JP2006204006A - Electromagnetic actuator and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象物を曲面に沿って移動可能にする電磁アクチュエータおよび電子機器に関する。 The present invention relates to an electromagnetic actuator and an electronic apparatus that enable an object to move along a curved surface.
従来、カメラやマイク、スピーカー等の対象物を載置した状態でその方向を調整する駆動機構としてジンバル機構が知られている。ジンバル機構は、回転軸の方向が互いに異なる2つの回転フレームを組み合わせることで対象物を任意の方向に向けられるようにしたものである。特許文献1では、レンズ鏡筒をパンニング方向およびチルティング方向に回動自在に支持する支持機構にジンバル機構を用い、マグネットおよびコイルによる電磁アクチュエータを駆動源として用いているものが開示されている。 Conventionally, a gimbal mechanism is known as a drive mechanism that adjusts the direction of an object such as a camera, microphone, or speaker placed thereon. The gimbal mechanism is configured so that an object can be directed in an arbitrary direction by combining two rotating frames having different rotation axis directions. Patent Document 1 discloses a gimbal mechanism that is used as a support mechanism that rotatably supports a lens barrel in a panning direction and a tilting direction, and an electromagnetic actuator that uses a magnet and a coil as a drive source.
この支持機構では、多極のマグネットに対向配置される複数のコイルに対して所定方向の電流を与えることで電磁力を発生させ、ジンバル機構の回転フレームを回転させている。 In this support mechanism, an electromagnetic force is generated by applying a current in a predetermined direction to a plurality of coils arranged opposite to a multipolar magnet, and the rotating frame of the gimbal mechanism is rotated.
しかしながら、従来の電磁アクチュエータにおいては、駆動機構のマグネットに対向するコイルが四角柱形状で巻回されていることから、このコイルに電流を与えた際に発生する磁力線分布に偏りが発生し、複数のコイルへの通電制御による可動体の移動方向や移動量の制御が難しいという問題が生じている。 However, in the conventional electromagnetic actuator, since the coil facing the magnet of the drive mechanism is wound in a quadrangular prism shape, a bias occurs in the distribution of magnetic lines generated when a current is applied to the coil. There is a problem that it is difficult to control the moving direction and the moving amount of the movable body by energization control of the coil.
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、ベースに形成された曲面に沿って移動可能に設けられるスイベルテーブルと、スイベルテーブルの駆動源として多極のマグネットと複数のコイルとが対向配置されて成る電磁駆動手段とを備える電磁アクチュエータにおいて、この電磁駆動手段のコイルとして円筒形状に巻回したものを用いている。 The present invention has been made to solve such problems. That is, the present invention includes a swivel table that is provided so as to be movable along a curved surface formed on a base, and an electromagnetic drive means in which a multipolar magnet and a plurality of coils are arranged to face each other as a drive source for the swivel table. In the electromagnetic actuator provided, a coil wound in a cylindrical shape is used as the coil of the electromagnetic driving means.
このような本発明では、スイベルテーブルの駆動源である多極マグネットと複数のコイルとが対向配置された電磁駆動手段において、コイルを円筒形状に巻回したものを用いているため、コイルへの通電で発生する磁力線分布が特定方向に集中せずに一様となり、複数のコイルへの通電制御でスイベルテーブルの移動方向や移動量を滑らかに調整できるようになる。 In the present invention, in the electromagnetic drive means in which the multipole magnet that is the drive source of the swivel table and the plurality of coils are arranged to face each other, the coil is wound in a cylindrical shape. The distribution of magnetic lines of force generated by energization is uniform without being concentrated in a specific direction, and the movement direction and movement amount of the swivel table can be adjusted smoothly by energization control to a plurality of coils.
したがって、本発明によれば、スイベルテーブルに搭載する対象物の方向をベースの曲面に沿って滑らかかつ精度良く調整することが可能となる。これにより、微小な角度調整も精度良く行うことができ、カメラやマイク、スピーカーといった対象物の方向を的確に制御できる電子機器を提供することが可能となる。 Therefore, according to the present invention, the direction of the object to be mounted on the swivel table can be adjusted smoothly and accurately along the curved surface of the base. This makes it possible to provide an electronic device that can perform fine angle adjustment with high accuracy and can accurately control the direction of an object such as a camera, a microphone, or a speaker.
