專利名稱：步進電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于攝像機等的小型步進電機，更具體地，涉及適用于驅(qū)動例如攝像機的快門、鏡頭、擋片等的步進電機。
背景技術(shù)：
近年來，攝像機已經(jīng)成為電子設(shè)備，其快門由步進電機驅(qū)動。此外，攝像機向小型化和輕量化升級，導(dǎo)致需要高精確度的小型步進電機。例如，專利文獻1公開了同時激勵設(shè)置在固定元件(定子)上的兩個線圈并使轉(zhuǎn)動元件(轉(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)動的步進電機。
圖7是示意性地示出專利文獻1中公開的步進電機100的平面圖。具有等腰梯形形狀的定子103設(shè)置在轉(zhuǎn)子101的外周。該定子103包括三個磁極104、105和106，還包括左邊的第一線圈108和右邊的第二線圈109。通過對提供給線圈108和109的電流的方向進行控制以改變磁場的方向，使由永磁體構(gòu)成的轉(zhuǎn)子101轉(zhuǎn)動。此外，左線圈和右線圈對第三磁極106勵磁，特別地，第三磁極106包括與轉(zhuǎn)子101接近的突出部107。設(shè)置該突出部107以使得當(dāng)沒有建立磁場時轉(zhuǎn)子101的N極(或S極)定位于該突出部107。
專利文獻1特公平2-2382號公報。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題然而，優(yōu)選地將步進電機設(shè)計為以較小的功率損耗從停止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動。然而，上述步進電機100的轉(zhuǎn)子101具有兩個磁極，其被構(gòu)成為使得在無磁場狀態(tài)下使得S極或N極定位于突出部107。因此，上述步進電機100具有在開始轉(zhuǎn)動時能量消耗大的缺點。
由此，本發(fā)明的目的是解決上述缺點并提供一種可以抑制轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時的功耗的步進電機。
解決問題的手段根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種步進電機，包括具有四個磁極的轉(zhuǎn)子；由第一線圈勵磁的第一磁極；由第二線圈勵磁的第二磁極；以及由第一線圈和第二線圈勵磁的第三磁極。第三磁極與轉(zhuǎn)子之間的間隙小于第一磁極與轉(zhuǎn)子之間的間隙以及第二磁極與轉(zhuǎn)子之間的間隙。根據(jù)本發(fā)明，第三磁極與轉(zhuǎn)子之間的間隙小于第一磁極與轉(zhuǎn)子之間的間隙以及第二磁極與轉(zhuǎn)子之間的間隙。通過使用這樣的結(jié)構(gòu)，可以加強來自第三磁極的磁場對具有四個磁極的轉(zhuǎn)子的影響。由此，可以相對減弱傾向于加強對轉(zhuǎn)子的影響的從第一磁極和第二磁極建立的磁場，使得能夠減少轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時的功耗。因此，可以提供在開始轉(zhuǎn)動時可以節(jié)省能量并損耗較少的功率并產(chǎn)生高驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的步進電機。
上述轉(zhuǎn)子可以具有圓柱形狀；平面圖為大致橫向U形的定子被設(shè)置為面對轉(zhuǎn)子的外周面；第一磁極和第二磁極分別設(shè)置在定子的兩端；第三磁極設(shè)置在定子的中央。此外，優(yōu)選地，在前述步進電機中，第一線圈設(shè)置在第一磁極與第三磁極之間，第二線圈設(shè)置在第二磁極與第三磁極之間；定子包括用于防止第一線圈和第二線圈的移位的突部。使用這樣的突部，使得第一線圈和第二線圈的位置穩(wěn)定，可以提供具有更優(yōu)選結(jié)構(gòu)的步進電機。
