KR20060125524A

KR20060125524A - 구동장치

Info

Publication number: KR20060125524A
Application number: KR1020060048575A
Authority: KR
Inventors: 치카라 아오시마
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2006-12-06
Also published as: US20060267421A1; EP1729403B1; US7312543B2; CN101895186B; JP2006340444A; CN1874122A; CN101895186A; JP4455407B2; EP1729403A2; EP1729403A3; KR100820269B1; CN1874122B

Abstract

스텝핑 모터는, 자화부를 갖는 마그넷, 제1 코일, 제2 코일, 제1 자극부를 갖는 제1 요크, 제2 자극부를 갖는 제2 요크, 및 마그넷의 한 면에 고정된 제3 자극부를 갖는 회전 요크를 구비한다. 제1 코일을 마그넷 외주면의 외측에 배치하고, 또 마그넷과 같은 동심을 갖도록 마그넷의 내주면의 내측에 배치한다. 제1 자극부 및 제2 자극부와 자화부를 소정의 간격을 두고 서로 대향시킨다. 제1 요크의 원통부와 회전 요크의 최외경부를 반경 방향으로 간격을 두고 서로 대향시키고, 제2 요크의 원통부와 회전 요크의 평면부를 축 방향으로 간격을 두고 대향시킨다. 이에 따라, 축 방향의 치수가 매우 작은 박형 형상과, 마찰에 의한 토크 손실이 작은 고출력을 갖는 조립이 용이하고 저렴한 구동장치를 제공한다.

스텝핑 모터, 구동장치, 마그넷, 요크

Description

구동장치{DRIVING DEVICE}

도 1은, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 구동장치로서 기능하는 스텝핑 모터의 구성을 나타내는 분해 사시도다.

도 2는, 도 1에 나타낸 스텝핑 모터의 조립 완성 상태에서의 축 방향의 내부구조를 나타내는 단면도다.

도 3은, 마그넷의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는, 마그넷의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는, 마그넷의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은, 마그넷의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 7은, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 구동장치로서 기능하는 액추에이터의 구성을 나타내는 분해 사시도다.

도 8은, 도 7에 나타낸 액추에이터의 조립 완성 상태에서의 축 방향의 내부구조를 나타내는 단면도다.

도 9는, 마그넷의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 10은, 마그넷의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 11은, 마그넷에서 발생하는 힘과 회전 위상 간의 관계를 도시한 도면이 다.

도 12는, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 구동장치로서 기능하는 액추에이터의 구성을 나타내는 분해 사시도다.

도 13은, 도 12에 나타낸 액추에이터의 조립 완성 상태에서의 축 방향의 내부구조를 나타내는 단면도다.

도 14는, 마그넷의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 15는, 마그넷의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 16은, 종래 예에 따른 스텝핑 모터의 내부구조를 나타내는 단면도다.

도 17은, 도 16에 나타낸 스텝핑 모터의 스테이터 코일에 공급되는 전력에 의해 발생하는 자속을 도시한 도면이다.

도 18은, 종래 예에 따른 브러시없는 모터의 구성을 나타내는 사시도다.

도 19는, 도 18에 나타낸 브러시없는 모터의 내부구조를 나타내는 단면도다.

본 발명은, 박형의 원반 형상의 스텝핑 모터 또는 액추에이터에 적용되는 구동장치에 관한 것이다.

지금까지, 소형 모터에 적합한 모델로서 브러시없는(brushless) 모터를 예로서 들 수 있다. 구동회로가 단순한 브러시없는 모터의 예로서는 도 16에 나타낸 것 과 같은 영구자석을 사용하는 소형 원통 형상의 스텝핑 모터가 있다.

도 16은, 종래 예에 따른 스텝핑 모터의 내부구조를 도시한 단면도다.

도 16에 있어서, 보빈(101)에는, 스테이터 코일(105)이 동심으로 감겨 있고, 보빈(101)은, 2개의 스테이터 요크(106)로 축 방향에서 삽입 고정되어 있다. 스테이터 요크(106)에는, 보빈(101)의 내경면의 원주방향으로 스테이터 기어 이(stator gear teeth; 106a와 106b)가 교대로 배치되어 있다. 케이스(103)에는, 스테이터 기어 이(106a 또는 106b)와 일체의 스테이터 요크(106)가 고정됨으로써 스테이터(102)가 구성되어 있다.

2개의 케이스(103)의 중, 한 케이스(103)에는, 플랜지(115)와 축 베어링(108)이 고정되고, 다른 케이스(103)에는, 다른 축 베어링(108)이 고정되어 있다.로터(109)는, 로터 축(110)에 고정된 로터 마그넷(111)으로 구성된다. 로터 마그넷(111)은, 스테이터(102)의 스테이터 요크(106a)와 함께 방사상의 공극부를 형성하고 있다. 로터 축(110)은, 2개의 축 베어링(108) 사이에 회전가능하게 지지되어 있다.

상기 구성을 갖는 스텝핑 모터의 변형 예로서, 광 제어장치가 제안되어 있다 (예를 들면, 일본국 공고특허 제1978-2774호 참조). 광 제어장치는, 스텝핑 모터와 연결되는 셔터 블레이드(shutter blade)를 단계적으로 개폐시켜서 빛의 통과량을 제어하기 위한 것이다. 또한, 또 다른 변형 예로서, 중공형 모터가 제안되어 있다(예를 들면 일본국 공개특허 제1982-166847호 참조). 중공형 모터는, 링 모양의 구조를 갖는 스텝핑 모터로서, 그 중앙부의 구멍을 빛 등이 통과 가능하게 한 것이 다.

또한, 은 할로겐 화합물 필름(silver halide film)을 사용하는 카메라의 셔터 또는 조리개 조절 기구나, 디지털 카메라의 셔터에 있어서, 촬영 렌즈를 축 길이로 소형화 및 단축화하려고 하면, 셔터 또는 조리개 조절 기구의 전후에 촬영 렌즈를 위치시켜야 한다. 그 때문에, 모터의 고출력화뿐만 아니라, 셔터 또는 조리개 조절 기구의 광 경로, 즉 축 방향으로 박형화가 소망되고 있다.

그러나, 도 16에 나타낸 종래의 소형 원통 형상의 스텝핑 모터는, 로터(109)의 외주에 케이스(103), 보빈(101), 스테이터 코일(105), 및 스테이터 요크(106)가 동심으로 배치되어 있다. 그 때문에, 스텝핑 모터의 외형 치수가 커지는 결점이 있다. 또한, 스테이터 코일(105)에 공급되는 전력에 의해 발생하는 자속은, 도 17에 나타낸 바와 같이, 주로 스테이터 기어 이(106a)의 단면(106a1)과 스테이터 기어 이(106b)의 단면(106b1)을 통과한다. 그 때문에, 자속이 로터 마그넷(111)에 효과적으로 작용하지 않아, 스텝핑 모터의 출력 파워가 낮다고 하는 결점이 있다.

또한, 상기 일본국 공고특허 제1978-2774호에 기재된 광 제어장치 및 상기 일본국 공개특허 제1982-166847호에 기재된 중공형 모터에 있어서도, 상술한 바와 같이, 로터 마그넷의 외주에 스테이터 코일 및 스테이터 요크가 배치되어 있다. 그 때문에, 모터의 외형 치수가 커지고, 또 스테이터 코일에 공급되는 전력에 의해 발생하는 자속이 로터 마그넷에 효과적으로 작용하지 않는다.

일반적으로, 카메라는, 모터를 이용해 조리개 블레이드, 셔터, 촬영 렌즈 등을 구동하는 기구를 사용하고 있다. 그러나, 도 16에 나타낸 것과 같은 타입의 모 터를, 카메라의 렌즈 경통 내에서 광축과 평행하게 배치하고, 조리개 블레이드, 셔터, 촬영 렌즈 등의 구동에 사용하려고 했을 경우, 이 종류의 모터는, 고형의 원통 형상을 갖기 때문에, 다음과 같은 문제가 있다. 렌즈 경통의 반경 치수는, 촬영 렌즈의 반경 치수나 조리개 개구부의 반경 치수에 모터의 반경 치수를 부가하여 얻은 값이므로, 렌즈 경통의 직경을 충분히 작은 값으로 억제하는 것이 어렵다. 또한, 이 종류의 모터는, 광축 방향의 치수가 길어, 촬영 렌즈를 조리개 블레이드 또는 셔터 블레이드의 부근에 배치하는 것이 곤란하다.

한편, 도 18 및 도 19에 나타낸 것과 같은 축 방향 치수를 짧게 한 박형의 모터가 제안되어 있다(예를 들면 일본국 공개특허 제1995-213041호, 및 일본국 공개특허 제2000-50601호 참조).

도 18은, 공지된 브러시없는 모터의 구성을 도시한 사시도이며, 도 19는, 동일한 브러시없는 모터의 내부구조를 도시한 단면도다.

도 18 및 도 19에 있어서, 브러시없는 모터는, 복수의 코일(301, 302, 303)과, 원반 형상의 마그넷(304) 등을 구비한다. 코일(301∼303)은, 박형 코인 형상을 갖고, 그 축은 마그넷(304)의 축과 평행하게 배치되어 있다. 한편, 마그넷(304)은, 그 원반의 축 방향으로 자화되어 있고, 자화면과 코일(301∼303)의 축은 마그넷(304)과 대향하도록 배치되어 있다.

이 경우, 코일(301∼303)로부터 발생하는 자속은, 도 19에서의 화살표로 표시된 같이 완전하면서 유효하게 마그넷(304)에 작용하지 않는다. 또한, 마그넷(304)이 발생하는 회전력은, 각 코일(301∼303)의 중심에서 작용하며, 그 회전력 의 중심은 모터의 외경으로부터 L만큼 떨어진 위치가 된다. 그 때문에 모터의 크기에 비해서, 발생하는 토크는 작다. 또한, 모터의 중심부 부근까지 코일(301∼303)이 점유하고 있어, 모터 내에 다른 부품을 배치하는 것은 곤란하다.

또, 복수의 코일(301∼303)이 필요하기 때문에, 코일(301∼303)에의 전력 공급 제어가 복잡해지고, 비용이 상승하는 결점이 있다. 또한, 코일(301∼303)과 마그넷(304)이 회전축에 대하여 평행한 방향으로 겹치도록 배치되어 있다. 그 때문에, 이 모터를 셔터나 조리개 조절 기구로서 사용하는 경우에, 모터의 광축 방향의 치수가 길어져, 촬영 렌즈를 조리개 블레이드 또는 셔터 블레이드의 부근에 배치하는 것은 곤란하다.

본 출원인은, 이러한 문제점을 해결하기 위해서 아래와 같은 모터를 제안하고 있다 (예를 들면 일본국 공개특허 제2003-219623호(USP 6,897,579) 참조).

