CN100356666C

CN100356666C - 致动器和照相机叶片驱动装置

Info

Publication number: CN100356666C
Application number: CNB021058822A
Authority: CN
Inventors: 黑须富男; 武井敏明
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2022-04-09
Also published as: US20020149290A1; CN1380735A; US6880988B2; US6667678B2; US20040131349A1; JP2002315293A

Abstract

设计一种致动器，以使转子沿着由定子线圈所通过的电流而定的方向在预先设定的角度范围内旋转。该转子包括：一个柱状的、具有两个与旋转中心线垂直的表面和一个环绕旋转中心线的表面的永久磁体，以及一个与永久磁体整体成型的框体。框体覆盖了永久磁体的中心部分和环绕永久磁体旋转中心线的表面，因而提供了多个外露的表面。被遮盖的中心部分的每个区域内均装有一根由定子支承的轴。并且从旋转中心部分沿径向伸出一个部件，其上装配有一个平行于旋转中心线的传动销钉。

Description

致动器和照相机叶片驱动装置

技术领域

本发明涉及一种微型电流控制致动器。在这个致动器中，当定子线圈通上电流，一个带有永久磁体的转子就会沿着由定子线圈所通过的电流而定的方向旋转一个预先设定的角度。

背景技术

在照相机技术领域，一种微型电流控制致动器(有时称作动磁式电动机)为人们所知。这种致动器的设计使得定子线圈通上电流时，一个带有永久磁体的转子就会在沿着由定子线圈所通过的电流而定的方向在预先设定的角度范围内旋转。同时，一个传动销钉与永久磁体一起致动，并推动从动构件。与步进电动机相对比，这种致动器具有明显的成本低、体积小和耗能少的优点。因此在照相机中，它主要用作快门叶片和制动叶片的动力源，但是它的应用并不局限于照相机，还可用于各种其它产品。

对于这样的致动器，已有各种各样的结构形式的方案并已付之实用。近年来典型结构形式的例子已公布于日本特开专利的2000-197326号和2000-292827号文件中。这些公告中所描述的致动器，尽管定子及转子的构造互不相同，但沿各个永久磁体的径向磁化的磁极个数相同。即使转子互相替换，只要未出现形状和尺寸方面的问题，它们仍可以正常工作。对于转子，尽管在以前的公告中描述的看上去制作简单，但它必须承担较高的材料费用，而且较难得到大的磁场强度(高的磁通密度)。因此，近来的公告中介绍的致动器在多数情况下用作照相机的致动器。

这里将对这种转子的结构作特别说明。径向磁化的永久磁体是圆筒状的。旋转轴位于永久磁体的中空部分，其端部从中空部分伸出，并由定子的支座支承。传动销钉(主动销钉)位于径向，用合成树脂整体制成。这样的传动销钉通常只装有单独的一个。但即使是用于照相机的致动器，根据快门叶片和致动叶片结构，也可能在对称的、成180°角的位置装上两个传动销钉。销钉的个数可以依据所要求的规格适当地选择。这样的一个合成树脂的部件，在被独立制作完成后，可以通过粘固或压配合的方法粘结到永久磁体上去。但是从成本角度而言，用一种称为喷射浇注的方法浇注部件，并使其与永久磁体结合的方法是最为有利的。

同样对于这种致动器，近来强调要更加紧凑轻巧。但是上面提及的特开专利2000-197326号和2000-292827号中的致动器类型，其圆筒状定子的外直径已经减小到仅4～5mm，转子的永久磁体的直径也减小到仅2mm。因此想进一步减小尺寸是十分困难的。特别是转子的永久磁体，即使这样小的直径再有微量的减少，也会使质量减小的比例增加，而且会难以保证实现预定的磁场强度，或者在大规模生产时无法确保获得在制造允许误差以内的永久磁体。正是如此，在人们尝试实现更加紧凑的结构时，成本大大增长的问题就出现了。

