KR19980076197A - 모터 및 전진 장치 - Google Patents

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KR19980076197A
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Abstract

본 발명은, 원통형으로 형성되며 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되고 적어도 외주가 다른 자극으로 교대로 자화되는 자석을 포함하고, 회전자의 축방향을 따라 제1 코일, 회전자 및 제2 코일이 순서대로 배치되고, 제1 코일에 의해 자화된 제1 외부 및 내부 자극은 자석의 한 단부에서 외주 및 내주에 대해 대향하도록 배치되며, 제2 코일에 의해 자화된 제2 외부 및 내부 자극은 자석의 다른 단부에서 외주 및 내주에 대해 대향하도록 배치되어 있는 신규한 구성의 초소형 모터를 제공하는 것이다.

Description

모터 및 전진 장치
본 발명은 초소형 모터와, 렌즈를 전진시키기 위하여 초소형 모터를 이용하는 전진 장치에 관한 것이다.
소형 모터 분야에서, 예컨대 도31에 도시된 것과 같은 소형 원통형 스텝핑 모터(stepping motor)가 공지되어 있다. 이러한 모터에서, 고정자 코일(stator coil)이 보빈(bobbin, 101) 상에 권취되며, 보빈은 2개의 고정자 요우크(yoke, 106) 사이에서 축방향으로 지지 및 고정된다. 고정자 요우크(106)에는 보빈(101)의 내측 원주를 따라 교대로 배열된 고정자 치(teeth, 106a, 106b)가 마련된다. 고정자 치(106a, 106b)와 일체로 된 고정자 요우크(106)는 케이스(103) 내에서 고정되어 고정자(102)를 구성하도록 한다.
2개의 케이스(103) 중 하나에서, 플랜지(115) 및 베어링(108)이 고정되어 있고, 다른 베어링(108)은 다른 케이스(103)에 고정된다. 회전자(rotor, 109)는 회전자 축(110) 상에 고정된 회전자 자석(111)으로 구성되고, 회전자 자석(111)은 고정자 요우크(106a)와 함께 방사상으로 연장된 간극을 구성한다. 회전자 축(110)은 2개의 베어링(108) 사이에서 회전 가능하게 지지된다. 일본 특허 공개 공보 (평)3-180823호는 카메라 렌즈 구동시 이러한 소형 스텝핑 모터의 사용을 기재하고 있는데, 스텝핑 모터의 출력축에 의해 암나사를 회전시키도록 촬영 렌즈 측면을 따라 원호형 스텝핑 모터를 위치시킴으로써, 촬영 렌즈를 지지하는 렌즈 홀더에 고정된 수나사를 축방향으로 변위시킨다.
그러나, 전술된 종래의 소형 스텝핑 모터는 케이스(103), 보빈(101), 고정자 코일(105) 및 고정자 요우크(106)가 회전자 둘레에 동심으로 제공되기 때문에 모터의 외부 치수가 크다는 결점과 관련된다. 또한, 이러한 모터의 출력은 고정자 코일(105)에의 통전에 의해 생성된 자속이 도32에 도시된 바와 같이 고정자 치(106a)의 단부면(106a1)과 고정자 치(106b)의 단부면(106b1) 사이를 주로 통과하고 회전자 자석(111)에 효과적으로 인가되지 않기 때문에 상대적으로 제한된다.
또한, 종래의 렌즈 전진 장치에 있어서, 렌즈 둘레에 위치된 원호형 스텝핑 모터는 원주 방향으로 점유 면적이 커서, 셔터 구동용 작동기 등의 다른 기구를 동일 평면 내에 위치시키는 것이 곤란하게 된다.
이상의 것을 고려하여, 본 발명의 목적은 신규한 구성의 초소형 모터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제조가 용이한 구성을 갖는 초소형 모터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소형의 구성에도 불구하고 구동력이 큰 모터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소형 렌즈 전진 장치를 제공하기 위한 것이다.
도1은 본 발명의 실시예를 구성하는 스텝핑 모터의 분해 사시도.
도2는 도1에 도시된 스텝핑 모터의 조립 상태에서의 단면도.
도3a, 도3b, 도3c, 도3d, 도3e, 도3f, 도3g 및 도3h는 도2에 도시된 스텝핑 모터의 회전 작동을 설명하는 도면.
도4a, 도4b, 도4c, 도4d, 도4e, 도4f, 도4g 및 도4h는 본 발명의 실시예 2의 스텝핑 모터의 회전 작동을 설명하는 도면.
도5는 본 발명의 실시예 3의 스텝핑 모터의 분해 사시도.
도6은 본 발명의 실시예 4의 스텝핑 모터의 단면도.
도7은 도6에 도시된 스텝핑 모터의 선 7-7을 따른 단면도.
도8은 도6에 도시된 스텝핑 모터의 선 8-8을 따른 단면도.
도9는 상기 실시예들의 스텝핑 모터를 채용하는, 촬영 렌즈를 변위시키는 전진 장치의 분해 사시도.
도10은 본 발명의 실시예 5의 스텝핑 모터에서의 제3 요우크의 단면도.
도11은 도10에 도시된 스텝핑 모터의 선 11-11을 따른 단면도.
도12는 도10에 도시된 스텝핑 모터에서의 제3 요우크의 사시도.
도13은 본 발명의 실시예 6의 스텝핑 모터의 단면도.
도14는 도13에 도시된 스텝핑 모터의 선 14-14를 따른 단면도.
도15는 도13에 도시된 스텝핑 모터에서의 제3 요우크의 사시도.
도16은 본 발명의 실시예 7의 스텝핑 모터의 분해 사시도.
도17은 도16에 도시된 스텝핑 모터의 조립 상태에서의 단면도.
도18a, 도18b, 도18c, 도18d, 도18e, 도18f, 도18g 및 도18h는 도17에 도시된 스텝핑 모터의 회전 작동을 설명하는 도면.
도19a, 도19b, 도19c, 도19d, 도19e, 도19f, 도19g 및 도19h는 본 발명의 실시예 8의 스텝핑 모터의 회전 동작을 설명하는 도면.
도20은 본 발명의 실시예 9의 스텝핑 모터의 분해 사시도.
도21은 도20에 도시된 스텝핑 모터의 조립 상태에서의 단면도.
도22a, 도22b, 도22c, 도22d, 도22e, 도22f, 도22g 및 도22h는 도21에 도시된 스텝핑 모터의 회전 작동을 설명하는 도면.
도23은 본 발명의 실시예 10의 스텝핑 모터의 분해 사시도.
도24는 도23에 도시된 스텝핑 모터의 조립 상태에서의 단면도.
도25는 실시예 10과 비교하여 도시하는, 실시예 9의 단면도.
도26은 도24에 도시된 스텝핑 모터의 회전자의 확대 사시도.
도27a 및 도27b는 도24에 도시된 스텝핑 모터의 회전자의 제1 자화층 및 제2 자화층과, 제1 요우크 및 제2 요우크 사이의 관계의 제1 상태를 도시하는 도면.
도28a 및 도28b는 도24에 도시된 스텝핑 모터의 회전자의 제1 자화층 및 제2 자화층과, 제1 요우크 및 제2 요우크 사이의 관계의 제2 상태를 도시하는 도면.
도29a 및 도29b는 도24에 도시된 스텝핑 모터의 회전자의 제1 자화층 및 제2 자화층과, 제1 요우크 및 제2 요우크 사이의 관계의 제3 상태를 도시하는 도면.
도30a 및 도30b는 도24에 도시된 스텝핑 모터의 회전자의 제1 자화층 및 제2 자화층과, 제1 요우크 및 제2 요우크 사이의 관계의 제4 상태를 도시하는 도면.
도31은 종래의 스텝핑 모터의 단면도.
도32는 도31에 도시된 종래의 스텝핑 모터에서의 자속(magnetic flux)을 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 자석
2, 3 : 코일
4, 5, 6 : 요우크
7 : 출력축 또는 회전축
8 : 선형 가동 튜브
9 : 렌즈
10 : 렌즈 홀더
11 : 안내축
18, 19 : 고정자
20 : 결합링
본 발명의 또 다른 목적 및 특징은 이하의 실시예의 설명으로부터 더욱 명백하게 될 것이다.
본 발명은 첨부 도면에 도시된 본 발명의 실시예에 의해 보다 상세히 명백하게 될 것이다.
[실시예 1]
도1 내지 도3h는 본 발명의 실시예 1의 스텝핑 모터를 도시하며, 상기 도면들은 각각 스텝핑 모터의 분해 사시도, 스텝핑 모터의 조립 상태에서의 축방향 단면도, 및 도2의 선 A-A 및 선 B-B를 따른 단면도이다.