此外，第一線圈和第二線圈連接到對其進行勵磁的電流控制電路，可以通過改變從電流控制電路提供給第一線圈和第二線圈的電流方向來按兩相勵磁狀態(tài)控制定子的轉(zhuǎn)動。此外，第一線圈和第二線圈連接到對其進行勵磁的電流控制電路，可以通過改變從電流控制電路提供給第一線圈和第二線圈中的任一個的電流方向來按一相勵磁狀態(tài)控制定子的轉(zhuǎn)動。當(dāng)提供電流以對第一線圈和第二線圈進行勵磁從而控制對轉(zhuǎn)子的驅(qū)動時，可以使轉(zhuǎn)子按45°的轉(zhuǎn)子步進角轉(zhuǎn)動。此外，當(dāng)提供電流以對第一線圈和第二線圈中的任一個進行勵磁從而控制對轉(zhuǎn)子的驅(qū)動時，可以使轉(zhuǎn)子按90°的轉(zhuǎn)子步進角轉(zhuǎn)動。由此，因為可以如上所述地改變步進角，所以可以提供靈活性高的步進電機。
本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以加強從設(shè)置在定子的第三磁極建立的磁場對具有四個磁極的轉(zhuǎn)子的影響。這使得可以相對減弱趨向于加強對轉(zhuǎn)子的影響的從第一磁極和第二磁極建立的磁場，并提供轉(zhuǎn)子制動轉(zhuǎn)矩很小并抑制功耗的步進電機。
具體實施例方式
以下參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的步進電機的主要組成部件的圖。步進電機1包括轉(zhuǎn)子2和定子3，轉(zhuǎn)子2被設(shè)置在其中央并且能夠沿兩個方向轉(zhuǎn)動，定子3被設(shè)置為面對轉(zhuǎn)子2的外周。轉(zhuǎn)子2具有圓形的橫截面且具有圓柱形狀。定子3被一體地形成為具有大致橫向U形的平面圖，并處于使轉(zhuǎn)子2容納于其內(nèi)部空間的狀態(tài)。此外，在圖1中以定子3的橫向U形的開口端朝上的狀態(tài)示出步進電機1。
轉(zhuǎn)子2包括由兩個N磁極和兩個S磁極組成的四個磁極。轉(zhuǎn)子2是在具有相同極性的磁極彼此面對的位置被磁化的永磁體，并被設(shè)置為可以圍繞軸21沿兩個方向轉(zhuǎn)動。具有上述橫向U形的定子3的兩端被形成為面對轉(zhuǎn)子2的周面。兩端分別是第一磁極11和第二磁極12。此外，在第一磁極11與第二磁極12的中間位置設(shè)置有第三磁極13。
在第一磁極11與第三磁極13之間卷繞有第一線圈4，在第二磁極12與第三磁極13之間卷繞有第二線圈5。當(dāng)?shù)谝痪€圈4通電時第一磁極11被勵磁，當(dāng)?shù)诙€圈5通電時第二磁極12被勵磁。與此相對，第一線圈4和第二線圈5二者都使第三磁極13勵磁。由此，第三磁極13的勵磁狀態(tài)表現(xiàn)為第一線圈4和第二線圈5的通電狀態(tài)的組合。
圖1中用虛線示出了連接到步進電機1的第一線圈4和第二線圈5的電流控制電路25。根據(jù)本實施例，電流控制電路25提供電流以對第一線圈4和第二線圈5進行勵磁。這樣提供的電流包括設(shè)置的兩種模式。在第一模式中，從電流控制電路25提供電流以對第一線圈4和第二線圈5都進行勵磁，通過改變各個線圈中的電流提供方向來控制對轉(zhuǎn)子2的驅(qū)動狀態(tài)。在第一模式中，存在兩種狀態(tài)一種狀態(tài)是第一磁極11和第二磁極12被勵磁為具有相同的磁性，另一種狀態(tài)是第一磁極11和第二磁極12被勵磁為分別具有不同類型的磁性。此時，如果第一磁極11和第二磁極12被勵磁為具有相同的磁性，則導(dǎo)致第三磁極13建立比前述磁極的磁場更強的磁場。相反地，如果第一磁極11和第二磁極12被勵磁為分別具有不同類型的磁性，則第三磁極13中的磁化相互抵消，導(dǎo)致無磁化狀態(tài)。
