JP2596857Y2 - 可動磁石式アクチュエータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、制御機器、電子機器、
工作機械等において電気エネルギーを電磁作用により往
復運動エネルギー等に変換させる可動磁石式アクチュエ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、可動磁石式の往復運動装置として
は、図８の第１従来例の構造を持つもの、及び図９の第
２従来例の構造を持つものがある。

【０００３】図８の第１従来例において、１０は軸方向
に着磁した棒状の永久磁石からなる磁石可動体であり、
両端面に磁極を有している。コイル１１Ａ，１１Ｂは、
磁石可動体１０の端部外周側をそれぞれ環状に周回する
ように巻回され、隣合う部分に同極が発生するようにな
っている。なお、図示は省略してあるが、コイル１１
Ａ，１１Ｂは通常磁石可動体１０を軸方向に移動自在に
ガイドするためのガイド筒体に装着される。そして、磁
石可動体１０の各端面からの磁束がそれぞれコイル１１
Ａ，１１Ｂと鎖交している。

【０００４】図９の第２従来例において、磁石可動体１
５は同極対向配置の２個の棒状永久磁石１６Ａ，１６Ｂ
と、これらの永久磁石１６Ａ，１６Ｂ間に固着される棒
状軟磁性体１７とを固着一体化したものであり、コイル
１８は磁石可動体１５の中間部外周側をそれぞれ環状に
周回するように巻回されている。なお、図示は省略して
あるが、コイル１８は通常磁石可動体１５を軸方向に移
動自在にガイドするためのガイド筒体に装着される。そ
して、磁石可動体１５の同極対向した永久磁石端面から
の磁束がコイル１８と鎖交している。

【０００５】ところで、第１従来例及び第２従来例にお
いて、磁石可動体１０，１５に発生する推力は、基本的
にはフレミングの左手の法則に基づいて与えられる推力
に準ずるものである（フレミングの左手の法則はコイル
に対して適用されるが、ここではコイルが固定のため、
磁石可動体にコイルに作用する力の反力としての推力が
発生する。）。したがって、推力に寄与するのは、磁石
可動体が有する永久磁石の磁束の垂直成分（永久磁石の
軸方向に直交する成分）である。

【０００６】そこで、１個の永久磁石の場合、あるいは
２個の同極対向配置の永久磁石の場合について、磁束の
垂直成分がどのようになるのかそれぞれ解析してみた。

【０００７】図１０は、単独の永久磁石の長手側面に沿
って表面磁束密度の垂直成分を磁場解析した結果を示
す。但し、永久磁石は希土類永久磁石であって、直径
２.５mm、長さ６mmで、永久磁石表面から０.２５〜０.
４５mm離れた位置を計測した。

【０００８】図１１は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、かつ直接接合した場合において、２個の永久磁石
の長手側面に沿って表面磁束密度の垂直成分を磁場解析
した結果を示す。但し、各永久磁石は希土類永久磁石で
あって、直径２.５mm、長さ３mm（２個で６mm）で、永
久磁石表面から０.２５〜０.４５mm離れた位置を計測し
た。

【０００９】図１２は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、かつ対向間隔を１mmとした場合において、２個の
永久磁石の長手側面に沿って表面磁束密度の垂直成分を
磁場解析した結果を示す。但し、各永久磁石は希土類永
久磁石であって、直径２.５mm、長さ３mmで、永久磁石
表面から０.２５〜０.４５mm離れた位置を計測した。

【００１０】図１３は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、かつ対向間隔を２mmとした場合において、２個の
永久磁石の長手側面に沿って表面磁束密度の垂直成分を
磁場解析した結果を示す。但し、各永久磁石は希土類永
久磁石であって、直径２.５mm、長さ３mmで、永久磁石
表面から０.２５〜０.４５mm離れた位置を計測した。

【００１１】図１４は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、かつ対向間隔を３mmとした場合において、２個の
永久磁石の長手側面に沿って表面磁束密度の垂直成分を
磁場解析した結果を示す。但し、各永久磁石は希土類永
久磁石であって、直径２.５mm、長さ３mmで、永久磁石
表面から０.２５〜０.４５mm離れた位置を計測した。

【００１２】図１５は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、両永久磁石間に長さ１mmの軟磁性体を配置した場
合において、２個の永久磁石の長手側面に沿って表面磁
束密度の垂直成分を磁場解析した結果を示す。但し、各
永久磁石は希土類永久磁石であって、直径２.５mm、長
さ３mmで、永久磁石表面から０.２５〜０.４５mm離れた
位置を計測した。

