WO2019234980A1 - リニアモータおよびこれを備えたレンズ鏡筒、撮像装置 - Google Patents

リニアモータおよびこれを備えたレンズ鏡筒、撮像装置 Download PDF

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広康 藤中
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    • H02K3/47—Air-gap windings, i.e. iron-free windings

Definitions

  • the present disclosure relates to a linear motor, a lens barrel including the linear motor, and an imaging apparatus.
  • Patent Document 1 In order to move the lens frame of the lens barrel in the optical axis direction, a linear motor capable of high-speed response has been used (for example, Patent Document 1).
  • An object of the present disclosure is to provide a linear motor capable of increasing thrust and lengthening a stroke, a lens barrel including the linear motor, and an imaging apparatus.
  • the linear motor according to the present disclosure is a two-phase driven linear motor, and includes a two-phase coil and a magnet disposed along the driving direction at a position facing the two-phase coil. .
  • the coil winding width at the portion facing the magnet is in the range of 120 ° ⁇ 7.7 ° in electrical angle, and the average width of the coil in the portion facing the magnet is in the range of 144 ° ⁇ 4.6 ° in electrical angle,
  • the pitch between the two-phase coils was 90 ° + 180 ° ⁇ n (n is an integer of 0 or more) in terms of electrical angle.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the focus unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the focus unit according to the first embodiment.
  • 2 is an exploded perspective view of the focus unit according to Embodiment 1.
  • FIG. Explanatory drawing which shows the relationship between the coil and magnet which concern on Embodiment 1.
  • FIG. Explanatory drawing which shows the relationship between a coil and a magnet.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between a coil and a magnet of an example different from the first embodiment.
  • 10B is a diagram comparing the configuration of the comparative example illustrated in FIG. 10A, the configuration of the present embodiment illustrated in FIG. 4, and the configuration of another embodiment illustrated in FIG. 10B.
  • FIG. FIG. 6 is an exploded perspective view of a field part according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a side view showing the configuration of a field magnet part according to Embodiment 3.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a field magnet part according to a third embodiment.
  • FIG. 6 is a magnetic field diagram of a field part according to the third embodiment.
  • the graph which shows the relationship between a thrust constant and a phase.
  • the graph which shows the relationship between an electric current waveform and a phase.
  • FIG. 2 is an external perspective view showing a configuration of a lens barrel on which the focus unit of FIG. 1 is mounted.
  • the external appearance perspective view which shows the structure of the camera with which the lens-barrel of FIG. 19 was mounted
  • the size of an image pickup element used in an image pickup apparatus has been increased for the purpose of increasing the number of pixels and improving the dynamic range.
  • the lens used for the lens barrel is inevitably enlarged, and the amount of movement of the lens is also increased.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which thrust is improved by adopting a configuration in which a plurality of field portions are provided for one coil.
  • Patent Document 1 has a limit to increase the thrust. Further, when the stroke is increased, the magnetic saturation of the yoke portion cannot be ignored, and there is a problem that it is difficult to increase the stroke.
  • the focus unit 1 includes a lens for focusing mainly in a replaceable lens barrel 40 (see FIG. 19), and a linear motor for driving the lens.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a focus unit 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the focus unit 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the focus unit 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a relationship between the coil and the magnet according to the first embodiment.
  • a direction parallel to the optical axis J of a camera (imaging device) 50 (see FIG. 20) including a lens barrel 40 and a camera body (main body portion) 51 to which the lens barrel 40 is mounted is a Y axis.
  • the horizontal direction is defined as the X-axis direction
  • the vertical upper side is defined as the Z-axis direction.
  • the subject side is defined as the Y-axis plus direction side
  • the image sensor side is defined as the Y-axis minus direction side.
  • the Y-axis direction and the Z-axis direction are not limited to this because they change depending on the usage mode. The same applies to each figure after FIG.
  • the focus unit 1 includes a holding frame 2, a focus lens L1, a lens frame 3, a main guide pole 4, a sub guide pole 5, and a guide cover 6.
  • the holding frame 2 is a resin member and is open on the Y axis plus direction side. As shown in FIGS. 2 and 3, a field portion having a main yoke 7, a sub yoke 8, and a driving magnet (magnet) 9 is fixed to the holding frame 2, and the lens frame 3 is arranged in the optical axis direction. An accommodating space for movably accommodating is formed.
  • the main yoke 7 has a substantially U-shaped cross section and is disposed along the outer peripheral surface of the holding frame 2.
  • the sub yoke 8 has a flat plate shape and is in contact with the end face of the main yoke 7.
  • the drive magnet 9 is provided along the inner peripheral surface of the main yoke 7.
  • the drive magnet 9 is multipolarly magnetized so that the inner circumference side is alternately N-pole and S-pole along the optical axis direction.
  • the coils 10 a and 10 b are fixed to the lens frame 3.
  • the coils 10a and 10b are supplied with power from the power supply unit.
  • the power is supplied through the flexible substrate 11.
  • the coils 10a and 10b receive a Lorentz force and a force acts in the Y-axis direction.
  • the lens frame 3 can be moved along the Y-axis direction.
  • the lens frame 3 is movable along the Y-axis direction.
  • the lens frame 3 includes a focus lens L1 and an MR (Magneto-Resistive) element 12 (an example of a position detection sensor).
  • the holding frame 2 includes an MR magnet 13 (an example of a position detection member).
  • the lens frame 3 is formed in a substantially cylindrical shape, and holds the focus lens L1 on the inner diameter portion.
  • the lens frame 3 is formed with a pole insertion hole 31 through which the main guide pole 4 is inserted.
  • a sub guide pole 5 is fixed to the holding frame 2 so that the lens frame 3 moves linearly in the Y-axis direction.
  • the MR element 12 is used as an example of the position detection sensor, but a photocoupler may be used as an example of the position detection sensor instead of the MR element 12.
  • the MR magnet 13 is used as an example of the position detection member.
  • the position detection member may be a reflection mirror.
  • the MR magnet 13 is provided on the holding frame 2 in the vicinity of the MR element 12.
  • the lens frame 3 provided with the MR element 12 moves, a change in the magnetic field generated in the MR magnet 13 is detected by the MR element 12.
  • the MR element 12 is provided on the lens frame 3. For example, when the MR element 12 moves the lens frame 3 during photographing, the position of the MR magnet 13 with respect to the MR element 12 changes. At this time, the magnetic flux at the position of the MR element 12 changes, and the output of the MR element 12 changes. Thus, if the output of the MR element 12 is detected, the shift position of the lens frame 3 can be detected.
  • the main guide pole 4 and the sub guide pole 5 are columnar metal members, and extend substantially parallel to the Y-axis direction.
  • the main guide pole 4 supports the lens frame 3 so as to be movable in the Y-axis direction.
  • the main guide pole 4 guides the lens frame 3 so as to move along the optical axis J.
  • One end side (Y-axis minus direction side) of the main guide pole 4 is held by the holding frame 2, and the other end side (Y-axis plus direction side) of the main guide pole 4 is held by the guide cover 6.
  • the guide cover 6 is a resin cover member and is provided at the end on the Y axis plus direction side. Specifically, the guide cover 6 is fixed (held) to the end of the holding frame 2 on the Y axis plus direction side (subject side) with screws.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a positional relationship between the coils 10a and 10b and the driving magnet 9 according to the first embodiment.
