(57)【要約】【課題】中間から出力を伝達することを可能にし、軸ぶれを生じ難い電磁アクチュエータを提供する。【解決手段】環状端面が複数磁極に着磁してある永久磁石からなる円筒状のロータマグネット３０と、該ロータマグネット３０の環状端面を挟んで配置された第１、第２のステータコイル１０、２０とを備え、該各ステータコイル１０、２０はそれぞれ前記環状端面に沿って、外周側から軸心方向に延びた軟磁性材からなる複数の磁極１３ａ、１３ｂ、磁極２３ａ、２３ｂと、軸心側から直径方向に延びた磁極１５ａ、１５ｂ、磁極２５ａ、２５ｂを備えた。【選択図】  図１
2005192333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状端面が複数磁極に着磁されている永久磁石からなる円筒状のロータマグネットと、
該ロータマグネットの環状端面を挟んで配置されたステータコイルとを備え、
該各ステータコイルは、前記環状端面に沿って直径方向に延びた、軟磁性材からなる複数の極歯を備えていること、
を特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記ステータコイルは、外周から鉄心方向に延びる極歯を備えた第１ヨークと、前記ステータコイルの中心を貫通した鉄心の端部から外方に延びる極歯を備えた第２ヨークとを備え、前記第１ヨークの極歯と第２ヨークの極歯とが円周方向に交互に配置されている請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記ステータコイルは、外周から鉄心方向に延びる極歯を備えた第１ヨークと、前記ステータコイルの中心を貫通した鉄心の端部から外方に延びる極歯を備えた第２ヨークとを備え、前記第１ヨークの極歯と第２ヨークの極歯とが円周方向に交互に配置されている第１のステータコイルおよび第２のステータコイルを備え、該第１、第２のステータコイルが、前記ロータマグネットを挟んで配置されている請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
前記各第１、第２のステータコイルは、それぞれの各極歯が対向する前記ロータマグネットの磁極に対して同一位相となるように等間隔で配置されていて、さらに前記第１のステータコイルの極歯と前記第２のステータコイルの極歯は、対向するロータマグネットの磁極に対して半位相ずらして配置されている請求項３に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
前記ロータマグネットは、前記一方のステータコイルに対向する第１マグネットと、前記他方のステータコイルに対向する第２マグネットを備え、各マグネットは、環状端面が複数磁極に着磁された永久磁石からなる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
前記ステータコイルおよびロータマグネットは、単一の軸棒に装着され、前記ロータマグネットは前記軸棒に、前記ステータコイルに対して相対回動自在に軸支されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項７】
前記ロータマグネットは、前記ステータコイルに対して回動自在に軸支されている請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項８】
前記ロータマグネットの外周面にはギヤが設けられている請求項１乃至５のいずれか一項記載の電磁アクチュエータ。
【請求項９】
前記第１、第２マグネットの間にはギヤが固定されている請求項５記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１０】
前記少なくとも一方のステータコイルは、前記等間隔で設けられた極歯間に不等間隔で設けられた補助極歯を備えている請求項１乃至９のいずれか一項記載の電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中間部から回転出力が得られる電磁アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＰＭ型のステッピングモータが種々知られている。一般的なＰＭ型のステッピングモータは、中央に回動軸を備えた、永久磁石からなるロータと、該ロータの周囲に配置された環状のステータコイルとを備え、ステータコイルにシーケンシャルに流されるパルス電流によって所定方向にステップ回転する構成である（特許文献１）。
【特許文献１】特開2001-275333号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような従来のＰＭ型ステッピングモータは、ロータの外周を囲むように極歯を形成しているため、外周から出力を取り出す機構を設けることができない。しかも、ロータの外周にフレームヨーク（金属）を用いる必要があり、フレームヨークとケースをプラスチック材等で一体形成することができない。さらに従来技術は、出力が軸の端部にあるため、モーメント（軸ぶれ）を起こしやすい。加えて、ヨークの内側長さ（櫛歯長さ）がステータの内径に制約されるという問題があった。
【０００４】
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みて、中間から出力を伝達することを可能にし、軸ぶれを生じ難い電磁アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる問題を解決するために本発明は、環状端面が複数磁極に着磁されている永久磁石からなる円筒状のロータマグネットと、該ロータマグネットの環状端面を挟んで配置されたステータコイルとを備え、該各ステータコイルは、前記環状端面に沿って直径方向に延びた、軟磁性材からなる複数の極歯を備えていること、に特徴を有する。
【０００６】
前記ステータコイルは、外周から鉄心方向に延びる極歯を備えた第１ヨークと、前記ステータコイルの中心を貫通した鉄心の端部から外方に延びる極歯を備えた第２ヨークとを備え、前記第１ヨークの極歯と第２ヨークの極歯とが円周方向に交互に配置される。このような構成からなる第１のステータコイルおよび第２のステータコイルが、前記ロータマグネットを挟んで配置される。