도1 내지 도3h를 참조하면, 회전자를 구성하는 중공 원통형 자석(1)은 외주에서 원주 방향으로 교대로 자화되는 부분(4개 부분, 본 실시예에서는 1a, 1b, 1c, 1d)으로 분할되며, 부분(1a, 1b)은 S극으로서 자화되고 부분(1c, 1d)은 N극으로서 자화된다. 회전자의 축을 구성하는 출력축(7)은 자석(1)에 고정된다. 회전자는 출력축(7) 및 자석(1)으로 구성된다. 코일(2, 3)은 자석(1)을 축방향으로 사이에 두는 위치에서 상기 자석(1)과 동심으로 마련되고, 자석(1)의 외경과 대략 동일한 외경을 갖는다.
연자성 재료로 구성된 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19)는 180°/n 또는 45°의 상호 변위를 가지고 위치된다. 각각의 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19)는 외부 튜브 및 내부 튜브로 구성된다. 제1 고정자(18)의 외부 튜브와 내부 튜브 사이에는, 전류 공급 하에 제1 고정자(18)를 자화시키는 코일(2)이 마련된다. 제1 고정자(18)의 외부 튜브 및 내부 튜브는 단부 부분에서 외부 자극(magnetic pole, 18a, 18b) 및 내부 자극(18c, 18d)을 구성한다. 내부 자극(18c, 18d)은 동일 위상을 나타내기 위하여 360°/(n/2) 또는 180°만큼 상호 변위되어 있다. 외부 자극(18a)은 내부 자극(18c)에 대향한 위치에 마련되고, 외부 자극(18b)은 내부 자극(18d)에 대향한 위치에 마련된다.
제1 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b) 및 내부 자극(18c, 18d)은 자석(1)의 단부 부분에서 외주 및 내주에 각각 대향한 위치에서 마련되어, 자석(1)의 이러한 단부 부분을 사이에 끼도록 한다. 회전축(7)의 단부는 제1 고정자(18)의 구멍(18e) 내에 회전 가능하게 끼워진다.
제2 고정자(19)의 외부 튜브와 내부 튜브 사이에는, 전류 공급 하에 제2 고정자(19)를 자화시키는 코일(3)이 마련된다. 제2 고정자(19)의 외부 튜브 및 내부 튜브는 단부 부분에서 외부 자극(19a, 19b) 및 내부 자극(19c, 19d)을 구성한다. 내부 자극(19c, 19d)은 동일 위상을 나타내기 위하여 360°/(n/2) 또는 180°만큼 상호 변위되어 있다. 외부 자극(19a)은 내부 자극(19c)에 대향한 위치에 마련되고, 외부 자극(19b)은 내부 자극(19d)에 대향한 위치에 마련된다. 제2 고정자(19)의 외부 자극(19a, 19b) 및 내부 자극(19c, 19d)은 자석(1)의 다른 단부 부분에서 외주 및 내주에 각각 대향한 위치에서 마련되어, 자석(1)의 이러한 다른 단부 부분을 사이에 끼도록 한다. 회전축(7)의 다른 단부는 제2 고정자(19)의 구멍(19e) 내에 회전 가능하게 끼워진다.
결국, 코일(2)에 의해 생성된 자속은 외부 자극(18a, 18b)과 내부 자극(18c, 18d) 사이에서 자석(1)을 가로지르게 되어, 회전자를 구성하는 자석(1)에 효과적으로 작용한다. 또한, 코일(3)에 의해 생성된 자속은 외부 자극(19a, 19b)과 내부 자극(19c, 19d) 사이에서 자석(1)을 가로지르게 되어, 자석(1)에 효과적으로 작용하고 모터의 출력을 증가시킨다.
비자성 재료의 원통형 부재로 구성된 결합링(20)에는 내주 상의 단부에서 홈(20a, 20b)이 마련되고, 타단부에서 홈(20a, 20b)으로부터 45°만큼 위상이 변위된 홈(20c, 20d)이 마련된다. 제1 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)은 홈(20a, 20b) 내에 끼워지고, 제2 고정자(19)의 외부 자극(19a, 19b)은 홈(20c, 20d) 내에 끼워지며, 이렇게 끼워진 부분들은 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19)를 결합링(20)에 장착하도록 접착 재료에 의해 고정된다. 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19)는, 외부 자극(18a, 18b) 및 내부 자극(18c, 18d)의 단부들이 외부 자극(19a, 19b) 및 내부 자극(19c, 19d)의 단부들에 각각 대향하고 외부 자극(18a, 18b) 및 외부 자극(19a, 19b)이 결합링(20)의 내측 돌출부(20e, 20f)의 폭에 의해 서로 분리되도록, 결합링(20) 상에 고정된다.
도2는 스텝핑 모터의 단면도이고, 도3a, 도3b, 도3c 및 도3d는 도2의 선 A-A를 따른 단면도이며, 도3e, 도3f, 도3g 및 도3h는 도2의 선 B-B를 따른 단면도이다. 도3a 및 도3e는 동일 시기에서의 단면도이고, 도3b 및 도3f는 동일 시기에서의 단면도이며, 도3c 및 도3g는 동일 시기에서의 단면도이고, 또한 도3d 및 도3h는 동일 시기에서의 단면도이다.
이하에서, 본 실시예의 스텝핑 모터의 기능을 설명하기로 한다. 도3a 및 도3e에 도시된 상태에서, 코일(2, 3)은 제1 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)을 N극으로서, 내부 자극(18c, 18d)을 S극으로서, 제2 고정자(19)의 외부 자극(19a, 19b)을 S극으로서, 그리고 내부 자극(19c, 19d)을 N극으로서 자화시키도록 통전됨으로써, 회전자를 구성하는 자석(1)은 반시계 방향으로 45°만큼 회전하여 도3b 및 도3f에 도시된 상태에 도달한다.
그리고 나서, 코일(2)에 대한 전류 공급은 역전되어, 제1 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)을 S극으로서, 내부 자극(18c, 18d)을 N극으로서, 제2 고정자(19)의 외부 자극(19a, 19b)을 S극으로서, 그리고 내부 자극(19c, 19d)을 N극으로서 자화시킴으로써, 회전자를 구성하는 자석(1)은 반시계 방향으로 45°만큼 추가 회전하여 도3c 및 도3g에 도시된 상태에 도달한다.
그리고 나서, 코일(3)에 대한 전류 공급은 역전되어, 제2 고정자(19)의 외부 자극(19a, 19b)을 S극으로서, 내부 자극(19c, 19d)을 N극으로서, 제1 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)을 S극으로서, 그리고 내부 자극(18c, 18d)을 N극으로서 자화시킴으로써, 회전자를 구성하는 자석(1)은 반시계 방향으로 45°만큼 추가 회전하여 도3d 및 도3h에 도시된 상태에 도달한다. 이후에, 코일(2, 3)에 대한 전류 공급은 연속적으로 절환됨으로써, 회전자의 자석(1)은 전류 공급의 위상에 대응하는 위치로 회전한다.
이하에서, 전술한 구성이 초소형 스텝핑 모터를 실현하기 위해 최적인 이유를 설명하기로 한다.
스텝핑 모터의 기본 구성은,
1) 자석의 중공 원통형 구조,
2) 자석의 외주를 분할함으로써 형성된 n개 부분의 교번적인 자화,
3) 제1 코일, 자석 및 제2 코일의 자석의 축방향으로의 배열, 및
4) 자석의 외주 및 내주에 각각 대향하여 위치되도록 되어, 제1 코일 및 제2 코일에 의해 각각 자화되는 제1 고정자 및 제2 고정자의 외부 자극 및 내부 자극
을 특징으로 한다.
결국, 본 스텝핑 모터는 고정자의 자극을 자석의 직경 외부에 위치되게 하는 직경과, 자석의 길이와 제1 코일 및 제2 코일의 길이의 합과 동일한 축방향 길이만을 필요로 한다. 따라서, 스텝핑 모터의 치수가 자석 및 코일의 직경 및 길이에 의해 결정될 때, 모터는 이러한 직경 및 길이를 최소화함으로써 초소형으로 제조될 수 있다.
자석 및 코일의 직경 및 길이의 이러한 최소화는 스텝핑 모터의 출력의 정확성을 유지하는 것을 곤란하게 하지만, 자석을 중공 원통형으로 형성하는 간단한 구조에 의해, 그리고 제1 고정자 및 제2 고정자의 외부 자극 및 내부 자극을 이러한 중공 원통형의 자석의 외주 및 내주에 각각 대향하도록 위치시킴으로써 방지된다. 모터의 출력은 후술되는 실시예 2에서처럼 자석의 외주뿐만 아니라 자석의 내주를 자화시킴으로써 더욱 효율적으로 될 수 있다.
