JP2012023794A - 可動磁石型リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の磁束分布を適切に調整可能な可動磁石型リニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】可動磁石型リニアアクチュエータは、固定子１に対し可動子２を相対往復移動させる磁気回路ｍｃを有する。磁気回路ｍｃは、固定子１を構成する固定子コア１０と、可動子２を構成する可動子コア２０と、可動子コア２０のうち固定子コア１０に対向する対向部２０ａに往復動方向に沿って配列され各々の固定子コア１０に臨む側の面の磁極を反転させた対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂと、固定子コア１０に巻回されるコイル１１とを含んで構成される。磁束経路である可動子コア２０の対向部２０ａの一部と永久磁石１２ｂとの間に、対向部２０ａの一部を切り欠いた状態にして可動子コア２０に比べて透磁率の低い空隙部３０を形成することで永久磁石１２ａ・１２ｂの磁束分布を空隙部３０がない場合に比べて変更する磁束分布調節部３を構成している。
【選択図】図２

Description

本発明は、永久磁石で生ずる磁束を利用して可動子を往復移動させる可動磁石型リニアアクチュエータに係り、特に磁束分布の調節を適正化した可動磁石型リニアアクチュエータに関するものである。

可動磁石型リニアアクチュエータは、例えば特許文献１に例示されるように、通電がなされることにより固定子に対し可動子を相対往復移動させる磁気回路を主体としている。磁気回路は、固定子を構成する固定子コアと、可動子を構成する可動子コアと、この可動子コアのうち固定子コアに対向する対向部に往復動方向に沿って配列され各々の固定子コアに臨む側の面の磁極を反転させた対をなす永久磁石と、固定子コアに巻回されるコイルとを含んで構成されており、コイルへの通電により生じる磁束が対をなす永久磁石のうち所要の方向に位置する磁石で生じる磁束を弱め、他方の磁石で生じる磁束を強めることにより可動子を固定子コアに対して相対往復移動させるものである。

特開２００１−３３０３２９号公報

永久磁石により可動子コアと固定子コアとの間に発現する磁束は、上記のようにコイルへの通電によって駆動する可動子の動作特性等のアクチュエータの仕様を決定するものであるので、例えば目的や用途に応じた動作特性になるように磁束分布が調整可能であることが望ましい。

しかしながら、永久磁石の厚みや材質等を変更することで磁束分布を変更することが考えられるものの、複数種の永久磁石を用いることで使用部品が増加することや永久磁石に要するコストが増えることで製造コストが増大してしまう。しかも、永久磁石の厚みや材質には制約があることから、磁束分布の微調整が難しいものである。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、製造コストを増大させることなく、永久磁石の磁束分布を適切に調整可能な可動磁石型リニアアクチュエータを提供することである。

本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明の可動磁石型リニアアクチュエータは、固定子に対し可動子を相対往復移動させるリニアアクチュエータであって、前記固定子を構成する固定子コアと、前記可動子を構成する可動子コアと、前記可動子コアのうち前記固定子コアに対向する対向部に往復動方向に沿って配列され各々の固定子コアに臨む側の面の磁極を反転させた対をなす永久磁石と、前記固定子コアに巻回されるコイルとを含んで構成される磁気回路を備え、コイルへの通電により生じる磁束が前記対をなす永久磁石のうち所要の方向に位置する磁石で生じる磁束を弱め、他方の磁石で生じる磁束を強めることにより可動子を往復移動させるものであり、磁束経路である可動子コアの対向部の一部と永久磁石との間に、対向部の一部を切り欠いた状態にして可動子コアに比べて透磁率の低い空隙部を形成することで永久磁石の磁束分布を前記空隙部がない場合に比べて変更する磁束分布調節部を構成していることを特徴とする。

このように、可動子を構成する可動子コアの対向部を切り欠いた状態にして空隙部を形成するだけで、永久磁石の磁束分布が所望の磁束分布になるように調整可能であるので、複数種の永久磁石を用いる場合に比べて製造コストの増大を伴うことなく、所望の動作特性になるように磁束分布を調節することや、装置の向き等の取付状態に応じて磁束分布を調節することが可能となる。しかも、可動子を構成する可動子コアの対向部を切り欠いた状態にして空隙部を形成するだけなので、新たな部品の追加や製造工程の大幅な変更を必要とせず、製造コストの低減を追求することが可能となる。

