(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向にＮ、Ｓ極が交互に複数着磁された円筒状のマグネットと該マグネットの中心に一端部が結合され、ベアリングにより回転支持されるシャフトで構成されたローターと；
前記マグネットの軸方向に側部に空隙を隔てて環状に巻線されるコイルと、中央に軸孔が形成された円筒状でその内面にコイルが設けられマグネットと同心をなすよう配置されながら外周縁が等間隔で分割延長されマグネットの外径面に空隙を隔て対向配置される第１のポールティースを形成する外部ヨークと、小径の一端部が前記コイルの内周縁及び前記外部ヨークの軸穴に挿入される挿入部を構成し大径の他端はコイルの側部を遮蔽しながら分割延長され前記第１のポールティースと交互に配置される第２のポールティースを形成する内部ヨークとで構成されるステータと；
とを備えることを特徴とするステッピングモーター。
【請求項２】
前記ヨークは、マグネットの軸方向に両側に設けられる第１のヨークと第２のヨーク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ー。
【請求項３】
前記第１のポールティース及び第２のポールティースは、コイルに加えられる電流方向により、相互異なる極性に励磁され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ー。
【請求項４】
前記第１のヨークのポールティースと第２のヨークのポールティースは、相互対向する方向に延長されたことを特徴とする請求項２に記載のステッピングモーター。
【請求項５】
前記第１のヨークと第２のヨークは、円筒状を有するハウジングの内周縁に挿入され固定されることを特徴とする請求項２に記載のステッピングモーター。
【請求項６】
前記第１のポールティース及び第２のポールティースは、互いに一定の空隙を隔てて設けられ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ー。
【請求項７】
円周方向にＮ、Ｓ極が交互に複数着磁される円筒状のマグネットと；前記マグネットの中心に一端部が結合され、ベアリングにより回転支持されるシャフトと；前記マグネットの軸方向に側部に空隙を隔て設けられ、ボビンの外周縁に環状に巻線される一対のコイルと；前記コイルが内面に設けられる円筒状に設けられ、マグネットに同心をなしながら配置され、外周縁が等間隔で分割延長され、マグネットの外径面に空隙を隔て対向される第１のポールティースを形成する外部ヨーク、及び一端がボビンの内周縁及び前記外部ヨークの軸穴に挿入される挿入部を構成し他端はコイルの側部を遮蔽しながら分割延長され、第１のポールティースと交互に配置される第２のポールティースを形成した内部ヨークとで構成される第１、第２のヨークと；前記第１、第２のヨークの外周縁に挿入され、これらを固定するハウジングと；から構成されることを特徴とするステッピングモーター。
【請求項８】
前記第１のポールティース及び第２のポールティースは、コイルに加えられる電流方向により、相互異なる極性に励磁されることを特徴とする請求項７に記載のステッピングモーター。
【請求項９】
前記第１のポールティース及び第２のポールティースは、互いに一定の空隙を隔てて設けられることを特徴とする請求項７に記載のステッピングモーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス電力に対応し回転運動をするステッピングモーターに関し、より詳細には、マグネットとヨークとを軸方向に配置させ、ヨークの一端を、マグネットの一部を包む形で形成し、小型化が可能で、且つ安定した駆動特性を保障するステッピングモーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ステッピングモーター(stepping motor)は、シャフトの位置を検出するためのフィードバックなしに定まった角度を回転し、非常に高正確度で静止することができながら、他のモーターに比べ、静止の際、極めて大きい静止トルクを保有するので、別途の電磁ブレーキ等の位置保持機構を要しなく、回転速度もパルス(pulse rate)に比例するので、簡便に制御することができる駆動特性を有する。
【０００３】
