JP2007129900A

JP2007129900A - ボイスコイルモーターと磁気弾性力による位置決め制御方法

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Publication number: JP2007129900A
Application number: JP2007042360A
Authority: JP
Inventors: Keisho O; 王啓祥; Yuko So; 曾有光
Original assignee: MAGTRONICS TECHNOLOGY Inc
Current assignee: MAGTRONICS TECHNOLOGY Inc
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2007-05-24
Also published as: US20070205674A1; TW200709536A

Abstract

【課題】本発明はボイスコイルモーターに磁気弾性力を発生させる方法と、その磁気弾性力を利用して位置決め制御する方法である。
【解決手段】磁気回路部品と電気回路部品を含み、該磁気回路部品は少なくとも一つの磁界を発生する。電気回路部品は少なくとも一つのコイルと少なくとも一つの磁気導体を含み、該コイルに電流を流す時、移動方向に推力が生じ、該磁気導体と前記磁気回路の間に、正方向のカップル力を発生させ、且つ前記移動方向に磁気弾性力を持たせる。更に前記ボイスコイルモーターに設置した懸架機構が、前記正方向のカップル力による予圧を受け、移動時のあそびを解消できる。前記推力と前記磁気弾性力とのバランスを利用するのみで板ばねのような弾性体を一切使わずに、位置決め制御ができる。
【選択図】図２３

Description

本発明はボイスコイルモーターに磁気弾性力を持たせた、位置決め制御方法であり、繰り返し精度の高さが要求される小型ボイスコイルモーターに適応できる。

従来のボイスコイルモーターは図２６で示すように、固定部とされる磁気回路部品において上ヨーク26011、下ヨーク26012、及び上下ヨーク裏面に貼った複数の磁石26013、26014を有し、可動部とされる電気回路部品においてコイル2603のみを有し、磁気回路部品と電気回路部品の間に磁気回路ギャップ2604を有するこの荷より構成される。更に精密なリニアガイドを用い、スライド26051にコイル2603を固定させ、固定レール26052とスライド26051の間の転がり体に予圧を与え、コイル2603を磁石26013、26014の間に非接触かつ平行に移動させ、高繰り返し精度要求の位置決めを行う。但しリニアガイドの使用がコスト高く、マイクロ化困難、携帯電話のような電子製品の量産に向いてない。

上記のボイスコイルモーターにクローズループの位置決め制御が多く採用されているため位置センサーも必要であり、コスト敏感の電子製品にとって更に不利となり、オーペンロープでの位置決め制御は求められている。

オーペン回路位置決め制御でオートフォーカスに使われている短ストロークボイスコイルモーターは図２７で示すように、板ばね、或いは四つの平行鋼線で駆動力とバランス取り、コイル2701に電流を流し、磁石2702とヨーク2703の磁界と互いに作用させ、推力でコイル2701は変位させられ、板ばねで構成された複数のアーム2704を変形させ逆方向の弾性力を生じ、前記の推力とバランスが取れたとき、コイル2701の変位をとめられ、位置決め制御ができます。ほかに、前記複数の分岐アーム2704は同じ長さで、且つ同じ変形特性である場合、平行連接原理によりコイルは傾角なしで直線移動ができる。しかし、量産組み立ての時に複数の板ばねで作られたアーム2704は同じ変形特性を保有することが量産組み立てに誠に困難である。このほか、上記の板ばね若しくは四つの平行鋼線は弾力性であるほか、導電体ではなく、接続されるコイルに電流を供給できない。なおコイルとの接続方も通常ハンダつけであり、弾性変形を受けやすく、ハンダ不良になりやすい。

このほか、前記板ばねを有するボイスコイルモーターは携帯用撮影装置に使われる際、落下衝撃試験を通らねばならず、板ばねは非常に薄いものであり、弾性変形方向と一致しない落下衝撃を受ける際、根元部に応力過大を受けると板ばねは非弾性変形となり、信頼性低下につながる。

ほかに、前記板ばねを有するボイスコイルモーターは減衰特性も悪く、モータ推力が板ばね弾性力と同じになっても可動部が安定するまで時間かかり、通常エネルギー吸収できる減衰剤を分岐アーム2704の根元に付けなければならない。減衰剤は生産時間増加とコストアップにつながり、時間が経つと材料変質で減衰性能低下になる。

板ばねのような弾性体を有するボイスコイルモーターは量産の際、少なくとも下記五つの課題を抱えている。
A）弾力係数および弾性変形の均一性問題。
B）衝撃信頼性向上の問題。
C）減衰特性向上の問題。
D）傾斜角のない位置決め制御問題。
E）コスト削減問題。

本発明のボイスコイルモーターが、コイルと磁気導体で電気回路部部品を、磁石とヨーク或いはヨークのみで磁気回路部品を構成することにより、磁気回路の磁界を通して、正方向カップル力（Ｃｏｕｐｌｅ）を生じさせる。前記正方向カップル力（Ｃｏｕｐｌｅ）はモーター可動部に予圧を与え、移動時のあそびを解消させる。さらに、上記の電気回路部品と磁気回路部品の間、相対移動が行われる際、前記磁気回路の磁気抵抗が移動位置変化と伴い、大きくなる。これで磁気弾性力を起こし、従来の板ばねのような弾性体を代われる。ほかに、前記磁気導体を導電金属板と組合せば、渦電流のオーム損を増やし、可動部停止時のエネルギーが吸収され、減衰特性向上につながる。

本発明のボイスコイルモーターは一つの磁気回路部品と一つの電気回路部品を有し、該磁気回路部品になくとも一つの磁石が含まれ、少なくとも一つの磁界が得られる。該電気回路部品に少なくとも一つのコイルが含まれ、該磁界に置かれた際、前記磁気回路部品と少なくとも一つのギャップがキープされる。少なくとも一つの前記コイルに電流を流した際、少なくとも一つの前記磁界と互に作用し、少なくとも一つの方向の推力が得られ、前記磁気回路部品と前記回路部品の間に少なくとも一つの方向の相対運動が行われる。

前記電気回路部品に少なくとも一つの磁気導体が更に含まれ、該磁気導体が前記磁気回路の磁界に置かれた時、該磁気回路部品と少なくとも一つの方向の正方向カップル力（Normal couple force）が得られる。前記磁気導体と前記磁気回路部品の間、少なくとも一つの方向の相対運動が行われた際、磁気抵抗が変化され、少なくとも一つの方向の磁気弾性力が得られる。

可動部の側面移動と回転を防ぐために前記磁気回路部品と前記電気回路部品の配置は下記のように変化できる。前記電気回路部品と対向する磁気回路部品の表面に相対運動方向に更に一つの凹溝、或いは前記磁気回路部品と対向する電気回路部品の磁気導体の表面に一つの凹溝または凹孔を設ける。

前記ボイスコイルモーターの磁気弾性係数と無電流平衡点を調整するために、前記相対移動方向と平行する前記磁気導体の第一側面と第二側面に、さらに少なくとも一つの斜面または少なくとも一つの階段面、或いは前記磁気回路部品と対向する面に少なくとも一つの階段面または少なくとも一つの斜面を設ける。

相対移動方向を軸とする前記可動部回転を防ぐために、前記相対運動方向と垂直方向に吸引力或いは反力を予圧として与える。前記磁気導体は前記電気回路部品と対向しない前磁気回路の側面まで伸び曲がれる。または前記磁気導体中心線が前記磁気回路部品中心線とオフセット配置をする。前記コイル設置磁界とリンケージしない前記電気回路部品に、更に一つ以上の磁気導体或いはの磁石を追加する。

前記磁気回路部品と前記電気回路部品の間に前記ギャップはキープされ、かつ前記磁気回路部品と前記電気回路部品との平行な相対移動を行うために、前記ボイスコイルモーターにさらに懸架機構が設けられる。

短ストロック移動の応用の際、前記懸架機構は複数の牽引物に構成され、少なくとも二つの該牽引物は同じ長さで平行に設置され、平行機構ができる。なお前記各牽引物は曲がる細長いもの、或いは二つの関節を有するアームから構成される。

長ストロック移動の応用の際、前記懸架機構が複数の接触凹溝と複数の転がり体に構成され、一組の接触凹溝に少なくとも二つの転がり体が挟み置かれ、かつ各該転がり体は各接触凹溝と少なくとも2点或いは２ラインで接触し、或いは各該転がり体は少なくとも一つの接触凹溝と少なくとも１点或いは１ラインで接触する。

