JPH08294261A - 回転型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡素な制御構成で、所望の回転範囲が得られ
る回転型アクチュエータを提供する。 【構成】 回転型アクチュエータにおいて、永久磁石Ｐ
Ｍを備えた磁石保持部材ＭＨと、導電部材ＣＥを備えた
導体保持部材ＣＨとが、特定回動軸芯周りに相対回動自
在に設けられ、前記永久磁石ＰＭ及び前記導電部材ＣＥ
は、前記磁石保持部材ＭＨと前記導体保持部材ＣＨとの
相対回動方向に推進力を生じ、且つ、前記相対回動方向
に推進力を生じる前記導電部材ＣＥの通電方向が前記特
定回動軸芯方向視における同一断面内で同一方向を向く
ように配置され、前記永久磁石ＰＭと共に前記導電部材
ＣＥと交差する磁路を形成する磁性体ＭＲが備えられて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転型アクチュエータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転型アクチュエータは、各種の可動機
構に対して回転駆動力を供給する動力源等として利用さ
れる。この種の回転型アクチュエータとしては、導電部
材を流れる電流と永久磁石の磁界との相互作用によって
回転駆動力を発生する構成のものが考えられている。こ
の形式のものとしては、従来、回動軸芯でもある円筒軸
芯方向視の断面図である図１１に示すように、永久磁石
１００を、円筒状の支持部材１０１の外周において、円
筒内方側の面と円筒外方側の面とをＳ極又はＮ極とし、
且つ、隣合う永久磁石１００の磁界の方向が交互に異な
る状態で、周方向に複数個配置し、夫々の永久磁石１０
０に対して円筒高さ方向（図１１において紙面に垂直な
方向）が通電方向となる導電部材１０２を配置する構成
の回転型アクチュエータがある。

【０００３】ここで、導電部材１０２の通電方向は、複
数の永久磁石１００と導電部材１０２の対が同一方向に
推進力を生じるように、永久磁石１００の極性に対応し
て交互に入れ代わるようにしてある。従って、例えば、
導電部材１０２側を固定して永久磁石１００側を回転さ
せる場合、永久磁石１００は、それに対応する導電部材
１０２の存在範囲内でのみ回転でき、その範囲を超えて
さらに回転させるには、永久磁石１００側の回転位置を
検出し、その回転位置に応じて導電部材１０２の通電方
向を切換える必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、上記従来構成
では、回転型アクチュエータの回転範囲が制限され、
又、回転範囲の制限を解除するには複雑な制御が必要と
なる不都合があった。本発明は、上記実情に鑑みてなさ
れたものであって、その第１目的は、簡素な制御構成
で、所望の回転範囲が得られる回転型アクチュエータを
提供する点にある。第２の目的は、装置構成を簡素なも
のとしながら、上記第１の目的を達成する点にある。第
３の目的は、推進力を効率的に向上しながら、上記第２
の目的を達成する点にある。第４の目的は、装置の機能
を更に向上しながら、上記第１、第２又は第３の目的を
達成する点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の回転型アクチュ
エータの第１特徴構成は、永久磁石を備えた磁石保持部
材と、導電部材を備えた導体保持部材とが、特定回動軸
芯周りに相対回動自在に設けられ、前記永久磁石及び前
記導電部材は、前記磁石保持部材と前記導体保持部材と
の相対回動方向に推進力を生じ、且つ、前記相対回動方
向に推進力を生じる前記導電部材の通電方向が前記特定
回動軸芯方向視における同一断面内で同一方向を向くよ
うに配置され、前記永久磁石と共に前記導電部材と交差
する磁路を形成する磁性体が備えられた点にある。第２
特徴構成は、上記第１特徴構成において、前記導電部材
が、円筒状に形成され、且つ、通電方向が前記特定回動
軸芯方向視における同一断面内で同一方向を向くように
配置され、前記永久磁石が、円筒状に形成され、且つ、
前記導電部材の内方側又は外方側に配置されている点に
ある。

【０００６】第３特徴構成は、上記第２特徴構成におい
て、前記永久磁石が、前記特定回動軸芯方向に、隣合う
永久磁石の磁界の方向が互いに逆方向を向く状態で複数
個並べて配置され、前記導電部材が、前記複数個の永久
磁石の夫々に対応して、電流の流れ方向が交互となるよ
うに形成された点にある。第４特徴構成は、上記第１、
第２又は第３特徴構成において、前記磁石保持部材と前
記導体保持部材とが、互いに対向する面に沿う状態で直
線的に相対移動自在に設けられ、前記永久磁石と協働
で、前記磁石保持部材と前記導体保持部材とが直線的に
相対移動する方向に推進力を生じるように、前記導体保
持部材に補助導電部材が備えられた点にある。

