CN103370860A - 旋转螺线管 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，通过在自我保持型旋转螺线管中应用最佳磁回路，从而不使特性下降就能够使材料费等成本降低和实现形状的小型化。本发明具备固定有2个磁铁的摆动磁轭、和在两侧具有突起部的固定磁轭，在固定磁轭的中央部配置具有主磁极的电磁线圈，从一个磁铁到主磁极、固定磁轭、突起部以及另一个磁铁以最短距离构成磁回路，即使使用等级较低的材质的磁铁，也能够得到与以往同等以上的特性。

Description

旋转螺线管

技术领域

本发明涉及一种使输出轴在一定角度范围反复转动的旋转螺线管。

背景技术

以往，以输出轴为中心在一定角度范围反复转动的旋转螺线管用作产业用机械的驱动源。作为该种旋转螺线管，例如已知一种在输出轴的转动方向上隔着空隙而对置配置磁铁和电磁线圈的所谓径向气隙结构的旋转螺线管（参照专利文献1）。然而，该径向气隙结构的旋转螺线管的形状由于电磁线圈的配置等关系而不得不变大，因此存在成本上升的倾向。

针对该问题，近几年提出一种在与输出轴平行的方向上隔着空隙来配置磁铁和电磁线圈的所谓轴向气隙结构的旋转螺线管（参照专利文献2）。该轴向气隙结构的旋转螺线管中，将以极性不同的方式并排的2个磁铁配置成与在中心配置有主磁极的电磁线圈在轴向对置，在2个磁铁的与电磁线圈相反的一侧隔着空隙配置由磁性体构成的摆动磁轭（后磁轭），这是一种有利于小型化的结构。

在轴向气隙结构的旋转螺线管中，通过对电磁线圈进行通电，摆动部分向一个方向转动，其一部分接触到限制部，从而限制摆动部分的移动。若以前述方向的相反方向对电磁线圈进行通电，则摆动部分向相反方向转动并接触到其他限制部，从而移动被限制。因此，若控制对电磁线圈的通电，则能够使输出轴在一定角度范围反复转动。并且，当阻断对电磁线圈的通电时，摆动部分通过磁铁的磁吸引力而自我保持在与限制部接触的位置。

在该种旋转螺线管中，根据用途既要求小型化又要求适当的自我保持力和动作速度的特性，且通常使用高价的稀土类烧结材料作为使用的磁铁。

图17为表示以往的轴向气隙结构的旋转螺线管的剖视图，对非通电时的自我保持状态下的磁通路径进行说明。旋转螺线管的框体200包括上壳体201、下壳体202及以包围上壳体201和下壳体202之间的周围的方式配置的侧面壳体203，这些壳体由磁性体构成。支承在上壳体201和下壳体202之间的输出轴204的作为其输出端的上部从上壳体201导出。在框体200内，在输出轴204中靠近上壳体201的位置安装有平行于与输出轴204正交的面的摆动磁轭205。在该摆动磁轭205的末端侧（旋转自由端侧）的位置，利用未图示的非磁性保持架等安装有两个磁铁206、207。两个磁铁206、207在与输出轴204的轴向平行的上下方向被磁化，且分别以互不相同的磁极朝下侧的方式并排放置，并且，两个磁铁206、207隔着气隙与摆动磁轭205对置。

在摆动磁轭205的末端侧的下方设置有将主磁极208配置在中心的环形电磁线圈209，主磁极108的下端部支承在下壳体202且与其磁耦合。在侧面壳体203的与磁铁206、207对应的高度位置，以与摆动磁轭205的转动方向正对的方式安装有限制部210、211。

当为这种结构的旋转螺线管时，在图17所示的状态下若通过对电磁线圈209通电将主磁极208励磁成其上部成为N极，则由于其中一个（右侧）磁铁206的与电磁线圈209对置的下表面为N极，因此在其中一个磁铁206中产生磁斥力从而对摆动磁轭205作用有转动力，摆动磁轭205以使其中一个磁铁206远离主磁极208的方式转动。在该转动过程中，作用于其中一个磁铁206的斥力随着摆动磁轭205的转动而逐渐减少，相反，在另一个（左侧）磁铁207中，下表面的S极对主磁极208的吸引力逐渐增大，因此摆动磁轭205的转动持续进行到其一部分与限制部210抵接。

若从另一个磁铁207与电磁线圈209的主磁极208对置的状态，向前述方向的相反方向对电磁线圈209通电而以主磁极208的上部成为S极的方式对电磁线圈209进行励磁，则摆动磁轭205向所述方向的相反方向转动，再次成为图17的状态。摆动磁轭205的转动完成之后，即使停止对电磁线圈209的通电，由于某一磁铁206、207磁吸引主磁极208，因此可以保持摆动磁轭205的转动位置。

图17中的箭头表示磁通的流动。从其中一个磁铁206的N极出来的磁通的磁路主要为经由主磁极208并经过下壳体202及侧面壳体203并从空气中回到另一个磁铁207的S极的路径r1、以及进入侧面壳体203的磁通从上壳体201以其中一个磁铁206的上部的摆动磁轭205为目标从空气中返回的路径r2。

在该情况下，由于任一路径r1、路径r2均具有较长的空隙，因此磁通需通过该空气区域，因而磁阻变大。并且，由于摆动磁轭205与磁铁206、207之间设有气隙，因此此处也产生较大的磁阻。另外，在对电磁线圈209进行通电时，也构成类似的磁回路。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利3240351号公报

