JP2005057903A - Motor and optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の外側磁極部を有するモータ及び該モータを具備する光学装置に関するものである。 The present invention relates to a motor having a plurality of outer magnetic pole portions and an optical device including the motor.
図34は従来のステップモータの一構成例を示す模式的縦断面図であり、図35は図34のステップモータのステータから流れる磁束の状態を模式的に示す部分断面図である。これらの図において、ステータコイル105が同心状に巻回されたボビン101が、軸方向に並んで2個配置され、これらの2個のボビン101はそれぞれ別のステータヨーク106に挟持固定されている。各ステータヨーク106の内径面には、ボビン101の内径面円周方向に沿って交互に配置されるステータ歯106a及び106bが形成されている。ステータ歯106a又は106bと一体のステータヨーク106が、2個のケース103それぞれに固定されている。こうして励磁用の2個のステータコイル105のそれぞれに対応する2個のステータ102が構成されている。2個のケース103の一方にはフランジ115と軸受108が固定され、他方のケース103には他の軸受108が固定されている。ロータ109はロータ軸110に固定されたロータマグネット111から成り、ロータマグネット111は各ステータ102のステータヨーク106と放射状の空隙部を形成している。そしてロータ軸110は2個の軸受108によって回転可能に支持されている。
FIG. 34 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration example of a conventional step motor, and FIG. 35 is a partial sectional view schematically showing the state of magnetic flux flowing from the stator of the step motor of FIG. In these drawings, two
上記従来の小型のステップモータにおいては、ロータ109の外周にケース103、ボビン101、ステータコイル105及びステータヨーク106が同心状に配置されているため、モータの外形寸法が大きくなってしまうという課題があった。また、ステータコイル105への通電により発生する磁束は、図35に示すように主としてステータ歯106aの端面106a1とステータ歯106bの端面106b1とを通過するため、ロータマグネット111に効果的に作用せず、モータ出力が高くならないという欠点もあった。
In the conventional small step motor, since the
上記の欠点を解決することを目的としたモータが提案されている(例えば、特許文献1)。この提案に係るモータは、円筒形状の永久磁石を円周方向に等分割して異なる極に交互に着磁させたロータ(ロータマグネット)を形成し、ロータの軸方向(モータの軸方向)に第1のコイル、ロータ及び第2のコイルを順に配置し、第1のコイルにより励磁される第1の外側磁極部及び第1の内側磁極部をロータの軸方向一半部の外周面及び内周面に対向させ、第2のコイルにより励磁される第2の外側磁極部及び第2の内側磁極部をロータの軸方向他半部の外周面及び内周面に対向させるように構成したものであり、ロータ軸である回転軸が円筒形状の永久磁石(マグネット)から取り出されている。このような構成のモータならば、出力が高くモータの外形寸法を小さいものとすることができる。更に、マグネットを薄くすることにより、第1の外側磁極部と第1の内側磁極部との間の距離、並びに第2の外側磁極部と第2の内側磁極部との間の距離を小さくすることができ、それにより磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができる。そのため、第1のコイル及び第2のコイルに流す電流が少なくても、多くの磁束を発生させることができ、高い出力を維持できる。 A motor aimed at solving the above-mentioned drawbacks has been proposed (for example, Patent Document 1). The motor according to this proposal forms a rotor (rotor magnet) in which a cylindrical permanent magnet is equally divided in the circumferential direction and alternately magnetized to different poles, and the rotor axial direction (motor axial direction) The first coil, the rotor, and the second coil are arranged in order, and the first outer magnetic pole part and the first inner magnetic pole part excited by the first coil are arranged on the outer circumferential surface and inner circumference of one half of the axial direction of the rotor. The second outer magnetic pole part and the second inner magnetic pole part excited by the second coil are made to oppose to the outer surface and the inner peripheral surface of the other half part in the axial direction of the rotor. There is a rotating shaft, which is a rotor shaft, taken out from a cylindrical permanent magnet (magnet). With the motor having such a configuration, the output is high and the outer dimension of the motor can be made small. Further, by reducing the thickness of the magnet, the distance between the first outer magnetic pole part and the first inner magnetic pole part and the distance between the second outer magnetic pole part and the second inner magnetic pole part are reduced. Thereby, the magnetic resistance of the magnetic circuit can be reduced. Therefore, even if there is little electric current sent through the 1st coil and the 2nd coil, many magnetic fluxes can be generated and a high output can be maintained.
図36は、上記構成のモータを示す模式的縦断面図であり、311がマグネット、312が第1のコイル、313が第2のコイル、314が第1のステータ、314a,314bが第1の外側磁極部、314c,314dが第1の内側磁極部、315が第2のステータ、315a,315bが第2の外側磁極部、315c,315dが第2の内側磁極部、316が第1のステータ314と第2のステータ315を保持する連結リング、317がマグネット311が固着されマグネット311と一体に回転する出力軸である。この出力軸317は第1のステータ314と第2のステータ315の軸受部314e,315eに回転可能に支持されている。
FIG. 36 is a schematic longitudinal sectional view showing the motor having the above-described configuration, in which 311 is a magnet, 312 is a first coil, 313 is a second coil, 314 is a first stator, and 314a and 314b are first coils. The outer magnetic pole part, 314c and 314d are the first inner magnetic pole part, 315 is the second stator, 315a and 315b are the second outer magnetic pole part, 315c and 315d are the second inner magnetic pole part, and 316 is the first stator.
しかしながら、このような特許文献1等に記載されているタイプのモータは、図34に示す従来のステップモータと同様に、軸方向の長さが長くなってしまうという欠点があった。軸方向に短いモータとしては、図37に示すようなものがある(例えば、特許文献2、特許文献3)。これは複数のコイル301,302,303と円盤形状のマグネット304で構成されている。コイル301〜303は図37に示すように薄型コイン形状であり、その軸はマグネットの軸と平行に配置されている。また、円盤形状のマグネット304は円盤の軸方向に着磁されており、マグネット304の着磁面とコイル301〜303の軸は対向するように配置されている。
However, the type of motor described in
この構成の場合、コイル301〜303から発生する磁束は、図38中の矢印で示すように完全には有効にマグネット304に作用していない。また、マグネット304に作用する回転力の中心は図38に示すようにモータの外径からLだけ離れた位置となるので、モータの大きさの割には発生するトルクが小さくなってしまう。また、このモータの中心部はコイル301〜303やマグネット304が占有してしまっているので、該モータ内に別の部品を配置することは困難である。更には複数のコイルが必要であることからコイルへの通電制御が複雑になったり、コストが上がってしまったりする欠点がある。
In the case of this configuration, the magnetic flux generated from the
一方、上記図36のモータにより絞り羽根やシャッタやレンズ等を駆動する装置が知られている。図39に、上述した特許文献1等に記載されているタイプのモータを駆動源として用いられたレンズを駆動する装置の一例を示す。図39の606は前記モータである。609はレンズで、レンズ保持枠610に保持されている。608はモータ606の出力軸に固着されたギアであり、レンズ保持枠610に形成されたギア穴610aと嵌合している。611,614はモータ606の回転出力がギア穴610aを介してレンズ保持枠610に伝わることにより該レンズ保持枠606(レンズ609)を光軸方向に案内するための案内バーである。本モータ606は中実の細長い円筒形状であるため、図示のようにレンズ609の駆動源として用いる場合は、カメラの鏡筒内で光軸と平行になるように配置する必要がある。よって、鏡筒の半径寸法がレンズの半径や絞り開口の半径寸法だけではなく、これにモータの直径を加えた値となっていた。
On the other hand, there is known an apparatus for driving a diaphragm blade, a shutter, a lens and the like by the motor shown in FIG. FIG. 39 shows an example of an apparatus for driving a lens using a motor of the type described in
図40は図36に示すような中実の円筒形状のステップモータを使用する場合の鏡筒地板あるいは光量調節装置の横断面の大きさを線図で示す説明図である。図40において、モータをM、開口部を400、鏡筒地板あるいは光量調節装置を401とし、モータMの直径をD1、開口部400の直径をD2、鏡筒地板又は光量調節装置401の直径をD3とすると、鏡筒地板又は光量調節装置401の直径D3は少なくとも(2×D1+D2)以上になってしまう。図34に示すモータを使用すれば、モータMの直径D1がコイル、マグネット、およびステータを加えたものとなり、鏡筒地板又は光量調節装置401の直径D3が非常に大きくなってしまう。
FIG. 40 is an explanatory diagram showing the size of the cross section of the lens barrel base plate or the light quantity adjusting device when a solid cylindrical step motor as shown in FIG. 36 is used. 40, the motor is M, the opening is 400, the lens barrel base plate or the light amount adjusting device is 401, the motor M has a diameter D1, the
また、図34及び図36に記載されているタイプのモータの場合、第1のコイルへの通電により発生する磁束がマグネットに作用する位置と、第2のコイルへの通電により発生する磁束がマグネットに作用する位置とがマグネットの軸方向にずれている。そのため、軸と平行方向における位置で(つまり、図36でいう314側の位置と315側の位置とで)マグネットに着磁ムラがある場合、マグネットの回転停止位置の精度が悪くなることもある。 Further, in the case of the type of motor described in FIGS. 34 and 36, the position where the magnetic flux generated by energizing the first coil acts on the magnet and the magnetic flux generated by energizing the second coil are magnets. The position acting on is shifted in the axial direction of the magnet. Therefore, if the magnet has uneven magnetization at a position in the direction parallel to the axis (that is, at the position on the 314 side and the position on the 315 side in FIG. 36), the accuracy of the rotation stop position of the magnet may deteriorate. .
上記の欠点を解決したものとして、本願出願人は特許文献4に記載のモータを提案している。これは、周方向に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネットを有する回転可能なロータと、第1のコイルにより励磁され、マグネットの外周面の第1の所定の角度範囲内に対向する第1の外側磁極部と、第1のコイルにより励磁され、マグネットの内周面に対向する第1の内側磁極部と、第2のコイルにより励磁され、前記マグネットの外周面の第2の所定の角度範囲内に対向する第2の外側磁極部と、第2のコイルにより励磁され、マグネットの内周面に対向する第2の内側磁極部とを設け、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部とをマグネットを中心とした同一円周上に配置したものである。この特許文献4に記載のモータは、マグネットの着磁ムラの影響を受けにくく、軸方向の長さは短いという利点を有するものの、すべての外側磁極部はコイルの内周に配置される構成のため、モータ外径を小型化しようとすると、外側磁極部のマグネット外周に対向する範囲が限られてしまい(マグネット外周に外側磁極部が対向していない領域が多い)、出力が低いという問題があった。
As a solution to the above-mentioned drawbacks, the present applicant has proposed a motor described in
そこで、このような点を解決したものとして、図41に示すようなモータが提案されている(例えば、特許文献5)。これは、少なくとも外周面が周方向に分割されて異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネット部501a〜501g等を有する回転可能なロータ501と、第1のコイル503により励磁され、前記マグネット部の外周面の第1の所定の角度範囲内に対向する第1の外側磁極部502a〜502cと、前記第1のコイル503により励磁され、前記マグネット部の内周面に対向する第1の内側磁極部502gと、第2のコイル504により励磁され、前記マグネット部の外周面の第2の所定の角度範囲内に対向する第2の外側磁極部502d〜502fと、前記第2のコイル504により励磁され、前記マグネット部の内周面に対向する第2の内側磁極部502gとが前記マグネット部を中心とした同一円周上に配置したものである。なお、505はカバーである。
しかしながら、上記特許文献5に記載のモータは、マグネット外周面に対向する磁極は上記第1と第2の外側磁極部のみであるため、マグネットに対向する領域を増やそうとするとモータの外径が大きくなるばかりではなく、それぞれの磁極は上記第1あるいは第2のコイルのみにより励磁されるため、N極かS極のいずれかとなり、領域を増やした部分において、交互に着磁されているマグネットの極と作用せず出力が低いという課題があった。さらに、磁極数が少ないため、回転バランスが悪く、騒音が激しいという課題もあった。また、これらの課題は、複数の磁極を配置することによって改善されるが、十分には解決されていなかった。
However, since the motor described in
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、周方向にN分割されて異なる極に交互に着磁された円環形状のマグネットを有する回転可能なロータと、前記ロータの回転軸方向において前記マグネットに隣接して配置される第1のコイルと、前記第1のコイルにより励磁され、前記第1のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第1の外側磁極部と、前記第1のコイルにより励磁され、前記第1のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第2の外側磁極部と、前記第1のコイルにより励磁され、前記第1のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの内周面に対向する第1の内側磁極部と、前記ロータの回転軸方向において前記マグネットに隣接するとともに前記第1のコイルと略同一平面上に配置される第2のコイルと、前記第2のコイルにより励磁され、前記第2のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第3の外側磁極部と、前記第2のコイルにより励磁され、前記第2のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第4の外側磁極部と、前記第2のコイルにより励磁され、前記第2のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの内周面に対向する第2の内側磁極部と、を有するモータにおいて、前記ロータの回転中心を基準にした前記第1の外側磁極部及び前記第2の外側磁極部と前記第3の外側磁極部及び前記第4の外側磁極部とのなす角θ度を
2n×360/N<θ<(2n+0.5)×360/N(Nは着磁分割数、nは整数)
の範囲に設定したモータとするものである。
In order to solve the above problems, the invention according to
The motor is set in the range of.
また、請求項2に記載の発明は、周方向にN分割されて異なる極に交互に着磁された円環形状のマグネットと、前記マグネットの内径部に固定される軟磁性材料からなるロータと、前記ロータに隣接するとともに前記ロータの軸方向において前記マグネットに隣接して配置される第1のコイルと、前記第1のコイルにより励磁され、前記第1のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第1の外側磁極部と、前記第1のコイルにより励磁され、前記第1のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第2の外側磁極部と、前記ロータに隣接するとともに前記ロータの軸方向において前記マグネットに隣接して前記第1のコイルと略同一平面上に配置される第2のコイルと、前記第2のコイルにより励磁され、前記第2のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第3の外側磁極部と、前記第2のコイルにより励磁され、前記第2のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第4の外側磁極部と、を有するモータにおいて、前記ロータの回転中心を基準にした前記第1の外側磁極部及び前記第2の外側磁極部と前記第3の外側磁極部及び前記第4の外側磁極部とのなす角θ度を
2n×360/N<θ<(2n+0.5)×360/N(Nは着磁分割数、nは整数)
の範囲に設定したモータとするものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an annular magnet that is N-divided in the circumferential direction and is alternately magnetized to different poles, and a rotor made of a soft magnetic material fixed to the inner diameter portion of the magnet. The first coil adjacent to the rotor and adjacent to the magnet in the axial direction of the rotor, and excited by the first coil and disposed on the inner periphery of the first coil. A first outer magnetic pole portion opposed to the outer peripheral surface of the magnet and a second outer magnetic pole excited by the first coil and adjacent to the outer periphery of the first coil and opposed to the outer peripheral surface of the magnet. A magnetic pole portion, a second coil adjacent to the rotor and adjacent to the magnet in the axial direction of the rotor, and disposed on substantially the same plane as the first coil, and the second coil And is arranged on the inner periphery of the second coil, and is excited by the third outer magnetic pole portion facing the outer peripheral surface of the magnet and the second coil. A motor having a fourth outer magnetic pole portion adjacent to the outer periphery and facing the outer peripheral surface of the magnet, wherein the first outer magnetic pole portion and the second outer magnetic pole portion are based on the rotation center of the rotor. And the third outer magnetic pole part and the fourth outer magnetic pole part, the angle θ degree is 2n × 360 / N <θ <(2n + 0.5) × 360 / N (N is the number of magnetization divisions, n Is an integer)
The motor is set in the range of.
また、請求項3に記載の発明は、前記ロータの回転中心を基準にした前記第1の外側磁極部の前記マグネットの外周面に対向する部分の中心と前記第2の外側磁極部の前記マグネットの外周面に対向する部分の中心とのなす角、及び前記第3の外側磁極部の前記マグネットの外周面に対向する部分の中心と前記第4の外側磁極部の前記マグネットの外周面に対向する部分の中心とのなす角α度を
(270/N)≦α≦(450/N)
の範囲に設定した請求項1または3に記載のモータとするものである。
上記構成によれば、第1の外側磁極部に加え、第2の外側磁極部もマグネットに有効に作用するとともに、第3の外側磁極部に加え、第4の外側磁極部もマグネットに有効に作用する。
According to a third aspect of the present invention, the center of the portion of the first outer magnetic pole portion facing the outer peripheral surface of the magnet with respect to the rotation center of the rotor and the magnet of the second outer magnetic pole portion. The angle formed by the center of the portion facing the outer peripheral surface of the magnet and the center of the portion of the third outer magnetic pole portion facing the outer peripheral surface of the magnet and the outer peripheral surface of the magnet of the fourth outer magnetic pole portion The angle α formed with the center of the part to be performed is (270 / N) ≦ α ≦ (450 / N)
The motor according to
According to the above configuration, in addition to the first outer magnetic pole part, the second outer magnetic pole part effectively acts on the magnet, and in addition to the third outer magnetic pole part, the fourth outer magnetic pole part is also effective on the magnet. Works.