製造コストの増大や装置の大型化を伴うことなく、可動子に作用する重力と永久磁石の磁束によるオフセット力との釣り合い点であるオフセット位置を適切に調整するためには、前記磁気回路は、コイルへの通電がなされていない状態において永久磁石で生じる磁束によって可動子にオフセット力を作用させるものであり、前記磁束分布調節部によって、前記可動子に作用する重力と前記永久磁石によるオフセット力との釣り合い点であるオフセット位置を前記空隙部がない場合に比べて変化させていることが好ましい。

可動子に作用する重力と永久磁石の磁束によるオフセット力との釣り合い点であるオフセット位置を反重力方向に変更するためには、前記対をなす永久磁石のうち重力方向側の永久磁石に対向する対向部にのみ前記空隙部が形成されていることが望ましい。

固定子コアに対する可動子の相対位置と磁気バネのバネ力との関係である磁気バネ特性の新たな態様を実現するためには、前記磁気回路は、コイルへの通電がなされている場合において永久磁石で生じる磁束によって固定子コアに対する可動子の相対位置に応じて変化する磁気バネのバネ力が前記コイルへの通電によって生じる電磁駆動力に重畳して可動子に作用するものであり、前記磁束分布調節部によって、固定子コアに対する可動子の相対位置と磁気バネのバネ力との関係である磁気バネ特性を前記空隙部がない場合に比べて変化させていることが好ましい。

アクチュエータを制御要素として用いる場合において制御精度や効率を向上させるためには、前記対向部のうち前記可動子の可動方向と同一である軸心方向両端部を残し、両端部に挟まれる部位を切り欠いた状態にして形成されていることが効果的である。

通電により可動子を往復動させる電磁駆動力を増大させるために永久磁石が複数対をなす構成にした場合であっても磁束分布を調節可能とするためには、前記永久磁石は複数対をなしていて、各々の対をなす永久磁石のうち少なくとも一方の永久磁石と当該永久磁石に対向している対向部との間に前記空隙部が形成されていることが挙げられる。

本発明は、以上説明したように、固定子コアの対向部を切り欠いた状態にして空隙部を形成するだけで磁束分布が調節可能となるので、複数種の永久磁石を用いる場合に比べて製造コストの増大を伴うことなく、所望の動作特性になるように磁束分布を調節することや、装置の向き等の取付状態に応じて磁束分布を調節することが可能となる。しかも、固定コアの対向部を切り欠いた状態にして空隙部を形成するだけなので、新たな部品の追加や製造工程の大幅な変更を必要とせず、製造コストの低減を追求することが可能となる。したがって、製造コストの削減や制御精度の向上、高効率化等に適した可動磁石型リニアアクチュエータを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る可動磁石型リニアアクチュエータを模式的に示す横断面図。 図１に示す可動磁石型リニアアクチュエータのＡ−Ａ縦断面図。 コイルへの通電により可動子を往復移動させる動作に関する説明図。 永久磁石の磁束による可動子に生ずる推力（磁気バネのバネ力、オフセット力）に関する説明図。 固定子コアに対する可動子の相対位置と永久磁石の磁束により可動子に生ずる推力（磁気バネのバネ力、オフセット力）との関係を示す説明図。 オフセット位置について空隙部を形成する場合と空隙部がない場合とを比較して示す説明図。 固定子コアに対する可動子の相対位置と永久磁石の磁束により可動子に生ずる推力（磁気バネのバネ力、オフセット力）との関係について、空隙部を形成する場合と空隙部がない場合とを比較して示す説明図。 本発明の他の実施形態に係る可動磁石型リニアアクチュエータの縦断面図。 図８に示す実施形態において、固定子コアに対する可動子の相対位置と永久磁石の磁束により可動子に生ずる推力（磁気バネのバネ力、オフセット力）との関係について空隙部を形成する場合と空隙部がない場合とを比較して示す説明図。 本発明の上記以外の実施形態に係る可動磁石型リニアアクチュエータの縦断面図。 図１０に示す実施形態において、固定子コアに対する可動子の相対位置と永久磁石の磁束により可動子に生ずる推力（磁気バネのバネ力、オフセット力）との関係について空隙部を形成する場合と空隙部がない場合とを比較して示す説明図。 本発明の上記以外の実施形態に係る可動磁石型リニアアクチュエータの縦断面図。 本発明の上記以外の実施形態に係る可動磁石型リニアアクチュエータの縦断面図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態の可動磁石型リニアアクチュエータは、図１及び図２に示すように、固定子１の径方向内側に可動子２を配置するインナーロータ型のリニアアクチュエータであり、略筒状をなす固定子１と、この固定子１の径方向内側に配置され軸心方向（往復動方向）に沿って往復移動可能な可動子２と、この可動子２を往復移動させる磁気回路ｍｃとを有している。なお、径方向外側は、軸心から遠ざかる方向をいい、径方向内側は、軸心に近づく方向をいうのであって、図に示されているように可動子や固定子の形状が円柱や円筒に限られることを意味するものではない。

