專利名稱：驅(qū)動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于軛鐵轉(zhuǎn)動型(yoke-rotational)步進電機的驅(qū)動裝置。
背景技術：
傳統(tǒng)上，步進電機被廣泛地用作各種機構(gòu)的驅(qū)動源。作為步進電機的第一個傳統(tǒng)例，已提出一種步進電機，其以轉(zhuǎn)軸為中心的直徑減少，輸出增加(例如，參見日本特開平09-331666號公報(美國專利號5,831,356))。
圖22是示出第一個傳統(tǒng)例的步進電機的部件的分解透視圖。
圖23是示出已組裝好的步進電機的構(gòu)造的截面圖。
在圖22和23中，該步進電機設置有磁體301、第一線圈302、第二線圈303、第一定子304、第二定子305、輸出軸306以及聯(lián)接圈307。磁體301形成為筒狀，沿圓周方向被分割成四部分，并被交替地磁化成不同極性。第一定子304由第一線圈302勵磁(magnetically excited)。第二定子305由第二線圈303勵磁。
具有以上構(gòu)造的步進電機通過改變第一線圈302和第二線圈303的通電方向來改變第一外側(cè)磁極部304A和304B、第一內(nèi)側(cè)磁極部304C和304D、第二外側(cè)磁極部305A和305B、以及第二內(nèi)側(cè)磁極部305C和305D的極性。由此，由磁體301和輸出軸306構(gòu)成的轉(zhuǎn)子被轉(zhuǎn)動。在該情況下，磁體301由粘合劑等粘合到輸出軸306上。
在該步進電機的情況中，由第一線圈302和第二線圈303的通電產(chǎn)生的磁通量從外側(cè)磁極部流到相對的內(nèi)側(cè)磁極部，或者從內(nèi)側(cè)磁極部流到相對的外側(cè)磁極部，并且有效地作用在位于外側(cè)磁極部和內(nèi)側(cè)磁極部之間的磁體301上。而且，可以將外側(cè)磁極部和內(nèi)側(cè)磁極部之間的距離設置為大約筒狀磁體301的厚度。因此，可以減少由外側(cè)磁極和內(nèi)側(cè)磁極構(gòu)成的磁路的阻抗。因此，由于磁路的阻抗減少，少量的電流可產(chǎn)生更多的磁通量，從而提高了步進電機的輸出。
而且，作為步進電機的第二個傳統(tǒng)例，已提出一種中空筒狀的步進電機(例如，參見日本特開2002-51526號公報(美國專利號6,798,093和美國專利號6,800,970))。當在照相機上安裝這種步進電機時，電機設置成在照相機的透鏡鏡筒中與光軸平行，以將光圈片(aperture blades)、快門、透鏡等設置在該電機的內(nèi)徑部。由此，可以減小照相機的透鏡鏡筒的直徑。
圖24是示出第二個傳統(tǒng)例的步進電機的部件的分解透視圖。圖25是示出已組裝好的步進電機的構(gòu)造的圖解。
在圖24和25中，步進電機設置有轉(zhuǎn)子401、第一線圈402、第二線圈404、第一定子418、第二定子419以及聯(lián)接圈420。轉(zhuǎn)子401被插入聯(lián)接圈420的內(nèi)徑部并由聯(lián)接圈的凸部420a和420i可轉(zhuǎn)動地保持。而且，通過將銷401t設置到轉(zhuǎn)子401，通過銷401t取得用于移動光圈片或者透鏡鏡筒的輸出。附圖標記418a至418h代表磁極齒。
然而，在上述日本特開平09-331666號公報(美國專利號5,831,356)和特開2002-51526號公報(美國專利號6,798,093和美國專利號6,800,970)中說明的傳統(tǒng)的步進電機通過用粘合劑等將磁體粘合到輸出軸或者輸出銷而分別構(gòu)成轉(zhuǎn)子。
因此，存在一個問題，即，由于轉(zhuǎn)子組裝精確度、粘合劑的溢出或者粘合不良，步進電機的質(zhì)量不穩(wěn)定。特別地，當減小步進電機的直徑時，溢出的粘合劑占相對大的體積，妨礙轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定轉(zhuǎn)動。
而且，為了實現(xiàn)步進電機的高速化和響應速度的改進，有必要減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。然而，難以減少傳統(tǒng)的步進電機的重量，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量的減小有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置可增加轉(zhuǎn)動和提高響應速度。
為達到以上目的，本發(fā)明的驅(qū)動裝置設置有第一磁體，其形成為筒狀，其外圓周面沿圓周方向被交替地磁化成不同極性；第二磁體，其形成為筒狀，其外圓周面沿圓周方向被交替地磁化成不同極性；轉(zhuǎn)子，其與由軟磁性材料制成且與該第一磁體和該第二磁體的外圓周面相對的磁極部一體地形成；定子，其同軸固定該第一和第二磁體，可轉(zhuǎn)動地支撐該轉(zhuǎn)子；第一線圈，其被固定到該定子，用于對該轉(zhuǎn)子的該磁極部上的與該第一磁體相對的部分勵磁；以及第二線圈，其被固定到該定子，用于對該轉(zhuǎn)子的該磁極部上的與該第二磁體相對的部分勵磁。
