JPH06209553A - ロ−タリアクチュエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロ−タリアクチュエ−タにおいて、ロ−タヨ
−クの半径を小さくしロ−タの質量を小さくできるよう
にし、それにより、ロ−タの角加速度の大きい即ち優れ
た応答性能を持ち消費電力の小さい小型のロ−タリアク
チュエ−タを提供する。 【構成】 回転できるシャフト４とコイル７とを備えた
ロ−タリアクチュエ−タ１において、前記シャフト４に
空洞部６を設け、この空洞部６内に前記コイル７を配置
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ム−ビングコイル型ロ
−タリアクチュエ−タに係わり、特に光偏向用ロ−タリ
アクチュエ−タに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下、添付図面を参照して、従来の光偏
向用ロ−タリアクチュエ−タについて説明する。まず、
ム−ビングコイル型ロ−タリアクチュエ−タの動作原理
を説明する。図３は、ム−ビングコイル型ロ−タリアク
チュエ−タの動作原理を説明するためのム−ビングコイ
ル型ロ−タリアクチュエ−タの上面断面図である。図３
において、２０はム−ビングコイル型ロ−タリアクチュ
エ−タを、２１Ａ及び２１Ｂは一対になる永久磁石を、
２２はステ−タヨ−クを、２４はロ−タヨ−クを、２７
はロ−タヨ−クの回転中心軸を、２３Ａ及び２３Ｂはロ
−タヨ−ク２４に巻回されたコイルを、それぞれ示す。
また、Ｎ及びＳは磁極を示す。そして、永久磁石２１Ａ
及び２１Ｂ、ステ−タヨ−ク２２等でステ−タ２５が、
コイル２３Ａ及び２３Ｂ、ロ−タヨ−ク２４等でロ−タ
２６が構成されている。

【０００３】ステ−タ２５の円筒状のステ−タヨ−ク２
２の内部に、円柱状のロ−タヨ−ク２４が配置されてい
る。ロ−タヨ−ク２４は、ステ−タ２５に取り付けられ
たここには図示されていない軸受けを介して回転できる
ようになっている。ステ−タ２５の中心線とロ−タヨ−
ク２４の回転中心軸２７は一致している。ロ−タヨ−ク
２４には、コイル２３Ａ、２３Ｂが巻かれており、その
方向はロ−タヨ−ク２４の回転軸に沿っている。コイル
２３Ａには、紙面の表から裏へ向かう電流が、コイル２
３Ｂには、紙面の裏から表へ向かう電流が、それぞれ流
される。ステ−タヨ−ク２２には、扇形の一対の永久磁
石２１Ａ、２１Ｂが取り付けられている。これらの永久
磁石２１Ａ、２１Ｂは、ロ−タヨ−ク２４に巻かれたコ
イル２３Ａ、２３Ｂに触れない近接位置に配置されてい
る。

【０００４】永久磁石２１Ａはステ−タヨ−ク２２の側
がＮ極に、ロ−タヨ−ク２４の側がＳ極になるように、
一方、永久磁石２１Ｂはステ−タヨ−ク２２の側がＳ
極、ロ−タヨ−ク２４の側がＮ極になるように、磁化さ
れている。ステ−タヨ−ク２２は軟磁性材料より構成さ
れているので、永久磁石２１ＡのＮ極より出た磁束は、
ステ−タヨ−ク２２を通り永久磁石２１ＢのＳ極に達し
ており、永久磁石２１ＢのＮ極より出た磁束は、コイル
２３Ｂ、ロ−タヨ−ク２４、コイル２３Ａを通り永久磁
石２１ＡのＳ極に達している。電流が流れているコイル
２３Ａ，２３Ｂには，ロ−レンツ力Ｆが作用する。この
ロ−レンツ力Ｆは

【０００５】

【数１】

【０００６】で表される。ここで、Ｂはコイル２３Ａ，
２３Ｂの位置における磁束密度（Ｔ）を、ｌは磁界中の
コイルの長さ（ｍ）を、ｉはコイルに流れる電流（Ａ）
をそれぞれ示す。上述のロ−レンツ力Ｆはロ−タ２６に
回転力として作用する。この時、ロ−タ２６の角加速度
αの大きさを決定する因子として、ロ−タ２６の慣性モ
−メントＪがある。慣性モ−メントＪは、

【０００７】

【数２】

【０００８】で表される。ここで、ロ−タ２６の慣性モ
−メントＪはロ−タ２６の主要部である円筒型のロ−タ
ヨ−ク２４によって決定されると近似して、ｒはロ−タ
ヨ−ク２４の半径（ｍ）を、Ｍはロ−タヨ−ク２４の質
量（ｋｇ）をそれぞれ示す。そして、ム−ビングコイル
型ロ−タリアクチュエ−タ２０の重要な性能である応答
性能はロ−タ２６の角加速度αの大きさで評価する事が
できる。角加速度αは、近似的に、