また、請求項4に記載の発明は、前記ロータの回転中心を基準にした前記第1の外側磁極部及び前記第2の外側磁極部と前記第3の外側磁極部及び前記第4の外側磁極部とのなす角θ度を、nを整数として、ステップ駆動するモータとしての基準角度θ0=(2n+0.5)×360/Nとすると、
θ=θ0−Δθ (0<Δθ<18/N)
に設定した請求項1ないし3のいずれかに記載のモータとするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, the first outer magnetic pole part, the second outer magnetic pole part, the third outer magnetic pole part, and the fourth outer magnetic pole are based on the rotation center of the rotor. When the angle θ formed with the unit is an integer, where n is an integer, and the reference angle θ0 = (2n + 0.5) × 360 / N as a step driven motor,
θ = θ0−Δθ (0 <Δθ <18 / N)
The motor according to any one of
上記構成によれば、第2の外側磁極部と第4の外側磁極部での磁束の流れに起因するコギングトルクを抑制するとともに、マグネットと磁極との間に働く力の回転位置による変動を改善して、ロータの回転位置によるトルク変動を改善可能にする。
また、請求項5に記載の発明は、前記第1のコイル及び前記第2のコイルと略同一平面上に配置される前記第1のコイル及び前記第2のコイル以外の複数のコイルを配置した請求項1から4のいずれかに記載のモータとするものである。
上記構成によれば、複数のコイルによる磁界がマグネットに効果的に作用し、出力向上を可能にする。
According to the above configuration, the cogging torque caused by the flow of magnetic flux in the second outer magnetic pole part and the fourth outer magnetic pole part is suppressed, and the fluctuation caused by the rotational position of the force acting between the magnet and the magnetic pole is improved. Thus, torque fluctuations due to the rotational position of the rotor can be improved.
In the invention according to
According to the said structure, the magnetic field by a some coil acts on a magnet effectively, and enables an output improvement.
また、請求項6に記載の発明は、レンズを備える光学装置において、請求項1から5のいずれかに記載のモータを備え、前記モータの回転軸とレンズの光軸とを平行に配置するとともに、前記ロータの回転中心を基準にした前記第1の外側磁極部及び前記第2の外側磁極部と前記第3の外側磁極部及び前記第4の外側磁極部とのなす角θの範囲が光軸側になるように前記モータを配置した光学装置とするものである。
The invention described in
上記構成によれば、モータによる光軸方向の出っ張りが少なく、かつ外径を大きくすることなくモータを配置可能となる。 According to the above-described configuration, the motor can be arranged without the protrusion in the optical axis direction being reduced by the motor and without increasing the outer diameter.
本発明によれば、大型化することなく出力を向上させることができると共に、回転バランスを良好にして静音化することのできるモータおよび光学装置を提供できるものである。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to improve an output, without increasing in size, the motor and optical apparatus which can make a rotation balance favorable and can be silenced can be provided.
以下の実施例1および実施例2に示す通りである。 As shown in Example 1 and Example 2 below.
図1は本発明の実施例1に係るモータを示す分解斜視図、図2は図1のモータの構成部品であるステ−タの拡大図、図3は図1のモータのコイル及びロータ軸を通り軸方向に平行な面での断面図である。 1 is an exploded perspective view showing a motor according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of a stator which is a component of the motor of FIG. 1, and FIG. 3 shows a coil and a rotor shaft of the motor of FIG. It is sectional drawing in a surface parallel to a passage axial direction.
これらの図において、1は軟磁性材料から成るステータ(ヨーク)であり、第1外歯部1a、第2外歯部1b、第3外歯部1cを有しており、第1外歯部1aで第1の外側磁極部を形成し、第2外歯部1b及び第3外歯部1cで第2の外側磁極部を形成する。1dは後述の第1のコイル2の側面に隣接して第2外歯部1b及び第3外歯部1cを結ぶように設けられる第1レール部である。1eは第1レール部1dの上に形成され、後述の補助ヨーク6が取り付けられる第1嵌合突起部であり、第1レール部1dの一部と第1嵌合突起部1e及び補助ヨーク6の一部で第1の内側磁極部を形成する。1fは第4外歯部、1gは第5外歯部、1hは第6外歯部であり、第4外歯部1fで第3の外側磁極部を形成し、第5外歯部1g及び第6外歯部1hで第4の外側磁極部を形成する。1iは後述の第2のコイル4の片側の側面に隣接して第5外歯部1g及び第6外歯部1hを結ぶように設けられる第2レール部である。1jは第2レール部1iの上に形成され、補助ヨーク6が取り付けられる第2嵌合突起部であり、第2レール部1iの一部と第2嵌合突起部1j及び補助ヨーク6の一部で第2の内側磁極部を形成する。1kは第1外歯部1a、第2外歯部1b、第3外歯部1c、第1レール部1d、第4外歯部1f、第5外歯部1g、第6外歯部1h、第2レール部1iのそれぞれの一端を結ぶ平板部である。1lは後述の軸受け11を取り付ける軸受け取付け部である。第1外歯部1a、第2外歯部1b、第3外歯部1c、第4外歯部1f、第5外歯部1g、第6外歯部1hは後述の回転軸8と平行方向に延びる櫛歯形状に形成されている。
In these drawings,
本実施例1のステ−タは上記特許文献1に記載されたものとは異なり、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部と第3の外側磁極部と第4の外側磁極部とは一体的に構成されている。このため、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部と第3の外側磁極部と第4の外側磁極部との相互誤差が少なくなり、組み立てによるモータの性能のばらつきを最小限に抑えることができる。
The stator of the first embodiment is different from that described in
2は第1のコイル、3は第1のコイル2が巻かれる第1のボビンであり、第1のコイル2は第1のボビン3に固定された状態でその内周にステータ1の第1外歯部1aが配置されるように固定される。この状態で、第2外歯部1b及び第3外歯部1c及び第1レール部1dは第1のコイル2の外周に隣接する。そして第1のコイル2を通電することにより、第1外歯部1a、第2外歯部1b、第3外歯部1c、第1レール部1d、第1嵌合突起部1e及び第1外歯部1aに対向する補助ヨーク6の一部が励磁される。この時、第1外歯部1aと、第2外歯部1b及び第3外歯部1c及び第1レール部1d及び第1嵌合突起部1e及び第1外歯部1aに対向する補助ヨーク6の一部とはお互いに異なる極に励磁される。すなわち、第1の外側磁極部と、第2の外側磁極部及び第1の内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁される。
4は第2のコイル、5は第2のコイル4が巻かれる第2のボビンであり、第2のコイル4は第2のボビン5に固定された状態でその内周にステータ1の第4外歯部1fが配置されるように固定される。この状態で、第5外歯部1g及び第6外歯部1h及び第2レール部1iは第2のコイル4の外周に隣接する。そして第2のコイル4を通電することにより、第4外歯部1f、第5外歯部1g、第6外歯部1h、第2レール部1i、第2嵌合突起部1j及び第4外歯部1fに対向する補助ヨーク6の一部が励磁される。この時、第4外歯部1fと、第5外歯部1g及び第6外歯部1h及び第2レール部1i及び第2嵌合突起部1j及び第4外歯部1fに対向する補助ヨーク6の一部とはお互いに異なる極に励磁される。すなわち、第3の外側磁極部と、第4の外側磁極部及び第2の内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁される。
第1のコイル2と第2のコイル4とはステータ1の平板部1kの平面上に隣接して配置される。そのため、モータの軸方向長さを短く構成できる。
The
6は軟磁性材料から成る円筒形状の補助ヨークであり、その内周部6aがステータ1の第1嵌合突起部1e及び第2嵌合突起部1jに密着するように圧入や接着等により固定される。補助ヨーク6の外歯部1aと対向する一部分は第1レール部1dの一部及び第1嵌合突起部1eとともに第1の内側磁極部を形成する。同様に、補助ヨーク6の外歯部1fと対向する一部分は第2レール部1iの一部及び第2嵌合突起部1jとともに第2の内側磁極部を形成する。また、補助ヨーク6は第1のコイル2が巻かれているボビン3及び第2のコイル4が巻かれているボビン5の外歯部1a及び外歯部1fからの抜け止めを兼ねている(図3参照)。
7は永久磁石からなる円筒形状のマグネット、8は回転軸であり、回転軸8の円盤部8aの外周部とマグネット7の内周部7aとが接着や圧入等により固定される。その際、マグネット7の軸方向一端部が円盤部8aの上面と同一面となるように固定される(図3参照)。回転軸8には出力軸部8bと保持軸部8cとが形成され、後述の軸受け11,12により回転嵌合保持される。マグネット7は、外周表面を円周方向に多分割、即ち着磁極数がN(本実施例では6分割、即ちN=6)となるようにS極、N極が交互に着磁されている。マグネット7の内周面は、外周面に比べ弱い着磁分布を持つか、あるいは全く着磁されていないか、あるいは外周面と逆の極、すなわち外周面がS極の場合はその範囲の内周面はN極に着磁されているもののいずれかである。マグネット7と回転軸8とでロータが構成される。ここで、マグネット7と回転軸8とは別体で接着固定する構成としたが、両方をプラスチックマグネットとして一体に成形しても良い。
第1外歯部1a、第2外歯部1b、第3外歯部1c、第4外歯部1f、第5外歯部1g、第6外歯部1hはマグネット7の外周面に所定の隙間をもって対向しており、補助ヨーク6はマグネット7の内周面に所定の隙間をもって対向して配置される(後述の図4参照)。第1外歯部1a、第2外歯部1b、第3外歯部1cと補助ヨーク6とで、また、第4外歯部1f、第5外歯部1g、第6外歯部1hと補助ヨーク6とで、マグネット7を挟む構成になっている。
The first external tooth portion 1a, the second
前記第1のコイル2への通電により、第1の外側磁極部(第1外歯部1a)と第1の内側磁極部(第1レール部1dの一部、第1嵌合突起部1e及び第1外歯部1aに対向する補助ヨーク6の一部)が励磁され、その磁極間にはマグネット7を横切る磁束が発生し、効果的にマグネット7に作用する。同様に、第2のコイル4への通電により、第3の外側磁極部(第4外歯部1f)と第2の内側磁極部(第2レール部1iの一部、第2嵌合突起部1j及び第4外歯部1fに対向する補助ヨーク6の一部)が励磁され、その磁極間にはマグネット7を横切る磁束が発生し、効果的にマグネット7に作用する。
By energizing the
また、マグネット7は円環(リング)形状で構成されており、円環形状の半径方向厚さを薄くすることで、第1外歯部1aと補助ヨーク6との距離及び第4外歯部1fと補助ヨーク6との距離を非常に小さくできる。よって、第1のコイル2と第1外歯部1aによる第1の外側磁極部と補助ヨーク6、第1嵌合突起部1e、第1レール部1dによる第1の内側磁極部により形成される磁気回路、及び第2のコイル4と第4外歯部1fによる第3の外側磁極部と補助ヨーク6、第2嵌合突起部1j、第2レール部1iによる第2の内側磁極部により形成される磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができる。
The
さらに、第1のコイル2への通電により、第2の外側磁極部(第2外歯部1b及び第3外歯部1c)も励磁され、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部との磁極間にも磁束が発生し、第2の外側磁極部は対向するマグネット7に作用する。同様に、第2のコイル4への通電により、第4の外側磁極部(第5外歯部1g及び第6外歯部1h)も励磁され、第3の外側磁極部と第4の外側磁極部との磁極間にも磁束が発生し、第4の外側磁極部は対向するマグネット7に作用する。すなわち、第1の外側磁極部と第1の内側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット7を横切って効果的に作用し、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット7に隣接して補助的に作用する。同様に、第3の外側磁極部と第2の内側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット7を横切って効果的に作用し、第3の外側磁極部と第4の外側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット7に隣接して補助的に作用する。これにより、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、モータの出力アップ、低消費電力化、コイルの小型化を達成することができる。
Furthermore, by energizing the
第1外歯部1a及び第4外歯部1fはモータ軸に平行な方向に延出する櫛歯により構成されているので、モータの最外径(図4のL1)を最小限に抑えることができる。例えば外側磁極部をマグネットの半径方向に伸びるヨーク板で構成すると、マグネットを平面的な展開にする必要があるとともに、半径方向に向かってコイルを巻くことになり、軸方向長さは短くてもモータの最外径は大きなものとなってしまう。本実施例1のモータの最外径L1はマグネット7に第1外歯部1a及び第4外歯部1fの厚みと第1のコイル2及び第2のコイル4の巻き線幅で決まる。また、第1外歯部1a及び第4外歯部1fがモータ軸に平行な方向に延出する櫛歯のため、コイル2及びコイル4、補助ヨーク6、及びマグネット7と回転軸8からなるロータをすべて一方向から組み込むことが可能となり、組み立て作業性がよい。
Since the first external tooth portion 1a and the fourth external tooth portion 1f are composed of comb teeth extending in a direction parallel to the motor shaft, the outermost diameter of the motor (L1 in FIG. 4) is minimized. Can do. For example, if the outer magnetic pole part is composed of a yoke plate extending in the radial direction of the magnet, the magnet needs to be flattened and the coil is wound in the radial direction, even if the axial length is short. The outermost diameter of the motor becomes large. The outermost diameter L1 of the motor of the first embodiment is determined by the thickness of the first outer tooth portion 1a and the fourth outer tooth portion 1f of the
9はカバーであり、ステ−タ1の第1外歯部1a先端に設けられた突起1mが嵌合穴9bに嵌合し、第4外歯部1f先端に設けられた突起1Nが嵌合穴9cに嵌合して位置決めされ、第1外歯部1a、第2外歯部1b、第3外歯部1c、第4歯部1f、第5外歯部1g、第6外歯部1hの先端がカバー9の裏面に当接する状態でステ−タ1に固定される。また、9aは軸受け取付け部であり、ここに軸受け10がカシメや接着等により固定され、軸受け10は回転軸8の保持軸部8cと嵌合して該回転軸8を回転保持する。軸受け10及び軸受け11はカバー9がステータ1に固定された状態で、回転軸8を回転嵌合保持するとともに回転軸8の軸方向の移動を所定範囲内に規制する。この状態で、回転軸8に固定されたマグネット7は、外周面が第1外歯部1a、第2外歯部1b、第3外歯部1c、第4外歯部1f、第5外歯部1g、第6外歯部1hと所定の隙間を持つとともに、内周面が補助ヨーク6と所定の隙間を持ち、軸方向一端がカバー9の裏面と所定の隙間を保つとともに、軸方向他端が第1のコイル2が巻かれるボビン3及び第2のコイル4が巻かれるボビン4と所定の隙間を保つ。よって、マグネット7は第1のコイル2及び第2のコイル4と軸方向に隣接して配置されており、第1のコイル2と第2のコイル4とは軸方向に垂直な平面で隣接しているため、軸方向長さの短いモータとすることが可能となる。
図4はマグネット7とステータ1の位置関係を示す断面図である。図4からわかるように、マグネット7はその外周表面及び内周表面を円周方向に均一に多分割して(本実施例1では6分割して)S極、N極が交互に着磁された着磁部が形成されている。外周表面がS極のとき、内周表面はN極となり、外周表面がN極のとき、内周表面はS極となる。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the
ここで、マグネット部と外側磁極部との位置関係について説明する。マグネット7の回転中心を基準にした第1の外側磁極部である第1外歯部1a及び第2の外側磁極部である第2外歯部1b、第3外歯部1cと、第3の外側磁極部である第4外歯部1f及び第4の外側磁極部である第5外歯部1g、第6外歯部1hとのなす角はθ度に設定されている。ここでθ度はN=着磁分割数とすると「180−(360/N)<θ<180−(180/N)」の範囲に設定することが望ましい。この理由は後述する。本実施例1ではN=6なので、θ度は120度よりも大きく、150度よりも小さい値に設定すればよいことになる。このようにθ度を「180−(360/N)<θ<180−(180/N)」の範囲に設定することで、図4のL2の寸法を非常に小型に設定することができる。
Here, the positional relationship between the magnet portion and the outer magnetic pole portion will be described. A first external tooth portion 1a which is a first outer magnetic pole portion based on the rotation center of the
次に、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部との位置関係及び第3の外側磁極部と第4の外側磁極部との位置関係について説明する。第1の外側磁極部である第1外歯部1aと第2の外側磁極部である第2外歯部1b、及び第1の外側磁極部である第1外歯部1aと第2の外側磁極部である第3外歯部1cとはマグネット7の回転中心を基準に考えると、それぞれのマグネット7に対向する部分の中心がα度位相がずれた位置になるように配置されている。このα度を「360/N」(N=着磁分割数)と設定すると、マグネット7への第1外歯部1aの対向部中心が対向する極と、マグネット7への第2外歯部1bの対向部中心が対向する極及び第3外歯部1cの対向部中心が対向する極とは異なる極となり、第1のコイル2の外周に隣接配置されている第2外歯部1b及び第3外歯部1cは第1のコイル2の内周に配置されている第1外歯部1aとは異なる極に励磁されるため、第2外歯部1b及び第3外歯部1cは外側磁極としてマグネット7に有効に作用する。ここで第2外歯部1b及び第3外歯部1cの対向部には所定の幅があるため、α度にある程度の範囲をもたせてもその効果は維持される。よって、α度を「(270/N)≦α≦(450/N)」の範囲に設定しても、第2外歯部1b及び第3外歯部1cは外側磁極としてマグネット7に有効に作用する。同様に、第3の外側磁極部である第4外歯部1fと第4の外側磁極部である第5外歯部1g及び第6外歯部1hとは該グネット7の回転中心を基準に考えると、それぞれのマグネット7に対向する部分の中心がα度位相がずれた位置になるように配置され、第5外歯部1g及び第6外歯部1hは外側磁極としてマグネット7に有効に作用する。なお、本実施例1ではN=6なのでα度は45度以上75度以下に設定すればよい。
