JP5201935B2 - モータ及びこれを備えた装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロータの回転に応じた信号を出力する磁気センサ等のセンサを備えたモータに関する。

ステッピングモータは、小型でありながらも、高トルクで高寿命といった特徴を有し、開ループ制御で容易にデジタル的な位置決め動作が実現できるため、カメラ、光ディスク装置、プリンタ及びプロジェクタ等の各種装置に広く用いられている。

ただし、ステッピングモータは、高速回転時やモータへの負荷が大きいときに脱調が生じやすいという問題がある。また、ブラシレスモータやＤＣモータに比べて、効率が低いという問題もある。

ステッピングモータに位置センサとしてのエンコーダを取付け、ロータの位置に合わせて通電方向を切り替える、いわゆるブラシレスＤＣモータの動作を行わせることで、脱調を防ぐことができる。このためには、ブラシレスＤＣモータに、磁気センサ等のエンコーダを精度良く取り付ける必要がある。以下、エンコーダとして磁気センサを用いる場合のブラシレスＤＣモータへの取付け精度について説明する。

図４の上側のグラフは、ブラシレスＤＣモータの２相コイルに一定電流を流したときのロータに働くトルクを示している。２つのコイルのそれぞれに、正方向及び逆方向の電流を流すことができるので、トルク分布としては、図に示すように、Ａ−Ｂ−、Ａ＋Ｂ−、Ａ＋Ｂ＋、Ａ−Ｂ＋の４種類が生じる。これらは正弦波状の同じ形状のトルク波形であり、電気角で９０°の位相差を持っている。

電気角とは、正弦波の１周期を３６０°として表したものであり、ロータの極数をｎとすると、電気角の１°は（２×実際の角度／ｎ）に相当する。

モータを回転させるには、２つのコイルへの通電を順次切り替えていくことで、図４にＴ１で示すトルク波形を得ることで、常に高トルクが得られるようする。このとき、コイルへの通電を切り替えるタイミングは、磁気センサからの２相の信号Ｓ１，Ｓ２によって決められる。

図４の下側のグラフに示すような磁気センサからの出力信号Ｓ１，Ｓ２が得られるように磁気センサを配置し、磁気センサからの出力信号Ｓ１，Ｓ２の符号に応じてコイルへの通電方向を切り替えていくことで、最大のモータ出力を得ることができる。

ただし、磁気センサの取付け位置に誤差があると、図４に示したトルク波形Ｔ２が崩れ、モータの効率が低下したり、騒音が発生したりする。このため、磁気センサの取付け位置を調整することが必要になる。

特許文献１にて開示されたモータでは、位置センサを取り付けた基板に長穴を設け、その長穴を貫通するビスを利用して、位置センサの取付け位置を調整可能としている。

また、特許文献２には、位置センサをヨークを連結する連結リングに取り付けることで、位置センサ付きモータの小型化を図っている。
特開平９−１８２４０３号公報 特開平１０−２４３６２４号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された方法では、ビスや基板の小型化に限界があるため、モータをより小型化した場合にはこれを用いることができない。

また、特許文献２にて開示されたモータでは、位置センサはモータ本体に設けられたコイル端子部に、給電ケーブルを介して一体的に固定される。したがって、位置センサの取付け位置を調整することができない。

特許文献２のモータにおいて、給電ケーブルと位置センサ及びコイル端子部とを固定する際に調整代を設けておくことで、位置センサの取付け位置を調整可能とすることができる。しかし、この場合は、コイル端子部と位置センサとの位置関係が決まらず、調整代の分だけ給電ケーブルを大型化する必要が生じる。

モータの小型化を進めていくと、モータ本体に対するコイル端子部や給電ケーブルの相対的な寸法は大きくなる。したがって、給電ケーブルの大型化はモータの大型化にそのままつながる。また、特許文献２にて開示されたモータでは、コイルに通電しながら位置センサの位置調整を行うことが難しく、この結果、十分に高精度なセンサ位置調整ができない。

本発明は、小型でありながらも、モータの回転検出（又は位置検出）に関わるセンサの高精度な調整を可能とするモータ、及びこれを備えた装置、さらには該モータの製造方法を提供する。

