JP2019030126A - Actuator and manufacturing method of actuator - Google Patents

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栗山 義彦
Yoshihiko Kuriyama
義彦 栗山
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Abstract

To provide an actuator which has a relatively simple structure, is manufactured easily, and can obtain large thrust in a compact constitution, and a manufacturing method thereof.SOLUTION: An actuator 20 has: a toric lower yoke 1; a plurality of cylindrical pole yokes 2 provided on one surface of the lower yoke 1; at least one toric permanent magnet 3 having a plurality of hole portions 3a into which the pole yokes 2 are inserted; a toric upper yoke 4 having a plurality of hole portions 4a into which the pole yokes 2 are inserted at the same positions as the hole portions 3a of the permanent magnet 3 in a circumferential direction; a plurality of cylindrical coils 6 into which the pole yokes 2 are respectively inserted; and a pedestal base 7 supporting the coils 6.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、固定子と可動子とを組み合わせたアクチュエータ、及び、その製造方法に関する。   The present invention relates to an actuator in which a stator and a mover are combined, and a manufacturing method thereof.

ミラー、レンズなどの光学部材を微細に移動させるためのアクチュエータが知られており、例えば、特許文献1には、永久磁石とコイルとを組み合わせた構成を有するレンズアクチュエータが開示されている。   An actuator for finely moving an optical member such as a mirror or a lens is known. For example, Patent Document 1 discloses a lens actuator having a configuration in which a permanent magnet and a coil are combined.

図6は、特許文献1などの従来のアクチュエータ30の構成の一部を示す断面図である。このアクチュエータ30の中央部はレンズを取り付けるために不可欠な空洞31となっている。アクチュエータ30は、上ヨーク32及び下ヨーク33で挟まれた永久磁石34を周縁部に有するとともに、永久磁石34の内周側にコイル35を有している。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing a part of the configuration of a conventional actuator 30 such as Patent Document 1. In FIG. The central portion of the actuator 30 is a cavity 31 that is indispensable for attaching a lens. The actuator 30 has a permanent magnet 34 sandwiched between an upper yoke 32 and a lower yoke 33 at the peripheral portion and a coil 35 on the inner peripheral side of the permanent magnet 34.

このような構成の従来のアクチュエータ30にあっては、磁束の流れを図6中の破線矢印で代表的に示すことができる。よって、永久磁石34からの磁束がコイル35と鎖交する箇所はこの1断面では1箇所だけである。したがって、推力の向上を図るためには、大きな永久磁石34を使用するか、コイル35に流す電流を大きくするかしか方法がなかった。   In the conventional actuator 30 having such a configuration, the flow of magnetic flux can be representatively shown by a broken line arrow in FIG. Therefore, there is only one place where the magnetic flux from the permanent magnet 34 is linked to the coil 35 in this one section. Therefore, the only way to improve the thrust is to use a large permanent magnet 34 or increase the current flowing through the coil 35.

大きな推力を得ることを目的としたアクチュエータが、特許文献2に提案されている。特許文献2の構成では、角筒状の固定子と円筒状の可動子とを組み合わせて構成される一対のアクチュエータを推力方向と直交する上下左右方向に複数連結するように配置している。固定子は、ホルダに挿入されたヨーク内周面に磁石を固着して構成され、可動子は、円筒状のフレームの外周に配置されたコアにコイルを巻回して構成される。この特許文献2の技術を利用して、これらの複数対のアクチュエータを組み合わせてその中央部に光学部材を取り付けるための空洞を設けるような構成は可能である。   An actuator for obtaining a large thrust is proposed in Patent Document 2. In the configuration of Patent Document 2, a plurality of pairs of actuators configured by combining a square cylindrical stator and a cylindrical movable element are arranged so as to be coupled in the vertical and horizontal directions orthogonal to the thrust direction. The stator is configured by adhering a magnet to the inner peripheral surface of a yoke inserted into the holder, and the mover is configured by winding a coil around a core disposed on the outer periphery of a cylindrical frame. Using the technique of Patent Document 2, it is possible to combine these plural pairs of actuators to provide a cavity for attaching an optical member at the center.

特開2008−197671号公報JP 2008-197671 A 特開2010−154649号公報JP 2010-154649 A

しかしながら、特許文献2の技術を利用した上記のような構成では、まず、複数の固定子を個々に作製し、これらの複数の固定子を並列に連結して組み立てた後に、各固定子に可動子を挿入して製造することになる。よって、構造が複雑であるだけでなく、製造工程も煩雑となり、高コスト化が避けられないという問題がある。   However, in the configuration as described above using the technique of Patent Document 2, first, a plurality of stators are individually manufactured, and the plurality of stators are connected and assembled in parallel, and then each stator is movable. A child is inserted and manufactured. Therefore, there is a problem that not only the structure is complicated but also the manufacturing process becomes complicated, and the cost increase cannot be avoided.

