(57)【要約】【課題】本件発明の課題は、モータの組み付け作業が容易であり、且つ、モータ外径を大きくすることなく、従来に比して高出力化を図ることができる小型のブラシレス直流モータと、当該ブラシレス直流モータを備えた光学素子駆動装置及び撮像装置を提供することにある。【解決手段】上記課題を解決するため、外周部に、周方向に複数の磁極１３を有するロータ１０と、その回転軸方向に対して垂直な面を有する円環状部２２と、当該円環状部２２の外周部に立設される複数の突条鉄心部２３と、各突条鉄心部２３に巻回されるコイル巻線体２４とを有するステータ２０とを備え、ロータ１０とコイル巻線領域２１とが回転軸方向において上下に配置され、各突条鉄心部２３の先端部２３ａを介してコイルから発生する磁力線をロータ１０の外周面に作用させることを特徴とするブラシレス直流モータを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に、周方向に複数の磁極を有するロータと、
当該ロータの回転軸方向に対して垂直な面を有する円環状部と、当該円環状部の外周部に立設され、その先端部がロータ側に延在する当該回転軸と平行な複数の突条鉄心部と、各突条鉄心部に巻回されるコイル巻線体とを有するステータと、
を備え、                                              
ロータとステータのコイル巻線領域とが回転軸方向において上下に配置され、各突条鉄心部の先端部を介してコイルから発生する磁力線をロータの外周面に作用させること、
を特徴とするブラシレス直流モータ。
【請求項２】
前記突条鉄心部の数が３×ｍ（但し、ｍは２以上の整数）、ロータの外周面に設けられる磁極数は、２×ｎ（但し、ｎは４以上の整数）、突条鉄心部の数と磁極数との最小公倍数が２４以上の三相ブラシレス直流モータである請求項１に記載のブラシレス直流モータ。
【請求項３】
前記突状鉄心部の数が９（ｍ＝３）、磁極数は８（ｎ＝４）又は１６（ｎ＝８）である請求項１又は請求項２に記載のブラシレス直流モータ。
【請求項４】
前記ステータは、前記円環状部の外周部に前記突条鉄心部が放射状に設けられた平板状部材を用い、当該突条鉄心部を当該円環状部に対して略垂直に折り曲げることにより形成されたものである請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のブラシレス直流モータ。
【請求項５】
前記ステータは、前記円環状部の外周部に放射状に前記突条鉄心部が設けられた状態で、各突条鉄心部にコイルの巻線が巻回され、その後、当該突条鉄心部を当該円環状部に対して略垂直に折り曲げられたものである請求項４に記載のブラシレス直流モータ。
【請求項６】
光学素子を光軸方向に移動させる駆動源として請求項１〜請求項５のいずれかに記載のブラシレス直流モータを備えることを特徴とする光学素子駆動装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光学素子駆動装置を用いて、撮像用のレンズを光軸方向に移動させることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、ブラシレス直流モータと、当該ブラシレス直流モータを備えた光学素子駆動装置及び撮像装置に関する。特に、従来に比して同寸法であっても高出力化を図ることができる小型のブラシレス直流モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種電子機器の駆動源等として各種の直流モータが使用されている。例えば、撮像装置においても、撮像用レンズ群のレンズ位置を移動させるためのレンズ移動機構の駆動源として小型のブラシ付直流モータが用いられている。小型のブラシ付直流モータは、始動トルクが大きく、加速性及び速度制御性に優れるため、レンズの位置を精密に制御しなければならないレンズ移動機構の駆動源として好適である。小型のブラシ付直流モータでは、ロータとステータの配置によって、インナ・ロータタイプのものと、アウタ・ロータタイプのものとに分類される。いずれの場合であっても、ロータの回転軸方向に対して垂直な面において見た場合、ロータの外周又は内周の周囲に、コイルの巻線領域が配置される。モータのトルクを向上させるためには、ロータ径及びコイル巻線を大きくする必要がある。しかしながら、ロータ径及びコイル巻線を大きくすると、モータの外径も大きくなることから、設置スペースに制約のある場合、モータのトルクを向上させるには限界があった。
