JP6658701B2 - Magnetic actuator - Google Patents

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Description

本発明は、二部材の相対位置を変更可能な、磁気アクチュエータに関する。   The present invention relates to a magnetic actuator capable of changing a relative position between two members.

従来から、電磁石を用いて二部材の相対位置を変更可能な、磁気アクチュエータが知られている。例えば特許文献1には、自己保持型ロータリーソレノイドが開示されている。このソレノイドのロータには永久磁石が設けられる。例えば周回りに磁極が反転するように複数の永久磁石が設けられる。ロータと対向するステータには磁性体の突極とこれに巻き回されるコイルが設けられる。コイルに通電することで磁性体が磁化して、ロータ上のいずれかの永久磁石と引き合う。その後、コイルの通電を切っても、磁性体の突極と永久磁石とが引き合い、相対位置が保持される。さらに通電方向を逆にすると、突極はそれまで引き合っていた永久磁石とは他の磁極の永久磁石に移動する。   2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetic actuator capable of changing a relative position between two members using an electromagnet has been known. For example, Patent Document 1 discloses a self-holding type rotary solenoid. A permanent magnet is provided on the rotor of this solenoid. For example, a plurality of permanent magnets are provided so that the magnetic poles are reversed around the circumference. The stator facing the rotor is provided with salient magnetic poles and coils wound therearound. By energizing the coil, the magnetic material is magnetized and attracts one of the permanent magnets on the rotor. Thereafter, even if the energization of the coil is stopped, the salient poles of the magnetic material and the permanent magnet attract each other, and the relative position is maintained. When the direction of current is further reversed, the salient poles move to permanent magnets of other magnetic poles than the permanent magnets that have been attracted up to that time.

特開2017−17160号公報JP 2017-17160 A

ところで、磁極が反転するようにして複数の永久磁石を設けた場合、突曲の移動制御が困難になるおそれがある。図16に示す磁気アクチュエータは、ステータ100(外周リング)の内周面に、周方向に沿って磁極が反転するようにして複数の永久磁石102A〜102Eが設けられる。また、これに対向して、ロータ104(内周リング)の外周面に突極106が設けられる。   By the way, when a plurality of permanent magnets are provided such that the magnetic poles are reversed, it may be difficult to control the movement of the bending. In the magnetic actuator shown in FIG. 16, a plurality of permanent magnets 102A to 102E are provided on the inner peripheral surface of the stator 100 (outer peripheral ring) so that the magnetic poles are reversed along the circumferential direction. In addition, a salient pole 106 is provided on the outer peripheral surface of the rotor 104 (the inner peripheral ring) to face this.

例えば突極106の、ステータ100との対向極をN極に磁化してステータ100のS極102Cと対向させる。さらにこの後、コイル(図示せず)の通電方向を反転させて突極106の、ステータ100との対向極をS極に反転した場合、突極106は、S極102Cに隣接するN極に移動する。このとき、S極102Cと突極106とが正対する、つまり両者の中心軸が径方向に沿って整列している場合に、突極106は隣接するN極102B,102Dのどちらにも移動する可能性があり、そのため突極106の移動制御が困難になるおそれがある。そこで本発明は、従来よりも励磁対象である突極の移動制御を高精度に行うことの可能な、磁気アクチュエータを提供することを目的とする。   For example, the opposite pole of the salient pole 106 facing the stator 100 is magnetized to the N pole to face the S pole 102C of the stator 100. Further, thereafter, when the direction of energization of the coil (not shown) is reversed and the opposite pole of the salient pole 106 facing the stator 100 is reversed to the S pole, the salient pole 106 is switched to the N pole adjacent to the S pole 102C. Moving. At this time, when the S pole 102C and the salient pole 106 face each other, that is, when the central axes of both are aligned along the radial direction, the salient pole 106 moves to any of the adjacent N poles 102B and 102D. There is a possibility that the movement of the salient pole 106 may be difficult to control. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a magnetic actuator capable of controlling the movement of a salient pole to be excited with higher accuracy than in the past.

本発明は磁気アクチュエータに関する。当該アクチュエータは、ボビン、磁石ロータ、及び突極ロータを備える。ボビンは、コイルが巻き回される巻胴部と、巻胴部の中心軸方向両端に設けられ巻胴部よりも拡径された一対のフランジを有する。磁石ロータは、ボビンの径方向外側に離間して設けられ、円環形状の第一ヨークと、第一ヨークの内周面に設けられ周方向に沿って磁極が反転された複数の永久磁石と、を有する。突極ロータは、ボビンの一対のフランジの少なくとも一方と磁石ロータとの間に、両者とは離間して設けられ、円環形状の第二ヨークと、第二ヨークの外周面に突設された突極とを有する。磁石ロータの内周面及び突極ロータの外周面には、突極と永久磁石の中心位置が径方向に沿って整列する正対配置を防ぐ角度リミッタ機構が設けられる。   The present invention relates to a magnetic actuator. The actuator includes a bobbin, a magnet rotor, and a salient pole rotor. The bobbin has a winding drum portion around which a coil is wound, and a pair of flanges provided at both ends in the central axis direction of the winding drum portion and having a diameter larger than that of the winding drum portion. The magnet rotor is provided apart from the bobbin in the radial direction, a ring-shaped first yoke, and a plurality of permanent magnets provided on the inner peripheral surface of the first yoke and whose magnetic poles are reversed along the circumferential direction. And The salient pole rotor is provided between at least one of the pair of flanges of the bobbin and the magnet rotor, apart from each other, and is provided with an annular second yoke and an outer peripheral surface of the second yoke. And salient poles. An angle limiter mechanism is provided on the inner peripheral surface of the magnet rotor and the outer peripheral surface of the salient pole rotor to prevent a facing arrangement in which the center positions of the salient poles and the permanent magnets are aligned along the radial direction.