【０００７】
前記各第１、第２のステータコイルは、それぞれの各極歯が対向する前記ロータマグネットの磁極に対して同一位相となるように等間隔で配置されていて、さらに前記第１のステータコイルの極歯と前記第２のステータコイルの極歯は、対向するロータマグネットの磁極に対して半位相ずらして配置される。
【０００８】
前記ロータマグネットは、単一のマグネットにより構成できるが、前記一方のステータコイルに対向する第１マグネットと、前記他方のステータコイルに対向する第２マグネットを備え、各マグネットを、環状端面が複数磁極に着磁された永久磁石で構成してもよい。
【０００９】
前記ステータコイルおよびロータマグネットは、単一の軸棒に装着され、前記ロータマグネットは前記軸棒に、前記ステータコイルに対して相対回動自在に軸支される。また、前記ロータマグネットは、前記ステータコイルに対して回動自在に軸支してもよい。
【００１０】
単一のマグネットから構成されたロータマグネットの場合は、外周面にギヤが設けられる。第１、第２マグネットを備えている場合は、これらの間にギヤを固定できる。
【００１１】
また、少なくとも一方のステータコイルは、前記等間隔で設けられた極歯間に不等間隔で補助磁極を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電磁アクチュエータによると、ステータコイルの間に配置されたロータマグネットから回転力を得ることができるので、中間のロータマグネットの外周から回転力を伝達することが可能になり、軸ぶれを生じ難くなる。さらに、極歯を半径方向に長く形成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。図１は、本発明を適用した電磁アクチュエータの第１の実施形態を示す斜視図、図２は同実施形態の一方のステータ部を分解して示す斜視図、図３は同実施形態のロータマグネットの斜視図、図４（Ａ）は同電磁アクチュエータの平面図、図４（Ｂ）は同電磁アクチュエータの底面図、図５は同電磁アクチュエータの外筒を切断して示す端面図、図６は上段のステータコイルは図４（Ａ）の矢線VIA-VIA方向に切断し、下のステータコイルは図４（Ｂ）の矢線VIB-VIB方向に切断して示す断面図である。
【００１４】
この電磁アクチュエータは、一対の第１、第２ステータコイル１０、２０の間にロータマグネット３０を挟み込み、第１、第２ステータコイル１０、２０およびロータマグネット３０を貫通する軸棒４０に対して第１、第２ステータコイル１０、２０は固定され、ロータマグネット３０は回動自在に軸支されている。つまりこの実施形態は、中間のロータマグネット３０が第１、第２ステータコイル１０、２０に対して相対回転する構成である。ロータマグネット３０の回転力は、ロータマグネット３０の外周面に形成したギヤ等により伝達する。
【００１５】
第１のステータコイル１０は、円筒状のボビン１２に巻かれたコイル１１と、該コイル１１の一方の端面に沿って直径方向に延びて両外周面に沿って屈曲し、軸方向に沿って延びてさらに他方の端面を抱え込むように屈曲した、略コ字形状を呈する第１ヨーク１３と、ボビン１２の中空部１２ａを貫通する中空の鉄心１４およびボビン１２から突出した鉄心１４の端部に固定された、ロータマグネット３０と対向する第２ヨーク１５を備えている。
【００１６】
第１ヨーク１３は、ボビン１２を抱え込むように第２ヨーク１５の中央（鉄心１４）に向かって延びた両先端部が極歯部１３ａ、１３ｂを形成している。第１ヨーク１３の中央部に一体に固定された円筒形の鉄心１４は、中空部が軸受穴１４ａとなり、軸受穴１４ａは第１ヨーク１３を貫通している。鉄心１４がボビン１の中心穴１２ａに嵌入されるときに極歯部１３ａ、１３ｂと第２ヨーク１５とは直交方向に位置決めされ、第１ヨークの極歯部１３ａ、１３ｂと第２ヨーク１５の極歯部１５ａ、１５ｂは、回動中心に対して９０゜を成すように固定される。極歯部１３ａ、１３ｂの先端面と第２ヨーク１５との側面との間には所定のエアギャップが確保されている。
【００１７】
第２のステータコイル２０は、第１のステータコイル１０と略同一構造であり、第１のステータコイル１０と対向させて配置される。つまり、第２のステータコイル２０は、円筒状のボビン２２に巻かれたコイル２１と、該コイル２１の一方の端面に沿って直径方向に延びて両外周面に沿って屈曲し、軸方向に沿って延びてさらに他方の端面を抱え込むように屈曲した、略コ字形状を呈する第１ヨーク２３と、ボビン２２の中空部２２ａを貫通する中空の鉄心２４および鉄心２４の前記他方の端面から突出した、ロータマグネット３０と対向する端部に固定された第２ヨーク２５を備えている。
【００１８】
第１ヨーク１３は、ボビン１２を抱え込むように第２ヨーク１５の中央（鉄心１４）に向かって延びた両先端部が極歯部１３ａ、１３ｂを形成している。第１ヨーク１３の中央部に一体に固定された円筒形の鉄心１４は、中空部が軸受穴１４ａとなり、鉄心１４および第１ヨーク１３を貫通している。鉄心１４がボビン１の中心穴１２ａに嵌入されるときに極歯部１３ａ、１３ｂと第２ヨーク１５とは直交方向に位置決めされ、第１ヨーク１３の極歯部１３ａ、１３ｂと第２ヨーク１５の極歯部１５ａ、１５ｂは、それぞれの中心が軸心に対して９０゜を成すように固定される。極歯部１３ａ、１３ｂの先端面と第２ヨーク１５の側面との間には所定のエアギャップが確保されている。
【００１９】
以上の第１、第２コイルロータ１０、２０において、第１ヨーク１３、２３、鉄心１４、２４および第２ヨーク１５、２５は軟磁性材で形成されている。そうして、第１コイル１１に通電されると、極歯部１３ａ、１３ｂは同一磁極に励磁され、極歯部１５ａ、１５ｂは多極に励磁される。同様に第２コイル２１に通電されると、極歯部２３ａ、２３ｂは同一磁極に励磁され、極歯部２５ａ、２５ｂは多極に励磁される。
【００２０】
ロータマグネット３０は、中央に軸穴３１が形成された円盤形状または円柱形状を呈している。そうして、環状端面が４個の磁極に着磁され、軸穴３１の周囲にＳＮ極が交互に出現する４個の分割永久磁石部３３を有している（図３参照）。
