JP2006304469A - Actuator - Google Patents
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Description
本願発明はアクチュエータに関し、例えば、手持ち商品に使用されるものであって、所定角度範囲で正逆回転して往復回転駆動を行うのに好適なアクチュエータに関する。 The present invention relates to an actuator and, for example, to an actuator that is used for a hand-held product and is suitable for reciprocating rotational driving by forward and reverse rotation within a predetermined angle range.
従来から、所定角度範囲で正逆回転して往復回転駆動を行うアクチュエータとして、例えば、特許文献1に開示されるようなものが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, an actuator disclosed in
この特許文献1に示された従来例となるアクチュエータは、シャフトに永久磁石を設けてなる可動子と、この可動子を囲むように回動自在に支持する周方向に巻回されるコイルと筒状の磁性体よりなるヨーク体とを備えた固定子と、で構成されている。そして、コイルに交番電流を印加することで、シャフトを中心として可動子を所定角度で往復回転運動させるものである。ヨーク体を構成するヨークはコイルの軸方向の両側に設けられ、これら両側のヨークは磁性体で磁気的に接続される。
The actuator according to the conventional example shown in
可動子は、シャフトの外周部に永久磁石を設けることで構成されている。そして、磁気抵抗を減らし、磁束量を増やしてトルクを上げ、高効率で高トルクな回転駆動を可能とすることを目的として、永久磁石を設けるシャフトを磁性体により構成している。この可動子は、回転方向に自在に回転できるように筒状をしたシールドケースの軸方向の両端部に設けた軸受け部にシャフトを回転自在に軸支させることで保持されている。また、この可動子は、シールドケース内において固定子内に所定のギャップを隔てて挿通されている。また、可動子は永久磁石を設けた部分の軸方向における両側をばね等の弾性体により連結している。そして、可動子と弾性体とで、シャフトを中心とする往復回転運動の振動系を構成している。 The mover is configured by providing a permanent magnet on the outer periphery of the shaft. And the shaft which provides a permanent magnet is comprised with the magnetic body for the purpose of reducing magnetic resistance, increasing the amount of magnetic flux, raising torque, and enabling the highly efficient and high torque rotational drive. The mover is held by rotatably supporting a shaft on bearings provided at both ends in the axial direction of a cylindrical shield case so as to freely rotate in the rotational direction. The mover is inserted into the stator with a predetermined gap in the shield case. Further, the mover connects both sides in the axial direction of the portion where the permanent magnet is provided by an elastic body such as a spring. The movable element and the elastic body constitute a vibration system of reciprocating rotational motion around the shaft.
この特許文献1に開示されたような構成のアクチュエータでは、シャフトの外周部に永久磁石と磁性体が設けられると共に磁性体の外面部と永久磁石の外面部とは軸周り方向に併設され、かつ、永久磁石はその外面が固定子に対面していた。
上記特許文献1に開示されたようなアクチュエータにおいては、図5に示すように、板状の永久磁石21の個数を半分に減らした場合、固定子61の磁極部71と可動子31との距離Lが大きくなり、その分磁気抵抗が高くなって、トルクが大幅に減少してしまうという問題点がある。
In the actuator as disclosed in
本願発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、永久磁石の使用個数を減らしても、性能が劣ることなく回転可能なアクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide an actuator that can rotate without deteriorating performance even when the number of permanent magnets used is reduced.
上記目的を達成するため、本願請求項1に係る発明のアクチュエータは、シャフトに磁性体を介して永久磁石を設けてなる可動子を、該可動子を囲むように周方向に巻回されたコイルと筒状の磁性体よりなるヨークとを備えた固定子内に回動自在に支持し、コイルに電流を印加して可動子をシャフトを中心として所定角度で往復回転運動させるようにしたアクチュエータであって、前記ヨークはコイルの軸方向の両側に設けられると共に軸方向の両側のヨークの内周面から可動子側に向けて互いに異なる位置で回転方向に周期的に磁極部が突設され、前記永久磁石はシャフトの軸方向に直交する方向に着磁された軸方向に延びる板状に形成されて前記磁性体の表面に設けられるアクチュエータにおいて、前記永久磁石の固定子側の面に軸方向の両側の磁極部に同時に対向できる磁性補助部材を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the actuator according to the first aspect of the present invention is a coil in which a mover having a permanent magnet provided on a shaft via a magnetic body is wound in a circumferential direction so as to surround the mover. And an actuator that is rotatably supported in a stator having a yoke made of a cylindrical magnetic body, and applies a current to the coil to reciprocate the movable element around a shaft at a predetermined angle. The yoke is provided on both sides in the axial direction of the coil, and magnetic pole portions are periodically protruded in the rotational direction at different positions from the inner peripheral surfaces of the yokes on both sides in the axial direction toward the mover side, The permanent magnet is formed in a plate shape extending in the axial direction magnetized in a direction orthogonal to the axial direction of the shaft, and is provided on the surface of the magnetic body. Characterized in that a magnetic auxiliary member that can simultaneously face on both sides of the magnetic pole portions.
