JP6121784B2 - ブラシレス直流モータ、鏡筒及び撮像装置 - Google Patents

Description

本件発明は、ブラシレス直流モータに関し、特に、従来に比して同寸法であっても高出力化を図ることができる小型のブラシレス直流モータ、これを用いた鏡筒及び撮像装置に関する。

従来より、各種電子機器の駆動源等として各種の直流モータが使用されている。例えば、撮像装置においても、撮像用レンズ群のレンズ位置を移動させるためのレンズ移動機構の駆動源として小型のブラシ付直流モータが用いられている。小型のブラシ付直流モータは、始動トルクが大きく、加速性及び速度制御性に優れるため、レンズの位置を精密に制御しなければならないレンズ移動機構の駆動源として好適である。小型のブラシ付直流モータでは、ロータとステータの配置によって、インナ・ロータタイプのものと、アウタ・ロータタイプのものとに分類される。いずれの場合であっても、ロータの回転軸方向に対して垂直な面において見た場合、ロータの外側又はロータの内側に、ステータの巻線領域が同一平面内に配置される。モータのトルクを向上させるためには、ロータ径及び巻線を増大させる必要がある。しかしながら、ロータ径及び巻線を増大させると、モータの外径も大きくなることから、設置スペースに制約のある場合、モータのトルクを向上させるには限界があった。

一方、モータのトルクが小さい場合は、モータの回転数を上げることにより高出力化を図ることも考えられる。しかしながら、小型モータの場合、モータの出力軸（回転軸）の回転速度が速いため、出力軸と負荷の間に、ギヤ等で構成した減速機構を介在させる場合がある。この場合、モータの回転数を増加させると、減速比を大きくする必要が生じる。減速比が大きくなると、ギヤ等が噛合する時の音が大きくなり、レンズ移動時の騒音が大きくなると共に、駆動伝達速度が遅くなり、迅速応答性に欠けるという課題がある。

そこで、特許文献１に開示のインナ・ロータタイプの三相ブラシレス直流モータは、外周部に、周方向に複数の磁極を備えたロータと、このロータの外周側面に沿って離間配置された固定子（ステータ）とを備えた構成を採用している。固定子をロータの外周側面に沿って、設置スペースに応じて離間配置することにより、ロータ径を従来のモータ外形と同程度にまで大きくすることができ、従来に比して、トルクを向上させることができ、動作の安定化を図ることができるとしている。

特開２０１０−２８８４２６号公報

しかしながら、特許文献１に開示の三相ブラシレス直流モータでは、設置寸法のロータを挟んで両側に固定子を配置する構成を採用しているため、モータを円環状平板に設置するためには、ロータと、固定子とを別個に組み付ける必要があり、円形状の固定子を採用する場合と比較すると、モータの組み付け作業が繁雑になるという課題がある。

そこで、本件発明の課題は、モータの組み付け作業が容易であり、且つ、モータ外径を大きくすることなく、従来に比して高出力化を図ることができる小型のブラシレス直流モータ、これを用いた鏡筒及び撮像装置を提供することにある。

本発明者等は、鋭意研究を行った結果、ブラシレス直流モータのロータとステータ（突条鉄心部）の巻線領域とを下記のように回転軸方向において上下に配置することで上記課題を解決するに到った。

本件発明に係るブラシレス直流モータは、２ｎ極（但し、ｎ≧１の整数）に着磁された永久磁石部を有するロータと、当該ロータの回転軸が挿入されると共に、当該回転軸に対して垂直な面を有する円環状部と、この円環状部の外周部から立設され、その先端部がロータの外周面に対向する複数の突条鉄心部と、各突条鉄心部に巻回されたコイルを結線した巻線とを有するステータとを備え、当該ロータの回転軸方向を上下方向としたときに、当該ロータと、当該ステータの巻線領域とが上下に配置されており、下記条件式（１）を満足することを特徴とする。

本件発明に係るブラシレス直流モータにおいて、前記突条鉄心部は３ｍ（但し、ｍは２以上の整数）本設けられ、前記ロータは２ｎ極（但し、ｎは４以上の整数）に着磁された前記永久磁石部を有し、突条鉄心部の数（３ｍ）と着磁数（２ｎ）との最小公倍数が２４以上の三相ブラシレス直流モータであることが好ましい。

