专利名称：驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于轭铁转动型(yoke-rotational)步进电机的驱动装置。
背景技术：
传统上，步进电机被广泛地用作各种机构的驱动源。作为步进电机的第一个传统例，已提出一种步进电机，其以转轴为中心的直径减少，输出增加(例如，参见日本特开平09-331666号公报(美国专利号5,831,356))。
图22是示出第一个传统例的步进电机的部件的分解透视图。
图23是示出已组装好的步进电机的构造的截面图。
在图22和23中，该步进电机设置有磁体301、第一线圈302、第二线圈303、第一定子304、第二定子305、输出轴306以及联接圈307。磁体301形成为筒状，沿圆周方向被分割成四部分，并被交替地磁化成不同极性。第一定子304由第一线圈302励磁(magnetically excited)。第二定子305由第二线圈303励磁。
具有以上构造的步进电机通过改变第一线圈302和第二线圈303的通电方向来改变第一外侧磁极部304A和304B、第一内侧磁极部304C和304D、第二外侧磁极部305A和305B、以及第二内侧磁极部305C和305D的极性。由此，由磁体301和输出轴306构成的转子被转动。在该情况下，磁体301由粘合剂等粘合到输出轴306上。
在该步进电机的情况中，由第一线圈302和第二线圈303的通电产生的磁通量从外侧磁极部流到相对的内侧磁极部，或者从内侧磁极部流到相对的外侧磁极部，并且有效地作用在位于外侧磁极部和内侧磁极部之间的磁体301上。而且，可以将外侧磁极部和内侧磁极部之间的距离设置为大约筒状磁体301的厚度。因此，可以减少由外侧磁极和内侧磁极构成的磁路的阻抗。因此，由于磁路的阻抗减少，少量的电流可产生更多的磁通量，从而提高了步进电机的输出。
而且，作为步进电机的第二个传统例，已提出一种中空筒状的步进电机(例如，参见日本特开2002-51526号公报(美国专利号6,798,093和美国专利号6,800,970))。当在照相机上安装这种步进电机时，电机设置成在照相机的透镜镜筒中与光轴平行，以将光圈片(aperture blades)、快门、透镜等设置在该电机的内径部。由此，可以减小照相机的透镜镜筒的直径。
图24是示出第二个传统例的步进电机的部件的分解透视图。图25是示出已组装好的步进电机的构造的图解。
在图24和25中，步进电机设置有转子401、第一线圈402、第二线圈404、第一定子418、第二定子419以及联接圈420。转子401被插入联接圈420的内径部并由联接圈的凸部420a和420i可转动地保持。而且，通过将销401t设置到转子401，通过销401t取得用于移动光圈片或者透镜镜筒的输出。附图标记418a至418h代表磁极齿。
然而，在上述日本特开平09-331666号公报(美国专利号5,831,356)和特开2002-51526号公报(美国专利号6,798,093和美国专利号6,800,970)中说明的传统的步进电机通过用粘合剂等将磁体粘合到输出轴或者输出销而分别构成转子。
因此，存在一个问题，即，由于转子组装精确度、粘合剂的溢出或者粘合不良，步进电机的质量不稳定。特别地，当减小步进电机的直径时，溢出的粘合剂占相对大的体积，妨碍转子的稳定转动。
而且，为了实现步进电机的高速化和响应速度的改进，有必要减小转子的转动惯量。然而，难以减少传统的步进电机的重量，所以转子的转动惯量的减小有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种驱动装置，该驱动装置可增加转动和提高响应速度。