  • all angle dimensions indicate electrical angles.
  • a coil 10a and a coil 10b are coils having the same configuration.
  • the coil 10a and the coil 10b are fixed at a position shifted by 270 ° in electrical angle in the Y direction.
  • the coil 10a and the coil 10b are driven by applying a sinusoidal current in accordance with the position of the magnet 9 (indicated by a broken line in the figure).
  • the coils 10a and 10b are out of phase with each other by 270 ° ( ⁇ 90 °), they can be driven by supplying a two-phase current with a phase difference of 90 °.
  • the shapes of the coils 10a and 10b are designed so that the coil winding width is 120 ° in electrical angle and the average width of the coil is 144 ° in electrical angle.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the coil 10a and the driving magnet 9.
  • the coil 10a has a shape in which the winding width of the coil 10a is Wc and the average width of the coil is Wa.
  • the thrust generated in the coils 10a and 10b becomes completely constant when the two-phase thrust is summed.
  • the magnetic flux density of the magnetic flux generated by the driving magnet 9 usually includes higher harmonic components such as third order, fifth order, and seventh order.
  • a harmonic component is included in the magnetic flux density, generally, a harmonic component is also included in the thrust generated by the coil 10a.
  • the thrust contains harmonic components
  • the thrust will vary depending on the position, causing vibration and noise, and lowering the position accuracy during position control. Therefore, it is desirable that the harmonic components be as small as possible. .
  • FIG. 6A to FIG. 7B are diagrams simulating changes in thrust when the average width Wa of the coil 10a is kept constant at 180 ° and the winding width Wc of the coil 10a is changed in the magnetic circuit shown in FIG.
  • the thrust is calculated when the coil conductor diameter and the number of turns are changed so that the coil resistance value and the coil conductor space factor are constant.
  • the fundamental wave component of the thrust was lowered in both cases where the coil winding width Wc was wide with a peak at 150 ° and narrow.
  • the third harmonic component becomes zero near 120 °.
  • the fifth harmonic component is zero at around 72 ° and 144 °.
  • the seventh harmonic component becomes zero at around 103 ° and 154 °. The reason for this will be described in detail below with reference to the drawings.
  • the thrust generated in the I part of the coil is considered.
  • f1 represents one turn at the left end of the I portion of the coil
  • fk represents one turn at the right end of the coil.
  • the total thrust is the sum of the thrusts of f1... Fk, in other words, an integrated value.
  • the coil winding width Wc is set to 120 ° in electrical angle (corresponding to 360 ° for the 3rd harmonic)
  • the 3rd harmonic is just integrated for one period and the value is zero.
  • the winding width Wc is set to 72 ° or 144 ° in electrical angle (corresponding to 360 ° or 720 ° for the 5th harmonic)
  • the 5th harmonic is integrated for just one cycle or two cycles. Will result in a value of zero.
  • the winding width Wc is set to the value close
  • the coil winding width Wc is set to 112.3 ° ⁇ Wc ⁇ 127.7 °. If the relationship is satisfied, the third harmonic component can be reduced to 1/5 or less, and a sufficient effect can be obtained.
  • FIG. 8A to 9B are diagrams simulating changes in thrust when the coil winding width Wc is kept constant at 90 ° and the average width Wa of the coil is changed. As shown in FIG. 8A, the fundamental wave component of the thrust was lowered in both cases where the average width of the coil was wide with a peak at 170 ° and narrow.
  • the third harmonic component becomes zero near 120 °.
  • the fifth-order harmonic component becomes zero near 72 ° and 144 °.
  • the seventh harmonic component becomes zero at around 103 ° and 154 °. The reason for this will be described in detail below with reference to the drawings.
  • the magnetic flux densities of the I part and the II part are opposite in sign and become equal in magnetic flux density. Since the direction of the current is opposite, the thrust generated in the I part and the II part is the same as a result.
  • the thrust generated in the I part and the II part is in a state of generating a thrust having a phase shifted by an amount shifted from 180 °.
  • the third harmonic is divided between the I part and the II part. It becomes a state in which thrust with an antiphase is generated, and is canceled as a whole and becomes zero.
  • the fifth harmonic is expressed as I Part II and part II will generate anti-phase thrust and will be canceled out to zero.
  • the electrical angle that is exactly zero is shown.
  • the average width Wa is set to a value close to the above, a specific harmonic component of thrust can be reduced.
  • the average width Wa of the coil is 139.4 ° ⁇ Wa ⁇ 148.6 °. If the relationship is satisfied, the fifth harmonic component can be reduced to 1/5 or less, and a sufficient effect can be obtained.
  • the third harmonic component is reduced by setting the coil winding width Wc to 120 °
  • the fifth harmonic component is reduced by setting the average width Wa of the coil to 144 °.
  • the configuration is reduced.
  • the coil winding width Wc shown in FIG. 10B is 72 °
  • the coil average width Wa is A combination of 120 ° is conceivable.
  • FIG. 11 is a table comparing the comparative example shown in FIG. 10A with the configuration shown in FIG. 4 and another configuration shown in FIG. 10B.
  • the average width Wa of the coil is 180 °
  • the winding width Wc is designed to be 90 °, which is the maximum value in a range that does not overlap with the adjacent coil.
  • the upper numerical value indicates the absolute value
  • the lower numerical value indicates the ratio when the fundamental wave component of the comparative example is 100%.
  • the third and fifth harmonics are almost completely extinguished.
  • the configuration shown in FIG. 4 showed the highest value of 106.46%. This indicates that although the configuration of the first embodiment has a high thrust, no harmful harmonic component of the thrust is generated.
  • the thrust density of the linear motor can be improved, the linear motor can be reduced in size, and the fluctuation of thrust can be reduced by reducing the harmonic component of the thrust.
  • a linear motor with less vibration and noise can be provided.
  • the linear motor of this embodiment can also be shown by the drive circuit shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 17, the linear motor includes a circuit 20 a for driving the A-phase side coil 10 a and a circuit 20 b for driving the B-phase side coil 10 b in a two-phase driving type driving circuit. And a driving magnet 9 disposed at a position close to the coils 10a and 10b.
  • the A-phase side circuit 20a includes plus-side transistors 21a and 21b and minus-side transistors 22a and 22b.
  • the B-phase side circuit 20b includes positive side transistors 23a and 23b and negative side transistors 24a and 24b.
  • the positive side and the negative side are alternately turned ON / OFF, so that the lens frame 3 is moved in the optical axis direction with respect to the drive magnet 9. Can be driven back and forth.
  • the thrust constant with respect to the phase is a sine wave graph as shown in FIG. 18A. Then, a current having a sine wave as shown in FIG. 18B is applied according to the phase.
  • the thrust generated respectively in the A phase and the B phase is the thrust indicated by the solid line in FIG. 18C, and the linear motor as a whole can obtain a substantially constant thrust as indicated by the dotted line.
  • a two-phase driving method using two coils is shown, but a three-phase driving method using three coils is also possible.
  • three-phase driving it is necessary to use three coils side by side in the optical axis direction, and the actuator tends to be longer in the optical axis direction than in the case of two-phase driving. Driving is more preferable.
  • the single magnet 9 is configured by multipolar magnetization.