優(yōu)選地，該磁極部通過對該轉(zhuǎn)子的側(cè)部開槽而形成。
而且，本發(fā)明的驅(qū)動裝置設置有第一磁體，其形成為筒狀，其外圓周面沿圓周方向被交替地磁化成不同極性；第二磁體，其形成為筒狀，其內(nèi)圓周面沿圓周方向被交替地磁化成不同極性；轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子中一體地形成由軟磁性材料制成且與該第一磁體的外圓周面相對的第一磁極部和由軟磁性材料制成且與該第二磁體的內(nèi)圓周面相對的第二磁極部；定子，其同軸固定該第一和第二磁體，可轉(zhuǎn)動地支撐該轉(zhuǎn)子；第一線圈，其被固定到該定子，用于對該轉(zhuǎn)子的該第一磁極部勵磁；以及第二線圈，其被固定到該定子，用于對該轉(zhuǎn)子的該第二磁極部勵磁。
優(yōu)選地，該第一磁極部設置成從該轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周部突出，該第二磁極部設置成從該轉(zhuǎn)子的外圓周部突出，該第一磁極部和該第二磁極部被沿該轉(zhuǎn)子的圓周方向以預定的相位差布置。
根據(jù)本發(fā)明，因為驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)子僅由轉(zhuǎn)子構(gòu)成，解決了由于轉(zhuǎn)子的部件粘得不良產(chǎn)生的麻煩，并可提供具有穩(wěn)定的質(zhì)量的驅(qū)動裝置。而且，因為磁極部與轉(zhuǎn)子一體地形成，當轉(zhuǎn)子的直徑與仍舊使用磁體作為轉(zhuǎn)子的情況相同時，可減少轉(zhuǎn)子的重量。因此，可減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。由此，可以提供達到高轉(zhuǎn)動速度和響應速度提高的驅(qū)動裝置。
在以下結(jié)合附圖的詳細說明中，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯。


圖1是示出作為本發(fā)明第一實施例的步進電機的部件的分解透視圖。
圖2是示出已組裝的步進電機沿軸向的構(gòu)造的截面圖。
圖3是示出當步進電機的第一和第二線圈沿正向通電時磁路狀態(tài)的截面圖。
圖4A和4B是示出在通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子與第一和第二磁體之間的角度位置關系的圖解。
圖5A和5B是示出在通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子與第一和第二磁體之間的角度位置關系的圖解。
圖6A和6B是示出在通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子與第一和第二磁體之間的角度位置關系的圖解。
圖7A和7B是示出在通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子與第一和第二磁體之間的角度位置關系的圖解。
圖8是示出作為本發(fā)明第二實施例的驅(qū)動裝置的步進電機的部件的分解透視圖。
圖9是示出已組裝的步進電機沿軸向的構(gòu)造的截面圖。
圖10A和10B是示出在通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子與磁體之間的角度位置關系的圖解。
圖11A和11B是示出在通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子與磁體之間的角度位置關系的圖解。
圖12A和12B是示出在通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子與磁體之間的角度位置關系的圖解。
圖13A和13B是示出在通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子與磁體之間的角度位置關系的圖解。
圖14是示出作為本發(fā)明第三實施例的驅(qū)動裝置的步進電機的部件的分解透視圖。
圖15是示出已組裝的步進電機沿軸向的構(gòu)造的截面圖。
圖16是本發(fā)明第四實施例的步進電機的部件的分解透視圖。
圖17是示出已組裝的步進電機沿軸向的構(gòu)造的截面圖。
圖18是示出在通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子與第一和第二磁體之間的角度位置關系的圖解。
圖19是示出在通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子與第一和第二磁體之間的角度位置關系的圖解。
圖20是示出在通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子與第一和第二磁體之間的角度位置關系的圖解。
圖21是示出在通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子與第一和第二磁體之間的角度位置關系的圖解。
圖22是示出第一個傳統(tǒng)例的步進電機的部件的分解透視圖。