固定子１は、略筒状をなし内壁１０ａから径方向内側に向けて延出する一対の突極部１０ｂ・１０ｂが形成される固定子コア１０と、この突極部１０ｂ・１０ｂに巻回されるコイル１１とを有している。固定子コア１０は、図示しない複数の固定子コア板を軸心方向に沿って積層して固定することで構成されている。

可動子２は、固定子コア１０の突極部１０ｂ・１０ｂ同士の間に配置される略棒状の可動子コア２０と、この可動子コア２０のうち固定子コア１０の突極部１０ｂ・１０ｂに対向する対向部２０ａ（対向面）に軸心方向（往復動方向）に沿って配列される対をなす永久磁石１２（１２ａ・１２ｂ）とを有している。対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂは、各々の固定子コア１０に臨む側の面の磁極が反転されて配置されている。可動子コア２０は、上記固定子１を構成する固定子コア１０と同様に、図示しない複数の可動子コア板を軸心方向に沿って積層配置して固定することで構成されている。また、可動子２は、その軸心方向両側を図示しない板バネ等の機械バネ部に支持させることにより、軸心方向に沿った往復移動を可能としている。

磁気回路ｍｃは、上記の可動子コア２０と、固定子コア１０と、対をなす永久磁石１２（１２ａ・１２ｂ）と、コイル１１とを含んで構成されるもので、コイル１１への通電によって可動子２を往復移動させるものである。本実施形態では、磁気回路ｍｃを構成する複数の要素部品のうち可動子２を構成する要素部品を永久磁石１２及び可動子コア２０として可動磁石型（ムービングマグネット型）のアクチュエータを構成している。具体的には、コイル１１に通電されていない場合は、図３（ａ）に示すように、対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂにより可動子２の往復動方向両側に互いに向きの異なる磁束ｍｆ１・ｍｆ２が発現する。この場合、コイル１１へ正方向に通電を行うと、図１及び図３（ｂ）に示すように、コイル１１への通電により磁束ｍｆが生じ、永久磁石１２で生じる二つの磁束ｍｆ１・ｍｆ２のうちコイル１１による磁束ｍｆと同方向である磁束ｍｆ１が強まり他方の磁束ｍｆ２が弱まり、可動子２の磁束の強い側が固定子コア１０に近づくように電磁駆動力Ｆ１が作用して可動子２がＸ１方向に移動する。一方、コイル１１へ逆方向に通電した場合には、図３（ｃ）に示すように、電磁駆動力Ｆ２が作用してＸ２方向の逆方向であるＸ１方向に可動子２が移動する。すなわち、磁気回路ｍｃは、コイル１１への通電により生じる磁束ｍｆが対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂのうち所要の方向に位置する磁石１２ａ（１２ｂ）で生じる磁束ｍｆ２（ｍｆ１）を弱め、他方の磁石１２ｂ（１２ａ）で生じる磁束ｍｆ１を強めることにより可動子２に電磁駆動力Ｆ１（Ｆ２）を作用させて可動子２を往復移動させるものである。

