JP2006149001A - センサ一体型リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 強力磁石と可動コイルから構成されるリニアモータと位置検出センサを一体型することによりサーボ駆動装置の構成の簡易化、部品削減および小型化を図る。
【解決手段】 永久磁石１３と鉄心部１１とを備え、かつ所定幅のギャップを介して対向する一対の対向面を有し、前記ギャップ内に前記対向面と垂直方向に磁界を生成する固定子と、前記固定子のギャップ内に配置され、駆動電流を供給することによって前記ギャップ内で前記ギャップに沿った方向にリニア駆動される中空可動コイル１５と、前記中空可動コイル１５の中空部に配置され、かつ前記中空可動コイルに固定され、前記固定子内の磁界を検出して前記中空可動コイルの位置検出を行なう位置検出用素子とを備えてセンサ一体型リニアモータを構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、センサ一体型リニアモータに関し、例えば小型の光学部品を光軸からオフセットするためのサーボ駆動装置などに使用され、位置検出用センサをリニアモータと一体化することによりサーボ駆動装置の部品削減および省スペース化を同時に達成することができるセンサ一体型リニアモータに関する。

強力磁石を備えた固定ヨークと可動コイルから構成されるリニアモータを使用して光学部品などのサーボ駆動を行なうためには、リニアモータの他に前記光学部品などの位置を検出する位置検出センサが別に必要とされる。位置検出センサとしては、一般的には、ホール素子や磁気抵抗素子と永久磁石を組み合わせたもの、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ）とＬＥＤ（発光ダイオード）を組み合わせたもの、リニア・エンコーダなどが使用されて被駆動部材の位置情報を示す信号を得る。この位置情報を示す信号を前記リニアモータからなる駆動部にフィードバックして被駆動部材を所望の位置にサーボ駆動する。したがって、このようなサーボ駆動装置は、リニアモータなどの駆動部と位置検出センサのような検出部とから構成される。
特開平０５−６８３６４号公報

しかしながら、上述の従来の構成では、リニアモータからなる駆動部と例えばホール素子および永久磁石を有する検出部とが別個に設けられているため、装置構成が複雑になりかつ大型化するという不都合があった。また、駆動部と検出部とにそれぞれ別個の永久磁石が使用されるため、部品点数が増大し、装置を小型化しかつコストを低減する上での制約となっていた。

したがって、本発明の目的は、可動コイルの中空部分内部に位置検出用センサを配置するという構想に基づき、駆動部と検出部を含むサーボ駆動装置全体を小型化し、省スペース化を図ることにある。

本発明の他の目的は、駆動部と検出部とを一体型することにより、サーボ駆動装置の部品点数を削減し、低価格化を図ることにある。

本発明の一態様によれば、永久磁石と鉄心部とを備え、かつ所定幅のギャップを介して対向する１対の対向面を有し、前記ギャップ内に前記対向面と垂直方向に磁界を生成する固定子と、前記固定子のギャップ内に配置され、駆動電流を供給することによって前記ギャップ内で前記ギャップに沿った方向にリニア駆動される中空可動コイルと、前記中空可動コイルの中空部に配置され、かつ前記中空可動コイルに固定され、前記固定子内の磁界を検出して前記中空可動コイルの位置検出を行う位置検出素子と、を具備することを特徴とするセンサ一体型リニアモータが提供される。

この場合、前記固定子内の磁界は前記可動コイルの移動行程の中間部分を境として互いに逆方向に生成されると好都合である。

また、前記固定子の鉄心部は１対の対向面を含むＵ字形状を有し、前記対向面の少なくとも一方に板状の永久磁石が貼り付けられるよう構成することができる。

前記板状の永久磁石は厚み方向に着磁され、該着磁の方向は板状領域の中央部を境として互いに逆方向に着磁すると好都合である。

前記中空可動コイルは平行な対辺部を有する平坦な形状を有し、前記ギャップ内で前記平行な対辺部に直角の方向にかつ前記ギャップに沿って移動するよう構成できる。

また、前記位置検出素子はホール素子からなるものとすることができる。

本発明の他の態様によれば、上記センサ一体型リニアモータを２個使用し、２個のセンサ一体型リニアモータの前記中空可動コイルを共通の板状可動部材に移動方向が互いに垂直となるよう取り付け、前記板状可動部材を二次元駆動することを特徴とする二次元駆動センサ一体型リニアモータが提供される。

