CN104718690A - 摆动型致动器 - Google Patents

Abstract

[技术问题]提供一种即使不用稀土元素磁铁，也能确保不通电时其维持停止的保持力、及实现摆动臂的稳定性、响应性、高耐久性的新颖致动器。[技术方案]该致动器的构成包括：壳体；轴，以自由旋转方式支持在壳体内；平板状的摆动臂，固定支持于轴，且在预定的旋转角度范围内进行圆弧摆动；2个永久磁铁，沿着摆动臂的摆动方向以极性相异形态并设；2个电磁线圈，分别和永久磁铁两端侧的磁极面以保留有气隙的形态面对面配置；一对磁性体间极，在各电磁线圈外周围的前述摆动行程两端部附近，以保留有气隙的形态将并设的一侧永久磁铁包夹的方式来相对配置。一对间极和永久磁铁的相对位置优选为配置在并设的永久磁铁的摆动外侧的边缘部附近。

Description

摆动型致动器

技术领域

本发明涉及一种谋求不通电时强化维持停止的保持力的圆弧摆动式致动器。

背景技术

一般而言，在预定的旋转角度范围内进行往返旋转运动(“圆弧摆动”)的摆动型致动器(以下称“致动器”)，其构成为在壳体内收容有固定件和活动件，在该固定件中配设有电路连接于电流方向正反变换手段的电磁线圈，而活动件中则配置有永久磁铁。而且，藉由将朝前述电磁线圈的通电方向进行切换以改变磁场(或磁通)的方向，而在电磁线圈和永久磁铁之间产生相吸或相斥的推进磁力，使活动件在预定中心角的范围内作圆弧状的往返运动(“圆弧摆动”)。

这种致动器已广泛应用在产业用各种机器作为动力源，例如，作为ATM(自动柜员机)或打印机等纸张馈送方向变换用翻转阀片的驱动手段来使用。

这些翻转阀片并非经常持续摆动，而是以停止在摆动行程的两端侧(摆动的起点和终点，或摆动的返转位置)的一侧的情形居多。在其维持方法上，则有：藉通电使电磁线圈激磁，使其与永久磁铁保持磁性吸附的样式(通电保持)；及一旦通电状态断开，就使电磁线圈的铁芯(磁性体)与永久磁铁之间保持磁性吸附的样式(不通电保持)。

然而，这种通电保持样式的致动器，从近年来节电–省能源的观点来看，并不理想，特别是利用在待机时间较长的ATM时，就需要使用不通电保持样式的设计。

顺应这种需求的发明已在例如专利文献1、专利文献2、及专利文献3中有所揭示。

首先，专利文献1所揭示的发明是本申请申请人先前申请的相关技术，与本申请一样，不通电时的维持力为该发明的目的之一。

该在先申请的构成，若依图9所示的公报所附的代表图，是在箱体(2)内设置有：单一个电磁线圈(3)；摆动臂(5)，保持固定于以自由转动方式支撑在箱体(2)内的轴上；及2个永久磁铁，装设在该摆动臂(5)，并与前述电磁线圈(3)隔着预定的气隙以极性相异形态并列配置。通过这种构成，通过电激磁的电磁线圈(3)与摆动臂(5)的永久磁铁(7)之间产生相吸或相斥的磁力作用，在以挡止器(8)所规限的范围间进行圆弧摆动。而且，将该摆动力从输出轴(4)输出到外部。同时，保持有永久磁铁(7)的摆动臂(5)在电磁线圈(3)相反侧配置有磁性体背轭(6)，以控制永久磁铁(7)的磁通方向来提高磁力。通过该构成，摆动臂(5)会进行摆动，而在不通电时，借着电磁线圈(3)的磁性心材式铁芯(31)和永久磁铁(7)的残剩磁通所产生的磁吸力稳定维持在挡止器(8)规限的位置。

其次，专利文献2所揭示的发明，若依图10所示的公报所附的代表图，保持在轴(12)上进行摆动的线圈座(14)以可动线圈(16)构成，该线圈座(14)的摆动方向外侧端部设有止动用永久磁铁(17)，并在箱体内壁配设磁性体，作为使该磁铁规限在摆动行程两端部的挡止器。藉由这种构成，通过前述止动用永久磁铁(17)和磁性体挡止器产生磁吸作用，以确保不通电时的维持力。

