专利名称：驱动装置和光量控制器的制作方法
技术领域：
本发明的领域本发明涉及一种具有非常紧凑尺寸的驱动装置，以及一种利用了这种驱动装置的光量控制器和一种利用了这种驱动装置的快门。
图9给出了一种小型空心圆柱形步进马达的一个例子。这种步进马达包括两个定子102，每一个定子均由一个线圈架101构成，所述线圈架具有一个同心绕在其上的定子线圈105；两个定子轭架106，所述轭架以夹入方式轴向牢固地固定了线圈架101，每一个所述轭架106均具有沿线圈架101内周面交替环状设置的定子齿106a和106b；以及一个外壳103，在外壳103上固定有与相应的定子齿106a和106b一体形成的轭架106。两个外壳103中的一个具有一个凸缘115以及一个被固定在其上的支承座108，而另一个外壳103则具有另一个被固定在其上的支承座108。转子109由一块刚性安装在一根转子轴110上的转子磁铁111构成。转子111限定了其与定子102的定子轭架106之间的径向间隙。转子轴110可转动地由在其相对端上的两个支承座108支承。
在日本专利公开文献(Kokoku)No.53-2774中已披露了一种光线控制器，这种控制器利用了如上述那样制成的步进马达的变形结构。该光线控制器通过打开和关闭与步进马达相连的快门叶片来逐步控制通过光线的量。另一种变型为在日本公开专利文献(Kokai)No.57-166847中披露了一种空心马达。这种空心马达为环状步进马达，其允许光线通过一个形成在其中央部分中的孔腔。
但是，在图9所示的以上传统的小型步进马达中，绕转子109同心地设有外壳103、线圈架101、定子线圈105以及定子轭架106，这样便会不可避免地导致所述马达外部尺寸的增大。另外，如
图18所示，由定子线圈105激励产生的磁力线主要在定子齿106a的端面106a1和定子齿106b的端面106b1之间流过，因此，磁力线不会有效地作用于转子磁铁111。
同样，在日本公开专利文献(Kokoku)No.53-2774中披露的光线控制器以及在日本公开专利文献(Kokai)No.57-166847中披露的空心马达均具有绕一转子磁铁设置的定子线圈和定子轭架，因此增大了马达的外部直径，且由定子线圈激励产生的磁力线不会有效地作用于转子磁铁上。
另外，例如在日本公开专利文献(Kokai)No.7-213041和No.2000-50601中披露了图11所示的一种硬币形无刷式马达。这种无刷式马达由多个线圈301、302、303以及一个盘形磁铁304构成。如图11所示，每一个线圈均具有较薄的币形形状，且应使线圈的轴线与磁铁的轴线平行延伸。沿盘形磁铁的轴向使盘形磁铁磁化，且应使磁铁的磁性表面(内周面)朝向与每个线圈的轴线垂直的方向。
在这种马达中，如图12中箭头所示，由线圈产生的磁力线不能完全有效地作用于磁铁上。另外，由磁铁产生的转动力或力矩的中心以距离L与马达的外周分离，因此对于马达的尺寸而言，由马达产生的力矩较小。另外，马达的中心部分被线圈和磁铁占据，因此，难以将这一部分用于一些其它的目的。
本发明的第二个目的在于提供一种利用了一个小型驱动装置的光量控制器，这种光量控制器易于制造且能够实现高产量生产。
为了实现第一个目的，在本发明的第一个方面提供了一种驱动装置，其包括一块磁铁，其形状为空心圆柱形且具有一个外周面和一个内周面，至少所述外周面沿圆周方向被分为n个区段，这些区段均被磁化，以便具有交替不同的磁极，所述磁铁可绕其空心圆柱形的一条转动轴线转动；一个线圈，其沿磁铁的轴向设置且与所述磁铁平行；一个通过所述线圈被磁化的外磁极部分，所述外磁极部分具有多个梳齿形部分，这些梳齿形部分与所述磁铁相对且绕磁铁设置，以便绕所述磁铁的空心圆柱形转动轴线、对应于与磁铁相对的每一梳齿形部分的圆周宽度的角等于预定角A；及一个通过所述线圈被磁化的内磁极部分，所述内磁极部分具有与磁铁的内周面相对的空心圆柱形；其中，将预定角A设定为这样的一个数值，即当具有交替不同磁极的所述n个区段中相邻区段之间的界面从所述界面与所述外磁极部分中一个对应梳齿形部分的圆周中心相对的位置移开时，转动力会作用于磁铁上以使其返回该位置。
为了实现第二个目的，在本发明的第二个方面提供了一种光量控制器，其包括一块磁铁，其形状为空心圆柱形且具有一个外周面和一个内周面，至少所述外周面沿圆周方向被分为n个区段，这些区段均被磁化以便具有交替不同的磁极，磁铁可绕其空心圆柱形的一条转动轴线转动；一个线圈，其沿磁铁的轴向设置且与所述磁铁平行；一个通过所述线圈被磁化的外磁极部分，所述外磁极部分具有多个梳齿形部分，这些梳齿形部分与所述磁铁相对且绕所述磁铁设置，以便绕所述磁铁的空心圆柱形转动轴线、对应于与所述磁铁相对的每一梳齿形部分的圆周宽度的角等于预定角A；一个通过所述线圈被磁化的内磁极部分，所述内磁极部分具有与所述磁铁的内周面相对的空心圆柱形；及一个光量控制件，该控制件能以与所述磁铁联动的方式转动；其中，将预定角A设定为这样的一个数值，即当具有交替不同磁极的所述n个区段中相邻区段之间的界面从所述界面与所述外磁极部分中一个对应梳齿形部分的圆周中心相对的位置移开时，转动力会作用于所述磁铁上以使其返回该位置。
