴と軸と平行方向に延出する歯により構成されている。この構成により、ステッピングモータの直径を最小限にしつつ、磁極部の形成が可能となる。つまり、もし外側磁極部を半径方向に延びる凹凸で形成するとその分該モータの直径は大きくなってしまうのであるが、本実施例では、切欠き穴と軸と平行方向に延出する歯により外側磁極部を構成しているので、該モータの直径を最小限に抑えることができる。
The first outer
前記第1のステータ8は第1のコイル2によって励磁され、前記第2のステータ9は第2のコイル3によって励磁される。
The
前記第1のステータ8の第1の外側磁極部8A,8B、8C、8Dと前記第2のステータ9の第2の外側磁極部9A,9B、9C、9Dとは同一形状であって、互いの櫛歯形状の磁極部の先端が向かい合う向きで且つマグネットリングの外周面にマグネットリングの軸と並行方向の位置に関して重複するように配置される。第1の外側磁極部8A,8B、8C、8Dと前記第2のステータ9の第2の外側磁極部9A,9B、9C、9Dはマグネットリング1の軸方向長さの全てにおいてマグネットリング1の外周面に対向している。
The first outer
マグネットリング1の長さをA1で示すと従来例(特許文献1 特開平09−331666号公報)の場合と比較すると従来例ではマグネットの極数を4×nとすると第1の外側磁極の数は2×n個所、対向長さ(A1−T1)/2であるから総対向量はn×(A1−T1)となるのに対し、本発明ではn×A1となり総対向量は多くなる。これによりマグネットを有効に利用でき出力の大きなモータとする事ができる。
When the length of the
前記第1のステータ8と前記第2のステータ9とは互いの櫛歯形状の磁極部の位相が(112.5/n)度、すなわち28.125°ずれて配置されている。図3においてその角度をCで表す。
The
前記第1のステータ8と前記第2のステータ9とは互いの櫛歯形状の磁極部のマグネットリングに対向する1歯あたりの角度範囲(図3においてDで表す)は360/(4×n)度以下すなわち22.5度以下であるから前記第1のステータ8の外側磁極部である櫛歯と前記第2のステータ9の外側磁極部である櫛歯の中心が28.125度ずれているので、前記第1のステータ8の第1の外側磁極部8A,8B、8C、8Dと前記第2のステータ9の第2の外側磁極部9A,9B、9C、9Dとは同一形状であって、互いの櫛歯形状の磁極部の先端が向かい合う向きで且つマグネットリングの外周面にマグネットリングの軸と並行方向の位置に関して重複するように配置されていてもお互いに離れている。このため第1の外側磁極部と第2の外側磁極部がお互いにクロストークを生じることがないので回転精度及び回転出力が低下してしまうことはない。
The
10は軟磁性材料からなる回転軸であり、マグネットリング1の内径部に固定されている。この回転軸10にはマグネットリング1に対向している第1のステータ8の第1の外側磁極部8A,8B、8C、8Dと対向した軸方向の範囲でマグネットリング1を挟む位置に外径寸法D1なる内側磁極部10Aを形成してある。第2の外側磁極部外側磁極部9A,9B、9C、9Dは第1のステータ8の第1の外側磁極部8A,8B、8C、8Dとマグネットリングの軸と並行方向の位置に関して重複するように配置されているので、内側磁極部10Aは第2の外側磁極部外側磁極部9A,9B、9C、9Dとも対向している事になる。
回転軸10は一部10Cが第1のコイル2の内径部に挿入されており、第1の内側磁極部10Aは第1のステータ8の第1の外側磁極部8A,8B、8C、8Dに対向する角度範囲の部分が第1のコイル2によって第1のステータ8の第1の外側磁極部8A,8B、8C、8Dとは反対の極に励磁される。回転軸10の第1の内側磁極部10Aの軸と垂直方向の断面形状は図3に示すように円形形状である。回転軸10は一部10Dが第2のコイル3の内径部に挿入されており、内側磁極部10Aは前記第2のステータ9の第2の外側磁極部9A,9B、9C、9Dに対向する角度範囲の部分が第2のコイル3によって第2のステータ9の第2の外側磁極部9A,9B、9C、9Dとは反対の極に励磁される。回転軸10はマグネットリング1を内側磁極部10Aにて固着している。
A
