JPH0638490A

JPH0638490A - 超小型モータ

Info

Publication number: JPH0638490A
Application number: JP21474892A
Authority: JP
Inventors: Akio Nakajima; 章夫中島
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【構成】永久磁石からなる回転子１と、印加電圧によ
り磁極を生成する固定子３、４、５、６と、回転子の外
周部を囲み、固定子の生成磁極により変位する磁性部材
２とを備える。【効果】回転子と固定子とのインデックストルクを小
さく抑え、起磁力の大きな励磁コイルは必要なくなり、
モータの小型化を達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超精密加工による小型
化機械のアクチュエータのなかの超小型モータの構成に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の小型モータは大型のモータと同じ
ように、固定子の一部に銅線からなる励磁コイルを巻い
てモータを構成し、この励磁コイルに励磁電流を流して
駆動力を発生して回転する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のモータを回転させるには、回転子と固定子との
間のインデックストルクに打ち勝つ駆動力を発生させる
ために、励磁コイルに大きな起磁力を与える必要があ
る。

【０００４】このため、コイルはかなりの卷き数を要求
される。またさらに、モータの小型化のためコイルの線
径を細くすると１０ミクロンメートル以下の線径では、
コイルが切れやすくなり、固定子にコイルを巻くのが非
常に困難になる。

【０００５】したがって、励磁コイルは結果的に太く大
きくなってしまい、モータ全体の小型化が難しいという
課題がある。

【０００６】この課題を解決するため、本発明の目的
は、回転子と固定子のインデックストルクを極力小さく
し、その分、励磁コイルを小さくすることによって、全
体の小型化を可能とする超小型モータを提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の超小型モータは、下記記載の構成を採用す
る。

【０００８】本発明の超小型モータは、永久磁石からな
る回転子と、印加電圧により磁極を生成する固定子と、
回転子の外周を囲み、固定子の生成磁極により変位する
磁性部材とを備えることを特徴とする。

【０００９】本発明の超小型モータは、磁性材からなる
回転子と、印加電圧により磁極を生成する固定子と、回
転子の外周を囲み、固定子の生成磁極により変位する永
久磁石からなる磁性部材とを備えることを特徴とする。

【００１０】本発明の超小型モータは、永久磁石からな
る回転子と、印加電圧により磁束を発生する固定子と、
回転子の外周を囲み、固定子の発生磁束により磁気飽和
する磁性部材とを備えることを特徴とする。

【００１１】本発明の超小型モータは、磁性材からなる
回転子と、印加電圧により磁束を発生する固定子と、回
転子の外周を囲み、固定子の発生磁束により磁化の強さ
が変化する永久磁石からなる磁性部材とを備えることを
特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明の超小型モータにおいて、回転軸を中心
に回転可能な永久磁石による回転子と、印加電圧により
励磁される卷き数の少ない複数の励磁コイルと、励磁コ
イルにより磁極を生成する複数の固定子と、回転子の周
囲を囲み、固定子の生成磁極により変位する磁性部材、
または印加電圧により磁束を発生する固定子の発生磁束
により磁気飽和する磁性部材とを有する。

【００１３】そして、複数の励磁コイルに順次、電圧を
印加して、固定子に生成する磁極によって、対向する磁
性部材を吸引し、磁性部材と回転子との間の距離を変化
させるか、または固定子の発生磁束により磁性部材の一
部を磁気飽和させて等価的に磁性部材と回転子との距離
を変化させ、その変化を回転軸から見て、時計方向、ま
たは反時計方向に回転させることにより、回転子を一方
向に回転させることを可能にする。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による一実施例を図面を基に説
明する。図１と図２は本発明による超小型モータの平面
図を示しており、図１は静止時、図２は１ステップ回転
時の状態を表している。以下図１と図２とを用いて、本
発明の第１の実施例を説明する。

