JPH0472364B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、リラクタンス型のロータリソレノイ
ド装置に関するものである。

周知のリラクタンス型のロータリソレノイド
は、出力トルクが大きく、マグネツトを使用しな
いので、構成が簡素化される特徴がある。

しかし、回転の初期において著しく出力トルク
が大きいが、回転とともに出力トルクが著しく減
少する欠点がある。

又出力トルクを平坦な部分を使用しようとする
と、作動角が小さくなり実用性が失なわれる欠点
がある。更に又回転子に位置検知装置を設け、所
定の入力電圧信号分だけ回転せしめるサーボ装置
を付加しようとすると、上述したトルク特性で
は、サーボ動作が不安定となり、実用性が失なわ
れる欠点がある。

本発明装置は、上記した欠点を除去し、大きい
出力トルクを保持し、出力トルク特性が平坦とな
り、又負荷の状況によつては、これに適応するト
ルク特性を自由に得ることができるので、サーボ
回路を付設したときに停止位置を正確とすること
のできる特徴を有するものである。

特に、自動車のキヤプレータのサーボ弁、カメ
ラの自動絞りの制御駆動源として、小型廉価で安
定な作動を行なうことができるので、有効な技術
手段を供与できる効果がある。

上述した特徴を有する本発明装置を実施例につ
き、その詳細を次に説明する。

第１図ａにおいて、本体（図示せず）に植立し
た円筒形の支持体３には、ボールベアリング１ａ
が嵌着され、これに回動自在に、回転軸１が支持
されている。

回転軸１には、軟鋼をプレス加工してカツプ状
にされた回転体７の底面中央部が固定されてい
る。

回転体７の内側には、リング状の磁性体６が圧
入され、これに突極６ａ，６ｂが設けられてい
る。

磁極４ａ，４ｂを有する固定子４の中央部の空
孔は、支持体３に圧入固定されている。固定子４
及び突極６ａ，６ｂは、磁性体で構成されている
が、一般に、軟鋼粉若しくは珪素鋼粉の焼結金属
により成型して構成することがよい。

突極６ａ，６ｂ及び磁極４ａ，４ｂは互いに90
度離間し、突極の長さは磁極の長さより大きくさ
れている。それぞれの長さは回転作動角に対応し
て定められるものである。

突極６ａ，６ｂと磁極４ａ，４ｂの間の回転面
の空〓は70ミクロン位とされている。これが小さ
い程出力トルクが増大する。

磁極４ａ，４ｂには、励磁コイル５ａ，５ｂが
装着されている。回転体７には、スプリング（図
示せず）により、矢印Ａ方向に弾撥され、本体に
植立した抑止ピン８と、回転体７の突出部７ａが
当接することにより、回転体７の回転は抑止され
ている。当接ピン８、突出部７ａは抑止部材とな
るものである。

このときに、図示のように、磁極４ａ，４ｂ
は、それぞれ突極６ａ，６ｂと所定の長さだけ、
それ等の対向面が重なつている。

回転軸１には、例えば、自動車のガソリンの吸
入制御をするギヤプレータのサーボ弁の軸が直結
されて、後述するように、励磁コイル５ａ，５ｂ
の通電量をサーボ回路により制御することによ
り、ガソリンの流量を調整することができる。

必要によつては、回転軸１の回転をスターギア
を利用し、増速して使用する場合もある。

第１図ｂに示すものは、ビデオカメラの絞りの
制御の為の変形された実施例である。

第１図ｂにおいて、前実施例と同一記号のもの
は同一部材である。

第１図ｂの点線Ｃの断面を、矢印Ｄ方向よりみ
た断面図が第１図ｃに示されている。従つて両図
により、その構成を説明する。

磁極４ａ，４ｂ及び固定子４は、第１図ｃの断
面図に示すように、断面がコ型の環状のもので、
外周面が開口部となつている。固定子４の内周面
が、支持体となる円筒３ａの外周に嵌着固定され
ている。