本発明の一側面としてのモータは、多極着磁された着磁面を有するマグネットを備えたロータと、前記マグネットの前記着磁面に対向する磁極部が形成されるヨークと、前記磁極部を励磁するコイルと、前記ロータの回転に応じた信号を出力するセンサと、前記ヨークを固定するヨーク固定部材と、前記コイルおよび前記センサが接続された配線基板と、前記配線基板が取り付けられるセンサホルダと、を有し、前記ヨーク固定部材は円筒形状を有し、前記ヨーク固定部材の内周面に前記ヨークの前記磁極部を固定する溝部が形成され、前記センサホルダは円筒形状を有し、前記センサホルダの内周面が前記ヨーク固定部材の外周面と重なるように配置され、前記センサホルダは、前記配線基板が取り付けられた状態で、前記ヨークが固定された状態の前記ヨーク固定部材に対して回動可能に構成されることを特徴とする。

なお、上記モータにより被駆動部材を駆動する装置も本発明の他の側面を構成する。

本発明によれば、センサ及び端子部に配線基板を接続した状態でも、センサホルダ（つまりはセンサ）の磁極部に対する位置調整を行うことができる。したがって、配線基板に長穴を設ける必要がなく、配線基板の小型化、つまりはモータの小型化を図ることができる。しかも、コイルへの給電を行いながらでもセンサホルダの位置調整が可能であるので、より高精度な位置調整を行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１であるモータを分解して示している。

モータ１は、マグネット２を有するロータ３と、第１及び第２のヨーク４，５と、第１及び第２のコイル６，７と、磁気センサ８と、センサホルダ９と、配線基板としての給電ケーブル１０とを有する。さらに、モータ１は、ヨーク固定カバー（ヨーク固定部材）１１と、第１及び第２の軸受け１２，１３も有する。

マグネット２は円筒形状に形成され、その外周面（着磁面）がｎ分割（本実施例ではｎ＝１０）されて、Ｓ極とＮ極が交互に形成されるように多極着磁されている。マグネット２がロータ３に固定されることにより、ロータユニットが構成される。

第１及び第２のヨーク４，５は軟磁性材料により形成されている。第１のヨーク４は、マグネット２の着磁面と対向する第１の磁極部４−１を周方向等間隔にｎ／２本有する。本実施例では、第１の磁極部４−１が５本設けられており、それらの間隔は３６０／ｎ°（本実施例では７２度）である。第１の磁極部４−１はそれぞれ、ロータユニットの回転軸（以下、ロータ回転軸という）に対して平行に延びている。第１の磁極部４−１は、第１のコイル６に通電することで励磁される。

また、第２のヨーク５は、マグネット２の着磁面と対向する第２の磁極部５−１を周方向等間隔にｎ／２本有する。本実施例では、第２の磁極部５−１が５本設けられており、それらの間隔は３６０／ｎ°（本実施例では７２度）である。第２の磁極部５−１はそれぞれ、ロータ回転軸に対して平行に延びている。第２の磁極部５−１は、第２のコイル７に通電することで励磁される。

第１及び第２の磁極部４−１，５−１は互いに所定の位相差を持つように配置されている。所定の位相差は、約９０／ｎ°（本実施例では１８°）である。ただし、コギングトルクを低減させるためにこの値から数度ずらしてもよい。

第１及び第２のコイル６，７はそれぞれ、導線をボビン６−１，７−１に巻き回して構成されている。巻き回し数は、第１のコイル６と第２のコイル７とでほぼ同じであり、抵抗値もほぼ同じである。第１及び第２のコイル６，７は、その中心がロータ回転軸と同軸上に位置するように配置される。

ヨーク固定カバー１１は、非磁性材料により形成されており、第１のヨーク４と第２のヨーク５を所定の位相差を持たせて固定保持するためのヨーク固定用溝部１１−１を有している。また、ヨーク固定カバー１１は、後述する磁気センサ８との干渉を避けるための開口部１１−２を有している。

第１の軸受け１２及び第２の軸受け１３はそれぞれ、第１のヨーク４及び第２のヨーク５に固定されて、ロータユニットを回転可能に支持する。

ヨーク固定カバー１１、ロータユニット（２，３）、第１及び第２のヨーク４，５、第１及び第２のコイル６，７及び第１及び第２の軸受け１２，１３によってモータユニットが構成される。一方、磁気センサ８及びセンサホルダ９によりセンサユニットが構成される。

磁気センサ８は、ホール素子やＭＲ素子等の磁界の変化に応じた信号を出力するセンサである。該磁気センサ８は、マグネット２の着磁面に近接するように配置される。ロータユニットが回転して磁気センサ８に対してマグネット２の着磁面が移動（回転）することで磁気センサ８が感知する磁界が変化するため、磁気センサ８は該磁界の変化、つまりはロータユニットの回転に応じた信号（電圧）を出力する。

