JPS61124255A - 回転駆動装置 - 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） 本発明は磁極を有する回転体と固定磁極部材との間の磁
力によって、前記回転体が反転動作する回転駆動装置に
関するものである。その用途は、例えはロータリバルブ
の駆動等、小型のロークリアクチュエータとして種々考
えられるものである。

（従来の技術） 従来の回転駆動装置は、第７図［ａ）、　（ｂｌに示す
様に、ハウジング２０に固定された固定磁極２１ａ。

２１ｂ、２２ａ、２２ｂと、その内部に回転自在に軸２
３によって支持された永久磁石のロータ２４とから構成
され、固定磁極２１ａ、２１ｂもしくは２２ａ、２２ｂ
の磁極を励磁コイル（図示せず）によって反転させてロ
ータ２４を回転させるものであった。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の従来のものは、ロータ２４は円筒形状であるとと
もに、固定磁極２１ａ、２１ｂ、２２ａ。

２２ｂの各々の内端面と、ロータ２４の回転中心との距
離が同一となるように、各々の固定磁極は同一の円周上
に配置されていた。このため、スーツ２４から磁力線は
、その外周面より広く分布することになり（第７図（ｂ
ｌ参照）、固定磁極２１ａ。

２１ｂ、２２ａ、２２ｂとロータ２４との吸引磁力が弱
くなる。従って、励磁コイルに通電されていない状態で
、回転駆動装置に外部からの回転もしくは振動等が加わ
わったときには、ロータ２４が容易に回転してしまい、
安定した静止位置を保つことができないという問題があ
った。特に、この種の回転駆動装置を小型即ち細長い外
形形状とする場合は、ロータ２４の外径が小さくなるた
め、励磁コイルの非通電時におけるロータ２４の静止ト
ルクが小さくなり、安定した静止位置を得られないとい
う問題があった。一方、通電時においても、同様の理由
によりロータ２４から得られる出力トルクは小さいので
あった。

そこで本発明は、上記の点に鑑みて、小型の回転駆動装
置においても、静止トルク及び出力トルクを大きくする
ことを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の問題点を解決するための手段として、回
転駆動装置の外形を形成するケース（１１）と、このケ
ース内に固定されて各々の対向端面が間隙を有して対向
する一対の固定磁極（２，３）と、この固定磁極部材の
内側で回転自在に支持されるとともに、回転軸と平行な
２平面にはさまれる端面を有し、かつ磁性を有する回転
体（４）と、この回転体を回転自在に支持する軸（７）
と、前記固定磁極部材と前記回転体との間に磁力を生し
させる励磁コイル（１）とを備え、前記固定磁極の対向
端面の間隙位置は、軸方向の位置変形に対してその周方
向に変位傾斜していることを特徴とする。

（作　用） 上記構成としたことにより、一対の固定磁極の対向端面
の間隙位置は、回転体の軸方向き位置変位に対して、そ
の周方向に変位傾斜している。このため、励磁コイルに
通電されて回転体が回転すると、回転体はその回転角に
応じて最も近くになる固定磁極の端面または内面より吸
引もしくは反発磁力を受けることになる。よって回転体
はいずれの回転角においても安定し、且つ、大きな回転
出力トルクを得ることになる。

また、回転体の２平面は、固定磁極と当接するとともに
、回転体の上部もしくは下部は固定磁極の内面と対向す
るため、励磁コイルへの非通電時の静止トルク（ディテ
ントトルク）が大きくなる。

（実施例） 以下図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。第４
図は回転駆動装置を弁切換用のトルクモータとして用い
たものである。

図中符号１１は、非磁性体よりなる円筒形のケースで、
後述詳細説明する回転駆動装置の各構成部品を収納する
。また、このケース１１はハウジング１２に結合されて
おり、ハウジング１２内には切換弁部が設けられている
。

まず、切換弁部について説明する。回転体であるロータ
４と一体に回転する出力軸７は、ハウジング１２に固定
された軸受８により回転自在に支持されている。９は非
磁性体よりなるプレートで、軸受８をハウジング１２に
固定し、１０は出力軸７のスラスト受はワッシャで出力
軸７に固定されている。また出力軸７は弁部の構成部品
である弁体７ａも兼ねており、この弁体７ａ内には軸方
向に設けられた弁ボート７ｂ、及び弁ポート７ｂと連通
して弁体７ａの外周に開口する弁ボー）７ｃが設けられ
ている。また弁体７ａはハウジング１２の穴１２ａに挿
入されている。一方、ハウジング１２には流体の入力ボ
ート１２ｂと出力ポート１２ｃが設けられており、出力
軸７　（弁体７ａ）の回転によって流体を切換えるロー
タ弁が形成されている。即ち、弁体７ａが第４図の位置
にあるときは、入力ポート１２ｂ弁ボート７ｂ、７ｃ。