[실시예 2]
도4a 내지 도4h는 본 발명의 실시예 2를 도시한다. 전술한 본 발명의 실시예 1에서, 회전자를 구성하는 자석(1)은 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되고 그 외주 상에서 교대로 자화되지만, 본 실시예 2에서는 모터의 출력 효율을 향상시키기 위하여 회전자를 구성하는 자석(1)은 외주에서뿐만 아니라 내주에서도 원주 방향으로 n개 부분(본 실시예에서는 4개 부분)으로 분할되고 S 및 N으로 교대로 자화된다. 자석(1)의 내주 상의 각각의 부분은 외주 상의 인접 부분에 대해 반대 방식으로 자화된다. 구체적으로는, 자화된 부분(1a, 1c)에 대응하는 내주 부분은 N극으로서 자화되는 반면에, 자화된 부분(1b, 1d)에 대응하는 내주 부분은 S극으로서 자화된다. 본 실시예 2에서, 회전자의 자석(1)의 외주뿐만 아니라 내주도 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되고 N극 및 S극으로 교재로 자화되므로, 모터의 출력은 자석(1)의 내주와 제1 고정자(18)의 내부 자극(18c, 18d) 및 제2 고정자(19)의 내부 자극(19c, 19d) 사이의 관계에 의해 증가될 수 있다.
[실시예 3]
도5는 본 발명의 실시예 3을 도시한다. 외부 튜브 및 내부 튜브가 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19) 각각에서 일체로 형성된 전술한 실시예 1과는 대조적으로, 본 실시예 3의 외부 튜브 및 내부 튜브는 도5에 도시된 바와 같이 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19) 각각에서 별개로 형성된다. 구체적으로는, 제1 고정자(18)의 내부 튜브는 단부에서 내부 자극(18c, 18d)과 함께 제1 요우크(181)를 구성하고, 제1 고정자(18)의 외부 튜브는 단부에서 외부 자극(18a, 18b)과 함께 제3 요우크(182)를 구성한다. 또한, 제2 고정자(19)의 내부 튜브는 단부에서 내부 자극(19, 19d)과 함께 제2 요우크(191)를 구성하고, 제2 고정자(19)의 외부 튜브는 단부에서 외부 자극(19a, 19b)과 함께 제4 요우크(192)를 구성한다. 또한, 실시예 3에서, 실시예 2에서처럼 회전자의 자석(1)은 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되고 외주뿐만 아니라 내주에서 N 및 S로 교대로 자화됨으로써 모터의 출력을 효과적으로 증가시킨다.
[실시예 4]
도6 내지 도8은 실시예 4의 스텝핑 모터를 도시하며, 각각은 스텝핑 모터의 종단면도, 도6의 선 7-7을 따른 횡단면도, 및 도6의 선 8-8을 따른 횡단면도이다.
도6 내지 도8을 참조하면, 자석 링(1)은 도7 및 도8에 도시된 바와 같이 원주 방향으로 4개의 동일 부분으로 분할되고 반경 방향으로 N극 및 S극으로 교대로 자화되는 링 형상의 영구 자석으로 구성된다.
코일(2, 3)은 자석 링(1)의 양측의 제위치에서 자석 링(1)과 동축으로 마련된다.
연자성 재료로 구성되는 제1 요우크(4)에는 코일(2)의 내부로 삽입되고 자석 링(1)의 내주에 대향한 관형 자극 부분(4a)이 마련된다.
연자성 재료로 구성되는 제2 요우크(5)에는 코일(3)의 내부로 삽입되고 자석 링(1)의 내주에 대향한 관형 자극 부분(5a)이 마련된다.
연자성 재료로 구성되고 관형 형상을 갖는 제3 요우크(6)는 도6에 도시된 바와 같이 코일(2, 3) 및 자석 링(1)의 외주를 덮도록 구성된다. 제3 요우크는 제1 요우크 및 제2 요우크에 고정된다.
출력축(7)은 큰 직경 부분(7c)에서 자석 링(1)에 고정되고 자석 링과 함께 일체로 회전하도록 구성된다. 출력축(7)은 큰 직경 부분(7c)의 양측의 부분(7a, 7b)에서 제1 요우크(4) 및 제2 요우크(5)의 구멍(4b, 5b)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
선형 가동 튜브(8)는 외주(8a)에서 제1 요우크(4)의 내주(4c) 내에서 활주 가능하게 끼워지고, 출력축(7) 상에 형성된 수나사 부분(7d)과 결합하는 암나사 부분(8b)이 마련된다. 선형 가동 튜브(8)에는 축방향 홈(8c)이 추가로 마련되고, 제1 요우크(4)의 전술한 홈(8c) 내에서 활주 가능하게 결합하는 제1 요우크(4)의 핀(4d)에 의해 원주 방향뿐만 아니라 축방향으로도 이동 가능하다. 이러한 기구로 인해, 튜브(8)는 출력축(7)의 회전에 의해 축방향으로 이동된다.
제3 요우크(6)에는, 자석 링(1) 및 제1 요우크(4)의 자극 부분(4a)이 축방향으로 중첩되는 범위와 소정의 원주 방향 범위 내에서, 자석 링(1)의 외주에 대향한 작은 내경을 갖는 부분(6e, 6f)(도8 참조)이 마련된다. 또한, 자석 링(1) 및 제2 요우크(5)의 자극 부분(5a)이 축방향으로 중첩되는 범위와 소정의 원주 방향 범위 내에서, 자석 링(1)의 외주에 대향한 작은 내경을 갖는 부분(6a, 6b)(도7 참조)이 형성되어 있다. 전술된 소정의 원주 방향 범위는 본 실시예에서는 자석 링(1) 자화의 각도 피치인 90°이다.
도7 및 도8에 도시된 바와 같이, 제3 요우크(6)의 부분(6e, 6f) 및 부분(6e, 6f)은 45°위상만큼 상호 변위되어 있다. 이러한 위상 변위의 각도는 양호하게는 90°/n이며, 여기서 2n은 자석 링(1)의 극수이다. 본 실시예에서, n=2이므로 위상차는 45°이다.
코일(2)의 통전은 제1 요우크(4)의 자극 부분(4a)과 제3 요우크(6)의 부분(6e, 6f) 사이에서 자속을 발생시키지만, 자속은 큰 내경을 갖는 부분(6g, 6h)(도8 참조)과 제1 요우크(4)의 자극 부분(4a) 사이에서는 거의 발생되지 않는다.
마찬가지로, 코일(3)의 통전은 제2 요우크(5)의 자극 부분(5a)과 제3 요우크(6)의 부분(6a, 6b) 사이에서 자속을 발생시키지만, 자속은 큰 내경을 갖는 부분(6c, 6d)(도7 참조)과 제2 요우크(5)의 자극 부분(5a) 사이에서는 거의 발생되지 않는다.
코일(2, 3)에 공급되는 전류의 방향을 교대로 절환시킴으로써, 부분(6a, 6b) 및 부분(6e, 6f)은 전류 방향에 따라 N극 또는 S극으로 절환되어 자석 링(1)이 회전된다. 따라서, 출력축(1)의 수나사와 결합하는 선형 가동 튜브(8)는 축방향으로 전진된다.
본 실시예에서, 코일(2)에 의해 발생된 자속의 위치와, 코일(3)에 의해 발생된 자속의 위치 사이의 회전 방향으로의 상대 위치 관계는 단일의 제3 요우크(6)에 형성된 부분(6a, 6b)과 부분(6e, 6f) 사이의 상대 위치 관계에 의해 결정되어, 모터의 정밀도가 증가할 수 있게 하고 성능에서의 개별적인 변동과 무관하게 일정한 성능을 가지고 제조될 수 있게 한다.
또한, 본 실시예에서, 코일들은 출력축과 동축(동심)으로 마련되어, 모터 전체가 작은 직경의 관형 형상으로 형성되게 한다. 따라서, 모터가 카메라의 렌즈 배럴(lens barrel) 내에 위치된 때, 예컨대 일본 특허 공개 (평)3-180823호에 기재된 원호형 스텝핑 모터와 비교하여 작은 원주 방향 구역을 차지하여, 셔터 등의 다른 구성 부재 또는 구동 유니트가 동일 평면 내에 용이하게 위치될 수 있게 한다.
