(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定半径の公転が自在に支持されている可動部材と、この可動部材の公転軌道の外接円に沿って配置されているとともに可動部材に作用させる磁気力で可動部材に公転を行わせるステータとからなる公転式アクチュエータであって、鉄心と該鉄心に巻回されたコイルとからなるとともにコイルの励磁による磁気力で可動部材をその径方向に駆動する上記ステータの鉄心は、可動部材の外周部を非接触で挟み込んでいることを特徴とする公転式アクチュエータ。
【請求項２】
ステータは、可動部材の公転平面に沿った磁気回路を形成するものであることを特徴とする請求項１記載の公転式アクチュエータ。
【請求項３】
ステータは、可動部材の公転平面を横断する磁気回路を形成するものであることを特徴とする請求項１記載の公転式アクチュエータ。
【請求項４】
可動部材は周方向において永久磁石と磁性材料とが交互に並んだものとして形成されているとともに、磁性材料に隣接する２つの永久磁石は間の磁性材料に同磁極を向けていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項５】
可動部材は永久磁石で形成されているとともに径方向に着磁されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項６】
可動部材は永久磁石で形成されているとともに着磁方向が径方向に対して傾いていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項７】
可動部材はその外周面に間隔をおいて複数個の突部を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項８】
突部はその断面積が可動部材の周方向において漸次変化していることを特徴とする請求項７記載の公転式アクチュエータ。
【請求項９】
突部はその断面積が可動部材の径方向において漸次変化していることを特徴とする請求項７記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１０】
可動部材はその外周面に厚みの薄い鍔部を備えて、この鍔部がステータの鉄心で非接触状態で挟み込まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１１】
可動部材はその中心側が外周部よりも薄肉もしくは中空となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１２】
可動部材はステータとの対向部表面にスリットを備えていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１３】
ステータの鉄心は可動部材との対向面にスリットを備えていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１４】
ステータの鉄心の先端部断面積が他の部分より大となっていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１５】
ステータはリング状であって内周側に複数の磁極歯を突出させている鉄心と、該鉄心のリング状部で且つ磁極歯間の部分に巻回されているコイルとからなることを特徴とする請求項２記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１６】
可動部材の径方向において向かい合う位置にあるコイル同士を、両コイルで励磁される鉄心の極性が逆となるように結線しておくことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１７】
可動部材の公転位置を検出する検出手段と、検出手段の出力に基づいてステータを制御する制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１８】
検出手段は可動部材が備える永久磁石の磁気に感応する磁気感応部材であることを特徴とする請求項１７記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１９】
