JPH0449838A - ロータリーアクチュエータ - Google Patents

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、出力軸に直接的に回転力が発生するようにし
た電磁石式のロータリーアクチュエータ、特に電磁作用
を働かせるギャップ面を、インボリュート曲線で形成し
たロータリーアクチュエータの改良に関する。

［従来の技術］ 電磁作用を働かせるギャップ面を、インボリュート曲線
で形成した電磁石式のロータリーアクチュエータについ
ては、水比願人が、特願平１−３３８６５０号をもって
、すでに出願している。

第４図は、そのロータリーアクチュエータの一例を示す
縦断面図である。

ロータリーアクチュエータ（０１）は、円筒形のケース
（０２）の内側両端部に固着された固定鉄心（０３）（
０３）、及び同じくケース（０２）の内周面中央部に固
着されたコイル（０４）からなるステータ（０５）と、
ケース（０２）の両端面を閉塞する蓋部材（０７）　（
０７）の中心における軸受（０８）（０８）により、枢
支された回転＠　（０６）にヨーク＠　（０９）を固嵌
するとともに、各固定鉄心（０３）の内面において、ヨ
ーク軸（０９）に可動鉄心（０１０）　（０１０）を嵌
合固着してなるロータ（０１１）を備えている、 ケース（０２）は、固定鉄心（０３）　（０３）を磁気
結合するヨーク部材を兼ね、また、両固定鉄心（０３）
　（０３）間に挾まれた筒状スペーサ（０１２）も、ヨ
ーク部材を兼ねている。

ケース（０２）、スペーサ（０１２）及びヨーク軸（０
９）は、軟鉄等の強磁性体からなっている。

固定鉄心（０３）および可動鉄心（ｏｉｏ）は、珪素鋼
板等の強磁性体の板材を、第５図に示すような形に打ち
抜いて作られる。

第５図に示すロータ（０１１）の位置では、固定鉄心（
０３）と可動鉄心（０１０）との間の空隙（０１３）に
は空隙がなく１両者は密着している。このときの固定鉄
心（０３）側の境界面を内周面（０３ａ）とし、可動鉄
心（ｏｉｏ）側の境界面を外周面（０１０ａ）とする。

この境界面、すなわちギャップの大きさが零の空隙（０
１３）は、回転＠　（０６）の軸心（０）と同心の基礎
円（０１４）からなるインボリュート曲線からなってい
る。

固定鉄心（０３）のインボリュート曲線からなる内周面
（０３ａ）の回転方向の大きさは、可動鉄心（０１０）
の可動範囲と等しいか、あるいはそ汎より若干大としで
ある。

固定鉄心（０３）の内周面（０３ａ）と、可動鉄心（０
１０）の外周面（０１０ａ）との対向面同士は、基礎円
（０１４）を等しくするインボリュート曲線同士をもっ
て常に対面するようにしである。

その結果、可動鉄心（０１０）が回転することによって
生じる固定鉄心（０３）との間の空隙（０１３）は。

固定鉄心（０３）の内周面（０３ａ）と可動鉄心（０１
０）の外周面（０１０ａ）が対向するどの位置において
も、空隙（０１３）の大きさ（ギャップ）が常に均一に
なっている。

換言すると、固定鉄心（０３）の内周面（０３ａ）と、
可動鉄心（０１０）の外周面（０１０ａ）との対向面を
、インボリュート曲線で形成すると、空隙（０１３）は
平行に変化するので、可動鉄心（０１０）の回転角度に
かかわらず、対向面全域に亘って磁束密度が均一となり
、局部的な磁気飽和髪生じることなく、効率よく回転ト
ルクを発生する５ ［発明が解決しようとする課題］ 回転出力軸に、効率よくトルクを得るには、回転軸心に
、バランスよく偶力に近いモーメントを発生させること
である。

