JP2010148340A

JP2010148340A - Actuator

Info

Publication number: JP2010148340A
Application number: JP2008326522A
Authority: JP
Inventors: Tomoji Suzuki; 智士鈴木; Yoshio Mitsutake; 義雄光武; Tomohiro Ota; 智浩太田; Katsuhiro Hirata; 勝弘平田
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-22
Also published as: JP5237784B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator capable of increasing a torque for rotationally moving a plunger when rotationally moving the plunger by forming a slot part at a magnetic pole in addition to linear movement of the plunger. <P>SOLUTION: The actuator includes: a movable object 10 having movable magnetic poles 13, 14, 16, and 17; a stator 20 having fixed magnet poles 22 and 23 opposed to the movable magnetic poles 13, 14, 16, and 17; and a coil part 21 which excites the fixed magnetic poles 22 and 23. On each opposite surface of the fixed magnetic poles and the movable magnetic poles, slot parts 22a, 23a, 13a, 14a, 16a, and 17a are formed as a rotation imparting part. The slot parts 14a, 16a, 13a, and 17a are formed at positions deviated in the direction of rotating around an axis and in the reverse direction to the slot parts 22a and 23a. Relative positional relation between the slot parts 13a and 14a and the slot part 22a and relative positional relation between the slot parts 17a and 16a and the slot part 23a are the same in the direction of rotating around the axis when viewed from one axial direction. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、往復直進移動と回転移動とを複合した２自由度の運動を行う可動体を備えたアクチュエータに関するものである。 The present invention relates to an actuator including a movable body that performs a two-degree-of-freedom motion that combines a reciprocating linear movement and a rotational movement.

従来から、電気かみそりや電動歯ブラシのような機械装置の駆動部に用いるために可動体を往復直進移動させるアクチュエータ（リニアオシレータ）が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。 Conventionally, an actuator (linear oscillator) for reciprocally moving a movable body for use in a drive unit of a mechanical device such as an electric razor or an electric toothbrush has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１に記載されたリニアオシレータは、磁性体からなりケースに対して往復直進移動が可能となるように支承されたプランジャ（可動体）と、プランジャに磁力を作用させて往復直進移動させる電磁駆動部とを備えている。また、ケースにはプランジャに対して往復直進移動の方向においてばね力が作用するように複数個のばねが配置されている。 The linear oscillator described in Patent Document 1 includes a plunger (movable body) made of a magnetic material and supported so as to be able to reciprocate linearly with respect to the case, and an electromagnetic that reciprocates linearly by applying a magnetic force to the plunger. And a drive unit. The case is provided with a plurality of springs so that a spring force acts in the direction of reciprocating linear movement with respect to the plunger.

電磁駆動部は、プランジャの移動方向に着磁された一対の永久磁石と、両永久磁石の間に配置されたコイル（コイル部）と、各永久磁石の各磁極にそれぞれ磁気結合された２対のヨーク（固定磁極）とを備える構成であり、プランジャを囲む円筒状に形成されている。プランジャが往復直進移動を行う方向において各永久磁石は互いに逆向きに着磁されている。また、プランジャが往復直進移動を行う方向におけるプランジャの両端間の長さ寸法は、電磁駆動部の長さ寸法よりも小さく設定されている。 The electromagnetic drive unit includes a pair of permanent magnets magnetized in the direction of movement of the plunger, a coil (coil unit) disposed between the two permanent magnets, and two pairs magnetically coupled to each magnetic pole of each permanent magnet. The yoke (fixed magnetic pole) is formed, and is formed in a cylindrical shape surrounding the plunger. The permanent magnets are magnetized in directions opposite to each other in the direction in which the plunger reciprocates linearly. Moreover, the length dimension between the both ends of the plunger in the direction in which the plunger reciprocates linearly is set to be smaller than the length dimension of the electromagnetic drive unit.

コイルに電流が流れていない状態では、各永久磁石で発生する磁束は、それぞれプランジャ内を通る独立した磁路を形成する。また、プランジャは、ばねから作用するばね力が釣り合う位置で静止する。この位置は、たとえば、プランジャの往復直進移動の方向におけるプランジャの中心位置と電磁駆動部の中心位置とが一致する位置としてある。 In a state where no current flows through the coil, the magnetic flux generated by each permanent magnet forms an independent magnetic path through the plunger. Further, the plunger stops at a position where the spring force acting from the spring is balanced. This position is, for example, a position where the center position of the plunger in the direction of the reciprocating linear movement of the plunger matches the center position of the electromagnetic drive unit.

一方、コイルに通電するとコイルにより発生する磁束は、一方の永久磁石により発生している磁束と同じ向きになり、他方の永久磁石により発生している磁束とは逆向きになるから、コイルにより発生する磁束と同じ向きの磁束を発生させている永久磁石を配置している側にプランジャが変位する。したがって、コイルに交番電流を通電することによって、プランジャを往復直進移動させることができる。 On the other hand, when the coil is energized, the magnetic flux generated by the coil is in the same direction as the magnetic flux generated by one permanent magnet and is opposite to the magnetic flux generated by the other permanent magnet. The plunger is displaced to the side where the permanent magnet generating the magnetic flux in the same direction as the magnetic flux to be arranged is arranged. Therefore, the plunger can be reciprocated linearly by supplying an alternating current to the coil.

ところで、この種のアクチュエータを電動歯ブラシなどに用いる場合には、往復直進移動だけではなく回転移動（ローリング動作）を付加することが要求されることがある。往復直進移動と回転移動とを組み合わせた運動をトルネード運動と呼ぶことがある。 By the way, when this type of actuator is used for an electric toothbrush or the like, it may be required to add not only a reciprocating linear movement but also a rotational movement (rolling operation). A motion combining a reciprocating linear motion and a rotational motion is sometimes referred to as a tornado motion.

トルネード運動を可能にするアクチュエータとしては、図５に示す構成が提案されている（非特許文献１参照）。 As an actuator that enables tornado motion, a configuration shown in FIG. 5 has been proposed (see Non-Patent Document 1).

このアクチュエータは、円筒状のケース４０を備え、ケース４０には、ケース４０の口軸方向の直線上で往復直進移動が可能であるとともにケース４０の周方向に回転移動が可能となるように可動体１０が支承され、さらに、ケース４０内には可動体１０を駆動するための固定子２０が収納される。ケース４０の外に磁束が漏れるのを防止する防磁効果を持たせるとともに磁気効率を高めるために、ケース４０は鉄材などの磁性体により形成する。 The actuator includes a cylindrical case 40, and the case 40 is movable so that it can reciprocate linearly on a straight line in the mouth axis direction of the case 40 and can rotate in the circumferential direction of the case 40. The body 10 is supported, and a stator 20 for driving the movable body 10 is housed in the case 40. The case 40 is formed of a magnetic material such as an iron material in order to provide a magnetic shielding effect for preventing magnetic flux from leaking out of the case 40 and to increase the magnetic efficiency.

可動体１０は、ケース４０の両端部に支承される出力軸１１と、鉄材のような磁性体により形成され出力軸１１に固定されたプランジャ１２とを有する。出力軸１１はケース４０の口軸方向に沿ったケース４０の中心線上に配置される。また、プランジャ１２は、出力軸１１の軸方向に直交する断面において外周面が略円形であり、プランジャ１２の軸方向における一端部には中間部よりも大径となった可動磁極１３，１４が永久磁石１５を挟持して形成され、プランジャ１２の軸方向における他端部には中間部よりも大径となった可動磁極１６，１７が永久磁石１８を挟持して形成される。 The movable body 10 includes an output shaft 11 that is supported at both ends of the case 40 and a plunger 12 that is formed of a magnetic material such as iron and is fixed to the output shaft 11. The output shaft 11 is disposed on the center line of the case 40 along the mouth axis direction of the case 40. The plunger 12 has a substantially circular outer peripheral surface in a cross section orthogonal to the axial direction of the output shaft 11, and movable magnetic poles 13 and 14 having a diameter larger than that of the intermediate portion at one end in the axial direction of the plunger 12. Movable magnetic poles 16 and 17 having a diameter larger than that of the intermediate portion are formed by sandwiching the permanent magnet 18 at the other end portion in the axial direction of the plunger 12.

永久磁石１５，１８は出力軸１１の軸方向に着磁され、かつ各永久磁石１５，１８は互いに逆向きに着磁されている。また、各永久磁石１５，１８の各磁極には、それぞれ可動磁極１３，１４、１６，１７が磁気結合される。永久磁石１５，１８と可動磁極１３，１４、１６，１７とは隙間なく密着して配置され一体化されている。 The permanent magnets 15 and 18 are magnetized in the axial direction of the output shaft 11, and the permanent magnets 15 and 18 are magnetized in opposite directions. In addition, movable magnetic poles 13, 14, 16, and 17 are magnetically coupled to the magnetic poles of the permanent magnets 15 and 18, respectively. The permanent magnets 15, 18 and the movable magnetic poles 13, 14, 16, 17 are arranged in close contact with each other and are integrated.