【００２１】
ロータマグネット３０の軸穴３１には、軸穴３３ａを有する円筒状の軸受３３が嵌入されている。軸受３３は、両端部がロータマグネット３０の両環状端面から僅かに突出していて、この突出部の環状端面が、第１、第２ステータコイル１０、２０の第２ヨーク１５、２５と摺接して滑らかな相対回動を維持し、またロータマグネット３０と極歯部１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂ、極歯部２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂとの間に所定のエアギャップを形成するスペーサとして作用する。
【００２２】
ロータマグネット３０の外周には、図示していないが、外歯のギヤ環が嵌合される。ロータマグネット３０の回転は、このギヤ環を介して外部に伝達される。なお、ロータマグネット３０には、ギヤ環に代えてプーリーや他の回転伝達手段を装着できる。
【００２３】
第１のステータコイル１０の軸受穴１４ａ、ロータマグネット３０の軸穴３３ａおよび第２のステータコイル２０の軸穴２４ａを貫通して、軸棒４０が挿入される。軸棒４０に対して、第１のステータコイル１０および第２のステータコイル２０は、一方の極歯部１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂと極歯部２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂが、軸方向に投影したときに４５゜の角度を成すように軸周りの位置が設定され、かつロータマグネット３０が自由に回動できるように軸方向の位置が設定された状態で、筒状のケース５０に固定されている。なおケース５０には、ロータマグネット３０の一部が露出するように開口部５１が設けられている（図５参照）。この開口部５１から、ロータマグネット３０の外周面のギヤ環にピニオンギヤ等を噛合させて、ロータマグネット３０の回転力を外部に伝達できる。ケース５０は、プラスチックで形成できる。
【００２４】
図１乃至図６に示した電磁アクチュエータの動作について、さらに図７および図８を参照して説明する。図７は、第１、第２コイル１１、２１への通電タイミングチャートを示し、図８の（０）乃至（４）は、ロータマグネット３０と第１、第２ステータコイル１０、２０の極歯部１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂ、極歯部２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂとを直線状に展開してこれらの位相関係およびタイミングチャートを示す図である。なお、図７において、極歯部１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂは符号Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、極歯部１３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂは、符号Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′を付した磁極として表してある。
【００２５】
「ステップ（０）」
図８の（０）に示した無通電状態においてロータマグネット３０は、上面の磁極Ｓ、Ｎ、Ｓ、Ｎがそれぞれ磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′を吸引し、下面の対極Ｓ、Ｎ、Ｓ、Ｎがそれぞれ磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′を吸引し、これらの吸引力が平衡した状態で停止している。このとき磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′はそれぞれＳ、Ｎ、Ｓ、Ｎ極に磁化され、第２のステータの磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′はそれぞれＮ、Ｓ、Ｎ、Ｓに磁化されている。この状態を第１の平衡状態とする。
【００２６】
「ステップ（１）」
この第１の平衡状態において、第１、第２ステータコイル１０、２０にそれぞれ正方向通電されると、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′は同磁極に励磁されるが、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は逆磁極に励磁される。そのため、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は、それぞれロータマグネット３０の左隣の磁極を吸引するので、ロータマグネット３０は右方向に移動（回転）する。そうして、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′による吸引力が平衡した状態、すなわち初期位置から４５゜回転した状態で停止する（図８（１））。この平衡状態においてロータマグネット３０は、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′からは左回転方向の吸引力を受け、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′からは右回転方向の吸引力を受けている。この状態で通電を遮断しても、この平衡状態が維持され、ロータマグネット３０は回動しない。この平衡状態を第２の平衡状態とする。
【００２７】
「ステップ（２）」
