JP2001145324A - コイル駆動アクチュエータ - Google Patents

コイル駆動アクチュエータ

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JP2001145324A
JP2001145324A JP32074299A JP32074299A JP2001145324A JP 2001145324 A JP2001145324 A JP 2001145324A JP 32074299 A JP32074299 A JP 32074299A JP 32074299 A JP32074299 A JP 32074299A JP 2001145324 A JP2001145324 A JP 2001145324A
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JP
Japan
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coil
main body
actuator
mass
yoke
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Withdrawn
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JP32074299A
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English (en)
Inventor
Hiroki Kobayashi
弘樹 小林
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は移動すべき本体に取付けられたコイル
が磁石と方形のヨークとからなる固定磁気回路と磁気的
に結合してヨークの一辺上を移動可能に設けられたコイ
ル駆動アクチュエータに関し,コイルと固定磁気回路で
駆動されるアクチュエータにおいて簡便に加速性能を最
大にするコイルを備えることを目的とする。 【解決手段】定抵抗値の条件のもとで,本体質量(M
o),コイル密度(ρ),コイル抵抗密度(δ),コイ
ル抵抗(R)に対してコイル線の全長(L)をL=(M
oR/ρδ)1/2 で決まる長さとし,コイル線半径
(r)をr=(δan/Rπ)1/2 =(1/π・(Mo
δ/ρR)1/2 1/2 で決まる長さとし,コイル質量と
可動部のコイル以外の質量を等しくするよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は精密な位置決めが必
要な光ディスク装置のレンズのキャリッジを移動させる
ためのアクチュエータ等に使用されるコイル駆動アクチ
ュエータに関する。
【0002】コイル駆動アクチュエータは,レンズ等を
搭載した本体を固定磁気回路と組込合わせて,コイルを
駆動することで本体を移動させるボイスコイル型のアク
チュエータとして知られている。このようなアクチュエ
ータについては,希望する位置へ高速に移動して位置決
めすることが望まれている。
【0003】
【従来の技術】図5は従来例の構成の断面図である。図
中,50は固定磁気回路,51はヨーク,52は磁石,
53は固定磁気回路50のヨーク51の一辺に沿って移
動可能に巻き回されたコイル(ムービングコイル),5
4は移動させたい対象(例えば,光ディスク装置のレン
ズのキャリッジ)を搭載した本体,55は本体54が移
動(図5上の左右方向)する時に回転しながら支持する
支持軸(コロ),56はアクチュエータを構成する基板
である。
【0004】図5に示す従来のアクチュエータの例で
は,固定磁気回路50のヨーク51は長四角の内部が空
いた長方形の構造を備え,下側の水平方向の一部の周囲
にコイル53が移動可能に巻回され,コイル53を駆動
するとヨーク51に沿ってコイル53及びコイル53を
取り付けた本体54が基板56上を支持軸55を回転さ
せながら図5に向かって左右の方向に移動が可能となっ
ている。なお,光ディスク装置の場合,本体54に対物
レンズのキャリッジが設けられる。
【0005】この構成において,コイル53が発生する
電磁力はフレミングの左手の法則により図5の左右方向
に加わり,その電磁力Fはコイルの電流をi,コイルが
磁気回路の空隙内で磁束と鎖交しているコイル長をL,
空隙内の磁束密度をBgとすると,F=i・L・Bgと
なる。
【0006】従来のこのうようなアクチュエータを製作
する場合,設計者がアクチュエータを搭載する装置(例
えば,光ディスク装置)の全体の形状,サイズ等を決め
た上でアクチュエータのサイズ,形状,コイル等の設計
が行われる。この時,アクチュエータに対して要求され
る最も重要な機能は,本体(光ディスク装置の場合はレ
ンズ)を指定された場所に高速に位置決めすることであ
る。その場合,アクチュエータの本体の重さ,大きさが
最初に決まると,コイルの大きさや重さを計算して決定
する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のアクチュエータ
は,本体の重さに対して磁気回路が決まると,これだけ
の最高性能がでるという目標性能は分かるが,実際には
各種の条件によりコイルの重さや大きさに制限が加わる
ため対応してコイルの長さに限界が設けられる。そし
て,目標性能を達成するためにコイルの詳細を決定して
も,コイルのスペースが大きくなりすぎて収納すること
