JP2017060227A - 電磁モータ及び光学装置 - Google Patents

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共弘 藤田
Tomohiro Fujita
共弘 藤田
伊藤 栄一
Eiichi Ito
栄一 伊藤
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Abstract

【課題】複数のマグネットを円周配置した電磁モータの組み付け性を改善し、かつ小型化を実現する。【解決手段】複数のマグネット122を所定のピッチ寸法で円周配置したロータ又はステータと、同心配置された円筒状のヨークの周面に複数のコイルを配置したステータ又はロータを含む電磁モータであって、マグネット122の軸方向(ヨークの軸方向に沿った方向)の少なくとも一方の端部に、マグネット122の円周方向の間隔を保持する複数のスペーサ142をリング部141で一体に連結した構成のスペーサリング14が取着される【選択図】 図5

Description

本発明は複数のマグネット(永久磁石)を所定のピッチ寸法で配列したステータ(固定子)又はロータ(回転子)を有する電磁モータに関し、特にマグネットのピッチ寸法精度を高める一方で組み付け性を改善した電磁モータ、及びこれを備える光学装置に関するものである。
この種の電磁モータは光学装置に備えられてレンズ等の光学要素を駆動するために用いられる。この電磁モータでは、複数のマグネットを周方向に所定のピッチ寸法で均一配列することが要求されている。このピッチ寸法が均一でないと、モータの駆動時にコッギング、すなわち回転が不安定になるという問題が生じる。ピッチ寸法の均一化の要求を満たすために、特許文献1では、周方向に隣接配置される複数のセグメント磁石(マグネット)間に所定寸法の均等隙間を設け、この均等隙間に非磁性スペーサを接着剤とともに介在させることにより所定寸法を保持している。また、特許文献2は周方向に隣接する磁石間にテーパ状をしたスペーサを介在させ、このスペーサをボルトによってロータヨークに固定する構成がとられている。このスペーサによって磁石間の間隔寸法を保持し、同時に磁石とスペーサとの当接によって磁石の脱落を防止している。
特開2013−208003号公報 特開2006−296057号公報
これら特許文献1,2は、いずれも複数のマグネットの周方向の間隙にそれぞれ独立した個々のスペーサを介在させる技術である。そのため、マグネットの数と同数のスペーサが必要であるとともに、これらのスペーサをマグネットとともに組み付ける作業が必要であり、組み付け性が悪い。特に、特許文献1は個々のスペーサを接着剤で接着する作業が煩雑であり、特許文献2は個々のスペーサをボルトで固定する作業が煩雑になる。
また、特許文献1,2の各スペーサはそれぞれ独立した部品として製造されているので、各スペーサ間での製造誤差が生じ易く、またこの製造寸法誤差がそのままマグネットのピッチ寸法の誤差となる。さらに、これらのスペーサは隣接するマグネットの隙間を埋めるように配設されるため、マグネット及びスペーサの個数が多数の電磁モータの場合には、スペーサによる重量や寸法の増加も無視できなくなり、電磁モータの小型化を図る上では不利になる。
本発明の目的は、マグネットの組み付け性を改善するとともにピッチ寸法精度を高め、しかも小型化が実現できる電磁モータ及びこれを備える光学装置を提供するものである。
本発明は、回転軸を中心とした円筒状のヨークの周面に、磁極が交互に反対方向となるように複数のマグネットが所定のピッチ寸法で円周配置された構成を含む電磁モータであって、ヨークの軸方向に沿ったマグネットの少なくとも一方の端部に、マグネットの円周方向の間隔を保持する複数のスペーサを一体に有するスペーサリングが取着される。
本発明の好ましい形態の電磁モータは、回転軸を中心した円筒状のヨークの周面に複数のマグネットを所定のピッチ寸法で円周配置したロータ又はステータと、ヨークに対して同心配置された円筒状のコアの周面に複数のコイルを配置したステータ又はロータを含む電磁モータであって、ヨークの軸方向に沿ったマグネットの少なくとも一方の端部に、マグネットの円周方向の間隔を保持する複数のスペーサを一体に有するスペーサリングが取着される。
