JP2018026983A

JP2018026983A - 可動コイル型ボイスコイルモータ

Info

Publication number: JP2018026983A
Application number: JP2016158830A
Authority: JP
Inventors: 栗山　義彦; Yoshihiko Kuriyama; 義彦栗山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2018-02-15

Abstract

【課題】コイル部分の冷却効率を高め、コイルの加熱による磁気回路の性能低下が防止された可動コイル型ボイスコイルモータを提供する。【解決手段】円柱状のセンターヨークと、前記センターヨークの径方向に磁界を印加するよう前記センターヨークの外周面に対向して空隙部を設けて円筒状に配置された複数の永久磁石と、前記複数の永久磁石の外周に配置され、前記複数の永久磁石を固定する円筒状のサイドヨークと、前記センターヨークの軸方向端部を前記サイドヨークに磁気的に結合するボトムヨークと、前記空隙部に軸方向に移動可能に配置されたコイルとを有する可動コイル型ボイスコイルモータであって、前記センターヨークの上部又は下部から取り入れた冷却風を前記コイルの内周面に直接吹き付けるために前記センターヨークに設けられた貫通孔とを有することを特徴とする可動コイル型ボイスコイルモータ。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却効率の改善された可動コイル型ボイスコイルモータに関する。

加振機などに使用される大型の可動コイル型ボイスコイルモータ（以下、単に「ボイスコイルモータ」又は「VCM」とも言う。）は大電流を用いて制御され、その制御電流の大きさ及び制御周波数に比例して、VCMに使用されている磁気回路に発生する渦電流も大きくなる。大きな渦電流が発生することにより、制御性に影響を及ぼすだけでなく、渦電流による発熱により磁気回路が加熱され、磁気回路が性能低下を引き起こすため、磁気回路を冷却するための様々な冷却方法が検討されている。

磁気回路で発生する渦電流により発生した熱やコイルで発生した熱（銅損）は、磁気回路にファンを設置し空冷によって除去する方法や、コイルの回りに冷却水を循環させて水冷によって除去する方法が一般的に行われている。

空冷による方法では、風量及び風路を確保するため、コイルが配置される磁気空隙部の間隔を大きくするなど対策を行っているが、磁気空隙を大きくしてしまうと、磁気回路の性能が低下してしまう。従って、なるべく磁気空隙は小さくし、冷却空気の流速を大きくするため静圧性能の大きいファンを用いる等の対策が行われている。

特開2014-74612号（特許文献１）は、磁石及び駆動コイルを冷却するための冷却ブロアを備え、前記磁石及び前記駆動コイルの稼働時の温度に基づいて、前記冷却ブロアの回転数を制御するように構成されたボイスコイルモータを開示している。

しかしながら、特許文献１に記載のような冷却ブロアを設けても、冷却空気の入り口からコイルに至る経路が長い等の場合は、コイル部分に冷却空気が到達するまでに冷却空気の温度が上昇し、コイル部分が十分に冷却されない。このため、コイルの一部が温度上昇し、性能低下が発生していた。

特開2014−74612号公報

従って、本発明の目的は、コイル部分の冷却効率を高め、コイルの加熱による磁気回路の性能低下が防止された可動コイル型ボイスコイルモータを提供することである。

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、センターヨークと、前記センターヨークの外周面に対向して円筒状に配置された永久磁石とを有し、それらの空隙部にコイルを配置した可動コイル型ボイスコイルモータにおいて、前記センターヨークに貫通孔を設け、冷却風を前記コイルに直接吹き付けることによって、コイルの冷却効率を十分に高めることができ、磁気回路の性能低下を防止できることを見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の可動コイル型ボイスコイルモータは、
円柱状のセンターヨークと、前記センターヨークの径方向に磁界を印加するよう前記センターヨークの外周面に対向して空隙部を設けて円筒状に配置された複数の永久磁石と、前記複数の永久磁石の外周に配置され、前記複数の永久磁石を固定する円筒状のサイドヨークと、前記センターヨークの軸方向端部を前記サイドヨークに磁気的に結合するボトムヨークと、前記空隙部に軸方向に移動可能に配置されたコイルとを有し、
前記センターヨークの上部又は下部から取り入れた冷却風を前記コイルの内周面に直接吹き付けるために前記センターヨークに設けられた貫通孔を有することを特徴とする。

前記センターヨークに設けられた貫通孔は、
(a)前記センターヨークの上部又は下部に開口する軸方向孔と、
(b)前記軸方向孔に連通し、前記センターヨークの外周面に開口するラジアル方向孔とからなるのが好ましい。

