JP2008301626A

JP2008301626A - ロータリアクチュエータ装置

Info

Publication number: JP2008301626A
Application number: JP2007145143A
Authority: JP
Inventors: Sunao Horikoshi; 直堀越
Original assignee: Takano Co Ltd
Current assignee: Takano Co Ltd
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-12-11

Abstract

【課題】二位置に切換える本来のロータリソレノイドの機能に加え、二位置間における任意の位置へ自由に変位（停止）させることにより、ロータリソレノイドの多用途性（汎用性）及び多機能性を高めるとともに、従来のロータリソレノイドにおける延長線上の改良により容易に実施可能にする。
【解決手段】一対のコイル４ｐ，４ｑをステータ部２の周方向における１８０〔゜〕対称位置以外の位置Ｘｐ，Ｘｑにそれぞれ配して第一磁極部Ｍ１及び第二磁極部Ｍ２を構成し、かつコイル部４の非通電状態におけるロータ部５の停止位置Ｓｏから回動変位する当該ロータ部５に対してバックテンションを付与するバックテンション付与手段８を設けるとともに、少なくともコイル部４に流す駆動電流Ｉｄの大きさを可変制御可能な通電制御手段９を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイル部を設けたステータ部とマグネット部を設けたロータ部を備えるロータリアクチュエータ装置に関する。

従来、ハウジングの内部に配した一対のコイルからなるコイル部を有するステータ部と、コイル間に配し、かつハウジングの内部に回動自在に支持されたシャフトに二極のマグネット部を設けたロータ部とを備え、コイル部に対する通電切換により、シャフト（出力軸）を右側位置又は左側位置へ選択的に変位させることができるようにしたロータリソレノイドは、既に本出願人が提案した特許文献１で開示されるロータリソレノイド装置が知られている。

このロータリソレノイド装置は、ロータリソレノイド本体のシャフトに取付けた作用部材を板材により形成し、この板材に規制孔部を設けるとともに、ロータリソレノイド本体の一方の端面部に、規制孔部に係合して作用部材の回動変位範囲を規制する規制突起部を設けたことを特徴とするものであり、このロータリソレノイド装置は、基本的な構成として、筒形のヨークの内部に配した一対のコイル部を有するステータと、当該コイル部間に配し、かつヨークの両側に配した一対の端板部に回動自在に支持されたシャフトに二極マグネットを設けたマグネットロータを備えている。
特開２００１−２５８２３３号公報

ところで、上述した従来のロータリソレノイド装置は、シャフト（出力軸）を右側位置又は左側位置の二位置へ選択的に変位させる機能は備えるも、右側位置と左側位置間における任意の位置へ自由に変位（停止）させることができない。したがって、用途においても二位置に切換えることを目的とした切換機構や選択機構などに限定され、多用途性（汎用性）及び多機能性を高める観点からは更なる改善余地が残されている。

一方、右側位置と左側位置間における任意の位置へ自由に変位させることができる他の原理を用いた変位装置は各種知られている。例えば、電動モータとギア機構を組合わせた変位機構或いはステッピングモータ等の他の原理を利用した駆動アクチュエータなどが公知である。しかし、このような他の原理を用いた変位装置は、相応の機構部品や部材或いは機構の組合わせを必要とするため、装置の大型化，重量アップ及びコストアップが避けられないとともに、特に、ロータリソレノイドのようなコンパクト性，使い勝手及び特性（性能）を確保することが困難となる問題があった。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したロータリアクチュエータ装置の提供を目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決するため、ハウジング３の内部に配した一対のコイル４ｐ，４ｑからなるコイル部４を有するステータ部２と、コイル４ｐと４ｑ間に配し、かつハウジング３の内部に回動自在に支持されたシャフト６に二極のマグネット部７を設けたロータ部５とを備えるロータリアクチュエータ装置１を構成するに際して、一対のコイル４ｐ，４ｑをステータ部２の周方向における１８０〔゜〕対称位置以外の位置Ｘｐ，Ｘｑにそれぞれ配して第一磁極部Ｍ１及び第二磁極部Ｍ２を構成し、かつコイル部４の非通電状態におけるロータ部５の停止位置Ｓｏから回動変位する当該ロータ部５に対してバックテンションを付与するバックテンション付与手段８を設けるとともに、少なくともコイル部４に流す駆動電流Ｉｄの大きさを可変制御可能な通電制御手段９を備えることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、ステータ部２には、筒形のヨーク本体部１１ｏの内周面１１ｉから突出した一対のコア部１１ｐ，１１ｑを有するヨーク１１を設け、コア部１１ｐ，１１ｑにコイル４ｐ，４ｑを装着することができる。また、バックテンション付与手段８は、ヨーク本体部１１ｏの内周面１１ｉから突出してマグネット部７に臨み、かつ一対のコイル４ｐ，４ｑ間の中央位置に配した突起部１１ｓにより構成した第三磁極部Ｍ３を用いることができる。さらに、通電制御手段９には、コイル部４に対する正方向通電と逆方向通電を切換える通電方向切換機能Ｆｃを設けることができる。