さらに、磁気回路ｍｃは、永久磁石１２で生じる磁束によって可動子２に推力を作用させる。すなわち、図４（ａ）において磁束密度を線の間隔で模式的に示すように、可動子２の往復動方向両側の磁束密度が等しい位置ｐｓ１に可動子２がある場合に、図４（ｂ）に示すように、例えば可動子２をＸ１方向に変位させるほど、Ｘ２方向側の磁束経路が広くなる一方で、Ｘ１方向側の磁束経路が狭くなることから、Ｘ２方向側の磁束密度が弱まり、Ｘ１方向側の磁束密度が強くなる。この場合、可動子２の往復動方向両側の磁束密度が等しくなる位置ｐｓ１へ移動するように可動子２に対して推力Ｆ３が作用する。この推力Ｆ３は、図５に示すように、固定子コア１０に対する可動子２の相対位置（可動子の可動範囲の中心からの変位量）に応じて大きさ及びその向きが変化することから磁気バネのバネ力と称されるとともに、可動子２が所定の位置（変位量０）から変位した場合に可動子２を所定の位置（変位量０）に戻すように作用することからオフセット力とも称される。この推力Ｆ３（磁気バネのバネ力、オフセット力）は、磁束密度や磁束分布、可動子コア２０と永久磁石１２との間の磁極ピッチ等により決定され、本実施形態では、可動子２の可動範囲の中心（変位量０）から可動子２が離れるほど大きくなるように設定されている。勿論、この推力Ｆ３が可動子２の変位に拘わらず一定になるように設定してもよい。なお、この永久磁石１２による推力Ｆ３は、コイル１１への通電がなされている場合に、磁気バネのバネ力としてコイル１１への通電により生じる磁気駆動力Ｆ１，Ｆ２に重畳して可動子２に作用し、コイル１１への通電がなされていない状態においてはオフセット力として可動子２に作用する。

ところが、図５に示すように、往復動方向が水平となる横置き状態において可動子２の可動範囲の中心に可動子２を戻すように永久磁石１２の磁束によるオフセット力を設定した場合において、図６（ａ）及び図５に示すように、リニアアクチュエータを往復動方向が水平方向に交差する縦置き状態にすると、可動子２の可動範囲の中心ｐｓ２（変位量０）におけるオフセット力（推力０）が可動子２に作用する重力ｍｇに負けて、可動子２が可動範囲の中心ｐｓ２から下方に距離Ｄ１ズレて、重力ｍｇとオフセット力Ｆ４との釣り合い点であるオフセット位置ｐｓ４まで可動子２が下降してしまう。この場合、可動子２及び固定子１を収納する図示しないケーシング等との衝突を避けるために、可動子２の往復動可能な範囲が本来の可動範囲よりも狭くなり、往復動可能な範囲よりも広い範囲を必要とする振幅で可動子２を往復移動させることができなくなるという不具合がある。

また、永久磁石１２によって可動子２と固定子コア１０との間に発現する磁束は、上述したオフセット力だけでなく、磁気バネのバネ力と固定子コア１０に対する可動子２の相対位置との関係である磁気バネ特性や可動子の動作特性等のアクチュエータの仕様を決定するものであるので、上記不具合の解決のため等、目的や用途に応じて磁束分布が調整可能であることが望ましい。しかしながら、永久磁石の厚みや材質等を変更することで磁束分布を変更することが一つの手段として考えられるが、複数種の永久磁石を用いることで使用部品が増加することや永久磁石に要するコストが増えることで製造コストが増大してしまう。しかも、永久磁石の厚みや材質等には制約があることから、磁束分布の微調整が難しいものである。

そこで、本実施形態では、図１及び図２に示すように、磁束経路である可動子コア２０の対向部２０ａの一部と永久磁石１２との間に、対向部２０ａの一部を切り欠いた状態にして可動子コア２０に比べて透磁率の低い空隙部３０を形成することで永久磁石１２の磁束分布を空隙部３０がない場合に比べて変更している。この空隙部３０は、対向部２０ａのうち可動子２の可動方向と同一である軸心方向両端部２０ｂ・２０ｂを残し、両端部２０ｂ・２０ｂに挟まれる部位を切り欠いた状態にして対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂのうち重力方向側の永久磁石１２ｂに対向する対向部２０ａにのみ形成されている。空隙部３０が形成される対向部２０ａと永久磁石１２ｂとの間の深さが一定になるように設定されている。両端部２０ｂ・２０ｂは、対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂにそれぞれ接触している。可動子２を構成する可動子コア２０の対向部２０ａとの間に空隙部３０が形成される永久磁石１２ｂは、可動子コア２０に対する取付強度が弱くなるものの、対向部２０ａの両端部２０ｂ・２０ｂのうち重力方向側の端部２０ｂ（２０ｃ）が、永久磁石１２ｂを支持する柱部の役割も果たしている。