本件発明に係るブラシレス直流モータにおいて、前記突条鉄心部の数が９（ｍ＝３）、着磁数は８（ｎ＝４）又は１６（ｎ＝８）であることが好ましい。

本件発明に係るブラシレス直流モータにおいて、前記ステータは、前記円環状部の外周部に前記突条鉄心部が放射状に設けられた平板状部材を用い、当該突条鉄心部を当該円環状部に対して略垂直に折り曲げることにより形成されたものであることが好ましい。

本件発明に係るブラシレス直流モータにおいて、前記ステータは、前記円環状部の外周部に放射状に前記突条鉄心部が設けられた状態で、各突条鉄心部にコイルを構成する電線が巻回され、その後、当該突条鉄心部を当該円環状部に対して略垂直に折り曲げられたものであることが好ましい。

本件発明に係るブラシレス直流モータにおいて、前記突条鉄心部が前記円環状部に対して略垂直に折り曲げられた後に、当該突条鉄心部に所定の巻数で巻回されたコイルが挿入されたものであってもよい。

本件発明に係る鏡筒は、光学素子を移動可能に保持する鏡筒において、当該光学素子を光軸方向に移動させる駆動源として、上記ブラシレス直流モータを備えることを特徴とする。

本件発明に係る撮像装置は、上記鏡筒を備えることを特徴とする。

本件発明によれば、ロータの回転軸方向を上下方向としたときに、ロータと、ステータの巻線領域とを上下に配置するため、ロータ径を大きくした場合であっても、巻線領域を大きく確保することができ、モータの外径及び減速比を大きくすることなく、従来に比してブラシレス直流モータの高出力化を図ることができる。また、条件式（１）を満足させることにより、モータの特性に関与しない無駄な体積を排除することができ、最小の体積で高トルクの当該ブラシレス直流モータを実現することができる。

本件発明に係るブラシレス直流モータの一例を示す外観斜視図である。 本件発明に係るブラシレス直流モータのステータ部分を回転軸と平行に、且つ回転軸を含む位置で切断した状態を示す断面図である。 ロータの磁極を示す平面図である。 本件発明に係るブラシレス直流モータの平面図である。 相構成を説明するための図である。 他の相構成を説明するための図である。 本件発明に係る鏡筒の一例を示す断面図である。 実施例１−１〜実施例１−３のトルク定数の変化を示す図である。 実施例１−１〜実施例１−３の起動トルクの変化を示す図である。 実施例２−１〜実施例２−４のトルク定数の変化を示す図である。 実施例２−１〜実施例２−４の起動トルクの変化を示す図である。 実施例３−１〜実施例３−３のトルク定数の変化を示す図である。 実施例３−１〜実施例３−３の起動トルクの変化を示す図である。

〈ブラシレス直流モータ〉
以下、図面を参照して、本件発明に係るブラシレス直流モータ１００の実施の形態を説明する。本件発明に係るブラシレス直流モータ１００は、鉄心（突条鉄心部２３）にコイル用の電線を巻回したいわゆる鉄心型モータであり、図１〜図３に示すように、ロータ１０と、ステータ２０の巻線領域２１とをロータ１０の回転軸方向（回転軸１１の軸方向）を上下方向としたときに、これらを上下に配置したものである。従来のブラシレス直流モータでは、回転軸と垂直な面において平面視した場合に、ロータと、ロータの外周の外側又は内周の内側にステータの巻線領域が同一平面上に配置されていた。これに対して、本件発明に係るブラシレス直流モータ１００では、ロータ１０の回転軸方向を上下方向としたときに、ロータ１０と、ステータ２０の巻線領域２１とを上下に配置することにより、ロータ１０の外径を大きくすると共に、ステータ２０の巻線領域２１を大きく確保することができる。このため、インナ・ロータタイプ等の従来の一般的な構成のブラシレス直流モータと比較した場合、同寸法で、高トルクを達成することができる。なお、図１に示す例では、鉄心（突条鉄心部２３）の巻線領域２１の上方には、突条鉄心部２３の外側を取り囲むように各種配線を備えるフレキシブルプリント基板３０を巻き付けた例を示している。以下、ロータ１０と、ステータ２０の具体的な構成を説明する。