このような構成を有する本発明に係るロータリアクチュエータ装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１）一対のコイル４ｐ，４ｑをステータ部２の周方向における１８０〔゜〕対称位置以外の位置Ｘｐ，Ｘｑにそれぞれ配して第一磁極部Ｍ１及び第二磁極部Ｍ２を構成し、かつコイル部４の非通電状態におけるロータ部５の停止位置Ｓｏから回動変位する当該ロータ部５に対してバックテンションを付与するバックテンション付与手段８を設けるとともに、コイル部４に流す駆動電流Ｉｄの大きさを可変制御可能な通電制御手段９を備えるため、二位置に切換えるという本来のロータリソレノイドの機能に加え、二位置間における任意の位置へ自由に変位（停止）させることが可能となり、ロータリソレノイドの多用途性（汎用性）及び多機能性を高めることができる。

（２）基本構成として、コイル部４を設けたステータ部２とマグネット部７を設けたロータ部５からなるロータリソレノイド部分を含むため、従来のロータリソレノイドの延長線上の改良により容易に実施できるとともに、構成の単純化による装置全体の小型化，軽量化及び低コスト化を図ることができる。

（３）好適な態様により、バックテンション付与手段８を、ヨーク本体部１１ｏの内周面１１ｉから突出してマグネット部７に臨み、かつ一対のコイル４ｐ，４ｑ間の中央位置に配した突起部１１ｓにより構成した第三磁極部Ｍ３を用いて構成すれば、ヨーク本体部１１ｏの形状変更のみで容易に実施でき、別途の機構、例えば、スプリング（バネ）等によりバックテンションを付与する別途の機構が不要となるため、装置の更なる小型化，軽量化及び低コスト化を実現できる。

（４）好適な態様により、通電制御手段９に、コイル部４に対する正方向通電と逆方向通電を切換える通電方向切換機能Ｆｃを設ければ、非通電状態におけるロータ部５の停止位置Ｓｏから左右双方の任意位置へ自由に変位（停止）させることができるとともに、通電方向の切換（極性切換）のみで容易に実施することができる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係るロータリアクチュエータ装置１の構成について、図１〜図４を参照して説明する。

図１及び図２は、ロータリアクチュエータ装置１における全体の内部構造を示す。２はステータ部であり、磁性体により一体形成したヨーク１１を備える。また、ヨーク１１は、筒形のヨーク本体部１１ｏと、このヨーク本体部１１ｏの内周面１１ｉからヨーク中心方向に突出した一対のコア部１１ｐ，１１ｑと、ヨーク本体部１１ｏの内周面１１ｉからヨーク中心方向に突出した突起部１１ｓを備える。これにより、一方のコア部１１ｐに第一磁極部Ｍ１を生じ、かつ他方のコア部１１ｑに第二磁極部Ｍ２を生じるとともに、突起部１１ｓに第三磁極部Ｍ３を生じる。

この場合、一対のコア部１１ｐ，１１ｑは、ヨーク本体部１１ｏの周方向における１８０〔゜〕対称位置以外の位置Ｘｐ，Ｘｑにそれぞれ設ける。したがって、位置ＸｐとＸｑ間、即ち、コア部１１ｐと１１ｑ間には狭い角度側と広い角度側が生じる。また、突起部１１ｓは、後述するバックテンション付与手段８を構成し、コア部１１ｐと１１ｑ間の広い角度側におけるヨーク本体部１１ｏの内周面１１ｉであって、コア部１１ｐと１１ｑ間の中央位置に設ける。なお、２１，２２は、ヨーク本体部１１ｏの軸方向に形成し、組付時に固定ネジを挿通させるための挿通孔である。さらに、ヨーク本体部１１ｏの内周面１１ｉの一部を含むコア部１１ｐ，１１ｑには、合成樹脂等の絶縁材により形成したコイルボビン２３を嵌着する。そして、コア部１１ｐ，１１ｑに位置するコイルボビン２３にワイヤを巻回することにより一対のコイル４ａ，４ｂを設ける。この一対のコイル４ａ，４ｂはコイル部４を構成する。

