JP2003174759A

JP2003174759A - 磁気駆動装置

Info

Publication number: JP2003174759A
Application number: JP2002028839A
Authority: JP
Inventors: Misao Nojiri; 操野尻
Original assignee: Staf Corp Ltd
Current assignee: Staf Corp Ltd
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2003-06-20
Also published as: WO2002091551A1

Abstract

(57)【要約】【課題】ソレノイドコイルの磁界で永久磁石を駆動す
る磁気駆動装置を小型にして、しかも強力な駆動力を発
生する。【解決手段】相反する方向の磁界を発生させるよう
に、２個の空芯コイル22,23の軸を一致させて直線状に
並べる。空芯コイル22,23の間に強磁性体の孔あき磁束
集束用コア21を挟む。コイル22,23の空芯部分に永久磁
石を通して駆動部26とする。コイル22,23に図示の向き
の左駆動電流を流すと、磁束集束用コア21の内側のＮ極
に、駆動部26のＳ極が吸引されて、左側に移動する。コ
イル22,23に図示と逆向きの右駆動電流を流すと、駆動
部26は右側に移動する。２つのコイル22,23の磁束を磁
束集束用コア21に収束させることで、小型でも大きな力
で永久磁石の駆動部26を駆動することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気駆動装置に関
し、特に、ソレノイドコイルの磁界で永久磁石を駆動す
る小型で強力な磁気駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ソレノイドコイルの磁界で強磁性
体のプランジャを駆動して、流体用バルブやダイヤフラ
ムを作動させる磁気駆動装置が利用されている。図12
は、コイルが１つの従来の磁気駆動装置の縦断面図であ
る。図12に示すように、磁気駆動装置のコイル11は、コ
イルボビン12に巻かれて空芯になっている。コイルボビ
ン12の中央部にはアーマチュア13が設けられている。ヨ
ーク14は、コイル11とコイルボビン12とアーマチュア13
を、外側の一部を除いて全体的に取り囲んでいる、鉄材
などを使用した強固なものである。ヨーク蓋15は、ヨー
ク14の一方端（図12の左側）において、ヨーク14に対し
開閉可能に取り付けられている。ヨーク蓋15の中央に
は、駆動用シャフト16が外へ突出している。ヨーク14の
他方端（図12の右側）は、非磁性材のアーマチュア受部
18により閉じられていて、突出物はない。駆動シャフト
16は、その内側でアーマチュア13と接合している。その
接合部分とヨーク蓋15との間に、スプリング17が設けら
れている。

【０００３】図示しない電源からの通電により、コイル
11に電流が流れて磁界が発生すると、アーマチュア13
が、図示する位置から左方へ駆動される。すなわち、コ
イル11に磁界が発生し、コイル11の内側に存在するアー
マチュア13が、磁束によってコイル11内部に引き込ま
れ、駆動シャフト16は左方へ移動して、左方へ突出す
る。アーマチュア13は、スプリング17を押し付けるか
ら、力が均衡する位置で停止する。電流が断たれてコイ
ルの磁界が消えると、アーマチュア13は、スプリング17
の弾力によって右方へ押し戻され、図12に示す位置で停
止する。このようにして、駆動シャフト16は、図12の左
右両方向に振動する態様で駆動される。

【０００４】コイルが３つの従来の磁気駆動装置の例と
しては、特開平6-315255号公報に開示された装置があ
る。図13（ａ）に示す「可動磁石式アクチュエータ」
は、少なくとも２個の永久磁石を同極対向配置とした磁
石可動体を用いて、永久磁石の各磁極が発生する磁束を
有効利用することで、推力の向上及び効率の向上を図る
ものである。同極対向された少なくとも２個の永久磁石
間に、中間部磁性体を設け、両端に位置する永久磁石の
外側端面に、端部磁性体を設けて、磁石可動体を構成す
る。少なくとも３連のコイルの内側に、磁石可動体を移
動自在に設ける。少なくとも３連のコイルを、各永久磁
石の磁極間を境にして、相異なる方向に電流が流れるよ
うに結線する。

