JPH08237929A - ロータリアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 消費電力の増大及びコストアップをきたすこ
となしに、所定の駆動位置での外力に対する保持力を高
めることができるアクチュエータの提供。 【構成】 固定側部材Ａに設けられた永久磁石１４の磁
束が、該永久磁石１４−磁気通路形成手段（ボディヨー
ク１、連結ヨーク５，６、ステータヨーク３，４）−両
ステータ１５，１６−駆動側部材Ｂに設けられた両ロー
タヨーク３１，３２で構成される２つの磁気通路Ｄ₁ ，
Ｄ₂ 、及び、永久磁石１４−磁気通路形成手段（ボディ
ヨーク１、連結ヨーク５，６、ステータヨーク３，４、
連結ヨーク７，８、ボディヨーク２）−ステータ１８−
両ロータヨーク３１，３２で構成される２つの磁気通路
Ｄ₃ ，Ｄ₄ のみを流れ、磁気エネルギロスの原因となる
その他の短絡路は存在しない構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、アイドル回転
数制御用電磁バルブを駆動する場合等において用いられ
るロータリアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロータリアクチュエータとして
は、例えば、特公昭６４−２０２３号公報の第５ページ
第１〜５図に記載されている「回転駆動装置」がある。

【０００３】この「回転駆動装置」（以後、ロータリア
クチュエータという）は、第１の磁気通路を形成する部
材（第１のヨーク）と、該第１の磁気通路の軸方向に磁
束を発生させるコイル手段と、第１の磁気通路内に設け
られ、第１の磁気通路の軸方向の幅が広く、該軸方向と
直交する方向の幅が狭い狭窄部が形成された空間と、該
空間内に回転可能に配置され径方向に２極着磁された回
転永久磁石と、第１の磁気通路を形成する部材に実質的
に接し、該回転永久磁石の回転軸方向および第１の磁気
通路の軸方向と互いに直交する方向に設けられ第２の磁
気通路を形成する強磁性体ヨーク部材（第２のヨーク）
と、を具備したものであった。

【０００４】即ち、この従来例では、ロータ側に２極着
磁された回転永久磁石を用い、この回転永久磁石を第１
の磁気通路内に形成された空間（第１の磁気通路の軸方
向に長い）内で回転させることにより、回転永久磁石の
磁路の磁気抵抗が変化し、中性安定位置（両狭窄部を結
ぶ方向、即ち、回転永久磁石の磁束が第１の磁気通路の
軸方向と直交する方向）に戻すトルクが働くように構成
されている。そして、この状態でコイル手段に通電する
ことにより、回転永久磁石の磁束とは直交する方向であ
る第１の磁気通路の軸方向に磁束を発生させ、この磁束
の強さ（コイル手段への通電電流の大きさ）に応じて回
転永久磁石を中性安定位置から任意の回転角度位置まで
回転させ、かつ、その位置に保持させることができる。

【０００５】また、この従来例では、第２の磁気通路を
形成する強磁性体ヨーク部材（第２のヨーク）により、
中性安定位置における回転永久磁石の磁路の磁気抵抗を
減少させて回転永久磁石を中性安定位置に戻すトルクを
高め、これにより、回転永久磁石の回転角に対するトル
ク変化率（勾配）を大きくし、即ち、所定の回転位置に
おける保持力を高めるようにしたものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例のロータリアクチュエータにおいては、以下に述
べるような問題点があった。即ち、従来例のロータリア
クチュエータにおいては、上述のように、強磁性体で形
成された第１の磁気通路を形成する部材（第１のヨー
ク）内に設けられた空間に２極着磁された回転永久磁石
を配置した構造であり、即ち、回転永久磁石の回りに形
成される磁場は前記第１の磁気通路を形成する部材（第
１のヨーク）により全周短絡されていて、回転永久磁石
で発生する磁束の一部がコイル手段を有する第１の磁気
通路側にも分流し、回転永久磁石の磁束に対して直交方
向に与える磁束を減少させるため、回転永久磁石の回転
に伴う前記磁場の磁気抵抗変化が緩やかになり、これに
より、回転角に対するトルク変化率（勾配）が小さく、
所定の回転位置での外乱トルクに対する保持力が小さく
なってしまう。

【０００７】従って、回転永久磁石に作用する外乱トル
クの大小によって回転位置が大きく変動してしまう。例
えば、エンジンの吸気路の一部に設けられたバルブを直
接このロータリアクチュエータで駆動する場合、バルブ
に発生するフローフォース等により、ロータ側である回
転永久磁石に外乱としての回転トルクが作用してその回
転位置を変動させることでバルブ開度が変動し、これに
より、エンジン回転数にハンチングを生じるさせるとい
う不具合が生じる。

【０００８】なお、強磁性体ヨーク部材により第２の磁
気通路を形成しても、第１の磁気通路を形成する部材
（第１のヨーク）により全周短絡された状態となってい
る以上、大きな改善効果は得られない。また、従来例に
おいては、狭窄部を形成する代わりに、第１の磁気通路
を形成する部材（第１のヨーク）を若干のスリット部を
もって２分割することにより、回転永久磁石回りでの磁
気的短絡をなくす案も提案されているが、スリットで２
分割された第１のヨークは第１の磁気通路で連結されて
いるため、第１の磁気通路自体は回転永久磁石に対して
は磁気的に短絡経路を形成していることになり、従っ
て、大きな改善効果は得られない。

【０００９】そこで、コイルへの通電電流値の増大によ
り回転永久磁石を回転させるのに必要なコイル起磁力を
大きくしてやるか、回転永久磁石として磁力の強い希土
類磁石を使用することにより、上述の問題点を改善する
ことが可能であるが、前者の場合、消費電力の増大につ
ながるし、また、後者の場合、希土類磁石はフェライト
磁石に比べると非常に高価であるため、コストアップに
つながるという別の問題を生じさせることになる。な
お、円筒形状のフェライト磁石は、製造工程で割れが発
生するため実質的に円筒形状に作ることが困難である。

