JP4620590B2 - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明はカメラ等の光学機器で使用される小型の電磁アクチュエータに関する。より詳細には、電磁アクチュエータ自体の機能を確保しつつ、製造工程でのコイル巻回を効率良く行なえる形状のステータを備えた電磁アクチュエータに関する。

例えば、オートフォーカス式のカメラに内蔵されるシャッタ装置は、電磁アクチュエータによって駆動される。近年、カメラの小型軽量化が著しいスピードで促進され、小型で高精度な電磁アクチュエータを提供する必要がある。特許文献１では、固定子（ステータ）に設けた２つのコイルを同時に励起して回転子（ロータ）を回転させる電磁アクチュエータが開示されている。

図４は、特許文献１で開示されている電磁アクチュエータ１００の概略を示した平面図である。ロータ１０１の外周に等脚台形型のステータ１０３が配置されている。このステータ１０３は３個の磁極１０４、１０５、１０６を備えている。左右に第１コイル１０８と第２コイル１０９とを備えており、これらコイル１０８、１０９に供給する電流の向きを制御することで、磁界の向きを変更して永久磁石で形成したロータ１０１を回転させるようにしている。なお、第３磁極１０６は左右のコイル１０８、１０９から励磁されるようになっており、特にこの第３磁極１０６はロータ１０１に接近する突出部１０７を備えている。この突出部１０７を設けることにより無磁場（無通電）の時にロータ１０１のＮ極（又はＳ極）がこの突出部１０７に位置するようにしている。

特公平２−２３８２号公報

上記特許文献１で開示する電磁アクチュエータ１００では、ロータ１０１の外周の殆ど全てをステータ１０３が囲むように配置している。よって、コイル１０８、１０９から発生する磁束が殆ど漏れることなく、ロータ１０１側に伝わるので強力な回転力を得ることができるという点では好ましい構造の電磁アクチュエータである。

しかし、この上記電磁アクチュエータ１００は製造することに関して難点がある。図４で示すように、ロータ１０１の外周を囲むように配置されるステータ１０３には、その左右にコイル１０８、１０９が配置される。実際の製造工程において、このような形状のステータ１０３に直接、コイルを巻き付けることは不可能である。よって、上記電磁アクチュエータ１００を製造する場合、例えばステータ１０３を分離可能に形成すると共にコイル１０８、１０９は別に準備しておき、これらを後に組合せるといった作業を行うことが必要となる。よって、上記電磁アクチュエータ１００の製造工程では、従来よりも多くの部品が必要となり、またその組付け作業は、複雑で工数も増加する。

上記のように電磁アクチュエータ１００は、電磁アクチュエータの機能の面から見ると好ましいものではあるが、製造面から見ると部品点数が増加すると共に、製造工程が複雑化して増加するので製造コストが上昇するという重大な問題がある。

したがって、本発明の目的は、電磁アクチュエータとしての機能を確保しつつ製造工程での効率化が図れる構造を備えた電磁アクチュエータを提供することである。

上記目的は、ロータと、該ロータの外周の一部に対向するように配置したコイルを巻回しているステータとを含んでいる電磁アクチュエータであって、前記ステータは略Ｃ字状であり、前記ロータは、該ロータの回転軸が前記ステータによって囲まれる空間内に存するように配置され、前記回転軸の中心を通りかつ前記ステータを左右に分離する仮想の基準線を設定したときに、前記回転軸を中心として、前記ステータの両端部のそれぞれが前記基準線から両側へ１５度以上かつ９０度以内の範囲に形成されている。

本発明によると、製造工程でコイル巻回装置を用いてステータにコイルを巻回する際に、邪魔となるステータの端部が１５度以上かつ９０度以内の範囲に配置されるので、障害なく効率よくコイルをステータに巻回することができる。上記角度範囲で広めに端部を設定することも可能であるので、この端部を磁極とすれば電磁アクチュエータ本来の機能も十分に確保できる。よって、本発明によると電磁アクチュエータ本来の機能を維持しつつ、効率良く製造できる電磁アクチュエータを提供できる。

