JP2006288166A - 双方向の電磁駆動力を利用したアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 バネ力などの機械的な駆動力を用いることに起因する不具合の無いアクチュエータを提供する。
【解決手段】 アクチュエータ１００は、磁石２００と、磁石２００に対して反対向きの電磁駆動力を同時に印加する第１及び第２のコイル１００Ａ１，１００Ａ２とを備える。アクチュエータの制御装置は、第１及び第２のコイルへの電流量を調整して、磁石と第１及び第２のコイルとの間に反対向きの電磁駆動力を同時に印加し、これによって、磁石と第１及び第２のコイルの相対位置の制御を行う。
を備える
【選択図】 図１

Description

この発明は、電磁駆動力を利用したアクチュエータに関する。

位置制御を行うアクチュエータとしては、バネ力と電磁駆動力とを併用したものがしばしば用いられている（例えば特許文献１，２）。

特開２００２−９０７０５号公報 特開２００４−２６４８１９号公報

しかし、バネ力は位置によって決まってしまうので、同じ位置で強弱を制御することができない。このため、移動速度を調整できない点などの使用勝手の悪さがあるという問題があった。また、バネ力は温度によってもかなり変わるので、環境温度によって動作が変わってしまうという問題があった。

本発明は、バネ力などの機械的な駆動力を用いることに起因する不具合の無いアクチュエータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、電磁駆動力を利用したアクチュエータであって、
磁石と、
前記磁石に対して反対向きの電磁駆動力を同時に印加する第１及び第２のコイルと、
前記第１及び第２のコイルへの電流量を調整して前記磁石と前記第１及び第２のコイルとの間に反対向きの電磁駆動力を同時に印加し、これによって、前記磁石と前記第１及び第２のコイルの相対位置の制御を行う制御装置と、
を備えることを特徴とする。

このアクチュエータでは、第１と第２のコイルが磁石に対して反対向きの電磁駆動力を同時に印加するので、バネ力などの機械的な駆動力を用いることに起因する不具合の無いアクチュエータを提供することができる。

前記アクチュエータは、前記磁石と前記第１及び第２のコイルの相対位置の変化方向に沿って機械的に駆動力を付与する機構を有しておらず、前記磁石と前記第１及び第２のコイルとの間の電磁駆動力のみによって前記相対位置の制御を行うことが好ましい。

前記第１及び第２のコイルは、前記磁石を挟んだ両側に配置されているものとしてもよい。

この構成では、アクチュエータの相対位置の方向に沿ったサイズを小さくすることができる。また、磁石の両側の磁束密度を両方とも利用できるので、強い駆動力を生じさせることが可能である。

あるいは、前記第１及び第２のコイルは、前記磁石から見て一方の側に配置されているようにしてもよい。

この構成では、アクチュエータの相対位置とは直交する方向に沿ったサイズを小さくすることができる。

前記磁石は、前記第１と第２のコイルの間の範囲のみで往復移動するようにしてもよい。

この構成では、位置制御を容易を行うことができる。

前記反対向きの電磁駆動力は、双方共に吸引力であるか、又は、双方共に反発力であるものとすることができる。

また、前記制御装置は、
前前磁石と前記第１及び第２のコイルとの間の相対位置と、前記第１及び第２のコイルへの電流量との関係を予め記憶しており、
前記磁石と前記第１及び第２のコイルとの間の相対位置の指令値に応じて前記第１及び
への電流量を決定するオープンループ制御を行うものとしてもよい。

あるいは、前記制御装置は、
前前磁石と前記第１及び第２のコイルとの間の相対位置を検出するための位置センサを有しており、
前記磁石と前記第１及び第２のコイルとの間の相対位置の指令値と、前記位置センサで測定された実測位置とに応じて、前記第１及び第２のコイルへの電流量を決定するフィードバックループ制御を行うものとしてもよい。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、アクチュエータ（駆動装置）、アクチュエータのための制御装置、それらの装置の駆動方法等の態様で実現することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A．第１実施例：
B．第２実施例：
C．第３実施例：
D．第４実施例：
E．第５実施例：
F．適用例：
G．変形例

