JPH043585Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、コイルに励磁電流を通電することに
よつてロータマグネツトを回転させ、バルプ等を
開閉させるロータリアクチユエータのステータに
関する。

（従来の技術） 従来、ロータリアクチユエータとして、例え
ば、特許出願公開昭和58−212361号公報もしくは
特許出願公開昭和58−186360号公報に開示された
ものがあり、第１３図は、そのロータリアクチユ
エータの断面を示し、第１４図はそれを模式的に
示したものである。第１３図に示すように、従来
のロータリアクチユエータはステータ３１を巻芯
としてボビン３２に収納されたコイル３３を配
し、ボビン３２が取付けられたステータ部分と相
対する位置に貫通穴３４を形成し、ハウジング３
５に装着された軸受３６によつて支持されたロー
タマグネツト３７を貫通穴３４に配したものであ
る。

また、第１４図に示すように、貫通穴３４部に
おけるロータマグネツト３７とのクリアランス３
８，３９は、クリアランス４０，４１より小さく
形成されている。

このロータマグネツト３７を回転させるために
は、コイル３３に励磁電流を通電してステータ３
１とロータマグネツト３７との間にトルクを発生
させ、矢印の方向、例えば時計方向に回転させ、
逆に、反時計方向に回転させる場合は、コイル３
３に反対方向の励磁電流を通電する。また、ロー
タマグネツト３７のＮ、Ｓ極と、ステータ３１の
クリアランス３８，３９の最狭部と一致した点が
無励磁状態におけるロータマグネツト３７の安定
位置になる。

ロータマグネツト３７とステータ３１を有する
本例のようなロータリアクチユエータは、コイル
３３に励磁電流を通電しないときに、ロータマグ
ネツト３７自体の磁力で安定位置に戻る復元トル
クすなわちデイテントトルクと、コイル３３に励
磁電流を通電したときのステータ３１の磁力とロ
ータマグネツト３７の磁力によつて発生する回転
トルク、すなわち発生トルクとの合力で作動する
ものであり、第４図のロータマグネツト回転角度
に対するトルクの対応図に示すように、デイテン
トトルクTDと発生トルクTAの合力、すなわち
静止トルクTSがゼロになる点A′がロータマグネ
ツト３７の励磁静止点となり、コイル３３の励磁
電流を遮断したときにロータマグネツト３７がデ
イテントトルクTDによつて戻る安定位置がＡ点
であることを示している。

従つて、ロータリアクチユエータの作業効率を
向上させるためには、前記デイテントトルクTD
を効果的に発生させる必要があり、そのため、ロ
ータマグネツト３７の磁力を効率よくステータ３
１に伝達する必要がある。

（考案が解決しようとする問題点） 前記従来のロータリアクチユエータにおいて、
ロータマグネツト３７の間にクリアランス３８及
び３９を形成するステータ３１の部分を極歯とす
れば、この極歯はステータ３１が一体式に製作さ
れるため、加工上の制約を受けて矩形を成してい
る。

この矩形状極歯を有するステータ３１を用いた
従来のロータリアクチユエータの場合、デイテン
トトルクTDに対して効率が悪いことが実験的に
確認されている。すなわち、同実験結果を示した
第５図には、極歯先端幅をＷ１、極歯根元幅をＷ
２とした場合、Ｗ１／Ｗ２が１、すなわち矩形形
状に近ずく程、デイテントトルクが低下する傾向
にあることが示されている。

しかしながら、前記従来のステータ３１の極歯
形状は、前記加工上の制約により矩形形状以外の
形状に変更することが困難である。そのため、極
歯形状の変更以外でデイテントトルクを大きくす
るためには強力に着磁されたロータマグネツトを
使う必要があり、それによつてロータリアクチユ
エータのコストが高くなるという問題があつた。

そこで本考案においては、ステータを２分割式
の同一形状カツプ型にするとともに極歯形状を極
歯先端幅／極歯根元幅の比が小さくなるように先
端部を絞り形状に形成した。

また、デイテントトルクの大きさは、前記２分
割式カツプ型ステータの対向組付状態での隣接し
た異極極歯の先端面位置によつて左右されること
が実験的に確認された。この実験は第６図に示す
ように、隣接した異極極歯の先端面の重なり長
さ、すなわちオーバーラツプ量をロータマグネツ
トの長さで割算した値のパーセンテージをオーバ
ーラツプ率として横軸にとり、一方、デイテント
トルクを縦軸にとつて、オーバーラツプ率を変化
させたとき、デイテントトルクがどのように変化
するかを実験確認したものである。

