JP2010154690A - Actuator device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator device that generates a large startup torque and suppresses a decline in efficiency. <P>SOLUTION: The actuator device includes a stator composed of one of a field 1 and an armature 2 disposed inside the field 1, and a rotor which is composed of the other of the same and rotates relative to the stator. The actuator device outputs a torque around a rotating shaft disposed on the rotor. The field 1 has permanent magnets 11 and 11 so formed that two different magnet poles face each other across the armature 2. The armature 2 has a core 21 having a pair of magnetic poles 21b and 21b formed on its both ends, the magnetic poles interacting with the permanent magnets 11 and 11 to generate a magnetic force, and a coil 22 which is coiled around the center of the core 21 to excite the magnetic poles 21b and 21b. A stopper is provided to regulate the rotation of the rotor within a range smaller than a range covering 90 degrees in both directions with respect to a position at which a maximum torque is generated. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、アクチュエータ装置に関するものである。   The present invention relates to an actuator device.

限定角度の往復回転運動を実現するためには、汎用の回転モータと減速機とを組み合わせた駆動機構を採用するのが通例であり、このような駆動機構は従来から提供されている。この駆動機構は、回転モータ自体には高い出力トルクを要求することなく、小型で安価な回転モータを使用する機構であり、減速機を構成する減速ギアの段数や減速比などを調整することで、回転モータの出力を所望のトルクに増幅できるようになっている。   In order to realize a reciprocating rotational motion of a limited angle, it is usual to employ a drive mechanism in which a general-purpose rotary motor and a speed reducer are combined, and such a drive mechanism has been conventionally provided. This drive mechanism is a mechanism that uses a small and inexpensive rotary motor without requiring high output torque for the rotary motor itself. By adjusting the number of reduction gear stages and the reduction ratio that constitute the reduction gear, etc. The output of the rotary motor can be amplified to a desired torque.

しかしながら、このような駆動機構では、減速機による機械的損失(例えば、歯車の噛合いや軸受の磨耗など)が当該駆動機構の効率に大きく影響し、例えばモータ効率が70%、減速機効率が60%の場合には、駆動機構としての効率は42%まで低下してしまう。   However, in such a drive mechanism, mechanical loss due to the speed reducer (for example, gear meshing or bearing wear) greatly affects the efficiency of the drive mechanism. For example, the motor efficiency is 70% and the speed reducer efficiency is 60%. In the case of%, the efficiency as the drive mechanism is reduced to 42%.

そこで、効率の低下を抑えるために、減速機を持たない構造のアクチュエータ装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。このアクチュエータ装置は、それぞれ異磁極に着磁され、向かい合う形で配置される2個1組の永久磁石、および、上記両永久磁石間の磁路を形成する円筒状のヨークからなる回転子と、固定子鉄心および当該固定子鉄心に巻回される巻線からなる固定子とで構成され、固定子と回転子との間で作用する磁気力により固定子に対して回転子を回転させることで、所望の出力トルクが得られるようになっている。
特開平9−163708号公報(段落[0007]−段落[0014]、及び、第1図−第7図)
Therefore, in order to suppress a decrease in efficiency, an actuator device having a structure without a reduction gear has been proposed (see, for example, Patent Document 1). The actuator device includes a rotor composed of a set of two permanent magnets magnetized on different magnetic poles and arranged to face each other, and a cylindrical yoke that forms a magnetic path between the two permanent magnets, It consists of a stator core and a stator consisting of windings wound around the stator core, and the rotor is rotated relative to the stator by the magnetic force acting between the stator and the rotor. A desired output torque can be obtained.
JP-A-9-163708 (paragraph [0007] -paragraph [0014] and FIGS. 1-7)

上述の特許文献1に示したアクチュエータ装置では、減速機を持たない構造であるため、効率の低下を抑えることができるものではあるが、非通電状態から通電させた際の始動トルクが小さいため、例えば負荷トルクが大きい場合には回転子が正常に回転しない虞があった。   In the actuator device shown in Patent Document 1 described above, since the structure does not have a speed reducer, it is possible to suppress a decrease in efficiency, but since the starting torque when energized from a non-energized state is small, For example, when the load torque is large, the rotor may not rotate normally.

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、大きな始動トルクを発生させることができ、且つ効率の低下を抑えたアクチュエータ装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an actuator device that can generate a large starting torque and suppress a decrease in efficiency.

請求項1の発明は、界磁部または当該界磁部の内側に配置される電機子部の何れか一方からなる固定子と、他方からなり固定子に対して回転する回転子とを備え、回転子に設けた回転軸周りのトルクを出力するアクチュエータ装置において、界磁部は、永久磁石を具備し回転軸の周方向において2つの異磁極が並べて設けられるロータを備え、電機子部は、ロータとの間で磁力を作用させる一対の磁極部が両端部に形成された鉄心と、当該鉄心の中央部に巻回されて一対の磁極部を励磁する巻線とを備え、最大トルクを発生させる位置を挟んで両方向90度よりも小さい範囲内で回転子の回転を規制するストッパーを設けることを特徴とする。   The invention of claim 1 includes a stator composed of any one of a field part or an armature part arranged inside the field part, and a rotor composed of the other and rotating with respect to the stator, In the actuator device that outputs torque around the rotating shaft provided in the rotor, the field magnet portion includes a rotor that includes a permanent magnet and is provided with two different magnetic poles arranged side by side in the circumferential direction of the rotating shaft. It has a core with a pair of magnetic poles that act as a magnetic force between the rotor and both ends, and a coil that is wound around the center of the core to excite the pair of magnetic poles and generates maximum torque A stopper for restricting the rotation of the rotor is provided within a range smaller than 90 degrees in both directions across the position to be moved.

請求項2の発明は、ストッパーは弾性材料からなることを特徴とする。   The invention of claim 2 is characterized in that the stopper is made of an elastic material.

請求項3の発明は、ロータは、永久磁石を2つ具備するとともに、当該2つの永久磁石の外側に配置されて両永久磁石間の磁路を形成する筒状のヨークを具備し、当該ヨークは、各永久磁石が配置されない部位に、当該ヨークの径方向における厚みを厚くするように径方向内側に向かって突出する凸部が設けられることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, the rotor includes two permanent magnets, and includes a cylindrical yoke that is disposed outside the two permanent magnets and forms a magnetic path between the two permanent magnets. Is characterized in that a convex portion that protrudes inward in the radial direction so as to increase the thickness in the radial direction of the yoke is provided at a portion where each permanent magnet is not arranged.

請求項4の発明は、ロータの各磁極は、当該各磁極の磁極中心と、回転子の回転中心とを通る各直線が一直線上に並ばないように、それぞれ設けられることを特徴とする。   The invention of claim 4 is characterized in that each magnetic pole of the rotor is provided so that straight lines passing through the magnetic pole center of each magnetic pole and the rotation center of the rotor do not line up on a straight line.

請求項5の発明は、一対の磁極部を互いに異なる大きさに形成することを特徴とする。   The invention of claim 5 is characterized in that the pair of magnetic pole portions are formed in different sizes.