A．第１実施例：
図１（Ａ）は、第１実施例のアクチュエータ１００の構成を示す側面図である。このアクチュエータ１００は、第１のコイル１００Ａ１と、第２のコイル１００Ａ２と、磁石２００とを有している。以下では第１と第２のコイル１００Ａ１，１００Ａ２を、「Ａ１相コイル」、「Ａ２相コイル」とも呼ぶ。コイル１００Ａ１，１００Ａ２は、支持材１２１，１２２上にそれぞれ固定されており、磁石２００を挟んで対向している。支持材１２１，１２２は、非磁性で非導電性の材料で形成されていることが好ましい。この理由は、鉄損を低減できるのでエネルギ効率が向上し、また、磁石２００と支持材１２１，１２２との間に無用な磁力が発生するのを防止することができるので、位置制御が容易になるからである。なお、２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２の位置は、磁石２００の移動方向（図中の左右方向）の異なる位置に配置されている。より具体的に言えば、図１（Ａ）の２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２は、移動方向に沿ったコイル幅の半分だけ互いにずれた位置に配置されている。

なお、第１実施例ではコイル１００Ａ１，１００Ａ２が固定されていて磁石２００が移動するものとしているが、この代わりに、磁石２００が固定されていてコイル１００Ａ１，１００Ａ２が移動するようにアクチュエータを構成することも可能である。一般には、コイル１００Ａ１，１００Ａ２と磁石２００との相対位置が変化するようにアクチュエータを構成することが可能である。

磁石２００は、主磁石２１０と、その両側に配置された副磁石２２０，２３０とを有している。これらの磁石はいずれも永久磁石で構成されている。主磁石２１０と２つの副磁石２２０，２３０は、いずれの図の上下方向に着磁されているが、着磁方向は主磁石２１０と副磁石２２０，２３０とでは反対である。

主磁石２１０の移動方向に沿った幅は、コイル１００Ａ１，１００Ａ２の幅と等しい値に設定されている。図１の例では副磁石２２０，２３０の移動方向に沿った幅は主磁石２１０の幅よりも小さいが、主磁石２１０と同じ幅に設定してもよい。また、副磁石２２０，２３０は省略してもよく、磁石２００に複数の主磁石２１０を設けても良い。さらに、第１と第２のコイル１００Ａ１，１００Ａ２としてそれぞれ複数のコイルを設けても良い。すなわち、一般に、第１と第２のコイル１００Ａ１，１００Ａ２（「第１のコイル構造」、「第２のコイル構造」ともも呼ぶ）は１つ以上のコイルをそれぞれ有していればよく、磁石２００（「磁石構造」とも呼ぶ）は１つ以上の磁石を有していればよい。

なお、第１実施例のアクチュエータ１００は、後述するようにオープンループ制御用であり、位置センサを備えていない点に特徴がある。

図１（Ｂ）は、アクチュエータ１００の平面図の一例を示している。この例では、コイル１００Ａ１の外周の幅が、磁石２００の外周の幅とほぼ一致している。但し、磁石２００の寸法を、コイル１００Ａ１よりも小さくすることが可能であり、逆にコイル１００Ａ１よりも大きくすることも可能である。第２のコイル１００Ａ２も第１のコイル１００Ａ１と同じ寸法・形状を有しているが、図１（Ｂ）では磁石２００の下に隠れており、図中には現れていない。図１（Ｃ）は、アクチュエータ１００の平面図の他の例を示している。この例では、図１（Ｂ）の例よりもコイル１００Ａ１，１００Ａ２の縦幅（図中の上下方向の寸法）が大きく設定されている。図１（Ｂ）の例では、全体の寸法をやや小さくできるという利点がある。一方、図１（Ｃ）の例では、コイル１００Ａ１，１００Ａ２に対して移動方向以外の方向に掛かる無用な力が小さくなるという利点がある。すなわち、コイル１００Ａ１の中で、磁石２００の外にあるコイル部分１０１ａ，１０１ｂには移動方向の力が掛かず、移動方向と垂直な方向に力が掛かる。従って、これらのコイル部分１０１ａ，１０１ｂを磁石２００の直下をはずれた位置に配置すれば、これらのコイル部分１０１ａ，１０１ｂにおける磁束密度が小さくなるので、このような無駄な力を小さくすることができる。

図２は、第１実施例のアクチュエータの動作を示す説明図である。図２（Ａ）は、磁石２００が左端位置にある状態を示している。このとき、第１のコイル１００Ａ１に電流が流れており、磁石２００（主に主磁石２１０）と第１のコイル１００Ａ１との間に吸引力（実線の矢印で示す）が発生している。一方、第２のコイル１００Ａ２への電流の供給は停止されている。