【００１０】本発明は、上述のような従来の問題点に着
目してなされたもので、消費電力の増大及びコストアッ
プをきたすことなしに、所定の駆動位置での外力に対す
る保持力を高めることができるロータリアクチュエータ
を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明請求項１記載のロータリアクチュエータは、略
環状に形成された固定側部材と該固定側部材内において
回動自在に設けられた回動側部材とで構成され、前記回
動側部材の外周には、外周面が円弧状に形成されていて
その回動方向両端部相互間にそれぞれ磁束分離部を介し
て互いに磁気的に分離された一対の磁性部材よりなる磁
束分流手段が設けられ、前記両磁束分流手段の円弧状外
周面と対向する固定側部材の内面側には、各磁束分流手
段の円弧状外周面とそれぞれ所定の小間隙を有して円弧
状に対面する一対のステータが設けられ、該一対の両ス
テータのうちの少なくとも一方には、回動側部材の回動
方向と直交する方向の磁束を発生させると共にその起磁
力をコントロール可能なコイル手段が設けられ、前記両
磁束分離部の一方側と対面する固定側部材の内面側に
は、回動側部材の回動方向と直交する方向に２極着磁さ
れていて両磁束分流手段の一方の端部がそれぞれ所定の
小間隙を有して円弧状に対面する永久磁石が設けられ、
前記両磁束分離部のもう一方側と対面する固定側部材の
内面側には、両磁束分流手段の回動側部材の回動方向と
直交する方向に突出していて両磁束分流手段のもう一方
の端部がそれぞれ所定の小間隙を有して円弧状に対面す
るステータが設けられ、前記固定側部材には、回動側部
材における各磁束分流手段と対面する側とはそれぞれ反
対側において永久磁石と両一対の各ステータとの間、及
び、ステータと一対の各ステータとの間をそれぞれ磁気
的に連通する磁気通路形成手段を備えている手段とし
た。

【００１２】また、請求項２記載のロータリアクチュエ
ータは、略環状に形成された固定側部材と該固定側部材
内において回動自在に設けられた回動側部材とで構成さ
れ、前記回動側部材の外周には、外周面が円弧状に形成
されていてその回動方向両端部相互間にそれぞれ磁束分
離部を介して互いに磁気的に分離された一対の磁性部材
よりなる磁束分流手段が設けられ、前記両磁束分流手段
の円弧状外周面と対向する固定側部材の内面側には、各
磁束分流手段の円弧状外周面とそれぞれ所定の小間隙を
有して円弧状に対面する一対のステータが設けられ、該
一対の両ステータのうちの少なくとも一方には、回動側
部材の回動方向と直交する方向の磁束を発生させると共
にその起磁力をコントロール可能なコイル手段が設けら
れ、前記両磁束分離部とそれぞれ対面する固定側部材の
内面側には、回動側部材の回動方向と直交する方向に２
極着磁されていて両磁束分流手段の一方の端部がそれぞ
れ所定の小間隙を有して円弧状に対面する一対の永久磁
石が設けられ、前記固定側部材には、回動側部材におけ
る各磁束分流手段と対面する側とはそれぞれ反対側にお
いて両永久磁石と一対の各ステータとの間をそれぞれ磁
気的に連通する磁気通路形成手段を備えている手段とし
た。

【００１３】また、請求項３記載のロータリアクチュエ
ータは、前記請求項１または請求項２において、前記一
方のステータに設けられたコイル手段が、該ステータに
発生させる磁束の方向を正逆切り換え可能で正逆各磁束
の起磁力をコントロール可能に構成されている手段とし
た。

【００１４】また、請求項４記載のロータリアクチュエ
ータは、前記請求項３において、前記一方のステータに
設けられたコイル手段が、該ステータに互いに逆方向の
磁束を発生させる２つのコイルを備えている手段とし
た。

【００１５】また、請求項５記載にロータリアクチュエ
ータは、前記請求項４において、デューティ信号に基づ
き、オンデューティ時には一方のコイル手段のみに通電
し、オフデューティ時にはもう一方のコイル手段のみに
通電し、デューティ信号のデューティ比を可変制御する
ことにより両ステータに発生させる起磁力をコントロー
ルするようにした。

【００１６】また、請求項６記載のロータリアクチュエ
ータは、前記請求項１または請求項２において、前記一
対の両ステータには、回動側部材の回動方向と直交する
方向で両磁束分流手段と対面する側が同一の極となる磁
束を発生させると共にその起磁力をコントロール可能な
コイル手段が設けられている手段とした。

【００１７】また、請求項７記載のロータリアクチュエ
ータは、前記請求項６において、デューティ信号に基づ
き、オンデューティ時には一方のコイル手段のみに通電
し、オフデューティ時にはもう一方のコイル手段のみに
通電し、デューティ信号のデューティ比を可変制御する
ことにより一対の両ステータに発生させる起磁力をコン
トロールするようにした。

【００１８】

【作用】この発明請求項１記載のロータリアクチュエー
タでは、上述のように構成されるため、コイル手段への
無通電状態においては、永久磁石の磁束は、一方の磁束
分流部における両磁束分流手段との対向面間に形成され
た小間隙をそれぞれ通過して両磁束分流手段に分流さ
れ、さらに、両磁束分流手段と両ステータとの対向面間
にそれぞれ形成された小間隙を通過して両ステータに流
れ込んだ後、両磁気通路形成手段をそれぞれ経由して
（もしくは以上とは逆方向の流れで）永久磁石に戻る、
という分流された２つの磁気通路の他、永久磁石の磁束
が両磁束分流手段との間に形成された小間隙をそれぞれ
通過して両磁束分流手段に分流された後、もう一方の磁
束分流部におけるステータとの対向面に形成された小間
隙をそれぞれ通過してステータに流れ込んだ後、両磁気
通路形成手段を経由して（もしくは以上とは逆方向の流
れで）永久磁石に戻る、という分流された２つの磁気通
路が形成された状態となっている。