Next, the positional relationship between the first outer magnetic pole portion and the second outer magnetic pole portion and the positional relationship between the third outer magnetic pole portion and the fourth outer magnetic pole portion will be described. The first external tooth portion 1a, which is the first outer magnetic pole portion, the second
上記構成によれば、第1の外側磁極部である第1外歯部1a及び第2の外側磁極部である第2外歯部1b、第3外歯部1cと、第3の外側磁極部である第4外歯部1f及び第4の外側磁極部である第5外歯部1g、第6外歯部1hとは、同一のマグネットに対してそれぞれ異なる角度範囲に関して対向するように構成されているので、マグネット7は軸方向に関して短く構成でき、軸方向と平行方向に関する長さについても短いモータとすることができる。
According to the above configuration, the first outer tooth portion 1a that is the first outer magnetic pole portion, the second
上記構成の大きな特徴として、マグネット7の外周面の一部分に着目すれば、該マグネット7が回転することにより、このマグネット7の一部分に対して第1のコイル2により励磁される第1の外側磁極部及び第2の外側磁極部の磁束と、第2のコイル4により励磁される第3の外側磁極部及び第4の外側磁極部の磁束とが交互に作用することになる。これらの外側磁極部がマグネット7の同じ個所に対して磁束を作用させるので、着磁のバラツキなどによる悪影響を受けず安定した性能のモータを提供することが可能となる。
As a major feature of the above configuration, if attention is paid to a part of the outer peripheral surface of the
次に、図4〜図7を参照して、本発明の実施例1に係るステップモータの動作を説明する。図4に記載されたモータは、第1のコイル2に通電し、ステータ1の第1外歯部1aをN極とし、第2外歯部1b及び第3外歯部1cをS極とし、補助ヨーク6の第1外歯部1aに対向する一部分をS極となるように励磁するとともに、第2のコイル4に通電し、第4外歯部1fをN極とし、第5外歯部1g及び第6外歯部1hをS極とし、補助ヨーク6の第4外歯部1fに対向する一部分をS極となるように励磁している状態である。
Next, with reference to FIGS. 4-7, operation | movement of the step motor which concerns on Example 1 of this invention is demonstrated. The motor described in FIG. 4 energizes the
図4の状態から第1のコイル2への通電方向のみ反転し、第1外歯部1aをS極とし、第2外歯部1b及び第3外歯部1cをN極とし、補助ヨーク6の第1外歯部1aに対向する一部分をN極となるように励磁すると、図5に示すようにマグネット7は反時計方向に30度回転する。図5の状態から第2のコイル4への通電方向のみ反転し、第4外歯部1fをS極とし、第5外歯部1g及び第6外歯部1hをN極とし、補助ヨーク6の第4外歯部1fに対向する一部分をN極となるように励磁すると、図6に示すようにマグネット7はさらに反時計方向に30度回転する。図6の状態から第1のコイル2への通電方向のみ反転し、第1外歯部1aをN極とし、第2外歯部1b及び第3外歯部1cをS極とし、補助ヨーク6の第1外歯部1aに対向する一部分をS極となるように励磁すると、図7に示すようにマグネット7は反時計方向に更に30度回転する。
Only the energization direction to the
以後、このように第1のコイル2及び第2のコイル4への通電方向を順次切り換えていくことにより、第1の外側磁極部及び第2の外側磁極部と、第3の外側磁極部及び第4の外側磁極部とは異なるタイミングで励磁の切り換えが行われ、マグネット7は通電位相に応じた位置へと回転することになる。
Thereafter, by sequentially switching the energization directions to the
本実施例1では、第1の通電状態として第1のコイル2を正方向通電、第2のコイル4を正方向通電とし、第2の通電状態として第1のコイル2を逆方向通電、第2のコイル4を正方向通電とし、第3の通電状態として第1のコイル2を逆方向通電、第2のコイル4を逆方向通電とし、第4の通電状態として第1のコイル2を正方向通電、第2のコイル4を逆方向通電とし、第1の通電状態から第2の通電状態、第3の通電状態、第4の通電状態へと通電状態の切り換えを行い(2相駆動)、マグネット7を回転させていったが、第5の通電状態として第1のコイル2を正方向通電、第2のコイル4を非通電とし、第6の通電状態として第1のコイル2を非通電、該第2のコイル4を正方向通電とし、第7の通電状態として該第1のコイル2を逆方向通電、該第2のコイル4を非方向通電とし、第8の通電状態として第1のコイル2を非通電、第2のコイル4を逆方向通電として、第5の通電状態から第6の通電状態、第7の通電状態、第8の通電状態へと通電状態を切り替えるようにしてもよい(1・2相駆動)。それによってもマグネット7は通電位相に応じた回転位置へと回転していく。
In the first embodiment, the
次に、マグネット7と第1の外側磁極部である第1外歯部1a、第2の外側磁極部である第2外歯部1b及び第3外歯部1c、第3の外側磁極部である第4外歯部1f、第4の外側磁極部である第5外歯部1g及び第6外歯部1hとの位相関係について説明する。
Next, the
上記したように第1の通電状態、第2の通電状態、第3の通電状態、第4の通電状態と通電状態を切り換えると、第1の外側磁極部及び第2の外側磁極部と第3の外側磁極部及び第4の外側磁極部とは交互に励磁される極性の切り換えが行われる。図4のように第1のコイル2に正通電することで第1の外側磁極部をN極に励磁し、第2の外側磁極部をS極に励磁すると、マグネット7には第1外歯部1aの中心と該マグネット7の着磁部の中心(S極の中心)が一致するように図中時計方向の回転力が発生するが、同時に第2のコイル4も正通電することで第3の外側磁極部をN極に励磁し、第4の外側磁極部をS極に励磁すると、マグネット7には該第4外歯部1fの中心と該マグネット7の着磁部の中心(S極の中心)が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、両コイルの通電中は回転力のバランスがとれた状態で静止する。この状態が図4の状態であり、両コイルへの通電量が等しい時は、第1外歯部1aの中心とマグネット7の着磁部の中心(S極の中心)との位相差及び第4外歯部1fの中心とマグネット7の着磁部の中心(S極の中心)との位相差は共に約15度となる。このとき、S極に励磁された第2外歯部1bはマグネット7のN極に対向し、S極に励磁された第3外歯部1cもマグネット7のN極に対向し、S極に励磁された第5外歯部1gはマグネット7のN極に対向し、S極に励磁された第6外歯部1hもマグネット7のN極に対向している。
As described above, when the first energized state, the second energized state, the third energized state, the fourth energized state, and the energized state are switched, the first outer magnetic pole part, the second outer magnetic pole part, and the third The outer magnetic pole portion and the fourth outer magnetic pole portion are switched in polarity to be excited alternately. When the
図4の状態から第1のコイル2を逆通電に切り換えることで、第1の外側磁極部はS極に励磁され、第2の外側磁極部はN極に励磁されて、マグネット7には第1外歯部1aの中心とマグネット7の着磁部の中心(N極の中心)が一致するように図中反時計方向の回転力が発生するとともに、第2外歯部1bがマグネット7のS極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生し、同じく第3外歯部1cがマグネット7のS極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生する。ここで、第2のコイル4は正通電のままにすることで、マグネット7には第4外歯部1fの中心とマグネット7の着磁部の中心(S極の中心)が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、図4の状態から反時計方向に回転を始める。図4の状態から反時計方向に約15度回転すると、第4外歯部1fの中心と該マグネット7の着磁部の中心(S極の中心)が一致する状態になり、第5外歯部1g及び第6外歯部1hはマグネット7のN極に対向したままであるが、この時、第1外歯部1aの中心はマグネット7の着磁部の境界(S極・N極の境界)と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転する力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約15度回転(図4の状態から反時計方向に約30度回転)すると両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図5の状態である。このとき、N極に励磁された第2外歯部1b及び第3外歯部1cはマグネット7のS極に対向し、S極に励磁された第5外歯部1g及び第6外歯部1hは該マグネット7のN極に対向している。
By switching the
図5の状態から第2のコイル4を逆通電に切り換えることで、第3の外側磁極部はS極に励磁され、第4の外側磁極部はN極に励磁されて、マグネット7には第4外歯部1fの中心とマグネット7の着磁部の中心(N極の中心)が一致するように図中反時計方向の回転力が発生するとともに、第5外歯部1gがマグネット7のS極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生し、同じく第6外歯部1hがマグネット7のS極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生する。ここで、第1のコイル2は逆通電のままにすることで、マグネット7には第1外歯部1aの中心とマグネット7の着磁部の中心(N極の中心)が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、図5の状態から反時計方向に回転を始める。図5の状態から反時計方向に約15度回転すると、第1外歯部1aの中心とマグネット7の着磁部の中心(N極の中心)が一致する状態になり、第2外歯部1b及び第3外歯部1cはマグネット7のS極に対向したままであるが、この時、第4外歯部1fの中心はマグネット7の着磁部の境界(S極・N極の境界)と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転する力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約15度回転(図5の状態から反時計方向に約30度回転)すると両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図6の状態である。このとき、N極に励磁された第2外歯部1b及び第3外歯部1cはマグネット7のS極に対向し、N極に励磁された第5外歯部1g及び第6外歯部1hはマグネット7のS極に対向している。
By switching the
図6の状態から第1のコイル2を正通電に切り換えることで、第1の外側磁極部はN極に励磁され、第2の外側磁極部はS極に励磁されて、マグネット7には第1外歯部1aの中心とマグネット7の着磁部の中心(S極の中心)が一致するように図中反時計方向の回転力が発生するとともに、第2外歯部1bとマグネット7のN極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生し、同じく第3外歯部1cがマグネット7のN極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生する。ここで、第2のコイル4は逆通電のままにすることで、マグネット7には第4外歯部1fの中心とマグネット7の着磁部の中心(N極の中心)が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、図6の状態から反時計方向に回転を始める。図6の状態から反時計方向に約15度回転すると、第4外歯部1fの中心とマグネット7の着磁部の中心(N極の中心)が一致する状態になり、第5外歯部1g及び第6外歯部1hはマグネット7のS極に対向したままであるが、この時、第1外歯部1aの中心はマグネット7の着磁部の境界(S極・N極の境界)と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転する力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約15度回転(図6の状態から反時計方向に約30度回転)すると両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図7の状態である。このとき、S極に励磁された第2外歯部1b及び第3外歯部1cはマグネット7のN極に対向し、N極に励磁された第5外歯部1g及び第6外歯部1hはマグネット7のS極に対向している。
By switching the
以上説明したように、上記実施例1によれば、第1のコイル2により発生する磁束は第1の外側磁極部と第1の内側磁極部との間にあるマグネット7を横切り、第2のコイル4により発生する磁束は第3の外側磁極部と第2の内側磁極部との間にあるマグネット7を横切るので、磁束を効果的に作用させることができる。その結果、モータ出力の向上を図ることが可能となる。さらに、第1のコイル2により発生する磁束は第2の外側磁極部にも作用し、第2のコイル4により発生する磁束は第4の外側磁極部にも作用するので、さらなるモータの出力向上につながる。また、モータ外径を大型化することなくマグネット外周に対向する外側磁極の数を増やすことができるため、回転バランスが向上し、静音化につながる。
As described above, according to the first embodiment, the magnetic flux generated by the
また、第1の外側磁極部である第1外歯部1a及び第2の外側磁極部である第2外歯部1b、第3外歯部1c及び第3の外側磁極部である第4外歯部1f及び第4の外側磁極部である第5外歯部1g、第6外歯部1hを、回転軸8と平行な方向に延出する櫛歯により構成したので、モータの軸と垂直な方向の寸法を最小限に抑えることができるとともに、第1のコイル2及び第2のコイル4の組み付けが簡単な構造となる。
Also, the first outer tooth portion 1a that is the first outer magnetic pole portion, the second
また、第1の外側磁極部である第1外歯部1a及び第2の外側磁極部である第2外歯部1b、第3外歯部1cと、第3の外側磁極部である第4外歯部1f及び第4の外側磁極部である第5外歯部1g、第6外歯部1hとは、同一のマグネットに対してそれぞれ異なる角度範囲に関して対向するように構成されているので、マグネット7は軸方向に関して短く構成でき、軸方向と平行方向に関する長さについても短いモータとすることができるまた、このような構成より、第1のコイル2と第1の外側磁極部及び第2の外側磁極部と第1の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束と、第2のコイル4と第3の外側磁極部及び第4の外側磁極部と第2の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束とが、同一のマグネット部に作用する。マグネット7が回転することにより、それぞれの磁気回路はマグネット7の同一円周上に作用し、該マグネット7の同一の部位を利用する。このようにマグネット7の同一部位を利用するので、着磁によるバラツキなどによる悪影響を受けずに安定した性能のモータを提供することが可能となる。
Also, the first external tooth portion 1a that is the first outer magnetic pole portion, the second
さらに、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部と第3の外側磁極部と第4の外側磁極部とを同一部材から構成すれば、相互位置の誤差を小さく抑えることができるとともに、部品点数が少なく、構造が簡単なモータとすることができ、コストダウンになる。 Furthermore, if the first outer magnetic pole part, the second outer magnetic pole part, the third outer magnetic pole part and the fourth outer magnetic pole part are made of the same member, the mutual position error can be kept small, A motor with a small number of parts and a simple structure can be obtained, resulting in cost reduction.
また、マグネット7の外周面の着磁極数をNとすると、マグネット7の回転中心を基準にした第1外歯部1a及び第1外歯部1b及び第1外歯部1cと第4外歯部1f及び第4外歯部1g及び第4外歯部1hとのなす角θ度は「180−(360/N)<θ<180−(180/N)」に設定されるので、第1のコイル2及び第2のコイル4への通電方向を異なるタイミングで順次変えることにより、通電状態に応じた位置へマグネット7を回転していくことができ、双方向の回転が可能なステップモータとして機能させることができる。
When the number of magnetic poles on the outer peripheral surface of the
ここで、θ度を、N=着磁分割数として「180−(360/N)<θ<180−(180/N)」の範囲に設定する理由を説明する。 Here, the reason why the θ degree is set in the range of “180− (360 / N) <θ <180− (180 / N)” where N = the number of magnetization divisions will be described.
前述の構成のモータで、θ度をステップモータとしての基準角度「180−(180/N)」(本実施例ではθ=150度)とし、前述のα度を55度とした場合の、ロータ回転位置とトルクの関係を図15および図16に示す。図15は、コイルに電流を流さない状態でゆっくり回転させたときにロータに働く力であるコギングトルク、及びコイルが発生する磁界により発生するトルクの変化を示す。なお、横軸のロータ回転角度は、図4における位置を0度としている。電流を流さない状態(非通電時)では、本モータのコギングトルクはロータ回転位置が10度のとき最小、50度のとき最大となる。また、0〜30度では負の力が、30〜60度では正の力が働くことから、ロータ軸受け、減速ギア等の摩擦を十分小さいとすれば非通電時の静止位置は0度の位置だけとなる。一方、電流を流した状態ではコイルが発生する磁界により発生するトルクは15度、45度のとき最小となることがわかる。 In the motor having the above-described configuration, a rotor in which θ degrees is a reference angle “180− (180 / N)” (θ = 150 degrees in the present embodiment) as a step motor and the above α degrees is 55 degrees. The relation between the rotational position and the torque is shown in FIGS. FIG. 15 shows changes in the cogging torque, which is a force acting on the rotor when the coil is rotated slowly without current flowing in the coil, and the torque generated by the magnetic field generated by the coil. Note that the rotor rotation angle on the horizontal axis is 0 degree in FIG. In a state where no current flows (when no current is applied), the cogging torque of the motor is minimum when the rotor rotational position is 10 degrees and maximum when the rotor rotational position is 50 degrees. In addition, since a negative force works at 0 to 30 degrees and a positive force works at 30 to 60 degrees, if the friction of the rotor bearing, the reduction gear, etc. is sufficiently small, the stationary position when not energized is a position of 0 degrees. It becomes only. On the other hand, it can be seen that the torque generated by the magnetic field generated by the coil is minimum at 15 degrees and 45 degrees when a current is passed.