そのために、可動鉄心（０１０）には２１８０度反対側
の２か所に、電磁吸引作用を行う空隙（０１３）が設け
られている。

また、前記従来のロータ（０１１）では、軸線回りに巻
き線したコイル（０４）を間にして、ヨーク軸（０９）
の両端に可動鉄心（０１０）がそれぞれ設けられている
。

そのため、１つのコイル（０４）の磁路の中に、４か所
の空隙（０１３）が入ることになり、各空隙（０１３）
の磁気抵抗にバラツキを生じて、バランスの良いモーメ
ントの発生を妨げる。

可動鉄心（０１０）を２個に分けであるため、組立時の
位相合わせが面倒である。

［課題を解決するための手段］ 本発明においては、電磁石における固定鉄心と可動鉄心
間の空隙を、可動鉄心の回転軸心と同心をなす基礎円を
有するインボリュート曲線で形成してなるロータリーア
クチュエータにおいて。

回転軸を挟んで回転対称に、同一基礎円を有するインボ
リュート曲線からなる周面を２が所に設けた可動鉄心と
、中央鉄心脚の端面を、前記可動鉄心におけるインボリ
ュート曲線と同一の基礎円をもつインボリュート曲線に
形成し、そのインボリュート曲線からなる端面を、回転
軸を挟んで回転対称に配置するとともに、外側鉄心脚の
端面を互いに突き合わせて磁気結合させた１対のＥ型固
定鉄心と、Ｅ型固定鉄心の各中央鉄心脚に嵌着したコイ
ルとを備えてなることを特徴とすることにより、上述の
課題は解決される。

［作　　用］ 中央鉄心脚の端面にインボリュート曲面を形成したＥ型
鉄心の中央鉄心脚に、予め巻枠に巻回したコイルを嵌装
したものｊ対を、互いにインボリュート曲面を逆向きに
して外側の鉄心脚の端面を突き合わせて、磁気結合させ
ることにより、固定鉄心部分が、非常に簡単に作られる
。

また、電磁石の磁路が軸線回りに形成されるので、軸線
方向にコンパクトにすることができる。

［実施例］ 第１図乃至第３図は１本発明の一実施例を示すものであ
る。

ロータリーアクチュエータ（１）は、中央に回転軸（２
）を備えるロータ（３）と、そのロータ（３）を囲むよ
うに、軸線回りに設けられたステータ（４）と、ロータ
（３）とステータ（４）を収納するケース（５）とから
なっている。

ロータ（３）は、回転軸（２）の中央部に可動鉄心（６
）を備え、可動鉄心（６）は、軸線と直交する方向の断
面形が、第２図のように、回転軸（２）を挟んで互いに
１８０度反対の所に、回転対称に、回転軸（２）と同心
の基礎円（図示略）をもつインボリュート曲線からなる
１対のインボリュート端面（７ａ）　（７ｂ）を備えて
いる。

インボリュート端面（７ａ）　（７ｂ）の間は、縮径し
た等半径の弧面（８）になっており、このくびれだ弧面
（８）の部分に、ストッパ（９）が設けられている。

ストッパ（９）は、インボリュート端面（７ａ）　（７
ｂ）の大径段部（ｌｏａ）と／Ｊ％径段部（１０ｂ）に
当接して、ロータ（３）の回転を規制する。

ストッパ（９）の下端部は、ケース（５）の底面（５ａ
）に固着しである。

ステータ（４）は、第３図に示すように、Ｅ型固定鉄心
（１１）の中央の鉄心脚（１２）に、巻枠（１３）に巻
線されたコイル（１４）を設けてなる。同一形状のもの
１対を、一方を１−８０度回転し、かつ外側の鉄心脚（
１，５）（１６）を、突き合わせで磁気結合させたもの
である。

Ｅ型固定鉄心（１１）の中央の鉄心脚（１２）の内端に
は、前記可動鉄心（６）のインボリュート端面（７ａ）
（７ｂ）と同一のインボリュート曲線からなるインボリ
ュート端面（１７）が形成されている。

このステータ（４）に組み立てられたインボリュート端
面（１７）（１７）は１回転軸（２）の軸心を中心に。

インボリュート曲線が回転対称になって、ロータ（３）
の可動鉄心（６）のインボリュート端面（７ａ）（７ｂ
）と整合している。

ロータ（３）のインボリュート端面（７ａ）　（７ｂ）
とステータ（４）のインボリュート端面（１７）（１，
７）が対面する部分は、ロータ（３）とステータ（４）
の間に吸引作用の働く空隙（１８）を形成する。

