JP2007037273A - Vibratory linear actuator - Google Patents
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Description
本発明は往復式電気かみそりなどの駆動部材として用いられる振動型リニアアクチュエータに関するものである。 The present invention relates to a vibration type linear actuator used as a driving member such as a reciprocating electric shaver.
従来の振動型リニアアクチュエータの例を図6(a)に示す。磁性材料の焼結体や磁性材料の鉄板を積層したものとして形成されているE字形のコア11と該コア11の中央の磁極歯13に巻回された巻線12とから固定子1が構成され、該固定子1にギャップを介して対向する可動子2は、着磁方向が固定子1との対向方向となっている永久磁石22を往復動方向に並べるとともに固定子1と反対側の磁極間を磁気的につなぐ平板状のヨーク21とから構成されており、固定子1の巻線12に交番電流を流せば、可動子2は往復運動を行う。
An example of a conventional vibration type linear actuator is shown in FIG. The
この構成のものでは、磁極歯13にギャップを介して対向するのが永久磁石22のみであるために、巻線12の励磁によって発生する磁束はギャップと永久磁石22の両方を通る経路を取ることになるために、磁気抵抗が大きく、発生磁束量が小さくなるため、巻線12への通電時に発生する推力をさほど大きくすることができず、また、推力を増加するには、永久磁石22やコア11の厚さを増加させるか、巻線12の断面積を増加させるといった体積を増加させてしまう方法しかなく、小型化が困難であった。
In this configuration, since only the
特許文献1には永久磁石22間に絶縁性薄板28を介在させることで渦電流損を低減することが示されているが、推力に関する対策とはならない。
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、大型化を招くことなく磁気抵抗の減少による推力の向上を図ることができる振動型リニアアクチュエータを提供することを課題とするものである。 The present invention has been invented in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a vibration type linear actuator capable of improving thrust by reducing magnetic resistance without causing an increase in size. Is.
上記課題を解決するために本発明は、巻線を備えた固定子と、永久磁石を備えて上記固定子に対してギャップを介して対向するとともに往復運動可能に支持されている可動子とからなり、上記固定子は複数の磁極歯を有するコアの一部に上記巻線が巻回されており、上記可動子は、固定子との対向方向において着磁されたものであるとともに上記往復運動方向において異極が交互に並ぶ2極以上の磁極を持つ永久磁石の固定子と反対側の磁極同士がヨークで磁気的に接続されている振動型リニアアクチュエータであり、上記可動子のヨークはその往復動方向の両端及び/または永久磁石の往復動方向に並ぶ異極間に固定子側に向けて突出する突起を有していることに特徴を有している。磁束の一部がヨークの突起を通るようにすることで、磁気回路全体としての磁気効率を向上させたものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a stator having a winding, and a mover that includes a permanent magnet and is opposed to the stator via a gap and is supported so as to be able to reciprocate. The stator has the winding wound around a part of a core having a plurality of magnetic pole teeth, and the mover is magnetized in a direction opposite to the stator and has the reciprocating motion. This is a vibration type linear actuator in which a stator of a permanent magnet having two or more magnetic poles with different poles alternately arranged in a direction and magnetic poles opposite to each other are magnetically connected by a yoke. It has a feature in that there are protrusions protruding toward the stator side between both ends in the reciprocating direction and / or different poles arranged in the reciprocating direction of the permanent magnet. The magnetic efficiency of the entire magnetic circuit is improved by allowing a part of the magnetic flux to pass through the protrusions of the yoke.
この時、可動子のヨークは固定子が有する磁極歯の数と等しい数の突起を備えて、固定子の磁極歯と突起とが1:1で対向していると、巻線に通電することにより発生して各磁極歯を通る磁束がいずれも可動子のヨークの突起を通るために、どの磁極歯に対しても磁気抵抗が小さい磁路を得ることができる。 At this time, the yoke of the mover has the same number of protrusions as the number of magnetic pole teeth of the stator, and if the stator magnetic pole teeth and the protrusions are opposed to each other at 1: 1, the coil is energized. Since all the magnetic fluxes generated through the magnetic pole teeth and passing through the magnetic pole teeth pass through the protrusions of the yoke of the mover, a magnetic path having a small magnetic resistance can be obtained for any magnetic pole teeth.
特に固定子が3極の磁極歯をもつE字型のコアの中央の磁極歯にコイルが巻回されたものであり、可動子が往復動方向において並ぶ3つの突起をヨークが備えるとともに各突起間に永久磁石が夫々配されたものであると、巻線が1個でよく、部品数が少なくなる。 In particular, the stator is formed by winding a coil around the central magnetic pole teeth of an E-shaped core having three magnetic pole teeth, and the yoke includes three protrusions arranged in the reciprocating direction. If permanent magnets are arranged between them, only one winding is required, and the number of parts is reduced.