請求項6の発明は、最大トルクを発生させる位置にロータの各磁極が位置する状態において、電機子部の巻線と対向する部位に各磁極が配置されないように、ロータが具備する永久磁石を複数に分割して配置することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a permanent magnet included in the rotor so that the magnetic poles are not disposed at a portion facing the winding of the armature portion in a state where the magnetic poles of the rotor are located at positions where the maximum torque is generated. It is characterized by being divided into a plurality of parts.

請求項7の発明は、鉄心は、当該鉄心の中央部に全周に渡って形成された凹所を備え、巻線は、当該凹所内で巻回されることを特徴とする。   The invention of claim 7 is characterized in that the iron core includes a recess formed over the entire circumference in the center of the iron core, and the winding is wound in the recess.

請求項8の発明は、電機子部が固定子を構成し、界磁部が回転子を構成することを特徴とする。   The invention according to claim 8 is characterized in that the armature portion constitutes a stator and the field portion constitutes a rotor.

請求項1の発明によれば、回転子の回動範囲を、最大トルクを発生させる位置を挟んで両方向90度よりも小さい範囲内に設定することによって、始動トルクを大きくすることができるので、負荷トルクが大きい場合でも回転子を確実に回転させることができ、その結果高性能なアクチュエータ装置を提供できる。また、減速機を持たない構造であるため、減速機による機械的損失がなく、高効率のアクチュエータ装置を実現できる。さらに、巻線スペースを必要とする電機子部を界磁部の内側に配置することによって、界磁部の径が大きくなり、界磁部を回転させるアウターロータ型の場合には、大きな回転トルクを発生させることができる。また、鉄心に巻回する巻線が1巻線の場合には、巻線作業や組立作業が容易になるという効果がある。   According to the first aspect of the present invention, the starting torque can be increased by setting the rotation range of the rotor within a range smaller than 90 degrees in both directions across the position where the maximum torque is generated. Even when the load torque is large, the rotor can be reliably rotated, and as a result, a high-performance actuator device can be provided. Further, since the structure does not have a reduction gear, there is no mechanical loss due to the reduction gear, and a highly efficient actuator device can be realized. Furthermore, by arranging the armature part that requires winding space inside the field part, the diameter of the field part becomes large, and in the case of the outer rotor type that rotates the field part, a large rotational torque Can be generated. Further, when one winding is wound around the iron core, there is an effect that the winding work and the assembling work are facilitated.

非励磁状態では、界磁部をストッパー側に押し付けるコギングトルクが発生するため、このコギングトルクにより始動トルクが低下することになるが、請求項2の発明によれば、ストッパーを弾性材料で形成することによって、上記コギングトルクがストッパーからの反力により低減されることになり、その結果始動トルクの低下を抑えることができる。また、ストッパーを弾性材料で形成することによって、ストッパーへの衝突音を低減できるとともに、衝突時の衝撃を和らげることができるので、機械寿命を延ばすこともできる。さらに、コギングトルクが作用する場合に比べて出力トルクを小さくすることができるので、低出力の駆動回路を用いることができ、その結果コストダウンを図ることができるという効果がある。   In the non-excited state, a cogging torque that presses the field portion against the stopper is generated, so that the starting torque is reduced by this cogging torque. According to the invention of claim 2, the stopper is formed of an elastic material. As a result, the cogging torque is reduced by the reaction force from the stopper, and as a result, a decrease in the starting torque can be suppressed. In addition, by forming the stopper with an elastic material, it is possible to reduce the impact noise to the stopper and reduce the impact at the time of the collision, thereby extending the mechanical life. Further, since the output torque can be reduced as compared with the case where the cogging torque is applied, a low output drive circuit can be used, and as a result, the cost can be reduced.

請求項3の発明によれば、永久磁石が配置されない部位に凸部を設けることによって、当該凸部では磁路の断面積が大きくなり、その結果磁束密度が低下して磁気飽和が軽減されるので、磁気効率が改善されて高効率のアクチュエータ装置を実現できる。また、各永久磁石は、凸部と凸部の間に形成される凹部に配置されることになるから、組立時における永久磁石の位置決めが容易になるという効果がある。   According to the invention of claim 3, by providing a convex portion at a portion where the permanent magnet is not disposed, the cross-sectional area of the magnetic path is increased in the convex portion, and as a result, the magnetic flux density is reduced and the magnetic saturation is reduced. Therefore, the magnetic efficiency is improved and a highly efficient actuator device can be realized. Moreover, since each permanent magnet is arrange | positioned in the recessed part formed between a convex part, there exists an effect that positioning of the permanent magnet at the time of an assembly becomes easy.

請求項4の発明によれば、界磁部の磁極位置に応じて発生トルクがピークとなる回転角度位置が変わる特性を利用することによって、トルク特性を要求特性に沿って設計することができ、その結果電機子部を過度に励磁して局所的なトルク不足を補う必要がなく、通電損失を減らして高効率化を図ることができる。また、例えば外側の界磁部を回転させるアウターロータ型の場合、界磁部を構成する永久磁石が2部品であれば、重りを用いて界磁部の重心を回転中心に一致させることによって、偏心の影響を受けることなく界磁部を回転させることができ、さらに永久磁石が1部品であれば、着磁配向を考慮して磁極を形成することによって、上記重りも不要になるという効果がある。   According to the invention of claim 4, the torque characteristic can be designed according to the required characteristic by utilizing the characteristic that the rotational angle position where the generated torque peaks according to the magnetic pole position of the field part, As a result, it is not necessary to excite the armature part excessively to compensate for local torque shortage, and it is possible to reduce the energization loss and increase the efficiency. Also, for example, in the case of an outer rotor type that rotates the outer field part, if the permanent magnets constituting the field part are two parts, by using a weight to match the center of gravity of the field part to the center of rotation, The field part can be rotated without being affected by the eccentricity, and if the permanent magnet is a single part, the magnetic poles are formed in consideration of the magnetization orientation, so that the weight is unnecessary. is there.

請求項5の発明によれば、一対の磁極部を互いに異なる大きさに形成することによって、請求項4と同様に発生トルクがピークとなる回転角度位置を変えることができ、その結果電機子部を過度に励磁して局所的なトルク不足を補う必要がなく、通電損失を減らして高効率化を図ることができる。また、アウターロータ型の場合には、回転子である界磁部が偏心の影響を受けることなく、界磁部を構成する永久磁石が2部品の場合であっても重りが不要であるという効果がある。   According to the invention of claim 5, by forming the pair of magnetic pole portions in different sizes, the rotational angle position where the generated torque peaks can be changed as in the case of claim 4, and as a result, the armature portion Therefore, it is not necessary to compensate for local torque shortage, and it is possible to reduce energization loss and increase efficiency. In the case of the outer rotor type, the effect is that the weight is not required even if the permanent magnets constituting the field part are two parts without the field part being the rotor being affected by the eccentricity. There is.