少なくとも可動部材の径方向において可動部材が最も接近している極またはこの極に隣合う極の鉄心と、該鉄心と可動部材の径方向において向かい合う鉄心とを励磁するためのコイルを除く他の複数のコイルの同時励磁で可動部材に公転を行わせる磁気力を発生させていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可動部材に公転運動を行わせる公転式アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般のモータは、特公昭６３−３３３８２号公報に示されているステップモータのように可動部材に自転を行わせるものであるが、特開平８−２０５５１５号公報や特開平６−３１９２５１号公報に示された可変空隙型モータのように、可動部材に公転運動を行わせるものも存在している。磁界を移動させることで公転自在に支持されている可動部材に公転運動を行わせるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の公転式アクチュエータでは、磁界を移動させる際、次ステップで励磁する固定鉄心と可動部材との間の隙間は、可動部材の公転半径や可動部材の形状（直径等）に依存する可変隙間となっており、磁気抵抗や磁束漏れが大きく、高効率化が困難である。
【０００４】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは高効率化を図ることができる公転式アクチュエータを提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、所定半径の公転が自在に支持されている可動部材と、この可動部材の公転軌道の外接円に沿って配置されているとともに可動部材に作用させる磁気力で可動部材に公転を行わせるステータとからなる公転式アクチュエータにおいて、鉄心と該鉄心に巻回されたコイルとからなるとともにコイルの励磁による磁気力で可動部材をその径方向に駆動する上記ステータの鉄心が、可動部材の外周部を非接触で挟み込んでいることに特徴を有している。ステータの次に励磁すべき部分と可動部材との隙間を一定に保つことができる。
【０００６】
この時、ステータは、可動部材の公転平面に沿った磁気回路を形成するものであっても、可動部材の公転平面を横断する磁気回路を形成するものであってもよい。
【０００７】
また、可動部材は、周方向において永久磁石と磁性材料とが交互に並んだものとして形成されているとともに、磁性材料に隣接する２つの永久磁石は間の磁性材料に同磁極を向けているものであってもよい。
【０００８】
さらに、可動部材が永久磁石で形成されている場合、径方向に着磁されていたり、着磁方向が径方向に対して傾いていたり、厚み方向において複数の永久磁石が積層されているものであってもよい。
【０００９】
可動部材の外周面に間隔をおいて複数個の突部を設けたものとするのも好ましく、この場合の突部は、その断面積が可動部材の周方向あるいは径方向において漸次変化しているものを好適に用いることができる。
【００１０】
可動部材の外周面に厚みの薄い鍔部を設けて、この鍔部がステータの鉄心で非接触状態で挟み込まれているようにしてもよい。
【００１１】
可動部材の中心側が外周部よりも薄肉もしくは中空となっていたり、ステータとの対向部表面にスリットを備えていてもよい。
【００１２】
ステータの鉄心は、可動部材との対向面にスリットを備えていたり、鉄心の先端部断面積が他の部分より大となっていたりしてもよい。
【００１４】
ステータがリング状であって内周側に複数の磁極歯を突出させている鉄心と、該鉄心のリング状部で且つ磁極歯間の部分に巻回されているコイルとからなるものも好適に用いることができる。
【００１８】
可動部材の径方向において向かい合う位置にあるコイル同士を、両コイルで励磁される鉄心の極性が逆となるように結線しておいてもよい。
【００１９】
さらに、可動部材の公転位置を検出する検出手段と、検出手段の出力に基づいてステータを制御する制御手段とを備えたものとしてもよく、検出手段には可動部材が備える永久磁石の磁気に感応する磁気感応部材を好適に用いることができる。
【００２０】
可動部材に公転を行わせる磁気力をステータに発生させるにあたっては、少なくとも可動部材の径方向において可動部材が最も接近している極またはこの極に隣合う極の鉄心と、該鉄心と可動部材の径方向において向かい合う鉄心とを励磁するためのコイルを除く他の複数のコイルの同時励磁で可動部材に公転を行わせる磁気力を発生させるようにするのも好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、このアクチュエータ１は、ベース２とベース２上に固定したステータ４、そしてベース２に対して所定半径での公転を行うように駆動される円盤状の可動部材３とからなるもので、該可動部材３はその公転に際して自転は行わないものとなっている。
【００２２】