回転移動の応用の際、前記懸架機構は第一環状接触凹溝、第二環状接触凹溝、及び複数の転がり体に構成され、該第一環状接触凹溝と該第二環状接触凹溝間、複数の前記転がり体が挟み置かれ、かつ各該転がり体は各環状接触凹溝と少なくとも2点或いは2ラインで接触する。

前記ボイスコイルモーターに磁気弾性力を持たせる方法として、（A）前記磁気導体を少なくとも一つの磁石を有する前記磁気回路部品の磁界に設置する。（B）前記磁気導体と前記磁気回路部品の間に、前記可動部移動方向に最小磁気抵抗平衡点が存在し、この平衡点から相対移動が行われる際、前記磁気抵抗は移動量と伴い、大きくなり、磁気弾性力が発生する。

前記磁気弾性力を用いて位置決め制御をする方法として（A）磁気弾性力を有する前記ボイスコイルモーターの用意（B）単位電流あたりの位置変位量を用いて位置指令を電流指令に変える。（C）前記電流指令をパワーアンプに通して前記ボイスコイルモーターのコイルに流すことによって前記可動部に推力が生じる。この推力により前記可動部は現在位置から目標位置まで移動し、前記推力と前記磁気弾性力と同等となる目標位置で止まり、位置決めができる。

クローズループ位置決め制御方法として、（A）位置センサーで前記ボイスオイルモーター可動部位置を検出する（B）位置指令から検出位置を引いて位置偏差を算出し、算出結果を積分器のあるコントローラに入力し、位置偏差補正電流指令を得る。（C）前記位置偏差補正電流指令を位置指令電流に加算する。

減衰特性を強化するために、前記位置決め制御は更に（A）前記ボイスコイルモーターコイル両端逆電圧の測定で前記可動部移動速度を検出する。（B）ゼロ速度指令或いは前記位置指令の微分で得た速度指令から検出速度を引いて速度偏差を算出し、算出結果を増幅させ、強化した減衰電流指令を得る。（C）前記減衰電流指令を前記位置指令電流に加算する。

本発明で提案するボイスコイルモーターによれば前記推力と前記磁気弾性力とのバランスを利用するのみで板ばねのような弾性体を一切使わずに、位置決め制御ができる。

下記実施例と図面で本発明のボイスコイルモーターを詳細に説明する。

従来のボイスコイルモーターにいて、可動部が単純なコイルであり、可動部と固定部の間、移動方向の推力以外に吸引或いは反力のカップル力がない。本発明のボイスコイルモーターが図１Ａ実施例で示されるように、磁気回路部品11にヨーク111があり、その裏面に異なる極性の第一磁石112と第二磁石113を貼り付ける。電気回路部品12にコイル121以外、磁気導体122があり、コイル121と磁気導体122は剛体連結される。前記磁気回路部品11と前記電気回路部品12の間に、ギャップ13と磁界があり、磁気回路14となる。前記磁気回路部品11と前記電気回路部品12とは矢印方向16に相対運動をする際、図１Ｂのように、前記磁界は長めの磁気回路15を有するようになり、これによって磁気抵抗が増大し、磁気回路システムには最小磁気抵抗に向かう趨勢が有るため、ボイスコイルモーターが１bの状態を呈すると、必ず復元力で図１Ａの状態に回復するが、当然この復元力はシフトするにつれて増大し、線状に増大して安定バランスポイントを有し、従来両磁石の互いの反発力が距離につれて平方反比例を呈して安定バランスポイントが無い力なのに比べて、スプリングに一層近づくので、この復元力を磁気弾性力と見なす。当然前記磁気導体は磁気抵抗なしに改変設計されて磁気導体122が前記磁気回路部品11の長さに対して長いと、磁気弾性力を消わせる。

前記コイル121に電流を流す時、この電流は前記磁界と互に作用し推力が生じる。前記磁気回路部品11と前記電気回路部品12とは該推力により相対移動が行われる際、前記磁気弾性力を起し、前記推力と等しくとなる時点で相対移動停止となり、電流を制御するだけで位置決めができる。

本発明のボイスコイルモーターにおいて前記電気回路部品12と前記磁気回路部品11と対向する前記磁界に銅、アルミ、銀等導電率の高い金属板123を設置することにより、前記磁気回路の磁気抵抗変化の際、リンケージ磁束が変わる。レンツ法則により該磁束は前記金属板123に渦電流を発生させ、オーム損失が平方倍に増え、減衰特性が強化される。これで減衰剤を使わずに減衰特性が得られる。

前記磁界は前記磁気回路部品11及び前記電気回路部品12とリンケージしているため、対向している両部品及びギャップに磁気回路リンケージが生じ、一つの正方向カップル力もまたは一つの吸引力が得られる。

本発明のボイスコイルモーターの基本動作原理を説明するとともに、発明を実現可能な四つの手段をここで紹介する。

第一に、磁気回路が上述原理説明に基づいて表面磁石から構成される。

第二に、磁気回路は磁束集中型である。図2で示した実施例のように、一つの磁気回路部品21に第一ヨーク211と第二ヨーク212を備え、それぞれ矢印方向214に沿って磁石213の両極に貼り付けられる。電気回路部品22にコイル221以外、さらに磁気導体222を備え、コイルと磁気導体は剛性連結する。前記磁気回路部品21と前記電気回路部品22の間にギャップ23を備え、図２の磁気回路部品で図１Ａの磁気回路部品を替えられ、磁界は図１Ａと同じように磁気回路24が得られる。

第三に、磁気回路はヨークを使わずに構成される。図3で示すように、磁気回路部品31に偏向異方性の磁石311のみを備える。この磁石は図１Ａ及び図２の磁気回路部品を替えられる。電気回路部品32にコイル321以外、さらに磁気導体322を備え、コイルと磁気導体は剛性連結される。前記磁気回路部品31と前記電気回路部品32の間にギャップ34を備え、前記磁石311の特徴は前記電気回路部品32と対向する表面のところに極性の異なる磁束が形成できる。両極異なる磁極間の磁力線は、余分なヨーク磁化不要で、磁石自身の線33、前記電気回路部品32を通して回路構成する。磁界は図１Ａと同じように磁気回路35が得られる。

第四、磁気回路はミックス形で構成される。図4で示されたものは、円筒型ボイスコイルモーターの実施例である。磁気回路部品41に切断面Ｌ型の円筒ヨーク411、矢印413方向に沿って磁化したの環形磁石412及び環形ヨーク414がある。電気回路部品42にコイル421以外、さらに円柱形の磁気導体422あり、コイル421と磁気導体422は剛体423連結される。前記磁気回路部品41と前記電気回路部品42の間に第一ギャップ431及び第二ギャップ432を備え、この磁気回路に第一磁界441と第二磁界442が得られる。コイルと磁気回路の構成は従来のボイスコイルモーターによく使われている。前記磁気導体422と磁気回路部品41は正方向カップル力と磁気弾性力を産むものである。さらに図４Ｂで示すように、前記円柱磁気導体中央に前記環形磁石と極性逆の円柱磁石424を挿入して第二磁界442を強化できる。さらに図４Ｃで示すように、前記円柱磁気導体422を環形磁気導体425に替え、前記コイルと一緒、第一磁界441の磁気回路に直接設置できる。

上記四つの磁気回路構成は本発明を理解しやすいための実施例であり、本発明を理解した技術者は上記概念でさらに別の磁気回路を組める。図22から図24まで実施例のように、複数の磁気回路部品を円の四つの角に置けばスペース利用率は高められ、電気回路部品は前記磁気回路部品の外側、或いは円の内側にも置ける。或いは図４Ｂのように、上記四つの電気回路部品に更に磁石を加え、磁界強化ができる。どんな形に変わっても本発明のボイスコイルモーターの磁気回路構成は必ず下記の特徴を持っている。すなわち、磁気回路部品は少なくとも一つの磁石を有し、少なくとも一つの磁界を作れる。この磁界は磁石或いは少なくとも一つ別の磁気導体との組み合わせで得られる。前記磁気回路部品は前記電気回路部品と対向する表面に、少なくとも二つ極性の異なる磁極面が形成される。また、前記電気回路部品は少なくとも一つのコイルと少なくとも一つの磁気導体を有し、前記磁気回路部品と少なくとも一つのギャップをキープする。少なくとも一つの前記コイルは前記磁界の中に置かれ、該コイルに電流を流せば、少なくとも一つの前記磁界と互に作用し、それによって少なくとも一つの方向に推力が得られる。なお前記磁気導体は少なくとも一つの磁気回路に置かれる際、前記磁気回路部品と少なくとも一つの正方向カップル力が得られ、該磁気導体が前記磁気回路部品と相対運動が行われ、磁気抵抗が変化され、磁気弾性力が得られる。前記推力と前記磁気弾性力とのバランスを利用して位置決め制御ができる。

