(57)【要約】【課題】ディテントトルクの影響をなくし、制御性に優れた扁平型のステッピングモータの提供。【解決手段】ステッピングモータは、第１の磁性薄板２に扁平型の空芯コイル３を設けた固定子１０と、この固定子１０に軸受４を介して回転自在に軸支される回転軸７を持つ第２の磁性薄板６上に、空芯コイル３に対して所定の間隙を介して面対向に配置される永久磁石５を設けた回転子２０とを具備する。空芯コイル３は鉄芯を持たず、第１の磁性薄板１上に回転子２０の回転中心Ｌに対して９０°ごとに４個配置され、回転中心Ｌに対して対称な位置にあるコイル３ａ及び３ｃ、３ｂ及び３ｄを磁性薄板２に形成された配線部により電気的に接続して２相の電機子コイルを構成している。また、永久磁石５は交互に異なる磁極となるように着磁され、第２の磁性薄板６上に回転中心Ｌに対して６０°ごとに６極配置されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の磁性薄板上に扁平型の空芯コイルを通電可能に設けた固定子と、
前記固定子に回転自在に軸支される第２の磁性薄板上に、前記空芯コイルに対して所定の間隙を介して対向配置される永久磁石を設けた回転子とを具備することを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
前記空芯コイルは、前記第１の磁性薄板上に前記回転子の回転中心に対して９０°ごとに４個配置され、前記回転中心に対して対称な位置にあるコイル同士を通電可能に接続して２相の電機子コイルを構成す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。
【請求項３】
前記永久磁石は交互に異なる磁極となるように着磁され、前記第２の磁性薄板上に前記回転子の回転中心に対して６０°ごとに６極配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のステッピングモータ。
【請求項４】
前記第１の磁性薄板に代えて鉄製の薄板を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステッピングモータ。
【請求項５】
前記第２の磁性薄板における前記回転子の回転中心に対して偏心した位置にウエイト部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の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、鉄芯を持たない空芯コイルを用いた扁平型のステッピングモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の扁平型のステッピングモータとして、薄板上に永久磁石が交互に異なる磁極が隣り合うように配置された回転子を、磁性薄板の鉄芯と励磁コイルとからなる２つの固定子で挟み込むように軸方向両側に配置した構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、薄板上に永久磁石が交互に異なる磁極が隣り合うように配置された回転子を、磁性薄板に複数の極歯（鉄芯）とコイルが設けられた固定子に対向配置させる構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特公平６−８３５６３号公報
【特許文献２】
特開平６−２６１５２９号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載された構成の場合、磁石の両側にコイルを配置していることから、磁石とコイルとが面対向（アキシャルギャップ）した構造であってもコイルの最低必要な厚みを考慮すると扁平にするには限度があり、また、固定子に鉄心が設けられているためにディテントトルクの影響によって制御性を損ねやすいという不都合がある。
【０００６】
また、上記特許文献２に記載された構成の場合も、固定子に鉄心が設けられているためにディテントトルクの影響によって制御性を損ねやすい。
【０００７】
このディテントトルクは、例えば、ステッピングモータをマイクロステップ駆動させる場合などに、回転子の高速度な位置決めを困難にする要因となり、ステッピングモータの高速応答性の妨げの一因となる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、ディテントトルクの影響をなくし、制御性に優れた扁平型のステッピングモータを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係るステッピングモータは、第１の磁性薄板上に扁平型の空芯コイルを通電可能に設けた固定子と、前記固定子に回転自在に軸支される第２の磁性薄板上に、前記空芯コイルに対して所定の間隙を介して対向配置される永久磁石を設けた回転子とを具備する。
【００１０】
また、好ましくは、前記空芯コイルは、前記第１の磁性薄板上に前記回転子の回転中心に対して９０°ごとに４個配置され、前記回転中心に対して対称な位置にあるコイル同士を通電可能に接続して２相の電機子コイルを構成する。
【００１１】
また、好ましくは、前記永久磁石は交互に異なる磁極となるように着磁され、前記第２の磁性薄板上に前記回転子の回転中心に対して６０°ごとに６極配置されている。
【００１２】
また、好ましくは、前記第１の磁性薄板に代えて鉄製の薄板を用いる。
【００１３】
