JP2001275338A - 磁石式往復動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギー効率を高めた磁石式往復動アクチ
ュエータを提供すること。 【解決手段】 所定方向１１に間隔をもって並設された
複数の磁性体１４を有する固定部１２と、所定方向に往
復動可能な可動部１３とを備える。可動部には，固定部
の磁性体の近傍に位置した複数の永久磁石部を所定方向
に間隔をもって保持させる。永久磁石部には電磁石部を
結合させる。こうして、電磁石部の駆動を制御すること
により永久磁石部の磁力線の経路を切替え、これにより
可動部の往復動を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁力を利用して電
気エネルギーを機械的往復動に変換する往復動アクチュ
エータ，及びそれを利用したピストン機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁力を利用する往復動アクチュエータの
一つとして磁石式往復動アクチュエータが知られてい
る。この種の磁石式往復動アクチュエータは、一般に、
磁性体を有する可動部と、この可動部を吸引可能な電磁
石と、可動部を電磁石から離間する向きに付勢したばね
とを備えている。電磁石を駆動すると、その時に発生す
る電磁石の吸引力により可動部がばねに逆らって一方向
に移動する。この状態で電磁石の駆動を解除すると、ば
ねの付勢力により可動部が反対方向に移動する。こうし
て、可動部の往復動を得ることができる。即ち、電気エ
ネルギーを機械的往復動に変換できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
磁石式往復動アクチュエータは、可動部のばねに逆らう
移動を電磁石の吸引力により得るものであるため、エネ
ルギー効率が低く、可動部に大きな移動力を与えること
が困難である。即ち、大きな移動力を得るには電磁石に
大きなエネルギーを供給することが必要になる。

【０００４】それ故に本発明の課題は、エネルギー効率
を高めた磁石式往復動アクチュエータを提供することに
ある。

【０００５】本発明の他の課題は、その磁石式往復動ア
クチュエータを利用したピストン機械を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、所定方
向に間隔をもって並設された複数の磁性体を有する固定
部と、前記所定方向に往復動可能な可動部と、前記可動
部に前記所定方向に間隔をもって保持されかつ前記磁性
体の近傍に位置した複数の永久磁石部と、前記永久磁石
部に結合された電磁石部とを含み、前記電磁石部の駆動
を制御することにより前記永久磁石部の磁力線の経路を
切替え、これにより前記可動部の往復動を得ることを特
徴とする磁石式往復動アクチュエータが得られる。

【０００７】前記電磁石部は、駆動時に前記永久磁石部
とは逆向きの極性をもつものであってもよい。

【０００８】前記複数の永久磁石部は第１のピッチ間隔
を有し、前記複数の磁性体は前記第１のピッチ間隔より
も狭い第２のピッチ間隔を有していてもよい。

【０００９】前記複数の磁性体は２列配設され、前記複
数の永久磁石部は前記磁性体の列間においてそれらの列
と平行に２列配設され、前記電磁石部は前記永久磁石部
の列間にあって両列の永久磁石部を互いに結合してこれ
らの磁力線の経路を制御するものであってもよい。

【００１０】前記可動部を前記所定方向における一側に
付勢した付勢手段を備えてもよい。

【００１１】前記可動部の移動による衝撃を吸収する緩
衝ばねを備えてもよい。

【００１２】また本発明によれば、上述した磁石式往復
動アクチュエータと、前記固定部に固定されたシリンダ
と、前記可動部に結合されかつ前記シリンダに挿入され
たピストンとを含むことを特徴とするピストン機械が得
られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明の第１の
実施の形態に係る磁石式往復動アクチュエータ１０につ
いて説明する。

