JPS61180561A

JPS61180561A - 制限角度トルクモ−タ

Info

Publication number: JPS61180561A
Application number: JP60285845A
Authority: JP
Inventors: ロバート・デー・ヴアンダーラーン; ジヨセフ・エー・ケレメン
Original assignee: Pneumo Corp
Current assignee: Pneumo Corp
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1986-08-13
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: DE3582727D1; EP0186501A3; EP0186501B1; EP0186501A2; US4596970A; JPH0744817B2

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】本発明は、こわざと固有周波数が高い制限角度トルクモ
ータに関するものである。

本発明は、専らそれに制限される訳ではないが、航空機
の制御を含む成るタイプの高圧流体比例サーボ制御シス
テムで、行程が可成り短い比例制御弁を駆動するのに特
に適している。流体圧は正規では１０００ｐｓｉ以上の
オーダーである。

このようなモータは、モータの磁気リラクタンストルク
を成る限度内で制御し、特定のトルク、即ち、動力レベ
ルで特定の所望の固有磁気中心合せバネ速度を得る。し
かし、このようなモータは設計に固有の磁気バネ能力が
多少限られており、また、いくつかの用途ではモータが
高い中心合わせバネ勾配を有し、サーボ系の動こわさを
高め、相当に重く且つ力のレベルが変わる負荷を駆動す
るのに使用される。

このようなモータはねじりの減衰されない固有周波数（
これは一般に中心位置を通る磁気バネ速度に関係する）
と、回転子の回転慣性とを有している。代表的には実用
上の設計に係るモータではこのような固有周波数は約６
０ヘルツ（七）に限られている。しかし、成る種の高応
答サーボシステムの用途では、モータの固有周波数を相
当に高く、７５ないし１００七以上にすることが望まし
い。

本発明の一つの相によれば、相対的に高いバネ勾配を用
いる制限角度トルクモータにおいて減衰されないモータ
の固有周波数を高め及び、負荷カが大きく且つ変化する
サーボ系と結合するシステムのこわさを高くするか又は
そのいずれか一方を行なう。

本発明によれば、モータは２極制限角度トルクモータで
あって、通常のモータ動力部の他に別個の磁気中心合せ
バネ部を具える。モータ動力部は一般に、直径方向に磁
化されている一個又は複数個の回転子磁石を有する回転
子組立体と、この回転子組立体を取り囲む固定子組立体
とを具える。

モータ動力部の磁束は回転子組立体をその回転角度レン
ジの中点に保とうとする固有の中心合せバネ速度を生ず
る。しかし、直流又はパルス幅変調電流を固定子巻線に
加えると、モータ動力部の固定子組立体及び回転子組立
体とを通る横断磁束が生じ、これが回転子組立体に対し
所望の制限回転角度レンジを与える。

本発明によれば、モータ動力部に固有の基本的な中心合
せバネ機能の他にもう一つの中心合せバネ機能を与える
モータ動力部とは別個の可成り単純で、信頼度が高い磁
気中心合せバネ部をモータに設ける。

更に、本発明によれば、磁気中心合せバネ部は望ましく
はモータ動力部に軸線方向で隣接させろ、。

また永久回転子磁石を具える回転子組立体はモータ動力
部を越えて、磁気中心合せバネ部内に延在させる。

なお更に本発明によれば、中心合せバネ部に付加的に２
個以上永久磁石を設け、その極性を回転子磁石の延在部
に対して整列させる。

図面につき本発明の詳細な説明する。

第１図及び第２図には本発明に係る制限角度トルクモー
タ１の好適な形態が示されている。このようなモータは
、−次的には、高圧流体システムで、それに限定される
訳ではないが、航空機の制御を含む比例サーボ制御系の
弁を直接駆動することを意図している。しかし、このよ
うなモータは、二次的には、弁以外の他の機械デバイス
（装置）を駆動するのにも使用できることを理解すべき
である。

モータは非整流形の２極の固定フィル回転磁石モータで
あり、モータ動力部２を有し、これは回転子組立体３を
具える。その回転子軸４には一個又は複数個の永久磁石
５が設けられており、回転子軸４と一緒に回転できるよ
うに支持されている。

回転子磁石、即ち、磁石５は例えば、サマリウムコバル
トで作った希土類磁石とし、直径方向に磁化すると好適
である。即ち、回転子磁石の北極Ｎと南極Ｓとを第２図
に示すように直径の両端にとる。