在第二模式中，從電流控制電路25提供電流以對第一線圈4和第二線圈5中的任一個進行勵磁，通過改變電流提供方向來控制對轉(zhuǎn)子2的驅(qū)動狀態(tài)。在第二模式中，僅僅對第一磁極11進行勵磁或者僅僅對第二磁極12進行勵磁，并通過改變電流提供方向?qū)⑵涓淖優(yōu)榫哂邢喾吹臉O性。在第二模式中，第三磁極13被勵磁為具有與已被勵磁的第一磁極11或者第二磁極12的極性相反的極性。
在第一模式中，通過對第一線圈4和第二線圈5進行勵磁的兩相勵磁狀態(tài)來對控制轉(zhuǎn)子2的驅(qū)動。另一方面，在第二模式中，通過僅僅對第一線圈4和第二線圈5中的任一個進行勵磁的一相勵磁狀態(tài)來控制對轉(zhuǎn)子2的驅(qū)動。稍后將參照附圖詳細(xì)說明在第一模式和第二模式中轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。
在步進電機1中，將轉(zhuǎn)子2構(gòu)成為包括四個磁極，特別地，將其構(gòu)成為能夠減小轉(zhuǎn)動開始時的轉(zhuǎn)矩?，F(xiàn)在詳細(xì)說明這一點。在步進電機1中，將轉(zhuǎn)子2的周面與第一磁極11之間的間距以及轉(zhuǎn)子2的周面與第二磁極12之間的間距設(shè)置為相同的間隙d。與此相對，將轉(zhuǎn)子2的周面與第三磁極13之間的間距設(shè)置為小于間隙d的間隙D。將間隙D構(gòu)成得很窄以加強從第三磁極13建立的作用在轉(zhuǎn)子2上的磁場，并相對減弱從第一磁極11和第二磁極12建立的作用在轉(zhuǎn)子2上的磁場。優(yōu)選地，將間隙D設(shè)置為間隙d的大約0.3至1倍長。更優(yōu)選地，大約0.8倍。
如果從第一磁極11和第二磁極12建立的磁場強烈地作用于轉(zhuǎn)子2，則增大轉(zhuǎn)子2在停止?fàn)顟B(tài)下的制動轉(zhuǎn)矩。由此，在步進電機1中，將轉(zhuǎn)子2的周面與第三磁極13之間的間隙D設(shè)置為很小并加強第三磁極13的影響，從而相對減小從第一磁極11和第二磁極12產(chǎn)生的作用于轉(zhuǎn)子2的磁影響。這樣，通過平均定子3與轉(zhuǎn)子2之間的磁均衡來減小制動轉(zhuǎn)矩。這使得可以減小步進電機1中的功耗。也將如上所述的常規(guī)步進電機設(shè)置為使得第三磁極靠近轉(zhuǎn)子。前述步進電機中的轉(zhuǎn)子包括兩個磁極，將第三磁極設(shè)置為靠近轉(zhuǎn)子以使得轉(zhuǎn)子中的磁極之一停止為面對第三磁極。然而，在根據(jù)本實施例的步進電機1中，將第三磁極13設(shè)置于靠近轉(zhuǎn)子2的表面以使得從各個磁極建立的作用于轉(zhuǎn)子2的磁場均衡從而減小轉(zhuǎn)矩。以這種方式，可以用看起來相似的結(jié)構(gòu)獲得不同的效果。這是因為根據(jù)本發(fā)明實施例的步進電機1應(yīng)用了具有四個磁極的轉(zhuǎn)子2。
以下，參照圖2到圖4來說明步進電機1中的轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)動。圖2示出了上述第一電流提供模式，通過對第一線圈4和第二線圈5進行激勵的兩相勵磁狀態(tài)使轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動。圖3和圖4示出了上述第二模式，通過僅僅對第一線圈4和第二線圈5中的一個進行勵磁的一相勵磁狀態(tài)使轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動。具體地，圖3示出了對第一線圈4進行勵磁的情況，圖4示出了對第一線圈5進行勵磁的情況。通過圖1所示的電流控制電路25向如圖2到圖4所示的各線圈4和5提供電流，但在這些圖中沒有示出電流控制電路25。此外，為了便于理解，圖3和圖4僅僅示出通電的線圈。
