JP2001275331A - 揺動アクチュエーター - Google Patents

揺動アクチュエーター

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JP2001275331A
JP2001275331A JP2000087600A JP2000087600A JP2001275331A JP 2001275331 A JP2001275331 A JP 2001275331A JP 2000087600 A JP2000087600 A JP 2000087600A JP 2000087600 A JP2000087600 A JP 2000087600A JP 2001275331 A JP2001275331 A JP 2001275331A
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Japan
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rotor
magnetic sensor
permanent magnet
convex portion
magnetic
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JP2000087600A
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Akira Inoue
暁 井上
Masakane Shukutani
昌兼 宿谷
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Mitsubishi Materials Corp
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Mitsubishi Materials Corp
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  • Brushless Motors (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多極ローターの所定位置を磁気センサーで正
確に検出して位置決めを行うことができる揺動アクチュ
エーターを提供すること。 【解決手段】 多数の磁極を着磁した筒状の永久磁石を
備えた回転自在なローターと、適宜数の極歯を備えたス
テーターと、ローターの所定位置を検出するための磁気
センサーとを有する揺動アクチュエーターに於いて、永
久磁石の端縁に軸方向に突出する凸部を設けると共に、
磁気センサーを前記凸部の先端辺が描く軌跡と対向する
平面上位置に配設し、ローター回転時の所定位置を電気
信号を介して検出する揺動アクチュエーター。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は揺動アクチュエータ
ー、特に多極ローターの所定位置を検出する磁気センサ
ーを備えた揺動アクチュエーターに関する。
【0002】
【従来の技術】所定角度範囲に於いて首振り運動などの
動作を行わせる揺動アクチュエーターとして、回転自在
な永久磁石のローターと極歯を備えたステーターとから
なるステッピングモーターを用いた場合、パルス信号に
よってローターに一定角度の回転を与えられるので、フ
ィードバック制御を要することなく、パルス信号の入力
数で位置を決定し角度を制御することができる。このた
め、既に産業用ロボットを始め各種装置や機器類に広く
利用が図られており、近年注目されているITS(高度
道路交通システム)を支える車間距離センサー用レーザ
ー・レーダーのアクチュエーターとしても好適なものと
考えられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように、ステッピ
ングモーターを用いた揺動アクチュエーターは広く利用
が進められているが、パルス信号の入力数だけで制御を
行う場合、負荷変動などで生じた位置ズレ誤差が累積し
て正確な位置決定を行えなくなる問題が指摘されてい
る。これに対して、特開平7−123680号では、揺
動アクチュエーターを構成する永久磁石ローターの近接
位置に磁気センサーを配設し、この磁気センサーでロー
ターの所定位置をなす磁極又は磁極境界部を検出するこ
とにより、正確な位置決定と角度制御が図り得るとして
いる。たしかに、上記従来例が実施例として挙げている
ように、揺動角範囲内にN極・S極の2極或いは単一の
磁極境界部しか現れない2極ローターに照らす限り、従
来例によって十分に正確な位置決めと角度制御が確保で
