JPH0662558A - 多段位置制御用アクチュエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】駆動トルク及びディテントトルクの向上が可能
な多段位置制御用アクチュエ−タを提供する。 【構成】ロ−タ２の外周部には複数の永久磁極３が極性
交互かつ周方向へ等間隔で配設され、これら永久磁極３
に対面して所定個数の固定磁極５が所定間隔で対置され
る。コイル群４１〜４４に多相交番電圧を印加すると、
その１周期に２永久磁極ピッチだけロータ２が回転され
る。特にこの多段位置制御用アクチュエ−タでは、通電
により隣接する複数の固定磁極５が同一極性に磁化され
るため、静止位置増加を目的として永久磁極３を多極化
した場合に、固定磁極を増加できるので、この増加分だ
け駆動トルク及びディテントトルクが増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多段位置制御用アクチ
ュエ−タに関する。本発明の多段位置制御用アクチュエ
−タは、例えば自動車用のサスペンションシステムにお
ける減衰力調整用途及びばね定数調整用途に採用され
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、サスペンション制御における減衰
力調整用およびばね定数調整用に使用される多段位置制
御に好適な多段位置制御用アクチュエ−タが知られてい
る。この多段位置制御用アクチュエ−タは、例えば図１
７〜図１９に示すように、ヨークを構成するハウジング
１０１と、ハウジング１０１に回転自在に保持されｚ個
の永久磁極１０３が外周部に周方向へ等間隔で配設され
たロ−タ１０２と、永久磁極１０３に小間隙を介して対
面するとともにハウジング１０１に周方向へ等間隔で配
設された４個のコア１０４と、コア１０４に巻装され通
電により対向コア１０４を反対極性に磁化するコイル１
０５とを備えている。

【０００３】なおこの多段位置制御用アクチュエ−タで
は静止状態において図１７〜図１９に示すように、一つ
のコア１０４がＮ型永久磁極１０３からＳ型永久磁極１
０３への境界部に対向し、その次のコア１０４がＮ型永
久磁極（又はＳ型永久磁極）１０３に全面的に対向し、
その次のコア１０４がＳ型永久磁極１０３からＮ型永久
磁極１０３への境界部に対向し、その次のコア１０４が
Ｓ型永久磁極（又はＮ型永久磁極）１０３に全面的に対
向する配置を有し、駆動はコイル１０５に交番電圧を印
加して行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
多段位置制御用アクチュエ−タにおいて、図１８〜図１
９に示すように、静止位置を増加すべく永久磁極１０３
を多極化すると、それに反比例して永久磁極１０３に対
向するコア１０４の永久磁極対向面の実効面積が減少
し、それに応じて発生磁束量が減少し、その結果、駆動
トルク及びディテント（無通電保持）トルクが低下する
という欠点が生じた。

【０００５】本発明は上記に鑑みなされたもので、駆動
トルク及びディテントトルクの向上が可能な多段位置制
御用アクチュエ−タを提供することをその目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の多段位置制御用
アクチュエ−タは、ヨークを構成するハウジングと、前
記ハウジングに回転自在に保持され永久磁極が外周部に
極性交互かつ周方向へ等間隔で配設されたロ−タと、前
記永久磁極に小間隙を介して対面しつつ周方向へ所定間
隔で配設された複数の固定磁極と、複数相の交番電流の
通電により前記固定磁極を交番磁化して前記ロータを回
転させるコイル群とを備える多段位置制御用アクチュエ
−タにおいて、隣接する複数の前記固定磁極は同極性磁
極となることを特徴としている。

【０００７】好適な態様において、同極性磁極となる前
記隣接する複数の前記固定磁極は、共通のコアの永久磁
極対向面に形成された歯部からなる。永久磁極は永久磁
石により構成される磁極をいう。

【０００８】

【作用】ロ−タの外周部には複数の永久磁極が極性交互
かつ周方向へ等間隔で配設され、これら永久磁極に対面
して所定個数の固定磁極が所定間隔で対置される。コイ
ル群に多相交番電圧を印加すると、その１周期に２永久
磁極ピッチだけロータが回転される。

【０００９】特にこの多段位置制御用アクチュエ−タで
は、通電により隣接する複数の固定磁極が同一極性に磁
化されるため、静止位置増加を目的として永久磁極を多
極化した場合に、固定磁極を増加できるので、この増加
分だけ駆動トルク及びディテントトルクが増加する。