  • the magnet 9 is divided for each magnetic pole.
  • FIG. 12 is a front view and a side view of the field magnet portion according to the second embodiment.
  • the field portion is composed of a main yoke 7, six large magnets 9a, and two small magnets 9b that are half the width of the large magnet.
  • the large magnets 9a are arranged on the main yoke 7 so that the magnetic poles are alternately arranged in N and S directions.
  • the magnetic pole pitch in the multipolar direction is set to Wp, but the width of the large magnet 9a is made narrower by Wg than the magnetic pole pitch.
  • small magnets 9b are arranged with a gap of Wg.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view of the field portion according to the second embodiment.
  • a plurality of projections 7a are formed on the main yoke 7 by press working.
  • the large magnets 9a can be regularly arranged by inserting the large magnets 9a between the protrusions 7a.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing the principle of harmonic reduction in the field part according to the second embodiment. It is known that the configuration of the magnetic circuit can be calculated by superposition in a region where magnetic saturation does not occur.
  • the configuration of the field part of the second embodiment is a field part that is multipole magnetized with the same magnetic pole pitch Wp as the field part A magnetized with the magnetic pole pitch Wp in FIG. It can be understood that this is equivalent to the superposition of B.
  • the magnetic flux density generated by the field part A and the magnetic flux density generated by the field part B have the same waveform and amplitude, and the phases are different from each other by Wg.
  • Wg is set to 36 ° in electrical angle
  • the phase of the magnetic flux density of the field part A and the field part B is 36 ° (corresponding to 180 ° in the fifth harmonic) and the phase is different.
  • the fifth harmonic is canceled.
  • FIG. 15A and 15B are a side view and a perspective view showing the configuration of the field magnet portion according to Embodiment 3.
  • FIG. in the first embodiment the configuration in which the magnet 9 is disposed only on the outer peripheral side of the coils 10a and 10b is shown.
  • the magnet 9 is disposed on both the inner peripheral side and the outer peripheral side of the coil. It has a configuration.
  • FIG. 16A is a magnetic force diagram of the field portion of the third embodiment
  • FIG. 16B is a magnetic force diagram of the field portion of the comparative example.
  • FIG. 16B shows a magnetic force diagram in a state where the magnet 9 is arranged only on one side of the coil, as in the first embodiment. As shown in FIG. 16B, it can be seen that the direction of the magnetic flux of the coil portion is oblique.
  • FIG. 16A shows a magnetic field diagram in a state where magnets 9 are arranged on both sides of the coil.
  • FIG. 16A it can be seen that the magnetic flux density of the coil portion is corrected fairly straight compared to FIG. 16B. As a result of the magnetic field analysis of this example, no thrust was generated in the vertical direction.
  • FIG. 16A and FIG. 16B are compared, it turns out that the density of the magnetic force line of a coil part is high.
  • the thrust was improved by about 1.5 times by arranging the magnets 9 on both sides of the coil.
  • the linear motor of the present disclosure has the effect of increasing the thrust and lengthening the stroke, it can be applied to various devices such as an imaging device that images the subject by moving the lens frame in the optical axis direction. Widely applicable.
