KR100695256B1

KR100695256B1 - 전자 액츄에이터

Info

Publication number: KR100695256B1
Application number: KR1020067002940A
Authority: KR
Inventors: 히사시 카와모토; 사토루 타다; 타카시 나카노
Original assignee: 세이코 프레시죤 가부시키가이샤
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2007-03-14
Also published as: JPWO2005022729A1; WO2005022729A1; US20060145798A1; CN100495873C; CN1839531A; KR20060032218A; JP4620590B2; US7511391B2

Abstract

로터(2)와, 상기 로터(2)의 외주의 일부에 대향하도록 배치한 코일(4, 5)을 권회하고 있는 고정자(3)를 포함하고 있는 전자 액츄에이터(1)로서, 상기 고정자는 대략 C자 모양이고, 상기 로터(2)는 상기 로터(2)의 회전축(21)이 상기 고정자(3)에 의하여 둘러싸인 공간 내에 존재하도록 배치되고, 상기 회전축(21)의 위치를 지나고, 한편 상기 고정자(3)를 좌우로 분리하는 가상의 기준선(BL)을 설정했을 때에, 상기 회전축의 위치를 중심(CT)으로 하고, 상기 고정자의 양단부(11, 12)의 각각이 상기 기준선(BL)으로부터 양측에 소정 각도 범위 내에 형성되어 있다. 본 전자 액츄에이터(1)는 단부(11, 12)가 소정 범위 내에 배치되므로 장해가 없이 효율적으로 고정자에 코일을 권회할 수가 있다.

로터, 코일, 고정자, 액츄에이터, 회전축, 기준선, 중심

Description

전자 액츄에이터{ELECTROMAGNETIC ACTUATOR}

본 발명은 카메라 등의 광학 기기에서 사용되는 소형의 전자 액츄에이터(eletromagnetic actuator)에 관한 것이다. 보다 상세하게는 전자 액츄에이터 자체의 기능을 확보하면서, 제조 공정에서의 코일 권회(卷回)를 효율 좋게 행할 수 있는 형상의 고정자를 구비한 전자 액츄에이터에 관한 것이다.

예를 들면, 오토포커스식(auto-focus type)의 카메라에 내장되는 셔터 장치는 전자 액츄에이터에 의해 구동된다. 근년 카메라의 소형 경량화가 현저한 속도로 촉진되어 소형이며 고정밀한 전자 액츄에이터를 제공할 필요가 있다. 특허문헌 1에서는 고정자(고정자)에 설치한 2개의 코일을 동시에 여기(勵起)하여 회전자(rotor)를 회전시키는 전자 액츄에이터가 개시되어 있다.

도 4는 특허문헌 1에 개시되어 있는 전자 액츄에이터(100)의 개략을 나타내는 평면도이다. 로터(101)의 외주에 등각대형(等脚臺形) 형태의 고정자(103)가 배치되어 있다. 이 고정자(103)는 3개의 자극(104, 105, 106)을 구비하고 있다. 좌우에 제1 코일(108)과 제2 코일(109)을 구비하고 있고, 이들 코일(108, 109)에 공급하는 전류의 방향을 제어함으로써 자계의 방향을 변경하여 영구자석으로 형성한 로터(101)를 회전시키도록 하고 있다. 또한 제3 자극(106)은 좌우의 코일(108, 109) 로부터 여자되도록 되어 있고, 특히 이 제3 자극(106)은 로터(101)에 접근하는 돌출부(107)를 구비하고 있다. 이 돌출부(107)를 설치함으로써 무자장(무통전) 때에 로터(101)의 N극(또는, S극)이 이 돌출부(107)에 위치하도록 하고 있다.

　　　　<특허문헌 1> 일본 특공평 2-2382호 공보

상기 특허문헌 1에 개시하는 전자 액츄에이터(100)에서는 로터(101)의 외주의 거의 전체를 고정자(103)가 둘러싸도록 배치하고 있다. 따라서 코일(108, 109)로부터 발생하는 자속이 거의 누설되는 일 없이 로터(101) 측에 전해지므로 강력한 회전력을 얻을 수 있다고 하는 점에서는 바람직한 구조의 전자 액츄에이터이다.

