(57)【要約】【課題】本発明は、ロータリーソレノイドに関し、特に、ロータは回転軸付近でコイル端を引き出した磁気回路を構成させ、このコイルに正逆の通電で正逆回転方向の一定角内での回転力を得るロータリーソレノイドに関する。【解決手段】本発明は、ケースと、回転自在に配置された回転軸と、該回転軸を中心にヨークの円周上に複数個配列された磁石と、該磁石間に巻回した複数個のコイルを接続して配置したロータとからなるロータリーソレノイドにおいて、前記ロータは回転軸付近で前記コイル端を引き出すとともに、前記コイルに正逆の通電で正逆回転方向の一定角内での回転力を得ることを特徴とするロータリーソレノイドにより提供される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、回転自在に配置された回転軸と、該回転軸を中心にヨークの円周上に複数個配列された磁石と、該磁石間に巻回した複数個のコイルを接続して配置したロータとからなるロータリーソレノイドにおいて、前記ロータは回転軸付近で前記コイル端を引き出すとともに、前記コイルに正逆の通電で正逆回転方向の一定角内での回転力を得ることを特徴とするロータリーソレノイド。
【請求項２】
前記ケースと前記回転軸の軸受取付用センター孔をプレス絞り加工により一体で製作された請求項１記載のロータリーソレノイド。
【請求項３】
前記円周上に複数個配列された磁石及びコイル数が３ないし１２の範囲内である請求項１又は２記載のロータリーソレノイド。
【請求項４】
前記円周上に複数個配列された磁石及びコイル数が６である請求項１又は２記載のロータリーソレノイド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリーソレノイドに関し、特に、ロータは回転軸付近でコイル端を引き出した磁気回路を構成させ、このコイルに正逆の通電で正逆回転方向の一定角内での回転力を得るロータリーソレノイドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ロータリーソレノイドは各種形式のものが知られている。例えば、図１３は従来のロータリーソレノイドの動作原理図である。スプリング等のバネで予め付勢させた状態で使用されるロータリーソレノイドがある。これによれば、コイル２８はケースを兼ねたヨーク３１の円周内側に配置し、ステータ２０とロータ２１は同じ幅で対抗する同数の歯部（歯数）を設けたものである。歯数は動作角度とトルクを決定し、歯数が多いほど動作角度は小さいが発生トルクは大きくなる。
【０００３】
使用時はロータ２１とステータ２０の歯部の対向面積が最小となるスタート位置までの角度２５のスタート位置２４にずらすようバネ２２でロータ角度を保持させておく。コイル２８に通電するとロータ２１とステータ２０の歯部の対向面積が最大となる無負荷停止点２７に向け回転方向２６に進行するが、バネ２２等の負荷とバランスする位置で停止する。通電を解除するとバネ２２の力でスタート位置２４に戻る。停止位置にはストッパー２３が配置されている。このように、バネ２２が必須で、無い場合にはロータ２１がフリーとなる。このため、スタート位置に戻すためのバネが必要であり、使用時には予め時計方向か反時計方向かの条件に沿ったロータリーソレノイドを入手しなければならないという課題があった。
【０００４】
他の例としては、特開２００１−６０５１１がある。ロータリーソレノイドの上側にベアリングボールを挟むプレートと傾斜したボールレースを設けたもので、消費電力を軽減したとの開示が見られる。特徴として、通電を解除しても所定角度に維持できるといった効果が記載されている。しかしながら、構造が複雑で高価、小型化困難、さらに、回転軸が軸方向に移動するといった課題があった。
【０００５】
また、他の例では、回転軸を共通しないマグネットを挟んだヨーク部分と、回転軸にコイル保持器を付設したロータ部分を有するロータリーソレノイドがある。→文献又は特許公報の表示が可能でしたらそれを指摘してください。無い場合には図面を添付するかしたいと思います。