請求項6の発明によれば、回転に伴う発生トルク特性を所望に設計できるため、電機子部の過度な励磁が不要になり、その結果通電損失を減らして高効率化を図ることができる。また、永久磁石の体積を減らして軽量化できるため、慣性モーメントを小さくでき、その結果起動時の動作遅延を改善することができるという効果がある。   According to the sixth aspect of the present invention, the generated torque characteristics associated with the rotation can be designed as desired, so that excessive excitation of the armature portion becomes unnecessary, and as a result, it is possible to achieve high efficiency by reducing energization loss. Further, since the volume of the permanent magnet can be reduced and the weight can be reduced, the moment of inertia can be reduced, and as a result, the operation delay at the start can be improved.

請求項7の発明によれば、巻線を凹所内で巻回することによって、当該巻線が鉄心の端面から外側に張り出すことがないから、電機子部を小型化することができ、その結果小型のアクチュエータ装置を実現できる。また、凹所を設けることでコイルボビンレスが可能であり、巻線長も短くできるため銅損を低減できるという効果がある。   According to the invention of claim 7, by winding the winding in the recess, the winding does not protrude outward from the end face of the iron core, so the armature portion can be reduced in size, As a result, a small actuator device can be realized. In addition, by providing the recess, the coil bobbin-less is possible, and the winding length can be shortened, so that the copper loss can be reduced.

例えば内側の電機子部を回転させるインナーロータ型の場合には、接触子が必要であることから摺動接触に伴う損失が発生し、また長期信頼性も懸念されるが、請求項8の発明によれば、外側の界磁部側を回転させているので上記損失は発生せず、高効率のアクチュエータ装置を実現できるという効果がある。   For example, in the case of the inner rotor type that rotates the inner armature portion, since a contact is required, loss due to sliding contact occurs, and there is a concern about long-term reliability. According to the above, since the outer field portion side is rotated, the loss does not occur, and there is an effect that a highly efficient actuator device can be realized.

以下に本発明に係るアクチュエータ装置の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明に係るアクチュエータ装置は、例えば電気錠などの駆動装置として用いられる。なお、従来のモータでは、長時間の連続運転を想定した巻線の温度上昇を見積もり、線径などを設定する必要があるが、以下に説明するアクチュエータ装置は、数秒以下の短時間で動作完了する用途を想定しているため、通電に伴う銅損が小さく、発熱量が小さい。したがって、線径の小さい巻線を使用することができ、従来のモータに比べて巻線が装置全体に占める割合が小さくなり、結果的に小型化ができるものである。   Embodiments of an actuator device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The actuator device according to the present invention is used as a driving device such as an electric lock. In the conventional motor, it is necessary to estimate the temperature rise of the winding assuming continuous operation for a long time and set the wire diameter etc., but the actuator device described below completes the operation in a short time of several seconds or less Therefore, the copper loss due to energization is small and the calorific value is small. Therefore, a winding having a small wire diameter can be used, and the proportion of the winding in the entire apparatus is smaller than that of a conventional motor, resulting in a reduction in size.

(実施形態1)
図1は実施形態1のアクチュエータ装置を示しており、界磁部1と、界磁部1の内側に配置される電機子部2とを備えている。なお、本実施形態では、内側に配置される電機子部2に対して外側に配置される界磁部1を回転させる所謂アウターロータ型の場合について説明する。すなわち、本実施形態では、電機子部2が固定子を構成し、界磁部1が回転子を構成している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an actuator device according to a first embodiment, which includes a field part 1 and an armature part 2 arranged inside the field part 1. In the present embodiment, a case of a so-called outer rotor type in which the field part 1 arranged on the outer side is rotated with respect to the armature part 2 arranged on the inner side will be described. That is, in the present embodiment, the armature part 2 constitutes a stator, and the field part 1 constitutes a rotor.

界磁部1は、回転軸(図1(b)中の紙面に垂直な方向の軸)の径方向に着磁された弧状の永久磁石11を2個備えるとともに、これらの永久磁石11,11の外側に配置されて両永久磁石11,11間の磁路を形成する円筒状のヨーク12を備えている。なお、上記の永久磁石11,11は、電機子部2を間にして向かい合うように配置されており、各永久磁石11は互いに異磁極が対向する形になっている。ここにおいて、永久磁石11の着磁方向には、例えば図3(a)に示すように回転軸の径方向に着磁する所謂ラジアル着磁や、図3(b)に示すようにパラレル方向(水平方向)に着磁する所謂パラレル着磁などがあり、以下の説明ではラジアル着磁された永久磁石11を用いた場合について説明するが、パラレル着磁された永久磁石11であってもよい。   The field magnet section 1 includes two arc-shaped permanent magnets 11 magnetized in the radial direction of the rotation axis (axis in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1B), and these permanent magnets 11, 11. And a cylindrical yoke 12 that forms a magnetic path between the permanent magnets 11 and 11. In addition, said permanent magnets 11 and 11 are arrange | positioned so that the armature part 2 may be faced, and each permanent magnet 11 becomes a form where a different magnetic pole opposes mutually. Here, as the magnetization direction of the permanent magnet 11, for example, so-called radial magnetization that is magnetized in the radial direction of the rotating shaft as shown in FIG. 3A, or parallel direction (as shown in FIG. There is so-called parallel magnetization that is magnetized in the horizontal direction. In the following description, the case where the radially magnetized permanent magnet 11 is used will be described, but the parallel magnetized permanent magnet 11 may be used.

また、上記ヨーク12には、両永久磁石11,11が配置されない部位(図1(b)中の上下位置)に、当該ヨーク12の径方向における厚みを厚くするように径方向内側に向かって突出する凸部12a,12aがそれぞれ設けられている。したがって、上記各永久磁石11,11は、両凸部12a,12aの間に形成された2組の凹部にそれぞれ固着されるようになっており、組立時における永久磁石11,11の位置決めが容易になるという利点がある。ここに、本実施形態では、上述した2つの永久磁石11,11と、ヨーク12によりロータが構成されている。   Further, the yoke 12 is directed radially inward so as to increase the thickness in the radial direction of the yoke 12 at a portion where the permanent magnets 11 and 11 are not disposed (up and down positions in FIG. 1B). Protruding convex portions 12a and 12a are respectively provided. Accordingly, the permanent magnets 11 and 11 are fixed to two sets of concave portions formed between the convex portions 12a and 12a, respectively, and the positioning of the permanent magnets 11 and 11 during assembly is easy. There is an advantage of becoming. Here, in this embodiment, the rotor is constituted by the two permanent magnets 11 and 11 and the yoke 12 described above.

