【発明の詳細な説明】
本発明は、いわゆる運動鉄心ロータを有する制限回転電気機械式アクチュエータ
に関する。
典型的な前記アクチュエータにおいては、透過性ロータ組立体がロータの磁極面
を形成し、ステータ組立体に対して回転するよう装着されている。ステータ組立
体は（それぞれがロータの軸心の周りに配置した一対のステータ磁極面を有する
）一対の磁極部材、および対応する対のロータおよびステータの磁極面を介して
前記磁極部材およびロータ組立体を通してバイアス磁束を付与する１個乃至２個
の永久磁石とを有する。
通常各ロータの磁極面と対応するステータの磁極面とは円形のセグメントであっ
て、一定の間隙ダを形成し、該間隙をバイアス磁束およびステータ組立体の駆動
コイルが付与する可変駆動磁束の双方が横切る。
大きな角度偏位において、かつ大量の駆動電流に対して、駆動トルクは駆動電流
との真正の線形関係からずれることが知られている。
駆動トルクが機械的ばねによって抵抗を受けるようなタイプの低速運動鉄心アク
チュエータにおいては、トルクの非線形関係によって、駆動電流に対するロータ
の均衡位置関係が非線形となる。モンタブ（ｍｏｎｔａｇｕ）の米国特許第３，
６２４，５７４号はボータの磁極面の一領域における゛円弧長さを短くするため
にロータにスロットを設けて前記９非線形を補償すること全開示している。ロー
タが広範囲の角度偏位に達すると、減少した磁極面領域では双方のステータ磁極
面をオーバラップすることはなく、永久磁石のバイアス磁束によって、それがオ
ーバラップし続ける一方のステータの磁極面に誘引される。この誘引は位置の非
線形性を相殺するためのものである。モンタグ（Ｍｏｎｔａｇｕ）の米国特許第
３，６２４，５７４号は、基本的に同じ結果を達成するためにロータの磁極面の
隅部を造形することを開示している。
中程度のトルク（したがって中程度の駆動コイル電流）を要する中速運動に対し
ては、モンタグの米国特許第４，１８６，３３２号と同第３，９７０，９７９号
とに記載のように、トルクの非線形性から起因する運動の非線形性はロータの角
速度の測定に基くフィードバック回路により最もよく補償されうるものと考えら
れていた。しかしながら、そのような閉鎖ループのサーボシステムでは、特に広
範囲の角度位置における高速作動では不安定であって、そのため高度の位置精度
を要する高速用途には適していない。
このように、制限回転アクチュエータの非線形性を補償する装備は高価であって
、かつその性能上の限界によってそのようなアクチュエータを有用に応用するに
至らしめるに程遠かった。
発明の要約
一般的に、本発明は駆動磁極面と、ロータ組立体がその作動範囲の限界に向かっ
て回転するにつれて二次磁束通路を提供する各ステータ磁極面との間で磁束透過
性の補償間隙を設け、該擺償間隙が駆−間隙より透過性が少ないことによって、
固有の非線形性を減少させるようアクチュエータの構造を改良することを特徴と
する。
別の局面において、本発明は均一な間隙１によってステータの磁極面から分離さ
れている主ロータ磁極面に加えて、該主ロータ磁極面のいずれかの端部に隣接し
て二次磁極面領域を形成し、該二次磁極面領域が均等な補償間隙Ｇによシステー
タの磁極面から分離され、Ｇが１よりも太きいが、その約１５倍以下の大きさで
大きいロータ組立体を特徴とする。
好適実施例においては、各ステータの磁極面における補償間隙は該ステータの磁
極面の駆動間隙が小さくなるにつれてその範囲が大きくなり、あるいはその逆と
なり；ロータ組立体は第１と第２の駆動間隙によりそれぞれ２個のステータ磁極
面から分離されているロータ磁極面を形成し、２個のステータ磁極面とオーバラ
ップし、かつそれぞれ該磁極面と協働する可変の第１と第２の磁極面領域を形成
するよう配置され、前記２個の領域の面積はロータ組立体の角度位置によって変
わり、ロータ組立体の作動範囲の両端の限度においてそれぞれ小さくされ、駆動