【００１９】この時、両磁束分流手段と永久磁石との間
の対向面に形成される両小間隙の面積、即ち、２つの磁
気通路の断面積が同一でない場合（及び、両磁束分流手
段とステータとの間の対向面に形成される両小間隙の面
積、即ち、２つの磁気通路の断面積が同一でない場合）
は、磁気通路断面積の大きい方の磁気通路側に対し小さ
い方の磁気通路側の磁気抵抗が大きくなるという磁気抵
抗差が発生するが、両小間隙部における磁気抵抗をそれ
ぞれ減少（面積をそれぞれ増加）させる方向に回動側部
材を回動させるトルクが互いに相対する方向に作用し、
このため、両方トルクが均等にバランスする位置、即
ち、両磁束分流手段と永久磁石との間の対向面に形成さ
れる両小間隙の面積、及び、両磁束分流手段とステータ
との間の対向面に形成される両小間隙の面積がそれぞれ
同一となる中性安定位置に回動側部材を復帰させる復帰
トルクが常に働いた状態となっている。

【００２０】従って、両コイル手段への無通電状態にお
いては、回動側部材を中性安定位置に保持させることが
できるもので、この中性安定位置から回動側部材がいず
れかの方向に回動した場合には、その回動による磁気抵
抗変化量に比例した中性安定位置への復帰トルクが発生
し、この復帰トルクの強さが回動側部材の所定回動位置
における外乱に対する保持力の大きさとなる。

【００２１】次に、コイル手段への通電により、一方の
ステータに磁束を発生させると、４つの磁気通路におけ
る磁束の強さが不均一となることから、４つの小間隙部
の面積が同一の状態では両磁気通路における磁気抵抗の
バランスが崩れた状態となるため、再び磁気抵抗がバラ
ンスする位置まで回動側部材を回動させるトルクが発生
し、このトルクにより、回動側部材を中性安定位置から
所定の位置まで回動させ、その位置に保持させることが
できる。

【００２２】そして、永久磁石の磁束は、永久磁石，両
磁束分流手段，両ステータ及び両磁気通路形成手段で構
成される磁気通路と、永久磁石，両磁束分流手段，ステ
ータ及び両磁気通路形成手段で構成される磁気通路のみ
を流れ、従来例のような磁気エネルギロスの原因となる
その他の短絡路は存在しない構造であるため、永久磁石
の持つ磁気エネルギを効率的に利用することができる。
従って、消費電力の増大及びコストアップをきたすこと
なしに、所定の駆動位置での外力に対する保持力を高め
ることができる。

【００２３】また、請求項２記載のロータリアクチュエ
ータでは、前記請求項１記載のロータリアクチュエータ
における磁束分離部側のステータが永久磁石に変わった
もので、この永久磁石の磁束により、前記磁気通路の磁
束が強くなり、即ち、所定の駆動位置での外力に対する
保持力を高めることができる。

【００２４】また、請求項３記載のロータリアクチュエ
ータでは、コイル手段により、一方のステータに対し正
逆いずれか一方に磁束を発生させると、中性安定位置か
ら所定の方向に回動側部材を回動させ、また、前記とは
逆方向に磁束を発生させると、中性安定位置から前記と
は逆方向に回動側部材を回動させることができる。

【００２５】また、請求項４記載のロータリアクチュエ
ータでは、前記請求項３において、２つのコイルに対す
る通電の切り換えによりステータに発生させる磁束の切
り換えが行なわれる。

【００２６】また、請求項５記載のロータリアクチュエ
ータでは、前記請求項３において、デューティ信号に基
づき、オンデューティ時には一方のコイル側のみに通電
し、オフデューティ時にはもう一方のコイル側のみに通
電し、デューティ信号のデューティ比を可変制御するこ
とによりステータに発生させる正逆各磁束方向の起磁力
をコントロールすることができるもので、即ち、デュー
ティ比が50％で回動側部材は中性安定位置に保持され、
デューティ比を50％から増減させることにより、回動側
部材を中性安定位置を中心として互いに反対方向に回動
させることができる。

【００２７】また、請求項６記載のロータリアクチュエ
ータでは、前記一対のステータの両方に設けられたコイ
ル手段のいずれか一方に通電することにより、中性安定
位置から所定の方向に回動側部材を回動させ、また、コ
イル手段のもう一方に通電することにより、中性安定位
置から前記とは逆方向に回動側部材を回動させることが
できる。

【００２８】また、請求項７記載のロータリアクチュエ
ータでは、前記請求項６において、デューティ信号に基
づき、オンデューティ時には一方のコイル手段のみに通
電し、オフデューティ時にはもう一方のコイル手段のみ
に通電し、デューティ信号のデューティ比を可変制御す
ることにより両ステータに発生させる起磁力をコントロ
ールすることができるもので、、即ち、デューティ比が
50％で回動側部材は中性安定位置に保持され、デューテ
ィ比を50％から増減させることにより、回動側部材を中
性安定位置を中心として互いに反対方向に回動させるこ
とができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述
する。 （第１実施例）図１は、本発明第１実施例のロータリア
クチュエータを示す断面図（図２のＩ−Ｉ線）、図２は
図１のII−II線における断面図であり、両図において、
Ａは固定側部材、Ｂは回動側部材である。

【００３０】まず、前記固定側部材Ａについて説明する
と、それぞれ強磁性体よりなる上下一対の円弧状ボディ
ヨーク１，２と、左右一対のステータヨーク３，４と、
各ヨーク１，２，３，４の端部を連結する連結ヨーク
５，６，７，８とで略円筒状のヨーク部が形成されると
共に、該円筒状ヨーク部の両端開口部には非磁性体より
なるアルミニューム製のキャップ９，１０が装着され、
この両キャップ９，１０の中心部には、ベアリング１
１，１２が圧入固定されている。なお、１３は前記各部
材間を連結するねじである。

