JP2001037192A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単相のコイルとヨークからなる構成であって
も、一定の角度範囲内で正逆回転移動させることができ
るアクチュエータを提供すること 【解決手段】 基本的な構成はステッピングモータと類
似し、磁極歯部の配置パターンが異なる。つまり、両ヨ
ーク５，６を組み立てた際に円周方向で２個の磁極歯部
５ｂが連続し、続いて相手方の２個の磁極歯部６ｂが連
続する配置とする。さらに、異なるヨークに設けた磁極
歯部同士（５ｂと６ｂ）の間隔がａで、同一ヨークに設
けた磁極歯部同士（５ｂと５ｂ，６ｂと６ｂ）の間隔が
ｂとすると、ａ＜ｂに設定した。すると、無励磁状態で
は図（ａ）の状態が安定し、励磁時は励磁コイルから、
図（ｂ）の状態になるようにトルクが発生するので、そ
のトルクと無励磁時に永久磁石からの磁界と磁極歯部と
の相関で決定されるコギングトルクの合成から所定の角
度位置まで回転して停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータに
関するもので、より具体的には、所定角度範囲で正逆
（往復）回転するアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば赤外線温度センサの場合、センサ
を容器内に密封するとともに、その容器の天面に窓孔
（窓孔は、赤外線透過フィルタなどにより封止されてい
る）を形成しておき、窓孔から容器内に進入してきた赤
外線をセンサで受光し、温度を検出するようになってい
る。そして、その容器の窓孔の外側にシャッターを設
け、シャッターを開いたときのみ赤外線を検出するよう
にしたものがある。

【０００３】係るシャッターを開閉させる機構として
は、平行移動させるものと回転移動させるものがある。
そして、後者のものとしては正逆回転可能なステッピン
グモータを用い、そのステッピングモータの出力軸に直
接或いは適宜歯車等の動力伝達手段を介して接続し、ス
テッピングモータを所定角度正逆回転させることによ
り、シャッターを回転させ、窓孔を開閉するようにして
いる。さらに、使用するステッピングモータとしては、
制御が容易なＰＭ型のものが用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】良く知られているよう
に、ＰＭ型ステッピングモータの場合、ステップ角度ご
とに精度良く回転角度が制御できるので、時計方向或い
は反時計方向に所定ステップ数だけ回転させることによ
り、所定の角度位置にシャッターを位置させることがで
き、これにより、特に位置決め用のストッパー機構など
設けることなく開閉させることができる。

【０００５】しかしながら、ＰＭ型ステッピングモータ
で、正逆回転させるためには、少なくともコイルとヨー
クの一方を２相分用意する必要があり、軸方向に長くな
り、大型でかつ高価なものとなる。さらに、駆動制御も
煩雑となる。

【０００６】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、コイルに対する制御が簡単で、しかも、一相（単
相）のコイルとヨークからなる簡単な構成であっても、
高精度に一定の角度範囲内で正逆回転移動させることが
できるアクチュエータを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明（第１の発明）に係るアクチュエータで
は、回転自在に支持されるシャフトと一体化した円周方
向にＮ極とＳ極が順に着磁された永久磁石を有するロー
タと、前記ロータと同心円状に配置された一対のステー
タヨーク及び励磁コイルとを有し、前記一対のステータ
ヨークには、それぞれ磁極歯部が設けられるとともに、
前記磁極歯部の先端を互いに相手方のステータヨークに
対向するように配置し、その磁極歯部の外側に前記励磁
コイルを配置したアクチュエータを前提とする。そし
て、円周方向で隣接する前記磁極歯部のうち、少なくと
も一箇所が同一のステータヨークに形成された磁極歯部
が並ぶとともに、その並んだ同一のステータヨークの磁
極歯部同士の間の磁気抵抗が、他の隣接する磁極歯部同
士の間の磁気抵抗よりも大きくなるように構成した（請
求項１）。

【０００８】また、別の解決手段としては、上記前提条
件の下で、円周方向で隣接する前記磁極歯部のうち、少
なくとも一箇所が同一のステータヨークに形成された磁
極歯部が並ぶとともに、その並んだ同一のステータヨー
クの磁極歯部同士の間の間隔が、隣接する異なるステー
タヨークの磁極歯部同士の間の間隔よりも広くすること
である（請求項２）。

【０００９】そして、好ましくは上記２つの構成を前提
とし、前記並んだ同一のステータヨークの磁極歯部の長
さを異なるように構成することである（請求項３）。

【００１０】良く知られているように、励磁コイルに駆
動電流を通電すると、同一のステータヨークに形成され
た磁極歯部は同一磁極となる。その結果、永久磁石の磁
極と磁極歯部に発生する磁極が、異極同士が対向するよ
うな方向に回転するようなトルクが発生し、永久磁石
（ロータ）にかかるトルクが０になる角度位置で停止す
る。

【００１１】一方、無励磁の場合には、磁極歯部は、永
久磁石から発生する磁界の通路となるが、この時、同一
ステータヨークに形成した磁極歯部の並んだ部分の磁気
抵抗が大きくなるので、その位置に永久磁石のＮ極とＳ
極の境界が来ると、永久磁石から発生する磁界が受ける
磁気抵抗が小さく、安定する。よって、無励磁と励磁
（駆動電流通電）を制御するだけで、上記した２つの位
置の間を正逆回転して往復移動する。その結果、一相の
コイルとヨークからなる簡単な構成であっても、高精度
に一定の角度範囲内で正逆回転移動させることができ
る。

【００１２】また、上記２つの発明を前提とし、前記並
んだ同一のステータヨークの磁極歯部の長さを異なるよ
うに構成すると、無励磁時のロータ（永久磁石）の停止
位置を簡単に設計変更できるので好ましい。

【００１３】一方、上記した目的を達成するための第２
の発明では、回転自在に支持されるシャフトと一体化し
た円周方向にＮ極とＳ極が順に着磁された永久磁石を有
するロータと、前記ロータと同心円状に配置された一対
のステータヨーク及び励磁コイルとを有し、前記一対の
ステータヨークには、それぞれ磁極歯部が設けられると
ともに、前記磁極歯部の先端を互いに相手方のステータ
ヨークに対向するように配置し、その磁極歯部の外側に
前記励磁コイルを配置したアクチュエータを前提とす
る。そして、前記励磁コイルに通電しないときに、前記
ロータに形成されたＮ極とＳ極の境界線が、前記磁極歯
部の中央に対向する位置で停止するように構成した。