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、比較的簡単な構造であって、その製造も容易でありながら、小型の構成にて大きな推力を得ることができるアクチュエータ、及び、その製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an actuator capable of obtaining a large thrust with a small configuration while having a relatively simple structure and being easy to manufacture, and its manufacture It aims to provide a method.

本発明に係るアクチュエータは、円環状の第1ヨークと、該第1ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第2ヨークと、該第2ヨークが貫装される複数の孔部を有する少なくとも1個の円環状の永久磁石と、前記第2ヨークが貫装される複数の孔部を前記永久磁石の前記孔部と周方向で同じ位置に有する円環状の第3ヨークと、前記第2ヨークそれぞれが貫装される複数の円筒状のコイルと、該コイルを支持する台座とを備えることを特徴とする。   An actuator according to the present invention includes an annular first yoke, a plurality of columnar second yokes provided on one surface of the first yoke, and a plurality of holes through which the second yoke penetrates. At least one annular permanent magnet, an annular third yoke having a plurality of holes through which the second yoke penetrates at the same position in the circumferential direction as the holes, and the first Each of the two yokes includes a plurality of cylindrical coils, and a pedestal that supports the coils.

本発明のアクチュエータにあっては、複数の円柱状の第2ヨークが一面に設けられた少なくとも1個の円環状の第1ヨーク、複数の孔部に第2ヨークが貫装された円環状の磁石、及び、第2ヨークが貫装された円環状の第3ヨークを積層させた構成を有する固定子と、第2ヨークが貫装された複数のコイルを台座にて支持した構成をなす可動子とを組み合わせて、構成されている。複数の孔部を有する永久磁石と複数の小さなコイルとを用いて、永久磁石の孔部にコイルを貫装させた構成であるので、永久磁石からの磁束がコイルと鎖交する箇所が2箇所となり、さらに磁束が流れる1箇所あたりの経路長さも従来例に比べて短くなるため、磁気抵抗を小さくできて、より多くの磁束を流すことが可能となる。これにより、従来例に比べてその鎖交面積を1.5倍以上に大きくできるため、小型の構成でも大きな推力が得られる。   In the actuator of the present invention, at least one annular first yoke having a plurality of cylindrical second yokes provided on one surface, and an annular shape in which the second yoke is penetrated in the plurality of holes. A stator having a configuration in which a magnet and an annular third yoke with a second yoke penetrated are stacked and a plurality of coils with the second yoke penetrated are supported by a pedestal. Composed of a combination of children. Since the permanent magnet having a plurality of holes and a plurality of small coils are used to penetrate the coil in the hole of the permanent magnet, there are two places where the magnetic flux from the permanent magnet interlinks with the coil. Further, since the path length per location where the magnetic flux flows is also shorter than that in the conventional example, the magnetic resistance can be reduced and a larger amount of magnetic flux can be passed. As a result, the interlinkage area can be increased by a factor of 1.5 or more compared to the conventional example, so that a large thrust can be obtained even with a small configuration.

本発明に係るアクチュエータは、前記台座に接触するガイド部材が、前記第3ヨークに設けられていることを特徴とする。   The actuator according to the present invention is characterized in that a guide member that contacts the pedestal is provided on the third yoke.

本発明のアクチュエータにあっては、台座に接触するガイド部材が第3ヨークに設けられている。よって、このガイド部材によって、台座のたわみ振動、共振振動などの振動を抑えることができ、この結果、可動子を高速移動させても大きな振動は生じず、がたつきがない安定した高速直線移動を実現できる。   In the actuator of the present invention, a guide member that contacts the pedestal is provided on the third yoke. Therefore, the guide member can suppress vibrations such as flexural vibration and resonance vibration of the pedestal. As a result, even if the mover is moved at high speed, no large vibration is generated, and stable high-speed linear movement without rattling. Can be realized.

本発明に係るアクチュエータは、前記コイルの個数は、前記永久磁石の孔部の個数以下であることを特徴とする。   The actuator according to the present invention is characterized in that the number of coils is equal to or less than the number of holes of the permanent magnet.

本発明のアクチュエータにあっては、コイルの個数が、永久磁石の孔部の個数と同数であるか、または、少ない。コイルの個数が永久磁石の孔部の個数と同数である場合には、全ての孔部内それぞれに一つずつのコイルが貫装された構成となり、コイルの個数が永久磁石の孔部の個数より少ない場合には、一部の孔部にはコイルが貫装され、残りの孔部にはコイルが貫装されない構成となる。所定数の孔部を有する一種の永久磁石に対し、必要な推力の大きさに応じてコイルの個数を調整できる。   In the actuator of the present invention, the number of coils is the same as or less than the number of holes of the permanent magnet. When the number of coils is the same as the number of holes in the permanent magnet, one coil is inserted in each hole, and the number of coils is less than the number of holes in the permanent magnet. In the case where the number of the holes is small, the coil is inserted into some of the holes, and the coil is not inserted into the remaining holes. For a kind of permanent magnet having a predetermined number of holes, the number of coils can be adjusted according to the required thrust.

