JP2009195038A - Rotary actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回動往復するロータリーアクチュエーターに関する。 The present invention relates to a rotary actuator that rotates and reciprocates.
従来の可動コイルに貫流する電流に応じて、指針が円弧回動して測定量を指し示す検流計(ガルバノメータともいう)は、可動コイルには長方形コイル等が用いられ、軸受けはピボット軸受けが取り付けられ、可動コイルの断電時の定位置復帰のためにつる巻バネが使用され、励磁電流の大きさに応じて針を動かす程度であったため比較的弱いトルクで事足りていた。 Conventional galvanometers (also called galvanometers) that indicate the amount to be measured by rotating the arc in response to the current flowing through the moving coil are rectangular coils, etc., and the bearings are mounted with pivot bearings. A helical spring is used to return to a fixed position when the movable coil is disconnected, and the needle is moved according to the magnitude of the excitation current, so that a relatively weak torque is sufficient.
このようなガルバノメータの応用技術としてロータリーアクチュエーターを採用した提案がされている。 There has been a proposal that employs a rotary actuator as an application technology of such a galvanometer.
従来例として特許文献1を参照すると、回動角度制御用ロータリーアクチュエーターの電機子と界磁との広い相対角度変化に対して、電機子と界磁との磁気的ギャップを電機子の磁極の内側ほど広くし、或いは電機子の磁極の中央部の界磁の対向面側に凹欠部を形成
し、或いは電機子の磁極の中央部の軸方向の厚みを少なくするように凹欠部を形成する等の構成により、電機子と界磁の間に作用する微小回動角度に対する磁束の変化量を略一定に保持し、ロ一タの回転に伴ってトルクが小さくなることを防止した構成とされている。
Referring to
したがって、ステータに対して所定の角度内を回転するロ一タを複数の位置に停止させても、ロ一タの広い回動範囲でトルクダウンが生じないから、所足の範囲内で安定した停止状態が得られるとされているが、磁気的ギャップを形成構成させるための加工処理あるいは組み付け処理では工数を要するものであった。 Therefore, even if the rotor that rotates within a predetermined angle with respect to the stator is stopped at a plurality of positions, torque reduction does not occur in the wide rotation range of the rotor, so that the stable range is achieved. Although it is said that a stopped state can be obtained, the processing or assembly processing for forming and configuring the magnetic gap requires man-hours.
また、特許文献2を参照すると、無通電時トルクに反転トルクが発生することをなくすようにするためのもので、固定子は、突極を形成した固定子鉄心と、これに巻装された固定子コイルとから構成され、この固定子の外周側には、回転子が回転自在に配設されており、これは、円筒形のヨークに2磁極の永久磁石を取付けて構成されている。
この永久磁石を旧来形状は単一肉厚の半円弧板状をなしていたものを、永久磁石の各単位磁石における固定子鉄心対向面(内径側)および反対面(外径側)は異なる半径の円弧面で構成させ、磁極境界部部分である両端部分の肉厚が中央部分の肉厚の0.75倍となるように設定された構成としている。
Further, referring to
This permanent magnet has a single-walled semicircular arc plate shape, but the permanent magnet facing surface (inner diameter side) and opposite surface (outer diameter side) of each unit magnet have different radii. The thickness of both end portions which are magnetic pole boundary portions is set to be 0.75 times the thickness of the central portion.
したがって、特許文献1と特許文献2とでは、ステータヨークとロ一タとの関係を異にするが、磁気ギャップ量が回転角度に伴い変位することでは同様であった。
Therefore, the relationship between the stator yoke and the rotor is different between
さらに、特許文献3を参照すると、トルク特性を均一にするために、コイルを巻回した回転子の突極の形状として、突極の固定子と対向する面と回転軸の中心との長さを、この中心からの角度によって変化させるように、回転子鉄心に突極を形成し、円弧外形は異なる半径から形成され、また対向面の永久磁石は特許文献2に記載と同様に、回転子対向面円弧(内径側)と反対面円弧(外径側)のそれぞれの円弧中心を、磁極境界部分の肉厚が磁極中央部分の肉厚よりも若干薄くなるようずらして形成した構成としている。
Further, referring to
これら各特許文献に記載された技術は、トルク改善のためにステータ、ロ一タのいずれか、またはステータとロ一タの双方を特異形状にしたことを特徴としたもので、特殊加工を要するものであった。
従来の電流測定の計器であった検流計に採用されていた所謂ガルバノメータは、微少電流の検出のため、指針の代わりにミラーを取り付けて反射光を投影させることにより指針の振れを増幅して数値を指し示すようにしていた。
このような仕組みを引き継いだものにガルバノメータスキャナがある。
現在の光学スキャナ製品であるガルバノメータスキャナは、回転軸に取り付けた重いミラーを高速に、しかも高精度に走査あるいは位置決めさせなければならないため、負荷の大きいものにも使えるトルクの大きいものが求められていた。
さらに、高速応答、高速動作のために慣性モーメントが小さいものが求められていた。
The so-called galvanometer used in galvanometers, which were conventional current measurement instruments, amplifies the deflection of the pointer by attaching a mirror and projecting reflected light instead of the pointer to detect minute currents. I was trying to point to the numbers.
