JP2000295802A - アクチュエータ - Google Patents
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- JP2000295802A JP2000295802A JP11098705A JP9870599A JP2000295802A JP 2000295802 A JP2000295802 A JP 2000295802A JP 11098705 A JP11098705 A JP 11098705A JP 9870599 A JP9870599 A JP 9870599A JP 2000295802 A JP2000295802 A JP 2000295802A
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- rotor
- magnet
- rotor magnet
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
- H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
- H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2706—Inner rotors
- H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/2726—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of a single magnet or two or more axially juxtaposed single magnets
- H02K1/2733—Annular magnets
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- 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
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- H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
- H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
- H02K37/10—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
- H02K37/12—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
- H02K37/14—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 単相のクローポール構造のアクチュエータに
おいて、ディテントトルクと動トルクが十分確保され、
且つ回転動作角度範囲も広い特性を持ち、且つ安価で特
性の安定した、ロータ磁石構造又はロータ磁石の着磁方
法を提供すること。 【解決手段】 コイルを巻回したアーマチュアコイルの
コイル巻回部の内部に微小間隔を介してロータ磁石を回
転自在に配置させた単相構造のアクチュエータにおい
て、前記ロータ磁石を１個の円筒型磁石で構成し、Ｎ極
又はＳ極、あるいはその両方の磁極のピーク位置が軸方
向で段階的に異なる磁束分布パターンを有するように構
成する。
おいて、ディテントトルクと動トルクが十分確保され、
且つ回転動作角度範囲も広い特性を持ち、且つ安価で特
性の安定した、ロータ磁石構造又はロータ磁石の着磁方
法を提供すること。 【解決手段】 コイルを巻回したアーマチュアコイルの
コイル巻回部の内部に微小間隔を介してロータ磁石を回
転自在に配置させた単相構造のアクチュエータにおい
て、前記ロータ磁石を１個の円筒型磁石で構成し、Ｎ極
又はＳ極、あるいはその両方の磁極のピーク位置が軸方
向で段階的に異なる磁束分布パターンを有するように構
成する。
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ロータ構造に関し、詳しく
は安価で且つ組立が容易で、回転反復動作特性が安定し
たアクチュエータのロータ磁石構造並びに着磁パターン
に関するものである。
ポール型のアクチュエータのロータ構造に関し、詳しく
は安価で且つ組立が容易で、回転反復動作特性が安定し
たアクチュエータのロータ磁石構造並びに着磁パターン
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】単相構成のクローポール型構造を用いた
回転電機に停止機構を設け、コイルを励磁することによ
りロータを反復回転動作させるアクチュエータにおい
て、ディテントトルクを確保しながら動トルクを大きく
し且つ回転動作角度範囲を大きくすることが望まれてい
る。
回転電機に停止機構を設け、コイルを励磁することによ
りロータを反復回転動作させるアクチュエータにおい
て、ディテントトルクを確保しながら動トルクを大きく
し且つ回転動作角度範囲を大きくすることが望まれてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、ディテントトル
クを確保しながら動トルクを大きくし且つ回転動作角度
範囲を大きくするロータ磁石側の技術として、以下の2
つの方法が提案されている。
クを確保しながら動トルクを大きくし且つ回転動作角度
範囲を大きくするロータ磁石側の技術として、以下の2
つの方法が提案されている。
【０００４】第１の方法は、磁気異方性を有する磁石を
用い片極（例えばＮ極のみ）の磁極センタ部に軸方向に
沿って溝又はカットを施し、Ｎ極とＳ極間の磁気的バラ
ンスを崩して回転動作角度範囲を拡大する方法であり、
第２の方法は、円筒型ロータ磁石を軸方向に複数個に分
割し磁極を周方向にずらして積層し固定する方法であ
る。
用い片極（例えばＮ極のみ）の磁極センタ部に軸方向に
沿って溝又はカットを施し、Ｎ極とＳ極間の磁気的バラ
ンスを崩して回転動作角度範囲を拡大する方法であり、
第２の方法は、円筒型ロータ磁石を軸方向に複数個に分
割し磁極を周方向にずらして積層し固定する方法であ
る。
【０００５】しかしながら、第１の溝又はカット部を付
ける技術については溝又はカット部の形状（具体的には
溝又はカット部の中心角）の精度を確保するためには多
くの工程を要し加工が煩雑となる欠点がある。特に、焼
結磁石の場合、焼き上げた後、磁石外周を研磨するため
であり、磁石外周に溝又はカット部がある場合には、円
筒度が確保できないばかりでなく、溝またはカット部の
安定した形状維持が困難となるからである。また、溝ま
たはカット部を機械加工すればコストが上がる欠点があ
る。
ける技術については溝又はカット部の形状（具体的には
溝又はカット部の中心角）の精度を確保するためには多
くの工程を要し加工が煩雑となる欠点がある。特に、焼
結磁石の場合、焼き上げた後、磁石外周を研磨するため
であり、磁石外周に溝又はカット部がある場合には、円
筒度が確保できないばかりでなく、溝またはカット部の
安定した形状維持が困難となるからである。また、溝ま
たはカット部を機械加工すればコストが上がる欠点があ
る。
【０００６】第２の磁石を積層する技術では、複数個の
円筒型磁石を同心を取りながら、適切なずれ量を確保し
つつ軸方向に積層して固定することは作業自体が大変で
ある。なお且つ着磁後の組立作業となると、分割した磁
石同士の反発作用（ずらし量が電気角で20〜60度では磁
石同士は反発する状態にセットしなければならないか
ら）により組立作業はさらに困難となり、ずらし量が安
定しないという欠点がある。
円筒型磁石を同心を取りながら、適切なずれ量を確保し
つつ軸方向に積層して固定することは作業自体が大変で
ある。なお且つ着磁後の組立作業となると、分割した磁
石同士の反発作用（ずらし量が電気角で20〜60度では磁
石同士は反発する状態にセットしなければならないか
