JPH04110219U - 回転軸の軸振れ防止構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 電磁式有限回転型電動機１において、その回
転子３３の外周部分を永久磁石３１により形成してあ
る。固定子３４の側には永久磁石部材３８を取付けてあ
る。動作において、回転子３３は永久磁石部材３８によ
り常時磁気吸引力により吸引されている。この吸引力は
回転時における回転軸の軸振れを防止するための半径方
向への付勢力として回転子に常時作用する。同時に、こ
の吸引力は回転子を原点位置に復帰させるための復帰力
として作用する。 【効果】 永久磁石を取りつけるという簡単な構成によ
り回転軸の軸振れを防止できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、回転軸の軸振れを防止するための軸振れ防止構造に関するもの である。

【０００２】

【従来の技術】

回転軸の軸振れを防止するために、弾性部材を利用して回転軸を半径方向 に付勢する機構が採用されている。例えば、電磁式有限回転型電動機におい ては、一般に、高い応答速度と正確な回転位置決め精度が要求される被駆動 部材の駆動源として利用されるので、その回転子の軸振れを防止する必要が る。回転子は一般的にその回転軸の両端がベアリングによって回転自在に支 持されている。理想的には、回転子はその回転中心軸が半径方向に振れない ように支持されることが望ましい。しかし、ベアリングの製造誤差、その組 み付け誤差などに起因して、回転子は極く僅かながら半径方向に偏位可能な 状態になっている。このために、回転運動と伴って、回転軸が半径方向へ振 れる運動が発生する。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

かかる回転軸の触れが発生すると、回転子の回転角度位置の検出精度が低 下し、正確な回転子の位置決めを行えない事態も生ずる。本考案の課題は、 回転軸の軸振れを簡単な構成で防止可能な軸振れ防止構造を実現することに ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するために、本考案の軸振れ防止構造は、少なくとも外 周面の一部分が磁性材料から形成された回転軸と、この回転軸を、少なくと も一定の角度範囲に渡って回転自在に支持したベアリング手段と、回転軸の 外周において、その磁性材料からなる部分に対峙した位置に配置された永久 磁石部材とから構成されており、この永久磁石部材による磁力を用いて、回 転軸を半径方向に付勢するようにしている。

【０００５】 ここに、永久磁石部材に対峙した回転軸の外周部分を永久磁石としてもよ い。また、回転軸と永久磁石部材との間に発生する磁力は、反発力あるいは 吸引力のいずれでもよい。吸引力が発生するようにした場合には、この吸引 力を、回転軸を永久磁石部材の設置位置に復帰させる復帰力として利用でき る。

【０００６】

【作用】

本考案の回転軸の軸振れ防止構造においては、永久磁石部材と回転軸との 間に発生する磁力により、回転力が半径方向に向けて常時付勢される。よっ て、回転軸の軸振れが防止される。また、磁気吸引力が発生するようにした 場合には、トルクばねなどを用いることなく、回転軸を原点位置である永久 磁石の設置位置に復帰させることができる。

【０００７】

【実施例】

以下に、図面を参照して本考案の実施例を説明する。

【０００８】 図１および図２は、本考案の回転軸の軸振れ防止構造を採用した電磁式有 限回転型電動機の外観斜視図およびその縦断面図である。本例の電動機１は 、円筒形のケース２の内部に、電動機本体部３と、位置センサ４とが同軸状 態に組み込まれた構成となっている。電動機本体部３は、回転軸３１の外周 に固着した円筒状の永久磁石３２から構成される回転子３３をその中心に有 している。この回転子３３の永久磁石３２の外周を囲むように、円筒状の固 定子３４が同心状態に取付けられている。回転子３３の回転軸３１は、永久 磁石３２から突出している元端側および先端側において、ボールベアリング ３５、３６を介して、ケース２に対して、その中心軸線３３ａの回りに回転 自在の状態に支持されている。回転軸３１の先端側の部分は、ボールベアリ ング３５および位置センサ４の中心を貫通して、ケースの前端面２１から回 転出力軸３１ａとして突出している。