本発明にかかるスペーサリングは、好ましくは、ヨークに支持される円環状をしたリング部を備え、複数のスペーサは円周方向に配列した状態で当該リング部に一体に連結支持される。リング部の径方向の肉厚寸法はマグネットの径方向に向けられた厚み寸法に等しくされることが好ましい。また、スペーサリングはリング部の内周縁に沿って延長された環状鍔部を有し、マグネットはこの環状鍔部の外周面において径方向に支持されることが好ましい。
本発明の光学装置は、光学要素を駆動するための電磁モータを備えており、この電磁モータは、回転軸を中心とした円筒状のヨークの周面に、磁極が交互に反対方向となるように複数のマグネットが所定のピッチ寸法で円周配置された構成を含み、ヨークの軸方向に沿ったマグネットの少なくとも一方の端部に、マグネットの円周方向の間隔を保持する複数のスペーサを一体に有するスペーサリングが取着されることを特徴とする。
本発明の電磁モータは、複数のスペーサを一体に連結しているので、スペーサを個々に装着する場合に比較してスペーサの組み付け性が改善できる。また、複数のスペーサを同時に製造できるのでスペーサの製造寸法精度を高め、複数のマグネットのピッチ寸法精度を高める一方で小型化が実現できる。また、本発明の光学装置の小型化が実現できる。
本発明の電磁モータを装備したレンズ鏡筒の概略構成図。 図1のA部の拡大図。 図2のB−B線断面図。 ロータヨークを除去した状態の(a)平面図、(b)右側面図、(c)正面図。 (a)スペースリングの斜視図、(b)サブアセンブリ状態の斜視図。 スペースリングの一部の拡大斜視図。 実施形態2の電磁モータの拡大断面図。 実施形態2のスペーサリングの一部の斜視図。 実施形態2のステータの外観図。 ステータヨークを除去した状態の(a)平面図、(b)右側面図、(c)正面図。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の電磁モータを一眼レフカメラCAMに装着されるレンズ鏡筒LNSのレンズ駆動装置に適用した概略構成図である。このレンズ鏡筒は第1レンズ群L1、第2レンズ群L2、第3レンズ群L3を備えており、第2レンズ群L2を電磁モータ1によってレンズ光軸Lxの方向に移動させる構成である。前記レンズ鏡筒LNSの固定筒2の内周側にフォーカス筒3が内装され、このフォーカス筒3が電磁モータ1によってレンズ光軸Lxの軸回りに回転駆動される。前記固定筒2にはレンズ光軸方向に延びるガイド溝2aが設けられ、前記フォーカス筒3には所要形状のカム溝3aが設けられ、前記第2レンズ群L2のレンズ枠4に設けられたカムピン4aがこれらカム溝2aとガイド溝3aに挿通状態に係合されている。
前記電磁モータ1が回転駆動されてフォーカス筒3がレンズ光軸回りに回転されると、カムピン4aはカム溝3aとガイド溝2aとの係合状態を保ったまま、ガイド溝2aに案内されながらレンズ光軸方向に移動される。したがって、カムピン4aを設けているレンズ枠4、すなわち第2レンズ群L2がレンズ光軸方向に移動され、第2レンズ群L2によるフォーカシングが行なわれる。
(実施形態1)
図2は前記レンズ駆動装置を構成している実施形態1の電磁モータ1の円周一部において径方向に切断した拡大断面図であり、図1のA部の拡大図である。この電磁モータ1は、いわゆるアウターロータタイプのブラシレスモータとして構成されており、内径側に配置されたステータ11の外径位置でロータ12が回転するようになっている。
前記ステータ11は回転軸を中心とした円筒状のステータコア111を有しており、このステータコア111の内周面側に円筒状のコイルホルダ112が螺合により一体化されている。ここでは回転軸は前記レンズ光軸Lxに一致されている。このコイルホルダ112の一方(カメラ前方)の端部は前記ステータコア111の一方の端部よりも筒軸方向に突出されており、この突出部位において前記ステータコア111の外周面に円周方向に配列された複数のコイル113を保持している。これらのコイル113は周面に沿って導電線が巻回された俵型コイルで構成されており、各コイル113に電流を通流することで通流方向に応じた磁界を形成することになる。また、前記ステータコア111の一方の端部には、ステータ軸受け部114が螺合により一体化されている。このステータ軸受け部114は、後述するように前記ロータ12が回転軸回りに回転されるときの軸受けとして構成される。