【０００５】コイルが２つの従来の磁気駆動装置の例と
しては、特開平11-204329号公報に開示された装置があ
る。図13（ｂ）に示す「リニアソレノイドアクチュエー
タ」は、磁気回路のリラクタンスを小さくして有効磁束
を増やし、動作抵抗を小さくし、可動子のセンタリング
をして、応答性を上げるものである。固定子の円筒部か
ら内径側に突出する径方向突出部が、４つの鼓形ローラ
を転動可能に支承する。ローラは可動子の上下動の動作
抵抗を小さくする、ころがり軸受として作用する。磁性
材料のローラは、径方向突出部の内径部と、可動子の外
径部、つまり永久磁石や可動鉄心の外径部との間のリラ
クタンスを小さくする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の磁気駆動装置においては、強力な駆動力を持つ小型
の装置を実現できないという問題があった。磁気駆動装
置は、コイルの巻回数・電流値によって、発生する磁力
の上限が定まる。そのため、駆動用シャフトに作動する
力も、その上限値までに過ぎない。より強力な駆動力を
必要とするとき、従来の形式の磁気駆動装置において
は、できるだけ大型化したヨークと、その内部に巻回数
を多くしたコイルが必要となる。そのとき、電流による
コイルの発熱のため、長時間にわたり連続駆動を行うこ
とができなかった。

【０００７】本発明は、上記従来の問題を解決して、小
型であっても、強力な駆動力の得られる磁気駆動装置を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、磁気駆動装置を、強磁性材料で形成
した孔あき磁束集束用コアと、磁束集束用コアの孔と略
同じ内径であり相反する方向の磁界を発生させるように
軸を一致させて磁束集束用コアを間に挟んで直線状に並
べた２個の空芯コイルと、空芯コイル内に挿通した永久
磁石の駆動部とを具備する構成とした。このように構成
したことにより、２個の空芯コイルからの駆動力を加算
でき、同じ駆動力を得るための装置を従来の装置より小
型とすることができる。

【０００９】また、２個の空芯コイルの巻回数を等しく
したので、磁界により発生する力がバランスして、小型
で強力な駆動装置とすることができる。

【００１０】また、磁束集束用コアの外径を空芯コイル
の外径より大きくしたので、効率的に空気冷却すること
ができる。

【００１１】また、空芯コイルに、可変繰り返し周波数
のパルス電流を流して駆動する構成としたので、所望の
周期で駆動することができる。

【００１２】また、駆動部側とは反対側の箇所において
磁束集束用コアに接触して磁束集束用コアと空芯コイル
とを取り囲む強磁性材料で構成された筐体を備えた構成
としたので、筐体が放熱作用と遮音作用を有するので、
磁気駆動装置の動作が静穏になり、長期の連続動作も可
能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１〜図11を参照しながら詳細に説明する。

【００１４】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態は、相反する方向の磁界を発生させるように、２
個の空芯コイルの軸を一致させて直線状に並べ、空芯コ
イルの間に空芯コイルと略同じ内径の強磁性材料の孔あ
き磁束集束用コアを挟み、空芯コイル内に永久磁石を挿
通して駆動部とした磁気駆動装置である。

【００１５】図１は、本発明の第１の実施の形態におけ
る磁気駆動装置の基本的構成を示す縦断面図である。図
１において、磁束集束用コア21は、２つのコイルの間の
磁束を収束するための平板ドーナツ状の強磁性体コアで
ある。コイル22,23は、逆方向に巻かれた空芯コイルで
ある。コイルボビン24,25は、コイルを巻くためのボビ
ンである。駆動部26は、磁界の変化を機械的な力に変換
する永久磁石である。電源端子27は、コイルに電流を供
給する電源の端子である。

【００１６】図２は、本発明の第１の実施の形態におけ
る磁気駆動装置の動作説明用の縦断面図である。図２
（ａ）は、コイル22,23に電流が流れていない静止状態
を示す図である。図２（ｂ）は、コイルに通電されて、
磁界が発生し始めた瞬間の状態を示す図である。図２
（ｃ）は、磁界が定常状態になったときの図である。

【００１７】図３は、本発明の第１の実施の形態におけ
る磁気駆動装置のコイル部分の駆動回路図である。図３
において、トランジスタ31〜34は、電源からの電流をオ
ンオフするスイッチ素子である。電源35は、コイルに電
流を供給する電源である。接地36は、電源の電流帰還路
である。

【００１８】上記のように構成された本発明の第１の実
施の形態における磁気駆動装置の動作を説明する。最初
に、図１を参照しながら、磁気駆動装置の機能の概略を
説明する。強磁性材料で形成して孔をあけたリング状の
磁束集束用コア21を挟むように、コイル22,23が設けら
れている。両コイル22,23は空芯であって、その内径
は、磁束集束用コア21の内径と略同じである。コイル2
2,23の巻回方向は、互いに反対方向である。そのため、
両コイルによって発生する磁界は、互いに相反する方向
となる。

【００１９】コイル22の巻き始め端子とコイル23の巻き
始め端子を共通接続し、コイル22の巻き終わり端子とコ
イル23の巻き終わり端子を共通接続する。共通接続した
各端子を電源端子27に接続する。コイル22,23の空芯部
分には、永久磁石よりなる駆動部26が挿通されている。
駆動部26の端部には、図示していない駆動力取り出し機
構を備えている。コイル22,23を固定するため、コイル
ボビン24,25を使用している。

