２相モータ

【目的】ロータの磁束の減少を防止し、ステータの磁気抵抗の増大を防止する。
【構成】軸方向に異方性を有したマグネット１ｃの上下に上側ロータコア１ａ、下側ロータコア１ｂを取り付けてロータ１を構成し、ロータの磁束の減少を防止する。ロータ１の左側に第１のステータ２１、右側に第２のステータ２２を設け、各ステータ２１，２２に上側ロータコア１ａと対向する上側ステータコア２，４および下側ロータコア１ｂと対向する下側ステータコア３，５を設ける。コイル８，９を有したヨーク６，７を各ステータにおける上側ステータコア２，４および下側ステータコア３，５の間に設け、ステータコアのアームの長さを短くし、磁気抵抗の増大を防止する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はカメラのフォーカシングや絞り用動力源に好適に使用される２相モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】カメラの鏡筒に収納されてフォーカシングや絞りを行う従来の動力源としては、特開昭６２−１６３５５６号公報に記載されたステッピングモータがある。このステッピングモータにおけるロータはシャフトとシャフトに取り付けられた円筒状のマグネットから構成され、マグネットはラジアル方向に８極が着磁されている。一方、ステータはマグネットに対向する磁極面を有したコ字状の２個のコアより構成される。このコアのアーム部分には巻線が施され、２つの巻線を交互に２相で励磁することにより、ロータが回転するようになっている。なお、従来技術においては、これとほぼ同じ構成で、ロータのマグネットを４極もしくは１２極に着磁したモータも知られている。これらのモータにおいては、いずれの場合も着磁がラジアル方向にされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところでカメラの鏡筒に収納できるモータとしては、その径が１０ｍｍ以下の程度の小型のものに限定される。したがって、ステッピングモータやブラシレスモータにおけるマグネットもその径が１０ｍｍ以下程度である必要がある。ところが、このような小径のマグネットをラジアル方向に多極着磁する場合においては、マグネットの中心に向かう方向で磁極巾が狭くなるため、磁極が混み合っている。これによりステータの磁極とロータとのギャップに発生する磁束が少なくなる。
【０００４】一方、モータの回転位置の分解能を向上させるためには、磁極の数が多い方が望ましいが、反面、磁極数を多くすればする程磁束減少の度合が大きくなって、大きなトルクを出力できなくなる問題がある。また、４極以上の多極のモータでは、ロータ径が小さいため、異方性磁石を使用出来ず、マグネットの特性上でも磁束が低く抑制されることから、トルクが減少する問題がある。さらに、従来のモータでは円柱状のマグネットをラジアル方向に着磁し、その着磁面に対向するようにコ形のステータコアを配置し、このコアのアーム部分に巻線が施されているため、アーム部分が長くなり、これにより磁路の磁気抵抗が増大して、漏れ磁束が発生し易い問題もある。
【０００５】本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、ロータの磁束が減少しないと共に、ステータのアーム部分の磁気抵抗も増大することのない構造を有した２相モーターを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発明の２相モータは、ロータとロータの−側に配置された第１のステータと、モータの他側に配置された第２のステータと、駆動回路とを備えている。ここでロータは軸方向に磁気異方性を有してシャフトに取り付けられたマグネットと、電気角で１８０度巾で３６０度ピッチの６個以上の突極を外周部に有し前記マグネットの上側に取り付けられた上側ロータコアと、この上側ロータコアと同一形状に成形されると共に上側ロータコアの突極と円周方向に電気角で１８０度ずれた突極を有した状態で前記マグネットの下側に取り付けられた下側ロータコアとより構成される。