本発明に係るアクチュエータは、前記永久磁石はボンド磁石であることを特徴とする。   The actuator according to the present invention is characterized in that the permanent magnet is a bonded magnet.

本発明のアクチュエータにあっては、永久磁石としてボンド磁石を使用する。よって、複数の孔部を有する所望の形状の永久磁石を容易に作製可能である。   In the actuator of the present invention, a bonded magnet is used as a permanent magnet. Therefore, a permanent magnet having a desired shape having a plurality of holes can be easily produced.

本発明に係るアクチュエータは、前記ボンド磁石は、3Dプリンタによる積層造形、圧縮成形、または射出成形にて作製されていることを特徴とする。   The actuator according to the present invention is characterized in that the bonded magnet is manufactured by additive manufacturing, compression molding, or injection molding using a 3D printer.

本発明にあっては、ボンド磁石が、3Dプリンタによる積層造形、圧縮成形、または射出成形にて作製されている。よって、複数の孔部を有する所望の形状を有するボンド磁石を容易に作製できる。   In the present invention, the bonded magnet is manufactured by additive manufacturing, compression molding, or injection molding using a 3D printer. Therefore, a bonded magnet having a desired shape having a plurality of holes can be easily manufactured.

本発明に係るアクチュエータの製造方法は、円環状の第1ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第2ヨークを、少なくとも1個の円環状の永久磁石の複数の孔部、及び、円環状の第3ヨークの前記永久磁石の前記孔部と周方向で同じ位置にある複数の孔部に貫装してなる固定子に対して、複数の円筒状のコイルを台座にて支持してなる可動子を、前記コイルが移動可能に前記コイルに前記第2ヨークが貫装されるべく、配置することを特徴とする。   In the actuator manufacturing method according to the present invention, the plurality of cylindrical second yokes provided on one surface of the annular first yoke is replaced with the plurality of holes of at least one annular permanent magnet, and the circular shape. A plurality of cylindrical coils are supported on a pedestal with respect to a stator that is inserted in a plurality of holes that are circumferentially located at the same position as the hole of the permanent magnet of the annular third yoke. The movable element is arranged so that the second yoke penetrates the coil so that the coil can move.

本発明では、小型の構成であっても、永久磁石からの磁束がコイルと鎖交する表面積を大きくできるため、推力の向上を図ったアクチュエータを提供することができる。   According to the present invention, even if the configuration is small, the surface area where the magnetic flux from the permanent magnet interlinks with the coil can be increased, so that an actuator with improved thrust can be provided.

本発明に係るアクチュエータを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the actuator which concerns on this invention. 本発明に係るアクチュエータを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the actuator which concerns on this invention. 本発明に係るアクチュエータの中心軸に沿った断面図である。It is sectional drawing along the central axis of the actuator which concerns on this invention. 本発明に係るアクチュエータの中心軸直角方向の断面図である。It is sectional drawing of the center axis | shaft perpendicular direction of the actuator which concerns on this invention. 従来のアクチュエータの中心軸直角方向の断面図である。It is sectional drawing of the center axis | shaft perpendicular direction of the conventional actuator. 従来のアクチュエータの構成の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of structure of the conventional actuator.

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図1及び図2は、本発明に係るアクチュエータを示す斜視図及び分解斜視図である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof. 1 and 2 are a perspective view and an exploded perspective view showing an actuator according to the present invention.

本発明のアクチュエータ20は、固定子11と可動子12とを組み合わせて構成されている。   The actuator 20 of the present invention is configured by combining the stator 11 and the mover 12.

固定子11は、第1ヨークとしての下ヨーク1と、第2ヨークとしての複数のポールヨーク2と、2個の永久磁石3,3と、第3ヨークとしての上ヨーク4とを有しており、これらの部材を積層一体化して構成されている。   The stator 11 has a lower yoke 1 as a first yoke, a plurality of pole yokes 2 as second yokes, two permanent magnets 3 and 3, and an upper yoke 4 as a third yoke. These members are laminated and integrated.

下ヨーク1は、円環状をなしている。下ヨーク1の内側(永久磁石3と対向する側)の一面には、複数(本例では16個)の円柱状のポールヨーク2が、下ヨーク1の周方向に等配して立設されている。これらの下ヨーク1及びポールヨーク2は、例えば珪素鋼板などの軟質磁性体で形成されている。また、下ヨーク1の内側の一面には、永久磁石3との位置決めを行うための複数(本例では4個)の位置決めピン1aが、周方向に等配した位置に設けられている。   The lower yoke 1 has an annular shape. A plurality (16 in this example) of columnar pole yokes 2 are erected on one surface of the inner side of the lower yoke 1 (the side facing the permanent magnet 3) in the circumferential direction of the lower yoke 1. ing. The lower yoke 1 and the pole yoke 2 are made of a soft magnetic material such as a silicon steel plate. A plurality (four in this example) of positioning pins 1a for positioning with the permanent magnet 3 are provided on the inner surface of the lower yoke 1 at equal positions in the circumferential direction.

