駆動装置
【課題】構造が簡易であって製造工程の合理化を図ることができ、また、鉄損に起因したエネルギー効率の低下を防ぐことができ、さらには装置全体の更なる小型化を図ることが可能な駆動装置を提供する。
【解決手段】周方向にＮ極とＳ極とが相互に着磁された永久磁石１１を有する回転子２０と、回転子２０を軸支する軸受部１３ｃを有するとともにコイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'を保持するコイル枠（１３ａ及び１３ｂ）と、を備え、コイルは、回転子２０の軸方向端面の少なくとも一部を覆うように巻回されるとともに、回転子２０の周方向に複数配設されている。
【解決手段】周方向にＮ極とＳ極とが相互に着磁された永久磁石１１を有する回転子２０と、回転子２０を軸支する軸受部１３ｃを有するとともにコイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'を保持するコイル枠（１３ａ及び１３ｂ）と、を備え、コイルは、回転子２０の軸方向端面の少なくとも一部を覆うように巻回されるとともに、回転子２０の周方向に複数配設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばレンズ駆動装置など、各種機器に組み込まれて駆動源として利用される駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種機器のサーボ機構に組み込まれている代表的なモータとして、ステッピングモータがある。このステッピングモータの構造としては、ロータ（回転子）に円筒状の永久磁石を用いたＰＭ（パーマネントマグネット）型ステッピングモータが代表的である（図１３参照）。
【０００３】
図１３は、一般的なＰＭ型ステッピングモータ１００の構造を示す図である。
【０００４】
図１３（ａ）において、多極着磁された円筒状の磁石（永久磁石）１０１の中心に軸１０２を取り付けたロータと、Ａ相ステータ１０３ａとＢ相ステータ１０３ｂに分割されたステータと、から構成される。
【０００５】
永久磁石１０１には、図１３（ｂ）に示すように、その円周面にＮ極とＳ極が一定のピッチで着磁されている。Ａ相ステータ１０３ａとＢ相ステータ１０３ｂは、内周面に一定のピッチで配列された極歯１０４を有するヨーク１０５と、このヨーク１０５に巻かれた励磁コイル１０６と、から構成されている。なお、Ａ相ステータ１０３ａとＢ相ステータ１０３ｂとは、それぞれの極歯１０４の配列が電気角で９０°の位相差になるように位置決めされ、一体化されている。
【０００６】
このような構成からなるＰＭ型ステッピングモータ１００において、励磁コイル１０６ａ，１０６ｂに各々電流を流し、極歯１０４にヘテロポーラ磁界を生成するとともに、その電流を適宜切り替えることによって、一定のステップ角でロータを回転させることができる。このようなＰＭ型ステッピングモータ１００は、例えば、カメラ付き携帯電話機に搭載される薄型カメラのレンズ駆動装置として利用されている（例えば特許文献１参照）。なお、その他プリンター等の様々な機器に利用されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３１７８６４号公報（［００２２］〜［００２６］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１３（ａ）に示すように、一般的なＰＭ型ステッピングモータは構造が非常に複雑で、製造工程の合理化を図るのが難しい。例えば、極歯１０４は、所定の板厚を有する磁性体金属板（ヨーク１０５）に、内周縁が凹凸状となるような孔を精度良く穿設し、その凹凸状の部分を高精度に起立形成することによって製造される。そして、Ａ相ステータ１０３ａ及びＢ相ステータ１０３ｂのそれぞれにおいて、上下の極歯１０４が噛み合うようにして高精度に組み合わされる。このように、極歯１０４だけをみても、構造の複雑さに起因して製造工程が煩雑となっている。なお、マグネットを高精度に多極着磁させる工程も煩雑である。
【０００９】
また、図１３（ａ）に示すＰＭ型ステッピングモータ１００は、極歯１０４やヨーク１０５などの磁性体によって磁気回路が形成されることから、鉄損が生じることは避けられず、エネルギー効率の低下を防ぐことが難しい。さらには、磁気回路上の制約から、極歯１０４の大きさや永久磁石１０１の磁極の大きさには制限があり、ある限界以上の小型化を図るのは困難である。
【００１０】
そこで、本発明者は、各種機器に組み込まれて駆動源として利用される駆動装置において、構造の簡易化，エネルギー効率の向上，装置全体の更なる小型化等を鋭意検討した結果、本発明を着想するに至った。
【００１１】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造が簡易であって製造工程の合理化を図ることができ、また、鉄損に起因したエネルギー効率の低下を防ぐことができ、さらには装置全体の更なる小型化を図ることが可能な駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上のような課題を解決するために、本発明は、以下のものを提供する。
【００１３】
（１） ラジアル方向に異極着磁された永久磁石を有する回転子と、前記回転子を軸支する軸受部を有するとともにコイルを保持するコイル枠と、を備え、前記コイルは、前記回転子の軸方向端面の少なくとも一部を覆うように巻回されるとともに、前記回転子の周方向に複数配設されていることを特徴とする駆動装置。
【００１４】
本発明によれば、ラジアル方向に異極（Ｎ極とＳ極）が着磁された永久磁石を有する回転子と、その回転子の軸を支えるとともにコイルを保持するコイル枠と、を備えた駆動装置で、コイルを、回転子の軸方向端面の少なくとも一部を覆うように巻回するとともに、回転子の周方向に複数配設することとしたので、構造の簡易化を実現できる。
【００１５】
すなわち、従来のＰＭ型ステッピングモータ１００（図１３（ａ）参照）では、磁性体金属板（ヨーク１０５）や、これに起立形成された極歯（１０４）など、数多くの様々な高精度の部材が必要になることから、製造工程が煩雑となる傾向があった。しかし、本発明によれば、回転子とコイル枠と複数のコイルとの３部材を組み合わせ、複数のコイルに所定の電流（例えば矩形状のパルス電流）を流すだけで、一定のステップ角で永久磁石（回転子）を回転させることができる。従って、駆動装置の構造を簡易化することができ、ひいては製造工程の合理化に資することができる。なお、構造の簡易化によって、部品点数を少なくすることができれば、製造コストを廉価に抑えることができ、また、駆動装置の信頼性を高める（故障確率を下げる）ことができる。
【００１６】
また、本発明は、上述のとおり、回転子とコイル枠と複数のコイルとの３部材を組み合わせて構成されるものであり、極歯１０４やヨーク１０５（図１３（ａ）参照）などの磁性体を特に必要としない。従って、鉄損がなく、エネルギー効率を向上させることができる。なお、極歯１０４やヨーク１０５などの磁性体を特に必要としないことによって、デテントトルクの発生を防いだり、イナーシャを低下させたりすることも可能である。
【００１７】
さらに、本発明は、上述のとおり、コイルが回転子の軸方向端面の少なくとも一部を覆うように巻回されていることから、ラジアル方向の装置サイズを小さくすることができる。従って、装置全体の更なる小型化を図ることができる。
【００１８】
ここで、コイルを保持する「コイル枠」は、回転子を軸支する「軸受部」を有しているが、これは、コイル枠自体に軸受部が一体的に形成されている構造であってもよいし、別途製造された軸受部をコイル枠が保持する構造であってもよい。
【００１９】
また、「回転子の周方向に複数配設されている」コイルの数の如何は問わない。例えば、回転子の周方向に９０°の間隔を空けつつコイルを４個配設してもよいし、回転子の周方向に１２０°又は６０°の間隔を空けつつコイルを６個配設してもよい。配設するコイルの数を増やせば増やすほど、ステップ角を小さくすることができ、ひいては回転子の高精度な制御が可能になる。なお、コイルに流す電流は、互いに別途独立な電流を流してもよいし、プログラム制御のし易さを考慮して、いくつかのコイルを接続し、複数のコイルに同じ電流を流してもよい。
【００２０】
なお、本発明は、コイルが回転子の軸方向端面の「少なくとも一部」を覆うように巻回されているものであればよく、例えば、コイルが回転子の軸方向端面の「全て」を覆うように巻回されていても構わない。この場合、コイルの一部は回転子の軸よりも軸方向外側に巻回されることになる。
【００２１】
（２） 前記コイルは、ラジアル方向に前記回転子の軸が介在しうるように分割して配設されているとともに、分割された両コイルは直列接続され、分割された両コイルで生成される磁界の方向を同じ方向に揃うように結線されていることを特徴とする（１）記載の駆動装置。
