JP3554756B2

JP3554756B2 - アクチュエータ

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Publication number: JP3554756B2
Application number: JP34452898A
Authority: JP
Inventors: 譲鈴木; 栄藤谷; 正樹加川
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2018-12-03
Also published as: DE69940419D1; US6756871B1; EP1006646A2; EP1006646B1; EP1006646A3; JP2000175421A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単相構造のクローポール型のアクチュエータの構造に関する。詳しくは組立が容易で、ディテントトルクが大きく且つ、回転反復動作が安定した小型にして高効率のアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転反復動作をして、角度制御をするアクチュエータとしてリング状コアにトロイダル巻線を施した、所謂トロイダル型アクチュエータが知られている。このトロイダル型アクチュエータはコギングトルク（コイル無励磁時のトルクで以後「ディテントトルク」と呼ぶ）が殆ど無く制御および応答性の良い角度制御ができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、トロイダル巻線は巻線作業を施工し難い欠点がある以外に、ディテントトルクが極めて小さいので、例えば、励磁をしない初期状態では必ずある決まった方向に作用させておく必要のある用途には、励磁電流を流しておいて維持するか、または、ばね等で常時強制的に付勢しておく等しなければならない等々、種々の問題があった。
【０００４】
また、この目的のために、クロスコイル型アクチュエータで単相巻線品の外周部に磁気回路を形成するＤ型形状をした軟磁性材で全体を覆い、ディテントトルクを持たせた構成のアクチュエータがあるが、これでは、磁気回路効率が悪く大型になる欠点があると同時に、外形形状が円形に出来ない形状上の問題がある。
【０００５】
この様に、クローズドループで正確な角度制御をする必要は無いが、初期状態では適切なディテントトルクにより、ロータを一定方向に保持し続け、コイル励磁の時間に対応した時間だけ、ある動作をし、コイルを逆励磁して強制的に初期状態に戻す様な動作を反復する機能および特性を持つ小型で安価なアクチュエータの開発が望まれている現状である。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑み、単相のクローポール構造のアクチュエータであって、組立（巻線）作業性が良く、無励磁においてもディテントトルクでロータを或る一定方向に作用させることができる安価で小型にして高効率のアクチュエータを提供する事を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するように、本発明は軟磁性材から成る一対のほぼ円形ドーナツ状の平板状ヨークと、各平板状ヨークの内周縁端から軸方向へ突出し円周方向に広がりを持って向き合うように配設された極歯と、該平板状ヨークの外周端に円筒状リングを設けて構成されているステータヨークと、該ステータヨークの前記平板状ヨーク、極歯及び円筒状リングで形成された環状凹状のコイル受け部内にマグネットワイヤを巻回して形成したコイルとを設置してアーマチュアを構成し、該アーマチュア両端面に軸受けを設けたフランジを有するステータアッセンブリに、永久磁石より成る界磁用磁石を配したロータを該ステータの前記極歯と微小間隔で対向させてなる単相構造のクローポール型アクチュエータにおいて、ロータの回転を制限するストッパー機構を設け、前記極歯数と前記ロータの磁極数Ｎ（Ｎ＝２又は４