JPH0217854A - 電磁アクチュエータ - 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、従来の技術及び発明が解決しようと
する課題 本発明は、制限されたしかし正確な角度方向変位を達成
するために使用される種類の電気モータにｌＩＪツる。

数多くの装置、例えば１つのモータスピンドルの回転が
第２のモータスピンドルで正確に再生され、２つのモー
タが配線だけで連結されるセルシンモータがこのために
知られている。交流及び直流セルシンシステムが広く使
用されている。パルス波形に応動するステップモータも
広く使用されている。

しかしながら、セルシンシステムは比較的費用がかかり
、またステップモータは多くの応用に必要とされる円滑
な作動特性を備えていない。別の必須の要件は高トルク
であり、それをセルシンモータは通常は備えていない。

少なくとも２つの内部極片をもつ固定子と永久磁石（又
は７Ｂ！１石）を備えた回転子とを有する実質的に回転
ソレノイドであるものを採用することが提案されている
。そのような装置は作動するが、比較的低い効率及び／
又は位＠粘度を有する。

課題を解決するための手段及び作用 本発明によれば、付勢巻線を担持する少なくとも２つの
対向した極片を備えた管状固定ｆと、固定子の内側にあ
って前記固定子の主軸線の周りに回転し得る永久磁石回
転子とを具備し、該回転子が付勢巻線を担持する少なく
とも２つの対向する外部極片を有し、且つ前記固定子の
内側にあって前記回転子の主軸線の周りに回転し得る永
久磁石回転子を有する電磁アクチュエータは、該アクチ
ュエータの内部に配置されて回転子の固定子に対する相
対的な角度方向回転を、回転子を不作動状態の方へ偏圧
する作用をするばねｖｔＷｌと一緒に、約１８０゛以下
に制限する装置と、回転子の前記不作動状態に対する絶
対的な角度方向変位の範囲に対応する電気信号を発生す
る＠置とを備えることを特徴とする。固定子の極片は好
ましくは単一の積層構造である固定子の外部に配置され
ることが好ましい。

もし固定子がギャップのない１つの部片であるならば、
最小の磁束及び／又は歪みがある。同等のトロイド状磁
束路がトロイド状固定子からの突出部に取付けられた２
つの通常に巻かれたコイルによって与えられる。巻線は
外部に取付けられるので、永久磁石回転子は固定子に対
して最小の隙間をもって配置され得る。勿論、内部極片
はなく、それ故、正確に巻かれる内部巻線又はトロイド
状巻線を必要としない。巻線は通常のボビンに分離して
作られ得る。より重要なことは、巻線を内部極片の周り
の所定の位置に形成する特別の巻線技術を必要としない
ことである。このため、構造は費用が一層少ない。また
、勿論整流子及びその関連したブラシを必要としない。

回転子及び固定子の密接した間隔は良好なトルク及び正
確な位置決めを行うために有効である。

応答特性は、典型的には１８０°よりはるかに少ない所
望の角度方向回転にわたって最適な位置決め精度を達成
するように回転子の永久磁石の前縁及び／又は後縁をデ
ーパ付は又は面取りすることによって調節され得る。ま
た、同様の効果は、回転子磁石極の間に配置され且つ極
に関して長さ方向に延びる成形された又は輪郭を付けら
れた金属棒、例えば鋼を装置することによって達成され
得る。若干の実験が最適の性能を得るために必要とされ
ることがある。

回転子ばばね装置によってその不作動姿勢即ち状態へ偏
圧される。最も便利には、これは作動によりばねが捩じ
りを増加する作用を受けるように固定子及び回転子の間
に連結された少なくとも１つのばねによって達成される
。

好ましくは、回転子は非磁性スピンドルを含み、それは
アクチュエータから延びるその少なくとも部分く関連し
た装置への連結のために）が非磁性であるように配置さ
れる。これは関連した装置の動作を詰まらせ■つ／又は
妨害する危険を伴う磁性細片自体のスピンドルへの付着
の危険を最小限にする。