ら）により組立作業はさらに困難となり、ずらし量が安
定しないという欠点がある。
【０００７】したがって、この種のアクチュエータを安
価に構成するためには、一個の円筒型磁石を用いてロー
タ磁石を構成することが望まれている。
価に構成するためには、一個の円筒型磁石を用いてロー
タ磁石を構成することが望まれている。
【０００８】本発明は、上記の課題にかんがみてなされ
たもので、単相のクローポール構造のアクチュエータに
おいて、ディテントトルクと動トルクが十分確保され、
且つ回転動作角度範囲も広い特性を持ち、且つ安価で特
性の安定したロータ磁石構造およびロータ磁石の着磁方
法を提供することを目的とする。
たもので、単相のクローポール構造のアクチュエータに
おいて、ディテントトルクと動トルクが十分確保され、
且つ回転動作角度範囲も広い特性を持ち、且つ安価で特
性の安定したロータ磁石構造およびロータ磁石の着磁方
法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、コイルを巻回したアーマチュアコイルのコイ
ル巻回部の内部に微小間隔を介してロータ磁石を回転自
在に配置させた単相構造のアクチュエータにおいて、前
記ロータ磁石を１個の磁石で構成し、該磁石のＮ極また
はＳ極、あるいは両磁極のピーク位置を軸方向に段階的
に異ならせたことを特徴とする。
するため、コイルを巻回したアーマチュアコイルのコイ
ル巻回部の内部に微小間隔を介してロータ磁石を回転自
在に配置させた単相構造のアクチュエータにおいて、前
記ロータ磁石を１個の磁石で構成し、該磁石のＮ極また
はＳ極、あるいは両磁極のピーク位置を軸方向に段階的
に異ならせたことを特徴とする。
【００１０】また、本発明は、軟磁性材から成る１対の
ほぼ円形ドーナツ状の平板状ヨークと、該平板状ヨーク
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
て配設された極歯と、前記ヨークの外周端に前記極歯と
同方向へ伸びる円筒状リングとから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、
極歯及び円筒リングで形成される環状凹状のコイル受け
部内に設置された絶縁線材を巻回して形成したコイルと
でアーマチュアを構成し、ステータ両端面に軸受を設け
たフランジを有するステータアッセンブリに、永久磁石
から成る界磁用磁石を設けたロータを前記ステータヨー
クの前記極歯と微小間隔で対向させてなる、ロータ磁極
数の単相構造のクローポール型アクチュエータにおい
て、前記ロータ磁石が１個の円筒形状であり、Ｎ極また
はＳ極、あるいは両磁極のピーク位置を軸方向に段階的
に異ならせたことを特徴とする。
ほぼ円形ドーナツ状の平板状ヨークと、該平板状ヨーク
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
て配設された極歯と、前記ヨークの外周端に前記極歯と
同方向へ伸びる円筒状リングとから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、
極歯及び円筒リングで形成される環状凹状のコイル受け
部内に設置された絶縁線材を巻回して形成したコイルと
でアーマチュアを構成し、ステータ両端面に軸受を設け
たフランジを有するステータアッセンブリに、永久磁石
から成る界磁用磁石を設けたロータを前記ステータヨー
クの前記極歯と微小間隔で対向させてなる、ロータ磁極
数の単相構造のクローポール型アクチュエータにおい
て、前記ロータ磁石が１個の円筒形状であり、Ｎ極また
はＳ極、あるいは両磁極のピーク位置を軸方向に段階的
に異ならせたことを特徴とする。
【００１１】また、本発明は、軸方向で2 つの磁束分布
パターンを有することを特徴とする。
パターンを有することを特徴とする。
【００１２】また、本発明は、前記ロータ磁石が磁気異
方性であることを特徴とする。
方性であることを特徴とする。
【００１３】また、本発明は、Ｎ極とＳ極の軸方向での
段階的に異なるピーク位置のずれ量がともに等しいこと
を特徴とする。
段階的に異なるピーク位置のずれ量がともに等しいこと
を特徴とする。
【００１４】また、本発明は、ロータの磁極ピーク位置
のずれ量は電気角で20〜60度の範囲内であることを特徴
とする。
のずれ量は電気角で20〜60度の範囲内であることを特徴
とする。
【００１５】また、本発明は、ロータ磁極数Ｈは２であ
ることを特徴とする。
ることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。
用いて説明する。
【００１７】先ず、本発明によるアクチュエータの第１
の実施の形態を図１で説明する。
の実施の形態を図１で説明する。
【００１８】図１は本発明によるアクチュエータの展開
斜視図で、ロータ磁石が２極の場合を示している。図示
したアクチュエータは、平板状ヨーク部２３と極歯２５
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２３と極歯２５と円筒状リング３１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。
斜視図で、ロータ磁石が２極の場合を示している。図示
したアクチュエータは、平板状ヨーク部２３と極歯２５
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２３と極歯２５と円筒状リング３１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。
【００１９】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の４つ
の部分から成り立っている。
マチュア９と、前後のフランジ６、７と、軸受５の４つ
の部分から成り立っている。
【００２０】まず、ロータ１はＮ極とＳ極の２つの磁極
を持つ磁石３０を軸方向で、その磁極ピーク位置が段階
的に電気角で４０度（本例では磁極数Ｈ＝２であるので
電気角と機械角は等しい）ずらした状態（詳細後述）で
磁束が分布するように着磁され、スリーブ２２を介して
回転軸２１に対して同心的に固定される。本実施の形態
では磁石３０およびスリーブ２２は回転軸２１に対して
接着により固定される。
を持つ磁石３０を軸方向で、その磁極ピーク位置が段階
的に電気角で４０度（本例では磁極数Ｈ＝２であるので
電気角と機械角は等しい）ずらした状態（詳細後述）で
磁束が分布するように着磁され、スリーブ２２を介して
回転軸２１に対して同心的に固定される。本実施の形態
では磁石３０およびスリーブ２２は回転軸２１に対して
接着により固定される。
【００２１】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から
構成されており、第１のステータヨーク２は、本実施の
形態ではほぼドーナツ形状の平板状ヨーク２３の内周端
から周方向に広がりを有する１個の極歯２５が軸方向に
一体的に突出している。具体的には、本実施の形態では
極歯２５は、円板状軟磁性鋼板（純鉄または亜鉛メッキ
鋼板等）の中心部を軸方向に垂直に抜き起こして形成し
ている。この平板状ヨーク２３には第２のステータヨー
ク４に対する周方向の位置関係を決めるための位置決め
用突起２４が設けられている。
２と、コイルアッシ３と、第２のステータヨーク４から
構成されており、第１のステータヨーク２は、本実施の
形態ではほぼドーナツ形状の平板状ヨーク２３の内周端
から周方向に広がりを有する１個の極歯２５が軸方向に
一体的に突出している。具体的には、本実施の形態では
極歯２５は、円板状軟磁性鋼板（純鉄または亜鉛メッキ
鋼板等）の中心部を軸方向に垂直に抜き起こして形成し
ている。この平板状ヨーク２３には第２のステータヨー
ク４に対する周方向の位置関係を決めるための位置決め
用突起２４が設けられている。
【００２２】コイルアッシ３は樹脂製ボビン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、本実施の形態ではボビン２９の鍔部には端
