JP2010288422A - Linear actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リニアアクチュエータに関する。 The present invention relates to a linear actuator.
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、複数の永久磁石を備えてロッド内に保持される界磁と、界磁に対向するようにアウターチューブに軸方向に並べて保持される複数のコイルと、アウターチューブの両端内周に弾性体を介して装着されるともにロッドの外周に摺接する摺動部材と備えて構成され、アウターチューブとロッドの相対移動をこれら摺動部材で案内するようにしている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, as this type of linear actuator, for example, an outer tube, a rod that is movably inserted into the outer tube, a field that is provided with a plurality of permanent magnets and that is held in the rod, and is opposed to the field A plurality of coils that are held side by side in the axial direction on the outer tube, and a sliding member that is attached to the inner periphery of both ends of the outer tube via elastic bodies and that slides on the outer periphery of the rod. The relative movement between the tube and the rod is guided by these sliding members (for example, see Patent Document 1).
従来のリニアアクチュエータでは、上記の如く、アウターチューブの両端に配置されて弾性体によって弾性支持される二つの摺動部材でアウターチューブに対するロッドの軸方向の移動を案内しているので、ロッドの自重或いはモーメントの作用によってロッドに撓みを生じても弾性体の変形によって摺動抵抗を低減できるようになっているものの、ロッドの撓みそのものを低減することができない。 In the conventional linear actuator, as described above, the axial movement of the rod relative to the outer tube is guided by the two sliding members arranged at both ends of the outer tube and elastically supported by the elastic body. Alternatively, even if the rod is bent by the action of the moment, the sliding resistance can be reduced by deformation of the elastic body, but the bending of the rod itself cannot be reduced.
このように、ロッドが撓むと、ロッドに保持された永久磁石とコイルとの軸方向および径方向の位置関係が初期設定からずれることになり、エネルギロスが生じるなどといった不都合が生じる場合がある。 As described above, when the rod is bent, the positional relationship in the axial direction and the radial direction between the permanent magnet and the coil held by the rod may be deviated from the initial setting, which may cause a problem such as energy loss.
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、ロッドの撓みを低減できるリニアアクチュエータを提供することである。 Accordingly, the present invention has been made to improve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a linear actuator that can reduce the bending of the rod.
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いずれか一方に保持される界磁と、界磁に対向するようにアウターチューブとロッドの他方に保持される複数のコイルとを備え、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、アウターチューブとロッドのいずれか一方に保持されて他方に摺接する第一摺接部と、アウターチューブとロッドのいずれか一方に保持されて他方に摺接する第二摺接部と、アウターチューブとロッドのいずれか一方に保持されて他方に摺接するとともに軸方向にて第一摺接部と第二摺接部との間に配置される第三摺接部とを備え、これら三つの摺接部にてアウターチューブとロッドの相対移動を案内することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the problem-solving means of the present invention includes an outer tube, a rod that is movably inserted into the outer tube, and a plurality of permanent magnets, and is held by either the outer tube or the rod. And a linear actuator that generates a thrust that relatively displaces the outer tube and the rod in the axial direction. A first sliding contact portion that is held by one of the tube and the rod and is in sliding contact with the other; a second sliding contact portion that is held by either the outer tube and the rod and is in sliding contact with the other; and the outer tube and the rod A third sliding contact portion that is held by either one and slidably contacts the other and is disposed between the first sliding contact portion and the second sliding contact portion in the axial direction. The provided, characterized in that to guide the relative movement of the outer tube and the rod at these three sliding contact portion.