为达到以上目的，本发明的驱动装置设置有第一磁体，其形成为筒状，其外圆周面沿圆周方向被交替地磁化成不同极性；第二磁体，其形成为筒状，其外圆周面沿圆周方向被交替地磁化成不同极性；转子，其与由软磁性材料制成且与该第一磁体和该第二磁体的外圆周面相对的磁极部一体地形成；定子，其同轴固定该第一和第二磁体，可转动地支撑该转子；第一线圈，其被固定到该定子，用于对该转子的该磁极部上的与该第一磁体相对的部分励磁；以及第二线圈，其被固定到该定子，用于对该转子的该磁极部上的与该第二磁体相对的部分励磁。
优选地，该磁极部通过对该转子的侧部开槽而形成。
而且，本发明的驱动装置设置有第一磁体，其形成为筒状，其外圆周面沿圆周方向被交替地磁化成不同极性；第二磁体，其形成为筒状，其内圆周面沿圆周方向被交替地磁化成不同极性；转子，在该转子中一体地形成由软磁性材料制成且与该第一磁体的外圆周面相对的第一磁极部和由软磁性材料制成且与该第二磁体的内圆周面相对的第二磁极部；定子，其同轴固定该第一和第二磁体，可转动地支撑该转子；第一线圈，其被固定到该定子，用于对该转子的该第一磁极部励磁；以及第二线圈，其被固定到该定子，用于对该转子的该第二磁极部励磁。
优选地，该第一磁极部设置成从该转子的内圆周部突出，该第二磁极部设置成从该转子的外圆周部突出，该第一磁极部和该第二磁极部被沿该转子的圆周方向以预定的相位差布置。
根据本发明，因为驱动装置的转子仅由转子构成，解决了由于转子的部件粘得不良产生的麻烦，并可提供具有稳定的质量的驱动装置。而且，因为磁极部与转子一体地形成，当转子的直径与仍旧使用磁体作为转子的情况相同时，可减少转子的重量。因此，可减小转子的转动惯量。由此，可以提供达到高转动速度和响应速度提高的驱动装置。
在以下结合附图的详细说明中，本发明的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。
图1是示出作为本发明第一实施例的步进电机的部件的分解透视图。
图2是示出已组装的步进电机沿轴向的构造的截面图。
图3是示出当步进电机的第一和第二线圈沿正向通电时磁路状态的截面图。
图4A和4B是示出在通电状态的转子与第一和第二磁体之间的角度位置关系的图解。
图5A和5B是示出在通电状态的转子与第一和第二磁体之间的角度位置关系的图解。
图6A和6B是示出在通电状态的转子与第一和第二磁体之间的角度位置关系的图解。
图7A和7B是示出在通电状态的转子与第一和第二磁体之间的角度位置关系的图解。
图8是示出作为本发明第二实施例的驱动装置的步进电机的部件的分解透视图。
图9是示出已组装的步进电机沿轴向的构造的截面图。
图10A和10B是示出在通电状态的转子与磁体之间的角度位置关系的图解。
图11A和11B是示出在通电状态的转子与磁体之间的角度位置关系的图解。
图12A和12B是示出在通电状态的转子与磁体之间的角度位置关系的图解。
图13A和13B是示出在通电状态的转子与磁体之间的角度位置关系的图解。
图14是示出作为本发明第三实施例的驱动装置的步进电机的部件的分解透视图。
图15是示出已组装的步进电机沿轴向的构造的截面图。
图16是本发明第四实施例的步进电机的部件的分解透视图。
图17是示出已组装的步进电机沿轴向的构造的截面图。
图18是示出在通电状态的转子与第一和第二磁体之间的角度位置关系的图解。
图19是示出在通电状态的转子与第一和第二磁体之间的角度位置关系的图解。
图20是示出在通电状态的转子与第一和第二磁体之间的角度位置关系的图解。
图21是示出在通电状态的转子与第一和第二磁体之间的角度位置关系的图解。
图22是示出第一个传统例的步进电机的部件的分解透视图。
图23是已组装好的步进电机沿轴向的截面图。
图24是示出第二个传统例的步进电机的部件的分解透视图。
图25是示出已组装好的步进电机沿轴向的构造的图解。
具体实施例方式
下面，将参考
本发明的实施例。
第一实施例图1是示出作为本发明第一实施例的驱动装置的步进电机的部件的分解透视图。图2是示出已组装的步进电机沿轴向的构造的截面图。
在图1和2中，步进电机设置有第一磁体1A、第二磁体1B、定子2、第一线圈3A、第二线圈3B、第一轴承4A、第二轴承4B以及转子5。