きるものと考えられる。しかし、ステッピングモーター
のように多数の磁極を着磁した多極ローターを考えた場
合、上記従来例では多数磁極中の特定された磁極や磁極
境界部だけを検知する手段が備えられておらず、その位
置を検出し決定することができない。
【0004】また、磁気センサーによってローターの磁
極を検知する際には、ローターの外周面に磁極が着磁さ
れているため、ローターの外周面の近接位置に磁気セン
サーを対向して配置し、ローターから発せられる磁束を
拾い易くすることが必要であるものと考えられてきた。
この磁気センサー配設位置は、揺動アクチュエーターの
用途や設置部位に応じた自由な設計を制約し、外径の小
型化を妨げるものに他ならない。この点、特開昭59−
11762号及び実開平2−114373号を見ると、
ローターとその磁極を検知する磁気センサーとの間にロ
ーターの磁束を磁気センサーに導く導磁性材料を介設
し、これによりローターから離して配置された磁気セン
サーでローターの位置検知を行う方法が開示されてい
る。しかし、多極ローターに於いて特定された磁極や磁
極境界部の位置を検出する場合、上記従来例に挙げられ
たように導磁性材料を介して磁気センサーを所望位置に
配置する方法は採ることができない。
【0005】本発明は、以上の問題に鑑みこれを解決す
るためになされたものであり、その目的とするところ
は、多極ローターの所定位置を磁気センサーで正確に検
出して位置決めを行うことができる揺動アクチュエータ
ーを提供するところにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を解決
し目的を達成するために、多極ローターに着磁された多
数の磁極の中から所定位置乃至基準位置をなす特定の磁
極又は磁極境界部を識別し易くする手段を講ずるものと
し、以下に掲げる構成とした。請求項1記載の発明は、
多数の磁極を着磁した筒状の永久磁石を備えた回転自在
なローターと、適宜数の極歯を備えたステーターと、ロ
ーターの所定位置を検出するための磁気センサーとを有
する揺動アクチュエーターに於いて、永久磁石の端縁に
軸方向に突出する凸部を設けると共に、磁気センサーを
前記凸部の先端辺が描く軌跡と対向する平面上位置に配
設し、ローター回転時の所定位置を電気信号を介して検
出する、ことを特徴とする。このように構成することに
より、多極ローターに着磁された多数の磁極の内、所定
位置乃至基準位置をなす特定の磁極や磁極境界部を凸部
に位置させて他の多数の磁極と物理的に峻別すると共
に、磁気センサーにはこの凸部に位置する磁極や磁極境
界部だけを検知させ、正確な位置検出を図る。尚、ここ
に言う磁気センサーは、ローターに着磁された磁極の磁
束の強さの向きに応じた電気信号を出力し、例えばホー
ル素子やその出力信号をデジタル化するICを備えたホ
ールICなどを挙げることができる。請求項2記載の発
明は、磁気センサーが、前記凸部の先端辺が描く軌跡と
対向する位置から永久磁石の外周方向へずらして配設さ
れていることを特徴とする。このように構成することに
より、磁気センサーをローター端縁の軸方向位置に配設
しながら、ローターの外周面に磁極が着磁されているた
め、ローターから発せられる磁束を拾い易くしている。
請求項3記載の発明は、凸部が、永久磁石の端縁の軸対
称位置に複数設けられたことを特徴とする。このように
構成することにより、ローターを高速で回転させたり広
い角度範囲で揺動させるなど、特殊な実施を図った際に
軸受にかかる偏荷重を解消する。請求項4記載の発明
は、凸部の揺動運動を所望の角度範囲で物理的に制限す
るストッパーを付設したことを特徴とする。これは、ロ
ーターに形成された凸部の揺動運動を制限するストッパ
ーを付設することで、脱調して再起動させたときに発生
する所定の角度範囲を逸脱しようとするローターの回転
を規制し、速やかに復帰させるものである。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図1は、本発明に係る揺
動アクチュエーターの概略構成を示すものである。図示
の揺動アクチュエーターは、出力シャフト3の同軸上に
多数の磁極を着磁した円筒形の永久磁石2を組み込み固
定したローター1と、内周部に適宜数の極歯を備えた円
筒形のステーター4とを有しており、ローター1をステ
ーター4の中空部に挿置し、ローター1外周部の永久磁
石2をステーター4内周部の極歯に対向させた状態で回
転自在に軸支すると共に、ホールIC5を出力シャフト
3に貫挿した制御回路基盤8を介してローター1の軸方
向近接位置に配設し、これら全体を軸方向一端側からケ
ース7で覆うように構成している。その実施に際して
は、出力シャフト3の開放端部にアームやセンサーなど