专利文献2：日本专利公开2009-38874号公报

发明内容

发明要解决的课题

如图17中说明，在专利文献2中示出的上述以往的结构中，由于利用为磁性体的壳体构成旋转螺线管的磁回路，因此不仅磁路较长，而且磁阻也明显大，成为效率较差的磁回路。因此，为了获得预定的特性而提高磁铁的等级，或者将磁铁的厚度增大至必要以上，以提高磁导系数来对应磁铁的减磁。因此，存在材料费的高涨或导致旋转螺线管大型化的问题。

本发明是为解决上述课题而完成的，其对旋转螺线管提供最佳磁回路，并实现材料费的低廉化和装置的小型化。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明提供一种旋转螺线管，其结构如下：配置由磁性体构成的摆动磁轭和固定磁轭，以最短距离构成磁回路，即便使用例如残留磁通密度等等级较低的材质的磁铁，也能够以最佳方式设计磁路，从而能够维持与以往同等以上的特性。

即，本发明的旋转螺线管包括电磁线圈、两个磁铁、摆动磁轭以及输出轴，所述电磁线圈在中心具有主磁极，所述两个磁铁被单极磁化，所述摆动磁轭具有平面部，两个磁铁以并排配置成互不相同的磁极隔着气隙与电磁线圈对置的状态紧固于所述平面部，所述输出轴将所述磁轭支承为能够自由转动，且该输出轴在与平面部正交的同时与主磁极平行，所述旋转螺旋管使摆动磁轭相对于连结输出轴的中心与主磁极的中心的中心线分别向正反方向摆动预定角度θ，并且，所述旋转螺旋管设置有支承电磁线圈且与主磁极磁耦合的固定磁轭，在该固定磁轭中，在电磁线圈的外周位置的两侧分别形成竖起至与主磁极大致相同的高度的突起部，并且，将两个突起部分别以如下方式配置：在摆动磁轭的摆动范围，当两个磁铁的彼此相邻的各自的内侧缘部中的其中一个磁铁的内侧缘部最靠近主磁极时，所述突起部最靠近另一个磁铁的外侧缘部。

在这种结构的旋转螺线管中，当电磁线圈处于未通电状态时，在摆动磁轭的摆动范围，其中一个磁铁的内侧缘部最靠近电磁线圈的主磁极时，另一个磁铁的外侧缘部最靠近固定磁轭的两侧的突起部中的另一侧突起部，因此能够形成从其中一个磁铁经过主磁极、固定磁轭及其突起部并到达另一个磁铁的磁通的闭环，构成最短距离的磁回路。当另一个磁铁的内侧缘部最靠近电磁线圈的主磁极时，其中一个磁铁的外侧缘部最靠近其中一侧的突起部，同样能够构成最短距离的磁回路。

在此，若从上述停止状态对电磁线圈进行通电，则作用有如下电磁力。

（1）主磁极被励磁成与其中一个磁铁同极，而吸引另一个磁铁。

（2）由于在固定磁轭中竖起的两侧的突起部产生与主磁极相反的磁场，因此另一侧突起部对另一个磁铁施加斥力。

（3）其中一侧突起部对其中一个磁铁施加吸引力。

该三个力由于向同一旋转方向作用，因此可以获得强大的电磁力。

而且，即使在该移动位置再次设为非通电状态，也如上所述，移动过来的另一个磁铁被电磁线圈的中心部的主磁极吸引，而其中一个磁铁被固定磁轭的其中一侧的突起部吸引。即使如此阻断通电，也可以可靠地确保来自另一个磁铁的磁通经由电磁线圈的主磁极、并从固定磁轭及其突起部进入其中一个磁铁、进而通过摆动磁轭回到另一个磁铁的磁路，并能够维持停止状态。

发明效果

本发明的旋转螺线管由于如上述所示构成最佳的磁回路，因此得到以下效果。

（1）即使是等级（残留磁通密度等）较低的磁铁，也可以获得与以往相同的输出特性。或者，当使用与以往相同等级的磁铁时，由于能够大幅缩小（接近一半）厚度等，因此能够大幅降低磁铁的材料费。