本発明のリニアアクチュエータによれば、アウターチューブとロッドのいずれか一方に保持されて他方に摺接する第一摺接部と、アウターチューブとロッドのいずれか一方に保持されて他方に摺接する第二摺接部と、アウターチューブとロッドのいずれか一方に保持されて他方に摺接するとともに軸方向にて第一摺接部と第二摺接部との間に配置される第三摺接部とを備えて、これら三つの摺接部によってアウターチューブとロッドの相対移動を案内するようにしているので、第一摺接部と第二摺接部との間の軸方向距離が長くても、その中間の第三摺接部によってロッドが軸支されて、ロッドの撓みを低減することができる。 According to the linear actuator of the present invention, the first sliding contact portion that is held on one of the outer tube and the rod and is in sliding contact with the other, and the second that is held on either the outer tube and the rod and that is in sliding contact with the other. A sliding contact portion, and a third sliding contact portion which is held by one of the outer tube and the rod and is in sliding contact with the other and is disposed between the first sliding contact portion and the second sliding contact portion in the axial direction. Since these three sliding contact portions guide the relative movement of the outer tube and the rod, even if the axial distance between the first sliding contact portion and the second sliding contact portion is long, The rod is pivotally supported by the intermediate third sliding contact portion, and the bending of the rod can be reduced.
また、ロッドの撓みが低減されるので、第一摺接部、第二摺接部および第三摺接部における摩擦抵抗も低減されることになり、アウターチューブとロッドの軸方向の円滑な相対移動を実現できる。 In addition, since the bending of the rod is reduced, the frictional resistance at the first sliding contact portion, the second sliding contact portion, and the third sliding contact portion is also reduced, so that the axial relative smoothness between the outer tube and the rod is reduced. Move can be realized.
さらに、ロッドの撓みが低減されるので、界磁とコイルの軸方向および径方向の相対位置がほぼ設定通りに維持されることになって、駆動時のエネルギロスを低減することが可能となる。 Further, since the bending of the rod is reduced, the relative positions of the field and the coil in the axial direction and the radial direction are maintained substantially as set, and energy loss during driving can be reduced. .
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。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に対向するようにアウターチューブ2に保持されるそれぞれ複数のコイルでなる第一コイル7aおよび第二コイル7bと、アウターチューブ2の内周に保持されてロッド3の外周に摺接する第一摺接部8と、アウターチューブ2の内周に保持されてロッド3の外周に摺接する第二摺接部9と、ロッド3の外周に保持されてアウターチューブ2の内周に摺接する第三摺接部10とを備えて構成され、上記各コイル7a,7bを適宜励磁することによって、界磁4を保持するロッド3と、各コイル7a,7b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、また、このアウターチューブ2とロッド3の相対移動を上記の各摺接部8,9,10にて案内するようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
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31と、インナーロッド31との間に環状隙間を形成する二つのパイプ32,33とを備えて構成されている。
Hereinafter, each part of the
インナーロッド31は、軸34と、この軸34の両端および中間に設けたフランジ35,36,37と、軸34の中間に位置するフランジ36の外周に設けた大径部38と、フランジ37の端部に設けた取付部41とを備えて構成されており、大径部38の外周には、スライドリング39が装着されている。そして、取付部41を介してロッド3を図外の外部機器へ連結することができるようになっている。
