JP2005328633A - Driver and quantity of light adjuster - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カメラ等の光学装置に用いられる駆動装置及び該駆動装置を具備する光量調節装置に関するものである。 The present invention relates to a driving device used in an optical device such as a camera and a light amount adjusting device including the driving device.
薄型のアクチュエータ或いはモータとして例えば近年、薄型化の進むデジタルカメラなどのシャッタの駆動源としての需要があるが、これらに適する形態としてブラシレスタイプのモータが挙げられる。また、ブラシレスタイプのモータで駆動回路が単純なものとしては永久磁石を用いたステッピングモータがある。このステッピングモータをシャッタの開口を開閉するシャッタ羽根の駆動源として用いた場合、その制御がステップ的に行えるという利点があるので、そのさらなる小型化、光軸方向の薄型化が望まれている。 As a thin actuator or motor, for example, in recent years, there is a demand as a driving source for shutters of digital cameras and the like that are becoming thinner, and a brushless type motor can be cited as a suitable form. A brushless type motor having a simple drive circuit includes a stepping motor using a permanent magnet. When this stepping motor is used as a driving source for shutter blades that open and close the shutter opening, there is an advantage that the control can be performed in steps, and therefore further miniaturization and thinning in the optical axis direction are desired.
光軸方向に短い薄型の駆動装置(モータ)としては、例えば図13及び図14に示されるようなものがある(特許文献1、特許文献2参照)。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は図示するように薄型円盤形状であり、その軸はマグネット304の回転軸300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、該マグネット304の着磁面とコイル301〜303の心部分は対向するように配置されている。図示のように細い回転軸300を有し、これを支持する小径の円滑な軸受け305による構成においては、すべり軸受けであっても回転力以外に発生している軸方向の力による摩擦損失は大きくはない。
しかしながら、このような中央に回転軸300を有する構造では、カメラのシャッタなどにおいて中央部を光学的な光路として使用することは不可能である。従って、カメラのシャッタなどに採用しようとすると、光路以外にこの構造の駆動装置を配置しなければならず、結果として光路の直径に駆動装置の大きさを加えた平面方向の大きさは大きくなるという問題があった。
However, with such a structure having the
また、小型、薄型を追求する場合、同時に装置の効率を上げていかなければシャッタスピードなど必要機能を達成することはできない。その高効率化を図ったアクチュエータ、ステッピングモータとして、マグネットロータをコイルにより励磁されたステータで挟み込むものがある。この構成はコイルにより励磁されるステータがマグネットを挟み込んで近接しているので電磁力の発生量が多く、磁気抵抗も低いことから、小型ながら高効率の駆動源となることが知られている。この方式ではマグネットを円筒形状とし、励磁されたステータの磁極歯をマグネットの内径側と外径側の両方に配置して挟み込み、全体として回転軸方向に長い円筒形状として構成している。 When pursuing small size and thinness, necessary functions such as shutter speed cannot be achieved unless the efficiency of the apparatus is increased at the same time. Some actuators and stepping motors that achieve high efficiency include a magnet rotor sandwiched between stators excited by coils. This configuration is known to be a small but highly efficient drive source because the stator excited by the coil is in close proximity with the magnet sandwiched between them and the amount of electromagnetic force generated is large and the magnetic resistance is low. In this system, the magnet has a cylindrical shape, and the magnetic pole teeth of the excited stator are arranged and sandwiched on both the inner diameter side and the outer diameter side of the magnet so as to be configured as a cylindrical shape that is long in the direction of the rotation axis as a whole.
これに対し、回転軸方向に短い薄型扁平で高効率なアクチュエータ或いはステッピングモータとして構成するには、回転するマグネットを薄く扁平のリング状とし、コイルをマグネットの内周或いは外周に配置して励磁されたステータで軸方向の上下からマグネットを挟み込む構成が考えられる。ここではマグネットと近接させたステータの間で発生する互いに吸引する力により出力を得るが、その力は有効な回転方向の力と同時に不要な軸方向の力も発生している。この軸方向の力が必要以上に大きいとそれだけ摺動摩擦損失が大きくなるので、これを非常に滑らかな摺動面を有する軸受けで受けて摩擦力の発生を抑え、装置の回転トルク損失の低下を防ぐ必要がある。しかしながら、軸方向の力による摩擦力の発生を抑える為に軸受けを必要以上に滑らかにする為にはコストのかかる仕上げや摺動性の良い高価な材料を使用しなければならなかった。 On the other hand, in order to configure a thin, flat and highly efficient actuator or stepping motor that is short in the direction of the rotation axis, the rotating magnet is formed into a thin flat ring shape, and the coil is arranged on the inner or outer periphery of the magnet and excited. A configuration in which a magnet is sandwiched between the upper and lower sides in the axial direction with a fixed stator can be considered. Here, an output is obtained by a force attracting each other generated between the stator and the magnet close to the magnet, and the force generates an unnecessary axial force simultaneously with an effective rotational force. If this axial force is larger than necessary, the sliding friction loss will increase accordingly, so this is received by a bearing with a very smooth sliding surface to suppress the generation of frictional force and reduce the rotational torque loss of the device. It is necessary to prevent. However, in order to suppress the generation of the frictional force due to the axial force, it was necessary to use an expensive material with a costly finish and good slidability in order to make the bearing smoother than necessary.
一方、前述のようにカメラ等のシャッタの駆動源として用いる場合は、装置の中心を光路とすることから駆動装置の形態としてはリング状としているが、その場合のマグネットロータの軸受けの嵌合径はどうしてもその光路の口径より半径が大きくなる。すなわち、摩擦損失の量は摺動する部分の摩擦力にその部分の半径を乗じたものなので、結果として摺動摩擦が大きいと失う回転トルクは大きくなってしまうという課題があった。 On the other hand, when used as a drive source for a shutter of a camera or the like as described above, since the center of the apparatus is an optical path, the form of the drive apparatus is a ring shape, but the fitting diameter of the magnet rotor bearing in that case Is inevitably larger in radius than the aperture of the optical path. That is, the amount of friction loss is obtained by multiplying the frictional force of the sliding portion by the radius of the portion, and as a result, there is a problem that the lost rotational torque is increased when the sliding friction is large.
このようにカメラ等の光学装置のシャッタなどに好適な薄型で、高効率かつ安価な駆動装置を構成することは困難であった。 Thus, it has been difficult to construct a thin, high-efficiency, and inexpensive driving device suitable for a shutter of an optical device such as a camera.
(発明の目的)
本発明の目的は、回転するマグネットに発生する軸方向の力を極力少なくして軸受けにかかる力を減らし、薄型で高効率かつ安価な駆動装置及び光量調節装置を提供しようとするものである。
(Object of invention)
An object of the present invention is to provide a thin, highly efficient and inexpensive driving device and light amount adjusting device by reducing the axial force generated in a rotating magnet as much as possible to reduce the force applied to the bearing.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、周方向に複数分割して異なる極に交互に着磁されたリング状のマグネットと、前記リング状のマグネットをその中心を仮想の軸として回転可能に保持する軸受けと、前記マグネットの外径の外側もしくは内径の内側もしくは外径の外側と内径の内側それぞれに配置されたコイルと、前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の一方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第1のステータと、前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の他方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第2のステータとを有する駆動装置において、前記軸方向から見た前記第1のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積をS1、その全周に渡る総和をΣS1、前記軸方向から見た前記第2のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積S2、その全周に渡る総和をΣS2、前記第1のステータと前記マグネットの前記軸方向の距離をD1、前記第2のステータと前記マグネットの前記軸方向の距離をD2とし、ΣS1=ΣS2のとき、前記D1と前記D2の関係を、D1=D2にしている駆動装置とするものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to
上記構成においては、第1,第2のステータとマグネットの重なり面積が等しい場合、第1のステータとマグネットの距離と第2のステータとマグネットの距離も等しくすることでマグネットの軸方向の電磁力を同等にし、軸受けにかかる力をほとんど無くして損失を小さくするものである。 In the above configuration, when the overlapping areas of the first and second stators and the magnets are equal, the distance between the first stator and the magnet and the distance between the second stator and the magnet are also made equal so that the electromagnetic force in the axial direction of the magnet The loss is reduced by almost eliminating the force applied to the bearing.