このような空隙部３０を形成すると、軸心方向中央側にある空隙部３０に比べて軸心方向両側にある両端部２０ｂ・２０ｂの方が高い透磁率であり、両端部２０ｂ・２０ｂに磁束が集中して、軸心方向両端側での磁束が強くなり、両端部２０ｂ・２０ｂに挟まれる軸心方向中央側での磁束が弱くなる。この磁束分布によって可動子２が軸心方向（往復動方向）中央側にとどまろうとする力が低減するので、図７に示すように、可動子２の可動範囲に対する磁気バネのバネ力の変化量（勾配）がｇｒ２→ｇｒ１に低減する。

また、図２に示すように、対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂのうち永久磁石１２ｂに対向する対向部２０ａにのみ空隙部３０が形成されているので、重力方向側の磁束が弱くなり、反重力方向側の磁束が強くなって磁束のアンバランス状態が生じ、図７に示すように、永久磁石１２の磁束によるオフセット力が磁束の強い反重力方向に向かう方向に大きくなる。そして、図６及び図７に示すように、空隙部３０がない場合には、可動子２に作用する重力ｍｇと永久磁石１２によるオフセット力Ｆ４との釣り合い点であるオフセット位置が可動子２の可動範囲の中心ｐｓ２から下方に距離Ｄ１ズレた位置ｐｓ４となるものの、空隙部３０を形成することで、オフセット位置を可動子２の可動範囲の中心ｐｓ２に変更している。

このように、空隙部３０を形成することで永久磁石１２の磁束分布を空隙部３０のない場合に比べて変更する磁束分布調節部３を構成し、この磁束分布調節部３によって、可動子２に作用する重力ｍｇと永久磁石１２によるオフセット力Ｆ４との釣り合い点であるオフセット位置を空隙部３０がない場合の位置ｐｓ４から位置ｐｓ２に変化させている（図６参照）。加えて、磁束分布調節部３により、図７に示すように、固定子コア１０に対する可動子２の相対位置と磁気バネのバネ力との関係である磁気バネ特性を空隙部３０がない場合に比べて変化させている。これらオフセット力Ｆ４や磁気バネ特性は、空隙部３０の軸心方向の寸法や軸心方向に直交する寸法、深さ等の形状や、配置位置、形成する個数等を種々変更することで調節可能である。例えば、空隙部３０の底面が軸心に対して傾斜するように形成することや、空隙部３０の寸法や深さが軸心に沿って変化するように形成することが挙げられる。

以上のように本実施形態の可動磁石型リニアアクチュエータは、固定子１に対し可動子２を相対往復移動させる可動磁石型リニアアクチュエータであって、固定子１を構成する固定子コア１０と、可動子２を構成する可動子コア２０と、可動子コア２０のうち固定子コア１０に対向する対向部２０ａに往復動方向に沿って配列され各々の固定子コア１０に臨む側の面の磁極を反転させた対をなす永久磁石１２（１２ａ・１２ｂ）と、固定子コア１０に巻回されるコイル１１・１１とを含んで構成される磁気回路ｍｃを備え、コイル１１への通電により生じる磁束ｍｆが対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂのうち所要の方向に位置する磁石１２ａ（１２ｂ）で生じる磁束ｍｆ２（ｍｆ１）を弱め、他方の磁石１２ｂ（１２ａ）で生じる磁束ｍｆ１（ｍｆ２）を強めることにより可動子２を往復移動させるものであり、磁束経路である可動子コア２０の対向部２０ａの一部と永久磁石１２との間に、対向部２０ａの一部を切り欠いた状態にして可動子コア２０に比べて透磁率の低い空隙部３０を形成することで永久磁石１２の磁束分布を空隙部３０がない場合に比べて変更する磁束分布調節部３を構成している。

このように、可動子２を構成する可動子コア２０の対向部２０ａを切り欠いた状態にして空隙部３０を形成するだけで、永久磁石１２の磁束分布が所望の磁束分布になるように調整可能であるので、複数種の永久磁石を用いる場合に比べて製造コストの増大を伴うことなく、所望の動作特性になるように磁束分布を調節することや、装置の向き等の取付状態に応じて磁束分布を調節することが可能となる。しかも、可動子を構成する可動子コア２０の対向部２０ａを切り欠いた状態にして空隙部３０を形成するだけなので、新たな部品の追加や製造工程の大幅な変更を必要とせず、製造コストの低減を追求することが可能となる。

