JP2010183677A

JP2010183677A - ボイスコイルモータ

Info

Publication number: JP2010183677A
Application number: JP2009023038A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsumura; 高志津村
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2010-08-19

Abstract

【課題】永久磁石の減磁を防止して、駆動性能の向上を図ることができるボイスコイルモータを提供する。
【解決手段】ボイスコイルモータは、環状に形成されたヨーク２と、通電により発生する磁束がヨーク２を循環するように、ヨーク２の内側に配置されたコイル４と、磁束がコイル４を横切ると共にヨーク２を循環するように、ヨーク２の内側に配置された永久磁石３と、コイル４が巻線され、コイル４への通電により永久磁石３に対して変位するコイルボビン４１と、コイルボビン４１と共に移動する可動部としての架台５とを備える。コイル４の通電方向が変化した場合にも、コイル４と永久磁石３の合成磁束の永久磁石３を貫く磁束方向が永久磁石３の磁束方向と一致する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁界に置かれたコイルに電流を供給することによって変位駆動するボイスコイルモータに関する。

従来、この種のボイスコイルモータとしては、下記特許文献１に示すように、可動部に連結されたコイルと、コイルの内部に配置されて該コイルに対して磁束を発生させる永久磁石と、Ｕ字形状であって永久磁石およびコイルを内側に有するヨークとから構成させる磁気回路を備えるものが知られている。

かかるボイルコイルモータは、コイルに電流を供給することで、供給電流に比例した推進力がコイル部分に発生する。この推進力により可動部を変位駆動させることで、精密な位置決め装置等として用いられる。

特開平８−１６１７６２号公報

しかしながら、従来のボイスコイルモータでは、コイルに電流を供給することにより発生する磁界が、永久磁石に対して反磁界となる場合が生じ得る。具体的には、図７に模式的に示すように、コイル４に供給される電流の向きが紙面に対し上向きの場合には、永久磁石３の磁界（破線）に対して、実線で示す磁界が磁気回路に生じ、永久磁石３に対して反磁界となる。

このような反磁界は、永久磁石の磁力を超えると永久磁石の減磁の要因となる。永久磁石が減磁すると、本来想定される永久磁石の磁力により可動部を変位駆動させることができなくなり、変位誤差や駆動力誤差を生じると共に、持続的な動作が困難となる。そのため、コイルへの通電電流を制限しなければならず、ボイルコイルモータの駆動性能を十分に活かすことができない。

以上に鑑みて、本発明は、永久磁石の減磁を防止して、駆動性能の向上を図ることができるボイスコイルモータを提供することを目的とする。

本発明は、環状に形成されたヨークと、通電により発生する磁束が前記ヨークを循環するように、該ヨークの内側に配置されたコイルと、磁束が前記コイルを横切ると共に前記ヨークを循環するように、該ヨークの内側に配置された永久磁石と、前記コイルが巻線され、前記コイルへの通電により前記永久磁石に対して変位するコイルボビンと、前記コイルボビンと共に移動する可動部とを備えるボイスコイルモータであって、前記コイルの通電方向が変化した場合にも、該コイルと該永久磁石の合成磁束の前記永久磁石を貫く磁束方向が該永久磁石の磁束方向と一致することを特徴とする。

本発明によれば、コイルが環状のヨークの内側に配置されることにより、該コイルへの通電によって発生する磁束はヨークを循環する。また、ヨークの内側に配置された永久磁石の磁束もヨークを循環する。そのため、これらコイルと永久磁石の合成磁束は、コイルへの通電方向に拘わらず、ヨーク内で相乗または相殺されるので、コイルへの通電によって発生する磁束が永久磁石に対して反磁界となることがない。

このように、コイルの通電方向に拘わらず該永久磁石の磁束方向と一致させることで、永久磁石に対して反磁界が生じることを回避することができる。これにより、コイルへの通電電流を制限することなく、反磁界による永久磁石の減磁を回避して、ボイスコイルモータの駆動性能の向上を図ることができる。