为了实现第二个目的，在本发明的第三个方面提供了一种光量控制器，其包括一块磁铁，其形状为空心圆柱形且具有一个外周面和一个内周面，至少所述外周面沿圆周方向被分为n个区段，这些区段均被磁化以便具有交替不同的磁极，所述磁铁可绕其空心圆柱形的一条转动轴线转动；一个线圈，其沿磁铁的轴向设置且与所述磁铁平行；一个通过所述线圈被磁化的外磁极部分，所述外磁极部分具有多个梳齿形部分，这些梳齿形部分与所述磁铁相对且绕所述磁铁设置，以便绕所述磁铁的空心圆柱形转动轴线、对应于与所述磁铁相对的每一梳齿形部分的圆周宽度的角等于预定角A；一个通过所述线圈被磁化的内磁极部分，所述内磁极部分具有与所述磁铁的内周面相对的空心圆柱形；一个光量控制件，该控制件与以所述磁铁联动的方式可打开和关闭，以此控制光线通过所述内磁极部分的量；及控制装置，其用于通过可选择地在第一状态，第二状态和第三状态之间转换来控制所述光量控制件，其中，在所述第一状态中，当所述线圈被解除激励时，通过所述磁铁和所述外磁极部分的吸引力将所述磁铁固定在一预定转动位置处，在所述第二状态中，通过所述线圈的正常激励，使所述磁铁从所述第一状态、沿正常方向转过第一预定角度，而在所述第三状态中，通过所述线圈的逆向激励，使所述磁铁从所述第一状态、沿与正常方向相反的方向转过第二预定角度，其中，将预定角A设定为这样的一个数值，即，当具有交替不同磁极的所述n个区段中相邻区段之间的界面从所述界面与所述外磁极部分中对应的一个梳齿形部分的圆周中心相对的位置移开时，转动力会作用于所述磁铁上以使其返回该位置。
在本发明的第一至第三个方面，较理想的是，假定所述磁铁具有外径D1和内径D2，设定所述预定角A以满足由以下公式限定的条件；A＞(248.4/n)-58.86×(D1-D2)/(D1×π)。
在本发明的第一至第三个方面，较理想的是，外磁极部分中每一梳齿形部分的轴向长度均大于所述磁铁的外周面高度。
在本发明的第二和第三个方面，较理想的是，光量控制件以与所述磁铁联动的方式可打开和关闭，以此来控制光线通过内磁极部分的量。
根据第一至第三个方面，驱动装置的外径由与磁铁外周面相对的外磁极部分限定，驱动装置的内径由与磁铁内周面相对的内磁极部分限定，而驱动装置的轴向高度则由线圈和磁铁的轴向布置限定。结果，能够大大减小驱动装置的尺寸。另外，在通过线圈的激励所磁化的外磁极部分和内磁极部分之间产生的磁力线穿过设置在磁极件和元件之间的磁铁，从而有效地作用于磁铁上。
另外，假定绕磁铁的空心圆柱形状的转动轴线、对应于与磁铁相对的外磁极件中每一梳齿形部分的圆周宽度的角度等于预定角度A，且磁铁具有n个被磁化的磁极，外径为D1以及内径为D2，则应设定数值A以满足由公式A＞(248.4/n)-58.86×(D1-D2)/(D1×π)限定的条件。因此，当未激励线圈时，能够稳定地将磁铁中每一磁极的中心固定在与外磁极部分中一个对应梳齿形部件的中心相对的位置处。
另外，由于外磁极部分中的每一个梳齿形部分均具有这样的结构，即轴向长度大于磁铁外周面的高度，因此减小了由外磁极部分和内磁极部分轴向施加在磁铁上的力。结果，减小了磁铁和轴向固定磁铁的磁铁止动件之间的滑动摩擦，从而确保了磁铁的平稳转动。
另外，本发明的第二和第三方面的光量控制器包括上述的驱动装置，以及与驱动装置中磁铁相连的光量控制件，以便实现绕枢轴的转动来控制光线通过空心圆柱形内磁极部分内侧的量，并可以允许光线通过驱动装置的中央部分。
另外，根据本发明的第三个方面，可以通过改变线圈激励的状态和方向使光量控制状态在三个不同的光量控制状态之间变换。
结合附图、从以下的详细说明中将更清楚地理解本发明的以上和其它目的，特点和优点。
图3C为横剖面图，其显示了当逆向激励线圈2时，在图1中所示的磁铁1的凸起1b与基板5的止动部分5g对接的状态；图4为表示榫接力矩变化的图表；图5为图表，其显示了在图1中所示的每一外磁极件4a的宽度尺寸、榫接力矩和磁铁尺寸之间的关系；图6为根据本发明的第二实施例，设有一个驱动装置的光量控制器的分解透视图；图7为轴向剖面图，其显示了图6中所示的、设有驱动装置的光量控制器的装配状态；图8A为横剖面图，其显示了当线圈被解除激励时，由于榫接力而使图6中所示的磁铁1停止的状态；图8B为横剖面图，其显示了当正常激励线圈2时，在图6中所示的磁铁1的凸起1b与基板5的止动部分5f对接的状态；图8C为横剖面图，其显示了当逆向激励线圈2时，在图6中所示的磁铁1的凸起1b与基板5的止动部分5g对接的状态；图9为一种传统步进马达的剖面图；图10为所述传统步进马达中定子的剖面图；图11为一种无刷式马达的透视图；图12为所述传统无刷式马达的剖面图。