また、好ましくは、前記第２の磁性薄板における前記回転子の回転中心に対して偏心した位置にウエイト部材が設けられている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な一実施形態につき、添付の図面を参照して説明する。
【００１５】
尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００１６】
図１は本発明のステッピングモータの主要な要素を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）、図２は本発明に係る実施形態のステッピングモータの分解斜視図、図３は本発明に係る実施形態のステッピングモータの主要な要素を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【００１７】
（本発明の概要）
図１において、本発明のステッピングモータは、樹脂ベース１上に第１の磁性薄板２を介して扁平型の空芯コイル３を設けた固定子１０と、この固定子１０に軸受４を介して回転自在に軸支される回転軸７を持つ第２の磁性薄板６上に、空芯コイル３に対して所定の間隙を介して面対向（アキシャルギャップ方式）に配置される永久磁石５を設けた回転子２０とを具備する。
【００１８】
空芯コイル３は鉄芯を持たず、第１の磁性薄板２上に回転子２０の回転中心Ｌに対して９０°ごとに４個配置され、回転中心Ｌに対して対称な位置にあるコイル３ａ及び３ｃ、３ｂ及び３ｄを磁性薄板２に形成された配線パターンにより電気的に接続して２相の電機子コイルを構成している。
【００１９】
また、永久磁石５は交互に異なる磁極となるように着磁され、第２の磁性薄板（ロータヨークに相当）６上に回転中心Ｌに対して６０°ごとに６極配置されている。
【００２０】
図４は本発明のステッピングモータの配線パターンを示す回路図であり、回転中心Ｌに対して対称な位置にあるコイル３ａと３ｃ並びに３ｂと３ｄは、図３（ａ）の如く並列に結線されるか、或いは図４（ｂ）の如く直列に結線されて２相（Ａ相とＢ相）の電機子コイルを構成している。
【００２１】
本発明の特徴点の１つは、電機子コイルとして空芯コイル３を用いた点にある。この空芯コイル３は、従来の鉄芯構造により発生するディテントトルクの影響をなくし、且つモータ全体を扁平型にすることができるという効果を奏する。
【００２２】
次に、本発明に係るステッピングモータの具体的な実施の形態について説明する。
【００２３】
（固定子の構成）
図２及び図３において、樹脂材料を円盤状に成形した樹脂ベース１１に磁性体からなるリング状のヨーク１２（ステータヨーク）と配線部としてのフレキシブルなリング状の回路基板１３が固着されている。この回路基板１３は絶縁材料からなり、その回路基板１３上には扁平型で平面視で扇状の空芯コイル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが後述する回転子の回転中心Ｌのまわりに９０°間隔で４つ配置されている。
【００２４】
上記回路基板１３には、図４に示すように、回転中心Ｌを基準として１８０°対称な位置にある一対の空芯コイル３ａ及び３ｃと一対の空芯コイル３ｂ及び３ｄを並列（ａ）又は直列（ｂ）に電気的に結線するための回路パターンが形成されている。上記回路基板１３には不図示の制御回路からモータ回転数に応じた周波数の電力パルスが通電され、これら空芯コイル３ａ及び３ｃと３ｂ及び３ｄが２相（Ａ相及びＢ相）の電機子コイルとして極性を順次変えていくことにより回転子の永久磁石を回転させる。空芯コイル３ａ〜３ｄと回路基板１３の回路パターンとの結線は、コイルの仕様や使用電圧などに応じて並列（ａ）又は直列（ｂ）のいずれかが適宜選択される。
【００２５】
ヨーク１２及び回路基板１３は、樹脂ベース１１に対する相対的な回転や軸方向への変位がないように熱加締めなどにより固定されている。
【００２６】
樹脂ベース１１には、後述する回転子を回転自在に軸支する軸受孔１５が形成され、この軸受孔１５には軸受１６が圧入などにより固定されている。そして、軸受１６は回転軸２３を摺動支持している。
【００２７】
（回転子の構成）
図２及び図３において、第２の磁性薄板としてのヨーク（ロータヨーク）２１は、例えば円盤状に成形された磁性材料からなる。また、このヨーク２１上には環状に構成された永久磁石２２が機械的に固定され、永久磁石２２はＳ極とＮ極とが交互に異なる磁極となるように回転中心Ｌのまわりに６０°間隔で６極２２ａ〜２２ｆ配置されている。
【００２８】
また、ヨーク２１には回転中心Ｌと同軸に回転軸２３が圧入などにより固定されている。
【００２９】
ヨーク２１の回転軸２３の一端を樹脂ベース１１の軸受孔１５に軸支された状態では、空芯コイル３ａ〜３ｄと永久磁石２２とが回転軸２３の方向に所定の間隙（ギャップ）を持って面対向（アキシャルギャップ方式）に配置される。
【００３０】
（全体の構成）
ヨーク２１の回転軸２３の他端（出力軸）は、加締めなどによりカバー部材３１に固定された軸受３２に軸支される。カバー部材３１の周縁部３１ａは、樹脂ベース１１の周縁部１１ａに機械的に固定され、固定子側のヨーク１２、回路基板１３、軸受１６や空芯コイル３ａ〜３ｄ、或いは回転子側のヨーク２１や永久磁石２２が外部に露出しないように保護している。
【００３１】
上述のように構成されたステッピングモータは、例えば、外径１０ｍｍ、高さ５〜８ｍｍ程度の超小型で扁平型の外形となる。