【００１３】図１６は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、両永久磁石間に長さ１mmの軟磁性体を配置し、さ
らに２個の永久磁石の外周に対向させて軟磁性体ヨーク
を配設した場合において、２個の永久磁石の長手側面に
沿って表面磁束密度の垂直成分を磁場解析した結果を示
す。但し、各永久磁石は希土類永久磁石であって、直径
２.５mm、長さ３mmで、ヨークは永久磁石を取り囲む円
筒形状で厚み０.５mm、長さ１０mmで永久磁石外周から
１.２５mm離間した位置となっており、表面磁束密度の
垂直成分は永久磁石表面から０.２５〜０.４５mm離れた
位置を計測した。

【００１４】

【考案が解決しようとする課題】上述したように、磁石
可動体に発生する推力は、基本的にはフレミングの左手
の法則に基づいて与えられる推力に準ずるものであり、
コイルと鎖交する永久磁石の磁束の垂直成分（永久磁石
の軸方向に直交する成分）が多いことが望まれるが、図
８の第１従来例では、表面磁束密度の垂直成分は図１０
のようになり、図１１乃至図１６の２個の永久磁石を同
極対向配置とした場合に比較して垂直成分が少ないこと
が判明した。このため図８の第１従来例の構成では、推
力の向上に限界がある。例えば、磁石可動体１０を直径
２.５mm、長さ６mmの希土類永久磁石で構成し、２個の
コイル１１Ａ，１１Ｂの隣合う部分に同極が発生するよ
うに各コイル１１Ａ，１１Ｂに４０ｍＡの電流を流した
ときに発生する推力Ｆ１は４.７（gf）であった。

【００１５】一方、図９の第２従来例では、２個の同極
対向の永久磁石間に軟磁性体を配した磁石可動体１５を
用いており、磁束密度の垂直成分は図１５に示す如くな
り、同極対向の永久磁石１６Ａ，１６Ｂの磁極から出る
磁束は１個の永久磁石の場合（図１０参照）や２個の永
久磁石のみの場合（図１１乃至図１４参照）よりも多く
なるが、コイルが磁石可動体１５の中間部を囲む１個の
みであり、磁石可動体１５の両端面の磁極による磁束は
有効に利用していない嫌いがある。このため、図９の第
２従来例の場合も推力の向上が難しかった。例えば、図
９の第２従来例において磁石可動体１５として直径２.
５mm、長さ３mmの希土類永久磁石を２個用い（希土類永
久磁石の性能は第１従来例と同じとする）、かつ両者間
に長さ１mmの軟磁性体を配置したものを用い、図８の第
１従来例と同じ消費電力となるように作成したコイル１
８に４０ｍＡの電流を流し、第１従来例と同じ消費電力
としたときに発生する推力Ｆ２は５.６（gf）であっ
た。

【００１６】なお、複数個の永久磁石及び磁性体を組み
合わせて磁石可動体を構成する場合、それらを確実に一
体化することが要求される。また、永久磁石に出力取り
出し用ピンを設けてアクチュエータを構成する場合、磁
石可動体や出力取り出し用ピンの無用のがたつき等を解
消することが望ましく、その点についての配慮も必要と
なる。

【００１７】本考案は、上記の点に鑑み、少なくとも２
個の永久磁石を同極対向配置とした磁石可動体を用いし
かも永久磁石の磁極が発生する磁束を有効利用すること
で、推力の向上及び効率の向上を図るとともに、各永久
磁石を貫通軸体に固定して該貫通軸体を摺動自在に支持
する構造して、各永久磁石の固定を確実にしかつ組立を
容易とし、さらに磁石可動体の動きの円滑化を図った可
動磁石式アクチュエータを提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本考案の可動磁石式アクチュエータは、同極対向さ
れた少なくとも２個の永久磁石及びそれらの永久磁石間
に配された中間部磁性体を貫通する貫通軸体に、当該永
久磁石及び中間部磁性体を固定して磁石可動体を構成
し、磁性体ヨークの内側に少なくとも３連のコイルを固
着し、前記磁性体ヨーク側で支持された軸受部材で前記
貫通軸体を摺動自在に支持して前記少なくとも３連のコ
イルの内側に前記磁石可動体を移動自在に設け、前記磁
石可動体の外周側を周回する如く巻回された前記少なく
とも３連のコイルのうち中間位置のものは端部位置のも
のよりも幅広であって前記永久磁石の同極対向端からの
磁束と鎖交する配置であり、前記端部位置のものは前記
永久磁石の端部磁極からの磁束と鎖交する配置であり、
かつ各コイルは各永久磁石の磁極間を境にして相異なる
方向に電流が流れる如く結線された構成としている。

