JP4006234B2

JP4006234B2 - Stepping motor

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Publication number: JP4006234B2
Application number: JP2002008525A
Authority: JP
Inventors: 力青島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2022-01-17
Also published as: JP2003219623A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超薄型の円盤形状のステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型モータに適する形態としてブラシレスタイプのものがあげられる。ブラシレスタイプのモータで駆動回路の単純なものとしては以下に記載する永久磁石を用いたステップモータがある。
【０００３】
小型円筒形状のステップモータとしてはまず図９に示すものがある。これは、ボビン１０１にステータコイル１０５が同心状に巻回され、ボビン１０１は２個のステータヨーク１０６で軸方向から挟持固定されており、かつステータヨーク１０６にはボビン１０１の内径面円周方向にステータ歯１０６ａと１０６ｂが交互に配置され、ケース１０３には、ステータ歯１０６ａまたは１０６ｂと一体のステータヨーク１０６が固定されてステータ１０２が構成されている。２組のケース１０３の一方にはフランジ１１５と軸受け１０８が固定され、他方のケース１０３には他の軸受け１０８が固定されている。ロータ１０９はロータ軸１１０に固定されたロータ磁石１１１からなり、ロータ磁石１１１はステータ１０２のステータヨーク１０６ａと放射状の空隙部を形成している。そして、ロータ軸１１０は２個の軸受け１０８の間に回転可能に支持されている。
【０００４】
このような構造のステップモータの変形例として、特公昭５３−２７７４号で提案される光制御装置がある。これはステップモータに連結するシャッタ羽根をステップ的に開閉させて光の通過量を制御するものである。また、別の変形例として、特開昭５７−１６６８４７号で提案される中空形モータがある。これはステップモータをリング状の構造として、その中央部の空洞を光等が通過可能としたものである。
【０００５】
また、銀塩フィルムを用いるカメラのシャッタ或いは絞り調節機構や上記デジタルカメラのシャッタにおいて、撮影レンズを小型化、短軸化しようとするとシャッタ或いは絞り調節機構の前後にレンズが位置せざるを得なくなり、モータの高出力化とともにシャッタ或いは絞り調節機構の光軸方向に関する薄型化が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示す上記従来の小型のステップモータは、ロータの外周にケース１０３、ボビン１０１、ステータコイル１０５、ステータヨーク１０６が同心状に配置されているため、モータの外形寸法が大きくなってしまう欠点があった。また、ステータコイル１０５への通電により発生する磁束は図１０に示すように主としてステータ歯１０６ａの端面１０６ａ１とステータ歯１０６ｂの端面１０６ｂ１とを通過するため、ロータ磁石１１１に効果的に作用しないのでモータの出力は高くならない欠点がある。
【０００７】
特公昭５３−２７７４号の光制御装置及び特開昭５７−１６６８４７号の中空形モータにおいても上記と同様に、ロータ磁石の外周にステータコイル及びステータヨークが配置されているためモータの外形寸法が大きくなるとともに、ステータコイルへの通電により発生する磁束がロータ磁石に効果的に作用しない。
【０００８】
また、モータにより絞り羽根やシャッタやレンズ等を駆動する装置が知られている。しかしながら、図９に示すようなタイプのモータは中実の円筒形状であったため、カメラの鏡筒内で光軸と平行になるように配置し絞り羽根やシャッタあるいはレンズ等を駆動するのに用いようとした場合、鏡筒の半径寸法はレンズの半径や絞り開口の半径寸法にモータの直径を加えた値になることから、カメラの鏡筒の直径を十分小さい値にすることはできなかった。
【０００９】
また、上記の例の駆動源或いはモータは光軸方向の寸法が長くなってしまい、撮影レンズを絞り羽根或いはシャッタ羽根の近くまで配置することは困難であった。
【００１０】
また、軸方向に短い薄型のモータとしては、例えば特開平７−２１３０４１や特開２０００−５０６０１等で提案されている図１１、図１２に示すようなものがある。複数のコイル（３０１、３０２、３０３）と円盤形状のマグネット（３０４）で構成されるものであり、コイルは図に示すように薄型コイン形状でありその軸はマグネットの軸と平行に配置されている。一方円盤形状のマグネットはその円盤の軸方向に着磁されておりマグネットの着磁面とコイルの軸は対向する様に配置されている。
【００１１】
この場合コイルから発生する磁束は図１２中の矢印で示すように完全には有効にマグネットに作用せず、またマグネットが発生する回転力の中心は各コイルの中心の位置でありモータの外径からＬだけ離れた位置となるのでモータの大きさの割には発生するトルクは小さくなってしまう。また、このモータの中心部付近までコイルが占有してしまっているのでモータ内に別の部品を配置することは困難である。更には複数のコイルが必要であることからコイルへの通電制御が複雑になったりコストが上がってしまったりする欠点がある。
【００１２】
また、コイルとマグネットが回転軸に対して平行方向に重ねて配置されているため、このモータをシャッタや絞り調整機構に用いた場合にモータは光軸方向の寸法が長くなってしまい、撮影レンズを絞り羽根或いはシャッタ羽根の近くまで配置することは困難であった。
【００１３】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、本出願に係る第１及び第４の発明の目的は、特に軸と平行方向に関する寸法がコンパクトで、高出力、且つ安価な構造のステッピングモータを提供することである。
【００１４】
また、本出願に係る第２の発明の目的は、上記の第１の発明の目的に加え更に組み立てが容易でコストが安いステッピングモータを提供することである。
【００１５】
また、本出願に係る第３の発明の目的は、上記の第１の発明の目的に加え更に位置出し性能の良いステッピングモータを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本出願にかかる第１の発明のステッピングモータは、中空円盤形状に形成され中心軸に対して直交する平面と外周面と内周面からなり、前記中心軸を回転中心として回転可能に保持されるとともに、前記中心軸に対して直交する少なくとも一方の平面が角度方向に分割され異なる極に交互に着磁されたマグネットと、前記マグネットの外周面の外側に同軸上に配置された第１のコイル、前記マグネットの内周面の内側に同軸上に配置された第２のコイルと、前記マグネットの中心軸に対して直交する一方の平面に対向し、前記第１のコイルにより励磁される第１の磁極部と、前記マグネットの中心軸に対して直交する他の一方の平面に対向し、前記第１のコイルにより励磁される第２の磁極部と、前記マグネットの中心軸に対して直交する一方の平面に対向し、前記第２のコイルにより励磁される第３の磁極部と、前記マグネットの中心軸に対して直交する他の一方の平面に対向し、前記第２のコイルにより励磁される第４の磁極部と、を有し、前記第１の磁極部と前記第３の磁極部は別部材からなり、前記第２の磁極部と前記第４の磁極部が同一部材からなることを特徴とする。
【００１７】
上記構成において、ステッピングモータの軸方向の長さは円盤状のマグネット厚さと厚さ方向に対向する磁極部で決められ、ステッピングモータの軸と平行方向に関する寸法は非常に小さくできる。また、第１のコイルにより発生する磁束は第１の磁極部と第２の磁極部との間にあるマグネットを横切るので効果的に作用する。第２のコイルにより発生する磁束は第３の磁極部と第４の磁極部との間にあるマグネットを横切るので効果的に作用し高出力なモータとすることができる。また、第１の磁極部と第３の磁極部は別部材からなり、第２の磁極部と第４の磁極部は同一部材からなる。このように、片側の磁極部のみを別体にする事で磁気回路の効率を落とすことがなく、もう片側の磁極部を一体化しベース部も兼ねることで、ベース部材を不要とし薄い形状のモータが得られる。
【００１９】
上記目的を達成するために、本出願にかかる第２の発明のステッピングモータは、第１の発明に加え、前記第１の磁極部が前記マグネットに対向する位置は、前記第３の磁極部が前記マグネットに対向する位置に対して外周面側であり、前記第１の磁極部が前記マグネットに対向する面積をＳ１、前記第３の磁極部が前記マグネットに対向する面積をＳ２とすると、Ｓ１＜Ｓ２であることを特徴とするものである。
【００２０】
上記構成において、前記第１の磁極部が励磁されることで発生する電磁力が作用するマグネット上の位置の回転中心からの距離をＲ１、前記第３の磁極部が励磁されることで発生する電磁力が作用するマグネット上の位置の回転中心からの距離をＲ２とすると、Ｒ１＞Ｒ２の関係にあるから、上記Ｓ１、Ｓ２をＳ１＜Ｓ２の関係になっているので、第１の磁極部が励磁されることで発生する回転トルクと第３の磁極部が励磁されることで発生する回転トルクとは、ほぼ同じになり位置出し性能の良いステッピングモータとなる。
【００２１】
上記目的を達成するために、本出願にかかる第３の発明のステッピングモータは、第１または第２の発明に加え、前記第１の磁極部或いは前記第３の磁極部は、前記マグネットの中心軸方向と直交する平面に所定の隙間をもって対向し、マグネットの半径方向に延出する複数の櫛歯形状より構成されることを特徴とするものである。
【００２２】
磁極部がマグネットの着磁面方向への凹凸により構成されるものに比べて軸と平行方向に関する寸法は小さく構成できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
（第１の実施例）
図１〜図６は本発明の第１の実施例のステッピングモータを示す図であり、そのうち、図１はステッピングモータの分解斜視図であり、図２はシャッタの組み立て完成状態の軸方向断面図であり、図３、図４、図５、図６はステップモータのマグネットの回転動作説明図である。
【００２５】
図１から図５において、１は中空円盤形状に形成され中心の仮想軸に対して直交する第１の平面と同じく仮想軸に対して直交する第２の平面と外周面と内周面からなりその中心を回転中心として回転可能に保持されるとともに少なくとも回転中心の仮想軸に対して垂直方向の面１ｅが該仮想軸を中心とする角度方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネットであり、図３に示すように該マグネット１は１ｅ面が回転中心の仮想軸を中心とする角度方向にｎ分割（本実施例では１０分割）して、Ｓ極・Ｎ極が交互に着磁されている。
【００２６】
マグネット１の１ｅ面に対して裏の面１ｆは１ｅ面とは逆の極性に分割着磁されていても良いし全く着磁されていなくても良い。該マグネット１は射出成形によりプラスチックマグネット材料で形成される。これにより円筒形状の厚さ方向即ち軸と平行方向に関する長さを非常に薄く構成することができる。また、該マグネット１には中央部に嵌合部１ａがあり，該嵌合部１ａは後述の嵌合リング６の嵌合部６ａに摺動可能に嵌合して回転可能に支持される。