子２７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は後述する第２のステータ
ヨーク４の切り欠き３５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、本実施の形態ではボビン２９の鍔部には端
子２７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は後述する第２のステータ
ヨーク４の切り欠き３５に嵌まり込む構造になってい
る。
【００２３】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の内周端から周方向に広がりを有する
極歯２５が一体的に軸方向に突出している点では第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はさらに平板状ヨーク２３の外周端に軸方向に極歯
２５と平行にリング３１が絞り加工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のリング３１には位置出し用切り欠き
３５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１８０度
の位相差を成すように周方向の位置合せと、コイルアッ
シ３の端子台２６の収納とができるようになっている。
平板状ヨーク２３の内周端から周方向に広がりを有する
極歯２５が一体的に軸方向に突出している点では第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はさらに平板状ヨーク２３の外周端に軸方向に極歯
２５と平行にリング３１が絞り加工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のリング３１には位置出し用切り欠き
３５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１８０度
の位相差を成すように周方向の位置合せと、コイルアッ
シ３の端子台２６の収納とができるようになっている。
【００２４】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、この該軸受５で回転自在にロータ１を支持するよう
に組立てる。ワッシャ８はロータ１の磁石３０を極歯２
５に対して軸方向に位置合わせし軸方向の遊びを調整す
るためのものである。
し、前後フランジ６、７の中心穴３２に軸受５を取付
け、この該軸受５で回転自在にロータ１を支持するよう
に組立てる。ワッシャ８はロータ１の磁石３０を極歯２
５に対して軸方向に位置合わせし軸方向の遊びを調整す
るためのものである。
【００２５】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、前後フランジ６、７を樹脂モールドで構成し
てもよい。
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、前後フランジ６、７を樹脂モールドで構成し
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。図２は動作原理を示すための説明図であり、図
３、４はトルク特性を示す。図２（ａ）はユニファイラ
巻きでバイポーラ駆動例を示し、図（ｂ）はバイファイ
ラ巻きでユニポーラ駆動の例を示しているが、どちらも
同様な原理であるので以下図２（ａ）について説明す
る。
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。図２は動作原理を示すための説明図であり、図
３、４はトルク特性を示す。図２（ａ）はユニファイラ
巻きでバイポーラ駆動例を示し、図（ｂ）はバイファイ
ラ巻きでユニポーラ駆動の例を示しているが、どちらも
同様な原理であるので以下図２（ａ）について説明す
る。
【００２７】図２（ａ）はステータ部を代表したコイル
２８とロータ部を代表したロータ磁石３０を示してい
る。なお、本発明では、ロータ磁石３０のＮ、Ｓ極のピ
ーク位置が軸方向で見るとずれている（後述）が、図２
（ａ）ではそれらを等価的に合成したものを代表してい
るものとして説明する。
２８とロータ部を代表したロータ磁石３０を示してい
る。なお、本発明では、ロータ磁石３０のＮ、Ｓ極のピ
ーク位置が軸方向で見るとずれている（後述）が、図２
（ａ）ではそれらを等価的に合成したものを代表してい
るものとして説明する。
【００２８】コイル２８にはＡ端子から電流Ｉ1 を流す
場合とＢ端子から電流Ｉ2を流す場合の２モードがあ
る。先ず電流Ｉ1を流してコイルを励磁すれば、ロータ
磁石３０に近いＢ端はＮ極に励磁される。このためロー
タ磁石３０のＳ極側がコイル２８のＢ端子に吸引され結
果として、ＣＷ方向のトルクが働き、ロータ磁石のＳ極
がコイルＢ端に対向した状態（図２のロータ磁石の状態
から90度CW方向に回転した状態）で停止する。
場合とＢ端子から電流Ｉ2を流す場合の２モードがあ
る。先ず電流Ｉ1を流してコイルを励磁すれば、ロータ
磁石３０に近いＢ端はＮ極に励磁される。このためロー
タ磁石３０のＳ極側がコイル２８のＢ端子に吸引され結
果として、ＣＷ方向のトルクが働き、ロータ磁石のＳ極
がコイルＢ端に対向した状態（図２のロータ磁石の状態
から90度CW方向に回転した状態）で停止する。
【００２９】一方、電流Ｉ2を流してコイルを励磁すれ
ば、逆に、ロータ磁石３０に近いＢ端子はＳ極に励磁さ
れる。このためロータ磁石３０のＮ極がコイル２８のＢ
端子に吸引され、その結果としてＣＣＷ方向のトルクが
働き、ロータ磁石３０のＮ極がコイル２８のＢ端子に対
向した状態（図２のロータ磁石の状態から９０度CCW方
向に回転した状態）で停止する。このように、ロータ磁
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。
ば、逆に、ロータ磁石３０に近いＢ端子はＳ極に励磁さ
れる。このためロータ磁石３０のＮ極がコイル２８のＢ
端子に吸引され、その結果としてＣＣＷ方向のトルクが
働き、ロータ磁石３０のＮ極がコイル２８のＢ端子に対
向した状態（図２のロータ磁石の状態から９０度CCW方
向に回転した状態）で停止する。このように、ロータ磁
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。
【００３０】ところが、本発明で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）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、および図４である。図３、および
図４は第１の実施の形態の典型的なトルク特性であり、
横軸がロータとステータの相対角度差（図では「角度」
と表現）を、縦軸がその時のトルク値（図では「トル
ク」と表現）を示しており、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Ｔrateとした）の半分、即
ちＴｄ＝Ｔrate／２のトルク特性例を示している。説明
の都合上、正トルクをＣＷ方向、負トルクを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３、４の実線は合成トルクカーブ（但し、電流は図２
のＩ1方向）、破線は定格トルクカーブ（電流方向は同
じくＩ1方向）、一点鎖線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から、角度θが0 〜180 度（18
0 〜360 度）であれば、電流Ｉ1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、
ロータ磁石はＣＷ（ＣＣＷ）方向に回転しトルクが０と
なる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、ロータ磁石はＣＣＷ（ＣＷ）方向