【００１９】また、前記磁石可動体の両端に位置する永
久磁石の外側端面に端部磁性体を設けてもよい。

【００２０】また、前記磁性体ヨークの少なくとも一方
の端部に前記磁石可動体を吸着する磁性吸着体を配置す
る構成としてもよい。

【００２１】あるいは、前記磁性体ヨークの両端部位置
に、前記磁石可動体に接して前記磁石可動体を押し戻す
ばねを配設し、前記磁石可動体が両側の前記ばねにより
前記磁性体ヨークの中間位置に復帰するように構成して
もよいし、前記磁性体ヨークの端部位置に前記磁石可動
体に対して反発力を発生する戻し用永久磁石を配設する
ようにしてもよい。

【００２２】さらに、前記磁石可動体における前記永久
磁石の端部側にクッションを配し、前記貫通軸体に係合
する一対の止め輪で前記クッション、前記永久磁石及び
中間部磁性体を挟持して当該貫通軸体に固定する構造と
してもよい。

【００２３】

【作用】本考案の可動磁石式アクチュエータの基本動作
原理を図６の参考例の概略構成図によって説明する。こ
の図６で、磁石可動体３は同極対向配置の２個の円柱状
永久磁石５Ａ，５Ｂと、これらの永久磁石５Ａ，５Ｂ間
に固着される円柱状軟磁性体（中間部磁性体）６とを一
体化したものであり、図１５に示したように、磁束密度
の垂直成分（永久磁石の軸方向に直交する成分）が多い
構造となっている。３連のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、
磁石可動体３の外周側を周回する如く巻回され、磁石可
動体３を構成する永久磁石５Ａの左端、永久磁石５Ａ，
５Ｂの同極対向端、及び永久磁石５Ｂの右端の磁極から
の磁束とそれぞれ鎖交するように配置されている。これ
らのコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃは永久磁石５Ａ，５Ｂの磁
極間を境にして相異なる方向に電流が流れる如く結線さ
れている（磁極間の境は磁極と磁極の間であれば必ずし
も磁極中間位置になくともよい。）。なお、図示は省略
してあるが、コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃは通常磁石可動体
３を軸方向に移動自在にガイドするためのガイド筒体に
装着される。コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃと磁石可動体３と
の位置関係は、当該磁石可動体３の可動範囲において、
永久磁石磁極間を境にして各コイルに流れる電流が相互
に逆向きとなるように設定するのが普通である。

【００２４】図６の参考例における磁石可動体３の基本
構造は、図１５のように２個の永久磁石を同極対向させ
かつ永久磁石間に軟磁性体を配置したものである。この
図１５のときは軟磁性体位置に相当する領域Ｑの表面磁
束密度の垂直成分は、軟磁性体の無い図１１乃至図１４
よりも優れている（磁束密度０.３Ｔ以上のピークの幅
が広くかつピークが高い。）。

【００２５】このように、２個の永久磁石５Ａ，５Ｂを
同極対向させかつ永久磁石間に軟磁性体６を設けた磁石
可動体３は、フレミングの左手の法則に基づく推力に寄
与できる磁石可動体３の長手方向に垂直な磁束成分を大
きくでき、かつ３連のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃは永久磁
石の全磁極の磁束と有効に鎖交するので、３連のコイル
２Ａ，２Ｂ，２Ｃに交互に逆極性の磁界を発生する向き
に電流を通電することにより、従来例では到達し得ない
大きな推力を発生することができる。各コイルの電流を
反転させれば磁石可動体３の推力の向きも反転する。交
流電流を流した場合には、一定周期で振動を繰り返すバ
イブレータとして働く。

【００２６】本考案の基本構成である図６の参考例の場
合、例えば、磁石可動体３として直径２.５mm、長さ３m
mの希土類永久磁石を２個用い（希土類永久磁石の性能
は第１従来例と同じとする）、かつ両者間に長さ１mmの
軟磁性体を配置したものを用い、図８、図９の第１、第
２従来例と同じ消費電力となるように作成した３連のコ
イル２Ａ，２Ｂ，２Ｃに４０ｍＡの電流を流し、同じ消
費電力としたときに発生する推力Ｆ３は６.７（gf）で
あった。これは、同一消費電力の第１従来例の場合の約
１.４２倍の推力であり、また第２従来例の約１.２倍の
推力であり、第１及び第２従来例に比較して格段に優れ
ていることが判る。

【００２７】図７の曲線（イ）は図６（ヨーク無し）の
場合の磁石可動体３の軸方向変位量と推力（gf）との関
係を示す。但し、永久磁石の寸法、特性は図１５に示し
たものとするとともに、磁石可動体３の中間点が中央の
コイル２Ｂの中間点に位置するときを変位量零とし、各
コイルの電流は４０ｍＡとした。