装置が制御システムの部分を構成し且つ与えられた時間
に回転子及び固定子の間の相対的な角度方向回転の正確
な闇を決定し得ることが必要である場合に、位置又は付
勢の検知は必要である。従って、アクチュエータは回転
子の相対的な角度方向変位を決定するための装置を設け
る。これらの装置は電位差計であることができ、その抵
抗素子は固定子に取付けられ且つその摺動子は回転子へ
連結され、それにより回転子の角度方向回転番よ摺動子
を抵抗素子に沿って移動させる。しかしながら、角度方
向変位を誘導装置によって決定することも可能であり、
それにより機械的接触を回避する。高い信ｌｆｉ性を必
要とする多くの応用例では、これは好ましい。

どの検知装置を使用しようと、それが所望の角度方向変
位を確立し且つ／又は維持するために電力制御回路構成
を通して連結され得ることは理解されよう。

固定子は好ましくは各極片毎に少なくとも２つの付勢巻
線を設ける。少なくとも２つの巻線を利用でることは制
御能力を増加させるためではなく、巻線故障の場合に支
援を与えるために有効である。

若干の応用例では、余分の回路構成を備えることは安全
のために望ましい。

角度方向回転の最大範囲は好ましくは調節可能な端スト
ッパのような独立のしかし内部の機械的装置によって設
定することができ、それによりいずれかの方向への過回
転を不可能にする。

本発明がよりよく理解されるために、その実施例を次に
添付図面と関連して例として説明する。

実施例 第１１ｉｉｉＵ及び第２図で同様な部分は参照を容易に
するために同じ符号を付している。第３図〜第８図でも
同様に共通の符号が実行可能である限り使用される。

第１図及び第２図を参照すると、管状外方ケーシング１
が円筒状固定子２を外向き極片３，４とケーシング／極
片を貫通する据付穴５．６とによって据付けている。予
成形された巻１ｉ１７．８＃極片に装着される。回転子
１０を担持する軸９が端軸受（図示せず）によってケー
シングの裏側に回転可能に支持され、回転子１０は２つ
の対向した磁石１１．１２を設けている。該磁石は回転
子の軸線方向へ延びているが、それぞれは円周方向へ約
１２０°にわたって占めるにすぎず、前縁及び後縁は１
３．１４によってそれぞれ示すようにデーパ付けられ７
面取りされている。

第１図及び第２図において、アクチュエータ端カバー板
及び軸受組立体は図示の明瞭化のために省略されている
ことは理解されよう。この非常に簡単化した装置は中立
、即ち不作動姿勢で図示されている。また、実際の使用
に必要とされる位置検知、戻しばね及び端ストッパの細
部は図示の明瞭化のために省略されている。これらのは
構の例は第３図〜第８図にみることができ、その細部は
次に充分に説明される。

第３図及び第４図から始めると、電磁アクチュエータは
概ね円筒状の本体１００を具備し、該本体はキャップの
周囲に同等に離間した４つの止めねじ１０３（２つだけ
を図示する）によって保持された端キャップ１０１，１
０３を設けている。

それぞれの端キャップの軸受組立体１０４及び１０５は
本体１００の軸線の周りに回転し得る＠１０６を支持す
る。軸は一対の永久磁石１０８．１０９を具面する回転
子１０７を担持する。これらの形状及び配置は第４図又
は第１図を参照することによって最良に理解され、同図
で対応する部分は符号１０．１１及び１２を付けられて
いる。

磁石１，１４つのクランプ１１０によって保持される。

磁石の１ｙｉ縁及び／又は４Ｉ縁はまさに第１図に関し
て前述したように１１１及び１１２において面取りされ
ており、同図で対応する部分はそれぞれ１３及び１４で
ある。回転子は、多数の止めねじ１１４によって本体１
００中に保持された単一の管状積層電磁石芯１１３によ
って囲まれている。

