JP2024075187A - Bidirectional Actuator - Google Patents
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Abstract
【課題】非通電時に振動のような変位量が小さく力が大きい外力を受けても、外力を吸収してシャフトを元の位置に復帰させることができる双方向アクチュエータを提供する。【解決手段】本発明にかかるアクチュエータ100は、円筒状に巻回されたコイル106と、コイルを覆う固定鉄心108と、固定鉄心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鉄心110と、可動鉄心を両側のストローク端128a、128bで保持する一対の磁石120a、120bと、可動鉄心の内部を摺動自在に貫通するシャフト102と、シャフトに設けられ、可動鉄心の両側から所定量離間してそれぞれ突出し、固定鉄心に当接可能な一対の保持部材122a、122bと、一対の保持部材と可動鉄心の両側との間にそれぞれ配置された一対の弾性体112a、112bと、を備えることを特徴とする。【選択図】図1[Problem] To provide a bidirectional actuator that can absorb external forces and return a shaft to its original position even when it receives a large external force such as vibration with a small displacement when it is not energized. [Solution] The actuator 100 according to the present invention is characterized by comprising a cylindrically wound coil 106, a fixed core 108 that covers the coil, a movable core 110 that moves in both directions in the axial direction of the coil inside the fixed core, a pair of magnets 120a, 120b that hold the movable core at stroke ends 128a, 128b on both sides, a shaft 102 that slidably passes through the inside of the movable core, a pair of holding members 122a, 122b that are provided on the shaft and protrude from both sides of the movable core at a predetermined distance and are capable of abutting against the fixed core, and a pair of elastic bodies 112a, 112b that are respectively arranged between the pair of holding members and both sides of the movable core. [Selected Figure] Figure 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。 The present invention relates to a bidirectional actuator that can actively move a shaft in both directions.
一例として、コイルと可動鉄心を用いた双方向アクチュエータでは、コイルを励磁すると、可動鉄心が吸引されて移動可能となっている(例えば特許文献1、2)。 As an example, in a bidirectional actuator using a coil and a movable core, when the coil is excited, the movable core is attracted and can move (e.g., Patent Documents 1 and 2).
特許文献1には、コイルへの通電により可動鉄心が双方向に移動するリニアアクチュエータが記載されている。このリニアアクチュエータは、可動鉄心と、一対の固定鉄心と、固定鉄心に対して磁極が対向している一対の永久磁石と、一対の非磁性部材とを備える。特許文献1では、可動鉄心と一対の固定鉄心との間に一対の非磁性部材をそれぞれ配置することにより、可動鉄心が移動する際に、可動鉄心が固定鉄心に吸着することを防止する、としている。 Patent document 1 describes a linear actuator in which a movable core moves in both directions when electricity is applied to a coil. This linear actuator includes a movable core, a pair of fixed cores, a pair of permanent magnets whose magnetic poles face the fixed core, and a pair of non-magnetic members. Patent document 1 describes how a pair of non-magnetic members is disposed between the movable core and the pair of fixed cores, thereby preventing the movable core from being attracted to the fixed cores as the movable core moves.
特許文献2には、永久磁石を有しシャフトと一体である可動鉄心と、2つの固定鉄心と、2つの電気コイルと、2つの弾性部材とを備えたアクチュエータが記載されている。このアクチュエータは、永久磁石を有する可動鉄心の両側に、電気コイルが設けられた2つの固定鉄心をそれぞれ配置している。 Patent document 2 describes an actuator that includes a movable core that has a permanent magnet and is integrated with a shaft, two fixed cores, two electric coils, and two elastic members. This actuator has two fixed cores, each equipped with an electric coil, disposed on either side of the movable core that has a permanent magnet.
そしてアクチュエータでは、永久磁石によって生成された磁束により、非通電で可動鉄心を2つの安定位置に保持し、さらに2つの電気コイルにそれぞれ電流を流すことにより、可動鉄心を一方の安定位置から他方の安定位置に移動させている。また2つの弾性部材は、可動鉄心と固定鉄心との間に配置されていて、非通電時に可動鉄心のストローク端で可動鉄心と固定鉄心との間で圧縮される。 In the actuator, the magnetic flux generated by the permanent magnet holds the movable core in two stable positions when no current is applied, and the movable core is moved from one stable position to the other by applying current to each of the two electric coils. The two elastic members are also disposed between the movable core and the fixed core, and are compressed between them at the stroke end of the movable core when no current is applied.
