(57)【要約】【課題】マグネットと内ヨークのギャップを最小にしてモータを小径化する。【解決手段】回転可能な円筒形状のマグネット１と、該マグネットの外径側ラジアル方向にギャップをへだてて対向する磁極を有する外ヨーク３と、前記マグネットの内径側ラジアル方向に対向する磁極を有して前記外ヨークとともに磁気回路を構成する内ヨークと、該内ヨークの周囲に巻き回され、前記外ヨークと前記内ヨークを励磁するコイルと９，１０を有するモータにおいて、前記内ヨークは、前記コイルが巻き回されるステータ部７と、前記マグネットの内径側ラジアル方向に対向する磁極を有して前記マグネットと一体で回転するロータ部５で構成される。【選択図】図１
2005210806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な円筒形状のマグネットと、該マグネットの外径側ラジアル方向にギャップをへだてて対向する磁極を有する外ヨークと、前記マグネットの内径側ラジアル方向に対向する磁極を有して前記外ヨークとともに磁気回路を構成する内ヨークと、該内ヨークの周囲に巻き回され、前記外ヨークと前記内ヨークを励磁するコイルとを有するモータにおいて、
前記内ヨークは、前記コイルが巻き回されるステータ部と、前記マグネットの内径側ラジアル方向に対向する磁極を有して前記マグネットと一体で回転するロータ部で構成されることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記内ヨークのステータ部とロータ部とは、スラスト方向にギャップを有することを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記内ヨークのステータ部とロータ部とは、ラジアル方向にギャップを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ。
【請求項４】
前記内ヨークのステータ部は、前記マグネットを回転自在に支持する軸受機能を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のモータ。
【請求項５】
前記内ヨークのステータ部は、鉄系の含油磁性材料よりなり、前記軸受は含油軸受として機能することを特徴とする請求項４に記載のモータ。
【請求項６】
前記内ヨークのロータ部は、単極であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のモータ。
【請求項７】
前記外ヨークと前記内ヨーク及び前記コイルはそれぞれ２個づつ具備されており、前記マグネットを挟んでスラスト方向に対向してそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のモータ。
【請求項８】
前記２個の内ヨークのロータ部間には、非磁性材料の部材が配置されることを特徴とする請求項７に記載のモータ。
【請求項９】
前記２個の内ヨークのロータ部間には、硬磁性材料よりなる部材が配置されることを特徴とする請求項７に記載のモータ。
【請求項１０】
前記マグネットを一体に回転するように支持する軸は、非磁性材料よりなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のモータ。
【請求項１１】
前記軸は、前記内ヨークのロータ部を一体に回転するように支持することを特徴とする請求項１０に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型のステッピングモータ等のモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５及び図６に、従来のモータの一例を示す。従来のモータは、ラジアル方向にｎ極の磁極に着磁されて後述の内ヨーク２４，２５に回転自在に支持されている出力軸を有する円筒形状のマグネット２１、該マグネット２１を挟んでスラスト方向に対向配置される軟磁性材からなるステータヨークであるところの外ヨーク２２，２３、前記マグネット２１を回転自在に支持する軟磁性材からなるステータヨークであるところの内ヨーク２４，１５、該内ヨーク２４，２５及び外ヨーク２２，２３を励磁するコイル２６，２７、該コイル２６，２７を支持するコイルボビン２８，２９、前記外ヨーク２２，２３を支持するモータカバー３０、及び、前記内ヨーク２４，２５の内径に嵌合される軸受３１，３２より構成される。
【０００３】
上記図５及び図６や、特許文献１等に記載されているように、従来のモータは、円筒形状のマグネットと内径側（空壁）ギャップをへだてて対向する磁極を設けた内ヨークや外ヨークを有している。
