(57)【要約】【課題】  小型で十分なトルクを得ることができる電磁アクチュエータを提供する。【解決手段】  リング状の外形を有し、表面側に複数の磁極が設けられると共に裏面側には前記表面と反対の磁極が設けられるロータマグネット１１，１２と、前記ロータマグネットが固定されるロータ軸１０と、前記ロータ軸が延在する軸方向において前記ロータマグネットと並ぶように配置したコイル２０，３０と、前記コイルに基づいて発生する磁束が前記ロータマグネットを前記軸方向に横切るように磁極を配置しているステータ２５，３５とを有し、前記ロータマグネット、コイル及びステータの組が、前記軸方向に複数配設されている電磁アクチュエータ１Ａである。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状の外形を有し、表面側に複数の磁極が設けられると共に裏面側には前記表面と反対の磁極が設けられるロータマグネットと、
前記ロータマグネットが固定されるロータ軸と、
前記ロータ軸が延在する軸方向において前記ロータマグネットと並ぶように配置したコイルと、
前記コイルに基づいて発生する磁束が前記ロータマグネットを前記軸方向に横切るように磁極を配置しているステータとを有し、
前記ロータマグネット、コイル及びステータの組が、前記軸方向に複数配設されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
第１のロータマグネット及び第２のロータマグネットを含み、
前記第１のロータマグネット及び第２のロータマグネットは周方向に複数の磁極を有し、互いの磁極位置が半位相ずれるようにして対向配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
第１のロータマグネット及び第２のロータマグネットを含み、
前記第１のロータマグネット及び第２のロータマグネットは周方向に複数の磁極を有し、互いの磁極位置が一致するようにして対向配置され、
前記第１のロータマグネットへ磁束を供給する第１のステータと、前記第２のロータマグネットへ磁束を供給する第２のステータとが、前記ロータ軸の軸回りに所定角度ずらして配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
前記ロータマグネットが、前記軸方向で前記ステータの両磁極の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
前記ステータが複数の磁性部材を接続することにより形成され、該磁性部材の１つが管状の磁性部材であって内部に前記ロータ軸が貫通しており、
前記管状の磁性部材の周りに前記コイルが巻回されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
前記複数のロータマグネット間それぞれには、非磁性のスペーサが介挿されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【請求項７】
前記複数のロータマグネットが一体に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ等の電子機器に内蔵して使用される電磁アクチュエータに関する。より詳細には、小型で所望のトルクを得ることができる電磁アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ等の電子機器が著しいスピードで小型化されている。例えばカメラには電磁アクチュエータとしてステップモータが内蔵されており、これによりセクタの開閉駆動やズームレンズの駆動が行われるようになっている。よって、カメラの小型化に伴ってステップモータをより一層、小型化することが必要である。
【０００３】
従来における一般的なステップモータは、ロータに固定されたマグネットの外周を囲むようにステータが配置され、このステータに励磁用のコイルが巻回されていた。このような構造は半径方向に多くの部品が存在するので、小型化を図る上で限界がある。これに対して特許文献１は、時計など小型電子機器に適用できるステップモータ（小型電動機）の構造について開示している。このステップモータは、従来の一般的な構造とは異なりロータ（回転子）とステータのコイルとが軸方向で前後の位置に配設されている。さらに、軸方向においてロータを挟むようにしてステータ（固定子）の磁極片が配置されている。このような構造では従前において半径方向に配置された部品を軸方向に配置できるので半径方向に小型化を図ったステップモータとすることができる。
【０００４】
【特許文献１】特公昭５８−１８８７３号  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１で開示するステップモータは無通電（無電流）の状態から通電を開始したときに、ロータの回転方向が所望の方向に回転するようにロータ側のマグネットが２つの磁化領域に区切られている。このロータは回転に用いる第１の磁化領域が外周に形成され、その内側に無通電時に静止トルクを発生させるための第２の磁化領域が形成されている。このようなロータは製造が困難であり、第１の磁化領域と第２の磁化領域とが半径方向で接するので磁力が減衰して所望のトルクが得難いという問題がある。また、このステップモータは一方向のみに回転駆動されるので汎用性が低いという問題もある。