【００１０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の多段位置制
御用アクチュエ−タは、通電により隣接する複数の固定
磁極が同一極性に磁化するので、固定磁極の増加分だけ
駆動トルク及びディテントトルクが増加する。したがっ
て、大きな駆動トルク及びディテントトルクを有する多
段静止可能な多段位置制御用アクチュエ−タを実現する
ことができる。

【００１１】更に、隣接して複数の同極性の固定磁極を
並設することができるので、これら複数の固定磁極を共
通コアにまとめることができ、更にこれら共通コアに共
通コイルを巻装できるので、構成が簡単となる。

【００１２】

【実施例】（実施例１）以下、図１を参照してこの発明
の一実施例を説明する。ヨーク（磁路鉄心）を構成する
円筒型のハウジング１にスプライン嵌着された回転軸２
０にロータ２が回転自在に保持されており、ロ−タ２の
外周部には１４個の永久磁極３が周方向へ極性交互、等
間隔に囲設されており、これら永久磁極３は永久磁石か
らなる。

【００１３】ハウジング１の内周面には、４個のコア３
１〜３４が互いに９０度離れて固定されている。また、
コア３１〜３４に樹脂ボビン４０が嵌着され、樹脂ボビ
ン４０を介してコア３１〜３４に個別にコイル４１〜４
４が巻装されている。更に、本発明でいう固定磁極を構
成する歯部５がコア４１〜４４の内周面の周方向両端部
に求心方向へ向けて１個づつ突設され、歯部５は永久磁
極３に微小間隔を隔てて対向する部分円筒面状の永久磁
極対向面を有している。

【００１４】図１では、コア３１の一対の歯部５がＳ型
永久磁極３からＮ型永久磁極３への境界部に対向し、コ
ア３２の一対の歯部５がＳ型永久磁極３に全面的に対向
し、コア３３の一対の歯部５がＮ型永久磁極３からＳ型
永久磁極３への境界部に対向し、コア３４の一対の歯部
５がＮ型永久磁極３に全面的に対向している。すなわち
この実施例は１４極の永久磁極３を有する多段位置制御
用アクチュエ−タにおいて、８極の歯部（固定磁極）５
を設け、かつ、隣接する一対の歯部（固定磁極）５を同
極性とし、かつ、この同極性の固定磁極対を同一のコア
に突設し、かつ、この同極性の固定磁極対を同一のコイ
ルで磁化している。

【００１５】以下、この装置の動作を説明する。なお、
コイル４１〜４４への通電には図５の通電制御回路を用
いた。この通電制御回路はＣＰＵ７１、位相制御回路７
２、ドライバ回路７３を有し、位相制御回路７２はＣＰ
Ｕからのクロックに応じて互いに９０度位相が異なる４
相パルス電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４（図６参照）を発
生し、この４相パルス電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４によ
りドライバ回路７３のドライブトランジスタ８１〜８４
を個別に断続する。これによりドライブトランジスタ８
１〜８４はコイル４１〜４４へ互いに９０度位相が異な
る電流を通電する。

【００１６】図７（ａ）〜（ｄ）により作動原理の一例
を説明する。（ａ）にてコイル４３に通電してコア３３
の歯部５をＮとすると、コア３３の歯部５に近接するＳ
型永久磁極３が吸引されて（ｂ）の状態となり、（ｂ）
にてコイル４４に通電してコア３４の歯部５をＳとする
と、コア３４の歯部５に近接するＮ型永久磁極３が吸引
されて（ｃ）の状態となり、（ｃ）にてコイル４１に通
電してコア３１の歯部５をＮとすると、コア３１の歯部
５に近接するＳ型永久磁極３が吸引されて（ｄ）の状態
となり、（ｄ）にてコイル４２に通電してコア３２の歯
部５をＮとすると、コア３２の歯部５に近接するＮ型永
久磁極３が吸引されて（ａ）の状態となる。すなわち、
１周期のパルス通電により、１永久磁極ピッチだけロー
タ２が回転する。方向を反転するにはコイル４１〜４４
への通電順序を逆にすればよい。

【００１７】この実施例によれば、同数の永久磁極３及
び同数のコア３１〜３４を有する同サイズの従来の多段
位置制御用アクチュエ−タ（図１８参照）に比べて、磁
束量を増加することができ、それにより駆動トルクも増
大する。また、無通電時におけるディテントトルクも、
永久磁極３の増加により同様に増大する。 （変形態様１）図８に変形態様を示す。