【００２２】
本発明によれば、上述したコイルを、ラジアル方向に回転子の軸が介在しうるように分割して配設し、分割された両コイルを直列接続すること、かつ、発生する磁束の向きが同方向となるように結線することによって、永久磁石を通過する磁束の量を増やすことができ、ひいてはトルクを向上させることができる。
【００２３】
なお、コイルを、回転子の軸が介在しうるように２個に分割して配設することによって、回転子の軸とコイルが接触するのを防ぐことができる。また、分割された両コイルには同じ電流が流れることになるため、各コイルに別途独立な電流を流す場合よりもプログラム制御がし易くなる。
【００２４】
（３） 前記コイルは、ラジアル方向に前記回転子の軸が介在しうるように分割して配設されているとともに、分割された両コイルは並列接続されていることを特徴とする（１）記載の駆動装置。
【００２５】
本発明によれば、上述したコイルを、ラジアル方向に回転子の軸が介在しうるように分割して配設し、分割された両コイルを並列接続することとしたので、駆動装置の信頼性を高めることができる。すなわち、分割された両コイルが直列接続されていた場合には、半田付け等の接続箇所が全部で６点になる一方、分割された両コイルが並列接続されていた場合には、半田付け等の接続箇所が全部で４点になるため、半田付け等の接続箇所における接触不良に起因した故障率を下げることができ、ひいては駆動装置の信頼性を高めることができる。また、例えば分割されたコイルのいずれか一方が断線した場合、永久磁石を通過する磁束の量は半減するものの、完全に動かなくなる、という最悪の事態を防止することができる。
【００２６】
（４） 前記回転子のラジアル方向外側には、磁性体からなるケース体が設けられていることを特徴とする（１）から（３）のいずれか記載の駆動装置。
【００２７】
本発明によれば、回転子のラジアル方向外側には、磁性体からなるケース体が設けられていることとしたので、回転子の停止位置を制御することができる。すなわち、回転子を覆うケース体を磁性体からなるものとしておけば、回転子が停止したとき、永久磁石と、これに近接するケース体との間に磁気的吸引力が働く。そして、この磁気的吸引力によって回転子の停止位置を制御することができる。また、一旦停止した回転子が、振動等の外乱によって動くのを防止することができる。
【００２８】
なお、ケース体を磁性体ではなく、非磁性体からなるものとした場合、回転子の停止位置を制御したり、回転子の停止位置を保持したりすることはできないが、コギングトルクの発生を防ぐことが可能になるため、滑らかな回転を得ることができる。
【００２９】
（５） 前記ケース体は、断面が多角形からなっていることを特徴とする（４）記載の駆動装置。
【００３０】
本発明によれば、上述したケース体を、断面が多角形からなっていることとしたので、回転子の停止位置をより高精度に制御することができる。すなわち、上述した永久磁石とケース体との間に働く磁気的吸引力は、断面が多角形からなるケース体の各辺において生じるので、辺の数を増やすことで、回転子の停止位置をより高精度に制御することができる。
【００３１】
（６） 前記ケース体は、断面が２ｎ（ｎは２以上）の辺を有する多角形であり、対向する前記コイルには、同じ方向に電流を流すようにしたことを特徴とする（５）記載の駆動装置。
【００３２】
本発明によれば、上述したケース体は、断面が２ｎ（ｎは２以上）の辺を有する多角形であって、対向するコイルには同じ方向の磁束を生成するように電流を流すので、回転子の停止位置をより高精度に制御しつつ、トルクの向上に寄与することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る駆動装置によれば、構造の簡易化を実現できるとともに、エネルギー効率の向上に寄与することができる。そして、ラジアル方向の装置サイズを小さくして、装置全体の小型化を更なる図ることができる。また、部品点数が少ないので、製造コストを抑えたり、駆動装置の信頼性を高めたりすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
［機械構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置１０の外観構成を示す図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１に示す駆動装置１０において、それぞれＡ−Ａ'及びＢ−Ｂ'で切断したときの断面図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置１０を分解したときの分解斜視図である。
【００３６】
図１〜図３において、駆動装置１０は、ラジアル方向に異極（Ｎ極とＳ極との２極）着磁された永久磁石１１と、軸１２と、から構成される回転子２０と、この回転子２０を軸支する軸受部１３ｃを有するコイル枠１３と、を有している。コイル枠１３は、上コイル枠１３ａと下コイル枠１３ｂとから構成され、下コイル枠１３ｂの中央部には、軸受部１３ｃが形成されている。なお、本実施形態では、軸受部１３ｃと下コイル枠１３ｂとを一体形成しているが、下コイル枠１３ｂに、別途製造した軸受部１３ｃを保持させるような構成としてもよい。また、上コイル枠１３ａの中央部には軸孔１３ｄが形成されており、この軸孔１３ｄを軸１２が貫通している。
【００３７】
上コイル枠１３ａの上端面には、平坦面１３ｅと、この平坦面１３ｅから所定の高さだけ突出した凸部の上端面である段面１３ｆと、この断面１３ｆから更に所定の高さだけ突出し、軸孔１３ｄが形成された軸孔面と、が形成されている。そして、上コイル枠１３ａの平坦面１３ｅによって、コイル１４ｂ及びコイル１４ｂ'が保持され、これらのコイル１４ｂ，１４ｂ'と上コイル枠１３ａの断面１３ｆによって、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'が保持されている。
【００３８】
すなわち、上コイル枠１３ａの平坦面１３ｅに保持されたコイル１４ｂ及びコイル１４ｂ'は、それぞれ永久磁石１１の軸方向端面（例えば上端面１１ａ）の一部を覆うように巻回されている。また、コイル１４ｂ，１４ｂ'と上コイル枠１３ａの断面１３ｆによって保持され、コイル１４ｂ，１４ｂ'に対して９０°ずれた位置（図３参照）に位置決めされたコイル１４ａ及びコイル１４ａ'は、コイル１４ｂ，１４ｂ'の巻回方向とは直交する方向に巻回されるとともに、それぞれ永久磁石１１の軸方向端面（例えば図３に示す軸方向上端面１１ａ）の一部を覆うように巻回されている。
【００３９】
コイル１４ｂとコイル１４ｂ'は、ラジアル方向に回転子２０の軸１２が介在しうるように分割して配設されており、両コイルは直列接続されている。また、コイル１４ａとコイル１４ａ'も、ラジアル方向に回転子２０の軸１２が介在しうるように分割して配設されており、両コイルは直列接続されている。
【００４０】
コイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'の外側（すなわち回転子２０のラジアル方向外側）には、磁性体からなるケース体１５が設けられている。ケース体は、直方体の形状をしており（上端面は省略）、その横断面の形状は、例えば外寸法で一辺が４．６ｍｍ四方の正方形となっている。
【００４１】
次に、駆動装置１０の組み立て方法について、図３に示す分解斜視図を用いて説明する。図３において、まず、軸１２に永久磁石１１を固着する。そして、軸１２の下端が下コイル枠１３ｂに形成された軸受部１３ｃを貫通するように（孔を塞いで当接するようにしてもよい）、軸１２の上端が上コイル枠１３ａに形成された軸孔１３ｄを貫通するように、上コイル枠１３ａと下コイル枠１３ｂとを取り付ける。このとき、上コイル枠１３ａと下コイル枠１３ｂとを固着してもよいし、嵌着してもよいし、係合してもよいが、コイル１４ｂ，１４ｂ'を嵌め込んだときに固定することができるので、単に永久磁石１１を挟んだ状態で取り付ければ足りる。なお、本実施形態では、軸１２は滑面性の材質のものを使用している。また、軸孔１３ｄの延長部分を設けずにコイル枠１３ａ及び１３ｂに軸孔１３ｄの部分までの長さを有する軸受けを嵌め込み この軸受けの外周部でコイル１４ａ,１４ａ',１４ｂ,１４ｂ'が軸１２に接触しないようにしてもよい。この場合、軸受けの材質としては表面が非電導性の軸受けや、非金属の軸受けを選択するとよい。
【００４２】
次に、コイル枠１３に、コイル１４ｂ，１４ｂ'を嵌め込む。このとき、コイル１４ｂ，１４ｂ'の内周面（のうちの上面）を、上コイル枠１３ａの平坦面１３ｅと摺接させながら、平坦面１３ｅから所定の高さだけ突出した凸部に当接するまで嵌め込む。その後、コイル枠１３に、コイル１４ａ，１４ａ'を嵌め込む。このとき、コイル１４ａ，１４ａ'の内周面（のうちの上面）を、上コイル枠１３ａの段面１３ｆと摺接させながら、断面１３ｆから所定の高さだけ突出した部分に当接するまで嵌め込む。