第一磁体1A形成为中空圆筒，并构造成该磁体1A的内圆周面被分成N部分(在本实施例的情况中是八部分)且交替地磁化成S极和N极的被磁化部分。第一磁体1A的外圆周面构造成具有与内圆周面的情况相比较弱的磁化分布，或者根本未被磁化，或者被磁化成与内圆周面的极性相反的极性。第一磁体1A设置到转子5的外圆周侧。
第二磁体1B具有与第一磁体1A相同的形状，形成为中空筒状，其内圆周面在圆周方向被分成N部分(本实施例中N＝8)并形成为被交替地磁化成S极和N极的被磁化部分。第二磁体1B的外圆周面具有与内圆周面相比较弱的磁化分布，或者根本未被磁化，或者被磁化成与内圆周面的极性相反的极性。第二磁体1B在定子2的内圆周侧与第一磁体1A同轴地设置到转子5的外圆周侧。
定子2由软磁性材料形成为筒状。定子2的内径设置成与第一磁体1A(第二磁体1B)的外径几乎相等。
第一线圈3A具有多个与第一磁体1A同轴地筒状卷绕的线。第一线圈3A的外径设置成与第一磁体1A的外径几乎相等的尺寸。
第二线圈3B具有与第一线圈3A相同的形状，其许多导线在与第二磁体1B的轴线相同的轴线上筒状卷绕。第二线圈3B的外径设置成与第二磁体1B的外径几乎相等的尺寸。第二线圈3B在定子2的内圆周侧与第一线圈3A同轴设置。
第一轴承4A由软磁性材料形成，其可转动地支撑将稍后说明的转子5的轴部51，且其可用作磁路。
第二轴承4B具有与第一轴承4A相同的形状，其由软磁性材料形成，以可转动地支撑将稍后说明的转子5的轴部51，且其可用作磁路。
如图2所示，通过将第一磁体1A、第一线圈3A、第一轴承4A、第二磁体1B、第二线圈3B以及第二轴承4B固定到定子2的内圆周部构成本实施例的步进电机的定子。
转子5由软磁性材料形成，其由轴部51和磁极部52-1、52-2、...、52-N/2(在以下说明中适当地称为磁极部52)构成。磁极部52的外径设成比第一磁体1A(第二磁体1B)的内径略小(参考图2)。磁极部52的数量设成1或N/2(N代表磁体的磁极的数量)。在本实施例的情况中，磁极部的数量设为4。通过加工软磁性材料将磁极部52分别形成为凸极状(几乎为长方体)，并以相等圆周方向间隔设在四个位置，各凸极沿轴部51的轴向延伸。
如图2所示，通过由第一轴承4A和第二轴承4B可转动地支撑转子5来构成本实施例的步进电机的转子。在该情况下，磁极部52-1、52-2、...、52-N/2面对第一磁体1A和第二磁体1B的被磁化部。
然后，以下将参考图3至7详细说明具有以上构造的本实施例的步进电机中用于相对于定子2转动转子5的驱动原理。
图3是示出当步进电机的第一线圈3A和第二线圈3B沿正向通电时磁路状态的截面图。
在图3中，由第一线圈3A通电产生的磁通量经过第一轴承4A、定子2、第一磁体1A以及转子5的磁极部52的回路形成环。磁路中的间隙仅存在于(1)第一轴承4A和轴部51之间的部分以及(2)磁极部52和第一磁体1A之间的部分，由第一线圈3A形成的磁通量有效地作用于第一磁体1A。也就是说，可以实现有效率的步进电机。在该情况下，转子5的磁极部52与第一磁体1A相对的部分(由图3的附图标记52a所示的部分的磁极面)被励磁成N极。可根据第一线圈3A通电的方向选择该部52a的磁极。
类似地，由第二线圈3B通电产生的磁通量形成经过转子5的磁极部52、第二磁体1B、定子2以及第二轴承4B的环。转子5的磁极部52面对第二磁体1B的磁极(由图3的附图标记52b所示的部分的磁极面)被磁化成S极。可根据第二线圈3B通电的方向选择该部52b的磁极。
图4A至7B是示出在各个通电状态的转子5与第一磁体1A和第二磁体1B之间的角度位置关系的图解。
图4A至7B示出通过改变第一线圈3A和第二线圈3B的通电方向转动转子5的状态。图4A、5A、6A和7A分别示出沿图3中的A-A线的横截面，图4B、5B、6B和7B分别示出沿图3中的B-B线的横截面。在该情况下，第一磁体1A和第二磁体1B之间的相位差偏移180/N(N是磁体的磁极数量)，并在本实施例的情况中被设成22.5°。