이 모터는, 마그넷, 제1 및 제2 코일, 및 제1 내지 제4 자극부를 구비한다. 마그넷은, 중공 원반 형상으로 형성되고, 중심의 가상 축과 직교하는 제1 평면, 상기 가상 축과 직교하는 제2 평면, 외주면, 및 내주면으로 이루어진다. 또한, 마그넷은, 회전중심으로서 기능하는 그 중심에 대하여 회전가능하게 보유되고, 또 적어도 회전 중심의 가상 축과 수직한 면이, 상기 가상 축을 중심으로 하는 각도 방향(원주 방향)으로 분할되어 각기 다른 극으로 교대로 자화되어 있다. 제1 코일은, 마그넷의 외주면의 외측에 배치되고, 제2 코일은, 마그넷의 내주면의 내측에 배치되어 있다.

제1 자극부는, 마그넷의 회전 중심의 가상 축과 수직한 한 면에 소정의 간격 을 두고 대향하고, 제1 코일에 의해 자화된다. 제2 자극부는, 마그넷의 회전 중심의 가상 축과 수직한 다른 면에 소정의 간격을 두고 대향하고, 제1 코일에 의해 자화된다. 제3 자극부는, 마그넷의 회전 중심의 가상 축과 수직한 한 면에 소정의 간격을 두고 대향하고, 제2 코일에 의해 자화된다. 제4 자극부는, 마그넷의 회전 중심의 가상 축과 수직한 다른 면에 소정의 간격을 두고 대향하고, 제2 코일에 의해 자화된다. 이 타입의 모터를 설명의 간이화를 위해 제1 종래 예라고 부르기로 한다.

상기 구성에 있어서, 스텝핑 모터의 축 방향의 길이는, 마그넷 두께와, 마그넷의 두께 방향에 대향하는 자극부에 의해 결정되므로, 스텝핑 모터의 축 방향의 치수를, 매우 작게 줄일 수 있다. 또한, 제1 코일에 의해 발생하는 자속은, 제1 자극부와 제2 자극부 사이에 있는 마그넷을 가로지르므로, 효과적으로 작용한다. 제2 코일에 의해 발생하는 자속은, 제3 자극부와 제4 자극부 사이에 있는 마그넷을 가로지르므로, 효과적으로 작용한다. 이에 따라, 고출력 모터를 제공할 수 있다.

또한, 상기 일본국 공개특허 제2003-219623호(USP 6,897,579)에 기재된 모터와 같은 방식을 이용하는 액추에이터가 제안되어 있다(예를 들면, 일본국 공개특허 제2004-45682호(USP 6,781,772) 참조). 이 액추에이터는, 마그넷, 코일, 및 제1 및 제2 자극부를 구비한다. 마그넷은, 중공 원반 형상으로 형성되고, 중심의 가상 축과 직교하는 제1 평면, 상기 가상 축과 직교하는 제2 평면, 외주면, 및 내주면으로 이루어진다. 또한, 마그넷은 회전 중심으로서 기능하는 그 중심에 대하여 회전가능하게 보유되고, 또 적어도 회전중심의 가상 축과 수직한 면이, 상기 가상 축을 중 심으로 하는 각도 방향(원주 방향)으로 분할되어, 각기 다른 극으로 교대로 자화되어 있다. 코일은 마그넷의 외주면의 외측에 배치되어 있다.

제1 자극부는, 마그넷의 회전중심의 가상 축과 수직한 한 면에 소정의 간격을 두고 대향하고, 코일에 의해 자화된다. 제2 자극부는, 마그넷의 회전중심의 가상 축과 수직한 다른 면에 소정의 간격을 두고 대향하고, 코일에 의해 자화된다. 이 타입의 액추에이터를 설명의 간이화를 위해 제2 종래 예라고 부르기로 한다.

또한, 상기 일본국 공개특허 제2004-45682호(USP6,781,772)에 기재된 액추에이터와 유사한 액추에이터로서, 코일을 마그넷의 내주 측에 배치하는 이하의 구성도 고려될 수 있다. 이 액추에이터는, 마그넷, 코일, 및 제1 및 제2 자극부를 구비한다. 마그넷은, 중공 원반 형상으로 형성되고, 중심의 가상 축과 직교하는 제1 평면, 가상 축과 직교하는 제2 평면, 외주면, 및 내주면으로 이루어진다. 또한, 마그넷은, 회전중심으로서 기능하는 그 중심에 대하여 회전가능하게 보유되고, 또 적어도 회전중심의 가상 축과 수직한 면이, 상기 가상 축을 중심으로 하는 각도 방향(원주 방향)으로 분할되어 각기 다른 극으로 교대로 자화되어 있다.

코일은, 마그넷의 내주면의 내측에 배치되어 있다. 제1 자극부는, 마그넷의 회전중심의 가상 축과 수직한 한 면에 소정의 간격을 두고 대향하고, 코일에 의해 자화된다. 제2 자극부는, 마그넷의 회전중심의 가상 축과 수직한 다른 면에 소정의 간격을 두고 대향하고, 코일에 의해 자화된다. 이 타입의 액추에이터를 설명의 간이화를 위해 제3 종래 예라고 부르기로 한다.

그렇지만, 상기 제1 종래 예(일본국 공개특허 제2003-219623 호(USP6,897,579))의 모터는, 출력 수단으로서 기능하는 회전체이며, 즉 마그넷은, 제1 내지 제4 자극부와 간격을 두고 대향하고 있다. 따라서, 모터의 축 방향의 두께는, 적어도 제1 자극부, 마그넷과 제1 자극부 사이의 간격, 마그넷, 마그넷과 제2 자극부 사이의 간격, 및 제2 자극부의 합계의 치수이다. 혹은, 이것은 제3 자극부, 마그넷과 제3 자극부 사이의 간격, 마그넷, 마그넷과 제4 자극부 사이의 간격, 및 제4 자극부의 합계의 치수이다.

또한, 마그넷의 회전 출력은, 제1 자극부와 제3 자극부 사이, 혹은 제2 자극부와 제4 자극부 사이에서 핀 등을 이용해서 추출될 필요가 있다. 일반적인 모터와 같이 회전축으로서 출력을 추출할 경우에는, 상기 핀과 결합하는 원반 등의 부재를 더 필요로 하고, 모터의 두께가 더 커져 버리는 경우가 있다.

또한, 상기 제2 종래 예(일본국 공개특허 제2004-45682호(USP6,781,772))의 액추에이터도, 출력 수단으로서 기능하는 회전체이며, 즉 마그넷은, 제1 및 제2 자극부와 간격을 두고 대향하고 있다. 따라서, 모터의 축 방향의 두께는, 적어도, 제1 자극부, 마그넷과 제1 자극부 사이의 간격, 마그넷, 마그넷과 제2 자극부 사이의 간격, 및 제2 자극부의 합계의 치수이다.

또한, 상기 제3 종래 예에 따른 액추에이터는, 출력 수단으로서 기능하는 회전체이며, 즉 마그넷의 회전 출력은, 제1 자극부와 제2 자극부의 이(teeth) 사이에서 혹은 마그넷의 외주측으로부터 핀 등을 이용해 추출될 필요가 있다. 그 때문에, 회전 출력을 추출하는 위치가 규제되고, 액추에이터를 사용하는 경우의 자유도가 한정되는 경우가 있다. 또한, 마그넷은 코일의 외측의 보빈 등의 부재에 끼워 맞춰 져 있기 때문에, 그 사이의 마찰이 커져, 안정한 성능을 얻는 것이 곤란한 경우도 있다.

본 발명의 목적은, 축 방향의 치수가 매우 작은 박형 형상과, 마찰에 의한 토크 손실이 작은 고출력을 갖는 조립이 용이하고 저렴한 구동장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1 국면은, 원환 형상을 갖고, 환형의 중심을 실질적으로 통과하는 축에 대하여 평면이 회전가능하게 보유되며, 적어도 한 면이 회전 축과 실질적으로 수직하고, 인접한 영역들이 각기 다른 극으로 자화되어 있는 마그넷과, 상기 마그넷의 외측에 배치되며, 회전 평면이 상기 마그넷과 겹쳐 배치되는 동심의 코일과, 상기 마그넷의 상기 적어도 한 면에 소정의 제1 간격을 두고 대향하고, 상기 마그넷의 직경 방향으로 연장하는 치상을 갖는 자극을 포함하며, 또 상기 코일에 의해 자화되는 제1 자극부와, 상기 코일의 외주부를 덮는 원통부를 포함하는 요크와, 상기 마그넷의 반대쪽 면에 고정되고, 상기 마그넷과 일체로 회전가능하며, 또 상기 코일에 의해 자화되는 제2 자극부를 포함하는 회전 요크를 구비하고, 상기 요크의 원통부와 상기 회전 요크를, 반경 방향으로 제2 간격을 두고 서로 대향시킨 것을 특징으로 하는 구동장치를 제공한다.

본 발명의 제2 국면은, 원환 형상을 갖고, 환형의 중심을 실질적으로 통과하는 축에 대하여 평면이 회전가능하게 보유되며, 적어도 한 면이 회전 축과 실질적 으로 수직하고, 인접한 영역들이 각기 다른 극으로 자화되어 있는 마그넷과, 상기 마그넷의 외측에 배치되며, 회전 평면이 상기 마그넷과 겹쳐 배치되는 동심의 코일과, 상기 마그넷의 상기 적어도 한 면에 소정의 제1 간격을 두고 대향하고, 상기 마그넷의 직경 방향으로 연장하는 치상의 자극을 포함하며, 또 상기 코일에 의해 자화되는 제1 자극부와, 상기 코일의 외주부를 덮는 원통부를 포함하는 요크와, 상기 마그넷의 반대쪽 면에 고정되고, 상기 마그넷과 일체로 회전가능하며, 또 상기 코일에 의해 자화되는 제2 자극부를 포함하는 회전 요크를 구비하고, 상기 요크의 원통부와 상기 회전 요크를, 축 방향으로 제2 간격을 두고 서로 대향시킨 것을 특징으로 하는 구동장치를 제공한다.