ロータ１０はいわゆるマグネット（永久磁石）ロータである。図２及び図３に示すように、回転軸１１（シャフト）にはロータヨーク１２が設けられ、このロータヨーク１２の外周部に、２ｎ極（但し、ｎ≧１の整数；本実施の形態では１２極）に着磁された永久磁石部１３（Ｓ、Ｎ）が設けられる。図４に示すように、永久磁石部１３において、Ｓ極とＮ極とは、それぞれ周方向に交互に配置される。また、図２に示すように、回転軸１１は軸受け１４、１５及びワッシャー１６を介してハウジング４０に回転自在に支持されている。

ステータ２０は、図２及び図３に示すように、ロータ１０の回転軸方向に対して垂直な面を有する円環状部２２と、その先端部がロータ１０側に延在する当該回転軸１１と平行な複数の突条鉄心部２３と、各突条鉄心部２３に巻回されるコイル２４とを有する。また、円環状部２２の中央は開口しており、この開口部２２ａにはハウジング４０及び軸受け１５を介して、ロータ１０の回転軸１１が挿入される。

円環状部２２及び突条鉄心部２３は、強磁性体材料を用いて一体的に成形することができる。具体的には、円環状部２２の外周部に突条鉄心部２３が同一平面内に放射状に連設された平板状部材を用い、当該突条鉄心部２３を当該円環状部２２に対して略垂直に折り曲げることにより、図２及び図３に示す形状の鉄心構造とすることができる。突条鉄心部２３は円環状部２２の外周部に等間隔に設けられている。図示例では、突条鉄心部２３を９本備えた例を示している。なお、ロータ１０の外周部に設けられる永久磁石部１３の磁極数と突条鉄心部２３の数（スロット数）との関係については後述する。

図１〜図３に示すように、各突条鉄心部２３の円環状部２２側は巻線領域２１となっており、各突条鉄心部２３の先端部はロータ１０側に延在し、ロータ１０の外周面に対向配置されている。コイル２４に通電したとき、コイル２４から発生する磁力線（磁界）は強磁性体である突条鉄心部２３に収束され、当該突条鉄心部２３の先端部を介してロータ１０の外周面に作用する。本実施の形態のブラシレス直流モータ１００は、図３に示すように、突条鉄心部２３の回転軸方向における長さ（高さ）は、ロータ１０の永久磁石部１３の回転軸方向における長さ（高さ）「Ｄ」と、コイル２４の回転軸方向における長さ（高さ）「Ｅ」との和よりも長く、各突条鉄心部２３の先端２３ａはロータ１０の永久磁石部１３の上端より突出している。また、突条鉄心部２３には、絶縁性塗料が塗布されており、突条鉄心部２３とコイル２４との絶縁が図られている。

コイル２４用の電線を突条鉄心部２３に巻回する方法は特に限定されるものではなく、一般的なブラシレス直流モータ１００の巻線技術を採用することができる。但し、本件発明は小口径のモータに適用されるものであり、互いに隣接する突条鉄心部２３間の間隙も小さい。そこで、例えば、上述のように円環状部２２の外周部に突条鉄心部２３が放射状に設けられた平板状部材を用いる場合、各突条鉄心部２３を折り曲げる前に、各突条鉄心部２３にコイル２４用の電線を所定の巻数で巻回し、その後、各突条鉄心部２３を折り曲げる方法を採用することができる。また、予め所定の巻数のコイル２４を複数形成しておき、各コイル２４を各突条鉄心部２３に取り付ける方法を採用してもよい。これらの方法を採用することにより、各突条鉄心部２３を折り曲げた状態では、隣接する突条鉄心部２３間の間隙が小さく、各突条鉄心部２３にコイル２４用の電線を巻回するのが困難である場合であっても、各突条鉄心部２３に公知の方法等を用いて容易にコイル２４用の電線を巻回することができる。