マグネットリングは内径を内側磁極部10Aで埋められているのでマグネットの機械的強度を増えまた内側磁極部10Aはバックメタルとして働き、磁気回路のパーミアンス係数は高く設定されることになり、高温下の環境で使用されても減磁による磁気的劣化も少なくなる。第1のステータ8と第2のステータ9はカップ状の形状で外側の筒部分に切り欠きを設けたという単純な形状で構成でき製造が容易になり組み立ても容易になる。
Since the inner diameter of the magnet ring is filled with the inner
12は非磁性材料からなる第1軸受けであり、前記第1のステータ8に固定され、回転軸10の10E部を回転可能に保持している。13は同じく非磁性材料からなる第2軸受けであり、前記第2のステータ9に固定され、回転軸10の10F部を回転可能に保持している。これら第1軸受け12、第2軸受け13は共に非磁性材料であるので、第1のステータ8と回転軸10との間に発生する磁力による吸着および第2のステータ9と回転軸10との間に発生する磁力による吸着を防ぎ、回転特性および耐久性を高めることができる。
前記第1軸受け12、第2軸受け13は軟磁性材料であってもかまわない。その場合は磁気回路の磁気抵抗が小さくなるので発生するトルク自体は大きくなる。もちろん第1軸受け12と回転軸10との間或いは第2軸受け13と回転軸10との間では吸着力が発生し摩擦力によるトルク損失が生じたり、摺動面の耐久性を損なう可能性はあるが、第1軸受け12、回転軸10、第2軸受け13の表面に潤滑材の塗布、潤滑塗装(フッ素系潤滑塗装・グラファイト系潤滑塗装・二流化モリブデン系潤滑塗装)、潤滑メッキ(例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)粒子を含有した無電解ニッケルメッキやテフロン(登録商標)潤滑無電解ニッケルメッキなど)等を施すことにより摺動面の摩擦によるトルク損失を抑制したり、摺動面の耐久性を損なうことを防いだりでき、出力トルクの大きいモータとすることが出来る。
The
第1のステータ8の外筒部と回転軸10の間であって、第1軸受け12を介したこれらの連結部近傍に第1のコイル2を配置し、第1のステータ8の第1の外側磁極8A,8B、8C、8Dと回転軸10の内側磁極10Aとの間にマグネットリング1の一端側を挟む。また、第2のステータ9の外筒部と回転軸10の間であって、第2軸受け13を介したこれらの連結部近傍に第2のコイル3を配置し、第2のステータ9の第2の外側磁極9A,9B、9C、9Dと回転軸10の内側磁極10Aとの間にマグネットリング1の他端側を挟む。つまり、外側磁極8A,8B、8C、8D,9A,9B、9C、9Dがマグネットリング1の外周表面と対向し、内側磁極10Aがマグネットリング1の内周表面に位置し第1の外側磁極部8A,8B、8C、8Dと内側磁極部10Aは対向し、同じく第2の外側磁極部9A,9B、9C、9Dと内側磁極部10Aは対向している構造になっている。
The
14は円筒形状の連結リングであり、この連結リング14の内側には溝14A,14B、14C、14D、14E、14F、14G、14Hが形成されており、溝14A,14C、14E、14Gはお互いに位相が360/n度、すなわち90度ずれており、溝14B、14D、14F、14Hはお互いに位相が360/n度、すなわち90度ずれている。
溝14A,14C、14E、14Gには第1のステータ8の第1の外側磁極8A,8B、8C、8Dが嵌合され接着剤等で固定され、溝14B、14D、14F、14Hには第2のステータ9の第2の外側磁極9A,9B、9C、9Dが嵌合され接着剤等で固定される。溝溝14A,14C、14E、14Gと溝14B、14D、14F、14Hとは位相が(112.5/n)度、すなわち28.125°ずれている。これにより前述したように前記第1のステータ8の櫛歯形状の外側磁極部8A,8B、8C、8Dと前記第2のステータ9の櫛歯形状の外側磁極部9A,9B、9C、9Dとは位相が(112.5/n)度、すなわち28.125°ずれて配置され保持される。
The first outer
この連結リング14に、上記のようにして第1のステータ8と第2のステータ9を固定することで、これら第1のステータ8と第2のステータ9を所望の位置および位相で配置することができる。また、連結リング14は非磁性材料で構成されており、第1のステータ8と第2のステータ9との間の磁気回路を分断でき、お互いの磁極の影響が出にくい構成となっている。