此外，专利文献3所揭示的发明可视为以上述专利文献1所揭示的发明为基础而完成的发明。若依图11所示的公报的附图，其特征在于具备由2个磁铁(51、52)并排固设所成的摆动轭(50)、及在两侧具有突起部(31、32)的固定轭(30)，并通过采用在固定轭(30)中央部配置具有主磁极(41)的电磁线圈(43)的构成，即得以依从任一边的磁铁(51或52)向主磁极(41)、固定轭(30)、突起部(31、32)到另一边磁铁(52、或51)的顺序形成距离最短的磁性回路。其目的在于通过采用这种构成，即使是使用材质品级(残剩磁通密度等)较低的磁铁(例如，胶合磁铁等)，也可获得和传统技术相同以上的特性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－38874号

专利文献2：日本特开平11－299211号

专利文献3：日本特开2012－175735号

发明内容

发明所欲解决的技术问题

以上述不通电时维持力强化为目的的情况中，只要采用专利文献1及专利文献2所揭示的发明构成，且使用残剩磁通密度较高的永久磁铁，就一定会更有效果。因此，现在的电机或致动器(“电机制品”)中，使用既已商品化的高磁通密度式磁铁来追求小型轻量化的作法已相当普遍。

但，这些为追求高磁通密度而开发的磁铁大多是以使用产量非常稀少属于稀土元素(稀土类)的原材料(钕(Nd)、钐(Sm)、镝(Dy)等)为主流。这些稀土元素磁铁的磁力甚大，且其磁通齐聚向一个方向的力量(保磁力)也很强，故相较于传统型铁氧体磁铁等，非常强而有力。

然而，这种使用于永久磁铁的稀土元素，由于自然界资源枯竭的顾虑，最近价格非常高昂，而且一般我国日本极缺乏这种资源，几乎大部分都不得不依赖进口。因此，要从情势诡变的世界确保稳定的资源供应，显然存在着不安定的因素，从而有以低价稳定的方式向市场提供电机制品的课题。

再者，专利文献3所揭示的发明，从附图可知，会有以下问题：由于面向主磁极(41)的磁铁(51、52)和摆动轭(50)的一体组合单元以悬臂状态支持于输出轴，所以由于摆动时磁吸力(或磁性吸附力)的产生，而有弯曲力矩会作用在摆动轭和输出轴的安装部上。因此，该案揭示的发明中，必须用弯曲强度高的金属材料将摆动轭的背面侧延伸形成到整个输出轴以兼作背轭。但，即使如此使用高强度的金属材料，上述弯曲力矩也会因磁吸力与磁斥力而反复产生正反值，经长年使用，弯曲状态会逐渐稳定化，导致与主磁极之间的气隙消失，有时还会有接触破损之虞。作为此问题的对策，可用材料加厚以提高弯曲强度的金属板来形成摆动轭。在某种程度上，这种方案虽有解决问题的可能性，但反而会使致动器的重量増加，摆动部的惯性力矩变大，对该发明所欲达成的轻量化及减小惯性力以提升响应性的目标，反而背道而驰。

因此，本发明乃有鉴于上述课题与问题，而提供一种不用稀土元素磁铁而即使使用低价格且低磁通密度的磁铁，也能在不通电时确保和传统技术相等的维持停止的保持力，并确保摆动臂的稳定动作及快速起动反应性以及高耐久性的新颖致动器。

解决技术问题所使用的手段

为了解决上述技术问题，本申请所涉及的致动器发明(以下称“本发明”)，以下方式来构成。

亦即，本发明的构成特征在于包括；壳体，具有预定的内部空间；轴，以自由旋转方式支持于该壳体内，且具备伸向外部的输出部；平板状的摆动臂，固定支持于该轴，且以与该轴的轴线垂直的摆动面在预定的旋转角度范围内进行圆弧摆动；2个永久磁铁，沿着该摆动臂的摆动方向并设在该摆动臂，且使极性彼此相异的磁极面配设在前述摆动面上；2个电磁线圈，分别以保留有气隙的形态与该永久磁铁两端侧的磁极面面对面配置；及一对磁性体间极，在所述各电磁线圈外周围的前述摆动行程的两端部附近，以保留有气隙的形态包夹并设的一侧永久磁铁的方式相对配置。

前述一对间极和永久磁铁相对的位置以前述并设的永久磁铁的摆动外侧边缘部附近为优选位置。

该间极的形成方式，在以磁性体形成壳体时，可与壳体一体形成；或者，也可在用非磁性体形成壳体时，以可与间极形成磁性回路的方式形成在所配设的磁性体基板上。

前述壳体形成为具有预定的内部空间的箱体状，例如，可由有底筒状箱体及以盖体状嵌合于其开口侧使之封闭的板体所构成。依此方式构成壳体时，间极的形成方式可为从前述箱体的底板及盖体板的内面侧弯折竖设的一体形成方式。