図２（Ｂ）は、磁石２００が中央位置にある状態を示している。このとき、第１と第２のコイル１００Ａ１，１００Ａ２には等しい電流が流れており、磁石２００と第１のコイル１００Ａ１との間の吸引力／反発力と、磁石２００と第２のコイル１００Ａ２との間の吸引力／反発力とがバランスしている。従って、この状態において磁石２００の位置が保持される。なお、図中において、吸引力は実線の矢印で示されており、反発力は破線の矢印で示されている。

図２（Ｃ）は、磁石２００が右端位置にある状態を示している。このとき、図２（Ａ）とは反対に、第２のコイル１００Ａ２に電流が流れており、第１のコイル１００Ａ１への電流の供給は停止されている。

なお、図２（Ｂ）から理解できるように、左端位置と右端位置以外の位置では２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２の両方に電流が供給され、その電流値を調整することによって磁石２００と、第１及び第２のコイル１００Ａ１，１００Ａ２との間の相対位置を調整することができる。

図３は、第１実施例のアクチュエータ１００用の制御装置４００のブロック図である。この制御装置４００は、変位司令部４１０と、変位制御部４２０と、２つのＰＷＭ信号生成部４３１，４３２と、２つのバッファ部４４１，４４２とを備えている。なお、本明細書において、「変位」は、「位置」又は「相対位置」と同じ意味で使用されている。

変位司令部４１０は、ユーザの変位指令値θｉを受けて変位制御部４２０にその変位指令値θｉを供給する。変位制御部４２０は、変位指令値θｉとコイル１００Ａ１，１００Ａ２の電流量との関係を示す変位量テーブル４２２を有しており、入力された変位指令値θｉをコイル１００Ａ１，１００Ａ２の電流量に変換して出力する。２つのＰＷＭ信号生成部４３１，４３２は、変位制御部４２０から指示されたコイルの電流量に応じて、Ａ１相及びＡ２相のためのＰＷＭ信号を生成する。このＰＷＭ信号は、コイルの電流量に比例するデューティ比を有する信号である。このようなＰＷＭ信号としては、正弦波を模擬したものでは無く、単に矩形波のデューティ比を変更するタイプのＰＷＭ信号を使用可能である。なお、ＰＷＭ方式以外の駆動信号生成回路を利用してもよい。バッファ部４４１，４４２は、ＰＷＭ信号生成部４３１，４３２から供給されたＰＷＭ信号を、コイル１００Ａ１，１００Ａ２に印加するのに適した電圧に昇圧するための昇圧回路である。こうして生成された駆動信号ＤＲＡ１，ＤＲＡ２は、２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２にそれぞれ供給される。

図４は、変位量テーブル４２２の内容の一例を示すグラフである。横軸は変位θｉであり、縦軸はコイルの電流量Ｉである。Ａ１相コイル１００Ａ１の電流値Ｉ１は、左端位置で最大であり、右端位置では０となる。Ａ２相コイル１００Ａ２の電流値Ｉ２は、この逆である。また、中央位置では２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２の電流値Ｉ１，Ｉ２は等しい。なお、２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２の電流値Ｉ１，Ｉ２の相対比が同じであれば、磁石２００を同じ位置に保持することができる。従って、２つの電流値Ｉ１，Ｉ２の比を目標位置に適した目標値に維持したまま、電流値Ｉ１，Ｉ２の絶対値を高く設定すれば、より早く目標位置に到達させることが可能である。逆に、電流値Ｉ１，Ｉ２の絶対値を低く設定すれば、より緩やかに目標位置に到達させることが可能である。例えば、変位司令部４１０がユーザから移動速度の指示を受け、変位制御部４２０がこの指示に応じて電流値Ｉ１，Ｉ２の絶対値を調整するようにしてもよい。

以上のように、第１実施例のアクチュエータ１００は、バネのように移動方向に沿って機械的に駆動力を付与する機構を有しておらず、磁石と２つのコイルとの間に発生する反対向きの電磁駆動力を利用して相対位置の制御を行っている。従って、バネ力を利用するアクチュエータに発生する不具合が無く、電磁駆動力のみによって位置制御を行うことが可能である。

B．第２実施例：
図５は、第２実施例のアクチュエータ１００ａの構成を示す側面図である。このアクチュエータ１００ａは、図１に示した第１実施例のアクチュエータ１００に、位置センサ１１０を追加したものである。第２実施例では、この位置センサ１１０を利用したフィードバック制御（「オープンループ制御」とも呼ぶ）を行う。なお、第２実施例のアクチュエータ１００ａの移動の様子は、図２に示した第１実施例のものと同じなので省略する。