このような特性により、前記ステッピングモーターは、主に、機械的な移動量を精密に制御することに使用されており、特に、パルス(pulse)によりデジタル(digital)的に制御することができるので、小型の精密電磁機器等の駆動源にも広く使用されている。
【０００４】
一例として、前記ステッピングモーターは、プリントヘッドの印字位置制御や、Ｘ−Ｙプロッタ(X-Y Plotter)のペン位置制御、又はフロッピディスク(floppy disk)及び各種のディスクロームのヘッド(head)位置制御、紙幣計数機、縫製機器、電動タイプライター、ファクシミリ等のように、多様な電磁機器の精密制御の駆動源として使用されている。
【０００５】
図１は、従来技術によるステッピングモーターを示す断面図であり、図２は、従来技術によるステッピングモーターを示す斜視図であり、これらに示されているように、ステッピングモーターは、ローター(rotor)とステータ(stator)とに大別される。
【０００６】
ローターは、シャフトｓとマグネットｍとで構成され、前記シャフトｓは、所定の長さを有する出力端であり、第１、第２のカバープレートｃ１、ｃ２の中心面に結合されている複数個のベアリングｂに挿入され、一方向又は逆方向に回転可能に支持される。このようなシャフトｓの一端部の外周縁にはマグネットｍが設けられ、該マグネットｍは、ほぼ円筒状で、その外周面にＮ、Ｓ極が交互に着磁される構成である。
【０００７】
一方、前記マグネットｍは、後述のステータの内周面に設けられたコイル１３０、２３０と一定の空隙を形成しながら、対向配置するように構成されることで、相互作用により、所定の電磁気力を発生する。
【０００８】
ステータは、大きく、円筒状を有する第１、第２のステータ１００、２００から構成され、これらの前記第１、第２のステータ１００、２００は、互いに同一線上に配置結合される構成であって、その内面には、コイル１３０、２３０が巻線される第１、第２のヨーク１１０、２１０を備えてなる。
【０００９】
即ち、前記第１のヨーク１１０は、内面のボビン１２０と、該ボビン１２０の外面にコイル１３０を巻線する構成であり、前記ローターのマグネットｍと対向する内面にはヨークが歯(teeth)噛合いの形態を有するよう交互に配列形成される。
【００１０】
又、前記第２のヨーク２１０は、前記第１のヨーク１１０と同様に、内面にコイル２３０を巻線したボビン２２０が設けられる構造であり、前述のローターのマグネットｍと対向する内面には、ヨークが歯噛合いの形態を有するよう交互に配列形成される構造である。
【００１１】
一方、前記第１、第２のステータ１００、２００は、図面から見れば、左、右側面が中心面にシャフトｓを回転可能に支持するベアリングｂが介在された第１、第２のカバープレートｃ１、ｃ２により一体に固定される構成である。
【００１２】
このような構成を有する従来のステッピングモーターは、第１、第２のステータ１００、２００の各コイル１３０、２３０に外部から電流が加えられれば、前記コイル１３０、２３０と、前記第１、第２のヨーク１１０、２１０と、前記マグネットｍの磁極の間で電磁気力が発生し、この際の電磁気力により、マグネットｍとシャフトｓとから構成されるローターが、第１、第２のステータ１００、２００を中心にして回転されることになる。
【００１３】
しかしながら、近年、精密機器の小型化及び薄型化の傾向により、これらの精密機器に搭載されるステッピングモーターのスリム化も切実に望まれているが、従来のステッピングモーターは、シャフトｓを中心にして、その外周縁に相互異なる径を有する多数個の部品が構成されることにより、小型化において限界がある不都合がある。
【００１４】
即ち、上記従来のステッピングモータを小型化するためには、やむを得ず、マグネットｍの径及びコイル１３０、２３０の径を縮小する方法があるが、このような構成によっては、マグネットｍ及びコイル１３０、２３０の磁気力も低下し、結果的に、相互間の電磁気力が極めて低くなる。従って、モーターの大きさが小型化になるほど、その出力性能も低くなるので、小型化に限界があるのである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述の従来の問題点を解決するために創出されたものであって、本発明の目的は、軸方向にマグネットとコイルとを配置し、ヨークの一端を延長させ、マグネットの側部及び外径面に交互に配置することにより、小型化を達成し且つ安定した駆動特性を保障することのできるステッピングモーターを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するため、本発明は、円周方向にＮ、Ｓ極が交互に複数着磁された円筒状のマグネットと該マグネットの中心に一端部が結合され、ベアリングにより回転支持されるシャフトで構成されたローターと；
