JP2000175421A - アクチュエータ - Google Patents
アクチュエータInfo
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- JP2000175421A JP2000175421A JP10344528A JP34452898A JP2000175421A JP 2000175421 A JP2000175421 A JP 2000175421A JP 10344528 A JP10344528 A JP 10344528A JP 34452898 A JP34452898 A JP 34452898A JP 2000175421 A JP2000175421 A JP 2000175421A
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- JP
- Japan
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- yoke
- pole teeth
- actuator
- torque
- pole
- Prior art date
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- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
- H02K21/145—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having an annular armature coil
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/12—Transversal flux machines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】巻線作業性が良く、無励磁においてもディテン
トトルクでロータをある一定方向に作用させることが出
来る小型、安価にして高効率の単相構造クローポール型
アクチュエータを提供すること。 【解決手段】軟磁性材から成る一対の円形ドーナツ状の
平板状ヨーク２３、２３の内周縁端から円周方向の広が
りを持って軸方向に突出する極歯２５、２５と、ヨーク
の外周端に極歯と同方向に伸びる円筒状リング３１から
成るステータヨーク２、４の内部に形成される環状凹状
のコイル受け部内にマグネットワイヤを巻回して形成し
たコイル２８を設置してアーマチュア９を構成し、これ
に両端面に軸受け５、５を設けたフランジ６、７と、永
久磁石３０を設けたロータ１を上記極歯と微小間隔で対
向させた単相構造のクローポール型アクチュエータ１０
において、極歯数とロータ磁極数Ｎ（Ｎは２又は４）を
等しくした。
トトルクでロータをある一定方向に作用させることが出
来る小型、安価にして高効率の単相構造クローポール型
アクチュエータを提供すること。 【解決手段】軟磁性材から成る一対の円形ドーナツ状の
平板状ヨーク２３、２３の内周縁端から円周方向の広が
りを持って軸方向に突出する極歯２５、２５と、ヨーク
の外周端に極歯と同方向に伸びる円筒状リング３１から
成るステータヨーク２、４の内部に形成される環状凹状
のコイル受け部内にマグネットワイヤを巻回して形成し
たコイル２８を設置してアーマチュア９を構成し、これ
に両端面に軸受け５、５を設けたフランジ６、７と、永
久磁石３０を設けたロータ１を上記極歯と微小間隔で対
向させた単相構造のクローポール型アクチュエータ１０
において、極歯数とロータ磁極数Ｎ（Ｎは２又は４）を
等しくした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単相構造のクロー
ポール型のアクチュエータの構造に関する。詳しくは組
立が容易で、ディテントトルクが大きく且つ、回転反復
動作が安定した小型にして高効率のアクチュエータに関
するものである。
ポール型のアクチュエータの構造に関する。詳しくは組
立が容易で、ディテントトルクが大きく且つ、回転反復
動作が安定した小型にして高効率のアクチュエータに関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】回転反復動作をして、角度制御をするア
クチュエータとしてリング状コアにトロイダル巻線を施
した、所謂トロイダル型アクチュエータが知られてい
る。このトロイダル型アクチュエータはコギングトルク
（コイル無励磁時のトルクで以後「ディテントトルク」
と呼ぶ）が殆ど無く制御および応答性の良い角度制御が
できる。
クチュエータとしてリング状コアにトロイダル巻線を施
した、所謂トロイダル型アクチュエータが知られてい
る。このトロイダル型アクチュエータはコギングトルク
（コイル無励磁時のトルクで以後「ディテントトルク」
と呼ぶ）が殆ど無く制御および応答性の良い角度制御が
できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、トロイダル巻
線は巻線作業を施工し難い欠点がある以外に、ディテン
トトルクが極めて小さいので、例えば、励磁をしない初
期状態では必ずある決まった方向に作用させておく必要
のある用途には、励磁電流を流しておいて維持するか、
または、ばね等で常時強制的に付勢しておく等しなけれ
ばならない等々、種々の問題があった。
線は巻線作業を施工し難い欠点がある以外に、ディテン
トトルクが極めて小さいので、例えば、励磁をしない初
期状態では必ずある決まった方向に作用させておく必要
のある用途には、励磁電流を流しておいて維持するか、
または、ばね等で常時強制的に付勢しておく等しなけれ
ばならない等々、種々の問題があった。
【０００４】また、この目的のために、クロスコイル型
アクチュエータで単相巻線品の外周部に磁気回路を形成
するＤ型形状をした軟磁性材で全体を覆い、ディテント
トルクを持たせた構成のアクチュエータがあるが、これ
では、磁気回路効率が悪く大型になる欠点があると同時
に、外形形状が円形に出来ない形状上の問題がある。
アクチュエータで単相巻線品の外周部に磁気回路を形成
するＤ型形状をした軟磁性材で全体を覆い、ディテント
トルクを持たせた構成のアクチュエータがあるが、これ
では、磁気回路効率が悪く大型になる欠点があると同時
に、外形形状が円形に出来ない形状上の問題がある。
【０００５】この様に、クローズドループで正確な角度
制御をする必要は無いが、初期状態では適切なディテン
トトルクにより、ロータを一定方向に保持し続け、コイ
ル励磁の時間に対応した時間だけ、ある動作をし、コイ
ルを逆励磁して強制的に初期状態に戻す様な動作を反復
する機能および特性を持つ小型で安価なアクチュエータ
の開発が望まれている現状である。
制御をする必要は無いが、初期状態では適切なディテン
トトルクにより、ロータを一定方向に保持し続け、コイ
ル励磁の時間に対応した時間だけ、ある動作をし、コイ
ルを逆励磁して強制的に初期状態に戻す様な動作を反復
する機能および特性を持つ小型で安価なアクチュエータ
の開発が望まれている現状である。
【０００６】本発明は、上記の問題に鑑み、単相のクロ
ーポール構造のアクチュエータであって、組立（巻線）
作業性が良く、無励磁においてもディテントトルクでロ
ータを或る一定方向に作用させることができる安価で小
型にして高効率のアクチュエータを提供する事を目的と
する。
ーポール構造のアクチュエータであって、組立（巻線）