可動子２のオフセット位置を調節するために、上記で述べた永久磁石１２を変えるほか、板バネ等の他の機構を設けることが一つの手段として考えられるが、この場合、使用部品の増加によって製造コストが増大するうえ、アクチュエータ自体が大型化してしまう問題がある。これに対して本実施形態では、磁気回路ｍｃは、コイル１１への通電がなされていない状態において永久磁石１２で生じる磁束によって可動子２にオフセット力Ｆ４を作用させるものであり、磁束分布調節部３によって、可動子２に作用する重力ｍｇと永久磁石１２によるオフセット力Ｆ４との釣り合い点であるオフセット位置を空隙部３０がない場合に比べて変化させている。このように、空隙部３０を形成するだけでオフセット位置を所望の位置に調整可能であり、複数種の永久磁石を用いる場合や他の機構を導入する場合等に比べて製造コストの増大や装置の大型化を伴うことなく、オフセット位置を適切に調整することが可能となる。

特に、本実施形態では、オフセット位置が可動子２の可動範囲の中心ｐｓ２になるように空隙部３０が形成されているので、可動子２の往復動作の振幅を最大にして、可動子２の可動範囲を有効利用することが可能となる。

さらに、本実施形態では、対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂのうち重力方向側の永久磁石１２ｂに対向する対向部２０ａにのみ空隙部３０が形成されているので、重力方向側の磁束が空隙部３０によって弱くなり、反重力方向側の磁束が強くなって磁束のアンバランス状態が生じ、永久磁石１２の磁束によるオフセット力が磁束の強い反重力方向に向かう方向に大きくなるため、可動子２に作用する重力ｍｇと永久磁石１２によるオフセット力Ｆ４との釣り合い点であるオフセット位置を反重力方向側に変更することが可能となる。

あるいは、従来の可動磁石型リニアアクチュエータでは、永久磁石の磁束分布を変更して磁気バネ特性を調整して設計することが難しいので、次に述べる不具合がある。すなわち、可動磁石型リニアアクチュエータをピストンポンプ等の動力源として用いる場合は、高効率となる共振状態で往復動させるのが一般的であるものの、板バネ等の機械バネに負荷がかかり、機械バネの寿命が低減する不具合がある。しかも、共振運動に必要なバネ定数を得るにあたり、磁気バネは調整できずに固定であるので機械バネだけで対応する必要があり、機械バネに要するコストが増大する問題がある。また、可動磁石型リニアアクチュエータを位置決め装置や加振装置、リニアサーボモータ等の位置制御や力制御等の制御要素として用いる場合は、磁気バネのバネ力が制御の阻害要因や推力損失の原因となる。さらに上記に加えて、例えば機械バネ及び磁気バネを合わせたバネ定数を低減又は無くする等のバネ特性の新たな態様を実現するためには、機械バネ特性だけでなく磁気バネ特性の設計自由度が要求されるものの、上記のように磁気バネ特性を調節することが難しいので、その実現が難しいものである。

このような従来の可動磁石型リニアアクチュエータに対して、本実施形態では、磁気回路ｍｃは、コイル１１への通電がなされている場合において永久磁石１２で生じる磁束によって固定子コア１０に対する可動子２の相対位置に応じて変化する磁気バネのバネ力がコイル１１への通電によって生じる電磁駆動力Ｆ１（Ｆ２）に重畳して可動子２に作用するものであり、磁束分布調節部３によって、固定子コア１０に対する可動子２の相対位置と磁気バネのバネ力との関係である磁気バネ特性を空隙部３０がない場合に比べて変化させている。このように、可動子コア２０の対向部２０ａを切り欠いた状態にして空隙部３０を形成するだけで、固定子コア１０に対する可動子２の相対位置と磁気バネのバネ力との関係である磁気バネ特性が所望の特性となるように調節可能であるので、アクチュエータを動力源として用いる場合には、機械バネにかかる負担を磁気バネに分散するように磁気バネ特性を調節して、機械バネの寿命を向上させることが可能となるうえ、共振運動に必要なバネ定数を得るにあたり、磁気バネ及び機械バネの双方のバネで対応して機械バネに要するコストを低減させることが可能となる。さらに、アクチュエータを制御要素としても用いる場合には、磁気バネのバネ力が低減するように磁気バネ特性を調節して、磁気バネのバネ力が制御の阻害要因や推力損失の原因となることを低減して制御精度や効率を向上させることが可能となる。しかも、磁気バネ調節部により磁気バネ特性を調節可能であるので、例えば機械バネ及び磁気バネを合わせたバネ定数を低減又は無くする等のバネ特性の新たな態様を実現することが可能となる。