本願請求項2に記載の発明に係るアクチュエータは、請求項1に記載の発明の構成において、前記磁性補助部材は前記永久磁石の固定子側の全面を覆うように設けられ、前記磁性体と前記磁性補助部材とでなる前記可動子の外側面と前記磁極部の内側面とがシャフトを中心とする同心円を形成することを特徴とする。 The actuator according to the second aspect of the present invention is the actuator according to the first aspect, wherein the magnetic auxiliary member is provided so as to cover the entire surface of the permanent magnet on the stator side, and the magnetic body and the The outer surface of the movable element, which is a magnetic auxiliary member, and the inner surface of the magnetic pole portion form a concentric circle centered on the shaft.
本願請求項1に記載の発明に係るアクチュエータによれば、シャフトに磁性体を介して永久磁石を設けてなる可動子の同永久磁石が、シャフトの軸方向に直交する方向に着磁された軸方向に延びる板状に形成されており、この永久磁石の固定子側の面に、軸方向の両側の磁極部に同時に対向できる磁性補助部材を設けている。この場合、板状の永久磁石を用いるので、作製しやすくてコストを低減できる。また、磁性補助部材を用いるので、永久磁石と磁極部との間での空隙を小さくでき、永久磁石N極→磁性補助部材→空隙→磁極部→空隙→磁性補助部材→永久磁石S極の磁気回路の磁気抵抗を小さくできてトルクを向上できる。その結果、往復回転駆動をするアクチュエータの固定子と可動子との距離を小さくでき、性能を劣らせることなく板状の永久磁石の使用個数を減らすことができ、径を小さくできて小型化を実現できる。 According to the actuator of the first aspect of the present invention, the permanent magnet of the mover in which the permanent magnet is provided on the shaft via the magnetic material is magnetized in a direction perpendicular to the axial direction of the shaft. It is formed in a plate shape extending in the direction, and a magnetic auxiliary member capable of simultaneously facing the magnetic pole portions on both sides in the axial direction is provided on the surface of the permanent magnet on the stator side. In this case, since a plate-like permanent magnet is used, it is easy to produce and the cost can be reduced. Moreover, since the magnetic auxiliary member is used, the gap between the permanent magnet and the magnetic pole part can be reduced, and the permanent magnet N pole → magnetic auxiliary member → gap → magnetic pole part → gap → magnetic auxiliary member → permanent magnet S pole magnetism Torque can be improved by reducing the magnetic resistance of the circuit. As a result, the distance between the stator and the mover of the actuator that drives reciprocating rotation can be reduced, the number of plate-like permanent magnets used can be reduced without deteriorating the performance, the diameter can be reduced, and the size can be reduced. realizable.
本願請求項2に記載の発明に係るアクチュエータによれば、請求項1記載の発明の効果に加えて、さらにトルクを向上できると共に、動作時に生じる空気の乱れを抑えて空気抵抗や風きり音を低減して、動特性を向上させることができる。 According to the actuator according to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect of the invention, the torque can be further improved, and the air resistance and wind noise can be reduced by suppressing the turbulence of the air generated during operation. The dynamic characteristics can be improved.
以下、本願発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1乃至図3は本願発明の一実施形態を示す図で、図1はそのアクチュエータの全体構造を示す軸方向と平行な方向での断面図、図2は同アクチュエータの要部を軸方向と平行な方向で破断した斜視図、図3はその動作原理を説明すための一部省略した軸方向と直行する方向での断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. 1 to 3 are views showing an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view of the entire structure of the actuator in a direction parallel to the axial direction. FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken in a direction orthogonal to the partially omitted axial direction for explaining the operating principle.