特許文献1のリニアアクチュエータは、可動鉄心と固定鉄心の間に非磁性部材を介在させて隙間を形成することにより、可動鉄心が固定鉄心に密着しないため、通電時に固定鉄心から可動鉄心が離れるときの離れ出し吸引力(推力)を高めることができる。しかし、可動鉄心と固定鉄心の間に隙間が形成されるため、非通電時に永久磁石の磁束によって可動鉄心を保持する保持力が低下してしまう。 The linear actuator of Patent Document 1 has a non-magnetic member interposed between the movable iron core and the fixed iron core to form a gap, which prevents the movable iron core from coming into close contact with the fixed iron core, thereby increasing the force of attraction (thrust) when the movable iron core separates from the fixed iron core when current is applied. However, because a gap is formed between the movable iron core and the fixed iron core, the force of the magnetic flux of the permanent magnet that holds the movable iron core when current is not applied is reduced.
特許文献2のアクチュエータは、可動鉄心と固定鉄心との間に弾性部材が配置されているため、通電時に固定鉄心から可動鉄心が離れるときには、非通電時に圧縮されていた弾性体が伸長することで離れ出し吸引力を補助することができる。 In the actuator of Patent Document 2, an elastic member is disposed between the movable iron core and the fixed iron core, so that when the movable iron core separates from the fixed iron core while current is flowing, the elastic body that was compressed while current was not flowing expands, allowing the movable iron core to separate and assist the suction force.
しかし特許文献2のアクチュエータでは、非通電時に弾性体を圧縮させた状態で可動鉄心を2つの安定位置に保持しているため、可動鉄心が固定鉄心に吸着する吸着力は、弾性体の弾性力の分だけ弱められてしまい、可動鉄心の保持力が低下する。このため、非通電時に振動のような外力(変位量が小さく力が大きい外力)を受けると、可動鉄心が固定鉄心から離れて、可動鉄心と一体であるシャフトが安定位置に復帰することができなくなる可能性がある。 However, in the actuator of Patent Document 2, the elastic body is compressed when not energized and holds the movable core in two stable positions, so the force with which the movable core adheres to the fixed core is weakened by the elastic force of the elastic body, reducing the force with which the movable core is held. For this reason, if an external force such as vibration (an external force with a small amount of displacement and a large force) is applied when not energized, the movable core may separate from the fixed core, and the shaft, which is integrated with the movable core, may not be able to return to a stable position.
本発明は、このような課題に鑑み、非通電時に振動のような変位量が小さく力が大きい外力を受けても、外力を吸収してシャフトを元の位置に復帰させることができる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。 In view of these problems, the present invention aims to provide a bidirectional actuator that can absorb external forces and return the shaft to its original position even when it receives a large external force such as vibration with a small displacement when not energized.
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、コイルを覆う固定鉄心と、固定鉄心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鉄心と、可動鉄心を両側のストローク端で保持する一対の磁石と、可動鉄心の内部を摺動自在に貫通するシャフトと、シャフトに設けられ、可動鉄心の両側から所定量離間してそれぞれ突出し、固定鉄心に当接可能な一対の保持部材と、一対の保持部材と可動鉄心の両側との間にそれぞれ配置された一対の弾性体と、を備えることを特徴とする。 To solve the above problems, a typical configuration of a bidirectional actuator according to the present invention is characterized by comprising a cylindrically wound coil, a fixed core covering the coil, a movable core that moves in both directions inside the fixed core in the axial direction of the coil, a pair of magnets that hold the movable core at both stroke ends, a shaft that slidably passes through the inside of the movable core, a pair of holding members that are provided on the shaft and protrude from both sides of the movable core at a predetermined distance and can abut against the fixed core, and a pair of elastic bodies that are respectively arranged between the pair of holding members and both sides of the movable core.
上記構成によれば、非通電時において振動のような外力(変位量が小さく力が大きい外力)を受けても、外力を吸収してシャフトを元の位置に復帰させることができる。したがって、磁石の吸引力が小さくてよいため、磁石の小型化および低コスト化を図ることができる。 With the above configuration, even if an external force such as vibration (an external force with a small amount of displacement but a large force) is applied when the current is not applied, the external force can be absorbed and the shaft can be returned to its original position. Therefore, the attractive force of the magnet can be small, which allows for the magnet to be made smaller and less expensive.