可動子のヨークが固定子が有する磁極歯の数より少ない数の突起を備えたものであってもよい。特に永久磁石間に位置する突起を無くしたものでは、永久磁石の個数を少なくすることができる。 The yoke of the mover may have a smaller number of protrusions than the number of magnetic pole teeth that the stator has. In particular, the number of permanent magnets can be reduced when the protrusions located between the permanent magnets are eliminated.
可動子のヨークが有している突起の先端面と永久磁石のギャップ側の面とが同一面となっていることが磁気抵抗の軽減の点で最も好ましいが、突起の先端面が永久磁石のギャップ側の面まで達していなくても、従来のものよりは磁気抵抗が小さい経路を得られるため、推力も向上させることができる。 It is most preferable from the viewpoint of reducing the magnetic resistance that the tip surface of the protrusion of the yoke of the mover and the gap side surface of the permanent magnet are the same surface. Even if the gap side surface is not reached, a path having a smaller magnetic resistance than the conventional one can be obtained, so that the thrust can also be improved.
可動子のヨークが有している突起側面と永久磁石との接合側面が傾斜面となっていることも好ましい。磁気飽和を軽減もしくは解消による磁気抵抗の低減を得ることができ、推力の更なる向上を得ることができる。 It is also preferable that the projecting side surface of the mover yoke and the side surface where the permanent magnet is joined are inclined surfaces. The magnetic resistance can be reduced by reducing or eliminating the magnetic saturation, and the thrust can be further improved.
本発明は、可動子のヨークに設けた突起の存在により、磁気抵抗の軽減がある上に、磁気飽和の低減や久磁石端部から固定子に向かって振動方向に対して斜めに透過する磁束の増加等を得ることができ、これに伴って大型化を招くことなく推力の向上を得ることができる。 According to the present invention, the magnetic resistance is reduced due to the presence of the protrusion provided on the yoke of the mover, and the magnetic saturation is reduced and the magnetic flux is transmitted obliquely with respect to the vibration direction from the end of the permanent magnet toward the stator. The increase in thrust can be obtained without causing an increase in size.
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図1において、固定子1は、磁性材料からなるコア11と巻線12とからなるもので、ここにおけるコア11は、基底部から3つの磁極歯13を突出させた略E字形状のもので、巻線12は中央の磁極歯13に巻回されている。この巻線12には、可動子2の位置や速度等に応じて交番電流を印加する駆動回路Dが接続されている。
Hereinafter, the present invention will be described based on an embodiment shown in the accompanying drawings. In FIG. 1, a
この固定子1にギャップを介して対向するとともに、図示しない板ばねなどの手段によって固定子1の磁極歯13が並ぶ方向に往復動自在に支持されている可動子2は、2個の永久磁石22,22とヨーク21とからなるもので、往復動方向に間隔をおいて並んでいる2個の永久磁石22,22は共に固定子1との対向方向において着磁されたものであるとともに、両永久磁石22,22は固定子1側の磁極が異極となっている。そして2つの永久磁石22,22の固定子1とは反対側の面の磁気的接続を担うヨーク21は、上記往復動方向の両端及び中央に固定子1側に向けて突出するとともに先端面が永久磁石22,22の固定子1側の面と同一面となっている突起23を備えており、永久磁石22は上記往復動方向においてこれら突起23,23間に位置するものとなっている。
The
このものにおいて、可動子2の位置や速度等に応じた交番電流を駆動回路Dから巻線12に印加すれば、可動子2は矢印で示す方向の往復動を行う。
In this case, when an alternating current corresponding to the position, speed, etc. of the
上記の実施例では、固定子1側の3つの磁極歯13に1:1で対応する3つの突起23をヨーク21が備えているが、図2に示すように、ヨーク21の両端にのみ突起23,23が設けられて、2つの永久磁石22,22が両突起23,23に並んでいるものや、突起23がヨーク21の中央にのみ設けられて中央の突起23の両側に永久磁石22,22が位置するものであってもよい。また、図3に示すように、突起23の先端が永久磁石22の固定子1側の面に至っていないものであってもよい。更に、突起23は一定幅のものでなくてもよいが、この場合、基端側の幅を先端側よりも広くするとともに、突起23側面と永久磁石22との接合面は、図4に示すように、傾斜面となるようにしておくのが好ましい。