また、図16は、本コギングトルクにコイルが発生する磁界により発生するトルクを加えたトルク、すなわちコイルに電流を流したときに回転軸から取り出される最終的なロータの回転力となる回転トルクの変化を示す。なお、図16にはロータ回転角度が0〜60度における結果を示したが、容易にわかるようにそれ以後はここで示したトルク曲線の繰り返しとなる。なお、図16は有限要素法を用いた計算により算出したものであるが、実験でも同様の結果が得られている。図16より、回転トルクは、ロータ回転位置が15度及び45度の時に小さくなることがわかる。さらに、ロータ回転位置が15度のトルク(T0と呼ぶ)と、45度のトルク(T1と呼ぶ)において、T0がT1に比べ小さくトルク変動が大きい。 FIG. 16 shows the torque obtained by adding the torque generated by the magnetic field generated by the coil to the cogging torque, that is, the rotational torque that becomes the final rotational force of the rotor taken out from the rotating shaft when a current is passed through the coil. Showing change. FIG. 16 shows the result when the rotor rotation angle is 0 to 60 degrees. However, as will be easily understood, the torque curve shown here is repeated thereafter. Although FIG. 16 is calculated by calculation using the finite element method, similar results are obtained in experiments. From FIG. 16, it can be seen that the rotational torque decreases when the rotor rotational position is 15 degrees and 45 degrees. Further, when the rotor rotational position is 15 degrees torque (referred to as T0) and 45 degrees torque (referred to as T1), T0 is smaller than T1 and the torque fluctuation is large.
実際にモータを前述の絞り羽根、シャッタやレンズを駆動する装置に組み込む場合、トルク変動が大きいと、ステップ毎の回転位置決め精度に悪影響を及ぼすという問題がある。また、図16のT0のようにロータ回転位置の一部に回転トルクの極端に小さい部分があると、その位置で静止した状態から回転させようとすると十分なトルクが無いため回転せず、動作不良となってしまう。さらに、前述のようにコギングトルクの非通電時における静止位置(図15におけるロータ回転角度0度の位置)がロータ回転角度60度刻みであるため、通電時から非通電時に切り換えた時のロータの移動量が大きく光量調節等に影響を及ぼすという問題がある。 When the motor is actually incorporated in the device for driving the diaphragm blades, shutters, and lenses described above, there is a problem that if the torque fluctuation is large, the rotational positioning accuracy for each step is adversely affected. Also, if there is a part where the rotational torque is extremely small at a part of the rotor rotational position as shown in T0 of FIG. 16, there is not enough torque to rotate from a stationary state at that position, so the motor does not rotate and operates. It becomes defective. Further, as described above, the stationary position when the cogging torque is not energized (the position of the rotor rotation angle of 0 degrees in FIG. 15) is in steps of the rotor rotation angle of 60 degrees. There is a problem that the amount of movement is large and affects light amount adjustment.
本願発明者による検討によれば、以上の問題においてθ度を微小角度Δθだけ変化させた「180−(180/N)−Δθ」とすることで解決できることがわかった。すなわち、上記説明では、θ度を「180−(180/N)」(本実施例では、θ=150度)としたが、微小角度Δθ度だけ変化させて、「180−(180/N)−Δθ」(本実施例では、θ=150−Δθ)とすることでトルク変動の抑制、始動トルクの改善を行うことができ、更にコギングトルクの低減及び非通電時における静止位置の増加を行うことができる。 According to the study by the present inventor, it has been found that the above problem can be solved by setting “180− (180 / N) −Δθ” by changing the θ degree by the minute angle Δθ. That is, in the above description, θ degrees is “180− (180 / N)” (in this embodiment, θ = 150 degrees), but is changed by a minute angle Δθ degrees to obtain “180− (180 / N)”. −Δθ ”(in this embodiment, θ = 150−Δθ), torque fluctuation can be suppressed, starting torque can be improved, and cogging torque can be reduced and the rest position can be increased when power is not supplied. be able to.
図17に、上記Δθを施した場合のコギングトルクの変動の変化の様子を示す。図17より、コギングトルクのピーク値の絶対値は、Δθを大きくするにつれて減少するが、Δθが3度を超えると再び大きくなり、逆にθ度を「180−(180/N)+Δθ」とすれば、さらに大きくなることがわかる。 FIG. 17 shows how the cogging torque varies when Δθ is applied. From FIG. 17, the absolute value of the peak value of the cogging torque decreases as Δθ increases, but increases again when Δθ exceeds 3 degrees. If you do, you can see that it gets even bigger.
また、図18に、コイルが発生する磁界により発生するトルク変動の変化を示す。さらに、図19に、同様に上記Δθを施した場合の回転トルクの変動の変化の様子を示す。本図より、Δθを大きくするにつれてT0とT1の差は減少するが、Δθが3度を超えると再び差が大きくなる。この場合、Δθを2度とすることで、T0とT1の差が最小となり、トルク変動が小さくなることがわかる。また、図17と図18からわかるように、Δθによる本回転トルクの変化は、コギングトルクが変化することにより得られていることがわかる。 FIG. 18 shows a change in torque fluctuation generated by the magnetic field generated by the coil. Further, FIG. 19 shows how the rotational torque fluctuates when the above Δθ is similarly applied. From this figure, as Δθ increases, the difference between T0 and T1 decreases, but when Δθ exceeds 3 degrees, the difference increases again. In this case, it can be seen that by setting Δθ to 2 degrees, the difference between T0 and T1 is minimized and torque fluctuation is reduced. Further, as can be seen from FIGS. 17 and 18, it can be seen that the change in the main rotation torque due to Δθ is obtained by the change in the cogging torque.
また、図20は、図19におけるΔθの結果から、その回転全角度位置における最大値、最小値及び平均値を求め、Δθによる変化として整理したものである。図20より、Δθを0度から2度にすることで、トルク最大値は小さくなるものの、最小値は大きくなることがわかる。すなわち、ロータの初期回転位置によって弱かった始動トルクが改善された。なお、このときトルク平均値そのものは変化しないことがわかる。すなわち、Δθ=2度にすることで、平均トルクを下げることなく、T0とT1の差を最小にし、トルク変動を抑制できる。 FIG. 20 shows the maximum value, the minimum value, and the average value at all the rotational angle positions from the result of Δθ in FIG. From FIG. 20, it can be seen that by setting Δθ from 0 degree to 2 degrees, the maximum value is reduced, but the minimum value is increased. That is, the starting torque that was weak depending on the initial rotational position of the rotor was improved. At this time, the torque average value itself does not change. That is, by setting Δθ = 2 degrees, the difference between T0 and T1 can be minimized and torque fluctuation can be suppressed without reducing the average torque.
また、図21は、図17におけるΔθの結果から、その回転全角度位置におけるコギングトルクの大きさとロータ回転角度60度における非通電時のロータ静止位置数を、Δθによる変化として整理したものである。図21より、Δθを0度から2度にすることで、コギングトルクの大きさは小さくなり、かつ非通電時の静止位置の数がロータ1周期あたり2倍となっていることがわかる。 Further, FIG. 21 is an arrangement of the magnitude of cogging torque at all rotation angle positions and the number of rotor stationary positions when no power is supplied at a rotor rotation angle of 60 degrees as changes due to Δθ, based on the result of Δθ in FIG. . From FIG. 21, it can be seen that by changing Δθ from 0 degree to 2 degrees, the magnitude of the cogging torque is reduced and the number of stationary positions when not energized is doubled per rotor cycle.
次に、これらΔθが以上のような効果をもたらす理由を、図22と図23を用いて説明する。図22は、図16において最小トルクT0となるロータ回転位置でのマグネット7とステータ1の位置関係を示したものである。図22において、第3の外側磁極部1fの中心と、第3の外側磁極部に対向するマグネットのS極の中心は一致しており、通電しない場合にマグネットに働く力は、このS極のマグネット部分にのみ注目すれば0となる。従って、本ロータ回転位置におけるコギングトルクは第2の外側磁極部1b,1cと第4の外側磁極部1g,1hでの磁束の流れに起因することがわかる。
Next, the reason why these [Delta] [theta] bring about the above effects will be described with reference to FIGS. FIG. 22 shows the positional relationship between the
一方、Δθを大きくすれば、第3の外側磁極部1fの中心と、第3の外側磁極部に対向するマグネットのS極の中心には角度のずれが生じる(ここでは簡単のため第1の外側磁極部1aを固定して考える)。ここで、マグネットに働く力を説明する。このS極のマグネット部分に注目し、このマグネットを回転方向(反時計周り方向)側(P0部と呼ぶ)と回転逆方向(時計周り方向)側(M0部と呼ぶ)に二分して考えれば、マグネット側の磁束密度はP0部で疎となり、M0部で密となる。電磁力はエネルギーの大きい方から小さい方へ働くので、このS極のマグネット部分には、回転方向の力(反時計周り方向)が働くことになる。従って、最小トルクT0となるロータ回転位置において、コギングトルクはΔθを大きくすることで増大するため、第2の外側磁極部1b,1cと第4の外側磁極部1g,1hでの磁束の流れに起因する回転逆方向のコギングトルクを抑制できる。
On the other hand, if Δθ is increased, an angle shift occurs between the center of the third outer magnetic pole part 1f and the center of the S pole of the magnet facing the third outer magnetic pole part (here, the first The outer magnetic pole part 1a is fixed). Here, the force acting on the magnet will be described. Paying attention to the magnet part of this S pole, if this magnet is divided into two parts, the rotation direction (counterclockwise direction) side (referred to as P0 portion) and the reverse rotation direction (clockwise direction) side (referred to as M0 portion). The magnetic flux density on the magnet side is sparse at the P0 portion and dense at the M0 portion. Since the electromagnetic force works from the larger energy to the smaller one, a rotational force (counterclockwise direction) acts on the magnet part of the south pole. Therefore, since the cogging torque is increased by increasing Δθ at the rotor rotational position where the minimum torque T0 is obtained, the magnetic flux flows in the second outer
図23は、図16に示すトルクにおいて最小トルクT1となるロータ回転位置でのマグネット7とステータ1の位置関係を示したものである。図23において、第1の外側磁極部1aの中心と、第1の外側磁極部に対向するマグネットのN極の中心は一致しており、通電しない場合にマグネットに働く力は、このN極のマグネット部分にのみ注目すれば0となる。従って、本ロータ回転位置におけるコギングトルクは第2の外側磁極部1b,1cと第4の外側磁極部1g,1hでの磁束の流れに起因することがわかる。
FIG. 23 shows the positional relationship between the
一方、Δθを大きくすれば、第1の外側磁極部1aの中心と、第1の外側磁極部に対向するマグネットのN極の中心には角度のずれが生じる(ここでは簡単のため第3の外側磁極部1fを固定して考える)。ここで、マグネットに働く力を説明する。このN極のマグネット部分に注目し、このマグネットを回転方向(反時計周り方向)側(P1部と呼ぶ)と回転逆方向(時計周り方向)側(M1部と呼ぶ)に二分して考えれば、マグネット側の磁束密度はP1部で密となり、M1部で疎となる。電磁力はエネルギーの大きい方から小さい方へ働くので、このN極のマグネット部分には、回転逆方向の力が働くことになる。従って、最小トルクT1となるロータ回転位置において、コギングトルクはΔθを大きくすることで減少するため、第2の外側磁極部1b,1cと第4の外側磁極部1g,1hでの磁束の流れに起因する回転方向のコギングトルクを抑制できる。
On the other hand, if Δθ is increased, an angle shift occurs between the center of the first outer magnetic pole portion 1a and the center of the N pole of the magnet facing the first outer magnetic pole portion (here, for the sake of simplicity, a third The outer magnetic pole part 1f is fixed). Here, the force acting on the magnet will be described. Focusing on this N-pole magnet part, this magnet can be divided into two parts, the rotation direction (counterclockwise direction) side (referred to as P1 portion) and the reverse rotation direction (clockwise direction) side (referred to as M1 portion). The magnetic flux density on the magnet side is dense at the P1 portion and sparse at the M1 portion. Since the electromagnetic force works from the larger energy to the smaller energy, a force in the direction opposite to the rotation acts on the N-pole magnet portion. Therefore, since the cogging torque is reduced by increasing Δθ at the rotor rotational position where the minimum torque T1 is obtained, the flow of magnetic flux in the second outer
図16より、トルクT0となるロータ回転位置でのコギングトルクは回転逆方向に大きいが、Δθを大きくすることで、図17で示すように本回転位置でのコギングトルクは増加していることがわかる。逆に、トルクT1となるロータ回転位置でのコギングトルクは回転方向に大きいが、Δθを大きくすることで、図17で示すように本回転位置でのコギングトルクは減少していることがわかる。従って、Δθを大きくするにつれてコギングトルクは抑制されるが、さらに大きくすると、T0とT1の大小関係が逆転し、コギングトルクは増加する。 From FIG. 16, the cogging torque at the rotor rotational position at which the torque T0 is large is large in the reverse direction of rotation, but by increasing Δθ, the cogging torque at the main rotational position increases as shown in FIG. Understand. Conversely, the cogging torque at the rotor rotational position at which the torque is T1 is large in the rotational direction, but it can be seen that by increasing Δθ, the cogging torque at the main rotational position decreases as shown in FIG. Therefore, the cogging torque is suppressed as Δθ is increased, but if the value is further increased, the magnitude relationship between T0 and T1 is reversed and the cogging torque is increased.
以上をまとめると、Δθを2度とすることで、回転トルクがT0となる回転位置でのコギングトルクが増加するため、本回転位置での回転トルクT0が増加することと、回転トルクがT1となる回転位置でのコギングトルクが減少するため、本回転位置での回転トルクT1が減少することの2点より、T0とT1のトルク差を減少でき、トルク変動を抑制することができる。 In summary, by setting Δθ to 2 degrees, the cogging torque at the rotational position where the rotational torque becomes T0 increases, so that the rotational torque T0 at the main rotational position increases and the rotational torque becomes T1. Since the cogging torque at the rotational position is reduced, the torque difference between T0 and T1 can be reduced and torque fluctuation can be suppressed from the two points that the rotational torque T1 at the main rotational position is reduced.
また、本結果は第2の外側磁極部1b,1cと第4の外側磁極部1g,1hでの磁束の流れに起因するコギングトルクを抑制するものであるから、当然のことながら第2の外側磁極部1b,1cと第4の外側磁極部1g,1hの寸法とマグネットの着磁分割数、さらに前述のα度によって、トルク変動を抑制できるΔθの値は変わってくる。しかしながら、前述したように第2の外側磁極部1b,1cと第4の外側磁極部1g,1hでの磁束の流れに起因するコギングトルクを抑制するためには、第1の外側磁極部1aと第3の外側磁極部1fとのなす角をステップモータとしての基準角度「180−(180/N)」よりも小さくすれば良いことが分かっていることと、ステップモータの動作限界の範囲が「180−(360/N)<θ<180」であるため、θは第2の外側磁極部と第4の外側磁極部の寸法、マグネットの着磁分割数とα度に関わらず、「180−(360/N)<θ<180−(180/N)」の範囲に必ず最適値がある。
In addition, this result suppresses the cogging torque caused by the flow of magnetic flux in the second outer
本実施例1では、第1の外側磁極部と第3の外側磁極が隣接する場合を述べたが、さらに多極となる場合には、これらは隣接している必要はないので、上式を一般化すると、
2n×360/N<θ<(2n+0.5)×360/N(Nは着磁分割数、nは整数)
となる。
In the first embodiment, the case where the first outer magnetic pole portion and the third outer magnetic pole are adjacent to each other has been described. However, in the case of more multipoles, it is not necessary that they are adjacent to each other. In general,
2n × 360 / N <θ <(2n + 0.5) × 360 / N (N is the number of magnetization divisions, n is an integer)
It becomes.
さらに、本実施例1の説明では、α度を55度としたが、図24にα度を50度とした場合にΔθを施した場合の回転全角度位置における最大値、最小値及び平均値を、Δθによる変化として整理したものを示す。図24より、トルク変動を抑制するためのΔθ度は1度であることがわかる。また、図25に、マグネットの着磁分割数を10にした場合の回転全角度位置における最大値、最小値及び平均値を、Δθによる変化として整理したものを示す。図25より、トルク変動を抑制するためのΔθ度は0.35度であることがわかる。 Furthermore, in the description of the first embodiment, the α degree is 55 degrees, but the maximum value, the minimum value, and the average value at all the rotational angle positions when Δθ is applied when the α degree is 50 degrees in FIG. Are arranged as changes due to Δθ. From FIG. 24, it can be seen that the Δθ degree for suppressing the torque fluctuation is 1 degree. FIG. 25 shows the maximum value, the minimum value, and the average value at all rotational angle positions when the number of magnetized divisions of the magnet is set to 10 as changes due to Δθ. From FIG. 25, it can be seen that Δθ degree for suppressing torque fluctuation is 0.35 degree.