前記ステータコア111の他方(カメラ後方)の端部には回路基板13が固定支持されている。この回路基板13には前記コイル12に給電するための配線(図示せず)が形成されているとともに、ロータ12の回転位置を検出するための複数個のホール素子からなるホールセンサ131が円周方向に配設されている。この回路基板13は図には表れない電源及びモータの制御回路が実装されているか、又は別体の電源、及び制御回路に電気接続されている。
前記ステータ11の外径位置に配置された前記ロータ12は、金属等の強磁性体材料からなる回転軸、すなわちレンズ光軸Lxを中心にした円筒状をしたロータヨーク121を備えており、このロータヨーク121の内周面に複数個のマグネット122が円周方向に所要のピッチ寸法で配列した状態で支持されている。これらのマグネット122は細長い矩形体、ここでは矩形の板状に形成されており、後述するようにN極とS極の磁極が交互に反対に向けられた状態で支持されている。
前記ロータヨーク121は一方の端部に内径に向けたフランジ121aを有しており、このフランジ121aに円環状をしたロータ軸受け部123と前記フォーカス筒3がネジ等により連結されている。このロータ軸受け部123の内周面には止めリング124が螺合されている。そして、前記ステータ軸受け部114の外周面に形成されたテーパ環状溝114a内に複数個のボール125が配設され、これらボール125を前記ロータ軸受け部123と止めリング124に形成されたテーパ状の当接面との間で挟持することにより、前記ロータヨーク121をレンズ光軸回りに回転支持する4接点単列アンギュラ玉軸受構造のボールベアリングが構成される。
図3は図2のB−B線に沿った一部の断面図であり、前記複数のマグネット122は、それぞれの長辺がレンズ光軸方向に向けられ、かつその板厚方向がモータ径方向に向けられた状態で前記ロータヨーク121の内周面に沿って円周方向に配列されている。このとき各マグネット122の板厚方向の磁極、すなわちN極とS極が円周方向に交互に配置され、各マグネット122は自身の磁力によってロータヨーク121の内周面に磁着されている。
図4は前記ロータヨーク121を取り除いた状態を示しており、(a)は径方向を平面方向としたときの平面図、(b)はその右側面図、(c)は正面図である。前記各マグネット122のレンズ光軸方向の一方の端部、すなわち前記ロータヨーク121のフランジ121aに向けられた側の端部には円環状をしたスペーサリング14が配設されており、前記各マグネット122の一方の端部を支承している。
このスペーサリング14は、図5(a)に全体斜視図を示すように、樹脂やアルミニウム等の非磁性体材料で形成されており、前記ロータヨーク121の内径寸法にほぼ等しい外径寸法をした円環状のリング部141を有している。このリング部141の径方向の肉厚寸法は前記マグネット122の径方向に向けられた板厚寸法とほぼ等しくされ、当該リング部141の外周面が前記ロータヨーク121の内周面に密接された状態でロータヨーク121に嵌入ないしは圧入されてロータヨーク121に一体化されるようになっている。
前記スペーサリング14のリング部141の片側の側面、すなわち前記マグネット122に対向される側の側面には、当該マグネット122の個数に対応した数の突起が一体形成されており、これらの突起はスペーサ142として構成されている。換言すれば複数のスペーサ142はリング部141によって円周方向に配列された状態で一体的に連結支持されていることになる。
図6は前記スペーサリング14の一部の拡大図であり、前記スペーサ142はリング部141の側面からレンズ光軸方向に突出された断面が扇型の柱状であり、各スペーサ142は円周方向に所定ピッチ寸法Pで配設されている。また、各スペーサ142は円周方向に所定の幅寸法Wを有している。そして、円周方向に隣接するスペーサ142の間隙寸法Dは前記マグネット122の短辺方向の寸法に等しくされている。