【００１５】図１に示すように、Ｎ極とＳ極との一対の
２極の磁極を有する永久磁石からなる回転子１は、回転
軸５１を中心に回転可能に構成する。

【００１６】角度９０度の間隔で、かつ内周部に切り溝
１６、１７、１８、１９を有するリング状の磁性部材２
は、磁性部材押さえ１１、１２、１３、１４により、回
転子１の外周を取り囲むように配置する。

【００１７】この磁性部材押え１１、１２、１３、１４
は、細線で、かつ非磁性材料で構成する。さらにこの磁
性部材押え１１、１２、１３、１４は、外枠１５と磁性
部材２とを連結する。

【００１８】固定子３、４、５、６の一端は、所定のギ
ャップを介して磁性部材２を取り囲むように、磁性部材
２の外側に配置する。

【００１９】さらに、固定子３、４、５、６の他端は、
外枠１５に固定する。

【００２０】固定子３、４、５、６は、それぞれ卷き数
が少なく、形状の小さい励磁コイル７、８、９、１０が
巻かれている。図１には示していないが、各々の励磁コ
イル７、８、９、１０の両端に電圧を印加することによ
り、固定子３、４、５、６は磁極を生成し、径方向に磁
性部材２を吸引するように構成している。

【００２１】回転子１は、この回転子１と磁性部材２と
からなる磁気回路の磁気ポテンシャルが最小になる点に
安定して、静止する。

【００２２】いま図１に示すように、回転子１のＮ極が
磁性部材２の切り溝１６の位置にあり、Ｓ極が切り溝１
７の位置にあるとする。

【００２３】この図１に示すような状態にあるとする
と、回転子１のＮ極からでる磁束の一方は、磁性部材２
の切り溝１９を通ってＳ極に戻る。さらに他方の磁束
は、磁性部材２の切り溝１８を通ってＳ極へ戻る。どち
らの磁束も途中の磁性部材２の切り溝は、１箇所と最小
となり、磁気抵抗が最も小さく、磁気ポテンシャルも最
小になる。

【００２４】何となれば、かりに回転子１を４５度の角
度で時計方向に回転させて、回転子１のＮ極を磁性部材
２の切り溝１６と切り溝１８との間に、Ｓ極を切り溝１
７と切り溝１９との間にもってくると、Ｎ極からでる磁
束の一方は切り溝１６、１９を通過してＳ極に戻り、他
方の磁束は切り溝１８、１７を通過してＳ極へ戻ること
になる。

【００２５】したがって、どちらも途中の磁性部材２の
切り溝は２箇所となってしまう。この結果、磁気抵抗が
大きくなって、磁気ポテンシャルも大きくなり、この上
述の回転子１を４５度の角度で回転させた位置には、回
転子１は静止できない。このため、回転子１の安定点は
磁性部材の切り溝位置と一致する。

【００２６】つぎに図２に示すように、固定子６の励磁
コイル１０と、固定子４の励磁コイル８との図２には示
していないコイル端子を通して、固定子６がＮ極、固定
子４がＳ極を生成するように電圧を印加する。すると、
図１に示す内径ｒの磁性部材２は、固定子６、４の磁極
に吸引され、固定子６、４に対向する部分の磁性部材２
の内径は、ｒより大きいｒ１となる。この結果、固定子
３、５に対向する部分の磁性部材２の内径は、ｒより小
さいｒ２となり、磁性部材２の全体形状はほぼ楕円に近
くなる。

【００２７】したがって、回転子１のＮ極と磁性部材２
の固定子６との対向部分２０のギャップ、および回転子
１のＳ極と固定子４との対向部分２１のギャップが広が
る。したがって、回転子１と固定子６、４とのギャップ
が広がった間の磁気抵抗は大きくなる。

【００２８】また、回転子１のＮ極と磁性部材２の固定
子３との対向部分２２のギャップ、および回転子１のＳ
極と固定子５との対向部分２３のギャップが狭まって、
この間の磁気抵抗は小さくなる。