【特許文献１】特開２００３−２２４９５８号公報（図３等、参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記図５及び図６や特許文献１に開示の従来例には、以下のような課題を有していた。
１）マグネットの外側と内側にギャップを有しているため、ギャップの為のスペースが小径化の障害となる。
２）内ヨークの磁極は、マグネットと外径側にギャップをへだてて対向する磁極を設けた外ヨークに比べて内径側に設けられているために対向面積が小さくなり、磁気飽和を起こしやすい。
３）マグネットの外径と内径の両側ラジアル方向でギャップを有しているため、ギャップの管理が難しい。
４）マグネットの内径側に付着する磁紛等のゴミを除去するのが困難なために、内ヨークと擦れてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転可能な円筒形状のマグネットと、該マグネットの外径側ラジアル方向にギャップをへだてて対向する磁極を有する外ヨークと、前記マグネットの内径側ラジアル方向に対向する磁極を有して前記外ヨークとともに磁気回路を構成する内ヨークと、該内ヨークの周囲に巻き回され、前記外ヨークと前記内ヨークを励磁するコイルとを有するモータにおいて、前記内ヨークを、前記コイルが巻き回されるステータ部と、前記マグネットの内径側ラジアル方向に対向する磁極を有して前記マグネットと一体で回転するロータ部で構成したモータとするものである。
【０００６】
上記構成においては、内ヨークのロータ部に対するマグネットとのラジアル方向のギャップを最小（密着した状態を含む）にしてモータの小径化を可能にするとともに、マグネットと内ヨーク間にゴミ付着を防止可能にし、又内ヨークのロータ部がマグネットのバックヨークとして作用する。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、内ヨークのステータ部とロータ部の、スラスト方向にギャップを有した請求項１に記載のモータとするものである。
【０００８】
上記構成においては、従来有していたマグネットの内径側ラジアル方向のギャップを、内ヨークのステータ部とロータ部のスラストギャップに置き換え、ラジアル方向のスペース効率を向上させている。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、内ヨークのステータ部とロータ部の、ラジアル方向にギャップを有した請求項１又は２に記載のモータとするものである。
【００１０】
上記構成においては、従来あったマグネットの内径側ラジアル方向のギャップを、内ヨークのステータ部とロータ部のラジアルギャップに置き換え、ギャップの管理を容易にし、該ギャップの精度を向上させている。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、内ヨークのステータ部に、マグネットを回転自在に支持する軸受機能を付加した請求項１ないし３のいずれかに記載のモータとするものである。
【００１２】
上記構成においては、内ヨークが軸受機能を有し、ロータマグネットを回転自在に支持するように作用する。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、内ヨークのステータ部を、鉄系の含油磁性材料により構成し、前記軸受が含油軸受として機能するようにした請求項４に記載のモータとするものである。
【００１４】
上記構成においては、内ヨークである鉄系の含油軸受の潤滑油がロータマグネットを回転自在に滑らかに支持し続けるように作用する。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、内ヨークのロータ部を、単極とした請求項１ないし５のいずれかに記載のモータとするものである。
【００１６】
上記構成においては、マグネットと内ヨークの磁極の対向面積を増やすことが可能となり、磁気飽和を改善するように作用する。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、外ヨークと内ヨーク及びコイルをそれぞれ２個づつ具備し、マグネットを挟んでスラスト方向に対向してそれぞれ配置した請求項１ないし６のいずれかに記載のモータとするものである。
【００１８】
上記構成においては、スラスト方向に対向配置されたヨークが磁気的バランスを保つように作用し、コイルがそれぞれ独立にあるいは共同してマグネットを回転駆動するように作用する。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、２個の内ヨークのロータ部間に、非磁性材料の部材を配置した請求項７に記載のモータとするものである。