に回転し、トルクが０となる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。
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）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、および図４である。図３、および
図４は第１の実施の形態の典型的なトルク特性であり、
横軸がロータとステータの相対角度差（図では「角度」
と表現）を、縦軸がその時のトルク値（図では「トル
ク」と表現）を示しており、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Ｔrateとした）の半分、即
ちＴｄ＝Ｔrate／２のトルク特性例を示している。説明
の都合上、正トルクをＣＷ方向、負トルクを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３、４の実線は合成トルクカーブ（但し、電流は図２
のＩ1方向）、破線は定格トルクカーブ（電流方向は同
じくＩ1方向）、一点鎖線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から、角度θが0 〜180 度（18
0 〜360 度）であれば、電流Ｉ1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、
ロータ磁石はＣＷ（ＣＣＷ）方向に回転しトルクが０と
なる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、ロータ磁石はＣＣＷ（ＣＷ）方向
に回転し、トルクが０となる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。
【００３１】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停止機構の関係について説
明する。
トルクと反復回転動作範囲と停止機構の関係について説
明する。
【００３２】再度、図４を用いてディテントトルクと反
復回転動作範囲と停止機構の関係について説明する。図
で仮に、θ1とθ2の位置に停止機構Ｉ、停止機構II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。
復回転動作範囲と停止機構の関係について説明する。図
で仮に、θ1とθ2の位置に停止機構Ｉ、停止機構II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。
【００３３】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停止
機構Ｉ（II）のθ1（θ2）位置で止まって保持される。
この状態で電流Ｉ2（Ｉ1）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、停止機構II（停止機構Ｉ）のθ
2（θ1）の位置で止まる。もちろん、電流Ｉ2（Ｉ1）に
よる励磁時間が短く、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θ 1（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停止
機構Ｉ（II）のθ1（θ2）位置で止まって保持される。
この状態で電流Ｉ2（Ｉ1）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、停止機構II（停止機構Ｉ）のθ
2（θ1）の位置で止まる。もちろん、電流Ｉ2（Ｉ1）に
よる励磁時間が短く、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θ 1（θ2）に戻ることになる。
【００３４】電流Ｉ2（Ｉ1）を十分長い時間流し続け、
ロータを停止機構II（停止機構Ｉ）のθ2（θ1）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。この状態でさらに、電
流Ｉ1（Ｉ2）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（ＣＣＷ）方向のトルクを
発生して、停止機構Ｉ（停止機構II）のθ1（θ2）の位
置に戻って止まる。
ロータを停止機構II（停止機構Ｉ）のθ2（θ1）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。この状態でさらに、電
流Ｉ1（Ｉ2）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（ＣＣＷ）方向のトルクを
発生して、停止機構Ｉ（停止機構II）のθ1（θ2）の位
置に戻って止まる。
【００３５】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
動作時間は連続的に変化する。
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
動作時間は連続的に変化する。
【００３６】この特徴を利用して例えば、バルブの開閉
等の駆動に応用すればディテントトルクで常時バルブを
閉めておき、気体、流体、光を通すに必要な時間だけコ
イルを励磁して開き、その後逆励磁してバルブを閉め
る。その後は、励磁を切って、バルブ閉状態をディテン
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。もちろん、バルブ開放時間はアクチュエータ
の励磁／逆励磁時間に対応した、バルブ開閉時間で任意
に調整することができて好都合である。もちろんバルブ
の付いている負荷軸（アクチュエータの回転軸２１でも
よい）に角度検出器を設け、絶えず角度検出を行いなが
ら、角度指令値にバルブ開閉角を合わせるフィードバッ
ク制御を用いてもよい。
等の駆動に応用すればディテントトルクで常時バルブを
閉めておき、気体、流体、光を通すに必要な時間だけコ
イルを励磁して開き、その後逆励磁してバルブを閉め
る。その後は、励磁を切って、バルブ閉状態をディテン
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。もちろん、バルブ開放時間はアクチュエータ
の励磁／逆励磁時間に対応した、バルブ開閉時間で任意
に調整することができて好都合である。もちろんバルブ
の付いている負荷軸（アクチュエータの回転軸２１でも
よい）に角度検出器を設け、絶えず角度検出を行いなが
ら、角度指令値にバルブ開閉角を合わせるフィードバッ
ク制御を用いてもよい。
【００３７】さて、本発明の特徴は１個の円筒状ロータ
磁石を用いて構成した点である。図５（ａ）に本発明に
よるアクチュエータのロータ構造を示し、図５（ｂ）に
その着磁パターンを示した。
磁石を用いて構成した点である。図５（ａ）に本発明に
よるアクチュエータのロータ構造を示し、図５（ｂ）に
その着磁パターンを示した。
【００３８】図５（ａ）ではロータ磁石３０は円筒状磁
石１個からなる磁極数Ｈが２極のロータ磁石構成であ
り、外観は通常の円筒型磁石と何等変りはない。しか
し、そのロータ磁石３０の磁極表面の磁束（密度）分布
は軸方向の位置により、Ｎ、Ｓの磁極のピーク位置が周
方向で各々同量（図では電気角で４０度）だけずれてい
る特徴を持っている。以下にその点について詳述する。
石１個からなる磁極数Ｈが２極のロータ磁石構成であ
り、外観は通常の円筒型磁石と何等変りはない。しか
し、そのロータ磁石３０の磁極表面の磁束（密度）分布
は軸方向の位置により、Ｎ、Ｓの磁極のピーク位置が周
方向で各々同量（図では電気角で４０度）だけずれてい
る特徴を持っている。以下にその点について詳述する。
【００３９】図５（ｂ）は図５（ａ）に示したロータ磁
石３０の軸方向の代表点としての点Ｐ（ロータ磁石の左
端からＬ／４の点。ただしＬはロータ磁石長）と点Ｑ
（ロータ磁石の左端から３Ｌ／４の点）でのロータ磁石
３０の表面磁束（密度）をガウスメータによって測定し