  • Focus unit (linear motor) 2 Holding frame 3 Lens frame 4 Main guide pole 5 Sub guide pole 6 Guide cover 7 Main yoke 8 Sub yoke 9 Driving magnet (magnet) 9a Large magnet 9b Small magnet 10a, 10b Coil 11 Flexible substrate 12 MR element (position detection sensor) 13 MR magnet (position detection member) 20a, 20b Circuits 21a, 21b Transistors 22a, 22b Transistors 23a, 23b Transistors 24a, 24b Transistor 31 Pole insertion hole 40 Lens barrel 50 Camera (imaging device) 51 Camera body (main body)

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Abstract

フォーカスユニット（１）は、２相駆動されるリニアモータを備えており、２相のコイル（１０ａ，１０ｂ）と、２相のコイル（１０ａ，１０ｂ）に対向する位置に、駆動方向に沿って配置された駆動用マグネット（９）と、を備えている。駆動用マグネット（９）と対向する部分におけるコイル（１０ａ，１０ｂ）の巻幅を、電気角で１２０°±７．７°の範囲、駆動用マグネット（９）と対向する部分におけるコイル（１０ａ，１０ｂ）の平均幅を、電気角で１４４°±４．６°の範囲、２相のコイル（１０ａ，１０ｂ）間のピッチを、電気角で９０°＋１８０°×ｎ（ｎは０以上の整数）とした。

Description

リニアモータおよびこれを備えたレンズ鏡筒、撮像装置
　本開示は、リニアモータおよびこれを備えたレンズ鏡筒、撮像装置に関する。
　従来、レンズ鏡筒のレンズ枠体を光軸方向に移動させるために、高速応答が可能なリニアモータが使用されている（例えば、特許文献１）。
特開平８－２４８２９０号公報
　本開示の課題は、推力を大きくするとともに、ストロークを長くすることが可能なリニアモータおよびこれを備えたレンズ鏡筒、撮像装置を提供することにある。
　本開示に係るリニアモータは、２相駆動されるリニアモータであって、２相のコイルと、２相のコイルに対向する位置に、駆動方向に沿って配置された磁石と、を備えている。磁石と対向する部分におけるコイルの巻幅を、電気角で１２０°±７．７°の範囲、磁石と対向する部分におけるコイルの平均幅を、電気角で１４４°±４．６°の範囲、２相のコイル間のピッチを、電気角で９０°＋１８０°×ｎ（ｎは０以上の整数）とした。
（発明の効果）
　本開示に係るリニアモータによれば、リニアモータの推力密度を向上させることができる。さらに、磁気飽和の課題を解決することにより、長ストローク化が容易な構成とすることができる。
実施の形態１に係るフォーカスユニットを示す斜視図。 実施の形態１に係るフォーカスユニットの断面図。 実施の形態１に係るフォーカスユニットの分解斜視図。 実施の形態１に係るコイルとマグネットの関係を示す説明図。 コイルとマグネットの関係を示す説明図。 コイルの平均幅Ｗａを１８０°一定としてコイルの巻き幅Ｗｃを変化させた場合の推力の変化をシュミレーションした図。 コイルの平均幅Ｗａを１８０°一定としてコイルの巻き幅Ｗｃを変化させた場合の推力の変化をシュミレーションした図。 コイルの平均幅Ｗａを１８０°一定としてコイルの巻き幅Ｗｃを変化させた場合の推力の変化をシュミレーションした図。 コイルの平均幅Ｗａを１８０°一定としてコイルの巻き幅Ｗｃを変化させた場合の推力の変化をシュミレーションした図。 コイルの巻き幅Ｗｃを９０°一定としてコイルの平均幅Ｗａを変化させた場合の推力の変化をシュミレーションした図。 コイルの巻き幅Ｗｃを９０°一定としてコイルの平均幅Ｗａを変化させた場合の推力の変化をシュミレーションした図。 コイルの巻き幅Ｗｃを９０°一定としてコイルの平均幅Ｗａを変化させた場合の推力の変化をシュミレーションした図。 コイルの巻き幅Ｗｃを９０°一定としてコイルの平均幅Ｗａを変化させた場合の推力の変化をシュミレーションした図。 比較例のコイルとマグネットの関係を示す説明図。 実施の形態１とは別の実施例のコイルとマグネットの関係を示す説明図。 図１０Ａに示す比較例と、図４に示す本実施形態の構成と、図１０Ｂに示す別の実施形態の構成とを比較した図。 実施の形態２に係る界磁部の正面図。 実施の形態２に係る界磁部の側面図。 実施の形態２に係る界磁部の分解斜視図。 実施の形態２に係る界磁部の高調波低減の原理を示す説明図。 実施の形態３に係る界磁部の構成を示す側面図。 実施の形態３に係る界磁部の構成を示す斜視図。 本実施の形態３の界磁部の磁力線図。 比較例の界磁部の磁力線図。 ２相リニアモータの駆動回路を示す図。 推力定数と位相との関係を示すグラフ。 電流波形と位相との関係を示すグラフ。 図１８Ａのグラフと図１８Ｂのグラフとを重ね合わせた推力と位相との関係を示すグラフ。 図１のフォーカスユニットが搭載されたレンズ鏡筒の構成を示す外観斜視図。 図１９のレンズ鏡筒が装着されたカメラの構成を示す外観斜視図。
　（本開示の基礎となった知見等）
　しかしながら、上記従来のリニアモータでは、以下に示すような問題点を有している。
　すなわち、近年、撮像装置に用いられる撮像素子は、高画素化、ダイナミックレンジの向上等を目的としてサイズの大型化が進んでいる。
　撮像素子が大型化すると、レンズ鏡筒に使用されるレンズも必然的に大型化し、レンズの移動量も大きくなる。
　この大型化されたレンズを駆動するために、レンズを駆動するアクチュエータは、従来よりも推力が大きく、ストロークが長いものが要求される。
　上記特許文献１に記載された技術では、１つのコイルに対し界磁部が複数設けられた構成としたことで、推力の向上を図る構成について開示されている。
　しかしながら、上記特許文献１記載の技術では、推力を大きくするには限界がある。また、長ストローク化すると、ヨーク部の磁気飽和が無視できなくなり、長ストローク化が難しいという課題がある。
　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
　また、「略＊＊」との記載は、「略同一」を例に挙げて説明すると、全く同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。また、「＊＊近傍」、「約＊＊」との記載においても同様である。
　なお、各図は、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　（実施の形態１）
　次に、実施の形態１に係るフォーカスユニット（リニアモータ）１の構成について、図１～図１１および図１７～図２０を用いて説明する。
　フォーカスユニット１は、交換可能なレンズ鏡筒４０（図１９参照）の中で、主にピント合わせを行うレンズ、およびレンズを駆動するリニアモータを備えている。
　図１は、実施の形態１に係るフォーカスユニット１を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係るフォーカスユニット１の断面図である。図３は、実施の形態１に係るフォーカスユニット１の分解斜視図である。図４は、実施の形態１に係るコイルとマグネットの関係を示す説明図である。
　図１では、レンズ鏡筒４０とレンズ鏡筒４０が装着されるカメラ本体（本体部）５１とを備えたカメラ（撮像装置）５０（図２０参照）の光軸Ｊと平行な方向をＹ軸方向と規定し、水平方向をＸ軸方向と規定し、鉛直上側をＺ軸方向と規定する。また、被写体側をＹ軸プラス方向側と規定し、撮像素子側をＹ軸マイナス方向側と規定する。なお、図１では、Ｙ軸方向とＺ軸方向とは、使用態様によって変化するため、これには限定されない。図１以降の各図においても、同様である。
