JPH0570379B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、出力軸に回転力が直接に発生するよ
うにした電磁石式のロータリーアクチユエータ、
特に、電磁作用が働らくギヤツプ面を、インボリ
ユート曲線で形成した双方向出力のロータリーア
クチユエータに関する。

［従来の技術］ 電磁作用が働らくギヤツプ面を、インボリユー
ト曲線で形成した電磁石式のロータリーアクチユ
エータについては、本出願人が、特許平１−
338650号おもつて、すでに出願している。

第３図は、そのロータリーアクチユエータの一
例を示す縦断面図である。

ロータリーアクチユエータ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０
３，０３、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
された回転軸０６にヨーク軸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間に挟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２、スペーサ０１２及びヨーク軸０９
は、軟鉄等の強磁性体からなつている。

固定鉄心０３および可動鉄心０１０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４図に示す状態では、固定鉄心０３と可動鉄
心０１０との間の空隙０１３には空間がなく、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０１０側の
境界面を外周面０１０ａとする。

この境界面、すなわちギヤツプの大きさが零の
空隙０１３は、回転軸０６の軸心Ｏと同心の基礎
円０１４からなるインボリユート曲線となつてい
る。

固定鉄心０３のインボリユート曲線からなる内
周面０３ａは、可動鉄心０１０の可動範囲と等し
いか、あるいはそれより若干大としてある。

固定鉄心０３の内周面０３ａと、可動鉄心０１
０の外周面０１０ａとの対向面同士は、基礎円０
１４を等しくするインボリユート曲線同士をもつ
て、常に対面するようにしてある。

その結果、可動鉄心０１０が回転することによ
つて生じる固定鉄心０３との間の空隙０１３は、
固定鉄心０３の内周面０３ａと可動鉄心０１０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（ギヤツプ）が常に均一にな
つている。

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、
インボリユート曲線で形成すると、可動鉄心０１
０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、局部的な磁気飽和を生じ
ることなく、効率よく回転トルクを発生する。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した従来のロータリーアクチユエータは、
回転力の作用する方向が一定であり、電磁石のギ
ヤツプの広がる方向に対しては、通常、バネ力を
作用させている。

また、両方向に駆動力を必要とする場合は、同
一構造のロータリーアクチユエータ１対を、出力
の回転方向を逆向きに、出力軸を直列に連結して
利用している。

しかし、復帰にバネを利用すると、駆動出力
が、バネによる復帰力の分だけ余分に必要とな
り、また、吸引位置の終端でその位置を保持する
には、駆動電力を持続させるか、またはロツク手
段が必要となる。

１対のものを逆向きに使用すると、軸方向の寸
法が大となり、小型化が困難となる。

［課題を解決するための手段］ 本発明においては、以下のようにして、上記課
題を解決する。

電磁石における固定鉄心と可動鉄心との間の空
隙を、可動鉄心の回転軸心と同心をなす基礎円を
有するインボリユート曲線で形成してなるロータ
リーアクチユエータにおいて、同一基礎円に対す
る拡径方向が、互いに逆向きのインボリユート曲
線からなる周面を１対もつ可動鉄心と、可動鉄心
における１対のインボリユート曲線からなる周面
と対向し、対向するもの同士が、同じ基礎円と同
じ拡径方向をもつインボリユート曲線からなる端
面を１対有し、かつ対面する可動鉄心と固定鉄心
のインボリユート曲線の端面同士の一方が接触す
る状態にあるとき、他方のインボリユート曲線の
端面同士の対面部分には間隔を設けるように、可
動鉄心と固定鉄心の各インボリユート曲線を有す
る端面相互の相対位置が定められている固定鉄心
と、可動鉄心と固定鉄心の各インボリユート曲線
の周面が対向している２箇所の空隙部分に、磁束
を発生させるようにして固定鉄心に巻回された、
少なくとも２つのコイルと、各コイルの発生した
磁束を、常に一定の磁気抵抗で可動鉄心に連結す
るための磁路を形成する中間磁路形成ヨーク部材
とを備えることを特徴としている。

また、上記可動鉄心を、１対のインボリユート
曲線の周面を磁極の双対とする永久磁石となすこ
とを特徴としている。

［作用］ １つの可動鉄心に、異なる回転方向のトルクを
発生させて、回転軸を双方向に駆動する。

可動鉄心を永久磁石にすると、励磁コイルの電
流方向によって回転方向を選択できる。また、可
動鉄心の停止位置では、永久磁石の磁着力によつ
て、可動鉄心の自由回転がロツクされる。