一方、電機子部2は、上述の各永久磁石(ロータ)11,11との間で磁力を作用させる一対の磁極部21b,21bが両端部(図1(b)中の上下両端部)に形成された円柱状の鉄心21と、この鉄心21の中央部に巻回されて上記磁極部21b,21bを励磁する巻線22とを備えている。なお、本実施形態では、図2(a)に示すように鉄心21の中央部に全周に渡って凹所21aが凹設されており、上述の巻線22はこの凹所21a内で巻回されるようになっている。したがって、鉄心21に巻線22を巻回した状態では、図2(b)に示すように巻線22が鉄心21の端面から外側に張り出すことがないから、電機子部2を小型化することができ、その結果小型のアクチュエータ装置を実現できる。また、凹所21aを設けることでコイルボビンレスが可能であり、巻線長も短くできるため銅損を低減できる。なお、本実施形態では、巻線22が1巻線のコイルからなり、巻線22に流れる電流の向きを切り替えることによって、各磁極部21bへの励磁方向が逆転するようになっている。また、本実施形態のアクチュエータ装置は、上記巻線22に励磁電流を供給する駆動回路(図示せず)を備えており、この駆動回路から出力される矩形波電圧が巻線22に印加されると巻線22に励磁電流が流れ、その結果鉄心21の両磁極部21b,21bが磁化されて、界磁部1の各永久磁石11との作用により当該界磁部1が正回転または逆回転するようになっている。   On the other hand, the armature portion 2 has a pair of magnetic pole portions 21b and 21b for applying a magnetic force between the above-described permanent magnets (rotors) 11 and 11 at both end portions (upper and lower end portions in FIG. 1B). A formed cylindrical iron core 21 and a winding 22 wound around the central portion of the iron core 21 to excite the magnetic pole portions 21b and 21b are provided. In the present embodiment, as shown in FIG. 2A, a recess 21a is provided in the center of the iron core 21 over the entire circumference, and the above-described winding 22 is wound in the recess 21a. It is supposed to be turned. Therefore, in a state where the winding 22 is wound around the iron core 21, the winding 22 does not protrude outward from the end face of the iron core 21 as shown in FIG. As a result, a small actuator device can be realized. Further, by providing the recess 21a, the coil bobbin can be eliminated, and the winding length can be shortened, so that the copper loss can be reduced. In the present embodiment, the winding 22 is composed of one coil, and by switching the direction of the current flowing through the winding 22, the excitation direction to each magnetic pole portion 21b is reversed. Further, the actuator device of the present embodiment includes a drive circuit (not shown) that supplies an excitation current to the winding 22, and a rectangular wave voltage output from the drive circuit is applied to the winding 22. As a result, an exciting current flows through the winding 22, and as a result, both magnetic pole portions 21 b and 21 b of the iron core 21 are magnetized, and the field portion 1 rotates forward or backward by the action of each permanent magnet 11 of the field portion 1. It is supposed to be.

ここにおいて、本実施形態では、上述の各永久磁石11,11は回転軸を中心として対称位置に配置され、また各磁極部21b,21bはともに同じ大きさに形成されている。すなわち、各永久磁石11の磁極中心と、回転子(界磁部1)の回転中心とを通る各直線が一直線上に並ぶように、各永久磁石11が配置されている。   In this embodiment, the permanent magnets 11 and 11 described above are arranged at symmetrical positions around the rotation axis, and the magnetic pole portions 21b and 21b are both formed to have the same size. That is, each permanent magnet 11 is arranged so that each straight line passing through the magnetic pole center of each permanent magnet 11 and the rotation center of the rotor (field portion 1) is aligned.

次に、本実施形態のアクチュエータ装置の動作について図4および図5に基づいて説明する。なお、以下の説明において、図4(a)中の左側の永久磁石11では内側がN極、外側がS極となるように着磁され、また右側の永久磁石11では内側がS極、外側がN極となるように着磁されているものとして説明する(図中の矢印は着磁方向を示す。)。また、図5中のx点(回転角0度)とy点(回転角180度)は、界磁部1の各永久磁石11と各磁極部21bとが対向するように回転させた位置(磁気平衡点)であって、始動トルクが最小となる位置であり、図5中のz点(回転角90度)は、各永久磁石11と巻線22とが対向するように上記x点またはy点から90度回転させた位置であって、始動トルクが最大となる位置である。   Next, the operation of the actuator device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, the left permanent magnet 11 in FIG. 4A is magnetized so that the inner side is the N pole and the outer side is the S pole, and the inner side is the S pole and the outer side in the right permanent magnet 11. Is assumed to be magnetized so as to have an N pole (the arrow in the figure indicates the magnetization direction). In addition, the point x (rotation angle 0 degree) and the point y (rotation angle 180 degree) in FIG. 5 are positions rotated so that each permanent magnet 11 and each magnetic pole part 21b of the field part 1 face each other ( 5 is a position at which the starting torque is minimum, and the z point (rotation angle 90 degrees) in FIG. 5 is the x point or the x point so that each permanent magnet 11 and the winding 22 face each other. This is a position rotated 90 degrees from the y point, and is a position where the starting torque is maximized.

まず、図4(a)に示す状態(図5中のa点)から巻線22に順方向の電流を流すと、右ねじの法則により上向きの磁界が発生し、図中の上側の磁極部21bがN極に磁化されるとともに、下側の磁極部21bがS極に磁化される。すると、界磁部1には反時計回り(図4(a)中のA方向)の始動トルクTbが発生し(図5中のb点)、電機子部2に対して界磁部1が反時計回りに回転する。なおこのとき、界磁部1が回転する際の負荷トルクが上記始動トルクTbよりも小さいトルクであることが前提となる。そして、図4(b)の位置まで回転すると、この位置に設けられたストッパー(図示せず)により界磁部(回転子)1の回転が規制され(図5中のc点)、この状態で鉄心21への励磁を停止すると、界磁部1はこの位置で停止する(図5中のd点)。   First, when a forward current is passed through the winding 22 from the state shown in FIG. 4A (point a in FIG. 5), an upward magnetic field is generated according to the right-handed screw law, and the upper magnetic pole portion in FIG. 21b is magnetized to the N pole, and the lower magnetic pole portion 21b is magnetized to the S pole. Then, a starting torque Tb in the counterclockwise direction (direction A in FIG. 4A) is generated in the field portion 1 (point b in FIG. 5), and the field portion 1 is moved relative to the armature portion 2. Rotates counterclockwise. At this time, it is assumed that the load torque when the field magnet portion 1 rotates is smaller than the starting torque Tb. And when it rotates to the position of FIG.4 (b), rotation of the field part (rotor) 1 is controlled by the stopper (not shown) provided in this position (c point in FIG. 5), and this state When the excitation to the iron core 21 is stopped, the field portion 1 stops at this position (point d in FIG. 5).