手段がステータ組立体と関連し、一方のステータ磁極面を通り、第１の駆動間隙
を横切シ、ロータの磁極面の第２の領域を通り、かつ他方のステータ磁極面を通
る通路に沿って可変の磁気駆動磁束を付与するよう配置されており、ロータ組立
体はさ第１と第２のステータの磁極面にオーバラップしかつ協働ロータ組立体と
ステータの磁極面の少なくとも一方との間を通る磁性駆動磁束用′の二次通路を
提供する二次磁極面領域を形成し；第３と第４のステータの磁極面と、第３と第
４の磁束透過性駆動間隙によって第３と第４のステータの磁極面から分離された
付加的なロータ磁極面が設けられておシ、かつロータ組立体は付加的な磁束透過
性補償間隙によって第３と第４のステータ磁極面から分離され、かつ第３と第４
のステータの磁極面とオーバラップし、かつ協働し磁性駆動磁束用の付加的な二
次通路を提供する可変の第３および第４の磁極面領域を形成し；磁極面は円筒形
であり；ステータ磁極面は同じ半径を、磁極面領域は同じ半径を、そして二次磁
極面領域は同じ半径を有し；駆動間隙は均等であってダに等しく、補償間隙は均
等で、かつＧに等しく、Ｇが１の約４倍から１５倍（好ましくは７倍と８倍との
間）大きく；第１と第２のステータ磁極面と二次磁極面領域は、実動電流とロー
タトルクとの間の選定可能な°関係を提供する形状とされ；ダは約０．００４イ
ンチで、Ｇは約０．０４０インチであ）；かつ各ロータの磁極面領域の範囲は各
ステータの磁極面の範囲と同程度である。
本発明の重要な特徴はコンピュータメモリ用のオプチカル読出し器等であって、
それらは前述の補償アクチュエータとオプチカル記憶媒体の組合せ、該媒体に記
憶された情報を検出するオプチカルエレメント、該オプチカルエレメントを支持
するアームであって、オプチカルエレメントから隔置された点においてロータ組
立体に接続されているアームとを含み、駆動手段が、オプチカル媒体に対する選
択可能位置まで前記オプチカルエレメントを高速度かつ高精度で運動させる。
置され、かつ前記ロータ組立体を貫通する軸線方向の！素を有する磁束通路によ
って透過可能に接続された一対のロータ磁極面を形成し、各ロータとステータの
磁極面は軸心の周シを約９０度から約１８０度の間の角度を延在し；各ロータ磁
極面は約１８０度の角度を延在し；かつ各ステータ磁極面は約１２（１度と約１
６０度の間の角度を延在する。
補償ロータの磁極面領域が磁束用の第２の通路を提供する。
この交互の通路により、ロータが最大角度変位点まで回転すると駆動磁束のチョ
ーキングオフ（絞り）を減少させる。ロータトルクは角度位置と電流とに対して
直線性の向上を示す。補償磁極面を造形することによりその他の希望するトルク
特性を提供することができる。
本発明のその他の利点や特徴は好適実施例についての以下の説明ならびに特許請
求の範囲から明らかとなる。
好適実施例の説明
４、
【図面の簡単な説明】
第１図はアクチュエータの好適実施例の斜視図、第２図はロータが中心位置にあ
シ、ロータとステータとの間の間隙を尺度通り図示していない、第１図に示すア
クチュエータの拡大部分正面図、
第３図はロータを一方向における最大偏位置近くに位置させ、１図に示すアクチ
ュエータの拡大部分正面図、第４図は第１図に示すアクチュエータと従来のアク
チュエータとについての、異る駆動電流に対する角度位置対トルクを示第５図は
アクチュエータに対する、フィート８バツクにより駆動され、制御された電流源
のブロック線図、第６図は第１図に示すアクチュエータを用いたオプテカルディ
スクズキザの上面図、
第７図はアクチュエータの別の実施例の斜視図、第８図は一端のキャップを外し
、ロータ組立体をステータ組立体から軸線方向（で分離して示し、かつコイルを
破断して示す、第７図のアクチュエータの分解斜視図、第９図は第７図に示すア
クチュエータの（第７図の線９−９に沿った）断側面図、