【００１４】この磁石式往復動アクチュエータ１０は、
所定方向１１にのびた互いに平行な一対の固定部１２
と、これらの固定部１２間にあって所定方向１１に往復
動可能に案内された可動部１３とを含んでいる。各固定
部１２は、所定方向１１に並設された多数の角棒状の磁
性体１４と、これらの磁性体１４の両端を固定した固定
棒１６とを含んでいる。可動部１３は、所定方向１１に
のびた４本の支持棒１７と、これらの支持棒１７を固定
した前部可動ベース板１８と、支持棒１７間に所定方向
１１に第１のピッチ間隔をおいて取り付けられた複数、
即ち、３つのベーシックファクター１９とを含んでい
る。一方、固定部１２の磁性体１４は、第１のピッチ間
隔よりも小さい第２のピッチ間隔をもって配設されてい
る。なお、ここでは第２のピッチ間隔は第１のピッチ間
隔の４分の３に設定されることが好ましい。

【００１５】図２をも参照すると、各ベーシックファク
ター１９は、永久磁石部２１とこれに結合された電磁石
部２２とを含んでいる。永久磁石部２１は、ネオジウム
マグネット（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）等の硬磁性体２３をその
着磁方向の両側から純鉄等の軟磁性体２４で挟み込むこ
とによって形成されている。一方、電磁石部２２は、基
部２５の両端部からそれぞれ脚部２６が互いに逆向きに
突出したコの字状の純鉄などの軟磁性体からなるコア又
はヨーク２７と、ヨーク２７の基部２５に巻回された銅
線からなるコイル２８とを含んでいる。ヨーク２７の脚
部２６が永久磁石部２１の軟磁性体部２４に接合されて
いる。

【００１６】ここでベーシックファクター１９の動作を
説明する。コイル２８に通電していない時には、硬磁性
体２３の磁力線は、軟磁性体２４及びヨーク２７を通っ
てベーシックファクター１９内の閉磁路を回るだけで、
周囲の空気中への磁束の漏れは殆どない。したがって固
定部１２の磁性体１４に対する吸着力は殆ど得られな
い。

【００１７】次に、コイル２８に硬磁性体２３の磁束よ
りも多量の磁束を逆向きの極性をもって発生させる電流
を供給すると、硬磁性体２３による磁力線はコイル２８
の通電による磁力線により押し戻され、外部に放出され
て磁性体１４を通り循環する磁力線が生じる。したがっ
て固定部１２の磁性体１４に対する吸着力が得られる。

【００１８】図１に戻り、各固定部１２は、前部可動ベ
ース板１８に間隔をおいて対向した前部固定ベース板３
１に固定的に結合されている。前部可動ベース板１８と
前部固定ベース板３１には引張りコイルばね３２の両端
が接続されている。この引張りコイルばね３２は戻しば
ね又は付勢手段として働く。

【００１９】次に、図１に加えて図３及び図４をも参照
して、この磁石式往復動アクチュエータ１０の動作につ
いて説明する。以下では、３つのベーシックファクター
を、第１のベーシックファクター１９ａ、第２のベーシ
ックファクター１９ｂ、第３のベーシックファクター１
９ｃと分けて呼ぶ。また、固定部１２の磁性体１４には
その並びの順に１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４
ｅ、１４ｆなる符号を付している。

【００２０】図３の状態では、磁性体１４ａ―１４ｆと
ベーシックファクター１９ａ−１９ｃとのピッチ間隔の
違いにより、所定方向１１において両者の並びにずれが
生じている。即ち、第３のベーシックファクター１９ｃ
の磁性体１４ｃに対する所定方向１１での位置ずれは僅
かであるが、第２のベーシックファクター１９ｂの磁性
体１４ｂに対する位置ずれは少し大きく、また第１のベ
ーシックファクター１９ａの磁性体１４ａに対する位置
ずれは更に大きくなっている。

【００２１】この磁石式往復動アクチュエータ１０を駆
動するには、先ず、第３のベーシックファクター１９ｃ
のコイル２８に所定のパルス幅のパルス電流を一パルス
分だけ供給する。すると、第３のベーシックファクター
１９ｃと磁性体１４ｃとの間に磁気吸引力が働くため、
可動部１３が所定方向１１に少し移動する。この結果、
第２のベーシックファクター１９ｂが磁性体１４ｂに近
づく。