このアクチュエータは、シャフト1の外周部に磁性体8を介して永久磁石2を設け、その外面に磁性補助部材12を設けて構成した可動子3と、コイル4の両側に配置されたヨーク5a、5bを備えた筒状の固定子6と、から構成されている。可動子3は軸周りに回転自在に支持され、固定子6は可動子3が軸周りに回動自在に挿通されるように筒状をしている。この筒状をした固定子6を、筒状をした磁性体材料よりなるシールドケース9内に内装して、外観形状を概略柱状にしている。
This actuator includes a
固定子6では、コイルボビン10にコイル4を巻装すると共に該コイルボビン10の両側(図1で上下)に内径がコイルボビン10よりも小径となった筒状のヨーク5(ヨーク5a、ヨーク5b)を設け、両側のヨーク5a、5bを磁性体11で磁気的に接続し、両側のヨーク5a、5bの内周部からそれぞれ複数の磁極部7、7aを可動子3側に向けて突出するように構成している。
In the
可動子3では、シャフト1を磁性体により構成し、磁気抵抗を減らし、磁束量を増やしてトルクを上げ、高効率、高トルクな回転駆動を可能としている。そして、シャフト1に磁性体8を設け、シャフト1に平行に永久磁石2を磁性体8に埋め込んで設けている。この場合、磁性体8はシャフト1を取り巻くような略円柱状に形成され、同磁性体8の外周部でシャフト1を中心とした軸対称位置に板状の永久磁石2が配置埋設されている。
In the
また、永久磁石2は長方形の平板状をなし、シャフト1の軸周りに複数個(この例では2個)が軸対称に設けてある。各永久磁石2はいずれもシャフト1の軸方向と交差する方向の外面と内面とが図2、図3に示すように異極となるように着磁されており、しかも、全ての永久磁石2の外面の磁極は同極となっている。つまり、軸周り方向にN極又はS極の一極のみが外周面側になるように着磁してある。このように、シャフト1の外周部に磁性体8を介して永久磁石2を設けると共に、磁性補助部材12を設けて可動子3を構成している。
Further, the
また、可動子3では、磁束量を増やしてトルクを上げ、高効率、高トルクな回転駆動を可能とするように、希土類の永久磁石2を用いている。そして、可動子3は、筒状をしたシールドケース9内において、固定子6内に所定のギャップを隔てて挿通されている。また、可動子3は回転方向に自在に回転できるように、筒状をしたシールドケース9の軸方向の両端部に設けた軸受け部14にそのシャフト1が回転自在に軸支されることで保持されている。また、可動子3は永久磁石2を設けた部分の軸方向における両側をばね等の弾性体13により連結してあり、同可動子3と弾性体13とでシャフト1を中心とする往復回転運動の振動系を構成している。
Further, the
固定子6は筒状(この例では円筒状)をなし、筒状をした磁性体よりなるシールドケース9内に内装している。そして、固定子6は、コイルボビン10にコイル4を巻装すると共に、該コイルボビン10の両側に内径がコイルボビン10よりも小径となった筒状(輪状)をしたヨーク5(ヨーク5a、ヨーク5b)と、このヨーク5a、5bの内周部から可動子3側に向けて突出する複数の磁極部7、7aと磁性体11等で構成されている。
The
複数の磁極部7、7aは、磁性体よりなるシャフト1の軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイル4の軸方向の両側に設けた永久磁石2とそれぞれ対向するように突設されている。そして、各磁極部7、7aは、それぞれ両側のヨーク5a、5bの内周部から可動子3側に向けて突出し、両側のヨーク5a、5bを磁性体11で磁気的に接続している。本実施形態において、固定子6を構成する磁極部7、7aは、ヨーク5a、5bの内周からそれぞれ軸周り方向に180°の間隔を隔てて2つずつ配置突設されているが、本願発明において、磁極部7、7aの数はこれに限られるものでないことは勿論である。
The plurality of
ここで、両ヨーク5a、5bに設けた磁極部7、7aと、これら磁極部7、7aと対向する永久磁石2の外面の磁極との関係は、次のように設定されている。すなわち、コイル4に電流を流した場合に、一方のヨーク5aに設けた磁極部7の磁極とこれと対向する可動子3の永久磁石2外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、他方のヨーク5bに設けた磁極部7aの磁極とこれと対向する可動子3の永久磁石2外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、が逆となって同方向への回転トルクが発生するように、両側のヨーク5a、5bに設けた磁極部7、7aの軸周り方向の位置と、永久磁石2の外面の磁極との位置関係を設定している。
Here, the relationship between the