【００２０】図２を参照しながら、磁気駆動装置の動作
を説明する。コイルに電流が流れていなくて、駆動部26
が図２（ａ）の左側にある状態では、磁束集束用コア21
は、駆動部26の永久磁石により、図２（ａ）に示すよう
に、内側がＮ極で外側がＳ極となっている。そのため、
駆動部26と磁束集束用コア21との位置関係は、駆動部26
がコイル22より外方へ突出するように、磁束集束用コア
21よりずれている。

【００２１】図２（ｂ）に示すように、コイル22,23に
電流を流して磁界を発生させると、磁束集束用コア21
は、両コイル22,23の磁界により、当初の磁化方向とは
反対方向に磁化される。すなわち、コイル22,23の磁界
による磁化は、永久磁石による磁化より大きいから、磁
束集束用コア21の極性は、図２（ａ）に示す極性とは逆
になる。このとき、駆動部26の右側のＳ極は、磁束集束
用コア21の内側のＳ極と極性が一致して、強く反発し合
うから、駆動部26は、図の右方向への移動を開始する。

【００２２】駆動部26が右側に移動して、駆動部26の左
側のＮ極が、磁気収束用コア21の内側のＳ極と対向する
位置に来ると、両磁極は互いに吸引し合い停止して、図
２（ｃ）に示す状態になる。図２（ｂ）から図２（ｃ）
への状態変化は短時間に生じる。コイルの磁界による駆
動部26への駆動力に加えて、磁束集束用コア21の磁化に
よる駆動部26への反発力も大きな駆動力となる。したが
って、永久磁石の駆動部26には、極めて大きな駆動力が
与えられる。

【００２３】図２（ｃ）に示す状態において、コイルの
磁界を反転させるように、電流の向きを反転させると、
磁束集束用コア21の磁極が反転して、駆動部26には左方
向への駆動力が作用する。駆動部26は、瞬間的に図２
（ｂ）に示す位置へ移動する。このとき、磁束集束用コ
ア21の極性は、図２（ｂ）に示す極性とは逆になってい
る。このように、駆動部26は、コイルの磁界を反転する
ごとに、左右方向に強力に速く駆動されるので、振動体
として利用することができる。

【００２４】図３を参照しながら、磁気駆動装置のコイ
ルの駆動回路を説明する。２つのコイル22,23に磁界を
発生するための電源35と、コイル22,23との間に、トラ
ンジスタ31〜34が接続されている。トランジスタ31,32
が、電源35と接地36との間に直列に接続されており、ト
ランジスタ33,34が、電源35と接地36との間に直列に接
続されていて、ブリッジ接続の切換スイッチを構成して
いる。ＮＰＮ型のトランジスタ31,33をオンにする駆動
パルスは、電源電圧の正極性のパルスであり、ＰＮＰ型
のトランジスタ32,34をオンにする駆動パルスは、接地
電圧の負極性のパルスである。駆動部26を左方向へ動作
させるための左動作パルスは、ＮＰＮ型のトランジスタ
31をオンにする正極性パルスと、ＰＮＰ型のトランジス
タ34をオンにする負極性のパルスとのペアである。駆動
部26を右方向へ動作させるための右動作パルスは、ＮＰ
Ｎ型のトランジスタ33をオンにする正極性パルスと、Ｐ
ＮＰ型のトランジスタ32をオンにする負極性のパルスと
のペアである。

【００２５】左動作パルスと右動作パルスとを、それぞ
れ交互に、駆動部26の移動周期に対応した時間ごとに切
り換えて印加することで、コイル22,23に交番電流を流
す。磁気駆動装置において、パルスの繰り返し周期を一
定とする場合と、繰り返し周期を可変とする場合とがあ
る。繰り返し周期を一定とする場合は、駆動速度が一定
である。繰り返し周期を可変とすれば、駆動速度を変え
ることができ、より微妙な駆動力の制御ができる。

【００２６】図１において、磁束集束用コア21の直径方
向の大きさは、コイルの外径より大としている。磁束集
束用コア21が、コイルより外方に突出している。この構
成により、磁束集束用コア21でコイルを冷却することが
できて、長時間の連続動作に耐えられる。また、磁束集
束用コア21の外形は、円形に限ることなく、取り付ける
装置に合わせて、四角形などの角形に形成してもよい。