上記で述べた前記ボイスコイルモーターは、どのような磁気回路であっても、前記磁気回路部品と前記電気回路部品との質量差はほぼ同じため、前記磁気回路部品は固定、前記電気回路部品が可動、或いは前記磁気回路部品は可動、前記電気回路部品は固定で配置できる。

本発明のボイスコイルモーターは、電気回路部品に含まれる磁気導体と磁気回路部品との相対移動によって磁気抵抗が変化され、磁気弾性力が得られる。磁気回路設計に当たって、磁気抵抗最小平衡点、移動量と伴う磁気抵抗変化率、無電流時平衡点及び磁気弾性力係数調整について以下の実施例で詳細説明する。

図５で示すように、磁気導体522の中心線523は電気回路部品52のコイル521の中心線524とオフセット配置されている。磁気回路部品51の中心線511は磁気抵抗最小をするために中間線523まで揃おうとする。これで無電流平衡点の変更ができる。

図６Ａで示すように、磁気導体62は移動方向63と平行する、磁気回路部品61と垂直する表面の両側に、対称傾斜角621、622を設けることができる、前記2つの傾斜角621、622の傾斜率変更によって磁気弾性力係数が傾斜率大きくなるほど磁気弾性力係数が大きくなると調整される。図６Ｂで示すように、対称傾斜角621、622を移動方向63に沿って非対称傾斜角623、624に替えられる。そうすることにより磁気回路部品61の中間線は前記傾斜変化交叉点64へオフセットされ、磁化面積最大、磁気抵抗最小となり、無電流平衡点は替えられる。図６Ｃで示すように、前記傾斜角621、622は階段625、626のようにも替えられ、無電流平衡点と磁気弾性力係数を調整できる。

図７Ａで示すように、磁気導体71はギャップ72と対向する面に少なくとも一つの凹溝若しくは凹孔73を設けられる。前記73は移動方向74に沿って幅を変えると、磁気弾性力係数は調整される。同様、図７Ｂに示すように、前記凹溝若しくは凹孔73の中間線731は前記磁気導体71移動方向74の中間線712とオフセット配置される時、磁気回路部品75の中間線位置は前記凹溝若しくは凹孔73中間線731と71の中間線712の間になる。磁気抵抗最小となっているため無電流平衡点を変えられる。

図８Ａで示すように、磁気導体801が磁気回路部品802と対向、コイル803と隣接する表面に、突起状階段平面804を設けられる。前記突起状階段平面804の幅を変えると、磁気弾性力係数を調整できる。同様、突起状階段平面804中間線は前記磁気導体801中間線と重ねない場所で配置された時、前記磁気回路部品802中間線位置は前記突起状階段平面804中間線と前記磁気導体801中間線の間になる。磁気抵抗最小となっているため無電流平衡点を変えられる。図８Ｂで示すように、更に複数の突起状階段平面805、806を加えると、2つの台が作れる。この台で出来たギャップのサイズ大きさによって磁気弾性力係数を調整できる。左右ギャップのサイズを変えれば無電流平衡点が変わる。図８Ｃで示すように、前記磁気回路部品802と対向、かつ前記コイル803と隣接する前記磁気導体801の表面に、2つの傾斜面807、808を設けられる。単位レベル移動の際、前記2つの傾斜面は磁気抵抗を段階的に変化させ、磁気弾性力係数を調整できる。なお2つの傾斜面807、808の傾斜率の調整によって、無電流平衡点も変えられる。

上記で述べたように、本発明のボイスコイルモーターの磁気回路部品と電気回路部品の間、ギャップと隣接する面に正方向カップル力があり、前記ギャップを維持するために、前記カップル力と対抗できる力が必要となる。この問題解決するために、本発明のボイスコイルモーターは懸架機構を設け、前記カップル力で該懸架機構に予圧を与え、該懸架機構のあそびをなくせ、以下実施例で詳細説明する。

本発明のボイスコイルモーターを短ストロック移動で応用される際、例えばオートフォーカス用マイクロモジュールの移動量は０.５mmより小さく、平行連接棒の方法でやるのが普通である。この方法の懸架機構は図９で示すように、三つの関節連接アーム901で構成され、内に少なくとも2つのアーム901は同じ長さで平行に設置され、平行機構となる。本例では、前記ボイスコイルモーターの電気回路部品904はベース903と固定され、ベース903に複数の回転軸9031がある。前記ボイスコイルモーターの磁気回路部品902は可動、複数の回転軸9021がついている。各アーム901の一端を前記磁気回路部品902の回転軸9021と接続、別端を前記ベース903の回転軸9031と接続させる。前記環状関節の内径は前記回転軸9021の外径より若干大きくさせる。前記電気回路部品904と前記磁気回路部品902の間に正方向吸引力があるため、環状関節の関節は間隙なくなる上、転がり接触もキープできる。前記磁気回路部品902と前記電気回路部品904間のギャップ905維持のために、2つのアーム901は同じ長さで平行配置しなければならない。前記磁気回路部品902は平行連接棒の動作パタンーに従い、前記磁気回路部品902は高再現性移動できる。環状関節解説は本発明懸架機構特徴を理解しやすい説明であり、該環状関節は球状関節、アーク状関節等に変化できる。どんなに変わってもその特徴として前記磁気回路部品部材若しくは電気回路部品部材と接続する際、自由的に相対回転できればよい。

上記平行連接棒懸架機構はマイクロボイスコイルモーターに応用された際、体積が大き過ぎると指摘され、下記の実施例において改善されている。上記連接アームの代わりに線状牽引物を使用する懸架機構は図１０で示されている。各線状牽引物1001の一端はボイスコイルモーターの磁気回路部品1002に固定、別端はベース1003の両柱10031、10032に固定する。この三つの線状牽引物は曲がる材料であるため、電気回路部品1004と前記磁気回路部品1002間の正方向吸引力に引っ張られ、直線となる。前記磁気回路部品1002と前記電気回路部品1004間のギャップ1005を維持するために少なくとも２つの線状牽引物1001は同じ長さで平行に配置しなければならない。前記磁気回路部品1002は前記電気回路部品1004に対して摩擦力のない平行移動ができる。

しかし注意しなければならないのは、上記の三つの線状牽引物の懸架機構を使用する際、図１１Ａで示すように、磁気回路部品1101と電気回路部品1102の間、矢印方向1103に相対回転運動が行われる。この回転運動は前記平行移動に側面方向に回転傾斜角を持たせ、光学システムに応用される際、映像の質に悪影響を与える。ここでは前記回転運動を抑制方法について説明する。矢印1104の方向から見ると、図１１Ｂで示すように、磁気回路部品1101が電気回路部品1102と相対回転運動あり、斜線面積を除いて両者のギャップ間の面積が小さくなるため、磁気抵抗が増える。これで磁気モーメント1105が発生され、上記磁気回路部品1101と電気回路部品1102全面積重ね合わせ状態に戻ろうとする。この相対回転運動を抑制するためには、前記磁気モーメントを強化しなければならない。ここでは表面磁石型磁気回路を実施例として説明する。図１２Ａで示すように、電気回路部品1202と対向する磁気回路部品1201の磁石12011の磁極表面に平行相対運動方向1207に沿って少なくとも一つの凹溝1203を設ける。或いは前記磁気回路部品1201と対向する前記電気回路部品1202の磁気導体12021の表面に平行相対運動方向1207に沿って少なくとも一つの凹溝1204を設ける。前記凹溝1204は凹孔に代わってもよい。こうすることによって矢印1205の方向から見ると、上記磁気回路部品1201と前記電気回路部品1202の間、矢印方向1206に相対回転運動が生じる場合、図１２Ｂで示すように、重ねない面積が図１１Ｂの二倍、磁気抵抗も二倍になる。これで磁気モーメントも二倍となり、前記相対回転運動による側面方向回転傾斜角をより強く抑制できる。

