CN104137411B - 惯性驱动致动器 - Google Patents
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Abstract
具有：位移单元(压电元件)(103)，在第1方向以及与第1方向相反的第2方向上产生微小位移；线圈(102)，在与位移单元(压电元件)(103)不同的方向上产生磁通；移动件，具有与线圈(102)的至少一个面对置的面，具有使线圈(102)所产生的磁通集中于规定的位置的第1轭；检测单元(104)，对反映基于移动件(移动体)(101)与线圈(102)的位置关系的线圈附近的磁通变化的线圈(102)的电信号进行检测；判定单元(105)，基于检测单元(104)的输出来判定移动件(移动体)(101)的位置，其中，通过控制从线圈(102)产生的磁通，控制作用于移动件(移动体)(101)的摩擦力来驱动移动件(移动体)(101)，线圈(102)进行磁通的产生和磁通的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种惯性驱动致动器。
背景技术
已知一种如下致动器：该致动器向与驱动轴结合的电气机械变换元件提供锯齿状波驱动脉冲来使驱动轴在轴向上位移，使与该驱动轴摩擦结合的移动构件在轴向上移动。下面，将这种致动器称为“惯性驱动致动器”。这种惯性驱动致动器例如在专利文献1中提出。
在以往的惯性驱动致动器中，压电元件的一端固定于固定构件，另一端固定于振动基板的一端。在振动基板上配置有能够在压电元件的振动方向上移动的移动体。在此，固定基板或振动基板由磁性材料(例如铁、具有磁性的不锈钢)构成，吸附部也是磁性材料。当对线圈施加电流时产生磁场。所产生的磁场还在吸附部中产生磁场。通过吸附部中产生的磁场，对作为磁性材料的振动基板或固定构件产生磁吸附力，移动体与振动基板贴紧，在其间产生摩擦力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-177974号公报
发明内容
发明要解决的问题
在以往的通过磁吸附力进行摩擦力的控制的惯性驱动致动器中，为了检测移动体的位置，需要设置位移传感器。作为位移传感器，能够使用光学传感器、电容传感器、光学传感器、磁传感器、涡流传感器等。使用哪一种位移传感器，都存在包括传感器在内的惯性驱动致动器整体的尺寸变大这样的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供不使惯性驱动致动器的尺寸变大而能够进行移动体的位置检测的惯性驱动致动器。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题并达到目的，本发明所涉及的惯性驱动致动器的特征在于，具有：位移单元，在第1方向以及与所述第1方向相反的第2方向上产生微小位移；线圈，在与位移单元不同的方向上产生磁通；移动件，具有与线圈的至少一个面对置的面，具有使线圈所产生的磁通集中于规定的位置的第1轭；检测单元，对线圈的电信号进行检测，该线圈的电信号是反映基于移动件与线圈的位置关系而产生的线圈附近的磁通变化的信号；以及判定单元，基于检测单元的输出来判定移动件的位置，其中，通过控制从线圈产生的磁通，控制作用于移动件的摩擦力来驱动移动件，线圈进行磁通的产生和磁通的检测。
发明效果
根据本发明，起到能够提供一种不使尺寸变大而能够进行移动体的位置检测的惯性驱动致动器的效果。
附图说明
图1(a)是从上面观察的第1实施方式所涉及的惯性驱动致动器的图，(b)是从侧面观察的图，(c)是表示剖面结构的图。
图2(a)、(b)、(c)是说明移动体的位置检测的原理的图。
图3是说明移动体的位置变化与磁通变化的关系的图。
图4(a)是从上面观察第2实施方式所涉及的惯性驱动致动器的图，(b)是从侧面观察的图，(c)是表示剖面结构的图。
图5(a)是从上面观察第3实施方式所涉及的惯性驱动致动器的图，(b)是从侧面观察的图，(c)是表示剖面结构的图。
图6(a)是从上面观察第4实施方式所涉及的惯性驱动致动器的图，(b)是从侧面观察的图，(c)是表示剖面结构的图。
图7(a)是从上面观察第5实施方式所涉及的惯性驱动致动器的图，(b)是从侧面观察的图，(c)是表示剖面结构的图。
具体实施方式
下面，基于附图详细说明本发明所涉及的惯性驱动致动器的实施方式。此外，本发明不限定于该实施方式。
(第1实施方式)
基于图1(a)、(b)、(c)说明第1实施方式所涉及的惯性驱动致动器。