また上記発明において、角度リミッタ機構は、突極ロータの外周面に設けられ相対的に縮径された溝部と、磁石ロータの内周面から溝部内まで突設されるプレートと、を備えてもよい。   In the above invention, the angle limiter mechanism may include a groove portion provided on the outer peripheral surface of the salient pole rotor and having a relatively reduced diameter, and a plate protruding from the inner peripheral surface of the magnet rotor to the inside of the groove portion. Good.

また上記発明において、溝部及びプレートは周方向に沿って複数設けられ、隣接する一対の溝部の間に一つの突極が設けられ、隣接する一対のプレートの間に一対の永久磁石が設けられてもよい。   In the above invention, a plurality of grooves and plates are provided along the circumferential direction, one salient pole is provided between a pair of adjacent grooves, and a pair of permanent magnets is provided between a pair of adjacent plates. Is also good.

また上記発明において、溝部の周方向に沿った溝幅は、一対の永久磁石の周方向に沿った中心位置間のピッチ未満であってよい。   In the above invention, the width of the groove in the circumferential direction of the groove may be smaller than the pitch between the center positions of the pair of permanent magnets in the circumferential direction.

本発明によれば、従来よりも励磁対象である突極の移動制御を高精度に行うことが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to perform movement control of the salient pole which is an excitation target with higher precision than before.

本実施形態に係る磁気アクチュエータを例示する一部断面斜視図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view illustrating a magnetic actuator according to the embodiment. 本実施形態に係る磁気アクチュエータの一部を例示する側面図である。It is a side view which illustrates a part of magnetic actuator concerning this embodiment. 本実施形態に係る磁気アクチュエータをクラッチ機構に搭載したときの図(解放時)である。FIG. 4 is a diagram (at the time of disengagement) when the magnetic actuator according to the embodiment is mounted on a clutch mechanism. 本実施形態に係る磁気アクチュエータをクラッチ機構に搭載したときの図(係合時)である。FIG. 4 is a diagram (at the time of engagement) when the magnetic actuator according to the embodiment is mounted on a clutch mechanism. コイル通電(負通電)時の突極ロータの磁極を説明する図である。It is a figure explaining the magnetic pole of a salient pole rotor at the time of coil energization (negative energization). コイル通電(正通電)時の突極ロータの磁極を説明する図である。It is a figure explaining the magnetic pole of a salient pole rotor at the time of coil energization (positive energization). 角度リミッタ機構により突極ロータの反時計回りの移動が止められたときの様子を例示する図である。It is a figure which illustrates the situation when the counterclockwise movement of the salient pole rotor is stopped by the angle limiter mechanism. 角度リミッタ機構により突極ロータの時計回りの移動が止められたときの様子を例示する図である。It is a figure which illustrates a mode when the clockwise movement of the salient pole rotor is stopped by the angle limiter mechanism. コイル正通電時初期における磁気アクチュエータの挙動を説明する図である。It is a figure explaining the behavior of the magnetic actuator in the early stage at the time of the coil energization. コイル正通電時終期における磁気アクチュエータの挙動を説明する図である。It is a figure explaining the behavior of the magnetic actuator at the end of the time of the coil energization. コイル無通電時における磁気アクチュエータの挙動を説明する図である。It is a figure explaining the behavior of the magnetic actuator at the time of coil non-energization. コイル負通電時初期における磁気アクチュエータの挙動を説明する図である。It is a figure explaining the behavior of the magnetic actuator in the early stage at the time of coil negative energization. コイル負通電時終期における磁気アクチュエータの挙動を説明する図である。It is a figure explaining the behavior of the magnetic actuator in the last stage at the time of coil negative energization. 本実施形態に係る磁気アクチュエータの、無通電、正通電、負通電時におけるトルク及び相対角度変化を示すグラフである。4 is a graph showing changes in torque and relative angle of the magnetic actuator according to the embodiment when no current is applied, when positive current is applied, and when negative current is applied. 本実施形態に係る磁気アクチュエータの、無通電時における磁束の流れを説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a flow of a magnetic flux when no current is supplied to the magnetic actuator according to the embodiment. 従来技術に係る磁気アクチュエータを例示する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a magnetic actuator according to the related art.

図1に、本実施形態に係る磁気アクチュエータ10の斜視断面図を例示する。図2には磁気アクチュエータ10の一部側面図が例示される。なお、図1〜図13、図15には互いに直交する3軸が示されている。これらの3軸のうち、X軸は磁気アクチュエータ10の中心軸に平行な軸とする。またY軸及びZ軸はともにX軸に直交する。X軸が磁気アクチュエータの中心軸と一致する場合、Y軸及びZ軸は径方向に延伸する。   FIG. 1 illustrates a perspective sectional view of a magnetic actuator 10 according to the present embodiment. FIG. 2 illustrates a partial side view of the magnetic actuator 10. Note that FIGS. 1 to 13 and FIG. 15 show three axes orthogonal to each other. Of these three axes, the X axis is an axis parallel to the central axis of the magnetic actuator 10. The Y axis and the Z axis are both orthogonal to the X axis. When the X axis coincides with the center axis of the magnetic actuator, the Y axis and the Z axis extend in the radial direction.