【００４３】
最後に、永久磁石１１と軸１２で構成された回転子２０を，コイル枠１３，及びコイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'をケース体１５に納める。そして、各コイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'の引き出し線を結線して、各コイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'とコイル枠１３及び、ケース本体１５を接着固定する。このようにして、駆動装置１０を組み立てることができる。
【００４４】
［回転動作］
図４及び図５は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置１０における回転子２０の回転動作を説明するための説明図である。特に、図４は、コイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'に印加する電圧（電圧パルス）の波形を示す波形図であって、横軸は時間、縦軸は印加電圧を示している。また、図５は、図４に示す電圧を印加したとき、実際に永久磁石１１（回転子２０）が回転している様子を示す模式図である。
【００４５】
図４において、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'には、Ｖ＋，０，Ｖ−という三種類の電圧が、それぞれ所定のタイミングで印加される（図４（ａ）参照）。また、コイル１４ｂ及びコイル１４ｂ'にも、Ｖ＋，０，Ｖ−という三種類の電圧が、それぞれ所定のタイミングで印加される（図４（ｂ）参照）。なお０は、０Ｖの励磁、即ち励磁電圧０Ｖで励磁していないのと同等である。
【００４６】
ここで、時刻ｔ１における電圧値に着目すると、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'には正の電圧Ｖ＋が印加されており、コイル１４ｂ及びコイル１４ｂ'には電圧は印加されていない（電圧値０）。そうすると、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'のみに励磁電流が流れ、上述のとおりコイル１４ａとコイル１４ａ'とは発生する磁束の向きが同方向となるように結線されているので、図５（ａ）に示すように、コイル１４ａからコイル１４ａ'の向きのみに磁界が発生する。その結果、永久磁石１１のＳ極はコイル１４ａの方に、永久磁石１１のＮ極はコイル１４ａ'の方に向いて停止する。
【００４７】
次に、時刻ｔ２における電圧値に着目すると、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'には正の電圧Ｖ＋が印加されており、コイル１４ｂ及びコイル１４ｂ'にも正の電圧Ｖ＋が印加されている。そうすると、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'と、コイル１４ｂ及びコイル１４ｂ'と、の双方に励磁電流が流れ、図５（ｂ）に示すように、コイル１４ａからコイル１４ａ'の向きに磁界が発生し、加えてコイル１４ｂからコイル１４ｂ'の向きにも磁界が発生する。その結果、合成磁界の向きは、コイル１４ａ'とコイル１４ｂ'の中間の方向（図５（ｂ）でいう右下）となり、永久磁石１１のＳ極はコイル１４ａとコイル１４ｂとの中間の方に、永久磁石１１のＮ極はコイル１４ａ'とコイル１４ｂ'との中間の方に向いて停止する。なお、合成された磁束の向きをコイル１４ａとコイル１４ｂとの中間の方に正確に向けるためには、コイル１４ａ、コイル１４ａ'とコイル１４ｂ、コイル１４ｂ'の夫々２組のコイルのアンペアターン（コイルに流れる電流値とコイル巻数の積）を等しくする必要がある。
【００４８】
以下同様にして、時刻ｔ３〜ｔ８における磁界（合成磁界）の向き及び永久磁石１１の方向を見ていくと、時刻ｔ３において永久磁石１１と磁界の向きは共に下向きとなり（図５（ｃ）参照）、時刻ｔ４において永久磁石１１と合成磁界の向きは共に左下向きとなり（図５（ｄ）参照）、時刻ｔ５において永久磁石１１と磁界の向きは共に左向きとなり（図５（ｅ）参照）、時刻ｔ６において永久磁石１１と合成磁界の向きは共に左上向きとなり（図５（ｆ）参照）、時刻ｔ７において永久磁石１１と磁界の向きは共に上向きとなり（図５（ｇ）参照）、時刻ｔ８において永久磁石１１と合成磁界の向きは共に右上向きとなる（図５（ｈ）参照）。
【００４９】
最後に、時刻ｔ９における電圧値に着目すると、時刻ｔ１における電圧値と同じになっており、時刻ｔ１〜ｔ８の時間で、永久磁石１１（回転子２０）が１回転したことが分かる。更に継続して回転させるには、上述したシーケンス制御（一般的なステッピングモータの１−２相励磁と同等である）を継続させればよい。
【００５０】
なお、図４及び図５では、回転子２０を右回りに回転させることとしたが、例えば回転子２０を左回りに回転させるためには、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'と、コイル１４ｂ及びコイル１４ｂ'と、のそれぞれに対して、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す電圧を印加すればよい（２組のコイルのどちらか一方の励磁を逆に、言い換えると、結線を逆に繋げばよい）。これにより、容易に回転方向を逆転させることができる。また、図５では、永久磁石１１が逐次停止するものとして説明したが、励磁タイミングを変化させることによって、永久磁石１１を停止させることなく連続的に回転させることができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態に係る駆動装置１０によれば、永久磁石１１及び軸１２から構成される回転子２０と、コイル枠１３と、コイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'と、の３部材を組み合わせるだけで、回転子２０を回転させることができるので、構造の簡易化を実現でき、ひいては製造工程の合理化に資することができる。また、部品点数が少ないので、製造コスト削減、信頼性向上に寄与することができる。また、従来のステッピングモータにおける極歯やヨークなどのステータコアに相当する部分がないため、鉄損の発生を防ぎ、エネルギー効率を向上させるができる。また、コイル１４ａ，１４ａ'１４ｂ，１４ｂ'は、上コイル枠１３ａにおける平坦面１３ｅと段面１３ｆ（図３参照）を覆うようにして、すなわち回転子２０の軸方向端面の一部を覆うように巻回されていることから、駆動装置１０全体の小型化を図ることができる。
【００５２】
また、本実施形態に係る駆動装置１０によれば、コイル１４ａとコイル１４ａ'、コイル１４ｂとコイル１４ｂ'、のいずれもが、ラジアル方向に回転子２０の軸１２が介在しうるように分割して配設されつつ直列接続されているので、軸１２との接触を避けた上で、永久磁石１１を通過する磁束の量を増やし、トルク向上に寄与することができる。なお、本実施形態では直列接続としたが、並列接続としても勿論構わない。この場合、半田付けの箇所を減らすとともに、いずれか一方が断線した場合であっても永久磁石１１を通過する磁束が半減するが０になるのを防ぐことができるので、トルクの低下は生じるものの完全に停止することはなく、駆動装置１０の信頼性を高めることができる。
【００５３】
さらに、駆動装置１０において、ケース体１５は磁性体により形成されているので、回転子２０の停止位置を制御することができる。この制御を、図７を用いて詳細に説明する。図７は、駆動装置１０における回転子２０の停止位置を制御する様子を説明するための説明図である。
【００５４】
図７（ａ）において、永久磁石１１が、そのＮ極が右向きに、そのＳ極が左向きに向いた状態で停止しているとき、矢印で示すような磁気的吸引力が働く。そうすると、振動等の外乱によって、永久磁石１１（回転子２０）が動くのを防止することができる。以下同様、永久磁石１１は、そのＮ極が下向きに、そのＳ極が上向きに向いた状態で停止させることもでき（図７（ｂ）参照）、そのＮ極が左向きに、そのＳ極が右向きに向いた状態で停止させることもでき（図７（ｃ）参照）、そのＮ極が上向きに、そのＳ極が下向きに向いた状態で停止させることもできる（図７（ｄ）参照）。
【００５５】
なお、本実施形態では、ケース体１５を磁性体により形成されていることとしたが、非磁性体により形成されていることとしてもよい。この場合、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示すような磁気的吸引力は働かず、コギングトルクの発生を防ぐことができる。