ができなくなる場合がある。
【0008】また,加速性能の性能の限界が見えずらい
という問題があった。すなわち,本体に要求される性能
(光ディスク装置の場合はレンズの大きさや,剛性等)
に対応する加速時間を高速化する上での限界が分からな
くなっていた。
【0009】本発明はコイルと固定磁気回路で駆動され
るアクチュエータにおいて簡便に加速性能を最大にする
コイルを備えたアクチュエータを提供することを目的と
する。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明はアクチュエータ
の加速性能として,単位電流(I)当たりの加速度
(α)を求めて,その値を最大にするための条件を求め
るものである。
【0011】図1は本発明の基本構成であり,その断面
を示し,図中,1はコイル,2は本体,3は固定磁気回
路,30は磁石,31は磁気が流れるヨークを表す。
【0012】コイル駆動アクチュエータは,コイル1と
固定磁気回路3により構成され,固定磁気回路3は1個
の磁石30とヨーク31とから成り,コイル1はレンズ
等を搭載した本体2に固定され,固定磁気回路3を構成
するヨーク31の一辺に巻き回されその辺に沿って移動
する可動体として構成されている。
【0013】磁気力F=mα(mは質量,αは加速度)
で表され,本発明はこの加速度を最大にするためのコイ
ルの条件を求めたものである。その場合,アクチュエー
タの各変数を以下のように定義する。
【0014】コイル抵抗をR (Ω) ,コイル質量をMc
(kg) ,本体質量をMo(kg) ,コイル寸法は1ターン
コイル線長をa(m) とし1ターン当たりコイル有効長を
b(m) として,コイル線半径をr(m) ,コイルターン数
(左右合計)をn,コイル密度をρ(kg/m3 ) ,コイル
抵抗密度をδ(Ωm),磁束密度をBとする。
【0015】固定磁気回路3の磁束密度B,外形寸法
a,bを固定とし,コイル1の抵抗値Rが一定として,
コイル線全長(Lで表し,L=na)を次の式(1) を満
たす長さにし, コイル線半径(r)を次の式(2) を満た
す半径にし,コイル質量と可動部のコイル以外の質量を
等しくする。このようにコイル線全長(L)とコイル線
半径(r)とコイル質量を設定することで,アクチュエ
ータの加速性能を最大にすることが可能となる。
【0016】
【数2】
【0017】
【発明の実施の形態】本発明によるコイル駆動アクチュ
エータはコイルの加速性能を最大にするコイル数,コイ
ル径を備えるものである。
【0018】上記の式(1),(2) により加速性能を最大に
する根拠となる式を以下に説明する。この場合の計算条
件として,アクチュエータの各変数となるR(コイル抵
抗),Mc(コイル質量),Mo(本体質量),a(1
ターンコイル線長) ,b(1ターン当たりコイル有効
長) ,r(コイル線半径),n(コイルターン数),
ρ(コイル密度),δ(コイル抵抗密度),B(磁束密
度)は上記したのと同じであり,Iは電流を表し,最大
電圧をVmax (V) ,最大電流がImax(A)が一定,コイル
抵抗Rの値が一定とし,アクチュエータは摩擦力,弾性
力,粘性力が微小で無視できる程度で移動できるもので
ある。また,コイル寸法は中心値であり,コイルの厚さ
による誤差やコイル各部の計算は省略する。
【0019】以上から,コイル抵抗R=δan/π
2 ,コイル質量Mc=ar2 πρnが成立し,磁気力
F=BbInとなる。
【0020】加速性能を単位電流当たりの加速度(α)
とすると,加速性能=α/Iで表すことができ,F=
(Mc+Mo)αであるため,次の関係が成立する。
【0021】α/I=(F/(Mc+Mo))/I=Bbn /(Mc +
Mo) =Bbn /( ar2 πρn+Mo) ここで,πr2 =δan/Rであるから 加速性能 α/I=BbnR/(a2 n2 ρδ+MoR) ここで,定数分を省略すると加速性能を最大にするため
には,n/(a 2 n 2 ρδ+MoR)を最大にするようにコ
イルターン数,コイル径を決定すれば良い。ここで,A
=a 2ρδ,B=MoR とすると, 上記α/Iの式はf
(n) =n /(An 2 +B)となる。
【0022】このf(n) をnにより微分すると次のf
(n) ’が得られる。
【0023】f(n) ’=(-An 2+B)/(A2 n 4 +2ABn2
+B 2 ) よりf(n) が極値を持つのは,分子が0になる
点であり,n=√(B/A)=(√(MoR/ ρδ))/aの時であ
る。
【0024】この時コイル線半径rは次の式(1) とな
り,コイル線全長L(=na)は次の式(2) となる。
【0025】
【数3】
【0026】この式(1) 及び式(2) を構成するパラメー
タを見ても明らかなように, コイル線半径rとコイル線
全長Lは磁気回路の形状,個数にかぎらずキャリッジ本
体質量とコイル抵抗のみによって決定される。また,こ
の時Mc=Mo,すなわちコイル質量Mcとその他の質
量(本体質量)Moを等しくする。これにより式(1),式
(2) の成立によって, 加速性能を最適化することができ
る。
【0027】図2は実施例1の構成の外観図である。こ
の実施例1は光ディスク装置のレンズのキャリッジを搭
載した本体を移動するためのアクチュエータとして構成
することができる。
【0028】図中,1〜3,30,31の各符号は上記
図1の同じ符号の各部と同じであり,1はコイル,2は
コイル1に固定されてレンズを搭載した本体,3は固定
