JPH0548577U - 電磁式有限回転型電動機の原点復帰機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電磁式有限回転型電動機において、無励磁状
態において回転子を原点位置に保持するための新たな構
成の原点復帰機構を提案すること。 【構成】 電磁式有限回転型電動機１の固定子５には、
一対の磁極部５２、５３が形成されている。これらの磁
極部の磁極面５２１、５３１には、溝５２１ａ、５３１
ａが形成されている。これらの溝の幅ａは、磁極部５
２、５３の間隙ｂよりも大きくなるように設定されてい
る。溝を形成したことにより、無励磁状態においては、
回転子７の磁極を固定子５の磁極に対して９０度の位置
に保持させる磁気トルクが、回転子に作用する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ミラー等を一定の角度範囲内で回転させるための電磁式有限回転型 電動機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

電磁式有限回転型電動機は、一般に、高い応答速度と正確な回転位置決め精度 が要求される駆動部材の駆動源として利用されている。例えば、光学走査系にお ける光ビームの偏向あるいはその走査を行うためのミラーの駆動源として利用さ れている。一般的に使用されている電磁式有限回転型電動機は、回転子の外周を 取り囲む状態に固定子が配置され、固定子には、回転子を一定の角度範囲内で回 転駆動させるための駆動磁束を発生する駆動磁束発生機構が形成されている。電 磁式有限回転型電動機は、例えば、特公昭５７−５６３０４号公報に開示されて いる。また、本件出願人によって出願された実願平３−４９２７６号の明細書に おいても開示されている。

【０００３】 この実願平３−４９２７６号に開示されている電磁式有限回転型電動機は、図 ９に示すように、永久磁石から形成された回転子２１１と、この外周を取り囲む 強磁性材からなる固定子２１２から構成されている。固定子２１２には、一対の 磁極２１３、２１４が形成され、これらには界磁巻線２１５、２１６が巻付けら れている。この電動機において、図に示すように回転子２１１の側の磁極と固定 子２１２の側の磁極が一致した状態になってしまうと、その状態で巻線を励磁し てもトルクは発生しないので、回転子を回転させることができない。そのために 、回転子２１１を所定の角度位置に復帰させるための原点復帰機構が組み込まれ ている。この明細書においては、回転子の側において、軸線方向に間隔を開けて ２個のリング状永久磁石を取り付けることにより、このような原点復帰力を回転 子に作用させるようにしている。原点復帰機構としては、上記の特公昭５７−５ ６３０４号公報におけるような回転子の中心に棒ばねなどの機械的機構を内蔵し た構造のものも知られている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、今まで知られている原点復帰機構は、取付け部品が多い、組み 付け誤差に起因して回転子を目標とする原点位置に正確に復帰させることができ ない、あるいは、回転子の回転軸に振れが生ずる等の問題点がある。

【０００５】 本考案の課題は、このような問題を生ずることのない従来とは異なる構造の原 点復帰機構を提案することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案においては、電磁式有限回転型電動機の固定子の側において、磁極の磁 極面の中央部分に、軸線方向に延びる溝を形成して、この部分の磁極面を回転子 の側から後退させるようにした構成を採用している。ここに、この溝の幅、換言 すると、回転子の側から後退させてギャップを大きくとった磁極面の幅を、隣り 合う磁極間の間隙よりも大きくなるように設定してある。

【０００７】 このように磁極面に溝を形成すると、固定子と回転子の間には、無励磁状態に おいて、回転子の磁極を、固定子の磁極に対して電気角で９０度の位置に保持す る磁気トルクが発生する。このトルクによって、回転子は無励磁状態において常 に原点位置に保持される。

【０００８】 次に、磁極面に溝を形成する代わりに、固定子の側に補極を形成することによ っても同様の目的を達成することができる。すなわち、固定子の側において、磁 極に対して円周方向に電気角で９０度オフセットさせた位置に補極を形成し、こ れらの補極の幅を、磁極の幅よりも大きくなるように設定すればよい。このよう にすると、無励磁状態において、回転子の磁極を補極に整列させる方向に磁気ト ルクが発生する。よって、回転子は無励磁状態において常に原点位置に保持され る。