본 발명의 제3 국면은 원환 형상을 갖고, 환형의 중심을 실질적으로 통과하는 축에 대하여 평면이 회전가능하게 보유되며, 적어도 한 면이 회전 축과 실질적으로 수직하고, 인접한 영역들이 각기 다른 극으로 자화되어 있는 마그넷과, 상기 마그넷의 외측에 배치되며, 회전 평면이 상기 마그넷과 겹쳐 배치되고, 또 상기 마그넷과 같은 동심을 갖는 제1 코일과, 상기 마그넷의 내측에 배치되며, 회전 평면이 상기 마그넷과 겹쳐 배치되고, 또 상기 마그넷과 같은 동심을 갖는 제2 코일과, 상기 마그넷의 상기 적어도 한 면에 소정의 간격을 두고 대향하고, 상기 마그넷의 내경 방향으로 연장하는 치상의 자극을 갖고, 또 상기 제1 코일에 의해 자화되는 제1 자극부와, 상기 코일의 외주부를 덮는 원통부를 포함하는 제1 요크와, 상기 마그넷의 상기 적어도 한 면에 소정의 간격을 두고 대향하고, 상기 마그넷의 외경 방향으로 연장하는 치상의 자극을 갖고, 또 상기 제2 코일에 의해 자화되는 제2 자극 부와, 상기 코일의 외주부를 덮는 원통부를 포함하는 제2 요크와, 상기 마그넷의 반대쪽 면에 고정되고, 상기 마그넷과 일체로 회전가능하며, 또 상기 코일에 의해 자화되는 제3 자극부를 포함하는 회전 요크를 구비하고, 상기 제1 요크의 원통부와 상기 회전 요크를, 반경 방향으로 간격을 두고 서로 대향시키고, 상기 제2 요크의 원통부와 상기 회전 요크를, 회전축의 방향으로 간격을 두고 서로 대향시킨 것을 특징으로 하는 구동장치를 제공한다.

상기 구성에 의하면, 축 방향의 치수가 매우 작은 박형 형상과, 마찰에 의한 토크 손실이 작은 고출력을 갖는 조립이 용이하고 저렴한 구동장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 예시된 실시 예의 설명으로부터 분명해질 것이다.

이하, 본 발명을 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 스텝핑 모터 및 구동장치에 관해서는 이하의 제1∼제3 실시 예에 나타낸 것과 같다.

<제1 실시 예>

도 1은, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 구동장치로서 기능하는 스텝핑 모터의 구성을 나타내는 분해 사시도이며, 도 2는, 스텝핑 모터의 조립 완성 상태에서의 축 방향의 내부구조를 나타내는 단면도다. 도 3 내지 도 6은, 이 실시 예에 있 어서의 마그넷의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 6에 있어서, 스텝핑 모터는, 마그넷(1), 제1 코일(2), 제1 보빈(3), 제2 코일(4), 제2 보빈(5), 제1 요크(7), 회전 요크(8), 제2 요크(9), 베이스(11), 및 축 베어링(12)을 구비하고 있다.

마그넷(1)은, 편평한 환형 또는 원환 형상으로 형성되어 있고, 중심의 가상 축(즉, 회전축)과 직교하는 제1 및 제2 평면, 외주면, 및 내주면을 구비하며, 또 회전중심으로서 기능하는 가상축에 대하여 회전가능하게 보유된다. 또한, 마그넷(1)은, 도 3 내지 도 6에 나타낸 바와 같이 가상 축과 직교하는 면(제1 평면 또는 제2 평면)(1e)이 상기 가상 축을 중심으로 하는 각도 방향(원주 방향)으로 n분할(본 실시 예에서는 10분할)되어, S극 및 Ｎ극이 교대로 자화되어 있다. 한편, 마그넷(1)의 다른 면(1f)은, 한 면(1e)(이후, 자화부(1e)라고 표기한다)과는 반대의 극성으로 분할 자화되어 있어도 되고, 또는 전혀 자화되어 있지 않아도 된다.

또한, 마그넷(1)은, 사출 성형에 의해 형성되는 플라스틱 마그넷 재료로 구성된다. 이에 따라, 원반 형상의 스텝핑 모터의 두께 방향, 즉 축 방향의 길이를, 매우 얇게 구성할 수 있다. 사출 성형에 의해 형성된 마그넷은, 그 표면에 얇은 수지 피막이 형성되기 때문에, 압착 성형에 의해 형성된 마그넷과 비교해서 녹의 발생이 매우 적기 때문에, 도장 등의 녹을 방지하는 처리를 폐지할 수 있다. 또한, 사출 성형에 의해 형성된 마그넷은, 압착 성형에 의해 형성된 마그넷을 이용하는 경우에 문제가 되는 자성 분말의 부착도 없고, 녹을 방지하는 도장 시에 발생하기 쉬운 표면의 팽창도 없어, 품질의 향상을 달성할 수 있다.

마그넷(1)의 재료로서는, Nd-Fe-B계 희토류(rare-earth) 자성 분말과, 폴리아미드 수지 등의 열가소성 수지 바인더(binder) 재료와의 혼합물을 사출 성형함으로써 형성된 플라스틱 마그넷 재료를 사용하고 있다. 이에 따라, 압착 성형에 의해 형성된 마그넷의 경우의 휨 강도가 5000 N/cm² 정도이지만, 사출 성형에 의해 형성된 마그넷의 바인더 재료로서 폴리아미드 수지를 사용하는 경우에는, 8000 N/cm² 이상의 휨 강도를 얻을 수 있다. 그 결과, 마그넷(1)을 압착 성형으로는 형성할 수 없는 얇은 두께의 원환 형상으로 형성하는 것이 가능하다.

마그넷(1)을 얇은 두께의 원환 형상으로 형성함으로써, 후술하는 제1 요크(7)의 제1 자극부와 회전 요크(8)의 제3 자극부 사이의 간격과, 제2 회전 요크(9)의 제2 자극부와 회전 요크(8)의 제3 자극부 사이의 간격을 짧게 설정할 수 있고, 그 사이의 자기 저항이 작은 자기회로를 제공할 수 있다. 이에 따라, 제1 코일(2) 및 제2 코일(4)에 전력이 공급되는 경우, 작은 기자력에서도 많은 자속을 발생할 수 있어, 스텝핑 모터의 성능이 향상된다.

제1 코일(2)은, 원환 형상으로 형성되어 있고, 절연 재료로 이루어진 제1 보빈(3)에 감겨 있다. 제1 코일(2)은, 마그넷(1)의 외주면의 외측에서 가상 축과 수직한 방향으로 겹치는 위치에, 마그넷(1)과 같은 동심을 갖도록 배치되어 있다. 제1 코일(2)의 축 방향의 길이는, 마그넷(1)의 축 방향의 길이(원환의 두께)와 거의 동일한 치수로 설정되어 있다.

제2 코일(4)은, 원환 형상으로 형성되어 있고, 절연 재료로 이루어진 제2 보 빈(5)에 감겨 있다. 제2 코일(4)은, 마그넷(1)의 내주면의 내측에서 가상 축과 수직한 방향으로 겹치는 위치에, 마그넷(1)과 같은 동심을 갖도록 배치되어 있다. 제2 코일(4)의 축 방향의 길이는, 마그넷(1)의 축 방향의 길이(원환의 두께)와 거의 동일한 치수로 설정되어 있다.

제1 요크(7)는, 연자성 재료로 형성되어 있고, 제1 코일(2)에 공급되는 전력에 의해 자화되는 제1 자극부(7a, 7b, 7c, 7d, 7e)를 포함하고 있다. 제1 자극부(7a∼7e)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 소정의 간격을 두고 마그넷(1)의 자화부(1e)에 대향 상태로 배치되고, 또 마그넷(1)의 내경 방향으로 연장하는 치상의 자극을 구비하고 있다. 제1 자극부(7a∼7e)의 자극 이(teeth)의 수는, "마그넷(1)의 자화 분할 수 n/2"개(본 실시 예에서는 5개의 이(teeth))로 설정되고, 이들이 720/ｎ도(본 실시 예에서는 72도)씩 등분 배치되어 있다. 제1 자극부(7a∼7e)는, 모두 제1 코일(2)에 공급되는 전력에 의해 서로 같은 극을 갖도록 자화된다.

제2 요크(9)는, 연자성 재료로 형성되어 있고, 제2 코일(4)에 공급되는 전력에 의해 자화되는 제2 자극부(9a, 9b, 9c, 9d, 9e)를 구비하고 있다. 제2 자극부(9a∼9e)는, 도 2에 나타낸 바와 같이 소정의 간격을 두고 마그넷(1)의 자화부(1e)에 대향 상태로 배치되고, 또 마그넷(1)의 외경방향으로 연장하는 치상의 자극을 구비하고 있다. 제2 자극부(9a∼9e)의 자극 이의 수는, "마그넷(1)의 자화 분할 수 n/2"개(본 실시 예에서는 5개의 이)로 설정되고, 이들이 720/ｎ도(본 실시 예에서는 72도)씩 등분 배치되어 있다. 제2 자극부(9a∼9e)는, 모두 제2 코일(4)에 공급되는 전력에 의해 서로 같은 극을 갖도록 자화된다.

회전 요크(8)는, 연자성 재료로 형성되어 있고, 원반 평면부(8a)와, 축(8b)을 구비하고 있다. 회전 요크(8)는, 원반 평면부(8a)에 마그넷(1)의 면(1f)이 단단히 고정될 뿐만 아니라, 마그넷(1)과 일체로 회전하도록 축 베어링(12)으로 지지되어 있다. 회전 요크(8)에서는, 제1 코일(2)에 공급되는 전력에 의해, 제1 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)에 대향하는 부분이 상기 제1 자극부(7a∼7e)와는 반대의 극성으로 자화된다. 이후, 이들 부분을 제3-1의 자극부라고 부른다. 또한, 회전 요크(8)에서는, 제2 코일(4)에 공급되는 전력에 의해, 제2 요크의 제2 자극부(9a∼9e)에 대향하는 부분이 상기 제2 자극부(9a∼9e)와는 반대의 극성으로 자화된다. 이후, 이들 부분을 제3-2의 자극부라고 부른다.

본 스텝핑 모터에 있어서는, 상기의 제1 코일(2), 제1 요크(7), 및 회전 요크(8)로 제1 자기회로를 구성하고 있고, 또한 상기의 제2 코일(4), 제2 요크(9), 및 회전 요크(8)로 제2 자기회로를 구성하고 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 요크(7)와 회전 요크(8)는, 각각의 자극부와는 반대측의 위치에, 즉 제1 코일(2)의 외경부를 덮는 제1 요크(7)의 원통부(7f) 부분과 회전 요크(8)의 최외경부(8f) 부분 사이에, 반경 방향으로 작은 간격 L1을 두고 자기적으로 연결되어 있다. 또한, 제2 요크(9)와 회전 요크(8)는, 각각의 자극부와는 반대측의 위치에, 즉 제2 코일(4)의 내경부를 덮는 제2 요크(9)의 원통부(9f) 부분과 회전 요크(8)의 평면부(8g) 부분 사이에, 축 방향으로 작은 간격 L2을 두고 자기적으로 연결되어 있다.

제1 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)와 제2 요크(9)의 제2 자극부(9a∼9e)를, 마그넷(1)의 자화부(1e)를 따라 반경 방향으로 연장하는 치상으로 형성함으로써, 스텝핑 모터의 두께를 최소한으로 억제하면서 자극부를 형성할 있다. 다시 말해, 자극부를 축 방향과 평행하게 연장되는 요철로 형성하면, 그만큼, 스텝핑 모터가 두꺼워진다. 다른 한편, 본 실시 예에서는, 상기 치상으로 자극부를 형성하기 때문에, 스텝핑 모터의 축 방향의 치수, 즉 두께를 최소화할 수 있다.