第１０図は中央位置におけるロータの代表的なバイアス磁束軌道を示す（端キャ
ップを外し、コイルを概略的に示す）第７図のアクチュエータの上面図、
第１０Ａ図は、代表的なバイアス磁束軌道を示す、第１図のアクチュエータの（
第１Ｏ図の線１０Ａ−１ＯＡに沿った）断側面図、第１０Ｂ図は第１０図のアク
チュエータに対応する代表的なバイアス磁束軌道と制御磁束軌道との斜視図、第
１１図は、反時計方向における最遠の角度偏位近くでのロータの代表的バイアス
磁束軌道を示す、（端キャップを外し、コイルを概略的に示す）第７図のアクチ
ュエータの上面図、１第１１Ａ図は第１１図のアクチュエータに対応する代表的
なバイアス磁束軌道と制御磁束軌道との斜視図、第１２図は第７図のアクチュエ
ータに対する各種の駆動電流についての角度位置対トルクのグラフ、組立体から
軸線方向に分離し、かづコイルを破断したアクチュエータの別の実施例の分解斜
視図、および第１４図は第１３図に示すアクチュエータの（第１３図の線１４−
１４に沿った）断側面図でちる。
構造および作動
第１図を参照すれば、アクチュエータ２０は回転軸心２６の両側に位置し、かつ
一対の永久磁石２８．３０によシ接続された２個のステータ磁極部材２２．２４
を有する。ステータの磁極部材２２は一対の円筒形のステータ磁極面３４．３６
を形成し、一方ステータの磁極部材２４は一対の円筒形のステータ磁極面３８．
４０を形成している（全ての磁極面は同じ半径を有している）。駆動コイル３９
．４１とはそれぞれステータの磁極部材２２．２４に巻かれている。ロータ４２
は最大角度偏位の２位置間の作動範囲において、ステータの磁極部材２２．２４
に対して回転するよう配置されており（第１図は中立の中心位置におけるロータ
４２を示す。）ロータ４２は２個の一次ロータ磁極面４４．４６を形成しており
、該面の各々はステータの磁極面の中の２個をオーバラップし、かつ各ステータ
の磁極面の範囲と同程度の範囲を有する。間隙という用語は磁極面の間の分離を
言及し、範囲という用語は回転軸心の周りでの磁極面の円弧長さを言及する。
第２図を参照すれば、（アクチュエータの上半分のみを示し、下半分は上半分と
同じである）、一方向におけるロータ４２のの端部５０がステータ磁極面３４の
端部５１に到達するまで時計方向にロータ４２が回転しうる範囲を示し、同様に
、他方向への反時計方向の最大角度偏位は同様の角度ｌにより規定される。
実際の作動範囲は最大可能偏位より若干少ない。主ロータ磁極面４４は第１と第
２のロータ磁極面領域５２．５４を有し、この領域はそれぞれステータ磁極面３
６．３４に対向位置し、それらは均等な、駆動間隙１により隔置されている。二
次ロータ磁極面領域６８．７０はそれぞれステータ磁極面３６．３４と対向して
位置し、それらはより大きい均等の磁束伝導補償間隙Ｇにより隔置されている、
間隙Ｇの方が間隙１より大きいが透過性は少ない。
磁性バイアス磁束は、磁石２８．３０から同方向に、間隙ｙおよびＧを横切りロ
ータ４２を通りロータの磁極面４６（第１図）を介して戻る軌道６０．６０′（
その中の代表的な二磁束線を示す）を通る。間隙Ｇにおける永久磁石・の磁界の
、間隙ｙにおける永久磁石の磁界との比率はダρであり、間隙Ｇにおける磁界の
方が小さい。
コイル３９からの駆動磁束は一次軌道６２と二次軌道６４（その中代表的磁束軌
道線のみ示す）を追従する。−次軌道６２はステータの磁極面３４を通り、間隙
ｙを横切シ、ロータの磁極面領域５４を通り、ロータ４２を通シ、ロータの磁極
面領域５２を通り、間隙ダを横切シ、コイル３９へ再び戻る。
二次軌道６４はステータの磁極面３４を通シ、間隙Ｇを横切域６８を通り、間隙
Ｇを横切り、ステータの磁極面３６を通シゴイル３９へ再び戻る。
ステータの磁極面領域３６．３４とオーバラップ−ｉ−／）ｏ−夕の磁極面領域
５２．５４の面積が比較的太きいため駆動磁束のほとんど全ては軌道６２を通る
ことができる。