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、周方向に複数分割して異なる極に交互に着磁されたリング状のマグネットと、前記リング状のマグネットをその中心を仮想の軸として回転可能に保持する軸受けと、前記マグネットの外径の外側もしくは内径の内側もしくは外径の外側と内径の内側それぞれに配置されたコイルと、前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の一方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第1のステータと、前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の他方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第2のステータとを有する駆動装置において、前記軸方向から見た前記第1のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積をS1、その全周に渡る総和をΣS1、前記軸方向から見た前記第2のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積S2、その全周に渡る総和をΣS2、前記第1のステータと前記マグネットの前記軸方向の距離をD1、前記第2のステータと前記マグネットの前記軸方向の距離をD2とし、ΣS1<S2のとき、前記D1と前記D2の関係を、D1<D2にしている駆動装置とするものである。 In order to achieve the above object, a second aspect of the present invention provides a ring-shaped magnet that is divided into a plurality of pieces in the circumferential direction and alternately magnetized to different poles, and the ring-shaped magnet is virtually centered on the ring-shaped magnet. With respect to the shaft serving as the rotation center of the magnet, a bearing that is rotatably held as a shaft, a coil disposed on the outside of the outside diameter of the magnet, on the inside of the inside diameter, on the outside of the outside diameter, and on the inside of the inside diameter. A first stator that is arranged to face one surface in the vertical direction, and is arranged to face the other surface in the direction perpendicular to the axis that is the rotation center of the magnet; In the driving device having the second stator excited by the coil, the overlapping area of the magnetized portion of the first stator and the magnet viewed from the axial direction is S1, and the entire circumference thereof. ΣS1 is the total sum across, the overlapping area S2 of the magnetized portion of the second stator and the magnet as viewed from the axial direction, ΣS2 is the sum total over the entire circumference, and the axial direction of the first stator and the magnet is the axial direction. The distance is D1, the distance between the second stator and the magnet in the axial direction is D2, and when ΣS1 <S2, the relationship between D1 and D2 is D1 <D2. .
上記構成においては、第1、第2のステータとマグネットの重なり面積に差のある場合、第1のステータとマグネットの距離と第2のステータとマグネットの距離を異ならせることでマグネットの軸方向の電磁力を同等にし、軸受けにかかる力をほとんど無くして損失を小さくするものである。 In the above configuration, when there is a difference in the overlapping area of the first and second stators and the magnets, the distance between the first stator and the magnets and the distance between the second stator and the magnets are made different from each other in the axial direction of the magnets. The electromagnetic force is made equal and almost no force is applied to the bearing to reduce the loss.
同じく上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、周方向に複数分割して異なる極に交互に着磁されたリング状のマグネットと、前記リング状のマグネットをその中心を仮想の軸として回転可能に保持する軸受けと、前記マグネットの外径の外側もしくは内径の内側もしくは外径の外側と内径の内側それぞれに配置されたコイルと、前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の一方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第1のステータと、前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の他方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第2のステータとを有する駆動装置において、前記軸方向から見た前記第1のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積をS1、その全周に渡る総和をΣS1、前記第1のステータの前記軸方向の板厚をT1、前記第1のステータと前記マグネットの前記軸方向の距離をD1、前記軸方向から見た第2のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積S2、その全周に渡る総和をΣS2、前記第2の磁極極部の前記軸方向の板厚をT2、第2のステータと前記マグネットの前記軸方向の距離をD2とし、ΣS1<ΣS2でかつD1≒D2のとき、前記T1と前記T1の関係を、T1>T2にしている駆動装置とするものである。 Similarly, in order to achieve the above object, a third aspect of the present invention provides a ring-shaped magnet that is divided into a plurality of pieces in the circumferential direction and is alternately magnetized to different poles, and the ring-shaped magnet is virtually centered on the ring-shaped magnet. A bearing that is rotatably held as an axis of the magnet, a coil disposed on the outside or inside of the inside diameter of the magnet, or on the outside of the outside diameter and inside the inside of the inside of the magnet, and the shaft serving as the rotation center of the magnet The first stator, which is disposed opposite to one surface in the vertical direction and is excited by the coil, and the other surface in the direction perpendicular to the axis serving as the rotation center of the magnet. In the driving device having the second stator excited by the coil, the overlapping area of the magnetized portion of the first stator and the magnet viewed from the axial direction is S1, and The sum total over the entire circumference is ΣS1, the axial thickness of the first stator is T1, the axial distance between the first stator and the magnet is D1, and the second stator viewed from the axial direction. And the overlapping area S2 of the magnetized portions of the magnet, ΣS2 is the sum total over the entire circumference, T2 is the plate thickness in the axial direction of the second magnetic pole portion, and the axial direction of the second stator and the magnet is in the axial direction. When the distance is D2, and when ΣS1 <ΣS2 and D1≈D2, the drive device is such that the relationship between T1 and T1 is T1> T2.
上記構成においては、上下のステータとマグネットの重なり面積に差のある場合、上のステータと下のステータの軸方向の板厚を異ならせることでマグネットの軸方向の力を同等にし、軸受けにかかる力をほとんど無くして損失を小さくするものである。 In the above configuration, if there is a difference in the overlapping area between the upper and lower stators and the magnet, the axial force of the magnet is made equal by changing the axial plate thickness of the upper stator and the lower stator, and applied to the bearing. Loss is reduced with almost no power.
同じく上記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、周方向に複数分割して異なる極に交互に着磁されたリング状のマグネットと、前記リング状のマグネットをその中心を仮想の軸として回転可能に保持する軸受けと、前記マグネットの外径の外側もしくは内径の内側もしくは外径の外側と内径の内側それぞれに配置されたコイルと、前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の一方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第1のステータと、前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の他方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第2のステータとを有する駆動装置において、前記軸方向から見た第1のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積をS1、その全周に渡る総和をΣS1、前記軸方向から見た第2のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積S2、その全周に渡る総和をΣS2としたとき、ΣS1とΣS2が異なる場合、前記第1のステータと前記第2のステータには磁気特性の異なる材質を用いることにより前記マグネットと前記第1、第2のステータとの間に作用する電磁力を等しくするようにした駆動装置とするものである。 Similarly, in order to achieve the above object, a fourth aspect of the present invention provides a ring-shaped magnet which is divided into a plurality of pieces in the circumferential direction and alternately magnetized to different poles, and the ring-shaped magnet is virtually centered on the ring-shaped magnet. A bearing that is rotatably held as an axis of the magnet, a coil disposed on the outside or inside of the inside diameter of the magnet, or on the outside of the outside diameter and inside the inside of the inside of the magnet, and the shaft serving as the rotation center of the magnet The first stator, which is disposed opposite to one surface in the vertical direction and is excited by the coil, and the other surface in the direction perpendicular to the axis serving as the rotation center of the magnet. In the driving device having the second stator excited by the coil, the overlapping area of the magnetized portion of the first stator and the magnet viewed from the axial direction is S1, ΣS1, the overlapping area S2 of the magnetized portion of the second stator and the magnet as viewed from the axial direction, and ΣS2 as the sum over the entire circumference, when ΣS1 and ΣS2 are different, The stator and the second stator are made of a drive device in which the electromagnetic force acting between the magnet and the first and second stators is made equal by using materials having different magnetic characteristics. is there.
上記構成においては、第1、第2のステータとマグネットの重なり面積に差のある場合においても、第1のステータと第2のステータの材質を異ならせることでマグネットの軸方向の力を同等にし、軸受けにかかる力をほとんど無くして損失を小さくするものである。その磁気特性とは、主に最大磁束密度である。 In the above configuration, even when there is a difference in the overlapping area between the first and second stators and the magnet, the axial force of the magnets can be made equal by making the materials of the first stator and the second stator different. The loss is reduced by almost eliminating the force applied to the bearing. The magnetic characteristic is mainly the maximum magnetic flux density.