次に、図4(c)に示す状態(図5中のd点)から巻線22に逆方向の電流を流すと、右ねじの法則により下向きの磁界が発生し、図中の上側の磁極部21bがS極に磁化されるとともに、下側の磁極部21bがN極に磁化される。すると、界磁部1には時計回り(図4(c)中のB方向)の始動トルクTeが発生し(図5中のe点)、電機子部2に対して界磁部1が時計回りに回転する。そして、図4(d)の位置まで回転すると、この位置に設けられたストッパー(図示せず)により界磁部1の回転が規制され(図5中のf点)、この状態で鉄心21への励磁を停止すると、界磁部1はこの位置で停止する(図5中のa点)。なお、本実施形態では、上述したように各永久磁石11を回転軸を中心として対象位置に配置し、さらに鉄心21の各磁極部21bを同じ大きさに形成しているので、上記始動トルクTb=Teとなる。ここにおいて、本実施形態では、例えば界磁部1のヨーク12に設けた突起(図示せず)と、本アクチュエータ装置が収納される機器側に設けた2個1組の突起受け(図示せず)とで上記ストッパーが構成され、各突起受けを上述した角度内(最大トルクを発生させる位置から両方向90度よりも小さい範囲内)に設けることによって、界磁部1が上記角度内で回動自在に回転できるようになっている。   Next, when a current in the reverse direction is passed through the winding 22 from the state shown in FIG. 4C (point d in FIG. 5), a downward magnetic field is generated according to the right-handed screw law, and the upper magnetic pole in the figure. The portion 21b is magnetized to the S pole, and the lower magnetic pole portion 21b is magnetized to the N pole. Then, a clockwise starting torque Te is generated in the field part 1 (direction B in FIG. 4C) (point e in FIG. 5), and the field part 1 is turned clockwise with respect to the armature part 2. Rotate around. Then, when rotating to the position of FIG. 4D, the rotation of the field portion 1 is regulated by a stopper (not shown) provided at this position (point f in FIG. 5), and in this state to the iron core 21 Is stopped at this position (point a in FIG. 5). In the present embodiment, as described above, the permanent magnets 11 are arranged at the target positions around the rotation axis, and the magnetic pole portions 21b of the iron core 21 are formed to have the same size. = Te. Here, in this embodiment, for example, a projection (not shown) provided on the yoke 12 of the field part 1 and a pair of projection receivers (not shown) provided on the device side in which the actuator device is accommodated. ) And the stopper is configured, and by providing each protrusion receiver within the angle described above (within a range smaller than 90 degrees in both directions from the position where the maximum torque is generated), the field portion 1 is rotated within the angle. It can be freely rotated.

而して、本実施形態のアクチュエータ装置では、界磁部(回転子)1の回動範囲を最大トルクを発生させるz点(磁気平衡点であるx点またはy点から90度回転させた点)を挟んで両方向90度よりも小さい範囲内に設定しているので、回転始動トルク(本実施形態ではトルクTb,Te)を大きくすることができる。したがって、負荷トルクが大きい場合でも、界磁部(回転子)1を確実に回転させることができ、その結果高性能なアクチュエータ装置を提供できる。また、減速機を持たない構造であるため、減速機による機械的損失がなく、高効率のアクチュエータ装置を実現できる。さらに、巻線スペースを必要とする電機子部2を界磁部1の内側に配置することによって、界磁部1の径が大きくなり、界磁部1を回転させるアウターロータ型の場合には、大きな回転トルクを発生させることができる。また、本実施形態のように鉄心21に巻回する巻線22が1巻線の場合には、巻線作業や組立作業が容易になるという利点がある。さらに、内側に配置した電機子部2を回転させるインナーロータ型の場合には、接触子が必要であることから摺動接触に伴う損失が発生し、また長期信頼性も懸念されるが、本実施形態のようにアウターロータ型の場合には、外側の界磁部1側を回転させているので上記損失は発生せず、高効率のアクチュエータ装置を実現できる。   Thus, in the actuator device of this embodiment, the rotation range of the field portion (rotor) 1 is rotated 90 degrees from the z point (the x or y point, which is the magnetic equilibrium point) that generates the maximum torque. ) Is set within a range smaller than 90 degrees in both directions, so that the rotation starting torque (torques Tb and Te in this embodiment) can be increased. Therefore, even when the load torque is large, the field portion (rotor) 1 can be reliably rotated, and as a result, a high-performance actuator device can be provided. Further, since the structure does not have a reduction gear, there is no mechanical loss due to the reduction gear, and a highly efficient actuator device can be realized. In the case of an outer rotor type in which the armature portion 2 that requires a winding space is arranged inside the field portion 1 to increase the diameter of the field portion 1 and rotate the field portion 1. A large rotational torque can be generated. Moreover, when the winding 22 wound around the iron core 21 is one winding as in this embodiment, there is an advantage that the winding work and the assembly work are facilitated. Furthermore, in the case of the inner rotor type that rotates the armature portion 2 arranged on the inner side, since a contact is necessary, loss due to sliding contact occurs, and long-term reliability is a concern. In the case of the outer rotor type as in the embodiment, since the outer field portion 1 side is rotated, the above loss does not occur and a highly efficient actuator device can be realized.

ここにおいて、界磁部1が図5中のa点またはd点にある状態(非励磁状態)では、厳密にはトルクはゼロではなく、界磁部1の永久磁石11と電機子部2の鉄心21の作用によって所謂コギングトルク(図5中の実線K参照)が生じるが、このコギングトルクは磁気安定位置(例えば図5中のx点またはy点)に向かうように作用する。ここに、図6は可動域が90度の場合における正転動作時のトルク特性であり、図中の実線L,M,Nは、それぞれ巻線22に3200AT,2500AT,2000ATの電流を流した場合のトルク特性を示し、図中の実線Oはコギングトルクを示している。本図によれば、始動時には磁気安定点(図中の0度の位置)に向かうように、すなわち始動トルクと反対方向(図6中の矢印P方向)にコギングトルクが作用し、その結果始動トルクの低下を招く。したがって、始動トルクの低下を抑えるためには、上記コギングトルクを小さくすることが求められる。そこで、本実施形態では、上記ストッパーを弾性材料で形成し、当該ストッパーからの反力によって上記コギングトルクを低減することで、始動トルクの低下が抑えられるようになっている。また、ストッパーを弾性材料で形成することによって、ストッパーへの衝突音を低減できるとともに、衝突時の衝撃を和らげることができるので、機械寿命を延ばすこともできる。さらに、コギングトルクが作用する場合に比べて出力トルクを小さくすることができるので、低出力の駆動回路を用いることができ、その結果コストダウンを図ることができる。   Here, in a state where the field portion 1 is at point a or d in FIG. 5 (non-excited state), strictly speaking, the torque is not zero, and the permanent magnet 11 and the armature portion 2 of the field portion 1 The so-called cogging torque (see the solid line K in FIG. 5) is generated by the action of the iron core 21, and this cogging torque acts so as to go to the magnetic stable position (for example, point x or point y in FIG. 5). Here, FIG. 6 shows torque characteristics during forward rotation when the movable range is 90 degrees, and solid lines L, M, and N in the figure flow currents of 3200AT, 2500AT, and 2000AT, respectively, into the winding 22. Torque characteristics in the case, and the solid line O in the figure indicates the cogging torque. According to this figure, at the time of starting, the cogging torque acts toward the magnetic stable point (0 degree position in the figure), that is, in the direction opposite to the starting torque (in the direction of arrow P in FIG. 6). Reduces torque. Therefore, in order to suppress a decrease in starting torque, it is required to reduce the cogging torque. Therefore, in this embodiment, the stopper is made of an elastic material, and the cogging torque is reduced by the reaction force from the stopper, so that a decrease in the starting torque can be suppressed. In addition, by forming the stopper with an elastic material, it is possible to reduce the impact noise to the stopper and reduce the impact at the time of the collision, thereby extending the mechanical life. Further, since the output torque can be reduced as compared with the case where the cogging torque acts, a low output drive circuit can be used, and as a result, the cost can be reduced.