【００２７】
マグネット１は射出成形により形成されるプラスチックマグネットであるため、嵌合部１ａはマグネット１で一体成形でき、回転中心に対してマグネット部の同軸精度が向上する。また、射出成形マグネットは表面に薄い樹脂皮膜が形成されるため、錆の発生がコンプレッションマグネットに比較して大幅に少ないので、塗装などの防錆処理を廃止できる。さらにコンプレッションマグネットで問題になる磁性粉の付着もなく、防錆塗装時に発生しやすい表面のふくらみもなく、品質の向上が達成できる。
【００２８】
マグネット１の材料にはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁性粉とポリアミドなどの熱可塑性樹脂バインダー材との混合物を射出成形することにより形成されたプラスチックマグネットを用いている。これにより、コンプレッション成形されたマグネットの場合の曲げ強度が５００Ｋｇｆ／ｃｍ²程度なのに対して、例えばポリアミド樹脂をバインダー材として使用した場合８００Ｋｇｆ／ｃｍ²以上の曲げ強度が得られ、コンプレッション成形では出来ない薄肉円筒形状に形成することが可能となる。薄肉円筒状に形成することで後述の第１ステータ７の第１の磁極部と第２ステータ８の第２の磁極部との間隔及び第３ステータ９の第３の磁極部と第４ステータ１０の第４の磁極部との間隔を短く設定することができ、その間の磁気抵抗を小さい磁気回路とすることができる。
【００２９】
これにより、後述の第１のコイル２及び第２のコイル４への通電を行った場合、小さな起磁力でも多くの磁束を発生することができ、アクチュエータの性能が高まる。
【００３０】
２は円筒形状の第１のコイルであり、絶縁材料からなる第１のボビン３に巻き付けられている。第１のコイル２はマグネット１の外周面の外側で軸と平行方向に関して重なる位置に配置されている。第１のコイル２の軸方向の長さはマグネット１の軸方向の長さ即ち円盤形状の厚さとほぼ同じ寸法となっている。
【００３１】
４は円筒形状の第２のコイルであり、絶縁材料からなる第２のボビン５に巻き付けられている。第２のコイル４はマグネット１の内周面の内側で軸と平行方向に関して重なる位置に配置されている。第２のコイル４の軸方向の長さはマグネット１の軸方向の長さ即ち円盤形状の厚さとほぼ同じ寸法となっている。
【００３２】
ボビン５のリブ５ａはマグネット１の１ｅ面の位置規制をするようになっており、第１のステータ７の第２の磁極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ及び第３のステータ９の磁極部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅとマグネット１との間隔を所定量確保する。
【００３３】
７は軟磁性材料からなる第１のステータであり、第１のコイル２への通電により励磁される第１の磁極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅを持ち、磁極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅは前記円盤形状のマグネット１の軸方向と垂直な平面１ｅに所定の隙間をもって対向しマグネットの半径方向でしかも内径方向に延出する櫛歯形状する櫛歯形状の歯により構成されている。第１のステータ７の磁極部はその先端部がマグネットの半径方向に延出する複数の歯、即ち櫛歯形状によって構成されるが、この延出する歯の数はマグネット１の着磁分割数ｎの１／２個形成され、それらが７２０／ｎ度（本実施例では７２度）ずつ等分配置されている（本実施例では５つ）。コイルへの通電により磁極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅはすべて互いに同極になるように励磁される。
【００３４】
８は軟磁性材料からなる第２のステータであり、第１のコイル２への通電により励磁される第２の磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅを持ち、磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅは円盤形状のマグネット１の軸方向と垂直な平面１ｆに所定の隙間をもって対向しマグネットの半径方向でしかも内径方向に延出する櫛歯形状する櫛歯形状の歯により構成されている。第２のステータ８の磁極部はその先端部がマグネットの半径方向に延出する複数の歯、即ち櫛歯形状によって構成されるが、この延出する歯の数はマグネット１の着磁分割数ｎの１／２個形成され、それらが７２０／ｎ度（本実施例では７２度）ずつ等分配置されている（本実施例では５つ）。
【００３５】
第２のステータの磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅはマグネット１を挟んで第１のステータ７の第１の磁極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅに対向する位置形成されている。
【００３６】
第１のステータ７と第２のステータ８とは磁極部とは逆側の位置即ち第１のコイルの外径を覆う７ｆ部と８ｆ部で磁気的に連結されている。第１のコイル２、第１のステータ７、第２のステータ８は磁気回路を構成している。
【００３７】
第１のコイル２への通電により磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅはすべて互いに同極になるように励磁される。ただし前記第１のステータ７の磁極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅと第２のステータ８の磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅとは異なる極性に励磁される。
【００３８】
この構成によりステップモータの厚さを最小限にしつつ磁極の形成が可能となる。すなわち磁極部を軸方向と平行に延びる凹凸で形成すると、その分ステップモータの厚くなってしまうが、本実施例では半径方向に延出する櫛歯形状により磁極部を形成しているので、ステップモータの軸と平行方向の寸法即ち厚さを最小限に抑えることができる。
【００３９】
９は軟磁性材料からなる第３のステータであり、第２のコイル４への通電により励磁される第３の磁極部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅを持ち、磁極部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅは円盤形状のマグネット１の軸方向と垂直な平面１ｅに所定の隙間をもって対向しマグネットの半径方向でしかも外径方向に延出する櫛歯形状する櫛歯形状の歯により構成されている。第３のステータ９の磁極部はその先端部がマグネットの半径方向に延出する複数の歯、即ち櫛歯形状によって構成されるが、この延出する歯の数はマグネット１の着磁分割数ｎの１／２個形成され、それらが７２０／ｎ度（本実施例では７２度）ずつ等分配置されている（本実施例では５つ）。コイルへの通電により磁極部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅはすべて互いに同極になるように励磁される。
【００４０】
１０は軟磁性材料からなる第４のステータであり、第２のコイル４への通電により励磁される第４の磁極部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅを持ち、磁極部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅは前記円盤形状のマグネット１の軸方向と垂直な平面１ｆに所定の隙間をもって対向しマグネットの半径方向に延出する櫛歯形状する櫛歯形状の歯により構成されている。第４のステータ１０の磁極部はその先端部がマグネットの半径方向に延出する複数の歯、即ち櫛歯形状によって構成されるが、この延出する歯の数はマグネット１の着磁分割数ｎの１／２個形成され、それらが７２０／ｎ度（本実施例では７２度）ずつ等分配置されている（本実施例では５つ）。
【００４１】
第４のステータの磁極部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅはマグネット１を挟んで第３のステータ９の第３の磁極部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅに対向する位置形成されている。
【００４２】
第３のステータ９と第４のステータ１０とは磁極部とは逆側の位置即ち第２のコイルの内径を覆う９ｆ部と１０ｆ部で磁気的に連結されている。第２のコイル４、第３のステータ９、第４のステータ１０は磁気回路を構成している。
【００４３】
第２のコイル４への通電により第４のステータ１０の磁極部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅはすべて互いに同極になるように励磁される。ただし第３のステータ９の磁極部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅと第４のステータ１０の磁極部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅとは異なる極性に励磁される。
【００４４】
この構成によりステップモータの厚さを最小限にしつつ磁極の形成が可能となる。すなわち磁極部を軸方向と平行に延びる凹凸で形成すると、その分ステップモータの厚くなってしまうが、本実施例では半径方向に延出する櫛歯形状により磁極部を形成しているので、ステップモータの軸と平行方向の寸法即ち厚さを最小限に抑えることができる。
【００４５】
第１のステータ７の第１の磁極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅがマグネット１に対向している位置は第３のステータ９の第３の磁極部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅがマグネット１に対向している位置に対してマグネットの外周面側であり、第１の磁極部が励磁されることで発生する電磁力が作用するマグネット上の位置の回転中心からの距離をＲ１、前記第３の磁極部が励磁されることで発生する電磁力が作用するマグネット上の位置の回転中心からの距離をＲ２とすると、Ｒ１＞Ｒ２の関係にある。第１の磁極部が円盤状のマグネットの対向する面積Ｓ１、第３の磁極部が前記円盤状のマグネットの対向する面積Ｓ２とすると、Ｓ１＜Ｓ２となるように設定してある。これによれば、第３の磁極部が励磁されことで発生する電磁力は、第１の磁極部が励磁されことで発生する電磁力に比べて大きくなり、（電磁力）×（電磁力が作用する半径）の値即ち回転トルクは、第１の磁極部が励磁されことで発生する場合と第３の磁極部が励磁されことで発生する場合とで同じになり、位置出し性能の良いステッピングモータとなる。
【００４６】
第１の磁極部がマグネット１の着磁面に対向する位相と、第３の磁極部がマグネット１の着磁面に対向する位相は（１８０／Ｎ）度即ち本実施例では１８度ずれて構成されている。