固定子４、磁極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、軟
鋼のプレス加工若しくは粉末鉄の焼結体で作られ
ている。励磁コイル５は、コ型の溝内に図示のよ
うに装着されている。回転子６及びそれと１体に
粉末鉄の焼結体で作られた突極６ａ，６ｂは、カ
ツプ状に、プラスチツク材により成型された回転
体７の内側に圧入固定されている。

円筒状の回転軸９は、ボールベアリング１ａを
介して回動自在に支持され、回転軸９は、回転体
７に固定されている。

回転体７は中空となり、この中空部に、レンズ
系及び絞りが設けられ、絞り径は、回転体９の回
転により変更されるようになつている。

磁極４ａ，４ｂは、ｃ図の断面図に示すよう
に、４ａ，４ｃ及び４ｂ，４ｄがそれぞれ１組と
なつている。又突極６ａ，６ｂもｃ図に示すよう
に、６ａ，６ｂ及び６ｂ，６ｄがそれぞれ１組と
なり、磁極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、それぞれ
突極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと空〓を介して対向
している。

突極６ａ，６ｂ，……が、ｃ図で点線で示して
あるのは、矢印Ｃの断面では表示されないので、
対向状態を示す為である。

第１図ａの磁極を外周部よりみた展開図が、第
３図ａに記号４ａ，４ｂとして上段の方に示され
ている。それぞれ直方形で、斜線部でない部分で
ある。

磁極長は90度で、90度離間している。下段の方
の磁極４ａ，４ｂは、第１図ｅの実施例のもので
あるが、これについては後述する。

第１図ａに戻り、突極６ａ，６ｂを内側からみ
た展開図が、第３図ｂに示されている。

第３図ｂにおいて、空〓６ａの巾は、磁極４ａ
の巾より、斜線部６ｃの分だけせまくされ、突極
６ｂは、くさび型となつている。第１図ａの回転
子６が、矢印Ｂ方向に回転すると、第３図ｂの突
極６ａ，６ｂは右方に移動するので、突極６ａと
磁極４ａの対向する巾は不変であるが、突極６ｂ
は、その対向巾が漸増する。

第４図に示すものは、突極６ａ，６ｂ及び磁極
４ａ，４ｂの展開図である。

励磁コイル５ａ，５ｂに通電すると、突極６
ａ，６ｂは、磁極４ａ，４ｂに吸引されて、矢印
Ｂ方向に回転するものであるが、次に第２図ａに
つき、その通電の説明をする。

第２図ａにおいて、記号１９は、周知の定電流
制御回路で、端子１９ａの入力電圧により、励磁
コイル５ａ，５ｂの通電が、所定の値に規制され
るものである。励磁コイル５ａ，５ｂは直列に接
続されている。励磁コイルの抵抗値が等しければ
並列接続でもよいし。記号１８ａ，１８ｂは電源
正負極である。

電気スイツチ１９ａを閉じると、励磁コイル５
ａ，５ｂに通電される。従つて第４図の突極６ａ
は、磁極４ａに吸引されて、矢印Ｂ方向に回転す
る。又突極６ｂも磁極４ｂに吸引されて同方向に
回転する。

第５図のグラフのよこ軸を回転角、たて軸をト
ルクとすると、突極６ａによるトルクは、初期が
大きく、末期は小さくなるので、トルク曲線１５
となる。

突極６ｂは、くさび状の巾のせまい部分により
初期の吸引力が得られ、末期が大きくなるので、
トルク曲線１６となる。

点線０度と60度の間は、両者の合成トルクとな
り、ほぼ平坦となる効果がある。突極６ｂの下側
の斜めの線（第３図ｂで記号６ｄとして示した部
分）を曲線とし、その形状を変更すると、第５図
のトルク曲線１６の形を変更することができる。
従つて所要のトルク曲線を得ることができる特徴
がある。