圖23是已組裝好的步進電機沿軸向的截面圖。
圖24是示出第二個傳統(tǒng)例的步進電機的部件的分解透視圖。
圖25是示出已組裝好的步進電機沿軸向的構(gòu)造的圖解。
具體實施例方式
下面，將參考

本發(fā)明的實施例。
第一實施例圖1是示出作為本發(fā)明第一實施例的驅(qū)動裝置的步進電機的部件的分解透視圖。圖2是示出已組裝的步進電機沿軸向的構(gòu)造的截面圖。
在圖1和2中，步進電機設置有第一磁體1A、第二磁體1B、定子2、第一線圈3A、第二線圈3B、第一軸承4A、第二軸承4B以及轉(zhuǎn)子5。
第一磁體1A形成為中空圓筒，并構(gòu)造成該磁體1A的內(nèi)圓周面被分成N部分(在本實施例的情況中是八部分)且交替地磁化成S極和N極的被磁化部分。第一磁體1A的外圓周面構(gòu)造成具有與內(nèi)圓周面的情況相比較弱的磁化分布，或者根本未被磁化，或者被磁化成與內(nèi)圓周面的極性相反的極性。第一磁體1A設置到轉(zhuǎn)子5的外圓周側(cè)。
第二磁體1B具有與第一磁體1A相同的形狀，形成為中空筒狀，其內(nèi)圓周面在圓周方向被分成N部分(本實施例中N＝8)并形成為被交替地磁化成S極和N極的被磁化部分。第二磁體1B的外圓周面具有與內(nèi)圓周面相比較弱的磁化分布，或者根本未被磁化，或者被磁化成與內(nèi)圓周面的極性相反的極性。第二磁體1B在定子2的內(nèi)圓周側(cè)與第一磁體1A同軸地設置到轉(zhuǎn)子5的外圓周側(cè)。
定子2由軟磁性材料形成為筒狀。定子2的內(nèi)徑設置成與第一磁體1A(第二磁體1B)的外徑幾乎相等。
第一線圈3A具有多個與第一磁體1A同軸地筒狀卷繞的線。第一線圈3A的外徑設置成與第一磁體1A的外徑幾乎相等的尺寸。
第二線圈3B具有與第一線圈3A相同的形狀，其許多導線在與第二磁體1B的軸線相同的軸線上筒狀卷繞。第二線圈3B的外徑設置成與第二磁體1B的外徑幾乎相等的尺寸。第二線圈3B在定子2的內(nèi)圓周側(cè)與第一線圈3A同軸設置。
第一軸承4A由軟磁性材料形成，其可轉(zhuǎn)動地支撐將稍后說明的轉(zhuǎn)子5的軸部51，且其可用作磁路。
第二軸承4B具有與第一軸承4A相同的形狀，其由軟磁性材料形成，以可轉(zhuǎn)動地支撐將稍后說明的轉(zhuǎn)子5的軸部51，且其可用作磁路。
如圖2所示，通過將第一磁體1A、第一線圈3A、第一軸承4A、第二磁體1B、第二線圈3B以及第二軸承4B固定到定子2的內(nèi)圓周部構(gòu)成本實施例的步進電機的定子。
轉(zhuǎn)子5由軟磁性材料形成，其由軸部51和磁極部52-1、52-2、...、52-N/2(在以下說明中適當?shù)胤Q為磁極部52)構(gòu)成。磁極部52的外徑設成比第一磁體1A(第二磁體1B)的內(nèi)徑略小(參考圖2)。磁極部52的數(shù)量設成1或N/2(N代表磁體的磁極的數(shù)量)。在本實施例的情況中，磁極部的數(shù)量設為4。通過加工軟磁性材料將磁極部52分別形成為凸極狀(幾乎為長方體)，并以相等圓周方向間隔設在四個位置，各凸極沿軸部51的軸向延伸。
如圖2所示，通過由第一軸承4A和第二軸承4B可轉(zhuǎn)動地支撐轉(zhuǎn)子5來構(gòu)成本實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子。在該情況下，磁極部52-1、52-2、...、52-N/2面對第一磁體1A和第二磁體1B的被磁化部。
然后，以下將參考圖3至7詳細說明具有以上構(gòu)造的本實施例的步進電機中用于相對于定子2轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子5的驅(qū)動原理。
圖3是示出當步進電機的第一線圈3A和第二線圈3B沿正向通電時磁路狀態(tài)的截面圖。
在圖3中，由第一線圈3A通電產(chǎn)生的磁通量經(jīng)過第一軸承4A、定子2、第一磁體1A以及轉(zhuǎn)子5的磁極部52的回路形成環(huán)。磁路中的間隙僅存在于(1)第一軸承4A和軸部51之間的部分以及(2)磁極部52和第一磁體1A之間的部分，由第一線圈3A形成的磁通量有效地作用于第一磁體1A。也就是說，可以實現(xiàn)有效率的步進電機。在該情況下，轉(zhuǎn)子5的磁極部52與第一磁體1A相對的部分(由圖3的附圖標記52a所示的部分的磁極面)被勵磁成N極?？筛鶕?jù)第一線圈3A通電的方向選擇該部52a的磁極。
類似地，由第二線圈3B通電產(chǎn)生的磁通量形成經(jīng)過轉(zhuǎn)子5的磁極部52、第二磁體1B、定子2以及第二軸承4B的環(huán)。轉(zhuǎn)子5的磁極部52面對第二磁體1B的磁極(由圖3的附圖標記52b所示的部分的磁極面)被磁化成S極?？筛鶕?jù)第二線圈3B通電的方向選擇該部52b的磁極。
圖4A至7B是示出在各個通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子5與第一磁體1A和第二磁體1B之間的角度位置關系的圖解。
