JP5601927B2

JP5601927B2 - ロータリアクチュエータ

Info

Publication number: JP5601927B2
Application number: JP2010176502A
Authority: JP
Inventors: 尚久小▲柳▼
Original assignee: Tokyo Parts Ind Co Ltd
Current assignee: Tokyo Parts Ind Co Ltd
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2030-08-05
Also published as: JP2012039721A

Description

本発明は、電磁駆動力を利用したロータリアクチュエータに関し、特に、ロータの停止位置の保持力が得られるロータリアクチュエータに関する。

従来、この種のロータリアクチュエータは、図７に示される構成のものが知られている。図７において、ケースは下部ケース本体１０１と上部取付板１０２で構成され、ケース本体１０１の内底面及び取付板１０２の内側には互いに対向して左右の電磁コイル１０３がコア１０４に巻装され、ロータがシャフト１０５を介し軸受１０６によって回転可能に取り付けられている。シャフト１０５に固定された支持部材１０５ａには永久磁石１０７が固定されている。１０８は、支持部材１０５ａの左右のストッパで、永久磁石１０７の左端がコア１０４の左端と一致したとき停止するようにケース本体１０１の内底面と取付板１０２の内側に立設されている。

しかしながら、このようなロータリアクチュエータでは、コア１０４と永久磁石１０７はそれぞれ左端が互いに対向して停止しているため、図８の保持トルク特性図に示すように、永久磁石の回転角度θが大きくなると保持トルクＴが急激に低下してしまう性質があり、この状態で振動などの外乱が作用すると、コア１０４と永久磁石１０７との吸着力が弱まり両者間の停止位置の保持状態が解消されてしまう。

この対策として、図９に示すように、永久磁石１０７が上述のコア１０４を行き過ぎた位置で停止させるようなストッパ１１８が設けられると、図１０に示すように、保持トルクＴは回転角度θに対して急激に低下しないことにより、保持力の安定領域が広がり、振動などの外乱が作用しても停止位置から離脱しにくくなるとされている（特許文献１）。

特開平１０−１４６０３６号公報

しかしながら、このようなロータリアクチュエータは、例えば、車両に搭載される空調装置の内気取入口や外気取入口を選択的に切り替えるロータリドアの開閉に用いられた場合、走行中の風圧や振動により、ロータリドアの停止位置の保持力が確保できずに動いてしまう場合がある。
そこでコアを大きくしたり永久磁石の磁界を強くしてコアと永久磁石の磁気吸引力を大きくすればロータリドアの停止位置の保持力は高まるが、ロータの往復運動時に、大きな電流が必要となり駆動効率が低下したり、起動トルクが大きくなってしまう。

そこで本発明は、駆動効率の低下や起動トルクの増大を抑制しつつ、ロータの停止位置を確実に保持できるロータリアクチュエータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成すべく成された本発明は、回転軸に支持されたマグネットを有するロータと、前記ロータに軸方向で対向する空芯コイルを有するステータとを具備し、前記空芯コイルの電磁作用によって往復運動するロータリソレノイドを用いたロータリアクチュエータであって、前記ロータに前記回転軸の軸方向で対向する摩擦力印加部材と、前記摩擦力印加部材と前記ロータを圧接させる付勢部材と、前記摩擦力印加部材と前記ロータとの圧接を解除させる反付勢部材とを有し、前記ロータには、前記回転軸の角度を検知する回転角検出センサが取り付けられている。

本発明のロータリアクチュエータでは、さらなる好ましい特徴として、
「前記摩擦力印加部材は、前記ロータの反ステータ側に配置されていること」、
「前記摩擦力印加部材は、前記ロータと前記ステータとの間に配置されていること」、
「前記付勢部材は、前記摩擦力印加部材を前記ロータに圧接させるものであること」、
「前記付勢部材は、前記ロータを前記摩擦力印加部材に圧接させるものであること」、
「前記付勢部材は、前記ロータに連結されたコイルバネであること」、
「前記付勢部材は、前記回転軸に挿入されたコイルバネであること」、
「前記反付勢部材は、電磁的な吸引力あるいは反発力を利用したものであること」、
「前記摩擦力印加部材は、前記ロータに対向する面に有する高摩擦材であること」、
「前記ロータは、前記摩擦力印加部材に対向する面に高摩擦材を有すること」、
を含むものである。