ケース４０の内部においてプランジャ１２を囲む部位には、円筒状に形成された固定子２０が配置される。固定子２０は、円環状のコイル部２１と、出力軸１１の軸方向においてコイル部２１の両側に各々配置された固定磁極２２，２３を備える。固定磁極２２，２３は、それぞれ板状かつ円環上に形成されている。 A cylindrically shaped stator 20 is disposed in a portion surrounding the plunger 12 inside the case 40. The stator 20 includes an annular coil portion 21 and fixed magnetic poles 22 and 23 disposed on both sides of the coil portion 21 in the axial direction of the output shaft 11. The fixed magnetic poles 22 and 23 are each formed in a plate shape and an annular shape.

ここに、プランジャ１２に設けた１枚の可動磁極１３，１６と１枚の永久磁石１５，１８との厚み寸法の合計は、各固定磁極２２，２３の出力軸１１の軸方向における寸法に略一致する。また、出力軸１１の軸方向における固定子２０の長さ寸法は、プランジャ１２の長さ寸法に略一致する。さらに、出力軸１１の軸方向における可動磁極１４，１７の厚み寸法は、固定子２０に設けた各固定磁極２２，２３の出力軸１１の軸方向における寸法より大きくするのが望ましい。つまり、出力軸１１の軸方向において、可動磁極１４，１７の厚み寸法は固定磁極２２，２３の厚み寸法よりも大きくしてある。 Here, the total thickness dimension of the single movable magnetic poles 13 and 16 provided on the plunger 12 and the single permanent magnets 15 and 18 is substantially equal to the dimension of the fixed magnetic poles 22 and 23 in the axial direction of the output shaft 11. Match. Further, the length dimension of the stator 20 in the axial direction of the output shaft 11 substantially matches the length dimension of the plunger 12. Furthermore, it is desirable that the thickness dimension of the movable magnetic poles 14 and 17 in the axial direction of the output shaft 11 is larger than the dimension of the fixed magnetic poles 22 and 23 provided in the stator 20 in the axial direction of the output shaft 11. That is, the thickness dimension of the movable magnetic poles 14 and 17 is larger than the thickness dimension of the fixed magnetic poles 22 and 23 in the axial direction of the output shaft 11.

なお、ケース４０内には、振幅制御錘や、プランジャ１２を初期位置に復帰させる機能を有する復帰ばねや、共振ばねを構成するコイルばねが収納されるが、説明は省略する。 In the case 40, an amplitude control weight, a return spring having a function of returning the plunger 12 to the initial position, and a coil spring constituting a resonance spring are housed, but description thereof is omitted.

コイル部２１に通電していない状態では、図５，図６（ａ）に示すように、固定磁極２２が可動磁極１３および永久磁石１５に対向し、固定磁極２３が可動磁極１６および永久磁石１８に対向する位置に位置する。コイル部２１に通電すると、コイル部２１は固定磁極２２，２３を励磁する磁束を発生し、固定磁極２２，２３とプランジャ１２に設けた可動磁極１３，１４，１６，１７との間に、出力軸１１の軸方向に沿った磁力が作用する。 In a state in which the coil portion 21 is not energized, the fixed magnetic pole 22 faces the movable magnetic pole 13 and the permanent magnet 15 and the fixed magnetic pole 23 moves to the movable magnetic pole 16 and the permanent magnet 18 as shown in FIGS. It is located at a position opposite to. When the coil portion 21 is energized, the coil portion 21 generates magnetic flux that excites the fixed magnetic poles 22 and 23, and outputs between the fixed magnetic poles 22 and 23 and the movable magnetic poles 13, 14, 16, and 17 provided on the plunger 12. A magnetic force along the axial direction of the shaft 11 acts.

たとえば、図５に示す例では、図の上部の永久磁石１５は上向きに着磁され、図の下部の永久磁石１８は下向きに着磁されている。ここで、コイル部２１への通電により固定磁極２２をＳ極に励磁し、固定磁極２３をＮ極に励磁すると、コイル部２１により生じた磁束の向きが、永久磁石１５の磁束の向きとは同じになり、永久磁石１８の磁束の向きとは逆向きになるから、可動磁極１３，１４は、固定磁極２２に対向する方向に移動し、可動磁極１６，１７は、固定磁極２３から離れる方向に移動する。つまり、各部に働く推力のバランスが崩れて、可動磁極１３，１４，１６，１７と固定磁極２２，２３の間に、プランジャ１２を上向きに移動させる磁力が作用することになる。 For example, in the example shown in FIG. 5, the upper permanent magnet 15 in the drawing is magnetized upward, and the lower permanent magnet 18 in the drawing is magnetized downward. Here, when the fixed magnetic pole 22 is excited to the S pole by energizing the coil portion 21 and the fixed magnetic pole 23 is excited to the N pole, the direction of the magnetic flux generated by the coil portion 21 is the direction of the magnetic flux of the permanent magnet 15. Since the directions are the same and the direction of the magnetic flux of the permanent magnet 18 is opposite, the movable magnetic poles 13 and 14 move in a direction facing the fixed magnetic pole 22, and the movable magnetic poles 16 and 17 move away from the fixed magnetic pole 23. Move to. That is, the balance of thrust acting on each part is lost, and a magnetic force that moves the plunger 12 upward acts between the movable magnetic poles 13, 14, 16, 17 and the fixed magnetic poles 22, 23.

コイル部２１への通電の向きを逆向きにすれば、上述した状態とは逆に、プランジャ１２を下向きに移動させる磁力が作用する。つまり、図５、図６（ａ）に示す位置を往復直進移動の基準位置とすると、コイル部２１への通電の向きに応じて、プランジャ１２（つまりは、可動体１０）を上下に移動させることができる。すなわち、コイル部２１に交番電流を通電すると、可動体１０が往復直進移動する。 If the direction of energization to the coil portion 21 is reversed, a magnetic force that moves the plunger 12 downward acts contrary to the above-described state. That is, when the position shown in FIGS. 5 and 6A is a reference position for reciprocating linear movement, the plunger 12 (that is, the movable body 10) is moved up and down in accordance with the direction of energization to the coil portion 21. be able to. That is, when an alternating current is applied to the coil portion 21, the movable body 10 moves back and forth in a straight line.

ところで、図７（ａ）（ｂ）、図８（ａ）（ｂ）に示すように、可動磁極１３，１４，１６，１７および固定磁極２２，２３には、出力軸１１の軸方向に直交する面内において、磁極面（可動磁極１３，１４，１６，１７の外周面と固定磁極２２，２３の内周面）での磁束分布を不均一にすることで可動体１０に回転方向の磁力を作用させる回転付与部が形成されている。図示例において、回転付与部は出力軸１１の軸方向の一直線上で各々延長された溝部１３ｂ，１４ｂ，１６ｂ，１７ｂ，２２ａ，２３ａとして形成してある。溝部１３ｂ，１４ｂ，１６ｂ，１７ｂ，２２ａ，２３ａは、出力軸１１の周方向において、等角度間隔で多数個形成しており、固定磁極２２近傍、固定磁極２３近傍において、出力軸１１の軸方向に直交する断面を図８（ａ）（ｂ）に示す。 By the way, as shown in FIGS. 7A, 7B and 8A, 8B, the movable magnetic poles 13, 14, 16, 17 and the fixed magnetic poles 22, 23 are orthogonal to the axial direction of the output shaft 11. The magnetic force distribution in the rotating direction is applied to the movable body 10 by making the magnetic flux distribution nonuniform in the magnetic pole surfaces (the outer peripheral surfaces of the movable magnetic poles 13, 14, 16, 17 and the inner peripheral surfaces of the fixed magnetic poles 22, 23). A rotation imparting portion is formed to act. In the illustrated example, the rotation imparting portion is formed as groove portions 13b, 14b, 16b, 17b, 22a, and 23a that are respectively extended on a straight line in the axial direction of the output shaft 11. A large number of grooves 13b, 14b, 16b, 17b, 22a, 23a are formed at equal angular intervals in the circumferential direction of the output shaft 11, and the axial direction of the output shaft 11 is in the vicinity of the fixed magnetic pole 22 and in the vicinity of the fixed magnetic pole 23. 8A and 8B show a cross section orthogonal to FIG.