【００２７】図１においては、各コイルの巻回数を等し
く構成しているが、装置設計の都合などで、必ずしも同
数でなくてもよい。駆動部26の駆動の際に、コイルに流
す電流の向きを、両方向ではなく単一の方向とすること
もできる。１つの駆動回路からの印加電流のみによって
駆動すれば、左右方向への駆動の強さに不揃いが生じる
が、その状態での使用で不都合がないときは、経済的な
動作ができる。その場合、磁界による駆動とは反対方向
に永久磁石が移動するとき、磁界による駆動と比較して
不十分な強さの駆動力である。このような反対方向への
移動のため、コイルスプリングなどの弾性材を使用する
ことができる。

【００２８】上記のように、本発明の第１の実施の形態
では、磁気駆動装置を、相反する方向の磁界を発生させ
るように、２個の空芯コイルの軸を一致させて直線状に
並べ、空芯コイルの間に空芯コイルと略同じ内径の強磁
性材料の孔あき磁束集束用コアを挟み、空芯コイル内に
永久磁石を挿通して駆動部とする構成としたので、小型
の装置でも、大きな力で永久磁石を駆動することができ
る。

【００２９】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態は、２個の空芯コイルの軸を一致させて直線状に
並べて、相反する方向の磁界を発生させ、空芯コイルの
間に強磁性体の孔あき磁束集束用コアを挟み、空芯コイ
ル内の永久磁石を単一パルスで駆動して空気ポンプを動
かす磁気駆動装置である。

【００３０】図４は、本発明の第２の実施の形態におけ
る磁気駆動装置を用いた空気ポンプの断面図である。図
４において、永久磁石41は、磁界の変化を機械的な力に
変換する駆動部材である。ダイヤフラム42は、永久磁石
41の位置に応じて変形して空気を吸い込んだり吐き出し
たりする金属膜である。吸気弁43は、空気を吸い込むと
きに開く弁である。空気吸入口44は、外部から空気を吸
い込む口である。排気弁45は、空気を吐き出すときに開
く弁である。空気排出口46は、外部に空気を吐き出す口
である。スプリング47は、永久磁石41の右側への移動を
制限する緩衝手段である。筐体49は、磁気駆動装置を全
体的に囲んでいる非磁性体の保護部材である。その他の
部分は、第１の実施の形態と同じである。

【００３１】図５は、本発明の第２の実施の形態におけ
る磁気駆動装置のコイル駆動回路図である。図５におい
て、トランジスタ48は、コイルに流す電流をオンオフす
るためのスイッチ素子である。

【００３２】上記のように構成された本発明の第２の実
施の形態における磁気駆動装置の動作を説明する。最初
に、図４に示す空気ポンプに用いる磁気駆動装置の動作
の概略を説明する。この磁気駆動装置においては、永久
磁石41による駆動力は、図１に示した第１の実施の形態
と異なり、単方向性である。コイル22、23に通電されて
いないとき、永久磁石41は、所定の位置に停止してい
る。電流が印加されてコイルに磁界が発生すると、永久
磁石41は右方向に移動する。電流を断つと、永久磁石41
は左方へ引き戻される。

【００３３】図４を参照しながら、磁気駆動装置を用い
た空気ポンプの動作を説明する。ダイヤフラム42は、永
久磁石41と結合されており、永久磁石41の動きに応じて
変形し、体積を変える。ダイヤフラム42と吸気弁43と排
気弁45とで、空気ポンプを形成している。空気吸入口44
は、吸気弁43につながっており、空気排出口46は、排気
弁45とつながっている。コイル状のスプリング47が、永
久磁石41とコイルボビン25の軸周囲部との間に設けられ
ている。

【００３４】コイル22、23に通電されていないとき、永
久磁石41は、ダイヤフラム42の安定状態の位置に停止し
ている。電流が印加されてコイルに磁界が発生すると、
永久磁石41は、ダイヤフラム42を、図４の右方向に引き
込む。永久磁石41は、右端部近くまで押し付けられ、ス
プリング47によって移動距離が制限されて止まる。その
間、空気が空気吸入口44から吸入され、吸気弁43から取
り込まれる。電流を断つと、永久磁石41は、ダイヤフラ
ム42によって左方へ引き戻される。永久磁石41の復帰動
作のとき、排気弁45から空気排出口46を経て外部へ排出
される。永久磁石41は、慣性で左方へ行過ぎてから右方
へ戻るので、そのとき、吸気が行われる。これを繰り返
すことで、永久磁石41が連続的に往復駆動されて、吸排
気が行われる。この磁気駆動装置を用いた空気ポンプ
は、吸気と排気の繰り返し周期が、パルス印加の周期と
同じであるから、制御が容易であり、駆動力が大きいの
で、小型化が可能である。