また、本発明の好ましい態様として、前記コイルおよび前記永久磁石は、前記可動部の移動方向に対応して、前記ヨークの内側に上下対称または左右対称に配列される。

かかる態様によれば、可動部の移動方向に対応させてコイルおよび永久磁石をヨークの内側に対称に配置することで、可動部を対称位置を中心として一方のみならず他方にも変位させることができ、可動部に掛かる駆動力をストローク全域に亘って一様とすることができる。

これにより、永久磁石の減磁を防止しつつ駆動性能を更に向上させることができる。

ボイスコイルモータの構成を示す図。図１のボイスコイルモータの構成を示す縦断面図。図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。ボイスコイルモータにおける磁束の分布を示す説明図。ボイスコイルモータの変更例を示す図。図５におけるＶＩ−ＶＩ線断面図。従来のボイルコイルモータにおける磁束の分布を示す説明図。

本発明の一実施形態としてのボイスコイルモータについて、図１〜図４を参照して説明する。

図１に示すように、ボイスコイルモータは、台座１と、台座１上に固定された円環溝状のヨーク２と、ヨーク２に固定された円環溝状の永久磁石３と、永久磁石３およびヨーク２に対して上下方向に移動可能に設けられたコイル４と、コイル４と共に移動する可動部としての架台５とを備える。

台座１は、座板１１と、座板１１から円形に立ち上がった鍔部１２を有する。鍔部１２は、ヨーク２の外円形状に対応した形状であって、鍔部１２の先端部とヨーク２の下端部とが連結固定されている。

図２に示すように、ヨーク２は、断面が環状に形成された磁性体である。ヨーク２は、内側部２１と、外側部２２と、これらの下端部を繋ぐ底部２３と、上端部を繋ぐ天部２４とを有し、内側部２１には、その中央の高さ位置に永久磁石３が取り付けられている。

永久磁石３は、その磁束の向きが水平方向となるように、ヨーク２の内側に固定されている。この永久磁石３に対向するように、コイル４がコイルボビン４１に巻線されて配置されている。これにより、永久磁石３とコイル４とは、永久磁石３の磁束がコイル４を横切るようにヨーク２の内側に配置される。

コイルボビン４１には、その下端に円周上等間隔（例えば１２０°間隔）で下部支柱４２が設けられ、下部支柱４２同様、上端に円周上等間隔（例えば１２０°間隔）で上部支柱４３が設けられている。下部支柱４２は、これに対応してヨーク２の底部２３に形成された貫通孔２５に挿通され、上部支柱４３は、これに対応して天部２４に形成された貫通孔２６に挿通されている。上部支柱４３は架台５に連結され、架台５とコイルボビン４１は、上部支柱４３を介して一体となっている。

架台５は、ヨーク２の外周円形状に対応した形状であって、ワークが固定される円形の天板５１と、天板５１の端縁に下方に張り出した鍔部５２とを有する。

図３に示すように、コイルボビン４１は、上部支柱４３が円弧状フラットスプリングからなる弾性案内部材６によりヨーク２に支持される。具体的に、弾性案内部材６は、上部支柱４３と、ヨーク２の内側部２１の上側に延設された張り出し部２８との間に設けられる。同様に、コイルボビン４１は、下部支柱４２が弾性案内部材６によりヨーク２に支持される。すなわち、下部支柱４２と、ヨーク２の内側部２１の下側に延設された張り出し部２７との間に弾性案内部材６設けられる。これにより、コイルボビン４１およびこれに連結された架台５が上下方向に揺動自在に支持されている。

以上の構成によれば、ヨーク２の内側に永久磁石３およびコイル４が上下対称に配列される。そして、対称位置において、コイル４への通電方向に応じた駆動力がコイル４に生じ、該駆動力により架台５が上下方向に変位する。

次に、図４を参照して、本実施形態におけるボイスコイルモータの磁束の分布について説明する。尚、図４は、図２の右側部分を模式的に示している。

まず、図４（ａ）に示すように、永久磁石３により生じる磁束は、コイル４を横切り、ヨーク２の外側部２２の中央位置からを上下方向に分かれて天部２４または底部２３を通ってヨーク２内を循環し、内側部２１の中央位置で永久磁石３へ戻る。