た値の分布を上下に並べて示している。点Ｐ、Ｑいずれ
の場所のおいてもＮ、Ｓの２極分布であり、その最大値
は等しくほぼ３０００ガウスを示しているが、磁極のＮ
極とＳ極のピーク位置が電気角でε＝40度ずれているこ
とが特徴である。このずれ量εは着磁治具の突極のずら
し量αに対応している（詳細については後述する）。な
お、ニュートラルの位置については、点Ｐ、Ｑ点ともに
いずれも０度、１８０度、３６０度の位置でほぼ同位相
となっている。
石３０の軸方向の代表点としての点Ｐ（ロータ磁石の左
端からＬ／４の点。ただしＬはロータ磁石長）と点Ｑ
（ロータ磁石の左端から３Ｌ／４の点）でのロータ磁石
３０の表面磁束（密度）をガウスメータによって測定し
た値の分布を上下に並べて示している。点Ｐ、Ｑいずれ
の場所のおいてもＮ、Ｓの２極分布であり、その最大値
は等しくほぼ３０００ガウスを示しているが、磁極のＮ
極とＳ極のピーク位置が電気角でε＝40度ずれているこ
とが特徴である。このずれ量εは着磁治具の突極のずら
し量αに対応している（詳細については後述する）。な
お、ニュートラルの位置については、点Ｐ、Ｑ点ともに
いずれも０度、１８０度、３６０度の位置でほぼ同位相
となっている。
【００４０】この効果により、円筒型磁石を軸方向に連
結し、各磁石の磁極がずれるように固定した従来例の場
合と同様の作用を持たせることができた。その結果、動
作範囲とディテントトルクとのバランスの調整ができ、
動作範囲が広くかつディテントトルクが大きいアクチュ
エータを円筒型磁石1 個で実現することができた。ま
た、着磁治具（詳細については後述する）によりずらし
量αを一義的に設定できることから、精度良く且つ安定
したロータ磁石を製作することができる。
結し、各磁石の磁極がずれるように固定した従来例の場
合と同様の作用を持たせることができた。その結果、動
作範囲とディテントトルクとのバランスの調整ができ、
動作範囲が広くかつディテントトルクが大きいアクチュ
エータを円筒型磁石1 個で実現することができた。ま
た、着磁治具（詳細については後述する）によりずらし
量αを一義的に設定できることから、精度良く且つ安定
したロータ磁石を製作することができる。
【００４１】図５では極異方性の焼結型ネオジ磁石の場
合で説明したが、本発明の着磁方法（後述）によれば、
他の材料、配向、極数の磁石でも同様の効果が得られ
る。
合で説明したが、本発明の着磁方法（後述）によれば、
他の材料、配向、極数の磁石でも同様の効果が得られ
る。
【００４２】次に、図５（ｂ）の磁束分布パターンを実
現するための着磁治具および着磁方法について説明す
る。
現するための着磁治具および着磁方法について説明す
る。
【００４３】図６はロータ磁石を着磁するのに用いる着
磁治具の一例を示す。着磁治具は、着磁すべきロータ磁
石３０（本実施の形態では外形2.3 〜2.7mm 、長さ3.2
〜4.0mm のもの）を入れるための中心穴1003を有する非
磁性（本実施の形態ではアルミであるが、樹脂やセラミ
ックでもよい）のリング1000にスリット1004a および10
04b と1005a および1005b が形成されており、これらの
スリットに厚さが0.5mm の４枚の軟磁性（本実施の形態
では珪素鋼板であるが、純鉄や炭素鋼でもよい）の突極
1001a および1001b と、1002a および1002b はそれぞれ
機械角で180 度を成すように配置されている。また、突
極1001a と1002a は電気角でα度（図ではロータ磁極数
Ｈ＝２の場合であり、電気角と機械角が等しく40度であ
る）を成すように配置されている。突極1001b と1002b
の関係も同様である。突極1001aと1002a は電気角でα
度をなすように設定されているが、この設定が着磁した
際の磁極のピークのずれ量（図５（ｂ）におけるε）に
相当することはすでに説明したとおりである。従って、
ロータ磁石３０の磁極のピークのずれ量εは着磁治具の
リングに取付ける突極の成す角α（図６参照）により調
整することが可能である。
磁治具の一例を示す。着磁治具は、着磁すべきロータ磁
石３０（本実施の形態では外形2.3 〜2.7mm 、長さ3.2
〜4.0mm のもの）を入れるための中心穴1003を有する非
磁性（本実施の形態ではアルミであるが、樹脂やセラミ
ックでもよい）のリング1000にスリット1004a および10
04b と1005a および1005b が形成されており、これらの
スリットに厚さが0.5mm の４枚の軟磁性（本実施の形態
では珪素鋼板であるが、純鉄や炭素鋼でもよい）の突極
1001a および1001b と、1002a および1002b はそれぞれ
機械角で180 度を成すように配置されている。また、突
極1001a と1002a は電気角でα度（図ではロータ磁極数
Ｈ＝２の場合であり、電気角と機械角が等しく40度であ
る）を成すように配置されている。突極1001b と1002b
の関係も同様である。突極1001aと1002a は電気角でα
度をなすように設定されているが、この設定が着磁した
際の磁極のピークのずれ量（図５（ｂ）におけるε）に
相当することはすでに説明したとおりである。従って、
ロータ磁石３０の磁極のピークのずれ量εは着磁治具の
リングに取付ける突極の成す角α（図６参照）により調
整することが可能である。
【００４４】着磁されるロータ磁石３０は、図６に示す
ように、突極1001a 側（図５（ｂ）の上側の波形に対
応）と1002a 側（図５（ｂ）の下側の波形に対応）の影
響を等しく受けるように、軸方向位置関係を適切に合わ
せてリング1000の中心穴1003内にセットされることが好
ましい。なお、ロータ磁石との磁気的結合関係におい
て、図１に示す第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との間にアンバランス
がある場合（例えば、第１のステータヨーク２の極歯２
５の形状と第２のステータヨーク４の極歯２５の形状が
異なっている）には、むしろ突極1001a 側と1002a 側の
影響を均等に受けないように敢えてアンバランスになる
ように軸方向位置関係をセンタからずらすことも有効で
ある。なお、図６に示した着磁治具はロータ磁石３０磁
束密度のピークが軸方向で2 段階にずれるようにしたも
のであるが、リング1000に軸方向に更なる突極対を付加
する（図示せず）ことにより、３段階以上にもずらすこ
とは可能である。勿論、突極1001a 、1001b の形状を工
夫することにより、ピークが連続的にずれるようにいわ
ゆるスキュー着磁化も可能である。なお、この際、突極
1001a と1002a(突極1001b と1002b の関係についても同
様に）は段階的にずらすようにすることは当然である。
ように、突極1001a 側（図５（ｂ）の上側の波形に対
応）と1002a 側（図５（ｂ）の下側の波形に対応）の影
響を等しく受けるように、軸方向位置関係を適切に合わ
せてリング1000の中心穴1003内にセットされることが好
ましい。なお、ロータ磁石との磁気的結合関係におい
て、図１に示す第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との間にアンバランス
がある場合（例えば、第１のステータヨーク２の極歯２
５の形状と第２のステータヨーク４の極歯２５の形状が
異なっている）には、むしろ突極1001a 側と1002a 側の
影響を均等に受けないように敢えてアンバランスになる
ように軸方向位置関係をセンタからずらすことも有効で
ある。なお、図６に示した着磁治具はロータ磁石３０磁
束密度のピークが軸方向で2 段階にずれるようにしたも
のであるが、リング1000に軸方向に更なる突極対を付加
する（図示せず）ことにより、３段階以上にもずらすこ
とは可能である。勿論、突極1001a 、1001b の形状を工
夫することにより、ピークが連続的にずれるようにいわ
ゆるスキュー着磁化も可能である。なお、この際、突極
1001a と1002a(突極1001b と1002b の関係についても同
様に）は段階的にずらすようにすることは当然である。