この角度範囲はステータへのコイルを巻回する際に、巻回装置でコイル線を巻き付けるときにステータ端部が障害とならない最大の範囲として設定される。さらに、前記ステータは、前記コイルのずれを抑制する肩部を備えた形状であることが望ましい。このようなステータであれば、コイルを巻き付けるときに所定位置に位置決めでき、また巻き付けたコイルが所定位置で安定保持できる。

以上説明したように、本発明によれば、電磁アクチュエータ本来の機能を保持しかつ製造効率の向上も図ることができる電磁アクチュエータを提供できる。

実施形態に係る電磁アクチュエータの主要部の構成を示した図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はステータにコイルを巻回する様子を模式的に示した図である。 好ましい形状を備えたステータについて示した斜視図である。 従来の電磁アクチュエータの概略を示した平面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るシャッタ装置を説明する。

図１は、実施形態に係る電磁アクチュエータ１の主要部の構成を示した図である。本電磁アクチュエータ１は、中央に配置した両方向に回転可能なロータ２及びこのロータ２の外側に対向するように配置したステータ３を備えている。ロータ２は断面円形で円筒形状を成している。ステータ３は平面形状がＣ字状で一体型に形成されて平面的に見たときの幾何学中心線たる基準線ＢＬ（この線はロータ２の中心を通る。）について実質的に線対称な形状を有している。ロータ２の回転軸２１は、Ｃ字形状のステータ３が囲む空間内に配置され、ロータ２もその内部空間に収納された状態となっている。

ここで、Ｃ字状とは、文字Ｃに近似した形状ばかりでなく、円、楕円、多角形等のように閉じた図形の一部が開裂された形状を含む広い概念である。よって、図１に示したテータ３の場合は、四角形一辺の一部を切り欠いたような形状となっている。なお、図１ではステータ３の開放側、すなわち端部１１、１２を上側に配置した状態で電磁アクチュエータ１を示している。

ロータ２は、Ｎ磁極及びＳ磁極をそれぞれ２個ずつ備えた４磁極構成である。このロータ２は、同一磁極が互いに対向する位置に着磁された永久磁石であり、回転軸２１回りに両方向へ回動自在に設定されている。上記Ｃ字形状を有するステータ３の両端部１１，１２は、ロータ２の周面に対向するように形成されている。これらの端部１１，１２が、それぞれ第１磁極１１、第２磁極１２となる。そして、この第１磁極１１及び第２磁極１２の中間位置に第３磁極１３が配置されている。

本電磁アクチュエータ１のステータ３は、製造効率に配慮した形状とされている。この点について説明する。第１磁極１１及び第２磁極１２が、ロータ２の外周により広い面積で対向するように配置すれば、先に示した図４の従来電磁アクチュエータのようにコイルからの磁束を有効に活用できる。しかし、所定幅以上に第１磁極１１及び第２磁極１２が広いと、前述したようにステータ３に直接、コイルを直に巻き付けることができず製造効率が著しく低下するという問題が発生する。そこで、本電磁アクチュエータ１では、電磁アクチュエータに求められる機能を確保しつつ製造効率にも配慮してステータ３の形状を規定している。

本電磁アクチュエータ１が製造される際には、ステータ３の図面の左右にコイル４、５が巻回される。すなわち、上記第１磁極１１と第３磁極１３との間には第１のコイル４が、第２磁極１２と第３磁極１３との間には第２のコイル５が、それぞれ巻回される。本電磁アクチュエータ１のステータ３は、その際に端部の第１磁極１１及び第３磁極１３が障害とならない形状に特定されている。