同じく上記目的を達成するために、請求項6に記載の発明は、請求項1ないし5の何れかに記載の駆動装置と、該駆動装置により駆動されて光量調節を行う光量調節部材とを有する光量調節装置とするものである。
Similarly, in order to achieve the above object, the invention described in
本発明によれば、回転するマグネットに発生する軸方向の力を極力少なくして軸受けにかかる力を減らし、薄型で高効率かつ安価な駆動装置又は光量調節装置を提供できるものである。 According to the present invention, the axial force generated in the rotating magnet can be reduced as much as possible to reduce the force applied to the bearing, and a thin, highly efficient and inexpensive driving device or light amount adjusting device can be provided.
以下の実施例1ないし実施例4に示す通りである。 This is as shown in Examples 1 to 4 below.
図1〜図6は本発明の実施例1に係わる図であり、そのうち、図1は駆動装置の分解斜視図、図2は図1に示す駆動装置の組立て完成状態の部分拡大図、図3は図1に示す駆動装置の組立て完成状態の断面図、図4はマグネット1と第1のステータ5のみを表した上面図である。
1 to 6 are diagrams related to
これらの図において、1はプラスチックマグネット材料などからなるリング(薄型扁平)形状のマグネットであり、リング状の回転中心となる仮想の軸に対して垂直な一方の面及び他方の面を円周方向に16分割して交互にS極、N極に着磁されている。また、各々その裏面は反対の極になっている。この例では着磁極数は16極であるが、マグネットは2極以上であればよい。マグネット1にはその回転トルクを出力する為に後述する第1のステータ5の側に駆動ピン1hが形成されている。
In these figures,
2は径方向と軸方向の位置を決めるリングであり、マグネット1に接合されて、その内周が後述の軸受け3の外周に嵌合されて同軸を維持しながら円滑に回転する。その材料は非磁性体で非常に円滑な摺動性の良いもの、例えばプラスチックであればポリアセタールやテフロン(商標)、フッ素系樹脂等で作られているので、軸方向の摺動面2aが金属である後述の第1のステータ5及び第2のステータ6と摺動しても円滑性を失わないようにしている。また、図3に示す、第1のステータ5とマグネット1の間隔D11、及び第2のステータ6とマグネット1の間隔D12は、リング2の上側の摺動面2aと下側の摺動面2aの距離とマグネット1との接合位置により決定され、モータトルク発生に重要なマグネットとステータのギャップを安定して確保し、常に所定量D11,D12を確保している。
3は軸受けであり、非磁性体で円滑な摺動性の良い材料、例えばプラスチックであればポリアセタールやテフロン(商標)、フッ素系樹脂等で作られ、その外周においてマグネット1と一体となったリング2を円滑に回転させる。4はリング状のコイルであり、該コイル4はマグネット1と同心でかつ、該マグネット1の外径側に配置されている。
Reference numeral 3 denotes a bearing, which is a non-magnetic material that is smooth and has good slidability, for example, a plastic made of polyacetal, Teflon (trademark), fluorine resin, etc., and a ring integrated with the
5は軟磁性材料からなる第1のステータであり、コイル4への通電により励磁される。第1のステータ5はリング状のマグネット1の軸方向と垂直な平面(一方の面)に所定の隙間をもって対向し、マグネット1の径方向でしかも内径方向に延出する平板の櫛歯形状の磁極歯5aにより構成されている。この延出する櫛歯形状の磁極歯5aの数はマグネット1の着磁分割数nの1/2個形成され、それらが720/n度(この実施例1では45度)ずつ等分(ここでは8つ)配置されている。前記コイル4ヘの通電により、前記第1のステータ5の磁極歯5aはすべて互いに同極になるように励磁される。
6は軟磁性材料からなる第2のステータであり、コイル4への通電により励磁される。第2のステータ6はリング状のマグネット1の軸方向と垂直な平面(他方の面)に所定の隙間をもって対向し、マグネット1の径方向でしかも内径方向に延出する平板の櫛歯形状の磁極歯6aにより構成されている。この延出する櫛歯形状の磁極歯6aの数はマグネット1の着磁分割数nの1/2個形成され、それらが720/n度(この実施例1では45度)ずつ等分(ここでは8つ)配置されている。コイル4ヘの通電により、第2のステータ6の磁極歯6aはすべて互いに同極になるように、しかも第1のステータ5の磁極歯5aとは逆の極性になるよう励磁される。この第2のステータ6の磁極歯6aは、マグネット1を挟んで第1のステータ5の磁極歯5aに対向する位置に形成されている。第1のステータ5と第2のステータ6は、第2のステータ6の最外周部の立ち壁形状の立上部6jで磁気的に連結されている。
マグネット1、コイル4、第1のステータ5及び第2のステータ6で、磁気回路を構成している。
The
次に、図2を用いて、マグネット1と第1のステータ5及び第2のステータ6の間で発生する電磁力について説明する。
Next, the electromagnetic force generated between the
図2は、第1のステータ5の磁極歯5aと第2のステータ6の磁極歯6aの間に、マグネット1の分割着磁されたS極(裏面はN極)部分が位置する状態である。この状態でコイル4に通電されて磁極歯5aがN極に励磁されると、マグネット1のS極の中心部が磁極歯5aの中心に向かう吸引力Fが発生する。しかしながらマグネット1は、軸方向はリング2と第1のステータ5により拘束されているので軸方向力F1と回転方向の力F2に分力される。同様に磁極歯6aがS極に励磁されると、マグネット1のN極の中心部が磁極歯6aの中心に向かう吸引力F’が発生するが、マグネット1は、軸方向はリング2と第2のステータ6により拘束されているので軸方向力F1’と回転方向の力F2’に分力される。ここで、図3に示したギャップである距離D11が小さければ小さいほど第1のステータ5とマグネット1の間に発生する吸引力Fは大きくなり、同様に距離D12が小さければ小さいほど第2のステータ6とマグネット1の間に発生する吸引力F’は大きくなる。
FIG. 2 shows a state in which a portion of the
また、図4において、マグネット1と第1のステータ5の軸方向から見た重なり部分を斜線部で表し、各々をS11、重なり面積の総和をΣS11とし、同様に、図示しないがマグネット1と第2のステータ6の軸方向から見た重なり部分を各々をS12、重なり面積の総和をΣS2とすると、第1のステータ5とマグネット1の重なり面積の総和ΣS11が大きければ大きいほど第1のステータ5とマグネット1の間に発生する吸引力Fは大きくなり、同様に第2のステータ6とマグネット1の重なり面積の総和ΣS12が大きければ大きいほど第2のステータ6とマグネット1の間に発生する吸引力F’は大きくなる。
In FIG. 4, overlapping portions of the
これらは有限要素法による電磁気解析及び実験による結果を基にしており、それによると、本実施例1においては、前記重なり面積の総和ΣS11とΣS12は概略等しくし、距離D11とD12も概略等しくしてあるので、吸引力FとF’は概略等しくなっており、したがって分力された軸方向の力F1とF1’も等しい。これにより、回転するマグネット1は挟まれている上下の第1のステータ5と第2のステータ6との間で一方に引かれることなく磁気的に中立状態となり、よって、軸受け3にかかる力が小さくなっているので嵌合径が大きくとも摩擦損失が少なく、装置として発生する電磁力を有効に回転トルクにすることができている。
These are based on the results of electromagnetic analysis and experiments by the finite element method. According to this, in the first embodiment, the total sums ΣS11 and ΣS12 of the overlapping areas are approximately equal, and the distances D11 and D12 are approximately equal. Therefore, the suction forces F and F ′ are substantially equal, and therefore the divided axial forces F1 and F1 ′ are also equal. As a result, the
次に、コイル4への通電によるマグネット1の動作について簡単に説明する。
Next, the operation of the
図5及び図6は軸方向から見た上面図を示しており、理解を容易にする為、マグネット1と駆動ピン1h、第1のステータ5のみを図4の反対側から見て示している。詳しくは、図5は、コイル4への逆通電によりマグネット1が反時計回りに回動して、駆動ピン1hが第1のステータ5の磁極歯5aの右側面に当接している状態であり、図6は、コイル4への正通電によりマグネット1が時計回りに回動して、駆動ピン1hが第1のステータ5の隣接する別の磁極歯5a方向に回動した状態である。
5 and 6 are top views as seen from the axial direction, and only the
コイル4への通電(仮に正通電とする)により第1のステータ5(及び不図示の第2のステータ6)の磁極歯が励磁されると、発生した磁気が磁極歯5aに挟まれたマグネット1の着磁部分を通過することにより該マグネット1を回転させる電磁力が発生する。図5のように磁極歯5aの幅の中心に対し、マグネット1の着磁部1aの中心が時計方向にずれている状態(図ではα°)でコイル4へ正通電を行い、磁極歯5aがN極に励磁されると、マグネット1の着磁部1aの裏面はN極なので反発し合い、マグネット1は時計回りに回転する力を得る。右側の隣接する別の磁極歯5aでも、着磁部1bの裏面がS極なのでこちらは吸引され、やはりマグネット1は時計回りに回転する力となる。