）は等しく、前記コイルに正逆いずれかの電流が印加され、該電流印加に応答して前記ロータが、前記ストッパー機構により第１と第２の２つの位置の範囲内を往復動作し、前記コイルへの電流無印加時には前記ロータがディテントトルクによって前記第１又は第２のいずれかの位置に保持されてなり、前記ストッパー機構の配置角は中心角で１２０／Ｎ〜２４０／Ｎ（度）（Ｎ＝２又は４）であって、ディテントトルクＴｄ（Ｎｍ）と定格トルクＴｒａｔｅ（Ｎｍ）の関係が、Ｔｒａｔｅ／４≦Ｔｄ≦３Ｔｒａｔｅ／４（ただし、定格トルクＴｒａｔｅは定格電流を流したときの最大トルク値を、ディテントトルクＴｄはコイル無励磁時の最大トルクを表わす）であることを特徴とする。
【０００８】
また、ステータヨークは、平板状ヨークと極歯とが一体化された第１のステータヨークと、平板状ヨークと極歯と円筒状リングとが一体化された第２のステータヨークとで構成され、お互いの極歯が電気角で略１８０度の間隔を成すよう配設されていることを特徴とする。
【０００９】
また、ステータヨークが、該平板状ヨークと円筒状リングを一体化して、一対を向き合わせて用いたことを特徴とする。
【００１１】
また、ストッパ機構をアクチュエータ内部に内蔵したことを特徴とする。
【００１２】
また、界磁用磁石のＳ極またはＮ極の片極の中央部に、磁気バランスを崩す為の溝又はカット部を施したことを特徴とする。
【００１３】
また、２つの極歯の周方向の広がりは全て等しく、中心角で２２０／Ｎ〜２６０／Ｎ（度）（Ｎは２又は４）であることを特徴とする。
【００１４】
また、前記極歯の厚さは均一で、該極歯と前記ロータ磁石とで成す径方向のエアギャップが不均一であり、該エアギャップは極歯端部方向にいくにしたがって極歯中央部よりも次第に広くなっていることを特徴とする。
【００１５】
また、フランジは非磁性材で構成されていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による単相クローポール構造のアクチュエータの実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの展開斜視図を示す。
【００１９】
図１はステータヨークが、平板状ヨーク部と極歯部が一体化された第１のステータヨーク２と、平板状ヨーク部と極歯部と円筒状リング部が一体化された第２のステータヨーク４とで構成された例である。但し、ロータ磁極数が２の場合である。
【００２０】
アクチュエータ１０は、ロータ１と、アーマチュア９と、前後のフランジ６、７と、軸受５との４つの部分から成り立っている。更にアーマチュア９は、第１のステータヨーク２と、コイルアッシ３と、第２のステータヨーク４との３つで構成されている。前フランジ６に外部への連結用の取付穴２０を設けている。
【００２１】
先ず、ロータ１は２極に着磁された磁石３０をスリーブ２２を介して回転軸２１に同心に固定される。磁石３０とスリーブ２２と回転軸２１の固定は本実施の形態では接着により行われている。
【００２２】
アーマチュア９は第１のステータヨーク２、コイルアッシ３および第２のステータヨーク４で構成されており、第１のステータヨーク２はほぼドーナツ形状の平板状ヨーク２３と、該ヨーク２３の内周端から１個軸方向に突出し、周方向に広がりを持った極歯２５とが一体的に構成されている。具体的には、本実施の形態では円板状軟磁性鋼板（純鉄又は亜鉛メッキ鋼板）の中心部を軸方向に垂直に抜き起こして極歯を形成している。なお、図１の平板状ヨーク２３には第２のステータヨーク４（後で説明）との周方向の位置関係を決める為の位置決め用突起２４とが設けられている。
【００２３】
コイルアッシ３は樹脂性ボビン２９（樹脂の材質は例えば、液晶ポリマ）にコイル２８を巻回したものであり、本実施例ではボビン２９の鍔部には端子２７を挿入した端子台２６が一体的に樹脂成形されている。なお、この端子台２７は第２のステータヨークの切り欠き３３（後で説明）に嵌まり込む構造になっている。
【００２４】