芯は芯の長さ方向へ延びる半径方向外方へ延びる極片１
１５を有する。これら極片は予成形された電磁石コイル
１１６を担持し、各コイルは２°つの独立の巻線を具備
する。

次に第３図及び第５図を参照すると、端キャップ１０１
は捩じりはね１２０を収めており、その一端１２１は軸
１０６上のカラー１２３へ取付けられた保持／据付板１
２２の穴１２６に係合することによって保持される。ば
ねの他端は端キャップの穴１２５中に保持される。ばね
１２０は改善された信頼性を与えるために第５図に示す
ように２つのばね１２０＠及び１２００によって構成さ
れ得る。

また、第５図は角度方向回転が如何に制限されるかを例
示する。軸１０６上の板１２２のリムは半径方向突出部
１２７を形成している。キレツブ１０１を貫通し且つ板
１２２のリムに関して概ね接線方向に配置された調節可
能な端ストッパねじ１２８が突出部１２７と協働して図
示した位置からいずれかの方向への回転を制限する（突
出部は第３図に示されていない）。

次に第６図及び第７図を参照すると、他方の端キャップ
１０２は軸１０６に取付番プられた電位差計接点板１３
０を取囲む。この板１３０はキャップ１０２の内側で抵
抗軌道１３２に接して滑動する一対の接点１３１を担持
する。また、板１３０は当接部即ち突出部１３５と協働
し、該当接部即ち突出部は協働する止めねじ（図示せず
）と共に角度方向回転をこの場合９０°に制限する別の
調節不能の端ストッパを提供する。

使用中に、巻線の付勢は回転子をばね１２０によって加
えられる復帰力に抗して角度方向へ変位させる。回転の
範囲は抵抗軌道１３２上での接点１３１の移動による抵
抗の変化に反映され且つ既知の方法で処即されて制御信
号を発生ずることができ、該制御信号は巻線へ印加され
る電力を制御するために利用される。このようにして、
アクチュエータは＠１０６の正確に制御された角度方向
変位を与えるために作動されることができ、例えば典型
的な自動車への応用ではスロツｌ〜ル開度を制御する。

次に第８図を参照すると、完全な７クチユ７ｍ　−夕が
概念的に部分に分解されて図示されている。

照合を容易にするために、これらの部分はまさに第３図
〜第７図におけるように符号を句けられている。しかし
ながら、この場合、相対的な角度方向変位は、端キャッ
プ１０２の内側に取付けられた支持体１５１の周囲に取
付けられた複数個の巻１Ｑ１５０からなる誘導検知器に
よって決定される。