【００２０】
上記構成においては、非磁性材料の部材が内ヨークのロータ部間の磁気的干渉を低減するように作用する。
【００２１】
また、請求項９に記載の発明は、内ヨークのロータ部間に硬磁性材料よりなる部材を配置した請求項７に記載のモータとするものである。
【００２２】
上記構成においては、硬磁性材料の部材が内ヨークのロータ部に誘起される磁力に影響されないように、該内ヨークのロータ部間の磁気的干渉を低減するように作用する。
【００２３】
また、請求項１０に記載の発明は、マグネットを一体的に回転するように支持する軸を、非磁性材料により構成した請求項１ないし９のいずれかに記載のモータとするものである。
【００２４】
上記構成においては、非磁性材料の軸が、内ヨークのロータ部間の磁気を伝達しないように、該内ヨークのロータ部間の磁気的干渉を低減するように作用する。
【００２５】
また、請求項１１に記載の発明は、非磁性材料の軸が２個の内ヨークのロータ部を一体に回転するように支持する請求項１０に記載のモータとするものである。
【００２６】
上記構成においては、内ヨークのロータ部の組込み精度が向上するように作用する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、マグネットと内ヨークのギャップを最小にするとともに、磁極の磁気飽和及び磁気干渉を改善して磁気効率及び位置決め精度を向上させ、スペース効率を改善した小径化を達成したモータを提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明を実施するための最良の形態を、以下に実施例１ないし実施例３として説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１及び図２は本発明の実施例１に係わるモータの構成を示す図であり、詳しくは、図１はモータの断面図、図２は図１のモータの分解斜視図である。
【００３０】
これらの図において、１は円筒形状のマグネットであり、ラジアル方向に２ｎ極（例えばｎ＝５）の磁極に着磁されている。２は後述の内ヨークステータ７，８に回転自在に支持されているステンレス等の非磁性材料の軸であり、マグネット１及び後述のロータヨーク５，６を一体に支持している。３，４はマグネット１と該マグネット１の外径側ラジアル方向にギャップをへだてて対向するｎ極（例えばｎ＝５）の磁極を有して軟磁性材からなるステータヨークである外ヨークであり、マグネット１を挟んでスラスト方向に所定の対向角度を設けて対向配置される。５，６はマグネット１の内径側ラジアル方向に密着して対向する単極の磁極を有する軟磁性材からなる内ヨークのロータ部（以下内ヨークロータ）であり、マグネット１を挟んでスラスト方向に対向配置される。７，８は軸２を回転自在に支持する鉄系の含油軸受を兼ねる内ヨークのステータ部（以下内ヨークステータ）であり、後述のコイル９，１０が周囲に巻き回されて外ヨーク３，４に固着され、マグネット１の硬磁性材料を間に有してスラスト方向に対向配置される。
【００３１】
前記内ヨークロータ５，６と内ヨークステータ７，８はスラスト方向とラジアル方向でギャップを有し、外ヨーク３、内ヨークロータ５及び内ヨークステータ７で磁気回路を構成し、外ヨーク４、内ヨークロータ６及び内ヨークステータ８で独立に磁気回路を構成する。
【００３２】
また、９，１０は内ヨークステータ７，８と内ヨークロータ５，６と外ヨーク３，４をそれぞれ励磁するコイルであり、後述のコイルボビン１１，１２に支持されて内ヨークステータ７，８の周囲に巻き回されている。１１，１２は内ヨークステータ７，８及び外ヨーク３，４に挟まれて前記コイル９，１０を支持するコイルボビンである。１３は外ヨーク３，４を支持するモータカバーである。１４，１５は内ヨークロータ５，６と内ヨークステータ７，８のスラスト方向のギャップを保持するスペーサである。
【００３３】
上記構成において、コイル９及び１０へ通電されると、外ヨーク３，４と内ヨークステータ７，８及びスラストとラジアルの各方向のギャップを介して内ヨークロータ５，６が励磁されて各磁極が誘磁され、マグネット１の着磁極と反発、吸引してトルクが発生して、マグネット１がコイル９及び１０の通電に従って回転するように駆動され、軸２から外部に駆動力が伝達される。前記外ヨーク３，４と内ヨークロータ５，６はマグネット１を挟んでラジアル方向にギャップを有しており、内ヨークロータ５，６はマグネット１の内径側に密着してバックヨークとして一体で回転する。