出力ポート１２ｃが連通し、開弁したことになる。

一方、この位置より弁体７ａが回転すると弁ポート７ｃ
と出力ポート１２ｃとの連通がとざされて閉弁したこと
になる。

次に、本発明の主要部となる回転駆動装置について第１
図〜第３図に基づいて説明する。

、１は励磁用コイル、２，３はケース１１の内部に固定
される略円弧形状をした一対の固定磁極、４は回転自在
に支持され、回転軸と平行な２平面４ａｄ、４ｂｃには
さまれる着磁端面を有し、その一方の端面がＮ極、他方
の端面がＳ極となるように径方向に着磁された永久磁石
よりなるロータである（第３図の参照）。尚、この２平
面とは、後述する当接部と対応する部分のみにあればよ
く、ロータ４の中央部については平面でなくてもよい。

また、固定磁極２，３の内面とロータ４の外周端面とは
一定の間隙を保って配設される。

固定磁極３は、対向端面３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを有す
る円弧部３−１と、当接端面３ｅ、３（を有する当接部
３−２とからなる略円弧形状のものである。対向端面３
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ及び当接端面３ｅ、３ｆの各々は
、ロータ４の回転軸と平行な端面である。一方、端面３
ａ、３ｃを結ぶ端面３ａｃ、端面３ｂ、３ｄを結ぶ段差
端面３ｂｄは、回転軸に対して傾斜している。即ち、端
面３ａ、３ｃ及び端面３ｂ、３ｄは、各々軸方向の位置
変化に対してその周方向に変位しており、その変位は、
後述するロータ４の必要回転角θとほぼ等しい角度の範
囲となるように、固定磁極３の円周上に設けられている
。尚、軸方向の位置変化に対してその周方向に変位して
いる段差端面ば、回転軸に対して螺旋状に形成されてい
るものであっｔも良い。

一方、固定磁極３の当接端面３ｅ、３ｆは、ロータ４の
２平面４ａｄ、４ｂｃの一部を当接し回転θを規制する
とともに、大きなディテントトルクを得るためのもので
あって、端面３ｅ、３ｆに設けられた非磁性材５、例え
ばゴム、樹脂等を介してロータ４が当接静止する。（第
３図参照、第１図、第２図中非磁性材５は図示せず）ま
た、固定磁極２にも固定磁極３と同様な対向端面２ａ、
２ｂ、２ｃ、２ｄ及び当接端面２ｅ。

２ｆが形成されて、回転軸と対称となるように配設され
ており、再固定磁極２，３の各対向端面の間隙即ち距離
Ｇａ、Ｇｃ及びＧｂ、Ｇｄは全て同一かつ所定の間隙に
設定されている。尚、端面３ａｃ、３ｂｄとそれに対向
する固定磁極２との距離も、前記間隙も同一である。ま
た、ロータ４の２平面４ａｄ、４ｂｃＯ巾Ｈは、前記間
隙Ｇａ。

Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄより大きくなっており、両者の関係は
、Ｈ≧Ｇａ＝Ｇｃ＝Ｇｄとなっている。

次に、固定磁極２，３とロータ４の回転した位置との相
対的位置関係について第３図に基づいて詳細に説明する
。第３図のＩ、　　ＩＩは各々第１図におけるＣ−Ｃ線
、Ｄ−Ｄ線に沿う断面図で、ロータ位置Ａにおいては、
ロータ４が固定磁極２，３の当接端面２ｆ、３ｅと非磁
性材５を介して当接静止し、ロータ位置Ｂにおいては、
ロータ４が固定磁極の当接端面２ｅ、３ｆと非磁性材５
を介して当接静止する。以上の位置関係によって、ロー
タ位置Ａ及びＢにおけるＣ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線に祖断面図
を、各々図　０．０及びθ、Ｏとする。尚、図■につい
ては各構成部の全ての符号を付すが、他の図においては
図面を見易（するための要部のみ符号を付すが、同一部
分は図０と同一符号である。