図６は、第２実施例のアクチュエータ１００ａ用の制御装置４００ａのブロック図である。この制御装置４００ａは、変位制御部４２０ａの構成が図３に示した変位制御部４２０と異なっている。第２実施例の変位制御部４２０ａは、変位量テーブル４２２に加えて補正量テーブル４２４を有している。補正量テーブル４２４は、変位指令値θｉと、位置センサ１１０で検出された変位測定値θｍとの偏差に応じた電流補正量を格納したテーブルである。

図７は、変位制御部４２０ａの内部構成を示している。変位制御部４２０ａは、２つのテーブル４２２，４２４の他に、減算器４５０と、２つの加算器４６１，４６２とを有している。減算器４５０は、変位指令値θｉと変位測定値θｍの偏差Δθ（＝θｉ−θｍ）を算出する。補正量テーブル４２４は、この偏差Δθに応じてＡ１相とＡ２相の電流補正量Ｋ１，Ｋ２を出力する。

図８は、位置センサ１１０の出力特性の一例を示している。本実施例では、位置センサ１１０として磁気センサを用いている。位置センサ１１０の出力は、磁石２００と２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２との間の相対位置θ（図５参照）に応じて直線的に変化する。具体的には、左端位置ではセンサ出力は０［Ｖ］であり、右端位置ではＶｃｃ［Ｖ］である。なお、位置センサ１１０として磁気センサを用いれば、光学式エンコーダなどの他の種類の位置センサを利用する場合に比べて装置構成を単純化することができる。

図９は、補正量テーブル４２４の内容の一例を示すグラフである。横軸は変位の偏差Δθであり、縦軸は電流補正量Ｋである。偏差ΔθがマイナスのときにはＡ１相コイル１００Ａ１の電流補正量Ｋ１はプラスの値を取り、偏差Δθがプラスのときには電流補正量Ｋ１はマイナスの値を取る。Ａ２相コイル１００Ａ２の電流補正量Ｋ２は、この逆である。補正量テーブル４２４の特性は、図４に示した変位量テーブル４２２の特性と調和している。すなわち、変位量テーブル４２２によれば、実際の変位（θｍ）が目標値（変位指令値θｉ）よりも小さいとき（すなわちΔθがプラスのとき）には、Ａ１相コイルの電流値Ｉ１はより小さくすべきなので、その電流補正量Ｋ１はマイナスの値となる。一方、実際の変位が目標値よりも大きいとき（Δθがマイナスのとき）には、Ａ１相コイルの電流値Ｉ１はより大きくすべきなので、その電流補正量Ｋ１はプラスの値となる。Ａ２相コイルの電流値はこれとは逆に傾向になる。図８の補正量テーブル４２４は、このような関係を表したものであることが理解できる。

なお、図９の補正量テーブル４２４の特性は、偏差Δθが０付近において、偏差Δθの変化に比べて補正量Ｋの変化が小さい曲線的な特性（３次以上の奇次数の曲線で近似される特性）を示している。このような曲線的特性を採用すれば、変位が指令値θｉに近いところで滑らかに相対位置が変わるような制御を実現することができる。但し、直線的な補正量特性を採用することも可能である。

加算器４６１，４６２（図７）は、変位量テーブル４２２から出力される電流値Ｉ１，Ｉ２と電流補正量Ｋ１，Ｋ２とをそれぞれ加算することによって電流指令値ＰＷＭＡ１，ＰＷＭＡ２を生成し、ＰＷＭ信号生成部４３１，４３２に供給する。この結果、変位指令値θｉ及び偏差Δθに応じたデューティ比を有するＰＷＭ信号が２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２に供給されて位置制御が実現される。

なお、図７のように変位量テーブル４２２と補正量テーブル４２４とを用いたフィードバック制御の代わりに、変位の偏差Δθのみに基づくＰＩ制御又はＰＩＤ制御を行うフィードバック制御を利用するようにしてもよい。

このように、第２実施例では、位置センサ１１０を利用したフィードバック制御を行うので、磁石２００と２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２との間の相対位置をより正確に制御することが可能である。