【０００７】また、ロータの−側に配置される第１のステータは、ロータの上側ロータコアの突極と略同一巾を有した磁極がギャップを介して対向する上側ステータコアと、ロータの下側ロータコアの突極と略同一巾を有した磁極がギャップを介して対向する下側ステータコアと、コイルが巻装されてこれらのステータコアの間に配設されるヨークとにより構成される。ロータの他側に配置される第２のステータは、第１のステータの下側ステータコアと同一形状で且つ当該ステータコアと回転対称位置に配置され、磁極が上側ロータコアの突極と対向する上側ステータコアと、第１のステータの上側ステータコアと同一形状で且つ当該ステータコアと回転対称位置に配置され、磁極が上側ロータコアの突極と対向する上側ステータコアと、前記第１のステータの上側ステータコアと同一形状で且つ当該ステータコアと回転対称位置に配置され、磁極が下側ロータコアの突極と対向する下側ステータコアと、コイルが巻装されてこれらのステータコアの間に配設されるヨークとにより構成される。前記駆動回路は第１のステータのコイルと第２のステータのコイルを９０度の位相差で２相で励磁する。
【０００８】
【作用】上記構成では軸方向に異方性を有し軸方向に着磁されたマグネットがロータのシャフトに取り付けられており、このマグネットの上部磁極より発生した磁束が上側のロータコアの突極→上側ステータコアの磁極→ヨーク→下側ステータコアの磁極→下側ロータコアの突極を経てマグネットの下部磁極に戻る磁気回路を構成する。この磁気回路において、マグネットを単一方向（軸方向）に着磁すれば良く、エネルギー積の大きい異方性磁石を使用できる。また、マグネットの上下にロータコアを設け、上下のロータコアに対向する磁極面を有したステータコアを上下に配置し、上下のステータコアをヨークで磁気的に持続する構造になっている。このため、ヨーク部分への巻線が可能で、ステータコアのアームの長さが短くなる。さらに、２個のロータコアの突極は上下に別れて円周方向に１８０度ずらして配置された状態となっており、この状態でマグネットにより異なる極性に磁化されているため、Ｎ極とＳ極がロータの円周方向に交互にならんで配置されている。このような配置では、上下のロータコアに対向する２組のステータコアの磁極を２相の励磁電流で磁化することにより、ロータを回転させることができる。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の一実施例の２相モータの平面図、図２は図１のシャフト１０を通る円弧線ＡＡ′における断面図を示す。図１において、１ａは上側ロータコアであり、その外周部に６個の突極が等しいピッチで配設されている。この突極の巾は電気角で１８０°、機械角で３０°である。なお、以後の説明においては、全て電気角で表示する。上側ロータコア１ａにおける突極と突極の間隔も１８０°であり、これにより突極のピッチは３６０°となる。１ｂはシャフト１０に対し、上側ロータコア１ａと同軸上に設けられた下側ロータコアである。これらの上側ロータコア１ａと下側ロータコア１ｂは、その形状が同一であるところから珪素鋼板をプレスし、積層する等の手段で作製されるが、これらのコア１ａ，１ｂの中心にはシャフト１０が挿通している。
【００１０】図３および図４は、これらのロータコア１ａ，１ｂからなるロータ１の構成を示し、上側ロータコア１ａと下側ロータコア１ｂは円柱状のマグネット１ｃを挟んだ状態でシャフト１０に取り付けられている。マグネット１ｃは軸方向に磁気異方性を有すると共に、図４R>４に示すように、軸方向に着磁されている。したがって、図３に示すように、上側ロータコア１ａの突極は全てＮ極に、下側ロータコア１ｂの突極は全てＳ極に磁化されている。しかも、双方のコア１ａ、１ｂの突極は１８０度位相をずらしてシャフト１０に取り付けられているため、シャフトの軸方向からロータを見た場合、Ｎ極に磁化された突極とＳ極に磁化された突極が円周上に交互に配置された状態となる。
【００１１】図１および図２において、２１はロータ１の左側に配置された第１のステータであり、上側ステータコア２と、下側ステータコア３と上下のステータコア２，３を磁気的に接続するヨーク６と、ヨーク６と巻装されたコイル８より構成される。２２はロータ１の右側に配置された第２のステータであり、上側ステータコア４と、下側ステータコア５と、上下のステータコア４，５を磁気的に接続するヨーク７と、ヨーク７に巻装されたコイル９より構成される。なお、図２においては、上側ステータコア２と下側ステータコア５を鎖線で示している。