【００１４】また、別の解決手段としては、回転自在に
支持されるシャフトと一体化した円周方向にＮ極とＳ極
が順に着磁された永久磁石を有するロータと、前記ロー
タと同心円状に配置された一対のステータヨーク及び励
磁コイルとを有し、前記一対のステータヨークの一方に
磁極歯部が設けられるとともに、前記磁極歯部の先端を
互いに相手方のステータヨークに対向するように配置
し、その磁極歯部の外側に前記励磁コイルを配置したア
クチュエータを前提とする。そして、前記励磁コイルに
通電しないときに、前記ロータに形成されたＮ極とＳ極
の境界線が、前記磁極歯部の中央に対向する位置で停止
するように構成してもよい。

【００１５】さらにまた、上記した各発明を前提とし、
前記一対のステータヨークと同軸上に、コイルを設けな
い一対の補助ステータヨークを設け、その補助ステータ
ヨークに設けた磁極歯部は、前記ステータヨークに設け
た磁極歯部と同位相にするとよい。

【００１６】この発明によれば、実施の形態でも詳細に
説明した通り、無励磁の場合には、ロータのＮ極とＳ極
の境界線が、磁極歯部の中央に対向する位置で停止す
る。そして、通電すると、磁極歯部がＳ極或いはＮ極に
なり、永久磁石の磁極が引き寄せられて回転し、所定角
度で停止する。よって、第１の発明と同様に、ロータは
所定角度範囲で正逆回転させることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１，図２は、第１の発明に係る
アクチュエータの第１の実施の形態を示している。同図
に示すように、シャフト１の周囲に筒状の永久磁石３が
固着一体化されてロータ４が形成されている。この永久
磁石３の外周囲は、円周方向に分割着磁されている。そ
して本形態では、２分割されており、半円部分の一方が
Ｓ極で、他方の半円部分がＮ極となっている（図３参
照）。

【００１８】このロータ４の周囲には、カップヨーク５
と、そのカップヨーク５の開口部に嵌合されるステータ
ヨーク６が同心円状に配置される。そして、それらカッ
プヨーク５とステータヨーク６は、平板のリング状のフ
ランジ部５ａ，６ａの内周囲を、所定方向に９０度折り
曲げることにより、磁極歯部５ｂ，６ｂを形成してい
る。そして、これら磁極歯部５ｂ，６ｂの先端側を相手
方のヨークに向かい合わせるように配置する。

【００１９】さらに、カップヨーク５は、フランジ部５
ａの外周囲も立ち上げており、その立ち上がった外周囲
は、円筒状の外壁５ｃとなっている。そしてこの外壁５
ｃの高さは、永久磁石３の軸方向の長さよりも若干長く
設定している。

【００２０】つまり、カップヨーク５は、図示のごとく
リング状のフランジ部５ａの内周縁に設けた磁極歯部５
ｂがステータヨーク部を構成し、外壁５ｃがフレームヨ
ーク部を構成することになる。このように、本例では、
ステータヨーク部とフレームヨーク部とが同一部品（カ
ップヨーク５）で形成されているが、もちろんフレーム
ヨークを別途形成しても良い。

【００２１】これら両ヨーク５，６により形成される磁
極歯部５ｂ，６ｂの外側空間内に励磁コイル７を装着す
る。これにより、励磁コイル７は、フランジ部５ａ，６
ａ間に介在することになる。

【００２２】さらに、上記ロータ４，ステータヨーク６
並びに励磁コイル７をカップヨーク５内に挿入配置した
状態で、カップヨーク５の開放側をキャップ８で被覆す
る。また、カップヨーク５の底面の外側には、アクチュ
エータを他の装置の所定位置に固定するための取付板
（フランジ）９が固定されている。そして、キャップ８
と取付板９の中央には、貫通孔８ａ，９ａが形成される
とともに、その貫通孔８ａ，９ａ内に軸受け１０が装着
されている。

【００２３】上記したロータ４のシャフト１の両端は、
それら両軸受け１０に軸受け支持され、回転可能となっ
ている。そして、取付板９側のシャフト１の一端１ａ
は、取付板９よりも大きく突出し、出力軸として機能す
る。

【００２４】このように、上記した基本構成は、一般の
ステッピングモータと同様である。ここで本発明に係る
アクチュエータでは、カップヨーク５，ステータヨーク
６に設けた磁極歯部５ｂ，６ｂの形成位置をステッピン
グモータと異ならせている。すなわち、この例では磁極
歯部５ｂ，６ｂはそれぞれ２個ずつ設けるが、両ヨーク
５，６を対向配置して組み立てた際に、円周方向で見た
場合に、２個の磁極歯部５ｂが連続し、続いて２個の磁
極歯部６ｂが連続して配置されるようになっている。換
言すると、カップヨーク５の２個の磁極歯部５ｂは、半
円内に配置し、残りの半円側には磁極歯部を設けないよ
うにし、同様に、ステータヨーク６の２個の磁極歯部６
ｂも、半円内に配置し、残りの半円側には磁極歯部を設
けないようにする。

【００２５】さらに、図３に示すように、異なるヨーク
に設けた磁極歯部同士（５ｂと６ｂ）の間隔をａとし、
同一ヨークに設けた磁極歯部同士（５ｂと５ｂ並びに６
ｂと６ｂ）の間隔をｂとした場合、ａ＜ｂの関係になる
ようにしている。

【００２６】係る構成にすると、励磁コイル７に通電し
ていない場合（電流Ｉ＝０）には、永久磁石３の磁極
（Ｎ，Ｓ）間に発生する磁界は、各磁極歯部５ｂ，６ｂ
内を通過することになるが、このとき磁気的に最も安定
な位置になろうとする。つまり、異なるヨークの磁極歯
部同士（５ｂと６ｂ）の間の磁気抵抗と、同一のヨーク
の磁極歯部同士（５ｂと５ｂ，６ｂと６ｂ）の間の磁気
抵抗では、距離の短い間隔ａの方が小さいので、図３
（ａ）に示すように、ロータ４は、永久磁石３のＮ極と
Ｓ極の境界が、異なるヨークの磁極歯部同士（５ｂと６
ｂ）の間になるような位置関係（コギングトルク＝０の
位置）で安定する。