C．第３実施例：
図１０は、第３実施例のアクチュエータ１００ｂの構造と動作を示す説明図である。第３実施例のアクチュエータ１００ｂは、図５に示した第２実施例のアクチュエータ１００ａの２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２の間隔をより広くしたものに相当する。より具体的に言えば、第３実施例のアクチュエータ１００ｂでは、平面図で見たときに２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２が重ならない位置に設けられている。なお、図５と図１０から理解できるように、２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２の相対位置には任意性があり、平面図で見たときに２つのコイル同士の中心が一致しないような相対位置に配置することが可能である。

図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示した移動の様子は、図２に示した第１実施例における移動の様子とほぼ同じである。従って、第３実施例のようにコイル同士の間隔が広い場合にも、第１、第２実施例と同様に位置制御を行うことが可能である。なお、第３実施例のアクチュエータ１００ｂは、第２実施例と同様に位置センサ１１０を有しているので第２実施例と同じフィードバック制御が利用される。この代わりに、位置センサ１１０を省略して第１実施例と同様なオープンループ制御を行うようにしてもよい。

D．第４実施例：
図１１は、第４実施例のアクチュエータ１００ｃの構成を示す側面図である。このアクチュエータ１００ｃは、２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２が磁石２００ａの片側に設けられた片側構造を有している。この点は、図１に示した第１実施例のアクチュエータ１００が、両面構造（磁石２００の両側にコイル１００Ａ１，１００Ａ２が分かれている構造）を採用していた点との大きな差異である。２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２の間には、位置センサ１１０が設けられているので、フィードバック制御を行うことが可能である。但し、第１実施例と同様のオープンループ制御を行うようにしても良い。

第４実施例のアクチュエータ１００ｃの磁石２００ａは、２つの主磁石２１１，２１２を有している。第１の主磁石２１１は、主に第１のコイル１００Ａ１との間で吸引力又は反発力を及ぼし合う。一方、第２の主磁石２１２は、主に第２のコイル１００Ａ２との間で吸引力又は反発力を及ぼし合う。第４実施例では、磁石２００ａの裏側（コイルとは反対側）に、磁性体で構成されたヨーク材２２１が設けられている点にも特徴がある。このようなヨーク材２２１を設けることによって、磁石２００ａのコイル１００Ａ１，１００Ａ２と面した側における磁束密度を高めることができる。なお、前述した第１ないし第３実施例では、両面構造を採用していたので、このようなヨーク材２２１は不要である。

図１２は、第４実施例のアクチュエータ１００ｃの動作を示す説明図である。図１２を前述した図２及び図１０と比較すれば理解できるように、片面構造のアクチュエータ１００ｃの場合にも、両面構造のアクチュエータと同様に位置制御を行うことが可能である。

なお、片面構造ではアクチュエータの厚みを両面構造よりも小さくすることができるという利点がある。一方、両面構造では、厚みはやや大きくなるが、移動方向の幅（長さ）を片面構造よりも小さくすることができる。また、両面構造では、磁石の両側の磁束密度を利用するので、片面構造よりも強い電磁駆動力を発生させることができるという利点もある。

E．第５実施例：
図１３は、第５実施例のアクチュエータ１００ｄの構成と動作を示す側面図である。このアクチュエータ１００ｄは、磁石２００ｂの両側にストッパ３１０、３２０が設けられている点が、図５に示した第２実施例との大きな違いである。また、第５実施例では、反発力のみを用いて位置制御を行っている点にも特徴がある。磁石２００ｂは１つの主磁石２１０のみを有しているが、主磁石２１０に加えた他の磁石を設けていても良い。また、位置センサ１１０は省略可能である。

図１３（Ａ）は、磁石２００ｂが左端位置にある状態を示している。第５実施例では、左端位置においても、第１のコイル１００Ａ１のみでなく、第２のコイル１００Ａ２にも電流が供給されている。また、第２のコイル１００Ａ２の電流は、第１のコイル１００Ａ１の電流よりも大きい。この結果、磁石２００ｂの位置は、２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２の反発力のバランスによって調整されている。左側のストッパ３１０は、磁石２００ｂがこの左端位置よりも左側に移動できないように制限している。この理由は、第５実施例では反発力のみを使用しているので、これよりも左に磁石２００ｂが移動すると、磁石２００ｂを右側に向けて移動させるのが困難になるだからである。なお、磁石２００ｂがストッパ３１０に当たっている位置では、第１のコイル１００Ａ１への電流の供給を停止しても良い。