2個の永久磁石3,3は、同一形状をなしており、何れも円環状のボンド磁石である。永久磁石3は、厚さ方向に磁化されている。永久磁石3には、周方向に等配して、複数(本例では16個)の孔部3aが形成されている。これらの孔部3aそれぞれには、1個のポールヨーク2が貫装される。また、永久磁石3の下ヨーク1とは反対側の一面には、周方向に等配して、下ヨーク1または隣の永久磁石3との位置決めを行うための複数(本例では4個)の突起部3bが形成されている。突起部3bの周方向位置は、上記位置決めピン1aの周方向位置と同じである。永久磁石3の突起部3bを配置した面と反対面(下ヨーク1側の面)には、位置決めピン1aに対応した位置に、位置決めのための凹部(図示せず)が形成されている。   The two permanent magnets 3 and 3 have the same shape, and both are annular bonded magnets. The permanent magnet 3 is magnetized in the thickness direction. The permanent magnet 3 is formed with a plurality (16 in this example) of hole portions 3a equally distributed in the circumferential direction. One pole yoke 2 is inserted through each of the holes 3a. In addition, a plurality (four in this example) for positioning with the lower yoke 1 or the adjacent permanent magnet 3 are equally arranged in the circumferential direction on one surface opposite to the lower yoke 1 of the permanent magnet 3. The protruding portion 3b is formed. The circumferential position of the protrusion 3b is the same as the circumferential position of the positioning pin 1a. A concave portion (not shown) for positioning is formed at a position corresponding to the positioning pin 1a on the surface (surface on the lower yoke 1 side) opposite to the surface on which the protrusion 3b of the permanent magnet 3 is disposed.

永久磁石3は、例えば、SmFeN系合金の磁性粉と樹脂とを混合させた混合物を材料として、3Dプリンタを用いた積層造形(3Dプリンティング)にて作製されたボンド磁石(樹脂結合型磁石)である。3Dプリンティングでは、磁性粉と樹脂との混合物をノズルから積層台に、所望の形状を得るべくノズル及び積層台を相対的に三次元で移動させながら、押出し積層させて、ボンド磁石を作製する。   The permanent magnet 3 is, for example, a bond magnet (resin-bonded magnet) manufactured by additive manufacturing (3D printing) using a 3D printer using a mixture of a magnetic powder of SmFeN-based alloy and a resin as a material. is there. In 3D printing, a mixture of magnetic powder and resin is extruded and laminated from a nozzle to a stacking table while moving the nozzle and the stacking table relatively three-dimensionally to obtain a desired shape, thereby producing a bonded magnet.

上ヨーク4は、円環状をなしている。上ヨーク4には、周方向に等配して、複数(本例では16個)の孔部4aが形成されている。これらの孔部4aの周方向位置は、永久磁石3の孔部3aの周方向位置と同じであり、これらの孔部4aそれぞれには、1個のポールヨーク2が貫装される。上ヨーク4の永久磁石3とは反対側の一面には、周方向に等配した位置に、複数(本例では4個)の円柱状のガイド部材5が設けられている。上ヨーク4は、例えば珪素鋼板などの軟質磁性体で形成されている。上ヨーク4の永久磁石3と対向する面には、突起部3bに対応した位置に、位置決めのための凹部(図示せず)が形成されている。   The upper yoke 4 has an annular shape. A plurality (16 in this example) of holes 4a are formed in the upper yoke 4 at equal intervals in the circumferential direction. The circumferential positions of these holes 4a are the same as the circumferential positions of the holes 3a of the permanent magnet 3, and one pole yoke 2 is inserted into each of these holes 4a. On one surface of the upper yoke 4 opposite to the permanent magnet 3, a plurality (four in this example) of columnar guide members 5 are provided at equal positions in the circumferential direction. The upper yoke 4 is made of a soft magnetic material such as a silicon steel plate. A concave portion (not shown) for positioning is formed on the surface of the upper yoke 4 facing the permanent magnet 3 at a position corresponding to the protruding portion 3b.

可動子12は、複数(本例では16個)の円筒状のコイル6と、コイル6を支持する円環状の台座7とを有しており、コイル6は台座7の一面に例えば接着剤等で支持固定されている。   The mover 12 has a plurality (16 in this example) of cylindrical coils 6 and an annular pedestal 7 that supports the coils 6. The coil 6 is provided on one surface of the pedestal 7 with, for example, an adhesive or the like. It is supported and fixed by.