磁気アクチュエータ10は、ボビン12、磁石ロータ14、突極ロータ16、及び制御部18を備える。後述するように、磁気アクチュエータ10は、磁石ロータ14及び突極ロータ16の相対位置(相対角度)を変更可能となっている。なお図1〜図15では、ボビン12に対して突極ロータ16及び磁石ロータ14を離間状態に維持しつつ、また突極ロータ16と磁石ロータ14とを離間状態に維持しつつ、ボビン12に対してこれらのロータを回転可能とする軸受等の機構の図示を省略している。   The magnetic actuator 10 includes a bobbin 12, a magnet rotor 14, a salient pole rotor 16, and a controller 18. As will be described later, the magnetic actuator 10 can change the relative position (relative angle) between the magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16. 1 to 15, the salient pole rotor 16 and the magnet rotor 14 are kept apart from the bobbin 12, and the salient pole rotor 16 and the magnet rotor 14 are kept apart from each other. On the other hand, the illustration of a mechanism such as a bearing that enables these rotors to rotate is omitted.

ボビン12は、コイル20が巻き回される円環形状の巻胴部22と、その中心軸方向両端に設けられた円環形状の一対のフランジ24A,24Bを備える。ボビン12はコイル20の通電によって生じる磁束の通るヨークとしても機能を備えるため、例えば低炭素鋼や珪素鋼板等の高透磁性材料から構成される。また、ボビン12は図示しないケース等の固定部材によって固定される。   The bobbin 12 includes an annular winding body 22 around which the coil 20 is wound, and a pair of annular flanges 24A and 24B provided at both ends in the center axis direction. Since the bobbin 12 also has a function as a yoke through which a magnetic flux generated by energization of the coil 20 passes, the bobbin 12 is made of a highly permeable material such as a low carbon steel or a silicon steel plate. The bobbin 12 is fixed by a fixing member such as a case (not shown).

一対のフランジ24A,24Bは巻胴部22より拡径される。ここで、図1に例示されているように、一対のフランジ24Bは他方のフランジ24Aよりも拡径幅が大きく取られている。例えばフランジ24Bの径方向幅は、フランジ24Aの径方向幅と突極ロータ16の第二ヨーク26の径方向幅の和と略等しくなるように構成される。   The diameter of the pair of flanges 24 </ b> A, 24 </ b> B is expanded from the winding drum 22. Here, as illustrated in FIG. 1, the pair of flanges 24B have a larger diameter expansion width than the other flange 24A. For example, the radial width of the flange 24B is configured to be substantially equal to the sum of the radial width of the flange 24A and the radial width of the second yoke 26 of the salient pole rotor 16.

コイル20はボビン12の巻胴部22に巻き回される。例えばコイル20は図5に例示されるように、複数の素線からなる撚線から構成される。さらにコイル20からボビン12を経由して磁気アクチュエータ10の外部に配線が引き出され、制御部18に接続される。   The coil 20 is wound around the winding drum 22 of the bobbin 12. For example, as illustrated in FIG. 5, the coil 20 is configured by a stranded wire composed of a plurality of strands. Further, wiring is drawn out of the magnetic actuator 10 via the bobbin 12 from the coil 20 and connected to the control unit 18.

磁石ロータ14は、ボビン12の径方向外側に、ボビン12とは離間して設けられる。磁石ロータ14は、円環形状の第一ヨーク28、複数の永久磁石30、及びプレート32(ストッパプレート)を備える。   The magnet rotor 14 is provided radially outside of the bobbin 12 so as to be separated from the bobbin 12. The magnet rotor 14 includes an annular first yoke 28, a plurality of permanent magnets 30, and a plate 32 (stopper plate).

第一ヨーク28は円環形状の部材であって、コイル20の通電に伴って発生する磁束の経路(磁路)としての機能を備える。第一ヨーク28は例えば低炭素鋼や珪素鋼板等の高透磁性材料から構成される。   The first yoke 28 is an annular member, and has a function as a path (magnetic path) of a magnetic flux generated when the coil 20 is energized. The first yoke 28 is made of a highly magnetically permeable material such as a low carbon steel or a silicon steel plate.

第一ヨーク28の内周面には永久磁石30及びプレート32が設けられる。図2に示すように、永久磁石30は周方向に沿って磁極が反転するように、第一ヨーク28の内周面に設けられる。   On the inner peripheral surface of the first yoke 28, a permanent magnet 30 and a plate 32 are provided. As shown in FIG. 2, the permanent magnet 30 is provided on the inner peripheral surface of the first yoke 28 so that the magnetic poles are reversed along the circumferential direction.

なお図2以降では、これらの永久磁石30N1,30S1,30N2,30S2に、突極ロータ16の外周面と対向する磁極を表記している。以下では適宜、この突極ロータ16の外周面と対向する磁極を、単に永久磁石30の対向磁極と記載する。例えば永久磁石30S1,30S2の対向磁極はS極となり、永久磁石30N1,30N2の対向磁極はN極となる。   In and after FIG. 2, the magnetic poles facing the outer peripheral surface of the salient pole rotor 16 are described in these permanent magnets 30N1, 30S1, 30N2, and 30S2. Hereinafter, a magnetic pole facing the outer peripheral surface of the salient pole rotor 16 will be simply referred to as a facing magnetic pole of the permanent magnet 30 as appropriate. For example, the opposing magnetic poles of the permanent magnets 30S1 and 30S2 are S poles, and the opposing magnetic poles of the permanent magnets 30N1 and 30N2 are N poles.