次に、コイル４への通電によって発生する磁束は、図４（ｂ）に示すように、コイル４への通電方向が紙面に対し上向きの場合には、ヨーク２を反時計回りに循環し、図４（ｃ）に示すように、コイル４への通電方向が紙面に対し下向きの場合には、ヨーク２を時計回りに循環する。

そのため、コイル４への通電方向が紙面に対し上向きの場合における永久磁石３とコイル４の合成磁束は、図４（ｄ）に示すように、ヨーク２の下側の磁束が打ち消し合い、上側の磁束が強め合う。このとき、合成磁束の永久磁石３を貫く向きは、永久磁石３の向きと一致するため、コイル４への通電によって発生する磁束が永久磁石３に対して反磁界となることがない。

同様に、コイル４への通電方向が紙面に対し下向きの場合における永久磁石３とコイル４の合成磁束は、図４（ｅ）に示すように、ヨーク２の上側の磁束が打ち消し合い、下側の磁束が強め合う。このときも、合成磁束の永久磁石３を貫く向きは、永久磁石３の向きと一致するため、コイル４への通電によって発生する磁束が永久磁石３に対して反磁界となることがない。

このように、本実施形態のボイルコイルモータによれば、永久磁石３およびコイル４の磁束がヨーク２を循環し、これらの磁束を合成すると、コイル４への通電方向に拘わらず、磁束はヨーク内で相乗または相殺され、コイル４への通電によって発生する磁束が永久磁石３に対して反磁界となることがない。そのため、コイル４への通電電流を制限することなくなり、永久磁石の減磁を防止しつつボイスコイルモータの駆動性能の向上を図ることができる。

次に、図５および図６を参照して、前記実施形態の変更例について説明する。なお、前記実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態のボイスコイルモータは、ヨーク２が内部空間を有する四角形状で、内部空間の上下方向に１つの柱状の内側部２１を有する。そして、内側部２１は、コイルボビン４１の中心孔を貫通しており、コイルボビン４１は、これと一体に上方に延びてヨーク２の天部２４の孔２６ａ，２６ｂを貫通する上部支柱４３ａ，４３ｂを介して架台５に連結している。架台５は、図示しない板ばね等により、所定位置に揺動自在に支持されている。

図６に示すように、ヨーク２の内側部２１の表面には、永久磁石３の磁束がコイル４を横切るように永久磁石３が配置されている。

この変更例においても、図６の右側半分に着目すると、図４と同様の磁束の分布となる。そのため、本実施形態のボイスコイルモータにおいても、永久磁石３およびコイル４の磁束がヨーク２を循環し、これらの磁束を合成すると、コイル４への通電方向に拘わらず、磁束はヨーク内で相乗または相殺され、コイル４への通電によって発生する磁束が永久磁石３に対して反磁界となることがない。そのため、コイル４への通電電流を制限することなくなり、永久磁石の減磁を防止しつつボイスコイルモータの駆動性能の向上を図ることができる。

１…台座、２…ヨーク、３…永久磁石、４…コイル、５…架台（可動部）、６…弾性案内部材、７…ヨーク、２１…内側部、２２…外側部、２３…底部、２４…天部、４１…コイルボビン。

Claims

環状に形成されたヨークと、
通電により発生する磁束が前記ヨークを循環するように、該ヨークの内側に配置されたコイルと、
磁束が前記コイルを横切ると共に前記ヨークを循環するように、該ヨークの内側に配置された永久磁石と、
前記コイルが巻線され、前記コイルへの通電により前記永久磁石に対して変位するコイルボビンと、
前記コイルボビンと共に移動する可動部と
を備えるボイスコイルモータであって、
前記コイルの通電方向が変化した場合にも、該コイルと前記永久磁石の合成磁束の該永久磁石を貫く磁束方向が該永久磁石の磁束方向と一致することを特徴とするボイスコイルモータ。
請求項１記載のボイスコイルモータにおいて、
前記コイルおよび前記永久磁石は、前記可動部の移動方向に対応して、前記ヨークの内側に上下対称または左右対称に配列されることを特徴とするボイスコイルモータ。