突極６ａ，６ｂの突出部対向面の形状を第３図
ｂの記号２６ａ，２６ｂに示すような同じ形状と
しても同じ目的が達成できる。この場合には、突
極と磁極が対向して重なるときの巾は、初期は一
定なので、第５図のトルク曲線１５の左側のよう
になり、重なり方が大きくなるに従つて、回転方
向に対して垂直方向の巾が増大するので、トルク
曲線１６の特性の右側の特性が付加されて、トル
ク曲線は平坦となる。後縁の突出部２６ｃ，２６
ｄの形状、長さ（回転方向）を変更して、より平
坦なトルク曲線を得ることができるものである。

第１図ａの実施例と同じ効果を有する第１図ｂ
の装置について次に説明する。

第１図ｂにおいて、前述した突極６ｂ，６ｄの
いずれか、若しくは、突極６ｃ，６ａのいずれか
の１つの突極は第３図ｂのくさび型の突出部が対
向面に設けられている。他の１つは第３図ｂの突
極６ａに示す長方形の対向面となつている。

励磁コイル５に第２図ａに示す回路により通電
すると、励磁コイル５による磁束は、ヨークとな
る固定子４、磁極４ａ，４ｃ及び突極６ａ，６ｃ
を通つて閉じられる。磁極４ｂ，４ｄ及び突極６
ｂ，６ｄについても同様に閉じられる。

従つて、磁極と突極は吸引されて、矢印Ｂ方向
に駆動力を受けて回転し、このときのトルク曲線
は、第４図の曲線１５，１６のようになり、平坦
なトルク特性となり、本発明の目的が達成される
ものである。

突極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの対向面をすべ
て、第３図ｂに記号２６ａ，２６ｂで示す形状の
突出部としても同じ目的が達成されることは前述
した第１図ａの実施例と全く同じ事情にある。

第１図ｄに示すものは、磁極と突極の形状を変
更して、製造を容易としたものである。

第１図ｄにおいて、突極６ｂは、突極６ｄより
巾が広くされ、磁極４ｂ，４ｄと対向している。

断面がＬ字型にプレス加工された円環軟鋼に、
枠巻き固化された励磁コイル５が右方より装着さ
れる。

次に、逆Ｌ字型にプレス加工された円環軟鋼を
図示のように圧接固定する。従つて折曲部４ｂが
磁極となり、この巾が広くなるので、磁束が通り
易くなり、又突極ｂに、第３図ｂの同一記号で示
すくさび状の突出部を設けることが容易となる。
磁極４ｄと突極６ｄの対向面のくさび型の突出部
は除去される。磁極４ｂの対向面の巾を調整し
て、第４図の曲線１５，１６のピーク値を等しく
することができる。第１図ｃの突極６ａ，６ｃ及
び磁極４ａ，４ｃも同じ構成となるが省略して図
示していない。

本実施例は、外転型のものであるが、内転型に
構成することもできる。この場合には、支持体３
ａが回転軸となり、回転軸９が、本体に固定され
る形式となる。

従つて、回転軸３ａの外周に、突極６ａ，６
ｂ，６ｃ，６ｄが外方に突出して設けられ、本体
に磁極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが内方に突出して
固定されて、磁極と突極が対向する。

回転の原理及び作用効果は全く同様である。

次に第１図ｅの実施例について説明する。

第１図ｅにおいて、前実施例と同一記号のもの
は、同一部材で、その作用効果も又同じである。

第１図ｂの回転体７と回転子６は、軟鋼板をプ
レス加工して作られた回転子１０となつている。

回転子１０は、カツプ状にプレス加工されると
きに、その内側に突出部１０ａ，１０ｂが同時に
作られ、これ等が突極１０ａ，１０ｂとなり、そ
れぞれ磁極４ａ，４ｂと僅かな空〓を介して対向
している。

回転子１０の底面中央部には、回転軸１が植立
され、ボールベアリング１ａ，１ｂを介して固定
子４に対して回動自在に支持されている。第１図
ｅの点線Ｃを矢印Ｄ方向よりみた断面図が第１図
ｆに示されている。