【００２９】このために、全体の磁気抵抗をさげるよう
に、磁気ポテンシャルの勾配が発生する。

【００３０】この結果、回転子１は時計方向の回転力を
受けて１ステップ９０度の角度で回転し、図２に示す磁
性部材２の切り溝１８、１９に対向した磁気抵抗の最小
点で静止安定する。

【００３１】ここに、固定子４、６のそれぞれ励磁コイ
ル８、１０に加えた電圧は、遅くとも回転子１のＮ極が
固定子３の中央部２２、Ｓ極が固定子５の中央部２３に
達する付近で切るのが良い。

【００３２】以下同様にして、１ステップが９０度の角
度で回転し、４ステップで回転子１は１回転する。

【００３３】つぎに図３と図４とは本発明の第２の実施
例における超小型モータを示し、図３は静止時、図４は
１ステップ回転時の状態を表す平面図である。以下図３
と図４とを用いて、本発明の第２の実施例を説明する。

【００３４】本発明の第１の実施例と第２の実施例との
構成上の相違は、第１の実施例では固定子と磁性部材と
が所定のギャップを有するように配置しているが、第２
の実施例では、固定子と磁性部材とは密着するように配
置していることである。

【００３５】図３に示すように、固定子３３、３４、３
５、３６の一端は、磁性部材３２と密着するように磁性
部材３２の外側に配置する。リング状の磁性部材３２の
内周部には、角度９０度の間隔に切り溝４３、４４、４
５、４６を設ける。

【００３６】第１の実施例と同様に、回転子３１は、こ
の回転子３１と磁性部材３２とからなる磁気回路の磁気
ポテンシャルが最小になる点に安定して静止する。

【００３７】第１の実施例と同じように、回転子３１の
安定点は、磁性部材３２に設ける切り溝４３、４４、４
５、４６の位置と一致する。

【００３８】いま図３に示すように、回転子３１のＮ極
が磁性部材３２の切り溝４３の位置にあり、回転子３１
のＳ極が切り溝４４の位置にあるとする。

【００３９】つぎに図４に示すように、固定子３６の励
磁コイル３９と、固定子３５の励磁コイル３８との図４
には示していないコイル端子を通して、固定子３６と固
定子３５とが、Ｎ極を生成するように電圧を印加する。
すると、固定子３６、磁性部材３２、固定子３３、外枠
４１を経て固定子３６に戻る閉磁路ができる。

【００４０】またさらに、固定子３５、磁性部材３２、
固定子３４、外枠４１を経て固定子３５に戻る閉磁路が
できる。

【００４１】この二つの閉磁路の磁束により、ほぼ切り
溝４６から切り溝４３までと、切り溝４４から切り溝４
５までの磁性部材３２は、磁気飽和を起こす。

【００４２】したがって、回転子３１のＮ極の磁束は切
り溝４６から切り溝４３までの磁性部材３２の中には入
り難くなり、Ｓ極への磁束は切り溝４４から切り溝４５
までの磁性部材３２からは入り難くなる。したがって、
回転子３１からみると、この部分の磁気抵抗が等価的に
大きくなる。

【００４３】なお、回転子３１と磁性部材３２の切り溝
４３から切り溝４５、切り溝４４から切り溝４６までの
磁気抵抗は変化しない。

【００４４】このために、全体の磁気抵抗をさげるよう
に、磁気ポテンシャルの勾配が発生する。

【００４５】この結果、回転子３１は時計方向の回転力
を受けて１ステップ９０度の角度で回転し、図４に示す
磁性部材３２の切り溝４５、４６に対向した磁気抵抗の
最小点で静止安定する。

【００４６】ここに、これら固定子３５、３６のそれぞ
れの励磁コイル３８、３９に加えた電圧は、遅くても回
転子３１のＮ極が固定子３３と固定子３４との間、Ｓ極
が固定子３５と固定子３６との間に達する付近で切るの
が良い。

