JP2573859Y2 - 電磁式有限回転型電動機の原点復帰機構 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、ミラー等を一定の角度
範囲内で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駆動
部材の駆動源として利用されている。例えば、光学走査
系における光ビームの偏向あるいはその走査を行うため
のミラーの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、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。電磁式有
限回転型電動機は、例えば、特公昭５７−５６３０４号
公報に開示されている。また、本件出願人によって出願
された実願平３−４９２７６号の明細書においても開示
されている。

【０００３】この実願平３−４９２７６号に開示されて
いる電磁式有限回転型電動機は、図９に示すように、永
久磁石から形成された回転子２１１と、この外周を取り
囲む強磁性材からなる固定子２１２から構成されてい
る。固定子２１２には、一対の磁極２１３、２１４が形
成され、これらには界磁巻線２１５、２１６が巻付けら
れている。この電動機において、図に示すように回転子
２１１の側の磁極と固定子２１２の側の磁極が一致した
状態になってしまうと、その状態で巻線を励磁してもト
ルクは発生しないので、回転子を回転させることができ
ない。そのために、回転子２１１を所定の角度位置に復
帰させるための原点復帰機構が組み込まれている。この
明細書においては、回転子の側において、軸線方向に間
隔を開けて２個のリング状永久磁石を取り付けることに
より、このような原点復帰力を回転子に作用させるよう
にしている。原点復帰機構としては、上記の特公昭５７
−５６３０４号公報におけるような回転子の中心に棒ば
ねなどの機械的機構を内蔵した構造のものも知られてい
る。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、今まで
知られている原点復帰機構は、取付け部品が多い、組み
付け誤差に起因して回転子を目標とする原点位置に正確
に復帰させることができない、あるいは、回転子の回転
軸に振れが生ずる等の問題点がある。

【０００５】本考案の課題は、このような問題を生ずる
ことのない従来とは異なる構造の原点復帰機構を提案す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本考案においては、電磁
式有限回転型電動機の固定子の側において、磁極の磁極
面の中央部分に、軸線方向に延びる溝を形成して、この
部分の磁極面を回転子の側から後退させるようにした構
成を採用している。ここに、この溝の幅、換言すると、
回転子の側から後退させてギャップを大きくとった磁極
面の幅を、隣り合う磁極間の間隙よりも大きくなるよう
に設定してある。

【０００７】このように磁極面に溝を形成すると、固定
子と回転子の間には、無励磁状態において、回転子の磁
極を、固定子の磁極に対して電気角で９０度の位置に保
持する磁気トルクが発生する。このトルクによって、回
転子は無励磁状態において常に原点位置に保持される。

【０００８】次に、磁極面に溝を形成する代わりに、固
定子の側に補極を形成することによっても同様の目的を
達成することができる。すなわち、固定子の側におい
て、磁極に対して円周方向に電気角で９０度オフセット
させた位置に補極を形成し、これらの補極の幅を、磁極
の幅よりも大きくなるように設定すればよい。このよう
にすると、無励磁状態において、回転子の磁極を補極に
整列させる方向に磁気トルクが発生する。よって、回転
子は無励磁状態において常に原点位置に保持される。

【０００９】

【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。

【００１０】図１には本例の電磁式有限回転型電動機の
外観を示してある。この図に示すように、電磁式有限回
転型電動機１は、全体として円柱形状の外観をしてお
り、その先端面側には矩形の取付け用フランジ３ａを有
している。この電動機１の先端面側から突出している回
転軸２の先端２ａには、想像線で示すようにミラー２ｂ
などの駆動部材が取付けられる。