さらに、本実施形態では、対向部２０ａのうち可動子２の可動方向と同一である軸心方向両端部２０ｂ・２０ｂを残し、両端部２０ｂ・２０ｂに挟まれる部位を切り欠いた状態にして形成されているので、軸心方向中央側にある空隙部３０に比べて軸心方向両側にある両端部２０ｂ・２０ｂの方が高い透磁率であり、両端部２０ｂ・２０ｂに磁束が集中して、軸心方向両端側での磁束が強くなり、両端部２０ｂ・２０ｂに挟まれる軸心方向中央側での磁束が弱くなり、可動子が軸心方向（往復動方向）中央側にとどまろうとする力が低減するので、可動子２の可動範囲に対する磁気バネのバネ力の変化量（図７で示す傾き）がｇｒ２→ｇｒ１に低減し、可動子の移動制御を容易として制御精度を向上させることができる。しかも、磁気バネのバネ力が減少するので、磁気バネのバネ力で生じる推力損失が低減し、効率を向上させることが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。

例えば、本発明に係る他の実施形態として図８に示すものが挙げられる。すなわち、空隙部１３０は、対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂのうち重力方向側の永久磁石１２ｂに対向する対向部１２０ａにのみ形成されて、重力方向側の永久磁石１２ｂと可動子コア１２０の対向部１２０ａとの接点がなくなるように軸心方向全域に亘って永久磁石１２ｂと対向部１２０ａとの間の深さが一定になるように設定されている。このように、空隙部１３０の軸心方向の一方にのみ永久磁石１２との接点１２０ｂとなる対向部１２０ａが形成される構成にすると、図９に示すように、可動子１０２の可動範囲に対する推力（磁気バネのバネ力、オフセット力）の変化量（勾配）を維持した状態で、永久磁石１２の磁束による推力（磁気バネのバネ力、オフセット力）が磁束の強い反重力方向に向かう方向に大きくなる。

さらに、本発明の上記以外の実施形態として図１０に示すものが挙げられる。すなわち、空隙部２３０は、対向部２２０ａのうち可動子２０２の可動方向と同一である軸心方向両端部２２０ｂ・２２０ｂを残し、両端部２２０ｂ・２２０ｂに挟まれる部位を切り欠いた状態にして形成されて、永久磁石１２ａ・１２ｂと対向部２２０ａとの間の深さが一定になるように設定されている。両端部２２０ｂ・２２０ｂは、対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂにそれぞれ接触している。対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂの境界線は、可動子の可動範囲の中心であり、空隙部２３０は、対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂの境界線を中心として対称になるように形成されている。このように、空隙部２３０の軸心方向両側に永久磁石１２との接点となる対向部２２０ａの両端部２２０ｂ・２２０ｂが形成され、空隙部２３０が対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂの境界線を中心として対称になるように形成されているので、図１１に示すように、可動子２０２の可動範囲に対する推力（磁気バネのバネ力、オフセット力）の変化量（勾配）が、可動子の可動範囲の中心での推力を維持した状態で可動子２０２の可動範囲全域に亘って低減する。

加えて、図１２に示すように、可動子３０２を構成する可動子コア３２０、固定子コア３１０の対向部３２０ａ及び対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂを一つのユニットとし、一つのユニットを軸心方向に沿って複数設けて永久磁石１２ａ・１２ｂが複数対をなすように構成し、各々のユニットを構成する対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂのうち少なくとも一方の永久磁石１２ｂとこの永久磁石１２ｂに対向している対向部３２０ａとの間に空隙部３３０が形成されていることが挙げられる。このように構成すると、通電により可動子３０２を往復動させる電磁駆動力を増大させるために永久磁石１２ａ・１２ｂが複数対をなす構成にした場合であっても永久磁石１２の磁束分布を調節することが可能となり、永久磁石１２の磁束により可動子３０２に作用する推力（磁気バネのバネ力、オフセット力）を調整することが可能となる。もちろん、空隙部３３０を形成することで得られる効果は、上記実施例で述べた空隙部の形状や配置位置に準ずる。

さらに、図１３に示すように、複数の突極部４１０ｂを有する固定子コア４１０に対し、突極部４１０ｂ毎にコイル１１を巻回するのではなく、複数の突極部４１０ｂを一体としてコイル１１を巻回してもよい。

