JP2008253009A - 制振用直動形電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 電流や電圧を上げて発生推力を増すことが安定してできる制振用直動形電動アクチュエータを提供すること。
【解決手段】 作動方向Ａに交互に極性が異なるように複数列の永久磁石を配置した可動子と、この可動子の作動方向に複数の電機子コイルを配置した固定子２と、前記電機子コイルを電源相数の整数倍で配置し、この電機子コイルの各相毎の巻始めと巻終りの引出線１６を接続する所定のパターン回路を形成した配線基板１７とを備え、前記電機子コイルの各相毎の引出線１６を、前記固定子２の周方向に所定角度でずらして引出すようにする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電磁式ダンパー等の制御装置において直線的な駆動力を発生させる制振用直動形電動アクチュエータに関する。

従来より、直動形電動アクチュエータとして、円筒形状の可動子の内径側又は外径側に極性を交互に配置した永久磁石を設け、この永久磁石と所定の隙間を設けた複数の電機子コイルを固定子の作動方向に配置したものがある。こような直動形電動アクチュエータによれば、電機子コイルに所定の電流を印加することにより電機子と永久磁石の電磁作用によって永久磁石の長手方向に沿って推力が発生し（フレミングの左手の法則）、可動子を直線運動させることができる。

このような直動形電動アクチュエータの場合、電源相数の整数倍で電機子コイルが設けられており、例えば、三相電源によって電機子コイルが励磁される場合、作動長方向に設けられた３の整数倍の電機子コイルの同相間電機子コイルを配線で接続するような、所定のパターンで接続される。このような配線は、電機子コイルの個数や結線方法等の仕様に応じて決定される。しかし、電機子コイルの個数が増えると電機子コイルの引出線はその２倍あるため、その引出線を確認しながらリード線で接続する配線作業は煩雑で面倒な作業となる。また、通常、そのリード線は電機子コイルの周上の一箇所に集められて束ねられた状態となるため、複雑な配線となっている。

そのため、この種の従来技術として、例えば、リニアモータの電機子コイルの同相間コイル導体の渡り線および異相間コイル導体の中間点を、所定の配線パターンを形成した配線基板で接続し、配線の接続処理を容易にしようとしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３０８３２８号公報（第３頁、図３）

ところで、この種の制振用直動形電動アクチュエータが用いられる制振装置において、その直動形電動アクチュエータの発生推力を増すことによって、より高負荷に対応したいという要望がある。

しかしながら、直動形電動アクチュエータにおける発生推力を増やすために電機子コイルに印加する電流や電圧を上げようとすると、配線基板の発熱や耐電圧の制約を受ける。電流を上げる場合、配線基板上に配置したパターンの電気抵抗による発熱が増加する。通常は、配線基板の耐熱性能の改善と、パターンの電気抵抗削減のためのパターン幅の拡大で対応するが、これらの対応にも限界があり、常用できる手段ではない。例えば、耐熱性能の良好な基板材料はコスト高となって採用が難しい場合が多い。また、パターン幅の拡大は配線基板の形状を大きくするため、設置場所に制約が生じるとともに、同一平面上に配置した隣接するパターン同士の間隔をつめることになって両者間の絶縁性能が低下する。しかも、パターン幅を拡大すると、配線基板を挟んで表裏に配置（多層基板の場合は中間層も。）したパターン同士で構成する容量性負荷（コンデンサ）の容量も拡大し、高周波の電流を印加した際の漏洩電流が増加する問題が表面化する。なお、この点は、基板材料を低誘電率材料に置換することである程度解決できるが、これも技術的限界とコストの問題が生じる。

さらに、電圧を上げる場合には、同一平面上のパターン間隔や積層間隔を広げて絶縁性能を確保する必要があり、配線基板の大型化が避けられない。このように、電機子コイルへの電流を上げたり電圧を上げて発生推力を増す場合の課題は、前記特許文献1に記載された発明でも生じる。