By fixing the
本実施例1では、マグネットリング1の内径部は回転軸10の第1の内側磁極部10Aによって埋められているので、上記の特許文献1や特許文献2で提案されているものに比べ、マグネットの機械的強度が大きく、また、回転軸10はマグネットの内径部に現れるS極、N極との間の磁気抵抗を小さくするいわゆるバックメタルとして作用するので、磁気回路のパーミアンス係数は高く設定されることになり、高温下の環境で使用されても減磁による磁気的劣化も少ない。
In the first embodiment, the inner diameter portion of the
前記第1のステータ8と第2のステータ9はカップ状の形状で外側の筒部分に切り欠きを設けたという単純な形状であるから、製造が容易である。もしも従来例で述べた特許文献1や特許文献2に示す構造であると、第1のステータあるいは第2のステータはそれぞれ内側磁極部を外側磁極部と一体的に構成しなければならず、内側磁極部と外側磁極部を同一の部品で構成する場合は製造が難しい。例えばメタルインジェクションモールドにより成型するのはコストが高くなり、プレスにより一体的に製造するのは外側磁極部を構成する部品を製造するのに比較し、部品が細かくなればなるほど困難になる。また、内側磁極部と外側磁極部を別々に製造してからカシメや溶接あるいは接着等により一体的に固着する場合はコストが高くなる。すなわち、特許文献1や特許文献2に開示された従来のモータは、コイル2個、マグネットリング1個、出力軸1個、第1ステータ(外側磁極部を構成する部品と内側磁極部を構成する部品の2部品)、第2ステータ(外側磁極部を構成する部品と内側磁極部を構成する部品の2部品)、連結リングの、合計9部品が最低限必要であったのに対し、本実施例では、コイル2個、マグネットリング1個、出力軸に相当する回転軸1個、第1ステータ(外側磁極部を構成する部品)、第2ステータ(外側磁極部を構成する部品)、連結リングの、合計7部品で構成することが可能となり、コストが安くなり、製造もし易くなる。
Since the
さらに、特許文献1や特許文献2で提案されているモータは、マグネットの外径部と外側磁極部の隙間を精度良く保って組み立てる必要があるほかに、マグネットの内径部に対向する位置にある内側磁極部はマグネットに対し所定の隙間を設けて配置する必要があり、部品精度のばらつきや組み立て精度が悪い事によりこの隙間を確保できず、内側磁極部がマグネットに接触してしまうなどの不良が生じる可能性が高いのに対し、本実施例では、マグネットの外径部のみの隙間を管理するだけでよいので組み立てが容易になる。また、第1の内側磁極部と第2の内側磁極部を別の部品で構成するのに比べ、本実施例では単一の部品で構成しているので、お互いの相互差が少なく精度の良いステッピングモータとすることができる。
Furthermore, the motors proposed in
更には、上記特許文献1や特許文献2では、内側磁極部はマグネットと出力軸をつなぐ部分に接触しないように構成しなければならず、これにより内側磁極部とマグネットとが対向する軸方向の長さ(図7のL1)は十分に長く出来ないのに対し、本実施例では、図2のL2で示すように、内側磁極部とマグネットとが対向する軸方向の長さを容易に長く確保でき、これにより外側磁極部とマグネットを有効に利用することができモータの出力を高めることができる。
Further, in
更には、マグネットリング1の長さをA1とし従来例(特許文献1 特開平09−331666号公報)の場合と比較すると従来例ではマグネットの極数を4×nとすると第1の外側磁極の数は2×n個所、対向長さ(A1−T1)/2であるから総対向量はn×(A1−T1)となるのに対し、本発明ではn×A1となり総対向量は多くなる。これによりマグネットを有効に利用でき出力の大きなモータとする事ができる。
Furthermore, when the length of the
図4は、図2のA−A断面を示す図であり、これを用いてステッピングモータの回転駆動について説明する。 FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2, and the rotation driving of the stepping motor will be described using this.