本発明によれば、サーボ駆動装置において、従来必要であった位置検出用のセンサのスペースをなくすことができるだけでなく、センサ用磁石も不要となり、駆動部と検出部を含むサーボ駆動装置全体を従来の駆動装置のスペースのみの大きさに小型化できる。したがって、サーボ駆動装置の部品点数を削減し低価格化を図ることができると共に、装置構成を簡略化しサーボ駆動装置全体を小型化することができる。また、このようにサーボ駆動装置全体を小型化し省スペース化を図ることができるのみならず、サーボ駆動装置部分の構成を簡略化することにより装置の信頼性を高めることも可能になる。

本発明の好ましい実施形態につき説明するに先立ち、従来のリニアモータ、位置検出センサ、およびこれらを含むサーボ駆動装置の概略につき説明する。

図３は、従来のリニアモータの一例を示し、同図（ａ）は、該リニアモータの側面図、同図（ｂ）は正面図、そして同図（ｃ）は該リニアモータに使用されている永久磁石の構成を示す。

これらの図に示されるように、従来のリニアモータは、Ｕ字型の鉄心からなる固定ヨーク３１と、該固定ヨーク３１の内側の対向する面にそれぞれ貼り付けられた永久磁石３３と、固定ヨーク３１および永久磁石３３で構成される固定子のギャップ内で移動可能に配置された中空可動コイル３５を備えている。

永久磁石３３は、図３（ｃ）に示されるように、板状の例えば方形の強力磁石によって構成される。永久磁石３３は、厚み方向に着磁され、該着磁の方向は板状領域の中央部を境として互いに逆方向に着磁されている。

このような永久磁石３３を固定ヨーク３１の内側の対向面に図３（ａ）に示される着磁方向で貼り付けることにより、固定子内の磁界は可動コイル３５の移動工程の中間部分を境として互いに逆方向に、かつ固定子内のギャップに垂直な方向に、生成される。

したがって、このような磁界を有する固定子内に、中空可動コイル３５を図示の如く配置し、この中空可動コイル３５に電流を流すと、該中空可動コイル３５は、電流の方向に応じて、図３（ｂ）の矢印に示される方向に駆動される。これによって、中空可動コイル３５に固定された図示しない被駆動部材をリニア駆動することが可能になる。

なお、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、固定子はＵ字型の固定ヨーク３１ａの内側の対向面の一方にのみ貼り付けてもよい。このような構成でも、固定子内に該固定子内のギャップと垂直方向に所望の磁界を発生することが可能であり、図３の構成と同様にリニアモータとしての動作を行なうことができる。

また、図５は、図４に示されるリニアモータを２個使用して、例えば、撮像装置の画像位置合わせ、あるいはカメラの手ぶれ補正などを行なうために補正レンズをシフトさせる光軸補正装置の概略の構成を示す。同図の装置は、光軸にほぼ直角にシフト駆動されて光軸をシフトさせる補正レンズ５１を備えている。補正レンズ５１は板状の被駆動部材５３の穴に取り付けられている。被駆動部材５３は、２つのリニアモータ５５および５７の可動コイル５５ａおよび５７ａと機械的に固定されている。各リニアモータ５５および５７は、それぞれの可動コイル５５ａおよび５７ａが図５の矢印で示すように互いに直角の方向に被駆動部材５３を駆動するよう配置される。これによって、各リニアモータ５５および５７の可動コイル５５ａおよび５７ａに必要な電流を流すことにより、被駆動部材５３を図５の矢印で示される方向に駆動し、すなわちニ次元的に駆動することができる。