그러나, 이 상기 전자 액츄에이터(100)는 제조하는 것에 관해서 난점이 있다. 도 4에 나타내듯이 로터(101)의 외주를 둘러싸도록 배치되는 고정자(103)에는 그 좌우에 코일(108, 109)이 배치된다. 실제의 제조 공정에 있어서 이러한 형상의 고정자(103)에 직접 코일을 감는 것은 불가능하다. 따라서 상기 전자 액츄에이터(100)를 제조하는 경우, 예를 들면 고정자(103)를 분리 가능하게 형성함과 동시에 코일(108, 109)은 별도로 준비하여 두고, 이들을 후에 조립한다고 하는 작업을 하는 것이 필요하다. 따라서 상기 전자 액츄에이터(100)의 제조 공정에서는 종래보다 많은 부품이 필요하게 되고, 또 그 조립 작업은 복잡하고 공정수도 증가한다.

상기와 같이 전자 액츄에이터(100)는 전자 액츄에이터의 기능의 면에서 보면 바람직한 것이지만 제조의 면에서 보면 부품 점수가 증가함과 동시에 제조 공정이 복잡화하고 증가하므로 제조비용이 상승한다고 하는 중대한 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 전자 액츄에이터로서의 기능을 확보하면서 제조 공정에서의 효율화를 도모할 수 있는 구조를 구비한 전자 액츄에이터를 제공하는 것이다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

상기 목적은, 로터와, 상기 로터의 외주의 일부에 대향하도록 배치한 코일을 권회하고 있는 고정자를 포함하고 있는 전자 액츄에이터로서, 상기 고정자는 대략 C자 모양이고, 상기 로터는 상기 로터의 회전축이 상기 고정자에 의하여 둘러싸이는 공간 내에 존재하도록 배치되고, 상기 회전축의 중심을 지나고 한편 상기 고정자를 좌우로 분리하는 가상의 기준선을 설정했을 때에, 상기 회전축을 중심으로 하여 상기 고정자의 양단부의 각각이 상기 기준선으로부터 양측으로 15도 이상 한편 90도 이내의 범위에 형성되어 있다.

본 발명에 의하면, 제조 공정으로 코일 권회 장치를 이용하여 고정자에 코일을 권회할 때에, 방해가 되는 고정자의 단부가 15도 이상 한편 90도 이내의 범위에 배치되므로, 장해가 없이 효율 좋게 코일을 고정자에 권회하는 것이 가능하다. 상기 각도 범위에서 넓게 단부를 설정하는 것도 가능하기 때문에, 이 단부를 자극으로 하면 전자 액츄에이터 본래의 기능도 충분히 확보가 가능하다. 따라서 본 발명에 의하면 전자 액츄에이터 본래의 기능을 유지하면서, 효율 좋게 제조할 수 있는 전자 액츄에이터를 제공할 수 있다.

이 각도 범위는 고정자에의 코일을 권회할 때에, 권회 장치로 코일선을 감을 때 고정자 단부가 장해가 되지 않는 최대의 범위로 하여 설정된다. 또한 상기 고정자는, 상기 코일의 어긋남을 억제하는 견부(肩部)를 구비한 형상인 것이 바람직하다. 이러한 고정자이면 코일을 감을 때 소정 위치에 위치 결정할 수 있고, 또 감은 코일이 소정 위치에서 안정을 유지할 수 있다.

<발명의 효과>

이상 설명한 것처럼, 본 발명에 의하면 전자 액츄에이터 본래의 기능을 유지하고 또한 제조 효율의 향상도 도모할 수 있는 전자 액츄에이터를 제공할 수 있다.

도 1은 실시 형태와 관련되는 전자 액츄에이터의 주요부의 구성을 나타낸 도이다.

도 2의 (A) 및 (B)은 고정자에 코일을 권회하는 모습을 모식적으로 나타낸 도이다.

도 3은 바람직한 형상을 구비한 고정자에 대하여 나타낸 사시도이다.

도 4는 종래의 전자 액츄에이터의 개략을 나타낸 평면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 셔터 장치를 설명한다.

도 1은 실시 형태와 관련되는 전자 액츄에이터(1)의 주요부의 구성을 나타낸 도이다. 본 전자 액츄에이터(1)는 중앙에 배치한 양방향으로 회전 가능한 로터(2) 및 이 로터(2)의 외측에 대향하도록 배치한 고정자(3)를 구비하고 있다. 로터(2)는 단면 원형으로 원통 형상을 이루고 있다. 고정자(3)는 평면 형상이 C자 모양으로 일체형으로 형성되어 평면적으로 보았을 때의 기하학 중심선인 기준선(BL)(이 선은 로터(2)의 중심을 지난다.)에 대하여 실질적으로 선대칭인 형상을 가지고 있다. 로터(2)의 회전축(21)은 C자형 모양의 고정자(3)가 둘러싸는 공간 내에 배치되고, 로터(2)도 그 내부 공간에 수납된 상태로 되어 있다.

