JP2009130943A - Linear actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可動子を往復動させるリニアアクチュエータに関する。 The present invention relates to a linear actuator that reciprocates a mover.
従来より、電磁作用により可動子を往復動させるリニアアクチュエータが知られている(例えば、特許文献1参照。)。これらリニアアクチュエータは、軸部を有する可動子と、この可動子を往復動可能に支持する固定子とを備えたものが一般的である。このようなリニアアクチュエータでは、磁力によって可動子に推力を与えて、その可動子を往復動させるようになっている。
ここで、近年、例えばトランスミッションやギアボックスの中でリニアアクチュエータを利用して、今まで油圧で行っていたギアチェンジを、リニアアクチュエータによる電磁作用によって行うことが検討されてきている。
リニアアクチュエータをトランスミッション等の中で利用するには、リニアアクチュエータを油(オイル)中に設ける必要がある。
Here, in recent years, for example, using a linear actuator in a transmission or a gear box, it has been studied to perform a gear change that has been performed by hydraulic pressure until now by an electromagnetic action by the linear actuator.
In order to use the linear actuator in a transmission or the like, it is necessary to provide the linear actuator in oil.
しかしながら、上記のようにリニアアクチュエータを油中に設けると、ギアなどから発生する微粒子状の磁性粉(磨耗粉)が油の中に流れ込むため、それら磁性粉がリニアアクチュエータの内部に侵入してしまうという問題がある。また、使用している軸受に磁性粉等が入り込んでしまうという問題がある。 However, when the linear actuator is provided in the oil as described above, fine magnetic powder (abrasion powder) generated from a gear or the like flows into the oil, so that the magnetic powder enters the linear actuator. There is a problem. In addition, there is a problem that magnetic powder or the like enters the bearing used.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、油中においても長期にわたって良好に使用することができるリニアアクチュエータを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the linear actuator which can be used favorably for a long time also in oil.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、固定子と、前記固定子に往復動可能に支持された軸部を有する可動子と、前記可動子に前記往復動方向の推力を発生させる推力発生手段と、前記軸部の表面に対向して配置された磁石とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
The present invention relates to a stator, a mover having a shaft part supported by the stator so as to be reciprocally movable, thrust generating means for generating a thrust in the reciprocating direction on the mover, and a surface of the shaft part And a magnet disposed opposite to the magnet.
この発明においては、推力発生手段からの推力によって、軸部が往復動し、磁石の磁力によって、油中を流れる磁性粉が吸引される。
これにより、磁性粉が内部に侵入することが防止される。
In this invention, the shaft portion reciprocates by the thrust from the thrust generating means, and the magnetic powder flowing in the oil is attracted by the magnetic force of the magnet.
This prevents the magnetic powder from entering the inside.
また、本発明は、前記磁石の磁極が、前記往復動方向に向けられており、前記磁石の前記往復動方向の両側に、ヨークが設けられていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the magnetic poles of the magnet are directed in the reciprocating direction, and yokes are provided on both sides of the magnet in the reciprocating direction.
この発明によれば、磁石からの磁束を簡易かつ確実に案内することができ、磁性粉を効果的に吸着することができる。 According to this invention, the magnetic flux from a magnet can be guided easily and reliably, and magnetic powder can be adsorbed effectively.
また、本発明は、前記磁石及び前記ヨークが環状に形成され、前記磁石及び前記ヨークの内径寸法が、前記軸部の外径寸法よりも大きくなっており、前記磁石及び前記ヨークに、前記軸部が挿通されていることを特徴とする。 Further, according to the present invention, the magnet and the yoke are formed in an annular shape, and the inner diameter dimension of the magnet and the yoke is larger than the outer diameter dimension of the shaft portion. The part is inserted, It is characterized by the above-mentioned.
この発明によれば、磁石及びヨークと軸部との間において、磁性粉の侵入を確実に阻止することができる。 According to this invention, it is possible to reliably prevent the magnetic powder from entering between the magnet and the yoke and the shaft portion.
また、本発明は、前記磁石及び前記ヨークの外径寸法が同一であり、前記磁石の内径寸法が、前記ヨークの内径寸法よりも大きくなっていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the outer diameter of the magnet and the yoke are the same, and the inner diameter of the magnet is larger than the inner diameter of the yoke.
この発明によれば、磁石及びヨークと軸部との間において、磁石からの磁束ループを容易に形成することができる。 According to the present invention, a magnetic flux loop from the magnet can be easily formed between the magnet and the yoke and the shaft portion.