【０００９】 図３は電動機の横断面図であり、この図も参照して電動機本体部３の内部 構造を説明する。まず、永久磁石３２は、その円筒形断面の直径方向の両端 にＮ極の磁極面３２ＮとＳ極の磁極面３２Ｓを有している。これに対して、 固定子３４の内周面には、その円筒形断面の中心に向けて延びる一対の磁極 部３４１、３４２が形成されている。これらの磁極部は回転軸線３３ａを通 る直径方向に沿って形成されており、回転子側の永久磁石３１とほぼ同一の 軸方向の長さを有している。これらの磁極部３４１、３４２の先端には、永 久磁石３１の外周面よりも僅かに大きな半径の円弧形をした磁極面３４１ａ 、３４２ａが形成されている。これらの円弧面は、一定のギャップを介して 、永久磁石３１の外周面に対峙している。これらの磁極部３４１、３４２の 外周には、それぞれ回転子駆動磁束を発生させるための界磁巻線３４３、３ ４４が巻き付けられている。界磁巻線の両端３４５、３４６は、電源線３７ および磁束制御回路（図示せず）を介して、駆動電源（図示せず）に接続さ れている。磁束制御回路は一般的に使用されているものを利用することがで きるので、その説明は省略する。

【００１０】 ここに、固定子３４の内周面において、上記の一対の磁極部３４１、３４ ２に対して、角度的に中間の位置には、永久磁石部材３８が固着されている 。この永久磁石部材３８は、ほぼ回転子側の永久磁石３１と同一の軸方向長 さを有している。本例においては、この磁石の磁極が回転中心軸３１ａの方 向に整列されており、回転子側に臨む面がＮ極の磁極面３８Ｎとされ、固定 子の側に固着された面がＳ極の磁極面３８Ｓとされている。

【００１１】 次に、図４および図５も参照して、上記の位置センサ４の構成を説明する 。この位置センサ４は光学式ポテンショメータであり、出力回転軸３１ａの 外周に同心状に固着した回転スリット板４１と、これを挟み、固定した位置 に対向配置したレーザダイオード４２および半導体位置検出素子４３と、回 転スリット板４１および半導体位置検出素子４３の間に配置した固定スリッ ト板４４とから構成されている。回転スリット板４１は、図４に示す形状を しており、回転対称となるように、一定の角度２φを越える角度の円弧を張 る一対の扇形部分４１１、４１２が形成されている。角度２φは本例の電動 機の最大回転角度範囲である。一方の扇形部分４１１には、角度２φを越え る角度に渡り螺旋状の光通過用スリット４１３が形成されている。このスリ ット４１３は、回転スリット板４１の中心を中心とする螺旋の一部分である 。従って、その動径ｒとスリット板４１の回転角度Θとは、ｒ＝ａ−（δ／ ２π）Θとなる。ここに、δは螺旋のピッチである。回転スリット板４１が 回転すると、それに伴ってスリット４１３も回転するので、レーザダイオー ド４２に対峙しているこのスリット４１３の位置が半径方向に移動する。こ の結果、固定スリット板４４を介して半導体位置検出素子４３の受光面での 受光位置が変化して、回転角度に対応した電気信号を得ることができる。例 えば、図５に示すように、回転角度に比例する出力電圧を得ることができる 。ここに、本例の電動機１の回転角度は最大２φであり、通常は２０ないし ３０度の範囲内である。従って、δ／２πの値を大きくとることができるの で、分解能が高くなり、高精度の位置検出を行うことができる。

【００１２】 本例の電動機１においては、回転子３３は図３に示す状態に初期設定され る。すなわち、回転子３３の側の永久磁石のＮ極３２Ｓと、固定子の側に取 りつけた永久磁石部材３８のＮ極３８Ｎとの間に働く磁気吸引力が原点復帰 力として作用して、回転子３３がその図に示す原点位置に復帰した状態とさ れる。この状態において、位置センサ４１の側においては、図４に示すよう に、その回転スリット板４１のスリット４１３の中央がレーザダイオード４ ２および半導体位置検出素子４３に対峙している。この状態で、界磁制御回 路（図示せず）を介して界磁巻線３４３、３４４に駆動電流が供給され、こ れにより、固定子と回転子の間に形成される磁界の強さ応じて、回転子３３ が所定の角度だけ回転する。かかる回転駆動力の発生原理は公知であるので 詳細な説明は省略する。

【００１３】 このように一定の角度だけ回転子３３が回転すると、その回転軸３１に固 着されている位置センサ４の回転スリット板４１も回転する。この結果、ス リット板４１の回転量に応じて、半導体位置検出素子４３の側での受光位置 が変化して、そこからの出力信号、例えば出力電圧の値が図５に示すように 変化する。よって、この変化から回転子の実際の回転角度位置を検知できる 。検知した実際の回転角度位置に基づき、磁界制御回路では駆動電流を制御 して、発生磁界を制御し、回転子を目標回転角度位置に精度良く位置決めで きる。