第２図において、仮想線で示すロータ（３）の大径段部
（１０ａ）（１０ａ）がストッパ（９）に当接している
始動初期位置において、２つのコイル（１４）（１４）
に磁束の方向が一致するように電流を流すと、空隙（１
８）が狭まるように、ロータ（３）は反時計回りに回転
する。

この際、基礎円を同じくするインボリュート曲線で形成
される空隙（１８）は、ロータ（３）の回転角度にかか
わらず、対向面全体に亘って空隙（１８）の距離が等距
離で変化する。即ち空隙（１８）の大きさが変化しても
、空隙（１８）を形成するインボリュート端面（７ａ）
と（１７）、及び（７ｂ）と（１７）の対向面間隔は、
全体に平行間隔で変化する。

これによって、ロータ（３）がどのような回転角度にあ
るときも、空隙（１８）の磁束分布は平均する。

ステータ（４）を納めたケース（５）は、軟鉄等の強磁
性体とすることにより、Ｅ型固定鉄心（１１）の外側鉄
心脚（１４）（１５）の断面積の不足を補うため、また
は外側鉄心脚（１４）（１，５）に代わる磁路を形成す
るため等の目的をもって、ヨーク部材とすることもでき
る。

［発明の効果］ 電磁石が形成する磁路が、回転軸（２）の軸線回りのみ
で形成されるので、軸線方向に小型化できる。

ステータ（４）が、Ｅ型固定鉄心（１１）にコイル（１
４）を嵌合した同一構造のもの］一対を、回転対称に組
み合わせて使用するので、部品の種類は少なくなり、構
造が簡単となり、組立も容易となる。

空隙（１８）を形成するロータ（３）とステータ（４）
の鉄心の各端面に、インボリュート曲線を採用したため
、ロータ（３）の回転角度にかかわらず、空隙（１８）
の磁束分布を平均させて、効率よく回転トルクを発生さ
せる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のロータリーアクチュエータの一実施
例の中央縦断面図、 第２図は、第１図の■−■線横断平面図。 第３図は、固定鉄心と可ａ鉄心の部分の分解斜視図、 第４図は、本出願人の出願になる従来のロータリーアク
チュエータの中央縦断面図、 第５図は、第４図の■−Ｖ線横線面断面図る。 （１４）コイル　　　　　　　　（１５）（１６）外側
脚（Ｉ７）インボリュート端面　　（１Ｂ）空隙（他］
名）・砧Ｇ′２゛ ０）ロータリーアクチュエータ （２）回転＠　　　　　　　　　（３）ロータ（４）ス
テータ　　　　　　　（５）ケース（Ｅ３）可動鉄心 （７ａ）（７ｂ）インボリュート端面 （８）弧面　　　　　　　　　（９）ストッパ（１０ａ
）大径段部　　　　　　（１０ｂ）小径段部（５ａ）底
面　　　　　　　　　（１１）Ｅ型固定鉄心（１２）中
央脚　　　　　　　　（１３）巻枠第 図 第３図 ａ 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電磁石における固定鉄心と可動鉄心間の空隙を、可動鉄
   心の回転軸心と同心をなす基礎円を有するインボリュー
   ト曲線で形成してなるロータリーアクチュエータにおい
   て、 回転軸を挟んで回転対称に、同一基礎円を有するインボ
   リュート曲線からなる周面を２か所に設けた可動鉄心と
   、 中央鉄心脚の端面を、前記可動鉄心におけるインボリュ
   ート曲線と同一の基礎円をもつインボリュート曲線に形
   成し、そのインボリュート曲線からなる端面を、回転軸
   を挟んで回転対称に配置するとともに、外側鉄心脚の端
   面を互いに突き合わせて磁気結合させた１対のＥ型固定
   鉄心と、Ｅ型固定鉄心の各中央鉄心脚に嵌着したコイル
   とを備えてなることを特徴とするロータリーアクチュエ
   ータ。