【００３１】前記上側の円弧状ボディヨーク１の内周側
には、円筒状ヨーク部の径方向に２極着磁された永久磁
石１４が接着固定されている。この永久磁石１４として
フェライト磁石が用いられ、内周面が円筒状ヨーク部の
軸心部を中心とする円弧状に形成されると共に、外周側
がＮ極で内周側がＳ極となるように径方向に２極着磁さ
れている。

【００３２】前記下側の円弧状ボディヨーク２の内周側
には、円筒状ヨーク部の軸心部を中心として前記永久磁
石１４と対象形状のステータ１８が接着固定されてい
る。

【００３３】前記左右両ステータヨーク３，４の内面側
には、強磁性体よりなるステータ１５，１６がそれぞれ
ねじ１７ａ，１７ｂで締結固定されている。この両ステ
ータ１５，１６は、その内周面が前記永久磁石１４と同
様に円筒状ヨーク部の軸心部を中心とする円弧状に形成
されると共に、外周側には図示を省略した絶縁コーティ
ングを介し、ステータ１５，１６に径方向の磁束を発生
させるコイル１９，２０が巻かれている。

【００３４】次に、回動側部材Ｂについて説明すると、
この回動側部材Ｂは、ロータ回転軸３０と、該ロータ回
転軸３０の外周に接着固定された一対のロータヨーク３
１，３２とで構成されている。

【００３５】前記ロータ回転軸３０は、非磁性体である
ステンレス（SUS304）で形成されていて、その両端が前
記ベアリング１１，１２により回転自在に軸支された状
態で設けられている。

【００３６】前記ロータヨーク３１，３２は、請求の範
囲の磁束分流手段を構成するもので、強磁性体により半
円弧状に形成されていて、図１において、両円周方向上
端面相互間と下端面相互間には、磁束分離部として磁気
的に分離可能な幅の空隙ａ₁，ａ₂ がそれぞれ形成され
ている。さらに詳述すると、両ロータヨーク３１，３２
における空隙ａ₁ 側端部の外周面がそれぞれ小間隙ｂ
₁ ，ｂ₂ を有して永久磁石１４の円弧状内周面と対面
し、また、両ロータヨーク３１，３２のもう一方の端部
の外周面がそれぞれ小間隙ｃ₁ ，ｃ₂ を有してステータ
１８の円弧状内周面と対面すると共に、両ロータヨーク
３１，３２の中間部外周面がそれぞれ小間隙ｄ₁ ，ｄ₂
を有して両ステータ１５，１６の円弧状内周面と対面し
た状態となっている。

【００３７】従って、永久磁石１４の磁束は、図１にお
いて、上側ボディヨーク１内で左右に分流された後、そ
れぞれ上側の各連結用ヨーク５，６、各ステータヨーク
３，４（以上で請求の範囲の磁気通路形成手段を構
成）、各ステータ１５，１６を経由し、小間隙ｄ₁ ，ｄ
₂ をそれぞれ通過して各ロータヨーク３１，３２に流れ
込み、さらに、小間隙ｂ₁ ，ｂ₂ をそれぞれ通過して永
久磁石１４に戻る、という分流された２つの磁気通路Ｄ
₁ ，Ｄ₂ の他、上側ボディヨーク１内で左右に分流され
た後、それぞれ上側の各連結用ヨーク５，６、各ステー
タヨーク３，４、下側の連結ヨーク７，８（以上で請求
の範囲の磁気通路形成手段を構成）を経由して、ステー
タ１８に合流し、小間隙ｃ₁ ，ｃ₂ をそれぞれ通過して
各ロータヨーク３１，３２に分流され、さらに、小間隙
ｂ₁ ，ｂ₂ をそれぞれ通過して永久磁石１４に戻る、と
いう分流された２つの磁気通路Ｄ₃ ，Ｄ₄ が形成された
状態となっている。

【００３８】次に、図３に示すコイル駆動回路について
説明すると、前記コイル１９，２０の一方端は、ターミ
ナル２１を介してバッテリＢａのプラス極に接続され、
また、コイル１９，２０のもう一方端は、ターミナル２
２，２３をそれぞれ介してＮＰＮトランジスタ２４，２
５のコレクタ側にそれぞれ接続されていて、該ＮＰＮト
ランジスタ２４，２５のエミッタ側は共に接地されてい
る。なお、図において２６，２７は各コイル１９，２０
に対しそれぞれ並列に組み込んだサージ吸収用ダイオー
ドである。

【００３９】また、コイル２０側のＮＰＮトランジスタ
２５のベース側にはデューティ信号Ｓ（Ｄ）が入力さ
れ、また、コイル１９側のＮＰＮトランジスタ２４のベ
ース側にはインバータ２８を経由してデューティ信号Ｓ
（Ｄ）が入力されていて、デューティ信号Ｓ（Ｄ）のオ
ン時間ＴａはＮＰＮトランジスタ２５のみ導通させるこ
とによりコイル２０側にバッテリＢａの電流を流し、ま
た、デューティ信号Ｓ（Ｄ）のオフ時間ＴｂはＮＰＮト
ランジスタ２４のみ導通させることによりコイル１９側
にバッテリＢａの電流を流すようになっている。そし
て、この各コイル１９，２０への通電により、永久磁石
１４の磁束による分流された左右一対の磁気通路のう
ち、ステータ１８を通る方の各磁気通路Ｄ₃ ，Ｄ₄ の流
れ方向とは一致するが、もう一方の各磁気通路Ｄ₁ ，Ｄ
₂ の流れ方向とは逆行する方向の磁束φ₁ ，φ₂ を発生
させるように配線されている。以上のように、前記コイ
ル１９，２０とコイル駆動回路とで請求の範囲のコイル
手段が構成されている。

