JP2558631Y2 - 電磁式有限回転型電動機 - Google Patents

電磁式有限回転型電動機

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JP2558631Y2
JP2558631Y2 JP1991001273U JP127391U JP2558631Y2 JP 2558631 Y2 JP2558631 Y2 JP 2558631Y2 JP 1991001273 U JP1991001273 U JP 1991001273U JP 127391 U JP127391 U JP 127391U JP 2558631 Y2 JP2558631 Y2 JP 2558631Y2
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章 赤羽
善規 伊藤
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Harmonic Drive Systems Inc
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、光、イオン、電子ビー
ムなどの偏向あるいは走査を行うために使用される反射
鏡などを定まった角度範囲内で精度良く回転させるため
の電磁式有限回転型電動機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電磁式有限回転型電動機は、一般に、高
い応答速度と正確な回転位置決め精度が要求される被駆
動部材の駆動源として利用されている。例えば、光学的
走査機構などの分野において、光ビームの偏向あるいは
走査を行うための反射鏡等の回転駆動源として利用され
ている。一般的に使用されている電磁式有限回転型電動
機は、強磁性材から構成された回転子の外周を取り囲む
状態に固定子が配置され、固定子には、回転子を一定の
角度範囲内で回転駆動させるための駆動磁束を発生する
駆動磁束発生機構が形成されている。この機構は、複数
の磁極部とこれらに巻き付けた巻線とから構成されてい
る。また、回転子の回転角度位置を検知するための位置
検出機構が組み込まれている。この位置検知機構として
は、静電容量形位置検出機構が一般的に使用されてい
る。
【0003】また、かかる電動機においては、一般的
に、回転子をその原点位置に復帰させるための復帰力を
回転子に常時作用させるための機構が組み込まれてい
る。かかる機構としては、磁力を利用したバイアス磁束
発生機構あるいは、回転子の回転軸内に捩じりばねを配
置した機構が知られている。
【0004】一方、回転子は一般的にその回転軸の両端
がベアリングによって回転自在に支持されている。理想
的には、回転子はその回転中心軸が半径方向に振れない
ように支持されることが望ましい。しかし、ベアリング
の製造誤差、その組み付け誤差などに起因して、回転子
は極く僅かながら半径方向に偏位可能な状態になってい
る。このために、回転運動と伴って、回転軸が半径方向
へ振れる運動が発生する。かかる回転軸の触れが発生す
ると、回転子の回転角度位置の検出精度が低下し、正確
な回転子の位置決めを行えない事態も生ずる。
【0005】
【考案が解決しようとする課題】このような電磁式有限
回転型電動機においては、回転位置決めの精度が高める
ことが常に要求されている。また、その構造を簡素化し
て、全体を小型コンパクトにしたいという要求が常にあ
る。
【0006】本考案の課題は、これらの点に着目して、
電磁式有限回転型電動機の回転位置決め精度を高めると
ともに、それを小型でコンパクトに製造可能とすること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本考案の電磁式有限回転型電動機においては、永
久磁石から構成された複数の磁極を備えた回転子を永久
磁石から構成し、この構成の回転子の外周に、定まった
位置において複数の磁極を形成するための強磁性材およ
び巻線を備えた固定子を配置し、ベアリング手段によ
り、回転子をその中心軸線の回りに回転自在に支持した
構成を採用し、固定子に配置した巻線によって発生する
駆動磁束を制御して、回転子を一定の角度範囲内におけ
る任意の角度位置に回転させるようにしている。
【0008】また、本考案においては、回転子をその原
点位置に復帰させるための復帰力を発生させるために、
固定子の側に取りつけた永久磁石部材を利用する構成を
採用している。
【0009】さらに、本発明においては、回転子の回転
角度位置を検出するためのに、光学式ポテンショメータ
を採用している。この光学式ポテンショメータは、発光
素子と、受光素子と、回転子と一体回転し、発光素子か
ら放射された光を受光素子の側に向ける光通過路を規定
する回転部材とから構成してあり、回転部材には、回転
子の回転角度範囲に渡って光透過あるいは光反射帯域を
形成してある。そして、この光透過あるいは光反射帯域