　図１から図３に示すように、フォーカスユニット１は、保持枠２と、フォーカスレンズＬ１と、レンズ枠３と、主ガイドポール４と、副ガイドポール５と、ガイドカバー６とを有する。
　保持枠２は、樹脂部材であり、Ｙ軸プラス方向側に開いている。
　図２および図３に示すように、保持枠２には、主ヨーク７と、副ヨーク８と、駆動用マグネット（磁石）９とを有する界磁部が固定され、レンズ枠３を光軸方向に移動可能に収容する収容空間が形成されている。
　主ヨーク７は、断面が略Ｕ字状をなし、保持枠２の外周面に沿うように配置している。
　副ヨーク８は、平板状の形状をしており、主ヨーク７の端面と接している。
　駆動用マグネット９は、主ヨーク７の内周面に沿うように設けられている。駆動用マグネット９は光軸方向に沿って内周側がＮ極、Ｓ極交互になるように多極着磁されている。
　コイル１０ａ，１０ｂは、レンズ枠３に固定されている。コイル１０ａ，１０ｂには電源部からの電力が供給される。電力の供給は、フレキシブル基板１１を介して行われる。
　ここで、コイル１０ａ，１０ｂにレンズ枠３の位置に応じた電流を通電することにより、コイル１０ａ，１０ｂは、ローレンツ力を受けてＹ軸方向に力が働く。その結果、レンズ枠３をＹ軸方向に沿って移動させることができる。
　ここで、特許文献１記載の技術の様に、マグネットを単極着磁の磁石で構成した場合、光軸方向のストロークを長くすると、マグネットの長さに応じてヨークの磁束密度が高くなり、ヨークが磁気飽和するため、推力が低下してしまう場合が多い。
　一方、本実施形態の構成では、駆動用マグネット９を光軸方向に長くして磁極数を増やすことにより、推力はそのままに、ストロークのみ容易に伸ばすことができる。
　図２および図３に示すように、レンズ枠３は、Ｙ軸方向に沿って移動可能である。レンズ枠３は、フォーカスレンズＬ１と、ＭＲ（Magneto Resistive）素子１２（位置検出センサの一例）を有する。また、保持枠２は、ＭＲマグネット１３（位置検出部材の一例）を有する。レンズ枠３は、略円筒状に形成され、内径部にフォーカスレンズＬ１保持する。レンズ枠３には、主ガイドポール４を挿通するポール挿通孔３１が形成されている。また、保持枠２には、レンズ枠３がＹ軸方向に直動するように、副ガイドポール５が固定されている。
　なお、本実施の形態では、位置検出センサの一例としてＭＲ素子１２を用いているが、ＭＲ素子１２の代わりに位置検出センサの一例としてフォトカプラを用いてもよい。
　なお、本実施の形態では、位置検出部材の一例としてＭＲマグネット１３を用いているが、例えば位置検出部材を反射ミラーとしてもよい。
　図３に示すように、ＭＲマグネット１３は、ＭＲ素子１２の近傍で保持枠２に設けられている。ＭＲ素子１２が設けられたレンズ枠３が移動することで、ＭＲマグネット１３に生じる磁界の変化をＭＲ素子１２で検出する。
　ＭＲ素子１２は、レンズ枠３に設けられる。ＭＲ素子１２は、例えば、撮影時に、レンズ枠３を移動させると、ＭＲ素子１２に対するＭＲマグネット１３の位置が変化する。このとき、ＭＲ素子１２の位置における磁束が変化し、ＭＲ素子１２の出力が変化する。こうして、ＭＲ素子１２の出力を検出すれば、レンズ枠３のシフト位置を検出することができる。
　図３に示すように、主ガイドポール４および副ガイドポール５は、円柱状をなした金属製の部材であって、Ｙ軸方向と略平行に延びている。主ガイドポール４は、レンズ枠３をＹ軸方向に移動可能に支持する。言い換えれば、主ガイドポール４は、光軸Ｊに沿って移動するようにレンズ枠３をガイドする。主ガイドポール４の一端側（Ｙ軸マイナス方向側）は保持枠２に保持され、主ガイドポール４の他端側（Ｙ軸プラス方向側）はガイドカバー６に保持されている。
　ガイドカバー６は、樹脂製のカバー部材であり、Ｙ軸プラス方向側の端部に設けられる。具体的には、ガイドカバー６は、保持枠２のＹ軸プラス方向側（被写体側）の端部にビスにて固定（保持）されている。
　図４は、実施の形態１に係るコイル１０ａ，１０ｂと駆動用マグネット９との位置関係を示す説明図である。
　図４において、角度寸法は全て電気角を示す。
　図４においてコイル１０ａとコイル１０ｂとは、全く同じ構成のコイルである。コイル１０ａとコイル１０ｂとは、Ｙ方向に電気角で２７０°ずれた位置に固定されている。
　コイル１０ａおよびコイル１０ｂには、マグネット９（図中破線で示す）との位置に応じて正弦波状の電流を通電して駆動する。
　コイル１０ａとコイル１０ｂとは、２７０°（－９０°）位相がずれているため、９０°位相がずれた２相電流を通電すれば駆動できる。
　コイル１０ａ，１０ｂの形状は、コイルの巻き幅が電気角で１２０°、コイルの平均幅が電気角で１４４°になる様に設計されている。
　ここで、図５を用いて、コイル１０ａ，１０ｂをこの様な形状にした理由について説明する。
　図５は、コイル１０ａと駆動用マグネット９との位置関係を示す説明図である。
　図５においてコイル１０ａの形状は、コイル１０ａの巻き幅をＷｃ、コイルの平均幅をＷａとする。
　駆動用マグネット９により発生する磁束の磁束密度がＹ方向に対して正弦波状に変化すれば、コイル１０ａ，１０ｂに発生する推力は、２相の推力を合計すると完全に一定になる。
　しかしながら、駆動用マグネット９により発生する磁束の磁束密度は、通常、３次、５次、７次等の高調波成分を含む。
　磁束密度に高調波成分が含まれていると、一般的に、コイル１０ａにより発生する推力にも高調波成分が含まれる。
　推力に高調波成分が含まれると、推力が位置によって変動して、振動や騒音が発生したり、位置制御する際の位置精度が下がったりするため、高調波成分は可能な限り少ないことが望ましい。
　図６Ａ～図７Ｂは、図５に示す磁気回路においてコイル１０ａの平均幅Ｗａを１８０°一定としてコイル１０ａの巻き幅Ｗｃを変化させた場合の推力の変化をシュミレーションした図である。
　なお、上記は、コイルの抵抗値、コイルの導体占積率が一定となる様にコイル導体径、ターン数を変化させた場合の推力を計算したものである。
　図６Ａに示す通り、推力の基本波成分は、コイルの巻き幅Ｗｃが１５０°をピークとして広い場合も、狭い場合も下がる結果となった。
　また、図６Ｂに示す通り、３次高調波成分に関しては、１２０°付近でゼロとなる。
　また、図７Ａに示す通り、５次高調波成分に関しては、７２°、１４４°付近でゼロとなる。
　また、図７Ｂに示す通り、７次高調波成分に関しては、１０３°、１５４°付近でゼロとなる。
　この理由について、以下図を用いて詳しく説明する。
　図５において、コイルのＩ部で発生する推力について考える。
　図５において、ｆ１はコイルのＩ部左端１ターン分、ｆｋはコイルの右端１ターン分を示している。全体での推力はｆ１…ｆｋの推力を合計、言い換えれば積分した値となる。
　ここで、コイルの巻き幅Ｗｃを電気角で１２０°（３次高調波においては３６０°分に相当）に設定すると、３次高調波は丁度１周期分積分される形になり、値がゼロになる。
　また、巻き幅Ｗｃを電気角で７２°または１４４°（５次高調波においては３６０°または７２０°分に相当）に設定すると、５次高調波は、丁度１周期分、または２周期分積分されることになり、値がゼロになる。
　同様に、
　７次高調波においては、５１．４°、１０２．９°、１５４．３°
　９次高調波においては、４０°、８０°、１２０°、１６０°
でゼロになる。
　なお、上記は丁度ゼロになる電気角を示したが、巻き幅Ｗｃを上記と近い値に設定すれば、推力の特定の高調波成分を低減できる。
　例えば、３次高調波においては、コイルの巻き幅Ｗｃを
　　　１１２．３°＜Ｗｃ＜１２７．７°
の関係を満足する様に設定すれば、３次高調波成分を５分の１以下に低減することができ、十分な効果が得られる。
　一般的には、ｎ次高調波成分に関して、コイルの巻き幅をＷｃ、ｍは１以上の整数とした場合、
　　　（ｍ×３６０－２３．０７）／ｎ＜Ｗｃ＜（ｍ×３６０＋２３．０７）／ｎ×２３．０７＝ａｓｉｎ（０．２）×２
の関係を満足する様に設計すれば、ｎ次高調波成分を５分の１以下に低減することができ、十分な効果が得られる。また更に
　　　（ｍ×３６０－１１．４８）／ｎ＜Ｗｃ＜（ｍ×３６０＋１１．４８）／ｎ×１１．４８＝ａｓｉｎ（０．１）×２