【００４０】次に、実施例の作用を説明する。 （イ）コイル無通電時 磁気回路は漏れ回路が多く、正確に磁束の流れを解析す
ることは困難であるため、ここでは、磁束の主な流れに
ついて説明すると、コイル１９，２０への無通電状態に
おいては、永久磁石１４の磁束は、前述のように、４つ
の磁気通路Ｄ₁，Ｄ₂ ，Ｄ₃ ，Ｄ₄ を流れた状態となっ
ている。

【００４１】この時、図１の状態からロータ回転軸３０
をいずれかの方向に回転させると、両ロータヨーク３
１，３２と永久磁石１４との間の対向面に形成される両
小間隙ｂ₁ ，ｂ₂ の面積、及び、両ロータヨーク３１，
３２とステータ１８との間の対向面に形成される小間隙
ｃ₁ ，ｃ₂ の面積、即ち、一方の左右一対の磁気通路Ｄ
₁ ，Ｄ₂ 及びもう一方の左右一対の磁気通路Ｄ₃ ，Ｄ₄
の断面積がそれぞれ同一でなくなるため、それぞれ断面
積の大きい方の磁気通路側に対し小さい方の磁気通路側
の磁気抵抗が大きくなるという磁気抵抗差が発生する
が、両小間隙部ｂ₁，ｂ₂ 、及び、両小間隙部ｂ₁ ，ｂ₂
における磁気抵抗をそれぞれ減少（面積をそれぞれ増
加）させる方向に両ロータヨーク３１，３２を回転させ
るトルクが互いに相対する方向に作用し、このため、両
方の対向するトルクが均等にバランスする位置、即ち、
両小間隙ｂ₁ ，ｂ₂ 及び両小間隙ｂ₁ ，ｂ₂ の面積が同
一となる中性安定位置（図１の状態）にロータ回転軸３
０を復帰させる復帰トルクが常に働いた状態となってい
る。

【００４２】従って、コイル１９，２０への無通電状態
においては、ロータ回転軸３０を中性安定位置に保持さ
せることができるもので、この中性安定位置をロータ回
転角θ＝０°とし、この位置からロータ回転軸３０がい
ずれかの方向に回転した場合には、その回転による磁気
抵抗変化量に比例した中性安定位置への復帰トルクが発
生し、この復帰トルクの強さがロータ回転軸３０の所定
ロータ回転角θにおける外乱に対する保持力の大きさと
なる。

【００４３】図４はロータ回転角θに対する復帰トルク
Ｔ特性を示すもので、この図に示すように、ロータ回転
軸３０の反時計方向回転をマイナス角度、時計方向回転
をプラス角度とすると、コイル無通電状態においてロー
タ回転軸３０を回転させた場合の復帰トルクＴ特性は
［Ｉ］に示すようになる。なお、ロータ回転角θと復帰
トルクＴは同方向であり、即ち、復帰トルクＴが正だと
ロータ回転角θを増やす方向で、復帰トルクＴが負だと
ロータ回転角θを減らす方向であり、従って、図４のＲ
₂ で示すロータ回転角θ＝０°の位置がロータ回転軸３
０の中性安定位置となる。そして、ロータ回転軸３０の
ロータ回転角θに対する復帰トルクＴの変化率（勾配）
が大きい程、ひいては両磁気通路Ｄ₁ ，Ｄ₂ 及び両磁気
通路Ｄ₃ ，Ｄ₄ における磁気抵抗変化率が大きい程、外
乱に対する保持力が大きいことになる。

【００４４】従って、永久磁石１４の磁束を磁気通路Ｄ
₁ ，Ｄ₂ ，Ｄ₃ ，Ｄ₄ に集中することにより、永久磁石
１４が持つ磁気エネルギを復帰トルクＴとして最大限に
効率利用することができることになる。

【００４５】（ロ）コイル通電時 次に、図３に示すようなデューティ信号Ｓ（Ｄ）でコイ
ル１９，２０に通電した場合、デューティ信号Ｓ（Ｄ）
のオン時間Ｔａにはコイル２０側にだけ通電され、これ
により、ステータ１６側にφ₂ の方向（永久磁石１４の
磁束による磁気通路Ｄ₄ の流れ方向とは同一で磁気通路
Ｄ₂ の流れ方向とは逆行する方向）の磁束を発生させ、
また、オフ時間Ｔｂにはコイル１９側にだけ通電され、
これにより、ステータ１５側にφ₁ の方向（永久磁石１
４の磁束による磁気通路Ｄ₃ の流れ方向とは同一で磁気
通路Ｄ₁ の流れ方向とは逆行する方向）の磁束を発生さ
せる。しかし、実際には、１／（Ｔａ＋Ｔｂ）の駆動周
波数は、１００〜５００Ｈｚ程度でコイル１９，２０の
時定数がそれより十分大きいのでコイル１９，２０に
は、通電電流に対し、オフデューティ比（＝Ｔｂ×１０
０／（Ｔａ＋Ｔｂ）％）、または、オンデューティ比
（＝Ｔａ×１００／（Ｔａ＋Ｔｂ）％）に相当する平均
的な電流が流れ、ステータ１５，１６には各平均電流に
対する平均磁束が発生すると考えることができる。

【００４６】以上のように、両コイル１９，２０への通
電により、両ステータ１５，１６に対し、永久磁石１４
の磁束による分流された各磁気通路Ｄ₁ ，Ｄ₂ の流れ方
向とは逆行する方向の磁束φ₁ ，φ₂ を発生させると、
該磁束φ₁ ，φ₂ によって永久磁石１４による各磁気通
路Ｄ₁ ，Ｄ₂ の磁束が弱められる一方で、各磁気通路Ｄ
₃ ，Ｄ₄ の磁束は強められることになる。