【００２７】一方、励磁コイル７に電流（Ｉ＝ｉ）を通
電すると、電磁石となり同一のヨークに設けた磁極歯部
が同一の磁極となる。よって、同図（ｂ）に示すような
方向に電流Ｉ＝ｉを通電した場合、カップヨーク５の磁
極歯部５ｂがＮ極となり、ステータヨーク６の磁極歯部
６ｂがＳ極となる。

【００２８】その結果、磁極歯部５ｂ，６ｂの磁極と永
久磁石３の磁極は、同図（ｂ）に示すような異極同士が
対向する位置までロータ４が回転するようなトルクが、
電流Ｉを通電することにより発生する。

【００２９】そして、無励磁（Ｉ＝０）の時の安定位置
（図３（ａ）の位置）の角度を０度とし、無励磁時と駆
動電流Ｉ＝ｉの時のそれぞれに対するロータ４の角度位
置と発生するトルクの関係は、図４のようになる。ここ
で、Ｔ_０は、無励磁のトルクであり、Ｔ_ｉは駆動電流Ｉ
＝ｉの時のトルク、−Ｔ_ｉは駆動電流Ｉ＝−ｉの時のト
ルクである。

【００３０】よって、駆動電流を実際に通電した場合に
ロータ４にかかるトルクは、永久磁石の磁界と磁極歯部
の相関、つまり無励磁のときに発生するコギングトルク
Ｔ_０と、通電により発生するトルクＴ_ｉの合成トルクと
なるので、図４中Ｔ_０＋Ｔ_ｉ或いはＴ_０＋（−Ｔ_ｉ）と
なる。そして、永久磁石３のＮ極とＳ極の境界が、上記
の合成トルクが０となる角度θ或いは（−θ）で停止す
る。つまり、駆動電流Ｉ＝ｉのときは、図５（ａ）の状
態になるまでロータ４が回転して停止し、駆動電流Ｉ＝
−ｉのときは、図５（ｂ）の状態になるまでロータ４が
回転して停止する。

【００３１】もちろん、図５の状態から通電を停止する
と、逆方向に回転して図３（ａ）の状態に戻る。従っ
て、駆動電流Ｉ＝ｉのＯＮ／ＯＦＦにより、例えば図３
（ａ）の角度位置と、図５（ａ）の位置の角度範囲内で
正逆回転することができる。よって、例えばシャフト１
の一端１ａにシャッターを取り付け、無励磁のときにシ
ャッターが赤外線センサの窓孔を覆う位置に来るととも
に、駆動電流を通電した場合にシャッターが窓孔を覆わ
ないような位置に来るように調整することにより、一相
分のコイルとロータによって開閉シャッターの駆動装置
として使用できる。

【００３２】さらに、駆動電流の通電の制御を工夫する
ことにより、ロータ４（シャフト１）の回転動作を制御
できる。一例を示すと、図６（ａ）のような通電をする
と、上記のように図３（ａ）と図５（ａ）の２位置を交
互にとることになる。

【００３３】そして、図６（ｂ）のように駆動電流Ｉを
ｉと−ｉを交互に切り変えるようにすると、図５（ａ）
の状態（Ｉ＝ｉ）と、図５（ｂ）の状態（Ｉ＝−ｉ）の
２位置を交互にとるようになる。つまり、回転する角度
範囲が図６（ａ）のものに比べて２倍になる。

【００３４】また、図６（ｃ）のようにすると、駆動電
流Ｉ＝ｉとＩ＝−ｉの途中に無励磁状態が発生するの
で、図３（ａ）→図５（ａ）→図３（ａ）→図５（ｂ）
→図３（ａ）…というように３つの角度位置を適宜の順
番でとるようになる。

【００３５】さらに、図６（ｄ）のようにすると、励磁
電流Ｉの大きさが徐々に変化するので、その励磁電流に
より発生するトルクＴｉも変化する。よって、コギング
トルクとの合成トルクも変化するので、駆動電流の通電
時の停止角度位置θが駆動電流の変化に追従して変化す
る。つまり、駆動電流Ｉの振幅がｉとすると、図５
（ａ）と図５（ｂ）の角度範囲を往復回転移動するよう
になる。

【００３６】また、励磁電流ｉの大きさを変えたり、
ａ，ｂの寸法を調整することにより、各トルクが変わる
ので、必要な回転角度になるように各値を適宜に設定す
る必要がある。

【００３７】さらにまた、本実施の形態における磁極歯
部５ｂ，６ｂのとらえ方であるが、上記したようにそれ
ぞれ２個の磁極歯部が存在するとしても良いし、同一ヨ
ーク状で連続する磁極歯部５ｂと５ｂ，６ｂと６ｂをそ
れぞれ１つの磁極ととらえ、その磁極にスリットを設け
ることにより複数（この例では２つ）の磁極歯部に分割
されたととらえても良い。

【００３８】そして、このようにスリットを設けること
により、その部分での磁気抵抗が高くなるため、コギン
グトルク＝０の位置が磁極内のスリットの位置となり、
また通電によりそのスリットの両側の磁極歯部は同一極
となり本来の１つの磁極に近い作用を発揮し、永久磁石
の極を吸引することにより、上記した回転往復動作が可
能となる。

【００３９】図７は、本発明の第２の実施の形態を示し
ている。本実施の形態では、上記した第１の実施の形態
と相違してロータ４の永久磁石３に設ける極数を２倍に
している。つまり、Ｎ極とＳ極を２つずつ設け、交互に
配置している。これに対応して、磁極歯部５ｂ，６ｂも
４つずつ設け、その配置は、２つの磁極歯部５ｂ（６
ｂ）を所定間隔ｂをおいて配置し、それと径方向反対側
に２つの磁極歯部５ｂをやはり間隔ｂをおいて配置する
ようにしている。