【００４５】さらに、図６に示すようにロータ磁石３０
を着磁治具にセットした後、図７に示すようにソレノイ
ドコイル（着磁コイル）４０内に固定してこのソレノイ
ドコイルに着磁電流を流せばロータ磁石３０は図５
（ｂ）のように簡単に着磁できる。なお、ソレノイドコ
イル４０には矢印Ｍの向きに磁界が発生するので、突極
1001a と1002a の向きは磁界の向き（本実施の形態では
鉛直方向）に対して、各々α／２度成すようにセットす
ることが好ましい。なお、ロータ磁石３０の高さ方向の
位置Ｘ1はソレノイドコイルの高さ寸法Ｘに対して、Ｘ1
＝Ｘ／２（センタに位置すること）が好ましく、着磁治
具の高さ寸法Ｘ2はソレノイドコイル４０の高さＸに対
して十分短い（本実施の形態ではＸ2＝Ｘ／３）ことが
望ましい。
を着磁治具にセットした後、図７に示すようにソレノイ
ドコイル（着磁コイル）４０内に固定してこのソレノイ
ドコイルに着磁電流を流せばロータ磁石３０は図５
（ｂ）のように簡単に着磁できる。なお、ソレノイドコ
イル４０には矢印Ｍの向きに磁界が発生するので、突極
1001a と1002a の向きは磁界の向き（本実施の形態では
鉛直方向）に対して、各々α／２度成すようにセットす
ることが好ましい。なお、ロータ磁石３０の高さ方向の
位置Ｘ1はソレノイドコイルの高さ寸法Ｘに対して、Ｘ1
＝Ｘ／２（センタに位置すること）が好ましく、着磁治
具の高さ寸法Ｘ2はソレノイドコイル４０の高さＸに対
して十分短い（本実施の形態ではＸ2＝Ｘ／３）ことが
望ましい。
【００４６】図８は、図５（ａ）に示したロータ１を用
いた別の実施の形態についてＰ点での表面磁束密度分布
を上段に，Ｑ点での表面磁束密度分布を下段に示す。図
８からわかるように、Ｎ、Ｓ各磁極のピーク値は各々30
00ガウス程度で、図５（ｂ）とほぼ同じである。しか
し、Ｎ極側のピーク値の位置はＰ点とＱ点でε1 ＝４０
度ずれているが、Ｓ極側のピーク値の位置はずれていな
い（ε2＝０度）点が図５（ｂ）とは異なる。このよう
に一方の磁極のピーク値のみずらことも可能である。
いた別の実施の形態についてＰ点での表面磁束密度分布
を上段に，Ｑ点での表面磁束密度分布を下段に示す。図
８からわかるように、Ｎ、Ｓ各磁極のピーク値は各々30
00ガウス程度で、図５（ｂ）とほぼ同じである。しか
し、Ｎ極側のピーク値の位置はＰ点とＱ点でε1 ＝４０
度ずれているが、Ｓ極側のピーク値の位置はずれていな
い（ε2＝０度）点が図５（ｂ）とは異なる。このよう
に一方の磁極のピーク値のみずらことも可能である。
【００４７】図８のような磁束密度分布を作るには、例
えば、図９に示すような着磁治具を作って、図７に示す
ように着磁すればよい。図９において、図６と同一の構
成部分には同一の参照番号が付して、その詳細説明は省
略した。図９に示した着磁治具の特徴は、図８の上側の
磁束密度分布を形成する突極1001a と1001b が180 度の
位置関係ではなく、α／２度の角度を成していること
と、下の磁束密度分布を形成する突極1002a と1002b に
ついても同様な位置関係（180 度を成してない）を有す
ること、さらに、突極1001b と1002b が一体で角度差０
度であることである。突極1001a と突極1002a の成す角
度はもちろんα度であり、着磁したとき、この角度分α
だけＮ極のピーク位置がずれる（図８参照）ようにして
ある。
えば、図９に示すような着磁治具を作って、図７に示す
ように着磁すればよい。図９において、図６と同一の構
成部分には同一の参照番号が付して、その詳細説明は省
略した。図９に示した着磁治具の特徴は、図８の上側の
磁束密度分布を形成する突極1001a と1001b が180 度の
位置関係ではなく、α／２度の角度を成していること
と、下の磁束密度分布を形成する突極1002a と1002b に
ついても同様な位置関係（180 度を成してない）を有す
ること、さらに、突極1001b と1002b が一体で角度差０
度であることである。突極1001a と突極1002a の成す角
度はもちろんα度であり、着磁したとき、この角度分α
だけＮ極のピーク位置がずれる（図８参照）ようにして
ある。
【００４８】Ｎ、Ｓの両極について均等にずらす（図５
（ｂ）参照）か、それとも両極についてずらすことはず
らすがそのずらし量を各々変えるのか、あるいは一方の
磁極に対してのみずらす（図８参照）のかは磁気回路の
磁気バランスにより決定することは当然である。
（ｂ）参照）か、それとも両極についてずらすことはず
らすがそのずらし量を各々変えるのか、あるいは一方の
磁極に対してのみずらす（図８参照）のかは磁気回路の
磁気バランスにより決定することは当然である。
【００４９】このような着磁治具／方法を取ることによ
って、たとえ、高性能の極異方性の円筒状磁石を用いた
構成においても、ディテントトルクと励磁トルクのバラ
ンスをとり、その結果として、従来の軸方向に複数個の
磁石を連結し且つ、隣接する磁石の磁極を周方向でずら
した場合や、磁極の片極のピークに溝又はカットを施し
た場合と同様な効果を持たせることができた。
って、たとえ、高性能の極異方性の円筒状磁石を用いた
構成においても、ディテントトルクと励磁トルクのバラ
ンスをとり、その結果として、従来の軸方向に複数個の
磁石を連結し且つ、隣接する磁石の磁極を周方向でずら
した場合や、磁極の片極のピークに溝又はカットを施し
た場合と同様な効果を持たせることができた。
【００５０】最後に、図５（ｂ）で示したロータ磁石の
極数Ｈが２の磁極のピーク位置のずれ量εについて説明
する。
極数Ｈが２の磁極のピーク位置のずれ量εについて説明
する。
【００５１】ロータ磁石の磁極ピーク位置の周方向のず
らし量（電気角換算でε（度））を変えながら、アクチ
ュエータの動作を測定した結果を図１０に示した。図１
０の横軸は磁極ピーク位置のずれ量ε（電気角）であ
り、縦軸は回転動作角度範囲を示したものである。図１
０から、ずらし量εは20〜60( 度）であれば、回転動作
角度範囲が９０度以上あり、Ｈ＝２での理論最大回転動
作範囲（１８０度であり、詳細については図２、３の説
明参照）の半分以上確保できるため、本発明のアクチュ
エータの目的には有効であるといえる。なお、εがあま
り小さい（20度以下）と、ディテントトルクが十分低下
しないために、回転動作範囲が取れない不具合がある。
特に、ε＝０（ずらし量無）ではディテントトルクが著
しく増大して、充分な回転動作しないことはすでに述べ
た通りである。一方、ずれ量εが大き過ぎ（６０度以
上）ても、ディテントトルクが大きくなり、同様に回転
動作範囲がとれない不具合がある。厳密には、使用する
磁石の材質や異方特性にもよるが、焼結Ｎｄの極異方性
を持った磁石においては、特に、上記の傾向が著しかっ
た。
らし量（電気角換算でε（度））を変えながら、アクチ
ュエータの動作を測定した結果を図１０に示した。図１
０の横軸は磁極ピーク位置のずれ量ε（電気角）であ
り、縦軸は回転動作角度範囲を示したものである。図１
０から、ずらし量εは20〜60( 度）であれば、回転動作
角度範囲が９０度以上あり、Ｈ＝２での理論最大回転動
作範囲（１８０度であり、詳細については図２、３の説
明参照）の半分以上確保できるため、本発明のアクチュ
エータの目的には有効であるといえる。なお、εがあま
り小さい（20度以下）と、ディテントトルクが十分低下
しないために、回転動作範囲が取れない不具合がある。
特に、ε＝０（ずらし量無）ではディテントトルクが著
しく増大して、充分な回転動作しないことはすでに述べ
た通りである。一方、ずれ量εが大き過ぎ（６０度以
上）ても、ディテントトルクが大きくなり、同様に回転
動作範囲がとれない不具合がある。厳密には、使用する
磁石の材質や異方特性にもよるが、焼結Ｎｄの極異方性
を持った磁石においては、特に、上記の傾向が著しかっ
た。
【００５２】また、ロータ磁石の磁気的なずらしが、軸
方向で段階的に２箇所以上ある場合においても、各々の
磁石間の磁極ピークのずらし量ε（度）が電気角で20か
ら60（度）を超えない範囲でずらすことが好ましい。