本発明のロータリアクチュエータは、従来のロータリアクチュエータのような磁気吸引力ではなく、摩擦力印加部材とロータとの摩擦力によって停止位置の保持力を得るものであると共に、この摩擦力を解除した状態でアクチュエータの駆動を行うことができるものである。このため、前記保持力の増大がアクチュエータ駆動時の障害にならず、駆動効率の低下や起動トルクの増大を招くことなく、停止位置を確実に保持できるようになる。

本発明の第１の実施形態例に係るロータリアクチュエータを下ケース側から示した分解斜視図である。本発明の第１の実施形態例に係るロータリアクチュエータを上ケース側から示した分解斜視図である。本発明の第１の実施形態例に係るロータリアクチュエータの断面図であり、（ａ）は摩擦力印加部材がロータを圧接している状態を示し、（ｂ）は摩擦力印加部材とロータが非接触の状態を示す。本発明の第２の実施形態例に係るロータリアクチュエータを下ケース側から示した分解斜視図である。本発明の第２の実施形態例に係るロータリアクチュエータを上ケース側から示した分解斜視図である。本発明の第２の実施形態例に係るロータリアクチュエータの断面図であり、（ａ）はロータが摩擦力印加部材を圧接している状態を示し、（ｂ）はロータと摩擦力印加部材が非接触の状態を示す。従来の要部上面図（ａ）及び（ａ）のＡ−Ａ´断面図（ｂ）である。従来のロータの回転角度θと保持トルクＴの特性図である。従来の別の要部上面図（ａ）及び（ａ）のＢ−Ｂ´断面図（ｂ）である。従来の別のロータの回転角度θと保持トルクＴの特性図である。

本発明は、回転軸に支持されたマグネット１２を有するロータ１０と、ロータ１０に軸方向で対向する空芯コイル２１を有するステータ２０とを具備し、空芯コイル２１の電磁作用によって往復運動するロータリソレノイドを用いたロータリアクチュエータ１であって、ロータ１０に回転軸１１の軸方向で対向する摩擦力印加部材２３と、摩擦力印加部材２３とロータ１０を圧接させる付勢部材１３と、摩擦力印加部材２３とロータ１０との圧接を解除させる反付勢部材５０とを有するものであり、以下に本発明の実施形態例を図面により詳細に説明する。

（第１の実施形態例）
図１は、本実施形態例に係るロータリアクチュエータ１を下ケース３側から示した分解斜視図であり、図２は、同じく上ケース２側から示した分解斜視図である。

ハウジングは、上ケース２と下ケース３の開口端部が互いに嵌合して所定の内部空間を有する箱状に形成される。
ステータ２０は、上ケース２の内底面２ｂに固定された非磁性の第１ベース板２２と、第１ベース板２２上に固定された空芯コイル２１を有する。
上ケース２の内底面２ｂには軸受２ａが設けられており、この軸受２ａは、燒結含油軸受あるいは上ケース２と一体に成形された樹脂軸受等で構成されている。
軸受２ａには回転軸１１が挿入され、回転軸１１にはロータ１０が固定されている。回転軸１１は、上ケース２から外部に突出され、図示しない外部装置と接続でき、ロータ１０の回転力が伝達できる。

ロータ１０は、扇状に形成され、軸受２ａに当接して軸支されており、ステータ側（上ケース側）に移動することがない。このロータ１０には、反ステータ側（下ケース側）に回転軸１１と同軸上にあって先端が半球状の突部１４が設けられる。この突部１４は、上下ケースを嵌合したとき下ケース３の内底面３ｂと当接する。よって、ロータ１０は、軸方向に移動しない。

このロータ１０の突部１４には、回転軸１１の角度を検知する回転角検出センサが取り付けられている。この回転角検出センサは、下ケース３の内底面３ｂに固定され、図示しない制御回路に接続されている。本例の回転角検出器センサは、ポテンショメータ７０から構成され、ロータ１０の突部１４が挿通され突部１４と一体に回転する図示しない回転体と、回転体を軸支する非回転体７１を有している。回転体には図示しないブラシが設けられている。一方、非回転体７１には、ブラシに摺接される図示しない抵抗体基板が設けられている。ブラシと抵抗体基板は、ロータ１０の回転により回転軸１１の角度を検出する検出手段として機能し、回転軸１１の角度に応じた電圧信号を検出できるようになっている。回転角検出センサとして、ホールセンサ、レゾルバ、ロータリエンコーダ、パルスセンサ等を組み込んでも回転軸の角度が検出できる。

このロータ１０には、上述の空芯コイル２１と対向してマグネット１２が設けられている。マグネット１２は、ロータ１０の回転方向に異極着磁されている。ロータ１０の反ステータ側の面には、第１の高摩擦材１５が設けられている。第１の高摩擦材１５は、例えば、ウレタンゴムシート、シリコーンゴム、ブチルゴム等のシートからなる。