の関係を満足する様に設計すれば、ｎ次高調波成分を１０分の１以下に低減することができ、更に高い効果が得られる。
　図８Ａ～図９Ｂは、コイルの巻き幅Ｗｃを９０°一定としてコイルの平均幅Ｗａを変化させた場合の推力の変化をシュミレーションした図である。
　図８Ａに示すように、推力の基本波成分は、コイルの平均幅が１７０°をピークとして広い場合も、狭い場合も下がる結果となった。
　また、図８Ｂに示す通り、３次高調波成分に関しては、１２０°付近でゼロとなる。
　また、図９Ａに示す通り、５次高調波成分に関しては、７２°、１４４°付近でゼロとなる。
　また、図９Ｂに示す通り、７次高調波成分に関しては、１０３°、１５４°付近でゼロとなる。
　この理由について、以下図を用いて詳しく説明する。
　図５において、コイルのＩ部で発生する推力と、ＩＩ部で発生する推力について考える。
　Ｉ部とＩＩ部とは繋がっているため、コイルに通電した際に流れる電流の向きは、Ｉ部とＩＩ部とで正反対になる。
　コイルの平均幅Ｗａを１８０°にすると、Ｉ部とＩＩ部の磁束密度は符号が反対で、大きさの等しい磁束密度となる。電流の向きが正反対なので、結果としてＩ部とＩＩ部とで発生する推力は同一の推力となる。
　一方、コイルの平均幅Ｗａを１８０°からずらしていくと、Ｉ部とＩＩ部とで発生する推力は、１８０°からずらした分だけずれた位相の推力を発生する状態となる。
　ここで、コイルの平均幅Ｗａを電気角で１２０°（１８０°から６０°ずれ＝３次高調波においては１８０°ずれに相当）にすると、３次高調波は、Ｉ部とＩＩ部とで逆位相の推力を発生する状態となり、全体としてはキャンセルされてゼロになる。
　また、巻き幅を電気角で７２°または１４４°（１８０°から１０８°または３６°ずれ＝５次高調波においては５４０°または１８０°ずれに相当）に設定すると、５次高調波は、Ｉ部とＩＩ部が逆位相の推力を発生することになり、全体としてはキャンセルされてゼロになる。
　同様に、
　７次高調波においては、５１．４°、１０２．９°、１５４．３°
　９次高調波においては、４０°、８０°、１２０°、１６０°
でゼロになる。
　なお、上記では、丁度、ゼロになる電気角を示したが、平均幅Ｗａを上記と近い値に設定すれば、推力の特定の高調波成分を低減できる。
　例えば、５次高調波においては、コイルの平均幅Ｗａを
　　　１３９．４°＜Ｗａ＜１４８．６°
の関係を満足する様に設定すれば、５次高調波成分を５分の１以下に低減することができ、十分な効果が得られる。
　一般的には、ｎ次高調波成分に関して、コイルの巻き幅をＷａ、ｍは１以上の整数とした場合、
　　　（ｍ×３６０－２３．０７）／ｎ＜Ｗａ＜（ｍ×３６０＋２３．０７）／ｎ×２３．０７＝ａｓｉｎ（０．２）×２
の関係を満足する様に設計すれば、ｎ次高調波成分を５分の１以下に低減することができ、十分な効果が得られる。また更に
　　　（ｍ×３６０－１１．４８）／ｎ＜Ｗａ＜（ｍ×３６０＋１１．４８）／ｎ×１１．４８＝ａｓｉｎ（０．１）×２
の関係を満足する様に設計すれば、ｎ次高調波成分を１０分の１以下に低減することができ、更に高い効果が得られる。
　そこで、図４に示す構成では、コイルの巻き幅Ｗｃを１２０°とすることにより、３次高調波成分を低減し、コイルの平均幅Ｗａを１４４°とすることにより、５次高調波成分を低減する構成となっている。
　なお、コイルの巻き幅Ｗｃおよびコイルの平均幅で３次および５次高調波両方を同時に低減する別の組み合わせとしては、図１０Ｂに示すコイルの巻き幅Ｗｃを７２°、コイルの平均幅Ｗａを１２０°とする組み合わせが考えられる。
　図１１は、図１０Ａに示す比較例と、図４に示す構成と、図１０Ｂに示す別の構成との比較をした表である。
　図１０Ａの比較例の構成では、コイルの平均幅Ｗａを１８０°とし、巻き幅Ｗｃは、隣のコイルと重ならない範囲で最大の値である９０°で設計されている。
　表において上段の数値は絶対値、下段の数値は比較例の基本波成分を１００％とした場合の割合を示す。
　図１１に示すように、図４に示す構成と、図１０Ｂに示す別の構成では、３次および５次高調波は、ほぼ完全に消滅した。
　また、基本波成分については、図４に示す構成が１０６．４６％と最も高い値を示した。これは、本実施の形態１の構成が、推力が高いにも関わらず、有害な推力の高調波成分が発生しないことを示している。
　これは、図５に示す比較例のコイル形状がコイルの真ん中に大きな空洞部があるのに対し、図４に示す本実施の形態１のコイル形状が、無駄な空洞部が殆ど無く、コイルを巻回できるスペースが大きいため、コイルの断面積が大きく、コイルのターン数が大きくできるためと考えられる。
　以上のように、本実施の形態１では、リニアモータの推力密度を向上することができ、リニアモータの小型化を実現できる、また、推力の高調波成分を削減することにより、推力の変動が少なく、振動や騒音の発生が少ないリニアモータを提供できる。
　また更に、コイルおよび界磁部の構成を工夫することにより、多相駆動した場合に課題となる推力の高調波成分を削減し、高精度に位置決めできるリニアモータおよび撮像装置を提供することができる。
　なお、本実施形態のリニアモータは、図１７に示す駆動回路によって示すこともできる。
　具体的には、リニアモータは、図１７に示すように、２相駆動方式の駆動回路において、Ａ相側のコイル１０ａを駆動する回路２０ａと、Ｂ相側のコイル１０ｂを駆動する回路２０ｂと、コイル１０ａ，１０ｂに近接する位置に配置された駆動用マグネット９とを備えている。
　Ａ相側の回路２０ａは、プラス側のトランジスタ２１ａ，２１ｂと、マイナス側のトランジスタ２２ａ，２２ｂと、を有している。
　Ｂ相側の回路２０ｂは、プラス側のトランジスタ２３ａ，２３ｂと、マイナス側のトランジスタ２４ａ，２４ｂと、を有している。
　これにより、Ａ相側の回路２０ａとＢ相側の回路２０ｂとにおいて、それぞれプラス側とマイナス側とを交互にＯＮ／ＯＦＦすることで、駆動用マグネット９に対してレンズ枠３を光軸方向において前後に駆動することができる。
　また、Ａ相側の回路２０ａとＢ相側の回路２０ｂとにおいて、位相に対する推力定数は、図１８Ａに示すような正弦波のグラフとなる。
　そして、位相に応じて、図１８Ｂに示すような電流波形が正弦波となる電流を通電させる。
　その結果、Ａ相およびＢ相にそれぞれ発生する推力は、図１８Ｃの実線が示す推力となり、リニアモータ全体としては、点線として示すように、略一定の推力を得ることができる。
　なお、本実施の形態１では、コイル２個を使用して２相駆動する方式を示したが、コイル３個を使用して３相駆動する方式も可能である。
　しかしながら、３相駆動する場合はコイルを３個光軸方向に並べて使用する必要があり、２相駆動する場合よりもアクチュエータが光軸方向に長くなりがちであり、レンズ駆動用としては、２相駆動がより好適である。
　（実施の形態２）
　上記実施の形態１は、コイルの形状を工夫することにより、性能を改善する方法について説明したが、本実施の形態２では、マグネットを含む界磁部の構成を工夫することにより更に性能を改善する例を示す。
　実施の形態２に係る界磁部の構成について、図１２から図１４を用いて説明する。
　上記実施の形態１では、単一のマグネット９を多極着磁して構成したが、本実施の形態２ではマグネット９を磁極毎に分割して構成する。
　図１２は、実施の形態２に係る界磁部の正面図と側面図である。
　図１２において、界磁部は、主ヨーク７と６個の大マグネット９ａと、大マグネットの半分の幅の小マグネット９ｂ２個により構成される。
　大マグネット９ａは、主ヨーク７上において磁極の向きがＮ、Ｓ交互に並ぶ様に配置される。多極方向の磁極ピッチはＷｐに設定されているが、大マグネット９ａの幅は、磁極ピッチよりＷｇだけ狭い幅で作成されている。また、その両端には、Ｗｇの隙間を空けて小マグネット９ｂが配置されている。
　一般に、単一の磁石を多極着磁する場合、磁極の切り替え部分は完全にフル着磁することが困難であるが、あらかじめ単極でフル着磁したマグネットを並べることにより、磁石の性能を引き出し易くなり、単一のマグネットを使用する場合と比較して、より多くの磁束を取り出せることが多い。
　図１３は、実施の形態２に係る界磁部の分解斜視図である。