여기서 C자 모양이라는 것은 문자 C에 근사한 형상뿐만 아니고, 원, 타원, 다각형 등과 같이 폐도형의 일부가 개방되어 열려진 형상을 포함하는 넓은 개념이다. 따라서 도 1에 나타낸 고정자(stator)(3)의 경우는 사각형 한 변의 일부를 노치(notch)한 것 같은 형상으로 되어 있다. 또한 도 1에서는 고정자(3)의 개방측, 즉 단부(11, 12)를 상측으로 배치한 상태로 전자 액츄에이터(1)를 나타내고 있다.

로터(2)는 N자극 및 S자극을 각각 2개씩 구비한 4자극 구성이다. 이 로터(2)는 동일 자극이 서로 대향하는 위치에 착자된 영구자석이고, 회전축(21) 주위에 양방향으로 회전운동(回轉運動) 자유롭게 설정되어 있다. 상기 C자형 모양을 가지는 고정자(3)의 양단부(11, 12)는 로터(2)의 주위의 면에 대향하도록 형성되어 있다. 이러한 단부(11, 12)가 각각 제1 자극(11), 제2 자극(12)으로 된다. 그리고 이 제1 자극(11) 및 제2 자극(12)의 중간 위치에 제3 자극(13)이 배치되어 있다.

본 전자 액츄에이터(1)의 고정자(3)는 제조 효율을 배려한 형상으로 되어 있다. 이 점에 대하여 설명한다. 제1 자극(11) 및 제2 자극(12)이 로터(2)의 외주에 의하여 넓은 면적으로 대향하도록 배치하면, 먼저 나타낸 도 4의 종래 전자 액츄에이터와 같이 코일로부터의 자속을 유효하게 활용할 수 있다. 그러나 소정폭 이상으로 제1 자극(11) 및 제2 자극(12)이 넓으면 전술한 것처럼 고정자(3)에 직접 코일 을 바로 감을 수가 없어 제조 효율이 현저하게 저하한다고 하는 문제가 발생한다. 그래서 본 전자 액츄에이터(1)에서는 전자 액츄에이터에 요구되는 기능을 확보하면서 제조 효율을 배려하여 고정자(3)의 형상을 규정하고 있다.

본 전자 액츄에이터(1)가 제조될 때에는 고정자(3)의 도면의 좌우에 코일(4, 5)이 권회된다. 즉, 상기 제 1 자극(11)과 제3 자극(13)과의 사이에는 제1 코일(4)이, 제2 자극(12)과 제3 자극(13)과의 사이에는 제2 코일(5)이, 각각 권회된다. 본 전자 액츄에이터(1)의 고정자(3)는 그 때에 단부의 제1 자극(11) 및 제2 자극(12)이 장해가 되지 않는 형상으로 특정되어 있다.

도 1을 참조하여 고정자(3)의 상세 형상을 설명한다. 고정자(3)의 자극(양단부)(11, 12)의 각각은 회전축(21)의 중심(CT)을 중심으로 하고, 양측으로 소정 각도 범위 내에 있도록 형성된다. 여기서 소정 각도는 예를 들면 기준선(BL)으로부터 양쪽 모두의 방향으로 15도 이상 한편 90도 이내이다. 이 사이의 범위에 자극(11, 12)이 존재하도록 형상이 특정된다. 이 각도 범위는 제조 공정에서 고정자(3)에 코일(4, 5)을 권회할 때에 장해가 없고 효율 좋은 권회를 할 수 있는 최대의 범위이다.

