JP2005027407A - ステップモータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型でスムーズな動きを実現できるステップモータを提供する。
【解決手段】２磁極を有するロータと、第１のコイルにより励磁される第１磁極と、第２のコイルにより励磁される第２磁極と、前記第１及び第２のコイルにより励磁される第３磁極とを含み、前記第３磁極と前記ロータとのギャップを、前記第１磁極及び前記第２磁極と前記ロータとのギャップより大きく形成したステップモータである。このステップモータは、強い磁界を発生させる場合がある第３磁極とロータとのギャップが広く設定されているので、ロータに作用する磁界を軽減できる。よって、ロータに作用する磁界を均一化してロータの円滑な回動を実現できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ等に用いる小型のステップモータに関する。より詳細には、例えばカメラのシャッタを駆動するのに好適なステップモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラは電子化されており、シャッタの駆動がステップモータによって行なわれるようになっている。また、カメラは小型軽量化が促進され、小型で高精度なステップモータを提供する必要がある。例えば特許文献１では、固定子（ステータ）に設けた２つのコイルを同時に励起して回転子（ロータ）を回転させるステップモータが開示されている。
【０００３】
図５は、特許文献１で開示されているステップモータ１００の概略を示した平面図である。ロータ１０１の外周に等脚台形型のステータ１０３が配置されている。このステータ１０３は３個の磁極１０４、１０５、１０６を備えている。左右に第１コイル１０８と第２コイル１０９とを備えており、これらコイル１０８、１０９に供給する電流の向きを制御することで、磁界の向きを変更して永久磁石で形成したロータ１０１を回転させるようにしている。なお、第３磁極１０６は左右のコイル１０８、１０９から励磁されるようになっており、特にこの第３磁極１０６はロータ１０１に接近する突出部１０７を備えている。この突出部１０７を設けることにより無磁場の時にロータ１０１のＮ極（又はＳ極）がこの突出部１０７に位置するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特公平２−２３８２号 公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第３磁極は前述したように左右のコイル１０８及び１０９によって同時に励磁される。コイル１０８及び１０９に供給される電流の方向が順次切り換えられるので、第３磁極には両コイル１０８、１０９から同じ磁極が励磁される状態と、異なる磁極が励磁される状態とが存在する。第３磁極が左右からの異なる磁極を励磁されたときは、磁界が相殺し合うので無磁化状態となる。その逆に、第３磁極が左右からの同じ磁極を励磁されたときは、磁界が相乗するのでＮ極又はＳ極が倍加された状態となる。このように第３磁極からの磁界が大きく変化すると、その影響を受けて回転するロータ１０１の回転動作が不均一となる。このような不均一な動きをするステップモータを、例えばカメラのシャッタ駆動部に採用すると撮影に悪影響を与えてしまう。
【０００６】
よって、本発明は、上記課題を解決して小型でスムーズな動きを実現できるステップモータを提供することを主な目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、２磁極を有するロータと、第１のコイルにより励磁される第１磁極と、第２のコイルにより励磁される第２磁極と、前記第１及び第２のコイルにより励磁される第３磁極とを含み、前記第３磁極と前記ロータとのギャップを、前記第１磁極及び前記第２磁極と前記ロータとのギャップより大きく形成したステップモータにより達成される。本発明によると、強い磁界を発生させる場合がある第３磁極とロータとのギャップが広く設定されているので、ロータに作用する磁界を軽減できる。よって、ロータに作用する磁界を均一化してロータの円滑な回動を実現できる。このようなステップモータを、例えばカメラのシャッタ駆動に採用すればシャッタを安定駆動できる。
【０００８】
そして、前記ロータは円筒形状を有し、前記ロータの外周面に対向するように平面略コ字状のステータが配置され、該ステータの両端部の各々に前記第１磁極及び前記第２磁極が設定され、該ステータの中央部位置に前記第３磁極が設定されている構造を一例として採用ことができる。そして、前記ステータの前記第１磁極と第３磁極との間に前記第１のコイルが、前記第２磁極と第３磁極との間に前記第２のコイルがそれぞれ配置され、前記ステータは前記第１及び第２のコイルの位置ずれ防止用の突部を備えることがより好ましい。このように突部を備えていれば、第１及び第２のコイルの位置が安定するのでより好ましい構造を備えたステップモータとして提供することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態に係るステップモータの主要部の構成を示した図である。本ステップモータ１は、中央に配置した両方向に回転可能なロータ２及びこのロータ２の外側に対向するように配置したステータ３を備えている。このロータ２は断面円形で円筒形状を成している。ステータ３は平面略コ字状で一体型に形成され、その内部空間にロータ２を収納する状態にして配置されている。なお、図１ではステータ３のコ字の開放側が上向きとなる状態でステップモータ１を示している。
