JPH063767B2 - ロ−タリソレノイド装置 - 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、マグネッ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。

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、従ってサー
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、自動車のギ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ップ状にされた
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、突極巾は磁性巾より大きくされている。それぞれの
巾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の間の回転面の空隙は
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と所定の巾だけ、それ等の対向面が重
なっている。

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。

必要によっては、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(a)と同一記号のものは、同一部材なので、その
説明は省略する。

第１図(b)において、円筒形の支持体３ａは、図示しな
い本体に固定され、固定子４の中央空孔が、支持体３ａ
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を介して支持体３ａと回動自在に支持され
ている。又回転軸９には、回転体７の中央部空孔が嵌着
固定されている。

回転軸９の中央空孔は、光が通過する為のものである。
絞りは該空孔の出口又は入口に設けられ、回転軸９の１
部と絞り開口制御用の作動子が係合しているので、回転
体７の回転により、絞りの開口の大小が制御される。

次に、第３図につき回転子６及び回転体７の動作の説明
をする。

第３図(a)は、磁極４ａ，４ｂを外側からみた展開図及
び空極６ａ，６ｂを内側からみた展開図である。

磁極４ａ，４ｂは矩形の断面であるが、突極６ａ，６ｂ
は、図示のように、くさび型の形状となっている。斜線
部は凹部となっているので、突極６ａ，６ｂは突出部と
なり、これが磁極４ａ，４ｂと空隙を介して対向回転す
る構成となっている。

第３図(b)は、突極６ａ，６ｂ及び磁極４ａ，４ｂの回
転の原理を示す為の展開図である。

第３図(a)と同一記号のものは同一部材である。

次に第２図(a)につき、励磁コイル５ａ，５ｂの通電制
御手段について説明する。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。記号18ａ，18
bは電源正負極である。

電気スイッチ19ａを閉じると、励磁コイル５ａ，５ｂに
通電される。従って第３図(b)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４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。

空極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６ａの下側の斜めの線25ａは、必ずしも必要でな
く、直線状として巾を均一としてもよい。その理由は、
かかる吸引力は、トルク曲線15と相似した形となるから
である。突極６ｂの下側の曲線25ｂは、上に凸となって
いるが、この曲線の形状を変更することにより、例えば
点線25ｃのようにすることができる。トルク曲線16の形
状が変更できるので、使用目的に対応して、本発明装置
の突極６ｂと磁極４ｂの間の空隙の大きさ、それぞれの
対向面の長さの比を、適宜に変更する必要がある。磁極
４ｂの対向面を突極６ｂと同じ形とし、突極６ｂの形を
長方形としても同じ目的が達成できる。このときには、
磁極４ｂの左側の巾がせまく構成される。突極４ａにつ
いても事情は全く同じである。電気スイッチ19ｂを開く
と、励磁コイル５ａ，５ｂの通電が断たれるので、第１
図につき前述した矢印Ａ方向にスプリングバックする。
このときにマグネットを使用していないので、コッギン
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)の形式で、サーボ弁は、励磁
コイルの通電の停止により、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３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３図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４ｂとの間の発生トルクと同じ性質とすることがよ
い。第４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。

磁極４ａ，４ｂの巾（第３図(a)で矢印Ｃで示す長さ）
及び突極６ａ，６ｂの巾は、図示の巾より少し大きく
し、又は小さくしても実施することができる。第３図
(a)の突極６ａ，６ｂの形状の場合に、磁極４ａ，４ｂ
との間の径方向の吸引力は、回転角の初期と末期では大
きい差があり、バランスしない不都合がある。

かかる不都合を除去する手段について次に説明する。

第３図(b)において、突極６ａ，６ｂの代りに、突極９
ａ，９ｂ，10ａ，10ｂが、回転子６に設けられる。

突極９ａが、磁極４ａに吸引されて回転するときのトル
ク曲線は、第４図の曲線16のようになる。又突極10ａが
磁極４ａに吸引されて回転するときのトルク曲線は、第
４図の曲線15のようになる。

従って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。突極９ｂ，10ｂと磁極４ｂとの間の吸引力に
よる合成トルク曲線も全く同じ事情で、平坦なトルク曲
線となる。従ってそれ等の合成トルクも同じ性質のもの
となり、本発明の目的が達成される。突極９ａと10ａ及
び突極９ｂと10ｂのそれぞれを実線10ｃ，10ｄで分割し
ているのは、出力トルクの説明の為で、それぞれ１体と
して構成されるものである。

点線10ｅ，10⊥示すように、突極10ａ，10ｂを長方形と
しても効果に大きい差を生ずることはない。

上述した構成の為に、突極と磁極間の径方向の力はほぼ
バランスされる効果があり、回転軸と軸承の損傷を防止
することができるものである。

第１図(c)の実施例は、第１図(a)のものを内転型の構成
としたものである。磁極12ａ，12ｂは、ヨーク12ととも
に、軟鋼板をプレス加工により作られ、励磁コイル13が
装着されている。

回転軸１は、図示しない軸承（本体に固定されてい
る。）により回動自在に支持され、これには、回転子11
が固定され、回転子11には突極11ａ，11ｂが設けられ
る。