一方、３はハウジングであり、合成樹脂等の絶縁材によりそれぞれ一体形成したハウジング前部３ｆとハウジング後部３ｒを備える。ハウジング前部３ｆとハウジング後部３ｒは、それぞれ筒形の周面部とこの周面部の一側を閉塞する端面部を有する。したがって、図２に示すように、ハウジング前部３ｆ，ヨーク１１及びハウジング後部３ｒの順に組付け、固定ネジ２５，２６によりこれらを一体に固定することができる。このため、ヨーク１１はハウジング３の一部を兼用する。これにより、ハウジング３の内部に配した一対のコイル４ｐ，４ｑからなるコイル部４を有するステータ部２が構成される。また、ハウジング前部３ｆの端面部の中央にはシャフト６を挿通させるための貫通孔を形成する。そして、ハウジング前部３ｆとハウジング後部３ｒの端面部における内面中央位置に、軸受部（ベアリング）２４ｉ，２４ｊを付設し、この軸受部２４ｉ，２４ｊによりシャフト６の前後位置を回動自在に支持する。

他方、５は、シャフト６を用いたロータ部である。シャフト６は非磁性体（又は磁性体）で形成し、中間部に筒形のマグネット部７を固定する。このマグネット部７は二極であり、径方向の一方側の外周面がＮ極となり、他方側の外周面がＳ極となる。これにより、コイル４ａと４ｂ間に配し、かつハウジング３の内部に回動自在に支持されたシャフト６に二極のマグネット部７を設けたロータ部５が構成される。

そして、軸受部２４ｉ，２４ｊによりロータ部５（シャフト６）を支持した際は、各コア部１１ｐ，１１ｑ及び突起部１１ｓの先端面がマグネット部７の外周面に対向し、コイル部４の非通電状態においては、マグネット部７の一方の磁極（例示はＮ極）が狭い角度側におけるコア部１１ｐと１１ｑ間の中央位置に位置するとともに、他方の磁極（例示はＳ極）が突起部１１ｓに対面する。この位置がコイル部４の非通電状態におけるロータ部５の停止位置Ｓｏとなる。したがって、突起部１１ｓに対面するマグネット部７のＳ極は、当該突起部１１ｓに吸引されるため、この突起部１１ｓ（第三磁極部Ｍ３）は、コイル部４の非通電状態におけるロータ部５の停止位置Ｓｏから回動変位する当該ロータ部５に対してバックテンションを付与するバックテンション付与手段８を構成する。このようなバックテンション付与手段８を採用すれば、ヨーク本体部１１ｏの形状変更のみで容易に実施できるため、別途の機構、例えば、スプリング（バネ）等によりバックテンションを付与する別途の機構が不要となり、装置の更なる小型化，軽量化及び低コスト化を実現することができる。

図４には、電気系の回路構成を示す。上述したコイル部４を構成する各コイル４ｐ，４ｑは直列に接続して制御部３１の出力側に接続する。また、制御部３１の入力側には電源部（直流電源）３２を接続する。制御部３１は、電源部３２から付与される直流入力に基づき、コイル部４に対して、正方向通電，逆方向通電及び無通電を行う基本的な機能を備えるとともに、通電時間の設定等を行うことができる。さらに、制御部３１には操作部３３を接続する。この操作部３３の操作により、制御部３１から出力する駆動電圧Ｅｄを変更、即ち、０〔Ｖ〕から定格電圧（例示は３０〔Ｖ〕）まで可変できる。したがって、この制御部３１及び操作部３３は、コイル部４に流す駆動電流Ｉｄの大きさを可変制御可能な通電制御手段９を構成する。また、制御部３１には切換部３４を接続する。この切換部３４の切換により、制御部３１から出力する駆動電圧Ｅｄの極性、即ち、正方向通電と逆方向通電を切換えることができる。したがって、この制御部３１及び切換部３４は、コイル部４に対する正方向通電と逆方向通電を切換える通電方向切換機能Ｆｃを構成する。このような通電方向切換機能Ｆｃを設ければ、非通電状態におけるロータ部５の停止位置Ｓｏから左右双方の任意位置へ自由に変位（停止）させることができるとともに、通電方向の切換（極性切換）のみで容易に実施できる利点がある。