本发明最佳实施例的详细描述下面，参照表示本发明实施例的附图对本发明进行详细说明。
根据本发明的第一实施例，图1-图3C显示了一种光量控制器。根据本发明的第一实施例，图1为设有一个驱动装置的光量控制器的分解透视图。图2为一轴向剖面图，其显示了图1中所示的设有驱动装置的光量控制器的装配状态，而图3A-3C为沿图2中线A-A所示的剖面图，它们用于解释所述驱动装置中一块磁铁的转动操作。
在图1-3C中，参考标号1表示一个形成转子的空心圆柱形磁铁。如图3A所示，磁铁1具有一个磁化部分1a，该部分是通过沿圆周方向将磁铁1分为n个区段(在本实施例中为16个区段)并永久性地使这n个区段磁化形成的，以便这些区段能够沿外周侧交替提供一个S极和N极。虽然在图3A和3B中，磁化部分1a是由外周侧部分表示的，但实际上，磁化部分1a具有一个内周侧部分，该内周侧部分具有与上述n个区段对应的相应部分且具有极性与外周侧部分中n个区段的相应磁极相反的磁极。磁铁1是通过使一种塑性磁性材料注模成型制成的，其允许形成具有非常小的径向厚度的空心圆筒(特别是磁化部分1a)。另外，磁铁1整体形成有一个用于限制磁铁1转动的凸起1b、沿轴向凸出的定位销1c和1d以及一个略微向磁铁1的中心开孔凸出的接合部分1e。通过后面所述的一块基板5、以接合部分1e可滑动地与基板5中接合部分5e接合的方式可转动地支承磁铁1。
如上所述，由于磁铁1是由塑性磁性材料的注模成型形成的，因此，尽管磁铁1的形状复杂，即具有凸起1b、定位销1c和1d以及接合部分1e，也能够容易地制造磁铁1。另外，由于磁铁1具有与其一体形成的接合部分1e，因此提高了接合部分1e以及磁铁主体相对于其转动轴线的同心性的精度，这样能够减小转子的振动并减小磁化部分1a和后文所述的定子4之间的间隙，从而确保足够的输出力矩。另外，磁铁的注模成型提供了一层形成在磁铁表面上的薄树脂膜，以使在注模成型的磁铁上产生的锈斑量远小于在模压成型的磁铁上产生的锈斑量，这样便能够省去如镀膜这样的防锈处理。另外，注模成型的磁铁避免磁性粉末的粘着或在防锈处理期间往往产生的表面鼓起，这种缺陷是压模成型的磁铁中所固有的，从而提高了产品质量。
通过注模成型Nd-Fe-B-基稀土磁性粉末和如聚酰胺这样的热塑性树脂粘结剂的混合物形成了用于磁铁1的塑性磁铁。虽然通过压模成型形成的磁铁具有大约500Kgf/cm2的抗弯强度，但是将聚酰胺树脂用作粘结材料能够获得不低于800Kgf/cm2的抗弯强度；结果，能够使磁铁1形成了由压模成型不能实现的薄壁空心圆柱形状。由此形成的磁铁1的薄壁空心圆柱形状能够减小定子4中外磁极和内磁极之间的间隙或距离，如下文所述，从而能够形成在其间具有较小磁阻的磁路。因此，当激励一个后文所述的线圈2时，能够以较小的磁动势增大磁力线的量，从而能够提高促动器的性能。
使呈空心圆柱形的线圈2缠绕在由绝缘材料形成的线圈架3上。使线圈2与磁铁1同心设置且沿轴向与磁铁1平行。线圈2的外径大致与磁铁1的外径相等。
定子4由一种柔软的磁性材料制成且包括一个外侧空心圆筒(外磁极)、一个内侧空心圆筒(内磁极)以及一个连接这些空心圆筒的连接部分4c。定子4的外侧空心圆筒在其一个端部形成有多个齿，每一个齿均沿轴向延伸，即呈现出梳子的形状。轴向延伸的齿的数量为磁铁1中磁化部分1a的区段数量n的一半(即在本实施例中为8)。这些齿形成了外磁极件4a。以720/n度的相等间隔(在本实施例中为45度)、沿圆周方向布置外磁极件4a。另一方面，定子4的内侧空心圆筒形成了内磁极部分4b。如果通过径向延伸的齿形成外磁极件4a，那么则会由外磁极件4a的径向长度增大促动器的直径。但是，在本实施例中，沿轴向延伸的梳齿形部分形成了外磁极件4a，其有助于使促动器的直径达到最小。
虽然在本实施例中，将定子4中外磁极件4a的数量(齿的数量)设定为磁铁1的磁化部分1a中区段数量n的一半，但是这仅是理想的数量，因此，即使将齿的数量减少一个，其在促动器的操作上不会产生任何问题，只是其输出量略有减少。但是，即使在这种情况下，也应以720/n度的间隔、沿圆周方向布置剩余的齿。由减少齿的数量所形成的间隙可由另一元件使用。
另外，虽然在本实施例中，定子4的内磁极部分4b形成为一种简单的空心圆筒，但是也可使其形成具有与外磁极件4a相似的类似梳子的形状。
例如通过粘接，使线圈2和线圈架3牢固地安装在定子4的外磁极件4a和内磁极部分4b之间。当激励线圈2时，使定子4磁化。