プレート32は、複数の永久磁石30の間に設けられる。プレート32は磁石ロータ14の内周面から径方向内側に突設される。さらにプレート32は、突極ロータ16の溝部34の内部まで入り込むように突設されてよい。このような構成を可能とするために、プレート32の突設長さL1は、突極ロータ16の突極36の径方向長さL2及び磁石ロータ14と突極ロータ16とのギャップ幅L3を超過するものであってよい(L1 > L2+L3)。後述するように、プレート32と溝部34とが、突極ロータ16の突極36と磁石ロータ14の永久磁石30との正対配置を防ぐ角度リミッタ機構として機能する。   The plate 32 is provided between the plurality of permanent magnets 30. The plate 32 protrudes radially inward from the inner peripheral surface of the magnet rotor 14. Further, the plate 32 may be provided so as to protrude into the groove 34 of the salient pole rotor 16. In order to enable such a configuration, the protruding length L1 of the plate 32 is determined by the radial length L2 of the salient pole 36 of the salient pole rotor 16 and the gap width L3 between the magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16. May be exceeded (L1> L2 + L3). As described later, the plate 32 and the groove 34 function as an angle limiter mechanism for preventing the salient poles 36 of the salient pole rotor 16 and the permanent magnets 30 of the magnet rotor 14 from facing each other.

プレート32は磁石ロータ14の内周面に、周方向に沿って複数設けられる。ここで、隣接する一対のプレート32,32の間に、一対の永久磁石30N,30Sが設けられていてよい。このように、互いに反転磁極である一対の永久磁石30N,30Sをプレート32で区切ることで、磁石ロータ14及び突極ロータ16の相対移動制御を確実に行うことができる。   A plurality of plates 32 are provided on the inner peripheral surface of the magnet rotor 14 along the circumferential direction. Here, a pair of permanent magnets 30N, 30S may be provided between a pair of adjacent plates 32, 32. In this manner, by separating the pair of permanent magnets 30N and 30S, which are reversing magnetic poles, by the plate 32, the relative movement control of the magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16 can be reliably performed.

突極ロータ16は、ボビン12と磁石ロータ14の間に設けられた略円環形状の部材である。より詳細には、ボビン12のフランジ24Aと磁石ロータ14との間に、両者とは離間して突極ロータ16が設けられる。   The salient pole rotor 16 is a substantially annular member provided between the bobbin 12 and the magnet rotor 14. More specifically, a salient pole rotor 16 is provided between the flange 24 </ b> A of the bobbin 12 and the magnet rotor 14 so as to be separated from the two.

突極ロータ16は、第二ヨーク26、突極36、及び溝部34を備える。第二ヨーク26は、コイル20の通電に伴って発生する磁束の経路(磁路)としての機能を備える円環形状の部材である。第二ヨーク26は例えば低炭素鋼や珪素鋼板等の高透磁性材料から構成される。また、第二ヨーク26を突極36と一体成形するときには、例えば鉄やフェライトなどの強磁性体材料からこれらを構成してもよい。   The salient pole rotor 16 includes a second yoke 26, a salient pole 36, and a groove 34. The second yoke 26 is an annular member having a function as a path (magnetic path) of a magnetic flux generated when the coil 20 is energized. The second yoke 26 is made of, for example, a high magnetic permeability material such as a low carbon steel or a silicon steel plate. When the second yoke 26 is formed integrally with the salient poles 36, these may be made of a ferromagnetic material such as iron or ferrite.

突極36は第二ヨーク26の外周面に、周方向に沿って複数形成される。突極36は第二ヨーク26の外周面から径方向外側に突設される。後述するように、突極36はコイル20の通電が遮断されているときにも永久磁石30N,30Sの一方と引き合う。突極36は例えば鉄やフェライト等の強磁性体から構成される。   A plurality of salient poles 36 are formed on the outer peripheral surface of the second yoke 26 along the circumferential direction. The salient poles 36 protrude radially outward from the outer peripheral surface of the second yoke 26. As described later, the salient pole 36 attracts one of the permanent magnets 30N and 30S even when the energization of the coil 20 is cut off. The salient poles 36 are made of a ferromagnetic material such as iron or ferrite.

また、突極36の周方向幅W1は、一対の永久磁石30N,30Sを跨がないような幅であることが好適である。例えば突極36の幅W1は、一対の永久磁石30N,30Sの一端から他端までの幅W2未満となるように突極36が形成される。   Further, it is preferable that the circumferential width W1 of the salient pole 36 is a width that does not straddle the pair of permanent magnets 30N and 30S. For example, the salient pole 36 is formed such that the width W1 of the salient pole 36 is smaller than the width W2 from one end to the other end of the pair of permanent magnets 30N, 30S.

溝部34は突極ロータ16の外周面に設けられ、当該外周面に対して相対的に縮径される。溝部34は周方向に沿って複数形成される。また上述したように、溝部34内に磁石ロータ14のプレート32が入り込むように、溝部34とプレート32とが位置合わせされる。   The groove 34 is provided on the outer peripheral surface of the salient pole rotor 16, and is reduced in diameter relative to the outer peripheral surface. A plurality of grooves 34 are formed along the circumferential direction. Further, as described above, the groove 34 and the plate 32 are positioned so that the plate 32 of the magnet rotor 14 enters the groove 34.