そこで、本発明は、電流や電圧を上げて発生推力を増すことが安定してできる制振用直動形電動アクチュエータを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、作動方向に交互に極性が異なるように複数列の永久磁石を配置した可動子と、該可動子の作動方向に複数の電機子コイルを配置した固定子と、前記電機子コイルを電源相数の整数倍で配置し、該電機子コイルの各相毎の巻始めと巻終りの引出線を接続する所定のパターン回路を形成した配線基板とを備え、前記電機子コイルの各相毎の引出線を、前記固定子の周方向に所定角度でずらして引出すようにしている。これにより、固定子の周方向に所定角度でずらして引出した各励磁相毎の引出線を配線基板に接続すればよく、各相毎の引出線を容易に接続することができるとともに、この配線基板に形成した各相毎の所定のパターン回路によって、電流や電圧を上げても発熱や絶縁性能不足等を生じることなく発生推力を増すことができる。

また、前記パターン回路を形成した各相毎の配線基板を、前記固定子の外周における作動方向の前記引出線を引出した位置に設け、該配線基板毎に前記電機子コイルの各相毎の引出線を接続してもよい。このようにすれば、固定子の外周の作動方向に設けられた各配線基板に各相の引出線を接続すればよく、各引出線の接続をより容易に行うことができるとともに、電流や電圧を上げても発熱や絶縁性能不足等を生じることなく発生推力を増すことができる。

さらに、前記配線基板を固定子の前記作動方向端部に設け、該配線基板に各相毎のパターン回路を形成し、該各相毎のパターン回路に前記電機子コイルの各相毎の引出線をそれぞれ接続してもよい。このようにすれば、固定子の作動方向端部に設けられた配線基板に各相の引出線を引出して接続すればよく、固定子端部で各引出線の接続を容易に行うことができるとともに、電流や電圧を上げても発熱や絶縁性能不足等を生じることなく発生推力を増すことができる。

また、前記配線基板を固定子の前記作動方向両端部に設け、該両端部の配線基板に各相毎のパターン回路を形成し、該各相毎のパターン回路に前記電機子コイルの各相毎の引出線をそれぞれ接続してもよい。このようにすれば、固定子の作動方向両端部に設けられた配線基板に各相毎の引出線を分けて引出して接続することにより、より発熱や絶縁性能不足を抑えて電流や電圧を上げることができる。

さらに、前記電源相数を三相で構成し、該三相の各相毎の引出線を固定子の周囲に所定間隔で引出せば、三相電源の各相毎のパターン回路を大きく離して発熱や絶縁性能不足等を生じないようにできる。

本発明は、以上説明したような手段により、通電電流や電圧を上げても発熱や絶縁性能不足等を生じることなく発生推力を増すことができる制振用直動形電動アクチュエータを提供することが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。これらの実施の形態では、電機子コイルを三相のＹ結線で構成する場合を例に説明する。図１は、本発明の第１実施の形態に係る制振用直動形電動アクチュエータの断面図であり、図２は、図１の直動形電動アクチュエータにおける固定子の一部を分解した状態を模式的に示す斜視図、図３は、図２に示す固定子の組立状態を模式的に示す斜視図、図４は、図３に示す固定子の側面図、図５は、図３に示す固定子の電機子コイルの結線図、図６は、図５に示す電機子コイルの結線図のパターン回路図である。なお、これらの図面は模式的に記載している。

まず、図１に基いて本発明が採用される制振用直動形電動アクチュエータの一例を説明する。図示する制振用直動形電動アクチュエータ１には、内部に固定子２を備えた固定側本体３が設けられており、この固定側本体３の作動方向一端には固定側に軸支される反出力側ロッドエンド４が設けられている。固定側本体３の内部に設けられた固定子２には、制振用直動形電動アクチュエータ１の作動方向Ａに電源の相数の整数倍で複数の鉄心５および電機子コイル６が設けられている。この実施の形態では三相電源を用いているため、１２個の電機子コイル６が設けられている。また、図示する固定側本体３の下部には、電機子コイル６への電源供給口７が設けられており、この電源供給口７から三相電源が供給されている。