【００１８】この態様は図７の通電制御回路のドライブ
回路７４を双方向通電可能なブリッジ構成としたもので
ある。ドライブ回路７４は４個の相補バイポーラインバ
ータ回路からなり、第１のインバータ回路はトランジス
タＴ１、Ｔ２からなり、第２のインバータ回路はトラン
ジスタＴ３、Ｔ４からなり、第３のインバータ回路はト
ランジスタＴ５、Ｔ６からなり、第４のインバータ回路
はトランジスタＴ７、Ｔ８からなる。第１、第２のイン
バータ回路の出力節点間にコイル４１、４３が直列接続
され、第３、第４のインバータ回路の出力節点間にコイ
ル４２、４４が直列接続されている。

【００１９】まず、Ｔ１、Ｔ４オン、Ｔ２、Ｔ３オフに
より、コイル４３からコイル４１へ通電され、これによ
りコア３３の歯部５がＮ型、コア３１の歯部５がＳ型と
なる。次に、Ｔ５、Ｔ８オン、Ｔ６、Ｔ７オフにより、
コイル４４からコイル４２へ通電され、これによりコア
３４の歯部５がＮ型、コア３２の歯部５がＳ型となる。
次に、Ｔ１、Ｔ４オフ、Ｔ２、Ｔ３オンにより、コイル
４１からコイル４３へ通電され、これによりコア３３の
歯部５がＳ型、コア３１の歯部５がＮ型となる。次に、
Ｔ５、Ｔ８オフ、Ｔ６、Ｔ７オンにより、コイル４２か
らコイル４４へ通電され、これによりコア３４の歯部５
がＳ型、コア３２の歯部５がＮ型となる。

【００２０】以上の結果、図７で説明すると各位相
（ａ）〜（ｄ）において、常に２個のコイルに通電され
るため、図５の通電制御回路に比較して駆動トルクが増
大する。 （変形態様２）図９に変形態様を示す。この態様は図７
の通電制御回路のドライブ回路７３を用いて、各歯部５
をＮ，Ｓ反転可能としたものであり、コイル４１と直列
にコイル４１’を接続し、コイル４２と直列にコイル４
２’を接続し、コイル４３と直列にコイル４３’を接続
し、コイル４４と直列にコイル４４’を接続したもので
ある。

【００２１】ここで、上記各コイルは逆方向に巻かれて
おり、コイル４１、４１’に通電する場合、コア３１の
歯部５はＮ、コア３３の歯部５はＳとなる。コイル４
２、４２’に通電する場合、コア３２の歯部５はＮ、コ
ア３４の歯部５はＳとなる。コイル４３、４３’に通電
する場合、コア３３の歯部５はＮ、コア３１の歯部５は
Ｓとなる。コイル４４、４４’に通電する場合、コア３
４の歯部５はＮ、コア３２の歯部５はＳとなる。これら
の結果、変形態様１と同様の作動が可能となる。 （変形態様３）図２に変形態様を示す。

【００２２】この態様は、図１において、各コア３１〜
３４にそれぞれ歯部５を３個設け、総計１２個の固定磁
極を形成し、それとともに、永久磁極３を２２極とした
ものである。これにより更に多段位置制御可能となる。 （変形態様４）図３に変形態様を示す。

【００２３】この態様は、図１において、各コア３１〜
３４をそれぞれ１対の子コア３１ａ〜３４ａ及び３１ｂ
〜３４ｂに分割したものである。各子コア３１ａ〜３４
ａ及び３１ｂ〜３４ｂはそれぞれ１個の歯部（固定磁
極）５をもち、歯部５の位置は図１の場合に同じであ
る。子コア３１ａ、３１ｂにはコイル４１が半分づつ巻
装され、子コア３２ａ、３２ｂにはコイル４２が半分づ
つ巻装され、子コア３３ａ、３３ｂにはコイル４３が半
分づつ巻装され、子コア３４ａ、３４ｂにはコイル４４
が半分づつ巻装され、その結果、同一コイルが巻装され
るコアの歯部５は同一極性となる。

【００２４】この装置が図１のものと同一原理で作動す
ることは当然である。 （変形態様５）図４に変形態様を示す。この態様は、図
２において、図３で示すように各コア３１〜３４をそれ
ぞれ３個の子コア３１ａ〜３４ａ、３１ｂ〜３４ｂ及び
３１ｃ〜３４ｃに３分割したものであり、図２の装置と
同一原理で作動することは当然である。