有这样一种可能，将永久磁体做成柱子状，则即使它的直径减小，也可以保证它的质量保持不变。当永久磁体做成柱子状但直径不减小时，则可以获得大的磁场强度。但是，这种情况下，就产生了部件如何由支座支承和传动销钉如何构造的问题。为了解决这问题，人们提出了这样的构造：由支座支承的部件和传动销钉作为有特殊形状的独立部分分别制作，再通过粘固或者压配合的方法将它们粘结到永久磁体上。但是，由于各部分尺寸的减小，通过粘固或者压配合将各个部分一个一个装配起来，并要确保生产出好的产品是困难的，同时这样生产出来的致动器的成本当然是高的。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种微型的、低成本的电流控制致动器。在这个致动器中，对定子通以电流，使转子沿着由定子所通过电流而定的方向在预先设定的角度范围内旋转。其中，转子与支座支承的部件制作在一起，传动销钉也通过合成树脂喷射浇注与柱状的永久磁体整体成型。

为了达到上述的目标，本发明提供了一种致动器，其中一转子被做成沿着由施加给盘绕着定子的线圈的电流的方向所确定的方向在一预先设定的角度范围内绕旋转轴旋转，

所述转子包括：具有与所述旋转轴相垂直的表面和与所述旋转轴相平行的一表面的一柱状永久磁体，以及与所述永久磁体整体成型的一框体，

所述框体是通过喷射浇注法制成的，以便与所述永久磁体整体成型，

所述框体覆盖了所述永久磁体的旋转轴区域的两端以及与所述永久磁体的所述旋转轴相平行的所述表面，以便提供所述永久磁体的多个外露的表面，

所述框体设有一轴，所述轴形成于覆盖所述旋转轴区域的两端的每个部分、且由所述定子的一支座支承，

在所述永久磁体的每一个旋转中心部分与覆盖其的框体相对的位置处，所述永久磁体和所述框体的其中之一设有一多边形凹孔，而所述永久磁体和所述框体的其中另一个则设有用于装配到所述凹孔中的一凸起，并且

所述框体设有一输出部分，所述输出部分形成于沿径向方向从所述旋转轴区域的两端的其中之一延伸的一部分中。

较佳地，在上述致动器中，在所述永久磁体的环绕旋转中心线的表面与覆盖其的框体的相对位置处，所述永久磁体和所述框体的其中之一设有一些凹孔，而所述永久磁体和所述框体的其中另一个则设有用于装配到所述凹孔中的一些凸起。这样做后，永久磁体就可顺利地与框体构造在一起。

较佳地，在上述致动器中，所述输出部分被构造并设置成平行于所述旋转轴的一传动销钉。

较佳地，在上述致动器中，所述永久磁体被磁化成具有位于径向方向的两个磁极，并且在垂直于所述旋转轴的所述表面中的至少其中之一具有沿着所述两个磁极之间的边界线所构成的一凹槽，所述框体的一部分形成在所述凹槽中，并且所述传动销钉位于所述边界线的延长线上。通过这些凹槽，不仅永久磁体与框体的整体性可以很好地保持，而且从制造角度看，传动销钉在磁化方向的定位也变得十分方便。

较佳地，在上述致动器中，所述框体被构成为相对于所述永久磁体以180°角对称地形成所述传动销钉和另一个传动销钉，这样就可以设计出不同于单个传动销钉情况的应用实例。

本发明还提供了一种装有上述致动器的照相机叶片驱动装置，它具有一致动器，其中一转子被做成沿着由施加给盘绕着定子的线圈的电流的方向所确定的方向在一预先设定的角度范围内绕旋转轴旋转，