【００４０】そして、隣接する異なるヨークに形成され
た磁極歯部５ｂと６個の間隔をａとした場合、ａ＜ｂに
なるように設定している。なお、その他の構成は、上記
した第１の実施の形態と同様であるので具体的な図示を
省略する。

【００４１】このように構成することにより、無励磁状
態では同一ヨークに設けた磁極歯部（５ｂと５ｂ，６ｂ
と６ｂ）の間の磁気抵抗が大きいため、同図（ａ）に示
すように係る間（間隔ｂとなる部分）に永久磁石３の各
磁極の境界が存在する位置で停止する。

【００４２】そして、駆動電流Ｉを通電することによ
り、その通電に伴なうトルクと、コギングトルクとの合
成トルクが０になるような角度位置までロータ４が回転
し、停止する（同図（ｂ）参照）。この停止するまでの
回転角θは、ａ，ｂの寸法や駆動電流により制御できる
のは、第１の実施の形態と同様である。このように、永
久磁石に複数の磁極を有するタイプでも本発明は有効に
機能する。

【００４３】また、本形態の場合、１つの磁極の途中に
スリットを形成したというようにとらえた場合、連続す
る磁極歯部同士が１つの磁極を構成することになり、永
久磁石の磁極対（２対）にあわせて、同一ヨークには径
方向に対向する位置に２つの磁極が設けられ、各自極が
幅ｂのスリットにより２つの磁極歯部に分割されている
とみることもできる。

【００４４】図８は、本発明の第３の実施の形態を示し
ている。本実施の形態は、第１の実施の形態を基本と
し、永久磁石３には一対の磁極（Ｓ極，Ｎ極が１つず
つ）を設けたタイプのものに適用した例を示している。

【００４５】同図に示すように、本形態では、一方のヨ
ーク（この例ではカップヨーク５）に設ける磁極歯部５
ｂは、第１の実施の形態と同様に間隔ｂをおいて２個設
置したが、ステータヨーク６側の磁極歯部６ｂは、半円
弧状に１個形成している。この場合に、連続する磁極歯
部５ｂ，５ｂ（磁極歯部６ｂは１個であるので対象外）
の間隔ｂを、異なるヨークに設けた磁極歯部５ｂ，６ｂ
の間隔ａよりも大きく設定した。

【００４６】係る構成としても、磁極歯部５ｂ，６ｂの
円周方向で見た場合、間隔ｂの部分の磁気抵抗が最も大
きいので、無励磁状態では図８に示すようにその間隔ｂ
の位置に永久磁石３のＮ極，Ｓ極の境界が来る位置で安
定する。

【００４７】そして、具体的な図示は省略するが、励磁
コイル７に駆動電流を通電した場合には、磁極歯部５
ｂ，５ｂは同一の磁極となり、磁極歯部６ｂは異なる磁
極となるので、上記した各実施の形態と同様の動作原理
によりロータ４が所定角度回転し、コギングトルクと駆
動電流により発生するトルクの合成トルクが０になる角
度で停止する。

【００４８】このように、本発明では各ヨークに形成す
る磁極歯部は必ずしも対称形にする必要はなく、要は、
無励磁状態におけるコギングトルクが０になる位置と、
励磁時に発生するトルクとコギングトルクの合成トルク
が０になる角度位置が異なるようになっていれば良い。
なお、その他の構成並びに作用効果は上記した各実施の
形態と同様であるので具体的な図示及び詳細な説明を省
略する。

【００４９】また、本形態の構造を上記した磁極歯とス
リットの関係でとらえると、磁極歯部５ｂ側は、１つの
磁極歯の中央に幅ｂのスリットを設けて２つの磁極歯部
を設け、磁極歯部６ｂ側はスリットを設けることなく磁
極歯＝磁極歯部としている。つまり、スリットは少なく
とも１つの磁極歯に設ければ良いといえる。

【００５０】図９は、本発明の第４の実施の形態を示し
ている。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様
に、各ヨーク５，６に形成する磁極歯部はそれぞれ２個
ずつ設けているが、各磁極歯部の寸法形状を異ならせて
いる。

【００５１】つまり、第１の実施の形態では、各磁極歯
部は同一寸法としたが、本形態では、小さい磁極歯部５
ｂ′，６ｂ′と、大きい磁極歯部５ｂ″，６ｂ″を設け
ている。そして、同一ヨークに設けた磁極歯部（５ｂ′
と５ｂ″，６ｂ′と６ｂ″）の間隔ｂの位置は、径方向
反対側に設けられている。さらに、異なるワークに設け
た磁極歯部（５ｂ′と６ｂ″，６ｂ′と５ｂ″）間の間
隔をａとすると、ａ＜ｂになるように設定している。

【００５２】係る構成にすると、磁極歯部５ｂ′５
ｂ″，６ｂ′，６ｂ″の円周方向で見た場合、間隔ｂの
部分の磁気抵抗が最も大きいので、無励磁状態では図９
に示すようにその間隔ｂの位置に永久磁石３のＮ極，Ｓ
極の境界が来る位置で安定する。つまり、この磁極歯部
の寸法比を適宜に設定することにより、無励磁時のロー
タ４の停止位置θ′を任意に変更できる。

【００５３】また、具体的な図示は省略するが、励磁コ
イル７に駆動電流を通電した場合には、同一のヨークに
設けた磁極歯部は同一の磁極となるので、上記した各実
施の形態と同様の動作原理によりロータ４が所定角度回
転し、コギングトルクと駆動電流により発生するトルク
の合成トルクが０になる角度で停止する。よって、励磁
電流のＯＮ／ＯＦＦにより、所定角度範囲で正逆回転さ
せることができる。なお、その他の構成並びに作用効果
は上記した各実施の形態と同様であるので具体的な図示
及び詳細な説明を省略する。

【００５４】また、本形態の構造を上記した磁極歯とス
リットの関係でとらえると、今までの各実施の形態で
は、磁極歯に設けるスリットの位置は、各磁極歯の中央
であったが、本形態では、中央からずらした位置にスリ
ットを設けたといえる。