まず、上記可動部材３の支持構造について説明すると、上記ベース１は図２にも示すようにその中央に軸受１０を介して軸１１を回転自在に受けているのであるが、この軸１１は偏心した位置に軸孔１２を備えており、この軸孔１２に可動部材３の一面から突出する軸３２を回転自由に遊嵌させているために、可動部材３はベース２及び固定スクロール２に対して、上記軸孔１２の偏心量を半径とする旋回（公転）が自在となっている。可動部材３の公転半径拘束部材として機能している軸１１には、図２９(a)に示すように、可動部材３のカウンタバランスとなる偏心重量部１３を備えたものを用いてもよい。可動部材３と軸１１との重心位置を可動部材３の公転中心の軸線上に位置させることができるために、可動部材３が公転運動をしている時のアクチュエータ１内の振動を抑えることができる。なお、偏心重量部１３は、可動部材３及び軸１１と同じ回転数で自転回転するものであれば、軸１１と一体になっていなくてもよく、また図２９(b)に示すように、軸１１そのものを断面非円形として重心が偏ったものとすることでカウンタバランスとして機能するようにしたものであってもよい。
【００２３】
また、可動部材３の一面に設けたキー溝３３にオルダムリング５が備えるキー５１がスライド自在に係合して、オルダムリング５に対して可動部材３が１自由度の移動が可能となっており、さらにオルダムリング５は他面に上記キー５１と直交するキー５２を備えて該キー５２がベース２に設けたキー溝１５にスライド自在に係合することでベース２に対してオルダムリング５が１自由度の移動が可能となっている。ベース２に対し、可動部材３はオルダムリング５を介して２自由度の移動が可能となっているとともに、可動部材３はその自転について拘束されており、この結果、上記軸１１による案内を受けて可動部材３が公転する時、可動部材３は自転を行うことがないものである。
【００２４】
そして、電磁鋼板あるいは電磁軟鉄などの磁性材料からなる可動部材３を駆動するステータ４は、内周側へと突出する複数個（図示例では８個であるが、この個数は限定するものではない）の磁極歯４３が所定間隔で設けられるとともにベース２の中心と同心に配設されて可動部材３の外周側に位置しているリング状の鉄心４１と、この鉄心４１の各磁極歯４３の部分に夫々巻回した複数個のコイル４２とからなるもので、可動部材３を囲んでいるステータ４における隣接する２つのコイル４２を同時に励磁することで、この２つのコイル４２が巻回されている２つの磁極歯４３の先端を異極に磁化して、鉄心４１のリング状部と磁極歯４３，４３と可動部材３とを通る磁気回路Ｍを形成すれば、可動部材３は励磁されているコイル４２側に吸引される。このために、通電するコイル４２を時計回り方向もしくは反時計回り方向に順次切り換えていけば、可動部材３も同じ方向の公転運動を行う。
【００２５】
この時、ステータ４の各磁極歯４３の先端面の内接円は、公転する可動部材３の外接円よりも少し小さくしているとともに、各磁極歯４３の先端面には、可動部材３の外周縁が入り込む溝４４を設けて、可動部材３の外周部の上下面に磁極歯４３が非接触で対向するようにしてある。このために、可動部材３の公転につれて各磁極歯４３の先端面と可動部材３の中心との間隔が変化するものの、可動部材３に磁気吸引力を作用させている磁極歯４３と可動部材３との間のギャップは一定に保たれるものであり、磁気抵抗や磁束漏れが少なく、高効率化が可能となる。特に、磁気回路Ｍが可動部材３の公転平面に沿って形成される図示例のものでは、ほとんどの磁束が磁気吸引力として可動部材３に作用するために、高い推進力を得られるものである。
【００２６】
磁極歯４３の先端の幅を大きくすることで磁極歯４３の先端部の断面積を大きくしているのも、可動部材３との対向面積を大きくして、磁気抵抗の減少による推進力の向上を図っているためである。
【００２７】
図３に示すように、可動部材３の外周縁に厚みの薄い鍔部３０を設けて、この鍔部３０が磁極歯４の溝４４内に入るようにしてもよい。可動部材３の外周面全面も磁極歯４３に対向させることができ、可動部材３を通過する際の磁束の集中が生じにくくなって磁気抵抗を小さくすることができる。つまり、可動部材３に流れる磁束が多くなるために、可動部材３の推進力を向上させることができる。
【００２８】
コイル４２の励磁に際しては、隣接する２つのコイル４２ではなく、図４に示すように、隣接する３つのコイル４２を励磁するとともに、励磁するコイル４２を一つずつずらしていくようにしてもよい。また、２つもしくは３つのコイル４２を同時に励磁すると同時に、励磁するコイル４２を順次一つずつずらしていくことは、２つのコイル４２を同時に励磁する場合で示すと、図５に示すように、各磁極歯４３に電気的に絶縁された２つのコイル４２ａ，４２ｂを設けて、コイル４２ａは隣の磁極歯４３のコイル４２ｂに予め直列接続しておくと、各コイル４２への通電制御を簡単に行うことができる。
