(57)【要約】【課題】  従来技術では、自己保持型ロータリーソレノイドはマグネットローターの磁極とステーターの磁極は一平面上にあり磁石を利用することから偶数極にしか製作出来ず、理論上最大角度は１８０°の次が９０°となり動作角度は極数を増やすごとに半分、そのまた半分と大きく飛び飛びになってしまう。また、磁極数が増えるごとにコイルは２個ずつステーターの数だけ必要となり複雑且つ部品点数の増加をもたらす。このことはコストに直結する。【解決手段】  リラクタンス型ステッピングモーターの動作原理を応用した従来のロータリーソレノイドで、単コイル３で多磁極に対応でき、ローター外周長手方向にＮ、Ｓの磁極ペアを複数箇所配設し、且つその配置はＮ、Ｓの向きが交互に入れ替わる着磁パターンを配した永久磁石ローター１を内蔵し、新しい永久磁石ローター１並列磁界型磁気回路を持つ自己保持型ロータリーソレノイド。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リラクタンス型ステッピングモーターの動作原理を応用した従来のロータリーソレノイドで、単コイルで多磁極に対応でき、ローター外周長手方向にＮ、Ｓの磁極ペアを複数箇所配設し、且つその配置はＮ、Ｓの向きが交互に入れ替えた着磁パターンを配した永久磁石ローターを内蔵し、永久磁石ローター並列磁界型磁気回路を持つことを特徴とする自己保持型ロータリーソレノイド。
【請求項２】
請求項１の自己保持型ロータリーソレノイドに加えて、双安定動作と三安定動作の２種類の動かし方を角度位置の初期設定により使い分けを可能したことを特徴とする自己保持型ロータリーソレノイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弊社独自の磁極構造を持つＳＣロータリーソレノイド（弊社標準品）に専用の着磁パターンを有する永久磁石ローター（マグネットローター）を組み合わせた今までにない並行磁界式磁気回路方式（出力軸長手方向に対し磁界の存在によりステーターに生ずるＮ、Ｓ磁極ペアとマグネットローターＮＳ磁極ペアが平行又は反平行の向きとなりそれぞれの磁界の向きの関係が並列になっている）の採用により単コイルにて多磁極対応の構造を有することで双安定動作と三安定動作の二種類の動かし方を角度位置の初期設定により使い分けが可能な、構造を簡単にした自己保持型ロータリーソレノイドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来の４極自己保持型ロータリーソレノイドを例にした説明図である。コイル３に通電すると発生した磁束はケース４を経由し、磁極（図示しない）を通ることでコイル３を周回するものである。
一例として、磁極をＮ極とした場合、逆側の磁極をＳ極となり、それぞれ永久磁石ローター１のＳ極、Ｎ極と引き合い、回転力を発生する。回転した永久磁石ローター１は、コイル３の通電を切っても磁性体である磁極と引き合い、自己保持を行うものである。永久磁石ローター１を以前の位置に戻すためには、コイル３に逆電流を流す必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の自己保持型ロータリーソレノイドは、マグネットローターの磁極とステーターの磁極は一平面上にあり、磁石を利用することから偶数極にしか製作できず、理論上の最大角度は１８０°の次が９０°となり、動作角度は極数を増やすごとに半分、そのまた半分と大きく飛び飛びになってしまう。
また、磁極数が増えるごとにコイルは２個ずつステーターの数だけ必要となり複雑且つ部品点数の増加をもたらす。このことはコストに直結する。
これらの問題を解決するために、ステーターとローター磁極の並びを出力軸長手方向にたいし、並行にＮ、Ｓ磁極のペアが配する様に工夫をした。この結果コイル１個を前後に挟んでステーターはＦ側（前側）とＢ側（後ろ側）の二平面上に配する構造になり同一平面にあるステーターの磁極は同一極性を持つようになる（コイルが励磁されると前後Ｆ側Ｂ側のステーターのペアがＮ、Ｓの組になる）。
この構造に対して、使用するマグネットローターに専用の着磁パターンを施すことによりロータリーソレノイドの磁気回路が並列磁界型磁気回路を持つ構成になり、この磁気回路を持つことでＮ、Ｓの磁極が出力軸長手方向に並ぶことによりステーター配置面の片側面には偶数個にこだわらず偶数奇数どちらでも理論上任意の数だけ設ける事が可能となりました。（Ｆ側Ｂ側合わせれば偶数極となる）
また、通常磁極数分のコイルを必要とするところを磁極の数に関わらずたった１個のコイルで実現できるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は前記課題の解決を図ったもので、次のような技術手段を採用した。