When the magnetic pole teeth of the first stator 5 (and the second stator 6 (not shown)) are excited by energizing the coil 4 (assuming positive energization), the generated magnet is sandwiched between the
図6のように隣接する別の磁極歯5aの幅の中心に対し、マグネット1の着磁部1bの中心が反時計方向にずれている状態でコイル4に逆通電を行い、隣接する別の磁極歯5aがS極に励磁されると、マグネット1の着磁部1bの裏面はS極なので反発し合い、マグネット1は反時計回りに回転する力を得る。マグネット1を挟んで反対側の磁極歯6aでも、着磁部1aの表面がS極なのでこちらは吸引され、やはりマグネット1は反時計回りに回転する力となる。
As shown in FIG. 6, the
上記のようにコイル4に対して正通電を行うとマグネット1は時計回りに回転し、逆通電を行うと反時計回りに回転する、往復動作の駆動装置が構成される。回転のストロークは各磁極歯の幅、着磁の幅などにより決定され、回転の方向も各磁極歯のある位置にマグネット1のどの極を配置するかにより決定される。励磁された極と同じ極に着磁されていれば反発し、異なる極に着磁されていれば吸引するという電磁力によりマグネット1は時計回り、反時計回りに回転することができる。したがって、マグネット1の駆動ピン1hを図示しない光量調節装置、例えばシャッタ装置のシャッタ羽根に連動させれば、コイル4への通電方向の切り換えに応じて往復運動をする駆動ピン1hによりシャッタ装置のシャッタ羽根が開閉動作をすることになり、容易に高効率で、薄型のシャッタ装置を実現できる。
As described above, a reciprocating driving device is configured in which the
ここで、上記構成のステップモータであるところの駆動装置が、高出力で超小型化になる上で最適な構成であることについて述べる。 Here, it will be described that the drive device, which is a step motor having the above-described configuration, has an optimum configuration for high output and ultra-miniaturization.
本実施例1の駆動装置の基本構成について述べると、
第1に、マグネット1をリング状に形成していること、
第2に、マグネット1の回転中心となる仮想の軸に対して垂直方向の一方の面及び他方の面を周方向に複数分割して異なる極に交互に着磁していること、
第3に、マグネット1の外周面の外側(或いは内周面の内側或いはその両方でも良い)にコイル4を同軸上に配置していること、
第4に、コイル4により励磁される第1のステータ5と第2のステータ6を、それぞれリング状のマグネット1の回転中心となる仮想の軸に対して垂直な面、即ちリング状の平面に対向させていること、
第5に、第1のステータ5と第2のステータ6の各磁極歯5a,6aを半径方向に延出する櫛歯により構成していること、
第6に、マグネット1と第1のステータ5の軸方向から見た重なり面積の総和ΣS11とマグネット1と第2のステータ6の軸方向から見た重なり面積の総和ΣS12を等しくして該マグネット1と上下のステータ5,6との間に発生する吸引力F,F’を概略等しくし、該マグネット1を中立させていること、
である。
The basic configuration of the drive device according to the first embodiment will be described.
First, the
Second, one surface and the other surface in the direction perpendicular to the virtual axis that is the rotation center of the
Third, the
Fourth, each of the
Fifth, each
Sixth, the sum ΣS11 of the overlapping areas seen from the axial direction of the
It is.
以上により、回転するマグネット1は挟まれている磁極歯5a,6aの間で一方に引かれることなく磁気的に中立状態となり、軸受け3にかかる力が小さくなっているので嵌合径が大きくとも摩擦損失が少なく、駆動装置として発生する電磁力を有効に回転トルクにすることができる。
As described above, the
また、コイル4への通電により発生する磁束は第1のステータ5と第2のステータ6との間にあるマグネット1を横切るので効果的に作用する。また、第1のステータ5、第2のステータ6は全て半径方向に延出する櫛歯形状により構成されるため、軸方向へ延出して構成されるものに比べて軸方向に関する寸法は小さく構成できる。
Further, the magnetic flux generated by energizing the
以上により、シャッタ装置等の光量調節装置に好適な、薄型かつ高効率な駆動装置を提供することができる。 As described above, it is possible to provide a thin and highly efficient driving device suitable for a light amount adjusting device such as a shutter device.
次に、本発明に係る実施例2について、図7ないし図9を用いて説明する。図7は本発明の実施例2に係わる駆動装置の分解斜視図であり、ここでは実施例1と異なり、下面側から見た図を示す。図8は図7の駆動装置のうち、マグネット101と第2のステータ106のみを示した図、図9は図7の駆動装置の組立て完成状態の断面図である。ここでは実施例1に加えて差異のある部分である、101,102,103,106についてのみ説明し、その他の104,105は実施例1のコイル4、第1のステータ5と同一なのでその詳細は省略する。
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is an exploded perspective view of the driving apparatus according to the second embodiment of the present invention. Here, unlike FIG. FIG. 8 is a view showing only the
これらの図において、101はプラスチックマグネット材料などからなるリング状のマグネットであり、リング状の回転中心となる仮想軸に対して垂直な一方の面及び他方の面を円周方向に16分割して交互にS極、N極に着磁されている。また、各々その裏面は反対の極になっている。この例では着磁極数は16極であるが、マグネットは2極以上であればよい。マグネット1にはその回転トルクを出力する為に後述する第2のステータ106の側に駆動ピン101hが形成されている。
In these drawings,
102は径方向と軸方向の位置を決めるリングであり、マグネット101に接合されて、その内周が軸受け3の外周に嵌合されて同軸を維持しながら円滑に回転する。その材料は非常に円滑な摺動性の良いもの、例えばプラスチックであればポリアセタールやテフロン(商標)、フッ素系樹脂等で作られているので、軸方向の摺動面102aが金属である第1のステータ105及び第2のステータ106と摺動しても円滑性を失わないようにしている。また、第1のステータ105とマグネット101の距離D101、及び第2のステータ106とマグネット101の距離D102は、リング102の上側の摺動面102aと下側の摺動面102aの高さによってモータトルク発生に重要なマグネットとステータの間隔を安定して確保し、ここでは距離D102が距離D101より大きくなるように、リング102に対してマグネット101が図9において上側にずれて接合されている。
103は軸受けであり、円滑な摺動性の良い材料、例えばプラスチックであればポリアセタールやテフロン(商標)、フッ素系樹脂等で作られてその外周においてマグネット101と一体となったリング102を円滑に回転させる。また、段差部103aにおいて後述の第2のステータ106の連結部106bの内周と同軸を確保しながら嵌合し、固定される。106は軟磁性材料からなる第2のステータであり、コイル104への通電により励磁される。第2のステータ106はリング状のマグネット101の軸方向と垂直な平面(他方の面)に所定の隙間をもって対向し、マグネット101の径方向でしかも内径方向に延出する平板の櫛歯形状の磁極歯106a、軸受け103の段差部103aが嵌合する連結部106b、及び最外周部の立ち壁形状の立上部106jにより構成されている。前記嵌合部106bは櫛歯群を、その先端において連接することで櫛歯の位置精度の向上として寄与する。
上記の実施例1と同様に組み上げられた状態で、コイル104に通電されて磁極歯105aがN極に励磁されると、マグネット101のS極の中心部が磁極歯105aの中心に向かう吸引力Fが発生する。しかしながらマグネット101は、軸方向はリング102と第1のステータ105により拘束されているので軸方向力F1と回転方向の力F2に分力される。同様に磁極歯106aがS極に励磁されると、マグネット101のN極の中心部が磁極歯106aの中心に向かう吸引力F’が発生するが、マグネット101は、軸方向はリング102と第2のステータ106により拘束されているので軸方向力F1’と回転方向の力F2’に分力される。ここで、図9に示した距離D101が小さければ小さいほど第1のステータ105とマグネット101の間に発生する吸引力Fは大きくなり、同様に距離D102が小さければ小さいほど第2のステータ106とマグネット101の間に発生する吸引力F’は大きくなる。
When the
本実施例2では、第2のステータ106とマグネット101の重なり面積の総和ΣS102は、第1のステータ105とマグネット101の重なり面積の総和ΣS101よりも連結部106bの部分だけ大きい(図8参照)。これらは有限要素法による電磁気解析及び実験による結果を基にしており、それによると、仮に距離D101と距離D102が等しいと、第2のステータ106とマグネット101の間に発生する吸引力F’の方が第1のステータ105とマグネット101の間に発生する吸引力Fよりも大きくなり、結果として、マグネット101は第2のステータ106側に吸引されてしまい、リング102の摺動面102aは大きな力で第2のステータ106に接触し、回転時の摩擦損失は大きくなってしまう。
In the second embodiment, the sum ΣS102 of the overlapping area of the