一方、前記固定側本体３の内部には、作動方向Ａに移動する可動子８が設けられている。この可動子８に設けられた出力軸９は、前記固定側本体３に設けられたすべり軸受１０によって支持されており、前記反出力側ロッドエンド４と逆方向に出力側ロッドエンド１１が設けられている。可動子８の外周と前記固定子２の内周との間には所定の隙間が設けられている。この可動子８は、出力軸９に固定された可動子本体１３と、この可動子本体１３の周囲に設けられた永久磁石１４，１５とで構成されている。Ｎ極の永久磁石１４とＳ極の永久磁石１５とは、作動方向Ａに極性が交互に異なるように配置されている。

このように構成された制振用直動形電動アクチュエータ１によれば、固定子２の電機子コイル６に所定の電流を印加すると、可動子８の永久磁石１４，１５を作動方向Ａ（軸方向）に移動させる推力が発生する。この発生推力により、可動子８に設けられた出力軸９の出力側ロッドエンド１１が移動させられるように構成されている。この出力側ロッドエンド１１が、可動側に固定される。

そして、前記固定子２の外周における作動方向Ａに、複数の電機子コイル６の各相毎の引出線１６を接続する配線基板１７が設けられている。図示する配線基板１７は、三相の内の一相を示しており、電機子コイル６の内の一相分の引出線１６が接続されている。この配線基板１７は、ガラスエポキシ樹脂等によって製作され、予め接続する電機子コイル６の数や結線方法に応じて所定のパターン回路が形成されている。引出線１６と配線基板１７との接続は、配線基板１７に形成された接続穴（図示略）に一方から引出線１６を挿入し、他方の引出線端部を配線基板１７に半田付けすることによって行われる。この配線基板１７は、鉄心５にボルト１８で固定されている。また、電源供給部７の配線が接続部１９に接続されている（図では一相分を示す。）。

図２に示すように、前記固定子２の鉄心５には、内部に設ける電機子コイル６の引出線１６を通す切り欠き部２０が設けられており、１箇所の切り欠き部２０から１個の電機子コイル６の引出線１６が鉄心５の外周部に引き出されている。この図２では、左端の１個目の電機子コイル６の引出線１６が手前に引き出され、２個目の電機子コイル６の引出線１６が上部奥側、３個目の電機子コイル６の引出線（図示略）が下部奥側に引き出されており、この例では三相電源の各相毎の引出線１６が鉄心５の周方向に所定角度でずれて引き出されている。これらの引出線１６は、予め前記配線基板１７を取付ける位置を決めておき、その位置にそろえて引き出される。

図３，４に示すように、鉄心５と電機子コイル６とが積層された状態の固定子２の外周には、前記鉄心５の外周部に所定角度でずれて引き出された各相毎の引出線１６を連結する前記配線基板１７が作動方向Ａに設けられている。この例では三相電源を用いているため、この配線基板１７が、Ｕ相の配線基板１７ｕと、Ｖ相の配線基板１７ｖと、Ｗ相の配線基板１７ｗとで構成されている。これら３枚の配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗが、鉄心５の外周上の３箇所に１２０°間隔で設けられている。これら配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの位置は予め決められており、前記したように、これらの配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの位置に合致するように、前記電機子コイル６の各相毎の引出線１６が引出される。これら各相毎の配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗには、それぞれ一相分のパターン回路が内蔵されている。これらの配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの端部は、電線によって三相のＹ結線で接続されている。このＹ結線の中性点２１は、配線以外に基板で構成してもよい。また、これらの配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの材質としては、前記ガラスエポキシ樹脂の他に、高温対応材としては、ナイロン系樹脂材料、フェノール系樹脂材料等が好適である。高周波数対応材としては、フッ素系樹脂、セラミック等が好適である。