そして、図６（ａ）（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ’線で切り取った部分の平面図であり、図６（ａ）に示すように、固定磁極２２，２３に設けた溝部２２ａ，２３ａ、可動磁極１３，１４に設けた溝部１３ｂ，１４ｂ、可動磁極１６，１７に設けた溝部１６ｂ，１７ｂは、出力軸１１の軸方向の同一直線上に各々配列される。一方、溝部１３ｂ，１４ｂと溝部１６ｂ，１７ｂとは、出力軸１１の軸方向の互いに異なる直線上に各々配列されており、溝部１３ｂ，１４ｂと溝部１６ｂ，１７ｂとは、出力軸１１の周方向における互いに異なる位置に配置されている。すなわち、プランジャ１２の軸方向における一端部に設けた溝部１３ｂ，１４ｂと、プランジャ１２の軸方向における他端部に設けた溝部１６ｂ，１７ｂとは、プランジャ１２の軸方向の中心（磁気回路の軸方向の中心）を境にして角度θずらしている。 6 (a) and 6 (b) are plan views of the portion cut along the line BB 'in FIG. 8 (a). As shown in FIG. 6 (a), the fixed magnetic poles 22 and 23 are provided. The groove portions 22 a and 23 a, the groove portions 13 b and 14 b provided in the movable magnetic poles 13 and 14, and the groove portions 16 b and 17 b provided in the movable magnetic poles 16 and 17 are arranged on the same straight line in the axial direction of the output shaft 11. On the other hand, the groove portions 13b and 14b and the groove portions 16b and 17b are arranged on mutually different straight lines in the axial direction of the output shaft 11, and the groove portions 13b and 14b and the groove portions 16b and 17b are circumferential directions of the output shaft 11. Are arranged at different positions. That is, the grooves 13b and 14b provided at one end in the axial direction of the plunger 12 and the grooves 16b and 17b provided at the other end in the axial direction of the plunger 12 are the center of the plunger 12 in the axial direction (the axis of the magnetic circuit). The angle θ is shifted from the center of the direction).

さらに、図６（ａ）、図８（ａ）（ｂ）では、可動磁極１３，１４に設けた溝部１３ｂ，１４ｂが固定磁極２２の溝部２２ａに対して、図中の上方から見て右回り方向にずれており、この状態において可動磁極１６，１７に設けた溝部１６ｂ，１７ｂが固定磁極２３の溝部２３ａに対して、図中の上方から見て左回り方向にずれている。言い換えると、図６（ａ）の状態において、可動磁極１３，１４に設けた溝部１３ｂ，１４ｂと可動磁極１６，１７に設けた溝部１６ｂ，１７ｂとは、固定磁極２２，２３の溝部２２ａ，２３ａに対して対称に位置している。この位置を出力軸１１の回転移動の基準位置とする。 Further, in FIGS. 6 (a), 8 (a) and 8 (b), the grooves 13b and 14b provided in the movable magnetic poles 13 and 14 are clockwise with respect to the groove 22a of the fixed magnetic pole 22 as viewed from above. In this state, the grooves 16b and 17b provided in the movable magnetic poles 16 and 17 are shifted counterclockwise with respect to the groove 23a of the fixed magnetic pole 23 as viewed from above in the figure. In other words, in the state of FIG. 6A, the groove portions 13 b and 14 b provided in the movable magnetic poles 13 and 14 and the groove portions 16 b and 17 b provided in the movable magnetic poles 16 and 17 are the groove portions 22 a and 23 a of the fixed magnetic poles 22 and 23. Is located symmetrically. This position is set as a reference position for rotational movement of the output shaft 11.

いま、プランジャ１２が往復直進移動の基準位置に位置するとすれば、永久磁石１５，１８の磁力により、可動磁極１３，１４にはたとえば左回りの回転トルクが作用し、可動磁極１６，１７にはたとえば右回りの回転トルクが作用する。このような回転トルクは、可動磁極１３，１４の溝部１３ｂ，１４ｂを固定磁極２２の溝部２２ａに一致させようとする向き、および可動磁極１６，１７の溝部１６ｂ，１７ｂを固定磁極２３の溝部２３ａに一致させようとする向きに作用する。ただし、回転移動の基準位置では、右回りの回転トルクと左回りの回転トルクとが相殺されている。 Now, assuming that the plunger 12 is positioned at the reference position for reciprocating linear movement, for example, counterclockwise rotational torque acts on the movable magnetic poles 13 and 14 by the magnetic force of the permanent magnets 15 and 18, and the movable magnetic poles 16 and 17 are applied to the movable magnetic poles 16 and 17. For example, clockwise rotational torque acts. Such rotational torque has such an orientation that the grooves 13b and 14b of the movable magnetic poles 13 and 14 are made to coincide with the groove 22a of the fixed magnetic pole 22, and the grooves 16b and 17b of the movable magnetic poles 16 and 17 are aligned with the groove 23a of the fixed magnetic pole 23. Acts in the direction to match. However, at the rotational movement reference position, the clockwise rotational torque and the counterclockwise rotational torque are offset.

一方、上述のようにコイル部２１に通電することにより、プランジャ１２を出力軸１１の軸方向において往復直進移動の基準位置から移動させると、可動磁極１３，１４，１６，１７と固定磁極２２，２３との対向面積が変化するから、右回りの回転トルクと左回りの回転トルクとの釣り合いが崩れ、プランジャ１２を回転移動の基準位置から回転させるように回転トルクが作用する。 On the other hand, when the plunger 12 is moved from the reference position of the reciprocating linear movement in the axial direction of the output shaft 11 by energizing the coil portion 21 as described above, the movable magnetic poles 13, 14, 16, 17 and the fixed magnetic pole 22, 23, the counterclockwise rotational torque and the counterclockwise rotational torque are not balanced, and the rotational torque acts to rotate the plunger 12 from the rotational movement reference position.

たとえば、図６（ａ）の位置からプランジャ１２が上向きに移動すると、図６（ｂ）に示すように可動磁極１６と固定磁極２３との対向面積は、可動磁極１４と固定磁極２２との対向面積よりも小さくなるから、たとえば左回りの回転トルクが右回りの回転トルクよりも大きくなり、結果的にプランジャ１２は左回りに回転移動する。プランジャ１２が下向きに移動した場合には、上述の場合とは逆に、プランジャ１２は右回りに回転移動する。 For example, when the plunger 12 moves upward from the position shown in FIG. 6A, the opposed area between the movable magnetic pole 16 and the fixed magnetic pole 23 is the opposite of the movable magnetic pole 14 and the fixed magnetic pole 22, as shown in FIG. Since the area is smaller than the area, for example, the counterclockwise rotational torque becomes larger than the clockwise rotational torque, and as a result, the plunger 12 rotates counterclockwise. When the plunger 12 moves downward, the plunger 12 rotates clockwise as opposed to the above case.

したがって、プランジャ１２を往復直進移動させるためにコイル部２１に交番電流を通電すると、プランジャ１２は回転往復移動を行う。
特許第３４７５９４９号公報鈴木智士、外５名、「電磁共振型トルネードアクチュエータの動作特性解析」、電気学会主催のリニアドライブ研究会における資料、ＬＤ０８−０９、２００７ Therefore, when an alternating current is applied to the coil portion 21 in order to move the plunger 12 back and forth, the plunger 12 rotates and reciprocates.
Japanese Patent No. 3475949 Satoshi Suzuki and five others, "Analysis of the operating characteristics of electromagnetic resonance type tornado actuators", Materials at the Linear Drive Study Group sponsored by the Institute of Electrical Engineers of Japan, LD08-09, 2007

磁極に溝部を形成してプランジャを回転移動させる上述の構成では、図６（ｂ）に示すように、たとえばプランジャ１２が上方向に移動した場合、可動磁極１４と固定磁極２２との間に働く左回りの回転トルクが、可動磁極１６と固定磁極２３との間に働く右回りの回転トルクより大きいために、プランジャ１２が左回りに回転している。 In the above-described configuration in which the groove is formed in the magnetic pole and the plunger is rotated, as shown in FIG. 6B, for example, when the plunger 12 moves upward, it acts between the movable magnetic pole 14 and the fixed magnetic pole 22. Since the counterclockwise rotational torque is larger than the clockwise rotational torque acting between the movable magnetic pole 16 and the fixed magnetic pole 23, the plunger 12 rotates counterclockwise.

しかしながら、可動磁極１６と固定磁極２３との間に働く右回りの回転トルクは、可動磁極１４と固定磁極２２との間に働く左回りの回転トルクとは逆方向であるので、プランジャ１２を左回りに回転させるトルクが低減し、プランジャを回転移動させるための十分なトルクを得ることができなかった。 However, since the clockwise rotation torque acting between the movable magnetic pole 16 and the fixed magnetic pole 23 is opposite to the counterclockwise rotation torque acting between the movable magnetic pole 14 and the fixed magnetic pole 22, the plunger 12 is moved to the left. The torque to rotate around was reduced, and sufficient torque to rotate the plunger could not be obtained.