图4A和4B示出第一线圈3A沿正向通电的状态和第二线圈3B沿反向通电的状态。通过给第一线圈3A和第二线圈3B通电，转子5的磁极部52的部分52a被励磁成S极，部分52b被励磁成S极。在该情况下，转子5根据一方面被励磁的转子5的磁极部52与另一方面第一磁体1A和第二磁体1B之间的磁平衡稳定在图4A和4B所示的角度位置。
图5A和5B示出第一线圈3A沿反向通电和第二线圈3B沿反向通电的状态。转子5的磁极部52的部分52a被励磁成N极，部分52b被励磁成S极。转子5稳定在从图4A和4B所示的状态转动1×180/N°(在本实施例的情况中是22.5°)的图5A和5B所示的角度位置。
图6A和6B示出第一线圈3A沿反向通电和第二线圈3B沿正向通电的状态。转子5的磁极部52的部分52a被励磁成N极，部分52b被励磁成N极。转子5稳定在从图4A和4B所示的状态转动2×180/N°的图6A和6B所示的角度位置。
图7A和7B示出第一线圈3A沿正向通电和第二线圈3B沿正向通电的状态。转子5的磁极部52的部分52a被励磁成S极，部分52b被励磁成N极。转子5稳定在从图4A和4B所示的状态转动3×180/N°的图7A和7B所示的角度位置。
然后，第一线圈3A再次沿正向通电，第二线圈3B沿反向通电。转子5稳定在从图4A和4B所示的状态转动4×180/N°(在本实施例的情况中是90°)的角度位置。该情况下的状态与图4A和4B的状态相同。
因此，通过顺次改变第一线圈3A和第二线圈3B的通电方向，可移动转子5的转动方向稳定位置并相对于定子2转动转子5。
在本实施例的情况中，步进电机的转子仅由转子构成。因此，没有必要像传统的步进电机的情况那样用粘合剂粘合构成转子的多个部件。由此，可解决由于粘合剂溢出或者粘合不良导致的组装时的问题，提供质量稳定的步进电机。
而且，在用于传统的步进电机的转子的情况中，磁体设在最外圆周面，且其形状完全是筒状的。然而，用于本实施例的步进电机的转子5的最外圆周面是通过对软磁性材料切槽(通过形成槽口)例如50％到80％形成磁极部52而构成的。
在该情况下，设置到用于传统步进电机的转子的最外圆周面上的磁体用材料的比重为对于钕烧结磁体是7.4g/cm3，对于钐钴磁体是8.3g/cm3，对于钕粘结磁体是6.0g/cm3。而且，用于本实施例的步进电机的转子5和用于设置到该转子5的最外圆周面上的磁极部52的纯铁的比重是7.0g/cm3，该比重几乎等于磁体比重的80％到120％。
用于本实施例的步进电机的转子5具有通过对软磁性材料切槽和形成如上的磁极部52而得到的结构。因此，当与将磁体设置到用于传统步进电机的转子的最外圆周面的情况相比转子的直径相同时，可减少转子的重量和减小转子的转动惯量。由此，可以提供具有高转动速度和更好响应的步进电机。
而且，因为磁极部52形成在最外圆周面上的转子5具有简单形状，所以可通过更适合于例如回火过程等批量生产的加工方法制造转子，具有成本降低和质量稳定的优势。
如上所述，根据本实施例，可以提供能通过简化转子的构造来稳定质量和通过减小转子的转动惯量来实现高转动速度和提高响应速度的步进电机。
第二实施例图8是示出作为本发明第二实施例的驱动装置的步进电机的部件的分解透视图。图9是示出已组装的步进电机沿轴向的构造的截面图。
在图8和9中，步进电机设置有定子2、第一线圈3A、第二线圈3B、第一轴承4A、第二轴承4B、磁体6和转子7。
本实施例与上述的第一实施例的不同之处在于磁体数设为1，第一磁极部和第二磁极部设置到转子上。本实施例的其他因素与上述的第一实施例的因素相同。因此，附上相同的附图标记，省略其说明。