【００１２】本実施例において、第１のステータ２１の上側ステータコア２、ヨーク６および下側ステータコア３の組み合わせに対し、第２のステータ２２の下側ステータコア５、ヨーク７および上側ステータコア４の組合せはロータ１の中心を通る線ＢＢ′（図１参照）に対し、左右に回転対称の位置に配置されている。その場合の回転の中心は図２で示した上下のロータコア１ａ，１ｂおよび上下のステータコアの間隔の中点となるＣ点である。なお、第１のステータ２１のコア２，３およびヨーク６と、第２のステータ２２のコア４，５およびヨーク７は珪素鋼板をプレスし、積層する等の手段で作製することができる。その場合、第１のステータ２１の上側ステータコア２と第２のステータ２２の下側ステータコア５は形状が同一であるところから、同一の金型を使用できると共に、第１のステータ２１の下側ステータコア３と第２のステータ２２の上側ステータコア４も同一形状のため同一の金型を使用できる。
【００１３】ステータコア２，３，４および５はそれぞれ狭いギャップを介してロータの突極に対向する磁極２ａ，３ａ，４ａおよび５ａを有する。各磁極の巾はロータの突極の巾とほぼ等しく１８０度である。そして、磁極２ａと磁極４ａは上側ロータコア１ａの突極と対向し、磁極３ａと磁極５ａは下側ロータコア１ｂの突極と対向している。また、第１のステータ２１の磁極２ａと３ａはロータ１を取り巻く同一円周上で３磁極ピッチ（５４０度）離間している。一方、第２のステータ２２の磁極４ａと５ａも上記した円周上で３磁極ピッチ離間している。さらに、第１のステータ２１の磁極２ａと第２３のステータ２２の磁極５ａは上記した円周上で２．５磁極ピッチ（４５０度）離間しており、第１のステータ２１の磁極３ａと第２のステータ２２の磁極４ａは上記した円周上で３．５磁極ピッチ（６３０度）離間している。
【００１４】第１および第２のステータ２１，２２は円弧形状の下側基板１２上に組立てられている。またロータ１のシャフト１０は下側基板１２とほぼ同じ形状でアーム部１７を有した上側基板１１に設けられた軸受１５と下側基板１２に設けられた軸受１６とにより回転自在に支持されている。
【００１５】図５はステータの作製手順を示し、第１のステータ２１の上側ステータコア２、コイル８が巻かれたヨーク６、下側ステータコア３はこの順序でそれぞれの部材に設けられた穴を利用してピン１３により下側基板１２の穴に仮止めされる。このとき、上側ステータコア２と下側ステータコア３はその磁極２ａ，３ａの位置が図１に示す位置に配置されるように治具により位置出しした後、接着、かしめ等の手段でヨーク６と共に下側基板１２に固定される。第２のステータ２２においても同様に、上側ステータコア４，コイル９の巻かれたヨーク７、下側ステータコア５、下側基板１２の順にピン１４を通し、磁極４ａと５ａの位置出し後、下側基板１２に固定される。
【００１６】次に、本実施例の作動を図６ないし図８により説明する。図７および図８は図示していない駆動回路より第１のステータ２１のコイル８と第２のステータ２２のコイル９に印加される９０度の位相差を有した２相の励磁電圧の波形を示す。この励磁電圧により、コイル８とコイル９には９０度位相差の励磁電流が流れて、各磁極がＮ極またはＳ極に励磁される。これらの図において、コイル８へ印加される励磁電圧は磁極２ａがＮ極（したがって磁極３ａがＳ極）に励磁される場合を「Ｈ」とし、Ｓ極に励磁される場合を「Ｌ」としている。一方、コイル９へ印加される励磁電圧は磁極４ａがＮ極に励磁される場合を「Ｈ」とし、Ｓ極に励磁される場合を「Ｌ」としている。
【００１７】図６は図７において、ロータの位置が０度の場合の各磁極の磁化の状態を示す。このロータの位置において、ロータの突極のＮ極は、磁極の２ａのＮ極に、また突極のＳ極は磁極３ａのＳ極に反発するのでロータは時計方向に回転する。この時計方向に回転が開始すると、磁極４ａと磁極５ａにそれぞれ突極のＮ極と突極のＳ極が反発されて同方向への回転が断続する。９０度回転した位置で磁極２ａと３ａは極性が逆になり、磁極４ａと５ａの極性は変化しない。この状態では磁極４ａと５ａによりそれぞれ突極のＮ極とＳ極が反発され、また磁極２ａと３ａはそれぞれＳ極とＮ極となって、突極のＮ極およびＳ極を吸引し、時計方向の回転が継続されている。更に９０度回転すると磁極２ａと３ａの極性は変化せず、磁極４ａと５ａは極性が反転する。この場合、磁極２ａと３ａはそれぞれ突極のＮ極とＳ極の吸引を継続する。一方、磁極４ａと５ａはそれぞれ突極のＮ極とＳ極を吸引し、時計方向の回転が更に継続する。このように、コイル８に印加される励磁電圧がコイル９に印加される励磁電圧より９０度位相が進んでいる場合、ロータ１は励磁電圧の極性の変化に同期して時計方向に回転する。