プランジャ１２が下方向に移動した場合には、上述の場合とは逆に、可動磁極１４と固定磁極２２との間に働く左回りの回転トルクは、可動磁極１６と固定磁極２３との間に働く右回りの回転トルクとは逆方向であるので、プランジャ１２を右回りに回転させるトルクが低減し、プランジャを回転移動させるための十分なトルクを得ることができなかった。 When the plunger 12 moves downward, the counterclockwise rotational torque acting between the movable magnetic pole 14 and the fixed magnetic pole 22 is reversed between the movable magnetic pole 16 and the fixed magnetic pole 23, contrary to the above case. Since it is in the opposite direction to the clockwise torque that works, the torque for rotating the plunger 12 clockwise is reduced, and sufficient torque for rotating the plunger cannot be obtained.

このように、プランジャ１２が直進移動したときに、可動体１０の上方に設けた可動磁極１３，１４と固定磁極２２との間に働く回転トルクの方向と、可動体１０の下方に設けた可動磁極１６，１７と固定磁極２３との間に働く回転トルクの方向とが異なることで、回転移動とは逆方向のトルクが発生し、回転角が小さくなるという問題があった。 In this way, when the plunger 12 moves straight, the direction of the rotational torque acting between the movable magnetic poles 13 and 14 provided above the movable body 10 and the fixed magnetic pole 22 and the movable provided below the movable body 10. Since the direction of the rotational torque acting between the magnetic poles 16 and 17 and the fixed magnetic pole 23 is different, there is a problem that torque in the opposite direction to the rotational movement is generated and the rotational angle becomes small.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、プランジャの直進移動に加えて、磁極に溝部を形成してプランジャを回転移動させる際に、回転移動させるためのトルク増大が可能になるアクチュエータを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and its purpose is to increase torque for rotational movement when the plunger is rotated by forming a groove in the magnetic pole in addition to the linear movement of the plunger. It is to provide an actuator that becomes possible.

請求項１の発明は、一つの直線上での直進往復移動と当該直線の周りでの回転移動が可能となるようにケースに支承されて軸方向に複数の可動磁極を備える可動体と、ケースの定位置に固定されて当該直線と交差する面内で可動磁極に対向する複数の固定磁極を備える固定子と、固定磁極と可動磁極との一方を励磁する磁束を発生し固定磁極と可動磁極との間に前記直線に沿う方向の磁力を作用させるコイル部とを備え、固定磁極と可動磁極との各対向面には前記直線に交差する面内での磁束分布を不均一にし可動体に回転方向の磁力を作用させる溝部と突部との一方が回転付与部として形成され、互いに対向する固定磁極と可動磁極との一方の溝部または突部は、軸方向の一端側と他端側において、互いに対向する固定磁極と可動磁極との他方の溝部または突部に対して軸周りの回転方向で逆方向にずれた位置に形成されており、前記一方の溝部または突部の軸方向の一端側および他端側と前記他方の溝部または突部との軸周りの回転方向における相対的な位置関係は、一つの軸方向から見た場合に全ての互いに対向する固定磁極と可動磁極の対向面において同じであることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a movable body that is supported by a case and is provided with a plurality of movable magnetic poles in an axial direction so as to be capable of linear reciprocation and rotation around the straight line. The fixed magnetic pole and the movable magnetic pole are generated by generating a magnetic flux that excites one of the stationary magnetic pole and the movable magnetic pole, and a stator having a plurality of stationary magnetic poles that are fixed at a fixed position and that are opposed to the movable magnetic pole in a plane that intersects the straight line. Between the fixed magnetic pole and the movable magnetic pole, the magnetic flux distribution in the plane intersecting the straight line is made non-uniform on the movable body. One of the groove and the protrusion that applies the magnetic force in the rotation direction is formed as a rotation imparting portion, and one groove or protrusion of the fixed magnetic pole and the movable magnetic pole facing each other is at one end side and the other end side in the axial direction. The fixed magnetic pole and the movable magnetic pole facing each other Are formed at positions shifted in the opposite direction in the rotational direction around the axis with respect to the other groove or protrusion, and one end and the other end in the axial direction of the one groove or protrusion and the other groove or The relative positional relationship in the rotational direction around the axis with the protrusion is the same on all opposing surfaces of the fixed magnetic pole and the movable magnetic pole facing each other when viewed from one axial direction.

この発明によれば、プランジャが直進移動したときに、可動体の一端側に設けた可動磁極と固定磁極との間に働く回転トルクの方向と、可動体の他端側に設けた可動磁極と固定磁極との間に働く回転トルクの方向とが一致し、プランジャの回転トルクを大きくすることができる。すなわち、プランジャの直進移動に加えて、磁極に溝部を形成してプランジャを回転移動させる際に、回転移動させるためのトルク増大が可能になる。 According to this invention, when the plunger moves straight, the direction of the rotational torque acting between the movable magnetic pole provided on one end side of the movable body and the fixed magnetic pole, and the movable magnetic pole provided on the other end side of the movable body The direction of the rotational torque acting between the fixed magnetic poles coincides, and the rotational torque of the plunger can be increased. That is, in addition to linear movement of the plunger, it is possible to increase torque for rotational movement when the groove is formed in the magnetic pole and the plunger is rotationally moved.

以上説明したように、本発明では、プランジャの直進移動に加えて、磁極に溝部を形成してプランジャを回転移動させる際に、回転移動させるためのトルク増大が可能になるという効果がある。 As described above, according to the present invention, in addition to the linear movement of the plunger, when the groove is formed in the magnetic pole and the plunger is rotationally moved, there is an effect that the torque for rotational movement can be increased.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（実施形態）
以下に説明する実施形態では、ケース内に動吸振器と称する機構を備えたアクチュエータを例示するが、動吸振器を設けない構成であっても本発明の技術思想は適用することができる。 (Embodiment)
In the embodiment described below, an actuator having a mechanism called a dynamic vibration absorber in a case is illustrated, but the technical idea of the present invention can be applied even to a configuration in which a dynamic vibration absorber is not provided.

まず、本発明の基本構成を図２に従って説明する。本実施形態において説明するアクチュエータは、円筒状のケース４０を備え、ケース４０には、ケース４０の口軸方向の直線上で往復直進移動が可能であるとともにケース４０の周方向に回転移動が可能となるように可動体１０が支承され、さらに、ケース４０内には可動体１０を駆動するための固定子２０が収納される。ケース４０内には、可動体１０と同様に、ケース４０の口軸方向の直線上で往復直進移動が可能であるとともにケース４０の周方向に回転移動が可能である振幅制御錘３０が収納される。ケース４０の外に磁束が漏れるのを防止する防磁効果を持たせるとともに磁気効率を高めるために、ケース４０は鉄材などの磁性体により形成する。 First, the basic configuration of the present invention will be described with reference to FIG. The actuator described in the present embodiment includes a cylindrical case 40. The case 40 can reciprocate linearly on a straight line in the mouth axis direction of the case 40 and can rotate in the circumferential direction of the case 40. Further, the movable body 10 is supported so that the stator 20 for driving the movable body 10 is housed in the case 40. As in the case of the movable body 10, an amplitude control weight 30 that can reciprocate linearly on the straight line in the mouth axis direction of the case 40 and can rotate in the circumferential direction of the case 40 is housed in the case 40. The The case 40 is formed of a magnetic material such as an iron material in order to provide a magnetic shielding effect for preventing magnetic flux from leaking out of the case 40 and to increase the magnetic efficiency.

可動体１０は、ケース４０の両端部に設けた軸受台４１、４２に支承される出力軸１１と、鉄材のような磁性体により形成され出力軸１１に固定されたプランジャ１２とを有する。出力軸１１はケース４０の口軸方向に沿ったケース４０の中心線上に配置され、出力軸１１の両端部はケース４０から突出する。また、プランジャ１２は、出力軸１１の軸方向に直交する断面において外周面が略円形であり、プランジャ１２の軸方向における一端部には中間部よりも大径となった可動磁極１３，１４が永久磁石１５を挟持して形成され、プランジャ１２の軸方向における他端部には中間部よりも大径となった可動磁極１６，１７が永久磁石１８を挟持して形成される。 The movable body 10 includes an output shaft 11 supported by bearing stands 41 and 42 provided at both ends of the case 40, and a plunger 12 formed of a magnetic material such as iron material and fixed to the output shaft 11. The output shaft 11 is disposed on the center line of the case 40 along the mouth axis direction of the case 40, and both end portions of the output shaft 11 protrude from the case 40. The plunger 12 has a substantially circular outer peripheral surface in a cross section orthogonal to the axial direction of the output shaft 11, and movable magnetic poles 13 and 14 having a diameter larger than that of the intermediate portion at one end in the axial direction of the plunger 12. Movable magnetic poles 16 and 17 having a diameter larger than that of the intermediate portion are formed by sandwiching the permanent magnet 18 at the other end portion in the axial direction of the plunger 12.