これによれば、コイルが単一でありトルクを大きくしにくい、回転軸の回転中心が取りにくい、マグネットとコイル間のギャップの均一化が取りにくい等の欠点があるという課題があった。
【０００６】
このようにこれらの従来技術では多くの課題がありこれらの解決が求められていた。とりわけ、使用時ステータとロータ対向歯の一致位置からずらしたスタート位置までバネを介して回転させた上で動作させるといった課題があった。このため、バネを使用しないことで、円周のすべてで使用が可能な、かつ、正逆方向が選択可能な、しかも、構造が簡単、プレス絞りで低コスト化、回転中心を取りやすいといった課題解決も併せて求められていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ケースと、回転自在に配置された回転軸と、該回転軸を中心にヨークの円周上に複数個配列された磁石と、該磁石間に巻回した複数個のコイルを接続して配置したロータとからなるロータリーソレノイドにおいて、前記ロータは回転軸付近で前記コイル端を引き出すとともに、前記コイルに正逆の通電で正逆回転方向の一定角内での回転力を得ることを特徴とするロータリーソレノイドにより提供される。
【０００８】
また、前記ケースと前記回転軸の軸受取付用センター孔をプレス絞り加工により一体で製作された前記のロータリーソレノイドにより提供される。
さらに、前記円周上に複数個配列された磁石及びコイル数が３ないし１２の範囲内、望ましくは６である前記のロータリーソレノイドにより効果的に提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、具体的に発明の実施の形態について説明する。図面を参照して説明すると、図１は本発明のロータリーソレノイドの回転軸面で切断した一部を省略した断面の説明図、図２は図１のコイル面から上側の様子を示した説明図である。図３は本発明のロータリーソレノイドの磁界の向きを示す説明図である。ロータリーソレノイド１は回転軸６を中心に回転する。ヨーク４には図１の磁石７、ヨーク５には磁石１４をそれぞれの磁石が互いに対向する位置に貼り付けられている。
【００１０】
コイル２はコイルベース３に前記磁石間に一定ギャップで挟まれ回転軸を中心に回転可能なロータを形成する。回転軸６はベアリング９を介してヨーク４、５、磁石等と回転自在とした。一方、コイルベース３は回転軸６の軸カット面で嵌め込み、Ｅリング３０により固定して、回転軸へのコイル部分２からなるロータの回転力を伝達させる。後述するコイル２からの接続ケーブル８があり、通電時にコイルへの電力供給がされる。ケースを兼ねた各ヨーク４、５はベアリング部９まで覆うようにヨーク押さえ１０、１１があり、ヨーク５とヨーク押さえ１０にある４カ所の取付穴２９をロータリーソレノイド１の周面側に配置した。
【００１１】
図２は図１のコイルが６カ所配置された状態を示したもので、各コイルはそれぞれ後述する方法で接続されている。図の中央には各コイルからのコイル端を配線基板１７で接続させ接続ケーブル８を通して電源と接続ができる。接続ケーブル８は動作角度が少ない場合には回転軸の外側から取り出すが、回転軸の中心軸から取り出すようにしてケーブルの繰り返しに伴う断線から回避できるように回転軸を加工しても良い。
【００１２】
図３は本発明のロータリーソレノイド１の磁界の向き１２、磁界の向き１３を示したものである。図の磁石の極性により上向き（磁石は図の上がＳ極、下がＮ極）又は下向き（磁石は図の上がＮ極、下がＳ極）の磁界の向き１２になる。ここで便宜的に磁界の向き１２を使用したが、コイルに交叉する部分の様子を本発明の理解として用いた。磁界ないし磁力線がこれに限定されるものではないことを付記しておく。この流れはヨーク４、５を経由して各磁石７、１４等における実質的に平等磁界を形成させる。
【００１３】
図４はローターを構成するコイル２に流れる電流の向きを示す説明図である。これらの電流の向きは実施例では交互に図の矢印の向きとした。したがって、前記した配線基板１７で全体として後述するように各磁石との間で回転力を大きく取るようにした。