제1 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)가 마그넷(1)에 대향하고 있는 위치는, 제2 요크(9)의 제2 자극부(9a∼9e)가 마그넷(1)에 대향하고 있는 위치에 대하여 마그넷의 외주면 측에 있다. 제1 자극부(7a∼7e)가 자화됨으로써 발생한 전자력이 작용하는 마그넷 상의 위치의 회전중심으로부터의 거리를 R1, 제2 자극부(9a∼9e)가 자화됨으로써 발생한 전자력이 작용하는 마그넷 상의 위치의 회전중심으로부터의 거리를 R2이라고 하면, R1과 R2 간의 관계는 R1 > R2가 된다.

제1 자극부(7a∼7e)가 마그넷(1)에 대향하는 면적을 S1, 제2 자극부(9a∼9e)가 마그넷(1)에 대향하는 면적을 S2이라고 하면, S1과 S2 간의 관계는 S1 < S2을 만족하도록 설정되어 있다. 이와 같이, 제2 자극부(9a∼9e)가 자화됨으로써 발생한 전자력은, 제1 자극부(7a∼7e)가 자화됨으로써 발생한 전자력보다 크다. (전자력)×(전자력이 작용하는 반경)의 값, 즉 회전 토크는, 제1 자극부(7a∼7e)가 자화됨으로써 발생하는 경우와, 제2 자극부(9a∼9e)가 자화됨으로써 발생하는 경우와 같다. 이에 따라, 위치결정 성능이 향상된 스텝핑 모터를 제공할 수 있다.

제1 자극부(7a∼7e)가 마그넷(1)의 자화부(1e)에 대향하는 위상과, 제2 자극부(9a∼9e)가 마그넷(1)의 자화부(1e)에 대향하는 위상은, (180/Ｎ)도(본 실시 예 에서는 18도) 벗어난 상태로 설정되어 있다.

축 베어링(12)은, 제2 요크(9)의 내경부(9g)에 끼워 맞춰져 고정되며, 회전 요크(8)의 축(8b)을 회전가능하게 보유한다.

베이스(11)는, 비자성 재료로 형성되어 있고, 제1 요크(7)와 제2 요크(9)를 자기적으로 분단하면서 양자를 고정하고 있다.

상기의 회전 요크(8)에서는, 외경부에서 반경 방향의 흔들림과 비교해 축 방향에 대한 기울기에 의한 축 방향으로의 흔들림 양이 많고, 그 흔들림에 의해 야기된 자기회로에의 영향에 관해서 설명한다.

본 실시 예에서는, 상기에 나타낸 것처럼 , 제1 요크(7)와 회전 요크(8)는, 각각의 자극부와 반대 측의 위치에, 즉 제1 코일(2)의 외경부를 덮는 제1 요크(7)의 원통부(7f) 부분과 회전 요크(8)의 최외경부(8f) 부분 사이에, 반경 방향으로 작은 간격 L1을 두고 자기적으로 연결되도록 구성되어 있다. 따라서, 제1 자기회로는 말하자면 축 방향에 대한 기울기에 의해 야기된 흔들림에 의한 영향을 받지 않고 안정한 자기회로가 된다.

또한, 상술한 것처럼 , 제2 요크(9)와 회전 요크(8)는, 각각의 자극부와 반대측의 위치에, 즉 제2 코일의 내경부를 덮는 제2 요크(9)의 원통부(9f) 부분과 회전 요크(8)의 평면부(8g) 부분 사이에, 축 방향으로 작은 간격 L2를 두고 자기적으로 연결되도록 구성되어 있다. 제2 요크(9)의 원통부(9f) 부분은 작은 직경을 갖기 때문에, 축 방향에 대한 기울기에 의해 야기된 흔들림에 의해 상기 간격 L2의 변화량은 적다. 따라서, 제2 자기회로는 말하자면, 축 방향에 대한 기울기의 영향을 받 지 않고 안정한 자기회로가 된다.

다음에, 상기 구성을 갖는 본 실시 예의 스텝핑 모터의 동작을 도 3 내지 도 6을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 3은, 제1 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e), 제2 요크(9)의 제2 자극부(9a∼9e), 및 회전 요크(8)의 제3-1 및 제3-2의 자극부를, 아래의 극으로 설정하기 위해서, 제1 코일(2) 및 제2 코일(4)에 전력이 공급되어 자화된 상태를 나타낸 것이다. 다시 말해, 제1 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)를 N극으로 설정하고, 상기 제1 자극부(7a∼7e)에 대향하는 회전 요크(8)의 부분, 즉 제3-1의 자극부를 S극으로 설정한다. 제2 요크(9)의 제2 자극부(9a∼9e)를 S극으로 설정하고, 상기 제2 자극부(9a∼9e)에 대향하는 회전 요크(8)의 부분, 즉 제3-2의 자극부를 N극으로 설정한다.

도 3의 상태로부터, 제1 코일(2)로의 전력 공급을 그대로 유지하면서 제2 코일(4)로의 전력 공급 방향이, 제2 요크(9)의 제2 자극부(9a∼9e)를 N극으로 설정하고, 회전 요크(8)의 제3-2의 자극부를 S극으로 설정한 자화 상태로 바뀐다. 이에 따라, 마그넷(1)은 반시계 방향으로 18도 회전하고, 도 4에 나타낸 상태가 된다.

다음에, 제1 코일(2)로의 전력 공급을 반전시켜서, 제1 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)를 S극으로 설정하고, 회전 요크(8)의 제3-1의 자극부를 N극으로 설정하도록 자화한다. 이에 따라, 마그넷(1)은 반시계 방향으로 더 18도 회전하고, 도 5에 나타낸 상태가 된다.

다음에, 제2 코일(4)로의 전력 공급을 반전시켜서, 제2 요크(9)의 제2 자극부(9a∼9e)를 S극으로 설정하고 회전 요크(8)의 제3-2의 자극부를 N극으로 설정하 도록 자화한다. 이에 따라, 마그넷(1)은 반시계 방향으로 더 18도 회전하고, 도 6에 나타낸 상태가 된다.

이후, 제1 코일(2) 및 제2 코일(4)로의 전력 공급 방향을 순차적으로 바꿈으로써, 로터로서 기능하는 마그넷(1)은 전력 공급 위상에 따른 위치로 회전한다.

다음에, 상기 구성을 갖는 본 실시 예에 따른 스텝핑 모터가 고출력과 또 초소형화를 실현하기 위한 최적의 구성인 점에 관하여 설명한다.

본 실시 예에 따른 스텝핑 모터의 기본구성은 다음과 같다.

(1) 마그넷(1)을 원환 형상으로 형성하고 있는 것.

(2) 마그넷(1)의 회전중심의 가상 축과 수직한 면을, 상기 가상 축을 중심으로 하는 각도 방향(원주 방향)으로 분할해서 각기 다른 극으로 교대로 자화하고 있는 것.

(3) 제1 코일(2)을, 마그넷(1)의 외주면의 외측에서, 가상 축과 수직한 방향으로 겹치는 위치에, 마그넷(1)과 같은 동심을 갖도록 배치하고, 제2 코일(4)을, 마그넷(1)의 내주면의 내측에서 가상 축과 수직한 방향으로 겹치는 위치에, 마그넷(1)과 동일한 동심을 갖도록 배치하고 있는 것.

(4) 제1 및 제2 코일(2, 4)에 의해 자화되는 제1 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e), 제2 요크(9)의 제2 자극부(9a∼9e), 및 회전 요크(8)의 제3-1 및 제3-2의 자극부를, 각각 마그넷(1)의 축 방향과 수직한 면, 즉 원환 형상의 평면에 대향시키고 있는 것.

(5) 제1 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)를 반경 방향으로 연장하는 치상으로 형성하고 있는 것.

(6) 제3-1 및 제3-2의 자극부를 갖는 회전 요크(8)를 그대로 회전 출력을 추출하는 출력 부재로서 사용하고 있는 것.

본 실시 예의 스텝핑 모터는, 상기의 구성을 이용함으로써 이하의 효과를 제공한다.

제1 코일(2)에 공급되는 전력에 의해 발생하는 자속은, 제1 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)와 회전 요크(8)의 제3-1의 자극부 사이에 있는 마그넷(1)을 가로지르므로, 효과적으로 작용한다.

제2 코일(4)에 공급되는 전력에 의해 발생하는 자속은, 제2 요크(9)의 제2 자극부(9a∼9e)와 회전 요크(8)의 제3-2의 자극부 사이에 있는 마그넷(1)을 가로지르므로, 효과적으로 작용한다.

제1 코일(2)을, 마그넷(1)의 외주면의 외측에서 가상 축과 수직한 방향으로 겹치는 위치에 마그넷(1)과 같은 동심을 갖도록 배치하고, 제2 코일(4)을, 마그넷(1)의 내주면의 내측에서 가상 축과 수직한 방향으로 겹치는 위치에 마그넷(1)과 같은 동심을 갖도록 배치한다. 또한, 제1 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)와, 제2 요크(9)의 제2 자극부(9a∼9e)를, 반경 방향으로 연장하는 치상으로 형성한다. 이에 따라, 축 방향과 평행하게 연장되는 요철로 형성된 자극부에 비하여, 축 방향의 치수를 작게 할 수 있어, 매우 박형의 원반 형상의 스텝핑 모터를 제공할 수 있다.

본 스텝핑 모터의 축 방향의 길이는, 제1 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e), 마그넷(1)과 제1 자극부(7a∼7e) 사이의 간격, 마그넷(1), 및 회전 요크(8)의 제3 자 극부의 합계의 치수로 결정된다. 또는, 본 스텝핑 모터의 축 방향의 길이는 제2 요크(9)의 제2 자극부(9a∼9e), 마그넷(1)과 제2 자극부(9a∼9e) 사이의 간격, 마그넷(1), 및 회전 요크(8)의 제3 자극부의 합계의 치수로 결정된다. 이에 따라, 본 실시 예에 따른 스텝핑 모터는 상기 제1 종래 예(일본국 공개특허 제2003-219623호(USP6,897,579))보다, 마그넷(1)과 제3 자극부 사이의 간격의 치수만큼 얇다.

마그넷(1)의 회전중심의 가상 축과 수직한 면(1f)에, 연자성 재료로 이루어진 회전 요크(8)의 제3 자극부를 고정하고 있기 때문에, 마그넷(1)의 기계적 강도가 증가한다. 이에 따라, 마그넷(1)을 얇은 원환 형상으로 했을 경우라도 깨지는 것을 방지할 수 있다.

회전 요크(8)의 제3 자극부는 백 메탈(back metal)로서 기능하고, 자기회로의 퍼미언스(permeance) 계수는 높게 설정된다. 이에 따라, 본 스텝핑 모터를 고온의 환경에서 사용하는 경우에도 감자에 의한 자기적 열화를 줄일 수 있다.