【００２５】次にこの実施例における歯部（固定磁極）
５の数と永久磁極３の数との好適なマッチングについて
説明する。上記説明から４相駆動（交流２相駆動）にお
いては同極性磁極が２の場合には合計８個の歯部（固定
磁極）５に対して最小１４個の永久磁極３が必要であ
り、合計１２個の歯部（固定磁極）５に対して最小２２
個の永久磁極３が必要である。すなわち、固定磁極５の
同極性磁極数をｍ、永久磁極３の数をｚとして計算方法
を以下に説明する。

【００２６】図１において、ロ−タ１と２対のコアの位
置関係を見ると、１対はロ−タの磁石の極中心と対向し
ており、もう１対は磁石の極間と対向している。そし
て、ロ−タが１ステップ作動することにより磁石の極間
と対向していたコアは、極中心と対向し、極中心と対向
していたコアは極間と対向する。言いかえると、１ステ
ップで磁石の１極が有する角度の１／２だけ回転する。

【００２７】４コアで作動させるためには、１対のコア
は、磁石の極中心に対向し、１対のコアは極間に対向す
る必要がある。従って、隣り合うコアの中心間（９０
°）に、ｎ＋０．５個（ｎは整数）の磁石が存在し、Ｚ
＝４（ｎ＋０．５）＝４ｎ＋２極となる。

【００２８】１つのコアに構成可能な歯の数をｍ（ｍは
整数）とすると、隣り合うコアが干渉しないようにする
ため、角度的に、 の式が成り立つ。即ち、ｍは（Ｚ／４＋１）／２を越え
ない範囲で最大の整数をとることにより最も効率よく磁
石を利用することができる。すなわち、 （（Ｚ／４＋１）／２）−１＜ｍ＜（Ｚ／４＋１）／２ が成立する。次に、磁石の利用率ηは、ｍ個の歯を付し
た２つのコアにより、各歯に２個の磁石の極が作用する
ため、ｎを整数とすると、 また、 ｍはｎが偶数の時、 ｎが奇数の時、 よりも磁石を有効に利用することがわかる。

【００２９】（実施例２）本発明の他の実施例を図１１
に示す。

【００３０】この実施例は、図１の多段位置制御用アク
チュエ−タをアキシャルエアギャップ形式に改造したも
のであり、ヨーク（磁路鉄心）を構成する円筒型のハウ
ジング１ａ，１ｂにロータ２がスプライン嵌着された回
転軸２０が回転自在に保持されており、ロ−タ２には１
４個の永久磁極３が周方向へ極性交互、等間隔に固定さ
れている。これら永久磁極３は永久磁石からなり、両端
面がＮ、Ｓ極となるように磁化されている。

【００３１】ハウジング１ａの内端面には、４個のコア
３１〜３４が互いに９０度離れて固定されている。ま
た、コア３１〜３４に樹脂ボビン（図示せず）が嵌着さ
れ、樹脂ボビンを介してコア３１〜３４に個別にコイル
４１〜４４が巻装されている。本発明でいう固定磁極を
構成する歯部５がコア４１〜４４の先端面の周方向両端
部に永久磁極３へ向けて１個づつ突設され、歯部５は永
久磁極３に微小間隔を隔てて対向している。また、ハウ
ジング１ｂの内端面は、永久磁極３の他方の端面に近接
して磁路を形成している。コア３１〜３４に樹脂ボビン
（図示せず）が嵌着され、樹脂ボビンを介してコア３１
〜３４に個別にコイル４１〜４４が巻装されている。

【００３２】このようにすれば、図１のラジアルギャッ
プ型と同一動作を行うアキシャルエアギャップ型多段位
置制御用アクチュエ−タを実現することができる。 （変形態様１）このアキシャルエアギャップ型多段位置
制御用アクチュエ−タの変形態様を図１２に示す。図１
３はロータ２の一部拡大平面図である。

【００３３】図１１ではロータ２の一端面側にのみ配設
されたコア３１〜３４が、この態様ではロータ２の軸方
向両側に配設される。このようにすれば、体格増大を抑
止しつつ駆動トルク及びディテントトルクを増大するこ
とができる。 （変形態様２）この態様では、図１４に示すように、コ
ア３１〜３４の内、コイル４１、４３が巻装されたコア
３１、３３をロータ２の左側に、コイル４２、４４が巻
装されたコア３２、３４をロータ２の右側に配設してい
る。