永久磁石１５，１８は出力軸１１の軸方向に着磁され、かつ各永久磁石１５，１８は互いに逆向きに着磁されている。また、各永久磁石１５，１８の各磁極には、それぞれ可動磁極１３，１４、１６，１７が磁気結合される。永久磁石１５，１８と可動磁極１３，１４、１６，１７とは隙間なく密着して配置され一体化されている。すなわち、可動磁極１３，１４からなる１つの可動磁極が永久磁石１５を備え、可動磁極１６，１７からなる１つの可動磁極が永久磁石１８を備えるものとみなすことができる。 The permanent magnets 15 and 18 are magnetized in the axial direction of the output shaft 11, and the permanent magnets 15 and 18 are magnetized in opposite directions. In addition, movable magnetic poles 13, 14, 16, and 17 are magnetically coupled to the magnetic poles of the permanent magnets 15 and 18, respectively. The permanent magnets 15, 18 and the movable magnetic poles 13, 14, 16, 17 are arranged in close contact with each other and are integrated. That is, it can be considered that one movable magnetic pole composed of the movable magnetic poles 13 and 14 includes the permanent magnet 15, and one movable magnetic pole composed of the movable magnetic poles 16 and 17 includes the permanent magnet 18.

プランジャ１２は振幅制御錘３０とともにケース４０に収納され、プランジャ１２と振幅制御錘３０とは出力軸１１の軸方向に離間して配置される。ここに、振幅制御錘３０は出力軸１１に固定されず、出力軸１１と振幅制御錘３０とは独立して移動する。 The plunger 12 is housed in the case 40 together with the amplitude control weight 30, and the plunger 12 and the amplitude control weight 30 are arranged apart from each other in the axial direction of the output shaft 11. Here, the amplitude control weight 30 is not fixed to the output shaft 11, and the output shaft 11 and the amplitude control weight 30 move independently.

ケース４０には３個のコイルばね５１，５２，５３も収納される。コイルばね５１は、ケース４０の口軸方向における一端側の軸受台４１とプランジャ１２との間に配置され、プランジャ１２を初期位置に復帰させる機能を有する。コイルばね５２がプランジャ１２と振幅制御錘３０との間に配置されるとともに、コイルばね５３がケース４０の他端側の軸受台４２と振幅制御錘３０との間に配置されることにより、両コイルばね５２，５３は後述する共振ばねとして機能する。各コイルばね５１，５２，５３の各端部はそれぞれケース４０とプランジャ１２と振幅制御錘３０とに固定されており、各コイルばね５１，５２，５３は、出力軸１１の軸方向に伸縮する機能だけではなく、ねじりばねとしての機能も備える。なお、図に示すコイルばね５１，５２，５３に代えて、板ばねのような他のばねを用いることも可能である。 The case 40 also houses three coil springs 51, 52, 53. The coil spring 51 is disposed between the bearing base 41 on one end side in the mouth axis direction of the case 40 and the plunger 12 and has a function of returning the plunger 12 to the initial position. The coil spring 52 is disposed between the plunger 12 and the amplitude control weight 30, and the coil spring 53 is disposed between the bearing base 42 on the other end side of the case 40 and the amplitude control weight 30. The coil springs 52 and 53 function as a resonance spring described later. Each end of each coil spring 51, 52, 53 is fixed to the case 40, the plunger 12, and the amplitude control weight 30, and each coil spring 51, 52, 53 extends and contracts in the axial direction of the output shaft 11. Not only functions, but also functions as a torsion spring. In addition, it can replace with the coil springs 51, 52, and 53 shown in a figure, and can also use another spring like a leaf | plate spring.

コイル部２１に通電していない状態では、図１に示すように、固定磁極２２が可動磁極１３および永久磁石１５に対向し、固定磁極２３が可動磁極１６および永久磁石１８に対向する位置に位置する。このとき、出力軸１１の軸方向において固定磁極２２，２３間の中心位置と永久磁石１５，１８間の中心位置とが一致しており、この位置を往復直進移動の基準位置とする。そしてコイル部２１に通電すると、コイル部２１は固定磁極２２，２３を励磁する磁束を発生し、固定磁極２２，２３とプランジャ１２に設けた可動磁極１３，１４，１６，１７との間に、出力軸１１の軸方向に沿った磁力が作用する。 In a state where the coil portion 21 is not energized, as shown in FIG. 1, the fixed magnetic pole 22 faces the movable magnetic pole 13 and the permanent magnet 15, and the fixed magnetic pole 23 is positioned at a position facing the movable magnetic pole 16 and the permanent magnet 18. To do. At this time, the center position between the fixed magnetic poles 22 and 23 coincides with the center position between the permanent magnets 15 and 18 in the axial direction of the output shaft 11, and this position is set as a reference position for reciprocating linear movement. When the coil portion 21 is energized, the coil portion 21 generates magnetic flux that excites the fixed magnetic poles 22 and 23, and between the fixed magnetic poles 22 and 23 and the movable magnetic poles 13, 14, 16, and 17 provided on the plunger 12, A magnetic force along the axial direction of the output shaft 11 acts.

たとえば、図２に示す例では、図の上部の永久磁石１５は上向きに着磁され、図の下部の永久磁石１８は下向きに着磁されている。ここで、コイル部２１への通電により固定磁極２２をＳ極に励磁し、固定磁極２３をＮ極に励磁すると、コイル部２１により生じた磁束の向きが、永久磁石１５の磁束の向きとは同じになり、永久磁石１８の磁束の向きとは逆向きになるから、可動磁極１３，１４は、固定磁極２２に対向する方向に移動し、可動磁極１６，１７は、固定磁極２３から離れる方向に移動する。つまり、各部に働く推力のバランスが崩れて、可動磁極１３，１４，１６，１７と固定磁極２２，２３の間に、プランジャ１２を上向きに移動させる磁力が作用することになる。 For example, in the example shown in FIG. 2, the upper permanent magnet 15 in the figure is magnetized upward, and the lower permanent magnet 18 in the figure is magnetized downward. Here, when the fixed magnetic pole 22 is excited to the S pole by energizing the coil portion 21 and the fixed magnetic pole 23 is excited to the N pole, the direction of the magnetic flux generated by the coil portion 21 is the direction of the magnetic flux of the permanent magnet 15. Since the directions are the same and the direction of the magnetic flux of the permanent magnet 18 is opposite, the movable magnetic poles 13 and 14 move in a direction facing the fixed magnetic pole 22, and the movable magnetic poles 16 and 17 move away from the fixed magnetic pole 23. Move to. That is, the balance of thrust acting on each part is lost, and a magnetic force that moves the plunger 12 upward acts between the movable magnetic poles 13, 14, 16, 17 and the fixed magnetic poles 22, 23.

コイル部２１への通電の向きを逆向きにすれば、上述した状態とは逆に、プランジャ１２を下向きに移動させる磁力が作用する。つまり、図１に示す位置を往復直進移動の基準位置とすると、コイル部２１への通電の向きに応じて、プランジャ１２（つまりは、可動体１０）を上下に移動させることができる。すなわち、コイル部２１に交番電流を通電すると、可動体１０が往復直進移動する。また、コイル部２１への通電を停止すれば、コイルばね５１，５２，５３によりプランジャ１２は往復直進移動の基準位置に復帰する。 If the direction of energization to the coil portion 21 is reversed, a magnetic force that moves the plunger 12 downward acts contrary to the above-described state. That is, assuming that the position shown in FIG. 1 is a reference position for reciprocating linear movement, the plunger 12 (that is, the movable body 10) can be moved up and down in accordance with the direction of energization of the coil portion 21. That is, when an alternating current is applied to the coil portion 21, the movable body 10 moves back and forth in a straight line. Further, when the energization to the coil portion 21 is stopped, the plunger 12 is returned to the reference position for the reciprocating linear movement by the coil springs 51, 52, 53.

このように、コイルばね５１，５２，５３によってプランジャ１２を往復直進移動の基準位置に復帰させるから、コイル部２１を直流パルスで駆動することが可能となる。また、コイル部２１の非励磁時には永久磁石１５，１８の磁力によっても基準位置に復帰させることができる。さらに、永久磁石１５，１８とコイル部２１との磁力の相互作用によって駆動力を高めることができる。 Thus, since the plunger 12 is returned to the reference position for the reciprocating linear movement by the coil springs 51, 52, 53, the coil portion 21 can be driven with a DC pulse. Further, when the coil portion 21 is not excited, it can be returned to the reference position by the magnetic force of the permanent magnets 15 and 18. Furthermore, the driving force can be increased by the interaction of the magnetic forces between the permanent magnets 15 and 18 and the coil portion 21.