コイル6は、例えば銅線を円筒状に巻回して構成されている。各コイル6には、上ヨーク4の孔部4a及び永久磁石3,3の孔部3a,3aを介して1個のポールヨーク2が貫装される。ここで、孔部4a及び孔部3a内をアクチュエータ20の軸方向に移動できるように、コイル6は配置されている。   The coil 6 is configured by, for example, winding a copper wire in a cylindrical shape. A single pole yoke 2 is inserted into each coil 6 through the hole 4a of the upper yoke 4 and the holes 3a and 3a of the permanent magnets 3 and 3. Here, the coil 6 is arranged so that the inside of the hole 4a and the hole 3a can be moved in the axial direction of the actuator 20.

台座7は例えばアルミニウムなどの非磁性体で形成されている。台座7の内周面には、周方向に等配して、複数(本例では4個)の溝部7aが形成されている。溝部7aの周方向位置は、上記ガイド部材5の周方向位置と同じであり、駆動時に、ガイド部材5が溝部7aに接触した態様で、可動子12が移動するようになっている。台座7の他面には、レンズなどの駆動対象物を固定するための複数(本例では8個)のネジ穴7bが形成されている。台座7の中央は、空洞となっているので、レンズなどの駆動対象物を容易に台座7(可動子12)に取り付けることができる。   The base 7 is made of a nonmagnetic material such as aluminum. A plurality (four in this example) of groove portions 7a are formed on the inner peripheral surface of the base 7 so as to be equally distributed in the circumferential direction. The circumferential position of the groove portion 7a is the same as the circumferential position of the guide member 5, and the movable element 12 moves in such a manner that the guide member 5 contacts the groove portion 7a during driving. On the other surface of the pedestal 7, a plurality (eight in this example) of screw holes 7 b for fixing a driving object such as a lens are formed. Since the center of the base 7 is hollow, a driving object such as a lens can be easily attached to the base 7 (movable element 12).

以下、本発明に係るアクチュエータ20の製造方法について説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the actuator 20 according to the present invention will be described.

上述したような構成を有する下ヨーク1、永久磁石3,3、及び、上ヨーク4をこの順に積層一体化して、固定子11は作製される。積層一体化により、永久磁石3,3の孔部3a,3a及び上ヨーク4の孔部4a内に、ポールヨーク2が貫装される。この際、位置決めピン1a、突起部3b及び位置決めのための凹部(図示せず)の存在により、正確な位置合わせを容易に行える。一方、複数のコイル6を台座7の一面に接着剤で接着して、可動子12は作製される。   The stator 11 is manufactured by laminating and integrating the lower yoke 1, the permanent magnets 3 and 3, and the upper yoke 4 having the above-described configuration in this order. The pole yoke 2 is inserted into the holes 3 a and 3 a of the permanent magnets 3 and 3 and the hole 4 a of the upper yoke 4 by stacking and integration. At this time, accurate positioning can be easily performed due to the presence of the positioning pin 1a, the protruding portion 3b, and a recess for positioning (not shown). On the other hand, the mover 12 is manufactured by bonding the plurality of coils 6 to one surface of the base 7 with an adhesive.

そして、上ヨーク4の孔部4a及び永久磁石3,3の孔部3a,3a内で各コイル6に各ポールヨーク2が貫装されるように、固定子11及び可動子12を組み合わせて、アクチュエータ20を組み立てる(図1参照)。   Then, the stator 11 and the mover 12 are combined so that each pole yoke 2 penetrates each coil 6 in the hole 4a of the upper yoke 4 and the holes 3a, 3a of the permanent magnets 3, 3. The actuator 20 is assembled (see FIG. 1).

本発明のアクチュエータ20にあっては、従来のような単純な円環状の永久磁石を用いるのではなく、複数の孔部3aを有する円環状の永久磁石3を用いて、この永久磁石3と、複数の小さなコイル6とを組み合わせた構成とすることにより、小型の構成であっても大きな推力を得ることができる。   In the actuator 20 of the present invention, instead of using a conventional simple annular permanent magnet, an annular permanent magnet 3 having a plurality of holes 3a is used. By combining the plurality of small coils 6, a large thrust can be obtained even with a small configuration.

図3は、本発明に係るアクチュエータ20の中心軸に沿った断面図であり、磁束の流れを破線矢印で示している。図3にあって、図1及び図2と同一部分には同一符号を付している。   FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the central axis of the actuator 20 according to the present invention, and the flow of magnetic flux is indicated by broken-line arrows. In FIG. 3, the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

本発明のアクチュエータ20では、中央に空洞21を設けている場合でも、永久磁石3からの磁束の流れが図3中の破線矢印で示すようになるため、永久磁石3からの磁束がコイル6と鎖交する箇所はこの1断面では左右の2箇所となっている。   In the actuator 20 of the present invention, even when the cavity 21 is provided in the center, the flow of magnetic flux from the permanent magnet 3 is as indicated by the broken-line arrows in FIG. There are two places on the left and right in this cross section.