この実験結果が示すように、オーバーラツプ率
が０％〜30％の範囲においてデイテントトルクが
最大になることが確認された。

そこで本考案においては、ステータの極歯を容
易に任意形状に加工することが可能な２分割式の
カツプ型ステータとするとともに極歯形状を、極
歯先端幅／極歯根元幅の比が小さくなるように先
端部を絞り形状に形成し、前記それぞれのステー
タを、隣接した異極極歯のそれぞれの先端面が同
一面か、もしくは僅かにオーバーラツプした位置
にくるように組付けることによつてデイテントト
ルクの効率を向上させることを解決すべき技術的
課題とするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するための技術的手段は、先
端絞り形状を成した複数の極歯を円筒上に形成し
た同一形状のカツプ型磁性部材を対向させたステ
ータと、該ステータの内部に収納されて励磁電流
が通電されたときに前記極歯に磁極を発生させる
コイルと、前記ステータの内周部に設けたロータ
マグネツトとを備えたロータリアクチユエータに
おいて、前記ステータに形成された極歯のうちの
隣接した異極極歯のそれぞれの先端面の位置を同
一面もしくは僅かにオーバーラップさせたことで
ある。

（作用） 上記のように前記ロータリアクチユエータのス
テータに形成された極歯が先端絞り形状のため、
極歯先端幅／極歯根元幅の比が小さくなり、その
結果、前記第５図に示したようにデイテントトル
クが大きくなる。また、隣接した異極極歯のそれ
ぞれの先端面の位置を同一面、もしくは僅かにオ
ーバーラツプさせることによつて、前記第６図に
示したオーバーラツプ率、すなわち（オーバーラ
ツプ量／ロータマグネツト長さ）×100を０％〜30
％にしてデイテントトルクを大きくさせる。以上
の相乗作用によりデイテントトルクの効率を向上
させる作用をする。

（実施例） 次に、本考案の一実施例を図面に従つて説明す
る。

第１図は、ロータリアクチユエータ１の断面を
示したもので、ハウジング２とカバー３で形成さ
れたスペースにボビン４に巻かれた中間タツプ付
コイル５を配設したカツプ状のステータ６を装着
し、ステータ６の内周部にシヤフト７と一体にな
つたロータマグネツト８を軸受９，１０で支持さ
せたものである。

第２図は第１図に示したロータリアクチユエー
タ１の構造分解図である。この中で、ステータ６
は同一形状のステータ部材１１および１２を対向
させて構成したもので、ステータ部材１１には極
歯１１Ａおよび１１Ｂが形成され、ステータ部材
１２には極歯１２および１２Ｂが形成される。極
歯１１Ａ，１１Ｂおよび極歯１２Ａ，１２Ｂは、
ステータ部材１１と１２を対向組付けしたとき第
３図に示すように不等間隔になるように形成され
る。

第３図は、前記極歯１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，
１２Ｂの形状例を展開図で示したものである。第
３図に示した極歯のうち、異極同志の極歯間隔、
この場合は極歯１１Ａ，１２Ａ間および極歯１１
Ｂと１２Ｂ間の間隔ａを狭く、同極同志の極歯間
隔、この場合は極歯１１Ａと１１Ｂ間および極歯
１２Ａと１２Ｂの間隔ｂを広くするとともに、極
歯先端部を絞り形状に形成したもので、さらに異
極同志の相対する極歯端面は、ロータマグネツト
８の軸方向に一致させ、同極同志の相対する極歯
端面は、ロータマグネツト８の軸方向に一致させ
ないようにしたものである。

さらに、極歯１１Ａと１２Ａおよび極歯１１Ｂ
と１２Ｂのオーバーラツプ量がロータマグネツト
８の長さの０％〜30％になるようにセツトしたも
のである。

次に、本実施例の作用を説明する。

上記構成を有するカツプ状ステータ６の内周部
に配設されたロータマグネツト８には、ロータマ
グネツト８自体の磁力により安定点に戻ろうとす
る力、すなわち、デイテントトルクが作用する。
前記第４図に示したように、一点鎖線で示したデ
イテントトルクTDがゼロになるＡ点がロータマ
グネツト８の安定点であり、この安定点Ａは、僅
少な極歯間隔a′を有する隣接極歯の中心である。
この理由は、ロータマグネツト８から発生した磁
力線の多くが、前記広い極歯間隔ｂより僅少な極
歯間隔ａの方を通過するからである。