【００５６】
［変形例］
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置１０Ａの機械構成を示す断面図である。
【００５７】
図８において、軸１２が固着された永久磁石１１の周りには、コイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'，１４ｃ，１４ｃ'が巻回されている。すなわち、図２（ａ）ではコイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'という２組のコイルが巻回されていたが、本実施形態における駆動装置１０Ａでは、３組のコイルが巻回されている。
【００５８】
ここで、２組のコイルを巻回した駆動装置１０は、回転子２０が８ステップで１回転していたが（図５（ａ）〜図５（ｈ）参照）、３組のコイルを巻回した駆動装置１０Ａによれば、回転子２０を１２ステップで１回転させることができる。すなわち、１ステップあたりの回転角度を小さくすることができる。このように、回転子２０の周りのコイル数を増やすことによって、回転子２０のより高精度な制御が可能になる。
【００５９】
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る駆動装置１０Ｂの機械構成を示す断面図である。
【００６０】
図９において、軸１２が固着された永久磁石１１の周りには、図８と同様に、コイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'，１４ｃ，１４ｃ'が巻回されている。図８との相違点は、ケース体１５の断面が、正方形から正六角形となっていることである。
【００６１】
このように、ケース体１５の断面の辺の数を増やす（４本→６本）ことによって、永久磁石１１とケース体１５とが近接する位置を増やすことができ、回転子２０の停止位置をより高精度に制御することができる。
【００６２】
図１０は、本発明の第４の実施の形態に係る駆動装置１０Ｃの機械構成を示す断面図である。特に、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す駆動装置１０Ｃにおいて、Ｘ−Ｘ'で切断したときの断面を示している。
【００６３】
図１０において、軸１２が固着された永久磁石１１の周りには、コイル１４ａ，１４ｂが巻回されているが、両コイルは、軸１２よりも軸方向外側に巻回されている（図１０（ｂ）参照）。より具体的には、コイル１４ｂが、永久磁石１１の軸方向端面の中央部分を覆うように巻回されるとともに、コイル１４ａが、永久磁石１１との間にコイル１４ｂが介在した状態で、永久磁石１１の軸方向端面の中央部分を覆うように巻回されている。なお、軸１２に固着されたアーム２０の先には、例えばカメラ付き携帯電話機においてはシャッタや絞り板等が取り付けられる。
【００６４】
このように、コイル１４ａとコイル１４ａ'、コイル１４ｂとコイル１４ｂ'、のそれぞれを、分割せずに配設することとしてもよい。
【００６５】
なお、図１０では、コイル１４ａ及びコイル１４ｂは永久磁石１１の軸方向端面中央部分を覆うように巻回されているが、勿論、永久磁石１１の軸方向端面の全てを覆うように巻回されていてもよい。また、図１０では、コイル１４ａ及びコイル１４ｂは、ケース体１５の断面の各辺と並行になるように配設されているが、例えば、ケース体１５の断面の対角線と平行になるように、すなわち斜めになるように配設されていてもよい。
【００６６】
図１１は、本発明の第５の実施の形態に係る駆動装置１０Ｄの機械構成を示す断面図である。
【００６７】
図１１において、軸１２が固着された永久磁石１１の周りには、コイル１４ａ，１４ａ，１４ｂ，１４ｂ'が巻回されているが、このうちコイル１４ａ及びコイル１４ａ'については、断面が台形となるように巻回されている。このように、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'の断面が台形となるようにして、駆動装置１０Ｄ内のスペースを有効利用することによって、ラジアル方向のサイズ（駆動装置１０Ｄの幅）を広げることなく、コイルの巻線回数を増加させることができ、ひいては永久磁石１１を通過する磁束の量を増加させ、トルク向上に寄与することができる。
【００６８】
図１２は、本発明の第６の実施の形態に係る駆動装置１０Ｅの機械構成を示す断面図である。図１２において、軸１２が固着された永久磁石１１の周りには、コイル１４ａ，１４ａ，１４ｂ，１４ｂ'が巻回されているが、このうちコイル１４ａ及びコイル１４ａ'については、断面が三角形となるように巻回されている。このように、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'の断面が三角形となるようにして、駆動装置１０Ｅ内のスペースを有効利用することによって、駆動装置１０Ｅの上下の幅を小さくすることができ（例えば４．６ｍｍ→３．８ｍｍ）、ひいては装置全体の小型化を図ることができる。
【００６９】
また、本構造の軸１２を外部から回転すると、交流発電機として使用することも可能であり、直流が必要な時はその出力を整流して用いればよい。交流の周波数と電圧は回転数に対応するので、タコメータ（回転数計測器）の検出部としての応用も考えられる。この様な応用には、ケース本体１５は非磁性材料を使用する方がコギングによる損失が発生せず滑らかに回転することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明に係る駆動装置は、簡易な構造でエネルギー効率が良く、かつ、装置全体の小型化を図ることが可能なものとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置の外観構成を示す図である。
【図２】図１に示す駆動装置において、それぞれＡ−Ａ'及びＢ−Ｂ'で切断したときの断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置を分解したときの分解斜視図である。
【図４】コイルに印加する電圧（電圧パルス）の波形を示す波形図である。
【図５】図４に示す電圧を印加したとき、実際に回転子が回転している様子を示す模式図である。
【図６】コイルに印加する電圧（電圧パルス）の波形を示す波形図である。
【図７】駆動装置における回転子の停止位置を制御する様子を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置の機械構成を示す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る駆動装置の機械構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る駆動装置の機械構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る駆動装置の機械構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態に係る駆動装置の機械構成を示す断面図である。
【図１３】一般的なＰＭ型ステッピングモータの構造を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０〜１０Ｅ 駆動装置
１１ 永久磁石
１２ 軸
１３ コイル枠
１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ' コイル
１５ ケース体
２０ 回転子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばレンズ駆動装置など、各種機器に組み込まれて駆動源として利用される駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種機器のサーボ機構に組み込まれている代表的なモータとして、ステッピングモータがある。このステッピングモータの構造としては、ロータ（回転子）に円筒状の永久磁石を用いたＰＭ（パーマネントマグネット）型ステッピングモータが代表的である（図１３参照）。
【０００３】
図１３は、一般的なＰＭ型ステッピングモータ１００の構造を示す図である。
【０００４】
図１３（ａ）において、多極着磁された円筒状の磁石（永久磁石）１０１の中心に軸１０２を取り付けたロータと、Ａ相ステータ１０３ａとＢ相ステータ１０３ｂに分割されたステータと、から構成される。
【０００５】
永久磁石１０１には、図１３（ｂ）に示すように、その円周面にＮ極とＳ極が一定のピッチで着磁されている。Ａ相ステータ１０３ａとＢ相ステータ１０３ｂは、内周面に一定のピッチで配列された極歯１０４を有するヨーク１０５と、このヨーク１０５に巻かれた励磁コイル１０６と、から構成されている。なお、Ａ相ステータ１０３ａとＢ相ステータ１０３ｂとは、それぞれの極歯１０４の配列が電気角で９０°の位相差になるように位置決めされ、一体化されている。