方向で段階的に２箇所以上ある場合においても、各々の
磁石間の磁極ピークのずらし量ε（度）が電気角で20か
ら60（度）を超えない範囲でずらすことが好ましい。
【００５３】上記実施の形態ではロータ磁極数Ｈが２の
場合に限って説明してきたが、本発明はそれに限定され
るわけではない。なお、ロータ磁極数Ｈ（個）の場合の
電気角θe（度）と機械角θm(度）の関係は、θm＝２θ
e／Ｈ（度）であることは周知の事実である。
場合に限って説明してきたが、本発明はそれに限定され
るわけではない。なお、ロータ磁極数Ｈ（個）の場合の
電気角θe（度）と機械角θm(度）の関係は、θm＝２θ
e／Ｈ（度）であることは周知の事実である。
【００５４】
【発明の効果】本発明によれば、安価な単相のクローポ
ール構造を有するアーマチュア構造で、加工が安価な円
筒型ロータ磁石１個を用いて、ロータ磁石を構成するこ
とができるので、簡単に製造できる利点がある。また、
磁気的なずらしが着磁治具で一義的にできるので、精度
よく安定した特性を得ることができる効果がある。
ール構造を有するアーマチュア構造で、加工が安価な円
筒型ロータ磁石１個を用いて、ロータ磁石を構成するこ
とができるので、簡単に製造できる利点がある。また、
磁気的なずらしが着磁治具で一義的にできるので、精度
よく安定した特性を得ることができる効果がある。
【００５５】
【図１】本発明によるアクチュエータの展開斜視図であ
る。
る。
【図２】本発明によるアクチュエータの動作原理を説明
する図であり、（ａ）はユニファイラ巻きでバイポーラ
駆動の例を示し、（ｂ）はバイファイラ巻きでユニポー
ラ駆動の例を示す。
する図であり、（ａ）はユニファイラ巻きでバイポーラ
駆動の例を示し、（ｂ）はバイファイラ巻きでユニポー
ラ駆動の例を示す。
【図３】本発明によるアクチュエータのトルク特性を示
す図である。
す図である。
【図４】本発明によるアクチュエータのトルク特性を示
す図である。
す図である。
【図５】（ａ）は本発明によるアクチュエータの実施の
形態に用いられる円筒状ロータ磁石のロータ構造を示す
斜視図、（ｂ）は同ロータ磁石の着磁パターンを示すグ
ラフである。
形態に用いられる円筒状ロータ磁石のロータ構造を示す
斜視図、（ｂ）は同ロータ磁石の着磁パターンを示すグ
ラフである。
【図６】本発明によるアクチュエータに用いられるロー
タ磁石の着磁パターンを実現する着磁治具の斜視図であ
る。
タ磁石の着磁パターンを実現する着磁治具の斜視図であ
る。
【図７】本発明によるアクチュエータに用いられるロー
タ磁石を着磁させる方法を説明する図である。
タ磁石を着磁させる方法を説明する図である。
【図８】本発明によるアクチュエータに用いられるロー
タ磁石に作られた表面磁束密度分布を示す図である。
タ磁石に作られた表面磁束密度分布を示す図である。
【図９】図８に示す表面磁束密度分布を形成するための
着磁治具の斜視図である。
着磁治具の斜視図である。
【図１０】本発明によるアクチュエータに用いられるロ
ータ磁石の磁極ピーク位置を周方向にずらしたときのア
クチュエータの回転動作と角度範囲の変化を示すグラフ
である。
ータ磁石の磁極ピーク位置を周方向にずらしたときのア
クチュエータの回転動作と角度範囲の変化を示すグラフ
である。
【符号の説明】 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 ワッシャ 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 ロータ磁石 ３１ リング ３２ 中心穴 ３５ 切り欠き ４０ ソレノイドコイル １０００ リング １００１ａ 突極 １００１ｂ 突極 １００２ａ 突極 １００２ｂ 突極 １００３ 中心穴 １００４ａ スリット １００４ｂ スリット １００５ａ スリット １００５ｂ スリット
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年５月２５日（２０００．５．２
５）
５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】また、本発明は、ロータ磁石が軸方向で2
つの磁束分布パターンを有することを特徴とする。
つの磁束分布パターンを有することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】コイルアッシ３は樹脂製ボビン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、本実施の形態ではボビン２９の鍔部には端
子２７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２６は後述する第２のステータ
ヨーク４の切り欠き３５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、本実施の形態ではボビン２９の鍔部には端
子２７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２６は後述する第２のステータ
ヨーク４の切り欠き３５に嵌まり込む構造になってい
る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２８】コイル２８にはＡ端子から電流Ｉ1 を流す
場合とＢ端子から電流Ｉ2を流す場合の２モードがあ
る。先ず電流Ｉ1を流してコイルを励磁すれば、ロータ
磁石３０に近いコイル端ＺはＮ極に励磁される。このた
めロータ磁石３０のＳ極側がコイル２８のＺ端に吸引さ
れ、結果として、ＣＷ方向のトルクが働き、ロータ磁石
のＳ極がコイル２８のＺ端に対向した状態（図２のロー
タ磁石の状態から90度ＣＷ方向に回転した状態）で停止
する。
場合とＢ端子から電流Ｉ2を流す場合の２モードがあ
る。先ず電流Ｉ1を流してコイルを励磁すれば、ロータ
磁石３０に近いコイル端ＺはＮ極に励磁される。このた
めロータ磁石３０のＳ極側がコイル２８のＺ端に吸引さ
れ、結果として、ＣＷ方向のトルクが働き、ロータ磁石
のＳ極がコイル２８のＺ端に対向した状態（図２のロー
タ磁石の状態から90度ＣＷ方向に回転した状態）で停止
する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２９】一方、電流Ｉ2を流してコイルを励磁すれ
ば、逆に、ロータ磁石３０に近いＺ端はＳ極に励磁され
る。このためロータ磁石３０のＮ極がコイル２８のＺ端
に吸引され、その結果としてＣＣＷ方向のトルクが働
き、ロータ磁石３０のＮ極がコイル２８のＺ端に対向し
た状態（図２のロータ磁石の状態から９０度ＣＣＷ方向
に回転した状態）で停止する。このように、ロータ磁石
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。
ば、逆に、ロータ磁石３０に近いＺ端はＳ極に励磁され
る。このためロータ磁石３０のＮ極がコイル２８のＺ端
に吸引され、その結果としてＣＣＷ方向のトルクが働
き、ロータ磁石３０のＮ極がコイル２８のＺ端に対向し
た状態（図２のロータ磁石の状態から９０度ＣＣＷ方向
に回転した状態）で停止する。このように、ロータ磁石
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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５０】最後に、図５（ｂ）で示したロータ磁石の
磁極数Ｈが２の磁極のピーク位置のずれ量εについて説
明する。
磁極数Ｈが２の磁極のピーク位置のずれ量εについて説
明する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５３】上記実施の形態ではロータ磁石の磁極数Ｈ
が２の場合に限って説明してきたが、本発明はそれに限
定されるわけではない。なお、ロータ磁石の磁極数Ｈ
（個）の場合の電気角θe（度）と機械角θm(度）の関
係は、θm＝２θe／Ｈ（度）であることは周知の事実で
ある。
が２の場合に限って説明してきたが、本発明はそれに限