（2）由于摆动部的惯性力矩因磁铁的材质或形状变更而降低，因此能够缩短作为旋转螺线管的响应时间。或者，能够降低电磁线圈的通电电流，提高效率。

（3）由于未必一定由磁性体构成外周壳体部，因此还能够由廉价的树脂材料等构成该外周壳体部。

（4）通过在输出轴上直接固定摆动磁轭，能够减少元件数。

附图说明

图1为基于本发明的一实施方式的旋转螺线管的局部剖切立体图。

图2为用于对图1的旋转螺线管中的磁路进行说明的切断主视图。

图3为用于对图1的旋转螺线管的固定磁轭与摆动磁轭的关系进行说明的俯视图。

图4为表示图3的固定磁轭的俯视图。

图5为表示图3的摆动磁轭的俯视图。

图6为图1的旋转螺线管的动作说明用的俯视图，（a）表示一方向动作时，（b）表示另一方向动作时。

图7为对基于本发明的其他实施方式的旋转螺线管的固定磁轭与摆动磁轭的关系进行说明的俯视图。

图8为表示图7的固定磁轭的俯视图。

图9为表示图7的摆动磁轭的俯视图。

图10为表示本发明的旋转螺线管的磁铁的变形例的主视图。

图11为基于本发明的另一其他实施方式的旋转螺线管的立体图。

图12为图11的旋转螺线管的分解立体图。

图13为图11的旋转螺线管的取下上盖后的状态的俯视图。

图14为沿图13的A-A’线切断后的切断主视图。

图15为从斜下方向观察到的图11的旋转螺线管中的摆动转子的立体图。

图16为图11的旋转螺线管中的摆动转子的俯视图。

图17为对以往的旋转螺线管中的磁路进行说明的切断主视图。

具体实施方式

以下，根据附图对本申请发明的旋转螺线管的实施方式进行说明。

实施例1

图1表示基于第一实施方式的旋转螺线管。在该旋转螺线管中，使从箱型的外周壳体部10的上表面突出的输出轴20以摆动角±θ反复转动。外周壳体部10为在侧面部结合上壳体11和下壳体12的结构，两个壳体11、12例如由树脂材料形成。在两个壳体11、12中，在与在上下方向较长的输出轴20对应的部位一体地形成有轴承部13，且分别将输出轴20支承为能够自如转动。输出轴20的下端部支承在下壳体12上，输出轴20的上部从上壳体11的轴承部13导出至外部。

在下壳体12的内侧上表面安装有由磁性体构成的固定磁轭30，在该固定磁轭30上的中央部固定有电磁线圈40。电磁线圈40在其中心具有由磁性体构成的主磁极41，隔着线圈骨架42在主磁极41的周围卷绕有线圈线43。主磁极41的下端部固定于固定磁轭30且与其磁耦合。固定磁轭30形成为如图4所示的对称多边形，在固定磁轭30的左右两侧形成有突起部31、32，所述突起部31、32位于电磁线圈40的外周位置的两侧，并且通过弯曲加工以与输出轴20的轴线平行的方式向上方竖起。该突起部31、32的高度设定成与电磁线圈40的主磁极41的高度大致相同。

在上述输出轴20中，在外周壳体部10的内部的上侧位置以与该输出轴20正交的方式固定有摆动磁轭50。摆动磁轭50由磁性板构成，且如图5所示，呈相对于经过输出轴20的中心的中央线左右对称的形状。摆动磁轭50的下表面为与输出轴20正交的平面部，在该平面部中，在相对于上述中央线对称的位置固定有两个磁铁51、52。两个磁铁51、52分别在与输出轴20平行的方向即上下方向被单极磁化，并且使磁化的方向彼此相反。具体而言，如图2所示，其中一个（右侧）磁铁51的下侧的磁极设定为N极，另一个（左侧）磁铁52的下侧的磁极设定为S极。且这两个磁铁51、52以互不相同的磁极隔着气隙与电磁线圈40对置的方式并排放置，且两个磁铁51、52配置成在其磁化方向上与主磁极41的上表面及突起部31、32的上端面对置。

在外周壳体部10的左右内侧面，与摆动磁轭50的外侧面对应而固定有对摆动磁轭50的转动范围进行限制的限制部14、15。当旋转螺线管的摆动角被限制为±θ时，如图5所示，两个磁铁51、52的内侧缘配置在相对于经过输出轴20的中心的中央线成±θ角度的位置。并且，如图4所示，固定磁轭30中的两个突起部31、32的朝向前后方向的角度设定成：相对于连结输出轴20的中心与主磁极41的中心的直线分别具有大致2θ的角度。图3表示在摆动磁轭50的停止位置即摆动磁轭50与右侧的限制部14抵接的停止位置处磁铁51、52与突起部31、32的位置关系。摆动磁轭50以如下方式配置而获得最大的磁力，即左侧磁铁52的内侧缘部和主磁极41的中心在上下方向上大体一致，且右侧磁铁51的外侧缘部和突起部31的端面的宽度方向的中心在上下方向上大体一致。在摆动磁轭50与左侧的限制部15抵接的停止位置，同样地，摆动磁轭50也以如下方式配置：右侧磁铁51的内侧缘部和主磁极41的中心在上下方向上大体一致，左侧磁铁52的外侧缘部和突起部32的宽度方向的中心在上下方向上大体一致。

图6对上述旋转螺线管的动作进行说明。

图6的（a）表示非通电状态，左侧磁铁52与主磁极41之间产生磁吸引力P。并且，右侧磁铁51与突起部31之间也产生磁吸引力Q。该P和Q的电磁力几乎为同一旋转方向，因此在残留有P+Q的吸引力的状态下，摆动磁轭50被限制部14强制停止。

图6的（b）为对电磁线圈40的线圈线43通电的状态，示出了电磁线圈40被励磁而主磁极41磁化成与左侧磁铁52同极（S极），从而作用有较大的磁斥力R而使摆动磁轭50向前述方向的相反方向移动（转动）的状态。另一方面，与右侧磁铁51的外侧缘部处于大体一致的位置的突起部31的端面被磁化成与电磁线圈40的中心部的磁极相反的极性（N极），因此在与该右侧的磁铁51之间也产生磁斥力T，从而获得R+T的较大的摆动输出。且，当左侧磁铁52靠近突起部32的端面时，作用有吸引力U。该三个电磁力被合成而使摆动磁轭50转动，且作为转矩从输出轴20输出。