次にデイテントトルクの大きさについて説明す
る。

前記第５図に示したように、デイテントトルク
の大きさは極歯の極歯先端幅／極歯根元幅の大き
さによつて変化することが実験で確認されてい
る。実験の結果、従来のように極歯形状を矩形に
した場合より、本願のように先端になるに従つて
細くした先端絞り形状の極歯の方が、デイテント
トルクを50％〜70％大きくすることが確かめられ
た。これは極歯の先端を絞ることによつて、磁力
が集中し易くなるためと考察される。

さらに、前記第６図に示したように、デイテン
トトルクの大きさは、隣接した異極極歯間のオー
バーラツプ量によつて変化することが実験で確認
されている。第６図に示されるように、前記オー
バーラツプ量がロータマグネツトの長さの０％〜
30％においてデイテントトルクが極大になるとい
う特性がある。そのため、本願のようにな前記オ
ーバーラツプ率を０％〜30％にするように極歯先
端位置を設定することによつてデイテントトルク
の大きさを増す作用をする。

上記作用をさらに詳しく検討すると、隣接した
異極極歯、例えば極歯１１Ａの先端と極歯１２Ａ
の先端が、第７図ａに示すようにほぼ面一か、僅
かにオーバーラツプしている場合、例えば、コイ
ル５に印加される電圧が低くて極歯が磁気飽和し
ていないときは、極歯は極歯１１Ａおよび１２Ａ
の先端に発生する。

従つて、極歯１１Ａおよび１２Ａの先端がロー
タマグネツト８の中央部に位置するようにセツト
すると、異極極歯間に流れる漏洩磁束が小さくな
つて、第７図ｂに示すようにロータマグネツト８
に作用する有効磁束が増加し、かつ、極歯から発
生する磁束がロータマグネツト８に均等に作用
し、ロータリアクチユエータの効率が良い。

一方、コイル５に印加される電圧が高くて極歯
の先端が磁気飽和すると、異極極歯１１Ａおよび
１２Ａに発生する磁極は極歯の先端部よりそれぞ
れ僅かに根元側に移る。この状態では極歯から発
生する磁束がロータマグネツト８に対して不均等
に作用し、ロータリアクチユエータの効率が低下
する。そこで、第８図ａに示すように磁極の位置
がずれた分だけ、極歯１１Ａおよび１２Ａの先端
位置を移動させてそれぞれの磁極をロータマグネ
ツト８の中央に移動させることにより、第８図ｂ
に示すように極歯から発生する磁束をロータマグ
ネツト８に対して均等に作用させる。また、漏洩
磁束は、前記磁極が極歯先端に発生した場合に比
較して多少多くなるが、ロータリアクチユエータ
の実際の使用に際して問題にはならない。

一方、隣接した異極極歯が第９図ａに示すよう
に大きくオーバーラツプしているときは、極歯１
１Ａおよび１２Ａで発生する磁束の多くが隣接し
た極歯に漏洩磁束となつて流れ、ロータマグネツ
ト８に作用する有効磁束が減少する。さらに第９
図ｂに示すように極歯から発生する磁束がロータ
マグネツト８に不均等に作用し、ロータリアクチ
ユエータの効率が悪い。なお、従来の極歯は、上
記オーバーラツプ率が約100％に相当する。

逆に、隣接した異極極歯のそれぞれの先端が、
第１０図ａに示すように大きく離れているときに
は、ロータマグネツト８に作用する有効磁束が減
少し、漏洩磁束が多くなり、かつ、第１０図ｂに
示すように極歯から発生する磁束がロータマグネ
ツト８に不均等に作用するためロータリアクチユ
エータの効率が悪い。

次に本実施例のロータリアクチユエータ１の基
本作用について第１１図〜第１２図に従つて説明
する。

第１１図は、第１図および第２図に示したロー
タリアクチユエータ１の構成を模型的に示したも
のである。コイル５が外部の励磁電源６０から励
磁電流を通電されたときに、極歯１１Ａ，１１
Ｂ，１２Ａ，１２Ｂに磁極が発生し、ロータマグ
ネツト８の間にトルクは発生してロータマグネツ
ト８が時計方向、もしくは反時計方向に回転す
る。スイツチSW１およびスイツチSW２はコイ
ル５に通電する励磁電流の方向を決定するもの
で、スイツチSW１もしくはスイツチSW２の投
入によつて、極歯に発生する磁極が変化し、ロー
タマグネツト８の回転方向が決定される。