ロータにトルクを付与、（シたがってロータを希望方向に運動させるためには）
駆動コイルに電流が加えられ、ステータとロータとを通る駆動磁束軌道を設定す
る。第２図においては、駆動磁束はステータの磁極部材２２の一方のみにおける
軌道６２．６４に追従し対応するロータセグメントにトルクを加えている。
駆動磁束はまた、駆動コイル４１（第１図）に応答して別の磁束軌道線（図示せ
ず）に沿っても流れる。軌道６２における磁束がロータの磁極面領域５４におい
て間隙を横切る軌道６０におけるバイアス磁束を強化し、ロータの磁極面領域５
２において間隙を横切る軌道６０′のバイアス磁５束に対抗する。その結果、ロ
ータ４１を、２個の間隙を横切る全体の磁束を増加させる方向に回転させようと
するトルクが該ロータ４１に加えられる。
コイルを通る電流の方向を逆にすることによシ反対方向にトルクを加えることが
できる。
ロータ４２が異った角度位置へ運動するにつれて、ロータの磁極面領域５２．５
４の面積が変わる。
従来のアクチュエータのコイルにおける電流によって発生すＢ＝バイアス磁石に
より導入される、ロータとステータとの間の間隙における磁界
り一各磁極部材の厚さ
Ｎ−各制御コイルにおけるワイヤ巻き数工＝各制御コイルにおける電流
Ｄ＝ロータの直径
ｍ＝空気透過性
ｃ−）ルクを計算すべき角度位置
α−中心位置からの最大可能角度扁位
ｙ＝エアキャップ
このようにトルクは電流と共に直線的に変る第１の項（ＢＬＮＩＤ）と、角度偏
位ならびに電流の２乗と共に変わる第２の非直線性の項とを有する。
非直線性の原因については以下のように説明できる。従来のアクチュエータ（第
３図において間隙Ｇの無いもの）のロータを最大角度偏位の一方の位置近くに位
置させると、駆動コイル３９により発生する駆動磁束の軌道６２はステータの磁
極面３４を通り、間隙ダを横切り、ロータの磁極面の領域５４を通り、ロータの
磁極面の第２の領域５２を通り、ステータの磁極面３６を通り、コイル３９へ戻
る。第３図に示すように、領域５４０面積が、リラクタンスを増加させる最大角
度偏位位置において零に近づくと、軌道６２を有効に絞り、トルクを非直線性と
する。
従来のアクチュエータにおける前述の非直線性の作用は、広範囲の角度偏位にお
いて、当該位置で所定のトルクを発生させるに必要な駆動電流の振幅が時計方向
運動と反時計方向運動に対℃て相違するという状況をつくり出すことである。例
えば、第３図は磁極面領域５４において永久磁石による磁束６０を強化し、ロー
タを反時計方向に回転させようとする駆動磁束軌道６２全示す。し刀）し領域５
４の面積が小さ゛いため軌道６２における磁束が絞られ、その結果トルクは期待
するほど大きくない。
対照的に、駆動電流の正負が反転する（が同じ振幅に保たれている）とすれば、
駆動磁束軌道の方向は反転する。そこで駆動磁束６２が永久磁石の磁束６０′を
強化し、ロータを時計方向に回転させようとする。磁極面領域５２の面積は磁束
を処理するに十分大きいので、ロータのトルクは減少しない。このように、所定
レベルの電流に対して、時計方向のトルクが反時計方向のトルクを上廻り、その
差は広い範囲の角度偏位において大きくなり、高速でロータの、運動を制御する
ために正のフィート９バツクサーボ制御を用いた場合不安定性を発生させる。
本発明は二次ロータ磁極面領域、６８．７０を介して駆動磁束に対して第３図に
示す二次軌道６４を提供することにより非直線性を低下させる。このようにリラ
クタンスは最大角度回位において有限値まで収斂し、磁界は絶対に零には達せず
、駆動磁束の絞りが減少される。永久磁石２８．３０から見られるように間隙ダ
の全体面積ならびに間隙Ｇの全体面積はロータ４２の回転時それぞれ一定である
ことに注目のこと。
二次軌道の無い場合の駆動磁束の絞りは以下のように理解できる。ロータの磁極
面領域５４を介して間隙ダを横切る、コイルによつヤ発生した磁界は以下のよう
