(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に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と、
前記マグネットと同心で、かつ、前記マグネットを軸方向にはさむ位置に配置された第1のコイルおよび第２のコイルと、
前記第1のコイルの内径部に挿入され、かつ、前記マグネットの内径部に対向する軟磁性材料からなる第１ヨークと、
前記第２のコイルの内径部の挿入され、かつ、前記マグネットの内径部に対向する軟磁性材料からなる第２ヨークと、
前記第１ヨークと接続され、前記第1のコイルと前記マグネットの外径部を覆う軟磁性材料からなる第３ヨークと、
前記第２ヨークと接続され、前記第２のコイルと前記マグネットの外径部を覆う軟磁性材料からなる第４ヨークと、
前記マグネットに固着され、かつ、前記第１のヨークおよび前記第２のヨークに回転可能に嵌合する、あるいは前記第１のヨークおよび第２のヨークに固着されている軸受けに回転可能に嵌合する軟磁性材料からなる回転軸とを有することを特徴とするモータ。
【請求項２】
円周方向に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と、
前記マグネットと同心で、かつ、前記マグネットを軸方向に配置されたコイルと、
前記コイルの内径部に挿入され、かつ、前記マグネットの内径部に対向する軟磁性材料からなるヨークと、
前記マグネットに固着され、かつ、前記ヨークに回転可能に嵌合する、あるいは前記ヨークに固着されている軸受けに回転可能に嵌合する軟磁性材料からなる回転軸と、
前記ヨークと接続され、前記コイルと前記マグネットの外径部を覆う軟磁性材料からなる外ヨークとを有することを特徴とするモータ。
【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】
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。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個で軸方向から挾持固定し、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１１５と軸受１０８が固定され、他方のケース１０３にはもう一個の軸受１０８が固定されている。ロータ１０９はロータ軸１１０にロータ磁石１１１が固定され、ステータ１０２のステータヨーク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、上記従来例は、ロータの外周にケース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である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のモータは、円周方向に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と、前記マグネットと同心で、かつ、前記マグネットを軸方向にはさむ位置に配置された第1のコイルおよび第２のコイルと、
前記第1のコイルの内径部に挿入され、かつ、前記マグネットの内径部に対向する軟磁性材料からなる第１ヨークと、前記第２のコイルの内径部の挿入され、かつ、前記マグネットの内径部に対向する軟磁性材料からなる第２ヨークと、前記第１ヨークと接続され、前記第1のコイルと前記マグネットの外径部を覆う軟磁性材料からなる第３ヨークと、前記第２ヨークと接続され、前記第２のコイルと前記マグネットの外径部を覆う軟磁性材料からなる第４ヨークと、前記マグネットに固着され、かつ、前記第１のヨークおよび前記第２のヨークに回転可能に嵌合する、あるいは前記第１のヨークおよび第２のヨークに固着されている軸受けに回転可能に嵌合する軟磁性材料からなる回転軸とを有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のモータは、円周方向に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と、前記マグネットと同心で、かつ、前記マグネットを軸方向に配置されたコイルと、前記コイルの内径部に挿入され、かつ、前記マグネットの内径部に対向する軟磁性材料からなるヨークと、前記マグネットに固着され、かつ、前記ヨークに回転可能に嵌合する、あるいは前記ヨークに固着されている軸受けに回転可能に嵌合する軟磁性材料からなる回転軸と、前記ヨークと接続され、前記コイルと前記マグネットの外径部を覆う軟磁性材料からなる外ヨークとを有することを特徴とする。