【００４７】
６は嵌合リングで、第４のステータに固定され摺動面６ａがマグネット１の内周面部１ａと回転可能に嵌合している。またリブ６ｂがマグネット１の１ｆ面の位置規制をするようになっており、第２のステータ８の第２の磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ及び第４のステータ１０の磁極部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅとマグネット１との間隔を所定量確保する。
【００４８】
１１は非磁性材料からなるベースで、第２のステータ８と第４のステータ１０を磁気的に分断しつつそれらを固定している。
【００４９】
次に、図３〜図６を参照して、図１及び図２で説明した本発明の一実施例に係るステップモータの動作を説明する。図３は、第１のステータ７の第１の磁極部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅをＮ極とし、第２のステータ８の第２の磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅをＳ極とし、第３のステータ９の第３の磁極部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅをＳ極とし、第４のステータ１０の第４の磁極部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅをＮ極とするように、第１のコイル２及び第２のコイル４に通電して励磁した状態を示す。
【００５０】
図３の状態から第１のコイル２の通電はそのままで、第２のコイル４への通電方向を切り替えて、第３のステータ９の第３の磁極部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅをＮ極、第４のステータ１０の第４の磁極部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅをＳ極となるように励磁する。これにより、マグネット１は反時計方向に１８度回転し、図４に示す状態になる。
【００５１】
次に、第１のコイル２への通電を反転させて、第１のステータ７の第１の磁極部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅをＳ極とし、第２のステータ８の第２の磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅをＮ極となるように励磁する。これにより、マグネット１は反時計方向に更に１８度回転し、図５に示す状態になる。
【００５２】
次に、第２のコイル４への通電を反転させて、第３のステータ９の第３の磁極部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅをＳ極とし、第４のステータ１０の第４の磁極部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅをＮ極となるように励磁する。これにより、マグネット１は反時計方向に更に１８度回転し、図６に示す状態になる。
【００５３】
以後、このように第１のコイル２及び第２のコイル４への通電方向を順次切り換えていくことにより、ロータであるマグネット１は通電位相に応じた位置へと回転していくことになる。
【００５４】
また、第２のステータ８の第２の磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅと第４のステータの１０の第４の磁極部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅに対向している円盤状形状のマグネット１の面１ｆは必ずしも着磁されている必要はない。
【００５５】
しかしながら、円盤形状のマグネット１の面１ｆが１ｅ面とは逆の極性に分割着磁されていればより一層出力は増す。
【００５６】
ここで、このような構成のステップモータが、高出力で超小型化になる上で最適な構成であることについて述べる。
本実施例のアクチュエータの基本構成について述べると、
第１にマグネットを中空の円盤形状に形成していること。
第２にマグネットの回転中心の仮想軸に対して垂直方向の面が仮想軸を中心とする角度方向に分割して異なる極に交互に着磁していること。
第３にマグネットの外周面の外側と内周面の内側でかつ軸方向に関して重なるようにそれぞれコイルを同軸上に配置していること。
第４にそれらのコイルにより励磁される第１の磁極、第２の磁極、第３の磁極、第４の磁極をそれぞれ円盤形状のマグネットの軸方向と垂直な面即ち円盤形状の平面に対向させていること。
第５に第１の磁極部を半径方向に延出する櫛歯により構成していること。
このアクチュエータの軸方向に関する寸法即ち厚さは、円盤形状のマグネットの厚さに対してステータの磁極を対向させるだけの厚さがあればよく、このためアクチュエータの厚さは、マグネット或いはコイルの厚さによって決まるので、マグネット及びコイルの径と高さをそれぞれ非常に小さくすればアクチュエータを超小型にすることができる。
またコイル２への通電により発生する磁束は第１の磁極部と第２の磁極部との間にあるマグネットを横切るので効果的に作用する。
【００５７】
第１の磁極部、第２の磁極部、第３の磁極部、第４の磁極部は半径方向に延出する櫛歯形状により構成されるため、軸方向への凹凸により構成されるものに比べて軸方向に関する寸法は小さく構成できる。これにより、非常に薄型の円盤形状のアクチエータとすることができる。
【００５８】
ベース１１の中心に開口部を設け、マグネット１に連結して不図示のシャッタ羽根を開閉させるようにすれば、ベース１１の開口部の通過光量を制御するシャッタ装置にすることができる。また、その時のシャッタ装置の光軸と平行方向に関する寸法即ち厚さ方向に関する寸法は、第１のステータ７の第１の磁極部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ或いは第３のステータ９の第３の磁極部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅと、マグネット１の厚さと、第２のステータ８の第２の磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ或いは第４のステータ１０の第４の磁極部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅとで決まるため非常に小さく構成でき、シャッタ装置の近くまで他の構造物を配置可能となる。
【００５９】
以上により、シャッタ装置に応用した場合に有効な、出力が高く、かつ安価で小型のステップモータを提供することができる。
【００６０】
（第２の実施例）
図７は第２の実施例を示す図であり、ベースを廃止し、第１の実施例における第２ステータと第４ステータを同一部材で形成している。１２は軟磁性材料からなる第５ステータで、平板形状に切欠き穴により平面的な形状の第２の磁極部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅと第４の磁極部１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ，１５ｉ，１５ｊが形成されている。これも磁極が軸方向への凹凸により構成されるものに比べて軸方向に関する寸法は小さく構成できる。
【００６１】
第５のステータ１５の第２の磁極部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅはマグネット１を挟んで第１のステータ７の第１の磁極部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅに対向する位置に形成されており、第５のステータの第４の磁極部１部１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ，１５ｉ，１５ｊはマグネット１を挟んで第３のステータ９の第３の磁極部部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅに対向する位置に形成されている。また第１のステータ７と第５のステータ１５とは磁極部とは逆側の位置即ち第１のコイル２の外径を覆う７ｆ部と１５ｋ部で磁気的に連結されている。また第３のステータ９と第５のステータ１５とは磁極部とは逆側の位置即ち第２のコイル４の内径を覆う９ｆ部と１５ｍ部で磁気的に連結されている。
【００６２】
第５のステータ１５の第２の磁極部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅと第４の磁極部１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ，１５ｉ，１５ｊとの間で磁束の通過をできるだけ少なくするために、第２の磁極部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅと第４の磁極部１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ，１５ｉ，１５ｊとの間の接続形状はなるべく細い形状にしてその間の磁気抵抗を大きくしている。
【００６３】
これによれば第１の実施例と同様の効果を得つつ、ベースが不要になるので更に薄型でコストの安いステップモータとすることができる。
【００６４】
（第３の実施例）
図８は第３の実施例を示す図であり、ベースを廃止し、第１の実施例における第２ステータと第４ステータを同一部材で形成し、更に第２磁極部と第４磁極部を切欠きによる形状で構成せず、単なる平板形状で構成している。１６は軟磁性材料からなる第６のステータである。
【００６５】
第１のステータ７の第１の磁極部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅは上に述べた櫛歯形状で構成されているため、第１のステータ７の第１の磁極部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅと第６のステータ１６の間を通過する磁束は櫛歯状の第１のステータ７の第１の磁極部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅと該第１のステータ７の第１の磁極部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅの形状を第６のステータ１６の平板形状上に投影した位置との間を通過する。そのため第１のステータ７の第１の磁極部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅに対向するもう一つの磁極である第６のステータ１６の形状は単なる平板形状形状のままでもよいのである。
【００６６】