くロータ位置Ａの場合〉 図■において、ロータ４の一端のエツジ部４ａは、固定
磁極３の円弧部３−１の対向端面３ａ付近と対向し、他
端のエツジ部４ｂは、固定磁極２の円弧部２−１の対向
端面２ｂ付近と対向している。このため、通電時には固
定磁極２，３とロータ４の間で回転トルクが得られる。

図ｅにおいて、ロータ４の一端の両エツジ部４ａ、４ｃ
及び他端の画工・ノジ部４ｂ、４ｄは、各々固定磁極２
の円弧部２−１及び固定磁極３の円弧部３−１の内面と
対向して内径内にある。

〈ロータ位置Ｂの場合〉 図のにおいて、ロータ４の一端の両エツジ部４ａ、４ｃ
及び他端の両エツジ部４ｂ、４ｄは、各々固定磁極３の
円弧部３−１および固定磁極２の円弧部２−１の内面と
対向して内径内にある。

図Ｏにおいて、ロータ４の一端のエツジ部４Ｃは、固定
磁極２の対向端面２ａ付近と対向し、他端のエツジ部４
ｄは、固定磁極３の対向対面３ｄ付近と対向する。この
ため、通電時には固定磁極２．３とロータ４の間で回転
トルクが得られる。

以上述べた様に、ロータ位置Ａ及びＢの位置において、
ロータ４に発生するディテントトルク、出力トルクは、
後述する様に、ロータ４の上部。

下部に各々分担されることになる。

尚、第１図中符号６は継鉄であり、励磁コイル１の励磁
磁束を固定磁極２，３へ伝えるものである。

次に、上述構成に基づいて作動を説明する。

ロータ位置Ａでの静止トルクは、永久磁石よりなるロー
タ４の発生磁束により、その一部の磁束Φ１はロータ４
の上部において第３図の図Ｏに示す様に、ロータ４の４
Ｃ−固定磁極２−継鉄６−固定磁極３−ロータ４のエツ
ジ部４ｄと閉グループを形成する。また、ロータ下部に
おいては、第３図の図○に示す様に、ロータ４のエツジ
部４ａ。

４Ｃ−固定磁極２の円弧部２−１−継鉄６−固定磁極３
の円弧部３−１−ロータ４のエツジ部４ｂ。

４ｄと閉ループを形成する磁束Φ２がある。この磁束Φ
１．Φ２によりロータ４に大きなディテントトルクが得
られる。この時、第３図の図０のロータ上部の磁束Φ電
のみでは、ディテントトルクは弱く、寸法のバラツキ等
により磁気バランスを失い、ロータ位置はＡからＢへ転
勤する心配がある。しかし、本発明の固定磁極２，３の
形状を用いることにより、ロータ４の下部（第３図の図
０）における磁束Φ２によりロータ４を確実に保持され
るディテントトルクを確保できる。

次に、ロータ位置Ａで静止しているロータ４を励磁コイ
ル１の通電によりロータ位置Ｂへ回転力発生させる作動
を説明する。

励磁コイル１．励磁電流により固定磁極２にＳ。

３にＮの極性を発生させることにより、固定磁極の各端
面２ａ、２ｃ、３ｂ、３ｄ付近で反発力ＦＦ？１．固定
磁極の各端面２ｂ、３ｄ付近で吸引力がＦＲ２がロータ
４に加わり、ロータ４は図中右回転してロータ位置Ｂへ
転勤すると同時に出力軸７に出力トルクを発生させる。

この時の回転力はロータの上部（第３図の図○）により
起動トルクを確保している。その理由は、ロータ位置Ａ
では固定磁極の端面２ｂ、３ａとロータ４のエツジ４ｂ
ｂ、４ｄとが対向し合っており、この点ではロータ４の
回転角θに対する磁気エネルギーＷの変化が大きく、吸
引力Ｆρ２は次式で表わされ、大きな起動トルクが得ら
れる。