图2表示在该移动位置呈非通电状态时的自我保持状态下的磁通的路径。为了构成最短的磁回路，配置专用的固定磁轭30，并竖起其两端来形成突起部31、32，因此形成如下磁路：来自右侧磁铁51的N极的磁通通过狭窄的空隙g1经由主磁极41而从固定磁轭30的底面到达突起部32的端面，再经过狭窄的空隙g2进入左侧磁铁52的S极，并通过摆动磁轭50而回到磁铁51。这样就能够形成非常短且磁阻较小的磁回路。在该磁路中，在两处空隙g1、g2中产生的磁通矢量几乎向同一方向倾斜。磁通与橡胶的特性等效，具有以最短距离变短收缩的性质。由于图2中的该磁通的倾斜，安装有磁铁51、52的摆动磁轭50在残留有如图中的粗箭头所示向左方向移动的应力的状态下，通过限制部15进行自我保持。

为了较大地生成该磁通的倾斜，隔着空隙对置的磁铁51（52）的内侧缘部与主磁极41的中心间的位置关系以及磁铁52（51）的外侧缘部与突起部32（31）的端面的位置关系很重要，从电磁场解析的结果可知，只要为磁铁的侧缘部位置所对置的磁性体的端面的一半位置，则具有倾斜的磁通就最多，磁吸引力、磁斥力也最大。

如此一来，能够通过适当地改变流向电磁线圈40的励磁电流的方向，使磁铁51、52和摆动磁轭50摆动，从而从输出轴20获得旋转转矩。

实施例2

接下来，利用图7～图9对基于本发明的其他实施方式的旋转螺线管进行说明。

该实施方式中，将固定于摆动磁轭的一对磁铁的各自的外侧外周缘和固定磁轭的两突起部均设为圆弧状，从而增加磁铁的外侧缘部与突起部端面的正对面积，在动作摆动角度±θ的两处停止位置进一步增加磁力。

即，如图8所示，支承电磁线圈的固定磁轭60由磁性板形成为大致椭圆形，电磁线圈的主磁极41与中央部磁耦合。在固定磁轭60的左右两侧，通过磁性体板的弯曲而向上方竖起形成有在俯视观察时呈圆弧状的突起部61、62，其高度设定成与主磁极41大致相同。另一方面，如图9所示，以与输出轴20正交的方式固定于输出轴20的摆动磁轭70由磁性板形成为大致葫芦形，即相对于经过输出轴20的中心的中央线呈对称的形状，摆动磁轭70的下表面为平面部，且在该平面部安装有两个磁铁71、72。该两个磁铁71、72在与输出轴20的轴向平行的方向被单极磁化，且以异极与电磁线圈相互对置的方式并排放置，且两个磁铁71、72的相互相邻的内侧缘部形成为直线状，并相对于上述中央线以±θ的角度配置。另外，两个磁铁71、72的各自的外侧缘部形成为圆弧状。该磁铁71、72的圆弧呈与固定磁轭60的突起部61、62大致相同的形状。

图7示出摆动磁轭70转动到了其摆动范围中的最右侧的状态。与图1～图6中所说明的实施方式的情况相同，摆动磁轭70的摆动范围被一对限制部限制，图7中为摆动磁轭70与右侧的限制部抵接从而保持其位置的状态。此时，摆动磁轭70以如下方式配置，即左侧磁铁72的内侧缘部和主磁极41的中心大体一致，右侧磁铁71的圆弧状外侧缘部与固定磁轭60中的右侧的圆弧状突起部61的端面大体一致。相反，在摆动磁轭70与左侧的限制部抵接而停止的状态下，以如下方式配置，即右侧磁铁71的内侧缘部与主磁极41的中心大体一致，左侧磁铁72的圆弧状外侧缘部与左侧的圆弧状突起部62的端面大体一致。

与前一实施方式中说明的情况相同，通过以这种位置关系配置摆动磁轭70的磁铁71、72与电磁线圈的主磁极41及固定磁轭60的突起部61、62，从而能够确保摆动磁轭70的位置保持力。尤其在该实施方式中，由于磁铁71、72的外侧缘部和突起部61、62均呈与圆弧状吻合的形状，因此能够增加磁铁的外侧缘部与突起部的端面的正对面积，从而能够减少旋转螺线管内的磁通泄漏。其结果是，能够大幅改善磁铁所产生的磁通的利用率，并可获得较大的磁力，从而能够提高输出。

接下来，图10表示磁铁的变形例。关于该磁铁，使用钕系粘结磁体材料一体成型固定于摆动磁轭80的平面部的两个磁铁81、82。在两个磁铁81、82的成型体83中，在两个磁铁81、82的区域之间设置薄壁的无磁化部84，两个磁铁81、82被2极磁化。

如此，当通过磁铁成型体83构成一对磁铁81、82时，不仅能将磁铁的材料费减半，而且能够提高磁铁形状的自由度，还能够实现安装至摆动磁轭80的安装作业的高效率化。并且，与烧结材料的磁铁相比，由于比重能够降低约20%，因此能够降低摆动部的惯性力矩，还可以改善输出轴的动作速度。

实施例3

接下来，利用图11～图16对基于本发明的另一其他实施方式的旋转螺线管进行说明。

图11表示旋转螺线管的外观，并且，图12表示按照构成构件分解图11的旋转螺线管的状态。该旋转螺线管使从箱型外周壳体部110的上表面突出的输出轴121以摆动角±θ（即2θ）反复转动。外周壳体部110由上表面开口的本体壳体111和盖在该本体壳体111的开口上的盖罩壳体112构成，且例如由金属材料构成。俯视观察时，外周壳体部110呈大致本垒形状，且在两个壳体111、112中输出轴121贯通两个壳体111、112的贯通部位、即本体壳体111的底板111A以及盖罩壳体112中的本垒形状的端部变细的一端部侧，分别以贯通状态安装有由滑动轴承构成的轴承部113、轴承部114，成为将输出轴121支承为能够自由转动的结构。输出轴121的上部从盖罩壳体112的轴承部114导出至外部。