第２のステータヨーク４もほぼ円板形状の平板状ヨーク２３と、該ヨーク２３の内周端から軸方向に突出し、周方向に広がりを持った極歯２５とが一体的に構成されている点では第１のステータヨーク２と同じであるが、第２のステータヨーク４は更に平板状ヨーク２３の外周端に軸方向に極歯２３と平行に円筒状リング３１が深絞りにより一体的に付加されている点が異なる。なお、先に述べたように第２のステータヨーク４には、円筒状リング３１に位置出し用切り欠き３３が設けられ、第１のステータヨーク２の極歯２５と第２のステータヨーク４の極歯２５が電気角でほぼ１８０度の位相差を成す様に周方向の位置合せと、コイルアッシ３の端子台２６の収納が出来るようになっている。
【００２５】
アーマチュア９の内部にロータ１を挿入し、前後フランジ６、７の中心穴３２に軸受５を取付け、該軸受５で回転自在にロータ１を支持する様に組立てる。スペーサ８はロータ１の磁石３０と極歯２５の軸方向の位置合わせと軸方向遊びの調整用である。なお、前後フランジ６、７と軸受５との固定並びに前後フランジ６、７と第１、第２ステータヨーク２、４への固定は本実施の形態では接着であるが、機械的カシメ、溶接、樹脂一体モールド等で行ってもよい。また、樹脂モールドでフランジを構成してもよい。
【００２６】
次に、本発明の単相のクローポール構造のアクチュエータの動作原理とそのトルク特性について説明する。
【００２７】
図２は本発明のアクチュエータの動作原理を示す説明図で、（ａ）はユニファイラ巻き、バイポーラ駆動の動作原理を示し、図２（ｂ）はバイファイラ巻き、ユニポーラ駆動の動作原理を示す。
【００２８】
図２（ａ）のユニファイラ巻き、バイポーラ駆動と、図２（ｂ）のバイファイラ巻き、ユニポーラ駆動とは、どちらも同様な原理であるので、以下図２（ａ）で説明する。
【００２９】
図２（ａ）はステータ部を代表するコイル２８とロータ部を代表する界磁用磁石３０を示しており、コイル２８にはＡ端子から電流を流す矢印（Ｉ１）場合とＢ端子から電流を流す矢印（Ｉ２）場合の２モードがある。先ずＩ１の向きにコイルを励磁すれば、界磁用磁石３０に近いＢ端はＮ極に励磁される。このため界磁用磁石３０のＳ極側がコイルＢ端に吸引され、結果として、矢印ＣＷ方向のトルクが働き、磁石のＳ極がコイルＢ端に対向した状態（図２の磁石の状態から９０度ＣＷ方向に回転）で停止する。
【００３０】
一方、Ｉ２の向きにコイルを励磁すれば、逆に、界磁用磁石３０に近いＢ端はＳ極に励磁される。このため界磁用磁石３０のＮ極がコイルＢ端に吸引され結果として、矢印ＣＣＷ方向のトルクが働き、磁石３０のＮ極がコイルＢ端に対向した状態（図２の磁石３０の状態から９０度ＣＣＷ方向に回転）で停止する。このように、界磁用磁石３０の回転を規制するものがなければ、このアクチュエータは原理的には励磁により１８０度（±９０度）の反復回転動作をする。
【００３１】
図３、図４および図５はそれぞれ本発明のアクチュエータのトルク特性を示す図である。
【００３２】
本発明のアクチュエータはクローポール構造のため、無励磁時のディテントトルクがある。従って、摩擦トルクを無視すれば、合成トルクはディテントトルクと励磁トルク（本発明では定格電流でコイルを励磁した時発生するトルクを「定格トルク」と呼びその最大値をＴｒａｔｅと表す）とのベクトル和となる。これらのトルク関係を表したのが図３、４、５である。図３と図４は第１の実施の形態の典型的なトルク特性であり、ディテントトルク（但し、正弦波近似とし、最大値をＴｄとした）は定格トルク（正弦波近似とし、最大値をＴｒａｔｅとした）の半分、即ちＴｄ＝Ｔｒａｔｅ／２のトルク特性例を示している。
【００３３】