【００５５】図１０は、本発明の第５の実施の形態を示
している。本実施の形態では、永久磁石３の磁極は一対
のＳ極とＮ極である点では第１の実施の形態等と共通す
るが、磁極歯部の配置パターンを異ならせている。すな
わち、第１〜第４磁極歯部５ｂ_−１〜５ｂ_−４，６ｂ
_−１〜６ｂ_−４を適宜の位置に配置している。具体的に
は、第１，第２磁極歯部５ｂ_−１，５ｂ_−２，６
ｂ_−１，６ｂ_−２は、所定の間隔ｂをおいて連続するよ
うに配置し、その両側にそれぞれ間隔ａ（ａ＜ｂ）をお
いて相手方のヨークの第３，第４磁極歯部５ｂ_−３，５
ｂ_−４，６ｂ_−３，６ｂ _−４を配置している。

【００５６】このようにすると、上記した各実施の形態
と同様に、無励磁状態では図１０に示すように第１，第
２磁極歯部５ｂ_−１，５ｂ_−２，６ｂ_−１，６ｂ_−２の
間の位置に永久磁石３のＮ極，Ｓ極の境界が来る位置で
安定する。

【００５７】また、具体的な図示は省略するが、励磁コ
イルに駆動電流を通電した場合には、同一のヨークに設
けた磁極歯部は同一の磁極となるので、上記した各実施
の形態と同様の動作原理によりロータ４が所定角度回転
し、コギングトルクと駆動電流により発生するトルクの
合成トルクが０になる角度で停止する。よって、励磁電
流のＯＮ／ＯＦＦにより、所定角度範囲で正逆回転させ
ることができる。なお、その他の構成並びに作用効果は
上記した各実施の形態と同様であるので具体的な図示及
び詳細な説明を省略する。

【００５８】なお、両ヨーク５，６の第３磁極歯部５ｂ
_−３，６ｂ_−３同士並びに第４磁極歯部５ｂ_−４，６ｂ
_−４は、駆動電流通電時には各磁極歯部で発生する磁界
は相殺され、第１，第２磁極歯部５ｂ_−１，５ｂ_−２，
６ｂ_−１，６ｂ_−２で発生する磁界に基づくトルクとコ
ギングトルクの合成トルクによりロータ４の回転角度が
決定される。

【００５９】なおまた、本形態の構造を上記した磁極歯
とスリットの関係でとらえると、同一ヨークに形成され
た第１〜第４磁極歯部５ｂ_−１〜５ｂ_−４，６ｂ_−１〜
６ｂ _−４がそれぞれ１つの磁極歯を構成し、３つのスリ
ットにより４つの磁極歯部に分離されたものとみなせ
る。

【００６０】図１１は、本発明の第６の実施の形態を示
している。本実施の形態では、第１の実施の形態の変形
例でもあり、まず、実線で示した形態では同一ヨークに
形成した２つの磁極歯部５ｂと５ｂ，６ｂと６ｂの間隔
ｂを大きくとったものである。つまり、この実線の状態
では実質的に第１の実施の形態と等価である。そして、
係る状態から図中破線で示すように一対の磁極歯部５ｂ
と５ｂ，６ｂと６ｂの間に、それぞれ磁極歯部５ｂ，６
ｂを設け、計３つの磁極歯部を設けても、やはり同様の
動作を発揮することができる。なお、図示の例では破線
の磁極歯部５ｂ，６ｂの有無に関係なく無励磁時のロー
タ４の停止位置は、図示した状態となる。

【００６１】上記した各実施の形態では、それぞれ基本
構成を説明したが、各実施の形態を適宜組み合わせた
り、さらには永久磁石３の磁極数を増やすとともに、そ
れに応じて磁極歯（磁極歯部）の数を増やすようにして
ももちろん良い。

【００６２】図１２は、第２の発明の実施の形態を示し
ている。同図に示すように、本実施の形態でも、シャフ
ト１１の周囲に筒状の永久磁石１３が固着一体化されて
ロータ１４が形成されている。この永久磁石１３の外周
囲は、円周方向に分割着磁されている。そして本形態で
は、４分割されており、Ｎ極とＳ極が交互に配置されて
いる（図１３等参照）。

【００６３】このロータ１４の周囲には、カップヨーク
１５と、そのカップヨーク１５の開口部に嵌合されるス
テータヨーク１６が同心円状に配置される。そして、そ
れらステータヨーク１６とカップヨーク１５は、平板の
リング状のフランジ部１５ａ，１６ａの内周囲を、所定
方向に９０度折り曲げることにより、磁極歯部１５ｂ，
１６ｂを形成している。

【００６４】そして、これら磁極歯部１５ｂ，１６ｂの
先端側を相手方のヨークに向かい合わせるように配置す
る。磁極歯部１５ｂ，１６ｂは、それぞれ１８０度間隔
に２個ずつ設け、カップヨーク１５とステータヨーク１
６を嵌合させた場合に、磁極歯部１５ｂと磁極歯部１６
ｂが円周方向に交互に９０度間隔で配置されるように設
定している。

【００６５】さらに、カップヨーク１５は、フランジ部
１５ａの外周囲も立ち上げており、その立ち上がった外
周囲は、円筒状の外壁１５ｃとなっている。そしてこの
外壁１５ｃの高さは、永久磁石１３の軸方向の長さより
も若干長く設定している。

【００６６】つまり、カップヨーク１５は、図示のごと
くリング状のフランジ部１５ａの内周縁に設けた磁極歯
部１５ｂがステータヨーク部を構成し、外壁１５ｃがフ
レームヨーク部を構成することになる。このように、本
例では、ステータヨーク部とフレームヨーク部とが同一
部品（カップヨーク１５）で形成されているが、もちろ
んフレームヨークを別途形成しても良い。

【００６７】これら両ヨーク１５，１６により形成され
る磁極歯部１５ｂ，１６ｂの外側空間内に励磁コイル１
７を装着する。これにより、励磁コイル１７は、フラン
ジ部１５ａ，１６ａ間に介在することになる。

【００６８】さらに、上記ロータ１４，ステータヨーク
１６並びに励磁コイル１７をカップヨーク１５内に挿入
配置した状態で、カップヨーク１５の開放側をキャップ
１８で被覆する。また、カップヨーク１５の底面の外側
には、アクチュエータを他の装置の所定位置に固定する
ための取付板（フランジ）１９が固定されている。キャ
ップ１８と取付板１９の中央には、貫通孔１８ａ，１９
ａが形成されるとともに、その貫通孔１８ａ，１９ａ内
に軸受け２０が装着されている。