第２の平衡状態において、第１ステータコイル１０へは逆通電し、第２ステータコイル２０へは順通電する。すると、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′は逆磁極に励磁され、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は同磁極に励磁される。そのため、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′は、それぞれ左隣の磁極を吸引、つまり、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は共にロータマグネット３０を右回転方向に吸引するので、ロータマグネット３０は右回転する。そうして、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′による吸引力が平衡する、初期位置から９０゜回転した状態で停止する（図８（２））。この平衡状態においてロータマグネット３０は、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′からは右回転方向の吸引力を受け、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′からは左回転方向の吸引力を受けている。この状態で通電を遮断しても、この平衡状態が維持され、ロータマグネット３０は回動しない。この平衡状態を第３の平衡状態とする。
【００２８】
「ステップ（３）」
第３の平衡状態において、第１、第２ステータコイル１０、２０にそれぞれ逆正方向通電されると、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′は同磁極に励磁され、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は逆磁極に励磁される。そのため、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は、それぞれ左隣の磁極を吸引、つまり、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は共にロータマグネット３０を右回転方向に吸引することになるので、ロータマグネット３０は右方向に回転する。そうして、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′による吸引力が平衡する位置である、初期位置から１３５゜回転した状態で停止する（図８（３））。この平衡状態においてロータマグネット３０は、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′からは左回転方向の吸引力を受け、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′からは右回転方向の吸引力を受けている。この状態で通電を遮断しても、この平衡状態が維持され、ロータマグネット３０は回動しない。この状態を第４の平衡状態とする。
【００２９】
「ステップ（４）」
この第４の平衡状態において、第１のステータコイル１０に順通電され、第２のステータコイル２０に逆通電されると、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′は逆磁極に励磁され、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は同磁極に励磁される。そのため、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′は、それぞれ左隣の磁極を吸引、つまり、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は共にロータマグネット３０を右回転方向に吸引するので、ロータマグネット３０は右回転する。そうして、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′による吸引力が平衡する、初期位置から１８０゜回転した状態で停止する（図８（４））。この平衡状態においてロータマグネット３０は、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′からは右回転方向の吸引力を受け、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′からは左回転方向の吸引力を受けている。この状態で通電を遮断しても、この平衡状態が維持され、ロータマグネット３０は回動しない。この平衡状態は、第１の平衡状態と同一である。
【００３０】
以上の通り、ステップ（４）の平衡状態はステップ（０）の第１の平衡状態と同一である。したがって、上記ステップ（１）、（２）、（３）、（４）の通電処理を繰り返すことで、ロータマグネット３０を右方向に４５゜ステップ角でステップ回動させることができる。
【００３１】
なお、ロータマグネット３０がどの平衡状態で停止しているかは、磁気センサにより検出することができる。検出した平衡状態に対応するステップ、通電パターンから、回転方向に基づいた通電パターン順で通電を開始すれば、左右いずれの方向にも回転させることができる。
【００３２】
このように第１の実施形態によれば、第１、第２コイルステータ１０、２０の中間に位置するマグネットロータ３０から回転力を取り出すことができるので、軸ぶれを生じ難い。さらに第１、第２コイルステータ１０、２０の極歯がマグネットロータ３０と軸方向に対向するので、全体の径を細くすることが可能になる。
【００３３】
図１乃至６に示した第１の実施形態では、各ステータコイル１０、２０の極歯数をマグネットロータ３０の磁極数と同一としたが、磁極数に対応させて、ステータコイル１０、２０の極歯数を増やしてもよい。磁極数が増えると、１ステップの回転角がより小さくなる。ステータコイル１０、２０の極歯数が増加、または面積が増大すると、回転トルクが増大する。
【００３４】
さらにこの実施形態は、ロータマグネット３０を軸方向に長く形成できるので、径を代えずに磁力を増加させて、回転トルクを増大させることができる。
【００３５】
次に、ロータマグネット１３０を、第１、第２ステータコイル１１０、１２０間に回動自在に軸支する実施形態について、図９乃至図１１を参照して説明する。図９（Ａ）は第２の実施形態の電磁アクチュエータの平面図、図９（Ｂ）は同底面図、図１０は同電磁アクチュエータの外筒を一部切断して示した正面図、図１１は、上段の第１ステータコイル１１０は図９（Ａ）の矢線XIA-XIAに沿って切断し、下段の第２ステータコイル１２０は図９（Ｂ）の矢線XIB-XIBに沿って切断した断面図である。