【０００９】

【数３】

【００１０】で表される。ここで、Ｆはコイル２３Ａ、
２３Ｂに作用するロ−レンツ力（Ｎ）を、ｒはロ−タヨ
−ク２４の半径（ｍ）を、Ｍはロ−タ２６の主要部であ
る円筒型のロ−タヨ−ク２４の質量（ｋｇ）をそれぞれ
示す。これによれば、応答性能に優れたム−ビングコイ
ル型ロ−タリアクチュエ−タ２０を得るには、大きなロ
−レンツ力Ｆすなわち大きな回転力を得るか、ロ−タヨ
−ク２４の円筒半径ｒを小さくするか、ロ−タヨ−ク２
４の質量を小さくする事が必要である。

【００１１】次に、従来の光偏向用ロ−タリアクチュエ
−タの一例を説明する。図４は、従来の光偏向用ロ−タ
リアクチュエ−タの一例を示す斜視構成図である。図４
において、１０は従来例の光偏向用ロ−タリアクチュエ
−タを、１１はロ−タを、１６はステ−タを、１２Ａは
第一の永久磁石を、１２Ｂは第二の永久磁石を、１３は
ステ−タヨ−クを、１４はシャフトを、１５はロ−タヨ
−クを、１７はコイルを、１８Ａは第一のベアリング
を、１８Ｂは第二のベアリングを、１９はミラ−をそれ
ぞれ示す。

【００１２】まず、従来例のロ−タリアクチュエ−タ１
０の構成を説明する。ロ−タ１１は、回転できるように
ステ−タ１６に取り付けられるべき二個のベアリング１
８Ａ及び１８Ｂによって保持されたシャフト１４と、こ
の二個のベアリング１８Ａ及び１８Ｂ間のシャフト１４
に取り付けられたコイル１７が巻回されたコイルボビン
であるロ−タヨ−ク１５と、このシャフト１４の先端に
取り付けられた光偏向用ミラ−１９とから構成されてい
る。一方、ステ−タ１６は、図では部分で示されている
ステ−タヨ−ク１３と、このステ−タヨ−ク１３に取り
付けられた一対の永久磁石１２Ａ及び１２Ｂとから構成
されている。これらの永久磁石１２Ａ及び１２Ｂは、ロ
−タの回転軸に対向して配置されており、その磁化方向
は、それぞれロ−タの回転軸に向かいしかもその向きは
互いに逆である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来例の光偏向用ロ−タリアクチュエ−タにおいて
は、シャフトにコイルボビンであるロ−タヨ−クが取り
付けられており、このコイルボビンにコイルが形成され
ているため、ロ−タヨ−クの半径が大きくなると同時に
ロ−タの質量が大きくなり、即ちロ−タの慣性モ−メン
トが大きくなり、ロ−タの角加速度を大きくするには、
大きな電流をコイルに流す必要がある。しかし、発熱の
問題のため、コイルに流せる電流は制限を受け、ロ−タ
の角加速度を大きくする事は困難であった。

【００１４】そこで、本発明は、ロ−タリアクチュエ−
タにおいて、ロ−タヨ−クの半径を小さくしロ−タの質
量を小さくできるようにし、それにより、ロ−タの角加
速度の大きい即ち優れた応答性能を持ち消費電力の小さ
い小型のロ−タリアクチュエ−タを提供する事を目的と
するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のロ−タリアクチ
ュエ−タは、回転できるシャフトとコイルとを備えたロ
−タリアクチュエ−タにおいて、前記シャフトに空洞部
を設け、この空洞部内に前記コイルを配置した事によ
り、上述の目的を達成するものである。

【００１６】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。図１は、本発明のロ−タリアクチュエ−タの
一実施例を示す斜視構成図である。 図２は、本発明の
ロ−タリアクチュエ−タの一実施例を示す拡大上面断面
図である。図１において、（Ａ）はロ−タリアクチュエ
−タ１を示し、（Ｂ）はコイル７を示す。図１及び図２
において、１はロ−タリアクチュエ−タを、３１はロ−
タを、３６はステ−タを、２Ａは第一の永久磁石を、２
Ｂは第二の永久磁石を、３はステ−タヨ−クを、４はシ
ャフトを、５はコイル装着部を、６は空洞部を、７はコ
イルを、７Ａは第一の電磁力発生部を、７Ｂは第二の電
磁力発生部を、８Ａは第一のベアリングを、８Ｂは第二
のベアリングを、９はミラ−を、３２はロ−タの回転中
心軸をそれぞれ示す。