圖4A至7B示出通過改變第一線圈3A和第二線圈3B的通電方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子5的狀態(tài)。圖4A、5A、6A和7A分別示出沿圖3中的A-A線的橫截面，圖4B、5B、6B和7B分別示出沿圖3中的B-B線的橫截面。在該情況下，第一磁體1A和第二磁體1B之間的相位差偏移180/N(N是磁體的磁極數(shù)量)，并在本實施例的情況中被設成22.5°。
圖4A和4B示出第一線圈3A沿正向通電的狀態(tài)和第二線圈3B沿反向通電的狀態(tài)。通過給第一線圈3A和第二線圈3B通電，轉(zhuǎn)子5的磁極部52的部分52a被勵磁成S極，部分52b被勵磁成S極。在該情況下，轉(zhuǎn)子5根據(jù)一方面被勵磁的轉(zhuǎn)子5的磁極部52與另一方面第一磁體1A和第二磁體1B之間的磁平衡穩(wěn)定在圖4A和4B所示的角度位置。
圖5A和5B示出第一線圈3A沿反向通電和第二線圈3B沿反向通電的狀態(tài)。轉(zhuǎn)子5的磁極部52的部分52a被勵磁成N極，部分52b被勵磁成S極。轉(zhuǎn)子5穩(wěn)定在從圖4A和4B所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)動1×180/N°(在本實施例的情況中是22.5°)的圖5A和5B所示的角度位置。
圖6A和6B示出第一線圈3A沿反向通電和第二線圈3B沿正向通電的狀態(tài)。轉(zhuǎn)子5的磁極部52的部分52a被勵磁成N極，部分52b被勵磁成N極。轉(zhuǎn)子5穩(wěn)定在從圖4A和4B所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)動2×180/N°的圖6A和6B所示的角度位置。
圖7A和7B示出第一線圈3A沿正向通電和第二線圈3B沿正向通電的狀態(tài)。轉(zhuǎn)子5的磁極部52的部分52a被勵磁成S極，部分52b被勵磁成N極。轉(zhuǎn)子5穩(wěn)定在從圖4A和4B所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)動3×180/N°的圖7A和7B所示的角度位置。
然后，第一線圈3A再次沿正向通電，第二線圈3B沿反向通電。轉(zhuǎn)子5穩(wěn)定在從圖4A和4B所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)動4×180/N°(在本實施例的情況中是90°)的角度位置。該情況下的狀態(tài)與圖4A和4B的狀態(tài)相同。
因此，通過順次改變第一線圈3A和第二線圈3B的通電方向，可移動轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)動方向穩(wěn)定位置并相對于定子2轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子5。
在本實施例的情況中，步進電機的轉(zhuǎn)子僅由轉(zhuǎn)子構(gòu)成。因此，沒有必要像傳統(tǒng)的步進電機的情況那樣用粘合劑粘合構(gòu)成轉(zhuǎn)子的多個部件。由此，可解決由于粘合劑溢出或者粘合不良導致的組裝時的問題，提供質(zhì)量穩(wěn)定的步進電機。
而且，在用于傳統(tǒng)的步進電機的轉(zhuǎn)子的情況中，磁體設在最外圓周面，且其形狀完全是筒狀的。然而，用于本實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子5的最外圓周面是通過對軟磁性材料切槽(通過形成槽口)例如50％到80％形成磁極部52而構(gòu)成的。
在該情況下，設置到用于傳統(tǒng)步進電機的轉(zhuǎn)子的最外圓周面上的磁體用材料的比重為對于釹燒結(jié)磁體是7.4g/cm3，對于釤鈷磁體是8.3g/cm3，對于釹粘結(jié)磁體是6.0g/cm3。而且，用于本實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子5和用于設置到該轉(zhuǎn)子5的最外圓周面上的磁極部52的純鐵的比重是7.0g/cm3，該比重幾乎等于磁體比重的80％到120％。
用于本實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子5具有通過對軟磁性材料切槽和形成如上的磁極部52而得到的結(jié)構(gòu)。因此，當與將磁體設置到用于傳統(tǒng)步進電機的轉(zhuǎn)子的最外圓周面的情況相比轉(zhuǎn)子的直徑相同時，可減少轉(zhuǎn)子的重量和減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。由此，可以提供具有高轉(zhuǎn)動速度和更好響應的步進電機。
而且，因為磁極部52形成在最外圓周面上的轉(zhuǎn)子5具有簡單形狀，所以可通過更適合于例如回火過程等批量生產(chǎn)的加工方法制造轉(zhuǎn)子，具有成本降低和質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)勢。