惯性驱动致动器100具有移动体101、线圈102、压电元件103、检测单元104以及判定单元105。
压电元件103(位移单元)在第1方向以及与第1方向相反的第2方向上产生微小位移。
线圈102在与压电元件103不同的方向上产生磁通。
移动体101(移动件)具有与线圈102的至少一个面对置的面，构成使线圈102所产生的磁通集中于规定的位置的第1轭。
检测单元104对反映基于移动体101与线圈102的位置关系的线圈附近的磁通变化的线圈102的电信号进行检测。
判定单元105基于检测单元104的输出来判定移动体101的位置。后面说明位置判定的详细内容。
而且，通过控制从线圈102产生的磁通，控制在移动体101与线圈102之间起作用的摩擦力来驱动移动体101。
线圈102进行磁通的产生和磁通的检测。
由此，起到以下效果。
·根据线圈102与移动体101的位置关系，线圈102附近的磁通量发生变化。
·由于线圈102附近的磁通量发生变化，线圈102的电信号(阻抗)发生变化。
·根据线圈102的电信号能够检测移动体的位置。
接着，更详细说明在本实施方式中检测移动体101的位置的结构。
首先，在本实施方式的结构中，根据线圈102与移动体101的相对位置关系，线圈102附近的磁通量发生变化。另外，由于线圈102附近的磁通量变化，线圈102的电信号(阻抗)发生变化。
接着，说明基于移动体101的位置的磁通变化。
图2(a)、(b)、(c)分别是表示移动体101处于不同的位置时的磁通的变化的图。在图中，以虚线表示移动体101，以粗的虚线表示流过移动体101的经过线圈102的内侧的磁通。
按图2(a)、(b)、(c)的顺序示出了移动体101相对于线圈102从左端向中央移动的状态。关于从中央向右侧的移动，与从左侧向中央移动时具有对称的关系，因此省略重复的说明。
为了使说明简单，在图2(a)、(b)、(c)中，以虚线表示的箭头的数量反映透过移动体101的磁通量的总和。
为了使说明简单，图中的距离Δd表示在从移动体101远离距离Δd的位置处也能够使得磁通流过移动体101的距离。下面，按图2(a)、(b)、(c)的顺序进行说明。
图2(a)是移动体101存在于线圈102的左端的位置的状态。关于从移动体101的右侧至距离Δd，经过线圈102的内侧的磁通流过移动体101。关于比距离(间隔)Δd的右端更靠右侧的区域，成为漏磁通，因此磁通不经过移动体101。
芯或比线圈102的内侧更靠左侧的区域不是产生磁通的部位。因此，在图2(a)中，移动体101覆盖线圈102的内侧的部分和右侧的与距离Δd相当的区域成为经过移动体101的磁通量。
图2(b)是移动体101移动到比线圈102的左端的位置更靠右侧的位置的状态。关于从移动体101的右侧至距离Δd的位置，与图2(a)同样地，经过线圈102的内侧的磁通流过移动体101。
另外，关于比离移动体101的右侧距离Δd的位置更靠右侧的区域，成为漏磁通。因此，磁通不经过移动体101。移动体101的左侧的区域也与该右侧的区域同样地，到距离Δd的位置为止经过线圈102的内侧的磁通流过移动体101。另外，芯或线圈102的内侧处于距离Δd的范围内，因此左侧的到距离Δd的一部分为止的磁通流过移动体。
因而，从移动体101的左侧至线圈102的内侧端部、移动体101的部分、以及离移动体101的右侧距离Δd的区域在图2(b)中成为经过移动体101的磁通量。
图2(c)是移动体101位于线圈102的中央的状态。关于移动体101的右侧以及从左侧至距离Δd的区域，经过线圈101的内侧的磁通流过移动体101。
因而，离移动体101的左侧距离Δd、移动体101的部分以及离移动体101的右侧距离Δd的部分成为经过移动体101的磁通量。
如上述说明，在关于经过移动体的磁通量将图2(a)、(b)、(c)的3个状态进行了比较的情况下，经过移动体101的磁通量大的状态为图2(c)、(b)、(a)所示的顺序。因而，在本实施方式中，移动体101位于线圈102的中央的状态时经过移动体101的磁通量最多。而且，随着移动体101向线圈102的端部移动，经过移动体101的磁通量减少。
此外，在图2中，设置有磁铁106、轭107，但是并不是在本说明中必须的结构要素。
接着，基于图3说明移动体101的位置与磁通变化的关系。
具有在图2(a)、(b)、(c)中说明的根据移动体101位于线圈102的中央的状态，经过移动体101的磁通增加的趋势。图3表示移动体101的位置与经过移动体101的磁通量的关系。