较佳地，在上述照相机叶片驱动装置中，所述致动器用作动力源。

或者，在上述照相机叶片驱动装置中，所述照相机叶片驱动装置是照相机快门装置。

抑或，在上述照相机叶片驱动装置中，所述照相机叶片驱动装置是照相机制动装置。

通过结合附图对所选较佳实施例的详细描述，本发明的这个和其它目的，以及本发明的特征和优点会一目了然。

附图说明

图1为本发明第一个实施例的一个俯视图，图示的是从正面看快门机构的快门关闭时的情况；

图2为图1核心部分的剖面图；

图3A为图2中定子的外框的剖面图；

图3B为图3A所示的外框的俯视图；

图3C为图3A所示的外框的仰视图；

图4A为图2中转子的正视图；

图4B为图4A所示转子的俯视图；

图4C为构成转子的永久磁体的正视图；

图4D为图4C所示永久磁体的俯视图；

图5为第一个实施例的一个俯视图，图示的是从正面看快门机构的快门完全打开时的情况；

图6A为本发明的第二个实施例中的转子的正视图；

图6B为图6A所示的转子的俯视图；

图6C为构成转子的永久磁体的俯视图；以及

图6D为图6C所示的永久磁体的一个中心横截面图。

具体实施方式

以下将根据图中所示的两个实施例来阐述本发明。

第一实施例

本实施例将本发明的致动器应用于照相机的快门机构。首先对第一个实施例的结构进行说明。在说明中，假定正面指的是表面一面，而反面指的是背面一面。图1中，合成树脂制成的一个快门底板1上有一个开孔1a和一个弓形槽1b(1b未在图1而是再图5中表示)。弓形槽1b的剖面图可见图2。为了安装后文所述的致动器，快门底板1有许多定位孔1c，它们中的一个表示于图2中。快门底板1的表面上还有两个卡子1d和1e，每个都具有弹性。快门底板的背面有用来安装三片快门叶片的三根枢轴1f、1g和1h，后面会对它们进行描述。

一个与快门底板1轮廓相同的叶片夹板2以某种方式安装在快门底板1的背面(未图示)。快门底板1和叶片夹板2两者之间设有叶片一个叶片腔。叶片夹板2也有一个与开孔1a形状相同的孔2a，孔2a与开孔1a同心放置，故形成了一个曝光孔。叶片夹板2有一槽2b，槽2b仅在图2中绘出了一个截面，它与槽1b的形状大致相同，位置则在与槽1b相对的地方。另外，叶片夹板2还有未图示的三个孔，快门底板1的枢轴1f、1g和1h正好插入其中。

快门腔中放置有三片快门叶片3、4和5。快门叶片3有一个圆形孔(未图示)和一条槽3a，枢轴1f正好插入该圆孔，以使快门叶片3可以转动。快门叶片4有一个圆形孔(未图示)和一条槽4a，枢轴1g正好插入该圆孔，以使快门叶片4可以转动。快门叶片5有一个圆形孔(未图示)和一条槽5a，枢轴1h正好插入该圆孔，以使快门叶片5可以转动。

致动器安装于快门底板的表面一边。在第一个实施例中，致动器的基座6直接安装在快门底板1上。基座6是用合成树脂制成，许多销钉6a(其中的两个示于图2)正好插入底板1的定位孔1c中，以使基座6可以通过以上提及的两个卡子1d和1e固定在底板1上。如图2所示，基座6提供了一个为后述的转子设的支承孔，其下还设置一个凹槽6c，用以安装后面将述的线圈。基座6还有一个凸起6d、一个弓形槽6e和一个孔6f。

在图2中，基座6上放置了一个合成树脂的外框7。图3A～3C所示的为单独的外框7。外框7在图3A中的顶板整体上采用了类似圆盘的形状(可从图3B中看出)，它的中间有一个为后述的转子所设的支承孔7a。为了安装后述的线圈，构造了三条U形的凹槽7b、7c和7d、以及设有孔7a的一个表面。

图3A中的底板由两个部分组成：一个部分通过两个立柱7e和7f与顶板连接，另一个部分通过两个立柱7g和7h与顶板连接。两个部分中的一个有一个节7i，另一个则有一个销钉7j。节7i与基座6的凸起6d相咬合，从而用以防止插入基座6的孔6f的销钉7j的旋转。这样，考虑到四个立柱7e、7f、7g和7h，外框7有四个细长的开口。为连接这些开口而设置了一个底部的开口，它与基座6的槽6e相连接。

在基座6和外框7封闭起来的空间中放置了一个转子。如图4A和4B所示，第一个实施例中的转子包括一个永久磁体8和一个用喷射浇注法与永久磁体8整体成型的框体9。如图4C和4D所示，本发明中的永久磁体8采用柱子的形状，而不象传统的永久磁体那样为中空的。而且，柱体设计成两个面垂直于旋转的中心线，且柱体方形横截面的四个角则都均被磨去。

