JPH01110045A

JPH01110045A - 多位置制御用ロータリーアクチュエータ

Info

Publication number: JPH01110045A
Application number: JP26724587A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Shimizu; 清水　克正; Koji Hirao; 平尾　浩二; Hiroshi Mitsuoka; 光岡　博; Joji Yamaguchi; 譲二山口
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 1987-10-22
Filing date: 1987-10-22
Publication date: 1989-04-26
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: JPH0732577B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、車輌の減衰力を多段階にコントロールするサ
スペンションシステム系等に用いるロータリーアクチュ
エータに関するもので、特に、フィードバック系を有せ
ずして、他段階に回動角度を設定する多位置制御用ロー
タリーアクチュエータに関するものである。

［従来の技術］従来からあるこの種のロータリーアクチュエータには、
実開昭６１　１７４８８１Ｍ公報及び実開昭６１−１７
８６５’ｌ公報等の技術がある。

上記公報で開示された多位置制御用ロータリーアクチュ
エータの技術は、出力軸の左回転限界及び右回転限界を
設定するセクタ・ギアと、出力軸の回動を設定された位
置で当接によって停止させるストッパ部材の凸部とプラ
ンジャストッパを具備する回転角度制御用ロータリーア
クチュエータにおいて、上記出力軸と上記ストッパ部材
間によって、前記ストッパ部材の凸部とプランジャスト
ッパが左回転を規制する位置と右回転を規制する位置と
の差を補正するように構成したものである。

しかし、この種の多位置制御用ロータリーアクチュエー
タは、出力軸の左回転限界及び右回転限界を設定するセ
クタ・ギアを停止させるストッパ部材の凸部とプランジ
ャストッパとの当接位置を必要回転角により設定する必
要から部品点数が多くなるという問題点があった。

そこで、前記問題点を解決すべく電動機の原理を利用し
てマグネットとステータヨークとの電磁力を利用したロ
ータリーアクチュエータを用いる場合がある。

第６図は従来のロータリーアクチュエータの動作を説明
する説明図である。

図において、ロータ１にはコイル２が巻回されていて、
前記コイル２の両端に印加する電圧によって、ロータ１
の両端に形成する磁極を反転するものである。ステータ
３は永久磁石からなるものである。前記ロータ１は前記
ステータ３と同心軸状に取付けられており、前記ロータ
１とステータ３との相互の電磁力によりロータ１が回動
する。

第６図（ａ）のように、コイル２の端子間に電圧を印加
したとき、左回動限界用ストッパ４で規制される位置ま
でロータ１が左に回動する。また、第６図（ｂ）のよう
に、コイル２の端子間に電圧を印加したとき、右回動限
界用ストッパ５で規制される位置までロータ１が右に回
動する。

しかし、第６図に示された従来のロータリーアクチュエ
ータは、左回動限界用ストッパ４で規制される位置と、
右回動限界用ストッパ５で規制される位置との２位置で
停止できるにすぎなく、例えば、車輌の減衰力を複数段
階にコントロールして、車輌の走行状態に適応した最適
制御を行うには問題があった。

この点を解決する方法として、第７図に示すロータリー
アクチュエータの動作を説明する説明図のように、第６
図に示された従来のロータリーアクチュエータのステー
タ３の磁極を２対設ける方法が考えられる。

図において、１対のステータヨーク３１及びステータヨ
ーク３２は、直列接続されたコイル２１及びコイル２２
からなるコイルエが巻回されており、その端子Ａ、Ｂ←
印加される電圧によって形成される磁界が反転する。ま
た、他の１対のステータヨーク３３及びステータヨーク
３４は、直列接続されたコイル２３及びコイル２４から
なるコイル■が巻回されており、その端子Ｃ，Ｄに印加
される電圧によって形成される磁界が反転する。

ロータ１０は永久磁石からなるもので、前記ロータ１０
は前記ステータヨーク３１．３２，３３゜３４と同心軸
状に取付けられており、前記ロータ１０とステータヨー
ク３１，３２．３３．３４との相互の電磁力によりロー
タ１０が回動する。

このとき、コイルエの端子Ａ、Ｂ及びコイル■の端子Ｃ
，Ｄに印加される電圧をとすれば、このときのロータ１０の回動位置を図示する
と、第８図のロータリーアクチュエータの停止位置動作
を説明する説明図のようになる。

図において、第８図（ａ）は中間位置、第８図（ｂ）は
左限界位置、第８図（Ｃ）は右限界位置を示すものであ
る。特に、第８図（ｂ）は左回動限界用ストッパ４０で
規制される位置まで、ロータ１０が左に回動したもので
ある。また、第８図（Ｃ）は右回動限界用ストッパ５０
で規制される位置まで、ロータ１０が右に回動したもの
である。