【００１１】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断
した縦断面である。この図に示すように、電動機１は、
フランジ３ａが形成されている先端側ケーシング３と、
後端側ケーシング４と、これらの間に挟まれた電動機固
定子５が同軸状態に連結されている。これらの中心には
電動機回転軸２が通っている。この回転軸２において、
電動機固定子５に対峙している外周部分には、固定子５
とほぼ同一幅の２極着磁されたリング状永久磁石６が固
着され、これによって電動機回転子７が形成されてい
る。この電動機回転子７を挟み、回転軸２の先端側およ
び後端側の部分は、それぞれ、先端側および後端側ケー
シング３、４の内周面に対してボールベアリング８、９
を介して回転自在に支持されている。この回転軸２の先
端側は先端側ケーシング３から突出している。また、回
転軸２の後端側も後端側ケーシング４から突出してお
り、この部分は、後端側ケーシング４にねじ止めしたコ
ップ型の蓋４ａによって覆われている。ここに、後端側
ケーシング４には、電動機回転軸２の回転速度を検出す
るための回転速度検出器１０が組み込まれている。

【００１２】図２および図３を参照して、上記の電動機
固定子５の構造を説明する。電動機固定子５は、リング
状の本体部分５１と、この内周面から内方に向けて突出
した一対の磁極部５２、５３と、これらの磁極部に巻き
付けた界磁巻線５４、５５から構成されている。一対の
磁極部５２、５３は、回転軸線１ａを通る１本の直径Ｌ
１の方向に沿って形成されている。これらの磁極部５
２、５３の先端には、永久磁石６の外径よりも僅かに大
きな内径を有する円弧形の磁極面５２１、５３１が形成
されている。磁極部５２、５３の外周には回転子の駆動
磁束を発生させるための界磁巻線５４、５５が巻付けら
れている。界磁巻線の両端５４ａ、５５ａは、電源線お
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。磁束制御回路により界磁巻線
に印加される電流が制御され、これにより回転子の側に
作用する磁気トルクによって回転軸２は有限角、例えば
３０度の角度の幅で回転駆動する。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。

【００１３】ここに、本例の磁極面５２１、５３１に
は、その中央に回転軸線１ａの方向に延びる溝５２１ａ
および５３１ａがそれぞれ形成されている。これらの溝
の底面と永久磁石６との間のギャップは、その両側の磁
極面と永久磁石６とのギャップに比べて大きくなってい
る。図に示すように、これらの溝の幅をａとし、磁極部
５２および５３の間の距離をｂとおくと、本例では、ａ
＞ｂの関係となるように、これらの幅が設定されてい
る。

【００１４】この結果、本例では、図３に示すように、
無励磁状態においては、回転子の永久磁石６の磁極を、
一対の磁極部５２、５３の方向Ｌ１に対して直交する方
向に向いた位置Ｌ０に保持する磁気トルクが回転子に作
用する。よって、無励磁状態において回転子７の磁極
は、固定子５の磁極に対して９０度の位置Ｌ０に常に保
持されることになる。このように、溝５２１ａ、５３１
ａは、無励磁状態において回転子７に対して、これを原
点位置Ｌ０に復帰させる磁気トルクを作用させる機能を
有している。よって、このような磁気トルクが発生する
ように、上記のａ＞ｂの関係を保持しつつ、溝５２１
ａ、５３１ａの幅、深さ、断面形状等の諸寸法を設定す
ればよい。

【００１５】図４には、本例の電動機１の回転子７に作
用する磁気トルクＴの値を、その原点位置Ｌ０からの回
転角度に対してプロットして得られた特性曲線群を示し
てある。図において、曲線０Ａ、１Ａ、２Ａ、３Ａはそ
れぞれ、無励磁状態、界磁巻線５４、５５に１アンペ
ア、２アンペアおよび３アンペアの電流を流した場合に
得られたものである。これらの曲線群から分かるよう
に、原点位置Ｌ０を中心として正逆方向にそれぞれ２０
度の範囲内においては特に発生トルクが安定していると
いう優れた特性を有している。

【００１６】なお、電動機回転子７をその原点位置に保
持するための機構としては、上述したように磁極面５２
１、５３１に溝５２１ａ、５３１ａを形成する代わり
に、一対の磁極５２、５３の間に一対の補極を形成した
ものでもよい。

