JP2022133913A - 双方向アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】稼働時の可動子のストローク幅を規制し、且つ非稼働時に可動子を保持することが可能な双方向アクチュエータを提供することを目的としている。【解決手段】本発明にかかる双方向アクチュエータ（アクチュエータ１００）の構成は、円筒状に巻回されたコイル１１０と、コイル１１０を覆う固定ヨーク１２０と、固定ヨーク１２０の内側をコイル１１０の軸方向において双方向に移動する可動子１３０とを備え、固定ヨーク１２０の内周面は、円周方向のスリット１２２が形成されていて、可動子１３０は、磁極が対向する２つの磁石（上側磁石１３２ａ・下側磁石１３２ｂ）が軸方向に配置されていて、２つの磁石の間にフランジ状に突出した可動ヨーク１３４が配置されていて、可動ヨーク１３４が固定ヨーク１２０のスリット１２２の間に配置されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、双方向に能動的にシャフトを移動させることが可能な双方向アクチュエータに関する。

コイルと可動鉄心を用いた一般的なアクチュエータとしては、特許文献１に開示されているリニアアクチュエータを例示することができる。特許文献１のリニアアクチュエータは、環状に巻回されたコイルを備えた固定体と、コイルの内側あるいは外側で当該コイルと周面同士が対向する第１の可動体側ヨーク、および第１の可動体側ヨークの方に同極を向けて第１の可動体側ヨークに対して軸線方向の両側に積層された一対の磁石を備えた可動体とを有している。

そして特許文献１のリニアアクチュエータは、コイルへの通電により可動体が軸線方向に駆動される。特許文献１の構成によれば、磁石を軸線方向で着磁すればよいため、磁石を半径方向に着磁する場合と違って、小型化した場合でも着磁が容易であり、量産に適しているとしている。

特開２００６－１５８１３５号公報

双方向アクチュエータでは、稼働時の可動子のストローク幅を制御する必要がある。特許文献１では、固定体の軸線方向における両側の開口部に軸受板（軸受部材）を固定している。これにより、軸受板（軸受部材）によって稼働時の可動体のストローク幅が規制される。しかしながら、特許文献１の構成であると、非稼働時の可動体を保持することができない。このため、非稼働時の可動体の位置を規制することができず、非稼働時の挙動が不安定になってしまう。

本発明は、稼働時の可動子のストローク幅を規制し、且つ非稼働時に可動子を保持することが可能な双方向アクチュエータを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる双方向アクチュエータの代表的な構成は、円筒状に巻回されたコイルと、コイルを覆う固定ヨークと、固定ヨークの内側をコイルの軸方向において双方向に移動する可動子とを備え、固定ヨークの内周面は、円周方向のスリットが形成されていて、可動子は、磁極が対向する２つの磁石が軸方向に配置されていて、２つの磁石の間にフランジ状に突出した可動ヨークが配置されていて、可動ヨークが固定ヨークのスリットの間に配置されていることを特徴とする。

上記構成によれば、可動子は、２つの磁石の間にフランジ状に突出した可動ヨークが固定ヨークのスリットの間に配置されている。これにより、双方向アクチュエータの稼働時には、可動子は固定ヨークのスリットの範囲内において移動することとなる。したがって、稼働時の可動子のストローク幅を好適に規制することが可能となる。そして、非稼働時には、可動体は、固定ヨークのスリットの２つの端部のいずれかに吸着して保持される。このため、非稼働時の挙動を安定させることが可能となる。

上記フランジ状に突出した可動ヨークを中心として２つの磁石それぞれの外側に第２可動ヨークをさらに備えるとよい。かかる構成によれば、磁気経路におけるエアギャップを低減することができる。したがって、上述した効果を高めることが可能となる。