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図1は、本実施形態に係る電磁アクチュエータを説明する模式図であり、(a)は断面図、(b)はスイベルテーブルを除いた状態の平面図である。すなわち、この電磁アクチュエータ1は、ベース10に形成された曲面11の上にベアリングBを介して載置されるスイベルテーブル20と、スイベルテーブル20を曲面11に沿って移動させるための駆動源として設けられる電磁駆動手段30とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are schematic views for explaining an electromagnetic actuator according to the present embodiment. FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG. In other words, the electromagnetic actuator 1 is provided as a drive source for moving the swivel table 20 placed on the
スイベルテーブル20は、ベアリングBとの接触が失われない範囲(可動範囲)でベース10の曲面11に沿って回転やスライド移動できるようになっている。
The swivel table 20 can be rotated or slid along the
電磁駆動手段30は、多極のマグネット31と複数のコイル32とが対向配置されたもので、多極のマグネット31は例えばリング状にスイベルテーブル20の下面中央に取り付けられ、N極、S極が90度ずつ分割で交互に配置されている。
The electromagnetic drive means 30 has a
また、複数のコイル32は、スイベルテーブル20の位置がニュートラルな状態ではマグネット31のN極、S極の間となる位置に対向して配置されている。また、ベース10は例えば強磁性体によって形成され、バックヨークとして機能している。特に、本実施形態では、このコイル32が円筒形状に巻回されている点に特徴がある。
In addition, the plurality of
図2は、電磁駆動手段の主要部を説明する模式平面図である。リング状に構成されたマグネット31は90度ずつ分割され、N極、S極が交互に配置された状態となっている。したがって、N極とS極との境目は90度ずつ4つ設けられ、この境目を中心として4つのコイル32a〜32dが所定のギャップを介して対向配置されている。コイル32a〜32dは、図中破線で示す円の周に沿って導線が巻回され、ベース10(図1参照)側に配置されている。
FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the main part of the electromagnetic driving means. The
このコイル32a〜32dの各々に所定方向の電流を与えることによって各コイル32a〜32dとマグネット31の各極との間で電磁力を発生させ、これらの電磁力のベクトル和によってマグネット31が取り付けられたスイベルテーブル20(図1参照)をベース10の曲面11(図1参照)に沿って移動できるようになる。
By applying a current in a predetermined direction to each of the
この際、各コイル32a〜32dが円筒形状に巻回されていることから、コイル32a〜32dへの通電で発生する磁力線分布がコイル32a〜32dの外周に沿って一様となり、マグネット31との間で生じる電磁力を特定方向に集中させずにすむようになる。このため、各コイル32a〜32dへ与える電流の方向や大きさの制御でスイベルテーブル20の移動方向および移動量を精度良く、かつ容易に制御できるようになる。なお、コイル32a〜32dの磁力線分布を一様にするためには、コイル32a〜32dの円筒形状は真円に近いほどよい。
At this time, since the
図3は、コイルへの通電を制御する制御回路を説明する回路図である。制御回路はドライバアンプ100を中心としてコイル32へ与える電流の方向および量を調整する。ドライバアンプ100には可変抵抗Rが接続されており、この可変抵抗Rの抵抗値を抵抗値を例えばジョイスティックによって変化させることでドライバアンプ100へ与える電圧を制御する。この電圧によってドライバアンプ100からコイル32へ与える電流の方向および量が調整されることになる。このような制御回路をコイル32の個数分用意し、各コイル32へ与える電流の方向および量によって各コイル32とマグネットとの間で生じる電磁力のバランスによってスイベルテーブルの位置をコントロールする。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a control circuit that controls energization of the coil. The control circuit adjusts the direction and amount of current applied to the
図4〜図6はコイルへの通電によるマグネットの移動状態を説明する模式図である。なお、各図ではマグネットの移動状態を説明するが、本実施形態ではマグネットが移動することでこのマグネットを取り付けているスイベルテーブルが移動できることになる。 4 to 6 are schematic views for explaining a moving state of the magnet by energizing the coil. Although the movement state of the magnet is described in each drawing, the swivel table to which the magnet is attached can be moved by moving the magnet in this embodiment.