【００１４】
図５は本発明のロータリーソレノイドの回転力発生のメカニズム説明図である。回転力（電磁力、ないし発生力、ここでは回転力を用いる。）の発生のメカニズムの説明図である。知られているように、回転力はコイルへの磁束密度、コイル通電電流、有効磁路長及びコイル巻回数の積に比例する。図５の状態では磁石７、１４の各磁石幅内にコイルＡ（Ａと表示）、コイルＢ（Ｂと表示）の全巻線が入っていると回転力は最大（最大発生力）となる。磁界の向き１９は図の中央磁石７、１４上で上向き、左右磁石上で下向き矢印方向となり、電流の向き１５、１６の場合には矢印１８の方向に右側に回転力が発生する。
【００１５】
図６ないし図８は図５を拡大して全周囲の状態を示した回転力の説明図である。図６は各磁石とコイル位置との関係で回転力発生のメカニズム説明図である。図７は各磁石とコイル位置との関係で３０度のずれ時の回転力発生のメカニズム説明図である。図８は各磁石とコイル位置との関係で６０度のずれ時の回転力発生のメカニズム説明図である。図６は図５の状態と同一、すなわち、磁石７、１４の各磁石幅内にコイルＡ、コイルＢの全巻線が入っている状態では磁石７、１４で構成される磁気回路の中心線（ヨークの円周方向で磁石７、１４の中心線を基準）とコイルの角度差が０度で図の下側で示した正弦波の最大高さ位置３２で回転力は最大（最大発生力）となる。
【００１６】
図７はコイルが１５度、図８では３０度の状態を示してある。図７ではコイルＡがコイル巻き幅分右に移動し、コイル巻線半分は平等磁界ギャップ内にあり、残り半分は外れた状態、コイルＢも同様となる。このときの右側方向の回転力は図示したように正弦波の高さ位置３２で示す約７０％となる。
図８ではコイルＡ、コイルＢの中心が共に磁石の中心と合致する。このときの右側方向の回転力は図示したように正弦波の高さ位置３２で示す０（ゼロ）となる。
【００１７】
このように、コイルと磁石間の位置関係に依存した角度により、かつ、コイル電流の向きに依存した回転方向及び回転力が発生する。正逆回転方向の一定角内での回転力が得られるが、本発明にあっては、コイル数が６カ所では一定角度としては正逆６０度を超えても可能であるが、望ましくは６０度程度以内で使用することが望ましい。このように円周上に複数個配列された磁石及びコイル数はいずれも３ないし１２の範囲内で使用することが可能である。また、磁石及びコイル数は６カ所程度が望ましい。ロータリーソレノイド特性として、コイルの巻回数、コイル自体の配置条件を含め動作可能な起動時の発生トルクを最大とする回転角度等の仕様を前提とするが動作可能な最低トルク値も考慮すべきである。一般には上限の制約はないがこれら条件から３ないし１２カ所程度まで可能である。正逆回転方向の一定角度内でもトルクの変化があることから必要とする回転力で使用可能なコイル巻回数も配慮すべきである。コイル抵抗は発熱により変化するため、使用可能な電源電圧も考慮すべきである。例えば、正逆回転方向の一定角内としては１２カ所では３０度、３カ所で１２０度程度の動作角度といった変化が見られる。
【００１８】
図９は図６ないし図８におけるコイル電流と発生トルクの関係をさらに確認した結果図である。特に、ある一定電流でコイルと磁気回路間の角度を変化させたときの発生トルクを示したものである。図中各コイル電流値において２本のカーブが描かれているのは、角度を０度から６０度まで変化させ、再度そこから０度まで戻したときの発生トルクの差異を見たものである。測定条件は印加電圧直流１２Ｖ、各コイル電流は０．５Ａから１．２Ａまで変化させた。トルクは電流値（負値を含め）に比例した結果が得られた。また、往復値が略重複したカーブを描いていることから、軸受摩擦を含め、ヨークの回転軸中心、磁石位置、コイル位置等の配置が全体として十分に再現性を維持したロータリーソレノイド特性として完成されていることが確認された。
【００１９】