회전 요크(8)는, 작은 직경의 축(8b)에서 축 베어링(12)에 의해 회전가능하게 보유되어 있기 때문에, 상기 제1 종래 예보다, 축 지지 구조가 작아, 마찰에 의한 토크 손실을 줄일 수 있다.

제1 요크(7)와 회전 요크(8)는, 제1 요크(7)의 원통부(7f) 부분과 회전 요크(8)의 최외경부(8f) 부분 사이에, 반경 방향으로 작은 간격 L1을 두고 자기적으로 연결되어 있다. 이에 따라, 회전 요크(8)는 제1 요크(7)와 접촉하지 않고 양호한 회전 상태를 보존할 수 있고, 또 안정한 자기회로를 형성할 수 있다.

제2 요크(9)와 회전 요크(8)는 제2 요크(9)의 원통부(9f) 부분과 회전 요 크(8)의 평면부(8g) 부분 사이에서, 축 방향으로 작은 간격 L2을 두고 자기적으로 연결되어 있다. 이에 따라, 회전 요크(8)는 제2 요크(9)와 접촉하지 않고 양호한 회전 상태를 보존할 수 있고, 또 안정한 자기회로를 형성할 수 있다.

또한, 회전 요크(8)를 그대로 회전 출력을 추출하는 출력 부재로서 사용하기 때문에, 회전 출력을 추출하는 추가 부품을 불필요하여, 부품 수 및 비용을 줄일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 예에 의하면, 축 방향의 치수가 매우 작은 박형 형상과, 마찰에 의한 토크 손실이 작은 고출력을 갖는, 조립이 용이하고 저렴한 스텝핑 모터를 제공할 수 있다.

<제2 실시 예>

본 발명의 제2 실시 예는, 구동장치로서 기능하는 액추에이터를 예로 든 경우에 상기 액추에이터가 도 7 및 도 8에 나타낸 구성을 갖는다는 점에서 상기 제1 실시 예와 다르다. 본 실시 예에 있어서, 상기 제1 실시 예(도 1 및 도 2)와 동일한 참조부호를 부착한 구성요소는, 도 1 및 도 2의 구성요소와 동일한 것이므로, 그 설명을 간략화 또는 생략한다.

도 7은, 본 실시 예에 따른 구동장치로서 기능하는 액추에이터의 구성을 나타내는 분해 사시도이며, 도 8은, 액추에이터의 조립 완성 상태에서의 축 방향의 내부 구조를 나타내는 단면도다. 도 9 및 도 10은, 마그넷의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 11은, 마그넷에 발생하는 힘과 회전 위상 간의 관계를 도시한 도면이다.

도 7 내지 도 11에 있어서, 액추에이터는, 코일을 마그넷의 외측에 배치해서 왕복운동을 행하는 것이고, 마그넷(1), 코일(2), 보빈(3), 요크(7), 회전 요크(18), 베이스(13), 및 축 베어링(12)을 구비하고 있다. 이하에서는 제1 실시 예와의 차이점을 중심으로 설명한다.

마그넷(1)은, 도웰(1c)을 포함하고 있고, 상기 제1 실시 예와 같이, 자화부(1e)가 회전중심의 가상 축을 중심으로 하는 각도 방향(원주 방향)으로 n분할(본 실시 예에서는 10분할)되고, 이들 분할된 부분들은 S극 혹은Ｎ극으로 교대로 자화되어 있다. 마그넷(1)을 얇은 두께의 원환 형상으로 형성함으로써, 후술의 요크(7)의 제1 자극부와 회전 요크(18)의 제2 자극부 사이의 간격을 짧게 설정할 수 있고, 그 사이의 자기 저항이 작은 자기회로를 제공할 수 있다. 이에 따라, 코일(2)에 전력이 공급되었을 경우, 작은 기자력에서도 많은 자속을 발생할 수 있어, 액추에이터의 성능이 향상된다.

코일(2)은, 보빈(3)에 감겨 있다. 코일(2)은, 마그넷(1)의 외주면의 외측에서 가상 축과 수직한 방향으로 겹치는 위치에, 마그넷(1)과 같은 동심을 갖도록 배치되어 있다. 한편, 코일(2)을, 마그넷(1)의 내주면의 내측에서 마그넷(1)의 축 방향과 수직한 방향으로, 마그넷(1)과 같은 동심을 갖도록 배치해도 좋다. 본 실시 예에서는 전자의 경우에 관하여 설명한다.

요크(7)는, 제1 자극부(7a, 7b, 7c, 7d, 7e)를 구비하고 있다. 제1 자극부(7a∼7e)는, 제1 코일(2)에 공급되는 전력에 의해 모두 서로 동일한 극을 갖도록 자화된다.

회전 요크(18)는, 연자성 재료로 형성되어 있고, 원반 평면부(18a)와, 축(18b)을 구비하고 있다. 회전 요크(18)는, 원반 평면부(18a)에 마그넷(1)의 면(1f)이 단단히 고정될 뿐만 아니라, 마그넷(1)과 일체로 회전하도록 축 베어링(12)에 의해 지지되어 있다. 회전 요크(18)는, 제1 코일(2)에 공급되는 전력에 의해, 요크의 제1 자극부(7a∼7e)에 대향하는 부분이 제1 자극부(7a∼7e)와는 반대의 극성으로 자화된다. 이후, 이들 부분을 제2 자극부라고 부른다.

본 액추에이터에 있어서는, 상기의 코일(2), 요크(7), 및 회전 요크(18)로 자기회로를 구성하고 있다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 요크(7)와 회전 요크(18)는, 각각의 자극부와는 반대측의 위치에서, 즉 코일(2)의 외경부를 덮는 요크(7)의 원통부(7f) 부분과 회전 요크(18)의 최외경부(18f) 부분 사이에서, 반경 방향으로 작은 간격 L1을 두고 자기적으로 연결되어 있다.

요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)를, 마그넷(1)의 자화부(1e)를 따라 반경 방향으로 연장하는 치상으로 형성함으로써, 스텝핑 모터의 두께를 최소화하면서 자극부를 형성할 수 있다. 다시 말해, 자극부를 축 방향과 평행하게 연장되는 요철로 형성하면, 그만큼 스텝핑 모터가 두꺼워진다. 다른 한편으로, 본 실시 예에서는, 상기 치상으로 자극부를 형성하고 있으므로, 스텝핑 모터의 축 방향의 치수, 즉 두께를 최소화할 수 있다.

축 베어링(12)은, 마그넷(1)의 내경측에 수납되고, 또 베이스(13)의 내경부 에 끼워 맞춰져 고정되며, 회전 요크(18)의 축(18b)을 회전가능하게 보유한다.

베이스(13)는, 비자성 재료로 형성되어 있고, 요크(7)와 축 베어링(12)을 고정하고 있다. 또한, 베이스(13)는, 슬롯(13d)을 포함하고 있다. 베이스(13)의 슬롯(13d)에 접촉하는 마그넷(1)의 도웰(1c)에 의해 마그넷(1)의 회전을 규제한다. 다시 말해, 마그넷(1)은, 도웰(1c)의 슬롯(13d)에 의해 규제되는 위치들 사이에서 회전할 수 있다. 이 회전 각도를 θ라고 한다.

상기의 회전 요크(18)에서는, 외경부에서 반경 방향의 흔들림과 비교해 축 방향에 대한 기울기에 의한 흔들림의 양이 커지지만, 그것들의 흔들림에 의해 야기된 자기회로에의 영향에 관해서 설명한다.

본 실시 예에서는, 상기한 바와 같이, 요크(7)와 회전 요크(18)는, 각각의 자극부와는 반대측의 위치에서, 즉 코일(2)의 외경부를 덮는 요크(7)의 원통부(7f)부분과 회전 요크(18)의 최외경부(18f) 부분 사이에서, 반경 방향으로 작은 간격 L1을 두고 자기적으로 연결되어 있다. 이에 따라, 축 방향에 대한 기울기에 의해 야기된 흔들림에 의한 영향 없이 안정한 자기회로를 제공할 수 있다.

다음에, 상기 구성을 갖는 본 실시 예에 따른 액추에이터가 고출력과 또 초소형화를 실현하기 위한 최적의 구성인 점에 관하여 설명한다.

본 실시 예에 따른 액추에이터의 기본구성은 다음과 같다.

(1) 마그넷(1)을 원환 형상으로 형성하고 있는 것.

(2) 마그넷(1)의 회전중심의 가상 축과 수직한 면을, 상기 가상 축을 중심으로 하는 각도 방향(원주 방향)으로 분할해서 각기 다른 극으로 교대로 자화하고 있 는 것.

(3) 코일(2)을, 마그넷(1)의 외주면의 외측에서 가상 축과 평행한 방향으로 겹치는 위치에, 마그넷(1)과 같은 동심을 갖도록 배치하고 있는 것.

(4) 코일(2)에 의해 자화되는 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)와, 회전 요크(18)의 제2 자극부를, 각각 마그넷(1)의 축 방향과 수직한 면, 즉 원환 형상의 평면부에 대향시키고 있는 것.

(5) 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)를, 반경 방향으로 연장하는 치상으로 형성하고 있는 것.

(6) 제2 자극부를 갖는 회전 요크(18)를, 그대로 회전 출력을 추출하는 출력 부재로서 사용하고 있는 것.

본 실시 예에 따른 액추에이터는, 상기의 구성을 이용하여 이하의 효과를 제공한다.

코일(2)에 공급되는 전력에 의해 발생하는 자속은, 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)와 회전 요크(18)의 제2 자극부 사이에 있는 마그넷(1)을 가로지르므로, 효과적으로 작용한다.

코일(2)을, 마그넷(1)의 외주면의 외측에서 가상 축과 평행한 방향으로 겹치는 위치에 마그넷(1)과 같은 동심을 갖도록 배치하고 있다. 또한, 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)를, 반경 방향으로 연장하는 치상으로 형성하고 있다. 이에 따라, 축 방향과 평행하게 연장되는 요철로 형성한 자극부에 비하여, 축 방향의 치수를 작게 할 수 있어, 매우 박형의 원반 형상의 액추에이터를 제공할 수 있다.

본 액추에이터의 축 방향의 길이는, 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e), 마그넷(1)과 제1 자극부(7a∼7e) 사이의 간격, 마그넷(1), 및 회전 요크(18)의 제2 자극부의 합계의 치수로 결정된다. 이에 따라, 본 실시 예에 따른 액추에이터는 상기 제2 종래 예(일본국 공개특허 제2004-45682호(USP6,781,772)) 및 제3 종래 예보다, 마그넷(1)과 제2 자극부 사이의 간격의 치수만큼 얇다.

마그넷(1)의 회전중심의 가상 축과 수직한 면(1f)에, 연자성 재료로 이루어진 회전 요크(18)의 제2 자극부를 고정하고 있기 때문에, 마그넷(1)의 기계적 강도가 증가한다. 이에 따라, 마그넷(1)을 얇은 원환 형상으로 했을 경우라도 깨지는 것을 방지할 수 있다.