回転子軸４は回転子ケーシング６内の適当な軸受けで支
承することができる。回転子軸の外端には偏心その他の
適当な形態の回転運動を直線運動に変換する歯車７を設
ける。これは回転子軸の回転運動を適当な駆動リンク装
置（図示せず）を介して弁部材その他の外部負荷の直線
運動に変換するのに使用できる。

回転子組立体を取囲んで固定子組立体１０があり、今度
はこの固定子組立体１０が外部ハウジング１１内に収容
されている。外部ハウジング１１は一端に取付け７ラン
ジ１２を有し、これがモータを弁ハウジング又は他の適
当な支持構体に取り付けるのに使用される。固定子組立
体は一個又は複数個の高密度の層状に巻回された固定子
コイル巻線１４を具える。巻線１４は一対の円周方向に
延在し、分離されている固定子磁極構体１５．１６を取
り巻いている。

固定子コイルの軸線は回転子軸とほぼ平行である。

固定子磁極構体の各々の互に反対側の端には固定子磁極
７ランジ１７があり、これが夫々の、固定子磁極ブレー
ド１８から半径方向外方に延在している。

こうすると固定子コイル巻線１４を直流又はパルス幅変
調電流で励起する時、固定子磁極フランジが固定子組立
体及び回転子組立体を通る横断、即ち、横方向磁束を生
じ、これがモータ内に回転トルクを生じ、限られた回転
角度レンジだけ回転子を回転させる。

軟鉄のような適当な磁性材料で作った磁性体ハウジング
２０が固定子組立体を取り囲む。固定子磁極７ランジ１
７は半径方向外方に延在させ、この外側の磁性体ハウジ
ングの重なり合う内側面と接触させる。これは固定子コ
イルが励起された時磁界の房り道を与える。このような
磁界の戻り道は、第２図に示すように、外側の磁性体ハ
ウジングに一個又は複数個の空隙ｘｘ、ｘｘを設けるこ
とにより部分的に切り、中心合せバネ力を強めることが
できる。固定子磁極構体１５．１６は・、例えば、回転
子ケーシング６を具える適当なコイル支持スリーブによ
り内部的に支持することができる。また、固定子磁極構
体の固定子磁極フランジ１７の反対側の端に適当な端板
２１を設けることができる。

このようなモータ動力部２は、固定子コイル１０が励起
された時、磁界の相互作用によるトルクを生ずる。これ
は固定子コイルを流れる直流又はパルス幅変調電流の大
きさに比例する。正の電流を加えると、回転子軸を第２
図で見て時計方向に回転させようとする正のトルクが回
転子軸の相対的に大きな径路に亘って生ずる。この径路
は、例えば、回転子軸のゼロ、即ち、中心位置（θ＝０
°）での最大トルク出力からこのようなゼロ、即ち、中
心位置から回転子軸が±６０°回転した時の最大トルク
出力の約５０％迄変わる。逆に、負の電流を加えられる
と、回転子軸を反時計方向に回転させようとする負のト
ルクが回転子軸の同じ径路に亘って生ずる。

モータ動力部２の回転子磁石５の磁束はまた回転子組立
体をその回転角度レンジの中心に保とうとする固有の磁
気中心合せバネ速度を与える磁気リラクタンス　トルク
を生ずる。明らかなように、モータ動力部のこの固有の
磁気中心合せバネ能力は有効に使えば、固定子コイルへ
の電流を切った時回転子軸をゼロ、即ち、中心位置へ戻
す中心合せ機能を提供する。

しかし、いくつかの分野では、上述したタイプの代表的
なモータ動力部の固有な磁気中合せバネ勾配で得られる
のよりも高度な中心合せバネ能力を要求する。。例えば
、サーボ系の動こわさを大きくして相当重く且つ力のレ
ベルが変化する負荷を駆動するのにこのトルク　モータ
を使用できるようにするのが望ましい時である。また、
上述したようなモータ動力部は中心位置を通る時の磁気
バネ速度と回転子の回転慣性とに関係するねじりの減衰
されない固有周波数を有する。なお、回転慣性は成る種
の高応答サーボ系の用途では十分高くすることはできな
い。