图13及图14表示本体壳体111的内部结构，在本体壳体111的底板111A中的大致中央部上表面安装有由磁性体构成的固定磁轭130，另外，在该固定磁轭130上的中央部固定电磁线圈140。电磁线圈140在其中心具有由磁性体构成的主磁极141，且通过配置隔着绝缘性的线圈骨架142卷绕在主磁极141的周围的线圈线143而构成电磁线圈140。主磁极141的下端部固定于固定磁轭130且与其磁耦合。固定磁轭130形成为对称多边形，且在固定磁轭130的左右方向的两侧形成有由突片构成的突起部131、132，所述突片位于电磁线圈140的外周位置的两侧，并且通过弯曲加工以与输出轴121的轴线平行的方式向上方竖起。该突起部131、132设定为其竖起端面与电磁线圈140的主磁极141处于大致相同的高度。在此，对称多边形的固定磁轭130配置于对称线经过所述输出轴121的中心的位置，并且，两个突起部131、132分别相对于固定磁轭130的中心线倾斜2θ角度，两个突起部131、132配置成相对于本体壳体111的周壁111B的与本垒形状中的端部变细的倾斜位置对应的两侧壁部111B1、111B2大致平行。

在上述外周壳体部110中以向外部导出所述输出轴121的一部分的状态容纳具备所述输出轴121的摆动转子120。如图12、图15及图16所示，该摆动转子120包括：具有相对于输出轴121的轴线方向正交的平面部（背面部）且由磁性金属板构成的摆动磁轭122；配置于摆动磁轭122的平面部的两个矩形磁铁123、124；以及通过嵌件模塑将输出轴121、摆动磁轭122及磁铁123、124一体化且由非磁性树脂材料构成的保持架125。而且，该摆动转子120的输出轴121通过分别由轴承部113、114支承其下端部和中腰部而为能够自由旋转，摆动磁轭122的平面部的两个磁铁123、124在轴向方向上隔着预定的气隙与电磁线圈140的主磁极141的上端面对置。

如图16所示，该摆动磁轭122呈相对于经过输出轴121的中心的中央线对称的形状，在形成于摆动磁轭122的一端部的轴孔中压入输出轴121。并且，摆动磁轭122的背面部的两个磁铁123、124配置于相对于上述中央线对称的位置，即两个磁铁123、124的相互相对的侧缘（内侧缘）分别距中央线具有θ角度的位置，并且两个磁铁123、124分别在与输出轴121平行的方向即上下方向被单极磁化且设定成磁化的方向彼此相反。这两个磁铁123、124以互不相同的磁极隔着气隙与电磁线圈140对置的方式并排放置，且两个磁铁123、124在上下方向上分别与主磁极141的上表面及突起部131、132的上端面对置。

在将输出轴121压入摆动磁轭122的轴孔中且使两个磁铁123、124相对于摆动磁轭122配置于预定位置的状态下进行摆动转子120的嵌件模塑。即，在预定的成型模具内装入摆动磁轭122与输出轴121的结合件以及两个磁铁123、124，并在模具内注入树脂材料来成型保持架125。此时，磁铁123、124在未磁化的状态下被使用，通过模具限制两个磁铁123、124相对于摆动磁轭122的位置。如此成型的保持架125覆盖摆动磁轭122的外周及输出轴121的下半部外周，并且，以露出两个磁铁123、124的端面的形式覆盖摆动磁轭122的背面部，在使摆动磁轭122相对于输出轴121正交的状态下牢固结合摆动磁轭122与输出轴121，并且使两个磁铁123、124牢固地固定于摆动磁轭122。此时，两个磁铁123、124以与摆动磁轭122的背面部接触的方式被固定。在如此形成的摆动转子120中，利用专用的磁化机对两个磁铁123、124进行单极磁化。另外，两个磁铁123、124可以使用预先磁化了的磁铁，使两个磁铁123、124在预定位置以预定的磁极方向吸附在摆动磁轭122上，并在该状态下进行嵌件模塑即可。

在摆动转子120的保持架125上一体地设置有覆盖输出轴121的下部外周的圆筒状轮毂部125A。该轮毂部125A的轴向尺寸设定成在将摆动转子120装入外周部壳体110时摆动磁轭122为预定高度。即，轮毂部125A的轴向尺寸设定成：在将输出轴121的下端部安装于轴承部113时，轮毂部125A的下端面与轴承部113的上表面抵接，但在该抵接时，固定于摆动磁轭122的两个磁铁123、124的下表面隔着预定的气隙与电磁线圈140的主磁极141的上表面对置。在此，虽未图示，但对输出轴121的与摆动磁轭122的结合部外周面进行了滚花加工，从而提高了摆动磁轭122与输出轴121间的固定强度。此外，对该输出轴121进行的滚花加工连续延长形成至与上述轮毂部125A对应的位置，由此能够显著地提高被嵌件成型的保持架125相对于输出轴121的固定强度。