【００２９】
図６に他例を示す。ここではステータ４として、内周側へと突出する磁極歯４３が所定間隔で設けられているリング状の鉄心４１における磁極歯４３間の部分にコイル４２を夫々巻回している。あるコイル４２に通電すれば、そのコイル４２の両端に位置する２つの磁極歯４３，４３が異極に磁化されて、可動部材３を通る磁気回路Ｍを形成し、磁性体からなる可動部材３に対して磁気吸引力を作用させる。この場合も、通電するコイル４２を順次切り換えていけば、可動部材３に公転運動を行わせることができる。なお、図６に示したものにおいても、隣合う複数のコイル４２を同時に励磁してもよく、この場合、両コイル４２，４２間に位置するとともに両コイル４２，４２が共有する磁極歯４３が同磁極となるように通電する。
【００３０】
図７は上記構成のステータ４を備えたアクチュエータ１をスクロールポンプの駆動源として用いた場合を示しており、ここでは可動部材３における固定スクロール２５の渦巻き状のラップ２０が形成された面に対向する一面に渦巻き状のラップ３８を形成して、可動部材３自体を可動スクロールとし、両ラップ２０，３８が重なるように両者を組み合わせて、上記の軸１１とオルダムリング５とによって拘束された動き、つまりは自転を伴うことなく一定半径の公転運動を所定の回転方向において可動部材３が行う時、固定スクロール２５のラップ２０と可動部材３のラップ３８とによって密閉された空間が外周側から中心側へとその容積を漸次小さくしつつ移動させるために、外周側に吸い込み口３５、中心部に吐出口３６を配した該スクロール型ポンプでは、吸い込み口３５から吸い込んだ流体を吐出口３６から吐出する。
【００３１】
図８に別の例を示す。可動部材３及びその支持構造は前述のものと同じであるが、ここでは鉄心４１と鉄心４１に巻回したコイル４２とからなる電磁石４０を複数個（図示例では８個であるが、この個数は限定するものではない）、ベース２上に放射状に配置したものをステータ４としている。各電磁石４０は鉄心４１がＣ字形をして、対向する両端面間の空隙に可動部材３の外周部が入り込むものとなっており、コイル４２は可動部材３の外周部の上下面に夫々近接対向する両端部に各々巻回してあって、これらコイル４２，４２に通電することで可動部材３の外周部をその厚み方向に通る磁気回路Ｍを形成すれば、平面内の公転移動が可能な可動部材３はその電磁石４０側に吸引されることになる。このために、励磁する電磁石４０を順次切り換えていけば、可動部材３は公転を行う。なお、この場合においても、隣接する２つの電磁石４０，４０に同時に通電するようにしてもよい。
【００３２】
ここで、１つの鉄心４１に対して可動部材３に近接している両端部に夫々コイル４２，４２を巻回しているのは、コイル４２で発生した磁束が可動部材３に流れ込み易く、磁束のロスを避けることができるからである。磁気回路Ｍが可動部材３の回転平面に沿って形成される前述の例のものにおいても、同じ理由で、図１に示したものの方が図６に示したものよりも高い効率を得ることができる。
【００３３】
可動部材３としては、可動部材３の回転平面に沿った磁気回路Ｍを形成するものにおいても、可動部材３の回転平面と直交する方向の磁気回路Ｍを形成するものにおいても、永久磁石で形成したものを使用することができる。この場合、前者については、図９(a)(b)に示すように、可動部材３の外周部に周方向においてほぼ等間隔に極性が変化するように着磁したものを用いることができ、後者については、可動部材３の表裏を異極に着磁したものや、図９(c)(d)に示すように、可動部材３の表裏を異極に且つ周方向においてほぼ等間隔に極性が変化するように着磁したもの（この場合、隣接する電磁石４０では磁気回路Ｍの磁束が流れる方向が逆となるように通電する）を用いることができる。これは、可動部材３全体を起磁力をもつ希土類またはフェライト系の永久磁石で形成するほか、希土類磁石を含有するプラスチックで形成したり、あるいは図１０に示すようにプラスチックやアルミニウム等の軽量非磁性体からなるコア部３５の外周にリング状永久磁石３６や矩形体状永久磁石３６を接着や機械的な拘束を用いて固定したものを用いることができる。上記コア部３５を磁性材料で形成したものを用いてもよい。磁気特性の良い磁性材料の比透磁率（１２０〜２００００）は永久磁石の比透磁率（１．０〜７．０）よりもかなり大きいことから、磁気回路内の磁気抵抗を減少させることができる。
【００３４】