このロータ１０は、マグネット１２の中央位置から左右に、例えば３０度ずつ、合わせて６０度の揺動範囲が設定されている。この揺動範囲の設定は、ロータ１０の往復運動を規制するストッパ部材２ｃにより行われる。なお、ロータは、ストッパ部材を設けずに上下ケースの内面に当接して規制されてもよい。

摩擦力印加部材２３は、第２の高摩擦材３２から形成され、ロータ１０の反ステータ側にあって、軸方向でロータ１０の第１の高摩擦材１５と対向配置され、後述する可動プレート３１に設けられている。第２の高摩擦材３２は、例えば、ウレタンゴムシート、シリコーンゴム、ブチルゴム等のシートからなる。

可動プレート３１は、略平面状に形成された非磁性の樹脂材であって、下ケース３の内底面３ｂに固定された第２ベース板５１に固定される２本の支柱３３を介し軸方向に移動自在に保持されている。
支柱３３の外周には、付勢部材１３が装着される。付勢部材１３は、圧縮コイルバネ３５で形成され、可動プレート３１と第２ベース板５１の間に配置され、第２の高摩擦材３２をロータ１０の第１の高摩擦材１５に圧接させるものである。支柱３３の先端には、可動プレート３１の移動を制限するフランジ３４が設けられている。

この可動プレート３１は、圧縮コイルバネ３５の伸張力により軸方向に移動し（図１矢印ａ方向）、ロータ１０を圧接する（図３（ａ）参照）。図３（ａ）は、本実施形態例の摩擦力印加部材２３がロータ１０を圧接しているときのロータリアクチュエータ１の断面図である。付勢部材１３は、板バネであってもよく、また、圧電体を２枚の電極で挟み電圧変化により発生する変位を利用した圧電素子でもよい。

第２の高摩擦材３２とロータ１０との圧接を解除させる反付勢部材５０として、電磁的な吸引力を利用している。本例では、反付勢部材５０は、鉄心５３を内装する電磁コイル５２と、後述の第１の磁性体３７が用いられる。鉄心５３を内装する電磁コイル５２は、第２ベース板５１に設けられ、可動プレート３１と対向配置されている。この可動プレート３１には、鉄心５３を内装する電磁コイル５２と対向する平板状の第１の磁性体３７が設けられている。
より具体的には、反付勢部材５０は、ロータ１０の反ステータ側にあり、第１の磁性体３７は、反ステータ側（下ケース側）の可動プレート３１上に配置され、鉄心５３を内装する電磁コイル５２は、下ケース３の第２ベース上に配置される。

電磁コイル５２が通電されると、磁化された鉄心５３が第１の磁性体３７を吸引することにより、反付勢部材は、電磁的な吸引力を利用し、可動プレート３１は、軸方向に移動し（図１矢印ｂ方向）、第２の高摩擦材３２は第１の高摩擦材１５と非接触となる（図３（ｂ）参照）。図３（ｂ）は、本実施形態例の摩擦力印加部材２３とロータ１０が非接触のときのロータリアクチュエータ１の断面図である。反付勢部材は、電磁プランジャで構成してもよい。

このような構成により、電磁コイル５２が通電されると、可動プレート３１は、電磁的な吸引力により、圧縮コイルバネ３５の伸張力に打ち勝って反ステータ側に移動し（図１矢印ｂ方向）、第２の高摩擦材３２とロータ１０は非接触となる（図３（ｂ）参照）。この状態を維持しながら、空芯コイル２１に電流を流すと、マグネット１２の磁束と直交する空芯コイル２１がフレミングの左手の法則に従い、電流と磁束の大きさに応じた力を発生させ、ロータ１０は回転軸１１を中心に一方に回転する。空芯コイル２１への電流を逆にすると、ロータ１０は回転軸１１を中心に他方に回転できる。よって、ロータ１０は通電方向の切替えにより往復運動でき、回転軸を通じて回転力を外部に出力できる。

ロータ１０が往復運動するとポテンショメータ７０により回転軸１１の角度が検出される。このロータ１０が所定の位置にくると、制御回路は、電磁コイル５２への通電を止める。すると、可動プレート３１は、圧縮コイルバネ３５の伸張力によりロータ１０を付勢する方向に移動する（図１矢印ａ方向）。すると、圧縮コイルバネ３５は、可動プレート上の第２の高摩擦材３２をロータ１０の第１の高摩擦材１５に圧接させ（図３（ａ）参照）、ロータの停止位置が保持される。