【００３４】このようにすれば、ロータ２の片側に２種
類のコイル及び２種類のコアを配設すればよく、コアに
多数個の歯部５を形成して静止位置の増大が容易に図れ
る。 （変形態様３）この態様では、図１５に示すように、図
１２のアキシャルエアギャップ型多段位置制御用アクチ
ュエ−タにおいて、２個のロータ２ａ、２ｂをヨークと
して機能するフロントハウジング１ａ、センターハウジ
ング１ｂ、リヤハウジング１ｃで回転自在に保持したも
のである。

【００３５】フロントハウジング１ａの内端面にはロー
タ２ａの永久磁極３に対向してコア３２が周方向へ所定
間隔で突出され、リヤハウジング１ｃの内端面にはロー
タ２ｂの永久磁極３に対向してコア３３が周方向へ所定
間隔で突出されている。また、センターハウジング１ｂ
の内端面にはロータ２ａの永久磁極３に対向してコア３
４が周方向へ所定間隔で突出され、センターハウジング
１ｂの内端面にはロータ２ｂの永久磁極３に対向してコ
ア３１が周方向へ所定間隔で突出されている。

【００３６】また、コア３２、３４を励磁するためにコ
イル９ａがロータ２ａの外周面に所定間隔を隔てて巻装
され、コア３１、３３を励磁するためにコイル９ｂがロ
ータ２ａの外周面に所定間隔を隔てて巻装され、コイル
９ａ、９ｂは交番磁化される。各コア３１〜３４と、各
永久磁極３との空間関係を図１６に展開図示する。

【００３７】まずコイル９ａに正方向通電し、次にコイ
ル９ｂに正方向通電し、次に、コイル９ａに逆方向通電
し、次にコイル９ｂに逆方向通電すれば、ロータ２は１
永久磁極ピッチ進行することがわかる。この実施例で
は、ロータ２の一端面に対向して同極性磁極だけが配設
されるので、極めて多数の静止位置をもつことができ、
更に、駆動トルク及びディテントトルクを向上すること
ができる。

【００３８】以上の説明では、各コア３１〜３４がそれ
ぞれ同数の歯部（固定磁極）５を持つ場合を説明した
が、これに限ることなく、各コア３１〜３４が異なる歯
部（固定磁極）５を持つことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る多段位置制御用アク
チュエ−タの断面図、

【図２】図１の他の態様を示す断面図、

【図３】図１の他の態様を示す断面図、

【図４】図１の他の態様を示す断面図、

【図５】通電制御回路を示す回路図、

【図６】図５のパルス波形図、

【図７】図１の装置の動作を示す順次動作説明図、

【図８】他の態様の通電制御回路を示す回路図、

【図９】他の態様の通電制御回路を示す回路図、

【図１０】図９の通電制御回路を用いる多段位置制御用
アクチュエ−タの断面図

【図１１】図１の他の態様を示す斜視分解図、

【図１２】実施例２の断面図。

【図１３】図１２のロータの一部拡大正面図、

【図１４】図１２の他の態様を示す動作説明図、

【図１５】図１２の他の態様を示す断面図、

【図１６】図１５のの実施例を示す動作説明図、

【図１７】従来の多段位置制御用アクチュエ−タの断面
図、

【図１８】従来の多段位置制御用アクチュエ−タの断面
図、

【図１９】従来の多段位置制御用アクチュエ−タの断面
図、

【符号の説明】

２はロータ、３は永久磁極、５は歯部（固定磁極）、３
１〜３４はコア、４１〜４４はコイル、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田辺 幹雄 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ヨークを構成するハウジングと、前記ハウ
   ジングに回転自在に保持され永久磁極が外周部に極性交
   互かつ周方向へ等間隔に配設されたロ−タと、前記永久
   磁極に小間隙を介して対面しつつ周方向へ所定間隔で配
   設された複数の固定磁極と、複数相の交番電流の通電に
   より前記固定磁極を交番磁化して前記ロータを回転させ
   るコイル群とを備える多段位置制御用アクチュエ−タに
   おいて、 隣接する複数の前記固定磁極は同極性磁極となることを
   特徴とする多段位置制御用アクチュエ−タ。
2. 【請求項２】同極性磁極となる前記隣接する複数の前記
   固定磁極は、共通のコアの永久磁極対向面に形成された
   歯部からなる請求項１記載の多段位置制御用アクチュエ
   −タ。