磁体6构成为中空筒状，其内圆周面沿圆周方向被分成N部分(在本实施例中N＝8)，且该磁体6构成为交替地磁化成S极和N极的磁极部。磁体6的外圆周面构造成具有与内圆周面相比较弱的磁化分布，或者根本未被磁化，或者被磁化成与内圆周面的极性相反的极性。
转子7由软磁性材料形成，由轴部71、第一磁极部72-1、72-2、......72-N/2(在以下说明中适当地称为第一磁极部72)以及第二磁极部73-1、73-2、......73-N/2(在以下说明中适当地称为第二磁极部73)构成。
第一磁极部72的外径设成比磁体6的内径略小的尺寸(参考图9)。第一磁极部72的数量设成1或N/2(N是磁极数量)。然而，在本实施例的情况中，第一磁极部72的数量设为4。第一磁极部72被分别形成为凸极状(长方体)，并沿轴部71的轴向在该轴部71的外圆周方向上以相等间隔设在四个位置。
第二磁极部73相对于轴部71沿轴向设置在邻接第一磁极部72的位置，每个第二磁极部73的形状以及第二磁极部73的数量与第一磁极部72的情况相同。然而，通过在轴部71的外圆周方向相对于第一磁极部72具有180/N(在本实施例为22.5°表示磁极数量的N为8)的相位差设置第二磁极部73。
如图9所示，通过将第一轴承4A、第一线圈3A、磁体6、第二线圈3B以及第二轴承4B固定到定子2的内圆周部而构成本实施例的步进电机的定子。而且，通过以第一轴承4A和第二轴承4B可转动地支撑转子7，构成本实施例的步进电机的定子。在该情况下，第一磁极部72和第二磁极部73面对磁体6的被磁化面。
然后，以下将参考图10A至13B详细说明相对于定子2转动构成上述构造的本实施例的步进电机的转子7的驱动原理。
同样在本实施例中，通过形成与上述第一实施例的情况相似的磁路、给第一线圈3A通电并由此励磁第一磁极部72、以及给第二线圈3B通电，可励磁第二磁极部73。
图10A至13B是示出在各个磁化状态的转子7与磁体6之间的角度位置的关系的图解。
图10A至13B示出转子7通过改变第一线圈3A和第二线圈3B的通电方向而转动。图10A、11A、12A和13A分别示出沿图9中的A-A线的横截面，图10B、11B、12B和13B分别示出沿图9中的B-B线的横截面。
图10A和10B分别示出第一线圈3A沿正向通电和第二线圈3B沿反向通电的状态。转子7根据在被励磁的转子7的第一磁极部72与第二磁极部73之间的磁平衡稳定在图10A和10B所示的角度位置。
图11A和11B分别示出第一线圈3A沿反向通电和第二线圈3B沿反向通电的状态。转子7稳定在图11A和11B所示的从图10A和10B所示的状态转动1×180/N°(在本实施例中是22.5°)的角度位置。
图12A和12B分别示出第一线圈3A沿反向通电和第二线圈3B沿正向通电的状态。转子7稳定在图12A和12B所示的从图10A和10B所示的状态转动2×180/N°(在本实施例中是45°)的角度位置。
图13A和13B分别示出第一线圈3A沿正向通电和第二线圈3B沿正向通电的状态。转子7稳定在图13A和13B所示的从图10A和10B所示的状态转动3×180/N°(在本实施例中是67.5°)的角度位置。
因此，通过顺次改变第一线圈3A和第二线圈3B的通电方向，可移动转子7沿转动方向的稳定位置和相对于定子2转动转子7。
在本实施例的情况中，可以仅通过转子确定第一磁极部72和第二磁极部73之间的相位差。因此，得到一个优势，即，可以实现在不影响组装精确度的情况下其质量稳定的步进电机。
如上所述，根据本实施例，可以通过简化转子的构造来稳定质量，以及提供通过减小转子的转动惯量达到高转动速度和提高响应速度的步进电机。
第三实施例图14是示出作为本发明第三实施例的驱动装置的步进电机的部件的分解透视图。图15是示出已组装的步进电机沿轴向的构造的截面图。
在图14和15中，步进电机设置有第一磁体11A、第二磁体11B、定子12、第一线圈13A、第二线圈13B、第一轴承14A、第二轴承14B以及转子15。