将定子4的外磁极件4a和内磁极部分4b设计成以预定间隙将磁铁1的磁化部分1a夹在当中，以使它们与磁化部分1a的相应外周面和内周面相对。因此，通过线圈2磁化的外磁极件4a和内磁极部分4b产生的磁力线在外磁极件4a和内磁极部分4b之间的某一位置处穿过磁铁1，以有效地作用于作为转子的磁铁1上，从而提高了促动器的输出。
根据本发明，如上所述，磁铁1、线圈2、线圈架3和定子4构成了光量控制器的促动器。
参考标号5表示了所述基板，其具有一个形成有开孔5b的中部。通过磁铁1的接合部分1e和基板5的接合部分5e之间的接合可转动地将磁铁1装配在基板5上，磁铁止动件6通过粘接、经磁铁1的接合部分1e被固定至基板5上，从而避免了磁铁1的轴向脱开。应注意的是，虽然在本实施例中，是利用磁铁止动件6来防止磁铁1轴向脱开的，但是也可以在基板5上一体形成一个止动部分。
基板5具有另一个接合部分5a，该部分使定子4的外磁极件4a与其接合并通过粘接将外磁极件4a固定在其上。在这种情况下，定子4被固定在基板上，以便其与磁铁1同轴，且在磁铁1的磁化部分1a中如图1所示的一个顶端和被牢固安装在定子4中的线圈架3之间、沿轴向保持有预定的间隙。虽然在本实施例中，定子4是通过外磁极件4a和基板5的接合部分5a之间的接合(外径接合)被固定在基板5上的，但是可以使内磁极部分4b与基板5接合(内径接合)。
另外，基板5一体设有定位销5c和5d，这些定位销沿与磁铁1的定位销1c和1d相同的方向伸出。基板5还形成有止动部分5f和5g，这些止动部分用于限制磁铁1的转动，以便使磁铁1的凸起1b与止动部分5f和5g对接。即，允许磁铁1在使凸起1b与止动部分5f对接的位置和使凸起1b与止动部分5g对接的位置之间转动。
参考标号7和8表示的是叶片。叶片7在其中设有一个用于使叶片7可转动地接合基板5中定位销5c的圆孔7a和一个用于使叶片7可滑动地接合磁铁1中定位销1c的细长孔7b，同时叶片8在其中设有一个用于使叶片8可转动地接合基板5中定位销5d的圆孔8a和一个用于使叶片8可滑动地接合磁铁1中定位销1d的细长孔8b。
参考标号9表示了一个叶片保持器，其具有一个中央部分，在该部分中形成有一个开孔9a。通过预定的间隙、利用夹在它们之间的叶片7和8将叶片保持器9固定在基板5上。叶片保持器9在轴向起到了支承叶片7和8的作用。
磁铁1的转动通过由磁铁1的定位销1c推动细长孔7b使叶片7绕圆孔7a转动，且通过由磁铁1的定位销1d推动细长孔8b使叶片8绕圆孔8a转动，从而能够控制光线通过基板5的开孔5b的量。
如上所述，磁铁1、线圈2、线圈架3、定子4、基板5、磁铁止动件6、叶片7和8以及叶片保持器9构成了本发明的光量控制器。
图3A-3C为沿图2中线A-A所示的视图，根据本发明的实施例，它们用于解释驱动装置中磁铁的转动操作。图3A显示了在线圈2被解除激励时，由于榫接力而使磁铁1处于停止的状态，图3B显示了在正常激励线圈2时，磁铁1的凸起1b与基板5的止动部分5f对接的状态，而图3C显示了在逆向激励线圈2时，磁铁1的凸起1b与基板5的止动部分5g对接的状态。下面将参照附图3A-3C以及图4和5对磁铁1的转动操作进行说明。
图4为描述了榫接力矩(在磁铁1和定子4之间产生并作用于磁铁1上的吸引力)变化的图表。该图表显示了当未激励线圈2时，根据磁铁1的转动位置、通过外磁极件4a吸引磁铁1的方式。
在图4中，纵坐标表示了在磁铁1和定子4之间产生并作用于磁铁1上的磁力的强度，同时横坐标表示了磁铁1的转动相位。在由点E1，E2和E3表示的每一位置处，当磁铁1即将正常转动时，反向旋转力会作用于磁铁1上以使其返回原始位置，而在磁铁1即将反向转动时，正常的转动力作用于磁铁1上以使其返回原始位置。简单地说，点E1、E2和E3表示了榫接位置(cogged position)，在这些位置处，在磁铁1和定子4之间产生的磁力作用于磁铁1上以稳定地使其定位。另一方面，点F1和F2表示了停止位置，在这些位置处，磁铁1处于不稳定的平衡状态，在该状态下，即使磁铁1中最小的相位变化也会在磁铁1上有作用力，以致使其朝点E1、E2或E3转动。当未激励线圈2时，始终使磁铁1保持停止在点E1、E2或E3，而不会因光量控制器的振动或位置的变化停止在点F1或F2处。
假定磁铁1具有n个磁化磁极(磁化部分1a的n个区段)，以间隔360/n度的间隔处有稳定的榫接点，如点E1、E2和E3，且相邻的稳定榫接点之间的中间位置为不稳定的点，如点F1或F2。