再者，相对配置的间极的相对面的形状优选为仿形即仿前述永久磁铁边缘形状的线状端面形。

而且，以夹持前述摆动臂的方式面对面配置的一对电磁线圈可以通过摆动空间面对面的状态而连接成一体。

发明的效果

藉由采用上述的构成，本发明的致动器可达成以下所列举的效果。

a).由于以在摆动的起点或终点(或摆动行程的两端部)位置夹持摆动的极性相异并设的2个永久磁铁的任一个，来相对配置一对间极，所以停止在摆动的起点或终点位置的任一个永久磁铁，得以其残剩磁通和间极形成最短磁路，使该位置的磁吸力所产生的摆动臂的停止维持作用更强而有力。

b).而且，一对间极的前端面与并设于摆动臂的永久磁铁的外侧边缘部相对时，可产生磁力线往边缘部集中及永久磁铁外侧边缘部与辅助电极线状端面间更强大的磁吸力。

c).再者，由于并设配置有永久磁铁的摆动臂以被2个电磁线圈包夹的方式与电磁线圈面对面配置，故可使产生在电磁线圈和永久磁铁之间的磁力(吸力或斥力)朝彼此相反方向均等作用。换言之，由相同的磁力朝和摆动方向成正交的方向对永久磁铁产生的吸附力(或反斥力)会作用于摆动臂的表背面，故可使轴的轴线方向(推力方向)的作用力抵销。因此，作用在摆动臂的轴安装部的弯曲力矩可视为零。藉此效应，摆动臂可以稳定地沿着摆动面摆动，同时具有高耐久性。

d).除此之外，由于可使用蕴藏量较丰富且容易取得而广泛被用作磁性材料的低价铁氧体(以氧化铁为主成分的陶瓷)作为永久磁铁，故具有经济性的优点，对稀有资源的保护有很大的帮助。

附图说明

图1为本发明“摆动型致动器”的实施形态例(以下称“本实施例”)的构成要素分解斜视图。

图2为将本实施例的构成要素加以分解并从侧面显示的平面图。

图3为本实施例的构成要素的电磁线圈的斜视图(A)及纵剖面图(B)。

图4为本实施例所涉及的致动器的正面外观平面图。

图5为图4的A－A线剖面图。

图6为图4的B－B线剖面图。

图7为图5的C－C线剖面图。

图8为其它实施例的构成分解斜视图。

图9为专利文献1的代表图。

图10为专利文献2的代表图。

图11为专利文献3的代表图。

具体实施方式

接着，就本发明的实施形态例(“本实施例”)加以说明。本实施例的摆动型致动器的组成包括：以可在至少一部分形成磁路的磁性体所形成的壳体1；以自由旋转方式支持(以下，也称作“轴撑”)并架设于壳体1内的轴2；以环设状安装于轴2的摆动臂3；埋设保持于摆动臂3的永久磁铁4；与永久磁铁4彼此产生磁性作用的电磁线圈5；及配置于电磁线圈5外围的一对间极6。此外，本实施例中，在功能上并无指定上下的方向，但本说明书中，为了说明的方便，以图示为基础而使用上下左右的方向来说明。

实施例1

构成本实施例外观形状的壳体1包括：具有供上述主要构成要素含设在内的空间的有底筒状箱体10；及以盖体状嵌合于该箱体10的开口侧使之封闭的板体11。该板体11配设有轴承11b，而该轴承11b则配设于偏离中央向上方侧的位置，藉此轴2的一端部穿过轴承11b而从板体11露出以形成输出部20。箱体10及板体11的材质一般是以金属等磁性材料形成，但并不限定于此，也可使用树脂材料或在树脂材料中混入有磁性粉的树脂模制品。

轴2为藉由前述轴承11b及形成在箱体10的内底面10b的轴撑部10s以自由旋转方式架设保持。此外，本实施例中虽仅在板体11侧设置输出部20，但也可在箱体10的内底面10b设置轴承，且使轴2的另一端侧从该轴承露出，而朝壳体1的相对两方向配设输出部20。