同様に第３のステータ９の第３の磁極部部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅは上に述べた櫛歯形状で構成されているため、第３のステータ９の第３の磁極部部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅと第６のステータ１６の間を通過する磁束は櫛歯状の第３のステータ９の第３の磁極部部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅと該第３のステータ９の第３の磁極部部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅの形状を第６のステータ１６の平板形状上に投影した位置との間を通過する。そのため第３のステータ９の第３の磁極部部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅに対向するもう一つの磁極である第６のステータ１６の形状は単なる平板形状形状のままでもよいのである。
これによれば第６のステータは第１の実施例、第２の実施例に比べ製造は容易になり更にコストが安くなる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本出願に係る第１の発明によれば、ステッピングモータの軸方向の長さは円盤状のマグネット厚さと厚さ方向に対向する磁極部で決められ、ステッピングモータの軸と平行方向に関する寸法は非常に小さくできる。また、第１のコイルにより発生する磁束は第１の磁極部と第２の磁極部との間にあるマグネットを横切るので効果的に作用する。第２のコイルにより発生する磁束は第３の磁極部と第４の磁極部との間にあるマグネットを横切るので効果的に作用し高出力なモータとすることができる。また、第１の磁極部と第３の磁極部は別部材からなり、第２の磁極部と第４の磁極部は同一部材からなる。このように、片側の磁極部のみを別体にする事で磁気回路の効率を落とすことがなく、もう片側の磁極部を一体化しベース部も兼ねることで、ベース部材を不要とし薄い形状のモータが得られる。
【００６９】
また、本出願にかかる第２の発明によれば、前記第１の磁極部が前記マグネットに対向する位置は、前記第３の磁極部が前記マグネットに対向する位置に対して外周面側であり、前記第１の磁極部が前記マグネットに対向する面積をＳ１、前記第３の磁極部が前記マグネットに対向する面積をＳ２とすると、Ｓ１＜Ｓ２とするものである。前記第１の磁極部が励磁されることで発生する電磁力が作用するマグネット上の位置の回転中心からの距離をＲ１、前記第３の磁極部が励磁されることで発生する電磁力が作用するマグネット上の位置の回転中心からの距離をＲ２とすると、Ｒ１＞Ｒ２の関係があるから、上記Ｓ１、Ｓ２をＳ１＜Ｓ２の関係とすることで、第１の磁極部が励磁されることで発生する回転トルクと第３の磁極部が励磁されることで発生する回転トルクとは、ほぼ同じになり位置出し性能の良いステッピングモータとすることができる。
【００７０】
また、本出願にかかる第３の発明によれば、前記第１の磁極部或いは前記第３の磁極部は、前記マグネットの中心軸方向と直交する平面に所定の隙間をもって対向し、マグネットの半径方向に延出する複数の櫛歯形状の歯により構成しているので、磁極部がマグネットの着磁面方向への凹凸により構成されるものに比べてステッピングモータの軸と平行方向に関する寸法は小さく構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る第１の実施例のステッピングモータの分解斜視図である。
【図２】図２は図１に示すステッピングモータの組み立て完成状態の軸方向断面図である。
【図３】図３はステップモータのマグネットの回転動作説明図である。
【図４】図４はステップモータのマグネットの回転動作説明図である。
【図５】図５はステップモータのマグネットの回転動作説明図である。
【図６】図６はステップモータのマグネットの回転動作説明図である。
【図７】図７は本発明に係る第２の実施例の斜視図である。
【図８】図８は本発明に係る第３の実施例の斜視図である。
【図９】図９は従来のステップモータの断面図である。
【図１０】図１０は従来のステップモータのステータの様子を示す断面図である。
【図１１】図１１は従来のブラシレスモータの一例を示す斜視図である。
【図１２】図１２は従来のブラシレスモータの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・マグネット
１ｅ・・・着磁部
２・・・第１のコイル
３・・・ボビン
４・・・第２のコイル
５・・・・ボビン
６・・・・嵌合リング
７・・・・第１のステータ
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ・・・第１の磁極部
８・・・・第２のステータ
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ・・・第２の磁極部
９・・・・第３のステータ
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ・・・第３の磁極部
１０・・・・第４のステータ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ・・・第４の磁極部
１１・・・・ベース
１５・・・・第５のステータ
１６・・・・第６のステータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultra-thin disk-shaped stepping motor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a form suitable for a small motor, there is a brushless type. As a brushless type motor having a simple drive circuit, there is a step motor using a permanent magnet described below.
[0003]
A small cylindrical step motor is first shown in FIG. The stator coil 105 is concentrically wound around the bobbin 101, the bobbin 101 is sandwiched and fixed from the axial direction by two stator yokes 106, and the inner diameter surface circumferential direction of the bobbin 101 is fixed to the stator yoke 106. The stator teeth 106a and 106b are alternately arranged, and the stator 102 is configured by fixing the stator yoke 106 integral with the stator teeth 106a or 106b to the case 103. A flange 115 and a bearing 108 are fixed to one of the two sets of cases 103, and another bearing 108 is fixed to the other case 103. The rotor 109 is composed of a rotor magnet 111 fixed to the rotor shaft 110, and the rotor magnet 111 forms a radial gap with the stator yoke 106 a of the stator 102. The rotor shaft 110 is rotatably supported between the two bearings 108.
[0004]
As a modification of the step motor having such a structure, there is a light control device proposed in Japanese Patent Publication No. 53-2774. In this method, the amount of light passing is controlled by opening and closing shutter blades connected to a step motor stepwise. As another modification, there is a hollow motor proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-166847. This is a step motor having a ring-like structure, and light or the like can pass through the cavity at the center.
[0005]
In addition, in a camera shutter or aperture adjustment mechanism using a silver salt film or a shutter of the digital camera described above, if an attempt is made to reduce the size of the taking lens and shorten the axis, the lens must be positioned before and after the shutter or aperture adjustment mechanism. Therefore, it is desired to reduce the thickness of the shutter or the aperture adjusting mechanism in the optical axis direction as the motor output increases.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the case 103, the bobbin 101, the stator coil 105, and the stator yoke 106 are concentrically arranged on the outer periphery of the rotor, the conventional small step motor shown in FIG. There was a drawback. Further, since the magnetic flux generated by energizing the stator coil 105 mainly passes through the end face 106a1 of the stator tooth 106a and the end face 106b1 of the stator tooth 106b as shown in FIG. 10, it does not act effectively on the rotor magnet 111. There is a drawback that the output of is not high.