　図１３において、主ヨーク７にはプレス加工にて複数の突起７ａが形成されている。
　組み立て時には、大マグネット９ａを突起７ａの間に挿入していくことにより、大マグネット９ａを規則正しく配置することが可能である。
　図１４は、実施の形態２に係る界磁部の高調波低減の原理を示す説明図である。
　磁気回路の構成については、磁気飽和が発生しない領域では、重ね合わせで計算可能なことが知られている。
　本実施の形態２の界磁部の構成は、図１４において磁極ピッチＷｐで多極着磁された界磁部Ａと同じ磁極ピッチＷｐで多極着磁され、位相がＷｇずれた界磁部Ｂを重ね合わせたものと等価であることが理解できる。
　界磁部Ａにより発生する磁束密度と、界磁部Ｂにより発生する磁束密度は、波形や、振幅は同一で、位相がＷｇ異なる状態になる。ここで、例えば、Ｗｇを電気角で３６°に設定すれば、界磁部Ａと界磁部Ｂの磁束密度の位相は３６°（５次高調波では１８０°に相当）位相が異なる状態となり、全体としては５次高調波がキャンセルされる状態となる。
　同様に、一般的には、隣り合う磁石隙間をＷｇ、低減したい高調波成分をｋ次、ｊを任意の整数とした場合、
　　　Ｗｇ＝１８０×（１＋２ｊ）／ｋ
の関係を満足する様に設計すれば、ｋ次高調波成分を完全にキャンセルすることができる。
　なお、上記は丁度ゼロになる電気角を示したが、Ｗｇを上記と近い値に設定すれば、推力の特定の高調波成分を低減できる。
　一般的には、隣り合う磁石隙間をＷｇ、低減したい高調波成分をｋ次、ｊを任意の整数とした場合、
　　　｛１８０×（１＋２ｊ）－２３．０７｝／ｋ＜Ｗｇ＜｛１８０×（１＋２ｊ）＋２３．０７｝／ｋ×２３．０７＝ａｓｉｎ（０．２）×２
の関係を満足する様に設計すれば、ｋ次高調波成分を５分の１以下に低減することができ、十分な効果が得られる。また更に、隣り合う磁石隙間をＷｇ、低減したい高調波成分をｋ次、ｊを任意の整数とした場合、
　　　｛１８０×（１＋２ｊ）－１１．４８｝／ｋ＜Ｗｇ＜｛１８０×（１＋２ｊ）＋１１．４８｝／ｋ×１１．４８＝ａｓｉｎ（０．１）×２
の関係を満足する様に設計すれば、ｋ次高調波成分を１０分の１以下に低減することができ、更に高い効果が得られる。
　磁束の高調波成分を低減すると、推力の高調波成分も低減されることは言うまでもない。
　なお、上記実施の形態２は、界磁部の構成で推力の高調波成分を低減する方法を示したが、上記実施の形態１に示したコイル形状を組み合わせることで、更に性能を高めることができる。
　例えば、上記実施の形態１で説明したように、コイル形状により３次、５次高調波成分を低減した上で、Ｗｇ＝２５．７°とすることにより、磁束の７次高調波成分をキャンセルすることができる。よって、コイル形状のみでは低減することができなかった、推力の７次高調波をも低減することができる。
　あるいは、理論的には、コイル形状または界磁部の構成により、３次高調波を完全にキャンセルすることは可能であるが、実際のものづくりではコイル寸法、あるいはマグネット寸法等には寸法バラつきがあるため、完全にキャンセルすることは不可能である。そこで、コイル形状により３次、５次高調波成分を低減した上で、Ｗｇ＝６０°とすることにより、磁束の３次高調波成分をキャンセルすることができる。よって、推力の３次高調波をコイル形状と、界磁部の構成とで２重に削減することにより、元々値が大きい３次高調波成分を効果的に低減することができ、寸法バラつきがあった場合でも、安定して推力の高調波成分を低減することが可能となる。
　（実施の形態３）
　上記実施の形態１および実施の形態２は、コイルの形状および界磁部の構成を工夫することにより、推力の高調波成分を削減する方法を説明したが、本実施の形態３では更に性能を改善する例を示す。
　図１５Ａおよび図１５Ｂは、実施の形態３に係る界磁部の構成を示す側面図と斜視図である。
　上記実施の形態１では、コイル１０ａ，１０ｂの外周側のみにマグネット９を配置する構成を示したが、本実施の形態３では、コイルの内周側および外周側の両方にマグネット９を配置する構成となっている。
　以下、コイルの両側にマグネット９を配置することの優位性について説明する。
　図１６Ａは、本実施の形態３の界磁部の磁力線図、図１６Ｂは、比較例の界磁部の磁力線図である。
　図１６Ｂは、実施の形態１と同様、コイルの片側のみにマグネット９を配置した状態の磁力線図を示す。
　図１６Ｂに示す通り、コイル部の磁束は方向が斜めを向いていることが分かる。
　これは、コイルがレンズを駆動するのに必要な光軸方向の推力だけでなく、垂直方向の推力を発生することが分かる。本比較例の磁界解析を行った結果、垂直方向の推力は、最大で光軸方向推力の約３５％もの推力となった。
　垂直方向の推力は、レンズ枠の振動、騒音等を引き起こす為、できるだけ小さいことが望ましい。
　図１６Ａは、コイルの両側にマグネット９を配置した状態の磁力線図を示す。
　図１６Ａに示す通り、コイル部の磁束密度は、図１６Ｂと比較して、かなり真っ直ぐに矯正されていることが分かる。本実施例の磁界解析を行った結果、垂直方向には全く推力を発生しない結果となった。
　よって、コイルの両側にマグネット９を配置することにより、レンズ枠の振動、騒音等を発生し難くなる。
　また、図１６Ａと図１６Ｂとを比較すると、コイル部の磁力線の密度が高くなっていることが分かる。磁力線の密度（＝磁束密度）が高いと言うことは、推力が高くなることを示している。本実施例の磁界解析を行った結果、マグネット９をコイルの両側に配置することにより、推力はおよそ１．５倍に向上することが確認できた。
　本実施形態の様に、コイルの両側にマグネット９を配置することにより、振動、騒音等の原因となる垂直方向の推力発生を抑えられると同時に、推力を大幅に高めることが可能となる。
　なお、本実施の形態３は、コイルの両側にマグネット９を配置することのみを説明したが、実施の形態１および実施の形態２の技術を組み合わせて使用することが可能なことは言うまでもない。
　以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態１から３を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
　したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
　また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
　本開示のリニアモータは、推力を大きくするとともに、ストロークを長くすることができるという効果を奏することから、レンズ枠を光軸方向において移動させて被写体を撮像する撮像装置等の各種装置に対して広く適用可能である。
　１　　　フォーカスユニット（リニアモータ）
　２　　　保持枠
　３　　　レンズ枠
　４　　　主ガイドポール
　５　　　副ガイドポール
　６　　　ガイドカバー
　７　　　主ヨーク
　８　　　副ヨーク
　９　　　駆動用マグネット（磁石）
　９ａ　　大マグネット
　９ｂ　　小マグネット
１０ａ，１０ｂ　コイル
１１　　　フレキシブル基板
１２　　　ＭＲ素子（位置検出センサ）
１３　　　ＭＲマグネット（位置検出部材）
２０ａ，２０ｂ　回路
２１ａ，２１ｂ　トランジスタ
２２ａ，２２ｂ　トランジスタ
２３ａ，２３ｂ　トランジスタ
２４ａ，２４ｂ　トランジスタ
３１　　　ポール挿通孔
４０　　　レンズ鏡筒
５０　　　カメラ（撮像装置）
５１　　　カメラ本体（本体部）

Claims (7)

  1. 　２相駆動されるリニアモータであって、
    　２相のコイルと、
    　前記２相のコイルに対向する位置に、駆動方向に沿って配置された磁石と、
    を備え、
    　前記磁石と対向する部分における前記コイルの巻幅を、電気角で１２０°±７．７°の範囲、
    　前記磁石と対向する部分における前記コイルの平均幅を、電気角で１４４°±４．６°の範囲、
    　前記２相のコイル間のピッチを、電気角で９０°＋１８０°×ｎ（ｎは０以上の整数）とした、
    リニアモータ。
  2. 　単極着磁された複数の前記磁石を、Ｎ極・Ｓ極交互に並べた界磁部を、さらに備え、
    　隣り合う前記磁石間の隙間をＷｇ、低減したい高調波次数をｋ次、ｊを任意の整数とした場合、