도9는 촬영 렌즈를 변위시키기 위하여 전술한 실시예들 중 어느 하나의 스텝핑 모터를 이용하는 전진 장치의 분해 사시도이다. 이러한 전진 장치에 있어서, 스텝핑 모터는 렌즈 배럴 내에 마련되고, 촬영 렌즈는 모터의 출력축을 통해 선형 가동 튜브(8)에 의해 축방향으로 이동된다.
도9에서, 촬영 렌즈(9)와, 촬영 렌즈(9)를 내주(10a)에서 지지하는 렌즈 홀더(10)가 도시되어 있다. 선형 가동 튜브(8)는 렌즈 홀더(10)의 귀 부분(ear portion, 10b)에 장착되어 축방향으로 함께 일체로 이동할 수 있게 되어 있다.
안내축(11)은 렌즈 홀더(10)의 돌출부(10c)에 고정된다. 안내 튜브(12)는 (도시되지 않은) 렌즈 배럴에 고정된다. 안내축(11)은 안내 튜브(12)의 내주(12a) 내에 활주 가능하게 끼워지고, 렌즈 홀더(10)를 축방향으로 이동 가능하게 안내한다.
코일 스프링(13)은 렌즈 홀더(10)와 렌즈 배럴의 (도시되지 않은) 기부판 사이에 마련되어, 렌즈 홀더(10)와 렌즈 배럴의 기부판을 분리시키도록 편의력을 가함으로써, 상기 출력축(7)과 제1 요우크(4) 또는 제2 요우크(5) 사이에서의 움직임과, 출력축(7)의 수나사 부분(7c)과 선형 가동 튜브(8)의 암나사 부분 사이에서의 움직임을 제거한다. 또한, 렌즈 홀더(10)는 (도시되지 않은) 기부판 상에 마련된 핀(14)이 렌즈 홀더(10)의 U자형 홈(10d)과 활주 가능하게 결합함으로써 렌즈 홀더(10)의 안내축(11)을 중심으로 회전하는 것이 방지된다.
전술한 구성에서, 출력축(7)의 회전은 선형 가동 튜브(8)를 광축(optical axis) 방향으로 이동시켜, 촬영 렌즈(9)가 출력축(7)의 회전량에 따라 축방향으로 구동되게 한다. 촬영 렌즈(9)용 구동원으로서 역할하는 스텝핑 모터는 렌즈 배럴의 (화살표 D로 표시된) 원주 방향으로 비교적 작은 부분만을 차지하여, 셔터용의 다른 구동 유니트가 동일 평면 내에 위치될 수 있게 한다.
구동원을 포함하는 전진 장치가 소형으로 실현될 수 있는데, 그 이유는 출력축(7)의 수나사 부분(7c)과 선형 가동 튜브(8)의 암나사 부분(8b)으로 구성되는 전진 기구가 제3 요우크(6) 내에 내장되기 때문이다. 본 실시예에서, 선형 가동 튜브(8)는 렌즈 홀더를 구동하기 위해 사용되지만, 튜브(8)는 뷰 파인더(view finder)의 렌즈 또는 구멍 개폐용 마스크(mask) 등의 다른 이동 가능 부재를 구동하기 위해 사용될 수도 있다.
본 발명의 실시예 4에서, 회전자의 자석(1)은 외주뿐만 아니라 내주에서도 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되고 S극 및 N극으로 교대로 자화되지만, 실시예 1에서처럼 자석(1)의 외주만을 n개 부분(본 실시예에서는 4개 부분)으로 분할하고 이러한 외주를 교대로 자화시키는 것도 가능하다.
[실시예 5]
도10 내지 도12는 본 발명의 실시예 5의 스텝핑 모터를 도시하며, 각각은 스텝핑 모터의 제3 요우크만을 도시하는 종단면도, 도10의 선 11-11을 따른 횡단면도, 및 제3 요우크만의 사시도이다.
본 실시예의 제3 요우크(6)에서, 작은 내경을 갖는 부분(6a, 6b, 6f, 6e)(내측 돌출 부분)은 외주로부터 프레스 가공함으로써 형성된다. 이러한 구조는 실시예 4의 구조와 비교하여 제조를 용이하게 한다는 이점을 제공한다.
[실시예 6]
도13 내지 도15는 본 발명의 실시예 6의 스텝핑 모터를 도시하며, 각각은 실시예 6의 스텝핑 모터의 종단면도, 도13의 선 14-14를 따른 횡단면도, 및 스텝핑 모터의 제3 요우크만의 사시도이다.
실시예 6은 실시예 4의 제3 요우크(6) 대신에 재3 요우크(16)를 채용한다. 제3 요우크(16)에는, 부분(6a, 6b)에 의해 한정된 큰 내경을 갖는 부분(6c, 6d) 대신에 구멍(16c, 16d)이 실시예 4의 제3 요우크(6)에서 설명된 축방향 범위 내에서 마련되며, 부분(6e, 6f)에 의해 한정된 부분(6g, 6h) 대신에 구멍(16g, 16h)이 유사한 축방향 범위 내에서 마련된다. 구멍(16c, 16d) 및 구멍(16g, 16h)은 원주 방향으로 45°만큼 변위되어 있다. 따라서, 코일(3)의 통전에 의해 발생된 자속은 제2 요우크(5)와 부분(16a, 16b) 사이를 통과한다. 이러한 상황은 제3 요우크(6)의 부분(6a, 6b)과 제2 요우크 사이의 실시예 4에서의 관계와 대응한다.
마찬가지로, 코일(2)의 통전에 의해 발생된 자속은 전술한 구멍(16g, 16h) 이외의 부분과 제2 요우크 사이를 통과하며, 이는 실시예 4에서의 제3 요우크(6)의 부분(6e, 6f)과 제1 요우크(4) 사이의 위치에 대응한다.
따라서, 자석 링(1)은 실시예 4 및 실시예 5에서처럼 코일(2, 3)에 인가되는 전류의 방향을 연속적으로 절환함으로써 회전될 수 있다.
실시예 6의 제3 요우크(16)는 실시예 4 및 실시예 5에서의 제3 요우크(6)와 비교하여 돌출 부분(6a, 6b, 6e, 6f)이 없기 때문에, 자석 링(1)의 외경은 대응하여 크게 제조될 수 있어서 모터의 출력이 증가될 수 있다. 또한, 전술된 구멍은 제3 요우크 대신에 제1 요우크 및 제2 요우크에 마련될 수도 있다.
[실시예 7]
도16 내지 도18h는 본 발명의 실시예 7의 스텝핑 모터를 도시하며, 각각은 스텝핑 모터의 분해 사시도, 조립 상태에서의 스텝핑 모터의 종단면도, 및 도17의 선 A-A 및 B-B를 따른 횡단면도이다.
도16을 참조하면, 회전자를 구성하는 중공 원통형 영구 자석(1)에는, 자석의 외주를 원주 방향으로 n개 부분(본 실시예에서는 4개 부분)으로 분할하고 이러한 부분들을 S극 및 N극으로 교대로 자화시킴으로써 형성된 자화 부분(1a, 1b, 1c, 1d)으로 구성되는 제1 자화층과, 내주를 원주 방향으로 n개 부분(본 실시예에서는 4개 부분)으로 분할하고 이러한 부분들을 S극 및 N극으로 교대로 자화시킴으로써 축방향으로 인접한 위치에서 형성된 자화 부분(1e, 1f, 1g, 1h)으로 구성되는 제2 자화층이 마련된다. 제1 자화층 및 제2 자화층은 180°/n 또는 45°의 상호 위상 변위를 가지고 자화된다. 제1 자화층에서 자화 부분(1a, 1c)은 S극으로서 자화되고 부분(1b, 1d)은 N극으로서 자화되며, 제2 자화층에서 자화 부분(1e, 1g)은 S극으로서 자화되고 부분(1f, 1h)은 N극으로서 자화된다.
회전자 축을 구성하는 회전축97)은 영구 자석(1)에 고정된다. 회전자는 회전축과 영구 자석으로 구성된다. 원통형 코일(2, 3)은 영구 자석과 동심으로 그리고 영구 자석(1)의 축방향으로 양측에 위치되며, 영구 자석(1)의 외경과 거의 동일한 외경을 갖는다.