[0007]
In the light control device disclosed in Japanese Patent Publication No. 53-2774 and the hollow motor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-166847, similarly to the above, since the stator coil and the stator yoke are arranged on the outer periphery of the rotor magnet, the outer dimensions of the motor are limited. The magnetic flux generated by energizing the stator coil does not effectively act on the rotor magnet.
[0008]
There are also known devices that drive a diaphragm blade, a shutter, a lens, and the like by a motor. However, since the motor of the type shown in FIG. 9 has a solid cylindrical shape, it is arranged so as to be parallel to the optical axis in the lens barrel of the camera and used to drive the aperture blade, shutter, lens, or the like. In such a case, the diameter of the lens barrel becomes the value obtained by adding the diameter of the motor to the radius of the lens and the aperture opening, so the diameter of the lens barrel of the camera could not be made sufficiently small. .
[0009]
Further, the drive source or motor in the above example has a long dimension in the optical axis direction, and it is difficult to dispose the photographing lens close to the diaphragm blade or the shutter blade.
[0010]
Further, examples of thin motors that are short in the axial direction include those shown in FIGS. 11 and 12 proposed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 7-213041 and 2000-50601. The coil is composed of a plurality of coils (301, 302, 303) and a disk-shaped magnet (304). The coil has a thin coin shape as shown in the figure, and its axis is arranged parallel to the axis of the magnet. Yes. On the other hand, the disc-shaped magnet is magnetized in the axial direction of the disc, and the magnetized surface of the magnet and the axis of the coil are arranged to face each other.
[0011]
In this case, the magnetic flux generated from the coil does not act on the magnet completely effectively as indicated by the arrow in FIG. 12, and the center of the rotational force generated by the magnet is the center position of each coil, and the outer diameter of the motor. Therefore, the generated torque is small for the size of the motor. In addition, since the coil occupies the vicinity of the center of the motor, it is difficult to arrange another part in the motor. Furthermore, since a plurality of coils are required, there is a drawback that the energization control of the coils becomes complicated and the cost increases.
[0012]
Also, since the coil and magnet are arranged in a direction parallel to the rotation axis, when this motor is used for a shutter or an aperture adjustment mechanism, the motor becomes longer in the direction of the optical axis, and the photographic lens It is difficult to dispose the lens near the aperture blade or the shutter blade.
[0013]
The present invention has been made to solve such problems, and the object of the first and fourth inventions according to the present application is, in particular, a compact dimension in the direction parallel to the axis, high output, and low cost. A stepping motor having a simple structure is provided.
[0014]
In addition to the object of the first invention, an object of the second invention according to the present application is to provide a stepping motor that is further easy to assemble and inexpensive.
[0015]
In addition to the object of the first invention, an object of the third invention according to the present application is to provide a stepping motor having a better positioning performance.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a stepping motor according to a first aspect of the present invention comprises a flat disk, an outer peripheral surface and an inner peripheral surface which are formed in a hollow disk shape and are orthogonal to the central axis, and rotate the central axis. A magnet that is rotatably held as a center and at least one plane orthogonal to the central axis is divided in an angular direction and is alternately magnetized with different poles, and coaxially outside the outer peripheral surface of the magnet The first coil disposed on the inner surface of the magnet, the second coil disposed coaxially on the inner peripheral surface of the magnet, and one plane orthogonal to the central axis of the magnet, A first magnetic pole portion excited by the first coil, a second magnetic pole portion opposed to the other plane orthogonal to the central axis of the magnet and excited by the first coil, and the magnet Opposing one plane orthogonal to the central axis, opposing the third magnetic pole portion excited by the second coil, and the other one plane orthogonal to the central axis of the magnet, A fourth magnetic pole portion excited by the second coil;The first magnetic pole part and the third magnetic pole part are made of different members, and the second magnetic pole part and the fourth magnetic pole part are made of the same member.It is characterized by that.
[0017]
  In the above configuration,steppingThe axial length of the motor is determined by the thickness of the disk-shaped magnet and the magnetic pole part facing the thickness direction.steppingThe dimensions in the direction parallel to the motor axis can be very small. The magnetic flux generated by the first coil is the first magnetic pole.PartAnd second magnetic polePartIt works effectively because it crosses the magnet in between. The magnetic flux generated by the second coil is the third magnetic pole.PartAnd the fourth magnetic polePartSince it crosses the magnet in between, it works effectively and can be a high output motor.The first magnetic pole part and the third magnetic pole part are made of different members, and the second magnetic pole part and the fourth magnetic pole part are made of the same member. In this way, the efficiency of the magnetic circuit is not lowered by making only one magnetic pole part separate, and the other magnetic pole part is integrated and also serves as a base part, thereby eliminating the need for a base member and a thin motor. Is obtained.
[0019]
  In order to achieve the above object,2In the stepping motor according to the present invention, in addition to the first invention, the position where the first magnetic pole portion faces the magnet is on the outer peripheral surface side with respect to the position where the third magnetic pole portion faces the magnet. When the area where the first magnetic pole part faces the magnet is S1, and the area where the third magnetic pole part faces the magnet is S2, S1 <S2.
[0020]
In the above configuration, the distance from the rotation center of the position on the magnet on which the electromagnetic force generated by exciting the first magnetic pole is applied is R1, and the distance is generated by exciting the third magnetic pole. If the distance from the rotation center of the position on the magnet where the electromagnetic force acts is R2, there is a relationship of R1> R2. Therefore, since S1 and S2 have a relationship of S1 <S2, the first magnetic pole portion The rotational torque generated by exciting the third magnetic pole portion and the rotational torque generated by exciting the third magnetic pole portion are substantially the same, and the stepping motor has a good positioning performance.
[0021]
  In order to achieve the above object, a stepping motor according to a third aspect of the present invention is the first step.Or secondIn addition to the invention, the first magnetic pole part or the third magnetic pole part is opposed to a plane orthogonal to the central axis direction of the magnet with a predetermined gap, and a plurality of comb teeth extending in the radial direction of the magnet It is characterized by comprising a shape.
[0022]
The dimension in the direction parallel to the axis can be made smaller than that in which the magnetic pole part is constituted by irregularities in the magnetized surface direction of the magnet.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on illustrated embodiments.
[0024]
(First embodiment)
FIGS. 1 to 6 are views showing a stepping motor according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is an exploded perspective view of the stepping motor, and FIG. 2 is an axial sectional view of the assembled state of the shutter. FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6 are explanatory views of the rotation operation of the magnet of the step motor.
[0025]
1 to 5, reference numeral 1 denotes a hollow disk-shaped first plane that is perpendicular to the central virtual axis, and includes a second plane that is orthogonal to the virtual axis, an outer peripheral surface, and an inner peripheral surface. The surface 1e perpendicular to at least the imaginary axis of the rotation center is held in a rotatable manner with the center as a rotation center, and is alternately magnetized to different poles by dividing it in an angular direction around the imaginary axis. As shown in FIG. 3, the magnet 1 is divided into n (10 divisions in this embodiment) in the angular direction with the 1e surface as the center of the virtual axis of rotation, and the S and N poles are alternately arranged. Magnetized.
[0026]
The back surface 1f of the magnet 1 with respect to the 1e surface may be divided and magnetized to have a polarity opposite to that of the 1e surface, or may not be magnetized at all. The magnet 1 is formed of a plastic magnet material by injection molding. Thereby, the length in the cylindrical thickness direction, that is, the length in the direction parallel to the axis can be made very thin. Further, the magnet 1 has a fitting portion 1a at the center, and the fitting portion 1a is slidably fitted to a fitting portion 6a of a fitting ring 6 described later and is rotatably supported.
[0027]
Since the magnet 1 is a plastic magnet formed by injection molding, the fitting portion 1a can be integrally formed with the magnet 1, and the coaxial accuracy of the magnet portion with respect to the center of rotation is improved. In addition, since a thin resin film is formed on the surface of an injection molded magnet, the occurrence of rust is significantly less than that of a compression magnet, so that rust prevention treatment such as painting can be eliminated. Furthermore, there is no adhesion of magnetic powder, which is a problem with compression magnets, and there is no bulging of the surface that tends to occur during rust-proof coating, and quality can be improved.