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
図１から図４は、本発明の実施例１を表す図である。１は円筒形状の永久磁石からなるマグネットリングであり、円周をｎ分割（本実施例では４分割）してＳ極Ｎ極が交互に着磁された１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄからなる第１の着磁層と、円周を同じく４分割してＳ極Ｎ極が交互に着磁された１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈからなる第２の着磁層とからなる。第１の着磁層と第２の着磁層の位相は、１８０／ｎ度すなわち４５°ずれて着磁されている。
【００２０】
本実施例では、第１の着磁層の１ａ、１ｃ及び第２の着磁層の１ｅ、１ｇの外周面がＳ極、内周面がＮ極になるよう着磁されており、第１の着磁層の１ｂ、１ｄ及び第２の着磁層の１ｆ、１ｈの外周面がＮ極、内周面がＳ極になるよう着磁されている。２は軟磁性材料からなるロータ軸で、マグネットリング１の内径部と同心状に固着されている。
【００２１】
３、４はコイルであり、マグネットリングの外径とほぼ同径であり、前記マグネットリング１と同心で、かつマグネットリング１を軸方向に挟む位置に配置される。５は、軟磁性材料からなる第１ヨークで、コイル３の内径部３ａに挿入される５ｄ部と、前記マグネットリング１の第１の着磁層の内径部に対向する歯５ｂ、５ｃを持つ。５ｄ部と歯５ｂ、５ｃ部で図に示すように、概略円筒形状になっており、円筒部を形成している。また、歯５ｂ、５ｃは、第１の着磁層の極に対し同位相となるように、７２０／ｎ度、即ち１８０°ずれて形成されている。
【００２２】
６は、軟磁性材料からなる第２ヨークで、コイル４の内径部４ａに挿入される６ｄ部と、前記マグネットリング１の第２の着磁層の内径部に対向する歯６ｂ、６ｃを持つ。６ｄ部と歯６ｂ、６ｃ部で図に示すように、概略円筒形状になっており、円筒部を形成している。また、歯６ｂ、６ｃは、第２の着磁層の極に対し同位相となるように、７２０／ｎ度、即ち１８０°ずれて形成されている。
【００２３】
図２に示すように、ロータ軸２は第１ヨーク５、第２ヨーク６の円筒部の内径部に挿入され、第１ヨーク５の穴５ａとロータ軸２の２ａ部、第２ヨーク６の穴６ａとロータ軸２の２ｂとは回転可能に嵌合している。第１ヨーク５の歯５ｂ、５ｃと、第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃとは同位相、即ち互いに軸方向に関して対向する位置にある。
【００２４】
７は軟磁性材料からなる第３ヨークである。第３ヨークは筒形状であり、コイル３、コイル４、マグネットリング１の外周を覆うように構成されている。第３ヨーク７は、７ｅ部で、第１ヨーク５の５ｅ部と結合され、７ｆ部で第２ヨーク６ｅ部と結合される。また、第３ヨーク７は、第１ヨーク５の歯５ｂ、５ｃ、第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃにマグネットリング１をはさんで対向する位置に磁極部７ａ、７ｂ部があり、それ以外の部分には、穴７ｃ、７ｄが形成されている。第１ヨーク５の歯５ｂ、５ｃと、第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃとは同位相であるから、それらの歯に対向すべき第３ヨーク７の磁極部７ａ、７ｂは、図１に示すように単純な形状となり、プレス等での製造が容易になる。
【００２５】