회전 요크(18)의 제2 자극부는, 백 메탈로서 기능하고, 자기회로의 퍼미언스 계수는 높게 설정된다. 이에 따라, 본 액추에이터를 고온 환경에서 사용하는 경우에도 감자에 의한 자기적 열화를 줄일 수 있다.

회전 요크(18)는, 작은 직경의 축(18b)에서 축 베어링(12)에 의해 회전가능하게 보유되어 있기 때문에, 축 지지 구조가 상기 제3 종래 예보다 작아, 마찰에 의한 토크 손실을 줄일 수 있다.

요크(7)와 회전 요크(18)는, 요크(7)의 원통부(7f) 부분과 회전 요크(18)의 최외경부(18f) 부분 사이에서, 반경 방향으로 작은 간격 L1을 두고 자기적으로 연결되어 있다. 이에 따라, 회전 요크(18)는 요크(7)와 접촉하지 않고 양호한 회전 상태를 보존할 수 있고, 또 안정한 자기회로를 형성할 수 있다.

또한, 회전 요크(18)를, 그대로 회전 출력을 추출하는 출력 부재로서 사용하 고 있기 때문에, 회전 출력을 추출하는 부품이 불필요해져, 부품 수 및 비용을 삭감할 수 있다.

도 9는, 마그넷(1)의 도웰(1c)이 베이스(13)의 슬롯(13d)의 일 단면에 접촉해서, 반시계 방향의 회전이 규제되어 있는 상태를 도시한 것이다. 또한, 도 10은, 마그넷(1)의 도웰(1c)이 베이스(13)의 슬롯(13d)의 다른 단면에 접촉해서, 시계방향의 회전이 규제되어 있는 상태를 도시한 것이다. 도 9에 도시한 마그넷(1)의 회전 위치는 도 10에 도시한 마그넷(1)의 회전 위치와, θ도만큼 다르다.

마그넷(1)의 회전 위치는, 코일(2)에 전력이 공급되지 않은 경우에, 도 9 및 도 10에 도시한 각각의 상태로 보존된다. 이 상태를 도 9 내지 도 11을 참조하면서 설명한다.

도 11은, 코깅 토크(cogging torque)의 상태를 도시한 것이다. 다시 말해, 도 11은 코일(2)에 전력이 공급되지 않은 경우에, 마그넷(1)의 회전 위치와, 마그넷(1)이 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)에 의해 흡인되는 상태를 도시한 것이다. 도 11의 종축은, 마그넷(1)에 작용하는 마크넷(1)과 요크(7) 사이에서 발생하는 자력을 나타내고, 도 11의 횡축은, 마그넷(1)의 회전 위상을 나타낸다.

E1점 및 E2점에서는, 마그넷(1)이, 정 회전하려고 하면, 네거티브 힘이 작용해서 원래의 위치로 돌아가고, 마그넷(1)이 반대로 회전하려고 하면, 포지티브 힘이 작용해서 원래의 위치로 돌아간다. 다시 말해, E1점 및 E2점은, 마그넷(1)과 요크(7)의 자극부(7a∼7e) 사이의 자력에 의해, 마그넷(1)이 상기 E1점 또는 상기 E2점에 안정적으로 위치결정되는 코깅의 위치다.

F1점, F2점, 및 F3점은, 마그넷(1)의 위상이 정상 위치에서 이탈하면, 마그넷(1)의 전 또는 후의 Ｅ1점 또는 E2점의 위치에 회전력이 작용하는 불안정한 균형상태에 있는 정지 위치다. 코일(2)에 전력이 공급되지 않은 상태에서는, 마그넷(1)은, 진동이나 자세의 변화에 의해 F1점, F2점, 혹은 F3점에서 정지하지 않지만, E1점 또는 E2점의 위치에서 정지한다.

E1점 및 E2점과 같은 코깅 안정 점은, 마그넷(1)의 자화극 수를 n이라고 하면, 360/ｎ도의 주기로 존재하고, 그 중간 위치가 F1점, F2점, 혹은 F3점과 같은 불안정한 점이 된다.

본 실시 예에서는, 코일(2)에 전력이 공급되지 않은 상태에서는, 마그넷(1)의 극의 중심이 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)의 중심에 대향하는 위치에서 안정적으로 정지하도록, 제1 자극부(7a∼7e)의 크기가 설정되어 있다. 그러나, 이 상태에서 코일(2)에 공급되는 전력에 의해 제1 자극부(7a∼7e)가 자화되어도, 마그넷(1)에는 회전력이 생기지 않는다.

따라서, 본 실시 예에서는, 마그넷(1)이 도 9에 도시한 상태로 있도록, 마그넷(1)의 도웰(1c)과 베이스(13)의 슬롯(13d) 간의 관계가 설정되어 있다. 다시 말해, 마그넷(1)의 도웰(1c)이 베이스(13)의 슬롯(13d)의 단면에 접촉함으로써 반시계 방향의 마그넷(1)의 회전 위치는, 마그넷(1)의 극의 중심과 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)의 중심 간의 각도가 α도가 되도록 설정되어 있다.

이에 따라, 도 9에 도시한 상태에서 코일(2)에 공급되는 전력에 의해 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)가 자화되면, 마그넷(1)에 회전력이 생기고, 그 결과, 스텝핑 모터는 안정적으로 기동한다.

또한, 도 9에 도시한 상태를 도 11에 적용시키면, G점의 위치가 획득된다. 이 위치에서의 코깅 토크(마그넷(1)과 마그넷(1)에 작용하는 요크(7) 사이에서 발생하는 흡인력)은 T2이다. 이것은, 마그넷(1)이 E1점으로 돌아가려고 하는 회전 방향으로 네거티브의 힘(도 9에 있어서 반시계 방향의 힘)이 작용하는 것을 의미한다. 다시 말해, 마그넷(1)의 도웰(1c)이 베이스(13)의 슬롯(13d)에 접촉하는 위치에서의 보유력은 T2이다. 따라서, 코일(2)에 전력이 공급되지 않은 경우에, 마그넷(1)은 안정적으로 이 위치(도 9에 도시한 위치)에서 정지한다.

마찬가지로, 본 실시 예에서, 마그넷(1)의 시계방향의 회전은, 마그넷(1)의 위치가 도 10에 도시한 위치가 되고, 베이스(13)의 슬롯(13d)의 단면이 마그넷(1)의 도웰(1c)과 접촉하도록 설정되어 있다. 이 경우의 마그넷(1)의 위치는, 마그넷(1)의 극의 중심과 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)의 중심 간의 각도가 β도가 되도록 설정되어 있다.

이에 따라, 도 10에 도시한 상태에서 코일(2)에 공급되는 전력에 의해 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)가 자화하면, 마그넷(1)에 회전력이 생기고, 그 결과, 스텝핑 모터는 안정적으로 기동한다.

또한, 도 10에 도시한 상태를 도 11에 적용시키면, H점의 위치가 획득된다. 이 위치에서의 코깅 토크는 T1이다. 이것은, 마그넷(1)이 E2점으로 진행되려고 하는 회전 방향으로 포지티브의 힘(도 10에 있어서 시계방향의 힘)이 작용하는 것을 의미한다. 다시 말해, 마그넷(1)의 도웰(1c)이 베이스(13)의 슬롯(13d)의 단면에 접촉하는 위치에서의 보유력은 T1이다. 따라서, 코일(2)에 전력이 공급되지 않는 경우에, 마그넷(1)은 안정적으로 이 위치(도 10에 도시한 위치)에서 정지한다.

도 9에 도시한 상태와 도 10에 도시한 상태에서, 마그넷(1)은 θ도 회전한 것이 되도록 설정되어 있다.

다음에, 마그넷(1)의 회전 동작의 상태를 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.

상술한 것처럼 , 최초로 코일(2)에 전력이 공급되지 않은 경우에는, 마그넷(1)은 도 9에 도시한 위치에서 안정적으로 정지하고 있다고 한다. 도 9에 도시한 상태에서 코일(2)에 공급되는 전력에 의해, 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)가 S극으로 자화하면, 로터로서 기능하는 마그넷(1)은, 회전 방향의 자력을 받아, 시계방향으로 원활하게 회전하기 시작한다. 그 다음, 마그넷(1)의 회전각도가 θ도가 되는 도 10에 도시한 상태가 되는 타이밍에서, 코일(2)에의 전력 공급이 차단된다.

도 10에 도시한 상태는 도 11에 있어서의 H점이기 때문에, 상술한 바와 같이 보유력(코깅 토크) T1에 의해, 마그넷(1)은 안정적으로 이 위치를 보존한다. 도 10에 도시한 상태에서 코일(2)에의 전력 공급을 반전시켜, 요크(7)의 제1 자극부(7a∼7e)를 N극으로 자화하고, 마그넷(1)을 반시계 방향으로 회전시키면, 마그넷(1)은 도 9에 도시한 상태로 돌아간다.

상술한 바와 같이, 코일(2)에 전력을 공급하는 방향을 바꿈으로써, 로터로서 기능하는 마그넷(1)은, 도 9에 도시한 상태와 도 10에 도시한 상태로 바뀐다. 따라서, 본 액추에이터는, 2개의 위치(도 9에 도시한 상태와 도 10에 도시한 상태) 사 이에서 구동가능해서, 전력 공급이 없는 경우에도 각 위치를 안정적으로 보존할 수 있는 액추에이터로서 작용한다.

상기 설명한 바와 같이, 본 실시 예는, 축 방향의 치수가 매우 작은 박형 형상과, 또한 마찰에 의한 토크 손실이 작은 고출력을 갖는, 조립이 용이하고 저렴한 액추에이터를 제공할 수 있다.

<제3 실시 예>

본 발명의 제3 실시 예는, 구동장치로서 액추에이터를 예로 든 경우에, 상기 액추에이터가 도 12 및 도 13에 나타낸 구성을 갖는 점에서 상기 제1 실시 예와 다르다. 본 실시 예에 있어서, 상기의 제1 실시 예(도 1 및 도 2)와 동일한 참조부호를 부착한 구성요소는, 도 1 및 도 2의 구성요소와 동일한 것이므로, 그 설명을 간략화 또는 생략한다.

도 12는, 본 실시 예에 따른 구동장치로서 기능하는 액추에이터의 구성을 나타내는 분해 사시도이며, 도 13은, 액추에이터의 조립 완성 상태에서의 축 방향의 내부구조를 나타내는 단면도다. 도 14 및 도 15는, 마그넷의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 12 내지 도 15에 있어서, 액추에이터는, 코일을 마그넷의 내경측에 배치해서 왕복 운동을 행하는 것이고, 마그넷(1), 코일(22), 보빈(23), 요크(17), 회전 요크(18), 및 축 베어링(12)을 구비하고 있다. 이하에서는 제1 실시 예와의 차이점을 중심으로 설명한다.