연자성 재료로 구성된 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19) 각각은 외부 튜브 및 내부 튜브로 구성된다. 제1 고정자(18)의 외부 튜브와 내부 튜브 사이에는, 통전시 제1 고정자(18)를 자화시키는 코일(2)이 마련된다. 제1 고정자(18)의 외부 튜브 및 내부 튜브는 단부에서 외부 자극(18a, 18b) 및 내부 자극(18c, 18d)으로서 형성된다. 내부 자극(18c, 18d)은 동일한 위상을 나타내도록 360°/(n/2) 또는 180°만큼 상호 변위되어 있으며, 외부 자극(18a)은 내부 자극(18c)에 대향한 위치에 마련되고 외부 자극(18b)은 내부 자극(18d)에 대향하여 있다. 제1 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b) 및 내부 자극(18c, 18d)은 영구 자석(1)의 단부 부분의 외주 및 내주에 각각 대향하여 있어 이러한 단부 부분을 사이에 두도록 한다. 회전축(7)의 단부 부분은 제1 고정자(18)의 구멍(18e) 내에 회전 가능하게 끼워진다.
제2 고정자(19)의 외부 튜브와 내부 튜브 사이에는, 통전시 제2 고정자(19)를 자화시키는 코일(3)이 마련된다. 제2 고정자(19)의 외부 튜브 및 내부 튜브는 단부에서 외부 자극(19a, 19b) 및 내부 자극(19c, 19d)으로서 형성된다. 내부 자극(19c, 19d)은 동일한 위상을 나타내도록 360°/(n/2) 또는 180°만큼 상호 변위되어 있으며, 외부 자극(19a)은 내부 자극(19c)에 대향한 위치에 마련되고 외부 자극(19b)은 내부 자극(19d)에 대향하여 있다. 제2 고정자(19)의 외부 자극(19a, 19b) 및 내부 자극(19c, 19d)은 영구 자석(1)의 단부 부분의 외주 및 내주에 각각 대향하여 있어 이러한 단부 부분을 사이에 두도록 한다. 회전축(7)의 단부 부분은 제2 고정자(19)의 구멍(19e) 내에 회전 가능하게 끼워진다.
비자성 재료의 원통형 부재로 구성된 결합링(20)에는 내주 상의 단부에서 홈(20a, 20b)이 마련되고, 다른 단부에서 홈(20a, 20b)으로부터 45°만큼 위상 변위된 홈(20c, 20d)이 마련된다. 제1 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)은 홈(20a, 20b) 내에 끼워지고, 제2 고정자(19)의 외부 자극(19a, 19b)은 홈(20c, 20d) 내에 끼워지며, 이렇게 끼워진 부분들은 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19)를 결합링(20) 상에 장착하도록 접착 재료로 고정된다.
제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19)는, 외부 자극(18a, 18b) 및 내부 자극(18c, 18d)의 단부들이 외부 자극(19a, 19b) 및 내부 자극(19c, 19d)의 단부들에 각각 대향하고 외부 자극(18a, 18b) 및 외부 자극(19a, 19b)이 결합링(20)의 내측 돌출부(20e, 20f)의 폭에 의해 서로 분리되도록, 결합링(20) 상에 고정된다.
도17은 스텝핑 모터의 단면도이고, 도18a, 도18b, 도18c 및 도18d는 도17의 선 A-A를 따른 단면도이며, 도18e, 도18f, 도18g 및 도18h는 도17의 선 B-B를 따른 단면도이다. 도18a 및 도18e는 동일 시기에서의 단면도이고, 도18b 및 도18f는 동일 시기에서의 단면도이며, 도18c 및 도18g는 동일 시기에서의 단면도이고, 또한 도18d 및 도18h는 동일 시기에서의 단면도이다.
이하에서, 본 실시예의 스텝핑 모터의 기능을 설명하기로 한다. 도18a 및 도18e에 도시된 상태에서, 코일(2, 3)은 제1 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)을 N극으로서, 내부 자극(18c, 18d)을 S극으로서, 제2 고정자(19)의 외부 자극(19a, 19b)을 S극으로서, 그리고 내부 자극(19c, 19d)을 N극으로서 자화시키도록 통전됨으로써, 영구 자석(1)은 반시계 방향으로 45°만큼 회전하여 도18b 및 도18f에 도시된 상태에 도달한다.
그리고 나서, 코일(2)에 대한 전류 공급은 역전되어, 제1 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)을 S극으로서, 내부 자극(18c, 18d)을 N극으로서, 제2 고정자(19)의 외부 자극(19a, 19b)을 S극으로서, 그리고 내부 자극(19c, 19d)을 N극으로서 자화시킴으로써, 영구 자석(1)은 반시계 방향으로 45°만큼 추가 회전하여 도18c 및 도18g에 도시된 상태에 도달한다.
그리고 나서, 코일(3)에 대한 전류 공급은 역전되어, 제2 고정자(19)의 외부 자극(19a, 19b)을 S극으로서, 내부 자극(19c, 19d)을 N극으로서, 제1 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)을 S극으로서, 그리고 내부 자극(18c, 18d)을 N극으로서 자화시킴으로써, 영구 자석(1)은 반시계 방향으로 45°만큼 추가 회전하여 도18d 및 도18h에 도시된 상태에 도달한다. 이후에, 코일(2, 3)에 대한 전류 공급은 연속적으로 절환됨으로써, 영구 자석(1)은 전류 공급의 위상에 대응하는 위치로 회전한다.
이하에서, 전술한 구성이 초소형 스텝핑 모터를 실현하기 위해 최적인 이유를 설명하기로 한다.
스텝핑 모터의 기본 구성은,
1) 영구 자석의 중공 원통형 구조,
2) 영구 자석의 외주를 분할함으로써 형성된 n개 부분의 교번적인 자화,
3) 제1 코일, 영구 자석 및 제2 코일의 자석의 축방향으로의 배열, 및
4) 영구 자석의 외주 및 내주에 각각 대향하여 위치되도록 되어, 제1 코일 및 제2 코일에 의해 각각 자화되는 제1 고정자 및 제2 고정자의 외부 자극 및 내부 자극
을 특징으로 한다.
결국, 본 스텝핑 모터는 고정자의 자극을 영구 자석의 직경 외부에 위치되게 하는 직경과, 영구 자석의 길이와 제1 코일 및 제2 코일의 길이의 합과 동일한 축방향 길이만을 필요로 한다. 따라서, 스텝핑 모터의 치수가 영구 자석 및 코일의 직경 및 길이에 의해 결정될 때, 모터는 이러한 직경 및 길이를 최소화함으로써 초소형으로 제조될 수 있다.
영구 자석 및 코일의 직경 및 길이의 이러한 최소화는 스텝핑 모터의 출력의 정확성을 유지하는 것을 곤란하게 하지만, 영구 자석을 중공 원통형으로 형성하는 간단한 구조에 의해, 그리고 제1 고정자 및 제2 고정자의 외부 자극 및 내부 자극을 이러한 중공 원통형의 영구 자석의 외주 및 내주에 각각 대향하도록 위치시킴으로써 방지된다. 모터의 출력은 후술되는 실시예 8에서처럼 영구 자석의 외주뿐만 아니라 영구 자석의 내주를 자화시킴으로써 더욱 효율적으로 될 수 있다.
[실시예8]
도19a 내지 도19h는 본 발명의 실시예 8을 도시한 것으로, 스텝핑 모터의 회전자의 회전 동작을 도시하고 있다. 전술한 본 발명의 실시예 7에서, 회전자를 구성하는 영구 자석(1)은 n개 부분으로 원주 방향으로 분할되고 그 외주에 N극과 S극이 교대로 자화되지만, 본 실시예에서는 영구 자석(1)은 그 외주뿐만 아니라 내주 부분도 원주 방향으로 n개 부분(본 실시예에서는 4개 부분)으로 분할되고 S극과 N극이 교대로 자화된다. 영구 자석(1)의 내주측의 각 부분은 외주측의 인접 부분과는 반대되는 극성으로 자화된다. 특히, 자화 부분(1a, 1c)에 해당하는 내주 부분은 N극으로 자화되고 자화 부분(1b, 1d)에 해당하는 부분은 S극으로 자화된다.
본 실시예 8에서, 영구 자석(1)의 외주 부분뿐만 아니라 내주 부분도 원주 방향으로 n개로 분할되고 N극과 S극으로 교대로 자화되기 때문에, 영구 자석(1)의 내주와 제1 고정자(18)의 내부 자극(18c, 18d) 및 제2 고정자(19)의 내부 자극(19c, 19d) 사이의 관계에 의해 모터의 출력이 증대된다.
[실시예 9]
이하에는 도20 내지 22h를 참조하여 도16 내지 도18h에 도시한 실시예 7의 것과 동일한 부품에는 동일 부호를 부여하고, 본 발명의 실시예 9를 구성하는 스텝핑 모터를 설명하기로 한다. 전술한 실시예 7에서, 외부 및 내부 튜브는 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19) 각각에 일체로 형성되어 있었지만, 본 실시예에서는 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19)의 외부 튜브는 일체로 형성하고 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19)의 내부 튜브는 도20에 도시한 바와 같이 별도로 형성하고 있다.