In the above embodiment, the
ここにおいて、図1に示した実施例における3つの突起23のうちの永久磁石22,22間に位置する中央の突起23の幅を図6(a)に示すように、固定子1との対向面において、固定子1の中央部の磁極歯13の幅aの1/3とし、2個の永久磁石22,22の各外側端部を両側の磁極歯13,13の中央部にほぼ一致させるとともに、ヨーク21の往復動方向の長さは固定子1のコア11の長さと一致させたものとしたものについて、その通電時の磁束線図を図6(b)に示す。また、図7(a)に示した従来例(固定子1は図6(a)に示したものと同じとするとともに永久磁石22を突起23の幅だけ長くしたものにおける通電時の磁束線図を図7(b)に示す。巻線12ヘの通電により発生する磁束は、固定子1の各磁極歯13から可動子2のヨーク21の突起23を経由して永久磁石22裏側のヨーク21に至る経路を通るため、磁気抵抗の減少による磁気効率の向上が期待される。
Here, of the three
また、永久磁石22の外側の磁束は、可動子2のヨーク21に設けられた突起23を通る経路を描く。このために磁束がギャップを進行方向に横切り、固定子1を透過しない短絡経路をとるものが多くなっている。また、中央の突起23では永久磁石22の距離が離れるため、発生推力に影響の大きい永久磁石22の端部から固定子1に向かって振動方向に対して斜めに透過する磁束が増加している。
Further, the magnetic flux outside the
更に、磁束の可動子2外側の経路により可動子2中央部の飽和が解消され、中央の突起23による透過磁束の方向が変化し、また外側の磁束の短絡経路と巻線12による発生磁束の両方が磁気抵抗の減少により増加する。これらの相互作用によって推力が増加することになる。
Further, the saturation of the central portion of the
また、可動子2の変位によって可動子2のヨーク21と固定子1のコア11の対向面積が変化して磁路のインダクタンスが変化するが、これに伴ってギャップに蓄えられる磁気エネルギーが変化することでリラクタンス力が得られることになる。この結果、磁気抵抗の減少および飽和の解消による磁束の増加及びリラクタンス力により総推力の向上を得られるものである。
Further, the displacement of the
図5に発生推力のシミュレーション結果を示す。図中イは図1に示した例を、ロは図2に示した例を、ハは図3に示した例を、ニは図4に示した例を、ホは図7に示した従来例の場合を示している。なお、各構成において、全体幅および各要素の高さ方向の比率は同じとしており、永久磁石22の往復動方向寸法は図1に示したもの(イ)の場合が一番短い。また、シミュレーションは固定子1と可動子2との中心が一致する位置での変位を0とし、可動子2の変位と推力の変化を求めたものである。このシミュレーション結果からすれば、可動子2のヨーク21に突起23を設けたものは、平板状のヨーク21を用いたものより推力が約2割増加するという結果が得られた。
FIG. 5 shows a simulation result of the generated thrust. In the figure, B is the example shown in FIG. 1, B is the example shown in FIG. 2, C is the example shown in FIG. 3, D is the example shown in FIG. 4, and E is the conventional example shown in FIG. An example case is shown. In each configuration, the overall width and the ratio in the height direction of each element are the same, and the dimension of the
ちなみに、図2に示したもの(図5中のロ)では、中央の突起23がないために、中央の磁極歯13を通る磁気回路の磁気抵抗が小さくなる効果を得られないが、両外側の磁路の磁気低抗減少による推力向上の効果が図れるために、従来構成と比較した推力増加率は小さいが推力向上には効果がある。また、この場合は図1に示した例と比較しして、永久磁石22,22を分離する必要がないために、可動子2の製造に当たって1個の永久磁石22を用いることが可能である。
Incidentally, in the case shown in FIG. 2 (b in FIG. 5), since there is no
また図3に示したもの(図5中のハ)では、中央に設けた突起23がギャップ面まで到達していないために、中央の磁極歯13を通る磁気回路の磁気抵抗が図1に示したものよりも大きくなるが、磁気抵抗減少の効果はある。
In the case shown in FIG. 3 (c in FIG. 5), since the
更に図4に示したもの(図5中にニ)では、図1に示したものに比して、可動子2の高さは変わらないものの、ヨーク21中央の突起23の両側面が傾斜面となっていて、ヨーク21の厚さが中央に向かって増加する(中央に向かって永久磁石22の厚さが減少する)構成となっているために、可動子2のヨーク21中央部での磁気飽和が解消されることによる磁気抵抗の減少で更に透過磁束が増加するために、より高い推力を得ることができる。
Further, in the case shown in FIG. 4 (d in FIG. 5), the height of the
以上の各例では3つの磁極歯13の幅を全て同じとしているが、使用形態に応じて磁極歯13ごとに幅を変えてもよい。また、中央の磁極歯13に巻線12を巻回したものを示したが、他の磁極歯13にも巻線12を巻回したものであってもよい。
In the above examples, the widths of the three
1 固定子
2 可動子
11 コア
12 巻線
13 磁極歯
21 ヨーク
22 永久磁石
23 突起
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