如上所述，根據(jù)本實施例，可以提供能通過簡化轉(zhuǎn)子的構(gòu)造來穩(wěn)定質(zhì)量和通過減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量來實現(xiàn)高轉(zhuǎn)動速度和提高響應速度的步進電機。
第二實施例圖8是示出作為本發(fā)明第二實施例的驅(qū)動裝置的步進電機的部件的分解透視圖。圖9是示出已組裝的步進電機沿軸向的構(gòu)造的截面圖。
在圖8和9中，步進電機設置有定子2、第一線圈3A、第二線圈3B、第一軸承4A、第二軸承4B、磁體6和轉(zhuǎn)子7。
本實施例與上述的第一實施例的不同之處在于磁體數(shù)設為1，第一磁極部和第二磁極部設置到轉(zhuǎn)子上。本實施例的其他因素與上述的第一實施例的因素相同。因此，附上相同的附圖標記，省略其說明。
磁體6構(gòu)成為中空筒狀，其內(nèi)圓周面沿圓周方向被分成N部分(在本實施例中N＝8)，且該磁體6構(gòu)成為交替地磁化成S極和N極的磁極部。磁體6的外圓周面構(gòu)造成具有與內(nèi)圓周面相比較弱的磁化分布，或者根本未被磁化，或者被磁化成與內(nèi)圓周面的極性相反的極性。
轉(zhuǎn)子7由軟磁性材料形成，由軸部71、第一磁極部72-1、72-2、......72-N/2(在以下說明中適當?shù)胤Q為第一磁極部72)以及第二磁極部73-1、73-2、......73-N/2(在以下說明中適當?shù)胤Q為第二磁極部73)構(gòu)成。
第一磁極部72的外徑設成比磁體6的內(nèi)徑略小的尺寸(參考圖9)。第一磁極部72的數(shù)量設成1或N/2(N是磁極數(shù)量)。然而，在本實施例的情況中，第一磁極部72的數(shù)量設為4。第一磁極部72被分別形成為凸極狀(長方體)，并沿軸部71的軸向在該軸部71的外圓周方向上以相等間隔設在四個位置。
第二磁極部73相對于軸部71沿軸向設置在鄰接第一磁極部72的位置，每個第二磁極部73的形狀以及第二磁極部73的數(shù)量與第一磁極部72的情況相同。然而，通過在軸部71的外圓周方向相對于第一磁極部72具有180/N(在本實施例為22.5°表示磁極數(shù)量的N為8)的相位差設置第二磁極部73。
如圖9所示，通過將第一軸承4A、第一線圈3A、磁體6、第二線圈3B以及第二軸承4B固定到定子2的內(nèi)圓周部而構(gòu)成本實施例的步進電機的定子。而且，通過以第一軸承4A和第二軸承4B可轉(zhuǎn)動地支撐轉(zhuǎn)子7，構(gòu)成本實施例的步進電機的定子。在該情況下，第一磁極部72和第二磁極部73面對磁體6的被磁化面。
然后，以下將參考圖10A至13B詳細說明相對于定子2轉(zhuǎn)動構(gòu)成上述構(gòu)造的本實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子7的驅(qū)動原理。
同樣在本實施例中，通過形成與上述第一實施例的情況相似的磁路、給第一線圈3A通電并由此勵磁第一磁極部72、以及給第二線圈3B通電，可勵磁第二磁極部73。
圖10A至13B是示出在各個磁化狀態(tài)的轉(zhuǎn)子7與磁體6之間的角度位置的關系的圖解。
圖10A至13B示出轉(zhuǎn)子7通過改變第一線圈3A和第二線圈3B的通電方向而轉(zhuǎn)動。圖10A、11A、12A和13A分別示出沿圖9中的A-A線的橫截面，圖10B、11B、12B和13B分別示出沿圖9中的B-B線的橫截面。
圖10A和10B分別示出第一線圈3A沿正向通電和第二線圈3B沿反向通電的狀態(tài)。轉(zhuǎn)子7根據(jù)在被勵磁的轉(zhuǎn)子7的第一磁極部72與第二磁極部73之間的磁平衡穩(wěn)定在圖10A和10B所示的角度位置。
圖11A和11B分別示出第一線圈3A沿反向通電和第二線圈3B沿反向通電的狀態(tài)。轉(zhuǎn)子7穩(wěn)定在圖11A和11B所示的從圖10A和10B所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)動1×180/N°(在本實施例中是22.5°)的角度位置。
圖12A和12B分別示出第一線圈3A沿反向通電和第二線圈3B沿正向通電的狀態(tài)。轉(zhuǎn)子7穩(wěn)定在圖12A和12B所示的從圖10A和10B所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)動2×180/N°(在本實施例中是45°)的角度位置。
圖13A和13B分別示出第一線圈3A沿正向通電和第二線圈3B沿正向通電的狀態(tài)。轉(zhuǎn)子7穩(wěn)定在圖13A和13B所示的從圖10A和10B所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)動3×180/N°(在本實施例中是67.5°)的角度位置。
因此，通過順次改變第一線圈3A和第二線圈3B的通電方向，可移動轉(zhuǎn)子7沿轉(zhuǎn)動方向的穩(wěn)定位置和相對于定子2轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子7。
在本實施例的情況中，可以僅通過轉(zhuǎn)子確定第一磁極部72和第二磁極部73之間的相位差。因此，得到一個優(yōu)勢，即，可以實現(xiàn)在不影響組裝精確度的情況下其質(zhì)量穩(wěn)定的步進電機。