【００２８】図７の曲線（ロ）は図６の参考例の構成に
加えて磁性ヨークを付加した場合（但し、永久磁石及び
ヨークの寸法、配置及び永久磁石の特性は図１６の通
り）の磁石可動体３の軸方向変位量と推力（gf）との関
係であって変位量零の点から離れる方向に磁石可動体が
動作するときを示す。また、曲線（ハ）は、曲線（ロ）
と同じ条件下での磁石可動体３の軸方向変位量と推力
（gf）との関係であって変位量零の点に近付く方向に動
作するときを示す。但し、磁石可動体３の中間点が中央
のコイル２Ｂの中間点に位置するときを変位量零とし、
各コイルの電流は４０ｍＡとした。このように、磁性ヨ
ーク有りの場合に、磁石可動体３が変位量零の点に近付
くか又は離れるかによって推力が相違するのは、磁石可
動体３の永久磁石の磁極とヨークとの間に磁石可動体３
を変位量零点に戻す磁気吸引力が働いているからであ
る。

【００２９】このように、本考案の基本となる図６の参
考例は、同極対向の永久磁石の組み合わせ構造体で磁石
可動体を構成しており、永久磁石の着磁方向（軸方向）
に垂直な磁束密度成分を充分大きくできかつ永久磁石の
全ての磁極の発生する磁束を有効利用できるので、磁石
可動体を取り巻くように周回した少なくとも３連のコイ
ルに流れる電流との間のフレミングの左手の法則に基づ
く推力を充分大きくでき、小型、小電流で大きな推力を
得ることができる。

【００３０】本考案の可動磁石式アクチュエータでは、
図６の参考例の構造を前提とし、さらに複数の永久磁石
及び磁性体を確実に一体化して磁石可動体を作製し、か
つその磁石可動体の動きの円滑化を図っている。すなわ
ち、永久磁石及び該永久磁石間に配された磁性体を貫通
する貫通軸体に、当該永久磁石及び磁性体を固定して磁
石可動体を構成したことで、該永久磁石及び磁性体の貫
通軸体への固定を確実に実行でき、組立容易としてい
る。また、該貫通軸体を摺動自在に支持することで磁石
可動体が各コイルの内側をがたつきなく円滑に移動可能
とすることができ、その貫通軸体の端部を出力取り出し
用ピンとして利用できる。また、各コイルの外側に磁性
体ヨークを設けることで、推力の増大を図っている。

【００３１】

【実施例】以下、本考案に係る可動磁石式アクチュエー
タの実施例を図面に従って説明する。

【００３２】図１及び図２は本考案の第１実施例を示
す。これらの図において、１は軟磁性体の円筒状ヨーク
であり、該円筒状ヨーク１の内側に３連のコイル２Ａ，
２Ｂ，２Ｃが配置され、これらのコイル２Ａ，２Ｂ，２
Ｃは磁石可動体３を移動自在に案内するためのガイド筒
体４を構成する絶縁樹脂等の絶縁部材で円筒状ヨーク１
に固着されている。このガイド筒体４の内周は円周面と
なっている。

【００３３】磁石可動体３は、同極対向された２個の穴
あき円柱状希土類永久磁石５Ａ，５Ｂ、それらの永久磁
石間に配置された穴あき円柱状中間部軟磁性体６及び前
記永久磁石５Ａ，５Ｂの外側位置に配置された穴あき円
板状クッション板７Ａ，７Ｂに金属貫通軸体８を挿通
し、該金属貫通軸体８の係合溝９に止め具（金属製Ｅリ
ング）２０を嵌め込み係止して、当該金属貫通軸体８に
永久磁石５Ａ，５Ｂ、中間部軟磁性体６及び円板状クッ
ション板７Ａ，７Ｂを固定したものである。ここで、貫
通軸体８は非磁性又は磁性金属であり、クッション板７
Ａ，７Ｂはシリコンゴム等の弾性材であり、多少圧縮状
態で一対の止め具２０間に挟持されている。この結果、
クッション板７Ａ，７Ｂは各永久磁石５Ａ，５Ｂ及び軟
磁性体６の厚みのばらつきを吸収してがたつきを防止す
ることができる。なお、前記金属貫通軸体８に永久磁石
５Ａ，５Ｂ及び軟磁性体６を一体化する際に接着剤を併
用してもよい。

