JP2001320869A - ロータリーアクチュエータ - Google Patents

ロータリーアクチュエータ

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JP2001320869A
JP2001320869A JP2000201034A JP2000201034A JP2001320869A JP 2001320869 A JP2001320869 A JP 2001320869A JP 2000201034 A JP2000201034 A JP 2000201034A JP 2000201034 A JP2000201034 A JP 2000201034A JP 2001320869 A JP2001320869 A JP 2001320869A
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stator
rotary actuator
poles
pole
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JP2000201034A
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Gordon Sadler
サドラー ゴードン
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Minebea Co Ltd
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Minebea Co Ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】ギヤを必要とせず且つ従来のステッピングモー
タを使用しない低コストの角度制限型ロータリーアクチ
ュエータを提供すること。 【解決手段】プラットフォームに取り付け可能で弧状を
なし、制限回転角度を定めるため予め定められた長さと
半径を有し且つその弧線上に極性を交番させるように励
起可能な複数の磁極が配置されているステータと、回転
中心から離れた位置で回転するエレメントに取り付けら
れ複数の磁極を有するロータとで制限角度型ロータリー
アクチュエータを構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロータリーアクチ
ュエータ、さらに特定すれば、角度制限型のロータリー
アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】ロータリーアクチュエータは、様々な技
術分野、特に自動車産業において必要とされている。回
転運動には通常ギヤ式モータが用いられる。ところが、
このギヤ式モータの使用に際しては、ギヤがもたらす不
快なノイズ、モータとしての信頼性低下を招き且つ頻繁
に保守点検が必要になる数々の部品、モータとギヤボッ
クス及び回転させる部分との間にトランスミッションを
組み込む必要から生ずる軸方向長さの増加といった数々
の問題点が挙げられる。それ故、ギヤ式モータはノイズ
が大きく、信頼性が低くなるという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ステッピングモータは
デジタル信号を精度のよい機械的回転運動に変換する有
効な手段である。個別のステップでの回転運動によって
可動部を正確にコントロールできるが、回転部分を制限
された角度（リミットアングル）にわたり精度よく作動
させるためにステッピングモータを使用することは意図
せずしてステッピングモータのコスト上問題であり、複
雑にする。またトルク不足はステッピングモータの共通
した問題である。
【０００４】本発明の目的は、ギヤを必要とせず且つ従
来のステッピングモータを使用しない低コストの角度制
限型ロータリーアクチュエータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、回転時における制限角度を決定するため
に予め定められた長さと半径を有し且つ極性が交番する
ように制御して励起可能な複数の磁極が孤線上に配列さ
れた、プラットホームに取り付け可能な弧状のステ−タ
と、エレメントの回転中心から離れた位置で回転運動を
行うように該エレメントに取り付け可能で且つ複数の磁
極を有するロータとによって構成されるロータリーアク
チュエータを提供する。
【０００６】さらに本発明では、それぞれが複数の磁極
を有する第１および第２のロータによって構成され、回
転されるエレメントに取り付け可能なロータと、極性を
交番させかつロータを駆動するため制御して励起する複
数の磁極が孤線上に配列された、プラットホームに取り
付け可能な孤状のステ−タとから成るロータリーアクチ
ュエータを提供する。
【０００７】ステ−タは第１および第２のロータの間に