    　｛１８０°×（１＋２ｊ）－２３．０７°｝／ｋ＜Ｗｇ＜｛１８０°×（１＋２ｊ）＋２３．０７°｝／ｋ
    の関係を満たす、
    請求項１に記載のリニアモータ。
  3. 　前記コイルを挟み込むように、前記コイルの両側に前記磁石が配置された界磁部を、さらに備えている、
    請求項１に記載のリニアモータ。
  4. 　光軸方向に進退可能なレンズ枠と、
    　前記レンズ枠に固定され、光軸と略垂直な方向に巻線軸を有し、光軸方向に沿って並ぶ２相のコイルと、
    　前記２相のコイルを挟み込むように、前記２相のコイルの両側に対向する位置に、光軸方向に沿って配置された磁石と、
    を備えたレンズ鏡筒。
  5. 　前記磁石と対向する部分における前記コイルの巻幅を、電気角で１２０°±７．７°の範囲、
    　前記磁石と対向する部分における前記コイルの平均幅を、電気角で１４４°±４．６°の範囲、
    　前記２相のコイル間のピッチを、電気角で９０°＋１８０°×ｎ（ｎは０以上の整数）とした、
    請求項４に記載のレンズ鏡筒。
  6. 　単極着磁された複数の前記磁石を、Ｎ極・Ｓ極交互に並べた界磁部を、さらに備え、
    　隣り合う前記磁石間の隙間をＷｇ、低減したい高調波次数をｋ次、ｊを任意の整数とした場合、
    　｛１８０°×（１＋２ｊ）－２３．０７°｝／ｋ＜Ｗｇ＜｛１８０°×（１＋２ｊ）＋２３．０７°｝／ｋ
    の関係を満たす、
    請求項４または５に記載のレンズ鏡筒。
  7. 　請求項４から６のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒と、
    　前記レンズ鏡筒が装着される本体部と、
    を備えた撮像装置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023129928A (ja) 2022-03-07 2023-09-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レンズ駆動ユニットおよびこれを備えたレンズ鏡筒

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0433565A (ja) * 1990-05-30 1992-02-04 Hitachi Metals Ltd 多相駆動方式リニアブラシレス直流モータ
JPH07143729A (ja) * 1993-11-19 1995-06-02 Dainippon Screen Mfg Co Ltd リニアモータ
JPH08248290A (ja) 1995-03-09 1996-09-27 Sony Corp レンズ鏡筒
JPH11122903A (ja) * 1997-10-20 1999-04-30 Fuji Elelctrochem Co Ltd リニアモータ
JP2001197718A (ja) * 2000-01-14 2001-07-19 Yaskawa Electric Corp コアレスリニアモータ
JP2003164137A (ja) * 2001-11-27 2003-06-06 Fuji Electric Co Ltd 電磁アクチュエータ
JP2014202898A (ja) * 2013-04-04 2014-10-27 Hoya株式会社 レンズ鏡筒

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6295959A (ja) * 1985-10-22 1987-05-02 Ricoh Co Ltd リニアモ−タ
JPH03207257A (ja) 1989-10-14 1991-09-10 Fuji Electric Co Ltd 可動界磁形リニア直流モータ
JP3496951B2 (ja) 1992-08-04 2004-02-16 日本サーボ株式会社 ステッピングモータ又は同期電動機の永久磁石式回転子
JPH08182290A (ja) 1994-12-27 1996-07-12 Nippon Seiko Kk ５相ブラシレスモータ
JPH08275500A (ja) 1995-03-31 1996-10-18 Minolta Co Ltd リニアモータ
JPH09247921A (ja) 1996-03-13 1997-09-19 Minolta Co Ltd リニアモータ
JPH08331833A (ja) 1995-03-31 1996-12-13 Minolta Co Ltd 片側駆動装置
JP3751367B2 (ja) 1996-06-28 2006-03-01 オリエンタルモーター株式会社 多相ステッピングモータとその駆動方式
JPH1198811A (ja) * 1997-09-24 1999-04-09 Canon Inc リニアモータ、これを用いたステージ装置や露光装置、ならびにデバイス製造方法
JP3484152B2 (ja) 2000-09-12 2004-01-06 住友重機械工業株式会社 ２相励磁式リニアモータ
JP2004056892A (ja) 2002-07-18 2004-02-19 Yaskawa Electric Corp リニアモータ装置
JP2004357353A (ja) 2003-05-27 2004-12-16 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd リニア電磁アクチュエータ
EP2264874A3 (en) 2004-05-18 2015-04-29 Seiko Epson Corporation Electric machine
JP4543793B2 (ja) 2004-07-09 2010-09-15 株式会社デンソー 交流モータおよびその制御装置
CN101213729B (zh) 2005-04-28 2013-06-12 株式会社电装 交流电动机
DE112006001258T5 (de) 2005-05-17 2008-04-30 Denso Corp., Kariya Motor und Steuereinheit dafür
JP5884240B2 (ja) 2012-04-18 2016-03-15 株式会社タムロン リニアアクチュエータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラ
CN108061509B (zh) 2016-11-08 2023-07-11 新思考电机有限公司 位置检测装置、透镜驱动装置、照相机装置和电子设备
JP6489171B2 (ja) 2017-07-31 2019-03-27 株式会社富士通ゼネラル モータ制御装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0433565A (ja) * 1990-05-30 1992-02-04 Hitachi Metals Ltd 多相駆動方式リニアブラシレス直流モータ
JPH07143729A (ja) * 1993-11-19 1995-06-02 Dainippon Screen Mfg Co Ltd リニアモータ
JPH08248290A (ja) 1995-03-09 1996-09-27 Sony Corp レンズ鏡筒
JPH11122903A (ja) * 1997-10-20 1999-04-30 Fuji Elelctrochem Co Ltd リニアモータ
JP2001197718A (ja) * 2000-01-14 2001-07-19 Yaskawa Electric Corp コアレスリニアモータ
JP2003164137A (ja) * 2001-11-27 2003-06-06 Fuji Electric Co Ltd 電磁アクチュエータ
JP2014202898A (ja) * 2013-04-04 2014-10-27 Hoya株式会社 レンズ鏡筒

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Publication number Publication date
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