JPH06244024A - ロータリソレノイド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で量産性がありしかも出力トルクが大き
く、トルク曲線を自由に変更できるロータリソレノイド
を得ることが目的である。 【構成】 基板外周面に等しい巾の磁極偶数個が等しい
離間角で植立され、各磁極に励磁コイルが装着される。
基板中央には回転軸が回動自在に設けられ、回転軸の中
央部には円筒が嵌着される。円筒の上下端に磁性体突極
が励磁コイルを挟んで固着され、各突極の端部はそれぞ
れ対応する磁極と僅かな空隙を介して対向する。突極に
はバックスプリングが装着され、突極が対応する磁極に
侵入する点で抑止部材により、バックスプリングの弾撥
力に抗して停止して保持される。突極端面は長方形若し
くはくさび型に構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】被駆動物体を設定された角度だけ
電磁力により回動せしめ次に復帰せしめる駆動装置とし
て利用される。

【従来の技術】ロータリソレノイドは周知である。例え
ば励磁コイルに通電することによりＮ，Ｓ磁極を作り、
鉄片を吸引して回転軸を回転駆動し、通電を停止すると
スプリングバックする形式のものが市販されている。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】第１の課題 リラクタ
ンス型のロータリソレノイドは大きい出力トルクが得ら
れるが次に述べる問題点がある。図５において、横軸は
回転角、たて軸は出力トルクとして示されている。励磁
コイルの電流が小さいときには曲線１１ａに示すように
平坦なトルク特性であるが、電流が増大すると順次に曲
線１１ａ，１１ｂ，１１ｃに示すようにトルク曲線が変
更され、トルクのピーク値の巾がせまくなり、ピーク値
が回転角の小さい方に偏ってくる。従ってサーボ回路に
より所定の回転角とすることが困難となり、又回転角に
よりトルク値が異なるので使用上の制限を受ける問題点
がある。第２の課題 図１０につき後述するように、磁
束が飽和した後においても電流に比例して出力トルクが
増大する特徴があるので、励磁コイルのアンペアターン
を大きくする手段が必要となる。従って小型化すること
が困難となる問題点がある。

【０００３】

【課題を解決するための手段】第１の手段 基板の外円
周面に等しい離間角で垂直に植立された該離間角より小
さい所定の角度巾の円弧状の偶数個の磁極と、該磁極の
それぞれに捲回して装着された励磁コイルと、該磁極の
基板と反対側の端部に被冠固着された軸受支持体と、該
軸受支持体と基板のそれぞれの中央部に設けた軸受に回
動自在に支持された回転軸と、軸受支持体と基板との中
間において、回転軸に中央部が固定され、回転外周面の
方向に励磁コイルを挟んで端部が突出されるとともに該
端部が磁極の円弧状内周面と僅かな空隙を介して対向
し、磁極と等しい巾で同じ離間角の同じ個数の偶数個の
平板状磁性体突極と、バックスプリングにより弾撥回動
せしめられる突極が、対応する磁極と離間する位置で該
回動を抑止して保持する抑止部材と、回転軸により駆動
される負荷とより構成されたものである。

【０００４】第２の手段 第１の手段において、磁極と
対向する突極が磁気吸引力により回動するときの回転方
向にそって突極の回転軸方向の巾が所要の比率で増大す
るように構成されたものである。

【０００５】

【作用】本発明装置は、磁気吸引力により出力トルクが
得られているので、図１０につき後述するように、励磁
コイルの通電により得られる磁束が飽和した後でも電流
に比例した出力トルクが得られる。従って小型で大きい
出力トルクが得られる作用がある。突極の端面と対向す
る磁極の端面との間で磁気吸引力が得られて出力トルク
を得ているが、突極端面の巾より磁極端面の巾が広く構
成されているので出力トルク曲線が平坦となる作用効果
がある。突極対向面が長方形となっている場合に上述し
たトルク曲線が得られるが、突極対向面をくさび型に変
形することにより、トルク曲線を必要とする形状に変更
することができる作用効果がある。図１に示す構成とな
っているので、小型で大きい出力トルクが得られ、又量
産性のあるロータリソレノイドを得ることができる。

【０００６】

【実施例】本発明の詳細を実施例について次に説明す
る。図面の同一記号のものは同じ部材である。図１は全
体の構成を示す断面図である。図１において、基板３の
左右端には磁極３ａ，３ｂが植立される。両者は磁性体
の軟鋼で作られている。磁極３ａ，３ｂの上端面には、
ボール軸受２ａの支持体４（非磁性体で作られてい
る。）の両端が嵌着される。基板３の中央部にはボール
軸受２ｂが装着され、軸受２ａ，２ｂには回転軸１が回
動自在に支持される。