The
また、フランジ35,36の外周にパイプ32が装着されており、軸34とパイプ32との間に環状隙間が形成されるとともに、フランジ36,37の外周にもパイプ33が装着されており、軸34とパイプ33との間に環状隙間が形成されている。なお、パイプ32は、フランジ36の外周に設けた大径部38とフランジ35のフランジ36側の外周に設けた肩部35aとで挟持されてインナーロッド31に固定され、パイプ33は、フランジ36の外周に設けた大径部38とフランジ37のフランジ36側の外周に設けた肩部37aとで挟持されてインナーロッド31に固定されている。
In addition, the
このようにロッド3は、中間に径方向外方へ向けて突出する大径部38を備えており、当該大径部37の外周に装着されたスライドリング39をアウターチューブ2の内周に摺接させている。そして、この実施の形態にあっては、大径部38およびスライドリング39とで第三摺接部10を形成しており、スライドリング39は、この場合、合成樹脂製とされており、アウターチューブ2の内周を摺動する際に、両端の外周縁でアウターチューブ2の内周をかじることがないようになっている。したがって、第三摺接部10とアウターチューブ2の摺動の際にスティックスリップを生じにくくなっている。なお、インナーロッド31における大径部38が低摩擦で摺動に適した材料で構成される場合には、スライドリング39を省略して大径部38のみで第三摺接部10を構成してもよい。
As described above, the
さらに、パイプ32,33と軸34との間に形成される二つの環状隙間には、それそれ、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。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。なお、パイプ32と軸34との間と、パイプ33と軸34との間にそれぞれ収容される一団の永久磁石5の両端には、スペーサ40が設けてあり、当該スペーサ40によって永久磁石5が各環状隙間内で位置決められて固定されるようになっているが、スペーサ40が不要であれば廃止してもよい。
Further, in the two annular gaps formed between the
そして、パイプ32と軸34との間の環状隙間に収容される一団の永久磁石5で第一界磁4aを構成し、パイプ33と軸34との間の環状隙間に収容される一団の永久磁石5で第二界磁4bを構成しており、界磁4は、当該第一界磁4aと第二界磁4bとで構成されている。
The group of
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、第一界磁4aと第二界磁4bでそれぞれ三つずつの合計六個がロッド3に組みつけられているが、リニアアクチュエータ1の駆動ができる限りにおいて、第一界磁4aと第二界磁4bで設置数は複数であればよく、これに限られない。
When the
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31とパイプ32,33とで構成されているが、これを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31のフランジ35,36間、フランジ36,37間を分断して、パイプ32,33で各フランジ34,35,36を接続して、ロッド3を中空構造とし、パイプ32,33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。
Furthermore, in this embodiment, the
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、内周に二つの筒状のコア6a,6b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6a,6b内には上記したロッド3が移動自在に挿入されている。
In this embodiment, the
詳しくは、アウターチューブ2は、筒部21と、底部22と、底部22の外端に設けられた取付部23と、筒部21の内周に設けられて内方へ突出する一対の環状のストッパ24,25と、底部22側のストッパ24よりも底部22寄りに設けられた内方へ突出するフランジ26と、筒部21の開口端内周に設けられた内方へ突出するフランジ27と、フランジ26の内周に装着されたスライドリング28と、フランジ27の内周に装着されたスライドリング29とを備えて構成されている。
Specifically, the
そして、アウターチューブ2は、スライドリング28,29の内周をそれぞれロッド3の外周であるパイプ32,33の外周に摺接させてロッド3を軸支しており、フランジ26とスライドリング28とで第一摺接部8を構成し、フランジ27とスライドリング29とで第二摺接部9を構成している。
The
よって、ロッド3は、上述の大径部38とスライドリング39とでなる第三摺接部10に加えて、フランジ26とスライドリング28とでなる第一摺接部8と、フランジ27とスライドリング29とでなる第二摺接部9の合計三箇所にて支持されてアウターチューブ2内に挿入されている。
Therefore, in addition to the above-described third sliding
なお、スライドリング28,29は、合成樹脂製とされており、それぞれ、ロッド3の外周となるパイプ32,33の外周に摺接し、パイプ32,33の外周を摺動する際に、両端の外周縁でパイプ32,33の外周をかじることがないようになっている。したがって、第一摺接部8と第二摺接部9の摺動の際にスティックスリップを生じにくくなっている。
Note that the slide rings 28 and 29 are made of synthetic resin, and are in sliding contact with the outer periphery of the
