JP2010104093A

JP2010104093A - リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP2010104093A
Application number: JP2008271177A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Sato; 浩介佐藤
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-05-06

Abstract

【課題】一部のコイルに断線が生じても推力を発生することが可能なリニアアクチュエータを提供することである。
【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、アウターチューブ２と、アウターチューブ２内に移動自在に挿入されるロッド３と、複数の永久磁石５を備えてアウターチューブ２とロッド３の一方に保持される界磁４と、界磁４に対向する複数相のコイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８を備えてアウターチューブ２とロッド３の他方に軸方向に並べて保持される複数のコイル群Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４とを備え、アウターチューブ２とロッド３を軸方向に相対変位させる推力を発生するリニアアクチュエータにおいて、複数のコイル群Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を少なくとも２以上のグループに分け、コイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８へ電力供給はコイル群Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が属するグループ毎に独立して行われることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、リニアアクチュエータに関する。

従来、この種のリニアアクチュエータとしては、たとえば、アウターチューブと、アウターチューブ内に移動自在に挿入されるロッドと、複数の環状の永久磁石を備えてロッドの外周に保持される界磁と、界磁に対向する複数相のコイルを備えてアウターチューブ内に固定した円筒状のコアに軸方向に並べて保持される複数のコイル群とを備えて構成されており、各コイル群のうち同相の各コイルは直列に接続されて直列回路を形成して電源から電力供給を受けるようになっている（たとえば、特許文献１参照）。
特開平７−１０７７３２号公報（図１）

従来のリニアアクチュエータでは、上記の如く、各コイル群のコイルが相毎に数珠繋ぎにされて電源から電力供給を受ける構造となっているので、一部のコイルが断線した場合には、直列回路を構成するコイル全てに通電できなくなってしまい、推力を発生できなくなってしまう。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、一部のコイルに断線が生じても推力を発生することが可能なリニアアクチュエータを提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、アウターチューブと、アウターチューブ内に移動自在に挿入されるロッドと、複数の永久磁石を備えてアウターチューブとロッドの一方に保持される界磁と、界磁に対向する複数相のコイルを備えてアウターチューブとロッドの他方に軸方向に並べて保持される複数のコイル群とを備え、アウターチューブとロッドを軸方向に相対変位させる推力を発生するリニアアクチュエータにおいて、複数のコイル群を少なくとも２以上のグループに分け、コイルへ電力供給はコイル群が属するグループ毎に独立して行われることを特徴とする。

本発明のリニアアクチュエータによれば、コイル群が二つ以上のグループに分けられて、コイルへ電力供給はコイル群が属するグループ毎に独立して行われるようになっているので、仮に、一つのグループ内のコイルの一部に断線が生じて当該グループのコイルへの通電が不能となっても、他のグループのコイル群には影響がなく通常通りの通電を行うことができるので、最大推力は低下するものの推力を発生し続けることができ、作動不能となってしまう事態を回避することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図1は、本発明の一実施の形態におけるリニアアクチュエータの横断面図である。

一実施の形態におけるにリニアアクチュエータ１は、図１に示すように、アウターチューブ２と、アウターチューブ２内に移動自在に挿入されるロッド３と、複数の永久磁石５を備えてロッド３に保持される界磁４と、界磁４に対向するＡ相、Ｂ相の二相のコイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８を備えてアウターチューブ２にコア６を介して軸方向に並べて保持される四つのコイル群Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４とを備えて構成されている。

そして、コイル群Ｃ１，Ｃ２で一のグループを構成し、コイル群Ｃ３，Ｃ４で一のグループを構成し、コイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８へ電力供給はコイル群Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が属するグループ毎に独立して行うようになっており、これらのコイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８を励磁することによって、界磁４を保持するロッド３と、コイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８を保持するアウターチューブ２を軸方向に相対変位させる推力を発生することができるようになっている。

以下、リニアアクチュエータ１の各部について詳しく説明する。ロッド３は、この実施の形態の場合、インナーロッド３ａと、インナーロッド３ａのとの間に環状隙間を形成するパイプ３ｆとを備えて構成されている。

インナーロッド３ａは、両端に設けた大径部３ｂ，３ｃと、先端の大径部３ｂに連なる大径部３ｂよりも大径の摺動部３ｄと、基端の大径部３ｃに連なるとともに取付孔を備えた取付部３ｅとを備えており、パイプ３ｆが上記大径部３ｂ，３ｃの外周に装着されてインナーロッド３ａの大径部３ｂ，３ｃ間に環状隙間を形成し、当該環状隙間内には軸方向に並べて配置される複数の環状の永久磁石５が収容されている。

すなわち、永久磁石５は、上記環状隙間内に収容されることでロッド３に保持されており、この場合、軸方向にＮ極とＳ極が現れるように着磁されており、隣り合う永久磁石５は同極同士を対向させてロッド３に軸方向に並べて保持されている。したがって、ロッド３の外周にこれらの永久磁石５によって、コイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８へ作用させる磁界が発生されており、これらの永久磁石５でリニアアクチュエータ１における界磁４を構成している。