【００３４】
ここで、内ヨークロータ５，６とマグネット１間には、マグネット１の内径側ラジアル方向にギャップがなく、更に内ヨークロータ５，６の磁極面積を大きくできるため、モータの小径化及びマグネットの内径側にゴミ付着によるマグネットと内ヨークと擦れてしまうといったことを無くすことができるとともに、磁気抵抗を低く抑えることができる。詳しくは、内ヨークロータ５，６の外径側のギャップを無くすことで、内ヨークロータ５，６の外径を大きくして該内ヨークロータ５，６の磁極面積を大きくできるため、磁気抵抗を低減して磁気効率を向上できる。上記外径側のギャップを内ヨークロータの内径側のギャップに変更して同じ厚みの内ヨークロータとしてもラジアル方向の断面積は大きくなり、磁気抵抗が低減するため、小型化が可能になる。勿論、本実施例で設定した内ヨークロータ５，６と内ヨークステータ７，８間のラジアル方向のギャップをなくしてスラスト方向のギャップのみとし、更に小型化にしても良い。
【００３５】
また、従来有していた内径側ラジアル方向のギャップを、内ヨークロータ５，６と内ヨークステータ７，８間のスラスト方向のギャップに置き換えているので、ラジアル方向のスペース効率が向上する。更に、従来有していた内径側ラジアル方向のギャップを、内ヨークロータ５，６と内ヨークステータ７，８間のラジアル方向のギャップに置き換えているので、マグネットでは管理が難しかったギャップの精度を向上できる。そして、ラジアル方向及びスラスト方向のギャップを共用することで、ロータ部とステータ部間に発生する吸着力を低減できる。つまり、スラスト方向の磁束の流れをラジアル方向の磁束に分流できるため、スラスト方向の吸着力をラジアル方向の吸着力に分力させられることから、ロータ部とステータ部間に発生する吸着力を低減可能となる。
【００３６】
また、マグネット１が内ヨークステータ７，８に回転自在に支持され、特にコイル９，１０が巻き回されている内ヨークステータ７，８の内径部で軸を支持しているため、軸２には外部から大きなストレスがかかっても、内ヨークステータ７，８が軸受として十分な強度を有することになるので、軸ロストルクが大きくなることを防止しつつ、マグネット１を回転させることができる。
【００３７】
また、内ヨークステータ７，８は含油軸受を兼ねるので、染み出る潤滑油はマグネット１が内ヨークを削ることなく滑らかに回転し続けるように作用する。なお、内ヨークは含油軸受ではなく、コーティングされたもので有ってもよく、これにより、耐磨耗性が向上して軸ロスが低減される。
【００３８】
内ヨークロータ５，６は単極であるために、磁極面積を増加することができ、磁極幅と磁極間隔が同じ場合には２倍程度にできる。また、外ヨーク及び内ヨークはスラスト方向に対向配置されているために磁気バランスを保つことができ、又それぞれが独立に磁気回路を構成するため、コイル９，１０はそれぞれ独立にあるいは共同してマグネットを回転駆動するように作用する。また、内ヨークロータ５と６の間は硬磁性材料よりなるマグネット１であるため、内ヨークロータ５，６に誘起される磁力に影響されないように内ヨークロータ間の磁気的干渉を低減できる。これにより、コイル９と１０の励磁による磁気的干渉が低減されて、それぞれの励磁によるマグネット１の位置決め精度を向上させることができる。
【００３９】
また、軸２は非磁性材料であるために、内ヨークロータ間の磁気を伝達しないようにして該内ヨークロータ間の磁気的干渉を低減させることができる。また、マグネット１と内ヨークロータ５，６は一体に軸２に支持されているため、組込み精度が向上して、ギャップの管理が容易になる。さらに、スペーサ１４，１５が内ヨークロータ５，６と内ヨークステータ７，８間のスラストギャップ間のギャップを保持するために、内ヨークロータ５，６と内ヨークステータ７，８間に発生する吸着力を低減できる。
【実施例２】
【００４０】
図３は本発明の実施例２に係わるモータの構成を示す断面図であり、マグネット１６は円筒形であってその内径が空洞となっている。そして、その空洞部にりん青銅等の非磁性のスペーサ１７が内ヨークロータ５，６間に配置されて、内ヨークロータ間の磁気的干渉を低減するようにしている。その他の構成は図１及び図２と同様である。
【実施例３】
【００４１】
図４は本発明の実施例３に係わるモータの構成を示す断面図であり、マグネット１６は円筒形であってその内径が空洞であり、そこにステンレス等の非磁性の軸１８が内ヨークロータ５，６間に配置されて、内ヨークロータ間の磁気的干渉を低減するようにしている。その他の構成は図１及び図２と同様である。
【００４２】