配列され、ステ−タの片側に設けられているステ−タ極
は第１のロータの極に隣接しており、もう一方のステ−
タ極は第２のロータの極に隣接している。
【０００８】好ましくは、ローターが第１および第２の
ロータから成り、これら２つのロータの間にステータが
配置されている。
【０００９】ロータまたは第１または第２のロータは、
磁極が交互になった縞状の極に磁化された永久磁石で構
成するのが好ましい。
【００１０】ロータまたは第１または第２のロータは、
磁極が交互になった極を有する複数の個別の永久磁石で
構成するのが好ましい。
【００１１】ロータまたは第１または第２のロータは回
転エレメントの一部として構成し、エレメントの回転中
心から離れた位置に配置するのが好ましい。
【００１２】ステータは固定のプラットホームに取り付
けられているのが好ましい。
【００１３】ステータは２相または４相の励起シーケン
スにより極を交番させるように励起可能とするのが好ま
しい。
【００１４】ロータまたは第１又は第２のロータの極ピ
ッチが所望のステップアングルにより決定されるのが好
ましい。
【００１５】ロータまたは第１または第２のロータはス
テータの極に対して半径方向に隣接して配置され、ステ
ータの形状が、ロータとの間の空隙を最小にするよう
に、ロータまたは第１または第２のロータのステータに
隣接する面の形状に倣うように形成するのが好ましい。
【００１６】ステータがその内径側と外径側との間に広
がる片側に１組の極を有し、その内径側と外径側との間
に広がる対向側にもう１組の極するのが好ましい。
【００１７】ステータ極は多極クローポール型のステー
タ極とするのが好ましい。
【００１８】ロータまたは第１または第２のロータは、
ステータ極の側に直に隣接して配置され、ステータ極側
の形状を、ロータとの間の空隙を最小にするように、ロ
ータまたは第１または第２のロータのステータに隣接す
る面の形状に倣うように形成するのが好ましい。
【００１９】ステータを１組のステータによって構成す
るのが好ましい。
【００２０】ステータまたは各ステータには、巻線が設
けられかつステータ極を有する２個の弧状ステータプレ
ートの挟まれた弧状コアを設けるのが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明を説
明する。
【００２２】図１は、バルブシステム２に固定された本
発明によるアクチュエータ１を示す。このバルブシステ
ム２は本発明によるアクチュエータの使用例を示す実施
例として描かれているにすぎない。本実施例において
は、バルブシステム２は、空気導管３の一部である。空
気が導管3に沿って、ダンパー壁５に形成されている開
口部４を通って流れる。導管3には、ダンパー壁５の下
流側にバルブプレート６がシャフト６Ａによって枢着さ
れている。
【００２３】バルブプレート６は、開口部４を介して空
気が自由に流れるようにする完全開放状態と、バルブプ
レート６が、その上に設けられたシール７によって開口
部４に密着する完全閉止状態の間で移動が可能である。
【００２４】アクチュエータ２は２点の主要部品、すな
わちステータ８とロータ９から成る。ステータ８は、導
管３の側壁をなすプラットホームに取り付けられてお
り、ロータ９は、バルブプレート６すなわち回転可能に
作動するエレメントの一部をなす。ステータ８は、好ま
しくは導管3９の壁面と一体構造をなす。ステータ８と
ロータ９についてはその概略のみを図１に示し、以下に
さらに詳細に説明する。
【００２５】ステータ８はエレメントが回転運動する所
定の角度範囲を決定するが、この例ではバルブプレート
６が回転する。かくして、ステータ８は所定の長さ及び
所定の半径を有する。図１に示された例において、バル
ブプレート６が回転できる制限角度は実質的に９０°で
ある。
【００２６】ステータ８は、１対のステータ８Ａ、８Ｂ
の組合わせとして製作されているが、図２にはその一方
のみが示されている。ステータ８の各々８Ａ、８Ｂは４
点の部品によって構成されている。すなわち、電気鋼板
により成形され、ステータのハウジング及びステータの
磁極となる２枚のステータプレート１０と長方形で孤状
のコア１１と巻線１２である。
【００２７】先ず、ステータプレート１０について述べ
るが、これらの１つが図３、４、５に例示されている。
ステータプレート１０の各々は、内径側と外径側の両方
に歯１４が形成された弧状のストリップ１３から成る。
歯１４はストリップ１３の孤線上に等間隔に配列されて
いる。組み立てられた１対のステータにおける歯のピッ
チは、ステップアングル（１回の電気状態の変化により
生ずる角度）の２倍にあたる。ステータプレート１０の
内径側の歯１４を外径側の歯と同一数に保つには、内径
側にある歯を外径側に形成されている歯より狭く取る必
要があり、内径側に形成されている歯と歯の間のギャッ
プは外径側に形成されている歯と歯のギャップより狭く
とる必要がある。