【００３４】前記３連のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃは永久
磁石５Ａ，５Ｂの磁極間を境にして相異なる方向に電流
が流れる如く結線されている。すなわち、中央のコイル
２Ｂは軟磁性体６及び永久磁石５Ａ，５ＢのＮ極を含む
端部を囲み、両側のコイル２Ａ，２Ｃは、永久磁石５
Ａ，５ＢのＳ極を含む端部をそれぞれ囲むことができる
ように円環状に巻回されており、かつ中央のコイル２Ｂ
に流れる電流の向きと、両側のコイル２Ａ，２Ｃの電流
の向きとは逆向きである（図１の各コイルに付したＮ，
Ｓを参照）。なお、前記中央のコイル２Ｂは端部のコイ
ル２Ａ，２Ｃに比して幅広に構成されており、永久磁石
５Ａ，５Ｂの同極対向側の磁束分布（端部の磁束よりも
多く、磁束の多い領域の幅も広い）を有効利用するよう
にしている。また、端部のコイル２Ａ，２Ｃは幅が狭い
分、電流密度は高くなり永久磁石５Ａ，５Ｂの端部側の
磁束分布（磁束の多い領域の幅が狭い）との間で効果的
に推力を発生できる。

【００３５】また、前記軟磁性体の円筒状ヨーク１及び
非磁性のガイド筒体４の両端部に非磁性の側板２１Ａ，
２１Ｂが嵌合、固着され、該側板２１Ａ，２１Ｂの中央
部に焼結金属、高摺動性樹脂等の円筒状軸受部材２２が
それぞれ固定支持されている。そして、各円筒状軸受部
材２２の内周面にて永久磁石５Ａ，５Ｂ及び軟磁性体６
に貫通、一体化された貫通軸体８が摺動自在に支えら
れ、該貫通軸体８の一方の端部は軸受部材外側に突出し
て、出力ピンとして利用できるようになっている。な
お、側板２１Ａ，２１Ｂは前記ガイド筒体４の内周面に
嵌合する凸部２３をそれぞれ有しており、該凸部２３の
先端面が前記磁石可動体３の移動時にクッション板７
Ａ，７Ｂに当接して当該磁石可動体３の移動範囲を規定
するようになっている。また、前記軸受部材２２は非磁
性でも磁性体であってもよい。

【００３６】この第１実施例では、各コイル２Ａ，２
Ｂ，２Ｃの外周側に軟磁性体の円筒状ヨーク１が設けら
れているため、磁石可動体３の表面磁束密度の垂直成分
は図６の参考例の場合よりもさらに増大する。このた
め、フレミングの左手の法則に基づく推力に寄与できる
磁石可動体３の長手方向に垂直な磁束成分を大きくで
き、磁石可動体３の周囲を環状に巻回する３連のコイル
２Ａ，２Ｂ，２Ｃに交互に逆極性の磁界を発生する向き
に電流を通電することにより、いっそう大きな推力を発
生することができる。図１の極性では、磁石可動体３が
右方向に移動する向きであり、各コイルの電流を反転さ
せれば磁石可動体３の推力の向きも反転する。交流電流
を流した場合には、一定周期で振動を繰り返すバイブレ
ータとして働く。

【００３７】また、穴あき円柱状希土類永久磁石５Ａ，
５Ｂ、穴あき円柱状中間部軟磁性体６及び穴あき円板状
クッション板７Ａ，７Ｂに金属貫通軸体８を挿通し、該
金属貫通軸体８の係合溝９に止め具２０を嵌め込み係止
して磁石可動体３を構成しており、永久磁石５Ａ，５Ｂ
及び中間部軟磁性体６の固定、一体化を確実に実行で
き、しかも組立容易である。

【００３８】さらに、磁石可動体３に一体の貫通軸体８
を軸受部材２２で摺動自在に支持することで、磁石可動
体３のがたつきを無くしてを常時ガイド筒体４の内周中
心と同心状態に規制でき、しかも永久磁石５Ａ，５Ｂや
軟磁性体６を一体化するためのホルダ等を永久磁石外周
側に被せる必要がなく、永久磁石５Ａ，５Ｂの外周面と
コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃとの間隙を必要最小限に設定で
き、推力の向上に有効である。また、磁石可動体３がガ
イド筒体４の内周面に接触しなくなるため、磁石可動体
３を軸方向に円滑に移動させることが可能であり、磁石
可動体３やガイド筒体４の摩耗等の問題も解消できる。

【００３９】なお、上記第１実施例の構成において、両
端部の側板２１Ａ，２１Ｂのいずれか一方又は両方を軟
磁性体とすれば、軟磁性体で形成した側板を磁石可動体
３を吸着する磁性吸着体として機能させることができ
る。