【０００３】
一方、モータのトルクが小さい場合は、モータの回転数を上げることにより高出力化を図ることも考えられる。しかしながら、小型モータの場合、モータの出力軸（回転軸）の回転速度が速いため、出力軸と負荷の間に、ギヤ等で構成した減速機構を介在させる場合がある。この場合、モータの回転数を増加させると、減速比を大きくする必要が生じる。減速比が大きくなると、ギヤ等が噛合する時の音が大きくなり、レンズ移動時の騒音が大きくなると共に、駆動伝達速度が遅くなり、迅速応答性に欠けるという課題がある。
【０００４】
そこで、特許文献１に開示のインナ・ロータタイプの三相ブラシレス直流モータは、外周部に、周方向に複数の磁極を備えたロータと、このロータの外周側面に沿って離間配置された固定子（ステータ）とを備えた構成を採用している。固定子をロータの外周側面に沿って、設置スペースに応じて離間配置することにより、ロータ径を従来のモータ外形と同程度にまで大きくすることができ、従来に比して、トルクを向上させることができ、動作の安定化を図ることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２８８４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示の三相ブラシレス直流モータでは、円形状の固定子を採用する場合と比較すると、設置寸法のロータを挟んで両側に固定子を配置する構成を採用しているため、モータを円環状平板に設置するためには、ロータと、固定子とを別個に組み付ける必要があり、モータの組み付け作業が繁雑になるという課題がある。
【０００７】
そこで、本件発明の課題は、モータの組み付け作業が容易であり、且つ、モータ外径を大きくすることなく、従来に比して高出力化を図ることができる小型のブラシレス直流モータと、当該ブラシレス直流モータを備えた光学素子駆動装置及び撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、鋭意研究を行った結果、ブラシレス直流モータのロータとステータ（突条鉄心部）のコイル巻線領域とを下記のように回転軸方向において上下に配置することで上記課題を解決するに到った。
【０００９】
本件発明に係るブラシレス直流モータは、外周部に、周方向に複数の磁極を有するロータと、当該ロータの回転軸方向に対して垂直な面を有する円環状部と、当該円環状部の外周部に立設され、その先端部がロータ側に延在する当該回転軸と平行な複数の突条鉄心部と、各突条鉄心部に巻回されるコイル巻線体とを有するステータとを備え、ロータと突条鉄心部のコイル巻線領域とが回転軸方向において上下に配置され、各突条鉄心部の先端部を介してコイルから発生する磁力線をロータの外周面に作用させることを特徴とする。
【００１０】
本件発明に係るブラシレス直流モータにおいて、前記突条鉄心部の数が３×ｍ（但し、ｍは２以上の整数）、ロータの外周面に設けられる磁極数は、２×ｎ（但し、ｎは４以上の整数）、突条鉄心部の数と磁極数との最小公倍数が２４以上の三相ブラシレス直流モータであることが好ましい。
【００１１】
本件発明に係るブラシレス直流モータにおいて、前記突状鉄心部の数が９（ｍ＝３）、磁極数は８（ｎ＝４）又は１６（ｎ＝８）であることが好ましい。
【００１２】
本件発明に係るブラシレス直流モータにおいて、前記ステータは、前記円環状部の外周部に前記突条鉄心部が放射状に設けられた平板状部材を用い、当該突条鉄心部を当該円環状部に対して略垂直に折り曲げることにより形成されたものであることが好ましい。
【００１３】
本件発明に係るブラシレス直流モータにおいて、前記ステータは、前記円環状部の外周部に放射状に前記突条鉄心部が設けられた状態で、各突条鉄心部にコイルの巻線が巻回され、その後、当該突条鉄心部を当該円環状部に対して略垂直に折り曲げられたものであることが好ましい。