また通電時においては、可動鉄心の動き出しにおいてシャフトを動かす必要がないため(相手負荷に勝つ必要がない)、弱いコイルの起磁力で可動鉄心を動かすことができる。さらに可動鉄心が動き出せば、可動鉄心と固定鉄心を吸着しようとする磁石の磁束は急速に弱まるので、シャフトを動かす(相手負荷に勝つ)際には、吸引方向と逆向きに通過しようとする磁石の磁束は大幅に減じている。したがって、コイルの起磁力が小さくてよいため、コイルの小型化および低コスト化を図ることができる。 In addition, when current is applied, there is no need to move the shaft to start the moving core (there is no need to overcome the opposing load), so the moving core can be moved by the weak magnetomotive force of the coil. Furthermore, once the moving core starts moving, the magnetic flux of the magnet that tries to attract the moving core and fixed core weakens rapidly, so when the shaft is moved (overcoming the opposing load), the magnetic flux of the magnet that tries to pass in the opposite direction to the attraction direction is greatly reduced. Therefore, the magnetomotive force of the coil can be small, which allows for the coil to be made smaller and less expensive.
本発明によれば、非通電時に振動のような変位量が小さく力が大きい外力を受けても、外力を吸収してシャフトを元の位置に復帰させることができる双方向アクチュエータを提供することができる。 The present invention provides a bidirectional actuator that can absorb external forces and return the shaft to its original position even when it receives a large external force such as vibration with a small displacement when not energized.
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。 The preferred embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the attached drawings. The dimensions, materials, and other specific values shown in the embodiment are merely examples to facilitate understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In this specification and drawings, elements that have substantially the same function and configuration are given the same reference numerals to avoid duplicated explanations, and elements that are not directly related to the present invention are not illustrated.
図1は、本発明の実施形態における双方向アクチュエータ(以下、アクチュエータ100)の全体構成図である。アクチュエータ100は、所定部材(相手負荷)が固定されるシャフト102を備え、双方向に能動的にシャフト102を移動させることが可能な装置である。
Figure 1 is a diagram showing the overall configuration of a bidirectional actuator (hereinafter, actuator 100) according to an embodiment of the present invention. The
アクチュエータ100は、シャフト102に加え、コイル106と、固定鉄心108を備える。固定鉄心108は、ケーシング104と、横板126a、126bとを含んでいて、これらは別部品として構成してもよく、別部品であればその区切りも適宜変更してもよく、さらに一体化してもよい。このように、ケーシング104と横板126a、126bとを含む固定鉄心108は、図示のように、全体としてコイル106を覆っている。コイル106は、固定鉄心108のケーシング104の内部に配置され、円筒状に巻回されている。また固定鉄心108は、磁性材料からなり、磁気回路を形成する。
In addition to the
固定鉄心108は、その内周面に形成された円周方向のスリット114を有する。スリット114は、固定鉄心108の対向する一方側(図中、左側)の一端面116aと他方側(図中、右側)の他端面116bとによって区画されている。
The fixed