【０００６】
このような構成からなるＰＭ型ステッピングモータ１００において、励磁コイル１０６ａ，１０６ｂに各々電流を流し、極歯１０４にヘテロポーラ磁界を生成するとともに、その電流を適宜切り替えることによって、一定のステップ角でロータを回転させることができる。このようなＰＭ型ステッピングモータ１００は、例えば、カメラ付き携帯電話機に搭載される薄型カメラのレンズ駆動装置として利用されている（例えば特許文献１参照）。なお、その他プリンター等の様々な機器に利用されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３１７８６４号公報（［００２２］〜［００２６］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１３（ａ）に示すように、一般的なＰＭ型ステッピングモータは構造が非常に複雑で、製造工程の合理化を図るのが難しい。例えば、極歯１０４は、所定の板厚を有する磁性体金属板（ヨーク１０５）に、内周縁が凹凸状となるような孔を精度良く穿設し、その凹凸状の部分を高精度に起立形成することによって製造される。そして、Ａ相ステータ１０３ａ及びＢ相ステータ１０３ｂのそれぞれにおいて、上下の極歯１０４が噛み合うようにして高精度に組み合わされる。このように、極歯１０４だけをみても、構造の複雑さに起因して製造工程が煩雑となっている。なお、マグネットを高精度に多極着磁させる工程も煩雑である。
【０００９】
また、図１３（ａ）に示すＰＭ型ステッピングモータ１００は、極歯１０４やヨーク１０５などの磁性体によって磁気回路が形成されることから、鉄損が生じることは避けられず、エネルギー効率の低下を防ぐことが難しい。さらには、磁気回路上の制約から、極歯１０４の大きさや永久磁石１０１の磁極の大きさには制限があり、ある限界以上の小型化を図るのは困難である。
【００１０】
そこで、本発明者は、各種機器に組み込まれて駆動源として利用される駆動装置において、構造の簡易化，エネルギー効率の向上，装置全体の更なる小型化等を鋭意検討した結果、本発明を着想するに至った。
【００１１】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造が簡易であって製造工程の合理化を図ることができ、また、鉄損に起因したエネルギー効率の低下を防ぐことができ、さらには装置全体の更なる小型化を図ることが可能な駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上のような課題を解決するために、本発明は、以下のものを提供する。
【００１３】
（１） ラジアル方向に異極着磁された永久磁石を有する回転子と、前記回転子を軸支する軸受部を有するとともにコイルを保持するコイル枠と、を備え、前記コイルは、前記回転子の軸方向端面の少なくとも一部を覆うように巻回されるとともに、前記回転子の周方向に複数配設されていることを特徴とする駆動装置。
【００１４】
本発明によれば、ラジアル方向に異極（Ｎ極とＳ極）が着磁された永久磁石を有する回転子と、その回転子の軸を支えるとともにコイルを保持するコイル枠と、を備えた駆動装置で、コイルを、回転子の軸方向端面の少なくとも一部を覆うように巻回するとともに、回転子の周方向に複数配設することとしたので、構造の簡易化を実現できる。
【００１５】
すなわち、従来のＰＭ型ステッピングモータ１００（図１３（ａ）参照）では、磁性体金属板（ヨーク１０５）や、これに起立形成された極歯（１０４）など、数多くの様々な高精度の部材が必要になることから、製造工程が煩雑となる傾向があった。しかし、本発明によれば、回転子とコイル枠と複数のコイルとの３部材を組み合わせ、複数のコイルに所定の電流（例えば矩形状のパルス電流）を流すだけで、一定のステップ角で永久磁石（回転子）を回転させることができる。従って、駆動装置の構造を簡易化することができ、ひいては製造工程の合理化に資することができる。なお、構造の簡易化によって、部品点数を少なくすることができれば、製造コストを廉価に抑えることができ、また、駆動装置の信頼性を高める（故障確率を下げる）ことができる。
【００１６】
また、本発明は、上述のとおり、回転子とコイル枠と複数のコイルとの３部材を組み合わせて構成されるものであり、極歯１０４やヨーク１０５（図１３（ａ）参照）などの磁性体を特に必要としない。従って、鉄損がなく、エネルギー効率を向上させることができる。なお、極歯１０４やヨーク１０５などの磁性体を特に必要としないことによって、デテントトルクの発生を防いだり、イナーシャを低下させたりすることも可能である。
【００１７】
さらに、本発明は、上述のとおり、コイルが回転子の軸方向端面の少なくとも一部を覆うように巻回されていることから、ラジアル方向の装置サイズを小さくすることができる。従って、装置全体の更なる小型化を図ることができる。
【００１８】
ここで、コイルを保持する「コイル枠」は、回転子を軸支する「軸受部」を有しているが、これは、コイル枠自体に軸受部が一体的に形成されている構造であってもよいし、別途製造された軸受部をコイル枠が保持する構造であってもよい。
【００１９】
また、「回転子の周方向に複数配設されている」コイルの数の如何は問わない。例えば、回転子の周方向に９０°の間隔を空けつつコイルを４個配設してもよいし、回転子の周方向に１２０°又は６０°の間隔を空けつつコイルを６個配設してもよい。配設するコイルの数を増やせば増やすほど、ステップ角を小さくすることができ、ひいては回転子の高精度な制御が可能になる。なお、コイルに流す電流は、互いに別途独立な電流を流してもよいし、プログラム制御のし易さを考慮して、いくつかのコイルを接続し、複数のコイルに同じ電流を流してもよい。
【００２０】
なお、本発明は、コイルが回転子の軸方向端面の「少なくとも一部」を覆うように巻回されているものであればよく、例えば、コイルが回転子の軸方向端面の「全て」を覆うように巻回されていても構わない。この場合、コイルの一部は回転子の軸よりも軸方向外側に巻回されることになる。
【００２１】
（２） 前記コイルは、ラジアル方向に前記回転子の軸が介在しうるように分割して配設されているとともに、分割された両コイルは直列接続され、分割された両コイルで生成される磁界の方向を同じ方向に揃うように結線されていることを特徴とする（１）記載の駆動装置。
【００２２】
本発明によれば、上述したコイルを、ラジアル方向に回転子の軸が介在しうるように分割して配設し、分割された両コイルを直列接続すること、かつ、発生する磁束の向きが同方向となるように結線することによって、永久磁石を通過する磁束の量を増やすことができ、ひいてはトルクを向上させることができる。
【００２３】
なお、コイルを、回転子の軸が介在しうるように２個に分割して配設することによって、回転子の軸とコイルが接触するのを防ぐことができる。また、分割された両コイルには同じ電流が流れることになるため、各コイルに別途独立な電流を流す場合よりもプログラム制御がし易くなる。
【００２４】
（３） 前記コイルは、ラジアル方向に前記回転子の軸が介在しうるように分割して配設されているとともに、分割された両コイルは並列接続されていることを特徴とする（１）記載の駆動装置。
【００２５】
本発明によれば、上述したコイルを、ラジアル方向に回転子の軸が介在しうるように分割して配設し、分割された両コイルを並列接続することとしたので、駆動装置の信頼性を高めることができる。すなわち、分割された両コイルが直列接続されていた場合には、半田付け等の接続箇所が全部で６点になる一方、分割された両コイルが並列接続されていた場合には、半田付け等の接続箇所が全部で４点になるため、半田付け等の接続箇所における接触不良に起因した故障率を下げることができ、ひいては駆動装置の信頼性を高めることができる。また、例えば分割されたコイルのいずれか一方が断線した場合、永久磁石を通過する磁束の量は半減するものの、完全に動かなくなる、という最悪の事態を防止することができる。
【００２６】
（４） 前記回転子のラジアル方向外側には、磁性体からなるケース体が設けられていることを特徴とする（１）から（３）のいずれか記載の駆動装置。
【００２７】
本発明によれば、回転子のラジアル方向外側には、磁性体からなるケース体が設けられていることとしたので、回転子の停止位置を制御することができる。すなわち、回転子を覆うケース体を磁性体からなるものとしておけば、回転子が停止したとき、永久磁石と、これに近接するケース体との間に磁気的吸引力が働く。そして、この磁気的吸引力によって回転子の停止位置を制御することができる。また、一旦停止した回転子が、振動等の外乱によって動くのを防止することができる。
【００２８】