【０００６】
よって、本発明の主な目的は、小型で十分なトルクを得ることができる電磁アクチュエータを提供することである。また、電流を制御することでロータ軸を両方向に回転できる電磁アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、リング状の外形を有し、表面側に複数の磁極が設けられると共に裏面側には前記表面と反対の磁極が設けられるロータマグネットと、前記ロータマグネットが固定されるロータ軸と、前記ロータ軸が延在する軸方向において前記ロータマグネットと並ぶように配置したコイルと、前記コイルに基づいて発生する磁束が前記ロータマグネットを前記軸方向に横切るように磁極を配置しているステータとを有し、前記ロータマグネット、コイル及びステータの組が、前記軸方向に複数配設されている電磁アクチュエータにより達成できる。
【０００８】
本発明によると、モータの基本構成となるロータマグネット、コイル及びステータの組が軸方向に複数存在するので、より大きなトルクを得ることができる電磁アクチュエータを提供できる。そして、この電磁アクチュエータはコイルがロータマグネットと軸方向に並ぶように配置されているので半径方向に小型化できる。また、磁束がロータマグネットを軸方向に横切るようにステータの磁極が配置されているので、漏洩磁束を減少させてより大きなトルクを得ることができる。
【０００９】
また、第１のロータマグネット及び第２のロータマグネットを含み、前記第１のロータマグネット及び第２のロータマグネットは周方向に複数の磁極を有し、互いの磁極位置が半位相ずれるようにして対向配置されている構造を採用することが望ましい。このような構成とするとコイルへ供給する電流を制御することで、ロータ軸を任意の方向へ回転させることができる。
【００１０】
また、第１のロータマグネット及び第２のロータマグネットを含み、前記第１のロータマグネット及び第２のロータマグネットは周方向に複数の磁極を有し、互いの磁極位置が一致するようにして対向配置され、前記第１のロータマグネットへ磁束を供給する第１のステータと、前記第２のロータマグネットへ磁束を供給する第２のステータとが、前記ロータ軸の軸回りに所定角度ずらして配置されていること構造を採用してもよい。この場合にもコイルへ供給する電流を制御することで、ロータ軸を任意の方向へ回転させることができる。
【００１１】
また、前記ロータマグネットが、前記軸方向で前記ステータの両磁極の間に配置されている構造を採用することができる。このように配置すれば、コイルに基づいて発生させた磁束がロータマグネットを横切るようにできる。また、この構造ではステータとロータマグネットとも、軸方向に並ぶ配置とすることができるので半径方向での小型化を図ることができる。
【００１２】
また、前記ステータが複数の磁性部材を接続することにより形成され、該磁性部材の１つが管状の磁性部材であって内部に前記ロータ軸が貫通しており、前記管状の磁性部材の周りに前記コイルが巻回されている構造を採用してもよい。また、前記複数のロータマグネット間それぞれには、非磁性のスペーサが介挿されていることが望ましい。このようなスペーサを用いるとロータマグネット、コイル及びステータの組を隣接配置することができる。また、前記複数のロータマグネットは一体に形成してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると小型で高性能な電磁アクチュエータを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る一実施形態を図面を参照して説明する。ステップモータとして形成した電磁アクチュエータの実施例を２つ例示する。
【実施例１】
【００１５】
図１（Ａ）は、実施例１に係るステップモータ１Ａの外観を示した図であり、図１（Ｂ）及（Ｃ）はカバーを取り外して内部構成を示した図である。図１（Ａ）で示すように本ステップモータ１Ａは、平板状の下カバー３とカップ状の上カバー２との間に所定の空間が形成され、内部にロータ軸、ロータマグネット、コイル、ステータ等が収納されている。ロータ軸１０が上カバー２の中央の開口から外部に突出している。なお、上カバー２には切欠部２ＷＮが形成されており、コイルに通電する配線を引出せるようになっている。
【００１６】
図１（Ｂ）はカバー２、３を外して内部構成を示した正面図であり、同（Ｃ）は斜視図である。さらに、図２（Ａ）はステップモータ１Ａの内部構成を示した平面図であり、同（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視における縦断面図である。これらの図で示すように、本ステップモータ１Ａはモータの基本構成であるロータマグネット、コイル及びステータの組がロータ軸１０の延在する方向（軸方向）で２段に設けられている。具体的には、第１のロータマグネット１１、第１のコイル２０及び第１のステータ２５が上側に、第２のロータマグネット１２、第２のコイル３０及び第２のステータ３５が下側に配設されている。第１のロータマグネット１１及び第２のロータマグネット１２はリング形状を成しており、互いに対向するようにしてロータ軸１０に圧入されロータ軸１０の所定位置に固定されている。上側に位置する第１の組と下側に位置する第２の組との間には、樹脂フィルム等で形成した非磁性部材４が介挿されている。