図３、４、５では横軸がロータとステータの相対角度差θ（図では「角度（度）」と表現している）を、縦軸がその時のトルク値（図では「トルク」と表現している）を示したグラフである。説明の都合上、正トルクを矢印ＣＷ方向、負トルクを矢印ＣＣＷ方向として図２のロータ回転方向と対応させている。なお、図中の実線Ａは合成トルクカーブ（但し電流は図２の矢印Ｉ１方向）、破線Ｂは定格トルクカーブ（電流方向は同じく矢印Ｉ１方向）、一点鎖線Ｃはディテントトルクカーブを示している。図４は図３に電流の向きＩ２の場合も重ねて表現されている。図３より、角度θが０〜１８０度（１８０〜３６０度）であれば、Ｉ１電流による合成トルクは正（負）となり、ＣＷ（ＣＣＷ）方向のトルクを発生し、界磁用磁石はＣＷ（ＣＣＷ）方向に回転しトルク０のθ＝１８０（θ＝１８０）度の位置で停止する。図４からＩ２電流による合成トルクは、角度θが０〜１８０度（１８０〜３６０度）であれば、負（正）となり、ＣＣＷ（ＣＷ）方向のトルクを発生し、界磁用磁石はＣＣＷ（ＣＷ）方向に回転しトルク０のθ＝０（θ＝３６０＝０）度の位置で停止する。このことは図２の説明と合致する。
【００３４】
次に本発明の重要な特性であるディテントトルクと反復回転動作範囲とストッパの関係について説明する。
【００３５】
このタイプのアクチュエータは定格トルクＴｒａｔｅに対してディテントトルクＴｄが大きいアクチュエータであるのでディテントトルクを利用して特異の動作を行うことができる（詳細後述）反面、ディテントトルクによりその合成トルクカーブは定格トルクのみの波形から歪む。
【００３６】
図５はディテントトルクＴｄが定格トルクＴｒａｔｅと比較して割合大きい場合のトルクカーブであり、図５ではＴｄ＝０．８Ｔｒａｔｅの場合である。図５より明らかなように図３、４と異なる点は合成トルクカーブの歪み量が大きいこともさることながら、角度が０〜１８０度（１８０〜３６０度）の範囲であるにも係らず、合成トルクが０〜θ_５（１８０〜θ_７）度及びθ_４〜１８０（θ_６〜３６０）度の範囲で負（正）になる事である。この事は角度がθ_４〜θ_５より狭い範囲でないと反復回転動作しないことを意味する。理由は０〜θ_５（１８０〜θ_７）及びθ_４〜１８０（θ_６〜３６０）の範囲ではディテントトルクと合成トルク（Ｉ_１方向）、合成トルク（Ｉ_２方向）全てのトルクの符号が一致するので、どちらの向きに電流を流してもディテントトルクに逆らってロータを回転させることが出来ないからである。このように本発明では、ディテントトルクＴｄが比較的大きいと反復回転動作範囲は狭くなる傾向にある。
【００３７】
さかのぼって図４でのディテントトルクと反復回転動作範囲とストッパの関係について説明する。
【００３８】
図４で仮に、θ_１とθ_２の位置にストッパ１、ストッパ２があり、ロータはこのθ_１とθ_２の範囲内でのみ反復動作可能な状態にセットされていると仮定すれば、以下の動作をするアクチュエータとなる。
【００３９】
コイル無励磁時ロータがθ_３〜θ_１（θ_２〜θ_３）の間にあればディテントトルクは正（負）となるので、ロータはＣＷ（ＣＣＷ）方向のトルクによりストッパ１（ストッパ２）のθ_１（θ_２）位置で止まって保持される。この状態でＩ_２（Ｉ_１）方向に電流を流し続ければ、ロータは正のディテントトルクに打ち勝ってＣＣＷ（ＣＷ）方向のトルクを発生して、ストッパ２（ストッパ１）のθ_２（θ_１）の位置で止まる。もちろん、Ｉ_２（Ｉ_１）方向励磁時間が短く、ロータがθ_３に到達する前に電流が遮断されれば、ロータは正（負）のディテントトルクによって、初期位置θ_１（θ_２）に戻ることになる。
【００４０】
Ｉ_２（Ｉ_１）方向電流を十分長い時間流し続け、ロータをストッパ２（ストッパ１）のθ_２（θ_１）で停止した後、励磁を切れば負のディテントトルクによりロータはこの位置に保持され続ける。この状態で更に、Ｉ_１（Ｉ_２）方向の電流に切替えれば、ロータは負のディテントトルクに打ち勝って逆に、ＣＷ（ＣＣＷ）方向のトルクを発生して、ストッパ１（ストッパ２）のθ_１（θ_２）の位置に戻って止まる。
【００４１】
このように本発明はコイルの励磁を切替える毎にロータはθ_２とθ_１の範囲内を反復動作すると同時に、ディテントトルクを利用し、コイル無励磁の時にもある一定方向にロータを作用させておくことができる特徴を持っている。もちろん、先に述べたようにコイル励磁時間を連続的に可変すれば、それに対応してロータの動作時間を連続的に可変することが出来る。
【００４２】