図１を参照してステータ３の詳細形状を説明する。ステータ３の磁極（両端部）１１，１２のそれぞれは、回転軸２１の中心ＣＴを中心として、両側へ所定角度範囲内にあるように形成される。ここで、所定角度は例えば基準線ＢＬから両方方向へ１５度以上かつ９０度以内である。この間の範囲に磁極１１、１２が存在するように形状が特定される。この角度範囲は、製造工程でステータ３にコイル４、５を巻回する際に、障害無く効率よい巻回ができる最大の範囲である。

図１に示したステータ３では、端部１１、１２の基準線ＢＬに近い側の辺の角度αが基準線ＢＬから約４５度、遠い側の辺の角度βが約７５度である。本ステータ３では、この角度αとβとが共に基準線ＢＬを基準して１５度から９０度の範囲内に在ることになる。この条件は左右の端部１１，１２について同様である。そして、角度（β−α）が磁極の幅となるので、ロータ２に与えようとする磁束に応じてその幅を適宜に設定すればよい。基準線ＢＬからの所定角度範囲は、１５度から９０度とかなり広いので、必要とする磁束を十分に確保することが可能である。

ここで、図２（Ａ）、（Ｂ）を参照して、製造工程でステータ３にコイル４，５を巻回するときの様子について説明する。図２（Ａ）、（Ｂ）は、ステータ３に第１のコイル４及び第２のコイル５を巻回する様子を模式的に示した図であり、より詳細には、（Ａ）はコイル４を巻回するときの様子について、また（Ｂ）はコイル５を巻回するときの様子について示している。この図では、コイル巻回装置の一部のみを図示している。巻回装置の固定冶具５１にステータ３が所定姿勢で固定される。コイル供給ノズル５２はコイル用の銅線５５を供給しながら、回転中心ＭＣの回りに回転する。このような動作により、（Ａ）に示すように先ず第１のコイル４がステータ３の左側に巻き付けられる。これに続いて（Ｂ）に示すように第２のコイル５がステータ３の右側に巻き付けられる。

この図から理解できるように、コイル用銅線５５をロータ３に巻き付けるときに、ロータの磁極１１、１２に干渉させないことが必要となる。磁極１１、１２の幅が大き過ぎると、図示しない巻回装置を用いてステータ３にコイルを巻き付けることができなくなる。そこで、本電磁アクチュエータ１はこの点に配慮して、ステータ３の形状を前述したように特定しているのである。本電磁アクチュエータ１に含むステータ３であれば、巻回装置を用いて高速でコイルを巻き付けることができ、効率よく製造が行なえる。

再度、図１を参照して、本電磁アクチュエータ１の他の構成についても説明する。第１磁極１１は第１のコイル４が通電されたときに励磁され、第２磁極１２は第２のコイル５が通電されたときに励磁される。これに対して、第３磁極１３は第１のコイル４及び第２のコイル５の両方によって励磁される。よって、第３磁極１３の励磁状態は、第１のコイル４及び第２のコイル５への通電状態を組合せた状態が見た目の状態として現れる。

また、電磁アクチュエータ１の第１のコイル４及び第２のコイル５に接続される電流制御回路２５が点線で示されている。本実施形態では、この電流制御回路２５から第１のコイル４及び第２のコイル５を励磁する電流が供給される。この電流供給には、２つのパターンが設定されている。第１のパターンでは、電流制御回路２５から第１のコイル４及び第２のコイル５の両コイルを励磁する電流が供給され、その電流供給方向をコイル毎に切換えることによりロータ２の駆動状態が制御される。この第１パターンでは、第１磁極１１及び第２磁極１２が、共に同じ磁極に励磁される状態と、互いに異なる磁極に励磁される状態とが存在する。このとき第３磁極１３に結果として現れる磁界は、第１磁極１１及び第２磁極１２が共に同じ磁極に励磁された場合には、これらよりも強力なものとなる。その逆に、第１磁極１１及び第２磁極１２が互いに異なる磁極に励磁された場合には、第３磁極１３での磁化は相殺されて無磁化状態となる。