図１３（Ｂ）は、磁石２００ｂが中央位置にある状態を示している。このとき、第１と第２のコイル１００Ａ１，１００Ａ２には等しい電流が流れており、磁石２００と第１のコイル１００Ａ１との間の反発力と、磁石２００と第２のコイル１００Ａ２との間の反発力とがバランスしている。従って、この状態において磁石２００の位置が保持される。

図１３（Ｃ）は、磁石２００が右端位置にある状態を示している。このとき、図１３（Ａ）とは反対に、第１のコイル１００Ａ１の電流が、第２のコイル１００Ａ２の電流よりも大きい。なお、磁石２００ｂがストッパ３２０に当たっている位置では、第２のコイル１００Ａ２への電流の供給を停止しても良い。

このように、第５実施例では２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２から磁石２００ｂに反対向きの反発力が印加されている。従って、２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２の電流値を調整することによって、磁石２００と、第１及び第２のコイル１００Ａ１，１００Ａ２との間の相対位置を調整することができる。

なお、第１ないし第５実施例から理解できるように、２つのコイルと磁石との間に働く反対向きの電磁駆動力としては、吸引力又は反発力のみを利用してもよく、あるいは、吸引力と反発力の両方を利用してもよい。

上述の説明では、コイルと磁石との間の吸引力と反発力とを用いてアクチュエータの動作を説明したが、この代わりに、フレミングの左手の法則を用いてアクチュエータの動作を説明することも可能である。特に、コイルよりも磁石が小さい場合には、フレミングの左手の法則を用いると動作の理解が容易である。

F．適用例：
図１４は、本発明の実施例によるアクチュエータの第１の適用例としての羽根部材駆動機構を示す説明図である。この羽根部材駆動機構５１０は、中心軸５１２回りに回動可能な羽根部材５１２と、この羽根部材５１２を移動させるアクチュエータ１００とを備えている。アクチュエータ１００の磁石２００は、羽根部材５１４の一端に固定されており、２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２は図示しない支持部材に固定されている。なお、このアクチュエータ１００は、図１１に示した片面構造タイプのものである。但し、２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２は、中心軸５１２を中心とする円周上に配置されている。アクチュエータ１００を動作させると、羽根部材５１２が中心軸５１２を中心として回動する。前述したように、アクチュエータ１００は位置制御が可能なので、羽根部材５１４を所望の位置に位置決めすることが可能である。なお、この適用例では、「位置」とは羽根部材５１４の角度を意味している。このような羽根部材５１４を多数用いることによって、光学装置の絞り機構を構成することが可能である。

図１５は、本発明の実施例によるアクチュエータの第２の適用例としてのレバー駆動機構を示す説明図である。このレバー駆動機構５２０は、中心軸５２２回りに回動可能なレバー５２４と、このレバー５２４を移動させるアクチュエータ１００とを備えている。アクチュエータ１００の磁石２００とレバー５２４の向かい合う箇所には、互いに噛み合うギア５２６，５２８が固定されている。一方のギア５２６は平歯車であり、他方のギア５２８は半円形の歯車である。２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２は図示しない支持部材に固定されている。このアクチュエータ１００も、図１１に示した片面構造タイプのものである。但し、２つのコイル１００Ａ１，１００Ａ２は上下方向に延びる直線上に配置されている。磁石２００の直線運動は、ギア５２６，５２８によって回転運動に変換される。アクチュエータ１００を動作させると、レバー５２４が中心軸５２２を中心として回動する。この結果、レバー５２４を所望の位置に位置決めすることが可能である。

図１６は、本発明の実施例によるアクチュエータの第３の適用例としての突起部材駆動機構を示す説明図である。この突起部材駆動機構５３０は、中心軸５３２回りに回動可能な突起部材５３４と、この突起部材５３４を移動させる２つのアクチュエータ１００とを備えている。各アクチュエータ１００の磁石２００の一端には、リンク保持部材５３８が固定されており、各コイル１００Ａ１，１００Ａ２は図示しない支持部材に固定されている。これらのアクチュエータ１００は、図１に示した両面構造タイプのものである。２つのリンク保持部材５３８は、同一平面上に配置された２つの直線状リンク５３６（Ｘ１軸及びＸ２軸）によって突起部材５３４にそれぞれ連結されている。２つのアクチュエータ１００を動作させると、突起部材５３４が中心軸５３２を中心として回動する。この結果、突起部材５３４の先端にある突起５３４ａを、所望の角度に位置決めすることが可能である。