また、上述した可動子２を往復動可能に支持する図示しない板バネ等の機械バネ部は、固定子コア１０に対する可動子２の相対位置に応じて変化する付勢力を可動子２に作用させるものであり、可動子２の可動範囲において機械バネの付勢力が作用する方向に対し逆方向に磁気バネのバネ力が作用するように空隙部を形成する構成が挙げられる。このように構成すると、機械バネの付勢力が磁気バネのバネ力により弱まり又は打ち消され、機械バネ及び磁気バネを合わせたバネ定数を低減又は無くした新たなバネ特性を備えた可動磁石型リニアアクチュエータを提供することが可能となる。

加えて、本実施形態では、インナーロータ型のリニアアクチュエータを例として説明しているが、勿論、軸心を中心として固定子１の径方向外側に可動子２を配置するアウターロータ型のリニアアクチュエータにも適用可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…固定子
１１…コイル
１０、１１０、２１０、３１０…固定子コア
１２ａ・１２ｂ…対をなす永久磁石
１２ｂ…重力方向下側の永久磁石
２、１０２、２０２、３０２…可動子
２０、１２０、２２０、３２０…可動子コア
２０ａ、１２０ａ、２２０ａ、３２０ａ…対向部
２０ｂ・２０ｂ、２２０ｂ・２２０ｂ…両端部
３…磁束分布調節部
３０、１３０、２３０、３３０…空隙部
ｍｃ…磁気回路
ｍｆ…コイル通電で生じる磁束
ｍｆ１、ｍｆ２…永久磁石による磁束
Ｆ４…オフセット力

Claims (6)

1. 固定子に対し可動子を相対往復移動させる可動磁石型リニアアクチュエータであって、
   前記固定子を構成する固定子コアと、前記可動子を構成する可動子コアと、前記可動子コアのうち前記固定子コアに対向する対向部に往復動方向に沿って配列され各々の固定子コアに臨む側の面の磁極を反転させた対をなす永久磁石と、前記固定子コアに巻回されるコイルとを含んで構成される磁気回路を備え、
   コイルへの通電により生じる磁束が前記対をなす永久磁石のうち所要の方向に位置する磁石で生じる磁束を弱め、他方の磁石で生じる磁束を強めることにより可動子を往復移動させるものであり、
   磁束経路である可動子コアの対向部の一部と永久磁石との間に、対向部の一部を切り欠いた状態にして可動子コアに比べて透磁率の低い空隙部を形成することで永久磁石の磁束分布を前記空隙部がない場合に比べて変更する磁束分布調節部を構成していることを特徴とする可動磁石型リニアアクチュエータ。
2. 前記磁気回路は、コイルへの通電がなされていない状態において永久磁石で生じる磁束によって可動子にオフセット力を作用させるものであり、
   前記磁束分布調節部によって、前記可動子に作用する重力と前記永久磁石によるオフセット力との釣り合い点であるオフセット位置を前記空隙部がない場合に比べて変化させている請求項１に記載の可動磁石型リニアアクチュエータ。
3. 前記対をなす永久磁石のうち重力方向側の永久磁石に対向する対向部にのみ前記空隙部が形成されている請求項１又は２に記載の可動磁石型リニアアクチュエータ。
4. 前記磁気回路は、コイルへの通電がなされている場合において永久磁石で生じる磁束によって固定子コアに対する可動子の相対位置に応じて変化する磁気バネのバネ力が前記コイルへの通電によって生じる電磁駆動力に重畳して可動子に作用するものであり、
   前記磁束分布調節部によって、固定子コアに対する可動子の相対位置と磁気バネのバネ力との関係である磁気バネ特性を空隙部がない場合に比べて変化させている請求項１〜３のいずれかに記載の可動磁石型リニアアクチュエータ。
5. 前記空隙部は、前記対向部のうち前記可動子の可動方向と同一である軸心方向両端部を残し、両端部に挟まれる部位を切り欠いた状態にして形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の可動磁石型リニアアクチュエータ。
6. 前記永久磁石は複数対をなしていて、各々の対をなす永久磁石のうち少なくとも一方の永久磁石と当該永久磁石に対向している対向部との間に前記空隙部が形成されている請求項１〜５のいずれかに記載の可動磁石型リニアアクチュエータ。
   

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