通过有限元方法进行的数值模拟已证明在线圈解除激励期间，外磁极件4a和磁铁1之间的吸引状态会根据对应于磁铁1中每一磁极绕磁铁1的转动轴线的圆周宽度的角度以及对应于与磁铁1相对的每一外磁极件4a绕磁铁1转动轴线的圆周宽度的角度之间的关系变化。根据所述数值模拟，磁铁1的榫接位置会根据对应于与磁铁1相对的外磁极件4a绕磁铁1转动轴线的圆周宽度的角度(后文称为“外磁极件4a的相对角度”)变化。更特别的是，在固定了与磁铁1中每一磁极相对于磁铁转动角度的圆周宽度相对应的角度(后文称为“磁极角度”)的条件下，当外磁极件4a的相对角度小于一个预定值时，应使磁铁1稳定地保持在磁铁1的磁极中心与外磁极件4a的中心相对的位置处。这时，上面参照图4所述的点E1、E2或E3对应于磁铁1的磁极中心与外磁极件4a的中心相对的位置。另一方面，当外磁极件4a的相对角度等于或大于所述预定值时，应使磁铁1稳定地保持在磁铁1的两个磁极之间的界面与外磁极件4a的中心相对的位置处。这时，点E1、E2或E3对应于磁铁1中两个磁极之间的界面与外磁极件4a的中心相对的位置。下面，将参照附图5对如何稳定地固定磁铁的方式进行详细说明。
图5为这样一个图表，其显示了每一外磁极件4a的宽度尺寸、榫接力矩以及磁铁1的尺寸的相互关系。
在图5中，横坐标表示磁铁1的厚度与磁铁1中每一磁极的外周长度的比值，而纵坐标表示的是外磁极件4a的相对角度与磁极角度的比值。
例如，假定磁铁1的外径为10mm，内径为9mm且磁铁1具有16磁极，由于磁铁1的厚度为(10-9)/2mm，且每一磁极的外周长度为10×π/16mm，因此，在横坐标上所示的磁铁1的厚度与磁铁1中每一磁极的外周长度的比值为0.255。另外，假定外磁极件4a的相对角度为15度，由于磁极角度为22.5度，因此，在纵坐标上所示的外磁极件4a的相对角度与磁极角度的比值为0.667。
在图5中绘出的点表示了外磁极件4a的相对角度与磁极角度的比率同磁铁1厚度与磁铁1中每一磁极的圆周长度比率之间的比值关系，这些比值是通过具有大致为零的榫接力矩的相应模型推定的。当由Y表示在纵坐标上的数值时且由X表示在横坐标上的数值时，可以通过以下表示一条直线的等式近似估算出这些点Y＝-0.327X+0.69。如果Y＜-0.327X+0.69，那么磁铁1中磁极的中心则被稳定地固定在与对应外磁极件4a的中心相对的位置处，反之，如果Y＞-0.327X+0.69，那么磁铁1中磁极之间的界面则被稳定地固定在与对应外磁极件4a的中心相对的位置处。
更特别的是，可按如下所述那样变换Y＜-0.327X+0.69假定外磁极件4a的相对角度为A度，且磁铁1具有n个磁极，外径为D1且内径为D2，那么可以将Y＜-0.327X+0.69转变为A＞(248.4/n)-58.86×(D1-D2)/(D1×π)。这意味着由于A＞(248.4/n)-58.86×(D1-D2)/(D1×π)，因此使磁铁1的磁极中心稳定地保持在与相应的外磁极件4a的中心相对的位置处。
在本实施例中，由于假定磁铁1中磁极的数量n为16，磁铁1的外径D1为10mm，且其内径D2为9mm，(248.4/n)-58.86×(D1-D2)/(D1×π)＝13.65(度)。因此，如果外磁极件4a的相对角度A(度数)小于13.65度，那么则能够满足Y＞-0.327X+0.69的条件。在本实施例中，由于将外磁极件4a的相对角度A(度数)设定为15度，因此，能够稳定地使磁铁1中被磁化磁极之间的界面固定在与对应外磁极件4a的中心相对的位置处。
希望应在考虑部件尺寸公差、接合松度等的情况下设定外磁极件4a的相对角度A(度数)。在上面的情况下，例如，如果将外磁极件4a的相对角度A(度数)设定为13.7度，那么理论上能够稳定地使与对应外磁极件4a相对的磁铁1中被磁化磁极之间的界面固定在与对应外磁极件4a中心相对的位置处。但是，如果考虑到可能的部件尺寸公差、接合松度等，则很难保证始终使磁铁1中被磁化磁极之间的界面稳定地固定在与对应外磁极件4a的中心相对的位置处。为了消除这一不便之处，必须将所述相对角A(度数)设定为略小于所要求的值，但如果过分减小所述相对角A(度数)，则榫接力可能会大大增加，从而导致力矩减小。因此，需要在考虑了榫接力和所要求的力矩之间平衡点的情况下设定相对角度A(度数)。
当激励线圈以在磁铁1中相邻磁极之间的界面与对应外磁极件4a的中心相对的状态下、使外磁极件4a磁化时，在磁铁1中始终能够产生转动力以起动促动器。另一方面，当激励线圈以在磁铁1中每一磁极的中心与对应外磁极件4a中心相对的状态下、使外磁极件4a磁化时，在磁铁1中未产生转动力。
下面，参照图3A-3C和图4对磁铁1的转动操作进行说明。
在本实施例，假定由A(度数)表示外磁极件4a的相对角度，由D1表示磁铁1的外径尺寸，且由D2表示磁铁1的内径尺寸，设定这些数值以满足A＞(248.4/n)-58.86×(D1-D2)/(D1×π)的条件。在这种情况下，数值A的范围对应于图5的图表中所绘制的直线的右上侧上的区域。当未激励线圈2时，以上所述的图4中的点E1、E2和E3均对应于使磁铁1中相关联的被磁化磁极之间的界面与对应外磁极件4a中心相对的位置，因此，磁铁1因榫接力矩而被稳定地固定在该位置处。如果在这种状态下激励线圈2以磁化外磁极件4a，则会在磁铁1中产生转动力以平稳地起动促动器。