【００４０】例えば、側板２１Ａ，２１Ｂの両方を軟磁
性体とした場合、コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃに通電されて
いない状態では磁石可動体３はどちらかの側板に吸着保
持され、現在吸着している側板から磁石可動体３が離脱
する向きに各コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃで推力を発生させ
れば、反対側の側板方向に磁石可動体３が移動して吸着
停止する。

【００４１】また、一方の側板のみを軟磁性体の磁性吸
着体とすれば、コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃに通電されてい
ない状態では、常に磁石可動体３が一方の側板に吸着保
持されるように設定できる。

【００４２】図３は本考案の第２実施例を示す。この図
において、軟磁性体の円筒状ヨーク１及び非磁性のガイ
ド筒体４の両端部に非磁性の側板２１Ｃ，２１Ｄが嵌
合、固着され、該側板２１Ｃ，２１Ｄの内面と磁石可動
体３側の円板状クッション板７Ａ，７Ｂ間に圧縮ばね２
４が配設されている。該圧縮ばね２４は磁石可動体３に
接して磁石可動体３を中間位置に押し戻す作用を有す
る。なお、その他の構成は前述の第１実施例と同じであ
る。

【００４３】この第２実施例によれば、各コイル２Ａ，
２Ｂ，２Ｃに通電されていない状態では、磁石可動体３
は左右の圧縮ばね２４の弾性力で円筒状ヨーク１内の中
間位置に復帰しており、各コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃに直
流電流を通電することで磁石可動体３を一方に駆動する
ことができる。また、交流電流を通電すれば、磁石可動
体３は往復運動してバイブレータして動作するが、磁石
可動体３はある程度変位した所で圧縮ばね２４の弾性力
で中間位置に戻されるため、磁石可動体３が側板２１
Ｃ，２１Ｄに衝突して衝撃音を発生することを防止でき
る。

【００４４】図４は本考案の第３実施例を示す。この図
において、軟磁性体の円筒状ヨーク１及び非磁性のガイ
ド筒体４の両端部に非磁性の側板２１Ａ，２１Ｂが嵌
合、固着され、該側板２１Ａ，２１Ｂの凸部２３の内周
に戻し用環状永久磁石２５がそれぞれ固定されている。
そして、該戻し用環状永久磁石２５及び軸受部材２２の
内周穴を磁石可動体３の貫通軸体８が貫通している。前
記戻し用環状永久磁石２５は、磁石可動体３が有する永
久磁石５Ａ，５Ｂの外側端面の磁極との間で反発力を発
生する磁極を磁石可動体３への対向面に有している。例
えば図４では、永久磁石５Ａ，５Ｂの外側端面のＳ極に
戻し用環状永久磁石２５のＳ極が対向している。なお、
その他の構成は前述の第１実施例と同じである。

【００４５】この第３実施例によれば、各コイル２Ａ，
２Ｂ，２Ｃに通電されていない状態では、磁石可動体３
は永久磁石５Ａ，５Ｂと左右の戻し用環状永久磁石２５
の反発力で円筒状ヨーク１内の中間位置に復帰してお
り、各コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃに直流電流を通電するこ
とで磁石可動体３を一方に駆動することができる。ま
た、交流電流を通電すれば、磁石可動体３は往復運動し
てバイブレータして動作するが、磁石可動体３はある程
度変位した所で永久磁石５Ａ，５Ｂと左右の環状永久磁
石２５の反発力で中間位置に戻されるため、磁石可動体
３が側板２１Ａ，２１Ｂや環状永久磁石２５に衝突して
衝撃音を発生することを防止できる。

【００４６】図５は本考案の第４実施例を示す。この図
において、磁石可動体３Ａは、同極対向された２個の穴
あき円柱状希土類永久磁石５Ａ，５Ｂ、それらの永久磁
石間に配置された穴あき円柱状中間部軟磁性体６、前記
永久磁石５Ａ，５Ｂの外側に配置された穴あき円板状端
部軟磁性体２６及び該端部軟磁性体２６の外側位置に配
置された穴あき円板状クッション板７Ａ，７Ｂに金属貫
通軸体８を挿通し、該金属貫通軸体８の係合溝９に止め
具（金属製Ｅリング）２０を嵌め込み係止して、当該金
属貫通軸体８に永久磁石５Ａ，５Ｂ、中間部軟磁性体
６、端部軟磁性体２６及び円板状クッション板７Ａ，７
Ｂを固定したものである。ここで、貫通軸体８は非磁性
又は磁性金属であり、クッション板７Ａ，７Ｂはシリコ
ンゴム等の弾性材であり、多少圧縮状態で一対の止め具
２０間に挟持されている。この結果、クッション板７
Ａ，７Ｂは各永久磁石５Ａ，５Ｂ、軟磁性体６，２６の
厚みのばらつきを吸収してがたつきを防止することがで
きる。なお、前記金属貫通軸体８に永久磁石５Ａ，５
Ｂ、軟磁性体６，２６を一体化する際に接着剤を併用し
てもよい。前記端部軟磁性体２６の肉厚は、中間部軟磁
性体６の１／２〜１倍程度に設定される。なお、その他
の構成は前述の第１実施例と同じである。