以上の実施例１〜３によれば、内ヨークを、コイル９，１０が巻き回される内ヨークステータ７，８と、マグネット１の内径側ラジアル方向に対向する磁極を有して該マグネット１と一体で回転する内ヨークロータ５，６で構成しているので、内ヨークロータ５，６はマグネット１とのラジアル方向のギャップを最小（各実施例のように密着した状態を含む）にでき、モータを小径化できるとともに、マグネット１と内ヨークの間のゴミ付着を無くすることができる。又内ヨークのロータ部を該マグネット１のバックヨークとして作用させることができる。
【００４３】
また、マグネット１の内径側ラジアル方向のギャップを内ヨークステータ７，８と内ヨークロータ５，６のスラストギャップ、および、内ヨークステータ７，８と内ヨークロータ５，６のラジアルギャップに置き換えるようにすることで、ラジアル方向のスペース効率が向上させることができるとともに、マグネットでは管理が難しかったギャップの精度を向上できる。また、ラジアル方向及びスラスト方向のギャップを共用することで、発生する吸着力を低減でき、回転不能なステータ部に対してマグネットと一体に回転するロータ部の回転をスムーズにできる。
【００４４】
また、内ヨークステータ７，８はマグネット１を回転自在に支持する軸受を兼ねるので、専用の軸受を不要としつつ、マグネット１を回転自在に支持可能となる。よって、軸受占有スペースを無くした小型のモータとすることができる。
【００４５】
また、内ヨークステータ７，８を鉄系の含油多孔磁性材料より構成し、これを軸受として機能させているので、潤滑油がマグネット１を回転自在に滑らかに支持し続ける。よって、軸受強度を向上させて軸ロストルクを低減可能なモータとすることができる。
【００４６】
また、内ヨークロータ５，６は単極であるので、マグネット１と内ヨークの磁極の対向面積を増やすことができ、磁気飽和を改善できる。よって、吸引力をバランスさせて、軸ロストルクやディテントトルクを低減して、トルクアップ可能なモータとすることができる。
【００４７】
また、外ヨークと内ヨーク及びコイルは、マグネット１を挟んでスラスト方向に対向して配置される、それぞれ２つの外ヨーク７，８と内ヨーク（７，８，５，６）及びコイル９，１０からなるので、スラスト方向に対向配置されたヨークは磁気的バランスを保つように作用し、コイル９，１０はそれぞれ独立にあるいは共同してマグネットを回転駆動するように作用する。よって、スラスト方向で磁気的バランスをとって、軸ロストルクやディテントトルクを軽減して高効率なモータとすることができる。
【００４８】
また、実施例２や実施例３では、内ヨークロータ間は非磁性材料のスペーサ１７や軸１８であるので、内ヨークロータ間の磁気的干渉を低減させることができる。また、実施例１では、２つの内ヨークロータ間は硬磁性材料よりなるマグネット１が配置されるので、硬磁性材料は内ヨークロータに誘起される磁力に影響されないように内ヨークロータ間の磁気的干渉を低減できる。また、マグネット１を支持する軸２は非磁性材料であるので、内ヨークロータ間の磁気を伝達しないように内ヨークロータ間の磁気的干渉を低減できる。以上より、内ヨークロータ間の磁気的結合を低減して位置決め精度の良いモータとすることができる。
【００４９】
また、軸２は内ヨークロータ５，６を一体に回転するように支持するので、内ヨークロータの組込み精度が向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１に係わるモータの構成を示す断面図である。
【図２】図１のモータの分解斜視図である。
【図３】本発明の実施例２に係わるモータの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例３に係わるモータの構成を示す断面図である。
【図５】従来のモータの構成例を示す断面図である。
【図６】図５のモータの分解斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，１６      マグネット
２，１８      軸
３，４        外ヨーク
５，６        内ヨークロータ
７，８        内ヨークステータ
９，１０      コイル
【図１】
2005210806.tif 000003
【図２】
2005210806.tif 000004
【図３】
2005210806.tif 000005
【図４】
2005210806.tif 000006
【図５】
2005210806.tif 000007
【図６】
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