よって、本例のロータリアクチュエータは、従来のロータリアクチュエータのような磁気吸引力ではなく、摩擦力印加部材とロータとの摩擦力によって停止位置の保持力を得るものであると共に、この摩擦力を解除した状態でアクチュエータの駆動を行うことができるものである。このため、前記保持力の増大がアクチュエータ駆動時の障害にならず、駆動効率の低下や起動トルクの増大を招くことなく、停止位置を確実に保持できるようになる。

また、本例のロータリアクチュエータは、ロータの回転軸の軸方向で対向する摩擦力印加部材とロータとの摩擦力によって停止位置の保持力を得るものであるため、従来のロータリアクチュエータのように必ずしも突き当て式のストッパによってロータを停止させる必要がない。このため、公知の任意の位置もしくは回転角検出センサ（例えば、ホールセンサ、レゾルバ、ロータリエンコーダ、パルスセンサ、ポテンショメータ等）を組み込むことにより、任意の停止位置で保持することができ、使用用途を格段に広げることができる。また、ロータが任意の停止位置で保持され、振動などの外乱が発生しても、停止位置を確実に保持できるものである。

また、本例のロータリアクチュエータは、摩擦力印加部材とロータとの摩擦力によって停止位置の保持力を得るものであると共に、この摩擦力を解除した状態でアクチュエータの駆動を行う。この摩擦力を解除するため、反付勢部材が設けられている。この反付勢部材は、本例では鉄心を内装する電磁コイルや第１の磁性体が用いられる。鉄心を内装する電磁コイルや第１の磁性体がマグネットと近接すると磁気的に吸着して保持力を持ち、駆動効率の低下や起動トルクの増大の原因になる。そこで、本例のロータリアクチュエータでは、反付勢部材は、ロータの反ステータ側にあり、第１の磁性体は、反ステータ側（下ケース側）の可動プレート上に配置され、鉄心を内装する電磁コイルは、下ケースの第２ベース上に配置される。よって、マグネットは、鉄心を内装する電磁コイルや第１の磁性体と近接することがなく、電磁コイルに通電した状態でロータが回転運動しても駆動効率が低下したり起動トルクが増大することがない。

また、本例のロータリアクチュエータは、従来のロータリアクチュエータのような電磁コイルに内装されたコアと永久磁石との磁気吸引力を利用してロータを回転運動させるものではなく、回転軸に支持されたマグネットを有するロータと、ロータに軸方向で対向する空芯コイルを有するステータとを具備し、空芯コイルの電磁作用によってロータが往復運動するため、ロータの回転運動を一定速度に制御することができ、滑らかな回転運動が得られる。

また、本例のロータリアクチュエータでは、摩擦力印加部材は、ロータの反ステータ側に配置されているため、ロータとステータとの間に摩擦力印加部材を配置することがなくマグネットと空芯コイルとのクリアランスを小さく設定できるため駆動効率が低下することがない。
また、本例のロータリアクチュエータでは、付勢部材は、摩擦力印加部材をロータに圧接させるものであるため、簡単な構成でロータの停止位置を確実に保持できる。

また、本例のロータリアクチュエータでは、反付勢部材は、電磁的な吸引力を利用したものであるため、機械的な摩擦を発生させることがなく、低損失のロータリアクチュエータとなる。
また、本例のロータリアクチュエータでは、摩擦力印加部材は、ロータに対向する面に有する第２の高摩擦材であり、また、ロータは、摩擦力印加部材に対向する面に第１の高摩擦材を有するため、ロータと摩擦力印加部材との間に機械的な面接触抵抗が発生し位置保持がさらに確実に確保できる。