【００３６】
第１のステータコイル１１０は、円筒状のボビン１１２に巻かれたコイル１１１と、該コイル１１１の一方の端面に沿って直径方向に延びて両外周面に沿って屈曲し、軸方向に沿って延びてさらに他方の端面を抱え込むように屈曲した、略コ字形状を呈する第１ヨーク１１３と、ボビン１１２の中空部を貫通する鉄心１１４および鉄心１１４の対向側端面から突出した、ロータマグネット１３０と対向する端部に固定された第２ヨーク１１５を備えている。
【００３７】
第１ヨーク１１３は、対向側端面に沿って軸心に向かって延びた両先端部が極歯部１１３ａ、１１３ｂを形成している。第１ヨーク１１３の中央部に一体に固定された円筒形の鉄心１１４は、第１ヨーク１１３を貫通し、突出した先端部に球面状の当付部１１４ａが形成されている。鉄心１１４がボビン１１２の中心穴１１２ａに嵌入されるときに極歯部１１３ａ、１１３ｂと第２ヨーク１１５とは直交方向に位置決めされ、第１ヨーク１１３の極歯部１１３ａ、１１３ｂと第２ヨーク１１５の極歯部１１５ａ、１１５ｂは、それぞれの中心が軸心に対して９０゜を成すように固定される。極歯部１１３ａ、１１３ｂの先端面と第２ヨーク１１５の側面との間には所定のエアギャップが確保されている。
【００３８】
第２のステータ１２０は、第１のステータ１１０と略同一構造であり、ロータマグネット１２０を挟んで第１のステータ１１０と対向させて配置される。つまり、対向側端面に沿って軸心に向かって延びた両先端部が極歯部１２３ａ、１１３ｂを形成し、第１ヨーク１２３の中央部に一体に固定された鉄心１２４は、第１ヨーク１２３を貫通し、突出した先端部に球面状の当付部１２４ａが形成されている。鉄心１２４がボビン１２１の中心穴１２２ａに嵌入されるときに極歯部１２３ａ、１２３ｂと第２ヨーク１２５とは直交方向に位置決めされ、第１ヨーク１２３の極歯部１２３ａ、１２３ｂと第２ヨーク１２５の極歯部１２５ａ、１２５ｂは、それぞれの中心が軸心に対して９０゜を成すように固定される。なお、極歯部１２３ａ、１２３ｂの先端面と第２ヨーク１１５の側面との間には所定のエアギャップが確保されている。
【００３９】
以上の第１、第２ロータコイル１１０、１２０において、第１ヨーク１１３、１２３、鉄心１１４、１２４および第２ヨーク１１５、１２５は軟磁性材で形成されている。
【００４０】
このロータマグネット１３０は、軸周りに等間隔で着磁された複数の永久磁石部を有する円盤状の第１マグネット１３１および第２マグネット１３５と、これらの第１、第２マグネット１３１、１３５の間に固定されたギヤ１３３を備えている。第１、第２マグネット１３１、１３５およびギヤ１３３は、これらの軸穴を貫通する軸１３７に固定されている。各マグネット１３１、１３５はロータマグネット３０同様に、詳細は図示しないが、中央に軸穴が形成された円盤形状または円柱形状を呈し、環状端面が４個の磁極に着磁され、軸穴の周囲にＳＮ極が交互に出現する４個の分割永久磁石部を有している。各第１、第２マグネット１３１、１３５は、相反する方向に露出する環状端面に現れる磁極が、軸方向に投影して、互いに半位相（または半ピッチ）ずれた状態で固定されている。
【００４１】
このように第１、第２マグネット１３１、１３５の磁極の位相をずらして配置することにより、第１、第２ステータコイル１１０、１２０の極歯部１１３ａ、１１３ｂ、１１５ａ、１１５ｂと極歯部１２３ａ、１２３ｂ、１２５ａ、１２５ｂをずらして配置したのと同様の効果が得られる。つまり、極歯部１１３ａ、１１３ｂ、１１５ａ、１１５ｂと極歯部１２３ａ、１２３ｂ、１２５ａ、１２５ｂは軸方向に投影して重なるように配置できるので、第１、第２マグネット１３１、１３５の位置決めが容易になる。
【００４２】
軸１３７の両端面は、当付部１１４ａ、１２４ａの半径よりもやや大きい半径の凹面形状の軸受部１３７ａ、１３７ｂが形成されている。これらの軸受部１３７ａ、１３７ｂと当付部１１４ａ、１２４ａとが、それぞれの軸心を通る頂点で点接触して回動自在に軸支する軸受を構成している。
【００４３】
第１のステータコイル１０、ロータマグネット３０および第２のステータコイル３０は、ロータマグネット１３０が自由に回転できるように当付部１１４ａ、１２４ａで軸１１７の軸受部１３７ａ、１３７ｂを支持した状態で、かつ極歯部１１３ａ、１１３ｂ、１１５ａ、１１５ｂが極歯部１２３ａ、１２３ｂ、１２５ａ、１２５ｂとロータマグネット１３０を挟んで対向するように位置合わせされた状態で筒状の外筒１５０に嵌合固定される。なお、外筒１５０には、ギヤ１３３に外部ギヤを噛合可能にする開口部１５１が設けられている。
【００４４】
この第２の実施形態における通電制御および回転動作は、図１２および図１３に示す。
【００４５】
各第１、第２マグネット１３１、１３５は、端面に露出する磁極が互いに半位相、半ピッチずれた状態で固定されている。
【００４６】
図１２は、第１、第２コイル１１１、１２１への通電タイミングチャートを示し、図１３の（０）乃至（４）は、第１ロータマグネット１３１、第２ロータマグネット１３２、第１、第２ステータコイル１１０、１２０の極歯部１１３ａ、１１３ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、極歯部１２４ａ、１２４ｂ、１２５ａ、１２５ｂとを直前状に展開してこれらの位相関係およびタイミングチャートを示す図である。なお、図１２において、極歯部１１３ａ、１１３ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、は符号Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、極歯部１２４ａ、１２４ｂ、１２５ａ、１２５ｂは、符号Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′を付した磁極として表してある。
【００４７】
「ステップ（０）」
