JP3801416B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は超小型のロータリソレノイドやモータ等に用いて好適な回転電機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、マグネットロータを所定の角度範囲にわたって回動変位させるロータリソレノイドは、例えば、特開平10−336930号公報等で知られている。
【0003】
この種のロータリソレノイドは、シャフトの中間部にマグネットを有するマグネットロータと、鉄芯部(ヨーク)を有するコイルボビンにコイルを巻回したステータを備え、コイルを励磁又は励磁解除することにより、マグネットロータを所定の角度範囲にわたって回動変位させることができる。なお、マグネットロータの回動角度範囲は、シャフトに取付けた作用部材を規制する前後一対のストッパにより設定できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のロータリソレノイド(回転電機)は、次のような問題点があった。
【0005】
第一に、マグネットロータは、リング状に形成されるコイルボビンの内側空間に収容されるため、当該内側空間の径はマグネットロータの最外径よりも大きくなり、コイル収容空間(コイル巻数)が制約されるとともに、小型コンパクト化を図るにも限界がある。
【0006】
第二に、鉄芯部に磁性体で形成した複雑な形状のコア部を必要とするなど、部品コスト及び製造コストを含む全体のコストアップを招く。
【0007】
第三に、ステータ(鉄芯部)に対するマグネットロータの同軸性を高めることが容易でないため、特性及び品質のバラツキを生じやすい。
【0008】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、コイル収容空間を効率的に確保して小型コンパクト化(超小型化)、さらには全体のコストダウンを実現できるとともに、特性及び品質の均一性を高めることができる回転電機の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明は、シャフト3の中間部にマグネット4を有するマグネットロータ2と、鉄芯部6を覆うコイルボビン7にコイル8i,8jを巻回したステータ5を備える回転電機1(ロータリソレノイド1s)を構成するに際して、シャフト3に対して両側から装着し、対向させることによりコイルボビン7を構成するとともに、コイル8i,8jを巻回するコイル巻回部9pi,9pj,9qi,9qjがマグネット4の外周面4fよりも径方向中心側へオーバラップした形状を有する一対のボビン半体部7p,7qと、一対のボビン半体部7pと7q間に装着する鉄芯部6を備えることを特徴とする。
【0010】
この場合、好適な実施の形態により、鉄芯部6は、プレート部材P…を折曲形成することにより、マグネット4の外周面4fに対面する磁極部11i,11j及びこの磁極部11i,11jの中間部から径方向外方に突出するコア本体部12i,12jを一体に設けた複数の鉄芯分割部6i,6jを備えて構成できる。また、ボビン半体部7p,7qには、シャフト4を支持する軸受20p,20qが係合する軸受係合部13p,13q及び鉄芯部6の端部が係合する鉄芯係合部14pi,14pj,14qi,14qjを設けることができる。
【0011】
これにより、ボビン半体部7p,7qは、マグネットロータ2のシャフト3に両側から装着してコイルボビン7を構成するため、コイルボビン7の一部であるコイル巻回部9pi,9pj,9qi,9qjをマグネット4の外周面4fよりも径方向中心側へオーバラップさせることができ、もって、コイルボビン7とシャフト3間のデッドスペースをコイル収容空間のために有効利用できる。また、鉄芯部6は、プレート部材P…を折曲形成した鉄芯分割部6i…を用いるため、低コストに実施できるとともに、さらに、ボビン半体部7p…に、シャフト3を支持する軸受20p…が係合する軸受係合部13p…及び鉄芯部6(鉄芯分割部6i…)の端部が係合する鉄芯係合部14pi,14pj…を設ければ、マグネットロータ2に対するボビン半体部7p…(コイルボビン7)及び鉄芯分割部6i…(鉄心部6)の位置決めを容易かつ正確に行うことができ、これらの同軸性を高めることができる。
【0012】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【0013】
まず、本実施例に係る超小型のロータリソレノイド1s(回転電機1)の構成について、図1〜図8を参照して説明する。
【0014】
最初に、ロータリソレノイド1sに使用する構成部品について説明する。2は、マグネットロータであり、シャフト3の中間部に、周方向へ二極に着磁したマグネット4を取付けて構成する。
【0015】