回転子11，突極11ａ，11ｂは、軟鋼板をプレス加工して
作られる。若しくは軟鋼粉の焼結体で作られる。突極11
ａ，11ｂの回転面には、第３図(a)，(b)で説明した形状
の凹部と突出部が設けられている。本体に植立した抑止
ピン８は、突極11ｂに当接し、回転子11には、矢印Ａ方
向に弾撥するバックスプリングが掛けられている。励磁
コイル13に通電すると、前実施例と同じ作用により、回
転子11は矢印Ｂ方向に回転する。作用効果は前実施例と
同様である。

第１図(b)の装置により、カメラの絞りを制御する場合
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５図(a)において、カップ状の回転体７の裏面には、
円周面にそってフェライトマグネット29ａが貼着され、
これと対向して本体側にホール素子26ａ（磁気抵抗素子
でもよい。）が固定されている。

マグネット29ａは、紙面に垂直方向に磁化され、マグネ
ット29ａが、回転体７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。

従っ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。

マグネット29ａは、回転体７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26ｂを設けても同じ目的が達成される。

第５図(b)は、他の実施例である。回転体７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小
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(b)の回転子６，回転体７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
きくなるに従って大きい信号となるようにされている。
又励磁コイル５ａ，５ｂ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
くなったときに、回転トルクとバッ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。

第１図(d)に示すものは、本発明装置の他の実施例であ
る。

第１図(d)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(d)の点線Ｃの断面を、矢印Ｄ方向よりみた断面
図が第１図(e)に示されている。従って(e)，(d)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(e)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
部となっている。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は、軟鋼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、カップ状
に、プラスチッ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、第１図(b)の実施例と同様に、
この中空部に、レンズ系及び絞りが設けられ、絞り径
は、回転軸９の回転により変更されるようになってい
る。

磁極４ａ，４ｂは、(e)図の断面図に示すように、４
ａ，４ｃ及び４ｂ，４ｄがそれぞれ１組となっている。
又突極６ａ，６ｂも(e)図に示すように、６ａ，６ｃ及
び６ｂ，６ｄがそれぞれ１組となり、磁極４ａ，４ｂ，
４ｄ，４ｄは、それぞれ突極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと
空隙を介して対向している。

突極６ａ，６ｂ，…が、(e)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。

上述した対向面の突極６ａ，６ｂ若しくは、そのいずれ
かには、第３図(a)の突極６ａに示すようにくさび型の
突出部が設けられている。

励磁コイル５に通電すると、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６
ａ，６ｃを通って閉じられる。磁極４ｂ，４ｄ及び突極
６ｂ，６ｄについても同様に閉じられる。

従って、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。

第１図(f)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(f)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。従って折曲部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６ｂ
に、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1
5，16のピーク値を等しくすることができる。第１図(e)
の突極６ａ，６ｃ及び磁極４ａ，４ｃ及び磁極４ａ，４
ｃも同じ構成となるが省略して図示していない。

本実施例においては、磁極４ｂ，４ｄと突極６ｂ，６ｄ
を除去してもよい。この場合には、磁極４ａ，４ｃの対
向面のいずれかに、くさび型の突出部を設ける必要があ
る。

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３ａ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。

従って、回転軸３ａの外周に、突極６ａ，６ｂ，６ｃ，
６ｄが外方に突出して設けられ、本体に磁極４ａ，４
ｂ，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。又第１図
(a)の実施例のように、円筒状の回転軸の代りに、第１
図(d)に示すように、回転軸１を回転体７に固定し、回
転軸１をボールベアリング１ａを介して、支持体３ａに
対して回動自在に支持しても本発明の目的が達成され
る。

第４図のトルク曲線15，16のピーク値は、前述したよう
にほぼ等しくすることが必要であるが、この為には、第
１図(a)の突極６ｂの上下方向（図面上）の巾即ち空隙
長を調整して変更することができる。

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、突極及び磁極の展開図、第４
図は、出力トルク曲線のグラフ、第５図は、位置検知装
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，４
ｂ，12ａ，12ｂ…磁極、５ａ，５ｂ，13…励磁コイル、
１ａ…ボールベアリング、８…抑止ピン、７ａ…突出
部、６，11…回転子、７…回転体、６ａ，６ｂ，11ａ，
11ｂ，９ａ，９ｂ，10ａ，10ｂ…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、26ａ，26ｂ…ホー
ル素子、29ａ，29ｂ……フェライトマグネット、27…空
孔、28…空心コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸対称の位置にあるｎ個（ｎは正整数）の
   開角（巾）が等しくされて、同一円周上に等しいピッチ
   で磁性体の磁極が配設された固定子と、前記した磁極に
   装着されて、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隙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ックスプリング
   と、スプリングバッ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、又バッ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
   巾が増大するように保持する抑止装置と、対向している
   少なくとも１個の磁極と突極のいずれかの対向面に設け
   られ、重なる巾が大きくなるに従って、回転方向に垂直
   な方向の巾が漸増する突出対向部と、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。