つまり、一方のヨーク5aに設けた磁極部7の磁極と、これと対向する可動子3の永久磁石2に設けられる磁性補助部材12の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係により可動子3を軸周り回転させるトルクを発生させる際、他方のヨーク5bに設けた磁極部7aの磁極と、これと対向する可動子3の永久磁石2に設けられる磁性補助部材12の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係により可動子3を上記と同方向に回転させるトルクを発生させるように、両側のヨーク5a、5bに設けた磁極部7、7aと、これにそれぞれ対向する永久磁石2との磁気的関係を設定している。
That is, it is movable by the magnetic relationship of repulsion and attraction between the magnetic pole of the
なお、ヨーク5a、5bを磁性体よりなるシールドケース9により磁気的に接続して両側のヨーク5a、5bとシールドケース9とで一つのヨーク体を形成してもよく、あるいは、両側のヨーク5a、5bと磁性体11とが一体化されて一体のヨーク体を構成してもよい。
The
次に、本実施形態の動作原理を説明する。コイル4に一方向の電流を流すとその軸方向の一方のヨーク5aに設けた磁極部7と、同軸方向の他方のヨーク5bに設けた磁極部7aとに異なる極が発生する。例えば、軸方向の一方のヨーク5aに設けた磁極部7にN極が生じ、他方側に位置するヨーク5bに設けた磁極部7aにS極が生じたとすると、コイル4の両側の両ヨーク5a、5bにそれぞれ設けた磁極部7、7aと可動子3の永久磁石2との間には、それぞれ時計回りのトルクが生じて、可動子3は時計回りに回転する。また、コイル4に他方向の電流を流すとその軸方向の一方のヨーク5aに設けた磁極部7と、同軸方向の他方のヨーク5bに設けた磁極部7aとに異なる極が発生し、コイル4の両側の両ヨーク5a、5bにそれぞれ設けた磁極部7、7aと可動子3の永久磁石2との間には、それぞれ上記とは逆の反時計回りのトルクが生じて、可動子3は反時計回りに回転する。
Next, the operation principle of this embodiment will be described. When a current in one direction flows through the
したがって、コイル4に交番電流を流すことによって、可動子3を所定角度でシャフト1を中心として往復回転運動させることができるものである。なお、その際、永久磁石2→磁性補助部材12→空隙→磁極部7(7a)→空隙→磁性補助部材12→永久磁石2の磁気回路が形成され、ここでは、磁性補助部材12を用いているので、永久磁石2と磁極部7(7a)との間における前記空隙を小さくすることができ、同磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができてトルクを向上させ得るものである。また、磁気回路はシャフト1の軸方向に沿って長い内外略楕円状に形成され、この磁気回路が同軸方向に対して傾斜した状態から平行な状態へとその経路を短くしようと作用することで、上記回転トルクが発生するものである。
Therefore, by passing an alternating current through the
上記実施形態においては、板状の永久磁石2の外面に軸と平行に長方形で平板状の磁性補助部材12を接着している。磁性補助部材12の外面部が永久磁石2の外面部の磁極と同じ磁極となって磁石として機能して軸周りに異なる磁極が存在することになり、板状の永久磁石2を使用しても、磁極部7(7a)と永久磁石2との空隙を実質的には小さくしたことになる。したがって、高価な永久磁石2の寸法及び使用数量を従来のものに比べて減らすことができて、低コストのアクチュエータを実現できるものである。更に、起磁力側から見た磁気抵抗を低下することができる。
In the above embodiment, the rectangular and flat magnetic
次に、本願発明の他の実施形態を図4により説明する。全体としての構成は上記実施形態と共通するので、同一の作用をする部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Since the overall configuration is the same as that of the above-described embodiment, the same reference numerals are given to portions that perform the same function, and detailed description thereof is omitted.