本発明によれば、モータの減衰されない固有周波数と中
心合せバネ勾配の両方が、モータにモータ動力部２に隣
接して個別の中心合せバネ部３０を設けることにより、
相当に大きくなる。第１図及び第３図に示すモータ構造
では、この中心合せバネ部３０がモータ動力部２の一端
に隣接して高透磁率の軟鉄で作った外側リング構体３１
（回転子磁石を具える回転子組立体３が同軸的にこの外
側リング３１内に延在する）と、この外側リング３１の
直径方向の両側で外側リング３１に取り付けられる一対
の希土類磁石３２．３３とから成る。この極性は第３図
に示すように回転子磁石５と整列する。

第４図の曲線Ａが示すように、このような磁気中心合せ
バネ部３０は回転子軸４に対し強い中心合せ能力を提供
する。また、曲線Ｂが示すように、磁気中心合せバネ部
３０のこのような磁気バネ能力をモータ動力部２の固有
な磁気バネ能力と組合せてモータの正味の中心合せ勾配
を大きくすることができる。動力部と中心合せバネ部と
を組合せたこのようなモータの代表的な回転特性を軸回
転対印加電流の形で第５図に示す。

中心合せバネ部と回転子組立体内の永久磁石の代りの配
置を第６図に示す。回転子組立体３′は図示したように
、一対の永久磁石３５．３６を具え、軟鉄のコア３７の
両側に互に整列している。また磁性中心合せバネ部３０
′の外側リング３１′　は図示したように一対の直径方
向の両側の拡大部、即ち、磁極３９．４０を有し、これ
らが半径方向内方に延在し、中心合せバネ部材でさもな
いと必要とされるより短い磁石４１．４２を用いること
ができる。これらの磁石３５．３６及び４１．４２の全
ての極性は勿論第３図に示したのとほぼ同じ態様で整列
している。

第７図はもう一つの形′態の磁気中心合せバネ部４５を
示す。ここでは外側リング４６に円周方向に延在し、切
り離されている永久磁石４７〜４９と５０〜５２が回転
子磁石の両側に設けられている。夫々の永久磁石の極性
は図示したとおりであり、回転子面５７での磁界の強さ
が大きくなり、かくして中心合せバネ部４５のバネ勾配
が高くなる。第７図に示すように、中心合せバネ部内の
永久磁石は一対の磁気ブロック又はホルダ５５．５６で
外側リング４６内面と近接する。ホルダ５５．５６は外
側リングの両側の内面に取り付けられる。これらのホル
ダはその内にノツチ又はスロットを有し夫々の磁石を収
容する。また、ホルダの半径方向内端は形を半円筒とし
、回転子組立体の円筒外面とほぼ対応させる。

しかし、ロータ組立体の外側直径−とは近接するか分離
した関係にある。所望とあらば、第１図及び第３図に示
すようにモータ動力部２と中心合せバネ部３０の間に非
磁性体のスペーサ６０を挿入し得る。