また、各突条鉄心部２３の先端部において、突条鉄心部２３間の間隙には、ホール素子等の位置検出センサ５０が配置される。位置検出センサ５０を各突条鉄心部２３の先端部間の隙間に挿入することにより、ロータ１０の回転位置をロータ１０により近い位置で検出することができる。図１に示す例では、当該位置検出センサ５０はフレキシブルプリント基板３０に実装されており、フレキシブルプリント基板３０をロータ１０の周囲に巻き付ける際に、位置検出センサ５０を所定の位置に配置することができるように構成されている。

なお、図示は省略したが、当該モータは、外装材によりステータ２０及びロータ１０の周囲が被覆され、一つのモータ部品として構成される。従って、モータを取り付ける際には、上記特許文献１に記載の従来例のようにステータ２０とロータ１０とを別々に組み付ける必要がなく、取り付け作業が容易である。

以上のように構成されたブラシレス直流モータ１００において、本件発明では、回転軸に対して垂直な面においてみたときの、突条鉄心部２３の幅を「Ａ」、当該突条鉄心部２３の厚みを「Ｂ」とし（図２参照）、回転軸方向における突条鉄心部２３の磁力作用に関する有効長さを「Ｃ」とし、回転軸方向におけるロータ１０の永久磁石部１３の長さを「Ｄ」としたときに、下記条件式（１）を満足することを特徴とする。

なお、本件発明において、回転軸方向における突条鉄心部２３の磁力作用に関する有効長さ「Ｃ」は次の長さを指すものとする。まず、突条鉄心部２３の先端２３ａがロータ１０の永久磁石部１３の上端に達する場合、或いは、突条鉄心部２３の先端２３ａが永久磁石部１３の上端よりも突出する場合、円環状部２２のロータ１０に対向する面から、ロータ１０の永久磁石部１３の上端までの距離を当該突条鉄心部２３の磁力作用に関する有効長さ「Ｃ」とする（図３参照）。一方、回転軸方向において、突条鉄心部２３の先端２３ａがロータ１０の永久磁石部１３の上端に達していない場合は、円環状部２２のロータ１０に対向する面から当該突条鉄心部２３の先端２３ａまでの距離を当該突条鉄心部２３の磁力作用に関する有効長さ「Ｃ」とする。

上記構成を有するブラシレス直流モータ１００において、ロータ１０の回転軸方向を上下方向としたときに、ロータ１０と、ステータ２０の巻線領域２１とを上下に配置すると共に、突条鉄心部２３の断面積「Ａ×Ｂ」と、回転軸方向における突条鉄心部２３の上記磁力作用に関する有効長さ「Ｃ」及びロータ１０の永久磁石部１３の長さ「Ｄ」の積との関係が条件式（１）を満足することにより、モータ特性（トルク定数、起動トルク）に関与しない無駄な体積を排除することができ、最小の体積で高出力の当該ブラシレス直流モータを実現することができる。

条件式（１）の上限値を超える場合、突条鉄心部２３の断面積「Ａ×Ｂ」に対して、突条鉄心部２３の磁力作用に関する有効長さ「Ｃ」及び／又はロータ１０の永久磁石部１３の長さ「Ｄ」が長くなる。同一平面上にロータとステータの巻線領域とが存在する場合、回転軸方向におけるブラシレス直流モータの厚みが増加するにつれて、トルク定数及び起動トルクは増加し、当該モータの高出力化を図ることができる。しかしながら、本件発明に係るブラシレス直流モータ１００の場合、条件式（１）の上限値を超えて回転軸方向の厚みを増大させても、トルク定数及び起動トルクの向上効果は飽和傾向になる。このため、回転軸方向において、ロータ１０と、ステータ２０の巻線領域２１とを上下に配置して、モータの外径が大きくなるのを抑制しながら、従来と同程度の外径でモータの高出力化（高トルク化）を図るという本件発明の目的に対して、回転軸方向において、モータ特性に関与しない無駄な体積増加が生じるため好ましくない。

一方、条件式（１）の下限値未満となる場合、突条鉄心部２３の断面積「Ａ×Ｂ」に対して、突条鉄心部２３の磁力作用に関する有効長さ「Ｃ」及び／又はロータ１０の永久磁石部１３の長さ「Ｄ」が短くなる。このため、上記構成のブラシレス直流モータ１００において、高出力化を図ろうとすると、コイル２４の巻数を増大させる必要等が生じ、当該ブラシレス直流モータ１００の外径が大きくなる。このため、ロータ１０と、ステータ２０の巻線領域２１とを回転軸方向において、上下に配置することにより、従来と同程度の外径であっても、ロータ１０の径及び巻線領域２１を大きく確保して、ブラシレス直流モータ１００の高出力化を図るという本件発明に係る目的を十分に達成することができなくなるため、好ましくない。