に表現できる。
ＡｌとＡ２とは磁極面領域５４と５２の面積である。ロータとステータとの形状
によυ、前記面積の和（Ａ＝Ａｚ−Ａｚ）は一定であり、角度焉位の以下の関数
として表現できる。
ｒは磁極面の半径である。したがって、Ｂ１＝ｍＮＩ／ｇ※（ｃ＋ｃ）／２α
このようにロータが最大角度偏位に近づくにつれてＢ１は零まで収斂する。かつ
Ｂ２はＢ１により限定されるので、Ｂ２も零まで収斂する。
第３図のアクチュエータにおいて対Ｈ的に二次ロータ磁極領域を含めると、領域
５２での間隙におけるリラタンスは有限値へ収斂し、磁界Ｂ１とＢ２とは絶対に
零には至らず、その代シに下式で表現する限界値を有する。
ｍＮ工／ダ町／（１＋Ｇ／’Ｊ ）
間隙Ｇの値が１と等しくなったとすれば、磁界はもはや偏位の関数ならびに間隙
！、Ｇにおけるエネルギの関数とはなりえず、したがってトルクを発生すること
はできないことが判る。
このように、Ｇの値は１よシ大きい必要がある。一般的に、Ｇの値が小さい方が
、所定の電力レイルに対してトルクに関してコスト面の効率は劣るが、よシ良好
な直線性を提供する。Ｇの値の方が大きいと直線性は劣るが効率は優れている。
実験の結果は、多くの用途に対して、補償間隙Ｇが一次駆動間隙ダの寸法に対し
て４から１５倍（最も好ましくは７から８倍）であることを示している。
付加的な駆動磁束軌道が介在する場合、永久磁石を大きくし、かつ磁束通路を長
くする必要がある。また、前記の新規な構成に対して零ビークトルクは少なくな
シ、インダクタンスは高くなる。
第４図を参照すれば、最太扁位に対する実際の偏位の比に対する計測したトルク
曲線が、１．０アンペアならびに０．５アンペアの駆動電流について示されてい
る。（全てのモータの直径は０．１５００インチ、ｇ ＝ ０．００４イアｆ、
Ｇ ＝ ０．０４０インチ、１個当り駆動コイルに対して巻数は２００であり）
広範囲の角度偏位にわたって良好な直線性を示している。電流曲線１０２と１０
４とは、第１図に示すアクチュエータと異なシ、当該ロータは付加的な磁極面領
域を有していないことを示している。電流曲線１０６．１０８ならびに１１０，
１１２は、１．０７７ベアと０．５アンペアの駆動電流により駆動される、第１
図に示す種類の２個のアクチュエータをそれぞれ示している。曲線１０６．１０
８１ｃよシ示されるアクチュエータの称呼最大角度偏位は５０度であシ、−力曲
線１１０．１１２によシ示されるアクチュエータの称呼最大角度偏位は４５度で
ある。
第５図を参照すれば、制御された電流源２３６は典型的に位置命令信号源２７２
と、ロータ位置センサ２７４と適当なフィードバック回路２７６とを含む。フィ
ードバック回路は周知の要領で、実際と希望する位置との間の誤差によって制御
電流２７８を制御し、ロータが適当に緩衝されて命令信号に正確に追従できるよ
うにする。（可能な制御回路の一例の詳細が本特願と同じ譲受人に譲渡され、か
つ本明細書においても引用している、１９７９年２月２７日付ロア（Ｒｏｈｒ）
の米国特許第４．１４２，１４４号に記載されている。）本発明は広範囲の角度
偏位にわたって高度のトルりならびに位置精度が要求される場合に適用される。
このことは−性的に高速度位置サーボシステムの目的とするところである。
例えば、第６図を参照すれば、回転するオプチカル記障ディスク３１２は、アク
チュエータ２００ロータに接続されたシャツ）３１８に装着の回転アーム３２０
に取付けたオプチカルエレメント３２２により走査できる。ディスク３１２の同
心状のトラックに記憶された情報は、本発明の改良ロータ装置によって可能とさ
れるフイービバック制御により、アクチュエータ２０の正確な回転により急速（
例えば、２または３ミリ秒の応答時間で）かつ正確に復帰できる。新規なローダ
装置の作用はエレメント３２２の始動位置とは無関係に、アクチュエータ２０に
供給される所定電流が同じ時間内で同じ角度偏位を確実に達成することである。
