(57)【要約】【課題】モータ駆動時の騒音の低減と回転角度精度の向上を図ったステッピングモータを提供する。【解決手段】円筒形状のマグネット２をシャフト１に固定しロータを構成する。ロータの軸線方向両側にコイル６Ａ、６Ｂを巻回したＡ相、Ｂ相の一対のボビン４Ａ、４Ｂを配置し、ボビンの両端にマグネット２の外周面に対向させて極歯となるヨーク８Ａ、８Ｂ、１０Ａ、１０Ｂを固定する。マグネット２の位置に軸線方向の片寄りが生じた状態で、軸線方向における片相のヨークとマグネット間のクリアランスと逆相のヨークとマグネット間のクリアランスに差を持たせクリアランスの小さい側のヨークとマグネット間に軸線方向の磁気的吸引力を生じさせる。また、マグネット２の中央部分に周方向の切欠き１１を設け、ロータの軸線方向のぶれに対してマグネット２と極歯との対向面積が常に一定となるようにする。【選択図】　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の極数に着磁された円筒形状のマグネットをシャフトに固定してロータを構成し、当該ロータの軸線方向両側にそれぞれコイルを巻回したＡ相、Ｂ相の一対のボビンを配置すると共に、これらボビンの両端に、前記マグネットの外周面に対向させて極歯を構成するヨークを固定したステッピングモータにおいて、
前記マグネットの軸線方向の位置に片寄りが生じた状態で、軸線方向における片相のヨークとマグネット間のクリアランスと逆相のヨークとマグネット間のクリアランスに差を持たせ、クリアランスの小さい側のヨークとマグネット間に軸線方向の磁気的吸引力を生じさせることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
所定の極数に着磁された円筒形状のマグネットをシャフトに固定してロータを構成し、当該ロータの軸線方向両側にそれぞれコイルを巻回したＡ相、Ｂ相の一対のボビンを配置すると共に、これらボビンの両端に、前記マグネットの外周面に対向させて極歯を構成するヨークを固定したステッピングモータにおいて、
前記マグネットの中央部分に周方向の切欠きを設け、前記ロータが軸線方向に移動した場合も当該マグネットと前記極歯との対向面積を常に一定にすることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項３】
所定の極数に着磁された円筒形状のマグネットをシャフトに固定してロータを構成し、当該ロータの軸線方向両側にそれぞれコイルを巻回したＡ相、Ｂ相の一対のボビンを配置すると共に、これらボビンの両端に、前記マグネットの外周面に対向させて極歯を構成するヨークを固定したステッピングモータにおいて、
前記マグネットの軸線方向の位置に片寄りが生じた状態で、軸線方向における片相のヨークとマグネット間のクリアランスと逆相のヨークとマグネット間のクリアランスに差を持たせ、クリアランスの小さい側のヨークとマグネット間に軸線方向の磁気的吸引力を生じさせると共に、前記マグネットの中央部分に周方向の切欠きを設け、前記ロータが軸線方向に移動した場合も当該マグネットと前記極歯との対向面積を常に一定にすることを特徴とするステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時計、カメラ、医療機器等に用いて好適な小形・小径のステッピングモータに関し、特に、駆動時の騒音低減と回転角度精度の向上を図ったステッピングモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記したような小径のステッピングモータとして、図５、図６に示す構造のものが知られている。