これらの観点から、上記条件式（１）の上限値は６０以下であることが好ましく、５０以下であることがより好ましい。一方、上記条件式（１）の下限値は、３以上であることが好ましく、１５以上であることがより好ましい。

次に、円環状部２２の周囲に設けられる突条鉄心部２３の数（コイル２４の数）と、ロータ１０の外周面に設けられる磁極数（２ｎ）との関係について説明する。本件発明に係るブラシレス直流モータ１００は、突条鉄心部２３の数（以下、「スロット数」と称する。）が３×ｍ（但し、ｍは２以上の整数）、ロータ１０の外周面に設けられる磁極数は、２×ｎ（但し、ｎは４以上の整数）、スロット数（３ｍ）と磁極数（２ｎ）との最小公倍数が２４以上の三相ブラシレス直流モータであることが好ましい。

当該ブラシレス直流モータ１００をファンモータ等として使用する場合には、２相又は４相の相構成を採用してもよいが、当該ブラシレス直流モータ１００を小型電子機器等の各種駆動源等として用いる場合には、３相の相構成とすることが好ましい。従って、スロット数も３ｍで表すように、３の倍数で表される数にすることが好ましい。

ここで、鉄心型モータの場合、スロット数（３ｍ）と磁極数（２ｎ）の最小公倍数が大きいほど、静止トルクが小さくなることが知られている。例えば、図示例では、スロット数（３ｍ）が９（ｍ＝３）、磁極数（２ｎ）が１２（ｎ＝６）の組み合わせを示した。この場合、スロット数（３ｍ）と磁極数（２ｎ）との最小公倍数は３６である。この場合、スロット数が６、磁極数が８の組み合わせのものと比較すると、最小公倍数が大きく、静止トルクが小さくなる。当該観点から、例えば、スロット数（３ｍ）が９、磁極数（２ｎ）が８又は磁極数（２ｎ）が１６の組み合わせとすることにより、最小公倍数は７２となり、より静止トルクの小さな鉄心型モータを得ることができる。

また、スロット数と磁極数とを上記関係を満足させた上で、適宜調整して、ロータ１０の磁極境界に対して、隣り合う突条鉄心部２３のセンター位置をずらすことにより、静止トルクを複数の突条鉄心部２３に分散することができ、静止トルクをより低減することができる。

さらに、図５に示す例では、相構成を３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）とし、ｕ⁻、ｕ^＋、ｕ⁻、ｖ⁻、ｖ^＋、ｖ⁻、ｗ⁻、ｗ^＋、ｗ⁻のように同相のコイル２４を３つ隣り合うように配置している。但し、各相において、中央に配置されるコイル２４の巻線方向と、その両側に配置されるコイル２４の巻線方向は逆向きになるようにする。コイル２４に通電したときに、各相内の発生トルクが、相内中央に配置されるコイル２４ｕ^＋（ｖ^＋、ｗ^＋）と、その両側に配置されるコイル２４ｕ⁻（ｖ⁻、ｗ⁻）とでは、電気角度で±２０°（機械角度で±５°）のずれがあるため、各相の発生トルクが平坦になり、トルクリップルを小さくすることができる。これに対して、一般的な鉄心型モータの場合、Ｕ相のコイル２４、Ｖ相のコイル２４、Ｗ相のコイル２４の順序等のように、互いに隣り合うコイル２４はそれぞれ異なる相になるように等配置する。このため、各相の発生トルクは同相となるため、トルクリップルが大きくなる。

従って、磁束密度のより高い高磁力のマグネットを使用してロータ１０を構成した場合であっても、静止トルクやトルクリップルが大きくならず、高トルク化を図ると共に、ロータ１０を安定的に回転させることができる。