【００１０】
ロータ２は、Ｎ磁極及びＳ磁極を１つずつ備えている。ロータ２はこれら磁極が対向する位置に着磁された永久磁石であり、軸２１回りに両方向へ回動自在に設定されている。上記コ字形状を有するステータ３の両端はロータ２の周面に対向するように形成されている。これらのそれぞれが第１磁極１１、第２磁極１２となる。そして、この第１磁極１１及び第２磁極１２の中間位置に第３磁極１３が配置されている。
【００１１】
上記第１磁極１１と第３磁極１３との間には第１のコイル４が、第２磁極１２と第３磁極１３との間には第２のコイル５が、それぞれ巻回されている。第１磁極１１は第１のコイル４が通電されたときに励磁され、第２磁極１２は第２のコイル５が通電されたときに励磁される。これに対して、第３磁極１３は第１のコイル４及び第２のコイル５の両方によって励磁される。よって、第３磁極１３の励磁状態は、第１のコイル４及び第２のコイル５への通電により発生した励磁状態を組み合わせた状態が見た目の状態として現れる。なお、第１のコイル４、第２のコイル５は図示しない制御回路に接続されており、これらコイル４、５への供給電流の向きは独立して変更される。よって、第１磁極１１及び第２磁極１２は、共に同じ磁極に励磁される状態と、互いに異なる磁極に励磁される状態とが存在する。
【００１２】
ここで、第３磁極１３に結果として現れる磁界は、第１磁極１１及び第２磁極１２が共に同じ磁極に励磁された場合には、これらよりも強力なものとなる。その逆に、第１磁極１１及び第２磁極１２が互いに異なる磁極に励磁された場合には、第３磁極１３での磁化は相殺されて無磁化状態となる。このように各磁極のバランスが大きく変化する状況は、先に従来技術での問題として指摘したように、ロータ２が円滑に回転することに関して障害となる。
【００１３】
そこで、本ステップモータ１はこの問題を解消するための構成を備えている。この点ついて説明する。本ステップモータ１では、ロータ２の周表面と第１磁極１１及び第２磁極１２との間の間隔は、同じギャップｄとされている。これに対し、ロータ２の周表面と第３磁極１３との間のギャップＤは、ギャップｄよりも大きく設定されている。例えば、このギャップＤは第３磁極１３に倍化された磁極が現れた場合に、これを半減させることができる距離を考慮して設定される。このようなギャップＤとしては、例えばギャップｄの１〜２倍程度、より好ましくは１．３倍程度に設定するのが望ましい。このようにロータ２の周表面と第３磁極１３とのギャップＤを、第１磁極１１及び第２磁極１２側のギャップｄよりも大きく設定することにより、ロータ２の回転中に励磁環境が変動することを抑制できるので、ロータ２を円滑に回転できる。
【００１４】
さらに、図２を参照して、本ステップモータ１のロータ２が回転する際の様子をより詳細に説明する。この図２は、第１のコイル４及び第２のコイル５を励磁して、ステップ角９０°でロータ２の回転駆動を行なう場合を示している。図２（ａ）はコイル４、５が無通電である状態を示している。図２（ｂ）から（ｅ）では、コイル４、５へ供給する電流を制御してロータ２を反時計方向（左回転方向）に回転させる場合を時系列で示している。図２（ａ）では、第１磁極１１及び第２磁極１２は励磁されていない状態を示している。なお、第３磁極１３とロータ２とのギャップＤは、上記のようにロータ２がスムーズに回転するように適宜調整して定めればよいが、前述したようにおよそギャップｄの１．３倍程度を目安とすることができる。
【００１５】
図２（ｂ）は、図２（ａ）の状態から第１及び第２のコイル４、５に通電され、第１磁極１１及び第２磁極１２が共にＳ極に励磁された場合を示している。このとき第３磁極１３ではＮ極が倍化して励磁される。次に示す、図２（ｃ）では、図２（ｂ）の状態から第１磁極１１の励磁状態がＳ極に維持され、第２磁極１２が逆のＮ極に励磁された場合を示している。このとき第３磁極１３にはＮ極とＳ極が励磁されるので相殺し合って無磁化状態となる。以下同様に、図２（ｄ）では、図２（ｃ）の状態から第１磁極１１及び第２磁極１２が共にＮ極に励磁された場合を示している。このとき第３磁極１３ではＳ極が倍化して励磁される。つぎに、図２（ｅ）では、図２（ｄ）の状態から第１磁極１１の励磁状態がＮ極に維持され、第２磁極１２が逆のＳ極に励磁された場合を示している。このとき第３磁極１３にはＮ極とＳ極が励磁されるので相殺し合って無磁化状態となる。
【００１６】