相対回転運動抑制で側面方向回転傾角をコントロールする上記実施例は、表面磁石型であり、同じコンセプトで他の磁気回路にも展開できる。

上記三つの線状牽引物を使用する懸架機構に側面方向回転傾斜角を完全に解消するために前記懸機構を改良する必要がある。最も簡単な方法は、図１３で示す実施例のように、懸架機構の第一組の平行限定部品13011と第二組の平行限定部品13012の間に角度を設けた配置とする。各組の平行限定部品は同じ長さかつ平行設置の線状牽引物が少なくとも２つで構成される。各線状牽引物の片端はボイスコイルモーターの磁気回路部品1302と、もう一つの端はボイスコイルモーターの電気回路部品1304のベース1303の両スタンドと固定でつなげる。前記電気回路部品1304と前記磁気回路部品1302の間に正方向吸引力があるため、前記全ての線状牽引物はこの吸引力で引っ張られ真っ直ぐとなる。なお前記磁気回路部品1302と前記電気回路部品1304の間にギャップ1305もキープする。前記懸架機構に少なくとも二組の平行限定部品に角度を設けた配置とすれば、矢印方向1306を軸とする回転は制限されることが幾何解析でわかり、前記側面方向回転傾斜角問題を解消できる。同じ長さかつ平行に設置された状牽引物が平行限定機能があるため、前記磁気回路部品1302と前記電気回路部品1304の間に摩擦の無い、平行相対運動ができる。

二組平行限定部品を角度ありで配置する上記懸架機構は側面方向回転傾斜角問題を完全に解消できるが図１４で示すように、矢印方向1401にボイスコイルモーターは瞬間的な振動干渉を受けると、磁気回路部品1402は前記矢印方向1401にオフセットされ、矢印方向1403に沿って相対回転移動が起される。この相対回転移動はダイナミック的なものであり上記干渉がなくなると、最小磁気抵原理で消える。前記磁気回路部品1402と前記矢印方向1401が元の平行状態に戻り、相対回転移動による回転傾斜角を発生せず、光学応用時のオートフォーカスボケ現象は現れない。但し、映像範囲に若干影響されるため、前記懸架機構は外部衝撃の少ない製品に適応と思われる。例えばノート型パソコンの内蔵式オートフォーカスモジュールのボイスコイルモーターでの使用。

本発明のボイスコイルモーターを携帯用電子製品に使われる際、例えば携帯電話のオートフォーカスモジュールは振動の干渉を受けやすく、かつ使用時の姿勢変化があるため、上記ボイスコイルモーター可動部の相対回転移動を強く抑制する必要がある。下記数例でボイスコイルモーターの電気回路部品の設計変化で更に側面方向に予圧を与え、線状牽引物の数を増やして相対回転移動を抑制する方法を説明する。

第一の実施例において、図１５で示されるように、電気回路部品1501に含まれるコイル15011と磁気導体15012を共に磁気回路部品1502の側面まで延伸部1504のように伸び曲がり、かつ前記磁気回路部品1502とギャップ1503ありで設置する。延伸部1504の曲がり部の磁気導体15012は前記磁気回路部品1502と、側面方向の磁気リンケージにより、正方向の吸引力1506が生じる。追加した線状牽引物1507の片端は前記磁気回路部品1502に、もう一つの端は前記延伸部1504反対側の柱1508に固定でつなぐ。

第二の実施例において、図１６で示されるように、磁気回路部品1602と対向しない電気回路部品1601の側面に磁気導体1603を更に設けられる。前記磁気導体1603は図15伸び曲がり延伸部1504の代わりに前記磁気回路部品1602と側面方向の磁気リンケージをすることによって移動方向1604と垂直する方向に吸引力1605が得られる。追加した線状牽引物1606の片端は前記磁気回路部品1602に、もう一つの端は前記磁気導体1603反対側の柱1607に固定でつなぐ。

第三の実施例において、図１７で示されるように、磁気回路部品1702と対向しない、電気回路部品1701の側面に磁石1703を更に設けられる。磁石1703は図16の磁気導体1603の代わりに前記磁気回路部品1702と側面方向の磁気リンケージすることによって可動方向1704と垂直する方向に吸引力1705が得あられる。追加した線状牽引物1706の片端は前記磁気回路部品1702に、もう一つの端は前記磁石1703反対側の柱1707に固定でつなぐ。

第五の実施例において、図１８で示されるように、電気回路部品1801の磁気導体18011の中心線18013とコイル18012の中心線とオフセット配置される。磁気回路部品1802の中心線18021と前記磁気導体18011の中心線18013の間に位置偏差があるため可動方向1803と垂直する方向に力1804が得られる。この際、追加した線状牽引物1805の片端は磁気回路部品1802に、もう一つの端は反対側の柱1806に固定でつなぐ。

上記の線状牽引物の実施例説明は本発明技術を理解す安いためのものに過ぎない。該線状牽引物は薄板などのような牽引物にも代われる。なお牽引物の材料は導電性のある金属に限らない。注意すべきところとして、ボイスコイルモーターの電気回路部品が固定される場合、前記牽引物は導電性のない、多数の化学繊維で作られた糸でもよい。例えばKEVLARのような優れた減衰特性を持ちかつ大きな衝撃を耐えられ、断裂や永久変形をしないものであればよい。牽引物はどんな材料であっても、正方向カップル力の方向に引っ張られる際、設計長さ以上に伸びない、且つ可動部移動の際、自由に曲がれる、平行運動を維持できるものであればよい。なお、上記複数の実施例で提示された前記懸架機構は、本発明技術を理解しやすいためのものであり、本発明のコンセプトを用いて上記と異なった懸架機構を展開できる。携帯用製品への応用実施例として携帯電話のカメラモジュールのオートフォーカスレンズでの応用を下記いつくの実施例で追加説明する。懸架機構がどのように変化しても以下の特徴を持つものは本発明主張のコンセプトである。懸架機構に複数の牽引物は含まれ、且つ少なくとも二つの前記牽引物は同じ長さで平行配置されることによってモーター固定部と可動部の間の相対運動が平行に行える。

長い移動ストロークが必要とされる場合、上記牽引物同じ長さの懸架機構においてモーター可動部である磁気回路部品が移動距離の増加と伴い、電気回路部品から徐々に離れる。多レンズオートフォーカスに使用される場合、レンズ間の光軸重ね精度が厳しく要求されるため、上記複数牽引物で構成される懸架機構は適切ではない。問題解決には別の懸架機構は必要となり、本発明は下記のように、新たな機構を提案する。

図19の実施例は機構の断面概略図を示している。この懸架機構は転がり接触のものであり、内の可動部1901に第一接触凹溝19011と第二接触凹溝19012を設け、原理説明をしやすいために、前記第一接触凹溝19011と第二接触凹溝19021を共に角型凹溝とする。固定部1902にも第三接触凹溝19021と第四接触凹溝19022を設け、上記と同様、説明しやすいために前記第三接触凹溝19021を角型凹溝とし、前記第四接触凹溝19022を方形の凹溝とする。前記可動部1901の前記第一接触凹溝19011と前記固定部1902の前記第三接触凹溝19021の間に少なくとも二つの転がり体1903が挟み置かれ、前記可動部1901の前記第二接触凹溝19012と前記固定部1902の前記第四接触凹溝19022間にも少なくとも二つの転がり体が挟み置かれる。説明しやすいために、上記転がり体をボールとする。正方向カップル力1905で前記可動部1901が固定部1902に吸引される際、前記第一接触凹溝19011前記第三接触凹溝19021、と前記第二接触凹溝19012が任意の転がり体と２点接触する。前記第四接触凹溝19022は任意の転がり体と１点接触する。上記の２点接触の接触点での反力は前記正方向カップル力1905と平行せずに一部は前記正方向カップル力1905と垂直方向に働く。この働きは側面方向平衡力と呼んでいる。この側面方向平衡力は前記第一接触凹溝19011と前記固定部1902間の前記転がり体1903に固定部1902の第三接触凹溝19021にぴったり沿って回転するので、可動部の振れを抑制できる。また、固定部1902の第四接触凹溝19022と転がり体と一点接触し、前記接触点の反作用力の一部は正方向カップル力1905に平行して生じられ、側面に制限が界ないので、可動部1901の第一接触凹溝19011と第二接触凹溝19012及び固定部1902の第三接触凹溝19021と第四接触凹溝19022の相対正位置許容度誤差は大きくすることができる。勿論接触凹溝は角型凹溝や平底凹溝に限らず、アーク凹溝或いは環状凹溝、転がり体もボール或いはローラーに変えられる。ともかくコンセプトとして、三つの接触凹溝と転がり体は二点或いは二ラインで接触することであり、その反作用力は正方向カップル力1905に垂直な分力を有し、且つ接触凹溝と転がり体は一点或いは一ラインで接触し、その反作用力が正方向カップル力1905に平行であれば、上記の振れをなくし、回転運動ができる。