［実施例］ 第１図及び第２図は、本発明の一実施例を示す
もので、以下図面に基づいて説明する。

ロータリーアクチユエータ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とからなつて
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
反対の所に、回転軸２と同心の基礎円（図示略）
をもち、かつ同一基礎円に対する拡径方向が互い
に逆向きのインボリユート曲線からなる１対のイ
ンボリユート端面７ａ，７ｂを備えている。

インボリユート端面７ａ，７ｂの間は、縮径し
た等半径の弧面８になつており、このくびれた弧
面８のいずれか一方、例えばインボリユート端面
７ａ，７ｂの小径段部１０，１０の間の弧面８の
所に、ストツパ９が設けられている。

ストツパ９は、小径段部１０，１０に当接し
て、ロータ３の回転範囲を規制する。

ストツパ９の下端部は、ケース５の底面５ａに
固着されている。

ステータ４は、第２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を嵌装してなる同一形状のもの
１対を、回転軸２を挟んで、左右対称（鏡像関
係）に、かつ外側の鉄心脚１５，１６を、突き合
わせて組み立ててある。

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におけるインボリユート端面
７ａ，７ｂと同一のインボリユート曲線からなる
インボリユート端面１７が形成されている。

このステータ４として組み付けられた固定鉄心
１１のインボリユート端面１７，１７は、回転軸
２の軸心を中心に、インボリユート曲線が左右に
鏡像関係で対称になつて、ロータ３における可動
鉄心６のインボリユート端面７ａ，７ｂと整合し
ている。

ステータ４を納めたケース５は、軟鉄等の強磁
性体からなり、Ｅ型固定鉄心１１の外側の鉄心脚
１４，１５の断面積の不足を補うため、または外
側の鉄心脚１４，１５に代わる磁路を形成するた
めの、ヨーク部材とすることもできる。

ロータ３のインボリユート端面７ａ，７ｂと、
テータ４のインボリユート端面１７，１７が対向
する部分には、ロータ３とステータ４の間に電磁
作用の働く空隙１８が形成される。

ステータ４における固定鉄心１１の外周面は、
ケース５の内面に密着して設けられ、このケース
５の底面５ａの中央は、ロータ３の回転軸２の下
方に設けた拡径段部２ａの下面と、回転はする
が、磁気抵抗は小さい状態で、磁気結合してあ
る。

拡径段部２ａの上方は、可動鉄心６の下面中央
と磁気結合してある。その結果、可動鉄心６の中
央部６ａは、固定鉄心１１のインボリユート端面
１７と反対磁極、即ちＥ型固定鉄心１１の外側の
鉄心脚１５，１６、及びそれと磁気的に同等の部
分に磁気結合している。

第２図において、実線で示されるロータ３は、
左側の固定鉄心１１のインボリユート端面１７と
可動鉄心６のインボリユート端面７ａが空隙１８
をゼロに密着している時の状態を示し、その際、
に右側の可動鉄心６のインボリユート端面７ｂ
は、固定鉄心１１のインボリユート端面１７に密
着した状態から、ロータ３の所要出力回転角度に
相当する角度だけ、反時計回りに回転させて、双
方のインボリユート端面７ｂ，１７間に、所要の
大きさの空隙１８を生じている。

この実線図示のロータ３の位置は、時計回りに
駆動するときの始動開始位置である。

また、仮想線図示のロータ３は、反時計回りに
駆動するときの始動開始位置である。

ロータ３を駆動するには、空隙１８が開いてい
る側の固定鉄心１１のコイル１４に電流を流す。

１対のコイル１４，１４に交互に電流を流すこ
とにより、ロータ３は、双方向に駆動される。

この駆動の際に、基礎円を同じくするインボリ
ユ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、対向面全体に亘つて、空
隙１８の大きさが等距離で変化する。即ち空隙１
８の大きさは変化しても、空隙１８を形成するイ
ンボリユート端面７ａと１７、及び７ｂと１７の
対向面間隔は、平行感覚で変化する。

これによつて、ロータ３がどのような回転角度
にあるときも、空隙１８の磁束分布は平均してい
る。

上記第１図及び第２図に示すロータリーアクチ
ユエータ１は、ロータ３の可動鉄心６を、永久磁
石とすることにより、双方向駆動は上記実施例と
同様にでき、別の作用効果を得るものを提供でき
る。