アクチュエータ100はさらに、可動鉄心110と、一対の弾性体112a、112bとを備える。可動鉄心110は、固定鉄心108の内側をコイル106の軸方向において双方向に移動する。可動鉄心110は、可動ヨーク118と、一対の磁石120a、120bとを有する。可動ヨーク118は、径方向に突出していて、スリット114の間に配置されている。一対の磁石120a、120bは、永久磁石であって、可動ヨーク118に対して磁極が対向している。
The
シャフト102は、可動鉄心110の内部を摺動自在に貫通している。このためシャフト102は、可動鉄心110と一体に移動しない。またシャフト102は、一対の保持部材122a、122bを有する。一対の保持部材122a、122bは、可動鉄心110の両側すなわち一端124a、他端124bから所定量離間してそれぞれ径方向に突出し、固定鉄心108の横板126a、126bに対向していて、さらに横板126a、126bに当接可能な位置に配置されている。
The
一対の弾性体112a、112bは、圧縮コイルバネであって、一対の保持部材122a、122bと可動鉄心110の一端124a、他端124bとの間にそれぞれ配置されている。このようにして、可動鉄心110は、一対の弾性体112a、112bを介してシャフト102に支持されている。
The pair of
また可動鉄心110は、可動ヨーク118に形成された両側のストローク端128a、128bを有する。ストローク端128a、128bは、固定鉄心108のスリット114を区画する一端面116a、他端面116bにそれぞれ対向している。
The
以下、図1のアクチュエータ100の特性および動作について説明する。図2は、図1のアクチュエータ100の非通電時の状態を説明する図である。なお以下に示す数値は、例示に過ぎず、限定されるものではない。非通電時において可動鉄心110は、図2(a)に示す一対の磁石120a、120bの磁束Raによる吸着保持力Fa(例えば、100N)よって、一方側のストローク端128aが固定鉄心108の一端面116aに吸着している。
The characteristics and operation of the
このとき、一方側の保持部材122aがケーシング104の横板126aに当接し、一方側の弾性体112aは圧縮された状態となる。一対の弾性体112a、112bでは、一方側の弾性体112aが圧縮し他方側の弾性体112bが伸長することにより、一方側と他方側の弾性体112a、112bによる弾性力の差分、すなわちスプリング合力Fb(例えば、40N)を生じる。
At this time, the retaining
そしてシャフト102は、このスプリング合力Fbによって一方側に押し付けられて保持されている。よってアクチュエータ100では、非通電時には、一方側へのスプリング合力Fbがシャフト102の保持力となる。
The
このため、スプリング合力Fb(例えば、40N)を上回る外力Fc(図2(b)参照)がシャフト102に対して一方側から他方側に作用した場合であっても、外力Fcが吸着保持力Fa(例えば、100N)以下であれば、可動鉄心110が固定鉄心108に吸着しているため、外力Fcは、一対の弾性体112a、112bによって吸収される。ここで外力Fcは、例えば振動のような変位量が小さく力が大きい外力などである。
Therefore, even if an external force Fc (see FIG. 2(b)) that exceeds the spring resultant force Fb (e.g., 40 N) acts on the
したがってアクチュエータ100によれば、外力Fcが与えられたときに可動ヨーク118を動かす力は、外力Fcが直接作用するのではなく、間接的に作用するスプリング合力Fbである。外力Fcがスプリング合力Fbより大きい場合はシャフト102が動く。シャフト102が動くとスプリング合力Fbが増大するが、スプリング合力Fbが吸着保持力Faよりも小さければ可動ヨーク118は動かず、シャフト102は再び元の位置に復帰する。仮に外力Fcが吸着保持力Faより大きい場合であっても、振動のように変位量が小さくてスプリング合力Fbが吸着保持力Faを超えなければ、可動ヨーク118は動かない。ただし、外力Fcが吸着保持力Faより大きく、かつ変位量が大きくてスプリング合力Fbが吸着保持力Faを超えてしまう場合にのみ、可動ヨーク118が動くことになる。このためアクチュエータ100では、一対の磁石120a、120bの磁束Raによる吸着保持力Faが小さくてよいため、一対の磁石120a、120bの小型化および低コスト化を図ることができる。
Therefore, according to the
図3は、図1のアクチュエータ100の通電時の状態を説明する図である。図3(a)は、図2(a)に示す非通電時のアクチュエータ100に後続して、コイル106に電流を流して励磁させた状態を示している。
Figure 3 is a diagram illustrating the state of the
通電時において図3(a)に示すコイル106の磁束Rbは、可動鉄心110を他方側に吸引する力Fd(例えば、108N)を生じさせる。この力Fdは、可動鉄心110のストローク端128aを固定鉄心108の一端面116aに吸着させていた一対の磁石120a、120bの磁束Ra(図中、点線)による吸着保持力Fa(例えば、100N)よりも強い。
When energized, the magnetic flux Rb of the
このため力Fdは、吸着保持力Faを打ち消し、さらに可動鉄心110を他方側に吸引する吸引力を生じさせる。このため吸引力は、力Fdと吸着保持力Faとの差分などによって定まる。なお以下では、便宜上、吸引力が力Fd(108N)と吸着保持力Fa(100N)の差分で定まると仮定し、吸引力の値を一例として8Nと見なして各計算を行うものとする。
Therefore, the force Fd cancels out the adhesive holding force Fa, and generates an adhesive force that attracts the