上記実施形態では、永久磁石2が長方形の平板状で、その固定子6側の面に同じく長方形で少し小さな平板状の磁性補助部材12を設け、可動子3と固定子6とを通る磁路の磁気抵抗を減らすようにしている。しかしながら、上記実施形態においては、磁性補助部材12と固定子6との間で空隙の大きい部分が存在するので、磁気抵抗を充分に減らしているとはいえず、寸法をより小さくする余地がある。
In the above-described embodiment, the
そこで、本実施形態では、断面形状が円弧状の磁性補助部材12aを永久磁石2の外面に設け、その外面を円弧状にすることで、空隙の層の厚みを略一定にすると共により小さくしている。これにより、磁路の磁気抵抗を一層減らすことができ、さらにトルクを向上できると共に、動作時に生じる空気の乱れを抑えて空気抵抗や風きり音を低減して、動特性を向上させることができる。
Therefore, in the present embodiment, the magnetic
すなわち、図4に示すように、このアクチュエータも可動子3と筒状の固定子6とから構成されており、その可動子3では、シャフト(図示してない)の外周部に磁性部材8を設け、磁性部材8に永久磁石2を軸と平行に軸対称に2個埋め込んで接着し、さらに永久磁石2の外面に磁性補助部材12aを設けている。また、固定子6は、図示してないコイルの両側に配置されたヨークを備えた筒状に構成されている。可動子3は軸周りに回転自在に支持されており、固定子6内には同可動子3が軸周りに回動自在に挿通されている。
That is, as shown in FIG. 4, this actuator is also composed of a
磁性補助部材12aは、断面形状が円弧状に形成され、永久磁石2の外面に接着されて可動子3を構成し、固定子6の内周面と同心に配置されるようになっている。この場合には、固定子6の磁極部7(7a)と可動子3との間の空隙部をより小さくできるので、磁気抵抗を減らすことができて寸法をさらに小さくできる。また、高価な永久磁石を小さくできると共に、板状のものを使用することができる。しかも、空隙の厚さを一定にできるので、空気抵抗や風きり音を低減して、動特性をより向上させることができる。
The magnetic
本実施形態の動作原理は、上記実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。なお、上記二つの実施形態においては、磁極部をシャフトの軸方向に間隔を隔てた位置から突設するものであったが、本願発明では、それに限られるものでないことは勿論であり、例えば、磁極部がコイルと可動子との間に介在されない構成としてもよい。この構成により、既に述べたコイルと可動子の永久磁石との間に磁極部となる磁極歯部を配置する従来例に比べてアクチュエータの径を小さくでき、したがって、アクチュエータの小径化、小型化が図れるものである。 Since the operation principle of this embodiment is the same as that of the above embodiment, the description thereof is omitted here. In the above-described two embodiments, the magnetic pole portion protrudes from a position spaced in the axial direction of the shaft, but in the present invention, of course, the invention is not limited thereto. It is good also as a structure where a magnetic pole part is not interposed between a coil and a needle | mover. With this configuration, the diameter of the actuator can be reduced as compared with the conventional example in which the magnetic pole tooth portion serving as the magnetic pole portion is disposed between the coil already described and the permanent magnet of the mover. Therefore, the diameter and size of the actuator can be reduced. It can be planned.
また、磁極部がシャフトの軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイルの軸方向の両側に設けた永久磁石とそれぞれ対向するようにシャフトから突設していると、シャフトから遠い所で力が発生する対向面積を広く取れて大きなトルクを発生させることができる。そして、本願発明のアクチュエータは、電動歯ブラシ等の各種電気機器、特に、手持ちの商品に適用実施されると、把持部の径を小さくできて、使い勝手が良いものとして好適となる。 In addition, if the magnetic pole part protrudes from the shaft so as to face the permanent magnets provided on both sides of the coil in the axial direction from a position spaced apart in the axial direction of the shaft, the force is applied at a location far from the shaft. It is possible to generate a large torque by taking a wide facing area. When the actuator of the present invention is applied to various electric devices such as an electric toothbrush, in particular, a hand-held product, the diameter of the grip portion can be reduced, and the actuator is suitable for ease of use.
1 シャフト
2 永久磁石
3 可動子
4 コイル
5、5a ヨーク
6 固定子
7 磁極部
8 磁性体
12、12a 磁性補助部材
DESCRIPTION OF
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005121827A JP2006304469A (en) | 2005-04-20 | 2005-04-20 | Actuator |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2005121827A JP2006304469A (en) | 2005-04-20 | 2005-04-20 | Actuator |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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---|---|---|---|---|
WO2010050135A1 (en) * | 2008-10-28 | 2010-05-06 | 兼子文美子 | Magnetic force intensifying electromagnetic driving device |
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- 2005-04-20 JP JP2005121827A patent/JP2006304469A/en active Pending
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