次に、本実施形態に係るロータリアクチュエータ装置１の動作について、図５〜図７を参照して説明する。

なお、図６は駆動電圧Ｅｄ〔Ｖ〕に対するロータ部５の回動変位角〔ｄｅｇ〕の変化特性Ｃｒ、図７は駆動電圧Ｅｄ〔Ｖ〕に対するロータ部５の停止位置Ｓｏにおける回転トルクＴｄ〔ｍＮ・ｍ〕の変化特性Ｃｔをそれぞれ示す。

まず、無通電時には、図５（ａ）に示すように、ロータ部５のマグネット部７の磁極は、上側（第三磁極部Ｍ３側）にＳ極が、下側にＮ極が位置している。したがって、第三磁極部１１ｓにＮ極が発生するとともに、第一磁極部Ｍ１（コア１１ｐ）及び第二磁極部Ｍ２（コア１１ｑ）の双方にＳ極が発生し、これらの吸引バランスにより、ロータ部５の回動方向における位置（角度）が停止位置Ｓｏに保持されている。

一方、操作部３３の操作により制御部３１から出力する駆動電圧Ｅｄの大きさを任意に変更することができる。例示の場合、図６に示すように、０〜３０〔Ｖ〕（定格電圧）まで連続的に可変できるとともに、切換部３４により通電方向（極性）を切換えることにより、０〜−３０〔Ｖ〕まで連続的に可変できる。今、駆動電圧Ｅｄを０〔Ｖ〕から１０〔Ｖ〕まで変化させ、正方向通電を行う場合を想定する。この場合、１０〔Ｖ〕に対応した駆動電流Ｉｄが各コイル４ｐ，４ｑに流れるため、第一磁極部Ｍ１にＮ極が発生するとともに、第二磁極部Ｍ２にＳ極が発生する。この結果、ロータ部５には、図７に示すように、４６〔ｍＮ・ｍ〕の回転トルクが発生し、図６に示すように、０から１４〔ｄｅｇ〕まで回動変位する。この変位状態を図５（ｂ）に０からＲ１の角度範囲で示す。この際、マグネット部７のＮ極は第二磁極部Ｍ２により吸引されるとともに、第一磁極部Ｍ１ではＮ極に対してＳ極が打ち消し合うように作用する。また、第三磁極部Ｍ３はマグネット部７のＳ極を吸引するように作用する。したがって、ロータ部５には第三磁極部Ｍ３の吸引によるバックテンションが付与される。

他方、駆動電圧Ｅｄを０〔Ｖ〕から２０〔Ｖ〕まで変化させ、正方向通電を行う場合を想定する。この場合、２０〔Ｖ〕に対応した駆動電流Ｉｄが各コイル４ｐ，４ｑに流れるため、第一磁極部Ｍ１には、駆動電圧Ｅｄが１０〔Ｖ〕の場合よりも、より強い磁界のＮ極が発生するとともに、第二磁極部Ｍ２にも、駆動電圧Ｅｄが１０〔Ｖ〕の場合よりも、より強い磁界のＳ極が発生する。この結果、ロータ部５には、図７に示すように、８４〔ｍＮ・ｍ〕の回転トルクが発生し、図６に示すように、０から２７〔ｄｅｇ〕まで回動変位する。この変位状態を図５（ｃ）に０からＲ２の角度範囲で示す。この際、マグネット部７のＮ極は第二磁極部Ｍ２により吸引されるとともに、マグネット部７のＳ極は第一磁極部Ｍ１により吸引される。また、第三磁極部Ｍ３はマグネット部７のＳ極を吸引するように作用し、これにより、ロータ部５に対するバックテンションが付与される。

なお、以上の説明では、正方向通電を行う場合であって、駆動電圧Ｅｄを１０〔Ｖ〕と２０〔Ｖ〕に変化させた場合を挙げたが、大きさの異なる他の駆動電圧Ｅｄであっても、図６に示す変化特性Ｃｒに従った回動変位角〔ｄｅｇ〕を得ることができる。一方、切換部３４の操作により、制御部３１から出力する駆動電圧Ｅｄの極性を逆方向通電に切換えれば、駆動電圧Ｅｄを０〜−３０〔Ｖ〕まで連続的に可変できる。この場合、駆動電圧Ｅｄの極性が反転するため、基本的な動作も正方向通電の場合に対して反転する。したがって、ロータ部５は、正方向通電の場合、図５中、左方向（反時計方向）に回動変位するも、逆方向通電の場合には、図５中、右方向（時計方向）に回動変位する。