作業性が良く、無励磁においてもディテントトルクでロ
ータを或る一定方向に作用させることができる安価で小
型にして高効率のアクチュエータを提供する事を目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するよう
に、本発明は軟磁性材から成る一対のほぼ円形ドーナツ
状の平板状ヨークと、各平板状ヨークの内周縁端から軸
方向へ突出し円周方向に広がりを持って向き合うように
配設された極歯と、該平板状ヨークの外周端に円筒状リ
ングを設けて構成されているステータヨークと、該ステ
ータヨークの前記平板状ヨーク、極歯及び円筒状リング
で形成された環状凹状のコイル受け部内にマグネットワ
イヤを巻回して形成したコイルを設置してアーマチュア
を構成し、該アーマチュア両端面に軸受けを設けたフラ
ンジを有するステータアッセンブリに、永久磁石より成
る界磁用磁石を配したロータを該ステータの前記極歯と
微小間隔で対向させてなる単相構造のクローポール型ア
クチュエータにおいて、前記極歯数とロータ磁極数Ｎ
（Ｎは2 又は４）が等しいことを特徴とする。
に、本発明は軟磁性材から成る一対のほぼ円形ドーナツ
状の平板状ヨークと、各平板状ヨークの内周縁端から軸
方向へ突出し円周方向に広がりを持って向き合うように
配設された極歯と、該平板状ヨークの外周端に円筒状リ
ングを設けて構成されているステータヨークと、該ステ
ータヨークの前記平板状ヨーク、極歯及び円筒状リング
で形成された環状凹状のコイル受け部内にマグネットワ
イヤを巻回して形成したコイルを設置してアーマチュア
を構成し、該アーマチュア両端面に軸受けを設けたフラ
ンジを有するステータアッセンブリに、永久磁石より成
る界磁用磁石を配したロータを該ステータの前記極歯と
微小間隔で対向させてなる単相構造のクローポール型ア
クチュエータにおいて、前記極歯数とロータ磁極数Ｎ
（Ｎは2 又は４）が等しいことを特徴とする。
【０００８】また、ステータヨークは、平板状ヨークと
極歯とが一体化された第1 のステータヨークと、平板状
ヨークと極歯と円筒状リングとが一体化された第２のス
テータヨークとで構成され、お互いの極歯が電気角で略
１８０度の間隔を成すよう配設されていることを特徴と
する。
極歯とが一体化された第1 のステータヨークと、平板状
ヨークと極歯と円筒状リングとが一体化された第２のス
テータヨークとで構成され、お互いの極歯が電気角で略
１８０度の間隔を成すよう配設されていることを特徴と
する。
【０００９】また、ステータヨークが、該平板状ヨーク
と円筒状リングを一体化して、一対を向き合わせて用い
たことを特徴とする。
と円筒状リングを一体化して、一対を向き合わせて用い
たことを特徴とする。
【００１０】また、ストッパ機構により、ロータの回転
が制約され、その回転動作の最大角度は120 ／Ｎ〜240
／Ｎ（度）（Ｎは２または４）の範囲であることを特徴
とする。
が制約され、その回転動作の最大角度は120 ／Ｎ〜240
／Ｎ（度）（Ｎは２または４）の範囲であることを特徴
とする。
【００１１】また、ストッパ機構をアクチュエータ内部
に内蔵したことを特徴とする。
に内蔵したことを特徴とする。
【００１２】また、界磁用磁石のＳ極またはＮ極の片極
の中央部に、磁気バランスを崩す為の溝又はカット部を
施したことを特徴とする。
の中央部に、磁気バランスを崩す為の溝又はカット部を
施したことを特徴とする。
【００１３】また、２つの極歯の周方向の広がりは全て
等しく、中心角で220 ／Ｎ〜260／Ｎ（度）（Ｎは2 又
は４）であることを特徴とする。
等しく、中心角で220 ／Ｎ〜260／Ｎ（度）（Ｎは2 又
は４）であることを特徴とする。
【００１４】また、極歯とロータ磁石とで成す径方向の
エアギャップが不均一で有り、極歯中央部が極歯端部の
エアギャップより狭いことを特徴とする。
エアギャップが不均一で有り、極歯中央部が極歯端部の
エアギャップより狭いことを特徴とする。
【００１５】また、フランジは非磁性材で構成されてい
ることを特徴とする。
ることを特徴とする。
【００１６】また、ディテントトルクＴｄ（Nm）と定格
トルクＴrate (Nm) の関係が、 Ｔrate／４≦Ｔｄ≦３Ｔrate／４ であることを特徴とする。但し、定格トルクＴrateとは
定格電流を流した時の最大トルク値を、また、ディテン
トトルクＴｄはコイル無励磁時の最大トルクを表す。
トルクＴrate (Nm) の関係が、 Ｔrate／４≦Ｔｄ≦３Ｔrate／４ であることを特徴とする。但し、定格トルクＴrateとは
定格電流を流した時の最大トルク値を、また、ディテン
トトルクＴｄはコイル無励磁時の最大トルクを表す。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明による単相クローポ
ール構造のアクチュエータの実施の形態について説明す
る。
ール構造のアクチュエータの実施の形態について説明す
る。
【００１８】図１は本発明の第１の実施の形態によるア
クチュエータの展開斜視図を示す。
クチュエータの展開斜視図を示す。
【００１９】図１はステータヨークが、平板状ヨーク部
と極歯部が一体化された第1のステータヨーク２と、平
板状ヨーク部と極歯部と円筒状リング部が一体化された
第２のステータヨーク４とで構成された例である。但
し、ロータ磁極数が２の場合である。
と極歯部が一体化された第1のステータヨーク２と、平
板状ヨーク部と極歯部と円筒状リング部が一体化された
第２のステータヨーク４とで構成された例である。但
し、ロータ磁極数が２の場合である。
【００２０】アクチュエータ１０は、ロータ１と、アー
マチュア９と、前後のフランジ６、７と、軸受５との４
つの部分から成り立っている。更にアーマチュア９は、
第1のステータヨーク２と、コイルアッシ３と、第２の
ステータヨーク４との３つで構成されている。前フラン
ジ６に外部への連結用の取付穴２０を設けている。
マチュア９と、前後のフランジ６、７と、軸受５との４
つの部分から成り立っている。更にアーマチュア９は、
第1のステータヨーク２と、コイルアッシ３と、第２の
ステータヨーク４との３つで構成されている。前フラン
ジ６に外部への連結用の取付穴２０を設けている。
【００２１】先ず、ロータ１は２極に着磁された磁石３
０をスリーブ２２を介して回転軸２１に同心に固定され
る。磁石３０とスリーブ２２と回転軸２１の固定は本実
施の形態では接着により行われている。
０をスリーブ２２を介して回転軸２１に同心に固定され
る。磁石３０とスリーブ２２と回転軸２１の固定は本実
施の形態では接着により行われている。
【００２２】アーマチュア９は第1 のステータヨーク
２、コイルアッシ３および第２のステータヨーク４で構
成されており、第１のステータヨーク２はほぼドーナツ
形状の平板状ヨーク２３と、該ヨーク２３の内周端から
１個軸方向に突出し、周方向に広がりを持った極歯２５
とが一体的に構成されている。具体的には、本実施の形
態では円板状軟磁性鋼板（純鉄又は亜鉛メッキ鋼板）の
中心部を軸方向に垂直に抜き起こして極歯を形成してい
る。なお、図１の平板状ヨーク２３には第2 のステータ
ヨーク４（後で説明）との周方向の位置関係を決める為
の位置決め用突起２４とが設けられている。
２、コイルアッシ３および第２のステータヨーク４で構
成されており、第１のステータヨーク２はほぼドーナツ
形状の平板状ヨーク２３と、該ヨーク２３の内周端から
１個軸方向に突出し、周方向に広がりを持った極歯２５
とが一体的に構成されている。具体的には、本実施の形