溝部34の周方向に沿った溝幅P2は、一対の永久磁石30N,30Sの周方向に沿った中心位置間のピッチP1未満となるように、溝部34が形成される。加えて隣接する一対の溝部34,34の中間に、一つの突極36が設けられてよい。このようにすることで、突極36と永久磁石30Nまたは永久磁石30Sとの正対を防止可能となる。   The groove portion 34 is formed such that the groove width P2 along the circumferential direction of the groove portion 34 is less than the pitch P1 between the center positions along the circumferential direction of the pair of permanent magnets 30N, 30S. In addition, one salient pole 36 may be provided between a pair of adjacent grooves 34, 34. By doing so, it is possible to prevent the salient pole 36 from being directly opposed to the permanent magnet 30N or the permanent magnet 30S.

なお上述したように、突極36と永久磁石30との正対とは、両者の周方向中心位置同士が、径方向に沿って整列する配置を示す。   Note that, as described above, the facing of the salient pole 36 and the permanent magnet 30 indicates an arrangement in which the circumferential center positions of both are aligned along the radial direction.

磁石ロータ14及び突極ロータ16は、図示しない軸受等の支持機構によって、固定部材であるボビン12に対して回転可能となっている。また磁石ロータ14及び突極ロータ16は、角度リミッタ機構であるプレート32及び溝部34の許容範囲内にて相対回転可能となっている。   The magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16 are rotatable with respect to the bobbin 12 as a fixed member by a support mechanism such as a bearing (not shown). Further, the magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16 are relatively rotatable within an allowable range of the plate 32 and the groove 34 as the angle limiter mechanism.

このような機構を備えた磁気アクチュエータ10は、例えば図3、図4に例示するようなクラッチ機構に応用可能である。例えば磁石ロータ14の径方向外側に磁石ロータ14とは離間させて外周リング37を設ける。さらに磁石ロータ14の第一ヨーク28の外周面に切り欠きを設ける。切り欠きは周方向に沿う斜面となっている。このような構造に伴い、切り欠き周辺は時計回りに進むにつれて幅が狭くなるギャップ39が形成される。   The magnetic actuator 10 provided with such a mechanism can be applied to a clutch mechanism as exemplified in FIGS. 3 and 4, for example. For example, an outer peripheral ring 37 is provided radially outside the magnet rotor 14 so as to be separated from the magnet rotor 14. Further, a notch is provided on the outer peripheral surface of the first yoke 28 of the magnet rotor 14. The notch is a slope along the circumferential direction. With such a structure, a gap 39 is formed around the notch, the width of which becomes narrower as it advances clockwise.

このギャップ39内にローラ38が設けられる。ローラ38はアーム40により突極ロータ16に連結される。ローラ38を径方向に移動可能とするために、アーム40に軸方向に切られたスリットを設けるとともに、このスリットにローラ38の回転支持シャフトを挿入させてローラ38を保持してもよい。   A roller 38 is provided in the gap 39. The roller 38 is connected to the salient pole rotor 16 by an arm 40. In order to make the roller 38 movable in the radial direction, the arm 40 may be provided with a slit cut in the axial direction, and the roller 38 may be held by inserting a rotation support shaft of the roller 38 into the slit.

例えば磁石ロータ14及び突極ロータ16が反時計回りに回転(同期回転)しているときに、後述する磁極反転により突極ロータ16を磁石ロータ14に対して遅れ位相側に(時計回りに)変位させる。これに伴って、図4に示すように、ローラ38が外周リング37と噛み合う(係合する)。その結果、外周リング37は磁石ロータ14及び突極ロータ16と同期回転する。   For example, when the magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16 are rotating counterclockwise (synchronous rotation), the salient pole rotor 16 is delayed (clockwise) with respect to the magnet rotor 14 by magnetic pole reversal described later. Displace. Accordingly, as shown in FIG. 4, the roller 38 meshes (engages) with the outer peripheral ring 37. As a result, the outer peripheral ring 37 rotates synchronously with the magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16.

図1に戻り、制御部18は、コイル20に流す電流を制御することで、磁石ロータ14と突極ロータ16の相対位置(相対角度)を制御する。制御部18は例えばコンピュータから構成されてよく、CPU、記憶部、機器・センサインターフェースが内部バスを介して互いに接続されている。例えば外部からの係合/解放指示に従い、制御部18はコイル20の通電有無(無通電可否)及びその通電方向(正通電/負通電)を決定する。   Returning to FIG. 1, the control unit 18 controls the relative position (relative angle) between the magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16 by controlling the current flowing through the coil 20. The control unit 18 may be composed of, for example, a computer, and the CPU, the storage unit, and the device / sensor interface are connected to each other via an internal bus. For example, in accordance with an engagement / disengagement instruction from the outside, the control unit 18 determines whether the coil 20 is energized (non-energized) and the energizing direction (positive energization / negative energization).