因此，如图3A所示，当未激励线圈2时，磁铁1被稳定地固定在磁铁1中被磁化磁极之间的界面与外磁极件4a的中心相对的位置处。这种状态对应于图4中的点E2。
当在图3A的状态下激励线圈2以分别将定子4的外磁极件4a和内磁极件4b磁化为N极和S极时，外磁极件4a和内磁极件4b的磁化会使磁力沿正常转动的方向作用于作为转子的磁铁1上，因此，作为转子的磁铁1平稳地开始逆时针转动。随后，当磁铁1的凸起1b与限制磁铁1转动的基板5的止动部分5b对接时，如图3B所示，使磁铁1停止转动。在该位置处应如此规定在磁铁1中相关的被磁化磁极之间的界面和对应外磁极件4a的中心之间、绕磁铁1的转动轴线1f形成的角假定为α度。换句话说，磁铁1已从图3A的状态转过α度。这一状态对应于图4中的点G。在该位置处作用于磁铁1上的榫接力矩为T1。所述榫接力矩起到了正常转动力(如图3B所示，以顺时针方向作用的力)的作用，以便使磁铁朝点E2正常转动。因此，当线圈2在图3B的状态下被解除激励时，磁铁1沿顺时针方向转过α度进入对应于点E2的图3A的状态，并随后停止。
另一方面，当在图3a的状态下逆向激励线圈2以分别将定子4的外磁极件4a和内磁极件4b磁化为S极和N极时，外磁极件4a和内磁极部分4b的磁化会使磁力沿逆向转动的方向作用于磁铁1上，因此，作为转子的磁铁1开始平稳地进行顺时针转动。随后，当磁铁1的凸起1b与限制磁铁1转动的基板5的止动部分5g对接时，如图3C所示，使磁铁1停止转动。在该位置处应如此规定，在磁铁1中相关的被磁化磁极之间的界面和对应外磁极件4a的中心之间、绕磁铁1的转动轴线1f形成的角假定为β度。换句话说，磁铁1已从图3A的状态转过了β度。这一状态对应于图4中的点H。在该位置处作用于磁铁1上的榫接力矩为T2。所述榫接力矩起到了逆向转动力(如图3A所示，以逆时针方向作用的力)的作用，以逆向使磁铁1转动返回点E2。因此，当线圈2在图3C的状态下被解除激励时，磁铁1逆时针转过β度进入对应于点E2的图3A的状态，并随后停止。
如上所述，通过变换激励线圈2的方向，使作为转子的磁铁1的状态在图3B所示的状态和图3C所示的状态之间转换。线圈2在任一状态下解除激励均会使磁铁1转换至图3A的状态，在该状态下，磁铁1因榫接力而被稳定地固定在该位置处。允许磁铁1转动，只要将磁铁1的转动范围α和β均设定在不达到点F1或F2的范围即可，尽管如此，在设定磁铁1的转动范围时，必须考虑榫接力和所需要的力矩之间的平衡点以及需要的转动量。点F1和F2为对应于磁铁1中彼此相邻的S极和N极的相应中心的位置。
如前面所描述的那样，叶片7和8以与磁铁1转动联动的方式转动。当磁铁1处于图3A的状态时，叶片7和8均被固定在用于以预定量减小基板5的开孔5b面积的位置处。另一方面，当磁铁1处于图3B的状态时，通过叶片7和8关闭了基板5的开孔5b。因此，通过变换线圈2的激励状态和方向，能够使叶片7和8的位置在一关闭位置、一中间位置和一打开位置之间变换，从而控制了光线通过基板5中开孔5b的量。另外，当未激励线圈2时，通过磁铁1和外磁极件4a之间的吸引力将叶片7和8固定在对应于所述中间位置的相应位置处。
因此，所述光量控制器能够起到一个快门的作用，所述快门能够在开启状态、中间孔状态和关闭状态之间转换。
下面，参照图6-8C对本发明第二实施例的光量控制器进行详细说明。
图6-8C显示了第二实施例的光量控制器。图6为所述光量控制器的分解透视图，根据所述第二实施例，该光量控制器设有一个驱动装置。图7为所述光量控制器的装配状态的轴向剖面图，该光量控制器设有图6所示的驱动装置，而图8A-8C为用于解释驱动装置中磁铁的转动操作的视图。在这些附图中，以相同的参考标号表示了与第一实施例中元件和部件相对应的元件和部件。
第二实施例的光量控制器在结构上与第一实施例的光量控制器相同，其不同之处在于后文将描述的定子4的结构。
定子4具有这样的结构，即由于将接合部分1e和磁铁保持器6a设置在磁铁1的内部，因此应设定定子4的内磁极部分4b的轴向长度，以使所述部分4b的顶端低于磁铁1中磁化部分1a的内周面的顶端。因此，内磁极部分4b会产生轴向牵引磁铁1(如图7所示向下)的力。鉴于产生了轴向牵引磁铁1的力，因此，每一个外磁极件4a(梳齿形中的每一个齿)最好均具有这样一个轴向长度，该轴向长度远大于磁铁1中磁化部分1a的外周面的轴向长度(参见图7)。如图7所示，这种结构使外磁极件4a能够产生轴向向上牵引磁铁1的吸引力(如图7所示)，其减小了轴向作用于磁铁1上的内磁极部分4b的力(即，如图7所示，向下作用的吸引力)。结果，减小了磁铁1和轴向固定磁铁1的磁铁止动件6之间的滑动摩擦，这样便确保了磁铁1的平稳转动。