第一磁体11A形成为中空筒状，其外圆周面在圆周方向上被分成N部分(在本实施例中N＝20)，构成被交替地磁化成S极和N极的被磁化部。第一磁体11A设置到转子15的内圆周侧。
第二磁体11B具有与第一磁体11A相同的形状，并形成为中空筒状，其外圆周面在圆周方向上被分成N部分(在本实施例中是N＝20)，构成被交替地磁化成S极和N极的磁极部。第二磁体11B设置到转子15的内圆周侧。
定子12由软磁性材料形成为普通的筒状。定子12的外径设置成与第一磁体11A(第二磁体11B)的内径几乎相等的尺寸。沿直径方向延伸的圆盘状(discoid)第一和第二磁通量传送(transfer)部121和122形成在定子12的轴向中心附近。
第一线圈13A是许多导线筒状卷绕在与第一磁体11A的轴线相同的轴线上的线圈。第一线圈13A的外径设置成几乎等于第一磁体11A的外径的尺寸。
第二线圈13B具有与第一线圈13A相同的形状，是许多导线筒状卷绕在与第二磁体11B的轴线相同的轴线上的线圈。第二线圈13B在转子15的内圆周侧上设置到与第一线圈13A的轴线相同的轴线上。第二线圈13B的外径设置成几乎等于第二磁体11B的外径的尺寸。
第一轴承14A由非磁性材料形成，磁通量不通过第一轴承14A。第一轴承14A可相对于定子12转动地支撑转子15。
第二轴承14B具有与第一轴承14A相同的形状，其由非磁性材料形成，磁通量不通过该轴承14B。第二轴承14B可相对于定子12转动地支撑转子15。
如图15所示，通过将第一线圈13A、第一磁体11A、第一轴承14A、第二线圈13B、第二磁体11B和第二轴承14B固定到定子12的外圆周部，构成本实施例的步进电机的定子。
转子15由软磁性材料形成为普通的筒状。转子15的侧部通过被开槽为长方形而构成磁极部151。磁极部151的数量设置成1或N/2(N代表磁极的数量)。然而，在本实施例的情况中，磁极部的数量设置成10。而且，每个磁极部151在靠近图14所示的轴向中心的两侧都有用于切断磁通量的槽口。
如图15所示，通过由第一轴承14A和第二轴承14B相对于定子12可转动地支撑转子15来构成本实施例的步进电机的转子。
在本实施例的情况中，由第一线圈13A产生的磁通量形成由定子12、第一磁传送部121、磁极部151和第一磁体11A构成的磁路。而且，由第二线圈13B产生的磁通量形成由定子12、第二磁传送部122、磁极部151和第二磁体11B构成的磁路。
由此，可以由第一线圈13A对磁极部151中与第一磁体11A相对的部分励磁，以及由磁极部151中的第二线圈13B对磁极部151中与第二磁体11B相对的部分励磁。因此，可以从定子12转动转子15。
因此，本实施例的步进电机实现能通过磁化第一磁体11A和第二磁体11B的外圆周将转子15设置到步进电机的最外圆周面的构造。
在本实施例的情况中，可以实现在轴向两端具有开口的环形步进电机。由此，可以使用用于透镜光路、流体沟道或电布线的开口。在该情况下，实现转子15位于步进电机的最外径部的结构。因此，没必要在取得步进电机的输出时设置输出销等，可以提供能容易地取得其输出的步进电机。
而且，因为转子15通过对转子15的侧部开槽构造成磁极部151，与仍旧使用完全筒状的磁体作为转子的情况相比，可以减小转动惯量。由此，可以提供实现高转动速度和提高响应速度的步进电机。
如上所述，根据本实施例，可以提供能通过简化转子的构造来稳定质量和通过减小转子的转动惯量来实现高转动速度和提高响应速度的步进电机。
第四实施例图16是示出本发明第四实施例的步进电机的部件的分解透视图。图17是示出已组装的步进电机沿轴向的构造的截面图。
在图16和17中，步进电机设置有第一磁体21A、第二磁体21B、定子22、第一线圈23A、第二线圈23B、轴承24以及转子25。
第一磁体21A形成为中空筒状，其外圆周面在圆周方向上被分成N部分(在本实施例中N＝8)，构成被交替地磁化成S极和N极的被磁化部。第一磁体21A设置在转子25的内圆周侧。