도 1에 나타낸 고정자(3)에서는 단부(11, 12)의 기준선(BL)에 가까운 측의 변의 각도 α가 기준선(BL)으로부터 약 45도, 먼 측의 변의 각도 β가 약 75도이다. 본 고정자(3)에서는 이 각도 α와 β가 모두 기준선(BL)을 기준하여 15도에서 90도의 범위 내에 존재하게 된다. 이 조건은 좌우의 단부(11, 12)에 대해서 마찬가지이다. 그리고 각도(β-α)가 자극의 폭이 되므로 로터(2)에 부여하려고 하는 자 속에 따라 그 폭을 적당하게 설정하면 좋다. 기준선(BL)으로부터의 소정 각도 범위는 15도에서 90도로 상당히 넓기 때문에 필요로 하는 자속을 충분히 확보하는 것이 가능하다.

여기서 도 2(A), (B)를 참조하여 제조 공정에서 고정자(3)에 코일(4, 5)을 권회할 때의 모습에 대하여 설명한다. 도 2의 (A), (B)는 고정자(3)에 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)을 권회하는 모습을 모식적으로 나타낸 도이고, 보다 상세하게는 (A)는 코일(4)을 권회할 때의 모습에 대하여, 또 (B)는 코일(5)을 권회할 때의 모습에 대하여 나타내고 있다. 이 도에서는 코일 권회 장치의 일부만을 도시하고 있다. 권회 장치의 고정 치구(51)에 고정자(3)가 소정의 자세로 고정된다. 코일 공급 노즐(52)은 코일용의 동선(55)를 공급하면서 회전 중심(MC)의 주위를 회전한다. 이러한 동작에 의하여 (A)에 나타내듯이 먼저 제1 코일(4)이 고정자(3)의 좌측으로 감겨진다. 이에 이어서 (B)에 나타내듯이 제2 코일(5)이 고정자(3)의 우측으로 감겨진다.

이 도로부터 이해할 수 있듯이, 코일용 동선(55)을 로터(2)에 감을 때 로터의 자극(11, 12)에 간섭하지 않는 것이 필요하게 된다. 자극(11, 12)의 폭이 너무 크면 도시하지 않는 권회 장치를 이용하여 고정자(3)에 코일을 감을 수가 없게 된다. 그래서 본 전자 액츄에이터(1)는 이 점을 배려하여 고정자(3)의 형상을 전술한 것처럼 특정하고 있는 것이다. 본 전자 액츄에이터(1)에 포함하는 고정자(3)라면 권회 장치를 이용하여 고속으로 코일을 감을 수가 있어 효율 좋게 제조를 행할 수 있다.

다시 도 1을 참조하여 본 전자 액츄에이터(1)의 다른 구성에 대하여도 설명한다. 제1 자극(11)은 제1 코일(4)이 통전되었을 때에 여자되고, 제2 자극(12)은 제2 코일(5)이 통전되었을 때에 여자된다. 이에 비하여 제3 자극(13)은 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)의 양쪽 모두에 의하여 여자된다. 따라서 제3 자극(13)의 여자 상태는 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)에의 통전 상태를 조합한 상태가 볼 때의 상태로서 나타난다.

또, 전자 액츄에이터(1)의 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)에 접속되는 전류 제어 회로(25)가 점선으로 나타나 있다. 본 실시 형태에서는 이 전류 제어 회로(25)로부터 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)을 여자하는 전류가 공급된다. 이 전류 공급에는 2개의 패턴이 설정되어 있다. 제1 패턴에서는 전류 제어 회로(25)로부터 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)의 양코일을 여자하는 전류가 공급되고, 그 전류 공급 방향을 코일마다 전환함으로써 로터(2)의 구동 상태가 제어된다. 이 제1 패턴에서는 제1 자극(11) 및 제2 자극(12)이 모두 같은 자극으로 여자되는 상태와, 서로 다른 자극으로 여자되는 상태가 존재한다. 이때 제3 자극(13)에 결과적으로 나타나는 자계는 제1 자극(11) 및 제2 자극(12)이 모두 같은 자극으로 여자되는 경우에는 이들보다도 강력한 것으로 된다. 그 반대로 제1 자극(11) 및 제2 자극(12)이 서로 다른 자극으로 여자되는 경우에는 제3 자극(13)에서의 자화는 상쇄되어 무자화 상태로 된다.

제2 패턴에서는 전류 제어 회로(25)로부터 제1 코일(4) 또는 제2 코일(5)의 어느 한 쪽을 여자하는 전류가 공급되고, 그 전류 공급 방향을 전환함으로써 로터 (2)의 구동 상태가 제어된다. 이 제2 패턴의 경우에는 제1 자극(11)측 또는 제2 자극(12)측만이 여자되고, 전류 공급 방향을 변경함으로써 반대의 자극으로 변환된다. 이 제2 패턴에서의 제3 자극(13)은 여자된 제1 자극(11) 또는 제2 자극(12)의 반대극을 이루는 자극으로 여자된다.