図５、図６に示すように、このステッピングモータは、４極着磁された円筒形状のマグネット２をシャフト１に同軸に固定してロータを構成し、このマグネット２の軸線方向両側にそれぞれコイル６Ａとコイル６Ｂを巻回したＡ相、Ｂ相の一対のボビンを配置した２相モータであって、各ボビンの両端にそれぞれコ字状ヨーク８Ａ、８Ｂ、１０Ａ、１０Ｂが、その側板部をマグネット２の外周に対向させた状態で固定されて極歯を構成し、これらが図示しない筒形ケースで包囲・固定されている。
【０００３】
ここで、ヨーク（即ち、極歯）８Ａ（８Ｂ）とヨーク（即ち、極歯）１０Ａ（１０Ｂ）は互いにマグネット２の周方向に９０゜位相がずらされており、且つ、Ａ相側のヨーク８Ａ（１０Ａ）とＢ相側のヨーク８Ｂ（１０Ｂ）同士は互いに４５゜位相がずらされている。
また、Ａ相側の極歯とＢ相側の極歯はマグネット２の中央部分にて所定のクリアランスｄ１を保って相対向するように固定され、外周方向に対しては、極歯との間に所定のクリアランスｄ２を保ち、また、軸線方向に対しては、ヨーク１０Ａ（ヨーク１０Ｂ）との間に所定のクリアランスｄ３を保ちつつ、ロータはヨーク８Ａ、８Ｂ、１０Ａ、１０Ｂによって囲まれた空間内にシャフト１を介してケース両側の軸受け等に回転自在、且つ、軸線方向に移動可能に支持されている。尚、マグネット２とヨーク１０Ａ（ヨーク１０Ｂ）との間には、マグネット２の軸線方向の位置に片寄りが生じて両者が接触した場合にマグネット２の回転方向の滑りを良くする非磁性のワッシャー５Ａ（５Ｂ）が介在されている。これらのワッシャー５Ａ、５Ｂは、マグネット２と略同径の円板状である。
【０００４】
上記構成のステッピングモータでは、各相のコイル６Ａ、６Ｂを交互に切り換え通電し、各ヨーク８Ａ、８Ｂ、１０Ａ、１０Ｂの極歯の磁極をマグネット２の磁極に対して順次間欠的に変化させてゆくことにより、マグネット２（即ち、ロータ）が一対のヨークの極歯数で決まる所定の回転角度にて間欠駆動する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構造のステッピングモータを回転駆動すると、従来は以下のような問題が生じていた。
【０００６】
即ち、（１）相励磁の切換毎（Ａ相励磁→Ｂ相励磁→Ａ相励磁→・・・）にロータが左右軸線方向に移動し、その繰り返しが振動となって騒音を発生するという問題と、（２）図７に示すように、マグネット２がＡ相側に片寄った状態で回転すると、Ａ相側の極歯がマグネット２と対向する面積（Ａ相側対向距離＝Ｌ）とＢ相側の極歯がマグネット２と対向する面積（Ｂ相側対向距離＝Ｌ’）で差異（Ｌ＞Ｌ’）が生じ、このため、Ａ相、Ｂ相の磁気力にアンバランスが生じてロータの回転角度精度が低下するという問題である。また、マグネット２がＢ相側に片寄った状態では、Ｌ＜Ｌ’となる。
この回転角度精度の低下は、特に２相励磁駆動の際に顕著に発生する。
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みて成されたもので、モータ駆動時における騒音の低減と回転角度精度の向上を図ったステッピングモータを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載の本発明は、所定の極数に着磁された円筒形状のマグネットをシャフトに固定してロータを構成し、当該ロータの軸線方向両側にそれぞれコイルを巻回したＡ相、Ｂ相の一対のボビンを配置すると共に、これらボビンの両端に前記マグネットの外周面に対向させて極歯を構成するヨークを固定したステッピングモータにおいて、前記マグネットの軸線方向の位置に片寄りが生じた状態で、軸線方向における片相のヨークとマグネット間のクリアランスと逆相のヨークとマグネット間のクリアランスに差を持たせ、クリアランスの小さい側のヨークとマグネット間に軸線方向の磁気的吸引力を生じさせる構成とした。
上記構成では、クリアランスの小さい側の相のマグネット−ヨーク間に、逆相側への励磁切換で生じる磁気的吸引力にうち勝つ十分な磁気吸引力が生じ、これによって励磁切換時のロータの軸線方向の振動（横ぶれ）が抑制されるため、モータ駆動時の騒音が低減できる。
