CN105264756A - 线性致动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够增大推力并且缩短全长的线性致动器。本发明的线性致动器具备：中空的驱动用磁铁(11)；线圈(4)，其配置在驱动用磁铁(11)的外侧以及内侧中的任一方；以及复位用磁铁(8)，其配置在驱动用磁铁(11)的外侧以及内侧中的另一方且与线圈(4)连结，所述复位用磁铁(8)使驱动用磁铁(11)复位到原点。通过向线圈(4)通电，从而驱动用磁铁(11)或者线圈(4)以及复位用磁铁(8)沿驱动用磁铁(11)的轴线方向移动。

Description

线性致动器

技术领域

本发明涉及一种线性致动器，其具备线圈以及产生与线圈交链的磁通的驱动用磁铁，通过向线圈通电，从而线圈以及驱动用磁铁的任一方沿轴线方向移动。

背景技术

线性致动器具备线圈以及产生与线圈交链的磁通的驱动用磁铁。作为这种线性致动器，申请人提出了专利文献1所记载的线性振动致动器。

该线性振动致动器具备沿轴线方向被磁化的圆柱形的驱动用磁铁、以及与驱动用磁铁配置在同心圆上且包围驱动用磁铁的周围的线圈。驱动用磁铁产生的磁通与线圈交链。当在线圈中流通有电流时，通过驱动用磁铁的磁通与在线圈中流通的电流的相互作用，线圈以及驱动用磁铁中的任一方沿轴线方向移动。当切换在线圈中流通的电流的方向时，即在线圈中流通有交流电时，驱动用磁铁沿轴线方向振动。

在线圈的轴线方向的两端部，设置有使可动件复位到原点的一对复位用磁铁。一对复位用磁铁与可动件的驱动用磁铁相斥，通过斥力使可动件复位到原点。通过利用磁铁的斥力，即使不使用弹簧等弹性体也能够使可动件复位到原点。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-268672号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在专利文献1所记载的线性致动器中，线圈以及复位用磁铁沿固定件的轴线方向串联地排列，因此存在线性致动器的轴线方向上的全长变长的课题。根据组装有线性致动器的设备，有时要求缩短线性致动器的全长。若缩短线圈、驱动用磁铁、复位用磁铁的轴线方向上的长度，则能够缩短线性致动器的全长，但线性致动器的推力降低。

因此，本发明的目的在于提供一种能够增大推力并且缩短全长的线性致动器。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明涉及一种线性致动器，其具备：中空的驱动用磁铁；线圈，其配置在所述驱动用磁铁的外侧以及内侧中的任一方；以及复位用磁铁，其配置在所述驱动用磁铁的外侧以及内侧中的另一方且与所述线圈连结，所述复位用磁铁使所述驱动用磁铁复位到原点，通过向所述线圈通电，从而所述驱动用磁铁或者所述线圈以及所述复位用磁铁沿所述驱动用磁铁的轴线方向移动。

发明效果

根据本发明，在中空的驱动用磁铁的外侧以及内侧中的任一方配置有线圈，在中空的驱动用磁铁的外侧以及内侧的另一方配置有复位用磁铁，因此能够增大推力并且缩短线性致动器的轴线方向上的全长。另外，由于中空的驱动用磁铁配置在线圈与复位用磁铁之间，因此容易从线圈和复位用磁铁对驱动用磁铁施加力。这也是能够增大推力的一个因素。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的线性致动器的外观立体图。

图2是本实施方式的线性致动器的沿着轴线的剖视图。

图3是图2的线性致动器的示意图(表示由驱动用磁铁以及复位用磁铁形成的第一以及第二磁路)

图4是表示可动件从原点位置移动至行程的右端时的、第一以及第二线圈的交链磁通的变化的图。

图5是表示驱动用磁铁以及复位用磁铁的其他例子的立体图。

图6是表示由扇形磁铁构成驱动用磁铁以及复位用磁铁的例子的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式的线性致动器进行说明。图1表示线性致动器的外观立体图。线性致动器具备圆筒形的固定件1、以及配置在固定件1的内侧的圆筒形的可动件2。圆筒形的固定件1与圆筒形的可动件2的轴线一致。在固定件1上设置有线圈。在可动件2上设置有驱动用磁铁。当在固定件1的线圈中流通有电流时，可动件2沿轴线方向移动。在固定件1的一端部设置有用于将固定件1安装于设备的凸缘1a。在可动件2的一端部也设置有用于将可动件2安装于设备的凸缘2a。