なお、ケース体を磁性体ではなく、非磁性体からなるものとした場合、回転子の停止位置を制御したり、回転子の停止位置を保持したりすることはできないが、コギングトルクの発生を防ぐことが可能になるため、滑らかな回転を得ることができる。
【００２９】
（５） 前記ケース体は、断面が多角形からなっていることを特徴とする（４）記載の駆動装置。
【００３０】
本発明によれば、上述したケース体を、断面が多角形からなっていることとしたので、回転子の停止位置をより高精度に制御することができる。すなわち、上述した永久磁石とケース体との間に働く磁気的吸引力は、断面が多角形からなるケース体の各辺において生じるので、辺の数を増やすことで、回転子の停止位置をより高精度に制御することができる。
【００３１】
（６） 前記ケース体は、断面が２ｎ（ｎは２以上）の辺を有する多角形であり、対向する前記コイルには、同じ方向に電流を流すようにしたことを特徴とする（５）記載の駆動装置。
【００３２】
本発明によれば、上述したケース体は、断面が２ｎ（ｎは２以上）の辺を有する多角形であって、対向するコイルには同じ方向の磁束を生成するように電流を流すので、回転子の停止位置をより高精度に制御しつつ、トルクの向上に寄与することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る駆動装置によれば、構造の簡易化を実現できるとともに、エネルギー効率の向上に寄与することができる。そして、ラジアル方向の装置サイズを小さくして、装置全体の小型化を更なる図ることができる。また、部品点数が少ないので、製造コストを抑えたり、駆動装置の信頼性を高めたりすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
［機械構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置１０の外観構成を示す図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１に示す駆動装置１０において、それぞれＡ−Ａ'及びＢ−Ｂ'で切断したときの断面図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置１０を分解したときの分解斜視図である。
【００３６】
図１〜図３において、駆動装置１０は、ラジアル方向に異極（Ｎ極とＳ極との２極）着磁された永久磁石１１と、軸１２と、から構成される回転子２０と、この回転子２０を軸支する軸受部１３ｃを有するコイル枠１３と、を有している。コイル枠１３は、上コイル枠１３ａと下コイル枠１３ｂとから構成され、下コイル枠１３ｂの中央部には、軸受部１３ｃが形成されている。なお、本実施形態では、軸受部１３ｃと下コイル枠１３ｂとを一体形成しているが、下コイル枠１３ｂに、別途製造した軸受部１３ｃを保持させるような構成としてもよい。また、上コイル枠１３ａの中央部には軸孔１３ｄが形成されており、この軸孔１３ｄを軸１２が貫通している。
【００３７】
上コイル枠１３ａの上端面には、平坦面１３ｅと、この平坦面１３ｅから所定の高さだけ突出した凸部の上端面である段面１３ｆと、この断面１３ｆから更に所定の高さだけ突出し、軸孔１３ｄが形成された軸孔面と、が形成されている。そして、上コイル枠１３ａの平坦面１３ｅによって、コイル１４ｂ及びコイル１４ｂ'が保持され、これらのコイル１４ｂ，１４ｂ'と上コイル枠１３ａの断面１３ｆによって、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'が保持されている。
【００３８】
すなわち、上コイル枠１３ａの平坦面１３ｅに保持されたコイル１４ｂ及びコイル１４ｂ'は、それぞれ永久磁石１１の軸方向端面（例えば上端面１１ａ）の一部を覆うように巻回されている。また、コイル１４ｂ，１４ｂ'と上コイル枠１３ａの断面１３ｆによって保持され、コイル１４ｂ，１４ｂ'に対して９０°ずれた位置（図３参照）に位置決めされたコイル１４ａ及びコイル１４ａ'は、コイル１４ｂ，１４ｂ'の巻回方向とは直交する方向に巻回されるとともに、それぞれ永久磁石１１の軸方向端面（例えば図３に示す軸方向上端面１１ａ）の一部を覆うように巻回されている。
【００３９】
コイル１４ｂとコイル１４ｂ'は、ラジアル方向に回転子２０の軸１２が介在しうるように分割して配設されており、両コイルは直列接続されている。また、コイル１４ａとコイル１４ａ'も、ラジアル方向に回転子２０の軸１２が介在しうるように分割して配設されており、両コイルは直列接続されている。
【００４０】
コイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'の外側（すなわち回転子２０のラジアル方向外側）には、磁性体からなるケース体１５が設けられている。ケース体は、直方体の形状をしており（上端面は省略）、その横断面の形状は、例えば外寸法で一辺が４．６ｍｍ四方の正方形となっている。
【００４１】
次に、駆動装置１０の組み立て方法について、図３に示す分解斜視図を用いて説明する。図３において、まず、軸１２に永久磁石１１を固着する。そして、軸１２の下端が下コイル枠１３ｂに形成された軸受部１３ｃを貫通するように（孔を塞いで当接するようにしてもよい）、軸１２の上端が上コイル枠１３ａに形成された軸孔１３ｄを貫通するように、上コイル枠１３ａと下コイル枠１３ｂとを取り付ける。このとき、上コイル枠１３ａと下コイル枠１３ｂとを固着してもよいし、嵌着してもよいし、係合してもよいが、コイル１４ｂ，１４ｂ'を嵌め込んだときに固定することができるので、単に永久磁石１１を挟んだ状態で取り付ければ足りる。なお、本実施形態では、軸１２は滑面性の材質のものを使用している。また、軸孔１３ｄの延長部分を設けずにコイル枠１３ａ及び１３ｂに軸孔１３ｄの部分までの長さを有する軸受けを嵌め込み この軸受けの外周部でコイル１４ａ,１４ａ',１４ｂ,１４ｂ'が軸１２に接触しないようにしてもよい。この場合、軸受けの材質としては表面が非電導性の軸受けや、非金属の軸受けを選択するとよい。
【００４２】
次に、コイル枠１３に、コイル１４ｂ，１４ｂ'を嵌め込む。このとき、コイル１４ｂ，１４ｂ'の内周面（のうちの上面）を、上コイル枠１３ａの平坦面１３ｅと摺接させながら、平坦面１３ｅから所定の高さだけ突出した凸部に当接するまで嵌め込む。その後、コイル枠１３に、コイル１４ａ，１４ａ'を嵌め込む。このとき、コイル１４ａ，１４ａ'の内周面（のうちの上面）を、上コイル枠１３ａの段面１３ｆと摺接させながら、断面１３ｆから所定の高さだけ突出した部分に当接するまで嵌め込む。
【００４３】
最後に、永久磁石１１と軸１２で構成された回転子２０を，コイル枠１３，及びコイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'をケース体１５に納める。そして、各コイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'の引き出し線を結線して、各コイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'とコイル枠１３及び、ケース本体１５を接着固定する。このようにして、駆動装置１０を組み立てることができる。
【００４４】
［回転動作］
図４及び図５は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置１０における回転子２０の回転動作を説明するための説明図である。特に、図４は、コイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'に印加する電圧（電圧パルス）の波形を示す波形図であって、横軸は時間、縦軸は印加電圧を示している。また、図５は、図４に示す電圧を印加したとき、実際に永久磁石１１（回転子２０）が回転している様子を示す模式図である。
【００４５】
図４において、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'には、Ｖ＋，０，Ｖ−という三種類の電圧が、それぞれ所定のタイミングで印加される（図４（ａ）参照）。また、コイル１４ｂ及びコイル１４ｂ'にも、Ｖ＋，０，Ｖ−という三種類の電圧が、それぞれ所定のタイミングで印加される（図４（ｂ）参照）。なお０は、０Ｖの励磁、即ち励磁電圧０Ｖで励磁していないのと同等である。
【００４６】
ここで、時刻ｔ１における電圧値に着目すると、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'には正の電圧Ｖ＋が印加されており、コイル１４ｂ及びコイル１４ｂ'には電圧は印加されていない（電圧値０）。そうすると、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'のみに励磁電流が流れ、上述のとおりコイル１４ａとコイル１４ａ'とは発生する磁束の向きが同方向となるように結線されているので、図５（ａ）に示すように、コイル１４ａからコイル１４ａ'の向きのみに磁界が発生する。その結果、永久磁石１１のＳ極はコイル１４ａの方に、永久磁石１１のＮ極はコイル１４ａ'の方に向いて停止する。