磁極部７ａ、７ｂは図３の示すように、１８０°ピッチで９０°の範囲、マグネットリング１を覆うように構成されている。また磁極部７ａ、７ｂには、マグネットリング１の第１の着磁層と第２の着磁層との境界位置に、ほぼ対向する位置に穴７ｇ、７ｈが形成されており、そこの部分の磁気抵抗を高めることにより、コイル３から発生する磁束が、第２着磁層、及びコイル４へ影響を及ぼさぬように、また、コイル４から発生する磁束が、第１着磁層及びコイル３へ影響を及ぼさぬようにしてある。
【００２６】
本実施例において、第１ヨーク５の円筒部及び第２ヨーク６の円筒部は、直径が小さいために、第３ヨークに比べて断面積は非常に小さい。そのため、磁気飽和が発生しがちであるが、ロータ軸が軟磁性材料よりなるために、磁路の一部として利用され、磁気飽和を防ぎ、モータの出力を高める。
【００２７】
図２は、組立後の断面図であり、図３の（ａ）（ｂ）、（ｃ）（ｄ）は、図２におけるＡ−Ａ断面を示し、図３の（ｅ）（ｆ）、（ｇ）（ｈ）は、図２におけるＢ−Ｂ断面を示している。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。
【００２８】
図３の（ａ）、（ｅ）の状態から、コイル３、コイル４に通電して、第１ヨーク５の歯５ｂ、５ｃをＳ極、歯５ｂ、５ｃに対向する第３ヨークの７ａ、７ｂ部をＮ極、第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃをＳ極、歯６ｂ、６ｃに対向する第３ヨークの７ａ、７ｂ部をＮ極に励磁すると、永久磁石１は、４５°左（反時計方向に）回転し、図３の（ｂ）、（ｆ）に示す状態になる。
【００２９】
次に、コイル３への通電を反転させ、第１ヨーク５の歯５ｂ、５ｃをＮ極、歯５ｂ、５ｃに対向する第３ヨークの７ａ、７ｂ部をＳ極、第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃをＳ極、歯６ｂ、６ｃに対向する第３ヨークの７ａ、７ｂ部をＮ極に励磁すると、永久磁石１はさらに４５°左回転し、図３の（ｃ）、（ｇ）に示す状態になる。
【００３０】
次に、コイル４への通電を反転させ、第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃをＮ極、歯６ｂ、６ｃに対向する第３ヨークの７ａ、７ｂ部をＳ極に励磁すると、永久磁石１はさらに４５°左回転していく。
【００３１】
このように、コイル３、コイル４への通電方向を順次切り換えていくことにより、永久磁石１及び回転軸２からなるロータは、通電位相に応じた位置へと回転していく。
【００３２】
図４は、本モータの側面図である。コイル３、コイル４、マグネットリング１の外径寸法はほぼ同じであるので、それらを覆う第３ヨークの形状は、非常に単純な円筒形状とすることができ、図２に示すように、無駄な空間が非常に少なく、小径で高出力なモータとすることができる。また、コイル３、コイル４、マグネットリング１の内径もほぼ同じであるから、第１ヨーク５、第２ヨーク６の円筒部の形状は同一の直径、即ちストレートな円柱形状にでき、製造及び組立が容易である。
【００３３】
（参考例１）
図５は参考例１を示す図である。１１は銅合金等の非磁性体からなる軸受であり、第１ヨーク５に固着されており、内径部１１ａがロータ軸２の２ａ部と回転可能に嵌合する。１２は銅合金等の非磁性体からなる軸受であり、第２ヨーク６に固着されており、内径部１２ａがロータ軸２の２ｂ部と回転可能に嵌合する。軸受１１、１２によりロータ軸２は第１ヨーク５、第２ヨーク６とは直接摺接しないため、その間の磁気による吸着力は弱くなり、回転時に発生する摩擦による負荷は、実施例１に比べて小さく、出力の大きなモータとなる。
【００３４】
（参考例２）
図６、図７は参考例２を示す図である。８は軟磁性材料からなる第１外ヨークであり、歯８ａ、８ｂが第１ヨーク５の歯５ｂ、５ｃと、マグネットリング１の第１の着磁層を挟む位置に形成されている。９は軟磁性材料からなる第２外ヨークであり、歯９ａ、９ｂが第２ヨーク６の歯６ｂ、６ｃと、マグネットリング１の第２の着磁層を挟む位置に形成されている。１０は非磁性材料からなる連結リングであり、溝１０ａ、１０ｂに第１外ヨーク８の歯８ａ、８ｂが嵌合し、溝１０ｃ、１０ｄに第２外ヨーク９の歯９ａ、９ｂが嵌合し、第１外ヨーク８、第２外ヨーク９を公知の方法、例えば接着等により固定する。第１外ヨーク８と第２外ヨーク９は、連結リング１０の１０ｅ、１０ｆ部により、所定の間隔を持って固定されている。また、第１外ヨーク８の歯８ａ、８ｂは、第２外ヨーク９の歯９ａ、９ｂと向き合って配置されている。第１外ヨーク８と第２外ヨーク９とで、実施例１における第３ヨークと同様な働きをする。