【００２２】次に、第２のベーシックファクター１９ｂ
のコイル２８に上記パルス電流を一パルス分だけ供給す
る。すると、第２のベーシックファクター１９ｂと磁性
体１４ｂとの間に磁気吸引力が働くため、可動部１３が
所定方向１１にさらに少し移動する。この結果、第１の
ベーシックファクター１９ａが磁性体１４ａに近づく。

【００２３】次に、第１のベーシックファクター１９ａ
のコイル２８に上記パルス電流を一パルス分だけ供給す
る。すると、第１のベーシックファクター１９ａと磁性
体１４ａとの間に磁気吸引力が働くため、可動部１３が
所定方向１１にさらに少し移動する。この結果、こんど
は第３のベーシックファクター１９ｃが磁性体１４ｄに
近づく。

【００２４】以後、同様な動作を繰り返し、可動部１３
が所定方向１１に移動し、図４の状態を得る。このよう
に、所定のパルス幅のパルス電流を第１−第３のベーシ
ックファクター１９ａ−１９ｃのコイル２８に循環的に
供給することにより、可動部１３を連続的に移動させる
ことができる。なお、パルス電流の供給時間は、第１−
第３のベーシックファクター１９ａ−１９ｃのコイル２
８間で少し重複することが好ましい。

【００２５】図４の状態において、第１−第３のベーシ
ックファクター１９ａ−１９ｃのコイル２８へのパルス
電流の供給を全て断つと、引張りコイルばね３２の付勢
力により、可動部１３は所定方向１１とは反対の方向に
戻される。したがって可動部１３の往復動を得ることが
できる。

【００２６】図５及び図６を参照して、本発明の第２の
実施の形態に係る磁石式往復動アクチュエータ４０を用
いたピストン機械であるポンプについて説明する。図１
と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。

【００２７】この磁石式往復動アクチュエータ４０は、
可動部１３の反対方向４１への移動も、所定方向１１へ
の移動と同様に、電磁石部２２の駆動を制御することに
よる永久磁石２１の磁力線の経路の切替により得るもの
である。したがって、この磁石式往復動アクチュエータ
４０には、図１の磁石式往復動アクチュエータ１０にお
ける引張りオイルばね３２に相当する部品は備えられて
いない。

【００２８】この磁石式往復動アクチュエータ４０にお
いて、可動部１３は４本の支持棒１７の後端を固定した
後部可動ベース板４２を備えている。さらに、固定部１
２の後端には後部固定ベース板４３が固定されている。
前部固定ベース板３１及び後部固定ベース板４３には、
前部可動ベース板１８及び後部可動ベース板４２に対向
する前部衝撃吸収ばね４４及び後部衝撃吸収ばね４５が
それぞれ備えられている。

【００２９】この磁石式往復動アクチュエータ４０の後
部にはポンプ要素５０が接続されている。このポンプ要
素５０は、後部固定ベース板４３に結合されたシリンダ
５１と、このシリンダ５１の内面に摺動するピストン５
２と、このピストン５２を後部可動ベース板４２に連結
したロッド５３と、シリンダ５１に接続された吸入ポー
ト５４及び吐出ポート５５とを含んでいる。

【００３０】第１−第３のベーシックファクター１９ａ
−１９ｃのコイル２８への通電を制御することにより可
動部１３を往復動させると、ピストン５２もシリンダ５
１内で往復動を行う。ピストン５２の往復動にしたが
い、流体が吸入ポート５４からシリンダ５１内に吸入さ
れかつ吐出ポート５５から吐出される。可動部１３の往
復動による衝撃は、前部衝撃吸収ばね４４及び後部衝撃
吸収ばね４５により吸収される。