摆动臂3的配设方式为将其偏离中心的位置以环设状安装固定在前述轴2，且使其顺沿摆动方向的面(“摆动面”)形成为与轴2的旋转轴垂直的面。换言之，从轴向的平面来看，摆动臂3呈大致扇形，且呈轴2贯穿该扇形的主要部分的外观。该摆动臂3在摆动面侧配设有磁极彼此相异的2个永久磁铁4、4，且以分别露出其平坦面的磁极面40的状态朝摆动方向排列配设(亦即，“以极性相异形态并设”)。该永久磁铁4为以埋设或压入方式安装在树脂等非磁性材料制摆动臂3上以配合永久磁铁4外形的方式所形成的凹部。所安装的2个永久磁铁4、4各自的磁极面则和摆动面形成同一平面。而且，从正面看，呈大致扇形的摆动臂3的下部侧两翼部分别形成有突起部30。该突起部30具有和箱体10的内侧面10f抵接以规限摆动行程的挡止器功能。

其次，其磁力作用在前述摆动臂3的电磁线圈5，以磁性材料制铁芯50配置在中心所构成的线轴体51作为框架，并在该框架中配设和电性回路相连接的线圈52而形成电磁线圈5。该电磁线圈5使其平坦形磁极面53以保留有气隙方式与前述永久磁铁4的磁极面40面对面，并且，使2个电磁线圈以从表面、背面的两面侧包夹前述摆动的摆动臂3的方式面对面配置。

该电磁线圈5的面对面配置方式，可如图8所示地各自分开形成，组装时再配置于摆动臂3的两面侧；本实施例则如图1所示，预先将2个电磁线圈5、5隔开配置，并使用设有摆动臂3用摆动空间54的框架状线轴体51。该线轴体51为将下方的底部51b和上方的两肩部51s、51s连接而形成一体的构造。通过以此方式形成一体化，得以谋求2个电磁线圈5、5的形状保持性与配置尺寸的稳定性及组装容易性的提高。

其次，该电磁线圈5的外周侧附近，在摆动行程上配置有间极6。该间极6以竖立状形成在供面对面配置的2个电磁线圈5、5中的一侧抵接的箱体10的内底面10b、及供另一侧抵接的板体11的内侧面11f来构成。而且，形成在箱体10侧及板体11侧的各辅助极6、6配设成彼此的前端面60相对向的形态。此外，所述辅助极6可以个别形成，也可在箱体10及板体11的冲制加工时一起冲压弯曲加工而形成。藉此方式，可在减少零件数的同时谋求制造步骤的简化。该间极6的形状可采用各种形态，例如为锯齿状、突起状，在本实施例中，为采用矩形板竖起的状态，且使其前端面60形成平坦状且呈线状(或山峰状)。

接着，根据图6说明上述间极6与并设在上述摆动臂3的2个永久磁铁4及电磁线圈5的位置关系。在摆动臂3摆到右侧而停止在摆动行程的一侧端部(摆动的起点或终点、或是摆动的返转位置)的状态下，一侧(右侧)永久磁铁4的外侧边缘部41和右侧一对间极6形成为最接近的位置(或大致重叠的位置)，且顺沿前述外侧边缘部41。此时，另一侧(左侧)永久磁铁4的内侧边缘部42的位置为设定在与从两面包夹永久磁铁4且面对面配置的2个电磁线圈5的铁芯面50f最接近(或大致重叠的位置)。

再者，摆动臂3返转摆到左侧并停止的状态下，另一侧(左侧)永久磁铁4的外侧边缘部41和左侧一对间极6会形成最接近的位置(或大致重叠的位置)，且顺沿前述外侧边缘部41。此时，右侧永久磁铁4的内侧边缘部42为设定在位于和上述铁芯面50f成最接近的位置(或大致重叠的位置)。

此外，此处所谓的1对间极6，意指以包夹摆动臂3的摆动面的方式相对配置的2个间极6。因此，由图7可知，所配置的间极6以包夹各电磁线圈5外周侧的方式左右各配置1个，由2对合计4个所组成。

[本实施例的动作]

接着，根据图6说明依上述方式构成的本实施例的动作步骤。

通电到电磁线圈5时，电磁线圈5会产生激磁作用，从磁极面53朝垂直方向(轴方向)产生磁通。藉此动作，会有磁吸力分别作用在电磁线圈与以极性相异形态并设的永久磁铁4的一侧之间，且有磁斥力作用在电磁线圈与永久磁铁4的另一侧之间，使摆动臂3摆动(箭头方向)到一侧(图6中为右侧)，突起部30的另一侧(右下部)抵接并停止在箱体10的内侧面10f(图6的状态)。接着，对电磁线圈5通电的方向切换为相反方向时，接下来会在电磁线圈5产生反向的磁通，使产生在电磁线圈和永久磁铁4之间的磁吸力和磁斥力分别逆转，令摆动臂3摆到另一侧(左侧)。藉由这种通电方向的适当切换，摆动臂3就会在藉突起部30的抵接动作所规限的范围内进行圆弧摆动，形成支持摆动臂3的轴2的轴转运动，使驱动力从输出部20往外部机器(图示省略)输出。