上記説明した本件発明に係るブラシレス直流モータ１００は、交換レンズ、撮像装置、携帯型電子機器等、各種の部品が高密度に狭小スペースに搭載される各種小型電子機器の駆動源として好適に用いることができる。本件発明に係るブラシレス直流モータ１００は、従来のインナ・ロータタイプあるいはアウタ・ロータタイプのものと比較すると、図１に示すようなベースプレート２００に取り付ける場合であっても、同じ外寸であってもロータ１０径を従来に比して大きくすることができるため、巻線領域２１も大きく確保することができる。このため、小型であっても従来に比して高トルク化を図ることができる。

以上説明した本実施の形態のブラシレス直流モータ１００は、本件発明の一態様であり、本件発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。図５に示した例では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイル２４のうち、同相のコイル２４を互いに隣接して配置したが、図６に示す様に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のコイル２４を順に配置し、同相のコイルを等配置してもよいのは勿論である。本件発明では、主に小型のブラシレス直流モータ１００を例に挙げて説明したが、モータの外径等に特に制限はなく、大型のブラシレス直流モータ１００に適用してもよいのは勿論である。

〈鏡筒及び撮像装置〉
次に、本件発明にかかる鏡筒及び撮像装置の実施の形態を図７を参照しながら説明する。図７に示す本実施の形態の鏡筒３００は、例えば、撮像装置（図示略）のレンズ鏡筒として用いられるものである。光学素子としてのレンズ６１（フォーカスレンズ等）を保持するレンズ保持枠６２と、このレンズ保持枠６２を光軸Ｌ（光軸方向）に沿って移動させるためのレンズ移動機構とを備えている。レンズ移動機構は、固定筒６３と、当該固定筒６３の外周に貫挿配置されるカム筒６４と、ブラシレス直流モータ１００の回転力をカム筒６４に伝達する減速機構６５とを備える。減速機構６５は、ブラシレス直流モータ１００の回転軸１１に設けられたギヤ６６と、当該ギヤ６６に噛合してカム筒６４を光軸Ｌを中心として回転させる伝達ギヤ６７、６８とを備える。カム筒６４には、カムピン６９、７０を介してレンズ保持枠６２に保持されたレンズ６１が係合されている。ブラシレス直流モータ１００の回転軸１１の回転に伴い、固定筒６３に対してカム筒６４が回転し、レンズ保持枠６２が光軸方向に移動する。

以上の機構により、例えば、フォーカスレンズ等のレンズを光軸方向に移動させることにより、焦点調節等を行うことができる。なお、本件発明に係る撮像装置は、当該鏡筒３００と、撮像素子等を備えるものである。

上述したように、本件発明にかかるブラシレス直流モータ１００は、各種の部品が高密度に狭小スペースに搭載される各種小型電子機器の駆動源として好適に用いることができる。特に、本件発明にかかるブラシレス直流モータ１は、直径が１０ｍｍ以下の小型モータに適用することが好適であり、同寸の従来のブラシレス直流モータと比較すると、２倍〜５倍程度の高トルク化を図ることができる。

また、図７に示したレンズ移動機構のように、回転軸１１に減速機構を設けたギヤードモータとした場合にも、当該ブラシレス直流モータ１００は、従来に比して高トルクであるため、減速比を小さくすることができる。従って、撮像装置や交換レンズのレンズ鏡筒等のレンズ移動機構の駆動源として、本件発明に係るブラシレス直流モータ１００を用いた場合、駆動時の静音化および、停止精度の向上を図ることができるため、フォーカシングやズーミングを行う際に騒音を発生することなく、迅速にレンズを精度よく移動させることができる。

但し、上記鏡筒３００及び撮像装置についても、本件発明の一態様に過ぎず、本件発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。

以下、実施例を挙げて上記条件式（１）についてより詳細に説明する。しかしながら、本件発明に係るブラシレス直流モータは、以下の実施例に限定されるものではなく、下記「Ａ」〜「Ｄ」の値は条件式（１）を満足する限り、適宜変更可能であることは勿論である。