參照圖2，將說明步進電機1的轉(zhuǎn)子2如何轉(zhuǎn)動。圖2示出了上述第一模式，還示出了對第一線圈4和第二線圈5進行勵磁以使轉(zhuǎn)子2沿順時針方向(右手方向)按45°的步進角轉(zhuǎn)動的情況。在圖2(a)中示出了線圈4和5未通電的狀態(tài)。在圖2(b)至圖2(e)中，按時間序列的方式示出了對提供給線圈4和5的電流進行控制并使轉(zhuǎn)子2沿順時針方向轉(zhuǎn)動的情況。在圖2(a)中，第一磁極11和第二磁極12未被勵磁，轉(zhuǎn)子2的N磁極和S磁極分別被設(shè)置為面向第一磁極11和第二磁極12。
在圖2(b)中，從圖2(a)所示的狀態(tài)，對第一線圈4和第二線圈5通電，并且第一磁極11和第二磁極12都被勵磁為S極。此時，在第三磁極13中N極被加倍地勵磁。接著，在圖2(c)中，從圖2(b)所示的狀態(tài)，第一磁極11的勵磁狀態(tài)保持為S極，第二磁極12被勵磁為相反的N極。此時，N極和S極被勵磁并且互相抵消，導(dǎo)致第三磁極13處于無磁化狀態(tài)。以相同的方式，在圖2(d)中，從圖2(c)所示的狀態(tài)，第一磁極11和第二磁極12都被勵磁為N極。此時，在第三磁極13中S極被加倍地勵磁。接著，在圖2(e)中，從圖2(d)所示的狀態(tài)，第一磁極11中的勵磁狀態(tài)保持為N極，第二磁極12被勵磁為相反的S極。此時，N極和S極被勵磁并且互相抵消，導(dǎo)致第三磁極13處于無磁化狀態(tài)。
如上所述，隨著定子3中的磁極11至13的磁化狀態(tài)逐漸變化，轉(zhuǎn)子2如圖所示地沿順時針方向按45°的步進轉(zhuǎn)動。這里，圖2中的各圖示出對第一線圈4和第二線圈5通電并且轉(zhuǎn)子2位于完成了45°轉(zhuǎn)動的位置。如圖2(b)所示，當(dāng)從圖2(a)所示轉(zhuǎn)子2的停止?fàn)顟B(tài)通過從電流控制電路25提供的電流對線圈11和12進行勵磁時，沿順時針方向向轉(zhuǎn)子2提供轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子2開始沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，因為第三磁極13設(shè)置在轉(zhuǎn)子2的表面附近，所以步進電機1能夠以相對較小的功耗開始轉(zhuǎn)動。也就是說，可以減小從電流控制電路提供的電流量，能夠節(jié)省能量地使轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動。
圖3示出了上述第二電流提供模式的情況，還示出了按一相勵磁狀態(tài)僅對第一線圈4進行勵磁以使轉(zhuǎn)子2沿順時針方向(沿右手方向)按90°的步進角轉(zhuǎn)動的情況。在圖3(a)中示出了線圈4和5未通電的狀態(tài)。在圖3(b)至圖3(e)中，以時間序列的方式示出了對提供給線圈4的電流進行控制以使轉(zhuǎn)子2沿順時針方向按90°的步進轉(zhuǎn)動的情況。在圖3中，通過使提供給第一線圈4的電流方向反向來使第一磁極11的極性反轉(zhuǎn)。此時，第三磁極13的極性與第一磁極相反。此外，第二磁極12不受線圈勵磁，具有與第三磁極13的極性相同的極性。