特别是，摆动臂3在摆动行程的两端部任一方停止的状态下，即使将通电断开(不通电)，也能维持一定的维持力。亦即，若以图7作为基准来说明，在以包夹一侧(右侧)永久磁铁4的方式相对的右侧2个间极6和箱体10及板体11之间会形成最短磁路，而在与永久磁铁4的残剩磁通间产生高度的磁吸力。在此同时，左侧的永久磁铁4处，磁吸力也会作用在面对面的电磁线圈5的铁芯50之间，这些作用相乘的结果，不通电时的摆动臂3的维持停止的保持力可变得更为强而有力。

[本实施例的效果]

通过以上述方式构成本实施例，可达成以下列举的特征性效果。

甲)首先，以第1特征性效果而言，由于一对间极6的配设方式为可在停止位置夹持以极性相异形态配设在摆动臂3的2个永久磁铁4的任一个，因此，相较于像传统技术例那样配置单一个间极6的情况，可使磁性回路缩到最短程度。因此，永久磁铁4的残剩磁通可以更有效的作用而获得强大的磁吸力，即使在不通电时，也可形成具有维持力的停止状态。

乙)其次，以第2个特征性效果而言，由于摆动臂3为形成以2个电磁线圈5包夹的方式，因此，产生在电磁线圈5和永久磁铁之间的磁力(吸力或斥力)会相抵消，作用在摆动臂3而与轴平行的方向的推压力(推力方向的力)可视为零。此处推力方向的力不会作用的情况是指悬臂支持于轴2的摆动臂3针对环设部31不会发生弯曲力(或称弯曲力矩力)的作用。因此，可以获得摆动臂3的稳定旋转(沿着单一摆动面的往返移动)及防止根基部分破损的高度耐久性。

丙)再者，以第3个效果而言，就不再需要设置例如像专利文献1、3所揭示的发明那样为了形成磁路而设置在摆动臂3导致重量增高的背轭，故可减小摆动臂的惯性(旋转系统惯性力矩)，以谋求起动时反应性(响应性)的提升及停止时冲击力的减轻。

此外，为了确认上述效果，特将使用专利文献3所揭示以单一电磁线圈样式构成的情况及属于本发明主要构成的2个电磁线圈相对配置样式的情况加以比较，并将其结果提示于下列表1中。

由该表可以很容易掌握本发明构成的有效性。

[表1]

【符号说明】

1   壳体

10  箱体

11     板体

2      轴

3      摆动臂

4      永久磁铁

40     磁极面

41     外侧边缘部

42     内侧边缘部

5      电磁线圈

50     铁芯

51     线轴体

52     线圈

53     磁极面

6      间极

60     前端面

Claims (7)

1.一种摆动型致动器，其特征在于，其构成包括：

壳体，具有预定的内部空间；

轴，以自由旋转方式支持于该壳体内，且具备伸向外部的输出部；

平板状的摆动臂，固定支持于该轴，且以与该轴的轴线垂直的摆动面在预定的旋转角度范围内进行圆弧摆动；

2个永久磁铁，沿着该摆动臂的摆动方向并设在该摆动臂，且使极性彼此相异的磁极面配设在前述摆动面上；

2个电磁线圈，分别以保留有气隙的形态与该永久磁铁两端侧的磁极面面对面配置；及

一对磁性体间极，在所述各电磁线圈外周围的前述摆动行程的两端部附近，以保留有气隙的形态将并设的一侧永久磁铁包夹的方式相对配置。

2.如权利要求1所述的摆动型致动器，其特征在于，前述一对间极和永久磁铁的相对位置为前述并设的永久磁铁的摆动外侧边缘部。

3.如权利要求1或2所述的摆动型致动器，其特征在于，前述间极与磁性体的壳体一体形成。

4.如权利要求1、2或3所述的摆动型致动器，其特征在于，前述壳体由有底筒状箱体、及以盖体状嵌合于箱体开口侧使之封闭的板体所组成。

5.如权利要求4所述的摆动型致动器，其特征在于，前述间极由前述箱体的底板及前述板体弯折形成。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的摆动型致动器，其特征在于，前述间极的相对面的形状为仿前述永久磁铁的边缘形状的线状端面形。

7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的摆动型致动器，其特征在于，以夹持前述摆动臂的方式相对配置的一对电磁线圈以设置有摆动空间且面对面的状态而连接成一体。