実施例１では、上記実施の形態で説明した構成を有する１２極９スロットの３相ブラシレス直流モータにおいて、表１に示すように、上記突条鉄心部２３の厚み「Ｂ」を０．８ｍｍ、コイル２４の回転軸方向における長さ（コイルの高さ）「Ｅ」を４ｍｍ、１相辺りの巻数を「３９３」とし、上記突条鉄心部２３の幅「Ａ」を１．０ｍｍにしたものを実施例１−１、当該幅「Ａ」を１．５ｍｍにしたものを実施例１−２、当該幅「Ａ」を２．０ｍｍにしたものを実施例１−３とした。そして、各実施例１−１〜実施例１−３のブラシレス直流モータ１００について、上記突条鉄心部２３の磁力作用に関する有効長さ「Ｃ」と、上記ロータ１０の永久磁石部１３の長さ（永久磁石部１３の高さ）「Ｄ」とをそれぞれ変化させたときのトルク定数の変化と、起動トルクの変化とを電磁界解析ソフト（ＪＭＡＧ（登録商標））により解析した。結果を図８及び図９にそれぞれ示す。図８及び図９の横軸は、上記条件式（１）の値を示し、縦軸はトルク定数（ｇｆｃｍ／ｍＡ）又は起動トルク（ｇｆｃｍ）を示している（但し、図１０〜図１３においても同じである）。

実施例２では、表２に示すように、実施例１と同じ３相ブラシレス直流モータにおいて、表２に示すように、上記突条鉄心部２３の厚み「Ｂ」を０．８ｍｍ、コイル２４の回転軸方向における長さ「Ｅ」を２ｍｍ、１相辺りの巻数を「１９８」とし、上記突条鉄心部２３の幅「Ａ」を１．０ｍｍにしたものを実施例２−１、当該幅「Ａ」を１．５ｍｍにしたものを実施例２−２、当該幅「Ａ」を２．０ｍｍにしたものを実施例２−３、当該幅「Ａ」を３．０ｍｍにしたものを実施例２−４とした。そして、各実施例２−１〜実施例２−４のブラシレス直流モータ１００について、上記突条鉄心部２３の磁力作用に関する有効長さ「Ｃ」と、上記ロータ１０の永久磁石部１３の長さ「Ｄ」とをそれぞれ変化させたときのトルク定数の変化と、起動トルクの変化とを実施例１と同様にして、電磁界解析ソフト（ＪＭＡＧ（登録商標））により解析した。結果を図１０及び図１１にそれぞれ示す。

実施例３では、表３に示すように、実施例１と同じ３相ブラシレス直流モータにおいて、表３に示すように、上記突条鉄心部２３の幅「Ａ」を１．５ｍｍ、コイル２４の回転軸方向における長さ「Ｅ」を４ｍｍ、１相辺りの巻数を「３９３」とし、上記突条鉄心部２３の厚み「Ｂ」を０．５ｍｍにしたものを実施例３−１、当該厚み「Ｂ」を０．８ｍｍにしたものを実施例３−２、当該厚み「Ｂ」を１．２ｍｍにしたものを実施例３−３とした。そして、各実施例３−１〜実施例３−３のブラシレス直流モータ１００について、上記突条鉄心部２３の磁力作用に関する有効長さ「Ｃ」と、上記ロータ１０の永久磁石部１３の長さ「Ｄ」とをそれぞれ変化させたときのトルク定数の変化と、起動トルクの変化とを実施例１と同様にして、電磁界解析ソフト（ＪＭＡＧ（登録商標））により解析した。結果を図１２及び図１３にそれぞれ示す。