【００１７】図５には、この機構を有する電動機固定子
の例を示してある。この図に示すように、電動機固定子
１５０は、一対の磁極５２、５３に加えて、これらに対
して９０度の位置に、一対の補極１５１、１５２が形成
されている。ここに、これらの補極１５１、１５２の磁
極面１５１ａ、１５２ａの幅ｂ１と、一対の磁極５２、
５３の磁極面の幅ａ１とは次の関係に設定されている。
すなわち、ｂ＞ａである。

【００１８】このように設定することにより、無励磁状
態においては、電動機回転子７には、一対の補極１５
１、１５２を通る直径位置（原点位置）Ｌ０に磁極が整
列するように磁気トルクが作用する。本例の構成によっ
ても、無励磁状態において、回転子７の磁極を、固定子
１５０の磁極に対して９０度の位置に保持できる。な
お、図６には、図１の電動機に図５の構成の固定子１５
０を組み込んだ場合において得られる、回転子に作用す
る磁気トルクの特性曲線群を示してある。

【００１９】次に、図７および図８を参照して、回転軸
２の回転速度を検出するための回転速度検出器１０の構
造を説明する。この検出器１０は、電動機１の後端側ケ
ーシング４に形成した円形溝４ａ内に装着されている。
図８から分かるように、この回転速度検出器１０は、電
動機回転軸２の後端部分の外周に２極着磁されたリング
状の永久磁石１１を固着することにより構成した検出器
回転子１２と、この外周を取り巻く検出器固定子１３か
ら構成されている。検出器固定子１３は、一対の第１お
よび第２のヨーク片（強磁性部材）１４、１５と、リン
グ状の界磁巻線アセンブリ１６から構成されている。

【００２０】第１のヨーク片１４は、浅いコップ状ある
いはシャーレ状をしており、開口縁には第２のヨーク片
１５との接合面１４ａが形成されている。この第１のヨ
ーク片１４の中央には、検出器回転子１２を挿入可能な
大きさの貫通孔１４ｂが形成されている。また、この貫
通孔１４ｂの内周縁には、軸線１ａの方向に延びる円弧
状磁極片１４ｃが一体形成されている。この磁極片１４
ｃの内周面は、検出器回転子１２の永久磁石１１よりも
僅かに大きな内径となっており、これらの間には一定の
ギャップが形成される。この円弧片１４ｃの軸線方向の
幅は、第１および第２のヨーク片１４、１５を重ね合わ
せた幅とほぼ同一となるように設定されている。本例に
おいては、この構造のヨーク片１４は、プレス加工によ
って成形されている。

【００２１】また、第２のヨーク片１５も第１のヨーク
片１４と同一の形状をしており、中央には貫通孔１５ｂ
が形成され、この内周縁からは軸線方向に円弧状磁極片
１５ｃが延びている。なお、本例では、この第２のヨー
ク片１５における開口縁に形成された他方のヨーク片１
４との接合面１５ａには、界磁巻線引出し用の切り欠き
１５ｄが形成されている。

【００２２】次に、リング状の界磁巻線アセンブリ１６
は、ヨーク片１４、１５の磁極片１４ｃ、１５ｃを挿入
可能な大きさの貫通孔を備えたコイルボビン１６ａと、
この外周に巻き付けられた界磁巻線１６ｂから構成され
ている。

【００２３】これらの部材は次のようにして組み付け
る。第２のヨーク片１５に対してリング状の界磁巻線ア
センブリ１６を取り付ける。この状態で、第２のヨーク
片１５と第１のヨーク片１４の接合面１５ａ、１４ａを
相互の接合する。この際に、各ヨーク片の磁極片１４
ｃ、１５ｃが衝突しないように、１８０度オフセットさ
せた状態で組み付ける。