7p,7qは、マグネットロータ2のシャフト3に対して両側から装着し、対向させることによりコイルボビン7を構成する一対のボビン半体部である。一方のボビン半体部7pは、シャフト3を支持する軸受20pが係合(嵌合)する軸受係合部13pと、コイル8i,8jを巻回するコイル巻回部9pi,9pjと、鉄芯分割部6i,6jの端部が係合(嵌合)する鉄芯係合部14pi,14pjを備える。この場合、軸受係合部13pは、係合孔部21p及び軸対称に配した一対の係合凹部22p…を有する。また、シャフト3に装着した際に、コイル巻回部9pi,9pjがマグネット4の外周面4fよりも径方向中心側へオーバラップした形状、望ましくは、図1(図4)に示すように、コイル巻回部9pi,9pjにおけるコイル収容空間がマグネット4の外周面4fよりも径方向中心側へ入り込む形状に形成する。これにより、ボビン半体部7pとシャフト3間のデッドスペースをコイル収容空間のために有効利用できる。さらに、マグネット4に対する接触面(干渉面)には、図5(図7参照)に示すリング状の突条部15pを形成する。これにより、マグネット4とボビン半体部7p間の接触面積が小さくなり、マグネットロータ2の円滑な回転が確保される。なお、他方のボビン半体部7qもボビン半体部7pと同一のものを用いる。ボビン半体部7qにおいて、13qは軸受係合部、9qi,9qjはコイル巻回部、14qi,14qjは鉄芯係合部、21qは係合孔部、22q…は係合凹部、15qは突条部をそれぞれ示す。
【0016】
20p,20qは、軸受であり、低摩擦係数素材により一体成形する。一方の軸受20pは、係合孔部21pに係合する筒状の軸受本体部25pと、係合凹部22p…に係合する位置決め部26p…を有する。なお、他方の軸受20qも軸受20pと同一のものを用いる。軸受20qにおいて、25qは軸受本体部、26q…は位置決め部をそれぞれ示す。
【0017】
6は、鉄芯部であり、二つの鉄芯分割部6i,6jを備える。各鉄芯分割部6i,6jは同一であり、鉄芯分割部6i(6j)は、図8に示すように、一定の厚さを有するプレート部材P…を折曲形成することにより、マグネット4の外周面4fに対面する磁極部11i(11j)及びこの磁極部11i(11j)の中間部から径方向外方に突出するコア本体部12i(12j)を一体に設ける。
【0018】
さらに、31は筒形の外部ケース、32は外部ケース31の前端を閉塞する前カバー部、36は外部ケース31の後端を閉塞する後カバー部である。この場合、前カバー部32は、中央に軸受20pが挿入する挿入孔33を有するとともに、この挿入孔33の両側に取付用ねじ孔34,35を有する。また、後カバー部36は、中央に軸受20qが挿入する挿入孔37を有するとともに、この挿入孔37の両側にリード線の挿通孔38,39を有する。
【0019】
次に、本実施例に係るロータリソレノイド1sの組立方法について、各図を参照して説明する。
【0020】
まず、シャフト3の中間部にマグネット4を取付けたマグネットロータ2を用意する。そして、このマグネットロータ2のシャフト3に対して、両側からボビン半体部7pと7qをそれぞれ装着する。この際、各ボビン半体部7pと7qは、鉄芯係合部14pi…と14qi…同士を相対向させ、ボビン半体部7pと7q間に鉄芯分割部6i,6jを介在させる。この場合、図2に示すように、鉄芯分割部6iの両端を鉄芯係合部14piと14qiにそれぞれ嵌合させるとともに、鉄芯分割部6jの両端を鉄芯係合部14pjと14qjにそれぞれ嵌合させる。これにより、ボビン半体部7p,7qと鉄芯分割部6i,6jは、周方向,径方向及び軸方向にそれぞれ位置決めされる。なお、ボビン半体部7pと7qの対向面は当接させる。
【0021】
次に、この状態で自動巻線機にセットし、繰出されるワイヤにより、コイルボビン7のコイル巻回部9piにコイル8iを巻回するとともに、コイル巻回部9pjにコイル8jを巻回する。コイル8i,8jの巻線工程が終了したなら、コイル8iから導出されるワイヤ始端にリード線41を接続するとともに、コイル8jから導出されるワイヤ終端にリード線42を接続する。
【0022】
一方、軸受20pを圧入(挿入)した前カバー部32を用意し、当該軸受20pにシャフト3の一端(前側)を挿通させるとともに、用意した外部ケース31の中にコイルボビン7側を収容する。そして、前カバー部32を外部ケース31の一方の端部に圧入する。また、軸受20qを圧入(挿入)した後カバー部36を用意し、当該軸受20qにシャフト3の他端(後側)を挿通させるとともに、挿通孔38,39に各リード線41,42をそれぞれ挿通させた後、後カバー部36を外部ケース31の他方の端部に圧入する。
【0023】
以上の組立工程により、ロータリソレノイド1sの組立が完了する。なお、本実施例に係るロータリソレノイド1sの基本的な原理は、公知の二極ロータリソレノイドと同じである。したがって、例えば、シャフト3に作用部材を取付けるとともに、この作用部材を規制する前後一対のストッパを設けることにより回動角度範囲を設定すれば、ロータリソレノイド1sに対する通電制御を行うことにより、作用部材を第一の位置と第二の位置へ選択的に回動変位させることができる。
【0024】