を、回転部材の回転量に応じて発光素子に対峙する光透
過あるいは反射部分が移動する形状に設定してある。発
光素子としては、レーザダイオードから構成したものが
好ましい。
【0010】
【作用】本考案の電動機においては、回転子の側におけ
る永久磁石の磁極と、固定子の側における磁極との間に
発生する磁束が、磁束制御手段により制御されて、回転
子は固定子に対して一定の角度範囲内で任意の角度位置
に回転駆動される。回転子の側は永久磁石により構成さ
れているので、強磁性材料から構成されている従来の回
転子を使用する場合に比べて、電動機の効率が高まり、
発生トルクも増加する。回転子は、常時、固定子の側に
取りつけた永久磁石部材によって半径方向に吸引され
る。この吸引力が、回転子の原点への復帰力となる。こ
れに加えて、この半径方向の吸引力により、回転子は常
時半径方向に向けて偏位させられた状態にあるので、不
所望な半径方向への運動が抑制される。一方、回転子の
回転角度位置は、光学式のポテンショメータによって精
度良く検出される。
【0011】
【実施例】以下に、図面を参照して本考案の実施例を説
明する。
【0012】図1および図2は、本考案の一実施例であ
る電磁式有限回転型電動機の外観斜視図およびその縦断
面図である。本例の電動機1は、円筒形のケース2の内
部に、電動機本体部3と、位置センサ4とが同軸状態に
組み込まれた構成となっている。電動機本体部3は、回
転軸31の外周に固着した円筒状の永久磁石32から構
成される回転子33をその中心に有している。この回転
子33の永久磁石32の外周を囲むように、円筒状の固
定子34が同心状態に取付けられている。回転子33の
回転軸31は、永久磁石32から突出している元端側お
よび先端側において、ボールベアリング35、36を介
して、ケース2に対して、その中心軸線33aの回りに
回転自在の状態に支持されている。回転軸31の先端側
の部分は、ボールベアリング35および位置センサ4の
中心を貫通して、ケースの前端面21から回転出力軸3
1aとして突出している。
【0013】図3は電動機の横断面図であり、この図も
参照して電動機本体部3の内部構造を説明する。まず、
永久磁石32は、その円筒形断面の直径方向の両端にN
極の磁極面32NとS極の磁極面32Sを有している。
これに対して、固定子34の内周面には、その円筒形断
面の中心に向けて延びる一対の磁極部341、342が
形成されている。これらの磁極部は回転軸線33aを通
る直径方向に沿って形成されており、回転子側の永久磁
石31とほぼ同一の軸方向の長さを有している。これら
の磁極部341、342の先端には、永久磁石31の外
周面よりも僅かに大きな半径の円弧形をした磁極面34
1a、342aが形成されている。これらの円弧面は、
一定のギャップを介して、永久磁石31の外周面に対峙
している。これらの磁極部341、342の外周には、
それぞれ回転子駆動磁束を発生させるための界磁巻線3
43、344が巻き付けられている。界磁巻線の両端3
45、346は、電源線37および磁束制御回路(図示
せず)を介して、駆動電源(図示せず)に接続されてい
る。磁束制御回路は一般的に使用されているものを利用
することができるので、その説明は省略する。
【0014】ここに、固定子34の内周面において、上
記の一対の磁極部341、342に対して、角度的に中
間の位置には、永久磁石部材38が固着されている。こ
の永久磁石部材38は、ほぼ回転子側の永久磁石31と
同一の軸方向長さを有している。本例においては、この
磁石の磁極が回転中心軸31aの方向に整列されてお
り、回転子側に臨む面がN極の磁極面38Nとされ、固
定子の側に固着された面がS極の磁極面38Sとされて
いる。
【0015】次に、図4および図5も参照して、上記の
位置センサ4の構成を説明する。この位置センサ4は光
学式ポテンショメータであり、出力回転軸31aの外周
に同心状に固着した回転スリット板41と、これを挟
み、固定した位置に対向配置したレーザダイオード42
および半導体位置検出素子43と、回転スリット板41
および半導体位置検出素子43の間に配置した固定スリ
ット板44とから構成されている。回転スリット板41
は、図4に示す形状をしており、回転対称となるよう
に、一定の角度2φを越える角度の円弧を張る一対の扇
形部分411、412が形成されている。角度2φは本
例の電動機の最大回転角度範囲である。一方の扇形部分
411には、角度2φを越える角度に渡り螺旋状の光通
過用スリット413が形成されている。このスリット4
13は、回転スリット板41の中心を中心とする螺旋の
一部分である。従って、その動径rとスリット板41の
回転角度Θとは、r=a−(δ/2π)Θとなる。ここ
に、δは螺旋のピッチである。回転スリット板41が回
転すると、それに伴ってスリット413も回転するの
で、レーザダイオード42に対峙しているこのスリット
413の位置が半径方向に移動する。この結果、固定ス