なお、構造は第１図及び第２図とまつたく同一
であるので、図示は省略する。

可動鉄心６の磁化方向は、１対のインボリユー
ト端面７ａ，７ｂを、それぞれ磁極の双対をなす
Ｓ極、Ｎ極となるようにする。

ロータ３の駆動時には、空隙１８が開いている
方は、吸引作用が働くように、また空隙１８が閉
じていう方は、反発作用が働くように、各対応コ
イル１４の励磁電流方向を選択し、両方のコイル
１４，１４には、同時に電流を流す。

これにより、ロータ３の可動鉄心６は、両方の
インボリユート端面７ａ，７ｂに同一方向の回転
力を受けて、回転軸２は、バランスのよいモーメ
ントを発生する。

また、ロータ３が、いずれか一方の安定位置で
停止しているとき、空隙１８がゼロの可動鉄心６
における永久磁石の極は、固定鉄心１１に磁着し
て、ロータ３の自由回転をロツクする。

このロツク作用は、ロータ３の両方向の回転停
止位置で発揮され、このロツク作用を行う力は、
永久磁石から得られるので、無電源でかつ永久的
である。

［発明の効果］ １つの可動鉄心に、異なる回転方向のトルクを
発生して、回転軸を双方に駆動する。

ステータ４が、Ｅ型固定鉄心１１にコイル１４
を嵌合した同一構造のもの１対を、鏡像関係に対
称に組み合わせて使用するので、構造が簡単で組
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ユート曲線を採用すること
により、ロータ３の回転角度にかかわらず、空隙
１８面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。

可動鉄心を永久磁石にすると、励磁コイルの電
流方向で回転方向が選択できるので、回転方向に
かかわらず、１対のコイルを同時に励磁に使用で
き、コイルの利用効率が高くなる。

また、可動鉄心は、双方の安定位置で、永久磁
石の磁着力によつて、可動鉄心の自由回転がロツ
クされている。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図
は、本発明のロータリーアクチユエータの中央縦
断面図、第２図は、第１図の−線横断平面
図、第３図は、本出願人による従来のロータリー
アクチユエータの中央縦断面図、第４図は、第３
図の−線横断平面図である。 １……ロータリーアクチユエータ、２……回転
軸、２ａ……拡径段部、３……ロータ、４……ス
テータ、５……ケース、６……可動鉄心、６ａ…
…中央部、７ａ，７ｂ……インボリユート端面、
８……弧面、９……ストツパ、１０……小径段
部、５ａ……底面、１１……Ｅ型固定鉄心、１２
……中央の鉄心脚、１３……巻枠、１４……コイ
ル、１５，１６……外側の鉄心脚、１７……イン
ボリユート端面、１８……空隙。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電磁石における固定鉄心と可動鉄心との間の
   空隙を、可動鉄心の回転軸心と同心をなす基礎円
   を有するインボリユート曲線で形成してなるロー
   タリーアクチユエータにおいて、 同一基礎円に対する拡径方向が、互いに逆向き
   のインボリユート曲線からなる周面を１対もつ可
   動鉄心と、 可動鉄心における１対のインボリユート曲線か
   らなる周面と対向し、対向するもの同士が、同じ
   基礎円と同じ拡径方向をもつインボリユート曲線
   からなる端面を１対有し、かつ対面する可動鉄心
   と固定鉄心のインボリユート曲線の端面同士の一
   方が接触する状態にあるとき、他方のインボリユ
   ート曲線の端面同士の対面部分には間隔を設ける
   ように、可動鉄心と固定鉄心の各インボリユート
   曲線を有する端面相互の相対位置が定められてい
   る固定鉄心と、 可動鉄心と固定鉄心の各インボリユート曲線の
   周面が対向している２箇所の空隙部分に、磁束を
   発生させるようにして固定鉄心に巻回された、少
   なくとも２つのコイルと、 各コイルの発生した磁束を、常に一定の磁気抵
   抗で可動鉄心に連結するための磁路を形成する中
   間磁路形成ヨーク部材 とを備えることを特徴とする双方向駆動ロータリ
   ーアクチユエータ。 ２ 可動鉄心が、１対のインボリユート曲線の周
   面を磁極の双対とする永久磁石である請求項１記
   載の双方向駆動ロータリーアクチユエータ。