請求項１記載の発明においては、リラクタンス型ステッピングモーターの動作原理を応用した従来のロータリーソレノイドで、単コイルで多磁極に対応でき、ローター外周長手方向にＮ、Ｓの磁極ペアを複数箇所配設し、且つその配置はＮ、Ｓの向きが交互に入れ替えた着磁パターンを配した永久磁石ローターを内蔵し、永久磁石ローター並列磁界型磁気回路を持つという技術手段を採用した。
【０００５】
請求項２記載の発明においては、請求項１記載の発明に加えて、双安定動作と三安定動作の２種類の動かし方を角度位置の初期設定により使い分けを可能にするという技術手段を採用した。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る自己保持型ロータリーソレノイドは、以上の構成を採用した結果、次の効果を得ることができる。
（１）双安定動作と三安定動作の２種類の動かし方を、角度位置の初期設定により使い分けることが可能なものである。
（２）機構部の設計者は、１種類の簡単な構造の自己保持型ロータリーソレノイドで、ほとんどの回転機構に対応が可能である。
（３）従来の自己保持型ロータリーソレノイドに対し、ローター外周長手方向にＮ、Ｓの磁極ペアを複数箇所配設し、且つその配置は、Ｎ、Ｓの向きが交互に入れ替えた着磁パターンを配した永久磁石ローターを内蔵した磁気回路（永久磁石ローター並列磁界型磁気回路）を持つことにより、今迄にない動きを実現した自己保持型ロータリーソレノイドを提供することができる。
（４）出力軸方向（ローター長手方向）に対し、通常のソレノイドは磁束の流れが直交面のみに限られるが、本発明の自己保持型ロータリーソレノイドは平行面上にあり、単コイルで多磁極に対応できるものである（コイルの数は１個で良く、磁極の数に左右されないものである。）
（５）ソレノイドの構造、コイルの構造が単純なので、小型化、細長い形状、平たい形状等、自由自在の形に仕上げられ、比較的安価に提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
リラクタンス型ステッピングモーターの動作原理を応用した従来のロータリーソレノイドで、単コイルで多磁極に対応でき、ローター外周長手方向にＮ、Ｓの磁極ペアを複数箇所配設し、且つその配置はＮ、Ｓの向きが交互に入れ替えた着磁パターンを配した永久磁石ローターを内蔵し、永久磁石ローター並列磁界型磁気回路を持つ自己保持型ロータリーソレノイドである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施例である自己保持型ロータリーソレノイドを一部断面にして示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図である。
【図２】本発明の磁気回路を示すもので、（ａ）は反発側の磁気回路の例を示す一部断面にした断正面図、（ｂ）は吸引側の磁気回路の例を示す一部断面にした断正面図である。
【図３】本発明の一実施例である軸付ローターの組立図である。
【図４】本発明における動作原理を示す動作原理説明図である。
【図５】本発明における双安定動作時の動きの動作原理を示す説明図である。
【図６】本発明における三安定動作時の動きの動作原理を示す説明図である。
【図７】本出願人が独自に製作しているロータリーソレノイドの標準品を示すもので、通電方向を変えることにより、磁束の流れる向きが逆になり、エアギャップに現れる磁極は全て逆極性を呈するが、対向する磁極は、異極同士になるため、吸引力が現れる動作原理と構造を示す説明図である。
【図８】従来の自己保持型ロータリーソレノイドを一部断面にして示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図である。
【実施例１】
【０００９】
以下、本発明の自己保持型ロータリーソレノイドの一実施例を添付図面に基づいて説明する。
なお、実施例、従来例共に同一部品については同一符号を用いて説明することにする。
先ず、ロータリーソレノイドの説明の前に背景となる従来技術について説明して本発明を説明することにする。
リラクタンス型ステッピングモーターは、複数の歯を持つ電磁軟鉄製の回転子（ローター）と、巻線等からなる固定子（ステータ）で構成され、固定子の巻線に直流電流が流れると磁極が励磁され、回転子の歯が固定子極に引き寄せられることによって回転する。これを複数ある巻線に順次通電することにより回転子の回転は続くものである。
