JP2006081243A - リニアアクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 コイル6を、その励磁機能を保持するよう分割して設ける一方、該分割コイル6a、6b間に、固定子マグネット8とヨーク2とを結ぶ磁路体7を設け、固定子マグネット8の磁力を磁路体7を介してヨーク2に直接的に伝達すべく構成する。
【選択図】 図1
Description
ところで従来、特表平8−510361号公報に開示されたものの如く、断面略凹状のヨーク内中央に、コイルと共に固定子マグネット(永久磁石)を配設し、この固定子マグネットと略同幅の可動子を、ヨーク内に嵌装させ、ヨークの両磁極片との間において、それぞれ1mm幅の傾斜状磁極間隙を形成させて、軸方向に2mmの短ストロークをもって連続振幅するようにしたものが知られている。
しかも、通電により図4(A)の如く磁極片Y3の極を励磁すると、磁極片Y2では固定子マグネットMの磁気力が作用し、磁極片Y3ではコイルCによる磁気推力Fが作用し、それぞれ背反方向に流れる2つの磁界(磁束ループ)が生成されてしまうばかりか、各ループ曲線が可動子Kの移動に伴って変化し磁極片Y3に集成させることが難しい。このため、無励磁状態で磁極片Y2に強い磁気力をもって磁着された可動子Kを、図4(B)の如く通電電流により発生する磁気推力Fをもって引き離し、図4(C)の如く磁極片Y3に移動するには、コイルCの起磁力を、固定子マグネットMの強い磁力に勝る磁力をもって励磁する必要が生じることから、コイルスペースを大きく取ってコイルCの捲線数を多くしなければならないという問題がある。
その結果、磁極間隙を大きく(5〜30mm程度)設定して長ストロークを振幅することが困難となるばかりか、前記高価な固定子マグネットMを要することと相俟って、装置のコンパクト化を図ることが難しく、装置自体が大型化し、安価に製作することができず、その用途範囲も限られたものとなっていた。
なお、2系統の回路によらず分割コイル6aと6bを直列に接続した1系統の回路であっても良く、ユニポーラ駆動用のバイファイラー捲線(2重巻き)等の所定の捲線を施しても良い。
また、ヨーク2は、前記磁路体7の配設部位で子ヨーク2aと2bとに分割して形成されている。なお、磁極片21,22を1片にて形成させたが、ヨーク側部から下方に延出させた逆L字状の2片として入隅部を形成しても良い。
しかしながら、停止位置となる子ヨーク2a側では、固定子マグネット8による磁気力を打ち消すコイル励磁がなされるが、固定子マグネット8の磁気力が励磁力よりも勝り、相殺結果による磁気力>励磁力が、磁極片21において(N>S)極となり磁束ループΦ1aとして残るとともに、磁路部材71が(S>N)極となって磁路部材71から直接可動子5の中央面部に流れる新たな磁束ループΦ1bが生成される。この磁束ループΦ1bは、固定子マグネット8の磁気力そのそものが励磁力によって消失してしまうことはなく、励磁力より打ち消された磁気力が磁束ループΦ1aへ流れることを抑止され、行き場を失った結果生成されたものとものと推認されるが、中央部に生成される磁束ループΦ1bには可動子5を子ヨーク2a側に自己保持する吸着磁力を殆ど有しない。
この様に初期推力が与えられた可動子5が中間地点を過ぎると、磁束ループΦ1a、Φ1bは略消失し、図3(C)に示すように磁束ループΦ2のみが作用し、強く吸着しされた可動子5を、推力がゼロとなる前記ストロークS2端で移動停止させることができる。なお、停止保持機能を主体とする磁束ループΦ2が固定子マグネット8の磁気力だけでは充分に停止保持できない場合、例えば、バルブ制御において閉弁時に保持力が要求されるものや、連続振幅を必要としないものなどでは、分割コイル6bへの励磁を継続行うことが可能となり、従来の1コイル構造のものに比し励磁に要する消費電力を軽減でき、用途や目的に応じた使用が行え、応用範囲を拡大し得る利点がある。
また、コイル6の通電方向を逆にするとヨーク2の極に励起される磁極が逆になり、可動子5は逆方向に移動し、この通電方向の切替により可動子5は軸方向に往復運動し、前記ストッパー9の使い分けや通電電流の制御により移動ストロークを設定し必要振幅を得ることができる。
さらに、捲線数の多いコイルを用いる必要が無く安価なものを採用でき、従来の如く可動子をヨーク内に嵌装して磁力伝達面を形成するための磁極間隙を設ける必要が無く、装置全体をコンパクトなものとし得るばかりか、各分割コイル6a、6b毎に通電制御ができ、同期励磁は勿論、強弱を含む異相励磁や1コイルのみの励磁などが行えるようになり、励磁による停止位置保持に要する消費電力の軽減や、可動子5への強力な磁気推力の伝達移行が可能となり、短ストロークだけでなく長ストロークにおける用途に応じた移動ストロークに調整設定して提供することができる。