并且，在摆动转子120的保持架125中，在摆动转子120的摆动方向的两侧的偏靠中心部，分别以稍微向外侧凸出的形式形成有抵接部125B1、125B2。这两个抵接部125B1、125B2以如下方式作用：在摆动转子120摆动时，通过与本体壳体111中的周壁111B的两侧壁部111B1、111B2的内面抵接，来限制摆动转子120的摆动范围。本体壳体111的周壁111B中的两个侧壁部111B1、111B2构成对摆动转子120的限制部，通过由本体壳体111本身兼作限制部而实现了结构的简化。在此，如图16所示，保持架125的抵接部125B1、125B2形成于以下位置：在将从输出轴121的中心至摆动转子120的最外径位置的距离设为La时，抵接部125B1、125B2与输出轴121的中心的距离Lb为La的一半以下（La/2>Lb）。

如图12及图13所示，在外周壳体部110的内部中的与输出轴121相反的一侧（另一端侧）配置有一体地设置于电磁线圈140中的线圈骨架142的元件容纳部144，例如容纳温度熔断器等。电磁线圈140的线圈线143的端子通过温度熔断器与外部引出用引线连接，引线从形成于元件容纳部144的引出口145被导出至外部。

当为这种结构的旋转螺线管时，能够通过控制对电磁线圈140的通电来使摆动转子120反复摆动，并通过输出轴121获得反复旋转力。

即，图13及图14表示磁铁123、磁铁124与主磁极141在摆动转子120的停止位置即保持架125的右侧抵接部125B1与成为壳体侧的限制部的侧壁部111B1抵接的停止位置处的位置关系。摆动磁轭122以如下方式配置而获得最大磁力，即左侧磁铁124的内侧缘部与主磁极141的中心在上下方向上大体一致，并且，右侧磁铁123的外侧缘部与突起部131的端面在上下方向上大体一致。

在图13及图14中，在非通电状态下，在左侧磁铁124与主磁极141之间产生磁吸引力，并且，在右侧磁铁123与突起部131之间也产生磁吸引力。该两个磁力几乎为同一旋转方向（俯视观察时为逆时针方向），因此在残留有两个吸引力的状态下，保持架125的抵接部125B1与侧壁部111B1抵接而停止。此时，形成一种磁通经由左侧磁铁124、主磁极141、固定磁轭130、突起部131、右侧磁铁123及摆动磁轭122的磁回路。

而且，若从该状态对电磁线圈140的线圈线143通电，则电磁线圈140被励磁，主磁极141被磁化成与左侧磁铁124的下部极同极，从而在磁铁124与主磁极141之间作用有较大的磁斥力，从而摆动转子120向顺时针方向移动（转动）。而位于与右侧磁铁123的外侧缘部大体一致的位置的突起部131被磁化成与电磁线圈140的中心部的磁极相反的极性，因此，突起部131在与该右侧磁铁123之间也产生磁斥力，从而通过这两个力获得较大的摆动输出。另外，若左侧磁铁124靠近突起部132的端面，则作用有磁吸引力。该三个电磁力被合成而作为转矩从输出轴121输出。摆动转子120在保持架125的抵接部125B2与侧壁部111B2抵接的位置停止转动，并保持在该位置。在该状态下，与前述相反，摆动磁轭122以如下方式配置：右侧磁铁123的内侧缘部与主磁极141的中心在上下方向上大体一致，左侧磁铁124的外侧缘部与突起部132的端面在上下方向上大体一致。

另外，若在该转动位置呈非通电状态，则在右侧磁铁123与主磁极141之间产生磁吸引力，并且，在左侧磁铁124与突起部132之间也产生磁吸引力，该两个磁力几乎为同一旋转方向（顺时针方向），因此在残留有两个吸引力的状态下，维持保持架125的抵接部125B2与侧壁部111B2抵接的状态。此时，形成一种磁通经由右侧磁铁123、主磁极141、固定磁轭130、突起部132、左侧磁铁124及摆动磁轭122的磁电路，呈自我保持状态。

接下来，若从该状态向前述方向的相反方向对电磁线圈140通电，则电磁线圈140向反方向励磁，主磁极141被磁化成与右侧磁铁123的下部极同极，在磁铁123与主磁极141之间产生较大的磁斥力，摆动转子120向逆时针方向移动（转动）。同时，位于与左侧磁铁124的外侧缘部大体一致的位置的突起部132被磁化成与电磁线圈140的中心部的磁极相反的极性，因此在突起部132与该左侧磁铁124之间也产生磁斥力，通过这两个力能够获得较大的摆动输出。另外，若右侧磁铁123靠近突起部131的端面，则作用有磁吸引力，这三个电磁力被合成而作为转矩从输出轴121输出。而且，摆动转子120在保持架125的抵接部125B1与侧壁部111B1抵接的位置停止转动，再次保持在图13及图14的状态。

这样，通过切换对电磁线圈140的通电方向，摆动转子120能够重复进行反复动作，并获得预定的输出。

在上述实施方式中，配置在摆动转子120的往返动作及非通电时的自我保持时用于构成最短磁回路的专用的固定磁轭130，并竖起其两端作为突起部131、132，从而该突起部分别隔着狭窄的空隙与磁铁123、124对置，因此能够形成磁路非常短且磁阻较小的磁回路结构。其结果是，即使使用等级（残留磁通密度等）较低的铁氧系磁体材料作为磁铁123、124，也能够确保所期望的动作，并能够对成本降低做出较大贡献。另外，在上述实施方式中，构成外周壳体部110的本体壳体111及盖罩壳体112由金属材料构成，但在外周壳体部110内通过固定磁轭130而构成以最短距离集中的磁回路，因此在磁特性方面没有任何问题。尤其适用于对微弱的磁通要求磁屏蔽功能的环境下。