（変形例１）
第１の実施形態例では、鉄心を内装する電磁コイルが、可動プレートに設けられた第１の磁性体を磁気的に吸引した構成であったが、次のような構成にしてもよい。
可動プレートは、第１の実施形態例では、第２ベース板に固定される２本の支柱を介し軸方向に移動自在に保持されていたが、本例では、第１ベース板に固定される２本の支柱を介し軸方向に移動自在に保持される。本例の支柱は、空芯コイルの両側から離れて配置される。そのため、本例の支柱がロータの回転方向の両側に配置されても、ロータは支柱に当接することなく回転運動できる。本例の支柱の先端には、可動プレートの移動を制限するフランジが設けられる。
付勢部材は、第１の実施形態例では、圧縮コイルバネが支柱に装着され可動プレートと第２ベース板との間に設けられていたが、本例では、引張コイルバネが支柱に装着され可動プレートと第１ベース板に係合して連結されており、この引張コイルバネが、可動プレートに設けられる第２の高摩擦材をロータに圧接させる。
第２の高摩擦材とロータとの圧接を解除させる反付勢部材として、鉄心を内装する電磁コイルは、第１の実施形態例では、第２ベース板に設けられ、可動プレートの第１の磁性体と対向配置されていたが、本例では、第１ベース板の空芯コイルと支柱との間にそれぞれ設けられる。また、第１の実施形態例では、可動プレートの反ステータ側の面に第１の磁性体が設けられていたが、本例では、空芯コイルの両側に設けられた鉄心を内装する電磁コイルと対向配置されるように、可動プレートのステータ側の面に片面１極着磁された浮揚磁石が設けられる。この電磁コイルに電流を流すと、電磁コイルは浮揚磁石と同極の磁束が発生し、電磁的な反発力を利用して、可動プレートは反ステータ側に移動する。

このような構成により、電磁コイルが通電されると、可動プレートは、電磁的な反発力により、引張コイルバネの引張力に打ち勝って反ステータ側に移動し、第２の高摩擦材とロータは非接触となる。この状態を維持しながら、空芯コイルに電流を流すと、マグネットの磁束と直交する空芯コイルがフレミングの左手の法則に従い、電流と磁束の大きさに応じた力を発生させ、ロータは回転軸を中心に一方に回転する。空芯コイルへの電流を逆にすると、ロータは回転軸を中心に他方に回転できる。よって、ロータは通電方向の切替えにより往復運動でき、回転軸を通じて回転力を外部に出力できる。

ロータが往復運動するとポテンショメータにより回転軸の角度が検知される。そしてロータが所定の位置にくると、制御回路は、電磁コイルへの通電を止める。すると、可動プレートは、引張コイルバネの引張力によりステータ側に移動し、引張コイルバネは、可動プレートに設けられる第２の高摩擦材をロータに設けられる第１の高摩擦材に圧接させ、ロータの停止位置が保持される。

このようにしても、本例のロータリアクチュエータは、従来のロータリアクチュエータのような磁気吸引力ではなく、摩擦力印加部材とロータとの摩擦力によって停止位置の保持力を得るものであると共に、この摩擦力を解除した状態でアクチュエータの駆動を行うことができるものである。このため、前記保持力の増大がアクチュエータ駆動時の障害にならず、駆動効率の低下や起動トルクの増大を招くことなく、停止位置を確実に保持できるようになる。このような例であっても、本発明のロータリアクチュエータに適用できる。

なお、第１の実施形態例の説明では、可動プレートに設けられる第２の高摩擦材をロータに設けられる第１の高摩擦材に圧接させることにより、摩擦力印加部材とロータの停止位置の保持力が得られたが、次のように構成してもよい。ロータは、回転軸を中心とする中実の円錐台形状に形成され、この円錐台形状の外周テーパ面は、反ステータ側にいくにしたがって次第に小径となる傾斜面を有し、この外周テーパ面と当接する略同一形状の内壁面を有する中空の円錐台形状が可動プレートに設けられ、摩擦力印加部材（第２の高摩擦材）が、中実の円錐台形状の外周テーパ面に設けられる。このようにしても、摩擦力印加部材とロータとの摩擦力によって停止位置の保持力を得るものであると共に、この摩擦力を解除した状態でアクチュエータの駆動を行うことができる。このときロータの可動範囲は３６０度となり、使用用途を格段に広げることができる。

（第２の実施形態例）
図４は、本実施形態例の各構成要素を分解して下ケース側から示した分解斜視図である。図５は、本実施形態例を上ケース側から示した分解斜視図である。

第１の実施形態例では、ロータ１０は軸方向に移動することなく回転軸１１を中心に回転したが、第２の実施形態例では、ロータ１０は軸方向に移動すると共に回転軸１１を中心に回転するものである。

ハウジングは、上ケース２と下ケース３の開口端部が互いに嵌合して所定の内部空間を有する箱状に形成される。
ステータ２０は、上ケース２の内底面２ｂに固定された非磁性の第１ベース板２２と、第１ベース板２２上に固定された空芯の空芯コイル２１を有する。この空芯コイル２１上には、摩擦力印加部材２３である第３の高摩擦材６０が設けられ、第３の高摩擦材６０は、ロータ１０とステータ２０との間に配置されている。第３の高摩擦材６０は、例えば、ウレタンゴムシート、シリコーンゴム、ブチルゴム等のシートからなる。