【００３５】図５を参照して、コイル22,23に磁界を発
生させるために使用する駆動回路を説明する。ＮＰＮ型
のトランジスタ48が、電源35とコイル22,23との間に接
続されている。ＮＰＮ型のトランジスタ48をオンにする
駆動パルスは、電源電圧の正極性のパルスである。単一
の動作パルスを、永久磁石41の移動周期に対応した時間
ごとに印加して、コイル22,23に電流を流す。コイル22,
23に電流が流れると磁界が発生して、磁束集束用コア21
が磁化され、永久磁石41を引き込む。コイル22,23の電
流が断たれると、磁束集束用コア21の磁化が弱まり、永
久磁石41は、所定の位置に戻る。

【００３６】この例では、コイル22,23の磁界を、単一
方向の駆動パルスにより発生しているが、このパルス
を、両極性のパルスとすることもできる。この場合、永
久磁石41がダイヤフラム42を右方向に引き込んだ後、コ
イル22,23を逆方向に励磁するため、永久磁石41には、
ダイヤフラム42の復元力に磁界の力も加わり、永久磁石
41を速やかに当初位置に戻すことができる。

【００３７】上記のように、本発明の第２の実施の形態
では、磁気駆動装置を、２個の空芯コイルの軸を一致さ
せて直線状に並べて、相反する方向の磁界を発生させ、
空芯コイルの間に強磁性体の孔あき磁束集束用コアを挟
み、空芯コイル内の永久磁石を単一パルスで駆動して空
気ポンプを動かす構成としたので、制御が容易な小型の
空気ポンプを実現できる。

【００３８】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態は、永久磁石の駆動部の端に、永久磁石より軸方
向の長さが短い強磁性体を付加した磁気駆動装置であ
る。

【００３９】図６は、本発明の第３の実施の形態におけ
る磁気駆動装置の構成を示す縦断面図である。図６にお
いて、磁性材28,29は、駆動部26の永久磁石の両端に接
着した磁性体である。保持筒30は、永久磁石の駆動部26
と磁性材28,29とを一体化して駆動部とするための筒で
ある。

【００４０】上記のように構成された本発明の第３の実
施の形態における磁気駆動装置の動作を説明する。駆動
部26の永久磁石の両端に接着した磁性材28,29の長軸方
向の長さは、駆動部26の永久磁石より短い。駆動部26が
２個のコイル22,23により駆動されるとき、磁性材28,29
は、駆動部26と同時に移動する。駆動部26自体の質量を
増加する代わりに、磁性材28,29を付加する。駆動力
は、駆動部26の質量と、駆動部26の移動速度との積に比
例するから、実質的に駆動部26の質量を増加させ、駆動
力を増加させている。

【００４１】上記のように、本発明の第３の実施の形態
では、磁気駆動装置の永久磁石の駆動部の端に、永久磁
石より軸方向の長さが短い強磁性体を付加したので、短
い永久磁石の場合でも、長い永久磁石と同じ駆動力を得
ることができる。

【００４２】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態は、磁束集束用コアの外周に接触する強磁性材料
の筐体で、磁束集束用コアと空芯コイルとを取り囲んだ
磁気駆動装置である。

【００４３】図７は、本発明の第４の実施の形態におけ
る磁気駆動装置の構成を示す縦断面図である。図７にお
いて、筐体51は、磁束集束用コアと空芯コイルとを取り
囲む強磁性材料の部材である。コイル22,23と、駆動部2
6と、コイルボビン24,25は、図１に示した第１の実施の
形態と同様のものである。

【００４４】図８は、本発明の第４の実施の形態におけ
る磁気駆動装置の別の構成を示す縦断面図である。図８
において、筐体52は、磁束集束用コアと空芯コイルとを
取り囲む強磁性材料の部材である。

【００４５】上記のように構成された本発明の第４の実
施の形態における磁気駆動装置の動作を説明する。図７
に示すように、磁束集束用コア21が、駆動部26の永久磁
石の反対側において、磁性体で構成された筐体51と、接
触位置50で接触している。接触位置50では、磁束集束用
コア21と筐体51との間に、非磁性体の介在物が存在しな
い。筐体51は、磁束集束用コア21と空芯のコイル22,23
との外側を取り囲んでいる。駆動部26の駆動時における
緩衝材として、２個の金属製スプリング47が、駆動部26
とコイルボビン24,25との間に設けられている。

【００４６】図示しない電源から２個のコイル22,23に
通電されたとき、図７の左右方向に駆動部26が急速に移
動することを繰り返す。磁気駆動装置は、駆動部26の運
動により、振動体（バイブレータ）となる。筐体51を保
持するのみで、装置が振動していることを感知できる。
したがって、携帯電話の「マナーモード」状態における
着信検知に使用することができる。