【００１４】 ここで、固定子の側に取りつけた復帰力発生用の永久磁石部材３８は、常 に回転子３３を吸引している。従って、回転子には常時半径方向へのバイア ス力が作用しており、その回転軸の軸振れが防止される。また、界磁制御回 路を介しての駆動電流の供給が止むと、回転子３３はこの永久磁石部材３８ の吸引力によりその原点位置に復帰する。このように、本例においては、こ の永久磁石部材３８は、回転子の原点復帰力を発生させると共に、回転子に 半径方向のバイアス力を作用させて軸振れを防止するためにも利用されてい る。

【００１５】 なお、本例においては、１個の永久磁石部材３８を利用して、回転子をそ の半径方向に付勢するようにしているが、複数の永久磁石部材を使用するこ ともできる。また、回転子を原点位置に復帰される必要がない場合などには 、吸引力の代わりに反発力を利用して、回転子を半径方向に付勢することも できる。さらには、電動機に限らずに、その他の分野で利用されている回転 軸の軸振れを防止することを目的として、本考案の構造を採用できることは 勿論である。

【００１６】 本例における位置センサ４１においては、回転スリット板４１１に光通過 用スリット４１３を形成したが、この代わりに、光が透過する光透過部分を 形成してもよい。あるいは、光反射部分を形成して、発光素子の側からの光 をここで反射して受光素子の側で受け取るように構成してもよい。また、ス リットの形状は螺旋形状に限定されるものではなく、回転角度に応じてスリ ット位置が変化するような形状のものであればよい。

【００１７】 以上説明したように、本例の電磁式有限回転型電動機は、永久磁石を用い て回転子を構成するようにしているので、強磁性材料などから構成されてい る回転子を用いる場合に比べて電気機械変換効率を高めることができ、よっ て、発生トルクを増加させることができる。

【００１８】 また、固定子の側に永久磁石部材を取付け、これを用いて、回転子の原点 復帰力および半径方向への付勢力の双方を発生させるように構成してある。

【００１９】 従って、これらの力を、別個の機構を用いて発生させるようにしている場合 に比べて、電動機の構造を簡素化でき、その分装置寸法を小型、コンパクト にすることができる。

【００２０】 さらに、回転子の回転角度位置の検出用に、検出精度の高い光学式のポテ ンショメータを利用しているので、回転子の回転角度位置制御を正確に行う ことができる。

【００２１】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案においては、回転軸の外周においける定まっ た位置に永久磁石部材を配置してある。従って、この永久磁石により回転軸 は常時その半径方向に向けて付勢された状態になる。よって、簡単な構成で 回転軸の回転運動に伴う軸振れを防止することができる。また、永久磁石部 材の磁力により回転力を吸引するようにすれば、この吸引力を、回転軸を回 転した状態から永久磁石部材の配置位置まで復帰させるための復帰力として 利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の回転軸の軸振れ防止構造が組み込まれ
た電磁式有限回転型電動機の例を示す外観斜視図であ
る。

【図２】図１の電動機の概略縦断面図である。

【図３】図２のIII-III 線で切断した部分の概略横断面
図である。

【図４】図１の電動機における位置センサを構成する回
転スリット板を示す説明図である。

【図５】図１の位置センサにおける回転角度と出力電圧
との関係の一例を示すグラフである。

【符号の説明】

１・・・・電磁式有限回転型電動機 ３・・・・電動機本体 ３１・・・回転軸 ３１ａ・・回転中心軸 ３２・・・永久磁石 ３３・・・回転子 ３４・・・固定子 ３４１、３４２・・磁極部 ３４３、３４４・・界磁巻線 ３５、３６・・・・ベアリング ３８・・・永久磁石部材 ４・・・・位置センサ

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも外周面の一部分が磁性材料か
   ら形成された回転軸と、この回転軸を、少なくとも一定
   の角度範囲に渡って回転自在に支持したベアリング手段
   と、前記回転軸の外周において、前記磁性材料からなる
   部分に対峙した位置に配置され、前記回転軸を半径方向
   に付勢する磁力を発生する永久磁石部材とを有すること
   を特徴とする回転軸の軸振れ防止構造。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記永久磁石部材に
   対峙した前記回転軸の外周部分が永久磁石から構成され
   ているいることを特徴とする回転軸の軸振れ防止構造。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記回転軸
   と前記永久磁石部材との間に発生する磁力は吸引力であ
   ることを特徴とする回転軸の軸振れ防止構造。