【００３２】
尚、上記ヨーク１２と回路基板１３に代えて、銅張積層板や鉄基板などの磁性体を用いることもできる。この場合には、銅張積層板や鉄基板の表面にセラミック膜などの絶縁層を形成し、この絶縁層上に図４（ａ）又は（ｂ）に示すような回路パターンを形成して、前述の如く空芯コイル同士を電気的に結線すればよい。
【００３３】
（動作の説明）
図５は、本実施形態のステッピングモータの回転動作を説明する図であり、円周方向に設けられた空芯コイルと永久磁石を平面的に展開して示している。
【００３４】
図５（ａ）では、空芯コイル３ａ〜３ｄ（Ａ相及びＢ相）に通電して磁界を発生させることにより、これら空芯コイルに対して極性の異なる永久磁石２２の磁極が吸引され、極性の同じ永久磁石２２が反発して図５（ａ）の直前位置から３０°回転して１ステップ進んだ位置に変位する。
【００３５】
次に、図５（ｂ）では、空芯コイル３ｂ，３ｄ（Ｂ相）の極性はそのままで、空芯コイル３ａ，３ｃ（Ａ相）の極性を反転させるように通電することにより、これら空芯コイルと極性の異なる永久磁石の磁極が吸引され、極性の同じ永久磁石が反発してさらに３０°回転して１ステップ進んだ位置に変位する。
【００３６】
次に、図５（ｃ）では、空芯コイル３ａ，３ｃ（Ａ相）の極性はそのままで、空芯コイル３ｂ，３ｄ（Ｂ相）の極性を反転させるように通電することにより、これら空芯コイルと極性の異なる永久磁石の磁極が吸引され、極性の同じ永久磁石が反発してさらに３０°回転して１ステップ進んだ位置に変位する。
【００３７】
更に、図５（ｄ）では、空芯コイル３ｂ，３ｄ（Ｂ相）の極性はそのままで、空芯コイル３ａ，３ｃ（Ａ相）の極性を反転させるように通電することにより、これら空芯コイルと極性の異なる永久磁石の磁極が吸引され、極性の同じ永久磁石が反発してさらに３０°回転して１ステップ進んだ位置に変位する。
【００３８】
図５（ｄ）の状態から、空芯コイル３ａ，３ｃ（Ａ相）の極性はそのままで、空芯コイル３ｂ，３ｄ（Ｂ相）の極性を反転させるように通電することにより、図５（ａ）の状態に戻り、以後同様の通電パターンを繰り返すことでステップ角３０°で永久磁石が順次変位し、回転子が連続的に回転することになる。
【００３９】
上記動作説明からわかるように、通常のＰＭ型（Ｐａｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｔｙｐｅ）のステッピングモータと同様に、起動時のデッドポイントが存在しないため、一旦停止した後に所定の起動位置に戻すための構成が不要となり、どの位置からでも起動ができるようになる。
【００４０】
また、従来のように固定子に鉄心が設けられていないため、ディテントトルクによる外乱の影響がなくなり、制御性に優れたモータとなる。
【００４１】
尚、上記実施形態では、空芯コイルが２相、永久磁石が６極の構成を例示したが、これらに限定されず、ステップ角などの設定に応じて適宜変更できるものである。
【００４２】
また、単なる出力軸を持つ扁平型モータを例示しているが、これに限定されず、本発明は種々の用途のモータに適用可能であることは言うまでもない。
【００４３】
例えば、図６に示すように、回転子のヨーク２１における回転中心Ｌに対して偏心した位置にウエイト部材４１を固定して回転させる構成にすることで、携帯電話や玩具などに振動モータとして利用することもできる。
【００４４】
更には、モータ回転数は制御回路から出力される駆動パルスの周波数で決定されるため、常に一定速度で回転させることができ（通常の直流モータでは回転数が一定になるまでのならし回転（エージング）が必要）、振動量の変動もないモータとすることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ディテントトルクの影響をなくし、制御性に優れた扁平型のステッピングモータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステッピングモータの主要な要素を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図２】本発明に係る実施形態のステッピングモータの分解斜視図である。
【図３】本発明に係る実施形態のステッピングモータの主要な要素を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図４】本発明のステッピングモータの配線パターンを示す回路図である。
【図５】本実施形態のステッピングモータの回転動作を説明する図である。
【図６】本実施形態のステッピングモータの応用例を示す図である。
【符号の説明】
１，１１  樹脂ベース
２  第１の磁性薄板
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  空芯コイル
４，１６，３２  軸受
５，２２，２２ａ〜２２ｆ  永久磁石
６  第２の磁性薄板
１０  固定子
１１  樹脂ベース
１２  ヨーク（ステータヨーク）
１３  回路基板
１５  軸受孔
２１  ヨーク（ロータヨーク）
２３  回転軸
３１  カバー部材
４１  ウエイト部材
Ｌ  回転中心
【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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