ところで、図１（ａ）（ｂ）に示すように、可動磁極１３，１４，１６，１７および固定磁極２２，２３には、出力軸１１の軸方向に直交する面内において、磁極面（可動磁極１３，１４，１６，１７の外周面と固定磁極２２，２３の内周面）での磁束分布を不均一にすることで可動体１０に回転方向の磁力を作用させる回転付与部が形成されている。図示例において、回転付与部は出力軸１１の軸方向の一直線上で延長された溝部１３ａ，１４ａ，１６ａ，１７ａ，２２ａ，２３ａとして形成してある。溝部１３ａ，１４ａ，１６ａ，１７ａ，２２ａ，２３ａは、出力軸１１の周方向において、等角度間隔で多数個形成しており、固定磁極２２近傍および固定磁極２３近傍において出力軸１１の軸方向に直交する各断面を図３（ａ）（ｂ）に示す。 Incidentally, as shown in FIGS. 1A and 1B, the movable magnetic poles 13, 14, 16, 17 and the fixed magnetic poles 22, 23 have a magnetic pole surface (movable) in a plane orthogonal to the axial direction of the output shaft 11. A rotation imparting portion is formed for applying a magnetic force in the rotational direction to the movable body 10 by making the magnetic flux distribution non-uniform on the outer peripheral surfaces of the magnetic poles 13, 14, 16, 17 and the inner peripheral surfaces of the fixed magnetic poles 22, 23. ing. In the illustrated example, the rotation imparting portion is formed as grooves 13 a, 14 a, 16 a, 17 a, 22 a, and 23 a that extend on a straight line in the axial direction of the output shaft 11. A number of grooves 13a, 14a, 16a, 17a, 22a, 23a are formed at equal angular intervals in the circumferential direction of the output shaft 11, and in the axial direction of the output shaft 11 in the vicinity of the fixed magnetic pole 22 and in the vicinity of the fixed magnetic pole 23. Each cross section orthogonal to each other is shown in FIGS.

図１（ａ）（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ’線で切り取った部分の平面図であり、固定磁極２２，２３に設けた溝部２２ａ，２３ａを、切り取った角度範囲の中心位置に配置している。 FIGS. 1A and 1B are plan views of a portion cut along the line AA ′ of FIG. 3A, and the groove portions 22a and 23a provided in the fixed magnetic poles 22 and 23 are cut in an angular range. Located in the center position.

そして、図１（ａ）に示すように、固定磁極２２，２３に設けた溝部２２ａ，２３ａ、可動磁極１３，１７に設けた溝部１３ａ，１７ａ、可動磁極１４，１６に設けた溝部１４ａ，１６ａは、出力軸１１の軸方向の同一直線上に各々配列される。一方、溝部１３ａ，１７ａと溝部１４ａ，１６ａとは、出力軸１１の軸方向の互いに異なる直線上に各々配列されており、溝部１３ａ，１７ａと溝部１４ａ，１６ａとは、出力軸１１の周方向における互いに異なる位置に配置されている。すなわち、プランジャ１２の軸方向における一端部に設けた溝部１３ａ，１４ａは、可動磁極１３，１４間に配置された永久磁石１５の中心付近を境にして角度θずらし、プランジャ１２の軸方向における他端部に設けた溝部１６ａ，１７ａは、可動磁極１６，１７間に配置された永久磁石１８の中心付近を境にして角度θずらしている。 1A, groove portions 22a and 23a provided in the fixed magnetic poles 22 and 23, groove portions 13a and 17a provided in the movable magnetic poles 13 and 17, and groove portions 14a and 16a provided in the movable magnetic poles 14 and 16, respectively. Are arranged on the same straight line in the axial direction of the output shaft 11. On the other hand, the groove portions 13a, 17a and the groove portions 14a, 16a are arranged on mutually different straight lines in the axial direction of the output shaft 11, and the groove portions 13a, 17a and the groove portions 14a, 16a are circumferential directions of the output shaft 11. Are arranged at different positions. That is, the grooves 13 a and 14 a provided at one end in the axial direction of the plunger 12 are shifted by an angle θ with respect to the vicinity of the center of the permanent magnet 15 disposed between the movable magnetic poles 13 and 14. The groove portions 16 a and 17 a provided at the end portions are shifted by an angle θ with respect to the vicinity of the center of the permanent magnet 18 disposed between the movable magnetic poles 16 and 17.

したがって、溝部１３ａ，１４ａと溝部２２ａとの出力軸１１の回転方向における相対的な位置関係、溝部１７ａ，１６ａと溝部２３ａとの出力軸１１の回転方向における相対的な位置関係は、一方の軸方向（例えば上方から下方に向かって）から見て同じ位置関係になっている。言い換えれば、可動磁極（１３，１４）（１７，１６）の溝部（１３ａ，１４ａ）（１７ａ，１６ａ）と固定磁極（２２）（２３）の溝部（２２ａ）（２３ａ）の軸周りの回転方向における相対的な位置関係は、一つの軸方向から見た場合に、固定磁極（２２）と可動磁極（１３，１４）の対向面、および固定磁極（２３）と可動磁極（１７，１６）の対向面において同じである。 Therefore, the relative positional relationship in the rotation direction of the output shaft 11 between the groove portions 13a, 14a and the groove portion 22a, and the relative positional relationship in the rotation direction of the output shaft 11 between the groove portions 17a, 16a and the groove portion 23a The same positional relationship is seen from the direction (for example, from the top to the bottom). In other words, the rotational directions around the axes of the grooves (13a, 14a) (17a, 16a) of the movable magnetic poles (13, 14) (17, 16) and the grooves (22a) (23a) of the fixed magnetic poles (22) (23). The relative positional relationship between the fixed magnetic pole (22) and the movable magnetic poles (13, 14) and the fixed magnetic pole (23) and the movable magnetic poles (17, 16) are as follows. It is the same on the facing surface.

さらに、図１（ａ）、図３（ａ）（ｂ）では、可動磁極１４，１６に設けた溝部１４ａ，１６ａが固定磁極２２，２３の溝部２２ａ，２３ａに対して、図中の上方から見て右回り方向にずれており、この状態において可動磁極１３，１７に設けた溝部１３ａ，１７ａが固定磁極２２，２３の溝部２２ａ，２３ａに対して、図中の上方から見て左回り方向にずれている。言い換えると、図１（ａ）の状態において、可動磁極１４，１６に設けた溝部１４ａ，１６ａと可動磁極１３，１７に設けた溝部１３ａ，１７ａとは、固定磁極２２，２３の溝部２２ａ，２３ａに対して対称に位置している。この位置を出力軸１１の回転移動の基準位置とする。 Further, in FIGS. 1 (a), 3 (a) and 3 (b), the groove portions 14a and 16a provided in the movable magnetic poles 14 and 16 are opposed to the groove portions 22a and 23a of the fixed magnetic poles 22 and 23 from above in the drawing. In this state, the grooves 13a and 17a provided in the movable magnetic poles 13 and 17 are counterclockwise as viewed from above in the figure with respect to the grooves 22a and 23a of the fixed magnetic poles 22 and 23. It is shifted to. In other words, in the state of FIG. 1A, the groove portions 14a, 16a provided in the movable magnetic poles 14, 16 and the groove portions 13a, 17a provided in the movable magnetic poles 13, 17 are the groove portions 22a, 23a of the fixed magnetic poles 22, 23. Is located symmetrically. This position is set as a reference position for rotational movement of the output shaft 11.

いま、プランジャ１２が往復直進移動の基準位置に位置するとすれば、永久磁石１５，１８の磁力により、可動磁極１４，１６にはたとえば左回りの回転トルクが作用し、可動磁極１３，１７にはたとえば右回りの回転トルクが作用する。このような回転トルクは、可動磁極１４，１６の溝部１４ａ，１６ａを固定磁極２２，２３の溝部２２ａ，２３ａに一致させようとする向き、および可動磁極１３，１７の溝部１３ａ，１７ａを固定磁極２２，２３の溝部２２ａ，２３ａに一致させようとする向きに作用する。ただし、回転移動の基準位置では、可動磁極１４，１６が固定磁極２２，２３に対向する面積と、可動磁極１３，１７が固定磁極２２，２３に対向する面積とが等しく、右回りの回転トルクと左回りの回転トルクとが相殺されている。 Now, assuming that the plunger 12 is positioned at the reference position for reciprocating linear movement, for example, counterclockwise rotational torque acts on the movable magnetic poles 14 and 16 by the magnetic force of the permanent magnets 15 and 18, and the movable magnetic poles 13 and 17 are applied to the movable magnetic poles 13 and 17, respectively. For example, clockwise rotational torque acts. Such rotational torque is caused by the direction in which the groove portions 14a, 16a of the movable magnetic poles 14, 16 are made to coincide with the groove portions 22a, 23a of the fixed magnetic poles 22, 23, and the groove portions 13a, 17a of the movable magnetic poles 13, 17 are fixed magnetic poles. It acts in the direction which tries to make it correspond to the groove parts 22a and 23a of 22 and 23. FIG. However, at the reference position for rotational movement, the area where the movable magnetic poles 14 and 16 are opposed to the fixed magnetic poles 22 and 23 is equal to the area where the movable magnetic poles 13 and 17 are opposed to the fixed magnetic poles 22 and 23, and the clockwise rotational torque. And the counterclockwise rotational torque are offset.