在图3中，横轴P表示移动体101的位置。相对于线圈102，分别表示了移动体101的中央的位置C、右端的位置R、左端的位置L。纵轴FL表示磁通量。
在向线圈102流通了交流的情况下，经过移动体101的磁通量也随着交流而发生变化。因此，产生因磁通量的变化产生的反电动势，对线圈102自身带来影响。
经过线圈102附近的移动体101的磁通量的变化引起对线圈101自身带来影响的反电动势的变化。因此，如果经过移动体101的磁通多，则与经过移动体101的磁通小时相比，线圈102的电阻、电感变大。
因而，关于线圈102的电阻、电感，也成为与图3所示的经过移动体101的磁通量变化同等的趋势。如图3所示，对于移动体101的位置具有依赖性，因此在本实施方式中，是能够检测移动体101的位置的结构。
实际上，经过移动体101的磁通量以外的磁通也对线圈102的阻抗带来影响。作为结果，经过移动体101的磁通量以外的磁通也反映在经过移动体101的磁通量上。因此，关于基于移动体101的位置的、线圈102的电信号的变化，以经过移动体101的磁通量来进行说明。
返回图1继续说明。本实施方式的惯性驱动致动器100具有线圈102、压电元件103、移动体101、检测单元104、判定单元105。移动体101是磁性体。移动体101具有封闭线圈102所产生的磁通的轭(第1轭)的作用。例如在图6(c)中使用箭头来表示磁通的封闭方法。
而且，将线圈102连接到检测单元104，检测线圈102的电输出信号。通过判定单元105根据来自检测单元104的输出来判定移动体101的位置。关于移动体101的位置与线圈102的电信号的关系如上所述。
根据移动体101的位置，线圈102所产生的磁通经过移动体101的量发生变化。在经过移动体101的磁通量多时，由于反电动势的影响，线圈102的电阻和电感增加。因此，通过检测线圈102的阻抗，能够检测移动体101的位置。
检测单元104是检测线圈102的阻抗的检测电路。通过判定单元105根据反映阻抗值的来自检测单元104的输出信号判定位置。并且，通过与来自检测单元104的刚刚之前的输出信号进行比较，判定单元105不仅能够判定位置，还能够判定移动体101移动的方向。
由此，起到以下效果。
·通过检测阻抗的实部(电阻)来能够进行位置检测。
·通过检测阻抗的虚部(电感)来能够进行位置检测。
·通过检测阻抗的大小来能够进行位置检测。
·电感由于温度依赖性小，因此从温度影响的观点来看电感检测有效果。
另外，通过将由判定单元105判定的移动体位置信息反馈给未图示的致动器驱动电路，能够进行位置控制驱动。
在本实施方式中，根据磁力的变化来进行惯性驱动致动器的摩擦控制。而且，还能够防止因反复驱动产生的磨耗劣化。
另外，设为如下结构：为了控制移动体101的摩擦力而由电磁线圈产生的磁通通过移动体101被封闭。当将控制摩擦力的磁通的路径设为驱动磁通路径时，根据移动体101的位置，驱动磁通路径的磁通量发生变化。
因此，基于移动体101与电磁线圈的位置关系，线圈102附近的磁通的流动发生变化。因此，通过检测电磁线圈的电特性，能够进行移动体101的位置检测。通过电磁线圈兼作驱动和位置检测，能够提供与另外追加了位移传感器的结构相比致动器尺寸不会增大、且能够进行位置检测的惯性驱动致动器。
(第2实施方式)
接着，基于图4(a)、(b)、(c)说明第2实施方式所涉及的惯性驱动致动器200。
对与上述第1实施方式相同的结构附加相同的参照符号，省略重复的说明。在本实施方式中，是在第1实施方式的惯性驱动致动器100的结构中在线圈102的内侧进一步追加了磁性体的芯201(第2轭)的结构。
也就是说，配置有至少一部分被插入在线圈102的内侧的第2轭。
由此，起到以下效果。
·由于存在线圈102的芯201，基于位置的磁通变化增加。
·检测灵敏度提高。
·能够抑制线圈102的变形。
进一步具体进行说明。由于存在芯201，线圈102所产生的磁通量变多。由此，反映移动体101的位置的线圈102的输出信号变大。其结果，移动体101的位置的检测灵敏度提高。
在图4中，芯201仅设置于线圈102的内侧。不限于此，也可以将芯201以向线圈102的外侧(在纸面中左右方向和前后侧方向)伸出的方式配置。例如，也可以将芯201配置到线圈102的外侧，配置成延长至移动体101的下侧附近。由此，通过移动体101封闭线圈102的磁通的效率提高。
(第3实施方式)
接着，基于图5(a)、(b)、(c)说明第3实施方式所涉及的惯性驱动致动器300。
对与上述各实施方式相同的结构附加相同的参照符号，省略重复的说明。
本实施方式是在芯201的下侧或线圈102的下侧追加了磁铁301的结构。