態では円板状軟磁性鋼板（純鉄又は亜鉛メッキ鋼板）の
中心部を軸方向に垂直に抜き起こして極歯を形成してい
る。なお、図１の平板状ヨーク２３には第2 のステータ
ヨーク４（後で説明）との周方向の位置関係を決める為
の位置決め用突起２４とが設けられている。
【００２３】コイルアッシ３は樹脂性ボビン２９（樹脂
の材質は例えば、液晶ポリマ）にコイル２８を巻回した
ものであり、本実施例ではボビン２９の鍔部には端子２
７を挿入した端子台２６が一体的に樹脂成形されてい
る。なお、この端子台２７は第2 のステータヨークの切
り欠き３３（後で説明）に嵌まり込む構造になってい
る。
の材質は例えば、液晶ポリマ）にコイル２８を巻回した
ものであり、本実施例ではボビン２９の鍔部には端子２
７を挿入した端子台２６が一体的に樹脂成形されてい
る。なお、この端子台２７は第2 のステータヨークの切
り欠き３３（後で説明）に嵌まり込む構造になってい
る。
【００２４】第２のステータヨーク４もほぼ円板形状の
平板状ヨーク２３と、該ヨーク２３の内周端から軸方向
に突出し、周方向に広がりを持った極歯２５とが一体的
に構成されている点では第１のステータヨーク２と同じ
であるが、第2 のステータヨーク４は更に平板状ヨーク
２３の外周端に軸方向に極歯２３と平行に円筒状リング
３１が深絞りにより一体的に付加されている点が異な
る。なお、先に述べたように第２のステータヨーク４に
は、円筒状リング３１に位置出し用切り欠き３３が設け
られ、第1 のステータヨーク２の極歯２５と第２のステ
ータヨーク４の極歯２５が電気角でほぼ１８０度の位相
差を成す様に周方向の位置合せと、コイルアッシ３の端
子台２６の収納が出来るようになっている。
平板状ヨーク２３と、該ヨーク２３の内周端から軸方向
に突出し、周方向に広がりを持った極歯２５とが一体的
に構成されている点では第１のステータヨーク２と同じ
であるが、第2 のステータヨーク４は更に平板状ヨーク
２３の外周端に軸方向に極歯２３と平行に円筒状リング
３１が深絞りにより一体的に付加されている点が異な
る。なお、先に述べたように第２のステータヨーク４に
は、円筒状リング３１に位置出し用切り欠き３３が設け
られ、第1 のステータヨーク２の極歯２５と第２のステ
ータヨーク４の極歯２５が電気角でほぼ１８０度の位相
差を成す様に周方向の位置合せと、コイルアッシ３の端
子台２６の収納が出来るようになっている。
【００２５】アーマチュア９の内部にロータ１を挿入
し、前後フランジ６、７の中心穴３２に軸受５を取付
け、該軸受５で回転自在にロータ１を支持する様に組立
てる。スペーサ８はロータ１の磁石３０と極歯２５の軸
方向の位置合わせと軸方向遊びの調整用である。なお、
前後フランジ６、７と軸受５との固定並びに前後フラン
ジ６、７と第１、第２ステータヨーク２、４への固定は
本実施の形態では接着であるが、機械的カシメ、溶接、
樹脂一体モールド等で行ってもよい。また、樹脂モール
ドでフランジを構成してもよい。
し、前後フランジ６、７の中心穴３２に軸受５を取付
け、該軸受５で回転自在にロータ１を支持する様に組立
てる。スペーサ８はロータ１の磁石３０と極歯２５の軸
方向の位置合わせと軸方向遊びの調整用である。なお、
前後フランジ６、７と軸受５との固定並びに前後フラン
ジ６、７と第１、第２ステータヨーク２、４への固定は
本実施の形態では接着であるが、機械的カシメ、溶接、
樹脂一体モールド等で行ってもよい。また、樹脂モール
ドでフランジを構成してもよい。
【００２６】次に、本発明の単相のクローポール構造の
アクチュエータの動作原理とそのトルク特性について説
明する。
アクチュエータの動作原理とそのトルク特性について説
明する。
【００２７】図２は本発明のアクチュエータの動作原理
を示す説明図で、（ａ）はユニファイラ巻き、バイポー
ラ駆動の動作原理を示し、図２（ｂ）はバイファイラ巻
き、ユニポーラ駆動の動作原理を示す。
を示す説明図で、（ａ）はユニファイラ巻き、バイポー
ラ駆動の動作原理を示し、図２（ｂ）はバイファイラ巻
き、ユニポーラ駆動の動作原理を示す。
【００２８】図２（ａ）のユニファイラ巻き、バイポー
ラ駆動と、図２（ｂ）のバイファイラ巻き、ユニポーラ
駆動とは、どちらも同様な原理であるので、以下図２
（ａ）で説明する。
ラ駆動と、図２（ｂ）のバイファイラ巻き、ユニポーラ
駆動とは、どちらも同様な原理であるので、以下図２
（ａ）で説明する。
【００２９】図２（ａ）はステータ部を代表するコイル
２８とロータ部を代表する界磁用磁石３０を示してお
り、コイル２８にはＡ端子から電流を流す矢印（Ｉ1 ）
場合とＢ端子から電流を流す矢印（Ｉ2 ）場合の２モー
ドがある。先ずＩ1 の向きにコイルを励磁すれば、界磁
用磁石３０に近いＢ端はＮ極に励磁される。このため界
磁用磁石３０のＳ極側がコイルＢ端に吸引され、結果と
して、矢印ＣＷ方向のトルクが働き、磁石のＳ極がコイ
ルＢ端に対向した状態（図２の磁石の状態から90度CW方
向に回転）で停止する。
２８とロータ部を代表する界磁用磁石３０を示してお
り、コイル２８にはＡ端子から電流を流す矢印（Ｉ1 ）
場合とＢ端子から電流を流す矢印（Ｉ2 ）場合の２モー
ドがある。先ずＩ1 の向きにコイルを励磁すれば、界磁
用磁石３０に近いＢ端はＮ極に励磁される。このため界
磁用磁石３０のＳ極側がコイルＢ端に吸引され、結果と
して、矢印ＣＷ方向のトルクが働き、磁石のＳ極がコイ
ルＢ端に対向した状態（図２の磁石の状態から90度CW方
向に回転）で停止する。
【００３０】一方、Ｉ2 の向きにコイルを励磁すれば、
逆に、界磁用磁石３０に近いＢ端はＳ極に励磁される。
このため界磁用磁石３０のＮ極がコイルＢ端に吸引され
結果として、矢印ＣＣＷ方向のトルクが働き、磁石３０
のＮ極がコイルＢ端に対向した状態（図２の磁石３０の
状態から９０度CCW 方向に回転）で停止する。このよう
に、界磁用磁石３０の回転を規制するものがなければ、
このアクチュエータは原理的には励磁により180 度（±
９０度）の反復回転動作をする。
逆に、界磁用磁石３０に近いＢ端はＳ極に励磁される。
このため界磁用磁石３０のＮ極がコイルＢ端に吸引され
結果として、矢印ＣＣＷ方向のトルクが働き、磁石３０
のＮ極がコイルＢ端に対向した状態（図２の磁石３０の
状態から９０度CCW 方向に回転）で停止する。このよう
に、界磁用磁石３０の回転を規制するものがなければ、
このアクチュエータは原理的には励磁により180 度（±
９０度）の反復回転動作をする。
【００３１】図３、図４および図５はそれぞれ本発明の
アクチュエータのトルク特性を示す図である。
アクチュエータのトルク特性を示す図である。
【００３２】本発明のアクチュエータはクローポール構
造のため、無励磁時のディテントトルクがある。従っ
て、摩擦トルクを無視すれば、合成トルクはディテント
トルクと励磁トルク（本発明では定格電流でコイルを励
磁した時発生するトルクを「定格トルク」と呼びその最
大値をＴrateと表す）とのベクトル和となる。これらの
トルク関係を表したのが図３、４、５である。図３と図
４は第１の実施の形態の典型的なトルク特性であり、デ
ィテントトルク（但し、正弦波近似とし、最大値をＴｄ
とした）は定格トルク（正弦波近似とし、最大値をＴra
teとした）の半分、即ちＴｄ＝Ｔrate／２のトルク特性
例を示している。
造のため、無励磁時のディテントトルクがある。従っ
て、摩擦トルクを無視すれば、合成トルクはディテント
トルクと励磁トルク（本発明では定格電流でコイルを励
磁した時発生するトルクを「定格トルク」と呼びその最