リット板44を介して半導体位置検出素子43の受光面
での受光位置が変化して、回転角度に対応した電気信号
を得ることができる。例えば、図5に示すように、回転
角度に比例する出力電圧を得ることができる。ここに、
本例の電動機1の回転角度は最大2φであり、通常は2
0ないし30度の範囲内である。従って、δ/2πの値
を大きくとることができるので、分解能が高くなり、高
精度の位置検出を行うことができる。
【0016】本例の電動機1においては、回転子33は
図3に示す状態に初期設定される。すなわち、回転子3
3の側の永久磁石のN極32Sと、固定子の側に取りつ
けた永久磁石部材38のN極38Nとの間に働く磁気吸
引力が原点復帰力として作用して、回転子33がその図
に示す原点位置に復帰した状態とされる。この状態にお
いて、位置センサ41の側においては、図4に示すよう
に、その回転スリット板41のスリット413の中央が
レーザダイオード42および半導体位置検出素子43に
対峙している。この状態で、界磁制御回路(図示せず)
を介して界磁巻線343、344に駆動電流が供給さ
れ、これにより、固定子と回転子の間に形成される磁界
の強さ応じて、回転子33が所定の角度だけ回転する。
かかる回転駆動力の発生原理は公知であるので詳細な説
明は省略する。
【0017】このように一定の角度だけ回転子33が回
転すると、その回転軸31に固着されている位置センサ
4の回転スリット板41も回転する。この結果、スリッ
ト板41の回転量に応じて、半導体位置検出素子43の
側での受光位置が変化して、そこからの出力信号、例え
ば出力電圧の値が図5に示すように変化する。よって、
この変化から回転子の実際の回転角度位置を検知でき
る。検知した実際の回転角度位置に基づき、磁界制御回
路では駆動電流を制御して、発生磁界を制御し、回転子
を目標回転角度位置に精度良く位置決めできる。
【0018】ここで、固定子の側に取りつけた復帰力発
生用の永久磁石部材38は、常に回転子33を吸引して
いる。従って、回転子には常時半径方向へのバイアス力
が作用しており、その回転軸の軸振れが防止される。ま
た、界磁制御回路を介しての駆動電流の供給が止むと、
回転子33はこの永久磁石部材38の吸引力によりその
原点位置に復帰する。このように、本例においては、こ
の永久磁石部材38は、回転子の原点復帰力を発生させ
ると共に、回転子に半径方向のバイアス力を作用させて
軸振れを防止するためにも利用されている。
【0019】なお、本例における位置センサ41におい
ては、回転スリット板411に光通過用スリット413
を形成したが、この代わりに、光が透過する光透過部分
を形成してもよい。あるいは、光反射部分を形成して、
発光素子の側からの光をここで反射して受光素子の側で
受け取るように構成してもよい。また、スリットの形状
は螺旋形状に限定されるものではなく、回転角度に応じ
てスリット位置が変化するような形状のものであればよ
い。
【0020】
【考案の効果】以上説明したように、本考案の電磁式有
限回転型電動機は、永久磁石を用いて回転子を構成する
ようにしているので、強磁性材料などから構成されてい
る回転子を用いる場合に比べて電気機械変換効率を高め
ることができ、よって、発生トルクを増加させることが
できる。
【0021】また、本考案においては、固定子の側に永
久磁石部材を取付け、これを用いて、回転子の原点復帰
力および半径方向へのバイアス力の双方を発生させるよ
うに構成してある。従って、これらの力を、別個の機構
を用いて発生させるようにしている場合に比べて、電動
機の構造を簡素化でき、その分装置寸法を小型、コンパ
クトにすることができる。
【0022】さらに、本考案においては、回転子の回転
角度位置の検出用に、検出精度の高い光学式のポテンシ
ョメータを利用しているので、回転子の回転角度位置制
御を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の実施例の電磁式有限回転型電動機を示
す外観斜視図である。
【図2】図1の電動機の概略縦断面図である。
【図3】図2のIII-III 線で切断した部分の概略横断面
図である。
【図4】図1の電動機における位置センサを構成する回
転スリット板を示す説明図である。
【図5】図1の位置センサにおける回転角度と出力電圧
との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
1・・・・電磁式有限回転型電動機 3・・・・電動機本体 31・・・回転軸 31a・・回転中心軸 32・・・永久磁石 33・・・回転子 34・・・固定子 341、342・・磁極部 343、344・・界磁巻線 35、36・・・・ベアリング 38・・・永久磁石部材 4・・・・位置センサ 41・・・回転スリット板 413・・スリット 42・・・レーザダイオード 43・・・半導体位置検出素子