図８〜図１３に示すように、条件式（１）の値が３以上６０以下の範囲では、実施例１〜実施例３のいずれのブラシレス直流モータ１００においても、上記突条鉄心部２３の磁力作用に関する有効長さ「Ｃ」及び／又はロータ１０の永久磁石部１３の長さ「Ｄ」が長くなると、トルク定数及び起動トルクのいずれも増加する傾向にあることが確認された。従って、条件式（１）を満足する範囲内で、突条鉄心部２３の幅「Ａ」、厚み「Ｂ」及び磁力作用に関する有効長さ「Ｃ」、ロータ１０の永久磁石部１３の長さ「Ｄ」を適宜調整することにより、要求されるモータ特性に応じた最小体積のブラシレス直流モータを得ることができる。一方、条件式（１）の上限値（６０）を超えると、突条鉄心部２３の磁力作用に関する有効長さ「Ｃ」及び／又はロータ１０の永久磁石部１３の長さ「Ｄ」を長くしても、トルク定数及び起動トルクは概ね一定の値を示し、トルク向上に関する効果は飽和傾向にあることが確認された。従って、条件式（１）の上限値を超えて、回転軸方向に当該ブラシレス直流モータ１００の体積を増加させた場合、モータ特性に関与しない無駄な体積が生じるため、好ましくない。また、条件式（１）の下限値未満となる場合、トルク定数及び起動トルクのいずれも小さい値となり、上記構成のブラシレス直流モータにおいて、高出力化を図ろうとすると、コイルの巻数を増大させる必要等が生じ、当該ブラシレス直流モータの外径が大きくなる。このため、ロータ１０と、ステータ２０の巻線領域２１とを回転軸方向において、上下に配置することにより、従来と同程度の外径であっても、ロータ径及び巻線領域を大きく確保して、ブラシレス直流モータの高出力化を図るという本件発明に係る目的を十分に達成することができなくなるため、好ましくない。

本件発明に係るブラシレス直流モータは、ロータと、ステータの巻線領域とをロータの回転軸方向において上下に配置するため、ロータ径を大きくした場合であっても、巻線領域を大きく確保することができ、モータの外径及び減速比を大きくすることなく、従来に比してブラシレス直流モータの高出力化を図ることができる。また、条件式（１）を満足させることにより、モータの特性に関与しない無駄な体積を排除することができ、最小の体積で高トルクの当該ブラシレス直流モータを実現することができる。従って、各種の部品が高密度に狭小スペースに搭載される交換レンズ、撮像装置、携帯型電子機器等の各種小型電子機器の駆動源として好適に用いることができる。

１０・・・ロータ
１１・・・回転軸
１３・・・永久磁石部
２０・・・ステータ
２１・・・巻線領域
２２・・・円環状部
２３・・・突条鉄心部
２４・・・コイル

Claims (8)

1. ２ｎ極（但し、ｎ≧１の整数）に着磁された永久磁石部を有するロータと、
   当該ロータの回転軸が挿入されると共に、当該回転軸に対して垂直な面を有する円環状部と、この円環状部の外周部から立設され、その先端部がロータの外周面に対向する複数の突条鉄心部と、各突条鉄心部に巻回されたコイルを結線した巻線とを有するステータと、
   を備え、
   当該ロータの回転軸方向を上下方向としたときに、当該ロータと、当該ステータの巻線領域とが上下に配置されており、
   下記条件式（１）を満足することを特徴とするブラシレス直流モータ。
   

   
2. 前記突条鉄心部は３ｍ（但し、ｍは２以上の整数）本設けられ、
   前記ロータは２ｎ極（但し、ｎは４以上の整数）に着磁された前記永久磁石部を有し、
   突条鉄心部の数（３ｍ）と着磁数（２ｎ）との最小公倍数が２４以上の三相ブラシレス直流モータである請求項１に記載のブラシレス直流モータ。
3. 前記突条鉄心部の数が９（ｍ＝３）、着磁数は８（ｎ＝４）又は１６（ｎ＝８）である請求項１又は請求項２に記載のブラシレス直流モータ。
4. 前記ステータは、前記円環状部の外周部に前記突条鉄心部が放射状に設けられた平板状部材を用い、当該突条鉄心部を当該円環状部に対して略垂直に折り曲げることにより形成されたものである請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のブラシレス直流モータ。
5. 前記ステータは、前記円環状部の外周部に放射状に前記突条鉄心部が設けられた状態で、各突条鉄心部にコイルを構成する電線が巻回され、その後、当該突条鉄心部を当該円環状部に対して略垂直に折り曲げられたものである請求項４に記載のブラシレス直流モータ。
6. 前記突条鉄心部が前記円環状部に対して略垂直に折り曲げられた後に、当該突条鉄心部に所定の巻数で巻回されたコイルが挿入されたものである請求項４に記載のブラシレス直流モータ。
7. 光学素子を移動可能に保持する鏡筒において、
   当該光学素子を光軸方向に移動させる駆動源として、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のブラシレス直流モータを備えることを特徴とする鏡筒。
8. 請求項７に記載の鏡筒を備えることを特徴とする撮像装置。

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