図4(a)の状態は第1のコイル2および第2のコイル3に通電して、第1のステータ8の外側磁極部8A,8B、8C、8DをN極に励磁し、第2のステータ9の外側磁極部9A,9B、9C、9DをS極に励磁している状態である。
In the state of FIG. 4A, the
図4(a)の状態から、第1のコイル2および第2のコイル3に通電して、第1のステータ8の外側磁極部8A,8B、8C、8DをN極に励磁し、第2のステータ9の外側磁極部9A,9B、9C、9DをN極に励磁すると、ロータであるマグネットリング1は反時計方向に11.25度回転し、図4(b)に示す状態になる。次に、第1のコイル2への通電を反転させ、第1のステータ8の外側磁極部8A,8B、8C、8DをS極に励磁し、第2のステータ9の外側磁極部9A,9B、9C、9DをN極に励磁すると、ロータであるマグネットリング1は更に反時計方向に11.25度回転し、図4(c)に示す状態になる。次に、第2のコイル3への通電を反転させ、第1のステータ8の外側磁極部8A,8B、8C、8DをS極に励磁し、第2のステータ9の外側磁極部9A,9B、9C、9DをS極に励磁すると、ロータであるマグネットリング1は更に反時計方向に11.25度回転し、図4(d)に示す状態になる。
From the state of FIG. 4A, the
以後、このように第1のコイル2および第2のコイル3への通電方向を順次切り換えていくことによって、ロータであるマグネットリング1は通電位相に応じた位置へと順に回転する。
Thereafter, by sequentially switching the energization directions to the
上記の実施例1では、上記特許文献1や特許文献2で提案されているものと同様に、コイルに通電により発生する磁束を直接マグネットに作用させ、ステッピングモータを高出力なものにするとともに、非常に小型化可能なものとしている。つまり、このモータの径はマグネットの径にステータの磁極を対向させるだけの大きさがあればよく、また、ステッピングモータの長さは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良いことになる。このため、ステッピングモータの大きさは、マグネットおよびコイルの径と長さによって決まるもので、マグネットおよ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ピングモータを超小型にすることができるものである。
In the first embodiment, the magnetic flux generated by energizing the coil is directly applied to the magnet in the same manner as that proposed in
この時、マグネットおよびコイルの径と長さをそれぞれ非常に小さくすると、ステッピングモータとしての精度を維持する事が難しくなるが、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および内周面に第1、第2のステータの外側磁極部および内側磁極部を対向させる単純な構造によりステッピングモータの精度の問題を解決している。さらに上記の説明で述べたように、低コストで高出力なものに出来る。 At this time, if the diameter and length of the magnet and the coil are made very small, it becomes difficult to maintain the accuracy as the stepping motor. This is because the magnet is formed in a hollow cylindrical shape, and this hollow cylindrical shape is formed. The problem of accuracy of the stepping motor is solved by a simple structure in which the outer magnetic pole part and the inner magnetic pole part of the first and second stators are opposed to the outer peripheral surface and inner peripheral surface of the formed magnet. Furthermore, as described in the above description, it is possible to achieve high output at low cost.
図5は本発明の実施例2に係るステッピングモータを示す断面図であり、上記実施例1と同じ構成要素については同一の符号を付し、その説明は省略する。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a stepping motor according to
同図において、15は第1のボビンであり、第1のコイル2が巻き回されている。この第1のボビン15は非磁性材料で非導電材料からなり、第1のコイル2と第1のステータ8が不用意に導通しないようにしている。この第1のボビン15は第1のステータ8に固定され、孔15Aで回転軸10を回転可能に保持し、上記実施例1における第1軸受け12と同様な機能を果たす。16は第2のボビンであり、第2のコイル3が巻き回されている。この第2のボビン16も非磁性材料で非導電材料からなり、第2のコイル3と第2のステータ9が不用意に導通しないようにしている。この第2のボビン16は第2のステータ9に固定され、孔16Aで回転軸10を回転可能に保持し、上記実施例1における第2軸受け13と同様な機能を果たす。
In the figure,
本実施例2では、第1コイル2と第1のステータ8との不用意な導通を防ぐと同時に、第1ステータ8と回転軸10の吸着を防ぐ部材を一つの部品、すなわち第1のボビン15で構成したので、組み立てが容易でかつコストの安く、安定した動作を行うことができる構成とすることができる。同じく、第2コイル3と第2のステータ9との不用意な導通を防ぐと同時に、第2ステータ9と回転軸10の吸着を防ぐ部材を一つの部品、すなわち第2のボビン16で構成したので、組み立てが容易でかつコストの安く、安定した動作を行うことができる構成とすることができる。