大値をＴrateと表す）とのベクトル和となる。これらの
トルク関係を表したのが図３、４、５である。図３と図
４は第１の実施の形態の典型的なトルク特性であり、デ
ィテントトルク（但し、正弦波近似とし、最大値をＴｄ
とした）は定格トルク（正弦波近似とし、最大値をＴra
teとした）の半分、即ちＴｄ＝Ｔrate／２のトルク特性
例を示している。
【００３３】図３、４、５では横軸がロータとステータ
の相対角度差θ（図では「角度（度）」と表現してい
る）を、縦軸がその時のトルク値（図では「トルク」と
表現している）を示したグラフである。説明の都合上、
正トルクを矢印ＣＷ方向、負トルクを矢印ＣＣＷ方向と
して図２のロータ回転方向と対応させている。なお、図
中の実線Ａは合成トルクカーブ（但し電流は図２の矢印
Ｉ1 方向）、破線Ｂは定格トルクカーブ（電流方向は同
じく矢印Ｉ1 方向）、一点鎖線Ｃはディテントトルクカ
ーブを示している。図４は図３に電流の向きＩ2 の場合
も重ねて表現されている。図３より、角度θが0 〜180
度（180 〜360 度）であれば、Ｉ1 電流による合成トル
クは正（負）となり、ＣＷ（ＣＣＷ）方向のトルクを発
生し、界磁用磁石はＣＷ（ＣＣＷ）方向に回転しトルク
0 のθ＝180 （θ＝180 ）度の位置で停止する。図４か
らＩ2 電流による合成トルクは、角度θが0 〜180 度
（180〜360 度）であれば、負（正）となり、ＣＣＷ
（ＣＷ）方向のトルクを発生し、界磁用磁石はＣＣＷ
（ＣＷ）方向に回転しトルク0 のθ＝0 （θ＝360 ＝0
）度の位置で停止する。このことは図２の説明と合致
する。
の相対角度差θ（図では「角度（度）」と表現してい
る）を、縦軸がその時のトルク値（図では「トルク」と
表現している）を示したグラフである。説明の都合上、
正トルクを矢印ＣＷ方向、負トルクを矢印ＣＣＷ方向と
して図２のロータ回転方向と対応させている。なお、図
中の実線Ａは合成トルクカーブ（但し電流は図２の矢印
Ｉ1 方向）、破線Ｂは定格トルクカーブ（電流方向は同
じく矢印Ｉ1 方向）、一点鎖線Ｃはディテントトルクカ
ーブを示している。図４は図３に電流の向きＩ2 の場合
も重ねて表現されている。図３より、角度θが0 〜180
度（180 〜360 度）であれば、Ｉ1 電流による合成トル
クは正（負）となり、ＣＷ（ＣＣＷ）方向のトルクを発
生し、界磁用磁石はＣＷ（ＣＣＷ）方向に回転しトルク
0 のθ＝180 （θ＝180 ）度の位置で停止する。図４か
らＩ2 電流による合成トルクは、角度θが0 〜180 度
（180〜360 度）であれば、負（正）となり、ＣＣＷ
（ＣＷ）方向のトルクを発生し、界磁用磁石はＣＣＷ
（ＣＷ）方向に回転しトルク0 のθ＝0 （θ＝360 ＝0
）度の位置で停止する。このことは図２の説明と合致
する。
【００３４】次に本発明の重要な特性であるディテント
トルクと反復回転動作範囲とストッパの関係について説
明する。
トルクと反復回転動作範囲とストッパの関係について説
明する。
【００３５】このタイプのアクチュエータは定格トルク
Trate に対してディテントトルクＴｄが大きいアクチュ
エータであるのでディテントトルクを利用して特異の動
作を行うことができる（詳細後述）反面、ディテントト
ルクによりその合成トルクカーブは定格トルクのみの波
形から歪む。
Trate に対してディテントトルクＴｄが大きいアクチュ
エータであるのでディテントトルクを利用して特異の動
作を行うことができる（詳細後述）反面、ディテントト
ルクによりその合成トルクカーブは定格トルクのみの波
形から歪む。
【００３６】図５はディテントトルクＴｄが定格トルク
Ｔrateと比較して割合大きい場合のトルクカーブであ
り、図５ではＴｄ＝0.8 Ｔrateの場合である。図５より
明らかなように図３、４と異なる点は合成トルクカーブ
の歪み量が大きいこともさることながら、角度が0 〜18
0 度（180 〜360 度）の範囲であるにも係らず、合成ト
ルクが0 〜θ5 （180 〜θ7 ）度及びθ4 〜180 （θ6
〜360 ）度の範囲で負（正）になる事である。この事は
角度がθ4 〜θ5 より狭い範囲でないと反復回転動作し
ないことを意味する。理由は0 〜θ5 （180 〜θ7 ）及
びθ4 〜180 （θ 6 〜360 ）の範囲ではディテントトル
クと合成トルク（Ｉ1 方向）、合成トルク（Ｉ2 方向）
全てのトルクの符号が一致するので、どちらの向きに電
流を流してもディテントトルクに逆らってロータを回転
させることが出来ないからである。このように本発明で
は、ディテントトルクＴｄが比較的大きいと反復回転動
作範囲は狭くなる傾向にある。
Ｔrateと比較して割合大きい場合のトルクカーブであ
り、図５ではＴｄ＝0.8 Ｔrateの場合である。図５より
明らかなように図３、４と異なる点は合成トルクカーブ
の歪み量が大きいこともさることながら、角度が0 〜18
0 度（180 〜360 度）の範囲であるにも係らず、合成ト
ルクが0 〜θ5 （180 〜θ7 ）度及びθ4 〜180 （θ6
〜360 ）度の範囲で負（正）になる事である。この事は
角度がθ4 〜θ5 より狭い範囲でないと反復回転動作し
ないことを意味する。理由は0 〜θ5 （180 〜θ7 ）及
びθ4 〜180 （θ 6 〜360 ）の範囲ではディテントトル
クと合成トルク（Ｉ1 方向）、合成トルク（Ｉ2 方向）
全てのトルクの符号が一致するので、どちらの向きに電
流を流してもディテントトルクに逆らってロータを回転
させることが出来ないからである。このように本発明で
は、ディテントトルクＴｄが比較的大きいと反復回転動
作範囲は狭くなる傾向にある。
【００３７】さかのぼって図４でのディテントトルクと
反復回転動作範囲とストッパの関係について説明する。
反復回転動作範囲とストッパの関係について説明する。
【００３８】図４で仮に、θ1 とθ2 の位置にストッパ
１、ストッパ２があり、ロータはこのθ1 とθ2 の範囲
内でのみ反復動作可能な状態にセットされていると仮定
すれば、以下の動作をするアクチュエータとなる。
１、ストッパ２があり、ロータはこのθ1 とθ2 の範囲
内でのみ反復動作可能な状態にセットされていると仮定
すれば、以下の動作をするアクチュエータとなる。
【００３９】コイル無励磁時ロータがθ3 〜θ1 （θ2
〜θ3 ）の間にあればディテントトルクは正（負）とな
るので、ロータはＣＷ（ＣＣＷ）方向のトルクによりス
トッパ１（ストッパ２）のθ1 （θ2 ）位置で止まって
保持される。この状態でＩ2（Ｉ1 ）方向に電流を流し
続ければ、ロータは正のディテントトルクに打ち勝って
ＣＣＷ（ＣＷ）方向のトルクを発生して、ストッパ２
（ストッパ１）のθ2 （θ1 ）の位置で止まる。もちろ
ん、Ｉ2 （Ｉ1 ）方向励磁時間が短く、ロータがθ3 に
到達する前に電流が遮断されれば、ロータは正（負）の
ディテントトルクによって、初期位置θ1 （θ2 ）に戻
ることになる。
〜θ3 ）の間にあればディテントトルクは正（負）とな
るので、ロータはＣＷ（ＣＣＷ）方向のトルクによりス
トッパ１（ストッパ２）のθ1 （θ2 ）位置で止まって
保持される。この状態でＩ2（Ｉ1 ）方向に電流を流し
続ければ、ロータは正のディテントトルクに打ち勝って
ＣＣＷ（ＣＷ）方向のトルクを発生して、ストッパ２
（ストッパ１）のθ2 （θ1 ）の位置で止まる。もちろ
ん、Ｉ2 （Ｉ1 ）方向励磁時間が短く、ロータがθ3 に
到達する前に電流が遮断されれば、ロータは正（負）の
ディテントトルクによって、初期位置θ1 （θ2 ）に戻