마그넷(1)은, 도웰(1c)을 포함하고 있고, 상기 제1 실시 예와 같이, 자화 부(1e)가 회전중심의 가상 축을 중심으로 하는 각도 방향(원주 방향)으로 n분할(본 실시 예에서는 10분할)되어, S극 또는 Ｎ극으로 교대로 자화되어 있다. 마그넷(1)을 얇은 두께의 원환 형상으로 형성함으로써, 후술의 요크(17)의 제1 자극부와 회전 요크(18)의 제2 자극부 사이의 간격을 짧게 설정할 수 있고, 그 사이의 자기 저항이 작은 자기회로를 제공할 수 있다. 이에 따라, 코일(22)에 전력이 공급되는 경우에는, 작은 기자력에서도 많은 자속을 발생할 수 있어, 액추에이터의 성능이 향상된다.

코일(22)은, 절연재료로 이루어진 보빈(23)에 감겨 있다. 코일(22)은, 마그넷(1)의 내주면의 내측에서 가상 축과 평행한 방향으로 겹치는 위치에, 마그넷(1)과 같은 동심을 갖도록 배치되어 있다. 코일(22)의 축 방향의 길이는, 마그넷(1)의 축 방향의 길이(원환의 두께)와 거의 동일한 치수로 설정되어 있다.

요크(17)는, 연자성 재료로 형성되어 있고, 코일(22)에 공급되는 전력에 의해 자화되는 제1 자극부(17a, 17b, 17c, 17d, 17e)를 포함하고 있다. 제1 자극부(17a∼17e)는, 소정의 간격을 두고 마그넷(1)의 축 방향과 수직한 자화부(1e)에 대향하고, 마그넷(1)의 외경방향으로 연장하는 치상의 자극으로 구성되어 있다. 제1 자극부(17a∼17e)의 자극 이의 수는, "마그넷(1)의 자화 분할 수 n/2"개(본 실시 예에서는 5개)로 설정되고, 이들이 720/ｎ도(본 실시 예에서는 72도)씩 등분 배치되어 있다. 제1 자극부(17a∼17e)는, 코일(22)에 공급되는 전력에 의해 모두 서로 같은 극을 갖도록 자화된다.

회전 요크(18)는, 연자성 재료로 형성되어 있고, 원반 평면부(18a)와, 축(18b)을 구비하고 있다. 회전 요크(18)는, 원반 평면부(18a)에 마그넷(1)의 면(1f)이 단단히 고정될 뿐만 아니라, 마그넷(1)과 일체로 회전하도록 축 베어링(12)에 의해 지지되어 있다. 회전 요크(18)에서는, 코일(22)에 공급되는 전력에 의해, 요크(17)의 제1 자극부(17a∼17e)에 대향하는 부분이 제1 자극부(17a∼17e)와는 반대의 극성으로 자화된다. 이후, 이들 부분을 제2 자극부라고 부른다.

본 액추에이터에 있어서는, 상기의 코일(22), 요크(17), 및 회전 요크(18)로 자기회로를 구성하고 있다.

요크(17)와 회전 요크(18)는, 각각의 자극부와는 반대측의 위치에서, 즉 코일(22)의 내경부를 덮는 요크(17)의 원통부(17f) 부분과 회전 요크(8)의 평면부(18g) 부분 사이에서, 축 방향으로 작은 간격 L2을 두고 자기적으로 연결되어 있다. 요크(17)의 원통부(17f) 부분은 작은 직경을 갖기 때문에, 축 방향에 대한 기울기에 의해 야기된 흔들림에 의한 상기 간격 L2의 변화량은 적다. 따라서, 이 자기회로는 말하자면 축 방향에 대한 기울기의 영향을 받지 않고 안정한 자기회로가 된다.

요크(17)의 제1 자극부(17a∼17e)를, 마그넷(1)의 자화부(1e)를 따라 반경 방향으로 연장하는 치상으로 형성함으로써, 스텝핑 모터의 두께를 최소화하면서 자극부를 형성할 수 있다. 다시 말해, 자극부를 축 방향과 평행하게 연장되는 요철로 형성하면, 그만큼 스텝핑 모터가 두꺼워진다. 다른 한편으로, 본 실시 예에서는, 상기 치상으로 자극부를 형성함으로써, 스텝핑 모터의 축 방향의 치수, 즉 두께를 최소화할 수 있다.

축 베어링(12)은, 요크(17)의 내경부에 끼워 맞춰져 고정되어 있고, 회전 요크(18)의 축(18b)을 회전가능하게 보유한다.

상기 요크(17)의 제1 자극부(17d와 17e)의 단면에 접촉하고 있는 마그넷(1)의 도웰(1c)에 의해 마그넷(1)의 회전을 규제하고 있다. 다시 말해, 마그넷(1)은, 도웰(1c)이 요크(17)의 제1 자극부(17d와 17e)의 단면에 의해 규제되는 위치 사이에서 회전할 수 있다. 이 회전 각도를 θ도로 한다.

본 실시 예에 따른 액추에이터의 기본구성은 다음과 같다.

(1) 마그넷(1)을 원환 형상으로 형성하고 있는 것.

(2) 마그넷(1)의 회전중심의 가상 축과 수직한 면이, 상기 가상 축을 중심으로 하는 각도 방향(원주 방향)으로 분할되어 각기 다른 극으로 교대로 자화되어 있는 것.

(3) 코일(22)을, 마그넷(1)의 외주면의 외측에서 가상 축과 평행한 방향으로 겹치는 위치에, 마그넷(1)과 같은 동심을 갖도록 배치하고 있는 것.

(4) 코일(22)에 의해 자화되는 요크(17)의 제1 자극부(17a∼17e)와, 회전 요크(18)의 제2 자극부를, 각각 마그넷(1)의 축 방향과 수직한 면, 즉 원환 형상의 평면에 대향시키고 있는 것.

(5) 요크(17)의 제1 자극부(17a∼17e)를 반경 방향으로 연장하는 치상으로 형성하고 있는 것.

(6) 제2 자극부를 갖는 회전 요크(18)를 그대로 회전 출력을 추출하는 출력부재로서 사용하고 있는 것.

코일(2)에 공급되는 전력에 의해 발생하는 자속은, 요크(17)의 제1 자극부(17a∼17e)와 회전 요크(18)의 제2 자극부 사이에 있는 마그넷(1)을 가로지르므로, 효과적으로 작용한다.

코일(22)을, 마그넷(1)의 외주면의 외측에서 가상 축과 평행한 방향으로 겹치는 위치에 마그넷(1)과 같은 동심을 갖도록 배치하고 있다. 또한, 요크(17)의 제1 자극부(17a∼17e)를, 반경 방향으로 연장하는 치상으로 형성하고 있다. 이에 따라, 축 방향과 평행하게 연장되는 요철로 형성한 자극부에 비하여, 축 방향의 치수를 작게 할 수 있어, 매우 박형의 원반 형상의 액추에이터를 제공할 수 있다.

본 액추에이터의 축 방향의 길이는, 요크(17)의 제1 자극부(17a∼17e), 마그넷(1)과 제1 자극부(17a∼17e) 사이의 간격, 마그넷(1), 및 회전 요크(18)의 제2 자극부의 합계의 치수로 결정된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 액추에이터는 상기 제2 종래 예 및 제3 종래 예보다, 마그넷(1)과 제2 자극부 사이의 간격의 치수만큼 얇다.

회전 요크(18)의 제2 자극부는, 백 메탈로서 기능하고, 자기회로의 퍼미언스 계수는 높게 설정되어 있다. 이에 따라, 본 액추에이터를 고온의 환경에서 사용하는 경우에도 감자에 의한 자기적 열화를 줄일 수 있다.

회전 요크(18)는, 작은 직경의 축(18b)에서 축 베어링(12)에 의해 회전가능하게 보유되어 있기 때문에, 축 지지 구조는 상기 제3 종래 예보다 작아, 마찰에 의한 토크 손실을 줄일 수 있다.

요크(17)와 회전 요크(18)는, 요크(17)의 원통부(17f) 부분과 회전 요크(8)의 평면부(18g) 부분 사이에서, 축 방향으로 작은 간격 L2을 두고 자기적으로 연결되어 있다. 이에 따라, 회전 요크(18)는 요크(17)와 접촉하지 않고 양호한 회전 상태를 보존할 수 있고, 또 안정한 자기회로를 형성할 수 있다.

또한, 회전 요크(18)를 그대로 회전 출력을 추출하는 출력 부재로서 사용하고 있기 때문에, 회전 출력을 추출하는 부품이 불필요하여, 부품 수 및 비용을 삭감할 수 있다.

또한, 마그넷(1)의 회전 규제를 요크(17)의 제1 자극부(17d와 17e)의 단면에서 행하고 있기 때문에, 상기 제2 실시 예에서 나타낸 베이스에서 회전 규제를 행하는 액추에이터와 비하여, 더욱 축 방향 치수가 얇은 박형의 원반 형상의 액추에이터를 제공할 수 있다.

도 14는, 마그넷(1)의 도웰(1c)이 요크(17)의 제1 자극부(17e)의 단면에 접촉해서, 반시계 방향의 회전이 규제되어 있는 상태를 도시한 것이다. 도 15는, 마 그넷(1)의 도웰(1c)이 요크(17)의 제1 자극부(17d)의 단면에 접촉해서, 시계방향의 회전이 규제되어 있는 상태를 도시한 것이다. 도 14에 나타낸 마그넷(1)의 회전 위치는 도 15에 나타낸 마그넷(1)의 회전 위치와 θ도만큼 다르다.

마그넷(1)의 회전 위치는 코일(2)에 전력이 공급되지 않은 경우에, 도 14 및 도 15에 나타낸 각각의 상태로 보존된다. 도 14에 나타낸 상태는, 상기 제2 실시 예에 있어서의 도 9에 나타낸 상태와 같은 상태이며, 도 15에 나타낸 상태는, 상기 제2 실시 예에 있어서의 도 10에 나타낸 상태와 같은 상태다.

본 실시 예에서는, 상기 제2 실시 예와 마찬가지로, 마그넷(1)은, 코일(22)로의 전력 공급을 바꿈으로써 도 14에 나타낸 상태와 도 15에 나타낸 상태 사이에서 이동가능하고, 또한 코일(22)로의 전력 공급을 차단한 상태로 각각의 상태를 유지하도록 구성되어 있다.

또한, 본 실시 예에서는, 코일(22)에 전력이 공급되지 않은 상태에서는, 마그넷(1)의 극의 중심이 요크(17)의 제1 자극부(17a∼17e)의 중심에 대향하는 위치에서 안정적으로 정지하도록, 제1 자극부(17a∼17e)의 크기가 설정되어 있다. 그러나, 이 상태에서 코일(22)에 공급되는 전력에 의해 제1 자극부(17a∼17e)가 자화해도, 마그넷(1)에 회전력이 생기지 않는다.