磁気センサ８のチップ内には、図３に示すように、位相差が９０度の２つの感磁極８ａ，８ｂが設けられている。該２つの感磁極８ａ，８ｂからの２相の出力信号（図４に示すＳ１，Ｓ２）を不図示のドライバ回路（又は制御回路）によって読み取ることで、ロータユニットの回転位置を求めることができる。

センサホルダ９は、絶縁性材料により形成されており、図１でいう上面に磁気センサ８を保持するための穴部９−１が形成されている。また、センサホルダ９には、４つ（二対）のコイル端子部９−２，９−３が設けられている。さらに、センサホルダ９には、ロータユニットの軸方向に向かって開口する円筒開口部９−４を有する。

この円筒開口部９−４の内周には、外周面が円筒形状を有するヨーク固定カバー１１が軽圧入される。このような構造（組み付け構造）により、センサホルダ９をヨーク固定カバー１１に対してロータユニットの回転方向に回転させることができる。

言い換えれば、センサホルダ９は、モータ１の組み立て時において該センサホルダ９の第１及び第２の磁極部４−１，５−１に対するロータユニットの回転方向での位置調整を可能とする構造によってモータユニットに組み付けられる。

給電ケーブル１０は可撓性のシートをベースとして形成されている。該シート上には、コイル端子部（端子部）９−２，９−３への給電を行う配線パターンと、磁気センサ８への給電を行う配線パターンと、磁気センサ８からの信号をドライバ回路に入力する配線パターンが設けられている。ただし、図ではこれら配線パターンを省略している。

第１の軸受け１２及び第２の軸受け１３はそれぞれ、第１のヨーク４及び第２のヨーク５に固定されて、ロータユニットを回転可能に支持する。

上記のように構成されたセンサ付きモータの製造方法（組み立て方法及びセンサ（センサホルダ）の位置調整方法）について、図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ステップＳ１０１では、第１のヨーク４に、第１のコイル６及び第１の軸受け１２を固定する。また、第２のヨーク５に、第２のコイル７、第２の軸受け１３を固定する。

そして、ステップＳ１０２では、第１のヨーク４及び第２のヨーク５を、ヨーク位置決めカバー１１の固定用溝部１１−１に固定する。これにより、第１及び第２のヨーク４，５を互いに適切な位置（位相差）関係を持つように配置される。このとき、ロータ３は、第１及び第２の軸受け１２，１３によって、回転可能に支持される。

次に、ステップＳ１０３では、センサホルダ９をヨーク位置決めカバー１１に対して仮組みする。この状態では、センサホルダ９は、ヨーク位置決めカバー１１に対して回転可能であり、第１及び第２の磁極部４−１，５−１に対する位置調整（回転）が可能である。

その後、一対のコイル端子部９−２に第１のコイル６の両端を接続し、一対のコイル端子部９−３に第２のコイル７の両端を接続する、このとき、各コイルには、センサホルダ９がヨーク位置決めカバー１１に対して回転可能な程度に緩みを持たせておく。

次に、ステップＳ１０４では、磁気センサ８を実装した（つまりは磁気センサ８に接続された）給電ケーブル１０を、センサホルダ９に取り付ける。このとき、磁気センサ８は、センサホルダ９に形成された穴部９−１に挿入されて固定（保持）される。また、第１のコイル６及び第２のコイル７の両端が接続されたコイル端子部９−２，９−３に給電ケーブル１０を電気的に接続する。このとき、コイル端子部９−２，９−３は、給電ケーブル１０に形成された穴部に挿入されることで、センサホルダ９に対して位置決めされる。給電ケーブル１０は、不図示のドライバ回路に接続され、第１及び第２のヨーク４，５の励磁を可能にする。

そして、ステップＳ１０５では、センサホルダ９、つまりはセンサ８の第１及び第２の磁極部４−１，５−１に対する位置調整を行う。すなわち、磁気センサ８がセンサホルダ９により保持され、かつ給電ケーブル１０が磁気センサ８及びコイル端子部９−２，９−３に接続された状態で、センサホルダ９の位置調整を行う。

コイル端子部９−２，９−３は、前述したようにセンサホルダ９に設けられている。このため、図２に示すように、センサホルダ９がヨーク位置決めカバー１１に対して回転されると、コイル端子部９−２，９−３もセンサホルダ９とともにモータユニットに対して移動（回転）する。このため、この位置調整時に、第１及び第２のコイル６，７に通電して第１及び第２のヨーク４，５を励磁することができる。すなわち、ロータユニットにトルクを発生させることができる。