Claims (6)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 永久磁石から構成され、複数の磁極を備
    えた回転子と、定まった位置において複数の磁極を形成
    するための強磁性材および界磁巻線を備え、前記回転子
    の外周に配置された固定子と、前記回転子をその中心軸
    線の回りに少なくとも所定の角度範囲で回転自在に支持
    したベアリング手段とを有し、前記界磁巻線によって発
    生する駆動磁束を制御することにより、前記回転子を前
    記固定子に対して一定の角度範囲内における任意の角度
    位置に回転可能となっている電磁式有限回転型電動機に
    おいて、 前記回転子および前記固定子の間において前記固定子の
    側に固定され、これら回転子および固定子の間に磁気吸
    引力を発生させる永久磁石部材を有している ことを特徴
    とする電磁式有限回転型電動機。
  2. 【請求項2】 請求項1において、更に、前記回転子の
    回転角度位置を検出する光学式ポテンショメータを有
    し、 この光学式ポテンショメータは、発光素子と、受光素子
    と、前記回転子と一体回転し、前記発光素子から放射さ
    れた光を前記受光素子の側に向ける光通過路を規定する
    回転部材とを有し、 前記回転部材は、回転対称となるように形成されている
    と共に前記回転子の回転角度範囲を包含する角度の円弧
    を張る一対の扇形部分と、前記発光素子に対峙している
    一方の前記扇形部分に形成された前記回転子の回転角度
    範囲を包含する角度に渡って形成した光通過帯域あるい
    は光反射帯域とを備えており、 前記光通過帯域あるいは光反射帯域は、前記回転部材の
    回転量に応じて前記発光素子に対峙する部分が半径方向
    に移動する形状に設定されている ことを特徴とする電磁
    式有限回転型電動機。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記発光素子はレー
    ザダイオードであり、前記受光素子は半導体位置検出素
    子であることを特徴とする電磁式有限回転型電動機。
  4. 【請求項4】 少なくとも外周が強磁性材料から構成さ
    れた回転子と、定まった位置において複数の磁極を形成
    するための強磁性材および界磁巻線を備え、前記回転子
    の外周に配置された固定子と、前記回転子をその中心軸
    線の回りに少 なくとも所定の角度範囲で回転自在に支持
    したベアリング手段とを有し、前記界磁巻線によって発
    生する駆動磁束を制御することにより、前記回転子を前
    記固定子に対して一定の角度範囲内における任意の角度
    位置に回転可能となっている電磁式有限回転型電動機に
    おいて、 前記回転子および前記固定子の間において前記固定子の
    側に固定され、これら回転子および固定子の間に磁気吸
    引力を発生させる永久磁石部材を有している ことを特徴
    とする電磁式有限回転型電動機。
  5. 【請求項5】 請求項4において、更に、前記回転子の
    回転角度位置を検出する光学式ポテンショメータを有
    し、 この光学式ポテンショメータは、発光素子と、受光素子
    と、前記回転子と一体回転し、前記発光素子から放射さ
    れた光を前記受光素子の側に向ける光通過路を規定する
    回転部材とを有し、 前記回転部材は、回転対称となるように形成されている
    と共に前記回転子の回転角度範囲を包含する角度の円弧
    を張る一対の扇形部分と、前記発光素子に対峙している
    一方の前記扇形部分に形成された前記回転子の回転角度
    範囲を包含する角度に渡って形成した光通過帯域あるい
    は光反射帯域とを備えており、 前記光通過帯域あるいは光反射帯域は、前記回転部材の
    回転量に応じて前記発光素子に対峙する部分が半径方向
    に移動する形状に設定されている ことを特徴とする電磁
    式有限回転型電動機。
  6. 【請求項6】 請求項5において、前記発光素子はレー
    ザダイオードであり、前記受光素子は半導体位置検出素
    子であることを特徴とする電磁式有限回転型電動機。
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JPH04111281U JPH04111281U (ja) 1992-09-28
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JP2001339910A (ja) * 2000-05-24 2001-12-07 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 位置センサ付き有限回転型電動機
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