本実施例2においては、前記重なり面積の総和はΣS101<ΣS102の関係にあるので、前記距離を、図9に示すように、D101<D102の関係にしてあり、これにより吸引力FとF’を概略等しくなり、分力された軸方向力F1とF1’も等しい。よって、回転するマグネット101は挟まれている上下の第1のステータ105と第2のステータ106との間で一方に引かれることなく磁気的に中立状態となり、摺動面にかかる力が小さくなっているので嵌合径が大きくとも摩擦損失が少なく、駆動装置として発生する電磁力を有効に回転トルクにすることができる。
In the second embodiment, since the sum of the overlapping areas is in a relationship of ΣS101 <ΣS102, the distance is in a relationship of D101 <D102 as shown in FIG. Are approximately equal, and the divided axial forces F1 and F1 ′ are also equal. Therefore, the
本実施例2の駆動装置の基本構成について述べると、
第1に、マグネット101をリング状に形成していること、
第2に、マグネット101の回転中心となる仮想の軸に対して垂直方向の一方の面及び他方の面を周方向に複数分割して異なる極に交互に着磁していること、
第3に、マグネット101の外周面の外側(或いは内周面の内側或いはその両方でも良い)にコイル104を同軸上に配置していること、
第4に、コイル104により励磁される第1のステータ105と第2のステータ106を、それぞれリング状のマグネット101の回転中心となる仮想の軸に対して垂直な面、即ちリング状の平面に対向させていること、
第5に、第1のステータ105と第2のステータ106の各磁極歯105a,106aを半径方向に延出する櫛歯により構成していること、
第6に、マグネット101と第1のステータ105の軸方向から見た重なり面積の総和ΣS101とマグネット101と第2のステータ106の軸方向から見た重なり面積の総和ΣS102をΣS101<ΣS102の関係にして該マグネット101と上下のステータ105,106との間に発生する吸引力F,F’を概略等しくし、該マグネット101を中立させていること、
第7に、上或いは下のステータ105,106の磁極歯とマグネット101の重なり面積の大きい側のステータとマグネット101の距離(ギャップ)を他方より広くしてあること、
第8に、各ステータの重なり面積の互いの比は、各距離の2乗の比に概略等しくしてあること、
である。
The basic configuration of the drive device according to the second embodiment will be described.
First, the
Second, one surface and the other surface in the direction perpendicular to the virtual axis that is the rotation center of the
Third, the
Fourth, each of the
Fifth, each
Sixth, the sum ΣS101 of the overlapping areas seen from the axial direction of the
Seventh, the distance (gap) between the
Eighth, the ratio of the overlapping areas of each stator to each other is approximately equal to the square of each distance,
It is.
以上により、回転するマグネット101が挟まれている磁極歯の間で一方に引かれることなく磁気的に中立状態となり、したがって軸受け103にかかる力が小さくなっているので嵌合径が大きくとも摩擦損失が少なく、駆動装置として発生する電磁力を有効に回転トルクにすることができる。
As described above, the magnetic pole teeth between which the
また、コイル104への通電により発生する磁束は第1のステータ105と第2のステータ106との間にあるマグネット101を横切るので、効果的に作用する。また、第1のステータ105、第2のステータ106は全て半径方向に延出する櫛歯形状により構成されるため、軸方向へ延出して構成されるものに比べて軸方向に関する寸法は小さく構成できる。
Further, since the magnetic flux generated by energizing the
以上により、シャッタ装置等の光量調節装置に好適な、薄型かつ高効率な駆動装置を提供することができる。 As described above, it is possible to provide a thin and highly efficient driving device suitable for a light amount adjusting device such as a shutter device.
次に、本発明の実施例3に係わる駆動装置について、図10を用いて説明する。図10は駆動装置の組立て完成状態の断面図である。ここでは前記実施例1及び2に加えて差異のある部分についてのみ説明し、その他の説明は省略する。 Next, a driving apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of the assembled drive device. Here, only the differences will be described in addition to the first and second embodiments, and the other description will be omitted.
駆動装置の構成要素である、マグネット、リング及びコイルは、実施例1のマグネット1、リング2、コイル4と同様であり、軸受け及び第2のステータは、上記実施例2の軸受け103、第2のステータ106と同一であるものとする。上記各実施例と異なるのは、第2のステータ106の軸方向の厚みがT2であるのに対し、第1のステータ205の厚みがT1(>T2)となっている点のみである。
The magnet, ring, and coil, which are components of the driving device, are the same as the
上記実施例2の説明から明らかなように、第1のステータ205とマグネット1との重なり面積の総和ΣS201と第2のステータ106とマグネット1との重なり面積の総和ΣS202は、ΣS201<Σ202の関係にある。図10において、マグネット1と第1のステータ205の距離をD1、マグネット1と第2のステータ106の距離をD2とすると、D1≒D2であり、よって、以下の理由より、第1のステータ205の板厚T1を、第2のステータ206の板厚T2よりも厚くしている。
As is clear from the description of the second embodiment, the sum ΣS201 of the overlapping areas of the
図8で示したのと同様に、本実施例3では、第2のステータ106とマグネット1の重なり面積の総和ΣS202は、第1のステータ205とマグネット1の重なり面積の総和ΣS201よりも連結部106bの部分だけ大きい。様々な要因から距離D1と距離D2が等しい場合、第2のステータ106とマグネット1の間に発生する吸引力F’の方が第1のステータ205とマグネット1の間に発生する吸引力Fよりも大きくなり、結果として、マグネット1は第2のステータ106側に吸引されてしまい、リング2の摺動面2aは大きな力で第2のステータ106に接触し、回転時の摩擦損失は大きくなってしまう。
As in FIG. 8, in the third embodiment, the sum ΣS202 of the overlapping area of the
これらは有限要素法による電磁気解析及び実験による結果を基にしており、本実施例3においては、前記重なり面積の総和はΣS201<ΣS202であって、距離を図10に示すようにD1≒D2の場合においては、第1のステータ205の板厚T1と第2のステータ106の板厚T2の関係をT1>T2とすることで、吸引力FとF’を概略等しくさせることで、分力された軸方向の力F1とF1’も等しくなる。このようにすることで、回転するマグネット1が挟まれている上下の第1のステータ205と第2のステータ106との間で一方に引かれることなく磁気的に中立状態となり、摺動面にかかる力が小さくなっているので嵌合径が大きくとも摩擦損失が少なく、駆動装置として発生する電磁力を有効に回転トルクにすることができる。
These are based on the results of electromagnetic analysis and experiments by the finite element method. In the third embodiment, the sum of the overlapping areas is ΣS201 <ΣS202, and the distance is D1≈D2 as shown in FIG. In some cases, the relationship between the plate thickness T1 of the
本実施例3の駆動装置の基本構成について述べると、
第1に、マグネット1をリング状に形成していること、
第2に、マグネット1の回転中心となる仮想の軸に対して垂直方向の一方の面及び他方の面を周方向に複数分割して異なる極に交互に着磁していること、
第3に、マグネット1の外周面の外側(或いは内周面の内側或いはその両方でも良い)にコイル4を同軸上に配置していること、
第4に、コイル4により励磁される第1のステータ205と第2のステータ106を、それぞれリング状のマグネット1の回転中心となる仮想の軸に対して垂直な面、即ちリング状の平面に対向させていること、
第5に、第1のステータ205と第2のステータ106の各磁極歯205a,106aを半径方向に延出する櫛歯により構成していること、
第6に、マグネット1と第1のステータ205の軸方向から見た重なり面積の総和ΣS201とマグネット1と第2のステータ106の軸方向から見た重なり面積の総和ΣS202をΣS201<ΣS202の関係にして該マグネット1と上下のステータ205,106との間に発生する吸引力F,F’を概略等しくし、該マグネット1を中立させていること、
第7に、距離が同じ場合、上或いは下のステータ205,106の磁極歯とマグネット1の重なり面積の大きい側のステータの板厚を他方より薄くしてあること、
である。
The basic configuration of the drive device according to the third embodiment will be described.