したがって、このロータリーアクチュエータにおいては
、第８図（ａ）に示す中間位置、第８図（ｂ）に示す左
限、界位置、第８図（Ｃ）に示す右限界位置の３位置で
停止させることができる。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、第８図に示すロータリーアクチュエータにおい
ては、ロータ１０はステータヨーク３１゜３２．３３，
３４と同心軸状に取付けられているから、ロータ１０と
ステータヨーク３１，３２゜３３．３４との間のギャッ
プ長は、いずれの位置でも一定である。したがって、ロ
ータ１０の微小回動角度に対する磁束の変化量は、ロー
タ１０が中間位置に近付くにつれて減少する。

また、ロータ１０に発生するトルクは、Ｔ−ｎｌ−ｄφ
／ｄθ 但し、Ｔ二トルク、ｎ：巻線数、■＝電流φ：総磁束、
θ：回動角　である。

で与えられるので、微小回動角度に対する磁束の変化量
、即ち、ｄφ／ｄθが減少すると、ロータ１０に発生す
るトルクは減少する。

例えば、前記回動角θを６０度とした場合、左回動限界
から右回動限界の１２０度の範囲の出力トルクは、第９
図の特性図に示すように、左回動限界から右回動限界ま
たは右回動限界から左回動限界に回動させようとした場
合に、ロータ１０が中間位置に近付くにつれてトルクは
急激に低下する。また、ロータ１０とステータヨーク３
１，３２に吸引力が発生するためロータ１０は中間位置
からずれようとすると、それを中間位置へ引き戻す方向
に力が加わるため、結果としてロータ１０の出力トルク
は急激に低下する。よって、長期の使用により摩擦力等
が増加しりすると、そこでロータ１０が停止する可能性
も予測される。或いは滑かな＄１３１１が期待できなく
なる可能性も予測される。

そこで、本発明は上記問題点を解決すべくなされたもの
で、ロータの広い回動範囲でトルクダウンが生じない多
位置制御用ロータリーアクチュエータの提供を課題とす
るものである。

［問題点を解決するための手段］本発明にかかる多位置制御用ロータリーアクチュエータ
は、２ｎ（ｎは整数）極の磁石からなるロータと、前記
ロータの外周に配設したコイルを巻回した２ｍ個のステ
ータヨークとを具備し、前記ステータヨークとロータの
磁石が対向したとき、コイルを巻回した２ｍ個のステー
タヨークの１個以上のコイルを巻回した１個以上のヨー
ク巻線部の磁路の断面積が、ロータの磁石よって磁気飽
和する断面積の７０％〜８０％程度の値としたものであ
る。

［作用］本発明においては、２ｎ（ｎは整数）極の磁石からなる
ロータと、前記ロータの外周に配設したコイルを巻回し
た２ｍ個のステータヨークの磁石が対向したとき、コイ
ルを巻回した１個以上のヨ一り巻線部の磁路の断面積を
、ロータの磁石よって磁気飽和する断面積の７０％〜８
０％程度の値とすることにより、ステータヨークとロー
タの吸引力を減少させ、出力トルク落込みを少なくする
。

このように構成すると一ステータヨークを通過する磁束
が減少するため、全体としての出力トルクが小さくなる
が、出力トルク落込み、即ち、最低トルクレベルを上げ
ることが可能となり、結果的に小形化することができる
。

［実施例］第１図は本発明の実施例の多位置制御用ロータリーアク
チュエータの原理を説明する要部説明図である。また、
第２図は本発明の実施例の多位置制御用ロータリーアク
チュエータの停止位置動作を説明する説明図である。

図において、１対のステータヨーク３１及びステータヨ
ーク３２は、直列接続されたコイル２１及びコイル２２
からなるコイルエが巻回されており、その端子Ａ、Ｂに
印加される電圧によって形成され、る磁界が反転する。

また、他の１対のステータヨーク３３及びステータヨー
ク３４は、直列接続されたコイル２３及びコイル２４か
らなるコイル■が巻回されており、その端子Ｃ，Ｄに印
加される電圧によって形成される磁界が反転する。

ロータ１０は永久磁石からなり、前記ロータ１０とステ
ータヨーク３１．３２．３３．３４との相互の電磁力に
よりロータ１０が回動する。この実施例では、ロータ１
０が界磁となり、ステータヨーク３１，３２，３３．３
４が電機子となる。前記ステータヨーク３１及び３．２
及び３３及び３４は、ロータ１０の同心円上に配設され
ている。