したがって、ヨーク2を、子ヨーク2aと2bにより対称に成型させて、それぞれに分割コイル6a、6bやストッパ9などの部品を組付けておき、一方の子ヨークの磁路部材に固定子マグネット8を接着して、可動子5を挿入した後、他方の子ヨークを接合する組み付け構成とすることができ、従来、特許文献1に開示された如く、ヨークの筒状胴部の両側を蓋体の如き固定ステータにより構成して、コイルCや固定子マグネットMを内部に納め、かつ、固定ステータや固定子マグネットMを取着するため取着部材を用いてアクチュエータを製作していたものに比し、部品点数の削減と組み付け工数や構成が簡略化され、薄鋼板のプレス成形で製作されるPM型のステッピングモータの製作と略同等の工程にて製作することができる。その結果、量産化が難しいとされたこの種アクチュエータを、精度良く製作できる。これにより、可動子5を強い往復駆動力により連続的に振幅させる構成上、衝撃振動に耐える製品性能を備える要求にも応えることができ、例えば、エアコンプレッサーのピストン駆動などの一般的な耐久性(約100万回程度)は勿論、パチンコ発射機などの特殊な耐久性(約5千万回程度)にも対応できる高精度の構造にて製作することができる。
また、前記磁極片21(22)は、前記固定子マグネット8と略面一となる内側に折曲した磁極片と、前記可動子の側面部と対面する磁極片との2片で構成されているので、逆L字状の磁極片が入隅部として機能し、可動子5の停止位置では、当該入隅部に入り込んだ可動子5の角部(出隅部)に対して、入隅部に磁束密度を集成させて、角部を中心とした2面に対する磁力伝達が図られて強力に自己保持することができる一方、移動側となる可動子5の角部に対して、前記内側に向く磁極片のみに磁束密度を結集して吸引磁力を伝達して移動推力Fを与えることができる。
2 ヨーク
2a 子ヨーク
2b 子ヨーク
21 磁極片
22 磁極片
3 フランジ
4 軸受け
5 可動子
51 軸部
6 コイル
6a 分割コイル
6b 分割コイル
61 コイルボビン
7 磁路体
71 磁路部材
72 磁路部材
8 固定子マグネット
9 ストッパ
Φ1 磁束ループ
Φ1a 磁束ループ
Φ1b 磁束ループ
Φ2 磁束ループ
F 磁気推力
S1 可変ストローク
S2 最大ストローク
Claims (8)
- ヨーク内にコイルと共に設けられる固定子マグネットに対向して可動子を設け、コイルへの正逆切り替え通電により、前記ヨークの両磁極片をそれぞれS極またはN極に励磁し、可動子に推力を与えて往復駆動すべく構成されたリニアアクチュエータであって、前記コイルを、その励磁機能を保持するよう分割して設ける一方、該分割コイル間に、固定子マグネットとヨークとを結ぶ磁路体を設け、固定子マグネットの磁力を磁路体を介してヨークに伝達すべく構成したことを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項1において、前記磁路体は、前記両磁極片間に形成される中ヨークとして、コイルへの通電により両磁極片と共に所定磁極に励磁すべく構成されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項1または2において、前記ヨークは、前記磁路体部位で分割すべく構成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項1乃至3の何れかにおいて、前記磁路体は、前記ヨークを、一方の磁極片側と他方の磁極片側とを背反的に組み付け可能に2部材で構成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項1乃至4の何れかにおいて、前記磁路体は、前記固定子マグネットの装着部材に兼用されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項1乃至5の何れかにおいて、前記各コイルは、独立して通電制御可能に構成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項1乃至6の何れかにおいて、前記可動子は、移動方向における前記固定子マグネットの長さ幅と、移動ストロークとを加算した長さ幅に設定されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項1乃至7の何れかにおいて、前記磁極片は、前記固定子マグネットと略面一となる内側に折曲した磁極片と、前記可動子の側面部と対面する磁極片との2片で構成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
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