図4はX軸方向への移動を説明する模式図である。図4(a)では、Y軸方向に沿って配置される2つのコイル32a、32bに互いに反対方向かつ同じ量の電流を与える。これにより、コイル32aはマグネット31のS極側、32bはマグネット31のN極側を引き寄せる状態となり、マグネット31を図中右方向へ移動できるようになる。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the movement in the X-axis direction. In FIG. 4A, the same amount of current is applied to the two
また、図4(b)では、Y軸方向に沿って配置される2つのコイル32a、32bに各々先とは反対の方向で同じ量の電流を与える。これにより、コイル32aはマグネット31のN極側、32bはマグネット31のS極側を引き寄せる状態となり、マグネット31を図中左方向へ移動できるようになる。
In FIG. 4B, the same amount of current is applied to the two
図5はY軸方向への移動を説明する模式図である。図5(a)では、X軸方向に沿って配置される2つのコイル32c、32dに互いに反対方向かつ同じ量の電流を与える。これにより、コイル32cはマグネット31のS極側、32dはマグネット31のN極側を引き寄せる状態となり、マグネット31を図中上方向へ移動できるようになる。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the movement in the Y-axis direction. In FIG. 5A, the same amount of current is applied to the two
また、図5(b)では、X軸方向に沿って配置される2つのコイル32a、32bに各々先とは反対の方向で同じ量の電流を与える。これにより、コイル32aはマグネット31のS極側、32bはマグネット31のN極側を引き寄せる状態となり、マグネット31を図中下方向へ移動できるようになる。
In FIG. 5B, the same amount of current is applied to the two
図6は回転方向への移動を説明する模式図である。図6(a)では、4つのコイル32a〜32dのうち、Y軸方向に沿って配置される2つのコイル32a、32bに同じ方向かつ同じ量の電流を与え、X軸方向に沿って配置される2つのコイル32c、32dにコイル32a、32bとは反対の方向かつ同じ量の電流を与える。これにより、コイル32aはマグネット31のS極側、コイル32bはN極側、コイル32cはS極側、コイル32dはN極側を各々引き寄せる状態となり、マグネット31を図中右方向へ回転移動できるようになる。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the movement in the rotation direction. In FIG. 6A, among the four
また、図6(b)では、4つのコイル32a〜32dに各々先とは反対方向で同じ量の電流を与える。これにより、コイル32aはマグネット31のN極側、コイル32bはS極側、コイル32cはN極側、コイル32dはS極側を各々引き寄せる状態となり、マグネット31を図中左方向へ回転移動できるようになる。
In FIG. 6B, the same amount of current is applied to each of the four
なお、各コイル32a〜32dへ与える電流の方向や量を各々調整することで、図4〜図6に示す各動作のうち少なくとも2つを複合した動きを実現できるようになる。この際、コイル32a〜32dが各々円筒形状に巻回されたものを用いているため、4つのコイル32a〜32dへの電流制御と発生する電磁力とのバランス(ベクトル合成による動作方向および動作量の制御)が行いやすくなり、微小な角度調整であっても精度良く行うことができるようになる。
It should be noted that by adjusting the direction and amount of the current applied to each of the
図7は、他の例を説明する模式図である。この例では、センサ40を用いてマグネット31(スイベルテーブル)の位置を検出し、サーボ制御によって正確な位置をコントロールできるものである。センサ40としては、例えばホール素子を用いるが、マグネット31の位置を検出できるものであれば他のセンサであってもよい。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining another example. In this example, the position of the magnet 31 (swivel table) is detected using the
ホール素子から成るセンサ40は、ニュートラルな状態でマグネット31のN極とS極との間に対応するよう配置しておく。これにより、マグネット31が所定の方向へ移動した際の磁気の変化を検出し、マグネット31の位置を求めることができる。
The
図8は、他の例の制御回路を説明する回路図である。制御回路はドライバアンプ100を中心としてコイル32へ与える電流の方向および量を調整する。ドライバアンプ100には可変抵抗Rが接続されており、この可変抵抗Rの抵抗値を抵抗値を例えばジョイスティックによって変化させることでドライバアンプ100へ与える電圧を制御する。この電圧によってドライバアンプ100からコイル32へ与える電流の方向および量が調整されることになる。
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating another example control circuit. The control circuit adjusts the direction and amount of current applied to the
また、他の例ではセンサ40の出力信号をドライバアンプ100の入力側にフィードバックする。これにより、センサ40での検出に基づきドライバアンプ100への入力が調整され、コイル32に与える電流を制御してマグネットの位置を正確に制御できるようになる。このような制御回路をコイル32の個数分用意し、各コイル32へ与える電流の方向および量によって各コイル32とマグネットとの間で生じる電磁力のバランスによってスイベルテーブルの位置をコントロールできるようになる。
In another example, the output signal of the
上記説明した形態では、いずれも4つのコイル32a〜32dを用いる例を示したが、コイルは4つ以外であっても適用可能である。すなわち、図9に示すように3つのコイルを用いても制御可能である。この場合、3つのコイル32a〜32cをリング状のマグネット31の120度ずつに対応して配置すればよい。
In the embodiment described above, an example in which four
本実施形態の電磁アクチュエータ1は、スイベルテーブル20の例えば上面にカメラやマイク、スピーカーを載置することでこれらの対象物の向きをスイベルテーブル20の移動によって制御できるが、図10に示すようにレンズ鏡筒K内部に設けることでレンズ鏡筒内の所定のレンズの角度制御に用いることも可能である。 The electromagnetic actuator 1 of the present embodiment can control the orientation of these objects by moving the swivel table 20 by placing a camera, microphone, or speaker on the upper surface of the swivel table 20, for example, as shown in FIG. By providing in the lens barrel K, it can also be used for controlling the angle of a predetermined lens in the lens barrel.