突極１０ｂが点線で示してあるのは、断面図に
は表示できないので、点線で磁極４ｂ，４ｄとの
対向状態を示しているものである。

固定子４及び１１は、図示の断面の形状に、軟
鋼板をプレス加工により成型して作られ、ともに
円環状のものとなつている。

固定子４と１１の中央部１１ａ部は密着され、
接着剤で固着するか若しくはアーク熔着されてい
る。

ボールベアリング１ａ，１ｂは、回転軸１と固
定子４，１１の折曲部との間に嵌着されている。
固定子４，１１は図示しない本体に固定され、回
転子１０は、回転軸１に固定されている。

点線Ｅが中心線となり、その下方にも同じ構成
のものがあるが省略して図示していない。即ち磁
極４ａ，４ｃに相当するものは図示されていな
い。

励磁コイル５は、枠巻き固化して作られ、固定
子４，１１の１１ａ部が接着される前に装着され
るものである。

第３図ａの展開図の下段のものは、上記した磁
極４ａ，４ｃ及び磁極４ｂ，４ｄ及び固定子４，
１１を示すもので、これ等を第１図ｅにおいて、
外周よりみたものである。

磁極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの長さは90度で、
互いに90度離間している。磁極４ａ，４ｂ及び磁
極４ｂ，４ｄは、突極１０ａ，１０ｂと対向する
ものであるが、突極１０ａ，１０ｂの磁極との対
向面は変形されて、第３図ｂの記号２５ａ，２５
ｂの形状とされる。点線Ｊが第３図ａの点線Ｈと
対向する位置に各磁極と各突極の位置が設定され
ているので、磁極４ａ，４ｃは、突極２５ａの点
線Ｊの上部及び下部にそれぞれ対向している。

磁極４ｂ，４ｄと突極２５ｂについても事情は
同じである。

励磁コイル５に通電すると、磁極４ａ，４ｃを
通る磁束は、突極２５ａにより閉じられ、これ等
の間の磁気吸引力により、回転子１０は、第１図
ｅにおいて、矢印Ｂ方向に回転する。

このときに、磁極４ａ，４ｂによるトルク曲線
は、第５図のグラフのトルク曲線１５のようにな
り、又磁極４ｃ，４ｄによるトルク曲線は、突極
２５ａ，２５ｂが右方に移動するので、トルク曲
線１６のようになる。合成トルク曲線は平坦とな
り本発明の目的が達成される。

上述した合成トルク曲線の形状は、第３図ｂの
突極２５ａ，２５ｂの記号２５ｃ，２５ｄで示す
斜面部及びそれに続く直線部の形を変更すること
により、使用目的に応じて変更することのできる
特徴がある。

突極２５ａ，２５ｂを直方形とし、磁極４ａ，
４ｂの形状をくさび型に変更しても同じ効果があ
る。

第１図ｇに示す実施例は、第１図ｂの実施例を
内転型としたものである。本体に固定された円筒
３ａと回転子１３との間には、ボールベアリング
１２が設けられ、回転子１３は回動自在に支持さ
れている。

回転子１３は、軟鋼円筒で、その外周部に90度
より長い突極１３ａ，１３ｂが接着されている。
突極１３ａ，１３ｂは等しい距離だけ離間してい
る。点線Ｃは矢印Ｄ方向よりみた断面図が、第１
図ｈに同一記号で示されている。

第１図ｈにおいて、点線Ｅは、円筒３ａの中心
線を示し、それより下方の部材は省略して図示し
ていない。

固定円筒３ａと回転子１３のリング状の溝に
は、スチールボール１２ａ，１２ｂが介在され、
前述したボールベアリング１２を構成している。

固定円筒３ａに端部が固定された円環状の支持
体１４が設けられ、これに固定子１１の右側が接
着剤により固着されている。

固定子１１は、図示のように、コ型の断面の円
環となるように軟鋼板をプレス加工して作られる
ものである。

固定子４も同様な手段により、断面が、逆コ型
の円環に軟鋼板により作られている。

枠巻き固化した円環状の励磁コイル５を内部に
挿入してから固定子４と１１は、１１ｂ部におい
て接着固定される。

点線１３ｂで示すものは、第１図ｇの同一記号
の突極を示すもので、磁極４ｂ，４ｄと僅かな空
〓を介して対向している。

回転子１３は、矢印Ｂ方向に駆動されるもの
で、これに前実施例と同様にバツクスプリング及
びそれによる回転の抑止部材８，７ａが設けられ
ているものであるが省略して図示していない。