また、被駆動部材５３には、被駆動部材５３の位置検出を行なうために、２つの位置検出センサ５９および６１が設けられている。各位置検出センサ５９および６１は、互いに直角方向の移動位置を検出するよう配置される。

位置検出センサ５９は、被駆動部材５３に固定されたホール素子５９ａと、該ホール素子に所定のギャップを介して対向配置された永久磁石５９ｂを備えている。永久磁石５９ｂは、板状の永久磁石であり、厚み方向に着磁され、かつ該着磁の方向は板状部材の中央部を境として互いに逆方向に着磁されている。

他の位置検出センサ６１も、同様に被駆動部材５３に固定されたホール素子６１ａと、該ホール素子６１ａに所定のギャップを介して対向する同様の永久磁石６１ｂを備えている。ただし、各位置検出センサ５９および６１のホール素子の配置方向、および永久磁石５９ｂおよび６１ｂの取り付け方向が互いに直角をなすよう配置される。

このような構成によって、図５の装置では、補正レンズ５１が２つのリニアモータ５５および５７によって光軸に直角の方向に二次元駆動される。そして、各位置検出センサ５９および６１によって補正レンズ５１の光軸からのずれが検出され、例えば所望のずれとなるように図示しない駆動回路にフィードバックされ、各リニアモータ５５および５７の可動コイルに必要な駆動電流を供給する。これによって、補正レンズ５１を光軸に直角方向に所望の位置にサーボ駆動することが可能になる。

以上述べたような従来の光軸補正装置では、前述のように、各リニアモータ５５および５７とは別個に位置検出センサ５９および６１が設けられているため、装置が大型化しかつ部品点数が削減できないという不都合があった。

次に、本発明の好ましい実施形態に係わるセンサ一体型リニアモータおよびそれを用いた装置の一例としての光軸補正装置の好ましい実施形態につき説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わるセンサ一体型リニアモータの概略の構成を示す。同図（ａ）は、該センサ一体型リニアモータの側面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は該センサ一体型リニアモータに使用されている永久磁石の構成を示す説明図、そして同図（ｄ）は該センサ一体型リニアモータに使用されている位置検出素子としてのホール素子の一例を示す説明図である。

これらの図に示されるように、本発明の一実施形態に係わるセンサ一体型リニアモータは、Ｕ字型の鉄心からなる固定ヨーク１１と、該固定ヨーク１１の内側の対向する面の一方に貼り付けられた永久磁石１３とを備えている。また、固定ヨーク１１および永久磁石１３で構成される固定子のギャップ内には、中空可動コイル１５が移動可能に配置されている。そして、中空可動コイル１５の中空部にはホール素子１７が固定されている。ホール素子１７と中空可動コイル１５は固定子のギャップ内で移動可能とするため、該ギャップの幅より小さな厚みを有するよう構成される。例えば、図示の如く、中空可動コイル１５は扁平な長方形状に巻回された薄型のコイルとされ、該コイルの中央部に薄型のホール素子１７が取り付けられている。すなわち、中空可動コイル１５は平行な対辺部を有する平坦な形状を有し、固定子のギャップ内で前記平行な対辺部に直角の方向に駆動される。

永久磁石１３は、図１（ｃ）に示されるように、板状の例えば方形の強力磁石によって構成される。永久磁石１３は、厚み方向に着磁され、該着磁の方向は板状領域の中央部を境として互いに逆方向に着磁されている。

このような永久磁石１３を固定ヨーク１１の内側の対向面の一方に図１（ａ）に示される着磁方向で貼り付けることにより、固定子内の磁界は可動コイル１５の移動工程の中間部分を境として互いに逆方向に、かつ固定子内のギャップに垂直な方向に、生成される。