【００４７】以下同様にして、１ステップが９０度の角
度で、回転子３１は回転し、４ステップで回転子３１は
１回転する。

【００４８】以上図１から図４を用いて説明した第１と
第２の実施例では、４個の固定子を使用する例を示した
が、固定子の数は、これに限定されるものではない。す
なわち励磁コイルへの電圧印加時間を適当に選定すれ
ば、最低１個の固定子でも可能であり、回転子も２極ま
たは４極に限らず、Ｎ極あるいはＳ極の単極以上なら可
能である。

【００４９】なお、本実施例のモータ出力は、固定子の
励磁コイルへの印加電圧を変えて、回転子とリング状の
磁性部材間のギャップを変えるか、あるいは固定子の磁
束を磁性部材を介して回転子に作用させることにより、
モータ出力を制御することが可能である。

【００５０】本実施例に使用する固定子と、磁性部材と
は、電磁軟鉄、炭素鋼、珪素鋼板、パーマロイなどのＮ
ｉーＦｅ合金、その他の軟磁性材料なら何でも良い。

【００５１】さらにそのうえ、純ニッケルや、ＮｉーＣ
ｕ−Ｃｏ系フェライトや、その他の磁気歪材料を固定
子、および磁性部材に使用して、その変位を積極的に利
用することもできる。

【００５２】回転子としては、アルニコ磁石や、フェラ
イト磁石や、サマリウム・コバルト磁石や、ネオジウム
・鉄系磁石や、プラスチック磁石などで構成する。

【００５３】さらに以上図１から図４を用いて説明した
実施例においては、回転子として永久磁石を用い、磁性
部材として磁性材を用いた実施例で説明したが、回転子
として磁性材を用い、磁性部材として永久磁石を用いて
も良い。

【００５４】また、パルスモータ以外にも、連続的に電
圧を印加すれば、連続回転モータとすることも可能であ
る。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よる超小型モータは、卷き数の少ない励磁コイルに電圧
を印加して、固定子に生成する磁極によって、対向して
配置する磁性部材を吸引し、磁性部材と回転子とのギャ
ップを変えるか、あるいは固定子の発生磁束により磁性
部材の一部を磁気飽和させて、等価的に磁性部材と回転
子とのギャップを変えることにより、駆動力を得てい
る。このため、回転子と固定子とのインデックストルク
を低く抑えることができ、起磁力の大きい励磁コイルは
必要なくなる。したがって、従来にない、モータの小型
化を達成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における超小型モータの
静止時の状態を示す平面図である。

【図２】本発明の第１の実施例における超小型モータの
１ステップ回転時の状態を示す平面図である。

【図３】本発明の第２の実施例における超小型モータの
静止時の状態を示す平面図である。

【図４】本発明の第２の実施例における超小型モータの
１ステップ回転時の状態を示す平面図である。

【符号の説明】

１回転子２磁性部材３固定子４固定子５固定子６固定子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石からなる回転子と、印加電圧に
より磁極を生成する固定子と、回転子の外周を囲み、固
定子の生成磁極により変位する磁性部材とを備えること
を特徴とする超小型モータ。
【請求項２】磁性材からなる回転子と、印加電圧によ
り磁極を生成する固定子と、回転子の外周を囲み、固定
子の生成磁極により変位する永久磁石からなる磁性部材
とを備えることを特徴とする超小型モータ。
【請求項３】永久磁石からなる回転子と、印加電圧に
より磁束を発生する固定子と、回転子の外周を囲み、固
定子の発生磁束により磁気飽和する磁性部材とを備える
ことを特徴とする超小型モータ。
【請求項４】磁性材からなる回転子と、印加電圧によ
り磁束を発生する固定子と、回転子の外周を囲み、固定
子の発生磁束により磁化の強さが変化する永久磁石から
なる磁性部材とを備えることを特徴とする超小型モー
タ。