上記コンセプトの延長として、回転式の装置はここで提案され、その断面構造は図２０で示される。この提案の懸架機構は第一環状接触凹溝2001、第二環状接触凹溝2002を設け、前記第一環状接触凹溝2001と前記第二環状接触凹溝2002の間に複数の転がり体2003を挟み、一つの剛体で2005を含む電気回路部品と一つの磁気導体2006を含む磁気回路2007により構成される。前記面凹溝2001と2002はそれぞれ前記2005或いは前記2007に配置され、前記第一環状接触凹溝2001と前記第二環状接触凹溝2002の間に少なくとも三つの転がり体2003を挟み、なお前記第一環状接触凹溝2001と前記第二環状接触凹溝2002が前記各転がり体2003と少なくとも二点または二ラインで接触する。これで前記正方向カップル力2008をサポートする反作用力及び前記正方向カップル力2008と垂直する分力を与える。

任意のボイスコイルモーターにおいて磁気弾性力があれば、オーペンロープの位置決め制御はできるということが上記説明から分かる。この磁気弾性力は図１から図3のようにボイスコイルモーターの磁気回路から得られる。従来のボイスコイルモーターのように一つの磁気導体と少なくとも一つの磁石を含む磁気回路があり、前記磁気導体を前記磁気回路に、または別の磁気導体を上記磁気回路に設置すれば、図４Ａから図４Ｃのように磁気弾性力も得られる。要するに、ボイスコイルモーターに磁気弾性力を持たせる方法は必ず下記二つの要素が必要となる。A)一つの磁気導体を少なくとも一つの磁石を含む磁気回路部品の磁界に設置すること。B)前記磁気導体と前記磁気回路部品の間、前記ボイスコイルモーター可動部の移動方向に磁気抵抗最小の平衡点があり、かつこの平衡点から移動する際、前記磁気抵抗が移動量と伴い、増えること。

上記磁気回路部品と磁気導体はそれぞれ、従来のボイスコイルモーターのように移動部と固定部に剛体固定される。

上記方法に導電金属板を前記磁界に追加、或いは導電性のある鉄材料で作られた磁気導体にすれば減衰効果は強化できる。

制御流れのブロック図２１を参照しながら前記磁気弾性力とコイルの推力を使って位置決めする方法を以下で説明する。

第一、磁気弾性力を有するボイスコイルモーターを備え。

第二、磁気弾性力係数Ksとモータ推力係数Kiで位置指令Pcmdを電流指令Icmdに変える。変え方として、Icmd＝（Ks/Ki）Pcmd

磁気弾性力係数Ksの定義：単位変位あたりの磁気弾性力。
モータ推力係数Kiの定義：単位電流あたりの推力。
前記Ks/Kiは単位電流あたりの変位量であり、ブロック2101のゲインとして使われる。

第三、電流指令Icmdをパワーアンプ2106の入力Iinに入力するとパワーアンプ2106の出力電流はボイスコイルモーターのコイル2107に流れる。このコイル電流で得られた、モーター可動部に対する推力は位置指令Pcmd変位量の磁気弾性力と同じ大きさ、反方向であるため、前記可動部が位置指令Pcmdのところで停止する。

前記電流は前記コイルの両端から見て単一方向で、このとき前記モーターは前述した最小磁気抵抗平衡点より単一方向に移動するだけである。勿論前記電流はさらに双方向電流となり、このとき前記モーターは前記最小磁気抵抗平衡点より両方向に移動でき、この種の双方向電流駆動モジュールは同様の磁気弾性力係数と同様の移動ストローク要求を具えたボイスコイルモーターにとり、電源側から見て前記単一方向電流の半分を必要とするだけなので、電流消耗を効率的に低減し、これは電池をエネルギー源とする携帯用装置にとり非常に重要である。

ボイスコイルモーターは垂直に置かれる場合、前記可動部が地球引力で重力影響を受ける。この際の前記コイル電流の推力は磁気弾性力と重力の合計と同じではなければ、前記可動部は目標位置まで移動しない。ここで提案したオーペンループ制御は目標位置の電流指令をモーターに与えるだけで目標位置までモータ可動部がどの程度で移動したのを監視していない。全ストロックにおいて精度のある位置決めをする際、クローズループの制御方法が必要となる。このため、上記のオーペンループ制御方法はさらに下記の工程を含む。A) 位置センサー2108を用いて前記ボイスコイルモーター可動部の現在位置を検出し、位置フィードバック信号pfbkが得られる。B)演算ブロック2109において前記位置指令Pcmdから前記検出値pfbkを引き、得た結果を少なくとも一つの積分器を含む演算ブロック2110に入力すれば、位置誤差補正電流指令Icompが得られる。C)演算ブロック2105において前記目標電流指令Icmdと位置誤差補正電流Icompの加算を行う。

上記クローズループコントローラに減衰特性を強化したければ、微分器も更に追加できる。

上記クローズループコントローラの位置センサーに従来の光学式リニアースケール、光線遮断カウンター、光線反射器、渦電流近接センサー、レーザー干渉計などのものを使用できる。但し、ホール検知素子または磁気抵抗検知素子を前記位置センサーとして使用すると、スペースメリットがあり、携帯用電子製品に応用しやすい。本発明のボイスコイルボモータの磁気回路の磁界を利用しての位置検出、または上記ホール検知素子或いは磁気抵抗検知素子を前記磁気回路部品に近いところに設置しての位置検出を用いれば、実施例図２５で示されたように前記ボイスコイルモーターのサイズがかなり小さくなる。

位置センサー、導電金属板、減衰剤を使わないで位置決め、減衰特性強化可能の本発明の制御方法は磁気弾性力のある前記に応用できると留まらず、弾性変形体のあるボイスコイルモーターにも適用できる。

ボイスコイルモーターのコイル逆電圧はモーター可動部の移動速度と比例することがレンツの法則で分かる。この比例値はモーター電圧係数と呼ばれるすなわちコイル逆電圧値を検出できれば、検出値はモーター可動部の移動速度として使える。移動速度を速度指令にフィードバックすることによって可動部の減衰特性を強化できる。これは本発明一つの特徴であり、上記位置決め制御に下記のものを追加できる。

１）コイル逆電圧値を速度信号に転換する演算ブロックは2102である。検出されたコイル2107両端の逆電圧Ｅをモーター電圧定数Kvでボイスコイルモーター可動部の速度フィードバック信号vfbkに変える。そ計算式はvfbk＝E/Kvである。

モーター電圧係数Kvは単位移動速度あたりの逆電圧値で定義する。

２）2104は引き算ブロックである。速度指令vcmdから速度フィードバック信号vfbkを引き算して速度誤差verrが得られる。速度誤差verrはゲインＧで増幅して減衰補正電流指令Idampが得られる。その計算式はIdamp＝Ｇ＊verr＝Ｇ＊（vcmd−vfbk）である。

３）演算ブロック2105において前記減衰補正電流指令Idampと前記電流指令Icmdを加算する。その計算式はIin＝Icmd＋Idamp＝Icmd＋Ｇ＊verrである。

上記により、入力Iinには位置決め電流指令Icmdと速度誤差電流指令Ｇ＊verrが含まれる。位置決め電流指令Icmdは前記磁気弾性力と同じ大きさで推力を起し速度誤差電流指令Ｇ＊verrは可動部停止時の減衰を早まらせ、安定時間を短縮する効果がある。ゲインＧをいじればその効果は調整できる。

上記２）の速度指令vcmdは等価ゼロ速度である場合、計算式はverr＝０−vfbk＝−vfbkである。

上記２）において、位置指令Pcmdを微分演算ブロック2103にかければ速度指令vcmdが得られる。その計算式はverr＝（d/dt）Pcmd−vfbkである。

本発明のボイスコイルモーターとオーペンループ位置決め制御方法をＣＤ-ＲＯＭデッキ或いはＤＶＤデッキ信号読み取りヘッドへ応用の際、フォーカスレンズが上下方向に動くと共にトラッキング方向にも左右動く。下記の実施例を見れば本発明上下左右２方向での応用をよく理解できる。