本発明によれば、磁石の磁力によって、油中の磁性粉を吸引することができるため、油中においても長期にわたって良好に使用することができる。 According to the present invention, the magnetic powder in the oil can be attracted by the magnetic force of the magnet, so that it can be used well in the oil for a long time.
(実施形態1)
以下、本発明の第1の実施形態におけるリニアアクチュエータについて、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態としてのリニアアクチュエータを示したものである。
リニアアクチュエータ1は、図1(a)及び(b)に示すように、直方体形状かつ中空状のケース2を備えている。
ケース2の内側面には、磁性体からなる固定コア(固定子)10が設けられている。固定コア10は、環状に形成された第一の環状体11a,11bを備えている。第一の環状体11a,11bは、断面L字状に形成されており、その底面部分が互いに対向配置されている。これら第一の環状体11a,11b同士の底面部分の間には、同形状の永久磁石12が設けられている。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a linear actuator according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a linear actuator as a first embodiment of the present invention.
The linear actuator 1 is provided with a rectangular parallelepiped and
A fixed core (stator) 10 made of a magnetic material is provided on the inner surface of the
永久磁石12の磁極は、後述するシャフト6(軸部、可動子)の往復動方向に向けられている。例えば、第一の環状体11b側がS極とされ、第二の環状体11a側がN極とされている。なお、往復動方向とは、シャフト6の軸線L方向である。
また、第一の環状体11a,11bの軸線L方向の先端には、断面L字状の第二の環状体13a,13bが設けられている。第二の環状体13a,13bの底面部分は互いに対向配置されている。そして、第一の環状体11a,11bの段差部16a,16bと、第二の環状体13a,13bの底面部とによって、それぞれ凹部14a,14bが形成されている。
凹部14a,14bには、それぞれコイル(推力発生手段)20a,20bが設けられている。
また、第二の環状体13a,13bの底面部に直交する垂直壁部は、軸線L方向の先端にいくにしたがって、肉厚となるようなテーパー18a,18bが設けられている。
The magnetic pole of the
In addition, second
Coils (thrust generating means) 20a and 20b are provided in the
Moreover, the vertical wall part orthogonal to the bottom face part of 2nd
さらに、ケース2の長手方向の両端面2a,2bの中央には、それぞれ貫通孔3a,3bが形成されている。これら貫通孔3a,3b内には、軸受け7a,7bがそれぞれ設けられている。また、軸受け7a,7bには、柱状に延びるシャフト6が挿通されている。シャフト6は、鉄などの金属からなるものである。このような構成のもと、シャフト6は、軸受け7a,7bによって、軸線L方向に往復動可能に支持されている。
また、シャフト6には、円筒状の可動コア(可動子)23が設けられている。すなわち、可動コア23の筒孔23aにシャフト6が圧入されることによって、可動コア23がシャフト6の長手方向の中央部に固定されている。
Further, through
The
可動コア23は、磁性部材からなっており、その長手方向(軸線L方向)の中央部には、径方向外方に突出する突出部(推力発生手段)27が設けられている。突出部27は、断面矩形状に形成されており、その先端面が永久磁石12及び固定コア10の内周面に対向している。また、可動コア23の長手方向の両端面には、軸線L方向に直交する方向に延在するフランジ24a,24bが設けられている。フランジ24a,24bは、可動コア23の両端面の全周にわたって設けられている。そして、フランジ24a,24bの外縁部は、固定コア10の内縁部よりも径方向外方に延在している。すなわち、フランジ24a,24bの外縁部は、軸線L方向から見て、固定コア10に重なっている。これらフランジ24a,24bは、軸線L方向に可動コア23を吸引する吸引力発生手段として機能するものである。
また、フランジ24a,24bの縁部の表面側には、径方向外方にいくにしたがって、肉薄となるようなテーパー25a,25bが形成されている。
なお、テーパー25a,25b,18a,18bが形成されていることから、ギャップが急激に変化することなく、そのため、磁束の急激な変化を防止することができる。
The
Further, on the surface side of the edge portions of the
Since the
このような構成のもと、コイル20a,20bに通電すると、これらコイル20a,20bからの磁束と永久磁石12の磁束とにより、可動コア23及びシャフト6が往復動するようになっている。
Under such a configuration, when the
さらに、本実施形態においては、ケース2の両端面2a,2bの中央に、磁性粉を吸着するための吸着部30が設けられている。