なお、以上の基本的構成は前記第７図及び第８図の構成
と相違するものではない。

前記ステータヨーク３１．３２．．３３．３４は第１図
のステータヨーク３４の要部説明図に示すように、ステ
ータヨーク３４のコイル２４を巻回したヨーク巻線部３
４ａの断面積を、ロータ１０の永久磁石が対向したとき
、その日〒り１０の永久磁石によって磁気飽和する断面
積の７０％〜８０％程度の断面積とすべく、その幅を磁
気飽和する断面積の幅、即ち、破線で示す従来の断面積
の幅３４ｂよりも７０％程度狭くしたものである。

上記のように構成された多位置制御用ロータリー７クチ
ユエータは、第２図に示したように３位置に回動動作す
ることができる。第３図は第２図に示す説明図の構造を
有する多位置制御用ロータリーアクチュエータの断面図
である。なお、第３図の破線はロータ１０が回動した位
置を示すものである。

図において、ロータ１０は出力シャフト１１に直接接続
されており、出力シャフト１１には、左回動限界用スト
ッパ１４または右回動限界用ストッパ１５で規制される
突部を有する当接部材１２が装着されている。

この回動動作原理は第７図及び第８図に示した従来の多
位置制御用ロータリーアクチュエータの場合と同様であ
るので、・その説明を省略する。

このとき、２極の永久磁石からなるロータ１０と、前記
ロータ１０の外周に配設した４個のコイル２１，２２，
２３，２４を巻回したステータヨーク３１．３２．３３
．３４が対向したとき、４個のコイル２１，２２，２３
．２４を巻回したヨーク巻線部３１ａ、３２ａ、３３ａ
、３４ａの磁路の断面積を、ロータ１０の永久磁石によ
って磁気飽和する断面積の７０％程度にしたものである
から、ステータヨーク３１．３２，３３，３４、とロー
タ１０の吸引力を減少させ、出力トルクの落込みを少な
くすることができる。

第４図はこの実施例の出力トルク特性図を示すものであ
る。

なお、ヨーク巻線部３１ａ、３２ａ、３３ａ。

３４ａの磁路の断面積を磁気飽和断面積Ｍとし、また、
実際のヨーク巻線部３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの
磁路の断面積をＳとしたとき、磁気飽和断面積Ｍに対す
る実際のヨーク巻線部３１ａ。

３２ａ、３３ａ、３４ａの磁路の断面積Ｓの比率Ｐは、
Ｐ＝Ｓ／Ｍとして算出したものである。

Ｐ≧１のとき、実際には、・Ｐ−１，Ｐ−１，２゜Ｐ＝
１．３．Ｐ−１，５，Ｐ＝１．７で共通した結果として
、第４図（ａ）の特性を得た。この特性は所定の出力ト
ルクを得る場合に、４個のコイル２１，２２．２３．２
４を巻回したヨーク巻線部３１ａ、３２ａ、３３ａ、３
４ａの磁路の断面積を、磁気飽和断面積Ｍに等しいか、
それ以上としたものであり、通常の出力トルクの特性図
に等しいものである。

また、Ｐ−０，９のとき、第４図（ｂ）の特性を得た。

この特性では、出力トルクの最高トルクレベル及び出力
トルク落込み（最低トルクレベル）が変化しないのに対
して、減少幅が増大しており、使用条件としては、第４
図（ａ）の特性よりも低下するものである。

そして、Ｐ−０，７，Ｐ−０，８のとき、第４図（Ｃ）
の特性を得た。この特性では、出力トルクの最高トルク
レベルの減少があるものの、出力トルク落込みが多少減
少しており、出力トルクの最高トルクレベルと最低トル
クレベルとの比率が減少している。

即ち、このように構成すると、ヨーク巻線部３ｌａ、３
２ａ、３３ａ、３４ａを通過する磁束が減少するため、
全体としての出力トルクが小さくなるが、最低トルクレ
ベルである出力トルク落込みを上げることが可能となり
、結果的に小形化することができる。

更に、Ｐ−０，５（Ｐ≦０．５）のとき、第４図（ｄ）
の特性を得た。この特性では、ステータヨーク３１，３
２，３３．３４とロータ１０の保持力が負になり、ロー
タ１０はステータヨーク３１とステータヨーク３２との
問、ステータヨーク３２とステータヨーク３３との間、
ステータヨーク３３とステータヨーク３４との間、ステ
ータヨーク３４とステータヨーク３１との間に動こうと
作用し、この種の実施例の多位置制御用ロータリーアク
チュエータとして使用できない。