ここで、図7は、図4(b)に示す状態(すなわち、順方向に励磁されている状態)における主磁路を示しており、このとき界磁部1と電機子部2の磁界が強め合うことで、破線Cの経路で最大の磁束量が発生する。合わせて、ヨーク12においても、両永久磁石11,11間にある部位の磁束密度が最大となり、磁気飽和を起こす虞があるが、本実施形態ではこの部分に径方向内側に向かって突出する凸部12aを設けているので、磁路の断面積が大きくなり、その結果磁束密度が低下して磁気飽和が軽減されるので、磁気効率が改善されて高効率のアクチュエータ装置を実現できる。なお、永久磁石11内の矢印は、各永久磁石11の着磁方向を示している。ここにおいて、ヨーク12は、図8に示すように凸部12aがないものであってもよいが、上述のような磁気飽和を考慮すると、図1(b)に示すように凸部12aを設けるのが好ましい。   Here, FIG. 7 shows the main magnetic path in the state shown in FIG. 4B (ie, the state excited in the forward direction). At this time, the magnetic fields of the field part 1 and the armature part 2 are By strengthening each other, the maximum amount of magnetic flux is generated in the path indicated by the broken line C. At the same time, in the yoke 12, the magnetic flux density at the portion between the permanent magnets 11 and 11 is maximized and may cause magnetic saturation. However, in this embodiment, this portion protrudes radially inward. Since the portion 12a is provided, the cross-sectional area of the magnetic path is increased, and as a result, the magnetic flux density is reduced and the magnetic saturation is reduced. Therefore, the magnetic efficiency is improved and a highly efficient actuator device can be realized. An arrow in the permanent magnet 11 indicates the magnetization direction of each permanent magnet 11. Here, the yoke 12 may have no convex portion 12a as shown in FIG. 8, but in consideration of the magnetic saturation as described above, the convex portion 12a is provided as shown in FIG. Is preferred.

次に、図10は本実施形態のアクチュエータ装置の他の例を示しており、本例では各永久磁石11を、それぞれ2つの永久磁石11a,11bに分割した点で図1に示したアクチュエータ装置と異なっている。それ以外の点は図1に示したアクチュエータ装置と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。   Next, FIG. 10 shows another example of the actuator device of the present embodiment. In this example, the actuator device shown in FIG. 1 in that each permanent magnet 11 is divided into two permanent magnets 11a and 11b, respectively. Is different. The other points are the same as those of the actuator device shown in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

本例では、各永久磁石11が巻線22に対向するように界磁部1を回転させた状態(すなわち、最大トルクを発生させる位置に回転させた状態)において、それぞれ巻線22に対向する部位に磁極が配置されないように、上記各永久磁石11を永久磁石11a,11bに分割して配置している。なお、図中の矢印は、各永久磁石11a,11bの着磁方向を示している。   In this example, in a state where the field magnet portion 1 is rotated so that each permanent magnet 11 faces the winding 22 (that is, a state where the field magnet portion 1 is rotated to a position where the maximum torque is generated), each permanent magnet 11 faces the winding 22. Each of the permanent magnets 11 is divided into permanent magnets 11a and 11b so that no magnetic pole is arranged at the site. In addition, the arrow in a figure has shown the magnetization direction of each permanent magnet 11a, 11b.

而して、本例によれば、各永久磁石11をそれぞれ分割することによって、永久磁石11の体積を減らして軽量化できるため、慣性モーメントを小さくでき、その結果起動時の動作遅延を改善することができる。また、後述のように各永久磁石11a,11bの配置位置に応じて、回転に伴う発生トルク特性を所望に設計できるため、電機子部2の過度な励磁が不要になり、その結果通電損失を減らして高効率化を図ることができる。   Thus, according to this example, by dividing each permanent magnet 11, the volume of the permanent magnet 11 can be reduced and the weight can be reduced, so that the moment of inertia can be reduced, and as a result, the operation delay at the time of starting is improved. be able to. Moreover, since the generated torque characteristics accompanying rotation can be designed as desired according to the arrangement positions of the permanent magnets 11a and 11b as will be described later, excessive excitation of the armature portion 2 is not necessary, and as a result, current loss is reduced. It can be reduced to increase efficiency.

なお、本実施形態では、各永久磁石11を2つに分割した場合について説明したが、分割数は本実施形態に限定されるものではなく、最大トルクを発生させる位置に回転させた状態において、巻線22に対向する部位に磁極が配置されていなければ3つ以上に分割してもよい。   In addition, although this embodiment demonstrated the case where each permanent magnet 11 was divided | segmented into two, the division | segmentation number is not limited to this embodiment, In the state rotated to the position which produces | generates a maximum torque, If the magnetic pole is not disposed at a portion facing the winding 22, the winding 22 may be divided into three or more.

また、本実施形態では、鉄心21の中央部に全周に渡って凹所21aを設けており、この場合鉄心21の体積が減少することによって磁気飽和を起こす可能性があるが、例えば98に示すように巻線22をコイルボビン(図示せず)を介して鉄心21の表面に巻回するように構成することで、磁気飽和を防止することができる。   Moreover, in this embodiment, the recess 21a is provided in the center part of the iron core 21 over the perimeter, and in this case, there is a possibility that magnetic saturation is caused by the volume of the iron core 21 being reduced. As shown in the figure, by configuring the winding 22 to be wound around the surface of the iron core 21 via a coil bobbin (not shown), magnetic saturation can be prevented.

(実施形態2)
本発明に係るアクチュエータ装置の実施形態2について図11〜図14に基づいて説明する。上述の実施形態1では、各永久磁石11を上記回転軸を中心として対称位置に配置し、さらに鉄心21の各磁極部21bを同じ大きさに形成しているが、本実施形態では、各永久磁石11を非対称位置に配置したり、各磁極部21bを互いに異なる大きさに形成している。なお、それ以外の構成については実施形態1と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the actuator device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment described above, the permanent magnets 11 are arranged at symmetrical positions around the rotation axis, and the magnetic pole portions 21b of the iron core 21 are formed in the same size. The magnets 11 are arranged at asymmetric positions, and the magnetic pole portions 21b are formed in different sizes. In addition, about another structure, it is the same as that of Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and description is abbreviate | omitted.

図11(a)は本実施形態の一例であり、各永久磁石11が回転軸を中心として非対称位置に配置されている。すなわち、本例では、各永久磁石11の磁極中心と、回転中心Pとを通る各直線D,Eが一直線状に並ばないように、各永久磁石11が配置されている。なお、図中の矢印は、各永久磁石11の着磁方向を示している。   FIG. 11A is an example of this embodiment, and each permanent magnet 11 is disposed at an asymmetric position about the rotation axis. That is, in this example, each permanent magnet 11 is arranged so that the straight lines D and E passing through the magnetic pole center of each permanent magnet 11 and the rotation center P do not line up in a straight line. In addition, the arrow in a figure has shown the magnetization direction of each permanent magnet 11. FIG.