如上所述，根據(jù)本實施例，可以通過簡化轉(zhuǎn)子的構(gòu)造來穩(wěn)定質(zhì)量，以及提供通過減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量達到高轉(zhuǎn)動速度和提高響應速度的步進電機。
第三實施例圖14是示出作為本發(fā)明第三實施例的驅(qū)動裝置的步進電機的部件的分解透視圖。圖15是示出已組裝的步進電機沿軸向的構(gòu)造的截面圖。
在圖14和15中，步進電機設置有第一磁體11A、第二磁體11B、定子12、第一線圈13A、第二線圈13B、第一軸承14A、第二軸承14B以及轉(zhuǎn)子15。
第一磁體11A形成為中空筒狀，其外圓周面在圓周方向上被分成N部分(在本實施例中N＝20)，構(gòu)成被交替地磁化成S極和N極的被磁化部。第一磁體11A設置到轉(zhuǎn)子15的內(nèi)圓周側(cè)。
第二磁體11B具有與第一磁體11A相同的形狀，并形成為中空筒狀，其外圓周面在圓周方向上被分成N部分(在本實施例中是N＝20)，構(gòu)成被交替地磁化成S極和N極的磁極部。第二磁體11B設置到轉(zhuǎn)子15的內(nèi)圓周側(cè)。
定子12由軟磁性材料形成為普通的筒狀。定子12的外徑設置成與第一磁體11A(第二磁體11B)的內(nèi)徑幾乎相等的尺寸。沿直徑方向延伸的圓盤狀(discoid)第一和第二磁通量傳送(transfer)部121和122形成在定子12的軸向中心附近。
第一線圈13A是許多導線筒狀卷繞在與第一磁體11A的軸線相同的軸線上的線圈。第一線圈13A的外徑設置成幾乎等于第一磁體11A的外徑的尺寸。
第二線圈13B具有與第一線圈13A相同的形狀，是許多導線筒狀卷繞在與第二磁體11B的軸線相同的軸線上的線圈。第二線圈13B在轉(zhuǎn)子15的內(nèi)圓周側(cè)上設置到與第一線圈13A的軸線相同的軸線上。第二線圈13B的外徑設置成幾乎等于第二磁體11B的外徑的尺寸。
第一軸承14A由非磁性材料形成，磁通量不通過第一軸承14A。第一軸承14A可相對于定子12轉(zhuǎn)動地支撐轉(zhuǎn)子15。
第二軸承14B具有與第一軸承14A相同的形狀，其由非磁性材料形成，磁通量不通過該軸承14B。第二軸承14B可相對于定子12轉(zhuǎn)動地支撐轉(zhuǎn)子15。
如圖15所示，通過將第一線圈13A、第一磁體11A、第一軸承14A、第二線圈13B、第二磁體11B和第二軸承14B固定到定子12的外圓周部，構(gòu)成本實施例的步進電機的定子。
轉(zhuǎn)子15由軟磁性材料形成為普通的筒狀。轉(zhuǎn)子15的側(cè)部通過被開槽為長方形而構(gòu)成磁極部151。磁極部151的數(shù)量設置成1或N/2(N代表磁極的數(shù)量)。然而，在本實施例的情況中，磁極部的數(shù)量設置成10。而且，每個磁極部151在靠近圖14所示的軸向中心的兩側(cè)都有用于切斷磁通量的槽口。
如圖15所示，通過由第一軸承14A和第二軸承14B相對于定子12可轉(zhuǎn)動地支撐轉(zhuǎn)子15來構(gòu)成本實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子。
在本實施例的情況中，由第一線圈13A產(chǎn)生的磁通量形成由定子12、第一磁傳送部121、磁極部151和第一磁體11A構(gòu)成的磁路。而且，由第二線圈13B產(chǎn)生的磁通量形成由定子12、第二磁傳送部122、磁極部151和第二磁體11B構(gòu)成的磁路。
由此，可以由第一線圈13A對磁極部151中與第一磁體11A相對的部分勵磁，以及由磁極部151中的第二線圈13B對磁極部151中與第二磁體11B相對的部分勵磁。因此，可以從定子12轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子15。
因此，本實施例的步進電機實現(xiàn)能通過磁化第一磁體11A和第二磁體11B的外圓周將轉(zhuǎn)子15設置到步進電機的最外圓周面的構(gòu)造。
在本實施例的情況中，可以實現(xiàn)在軸向兩端具有開口的環(huán)形步進電機。由此，可以使用用于透鏡光路、流體溝道或電布線的開口。在該情況下，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子15位于步進電機的最外徑部的結(jié)構(gòu)。因此，沒必要在取得步進電機的輸出時設置輸出銷等，可以提供能容易地取得其輸出的步進電機。
而且，因為轉(zhuǎn)子15通過對轉(zhuǎn)子15的側(cè)部開槽構(gòu)造成磁極部151，與仍舊使用完全筒狀的磁體作為轉(zhuǎn)子的情況相比，可以減小轉(zhuǎn)動慣量。由此，可以提供實現(xiàn)高轉(zhuǎn)動速度和提高響應速度的步進電機。
如上所述，根據(jù)本實施例，可以提供能通過簡化轉(zhuǎn)子的構(gòu)造來穩(wěn)定質(zhì)量和通過減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量來實現(xiàn)高轉(zhuǎn)動速度和提高響應速度的步進電機。