前記ラジアル方向孔は、周方向に複数設けられているのが好ましい。

前記ラジアル方向孔は、軸方向に複数設けられているのが好ましい。

本発明の可動コイル型ボイスコイルモータは、前記ボトムヨークに設けられた貫通孔を有するのが好ましい。

本発明の可動コイル型ボイスコイルモータは、コイルの冷却効率を十分に高め、磁気回路の性能低下を防止できるので、加振機などに使用される大型の可動コイル型ボイスコイルモータに特に好適である。

本発明の可動コイル型ボイスコイルモータの一例を示す(a)正面図、及び(b)A-A断面図である。本発明の可動コイル型ボイスコイルモータの他の一例を示す断面図である。本発明の可動コイル型ボイスコイルモータのさらに他の一例を示す(a)正面図、及び(b)B-B断面図である。本発明の可動コイル型ボイスコイルモータのさらに他の一例を示す断面図である。従来の可動コイル型ボイスコイルモータの一例を示す(a)正面図、及び(b)C-C断面図である。

[1] 可動コイル型ボイスコイルモータ
(1)従来の可動コイル型ボイスコイルモータ
図5は、従来の可動コイル型ボイスコイルモータを模式的に示す。可動コイル型ボイスコイルモータ100は、円柱状のセンターヨーク110と、前記センターヨーク110の径方向に磁界を印加するよう前記センターヨーク110の外周面に対向して空隙部120を設けて円筒状に配置された複数の永久磁石130と、前記複数の永久磁石130の外周に配置され、前記複数の永久磁石130を固定する円筒状のサイドヨーク140と、前記センターヨーク110の軸方向端部を前記サイドヨーク140に磁気的に結合するボトムヨーク150と、前記空隙部120に軸方向に移動可能に配置されたコイル160とを有する。

可動コイル型ボイスコイルモータ100は、図5に示すように、さらに前記複数の永久磁石130の磁極面130aと対向する前記センターヨーク110の外周面に設けられた非磁性の導電リング170と、前記複数の永久磁石130のそれぞれに、前記センターヨーク110と対向する磁極面130a、上面130b及び下面130cを覆うように設けられた非磁性の導電板180とを有してもよい。これらの非磁性の導電リング170及び非磁性の導電板180は、渦電流を低減する効果を発揮するものであり、必要に応じて設けられる。

可動コイル型ボイスコイルモータ100は、さらに前記空隙部120に前記冷却風を供給するため、又は前記空隙部120に供給した前記冷却風を排気するための貫通孔191をボトムヨーク150に設けても良い。

複数の永久磁石130は、例えばフェライト系焼結磁石からなり、円筒状に配置したときに全体としてラジアル異方性を有するように構成されており、例えばセンターヨーク110に対向する側（磁極面130a側）がN極でサイドヨーク140側端面130dがS極となるように着磁されている。センターヨーク110及びサイドヨーク140は、軟鉄や鋼等の強磁性体で形成されているとともに、コイル160は、複数の永久磁石130の磁極面130aとそれに対向するセンターヨーク110の外周面との間の磁束と鎖交する向きに巻回されている。コイル160に交流電流を給電すると、複数の永久磁石130の磁極面130aとそれに対向するセンターヨーク110の外周面との間の磁界中でコイル160が上下に振動する。このコイル160に接続された可動台（図示せず）等に被試験体（図示せず）を配置することにより、被試験体の振動試験を行うことができる。

図5に示す可動コイル型ボイスコイルモータ100は、渦電流の発生を抑制するために、前記複数の永久磁石130のそれぞれに、前記センターヨーク110と対向する磁極面130a、上面130b及び下面130cを覆うように非磁性の導電板180が設けられているが、永久磁石130の上面130b及び下面130cを覆わないで、単に永久磁石130の磁極面130aに非磁性の導電板又は非磁性の導電リングを設けた構成とすることもできる。このような構成の場合、永久磁石130の上面130b及び下面130cに発生する渦電流に対しての防止効果は得られなくなる。