図２２で示されるように、ベース2201の側面壁22011の対向側に2201と剛性連結で板状電気回路部品2202が設置される。板状電気回路部品2202に第一コイル22021と板状ヨーク22022が含まれる。少なくとも一つのレンズを搭載する中空円筒状のモータ可動部2203はベース2201の上に浮かび設置される。板状電気回路部品2202とベース2201剛性連結で設置され、磁気回路部品にアーク型ヨーク22041、第一磁石22042及び第二磁石22043が含まれる。板状ヨーク22022と磁気回路部品の間に第一矢印方向2205と第二矢印方向2206に相対移動の際、磁気弾性力が起される。更に前記磁気回路部品に偏向異方性の第三磁石22044と第四磁石22045が含まれ。第一コイル22021と対向する側に、壁22011の中に第二コイル22023を更に追加できる。モータ可動部2203の両側に第一平行機構22031、第二平行機構22032が平行に配置される、各平行機構は平行配置かつ長さ同じな２本の牽引物に構成される。各牽引物の両端はそれぞれモータ可動部2203と壁22011につなげる。第一磁石22042と第二磁石22043が板状電気回路部品2202に吸引される際、上記4本の牽引物が引っ張られ、真っ直ぐとなる。第一コイル22021に電流を流す際、電流で起された推力が第一矢印方向2205の磁気弾性力とバランスを取りながら、モータ可動部2203を第一矢印方向2205に第一コイル22021と平行に動かせる。同様、第二コイル22023に電流を流す際、モータ可動部2203が第二コイル22023と平行して第二矢印方向2206に動く。

本発明のボイスコイルモーター及びオーペンループの位置決め制御方式は携帯用電気製品に幅広く応用できる。ノート型パソコン或いは携帯電話のカメラオートフォーカスへ、三つの応用実施例を以下で説明する。

第一、板状電気回路例として図23で示されるように、ベース2301の側面壁2302と対向する面に電気回路部品2304がベース2301と剛性連結で設置される。電気回路部品2304に第一コイル23041及びヨーク23042が含まれる。レンズを搭載する中空円筒状のモータ可動部2303はベース2301の上に浮かび設置される。電気回路部品2304と対向する面に第一磁気回路部品2306と第二磁気回路部品2307がモータ可動部2303と剛性連結で前記中空円筒の両外側角に設置される。フットプリント最小に、モータ可動部2303の両側に配置角度のある第一平行機構23051と第二平行機構23052が設けられ、各平行機構は平行配置かつ長さ同じな２本の牽引物に構成される。各牽引物の両端をそれぞれモータ可動部2303と側面壁2302につなげる。第一磁気回路部品2306、第二磁気回路部品2307が電気回路部品2304に吸引される際上記４本の牽引物が引っ張られ、真っ直ぐとなり、側面方向回転防止のような平行懸架機構を構成できる。コイル23041に電流を流す際、電流で起された推力がはヨーク23042、第一磁気回路部品2306、第二磁気回路部品2307の磁気弾性力とバランス取りながらモータ可動部2303を回転傾斜角なしで電気回路部品2304と平行に動かせる。

第二、円筒内電気回路部品例として図２４で示されるように、ベース2401の両側面に第一壁2402と第二壁2403を設置する。ベース2401の中心位置に、ベース2401と剛性連結される円筒状電気回路部品2404が設置され、円筒状電気回路部品2404にコイル24041とアーク状ヨーク24042が含まれる。レンズを搭載する中空円筒状のモーター可動部2405はベース2401の上に浮かび設置される。モーター可動部2405の３外側角に第一磁気回路部品24061、第二磁気回路部品24062と第三磁気回路部品24063がモーター可動部2405と剛性連結される。モーター可動部2405四つ目の外側角に柱24064を設けた、フットプリント最小に、モーター可動部2405と隣接両側に第一平行機構24071と第二平行機構24072が垂直配置で設けられる。各平行機構は長さ同じ、平行配置の牽引物に構成される。第一平行機構24071の各牽引物の両端はモーター可動部2405の柱24064と第一壁2402に、第二平行機構24072の各牽引物の両端はモーター可動部2405の柱24064と第二壁2403にそれぞれつなぐ。第一磁気回路部品24061、第三磁気回路部品24063は円筒状電気回路部品2404に吸引される際、上記牽引物が引っ張られ、真っ直ぐとなり、側面回転防止可能の平行懸架機構を構成できる。他に、円筒状電気回路部品2404のアーク状ヨーク24042の中心線を第一磁気回路部品24061と第三磁気回路部品24063の中心線とオフセット設置することにより矢印方向2408にモーメントが起される。両端をモーター可動部2405と第一壁2402につなぐ牽引物2409が上記モーメントトルクを抑え、平行移動しながらの回転を抑制できる。コイル24041に電流を流す際、電流で起された推力がアーク状ヨーク24042、第一磁気回路部品24061、第三磁気回路部品24063の磁気弾性力とバランス取りながらモーター可動部2405を回転傾斜角なしで円筒状電気回路部品2404と平行に動かせる。

図２５で示されるように、ベース2501の上、対向角に第一柱2502と第二柱2503を設置する。上記2つの角と別の角に電気回路部品2504がベース2501と剛性連結され、電気回路部品2504にコイル25041とヨーク25042が含まれる。レンズを搭載する中空円筒状のモータ可動部2505はベース2501の上に浮かび設置される。モータ可動部2505の表面にアーク状磁気回路部品2506をつけてフットプリント最小に、第一柱2502と第二柱2503に第一凹溝25021と第二凹溝25031を設け、第一凹溝25021と第二凹溝25031と対向するところに第三凹溝25051と第四凹溝25052をモータ可動部2505に設ける。第一凹溝25021と第三凹溝25051と間に第一組複数の転がりボール2507、第二凹溝25031と第四凹溝25052と間に第二組複数の転がりボール2508を挟み置く。アーク状磁気回路部品2506と電気回路部品2504の間に吸引力があるため上記凹溝間のボールに予圧が得られ、モータ可動部2505が回転傾斜角を持たずに電気回路部品2504と平行に移動できる。コイル25041に電流を流し電流で起された推力がヨーク25042と磁気回路部品2506の磁気弾性力とバランス取れる。他に本装置には位置センサー2509と積分演算のあるコントローラ2510も含まれる。位置センサー2509は、ホール検知素子或いは磁気抵抗検知素子であり、磁気回路部品2506表面のところに設置することによって装置全体の体積はかなり小さくなる。位置センサー2509はコントローラ2510と電気的につながり、コントローラ2510は積分演算などでモータ可動部2505の位置誤差を修正し、クローズループ位置決め制御が得られる。

上記の応用実施例の目的は、本発明を理解しやいためのもの、本発明の範囲を強調するものではない。本発明のコンセプトを用いたあらゆる応用は本発明の特許申請の範囲に入る。