この特徴を利用して例えば、カメラのシャッタ等の駆動に応用すればディテントトルクで常時シャッタを閉めておき、写真を取る（露光をする）のに必要な時間だけコイルを励磁して開き、その後逆励磁してシャッタを閉める。その後は、励磁を切って、シャッタ閉状態をディテントトルクで保持し続けば、省電力と言う点で非常に好都合である。
【００４３】
次に、反復動作範囲であるが、本発明では、外部機構により強制的にロータの回転を規制する機構（本発明ではこの機構を「ストッパ」と呼ぶ）を持つ方が好ましい。図４の説明ではストッパの設定位置をθ_１、θ_２としているが、摩擦トルクがなければストッパ位置はθ_１＝１８０（度）、θ_２＝０（度）まで１８０（度）に拡大可能であるが、実際には摩擦トルク等があるので合成トルクが小さい範囲では確実に摩擦トルクを乗り越えることができず、当然不安定な動作となる。安定した動作を確保するには界磁用磁石数Ｎの場合、実験では２４０／Ｎ（度）が限界である。また、図５で示したように、ディテントトルクが大きい場合には理論的に負の合成トルク範囲が出来て（説明済み）結果として狭く設定せざるを得ない。反復動作範囲は広いことが望まれるが、必要なディテントトルクとの兼合い（無励磁時の初期トルクを大きく必要とする場合にはどうしても反復動作範囲は狭くなる）から、本発明では反復動作させるためのストッパの配置角は中心角で１２０／Ｎ〜２４０／Ｎ（度）が適切である。
【００４４】
図６は界磁用磁石３０に特徴を持つ第２の実施の形態の斜視図である。
【００４５】
次に反復動作範囲を広く確保する方法の一例として図６を用いて説明する。図６はＮ＝２の場合であるが、図示のごとく円筒状磁石３０はＮ極の磁極中央部を軸方向にカットしたもので、Ｎ，Ｓ極の磁気的バランスを強制的に崩したものである。実験では、カットがない場合には反復動作範囲が６０度であったものが、カット品では１１０度とほぼ倍に拡大した。なお、実験の結果からカット量αは４５〜８０度が好ましいことが分かった。その理由は、あまり小さすぎるとアンバランス効果が小さく、大きすぎると磁束の低下が著しく特性ダウンを伴うからである。また、カットの位置は図６ではＮ極でニュートラルに平行なカットであるが、Ｓ極側をカットしてもよいし、また、ディテントトルクを上げるために、ニュートラルに対してやや傾きを持たせたカットにしてもよい。図６では矢印Ｄ−Ｄ方向に磁気的配向を持った磁石で示してあるが、等方性磁石にカットを施しても同様な効果が得られる。また、カットの代りに、軸方向に、幅の狭い（例えば、エアギャップ長の１倍〜３倍で、深さはエアギャップ長程度の）均一の溝を設けてもよい。更にまた、界磁用磁石端面に一体的に設けるストッパ（図８（ｂ）で詳述）に同様の効果を持たせた溝またはカットを設けてもよい。
【００４６】
図７はステータヨークに特徴を持つ本発明の第３の実施の形態の斜視図である。
【００４７】
更に、反復動作範囲を広く確保する別の方法として図７を用いて説明する。この実施例は界磁用磁石磁極数Ｎ＝２の場合であり、第１の実施例中の第１のステータヨーク２の拡大図である。図７では極歯２５は肉厚一定で中心角βを持ち、軸方向に同一中心角を持つ所謂、ストレート形状の極歯である。極歯２５の中心角βは界磁用磁石３０の磁束を十分に補足するため適切な角度が必要である。実験の結果、第１、第２のステータヨークの極歯２５は共に同一形状で、その中心角βは２２０／Ｎ〜２６０／Ｎ（度）が反復動作範囲が広く確保できるので好ましかった。極歯２５の形状は図１、７のストレート歯だけに限るものではなく、三角歯、台形歯でもよい。その際中心角βは根元（平板状ヨークとの結合）部の角度を指すものとする。なお、三角歯、台形歯等の先端先細形状の極歯はディテントトルクが増大する傾向があり、大きなディテントトルクが必要な場合に適している。
【００４８】
図１０は磁気回路に特徴を持つ第４の実施の形態の断面図である。
【００４９】