図１７は、本発明の実施例によるアクチュエータの第４の適用例としての３次元駆動機構を示す説明図である。この３次元駆動機構５４０は、駆動対象部材５４２を３次元的に移動させる３つのアクチュエータ１００を備えている。各アクチュエータ１００の磁石２００の一端には、リンク保持部材５４８が固定されており、各コイル１００Ａ１，１００Ａ２は図示しない支持部材に固定されている。これらのアクチュエータ１００も、図１に示した両面構造タイプのものである。３つのリンク保持部材５４８は、直線状リンク５４６によって駆動対象部材５４２にそれぞれ連結されている。３つのアクチュエータ１００の磁石２００及びリンク保持部材５４８は、互いに直交する３つの軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に沿って移動する。この結果、３つのアクチュエータ１００を動作させると、駆動対象部材５３２を３次元的に位置決めすることが可能である。

図１８は、本発明の実施例によるアクチュエータの第５の適用例としての環状アクチュエータを示す説明図である。この環状アクチュエータ５５０は、中空円筒状のケース５５２と、ケース５５２内に収納されて回動軸５５４回りに回動するロータ５５６とを備えている。ロータ５５６の回動軸５５４は、ケース５５２の軸受け５５６によって保持されている。ロータ５５６には磁石２００が配置されており、ケース５５２の内側には、磁石２００を挟んだ両側（図１８（Ａ）では上側と下側）にコイル１００Ａ１，１００Ａ２が配置されている。なお、ケース５５２は、図１に示した第１実施例の支持材１２１，１２２に相当する。第１実施例でも説明したように、ケース５５２は非磁性で非導電性の部材で構成されていることが好ましい。

図１８（Ｂ）〜（Ｄ）は、Ａ１相コイル１００Ａ１と、磁石２００と、Ａ２相コイル１００Ａ２の配置をそれぞれ示している。この例では、Ａ１相コイル１００Ａ１は、９０度間隔で４つ配置されている。磁石２００とＡ２相コイル１００Ａ２も同様である。但し、Ａ２相コイル１００Ａ２と磁石２００は、Ａ１相コイル１００Ａ１とは４５度ずれた位置に配置されている。この環状アクチュエータ５５０では、ロータ５５６が４５度の範囲で回動することが可能である。すなわち、磁石２００がＡ１相コイル１００Ａ１とＡ２相コイル１００Ａ２の間で往復移動することができる。なお、この環状アクチュエータ５５０は、本発明によるアクチュエータを４つ備えているので、高いトルクを発生させることができる。従って、高いトルクを必要とする駆動装置として適用可能である。

G．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

G１．変形例１：
上記第１ないし第４実施例では、磁石２００が左端または右端位置にあるときには、Ａ１相コイルとＡ２相コイルのうちの一方のみを励磁するものとしていたが、左端と右端位置においてもＡ１相コイルとＡ２相コイルの両方を励磁するようにしてもよい。換言すれば、アクチュエータの稼働中は、アクチュエータの動作可能範囲の全体にわたってＡ１相コイルとＡ２相コイルの両方を常時励磁状態に保つようにしてもよい。

G２．変形例２：
アクチュエータの支持部材（ケース）の外側には、磁気遮蔽部材を設けるようにしてもよい。但し、両面構造のアクチュエータで使用する磁気遮蔽部材としては、磁気回路を構成するためのヨークとしての機能を有していないものが好ましい。この理由は、ヨークがあると鉄損（渦電流損）が生じるためである。なお、一般に、アクチュエータに使用されている部材がヨークとしての機能を有しているか否かは、その部材がある場合と無い場合とにおける磁石列やコイル列の磁束密度を測定することによって調べることができる。例えば、磁気遮蔽部材を設けたときに、磁石やコイルの表面磁束密度が１０％以上増加する場合にはヨークとしての機能を有していると判定し、１０％未満である場合にはヨークとしての機能を有していないと判定することが可能である。