前記マグネットの軸方向に側部に空隙を隔てて環状に巻線されるコイルと、中央に軸孔が形成された円筒状でその内面にコイルが設けられマグネットと同心をなすよう配置されながら外周縁が等間隔で分割延長されマグネットの外径面に空隙を隔て対向配置される第１のポールティースを形成する外部ヨークと、小径の一端部が前記コイルの内周縁及び前記外部ヨークの軸穴に挿入される挿入部を構成し大径の他端はコイルの側部を遮蔽しながら分割延長され前記第１のポールティースと交互に配置される第２のポールティースを形成する内部ヨークとで構成されるステータと；
とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の前記ヨークは、マグネットの軸方向に両側に設けられる第１のヨークと第２のヨークであることに特徴がある。
【００１８】
本発明の前記第１のポールティースと第２のポールティースとは、コイルに加えられる電流方向により、相互異なる極性に励磁されることに特徴がある。
【００１９】
本発明の前記第１のヨークのポールティースと第２のヨークのポールティースとは、相互対向する方向に延長されたことに特徴がある。
【００２０】
本発明の前記第１のヨークと第２のヨークは、円筒状を有するハウジングの内周縁に挿入され固定されることに特徴がある。
【００２１】
本発明の前記第１のポールティース及び第２のポールティースは、互いに一定の空隙を隔てて設けられることに特徴がある。
【００２２】
本発明の望ましい他の実施例として、ステッピングモーターは、円周方向にＮ、Ｓ極が交互に複数着磁される円筒状のマグネットと；前記マグネットの中心に一端部が結合され、ベアリングにより回転支持されるシャフトと；前記マグネットの軸方向に側部に空隙を隔て設けられ、ボビンの外周縁に環状に巻線される一対のコイルと；前記コイルが内面に設けられる円筒状に設けられ、マグネットに同心をなしながら配置され、外周縁が等間隔で分割延長され、マグネットの外径面に空隙を隔て対向される第１のポールティースを形成する外部ヨーク、及び一端がボビンの内周縁及び前記外部ヨークの軸穴に挿入される挿入部を構成し他端はコイルの側部を遮蔽しながら分割延長され、第１のポールティースと交互に配置される第２のポールティースを形成した内部ヨークとで構成される第１、第２のヨークと；前記第１、第２のヨークの外周縁に挿入され、これらを固定するハウジングと；から構成されることを特徴とする。
【００２３】
本発明の前記第１のポールティースと第２のポールティースとは、コイルに加えられる電流方向により、相互異なる極性に励磁されることに特徴がある。
【００２４】
本発明の前記第１のポールティースと第２のポールティースとは、互いに一定の空隙を隔てて設けられることに特徴がある。
【００２５】
【発明の実施形態】
以下、本発明の望ましい実施例を、添付の図面に基づき詳細に説明すれば、以下の如きである。
【００２６】
図３は、本発明によるステッピングモーターを示す断面図であり、図４は、本発明によるステッピングモーターを示す分解斜視図である。
【００２７】
同図に示されているように、ステッピングモーターは、大きく、回転するローターと、固定状態を保持するステータとに大別される。
【００２８】
ローターは、ステータを中心にして回転運動をする実質的な出力手段であり、大きく、シャフトｓとマグネットｍとで構成される。
【００２９】
前記シャフトｓは、図面からみれば、一端部がステータの中心に挿入される構造であり、複数個のベアリングｂ１、ｂ２により正、逆方向に回転可能に軸支される構造である。このようなシャフトｓは、外周縁にＮ、Ｓ極が着磁されたマグネットｍが設けられる。
【００３０】
前記マグネットｍは、ほぼ円筒状に設けられ、その中心に、前記シャフトｓが軸挿入可能に軸孔ｍ１が形成される。このようなマグネットｍは、その外周面に円周方向にＮ、Ｓ極が交互に多数着磁される構成であり、後述のヨークとの相互作用により電磁気力を発生する。
【００３１】