ることになる。
【００４０】Ｉ2 （Ｉ1 ）方向電流を十分長い時間流し
続け、ロータをストッパ２（ストッパ１）のθ2 （θ
1 ）で停止した後、励磁を切れば負のディテントトルク
によりロータはこの位置に保持され続ける。この状態で
更に、Ｉ1 （Ｉ2 ）方向の電流に切替えれば、ロータは
負のディテントトルクに打ち勝って逆に、ＣＷ（ＣＣ
Ｗ）方向のトルクを発生して、ストッパ１（ストッパ
２）のθ1 （θ2 ）の位置に戻って止まる。
続け、ロータをストッパ２（ストッパ１）のθ2 （θ
1 ）で停止した後、励磁を切れば負のディテントトルク
によりロータはこの位置に保持され続ける。この状態で
更に、Ｉ1 （Ｉ2 ）方向の電流に切替えれば、ロータは
負のディテントトルクに打ち勝って逆に、ＣＷ（ＣＣ
Ｗ）方向のトルクを発生して、ストッパ１（ストッパ
２）のθ1 （θ2 ）の位置に戻って止まる。
【００４１】このように本発明はコイルの励磁を切替え
る毎にロータはθ2 とθ1 の範囲内を反復動作すると同
時に、ディテントトルクを利用し、コイル無励磁の時に
もある一定方向にロータを作用させておくことができる
特徴を持っている。もちろん、先に述べたようにコイル
励磁時間を連続的に可変すれば、それに対応してロータ
の動作時間を連続的に可変することが出来る。
る毎にロータはθ2 とθ1 の範囲内を反復動作すると同
時に、ディテントトルクを利用し、コイル無励磁の時に
もある一定方向にロータを作用させておくことができる
特徴を持っている。もちろん、先に述べたようにコイル
励磁時間を連続的に可変すれば、それに対応してロータ
の動作時間を連続的に可変することが出来る。
【００４２】この特徴を利用して例えば、カメラのシャ
ッタ等の駆動に応用すればディテントトルクで常時シャ
ッタを閉めておき、写真を取る（露光をする）のに必要
な時間だけコイルを励磁して開き、その後逆励磁してシ
ャッタを閉める。その後は、励磁を切って、シャッタ閉
状態をディテントトルクで保持し続けば、省電力と言う
点で非常に好都合である。
ッタ等の駆動に応用すればディテントトルクで常時シャ
ッタを閉めておき、写真を取る（露光をする）のに必要
な時間だけコイルを励磁して開き、その後逆励磁してシ
ャッタを閉める。その後は、励磁を切って、シャッタ閉
状態をディテントトルクで保持し続けば、省電力と言う
点で非常に好都合である。
【００４３】次に、反復動作範囲であるが、本発明で
は、外部機構により強制的にロータの回転を規制する機
構（本発明ではこの機構を「ストッパ」と呼ぶ）を持つ
方が好ましい。図４の説明ではストッパの設定位置をθ
1 、θ2 としているが、摩擦トルクがなければストッパ
位置はθ1 ＝180 （度）、θ2 ＝0 （度）まで180
（度）に拡大可能であるが、実際には摩擦トルク等があ
るので合成トルクが小さい範囲では確実に摩擦トルクを
乗り越えることができず、当然不安定な動作となる。安
定した動作を確保するには界磁用磁石数Ｎの場合、実験
では240 ／Ｎ（度）が限界である。また、図５で示した
ように、ディテントトルクが大きい場合には理論的に負
の合成トルク範囲が出来て（説明済み）結果として狭く
設定せざるを得ない。反復動作範囲は広いことが望まれ
るが、必要なディテントトルクとの兼合い（無励磁時の
初期トルクを大きく必要とする場合にはどうしても反復
動作範囲は狭くなる）から、本発明では反復動作させる
ためのストッパの配置角は中心角で120 ／Ｎ〜240 ／Ｎ
（度）が適切である。
は、外部機構により強制的にロータの回転を規制する機
構（本発明ではこの機構を「ストッパ」と呼ぶ）を持つ
方が好ましい。図４の説明ではストッパの設定位置をθ
1 、θ2 としているが、摩擦トルクがなければストッパ
位置はθ1 ＝180 （度）、θ2 ＝0 （度）まで180
（度）に拡大可能であるが、実際には摩擦トルク等があ
るので合成トルクが小さい範囲では確実に摩擦トルクを
乗り越えることができず、当然不安定な動作となる。安
定した動作を確保するには界磁用磁石数Ｎの場合、実験
では240 ／Ｎ（度）が限界である。また、図５で示した
ように、ディテントトルクが大きい場合には理論的に負
の合成トルク範囲が出来て（説明済み）結果として狭く
設定せざるを得ない。反復動作範囲は広いことが望まれ
るが、必要なディテントトルクとの兼合い（無励磁時の
初期トルクを大きく必要とする場合にはどうしても反復
動作範囲は狭くなる）から、本発明では反復動作させる
ためのストッパの配置角は中心角で120 ／Ｎ〜240 ／Ｎ
（度）が適切である。
【００４４】図６は界磁用磁石３０に特徴を持つ第２の
実施の形態の斜視図である。
実施の形態の斜視図である。
【００４５】次に反復動作範囲を広く確保する方法の一
例として図６を用いて説明する。図６はＮ＝２の場合で
あるが、図示のごとく円筒状磁石３０はＮ極の磁極中央
部を軸方向にカットしたもので、Ｎ，Ｓ極の磁気的バラ
ンスを強制的に崩したものである。実験では、カットが
ない場合には反復動作範囲が60度であったものが、カッ
ト品では１１０度とほぼ倍に拡大した。なお、実験の結
果からカット量αは45〜80度が好ましいことが分かっ
た。その理由は、あまり小さすぎるとアンバランス効果
が小さく、大きすぎると磁束の低下が著しく特性ダウン
を伴うからである。また、カットの位置は図６ではＮ極
でニュートラルに平行なカットであるが、Ｓ極側をカッ
トしてもよいし、また、ディテントトルクを上げるため
に、ニュートラルに対してやや傾きを持たせたカットに
してもよい。図６では矢印Ｄ−Ｄ方向に磁気的配向を持
った磁石で示してあるが、等方性磁石にカットを施して
も同様な効果が得られる。また、カットの代りに、軸方
向に、幅の狭い（例えば、エアギャップ長の1 倍〜３倍
で、深さはエアギャップ長程度の）均一の溝を設けても
よい。更にまた、界磁用磁石端面に一体的に設けるスト
ッパ（図８（ｂ）で詳述）に同様の効果を持たせた溝ま
たはカットを設けてもよい。
例として図６を用いて説明する。図６はＮ＝２の場合で
あるが、図示のごとく円筒状磁石３０はＮ極の磁極中央
部を軸方向にカットしたもので、Ｎ，Ｓ極の磁気的バラ
ンスを強制的に崩したものである。実験では、カットが
ない場合には反復動作範囲が60度であったものが、カッ
ト品では１１０度とほぼ倍に拡大した。なお、実験の結
果からカット量αは45〜80度が好ましいことが分かっ
た。その理由は、あまり小さすぎるとアンバランス効果
が小さく、大きすぎると磁束の低下が著しく特性ダウン
を伴うからである。また、カットの位置は図６ではＮ極
でニュートラルに平行なカットであるが、Ｓ極側をカッ
トしてもよいし、また、ディテントトルクを上げるため
に、ニュートラルに対してやや傾きを持たせたカットに
してもよい。図６では矢印Ｄ−Ｄ方向に磁気的配向を持
った磁石で示してあるが、等方性磁石にカットを施して
も同様な効果が得られる。また、カットの代りに、軸方
向に、幅の狭い（例えば、エアギャップ長の1 倍〜３倍
で、深さはエアギャップ長程度の）均一の溝を設けても
よい。更にまた、界磁用磁石端面に一体的に設けるスト
ッパ（図８（ｂ）で詳述）に同様の効果を持たせた溝ま
たはカットを設けてもよい。
【００４６】図７はステータヨークに特徴を持つ本発明
の第３の実施の形態の斜視図である。
の第３の実施の形態の斜視図である。
【００４７】更に、反復動作範囲を広く確保する別の方
法として図７を用いて説明する。この実施例は界磁用磁
石磁極数Ｎ＝２の場合であり、第１の実施例中の第１の