第四實施例圖16是示出本發(fā)明第四實施例的步進電機的部件的分解透視圖。圖17是示出已組裝的步進電機沿軸向的構(gòu)造的截面圖。
在圖16和17中，步進電機設置有第一磁體21A、第二磁體21B、定子22、第一線圈23A、第二線圈23B、軸承24以及轉(zhuǎn)子25。
第一磁體21A形成為中空筒狀，其外圓周面在圓周方向上被分成N部分(在本實施例中N＝8)，構(gòu)成被交替地磁化成S極和N極的被磁化部。第一磁體21A設置在轉(zhuǎn)子25的內(nèi)圓周側(cè)。
第二磁體21B形成為中空筒狀，其內(nèi)圓周面在圓周方向上被分成N部分(在本實施例中是N＝8)，構(gòu)成交替地磁化成S極和N極的被磁化部。第二磁體21B的內(nèi)徑設置成大于第一磁體21A的外徑的尺寸。第二磁體21B設置到轉(zhuǎn)子25的外圓周側(cè)。
定子22由軟磁性材料形成為具有U-形橫截面(參見圖17)的雙筒狀，由內(nèi)圓筒221、外圓筒222和連接部223構(gòu)成。連接部223設置有第一磁通量傳送部224和第二磁通量傳送部225。
通過將許多導線筒狀卷繞在與第一磁體21A的軸線相同的軸線上而得到第一線圈23A。第一線圈23A的內(nèi)、外徑設置成與第一磁體21A的內(nèi)、外徑幾乎相等的尺寸。
通過將許多導線筒狀卷繞在與第二磁體21B的軸線相同的軸線上而得到第二線圈23B。第二線圈23B的內(nèi)、外徑設置成與第二磁體21B的內(nèi)、外徑幾乎相等的尺寸。
軸承24相對于定子22可轉(zhuǎn)動地支撐轉(zhuǎn)子25。優(yōu)選用非磁性材料形成軸承24。
如圖17所示，通過在相同的軸線上將第一線圈23A和第一磁體21A固定到定子22的內(nèi)圓筒221的外圓周部，以及通過在相同的軸線上將第二線圈23B和第二磁體21B固定到外圓筒222的內(nèi)圓周部，構(gòu)成本實施例提出的電機的定子。在該情況下，第一磁體21A設置成與第二磁體21B之間有180/N°的相位差。
轉(zhuǎn)子25由軟磁性材料形成為普通的筒狀。如圖18所示，轉(zhuǎn)子25在其內(nèi)圓周部(在下文表述中，被適當?shù)胤Q為第二磁極部252)設置有第一磁極部251-1、251-2、251-3以及251-4(在以下說明中，被適當?shù)胤Q為第一磁極部251)。
第一磁極部251的數(shù)量設置成1或N/2。在本實施例中，第一磁極部251的數(shù)量設置成4。第一磁極部251在轉(zhuǎn)子25的內(nèi)圓周方向上沿軸向以相等間隔在四個位置形成為凸部，其內(nèi)徑設置成比第一磁體21A的外徑略大的尺寸。第二磁極部252的數(shù)量設置成1到N/2。然而，在本實施例的情況中，第二磁極部252的數(shù)量設置成4。第二磁極部252在轉(zhuǎn)子25的外圓周方向上沿軸向以相等間隔在四個位置形成為凸部，其外徑分別設置成比第二磁體21B的內(nèi)徑略小的尺寸。
由軸承24相對于定子22可轉(zhuǎn)動地支撐的轉(zhuǎn)子25構(gòu)成本實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子。在該情況下，轉(zhuǎn)子25的第一磁極部251面對第一磁體21A的被磁化面，轉(zhuǎn)子25的第二磁極部252面對第二磁體21B的被磁化面。
然后，以下將參考圖18至21詳細說明具有以上構(gòu)造的本實施例的步進電機的驅(qū)動原理。
由給第一線圈23A通電產(chǎn)生的磁通量通過由定子22的內(nèi)圓筒221、連接部223、第一磁傳送部224、轉(zhuǎn)子25的第一磁極部251以及第一磁體21A組成的回路形成環(huán)，第一磁極部251被磁化?？梢酝ㄟ^改變第一線圈21A的通電方向來改變第一磁極部251被勵磁的狀態(tài)(N極、S極和中性)。
由給第二線圈23B通電產(chǎn)生的磁通量通過由定子22的外圓筒222、連接部223、轉(zhuǎn)子25的第二磁傳送部225、第二磁極部252以及第二磁體21B組成的回路形成環(huán)，第二磁極部252被磁化?？梢酝ㄟ^改變第二線圈21B的通電方向來改變第二磁極部252被勵磁的狀態(tài)(N極、S極和中性)。
根據(jù)一方面被勵磁的轉(zhuǎn)子25的第一磁極部251和第二磁極部252與另一方面第一磁體21A和第二磁體21B之間的磁平衡而相對于定子22形成轉(zhuǎn)子25的穩(wěn)定的角度位置。
類似于上述的第一到第三實施例的情況，通過改變第一線圈21A和第二線圈21B的通電方向，可以移動轉(zhuǎn)子25對定子22穩(wěn)定的角度。圖18至21示出該狀態(tài)。
圖18至21是示出一方面在各種通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)子25與另一方面第一磁體21A和第二磁體21B之間的關系的圖解。
圖18至21示出轉(zhuǎn)子25通過改變第一線圈23A和第二線圈23B的通電方向而轉(zhuǎn)動的狀態(tài)。圖18至21分別示出沿圖17中的A-A線的橫截面。