A galvanometer scanner is a successor to this mechanism.
The galvanometer scanner, which is the current optical scanner product, has to scan or position a heavy mirror attached to a rotating shaft at high speed and with high accuracy, and therefore, a galvanometer scanner that can be used for a heavy load is required. It was.
Furthermore, there has been a demand for a small moment of inertia for high-speed response and high-speed operation.
また、軽飛行機の操舵用動力には応答性の速いコアレスモータ等が用いられていたが、正逆回転を常に強いられる使い方では、ブラシ付きのコアレスモータでは寿命が短いという欠点があった。
また、ロータリーソレノイドでは応答スピードが遅い、角度制御ができない等の欠点があった。
In addition, a coreless motor with fast response has been used for steering power of a light aircraft. However, in a usage in which forward / reverse rotation is always forced, a brushless coreless motor has a short life.
Further, the rotary solenoid has drawbacks such as slow response speed and inability to control the angle.
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたもので、トルク向上を図り、寿命を大きく向上させ、慣性モーメントを小さくさせ、応答スピードを向上させたロータリーアクチュエーターを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a rotary actuator that improves torque, greatly improves the life, decreases the moment of inertia, and improves the response speed.
上記の問題を解決するために、本発明の請求項1に記載したロータリーアクチュエーターは、マグネットヨークと、ヨークの外周には4極のマグネットと、マグネットヨークの片側にはフランジ面を有し、ヨークの中央に軸受けが取り付き、フランジ面外周に円筒型のハウジングが固着されたステータと、上記軸受けに蕨合するシャフトと、シャフトに圧入されたハブと、ハブに接着された4セグメントの略台形コイルと、コイル底面に取り付けた結線板から構成される回転部と、結線板から接続され、回転部が所定の角度回転できる渦巻状FPC基板と、FPC基板の片方を固定し、蓋をするエンドキャップから構成されたことを特徴とする。
In order to solve the above problem, a rotary actuator according to
また、本発明の請求項2に記載したロータリーアクチュエーターは、請求項1において、略台形コイルの円周面は隣り合うコイルがお互いに重なり合うよう配置されたことを特徴とする。
The rotary actuator according to
さらに、本発明の請求項3に記載したロータリーアクチュエーターは、請求項1又は請求項2において、FPCの可動部をU字状に回転可能にしたことを特徴とする。
Furthermore, the rotary actuator according to
本発明のロータリーアクチュエーターでは4セグメントのコイルを使用することによりトルク向上ができ、また、FPCを使用することにより、無接点構造になり、寿命が大きく向上させることができ、さらに、コイルのトルク発生に寄与していない部分は慣性モーメントの少ない回転半径の小さい中央部に配置することにより、応答スピードを向上させることができた。 In the rotary actuator of the present invention, torque can be improved by using a four-segment coil, and by using an FPC, a non-contact structure can be obtained, and the life can be greatly improved. The response speed could be improved by placing the part that does not contribute to the center part with a small radius of rotation and a small turning radius.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1〜図5は、本発明のロータリーアクチュエーター1に関する図である。このロータリーアクチュエーター1は、図1に示すように、マグネット5の外側を包囲するようにロータコイル3が配置された状態でステータハウジング2に収容されている。このステータハウジング2は、円筒状に形成され、軸方向の一方にマグネットヨーク4に形成されたフランジ部41が取り付けられると共に、他方にエンドキャップ9が取付けられている。また、マグネットヨーク4にはシャフト8を回転自在に支承するスリーブ状の軸受7が設けられている。
1-5 is a figure regarding the
マグネットヨーク4は、その外周に界磁束を発生させる部材として、図3に示すように、N極とS極とが交互に配置されてなる4極マグネット5a〜5dが4面に固定された構成とされている。
As shown in FIG. 3, the
ロータコイル3は、図1及び図2に示すように、マグネット5の周側面に対して、導体であるコイルを略台形状(又は弓状)に所定数巻回してなる中空の内部コイル体が並列的に配置された内側コイル3aと、この内側コイル3aを仮想的な円盤とした揚合の周側面に対して、導体であるコイルを略台形状(又は弓状)に所定数巻回してなる中空の外部コイル体が内部コイル3aを被って並列的に配置された外部コイル3bとにより構成されている。
つまり、略台形状コイルの円周面は隣り合うコイルがお互いに重なり合うよう井桁状に配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
In other words, the circumferential surface of the substantially trapezoidal coil is arranged in a cross pattern so that adjacent coils overlap each other.