なお、ロッド３は、強磁性体材料で形成されるとロッド３内に磁束が集中して永久磁石５の外周周りにおける磁束に影響を与えるので、非磁性体材料によって形成されるとよい。また、図示するところでは、永久磁石５は、ロッド３に六個設けられているが、リニアアクチュエータ１の駆動ができる限りにおいて、設置数は複数であればよく、これに限られない。

さらに、この実施の形態にあっては、ロッド３は、インナーロッド３ａとパイプ３ｆとで構成されているが、これを単なる円柱として外周に永久磁石５を装着するようにしてもよい。また、永久磁石５は、内周と外周で極が異なるように着磁されていてもよく、いずれにしても、ロッド３の軸方向に沿ってＳ極とＮ極が交互に現れるようになっていればよい。さらに、インナーロッド３ａの大径部３ｂ，３ｃ間を分断して、パイプ３ｆで大径部３ｂ，３ｃを接続して、ロッド３を中空構造とし、パイプ３ｆ内に永久磁石を積層するなどして収容する構成を採用してもよい。

アウターチューブ２は、この実施の形態では、有底筒状とされて、内周に筒状のコア６が装着されている。そして、アウターチューブ２およびコア６内には上記したロッド３が移動自在に挿入されており、ロッド３の外周はアウターチューブ２の開口端に設けた筒状の軸受８に摺動自在に軸支されている。また、ロッド３の摺動部３ｄの外周には、筒状の軸受９が装着されており、この軸受９をアウターチューブ２の内周であってコア６に干渉しない部位に摺接させている。すなわち、ロッド３は、アウターチューブ２に対して軸受８，９の二箇所で支持されており、アウターチューブ２に対して軸ぶれが阻止され、アウターチューブ２とロッド３は円滑に軸方向の相対移動することができるようになっている。

また、アウターチューブ２の内周であってコア６より内側となる図１中左方側には、小径部２ｂが設けられており、ロッド３がアウターチューブ２内から退出する方向に相対変位する際には、ロッド３の摺接部３ｄの図１中右端と小径部２ｂの図１中左端が衝合するとそれ以上のリニアアクチュエータ１の伸長が規制され、反対に、ロッド３がアウターチューブ２内へ侵入する方向に相対変位して摺接部３ｄの図１中左端と底部２ａの内面とが衝合するとそれ以上のリニアアクチュエータ１の収縮が規制されるようになっている。

このようにアウターチューブ２に対するロッド３のストローク範囲が、上記の構造によって規定されるが、このストローク範囲内では、コア６が必ずロッド３の界磁４の軸方向長さ範囲内に位置して界磁４に対向するようになっており、リニアアクチュエータ１が推力を発生不能となることを防止している。

また、アウターチューブ２の底部２ａの外端には、取付孔を備えた取付部７が設けられており、この取付部７とロッド３の取付部３ｅとを介してリニアアクチュエータ１を外部機器へ取付ることが可能となっている。

コア６は、コイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８を収容する複数のスロット６ａと、両端およびスロット６ａ，６ａ間に設けた複数の極歯６ｂとを備えて構成されている。

このように構成されたコア６は、この場合、筒状とされて内周をロッド３の界磁４に対向させており、コイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８を励磁して極歯６ｂを磁化することで、ロッド３の界磁４における永久磁石５と吸引、反発させることでアウターチューブ２とロッド３に軸方向に相対変位させる推力を発生させるようになっている。なお、コア６は、必ずしも筒状とされずともよく、ロッド３に保持される界磁４もロッド３の外周の全周に亘って磁界を形成せずにコア６に対向する方向へ磁界を発生するようにしてもよいが、永久磁石５を円筒あるいは円盤状としてロッド３の外周に磁界を発生させるとともにコア６を円筒状に形成してロッド３の外周を囲むようにしておくことで、コア６に対してロッド３が円周方向に回転しても推力が変化しないという利点がある。また、本実施の形態では、コイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８をコア６に装着するようにしているが、コア６を省略してアウターチューブ２に直接コイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８を装着することも可能である。

より詳しくは、コイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８は、ロッド３の外周を取り巻くようにスロット６ａ内に装着されており、図示するところでは、それぞれ軸方向にＡ相、Ｂ相が交互に現れる様に配置されている。そして、図２に示すように、Ａ相とＢ相のコイルを一組としてコイル群を形成しており、この場合、Ａ相のコイル１１とＢ相のコイル１２とでコイル群Ｃ１を、Ａ相のコイル１３とＢ相のコイル１４とでコイル群Ｃ２を、Ａ相のコイル１５とＢ相のコイル１６とでコイル群Ｃ３を、Ａ相のコイル１７とＢ相のコイル１８とでコイル群Ｃ４をそれぞれ形成している。