在本實施例的情況中，通過沿直徑方向在相同的軸線上布置第一磁體21A和第二磁體21B，與如第一到第三實施例的情況那樣沿軸向在相同的軸線上布置磁體的情況相比，可以實現(xiàn)軸向長度較短的步進電機。
而且，因為可用一個部件構(gòu)成轉(zhuǎn)子25，所以可消除諸如在裝配時用粘合劑把轉(zhuǎn)子的部件粘合在一起時粘合劑溢出的麻煩，提供質(zhì)量穩(wěn)定的步進電機。
此外，通過使用具有第一磁極部251和第二磁極部252的轉(zhuǎn)子25，與由磁體構(gòu)成的傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子相比，可以減小轉(zhuǎn)動慣量。
如上所述，本實施例使得可以提供能通過簡化轉(zhuǎn)子的構(gòu)造來穩(wěn)定質(zhì)量和通過減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量來實現(xiàn)高轉(zhuǎn)動速度和提高響應速度的步進電機。
其他實施例對于以上第一實施例，以在轉(zhuǎn)子5的外圓周部形成四個磁極部52的情況為例進行了說明。然而，本發(fā)明并不限于以上情況。允許磁極部的數(shù)量的范圍在1或N/2之間(N磁極數(shù)量)。
對于以上第二實施例，以在轉(zhuǎn)子7的外圓周部形成四個第一磁極部72和四個第二磁極部73的情況為例進行了說明。然而，本發(fā)明并不限于以上情況。允許磁極部的數(shù)量的范圍在1或N/2之間(N磁極數(shù)量)。
對于以上第三實施例，說明了將轉(zhuǎn)子15設置到步進電機的最外徑部的情況。然而，本發(fā)明并不限于以上情況。允許使用轉(zhuǎn)子設置到步進電機的最內(nèi)徑部的構(gòu)造。
對于以上第四實施例，說明了在轉(zhuǎn)子25的內(nèi)圓周部和外圓周部形成四個第一磁極部251和四個第二磁極部252的情況。然而，本發(fā)明并不限于以上情況。允許磁極部的數(shù)量的范圍在1或N/2之間(N磁極數(shù)量)。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動裝置，其特征在于，包括第一磁體，其形成為筒狀，其外圓周面沿圓周方向被交替地磁化成不同極性；第二磁體，其形成為筒狀，其外圓周面沿圓周方向被交替地磁化成不同極性；轉(zhuǎn)子，其與由軟磁性材料制成且與所述第一磁體和所述第二磁體的外圓周面相對的磁極部一體地形成；定子，其同軸固定所述第一和第二磁體，可轉(zhuǎn)動地支撐所述轉(zhuǎn)子；第一線圈，其被固定到所述定子，用于對所述轉(zhuǎn)子的所述磁極部上的與所述第一磁體相對的部分勵磁；以及第二線圈，其被固定到所述定子，用于對所述轉(zhuǎn)子的所述磁極部上的與所述第二磁體相對的部分勵磁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述磁極部通過對所述轉(zhuǎn)子的側(cè)部開槽而形成。
3.一種驅(qū)動裝置，其特征在于，包括第一磁體，其形成為筒狀，其外圓周面沿圓周方向被交替地磁化成不同極性；第二磁體，其形成為筒狀，其內(nèi)圓周面沿圓周方向被交替地磁化成不同極性；轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子中一體地形成由軟磁性材料制成且與所述第一磁體的外圓周面相對的第一磁極部和由軟磁性材料制成且與所述第二磁體的內(nèi)圓周面相對的第二磁極部；定子，其同軸固定所述第一和第二磁體，可轉(zhuǎn)動地支撐所述轉(zhuǎn)子；第一線圈，其被固定到所述定子，用于對所述轉(zhuǎn)子的所述第一磁極部勵磁；以及第二線圈，其被固定到所述定子，用于對所述轉(zhuǎn)子的所述第二磁極部勵磁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述第一磁極部設置成從所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周部突出，所述第二磁極部設置成從所述轉(zhuǎn)子的外圓周部突出，所述第一磁極部和所述第二磁極部被沿所述轉(zhuǎn)子的圓周方向以預定的相位差布置。
全文摘要
一種驅(qū)動裝置，其包括第一磁體、第二磁體、定子、第一線圈、第二線圈、第一軸承、第二軸承和轉(zhuǎn)子。第一磁體和第二磁體分別具有被交替地磁化成S極和N極的被磁化部。轉(zhuǎn)子具有與每個被磁化部相對的磁極部。定子將第一磁體和第二磁體同軸固定，以可轉(zhuǎn)動地支撐轉(zhuǎn)子。第一線圈對轉(zhuǎn)子的磁極部面對第一磁體的部分勵磁。第二線圈對轉(zhuǎn)子的磁極部面對第二磁體的部分勵磁。由此，可以提供一種驅(qū)動裝置，其通過簡化轉(zhuǎn)子的構(gòu)造來穩(wěn)定質(zhì)量，并使得可通過減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量來實現(xiàn)高轉(zhuǎn)動速度和提高響應速度。
文檔編號H02K37/20GK1905318SQ200610099548
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者安田悠 申請人:佳能株式會社