【００２８】図４に示されているように、歯１４はすべ
てプレート１３の表面に対して９０゜に倒れており、こ
れによって、弧状のチャネルが形成される。図５のＣ形
断面は、図４のV-V線に沿う断面である。従って、前述
の如く形成された２つのステータプレート１０を図２で
示すように互いに組み合わせることができ、これによっ
て長方形の断面を有する閉じた通路を作り出すことがで
きる。
【００２９】コア１１はステータプレート１０の輪郭に
沿う弧状をなしている。コア１１に巻線１２が幾重にも
巻かれ、これによってステータプレート１０の一方のＣ
形断面に挿入される巻線型コアが形作られる。もう一方
のステータプレート１０は第１のステータプレート１０
と組み合わされ、これによってコア１１と巻線１２が両
プレート１０、１０の間に挟まれる。
【００３０】ステータ８の内径側及び外径側の２対の組
み合った歯はステータ８のために２組の極を構成する。
【００３１】このように実質的には同じ２個のステータ
８Ａ及び８Ｂは図６に示すように互いに隣接しており、
これによって、孤状の２重ステータ構造がもたらされる
のである。図６に鎖線で示すように、２つのステータ８
Ａ及び８Ｂは磁極ピッチの半分だけ互いに周方向に変位
され、外側の２本の中心線はステータ８Ａにおける２つ
の歯１４の中心に沿い、内側の中心線はステータ８Ｂに
おける１つの歯１４の中心に沿っている。
【００３２】ステータ８Ａ及び８Ｂ内の巻線１２は、２
相又は４相励起のシーケンスに従ってＳ極とＮ極が交互
になるように制御して励起される。
【００３３】ここで図７に別個に示されているロータ９
について触れると、ロータ９は非磁性プレート２３に結
合されて、Ｃ形断面をなす１組の磁気ブロック１５及び
１６から成る。
【００３４】磁気ブロック１５及び１６は各々がロータ
になっている。磁気ブロック１５及び１６はステータ８
の半径方向の深さよりいくらか長い距離だけ離間されて
いる。したがって上側磁気ブロック１５はステータ８の
外径沿いに、下側磁気ブロック１６は内径に沿って合わ
さる形になり、ステータ８が磁気ブロック１５及び１６
に挟まれる格好になる。 上側磁気ブロック１５の下面
１７及び下側磁気ブロック１６の上面１８はステータ８
の半径に沿った形となり、これによってステータ８とロ
ータ９との間のエアーギャップを最小限に押さえること
ができる。つまり、ステータ８とロータ９との間の不必
要な磁束の損失を避けられるのである。
【００３５】ステータ８に対して半径方向に隣接するロ
ータ９の内面１７及び１８は交互の磁極、つまりＳ極と
Ｎ極が縞１９となるように磁化されている。ロータ９の
各々の極が該ロータの幅にわたっている。ここで着目す
べき点は、ロータ９の幅は、アクチュエータが組み立て
られたとき、ステータ極の先端部がロータのエッジから
わずかに突き出るように、（ステータ８における磁極
の）歯１４の組み合わせ分よりいくらか狭いことであ
る。これとは逆の配置も可能である。
【００３６】図１で示すように、ロータ９は回転するエ
レメントの一部として、つまりこの実施例においてはバ
ルブプレート６の一部として形成されている。トルクの
ことを考えると、最大のモーメントアームを確保し、そ
れによってアクチュエータ１の負荷を軽減するためにロ
ータ９は回転エレメント（バルブプレート６）の回転中
心から最も離れたところに形成されるのが好ましい。
【００３７】ステータ８の内径側と外径側で２つの部材
１５及び１６がステータ極と結合しているロータ９を設
けることは２つの点で効果的である。第１には、ロータ
部材１５及び１６とステータ８との間で２重結合（doub
ling）したことによりトルクを倍増し、第２には、ロー
タ部材１５及び１６によって実質的に反対のスラストが
もたらされるためにロータとステータとの間に作用する
はずの磁気スラストが事実上相殺される。かくして、結
果としてロータ９による力は求められたとおり実質的に
半径方向のものとなる。
【００３８】上述したように、（２つのステータの組立
体８Ａ及び８Ｂから成る）ステータ８の磁極はステータ
８の内径及び外径に沿って形成されるが、これによって
ロータ９の磁極がステータ８の内径側と外径側の両方で
磁極結合が可能となる。 ステータ８とロータ９は互い
に共働するようになっており、ステータ８の下側磁気ロ
ータ１６の上面１８はステータ８の内径に沿って直に隣
接しており、上側磁気ロータ１５の下面１７はステータ
８の外径に沿って直ちに隣接している。また、ロータ磁
極の縞１９は実質的に歯１４（ステータ極）に平行にな
っている。
【００３９】バルブシステム２の一部としてのアクチュ
エータ１（図１に示す）はそれ故ステッピングモータと
して動作するように構成され、このモータとしての基本
的ステップは歯（ステータ極）１４のピッチとロータ９
の磁極ピッチによって決定される。かくして、巻線１２
を順次励起することによって 回転対象エレメントの正