図5、図6には、図1にて示した磁気アクチュエータ10の断面平面における、磁束の流れについて説明する。図5に例示するように、コイル20に時計回りに電流が通電されたとき、図の矢印で示すような磁束がボビン12、突極ロータ16、及び磁石ロータ14を通過する。磁束の通過に伴い、突極ロータ16は外周側がN極となり、内周側がS極となる。   FIGS. 5 and 6 illustrate the flow of magnetic flux in the cross-sectional plane of the magnetic actuator 10 shown in FIG. As illustrated in FIG. 5, when a current is supplied to the coil 20 in a clockwise direction, a magnetic flux as indicated by an arrow in the figure passes through the bobbin 12, the salient pole rotor 16, and the magnet rotor 14. With the passage of the magnetic flux, the salient pole rotor 16 has an N pole on the outer periphery and an S pole on the inner periphery.

図6には通電方向を逆転させたときの磁束が例示されている。このとき、図の矢印で示すような磁束がボビン12、磁石ロータ14、及び突極ロータ16を通過する。磁束の通過に伴い、突極ロータ16は外周側がS極となり、内周側がN極となる。   FIG. 6 exemplifies a magnetic flux when the direction of current is reversed. At this time, a magnetic flux as indicated by an arrow in the figure passes through the bobbin 12, the magnet rotor 14, and the salient pole rotor 16. With the passage of the magnetic flux, the salient pole rotor 16 becomes an S pole on the outer periphery and an N pole on the inner periphery.

図7には、突極36の対向磁極がN極であるときの磁石ロータ14及び突極ロータ16の挙動が例示されている。このとき、突極36は対向磁極がN極である永久磁石30N2から離間するとともに対向磁極がS極である永久磁石30S1と引き合う。これに伴って突極ロータ16が磁石ロータ14に対して反時計回りに移動する。   FIG. 7 illustrates the behavior of the magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16 when the opposing magnetic pole of the salient pole 36 is the N pole. At this time, the salient pole 36 is separated from the permanent magnet 30N2 whose opposite magnetic pole is the N pole and attracts the permanent magnet 30S1 whose opposing magnetic pole is the S pole. Accordingly, the salient pole rotor 16 moves counterclockwise with respect to the magnet rotor 14.

このとき、上述した構成、すなわち、溝部34の溝幅P2を一対の永久磁石30N,30Sの中心位置間のピッチP1未満とし、隣接する溝部34,34の中間に突極36が設けるとの構成を採ることで、突極36が永久磁石30S1と正対する前に、永久磁石30S1の中心線C1及び突極36の中心線C2にて示すように、溝部34の側壁面がプレート32に当接してこれ以上の移動を防止する。   At this time, the configuration described above, that is, the configuration is such that the groove width P2 of the groove portion 34 is less than the pitch P1 between the center positions of the pair of permanent magnets 30N, 30S, and the salient pole 36 is provided between the adjacent groove portions 34, 34. Before the salient pole 36 faces the permanent magnet 30S1, the side wall surface of the groove 34 contacts the plate 32 as shown by the center line C1 of the permanent magnet 30S1 and the center line C2 of the salient pole 36. To prevent further movement.

このように、突極36が永久磁石30N2寄りにオフセットされていることから、突極36の対向磁極をN極からS極に反転させた際には、永久磁石30N2に専ら引き寄せられる。   As described above, since the salient pole 36 is offset toward the permanent magnet 30N2, when the opposing magnetic pole of the salient pole 36 is inverted from the N pole to the S pole, the salient pole 36 is exclusively drawn to the permanent magnet 30N2.

図8には、突極36の対向磁極がS極であるときの磁石ロータ14及び突極ロータ16の挙動が例示されている。このとき、突極36は対向磁極がS極である永久磁石30S1から離間するとともに対向磁極がN極である永久磁石30N2と引き合う。これに伴って突極ロータ16が磁石ロータ14に対して時計回りに移動する。   FIG. 8 illustrates the behavior of the magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16 when the opposing magnetic pole of the salient pole 36 is the S pole. At this time, the salient pole 36 is separated from the permanent magnet 30S1 whose opposite magnetic pole is the S pole and attracts the permanent magnet 30N2 whose opposing magnetic pole is the N pole. Accordingly, the salient pole rotor 16 moves clockwise with respect to the magnet rotor 14.

このとき、図7と同様にして、永久磁石30N2の中心線C1及び突極36の中心線C2にて示すように、突極36が永久磁石30N2と正対する前に、溝部34の側壁面がプレート32に当接してこれ以上の移動を防止する。このように、突極36が永久磁石30S1寄りにオフセットされていることから、突極36の対向磁極をS極からN極に反転させた際には、永久磁石30S1に専ら引き寄せられる。   At this time, as shown in FIG. 7, as shown by the center line C1 of the permanent magnet 30N2 and the center line C2 of the salient pole 36, before the salient pole 36 faces the permanent magnet 30N2, the side wall surface of the groove 34 is It contacts the plate 32 to prevent further movement. As described above, since the salient pole 36 is offset toward the permanent magnet 30S1, when the opposite magnetic pole of the salient pole 36 is inverted from the S pole to the N pole, the salient pole 36 is exclusively drawn to the permanent magnet 30S1.

図2、図9〜図14を用いて、本実施形態に係る磁気アクチュエータ10の動作を説明する。図2、図9〜図13には磁気アクチュエータ10の各動作が例示され、図14には各動作に伴うトルク及び磁石ロータ14と突極ロータ16との相対角度が示される。なお図14のグラフでは、横軸に相対角度を取り、縦軸にトルクを取る。また反時計回りのトルクを正に取り、時計回りの角度変化を正に取る。   The operation of the magnetic actuator 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIGS. 2, 9 to 13 illustrate the respective operations of the magnetic actuator 10, and FIG. 14 shows the torque associated with each operation and the relative angle between the magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16. In the graph of FIG. 14, the horizontal axis represents the relative angle, and the vertical axis represents the torque. In addition, the counterclockwise torque is positive, and the clockwise angle change is positive.