为了避免与外磁极件4a的干涉，在本实施例中，应将本实施例中的凸起1b设置在偏离凸起1b的位置处，与此对应，在本实施例中，也将本实施例中的止动件5f和5g设置在与止动件5f和5g的相应位置偏离的位置处。磁铁1的转动操作与本实施例中所述内容相同。
虽然在以上第一和第二实施例的每一个实施例中，光量控制器具有两个能够被打开和关闭的叶片，但是所述控制器也可设置一个叶片、三个叶片或更多的叶片。
另外，虽然光量控制器适用于能够使叶片的状态在打开状态、中间孔状态和关闭状态之间变换的快门装置，但是，所述光量控制器也可适用于一种可变式光圈装置，该装置可用于使叶片的状态在打开状态、中间孔状态和小孔状态之间转换。另外，所述光量控制器可适用于一种用于ND滤光器或类似装置的滤光调整装置，或不透明度变换装置。
另外，虽然在以上的实施例中，将磁铁分为16个被磁化的区段，但是被磁化的区段数量不局限于16，且可以采用任意的偶数作为被磁化区段的数量。
如上所述，根据以上的实施例，驱动装置的外径由与磁铁的外周面相对的外磁极件确定，驱动装置的内径由与磁铁内周面相对的内磁极部分确定，而驱动装置的轴向尺寸或高度则是由线圈和磁铁的轴向布置确定的。结果，通过使用在直径和高度上均减小的磁铁和线圈，能够设计出结构更紧凑的驱动装置。
另外，在通过线圈激励而被磁化的外磁极件和内磁极部分之间产生的磁力线穿过设置在磁极件和元件之间的磁铁，从而有效地作用于磁铁上。
另外，由于外磁极件的形式为轴向延伸的梳齿形，因此，能够减小驱动装置的径向尺寸。
另外，由于使用了一个线圈，因此能够简化用于激励线圈的控制回路，从而有助于降低制造成本。
而且，假定将对应于与磁铁外周面相对的梳齿形外磁极件中每一个齿沿圆周方向绕其转动轴线延伸的角度设定为A度，且磁铁具有n个被磁化的磁极，外径为D1而内径为D2，则应设定这些数值以满足A＞(248.4/n)-58.86×(D1-D2)/(D1×π)的条件。因此，当未激励线圈时，能够稳定地将磁铁的被磁化磁极之间的界面固定在与一个对应梳齿形外磁极件的中心相对的位置处。
由于每一梳齿形磁极件的结构均具有大于磁铁外周面高度的轴向长度，因此，减小了通过外磁极件和内磁极部分轴向作用在磁铁上的力。结果，减小了磁铁和沿轴向固定磁铁的元件之间的滑动摩擦，从而能够实现磁铁的平稳转动。
另外，由于光量控制器包括上面的驱动装置和光量控制件，该控制件在与驱动装置的磁铁连接的状态下转动，从而控制了光线通过空心圆柱形内磁极部分内部的量，因此，能够允许光线通过驱动装置的中央部分。另外，还能制造出这样一种快门，其设有以与磁铁转动联动的方式被操作的快门叶片。
另外，可以通过改变线圈的激励方向和状态，使光量控制状态在三个不同的光量控制状态之间转换。
权利要求
1.一种驱动装置，其包括一块磁铁，其形状为空心圆柱形且具有一个外周面和一个内周面，至少所述外周面沿圆周方向被分为n个区段，这些区段均被磁化，以便具有交替不同的磁极，所述磁铁可绕其空心圆柱形的一条转动轴线转动；一个线圈，其沿所述磁铁的轴向设置且与所述磁铁平行；一个通过所述线圈被磁化的外磁极部分，所述外磁极部分具有多个梳齿形部分，这些梳齿形部分与所述磁铁相对且绕所述磁铁设置，以便绕所述磁铁的空心圆柱形转动轴线、对应于与所述磁铁相对的每一梳齿形部分的圆周宽度的角等于预定角A；以及一个通过所述线圈被磁化的内磁极部分，所述内磁极部分具有与所述磁铁的内周面相对的空心圆柱形；其中，将预定角A设定为这样的一个数值，即当具有交替不同磁极的所述n个区段中相邻区段之间的界面从所述界面与所述外磁极部分中一个对应梳齿形部分的圆周中心相对的位置移开时，转动力会作用于所述磁铁上以使其返回该位置。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中假定所述磁铁具有外径D1和内径D2，设定所述预定角A以满足由以下公式限定的条件；A＞(248.4/n)-58.86×(D1-D2)/(D1×π)。
3.根据权利要求1所述的驱动装置，其中所述外磁极部分的每一梳齿形部分的轴向长度均大于所述磁铁的外周面高度。
4.根据权利要求1所述的驱动装置，其包括一个用于限制所述磁铁的转动角的转动-阻止元件。
5.根据权利要求1所述的驱动装置，其中所述磁铁可绕所述磁铁的空心圆柱形的转动轴线转过一个转动角度范围，该角度范围小于与具有交替不同磁极的n个区段中每一区段的圆周长度相对应的角度，所述界面与所述圆周中心相对。