ここで、図12は永久磁石11の具体的な配置例であり、図13はこれらに対応するトルク特性を示している。図12(a)では、θa=45度、θb=30度に設定されており、各永久磁石11を上側に偏心させている。また、図12(b)では、θa=45度、θb=60度に設定されており、各永久磁石11を下側に偏心させている。   Here, FIG. 12 shows a specific arrangement example of the permanent magnets 11, and FIG. 13 shows torque characteristics corresponding to these. In FIG. 12A, θa = 45 degrees and θb = 30 degrees are set, and each permanent magnet 11 is eccentric upward. In FIG. 12B, θa = 45 degrees and θb = 60 degrees are set, and each permanent magnet 11 is eccentric downward.

図13中の破線Hは、θa=θb=45度、つまり各永久磁石11を対称に配置した場合のトルク特性であり、また実線Iは図12(a)の場合、二点鎖線Jは図12(b)の場合のトルク特性である。このグラフから、永久磁石11を偏心、つまり磁極を偏心させることによって、おなじ機械角(回転角)でも出力トルクが異なることが分かる。   The broken line H in FIG. 13 is the torque characteristic when θa = θb = 45 degrees, that is, the permanent magnets 11 are arranged symmetrically, and the solid line I is the case of FIG. It is a torque characteristic in the case of 12 (b). From this graph, it can be seen that the output torque varies with the same mechanical angle (rotation angle) by decentering the permanent magnet 11, that is, decentering the magnetic pole.

而して、本実施形態によれば、上述のように界磁部1の磁極位置に応じて発生トルクがピークとなる回転角度位置が変わる特性を利用することによって、トルク特性を要求特性に沿って設計することができ、その結果電機子部2を過度に励磁して局所的なトルク不足を補う必要がなく、通電損失を減らして高効率化を図ることができる。   Thus, according to the present embodiment, the torque characteristic is adjusted to the required characteristic by using the characteristic that the rotational angle position where the generated torque becomes a peak according to the magnetic pole position of the field magnet portion 1 as described above. As a result, it is not necessary to excite the armature portion 2 excessively to compensate for local torque shortage, and it is possible to reduce energization loss and increase efficiency.

なお、本実施形態のように2部品からなる永久磁石11,11を偏心させた場合には、界磁部1の重心が回転中心からずれることになるが、例えば重り(図示せず)を用いて界磁部1の重心を回転中心に一致させることによって、偏心の影響を受けることなく界磁部1を回転させることができる。また、図11(b)に示すように永久磁石11が1部品からなる場合には、上記重りは不要になる。なお、この場合、図11(b)に示すように一方の磁極の磁極中心と回転中心Pとを通る直線Fと、他方の磁極の磁極中心と回転中心とを通る直線Gとが一直線状に並ばないように、各磁極を着磁すればよい。なお、図中の矢印は、永久磁石11に形成された各磁極の着磁方向を示している。   Note that when the two-part permanent magnets 11 and 11 are eccentric as in the present embodiment, the center of gravity of the field portion 1 is shifted from the center of rotation. For example, a weight (not shown) is used. By making the center of gravity of the field portion 1 coincide with the center of rotation, the field portion 1 can be rotated without being affected by eccentricity. Moreover, when the permanent magnet 11 consists of one component as shown in FIG.11 (b), the said weight becomes unnecessary. In this case, as shown in FIG. 11B, a straight line F passing through the magnetic pole center of one magnetic pole and the rotation center P and a straight line G passing through the magnetic pole center of the other magnetic pole and the rotation center are aligned. What is necessary is just to magnetize each magnetic pole so that it may not line up. In addition, the arrow in a figure has shown the magnetization direction of each magnetic pole formed in the permanent magnet 11. FIG.

次に、図14は本実施形態のアクチュエータ装置の他の例を示しており、上述のアクチュエータ装置では、界磁部(回転子)1を構成する永久磁石11を偏心させているが、本例では電機子部(固定子)2を構成する鉄心21の各磁極部21bを互いに異なる大きさに形成しており、それ以外の構成は同様であるから、同一の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。   Next, FIG. 14 shows another example of the actuator device of the present embodiment. In the above-described actuator device, the permanent magnet 11 constituting the field portion (rotor) 1 is eccentric, but this example Then, the magnetic pole portions 21b of the iron core 21 constituting the armature portion (stator) 2 are formed in different sizes, and the other configurations are the same. A description thereof will be omitted.

図14に示す例では、上側の磁極部21bが下側の磁極部21bよりも小さくなっている。すなわち、上下の磁極部21bの大きさを互いに異なる大きさとすることによって、鉄心21側の磁極を片側に偏心させているのである。   In the example shown in FIG. 14, the upper magnetic pole portion 21b is smaller than the lower magnetic pole portion 21b. That is, the magnetic poles on the iron core 21 side are eccentric to one side by making the sizes of the upper and lower magnetic pole portions 21b different from each other.

而して、本例によれば、一対の磁極部21b,21bを互いに異なる大きさに形成することによって、鉄心21側に生じる磁極を偏心させることができ、その結果発生トルクがピークとなる回転角度位置を変えることができるので、電機子部2を過度に励磁して局所的なトルク不足を補う必要がなく、通電損失を減らして高効率化を図ることができる。また、本例のように固定子を構成する鉄心21を偏心させた場合には、回転子である界磁部1は偏心の影響を受けることなく、永久磁石11が2部品からなる場合でも重りが不要であるという利点がある。   Thus, according to this example, by forming the pair of magnetic pole portions 21b and 21b in different sizes, the magnetic pole generated on the iron core 21 side can be decentered, and as a result, the generated torque peaks. Since the angular position can be changed, it is not necessary to excite the armature part 2 excessively to compensate for local torque shortage, and it is possible to reduce the energization loss and increase the efficiency. Further, when the iron core 21 constituting the stator is eccentric as in the present example, the field portion 1 that is a rotor is not affected by the eccentricity, and even when the permanent magnet 11 is composed of two parts, it is a weight. There is an advantage that is unnecessary.

なお、上述の実施形態1,2では、電機子部2が固定子であって、界磁部1が回転子であるアクチュエータ装置について説明したが、逆に電機子部2が回転子であって、界磁部1が固定子であるアクチュエータ装置であってもよい。また、実施形態1,2では、1巻線からなる巻線22を用い、励磁方向に応じて巻線22に流す電流の方向を切り替えているが、例えば巻線22は2巻線のものであってもよく、励磁方向に応じて電流を流す巻線を切り替えるようにしてもよい。さらに、上述したストッパーの位置は、最大トルクを発生させる位置を挟んで両方向90度よりも小さい範囲内であれば、商品仕様などに応じて適宜設定すればよい。   In the first and second embodiments, the actuator device in which the armature portion 2 is a stator and the field portion 1 is a rotor has been described. Conversely, the armature portion 2 is a rotor. An actuator device in which the field unit 1 is a stator may be used. In the first and second embodiments, the winding 22 consisting of one winding is used, and the direction of the current flowing through the winding 22 is switched according to the excitation direction. For example, the winding 22 has two windings. It may be possible to switch the winding through which a current flows according to the excitation direction. Furthermore, the position of the stopper described above may be appropriately set according to the product specifications and the like as long as it is within a range smaller than 90 degrees in both directions across the position where the maximum torque is generated.