図５、６に示すように、この実施の形態における１２個の電機子コイル６（図の左側から、Ｌ１〜Ｌ１２を付す。）の結線としては、三相電源であるため、４個を直列接続した三相で結線されている。図示するように、Ｌ１〜Ｌ１２の１２個の電機子コイル６の内、Ｌ１，Ｌ４，Ｌ７，Ｌ１０がＵ相、Ｌ２，Ｌ５，Ｌ８，Ｌ１１がＷ相、Ｌ３，Ｌ６，Ｌ９，Ｌ１２がＶ相、として結線されている。このような結線のパターン回路は、電機子コイル６の数や電源相数等によって予め決められる。この実施の形態では、このようなパターン回路の一相分が、前記配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗ毎に内蔵されている。

以上のように構成された固定子２を備えた前記制振用直動形電動アクチュエータ１によれば、電機子コイル６の相毎に設けられた配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗにより、電流や電圧を上げて発生推力を増しても、配線基板１７に温度上昇や絶縁性能低下などの問題を生じることなく、安定して使用することが可能となる。例えば、この実施の形態の三相電源の場合には、配線基板１７を電源相数と同じ３枚の配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗに分割し、これらの配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗを従来の配線基板サイズと同等サイズにすることにより、各配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗは従来と同等サイズであるが内蔵するパターン回路は一相分のみとなり、各配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗでの温度上昇や絶縁性能低下等を生じないようにできる。しかも、これらの配線基板１７には、予め接続する電機子コイル６の数や結線方法に応じて所定のパターン回路が形成されているので、配線基板１７に形成された接続穴（図示略）に一方から引出線１６を挿入して他方の引出線端部を配線基板１７に半田付けすることによって引出線１６と配線基板１７との接続が完了するので、間違い等を生じることなく迅速な配線接続作業が可能となる。また、条件によるが、配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの材質を高価な材質にしなくても、温度上昇や絶縁性能低下等を生じないようにできる。

さらに、この実施の形態では、配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗを固定子２の外周に等間隔の角度でずらして設けているため、各配線基板１７ｕ１７ｖ１７ｗが多少大きくなっても全体的な大きさを抑えることができるので、各配線基板１７ｕ，１７ｖ，１７ｗを所望の電流・電圧に耐えうるように構成することが容易に可能である。

図７は、本発明の第２実施の形態に係る制振用直動形電動アクチュエータにおける固定子の一部を分解した状態を模式的に示す斜視図であり、図８は、図７に示す固定子の組立状態を模式的に示す斜視図、図９は、図８に示す配線基板の正面図である。前記第１実施の形態と同一の構成には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。この第２実施の形態では、固定子２２の作動方向Ａの端部に円盤状の配線基板２３を設け、この配線基板２３の広い面積を利用して各相毎にパターン回路の間隔を拡大し、発熱や絶縁性能低下の問題を解決したものである。

図示するように、固定子２２の一端に円盤状の配線基板２３が設けられている。この配線基板２３の内部には、前記図５，６に示されたパターン回路が各相毎に分けて形成されており、この実施の形態では、各相毎のパターン回路が周方向の異なった位置に内蔵されている。また、配線基板２３の内部には三相Ｙ結線のパターン回路も内蔵されている。一方、固定子２２の鉄心５の外周には、各電機子コイル６の引出線１６を作動方向Ａに導くための溝部２４が形成されている。この鉄心５に設けられた溝部２４の中を通って、電機子コイル６の各相毎の引出線１６が端部に設けられた配線基板２３まで導かれている。

この第２実施の形態では、固定子２２の一端に配線基板２３を設けた例を示しているが、一方の端部（図の右側）に設けた配線基板２３で十分な効果が得られない場合、図示する２点鎖線のように固定子２２の他方の端部（図の左側）にも配線基板２５を設け、これら固定子２２の両端部に設けられた配線基板２３，２５に各相毎のパターン回路を分けて形成し、それらのパターン回路に引出線１６を分けて接続することによって発熱や絶縁性能低下の問題を解決すればよい。また、この実施の形態における各相毎に分けて形成したパターン回路は、配線基板２５を周方向に分けて形成しても、径方向に分けて形成してもよい。