【０００９】
また、請求項２に記載の本発明は、所定の極数に着磁された円筒形状のマグネットをシャフトに固定してロータを構成し、当該ロータの軸線方向両側にそれぞれコイルを巻回したＡ相、Ｂ相の一対のボビンを配置すると共に、これらボビンの両端に前記マグネットの外周面に対向させて極歯を構成するヨークを固定したステッピングモータにおいて、前記マグネットの中央部分に周方向の切欠きを設け、前記ロータが軸線方向に移動した場合も当該マグネットと前記極歯との対向面積を常に一定にする構成とした。
上記構成では、ロータの横ぶれに対してＡ相とＢ相の磁気バランスを常に安定に維持できるため、ロータの回転角度精度が向上する。
【００１０】
また、請求項３に記載の本発明は、所定の極数に着磁された円筒形状のマグネットをシャフトに固定してロータを構成し、当該ロータの軸線方向両側にそれぞれコイルを巻回したＡ相、Ｂ相の一対のボビンを配置すると共に、これらボビンの両端に前記マグネットの外周面に対向させて極歯を構成するヨークを固定したステッピングモータにおいて、前記マグネットの軸線方向の位置に片寄りが生じた状態で、軸線方向における片相のヨークとマグネット間のクリアランスと逆相のヨークとマグネット間のクリアランスに差を持たせ、クリアランスの小さい側のヨークとマグネット間に軸線方向の磁気的吸引力を生じさせると共に、前記マグネットの中央部分に周方向の切欠きを設け、前記ロータが軸線方向に移動した場合も当該マグネットと前記極歯との対向面積を常に一定にする構成とした。
上記構成では、モータ駆動時の騒音を抑制しつつ、角度精度の高いロータ回転動作を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４に基づいて本発明の実施形態を説明する。
ここで、図１は本発明に係るステッピングモータの第１実施形態を示す縦断面図、図２は本発明に係るステッピングモータの第２実施形態を示す縦断面図、図３は本発明に係るステッピングモータの第３実施形態を示す縦断面図、図４は本発明に係るロータの構造を示す断面図である。
尚、説明を簡略化するため、以下の説明において従来と共通する部分については同一の符号を用いた。
【００１２】
図１に示すように、第１実施形態のステッピングモータは、円筒形状のマグネット２をシャフト１に固定してロータを構成し、このロータの軸線方向両側にそれぞれコイル６Ａ、６Ｂを巻回したＡ相、Ｂ相の一対のボビン４Ａ、４Ｂを配置すると共に、これらボビン４Ａ、４Ｂの両端に、マグネット２の外周面に対向させて極歯を構成するヨーク８Ａ、８Ｂ、１０Ａ、１０Ｂを固定したものであって、その構成は、図３、図４に示した従来型と略同様であるが、従来型と本実施形態とはマグネット２の形状が相違している。
【００１３】
即ち、本実施形態では、ヨーク１０Ａ（１０Ｂ）とマグネット間に介在した非磁性のワッシャー５Ａ（５Ｂ）の径を小さくし、マグネット２の両端にこのワッシャー５Ａ（５Ｂ）が収まる凹部１０を設けている。そして、この凹部１０の深さを前記ワッシャー１０の厚みより僅かに浅くした。本構成では、マグネット２に軸線方向の片寄りが生じてマグネット２の端部とワッシャー５Ａ（５Ｂ）とが接触した場合、片寄り側のヨークとマグネット間のクリアランスは極めて小さくなり、一方、逆相側のヨークとマグネット間のクリアランスは従来型に比べて極めて大きくなる。
【００１４】
従って、モータ駆動時、マグネット２の位置に軸線方向の片寄りが生じていても、クリアランスの小さい側の相のマグネット−ヨーク間には、励磁切換で生じる逆相側への磁気的吸引力にうち勝つ十分な軸線方向の磁気吸引力が生じ得、この吸引力によりマグネット２は片相側に固定されて励磁切換時のロータの軸線方向の振動が抑制されるため、モータの騒音は低減される。