【００４７】コイル22,23により発生した磁力線は、磁
束集束用コア21から筐体51を経て、駆動部26の内部を通
過するから、発生した磁力線に対する損失が極めて少な
い。筐体51は熱の良導体であるので、コイル22,23に対
する放熱効果が大きい。筐体51の外方に磁力線の漏れ出
ることがないので、周辺装置に対する磁気ノイズの発生
がない。

【００４８】図８に示す磁気駆動装置は、図７に示した
筐体51の構成を一部変更したものである。筐体52は、磁
束集束用コア21と同様の材質の磁性材料を使用して、両
者間の隙間が無いように構成している。即ち、磁束集束
用コア21と筐体52とは一体化している。そのため、発生
した磁力線の損失がさらに少なくなる。

【００４９】上記のように、本発明の第４の実施の形態
では、磁気駆動装置を、磁束集束用コアの外周に接触す
る強磁性材料の筐体で、磁束集束用コアと空芯コイルと
を取り囲んだ構成としたので、筐体の放熱作用と遮音作
用で、磁気駆動装置の動作が静穏になり、長期の連続動
作も可能となる。

【００５０】（第５の実施の形態）本発明の第５の実施
の形態は、磁束集束用コアを、軸方向の中間に非磁性材
料層を挟んだ３層構造とした磁気駆動装置である。

【００５１】図９は、本発明の第５の実施の形態におけ
る磁気駆動装置の構成を示す縦断面図である。図９にお
いて、磁束集束用コア61,62は、非磁性材層63を挟んだ
コアである。

【００５２】磁束集束用コアを、コア61とコア62とに分
割する。その中間に、非磁性材層63を挟んで、３層構造
にする。コイル22,23より発生する磁力線は、磁束集束
用コア61,62の何れか近い方を経て、筐体52を通過する
ようになる。そのため、磁力線の損失が極めて少なく、
かつ磁束集束用コアは小型となって、装置を軽量にでき
る。

【００５３】上記のように、本発明の第５の実施の形態
では、磁気駆動装置の磁束集束用コアを、軸方向の中間
に非磁性材料層を挟んだ３層構造としたので、装置を小
型軽量にできる。

【００５４】（第６の実施の形態）本発明の第６の実施
の形態は、２つのコイルの組の両サイドに磁束集束用コ
アを付けた磁気駆動装置である。

【００５５】図10は、本発明の第６の実施の形態におけ
る磁気駆動装置の構成を示す縦断面図である。図10
（ａ）は、２つのコイルの組の両端側の磁束を収束する
ための平板ドーナツ状の強磁性体の磁束集束用コアを設
けた磁気駆動装置の構成を示す縦断面図である。図10
（ｂ）は、２つのコイルの組の両端側の磁束を収束する
ための円板状の強磁性体の磁束集束用コアを設けた磁気
駆動装置の構成を示す縦断面図である。図10（ｃ）は、
２つのコイルの組の中間と両端側の磁束を収束するため
の平板ドーナツ状の強磁性体の磁束集束用コアを設けた
磁気駆動装置の構成を示す縦断面図である。図10（ｄ）
は、駆動部の長さの制限を説明する図である。図10にお
いて、磁束集束用コア21は、２つのコイルの外側の磁束
を収束するための平板ドーナツ状または円板状の強磁性
体コアである。その他の構成は第１の実施の形態と同じ
である。

【００５６】図11は、本発明の第６の実施の形態におけ
る磁気駆動装置の動作を示す動作遷移図である。図11
（ａ）は、コイルに電流を流していなくて、駆動部の永
久磁石がコイルの左側にある状態を示す図である。図11
（ｂ）は、コイルに右駆動電流を流し始めた状態を示す
図である。図11（ｃ）は、コイルに右駆動電流を流して
から、駆動部の永久磁石がコイルの右側に来て止まった
状態を示す図である。

【００５７】上記のように構成された本発明の第６の実
施の形態における磁気駆動装置の動作を説明する。図10
（ａ）に示すように、２個の空芯のコイル22,23を、軸
を一致させて直線状に並べて、相反する方向の磁界を発
生させる。強磁性材料で形成した孔あきの磁束集束用コ
ア21を、２個のコイル22,23の組の両端に設ける。永久
磁石を２個のコイル22,23の内側に通して、駆動部26と
する。コイル１つに対して１つの磁束集束用コアを、コ
イルの組の両端側に付け、各々のコイルで発生させた磁
界を、磁束集束用コア21で集中的に集め、その磁力を永
久磁石の駆動部26に作用させる。