[0028]
The material of the magnet 1 is a plastic magnet formed by injection molding a mixture of Nd-Fe-B rare earth magnetic powder and a thermoplastic resin binder material such as polyamide. As a result, the bending strength in the case of a compression molded magnet is 500 kgf / cm.²On the other hand, for example, when a polyamide resin is used as a binder material, 800 kgf / cm²The above bending strength can be obtained, and a thin cylindrical shape that cannot be formed by compression molding can be formed. By forming the thin cylindrical shape, a distance between a first magnetic pole portion of the first stator 7 and a second magnetic pole portion of the second stator 8 which will be described later, and a third magnetic pole portion of the third stator 9 and the fourth stator 10 are described. The distance from the fourth magnetic pole portion can be set short, and a magnetic circuit having a small magnetic resistance therebetween can be obtained.
[0029]
Thereby, when energizing the first coil 2 and the second coil 4 described later, a large amount of magnetic flux can be generated even with a small magnetomotive force, and the performance of the actuator is enhanced.
[0030]
Reference numeral 2 denotes a cylindrical first coil, which is wound around a first bobbin 3 made of an insulating material. The first coil 2 is disposed outside the outer peripheral surface of the magnet 1 at a position overlapping with the direction parallel to the axis. The length of the first coil 2 in the axial direction is substantially the same as the length of the magnet 1 in the axial direction, that is, the thickness of the disk shape.
[0031]
Reference numeral 4 denotes a cylindrical second coil, which is wound around a second bobbin 5 made of an insulating material. The second coil 4 is arranged at a position overlapping with the axis parallel to the inner side of the inner peripheral surface of the magnet 1. The length of the second coil 4 in the axial direction is substantially the same as the length of the magnet 1 in the axial direction, that is, the thickness of the disk shape.
[0032]
The rib 5a of the bobbin 5 regulates the position of the 1e surface of the magnet 1, and the second magnetic pole portions 7a, 7b, 7c, 7d, 7e of the first stator 7 and the magnetic pole of the third stator 9 are used. A predetermined distance is secured between the portions 9a, 9b, 9c, 9d, 9e and the magnet 1.
[0033]
A first stator 7 made of a soft magnetic material has first magnetic pole portions 7a, 7b, 7c, 7d, and 7e excited by energization of the first coil 2, and has magnetic pole portions 7a, 7b, and 7c. , 7d, 7e are composed of comb-shaped teeth facing the plane 1e perpendicular to the axial direction of the disk-shaped magnet 1 with a predetermined gap and extending in the radial direction of the magnet and in the inner diameter direction. ing. The magnetic pole part of the first stator 7 is constituted by a plurality of teeth whose tip part extends in the radial direction of the magnet, that is, a comb tooth shape. The number of teeth extending is the number of magnetization divisions of the magnet 1. 1/2 of n are formed, and they are equally divided by 720 / n degrees (72 degrees in this embodiment) (five in this embodiment). By energizing the coils, the magnetic pole portions 7a, 7b, 7c, 7d, and 7e are all excited to have the same polarity.
[0034]
A second stator 8 made of a soft magnetic material has second magnetic pole portions 8a, 8b, 8c, 8d, and 8e excited by energization of the first coil 2, and has magnetic pole portions 8a, 8b, and 8c. , 8d, 8e are composed of comb-shaped teeth facing the plane 1f perpendicular to the axial direction of the disk-shaped magnet 1 with a predetermined gap and extending in the radial direction of the magnet and in the inner diameter direction. Yes. The magnetic pole part of the second stator 8 is constituted by a plurality of teeth whose tip part extends in the radial direction of the magnet, that is, a comb tooth shape. The number of teeth extending is the number of magnetized divisions of the magnet 1. 1/2 of n are formed, and they are equally divided by 720 / n degrees (72 degrees in this embodiment) (five in this embodiment).
[0035]
The magnetic pole portions 8a, 8b, 8c, 8d, and 8e of the second stator are formed so as to face the first magnetic pole portions 7a, 7b, 7c, 7d, and 7e of the first stator 7 with the magnet 1 interposed therebetween. .
[0036]
The first stator 7 and the second stator 8 are magnetically coupled at a position opposite to the magnetic pole part, that is, at a part 7f and a part 8f covering the outer diameter of the first coil. The first coil 2, the first stator 7, and the second stator 8 constitute a magnetic circuit.
[0037]
By energizing the first coil 2, the magnetic pole portions 8 a, 8 b, 8 c, 8 d, 8 e are all excited so as to have the same polarity. However, the magnetic pole portions 7a, 7b, 7c, 7d, and 7e of the first stator 7 and the magnetic pole portions 8a, 8b, 8c, 8d, and 8e of the second stator 8 are excited to have different polarities.
[0038]
With this configuration, the magnetic pole can be formed while minimizing the thickness of the step motor. In other words, if the magnetic pole part is formed with irregularities extending in parallel with the axial direction, the step motor becomes thicker accordingly, but in this embodiment the magnetic pole part is formed with a comb-teeth shape extending in the radial direction. The dimension or thickness in the direction parallel to the motor shaft can be minimized.
[0039]
Reference numeral 9 denotes a third stator made of a soft magnetic material, which has third magnetic pole portions 9a, 9b, 9c, 9d, and 9e excited by energization of the second coil 4, and the magnetic pole portions 9a, 9b, and 9c. , 9d, 9e are composed of comb-shaped teeth facing the plane 1e perpendicular to the axial direction of the disk-shaped magnet 1 with a predetermined gap and extending in the radial direction of the magnet and extending in the outer diameter direction. ing. The magnetic pole part of the third stator 9 is constituted by a plurality of teeth whose tip part extends in the radial direction of the magnet, that is, a comb tooth shape. The number of extending teeth is the number of magnetization divisions of the magnet 1. 1/2 of n are formed, and they are equally divided by 720 / n degrees (72 degrees in this embodiment) (five in this embodiment). By energizing the coils, the magnetic pole portions 9a, 9b, 9c, 9d, and 9e are all excited to have the same polarity.
[0040]
A fourth stator 10 made of a soft magnetic material has fourth magnetic pole portions 10a, 10b, 10c, 10d, and 10e excited by energization of the second coil 4, and the magnetic pole portions 10a, 10b, and 10c. , 10d, 10e are composed of comb-shaped teeth facing the plane 1f perpendicular to the axial direction of the disk-shaped magnet 1 with a predetermined gap and extending in the radial direction of the magnet. The magnetic pole portion of the fourth stator 10 is constituted by a plurality of teeth whose tip portions extend in the radial direction of the magnet, that is, a comb tooth shape. The number of the extending teeth is the number of magnetized divisions of the magnet 1. 1/2 of n are formed, and they are equally divided by 720 / n degrees (72 degrees in this embodiment) (five in this embodiment).
[0041]
The magnetic pole portions 10a, 10b, 10c, 10d, and 10e of the fourth stator are formed so as to face the third magnetic pole portions 9a, 9b, 9c, 9d, and 9e of the third stator 9 with the magnet 1 interposed therebetween. .
[0042]
The third stator 9 and the fourth stator 10 are magnetically coupled at a position opposite to the magnetic pole portion, that is, at a portion 9f and a portion 10f that cover the inner diameter of the second coil. The second coil 4, the third stator 9, and the fourth stator 10 constitute a magnetic circuit.
[0043]
By energizing the second coil 4, the magnetic pole portions 10a, 10b, 10c, 10d, and 10e of the fourth stator 10 are all excited to have the same polarity. However, the magnetic pole portions 9a, 9b, 9c, 9d, 9e of the third stator 9 and the magnetic pole portions 10a, 10b, 10c, 10d, 10e of the fourth stator 10 are excited to have different polarities.
[0044]
With this configuration, the magnetic pole can be formed while minimizing the thickness of the step motor. In other words, if the magnetic pole part is formed with irregularities extending in parallel with the axial direction, the step motor becomes thicker accordingly, but in this embodiment the magnetic pole part is formed with a comb-teeth shape extending in the radial direction. The dimension or thickness in the direction parallel to the motor shaft can be minimized.