First, the
Second, one surface and the other surface in the direction perpendicular to the virtual axis that is the rotation center of the
Third, the
Fourth, each of the
Fifth, each
Sixth, the sum ΣS201 of the overlapping areas seen from the axial direction of the
Seventh, if the distance is the same, the thickness of the stator on the side where the overlapping area of the magnetic pole teeth of the upper and
It is.
以上により、回転するマグネット1は挟まれている磁極歯の間で一方に引かれることなく磁気的に中立状態となり、したがって軸受けにかかる力が小さくなっているので嵌合径が大きくとも摩擦損失が少なく、装置として発生する電磁力を有効に回転トルクにすることができている。
As described above, the
また、コイル4への通電により発生する磁束は第1のステータ205と第2のステータ106との間にあるマグネット1を横切るので、効果的に作用する。第1のステータ205、第2のステータ106は全て半径方向に延出する櫛歯形状により構成されるため、軸方向へ延出して構成されるものに比べて軸方向に関する寸法は小さく構成できる。
Further, since the magnetic flux generated by energizing the
また、ステータの板厚を増加する他に、近傍に別の磁性体を重ねるなどして、配置しても同様の効果があることは言うまでもない。 In addition to increasing the thickness of the stator, it goes without saying that the same effect can be obtained by arranging another magnetic body in the vicinity.
以上により、シャッタ装置等の光量調節装置に好適な、薄型かつ高効率な駆動装置を提供することができる。 As described above, it is possible to provide a thin and highly efficient driving device suitable for a light amount adjusting device such as a shutter device.
次に、本発明の実施例4に係わる駆動装置について、図11及び図12を用いて説明する。図11は駆動装置の組立て完成状態の断面図であり、図12は駆動装置の各ステータに用いる金属材料の磁気特性を示すものである。
Next, a driving apparatus according to
駆動装置の構成要素である、マグネット、リング、軸受け、及びコイルは、上記実施例2のマグネット101、リング102、軸受け103、コイル104と同様であり、第1のステータと第2のステータの形状は上記実施例2の第1のステータ105と第2のステータ106と同一であるが、その材質のみを変更している。
The magnets, rings, bearings, and coils that are components of the drive device are the same as the
様々な要因から第1のステータ105とマグネット101の距離D101と第2のステータ106とマグネット101の距離D102が等しい場合、第2のステータ106とマグネット101の間に発生する吸引力F’の方が第1のステータ105とマグネット101の間に発生する吸引力Fよりも大きくなり、結果として、マグネット101は第2のステータ106側に吸引されてしまい、リング102の摺動面102aは大きな力で第2のステータ106に接触し、回転時の摩擦損失は大きくなってしまう。
When the distance D101 between the
有限要素法による電磁気解析及び実験による結果を基にして、本実施例4においては、前記重なり面積の総和はΣS101<ΣS102であって、前記距離が図11に示すように、D101≒D102の場合においては、第1のステータ105と第2のステータ106にそれぞれ磁気特性の異なる材質を用いることで、吸引力FとF’を概略等しくさせる。具体的には、磁気特性のうち、例えば最大磁束密度について有利な材質を選択することで、前記重なり面積の差による軸方向吸引力の差を無くす。
Based on the results of electromagnetic analysis and experiments by the finite element method, in Example 4, the sum of the overlapping areas is ΣS101 <ΣS102, and the distance is D101≈D102 as shown in FIG. In FIG. 2, the
第1のステータ105の材料として図12の電磁軟鉄SUYを選択し、最大磁束密度をB1=1.05T、第2のステータ106の材料として図12の78%パーマロイPCを選択し、最大磁束密度B2=0.72Tとすれば、ΣS101<ΣS102のとき、B1>B2である。
12 is selected as the material of the
以上により、例えばコイルに大きな電流が流れて各ステータが飽和点近くまで励磁された場合、マグネットとの対向面積の大きい第2のステータ106はいち早く磁気飽和を起こし、第1のステータ105は磁気飽和をしないので吸引力FとF’を概略等しくすることができ、分力された軸方向の力F1とF1’も等しくすることができる。よって、回転するマグネット101が挟まれている上下の第1のステータ105と第2のステータ106との間で一方に引かれることなく磁気的に中立状態となり、摺動面にかかる力が小さくなっているので嵌合径が大きくとも摩擦損失が少なく、駆動装置として発生する電磁力を有効に回転トルクにすることができる。
As described above, for example, when a large current flows through the coil and each stator is excited to near the saturation point, the
本実施例4の駆動装置の基本構成について述べると、
第1に、マグネット101をリング状に形成していること、
第2に、マグネット101の回転中心となる仮想の軸に対して垂直方向の一方の面及び他方の面を周方向に複数分割して異なる極に交互に着磁していること、
第3に、マグネット101の外周面の外側(或いは内周面の内側或いはその両方でも良い)にコイル4を同軸上に配置していること、
第4に、コイル104により励磁される第1のステータ105と第2のステータ106を、それぞれリング状のマグネット101の回転中心となる仮想の軸に対して垂直な面、即ちリング状の平面に対向させていること、
第5に、第1のステータ105と第2のステータ106の各磁極歯を半径方向に延出する櫛歯により構成していること、
第6に、マグネット101と第1のステータ105の軸方向から見た重なり面積の総和ΣS101とマグネット1と第2のステータ106の軸方向から見た重なり面積の総和ΣS102をΣS101<ΣS102の関係にして該マグネット101と上下のステータ105,106との間に発生する吸引力F,F’を概略等しくし、該マグネット101を中立させていること、
第7に、距離が同じ場合、上と下のステータ105,106の材質を異ならせてあり、磁極歯とマグネット101の重なり面積の小さい側のステータの材質は他方より、より飽和磁化が高いか、もしくは、透磁率の高く吸引力の強いという磁気特性を有する材質を使用していること、
である。
The basic configuration of the drive device according to the fourth embodiment will be described.
First, the
Second, one surface and the other surface in the direction perpendicular to the virtual axis that is the rotation center of the
Third, the
Fourth, each of the
Fifth, each magnetic pole tooth of the
Sixth, the sum ΣS101 of the overlapping areas seen from the axial direction of the
Seventh, when the distance is the same, the materials of the upper and
It is.