【０００７】図１を矢印Ａ方向よりみた平面図が図２に
示される。図２において、基板３は軟鋼で作られて円板
状となり、その外周部を折曲植立して磁極３ａ，３ｂが
作られている。磁極３ａ，３ｂの内周は円弧面となって
いる。突極５ａ，５ｂは軟鋼製で図１に示すように、回
転軸１の中央部に嵌着された円筒５の上端に固着され
る。同様な構成の突極５ｃ，５ｄが円筒５の下端に固着
される。図１は図２の点線Ｃの断面を示すものである。
図示していないが回転軸１には矢印Ｅと反対方向に弾撥
するバックスプリングが装着されているので、突極５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは点線５−１で示す位置まで回動
され、抑止部材となるピン１５と当接して保持されてい
る。ピン１５は図１の支持体４の裏面に植立されている
ものである。

【０００８】磁極３ａ，３ｂを励磁する励磁コイルにつ
いて次に説明する。励磁コイル７ａ，７ｂはコア６ａ，
６ｂにそれぞれ捲回され、コア６ａ，６ｂはそれぞれ磁
極３ａ，３ｂの上部より挿入されて図示の位置で磁極３
ａ，３ｂに固着される。この装着手段は次の手段がよ
い。突極５ａ，５ｃと突極５ｂ，５ｄの間にコア６ａ，
６ｂを挟持しながら上方よりコア６ａ，６ｂを磁極３
ａ，３ｂに嵌入し、同時に回転軸１を軸受２ｂに装着す
る。励磁コイル７ａ，７ｂの通電方向は、それぞれによ
り発生される磁束が磁路内で互いに加算される方向に設
定される。図２には励磁コイル７ａ，７ｂは省略して図
示していないが、励磁コイル７ａを図１の矢印Ａ方向よ
りみた図が図３に示されている。励磁コイル７ｂも全く
同じ構成なので、図３につき励磁コイル７ａのみの説明
をする。図３において、コア６ａは図示の形状となり、
中央部には空孔８が設けられ、空孔８が図２の磁極３ａ
に挿入される。点線７ａは空孔８のまわりに捲着される
励磁コイルを示している。励磁コイル７ａ，７ｂを同時
に通電すると、図２の点線位置５−１にある突極５ａ，
５ｂは磁極３ａ，３ｂに吸引されて矢印Ｅ方向に回動し
実線位置で停止する。両励磁コイルの通電を停止すると
バックスプリングにより点線５−１の位置に復帰する。

【０００９】突極５ｃ，５ｄも同様な動作をする。突極
５ａ，５ｃは僅かな所定長の空隙を介して磁極３ａに対
向し、突極５ｂ，５ｄも同じ条件で磁極３ｂに対向す
る。上述した構成より理解されるように、励磁コイルの
巻線スペースを最も大きくできる構成となっているが本
発明の１つの特徴となっている。後述するようにリラク
タンス型のソレノイドは磁気飽和しても更に出力トルク
が増大する特性があるので、上述した構成は必要な条件
となるものである。回転軸１の上述した回動により、図
１に点線で示す負荷Ｂが駆動される。図２の抑止部材１
５は負荷Ｂに設けても同じ目的が達成できる。又バック
スプリングを負荷Ｂに装着しても同じ目的が達成でき
る。突極と磁極の巾は、負荷の駆動角により対応して変
更される。本実施例では突極は４個磁極数は２個である
が、これ等の数を増加して偶数個としても実施できる。
この場合には対応して励磁コイルも増加される。