磁気回路,30は磁石,31は磁気が流れるヨークであ
る。4は本体2に開けられた孔に移動自在に嵌められ
て,本体2の移動を案内する2本の案内軸である。
【0029】この実施例1は,コイル1を駆動すること
により,コイル1が固定磁気回路3のヨーク31の一辺
に沿って移動させられ,コイル1に取り付けられた本体
2が案内軸4に案内されて移動することができる。この
場合のコイル1のコイル線半径rとコイル線全長Lをそ
れぞれ上記の式(1) と(2) に基づいた値にする。また,
コイル質量Mcとその他の質量(本体質量Mo)を等し
くする。
【0030】図3は実施例2の構成の断面図であり,図
4は実施例2の構成の外観図である。この実施例2は一
つの本体を移動するためのコイルを含む機構が2組設け
られており,上記実施例1の場合と同様に光ディスク装
置のレンズのキャリッジを搭載した本体を移動するため
のアクチュエータとして構成することができる。
【0031】図3,図4において,1−1,1−2はコ
イル,30−1,30−2は磁石,31−1,31−2
はヨークであり,2,4はそれぞれ上記実施例1(図
2)の同じ符号に対応し2は本体,4は2本の案内軸で
ある。
【0032】この実施例2の場合も,加速性能を最大に
するには各コイル1−1と1−2のコイル線半径rとコ
イル線全長L(コイル1−1と1−2の各長さを加算し
た長さ)は,上記の式(1) 及び(2) により, 本体2の質
量(Mo)とコイル抵抗(R)のみによって決定され
る。
【0033】コイル1−1,磁石30−1,ヨーク31
−1により第1のアクチュエータを構成し,コイル1−
2,磁石30−2,ヨーク31−2により第2のアクチ
ュエータを構成して,2つのアクチュエータにより一つ
の本体2を駆動する。
【0034】上記実施例1の構成では一つのアクチュエ
ータのコイル1で本体2を駆動するため,本体2のコイ
ル1が取り付けらた片側だけで駆動するためコイルへの
負荷が大きくなるが,実施例2のように2つのアクチュ
エータで本体2をコイル1−1,1−2の2つで駆動す
る構造にすることで,各コイルへの負荷(電流)を低減
するか,低減しない場合は駆動力を増大することができ
る。
【0035】
【発明の効果】本発明によればコイルと固定磁気回路で
駆動されるアクチュエータにおいて簡便に加速性能を最
大にするコイルを設けることでアクチュエータの高速ア
クセスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本構成を示す図である。
【図2】実施例1の構成の外観図である。
【図3】実施例2の構成の断面図である。
【図4】実施例2の構成の外観図である。
【図5】従来例の構成の断面図である。
【符号の説明】
1 コイル 2 本体 3 固定磁気回路 30 磁石 31 ヨーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5D068 AA02 BB01 CC07 GG25 5E048 AB09 AC05 AC10 AD17 5H633 BB02 GG03 GG06 GG09 GG30 HH02 HH06 HH17 HH22 JB04 JB05 5H641 BB10 BB12 BB18 GG03 GG05 GG06 GG08 GG12 HH02 HH09 JA04 JA09 JA13 JA14 JA15

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動すべき本体に取付けられたコイルが
    磁石と方形のヨークとからなる固定磁気回路と磁気的に
    結合してヨークの一辺上を移動可能に設けられたコイル
    駆動アクチュエータにおいて,定抵抗値の条件のもと
    で,本体質量(Mo),コイル密度(ρ),コイル抵抗
    密度(δ),コイル抵抗(R)に対してコイル線の全長
    (L)を式(1)で決まる長さとし,コイル線半径
    (r)を式(2)で決まる長さとし,コイル質量と可動
    部のコイル以外の質量を等しくしたことを特徴とするコ
    イル駆動アクチュエータ。 【数1】
  2. 【請求項2】 請求項1において,前記磁石と方形のヨ
    ークとからなる固定磁気回路を並列に2組設け,2組の
    固定磁気回路に対し,それぞれの固定磁気回路と磁気的
    に結合してそれぞれのヨークの一辺上を移動可能に設け
    られたコイルをそれぞれ設け,前記各コイルは一つの本
    体に取り付けられたことを特徴とするコイル駆動アクチ
    ュエータ。
JP32074299A 1999-11-11 1999-11-11 コイル駆動アクチュエータ Withdrawn JP2001145324A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007028717A (ja) * 2005-07-13 2007-02-01 Shicoh Eng Co Ltd リニアモータ及びレンズ駆動装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007028717A (ja) * 2005-07-13 2007-02-01 Shicoh Eng Co Ltd リニアモータ及びレンズ駆動装置

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Effective date: 20070206