【００４７】この第４実施例では、磁石可動体３Ａが有
する永久磁石５Ａ，５Ｂの外側端面に端部軟磁性体２６
が配置されており、永久磁石５Ａ，５Ｂの外側端面の磁
極から出た磁束が端部軟磁性体２６の存在で垂直方向に
曲がり易くなる等の理由で永久磁石５Ａ，５Ｂの外側部
分での磁束密度の垂直成分（永久磁石の軸方向に直交す
る成分）が増大する。すなわち、フレミングの左手の法
則に基づく推力に寄与できる磁石可動体３Ａの長手方向
に垂直な磁束成分を大きくでき、磁石可動体３Ａの周囲
を環状に巻回する３連のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃに交互
に逆極性の磁界を発生する向きに電流を通電することに
より、いっそう大きな推力を発生することができる。例
えば、端部軟磁性体の無い第１実施例の場合に比較して
数％乃至１０％程度の推力向上が得られる。

【００４８】なお、上記第１乃至第３実施例では、２個
の同極対向の永久磁石と両永久磁石間の軟磁性体を備え
る磁石可動体３を例示したが、３個以上の同極対向の永
久磁石と両永久磁石間の軟磁性体を備える構成としても
よく、これに対応させてコイル数も４個以上とすること
ができる。

【００４９】また、上記第４実施例では、２個の同極対
向の永久磁石と両永久磁石間の中間部軟磁性体と２個の
永久磁石の外側の端部軟磁性体とを備える磁石可動体３
Ａを例示したが、３個以上の同極対向の永久磁石と両永
久磁石間の軟磁性体と両端に位置する永久磁石の外側の
端部軟磁性体とを備える構成としてもよく、これに対応
させてコイル数も４個以上とすることができる。また、
第４実施例の構成に加えて、第２及び第３実施例で述べ
た磁石可動体を中間位置に押し戻す圧縮ばね２４あるい
は環状永久磁石２５を設けるようにしても差し支えな
い。

【００５０】さらに、各実施例では磁石可動体３，３Ａ
の貫通軸体の両側を軸受で支持したが、貫通軸体の片側
のみを軸受で支持する構造を採用してもよい。この場
合、軸受部材も一方のみとなる（但し、軸受部材を長め
にすることが望ましい。）。

【００５１】また、各実施例において、ガイド筒体４を
省略して各コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃをヨーク１の内周側
に絶縁固定する構造を採用することも可能である。

【００５２】前記実施例では、円筒状のヨーク１及びガ
イド筒体４を用いたが、角筒状等のヨーク及びガイド筒
体を採用することもでき、この場合も各コイルは磁石可
動体の外周を周回するように巻回すればよい。

【００５３】

【考案の効果】以上説明したように、本考案の可動磁石
式アクチュエータによれば、同極対向された少なくとも
２個の永久磁石間に中間部磁性体を配置して貫通軸体に
一体化した磁石可動体を用い、該貫通軸体を軸受部材で
摺動自在に支える構成としたので、磁石可動体の長手方
向（永久磁石の着磁方向）に垂直な磁束成分を充分大き
くでき、かつ磁性体ヨークの内側に磁石可動体の周囲を
取り巻くように少なくとも３連のコイル（中間位置のも
のは端部位置のものよりも幅広）を巻回して磁石可動体
の各磁極が発生する磁束と有効に鎖交可能としたので、
前記垂直な磁束成分と各コイルに流れる電流との間のフ
レミングの左手の法則に基づいて与えられる推力を充分
大きくできる。また、貫通軸体を用いることで複数個の
永久磁石及び中間部磁性体を当該貫通軸体に確実に固定
でき、堅牢な磁石可動体を構成でき、組立作業も簡単と
なる。また、貫通軸体を用いたことにより、複数個の永
久磁石及び中間部磁性体を一体化するために永久磁石や
中間部磁性体の外周を覆う非磁性ホルダ等は使用しなく
てもよくなり、永久磁石外周面と各コイル間の間隙を少
なくして推力のいっそうの向上を図ることができる。そ
して、磁石可動体の出力取り出し用ピンとして機能する
貫通軸体を前記３連のコイルに対して一定位置関係にあ
る軸受部材で支持することで、磁石可動体の移動を円滑
化することができ、小型、小電流で大きな推力を持つ信
頼性の高い可動磁石式アクチュエータを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る可動磁石式アクチュエータの第１
実施例を示す正断面図である。