【００１４】
本件発明にかかる光学素子駆動装置は、光学素子を光軸方向に移動させる駆動源として上述のブラシレス直流モータを備えることを特徴とする。
【００１５】
本件発明にかかる撮像装置は、上述の光学素子駆動装置を用いて、撮像用のレンズを光軸方向に移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本件発明によれば、ロータと、ステータのコイル巻線領域とをロータの回転軸方向において上下に配置するため、ロータ径を大きくした場合であっても、コイル巻線領域を大きく確保することができ、モータの外径及び減速比を大きくすることなく、従来に比してブラシレス直流モータの高出力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本件発明に係るブラシレス直流モータの一例を示す外観斜視図である。
【図２】本件発明に係るブラシレス直流モータの一例を示す断面図である。
【図３】ロータの磁極を示す平面図である。
【図４】本件発明に係るブラシレス直流モータのステータ部分の一例を示す平面図（ａ）及び（ａ）のＡ−Ａ’の断面を示す図（ｂ）である。
【図５】コイル巻線体の相構成を示す平面図である。
【図６】コイル巻線体の他の配置例を示す平面図である。
【図７】図１のブラシレス直流モータを備えた光学素子駆動装置の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本件発明に係るブラシレス直流モータ１００の実施の形態を説明する。図１に、本件発明に係るブラシレス直流モータ１００の外観斜視図を示す。また、図２は、当該ブラシレス直流モータ１００の断面図であり、図３は、ロータ１０の磁極１３（Ｓ、Ｎ）の配置を示す平面図である。また、図４は当該ブラシレス直流モータ１００のステータ２０（但し、コイル巻線体２４を除く）の平面図（ａ）及び断面図（ｂ）であり、図５はコイル巻線体２４の相構成の一例を示す平面図である。
【００１９】
本件発明に係るブラシレス直流モータ１００は、鉄心（突条鉄心部２３）にコイルの巻線を巻回したいわゆる鉄心型モータであり、図１に示すように、ロータ１０と、ステータ２０のコイル巻線領域２１とをロータ１０の回転軸方向（回転軸１１の軸方向）において上下に配置したものである。モータを平面視した場合、従来のように、ロータ１０の外周又は内周に沿ってコイル巻線領域２１をその周囲に同一平面上に配置するのではなく、ロータ１０と、コイル巻線領域２１とを回転軸方向において上下に配置することにより、ロータ１０の外径を大きくすると共に、コイル巻線領域２１を大きく確保することができる。これにより、インナ・ロータタイプ等の従来の一般的な構成のブラシレス直流モータと比較した場合、同寸法で、高トルクを達成することができる。なお、図１に示す例では、鉄心（突条鉄心部２３）のコイル巻線領域２１の上方には、突条鉄心部２３の外側を取り囲むように各種配線を備えるフレキシブルプリント基板３０を巻き付けた例を示している。以下、ロータ１０と、ステータ２０の具体的な構成を説明する。
【００２０】
ロータ１０は、その外周部１２に、周方向に複数の磁極１３（Ｓ、Ｎ）を有するマグネット（永久磁石）ロータである。図２に示すように、ロータ１０は回転軸１１（シャフト）を備え、回転軸１１は軸受け１４、１５を介してブラケット４０に回転自在に支持されている。図３に示す例では、周方向に８極に等分割された磁極１３を有し、Ｓ極とＮ極が外周面において周方向に交互に現れるように磁極１３が配置される。
【００２１】
ステータ２０は、図２及び図４に示すように、ロータ１０の回転軸方向に対して垂直な面を有する円環状部２２と、その先端部２３ａがロータ１０側に延在する当該回転軸１１と平行な複数の突条鉄心部２３と、各突条鉄心部２３に巻回されるコイル巻線体２４とを有する。また、円環状部２２の中央は開口しており、この開口部２２ａにはブラケット４０及び軸受け１５を介して、ロータ１０の回転軸１１が挿入される。
【００２２】