また、アウターチューブ2に設けたストッパ24は、ロッド3の大径部38の図1中左端に対向し、ストッパ25は、ロッド3の大径部38の図1中右端に対向しており、これらストッパ24,25は、ロッド3のアウターチューブ2内へ進入する方向とアウターチューブ2外へ突出する方向の移動限界にて大径部38に衝合してそれ以上の移動を規制して、ロッド3のアウターチューブ2に対する移動範囲を制限している。
Further, the
このようにアウターチューブ2に対するロッド3の移動範囲が、上記の構造によって規定されるが、この移動範囲内では、コア6aが必ずロッド3の第一界磁4aの軸方向長さの範囲内に位置してこれに対向し、コア6bがロッド3の第二界磁4bの軸方向長さ範囲内に位置してこれに対向するようになっている。
Thus, the movement range of the
また、アウターチューブ2の底部22の外端には、取付孔を備えた取付部23が設けられており、この取付部23とロッド3の取付部41とを介してリニアアクチュエータ1を図外の外部機器へ取付ることが可能となっている。
Further, a mounting
コア6a,6bは、それぞれ対応する第一コイル7aおよび第二コイル7bを収容する複数のスロット61と、両端およびスロット61間に設けた複数の極歯62とを備えて構成されている。このように構成されたコア6a,6bは、この場合、筒状とされて内周をそれぞれロッド3の第一界磁4aおよび第二界磁4bに対向させており、各コイル7a,7bを励磁して極歯62を磁化することで、ロッド3の第一界磁4aおよび第二界磁4b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6a,6b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6a,6b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6a,6b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6a,6b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、第一コイル7aと第二コイル7bをコア6aとコア6bに装着するようにしているが、コア6a,6bを省略してアウターチューブ2に直接各コイル7a,7bを装着することも可能である。
Each of the
より詳しくは、第一コイル7aおよび第二コイル7bは、ロッド3の外周を取り巻くようにスロット61内に装着されることによって、アウターチューブ2に軸方向に並べて配置されつつ保持され、図示するところでは、コア6a,6bにU相、V相、W相を一つずつの合計6個設けられて、U相、V相、W相の順に配置されている。
More specifically, the
すなわち、第一コイル7aは、パイプ32の外周に設けられていて、第一界磁4aに対向し、第二コイル7bは、パイプ33の外周に設けられていて、第二界磁4bに対向しており、軸方向において第一コイル7aと第二コイル7bとの間には、ストッパ24,25および大径部38が配置されており、ロッド3の大径部38がストッパ24,25によってコア6a,6bへ干渉することが防止され、第一コイル7aおよび第二コイル7bがともに保護されるようになっている。
That is, the
そして、たとえば、コア6a,6bのロッド3に対する電気角に基づいて通電位相切換を行うとともに、PWM(Pulse Width Modulation)制御により、第一コイル7aおよび第二コイル7bの電流量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6a或いはコア6b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、磁気センサその他の上記相対位置を把握することができる手段を設けておけばよい。また、第一コイル7aおよび第二コイル7bの数は、このリニアアクチュエータ1によって発生する推力や通電方式に適した数に設定されればよく、相数もABの二相としてもよいが、UVW相の三相とすることでロッド3とアウターチューブ2との相対位置によるリニアアクチュエータ1の発生推力の変動を少なくすることができる、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。
For example, the energization phase is switched based on the electrical angle of the
さて、リニアアクチュエータ1は以上のように構成され、第一コイル7aと第二コイル7bの一方または両方への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、これらアウターチューブ2とロッド3を相対変位させて、伸縮することができる。
Now, the
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、第一コイル7aおよび第二コイル7bへの通電、あるいは、第一コイル7aおよび第二コイル7b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。
Further, when an external force that relatively displaces the
さらに、このリニアアクチュエータ1にあっては、界磁4が第一界磁4aと第二界磁4bを備え、コイルが第一界磁4aに対向する第一コイル7aと第二界磁4bに対向する第二界磁7bとを備えており、第一コイル7aと第二コイル7bに独立して通電するようにしておけば、仮に、第一コイル7aと第二コイル7bうち一方に断線が生じて通電が不能となっても、他方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。
Furthermore, in this