G３．変形例３：
上記実施例で使用した各種のアクチュエータの構成や制御装置の構成は一例であり、これら以外の種々の構成を採用することが可能である。

第１実施例のアクチュエータの構成を示す側面図である。 第１実施例のアクチュエータの動作を示す説明図である。 第１実施例のアクチュエータ用の制御装置のブロック図である。 変位量テーブルの内容の一例を示すグラフである。 第２実施例のアクチュエータ用の制御装置のブロック図である。 第２実施例の制御装置の内部構成を示すブロック図である。 第２実施例の変位制御部の内部構成を示すブロック図である。 位置センサの出力特性の一例を示すグラフである。 補正量テーブルの内容の一例を示すグラフである。 第３実施例のアクチュエータの構造と動作を示す説明図である。 第４実施例のアクチュエータの構成を示す側面図である。 第４実施例のアクチュエータの動作を示す説明図である。 第５実施例のアクチュエータ１００の構成と動作を示す側面図である。 本発明の実施例によるアクチュエータの第１の適用例を示す説明図である。 本発明の実施例によるアクチュエータの第２の適用例を示す説明図である。 本発明の実施例によるアクチュエータの第３の適用例を示す説明図である。 本発明の実施例によるアクチュエータの第４の適用例を示す説明図である。 本発明の実施例によるアクチュエータの第５の適用例を示す説明図である。

符号の説明

１００…アクチュエータ
１００Ａ１…Ａ１相コイル
１００Ａ２…Ａ２相コイル
１１０…位置センサ
１２１，１２２…支持材
２００…磁石
２１０…主磁石
２２０，２３０…副磁石
２２１…ヨーク材
３１０…ストッパ
３２０…ストッパ
４００…制御装置
４１０…変位司令部
４２０…変位制御部
４２２…変位量テーブル
４２４…補正量テーブル
４３１，４３２…ＰＷＭ信号生成部
４４１，４４２…バッファ部
４５０…減算器
４６１，４６２…加算器
５１０…羽根部材駆動機構
５１２…羽根部材
５１２…中心軸
５１４…羽根部材
５２０…レバー駆動機構
５２２…中心軸
５２４…レバー
５２６，５２８…ギア
５３０…突起部材駆動機構
５３２…駆動対象部材
５３２…中心軸
５３４…突起部材
５３４ａ…突起
５３６…直線状リンク
５３８…リンク保持部材
５４２…駆動対象部材
５４６…直線状リンク
５４８…リンク保持部材
５５０…環状アクチュエータ
５５２…ケース
５５４…回動軸
５５６…ロータ

Claims (8)

1. 電磁駆動力を利用したアクチュエータであって、
   磁石と、
   前記磁石に対して反対向きの電磁駆動力を同時に印加する第１及び第２のコイルと、
   前記第１及び第２のコイルへの電流量を調整して前記磁石と前記第１及び第２のコイルとの間に反対向きの電磁駆動力を同時に印加し、これによって、前記磁石と前記第１及び第２のコイルの相対位置の制御を行う制御装置と、
   を備えることを特徴とするアクチュエータ。
2. 請求項１記載のアクチュエータであって、
   前記アクチュエータは、前記磁石と前記第１及び第２のコイルの相対位置の変化方向に沿って機械的に駆動力を付与する機構を有しておらず、前記磁石と前記第１及び第２のコイルとの間の電磁駆動力のみによって前記相対位置の制御を行う、アクチュエータ
3. 請求項１又２は記載のアクチュエータであって、
   前記第１及び第２のコイルは、前記磁石を挟んだ両側に配置されている、アクチュエータ。
4. 請求項１又２は記載のアクチュエータであって、
   前記第１及び第２のコイルは、前記磁石から見て一方の側に配置されている、アクチュエータ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータであって、
   前記磁石は、前記第１と第２のコイルの間の範囲のみで往復移動する、アクチュエータ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータであって、
   前記反対向きの電磁駆動力は、双方共に吸引力であるか、又は、双方共に反発力である、アクチュエータ。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のアクチュエータであって、
   前記制御装置は、
   前前磁石と前記第１及び第２のコイルとの間の相対位置と、前記第１及び第２のコイルへの電流量との関係を予め記憶しており、
   前記磁石と前記第１及び第２のコイルとの間の相対位置の指令値に応じて前記第１及び
   への電流量を決定するオープンループ制御を行う、アクチュエータ。
8. 請求項１ないし６のいずれかに記載のアクチュエータであって、
   前記制御装置は、
   前前磁石と前記第１及び第２のコイルとの間の相対位置を検出するための位置センサを有しており、
   前記磁石と前記第１及び第２のコイルとの間の相対位置の指令値と、前記位置センサで測定された実測位置とに応じて、前記第１及び第２のコイルへの電流量を決定するフィードバックループ制御を行う、アクチュエータ。

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