円環状部２２及び突条鉄心部２３は、強磁性体材料を用いて一体的に成形することができる。具体的に、円環状部２２の外周部に突条鉄心部２３を放射状に連設した平板状部材を用い、当該突条鉄心部２３を当該円環状部２２に対して略垂直に折り曲げることにより、図２及び図３に示す形状の鉄心構造とすることができる。突条鉄心部２３は円環状部２２の外周部に等間隔に設けられている。図示例では、突条鉄心部２３を９本備えた例を示している。なお、ロータ１０の外周部１２に設けられる磁極１３の数と突条鉄心部２３の数（スロット数）との関係については後述する。
【００２３】
図１及び図２に示すように、各突条鉄心部２３の円環状部２２側はコイル巻線領域２１となっており、各突条鉄心部２３の先端部２３ａはロータ１０側に延在し、ロータ１０の外周面に対向配置されている。コイル巻線体２４に通電したとき、コイル巻線体２４から発生する磁力線（磁界）は強磁性体である突条鉄心部２３に収束され、当該突条鉄心部２３の先端部２３ａを介してロータ１０の外周面に作用する。本実施の形態では、各突条鉄心部２３の回転軸方向における長さは、ロータ１０の回転軸方向における長さと、コイル巻線領域２１の回転軸方向における長さとの和よりも長く、各突条鉄心部２３の先端はロータ１０の上端より突出している。また、突条鉄心部２３には、絶縁性塗料が塗布されており、突条鉄心部２３とコイル巻線体２４との絶縁が図られている。
【００２４】
コイルを突条鉄心部２３に巻回する方法は特に限定されるものではなく、一般的なブラシレス直流モータ１００の巻線技術を採用することができる。但し、本件発明は小口径のモータに適用されるものであり、互いに隣接する突条鉄心部２３間の間隙も小さい。そこで、例えば、上述のように円環状部２２の外周部に突条鉄心部２３が放射状に設けられた平板状部材を用いる場合、各突条鉄心部２３を折り曲げる前に、各突条鉄心部２３にコイルの巻線を巻回し、その後、突条鉄心部２３を折り曲げる方法を採用することができる。また、予めコイル巻線体２４を形成しておき、このコイル巻線体２４を突条鉄心部２３に取り付ける方法を採用してもよい。これらの方法を採用することにより、突条鉄心部２３を折り曲げた状態では、隣接する突条鉄心部２３間の間隙が小さく、各突条鉄心部２３にコイルの巻線を巻回するのが困難である場合であっても、各突条鉄心部２３に公知の方法等を用いて容易にコイルの巻線を巻回することができる。
【００２５】
また、各突条鉄心部２３の先端部２３ａにおいて、突条鉄心部２３間の間隙には、ホール素子等の位置検出センサ５０が配置される。位置検出センサ５０を各突条鉄心部２３の先端部２３ａ間の隙間に挿入することにより、ロータ１０の回転位置、すなわち磁極１３の位置をロータ１０により近い位置で検出することができる。
【００２６】
なお、図示は省略したが、当該モータは、外装材によりステータ２０及びロータ１０の周囲が被覆され、一つのモータ部品として構成される。従って、モータを取り付ける際には、上記特許文献１に記載の従来例のようにステータ２０とロータ１０とを別々に組み付ける必要がなく、取り付け作業が容易である。
【００２７】
次に、円環状部２２の周囲に設けられる突条鉄心部２３の数、すなわちコイル巻線体２４の数と、ロータ１０の外周面に設けられる磁極数との関係について説明する。本件発明に係るブラシレス直流モータ１００は、突条鉄心部２３の数（以下、「スロット数」と称する。）が３×ｍ（但し、ｍは２以上の整数）、ロータ１０の外周面に設けられる磁極数は、２×ｎ（但し、ｎは４以上の整数）、スロット数と磁極数との最小公倍数が２４以上の三相ブラシレス直流モータであることが好ましい。
【００２８】
当該ブラシレス直流モータ１００をファンモータ等として使用する場合には、２相又は４相の相構成を採用してもよいが、当該ブラシレス直流モータ１００を小型電子機器等の各種駆動源等として用いる場合には、３相の相構成とすることが好ましい。従って、スロット数も３ｍで表すように、３の倍数で表される数にすることが好ましい。
【００２９】