本発明に基いて実現できる表面磁石型のボイスコイルモーター磁気回路構造の概略図である。本発明に基いて実現できる表面磁石型のボイスコイルモーターの磁気回路において磁気抵抗変化の概略説明図である。本発明に基いて実現できる磁気収束型のボイスコイルモーター構造の概略図である。本発明に基いて実現できるヨーク使用のないボイスコイルモーター構造の概略図である。本発明に基いて実現できる混合型の円筒型のボイスコイルモーター概略断面図である。本発明に基いて実現できる混合型の円筒型のボイスコイルモーターに円筒磁石追加の概略断面図である。本発明に基いて実現できる混合型の円筒型のボイスコイルモーターに円形磁気導体追加の概略断面図である。本発明に基いて実現できる電気回部品中心線と磁気導体中心線と、オフセット配置することにより磁気弾性力係数と無電流平衡点を調整する概略説明図である。本発明に基いて実現できるボイスコイルモーターの電気回路部品の磁気導体両側面に対称傾斜度のある面を設けることにより、磁気弾性力係数と無電流平衡点を調整する概略説明図である。本発明に基いて実現できるボイスコイルモーターの電気回路部品の磁気導体両側面に非対称傾斜度のある面を設けることにより、磁気弾性力係数と無電流平衡点を調整する概略説明図である。本発明に基いて実現できるボイスコイルモーターの電気回路部品の磁気導体両側面に階段のような高さの異なる面を設けることにより、磁気弾性力係数と無電流平衡点を調整する概略説明図である。本発明に基いて実現できるボイスコイルモーターの電気回路部品の磁気導体表面に凹溝或いは凹孔を設けることにより、磁気弾性力係数と無電流平衡点を調整する概略説明図である。本発明に基いて実現できるボイスコイルモーターの電気回路部品の磁気導体表面に凹溝或いは凹孔、かつ中心線オフセットありを設けることにより、磁気弾性力係数と無電流平衡点を調整する概略説明図である。本発明に基いて実現できるボイスコイルモーターの電気回路部品の磁気導体表面に階段のような高さの異なる面を設けることにより、磁気弾性力係数と無電流平衡点を調整する概略説明図である。本発明に基いて実現できるボイスコイルモーターの電気回路部品の磁気導体表面に階段のような高さの異なる複数の面を設けることにより、磁気弾性力係数と無電流平衡点を調整する概略説明図である。本発明に基いて実現できるボイスコイルモーターの電気回路部品の磁気導体表面に階段面、斜面を設けることにより、磁気弾性力係数と無電流平衡点を調整する概略説明図である。本発明に基いて実現できる、ボイスコイルモーターの懸架機構は同じ長さ、且つ平行に配置される関節のある三つのアームに構成される概略説明図である。本発明に基いて実現できる、ボイスコイルモーターの懸架機構は同じ長さ、且つ平行に配置される三つの線状牽引物に構成される概略説明図である。本発明に基いて実現できる表面磁石型のボイスコイルモーターにおいて可動方向と垂直する方向を軸とする回転運動の概略説明図である。本発明に基いて実現できる表面磁石型のボイスコイルモーターにおいて回転運動の際、重なる面積変化の概略説明図である。本発明に基いて実現できる表面磁石型ボイスコイルモーターにおいて移動方向に磁気回路部品磁石と電気回路部品磁気導体の表面に凹溝を設け、かつ回転運動の概略説明図である。本発明に基いて実現できる表面磁石型ボイスコイルモーターにおいて、磁気回路部品磁石と電気回路部品磁気導体の表面に凹溝を設け、回転運動が行われる際、重なる面積変化の概略説明図である。本発明に基いて実現できる表面磁石型ボイスコイルモーターの懸架機構は互に角度ありの２組平行機構を配置する概略説明図である。本発明に基いて実現できる表面磁石型ボイスコイルモーターの懸架機構は干渉を受ける際、移動方向と垂直する方向を軸とする回転運動の概略説明図である。は本発明のコンセプトに基づいて実現できる表面磁石型ボイスコイルモーターにおいて、電気回路部品は磁気回路部品の側面まで伸び曲がり、移動方向と垂直する方向に吸引力を発生させる概略説明図である。は本発明のコンセプトに基づいて実現できる表面磁石型ボイスコイルモーターにおいて、磁気回路部品の側面に別の磁気導体を設置し、移動方向と垂直する方向に吸引力を発生させる概略説明図である。本発明に基いて実現できる表面磁石型ボイスコイルモーターにおいて、磁気回路部品の側面に別の磁石を設置し、移動方向と垂直する方向に吸引力を発生させる概略説明図である。本発明に基いて実現できる表面磁石型ボイスコイルモーターにおいて、電気回路部品の磁気導体をコイル中心線とオフセット設置し、側面方向に力を発生させる概略説明図である。本発明に基いて実現できる、ボイスコイルモーターの懸架機構は転がりガイドで構成される説明図である。本発明に基いて実現できる、ボイスコイルモーターのは回転運動に応用される際、懸架機構は円状の転がりガイド構造で構成される概略説明図である。本発明に基いて実現できる、ボイスコイルモーターの位置決め制御の概略ブロック図である。本発明に基いて実現できる、ボイスコイルモーターにオーペンループ制御方法を用いて垂直する二方向に移動、位置決めさせる応用実施例の概略図である。本発明に基いて実現できる、ボイスコイルモーターにオーペンループ制御方法を用いて板状の電気回路部品を外側に設置する応用実施例の概略図である。本発明に基いて実現できる、ボイスコイルモーターにオーペンループ制御方法を用いて環状電気回路部品を内側に設置する応用実施例の概略図である。本発明に基いて実現できる、クローズループ位置決め制御を用いて回転運動の応用実施例の概略図である。リニアガイドを用いる従来のボイスコイルモーターの概略図である。弾性体の弾性力とコイル電流とのバランスを利用する従来の弾性板ばね式ボイスコイルモーターの概略図である。

符号の説明

１１：磁気回路部品
１１１：ヨーク
１１２：第一磁石
１１３：第二磁石
１２：電気回路部品
１２１：コイル
１２２：磁気導体
１２３：導電金属板
１３：ギャップ
１４：磁気回路
１５：磁気回路
１６：矢印方向
２１：磁気回路部品
２１１：第一ヨーク
２１２：第二ヨーク
２１３：磁石
２１４：矢印方向
２２：電気回路部品
２２１：コイル
２２２：磁気導体
２３：ギャップ
２４：磁気回路
３１：磁気回路部品
３１１：磁極の異なる磁石
３２：電気回路部品
３２１：コイル
３２２：磁気導体
３３：アーク線
３４：ギャップ
３５：磁気回路
４１：磁気回路部品
４１１：Ｌ型ヨーク
４１２：環状磁石
４１３：矢印方向
４１４：環状ヨーク
４２：電気回路部品
４２１：コイル
４２２：円筒型磁気導体
４２３：剛体
４２４：円筒型磁石
４２５：環状磁気導体
４３１、４３２：第一ギャップ、第二ギャップ
４４１、４４２：第一磁界、第二磁界
５１：磁気回路部品
５１１：磁気回路部品中心線
５２：電気回路部品
５２１：コイル
５２２：磁気導体
５２３：磁気導体中心線
５２４：コイル中心線
６１：磁気回路部品
６２：磁気導体
６２１、６２２：対称傾斜角
６２３、６２４：非対称傾斜角
６２５、６２６：階段面
６３：移動方向
６４：傾斜率変化交叉点
７１：磁気導体
７１１：コイル
７１２：磁気導体中心線
７２：ギャップ
７３：凹溝或いは凹孔
７３１：中心線
７４：移動方向
７５：磁気回路部品
８０１：磁気導体
８０２：磁気回路部品
８０３：コイル
８０４：高さの異なる階段面
８０５、８０６：高さの異なる階段面
８０７、８０８：傾斜面
９０１：アーム
９０２：磁気回路部品
９０２１：回転軸
９０３：ベース
９０３１：回転軸
９０４：電気回路部品
９０５：ギャップ
１００１：線状牽引物
１００２：磁気回路部品
１００３：ベース
１００３１：柱
１００３２：柱
１００４：電気回路部品
１００５：ギャップ
１１０１：磁気回路部品
１１０２：電気回路部品
１１０３：矢印方向
１１０４：矢印
１１０５：復帰磁気モーメント
１２０１：磁気回路部品
１２０１１：磁石
１２０２：電気回路部品
１２０２１：磁気導体
１２０３：凹溝
１２０４：凹溝
１２０５：矢印
１２０６：矢印方向
１２０７：運動方向
１３０１１：第一平行機構
１３０１２：第二平行機構
１３０２：磁気回路部品
１３０３：ベース
１３０３１、１３０３２：柱
１３０４：電気回路部品
１３０５：ギャップ
１３０６：傾斜角方向
１４０１：矢印
１４０２：磁気回路部品
１４０３：矢印方向
１５０１：電気回路部品
１５０１１：コイル
１５０１２：磁気導体
１５０２：磁気回路部品
１５０３：ギャップ
１５０４：伸び曲がり部
１５０５：移動方向
１５０６：正方向吸引力
１５０７：線状牽引物
１５０８：柱
１６０１：電気回路部品
１６０２：磁気回路部品
１６０３：磁気導体
１６０４：移動方向
１６０５：正方向吸引力
１６０６：線状牽引物
１６０７：柱
１７０１：電気回路部品
１７０２：磁気回路部品
１７０３：磁石
１７０４：移動方向
１７０５：正方向吸引力
１７０６：線状牽引物
１７０７：柱
１８０１：電気回路部品
１８０２：磁気回路部品
１８０３：磁石
１８０４：移動方向
１８０５：正方向反力
１８０６：線状牽引物
１８０７：柱
１８０１：電気回路部品
１８０１１：磁気導体
１８０１２：コイル
１８０１３：中心線
１８０２：磁気回路部品
１８０２１：中心線
１８０３：移動方向
１８０４：側面方向力
１８０５：線状牽引物
１８０６：柱
１９０１：可動部
１９０１１：第一接触凹溝
１９０１２：第二接触凹溝
１９０２：固定部
１９０２１：第一接触凹溝
１９０２２：第二接触凹溝
１９０３、１９０４：転がり体
１９０５：正方向カップル力
２００１：接触凹溝
２００２：接触凹溝
２００３：転がり体
２００４：電気回路部品
２００５：第一剛体
２００６：磁気回路部品
２００７：第二剛体
２００８：正方向カップル力
２１０１：電流指令演算ブロック
２１０２：速度フィーダバック演算ブロック
２１０３：微分演算ブロック
２１０４：減算ブロック
２１０５：加算ブロック
２１０６：パワーアンプ
２１０７：コイル
２１０８：位置センサー
２１０９：減算ブロック
２１１０：積分器を含む演算ブロック
２２０１：ベース
２２０１１：壁
２２０２：板状電気回路部品
２２０２１：第一コイル
２２０２２：平面状ヨーク
２２０２３：第二コイル
２２０３：可動部
２２０３１：第一平行機構
２２０３２：第二平行機構
２２０４１：弧形状ヨーク
２２０４２：第一磁石
２２０４３：第二磁石
２２０４４：第三磁石
２２０４５：第四磁石
２２０５：第一矢印方向
２２０６：第二矢印方向
２３０１：ベース
２３０２：壁
２３０３：可動部
２３０４：板状電気回路部品
２３０４１：コイル
２３０４２：ヨーク
２３０５１：第一平行機構
２３０５２：第二平行機構
２３０６：第一磁気回路部品
２３０７：第二磁気回路部品
２４０１：ベース
２４０２：壁
２４０３：壁
２４０４：円筒状電気回路部品
２４０４１：コイル
２４０４２：アーク状ヨーク
２４０５：可動部
２４０６１：第一磁気回路部品
２４０６２：第二磁気回路部品
２４０６３：第三磁気回路部品
２４０６４：柱
２４０７１：第一平行機構
２４０７２：第二平行機構
２４０８：矢印方向
２４０９：線状牽引物
２５０１：ベース
２５０２：第一柱
２５０２１：第一接触凹溝
２５０３：第二柱
２５０３１：第二接触凹溝
２５０４：電気回路部品
２５０４１：コイル
２５０４２：ヨーク
２５０５：可動部
２５０５１：第三接触凹溝
２５０５２：第四接触凹溝
２５０６：磁気回路部品
２５０７：第一組複数の転がりボール
２５０８：第二組複数の転がりボール
２５０９：位置センサー
２５１０：コントローラ
２６０１１、２６０１２：上ヨーク、下ヨーク
２６０１３、２６０１４：磁気導体
２６０３：コイル
２６０４：ギャップ
２６０５１：スライド
２６０５２：レール
２６０５３：ボール
２７０１：コイル
２７０２：磁石
２７０３：ヨーク
２７０４：アーム