【００４７】
次に、時刻ｔ２における電圧値に着目すると、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'には正の電圧Ｖ＋が印加されており、コイル１４ｂ及びコイル１４ｂ'にも正の電圧Ｖ＋が印加されている。そうすると、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'と、コイル１４ｂ及びコイル１４ｂ'と、の双方に励磁電流が流れ、図５（ｂ）に示すように、コイル１４ａからコイル１４ａ'の向きに磁界が発生し、加えてコイル１４ｂからコイル１４ｂ'の向きにも磁界が発生する。その結果、合成磁界の向きは、コイル１４ａ'とコイル１４ｂ'の中間の方向（図５（ｂ）でいう右下）となり、永久磁石１１のＳ極はコイル１４ａとコイル１４ｂとの中間の方に、永久磁石１１のＮ極はコイル１４ａ'とコイル１４ｂ'との中間の方に向いて停止する。なお、合成された磁束の向きをコイル１４ａとコイル１４ｂとの中間の方に正確に向けるためには、コイル１４ａ、コイル１４ａ'とコイル１４ｂ、コイル１４ｂ'の夫々２組のコイルのアンペアターン（コイルに流れる電流値とコイル巻数の積）を等しくする必要がある。
【００４８】
以下同様にして、時刻ｔ３〜ｔ８における磁界（合成磁界）の向き及び永久磁石１１の方向を見ていくと、時刻ｔ３において永久磁石１１と磁界の向きは共に下向きとなり（図５（ｃ）参照）、時刻ｔ４において永久磁石１１と合成磁界の向きは共に左下向きとなり（図５（ｄ）参照）、時刻ｔ５において永久磁石１１と磁界の向きは共に左向きとなり（図５（ｅ）参照）、時刻ｔ６において永久磁石１１と合成磁界の向きは共に左上向きとなり（図５（ｆ）参照）、時刻ｔ７において永久磁石１１と磁界の向きは共に上向きとなり（図５（ｇ）参照）、時刻ｔ８において永久磁石１１と合成磁界の向きは共に右上向きとなる（図５（ｈ）参照）。
【００４９】
最後に、時刻ｔ９における電圧値に着目すると、時刻ｔ１における電圧値と同じになっており、時刻ｔ１〜ｔ８の時間で、永久磁石１１（回転子２０）が１回転したことが分かる。更に継続して回転させるには、上述したシーケンス制御（一般的なステッピングモータの１−２相励磁と同等である）を継続させればよい。
【００５０】
なお、図４及び図５では、回転子２０を右回りに回転させることとしたが、例えば回転子２０を左回りに回転させるためには、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'と、コイル１４ｂ及びコイル１４ｂ'と、のそれぞれに対して、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す電圧を印加すればよい（２組のコイルのどちらか一方の励磁を逆に、言い換えると、結線を逆に繋げばよい）。これにより、容易に回転方向を逆転させることができる。また、図５では、永久磁石１１が逐次停止するものとして説明したが、励磁タイミングを変化させることによって、永久磁石１１を停止させることなく連続的に回転させることができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態に係る駆動装置１０によれば、永久磁石１１及び軸１２から構成される回転子２０と、コイル枠１３と、コイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'と、の３部材を組み合わせるだけで、回転子２０を回転させることができるので、構造の簡易化を実現でき、ひいては製造工程の合理化に資することができる。また、部品点数が少ないので、製造コスト削減、信頼性向上に寄与することができる。また、従来のステッピングモータにおける極歯やヨークなどのステータコアに相当する部分がないため、鉄損の発生を防ぎ、エネルギー効率を向上させるができる。また、コイル１４ａ，１４ａ'１４ｂ，１４ｂ'は、上コイル枠１３ａにおける平坦面１３ｅと段面１３ｆ（図３参照）を覆うようにして、すなわち回転子２０の軸方向端面の一部を覆うように巻回されていることから、駆動装置１０全体の小型化を図ることができる。
【００５２】
また、本実施形態に係る駆動装置１０によれば、コイル１４ａとコイル１４ａ'、コイル１４ｂとコイル１４ｂ'、のいずれもが、ラジアル方向に回転子２０の軸１２が介在しうるように分割して配設されつつ直列接続されているので、軸１２との接触を避けた上で、永久磁石１１を通過する磁束の量を増やし、トルク向上に寄与することができる。なお、本実施形態では直列接続としたが、並列接続としても勿論構わない。この場合、半田付けの箇所を減らすとともに、いずれか一方が断線した場合であっても永久磁石１１を通過する磁束が半減するが０になるのを防ぐことができるので、トルクの低下は生じるものの完全に停止することはなく、駆動装置１０の信頼性を高めることができる。
【００５３】
さらに、駆動装置１０において、ケース体１５は磁性体により形成されているので、回転子２０の停止位置を制御することができる。この制御を、図７を用いて詳細に説明する。図７は、駆動装置１０における回転子２０の停止位置を制御する様子を説明するための説明図である。
【００５４】
図７（ａ）において、永久磁石１１が、そのＮ極が右向きに、そのＳ極が左向きに向いた状態で停止しているとき、矢印で示すような磁気的吸引力が働く。そうすると、振動等の外乱によって、永久磁石１１（回転子２０）が動くのを防止することができる。以下同様、永久磁石１１は、そのＮ極が下向きに、そのＳ極が上向きに向いた状態で停止させることもでき（図７（ｂ）参照）、そのＮ極が左向きに、そのＳ極が右向きに向いた状態で停止させることもでき（図７（ｃ）参照）、そのＮ極が上向きに、そのＳ極が下向きに向いた状態で停止させることもできる（図７（ｄ）参照）。
【００５５】
なお、本実施形態では、ケース体１５を磁性体により形成されていることとしたが、非磁性体により形成されていることとしてもよい。この場合、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示すような磁気的吸引力は働かず、コギングトルクの発生を防ぐことができる。
【００５６】
［変形例］
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置１０Ａの機械構成を示す断面図である。
【００５７】
図８において、軸１２が固着された永久磁石１１の周りには、コイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'，１４ｃ，１４ｃ'が巻回されている。すなわち、図２（ａ）ではコイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'という２組のコイルが巻回されていたが、本実施形態における駆動装置１０Ａでは、３組のコイルが巻回されている。
【００５８】
ここで、２組のコイルを巻回した駆動装置１０は、回転子２０が８ステップで１回転していたが（図５（ａ）〜図５（ｈ）参照）、３組のコイルを巻回した駆動装置１０Ａによれば、回転子２０を１２ステップで１回転させることができる。すなわち、１ステップあたりの回転角度を小さくすることができる。このように、回転子２０の周りのコイル数を増やすことによって、回転子２０のより高精度な制御が可能になる。
【００５９】
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る駆動装置１０Ｂの機械構成を示す断面図である。
【００６０】
図９において、軸１２が固着された永久磁石１１の周りには、図８と同様に、コイル１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ'，１４ｃ，１４ｃ'が巻回されている。図８との相違点は、ケース体１５の断面が、正方形から正六角形となっていることである。
【００６１】
このように、ケース体１５の断面の辺の数を増やす（４本→６本）ことによって、永久磁石１１とケース体１５とが近接する位置を増やすことができ、回転子２０の停止位置をより高精度に制御することができる。
【００６２】
図１０は、本発明の第４の実施の形態に係る駆動装置１０Ｃの機械構成を示す断面図である。特に、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す駆動装置１０Ｃにおいて、Ｘ−Ｘ'で切断したときの断面を示している。
【００６３】