然而，当为该种旋转螺线管时，要求缩短动作时间的快速响应性。该响应性根据配置于摆动磁轭122的磁铁123、124的位置和摆动磁轭122与电磁线圈140间的位置关系发生变化，因此，为了确保所期望的性能，摆动磁轭122与电磁线圈140间的位置关系和磁铁123、124在摆动磁轭122中的配置位置很重要。

在上述实施方式中，当构成摆动转子120时，由于通过嵌件模塑使输出轴121、摆动磁轭122及两个磁铁123、124一体化，因此容易组装，而且能够容易地确保两个磁铁123、124在摆动磁轭122中的位置精度，并能够提高组装精度，从而能够提高作为旋转螺线管的性能，而且，能够提高生产性和量产性，且能够廉价地制造。

另外，在通过嵌件模塑形成的保持架125上一体地成型有轮毂部125A，该轮毂部125A能够限制两个磁铁123、124在本体壳体111中的高度位置，并且使两个磁铁123、124的下表面位置与电磁线圈140的主磁极141的上表面的位置隔着预定间隙对置，因此，仅通过将摆动转子120组装于本体壳体111就能够确保磁精度，不仅装配变得简单，而且能够提高旋转螺线管的性能。

除此之外，在摆动转子120的树脂制保持架125上形成位于摆动磁轭122的两侧的抵接部125B1、抵接部125B2，并使该抵接部125B1、抵接部125B2抵接于本体壳体111的限制部（侧壁部111B1、侧壁部111B2），从而限制摆动转子120的转动，因此与使金属制摆动磁轭直接与限制部抵接时相比，能够降低碰撞时的振动和噪音，而且，将该抵接部125B1、125B2配置在比从输出轴121的中心至摆动转子120的最外径位置的距离La的1/2偏靠中心的位置，因此，与抵接部偏靠摆动转子120的外径侧时相比，能够使摆动转子120与本体壳体111的碰撞能量为最小，并能够降低振动和噪音。

以上，对基于本发明的实施方式的旋转螺线管进行了说明，但本发明不限于此，在不脱离发明宗旨的前提下能够进行各种变更、变形。

例如，固定于摆动磁轭上的一对磁铁在电磁线圈的非通电时的自我保持状态下，使内侧缘部与电磁线圈的主磁极的中心一致，而且，可以仅使磁铁的一部分在上下方向上相对于主磁极重叠，总之，只要磁铁的磁中心以偏离主磁极的中心的形态靠近，就能够作用有磁吸引力，从而能够获得保持力。另外，磁铁除了使其外侧缘部与固定磁轭的突起部的端面的中心一致之外，还可以使外侧缘部的一部分或全部与突起部端面重叠，或者可以为完全不重叠而靠近的形态，这显然能够获得充分的磁吸引力。

并且，在上述实施方式中，分别示出了由树脂成型体以及由金属磁性体构成容纳固定磁轭、电磁线圈、摆动磁轭等的外周壳体部的情况。由于在外周壳体部内构成以最短距离集中的磁回路，因此，朝向外部泄漏的磁通几乎不成问题。尤其在由树脂成型体构成外周壳体部时，在对微弱的磁通也要求磁屏蔽功能的环境下，能够仅通过在树脂成型体的材料中混入磁粉或者在树脂成型体的外周形成屏蔽层来对应。

并且，当由金属材料构成外周壳体部时，若在本体壳体的周壁中的两个侧壁部的内侧（尤其是与摆动转子的抵接部对应的位置）设置缓冲件，则能够进一步缓和摆动转子抵接于限制部时的冲击。

另外，在图11～图16中说明的实施方式中，将设于摆动转子120的保持架125的抵接部125B1、125B2配置在比从输出轴121的中心至摆动转子120的最外径位置的距离La的1/2短的距离Lb内，但是未必一定限制在距离La的1/2内，只要抵接部125B1、125B2的中心位置处于比从输出轴121的中心至摆动转子120的最外径位置的距离La的1/2偏靠中心的位置，就能够获得上述的作用效果。

产业上的可利用性

本发明能够使输出轴在一定的角度范围反复转动，从而适用于要求自我保持力的用途中。由于能够根据摆动角度设定磁铁的配置或固定磁轭的形状，因此能够容易地构成磁路短的磁回路，其结果是能够获得具有材料费降低、元件数缩减以及惯性力矩降低之类的显著特征的旋转螺线管，并能够作为产业用机械的驱动源而广泛应用。

符号说明

10、110  外周壳体部

14、15  限制部

20、121  输出轴

30、60、130  固定磁轭

31、32、61、62、131、132  突起部

40、140  电磁线圈

41、141  主磁极

50、70、80、122  摆动磁轭

51、52、71、72、81、82、123、124  磁铁

125B1、125B2  侧壁部

Claims (14)

1.一种旋转螺线管，其包括：

电磁线圈，其在中心具有主磁极；

两个磁铁，所述两个磁铁被单极磁化；

摆动磁轭，其具有平面部，所述两个磁铁以并排配置的状态紧固于所述平面部，并使互不相同的磁极隔着气隙与所述电磁线圈对置；以及

输出轴，其将所述摆动磁轭支承为能够自由转动，且该输出轴在与所述平面部正交的同时平行于所述主磁极，

所述旋转螺旋管使所述摆动磁轭相对于连接所述输出轴的中心与所述主磁极的中心的中心线向正反方向分别摆动预定角度θ，

所述旋转螺线管的特征在于，

所述旋转螺线管设置有支承所述电磁线圈并且与所述主磁极磁耦合的固定磁轭，

在该固定磁轭中，在所述电磁线圈的外周位置的两侧分别形成有竖起至与所述主磁极大致相同的高度的突起部，

该两个突起部分别以如下方式配置：在所述摆动磁轭的摆动范围，当所述两个磁铁的彼此相邻的各自的内侧缘部中的其中一个磁铁的内侧缘部最靠近所述主磁极时，所述突起部最靠近另一个磁铁的所述内侧缘部相反侧的外侧缘部。