また、アクチュエータは帯片チャートレコーダおよびオプチカル走査装置を含む
その他多くの応用においても有用である。
その他の実施例
その他の実施例も以下の請求の範囲に含まれる。
例えば、第７図と第８図とを径間すれば、アクチュエータ４１０はステータ組立
体４１１を有し、ステータ組立体は２個の端キャレプ４１２，４１２′を含み、
それらの間で軸線Ａに沿って、２個の磁極部材４１４．４１４′υよび（磁極部
材との間で）シャフト（好ましくは強磁性〕４１８が一対のイアリング４２０．
４２０’ （４２０’は第７図では見えない）Ｏ′こ支承されており、該イアリ
ングはそれぞれ端キャップ４１２，４１２′に保持されている。
第８図、第９図を参照すれば、長さが％インチの（シャフト４ ］、 ８に圧入
された）強磁性ロータ４３０は直径の異る２個の半円筒形の部分４３８，４４０
を有する。直径の大きい（例えば、０．６１０インチの直径の半円筒形部分４３
８０曲形の外面は（第８図では見えない）２個のロータ磁極面４４２．４４２′
を形成し、直径の小さい（例えば、０．５００インチの直径）の半円筒形部分４
４００曲形外面形外様に２個の逃し部分（二次ロータの磁極面領域〕４４４，４
４４“を形成する。
ステータ組立体４１１は、軸心Ａに沿って隔置され、相互に平行であって、軸心
Ａに対して垂直であり、バイアス磁界を発生させる２個の、長方形の焼結したア
ルニコ製バイアス磁石４１６により分離された、２個の同一形状の平坦な強磁性
極部材４１４．４１４′を有する。各磁石は長さが約１．４インチで、幅が０．
６２インチで厚さが０．２５インチであり、北極面が磁極部材の一方の平坦で軸
線方向に向いｔ面と磁束を伝導する関係で接触しており、対応する南極面は他方
の磁極部材の平坦で軸線方向に向いた面と磁束を伝導する関係で接触している。
各磁極部材４１４，４１４′は概ね２平方インチでアシ、厚さが０．３７５イン
チで、２個の脚４２８α、４２８ｂ；２３８α’、４２８ｂ’がそれぞれ一端で
、それぞれ高度に透過性の接続セグメント２個の概ね半円形（例えば軸心Ａの周
りで１６０度延在する）ステータ磁極面４３５α、４３５ｂ；４３５α′、４３
５ｂ′ を形成するように造形され、該磁匝面は相互に向いて直径が０６２５イ
ンチの丸形の開口を形成する。各磁極部材の接続セグメントは６００回巻きの絶
縁されたワイヤの制御（駆動）コイル４３４，４３４′で包まれ、０．５アンベ
ーヤの電流を流す。２個の制御コイルは直列接続され、次いで制御された可変電
流源４３６に接続されている。
２個の磁極部材はそれらの接続セグメントを軸心Ａの同じ側にし、かつ丸形の開
口全整合させて位置させロータ組立体を受入れるようにする。ロータの磁極面４
４２，４４２′の直径はステータの磁極面４３５σ、４３５１！１，４３５α’
、４３５ｂ’の直径より僅かに小さく、その間に回転のための間隙をつくる。ア
クチュエータが組立てられると、ロータはベアリング４２０．４２０′によシ固
定された軸線方向位置に保持され、自在に回転できる。各ロータの磁極面（例え
ば、上方のロータ磁極面４４２）はロータの広範囲の角度偏位における全ての位
置において、対応する２個のステータの磁極面（例えば上方のステータ磁極面４
３５α、４３５ｂ）をまたぐ。各ロータの磁極面と対応する２個のステータ磁極
面の各々との間の半径方向の間隙！はそれらの間隙を横切って低リラクタンスの
磁束軌道を提供するに十分小さく（例えば、約ｏ、ｏ ｏ ｓインチ）、一方逃
し領域（二次磁極領域）４４４゜４４４′と対応する磁極面４３５α、４３５６
；４３５１１Ｌ’ 、４３５ｈ’ との間の半径方向の間隙は、それら間隙を横
切って永久磁石による磁束を（間隙１に対して）低値に制限するに十分太きい。
前記ロータの２個の部分の間の半径の差は、Ｇがステータとロータの磁極面の間
の間隙１の約８倍となるようなものである。
