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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rotor
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
Original Assignee
Minebea Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion 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
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16Motors 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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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Massaging Devices (AREA)
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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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