磁極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの形状は、前実施
例と同様に、第３図ａの下段の同一記号のものと
なつている。

突極１３ａ，１３ｂは、それぞれ第３図ｂの記
号２６ａ，２６ｂのような形状となつている。点
線Ｋが、第３図ａの点線Ｈと合致する位置となる
ように磁極と突極は対向している。従つて突極２
６ａ，２６ｂの点線より上が磁極４ａ，４ｂに、
点線より下が磁極４ｃ，４ｄに対向している。

励磁コイル５に通電すると、磁極４ａ，４ｃ及
び４ｂ，４ｄは、その初期において、突極２６
ａ，２６ｂの右端と対向し始めるので、そのトル
ク曲線は、第５図のトルク曲線１５の左側の形と
なり、対向が進行すると、斜面部２６ｃ，２６ｄ
に対向するので、第５図のトルク曲線１６の右側
の形となる。従つて、斜面部２６ｃ，２６ｄの形
状と長さを選定することにより、所要のトルク曲
線が得られる特徴がある。又突極巾が磁極巾よ
り、小さければ、斜面部２６ｃ，２６ｄを除去し
てもほぼ同じ効果がある。

回転子１３が回転すると、第１図ｈの点線Ｇで
示すように、図示しない係合部材により、絞りＦ
のリングを回転して、絞り開口の径を変更するこ
とができる。

前実施例と同様に突極と磁極の形状を交換し
て、くさび型の形状の磁極とし、突極を長方形と
しても同じ目的が達成される。

励磁コイル５に通電すると、バツクスプリング
及び負荷に対応して回転子１３が回転するが、第
２図ａの電気スイツチ１９ｂを開くと、励磁コイ
ル５の通電が断たれるので、前述した矢印Ａ方向
にスプリングバツクする。このときにマグネツト
を使用していないので、コツギングトルクを発生
することなく、円滑な復帰動作のできる特徴があ
る。又第１図ａ及びｅの形式で、サーボ弁を駆動
すると、励磁コイルの通電の停止により、サーボ
弁は自動的に復帰して、ガソリンの供給を断つこ
とができる。

第１図の実施例では、突極、磁極はともに２個
ずつであるが、３個、４個ずつのいずれの手段も
全く同様に実施できる。動作角度は小さくなる
が、トルクは増大する。特に３個の場合は、第１
図ａの実施例に付加される１個については、その
突極と磁極との相対関係を突極６ｂと磁極との間
の発生トルクと同じ性質とすることがよい。第５
図のトルク曲線１６の右側のピーク値が小さくな
る傾向があるが、かかる手段により、この欠点が
除去される効果がある。

第１図ｂ，ｇの装置により、カメラの絞りを制
御する場合若しくは、第１図ａ，ｅの装置によ
り、キヤブレータのサーボ弁を制御する場合に
は、サーボ回路が必要となる。この為に回転体７
及び回転子１３の回転角に比例して出力の増大若
しくは減少する位置検知装置が必要となる。次に
その説明をする。

第６図ａにおいて、カツプ状の回転体７，１３
の裏面には、円周面にそつてフエライトマグネツ
ト２９ａが貼着され、これと対向して本体側にホ
ール素子３０ａ（磁気抵抗素子でもよい。）が固定
されている。

マグネツト２９ａは、紙面に垂直方向に磁化さ
れ、マグネツト２９ａが、回転体７，１３ととも
に回転したときに、ホール出力が漸増若しくは漸
減するように、磁化の強さが調整されている。

従つてホール出力は位置検知出力となるもので
ある。できるだけホール出力は直線性があるよう
に磁化の強さを調整することがよい。

マグネツト２９ａは、回転体７，１３の側面
に、記号２９ｂとして示すように貼着し、径方向
に磁化し、対向してホール素子３０ｂを設けても
同じ目的が達成される。

第６図ｂは、他の実施例である。回転体７，１
３に、プレス加工により、くさび状の空孔２７が
設けられ、これに対向して、空心のコイル２８が
本体に固定して設けられる。