【００６９】上記したロータ１４のシャフト１１の両端
は、それら両軸受け２０に軸受け支持され、回転可能と
なっている。そして、取付板１９側のシャフト１１の一
端１１ａは、取付板１９よりも大きく突出し、出力軸と
して機能する。

【００７０】このように、上記した基本構成は、一般の
ステッピングモータと同様である。ここで本発明に係る
アクチュエータでは、カップヨーク１５，ステータヨー
ク１６に設けた磁極歯部１５ｂ，１６ｂの寸法形状を、
通常のステッピングモータと異ならせることにより、無
励磁におけるロータ１４の停止位置と異ならせている。

【００７１】つまり、停止位置は、励磁コイル１７に通
電しないときに、ロータ１４に形成されたＮ極とＳ極の
境界線が、磁極歯部１５ｂ，１６ｂの中央に対向する位
置で停止するようにした（図１３参照）。また、磁極歯
部の形状は、通常のステッピングモータの磁極歯部に比
べ、高さを低く、幅を広く設定した（図１３参照）。な
お、図１３（ｂ）では、ステータヨーク１５，カップヨ
ーク１６並びにぞれらに設けられる磁極歯部１５ｂ，１
６ｂは、便宜上平坦面で表記したが、各図（ａ）からも
明らかなように、実際には湾曲している。

【００７２】次に、動作原理を説明する。図１４（ａ）
に示すように多極着磁された円筒状磁石（ロータ１４）
の表面磁束密度は、円周方向に沿って同図（ｂ）に示す
ようになり、各磁極の中央が最大となり、隣接する磁極
の境界線付近は小さくなる。このロータの各磁極から発
生する磁界の磁路は、以下の２種類がある。

【００７３】まず、ロータ１４の各磁極から発生する磁
界の磁路は、図１５に示すように、Ｎ極から出た磁束
は、対向する一方のヨークの磁極歯部から、一方のヨー
ク（１５または１６）のフランジ部→ヨークの外側（カ
ップヨーク１５の外壁１５ｃ）→他方のヨーク（１６ま
たは１５）のフランジ部→他方のヨークの磁極歯部を経
由して隣接するＳ極に至る磁路がある。また、別の磁
路は、図１３に示すように、ロータ１４のＮ極から出た
磁束が、１つの磁極歯部内を通過して隣接するＳ極に至
る磁路である。

【００７４】磁路の磁束は、ヨークの磁極歯部の正面
にロータ１４の磁極が対向したときに磁束が最大とな
る。また、磁路の磁束は、ロータ１４に設けられた磁
極の境界線が、１枚の磁極歯部の中央に対向したときが
磁束が最大となる。そして、それぞれその最大位置より
もロータが回転した場合には、磁束が減少する。

【００７５】磁路，磁路のコギングトルクを、それ
ぞれＴ，Ｔとすると、全体のコギングトルクは各成
分のコギングトルク成分を合成したものとなる。そし
て、コギングトルクが０となる位置が、ロータ１４の停
止点となる。

【００７６】具体的には、Ｔの方が大きい場合には、
ロータの回転角度（電気角）に対するＴ，Ｔ並びに
コギングトルクは、図１６（ａ）に示すようになり、Ｔ
の方が大きい場合には、電気角θに対するＴ，Ｔ
並びにコギングトルクは、図１６（ｂ）に示すようにな
る。各図から明らかなように、ＴとＴの大小関係に
より、停止位置が異なる。

【００７７】通常のＰＭ型のステッピングモータの場
合、１枚の磁極歯部の平均幅は、ロータの磁極ピッチよ
りも狭く（Ｔが小さくなる）、磁極の高さは比較的大
きい（Ｔが大きくなる）。すると、磁路のコギング
トルクＴの方が大きくなり、図１６（ａ）に示す特性
となるので、無励磁状態で図１５に示す位置でロータが
停止する。

【００７８】これに対し、本形態のアクチュエータで
は、図１７（ａ）に示すように、各磁極歯部１５ｂ，１
６ｂの幅Ｗは、ロータの磁極ピッチＰよりも広くしてい
るので、ロータ表面の磁束密度が最大となる各磁極の中
央付近まで磁極歯部１５ｂ，１６ｂが位置するので（同
図（ｂ）参照）、磁路のコギングトルクＴは大きく
なる。そして、磁極歯部１５ｂ，１６ｂの高さを低くし
たため、ロータ１４の磁極との対向面積が小さく、磁束
が小さくなるので、Ｔも小さくなる。従って、磁路
のコギングトルクＴの方が大きくなり、図１６（ｂ）
に示す特性となるので、無励磁状態で図１３に示す位置
でロータ１４が停止する。

【００７９】さらに、図１３に示すような無励磁（駆動
電流Ｉ＝０）の状態から、励磁コイル１７に電流（Ｉ＝
ｉ）を通電すると、電磁石となり同一のヨークに設けた
磁極歯部が同一の磁極となる。よって、図１８（ａ）に
示すような方向に電流Ｉ＝ｉを通電した場合、カップヨ
ーク１５の磁極歯部１５ｂがＮ極となり、ステータヨー
ク１６の磁極歯部１６ｂがＳ極となる。

【００８０】その結果、磁極歯部１５ｂ，１６ｂの磁極
と永久磁石３の磁極は、図１８（ａ）に示すような異極
同士が対向する位置までロータ１４が回転させるような
トルクが発生する。

【００８１】そして、電流により発生するトルクとコギ
ングトルクが合成された合成トルクがロータにかかる。
ロータが所定角度回転し、合成トルクが０となる位置で
停止する。つまり、無励磁（Ｉ＝０）の時の安定位置
（図１３（ｂ）の位置）の角度を０度とした場合、合成
トルクが０となる角度θで停止する。同様に、駆動電流
Ｉ＝−ｉのときは、図１８（ｂ）に示すように、角度
（―θ）だけロータ１４が回転して停止する。