도20은 본 발명의 실시예 9의 스텝핑 모터의 분해 사시도로서, 도21은 조립 상태의 스텝핑 모터의 종단면도, 도22a 내지 도22h는 도21의 선 A-A 및 B-B에 따라 취한 단면도이다.
도20 내지 도22h를 참조하면, 원통형 영구 자석(1)에는 원주 방향으로 n개 (본 실시예에서는 4개) 부분으로 분할하고 이들 부분을 S극 및 N극으로 교대로 자화시켜서 형성되는 자화 부분(1a, 1b, 1c, 1d)으로 형성되는 제1 자화층과, 마찬가지로 원주 방향으로 4개 부분으로 분할하고 이들 부분을 S극과 N극으로 교대로 자화시켜 형성한 자화 부분(1e, 1f, 1g, 1h)으로 구성되는 제2 자화층이 제공된다. 제1 자화층 및 제2 자화층은 108°/n 또는 45°의 상호 위상 변위를 갖고 자화된다. 본 실시예에서, 자화는 제1 자화층의 부분(1a, 1c)과 제2 자화층의 부분(1e, 1g)은 외주에서 S극, 내주에서 N극을 갖고, 제1 자화층의 부분(1b, 1d)과 제2 자화층의 부분(1f, 1h)은 외주에서 N극, 내주에서 S극을 갖도록 이루어진다.
회전축(7)은 영구 자석(1)에 고정된다. 회전자는 회전축(7)과 영구 자석(1)에 의해 구성된다. 코일(2, 3)은 영구 자석(1)의 동심으로 축방향으로 양측에 배치되고, 영구 자석의 외경과 실제로 같은 외경을 구비한다. 연자성 재료로 제조된 제1 요우크(4)에는 코일(2)의 내부(2a)에 삽입되는 부분(4d)과 상술한 영구 자석(1)의 제1 자화층의 내부에 대향되는 치(4b, 4c)가 제공된다. 치(4b, 4c)는 360°/(n/2) 또는 180°만큼 상호 변위되어 제1 자화층의 극에 대해 동일 위상을 갖는다. 회전축(7)의 부분(7a)은 제1 요우크(4)의 구멍(4a)에 회전 가능하게 끼워진다.
연자성 재료로 된 제2 요우크에는 코일(3)의 내부(3a)에 삽입되는 부분(5d)과, 상술한 영구 자석(1)의 제2 자화층의 내부에 대향하는 치(5b, 5c)가 제공된다. 치(5b, 5c)는 360°/(n/2) 또는 180°만큼 상호 변위되어 제2 자화층의 극에 대해 동일 위상을 갖는다. 회전축(7)의 부분(7b)은 제2 요우크(5)의 구멍(5a)에 회전 가능하게 끼워진다.
제1 요우크(4)의 삽입부(4d)와 치(4b, 4c)는 직경이 동일하고 삽입부(5d)와 제2 요우크(5)의 치(5b, 5c)도 직경이 동일하므로 코일의 삽입은 용이하게 이루어진다. 제1 요우크(4)의 치(4b, 4c)와 제2 요우크(5)의 치(5b, 5c)는 위상이 동일한 위치, 즉 축방향으로 서로 대향된 위치에 있다. 제3 요우크(6)는 연자성 재료로 구성된다. 코일(2, 3)과 영구 자석(1)은 동일 외경을 갖고 있으므로 제3 요우크는 단순한 관형으로 구성되어 코일(2, 3)의 외주와 영구 자석(1)을 적당한 간격을 두고 덮게 되어 있다.
제3 요우크(6)는 부분(65)에서 제1 요우크(4)의 부분(4c)과 결합하고 부분(66)에서 제2 요우크(5)의 부분(5c)과 결합한다. 제3 요우크(6)에는 제1 요우크(4)의 치(4b, 4c)와 제2 요우크(5)의 치(5b, 5c)가 영구 자석을 가로질러 상호 대향된 위치에 부분(61, 62)이 제공되고, 다른 위치에는 개구(63, 64)가 제공된다. 제1 요우크(4)의 치(4b, 4c)와 제2 요우크(5)의 치(5b, 5c)의 위상이 동일하다면 이들 치에 대향한 제3 요우크(6)의 자극 부분(61, 62)은 도20에 도시한 바와 같은 간단한 형상을 취할 수 있고 예를 들어 프레스 가공에 의해 간단히 제조될 수 있다. 또, 상술한 구조에 있어서, 제1 및 제3 요우크(4, 6) 사이의 공기 간극과 제2 및 제3 요우크(5, 6) 사이의 공기 간극은 영구 자석(1)에 의해 대부분 충전되고, 코일(2, 3)의 여기에 의해 발생된 자속은 영구 자석에 효과적으로 적용되어 모터의 출력을 증가시킨다.
도21은 스텝핑 모터의 단면을 도시한 것이고, 도22a, 도22b, 도22c 및 도22d는 도21의 선 A-A에 따른 단면도이고, 도22e, 도22f, 도22g 및 도22h는 도21의 선 B-B에 따른 단면도이다. 도22a 및 도22e에는 같은 시기에서의 단면도이고 도22b 및 도22f도 같은 시기에서의 단면도, 도22c 및 도22g가 같은 시기에서의 단면도, 도22d 및 도22h가 같은 시기에서의 단면도이다.
이하에는 본 실시예의 스텝핑 모터의 기능에 대해 설명하기로 한다. 도22a 및 도22e에 도시한 상태에서, 코일(2, 3)이 여기되어 제1 요우크(4)의 치(4b, 4c)를 S극으로 자화시키고, 치(4b, 4c)에 대향하는 제3 요우크(6)의 부분(61, 62)을 N극으로, 치(5b, 5c)에 대향한 제3 요우크(6)의 부분(61, 62)을 N극으로 자화시켜서 영구 자석(1)을 도22b 및 도22f에 도시한 상태에 도달할 때까지 반시계 방향으로 45°만큼 회전시킨다.
이때 코일(2)의 전류 공급이 제1 요우크(4)의 치(4b, 4c)를 N극으로 자화시키게 되고 치(4b, 4c)에 대향하는 제3 요우크(6)의 부분(61, 62)을 S극으로 자화시키고 치(5b, 5c)에 대향하는 제3 요우크(6)의 부분(61, 62)을 N극으로 자화시켜서 영구 자석(1)은 도22c 및 도22g에 도시한 상태에 도달할 때까지 반시계 방향으로 더욱 45°만큼 회전하게 된다.
이때, 코일(3)에의 전류 공급은 제2 요우크(5)의 치(5b, 5c)를 N극으로 자화시키게 되고 치(5b, 5c)에 대향하는 제3 요우크(6)의 부분(61, 62)을 S극으로 자화시켜서 영구 자석(1)은 도22d 및 도22h에 도시한 상태에 도달할 때까지 반시계 방향으로 더욱 45°만큼 회전하게 된다. 그 후, 코일(2, 3)에의 전류 공급은 계속 절환되어 영구 자석(1)은 전류 공급의 위상에 대응하는 위치로 회전하게 된다.
본 발명의 실시예 9에서, 회전자를 구성하는 영구 자석(1)은 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되고 외주뿐만 아니라 내주에서도 S극 및 N극으로 교대로 자화되지만, 본 발명은 회전자를 구성하는 영구 자석(1)의 외주 부분만을 n개 부분으로 분할하고 S극 및 N극으로 교대로 자화시킬 수도 있다.
[실시예 10]
도23 및 도24는 본 발명의 실시예 10의 스텝핑 모터를 도시한 것이고, 도23은 스텝핑 모터의 분해 사시도이며, 도24는 그 단면도이다. 전술한 실시예 7과는 대조적으로, 외부 튜브 및 내부 튜브는 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19) 각각에 일체로 형성되며, 본 실시예 10에서 외부 튜브와 내부 튜브는 도23 및 도24에 도시한 바와 같이 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19) 각각에 별도로 형성된다. 특히, 제1 고정자(18)의 내부 튜브는 그 단부의 내부 자극(18c, 18d)과 함께 제1 요우크(181)를 구성하고, 제1 고정자(18)의 외부 튜브는 그 단부의 외부 자극(18a, 18b)과 함께 제3 요우크(182)를 구성한다. 또, 제2 고정자(19)의 내부 튜브는 그 단부의 내부 자극(19c, 19d)과 함께 제2 요우크(191)를 구성하고 제2 고정자(19)의 외부 튜브는 그 단부의 외부 자극(19a, 19b)과 함께 제4 요우크(191)를 구성한다. 또, 실시예 10에서, 회전자의 자석(1)은 실시예 8에서와 같이 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되고 외주뿐만 아니라 내주에서도 N극과 S극으로 교대로 자화되어 모터의 출력을 효과적으로 증대시킨다.