確なコントロールを行うことが可能となる。
【００４０】アクチュエータがステータ巻線を制御可能
に励起するためには、図示しないステップモータ駆動用
回路が必要となる。このような回路は、ステップモータ
の技術に熟練した者が持ちあわせる知識の範囲内で設け
ることができる。又、それと同時に 、アクチュエータ
のロータ、ステ−タ、動作や巻線１２の逐次励起に関す
るバリエーションについても、ステップモータの技術に
熟練した者が持ちあわせる知識の範疇にあるものと言え
る。
【００４１】本発明によるアクチュエータは バルブシ
ステム関連の用途に限定されるものではなく、限られた
角度にわたって精密なコントロールが必要とされるあら
ゆる技術分野にも使用されることを理解すべきである。
【００４２】図１はアクチュエータがバルブとハウジン
グのアッセンブリーに組み込まれている実施例を示して
いるが、図８に示すように、 アクチュエータをそれ専
用のハウジングに組み込まれた単独のユニットとして提
供することも可能である。図８においてはハウジングの
バックプレート２０のみが示されている。アクチュエー
タの基本的要素（エレメント）は先に述べた形態と同一
である。ステ−タ８はハウジングのバックプレート２０
に固定され、ロータ９は 長く延びているアーム２１の
一方の先端に取り付けられている。アーム２１のもう一
方の端部にはシャフト２２があり、このシャフト２２は
ステ−タ８の半径で定まる 回転の中心に配置されてい
る。ロ−タ９がステ−タ８の周りで作動すると、アーム
２１が角運動し、、それがシャフト２２の回転運動へと
つながっていく。シャフト２２の回転はステ−タ８によ
って定められる角度に制限される。ダスト或いはその他
の汚染物質の侵入を防ぐためハウジングを完全に密封す
ることも可能である。
【００４３】ステ−タが２重構造のステ−タアッセンブ
リーとして説明されているが、単一のステ−タのみが必
要である。ロータ９は１対のロータ１５及び１６として
構成される必要はなく、単一のロータブロック形成でも
よい。その場合、ロータブロックはステ−タ８の内径側
または外径側のどちらに隣接していてもよい。
【００４４】Ｃ形断面のロータすなわちステータを２個
のロータ（すなわちロータ９の２部材１５及び１６）の
間に挟むようにする形態のロータの使用は上述した制限
角度型のロータリーアクチュエータに限られたものでは
なく、従来設計により近いモータに使用することもでき
る。
【００４５】ロータ９とステータ８を結合する磁場が実
質上（ステータの半径に対して）半径方向に向いている
上述した種々の実施態様の変形として、 磁場が（ステ
ータの半径に対して）半径方向および接線方向に直角に
向いている実施態様としてもよい。このような構成の実
施態様を図９に示す。複数のステータ極が半径方向に平
行してステータ８の側面に設けられている。この実施態
様の場合、ロータ９のロータ部材１５及び１６を 図７
で示す実施態様において求められているように半径方向
にする必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるアクチュエータを具
備するバルブシステムの斜視図であり、バルブシステム
の部品は断面図で、またアクチュエータの回動範囲は鎖
線で示す。
【図２】図１に示すアクチュエータと共に用いるステー
タの斜視断面図である。
【図３】図１に示すアクチュエータと共に用いるステー
タの平面図である。
【図４】図３に示すステータ部材の折り曲げ工程後の斜
視図である。
【図５】図４に示すステータ部材のV-V線の断面図であ
る。
【図６】図４に示す互いに組み合った２つのステータ部
材の中央部の部分視斜図である。
【図７】図１に示すアクチュエータと共に用いるロータ
の斜視図である。
【図８】本発明の形態によるアクチュエータの構成を示
す概略斜視図である。
【図９】本発明の形態による別のアクチュエータの構成
を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１ アクチュエータ ２ バルブシステム ３ 空気導管 ４ 開口部 ５ ダンパー壁 ６ バルブプレート ６Ａ シャフト ７ シール ８、８Ａ、８Ｂ ステータ ９ ロータ １０ ステータプレート １１ コア １２ 巻線 １３ ストリップ １４ 歯 １５、１６ 磁気ブロック １７ ロータ下面 １８ ロータ上面 １９ 縞 ２０ バックプレート ２１ アーム ２２ シャフト

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の磁極を有しかつ回転エレメント上
    の回転中心から離れた位置に取り付けられるロータと、 プラットホームに取り付けられかつ回転角度範囲を決め
    るためにあらかじめ定めた長さと半径を有し、極性を交
    番させて前記ロ−タを駆動するように制御して励起可能
    な複数の磁極を弧状長さに沿って有する弧状ステ−タと