図１２の（０）に示した無通電状態において第１、第２ロータマグネット１３１、１３２は、上面の磁極Ｎ、Ｓ、Ｎ、Ｓがそれぞれ磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′を吸引し、下面の対極Ｓ、Ｎ、Ｓ、Ｎがそれぞれ磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′を吸引し、これらの吸引力が平衡した状態で停止している。このとき磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′はそれぞれＳ、Ｎ、Ｓ、Ｎ極に磁化され、第２のステータの磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′はそれぞれＮ、Ｓ、Ｎ、Ｓに磁化されている。この状態を第１の平衡状態とする。
【００４８】
「ステップ（１）」
この第１の平衡状態において、第１、第２ステータコイル１３１、１３２にそれぞれ正方向通電されると、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′は同磁極に励磁されるが、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は逆磁極に励磁される。そのため、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は、それぞれ第１ロータマグネット１３１、第２ロータマグネット１３２の左隣の磁極を吸引するので、第１、第２ロータマグネット１３１、１３２ともに右方向に移動（回転）する。そうして、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′による吸引力が平衡した状態、すなわち初期位置から４５゜回転した状態で停止する（図１３（１））。この平衡状態において第１、第２ロータマグネット１３１、１３２は、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′からは左回転方向の吸引力を受け、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′からは右回転方向の吸引力を受けている。この状態で通電を遮断しても、この平衡状態が維持され、第１、第２ロータマグネット１３１、１３２は回動しない。この平衡状態を第２の平衡状態とする。
【００４９】
「ステップ（２）」
第２の平衡状態において、第１ステータコイル１１０へは逆通電し、第２ステータコイル１２０へは順通電する。すると、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′は逆磁極に励磁され、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は同磁極に励磁される。そのため、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′は、それぞれ左隣の磁極を吸引、つまり、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は共に第１ロータマグネット１３１、第２ロータマグネット１３２を右回転方向に吸引するので、第１、第２ロータマグネット１３１、１３２が右回転する。そうして、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′による吸引力が平衡する、初期位置から９０゜回転した状態で停止する（図１３（２））。この平衡状態において第１、第２ロータマグネット１３１、１３２は、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′からは右回転方向の吸引力を受け、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′からは左回転方向の吸引力を受けている。この状態で通電を遮断しても、この平衡状態が維持され、第１、第２ロータマグネット１３１、１３２は回動しない。この平衡状態を第３の平衡状態とする。
【００５０】
「ステップ（３）」
第３の平衡状態において、第１、第２ステータコイル１１０、１２０にそれぞれ逆正方向通電されると、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′は同磁極に励磁され、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は逆磁極に励磁される。そのため、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は、それぞれ左隣の磁極を吸引、つまり、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は共に第１、第２ロータマグネット１３１、１３２を右回転方向に吸引することになるので、第１、第２ロータマグネット１３１、１３２は右方向に回転する。そうして、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′による吸引力が平衡する位置である、初期位置から１３５゜回転した状態で停止する（図１３（３））。この平衡状態において第１、第２ロータマグネット１３１、１３２は、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′からは左回転方向の吸引力を受け、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′からは右回転方向の吸引力を受けている。この状態で通電を遮断しても、この平衡状態が維持され、第１、第２ロータマグネット１３１、１３２は回動しない。この状態を第４の平衡状態とする。
【００５１】
「ステップ（４）」