따라서, 본 실시 예에서는, 도 14에 나타낸 상태가 되도록 요크(17)의 제1 자극부(17e)의 단면과 마그넷(1)의 도웰(1c) 간의 관계가 구성되어 있다. 다시 말해, 요크(17)의 제1 자극부(17e)의 단면에 접촉하는 마그넷(1)의 도웰(1c)에 의해 반시계 방향의 회전이 규제되어 있는 상태에서, 마그넷(1)의 극의 중심과 요크(17) 의 제1 자극부(17a∼17e)의 중심 간의 각도가 α도가 되도록 설정되어 있다. 이에 따라, 도 14에 나타낸 상태에서 코일(2)에 공급되는 전력에 의해 요크(17)의 제1 자극부(17a∼17e)가 자화하면, 마그넷(1)에 회전력이 생기고, 그 결과, 스텝핑 모터는 안정적으로 기동한다.

또한, 도 14에 나타낸 상태를 도 11에 적용시키면, G점의 위치가 획득된다. 이 위치에서의 코깅 토크는 T2이다. 이것은, 마그넷(1)이 E1점으로 돌아가려고 하는 회전 방향에 네거티브의 힘(도 9에 있어서 반시계 방향의 힘)이 작용하는 것을 의미한다. 다시 말해, 마그넷(1)의 도웰(1c)이 요크(17)의 제1 자극부(17e)에 접촉하는 위치의 보유력은 T2가 된다. 따라서, 코일(22)에 전력이 공급되지 않은 경우에는, 마그넷(1)은 안정적으로 이 위치(도 14에 나타내는 위치)에서 정지한다.

마찬가지로, 본 실시 예에서는, 마그넷(1)의 시계방향의 회전이, 도 15에 나타낸 위치가 되고, 요크(17)의 제1 자극부(17d)의 단면이 마그넷(1)의 도웰(1c)과 접촉하도록 설정되어 있다. 이 경우의 마그넷(1)의 위치는, 마그넷(1)의 극의 중심과 제1 요크(17)의 제1 자극부(17a∼17e)의 중심 간의 각도가 β도가 되도록 설정되어 있다. 이에 따라, 도 15에 나타낸 상태에서 코일(2)에 공급되는 전력에 의해 요크(17)의 제1 자극부(17a∼17e)가 자화하면, 마그넷(1)에 회전력이 생기고, 그 결과, 스텝핑 모터는 안정적으로 기동한다.

또한, 도 15에 나타낸 상태를 도 11에 적용시키면, H점의 위치가 획득된다. 이 위치에서의 코깅 토크는 T1이다. 이것은, 마그넷(1)이 E2점으로 진행되려고 하는 회전 방향으로 포지티브의 힘(도 15에 있어서 시계방향의 힘)이 작용하는 것을 의미한다. 다시 말해, 요크(17)의 제1 자극부(17d)의 단면이 마그넷(1)의 도웰(1c)에 접촉하는 위치에서의 보유력은 T1이 된다. 따라서, 코일(22)에 전력이 공급되지 않은 경우에는, 마그넷(1)은 안정적으로 이 위치(도 15의 위치)에서 정지한다.

도 14에 나타낸 상태와 도 15에 나타낸 상태에서, 마그넷(1)은 θ도 회전한 것이 되도록 설정되어 있다.

다음에, 마그넷(1)의 회전 동작의 상태를 도 14 및 도 15를 참조하면서 설명한다.

상기에 설명한 것처럼, 최초로 코일(2)에 전력이 공급되지 않은 경우에는, 마그넷(1)은 도 14에 나타낸 위치에서 안정적으로 정지하고 있다고 하자. 도 14에 나타낸 상태에서 코일(22)에 공급되는 전력에 의해, 요크(17)의 제1 자극부(17a∼17e)가 S극으로 자화하면, 로터로서 기능하는 마그넷(1)은, 회전 방향의 자력을 받아, 시계방향으로 원활하게 회전하기 시작한다.

그 다음, 마그넷(1)의 회전 각도가 θ도가 되는 도 15에 나타낸 상태가 되는 타이밍에서 코일(22)로의 전력 공급이 차단된다. 도 15에 나타낸 상태는 도 11에 있어서의 Ｈ점이기 때문에, 상기에서 설명한 것처럼 코깅 토크 T1에 의해 마그넷(1)은 안정적으로 이 위치를 보존한다. 도 15에 나타낸 상태로부터 코일(2)로의 전력 공급을 반전시켜, 요크(17)의 제1 자극부(17a∼17e)를 N극으로 자화하고, 마그넷(1)을 반시계 방향으로 회전시키면, 마그넷(14)은 도 14에 나타낸 상태로 돌아간다.

이상 설명한 바와 같이, 코일(2)로의 전력 공급 방향을 바꿈으로써, 로터로 서 기능하는 마그넷(1)은, 도 14에 나타낸 상태 또는 도 15에 나타낸 상태로 바뀐다. 따라서, 본 액추에이터는, 2개의 위치(도 14에 나타낸 상태와 도 15에 나타낸 상태) 사이에서 구동가능하고, 전력 공급이 없는 경우에도 각 위치를 안정적으로 보존할 수 있는 액추에이터로서 작용한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 예는, 축 방향의 치수가 매우 작은 박형 형상과, 마찰에 의한 토크 손실이 작은 고출력을 갖는, 조립이 용이하고 저렴한 액추에이터를 제공할 수 있다.

<다른 실시 예>

상기 제1 실시 예에서는 스텝핑 모터 단체, 상기 제2 및 제3 실시 예에서는 액추에이터 단체에 관하여 설명했지만, 본 발명은, 스텝핑 모터 단체와, 액추에이터 단체에의 적용에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 스텝핑 모터나 액추에이터에 의해, 촬상장치의 조리개 블레이드, 셔터, 및 촬영 렌즈를 구동하는 경우에도 적용가능하다.

본 발명은 예시한 실시 예를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 개시된 실시 예에 한정되는 것은 아니라는 것을 알아야 할 것이다. 아래의 청구항들의 범위는 모든 변형 및 균등 구조 및 기능을 내포하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

상기 구성에 의하면, 축 방향의 치수가 매우 작은 박형 형상과, 마찰에 의한 토크 손실이 작은 고출력을 갖는, 조립이 용이하고 저렴한 구동장치를 제공할 수 있다.

Claims

원환 형상을 갖고, 환형의 중심을 실질적으로 통과하는 축에 대하여 평면이 회전가능하게 보유되며, 적어도 한 면이 회전 축과 실질적으로 수직하고, 인접한 영역들이 각기 다른 극으로 자화되어 있는 마그넷과,

상기 마그넷의 외측에 배치되며, 회전 평면이 상기 마그넷과 겹쳐 배치되는 동심의 코일과,

상기 마그넷의 상기 적어도 한 면에 소정의 제1 간격을 두고 대향하고, 상기 마그넷의 직경 방향으로 연장하는 치상을 갖는 자극을 포함하며, 또 상기 코일에 의해 자화되는 제1 자극부와, 상기 코일의 외주부를 덮는 원통부를 포함하는 요크와,

상기 마그넷의 반대쪽 면에 고정되고, 상기 마그넷과 일체로 회전가능하며, 또 상기 코일에 의해 자화되는 제2 자극부를 포함하는 회전 요크를 구비하고,

상기 요크의 원통부와 상기 회전 요크를, 반경 방향으로 제2 간격을 두고 서로 대향시킨 것을 특징으로 하는 구동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 회전 요크는, 회전 출력을 추출하는 출력 부재로서도 기능하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
원환 형상을 갖고, 환형의 중심을 실질적으로 통과하는 축에 대하여 평면이 회전가능하게 보유되며, 적어도 한 면이 회전 축과 실질적으로 수직하고, 인접한 영역들이 각기 다른 극으로 자화되어 있는 마그넷과,

상기 마그넷의 내측에 배치되며, 회전 평면이 상기 마그넷과 겹쳐 배치되는 동심의 코일과,

상기 마그넷의 상기 적어도 한 면에 소정의 제1 간격을 두고 대향하고, 상기 마그넷의 직경 방향으로 연장하는 치상의 자극을 포함하며, 또 상기 코일에 의해 자화되는 제1 자극부와, 상기 코일의 내주부를 덮는 원통부를 포함하는 요크와,

상기 마그넷의 반대쪽 면에 고정되고, 상기 마그넷과 일체로 회전가능하며, 또 상기 코일에 의해 자화되는 제2 자극부를 포함하는 회전 요크를 구비하고,

상기 요크의 원통부와 상기 회전 요크를, 축 방향으로 제2 간격을 두고 서로 대향시킨 것을 특징으로 하는 구동장치.
제 3 항에 있어서,

상기 회전 요크는, 회전 출력을 추출하는 출력 부재로서도 기능하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
원환 형상을 갖고, 환형의 중심을 실질적으로 통과하는 축에 대하여 평면이 회전가능하게 보유되며, 적어도 한 면이 회전 축과 실질적으로 수직하고, 인접한 영역들이 각기 다른 극으로 자화되어 있는 마그넷과,

상기 마그넷의 외측에 배치되며, 회전 평면이 상기 마그넷과 겹쳐 배치되고, 또 상기 마그넷과 같은 동심을 갖는 제1 코일과,

상기 마그넷의 내측에 배치되며, 회전 평면이 상기 마그넷과 겹쳐 배치되고, 또 상기 마그넷과 같은 동심을 갖는 제2 코일과,

상기 마그넷의 상기 적어도 한 면에 소정의 간격을 두고 대향하고, 상기 마그넷의 내경 방향으로 연장하는 치상의 자극을 갖고, 또 상기 제1 코일에 의해 자화되는 제1 자극부와, 상기 코일의 외주부를 덮는 원통부를 포함하는 제1 요크와,

상기 마그넷의 상기 적어도 한 면에 소정의 간격을 두고 대향하고, 상기 마그넷의 외경 방향으로 연장하는 치상의 자극을 갖고, 또 상기 제2 코일에 의해 자화되는 제2 자극부와, 상기 코일의 내주부를 덮는 원통부를 포함하는 제2 요크와,

상기 마그넷의 반대쪽 면에 고정되고, 상기 마그넷과 일체로 회전가능하며, 또 상기 제1 또는 제2 코일에 의해 자화되는 제3 자극부를 포함하는 회전 요크를 구비하고,

상기 제1 요크의 원통부와 상기 회전 요크를, 반경 방향으로 간격을 두고 서로 대향시키고, 상기 제2 요크의 원통부와 상기 회전 요크를, 회전축의 방향으로 간격을 두고 서로 대향시킨 것을 특징으로 하는 구동장치.
제 5 항에 있어서,

상기 회전 요크는, 회전 출력을 추출하는 출력 부재로서도 기능하는 것을 특징으로 하는 구동장치.