したがって、２極の永久磁石からなるロータ１０と、前
記ロータ１０の外周に配設した４個のコイル２１，２２
，２３，２４を巻回したステータヨーク３１，３２．３
３．３４が対向したとき、４個のコイル２１，２２，２
３．２４を巻回したヨーク巻線部３１ａ、３２ａ、３３
ａ、３４ａの磁路の断面積を、ロータ１０の永久磁石に
よって磁気飽和する断面積の７０％〜８０％程重の値と
することにより、ステータヨーク３１，３２，３３．３
４とロータ１０の吸引力を減少させ、トルク落込みを少
なくすることができる。故に、ヨーク巻線部３１ａ、３
２ａ、３３ａ、３４ａを通過する磁束が減少するため、
全体としての出力トルクが小さくなるが、出力トルク落
込み、即ち、最低トルクレベルを引き上げることが可能
となり、結果的に小形化することができる。

上記実施例では、４個のコイル２１，２２，２３．２４
を巻回したステータヨーク３１，３２゜３３．３４が対
向したとき、４個のコイル２１゜２２．２３．２４を巻
回したヨーク巻線部３１ａ。

３２ａ、３３ａ、３４ａの磁路の断面積を、ロータ１０
の永久磁石によって磁気飽和する断面積の７０％程度の
値としたものであるが、前記ステータヨーク３１，３２
．３３．３４とロータ１０の永久磁石が対向したとき、
その断面積をロータ１Ｏの永久磁石によって磁気飽和す
る断面積の７０％〜８０％程度の値とするヨーク巻線部
３１ａ。

３２ａ、３３ａ、３４ａは、第５図の本発明の第二実施
例のように、左回転限界及び右回転限界の間の位置のス
テータヨーク３３．３４との間の位置のステータヨーク
３１，３２のヨーク巻線部３１ａ、３２ａの磁路とする
こともできる。この場合においても、ステータヨーク３
１．３２のヨーク巻線部３１ａ、３２ａの磁路はその断
面積をロータ１０の永久磁石によって磁気飽和する断面
積の７０％〜８０％程度の値とするものであるから、ス
テータヨーク３１．３２とロータ１０の吸引力を減少さ
せ、トルク落込みを少なくすることができる。故に、ヨ
ーク巻線部３１ａ、３２ａを通過する磁束が減少するた
め、全体としての出力トルクが小さくなるが、出力トル
ク落込み、即ち、最低トルクレベルを引き上げることが
可能となり、結果的に小形化することができる。

このように、上記事例を挙げた実施例の多位置制御用ロ
ータリーアクチュエータは、２ｎ（ｎは１．２，３．・
・・等の整数）極の永久磁石からなるロータ１０と、前
記ロータ１０の外周に配設した２ｍ　（ｍは１，２．３
．・・・等の整数）個のコイル２１．２２，２３．２４
を巻回したステータヨーク３１，３２，３３．３４とを
具備する多位置制御用ロータリーアクチュエータにおい
て、前記ステータヨーク３１，３２，３３．３４とロー
タ１０の永久磁石が対向したとき、２ｍ個のコイル２１
．２２，２３．２４を巻回したステータヨーク３１．３
２，３３．３４の１個以上のコイル２１゜２２．２３．
２４を巻回したヨーク巻線部３１ａ。

３２ａ、３３ａ、３４ａの磁路の断面積が、ロータの磁
石よって磁気飽和する断面積の７０％〜８０％程度の値
としたものである。

したがって、ステータヨーク３１，３２，３３゜３４の
コイル２１．２２，２３．２４を巻回した１個以上のヨ
ーク巻線部３１ａ、３２ａ、３３ａ。

３４ａの磁路の断面積が、ロータの磁石よって磁気飽和
する断面積の７０％〜８０％程度の値とすることによっ
て、ステータヨーク３１，３２，３３．３４とロータ１
０の吸引力を減少させ、トルク落込みを少なくすること
ができる。故に、ヨーク巻線部３１ａ、３２ａ、３３ａ
、３４！を通過する磁束が減少するため、全体としての
出力トルクが小さくなるが、出力トルク落込み、即ち、
最低１〜ルクレベルを引き上げることが可能となり、結
果的に小形化することができる。

また、ステータヨーク３１．３２，３３．３４のヨーク
巻線部３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの断面積を小さ
くプることにより、コイル２１゜２°２，２３，２４を
巻回する空間を広くすることができ、多位置制御用ロー
タリーアクチュエータを製造する際に作業性が向上し、
小形化できる。