【００１８】図８はロータ１を逆転するために印加する励磁電圧の波形を示す。図８において、コイル８に印加される励磁電圧はコイル９に印加される励磁電圧より９０度位相が遅れている。これら図７および図８に示すように、２つのステータのコイル８，９に９０度位相の異なる２相の励磁電圧を印加、すなわち、２相の励磁電流を２つのコイル８，９に供給することによりロータ１を時計方向または反時計方向に回転させることができる。
【００１９】以上のように、本実施例はロータのマグネットが単一方向（軸方向）に着磁されているので、ラジアル方向に多極着磁する場合のようにマグネットの中心部で磁石が混み合ってギャップの磁束が減少することがない。また、マグネットとしてエネルギー積の大きい異方性磁石を使用できるため、ギャップの磁束を大きくでき、これにより出力トルクが大きくなる。加えて、ロータのマグネットをラジアル方向に多極着磁する場合、磁極数を増すとギャップの磁束密度が減少するのに比べて、本実施例の場合は上下のロータコアの突極が単一の磁極に磁化されているため、突極の数を増加しても、ロータコアの各部の磁束密度はほぼ同じであり、ギャップの磁束密度が減少することがない。さらに、コイルが上下のステータコアの間に配置されるヨークに巻装されているため、ステータコアのアーム部分を短くでき、これにより漏れ磁束が少なくなる。このような本実施例の２相モータはカメラの鏡筒のスペースの形状に合わせた円弧形状の基板上に組み立てられており、ラジアル方向の巾もロータの径にわずかな寸法を付加する程度で良く、従ってカメラの組み込みが容易となっている。
【００２０】なお、上記実施例では上側ロータコア１０の突極のＮ極と下側ロータコア１ｂの突極のＳ極との間に隙間を有しているが、図９に示すようにこの隙間をなくしても良い。すなわち、同図はロータを上から見た図で、斜線部分で上下のロータコアの突極が重なっているが、これらのロータコアの突極のＮ極とＳ極は上下に分離しているので作動上、何らの問題は生じない。また、上記実施例では各ロータコアの突極の数を６個で、合計１２個としているが、この突極の数を各ロータコアに対して例えば、１２個、合計で２４個としても良く、これにより回転の分解能を２倍とすることができる。
【００２１】
【発明の効果】以上のとおり本発明の２相モータは、ロータの磁束が減少することがなく、しかもステータの磁気抵抗が増大しないため、カメラの鏡筒に組み込んで良好に作動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の平面図。
【図２】図１におけるＡＡ′線断面図。
【図３】ロータの平面図。
【図４】ロータの側面図。
【図５】ステータの組み立てを示す分解斜視図。
【図６】作動を示す平面図。
【図７】励磁電圧の波形図。
【図８】励磁電圧の波形図。
【図９】ロータの変形例の平面図。
【符号の説明】
１ロータ
１ａ上側ロータコア
１ｂ下側ロータコア
２，４上側ステータコア
３，５下側ステータコア
６，７ヨーク
８，９コイル
１０シャフト
２１第１のステータ
２２第２のステータ

【特許請求の範囲】
【請求項１】軸方向に磁気異方性を有してシャフトに取り付けられたマグネットと、電気角で１８０度巾で３６０度ピッチの６個以上の突極を外周部に有し前記マグネットの上側に取り付けられた上側ロータコアと、この上側ロータコアと同一形状に成形されると共に、上側ロータコアの突極と円周方向に電気角で１８０度ずれた突極を有した状態で前記マグネットの下側に取り付けられた下側ロータコアとより構成されたロータと、前記上側ロータコアの突極と略同一巾を有した磁極がギャップを介して対向する上側ステータコアと、前記下側ロータコアの突極と略同一巾を有した磁極がギャップを介して対向する下側ステータコアと、コイルが巻装されてこれらのステータコアの間に配設されるヨークとにより構成され、前記ロータの−側に配置される第１のステータと、この第１のステータの下側ステータコアと同一形状で且つ当該ステータコアと回転対称位置に配置され、磁極が前記上側ロータコアの突極と対向する上側ステータコアと、前記第１のステータの上側ステータコアと同一形状で且つ当該ステータコアと回転対称位置に配置され、磁極が前記下側ロータコアの突極と対向する下側ステータコアと、コイルが巻装されてこれらのステータコアの間に配置されるヨークとにより構成され、前記ロータの他側に配置される第２のステータと、第１のステータのコイルと第２のステータのコイルを９０度の位相差で２相に励磁する駆動回路とを備えていることを特徴とする２相モータ。

【図１】