の部材乃至機器類を用途・目的に応じて取り付けるもの
とする。
【0008】ここで、図1及び2に示す通り、ローター
1の外周部をなす永久磁石2の軸方向一端側の端縁に
は、軸方向へ突出する凸部2aが設けられている。ま
た、このローター1外周上の特定された磁極或いは磁極
境界部の位置を検知するホールIC5は、ローター1の
出力シャフト3に貫挿されローター1の軸方向端面に対
向して位置する制御回路基盤8の板面に取り付けられて
おり、永久磁石2の端縁に設けられた凸部2aの先端辺
がローター1の回転に伴って描く軌跡と近接して対向す
る位置に配され、その外方側部が僅かながら永久磁石2
(凸部2a)の外周方向へずらして配置されている。
【0009】図示の揺動アクチュエーターは以上の構成
を有するもので、ホールIC5はローター1の回転に伴
って揺動する凸部2aと対向位置する場合にだけ永久磁
石2の磁極を検知する近接位置をとり、凸部2aには検
知すべき所定位置をなす磁極又は磁極境界部が着磁され
ている。加えて、ホールIC5は僅かながら永久磁石2
の外周方向へずらして配置されており、僅かにずらすこ
とによって、ローター1外周側の強い磁束を拾うことが
できるよう構成されている。この結果、ホールIC5
は、回転するローター1端縁に設けられた凸部2aの先
端辺と対向位置した場合に、凸部2aに位置する磁極か
磁極境界部を正確且つ確実に検知して電気信号を出力す
ることができる。
【0010】また、本発明に係る揺動アクチュエータで
は、従来例に於ける磁気センサーがローターの外周側対
向位置に配置されていたのと異なり、磁気センサーであ
るホールIC5をローター1の軸方向端部側に位置させ
ている。この磁気センサー配置位置の相違により、磁気
センサーの配設自体が容易になった上に、アクチュエー
ターの設計に対する制約が解消し、外径も小型化するこ
とができた。なお、図示実施形態では、凸部2a先端辺
の対向平面上位置に配置したホールIC5を永久磁石2
の外周方向へずらして配置させ、ローターの外周面に磁
極が着磁されているため、ローターの磁束を拾い易くし
たが、このずらした間隔は僅かなもので設計に制約を加
えたり外径の小型化を妨げるものではない。
【0011】なお、図示の揺動アクチュエーターでは、
ローター1が脱調して再起動させたときに発生する所定
の角度範囲を逸脱した回転に備え、これを物理的に規制
するストッパー6aを設けた。ストッパー6aは、ロー
ター1を軸支するため出力シャフト3に貫挿されロータ
ー1の軸方向端面に対向するベアリングハウジング6を
利用したものであり、ローター1径より大径なベアリン
グハウジング6の鍔部板面に凸部2aの揺動軌跡と照応
する所望長さの切り欠き溝を設けてストッパー6aとな
し、この切り欠き溝に凸部2aを嵌装位置させている。
ローター1が所定角度範囲で回転している限り、凸部2
aはストッパー6aの切り欠き溝の中で自由に揺動し、
その運動に如何なる物理的制限も受けない。しかし、ロ
ーター1が脱調して再起動させたときに所定角度範囲を
逸脱して回転しようとした場合、凸部2aがストッパー
6aの切り欠き端部に当接してその揺動を物理的に制限
されるため、ローター1の回転を規制して所定角度内の
回転に速やかに復帰させることができる。ベアリングハ
ウジング6を利用しているため、ストッパー6aのため
に特段の部材を要するところがなく、コスト的にも廉価
である。
【0012】また、図3は他の実施形態に係るローター
1を示すもので、凸部2aを永久磁石2の端縁の軸対称
位置に二つ設けた。これは、揺動アクチュエーターを高
速で回転させ、或いは広い揺動範囲で回転させるなど、
特殊な実施を図った場合に軸受にかかる偏荷重を考慮し
たもので、二つの凸部2aを軸対称に設けることで振動
などの発生を抑制し偏荷重を解消することができる。な
お、繰り返し述べたように、本発明に於いては磁気セン
サーが凸部2aに位置する特定の磁極又は磁極境界部を
検知して位置を決定する。したがって、図3に示すよう
に、凸部2aに磁極境界部ではなく磁極が位置する場合
であっても、磁気センサーによる検知には何らの問題も
支障もない。
【0013】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、以下に掲げる効果を奏する。 (1)請求項1記載の発明によれば、永久磁石の端縁か
ら軸方向へ突出形成させた凸部に所定の磁極や磁極境界
部を位置させ、磁気センサーがこの凸部に位置する限ら
れた領域だけを検知するよう構成しているから、磁気セ
ンサーによって多極ローターの所定位置を正確に検出す
ることが可能となった。また、磁気センサーが凸部の先
端辺の描く軌跡に対向する平面上位置に設けられ、ロー