また、複数のコイル6を設けているため、1個のコイルを設けていた従来例に比べて、磁束がコイルと鎖交する表面積を増大させることができる。   Moreover, since the plurality of coils 6 are provided, the surface area where the magnetic flux interlinks with the coils can be increased as compared with the conventional example in which one coil is provided.

図4は図3に示した本発明に係るアクチュエータ20の中心軸直角方向の断面図であり、図5は図6に示した従来のアクチュエータ30の中心軸直角方向の断面図である。図4及び図5にあって、破線はコイル中心線、斜めハッチング部分は永久磁石、ドット部分はヨークを示している。また、図4及び図5それぞれには、図3及び図6に示した中心軸に沿った断面と同じ位置での磁束の流れを実線矢印で示している。なお、この磁束の流れは、上面側のみを示しており、下面側は示していない。   4 is a cross-sectional view in the direction perpendicular to the central axis of the actuator 20 according to the present invention shown in FIG. 3, and FIG. 5 is a cross-sectional view in the direction perpendicular to the central axis of the conventional actuator 30 shown in FIG. 4 and 5, the broken line indicates the coil center line, the diagonally hatched portion indicates the permanent magnet, and the dot portion indicates the yoke. Further, in each of FIGS. 4 and 5, the flow of magnetic flux at the same position as the cross section along the central axis shown in FIGS. 3 and 6 is indicated by a solid arrow. Note that the flow of magnetic flux shows only the upper surface side, and does not show the lower surface side.

図5に示す従来のアクチュエータ30にあって永久磁石34からの磁束がコイルと鎖交する長さ(鎖交長さ)L1は、コイル中心線の周方向の長さである。ここで、例えば、図6に示す従来のアクチュエータ30の外径と内径とがそれぞれ100mm、60mmであって、コイル中心線の直径を75mmとした場合、鎖交長さL1はコイル中心線の周方向の長さである75πmmとなる。   In the conventional actuator 30 shown in FIG. 5, the length (linkage length) L1 at which the magnetic flux from the permanent magnet 34 is linked to the coil is the circumferential length of the coil center line. Here, for example, when the outer diameter and inner diameter of the conventional actuator 30 shown in FIG. 6 are 100 mm and 60 mm, respectively, and the diameter of the coil center line is 75 mm, the interlinkage length L1 is the circumference of the coil center line. The length in the direction is 75πmm.

図4に示す本発明のアクチュエータ20にあっては、永久磁石からの磁束が各1個のコイルと鎖交する長さL2をコイルの個数分だけ累加算した結果が、全体の鎖交長さとなる。ここで、上記の従来のアクチュエータ30と同じ断面積内で、永久磁石と磁路を構成する部材の断面積を同じにするように考えた場合、複数のコイルを等配する円の直径は80mm(=(100+60)÷2)となる。このような直径80mmの領域内にコイル中心線の直径が10mmとなるコイルを30度ピッチで12個は配置可能である。このとき、各1個のコイルの鎖交する長さL2が10πmmであるので、本発明のアクチュエータ20における全体の鎖交長さは、10π×12=120πmmとなる。よって、本発明では、従来例の1.6倍の鎖交長さを実現できる。   In the actuator 20 of the present invention shown in FIG. 4, the result of accumulating the length L2 where the magnetic flux from the permanent magnet is linked to each one coil by the number of coils is the total linkage length. Become. Here, in the same cross-sectional area as the conventional actuator 30 described above, when considering that the cross-sectional areas of the members constituting the permanent magnet and the magnetic path are the same, the diameter of the circle in which a plurality of coils are equally arranged is 80 mm. (= (100 + 60) / 2). Twelve coils having a diameter of the coil center line of 10 mm can be arranged at a pitch of 30 degrees in such an area having a diameter of 80 mm. At this time, the interlaced length L2 of each one coil is 10π mm, and therefore the total interlinkage length in the actuator 20 of the present invention is 10π × 12 = 120πmm. Therefore, in the present invention, the interlinkage length 1.6 times that of the conventional example can be realized.

さらに、小さな複数のコイル6を用いているため、磁気回路の磁気抵抗は小さくなり、鎖交エリアに発生する磁束密度を高くすることができるため、従来例に比べて、上記の鎖交長さ比(1.6倍)以上の大きな発生推力を得ることが可能である。   In addition, since a plurality of small coils 6 are used, the magnetic resistance of the magnetic circuit is reduced, and the magnetic flux density generated in the linkage area can be increased. It is possible to obtain a large thrust generated at a ratio (1.6 times) or more.

以上のことから、本発明のアクチュエータ20では、従来例に比べて、形状を大きくすることなく、また、消費電力を大きくすることもなく、推力の向上を図ることが可能である。   From the above, in the actuator 20 of the present invention, it is possible to improve the thrust without increasing the shape and without increasing the power consumption as compared with the conventional example.