ステータは、大きく、Ｎ、Ｓ極に励磁されるヨークと、該ヨークの内面に設けられる環状に巻線されたコイルと、また、前記コイルが外周縁に巻線される円筒状のボビンとから構成される。
【００３２】
前記ヨークは、更に、第１のヨーク１０と第２のヨーク２０とに大別され、これらの第１のヨーク１０と第２のヨーク２０とは、マグネットｍを挟み両側に設けられる構造であり、図３に示すように、マグネットｍの軸方向に左側方に第１のヨーク１０が配置され、マグネットｍの右側方に第２のヨーク２０が配置される。このような第１のヨーク１０と第２のヨーク２０とは、マグネットｍと所定間隔の空隙(air gap)を形成しながら、同心をなすよう配置され、内面にコイル１３、２３が巻線されたボビン１４、２４が設けられる構成である。
【００３３】
ここで、前記第１のヨーク１０は、また、外部ヨーク１１と内部ヨーク１５とで構成され、この際の前記外部ヨーク１１は、中央に所定の大きさの孔１１’が形成された円筒状に設けられ、その内面には、コイル１３が巻線された円筒状のボビン１４が設けられる構成である。このような外部ヨーク１１は、マグネットｍと同心をなすよう配置される構造であり、外周縁が等間隔で分割延長され、マグネットｍの外径面に空隙を形成しながら対向する多数の第１のポールティース(pole teeth)１２を形成する。この際、前記第１のポールティース１２は、コイル１３に加えられる電流方向により、Ｎ極又はＳ極に励磁され、マグネットｍとの相互作用により電磁気力を発生する。
【００３４】
一方、前記内部ヨーク１５は、シャフトｓの直径に比べ大きな径を有する軸ホール(符号なし)が形成された挿入部１５’を備え、該挿入部１５’は、図に示すように、ボビン１４の内周縁を介し外部ヨーク１１の孔１１’に挿入される構造である。又、挿入部１５’の一端は、拡径された形状で、外部ヨーク１１と共にコイル１３の一側を遮蔽し、その外周縁に、前記第１のポールティース１２と交互に配置される多数の第２のポールティース(pole teeth)１６を形成してなる。
【００３５】
この際、前記第１のポールティース１２と第２のポールティース１６とは、互いに一定の空隙を形成して設けられ、コイル１３に加えられる電流方向により、相互異なる極性に励磁される。即ち、第１のポールティース１２がＮ極に励磁される場合には、第２のポールティース１６はＳ極に励磁され、逆に、第１のポールティース１２がＳ極に励磁される場合には、第２のポールティース１６はＮ極に励磁される。
【００３６】
前記第２のヨーク２０は、上述の第１のヨーク１０と同様な構成であり、前記マグネットｍを中心に対向配置される構造である。即ち、前記第２のヨーク２０は、大きくは、外部ヨーク２１と内部ヨーク２５とでなり、この際、前記外部ヨーク２１は、中央に所定の大きさの孔２１’が形成された円筒状であり、その内面に、コイル２３が巻線された円筒状のボビン２４が設けられる構成である。このような外部ヨーク２１は、マグネットｍと同心をなしながら配置され、その外周縁が等間隔で分割延長され、マグネットｍの外径面に空隙を形成しながら対向する多数の第１のポールティース２２を形成する。この際、前記第１のポールティース２２は、上述の第１のヨーク１０の第１のポールティース１２と対向する方向に延長され、コイル２３に加えられる電流方向によるＮ極又はＳ極に選択励磁される。
【００３７】
一方、前記第２のヨーク２０の内部ヨーク２５は、外部ヨーク２１の孔２１’に挿入される円筒状の挿入部２５’を設け、該挿入部２５’の一端は、拡径されながら等間隔で分割延長される第２のポールティース２６が形成される。この際、第２のポールティース２６は、外部ヨーク２１の第１のポールティース２２と交互に配置され、前記コイル２３に加えられる電流方向により、Ｓ極又はＮ極に選択励磁される。
【００３８】
他方、未説明符号ｂ１、ｂ２は、前記第１のヨーク１０及び第２のヨーク２０の中心面に挿入され、シャフトｓを回転可能に支持するベアリングであり、又、符号ｈは、前記第１のヨーク１０と第２のヨーク２０との外周縁に挿入され、これらを固定する円筒状のハウジングである。
【００３９】
このような構成を有する本発明によるステッピングモーターの作動を説明すれば、以下の如きである。
【００４０】
先ず、図５及び図６は、本発明によるステッピングモーターにおいて、第１のヨークの外部ヨーク及び内部ヨークの励磁された状態を示す概念図であり、図に示されているように、コイル１３に加えられる電流方向により、外部ヨーク１１及び内部ヨーク１５は、相互異なる極性に励磁される。