一方、上述のようにコイル部２１に通電することにより、プランジャ１２を出力軸１１の軸方向において往復直進移動の基準位置から移動させると、可動磁極１４，１６が固定磁極２２，２３に対向する面積と、可動磁極１３，１７が固定磁極２２，２３に対向する面積とが変化するから、右回りの回転トルクと左回りの回転トルクとの釣り合いが崩れ、プランジャ１２を回転移動の基準位置から回転させるように回転トルクが作用する。 On the other hand, when the plunger 12 is moved from the reference position for reciprocating linear movement in the axial direction of the output shaft 11 by energizing the coil portion 21 as described above, the movable magnetic poles 14 and 16 face the fixed magnetic poles 22 and 23. Since the area and the area where the movable magnetic poles 13 and 17 are opposed to the fixed magnetic poles 22 and 23 change, the balance between the clockwise rotational torque and the counterclockwise rotational torque is lost, and the plunger 12 is moved away from the reference position for rotational movement. Rotational torque acts to rotate.

たとえば、図１（ａ）の位置からプランジャ１２が上向きに移動すると、図１（ｂ）に示すように、可動磁極１４，１６が固定磁極２２，２３に対向する面積が増加し、可動磁極１３，１７が固定磁極２２，２３に対向する面積が減少するので、たとえば左回りの回転トルクが右回りの回転トルクよりも大きくなり、結果的にプランジャ１２は左回りに回転移動する。プランジャ１２が下向きに移動した場合には、上述の場合とは逆に、プランジャ１２は右回りに回転移動する。 For example, when the plunger 12 moves upward from the position shown in FIG. 1A, the area where the movable magnetic poles 14 and 16 face the fixed magnetic poles 22 and 23 increases as shown in FIG. , 17 are reduced in area facing the fixed magnetic poles 22, 23, for example, the counterclockwise rotational torque becomes larger than the clockwise rotational torque, and as a result, the plunger 12 rotates counterclockwise. When the plunger 12 moves downward, the plunger 12 rotates clockwise as opposed to the above case.

したがって、プランジャ１２を往復直進移動させるためにコイル部２１に交番電流を通電すると、プランジャ１２は回転往復移動を行う。また、往復直進移動の場合と同様に、コイル部２１への通電を停止すれば、コイルばね５１，５２，５３により回転移動の基準位置に復帰する。而して、プランジャ１２の往復直進移動および回転移動が可能になるから、往復直進移動と回転移動（ローリング）とを組み合わせたトルネード運動が可能になる。 Therefore, when an alternating current is applied to the coil portion 21 in order to move the plunger 12 back and forth, the plunger 12 rotates and reciprocates. Similarly to the case of the reciprocating linear movement, when the energization to the coil portion 21 is stopped, the coil springs 51, 52, 53 return to the reference position for the rotational movement. Thus, since the plunger 12 can be moved back and forth in a reciprocating motion and rotated, a tornado motion combining a reciprocating rectilinear motion and a rotating motion (rolling) is possible.

そして、本実施形態では、図１（ｂ）に示すようにプランジャ１２が上方向に移動した場合、固定磁極２２，２３に対向する可動磁極１４，１６の両方が、プランジャ１２に対して左回りの回転トルクを付与するため、プランジャ１２を回転移動させるための十分なトルクを得ることができる。 In this embodiment, when the plunger 12 moves upward as shown in FIG. 1B, both the movable magnetic poles 14 and 16 facing the fixed magnetic poles 22 and 23 are counterclockwise with respect to the plunger 12. Therefore, sufficient torque for rotating the plunger 12 can be obtained.

プランジャ１２が下方向に移動した場合には、上述の場合とは逆に、固定磁極２２，２３に対向する可動磁極１３，１７の両方が、プランジャ１２に対して右回りの回転トルクを付与するため、プランジャ１２を回転移動させるための十分なトルクを得ることができる。 When the plunger 12 moves downward, both the movable magnetic poles 13 and 17 facing the fixed magnetic poles 22 and 23 apply a clockwise rotational torque to the plunger 12, contrary to the above case. Therefore, sufficient torque for rotating the plunger 12 can be obtained.

したがって、プランジャ１２が直進移動したときに、可動体１０の上方に設けた可動磁極１３，１４と固定磁極２２との間に働く回転トルクの方向と、可動体１０の下方に設けた可動磁極１６，１７と固定磁極２３との間に働く回転トルクの方向とが一致し、プランジャ１２の回転トルクを大きくすることができる。 Accordingly, when the plunger 12 moves linearly, the direction of the rotational torque acting between the movable magnetic poles 13 and 14 provided above the movable body 10 and the fixed magnetic pole 22 and the movable magnetic pole 16 provided below the movable body 10. , 17 and the direction of the rotational torque acting between the fixed magnetic poles 23 and the rotational torque of the plunger 12 can be increased.

図４は、プランジャ１２の軸方向（図２中のｚ方向）への変位距離に対する回転トルクであり、本実施形態のアクチュエータ（図１参照）の回転トルク特性１０１と、従来のアクチュエータ（図６参照）の回転トルク特性１０２とを示し、本実施形態のアクチュエータは、従来のアクチュエータに比べて約２倍の回転トルクを得られることがわかる。 FIG. 4 shows the rotational torque with respect to the displacement distance of the plunger 12 in the axial direction (z direction in FIG. 2). The rotational torque characteristic 101 of the actuator of this embodiment (see FIG. 1) and the conventional actuator (FIG. 6). The rotational torque characteristic 102 of the reference) is shown, and it can be seen that the actuator of this embodiment can obtain about twice the rotational torque of the conventional actuator.

なお、固定磁極２２，２３に設けた溝部２２ａ，２３ａ、可動磁極１３，１７に設けた溝部１３ａ，１７ａ、可動磁極１４，１６に設けた溝部１４ａ，１６ａは、出力軸１１の軸方向の同一直線上に各々配列する必要はない。溝部２２ａ，２３ａが、出力軸１１の軸方向の互いに異なる直線上に各々配列されたとしても、溝部１３ａ，１４ａが、溝部２２ａに対してθ／２づつ互いに逆方向にずれ、溝部１６ａ，１７ａが、溝部２３ａに対してθ／２づつ互いに逆方向にずれておればよい。すなわち、溝部１３ａ，１４ａと溝部２２ａとの出力軸１１の回転方向における相対的な位置関係、溝部１７ａ，１６ａと溝部２３ａとの出力軸１１の回転方向における相対的な位置関係が、一方の軸方向（例えば上方から下方に向かって）から見て同じ位置関係になっておればよい。 The groove portions 22a and 23a provided in the fixed magnetic poles 22 and 23, the groove portions 13a and 17a provided in the movable magnetic poles 13 and 17, and the groove portions 14a and 16a provided in the movable magnetic poles 14 and 16 are the same in the axial direction of the output shaft 11. It is not necessary to arrange each on a straight line. Even if the groove portions 22a and 23a are arranged on different straight lines in the axial direction of the output shaft 11, the groove portions 13a and 14a are shifted in the opposite directions by θ / 2 with respect to the groove portion 22a, and the groove portions 16a and 17a. However, it suffices if they are shifted in the opposite directions by θ / 2 with respect to the groove 23a. That is, the relative positional relationship in the rotational direction of the output shaft 11 between the groove portions 13a, 14a and the groove portion 22a, and the relative positional relationship in the rotational direction of the output shaft 11 between the groove portions 17a, 16a and the groove portion 23a It is only necessary to have the same positional relationship when viewed from the direction (for example, from the top to the bottom).