【００１７】
さらに、図３はステップモータ１Ａの各部を分解して示した斜視図である。この図３を参照して各構成についてより詳細に説明する。上カバー２の内面には軸方向ＡＸに形成した溝部２ＣＮが形成されている。この溝部２ＣＮは互いに対向するように一対形成されている。組み付けが行われた状態では、この溝部２ＣＮに第１のステータ２５の一部をなす部材２５−１及び第２のステータ３５の一部を成す部材３５−１が嵌合される。これにより第１のステータ２５及び第２のステータ３５が同じ位置で位置決めされる。下カバー３側には第２のステータ３５の底部が嵌合する溝部３ＣＮが形成されている。よって、図１に示すように、上下のカバー２，３を閉じた空間内に、２組のモータ構成部分を位置決めしながら収納できる。
【００１８】
第１のステータ２５及び第２のステータ３５は、それぞれ３個の軟磁性部材を接続して形成されている。上側に位置する第１のステータ２５について説明する。この第１のステータ２５は、長尺状の部材を略Ｃ字形状になるように折曲げた第１部材２５−１と、管形状であり第１のコイル２０の中央に形成されている空間２０ＨＬ内に配置されると共に、その内部にはロータ軸１０が貫通する第２部材２５−２と、板状の第３部材２５−３とにより形成されている。
【００１９】
第１のステータ２５が組付けられたときには、図１（Ｃ）や図２（Ｂ）で示されるように、第１部材２５−１が第１のコイル２０及び第１のロータマグネット１１を抱き込むような状態となっている。そして、第１のコイル２０と第１のロータマグネット１１との間の空間には第３部材２５−３が位置している。図２（Ｂ）に示されるように、組付状態となったときには部材２５−１〜２５−３が接続されて第１のステータ２５が形成される。この状態では、コイル２０の一部が内側及び外側から第１のステータ２５により囲まれた状態となる。
【００２０】
そして、第１部材２５−１の端部２５ａと、第３部材２５−３の端部２５ｂとは軸方向ＡＸで対向するように配置されている。この端部２５ａと端部２５ｂとが第１のステータ２５の２つの磁極となる。これら磁極２５ａ、２５ｂ間に第１のロータマグネット１１が配設されている。よって、第１のステータ２５で発生した磁束は第１のロータマグネット１１を軸方向ＡＸに横切るようになる。このような構成ではロータマグネットの外周部にステータを配置して磁束をロータマグネットに及ぼすように配置させた場合と比較して漏洩磁束を減少させることができる。よって、本ステップモータ１Ａでは大きなトルクを得ることができる。
【００２１】
また、上記のように第１のロータマグネット１１を挟むように磁極を配置する構造を採用すると、軸方向ＡＸにおいて第１のステータ２５とロータマグネット１１とを軸方向ＡＸに並ぶ配置とすることができる。よって、従来よりも第１のステータ２５を半径方向において小さく形成できるので、モータの小型化を図ることができる。さらに第１のコイル２０についても、軸方向ＡＸにおいてロータマグネット１１と並ぶように配置されている。この点でも、本ステップモータは半径方向での小径化が図られている。また、このようにロータマグネット１１に対し、コイルを軸方向に配置することにより従来と同じ長さのコイルを用いてもターン数を増やすことができるので起磁力を大きくして、トルクを向上させる構造が実現される。
【００２２】
そして、スペーサ４を間にしてほぼ対称に、下側には第２のロータマグネット１２、第２のコイル３０及び第２のステータ３５が同様の構成で配置されている。すなわち、第２のステータ３５が第１部材３５−１、第２部材３５−２及び第３部材３５−３により形成され、第２のロータマグネット１２を挟むように磁極３５ａ、３５ｂが配置されている。また、第２のコイル３０も軸方向ＡＸにおいて第２のロータマグネット１２と並ぶように配置されている。
【００２３】
以上のように、本ステップモータ１Ａはモータの構成部分を２個備えているのでより大きなトルクが得られる。そして、本ステップモータ１Ａは２個のコイル２０，３０がロータマグネット１１、１２と軸方向ＡＸに並ぶように配置され、ステータ２５、３５の磁極がロータマグネット１１、１２を挟むように形成されている。よって、半径方向で小型化ができると共に、漏洩磁束を減少させてトルクを向上させたステップモータとなる。
【００２４】
更に、本ステップモータ１Ａは磁界を遮蔽する非磁性のスペーサ４を間に介在させて、軸方向ＡＸで前後に区切っている。そのため、一方の磁界が他方に影響することが抑制されるので、２組のモータ構成部分を隣接配置することができる。よって、本ステップモータ１Ａは軸方向にも小型化を図ることができる。
【００２５】