本発明によれば、稼働時の可動子のストローク幅を規制し、且つ非稼働時に可動子を保持することが可能な双方向アクチュエータを提供することができる。

本実施形態にかかる双方向アクチュエータの全体構成図である。 励磁状態（稼働時）のアクチュエータを説明する図である。 本実施形態の双方向アクチュエータの他の例を説明する図である。 本実施形態の双方向アクチュエータの他の例を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかる双方向アクチュエータ（以下、アクチュエータ１００と称する）の全体構成図であって、コイル１１０が両方非励磁の状態、すなわちアクチュエータ１００が非稼働時の状態を示している。本実施形態にかかるアクチュエータ１００には上下左右の区別はなく、以下に「上下左右」の言葉を用いて説明するときは単に図面上の上下左右である。

図１に示すアクチュエータ１００は、円筒状に巻回されたコイル１１０を有する。かかるコイル１１０は固定ヨーク１２０によって覆われている。固定ヨーク１２０は、磁性材料からなり、磁気回路を形成する。

固定ヨーク１２０の内側には、コイル１１０の軸方向に双方向に移動する可動子１３０が配置されている。可動子１３０は、磁極が対向する２つの磁石（以下、上側磁石１３２ａおよび下側磁石１３２ｂと称する）が軸方向に配置されていて、２つの磁石の間にフランジ状に突出した可動ヨーク１３４が配置されている。本実施形態では、上側磁石１３２ａおよび下側磁石１３２ｂの対向する磁極をＮ極、反対側の磁極をＳ極として例示する。

固定ヨーク１２０の内周面のうち、コイル１１０の中央位置近傍には、円周方向のスリット１２２が形成されている。可動ヨーク１３４のフランジ部１３６は、固定ヨークのスリット１２２の間に挿入されるように配置されている。また可動ヨーク１３４のフランジ部１３６は、上側磁石１３２ａおよび下側磁石１３２ｂのＮ極に挟まれているためＮ極となっている。

図１では、非励磁状態（非稼働時）であり、可動ヨーク１３４のフランジ部１３６がスリット１２２の上部で固定ヨーク１２０に吸着して保持されている状態を例示している。図１に示す非励磁状態のアクチュエータ１００では、上側磁石１３２ａの磁束Ｍ１は、Ｎ極から可動ヨーク１３４および固定ヨーク１２０の一部を通って上側磁石１３２ａのＳ極に流れる。下側磁石１３２ｂの磁束Ｍ２は、Ｎ極からフランジ部１３６および固定ヨーク１２０を大きく回って下側磁石１３２ｂのＳ極に流れる。

図２は、励磁状態（稼働時）のアクチュエータ１００を説明する図である。図２（ａ）は、電流を流した状態（励磁状態）のアクチュエータ１００を示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）とは逆方向の電流を流した状態（励磁状態）のアクチュエータ１００を示すである。

図２（ａ）に示すコイル１１０に電流を流したとき、上側磁石１３２ａの磁束Ｍ１および下側磁石１３２ｂの磁束Ｍ２は、図１と同様の方向に流れている。そして電流が流れるとコイル１１０は励磁状態となり、固定ヨーク１２０を流れる磁束Ｍ０が発生する。この時、固定ヨーク１２０は、スリット１２２の上側の端部１２４がＳ極となり、スリットの下側の端部１２６がＮ極となる。すると、可動子１３０のフランジ部１３６は、スリット１２２の下側の端部１２６と反発し、スリット１２２の上側の端部１２４に吸着される。そして、図２（ａ）の状態で電流を止めると、可動子１３０が端部１２４において固定ヨーク１２０に吸着して保持される。

一方、図２（ｂ）に示すように逆方向にコイル１１０に電流を流すと、コイル１１０は逆方向に励磁状態となり、固定ヨーク１２０を流れる磁束Ｍ０が逆転する。この時、固定ヨーク１２０は、スリット１２２の上側の端部１２４がＮ極となり、スリット１２２の下側の端部１２６がＳ極となる。すると、可動子１３０のフランジ部１３６はスリット１２２の上側の端部１２４と反発し、スリット１２２の下側の端部１２６との間で吸着力が発生するため、可動子１３０は下方に移動する。