【００１７】まず、本発明の一実施例であるロ−タリア
クチュエ−タ１の構成を説明する。ロ−タ３１は、回転
できるようにステ−タ３６に取り付けられるべき二個の
ベアリング８Ａ及び８Ｂによって保持されたシャフト４
と、この二個のベアリング８Ａ及び８Ｂ間のシャフト４
の部分に形成された空洞部６を持つコイル装着部５と、
この空洞部６に装着されたコイル７と、このシャフト４
の先端に取り付けられた光偏向用ミラ−９とから構成さ
れている。

【００１８】コイル装着部５はシャフト４の円周面を加
工して平行な平面を持っており、この平面をシャフト４
の回転中心軸３２に沿った長手方向を持つ矩形にくりぬ
いて空洞部６を形成してある。コイル７は別に巻回さ
れ、空洞部６に挿入接着されている。第一の電磁力発生
部７Ａは第一の永久磁石２Ａに対向し、第二の電磁力発
生部７Ｂは第二の永久磁石２Ｂに対向している。一方、
ステ−タ３６は、図では部分で示されているステ−タヨ
−ク３と、このステ−タヨ−ク３に取り付けられた一対
の永久磁石２Ａ及び２Ｂとから構成されている。これら
の永久磁石２Ａ及び２Ｂは、ロ−タ３１の回転中心軸３
２に対向して配置されており、その磁化方向は、それぞ
れロ−タ３１の回転中心軸３２に向かいしかもその向き
は互いに逆である。

【００１９】次に、コイル７に電流を流したときの動作
を説明する。第二の永久磁石２ＢのＮ極から第一の永久
磁石２ＡのＳ極との間の空間には磁場が発生している。
コイル装着部５の空洞部６に配置されたコイル７に電流
が流れると、第一の電磁力発生部７Ａには紙面の表から
裏に向かって、第二の電磁力発生部７Ｂには紙面の裏か
ら表に向かって、それぞれ電流が流れ、これらの電磁力
発生部７Ａ及び７Ｂにはロ−レンツ力が発生し、ロ−タ
３１は図２において時計回りの回転力を得る。

【００２０】このときコイル７の回転軸方向断面の平均
半径が小さい事より、またロ−タ３１の全質量はシャフ
ト４の質量とミラ−９の質量の合計であり小さい事よ
り、上述の（３）式より、得られるロ−タ３１の角加速
度αは、大きくなる。図５は、シャフト径を変えた時の
ロ−タの慣性モ−メントＪとロ−タの角加速度αとの関
係を示すグラフ図である。図５中に示される数字は、シ
ャフト径を表しており、６が最も小さいシャフト径を示
し、数字の増加と共に、シャフト径は大きくなってい
る。最も小さいシャフト径の時、ロ−タの角加速度αは
最大である。

【００２１】また、ロ−レンツ力を大きくするためにコ
イル７に流す電流を大きくすること無く、ロ−タ３１の
角加速度αを大きくできるのでコイル７の消費電力を少
なくすることができると共に、コイル装着部５をシャフ
ト４のサイズと同程度にできるので、ロ−タリアクチュ
エ−タ１をより小型化する事ができる。

【００２２】ところで、図２に示す本発明の一実施例に
おいては、コイルは空心であるが、磁場を発生する一対
の永久磁石の間隔が狭いため、大きいロ−タの角加速度
を得るのに必要なロ−レンツ力を得るには、十分な大き
さの磁場を得る事ができるし、コイルの中に軟磁性材料
を充填すれば、一層大きいロ−レンツ力を得る事がで
き、一層大きいロ−タの角加速度を得る事ができるのは
言うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明のロ−タリア
クチュエ−タは、回転できるシャフトとコイルとを備え
たロ−タリアクチュエ−タにおいて、前記シャフトに空
洞部を設け、この空洞部内に前記コイルを配置した事に
より、ロ−タヨ−クの半径を小さくしロ−タの質量を小
さくできるようにし、それにより、ロ−タの角加速度の
大きい即ち優れた応答性能を持ち消費電力の少ない小型
のロ−タリアクチュエ−タを提供する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロ−タリアクチュエ−タの一実施例を
示す斜視構成図である。

【図２】本発明のロ−タリアクチュエ−タの一実施例を
示す拡大上面断面図である。

【図３】ム−ビングコイル型ロ−タリアクチュエ−タの
動作原理を説明するためのム−ビングコイル型ロ−タリ
アクチュエ−タの上面断面図である。

【図４】従来のロ−タリアクチュエ−タの一例を示す斜
視構成図である。

【図５】シャフト径を変えた時のロ−タの慣性モ−メン
トＪとロ−タの角加速度αとの関係を示すグラフ図であ
る。

【符号の説明】

１ ロ−タリアクチュエ−タ ４ シャフト ６ 空洞部 ７ コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転できるシャフトとコイルとを備えた
   ロ−タリアクチュエ−タにおいて、前記シャフトに空洞
   部を設け、この空洞部内に前記コイルを配置した事を特
   徴とするロ−タリアクチュエ−タ。