(2)本発明の可動コイル型ボイスコイルモータ
(a)第1実施形態
本発明の可動コイル型ボイスコイルモータの第1実施形態を図1に示す。本発明の可動コイル型ボイスコイルモータ1は、円柱状のセンターヨーク10と、前記センターヨーク10の径方向に磁界を印加するよう前記センターヨーク10の外周面に対向して空隙部20を設けて円筒状に配置された複数の永久磁石30と、前記複数の永久磁石30の外周に配置され、前記複数の永久磁石30を固定する円筒状のサイドヨーク40と、前記センターヨーク10の軸方向端部を前記サイドヨーク40に磁気的に結合するボトムヨーク50と、前記空隙部20に軸方向に移動可能に配置されたコイル60とを有し、前記センターヨーク10の上部10aから取り入れた冷却風（図中矢印aで示す。）を前記コイル60の内周面に直接吹き付けるために前記センターヨーク10に設けられた貫通孔90を有することを特徴とする。

前記センターヨーク10に設けられた貫通孔90は、(a)前記センターヨーク10の上部10aに開口する軸方向孔90aと、(b)前記軸方向孔90aに連通し、前記センターヨーク10の外周面10bに開口するラジアル方向孔90bとからなる。前記軸方向孔90aは、前記ラジアル方向孔90bが接続できるような深さで形成する。図１では、１本の前記軸方向孔90aと、周方向に４本の前記ラジアル方向孔90bとが設けられている例を示したが、前記ラジアル方向孔90bの数は４本に限らない。前記ラジアル方向孔90bの数は少なくとも周方向に２本であるのが好ましく、周方向に３本以上であるのがより好ましく、周方向に４本以上であるのがさらに好ましい。前記ラジアル方向孔90bは、周方向に等間隔に設けるのが好ましい。

図２に示すように、軸方向長さが比較的長い永久磁石31及びコイル61を用いた場合などは、ラジアル方向孔を軸方向に複数設けても良い。すなわち、ラジアル方向孔90bの下に、前記軸方向孔90aに連通し、前記センターヨーク11の外周面11bに開口するラジアル方向孔90cを設けても良い。このように軸方向に複数のラジアル方向孔を設けることによりさらに効率よくコイル61を冷却することができる。ラジアル方向孔90b,90cは周方向の位置が同じ位置でも良いし、それぞれ異なる位置に設けても良い。ラジアル方向孔90bの数とラジアル方向孔90cの数も同じであっても異なっていても良い。

可動コイル型ボイスコイルモータ1は、図1に示すように、さらに前記複数の永久磁石30の磁極面30aと対向する前記センターヨーク10の外周面に設けられた非磁性の導電リング70と、前記複数の永久磁石30のそれぞれに、前記センターヨーク10と対向する磁極面30a、上面30b及び下面30cを覆うように設けられた非磁性の導電板80とを有してもよい。非磁性の導電リング70及び非磁性の導電板80は、渦電流を低減する効果を発揮するものであり、必要に応じて設けられる。

可動コイル型ボイスコイルモータ1は、さらに前記空隙部20に前記冷却風を供給するため、又は前記空隙部20に供給した前記冷却風を排気するための貫通孔91をボトムヨーク50に設けても良い。可動コイル型ボイスコイルモータ1には、前記貫通孔90及び貫通孔91に冷却風を供給するためのブロア（図示せず）を備えているのが好ましい。

本発明の可動コイル型ボイスコイルモータ1は、センターヨークにその上部から取り入れた冷却風をコイルの内周面に直接吹き付けるため貫通孔を設けた以外は、従来の可動コイル型ボイスコイルモータ100と基本構造は同様である。従って、各部材を構成する材料等も同様である。

(b)第2実施形態
本発明の可動コイル型ボイスコイルモータの第2実施形態を図3に示す。第2実施形態の可動コイル型ボイスコイルモータ2は、前記コイル60の内周面に直接吹き付ける冷却風（図中小矢印で示す。）を前記センターヨーク12の下部から取り入れるようにした以外は、第1実施形態の可動コイル型ボイスコイルモータ1と同様である。すなわち、第2実施形態の可動コイル型ボイスコイルモータ2は、前記センターヨーク12の下部から取り入れた冷却風（図中矢印aで示す。）を前記コイル60の内周面に直接吹き付けるために前記センターヨーク12に設けられた貫通孔92を有することを特徴とする。前記センターヨーク12は、図３に示すように、通常ボトムヨーク51上に配置されているため、貫通孔92は前記ボトムヨーク51の中央部を貫通して設けられている。