도26은 회전자의 확대 사시도이며, 도27a, 도27b, 도28a, 도28b, 도29a, 도29b, 도30a 및 도20b는 영구 자석(1)의 회전 위상을 도시하는 도면으로서, 이들 도면에서 C는 제1 자화층을, D는 제2 자화층을 도시한다. 제3 요우크(6)를 도25에 도시한 실시예 9에서와 같이 일체로 형성하게 되면 영구 자석의 제1 자화층(C)과 제2 자화층(D)이 제3 요우크(6)를 가로질러 유동하게 된다. 결국, 도27a, 도27b, 도29a, 도29b에 도시한 영구 자석(1)의 회전 위치에서의 코깅(cogging)력은 도28a, 도28b, 도30a 및 도30b에 도시한 것보다 커지게 된다. 이렇게 코깅력이 강한 상태에서의 위상은 1회전에 4번, 즉 90°간격으로 나타난다. 본 예의 모터는 코일에의 전류 공급을 1회전에 8곳의 스위칭을 가지고 성취되기 때문에, 코일(2, 3)의 여기에 의해 발생된 전자기력은 코깅력과 반드시 일치할 필요는 없다.
이 때문에, 발생된 구동력은 상당한 맥동을 보이게 되고 유도된 회전은 원활하지 못하게 된다. 실시예 10에서, 제3 요우크(182)와 제4 요우크(192)는 비자성 재료로 된 결합링(20)에 의해 자기적으로 분리되어 있기 때문에, 제1 자화층과 제2 자화층 사이에 제3 및 제4 요우크(182, 192)를 가로질러 자속 유동이 간헐적으로 발생하게 되어 코깅이 8번, 즉 제1 자화층에서 90°피치로 4번, 그리고 제2 자화층에 의해 45°이격된 90°피치로 4번 발생한다. 코깅이 45°피치로 발생되면 발생된 구동력은 맥동이 적어져서 모터의 보다 원활한 회전을 제공하게 된다.
전술한 실시예는 스텝핑 모터를 설명하였지만, 본 발명은 이런 실시예에 한정되지는 않으며, 예를 들어 홀 효과에 의해 회전자의 위치에 따른 전류 공급을 절환함으로써 무브러시 모터에도 당연히 적용 가능하다.
앞에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 원통형으로 형성되고 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되고 적어도 그 외주가 다른 극성으로 자화되어 있는 자석을 포함하고, 제1 코일, 자석 및 제2 코일이 자석의 축방향으로 순서대로 배치되고, 제1 코일에 의해 자화된 제1 외부 및 내부 자극은 자석의 단부에서 내주와 외주에 각각 대향하도록 배치되고 제2 코일에 의해 자화된 제2 외부 및 내부 자극은 자석의 다른 단부에서 외주와 내주에 각각 대향하도록 배치된 모터를 제공하는 것이다. 이리하여, 종래의 구조와는 다른, 초소형 모터를 얻기에 적합한 신규한 구조의 모터를 제공할 수 있게 된다.
또, 본 발명에 따르면, 자석에 하나의 자화층 또는 두 개의 자화층을 제공함으로써 유사한 효과를 얻을 수 있다. 특히, 이렇게 두 개의 자화층을 가진 모터는 원통형으로 형성되고 원주 방향으로 적어도 외주가 n개 부분으로 분할되고 이들 부분을 다른 자극으로 교대로 자화시켜 형성된 제1 자화층과 원주 방향으로 적어도 외주가 상기 제1 자화층에 대해서 180°/n 만큼의 위상 변위를 가진 n개 부분으로 분할되고 이들 부분을 다른 자극으로 교대로 자화시켜 형성된 제2 자화층을 구비한 영구 자석을 포함하며, 제1 코일, 영구 자석, 제2 코일이 영구 자석의 축방향에 따라 순서대로 배치되고, 제1 코일에 의해 자화된 제1 외부 및 내부 자극은 영구 자석의 제1 자화층의 외주 및 내주에 각각 대향하도록 배치되고 제2 코일에 의해 자화된 제2 외부 및 내부 자극은 영구 자석의 제2 자화층의 외주 및 내주에 각각 대향하도록 배치된다.
이런 단층 구조 또는 복층 구조의 모터에 있어서, 모터의 직경은 영구 자석의 외주 상에 상호 대향되는 형식으로 제1 및 제2 외부 자극을 배치함으로써 결정되며, 모터의 축방향 길이는 제1 코일과 영구 자석과 제2 코일을 영구 자석의 축방향으로 연속적으로 배치함으로써 결정된다. 결국, 모터는 초소형으로 실현될 수 있으며, 이런 구조는 초소형 모터를 실현하는 데 있어서 이상적이다.
또, 영구 자석을 중공 원통형으로 형성하고 중공 원통형 영구 자석의 외주와 내주 상에 각각 제1 및 제2 외부 및 내부 자극을 위치 결정하여 효과적인 모터 출력을 얻을 수 있다. 또, 제1 및 제2 고정자는 동일 부품으로 구성될 수 있기 때문에, 용이한 조립이 가능한 모터를 제공할 수 있어서 성능의 변동도 저감된다.
이런 모터는 카메라의 렌즈 전진 장치에 적용하게 되면 소형 전진 장치를 제공할 수 있게 된다.

Claims (26)

  1. 원통형이고 적어도 외주 부분이 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되어 있으며 다른 자극으로 교대로 자화되는 자석과,
    상기 자석의 축방향으로 상기 자석을 가로질러 배치된 제1 코일 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 한 단부의 외주에 대향된 제1 외부 자극과,
    상기 제1 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 한 단부의 내주에 대향된 제1 내부 자극과,
    상기 제2 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 다른 단부의 외주에 대향된 제1 외부 자극과,
    상기 제2 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 다른 단부의 내주에 대향된 제1 내부 자극을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자석의 내주는 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되고 외주 상에서 인접 부분의 자극과는 다른 자극으로 교대로 자화되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 외부 및 내부 자극은 제1 고정자를 구성하며, 상기 제2 외부 및 내부 자극은 제2 고정자를 구성하는 것을 특징으로 하는 모터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 고정자의 상기 제1 외부 자극과 상기 제2 고정자의 상기 제2 외부 자극은 원통형 결합 부재에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 모터.
  5. 제1항에 있어서, 상호 대향된 상태로 배치되는 제1 외부 및 내부 자극은 상호 대향된 상태로 배치되는 제2 외부 및 내부 자극에 대해 180°/n 만큼 변위된 것을 특징으로 하는 모터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일 및 제2 코일은 상기 자석의 직경과 동일한 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 모터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 내부 자극은 제1 요우크에 의해 형성되고, 상기 제2 내부 자극은 제2 요우크에 의해 형성되며, 상기 제1 외부 자극은 제3 요우크에 의해 형성되고 상기 제2 외부 자극은 제4 요우크에 의해 형성되고 상기 제1 및 제2 외부 자극은 원통형 연결 부재에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 모터.
  8. 원통형이며 원주 방향으로 균등하게 분할되고 반경 방향으로 다른 자극으로 교대로 자화되는 자석과,
    상기 자석과 동심으로 양단부에 제공된 제1 코일 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일의 내주에 삽입되어 상기 자석의 내주에 대해 간극을 가지고 대향되게 제공된 제1 관형 요우크와,
    상기 제2 코일의 내주에 삽입되어 상기 자석의 내주에 대해 간극을 가지고 대향되게 제공된 제2 관형 요우크와,
    상기 제1 및 제2 요우크의 외주와 상기 자석을 덮는 제3 요우크를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  9. 원통형이고 원주 방향으로 2n개 부분으로 균등 분할되어 있으며 방사 방향으로 다른 자극으로 교대로 자화되는 자석과,
    상기 자석과 동심으로 양단부에 제공된 제1 코일 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일의 내주에 삽입되고 상기 자석의 내주에 간극을 두고 대향 배치된 제1 관형 요우크와,
    상기 제2 코일의 내주에 삽입되고 상기 자석의 내주에 간극을 두고 대향 배치된 제2 관형 요우크와,
    상기 제1 및 제2 요우크의 외주와 상기 자석을 덮는 제3 요우크를 포함하고, 상기 제3 요우크에는 상기 자석과 상기 제1 요우크가 축방향으로 서로 겹치는 위치에는 소정 원주 방향 범위로 내경이 작은 제1 자극부가 제공되고, 상기 자석과 상기 제2 요우크가 축방향으로 서로 겹치는 위치에는 소정 원주 방향 범위로 내경이 작은 제2 자극부가 제공되며, 상기 제1 및 제2 자극부는 원주 방향으로 90°/n만큼 상호 변위된 것을 특징으로 하는 모터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제3 요우크의 상기 제1 자극부 및 제2 자극부는 상기 제3 요우크에 상기 제3 요우크의 다른 부분보다는 내측으로 두꺼운 부분을 형성함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 모터.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제3 요우크의 상기 제1 자극부 및 제2 자극부는 상기 제3 요우크에 상기 제3 요우크의 다른 부분보다 두꺼운 내향 돌기를 형성함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 모터.