なお、この実施形態1では、各スペーサ142の内径側の部位に切欠き142aを設けているが、これはスペーサ142の幅寸法Wが小さくなると、これに伴って当該内径側の部位の幅寸法が微小寸法となり、割れや欠けが生じて異物が発生することを未然に防止するためである。このような懸念が生じない場合には、当該切欠き142aは不要である。
図5(b)に示すように、前記各マグネット122は、長辺方向の一方の端部がスペーサリング14の円周方向に隣接するスペーサ142の間に内挿され、かつこれらスペーサ142によって当該一端部が円周方向に挟持される。これにより、複数のマグネット122はロータヨーク121に対して円周方向に所定の間隔寸法で保持され、かつ支持されることになる。
このとき、図3に示したように、複数のマグネット122は、円周方向に隣接するマグネット122の磁極、すなわちS極とN極が交互に反対方向に向けられているので、隣接するマグネット122間に図示矢印のように円周方向の磁力吸引力が生じる。これにより、図3の中央に位置する1つのマグネット122についてみると、その両側に存在するマグネット122からの吸引力によって、当該1つのマグネット122は両側のマグネット122の中間位置に磁気吸引保持されることになる。したがって、スペーサリング14が存在していないマグネット122の他方の端部においても、この磁気吸引力によって隣接するマグネット122との間の所定の間隔が保持されることになる。
複数のマグネット122をロータヨーク121に組み付ける際には、例えば、図5(b)に示したように、予めスペーサリング14の各スペーサ142の間に複数のマグネット122の一方の端部を内挿してサブアセンブリを行なう。そして、サブアセンブリしたものをロータヨーク121の他方の端部からスペーサリング14がフランジ121aに当接するまで筒軸方向に内挿することによって組み付けることが可能となり、組み付け作業を容易に行なうことができる。このサブアセンブリに際しては、図示は省略するが、薄肉の非磁性体からなるダミー筒を用意しておき、このダミー筒の外周面を利用してスペーサリング14とマグネット122のサブアセンブリを行ない、かつロータヨーク121への組み付けを行なうようにしてもよい。
このようにしてロータヨーク121に組み付けられたマグネット122は、スペーサリング14が成形、鋳造等によって製造されているので、複数のスペーサ142の寸法精度は高く、複数のマグネット122の間隔寸法及びピッチ寸法を高い精度に保持することができる。また、スペーサリング14のリング部141及びスペーサ142の径方向の寸法はマグネット122の板厚寸法にほぼ等しいので、スペーサリング14の一部がマグネット122の内径側の面よりも内径方向に突出されることはない。これにより、ロータ12としての内径寸法ないしはその外径寸法が大きくなることが防止でき、電磁モータの小型化に有利になる。
さらに、組み付けた状態においては、図3に示したように、矩形板状のマグネット122は円周方向の両側縁の2点S1,S2においてロータヨーク121の内周面に接した状態となる。そのため、ロータヨーク121の内周面に対してマグネット122の内径側の面を径方向と直交する方向に向けた状態に安定に支持することができ、マグネット122で形成される磁界の方向を安定させ、電磁モータ1の安定した回転が保持される。
実施形態1では、このように複数のマグネット122の長辺方向の一方の端部にのみスペーサリング14を配設して所定のピッチ寸法を保持させているが、各マグネット122の他方の端部は前記したように隣接するマグネット122間での磁気吸引力によって当該ピッチ寸法を保持することができる。これにより、スペーサリング14が1つで構成でき、電磁モータ1の軸方向の寸法を短縮した小型化が実現できる。
この電磁モータ1は、ステータ11の複数のコイル112に通流する電流の向きを制御することでコイル112ないしステータコア111において形成される磁界方向を制御し、N極磁界とS極磁界を円周方向に等配した状態で形成させる。これにより、ヨーク121に保持されているマグネット122との間に反発力や吸引力が発生し、ロータが一方向に回転する。