ステータヨーク２の拡大図である。図７では極歯２５は
肉厚一定で中心角βを持ち、軸方向に同一中心角を持つ
所謂、ストレート形状の極歯である。極歯２５の中心角
βは界磁用磁石３０の磁束を十分に補足するため適切な
角度が必要である。実験の結果、第１、第２のステータ
ヨークの極歯２５は共に同一形状で、その中心角βは22
0 ／Ｎ〜260 ／Ｎ（度）が反復動作範囲が広く確保でき
るので好ましかった。極歯２５の形状は図１、７のスト
レート歯だけに限るものではなく、三角歯、台形歯でも
よい。その際中心角βは根元（平板状ヨークとの結合）
部の角度を指すものとする。なお、三角歯、台形歯等の
先端先細形状の極歯はディテントトルクが増大する傾向
があり、大きなディテントトルクが必要な場合に適して
いる。
法として図７を用いて説明する。この実施例は界磁用磁
石磁極数Ｎ＝２の場合であり、第１の実施例中の第１の
ステータヨーク２の拡大図である。図７では極歯２５は
肉厚一定で中心角βを持ち、軸方向に同一中心角を持つ
所謂、ストレート形状の極歯である。極歯２５の中心角
βは界磁用磁石３０の磁束を十分に補足するため適切な
角度が必要である。実験の結果、第１、第２のステータ
ヨークの極歯２５は共に同一形状で、その中心角βは22
0 ／Ｎ〜260 ／Ｎ（度）が反復動作範囲が広く確保でき
るので好ましかった。極歯２５の形状は図１、７のスト
レート歯だけに限るものではなく、三角歯、台形歯でも
よい。その際中心角βは根元（平板状ヨークとの結合）
部の角度を指すものとする。なお、三角歯、台形歯等の
先端先細形状の極歯はディテントトルクが増大する傾向
があり、大きなディテントトルクが必要な場合に適して
いる。
【００４８】図１０は磁気回路に特徴を持つ第４の実施
の形態の断面図である。
の形態の断面図である。
【００４９】更に、反復動作範囲を安定して、広く確保
する別の方法を図１０により説明する。図１０は極歯２
５と界磁用磁石３０との径方向のエアギャップが分かる
ように、回転軸２１に垂直な断面図で示している。説明
に必要のない、コイル、軸受、リング、平板状ヨーク等
は省略してある。図示のように、磁石３０は円形であり
且つ極歯２５は均一板厚で構成されている。周方向のエ
アギャップは極歯２５の中央部ギャップ（gap 1 ）が狭
く、端部ギャップ（gap 2 ）に行くに従って、エアギャ
ップは順次広くなっている様子が分かる。このことによ
り、ディテントトルクの安定点と励磁トルクの安定点の
位相が合い安定して且つ動作範囲の広い反復動作が確保
できた。なお、もちろん、図６の界磁用磁石３０の溝ま
たはカットや図７の極歯の角度βの技術と合わせて適用
してもよいことは当然である。
する別の方法を図１０により説明する。図１０は極歯２
５と界磁用磁石３０との径方向のエアギャップが分かる
ように、回転軸２１に垂直な断面図で示している。説明
に必要のない、コイル、軸受、リング、平板状ヨーク等
は省略してある。図示のように、磁石３０は円形であり
且つ極歯２５は均一板厚で構成されている。周方向のエ
アギャップは極歯２５の中央部ギャップ（gap 1 ）が狭
く、端部ギャップ（gap 2 ）に行くに従って、エアギャ
ップは順次広くなっている様子が分かる。このことによ
り、ディテントトルクの安定点と励磁トルクの安定点の
位相が合い安定して且つ動作範囲の広い反復動作が確保
できた。なお、もちろん、図６の界磁用磁石３０の溝ま
たはカットや図７の極歯の角度βの技術と合わせて適用
してもよいことは当然である。
【００５０】次に、アクチュエータ内部にストッパ機構
を内蔵したものについて説明する。前述した通り本発明
のアクチュエータは、回転を規制するための機構をどこ
かに精度よく取付ることが好ましい。その際、アクチュ
エータ内部にストッパを内蔵すれば、省スペース化がで
き、また使い勝手が著しく向上する。
を内蔵したものについて説明する。前述した通り本発明
のアクチュエータは、回転を規制するための機構をどこ
かに精度よく取付ることが好ましい。その際、アクチュ
エータ内部にストッパを内蔵すれば、省スペース化がで
き、また使い勝手が著しく向上する。
【００５１】図８はアクチェータ内蔵のストッパの構成
の一例を示す第５の実施の形態の斜視図であり、（ａ）
は軸受を示し（ｂ）はロータを示す。
の一例を示す第５の実施の形態の斜視図であり、（ａ）
は軸受を示し（ｂ）はロータを示す。
【００５２】図８の実施の形態は軸受端面に付加された
突起部と磁石端面に付加された突起部がお互いに規制し
合ってストッパ機能を果している。先ず、図（ａ）では
軸受５の端面に第１のストッパ用突起１００が一体的に
付加されている。図（ｂ）では界磁用磁石３０の端面に
第２のストッパ用突起１０１が一体的に付加されてい
る。これらを組合わせれば、ロータが矢印ＣＷ( 図ｂ参
照）方向に回転すれば軸受５の突起１００の１００Ｂ面
と界磁用磁石３０の突起１０１の１０１Ｂ面が接触した
所で止まる。逆に、ロータが矢印ＣＣＷ方向に回転すれ
ば軸受５の突起１００の１００Ａ面と界磁用磁石３０の
突起１０１の１０１Ａ面が接触した所で止まる。この
際、反復動作範囲の調整は各突起部１００、１０１の中
心角により任意に設定可能である。なお、この実施例で
はストッパ用の突起は軸受５、界磁用磁石３０に一体的
に付加されているが、第３のパーツを付加して突起を構
成してもよい。もちろん、ストッパは軸受５と界磁用磁
石３０との構成だけに限るわけではなく、アクチュエー
タのステータ部例えば、極歯２５、フランジ６またはフ
ランジ７、ボビン２９、平板状ヨーク２３の一部とロー
タ部、例えば、スリーブ２２、回転軸２１の一部との組
合わせでも構成可能である。
突起部と磁石端面に付加された突起部がお互いに規制し
合ってストッパ機能を果している。先ず、図（ａ）では
軸受５の端面に第１のストッパ用突起１００が一体的に
付加されている。図（ｂ）では界磁用磁石３０の端面に
第２のストッパ用突起１０１が一体的に付加されてい
る。これらを組合わせれば、ロータが矢印ＣＷ( 図ｂ参
照）方向に回転すれば軸受５の突起１００の１００Ｂ面
と界磁用磁石３０の突起１０１の１０１Ｂ面が接触した
所で止まる。逆に、ロータが矢印ＣＣＷ方向に回転すれ
ば軸受５の突起１００の１００Ａ面と界磁用磁石３０の
突起１０１の１０１Ａ面が接触した所で止まる。この
際、反復動作範囲の調整は各突起部１００、１０１の中
心角により任意に設定可能である。なお、この実施例で
はストッパ用の突起は軸受５、界磁用磁石３０に一体的
に付加されているが、第３のパーツを付加して突起を構
成してもよい。もちろん、ストッパは軸受５と界磁用磁
石３０との構成だけに限るわけではなく、アクチュエー
タのステータ部例えば、極歯２５、フランジ６またはフ
ランジ７、ボビン２９、平板状ヨーク２３の一部とロー
タ部、例えば、スリーブ２２、回転軸２１の一部との組
合わせでも構成可能である。
【００５３】先に、摩擦トルクがあると反復動作範囲が
狭くなる等の不具合が発生する旨の説明をしたが、摩擦
トルクを下げて、反復動作範囲が広く且つ、安定した動
作を得る有効な方法として、磁気回路を構成しない、ア
クチュエータ１０の両端部の前、後フランジ６、７を非
磁性材にすることが効果的である。理由はフランジが磁
性の場合界磁用磁石３０の端面に生じる漏洩磁束によっ
て界磁用磁石３０は、ギャップが近い方のフランジ面に
絶えず吸引される力が発生する。結果として界磁用磁石
３０の端面は軸受５の端面に磁気的に吸引され、接触し
て回転動作時の摩擦負荷となるからである。フランジが
非磁性であれば、この吸引力は発生しない。また、発生