【０００９】

【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。

【００１０】 図１には本例の電磁式有限回転型電動機の外観を示してある。この図に示すよ うに、電磁式有限回転型電動機１は、全体として円柱形状の外観をしており、そ の先端面側には矩形の取付け用フランジ３ａを有している。この電動機１の先端 面側から突出している回転軸２の先端２ａには、想像線で示すようにミラー２ｂ などの駆動部材が取付けられる。

【００１１】 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した縦断面である。この図に示すよ うに、電動機１は、フランジ３ａが形成されている先端側ケーシング３と、後端 側ケーシング４と、これらの間に挟まれた電動機固定子５が同軸状態に連結され ている。これらの中心には電動機回転軸２が通っている。この回転軸２において 、電動機固定子５に対峙している外周部分には、固定子５とほぼ同一幅の２極着 磁されたリング状永久磁石６が固着され、これによって電動機回転子７が形成さ れている。この電動機回転子７を挟み、回転軸２の先端側および後端側の部分は 、それぞれ、先端側および後端側ケーシング３、４の内周面に対してボールベア リング８、９を介して回転自在に支持されている。この回転軸２の先端側は先端 側ケーシング３から突出している。また、回転軸２の後端側も後端側ケーシング ４から突出しており、この部分は、後端側ケーシング４にねじ止めしたコップ型 の蓋４ａによって覆われている。ここに、後端側ケーシング４には、電動機回転 軸２の回転速度を検出するための回転速度検出器１０が組み込まれている。

【００１２】 図２および図３を参照して、上記の電動機固定子５の構造を説明する。電動機 固定子５は、リング状の本体部分５１と、この内周面から内方に向けて突出した 一対の磁極部５２、５３と、これらの磁極部に巻き付けた界磁巻線５４、５５か ら構成されている。一対の磁極部５２、５３は、回転軸線１ａを通る１本の直径 Ｌ１の方向に沿って形成されている。これらの磁極部５２、５３の先端には、永 久磁石６の外径よりも僅かに大きな内径を有する円弧形の磁極面５２１、５３１ が形成されている。磁極部５２、５３の外周には回転子の駆動磁束を発生させる ための界磁巻線５４、５５が巻付けられている。界磁巻線の両端５４ａ、５５ａ は、電源線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。磁束制御回路により界磁巻線に印加される電流が制御され、これ により回転子の側に作用する磁気トルクによって回転軸２は有限角、例えば３０ 度の角度の幅で回転駆動する。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。

【００１３】 ここに、本例の磁極面５２１、５３１には、その中央に回転軸線１ａの方向に 延びる溝５２１ａおよび５３１ａがそれぞれ形成されている。これらの溝の底面 と永久磁石６との間のギャップは、その両側の磁極面と永久磁石６とのギャップ に比べて大きくなっている。図に示すように、これらの溝の幅をａとし、磁極部 ５２および５３の間の距離をｂとおくと、本例では、ａ＞ｂの関係となるように 、これらの幅が設定されている。

【００１４】 この結果、本例では、図３に示すように、無励磁状態においては、回転子の永 久磁石６の磁極を、一対の磁極部５２、５３の方向Ｌ１に対して直交する方向に 向いた位置Ｌ０に保持する磁気トルクが回転子に作用する。よって、無励磁状態 において回転子７の磁極は、固定子５の磁極に対して９０度の位置Ｌ０に常に保 持されることになる。このように、溝５２１ａ、５３１ａは、無励磁状態におい て回転子７に対して、これを原点位置Ｌ０に復帰させる磁気トルクを作用させる 機能を有している。よって、このような磁気トルクが発生するように、上記のａ ＞ｂの関係を保持しつつ、溝５２１ａ、５３１ａの幅、深さ、断面形状等の諸寸 法を設定すればよい。

【００１５】 図４には、本例の電動機１の回転子７に作用する磁気トルクＴの値を、その原 点位置Ｌ０からの回転角度に対してプロットして得られた特性曲線群を示してあ る。図において、曲線０Ａ、１Ａ、２Ａ、３Ａはそれぞれ、無励磁状態、界磁巻 線５４、５５に１アンペア、２アンペアおよび３アンペアの電流を流した場合に 得られたものである。これらの曲線群から分かるように、原点位置Ｌ０を中心と して正逆方向にそれぞれ２０度の範囲内においては特に発生トルクが安定してい るという優れた特性を有している。