前記センターヨーク12及び前記ボトムヨーク51に設けられた貫通孔92は、(a)前記ボトムヨーク51の底部51bに開口する軸方向孔92aと、(b)前記軸方向孔92aに連通し、前記センターヨーク12の外周面12bに開口するラジアル方向孔92bとからなる。前記軸方向孔92aは、前記ラジアル方向孔92bが接続できるような深さで形成する。図3では、１本の前記軸方向孔92aと、周方向に４本の前記ラジアル方向孔92bとが設けられている例を示したが、前記ラジアル方向孔92bの数は４本に限らない。前記ラジアル方向孔92bの数は少なくとも周方向に２本であるのが好ましく、周方向に３本以上であるのがより好ましく、周方向に４本以上であるのがさらに好ましい。前記ラジアル方向孔92bは、周方向に等間隔に設けるのが好ましい。

図４に示すように、軸方向長さが比較的長い永久磁石31及びコイル61を用いた場合などは、ラジアル方向孔を軸方向に複数設けても良い。すなわち、ラジアル方向孔92bの下に、前記軸方向孔92aに連通し、前記センターヨーク13の外周面13bに開口するラジアル方向孔92cを設けても良い。このように軸方向に複数のラジアル方向孔を設けることによりさらに効率よくコイル61を冷却することができる。ラジアル方向孔92b,92cは周方向の位置が同じ位置でも良いし、それぞれ異なる位置に設けても良い。ラジアル方向孔92bの数とラジアル方向孔92cの数も同じであっても異なっていても良い。

可動コイル型ボイスコイルモータ2は、図3に示すように、さらに前記複数の永久磁石30の磁極面30aと対向する前記センターヨーク12の外周面に設けられた非磁性の導電リング70と、前記複数の永久磁石30のそれぞれに、前記センターヨーク12と対向する磁極面30a、上面30b及び下面30cを覆うように設けられた非磁性の導電板80とを有してもよい。非磁性の導電リング70及び非磁性の導電板80は、渦電流を低減する効果を発揮するものであり、必要に応じて設けられる。

可動コイル型ボイスコイルモータ2は、さらに前記空隙部20に前記冷却風を供給するため、又は前記空隙部20に供給した前記冷却風を排気するための貫通孔91をボトムヨーク51に設けても良い。可動コイル型ボイスコイルモータ2には、前記貫通孔92及び貫通孔91に冷却風を供給するためのブロア（図示せず）を備えているのが好ましい。

1、2・・・可動コイル型ボイスコイルモータ
100・・・従来の可動コイル型ボイスコイルモータ
10、11、12、13・・・センターヨーク
10a、11a、12a、13a・・・上部
10b、11b、12b、13b・・・外周面
20、120・・・空隙部
30、31、130・・・永久磁石
30a・・・磁極面
30b・・・上面
30c・・・下面
40、140・・・サイドヨーク
50、51、150・・・ボトムヨーク
51b・・・底部
60、160・・・コイル
70・・・非磁性の導電リング
80・・・非磁性の導電板
90、91、92、191・・・貫通孔
90a、92a・・・軸方向孔
90b、90c、92b、92c・・・ラジアル方向孔

Claims

円柱状のセンターヨークと、前記センターヨークの径方向に磁界を印加するよう前記センターヨークの外周面に対向して空隙部を設けて円筒状に配置された複数の永久磁石と、前記複数の永久磁石の外周に配置され、前記複数の永久磁石を固定する円筒状のサイドヨークと、前記センターヨークの軸方向端部を前記サイドヨークに磁気的に結合するボトムヨークと、前記空隙部に軸方向に移動可能に配置されたコイルとを有する可動コイル型ボイスコイルモータであって、
前記センターヨークの上部又は下部から取り入れた冷却風を前記コイルの内周面に直接吹き付けるために前記センターヨークに設けられた貫通孔を有することを特徴とする可動コイル型ボイスコイルモータ。
請求項１に記載のボイスコイルモータにおいて、
前記センターヨークに設けられた貫通孔が、
(a)前記センターヨークの上部又は下部に開口する軸方向孔と、
(b)前記軸方向孔に連通し、前記センターヨークの外周面に開口するラジアル方向孔と
からなることを特徴とする可動コイル型ボイスコイルモータ。
請求項２に記載のボイスコイルモータにおいて、
前記ラジアル方向孔が、周方向に複数設けられていることを特徴とする可動コイル型ボイスコイルモータ。
請求項２又は３に記載のボイスコイルモータにおいて、
前記ラジアル方向孔が、軸方向に複数設けられていることを特徴とする可動コイル型ボイスコイルモータ。
請求項１〜４のいずれかに記載のボイスコイルモータにおいて、
前記ボトムヨークに設けられた貫通孔を有することを特徴とする可動コイル型ボイスコイルモータ。