以上により、回転するマグネット101は挟まれている磁極歯の間で一方に引かれることなく磁気的に中立状態となり、したがって軸受けにかかる力が小さくなっているので嵌合径が大きくとも摩擦損失が少なく、装置として発生する電磁力を有効に回転トルクにすることができている。
As described above, the
以上により、シャッタ装置等の光量調節装置に好適な、薄型かつ高効率な駆動装置を提供することができる。 As described above, it is possible to provide a thin and highly efficient driving device suitable for a light amount adjusting device such as a shutter device.
最後に、上記実施例1なし実施例4の構成及び効果について、以下にまとめて列挙する。 Finally, the configurations and effects of the first embodiment without the first embodiment are listed below.
1)軸方向からマグネットを挟んで対向する上下のステータとコイルによって構成される駆動装置においては、上のステータとマグネットとの吸引力と下のステータとの吸引力を極力等しくすることにより軸方向の軸受けでの損失を少なくすることができる。その手段として、上及び下ステータとマグネットとの重なり面積の合計(総和)を上下で同じにすることで、上下のステータの間でマグネットが中立して軸受けにかかる軸方向の力が減少し、軸受けにより発生する摩擦損失を小さくすることが可能になり、高効率で薄型、安価な駆動装置を構成することができる。 1) In a drive device composed of upper and lower stators and coils facing each other with a magnet sandwiched from the axial direction, the suction force between the upper stator and the magnet and the lower stator are made equal to each other as much as possible in the axial direction. Loss in bearings can be reduced. As the means, by making the sum (sum) of the overlapping area of the upper and lower stators and magnets the same up and down, the magnet is neutral between the upper and lower stators, and the axial force applied to the bearing is reduced, Friction loss generated by the bearing can be reduced, and a highly efficient, thin, and inexpensive drive device can be configured.
2)また、上及び下ステータとマグネットとの重なり面積の総和に差のある場合、その面積の総和の大きい側のステータとマグネットの距離(ギャップ)を重なり面積の総和小さい方のステータとマグネットのギャップより狭くすることで上記の条件を満たすこととなる。すなわち、軸方向から見た第1のステータと、マグネットの着磁部の重なり面積をS1、その全周に渡る総和をΣS1、軸方向から見た第2のステータとマグネットの着磁部の重なり面積S2、その全周に渡る総和をΣS2、第1のステータとマグネットの軸方向の距離をD1、第2のステータとマグネットの軸方向の距離をD2とし、ΣS1<ΣS2のとき、D1<D2の関係にすればよく、結果として、上下のステータの間でマグネットが中立して軸受けにかかる軸方向力が減少し、軸受けにより発生する摩擦損失を小さくすることが可能になる。 2) Also, if there is a difference in the sum of the overlapping areas of the upper and lower stators and the magnet, the distance (gap) between the stator and magnet on the side with the larger sum of the areas is set to the smaller of the sum of the overlapping areas. By making it narrower than the gap, the above condition is satisfied. That is, the overlapping area of the first stator and the magnetized portion of the magnet as viewed from the axial direction is S1, the sum over the entire circumference is ΣS1, and the overlapping of the second stator and the magnetized portion of the magnet as viewed from the axial direction. The area S2, the sum over the entire circumference is ΣS2, the axial distance between the first stator and the magnet is D1, the axial distance between the second stator and the magnet is D2, and when ΣS1 <ΣS2, D1 <D2 As a result, the magnet is neutral between the upper and lower stators, the axial force applied to the bearing is reduced, and the friction loss generated by the bearing can be reduced.
3)また、軸方向から見た第1のステータとマグネットの着磁部の重なり面積をS1、その全周に渡る総和をΣS1、第1のステータの板厚をT1、第1のステータとマグネットの軸方向の距離をD1、軸方向から見た第2のステータとマグネットの着磁部の重なり面積S2、その全周に渡る総和をΣS2、前記第2の磁極極部の板厚をT2、第2のステータと前記マグネットの軸方向距離をD2とし、ΣS1<ΣS2でかつD1≒D2のとき、T1>T2の関係にすることにより、上下のステータの間でマグネットが中立して軸受けにかかる軸方向力が減少し、軸受けにより発生する摩擦損失を小さくすることが可能になり、高効率で薄型、安価な駆動装置を構成することができる。 3) In addition, the overlapping area of the magnetized portions of the first stator and the magnet viewed from the axial direction is S1, the total over the entire circumference is ΣS1, the plate thickness of the first stator is T1, and the first stator and the magnet The axial distance is D1, the overlapping area S2 of the magnetized portion of the second stator and the magnet viewed from the axial direction, ΣS2 is the sum over the entire circumference, and the plate thickness of the second magnetic pole is T2. The axial distance between the second stator and the magnet is D2, and when ΣS1 <ΣS2 and D1≈D2, the relationship of T1> T2 is established so that the magnet is neutral between the upper and lower stators and is applied to the bearing. The axial force is reduced and the friction loss caused by the bearing can be reduced, and a highly efficient, thin and inexpensive drive device can be configured.
4)また、第1のステータとマグネットの軸方向の距離をD1、第2のステータとマグネットの軸方向距離をD2、軸方向から見た第1のステータとマグネットの着磁部の重なり面積をS1、その全周に渡る総和をΣS1、軸方向から見た第2のステータとマグネットの着磁部の重なり面積S2、その全周に渡る総和をΣS2としたとき、ΣS1とΣS2が異なる場合、第1のステータと第2のステータには磁気特性の異なる材質を用いることにより、上下のステータとマグネットの重なり面積の総和に差のある場合においても、上下の軸方向力を同等にし、軸受けにかかる力をほとんど無くして損失を小さくするものである。その磁気特性とは主に金属の飽和磁化と透磁率である。これにより、上下のステータの間でマグネットが中立して軸受けにかかる軸方向力が減少し、軸受けにより発生する摩擦損失を小さくすることが可能になり、高効率で薄型、安価な駆動装置を構成することができる。 4) The axial distance between the first stator and the magnet is D1, the axial distance between the second stator and the magnet is D2, and the overlapping area of the magnetized portions of the first stator and the magnet when viewed from the axial direction is S1, the sum total over the entire circumference is ΣS1, the overlapping area S2 of the magnetized portion of the second stator and the magnet when viewed from the axial direction, and the sum over the entire circumference is ΣS2, if ΣS1 and ΣS2 are different, By using materials with different magnetic characteristics for the first stator and the second stator, even when there is a difference in the sum of the overlapping areas of the upper and lower stators and the magnets, Loss is reduced by almost eliminating such force. The magnetic characteristics are mainly the saturation magnetization and permeability of the metal. This neutralizes the magnet between the upper and lower stators, reducing the axial force applied to the bearing, and reducing the friction loss caused by the bearing, making it a highly efficient, thin and inexpensive drive device can do.
1 マグネット
2 リング
3 軸受け
4 コイル
5 第1のステータ
5a 磁極歯
6 第2のステータ
6a 磁極歯
101 マグネット
102 リング
103 軸受け
104 コイル
105 第1のステータ
105a 磁極歯
106 第2のステータ
106a 磁極歯
106b 連結部
205 第1のステータ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記リング状のマグネットをその中心を仮想の軸として回転可能に保持する軸受けと、
前記マグネットの外径の外側もしくは内径の内側もしくは外径の外側と内径の内側それぞれに配置されたコイルと、
前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の一方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第1のステータと、
前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の他方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第2のステータとを有する駆動装置において、
前記軸方向から見た前記第1のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積をS1、その全周に渡る総和をΣS1、前記軸方向から見た前記第2のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積S2、その全周に渡る総和をΣS2、前記第1のステータと前記マグネットの前記軸方向の距離をD1、前記第2のステータと前記マグネットの前記仮想軸方向の距離をD2とし、
ΣS1=ΣS2のとき、前記D1と前記D2の関係を、D1=D2にしていることを特徴とする駆動装置。 A ring-shaped magnet that is divided into multiple pieces in the circumferential direction and alternately magnetized to different poles;
A bearing for rotatably holding the ring-shaped magnet with its center as a virtual axis;
A coil disposed on the outside of the outside diameter of the magnet or on the inside of the inside diameter or on the outside of the outside diameter and the inside of the inside diameter;
A first stator that is disposed opposite one surface in a direction perpendicular to the axis that is the rotation center of the magnet and is excited by the coil;
In a drive device having a second stator that is disposed opposite to the other surface in the direction perpendicular to the axis that is the rotation center of the magnet and is excited by the coil,
The overlapping area of the magnetized portions of the first stator and the magnet viewed from the axial direction is S1, the sum over the entire circumference is ΣS1, and the second stator and the magnet are magnetized from the axial direction. The overlapping area S2, the total over the entire circumference is ΣS2, the axial distance between the first stator and the magnet is D1, and the distance between the second stator and the magnet in the virtual axis direction is D2. ,
When ΣS1 = ΣS2, the drive device is characterized in that the relationship between D1 and D2 is D1 = D2.