第二磁体21B形成为中空筒状，其内圆周面在圆周方向上被分成N部分(在本实施例中是N＝8)，构成交替地磁化成S极和N极的被磁化部。第二磁体21B的内径设置成大于第一磁体21A的外径的尺寸。第二磁体21B设置到转子25的外圆周侧。
定子22由软磁性材料形成为具有U-形横截面(参见图17)的双筒状，由内圆筒221、外圆筒222和连接部223构成。连接部223设置有第一磁通量传送部224和第二磁通量传送部225。
通过将许多导线筒状卷绕在与第一磁体21A的轴线相同的轴线上而得到第一线圈23A。第一线圈23A的内、外径设置成与第一磁体21A的内、外径几乎相等的尺寸。
通过将许多导线筒状卷绕在与第二磁体21B的轴线相同的轴线上而得到第二线圈23B。第二线圈23B的内、外径设置成与第二磁体21B的内、外径几乎相等的尺寸。
轴承24相对于定子22可转动地支撑转子25。优选用非磁性材料形成轴承24。
如图17所示，通过在相同的轴线上将第一线圈23A和第一磁体21A固定到定子22的内圆筒221的外圆周部，以及通过在相同的轴线上将第二线圈23B和第二磁体21B固定到外圆筒222的内圆周部，构成本实施例提出的电机的定子。在该情况下，第一磁体21A设置成与第二磁体21B之间有180/N°的相位差。
转子25由软磁性材料形成为普通的筒状。如图18所示，转子25在其内圆周部(在下文表述中，被适当地称为第二磁极部252)设置有第一磁极部251-1、251-2、251-3以及251-4(在以下说明中，被适当地称为第一磁极部251)。
第一磁极部251的数量设置成1或N/2。在本实施例中，第一磁极部251的数量设置成4。第一磁极部251在转子25的内圆周方向上沿轴向以相等间隔在四个位置形成为凸部，其内径设置成比第一磁体21A的外径略大的尺寸。第二磁极部252的数量设置成1到N/2。然而，在本实施例的情况中，第二磁极部252的数量设置成4。第二磁极部252在转子25的外圆周方向上沿轴向以相等间隔在四个位置形成为凸部，其外径分别设置成比第二磁体21B的内径略小的尺寸。
由轴承24相对于定子22可转动地支撑的转子25构成本实施例的步进电机的转子。在该情况下，转子25的第一磁极部251面对第一磁体21A的被磁化面，转子25的第二磁极部252面对第二磁体21B的被磁化面。
然后，以下将参考图18至21详细说明具有以上构造的本实施例的步进电机的驱动原理。
由给第一线圈23A通电产生的磁通量通过由定子22的内圆筒221、连接部223、第一磁传送部224、转子25的第一磁极部251以及第一磁体21A组成的回路形成环，第一磁极部251被磁化。可以通过改变第一线圈21A的通电方向来改变第一磁极部251被励磁的状态(N极、S极和中性)。
由给第二线圈23B通电产生的磁通量通过由定子22的外圆筒222、连接部223、转子25的第二磁传送部225、第二磁极部252以及第二磁体21B组成的回路形成环，第二磁极部252被磁化。可以通过改变第二线圈21B的通电方向来改变第二磁极部252被励磁的状态(N极、S极和中性)。
根据一方面被励磁的转子25的第一磁极部251和第二磁极部252与另一方面第一磁体21A和第二磁体21B之间的磁平衡而相对于定子22形成转子25的稳定的角度位置。
类似于上述的第一到第三实施例的情况，通过改变第一线圈21A和第二线圈21B的通电方向，可以移动转子25对定子22稳定的角度。图18至21示出该状态。
图18至21是示出一方面在各种通电状态的转子25与另一方面第一磁体21A和第二磁体21B之间的关系的图解。
图18至21示出转子25通过改变第一线圈23A和第二线圈23B的通电方向而转动的状态。图18至21分别示出沿图17中的A-A线的横截面。
在本实施例的情况中，通过沿直径方向在相同的轴线上布置第一磁体21A和第二磁体21B，与如第一到第三实施例的情况那样沿轴向在相同的轴线上布置磁体的情况相比，可以实现轴向长度较短的步进电机。