次いで、コイル112に通流する電流の向きを切り替えことでN極磁界とS極磁界が反転されるため、マグネット122との間の反発力と吸引力も反転し、ロータヨーク121がさらに小角度回転する。この作用を継続することで、ロータヨーク121が一方向に継続して回転されることになる。ホールセンサ131でロータヨーク121の回転位置、すなわちマグネット122の回転位置を検出することにより、コイル112に通流する電流の向きを制御することで適切な回転駆動が実現される。
また、この電磁モータ1は、4接点単列アンギュラ玉軸受として構成されたボールベアリングによってロータ12をラジアル方向とスラスト方向の両方向に位置拘束した状態でステータ11の周囲で回転可能に支持することが可能であるので、ロータ12が偏心することなく安定かつ円滑な回転が確保される。そのため、ボールベアリングの配設スペースを低減し、電磁モータの軸方向及び径方向の小型化を図ることができる。
(実施形態2)
本発明の電磁モータにおいては、複数のマグネットを保持するスペーサリングは実施形態1のようにマグネットの一端部のみではなく、必要に応じてマグネットの両端部にスペーサリングを配設してもよい。例えば、図7は本発明の実施形態2の電磁モータ5の断面図である。この電磁モータ5はステータ51をマグネットで構成し、ロータ52をコイルで構成したものである。
筒径の小さい円筒状部材からなるステータヨーク511の外周面に複数のマグネット512が所定のピッチ寸法で円周方向に配設されてステータ51が構成されている。また、ステータヨーク511よりも大径の円筒状部材からなるロータコア521の内周面に複数のコイル522が円周方向に配設されてロータが構成されている。
前記ステータヨーク511の一方の端部にステータ軸受け部513が連結され、前記ロータコア521の一方の端部にはロータ軸受け部523と止めリング524が連結されている。これらとボール525とで実施形態1と同様に4接点単列アンギュラ玉軸受が構成され、ロータコア521がステータヨーク511に対して同軸に回転されるようになっている。ホールセンサ531を搭載した基板53はロータコア521と一体的に回転される。
前記ステータヨーク511の軸方向の両方の端部には対をなすスペーサリング54が配設されており、これら一対のスペーサリング54によって前記複数のマグネット512の円周方向の間隔寸法とピッチ寸法が保持されている。各スペーサリングは、基本的には実施形態1と同じであり、図8にその一部を示すように、円環状をしたリング部541の片方の側面に、マグネット512の個数に対応した数の突起がスペーサ542として一体に構成されている。さらに、ここではリング部541の内周縁に沿って環状鍔部543が突出形成されており、前記スペーサ542はこの環状鍔部543の外周に沿って配設されている。この環状鍔部543の外周面は、円周方向に隣接するスペーサ542の間の領域が円周面ではなく平坦面544、すなわち径方向に直交する方向に向けられた平坦面に形成されている。
図9の外観斜視図に示すように、前記一対のスペーサリング54によって各マグネット512の両方の端部が支持される。各マグネット512の両方の端部はそれぞれの円周方向に隣接するスペーサ542の間において環状鍔部543の平坦面544に密接されるようにして配設される。これにより、各マグネット512は円周方向に隣接するマグネット512との間に所要の間隔が保持されて所定のピッチ寸法で円周方向に配設される。図10はその(a)平面図、(b)右側面図、(c)正面図である。
このように両方の端部においてそれぞれスペーサリング54により支持されたマグネット512は、図7に示したように、ステータヨーク511の外周面に嵌合されて支持される。ここでは、ステータヨーク511の軸方向の両端から所定の部位を薄肉のステップ部511aとして形成し、このステップ部511aにスペーサリング54を嵌合させている。
この実施形態2では、円筒状をしたステータヨーク511の外周面に直接矩形板状のマグネット512を円周配置すると、ステータヨーク511の外周面とマグネット512の内面は円周方向の一点で接することになり、マグネット512の安定性が悪くなる。ここではスペーサリング54に設けた環状鍔部543に平坦面544を形成し、この平坦面544においてマグネット512を支持しているのでマグネット512を安定に支持することができ、マグネット512による磁界を安定した方向に形成し、電磁モータ5の安定した回転が保持される。