上記したような検討によれば、これらΔθの値は、第2の外側磁極部と第4の外側磁極部の寸法、マグネットの着磁分割数とα度に関わらず、
0<Δθ<18/N(Nは着磁分割数)
の範囲で特に有効であることがわかった。
According to the examination as described above, these values of Δθ are independent of the dimensions of the second outer magnetic pole part and the fourth outer magnetic pole part, the number of magnetization divisions of the magnet and α degrees,
0 <Δθ <18 / N (N is the number of magnetization divisions)
It was found to be particularly effective in the range of.
なお、本実施例1では、マグネットの外周面に対向する第1から第4の外側磁極部と内周面に対向する第1、第2の内側磁極部からなる構成について説明したが、周方向にN分割されて異なる極に交互に軸方向に着磁されたマグネットに対向するように第1、第2、第3、第4の外側磁極と第1、第2の内側磁極を配置した構成であってもよい。また、この例では、N=6について説明したので第1および第2のコイルが存在する場合についてのみ述べたが、Nが大きい場合に、複数のコイルを配置すればそれによって励磁される磁極による磁界がマグネットに効果的に作用し、出力を向上させることができる。 In the first embodiment, the configuration including the first to fourth outer magnetic pole portions facing the outer peripheral surface of the magnet and the first and second inner magnetic pole portions facing the inner peripheral surface has been described. The first, second, third, and fourth outer magnetic poles and the first and second inner magnetic poles are arranged so as to face the magnets that are divided into N and are alternately magnetized in different axial directions in the axial direction. It may be. Further, in this example, since N = 6 has been described, only the case where the first and second coils exist is described. However, when N is large, if a plurality of coils are arranged, the magnetic poles excited by the coils are arranged. A magnetic field acts on a magnet effectively and can improve an output.
図8は本実施例1のモータを鏡筒地板内に配置した場合の平面図である。このようにモータMを円筒のレンズを備える鏡筒地板12内に配置する場合、モータMの回転軸と光軸Zとを平行に配置するとともに、図8に示すようにロータの回転軸中心を基準にした第1の外側磁極部(第1外歯部1a)及び第2の外側磁極部(第2外歯部1b、第3外歯部1c)と第3の外側磁極部(第4外歯部1f)及び第4の外側磁極部(第5外歯部1g、該第6外歯部1h)とのなす角θの範囲が光軸Z側になるよう配置する。また、このとき第1外歯部1aと第4外歯部1fの光軸Zからの距離が等距離になるように配置する。
FIG. 8 is a plan view when the motor of the first embodiment is arranged in the lens barrel base plate. When the motor M is arranged in the lens
以上のように配置することで、モータMは鏡筒地板12の円筒形状に沿って配置されることになり、図14におけるD3の寸法をより小さく構成でき、非常にコンパクトな鏡筒地板とすることができるとともに、光軸方向の出っ張りも少ない。
By arranging as described above, the motor M is arranged along the cylindrical shape of the lens
次に、本発明と実施例1との対応について説明する。上記実施例1において、図1、図3乃至図8のマグネット7及び回転軸8が本発明のロータに相当し、図1、図3乃至図8の第1のコイル2が本発明の第1のコイルに相当し、図1乃至図8の第1外歯部1aが本発明の第1の外側磁極部に相当し、図1乃至図8の第2外歯部1b及び第3外歯部1cが本発明の第2の外側磁極部に相当し、図1乃至図8の第1レール部1dの一部及び第1嵌合突起部1e及び補助ヨーク6の一部が本発明の第1の内側磁極部に相当し、図1、図3乃至図8の第2のコイル4が本発明の第2のコイルに相当し、図1乃至図8の第4外歯部1fが本発明の第3の外側磁極部に相当し、図1乃至図8の第5外歯部1g及び第6外歯部1hが本発明の第4の外側磁極部に相当し、図1乃至図8の第2レール部1iの一部及び第2嵌合突起部1j及び補助ヨーク6の一部が本発明の第2の内側磁極部に相当する。
以上が実施例1の各構成と本発明の各構成の対応関係であるが、本発明はこれら実施例1に限定されるものではなく、請求項で示した機能、又は実施の形態がもつ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても良いことは言うまでもない。
Next, correspondence between the present invention and Example 1 will be described. In the first embodiment, the
The above is the correspondence between each configuration of the first embodiment and each configuration of the present invention, but the present invention is not limited to the first embodiment, and the functions shown in the claims or the functions of the embodiment It goes without saying that any configuration can be used as long as it can be achieved.
ここで、あらためて上記実施例1における効果をまとめて述べると、次のようになる。本実施例1においては、第1のコイルにより発生する磁束は第1の外側磁極部と第1の内側磁極部との間にあるマグネットを横切り、第2のコイルにより発生する磁束は第3の外側磁極部と第2の内側磁極部との間にあるマグネットを横切るので効果的に作用し出力を向上させることができる。また、第1のコイルにより発生する磁束は第2の外側磁極部にも作用し、第2のコイルにより発生する磁束は第4の外側磁極部にも作用するので、さらなるモータの出力向上につながる。また、モータ外径を大型化することなくマグネット外周に対向する外側磁極の数を増やすことができるため、回転バランスが向上し、静音化につながる。また、第2の外側磁極部と第4の外側磁極部での磁束の流れに起因するコギングトルクが抑制されるとともに、マグネットと磁極との間に働く力の回転位置による変動が改善されることにより、ロータの回転位置によるトルク変動が改善される。さらに、従来の小型モータと比較して、回転軸方向長をさらに小型化したモータとすることができる。更に、モータを駆動するための2つの磁気回路は、ロータの同一個所に対して作用するためロータの着磁ムラの影響を受けにくく、回転精度の高いモータを提供することができる。 Here, the effects of the first embodiment are summarized as follows. In the first embodiment, the magnetic flux generated by the first coil crosses the magnet between the first outer magnetic pole portion and the first inner magnetic pole portion, and the magnetic flux generated by the second coil is the third magnetic flux. Since the magnet located between the outer magnetic pole part and the second inner magnetic pole part is traversed, it can act effectively and improve the output. Further, the magnetic flux generated by the first coil also acts on the second outer magnetic pole portion, and the magnetic flux generated by the second coil also acts on the fourth outer magnetic pole portion, leading to further improvement of the motor output. . In addition, since the number of outer magnetic poles facing the outer periphery of the magnet can be increased without increasing the outer diameter of the motor, the rotation balance is improved, leading to noise reduction. In addition, the cogging torque caused by the flow of magnetic flux in the second outer magnetic pole part and the fourth outer magnetic pole part is suppressed, and fluctuations due to the rotational position of the force acting between the magnet and the magnetic pole are improved. As a result, torque fluctuation due to the rotational position of the rotor is improved. Furthermore, compared with the conventional small motor, it can be set as the motor which further reduced the length in the rotating shaft direction. Furthermore, since the two magnetic circuits for driving the motor act on the same portion of the rotor, it is difficult to be affected by uneven magnetization of the rotor, and a motor with high rotational accuracy can be provided.
また、ロータの回転中心を基準にした第1の外側磁極部のマグネットの外周面に対向する部分の中心と第2の外側磁極部のマグネットの外周面に対向する部分の中心とのなす角、及び第3の外側磁極部のマグネットの外周面に対向する部分の中心と第4の外側磁極部のマグネットの外周面に対向する部分の中心とのなす角α度を「(270/N)≦α≦(450/N)」の範囲に設定しているので、第1の外側磁極部に加え、第2の外側磁極部もマグネットに有効に作用するとともに、第3の外側磁極部に加え、第4の外側磁極部もマグネットに有効に作用する。また、ロータの回転中心を基準にした第1の外側磁極部及び第2の外側磁極部と第3の外側磁極部及び第4の外側磁極部とのなす角θ度を、ステップモータとしての基準角度θ0=(2n+0.5)×360/Nとすると、「θ=θ0−Δθ」(0<Δθ<18/N)に設定しているので、第2の外側磁極部と第4の外側磁極部での磁束の流れに起因するコギングトルクが抑制されるとともに、マグネットと磁極との間に働く力の回転位置による変動が改善し、ロータの回転位置によるトルク変動が改善される。さらに、第1のコイル及び第2のコイルと略同一平面上に配置されるこれらコイル以外の複数のコイルを配置することにより、複数のコイルによる磁界がマグネットに効果的に作用し、出力を向上させることができる。更に、図8に示したように、モータの回転軸とレンズの光軸とを平行に配置するとともに、ロータの回転中心を基準にした第1の外側磁極部及び第2の外側磁極部と第3の外側磁極部及び第4の外側磁極部とのなす角θの範囲が光軸側になるように前記モータを配置することにより、モータによる光軸方向の出っ張りが少なく、かつ外径を大きくすることなくモータを配置可能となり、カメラ等の光学装置を小型化できる。 Further, an angle formed by the center of the portion of the first outer magnetic pole portion facing the outer peripheral surface of the magnet with respect to the rotation center of the rotor and the center of the portion of the second outer magnetic pole portion facing the outer peripheral surface of the magnet, And the angle α degree formed by the center of the portion of the third outer magnetic pole portion facing the outer peripheral surface of the magnet and the center of the portion of the fourth outer magnetic pole portion facing the outer peripheral surface of the magnet is “(270 / N) ≦ Since α ≦ (450 / N) ”is set, in addition to the first outer magnetic pole portion, the second outer magnetic pole portion also effectively acts on the magnet, and in addition to the third outer magnetic pole portion, The fourth outer magnetic pole portion also acts effectively on the magnet. Further, the angle θ degrees formed by the first outer magnetic pole part, the second outer magnetic pole part, the third outer magnetic pole part, and the fourth outer magnetic pole part with respect to the rotation center of the rotor is used as a reference as a step motor. If the angle θ0 = (2n + 0.5) × 360 / N, since “θ = θ0−Δθ” (0 <Δθ <18 / N) is set, the second outer magnetic pole portion and the fourth outer magnetic pole portion are set. Cogging torque caused by the flow of magnetic flux in the part is suppressed, fluctuation due to the rotational position of the force acting between the magnet and the magnetic pole is improved, and torque fluctuation due to the rotational position of the rotor is improved. Furthermore, by arranging a plurality of coils other than these coils, which are arranged on substantially the same plane as the first coil and the second coil, the magnetic field by the plurality of coils effectively acts on the magnet and improves the output. Can be made. Further, as shown in FIG. 8, the rotation axis of the motor and the optical axis of the lens are arranged in parallel, and the first outer magnetic pole part and the second outer magnetic pole part with respect to the rotation center of the rotor By arranging the motor so that the range of the angle θ formed by the third outer magnetic pole part and the fourth outer magnetic pole part is on the optical axis side, the protrusion in the optical axis direction by the motor is small and the outer diameter is increased. Thus, the motor can be arranged without doing so, and the optical device such as a camera can be miniaturized.
以下に本発明の実施例2に係るモータについて説明する。 A motor according to Example 2 of the present invention will be described below.
図9は本発明の実施例2に係るモータを示す分解斜視図であり、図10は図9のモータのコイル及びロータ軸を通り軸方向に平行な面での断面図である。これらの図において、31は軟磁性材料から成るステ−タであり、第1外歯部31a、第2外歯部31b、第3外歯部31cを有しており、第1外歯部31aで第1の外側磁極部を形成し、第2外歯部31b及び第3外歯部31cで第2の外側磁極部を形成する。31dは第4外歯部、31eは第5外歯部、31fは第6外歯部であり、第4外歯部31dで第3の外側磁極部を形成し、第5外歯部31e及び第6外歯部31fで第4の外側磁極部を形成する。31gは第1外歯部31a、第2外歯部31b、第3外歯部31c、第4外歯部31d、第5外歯部31e、第6外歯部31fのそれぞれの一端を結ぶ平板部である。31hは後述の軸受け40を取付ける軸受け取付け部である。第1外歯部31a、第2外歯部31b、第3外歯部31c、第4外歯部31d、第5外歯部31e、第6外歯部31fは後述のロータ軸37と平行方向に延びる櫛歯形状に形成されている。
9 is an exploded perspective view showing a motor according to
本実施例2のステ−タは上記の特許文献1に記載されたものとは異なり、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部と第3の外側磁極部と第4の外側磁極部とは一体的に構成されている。このため、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部と第3の外側磁極部と第4の外側磁極部との相互誤差が少なくなり、組み立てによるモータの性能のばらつきを最小限に抑えることができる。
The stator of the second embodiment is different from that described in
32は第1のコイル、33は第1のコイル32が巻かれる第1のボビンであり、第1のコイル32は第1のボビン33に固定された状態でその内周にステータ31の第1外歯部31aが配置されるように固定される。この状態で、第2外歯部31b及び第3外歯部31cは第1のコイル32の外周に隣接する。第1のコイル32を通電することにより、第1外歯部31a、第2外歯部31b、第3外歯部31cが励磁される。この時、第1外歯部31aと、第2外歯部31b及び該第3外歯部31cとはお互いに異なる極に励磁される。すなわち、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部とはお互いに異なる極に励磁される。34は第2のコイル、35は第2のコイル34が巻かれる第2のボビンであり、第2のコイル34は第2のボビン35に固定された状態でその内周にステータ31の第4外歯部31dが配置されるように固定される。この状態で、第5外歯部31e及び第6外歯部31fは第2のコイル34の外周に隣接する。第2のコイル34を通電することにより、第4外歯部31d、第5外歯部31e、第6外歯部31fが励磁される。この時、第4外歯部31dと、第5外歯部31e及び第6外歯部31fとはお互いに異なる極に励磁される。すなわち、第3の外側磁極部と、第4の外側磁極部とはお互いに異なる極に励磁される。
第1のコイル32と第2のコイル34とはステータ31の平板部31gの平面上に隣接して配置される。そのため、モータの軸方向長さを短く構成できる。
The
36は永久磁石からなる円筒形状のマグネット、37は軟磁性材料からなるロータ軸であり、ロータ軸37の第1円柱部37aの外周面とマグネット36の内周面36aとが接着や圧入等により密着固定される。その際、マグネット36の軸方向一端部が第1円柱部37aの上面と同一面となるように固定される(図10参照)。ロータ軸37には出力軸部37cと保持軸部37dとが形成され、後述の軸受け39,40により回転嵌合保持される。その際、ロータ軸37の第2円柱部37bは第1のコイル32及び第2のコイル34の間に隣接して配置される。マグネット36は、外周表面を円周方向に多分割、即ち着磁極数がNとなるよう(本実施例2では6分割、即ちN=6となるよう)S極、N極が交互に着磁されている。マグネット36の内周面は、外周面に比べ弱い着磁分布を持つか、あるいは全く着磁されていないか、あるいは外周面と逆の極、すなわち外周面がS極の場合はその範囲の内周面はN極に着磁されているもののいずれかである。
第1外歯部31a、第2外歯部31b、第3外歯部31c、第4外歯部31d、第5外歯部31e、第6外歯部31fはマグネット36の外周面に所定の隙間をもって対向して配置される。
The first
第1円柱部37aの第1の外側磁極部31aに対向する部分及び第2円柱部37bの第1のコイル32の外周に隣接する部分で第1の内側磁極部が形成される。同様に、第1円柱部37aの第3の外側磁極部31dに対向する部分及び第2円柱部37bの第2のコイル34の外周に隣接する部分で第2の内側磁極部が形成される。
A first inner magnetic pole portion is formed at a portion of the first
第1のコイル32への通電により、第1の外側磁極部(第1外歯部31a)と第1の内側磁極部(第1円柱部37aの第1の外側磁極部31aに対向する部分及び第2円柱部37bの第1のコイル32の外周に隣接する部分)が励磁され、その磁極間にはマグネット36を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネット36に作用する。その際、第1の外側磁極部と第1の内側磁極部はそれぞれ反対の極に励磁される。同様に、第2のコイル34への通電により、第3の外側磁極部(第4外歯部31d)と第2の内側磁極部(第1円柱部37aの第3の外側磁極部31dに対向する部分及び第2円柱部37bの第2のコイル34の外周に隣接する部分)が励磁され、その磁極間にはマグネット36を横切る磁束が発生し、効果的にマグネット36に作用する。その際、第2の外側磁極部と第2の内側磁極部はそれぞれ反対の極に励磁される。