【００１０】次に突極と磁極を図２の点線Ｃの方向より
みた端面の形状と出力トルクとの関係につき説明する。
図９につき従来の周知の手段の欠点を説明する。図９は
磁極とこれに対向する突極の各端面を平面状に展開した
展開図で、記号１３ａは磁極端面を示し、対向して回転
する突極端面は記号９として示されている。端面９は図
１の突極５ａに対応する端面で、記号１３ａは図１の磁
極３ａの突出部の端面でその巾が端面９と同じ巾となっ
ている。点線Ｌは磁極１３ａの右端を示している。磁力
線１５ａは端面９を矢印Ｈ方向に吸引し、裏面の磁力線
１５ｂも同方向に端面９を吸引して出力トルクが得られ
る。上述した磁束は洩れ磁束となるもので、大部分の磁
束は突極と磁極の対向面に垂直となり出力トルクに関与
しない。従って、端面９が端面１３ａの右端に侵入し始
めるときには、磁束が対向部で飽和するので洩れ磁束が
最大となり、突極が左方に移動すると、対向面が増大す
るので飽和現象が減少して出力トルクに有効な洩れ磁束
１５ａ，１５ｂが漸減する。従って出力トルク曲線は図
５につき前述した曲線１１ａ，１１ｂ，１１ｃとなる。
通電電流が小さいと飽和がなく曲線１１ａに示すように
平坦な曲線となり、通電電流を増大すると初期に飽和す
るので洩れ磁束が増大してトルクが増大し、対向面積が
増大すると飽和が減少するので、洩れ磁束が漸減してト
ルクが減少する。従って曲線１３ｃに示すトルク曲線と
なる。従ってロータリソレノイドのトルク特性として良
好な特性とならない欠点がある。

【００１１】本発明装置は上記した欠点を除去したこと
に特徴を有するもので次にその説明をする。図７におい
て、図１の突極５ａの端面が記号９として示され、これ
等は図１の２倍図の展開図として示されている。磁極３
ａに捲着された励磁コイル７ａのアンペアターンを大き
くして図７の対向状態で磁束が飽和している場合を説明
する。洩れ磁束の磁力線は記号１４ａ，１４ｂ，…とし
て示され、磁力線１４ａ，１４ｄによるトルクは、端面
９が矢印Ｈ方向に移動しても余り変化しないが、磁力線
１４ｂ，１４ｃの磁束量は端面９が矢印Ｈ方向に移動す
ると、移動ストロークに対応して増大し、従ってトルク
の減少を防止できる。従ってトルク曲線は、図６のグラ
フの曲線１２ａに示すものとなり、図５の曲線１１ｃの
ような大きいトルクの降下を除去することができる。矢
印１０は突極の移動ストロークで突極と磁極の移動方向
の巾を示している。以上の説明より判るように周知のロ
ータリソレノイドの出力トルクの欠点を除去できる効果
があり、又磁極３ａに突極５ａに対向する突出部を設け
る必要がないので、励磁コイル７ａを上端より挿入嵌着
する作業が容易となる作用効果がある。図１の他の磁極
３ｂについても上述した作用効果は全く同様である。突
極端面は長方形であるが図４に示すように変形した場合
のトルク特性を次に説明する。図４において、磁極との
対向面９の下側即ち点線９ａの下部（打点部）を所定の
深さだけ切削して除去する。従って対向面はくさび型の
端面が磁極と対向しているので、その図が図８に示され
ている。

【００１２】図８において、磁極３ａに対向する突極５
ａの端面が記号９ｂとして示され、端面９ｂは矢印Ｈ方
向に移動する。磁力線１４ａ，１４ｂ，…の作用は図７
の同一記号のものと同様である。しかし磁力線１４ｂ，
１４ｃの方向は図７の場合と比較して矢印Ｈ方向の分力
成分が大きくなるので、端面９ｂが矢印Ｈ方向に移動し
たときに、図７の場合より出力トルクの減少する量が少
なくなる。従ってトルク曲線は図６の点線曲線１２ｂと
なり出力トルクの降下が防止される作用降下がある。図
８の端面９ｂの下側は直線状であるが曲線とすることに
より、曲線形状に対応して出力トルク曲線の降下部の形
状を変更することができるので、ロータリソレノイドの
出力トルク曲線を変更できる。従って特殊な用途の場合
に有効な手段を供与できる作用効果がある。

【００１３】他の突極５ｂ，５ｃ，５ｄの端面も同じ手
段が採用され、その作用効果も同様である。全部の突極
でなく、その１部に上述した手段を採用すると、全体の
出力トルクが平均値となるので更に変化のある出力トル
ク特性を得ることができる。次に図１１，図１２に示す
実施例について説明する。図１１は図１の突極５ａ，５
ｂ，５ｃ，５ｄを含む回転子を変更した実施例である。
図１１において、軟鋼製の突極５ａ，５ｂ及び突極５
ｃ，５ｄは、回転軸１とともにプラスチック成型により
１体に構成される。記号１６は円柱状のプラスチック成
型体である。図１１を矢印Ａ方向よりみた図が図１２に
示されている。図１１は図１２の点線Ｃの断面図を示し
ている。図１２において、突極５ａ，５ｂの円孔１６
ａ，１６ｂ，１６ｃにプラスチックが流入固化している
ので、円柱状のプラスチック成型体１６により突極５
ａ，５ｂが固着されている。突極５ｃ，５ｄも同じ構成
となって回転軸１に固定されている。図１１の円孔１７
ａは円孔１６ａに対応するものを示している。励磁コイ
ル７ａ，７ｂによる磁束は図１１の点線１８ａ，１８ｂ
で示すものとなるので前実施例と同じ作用効果がある。