また、図3に示すように、一つの磁気回路内で小さなコイルにて駆動できるため、磁束が空気中を通過する領域の面積を小さくできて、漏洩磁界を小さくすることができる。よって、この点でも、本発明のアクチュエータ20は、推力向上に寄与する。   Moreover, as shown in FIG. 3, since it can drive with a small coil within one magnetic circuit, the area of the area | region where magnetic flux passes in the air can be made small, and a leakage magnetic field can be made small. Therefore, also in this respect, the actuator 20 of the present invention contributes to improvement in thrust.

また、本発明のアクチュエータ20は、簡単な構成であるため、低コストにて製造できるという効果を奏する。   Moreover, since the actuator 20 of the present invention has a simple configuration, the actuator 20 can be manufactured at low cost.

上述した実施の形態では、2個の永久磁石3を使用することとしたが、永久磁石3の個数は、2個に限定されず、1個または3個以上であっても良い。必要な推力の大きさに応じて、用いる永久磁石3の個数を決定すれば良い。   In the embodiment described above, two permanent magnets 3 are used. However, the number of permanent magnets 3 is not limited to two, and may be one or three or more. What is necessary is just to determine the number of the permanent magnets 3 used according to the magnitude | size of a required thrust.

上述した実施の形態では、ポールヨーク2、永久磁石3の孔部3a及び上ヨーク4の孔部4aの個数を16個、位置決めピン1a、永久磁石3の突起部3b、ガイド部材5及び台座7の溝部7aの個数を4個、並びに、台座7のネジ穴7bの個数を8個としたが、これらの個数は一例であって、他の個数であっても良い。   In the embodiment described above, the number of the pole yoke 2, the hole 3a of the permanent magnet 3 and the hole 4a of the upper yoke 4 is 16, the positioning pin 1a, the protrusion 3b of the permanent magnet 3, the guide member 5 and the base 7. The number of the groove portions 7a is four and the number of the screw holes 7b of the base 7 is eight. However, these numbers are merely examples, and other numbers may be used.

上述した実施の形態では、永久磁石3の孔部3aの個数とコイル6の個数とを同数(本例では16個)として、各孔部3a内を必ずコイル6が貫装される構成としたが、コイル6の個数が孔部3aの個数より少なくて、コイル6が貫装される孔部3aとコイル6が貫装されない孔部3aとが混在するような構成としても良い。この場合には、必要な推力の大きさに応じて、コイル6の個数を調整するようにすれば良く、無駄な消費電力が抑えられ、軽量化も図れる。所定数の孔部3aを有する同じ永久磁石3を用いて、コイル6の個数を調整して種々の推力に対応できるため、推力に合わせて孔部3aの個数が異なる複数種の永久磁石3を準備しておく必要がなくなる。   In the above-described embodiment, the number of the holes 3a of the permanent magnet 3 and the number of the coils 6 are the same (16 in this example), and the coils 6 are always inserted through the holes 3a. However, the number of the coils 6 may be smaller than the number of the holes 3a, and the hole 3a through which the coils 6 are inserted and the hole 3a through which the coils 6 are not inserted may be mixed. In this case, it suffices to adjust the number of coils 6 according to the required thrust, and wasteful power consumption can be suppressed and the weight can be reduced. Since the same permanent magnet 3 having a predetermined number of holes 3a can be used to adjust the number of coils 6 to cope with various thrusts, a plurality of types of permanent magnets 3 having different numbers of holes 3a according to the thrusts are provided. No need to prepare.

上述した実施の形態では、ガイド部材5を上ヨーク4に設け、台座7に溝部7aを設ける構成としたが、これとは異なり、上記のようなガイド部材を台座7に設け、上ヨーク4、永久磁石3及び下ヨーク1に貫通孔を設けて、ガイド部材が貫通孔内を移動するように構成しても良い。   In the embodiment described above, the guide member 5 is provided on the upper yoke 4 and the groove portion 7a is provided on the pedestal 7. However, unlike this, the guide member as described above is provided on the pedestal 7, and the upper yoke 4, A through hole may be provided in the permanent magnet 3 and the lower yoke 1 so that the guide member moves in the through hole.

上述した実施の形態では、位置決めピン1aを下ヨーク1とは別部品として構成することとしたが、これとは異なり、永久磁石3の突起部3bと同様に、位置決め用の部分を下ヨーク1に一体で形成するようにしても良い。また、下ヨーク1、永久磁石3及び上ヨーク4に連通する貫通孔を設けて、別部品の位置決めピンを貫通孔に通してこれらの部材を一体固定するように構成しても良い。   In the above-described embodiment, the positioning pin 1a is configured as a separate component from the lower yoke 1, but unlike the protrusion 3b of the permanent magnet 3, the positioning portion is different from the lower yoke 1. It is also possible to form it integrally. Further, a through hole communicating with the lower yoke 1, the permanent magnet 3, and the upper yoke 4 may be provided, and a separate positioning pin may be passed through the through hole to integrally fix these members.