このリラクタンス型ステッピングモーターの動作原理を応用した本出願人の標準品のロータリーソレノイドに対し、ローター外周長手方向にＮ、Ｓの励磁ペアを複数箇所配し、且つその配置はＮ、Ｓの向きが交互に入れ替わる着磁パターンを配したマグネットローターを内蔵した磁気回路（永久磁石ローター並列磁界型磁気回路）を持つことを特徴とした今までにない動きを実現したロータリーソレノイドである。出力軸方向（ローター長手方向）に対し、通常のソレノイドは磁束の流れが直交面のみに限られるが、本発明品は平行面上にあり、この磁気回路構造を持つが故の主な特徴として、構造上は単コイルで多磁極に対応できる（コイルの数は１個で良く、磁極の数に左右されない）。また機能上の特徴としては、双安定動作と三安定動作の２種類の動かし方を角度位置の初期設定により使い分けることが可能となるものである。
ソレノイドの発生力はコイルの発生する磁束により磁気回路のエアギャップ両端に生じる磁極Ｎ、Ｓとマグネットローターの磁極との相互作用による磁極同士の反発、吸引の力の発生により両方の力が同時に働き（ローターとステーターとの相対角度位置により発生力の大小はあるが）駆動するものである。
【００１０】
次に、本発明の基となる弊社独自の磁極構造を持つＳＣロータリーソレノイド（弊社標準品）の一実施例について図面に基づいて詳細に説明する。
主要構成要素としては、図７に示すように、軸付きローター１、ローター軸２、コイル３、分割されたケース４、軸受け５からなるものである。
先ず動作について説明すると、コイル３に通電すると磁束が発生する。なお、この磁束は磁性体（鉄等）中の磁気抵抗の小さい通路（磁路）を好んで通る。磁束はドーナツ状のコイル３に対し、図のように発生し、エナメル線の周囲を一周する。コイル３に通電することにより生じた磁束は磁路のエアギャップの両端にＮ、Ｓの磁極を発生させ、両磁極間に吸引力を発生させる。
この際、もしＮ、Ｓ極に生じたエアギャップにおいて可動する機構があるならば、Ｎ、Ｓの両磁極は引き合い最接近する方向に可動部が動き、最接近の位置まで動き、その位置に落ち着く。可動部分に外力（トルク）が掛かり、その落ち着いた安定状態からずれると元の安定状態の位置に戻ろうとするトルクが発生する。コイル３の通電を切ると、速やかに磁束は消失し、エアギャップに生じていたＮ、Ｓ磁極は消失し吸引力も消失し、可動部分は回転に対し全くのフリーな状態になり外からトルクが掛かれば容易に回転する。すなわち、手で軽く回すことが出来る。磁極は凸形状に生じるので、固定子であるステーター６と回転子であるローター１のそれぞれの凸部分が相対するところまでローター１が回転し、安定状態になるものである（図７参照）。
【００１１】
以上のように動作する性質からステーター凸部分とローターの凸部分（歯部）がぴたり重なった状態が位置エネルギーの一番低い基底状態と考え、その位置からずれればずれるほど、位置エネルギーが増大し元の基底状態に戻ろうとするトルクが発生する。すなわち、ズレ角度が大きければ大きい程、発生するトルクは大きくなる。ローター１の凸部がステーター６の凸間の中間位置がデッドポイント（山の頂上：最大位置エネルギー状態の非常に不安定な状態）でこの位置は左に転がろうか、右に転がろうか危うい位置関係になる。ロータリーソレノイドは、この頂上手前にスタート位置を設定し、通電することにより電磁力で位置エネルギーを生じさせ、回転に対し自由なローター１を基底状態まで自然に転がして発生するトルクを得る電磁アクチュエーターで、回転し終えた位置（谷の位置：基底状態）は無負荷時励磁静止点である。
従って、頂上手前を頂上の右に設定するのか、左に設定するのかで右回転あるいは左回転を設定することができるものである。
なお、右回転、左回転は使用者がソレノイドを設置する際、位置決めして設定するか、又は製造者が設定して出荷するのかの方法があることはいうまでもない。
ロータリーソレノイドは通電を切ると、電磁力による相対的位置エネルギーはゼロになるため、軸付ローター１は、回転については全くフリーな状態になり、外力（例えば復帰バネ力）があればスタート位置（山の頂上手前に相当する位置：励磁が掛かれば一気に山の頂上手前相当の位置エネルギーを獲得できる位置）まで戻すことができる。この位置（山の頂上手前）をスタート点として通電してコイル３を励磁することで、基底状態に向かって回転するが、外力（スタート点方向に向く戻しトルク）が掛かっている場合は励磁による励磁静止点へ向かうトルクとスタート点へ戻す外力とがバランスをとる点で回転力はなくなり、止まるものである（図７を参照）。
【００１２】
次に、ロータリーソレノイドについて説明する。
ロータリーソレノイドの軸２に向かって軸２の励磁時回転方向が右周りの場合ＣＷ方向（ＣｌｏｃｋＷｉｓｅで時計周り）、左周りの場合ＣＣＷ方向（Ｃｏｕｎｔｅｒ  ＣｌｏｃｋＷｉｓｅで反時計周り）といい、コイル３に通電することにより発生した磁力を利用し磁路に回転部分を要した磁気回路中にエアギャップに生じたＮ、Ｓ極の引き合う力を、発生トルクを出力軸を通じて設定された一定角度の間回転力を取り出す電磁アクチュエーターがロータリーソレノイドで、設定されたある一定角度の間を往復動作するものである（なお、連続的に一定方向にのみ回転し続けるものは一般的にモーターという。）。