以上のように構成された固定子２２を備えた制振用直動形電動アクチュエータによっても、固定子２２の端部に設けられた配線基板２３（２５）の広い面積に形成された各相毎のパターン回路により、電流や電圧を上げて発生推力を増しても温度上昇や絶縁性能低下の問題を生じることなく安定して使用することが可能となる。

なお、前記実施の形態では直動形電動アクチュエータを例に説明したが、他に直動形電動ソレノイド等にも同様に適用可能である。また、前記実施の形態では、三相電源のＹ結線で構成する例を説明したが、電源や結線は他の方法であってもよい。

さらに、前述した実施の形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではない。

本発明に係る制振用直動形電動アクチュエータは、機械や構造物に設けられる電磁式ダンパー等の制振装置に有用である。

本発明の第１実施の形態に係る制振用直動形電動アクチュエータの断面図である。 図１の直動形電動アクチュエータにおける固定子の一部を分解した状態を模式的に示す斜視図である。 図２に示す固定子の組立状態を模式的に示す斜視図である。 図３に示す固定子の側面図である。 図３に示す固定子の電機子コイルの結線図である。 図５に示す電機子コイルの結線図のパターン回路図である。 本発明の第２実施の形態に係る制振用直動形電動アクチュエータにおける固定子の一部を分解した状態を模式的に示す斜視図である。 図７に示す固定子の組立状態を模式的に示す斜視図である。 図８に示す配線基板の正面図である。

符号の説明

１…制振用直動形電動アクチュエータ
２…固定子
３…固定側本体
５…鉄心
６…電機子コイル（Ｌ１〜Ｌ１２）
７…電源供給口
８…可動子
９…出力軸
１０…すべり軸受
１３…可動子本体
１４…永久磁石
１５…永久磁石
１６…引出線
１７（１７ｕ，１７ｖ，１７ｗ）…配線基板
１８…ボルト
１９…接続部
２０…切り欠き部
２１…中性点
２３，２５…配線基板
２４…溝部
Ａ…作動方向

Claims (5)

1. 作動方向に交互に極性が異なるように複数列の永久磁石を配置した可動子と、該可動子の作動方向に複数の電機子コイルを配置した固定子と、前記電機子コイルを電源相数の整数倍で配置し、該電機子コイルの各相毎の巻始めと巻終りの引出線を接続する所定のパターン回路を形成した配線基板とを備え、
   前記電機子コイルの各相毎の引出線を、前記固定子の周方向に所定角度でずらして引出すようにしたことを特徴とする制振用直動形電動アクチュエータ。
2. 前記パターン回路を形成した各相毎の配線基板を、前記固定子の外周における作動方向の前記引出線を引出した位置に設け、該配線基板毎に前記電機子コイルの各相毎の引出線を接続したことを特徴とする請求項１に記載の制振用直動形電動アクチュエータ。
3. 前記配線基板を固定子の前記作動方向端部に設け、該配線基板に各相毎のパターン回路を分けて形成し、該各相毎のパターン回路に前記電機子コイルの各相毎の引出線をそれぞれ接続したことを特徴とする請求項１に記載の制振用直動形電動アクチュエータ。
4. 前記配線基板を固定子の前記作動方向両端部に設け、該両端部の配線基板に各相毎のパターン回路を分けて形成し、該各相毎のパターン回路に前記電機子コイルの各相毎の引出線をそれぞれ接続したことを特徴とする請求項１に記載の制振用直動形電動アクチュエータ。
5. 前記電源相数を三相で構成し、該三相の各相毎の引出線を固定子の周囲に所定間隔で引出したことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の制振用直動形電動アクチュエータ。

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