By energizing the
また、マグネット36は半径方向に薄い円環形状で構成されているとともに、該マグネット36の内周面に対向して内側磁極部を形成する第1円柱部37aは該マグネット36の内周面との間に空隙を設ける必要がない。そのため、第1外歯部31aと第1円柱部37aとの距離及び第4外歯部31dと第1円柱部37aとの距離を非常に小さくできる。よって、第1のコイル32と第1の外側磁極部と第1の内側磁極部とで形成される磁気回路、及び第2のコイル34と第2の外側磁極部と第2の内側磁極部とで形成される磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができ、モータの出力を高めることが出来る。
The
第1のコイル32への通電により、第2の外側磁極部(第2外歯部31b及び第3外歯部31c)も励磁され、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部との磁極間にも磁束が発生し、第2の外側磁極部は対向するマグネット36に作用する。同様に、第2のコイル34への通電により、第4の外側磁極部(第5外歯部31e及び第6外歯部31f)も励磁され、第3の外側磁極部と第4の外側磁極部との磁極間にも磁束が発生し、第4の外側磁極部は対向するマグネット36に作用する。すなわち、第1の外側磁極部と第1の内側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット36を横切って効果的に作用し、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット36に隣接して補助的に作用する。同様に、第3の外側磁極部と第2の内側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット36を横切って効果的に作用し、第3の外側磁極部と第4の外側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット36に隣接して補助的に作用する。これにより、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、モータの出力アップ、低消費電力化、コイルの小型化を達成することができる。
By energizing the
また、マグネット36はその内径部がロータ軸37によって埋められているので、特許文献1で提案されているものに比べマグネットの機械的強度が大きい。
Further, since the inner diameter portion of the
さらに、特許文献1で提案されているものはマグネットの外径部と外側磁極部の隙間を精度良く保って組み立てる必要のほかに、マグネットの内径部に対向する位置にある内側磁極部をマグネットに対し所定の隙間を設けて配置する必要があり、部品精度のばらつきや組み立て精度が悪い場合にこの隙間を確保できず、内側磁極部がマグネットに接触してしまうなどの不良が生じる可能性が高いのであるが、本実施例2ではマグネット36の外径部のみの隙間を管理するだけでよいので組み立てが容易になる。また、上記従来例では内側磁極部はマグネットと出力軸をつなぐ部分に接触しないように構成しなければならず、これにより内側磁極部とマグネットとが対向する軸方向の長さは十分に長く出来ないのに対し、本実施例2では出力軸が内側磁極部を兼ねているので、内側磁極部とマグネット36とが対向する軸方向の長さを十分長く確保でき、これにより第1の外側磁極部、第2の外側磁極部、第3の外側磁極部及び第4の外側磁極部とマグネット36を有効に利用することが可能となり、モータの出力が高められる。
Further, the one proposed in
第1外歯部31a及び第4外歯部31dはモータ軸に平行な方向に延出する櫛歯により構成されているので、モータの最外径(図11のL1)を最小限に抑えることができる。例えば外側磁極をマグネットの半径方向に伸びるヨーク板で構成すると、マグネットを平面的な展開にする必要があるとともに、半径方向に向かってコイルを巻くことになり、軸方向長さは短くてもモータの最外径は大きなものとなってしまう。本実施例2のモータの最外径L1はマグネット36に第1外歯部31a及び第4外歯部31dの厚みと第1のコイル32及び第2のコイル34の巻き線幅で決まる。また、第1外歯部31a及び第4外歯部31dがモータ軸に平行な方向に延出する櫛歯のため、コイル32及びコイル34、及びマグネット36が固定されるロータ軸37をすべて一方向から組み込むことが可能となり、組み立て作業性がよい。
Since the first
38はカバーであり、ステ−タ31の第1外歯部31a先端に設けられた突起31iが嵌合穴38bに嵌合し、第4の外歯部31d先端に設けられた突起31jが嵌合穴38cに嵌合して位置決めされ、第1外歯部31a、第2外歯部31b、第3外歯部31c、第4外歯部31d、第5外歯部31e、及び第6外歯部31fの先端がカバー38の裏面に当接する状態でステ−タ31に固定される。また、38aは軸受け取付け部であり、ここに軸受け39がカシメや接着等により固定され、軸受け39はロータ軸37の保持軸部37dと嵌合してロータ軸37を回転保持する。軸受け39及び軸受け40はカバー38がステータ31に固定された状態で、ロータ軸37を回転嵌合保持するとともにロータ軸37の軸方向の移動を所定範囲内に規制する。この状態で、ロータ軸37に固定されたマグネット36は、外周面が第1外歯部31a、第2外歯部31b、第3外歯部31c、第4外歯部31d、第5外歯部31e、及び第6外歯部31fと所定の隙間を持つとともに、軸方向一端がカバー38の裏面と所定の隙間を保つとともに、軸方向他端が第1のコイル32が巻かれるボビン33及び第2のコイル34が巻かれるボビン34と所定の隙間を保つ。よって、マグネット36は第1のコイル32及び第2のコイル34と軸方向に隣接して配置されており、第1のコイル32と第2のコイル34とは軸方向に垂直な平面で隣接しているため、軸方向長さの短いモータとすることが可能となる。
図11はマグネット36とステータ11の位置関係を示す断面図である。図11からわかるように、マグネット36はその外周表面及び内周表面を円周方向に均一に多分割して(本実施例2では6分割して)S極、N極が交互に着磁された着磁部が形成されている。外周表面がS極のとき、内周表面はN極となり、外周表面がN極のとき、内周表面はS極となる。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the
ここで、マグネット部と外側磁極部との位置関係について説明する。マグネット36の回転中心を基準にした第1の外側磁極部である第1外歯部31a及び第2の外側磁極部である第2外歯部31b、第3外歯部31cと、第3の外側磁極部である第4外歯部31f及び第4の外側磁極部である第5外歯部31g、第6外歯部31hとのなす角はθ度に設定されている。ここでθ度はN=着磁分割数とすると、「180−(360/N)<θ<180−(180/N)」の範囲に設定することが望ましい。この理由は後述する。本実施例2ではN=6なので、θ度は120度よりも大きく150度よりも小さい値に設定すればよいことになる。このようにθ度を「180−(360/N)<θ<180−(180/N)」の範囲に設定することで、図13のL2の寸法を非常に小型に設定することができる。
Here, the positional relationship between the magnet portion and the outer magnetic pole portion will be described. A first
次に、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部との位置関係及び第3の外側磁極部と第4の外側磁極部との位置関係について説明する。第1の外側磁極部である第1外歯部31aと第2の外側磁極部である第2外歯部31b及び第3外歯部31cとはマグネット36の回転中心を基準に考えると、それぞれのマグネット36に対向する部分の中心がα度位相がずれた位置になるように配置されている。このα度を「360/N」(N=着磁分割数)と設定すると、マグネット36への第1外歯部31aの対向部中心が対向する極と、マグネット36への第2外歯部31bの対向部中心が対向する極及びマグネット36への第3外歯部31cの対向部中心が対向する極とは異なる極となり、第1のコイル32の外周に隣接配置されている第2外歯部31b及び第3外歯部31cは第1のコイル32の内周に配置されている第1外歯部31aとは異なる極に励磁されるため、第2外歯部31b及び第3外歯部31cは外側磁極としてマグネット36に有効に作用する。ここで第2外歯部31b及び第3外歯部31cの対向部には所定の幅があるため、α度にある程度の範囲をもたせてもその効果は維持される。よって、α度を「(270/N)≦α≦(450/N)」の範囲に設定しても、第2外歯部31b及び第3外歯部31cは外側磁極としてマグネット36に有効に作用する。同様に、第3の外側磁極部である第4外歯部31dと第4の外側磁極部である第5外歯部31e及び第6外歯部31fとはマグネット36の回転中心を基準に考えると、それぞれのマグネット36に対向する部分の中心がα度位相がずれた位置になるように配置され、第5外歯部31e及び第6外歯部31fは外側磁極としてマグネット36に有効に作用する。なお、本実施例2ではN=6なのでα度は45度以上75度以下に設定すればよい。
Next, the positional relationship between the first outer magnetic pole portion and the second outer magnetic pole portion and the positional relationship between the third outer magnetic pole portion and the fourth outer magnetic pole portion will be described. When the first
上記構成によれば、第1の外側磁極部である第1外歯部31a及び第2の外側磁極部である第2外歯部31b、第3外歯部31cと、第3の外側磁極部である第4外歯部31d及び第4の外側磁極部である第5外歯部31e、第6外歯部1fとは、同一のマグネットに対してそれぞれ異なる角度範囲に関して対向するように構成されているので、マグネット36は軸方向に関して短く構成でき、軸方向と平行方向に関する長さについても短いモータとすることができる。
According to the above configuration, the first
上記構成の大きな特徴として、マグネット36の外周面の一部分に着目すれば、該マグネット36が回転することにより、このマグネット36の一部分に対して第1のコイル32により励磁される第1の外側磁極部及び第2の外側磁極部の磁束と、第2のコイル34により励磁される第3の外側磁極部及び第4の外側磁極部の磁束とが交互に作用することになる。これらの外側磁極部がマグネット36の同じ個所に対して磁束を作用させるので、着磁のバラツキなどによる悪影響を受けず安定した性能のモータを提供することが可能となる。
As a major feature of the above configuration, if attention is paid to a part of the outer peripheral surface of the
次に、図11〜図14を参照して、本発明の実施例2に係るステップモータの動作を説明する。図11に記載されたモータは、第1のコイル32に通電し、ステータ31の第1外歯部31aをN極とし、第2外歯部31b及び第3外歯部31cをS極とし、第1の内側磁極部(第1円柱部37a及び第2円柱部37bの第1外歯部31aに対向する部分)をS極となるように励磁するとともに、第2のコイル34に通電し、第4外歯部31dをN極とし、第5外歯部31e及び第6外歯部31fをS極とし、第2の内側磁極部(第1円柱部37a及び第2円柱部37bの第4外歯部31dに対向する部分)をS極となるように励磁している状態である。
Next, the operation of the step motor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The motor described in FIG. 11 energizes the
図11の状態から第1のコイル32への通電方向のみ反転し、第1外歯部31aをS極とし、第2外歯部31b及び第3外歯部31cをN極とし、第1の内側磁極部(第1円柱部37a及び第2円柱部37bの第1外歯部31aに対向する部分)をN極となるように励磁すると、図12に示すようにマグネット36は反時計方向に30度回転する。図12の状態から第2のコイル34への通電方向のみ反転し、第4外歯部31dをS極とし、第5外歯部31e及び第6外歯部31fをN極とし、第2の内側磁極部(第1円柱部37a及び第2円柱部37bの第4外歯部31dに対向する部分)をN極となるように励磁すると、図13に示すようにマグネット36は反時計方向に30度回転する。図13の状態から第1のコイル32への通電方向のみ反転し、第1外歯部31aをN極とし、第2外歯部31b及び第3外歯部31cをS極とし、第1の内側磁極部(第1円柱部37a及び第2円柱部37bの第1外歯部31aに対向する部分)をS極となるように励磁すると、図14に示すようにマグネット36は反時計方向に30度回転する。
Only the energization direction to the
以後、このように第1のコイル32及び第2のコイル34への通電方向を順次切り換えていくことにより、第1の外側磁極部及び第2の外側磁極部と、第3の外側磁極部及び第4の外側磁極部とは異なるタイミングで励磁の切り換えが行われ、マグネット36は通電位相に応じた位置へと回転することになる。
Thereafter, by sequentially switching the energization direction to the
本実施例2では、第1の通電状態として第1のコイル32を正方向通電、第2のコイル34を正方向通電とし、第2の通電状態として第1のコイル32を逆方向通電、第2のコイル34を正方向通電とし、第3の通電状態として第1のコイル32を逆方向通電、第2のコイル34を逆方向通電とし、第4の通電状態として第1のコイル32を正方向通電、第2のコイル34を逆方向通電とし、第1の通電状態から第2の通電状態、第3の通電状態、第4の通電状態へと通電状態の切り換えを行い(2相駆動)、マグネット36を回転させていったが、第5の通電状態として第1のコイル32を正方向通電、第2のコイル34を非通電とし、第6の通電状態として第1のコイル32を非通電、第2のコイル34を正方向通電とし、第7の通電状態として第1のコイル32を逆方向通電、第2のコイル34を非方向通電とし、第8の通電状態として第1のコイル32を非通電、第2のコイル34を逆方向通電として、第5の通電状態から第6の通電状態、第7の通電状態、第8の通電状態へと通電状態を切り換えるようにしてもよい(1・2相駆動)。それによってもマグネット36は通電位相に応じた回転位置へと回転していく。
In the second embodiment, the
次に、マグネット36と第1の外側磁極部である第1外歯部31a、第2の外側磁極部である第2外歯部31b及び第3外歯部31c、第3の外側磁極部である第4外歯部31d、第4の外側磁極部である第5外歯部31e及び第6外歯部31fとの位相関係について説明する。
Next, the
上記したように第1の通電状態、第2の通電状態、第3の通電状態、第4の通電状態と通電状態を切り換えると、第1の外側磁極部及び第2の外側磁極部と第3の外側磁極部及び第4の外側磁極部とは交互に励磁される極性の切り換えが行われる。図11のように第1のコイル32に正通電することで第1の外側磁極部をN極に励磁し、第2の外側磁極部をS極に励磁すると、マグネット36には第1外歯部31aの中心とマグネット36の着磁部の中心(S極の中心)が一致するように図中時計方向の回転力が発生するが、同時に第2のコイル34も正通電することで第3の外側磁極部をN極に励磁し、第4の外側磁極部をS極に励磁すると、マグネット36には該第4外歯部31dの中心とマグネット36の着磁部の中心(S極の中心)が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、両コイルの通電中は回転力のバランスがとれた状態で静止する。この状態が図11の状態であり、両コイルへの通電量が等しい時は、第1外歯部31aの中心とマグネット36の着磁部の中心(S極の中心)との位相差及び第4外歯部31dの中心とマグネット36の着磁部の中心(S極の中心)との位相差は共に約15度となる。このとき、S極に励磁された該第2外歯部31bはマグネット36のN極に対向し、S極に励磁された第3外歯部31cもマグネット36のN極に対向し、S極に励磁された第5外歯部31eはマグネット36のN極に対向し、S極に励磁された第6外歯部31fもマグネット36のN極に対向している。
As described above, when the first energized state, the second energized state, the third energized state, the fourth energized state, and the energized state are switched, the first outer magnetic pole part, the second outer magnetic pole part, and the third The outer magnetic pole portion and the fourth outer magnetic pole portion are switched in polarity to be excited alternately. When the
図11の状態から第1のコイル32を逆通電に切り換えることで、第1の外側磁極部はS極に励磁され、第2の外側磁極部はN極に励磁されて、マグネット36には第1外歯部31aの中心とマグネット36の着磁部の中心(N極の中心)が一致するように図中反時計方向の回転力が発生するとともに、第2外歯部31bがマグネット36のS極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生し、同じく第3外歯部31cがマグネット36のS極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生する。
By switching the
ここで、第2のコイル34は正通電のままにすることで、マグネット36には第4外歯部31dの中心とマグネット36の着磁部の中心(S極の中心)が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、図11の状態から反時計方向に回転を始める。図11の状態から反時計方向に約15度回転すると、第4外歯部31dの中心とマグネット36の着磁部の中心(S極の中心)が一致する状態になり、第5外歯部31e及び第6外歯部31fはマグネット36のN極に対向したままであるが、この時、第1外歯部31aの中心はマグネット36の着磁部の境界(S極・N極の境界)と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転する力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約15度回転(図13の状態から反時計方向に約30度回転)すると両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図12の状態である。このとき、N極に励磁された第2外歯部31b及び第3外歯部31cはマグネット36のS極に対向し、S極に励磁された第5外歯部31e及び第6外歯部31fはマグネット36のN極に対向している。
Here, the
図12の状態から第2のコイル34を逆通電に切り換えることで、第3の外側磁極部はS極に励磁され、第4の外側磁極部はN極に励磁されて、マグネット36には第4外歯部31dの中心とマグネット36の着磁部の中心(N極の中心)が一致するように図中反時計方向の回転力が発生するとともに、第5外歯部31eがマグネット36のS極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生し、同じく第6外歯部31fがマグネット36のS極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生する。ここで、第1のコイル32は逆通電のままにすることで、該グネット36には第1外歯部31aの中心とマグネット36の着磁部の中心(N極の中心)が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、図12の状態から反時計方向に回転を始める。図12の状態から反時計方向に約15度回転すると、第1外歯部31aの中心とマグネット36の着磁部の中心(N極の中心)が一致する状態になり、第2外歯部31b及び第3外歯部31cはマグネット36のS極に対向したままであるが、この時、第4外歯部31dの中心はマグネット36の着磁部の境界(S極・N極の境界)と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転する力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約15度回転(図12の状態から反時計方向に約30度回転)すると両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図13の状態である。このとき、N極に励磁された第2外歯部31b及び第3外歯部31cはマグネット36のS極に対向し、N極に励磁された第5外歯部31e及び第6外歯部1fはマグネット36のS極に対向している。
By switching the
図13の状態から第1のコイル32を正通電に切り換えることで、第1の外側磁極部はN極に励磁され、第2の外側磁極部はS極に励磁されて、マグネット36には第1外歯部31aの中心とマグネット36の着磁部の中心(S極の中心)が一致するように図中反時計方向の回転力が発生するとともに、第2外歯部31bがマグネット36のN極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生し、同じく第3外歯部31cがマグネット36のN極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生する。ここで、第2のコイル4は逆通電のままにすることで、マグネット36には第4外歯部31dの中心とマグネット36の着磁部の中心(N極の中心)が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、図13の状態から反時計方向に回転を始める。図13の状態から反時計方向に約15度回転すると、第4外歯部31dの中心とマグネット36の着磁部の中心(N極の中心)が一致する状態になり、第5外歯部31e及び第6外歯部31fはマグネット36のS極に対向したままであるが、この時、第1外歯部31aの中心はマグネット36の着磁部の境界(S極・N極の境界)と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転する力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約15度回転(図13の状態から反時計方向に約30度回転)すると両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図14の状態である。このとき、S極に励磁された第2外歯部31b及び第3外歯部31cはマグネット36のN極に対向し、N極に励磁された第5外歯31e及び第6外歯部31fはマグネット36のS極に対向している。
By switching the
以上説明したように、上記実施例2によれば、第1のコイル32により発生する磁束は第1の外側磁極部と第1の内側磁極部との間にあるマグネット36を横切り、第2のコイル34により発生する磁束は第3の外側磁極部と第2の内側磁極部との間にあるマグネット36を横切るので、磁束を効果的に作用させることができる。その結果、モータ出力の向上を図ることが可能となる。さらに、第1のコイル32により発生する磁束は第2の外側磁極部にも作用し、第2のコイル34により発生する磁束は第4の外側磁極部にも作用するので、さらなるモータの出力向上につながる。また、モータ外径を大型化することなくマグネット外周に対向する外側磁極の数を増やすことができるため、回転バランスが向上し、静音化につながる。
As described above, according to the second embodiment, the magnetic flux generated by the
さらに、マグネット36は半径方向の薄い円環形状で構成されているとともに、マグネット36の内周面に対向して内側磁極部を形成する第1円柱部37aはマグネット36の内周面との間に空隙を設ける必要がない。よって、第1外歯部31aと第1円柱部37aとの距離及び第4外歯部1dと第1円柱部37aとの距離を非常に小さくでき、第1のコイル32と第1の外側磁極部と第1の内側磁極部とで形成される磁気回路、及び第2のコイル34と第3の外側磁極部と第2の内側磁極部とで形成される磁気回路の磁気抵抗が小さくなるので、さらなるモータの出力向上を図ることができる。
Further, the
また、マグネット36はその内径部がロータ軸37によって埋められているので、マグネットの機械的強度が大きい。また、本実施例2ではマグネット36の外径部のみの隙間を管理するだけでよいので組み立てが容易になるとともに、出力軸が内側磁極部を兼ねているので、内側磁極部とマグネット36とが対向する軸方向の長さを十分長く確保でき、これにより第1の外側磁極部、第2の外側磁極部、第3の外側磁極部及び第4の外側磁極部とマグネット36を有効に利用することが可能となり、モータの出力が高められる。