【図２】同側面図である。

【図３】本考案の第２実施例を示す正断面図である。

【図４】本考案の第３実施例を示す正断面図である。

【図５】本考案の第４実施例を示す正断面図である。

【図６】本考案の基本動作原理を示す参考例の概略構成
図である。

【図７】図６の参考例における磁石可動体の変位量と推
力との関係を示すグラフである。

【図８】第１従来例を示す概略構成図である。

【図９】第２従来例を示す概略構成図である。

【図１０】単一の永久磁石の長手側面（永久磁石の着磁
方向に平行な面）の表面磁束密度の垂直成分（長手側面
に垂直な成分）を示すグラフである。

【図１１】２個の同極対向の永久磁石を直接的に対接状
態とした場合の長手側面の表面磁束密度の垂直成分を示
すグラフである。

【図１２】２個の永久磁石を１mmのエアーギャップを介
し同極対向状態とした場合の長手側面の表面磁束密度の
垂直成分を示すグラフである。

【図１３】２個の永久磁石を２mmのエアーギャップを介
し同極対向状態とした場合の長手側面の表面磁束密度の
垂直成分を示すグラフである。

【図１４】２個の永久磁石を３mmのエアーギャップを介
し同極対向状態とした場合の長手側面の表面磁束密度の
垂直成分を示すグラフである。

【図１５】２個の永久磁石を軟磁性体を介し同極対向状
態とした場合の長手側面の表面磁束密度の垂直成分を示
すグラフである。

【図１６】２個の永久磁石を軟磁性体を介し同極対向状
態とし、かつ軟磁性体ヨークを配置した場合の長手側面
の表面磁束密度の垂直成分を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 円筒状ヨーク ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ コイル ３，３Ａ 磁石可動体 ４ ガイド筒体 ５ 円柱状永久磁石 ６ 円柱状中間部軟磁性体 ７Ａ，７Ｂ クッション板 ８ 貫通軸体 ９ 係合溝 ２０ 止め具 ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ 側板 ２２ 軸受部材 ２４ 圧縮ばね ２５ 戻し用永久磁石 ２６ 端部軟磁性体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−192460（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−133315（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−121206（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−121207（ＪＰ，Ｕ) 欧州特許457389（ＥＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02K 33/16

Claims (6)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 同極対向された少なくとも２個の永久磁
   石及びそれらの永久磁石間に配された中間部磁性体を貫
   通する貫通軸体に、当該永久磁石及び中間部磁性体を固
   定して磁石可動体を構成し、磁性体ヨークの内側に少な
   くとも３連のコイルを固着し、前記磁性体ヨーク側で支
   持された軸受部材で前記貫通軸体を摺動自在に支持して
   前記少なくとも３連のコイルの内側に前記磁石可動体を
   移動自在に設け、前記磁石可動体の外周側を周回する如
   く巻回された前記少なくとも３連のコイルのうち中間位
   置のものは端部位置のものよりも幅広であって前記永久
   磁石の同極対向端からの磁束と鎖交する配置であり、前
   記端部位置のものは前記永久磁石の端部磁極からの磁束
   と鎖交する配置であり、かつ各コイルは各永久磁石の磁
   極間を境にして相異なる方向に電流が流れる如く結線さ
   れていることを特徴とする可動磁石式アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記磁石可動体の両端に位置する永久磁
   石の外側端面に端部磁性体を設けた請求項１記載の可動
   磁石式アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記磁性体ヨークの少なくとも一方の端
   部に前記磁石可動体を吸着する磁性吸着体を配置した請
   求項１又は２記載の可動磁石式アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記磁性体ヨークの両端部位置に、前記
   磁石可動体に接して前記磁石可動体を押し戻すばねを配
   設し、前記磁石可動体が両側の前記ばねにより前記磁性
   体ヨークの中間位置に復帰するように構成した請求項１
   又は２記載の可動磁石式アクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記磁性体ヨークの端部位置に前記磁石
   可動体に対して反発力を発生する戻し用永久磁石を配設
   した請求項１又は２記載の可動磁石式アクチュエータ。
6. 【請求項６】 前記磁石可動体における前記永久磁石の
   端部側にクッションを配し、前記貫通軸体に係合する一
   対の止め輪で前記クッション、前記永久磁石及び中間部
   磁性体を挟持して当該貫通軸体に固定した請求項１，
   ２，３，４又は５記載の可動磁石式アクチュエータ。