図１１に示すように、薄板状の永久磁石３６を同一極同士が向かい合うように配置するとともにその間に磁性材料３７を配置したものとしてもよい。永久磁石３６は同一極が向かいあっているために、磁束はその間にある磁性材料３７を通って可動部材３の外部に出ていくことから、磁性材料３７はある極に励磁されることになる。永久磁石から出る磁束の密度は使用する永久磁石の特性（希土類磁石では１．２Ｗｂ／ｍ2程度）で決まるが、この構造であると、磁束が磁性材料３７を通過する際に絞り込まれることになり、磁性材料３７の磁束密度限界（１．６〜２．１Ｗｂ／ｍ2）まで可動部材３から発生する磁束密度を高くすることができる。
【００３５】
さらに、周方向において極性の異なる磁極を間隔をおいて配置する場合、図１２に示すように、可動部材３の外周部に突部３ａを設けて、この突部３ａに磁極が位置するようにしてもよい。なお、突部３ａは磁極歯４３の数もしくは電磁石４０の数と同数とする。この時、突部３ａが可動部材３の外周面に固定した永久磁石で形成されるようにしてもよく、図１１に示したもののように、磁性材料３７が突部３ａを構成するようにしてもよい。いずれにしても、可動部材３の外径は突部３ａ以外の部分を小さくすることができて、軽量化を図ることができる。また、突部３ａとして、図１２(b)(c)に示すように、角部を曲面としたり面取りしたりすることで、角部での磁束において可動部材３の公転時の進行方向成分を増加させることができる。
【００３６】
ところで、可動部材３全体を永久磁石で形成する場合は、図１３に示すように、Ｓ極とＮ極の対が半径方向に並ぶようにすると、磁針方向Ａと逆向きに生ずるとともに磁石の性能を損なう原因となる反磁界Ｂが周囲の磁極から生じた磁界で弱められることになり、この結果、可動部材３全体の磁気特性が向上することになる。
【００３７】
また、半径方向に着磁するにあたり、図１４(a)(b)に示すように、磁針方向Ａが径方向とある角度をもって交差するようにしておけば、図１４(c)に示す磁針方向Ａが径方向と一致する場合と比較して、可動部材３とステータ４との間のギャップで磁束がより直線的に流れることになり、磁気抵抗の減少による可動部材３の推進力の向上を得ることができる。
【００３８】
図１５に示すように、可動部材３の厚み方向において複数枚の永久磁石３４を積層するとともに、厚み方向において折れ曲がった磁路が形成されるようにしておけば、次相の電磁石４０に向かって磁束が直線的に流れるようにすることができる。
【００３９】
可動部材３に突部３ａを設ける場合は、図１６(a)または図１７(a)または図１８(a)に示すように、突部３ａを公転方向と反対側の断面積が大となるようにしておくとよい。断面積が一様の場合、図１６(b)または図１７(b)または図１８(b)に示すように、磁極歯４３（電磁石４０）に接近するにつれて推進力に寄与する磁束Ｆが減って寄与しない磁束Ｆ’が増えるために推進力が減少するが、断面積を変えておけば、推進力に寄与しない磁束の増加を少なくすることができる。
【００４０】
図１９または図２０に示すように、可動部材３の表面に磁束流動方向Ｃと直交する方向のスリット３９を設けたり、あるいは図２１または図２２に示すように、磁極歯４３または鉄心４１の端面に磁束流動方向と直交する方向のスリット４９を設けると、可動部材３表面あるいは鉄心４１（磁極歯４３）表面で発生する渦電流を抑制することができるために、渦電流損失を少なくすることができる。
【００４１】
ステータ４における鉄心４１は、磁束の流動方向と直交する方向に電磁鋼板を積層して形成したものが好ましい。図２３はリング状鉄心４１を有するものにおいて、該鉄心４１を厚さ１ｍｍ以下の珪素鋼板の積層物として形成したものを示している。このものにおいても、鉄心４１内部に発生する渦電流を抑制することができて磁気特性を向上させることができる。
【００４２】
図２４は可動部材３の軽量化のために、中心部の厚みを薄くしたり、リング状としたものを示している。可動部材３の高速回転に有利となる。
【００４３】
ところで、リング状の鉄心４１を備えたステータ４においては、図２５に示すように、鉄心４１を可動部材３の公転平面と垂直な方向に分割したものとし、２つの鉄心４１ａ，４１ｂ間に可動部材３を位置させた後に機械的な拘束または接着剤またはビーム溶接等で接合し、次いでコイル４２を巻回する構成としておくことで、可動部材３の公転半径が小さく、しかも鉄心４１が可動部材３を覆う面積が大きい時でも鉄心４１の中に可動部材３を組み付けることができる。なお、リング状の鉄心４１は半円状のもの２つを接合することで形成するようにしても、同様の効果を得ることができるとともに、この時には接合前にコイル４２を巻回しておくことができるために、さらに製造が容易となる。