また、図１（ｄ）はホール素子１７の構成の一例を示す。該ホール素子１７は、例えば所定の直流電流を供給するための一対の入力端子と、該ホール素子に加えられた磁界に応じて発生する電圧を出力する一対の出力端子とを備えている。これらの入力端子および出力端子を、あるいは該ホール素子の１７のパッケージ部分を、中空可動コイル１５に固定する。あるいは、ホール素子１７と中空可動コイル１５とを樹脂モールドして一体化してもよい。

なお、本発明における位置検出素子としては、ホール素子に限られず、例えば磁気抵抗素子その他磁界を検出できる任意の素子を使用できる。

上述のような磁界を有する固定子内に、ホール素子１７を取り付けた中空可動コイル１５を図示の如く配置し、この中空可動コイル１５に電流を流すと、該中空可動コイル１５は、電流の方向に応じて、図１（ｂ）の矢印に示される方向に駆動される。これによって、中空可動コイル１５に取り付けられた図示しない被駆動部材をリニア駆動することが可能になる。

そして、ホール素子１７は固定子内の磁界に応じて出力電圧を発生し、この出力電圧は中空可動コイル１５の固定子内の位置に応じて変動する。したがって、ホール素子１７の出力電圧を中空可動コイル１５の位置検出信号として使用することができ、この信号をフィードバックして中空可動コイル１５に所望の電流を流し、サーボ駆動を行なうことができる。

なお、中空可動コイル１５を駆動するために該中空可動コイル１５に駆動電流を流すため、ホール素子１７にも中空可動コイル１５のコイル電流による磁界の影響が及ぶことが考えられる。しかしながら、中空可動コイル１５によって発生する磁界に比較して永久磁石１３によって生成される磁界がより強力であるため、コイル電流による影響は少なく、さらにサーボをかけるので影響はほとんど分からないようになる。実際、本願発明者は、このセンサ一体型リニアモータを試作しサーボ動作を行なわせたが何ら問題は生じていない。

図２は、図１に示されるセンサ一体型リニアモータを２個使用して、例えば、撮像装置の画像位置合わせ、あるいはカメラの手ぶれ補正などを行なうために補正レンズをシフトさせる光軸補正装置の概略の構成を示す。同図の装置は、光軸にほぼ直角にシフト駆動されて光軸をシフトさせる補正レンズ２１を備えている。補正レンズ２１は板状の被駆動部材２３の穴に取り付けられている。被駆動部材２３は２つのセンサ一体型リニアモータ２５および２７の中空可動コイル２５ａおよび２７ａと機械的に固定されている。各センサ一体型リニアモータ２５および２７は、それぞれの中空可動コイル２５ａおよび２７ａが図２の矢印で示すように互いに直角の方向に被駆動部材２３を駆動するよう配置される。これによって、各センサ一体型リニアモータ２５および２７の中空可動コイル２５ａおよび２７ａに必要な電流を流すことにより、被駆動部材２３を図２の矢印で示される方向に駆動し、すなわちニ次元的に駆動することができる。

また、各センサ一体型リニアモータ２５および２７には、それぞれの中空可動コイル２５ａおよび２７ａに位置検出素子、この実施形態ではホール素子、２５ｂおよび２７ｂが取り付けられている。各位置検出素子２５ｂおよび２７ｂは、互いに直角方向の移動位置を検出するよう配置される。

各位置検出素子２５ｂおよび２７ｂを構成するホール素子は、各センサ一体型リニアモータ２５および２７の固定子内に位置し、該固定子に貼り付けられた板状の永久磁石によって生成される磁界に応じて電圧を出力する。これによって、各位置検出素子２５ｂおよび２７ｂは、それぞれのセンサ一体型リニアモータ２５および２７の中空可動コイル２５ａおよび２７ａの固定子内の位置に応じた位置検出信号を出力する。