図１０において、軸１２が固着された永久磁石１１の周りには、コイル１４ａ，１４ｂが巻回されているが、両コイルは、軸１２よりも軸方向外側に巻回されている（図１０（ｂ）参照）。より具体的には、コイル１４ｂが、永久磁石１１の軸方向端面の中央部分を覆うように巻回されるとともに、コイル１４ａが、永久磁石１１との間にコイル１４ｂが介在した状態で、永久磁石１１の軸方向端面の中央部分を覆うように巻回されている。なお、軸１２に固着されたアーム２０の先には、例えばカメラ付き携帯電話機においてはシャッタや絞り板等が取り付けられる。
【００６４】
このように、コイル１４ａとコイル１４ａ'、コイル１４ｂとコイル１４ｂ'、のそれぞれを、分割せずに配設することとしてもよい。
【００６５】
なお、図１０では、コイル１４ａ及びコイル１４ｂは永久磁石１１の軸方向端面中央部分を覆うように巻回されているが、勿論、永久磁石１１の軸方向端面の全てを覆うように巻回されていてもよい。また、図１０では、コイル１４ａ及びコイル１４ｂは、ケース体１５の断面の各辺と並行になるように配設されているが、例えば、ケース体１５の断面の対角線と平行になるように、すなわち斜めになるように配設されていてもよい。
【００６６】
図１１は、本発明の第５の実施の形態に係る駆動装置１０Ｄの機械構成を示す断面図である。
【００６７】
図１１において、軸１２が固着された永久磁石１１の周りには、コイル１４ａ，１４ａ，１４ｂ，１４ｂ'が巻回されているが、このうちコイル１４ａ及びコイル１４ａ'については、断面が台形となるように巻回されている。このように、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'の断面が台形となるようにして、駆動装置１０Ｄ内のスペースを有効利用することによって、ラジアル方向のサイズ（駆動装置１０Ｄの幅）を広げることなく、コイルの巻線回数を増加させることができ、ひいては永久磁石１１を通過する磁束の量を増加させ、トルク向上に寄与することができる。
【００６８】
図１２は、本発明の第６の実施の形態に係る駆動装置１０Ｅの機械構成を示す断面図である。図１２において、軸１２が固着された永久磁石１１の周りには、コイル１４ａ，１４ａ，１４ｂ，１４ｂ'が巻回されているが、このうちコイル１４ａ及びコイル１４ａ'については、断面が三角形となるように巻回されている。このように、コイル１４ａ及びコイル１４ａ'の断面が三角形となるようにして、駆動装置１０Ｅ内のスペースを有効利用することによって、駆動装置１０Ｅの上下の幅を小さくすることができ（例えば４．６ｍｍ→３．８ｍｍ）、ひいては装置全体の小型化を図ることができる。
【００６９】
また、本構造の軸１２を外部から回転すると、交流発電機として使用することも可能であり、直流が必要な時はその出力を整流して用いればよい。交流の周波数と電圧は回転数に対応するので、タコメータ（回転数計測器）の検出部としての応用も考えられる。この様な応用には、ケース本体１５は非磁性材料を使用する方がコギングによる損失が発生せず滑らかに回転することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明に係る駆動装置は、簡易な構造でエネルギー効率が良く、かつ、装置全体の小型化を図ることが可能なものとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置の外観構成を示す図である。
【図２】図１に示す駆動装置において、それぞれＡ−Ａ'及びＢ−Ｂ'で切断したときの断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置を分解したときの分解斜視図である。
【図４】コイルに印加する電圧（電圧パルス）の波形を示す波形図である。
【図５】図４に示す電圧を印加したとき、実際に回転子が回転している様子を示す模式図である。
【図６】コイルに印加する電圧（電圧パルス）の波形を示す波形図である。
【図７】駆動装置における回転子の停止位置を制御する様子を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置の機械構成を示す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る駆動装置の機械構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る駆動装置の機械構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る駆動装置の機械構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態に係る駆動装置の機械構成を示す断面図である。
【図１３】一般的なＰＭ型ステッピングモータの構造を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０〜１０Ｅ 駆動装置
１１ 永久磁石
１２ 軸
１３ コイル枠
１４ａ，１４ａ'，１４ｂ，１４ｂ' コイル
１５ ケース体
２０ 回転子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアル方向に異極着磁された永久磁石を有する回転子と、
前記回転子を軸支する軸受部を有するとともにコイルを保持するコイル枠と、を備え、
前記コイルは、前記回転子の軸方向端面の少なくとも一部を覆うように巻回されるとともに、前記回転子の周方向に複数配設されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記コイルは、ラジアル方向に前記回転子の軸が介在しうるように分割して配設されているとともに、
分割された両コイルは直列接続され、分割された両コイルで生成される磁界の方向を同じ方向に揃うように結線されていることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記コイルは、ラジアル方向に前記回転子の軸が介在しうるように分割して配設されているとともに、
分割された両コイルは並列接続されていることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項４】
前記回転子のラジアル方向外側には、磁性体からなるケース体が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の駆動装置。
【請求項５】
前記ケース体は、断面が多角形からなっていることを特徴とする請求項４記載の駆動装置。
【請求項６】
前記ケース体は、断面が２ｎ（ｎは２以上）の辺を有する多角形であり、対向する前記コイルには、同じ方向に電流を流すようにしたことを特徴とする請求項５記載の駆動装置。
【請求項１】
ラジアル方向に異極着磁された永久磁石を有する回転子と、
前記回転子を軸支する軸受部を有するとともにコイルを保持するコイル枠と、を備え、
前記コイルは、前記回転子の軸方向端面の少なくとも一部を覆うように巻回されるとともに、前記回転子の周方向に複数配設されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記コイルは、ラジアル方向に前記回転子の軸が介在しうるように分割して配設されているとともに、
分割された両コイルは直列接続され、分割された両コイルで生成される磁界の方向を同じ方向に揃うように結線されていることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記コイルは、ラジアル方向に前記回転子の軸が介在しうるように分割して配設されているとともに、
分割された両コイルは並列接続されていることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項４】
前記回転子のラジアル方向外側には、磁性体からなるケース体が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の駆動装置。
【請求項５】
前記ケース体は、断面が多角形からなっていることを特徴とする請求項４記載の駆動装置。
【請求項６】
前記ケース体は、断面が２ｎ（ｎは２以上）の辺を有する多角形であり、対向する前記コイルには、同じ方向に電流を流すようにしたことを特徴とする請求項５記載の駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【公開番号】特開２００７−９７３６０（Ｐ２００７−９７３６０Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８６２０３（Ｐ２００５−２８６２０３）
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
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