各磁極部材は４個の組立用孔４１５を有し、磁石の端部は保持用スロット４１９
を有し、前記孔とスロットとはボルトを受入れ磁極部材と磁石とを適所にしっか
りと保持するよう配置されている。磁石は、コイル４３４．４３４′が相互に接
触しないようにする空間によって磁極部材を分離するに十分な厚さである。
端キャップ４１２．４１２’（鋳製あるいは機械加工したアルミニウムあるいは
焼結した非磁性ステンレス鋼製）は厚さが０．２５０インチ、長さは２インチで
、幅は１．８インチである。双方の端キャップはイアリング４２０．４２０′を
取付ける０、６２５インチの中央孔と、ねじ４１７用の４個の孔４１５とを有す
る。
端キャップ４１２における４個の孔はチー、？かつけられ、ねじのねじを切った
端部を受取るようにされ、端キャップ４１２′の４個の孔は皿もみされてねじの
頭を受入れる。
アクチュエータは、（磁極部材と接触する２個の面のみを研磨した）焼結磁石と
、打抜き金属製磁極部材と、グイキャスト製の端キャップと、引抜きのロータセ
グメントとを用いて安価に製造される。簡単なマンドレルを用いて諸部材は容易
に組立てられる。各磁極材は概ね完全な円形の孔を有した一体部材であり、その
境界面はプント９レルを用いて接触でき、かつ正確に素化される。磁石のその他
の方法は精密に機械加工する必要はない。何故なら、それらの寸法に小さい差が
あったとしても、占−夕の磁極°面とステータの磁極面との間の間隙ｌの寸法に
影響しないからである。
バイアス磁石はロータを通る軌道が常に軸線方向であるがその磁極部材を通る軌
道はロータの角度方向によって左右されるバイアス磁束の連続した流れをステー
タおよびロータ絹立体全通して設定する。
第１０図、第１０Ａ図および第１０Ｂ図とを参照すれば、ロータが図示のように
中央位置に向いている（即ち、各ロータの磁極面４４２．１４２′ が対応する
２個のステータ磁榛面の均等部分をまたいでいる）場合、バイアス磁束４５０は
磁石４１６の北極から極部材４１４の脚４２８α、４２８ｂを横切ってロータに
向ゆって内方へ、ステータ磁極面とロータの磁極面４４２との間の間隙１を横切
ってロータの上端へ、ロータを軸線方向に該ロータのＴｌ’！へ、下方のロータ
セグメントの磁極面４４２′と下方の磁極部材のステータの磁極面４３５α′、
４３５ｂ′ との間の間隙、９を横切って外方へ、脚４２８α’ 、４２８ｂ’
ｆ横切って外方へ、かつ磁石の南極へと内方に流れる。
ロータが中央位置に対して角度をつけて位置すると、各磁極面４４２，４４２′
は対応するステータの磁極面の一方に対して、他方に対するよりも露出面積が太
きいため、各磁極面４４２，４４２′に対して、よシ多くのバイアス磁束が対応
するステータの磁極面の一方において、他方におけるよりも間隙ダを横切ること
かは過度のバイアス磁束に対する軌道を提供する。
このように、第１１図と第１１Ａ図とを参照すれば、ロータをその中央位置から
離れる最大回転角度近くに位置させると、磁束の小さい部分は６中央位置の場合
に追従した軌道と類似の軌道を追従し続けるもののバイアス磁束軌道４５０のほ
とんどは磁極部材の接続セグメントを通る。
ロータの位置とは無関係に、軌道４５０上のバイアス磁束は常にロータを軸線方
向を通り、〃）つ（ロータが中央位置にない場合）ある磁束は接続セグメントを
通る。制御コイル４３４．４３４′において制御電流がない場合、ロータ位置と
は無関係にロータには何らトルクが加えられない。トルクは、ロータが回転しよ
うとするにつれて、（２個の磁極面４４２，４４２′ と、対応するステータの
磁極面４３５α、４３５ｂ、４３５α’、４３５ｂ’ の間で形成される）４個
の間隙における全体の磁気エネルギの変化として規定しうる。４個の間隙におけ
る全体の容積および該間隙における全体の磁界がロータが運動しても不変である
ため、トルクは何ら導入されず、したがってロータは何ら優先的位置を有さない
。