更に、反復動作範囲を安定して、広く確保する別の方法を図１０により説明する。図１０は極歯２５と界磁用磁石３０との径方向のエアギャップが分かるように、回転軸２１に垂直な断面図で示している。説明に必要のない、コイル、軸受、リング、平板状ヨーク等は省略してある。図示のように、磁石３０は円形であり且つ極歯２５は均一板厚で構成されている。周方向のエアギャップは極歯２５の中央部ギャップ（ｇａｐ１）が狭く、端部ギャップ（ｇａｐ２）に行くに従って、エアギャップは順次広くなっている様子が分かる。このことにより、ディテントトルクの安定点と励磁トルクの安定点の位相が合い安定して且つ動作範囲の広い反復動作が確保できた。なお、もちろん、図６の界磁用磁石３０の溝またはカットや図７の極歯の角度βの技術と合わせて適用してもよいことは当然である。
【００５０】
次に、アクチュエータ内部にストッパ機構を内蔵したものについて説明する。前述した通り本発明のアクチュエータは、回転を規制するための機構をどこかに精度よく取付ることが好ましい。その際、アクチュエータ内部にストッパを内蔵すれば、省スペース化ができ、また使い勝手が著しく向上する。
【００５１】
図８はアクチェータ内蔵のストッパの構成の一例を示す第５の実施の形態の斜視図であり、（ａ）は軸受を示し（ｂ）はロータを示す。
【００５２】
図８の実施の形態は軸受端面に付加された突起部と磁石端面に付加された突起部がお互いに規制し合ってストッパ機能を果している。先ず、図（ａ）では軸受５の端面に第１のストッパ用突起１００が一体的に付加されている。図（ｂ）では界磁用磁石３０の端面に第２のストッパ用突起１０１が一体的に付加されている。これらを組合わせれば、ロータが矢印ＣＷ（図ｂ参照）方向に回転すれば軸受５の突起１００の１００Ｂ面と界磁用磁石３０の突起１０１の１０１Ｂ面が接触した所で止まる。逆に、ロータが矢印ＣＣＷ方向に回転すれば軸受５の突起１００の１００Ａ面と界磁用磁石３０の突起１０１の１０１Ａ面が接触した所で止まる。この際、反復動作範囲の調整は各突起部１００、１０１の中心角により任意に設定可能である。なお、この実施例ではストッパ用の突起は軸受５、界磁用磁石３０に一体的に付加されているが、第３のパーツを付加して突起を構成してもよい。もちろん、ストッパは軸受５と界磁用磁石３０との構成だけに限るわけではなく、アクチュエータのステータ部例えば、極歯２５、フランジ６またはフランジ７、ボビン２９、平板状ヨーク２３の一部とロータ部、例えば、スリーブ２２、回転軸２１の一部との組合わせでも構成可能である。
【００５３】
先に、摩擦トルクがあると反復動作範囲が狭くなる等の不具合が発生する旨の説明をしたが、摩擦トルクを下げて、反復動作範囲が広く且つ、安定した動作を得る有効な方法として、磁気回路を構成しない、アクチュエータ１０の両端部の前、後フランジ６、７を非磁性材にすることが効果的である。理由はフランジが磁性の場合界磁用磁石３０の端面に生じる漏洩磁束によって界磁用磁石３０は、ギャップが近い方のフランジ面に絶えず吸引される力が発生する。結果として界磁用磁石３０の端面は軸受５の端面に磁気的に吸引され、接触して回転動作時の摩擦負荷となるからである。フランジが非磁性であれば、この吸引力は発生しない。また、発生したとしても非常に小さく無視出来るものとなる。特に、希土類系磁石（例えば、Ｎｄ焼結）の場合にはその効果は著しい。もちろん、同様の理由から、軸受５も非磁性（非鉄系）の含油メタルを用いることが好ましい。
【００５４】
次に、本発明において適切なディテントトルクＴｄと定格トルクＴｒａｔｅとの関係について説明する。
【００５５】
図３、４、５で説明した通り、ディテントトルクＴｄが定格トルクＴｒａｔｅに近づくと反復動作範囲は狭くなる傾向にあることは説明ずみである。特に、Ｔｄ＞３Ｔｒａｔｅ／４では狭くなる。一方、Ｔｄ≪Ｔｒａｔｅではディテントトルクが小さすぎて無励磁時にある一定方向に作動させることが出来なくなる欠点がある。どうしても作動させるにはコイル電流を流し続ける、いわゆる励磁ホールド状態にしなければならず、省エネルギーと言う観点から好ましくない。また、ばねを用いて強制的にロータの位置をある位置に留めればコストアップとなる。以上のことから、本発明では種々検討した結果、ディテントトルクＴｄと定格トルクＴｒａｔｅの関係として、