【００１４】図１２の円孔１６ａ，１６ｂ，１６ｃ及び
回転軸１が通る円孔は磁路の抵抗を増大するので、これ
を減少する為に点線１９ａ，１９ｂで示すように膨出部
を設けることがよい。次に図１０について説明する。図
１０のよこ軸は励磁コイル７ａ，７ｂの通電電流を示
し、たて軸はトルクを示す。曲線Ｋは突極と磁極が所定
長だけ対向したときの励磁電流とトルクの関係を示した
ものである。電流が０〜Ｉの区間は磁気飽和の発生しな
い区間で次乗曲線でトルクが増大し、電流がＩより増大
して磁気的な飽和が発生すると、トルクがＴを越えて直
線的に増大する特性がある。マグネット型のソレノイド
では磁気飽和点に近づくと、マグネットの磁力を越えて
マグネット磁極が減磁される場合があるので大きい出力
トルクが得られない。又マグネットのμの値は空気とほ
ぼ同じなので、マグネットは磁路の空隙長と等価とな
り、磁束を増大することが不可能となる。従って出力ト
ルクが小さくなる欠点がある。本発明装置では上述した
欠点が除去されるので大きい出力トルクの得られる作用
がある。

【００１５】

【効果】図１の構成より判るように、小型に構成でき、
しかも励磁コイルのアンペヤターンを大きくすることが
できる。従って出力トルクが平坦でしかも大きいロータ
リソレノイドを得ることができる。突極と磁極の対向面
の形状、条件を変更することにより、出力トルク特性を
変更することができるので、般用性のあるロータリソレ
ノイドを得ることができる。

【００１６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の断面図

【図２】図１を矢印Ａ方向よりみた平面図

【図３】励磁コイルの説明図

【図４】突極端面の展開図

【図５】周知のロータリソレノイドのトルク曲線のグラ
フ

【図６】本発明装置のトルク曲線のグラフ

【図７】突極と磁極の磁力線の説明図

【図８】突極と磁極の他の実施例の磁力線の説明図

【図９】周知のロータリソレノイドの突極と磁極の磁力
線の説明図

【図１０】通電電流と出力トルクの関係を示すグラフ

【図１１】本発明装置の他の実施例の断面図

【図１２】図１１を矢印Ａ方向よりみた平面図

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ａ，２ｂ ボール軸受 ３ 基板 ３ａ，３ｂ 磁極 ４ 軸受支持体 ５ 磁性体円筒 ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 突極 Ｂ 負荷 ６ａ，６ｂ コア ７ａ，７ｂ 励磁コイル １５ 抑止部材 ８ 空孔 ９，９ｂ 突極端面 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ トルク曲線 １０ 突極と磁極の巾を示す矢印 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１５ａ，１５ｂ 磁
力線 Ｋ トルク曲線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の外円周面に等しい離間角で垂直に植
   立された該離間角より小さい所定の角度巾の円弧状の偶
   数個の磁極と、該磁極のそれぞれに捲回して装着された
   励磁コイルと、該磁極の基板と反対側の端部に被冠固着
   された軸受支持体と、該軸受支持体と基板のそれぞれの
   中央部に設けた軸受に回動自在に支持された回転軸と、
   軸受支持体と基板との中間において、回転軸に中央部が
   固定され、回転外周面の方向に励磁コイルを挟んで端部
   が突出されるとともに該端部が磁極の円弧状内周面と僅
   かな空隙を介して対向し、磁極と等しい巾で同じ離間角
   の同じ個数の偶数個の平板状磁性体突極と、バックスプ
   リングにより弾撥回動せしめられる突極が、対応する磁
   極と離間する位置で該回動を抑止して保持する抑止部材
   と、回転軸により駆動される負荷とより構成されたこと
   を特徴とするロータリソレノイド。
2. 【請求項２】請求項１に記載する特許請求の範囲におい
   て、磁極と対向する突極が磁気吸引力により回動すると
   きの回転方向にそって突極の回転軸方向の巾が所要の比
   率で増大するように構成されたことを特徴とするロータ
   リソレノイド。