在此，以在与线圈102所产生的磁通的方向相同的方向上产生磁通的方式配置有磁铁301。
由此，起到以下效果。
·能够始终保持移动体101。
·基于移动体101的位置的磁通变化增加与磁铁的磁通相应的量。
·检测灵敏度提高。
进一步具体说明上述效果。通过设置磁铁301，始终产生磁通。因此，即使在线圈102不产生磁场的状态下，也与线圈102所产生的磁通同样地存在通过移动体101封闭磁通的磁路径。
由此，在线圈的方向上力始终作用于移动体101，因此移动体101被保持。另外，与磁铁301的磁通相应地，通过移动体101的磁通量变多。因此，移动体101的位置的检测灵敏度提高。
(第4实施方式)
接着，基于图6(a)、(b)、(c)说明第4实施方式所涉及的惯性驱动致动器400。
对与上述各实施方式相同的结构附加参照符号，省略重复的说明。
本实施方式是在磁铁301的下侧追加了作为磁性体的第3轭401的结构。
也就是说，在与移动体101和线圈102对置的方向相反的一侧具有第3轭401。
由此，起到以下效果。
·主磁通(与驱动和检测有关的磁通)的量增加。
·检测灵敏度增加。
·能够诱发磁铁的磁通。
进一步具体说明上述效果。由于存在第3轭401，通过移动体101的从线圈102和磁铁301产生的磁通经过磁路径的磁通量增加。因此，移动体101的位置的检测灵敏度提高。
在图6(c)中，线圈102所产生的磁通的方向与磁铁301所产生的磁通的方向成为平行的关系。磁通经过芯201而经过移动体101，在移动体101的下部传到第3轭401，并传到磁铁301。经过移动体101的磁通被封闭。不经过移动体101的漏磁通无助于驱动，而且也无助于反映位置检测的线圈102的电信号。因而，减少漏磁通来增加经过移动体101的磁通量对于驱动和位置检测有效。
(第5实施方式)
接着，基于图7(a)、(b)、(c)说明第5实施方式所涉及的惯性驱动致动器500。
对与上述各实施方式相同的结构附加相同的参照符号，省略重复的说明。
本实施方式是在移动体101与线圈102之间追加了振动平板501的结构。
也就是说，在本实施方式中，在移动体101与线圈102之间具有振动平板501，振动平板501随着压电元件103(位移单元)的位移而位移。
由此，起到以下效果。
·振动部变小。
·能够抑制因压电元件103的小型化产生的发热。
·能够保护线圈102。
进一步具体说明上述效果。通过压电元件103，微小振动的部位仅为振动平板501。由此，能够使用更小型的压电元件103。其结果，能够使因压电元件103产生的消耗电力降低，抑制发热。另外，线圈102与压电元件103不接触。因此，还起到保护线圈102的效果。
产业上的可利用性
如上，本发明对于不使惯性驱动致动器的尺寸变大而能够进行移动体的位置检测的惯性驱动致动器有用。
附图标记说明
101：移动体；
102：线圈；
103：压电元件；
104：检测单元；
105：判定单元；
106：磁铁；
107：轭；
201：芯；
301：磁铁；
401：轭；
501：振动平板
Claims (6)
1.一种惯性驱动致动器，其特征在于，具有：
位移单元，在第1方向以及与所述第1方向相反的第2方向上产生微小位移；
线圈，在与所述位移单元不同的方向上产生磁通；
移动件，具有与所述线圈的至少一个面对置的面，具有使所述线圈所产生的磁通集中于规定的位置的第1轭；
检测单元，对所述线圈的电信号进行检测，该线圈的电信号是反映基于所述移动件与所述线圈的位置关系而产生的线圈附近的磁通变化的信号；以及
判定单元，基于所述检测单元的输出来判定所述移动件的位置，
通过控制从所述线圈产生的磁通，控制作用于所述移动件的摩擦力来驱动所述移动件，
所述线圈进行磁通的产生和磁通的检测。
2.根据权利要求1所述的惯性驱动致动器，其特征在于，
所述检测单元是阻抗检测电路。
3.根据权利要求1或2所述的惯性驱动致动器，其特征在于，
配置有至少一部分被插入在所述线圈的内侧的第2轭。
4.根据权利要求1或2所述的惯性驱动致动器，其特征在于，
以在与所述线圈所产生的磁通的方向相同的方向上产生磁通的方式配置有磁铁。
5.根据权利要求1或2所述的惯性驱动致动器，其特征在于，
在与所述移动件和所述线圈对置的方向相反的一侧具有第3轭。
6.根据权利要求1或2所述的惯性驱动致动器，其特征在于，
在所述移动件与所述线圈之间具有振动平板，
所述振动平板随着所述位移单元的位移而位移。
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