【００１６】 なお、電動機回転子７をその原点位置に保持するための機構としては、上述し たように磁極面５２１、５３１に溝５２１ａ、５３１ａを形成する代わりに、一 対の磁極５２、５３の間に一対の補極を形成したものでもよい。

【００１７】 図５には、この機構を有する電動機固定子の例を示してある。この図に示すよ うに、電動機固定子１５０は、一対の磁極５２、５３に加えて、これらに対して ９０度の位置に、一対の補極１５１、１５２が形成されている。ここに、これら の補極１５１、１５２の磁極面１５１ａ、１５２ａの幅ｂ１と、一対の磁極５２ 、５３の磁極面の幅ａ１とは次の関係に設定されている。すなわち、ｂ＞ａであ る。

【００１８】 このように設定することにより、無励磁状態においては、電動機回転子７には 、一対の補極１５１、１５２を通る直径位置（原点位置）Ｌ０に磁極が整列する ように磁気トルクが作用する。本例の構成によっても、無励磁状態において、回 転子７の磁極を、固定子１５０の磁極に対して９０度の位置に保持できる。 なお、図６には、図１の電動機に図５の構成の固定子１５０を組み込んだ場合 において得られる、回転子に作用する磁気トルクの特性曲線群を示してある。

【００１９】 次に、図７および図８を参照して、回転軸２の回転速度を検出するための回転 速度検出器１０の構造を説明する。この検出器１０は、電動機１の後端側ケーシ ング４に形成した円形溝４ａ内に装着されている。図８から分かるように、この 回転速度検出器１０は、電動機回転軸２の後端部分の外周に２極着磁されたリン グ状の永久磁石１１を固着することにより構成した検出器回転子１２と、この外 周を取り巻く検出器固定子１３から構成されている。検出器固定子１３は、一対 の第１および第２のヨーク片（強磁性部材）１４、１５と、リング状の界磁巻線 アセンブリ１６から構成されている。

【００２０】 第１のヨーク片１４は、浅いコップ状あるいはシャーレ状をしており、開口縁 には第２のヨーク片１５との接合面１４ａが形成されている。この第１のヨーク 片１４の中央には、検出器回転子１２を挿入可能な大きさの貫通孔１４ｂが形成 されている。また、この貫通孔１４ｂの内周縁には、軸線１ａの方向に延びる円 弧状磁極片１４ｃが一体形成されている。この磁極片１４ｃの内周面は、検出器 回転子１２の永久磁石１１よりも僅かに大きな内径となっており、これらの間に は一定のギャップが形成される。この円弧片１４ｃの軸線方向の幅は、第１およ び第２のヨーク片１４、１５を重ね合わせた幅とほぼ同一となるように設定され ている。本例においては、この構造のヨーク片１４は、プレス加工によって成形 されている。

【００２１】 また、第２のヨーク片１５も第１のヨーク片１４と同一の形状をしており、中 央には貫通孔１５ｂが形成され、この内周縁からは軸線方向に円弧状磁極片１５ ｃが延びている。なお、本例では、この第２のヨーク片１５における開口縁に形 成された他方のヨーク片１４との接合面１５ａには、界磁巻線引出し用の切り欠 き１５ｄが形成されている。

【００２２】 次に、リング状の界磁巻線アセンブリ１６は、ヨーク片１４、１５の磁極片１ ４ｃ、１５ｃを挿入可能な大きさの貫通孔を備えたコイルボビン１６ａと、この 外周に巻き付けられた界磁巻線１６ｂから構成されている。

【００２３】 これらの部材は次のようにして組み付ける。第２のヨーク片１５に対してリン グ状の界磁巻線アセンブリ１６を取り付ける。この状態で、第２のヨーク片１５ と第１のヨーク片１４の接合面１５ａ、１４ａを相互の接合する。この際に、各 ヨーク片の磁極片１４ｃ、１５ｃが衝突しないように、１８０度オフセットさせ た状態で組み付ける。

【００２４】 このように構成した本例の回転速度検出器１０においては、回転子１２の永久 磁石１１から、界磁巻線１６を包んでいる第１のヨーク片１４あるいは第２のヨ ーク片１５を通って、第２のヨーク片１５あるいは第１のヨーク片１４に向かう 磁気回路が形成される。電動機１の回転軸２が有限角だけ回転すると、その回転 軸２に形成した検出器回転子１２も一体回転する。図７に示した回転子位置を原 点として回転軸２が有限回転角（例えば−１５度から＋１５度の範囲で）動作す れば、この変化に応じてヨーク片１４、１５を流れる磁束量が変化し、界磁巻線 １６に動起電力が発生する。この動起電力は上記有限回転角の範囲では、ほぼ回 転速度に比例した電圧であり、特別な電気回路による処理を行なわずに回転速度 の検出が可能となる。