吸着部30は、図2に示すように、円筒状に形成された環状磁石32を備えている。環状磁石32は、永久磁石である。環状磁石32の磁極は、軸線L方向に向けられており、ケース2側がN極とされ、その反対側(シャフト6の先端側)がS極とされている。環状磁石32の軸線L方向の両端には、円筒状に形成された環状ヨーク33a,33bが同軸上に設けられている。環状ヨーク33a,33bは、磁性部材からなるものである。
これら環状磁石32及び環状ヨーク33a,33bに、シャフト6が挿通されている。
Further, in the present embodiment, an
As shown in FIG. 2, the attracting
The
なお、環状磁石32及び環状ヨーク33a,33bのそれぞれの外径寸法r3は、同一になっている。また、環状ヨーク33a,33bのそれぞれの内径寸法r1は、同一になっている。また、内径寸法r1は、シャフト6の外径寸法r4よりも大きくなっている。さらに、環状磁石32の内径寸法r2は、内径寸法r1よりも大きくなっている。
そのため、環状磁石32及び環状ヨーク33a,33bにシャフト6を挿通した状態では、シャフト6の外周面と、環状磁石32及び環状ヨーク33a,33bの内周面との間に、ギャップG2,G1a,G1bが形成されるようになっている。
内径寸法r2は内径寸法r1よりも大きくなっていることから、ギャップG2におけるシャフト6の外周面と環状磁石32の内周面との間の間隔寸法d2は、ギャップG1a,G1bにおけるシャフト6の外周面と環状ヨーク33a,33bの内周面との間の間隔寸法d1よりも大きくなっている。
The outer diameter r3 of each of the
Therefore, when the
Since the inner diameter r2 is larger than the inner diameter r1, the distance d2 between the outer peripheral surface of the
このような構成のもと、環状磁石32の磁束は、図3に示すように、N極から出て、環状ヨーク33b内を通って、その内周面からギャップG1b内に出て行く。そして、その磁束は、ギャップG1b内でケース2と反対側に折れて、軸線Lに沿って進んで行き、ギャップG2を通過して、環状ヨーク33aのギャップG1a内で、環状ヨーク33aの内周面から環状ヨーク33a内に入って行き、環状磁石32のS極に戻って行く。これにより、磁束ループMが形成される。
With such a configuration, as shown in FIG. 3, the magnetic flux of the
次に、このように構成された本実施形態におけるリニアアクチュエータ1の作用について説明する。
コイル20a,20bに、互いに逆方向の電流を流すと、コイル20a,20b及び永久磁石12からの磁束は、第一の環状体11a、第二の環状体13aを通って、フランジ24aに到達する。そして、その磁束は、可動コア23を通って、突出部27から第一の環状体11bを通って永久磁石12のS極に戻って行く。これにより、突出部27の先端面と固定コア10の内周面との間に磁極が形成され、軸線L方向の推力が働く。そのため、可動コア23を介してシャフト6が軸線L方向に移動する。例えば、図1の状態では、フランジ24bが固定コア10に当接しており、この状態から、シャフト6が右方向(永久磁石12に対して第一の環状体11bの方向)に移動する。このとき、フランジ24aの外縁部が固定コア10の内縁部よりも径方向外方に延在しているため、固定コア10とフランジ24aとの間に磁極が形成される。そして、フランジ24a及び可動コア23を介してシャフト6が右方向に吸引される。
そのため、突出部27の磁極による推力に、フランジ24aの磁極による吸引力が加えられて、シャフト6が右方向に移動する。
さらに、コイル20a,20bに流す電流の方向を交互に変えることにより、シャフト6が往復動する。
Next, the operation of the linear actuator 1 according to this embodiment configured as described above will be described.
When currents in opposite directions are passed through the
Therefore, the attractive force by the magnetic pole of the
Furthermore, the
ここで、従来では、リニアアクチュエータを油中に設けると、油の中を流れる磁性粉がリニアアクチュエータの中に侵入してしまうおそれがあった。
本実施形態におけるリニアアクチュエータ1では、以下のようにして、磁性粉の侵入が阻止される。
すなわち、図3に示すように、油Aの中を流れる磁性粉Fが、ギャップG1a,G2,G1bを介して、ケース2の中に侵入しようとする。このとき、ギャップG1a,G2,G1bには、環状磁石32の磁束による磁束ループMが形成されていることから、図4に示すように、ギャップG1aに侵入した磁性粉Fは、磁力によって、環状ヨーク33aの内周面に吸着される。また、ギャップG1aを通過できたとしても、ギャップG1bにおいて環状ヨーク33bの内周面に吸着される。そのため、ギャップG2が油に浸された磁性粉により埋められてオイルシールを形成する。このオイルシールが形成されたあとは、ケース内への磁性粉等の侵入を防止することができる。
Here, conventionally, when the linear actuator is provided in oil, there is a possibility that magnetic powder flowing in the oil may enter the linear actuator.