上ケース２の内底面２ｂには軸受２ａが設けられており、この軸受２ａは、燒結含油軸受あるいは上ケース２と一体に成形された樹脂軸受等で構成される。
軸受２ａには回転軸１１が挿入され、回転軸１１にはロータ１０が固定されている。回転軸１１は、上ケース２から外部に突出され、外部装置と接続でき、ロータ１０の回転力が伝達できる。

このロータ１０には、空芯コイル２１と対向してマグネット１２が設けられている。マグネット１２は、ロータ１０の回転方向に異極着磁されている。そして第３の高摩擦材６０に対向するマグネット１２面には、図示しない第４の高摩擦材が設けられてもよい。第４の高摩擦材は、例えばウレタンゴムシート、シリコーンゴム、ブチルゴム等のシートからなる。

付勢部材１３は、引張コイルバネ３６で形成される。この付勢部材１３は、回転軸１１に挿入され、ロータ１０と軸受２ａ間に配置される。引張コイルバネ３６は、ロータ１０および上ケース２に係止され連結されている。これによりロータ１０は、引張コイルバネ３６の引張力により軸方向に移動し（図４矢印ａ方向）、引張コイルバネ３６は、ロータ１０を第３の高摩擦材６０に圧接させる（図６（ａ）参照）。図６（ａ）は、ロータ１０が摩擦力印加部材２３を圧接しているときのロータリアクチュエータ１の断面図である。この付勢部材は、板バネであってもよい。

このロータ１０には、回転軸１１と反対面に先端が半球状の突部１４が設けられている。ロータ１０が摩擦力印加部材２３を圧接しているとき、突部１４は、下ケース３の内底面３ｂと当接しないで非接触状態となる（図６（ａ）参照）。そしてロータ１０が反ステータ側に移動したとき（図４矢印ｂ方向）、突部１４は、下ケース３の内底面３ｂと当接する（図６（ｂ）参照）。図６（ｂ）は、ロータ１０と摩擦力印加部材２３が非接触のときのロータリアクチュエータ１の断面図である。これによりロータは、軸方向に移動できると共に回転軸１１を中心に回転できるものである。

このロータ１０の突部１４には、回転軸１１の角度を検知する回転角検出センサが取り付けられている。この回転角検出センサは、下ケース３の内底面３ｂに固定され、図示しない制御回路に接続されている。本例の回転角検出器センサは、ポテンショメータ７０から構成され、突部１４が挿通され突部１４と一体に回転する図示しない回転体と、回転体を軸支する非回転体７１を有している。この回転体は、突部１４が軸方向に移動しても一体に回転できるものである。回転体には図示しないブラシが設けられている。一方、非回転体７１には、ブラシに摺接される図示しない抵抗体基板が設けられている。ブラシと抵抗体基板は、ロータの回転により回転軸の角度を検出する検出手段として機能し、回転軸の角度に応じた電圧信号を検出できるようになっている。回転角検出センサとして、ホールセンサ、レゾルバ、ロータリエンコーダ、パルスセンサ等を組み込んでも回転軸の角度が検出できる。

また、ロータ１０は、マグネット１２の中央位置から左右に、例えば３０度ずつ、合わせて６０度の揺動範囲が設定されている。この揺動範囲の設定は、ロータ１０の往復運動を規制するストッパ部材２ｃにより行われる。なお、ロータは、ストッパ部材を設けずに上下ケースの内面に当接して規制されてもよい。

マグネット１２と第３の高摩擦材６０との圧接を解除させる反付勢部材５０として、鉄心５３を内装する電磁コイル５２と、後述の第２の磁性体３８が用いられる。鉄心５３を内装する電磁コイル５２は、下ケース３の内底面３ｂに固定された第２ベース板５１に設けられ、ロータ１０と対向配置されている。ロータ１０の反ステータ側の面には、鉄心５３を内装する電磁コイル５２と対向して、平板状の第２の磁性体３８が設けられている。電磁コイル５２が通電されると、磁化された鉄心５３が第２の磁性体３８を吸引して電磁的な吸引力を利用することにより、ロータ１０は、軸方向に移動し（図４矢印ｂ方向）、マグネット１２と第３の高摩擦材６０は非接触となる（図６（ｂ）参照）。この反付勢部材は、ロータ１０と上ケース２の内底面２ｂに係止され連結された電磁プランジャであってもよい。