そして、このリニアアクチュエータ１では、アウターチューブ２の内周に設置されて永久磁石５の磁気を検知する磁気センサ１０を備えており、コア６に対する界磁４の電気角を検知することができるようになっており、具体的にはたとえば、上記電気角に基づいてＡＢ各相毎に通電位相切換を行うとともに、ＰＷＭ制御により、これらコイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８に流れる電流を制御してリニアアクチュエータ１の推力と推力の発生方向を制御することができるようになっている。なお、リニアアクチュエータ１の制御にあたっては、コア６に対する永久磁石５の相対位置を把握できればよいので、磁気センサ１０以外の上記相対位置を把握することができる手段を用いて制御することもできる。

また、このコイル群Ｃ１、Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、アウターチューブ２の軸方向に沿って順に並べて配置されており、さらに、本実施の形態にあっては、これらは二つのグループに分けられている。この実施の形態の場合、一つのグループをコイル群Ｃ１とコイル群Ｃ２とで構成し、他の一つのグループをコイル群Ｃ３とコイル群Ｃ４とで構成している。

そして、同じグループに属するコイル群Ｃ１，Ｃ２（Ｃ３，Ｃ４）のＡ相のコイル１１，１３（１５，１７）同士を直列に接続し直列回路を構成し、その回路の両端を図外の駆動回路を介して外部電源へ接続するようになっている。同様に、同じグループに属するコイル群Ｃ１，Ｃ２（Ｃ３，Ｃ４）のＢ相のコイル１２，１４（１６，１８）同士を直列に接続し直列回路を構成し、その回路の両端を図外の駆動回路を介して外部電源へ接続するようになっている。

すなわち、同じグループに属するコイル群Ｃ１，Ｃ２（Ｃ３，Ｃ４）の同相のコイル１１，１２，１３，１４（１５，１６，１７，１８）は、相毎に直列に接続される関係にあるが、他のグループに属するコイル同士は互いに独立されており、コイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８へ電力供給はコイル群Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が属するグループ毎に独立して行われるようになっている。

さて、リニアアクチュエータ１は以上のように構成され、上述のように各コイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８へ適宜通電することによって、アウターチューブ２とロッド３を相対変位させる推力を発生し、伸縮することができる。

また、アウターチューブ２とロッド３とを軸方向に相対変位させる外力が作用する場合、コイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８への通電、あるいは、コイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８に発生する誘導起電力によって、上記相対変位を抑制する推力を発生させてリニアアクチュエータ１に上記外力による機器の振動や運動をダンピングさせることもできる。

そして、このリニアアクチュエータ１にあっては、コイル群Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が二つ以上のグループに分けられて、コイル１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８へ電力供給はコイル群Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が属するグループ毎に独立して行われるようになっているので、仮に、一つのグループ内のコイルの一部に断線が生じて当該グループのコイルへの通電が不能となっても、他のグループのコイル群には影響がなく通常通りの通電を行うことができるので、最大推力は低下するものの推力を発生し続けることができ、作動不能となってしまう事態を回避することができる。

なお、上記したところでは、コイル群Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を二つのグループに分けているが、この場合、四つのコイル群Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を備えているので各々を異なるグループとして最大で四つのグループを形成して、それぞれに独立して電力供給するようにしてもよく、グループ内のコイル群も任意に設定することができる。また、コイル群の設置数は、２以上であれば任意であり、さらに、相数もこの実施の形態ではＡＢの二相としているが、二相以上に設定することもでき、たとえば、ＵＶＷ相の三相のコイルで一つのコイル群を形成するようにしてもよく、三相とすることでリニアアクチュエータ１の発生推力がロッド３とアウターチューブ２との相対位置による変動を少なくすることができるとともに、ロッド３とアウターチューブ２とをより滑らに相対変位させることができる。

さらに、上記した実施の形態にあっては、ロッド３に界磁４を設け、アウターチューブ２にコイル群Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を取付ける構成とされているが、ロッドにコイル群を設けアウターチューブに界磁を設ける構成を採用することもできる。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明の一実施の形態におけるリニアアクチュエータの横断面図である。本発明の一実施の形態におけるコイルの結線図である。

符号の説明

１リニアアクチュエータ
２アウターチューブ
２ａアウターチューブにおける底部
２ｂアウターチューブにおける小径部
３ロッド
３ａロッドにおけるインナーロッド
３ｂ，３ｃインナーロッドにおける大径部
３ｄインナーロッドにおける摺接部
３ｅインナーロッドにおける取付部
３ｆロッドにおけるパイプ
４界磁
５永久磁石
６コア
６ａコアにおけるスロット
６ｂコアにおける極歯
７取付部
８，９軸受
１０磁気センサ
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８コイル
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４コイル群

Claims

アウターチューブと、アウターチューブ内に移動自在に挿入されるロッドと、複数の永久磁石を備えてアウターチューブとロッドの一方に保持される界磁と、界磁に対向する複数相のコイルを備えてアウターチューブとロッドの他方に軸方向に並べて保持される複数のコイル群とを備え、アウターチューブとロッドを軸方向に相対変位させる推力を発生するリニアアクチュエータにおいて、複数のコイル群を少なくとも２以上のグループに分け、コイルへ電力供給はコイル群が属するグループ毎に独立して行われることを特徴とするリニアアクチュエータ。