另一方面，框体9覆盖了永久磁体8上部和下部的旋转中心部分以及旋转中心线附近的一些表面，以得到四个外露的表面。在这些旋转中心部分包含的独立区域内，装有：一根轴9a，可旋转地插入外框7的孔7a，并由孔7a作为一个支座支承；以及一根轴9b，可旋转地插入基座6的孔6b，并由孔6b作为一个支座支承。而且，尽管在第一个实施例是在转子一侧框体9上装有轴9a和9b、而在定子一侧外框7和基座6上分别有孔7a和6b的，但框体9也可以有两个孔，以使定子一侧的轴可以插入，或者每一侧都可有孔和轴。

框体9有四个簧片9c、9d、9e和9f，被制成簧片9d和9f中的任何一个的横截面的厚度均大于9c和9e中的任何一个的横截面的厚度。因此，簧片9d放置在立柱7g和7h之间，而簧片9f放置再立柱7e和7f之间。图4B中，永久磁体8被磁化成两磁极位于径向方向，并有一个部件连接这些簧片9d和9f作为边界。此外，框体9有一个沿半径方向伸出的部分，向下倾斜并插入基座6的槽6e中。在这个部分的端部，装有一个平行于永久磁体8旋转中心线的传动销钉9g。传动销钉9g插入快门底板1的槽1b和叶片夹2的槽2b，并与叶片腔中快门叶片3、4和5的槽3a、4a和5a相配合。

如前所述，转子可旋转地支承于由基座6和外框7组成的一个定子的框架上，然后一个线圈10置于凹槽6c、7b、7c和7d中，这样就遮没支承孔6b和7a。外框7的圆周面插入到圆筒状座11中，将线圈10密封起来。此外，致动器被做成如下的结构：在靠近转子的地方放置一个磁体(已为人们所熟知，故未图示)，当线圈10没有电流通过时，转子可以通过利用该磁体和永久磁体之间的引力来保持静止的状态。

接着将对第一个实施例的运作进行简要的说明。图1所示的是一个快门关闭时的状态，开孔1a被三片快门叶片3、4和5封闭起来。这种情况下，致动器的线圈10没有电流通过。因此，转子的静止状态通常是十分不稳定的，有如下的可能性：例如，当照相机受震动时，震动使快门叶片3、4和5张开而将胶卷曝光。但是，在第一个实施例中，转子附近放置了一个磁体(未图示)，这样，在磁体和永久磁体8之间的引力作用下，转子就有逆时针方向旋转的倾向。不过，由于传动销钉9g与快门底板1的弓形槽1b相连接，转子的旋转被阻止了，这个状态也保持了。

在图1的状态下，当照相机的电源开关打开，一个测光电路和一个测距离的电路就启用了。随后，当弹开的按钮在拍照时被按下时，正向电流通入线圈10。结果是，图1中的转子顺时针方向旋转，快门叶片3、4和5也通过传动销钉9g旋转。这种情况下，快门叶片3和4分别以轴1f和1g为中心顺时针旋转，而快门叶片5则以轴1h为中心顺时针旋转。由于快门叶片3和4支点和作用点之间的位置关系不同，快门叶片4的旋转速度快于快门叶片3。因此，快门叶片3和4的叠加作用加强了。当传动销钉9g接近快门基板1的弓形槽1b端部，开孔1a刚刚完全打开时，这样的旋转就停止了。这种情况可见图5所示，图中略去了致动器的部分几何形状线。

即使是在图5所示的状态，当曝光时间较短时，线圈10与电源是不断开的。当发出开孔关闭的信号时，正向电流中断，反向电流通入。但是，当曝光时间较长时，线圈10与电源断开，进入非导电状态，以避免电池的损耗。在第一个实施例中，致动器做成即使在线圈10进入这样的非导电状况时，仍顺利地保持图5所示的状态。需要一提的是，在这种状态下，定子在磁体(未图示)和永久磁体8之间的引力作用下有顺时针旋转的倾向。

之后，当发出关闭开孔的信号时，反向电流通入线圈10。在此过程中，图5所示的转子逆时针旋转，快门叶片3、4和5也绕传动销钉9g沿与所述相反的方向旋转，使开孔1a关闭。当传动销钉9g接近快门基板1的弓形槽1b端部，开孔1a被快门叶片3、4和5完全关闭，这样的旋转就停止了。当转子的旋转一停止，线圈10与电流断开以恢复到图1所示的状态，这样的状态会保持到拍摄下一张照片时为止。