上記のように、ステータ３側の各磁極１１〜１３の磁化状態が順次変化するのに伴って、図示するようにロータ２が反時計回転方向に９０°ずつ回転する。なお、図２の各図（ｃ）〜（ｅ）では第１、第２のコイル４、５に通電が行なわれ、９０°の回転が完了した位置にあるロータ２を示している。ここで、ロータ２が従前の位置から図２（ｂ）或いは図２（ｄ）で示す位置に回転するときには、前述したように第３磁極１３が倍化して励磁されている。しかし、本ステップモータ１では、このときの第３磁極１３からの磁界を軽減できるように、ロータ２とのギャップＤを大きく設定している。よって、図２（ｂ）或いは図２（ｄ）で示す位置に至る回転の際に、急速に回転することが抑制される。よって、図２（ａ）から（ｅ）までの一連の回転は円滑に行なわれる。図２では、本ステップモータ１を反時計方向に回転させる例を示したが、コイル４、５に供給する電流をこれとは逆に供給することにより時計方向に回転させることができる。
【００１７】
図３は、本ステップモータ１で用いるのに好ましい形状を備えたステータについて示した図である。この図３では、図１及び図２で示した部位と対応する部位に同一の符号を付している。ステータ３の第１磁極１１及び第２磁極１２は、図示を省略しているロータの周面に対向し、かつロータの長手方向での長さに対応するように縦長に形成されている。ステータ３は両側にアーム部３１、３２を備え、このアーム部３１、３２が基部３５に接続されている。基部３５の中央部には第３磁極１３が形成されている。この第３磁極１３も上記第１磁極１１及び第２磁極１２と同様の縦長形状に形成されている。
【００１８】
本ステータ３は、上記アーム部３１、３２に第１〜第３磁極を励磁するためのコイル４、５が巻回される。これらコイル４、５を位置決めするため、各アーム部の後端には突部３３、３４が形成されている。このように突部３３、３４を設けることにより、各アーム部３１、３２に巻回したコイル４、５を確実に位置決めできる構造が実現される。なお、各磁極１１〜１３の上部には凹部３７〜３９が形成されている。本実施形態で示すステップモータ１は、その上下にケースがセットされてモジュール化される。これら凹部３７〜３９はケースをセットする際の位置決めに用いられる。
【００１９】
図４は前述したステップモータ１の主要部構造を含みモジュール化した場合のステップモータの外観を示した斜視図である。なお、この図４でも図１及び図２で示した部位と対応する部位に同一の符号を付している。図４は主要部構成の上下それぞれに、上部ケース７及び下部ケース８をセットして一体化したモジュールを示している。このようにモジュール化したステップモータを例えばカメラのシャッタ駆動部として採用すると、前述したようにロータ２が所定角度ずつスムーズに回転するので、シャッタ動作を安定化することができる。
【００２０】
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。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、強い磁界を発生させる場合がある第３磁極とロータとのギャップが広く設定されているので、ロータに作用する磁界を軽減できる。よって、ロータに作用する磁界を均一化してロータの円滑な回動を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るステップモータの主要部の構成を示した図である。
【図２】実施形態に係るステップモータのロータが回転する様子を時系列で示した図である。
【図３】ステップモータで用いるのに好ましい形状を備えたステータを示した図である。
【図４】ステップモータの構造を含みモジュール化した場合の外観を示した斜視図である。
【図５】従来のステップモータの概略を示した図である。
【符号の説明】
１ ステップモータ
２ ロータ
３ ステータ
４ 第１のコイル
５ 第２のコイル
１１ 第１磁極
１２ 第２磁極
１３ 第３磁極
３３、３４ 突部
Ｄ 第３磁極とロータとのギャップ
ｄ 第１磁極及び前記第２磁極とロータとのギャップ

Claims (3)

1. ２磁極を有するロータと、第１のコイルにより励磁される第１磁極と、第２のコイルにより励磁される第２磁極と、前記第１及び第２のコイルにより励磁される第３磁極とを含み、
   前記第３磁極と前記ロータとのギャップを、前記第１磁極及び前記第２磁極と前記ロータとのギャップより大きく形成したことを特徴とするステップモータ。
2. 前記ロータは円筒形状を有し、前記ロータの外周面に対向するように平面略コ字状のステータが配置され、該ステータの両端部の各々に前記第１磁極及び前記第２磁極が設定され、該ステータの中央部位置に前記第３磁極が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のステップモータ。
3. 前記ステータの前記第１磁極と第３磁極との間に前記第１のコイルが、前記第２磁極と第３磁極との間に前記第２のコイルがそれぞれ配置され、前記ステータは前記第１及び第２のコイルの位置ずれ防止用の突部を備えることを特徴とする請求項２に記載のステップモータ。

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