このように、本実施例に係るロータリソレノイド1sは、シャフト3に対して両側から装着し、対向させることによりコイルボビン7を構成するとともに、コイル8i,8jを巻回するコイル巻回部9pi,9pj,9qi,9qjがマグネット4の外周面4fよりも径方向中心側へオーバラップした形状を有する一対のボビン半体部7p,7qを用いたため、コイルボビン7とシャフト3間のデッドスペースをコイル収容空間のために有効利用(効率利用)でき、小型コンパクト化(超小型化)を図れるとともに、コイル8i,8jの巻数を増加させることにより高性能化を図れる。また、鉄芯部6は、プレート部材P…を折曲形成した二つの鉄芯分割部6i,6jにより構成したため、鉄芯部6を容易かつ低コストに得ることができる。さらに、ボビン半体部7p,7qには、軸受20p,20qが係合する軸受係合部13p,13q及び鉄芯部6が係合する鉄芯係合部14pi,14pj,14qi,14qjを設けたため、マグネットロータ2に対するボビン半体部7p…(コイルボビン7)及び鉄芯分割部6i…(鉄心部6)の位置決めを容易かつ正確に行うことができ、これにより、これらの同軸性を高めることができるとともに、特性及び品質の均一性を高めることができる。
【0025】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成,形状,材料,数量等において、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、回転電機1として、ロータリソレノイド1sを例示したが、モータ等にも同様に適用することができる。また、二極のロータリソレノイド1sを例示したが、任意の極数により実施可能である。
【0026】
【発明の効果】
このように、本発明に係る回転電機は、シャフトに対して両側から装着し、対向させることによりコイルボビンを構成するとともに、コイルを巻回するコイル巻回部がマグネットロータにおけるマグネットの外周面よりも径方向中心側へオーバラップした形状を有する一対のボビン半体部と、一対のボビン半体部間に装着する鉄芯部を備えるため、次のような顕著な効果を奏する。
【0027】
(1) コイルボビンとシャフト間のデッドスペースをコイル収容空間のために有効利用(効率利用)できる。したがって、小型コンパクト化(超小型化)を実現できるとともに、コイルの巻数を増加させることにより、高性能化を図ることができる。
【0028】
(2) 好適な実施の形態により、鉄芯部を、プレート部材を折曲形成した複数の鉄芯分割部により構成すれば、鉄芯部を容易かつ低コストに得ることができるため、全体のコストダウンを図ることができる。
【0029】
(3) 好適な実施の形態により、ボビン半体部に、シャフトを支持する軸受が係合する軸受係合部及び鉄芯部の端部が係合する鉄芯係合部を設ければ、マグネットロータに対するボビン半体部及び鉄芯分割部の位置決めを容易かつ正確に行うことができるとともに、これらの同軸性を高めることができ、もって、特性及び品質の均一性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適な実施例に係るロータリソレノイドの側面断面図、
【図2】同ロータリソレノイドの正面断面図、
【図3】同ロータリソレノイドの平面断面図、
【図4】同ロータリソレノイドの構成部品を示す一部断面分解図、
【図5】同ロータリソレノイドにおけるボビン半体部の正面図、
【図6】同ロータリソレノイドにおけるボビン半体部の背面図、
【図7】同ロータリソレノイドにおけるボビン半体部の一部破断側面図、
【図8】同ロータリソレノイドにおける鉄芯分割部の正面図、
【符号の説明】
1 回転電機
1s ロータリソレノイド
2 マグネットロータ
3 シャフト
4 マグネット
4f マグネットの外周面
5 ステータ
6 鉄芯部
6i 鉄芯分割部
6j 鉄芯分割部
7 コイルボビン
7p ボビン半体部
7q ボビン半体部
8i コイル
8j コイル
9pi コイル巻回部
9pj コイル巻回部
9qi コイル巻回部
9qj コイル巻回部
11i 磁極部
11j 磁極部
12i コア本体部
12j コア本体部
13p 軸受係合部
13q 軸受係合部
14pi 鉄芯係合部
14pj 鉄芯係合部
14qi 鉄芯係合部
14qj 鉄芯係合部
20p 軸受
20q 軸受
P… プレート部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotating electrical machine suitable for use in an ultra-small rotary solenoid, a motor, or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a rotary solenoid that rotates and displaces a magnet rotor over a predetermined angular range is known, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-336930.