In the linear actuator 1 in the present embodiment, intrusion of magnetic powder is prevented as follows.
That is, as shown in FIG. 3, the magnetic powder F flowing in the oil A tends to enter the
以上より、本実施形態におけるリニアアクチュエータ1によれば、環状磁石32の磁力により、環状ヨーク33a,33bの内周面に磁性粉Fを吸着させることができることから、ケース2内の磁性粉Fの侵入を防止することができる。また、磁性粉Fの侵入が阻止されることから、軸受け7a,7bなどの耐久性を向上させることができる。
そのため、油Aの中においても長期にわたって良好に使用することができる。
また、従来では回転軸に対してオイルシールを設けることはできたが、往復動する軸にオイルシールを設けることは困難であった。本実施形態におけるリニアアクチュエータ1によれば、油Aの中に設けられることから、往復動するシャフト6であっても、ギャップG1a,G1b,G2におけるオイルシールを容易に設けることができる。
As described above, according to the linear actuator 1 in the present embodiment, the magnetic powder F can be attracted to the inner peripheral surfaces of the
Therefore, it can be satisfactorily used in the oil A for a long time.
Conventionally, an oil seal can be provided on the rotary shaft, but it has been difficult to provide an oil seal on the reciprocating shaft. According to the linear actuator 1 in the present embodiment, since it is provided in the oil A, an oil seal in the gaps G1a, G1b, and G2 can be easily provided even with the
また、間隔寸法d2が間隔寸法d1よりも大きくなっていることから、ギャップG1a,G1b,G2内に、軸線Lに沿った磁束ループを確実に形成することができる。
また、フランジ24a,24bが設けられていることから、推力を発生させるためのエネルギーを利用して、吸引力をも発生させることができ、そのため、少ないエネルギーでシャフト6を適正に往復動させることができる。そのため、簡易な構成により効率を向上させることができるだけでなく、小型化を容易に図ることができる。
すなわち、シャフト6のストローク端での推力低下を吸引力により補うことができる構成としているため、シャフト6のストローク全域において大きな推力を発生させることができる。また、コイル20a,20bへの通電方向により、容易に推力発生方向を変えることができる。これは、電磁石の中央磁極にN極S極となるようにしたこと、それに対向した磁極(突出部27)を凸形状にしていることなどによるものである。
さらに、シャフト6のストローク端では、永久磁石12の磁束によりフランジ24a,24bにおいて吸引力が生じるため、コイル20a,20bへの通電をやめて(電流0で)も、シャフト6のストローク端での位置保持が可能となる。またこの力は通電することでさらに大きくなる。
Further, since the distance dimension d2 is larger than the distance dimension d1, a magnetic flux loop along the axis L can be reliably formed in the gaps G1a, G1b, and G2.
Further, since the
In other words, since a reduction in thrust at the stroke end of the
Further, at the stroke end of the
ここで、自動車などでは油圧アクチュエータから電動アクチュエータへの置き換えなどが検討されているが、当然小形で大きな推力を発生させるアクチュエータが求められる。本実施形態に係るリニアアクチュエータ1のような磁気回路の構成であれば、小形大推力のアクチュエータを提供することが可能となる。ロック機構などでは、一方向へシャフト6を移動させた状態を保持しておく必要があり、リニアアクチュエータ1によれば無通電でもその位置を保持することができ、その保持力を増やしたいときはコイル20a,20bに印加する電流を増大させればよく、ロック機構を低消費電力で実現できる。
また、圧縮機やバルブの開閉などは、シャフト6のストローク端で大きな推力を必要とすることが多く、リニアアクチュエータ1のように、シャフト6のストローク端で大きな推力を発生させることができるアクチュエータを適用することで、これらの機器の効率改善や小型化に大きく貢献できる。
Here, in automobiles and the like, the replacement of hydraulic actuators with electric actuators and the like has been studied, but naturally there is a demand for a small actuator that generates a large thrust. If it is the structure of a magnetic circuit like the linear actuator 1 which concerns on this embodiment, it will become possible to provide an actuator of a small large thrust. In a lock mechanism or the like, it is necessary to keep the state in which the
Further, opening and closing of the compressor and the valve often requires a large thrust at the stroke end of the
(実施形態2)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図5は、本発明の第2の実施形態を示したものである。
図5において、図1から図4に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第1の実施形態とは基本的構成は同一であり、ここでは異なる点についてのみ説明する。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
In FIG. 5, the same components as those shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
This embodiment and the first embodiment have the same basic configuration, and only the differences will be described here.