【００４４】
鉄心４１を分割することは、磁気回路Ｍが可動部材３を厚み方向に横切るものにおいても適用することができる。図２６はこの場合の一例を示しており、予めコイル４２を巻回した２つの鉄心４１ａ，４１ｂを可動部材３を挟むようにして接合している。
【００４５】
図２７は可動部材３の支持のためにスラスト軸受１８を用いた場合を示している。可動部材３の軸方向の傾きを無くすことができる。
【００４６】
なお、以上の説明では、ステータ４が可動部材３に作用させる磁気力として磁気吸引力のみを示したが、可動部材３を永久磁石としている場合には、磁気反発力も利用することができる。図２８はこの場合の一例を示しており、磁気吸引力を働かせている部分と逆の部分において磁気反発力を働かせている。
【００４７】
図３０は、可動部材３の軸方向の動きを規制する規制手段を設けて、可動部材３とステータ４との磁気ギャップのさらなる安定化を図ったものを示しており、図３０(a)に示すものでは、下面側が軸１１を介してベース２で支持されている可動部材３の上面側に可動部材抑えとして機能するハウジング２１を配して、該ハウジング２１を可動部材３の上面にすべり接触させている。もちろん、図３０(b)に示すように、ハウジング２１下面に４フッ化エチレンやステンレス、セラミック等の低摩擦係数材料からなる抑え部材２２を配して、該抑え部材２２が可動部材３の上面にすべり接触するようにすると、より好ましいものとなり、さらには図３１及び図３２に示すように、リング状のリテーナ２３で保持された複数の球面体２４（つまりはスラスト軸受）をベース２と可動部材３及び可動部材３とハウジング２１の間に介在させて、球面体２４が可動部材３に転がり接触するようにすれば、摩擦を大きく低減させることができるために、効率が向上する。
【００４８】
可動部材３の軸方向位置規制は、磁気力を用いて行うようにしてもよく、図３３は可動部材３に設けた永久磁石３６と、ベース２に固定した磁性体（永久磁石を含む）２６との間に働く磁気吸引力が可動部材３の軸方向位置規制を行うようにしたものを示している。磁性体２６は可動部材３の上方側に配置する部材（ハウジング２１）に固定していてもよい。いずれにしても、磁気力を利用する場合は、可動部材３の軸方向両面から挟み込まなくても軸方向位置規制を行うことができるために、コストを下げることができる。
【００４９】
図３４は、可動部材３の径方向において向かい合う位置にあるコイル４２，４２同士を短絡線４５で繋ぐとともに、両コイル４２，４２で励磁される鉄心４１の極性が逆となるようにしたものを示している。通電を制御すべきコイル４２の相数を半分とすることができるために制御が容易となる。
【００５０】
また、ステータ４のコイル４の通電制御にあたっては、可動部材３の公転位置を検出する検出手段を設けて、検出手段の出力に基づいて制御を行うことで可動部材３の脱調を防ぐことができる。この検出手段としては、図３５に示すものでは、発光ダイオードのような発光素子６１とフォトダイオードのような受光素子６２との対を複数個、周方向において間隔をおいて配置するとともに可動部材３の位置によって発光素子６１から受光素子６２に至る光が遮断されてしまうようにしたものを用いることができるが、可動部材３が永久磁石からなるもの、あるいは可動部材３が永久磁石３６を備えているものでは、図３６に示すように、ホール素子のような磁気感応素子６３を周方向において間隔をおいて配置するとともに、可動部材３の位置に応じた磁界の強さの変化で磁気感応素子６３の出力が変化するようにしておけば、より簡単に可動部材３の公転位置を検出することができる。
【００５１】
ところで、コイル４２への通電制御であるが、ある一つのコイル４２のみに電流を流したり、隣接する複数のコイル４２に電流を流したりするほか、前述のように磁気反発力も利用する場合には、図３７に示すように、全コイル４２に同時に電流を流すようにしてもよい。この場合、電流の方向は磁気吸引力を可動部材３に作用させるか磁気反発力を可動部材３に作用させるかによって適宜切り換えることになるが、この切り換えを行うコイル４２を順次ずらしていくことによって、可動部材３に公転を行わせる。可動部材３を公転させる推進力を大きくすることができる。
【００５２】