したとしても非常に小さく無視出来るものとなる。特
に、希土類系磁石（例えば、Ｎｄ焼結）の場合にはその
効果は著しい。もちろん、同様の理由から、軸受５も非
磁性（非鉄系）の含油メタルを用いることが好ましい。
狭くなる等の不具合が発生する旨の説明をしたが、摩擦
トルクを下げて、反復動作範囲が広く且つ、安定した動
作を得る有効な方法として、磁気回路を構成しない、ア
クチュエータ１０の両端部の前、後フランジ６、７を非
磁性材にすることが効果的である。理由はフランジが磁
性の場合界磁用磁石３０の端面に生じる漏洩磁束によっ
て界磁用磁石３０は、ギャップが近い方のフランジ面に
絶えず吸引される力が発生する。結果として界磁用磁石
３０の端面は軸受５の端面に磁気的に吸引され、接触し
て回転動作時の摩擦負荷となるからである。フランジが
非磁性であれば、この吸引力は発生しない。また、発生
したとしても非常に小さく無視出来るものとなる。特
に、希土類系磁石（例えば、Ｎｄ焼結）の場合にはその
効果は著しい。もちろん、同様の理由から、軸受５も非
磁性（非鉄系）の含油メタルを用いることが好ましい。
【００５４】次に、本発明において適切なディテントト
ルクＴｄと定格トルクＴrateとの関係について説明す
る。
ルクＴｄと定格トルクＴrateとの関係について説明す
る。
【００５５】図３、４、５で説明した通り、ディテント
トルクＴｄが定格トルクＴrateに近づくと反復動作範囲
は狭くなる傾向にあることは説明ずみである。特に、Ｔ
ｄ＞３Ｔrate／４では狭くなる。一方、Ｔｄ≪Ｔrateで
はディテントトルクが小さすぎて無励磁時にある一定方
向に作動させることが出来なくなる欠点がある。どうし
ても作動させるにはコイル電流を流し続ける、いわゆる
励磁ホールド状態にしなければならず、省エネルギーと
言う観点から好ましくない。また、ばねを用いて強制的
にロータの位置をある位置に留めればコストアップとな
る。以上のことから、本発明では種々検討した結果、デ
ィテントトルクＴｄと定格トルクＴrateの関係として、 Ｔrate／４≦Ｔｄ≦３Ｔrate／４ が本アクチュエータとしては好ましいことが分かった。
トルクＴｄが定格トルクＴrateに近づくと反復動作範囲
は狭くなる傾向にあることは説明ずみである。特に、Ｔ
ｄ＞３Ｔrate／４では狭くなる。一方、Ｔｄ≪Ｔrateで
はディテントトルクが小さすぎて無励磁時にある一定方
向に作動させることが出来なくなる欠点がある。どうし
ても作動させるにはコイル電流を流し続ける、いわゆる
励磁ホールド状態にしなければならず、省エネルギーと
言う観点から好ましくない。また、ばねを用いて強制的
にロータの位置をある位置に留めればコストアップとな
る。以上のことから、本発明では種々検討した結果、デ
ィテントトルクＴｄと定格トルクＴrateの関係として、 Ｔrate／４≦Ｔｄ≦３Ｔrate／４ が本アクチュエータとしては好ましいことが分かった。
【００５６】最後に、図１の第１の実施の形態では第１
のステータヨーク２は、極歯２５と平板状ヨーク２３と
が一体的に構成され、また第２のステータヨーク４も極
歯２５、平板状ヨーク２３と更に円筒状リング３１が一
体的に構成されているが、本発明ではこの様に、ステー
タヨークの主要パーツが一体化されていない構成にしも
良い。
のステータヨーク２は、極歯２５と平板状ヨーク２３と
が一体的に構成され、また第２のステータヨーク４も極
歯２５、平板状ヨーク２３と更に円筒状リング３１が一
体的に構成されているが、本発明ではこの様に、ステー
タヨークの主要パーツが一体化されていない構成にしも
良い。
【００５７】図９はステータヨーク別体型の構造を示し
た第６の実施の形態の斜視図である。
た第６の実施の形態の斜視図である。
【００５８】この第６の実施の形態において、第１のス
テータヨーク２が平板状ヨーク２３（図示せず）と極歯
２５に、更には第２のステータヨーク４（図示せず、図
１参照）は平板状ヨーク２３（図示せず）、極歯２５と
リング３１（図示せず）が別体で構成されている。ボビ
ン２９には極歯（図ではストレート形状）２５を保持す
るための２個の案内溝２００（図の手前はカットで明瞭
ではない）が円周方向に均等に配置されている。案内溝
２００には、極歯２５の先端に当たる部分にバネ性を持
たせた梁２０１を配している。このため案内溝２００の
深さを極歯２５の軸方向の長さより若干短く設定するこ
とにより、各々のの長さが若干ばらついても極歯２５と
平板状ヨーク２３（図示せず）が安定した接触状態にな
り、極歯２５と平板状ヨーク２３を分割しても磁気効率
がさほど悪化しないステータヨーク構造となる。また、
ボビンの上下両端面にはガイド２０２が配されているた
め、ガイド２０２は各平板状ヨーク２３と嵌合して極歯
２５の位置を決めることが出来る。なお、極歯２５が挿
入された巻線後のボビンを、円筒状リング３１（図示せ
ず）内部に挿入した後、その両端面に平板状ヨーク２３
の外周部がリング３１の内周部と嵌合する様にして、こ
れらを固定してアーマチュアを完成させるのである。特
に、極歯２５の軸方向寸法を長く、または極歯２５の板
厚を厚くしたい等の場合には、極歯２５が別体で構成で
きる本構成では特に有利と言える。
テータヨーク２が平板状ヨーク２３（図示せず）と極歯
２５に、更には第２のステータヨーク４（図示せず、図
１参照）は平板状ヨーク２３（図示せず）、極歯２５と
リング３１（図示せず）が別体で構成されている。ボビ
ン２９には極歯（図ではストレート形状）２５を保持す
るための２個の案内溝２００（図の手前はカットで明瞭
ではない）が円周方向に均等に配置されている。案内溝
２００には、極歯２５の先端に当たる部分にバネ性を持
たせた梁２０１を配している。このため案内溝２００の
深さを極歯２５の軸方向の長さより若干短く設定するこ
とにより、各々のの長さが若干ばらついても極歯２５と
平板状ヨーク２３（図示せず）が安定した接触状態にな
り、極歯２５と平板状ヨーク２３を分割しても磁気効率
がさほど悪化しないステータヨーク構造となる。また、
ボビンの上下両端面にはガイド２０２が配されているた
め、ガイド２０２は各平板状ヨーク２３と嵌合して極歯
２５の位置を決めることが出来る。なお、極歯２５が挿
入された巻線後のボビンを、円筒状リング３１（図示せ
ず）内部に挿入した後、その両端面に平板状ヨーク２３
の外周部がリング３１の内周部と嵌合する様にして、こ
れらを固定してアーマチュアを完成させるのである。特
に、極歯２５の軸方向寸法を長く、または極歯２５の板
厚を厚くしたい等の場合には、極歯２５が別体で構成で
きる本構成では特に有利と言える。
【００５９】図１１は本発明の第７の実施の形態の断面
図である。
図である。
【００６０】図１１は平板状ヨーク２３と円筒状リング
３１を一体化したステータヨーク一対を用いたもので、
フランジを樹脂モールドにてステータヨークと一体化さ
せた構成を示す。この構成により、部品点数の削減と同
時にステータヨークと軸受の同芯を高精度化することが
できる。
３１を一体化したステータヨーク一対を用いたもので、
フランジを樹脂モールドにてステータヨークと一体化さ
せた構成を示す。この構成により、部品点数の削減と同
時にステータヨークと軸受の同芯を高精度化することが
できる。
【００６１】
【発明の効果】本発明によれば、構造が簡単で且つ安価
な単相のクローポール構造を持つアーマチュア構造とす
ることにより、ディテントトルクが大きい独特な特性を
持つアクチュエータを構成することができた。もちろ
ん、クローポール構造のアマチュアであるのでその外形