【０００７】

【作用】本発明の第１特徴構成によれば、永久磁石は、
磁性体と共に、導電部材と交差する磁路を形成し、その
永久磁石による磁界と導電部材に流れる電流との相互作
用により特定回動軸芯周りに推進力を発生する。つま
り、簡略的に表現すると、電流をＩ、磁束密度をＢ、発
生する力をＦとして、Ｆ＝Ｉ×Ｂ（Ｆ，Ｉ，Ｂは夫々ベ
クトル量）の関係で、推進力を生じる。その推進力を発
生する導電部材における通電方向は、特定回動方向軸芯
方向視における同一断面内で同一方向を向くように配置
されている。すなわち、導体保持部材と磁石保持部材と
の相対回動位置に拘らず同一方向への推進力が発生する
のである。本発明の第２特徴構成によれば、導電部材
が、円筒状に形成され、且つ、通電方向が特定回動軸芯
方向視における同一断面内で同一方向を向くように配置
され、永久磁石が、円筒状に形成され、且つ、導電部材
の内方又は外方に配置されているので、導電部材を流れ
る電流と永久磁石による磁界とが無駄なく相互作用し、
効率良く推進力を発生する。

【０００８】本発明の第３特徴構成によれば、永久磁石
が、特定回動軸芯方向に、隣合う永久磁石の磁界の方向
が互いに逆方向を向く状態で複数個並べて配置され、導
電部材が、複数個の永久磁石の夫々に対応して、電流の
流れ方向が交互となるように形成されており、特定回動
軸芯方向に並ぶ永久磁石間で効率良く磁界が形成され
る。従って、これらの永久磁石と導電部材で効率良く大
きな推進力を得られる。本発明の第４特徴構成によれ
ば、導体保持部材と磁石保持部材とは、上記の如く永久
磁石による磁界と導電部材を流れる電流との相互作用に
より特定回動軸芯周りに推進力を発生し、更に、永久磁
石と補助導電部材を流れる電流との相互作用により直線
的に相対移動する方向にも推進力を発生することができ
る。つまり、回転駆動と直線駆動との両方の駆動力を出
力できるのである。

【０００９】

【発明の効果】上記第１特徴構成によれば、導体保持部
材と磁石保持部材との相対回動位置に拘らず同一方向へ
の推進力が発生するので、同一方向への推進力の発生の
ための特別な制御を必ずしも必要とせず、簡素な制御構
成で、所望の回転範囲が得られる回転型アクチュエータ
を提供するに至った。上記第２特徴構成によれば、導電
部材を流れる電流と永久磁石による磁界とが無駄なく相
互作用し、効率良く推進力を発生するので、装置構成を
簡素なものとしながら、上記第１特徴構成による効果を
奏することができる。上記第３特徴構成によれば、複数
個設けた永久磁石と導電部材との相互作用により効率良
く大きな推進力を得られるので、推進力を効率的に向上
しながら、上記第２特徴構成による効果を奏することが
できる。上記第４特徴構成によれば、回転駆動と直線駆
動との両方の駆動力を出力できるので、装置の機能を更
に向上しながら、上記第１、第２又は第３特徴構成によ
る効果を奏することができる。

【００１０】

【実施例】本発明を適用した回転型アクチュエータの実
施例を図面に基づいて説明する。 〔第１実施例〕第１実施例の回転型アクチュエータ１
は、側断面図である図１及び図１におけるＡ−Ａ断面図
である図２に示すように、永久磁石ＰＭを備えた磁石保
持部材ＭＨと、導電部材ＣＥであるコイルＣＯを備えた
導体保持部材ＣＨとが、特定回動軸芯α周りに相対回動
自在に設けられている。導体保持部材ＣＨは、円筒状の
コイル支持筒３と、そのコイル支持筒３に巻回されたコ
イルＣＯと、コイルＣＯが巻回された状態のコイル支持
筒３に対して外嵌する中空円柱状のケースＯＣとからな
る。コイル支持筒３には、図３に示すように、円筒軸芯
方向中央部の周面に周方向に１列に並ぶ状態でコイル通
過孔３ａが形成され、円筒軸芯方向両端部の周面にコイ
ル通過孔３ａの位置と対応してコイル支持用溝３ｂが形
成されている。

【００１１】コイルＣＯは、図４に示すように、これら
コイル通過孔３ａ及びコイル支持溝３ｂを利用して巻回
される。すなわち、図４においてＢ点を始点として説明
すると、コイル支持筒３の外周側を通り、コイル通過孔
３ａに入ってから図４における左側へＵターンしてコイ
ル支持筒３の内面側を通って、左端のコイル支持溝３ｂ
に至る。コイル支持溝３ｂに引っ掛けた後、コイル支持
筒３の外面側へＵターンし、コイル支持筒３の外面側を
通って再びコイル通過孔３ａに入る。コイル通過孔３ａ
から内側に入ったコイルＣＯは図４における右側へ進
み、コイル支持筒３の内側を通って右端のコイル支持溝
３ｂに至る。コイル支持溝３ｂに引っ掛けた後、コイル
支持筒３の外面側へＵターンし、コイル支持筒３の外面
側を通って、周方向において隣接するコイル通過孔３ａ
に入る。