【００４７】従って、オンデューティ比が５０％（オフ
デューティ比も５０％）で両ステータ１５，１６におけ
る両磁束φ₁ ，φ₂ の強さが均一である時は、両磁気通
路Ｄ₁ ，Ｄ₂ 相互間、及び、両磁気通路Ｄ₃ ，Ｄ₄ 相互
間における両磁束の強さも均一状態に維持されることか
ら、ロータ回転軸３０は、図４のＲ₂ に示すロータ回転
角θ＝０°の中性安定位置に保持された状態となる。

【００４８】次に、オンデューティ比が１００％（オフ
デューティ比が０％）の時は、コイル１９が巻かれたス
テータ１５側の磁束φ₁ が０％で、コイル２０が巻かれ
たステータ１６側の磁束φ₂ が１００％となるため、該
ステータ１６側を通る磁気通路Ｄ₂ 側の磁束だけが磁束
φ₂ によって弱められ、磁気通路Ｄ₃ 側の磁束Ｄ₄ だけ
が磁束φ₂ によって強められ、これにより、両磁気通路
Ｄ₁ ，Ｄ₂ 相互間、及び両磁気通路Ｄ₃ ，Ｄ₄ 相互間に
おける磁束の強さがそれぞれ不均一となることから、両
小間隙ｂ₁ ，ｂ₂ 及び両小間隙ｃ₁ ，ｃ₂ の面積がそれ
ぞれ同一の状態では両磁気通路Ｄ₁ ，Ｄ₂ 相互間及び両
磁気通路Ｄ₃ ，Ｄ₄ 相互間における磁気抵抗のバランス
が崩れた状態となるため、再び磁気抵抗がバランスする
方向、即ち、ロータ回転軸３０を時計方向に回転させる
正のトルクが発生し、この正のトルクにより、ロータ回
転軸３０を図 のＲ₃ に示すロータ回転角θ＝＋２０°
の位置まで回転させ、図 の［II］に示す復帰トルクＴ
特性により、そのロータ回転角θ位置に保持させること
ができる。

【００４９】また、オンデューティ比が０％（オフデュ
ーティ比が１００％）の時は、以上とは逆に、コイル１
９が巻かれたステータ１５側の磁束φ₁ が１００％で、
コイル２０が巻かれたステータ１６側の磁束φ₂ が０％
となるため、ロータ回転軸３０を反時計方向に回転させ
る負のトルクが発生し、この負のトルクにより、ロータ
回転軸３０を図４のＲ₁ に示すロータ回転角θ＝−２０
°の位置まで回転させ、図４の[III] に示す復帰トルク
Ｔ特性により、そのロータ回転角θ位置に保持させるこ
とができる。これは、オンデューティ比制御によりロー
タ回転角θを−２０°〜＋２０°の範囲内で任意の位置
に制御できることを意味している。

【００５０】なお、図５はオンデューティ比に対するロ
ータ回転角θの可変特性を示したものである。

【００５１】また、図６は、小間隙ｂ₁ ，ｂ₂ 部分と、
空隙ａ₁ 部分の回動方向長さの比率をロータ回転軸３０
の回転角で表わした説明図であり、この図に示すよう
に、中性安定位置にある場合において、ロータ回転軸３
０の回転角範囲をθ₀ 、永久磁石１４の内径側円弧部分
の回転角をθ_m 、空隙ａ部分の回転角をθ_s 、小間隙ｂ
₂ 部分の回転角をθ_r （＝θ_m ／２−θ_s ／２）とする
と、空隙ａ部分の回転角θ_s は１０°〜２０°の範囲で
設定することが、永久磁石１４の磁束の２分割分離上望
ましく、また、小間隙ｂ₂ 部分の回転角θ_r とロータ回
転軸３０の回転角範囲θ₀ の２分の１との差（θ_r −θ
_s ／２）は、５°〜１０°の範囲で設定することが、ロ
ータ回転軸３０の回転角範囲θ₀ 内におけるリニアなト
ルク可変特性、及び、デューティ比に対するロータ回転
角θのリニアな可変特性を得る上において望ましい。

【００５２】以上説明してきたように、この第１実施例
のロータリアクチュエータにあっては、以下に列挙する
効果が得られる。 永久磁石１４の磁束は、主として該永久磁石１４
と、両ステータ１５，１６と、両ロータヨーク３１，３
２とを経由する各磁気通路Ｄ₁ ，Ｄ₂ 、及び、該永久磁
石１４と、ステータ１８と、両ロータヨーク３１，３２
とを経由する各磁気通路Ｄ₃ ，Ｄ₄ を流れ、従来例のよ
うな磁気エネルギロスの原因となるその他の短絡路は存
在しない構造であるため、永久磁石１４の持つ磁気エネ
ルギを効率的に利用することができ、従って、通電電流
の増加による消費電力の増大及び高価な永久磁石の採用
によるコストアップをきたすことなしに、所定の回転角
θ位置での外乱トルクに対する保持力を高めることがで
きるようになる。

【００５３】 左右一対のステータ１５，１６の両方
にコイル１９，２０を備えたことで、広いロータ回転角
範囲θ₀ を得ることができるようになる。

【００５４】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。なお、この他の実施例においては、前記第１実施例
と原理的に見てほぼ同様の構成部分には同一の符号を付
けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

【００５５】（第２実施例）図７に示す第２実施例のロ
ータリアクチュエータは、ボディヨーク１，２を平坦な
板状に形成することにより、連結ヨーク５，６，７，８
を省略した変形例を示すものであって、前記第１実施例
とほぼ同様の作用効果が得られる。

【００５６】（第３実施例）図８に示す第３実施例のロ
ータリアクチュエータは、前記第１実施例におけるステ
ータ１８を永久磁石２９と入れ換えた変形例を示すもの
である。