图2是表示线性致动器的剖视图。在固定件1上，作为线圈4，第一以及第二线圈4a、4b以使彼此轴线一致的状态沿轴线方向排列。在第一以及第二线圈4a、4b的外侧设置有圆筒形的磁轭5。磁轭5由铁、钢、硅钢、坡莫合金等软磁性材料构成。在磁轭5的外侧设置有圆筒形的树脂制的外壳6。磁轭5以及外壳6的轴线方向上的一端部安装于凸缘1a。需要说明的是，若对磁轭5进行防锈处理则不需要树脂制外壳6。线圈4被未图示的绕线骨架等支承，与磁轭5以及外壳6一体化。

在凸缘1a上固定有在第一以及第二线圈4a、4b的内侧穿过的中空的管7。管7由树脂等非磁性材料构成。在管7的外周面安装有圆筒形的复位用磁铁8。即，复位用磁铁8经由管7、凸缘1a、磁轭5与第一以及第二线圈4a、4b连结。

复位用磁铁8以轴线方向上的一端部成为S极而另一端部成为N极的方式被沿轴线方向磁化。复位用磁铁8配置在由第一以及第二线圈4a、4b构成的线圈4的轴线方向上的中心。复位用磁铁8的轴线方向上的长度比由第一以及第二线圈4a、4b构成的线圈4的轴线方向上的长度短。在复位用磁铁8的轴向上的两端部设置有由树脂等非磁性材料构成的圆筒形的磁铁支承部9a、9b。

可动件2的结构如下所述。可动件2具备圆筒形的驱动用磁铁11。驱动用磁铁11以轴线方向上的一端部成为N极而另一端部成为S极的方式被沿轴线方向磁化。驱动用磁铁11配置在复位用磁铁8的轴线方向上的中心。复位用磁铁8的轴线方向上的长度L1为驱动用磁铁11的轴线方向上的长度L2以上，优选为1倍以上1.2倍以下。

在驱动用磁铁11的轴线方向上的两端部设置有由铁、钢、硅钢、坡莫合金等软磁性材料构成的第一以及第二磁轭12a、12b。第一以及第二磁轭12a、12b均形成为圆筒形。在驱动用磁铁11、第一以及第二磁轭12a、12b的内侧设置有非磁性材料(例如树脂制)的圆筒形的滑动轴承14。滑动轴承14由衬套或者花键构成。滑动轴承14的内周面与固定件1的磁铁支承部9a、9b的外周面相接。可动件2相对于固定件1的轴线方向上的直线运动被滑动轴承14引导。需要说明的是，能够使滑动轴承14为磁性材料。

第一以及第二线圈4a、4b、驱动用磁铁11、第一以及第二磁轭12a、12b、复位用磁铁8的配置如下所述。在中空的驱动用磁铁11的外侧配置有第一以及第二线圈4a、4b。第一以及第二线圈4a、4b与驱动用磁铁11配置在同心圆上，第一以及第二线圈4a、4b的轴线与驱动用磁铁11的轴线一致。

在中空的驱动用磁铁11的内侧配置有复位用磁铁8。复位用磁铁8与驱动用磁铁11配置在同心圆上，复位用磁铁8的轴线与驱动用磁铁11的轴线一致。

第一以及第二线圈4a、4b分别与第一以及第二磁轭12a、12b对置。第一以及第二线圈4a、4b的中心间间距P1(从第一线圈4a的轴线方向上的中心到第二线圈4b的轴线方向上的中心的长度)与第一以及第二磁轭12a、12b的中心间间距P2(从第一磁轭12a的轴线方向上的中心到第二线圈12b的轴线方向上的中心的长度)相等。第一线圈4a的轴线方向上的长度与第二线圈4b的轴线方向上的长度相等，第一磁轭12a的轴线方向上的长度与第二磁轭12b的轴线方向上的长度相等。第一以及第二磁轭12a、12b的轴线方向上的长度为第一以及第二线圈4a、4b的轴线方向上的长度以下。

在未向第一以及第二线圈4a、4b通电时，通过复位用磁铁8使可动件2复位到图2所示的原点。在可动件2复位到原点时，驱动用磁铁11的轴线方向上的中心与复位用磁铁8的轴线方向上的中心一致。

图3表示由驱动用磁铁11以及复位用磁铁8形成的第一以及第二磁路。在驱动用磁铁11的N极产生的磁通在第一磁轭12a中通过，偏转90°与第一线圈4a交链并在第一线圈4a的外侧的磁轭5中通过。并且，在沿轴线方向在磁轭5中通过后，偏转90°与第二线圈4b交链并在第二磁轭12b中通过，从第二磁轭12b返回驱动用磁铁11的S极。如上所述，通过驱动用磁铁11形成与第一以及第二线圈4a、4b交链的第一磁场回路m1。当向第一以及第二线圈4a、4b通电时，通过驱动用磁铁11所产生的磁通与在第一以及第二线圈4a、4b中流通的电流的相互作用而产生推力，从而可动件2沿轴线方向移动。