上述した実施の形態では、複数のコイル6を台座7に接着させて可動子12を構成することとしたが、これとは異なり、複数のコイル6と台座7とをエポキシ樹脂などで一体的にモールドして可動子12を構成するようにしても良い。この場合には、台座7はエポキシ樹脂にて作製される。   In the above-described embodiment, the movable element 12 is configured by bonding the plurality of coils 6 to the pedestal 7. However, unlike this, the plurality of coils 6 and the pedestal 7 are integrally formed with an epoxy resin or the like. The mover 12 may be configured by molding. In this case, the base 7 is made of an epoxy resin.

上述した実施の形態では、SmFeN系合金の磁性粉と樹脂とを混合させた混合物を用いて永久磁石3(ボンド磁石)を作製したが、これとは異なり、フェライト系の磁性粉またはNdFeB系合金の磁性粉を使用しても良い。   In the above-described embodiment, the permanent magnet 3 (bonded magnet) is produced using a mixture obtained by mixing magnetic powder of SmFeN alloy and resin, but unlike this, ferrite magnetic powder or NdFeB alloy Magnetic powder may be used.

上述した実施の形態では、3Dプリンタによる積層造形にて永久磁石3(ボンド磁石)を作製することとしたが、これとは異なり、圧縮成形または射出成形にて永久磁石3(ボンド磁石)を作製するようにしても良い。   In the embodiment described above, the permanent magnet 3 (bonded magnet) is manufactured by additive manufacturing using a 3D printer, but unlike this, the permanent magnet 3 (bonded magnet) is manufactured by compression molding or injection molding. You may make it do.

なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。   The disclosed embodiments should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 下ヨーク(第1ヨーク)
1a 位置決めピン
2 ポールヨーク(第2ヨーク)
3 永久磁石
3a 孔部
3b 突起部
4 上ヨーク(第3ヨーク)
4a 孔部
5 ガイド部材
6 コイル
7 台座
7a 溝部
7b ネジ穴
11 固定子
12 可動子
20 アクチュエータ
21 空洞
1 Lower yoke (first yoke)
1a Positioning pin 2 Pole yoke (second yoke)
3 Permanent magnet 3a Hole 3b Projection 4 Upper yoke (third yoke)
4a hole 5 guide member 6 coil 7 base 7a groove 7b screw hole 11 stator 12 mover 20 actuator 21 cavity

Claims (6)

円環状の第1ヨークと、該第1ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第2ヨークと、該第2ヨークが貫装される複数の孔部を有する少なくとも1個の円環状の永久磁石と、前記第2ヨークが貫装される複数の孔部を前記永久磁石の前記孔部と周方向で同じ位置に有する円環状の第3ヨークと、前記第2ヨークそれぞれが貫装される複数の円筒状のコイルと、該コイルを支持する台座とを備えることを特徴とするアクチュエータ。   An annular first yoke, a plurality of cylindrical second yokes provided on one surface of the first yoke, and at least one annular shape having a plurality of holes through which the second yoke is inserted. A permanent magnet, an annular third yoke having a plurality of holes through which the second yoke penetrates at the same position in the circumferential direction as the holes of the permanent magnet, and the second yoke are respectively penetrated. An actuator comprising: a plurality of cylindrical coils, and a pedestal that supports the coils. 前記台座に接触するガイド部材が、前記第3ヨークに設けられていることを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, wherein a guide member that contacts the pedestal is provided on the third yoke. 前記コイルの個数は、前記永久磁石の孔部の個数以下であることを特徴とする請求項1または2記載のアクチュエータ。   3. The actuator according to claim 1, wherein the number of the coils is equal to or less than the number of holes of the permanent magnet. 前記永久磁石はボンド磁石であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the permanent magnet is a bonded magnet. 前記ボンド磁石は、3Dプリンタによる積層造形、圧縮成形、または射出成形にて作製されていることを特徴とする請求項4に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 4, wherein the bond magnet is manufactured by additive manufacturing using a 3D printer, compression molding, or injection molding. 円環状の第1ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第2ヨークを、少なくとも1個の円環状の永久磁石の複数の孔部、及び、円環状の第3ヨークの前記永久磁石の前記孔部と周方向で同じ位置にある複数の孔部に貫装してなる固定子に対して、複数の円筒状のコイルを台座にて支持してなる可動子を、前記コイルが移動可能に前記コイルに前記第2ヨークが貫装されるべく、配置することを特徴とするアクチュエータの製造方法。   A plurality of cylindrical second yokes provided on one surface of the annular first yoke, a plurality of holes of at least one annular permanent magnet, and the permanent magnet of the annular third yoke The coil can move a mover that supports a plurality of cylindrical coils on a pedestal, with respect to a stator that penetrates a plurality of holes at the same position in the circumferential direction as the hole. A method for manufacturing an actuator, wherein the second yoke is disposed so as to penetrate the coil.
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