而且，因为可用一个部件构成转子25，所以可消除诸如在装配时用粘合剂把转子的部件粘合在一起时粘合剂溢出的麻烦，提供质量稳定的步进电机。
此外，通过使用具有第一磁极部251和第二磁极部252的转子25，与由磁体构成的传统的转子相比，可以减小转动惯量。
如上所述，本实施例使得可以提供能通过简化转子的构造来稳定质量和通过减小转子的转动惯量来实现高转动速度和提高响应速度的步进电机。
其他实施例对于以上第一实施例，以在转子5的外圆周部形成四个磁极部52的情况为例进行了说明。然而，本发明并不限于以上情况。允许磁极部的数量的范围在1或N/2之间(N磁极数量)。
对于以上第二实施例，以在转子7的外圆周部形成四个第一磁极部72和四个第二磁极部73的情况为例进行了说明。然而，本发明并不限于以上情况。允许磁极部的数量的范围在1或N/2之间(N磁极数量)。
对于以上第三实施例，说明了将转子15设置到步进电机的最外径部的情况。然而，本发明并不限于以上情况。允许使用转子设置到步进电机的最内径部的构造。
对于以上第四实施例，说明了在转子25的内圆周部和外圆周部形成四个第一磁极部251和四个第二磁极部252的情况。然而，本发明并不限于以上情况。允许磁极部的数量的范围在1或N/2之间(N磁极数量)。
权利要求
1.一种驱动装置，其特征在于，包括第一磁体，其形成为筒状，其外圆周面沿圆周方向被交替地磁化成不同极性；第二磁体，其形成为筒状，其外圆周面沿圆周方向被交替地磁化成不同极性；转子，其与由软磁性材料制成且与所述第一磁体和所述第二磁体的外圆周面相对的磁极部一体地形成；定子，其同轴固定所述第一和第二磁体，可转动地支撑所述转子；第一线圈，其被固定到所述定子，用于对所述转子的所述磁极部上的与所述第一磁体相对的部分励磁；以及第二线圈，其被固定到所述定子，用于对所述转子的所述磁极部上的与所述第二磁体相对的部分励磁。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述磁极部通过对所述转子的侧部开槽而形成。
3.一种驱动装置，其特征在于，包括第一磁体，其形成为筒状，其外圆周面沿圆周方向被交替地磁化成不同极性；第二磁体，其形成为筒状，其内圆周面沿圆周方向被交替地磁化成不同极性；转子，在该转子中一体地形成由软磁性材料制成且与所述第一磁体的外圆周面相对的第一磁极部和由软磁性材料制成且与所述第二磁体的内圆周面相对的第二磁极部；定子，其同轴固定所述第一和第二磁体，可转动地支撑所述转子；第一线圈，其被固定到所述定子，用于对所述转子的所述第一磁极部励磁；以及第二线圈，其被固定到所述定子，用于对所述转子的所述第二磁极部励磁。
4.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述第一磁极部设置成从所述转子的内圆周部突出，所述第二磁极部设置成从所述转子的外圆周部突出，所述第一磁极部和所述第二磁极部被沿所述转子的圆周方向以预定的相位差布置。
全文摘要
一种驱动装置，其包括第一磁体、第二磁体、定子、第一线圈、第二线圈、第一轴承、第二轴承和转子。第一磁体和第二磁体分别具有被交替地磁化成S极和N极的被磁化部。转子具有与每个被磁化部相对的磁极部。定子将第一磁体和第二磁体同轴固定，以可转动地支撑转子。第一线圈对转子的磁极部面对第一磁体的部分励磁。第二线圈对转子的磁极部面对第二磁体的部分励磁。由此，可以提供一种驱动装置，其通过简化转子的构造来稳定质量，并使得可通过减小转子的转动惯量来实现高转动速度和提高响应速度。
文档编号H02K37/20GK1905318SQ200610099548
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月28日 优先权日2005年7月28日
发明者安田悠 申请人:佳能株式会社