当在第一以及第二线圈4a、4b中流通有交流电时，作用于可动件2的推力的方向交替切换，由此可动件2振动。在使可动件2振动时，为了增大推力，优选将在第一以及第二线圈4a、4b中流通的交流电的相位错开90度。例如，当在第一线圈4a中流通有正弦波的交流电时，优选在第二线圈4b中流通有余弦波的交流电。除此以外，也可以使用步进电机的驱动器，在第一线圈4a中流通有A相电流，在第二线圈4b中流通有相对于A相电流错开90度相位的B相电流。

可动件2复位到原点的原理如下所述。在驱动用磁铁11的N极产生的磁通的一部分进行方向转换180°进入复位用磁铁8的S极。在复位用磁铁8的N极产生的磁通进行方向转换180°进入驱动用磁铁11的S极。通过驱动用磁铁11以及复位用磁铁8形成第二磁路m2。驱动用磁铁11的N极与复位用磁铁8的S极相互吸引，驱动用磁铁11的S极与复位用磁铁8的N极相互吸引，因此可动件2复位到原点。

图4是表示可动件2从原点位置移动至行程的右端时的、第一以及第二线圈4a、4b的交链磁通的变化的图。图4中的左栏表示可动件2的位置，图4中的右栏表示第一以及第二线圈4a、4b的交链磁通。S1表示可动件2位于原点的状态，S2→S4表示可动件2逐渐向图4中右方向移动的状态，S5表示可动件2位于行程的右端的状态。

图4中的右栏是表示第一以及第二线圈4a、4b的交链磁通的图表。在图表中的从0mm到10mm之间存在有第一线圈，在从10mm到20mm之间存在有第二线圈。第一线圈的轴线方向上的中心位于5mm的位置，第二线圈的轴线方向上的中心位于15mm的位置。与第一以及第二线圈4a、4b交链的磁通中的径向的分量在第一以及第二线圈4a、4b上产生推力。因此在图4的图中示出交链磁通的径向上的分量。

在可动件2位于原点时(S1)，第一磁轭12a位于第一线圈4a的中心，第二磁轭12b位于第二线圈4b的中心。并且，第一线圈4a的交链磁通、第二线圈4b的交链磁通均最大。当在第一以及第二线圈4a、4b中流通有彼此相反的方向的电流时，在第一以及第二线圈4a、4b上产生有用图4的图表中的箭头表示的相同方向的推力f1、f2。需要说明的是，对于第一线圈4a的交链磁通而言，将朝向径向的外侧的交链磁通表示为正，对于第二线圈4b的交链磁通而言，将朝向径向的内侧的交链磁通表示为正。

如S2→S5所示，可动件2越接近行程的右端，则越在第二线圈4b上产生负方向的交链磁通。在S5中，用R1表示负方向的交链磁通，用R2表示正方向的交链磁通。在交链磁通中有由驱动用磁铁11产生的交链磁通与由复位用磁铁8产生的交链磁通。通过这些磁铁的相互作用推测为，可动件2越接近行程的右端，则越产生负方向的交链磁通。该负方向的交链磁通对欲向行程的端部移动的可动件2施加制动力。通过对可动件2施加制动力，从而即使高速地进行振动，也能够防止可动件2从固定件1飞出的情况。另外，可动件2越接近行程的右端，则第一以及第二线圈4a、4b的交链磁通的总量也变小。推测为这也是能够防止可动件2从固定件1飞出的一个因素。

根据本实施方式的线性致动器，起到以下的效果。在中空的驱动用磁铁11的外侧配置有线圈4，在中空的驱动用磁铁11的内侧配置有复位用磁铁8，因此能够增大推力并且缩短线性致动器的轴线方向上的全长。另外，中空的驱动用磁铁11配置在线圈与复位用磁铁8之间，因此容易从线圈4并且从复位用磁铁8对驱动用磁铁11施加力。这也是能够增大线性致动器的推力的一个因素。

通过沿轴线方向对驱动用磁铁11进行磁化，且在驱动用磁铁11的两端部设置软磁性材料的第一以及第二磁轭12a、12b，能够增大第一以及第二线圈4a、4b与第一以及第二磁轭12a、12b的对置面积，能够使驱动用磁铁11产生的磁通有效地与第一以及第二线圈4a、4b交链。

另外，通过沿轴线方向对驱动用磁铁11进行磁化，且在驱动用磁铁11的轴线方向上的两端部配置第一以及第二磁轭12a、12b，能够将滑动轴承14配置在驱动用磁铁11的内侧。因此，能够抑制线性致动器的径向上的尺寸。