図１０、図１２はヨークに磁石を貼り付ける状態の説明図、図１１は磁石をヨークに取り付ける状態を示した部分断面図である。いずれもケースを兼ねるヨーク４、５ともプレス絞り加工により回転中心軸６の軸受取付用センター孔３３を一体で製作する加工方法により実施した。ケース内側には磁石の貼り付け用位置決め及びヨークと磁石との磁気接続を施すことが望ましい。例えば、ケースにツキ当て３４、３５、３６を円柱型突起として同時に打ち出し加工を行った。これらによりツキ当ての外周部分で磁石の貼り付け位置決め及び磁気接続が確保される。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、回転軸を中心にヨークの円周上に複数個配列された磁石と、磁石間に巻回した複数個のコイルを接続して配置したロータとからなるロータリーソレノイドとしたことで、コイルと磁石間の位置関係に依存した角度により、かつ、コイル電流の向きに依存した正逆回転及び回転力を発生させることができる。
【００２１】
また、ケースと前記回転軸の軸受取付用センター孔をプレス絞り加工により製作可能なため、回転中心軸が容易にとれ作業効率を高め、ケースは量産性に優れ、結果として低コスト化が可能となった。バネを使用しないことから、バネの使用により不利となっていた、スタート位置に戻すことや、使用時には予め時計方向か反時計方向かの条件に沿ったロータリーソレノイドを入手しなければならないという課題が解決された。
さらに、回転軸長方向を移動してしまうといった従来技術、構造が複雑といった欠点も解決できた。また、構造が簡単な小型化、各種用途へも取付簡単、取付方向の柔軟度、振動抑止による低静音の途を開いたとの作用効果も有する。
【００２２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロータリーソレノイドの回転軸面で切断した一部を省略した断面の説明図。
【図２】図１のコイル面から上側の様子を示した説明図。
【図３】本発明のロータリーソレノイドの磁界の向きを示す説明図。
【図４】ローターを構成するコイルに流れる電流の向きを示す説明図。
【図５】本発明のロータリーソレノイドの回転力発生のメカニズム説明図。
【図６】各磁石とコイル位置との関係で回転力発生のメカニズム説明図。
【図７】各磁石とコイル位置との関係で３０度のずれ時の回転力発生メカニズム説明図。
【図８】各磁石とコイル位置との関係で６０度のずれ時の回転力発生メカニズム説明図。
【図９】図６ないし図８におけるコイル電流と発生トルクの関係を確認した結果図。
【図１０】ヨーク５に磁石を貼り付ける状態の説明図。
【図１１】磁石をヨークに取り付ける状態を示した部分断面図。
【図１２】ヨーク４に磁石を貼り付ける状態の説明図。
【図１３】従来のロータリーソレノイドの動作原理図。
【符号の説明】
１　ロータリーソレノイド
２　コイル
３　コイルベース
４　ヨーク
５　ヨーク
６　回転軸
７　磁石
８　接続ケーブル
９　ベアリング
１０　ヨーク押さえ
１１　ヨーク押さえ
１２　磁界の向き
１３　磁界の向き
１４　磁石
１５　電流の方向
１６　電流の方向
１７　配線基板
１８　矢印
１９　磁界の向き
２０　ステータ
２１　ロータ
２２　バネ
２３　ストッパー
２４　スタート位置
２５　スタート位置までの角度
２６　回転方向
２７　無負荷停止点
２８　コイル
２９　取付穴
３０　Ｅリング
３１　ヨーク
３２　回転力
３３　軸受取付用センター孔
３４　ツキ当て
３５　ツキ当て
３６　ツキ当て
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004079860.tif 000009
【図８】
2004079860.tif 000010
【図９】
2004079860.tif 000011
【図１０】
2004079860.tif 000012
【図１１】
2004079860.tif 000013
【図１２】
2004079860.tif 000014
【図１３】
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