そして、このリニアアクチュエータ1にあっては、アウターチューブ2に保持されてロッド3に摺接する第一摺接部8および第二摺接部9と、ロッド3に保持されてアウターチューブ2に摺接する第三摺接部10とを備えて、これら三つの摺接部8,9,10によってアウターチューブ2とロッド3の相対移動を案内するようにしているので、第一摺接部8と第二摺接部9との間の軸方向距離が長くても、その中間の第三摺接部10によってロッド3が軸支されるので、ロッド3の撓みを低減することができる。
In the
また、ロッド3の撓みが低減されるので、第一摺接部8、第二摺接部9および第三摺接部10における摩擦抵抗も低減されることになり、アウターチューブ2とロッド3の軸方向の円滑な相対移動を実現できる。
In addition, since the bending of the
さらに、ロッド3の撓みが低減されるので、界磁4とコイルの軸方向および径方向の相対位置がほぼ設定通りに維持されることになって、駆動時のエネルギロスを低減することが可能となる。
Further, since the bending of the
また、ロッド3の撓みが抑制されるので、第一摺接部8、第二摺接部9および第三摺接部10における磨耗も抑制されることになり、径方向のガタつきを防止でき、リニアアクチュエータ1の発生推力にムラが生じることも防止できる。
Further, since the bending of the
そしてさらに、本実施の形態にあっては、ロッド3の中間に第三摺接部10を形成する大径部38を設けてストッパ24,25を設けているので、ニリアアクチュエータ1の大型化を回避しつつロッド3の軸方向の移動範囲を確保することができるとともに、ロッド3のアウターチューブ2からの脱落を防止することができる。というのは、アウターチューブ2側にロッド3の中間に摺接する第三摺接部を設けてロッド3側に一対のストッパを設けることもできるが、ストッパと第一コイル7aおよび第二コイル7bとの干渉を避けるためのスペースが必要となって上記のリニアアクチュエータ1と同等の移動範囲を確保するには軸方向長さが長くなるので、ロッド3の中間に第三摺接部10を形成する大径部38を設けてストッパ24,25を設ける方が全長を短く出来ることになってその分有利となる。
Furthermore, in the present embodiment, since the
加えて、この実施の形態のリニアアクチュエータ1にあっては、パイプ32,33内に永久磁石5を収容しており、パイプ32,33の外周を摺動面とすることができ第一摺接部8および第二摺接部9の摺動を許容しているので、永久磁石5を避ける位置にこれら第一摺接部8および第二摺接部9を摺接させなくともよいので、ロッド3の全長を短くすることができる。
In addition, in the
また、上記したところでは、第一摺接部8と第二摺接部9がアウターチューブ2側に設けられ、第三摺接部10がロッド3側に設けられているが、これら摺接部8,9,10は、ロッド3の撓みを低減する機能の発揮するうえでは、アウターチューブ2とロッド3のどちらに設けられてもよい。
Further, in the above description, the first sliding
さらに、界磁4とコイルについても、リニアアクチュエータ1の駆動を実現するうえにおいては、アウターチューブ2とロッド3のどちらに設けられてもよい。またさらに、界磁4とコイルは、対となる第一界磁4aと第一コイル7a、或いは対となる第二界磁4bと第二コイル7bのいずれか一方のみによって構成されるようにしてもよい。
Further, the
つづいて、図2に示した一実施の形態の一変形例におけるリニアアクチュエータ70について説明する。この一変形例におけるリニアアクチュエータ70にあっては、上記した一実施の形態のリニアアクチュエータ1における底部22側のストッパ24を廃止して、アウターチューブ2内へ侵入するロッド3の移動範囲を制限するのに、ロッド3の図2中左端とアウターチューブ2の底部22との衝合によってこれを行うようにしている点で異なるのみである。
Next, a
したがって、一変形例におけるリニアアクチュエータ70は、ロッド3の移動範囲の制限をストッパ24の代わりにアウターチューブ2の底部22とロッド3の端部とでおこなうようにした他は、リニアアクチュエータ1と同様の構成を採用しているので、上述の一実施の形態のリニアアクチュエータ1と同様の作用効果を奏することができる。
Therefore, the
加えて、この一変形例におけるリニアアクチュエータ70にあっては、ストッパ24の設置を省略できるので、その分、アウターチューブ2の全長を短くすることができ、リニアアクチュエータ70を軽量および小型化することが可能となる。
In addition, in the
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。 This is the end of the description of the embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is of course not limited to the details shown or described.
本発明は、リニアアクチュエータに利用可能である。 The present invention can be used for a linear actuator.
1,70 リニアアクチュエータ
2 アウターチューブ
3 ロッド
4 界磁
4a 第一界磁
4b 第二界磁
5 永久磁石
6a,6b コア
7a 第一コイル
7b 第二コイル
8 第一摺接部
9 第二摺接部
10 第三摺接部
21 筒部
22 底部
23,41 取付部
24,25 ストッパ
26,27,35,36,37 フランジ
28,29,39 スライドリング
31 インナーロッド
32,33 パイプ
34 軸
35a,37a 肩部
38 大径部
40 スペーサ
61 スロット
62 極歯
1,70
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