  12. 원통형이며 원주 방향으로 2n개 부분으로 균등 분할되어 있고 반경 방향으로 다른 자극으로 교대로 자화되는 자석과,
    상기 자석과 동심으로 그 양단부에 제공된 제1 코일 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일의 내주에 삽입되며 상기 자석의 내주에 간극을 두고 대향하여 제공된 제1 관형 요우크와,
    상기 제2 코일의 내주에 삽입되며 상기 자석의 내주에 간극을 두고 대향하여 제공된 제2 관형 요우크와,
    상기 제1 및 제2 요우크의 외주와 상기 자석을 덮는 제3 요우크를 포함하고,
    상기 제3 요우크에는 상기 자석과 상기 제1 요우크가 서로 축방향으로 겹치는 위치에 소정 원주 방향 범위 내에서 제1 개구가 제공되고 상기 자석과 상기 제2 요우크가 서로 축방향으로 겹치는 위치에 소정 원주 방향 범위 내에서 제2 개구가 제공되고 상기 제1 및 제2 개구는 원주 방향으로 90°/n만큼 상호 변위된 것을 특징으로 하는 모터.
  13. 가) 원통형이며 적어도 외주가 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되고 다른 자극으로 교대로 자화되며 출력축을 구비한 자석과,
    나) 상기 자석의 축방향으로 제공되고 상기 자석을 가로질러 배치되는 제1 코일 및 제2 코일과,
    다) 상기 제1 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 하나의 단부의 외주에 대향하여 배치된 제1 외부 자극과,
    라) 상기 제1 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 하나의 단부의 내주에 대향하여 배치된 제1 내부 자극과,
    마) 상기 제2 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 다른 하나의 단부의 외주에 대향된 제2 외부 자극과,
    바) 상기 제2 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 다른 하나의 단부의 내주에 대향된 제2 내부 자극
    을 구비한 모터와,
    모터의 자석의 출력축의 회전 운동을 선형 운동으로 변환하는 변환 수단과,
    상기 변환 수단으로부터 선형 운동에 의해 선형 구동되도록 된 선형 가동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전진 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 선형 가동 수단은 렌즈를 지지하기 위한 렌즈 홀더에 고정된 것을 특징으로 하는 전진 장치.
  15. 가) 원통형이며 원주 방향으로 균등 분할되고 방사 방향으로 다른 자극으로 교대로 자화되는 자석과,
    나) 상기 자석과 동심으로 양단부에 제공된 제1 코일 및 제2 코일과,
    다) 상기 제1 코일의 내주에 삽입되며 상기 자석의 내주에 간극을 두고 대향 배치된 제1 관형 요우크와,
    라) 상기 제2 코일의 내주에 삽입되며 상기 자석의 내주에 간극을 두고 대향 배치된 제2 관형 요우크와,
    마) 상기 제1 및 제2 요우크의 외주와 상기 자석을 덮는 제3 요우크
    를 구비한 모터와,
    상기 모터의 자석의 출력축의 회전 운동을 선형 운동으로 변환시키기 위한 변환 수단과,
    상기 변환 수단으로부터 선형 운동에 의해 선형 구동되도록 된 선형 가동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전진 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 변환 수단은, 상기 자석의 출력축에 제공된 제1 나사 수단과, 상기 선형 가동 수단 상에 제공되어 상기 제1 나사 수단에 결합하는 제2 나사 수단과, 상기 선형 가동 수단과 상기 제1 또는 제2 요우크 사이에 제공되어 그 상기 선형 가동 수단의 선형 운동은 허용하고 회전 운동은 저지하도록 된 제한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전진 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 선형 가동 수단은 렌즈를 지지하는 렌즈 홀더에 고정된 것을 특징으로 하는 전진 장치.
  18. 적어도 외주가 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되고 다른 자극으로 교대로 자화된 제1 자화층과, 적어도 외주가 축방향으로 인접한 위치에서 원주 방향으로 n개로 분할되고 다른 자극으로 교대로 자화된 제2 자화층이 제공된 원통형 자석과,
    상기 자석과 동심으로 양단부에 제공된 제1 코일 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 제1 자화층의 외주에 대향되도록 된 제1 외부 자극과,
    상기 제1 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 제1 자화층의 내주에 대향되도록 된 제1 내부 자극과,
    상기 제2 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 제2 자화층의 외주에 대향되도록 된 제2 외부 자극과,
    상기 제2 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 제2 자화층의 내주에 대향되도록 된 제2 내부 자극을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  19. 제18항에 있어서, 상기 자석의 제1 및 제2 자화층의 내주는 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되고 외주 상의 인접 부분의 자극과는 다른 자극으로 교대로 자화되는 것을 특징으로 하는 모터.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제1 외부 및 내부 자극이 상기 제2 외부 및 내부 자극에 각각 대향되어 제공된 것을 특징으로 하는 모터.
  21. 제18항에 있어서, 상기 제1 외부 및 내부 자극은 제1 고정자를 구성하고 상기 제2 외부 및 내부 자극은 제2 고정자를 구성하는 것을 특징으로 하는 모터.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1 고정자의 제1 외부 자극과 상기 제2 고정자의 제2 외부 자극은 원통형 연결 부재에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 모터.
  23. 제18항에 있어서, 상기 제1 코일 및 제2 코일은 상기 자석의 직경과 동일한 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 모터.
  24. 제18항에 있어서, 상기 제1 내부 자극은 제1 요우크에 의해 형성되고, 상기 제2 내부 자극은 제2 요우크에 의해 형성되며, 상기 제1 외부 자극은 제3 요우크에 의해 형성되고, 상기 제2 외부 자극은 제4 요우크에 의해 형성되고, 상기 제1 및 제2 외부 자극은 원통형 연결 부재에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 모터.
  25. 적어도 외주가 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되고 다른 자극으로 교대로 자화된 제1 자화층과, 적어도 외주가 원주 방향으로 축방향 인접 위치에서 n개 부분으로 분할되고 다른 자극으로 교대로 자화된 제2 자화층이 제공된 원통형 자석과,
    상기 자석과 동심으로 양단부에 제공된 제1 코일 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일의 내주에 삽입되고 상기 자석의 제1 자화층의 내주에 대해 간극을 두고 대향하도록 제공된 제1 관형 요우크와,
    상기 제2 코일의 내주에 삽입되고 상기 자석의 제2 자화층의 내주에 대해 간극을 두고 대향하도록 제공된 제2 관형 요우크와,
    상기 제1 및 제2 요우크의 외주와 상기 자석을 덮는 제3 요우크를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  26. 적어도 외주가 원주 방향으로 n개 부분으로 분할되고 다른 자극으로 교대로 자화된 제1 자화층과, 적어도 외주가 원주 방향으로 축방향 인접 위치에서 n개 부분으로 분할되고 다른 자극으로 교대로 자화된 제2 자화층이 제공된 원통형 자석과,
    상기 자석과 동심으로 양단부에 제공된 제1 코일 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일의 내주에 삽입되고 상기 자석의 제1 자화층의 내주에 대해 간극을 두고 대향하도록 제공된 제1 관형 요우크와,
    상기 제2 코일의 내주에 삽입되고 상기 자석의 제2 자화층의 내주에 대해 간극을 두고 대향하도록 제공된 제2 관형 요우크와,
    한 단부가 상기 제1 요우크에 연결되고 상기 제1 요우크의 외주를 덮으며 다른 단부는 상기 자석의 제1 자화층의 외주에 대향한 자극부를 갖는 제3 요우크와,
    한 단부가 상기 제2 요우크에 연결되고 상기 제2 요우크의 외주를 덮으며 다른 단부는 상기 자석의 제2 자화층의 외주에 대향한 자극부를 갖는 제4 요우크와,
    상기 제3 및 제4 요우크를 동심으로 지지하는 연결 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
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