如前所述，在第一个实施例中，永久磁体8采用了柱状，因而可以获得比传统的、圆筒状的永久磁体更高的磁通密度。即使永久磁体8的尺寸小于传统的永久磁体，它也可以获得与传统磁体中相同的磁通密度。因此，例如，如果永久磁体的轴向尺寸相同，则第一个实施例中的永久磁体的径向尺寸可以减小，从而使座11的直径比传统的座要小。此外，当永久磁体的径向尺寸确定，第一个实施例中的永久磁体的轴向尺寸可以减小，则图2所示的致动器的竖向尺寸可以比传统的致动器小。

在第一个实施例中，框体9设计为与永久磁体8通过喷射浇注法整体连接。但即使采用了这种方法，永久磁体8与框体9的接触面仍未形成完全固结的状态。象这样，如果框体9上不配置簧片9c和9e，则会担心永久磁体8可能从框体上掉下来的。但由于如前所述的永久磁体8和四个簧片9c、9d、9e和9f的配置，第一个实施例的设计使这样的可能性绝对不会发生。

还有，尽管第一个实施例中的永久磁体8的各个垂直于旋转轴的面(如图4B所示)为近正方形的形状，但举个例子来说，它也可以是八角形的。根据前述的理由，当采用八角形时就可能需要三个簧片。严格地说，在第一个实施例中，如图4A所示，端部装有传动销钉9g的部件向转子的径向伸出，并向下倾斜45度。本发明并不局限于这样的形状，所述的部件也可设计成水平伸出。简而言之，唯一的要点是该部件至少要沿径向伸出，无论它是水平还是倾斜地伸出，也不管它伸出的长短。这对下面将述的第二个实施例的情况也同样适用。

在第一个实施例中，为了提高绕组间隔的利用效率，也是压缩体积各个措施中一个的环节，在外框7在立柱7e和7g之间、立柱7f和7h之间设置细长的开口。如果不需要这些开口，则可在外框设计中将这些开口堵塞。立柱7g和7h间的细长开口是用于防止框体9的簧片9d与外框7接触的目的。如果没有设计上的问题，可以将这些细长的开口堵塞。这对下面将阐述的第二个实施例的情况也同样适用。

第二实施例

除了转子的构造不同，本实施例的致动器与第一个实施例的致动器具有相同的结构。因此省略了对于定子构造的说明。在第一个实施例中对定子单独的描述和定子与转子相对关系的描述同样适用于第二个实施例的情况。下面参照图6A～6D对第二个实施例中的转子进行说明。

第二个实施例的转子包括一个近似柱形的永久磁体18和一个通过喷射浇注法与永久磁体体18整体成型的框体19。在永久磁体18垂直与旋转中心线的两个表面上设有穿过旋转中心部分的直线V形槽18a和18b，在永久磁体18的圆周面上设有直线V形槽18c和18d，并将V形槽18a和18b连接起来。永久磁体18有两个径向磁化的磁极，V形槽18a、18b、18c和18d就沿两个磁极之间的边界线布置。在V形槽18a和18b的中部分别设有长方体形凹孔，也即分别设置在永久磁体18的上面的旋转中心部分和下面的旋转中心部分。

另一方面，框体19有四个方形的簧片19a、19b、19c和19d，簧片上的凸起可嵌入到V形槽18a、18b、18c和18d及凹孔18a和18b中。两个旋转的中心部件装有定子框架支座支承的轴19g和19h。然而正如第一个实施例中所述，旋转中心部分也可以用孔来替代轴19g和19h，因而需要定子一边提供可插入的枢轴。此外，框体19有一个使簧片19c沿径向伸出、稍向下倾斜的部分，且在其端部装有一个传动销钉19i。还有，第二个实施例的致动器运作与第一个实施例的一致，故略去了对其运作的说明。

如前所述，在第二个实施例中，永久磁体18同样采用了柱形，从而可以获得比传统的、圆筒形的永久磁体更高的磁通密度。因此，即使永久磁体18的尺寸比传统的永久磁体小，它仍可以获得与传统永久磁体一样的磁通密度。由于在第二个实施例中永久磁体18的周围设置了V形槽18a、18b、18c和18d及凹孔18a和18b且有簧片19a、19b、19c和19d插入其中，那么，永久磁体18和框体19相对位置的变动以及永久磁体18从框体19中的滑落都是可以避免的。