首先，在圖3(a)中，第一磁極11和第二磁極12不被勵磁，與圖2(a)所示的相同，轉(zhuǎn)子2的N極和S極分別被設(shè)置為面向第一磁極11和第二磁極12。接著，在圖3(b)中，從圖3(a)的狀態(tài)對第一線圈4通電，第一磁極11被勵磁為S極。此時，第三磁極13和第二磁極被勵磁為N極。在隨后示出的圖3(c)中，從圖3(b)所示的狀態(tài)，第一磁極11的勵磁狀態(tài)改變?yōu)镹極，并且第三磁極13和第二磁極12被勵磁為相反的S極。以相同的方式，在圖3(d)中，從圖3(c)所示的狀態(tài)，第一磁極11被勵磁為S極。此時，第三磁極13和第二磁極12被勵磁為N極。接著，在圖3(e)中，從圖3(d)所示的狀態(tài)，第一磁極11變成N極，第三磁極13和第二磁極12被勵磁為相反的S極。
如上所述，隨著定子3中的磁極11至13的磁化狀態(tài)逐漸變化，轉(zhuǎn)子2如圖所示地沿順時針方向按90°的步進轉(zhuǎn)動。這里，圖3中的各圖示出了對第一線圈4通電并且轉(zhuǎn)子2位于完成了90°轉(zhuǎn)動的位置。如圖3所示，當(dāng)從圖3(a)所示的轉(zhuǎn)子2的停止?fàn)顟B(tài)如圖3(b)所示地通過從電流控制電路25提供的電流對線圈4進行勵磁并且轉(zhuǎn)子2開始沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，因為第三磁極13設(shè)置在轉(zhuǎn)子2的表面附近，所以步進電機1能夠以相對較小的功耗開始轉(zhuǎn)動。這使得轉(zhuǎn)子2能夠節(jié)省能量地轉(zhuǎn)動。這里，圖3所示的示例展示了顯著的優(yōu)點在第二線圈5處于停止?fàn)顟B(tài)的情況下，可以使轉(zhuǎn)子2沿順時針方向按90°的步進轉(zhuǎn)動。
此外，圖4示出上述第二電流提供模式的情況，還示出按一相勵磁狀態(tài)僅對第二線圈5進行勵磁以使轉(zhuǎn)子2沿逆時針方向按90°的步進角轉(zhuǎn)動的情況。圖4精確地示出圖3中的動作的逆動作。也就是說，在圖4(a)中，線圈4和5處于未通電的狀態(tài)。在圖4(b)到圖4(e)中，按時間序列的方式示出了對提供給線圈5的電流進行控制以使轉(zhuǎn)子2沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。在圖4中，通過使提供給第二線圈5的電流反向來使第二磁極12的極性反轉(zhuǎn)。然后，第三磁極13的極性與第二磁極的磁性相反。此外，第一磁極11不被線圈勵磁，并具有與第三磁極13的磁性相同的極性。
也如圖4所示，隨著在定子3中的各磁極11到13的磁化狀態(tài)逐漸變化，轉(zhuǎn)子2沿逆時針按90°的步進轉(zhuǎn)動。此外，當(dāng)轉(zhuǎn)子2開始沿逆時針方向轉(zhuǎn)動時，第三磁極13設(shè)置在轉(zhuǎn)子2的表面附近。這使得可以以相對小的轉(zhuǎn)矩開始轉(zhuǎn)動并抑制功耗。圖4示出了在第一線圈4處于停止?fàn)顟B(tài)的情況下轉(zhuǎn)子2可以沿逆時針方向以90°的步進轉(zhuǎn)動的情況。
圖5是示出具有適用于步進電機1的優(yōu)選形狀的定子的圖。在圖5中，與圖1和圖2的部件和結(jié)構(gòu)相同的部件和結(jié)構(gòu)具有相同的標(biāo)號。定子3的第一磁極11和第二磁極12被構(gòu)造為面對未示出的轉(zhuǎn)子的周面，并被形成為縱向邊較長以對應(yīng)于轉(zhuǎn)子的較長邊的形狀。定子3在兩側(cè)具有臂部31和32，并且臂部31和32連接到基部35。第三磁極13形成在基部35的中央。第三磁極13也被形成為與第一磁極11和第二磁極12相同的縱長形狀。磁極11到13被形成為沿定子3的厚度的兩個方向延伸的縱長形狀。此外，可以使長度變?yōu)橐话?，僅在厚度方向上的一側(cè)延伸而形成縱長形狀。
定子3包括臂部31和32，用于對第一至第三磁極進行勵磁的線圈4和5卷繞著臂部31和32。為了定位線圈4和5，在各臂部的后端設(shè)置有突部33和34。如此設(shè)置的突部33和34能夠?qū)崿F(xiàn)可以使分別卷繞臂部31和32的線圈4和5可靠地定位的結(jié)構(gòu)。此外，在磁極11至13的上部形成有凹部37至39。根據(jù)本實施例的步進電機1與上下殼(case)一起并入到模塊中。凹部37至39用于對要設(shè)置的殼進行定位。