本ステップモータ１Ａは、第１のコイル２０と第２のコイル３０に供給する電流の方向を制御することにより、両方向へ回転できるように形成されている。この点について図４〜図６を参照して説明する。図４は第１のロータマグネット１１と第２のロータマグネット１２を取り出して示した図である。（Ａ）は上側に位置する第１のロータマグネット１１の平面図である。この第１のロータマグネットの下方には第２のロータマグネット１２がある。各ロータマグネット１１、１２は円周方向に複数の磁極が設定されている。ここではＮ、Ｓ磁極を２個ずつ９０°で形成し、計４極とした場合を例示している。
【００２６】
各ロータマグネット１１、１２の裏面側には表面側と反対の磁極が着磁されている。すなわち、表面側がＮ極である場合は裏面側にＳ極、表面側がＳ極である場合は裏面側にＮ極が設けられている。また、第１のロータマグネット１１と第２のロータマグネット１２では磁極の位置が軸回りに角度４５°違えて（ずらして）配置されている。第２のロータマグネット１２側の磁極は、第１のロータマグネット１１の磁極に対し、半分が同じ磁極で対向し、残りの半分が反対の磁極で対向するように半位相ずらして位置されている。ロータマグネット１１、１２はリング形状であり、中心に形成した開口にロータ軸１０が圧入されて固定される。よって、ロータ軸１０が回転しても上記したロータマグネット１１、１２間における磁極の関係は変化しない。
【００２７】
図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＢ―Ｂ線での断面図、同様に（Ｃ）はＣ―Ｃ線での断面図である。これらの図では下側にある第２のロータマグネット１２も図示されている。これらの図により、第１及び第２のロータマグネット１１、１２の表裏面で異なる磁極が設けられていることが確認できる。また、第１のロータマグネット１１の磁極と第２のロータマグネット１２の磁極とがロータ軸回りに４５°違えて（すらして）配置されていることが分かる。
【００２８】
図４で示した関係にあるロータマグネット１１、１２に、軸方向に配置した磁極２５ａ、２５ｂ及び３５ａ、３５ｂから磁束を印加すると所望の方向へ回転させることができる。図５及び図６は２相励磁でロータマグネット１１、１２を回転させたときの様子を示した図である。これらの図は、（Ａ）の状態から反時計方向ＣＣＷへ角度４５°ずつ回転させて（Ｄ）の角度１３５°まで移動させた場合を連続的に示している。各図では上段にステップモータ１Ａの断面図を示し、そのときにおけるステータの両磁極の磁性及びロータマグネットの磁性を示している。中段に第１のロータマグネット１１、下段に第２のロータマグネット１２の回転位置を示している。なお、上段の断面図は中段に示した図のＤ−Ｄ断面図である。
【００２９】
図５及び図６に示すように、第１のステータ２５に磁束を発生させるコイル２０及び第２のステータ３５に磁束を発生させるコイル３０へ供給する電流の向きを制御することで、本ステップモータ１Ａを反時計方向へステップ回転させることができる。また、図５及び図６に示したものと逆向きとして電流を第１のコイル２０及び第２のコイル３０に供給すると本ステップモータ１Ａを時計方向へステップ回転させることもできる。
【００３０】
以上説明したように本実施例１のステップモータ１Ａは小型化であっても大きなトルクを得ることができる。また、両方向へステップ回転させることも可能である。このようなステップモータ１Ａをカメラ等の電子機器に搭載すれば小型化及び高機能化を図ることができる。
【実施例２】
【００３１】
実施例１で示したステップモータ１Ａは、第１のステータ２５と第２のステータ３５とが同じ位置に磁極を有していた。すなわち、第１のステータ２５と第２のステータ３５とが、ロータ軸１０周りでのＡＸ方向において同じ位置に配設されている。そして、ロータマグネット１１、１２の磁極は、ＡＸ方向においてロータ軸周りに角度４５°ずらして（半位相ずらして）配置されていた。このように配置することでロータ軸１０を両方に回転できる。実施例２で示すステップモータ１Ｂは、実施例１のステップモータ１Ａとは逆に、２個ロータマグネット１１、１２の磁極位置を同じとし、第１のステータ２５と第２のステータ３５との磁極位置をずらしている。本実施例のステップモータ１Ｂの構成でも、実施例１のステップモータ１Ａと同じように回転することができる。
【００３２】
図７から図１０は実施例２のステップモータ１Ｂについて示した図である。重複する説明を避けるためステップモータ１Ａの構成と同じ部位には同一の符号を付している。図７（Ａ）はステップモータ１Ｂの内部構成を示す斜視図であり、同（Ｂ）は正面図である。また、図８（Ａ）はステップモータ１Ｂの内部構成の平面図であり、同（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ矢視での断面図である。これらの図に示されるように、ステップモータ１Ｂの第１のステータ２５と第２のステータ３５はロータ軸周りに角度４５°を違えて（ずらして）配置されている。これにより第１のステータの磁極位置と第２のステータの磁極位置とがロータ軸周りに角度４５°ずれることになる。このようにステータ側の磁極をずらした場合には、ロータマグネット１１、１２の磁極位置を半位相ずらす必要がなくなる。
【００３３】