【００３１】なお、ベーシックファクターを３つ用いた
例を説明したが、２つ若しくは４つ以上であってもよ
い。また、ピストン機械としてポンプを例示したが、そ
の他の種のピストン機械にも当然適用が可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
永久磁石部の磁力線の経路を切替えることにより可動部
の往復動を得る構成であるため、エネルギー効率を高め
た磁石式往復動アクチュエータを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁石式往復動
アクチュエータの斜視図。

【図２】図１の磁石式往復動アクチュエータの断面説明
図。

【図３】図１の磁石式往復動アクチュエータの固定部の
磁性体と可動部のベーシックファクターとの位置関係を
示す平面図。

【図４】図１の磁石式往復動アクチュエータの動作状態
を示す斜視図。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る磁石式往復動
アクチュエータを用いたポンプの吸入状態を示す斜視
図。

【図６】図６のポンプの吐出状態を示す斜視図。

【符号の説明】

１０ 磁石式往復動アクチュエータ １２ 固定部 １３ 可動部 １４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４
ｆ 磁性体 １９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ ベーシックファクター ２１ 永久磁石部 ２２ 電磁石部 ２３ 硬磁性体 ２４ 軟磁性体 ２７ コア又はヨーク ２８ コイル ３２ 引張りコイルばね ４０ 磁石式往復動アクチュエータ ４４ 前部衝撃吸収ばね ４５ 後部衝撃吸収ばね ５０ ポンプ要素 ５１ シリンダ ５２ ピストン ５３ ロッド ５４ 吸入ポート ５５ 吐出ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荻野 三四郎 東京都品川区二葉二丁目20番１号 第２梅 田ビル405 (72)発明者 内川 據義 東京都大田区城南島四丁目５番５号 株式 会社大洋電機工作所内 (72)発明者 落合 康住 神奈川県川崎市麻生区高石３−32−２− 306 (72)発明者 西 義武 東京都世田谷区代沢２−39−７ (72)発明者 小栗 和也 神奈川県相模原市上鶴間５−６−１ ルネ 東林間Ａ−111 Ｆターム(参考） 5E048 AA00 AB10 AC01 AD01 BA01 5H641 BB10 BB11 GG03 GG04 HH02 HH09 JA02 JA08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定方向に間隔をもって並設された複数
   の磁性体を有する固定部と、前記所定方向に往復動可能
   な可動部と、前記可動部に前記所定方向に間隔をもって
   保持されかつ前記磁性体の近傍に位置した複数の永久磁
   石部と、前記永久磁石部に結合された電磁石部とを含
   み、前記電磁石部の駆動を制御することにより前記永久
   磁石部の磁力線の経路を切替え、これにより前記可動部
   の往復動を得ることを特徴とする磁石式往復動アクチュ
   エータ。
2. 【請求項２】 前記電磁石部は、駆動時に前記永久磁石
   部とは逆向きの極性をもつものである請求項１に記載の
   磁石式往復動アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記複数の永久磁石部は第１のピッチ間
   隔を有し、前記複数の磁性体は前記第１のピッチ間隔よ
   りも狭い第２のピッチ間隔を有している請求項１または
   ２に記載の磁石式往復動アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記複数の磁性体は２列配設され、前記
   複数の永久磁石部は前記磁性体の列間においてそれらの
   列と平行に２列配設され、前記電磁石部は前記永久磁石
   部の列間にあって両列の永久磁石部を互いに結合してこ
   れらの磁力線の経路を制御するものである請求項１−３
   のいずれかに記載の磁石式往復動アクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記可動部を前記所定方向における一側
   に付勢した付勢手段を備えた請求項１−４のいずれかに
   記載の磁石式往復動アクチュエータ。
6. 【請求項６】 前記可動部の移動による衝撃を吸収する
   緩衝ばねを備えた請求項１−４のいずれかに記載の磁石
   式往復動アクチュエータ。
7. 【請求項７】 請求項１−６に記載の磁石式往復動アク
   チュエータと、前記固定部に固定されたシリンダと、前
   記可動部に結合されかつ前記シリンダに挿入されたピス
   トンとを含むことを特徴とするピストン機械。