第１及び第２のコイル６，７への通電方向を切り替えてそのときのトルクを測定することにより、図４に示す４種類のトルク曲線（Ａ−Ｂ−、Ａ＋Ｂ−、Ａ＋Ｂ＋、Ａ−Ｂ＋）が得られる。そして、これらトルク曲線の交点で磁気センサ８（感磁極８ａ，８ｂ）からの出力信号Ｓ１，Ｓ２の正負が入れ替わるように、磁気センサ８の位置を調整する。このような位置調整により、モータから得られる出力を最大に近づけることができる。

センサ位置調整が終了すると、ステップＳ１０６では、センサホルダ９をヨーク位置決めカバー１１に、接着、溶着等の方法によって固定する。

本実施例によれば、センサ位置調整においてセンサホルダ９とともにコイル端子部９−２，９−３がモータユニットに対して移動するので、給電ケーブル１０をコイル端子部９−２，９−３に接続したままでセンサホルダ９の位置調整を行うことができる。したがって、実際に発生するトルクを参照しながら磁気センサ８の位置の調整を適切に（高精度に）行うことができ、この結果、モータの性能を十分に発揮させることができる。

また、本実施例によれば、センサ位置調整のために部品点数が増えることがなく、モータ全体の小型化を妨げる部品を使用しない。このため、小型のセンサ付きモータを実現することができる。

さらに、本実施例では、コイル端子部９−２，９−３と磁気センサ８との位置関係が固定される。このため、給電ケーブル１０に調整しろ（余裕）を設ける必要がなく、給電ケーブル１０の大型化を招かない。したがって、モータ全体のさらなる小型化に有効である。

図５には、本発明の実施例２であるモータを分解して示す。本実施例では、実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付して説明を省略する。

本実施例のモータ１０１では、コイル端子部１０６−２，１０７−２が、第１のボビン１０６−１及び第２のボビン１０７−１に、可撓部材としての連結部材１０６−３，１０７−３を介して取り付けられている。このため、コイル端子部１０６−２，１０７−２は、連結部材１０６−３，１０７−３の変形によって、コイル１０６，１０７に対して、すなわちモータユニット（２〜６，１１〜１３）に対して移動できる。

また、センサホルダ１０９には、実施例１と同様に、磁気センサ８を保持するための穴部１０９−１と、ヨーク位置決めカバー１１が軽圧入される円筒開口部１０９−４とを有する。本実施例でも、センサホルダ１０９は、モータ１０１の組み立て時においてセンサホルダ１０９の第１及び第２の磁極部（第１及び第２のヨーク４，５）に対するロータユニットの回転方向での位置調整を可能とする構造によってモータユニットに組み付けられる。

さらに、センサホルダ１０９には、ロータユニットの回転方向において、コイル端子部１０６−２，１０７−２とそれぞれ係合可能な形状を有する凹部（係合部）１０９−５が形成されている。センサホルダ１０９をモータユニットに組み付けると、コイル端子部１０６−２，１０７−２は該凹部１０９−５内に配置される。

実施例１と同様に、本実施例でも、磁気センサ８がセンサホルダ１０９により保持され、かつ給電ケーブル１０が磁気センサ８及びコイル端子部１０６−２，１０７−２に接続された状態で、センサホルダ１０９の第１及び第２の磁極部に対する位置調整を行う。具体的には、センサホルダ１０９をヨーク位置決めカバーに対して回転させる。これにより、図６に示すように、凹部１０９−５に係合したコイル端子部１０６−２，１０７−２は、連結部材１０６−３（不図示），１０７−３の変形によってセンサホルダ１０９とともにモータユニットに対して移動する。

したがって、本実施例でも、実施例１と同様に、給電ケーブル１０をコイル端子部１０６−２，１０７−２に接続したままでセンサホルダ１０９の位置調整を行うことができる。したがって、実際に発生するトルクを参照しながら磁気センサ８の位置の調整を適切に（高精度に）行うことができる。

また本実施例でも、コイル端子部１０６−２，１０７−２と磁気センサ８との位置関係が固定される。このため、給電ケーブル１０に調整しろ（余裕）を設ける必要がなく、給電ケーブル１０の大型化を招かない。したがって、モータ全体の小型化に有効である。