【００１２】コイル通過孔３ａに入ったコイルＣＯは、
図４における左側へ進む。以降、上記と同様にして、コ
イル支持筒３の全周に亘ってコイルＣＯが巻回される。
尚、コイルＣＯが、コイル支持筒３の内面側を通る部分
では、３本の線が並列に接続される構成としてある。こ
のようにコイルＣＯを巻回することで、コイルＣＯは、
円筒状に形成され、且つ、通電方向が特定回動軸芯α方
向視における同一断面内で同一方向を向くように配置さ
れることになる。このコイルＣＯの巻回の様子を模式的
に示すと、図５（イ）に示すようになり、これを展開す
ると、図５（ロ）に示すように直列接続と並列接続とを
併用した配線方式となる。

【００１３】磁石保持部材ＭＨは、円筒状の磁石支持筒
２と、その磁石支持筒２に外嵌する２つのリング状の永
久磁石ＰＭとからなり、ケースＯＣに回動自在に軸支さ
れている。永久磁石ＰＭは、内周面側と外周面側とで磁
極が形成され、２つの永久磁石ＰＭの磁界の向きが逆方
向となるようにしてある。つまり、図１における左側の
永久磁石ＰＭの外周面側がＮ極であるとき、図１におけ
る右側の永久磁石ＰＭの内周面側をＮ極とするのであ
る。又、導体保持部材ＣＨのコイル支持筒３と磁石保持
部材ＭＨの磁石支持筒２とは、共に磁性体ＭＲにて形成
してあり、永久磁石ＰＭと共に、図１において一点鎖線
Ｃにて示すように、コイルＣＯに交差する磁界を形成す
る。

【００１４】尚、コイルＣＯの巻回方法としては、上記
以外にも、図６乃至図８に示すように、コイル支持筒３
を円筒軸芯方向の中央部分で２分割できる構成として、
夫々の部分について、図６に示すように、円筒軸芯方向
両端に形成されてコイル支持溝３ｃを利用して巻回す
る。このとき、コイル支持筒３の内面側を通る部分は円
筒軸芯と平行で、且つ、コイル支持筒３の外面側を通る
部分は円筒軸芯方向からやや傾斜するように巻回し、コ
イル支持筒３の全周に亘ってコイルＣＯを巻回する。上
記の２つの部分について図６に示すように巻回した後、
図７に示すように２つの部分を接着し、更に、図８に示
すように、２つの部分に巻回されたコイルＣＯが並列と
なるように配線し、夫々の通電方向が逆方向となるよう
にする。

【００１５】以下、上記構成の回転型アクチュエータ１
の作動を簡単に説明する。コイルＣＯに直流電流を通電
すると、永久磁石ＰＭによる磁界と、コイルＣＯを流れ
る電流との相互作用により、特定回動軸芯α周りに駆動
力を生じる。すなわち、導体保持部材ＣＨを固定した場
合は、磁石保持部材ＭＨが特定回動軸芯α周りに回動
し、特定回動軸芯αの存在位置において磁石保持部材Ｍ
Ｈに固着したロッドＲＡを介して回転駆動力を外部に取
り出せる。

【００１６】〔第２実施例〕第２実施例の回転型アクチ
ュエータ１は、図９の側断面図に示す構成を有し、回転
動作の他に、直線動作をも可能としたものである。導体
保持部材ＣＨは、コイル支持筒３及びコイル支持筒３に
巻回したコイルＣＯに関しては上記第１実施例の構成と
同じであり、図１０に示すように周方向に補助導電部材
ＣＳである補助コイルＣＡが巻回された補助コイル支持
筒４が挿嵌されている点で異なる。２つの補助コイル支
持筒４の補助コイルＣＡの巻回方向は、逆方向となるよ
うにしてある。磁石保持部材ＭＨの構成は、永久磁石Ｐ
Ｍの円筒軸芯方向における長さを短くしてある点を除い
て上記第１実施例と同じ構成である。

【００１７】永久磁石ＰＭの長さを短くしてあるのは、
導体保持部材ＣＨと磁石保持部材ＭＨとの円筒軸芯方向
への相対移動のための寸法余裕を確保するためである。
この回転型アクチュエータ１のコイルＣＯに通電した時
の作動は、上記第１実施例と同様であるので説明を省略
する。補助コイルＣＡに直流電流を通電すると、導体保
持部材ＣＨを固定する場合では、永久磁石ＰＭの磁界と
補助コイルＣＡを流れる電流との相互作用により、磁石
保持部材ＭＨが、導体保持部材ＣＨと互いに対向する面
に沿う状態で円筒軸芯方向に直線移動する。尚、コイル
ＣＯと補助コイルＣＡとを直列に接続して、螺旋状の運
動を行わせることも可能である。