Ｔｒａｔｅ／４≦Ｔｄ≦３Ｔｒａｔｅ／４
が本アクチュエータとしては好ましいことが分かった。
【００５６】
最後に、図１の第１の実施の形態では第１のステータヨーク２は、極歯２５と平板状ヨーク２３とが一体的に構成され、また第２のステータヨーク４も極歯２５、平板状ヨーク２３と更に円筒状リング３１が一体的に構成されているが、本発明ではこの様に、ステータヨークの主要パーツが一体化されていない構成にしも良い。
【００５７】
図９はステータヨーク別体型の構造を示した第６の実施の形態の斜視図である。
【００５８】
この第６の実施の形態において、第１のステータヨーク２が平板状ヨーク２３（図示せず）と極歯２５に、更には第２のステータヨーク４（図示せず、図１参照）は平板状ヨーク２３（図示せず）、極歯２５とリング３１（図示せず）が別体で構成されている。ボビン２９には極歯（図ではストレート形状）２５を保持するための２個の案内溝２００（図の手前はカットで明瞭ではない）が円周方向に均等に配置されている。案内溝２００には、極歯２５の先端に当たる部分にバネ性を持たせた梁２０１を配している。このため案内溝２００の深さを極歯２５の軸方向の長さより若干短く設定することにより、各々のの長さが若干ばらついても極歯２５と平板状ヨーク２３（図示せず）が安定した接触状態になり、極歯２５と平板状ヨーク２３を分割しても磁気効率がさほど悪化しないステータヨーク構造となる。また、ボビンの上下両端面にはガイド２０２が配されているため、ガイド２０２は各平板状ヨーク２３と嵌合して極歯２５の位置を決めることが出来る。なお、極歯２５が挿入された巻線後のボビンを、円筒状リング３１（図示せず）内部に挿入した後、その両端面に平板状ヨーク２３の外周部がリング３１の内周部と嵌合する様にして、これらを固定してアーマチュアを完成させるのである。特に、極歯２５の軸方向寸法を長く、または極歯２５の板厚を厚くしたい等の場合には、極歯２５が別体で構成できる本構成では特に有利と言える。
【００５９】
図１１は本発明の第７の実施の形態の断面図である。
【００６０】
図１１は平板状ヨーク２３と円筒状リング３１を一体化したステータヨーク一対を用いたもので、フランジを樹脂モールドにてステータヨークと一体化させた構成を示す。この構成により、部品点数の削減と同時にステータヨークと軸受の同芯を高精度化することができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、構造が簡単で且つ安価な単相のクローポール構造を持つアーマチュア構造とすることにより、ディテントトルクが大きい独特な特性を持つアクチュエータを構成することができた。もちろん、クローポール構造のアマチュアであるのでその外形形状は円形となり組込み性もよいし、更に磁気効率もよい。
【００６２】
また、本アクチュエータは、ディテントトルクにより、ロータを或る一定の方向に常時無励磁で付勢しておくことが可能となり省電力化が図られる。また、ストッパ機構をアクチュエータ内部に内蔵することで、省スペース化が図れる効果がある。
【００６３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの展開斜視図を示す。
【図２】本発明のアクチュエータの動作原理を示す説明図で、（ａ）はユニファイラ巻き、バイポーラ駆動の動作原理を示し、図２（ｂ）はバイファイララ巻き、ユニポーラ駆動の動作原理を示す。
【図３】本発明のアクチュエータのトルク特性を示す図である。
【図４】本発明のアクチュエータのトルク特性を示す図である。
【図５】本発明のアクチュエータのトルク特性を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の斜視図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態の斜視図であり、（ａ）は軸受を示し（ｂ）はロータを示す。