このような構成によって、図２の装置では、補正レンズ２１が２つのセンサ一体型リニアモータ２５および２７によって光軸に直角の方向にニ次元駆動される。そして、各センサ一体型リニアモータ２５および２７に内蔵された各位置検出素子２５ｂおよび２７ｂによって補正レンズ２１の光軸からのずれが検出され、例えば所望のずれとなるように図示しない駆動回路にフィードバックされ、各センサ一体型リニアモータ２５および２７の中空可動コイル２５ａおよび２７ａに必要な駆動電流を供給する。これによって、補正レンズ２１を光軸に直角方向に所望の位置にサーボ駆動することが可能になる。

本発明は、例えば撮像装置の画像位置合わせ、あるいはカメラの手ぶれ補正などを行なうために小さな補正レンズをシフトさせる光軸補正装置、または小型の部材を所望の位置にサーボ駆動するような装置、その他に適用可能である。

本発明の一実施形態に係わるセンサ一体型リニアモータの概略の構成を示す説明図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は本センサ一体型リニアモータに使用されている永久磁石の説明図、そして同図（ｄ）は該センサ一体型リニアモータに使用されているホール素子の説明図である。 本発明に係わるセンサ一体型リニアモータを使用した光軸補正装置の概略の構成を示す説明図である。 従来のリニアモータの一例を示す説明図であり、同図（ａ）は該リニアモータの側面図、同図（ｂ）は正面図、そして同図（ｃ）は該リニアモータに使用されている永久磁石の構成を示す説明図である。 従来のリニアモータの他の例を示す説明図であり、同図（ａ）は側面図、そして同図（ｂ）は正面図である。 従来のリニアモータを使用した光軸補正装置の概略の構成を示す説明図でである。

符号の説明

１１，３１ 固定ヨーク
１３，３３ 永久磁石
１５，３５ 中空可動コイル
１７，２５ｂ，２７ｂ 位置検出素子
２１，５１ 補正レンズ
２３，５３ 被駆動部材
２５，２７，５５，５７ リニアモータ
２５ａ，２７ａ，５５ａ，５７ａ 中空可動コイル
５９，６１ 位置検出センサ

Claims (7)

1. 永久磁石と鉄心部とを備え、かつ所定幅のギャップを介して対向する１対の対向面を有し、前記ギャップ内に前記対向面と垂直方向に磁界を生成する固定子と、
   前記固定子のギャップ内に配置され、駆動電流を供給することによって前記ギャップ内で前記ギャップに沿った方向にリニア駆動される中空可動コイルと、
   前記中空可動コイルの中空部に配置され、かつ前記中空可動コイルに固定され、前記固定子内の磁界を検出して前記中空可動コイルの位置検出を行う位置検出素子と、
   を具備することを特徴とするセンサ一体型リニアモータ。
2. 前記固定子内の磁界は前記可動コイルの移動行程の中間部分を境として互いに逆方向に生成されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ一体型リニアモータ。
3. 前記固定子の鉄心部は１対の対向面を含むＵ字形状を有し、前記対向面の少なくとも一方に板状の永久磁石が貼り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ一体型リニアモータ。
4. 前記板状の永久磁石は厚み方向に着磁され、該着磁の方向は板状領域の中央部を境として互いに逆方向に着磁されていることを特徴とする請求項３に記載のセンサ一体型リニアモータ。
5. 前記中空可動コイルは平行な対辺部を有する平坦な形状を有し、前記ギャップ内で前記平行な対辺部に直角の方向にかつ前記ギャップに沿って移動することを特徴とする請求項１に記載のセンサ一体型リニアモータ。
6. 前記位置検出素子はホール素子からなることを特徴とする請求項１〜５の内のいずれか１項に記載のセンサ一体型リニアモータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサ一体型リニアモータを２個使用し、２個のセンサ一体型リニアモータの前記中空可動コイルを共通の板状可動部材に移動方向が互いに垂直となるよう取り付け、前記板状可動部材を二次元駆動することを特徴とする二次元駆動センサ一体型リニアモータ。
   

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