JPH0732577B2 - 多位置制御用ロータリーアクチュエータ - Google Patents

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61−174881号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Ｉ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II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31,32,33,3
4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1
0が回動する。

このとき、コイルＩの端子A,B及びコイルII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。

この種の技術は、実開昭58−72546号公報等で開示され
ている。

［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＝nI・ｄφ/dθ 但し、T:トルク、n:巻線数、I: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31,32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たりす
ると、そこでロータ10が停止する可能性も予測される。
或いは滑かな制御が期待できなくなる可能性も予測され
る。

一方、回転を行なうモータにおいては、特開昭61−2887
66号公報のように、テーパの付いた固定子歯を用いて、
その歯の先端を磁気飽和させることによりリップルを少
なくし、対励磁電流の直線性を良くするものがある。し
かし、この種の技術はテーパが付いて先端の断面積が狭
くなった固定子歯を用いているから、回動角度の単位で
みるとトルクダウンが大きく、多位置制御用ロータリー
アクチュエータに使用することは困難である。

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ず、任
意の位置まで回動可能な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１以上の整数）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２以上の整数）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、ロータの磁石によって磁気飽和する断面積の70％〜
80％の値としたものである。

［作用］ 本発明においては、2n（ｎは１以上の整数）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２以上の整数）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１個以上のヨー
ク巻線部の磁路の断面積を、ロータの磁石によって磁気
飽和する断面積の70％〜80％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。したがって、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Ｉ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II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10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32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34aの断面積を、ロー
タ10の永久磁石が対向したとき、そのロータ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アクチ
ュエータは、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,32
a,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21,22,23,24を巻回したヨーク巻線部31a,32a,3
3a,34a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31a,32a,33
a,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31,32,33,34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との間，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31,32,33,34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,3
2a,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％〜80％程度の値とするこ
とにより、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、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,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,3
4a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31,32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以上の整数）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２以上の整数）個のコイル21,22,23,2
4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31,32,33,34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、即ち、垂直断面積が、ロータ10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21,2
2,23,24を巻回した１個以上のヨーク巻線部31a,32a,33
a,34a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31,32,33,34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,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。更に、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、トルク落込みを少なくすることができ
るから、ロータ10は任意の位置への回動が容易になり、
喩え、１極飛んで離れた極に対して通電させた場合にお
いても、直接回動が可能となる。

また、ステータヨーク31,32,33,34のヨーク巻線部31a,3
2a,33a,34aの断面積を小さくすることにより、コイル2
1,22,23,24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31,32,33,34のヨーク巻線部31a,3
2a,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によって
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％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％程度に薄くすること
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タリアクチュ
エータは、2n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、ロータの磁石によって磁気飽和する断
面積の70％〜80％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％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
することができるから、任意の位置への回動が容易にな
り、喩え、１極飛んで離れた極に対して通電させた場合
においても、直接回動が可能となる。

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アク
チュ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アクチュエータの特性図
である。 図において、 10:ロータ、 31,32,33,34:ステータヨーク、 31a,32a,33a,34a:ヨーク巻線部、である。 なお、図中、同一符号及び同一記号は、同一または相当
部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 譲二 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−288766（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−72546（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】2n（ｎは１以上の整数）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２以上の整数）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、ロータの磁石によって磁気
   飽和する断面積の70％〜80％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. 【請求項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％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. 【請求項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％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。