またこのとき、非通電時に圧縮されていた一方側の弾性体112aは、可動鉄心110を一方側から他方側に押すことになる。このため通電時には、スプリング合力Fbは、固定鉄心108から可動鉄心110が離れるときの離れ出し吸引力を補助することができる。よって、通電時にシャフト102に作用する推力は、スプリング合力Fb(40N)と、力Fd(108N)と吸着保持力Fa(100N)との差分などによって定まる吸引力(8N)とを合計したものとなる(ここでは、48N)。
At this time, the
アクチュエータ100では、可動鉄心110が動き始めても(図3(b)の矢印α参照)、動き出し側の弾性体112aが圧縮されている間は、シャフト102は動かない。
In the
続いて図3(b)に示すように、可動鉄心110が他方側に動いて(矢印α参照)、可動鉄心110のストローク端128aが固定鉄心108の一端面116aから離れると、一対の磁石120a、120bの磁束Raによる吸着保持力Faが急速に弱まる。このため、力Fdと吸着保持力Faとの差分である他方側への吸引力が強くなり、可動鉄心110は、他方側へ吸引される。
Next, as shown in FIG. 3(b), when the
また一対の弾性体112a、112bは、可動鉄心110が他方側に動くため、一対の弾性体112a、112bの変位量が減少することにより(一方側の弾性体112aの圧縮量が減り、他方側の弾性体112bの伸長量が減る)、一方側と他方側の弾性体112a、112bの変位量の差が小さくなって弾性力の差分である一方側へのスプリング合力Fbが0に近づく。
In addition, as the
そして図3(c)に示すように可動鉄心110がさらに他方側に動くと(矢印α参照)、他方側の弾性体112bが圧縮され、一方側の弾性体112aが伸長することにより、一方側と他方側の弾性体112a、112bの変位量の差が再び大きくなり、他方側へのスプリング合力Fbが大きくなる。移動先側の弾性体112bが圧縮され始めるとシャフト102にも推力が発生する。しかしシャフト102に作用する推力が、他方側から一方側に向かう相手負荷Fe(例えば、70N)よりも小さい場合、可動鉄心110は他方側に動き続けるが(図3(b)の矢印α参照)、シャフト102はまだ動かない。
When the
よってアクチュエータ100では、通電時には、まず可動鉄心110が他方側に動いて(矢印α参照)、さらにスプリング合力Fbが相手負荷(例えば、70N)よりも大きくなると、図3(c)の矢印βに示すようにシャフト102が他方側に動き出す。したがってアクチュエータ100では、通電時において可動鉄心110の離れ出し直後は、まず可動鉄心110の移動側(他方側)にある弾性体112bを圧縮し、その後にシャフト102を動かすことができる。
When current is applied to the
このようにアクチュエータ100によれば、通電時においては、可動鉄心110の動き出しにおいてシャフト102を動かす必要がないため(相手負荷に勝つ必要がない)、弱いコイル106の磁束Rbによる力Fdで可動鉄心110を動かすことができる。
In this way, with the
さらに可動鉄心110が動き出せば、一対の磁石120a、120bの磁束Raによる吸着保持力Faは急速に弱まるので、シャフト102を動かす(相手負荷に勝つ)際には、吸着保持力Faは大幅に減じている。したがってアクチュエータ100によれば、コイル106の磁束Rbによる力Fdが小さくてよいため、コイル106の小型化および低コスト化を図ることができる。
Furthermore, once the
図4は、図1のアクチュエータ100の特性を示すグラフである。図4(a)は、可動鉄心110の変位とシャフト102に作用する推力との関係を示している。なお横軸は、可動鉄心110のストローク端128aと固定鉄心108の一端面116aとの距離としている。
Figure 4 is a graph showing the characteristics of the
図4(a)のグラフAは、可動鉄心110の変位時にシャフト102に作用するスプリング合力Fbを示している。グラフAに示すようにスプリング合力Fbは、可動鉄心110の変位が0のときは、シャフト102を一方側(左方向)に押し付けるように作用していて、0.1mmになったとき、一方側と他方側の弾性体112a、112bの変位量の差がなくなり自然長(中立位置)となり、0となる。
Graph A in FIG. 4(a) shows the resultant spring force Fb acting on the
そして可動鉄心110の変位が0.1mmから約0.3mmになるまで、スプリング合力Fbは、シャフト102を他方側(右方向)に押し付けるように作用する。この他方側へのスプリング合力Fbは、上記したように他方側の弾性体112bが圧縮され、一方側の弾性体112aが伸長し、一方側と他方側の弾性体112a、112bの変位量の差が再び大きくなることにより生じる。
Then, until the displacement of the
また、スプリング合力Fbが点Bにおいて相手荷重(70N)を超えると、シャフト102は他方側に押され始める。さらに点Cにおいて、可動鉄心110の変位が約0.3mmを超えると、シャフト102が他方側に動き出し、一方側と他方側の弾性体112a、112bの変位量の差が維持されて、スプリング合力Fbは一定となる。
When the resultant spring force Fb exceeds the opposing load (70 N) at point B, the
グラフD(図中、点線)は、通電時に可動鉄心110を他方側に吸引する吸引力を示している。この吸引力は、上記したように、コイル106の磁束Rbによる力Fd(108N)と、一対の磁石120a、120bの磁束Raによる吸着保持力Fa(100N)との差分などによって定まる。これにより、この吸引力は、可動鉄心110の変位が0のとき、8Nとなっている。