제1 패턴에서는 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)을 여자하는 2상 여자의 상태로 로터(2)의 구동이 제어된다. 또, 제2 패턴에서는 제1 코일(4) 및 제2 코일(5) 중에서 어느 한 쪽만이 여자되는 1상 여자의 상태로 로터(2)의 구동이 제어된다.

도 3은 보다 바람직한 형상을 구비한 고정자(3)에 대하여 나타낸 사시도이다. 이 도 3에서는 도 1로 나타낸 부위와 대응하는 부위에 동일한 부호를 붙이고 있다. 고정자(3)의 제1 자극(11) 및 제2 자극(12)은 도시를 생략하고 있는 로터의 주위의 면에 대향하고, 한편 로터의 긴 방향에서의 길이에 대응하도록 세로로 길게 형성되어 있다. 고정자(3)는 양측에 암부(31, 32)를 구비하고, 이 암부(31, 32)가 베이스부(35)에 접속되어 있다. 베이스부(35)의 중앙부에는 제3 자극(13)이 형성되어 있다. 이 제3 자극(13)도 상기 제 1 자극(11) 및 제2 자극(12)과 마찬가지의 세로로 긴 형상으로 형성되어 있다.

본 고정자(3)는 상기 암부(31, 32)로 제1∼제3 자극을 여자하기 위한 코일(4, 5)이 권회된다. 이들 코일(4, 5)을 위치 어긋남 또는 감기 무너짐 없이 위치 결정하기 위하여 각 암부의 후단에는 돌출시킨 견부(33, 34)가 형성되어 있다. 이와 같이 견부(33, 34)를 설치함으로써, 각 암부(31, 32)에 권회한 코일(4, 5)을 확실히 위치 결정하고, 한편 소정 위치에 유지하는 구조가 실현된다. 또한 각 자극 (11∼13)의 상부에는 오목부(37∼39)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에 나타내는 전자 액츄에이터(1)는 그 상하 케이스가 세팅(setting)되어 모듈화 된다. 이들 오목부(37∼39)는 케이스(case)를 세팅할 때의 위치 결정에 이용된다.

이상 설명한 것처럼, 본 전자 액츄에이터(1)는 단부에 형성되는 자극이 제조 공정에서 장해가 되지 않는 위치에 존재하므로 효율 좋게 제조할 수가 있다. 또, 자극을 형성하는 범위는 비교적 넓게 설정할 수 있으므로 전자 액츄에이터로서의 기능도 충분히 확보가 가능하다.

이상, 본 발명의 바람직한 일실시 형태에 대하여 상술하였지만, 본 발명은 관계되는 특정의 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서 여러 가지의 변형·변경이 가능하고, 고정자에 코일을 권회하는 형식의 것이면 본 발명을 적용할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다. 또, 상기 로터(2)는 4자극 구성으로서 예시했지만 다른 자극 구성으로 하여도 좋다.

Claims

로터와, 상기 로터의 외주의 일부에 대향하도록 배치한 코일을 권회하고 있는 고정자를 포함하고 있는 전자 액츄에이터로서,

상기 고정자는 C자 모양이고,

상기 로터는 상기 로터의 회전축이 상기 고정자에 의하여 둘러싸이는 공간 내에 존재하도록 배치되고,

상기 회전축의 중심을 지나고 상기 고정자를 좌우로 분리하는 가상의 기준선을 설정했을 때에, 상기 회전축의 위치를 중심으로 하고, 상기 고정자의 양단부의 각각이 상기 기준선으로부터 양측으로 15도 이상 한편 90도 이내의 범위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 액츄에이터.
제1항에 있어서,

상기 고정자는,

상기 코일의 위치 어긋남 또는 감기 무너짐을 억제하는 견부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 액츄에이터.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 고정자는,

상기 양단부에 각각 형성되는 제1 및 제2 자극에 더하여, 상기 제1 및 제2 자극의 중간의 위치에 제3의 자극을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전자 액츄에이터.
제3항에 있어서,

상기 고정자는,

상기 가상의 기준선에 대하여 대칭인 형상인 것을 특징으로 하는 전자 액츄에이터.