また、図14のグラフにはコイル20に電流が流れていない無通電時の特性曲線、図6の通電状態(正通電)の特性曲線、及び図5の通電状態(負通電)の特性曲線が例示されている。   In addition, the graph of FIG. 14 shows the characteristic curve when no current flows through the coil 20 when no current flows, the characteristic curve in the energized state (positive energization) of FIG. 6, and the characteristic curve in the energized state (negative energization) of FIG. Is illustrated.

図2及び図14を参照して、永久磁石30S1寄りに突極36が配置されているとき、かつ、無通電時には、永久磁石30S1と突極36とが引き合い、トルクとしては突極ロータ16が(永久磁石30S1に)反時計回りの方向に付勢される。この付勢がプレート32によって留められている。この状態で磁石ロータ14及び突極ロータ16は同期回転可能となる。   Referring to FIGS. 2 and 14, when salient pole 36 is arranged near permanent magnet 30S1 and when no power is supplied, permanent magnet 30S1 and salient pole 36 attract each other, and as a torque, salient pole rotor 16 is driven. It is biased in the counterclockwise direction (to the permanent magnet 30S1). This bias is retained by the plate 32. In this state, the magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16 can be rotated synchronously.

次に図9及び図14を参照して、コイル20に正通電を行うと、突極36の対向磁極がS極となる。これに伴って突極36は永久磁石30S1から離間し、永久磁石30N2に引き寄せられる。図14には負方向の(時計回りの)トルクが突極ロータ16に掛かり、磁石ロータ14に対して突極ロータ16が時計回りに進む様子が例示されている。   Next, referring to FIG. 9 and FIG. 14, when the coil 20 is energized positively, the opposite magnetic pole of the salient pole 36 becomes the S pole. Accordingly, the salient pole 36 is separated from the permanent magnet 30S1, and is attracted to the permanent magnet 30N2. FIG. 14 illustrates an example in which a negative (clockwise) torque is applied to the salient pole rotor 16 and the salient pole rotor 16 advances clockwise with respect to the magnet rotor 14.

図10には、正通電時のいわば終点を示すものであり、溝部34の側壁がプレート32と当接して、突極ロータ16の、磁石ロータ14に対するこれ以上の時計回りの進みが止められたときの様子が示されている。   FIG. 10 shows the so-called end point at the time of positive energization, in which the side wall of the groove 34 abuts on the plate 32 and the further clockwise advance of the salient pole rotor 16 with respect to the magnet rotor 14 is stopped. The situation at the time is shown.

次に図11及び図14を参照して、永久磁石30N2寄りに突極36が配置されているとき、かつ、無通電時には、永久磁石30N2と突極36とが引き合い、トルクとしては突極ロータ16が時計回りの方向に付勢される。この付勢がプレート32によって留められている。この状態で磁石ロータ14及び突極ロータ16は同期回転可能となる。   11 and 14, when salient pole 36 is arranged near permanent magnet 30N2, and when no power is supplied, permanent magnet 30N2 and salient pole 36 attract each other, and the salient pole rotor is used as torque. 16 is biased in a clockwise direction. This bias is retained by the plate 32. In this state, the magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16 can be rotated synchronously.

図12及び図14を参照して、コイル20に負通電を行うと、突極36の対向磁極がN極となる。これに伴って突極36は永久磁石30N2から離間し、永久磁石30S1に引き寄せられる。図14には正方向の(反時計回りの)トルクが突極ロータ16に掛かり、磁石ロータ14に対して突極ロータ16が反時計回りに進む様子が例示されている。   Referring to FIGS. 12 and 14, when negative current is applied to coil 20, the opposite magnetic pole of salient pole 36 becomes an N pole. Along with this, the salient pole 36 separates from the permanent magnet 30N2 and is attracted to the permanent magnet 30S1. FIG. 14 illustrates an example in which a positive (counterclockwise) torque is applied to the salient pole rotor 16 and the salient pole rotor 16 advances counterclockwise with respect to the magnet rotor 14.

図13には、負通電時のいわば終点を示すものであり、溝部34の側壁がプレート32と当接して、突極ロータ16の、磁石ロータ14に対するこれ以上の反時計回りの進みが止められたときの様子が示されている。この後、コイル20への通電が遮断され、図2に戻る。   FIG. 13 shows a so-called end point at the time of negative current application, in which the side wall of the groove portion 34 comes into contact with the plate 32 to stop the salient pole rotor 16 from proceeding further counterclockwise with respect to the magnet rotor 14. Is shown. Thereafter, the power supply to the coil 20 is cut off, and the process returns to FIG.