ロータにトルクを加え（かつそのためロータを希望方向に運動させるために）制
御コイルに電流が供給され、そのため前記コイルは一対の磁束軌道４５２．４５
２’（第１０Ｂ図、第１１４図に示す）をつくる。各制御駆動磁束軌道はステー
タの磁極部材の一方のみに流れ、対応するロータセグメントにトルクを加える。
２個の制御磁束軌道の流れ方向によって、２個のセグメントのトルクは相互に補
強し合う。このように、電流を制御コイル４３４において特定方向に流れるよう
にすることによって、軌道４５２に沿った制御磁束は接続セグメント４３１と脚
４２８ｈとを通して、゛ステータの磁極面４３５ｂとロータの磁極面４４２との
間の間隙を横切って、ロータ４３０の部分４３ｇを横切って、ステータの磁極面
４３５αとロータの磁極面４４２との間の間隙を横切って、かつ脚４２８α全通
して接続°セグメント４３１へ戻るよう磁極部材４１４内で循環する。（磁束線
４５２′は、ロータの磁極部材４１４’およびロータセフメンｌ−４３８’全通
して同様の軌道（但し反対方向Ｋ）をとる。）軌道４５２の磁束は、磁翫面４３
５ｂ、４４２を横切る軌道４５０においてバイアス磁束を補強し、かつ磁極面４
３５α、４４２の間の間隙を横切る軌道４５０におけるバイアス磁束に抵抗する
。その結果、磁極面４４２においてロータ４３０にトルクが加えられ、ロータを
、２個の間隙を横切る（この場合時計方向）の全体磁束を増加させ工うとする方
向にロータを回転させ工うとする。
同時に、磁束軌道４５２′は反対方向であることを除いて、磁極部材４１４′と
ロータセグメント４３８全通して同様の軌道をとる。これは制御コイル４３４′
を通して適当方向に電流が流れるようにすることにより達成される。コイル４３
４によって加えられるトルクも時計方向であって、コイル４３４により加えられ
るトルクを補強する。
コイルを通る電流の向きを逆転することにより反時計方向のトルクを同様に加え
ることができる。
再度第１Ｌ図を参照すれば、ロータ４１８に補償磁極面４４４を設けることによ
って、（主磁極面領域４５５．４５７を横切る主磁束軌道４５２の他に）二次磁
束軌道４５３を提供し、そのため最大角度偏位近くのロータ位置において、駆動
磁束は絞られず、直線性全向上させる。
第１２図を参照すれば、直列の２個の駆動コイルの抵抗は２６オームであり、そ
れらのインダクタンスは１２０Ｈ２において１６１ミリヘンリで、ｌＫＨ２にお
いて８８ミリへンリであり、駆動電流２５０．５００、−２５０および一５００
ミリアンはアについて、駆動電流対トルクの曲線を示し、広範囲の角度閤位に対
して良好な直線性を示している。
第１３図および第１４図を参照すれば、その他の実施例において、セグメント４
３２，４３２’はシャフト４１８に装着することができ、そのためロータの磁極
面４４２，４４２′は軸心Ａの両側にあり、その場合磁極部材４１４．４１４′
は軸心Ａの両側においてそれらの接続セグメン） ４３１．４３１’およびコイ
ル４３４．４３４′と組立てることができる。この配置によって、コイル４３４
．４３４′は相互の空間に侵害しないため磁極部材４１４゜４１４′を相互によ
り近接して取付け、ることかできる。磁極面４４２と４４４との間の直径の差を
少なくとも％とする厚さを有するリング状セグメント４３３が、第１４図の磁束
軌道４５０で示すように、セグメン） ４３８．４３８’の間でょシ優れたバイ
アス磁束の流れを保証する。（代替的にリング状セグメント４３３を省略するこ
とができる。〕
手続補正書く方式）
ＰＣＴ／ＵＳ８４’１０１１８９
２、発明の名称
補償磁束通路を備えたアクチュエータ
３、補正をする者
事件との関係 出 願 人
住所
名 称 ゼネラル・スキャニング・インコーホレーテッド４、代理人
５、補正命令の日付 昭和６１年 ９月 ２日 （発送日）６、補正の対象
（ｌ）発明の名称及出願人の代表者名を正確に記載した所定の書面国際調査報告