【００５７】即ち、この実施例では、永久磁石２９とし
て、前記永久磁石１４とはその内周側が互いに異なる極
となるように半径方向に２極着磁されたフェライト磁石
が用いられており、このため、この永久磁石２９の磁束
により、該磁束が両ロータヨーク３１，３２との間にそ
れぞれ形成された小間隙ｃ₁ ，ｃ₂ を通過して各ロータ
ヨーク３１，３２に分流され、さらに、小間隙ｄ₁ ，ｄ
₂ を通過して各ステータ１５，１６に流れ込んだ後、各
ステータヨーク３，４、下側の連結ヨーク７，８及び下
側のボディヨーク２を経由して、永久磁石２９に戻る、
という２つの磁気通路Ｄ₅ ，Ｄ₆ が形成された状態とな
る。

【００５８】従って、この実施例では、分流された新た
な一対の磁気通路Ｄ₅ ，Ｄ₆ により、小間隙ｄ₁ ，ｄ₂
における磁気抵抗変化率を大きくすることができるもの
で、これにより、所定の回転角θ位置での外乱トルクに
対する保持力をさらに高めることができるようになる。

【００５９】以上、実施例を図面に基づいて説明してき
たが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっ
ても本発明に含まれる。

【００６０】例えば、実施例では、左右一対のステータ
１５，１６の両方にコイル手段を備えたが、いずれか一
方のみであってもよい。ただし、この場合は、回動側部
材Ｂの回動範囲が半分となる。しかし、一方のステータ
１５または１６に、磁束の方向が互いに逆方向となる２
つのコイルを有するコイル手段を設けた状態（例えば、
前記実施例におけるコイル１９，２０を一方のステータ
１５または１６に同時に巻いた状態）とすることによ
り、両ステータ１５，１６にそれぞれコイル手段を設け
た場合と同様の回動範囲が得られるようになる。

【００６１】また、実施例では、磁束分離部として両磁
束分流手段相互間を空隙（ａ₁ ，ａ₂ ）により磁気的に
分離したが、非磁性部材を介装させることで磁気的に分
離させてもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明請求項
１記載のロータリアクチュエータにあっては、前述のよ
うに、永久磁石の磁束が、永久磁石，両磁束分流手段，
両ステータ及び両磁気通路形成手段で構成される２つの
磁気通路と、永久磁石，両磁束分流手段，ステータ及び
両磁気通路形成手段で構成される２つの磁気通路のみを
流れ、従来例のような磁気エネルギロスの原因となるそ
の他の短絡路は存在しない構造としたことで、永久磁石
の持つ磁気エネルギを効率的に利用することができ、従
って、消費電力の増大及びコストアップをきたすことな
しに、所定の回転位置での外力に対する保持力を高める
ことができるようになるという効果が得られる。

【００６３】また、請求項２記載のロータリアクチュエ
ータでは、前記請求項１記載のロータリアクチュエータ
における磁束分離部側のステータを永久磁石に入れ換え
た構成とすることにより、磁気通路の磁束が強くなり、
これにより、所定の駆動位置での外力に対する保持力を
さらに高めることができるようになるという効果が得ら
れる。

【００６４】また、請求項３記載のロータリアクチュエ
ータでは、前記一方のステータに設けられたコイル手段
を、該ステータに発生させる磁束の方向を正逆切り換え
可能で正逆各磁束の起磁力をコントロール可能としたこ
とで、回動側部材を中性安定位置を中心として互いに反
対方向に回動させることができ、即ち、回動側部材の回
動範囲を広げることができるようになるという効果が得
られる。

【００６５】また、請求項４記載のロータリアクチュエ
ータでは、前記請求項３において、前記一方のステータ
に設けられたコイル手段が、該ステータに互いに逆方向
の磁束を発生させる２つのコイルを備えている構成とし
たことで、２つのコイルに対する通電制御により回動側
部材を中性安定位置を中心として互いに反対方向に回動
させることができる。

【００６６】また、請求項５記載のロータリアクチュエ
ータでは、前記請求項４において、デューティ信号に基
づき、オンデューティ時には一方のコイル手段のみに通
電し、オフデューティ時にはもう一方のコイル手段のみ
に通電し、デューティ信号のデューティ比を可変制御す
ることにより両ステータに発生させる起磁力をコントロ
ールするようにしたことで、デューティ比を可変制御す
るだけで、回動側部材を中性安定位置を中心として互い
に反対方向に回動させることができる。

【００６７】また、請求項６記載のロータリアクチュエ
ータでは、前記一対の両ステータには、回動側部材の回
動方向と直交する方向で両磁束分流手段と対面する側が
同一の極となる磁束を発生させると共にその起磁力をコ
ントロール可能なコイル手段が設けられている構成とし
たことで、回動側部材を中性安定位置を中心として互い
に反対方向に回動させることができ、即ち、回動側部材
の駆動範囲を広げることができるようになるという効果
が得られる。

【００６８】また、請求項７記載のロータリアクチュエ
ータでは、前記請求項６において、デューティ信号に基
づき、オンデューティ時には一方のコイル手段のみに通
電し、オフデューティ時にはもう一方のコイル手段のみ
に通電し、デューティ信号のデューティ比を可変制御す
ることにより一対の両ステータに発生させる起磁力をコ
ントロールするようにしたことで、回動側部材を中性安
定位置を中心として互いに反対方向に回動させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１実施例のロータリアクチュエータを
示す図２のＩ−Ｉ線における断面図である。