実施形態2においては、マグネット512の両方の端部をスペーサリング54により支持しても、その径方向の寸法は環状鍔部543の径方向の寸法だけ僅かに大きくなるだけであり、電磁モータ5の径方向の寸法を小型に構成できる。また、電磁モータ5の軸方向についても一対のスペーサリング54のリング部541の軸方向の寸法分大きくなるだけであり、この面からも電磁モータの小型化が可能になる。
実施形態1の電磁モータにおいては、内径側に配設したコイル及びコアをロータとして構成してもよい。また、実施形態2の電磁モータにおいては内径側に配設したマグネット及びヨークをロータとして構成してもよい。
本発明の電磁モータは実施形態1に記載のようなレンズ駆動装置に限られるものではなく、カメラボディやカメラ用レンズに内装されているシャッターや絞り等を含む各種駆動機構の回転駆動源としての駆動用モータに適用できる。また、本発明の電磁モータを駆動機構として備える光学機器等の光学装置に適用できる。さらには、光学装置以外の種々の装置の回転駆動源としての駆動用モータに適用できる。
1,5 電磁モータ
2 固定筒
3 フォーカス筒
4 レンズ枠
11,51 ステータ
12,52 ロータ
13,53 基板
14,54 スペーサリング
112 ステータコア
113,522 コイル
121 ロータヨーク
122,512 マグネット
141,541 リング部
142,542 スペーサ
543 環状鍔部
544 平坦面
CAM カメラボディ
LNS レンズ鏡筒
L1,L2,L3 レンズ群

Claims (9)

  1. 回転軸を中心とした円筒状のヨークの周面に、磁極が交互に反対方向となるように複数のマグネットが所定のピッチ寸法で円周配置された構成を含む電磁モータであって、前記ヨークの軸方向に沿った前記マグネットの少なくとも一方の端部に、マグネットの円周方向の間隔を保持する複数のスペーサを一体に有するスペーサリングが取着されていることを特徴とする電磁モータ。
  2. 回転軸を中心した円筒状のヨークの周面に複数のマグネットを所定のピッチ寸法で円周配置したロータ又はステータと、前記ヨークに対して同心配置された円筒状のコアの周面に複数のコイルを配置したステータ又はロータを含む電磁モータであって、前記ヨークの軸方向に沿った前記マグネットの少なくとも一方の端部に、マグネットの円周方向の間隔を保持する複数のスペーサを一体に有するスペーサリングが取着されていることを特徴とする電磁モータ。
  3. 前記スペーサリングは前記ヨークに支持される円環状をしたリング部を備え、前記複数のスペーサは円周方向に配列した状態で当該リング部に一体に連結支持されている請求項1又は2に記載の電磁モータ。
  4. 前記マグネットは前記ヨークの内周面に円周配置され、前記リング部の径方向の肉厚寸法は前記マグネットの径方向に向けられた厚み寸法に等しくされている請求項3に記載の電磁モータ。
  5. 前記マグネットは前記ヨークの外周面に円周配置され、前記スペーサリングは前記リング部の内周縁に沿って延長された環状鍔部を有し、前記マグネットはこの環状鍔部の外周面において径方向に支持されている請求項3に記載の電磁モータ。
  6. 前記環状鍔部の外周面は円周方向に隣接するスペーサで挟まれる領域が径方向に直交する方向の平坦面に形成されている請求項5に記載の電磁モータ。
  7. 前記スペーサリングは前記マグネットの一方の端部にのみ取着されている請求項1ないし6のいずれかに記載の電磁モータ。
  8. 前記スペーサリングは前記マグネットの両方の端部に取着されている請求項1ないし6のいずれかに記載の電磁モータ。
  9. 光学装置の光学要素を駆動するための電磁モータを備えており、前記電磁モータは、回転軸を中心とした円筒状のヨークの周面に、磁極が交互に反対方向となるように複数のマグネットが所定のピッチ寸法で円周配置された構成を含み、前記ヨークの軸方向に沿った前記マグネットの少なくとも一方の端部に、マグネットの円周方向の間隔を保持する複数のスペーサを一体に有するスペーサリングが取着されていることを特徴とする光学装置。

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