【図９】本発明の第６の実施の形態の斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態の断面図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態の断面図である。
【符号の説明】
１ロータ
２第１のステータヨーク
３コイルアッシ
４第２のステータヨーク
５軸受
６前フランジ
７後フランジ
８スペーサ
９アーマチュア
１０アクチュエータ
２０取付穴
２１回転軸
２２スリーブ
２３平板状ヨーク
２４位置決め用突起
２５極歯
２６端子台
２７端子
２８コイル
２９ボビン
３０磁石
３１円筒状リング
３２中心穴
３３切り欠き
１００突起
１００Ａ面
１００Ｂ面
１０１突起
１０１Ａ面
１０１Ｂ面
２００案内溝
２０２ガイド

Claims

軟磁性材から成る一対のほぼ円形ドーナツ状の平板状ヨークと、各平板状ヨークの内周縁端から軸方向へ突出し円周方向に広がりを持って向き合うように配設された極歯と、該平板状ヨークの外周端に円筒状リングを設けて構成されているステータヨークと、該ステータヨークの前記平板状ヨーク、極歯及び円筒状リングで形成された環状凹状のコイル受け部内にマグネットワイヤを巻回して形成したコイルとを設置してアーマチュアを構成し、該アーマチュア両端面に軸受けを設けたフランジを有するステータアッセンブリに、永久磁石より成る界磁用磁石を配したロータを該ステータの前記極歯と微小間隔で対向させてなる単相構造のクローポール型アクチュエータにおいて、
ロータの回転を制限するストッパー機構を設け、
前記極歯数と前記ロータの磁極数Ｎ（Ｎ＝２又は４）は等しく、
前記コイルに正逆いずれかの電流が印加され、該電流印加に応答して前記ロータが、前記ストッパー機構により第１と第２の２つの位置の範囲内を往復動作し、
前記コイルへの電流無印加時には前記ロータがディテントトルクによって前記第１又は第２のいずれかの位置に保持されてなり、
前記ストッパー機構の配置角は中心角で１２０／Ｎ〜２４０／Ｎ（度）（Ｎ＝２又は４）であって、
ディテントトルクＴｄ（Ｎｍ）と定格トルクＴｒａｔｅ（Ｎｍ）の関係が、
Ｔｒａｔｅ／４≦Ｔｄ≦３Ｔｒａｔｅ／４（ただし、定格トルクＴｒａｔｅは定格電流を流したときの最大トルク値を、ディテントトルクＴｄはコイル無励磁時の最大トルクを表わす）である
ことを特徴とするアクチュエータ。
前記ステータヨークが、平板状ヨークと極歯とが一体化された第１のステータヨークと、平板状ヨークと極歯と円筒状リングとが一体化された第２のステータヨークとで構成され、お互いの極歯が電気角で略１８０度の間隔を成すよう配設されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
前記ステータヨークが、該平板状ヨークと円筒状リングを一体化して、一対を向き合わせて用いたことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
アクチュエータ内部に前記ストッパー機構を内蔵したことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
前記界磁用磁石のＳ極またはＮ極の片極の中央部に、磁気バランスを崩すための溝又はカット部を軸方向に施したことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
極歯の周方向の広がりが全て等しく、中心角で２２０／Ｎ〜２６０／Ｎ（度）（Ｎ＝２又は４）であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
前記極歯の厚さは均一で、該極歯と前記ロータ磁石とで成す径方向のエアギャップが不均一であり、該エアギャップは極歯端部方向にいくにしたがって極歯中央部よりも次第に広くなっていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
前記フランジが非磁性材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。