井桁状の4セグメントのロータコイル3(3a,3b)は、シャフト8に圧入されたハブ6に接着されている。
The cross-shaped four-segment rotor coil 3 (3a, 3b) is bonded to the
このハブ6に取り付けられたロータコイル3への給電のための結線板10が設けられ、該結線板10への給電はFPC基板11により行われる。
ロータコイル3と結線板10は共に所定の角度回転をするために、FPC基板11は渦巻き状に取り付けられることにより時計のはずみ車と同様にひげゼンマイの伸縮する速度調整を果たすと共に、当該FPC基板11の他方はステータハウジング2の開放を閉じるためのエンドキャップ9に固定される。
A
Since both the
なお符号12は、FPC基板11に外部の制御回路よりロータコイル3(3a,3b)に給電制御をするリード線である。
符号13は、シャフト8の軸方向への移動(抜け)防止のための止め輪である。
図6,図7は、本発明のロータリーアクチュエーターに回動角度制御用のために採用したストッパー構造に関する図である。 6 and 7 are diagrams relating to a stopper structure adopted for controlling the rotation angle in the rotary actuator of the present invention.
結線板10の胴付け部102を設け、一方を蓋部材14に固定し他方を渦巻き状に形成されたFPC基板11を、胴付け部102に巻き付け固定するためのスリット103に挿入固定されている。
A connecting
さらに結束板10には円板状の両翼にストッパー101が設けられ、蓋部材14に形成されたストッパー突堤141によって、給電制御回転された際に、コイルロータ3はストッパー101とストッパー突堤141とによって領域設定された角度内で回動回転がされることが可能になる。
Further, the
また、他の実施例として、円筒状に形成されたステータハウジング2は、軸方向の一方に蓋部材14が取付けられ、他方に軸受ホルダー42に形成されたフランジ部41が取り付けられ、軸受ホルダー42には、シャフト8を回転自在に支承するベアリング71,71が設けられると共に、その外周に界磁束を発生させる部材として、N極とS極とが交互に配置されてなる4極マグネット5a〜5dが4面に固定されたマグネットヨーク4とから構成したことにより、ロータコイルの径小化が図れ、さらに低イナーシャの改善が図れることも可能となる。
In another embodiment, the
回転軸に取り付けたミラーを高速に、高精度に走査位置決めする光学スキャナ製品であるガルバノメータスキャナでは、高速動作を高頻度で動作させるためにロータイナーシャが小さいものが求められ、したがって径小化のために軸方向に細長い構造にならざるを得ないものであったが、本発明のロータリーアクチュエーターは、コイルのトルク発生に寄与していない部分は慣性モーメントの少ない回転半径の小さい中央部に配置することにより、応答スピードを向上させることができ、しかも軸方向も短縮が図れたので併せて小型化することができたので、ガルバノメータスキャナ等の低イナーシャ、高トルクが求められる製品に利用するには最適と成り得るものである。 The galvanometer scanner, which is an optical scanner product that scans and positions the mirror attached to the rotating shaft at high speed and with high accuracy, requires a small rotor inertia in order to operate high-speed operation at high frequency. However, in the rotary actuator of the present invention, the portion that does not contribute to the torque generation of the coil is arranged in the central portion with a small rotation radius and a small moment of inertia. As a result, the response speed can be improved and the axial direction can be shortened, so it can also be downsized, making it ideal for use in products that require low inertia and high torque, such as galvanometer scanners. It can be.
1 ロータリーアクチュエーター
2 ハウジング
3 コイル
4 マグネットヨーク
5 マグネット
6 ハブ
7 軸受
8 シャフト
9 エンドキャップ
10 結線板
11 FPC基板
12 リード線
13 止め輪
14 蓋部材
41 フランジ部
42 軸受ホルダー
71 ベアリング
DESCRIPTION OF
Claims (3)
A magnet yoke, a four-pole magnet on the outer periphery of the yoke, a flange surface on one side of the magnet yoke, a bearing attached to the center of the yoke, and a cylindrical housing fixed to the outer periphery of the flange surface; A shaft coupled to the bearing, a hub press-fitted into the shaft, a four-segment substantially trapezoidal coil bonded to the hub, and a rotating part composed of a connection plate attached to the bottom surface of the coil, and connected from the connection plate A rotary actuator comprising a spiral FPC board whose rotating part can rotate by a predetermined angle, and an end cap that fixes and covers one side of the FPC board.
The rotary actuator according to claim 1, wherein the circumferential surfaces of the substantially trapezoidal coils are arranged such that adjacent coils overlap each other.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008033857A JP2009195038A (en) | 2008-02-15 | 2008-02-15 | Rotary actuator |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009195038A true JP2009195038A (en) | 2009-08-27 |
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ID=41076547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008033857A Pending JP2009195038A (en) | 2008-02-15 | 2008-02-15 | Rotary actuator |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2009195038A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014158121A1 (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-02 | Peretiatko Oleh Anatoliiovych | Device for modelling and manufacturing three-dimensional bodies |
| CN106130231A (en) * | 2016-07-01 | 2016-11-16 | 东莞东晟磁电磁控技术有限公司 | Unmanned plane external store system special rotary electric magnet |
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2008
- 2008-02-15 JP JP2008033857A patent/JP2009195038A/en active Pending
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