この第４の平衡状態において、第１のステータコイル１１０に順通電され、第２のステータコイル１２０に逆通電されると、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′は逆磁極に励磁され、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は同磁極に励磁される。そのため、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′は、それぞれ左隣の磁極を吸引、つまり、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′は共に第１、第２ロータマグネット１３１、１３２を右回転方向に吸引するので、第１、第２ロータマグネット１３１、１３２は右回転する。そうして、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′による吸引力が平衡する、初期位置から１８０゜回転した状態で停止する（図１３（４））。この平衡状態において第１、第２ロータマグネット１３１、１３２は、磁極Ａ、Ａ′、Ａ、Ａ′からは右回転方向の吸引力を受け、磁極Ｂ、Ｂ′、Ｂ、Ｂ′からは左回転方向の吸引力を受けている。この状態で通電を遮断しても、この平衡状態が維持され、第１、第２ロータマグネット１３１、１３２は回動しない。この平衡状態は、第１の平衡状態と同一である。
【００５２】
以上の通り、ステップ（４）の平衡状態はステップ（０）の第１の平衡状態と同一である。したがって、上記ステップ（１）、（２）、（３）、（４）の通電処理を繰り返すことで、第１、第２ロータマグネット１３１、１３２を右方向に４５゜ステップ角でステップ回動させることができる。
【００５３】
なお、第１、第２ロータマグネット１３１、１３２がどの平衡状態で停止しているかは、磁気センサにより検出することができる。検出した平衡状態に対応するステップ、通電パターンから、回転方向に基づいた通電パターン順で通電を開始すれば、左右いずれの方向にも回転させることができる。
【００５４】
このように第２の実施形態によれば、第１、第２コイルステータ１１０、１２０の中間に位置する第１、第２ロータマグネット１３１、１３２から回転力を取り出すことができるので、軸ぶれを生じ難い。さらに第１、第２コイルステータ１１０、１２０の極歯が第１、第２ロータマグネット１３１、１３２と軸方向に対向するので、全体の径を細くすることが可能になる。
【００５５】
図１１に示した第２の実施形態では、各第１、第２コイルステータ１１０、１２０の極歯数を第１、第２ロータマグネット１３１、１３２の磁極数と同一としたが、磁極数を極歯数の磁極数に対応させて、第１、第２コイルステータ１１０、１２０の極歯数を増やしてもよい。磁極数が増えると、１ステップの回転角がより小さくなる。各第１、第２コイルステータ１１０、１２０の極歯数が増加、または面積が増大すると、回転トルクが増大する。
【００５６】
さらにこの実施形態は、ロータマグネット３０を軸方向に長く形成できるので、径を代えずに磁力を増加させて、回転トルクを増大させることができる。
【００５７】
このように第２の実施形態では、ロータマグネットを２個の第１、第２マグネット１３１、１３５で構成し、かつ位相を半位相分ずらせて配置したので、第１、第２ステータコイル３０の磁極部を対向配置することが可能になり、これらの位置調整が容易になった。さらにギヤを第１、第２マグネット１３１、１３５の間に挟み込む構造となるので、ギヤの構成の自由度が増し、製造が容易になった。
【００５８】
第２の実施形態のロータマグネット１３０を回動自在に軸支するピボット軸受は、軸受と当付部とは逆の構造にしてもよい。また、他の軸受構造を適用してもよい。また、この第２の実施形態のロータマグネット１３０の二層構造は、第１の実施形態にも適用できる。
【００５９】
以上は、極歯を等間隔で設けた実施形態であるが、本発明の電磁アクチュエータは、極歯の一部を不等間隔で設けることができる。極歯の一部を不等間隔で設けた第３の実施形態について、図１４、図１５に示した動作タイミングおよび構造を参照して説明する。
【００６０】
この第３の実施形態は、例えば第１の実施形態において、第１、第２のステータコイル１０、２０から第１ヨークを取り除いて第２ヨークを十字形状とし、さらに一方の十字形状のヨークに１本の補助ヨークを形成することにより構成できる。つまり、第１のステータコイルの十字形状のヨーク先端部に形成された４個の磁極Ａと、第２のステータコイルの十字形状のヨーク先端部に形成された４個の磁極Ｂと、磁極Ｂの間に延びる１本のヨーク先端部に形成された１個の補助磁極Ｂ′を備える。各ステータコイルの磁極Ａ、Ｂはそれぞれ中心角９０゜間隔で設けられているが、補助磁極Ｂ′は、隣接する磁極Ｂに対する中心角をθとすると、０゜＜θ＜４５゜、４５゜＜θ＜９０゜となる。
【００６１】
一方、マグネットロータは、第３の実施形態のマグネットロータ３０の磁極数を２倍の８個としてある。つまり、一方のステータコイルの極歯数の２倍の磁極数に設定してある。
【００６２】
第３の実施形態の動作を説明する。無通電状態では、図１５（０）の状態で停止している。この停止位置を初期位置、回転角０゜のステップ（０）とする。このステップ（０）の停止状態では、一方のステータコイルの各磁極ＡはロータマグネットのＮ極に吸引されてＳ極に磁化している。一方、他方のステータコイルの各磁極Ｂおよび補助磁極Ｂ′は、ロータマグネットのＳ極に吸引されてＮ極に磁化している。ここでロータマグネットは、補助磁極Ｂ′に対する吸引力により、補助磁極Ｂ′が無かった場合より、角度Δθだけ進行方向に回転した状態で平衡状態となり、停止している。この停止状態を第１の平衡状態とする。
【００６３】
「ステップ（１）」
第１の平衡状態において、第１、第２のステータコイルに、磁極Ａ、磁極Ｂ、補助磁極Ｂ′の磁極が反転する順方向に電流を流す。すると、磁極Ａ、磁極Ｂ、補助磁極Ｂ′が励磁されて磁極が反転し、磁極が反転した磁極Ａ、磁極Ｂ、補助磁極Ｂ′は、ロータマグネットの最も近い逆磁極となる右隣の磁極を吸引するので、ロータマグネットは左方向に移動（左回転）し、これらの磁極が引き合う力が平衡した状態で停止する（図１５（１））。つまりロータマグネットは、第１、第２のステータコイルに対して左方向に４５゜回転して平衡状態で停止する。この停止状態を第２の平衡状態とする。この第２の平衡状態で通電を遮断しても、磁極Ａ、磁極Ｂ、補助磁極Ｂ′への励磁作用は消失するが磁極は変わらないので、停止状態を維持する。この平衡状態を第２の平衡状態とする。