前記リング状のマグネットをその中心を仮想の軸として回転可能に保持する軸受けと、
前記マグネットの外径の外側もしくは内径の内側もしくは外径の外側と内径の内側それぞれに配置されたコイルと、
前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の一方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第1のステータと、
前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の他方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第2のステータとを有する駆動装置において、
前記軸方向から見た前記第1のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積をS1、その全周に渡る総和をΣS1、前記軸方向から見た前記第2のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積S2、その全周に渡る総和をΣS2、前記第1のステータと前記マグネットの前記軸方向の距離をD1、前記第2のステータと前記マグネットの前記仮想軸方向の距離をD2とし、
ΣS1<ΣS2のとき、前記D1と前記D2の関係を、D1<D2にしていることを特徴とする駆動装置。 A ring-shaped magnet that is divided into multiple pieces in the circumferential direction and alternately magnetized to different poles;
A bearing for rotatably holding the ring-shaped magnet with its center as a virtual axis;
A coil disposed on the outside of the outside diameter of the magnet or on the inside of the inside diameter or on the outside of the outside diameter and the inside of the inside diameter;
A first stator that is disposed opposite one surface in a direction perpendicular to the axis that is the rotation center of the magnet and is excited by the coil;
In a drive device having a second stator that is disposed opposite to the other surface in the direction perpendicular to the axis that is the rotation center of the magnet and is excited by the coil,
The overlapping area of the magnetized portions of the first stator and the magnet viewed from the axial direction is S1, the sum over the entire circumference is ΣS1, and the second stator and the magnet are magnetized from the axial direction. The overlapping area S2, the total over the entire circumference is ΣS2, the axial distance between the first stator and the magnet is D1, and the distance between the second stator and the magnet in the virtual axis direction is D2. ,
When ΣS1 <ΣS2, the relationship between the D1 and the D2 is D1 <D2.
前記リング状のマグネットをその中心を仮想の軸として回転可能に保持する軸受けと、
前記マグネットの外径の外側もしくは内径の内側もしくは外径の外側と内径の内側それぞれに配置されたコイルと、
前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の一方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第1のステータと、
前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の他方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第2のステータとを有する駆動装置において、
前記軸方向から見た前記第1のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積をS1、その全周に渡る総和をΣS1、前記第1のステータの前記軸方向の板厚をT1、前記第1のステータと前記マグネットの前記軸方向の距離をD1、前記軸方向から見た第2のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積S2、その全周に渡る総和をΣS2、前記第2の磁極極部の前記軸方向の板厚をT2、第2のステータと前記マグネットの前記仮想軸方向の距離をD2とし、
ΣS1<ΣS2でかつD1≒D2のとき、前記T1と前記T1の関係を、T1>T2にしていることを特徴とする駆動装置。 A ring-shaped magnet that is divided into multiple pieces in the circumferential direction and alternately magnetized to different poles;
A bearing for rotatably holding the ring-shaped magnet with its center as a virtual axis;
A coil disposed on the outside of the outside diameter of the magnet or on the inside of the inside diameter or on the outside of the outside diameter and the inside of the inside diameter;
A first stator that is disposed opposite one surface in a direction perpendicular to the axis that is the rotation center of the magnet and is excited by the coil;
In a drive device having a second stator that is disposed opposite to the other surface in the direction perpendicular to the axis that is the rotation center of the magnet and is excited by the coil,
The overlapping area of the magnetized portion of the first stator and the magnet viewed from the axial direction is S1, the total over the entire circumference is ΣS1, the axial thickness of the first stator is T1, the first The distance in the axial direction between the first stator and the magnet is D1, the overlapping area S2 of the magnetized portion of the second stator and the magnet viewed from the axial direction, the sum over the entire circumference is ΣS2, and the second The axial plate thickness of the magnetic pole part is T2, and the distance between the second stator and the magnet in the virtual axis direction is D2,
A drive device characterized in that when ΣS1 <ΣS2 and D1≈D2, the relationship between T1 and T1 is T1> T2.
前記リング状のマグネットをその中心を仮想の軸として回転可能に保持する軸受けと、
前記マグネットの外径の外側もしくは内径の内側もしくは外径の外側と内径の内側それぞれに配置されたコイルと、
前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の一方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第1のステータと、
前記マグネットの回転中心となる前記軸に対して垂直方向の他方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第2のステータとを有する駆動装置において、
前記軸方向から見た第1のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積をS1、その全周に渡る総和をΣS1、前記軸方向から見た第2のステータと前記マグネットの着磁部の重なり面積S2、その全周に渡る総和をΣS2としたとき、ΣS1とΣS2が異なる場合、前記第1のステータと前記第2のステータには磁気特性の異なる材質を用いることにより前記マグネットと前記第1、第2のステータとの間に作用する電磁力を等しくするようにしたことを特徴とする駆動装置。 A ring-shaped magnet that is divided into multiple pieces in the circumferential direction and alternately magnetized to different poles;
A bearing for rotatably holding the ring-shaped magnet with its center as a virtual axis;
A coil disposed on the outside of the outside diameter of the magnet or on the inside of the inside diameter or on the outside of the outside diameter and the inside of the inside diameter;
A first stator that is disposed opposite one surface in a direction perpendicular to the axis that is the rotation center of the magnet and is excited by the coil;
In a drive device having a second stator that is disposed opposite to the other surface in the direction perpendicular to the axis that is the rotation center of the magnet and is excited by the coil,
The overlapping area of the magnetized portion of the first stator and the magnet seen from the axial direction is S1, the sum over the entire circumference is ΣS1, and the summed area of the second stator and the magnet seen from the axial direction is When ΣS2 is the sum of the overlapping area S2 and the total circumference thereof, if ΣS1 and ΣS2 are different, the first stator and the second stator are made of materials having different magnetic characteristics, so that the magnet and the second stator are used. 1. A driving device characterized in that the electromagnetic force acting between the first and second stators is made equal.
前記B1と前記B2の関係がB1>B2となるような材質を、前記第1のステータ及び前記第2のステータに用いたことを特徴とする請求項4に記載の駆動装置。 The axial distance between the first stator and the magnet is D1, the material saturation magnetization B1, the axial distance between the second stator and the magnet is D2, and the saturation magnetization of the material is B2. When D1 = D2 and ΣS1 <ΣS2,
5. The driving device according to claim 4, wherein the first stator and the second stator are made of a material such that a relationship between B <b> 1 and B <b> 2 satisfies B <b>1> B <b> 2.
6. A light amount adjusting device comprising: the driving device according to claim 1; and a light amount adjusting member that is driven by the driving device and performs light amount adjustment.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004144395A JP2005328633A (en) | 2004-05-14 | 2004-05-14 | Driver and quantity of light adjuster |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004144395A JP2005328633A (en) | 2004-05-14 | 2004-05-14 | Driver and quantity of light adjuster |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011081168A (en) * | 2009-10-07 | 2011-04-21 | Vitai Technology Co Ltd | Magnet member having four or more poles and shutter |
JP2013169805A (en) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Seiko Instruments Inc | Small generator |
-
2004
- 2004-05-14 JP JP2004144395A patent/JP2005328633A/en active Pending
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JP2011081168A (en) * | 2009-10-07 | 2011-04-21 | Vitai Technology Co Ltd | Magnet member having four or more poles and shutter |
JP2013169805A (en) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Seiko Instruments Inc | Small generator |
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