なお、実施例１では、モータ組み立て後にコイルの端部をコイル端子部に巻き付ける必要があるが、本実施例では、ボビンにコイルを巻き付けたときにコイル端子部にコイルの端部を巻き付けることができる。このことは、組み立ての効率化に有効である。

なお、上記各実施例では、センサとして磁気センサを用いた場合について説明したが、モータの位置に関する情報が得られるセンサであれば、磁気センサ以外のセンサを用いることもできる。例えば、パルス板と光学式センサを組み合わせた位置センサを用いてもよい。

また、上記各実施例以外の構成であっても、センサがセンサホルダにより保持され、かつ配線基板がセンサ及び端子部に接続された状態で、位置調整されるセンサホルダとともにモータユニットに対して移動するように設けられていれば、本発明に含まれる。

図８には、実施例１（又は実施例２）で説明したモータ１（１０１）を備えた装置としてのデジタルカメラを示している。

カメラ１１２は、撮像倍率を変更できるズームレンズ鏡筒（以下、レンズ鏡筒という）１００を備えている。モータ１は被駆動部材としての該レンズ鏡筒１００のズーム駆動源又はフォーカス駆動源として用いられる。

カメラ１１２の正面には被写体の構図を決めるファインダ１１７と、測光／測距を行う際に補助光を発する発光部１１６と、被写体を照明するフラッシュ１１８と、レンズ鏡筒１００とが設けられている。

また、カメラ１１２の上面には、レリーズボタン１１３と、電源ＯＮ／ＯＦＦボタン１１５と、ズームスイッチ１１４とが設けられている。例えば、電源ＯＮ／ＯＦＦボタン１１５がＯＮされたときや、ズームスイッチ１１４が操作されたときに、不図示のカメラマイクロコンピュータからの信号を受けた前述したドライバ回路を通じてモータ１が作動する。これにより、レンズ鏡筒１００の格納状態からの突出駆動やズーム駆動が行われる。

実施例１，２にて説明したモータ１，１０１は、上記のようなカメラに限らず、光ディスク装置、プリンタ及びプロジェクタ等の各種装置における被駆動部材の駆動源として広く用いることができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

本発明の実施例１であるモータの分解斜視図。 実施例１のモータにおけるセンサ位置調整の様子を示す図。 実施例１，２のモータに設けられた磁気センサを示す概略図。 モータトルクと磁気センサ信号との関係を示すグラフ図。 本発明の実施例２であるモータの分解斜視図。 実施例２のモータにおけるセンサ位置調整の様子を示す図。 実施例１，２のモータの製造方法を示すフローチャート。 実施例１，２のモータを備えたカメラの斜視図。

符号の説明

１，１０１ モータ
２ マグネット
３ ロータ
４，５ ヨーク
６，７，１０６，１０７ コイル
８ 磁気センサ
９，１０９ センサホルダ
９−２，９−３，１０６−２，１０７−２ コイル端子部
１０ 給電ケーブル
１１ ヨーク固定カバー
１２，１３ 軸受け
１０６−３，１０７−３ 連結部材

Claims (5)

1. 多極着磁された着磁面を有するマグネットを備えたロータと、
   前記マグネットの前記着磁面に対向する磁極部が形成されるヨークと、
   前記磁極部を励磁するコイルと、
   前記ロータの回転に応じた信号を出力するセンサと、
   前記ヨークを固定するヨーク固定部材と、
   前記コイルおよび前記センサが接続された配線基板と、
   前記配線基板が取り付けられるセンサホルダと、を有し、
   前記ヨーク固定部材は円筒形状を有し、前記ヨーク固定部材の内周面に前記ヨークの前記磁極部を固定する溝部が形成され、
   前記センサホルダは円筒形状を有し、前記センサホルダの内周面が前記ヨーク固定部材の外周面と重なるように配置され、
   前記センサホルダは、前記配線基板が取り付けられた状態で、前記ヨークが固定された状態の前記ヨーク固定部材に対して回動可能に構成されることを特徴とするモータ。
2. 前記センサホルダに前記コイルが接続される端子部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記コイルが巻回されるボビンをさらに備え、
   前記ボビンに前記コイルが接続される端子部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
4. 前記端子部は、変形可能な連結部材を介して前記ボビンに取り付けられ、
   前記配線基板が取り付けられた状態の前記センサホルダを前記ヨークが固定された状態の前記ヨーク固定部材に対して回動させると、前記連結部材が変形することを特徴とする請求項３に記載のモータ。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載のモータと、
   前記モータにより駆動される被駆動部材とを有することを特徴とする装置。