このような構成により、電磁コイル５２が通電されると、ロータ１０は、電磁的な吸引力により、引張コイルバネ３６の引張力に打ち勝って電磁コイル側に移動し（図４矢印ｂ方向）、突部１４が下ケース３の内底面３ｂに当接し、マグネット１２と第３の高摩擦材６０は非接触となる（図６（ｂ）参照）。この状態を維持しながら、空芯コイル２１に電流を流すと、マグネット１２の磁束と直交する空芯コイル２１がフレミングの左手の法則に従い、電流と磁束の大きさに応じた力を発生させ、ロータ１０は回転軸を中心に一方に回転する。空芯コイル２１への電流を逆にすると、ロータ１０は回転軸１１を中心に他方に回転できる。よって、ロータは通電方向の切替えにより往復運動でき、回転軸を通じて回転力を外部に出力できる。

ロータ１０が往復運動するとポテンショメータ７０により回転軸１１の角度が検知される。そしてロータ１０が所定の位置にくると、制御回路は、電磁コイル５２への通電を止める。するとロータ１０は、引張コイルバネ３６の引張力により軸方向に移動し（図４矢印ａ方向）、引張コイルバネ３６は、ロータ１０を空芯コイルの第３の高摩擦材６０に圧接させ（図６（ａ）参照）、マグネット１２と第３の高摩擦材６０が機械的に接触する。

また、本例のロータリアクチュエータは、ロータの回転軸の軸方向で対向する摩擦力印加部材とロータとの摩擦力によって停止位置の保持力を得るものであるため、従来のロータリアクチュエータのように必ずしも突き当て式のストッパによってロータを停止させる必要がない。このため、公知の任意の位置もしくは回転角検出センサ（例えば、ホールセンサ、レゾルバ、ロータリエンコーダ、パルスセンサ、ポテンショメータ等）を組み込むことにより、任意の停止位置で保持することができ、使用用途を格段に広げることができる。

また、本例のロータリアクチュエータは、摩擦力印加部材とロータとの摩擦力によって停止位置の保持力を得るものであると共に、この摩擦力を解除した状態でアクチュエータの駆動を行う。この摩擦力を解除するため、反付勢部材が設けられている。この反付勢部材は、本例では鉄心を内装する電磁コイルや第２の磁性体が用いられる。鉄心を内装する電磁コイルや第２の磁性体がマグネットと近接すると磁気的に吸着して保持力を持ち、駆動効率の低下や起動トルクの増大の原因になる。そこで、本例のロータリアクチュエータでは、反付勢部材は、ロータの反ステータ側に配置され、第２の磁性体は、マグネットとは反対面のロータに配置され、この磁性体と対向するように鉄心を内装する電磁コイルが下ケースの第２ベース上に配置されている。よって、マグネットは、鉄心を内装する電磁コイルや第２の磁性体と近接することがなく、電磁コイルに通電した状態でロータが回転運動しても駆動効率が低下したり起動トルクが増大することがない。

また、本例のロータリアクチュエータでは、摩擦力印加部材は、ロータとステータとの間に配置されているため、付勢部材が、ロータを摩擦力印加部材に圧接させたとき、空芯コイルは直接、マグネットと当接することがないため空芯コイルが傷ついたり断線してしまうことがない。
また、本例のロータリアクチュエータでは、付勢部材は、ロータを摩擦力印加部材に圧接させるものであるため、簡単な構成でロータの停止位置を確実に保持できる。
また、本例のロータリアクチュエータでは、付勢部材は、ロータに連結されたコイルバネであるため、簡単な構成でロータを付勢できる。

また、本例のロータリアクチュエータでは、付勢部材は、回転軸に挿入されたコイルバネであるため、簡単な構成でロータを付勢できる。
また、本例のロータリアクチュエータでは、反付勢部材は、電磁的な吸引力を利用したものであるため、機械的な摩擦を発生させることがなく、低損失のロータリアクチュエータとなる。
また、本例のロータリアクチュエータでは、摩擦力印加部材は、ロータに対向する面に有する第３の高摩擦材であり、また、ロータは、摩擦力印加部材に対向する面に第４の高摩擦材を有することにより、ロータと摩擦力印加部材との間に機械的な面接触抵抗が発生するため位置保持がさらに確実に確保できる。