以上が今回の発明のもとになる今迄の従来のソレノイド、ロータリーソレノイドである。
【００１３】
ここで本発明の一実施例について説明する。
本発明のロータリーソレノイドは、従来のロータリーソレノイドの構成部品のローター１に対し、ある着磁パターンを施した永久磁石製ローターを採用することにより、一般ソレノイドの持たない特性を出現させることができたものである。この永久磁石ローターを備えるロータリーソレノイドは図にある通り、構造はすでに存在し公知のものである（図８参照）。
従来のロータリーソレノイドに永久磁石ローター（マグネットローター）を採用することにより以下に示す有利な点が多々ある。
ただし、これを実現するためにはマグネットローターに専用の着磁パターンを施すことが必要となる（他のロータリーソレノイドとは磁気回路が異なるため、着磁パターンは異なる。）。
他の軸付ローター長さ方向に対し、直交する磁路となるが、本発明のロータリーソレノイドは平行磁路を採用している。この磁気回路の採用が以下に示す通り製造上の単純化に繋がるものである。（図１、図３参照）
【００１４】
次に、本発明のロータリーソレノイドの動作について図５に基づいて説明する。
従来のロータリーソレノイドは、ローター１は通常の磁路材（鉄製）でコイル３の発生磁束を通す際、エアギャップを最小にする作用（エアギャップ端に生じたＮ、Ｓ磁極の引き合い）が働き、この作用を回転トルクとして取り出すものであった。
本発明のローター１は従来のローター１に対し専用磁極パターンを持つマグネットローターに変えることで今迄にない特徴を備えたものである。
動作としては、コイル３に通電することにより、コイル３が励磁し磁束が発生し、磁路の一部ステーター６部分にエアギャップがあり、ここでＮ、Ｓ磁極が生じる。このステーター６（励磁時にはＮ、Ｓ磁極となる。）に相対する内径側に永久磁石ローター１が存在し、ステーター６側の磁極とローター１側の磁極とが相互作用し、発生トルクを生じる。通常、ロータリーソレノイド（永久磁石を使わないタイプ）では、ローター１は磁性体（鉄製）のため、ローター１に生じる磁極はステーター６に生じた磁極とは逆の極性を示し、力は吸引力のみの発生になる。
それに対し、永久磁石ローター１を内蔵したロータリーソレノイドは、発生トルクの力の元はＮ極、Ｓ極の吸引力とＮ極、Ｎ極、及びＳ極、Ｓ極の同極同士の反発力の双方の力が同時に発生し、それらの回転トルクの方向も一致しているため、回転トルクの角度に対し安定して発生させることができる。
つまり、非励磁時、永久磁石ローター１の角度位置によっては、ステーター６との吸引力により動作角度の両端で保持力を持つことができるため、双安定ロータリーソレノイドとして使用することができる。また、永久磁石ローター１のためにコイル３への通電の向きを変えることにより、双方向動作ともコイル３の励磁で行うことができる。通電方向を変えることにより、ＣＷ動作、ＣＣＷ動作ともに復帰バネ機構なしでコイル３への通電を行うことができるものである（図５参照）。
さらに本発明では、従来型の機能に加え、三安定（３点の角度位置で止める）動作も可能で、一周で４か所（図では４Ｐのため４か所：Ｎ、Ｓ磁極間の数に等しい。６Ｐの場合は６か所）あり、ある角度位置を挟み左右にローター１を任意に回転させることができ、通電状態で両端保持が可能で非通電状態で初期位置に戻るという動作を可能にすることができるものである（図６参照）。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
医療機器のＸ線シャッター開閉部、レーザーシャッター開閉部、防災機器のダンパー開閉部、シャッター開閉部、警報機用ブザー、光学機器のフィルター開閉部、押え、レーザーシャッター開閉部、繊維機械の繊糸テンション・繊糸カッターにおけるスピードコントロール、搬送機のポイント切替部、事務機の紙カッター・駆動部・紙送り・穴あけ部、食品機器のホッパー開閉部、重量選別機、計量機のホッパー開閉部、遊戯機器のパチンコ玉発射装置、ゲーム内部機構、コインホッパー、自動ドア周辺機器の自動ドア用電子錠、半導体関連機器の各制御用として利用することができる。
【符号の説明】
【００１６】
１・・・・永久磁石ローター
２・・・・ローター軸
３・・・・コイル
４・・・・ケース
５・・・・軸受
６・・・・ステーター
【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】
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【図８】
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