よって、このような本実施形態に係るロータリアクチュエータ装置１によれば、一対のコイル４ｐ，４ｑをステータ部２の周方向における１８０〔゜〕対称位置以外の位置Ｘｐ，Ｘｑにそれぞれ配して第一磁極部Ｍ１及び第二磁極部Ｍ２を構成し、かつコイル部４の非通電状態におけるロータ部５の停止位置Ｓｏから回動変位する当該ロータ部５に対してバックテンションを付与するバックテンション付与手段８を設けるとともに、コイル部４に流す駆動電流Ｉｄの大きさを可変制御可能な通電制御手段９を備えるため、二位置に切換えるという本来のロータリソレノイドの機能に加え、二位置間における任意の位置へ自由に変位（停止）させることが可能となり、ロータリソレノイドの多用途性（汎用性）及び多機能性を高めることができる。しかも、基本構成として、コイル部４を設けたステータ部２とマグネット部７を設けたロータ部５からなるロータリソレノイド部分を含むため、従来のロータリソレノイドの延長線上の改良により容易に実施できるとともに、構成の単純化による装置全体の小型化，軽量化及び低コスト化を図ることができる。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、一対のコイル４ａ，４ｂを示したが、複数対で構成する場合や二極のマグネット部７を四極などの他の複数極により構成する場合を排除するものではない。また、バックテンション付与手段８は、ヨーク本体部１１ｏの内周面１１ｉから突出した突起部１１ｓ（第三磁極部Ｍ３）を用いた場合を示したが、スプリング（バネ）等によりバックテンションを付与する別途の機構を設ける場合を排除するものではない。さらに、通電制御手段９に、コイル部４に対する正方向通電と逆方向通電を切換える通電方向切換機能Ｆｃを設ける場合を示したが、通電方向切換機能Ｆｃを設けることなく、正方向通電又は逆方向通電のいずれか一方向のみの通電を行ってもよい。

本発明の最良の実施形態に係るロータリアクチュエータ装置の内部構造を示す断面正面図、同ロータリアクチュエータ装置の内部構造を示す図１中Ａ−Ａ線における断面図、同ロータリアクチュエータ装置の外観底面図、同ロータリアクチュエータ装置の電気系の回路構成図、同ロータリアクチュエータ装置の動作説明図、同ロータリアクチュエータ装置における駆動電圧に対するロータ部の回動変位角の変化特性図、同ロータリアクチュエータ装置における駆動電圧に対するロータ部の停止位置における回転トルクの変化特性図、

符号の説明

１：ロータリアクチュエータ装置，２：ステータ部，３：ハウジング，４ｐ：コイル，４ｑ：コイル，４：コイル部，５：ロータ部，６：シャフト，７：マグネット部，８：バックテンション付与手段，９：通電制御手段，１１：ヨーク，１１ｏ：ヨーク本体部，１１ｉ：内周面，１１ｐ：コア部，１１ｑ：コア部，１１ｓ：突起部，Ｘｐ：コイルの位置，Ｘｑ：コイルの位置，Ｍ１：第一磁極部，Ｍ２：第二磁極部，Ｍ３：第三磁極部，Ｓｏ：ロータ部の停止位置，Ｉｄ：駆動電流，Ｆｃ：通電方向切換機能

Claims

ハウジングの内部に配した一対のコイルからなるコイル部を有するステータ部と、前記コイル間に配し、かつ前記ハウジングの内部に回動自在に支持されたシャフトに二極のマグネット部を設けたロータ部とを備えるロータリアクチュエータ装置において、前記一対のコイルを前記ステータ部の周方向における１８０〔゜〕対称位置以外の位置にそれぞれ配して第一磁極部及び第二磁極部を構成し、かつ前記コイル部の非通電状態における前記ロータ部の停止位置から回動変位する当該ロータ部に対してバックテンションを付与するバックテンション付与手段を設けるとともに、少なくとも前記コイル部に流す駆動電流の大きさを可変制御可能な通電制御手段を備えることを特徴とするロータリアクチュエータ装置。
前記ステータ部は、筒形のヨーク本体部の内周面から突出した一対のコア部を有するヨークを備え、前記コア部に前記コイルを装着してなることを特徴とする請求項１記載のロータリアクチュエータ装置。
前記バックテンション付与手段は、前記ヨーク本体部の内周面から突出して前記マグネット部に臨み、かつ前記一対のコイル間の中央位置に配した突起部により構成した第三磁極部を用いることを特徴とする請求項２記載のロータリアクチュエータ装置。
前記通電制御手段は、前記コイル部に対する正方向通電と逆方向通電を切換える通電方向切換機能を備えることを特徴とする請求項１記載のロータリアクチュエータ装置。