図10に示す例では、5群レンズのうち3群に配置されるレンズLを本実施形態のスイベルテーブル20に取り付けている。先に説明したように、スイベルテーブル20はマグネット31およびコイル32で構成される電磁駆動手段30によってベース10の曲面11に沿った移動が可能となっている。電磁駆動手段30のコイル32への電流を先に説明した制御回路によって制御することで、スイベルテーブル20に取り付けたレンズLの角度を電磁駆動手段30によって調整できるようになる。
In the example shown in FIG. 10, the lenses L arranged in the third group among the five group lenses are attached to the swivel table 20 of the present embodiment. As described above, the swivel table 20 can be moved along the
本実施形態では、電磁アクチュエータ1における電磁駆動手段30のコイル32が円筒形状に巻回されたものを用いているため、スイベルテーブル20をどのような方向にもスムーズに移動できる。したがって、これをレンズLの角度調整に用いることで微妙な光軸調整や撮像面Fへの結像位置調整を実現することができる。
In the present embodiment, since the
1…電磁アクチュエータ、10…ベース、11…曲面、20…スイベルテーブル、30…電磁駆動手段、31…マグネット、32…コイル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electromagnetic actuator, 10 ... Base, 11 ... Curved surface, 20 ... Swivel table, 30 ... Electromagnetic drive means, 31 ... Magnet, 32 ... Coil
Claims (5)
前記スイベルテーブルの駆動源として多極のマグネットと複数のコイルとが対向配置されて成る電磁駆動手段とを備える電磁アクチュエータにおいて、
前記電磁駆動手段のコイルは円筒形状に巻回されている
ことを特徴とする電磁アクチュエータ。 A swivel table movably provided along a curved surface formed on the base;
In an electromagnetic actuator comprising a multipolar magnet and an electromagnetic driving means in which a plurality of coils are opposed to each other as a driving source of the swivel table,
The electromagnetic actuator is characterized in that the coil of the electromagnetic driving means is wound in a cylindrical shape.
ことを特徴とする請求項1記載の電磁アクチュエータ。 A controller that controls the energization of the plurality of coils to move the swivel table along the curved surface of the base in a vertical direction, a horizontal direction, a rotation direction, and a direction in which at least two of them are combined; The electromagnetic actuator according to claim 1, wherein:
前記制御部は、前記センサの出力を用いて前記複数のコイルへの通電をフィードバック制御する
ことを特徴とする請求項2記載の電磁アクチュエータ。 A sensor for detecting the position of the swivel table;
The electromagnetic actuator according to claim 2, wherein the control unit feedback-controls energization to the plurality of coils using an output of the sensor.
ことを特徴とする請求項1記載の電磁アクチュエータ。 The electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the base is made of a ferromagnetic material.
前記電磁アクチュエータは、
前記対象物の搭載部を備えているスイベルテーブルと、
前記スイベルテーブルを曲面に沿って移動可能に支持するベースと、
前記スイベルテーブルの駆動源として多極のマグネットと複数のコイルとが対向配置されて成る電磁駆動手段とを備えており、
前記電磁駆動手段のコイルが円筒形状に巻回されている
ことを特徴とする電子機器。
In an electronic device equipped with an electromagnetic actuator that moves an object in a direction along a curved surface,
The electromagnetic actuator is
A swivel table having a mounting portion for the object;
A base that supports the swivel table movably along the curved surface;
As a drive source of the swivel table, it is provided with electromagnetic drive means in which a multi-pole magnet and a plurality of coils are arranged to face each other.
The electronic device, wherein the coil of the electromagnetic driving means is wound in a cylindrical shape.
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