こうすれば、さもないと性能を劣化する両部の分離を助
ける。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制限角度トルクモータの長手方向
断面図、第２図は２−２線に沿って切った横方向断面図、第３図
は３−３線に沿って切った横方向断面図、第４図は磁気
中心合せバネ部だけの回転子の磁気張力及びモータ動力
部の固有の磁気バネ能力を組み合せて正味の中心合せ勾
配を大きくした場合の線図、第５図は本発明に係る構造の代表的なモータの直流又は
パルス幅変調電流の種々のレベルを変えた場合のモータ
軸位置を示すグラフ線図、第６図及び第７図は磁気中心
合せバネ部の代替を示す第３図に類似した横断面図であ
る。１・・・制限角度トルク　モータ２・・・モータ動力部　　３・・・回転子組立体４・・
・回転子軸　　　　５・・・永久磁石６・・・回転子ケ
ーシングト・・歯車　　　　　　１０・・・固定子組立体１１・
・・外部ハウジング　１２・・・取付はフランジ１４・
・・固定子コイル巻線１５、１６・・・固定子磁極構体１７・・・固定子磁極フランジ１８・・・固定子磁極ブレード２０・・・磁性体ハウジング２１・・・端板　　　　　　３０・・・中心合せバネ部
３１・・・外側リング　　　３２．３３・・・希土類磁
石３５、３６・・・永久磁石　　３７・・・コア３９、
４０・・・磁極　　　　４１．４２・・・短い磁石４５
・・・中心合せバネ部　４６・・・外側リング４１〜５
２・・・永久磁石　　５３・・・回転子磁石５４・・・
回転子面５５、５６・・・磁気ブロック　ホルダｊ＝「Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】１、モータ動力部（２）を具え、このモータ動力部（２
）が直径方向に磁化された永久回転子磁石を有する回転
子組立体（３）と、この回転子組立体を取り囲む固定子
組立体（１０）とを具備する制限角度トルクモータ（１
）において、このモータ動力部（２）に軸線方向に隣接
して別個の磁気中心合せバネ部（３０）を設け、この中
心合せバネ部（３０）が前記固定子組立体（１０）の一
端にあり、前記回転子磁石（５）を具備する前記回転子
組立体（３）が同軸的に中に入る外側磁気リング（３１
）と、前記回転子組立体（３）の延長部の直径的な両側
において前記外側リング（３１）により担持されている
付加的な永久磁石（３２、３３）とを具え、これらの付
加的な永久磁石（３２、３３）の極性を前記回転子磁石
（５）に対して整列せしめることを特徴とする制限角度
トルクモータ。２、前記回転子磁石（５）が前記モータ動力部（２）内
に生ずる磁束が前記回転子組立体（３）を回転角度レンジの中点に保とうとする固有の磁
気中心合せバネ速度を与える特許請求の範囲第１項記載
の制限角度トルクモータにおいて、更に、前記中心合せ
バネ部（３０）が前記モータ動力部（２）の固有の磁気
中心合せバネ速度を助ける付加的な中心合せバネ機能を
生じ、前記回転子組立体を回転角度レンジの中心に保と
うとすることを特徴とする制限角度トルクモータ。３、更に、前記中心合せバネ部（３０）が前記回転子磁
石（５）の直径方向の両端に複数個の付加的永久磁石（
４７、４８、４９及び５０、５１、５２）を具えること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の制限角度トル
クモータ。４、更に、前記外側リング（３１′）が一対の直径的に
対向する突起（３９、４０）を有し、これらの突起が前
記外側リング（３１′）の両側から半径方向内方に延在
し、これらの突起が前記付加的永久磁石（４１、４２）
に対する取付け支持体を提供することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の制限角度トルクモータ。５、更に、前記突起３９、４０が前記回転子磁石の両側
にある複数個の付加的永久磁石（４７−４９及び５０−
５２）に対するホルダ（５５、５６）となることを特徴
とする特許請求の範囲第４項記載の制限角度トルクモー
タ。６、前記ホルダ（５５、５６）が前記付加的永久磁石（
４７−４９及び５０−５２）を収納するためのスロット
を有することを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
制限角度トルクモータ。７、更に、前記付加的永久磁石（４７−４９及び５０−
５２）を前記ホルダ（５５、５６）により、前記外側リ
ング（４６）の内側周面に近接させ且つ離して支持し、
これらのホルダが半径方向内方に延在し、前記回転子組
立体（３）の延在部の外面と近接することを特徴とする
特許請求の範囲第６項記載の制限角度トルクモータ。８、更に、前記ホルダ（５５、５６）の半径方向内端が
前記回転子組立体の延在部の円筒外側面とほぼ対応する
半円筒である特許請求の範囲第７項記載の制限角度トル
クモータ。９、モータ動力部（２）を具え、このモータ動力部（２
）が直径方向に磁化された永久回転子磁石（５）を有す
る回転子組立体（３）と、この回転子組立体を取り囲む
固定子組立体（１０）とを具備し、前記モータ動力部（２）が前記回
転子組立体（３）をその回転角度レンジの中点に保とう
とする固有の磁気中心合せバネ速度を与える手段を具え
る制限角度トルクモータ（１）において、前記モータ動
力部（２）の一端に隣接して磁気中心合せバネ部（３０
）を取付け、前記回転子磁石（５）を具備する前記回転
子組立体（３）がこの中心合せバネ部（３０）内に迄延
在し、この中心合せバネ部（３０）が前記回転子組立体
（３）の直径方向で両側に付加的永久磁石（３２、３３
）を具え、これらの付加的永久磁石（３２、３３）の極
が前記回転子磁石（５）に対して整列し、前記中心合せ
バネ部（３０）が固有の磁気中心合せバネ速度を助けて
、前記回転子組立体（３）をその回転角度レンジの中点に保つ付加的中心合
せバネ機能を生ずる手段を具える制限角度トルクモータ
。１０、更に、前記のモータ動力部（２）と中心合せバネ
部（１３０）との間に非磁性体のスペーサ（６０）を設
け、さもないと性能を劣化させる磁気相互作用から前記
両部を切り離すことを特徴とする特許請求の範囲第９項
記載の制限角度トルクモータ。