【００８２】従って、駆動電流のＯＮ／ＯＦＦや、駆動
電流を「ｉ」と「−ｉ」を交互に切り替えることなどに
よって、ロータ１４ひいてはシャフト１１を所定角度範
囲内で正逆回転させることができる。よって、このシャ
フト１１の先端にシャッターを取り付けることにより、
赤外線センサ用の開閉シャッターの駆動源として使用で
きる。なお、駆動方法その他の利用態様は、上記した図
１〜図１１に示す第１の発明の各実施の形態並びに変形
例と同様のものが適用できるので、その詳細な説明を省
略する。

【００８３】なお、上記した実施の形態では、ロータ１
４の永久磁石１３の外周囲は、円周方向に４分割した
が、本発明はこれに限ることは無く、分割数は任意（偶
数）であり、例えば図１９に示すように６分割とした
り、それ以上でもよいし、２分割でも良い。

【００８４】図２０は、第２の発明の第２の実施の形態
の要部を示している。上記した第１の実施の形態並びに
その変形例では、いずれも、一対のヨーク１５，１６の
両方の内周縁を折り曲げて磁極歯部１５ｂ，１６ｂを形
成したが、本発明では、一方のヨーク（図では、カップ
ヨーク１５）側の磁極歯部を無くし、他方のヨーク（図
では、ステータヨーク１６）のみ磁極歯部１６ｂを設け
ている。もちろん、磁極歯部をカップヨーク側にのみ設
けても良い。特に、ステータヨーク側に磁極歯部を設け
ないようにすると、磁極歯部のための折り曲げ加工が不
要となるので、製造が容易となる。

【００８５】このようにすると、無励磁時には、磁極歯
部１６ｂの中央位置に、ロータ１４の磁極の境界線が位
置する状態で停止する。このとき、磁極歯部の内カップ
ヨーク１５側でも、Ｎ極から出た磁束がそのヨーク内を
通過し隣接するＳ極に至る磁路の一部を構成する。そし
て、通電した場合には、その電流の向きにより、磁極歯
部１６ｂがＳ極／Ｎ極になるので、それに応じてロータ
１４の永久磁石１３の所定の磁極が引き寄せられ、所定
角度で停止する。なお、その他の構成並びに作用効果は
上記した第１の実施の形態並びに変形例と同様であるの
で、その詳細な説明を省略する。

【００８６】また、本実施の形態のように、一方に磁極
歯部を設けるタイプにおいても、永久磁石１３の磁極数
は任意であり、図２１に示すように、６分割（磁極は３
対）その他任意の磁極数に分割できる。

【００８７】図２２は、第２の発明の第３の実施の形態
の要部を示している。上記した第１の実施の形態並びに
その変形例では、いずれも、カップヨーク１５とステー
タヨーク１６は一対（単相）で形成（これに伴ないコイ
ルも単相）したが、本形態では、ヨークを２相とし、２
相のうちの一方のみにコイル装着（コイルは単相）した
構成をとる。

【００８８】つまり、一対のヨークを備えたＡ相にはコ
イルを装着し、他の一対のヨークを備えたＢ相にはコイ
ルを装着しない。そして、第１の実施の形態と同様に、
Ａ相を構成する各ヨークには、幅が広く高さの低い磁極
Ｃ１，Ｃ２を交互に配置する。そして、磁極Ｃ１，Ｃ２
の位置は、無励磁において、ロータの永久磁石の磁極の
境界線が各磁極Ｃ１，Ｃ２の中央に対向する位置で停止
するように設定している。

【００８９】そして、通常のステッピングモータでは、
Ｂ相に設ける磁極Ｃ３，Ｃ４は、Ａ相の磁極Ｃ１，Ｃ２
と位相をずらすが、本形態では、同位相にしている。つ
まり、同図（ａ）に示すように、軸方向で、磁極Ｃ１，
Ｃ４が同一位置、磁極Ｃ２，Ｃ３が同一位置になるよう
にしている。また同図（ｂ）に示すように、軸方向で、
磁極Ｃ１，Ｃ３が同一位置、磁極Ｃ２，Ｃ４が同一位置
になるようにしてもよい。係る構成にすると、コイルの
無いＢ相の磁極Ｃ３，Ｃ４も無励磁のときにロータを所
定位置で停止させるために寄与する。なお、その他の構
成並びに作用効果は上記した第１の実施の形態並びに変
形例と同様であるので、その詳細な説明を省略する。ま
た、ヨークを２相にする構成は、磁極の位置（位相）が
異なるものの、基本的にはステッピングモータと同様で
ある。

【００９０】また、このように、ヨークを２相に構成し
た場合においても、第２の実施の形態と同様に、一方の
ヨークに磁極を設けないようにしても良い。一例を示す
と、図２３（ａ），（ｂ）は、それぞれ図２２（ａ），
（ｂ）に示すタイプから磁極歯部Ｃ３を省略した構成で
ある。また、図２４（ａ），（ｂ）は、それぞれ図２２
（ａ），（ｂ）に示すタイプから磁極歯部Ｃ４を省略し
た構成である。さらにまた、図示省略するが、コイルを
設けたＡ相の一方の磁極を省略するようにしてももちろ
ん良い。

【００９１】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るアクチュエ
ータでは、円周方向で隣接する前記磁極歯部のうち、少
なくとも一箇所が同一のステータヨークに形成された磁
極歯部が並ぶとともに、その並んだ同一のステータヨー
クの磁極歯部同士の間隔を適宜に設定したり、励磁コイ
ルに通電しないときに、ロータに形成されたＮ極とＳ極
の境界線が、磁極歯部の中央に対向する位置で停止する
ように構成したため、コイルに対する制御は、駆動電流
の通電の有無という簡単なものであり（もちろんそれ以
外の制御をしても構わないが）、しかも、一相（単相）
のコイルとヨークからなる簡単な構成であって、高精度
に一定の角度範囲内で正逆回転移動させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明に係るアクチュエータの第１の実施
の形態を示す分解図である。