ＦＲ２＝ｄＷ／ｄθ　　（ｋｇ） 一方、ロータ下部（第３図の図◎）では回転角θに対す
る磁気エネルギーＷの変化は小さく、出力トルクにはあ
まり寄与していない。

尚、固定磁極２，３の間隙Ｇａ、Ｇｃ及びＧｃ。

（１，ｄを回転軸に対して螺旋状に結ぶように間隙を設
けると、ロータ４の回転角θの回転全域において、出力
トルクを大きくすることが可能となる。

次に、ロータ位置Ｂでのディプントトルク、起動トルク
においでも前述のロータ位置Ａと同様に固定磁極２．３
とロータ４とによって決まる。

ロータ位置Ｂの静止位置では、ロータ４の磁束はロータ
下部（第３図の図ｅ）ではロータ４エツジ部４ａ−固定
磁極３−継鉄６−固定磁極２−ロータ４のエツジ部４ｂ
の閉ループを形成する磁束Φ３と、ロータ上部（第３図
の図○）ではロータ４のエツジ部４ａ、４ｃ−固定磁極
３−継鉄６−固定磁極２−ロータ４のエツジ部４ｂ、４
ｄの閉ループを形成する磁束φ４がある。この磁束中３
゜Φ４によりロータ４にディテントトルクが得られる。

よって、前述のごとく、ロータ４は磁束Φ４により確実
なディテントトルクが確保できる。

次にロータ位置Ｂで静止しているロータ４を励磁コイル
１へ前述と逆に通電し、固定磁極２，３に各々Ｎ、Ｓの
極性を発生させることにより、固定磁極の各端面２ｃ、
３ｄ付近で吸引力ＦＬ２がロータ４に加わり、ロータ４
は図中左回転してロータ位置Ａへ起動すると同時に出力
軸７に出力トルクを発生させる。

この時の回転力は前述のごとく、ロータ下部（第３図の
図Ｏ）では固定磁極の各端面’ｌｃ、３ｄとロータ４の
エツジ４ｃ、４ｄが対向する位置関係となっており、大
きな起動トルクを得ている。

（発明の効果） 上述のごとく本発明の一対の固定磁極の対向端面の間隙
位置を周方向に傾斜させて設けることにより、ロータの
上部、下部で出力トルクとディテントトルクを分担し合
って、有効に出力トルクを得ると同時に確実なるディテ
ントトルクを得られる回転駆動装置を提供することがで
きる。

尚、第４図、第５図にロータ４の回転角度θに対する出
力トルク、ディテントトルクのトルク特性を示す。図中
実線Ｘは本発明のものを示し、固定磁極の対向端面の間
隙位置を周方向に傾斜させて設けた時る特性であり、一
点鎖線ＹＨ１従来（第７図）のものを示す特性である。

このように、ロータ位ｉ７Ａ、Ｂでのディテントトルク
が向上するとともに、ロータの出力トルクも向上し、全
回転域において安定している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回転駆動装置の一実施例の要部を示す
要部斜視図、第２図は第１図に図示した固定磁極を示す
斜視図、第３図は第１図におけるＣ−Ｃ線及びＤ−Ｄ線
に沿う断面図とロータ位置Ａ、　Ｂとの関係を示す図、
第４図は本発明の回転駆動装置を切換部に用いたときの
断面図、第５図。 第６図は各々ロータの回転角と出力トルク、静止トルク
を示す特性図、第７図（ａ）、　（ｂｌは従来の回転駆
動装置を示す図である。 ■・・−励磁コイル、２．３・・・固定磁極、４・・・
回転体セあるロータ、７・・・回転軸、１１・・−ケー
ス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転駆動装置の外形を形成するケースと、このケー
   ス内に固定されて各々の対向端面が間隙を有して対向す
   る一対の固定磁極と、この固定磁極部材の内側で回転自
   在に支持されるとともに、回転軸と平行な２平面にはさ
   まれる端面を有し、かつ磁性を有する回転体と、この回
   転体を回転自在に支持する軸と、前記固定磁極部材と前
   記回転体との間に磁力を生じさせる励磁コイルとを備え
   、前記固定磁極の対向端面の間隙位置は、軸方向の位置
   変形に対してその周方向に変位傾斜していることを特徴
   とする回転駆動装置。 ２、前記固定磁極部材の対向端面の間隙は、前記回転体
   の回転角度の範囲において傾斜していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の回転駆動装置。 ３、前記固定磁極部材の対向端面の間隙は、前記回転体
   の２平面の巾より小さいことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の回転駆動装置 ４、前記固定磁極部材の内面には、前記回転体の２平面
   と当接して、その回転角度を規制する当接部が設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の回
   転駆動装置。 ５、前記当接部の当接端面には、非磁性材が固定されて
   いる特許請求の範囲第４項記載の回転駆動装置。