In the second embodiment, the
以上の実施例1および実施例2によれば、第1の外側磁極部8A,8B、8C、8Dと対向し、マグネットリング1の内周面に固定された出力軸10の部分を内側磁極部10Aと呼ぶとすると、第1のコイル2により発生する磁束は、マグネットリング1の外周面に対向する第1の外側磁極部8A,8B、8C、8Dとマグネットリング1の内周面に固定された回転軸10の内側磁極部10Aとの間を通過するので、効果的にマグネットリング1に作用する。その際に、マグネットリング1の内周面に対向する回転軸10の第1の内側磁極部10Aはマグネットリング1の内周面との間に空隙を設ける必要がないので、上記引用文献1や引用文献2に比べ、外側磁極部8A,8B、8C、8Dと内側磁極部10Aの距離を狭くでき、磁気抵抗を小さくすることができる、出力を高めることができる。
According to the first embodiment and the second embodiment described above, the portion of the
第2のコイル2により発生する磁束は、マグネットリング1の外周面に対向する第2の外側磁極部9A,9B、9C、9Dとマグネットリング1の内周面に固定された回転軸10の内側磁極部10Aとの間を通過するので、効果的にマグネットリング1に作用する。その際に、マグネットリング1の内周面に対向する回転軸10の内側磁極部10Aはマグネットリング1の内周面との間に空隙を設ける必要がないので、上記引用文献1や引用文献2に比べ、第2の外側磁極部9A,9B、9C、9Dと内側磁極部10Aの距離を狭くでき、磁気抵抗を小さくすることができるので、出力を高めることができる。
The magnetic flux generated by the
また、前記内側磁極部10Aは単一の回転軸10で構成しているので、上記引用文献1や引用文献2に示される外側磁極部と内側磁極部を接続あるいは一体的に製造する場合に比べ、容易に製造でき、コストが安くなる。
Further, since the inner
さらに、マグネットリング1は内径部に回転軸10が固定されるので、強度において優れたものとなる。
Furthermore, since the rotating
つまり、構成する部品の数が少なく、かつ、製造の容易な部品で構成できるモータとすることができる。また、内側磁極部10Aを長く構成できるので、外側磁極部8A,8B、8C、8D,9A,9B、9C、9Dとマグネットリング1を有効に利用することができ、ステッピングモータの出力を高めることができる。さらに、マグネットリング1の外径部と外側磁極部8A,8B、8C、8D,9A,9B、9C、9Dとの隙間を管理するだけでよいので、組み立てが容易になる。又、マグネットリング1の機械的強度が増し、バックメタルとして回転軸10は作用するので、マグネットの磁気的劣化も少ない。
That is, it is possible to provide a motor that has a small number of components and can be configured with easily manufactured components. Further, since the inner
更に、第1のコイル2と第2のコイル3は、マグネットリング1とほぼ同径で、かつ該マグネットリング1を軸方向に関して挟む位置に配置されているため、ステッピングモータの外径寸法を小さくしている。
Further, since the
マグネットリングの着磁極数を4×nとした場合、第1のステータの櫛歯形状の外側磁極部をn個の等分割された角度位置に設け、第2のステータの櫛歯形状の外側磁極部をn個の等分割された角度位置に設け、第1の外側磁極部と前記第2の外側磁極部とは前記マグネットリングの外周面に対し相対位置が(112.5/n)度ずれ且つマグネットリングの軸方向に関して少なくとも一部が重複するように配置した事により、マグネットリング1の長さをA1で示すと従来例(特許文献1 特開平09−331666号公報)の場合と比較すると従来例ではマグネットの極数を4×nとすると第1の外側磁極の数は2×n個所、対向長さ(A1−T1)/2であるから総対向量はn×(A1−T1)となるのに対し、本発明ではn×A1となり総対向量は多くなる。これによりマグネットを有効に利用でき出力の大きなモータとする事ができる。さらにこの場合でも第1のステータの外側磁極部と第2のステータの外側磁極部とは離して構成できるのでクロストークを防ぐ事ができ安定した性能のステッピングモータとする事ができる。
When the number of magnetic poles of the magnet ring is 4 × n, the comb-shaped outer magnetic pole portion of the first stator is provided at n equally divided angular positions, and the comb-shaped outer magnetic pole of the second stator is provided. The first outer magnetic pole part and the second outer magnetic pole part are displaced by (112.5 / n) degrees relative to the outer peripheral surface of the magnet ring. In addition, when the length of the
本発明のステッピングモータは、撮影装置や携帯電話機等の小型の機器に有用である。 The stepping motor of the present invention is useful for small devices such as a photographing device and a mobile phone.
1 マグネット(マグネットリング)
2 第1のコイル
3 第2のコイル
8 第1のステータ
8A,8B、8C、8D 第1の外側磁極部
9 第2のステータ
9A,9B、9C、9D 第2の外側磁極部
10 回転軸
10A 内側磁極部
12 第1軸受け
13 第2軸受け
14 連結リング
15 第1のボビン
16 第2のボビン
1 Magnet (Magnet Ring)
2
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