可動子１３０が下方に移動すると、上側磁石１３２ａの磁束Ｍ１は、Ｎ極からフランジ部１３６および固定ヨーク１２０を回って上側磁石１３２ａのＳ極に流れる。下側磁石１３２ｂの磁束Ｍ２は、Ｎ極から可動ヨーク１３４および固定ヨーク１２０の一部を通って下側磁石１３２ｂのＳ極に流れる。そして、図２（ｂ）の状態で電流を止めると、可動子１３０が端部１２６において固定ヨーク１２０に吸着して保持される。

上記説明したように本実施形態のアクチュエータ１００では、可動ヨーク１３４のフランジ部１３６が固定ヨーク１２０のスリット１２２の間に配置されていることにより、可動子１３０は固定ヨーク１２０のスリット１２２の範囲内において移動することとなる。したがって、稼働時の可動子１３０のストローク幅を好適に規制することが可能となる。

また上述したように、コイル１１０が非励磁状態となると、可動子１３０は、励磁時に近かった側の固定ヨーク１２０の端部において固定ヨーク１２０に吸着して保持される。したがって、非稼働時においても可動子１３０の位置を保持することが可能となる。

図３は、本実施形態の双方向アクチュエータの他の例を説明する図である。図３に示す双方向アクチュエータ（以下、アクチュエータ２００と称する）は、固定ヨーク２２０のスリット１２２の上下に傾斜面２２４を有している。一方、可動子２３０は、フランジ部１３６の上下に傾斜面２３８を有している。

図１に示したように、スリット１２２の端面が平坦であり、可動子１３０のフランジ部１３６の上面および下面も平坦である場合は、これらの距離（間隔）の２乗に反比例して急峻に吸着力が増大する関係にあった。

しかしながら図３に示すように傾斜面２２４、２３８を対向させることにより、可動子２３０が上死点・下死点から遠い位置から、可動子２３０と固定ヨーク２２０とのギャップ（間隔）を小さくすることができる。すなわち、可動子２３０と固定ヨーク２２０の間の磁力による吸着力を徐々に強くすることができる。これにより、可動子２３０のストロークの範囲内において所望の吸着力を生じさせることができ、挙動を安定させることができる。また、磁力を抑えることができるため、フランジ部１３６が固定ヨーク２２０に突き当たる際の衝撃や騒音を緩和することができる。

図４は、本実施形態の双方向アクチュエータの他の例を説明する図である。図３に示す双方向アクチュエータ（以下、アクチュエータ３００と称する）は、２つの磁石（上側磁石１３２ａおよび下側磁石１３２ｂ）の可動ヨーク１３４に対向する面とは反対側の面に隣接して２つの第２可動ヨーク３０２ａ・３０２ｂが配置されている。かかる構成によれば、磁気経路におけるエアギャップを低減し、上述した効果を高めることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、双方向に能動的にシャフトを移動させることが可能なアクチュエータとして利用することができる。

Ｍ０…磁束、Ｍ１…磁束、Ｍ２…磁束、１００…アクチュエータ、１１０…コイル、１２０…固定ヨーク、１２２…スリット、１２４…端部、１２６…端部、１３０…可動子、１３２ａ…上側磁石、１３２ｂ…下側磁石、１３４…可動ヨーク、１３６…フランジ部、２００…アクチュエータ、２２０…固定ヨーク、２２４…傾斜面、２３０…可動子、２３８…傾斜面、３００…アクチュエータ、３０２ａ・３０２ｂ…第２可動ヨーク

Claims (2)

1. 円筒状に巻回されたコイルと、
   前記コイルを覆う固定ヨークと、
   前記固定ヨークの内側を前記コイルの軸方向において双方向に移動する可動子とを備え、
   前記固定ヨークの内周面は、円周方向のスリットが形成されていて、
   前記可動子は、磁極が対向する２つの磁石が軸方向に配置されていて、該２つの磁石の間にフランジ状に突出した可動ヨークが配置されていて、
   前記可動ヨークが前記固定ヨークのスリットの間に配置されていることを特徴とする双方向アクチュエータ。
2. 前記フランジ状に突出した可動ヨークを中心として前記２つの磁石それぞれの外側に第２可動ヨークをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の双方向アクチュエータ。

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