圖6是示出步進電機1的外觀的透視圖，其主要部件合并到模塊中。此外，在圖6中，與圖1和圖2的部件和結(jié)構(gòu)相同的部件和結(jié)構(gòu)具有相同的標(biāo)號。圖6示出了上殼7和下殼8從頂部和底部與主要部件設(shè)置在一起的模塊。將這種步進電機模塊用于攝像機的快門驅(qū)動部，實現(xiàn)了在起動時功耗較小的步進電機。通過用電流控制電路25控制電流，可以將步進角設(shè)置為45°、90°、135°、180°及更多。這使得可以提供步進角可調(diào)的靈活性高的步進電機。
本發(fā)明不限于上述實施例和其他實施例，在不脫離如權(quán)利要求所述的本發(fā)明的范圍的情況下可以作出各種修改和變化。


圖1是示出根據(jù)實施例的步進電機的主要組成部件的圖；圖2是示出根據(jù)實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子在兩相勵磁狀態(tài)下轉(zhuǎn)動的情況的圖；
圖3是示出根據(jù)實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子在一相勵磁狀態(tài)下順時針方向轉(zhuǎn)動的情況的圖；圖4是示出根據(jù)實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子在一相勵磁狀態(tài)下逆時針方向轉(zhuǎn)動的情況的圖；圖5是示出具有適用于步進電機的優(yōu)選形狀的定子的圖；圖6是示出具有步進電機的結(jié)構(gòu)的模塊的外觀的透視圖；以及圖7示意性地示出了常規(guī)的步進電機。
權(quán)利要求
1.一種步進電機，其特征在于包括具有四個磁極的轉(zhuǎn)子；由第一線圈勵磁的第一磁極；由第二線圈勵磁的第二磁極；以及由第一線圈和第二線圈勵磁的第三磁極；其中第三磁極與轉(zhuǎn)子之間的間隙小于第一磁極和轉(zhuǎn)子之間的間隙以及第二磁極與轉(zhuǎn)子之間的間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于，轉(zhuǎn)子具有圓柱形狀；平面圖為大致橫向U形的定子被設(shè)置為面對轉(zhuǎn)子的外周面；第一磁極和第二磁極被設(shè)置在定子的兩端；并且第三磁極被設(shè)置在定子的中央。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的步進電機，其特征在于，第一線圈被設(shè)置在第一磁極與第三磁極之間，第二線圈被設(shè)置在第二磁極與第三磁極之間；并且定子包括用于防止第一線圈和第二線圈的位移的突部。
全文摘要
公開了一種步進電機，包括具有四個磁極的轉(zhuǎn)子，由第一線圈勵磁的第一磁極，由第二線圈勵磁的第二磁極，以及由第一線圈和第二線圈勵磁的第三磁極。在該步進電機中，第三磁極與轉(zhuǎn)子之間的間隙被形成為小于第一磁極或第二磁極與轉(zhuǎn)子之間的間隙。因此，增大了第三磁極的磁場對轉(zhuǎn)子的影響。結(jié)果，可以相對減弱傾向于加強的第一磁極和第二磁極的磁場對轉(zhuǎn)子的影響，從而減小轉(zhuǎn)子在開始轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)矩。
文檔編號H02K37/16GK1816961SQ20048001874
公開日2006年8月9日 申請日期2004年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月30日
發(fā)明者川本尚志, 大石誠一 申請人:精工精密株式會社