【００５８】図10（ｂ）に示す構成の磁気駆動装置で
は、穴あきでない円板状の磁束集束用コア21を、２個の
空芯のコイルの組の両端に設けた。磁束集束用コア21の
形状を、リング形状ではなく、円板型とすることで、磁
束集束用コア21と駆動部26の永久磁石との間の距離を狭
めて、磁気抵抗を小さくしている。永久磁石の駆動部26
と磁束集束用コア21との間には、スプリング47が設けて
ある。そのため、駆動部26は、非動作時には中央部に安
定して停止している。図10（ｃ）に示す構成の磁気駆動
装置では、磁束集束用コア21を、２個の空芯のコイル2
2,23の組の中間にも設けた。コイル間に磁気分離板とし
ての磁束集束用コア21を付加したので、動作効率が上が
る。

【００５９】これらの構成においては、駆動部26の永久
磁石の長さに制限がある。図10（ｄ）に示すように、コ
イルの組の両サイドの磁束集束用コア21に被らない長さ
までが、駆動部26の永久磁石の長さの上限になる。永久
磁石が両磁束集束用コア21に被るような長さでは動作し
ない。

【００６０】図11を参照しながら、磁気駆動装置の動作
を説明する。図11の動作遷移図に示すように、磁束集束
用コア21に集めた磁力線で、駆動部26の永久磁石を反発
／吸引する。コイルに電流が流れていなくて、駆動部26
が図11（ａ）の左側にある状態では、左側の磁束集束用
コア21は、駆動部26の永久磁石により、図11（ａ）に示
すように、内側がＳ極で外側がＮ極となっている。右側
の磁束集束用コア21は、内側がＮ極で外側がＳ極となっ
ている。駆動部26の左端は、磁束集束用コア21の内側と
対向した位置にあり、安定して停止している。

【００６１】図11（ｂ）に示すように、コイル22,23に
電流を流して磁界を発生させると、左側の磁束集束用コ
ア21は、コイル22の磁界により、当初の磁化方向とは反
対方向に磁化される。コイル22の磁界による磁化は、永
久磁石による磁化より大きいから、磁束集束用コア21の
極性は反転して、図11（ａ）に示す極性とは逆になる。
右側の磁束集束用コア21は、コイル23の磁界により、当
初の磁化方向と同じ方向に強く磁化される。駆動部26の
右側のＳ極は、右側の磁束集束用コア21の内側のＮ極と
極性が反対であり、強く吸引し合うから、駆動部26は、
図の右方向への移動を開始する。

【００６２】駆動部26が右側に移動して、駆動部26の右
側のＳ極が、右側の磁気収束用コア21の内側のＮ極と対
向する位置に来ると、両磁極は互いに吸引し合い停止し
て、図11（ｃ）に示す状態になる。図11（ｃ）に示す状
態において、コイルの磁界を反転させるように、電流の
向きを反転させると、磁束集束用コア21の磁極が反転し
て、駆動部26には左方向への駆動力が作用して、駆動部
26は、図11（ｂ）に示す位置へ移動する。このとき、磁
束集束用コア21の極性は、図11（ｂ）に示す極性とは逆
になっている。

【００６３】上記のように、本発明の第６の実施の形態
では、磁気駆動装置を、２つのコイルの組の両サイドに
磁束集束用コアを付けた構成としたので、効率的に永久
磁石を駆動することができる。

【００６４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では、磁気駆動装置を、強磁性材料で形成した孔あき磁
束集束用コアと、磁束集束用コアの孔と略同じ内径であ
り相反する方向の磁界を発生させるように軸を一致させ
て磁束集束用コアを間に挟んで直線状に並べた２個の空
芯コイルと、空芯コイル内に挿通した永久磁石の駆動部
とを具備する構成としたので、２個の空芯コイルからの
駆動力を加算でき、同じ駆動力を得るための装置を従来
の装置より小型とすることができるという効果が得られ
る。すなわち、磁束集束用コアを空芯コイルに付加した
ので、コイルによる磁力線を収束して、駆動部となる永
久磁石に強い駆動力を与えることができる。したがっ
て、小型であっても強力な駆動力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における磁気駆動装
置の基本的構成を示す縦断面図、