尚、ヨーク−マグネット間のクリアランスについては、マグネット２の磁力や質量等によってそれぞれ最適値が異なるため、その都度、シュミレーションや実験で確認して設定するのが好ましい。
【００１５】
次に、図２に基づいて本発明の第２実施形態を説明する。本第２実施形態も既述した第１実施形態と同様に、各構成は従来型と略同様であるが、従来型と本実施形態とはマグネット２の形状が相違している。
【００１６】
即ち、本実施形態では、マグネット２の中央部分に周方向の切欠き１１を設けている。その切欠き幅は、マグネット２が軸線方向に移動した場合に、Ａ相側の極歯がクリアランスｄ２を持ってマグネット２と対向する面積（Ａ相側対向距離＝Ｌ）とＢ相側の極歯がクリアランスｄ２を持ってマグネット２と対向する面積（Ｂ相側対向距離＝Ｌ’）が常に一定（Ｌ＝Ｌ’）になるような寸法とした。
上記構成では、ロータの軸線方向の片寄りに対してＡ相とＢ相の磁気バランスを常に安定に維持できるため、ロータの回転角度精度を向上することができる。
【００１７】
また、上記したマグネット２の切欠き１１の形状は、図２の凹溝に限定されるものではなく、例えば、図４（ａ）に示すようなＶ溝としても良く、或いは、切欠きを設けるのではなく、図４（ｂ）に示すように、２つのマグネットを非磁性材料で形成したブッシュ１２を介し、所定の距離を空けて接合した構造としても構わない。何れも、図２の形状と同様の作用効果を奏するものである。
【００１８】
次に、図３に基づいて本発明の第３実施形態を説明する。本第３実施形態は既述した第１実施形態および第２実施形態の構成を有するものである。
【００１９】
即ち、本実施形態では、マグネット２の両端に凹部１０を設けると共に、マグネット２の中央部分に周方向の切欠き１１を設けた構成をとる。上記構成では、モータ駆動時の騒音を抑制しつつ、角度精度の高いロータ回転動作を得ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マグネットの軸線方向の位置に片寄りが生じた状態で、軸線方向における片相のヨークとマグネット間のクリアランスと逆相のヨークとマグネット間のクリアランスに差を持たせ、クリアランスの小さい側のヨークとマグネット間に軸線方向の磁気的吸引力を生じさせる構成としたので、クリアランスの小さい相のマグネット−ヨーク間に十分な磁気吸引力が生じ、これによって励磁切換時のロータの軸線方向の振動が抑制されるため、モータ駆動時の騒音が低減できる。
【００２１】
また、マグネットの中央部分に周方向の切欠きを設け、ロータが軸線方向に移動した場合もマグネットと極歯との対向面積を常に一定にするように構成したので、ロータの横ぶれに対してＡ相とＢ相の磁気バランスを常に安定に維持できるため、ロータの回転角度精度が向上する。
【００２２】
これらの構成により、モータ駆動時における騒音を低減し、且つ、回転角度精度を向上して高性能のステッピングモータが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るステッピングモータの第１実施形態を示す縦断面図。
【図２】本発明に係るステッピングモータの第２実施形態を示す縦断面図。
【図３】本発明に係るステッピングモータの第３実施形態を示す縦断面図。
【図４】ロータの形状で、図３とは別の例を示す図。
【図５】従来のステッピングモータを示す斜視図。
【図６】図５のステッピングモータの縦断面図。
【図７】マグネットがＡ相側に片寄った状態の従来のステッピングモータの縦断面図。
【符号の説明】
１　シャフト
２　マグネット
４Ａ、４Ｂ　ボビン
６Ａ、６Ｂ　コイル
８Ａ、８Ｂ、１０Ａ、１０Ｂ　ヨーク
１１　切欠き
【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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