もっとも、可動部材３の径方向において可動部材３が最も接近している極またはこの極に隣合う極の鉄心４１と、該鉄心４１と可動部材３の径方向において向かい合う鉄心４１とを励磁するためのコイル４２は、電流を流しても可動部材３公転させる推進力とはならないことから、図３８に示すように、これらのコイル４２を除く他の複数のコイル４２に電流を同時に流した方が、コイル４２において発生するジュール熱損を少なくすることができるために、より効率を高くすることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、所定半径の公転が自在に支持されている可動部材と、この可動部材の公転軌道の外接円に沿って配置されているとともに可動部材に作用させる磁気力で可動部材に公転を行わせるステータとからなる公転式アクチュエータにおいて、鉄心と該鉄心に巻回されたコイルとからなるとともにコイルの励磁による磁気力で可動部材をその径方向に駆動する上記ステータの鉄心が、可動部材の外周部を非接触で挟み込んでいるために、可動部材を公転させるためのものでありながら、ステータの次に励磁すべき部分と可動部材との隙間を一定に保つことができるものであり、このために磁気抵抗や磁束漏れを少なくすることができて、高効率化を図ることができる。
【００５４】
この時、ステータが可動部材の公転平面に沿った磁気回路を形成するものであると、ほとんどの磁束が可動部材をステータに吸引する働きをするために、磁気吸引力が大きくなって高い推進力を得ることができる。
【００５５】
可動部材の公転平面を横断する磁気回路を形成するものであってもよく、この場合は各鉄心が磁気的に絶縁されるために、他の手心への干渉や漏洩磁束を減少させることができて高効率化を図ることができる。
【００５８】
可動部材が永久磁石と磁性材料とから形成されている場合は、磁気抵抗を下げることができて、所定の磁気回路内を通る磁束量を増加させることができるために、推進力が向上する。また、周方向において永久磁石と磁性材料とが交互に並んだものとして形成されているとともに、磁性材料に隣接する２つの永久磁石は間の磁性材料に同磁極を向けているものでは、永久磁石から発生する磁束が磁性材料において絞り込まれるために、磁束密度が大きくなり、推進力が向上する。
【００５９】
さらに、可動部材が永久磁石で形成されている場合、径方向に着磁されたものを用いれば、磁極のカップリングにより反磁界の効果が弱まるために可動部材の推進力が向上する。
【００６０】
着磁方向が径方向に対して傾いている場合には、吸引する鉄心に向かって磁束が直線的に流れるために、可動部材に働く吸引力が増加することになり、推進力の向上を得ることができる。
【００６２】
可動部材の外周面に間隔をおいて複数個の突部を設けたものとするのも軽量化の点で好ましく、この場合の突部は、その断面積が可動部材の周方向あるいは径方向において漸次変化しているものを用いると、可動部材の公転方向成分の磁束が増大するために推進力を向上させることができる。
【００６３】
可動部材の外周面に厚みの薄い鍔部を設けて、この鍔部がステータの鉄心で非接触状態で挟み込まれているようにしてもよい。ギャップでの磁束流路が大きくなって磁気抵抗が減少するために、可動部材の推進力が向上する。
【００６４】
可動部材の中心側が外周部よりも薄肉もしくは中空となっていると、可動部材の軽量化をさらに図ることができる。
【００６５】
また、可動部材のステータとの対向部表面にスリットを設けておくと、渦電流損失を減少させることができて、効率の向上を図ることができる。
【００６６】
ステータの鉄心は、可動部材との対向面にスリットを備えたものとすると、渦電流損失の減少を図ることができる。
【００６７】
鉄心の先端部断面積が他の部分より大としておくと、可動部材との対向面積の増大化による磁気抵抗の減少を図ることができて、推進力を向上させることができる。
【００７１】
ステータがリング状であって内周側に複数の磁極歯を突出させている鉄心と、該鉄心のリング状部で且つ磁極歯間の部分に巻回されているコイルとからなるものでは、２個のコイルで１個の磁極歯を励磁することができるために、可動部材の推進力が向上する。
【００７７】
可動部材の径方向において向かい合う位置にあるコイル同士を、両コイルで励磁される鉄心の極性が逆となるように結線しておいてもよい。通電制御するコイルの相数を半分にすることができるために制御が容易となる。
【００７８】
さらに、可動部材の公転位置を検出する検出手段と、検出手段の出力に基づいてステータを制御する制御手段とを備えたものとすれば、可動部材の脱調を招くことがない駆動を行うことができる。
【００７９】
そして、この時の検出手段として、可動部材が備える永久磁石の磁気に感応する磁気感応部材を用いると、検出手段を少ない部品数で構成することができて、コストを下げることができる。
【００８１】