[0045]
The positions where the first magnetic pole portions 7a, 7b, 7c, 7d, and 7e of the first stator 7 face the magnet 1 are the third magnetic pole portions 9a, 9b, 9c, 9d, and 9e of the third stator 9. Is the outer peripheral surface side of the magnet with respect to the position facing the magnet 1, and the distance from the center of rotation of the position on the magnet to which the electromagnetic force generated by exciting the first magnetic pole is applied is R1. When the distance from the center of rotation of the position on the magnet where the electromagnetic force generated by exciting the third magnetic pole part acts is R2, R1> R2. When the first magnetic pole part is the area S1 facing the disk-shaped magnet and the third magnetic pole part is the facing area S2 of the disk-shaped magnet, S1 <S2. According to this, the electromagnetic force generated by exciting the third magnetic pole portion is larger than the electromagnetic force generated by exciting the first magnetic pole portion, and (electromagnetic force) × (electromagnetic force is The value of the acting radius), that is, the rotational torque, is the same when generated by exciting the first magnetic pole part and when generated by exciting the third magnetic pole part, and stepping with good positioning performance. Become a motor.
[0046]
The phase at which the first magnetic pole portion faces the magnetized surface of the magnet 1 and the phase at which the third magnetic pole portion faces the magnetized surface of the magnet 1 are shifted by (180 / N) degrees, that is, 18 degrees in this embodiment. It is configured.
[0047]
Reference numeral 6 denotes a fitting ring, which is fixed to the fourth stator, and the sliding surface 6a is rotatably fitted to the inner peripheral surface portion 1a of the magnet 1. The rib 6b regulates the position of the 1f surface of the magnet 1, and the second magnetic pole portions 8a, 8b, 8c, 8d, 8e of the second stator 8 and the magnetic pole portion 10a of the fourth stator 10 are arranged. , 10b, 10c, 10d, 10e and the magnet 1 are secured by a predetermined amount.
[0048]
Reference numeral 11 denotes a base made of a non-magnetic material, which fixes the second stator 8 and the fourth stator 10 while magnetically separating them.
[0049]
Next, the operation of the step motor according to the embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows that the first magnetic pole portions 7a, 7b, 7c, 7d, and 7e of the first stator 7 are N poles, and the second magnetic pole portions 8a, 8b, 8c, 8d, and 8e of the second stator 8 are The third magnetic pole portion 9a, 9b, 9c, 9d, 9e of the third stator 9 is the S pole, and the fourth magnetic pole portion 10a, 10b, 10c, 10d, 10e of the fourth stator 10 is the S pole. A state in which the first coil 2 and the second coil 4 are energized and excited so as to have the N pole is shown.
[0050]
From the state of FIG. 3, the energization of the first coil 2 remains unchanged, the energization direction to the second coil 4 is switched, and the third magnetic pole portions 9 a, 9 b, 9 c, 9 d, and 9 e of the third stator 9 are switched. The fourth magnetic pole portions 10a, 10b, 10c, 10d, and 10e of the N pole and the fourth stator 10 are excited so as to be the S pole. As a result, the magnet 1 rotates counterclockwise by 18 degrees and enters the state shown in FIG.
[0051]
Next, the energization to the first coil 2 is reversed so that the first magnetic pole portions 7 a, 7 b, 7 c, 7 d, and 7 e of the first stator 7 are the S poles, and the second stator 8 The magnetic pole portions 8a, 8b, 8c, 8d, and 8e are excited so as to have N poles. As a result, the magnet 1 further rotates 18 degrees counterclockwise, and the state shown in FIG. 5 is obtained.
[0052]
Next, the energization to the second coil 4 is reversed so that the third magnetic pole portions 9 a, 9 b, 9 c, 9 d, and 9 e of the third stator 9 become S poles, and the fourth stator 10 The magnetic pole portions 10a, 10b, 10c, 10d, and 10e are excited so as to have N poles. As a result, the magnet 1 further rotates by 18 degrees counterclockwise, and the state shown in FIG. 6 is obtained.
[0053]
Thereafter, by sequentially switching the energization directions to the first coil 2 and the second coil 4 in this way, the magnet 1 serving as the rotor rotates to a position corresponding to the energization phase.
[0054]
The second magnetic pole portions 8a, 8b, 8c, 8d, and 8e of the second stator 8 and the fourth magnetic pole portions 10a, 10b, 10c, 10d, and 10e of the fourth stator 10 are opposed to each other. The surface 1f of the magnet 1 having a shape is not necessarily magnetized.
[0055]
However, if the surface 1f of the disk-shaped magnet 1 is divided and magnetized with the opposite polarity to the 1e surface, the output is further increased.
[0056]
Here, it will be described that the step motor having such a configuration is optimal for achieving high output and ultra miniaturization.
The basic configuration of the actuator of this embodiment will be described.
First, the magnet is formed in a hollow disk shape.
Second, the surface perpendicular to the virtual axis at the center of rotation of the magnet is divided into angular directions centered on the virtual axis and magnetized alternately in different poles.
Thirdly, the coils are arranged coaxially so as to overlap each other on the outer side of the outer peripheral surface and the inner side of the inner peripheral surface and in the axial direction.
Fourthly, the first magnetic pole, the second magnetic pole, the third magnetic pole, and the fourth magnetic pole excited by these coils are respectively opposed to a plane perpendicular to the axial direction of the disk-shaped magnet, that is, a disk-shaped plane. That.
Fifth, the first magnetic pole portion is constituted by comb teeth extending in the radial direction.
The dimension or thickness of the actuator in the axial direction only needs to be large enough to make the magnetic pole of the stator face the thickness of the disk-shaped magnet. Therefore, the thickness of the actuator is the thickness of the magnet or coil. Therefore, if the diameter and height of the magnet and the coil are made very small, the actuator can be made very small.
In addition, the magnetic flux generated by energizing the coil 2 acts effectively because it crosses the magnet between the first magnetic pole part and the second magnetic pole part.
[0057]
Since the first magnetic pole part, the second magnetic pole part, the third magnetic pole part, and the fourth magnetic pole part are configured by a comb tooth shape extending in the radial direction, the first magnetic pole part, the second magnetic pole part, and the fourth magnetic pole part are configured by unevenness in the axial direction. In comparison, the dimension in the axial direction can be reduced. Thereby, it can be set as a very thin disk-shaped actuator.
[0058]
If an opening is provided at the center of the base 11 and is connected to the magnet 1 to open and close shutter blades (not shown), a shutter device that controls the amount of light passing through the opening of the base 11 can be obtained. In addition, the dimension in the direction parallel to the optical axis of the shutter device at that time, that is, the dimension in the thickness direction, is the first magnetic pole portion 7a, 7b, 7c, 7d, 7e of the first stator 7 or the third stator 9. 3 magnetic pole portions 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, the thickness of the magnet 1, and the second magnetic pole portions 8a, 8b, 8c, 8d, 8e of the second stator 8 or the fourth of the fourth stator 10. The magnetic pole portions 10a, 10b, 10c, 10d, and 10e can be very small, and other structures can be arranged close to the shutter device.
[0059]
As described above, it is possible to provide a small step motor that is effective when applied to a shutter device and has a high output and is inexpensive.
[0060]
(Second embodiment)
FIG. 7 is a view showing the second embodiment, in which the base is eliminated and the second stator and the fourth stator in the first embodiment are formed of the same member. Reference numeral 12 denotes a fifth stator made of a soft magnetic material. The second magnetic pole portions 15a, 15b, 15c, 15d, and 15e and the fourth magnetic pole portions 15f, 15g, 15h, and the flat shape are formed in flat plate shapes by notches. 15i and 15j are formed. Also in this case, the dimension in the axial direction can be made smaller than that in which the magnetic pole is constituted by unevenness in the axial direction.