还有，在第二个实施例中，虽然在永久磁体18的周围设置了V形槽18a、18b、18c和18d及凹孔18a和18b，但是即使在框体19上设置其中的一部分或全部，也就可以实现本发明的目标。甚至当V形槽18a、18b、18c和18d及凹孔18a和18b都不设置，也就可以实现本发明的目的。但当仅设置它们中的一个，本发明是无法运作起来的。V形槽18a、18b、18c和18d中的任何一个都可由不同形状的单个孔或多个孔替代。尽管凹孔18a和18b在图6C中为矩形，但它的形状并不局限于矩形。不过，凹孔18a和18b最好选用多边形，以使永久磁体18不会相对于框体19发生旋转。

第二个实施例的永久磁体18上的V形槽18a、18b、18c和18d通过浇注形成，它的两个磁极在垂直于V形槽18a和18b的方向上磁化。如人们所熟知，在两个磁极的情况下，传动销钉19i最好布置在两磁极边界线的延伸线上。这样，当永久磁体以第二个实施例中方法来构造时，与第一个实施例相比，第二个实施例具有这样的优点：传动销钉与磁化方向的相对位置关系在制造时就可确定，且永久磁体18和框体19的相对位置在制造完成后保持不变。在无需特别考虑上面的所述的和制造的费用的场合，永久磁体18可设计成使其圆周面上的V形槽18c和18d不是如同第二个实施例中那样成180°角的对称布置，而是布置在成不同角度的位置上。在有些情况下，可以在圆周面设置三条或更多的V形槽。

另外，尽管在所述的实施例中只设置了一个传动销钉，根据需要驱动的机构的不同类型，也可设置多个传动销钉。然而，这种致动器的尺寸是很小的，因此从制造的角度来看，最好设置两个传动销钉。当有两个传动销钉的致动器被用于快门机构或制动机构时，两个传动销钉最好置于成180°角的对称位置。

如上面所述，本发明的致动器是这样工作的：电流通过定子线圈，使转子旋转过一个预先设定的角度的范围。转子有一个柱形的永久磁体，永久磁体部分由支座支承，且传动销钉通过合成树脂的喷射浇注法与永久磁体一体成型。这样，整个致动器都可制造得很小，造价也低，更不用说转子了。

Claims

1.一种致动器，其中一转子被做成沿着由施加给盘绕着定子的线圈的电流的方向所确定的方向在一预先设定的角度范围内绕旋转轴旋转，

2.如权利要求1所述的致动器，其特征在于：在所述永久磁体的环绕旋转中心线的表面与覆盖其的框体的相对位置处，所述永久磁体和所述框体的其中之一设有一些凹孔，而所述永久磁体和所述框体的其中另一个则设有用于装配到所述凹孔中的一些凸起。

3.如权利要求1或2所述的致动器，其特征在于：所述输出部分被构造并设置成平行于所述旋转轴的一传动销钉。

4.如权利要求3所述的致动器，其特征在于：所述永久磁体被磁化成具有位于径向方向的两个磁极，并且在垂直于所述旋转轴的所述表面中的至少其中之一具有沿着所述两个磁极之间的边界线所构成的一凹槽，所述框体的一部分形成在所述凹槽中，并且所述传动销钉位于所述边界线的延长线上。

5.如权利要求4所述的致动器，其特征在于：所述框体被构成为相对于所述永久磁体以180°角对称地形成所述传动销钉和另一个传动销钉。

6.一种照相机叶片驱动装置，它具有一致动器，其中一转子被做成沿着由施加给盘绕着定子的线圈的电流的方向所确定的方向在一预先设定的角度范围内绕旋转轴旋转，

7.如权利要求6所述的照相机叶片驱动装置，其特征在于：所述致动器用作动力源。

8.如权利要求7所述的照相机叶片驱动装置，其特征在于：所述照相机叶片驱动装置是照相机快门装置。

9.如权利要求7所述的照相机叶片驱动装置，其特征在于：所述照相机叶片驱动装置是照相机制动装置。