特に、第一実施例のように、全ステータヨーク３１．３
２，３３．３４のヨーク巻線部３１ａ、３２ａ、３３ａ
、３４ａの断面積を小さくしたものでは顕著である。

ところで、上記実施例の２ｎ極の磁石からなるロータは
、２極の永久磁石からなるロータ１０としているが本発
明を実施する場合には、上記永久磁石に限定されるもの
ではなく、コイルを巻回した電磁石とすることもできる
。

また、上記実施例のロータの外周に配設したコイルを巻
回した２ｍ個のステータヨークはステータヨーク３１，
３２．３３．３４とし、その内端部の面積をロータの周
面に沿って広くしているが、本発明を実施する場合には
、ステータヨークのヨーク巻線部の断面積をロータの磁
石よって磁気飽和する断面積の７０％〜８０％程度の値
とすればよい。即ち、前記実施例では７０％〜８０％程
度の面積の減少を、けい素鋼板の幅で７０％〜８０％程
度幅を狭くしているが、本発明を実施する場合には、け
い素鋼板の積層厚またはけい素鋼板自体の厚みを７０％
〜８０％程度薄くすることができる。

［発明の効果］以上のように、本発明の多位置制御用ロークリアクチュ
エータは、２ｎ（ｎは整数）極の磁石からなるロータと
、前記ロータの外周に配設したコイルを巻回した２ｍ　
（ｍは整数）個のステータヨークの磁石が対向したとき
、コイルを巻回した２ｍ個のステータヨークの１個以上
のコイルを巻回したヨーク巻線部の磁路の断面積が、ロ
ータの磁石よって磁気飽和する断面積の７０％〜８０％
程度の値としたものであるから、コイルを巻回したステ
ータヨークの１個以上のヨーク巻線部の磁路の断面積が
、ロータの磁石によって磁気飽和する断面積の７０％〜
８０％程度の値とすることによって、ステータヨークと
ロータの吸引力を減少させ、トルク落込みを少なくする
ことができる。

したがって、ヨーク巻線部を通過する磁束が減少するた
め、全体としての出力トルクが小さくなるが、出力トル
ク落込み、即ち、最低トルクレベルを引き上げることが
可能となり、結果的に小形化することができ、ロータは
所定の位置まで確実に回動することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の多位置制御用ロータリー７ク
チユエータの原理を説明する要部の説明図、第２図は本
発明の実施例の多位置制御用ロータリーアクチュエータ
の停止位置動作を説明する説明図、第３図は第２図に示
す説明図の構造を有する多位置制御用ロータリーアクチ
ュエータの断面図、第４図は多位置制御用ロータリーア
クチュエータの特性図、第５図は本発明の第二実施例の
多位置制御用ロータリーアクチュエータの動作を説明す
る説明図、第６図は従来のロータリーアクチュエータの
動作を説明する説明図、第７図はロータリーアクチュエ
ータの動作を説明する説明図、第８図はロータリーアク
チュエータの停止位置動作を説明する説明図、第９図は
従来の多位置制御用ロータリー７クチユエータの特性図
である。図において、１０：ロータ、３１．３２，３３，３４：ステータヨーク、３１ａ、３
２ａ、３３ａ、３４ａ：ヨーク巻線部、である。なお、図中、同−符号及び同一記号は、同一または相当
部分を示す。特許出願人　アイシン精機株式会社外１名

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２ｎ（ｎは整数）極の磁石からなるロータと、前
記ロータの外周に配設したコイルを巻回した２ｍ（ｍは
整数）個のステータヨークとを具備する多位置制御用ロ
ータリーアクチュエータにおいて、前記ステータヨークとロータの磁石が対向したとき、コ
イルを巻回した２ｍ個のステータヨークの１個以上のヨ
ーク巻線部の磁路の断面積が、ロータの磁石よって磁気
飽和する断面積の７０％〜８０％程度の値としたことを
特徴とする多位置制御用ロータリーアクチュエータ。
（２）前記ステータヨークとロータの磁石が対向したと
き、その断面積をロータの磁石によって磁気飽和する断
面積の７０％〜８０％程度の値としたヨーク巻線部は、
左回転限界及び右回転限界の間の位置のステータヨーク
としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
多位置制御用ロータリーアクチュエータ。
（３）前記ステータヨークとロータの磁石が対向したと
き、その断面積をロータの磁石によって磁気飽和する断
面積の７０％〜８０％程度の値としたヨーク巻線部は、
全ステータヨークとしたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の多位置制御用ロータリーアクチュエー
タ。