ここで、鉄心型モータの場合、スロット数と磁極数の最小公倍数が大きいほど、静止トルクが小さくなることが知られている。例えば、従来の構成の鉄心型モータの場合、スロット数が９、磁極数が１２の組み合わせ、又は、スロット数が６、磁極数が８の組み合わせが採用されることから、これらの最小公倍数はそれぞれ３６、２４である。これに対して、図示例のように、スロット数を９、磁極数を８とした場合、その最小公倍数は、７２となる。したがって、本件発明に係るブラシレス直流モータ１００では、従来の構成の鉄心型のブラシレス直流モータ１００と比較した場合、スロット数と磁極数との最小公倍数の値が、２倍、３倍となり、静止トルクを従来構成のものと比較すると１／２、１／３に低減することができる。なお、本件発明において、スロット数と磁極数との組み合わせは、図示例に限定されるものではなく、例えば、スロット数を９、磁極数を１６としてもよい。この場合、スロット数と磁極数との最小公倍数は１４４になり、より静止トルクを小さくすることができる。また、静止トルクを低減するという観点からは、このようにスロット数と磁極数との最小公倍数が従来に比して高くなるような組み合わせにすることがより好ましいが、本件発明に係るブラシレス直流モータ１００についても従来と同様にスロット数を９、磁極数が１２の組み合わせ、又は、スロット数を６、磁極数が８の組み合わせを採用してもよいのは勿論である。
【００３０】
また、図示例では、スロット数を９、磁極数を８としているため、ロータ１０の磁極境界に対して、隣り合う突条鉄心部２３のセンター位置が機械角度で５°ずれている。このため、静止トルクが各突条鉄心部２３に分散され、静止トルクを低減することができる。
【００３１】
さらに、図５に示す例では、相構成を３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）とし、ｕ−、ｕ＋、ｕ−、ｖ−、ｖ＋、ｖ−、ｗ−、ｗ＋、ｗ−のように同相のコイル巻線体２４を３つ隣り合うように配置している。但し、各相において、中央に配置されるコイル巻線体２４の巻線方向と、その両側に配置されるコイル巻線体２４の巻線方向は逆向きになるようにする。コイル巻線体２４に通電したときに、各相内の発生トルクが、相内中央に配置されるコイル巻線体２４ｕ＋（ｖ＋、ｗ＋）と、その両側に配置されるコイル巻線体２４ｕ−（ｖ−、ｗ−）とでは、電気角度で±２０°（機械角度で±５°）のずれがあるため、各相の発生トルクが平坦になり、トルクリップルを小さくすることができる。これに対して、一般的な鉄心型モータの場合、Ｕ相のコイル巻線体２４、Ｖ相のコイル巻線体２４、Ｗ相のコイル巻線体２４の順序などで、互いに隣り合うコイル巻線体２４はそれぞれ異なる相になるように等配置する。このため、各相の発生トルクは同相となるため、トルクリップルが大きくなる。
【００３２】
従って、磁束密度のより高い高磁力のマグネットを使用してロータ１０を構成した場合であっても、静止トルクやトルクリップルが大きくならず、高トルク化を図ると共に、ロータ１０を安定的に回転させることができる。
【００３３】
以上説明した本実施の形態のブラシレス直流モータ１００は、本件発明の一態様であり、本件発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。図５に示した例では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイル巻線体２４のうち、同相のコイル巻線体２４を互いに隣接して配置したが、図６に示す様に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のコイル巻線体２４を順に配置し、同相のコイルを等配置してもよいのは勿論である。本件発明では、主に小型のブラシレス直流モータ１００を例に挙げて説明したが、モータの外径等に特に制限はなく、大型のブラシレス直流モータ１００に適用してもよいのは勿論である。
【００３４】
＜光学素子駆動装置＞
次に、本件発明にかかるブラシレス直流モータ１００を備えた光学素子駆動装置６０について図７を参照して詳述する。図７は本件発明にかかる光学素子駆動装置６０の模式断面図を示している。
【００３５】
本実施の形態における光学素子駆動装置６０は、上述したブラシレス直流モータ１００を駆動源とし、ブラシレス直流モータ１００の回転軸１１からの回転力を用いて、レンズ保持枠６１を介してレンズ鏡筒６２内に収容保持された撮像用のフォーカスレンズ等のレンズ（光学素子）６３を光軸方向（図７中一点破線Ｌにて示す）に移動させるものである。