Graph D (dotted line in the figure) shows the attractive force that attracts the
また矢印Eは、スプリング合力Fb(40N)による補助を示している。スプリング合力Fb(40N)は、通電時に固定鉄心108から可動鉄心110が離れるときの離れ出し吸引力を補助する。このため、シャフト102に作用する推力は、可動鉄心110の変位が0のとき、点Fに示すように、他方側へのスプリング合力Fb(40N)と吸引力(8N)とを合計した値(48N)となる。
Also, arrow E indicates assistance from the resultant spring force Fb (40 N). The resultant spring force Fb (40 N) assists the attractive force when the
したがってアクチュエータ100によれば、通電時においては、可動鉄心110の動き出しにおいて(可動鉄心110の変位が0のとき)、弱い吸引力(8N)で可動鉄心110を動かすことができる。
Therefore, with the
また、力Fdと吸着保持力Faとの差分である吸引力は、コイル106の磁束Rbによる力Fdは一定であるものの、可動鉄心110の変位が大きくなるほど、吸着保持力Faが急速に弱まる。このためグラフDに示すように、吸引力は、可動鉄心110の変位が大きくなるほど強くなり、可動鉄心110は、他方側へ吸引される。
In addition, the attraction force, which is the difference between force Fd and the attraction holding force Fa, is constant due to the magnetic flux Rb of the
グラフG(図中、実線)は、点H以降すなわち可動鉄心110の変位が約0.3mmを超え、可動鉄心110がシャフト102とともに動くときのシャフト102に作用する推力を示している。この推力は、相手負荷(70N)を超えていて、さらに可動鉄心110の変位が大きくなるほど、吸着保持力Faが弱まるため、グラフGに示すように強くなっている。
Graph G (solid line in the figure) shows the thrust acting on the
図4(b)は、非通電時におけるシャフト102のストロークと保持力との関係を示している。なお横軸は、シャフト102の一方側の保持部材122aとケーシング102の横板126aとの距離としている。
Figure 4 (b) shows the relationship between the stroke of the
各矢印Ja-Jdは、非通電時に可動鉄心110が固定鉄心108に吸着しているとき、シャフト102に作用する一方側へのスプリング合力Fbを示している。なお可動鉄心110は、一対の磁石120a、120bの磁束Raによる吸着保持力Fa(100N)によって固定鉄心108に吸着している。
Each arrow Ja-Jd indicates the resultant spring force Fb acting on one side of the
スプリング合力Fbは、矢印Jaに示すようにシャフト102のストロークが0であるとき、シャフト102を一方側へ40Nで押し付けて保持している。またシャフト102が、非通電時に40Nを上回る振動のような外力(変位量が小さく力が大きい外力)を受けて、他方側へ動いた場合、各矢印Jb、Jc、Jdに示すようにシャフト102が他方側へ動くほど、スプリング合力Fbは強くなる。
When the stroke of the
また各矢印Ja-Jdの頂点を結んだグラフKは、非通電時のシャフト102の吸着保持力Faを示している。グラフKによれば、非通電時にシャフト102に対して一方側から他方側に40Nを上回る外力が作用しても、吸着保持力Fa(100N)以下であれば、外力は一対の弾性体112a、112bによって吸収される。
Graph K, which connects the vertices of the arrows Ja-Jd, shows the attraction and retention force Fa of the
一方、グラフL(図中、点線)は比較例であり、永久磁石のみによる保持力を示している(可動ヨーク118とシャフト102が一体に固定された状態)。このような比較例においては、シャフト102が他方側に動くときは、固定鉄心108から可動鉄心110も離れることになる。このため比較例では、シャフト102の保持力、すなわち一対の磁石120a、120bの磁束Raによる吸着保持力Faはシャフト102が他方側に動くほど急速に弱まる。よって比較例では、シャフト102が受けた外力を十分に吸収することができず、シャフト102を元の位置に復帰させることが困難となる。
On the other hand, graph L (dotted line in the figure) is a comparative example, and shows the holding force due to the permanent magnets only (a state in which the
これに対して本発明にかかるアクチュエータ100によれば、外力が一対の弾性体112a、112bによって吸収されるため、一方側へのスプリング合力Fbによりシャフト102を再び元の位置に復帰させることができる。
In contrast, with the