本実施形態においては、ケース2の両端面2a,2bの内周面に(貫通孔3a,3b内に)、吸着部30が設けられている。なお、上記第1実施形態における軸受け7a,7bは設けられていない。
このような構成のもと、リニアアクチュエータ1aを油中に設けることにより、シャフト6と吸着部30とのギャップ内にオイルシールが設けられる。また、シャフト6と環状磁石32との間のギャップG2が油に浸された磁性粉で満たされているため、シャフト6の環状磁石32側の自由度が拘束され、シャフト6の往復動を支持することが可能となり、別の軸受け(図1に示す7a,7b)を設けなくてもよくなる。
以上より、上記第1の実施形態の同様の効果を奏することができるだけでなく、構成を簡易にすることができる。
In the present embodiment, the
Under such a configuration, by providing the
From the above, not only the same effects as the first embodiment can be achieved, but also the configuration can be simplified.
なお、本発明の技術範囲は上記第1及び第2の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、環状磁石32が永久磁石であるものとしたが、電磁石であってもよい。これにより、磁性粉Fの吸着力を制御することができる。具体的には、磁性粉Fの入り口付近に金属センサを設け、この金属センサからの出力を読み出して、磁性粉Fが多いと判定した場合に、電磁石による磁力を強めるような制御部を設けることも可能である。
The technical scope of the present invention is not limited to the first and second embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, although the
また、コイル20a,20bを可動コア23に設けてもよい。ただし、固定コア10側にコイル20a,20bを設けた方が、可動による断線のおそれがない点で好ましい。
また、シャフト6が、軸受け部材により支持されるとしたが、これに限ることはなく、コイルバネや板バネなどの弾性体で支持するようにしてもよい。
また、シャフト6を往復動させる構成としては、適宜変更可能である。例えば、可動鉄心形であってもよいし、ソレノイドなどを設けてもよい。
また、外側を固定コア10とし、内側を可動コア23としたが、これに限ることはなく、外側の部材を可動子とし、内側の部材を固定子としてもよい。
また、リニアアクチュエータの推力発生手段の構成は適宜変更可能である。例えば、ボイスコイル形、リニアソレノイドなど往復動を可能とするものであればよい。
The
Although the
Moreover, it can change suitably as a structure which makes the
Moreover, although the outer side is the fixed
The configuration of the thrust generating means of the linear actuator can be changed as appropriate. For example, any type that can reciprocate such as a voice coil type or a linear solenoid may be used.
1,1a リニアアクチュエータ
6 シャフト(軸部、可動子)
10 固定コア(固定子)
20a,20b コイル(推力発生手段)
23 可動コア(可動子)
27 突出部(推力発生手段)
32 環状磁石
33 環状ヨーク
1,
10 Fixed core (stator)
20a, 20b coil (thrust generating means)
23 Movable core (movable element)
27 Protrusion (thrust generating means)
32 annular magnet 33 annular yoke
Claims (4)
前記固定子に往復動可能に支持された軸部を有する可動子と、
前記可動子に前記往復動方向の推力を発生させる推力発生手段と、
前記軸部の表面に対向して配置された磁石と
を備えることを特徴とするリニアアクチュエータ。 A stator,
A mover having a shaft portion reciprocally supported by the stator;
Thrust generating means for generating a thrust in the reciprocating direction on the mover;
A linear actuator comprising: a magnet arranged to face the surface of the shaft portion.
前記磁石の前記往復動方向の両側に、ヨークが設けられていることを特徴とする請求項1に記載のリニアアクチュエータ。 The magnetic pole of the magnet is oriented in the reciprocating direction;
The linear actuator according to claim 1, wherein yokes are provided on both sides of the magnet in the reciprocating direction.
前記磁石及び前記ヨークの内径寸法が、前記軸部の外径寸法よりも大きくなっており、
前記磁石及び前記ヨークに、前記軸部が挿通されていることを特徴とする請求項2に記載のリニアアクチュエータ。 The magnet and the yoke are formed in an annular shape,
The inner diameter dimension of the magnet and the yoke is larger than the outer diameter dimension of the shaft portion,
The linear actuator according to claim 2, wherein the shaft portion is inserted through the magnet and the yoke.
前記磁石の内径寸法が、前記ヨークの内径寸法よりも大きくなっていることを特徴とする請求項3に記載のリニアアクチュエータ。 The outer diameter of the magnet and the yoke are the same,
The linear actuator according to claim 3, wherein an inner diameter of the magnet is larger than an inner diameter of the yoke.
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