2.根据权利要求1所述的旋转螺线管，其特征在于，

所述旋转螺线管设置有将所述摆动磁轭的摆动在正反方向上分别限制在预定角度θ的范围的限制部，当该摆动磁轭向正方向侧（或反方向侧）摆动且被所述限制部限制时，正方向侧（或反方向侧）的所述磁铁在摆动方向上的磁中心位于比正方向侧（或反方向侧）的所述突起部在摆动方向上的中心靠反方向侧（或正方向侧）的位置，反方向侧（或正方向侧）的所述磁铁在摆动方向上的磁中心位于比所述主磁极的中心靠反方向侧（或正方向侧）的位置。

3.根据权利要求2所述的旋转螺线管，其特征在于，

当所述摆动磁轭向正方向侧（或反方向侧）摆动且被所述限制部限制时，所述两个磁铁的至少任一磁铁具有在轴向上相对于正方向侧（或反方向侧）的所述突起部或所述主磁极重叠的部分。

4.根据权利要求3所述的旋转螺线管，其特征在于，

当该摆动磁轭向正方向侧（或反方向侧）摆动且被所述限制部限制时，正方向侧（或反方向侧）的所述磁铁的外侧缘部位于正方向侧（或反方向侧）的所述突起部的在摆动方向上的大致中心。

5.根据权利要求3所述的旋转螺线管，其特征在于，

当该摆动磁轭向正方向侧（或反方向侧）摆动且被所述限制部限制时，反方向侧（或正方向侧）的所述磁铁的内侧缘部位于所述主磁极的大致中心。

6.根据权利要求5所述的旋转螺线管，其特征在于，

所述两个磁铁各自的相邻的内侧缘部形成有通过所述输出轴的中心的近似直线部，该两个磁铁以如下方式配置于所述摆动磁轭：各自的所述近似直线部相对于通过所述输出轴的中心且将该摆动磁轭两等分的中央线向正反方向分别形成与所述预定角度θ大致相同的角度，当所述摆动磁轭向正方向侧或反方向侧摆动并停止时，所述摆动磁轭中反方向侧或正方向侧的所述磁铁的内侧缘部的近似直线部与所述主磁极的大致中心一致。

7.根据权利要求1所述的旋转螺线管，其特征在于，

所述固定磁轭的两个突起部分别沿所述两个磁铁各自的外侧缘部的形状形成，当所述摆动磁轭摆动时，所述两个突起部和与之靠近的所述磁铁的外侧缘部在大致全长范围对置。

8.根据权利要求6所述的旋转螺线管，其特征在于，

所述两个磁铁分别形成为大致长方形，所述两个磁铁配置成：各自的相邻的内侧缘部的近似直线部相对于所述摆动磁轭的中央线向正反方向形成与所述预定角度θ大致相同的角度，所述突起部端面的以所述输出轴为中心的角度相对于连结所述输出轴中心与主磁极中心的直线具有大致2θ的角度。

9.根据权利要求1所述的旋转螺线管，其特征在于，

所述两个磁铁、所述摆动磁轭以及所述输出轴利用由非磁性成型材料构成的保持架而形成为一体从而构成摆动转子，该保持架上形成设置有分别位于所述摆动转子的摆动方向的两侧且与用于限制所述摆动磁轭的摆动范围的限制部抵接的抵接部，并且，这些抵接部配置在比从所述输出轴的中心至所述摆动转子的最外径位置的距离的1/2偏靠中心的位置。

10.根据权利要求9所述的旋转螺线管，其特征在于，

所述电磁线圈、所述固定磁轭以及所述摆动转子容纳在箱型壳体中，所述限制部由所述箱型壳体中覆盖所述摆动转子的摆动方向两侧的侧壁形成。

11.根据权利要求10所述的旋转螺线管，其特征在于，

在所述摆动转子中的所述保持架上一体地设置有轮毂部，所述轮毂部覆盖所述输出轴中的至少电磁线圈侧的外周，并且，在将该输出轴的电磁线圈侧的端部支承于所述箱型壳体的所述支承壁时，所述轮毂部限制自该支承壁起的高度位置，在所述摆动转子中的所述磁铁与所述电磁线圈之间确保预定的气隙。

12.根据权利要求11所述的旋转螺线管，其特征在于，

所述输出轴的电磁线圈侧的端部通过安装于所述箱型壳体的支承壁的滑动轴承被支承为能够自如旋转，所述保持架中的所述轮毂部的端面与所述滑动轴承滑动接触。

13.根据权利要求9所述的旋转螺线管，其特征在于，

在结合所述摆动磁轭与所述输出轴且将所述磁铁安装在了摆动磁轭的平面部的预定位置的状态下，利用基于树脂成型的嵌件模塑来成型所述保持架，从而构成所述摆动转子。

14.根据权利要求13所述的旋转螺线管，其特征在于，

在所述摆动磁轭中穿透设置有供所述输出轴嵌合的轴孔，形成于所述输出轴的外周面的滚花加工部被压入所述轴孔中。

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