通过将复位用磁铁8的轴线方向上的长度L1设为驱动用磁铁11的轴线方向上的长度L2的1倍以上且1.2倍以下，能够对欲向行程的端部移动的可动件2施加上述的制动力。

通过将滑动轴承14配置在复位用磁铁8与驱动用磁铁11之间，能够引导驱动用磁铁11相对于复位用磁铁8沿轴线方向移动。另外，当将滑动轴承14配置在驱动用磁铁11与线圈4之间时，存在妨碍驱动用磁铁11产生的磁通与线圈4交链的顾虑，但通过将滑动轴承14配置在复位用磁铁8与驱动用磁铁11之间，能够防止对驱动用磁铁11产生的磁通带来负面影响的情况。并且，通过将滑动轴承14设为非磁性材料，能够进一步防止对驱动用磁铁11产生的磁通带来负面影响的情况。

通过将线圈4配置在驱动用磁铁11的外侧，能够增大线圈4的半径，从而能够增大线性致动器的推力。

通过将可动件2的行程设为小于将驱动用磁铁11的轴线方向上的长度与复位用磁铁8的轴线方向上的长度相加而得到的长度，能够从复位用磁铁8对驱动用磁铁11可靠地施加使其复位到原点的恢复力，以使得驱动用磁铁11不会从复位用磁铁8飞出。

通过将复位用磁铁8形成为中空，能够将复位用磁铁8的内侧有效利用为使布线通过的空间等。

需要说明的是，本发明不限于具体化为上述实施方式，在不变更本发明的主旨的范围内能够具体化为各种实施方式。

在上述实施方式中，对将线性致动器用作振动致动器，向线圈通电使驱动用磁铁沿轴线方向振动的例子进行了说明，但也可以不使驱动用磁铁振动，而控制驱动用磁铁的轴线方向上的位置。由此，能够将线性致动器用作照相机的驱动快门机构等的线性致动器。

在上述实施方式中，将线圈配置在中空的驱动用磁铁的外侧，将复位用磁铁配置在中空的驱动用磁铁的内侧，但也可以将复位用磁铁配置在中空的驱动用磁铁的外侧，将线圈配置在中空的驱动用磁铁的内侧。

在上述实施方式中，沿轴线方向对驱动用磁铁以及复位用磁铁进行磁化，但也可以沿径向进行磁化。在该情况下，如图5所示，驱动用磁铁11以及复位用磁铁8的外周面的轴线方向上的一半形成为N极，剩余的一半形成为S极。另外，如图6所示，驱动用磁铁11以及复位用磁铁8也可以通过组合分割为圆弧状的多个扇形磁铁11a、8a而构成。但是，在沿径向对驱动用磁铁11进行磁化的情况下，需要将软磁性材料的磁轭配置在驱动用磁铁11的内侧，因此存在径向上的尺寸变大的问题。

本说明书以2013年6月5日申请的日本特愿2013-118492为基础。将该内容全部援引于此。

附图标记说明

4…线圈，4a、4b…第一以及第二线圈，5…磁轭，8…复位用磁铁，11…驱动用磁铁，12a、12b…第一以及第二磁轭，14…滑动轴承。

Claims (6)

1.一种线性致动器，其具备：

中空的驱动用磁铁；

线圈，其配置在所述驱动用磁铁的外侧以及内侧中的任一方；以及

复位用磁铁，其配置在所述驱动用磁铁的外侧以及内侧中的另一方且与所述线圈连结，所述复位用磁铁使所述驱动用磁铁复位到原点，

通过向所述线圈通电，从而所述驱动用磁铁或者所述线圈以及所述复位用磁铁沿所述驱动用磁铁的轴线方向移动。

2.根据权利要求1所述的线性制动器，其特征在于，

所述驱动用磁铁以所述驱动用磁铁的所述轴线方向上的一端部成为N极而另一端部成为S极的方式被沿所述轴线方向磁化，

在所述驱动用磁铁的轴线方向上的两端部设有软磁性材料的第一磁轭以及第二磁轭，

所述线圈具有与所述第一磁轭对置的第一线圈以及与所述第二磁轭对置的第二线圈。

3.根据权利要求1或2所述的线性制动器，其特征在于，

所述复位用磁铁在所述轴线方向上的长度为所述驱动用磁铁在所述轴线方向上的长度以上。

4.根据权利要求2所述的线性制动器，其特征在于，

在所述复位用磁铁与所述驱动用磁铁之间配置有滑动轴承，所述滑动轴承对所述驱动用磁铁相对于所述复位用磁铁沿所述轴线方向的相对移动进行引导。

5.根据权利要求1或2所述的线性制动器，其特征在于，

所述线圈配置于所述驱动用磁铁的外侧，所述复位用磁铁配置于所述驱动用磁铁的内侧。

6.根据权利要求5所述的线性制动器，其特征在于，

所述复位用磁铁形成为中空。