形状は円形となり組込み性もよいし、更に磁気効率もよ
い。
な単相のクローポール構造を持つアーマチュア構造とす
ることにより、ディテントトルクが大きい独特な特性を
持つアクチュエータを構成することができた。もちろ
ん、クローポール構造のアマチュアであるのでその外形
形状は円形となり組込み性もよいし、更に磁気効率もよ
い。
【００６２】また、本アクチュエータは、ディテントト
ルクにより、ロータを或る一定の方向に常時無励磁で付
勢しておくことが可能となり省電力化が図られる。ま
た、ストッパ機構をアクチュエータ内部に内蔵すること
で、省スペース化が図れる効果がある。
ルクにより、ロータを或る一定の方向に常時無励磁で付
勢しておくことが可能となり省電力化が図られる。ま
た、ストッパ機構をアクチュエータ内部に内蔵すること
で、省スペース化が図れる効果がある。
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエー
タの展開斜視図を示す。
タの展開斜視図を示す。
【図２】本発明のアクチュエータの動作原理を示す説明
図で、（ａ）はユニファイラ巻き、バイポーラ駆動の動
作原理を示し、図２（ｂ）はバイファイララ巻き、ユニ
ポーラ駆動の動作原理を示す。
図で、（ａ）はユニファイラ巻き、バイポーラ駆動の動
作原理を示し、図２（ｂ）はバイファイララ巻き、ユニ
ポーラ駆動の動作原理を示す。
【図３】本発明のアクチュエータのトルク特性を示す図
である。
である。
【図４】本発明のアクチュエータのトルク特性を示す図
である。
である。
【図５】本発明のアクチュエータのトルク特性を示す図
である。
である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の斜視図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態の斜視図であり、
（ａ）は軸受を示し（ｂ）はロータを示す。
（ａ）は軸受を示し（ｂ）はロータを示す。
【図９】本発明の第６の実施の形態の斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態の断面図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態の断面図である。
１ ロータ ２ 第１のステータヨーク ３ コイルアッシ ４ 第２のステータヨーク ５ 軸受 ６ 前フランジ ７ 後フランジ ８ スペーサ ９ アーマチュア １０ アクチュエータ ２０ 取付穴 ２１ 回転軸 ２２ スリーブ ２３ 平板状ヨーク ２４ 位置決め用突起 ２５ 極歯 ２６ 端子台 ２７ 端子 ２８ コイル ２９ ボビン ３０ 磁石 ３１ 円筒状リング ３２ 中心穴 ３３ 切り欠き １００ 突起 １００Ａ 面 １００Ｂ 面 １０１ 突起 １０１Ａ 面 １０１Ｂ 面 ２００ 案内溝 ２０２ ガイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加川 正樹 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ ミネベ ア株式会社開発技術センター内 Ｆターム(参考） 5H002 AA01 AB06 AC06 AE08 5H619 AA01 BB01 BB05 BB10 BB17 BB21 PP02 PP05 PP08 PP12 PP17 5H621 BB06 BB08 GA02 GA05 GA16 GB09 GB11 GB14 HH03 JK04 JK07 PP02 5H622 CA01 CA07 CA12 PP03 PP19
Claims (10)
- 【請求項１】 軟磁性材から成る一対のほぼ円形ドーナ
ツ状の平板状ヨークと、各平板状ヨークの内周縁端から
軸方向へ突出し円周方向に広がりを持って向き合うよう
に配設された極歯と、該平板状ヨークの外周端に円筒状
リングを設けて構成されているステータヨークと、 該ステータヨークの前記平板状ヨーク、極歯及び円筒状
リングで形成された環状凹状のコイル受け部内にマグネ
ットワイヤを巻回して形成したコイルとを設置してアー
マチュアを構成し、 該アーマチュア両端面に軸受けを設けたフランジを有す
るステータアッセンブリに、永久磁石より成る界磁用磁
石を配したロータを該ステータの前記極歯と微小間隔で
対向させてなる単相構造のクローポール型アクチュエー
タにおいて、 前記極歯数とロータ磁極数Ｎ（Ｎは2 又は４）が等しい
ことを特徴とするアクチュエータ。 - 【請求項２】 前記ステータヨークが、平板状ヨークと
極歯とが一体化された第1 のステータヨークと、平板状
ヨークと極歯と円筒状リングとが一体化された第２のス
テータヨークとで構成され、お互いの極歯が電気角で略
１８０度の間隔を成すよう配設されていることを特徴と
する請求項１に記載のアクチュエータ。 - 【請求項３】 前記ステータヨークが、該平板状ヨーク
と円筒状リングを一体化して、一対を向き合わせて用い
たことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。 - 【請求項４】 ストッパ機構により、ロータの回転が制
約され、その回転動作の最大角度は120 ／Ｎ〜240 ／Ｎ
（度）（Ｎは2 又は４）の範囲であることを特徴とする
請求項１に記載のアクチュエータ。 - 【請求項５】 アクチュエータ内部に前記ストッパ機構
を内蔵したことを特徴とする請求項３に記載のアクチュ
エータ。 - 【請求項６】 該界磁用磁石のＳ極またはＮ極の片極の
中央部に、磁気バランスを崩すための溝又はカット部を
軸方向に施したことを特徴とする請求項１に記載のアク
チュエータ。 - 【請求項７】 極歯の周方向の広がりが全て等しく、中
心角で220 ／Ｎ〜260 ／Ｎ（度）（Ｎは2 又は４）であ
ることを特徴とする請求項1 に記載のアクチュエータ。 - 【請求項８】 極歯とロータ磁石とで成す径方向のエア
ギャップが不均一であり、極歯中央部が極歯端部のエア
ギャップより狭いことを特徴とする請求項１に記載のア
クチュエータ。 - 【請求項９】 前記フランジが非磁性材で構成されてい
ることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。 - 【請求項１０】 ディテントトルクＴｄ（Nm）と定格ト
ルクＴrate (Nm) の関係が、 Ｔrate／４≦Ｔｄ≦３Ｔrate／４ であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエー
タ。但し、定格トルクＴrateとは定格電流を流した時の
最大トルク値を、また、ディテントトルクＴｄはコイル
無励磁時の最大トルクを表す。
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|---|---|
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ID=18369984
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|---|---|---|---|
| JP34452898A Expired - Fee Related JP3554756B2 (ja) | 1998-03-12 | 1998-12-03 | アクチュエータ |
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