なお上記アクチュエータ100では、可動鉄心110が一対の磁石120a、120bを有する構成としたが、これに限定されない。一例として、一対の磁石120a、120bを固定鉄心108側に配置し、可動鉄心110を両側のストローク端128a、128bで保持するようにしてもよい(例えば上記の特許文献1参照)。またこの例では、固定鉄心108のスリット114が不要となり、さらに可動鉄心110の可動ヨーク118をスリット114の間に配置されるように径方向に突出させる必要がなく、可動鉄心110の構造を簡素化することができる。
In the
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。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the attached drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such an example. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modified or revised examples within the scope of the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.
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として利用することができる。 The present invention can be used as a bidirectional actuator that can actively move a shaft in both directions.
100…アクチュエータ、102…シャフト、104…ケーシング、106…コイル、108…固定鉄心、110…可動鉄心、112a、112b…一対の弾性体、114…固定鉄心のスリット、116a…固定鉄心の一端面、116b…固定鉄心の他端面、118…可動ヨーク、120a、120b…一対の磁石、122a、122b…一対の保持部材、124a…可動鉄心の一端、124b…可動鉄心の他端、126a、126b…ケーシングの横板、128a、128b…可動鉄心のストローク端 100...actuator, 102...shaft, 104...casing, 106...coil, 108...fixed iron core, 110...movable iron core, 112a, 112b...pair of elastic bodies, 114...slit of fixed iron core, 116a...one end face of fixed iron core, 116b...other end face of fixed iron core, 118...movable yoke, 120a, 120b...pair of magnets, 122a, 122b...pair of holding members, 124a...one end of movable iron core, 124b...other end of movable iron core, 126a, 126b...side plate of casing, 128a, 128b...stroke end of movable iron core
Claims (1)
前記コイルを覆う固定鉄心と、
前記固定鉄心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鉄心と、
前記可動鉄心を両側のストローク端で保持する一対の磁石と、
前記可動鉄心の内部を摺動自在に貫通するシャフトと、
前記シャフトに設けられ、前記可動鉄心の両側から所定量離間してそれぞれ突出し、前記固定鉄心に当接可能な一対の保持部材と、
前記一対の保持部材と前記可動鉄心の両側との間にそれぞれ配置された一対の弾性体と、を備えることを特徴とする双方向アクチュエータ。 A cylindrically wound coil;
A fixed core covering the coil;
a movable core that moves in both directions in the axial direction of the coil inside the fixed core;
A pair of magnets that hold the movable core at both stroke ends;
a shaft that slidably passes through the inside of the movable iron core;
a pair of holding members provided on the shaft, each protruding from either side of the movable core at a predetermined distance and capable of contacting the fixed core;
a pair of elastic bodies respectively disposed between the pair of holding members and both sides of the movable iron core.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2022186443A JP2024075187A (en) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | Bidirectional Actuator |
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2022
- 2022-11-22 JP JP2022186443A patent/JP2024075187A/en active Pending
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