また、少なくとも可動部材の径方向において可動部材が最も接近している極またはこの極に隣合う極の鉄心と、該鉄心と可動部材の径方向において向かい合う鉄心とを励磁するためのコイルを除く他の複数のコイルの同時励磁で可動部材に公転を行わせる磁気力を発生させるようにした時には、大きな推進力を得られると同時に、ジュール熱損を低減して効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)は平面図、(b)は断面図である。
【図２】同上の分解斜視図である。
【図３】他例の部分断面図である。
【図４】  (a)(b)は駆動方法の他例を示す説明図である。
【図５】さらに他例の部分断面図である。
【図６】別の例の平面図である。
【図７】同上を用いたスクロールポンプの分解斜視図である。
【図８】さらに別の例を示しており、(a)は平面図、(b)は断面図である。
【図９】  (a)〜(d)は可動部材を永久磁石とした場合の磁極の配置例を示す斜視図である。
【図１０】  (a)(b)は可動部材の他例の斜視図である。
【図１１】可動部材のさらに他例を示すもので、(a)は平面図、(b)は部分平面図である。
【図１２】  (a)は可動部材の別の例の斜視図、(b)(c)は突部の平面図である。
【図１３】着磁方向の一例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は部分平面図である。
【図１４】着磁方向の他例を示すもので、(a)は平面図、（b)は磁束の流れの説明図、(c)は着磁方向が径方向の場合の磁束の流れの説明図である。
【図１５】可動部材の別の例における磁束の流れの説明図である。
【図１６】  (a)(b)は突部における磁束の流れの説明図である。
【図１７】  (a)(b)は突部における磁束の流れの説明図である。
【図１８】  (a)(b)は突部における磁束の流れの説明図である。
【図１９】可動部材にスリットを設けた場合を示しており、(a)は部分平面図、(b)は側面図である。
【図２０】可動部材にスリットを設けた場合を示しており、(a)は部分平面図、(b)は側面図である。
【図２１】ステータの磁極歯にスリットを設けた場合を示しており、(a)は部分平面図、(b)は側面図である。
【図２２】ステータの鉄心の端面にスリットを設けた場合を示しており、(a)は側面図、(b)は端面図である。
【図２３】リング状鉄心の他例を示しており、(a)は分解斜視図、(b)は斜視図である。
【図２４】可動部材の別の例を示しており、(a)(b)はいずれも断面図である。
【図２５】ステータの組立手順の説明図である。
【図２６】他のステータの組立手順の説明図である。
【図２７】異なる例の断面図である。
【図２８】異なる駆動法の説明図である。
【図２９】カウンタバランスを備えた例を示しており、(a)は分解斜視図、(b)は他例における軸の斜視図である。
【図３０】可動部材の軸方向位置規制手段を設けた場合を示しており、(a)は断面図、(b)は他例の断面図である。
【図３１】可動部材の軸方向位置規制手段を設けた場合の別の例の分解斜視図である。
【図３２】同上の断面図である。
【図３３】可動部材の軸方向位置規制手段を設けた場合のさらに別の例の断面図である。
【図３４】他例を示しており、(a)は平面図、(b)は断面図である。
【図３５】位置検出手段を設けた場合の一例の断面図である。
【図３６】位置検出手段を設けた場合の他例の断面図である。
【図３７】駆動制御の他例を示すもので、(a)は平面図、(b)はタイムチャートである。
【図３８】駆動制御のさらに他例を示すもので、(a)は平面図、(b)はタイムチャートである。
【符号の説明】
１  アクチュエータ
３  可動部材
４  ステータ
４１  鉄心
４２  コイル
【図１】
0003757733.tif 000002
【図２】
0003757733.tif 000003
【図３】
0003757733.tif 000004
【図４】
0003757733.tif 000005
【図５】
0003757733.tif 000006
【図６】
0003757733.tif 000007
【図７】
0003757733.tif 000008
【図８】
0003757733.tif 000009
【図９】
0003757733.tif 000010
【図１０】
0003757733.tif 000011
【図１１】
0003757733.tif 000012
【図１２】
0003757733.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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