[0003]
This type of rotary solenoid includes a magnet rotor having a magnet in the middle portion of the shaft, and a stator in which a coil is wound around a coil bobbin having an iron core (yoke). By exciting or de-energizing the coil, the magnet rotor Can be rotationally displaced over a predetermined angular range. Note that the rotation angle range of the magnet rotor can be set by a pair of front and rear stoppers that restrict the action member attached to the shaft.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional rotary solenoid (rotating electric machine) described above has the following problems.
[0005]
First, since the magnet rotor is housed in the inner space of the coil bobbin formed in a ring shape, the diameter of the inner space is larger than the outermost diameter of the magnet rotor, and the coil housing space (the number of coil turns) is limited. In addition, there is a limit to downsizing and downsizing.
[0006]
Secondly, the core part having a complicated shape formed of a magnetic material is required on the iron core part, resulting in an increase in overall cost including parts cost and manufacturing cost.
[0007]
Third, since it is not easy to improve the coaxiality of the magnet rotor with respect to the stator (iron core portion), variations in characteristics and quality are likely to occur.
[0008]
The present invention solves such problems existing in the prior art, and can effectively reduce the size and size (ultra-miniaturization) by efficiently securing the coil housing space, and further reduce the overall cost. An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine capable of improving the uniformity of characteristics and quality.
[0009]
[Means for Solving the Problems and Embodiments]
The present invention constitutes a rotating electrical machine 1 (
[0010]
In this case, according to a preferred embodiment, the
[0011]
Thereby, the bobbin
[0012]
【Example】
Next, preferred embodiments according to the present invention will be given and described in detail with reference to the drawings.
[0013]
First, the configuration of an ultra-small
[0014]
First, components used for the
[0015]
[0016]
[0017]
6 is an iron core part, and is provided with two iron
[0018]
Further, 31 is a cylindrical outer case, 32 is a front cover portion that closes the front end of the
[0019]
Next, a method for assembling the
[0020]
First, a
[0021]
Next, the coil 8i is wound around the coil winding portion 9pi of the
[0022]
On the other hand, a
[0023]
The assembly of the
[0024]
As described above, the
[0025]
The embodiment has been described in detail above, but the present invention is not limited to such an embodiment, and the detailed configuration, shape, material, quantity, and the like are arbitrarily set within the scope of the present invention. Can be changed, added or deleted. For example, although the
[0026]
【The invention's effect】
As described above, the rotating electrical machine according to the present invention constitutes a coil bobbin by being attached to and opposed from the shaft, and the coil winding part for winding the coil is more than the outer peripheral surface of the magnet in the magnet rotor. Since a pair of bobbin halves having a shape overlapping the radial center side and an iron core portion mounted between the pair of bobbin halves are provided, the following remarkable effects are achieved.
[0027]
(1) The dead space between the coil bobbin and the shaft can be effectively utilized (efficient utilization) for the coil housing space. Therefore, it is possible to realize a small and compact size (ultra-miniaturization) and to increase the performance by increasing the number of turns of the coil.
[0028]
(2) According to a preferred embodiment, if the iron core part is constituted by a plurality of iron core split parts formed by bending the plate member, the iron core part can be obtained easily and at low cost. Cost can be reduced.
[0029]
(3) According to a preferred embodiment, if a bobbin half is provided with a bearing engaging portion that engages a bearing that supports the shaft and an iron core engaging portion that engages an end of the iron core portion, The bobbin half part and the iron core split part can be easily and accurately positioned with respect to the magnet rotor, and the coaxiality of these parts can be improved, thereby improving the uniformity of characteristics and quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a rotary solenoid according to a preferred embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a front sectional view of the rotary solenoid;
FIG. 3 is a plan sectional view of the rotary solenoid;
FIG. 4 is a partially sectional exploded view showing components of the rotary solenoid;
FIG. 5 is a front view of a half bobbin portion of the rotary solenoid;
FIG. 6 is a rear view of a half bobbin portion of the rotary solenoid;
FIG. 7 is a partially cutaway side view of a half bobbin portion of the rotary solenoid;
FIG. 8 is a front view of an iron core dividing portion in the rotary solenoid;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating
Claims (4)
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2000
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