【００２４】このように構成した本例の回転速度検出器
１０においては、回転子１２の永久磁石１１から、界磁
巻線１６を包んでいる第１のヨーク片１４あるいは第２
のヨーク片１５を通って、第２のヨーク片１５あるいは
第１のヨーク片１４に向かう磁気回路が形成される。電
動機１の回転軸２が有限角だけ回転すると、その回転軸
２に形成した検出器回転子１２も一体回転する。図７に
示した回転子位置を原点として回転軸２が有限回転角
（例えば−１５度から＋１５度の範囲で）動作すれば、
この変化に応じてヨーク片１４、１５を流れる磁束量が
変化し、界磁巻線１６に動起電力が発生する。この動起
電力は上記有限回転角の範囲では、ほぼ回転速度に比例
した電圧であり、特別な電気回路による処理を行なわず
に回転速度の検出が可能となる。

【００２５】

【考案の効果】以上説明したように、本考案の電磁式有
限回転型電動機においては、固定子側の磁極に、磁極間
の間隙よりも大きな幅を有する溝を形成してある。した
がって、無励磁状態においては回転子の磁極を、固定子
側の磁極に対して電気角で９０度の角度位置に復帰させ
る磁気トルクが発生する。よって、本考案によれば、回
転子を原点位置に復帰させるために、棒ばね、永久磁石
などの部材を別途組み付ける必要がないので、構造が簡
単で、しかも部品の組み付け誤差に起因した弊害が発生
することのない原点復帰機構を実現できる。

【００２６】また、本考案においては、固定子の側に磁
極と共に、補極を形成し、これらの補極の幅を磁極の幅
よりも大きくした構成を採用している。この構成によっ
ても、回転子を原点位置に復帰させるトルクを発生させ
ることができ、上記のように磁極に溝を形成した場合と
同様な利点を備えた原点復帰機構を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例である電磁式有限回転型電動
機の外観斜視図である。

【図２】図１の電動機のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した
部分を平面に展開して示す縦断面図である。

【図３】図１の電動機のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した部
分の横断面図である。

【図４】図１の電動機における発生磁気トルクを示す特
性曲線図である。

【図５】図１の電動機に適用可能な別の固定子の形状を
示す横断面図である。

【図６】図１の電動機に図５の固定子を組み込んだ場合
における発生磁気トルクを示す特性曲線図である。

【図７】図１の電動機に取り付けた回転速度検出器を示
す横断面図である。

【図８】図１の電動機に取り付けた回転速度検出器の構
成を示す分解斜視図である。

【図９】電磁式有限回転型電動機の構成を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１・・・電磁式有限回転型電動機 １ａ・・・軸線 ２・・・回転軸 ５・・・電動機固定子 ６・・・電動機の永久磁石 ７・・・電動機回転子 １０・・・回転速度検出器 ５２、５３・・・固定子側の磁極部 ５２１、５３１・・・磁極面 ５２１ａ、５３１ａ・・・磁極面に形成した溝 ａ・・・溝の幅 ｂ・・・磁極部間の間隙 １５０・・・固定子 １５１、１５２・・・補極 ａ１・・・磁極の幅 ｂ１・・・補極の幅

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石から形成されている極数が２ｎ
   （ｎ：整数）の回転子と、この回転子の外周においてｎ
   対の磁極を形成するための強磁性部材および界磁巻線か
   ら構成される固定子と、この固定子をその中心軸線の回
   りに少なくとも有限角の範囲で回転自在に支持するベア
   リング手段とを有し、前記回転子の前記永久磁石の着磁幅は、前記固定子の前
   記磁極の幅と同一であり、 前記磁極における前記回転子に対峙している磁極面に
   は、その中心部分を回転子から後退させる溝が軸線方向
   に延び、この溝の幅は、隣り合う前記磁極間の間隙より
   も大きくなるように設定されており、 無励磁状態において、前記回転子には、この回転子の磁
   極を前記固定子の磁極に対して電気角で９０度の位置に
   保持する磁気トルクが作用することを特徴とする電磁式
   有限回転型電動機の原点復帰機構。