6.一种光量控制器，其包括一块磁铁，其形状为空心圆柱形且具有一个外周面和一个内周面，至少所述外周面沿圆周方向被分为n个区段，这些区段均被磁化以便具有交替不同的磁极，所述磁铁可绕其空心圆柱形的一条转动轴线转动；一个线圈，其沿所述磁铁的轴向设置且与所述磁铁平行；一个通过所述线圈被磁化的外磁极部分，所述外磁极部分具有多个梳齿形部分，这些梳齿形部分与所述磁铁相对且绕所述磁铁设置，以便绕所述磁铁的空心圆柱形转动轴线、对应于与所述磁铁相对的每一梳齿形部分的圆周宽度的角等于预定角A；以及一个通过所述线圈被磁化的内磁极部分，所述内磁极部分具有与所述磁铁的内周面相对的空心圆柱形；以及一个光量控制件，该控制件能与所述磁铁联动的方式转动；其中，将预定角A设定为这样的一个数值，即当具有交替不同磁极的所述n个区段中相邻区段之间的界面从所述界面与所述外磁极部分中一个对应梳齿形部分的圆周中心相对的位置移开时，转动力会作用于所述磁铁上以使其返回该位置。
7.根据权利要求6所述的光量控制器，其中假定所述磁铁具有外径D1和内径D2，设定所述预定角A以满足由以下公式限定的条件；A＞(248.4/n)-58.86×(D1-D2)/(D1×π)。
8.根据权利要求6所述的光量控制器，其中所述外磁极部分的每一梳齿形部分的轴向长度均大于所述磁铁的外周面高度，所述光量控制件以与所述磁铁联动的方式可打开和关闭，以此来控制光线通过所述内磁极部分的量。
9.根据权利要求6所述的光量控制器，其包括一个用于限制所述磁铁的转动角的转动-阻止元件。
10.根据权利要求6所述的光量控制器，其中所述磁铁可绕所述磁铁的空心圆柱形的转动轴线转过一个转动角度范围，该角度范围小于与具有交替不同磁极的n个区段中每一区段的圆周长度相对应的角度。
11.一种光量控制器，其包括一块磁铁，其形状为空心圆柱形且具有一个外周面和一个内周面，至少所述外周面沿圆周方向被分为n个区段，这些区段均被磁化以便具有交替不同的磁极，所述磁铁可绕其空心圆柱形的一条转动轴线转动；一个线圈，其沿所述磁铁的轴向设置且与所述磁铁平行；一个通过所述线圈被磁化的外磁极部分，所述外磁极部分具有多个梳齿形部分，这些梳齿形部分与所述磁铁相对且绕所述磁铁设置，以便绕所述磁铁的空心圆柱形转动轴线、对应于与所述磁铁相对的每一梳齿形部分的圆周宽度的角等于预定角A；以及一个通过所述线圈被磁化的内磁极部分，所述内磁极部分具有与所述磁铁的内周面相对的空心圆柱形；以及一个光量控制件，该控制件以与所述磁铁联动的方式可打开和关闭，以此控制光线通过所述内磁极部分的量；以及控制装置，其用于通过可选择地在第一状态、第二状态和第三状态之间转换来控制所述光量控制件，其中，在所述第一状态中，当所述线圈被解除激励时，通过所述磁铁和所述外磁极部分的吸引力将所述磁铁固定在一预定转动位置处，在所述第二状态中，通过所述线圈的正常激励，使所述磁铁从所述第一状态、沿正常方向转过第一预定角度，而在所述第三状态中，通过所述线圈的逆向激励，使所述磁铁从所述第一状态、沿与正常方向相反的方向转过第二预定角度；其中，将预定角A设定为这样的一个数值，即，当具有交替不同磁极的所述n个区段中相邻区段之间的界面从所述界面与所述外磁极部分中对应的一个梳齿形部分的圆周中心相对的位置移开时，转动力会作用于所述磁铁上以使其返回该位置。
12.根据权利要求11所述的光量控制器，其中假定所述磁铁具有外径D1和内径D2，设定所述预定角A以满足由以下公式限定的条件；A＞(248.4/n)-58.86×(D1-D2)/(D1×π)。
13.根据权利要求11所述的光量控制器，其中所述外磁极部分中每一梳齿形部分的轴向长度均大于所述磁铁的外周面高度，所述光量控制件以与所述磁铁联动的方式可打开和关闭，以此来控制光线通过所述内磁极部分的量。
14.根据权利要求11所述的光量控制器，其包括一个用于限制所述磁铁的转动角的转动-阻止元件。
15.根据权利要求11所述的光量控制器，其中所述磁铁可绕所述磁铁的空心圆柱形的转动轴线转过一个转动角度范围，该角度范围小于与具有交替不同磁极的n个区段中每一区段的圆周长度相对应的角度。
全文摘要
本发明提供了一种驱动装置和光量控制器,其易于制造且产量高。圆柱形磁铁的外周面沿圆周方向分为具有交替不同磁极的n个区段。磁铁能绕圆柱形的轴线转动。沿磁铁的轴向且与其平行设置一线圈。一可由线圈磁化的外磁极部分具有多个梳齿形部分,与磁铁相对且绕磁铁设置,以绕磁铁空心圆柱形的转动轴线、对应与磁铁相对的每一梳齿形部分的圆周宽度的角度等于预定角度A。一可由线圈磁化的内磁极部分具有与磁铁的内周面相对的空心圆柱形。将预定角度A设为这样一个数值,即当具有交替不同磁极的n个区段中相邻区段之间的界面从界面与外磁极部分中一对应梳齿形部分的圆周中心相对的位置移开时,转动力会作用于磁铁上以使其返回该位置。
文档编号H02K26/00GK1375914SQ02107058
公开日2002年10月23日 申请日期2002年3月12日 优先权日2001年3月12日
发明者水牧雅夫 申请人:佳能株式会社