【図２】その組み立てた状態を示す断面図である。

【図３】動作原理を説明する図である。

【図４】動作原理を説明する図である。

【図５】駆動電流通電（励磁時）のロータ（永久磁石）
の回転角度位置を示す図である。

【図６】駆動電流の一例を示す図である。

【図７】第２の実施の形態の要部を示す図である。

【図８】第３の実施の形態の要部を示す図である。

【図９】第４の実施の形態の要部を示す図である。

【図１０】第５の実施の形態の要部を示す図である。

【図１１】第６の実施の形態の要部を示す図である。

【図１２】第２の発明に係るアクチュエータの第１の実
施の形態を示す分解図である。

【図１３】ヨーク（磁極歯部）とロータ（永久磁石）の
磁極の関係を示す図である。

【図１４】ロータと、その表面磁束密度分布を示す図で
ある。

【図１５】ヨーク（磁極歯部）とロータ（永久磁石）の
磁極の関係（図１３と異なる位置）を示す図である。

【図１６】コギングトルクの特性を示す図である。

【図１７】ヨークに設けた磁極歯部と、ロータ（永久磁
石）の磁極の関係を示す展開図である。

【図１８】電流通電時のロータの停止位置を示す図であ
る。

【図１９】変形例を示す図である。

【図２０】第２の発明に係るアクチュエータの第２の実
施の形態の要部を示す図である。

【図２１】変形例を示す図である。

【図２２】第２の発明に係るアクチュエータの第３の実
施の形態の要部を示す図である。

【図２３】変形例を示す図である。

【図２４】変形例を示す図である。

【符号の説明】

１ シャフト ３ 永久磁石 ４ ロータ ５ カップヨーク（ステータヨーク） ５ａ フランジ部 ５ｂ，５ｂ′，５ｂ″ 磁極歯部 ５ｂ_−１〜５ｂ_−４ 第１〜第４磁極歯部 ５ｃ 外壁 ６ ステータヨーク ６ａ フランジ部 ６ｂ，６ｂ′，６ｂ″ 磁極歯部 ６ｂ_−１〜６ｂ_−４ 第１〜第４磁極歯部 ７ 励磁コイル ８ キャップ ９ 取付板 １０ 軸受け １１ シャフト １３ 永久磁石 １４ ロータ １５ カップヨーク（ステータヨーク） １５ａ フランジ部 １５ｂ 磁極歯部 １５ｃ 外壁 １６ ステータヨーク １６ａ フランジ部 １６ｂ 磁極歯部 １７ 励磁コイル １８ キャップ １９ 取付板 ２０ 軸受け Ａ相 一対のヨーク（コイル有り） Ｂ相 一対のヨーク（コイル無し） Ｃ１〜Ｃ４ 磁極歯部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村松 久仁昭 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 Ｆターム(参考） 5H633 BB03 GG02 GG04 GG09 GG17 HH03 HH06 HH08 HH24 JA08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転自在に支持されるシャフトと一体化
   した円周方向にＮ極とＳ極が順に着磁された永久磁石を
   有するロータと、 前記ロータと同心円状に配置された一対のステータヨー
   ク及び励磁コイルとを有し、 前記一対のステータヨークには、それぞれ磁極歯部が設
   けられるとともに、前記磁極歯部の先端を互いに相手方
   のステータヨークに対向するように配置し、 その磁極歯部の外側に前記励磁コイルを配置したアクチ
   ュエータであって、 円周方向で隣接する前記磁極歯部のうち、少なくとも一
   箇所が同一のステータヨークに形成された磁極歯部が並
   ぶとともに、その並んだ同一のステータヨークの磁極歯
   部同士の間の磁気抵抗が、他の隣接する磁極歯部同士の
   間の磁気抵抗よりも大きくしたことを特徴とするアクチ
   ュエータ。
2. 【請求項２】 回転自在に支持されるシャフトと一体化
   した円周方向にＮ極とＳ極が順に着磁されたロータと、 前記ロータと同心円状に配置された一対のステータヨー
   ク及び励磁コイルとを有し、 前記一対のステータヨークには、それぞれ磁極歯部が設
   けられるとともに、前記磁極歯部の先端を互いに相手方
   のステータヨークに対向するように配置し、 その磁極歯部の外側に前記励磁コイルを配置したアクチ
   ュエータであって、 円周方向で隣接する前記磁極歯部のうち、少なくとも一
   箇所が同一のステータヨークに形成された磁極歯部が並
   ぶとともに、その並んだ同一のステータヨークの磁極歯
   部同士の間の間隔が、隣接する異なるステータヨークの
   磁極歯部同士の間の間隔よりも広くしたことを特徴とす
   るアクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記並んだ同一のステータヨークの磁極
   歯部の長さを異ならせたことを特徴とする請求項１また
   は２に記載のアクチュエータ。
4. 【請求項４】 回転自在に支持されるシャフトと一体化
   した円周方向にＮ極とＳ極が順に着磁された永久磁石を
   有するロータと、 前記ロータと同心円状に配置された一対のステータヨー
   ク及び励磁コイルとを有し、 前記一対のステータヨークには、それぞれ磁極歯部が設
   けられるとともに、前記磁極歯部の先端を互いに相手方
   のステータヨークに対向するように配置し、 その磁極歯部の外側に前記励磁コイルを配置したアクチ
   ュエータであって、 前記励磁コイルに通電しないときに、前記ロータに形成
   されたＮ極とＳ極の境界線が、前記磁極歯部の中央に対
   向する位置で停止するように構成したことを特徴とする
   アクチュエータ。
5. 【請求項５】 回転自在に支持されるシャフトと一体化
   した円周方向にＮ極とＳ極が順に着磁された永久磁石を
   有するロータと、 前記ロータと同心円状に配置された一対のステータヨー
   ク及び励磁コイルとを有し、 前記一対のステータヨークの一方に磁極歯部が設けられ
   るとともに、前記磁極歯部の先端を互いに相手方のステ
   ータヨークに対向するように配置し、 その磁極歯部の外側に前記励磁コイルを配置したアクチ
   ュエータであって、 前記励磁コイルに通電しないときに、前記ロータに形成
   されたＮ極とＳ極の境界線が、前記磁極歯部の中央に対
   向する位置で停止するように構成したことを特徴とする
   アクチュエータ。
6. 【請求項６】 前記一対のステータヨークと同軸上に、
   コイルを設けない一対の補助ステータヨークを設け、 その補助ステータヨークに設けた磁極歯部は、前記ステ
   ータヨークに設けた磁極歯部と同位相にしたことを特徴
   とする請求項４または５に記載のアクチュエータ。