【００６４】
「ステップ（２）」
この第２の平衡状態において、第１、第２のステータコイルに逆方向に電流を流す。すると、磁極Ａ、磁極Ｂ、補助磁極Ｂ′は磁極が反転する方向に励磁される。磁極が反転した磁極Ａ、磁極Ｂ、補助磁極Ｂ′は、ロータマグネットの最も近い右隣の磁極を吸引するので、ロータマグネットは左方向に移動（回転）し、これらの磁極が引き合う力が平衡した状態で停止する（図１５（２））。つまりロータマグネットは、第１、第２のステータコイルに対して左方向に４５゜回転して平衡状態で停止している。この停止状態を第３の平衡状態とする。この第３の平衡状態で通電を遮断しても、磁極Ａ、磁極Ｂ、補助磁極Ｂ′への励磁作用が消失するだけで磁極は変わらないので、停止状態を維持する。
【００６５】
この第３の平衡状態は、第１の平衡状態と同一の状態である。したがって、以後、ステップ（１）、（２）の通電を繰り返すことで、ロータマグネットを４５゜ステップ角でステップ回動させることができる。この実施形態によると、通電方向を正逆に切り替えるだけで駆動できるので、駆動制御が簡単である。
【００６６】
以上の各実施形態では、各ステータコイルの基本的な極歯数を４個としたが、６極以上の偶数でもよい。極歯数を増やせば、より小さいステップ角での駆動が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明を適用した電磁アクチュエータの第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】同実施形態の一方のステータ部を分解して示す斜視図である。
【図３】同実施形態のロータマグネットの斜視図である。
【図４】第１の実施形態の電磁アクチュエータを示す、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。
【図５】同電磁アクチュエータの外筒を切断して示す断面図である。
【図６】同電磁アクチュエータを切断して示す断面図であって、上段のステータコイルは図４（Ａ）の矢線VIA-VIA方向に切断し、下段のステータコイルは図４（Ｂ）の矢線VIB-VIB方向に切断した断面図である。
【図７】同電磁アクチュエータのステータコイルへの通電タイミングチャートを示す図である。
【図８】同電磁アクチュエータのロータマグネットと、第１、第２ステータの極歯部とを直線状に展開し、これらの位相関係および動作タイミングを（０）乃至（４）に示す図である。
【図９】第２の実施形態の電磁アクチュエータを示す、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は同底面図である。
【図１０】同電磁アクチュエータの外筒を一部切断して示した正面図である。
【図１１】同電磁アクチュエータを切断して示す断面図であって、上段のステータコイルは図９（Ａ）の矢線XIA-XIA方向に切断し、下段のステータコイルは図９（Ｂ）の矢線XIB-XIB方向に切断した断面図である。
【図１２】第２の実施形態のステータコイルへの通電タイミングチャートを示す図である。
【図１３】第１、第２ロータマグネットが、相反する方向に露出する環状端面に露出する磁極が軸方向に投影して互いに半位相（若しくは半ピッチ）ずれた状態で固定されている第２の実施形態の主要部の構造および動作タイミングを示す図である。
【図１４】第３の実施形態のステータコイルへの通電タイミングチャートを示す図である。
【図１５】極歯の一部を不等間隔で設けた第３の実施形態の主要部の構造および動作タイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  第１ステータコイル
１１  コイル
１２  ボビン
１２ａ  中空部
１３  第１ヨーク
１３ａ  極歯部
１３ｂ  極歯部
１４  鉄心
１４ａ  軸受穴
１５  第２ヨーク
１５ａ  極歯部
１５ｂ  極歯部
２０  第２ステータコイル
２１  コイル
２２  ボビン
２２ａ  中空部
２３  第１ヨーク
２３ａ  極歯部
２３ｂ  極歯部
２４  鉄心
２４ａ  軸穴
２５  第２ヨーク
２５ａ  極歯部
２５ｂ  極歯部
３０  ロータマグネット
３１  軸穴
３３  軸受
３３ａ  軸穴
４０  軸棒
５０  ケース
５１  開口部
１１０  第１ステータコイル
１１１  コイル
１１２  ボビン
１１２ａ  中心穴
１１３  第１ヨーク
１１３ａ  極歯部
１１３ｂ  極歯部
１１４  鉄心
１１４ａ  当付部
１１５  第２ヨーク
１１５ａ  極歯部
１１５ｂ  極歯部
１１７  軸
１２０  第２ステータコイル
１２１  ボビン
１２２ａ  中心穴9
１２３  第１ヨーク
１２３ａ  極歯部
１２３ｂ  極歯部1
１２４  鉄心
１２４ａ  当付部
１２５  第２ヨーク
１２５ａ  極歯部
１２５ｂ  極歯部1
１３０  ロータマグネット
１３１  第１マグネット
１３３  ギヤ
１３５  第２マグネット
１３７  軸
１３７ａ  軸受部
１３７ｂ  軸受部
１５０  ケース
１５１  開口部
【図１】
2005192333.tif 000003
【図２】
2005192333.tif 000004
【図３】
2005192333.tif 000005
【図４】
2005192333.tif 000006
【図５】
2005192333.tif 000007
【図６】
2005192333.tif 000008
【図７】
2005192333.tif 000009
【図８】
2005192333.tif 000010
【図９】
2005192333.tif 000011
【図１０】
2005192333.tif 000012
【図１１】
2005192333.tif 000013
【図１２】
2005192333.tif 000014
【図１３】
2005192333.tif 000015
【図１４】
2005192333.tif 000016
【図１５】
2005192333.tif 000017