【００３５】
また、第１外ヨーク８は、図７に示すように、一端が第１ヨーク５と接続され、かつコイル３の外径部を覆い、他端である磁極部８ａ、８ｂがマグネットリング１の外周部に所定の隙間を持って対向している。第１外ヨーク８の磁極部８ａ、８ｂは、マグネットリング１に所定の角度範囲、即ち本実施例ではそれぞれ約９０°の範囲、１８０°ピッチで対向している。
【００３６】
第２外ヨーク９は、図７に示すように、一端が第２ヨーク６と接続され、かつコイル４の外径部を覆い、他端である磁極部９ａ、９ｂがマグネットリング１の外周部に所定の隙間を持って対向している。第２外ヨーク９の磁極部９ａ、９ｂは、マグネットリング１に所定の角度範囲、すなわち本実施例ではそれぞれ約９０°の範囲、１８０°ピッチで対向している。
【００３７】
第１外ヨーク８と第１ヨーク５とは、一体に構成してもよい。第２外ヨーク９と第２ヨーク６とは、一体に構成してもよい。第１外ヨーク８と第１ヨーク５とで請求項中の第４ヨークに対応し、第２外ヨーク９と第２ヨーク６とで請求項中の第５ヨークに対応する。
【００３８】
本実施例では、非磁性材料からなる連結リング１０により、第１外ヨーク８と第２外ヨーク９とを磁気的に分断しているので、コイル３により発生する磁束が、第２着磁層やコイル４へ影響を及ぼさぬようにしており、また、コイル４により発生する磁束が、第１着磁層やコイル３へ影響を及ぼさぬようにしてある。これにより、モータの出力は、実施例１に比べてさらに高くなる。
【００３９】
また、マグネットリング１の第１着磁層と第２着磁層を同位相の着磁とした場合に、第１ヨーク５、第１外ヨーク８と、第２ヨーク６、第２外ヨーク９との相対差を１８０°／ｎ、即ち４５°とすることによっても同様である。マグネットリングの着磁は外周面と内周面とが異なる極になるようになされているが、外周面のみを着磁してもモータの駆動は可能である。
【００４０】
本実施例においても、第１ヨーク５の円筒部及び第２ヨーク６の円筒部は、直径が小さいため、第１外ヨーク８、第２外ヨーク９に比べて、断面積は非常に小さい。そのため、磁気飽和が発生しがちであるが、ロータ軸が軟磁性材料によりなるため、磁路の一部として利用され、磁気飽和を防ぎ、モータの出力を高める。軸受１１、１２も第２実施例同様に、軟磁性材料からなるロータ軸２と、第１ヨーク５、第２ヨーク６とを直接摺接しないようにするため、その間の磁気による吸着力は弱くなり、回転時に発生する摩擦による負荷の増大を防ぐ。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小径で高出力なモータとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施例１の構成部品の斜視図である。
【図２】図２は、実施例１の断面図である。
【図３】図３は、実施例１のマグネットリングと第１ヨーク、第２ヨーク、第３ヨーク
の関係を示す断面図である。
【図４】図４は、実施例１の側面図である。
【図５】図５は、参考例１の断面図である。
【図６】図６は、参考例２の構成部品の斜視図である。
【図７】図７は、参考例２の断面図である。
【図８】図８は、従来例のモータを示す断面図である。
【符号の説明】
１      マグネットリング
２      ロータ軸
３      コイル
４      コイル
５      第１ヨーク
６      第２ヨーク
７      第３ヨーク
８      第１外ヨーク
９      第２外ヨーク
１０    連結リング
１１    軸受
１２    軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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