また、実施形態1では、永久磁石11が2個の場合について説明したが、本実施形態で説明した図11(b)に示すような1部品で構成し、各磁極の磁極中心と回転中心とを通る各直線が一直線上に並ぶように(すなわち、各磁極を対称位置に配置)、各磁極を着磁するようにしてもよい。   In the first embodiment, the case where there are two permanent magnets 11 has been described. However, the permanent magnet 11 is composed of one component as shown in FIG. The magnetic poles may be magnetized so that the straight lines passing through are aligned on a straight line (that is, the magnetic poles are arranged at symmetrical positions).

実施形態1のアクチュエータ装置の回転子および固定子を示し、(a)は断面斜視図、(b)は正面から見た断面図である。The rotor and stator of the actuator apparatus of Embodiment 1 are shown, (a) is a cross-sectional perspective view, (b) is sectional drawing seen from the front. 同上の鉄心を示し、(a)は巻線を巻回する前の斜視図、(b)は巻線を巻回した後の斜視図である。The iron core same as the above is shown, (a) is a perspective view before winding the winding, and (b) is a perspective view after winding the winding. (a)(b)は永久磁石の着磁方向を示す断面図である。(A) (b) is sectional drawing which shows the magnetization direction of a permanent magnet. (a)〜(d)は同上の回転子の動作を説明する説明図である。(A)-(d) is explanatory drawing explaining operation | movement of a rotor same as the above. 同上の回転子の動作を説明するグラフである。It is a graph explaining operation | movement of a rotor same as the above. 同上の回転子に作用する励磁トルクとコギングトルクとを示すグラフである。It is a graph which shows the excitation torque and cogging torque which act on a rotor same as the above. 同上の回転子および固定子に発生する磁束を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the magnetic flux which generate | occur | produces in a rotor and a stator same as the above. 同上の他の回転子および固定子の正面から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the front of the other rotor and stator same as the above. 同上のさらに他の回転子および固定子の断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view of other rotor and stator same as the above. 同上のさらにまた他の回転子および固定子の正面から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the front of the further another rotor and stator same as the above. (a)は実施形態2のアクチュエータ装置の回転子および固定子の正面から見た断面図、(b)は同上に用いられる他の永久磁石の正面から見た断面図である。(A) is sectional drawing seen from the front of the rotor and stator of the actuator apparatus of Embodiment 2, (b) is sectional drawing seen from the front of the other permanent magnet used for the same as the above. (a)(b)は同上の回転子を構成する永久磁石の具体的な配置例である。(A) (b) is a specific example of arrangement | positioning of the permanent magnet which comprises the rotor same as the above. 同上の回転子の回転角と出力トルクの関係を示す関係図である。It is a relationship figure which shows the relationship between the rotation angle of a rotor same as the above, and output torque. 同上の他の回転子および固定子の正面から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the front of the other rotor and stator same as the above.

符号の説明Explanation of symbols

1 界磁部(回転子)
2 電機子部(固定子)
11 永久磁石
21 鉄心
21b 磁極部
22 巻線
1 Field part (rotor)
2 Armature part (stator)
11 Permanent magnet 21 Iron core 21b Magnetic pole part 22 Winding

Claims (8)

界磁部または当該界磁部の内側に配置される電機子部の何れか一方からなる固定子と、他方からなり前記固定子に対して回転する回転子とを備え、前記回転子に設けた回転軸周りのトルクを出力するアクチュエータ装置において、前記界磁部は、永久磁石を具備し前記回転軸の周方向において2つの異磁極が並べて設けられるロータを備え、前記電機子部は、前記ロータとの間で磁力を作用させる一対の磁極部が両端部に形成された鉄心と、当該鉄心の中央部に巻回されて前記一対の磁極部を励磁する巻線とを備え、最大トルクを発生させる位置を挟んで両方向90度よりも小さい範囲内で前記回転子の回転を規制するストッパーを設けることを特徴とするアクチュエータ装置。   A stator comprising either a field part or an armature part disposed inside the field part, and a rotor comprising the other and rotating with respect to the stator, provided on the rotor In the actuator device that outputs torque around the rotating shaft, the field portion includes a rotor that includes a permanent magnet and is provided with two different magnetic poles arranged in the circumferential direction of the rotating shaft, and the armature portion includes the rotor A pair of magnetic poles that act as a magnetic force between them, and a winding that is wound around the center of the iron core to excite the pair of magnetic poles to generate maximum torque An actuator device comprising a stopper for restricting the rotation of the rotor within a range smaller than 90 degrees in both directions across the position to be moved. 前記ストッパーは弾性材料からなることを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ装置。   The actuator device according to claim 1, wherein the stopper is made of an elastic material. 前記ロータは、前記永久磁石を2つ具備するとともに、当該2つの永久磁石の外側に配置されて両永久磁石間の磁路を形成する筒状のヨークを具備し、当該ヨークは、前記各永久磁石が配置されない部位に、当該ヨークの径方向における厚みを厚くするように径方向内側に向かって突出する凸部が設けられることを特徴とする請求項1または2の何れか1項に記載のアクチュエータ装置。   The rotor includes two permanent magnets, and includes a cylindrical yoke that is disposed outside the two permanent magnets to form a magnetic path between the two permanent magnets. The convex part which protrudes toward a radial inside so that the thickness in the radial direction of the said yoke may be thickened in the site | part in which a magnet is not arrange | positioned is provided. Actuator device. 前記ロータの各磁極は、当該各磁極の磁極中心と、前記回転子の回転中心とを通る各直線が一直線上に並ばないように、それぞれ設けられることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のアクチュエータ装置。   4. The rotor according to claim 1, wherein each of the magnetic poles of the rotor is provided so that straight lines passing through the magnetic pole center of the magnetic pole and the rotation center of the rotor are not aligned on a straight line. The actuator device according to claim 1. 前記一対の磁極部を互いに異なる大きさに形成することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のアクチュエータ装置。   The actuator device according to any one of claims 1 to 4, wherein the pair of magnetic pole portions are formed in different sizes. 最大トルクを発生させる位置に前記ロータの各磁極が位置する状態において、前記電機子部の巻線と対向する部位に前記各磁極が配置されないように、前記ロータが具備する前記永久磁石を複数に分割して配置することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のアクチュエータ装置。   In a state where each magnetic pole of the rotor is located at a position where the maximum torque is generated, a plurality of the permanent magnets included in the rotor are provided so that the magnetic poles are not arranged at a portion facing the winding of the armature part. The actuator device according to claim 1, wherein the actuator device is divided and arranged. 前記鉄心は、当該鉄心の中央部に全周に渡って形成された凹所を備え、前記巻線は、当該凹所内で巻回されることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載のアクチュエータ装置。   The said iron core is provided with the recessed part formed over the perimeter in the center part of the said iron core, The said coil | winding is wound in the said recessed part, The any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. The actuator device according to item. 前記電機子部が前記固定子を構成し、前記界磁部が前記回転子を構成することを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載のアクチュエータ装置。   The actuator device according to claim 1, wherein the armature part constitutes the stator, and the field part constitutes the rotor.
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