第２のパターンでは、電流制御回路２５から第１のコイル４又は第２のコイル５のいずれか一方を励磁する電流が供給され、その電流供給方向を切換えることによりロータ２の駆動状態が制御される。この第２のパターンの場合には、第１磁極１１側又は第２磁極１２側のみが励磁され、電流供給方向を変更することにより反対の磁極に切換えられる。この第２のパターンでの第３磁１３は、励磁された第１磁極１１又は第２磁極１２の対極を成す磁極に励磁される。

第１のパターンでは、第１のコイル４及び第２のコイル５を励磁する２相励磁の状態でロータ２の駆動が制御される。また、第２のパターンでは、第１のコイル４及び第２のコイル５の内でいずれか一方のみが励磁される１相励磁の状態でロータ２の駆動が制御される。

図３は、より好ましい形状を備えたステータ３について示した斜視図である。この図３では、図１で示した部位と対応する部位に同一の符号を付している。ステータ３の第１磁極１１及び第２磁極１２は、図示を省略しているロータの周面に対向し、かつロータの長手方向での長さに対応するように縦長に形成されている。ステータ３は両側にアーム部３１、３２を備え、このアーム部３１、３２が基部３５に接続されている。基部３５の中央部には第３磁極１３が形成されている。この第３磁極１３も上記第１磁極１１及び第２磁極１２と同様の縦長形状に形成されている。

本ステータ３は、上記アーム部３１、３２に第１〜第３磁極を励磁するためのコイル４、５が巻回される。これらコイル４、５を位置ずれまたは巻きくずれなく位置決めするため、各アーム部の後端には突出させた肩部３３、３４が形成されている。このように肩部３３、３４を設けることにより、各アーム部３１、３２に巻回したコイル４、５を確実に位置決めし、かつ所定位置に保持する構造が実現される。なお、各磁極１１〜１３の上部には凹部３７〜３９が形成されている。本実施形態で示す電磁アクチュエータ１は、その上下にケースがセットされてモジュール化される。これら凹部３７〜３９はケースをセットする際の位置決めに用いられる。

以上説明したように、本電磁アクチュエータ１は端部に形成される磁極が、製造工程で障害とならない位置に存在するので効率よく製造することができる。また、磁極を形成する範囲は比較的広く設定できるので電磁アクチュエータとしての機能も十分に確保できる。

以上、本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であり、ステータにコイルを巻回する形式のものであれば本発明を適用できることは言うまでもない。また、上記ロータ２は４磁極構成として例示したが他の磁極構成としてもよい。

Claims (3)

1. ロータと、該ロータの外周の一部に対向するように配置したコイルを巻回しているステータとを含んでいる電磁アクチュエータであって、
   前記ステータはＣ字状であり、
   前記ロータは、該ロータの回転軸が前記ステータによって囲まれる空間内に存するように配置され、
   前記回転軸の中心を通りかつ前記ステータを左右に分離する仮想の基準線を設定したときに、前記回転軸の位置を中心として、前記ステータの両端部のそれぞれが前記基準線から両側へ１５度以上かつ９０度以内の範囲に形成され、
   前記ステータは、前記両端部にそれぞれ形成される第１及び第２の磁極を有し、
   前記第１及び第２の磁極は、それぞれ、前記ロータの外周に対向し前記ロータの外周に沿うように円弧状である対向面を有し、
   前記コイルは、前記ロータを挟むように設けられた第１及び第２のコイルを含み、
   前記第１及び第２のコイルは、前記ロータに直接対向し、
   前記ロータは、周方向に４つの磁極を有し、
   前記ステータは、前記第１及び第２の磁極の中間の位置に第３の磁極を有していることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 前記ステータは、前記コイルの位置ずれまたは巻きくずれを抑制する肩部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 前記ステータは、前記仮想の基準線に対し対称な形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータ。

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