    から成ることを特徴とする制限角度型ロータリーアクチ
    ュエータ。
  2. 【請求項２】 前記ロータが第１のロ−タと第２のロー
    タから成り、前記ステ−タが前記第１のロ−タと第２の
    ロータとの間に配置されている請求項１に記載のロータ
    リーアクチュエータ。
  3. 【請求項３】 それぞれに複数の磁極が設けられた第１
    のロ−タと第２のロータから成りかつ回転させるエレメ
    ントに取り付けられるロータと、 プラットホームに取り付けられかつ極性を交番させて前
    記ロ−タを駆動するように制御して付勢可能な複数の磁
    極を弧状長さに沿って有する弧状ステ−タとから成り、 前記ステ−タが前記第１のロ−タと第２のロ−タとの間
    に配置され、該ステ−タの一方の側のステ−タ極が前記
    第１のロ−タの極に隣接し、前記ステ−タの他方の側の
    ステ−タ極が前記第２のロ−タの極に隣接していること
    を特徴とするロータリーアクチュエータ。
  4. 【請求項４】 前記ロータまたは前記第１または第２の
    ロータが、磁極が交互になった縞状の極に磁化された永
    久磁石から成る請求項１ないし３のいずれか１項に記載
    のロ−タリーアクチュエータ。
  5. 【請求項５】 前記ロータまたは前記第１または第２の
    ロータが、磁極が交互になった極を有する複数の個別の
    永久磁石から成る請求項１ないし３のいずれか１項に記
    載のロ−タリーアクチュエータ。
  6. 【請求項６】 前記ロータまたは前記第１または第２の
    ロータが回転エレメントの一部をなし、該エレメントの
    回転中心から離れた位置に配置されている請求項１ない
    し５のいずれか１項に記載のロータリーアクチュエー
    タ。
  7. 【請求項７】 前記ステータが固定プラットホームに取
    り付けられている請求項１ないし６のいずれか１項に記
    載のロータリーアクチュエータ。
  8. 【請求項８】 前記ステータが２相または４相の励起シ
    ーケンスにより極を交番させるように励起可能である請
    求項１ないし７のいずれか１項に記載のロータリーアク
    チュエータ。
  9. 【請求項９】 前記ロータまたは前記第１または第２の
    ロータの極ピッチが任意のステップアングルにより決定
    される請求項１ないし８のいずれか１項に記載のロータ
    リーアクチュエータ。
  10. 【請求項１０】 前記ステータが、内径側に１組の極を
    有し、外径側にもう１組の極を有する請求項１ないし９
    のいずれか１項に記載のロータリーアクチュエータ。
  11. 【請求項１１】 前記ロータまたは前記第１または第２
    のロータが前記ステータの極に対して半径方向に隣接し
    て配置され、該ステータの形状が、その間の空隙を最小
    にするように、前記ロータまたは前記第１または第２の
    ロータの該ステータに隣接する面の形状に倣っている請
    求項１０に記載のロータリーアクチュエータ。
  12. 【請求項１２】 前記ステータが、その内径側と外径側
    との間に広がる片側に１組の極を有し、その内径側と外
    径側との間に広がる対向側にもう１組の極する請求項１
    から１０のいずれか１項に記載のロータリーアクチュエ
    ータ。
  13. 【請求項１３】 前記ロータまたは前記第１または第２
    のロータが、前記ステータ極の側に直に隣接して配置さ
    れ、該ステータ極側の形状が、その間の空隙を最小にす
    るように、前記ロータまたは前記第１または第２のロー
    タの該ステータに隣接する面の形状に倣っている請求項
    １２に記載のロータリーアクチュエータ。
  14. 【請求項１４】 前記ステータが１組のステータにより
    構成される請求項１〜１３のいずれか１項に記載のロー
    タリーアクチュエータ。
  15. 【請求項１５】 前記ステータまたは各ステータが、巻
    線が設けられかつステータ極を有する２個の弧状ステー
    タプレートの挟まれた弧状コアを有する請求項１ないし
    １４のいずれか１項に記載のロータリーアクチュエー
    タ。
JP2000201034A 1999-07-05 2000-07-03 ロータリーアクチュエータ Withdrawn JP2001320869A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP993053214 1999-07-05
EP99305321A EP1067657B1 (en) 1999-07-05 1999-07-05 Limited angle rotary actuator

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