Further, since the inner diameter portion of the
また、第1の外側磁極部である第1外歯部31a及び第2の外側磁極部である第2外歯部31b、第3外歯部31cと、第3の外側磁極部である第4外歯部31d及び第4の外側磁極部である第5外歯部31e、第6外歯部31fを、ロータ軸37と平行な方向に延出する櫛歯により構成したので、モータの軸と垂直な方向の寸法を最小限に抑えることができるとともに、第1のコイル32及び第2のコイル34の組み付けが簡単な構造となる。
Also, the first
また、第1の外側磁極部である第1外歯部31a及び第2の外側磁極部である第2外歯部31b、第3外歯部31cと、第3の外側磁極部である第4外歯部31d及び第4の外側磁極部である第5外歯部31e、第6外歯部31fとは、同一のマグネットに対してそれぞれ異なる角度範囲に関して対向するように構成されているので、マグネット36は軸方向に関して短く構成でき、軸方向と平行方向に関する長さについても短いモータとすることができる。また、このような構成より、第1のコイル32と第1の外側磁極部及び第2の外側磁極部と第1の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束と、第2のコイル34と第3の外側磁極部及び第4の外側磁極部と第2の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束とが、同一のマグネット部に作用する。マグネット36が回転することにより、それぞれの磁気回路は該マグネット36の同一円周上に作用し、該マグネット36の同一の部位を利用する。これにより、マグネット36の同一部位を利用するので、着磁によるバラツキなどによる悪影響を受けずに安定した性能のモータを提供することが可能となる。
In addition, the first
さらに、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部と第3の外側磁極部と第4の外側磁極部とを同一部材から構成すれば、相互位置の誤差を小さく抑えることができるとともに、部品点数が少なく、構造が簡単なモータとすることができ、コストダウンになる。また、マグネット36の外周面の着磁極数をNとすると、マグネット36の回転中心を基準にした第1外歯部31a及び第1外歯部31b及び第1外歯部31cと第4外歯部31f及び第4外歯部31g及び第4外歯部31hとのなす角θ度は「180−(360/N)<θ<180−(180/N)」に設定されるので、第1のコイル32及び第2のコイル34への通電方向を異なるタイミングで順次変えることにより、通電状態に応じた位置へマグネット36を回転していくことができ、双方向の回転が可能なステップモータとして機能させることができる。
Furthermore, if the first outer magnetic pole part, the second outer magnetic pole part, the third outer magnetic pole part and the fourth outer magnetic pole part are made of the same member, the mutual position error can be kept small, A motor with a small number of parts and a simple structure can be obtained, resulting in cost reduction. When the number of magnetic poles on the outer peripheral surface of the
ここで、θ度はN=着磁分割数として「180−(360/N)<θ<180−(180/N)」の範囲に設定する理由を説明する。 Here, the reason why the θ degree is set in the range of “180− (360 / N) <θ <180− (180 / N)” where N = the number of magnetization divisions will be described.
前述の構成のモータで、θ度をステップモータとしての基準角度「180−(180/N)」(本実施例2ではθ=150度)とし、前述のα度を55度とした場合の、ロータ回転位置とトルクの関係を図26および図27に示す。図26は、コイルに電流を流さない状態でゆっくり回転させたときにロータに働く力であるコギングトルク、及びコイルが発生する磁界により発生するトルクの変化を示す。なお、横軸のロータ回転角度は、図11における位置を0度としている。電流を流さない状態(非通電時)では、本モータはロータ回転位置が10度のとき最小、50度のとき最大となる。また、0〜30度では負の力が、30〜60度では正の力が働くことから、ロータ軸受け、減速ギア等の摩擦を十分小さいとすれば非通電時の静止位置は0度の位置だけとなる。一方、電流を流した状態ではコイルが発生する磁界により発生するトルクは15度、45度のとき最小となることがわかる。 In the motor having the above-described configuration, when the θ degree is a reference angle “180− (180 / N)” (θ = 150 degrees in the second embodiment) as a step motor and the above α degree is 55 degrees, The relationship between the rotor rotational position and torque is shown in FIGS. FIG. 26 shows changes in the cogging torque, which is a force acting on the rotor when the coil is rotated slowly with no current flowing in the coil, and the torque generated by the magnetic field generated by the coil. The rotor rotation angle on the horizontal axis is 0 degree in FIG. In a state where no current flows (when no current is applied), the motor is minimum when the rotor rotational position is 10 degrees and maximum when the rotor rotational position is 50 degrees. In addition, since a negative force works at 0 to 30 degrees and a positive force works at 30 to 60 degrees, if the friction of the rotor bearing, the reduction gear, etc. is sufficiently small, the stationary position when not energized is a position of 0 degrees. It becomes only. On the other hand, it can be seen that the torque generated by the magnetic field generated by the coil is minimum at 15 degrees and 45 degrees when a current is passed.
また、図27は、本コギングトルクにコイルが発生する磁界により発生するトルクを加えたトルク、すなわちコイルに電流を流したときに回転軸から取り出される最終的なロータの回転力となる回転トルクの変化を示す。なお、図27にはロータ回転角度が0〜60度における結果を示したが、容易にわかるようにそれ以後はここで示したトルク曲線の繰り返しとなる。なお、図27は、有限要素法を用いた計算により算出したものであるが、実験でも同様の結果が得られている。図27より、回転トルクは、ロータ回転位置が15度及び45度の時に小さくなることがわかる。さらに、ロータ回転位置が15度のトルク(T0と呼ぶ)と、45度のトルク(T1と呼ぶ)において、T0がT1に比べ小さくトルク変動が大きい。 FIG. 27 shows the torque obtained by adding the torque generated by the magnetic field generated by the coil to the cogging torque, that is, the rotational torque that becomes the final rotational force of the rotor extracted from the rotating shaft when a current is passed through the coil. Showing change. FIG. 27 shows the result when the rotor rotation angle is 0 to 60 degrees, but as will be easily understood, the torque curve shown here is repeated thereafter. Note that FIG. 27 is calculated by calculation using the finite element method, but similar results have been obtained in experiments. From FIG. 27, it can be seen that the rotational torque decreases when the rotor rotational position is 15 degrees and 45 degrees. Further, when the rotor rotational position is 15 degrees torque (referred to as T0) and 45 degrees torque (referred to as T1), T0 is smaller than T1 and the torque fluctuation is large.
実際にモータを前述の絞り羽根、シャッタやレンズを駆動する装置に組み込む場合、トルク変動が大きいと、ステップ毎の回転位置決め精度に悪影響を及ぼすという問題がある。また、図27のT0のようにロータ回転位置の一部に回転トルクの極端に小さい部分があると、その位置で静止した状態から回転させようとすると十分なトルクが無いため回転せず、動作不良となってしまう。さらに、図26に示すようにコギングトルクの非通電時における静止位置がロータ回転角度60度刻みであるため、通電時から非通電時に切り替えた時のロータの移動量が大きく光量調節等に影響を及ぼすという問題がある。 When the motor is actually incorporated in the device for driving the diaphragm blades, shutters, and lenses described above, there is a problem that if the torque fluctuation is large, the rotational positioning accuracy for each step is adversely affected. Also, if there is an extremely small part of the rotational torque at a part of the rotor rotational position as shown at T0 in FIG. 27, there will be no sufficient torque when trying to rotate from a stationary state at that position, so the motor will not rotate. It becomes defective. Furthermore, as shown in FIG. 26, since the stationary position when the cogging torque is not energized is in increments of 60 degrees, the amount of movement of the rotor when switching from energized to deenergized is large, which affects the light quantity adjustment and the like. There is a problem of affecting.
本願発明者による検討によれば、以上の問題においてθ度を微小角度Δθだけ変化させた「180−(180/N)−Δθ」とすることで解決できることがわかった。すなわち、上記説明では、θ度を「180−(180/N)」(本実施例2では、θ=150度)としたが、微小角度Δθ度だけ変化させて、「180−(180/N)−Δθ」(本実施例2では、θ=150−Δθ)とすることでトルク変動の抑制、始動トルクの改善を行うことができ、更にコギングトルクの低減及び非通電時における静止位置の増加を行うことができる。 According to the study by the present inventor, it has been found that the above problem can be solved by setting “180− (180 / N) −Δθ” by changing the θ degree by the minute angle Δθ. That is, in the above description, θ degrees is “180− (180 / N)” (θ = 150 degrees in the second embodiment), but is changed by a minute angle Δθ degrees to obtain “180− (180 / N). ) −Δθ ”(θ = 150−Δθ in the second embodiment), torque fluctuation can be suppressed and starting torque can be improved, and the cogging torque can be reduced and the stationary position can be increased when power is not supplied. It can be performed.
図28に、上記Δθを施した場合のコギングトルクの変動の変化の様子を示す。図28より、コギングトルクのピーク値の絶対値は、Δθを大きくするにつれて減少するが、Δθが3度を超えると再び大きくなることがわかる。また、図29に、コイルが発生する磁界により発生するトルク変動の変化を示す。 FIG. 28 shows how the cogging torque varies when Δθ is applied. FIG. 28 shows that the absolute value of the peak value of the cogging torque decreases as Δθ increases, but increases again when Δθ exceeds 3 degrees. FIG. 29 shows a change in torque fluctuation generated by the magnetic field generated by the coil.
さらに、図30に、同様に上記Δθを施した場合の回転トルクの変動の変化の様子を示す。図30より、Δθを大きくするにつれてT0とT1の差は減少するが、Δθが3度を超えると再び差が大きくなる。この場合、Δθを2度とすることで、T0とT1の差が最小となり、トルク変動が小さくなることがわかる。さらに、Δθが2度の時、図28に示すコギングトルクの大きさを減少でき、非通電時のロータ静止位置の数を2倍に出来ていることがわかる(図28では0度、30度、60度)。また、図28と図29からわかるように、Δθによる本回転トルクの変化は、コギングトルクが変化することにより得られていることがわかる。 Further, FIG. 30 shows a change in rotational torque fluctuation when the above-described Δθ is similarly applied. From FIG. 30, the difference between T0 and T1 decreases as Δθ increases, but the difference increases again when Δθ exceeds 3 degrees. In this case, it can be seen that by setting Δθ to 2 degrees, the difference between T0 and T1 is minimized and torque fluctuation is reduced. Further, when Δθ is 2 degrees, it can be seen that the magnitude of the cogging torque shown in FIG. 28 can be reduced, and the number of rotor stationary positions when not energized can be doubled (in FIG. 28, 0 degrees and 30 degrees). 60 degrees). Further, as can be seen from FIG. 28 and FIG. 29, it can be seen that the change in the main rotation torque due to Δθ is obtained by the change in the cogging torque.
また、図31は、図30におけるΔθの結果から、その回転全角度位置における最大値、最小値及び平均値を求め、Δθによる変化として整理したものである。図31より、Δθを0度から2度にすることで、トルク最大値は小さくなるものの、最小値は大きくなることがわかる。すなわち、ロータの初期回転位置によって弱かった始動トルクが改善された。なお、このときトルク平均値そのものは変化しないことがわかる。すなわち、Δθ=2度にすることで、平均トルクを下げることなく、T0とT1の差を最小にし、トルク変動を抑制できる。 FIG. 31 shows the maximum value, the minimum value, and the average value at all rotation angle positions from the result of Δθ in FIG. From FIG. 31, it can be seen that by setting Δθ from 0 degree to 2 degrees, the maximum value is reduced, but the minimum value is increased. That is, the starting torque that was weak depending on the initial rotational position of the rotor was improved. At this time, the torque average value itself does not change. That is, by setting Δθ = 2 degrees, the difference between T0 and T1 can be minimized and torque fluctuation can be suppressed without reducing the average torque.
次に、これらΔθが以上のような結果をもたらした理由を、図32と図33を用いて説明する。図32は、図27において最小トルクT0となるロータ回転位置でのマグネット7と該ステータ1の位置関係を示したものである。図32において、第3の外側磁極部31dの中心と、第3の外側磁極部に対向するマグネットのS極の中心は一致しており、通電しない場合にマグネットに働く力は、このS極のマグネット部分にのみ注目すれば0となる。従って、本ロータ回転位置におけるコギングトルクは第2の外側磁極部31b,31cと第4の外側磁極部31e,31fでの磁束の流れに起因することがわかる。一方、Δθを大きくすれば、第3の外側磁極部31dの中心と、第3の外側磁極部に対向するマグネットのS極の中心には角度のずれが生じる(ここでは簡単のため、第1の外側磁極部31aを固定して考える)。ここで、マグネットに働く力を説明する。このS極のマグネット部分に注目し、このマグネットを回転方向(反時計周り方向)側(P0部と呼ぶ)と回転逆方向(時計周り方向)側(M0部と呼ぶ)に二分して考えれば、マグネット側の磁束密度はP0部で疎となり、M0部で密となる。電磁力はエネルギーの大きい方から小さい方へ働くので、このS極のマグネット部分には回転方向の力(反時計周り方向)が働くことになる。従って、最小トルクT0となるロータ回転位置において、コギングトルクはΔθを大きくすることで増大するため、第2の外側磁極部31b,31cと第4の外側磁極部31e,31fでの磁束の流れに起因する回転逆方向のコギングトルクを抑制できる。
Next, the reason why Δθ has brought about the above results will be described with reference to FIGS. 32 and 33. FIG. FIG. 32 shows the positional relationship between the
図33は、図27に示すトルクにおいて最小トルクT1となるロータ回転位置でのマグネット7とステータ1の位置関係を示したものである。図33において、第1の外側磁極部31aの中心と、第1の外側磁極部に対向するマグネットのN極の中心は一致しており、通電しない場合にマグネットに働く力は、このN極のマグネット部分にのみ注目すれば0となる。従って、本ロータ回転位置におけるコギングトルクは第2の外側磁極部31b,31cと第4の外側磁極部31e,31fでの磁束の流れに起因することがわかる。一方、Δθを大きくすれば、第1の外側磁極部31aの中心と、第1の外側磁極部に対向するマグネットのN極の中心には角度のずれが生じる(ここでは簡単のため第1の外側磁極部31aを固定して考える)。ここで、マグネットに働く力を説明する。このN極のマグネット部分に注目し、このマグネットを回転方向(反時計周り方向)側(P1部と呼ぶ)と回転逆方向(時計周り方向)側(M1部と呼ぶ)に二分して考えれば、マグネット側の磁束密度はP1部で密となり、M1部で疎となる。電磁力はエネルギーの大きい方から小さい方へ働くので、このN極のマグネット部分には、回転逆方向の力が働くことになる。従って最小トルクT1となるロータ回転位置において、コギングトルクはΔθを大きくすることで減少するため、第2の外側磁極部31b,31cと第4の外側磁極部31e,31fでの磁束の流れに起因する回転方向のコギングトルクを抑制できる。
FIG. 33 shows the positional relationship between the
図26より、トルクT0となるロータ回転位置でのコギングトルクは回転逆方向に大きいが、Δθを大きくすることで、図28で示すように本回転位置でのコギングトルクは増加していることがわかる。逆に、トルクT1となるロータ回転位置でのコギングトルクは回転方向に大きいが、Δθを大きくすることで、図28で示すように本回転位置でのコギングトルクは減少していることがわかる。従って、Δθを大きくするにつれてコギングトルクは抑制される。 From FIG. 26, the cogging torque at the rotor rotational position at which the torque is T0 is large in the reverse direction of rotation, but by increasing Δθ, the cogging torque at the main rotational position increases as shown in FIG. Understand. Conversely, the cogging torque at the rotor rotational position at which torque T1 is large in the rotational direction, but it can be seen that by increasing Δθ, the cogging torque at the main rotational position decreases as shown in FIG. Therefore, the cogging torque is suppressed as Δθ is increased.