ター端部の軸方向延長位置に配設されているから、ロー
ターの外周面対向位置に配設されていた従来例のように
揺動アクチュエーターの設計や外径の小型化を制約する
ところもない。 (2)請求項2記載の発明によれば、磁気センサーを凸
部の先端辺が描く軌跡の対向位置からローターの外周方
向へずらして配設しているから、外周側に着磁されたロ
ーターの磁束を良好に拾い、十分な出力信号を得ること
ができる。しかも、磁気センサーをローター外周方向へ
僅かにずらすに止まるものであるから、揺動アクチュエ
ーターの設計や小型化を制約するところはない。 (3)請求項3記載の発明によれば、永久磁石の端縁の
軸対称位置に複数の凸部を設けており、このため凸部を
一つだけ設けたローターを高速で回転させたり広い角度
範囲で揺動させるなど、特殊な実施を図った際に軸受に
かかる偏荷重を解消することができる。 (4)請求項4記載の発明によれば、ローターに形成さ
れた凸部の揺動運動をストッパーによって所望の角度範
囲に物理的に制限しており、ローターが脱調して再起動
させたときに所定の回転角度範囲を逸脱しようとした場
合には、凸部がストッパーに当接してローターの回転を
規制し、速やかに復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態の概略構成を示す分解斜視
図である。
【図2】 実施形態に於ける凸部と磁気センサーとスト
ッパーとの関係を示す部分断面図である。
【図3】 他の実施形態に於ける複数の凸部を示す斜視
図である。
【符号の説明】
1 ローター 2 永久磁石 2a 凸部 3 出力シャフト 4 ステーター 5 ホールIC 6 ベアリングハウジング 6a ストッパー 7 ケース 8 制御回路基盤 9 ボールベアリング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H019 BB01 BB05 BB14 BB20 BB22 BB23 CC03 EE04 FF03 5H621 BB01 HH04 JK03 5H633 BB08 BB15 GG04 GG05 GG09 GG13 GG23 HH03 HH07 JA08

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数の磁極を着磁した筒状の永久磁石を
    備えた回転自在なローターと、適宜数の極歯を備えたス
    テーターと、ローターの所定位置を検出するための磁気
    センサーとを有する揺動アクチュエーターに於いて、永
    久磁石の端縁に軸方向に突出する凸部を設けると共に、
    磁気センサーを前記凸部の先端辺が描く軌跡と対向する
    平面上位置に配設し、ローター回転時の所定位置を電気
    信号を介して検出する、ことを特徴とする揺動アクチュ
    エーター。
  2. 【請求項2】 磁気センサーが、前記凸部の先端辺が描
    く軌跡と対向する位置から永久磁石の外周方向へずらし
    て配設されている、ことを特徴とする請求項1記載の揺
    動アクチュエーター。
  3. 【請求項3】 凸部が、永久磁石の端縁の軸対称位置に
    複数設けられた、ことを特徴とする請求項1又は2記載
    の揺動アクチュエーター。
  4. 【請求項4】 凸部の揺動運動を所望の角度範囲で物理
    的に制限するストッパーを付設した、ことを特徴とする
    請求項1から3のいずれかに記載の揺動アクチュエータ
    ー。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101072783B1 (ko) * 2009-08-26 2011-10-14 대성전기공업 주식회사 액추에이터
WO2013180430A1 (ko) * 2012-05-29 2013-12-05 Shin Seong-Ho 충격진동 발생장치 및 이를 이용한 응용장치
US9608502B2 (en) 2012-05-29 2017-03-28 Seong-Ho Shin Impactive vibration generating apparatus and application apparatus using same
WO2018201567A1 (zh) * 2017-05-05 2018-11-08 杭州欧镭激光技术有限公司 一种激光雷达的旋转结构
CN117200505A (zh) * 2022-05-31 2023-12-08 深圳市速腾聚创科技有限公司 振镜电机

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Effective date: 20070605