定されるわけではない。なお、ロータ磁石の磁極数Ｈ
（個）の場合の電気角θe（度）と機械角θm(度）の関
係は、θm＝２θe／Ｈ（度）であることは周知の事実で
ある。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
───────────────────────────────────────────────────── 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） 5H622 AA03 CA01 CA07 CA12 CB06 PP03 PP19 QB02 QB03
Claims (7)
- 【請求項１】 コイルを巻回したアーマチュアコイルの
コイル巻回部の内部に微小間隔を介してロータ磁石を回
転自在に配置させた単相構造のアクチュエータにおい
て、前記ロータ磁石を１個の磁石で構成し、該磁石のＮ
極またはＳ極、あるいは両磁極のピーク位置を軸方向に
段階的に異ならせたことを特徴とするアクチュエータ。 - 【請求項２】 軟磁性材から成る１対のほぼ円形ドーナ
ツ状の平板状ヨークと、該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配設された極
歯と、前記ヨークの外周端に前記極歯と同方向へ伸びる
円筒状リングとから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、極歯及び円筒リ
ングで形成される環状凹状のコイル受け部内に設置され
た絶縁線材を巻回して形成したコイルとでアーマチュア
を構成し、ステータ両端面に軸受を設けたフランジを有
するステータアッセンブリに、永久磁石から成る界磁用
磁石を設けたロータを前記ステータヨークの前記極歯と
微小間隔で対向させてなる、ロータ磁極数の単相構造の
クローポール型アクチュエータにおいて、 前記ロータ磁石が１個の円筒形状であり、Ｎ極またはＳ
極、あるいは両磁極のピーク位置を軸方向に段階的に異
ならせたことを特徴とするアクチュエータ。 - 【請求項３】 軸方向で2 つの磁束分布パターンを有す
ることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。 - 【請求項４】 前記ロータ磁石が磁気異方性であること
を特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。 - 【請求項５】 Ｎ極とＳ極の軸方向での段階的に異なる
ピーク位置のずれ量がともに等しいことを特徴とする請
求項４に記載のアクチュエータ。 - 【請求項６】 ロータの磁極ピーク位置のずれ量は電気
角で20〜60度の範囲内であることを特徴とする請求項２
に記載のアクチュエータ。 - 【請求項７】 ロータ磁極数Ｈは２であることを特徴と
する請求項２に記載のアクチュエータ。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP09870599A JP3635209B2 (ja) | 1999-04-06 | 1999-04-06 | アクチュエータ |
| US09/541,825 US6765320B1 (en) | 1999-04-06 | 2000-04-03 | Actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09870599A JP3635209B2 (ja) | 1999-04-06 | 1999-04-06 | アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000295802A true JP2000295802A (ja) | 2000-10-20 |
| JP3635209B2 JP3635209B2 (ja) | 2005-04-06 |
Family
ID=14226933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09870599A Expired - Fee Related JP3635209B2 (ja) | 1999-04-06 | 1999-04-06 | アクチュエータ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6765320B1 (ja) |
| JP (1) | JP3635209B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100885737B1 (ko) * | 2003-09-11 | 2009-02-26 | 니덱 코팔 가부시키가이샤 | 스텝핑 모터 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1945943B (zh) * | 2005-10-09 | 2011-02-09 | 精工电子有限公司 | 步进电机及电子器械 |
| CN108173404B (zh) * | 2018-02-10 | 2023-08-11 | 安徽万至达电机科技有限公司 | 超声振动电机 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2048901C3 (de) * | 1969-10-13 | 1975-04-10 | Girard-Perregaux S.A., La Chaux- De-Fonds, Neuenburg (Schweiz) | Elektrischer Schrittmotor, insbesondere für ein Uhrwerk |
| US4656381A (en) * | 1984-04-25 | 1987-04-07 | Fumito Komatsu | Magnetic pole structure having aternate poles extending from a point of bases, for a rotary electric machine |
| JPH0612948B2 (ja) * | 1984-11-20 | 1994-02-16 | 日本電装株式会社 | 回転駆動装置 |
| US5034642A (en) * | 1990-08-30 | 1991-07-23 | Emerson Electric Co. | Permanent magnet rotor and motor |
| JPH10215557A (ja) * | 1997-01-30 | 1998-08-11 | Canon Inc | モータ |
| JP3548425B2 (ja) * | 1998-04-17 | 2004-07-28 | キヤノン株式会社 | モータ |
| JP3394922B2 (ja) * | 1999-01-29 | 2003-04-07 | ミネベア株式会社 | アクチュエータ |
-
1999
- 1999-04-06 JP JP09870599A patent/JP3635209B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-04-03 US US09/541,825 patent/US6765320B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100885737B1 (ko) * | 2003-09-11 | 2009-02-26 | 니덱 코팔 가부시키가이샤 | 스텝핑 모터 |
| KR100927484B1 (ko) | 2003-09-11 | 2009-11-19 | 니덱 코팔 가부시키가이샤 | 스텝핑 모터 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3635209B2 (ja) | 2005-04-06 |
| US6765320B1 (en) | 2004-07-20 |
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