[0061]
The second magnetic pole portions 15a, 15b, 15c, 15d, and 15e of the fifth stator 15 are opposed to the first magnetic pole portions 7a, 7b, 7c, 7d, and 7e of the first stator 7 with the magnet 1 interposed therebetween. The fourth magnetic pole portions 1f, 15g, 15h, 15i, 15j of the fifth stator are formed on the third magnetic pole portions 9a, 9b, 9c of the third stator 9 with the magnet 1 interposed therebetween. , 9d and 9e. Further, the first stator 7 and the fifth stator 15 are magnetically coupled at a position opposite to the magnetic pole part, that is, at a part 7f and a part 15k covering the outer diameter of the first coil 2. Further, the third stator 9 and the fifth stator 15 are magnetically coupled at a position opposite to the magnetic pole portion, that is, at a portion 9f and a portion 15m covering the inner diameter of the second coil 4.
[0062]
In order to minimize the passage of magnetic flux between the second magnetic pole portions 15a, 15b, 15c, 15d and 15e of the fifth stator 15 and the fourth magnetic pole portions 15f, 15g, 15h, 15i and 15j, The connection shape between the second magnetic pole portions 15a, 15b, 15c, 15d, and 15e and the fourth magnetic pole portions 15f, 15g, 15h, 15i, and 15j is made as thin as possible to increase the magnetic resistance therebetween.
[0063]
According to this, while obtaining the same effect as the first embodiment, the base becomes unnecessary, so that the step motor can be made thinner and less expensive.
[0064]
(Third embodiment)
FIG. 8 is a diagram showing a third embodiment, in which the base is abolished, the second stator and the fourth stator in the first embodiment are formed of the same member, and the second magnetic pole portion and the fourth magnetic pole portion are further formed. It does not have a shape by notches, but has a simple flat plate shape. Reference numeral 16 denotes a sixth stator made of a soft magnetic material.
[0065]
Since the first magnetic pole portions 7a, 7b, 7c, 7d, and 7e of the first stator 7 are configured in the above-described comb shape, the first magnetic pole portions 7a, 7b, The magnetic flux passing between 7c, 7d, 7e and the sixth stator 16 is generated between the first magnetic pole portions 7a, 7b, 7c, 7d, 7e of the comb-shaped first stator 7 and the first stator 7. The first magnetic pole portions 7 a, 7 b, 7 c, 7 d, and 7 e pass between positions projected onto the flat plate shape of the sixth stator 16. Therefore, the shape of the sixth stator 16, which is another magnetic pole facing the first magnetic pole portions 7a, 7b, 7c, 7d, 7e of the first stator 7, may be merely a flat plate shape.
[0066]
Similarly, since the third magnetic pole portions 9a, 9b, 9c, 9d, 9e of the third stator 9 are configured in the above-described comb shape, the third magnetic pole portion of the third stator 9 is used. The magnetic flux passing between 9a, 9b, 9c, 9d, 9e and the sixth stator 16 is the third magnetic pole portion 9a, 9b, 9c, 9d, 9e of the comb-shaped third stator 9 and the third stator 16 The third magnetic pole portions 9 a, 9 b, 9 c, 9 d, and 9 e of the third stator 9 pass between positions projected onto the flat plate shape of the sixth stator 16. Therefore, the shape of the sixth stator 16, which is another magnetic pole facing the third magnetic pole portions 9a, 9b, 9c, 9d, 9e of the third stator 9, may be merely a flat plate shape.
According to this, the sixth stator is easier to manufacture than the first and second embodiments, and the cost is further reduced.
[0067]
【The invention's effect】
  As explained above, according to the first invention of the present application,steppingThe axial length of the motor is determined by the thickness of the disk-shaped magnet and the magnetic pole part facing the thickness direction.steppingThe dimensions in the direction parallel to the motor axis can be very small. The magnetic flux generated by the first coil is the first magnetic pole.PartAnd second magnetic polePartIt works effectively because it crosses the magnet in between. The magnetic flux generated by the second coil is the third magnetic pole.PartAnd the fourth magnetic polePartSince it crosses the magnet in between, it works effectively and can be a high output motor.The first magnetic pole part and the third magnetic pole part are made of different members, and the second magnetic pole part and the fourth magnetic pole part are made of the same member. In this way, the efficiency of the magnetic circuit is not lowered by making only one magnetic pole part separate, and the other magnetic pole part is integrated and also serves as a base part, thereby eliminating the need for a base member and a thin motor. Is obtained.
[0069]
  In addition, no.2According to the invention, the position where the first magnetic pole portion faces the magnet is on the outer peripheral surface side with respect to the position where the third magnetic pole portion faces the magnet, and the first magnetic pole portion is When the area facing the magnet is S1, and the area where the third magnetic pole portion faces the magnet is S2, S1 <S2. The distance from the rotation center of the position on the magnet where the electromagnetic force generated by exciting the first magnetic pole portion acts is R1, and the electromagnetic force generated by exciting the third magnetic pole portion acts. If the distance from the center of rotation of the position on the magnet to be rotated is R2, there is a relationship of R1> R2. Therefore, by setting S1 and S2 to a relationship of S1 <S2, the first magnetic pole part is excited. The rotational torque generated in step 3 and the rotational torque generated by exciting the third magnetic pole portion are substantially the same, and a stepping motor with good positioning performance can be obtained.
[0070]
  In addition, no.3According to the invention, the first magnetic pole part or the third magnetic pole part is opposed to a plane orthogonal to the central axis direction of the magnet with a predetermined gap, and a plurality of combs extending in the radial direction of the magnet. Since it is constituted by tooth-shaped teeth, the dimension in the direction parallel to the axis of the stepping motor can be made smaller than that in which the magnetic pole part is constituted by irregularities in the magnetized surface direction of the magnet.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a stepping motor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an axial sectional view of the stepping motor shown in FIG. 1 in an assembled state.
FIG. 3 is an explanatory view of a rotation operation of a magnet of a step motor.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a rotation operation of a magnet of a step motor.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a rotation operation of a magnet of a step motor.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a rotation operation of a magnet of a step motor.
FIG. 7 is a perspective view of a second embodiment according to the present invention.
FIG. 8 is a perspective view of a third embodiment according to the present invention.
FIG. 9 is a sectional view of a conventional step motor.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state of a stator of a conventional step motor.
FIG. 11 is a perspective view showing an example of a conventional brushless motor.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of a conventional brushless motor.
[Explanation of symbols]
1 ・・・ Magnet
1e ・・・ Magnetized part
2 ... 1st coil
3 ... Bobbin
4 ... Second coil
5 ... Bobbins
6 ... Mating ring
7... First stator
7a, 7b, 7c, 7d, 7e ... 1st magnetic pole part
8... Second stator
8a, 8b, 8c, 8d, 8e ... 2nd magnetic pole part
9... Third stator
9a, 9b, 9c, 9d, 9e ... 3rd magnetic pole part
10 ··· Fourth stator
10a, 10b, 10c, 10d, 10e ... 4th magnetic pole part
11 .... Base
15 ... Fifth stator
16 ... Sixth stator

Claims

It is formed in a hollow disk shape and includes a plane orthogonal to the central axis, an outer peripheral surface, and an inner peripheral surface, and is held rotatably about the central axis as a rotation center, and at least one orthogonal to the central axis A magnet whose plane is divided into angular directions and alternately magnetized to different poles;
A first coil coaxially disposed outside the outer peripheral surface of the magnet, a second coil coaxially disposed inside the inner peripheral surface of the magnet,
A first magnetic pole portion opposed to one plane orthogonal to the central axis of the magnet and excited by the first coil;
A second magnetic pole portion opposed to the other plane perpendicular to the central axis of the magnet and excited by the first coil;
A third magnetic pole portion opposed to one plane perpendicular to the central axis of the magnet and excited by the second coil;
A fourth magnetic pole portion opposed to the other plane perpendicular to the central axis of the magnet and excited by the second coil ,
The stepping motor wherein the first magnetic pole part and the third magnetic pole part are made of different members, and the second magnetic pole part and the fourth magnetic pole part are made of the same member .

The position where the first magnetic pole part faces the magnet is on the outer peripheral surface side with respect to the position where the third magnetic pole part faces the magnet, and the area where the first magnetic pole part faces the magnet. The stepping motor according to claim 1, wherein S1 <S2 where S1 is an area where the third magnetic pole portion faces the magnet and S2.

The first magnetic pole part or the third magnetic pole part is configured by a plurality of comb-like shapes that face a plane perpendicular to the central axis direction of the magnet with a predetermined gap and extend in the radial direction of the magnet. stepping motor according to claim 1 or 2, characterized in that.