スイツチSW１，SW２が共にOFFの場合、Ｎ
極、Ｓ極に着磁されているロータマグネツト８は
デイテントトルクによつて、第１１図に示す位置
に停止している。

次に、スイツチSW１がON、スイツチSW２が
OFFの場合、第１２図ａに示すように、極歯１
１Ａおよび１１Ｂに電磁力Niが発生し、極歯１
２Ａおよび１２Ｂに電磁力Siが発生すると、ロー
タマグネツト８との間に時計方向のトルクが発生
し、デイテントトルクとの釣合状態となる角度θ
の点まで回転して停止する。

今度は、スイツチSW１をOFF、スイツチSW
２をONにした場合、第１２図ｂに示すように、
極歯１１Ａおよび１１Ｂに電磁力Siが発生し、極
歯１２Ａおよび１２Ｂに電磁力Niが発生してロ
ータマグネツト８との間に反時計方向のトルクが
発生する。その結果、ロータマグネツト８は、デ
イテントトルクとの釣合状態となる角度−θの点
まで回転して停止する。

ロータマグネツト８が前記角度θ、もしくは、
−θまで回転して停止した状態から、スイツチ
SW１およびスイツチSW２をOFFにすると、極
歯の発生磁極はなくなり、デイテントトルクのみ
となつてロータマグネツト８は第１１図に示す状
態に復帰する。

ロータマグネツト８のシヤフト７に例えばバル
ブ等を取付け、ロータマグネツト８がデイテント
トルクのみによつて安定点に戻つた状態でバルブ
の開度が安全側になるようにセツトすることによ
つて、例えば電気回路に異常が発生した場合に通
電を停止してもバルブを安全側に復帰させること
ができる。

（考案の効果） 以上のように、ステータに形成された先端絞り
形状の複数の極歯のうちの隣接した異極極歯のそ
れぞれの先端面の位置を同一面に、もしくは、僅
かにオーバーラツプさせることによつてロータリ
アクチユエータのデイテントトルク効率を向上さ
せることができるため、トルク定格が従来のロー
タリアクチユエータと同一とした場合、ロータマ
グネツトを小型化することが可能になり、そのた
め、ロータリアクチユエータの小型化、軽量化が
可能になつて高応答性、耐振性が得られ、さらに
生産コストを下げる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の構成を示す断面
図、第２図はその分解図、第３図は極歯部展開
図、第４図はロータリアクチユエータのトルク特
性図、第５図は極歯形状に対応したデイテントト
ルク特性図、第６図は極歯位置に対応したデイテ
ントトルク特性図、第７図〜第１０図は極歯位置
対応の磁束経路図、第１１図、第１２図はロータ
リアクチユエータの作用説明図、第１３図、第１
４図は従来のロータリアクチユエータの構成を示
す説明図である。 １……ロータリアクチユエータ、５……コイ
ル、６……ステータ、８……ロータマグネツト、
１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ……極歯。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 円周方向にＮ極とＳ極が着磁されたロータマグ
   ネツトの外周部に配設され、内挿したコイルに励
   磁電流が通電されたときに、極歯に磁極を発生さ
   せることによつて前記ロータマグネツトを回転さ
   せるように構成されたロータリアクチユエータの
   ステータであつて、 先端絞り形状を成した複数の極歯がそれぞれの
   内側円筒部に円周状に形成され、それぞれの外側
   円筒部を対向状に嵌合した状態で、前記複数の極
   歯が対向状に位置するように形成された二つのカ
   ツプ型磁性部材と、円筒状のボビンに巻装され、
   前記二つのカツプ型磁性部材の前記外側円筒部が
   対向状に嵌合された状態で、前記内側円筒部と前
   記外側円筒部の間に配設されたコイルとを備え、
   更に、対向方向にあつて、且つ、隣接した異極極
   歯のそれぞれの先端面の位置を同一面に、もしく
   は僅かにオーバーラツプするように前記複数の極
   歯を形成したことを特徴とするロータリアクチユ
   エータのステータ。