（変形例２）
第２の実施形態例では、付勢部材の引張コイルバネがロータと軸受間に配置されていたが、本例では、付勢部材は、回転軸と反対軸の突部に挿入される圧縮コイルバネで形成され、ロータとポテンショメータとの間に配置され、ロータを第３の高摩擦材に圧接させるものである。
第３の高摩擦材とロータとの圧接を解除させる反付勢部材として、鉄心を内装する電磁コイルは、第２の実施形態例では、第２ベース板に固定され、ロータの第２の磁性体と対向配置されていたが、本例では、第１ベース板に固定され、空芯コイルと軸受間に設けられる。
また、第２の実施形態例では、ロータの反ステータ側の面に第２の磁性体が設けられていたが、本例では、空芯コイルと軸受間に配置された鉄心を内装する電磁コイルと対向配置されるように、ロータのステータ側の面に片面１極着磁された浮揚磁石が設けられる。電磁コイルに電流を流すと、電磁コイルは、浮揚磁石と同極の磁束が発生し、電磁的な反発力を利用して、ロータが反ステータ側に移動し、第３の高摩擦材とロータが非接触状態となる。

このような構成により、電磁コイルが通電されると、ロータは、電磁的な反発力により、圧縮コイルバネの伸張力に打ち勝って反ステータ側に移動し、ロータとステータは非接触となる。この状態を維持しながら、空芯コイルに電流を流すと、マグネットの磁束と直交する空芯コイルがフレミングの左手の法則に従い、電流と磁束の大きさに応じた力を発生させ、ロータは回転軸を中心に一方に回転する。空芯コイルへの電流を逆にすると、ロータは回転軸を中心に他方に回転できる。よって、ロータは通電方向の切替えにより往復運動でき、回転軸を通じて回転力を外部に出力できる。

ロータが往復運動すると、ポテンショメータにより回転軸の角度が検知される。そしてロータが所定の位置にくると、制御回路は、電磁コイルへの通電を止める。するとロータは、圧縮コイルバネの伸張力によりステータ側に移動し、圧縮コイルバネは、マグネットを空芯コイル上に設けられる第３の高摩擦材に圧接させ、ロータの停止位置が保持される。

第２の実施形態例の説明では、ロータは、扇状であったが回転軸を中心とする円盤形状でもよく、この場合、ロータの可動範囲が３６０度となり、使用用途を格段に広げることができる。

１ロータリアクチュエータ
２上ケース
２ａ軸受
２ｂ内底面
２ｃストッパ部材
３下ケース
３ｂ内底面
１０ロータ
１１回転軸
１２マグネット
１３付勢部材
１４突部
１５第１の高摩擦材
２０ステータ
２１空芯コイル
２２第１ベース板
２３摩擦力印加部材
３１可動プレート
３２第２の高摩擦材
３３支柱
３４フランジ
３５圧縮コイルバネ
３６引張コイルバネ
３７第１の磁性体
３８第２の磁性体
５０反付勢部材
５１第２ベース板
５２電磁コイル
５３鉄心
６０第３の高摩擦材
７０ポテンショメータ
７１非回転体

Claims

回転軸に支持されたマグネットを有するロータと、前記ロータに軸方向で対向する空芯コイルを有するステータとを具備し、前記空芯コイルの電磁作用によって往復運動するロータリソレノイドを用いたロータリアクチュエータであって、
前記ロータに前記回転軸の軸方向で対向する摩擦力印加部材と、前記摩擦力印加部材と前記ロータを圧接させる付勢部材と、前記摩擦力印加部材と前記ロータとの圧接を解除させる反付勢部材とを有し、
前記ロータには、前記回転軸の角度を検知する回転角検出センサが取り付けられていることを特徴とするロータリアクチュエータ。
前記摩擦力印加部材は、前記ロータの反ステータ側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリアクチュエータ。
前記摩擦力印加部材は、前記ロータと前記ステータとの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリアクチュエータ。
前記付勢部材は、前記摩擦力印加部材を前記ロータに圧接させるものであることを特徴とする請求項２に記載のロータリアクチュエータ。
前記付勢部材は、前記ロータを前記摩擦力印加部材に圧接させるものであることを特徴とする請求項３に記載のロータリアクチュエータ。
前記付勢部材は、前記ロータに連結されたコイルバネであることを特徴とする請求項５に記載のロータリアクチュエータ。
前記付勢部材は、前記回転軸に挿入されたコイルバネであることを特徴とする請求項６に記載のロータリアクチュエータ。
前記反付勢部材は、電磁的な吸引力あるいは反発力を利用したものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のロータリアクチュエータ。
前記摩擦力印加部材は、前記ロータに対向する面に有する高摩擦材であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のロータリアクチュエータ。
前記ロータは、前記摩擦力印加部材に対向する面に高摩擦材を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のロータリアクチュエータ。