なお本実施形態に係る磁気アクチュエータ10では、通電時には磁束がボビン12を通過するのに対して、無通電時にはボビン12を介さずに、磁石ロータ14及び突極ロータ16との間で磁束が収束する(ループを形成する)ことが明らかとなった。図15は、シミュレーションの結果であり、無通電時における磁束の流れを矢印で示したものである。この図に示されているように、永久磁石30S,30Nによる磁束は突極ロータ16を通過するものの、ボビン12までには至らずに磁石ロータ14に戻る。つまり回転体(磁石ロータ14及び突極ロータ16)と固定体(ボビン12)とに跨って磁束が通過しない構造となっている。   In the magnetic actuator 10 according to the present embodiment, the magnetic flux passes through the bobbin 12 when energized, whereas the magnetic flux converges between the magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16 without passing through the bobbin 12 when not energized. (Forming a loop). FIG. 15 shows the result of the simulation, in which the flow of magnetic flux when no current is supplied is indicated by arrows. As shown in this figure, the magnetic fluxes generated by the permanent magnets 30S and 30N pass through the salient pole rotor 16, but return to the magnet rotor 14 without reaching the bobbin 12. That is, the magnetic flux does not pass over the rotating body (the magnet rotor 14 and the salient pole rotor 16) and the fixed body (the bobbin 12).

回転体と固定体との間に磁束が通過する場合、回転体と固定体とのギャップ変化に応じて磁束が変化して、渦電流が発生する。この渦電流が回転体の引き摺り損失に繋がるおそれがある。本実施形態に係る磁気アクチュエータ10では、回転体と固定体とに亘って磁束が通過しないような構成となっているため、上記のような引き摺り損失の発生を抑制可能となる。   When a magnetic flux passes between the rotating body and the fixed body, the magnetic flux changes in accordance with a change in the gap between the rotating body and the fixed body, and an eddy current is generated. This eddy current may lead to drag loss of the rotating body. In the magnetic actuator 10 according to the present embodiment, since the magnetic flux does not pass between the rotating body and the fixed body, it is possible to suppress the above-described drag loss.

10 磁気アクチュエータ、12 ボビン、14 磁石ロータ、16 突極ロータ、18 制御部、20 コイル、22 巻胴部、24A,24B フランジ、26 第二ヨーク、28 第一ヨーク、30 永久磁石、32 プレート、34 溝部、36 突極。   Reference Signs List 10 magnetic actuator, 12 bobbin, 14 magnet rotor, 16 salient pole rotor, 18 control section, 20 coil, 22 winding drum section, 24A, 24B flange, 26 second yoke, 28 first yoke, 30 permanent magnet, 32 plate, 34 grooves, 36 salient poles.

Claims (4)

コイルが巻き回される巻胴部と、前記巻胴部の中心軸方向両端に設けられ前記巻胴部よりも拡径された一対のフランジを有するボビンと、
前記ボビンの径方向外側に離間して設けられ、円環形状の第一ヨークと、前記第一ヨークの内周面に設けられ周方向に沿って磁極が反転された複数の永久磁石と、を有する磁石ロータと、
前記ボビンの前記一対のフランジの少なくとも一方と前記磁石ロータとの間に、両者とは離間して設けられ、円環形状の第二ヨークと、前記第二ヨークの外周面に突設された突極とを有する、突極ロータと、
を備え、
前記磁石ロータの内周面及び前記突極ロータの外周面には、前記突極と前記永久磁石の中心位置が径方向に沿って整列する正対配置を防ぐ角度リミッタ機構が設けられる、磁気アクチュエータ。
A winding drum portion around which a coil is wound, and a bobbin having a pair of flanges provided at both ends in the central axis direction of the winding drum portion and having a diameter larger than that of the winding drum portion,
A ring-shaped first yoke, which is provided apart from the bobbin in the radial direction and a plurality of permanent magnets provided on the inner peripheral surface of the first yoke and whose magnetic poles are reversed along the circumferential direction, A magnet rotor having
An annular second yoke is provided between at least one of the pair of flanges of the bobbin and the magnet rotor and is spaced apart therefrom, and a protrusion is provided on an outer peripheral surface of the second yoke. A salient pole rotor having poles;
With
A magnetic actuator provided on an inner peripheral surface of the magnet rotor and an outer peripheral surface of the salient pole rotor, an angle limiter mechanism for preventing the salient poles and the permanent magnets from being directly opposed to each other and arranged in a radial direction. .
請求項1に記載の磁気アクチュエータであって、
前記角度リミッタ機構は、
前記突極ロータの外周面に設けられ相対的に縮径された溝部と、
前記磁石ロータの内周面から前記溝部内まで突設されるプレートと、
を備える、磁気アクチュエータ。
The magnetic actuator according to claim 1, wherein
The angle limiter mechanism,
A groove portion provided on the outer peripheral surface of the salient pole rotor and having a relatively reduced diameter,
A plate protruding from the inner peripheral surface of the magnet rotor to the inside of the groove,
A magnetic actuator comprising:
請求項2に記載の磁気アクチュエータであって、
前記溝部及び前記プレートは周方向に沿って複数設けられ、
隣接する一対の前記溝部の間に一つの前記突極が設けられ、
隣接する一対の前記プレートの間に一対の前記永久磁石が設けられる、
磁気アクチュエータ。
The magnetic actuator according to claim 2, wherein
The groove and the plate are provided in plurality along the circumferential direction,
One salient pole is provided between a pair of adjacent grooves,
A pair of permanent magnets are provided between a pair of adjacent plates,
Magnetic actuator.
請求項3に記載の磁気アクチュエータであって、
前記溝部の周方向に沿った溝幅は、前記一対の永久磁石の周方向に沿った中心位置間のピッチ未満である、磁気アクチュエータ。
The magnetic actuator according to claim 3, wherein
The magnetic actuator according to claim 1, wherein a width of the groove along a circumferential direction of the groove is less than a pitch between central positions of the pair of permanent magnets along the circumferential direction.
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