Claims

少なくとも一つの磁石が含まれ、少なくとも一つの磁界が前記磁石により得られる磁気回路部品と、
少なくとも一つのコイルと少なくとも一つの磁気導体が含まれ、前記磁界に置かれた時、前記磁気回路部品と少なくとも一つのギャップがキープされる電気回路部品と、
前記磁気回路部品と前記電気回路部品の前記ギャップを保ち、且つ前記磁気回路部品と前記電気回路部品の相対移動が平行に行われるための懸架機構を有するボイスコイルモーターであって、
前記磁気導体が前記磁気回路部品の磁界に置かれた時、前記磁気回路部品との間に、少なくとも一つの正方向カップル力が得られ、該カップル力が前記懸架部品に予圧を与え、前記懸架機構平行移動時のあそびを解消し、
前記コイルに電流を流した時、該電流は前記磁界と互いに作用し、少なくとも一つの方向の推力が得られ、該推力により前記相対移動が行われ、前記磁界の磁気抵抗に変化が起こり、少なくとも一つの磁気弾性力が得られ、該磁気弾性力は前記推力と同じ大きさとなるところで、位置決め制御ができるということを特徴とするボイスコイルモーター。
請求項１において、前記磁気回路部品は更に少なくとも一つのヨークを含み、前記電気回路部品と対向し、前記ギャップと相隣の表面に少なくとも二つの異なる磁極が得られることを特徴とするボイスコイルモーター。
請求項１において、前記電気回路部品と対向する前記磁気回路部品表面に前記方向に少なくとも一つの凹溝が設けられることを特徴とするボイスコイルモーター。
請求項１において、前記磁気回路部品は固定、前記電気回路部品は可動、或いは前記磁気回路部品は可動、前記電気回路部品は固定されることを特徴とするボイスコイルモーター。
請求項１において、前記磁気回路部品と対向する前記電気回路部品の前記磁気導体表面に更に少なくとも一つの凹溝または凹孔が設けられることを特徴とするボイスコイルモーター。
請求項１において、前記方向と平行する、前記電気回路部品の前記磁気導体の第一側面は第二側面と平行、或いは前記第一側面と前記第二側面に傾斜度の異なる面、もしくは高さの異なる面を設けられることを特徴とするボイスコイルモーター。
請求項１において、前記磁気回路部品と対向する前記電気回路部品の前記磁気導体の表面に傾斜度の異なる面、もしくは高さの異なる面を設けられることを特徴とするボイスコイルモーター。
請求項１において、前記電気回路部品の磁気導体は前記磁気回路部品と対向しない側面まで延び曲がり、または前記磁気導体中心線は前記磁気回路部品中心線とオフセット配置されることを特徴とするボイスコイルモーター。
請求項１において、前記コイルとリンケージしない前記磁界に前記電気回路部品が更に少なくとも一つの磁気導体或いは磁石を含むことを特徴とするボイスコイルモーター。
請求項１において、前記磁界に前記電気回路部品は更に少なくとも一つの導電金属板を含むことを特徴とするボイスコイルモーター。
請求項１において、前記懸架機構に複数の牽引物が含まれ、少なくとも二つの前記牽引物は同じ長さで平行に設置されることを特徴とするボイスコイルモーター。
請求項１１において、前記牽引物は曲がる材料で作られ、細長い形状のものであり、前記牽引物は二つの端点を持ち、一つの端点は前記磁気回路部品と、または前記磁気回路部品に含まれる剛体とつながれ、もう一つの端点は前記電気回路部品と、または前記電気回路部品に含まれる剛体とつながれ、或いは前記牽引物は二つの関節を持つアームであり、一つの関節は前記磁気回路部品と、または前記磁気回路部品に含まれる剛体と連結され、もう一つの関節は前記電気回路部品と、または前記電気回路部品に含まれる剛体と連結されることを特徴とするボイスコイルモーター。
請求項１において、前記懸架機構に第一接触凹溝、第二接触凹溝、第三接触凹溝、第四接触凹溝及び複数の転がり体が含まれ、前記第一接触凹溝と前記第三接触凹溝は前記磁気回路部品に、前記第二接触凹溝と前記第四接触凹溝は前記電気回路部品に設置され、前記第一接触凹溝と前記第二接触凹溝の間に、前記第三接触凹溝と前記第四接触凹溝の間に少なくとも二つの転がり体が挟み置かれ、各該転がり体は第一接触凹溝、第二接触凹溝と少なくとも二点、或いは二ラインで接触し、各該転がり体は第三接触凹溝、或いは第四接触凹溝と少なくとも一点、或いは一ラインで接触することを特徴とするボイスコイルモーター。
請求項１において、前記懸架機構が回転運動に応用される場合、前記懸架機構に第一環状接触凹溝、第二環状接触凹溝及び複数の転がり体を含み、前記第一環状接触凹溝は前記磁気回路部品に、前記第二接触凹溝は前記電気回路部品に設置され、前記第一接触凹溝と前記第二接触凹溝の間に少なくとも三つの転がり体が挟み置かれ、各該転がり体は第一接触凹溝、第二接触凹溝と少なくとも二点、或いは二ラインで接触することを特徴とするボイスコイルモーター。
磁気弾性力を有するボイスコイルモーターを備え、
単位電流あたりの位置変位量を用いて位置指令を電流指令に変換し、
前記電流指令をパワーアンプで増幅後、前記ボイスコイルモーターのコイルに流し、それにより得た推力が、前記位置指令と同変位量を持つ磁気弾性力と同じ大きさであることを特徴とする位置決め制御方法。
請求項１５において、さらに、位置センサーを用いて前記ボイスコイルモーター可動部の現在位置を検出し、位置フィードバック信号が得られ、
前記位置フィードバック信号を前記位置指令から減算し、その差を少なくとも一つの積分器を含む制御回路に入力し、位置誤差補正電流指令が得られ、
前記位置誤差補正電流指令を前記電流指令に加算する、クローズループを特徴とする位置決め制御方法。
請求項１５において、さらに、前記コイル両側の逆電圧を検出検知し、速度フィードバック信号が得られ、
前記速度フィードバック信号をゼロ速度指令、或いは位置指令微分で得た速度指令から減算し、得られた速度誤差信号にゲインをかけ、減衰補正電流指令が得られ、
該減衰補正電流指令を前記電流指令に加算する、減衰特性強化を特徴とする位置決め制御方法。