【図２】本発明の第１の実施の形態における磁気駆動装
置の動作説明用の縦断面図、

【図３】本発明の第１の実施の形態における磁気駆動装
置のコイル駆動回路図、

【図４】本発明の第２の実施の形態における磁気駆動装
置を用いた空気ポンプの基本的構成を示す縦断面図、

【図５】本発明の第２の実施の形態における磁気駆動装
置のコイル駆動回路図、

【図６】本発明の第３の実施の形態における磁気駆動装
置の構成を示す縦断面図、

【図７】本発明の第４の実施の形態における磁気駆動装
置の構成を示す縦断面図、

【図８】本発明の第４の実施の形態における磁気駆動装
置の別の構成を示す縦断面図、

【図９】本発明の第５の実施の形態における磁気駆動装
置の構成を示す縦断面図、

【図１０】本発明の第６の実施の形態における磁気駆動
装置の構成を示す縦断面図、

【図１１】本発明の第６の実施の形態における磁気駆動
装置の動作を示す動作遷移図、

【図１２】従来の磁気駆動装置の構成を示す縦断面図、

【図１３】従来の複数コイルの磁気駆動装置の構成を示
す縦断面図である。

【符号の説明】

11 コイル 12 コイルボビン 13 アーマチュア 14 ヨーク 15 ヨーク蓋 16 駆動用シャフト 17 スプリング 18 アーマチュア受部 21 磁束集束用コア 22,23 コイル 24,25 コイルボビン 26 駆動部 27 電源端子 28,29 磁性材 30 保持筒 31〜34 トランジスタ 35 電源 36 接地 41 永久磁石 42 ダイヤフラム 43 吸気弁 44 空気吸入口 45 排気弁 46 空気排出口 47 スプリング 48 トランジスタ 50 接触位置 51,52 筐体 61,62 磁束集束用コア 63 非磁性材層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強磁性材料で形成した孔あきの磁束集束
用コアと、前記磁束集束用コアの孔と略同じ内径であり
相反する方向の磁界を発生させるように軸を一致させて
前記磁束集束用コアを間に挟んで直線状に並べた２個の
空芯コイルと、前記空芯コイル内に挿通した永久磁石の
駆動部とを具備することを特徴とする磁気駆動装置。
【請求項２】前記２個の空芯コイルの巻回数を等しく
したことを特徴とする請求項１記載の磁気駆動装置。
【請求項３】前記磁束集束用コアの外径を前記空芯コ
イルの外径より大きくしたことを特徴とする請求項１ま
たは２記載の磁気駆動装置。
【請求項４】前記空芯コイルに、繰り返し周波数が一
定なパルス電流を流して駆動することを特徴とする請求
項１〜３のいずれかに記載の磁気駆動装置。
【請求項５】前記空芯コイルに、可変繰り返し周波数
のパルス電流を流して駆動することを特徴とする請求項
１〜３のいずれかに記載の磁気駆動装置。
【請求項６】前記永久磁石の駆動部の端に、前記永久
磁石より軸方向の長さが短い強磁性体を付加したことを
特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の磁気駆動装
置。
【請求項７】強磁性材料で形成した孔あきの磁束集束
用コアと、前記磁束集束用コアの孔と略同じ内径であり
相反する方向の磁界を発生させるように軸を一致させて
前記磁束集束用コアを間に挟んで直線状に並べた２個の
空芯コイルと、前記空芯コイル内に挿通した永久磁石の
駆動部と、前記駆動部側とは反対側の箇所において前記
磁束集束用コアに接触して前記磁束集束用コアと前記空
芯コイルとを取り囲む強磁性材料で構成された筐体とを
具備することを特徴とする磁気駆動装置。
【請求項８】前記磁束集束用コアと前記筐体は、強磁
性材料により一体化して形成されていることを特徴とす
る請求項７記載の磁気駆動装置。
【請求項９】前記磁束集束用コアを、軸方向の中間に
非磁性材料層を挟んだ３層構造としたことを特徴とする
請求項７記載の磁気駆動装置。
【請求項１０】強磁性材料で形成した孔あき磁束集束
用コアと、前記磁束集束用コアの孔と略同じ内径であり
相反する方向の磁界を発生させるように軸を一致させて
直線状に並べた２個の空芯コイルと、前記空芯コイル内
に挿通した永久磁石の駆動部とを具備し、前記磁束集束
用コアを前記２個の空芯コイルの組の両端に設けたこと
を特徴とする磁気駆動装置。
【請求項１１】前記磁束集束用コアを、前記２個の空
芯コイルで挟まれる位置にも設けたことを特徴とする請
求項１０記載の磁気駆動装置。
【請求項１２】強磁性材料で形成した円板状の磁束集
束用コアと、相反する方向の磁界を発生させるように軸
を一致させて直線状に並べた２個の空芯コイルと、前記
空芯コイル内に挿通した永久磁石の駆動部とを具備し、
前記磁束集束用コアを前記２個の空芯コイルの組の両端
に設けたことを特徴とする磁気駆動装置。