以上をまとめると、Δθを2度とすることで、回転トルクがT0となる回転位置でのコギングトルクが増加するため、本回転位置での回転トルクT0が増加することと、回転トルクがT1となる回転位置でのコギングトルクが減少するため、本回転位置での回転トルクT1が減少することの2点より、T0とT1のトルク差を減少でき、トルク変動を抑制することができる。 In summary, by setting Δθ to 2 degrees, the cogging torque at the rotational position where the rotational torque becomes T0 increases, so that the rotational torque T0 at the main rotational position increases and the rotational torque becomes T1. Since the cogging torque at the rotational position is reduced, the torque difference between T0 and T1 can be reduced and torque fluctuation can be suppressed from the two points that the rotational torque T1 at the main rotational position is reduced.
また、本願発明者による検討によれば、実施例1と同様、これらΔθの値は、第2の外側磁極部と第4の外側磁極部の寸法、マグネットの着磁分割数とα度に関わらず、
180−(360/N)<θ<180−(180/N)
の範囲に必ず最適値があることがわかった。また、上式を一般化すると、
2n×360/N<θ< 2N+0.5)×360/N(Nは着磁分割数、nは整数)
となる。
Further, according to the study by the present inventor, as in Example 1, the value of Δθ is related to the dimensions of the second outer magnetic pole part and the fourth outer magnetic pole part, the number of magnetized divisions of the magnet, and α degrees. Without
180- (360 / N) <θ <180- (180 / N)
It was found that there was always an optimum value in the range. Also, generalizing the above equation,
2n × 360 / N <θ <2N + 0.5) × 360 / N (N is the number of magnetization divisions, n is an integer)
It becomes.
なお、本実施例2では、マグネットの外周面に対向する第1から第4の外側磁極部と内周面に対向する第1、第2の内側磁極部からなる構成について説明したが、周方向にN分割されて異なる極に交互に軸方向に着磁されたマグネットに対向するように第1、第2、第3、第4の外側磁極と第1、第2の内側磁極を配置した構成であってもよい。 また、本実施例では、N=6について説明したので第1および第2のコイルが存在する場合についてのみ述べたが、Nが大きい場合に、複数のコイルを配置すればそれによって励磁される磁極による磁界がマグネットに効果的に作用し、出力を向上させることができる。 In the second embodiment, the configuration including the first to fourth outer magnetic pole portions facing the outer peripheral surface of the magnet and the first and second inner magnetic pole portions facing the inner peripheral surface has been described. The first, second, third, and fourth outer magnetic poles and the first and second inner magnetic poles are arranged so as to face the magnets that are divided into N and are alternately magnetized in different axial directions in the axial direction. It may be. In the present embodiment, since N = 6 has been described, only the case where the first and second coils are present has been described. However, when N is large, if a plurality of coils are arranged, the magnetic pole excited by the coil is arranged. The magnetic field due to effectively acts on the magnet, and the output can be improved.
次に発明と実施例2との対応について説明する。上記実施例2において、図9乃至図14のマグネット36が本発明のマグネットに相当し、図9乃至図14のロータ軸37が本発明のロータに相当し、図9乃至図14の第1のコイル32が本発明の第1のコイルに相当し、図9乃至図14の第1外歯部31aが本発明の第1の外側磁極部に相当し、図9、図11乃至図14の第2外歯部31b及び第3外歯部31cが本発明の第2の外側磁極部に相当し、図9乃至図14の第2のコイル34が本発明の第2のコイルに相当し、図9乃至図14の第4外歯部31dが本発明の第3の外側磁極部に相当し、図9、図11乃至図14の第5外歯部31e及び第6外歯部31fが本発明の第4の外側磁極部に相当する。
Next, correspondence between the invention and the second embodiment will be described. In the second embodiment, the
以上が実施例2の各構成と本発明の各構成の対応関係であるが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではなく、請求項で示した機能、又は実施の形態がもつ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても良いことは言うまでもない。 The above is the correspondence between each configuration of Example 2 and each configuration of the present invention, but the present invention is not limited to these embodiments, and the functions shown in the claims or the functions of the embodiments It goes without saying that any configuration can be used as long as it can be achieved.
ここで、あらためて実施例2における効果をまとめて述べると、次のようになる。本実施例2においては、マグネットの内周面に固定されたロータの第1の外側磁極部と対向する一部分を第1の内側磁極部と呼ぶとすると、第1のコイルにより発生する磁束はマグネットの外周面に対向する第1の外側磁極部とマグネットの内周面に固定されたロータの第1の内側磁極部との間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際に、マグネットの内周面に対向するロータの第1の内側磁極部はマグネットの内周面との間に空隙を設ける必要がないので、外側磁極部と内側磁極部との距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ出力を高めることが出来る。同様に、マグネットの内周面に固定されたロータの第3の外側磁極部と対向する一部分を第2の内側磁極部と呼ぶとすると、第2のコイルにより発生する磁束はマグネットの外周面に対向する第3の外側磁極部とマグネットの内周面に固定されたロータの第2の内側磁極部との間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際に、マグネットの内周面に対向するロータの第2の内側磁極部はマグネットの内周面との間に空隙を設ける必要がないので、外側磁極部と内側磁極部との距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ出力を高めることが出来る。また、第1の内側磁極部及び第2の内側磁極部はロータで構成してあるので、外側磁極部と内側磁極部とを接続或いは一体的に製造する場合に比べて容易に製造でき、コストが安くなる。また、マグネットは内径部にロータが固定されるので、強度的に優れる。その他は上記実施例1と同様である。 Here, the effects of the second embodiment will be described again as follows. In the second embodiment, assuming that a portion facing the first outer magnetic pole portion of the rotor fixed to the inner peripheral surface of the magnet is called a first inner magnetic pole portion, the magnetic flux generated by the first coil is the magnet. Since it passes between the 1st outer side magnetic pole part which opposes the outer peripheral surface of this, and the 1st inner side magnetic pole part of the rotor fixed to the inner peripheral surface of the magnet, it acts on a magnet effectively. At this time, since it is not necessary to provide a gap between the first inner magnetic pole portion of the rotor facing the inner peripheral surface of the magnet and the inner peripheral surface of the magnet, the distance between the outer magnetic pole portion and the inner magnetic pole portion is reduced. This makes it possible to reduce the magnetic resistance and increase the output. Similarly, when a portion facing the third outer magnetic pole portion of the rotor fixed to the inner peripheral surface of the magnet is called a second inner magnetic pole portion, the magnetic flux generated by the second coil is applied to the outer peripheral surface of the magnet. Since it passes between the 3rd outer side magnetic pole part which opposes, and the 2nd inner side magnetic pole part of the rotor fixed to the inner peripheral surface of the magnet, it acts on a magnet effectively. At this time, the second inner magnetic pole portion of the rotor facing the inner peripheral surface of the magnet does not need to be provided with a gap between the inner peripheral surface of the magnet, so the distance between the outer magnetic pole portion and the inner magnetic pole portion is reduced. This makes it possible to reduce the magnetic resistance and increase the output. In addition, since the first inner magnetic pole part and the second inner magnetic pole part are composed of a rotor, the outer magnetic pole part and the inner magnetic pole part can be manufactured more easily than the case where the outer magnetic pole part and the inner magnetic pole part are connected or integrally manufactured. Will be cheaper. In addition, the magnet is excellent in strength because the rotor is fixed to the inner diameter portion. Others are the same as in the first embodiment.
1,31 ステ−タ
1a,31a 第1外歯部(第1の外側磁極部)
1b,31b 第2外歯部(第2の外側磁極部)
1c,31c 第3外歯部(第2の外側磁極部)
1d 第1レール部(第1の内側磁極部)
1e 第1嵌合突起部(第1の内側磁極部)
1f,31d 第4外歯部(第3の外側磁極部)
1g,31e 第5外歯部(第4の外側磁極部)
1h,31f 第6外歯部(第4の外側磁極部)
1i 第2レール部(第2の内側磁極部)
1j 第2嵌合突起部(第2の内側磁極部)
2,32 第1のコイル
3,33 第1のボビン
4,34 第2のコイル
5,35 第2のボビン
6 補助ヨーク(第1及び第2の内側磁極部)
7,36 マグネット
8 回転軸
9,38 カバー
10,11,39,40 軸受け
37 ロータ軸
1,31
1b, 31b Second external tooth portion (second outer magnetic pole portion)
1c, 31c 3rd external tooth part (2nd outer side magnetic pole part)
1d First rail part (first inner magnetic pole part)
1e 1st fitting protrusion (1st inner side magnetic pole part)
1f, 31d Fourth external tooth portion (third outer magnetic pole portion)
1g, 31e 5th external tooth part (4th outer side magnetic pole part)
1h, 31f Sixth external tooth portion (fourth outer magnetic pole portion)
1i 2nd rail part (2nd inner side magnetic pole part)
1j Second fitting projection (second inner magnetic pole)
2, 32
7, 36
Claims (6)
前記ロータの回転軸方向において前記マグネットに隣接して配置される第1のコイルと、
前記第1のコイルにより励磁され、前記第1のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第1の外側磁極部と、
前記第1のコイルにより励磁され、前記第1のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第2の外側磁極部と、
前記第1のコイルにより励磁され、前記第1のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの内周面に対向する第1の内側磁極部と、
前記ロータの回転軸方向において前記マグネットに隣接するとともに前記第1のコイルと略同一平面上に配置される第2のコイルと、
前記第2のコイルにより励磁され、前記第2のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第3の外側磁極部と、
前記第2のコイルにより励磁され、前記第2のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第4の外側磁極部と、
前記第2のコイルにより励磁され、前記第2のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの内周面に対向する第2の内側磁極部と、を有するモータにおいて、
前記ロータの回転中心を基準にした前記第1の外側磁極部及び前記第2の外側磁極部と前記第3の外側磁極部及び前記第4の外側磁極部とのなす角θ度を
2n×360/N<θ<(2n+0.5)×360/N(Nは着磁分割数、nは整数)
の範囲に設定することを特徴とするモータ。 A rotatable rotor having an annular magnet divided into N poles in the circumferential direction and alternately magnetized to different poles;
A first coil disposed adjacent to the magnet in the direction of the rotation axis of the rotor;
A first outer magnetic pole portion that is excited by the first coil and disposed on the inner periphery of the first coil and that faces the outer peripheral surface of the magnet;
A second outer magnetic pole portion that is excited by the first coil, is adjacent to the outer periphery of the first coil, and faces the outer peripheral surface of the magnet;
A first inner magnetic pole portion that is excited by the first coil, is adjacent to the outer periphery of the first coil, and faces the inner peripheral surface of the magnet;
A second coil that is adjacent to the magnet in the rotational axis direction of the rotor and that is disposed on substantially the same plane as the first coil;
A third outer magnetic pole portion that is excited by the second coil and disposed on the inner periphery of the second coil and that faces the outer peripheral surface of the magnet;
A fourth outer magnetic pole portion that is excited by the second coil, is adjacent to the outer periphery of the second coil, and faces the outer peripheral surface of the magnet;
In a motor having a second inner magnetic pole portion that is excited by the second coil, is adjacent to the outer periphery of the second coil, and faces the inner peripheral surface of the magnet.
The angle θ degrees formed by the first outer magnetic pole part, the second outer magnetic pole part, the third outer magnetic pole part, and the fourth outer magnetic pole part with reference to the rotation center of the rotor is 2n × 360. /N<θ<(2n+0.5)×360/N (N is the number of magnetization divisions, n is an integer)
The motor is characterized by being set in the range.
前記マグネットの内径部に固定される軟磁性材料からなるロータと、
前記ロータに隣接するとともに前記ロータの軸方向において前記マグネットに隣接して配置される第1のコイルと、
前記第1のコイルにより励磁され、前記第1のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第1の外側磁極部と、
前記第1のコイルにより励磁され、前記第1のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第2の外側磁極部と、
前記ロータに隣接するとともに前記ロータの軸方向において前記マグネットに隣接して前記第1のコイルと略同一平面上に配置される第2のコイルと、
前記第2のコイルにより励磁され、前記第2のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第3の外側磁極部と、
前記第2のコイルにより励磁され、前記第2のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第4の外側磁極部と、を有するモータにおいて、
前記ロータの回転中心を基準にした前記第1の外側磁極部及び前記第2の外側磁極部と前記第3の外側磁極部及び前記第4の外側磁極部とのなす角θ度を
2n×360/N<θ<(2n+0.5)×360/N(Nは着磁分割数、nは整数)
の範囲に設定することを特徴とするモータ。 An annular magnet that is N-divided in the circumferential direction and is alternately magnetized to different poles;
A rotor made of a soft magnetic material fixed to the inner diameter portion of the magnet;
A first coil adjacent to the rotor and disposed adjacent to the magnet in the axial direction of the rotor;
A first outer magnetic pole portion that is excited by the first coil and disposed on the inner periphery of the first coil and that faces the outer peripheral surface of the magnet;
A second outer magnetic pole portion that is excited by the first coil, is adjacent to the outer periphery of the first coil, and faces the outer peripheral surface of the magnet;
A second coil disposed adjacent to the rotor and on the same plane as the first coil adjacent to the magnet in the axial direction of the rotor;
A third outer magnetic pole portion that is excited by the second coil and disposed on the inner periphery of the second coil and that faces the outer peripheral surface of the magnet;
A motor that is excited by the second coil and that is adjacent to the outer periphery of the second coil and that faces the outer peripheral surface of the magnet;
The angle θ degrees formed by the first outer magnetic pole part, the second outer magnetic pole part, the third outer magnetic pole part, and the fourth outer magnetic pole part with reference to the rotation center of the rotor is 2n × 360. /N<θ<(2n+0.5)×360/N (N is the number of magnetization divisions, n is an integer)
The motor is characterized by being set in the range.
(270/N)≦α≦(450/N)
の範囲に設定することを特徴とする請求項1または2に記載のモータ。 A center of a portion of the first outer magnetic pole portion facing the outer peripheral surface of the magnet with respect to a rotation center of the rotor and a center of a portion of the second outer magnetic pole portion facing the outer peripheral surface of the magnet. And the angle α formed between the center of the portion of the third outer magnetic pole portion facing the outer peripheral surface of the magnet and the center of the portion of the fourth outer magnetic pole portion facing the outer peripheral surface of the magnet. (270 / N) ≦ α ≦ (450 / N)
The motor according to claim 1, wherein the motor is set in a range of
θ=θ0−Δθ (0<Δθ<18/N)
に設定することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のモータ。 An angle θ degrees formed by the first outer magnetic pole part, the second outer magnetic pole part, the third outer magnetic pole part, and the fourth outer magnetic pole part with respect to the rotation center of the rotor is defined as n. As an integer, assuming that the reference angle θ0 = (2n + 0.5) × 360 / N as a step-driven motor,
θ = θ0−Δθ (0 <Δθ <18 / N)
The motor according to claim 1, wherein the motor is set as follows.
An optical device comprising a lens, comprising the motor according to claim 1, wherein the rotation axis of the motor and the optical axis of the lens are arranged in parallel, and the rotation center of the rotor is used as a reference. The motor is arranged so that the range of the angle θ formed by the first outer magnetic pole part, the second outer magnetic pole part, the third outer magnetic pole part, and the fourth outer magnetic pole part is on the optical axis side. An optical device.
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JP2007037244A (en) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Canon Inc | Driver |
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US8536757B2 (en) | 2009-06-15 | 2013-09-17 | Tamron Co., Ltd. | Three-phase brushless DC motor |
JP2014207799A (en) * | 2013-04-15 | 2014-10-30 | 株式会社タムロン | Brushless dc motor, lens barrel, and imaging device |
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2003
- 2003-08-05 JP JP2003286887A patent/JP2005057903A/en active Pending
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