【００１８】〔別実施例〕以下、別実施例を列記する。 上記実施例では、導電部材ＣＥは円筒状に形成され
ているが、角筒状にする等、形状は種々変更可能であ
る。 上記実施例では、導電部材ＣＥは円筒状のコイル支
持筒３の全周に亘って巻回されているが、コイル支持筒
３の周の一部に巻回する構成としても良い。 上記実施例では、永久磁石ＰＭは特定回動軸芯α方
向に２個並ぶ構成としているが、３個以上並ぶ構成とし
ても良い。３個以上並ぶ構成とする場合でも、隣合う永
久磁石ＰＭの磁界が互いに逆方向を向くように配置し、
導電部材ＣＥの配置も、同一方向に推進力を生じるよう
に、夫々の永久磁石ＰＭに対応して電流の流れ方向が交
互となるようにすれば良い。 上記実施例では、磁石保持部材ＭＨが導体保持部材
ＣＨの内側に位置する構成としているが、磁石保持部材
ＭＨを全体として略円筒状に形成し、略円柱状の導体保
持部材ＣＨに被せる構成としても良い。 上記実施例の回転型アクチュエータは、各種の可動
機構に対して回転駆動力を供給できるが、電気自動車や
ＡＧＶ等の直流電源（バッテリ等）を持つ各種のビーク
ルの動力源として好適である。

【００１９】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる側断面図

【図２】本発明の第１実施例にかかる断面図

【図３】本発明の第１実施例にかかる要部斜視図

【図４】本発明の第１実施例にかかるコイルの巻回方向
の説明図

【図５】本発明の第１実施例にかかるコイルの配線説明
図

【図６】本発明の第１実施例にかかるコイルの巻回方向
の説明図

【図７】本発明の第１実施例にかかる要部斜視図

【図８】本発明の第１実施例にかかるコイルの配線説明
図

【図９】本発明の第２実施例にかかる側断面図

【図１０】本発明の第２実施例にかかる補助コイルの巻
回方向の説明図

【図１１】従来技術の説明図

【符号の説明】

ＣＥ 導電部材 ＣＨ 導体保持部材 ＣＳ 補助導電部材 ＭＨ 磁石保持部材 ＭＲ 磁性体 ＰＭ 永久磁石

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石（ＰＭ）を備えた磁石保持部材
   （ＭＨ）と、導電部材（ＣＥ）を備えた導体保持部材
   （ＣＨ）とが、特定回動軸芯周りに相対回動自在に設け
   られ、 前記永久磁石（ＰＭ）及び前記導電部材（ＣＥ）は、前
   記磁石保持部材（ＭＨ）と前記導体保持部材（ＣＨ）と
   の相対回動方向に推進力を生じ、且つ、前記相対回動方
   向に推進力を生じる前記導電部材（ＣＥ）の通電方向が
   前記特定回動軸芯方向視における同一断面内で同一方向
   を向くように配置され、 前記永久磁石（ＰＭ）と共に前記導電部材（ＣＥ）と交
   差する磁路を形成する磁性体（ＭＲ）が備えられた回転
   型アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記導電部材（ＣＥ）が、円筒状に形成
   され、且つ、通電方向が前記特定回動軸芯方向視におけ
   る同一断面内で同一方向を向くように配置され、 前記永久磁石（ＰＭ）が、円筒状に形成され、且つ、前
   記導電部材（ＣＥ）の内方側又は外方側に配置されてい
   る請求項１記載の回転型アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記永久磁石（ＰＭ）が、前記特定回動
   軸芯方向に、隣合う永久磁石（ＰＭ）の磁界の方向が互
   いに逆方向を向く状態で複数個並べて配置され、 前記導電部材（ＣＥ）が、前記複数個の永久磁石（Ｐ
   Ｍ）の夫々に対応して、電流の流れ方向が交互となるよ
   うに形成された請求項２記載の回転型アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記磁石保持部材（ＭＨ）と前記導体保
   持部材（ＣＨ）とが、互いに対向する面に沿う状態で直
   線的に相対移動自在に設けられ、 前記永久磁石（ＰＭ）と協働で、前記磁石保持部材（Ｍ
   Ｈ）と前記導体保持部材（ＣＨ）とが直線的に相対移動
   する方向に推進力を生じるように、前記導体保持部材
   （ＣＨ）に補助導電部材（ＣＥ）が備えられた請求項
   １、２又は３記載の回転型アクチュエータ。