【００２５】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の電磁式有限回転型電動機においては、固定子側 の磁極に、磁極間の間隙よりも大きな幅を有する溝を形成してある。したがって 、無励磁状態においては回転子の磁極を、固定子側の磁極に対して電気角で９０ 度の角度位置に復帰させる磁気トルクが発生する。よって、本考案によれば、回 転子を原点位置に復帰させるために、棒ばね、永久磁石などの部材を別途組み付 ける必要がないので、構造が簡単で、しかも部品の組み付け誤差に起因した弊害 が発生することのない原点復帰機構を実現できる。

【００２６】 また、本考案においては、固定子の側に磁極と共に、補極を形成し、これらの 補極の幅を磁極の幅よりも大きくした構成を採用している。この構成によっても 、回転子を原点位置に復帰させるトルクを発生させることができ、上記のように 磁極に溝を形成した場合と同様な利点を備えた原点復帰機構を実現することがで きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例である電磁式有限回転型電動
機の外観斜視図である。

【図２】図１の電動機のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した
部分を平面に展開して示す縦断面図である。

【図３】図１の電動機のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した部
分の横断面図である。

【図４】図１の電動機における発生磁気トルクを示す特
性曲線図である。

【図５】図１の電動機に適用可能な別の固定子の形状を
示す横断面図である。

【図６】図１の電動機に図５の固定子を組み込んだ場合
における発生磁気トルクを示す特性曲線図である。

【図７】図１の電動機に取り付けた回転速度検出器を示
す横断面図である。

【図８】図１の電動機に取り付けた回転速度検出器の構
成を示す分解斜視図である。

【図９】電磁式有限回転型電動機の構成を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１・・・電磁式有限回転型電動機 １ａ・・・軸線 ２・・・回転軸 ５・・・電動機固定子 ６・・・電動機の永久磁石 ７・・・電動機回転子 １０・・・回転速度検出器 ５２、５３・・・固定子側の磁極部 ５２１、５３１・・・磁極面 ５２１ａ、５３１ａ・・・磁極面に形成した溝 ａ・・・溝の幅 ｂ・・・磁極部間の間隙 １５０・・・固定子 １５１、１５２・・・補極 ａ１・・・磁極の幅 ｂ１・・・補極の幅

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石から形成されている極数が２ｎ
   （ｎ：整数）の回転子と、この回転子の外周においてｎ
   対の磁極を形成するための強磁性部材および界磁巻線か
   ら構成される固定子と、この固定子をその中心軸線の回
   りに少なくとも有限角の範囲で回転自在に支持するベア
   リング手段とを有し、前記磁極における前記回転子に対
   峙している磁極面には、その中心部分を回転子から後退
   させる溝が軸線方向に延びており、この溝の幅は、隣り
   合う前記磁極間の間隙よりも大きくなるように設定さ
   れ、無励磁状態において、前記回転子には、この回転子
   の磁極を前記固定子の磁極に対して電気角で９０度の位
   置に保持する磁気トルクが作用することを特徴とする電
   磁式有限回転型電動機の原点復帰機構。
2. 【請求項２】 永久磁石から形成されている極数が２ｎ
   （ｎ：整数）の回転子と、この回転子の外周においてｎ
   対の磁極を形成するための強磁性部材および界磁巻線か
   ら構成される固定子と、この固定子をその中心軸線の回
   りに少なくとも有限角の範囲で回転自在に支持するベア
   リング手段とを有し、前記固定子は、前記磁極に対して
   電気角で９０度回転した位置に磁極と同一数の補極を備
   えており、これらの補極の幅は、前記磁極の幅よりも大
   きくなるように設定され、無励磁状態において、前記回
   転子には、この回転子の磁極を前記固定子の磁極に対し
   て電気角で９０度の位置に保持する磁気トルクが作用す
   ることを特徴とする電磁式有限回転型電動機の原点復帰
   機構。