【００３６】
光学素子駆動装置６０は、固定筒６５と、当該固定筒６５の外周に貫挿配置されるカム筒６６と、ブラシレス直流モータ１００の回転力をカム筒６６に伝達する減速機構７１とを備える。減速機構７１は、上述のブラシレス直流モータ１００の回転軸１１に設けられたギヤ７２と、当該ギヤ７２に噛合してカム筒６６を光軸を中心として回転させる伝達ギヤ７３、７４とを備えるものである。当該減速機構７１は、上述のブラシレス直流モータ１００と共にモータユニット７０を構成する。カム筒６６には、カムピン６７、６８を介してレンズ保持枠６１に保持されたレンズ６３が係合されている。ブラシレス直流モータ１００の回転軸１１が回転駆動することにより、固定筒６５に対してカム筒６６が回転駆動し、カムピン６７、６８により係合されるレンズ保持枠６１が光軸方向に移動する。
【００３７】
これにより、フォーカスレンズ６３の焦点調節を行うオートフォーカス動作において、ブラシレス直流モータ１００の回転軸１１に伝達された駆動力が、ギヤ７２及び伝達ギヤ７３、７４に伝達されて、レンズ保持枠６１を光軸方向に移動させることができる。
【００３８】
上述したように、本件発明にかかるブラシレス直流モータ１００は、上述の光学素子駆動装置６０を備えた撮像装置等、各種の部品が高密度に狭小スペースに搭載される各種小型電子機器の駆動源として好適に用いることができる。特に、本件発明にかかるブラシレス直流モータ１００は、直径が１０ｍｍ以下の構造を採用した場合に有効である。すなわち、本件発明にかかるブラシレス直流モータ１００は、従来のインナ・ロータタイプ或いはアウタ・ロータタイプのものと比較すると、図１に示すような円環状平板２００に取り付ける場合であっても、同じ１０ｍｍ以下の外寸であってもロータ１０の径を従来に比して大きくすることができ、コイル巻線領域２１も大きく確保することができる。そのため、従来に較べて２倍〜５倍程度のトルクを発揮することができる。従って、直径が１０ｍｍ以下であっても、高いトルクを発揮することができる本件発明にかかるブラシレス直流モータ１００は、上述したようにレンズ鏡筒６２内などの狭小なスペースに配置されて動力が要求される機器に採用することで、より大きな利益をもたらすことができる。
【００３９】
また、回転軸１１に減速機構７１を設けたギヤードモータとした場合にも、当該ブラシレス直流モータ１００は、従来に比して高トルクであるため、減速比を小さくすることができる。従って、上述のように撮像装置の光学素子駆動装置６０の駆動源として、本件発明にかかるブラシレス直流モータ１００を用いた場合、駆動時の静音化及び、停止精度の向上を図ることができるため、フォーカシングやズーミングを行う際に騒音を発生させることなく、迅速にレンズを精度良く移動させることができる。
【００４０】
以上説明した本実施の形態の光学素子駆動装置６０及び撮像装置は、本件発明の一態様であり、本件発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本件発明に係るブラシレス直流モータは、ロータと、ステータのコイル巻線領域とをロータの回転軸方向において上下に配置するため、ロータ径を大きくした場合であっても、コイル巻線領域を大きく確保することができ、モータの外径及び減速比を大きくすることなく、従来に比してブラシレス直流モータの高出力化を図ることができる。従って、各種の部品が高密度に狭小スペースに搭載される各種小型電子機器の駆動源として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０・・・ロータ
１１・・・回転軸
１３・・・磁極
２０・・・ステータ
２１・・・コイル巻線領域
２２・・・円環状部
２３・・・突条鉄心部
２４・・・コイル巻線体
５０・・・位置検出センサ
６０・・・光学素子駆動装置
１００・・ブラシレス直流モータ
【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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