コイル２８は20ターン位で、発振回路により、
１メガサイクル位の交流が通電されている。回転
体７，１３が回転して、コイル２８と対向する空
孔２７の巾が大きい程電流値は減少する。この電
流を整流平滑化することにより位置検知出力を得
ることができる。

第２図ｂは、かかる位置検知信号により、絞り
即ち第１図の回転体７，１３の回転角を制御する
回路である。

記号２３は、被写体の照度により、適正露光を
支える為の電気信号を出力する回路、記号２２は
上述した位置検知信号を出力する回路である。位
置検知信号は、絞り径が大きくなるに従つて大き
い信号となるようにされている。又励磁コイル５
ａ，５ｂ若しくは５の通電電流が増大すると、絞
りの径は大きくなるように構成されている。

回路２３より設定値がオペアンプ２４に入力さ
れると、このときに絞り径が小さすぎた状態とす
ると、回路２２の出力は小さいので、トランジス
タ２０のベース電流が大きく、絞り径は増加し、
オペアンプ２４の２つの入力がほぼ等しくなつた
ときに、回転トルクとバツクスプリングのトルク
がバランスして停止し、回路２３の出力に対応し
た絞り径となるものである。

前述したように、キヤブレータのサーボ弁の回
転角を制御する場合にも全く同じ手段が採用でき
るものである。

以上の説明のように、本発明装置によれば、冒
頭において述べた目的が達成されて効果著しきも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の説明図、第２図は、励
磁コイルの制御回路図、第３図は、突極と磁極の
構成を示す展開図、第４図は、突極及び磁極の展
開図、第５図は、出力トルクのグラフ、第６図
は、位置検知信号発生装置の説明図をそれぞれ示
す。 １，９……回転軸、３，３ａ……円筒形支持
体、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ……磁極、５ａ，５
ｂ，５……励磁コイル、１ａ……ボールベアリン
グ、８……抑止ピン、７ａ……突出部、１３，
６，１０……回転子、７……回転体、６ａ，６
ｂ，６ｃ，６ｄ，１０ａ，１０ｂ，１３ａ，１３
ｂ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ……突極、
１８ａ，１８ｂ……電源正負極、１９……定電流
回路、２０……トランジスタ、２４……オペアン
プ、２３……絞り径を指定する回路、２２……位
置検知信号の出力回路、１５，１６……トルク曲
線、３０ａ，３０ｂ……ホール素子、２９ａ，２
９ｂ……フエライトマグネツト、２７……空孔、
２８……空心コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 軸対称の位置にあるｎ個（ｎは正整数）の開
   角（長さ）が等しくされて、同一円周上に等しい
   ピツチで磁性体の磁極が配設された固定子と、前
   記した磁極のそれぞれをＮ，Ｓ極に磁化する励磁
   コイルと、本体に設けた軸承に回動自在に支持さ
   れた回転軸に固定された回転子と、該回転子の円
   周部に固定され、前記した磁極の面と僅かな空〓
   を介して対向するように、磁極巾と等しいか若し
   くは大きい開角の磁性体のｎ個の突極と、前記し
   た回転子に掛けられたバツクスプリングと、スプ
   リングバツクする回転子の回転を抑止して、前記
   した磁極と突極のそれぞれの対向面が所定の巾だ
   け重なるように、又バツクスプリングの弾撥力に
   抗して回転子が回転せしめられたときに、前記し
   た対向面の重なる長さが増大するように保持する
   抑止装置と、対向している磁極と突極のいずれか
   の対向面に設けられ、対向面の重なる長さが大き
   くなるに従つて、回転方向に垂直な巾が、初期は
   ほぼ一定の巾で、次にその巾が漸増する突出対向
   部若しくは、これ等と等価なトルク特性のトルク
   を発生する突出対向部と、前記した励磁コイルを
   励磁する励磁装置とより構成されたことを特徴と
   するロータリソレノイド装置。