【図２】本発明第１実施例のロータリアクチュエータを
示す図１のII−II線における断面図である。

【図３】本発明第１実施例のロータリアクチュエータに
おけるコイル駆動回路を示す図である。

【図４】本発明第１実施例のロータリアクチュエータに
おけるロータ回転角に対する復帰トルク特性図である。

【図５】本発明第１実施例のロータリアクチュエータに
おけるオンデューティ比に対するロータ回転角の可変特
性図である。

【図６】本発明第１実施例のロータリアクチュエータに
おける両小間隙部分と空隙部分の回転方向長さの比率を
回転角で示す説明図である。

【図７】本発明第２実施例のロータリアクチュエータを
示す断面図である。

【図８】本発明第３実施例のロータリアクチュエータを
示す断面図である。

【符号の説明】

Ａ 固定側部材 Ｂ 駆動側部材 Ｄ₁ 磁気通路 Ｄ₂ 磁気通路 Ｄ₃ 磁気通路 Ｄ₄ 磁気通路 Ｄ₅ 磁気通路 Ｄ₆ 磁気通路 ａ₁ 空隙（磁束分離部） ａ₂ 空隙（磁束分離部） ｂ₁ 小間隙 ｂ₂ 小間隙 ｃ₁ 小間隙 ｃ₂ 小間隙 ｄ₁ 小間隙 ｄ₂ 小間隙 １ ボディヨーク（磁気通路形成手段） ２ ボディヨーク（磁気通路形成手段） ３ ステータヨーク（磁気通路形成手段） ４ ステータヨーク（磁気通路形成手段） ５ 連結ヨーク（磁気通路形成手段） ６ 連結ヨーク（磁気通路形成手段） ７ 連結ヨーク（磁気通路形成手段） ８ 連結ヨーク（磁気通路形成手段） １４ 永久磁石 １５ ステータ １６ ステータ １８ ステータ １９ コイル（コイル手段） ２０ コイル（コイル手段） ２９ 永久磁石 ３１ ロータヨーク（磁束分流手段） ３２ ロータヨーク（磁束分流手段）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略環状に形成された固定側部材と該固定
   側部材内において回動自在に設けられた回動側部材とで
   構成され、 前記回動側部材の外周には、外周面が円弧状に形成され
   ていてその回動方向両端部相互間にそれぞれ磁束分離部
   を介して互いに磁気的に分離された一対の磁性部材より
   なる磁束分流手段が設けられ、 前記両磁束分流手段の円弧状外周面と対向する固定側部
   材の内面側には、各磁束分流手段の円弧状外周面とそれ
   ぞれ所定の小間隙を有して円弧状に対面する一対のステ
   ータが設けられ、 該一対の両ステータのうちの少なくとも一方には、回動
   側部材の回動方向と直交する方向の磁束を発生させると
   共にその起磁力をコントロール可能なコイル手段が設け
   られ、 前記両磁束分離部の一方側と対面する固定側部材の内面
   側には、回動側部材の回動方向と直交する方向に２極着
   磁されていて両磁束分流手段の一方の端部がそれぞれ所
   定の小間隙を有して円弧状に対面する永久磁石が設けら
   れ、 前記両磁束分離部のもう一方側と対面する固定側部材の
   内面側には、両磁束分流手段の回動側部材の回動方向と
   直交する方向に突出していて両磁束分流手段のもう一方
   の端部がそれぞれ所定の小間隙を有して円弧状に対面す
   るステータが設けられ、 前記固定側部材には、回動側部材における各磁束分流手
   段と対面する側とはそれぞれ反対側において永久磁石と
   両一対の各ステータとの間、及び、ステータと一対の各
   ステータとの間をそれぞれ磁気的に連通する磁気通路形
   成手段を備えていることを特徴とするロータリアクチュ
   エータ。
2. 【請求項２】 略環状に形成された固定側部材と該固定
   側部材内において回動自在に設けられた回動側部材とで
   構成され、 前記回動側部材の外周には、外周面が円弧状に形成され
   ていてその回動方向両端部相互間にそれぞれ磁束分離部
   を介して互いに磁気的に分離された一対の磁性部材より
   なる磁束分流手段が設けられ、 前記両磁束分流手段の円弧状外周面と対向する固定側部
   材の内面側には、各磁束分流手段の円弧状外周面とそれ
   ぞれ所定の小間隙を有して円弧状に対面する一対のステ
   ータが設けられ、 該一対の両ステータのうちの少なくとも一方には、回動
   側部材の回動方向と直交する方向の磁束を発生させると
   共にその起磁力をコントロール可能なコイル手段が設け
   られ、 前記両磁束分離部とそれぞれ対面する固定側部材の内面
   側には、回動側部材の回動方向と直交する方向に２極着
   磁されていて両磁束分流手段の一方の端部がそれぞれ所
   定の小間隙を有して円弧状に対面する一対の永久磁石が
   設けられ、 前記固定側部材には、回動側部材における各磁束分流手
   段と対面する側とはそれぞれ反対側において両永久磁石
   と一対の各ステータとの間をそれぞれ磁気的に連通する
   磁気通路形成手段を備えていることを特徴とするロータ
   リアクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記一方のステータに設けられたコイル
   手段が、該ステータに発生させる磁束の方向を正逆切り
   換え可能で正逆各磁束の起磁力をコントロール可能に構
   成されていることを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載のロータリアクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記一方のステータに設けられたコイル
   手段が、該ステータに互いに逆方向の磁束を発生させる
   ２つのコイルを備えていることを特徴とする請求項３に
   記載のロータリアクチュエータ。
5. 【請求項５】 デューティ信号に基づき、オンデューテ
   ィ時には一方のコイル手段のみに通電し、オフデューテ
   ィ時にはもう一方のコイル手段のみに通電し、デューテ
   ィ信号のデューティ比を可変制御することにより両ステ
   ータに発生させる起磁力をコントロールするようにした
   ことを特徴とする請求項４に記載のロータリアクチュエ
   ータ。
6. 【請求項６】 前記一対の両ステータには、回動側部材
   の回動方向と直交する方向で両磁束分流手段と対面する
   側が同一の極となる磁束を発生させると共にその起磁力
   をコントロール可能なコイル手段が設けられていること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のロータリ
   アクチュエータ。
7. 【請求項７】 デューティ信号に基づき、オンデューテ
   ィ時には一方のコイル手段のみに通電し、オフデューテ
   ィ時にはもう一方のコイル手段のみに通電し、デューテ
   ィ信号のデューティ比を可変制御することにより一対の
   両ステータに発生させる起磁力をコントロールするよう
   にしたことを特徴とする請求項６に記載のロータリアク
   チュエータ。