【００４１】
即ち、外部ヨーク１１の第１のポールティース１２がＮ極に励磁されれば、内部ヨーク１５の第２のポールティース１６はＳ極に励磁され、これとは逆に、外部ヨーク１１の第１のポールティース１２がＳ極に励磁されれば、内部ヨーク１５の第２のポールティース１６はＮ極に励磁される。
【００４２】
同様に、図示しないが、第２のヨークも、コイルに加えられる電流方向により、外部ヨークと内部ヨークとが相互異なる極性に励磁される。
【００４３】
従って、上記のように構成されるステッピングモーターは、第１のヨーク１０及び第２のヨーク２０の各コイル１３、２３に電流が加えられることにより、第１のヨーク１０及び第２のヨーク２０が励磁され、このような状態で、前記第１、第２のヨーク１０、２０を構成する外部ヨーク１１、２１と内部ヨーク１５、２５の第１のポールティース１２、２２、第２のポールティース１６、２６が相互対応する極性に磁極を有することにより、結果的に、前記マグネットｍと第１のポールティース１２、２２及び第２のポールティース１６、２６の間に電磁気力が発生し、この際の電磁気力により、マグネットｍとシャフトｓとで構成されたローターが、ステータを中心に回転をする。
【００４４】
このように、コイル１３、２３に加えられる電流方向を切替えれば、外部ヨーク１１、２１及び内部ヨーク２５、２６の第１のポールティース１２、２２、第２のポールティース１６、２６の極性が異なることになり、この際の前記第１のポールティース１２、２２、第２のポールティース１６、２６の極性と、マグネットｍに着磁された極性との間に発生する電磁気力によりマグネットｍが回転することになる。
【００４５】
即ち、励磁する順により、ローターのマグネットｍが一定角度の回転をし、励磁の相が変化したときに回転する。また、励磁中、コイルに電流が流れ続けている間は、外部ヨーク１１、２１及び内部ヨーク２５、２６の極性変化がないので、マグネットｍが一定位置に保持される。
【００４６】
一方、上記の実施例は、本発明の望ましい実施例を述べたに過ぎず、本発明の適用範囲は、このようなことに限らず、同一思想の範疇内で適宜変更可能である。例えば、本発明の実施例に示される各構成要素の形状及び構造は、変形実施できるのである。
【００４７】
【発明の効果】
上述のように構成され作用する本発明によるステッピングモーターは、マグネットの軸方向に両側にコイルが配置され、該コイルを相互異なる極性を有するポールティースを形成した外部ヨークと内部ヨークとで取り包む構成により、モーターの全体的な厚さを減少し、且つ安定した出力性能を保障することのできる長所を提供する。
【００４８】
特に、このような構成により、モーターの小型化による設計上の自由度が一層増大できる効果を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術によるステッピングモーターを概略的に示す断面図である。
【図２】  従来技術によるステッピングモーターを示す斜視図である。
【図３】  本発明によるステッピングモーターを示す断面図である。
【図４】  本発明によるステッピングモーターを示す分解斜視図である。
【図５】  本発明によるステッピングモーターにおいて、ヨークの励磁状態を示す断面図である。
【図６】  本発明によるステッピングモーターにおいて、ヨークの励磁状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０、２０    ヨーク
１１、２１    外部ヨーク
１２、２２    第１のポールティース
１３、２３    コイル
１４、２４    ボビン
１５、２５    内部ヨーク
１６、２６    第２のポールティース
ｂ１、ｂ２    ベアリング
ｈ    ハウジング
ｍ    マグネット
ｓ    シャフト
【図１】
0003675772.tif 000002
【図２】
0003675772.tif 000003
【図３】
0003675772.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003675772.tif 000006
【図６】
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