この特別の実施例は、アクチュエータの他端から伯の図
に示１端までの駆動軸の延長部１５２を特徴どすること
は注目されるべきである。これは勿論純粋に便宜上のこ
とであり、包含される構造の原理に作用しない。回転子
に概ねカップ形状の金属素子１５３が取付番プられ、該
素子１５３は巻線１５０の近傍で支持体１５１を取囲む
。素子１５３はその回転が巻線１５０の電気的特性に作
用するように非対照的な構造を有する。この作用は、回
転子が巻ｍ１ｉｅの付勢に応じて回転された角度の正確
な同定を導くために使用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による簡単化された電磁アクチュエータ
の一部断面端面図であり、第２図は第１図の線△−Ａ　
ｌの概略的な断面側面図であり、第３図は一部断面にし
た本発明の第２の実施例の断面側面図であり、第４図は
第３図の線Ｂ−Ｂ士の一部断面端面図であり、第５図は
第３図の線Ｃ−Ｃ上の別の一部断面端面図であり、第６
図は僅かにより詳細に示す第３図からとった部分図であ
り、第７図はｍ６図に示す部分の更に別の一部断面端面
図であり、第８図は第３図のアクチュエータと概ね同じ
部分的に分解したアクチュエータの斜視図である。 １・・・管状外方ケーシング、２・・・円筒状固定子、
３．４・・・極片、７．８・・・巻線、９・・・軸、１
０・・・回転イ、１１．１２・・・磁石、１３・・・磁
石の前縁、１４・・・磁石の後縁、１００・・・本体、
１０１，１０２・・・端キャップ、１０６・・・軸、１
０７・・・回転子、１０８．１０９・・・永久磁石、 １１１・・・磁石の前縁、１１２・・・磁石の後縁、１
１３・・・電磁石芯、１１５・・・極片、１１６・・・
電磁石コイル、１２０・・・捩じりばね、１２２・・・
保持／据付板、１２７・・・突出部、１２８・・・端ス
トッパねじ、 １３０・・・電位差計接点板、１３１・・・接点、１３
２・・・抵抗軌道、１３５・・・当接部即ち突出部、１
５０・・・巻線、１５１・・・支持体、１５２・・・駆
動軸延長部。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）付勢巻線を担持する少なくとも２つの対向した極
   片を設けた管状固定子と、前記固定子の内側に配置され
   且つ前記固定子の主軸線の周りに回転し得る永久磁石回
   転子とを具備する電磁アクチュエータであつて、前記ア
   クチュエータの内部に配置されて回転子の固定子に対す
   る相対的な角度方向回転を、回転子を不作動状態の方へ
   偏圧する作用をするばね装置と共に、約１８０゜より少
   なく制限する装置と、回転子の前記不作動状態への相対
   的な絶対的角度変位に対応する電気信号を発生する装置
   とを設けたことを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. （２）前記電気信号を発生する装置が前記回転子の相対
   的角度方向変位に応答する電位差計であることを特徴と
   する特許請求の範囲１項に記載の電磁アクチュエータ。
3. （３）前記電気信号を発生する装置が前記回転子の相対
   的角度方向変位に応答する誘導センサーであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電磁アクチュエ
   ータ。
4. （４）付勢巻線を担持する極片が固定子の外部に配置さ
   れることを更に特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ３項のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ。
5. （５）固定子が単一の積層構造を有することを更に特徴
   とする特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか１項
   に記載の電磁アクチュエータ。
6. （６）アクチュエータが整流子もブラシももたないこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項のいずれ
   か１項に記載の電磁アクチュエータ。
7. （７）前記回転子を構成する永久磁石の前縁及び／又は
   後縁がアクチュエータの応答特性を調節するためにテー
   パ付けられ又は面取りされていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第６項のいずれか１項に記載の電
   磁アクチュエータ。
8. （８）輪郭を有し且つ／又は形状を有する金属棒がその
   長さ方向に延びる回転子磁石極の間に配置されて回転子
   の応答特性を修正することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項から第６項のいずれか１項に記載の電磁アクチュ
   エータ。
9. （９）回転子の固定子に対する相対的回転を制限するた
   めの独立の内部装置を設けたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項から第５項のいずれか１項に記載の電磁ア
   クチュエータ。
10. （１０）前記独立の内部装置が調節可能な端ストッパに
    よつて構成されることを特徴とする特許請求の範囲第６
    項に記載の電磁アクチュエータ。
11. （１１）固定子が極片当り少なくとも２つの付勢巻線を
    設けていることを特徴とする特許請求の範囲第１項から
    第７項のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ。
12. （１２）前記付勢巻線が独立の駆動回路構成を設けてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の電
    磁アクチュエータ。
13. （１３）内燃機関用制御システムで使用される特許請求
    の範囲第１項から第８項のいずれか１項に記載の電磁ア
    クチュエータ。
14. （１４）関連した装置への連結のためにアクチュエータ
    から延びる少なくとも回転子スピンドル部分が実質的に
    非磁性材料で作られることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項から第１３項のいずれか１項に記載の電磁アクチ
    ュエータ。