ところで、本実施形態では、上述したようにケース４０内に振幅制御錘３０を備え、振幅制御錘３０はプランジャ１２とケース４０（軸受台４２）との間でコイルばね５２，５３により支持されている。したがって、振幅制御錘３０は、ケース４０に対して出力軸１１の軸方向および出力軸１１の周方向に移動可能となるように支持されている。コイルばね５２，５３は共振ばねとして機能し、振幅制御錘３０とコイルばね５２，５３とを含む機械振動系と電気回路系とを含む運動全体の共振周波数（最大振幅となる周波数）は、可動体１０の往復直進移動および回転移動の周波数に合わせて設定されている。つまり、上記共振周波数は、可動体１０のトルネード運動の周波数に一致するかまたは実質的に共振とみなせる周波数に設定される。 By the way, in this embodiment, the amplitude control weight 30 is provided in the case 40 as described above, and the amplitude control weight 30 is supported by the coil springs 52 and 53 between the plunger 12 and the case 40 (bearing base 42). Yes. Therefore, the amplitude control weight 30 is supported so as to be movable in the axial direction of the output shaft 11 and the circumferential direction of the output shaft 11 with respect to the case 40. The coil springs 52 and 53 function as a resonance spring, and the resonance frequency (frequency at which the maximum amplitude) of the entire motion including the mechanical vibration system including the amplitude control weight 30 and the coil springs 52 and 53 and the electric circuit system is movable. It is set in accordance with the frequency of reciprocating linear movement and rotational movement of the body 10. That is, the resonance frequency is set to a frequency that matches the frequency of the tornado motion of the movable body 10 or can be regarded as substantially resonant.

この種の構造は動吸振器と呼ばれている。本実施形態では、可動体１０のトルネード運動における周波数に対して動吸振器は２個の共振周波数を持ち、高周波側の共振周波数においては、可動体１０の移動とは逆相で移動することによって、可動体１０からケース４０に伝達される振動を制動する。つまり、ケースの振動を軽減することができる。言い換えると、ケース４０の振動が制動されることによって可動体１０の直進往復移動の振幅は相対的に増大し、また回転移動の角度も相対的に増大する。 This type of structure is called a dynamic vibration absorber. In the present embodiment, the dynamic vibration absorber has two resonance frequencies with respect to the frequency in the tornado motion of the movable body 10, and by moving in the opposite phase to the movement of the movable body 10 at the resonance frequency on the high frequency side. The vibration transmitted from the movable body 10 to the case 40 is braked. That is, the vibration of the case can be reduced. In other words, when the vibration of the case 40 is braked, the amplitude of the rectilinear movement of the movable body 10 is relatively increased, and the angle of the rotational movement is also relatively increased.

回転付与部は、上述した構成のように、可動磁極１３，１４，１６，１７に形成する溝部１３ａ，１４ａ，１６ａ，１７ａの位置を出力軸１１の周方向の異なる位置に設ける構成のほか、固定磁極２２，２３に設ける溝部２２ａ，２３ａの位置を出力軸１１の周方向の異なる位置に設ける構成としてもよい。また、上述の例では永久磁石１５，１８に溝部を形成していないが永久磁石１５，１８に溝部を形成してもよい。永久磁石１５，１８にも溝部を形成すれば、プランジャ１２が直進往復移動する際に、永久磁石１５，１８の位置で磁束分布が大きく変化することがなく、可動磁極１３，１４，１６，１７が永久磁石１５，１８に対向する領域でも回転方向の分力を途切れさせずに作用させることができ、可動体１０の動作が滑らかになる。 In addition to the configuration in which the rotation imparting portion is provided with the positions of the groove portions 13a, 14a, 16a, and 17a formed in the movable magnetic poles 13, 14, 16, and 17 at different positions in the circumferential direction of the output shaft 11, as in the configuration described above, The positions of the groove portions 22 a and 23 a provided in the fixed magnetic poles 22 and 23 may be provided at different positions in the circumferential direction of the output shaft 11. In the above example, the groove portions are not formed in the permanent magnets 15 and 18, but the groove portions may be formed in the permanent magnets 15 and 18. If grooves are also formed in the permanent magnets 15 and 18, the magnetic flux distribution does not change greatly at the positions of the permanent magnets 15 and 18 when the plunger 12 reciprocates linearly, and the movable magnetic poles 13, 14, 16, and 17 are not changed. However, even in the region facing the permanent magnets 15 and 18, the component force in the rotational direction can be applied without interruption, and the operation of the movable body 10 becomes smooth.

さらに、回転付与部として、出力軸１１の軸方向に沿う一直線上で延長された溝部のほか、回転移動の与え方によって、ジグザク状ないし蛇行状の溝部や出力軸１１に対して斜めに交差する方向に延長された溝部を用いることも可能である。あるいはまた、溝部に代えて突部（突条）として回転付与部を形成することも可能である。 Further, as the rotation imparting portion, in addition to the groove portion extended on a straight line along the axial direction of the output shaft 11, the rotation imparting portion obliquely intersects the zigzag or serpentine groove portion and the output shaft 11 depending on the manner of rotational movement. It is also possible to use grooves extending in the direction. Alternatively, it is possible to form the rotation imparting portion as a protrusion (protrusion) instead of the groove.

また、プランジャ１２を電磁駆動するための構成として、上述した固定子２０および可動体２０の構成のほか、永久磁石２６、２７を用いずにコイル部２１に通電したときに生じる吸引力でプランジャ１２を移動させ、ばね力などの復帰力によりプランジャ１２を復帰させる構成を採用することも可能である。 Further, as a configuration for electromagnetically driving the plunger 12, in addition to the configuration of the stator 20 and the movable body 20 described above, the plunger 12 is attracted by an attractive force generated when the coil portion 21 is energized without using the permanent magnets 26 and 27. It is also possible to adopt a configuration in which the plunger 12 is returned by a return force such as a spring force.

また、永久磁石２６、２７は、上述のように可動体１０の可動磁極１３，１４間，可動磁極１６，１７間に設ける構成のほか、固定子２０の固定磁極２２内，固定磁極２３内に設けることも可能である。 The permanent magnets 26 and 27 are provided between the movable magnetic poles 13 and 14 of the movable body 10 and between the movable magnetic poles 16 and 17 as described above, as well as in the fixed magnetic pole 22 and the fixed magnetic pole 23 of the stator 20. It is also possible to provide it.

（ａ）（ｂ）実施形態を示す要部を切り取った平面図である。(A) (b) It is the top view which cut off the principal part which shows embodiment. 同上を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the same as the above. （ａ）（ｂ）同上の要部の横断面図である。(A) (b) It is a cross-sectional view of the principal part same as the above. 同上のトルク特性を示す図である。It is a figure which shows a torque characteristic same as the above. 従来例を示す一部縦断面図である。It is a partial longitudinal cross-sectional view which shows a prior art example. （ａ）（ｂ）同上の要部を切り取った平面図である。(A) (b) It is the top view which cut off the principal part same as the above. （ａ）（ｂ）同上の要部を示す斜視図である。(A) (b) It is a perspective view which shows the principal part same as the above. （ａ）（ｂ）同上の要部の横断面図である。(A) (b) It is a cross-sectional view of the principal part same as the above.

Explanation of symbols

１０可動体
１１出力軸
１２プランジャ
１３，１４，１６，１７可動磁極
１３ａ，１４ａ，１６ａ，１７ａ溝部
１５，１８永久磁石
２０固定子
２１コイル部
２２，２３固定磁極
２２ａ，２３ａ溝部
４０ケース DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Movable body 11 Output shaft 12 Plunger 13, 14, 16, 17 Movable magnetic pole 13a, 14a, 16a, 17a Groove part 15, 18 Permanent magnet 20 Stator 21 Coil part 22, 23 Fixed magnetic pole 22a, 23a Groove part 40 Case

Claims

A movable body that is supported by the case and has a plurality of movable magnetic poles in the axial direction so as to be capable of linear reciprocation and rotation around the straight line, and fixed at a fixed position of the case. A stator having a plurality of fixed magnetic poles facing the movable magnetic pole in a plane intersecting the straight line, and a magnetic flux that excites one of the fixed magnetic pole and the movable magnetic pole are generated, and the straight line is formed between the fixed magnetic pole and the movable magnetic pole. A coil portion that applies a magnetic force in a direction along the magnetic field, and causes a magnetic flux distribution in a plane intersecting the straight line to be non-uniform on each facing surface of the fixed magnetic pole and the movable magnetic pole so that the magnetic force in the rotational direction acts on the movable body. One of the groove part and the protrusion is formed as a rotation imparting part, and one groove part or protrusion of the fixed magnetic pole and the movable magnetic pole facing each other has a fixed magnetic pole facing each other on one end side and the other end side in the axial direction. The other groove or protrusion with the movable magnetic pole Is formed at a position shifted in the opposite direction in the rotational direction around the axis, and is around the axis between the one end side and the other end side in the axial direction of the one groove or projection and the other groove or projection. The relative positional relationship in the rotational direction of the actuator is the same on all opposing surfaces of the fixed magnetic pole and the movable magnetic pole facing each other when viewed from one axial direction.