図９は、ステップモータ１Ｂのロータマグネット１１、１２を取り出した図である。（Ａ）はステップモータ１Ｂの平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＦ−Ｆ線での断面図である。ステップモータ１Ｂに含む上下のロータマグネット１１、１２の磁極位置は一致しており、表裏面の磁極の関係もロータマグネット１１、１２で同じである。ステップモータ１Ｂについてもステップモータ１Ａの場合と同様に、第１のコイル２０及び第２のコイル３０に供給する電流の向きを制御することで両方向へ回転させることができる。
【００３４】
なお、図９で示したロータマグネット１１、１２は一体に形成した場合を例示している。このように一体に形成するとロータマグネット１１、１２の磁極関係を確実に固定できる。また、実施例２では上下２つの組を分ける非磁性スペーサを図示していないが、このようにロータマグネット１１，１２を一体成型した場合にも非磁性スペーサを介挿することがより望ましい。
【００３５】
図１０はステップモータ１Ｂの分解斜視図である。この図からも第１のステータ２５と第２のステータ３５が軸方向周りに所定角度違えた（ずらした）位置に固定される様子が確認できる。さらに上カバー２の内面には第１のステータ２５が嵌合する溝部２ＣＮａとは別に、第２のステータ３５が嵌合する溝部２ＣＮｂが形成されている。よって、上カバー２の内面に形成される溝部は実施例１と異なり２組となる。
【００３６】
実施例２のステップモータ１Ｂの場合にもステップモータ１Ａと同様の効果を得ることができる。すなわち、ステップモータ１Ｂも両方向へステップ回転可能で、小型化かつ大きなトルクを得ることができるステップモータとなる。
【００３７】
以上の実施例ではロータマグネット１１，１２が４つの磁極を有している場合を一例として示したが、これに限らず４極以上としてもよい。また、上記実施例ではモータの基本構成を２組含む場合を例示したが、これに限らず３組以上としてもよい。また、実施例１ではロータマグネット１１、１２を別体で形成した場合を示したが、実施例２のように一体で形成してもよい。
【００３８】
以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（Ａ）は実施例１に係るステップモータの外観を示した図であり、（Ｂ）及（Ｃ）はカバーを取り外して内部構成を示した図である。
【図２】（Ａ）はステップモータの内部構成を示した平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視における縦断面である。
【図３】ステップモータの各部を分解して示した斜視図である。
【図４】第１のロータマグネットと第２のロータマグネットを取り出して示した図である。（Ａ）は上側に位置する第１のロータマグネットの平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ―Ｂ線での断面図、（Ｃ）はＣ―Ｃ線での断面図である。
【図５】実施例１のステップモータを２相励磁で回転する様子を示した図（その１）である。
【図６】実施例１のステップモータを２相励磁で回転する様子を示した図（その２）である。
【図７】（Ａ）は実施例２のステップモータの内部構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は正面図である。
【図８】（Ａ）はステップモータの内部構成の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ矢視での断面図である。
【図９】（Ａ）はステップモータの平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＦ−Ｆ線での断面図である。
【図１０】実施例２のステップモータの分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１              ステップモータ
２              上カバー
３              下カバー
４              スペーサ
１０            ロータ軸
１１            第１のロータマグネット
１２            第２のロータマグネット
２０            第１のコイル
２５            第１のステータ
３０            第２のコイル
３５            第２のステータ
２５ａ          磁極
２５ｂ          磁極
３５ａ          磁極
３５ｂ          磁極
【図１】
2006020432.tif 000003
【図２】
2006020432.tif 000004
【図３】
2006020432.tif 000005
【図４】
2006020432.tif 000006
【図５】
2006020432.tif 000007
【図６】
2006020432.tif 000008
【図７】
2006020432.tif 000009
【図８】
2006020432.tif 000010
【図９】
2006020432.tif 000011
【図１０】
2006020432.tif 000012