JP2644089B2 - 強磁性ワイヤ電磁アクチュエータ - Google Patents
強磁性ワイヤ電磁アクチュエータInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 関連出願データ 本出願は、1992年３月24日に発行の米国特許No.5,09
9,158（“158特許”）となった1990年３月26日付け米国
特許出願No.07/499,046の一部継続出願である同時係属
中の米国特許出願番号No.07/855,771の一部継続出願で
ある；特許“158"は、1990年３月27日に発行の米国特許
No.4,912,343（特許“343"）となった1989年３月７日付
けの米国特許出願No.07/319,956の一部継続出願であ
る；特許“343"は、現在、放棄されている1988年８月31
日付けの米国特許出願No.07/238,925の一部継続出願で
ある；上記の各々は、本出願の発明の譲受人に譲渡され
ていて、参照としてここに添付する。
9,158（“158特許”）となった1990年３月26日付け米国
特許出願No.07/499,046の一部継続出願である同時係属
中の米国特許出願番号No.07/855,771の一部継続出願で
ある；特許“158"は、1990年３月27日に発行の米国特許
No.4,912,343（特許“343"）となった1989年３月７日付
けの米国特許出願No.07/319,956の一部継続出願であ
る；特許“343"は、現在、放棄されている1988年８月31
日付けの米国特許出願No.07/238,925の一部継続出願で
ある；上記の各々は、本出願の発明の譲受人に譲渡され
ていて、参照としてここに添付する。
発明の分野 本発明は、一般に電磁アクチュエータに関し、特に強
磁性材料で構成されたコイルを使用した電磁アクチュエ
ータに関する。
磁性材料で構成されたコイルを使用した電磁アクチュエ
ータに関する。
発明の背景 従来、電磁アクチュエータ、電磁石、電流と磁場との
相互作用を利用した他の装置は、銅かアルミニウムの材
料中を電流が流れるように、従来、構成されてきた。こ
の材料選択は、銅及びアルミニウムが他の大半の材料よ
りも大幅に低い電気抵抗を有し、しかも比較的低コスト
で利用できるという事実によっていた。低電気抵抗は、
所定の形状の導体中を流れる所定の電流について、熱が
発生する率が直接電気抵抗に比例しているという観点か
ら望まれる。従って、銅又はアルミニウム材料の使用
は、熱発生を低減し、対応して熱として失うエネルギー
を低減すると考えられている。この熱低減は、一般に消
費エネルギー当りのより大きい有効出力を与える、即ち
より高い効率の装置の特徴である。
相互作用を利用した他の装置は、銅かアルミニウムの材
料中を電流が流れるように、従来、構成されてきた。こ
の材料選択は、銅及びアルミニウムが他の大半の材料よ
りも大幅に低い電気抵抗を有し、しかも比較的低コスト
で利用できるという事実によっていた。低電気抵抗は、
所定の形状の導体中を流れる所定の電流について、熱が
発生する率が直接電気抵抗に比例しているという観点か
ら望まれる。従って、銅又はアルミニウム材料の使用
は、熱発生を低減し、対応して熱として失うエネルギー
を低減すると考えられている。この熱低減は、一般に消
費エネルギー当りのより大きい有効出力を与える、即ち
より高い効率の装置の特徴である。
多くの電気機械装置は、装置の機能が依存する磁場を
強める、即ち集中させるために強磁性材料を使用してい
る。このような場合、強磁性材料の鍵となる特性は、高
透磁率である。磁場又は磁束は、高透磁率の容積路を通
過する。従って、鉄、コバルト、ニッケル及び種々の特
殊合金といった強磁性材料の使用もまた望ましい。
強める、即ち集中させるために強磁性材料を使用してい
る。このような場合、強磁性材料の鍵となる特性は、高
透磁率である。磁場又は磁束は、高透磁率の容積路を通
過する。従って、鉄、コバルト、ニッケル及び種々の特
殊合金といった強磁性材料の使用もまた望ましい。
電磁装置の大型のものでは、力は、磁場中に配置され
た材料中を流れる電流により発生する。従来技術では、
強磁性材料は、磁場を誘導し、集中し、強めるために使
用され、電流は、銅又はアルミニウムといった低抵抗の
材料中を流れるようにされてきた。そのような装置の効
率は、ある容積中の電流と磁場の共存によっている。こ
れらの容積中に銅又はアルミニウムを挿入すると、全体
が強磁性材料のみから構成される場合に得られるであろ
う磁束から、大幅に低減した磁束をもたらす。
た材料中を流れる電流により発生する。従来技術では、
強磁性材料は、磁場を誘導し、集中し、強めるために使
用され、電流は、銅又はアルミニウムといった低抵抗の
材料中を流れるようにされてきた。そのような装置の効
率は、ある容積中の電流と磁場の共存によっている。こ
れらの容積中に銅又はアルミニウムを挿入すると、全体
が強磁性材料のみから構成される場合に得られるであろ
う磁束から、大幅に低減した磁束をもたらす。
従って、強磁性材料の高抵抗が磁束増加により補って
余るような、磁束のキャリア及び電流のキャリアとして
強磁性材料を使用している電磁アクチュエータに対する
必要性が存在する。
余るような、磁束のキャリア及び電流のキャリアとして
強磁性材料を使用している電磁アクチュエータに対する
必要性が存在する。
発明の要約 本発明の主たる目的は、従来技術の一つ以上の問題点
を解決することにある。本発明の有意義な目的は、強磁
性材料を磁束キャリア及び電流キャリアとして使用する
電磁アクチュエータを提供することにあり、強磁性材料
の高抵抗という問題点は、磁束の増加により十分に補わ
れる。
を解決することにある。本発明の有意義な目的は、強磁
性材料を磁束キャリア及び電流キャリアとして使用する
電磁アクチュエータを提供することにあり、強磁性材料
の高抵抗という問題点は、磁束の増加により十分に補わ
れる。
本発明の特長によれば、電磁アクチュエータは、強磁
性材料製で、中心軸を定めているケースと、この中心軸
と同軸で、ケース内で滑り可能に支持されているコアと
含む。コアは、第一端部、第二端部及び中央部を含む。
アクチュエータは、更に、中心軸と同軸に固定された軸
方向に向いている磁束発生素子と、第一及び第二通電導
体コイルを含む。第一コイルは、コアの第一端部と対向
して支持され、第二コイルは、コアの第二端部と対向し
て支持されている。コイルは、強磁性材料で形成され、
中心軸と同軸である。コイルは、中心軸に直角の方向で
断面の長さを有し、中心軸に平行な沿った方向でコイル
の捲き線の間の絶縁スペースの幅を有す。長さ及び幅
は、絶縁スペースの幅の磁気抵抗がその絶縁スペースに
隣接したコイルワイヤの断面長の磁気抵抗より大きくな
るように選択される。
性材料製で、中心軸を定めているケースと、この中心軸
と同軸で、ケース内で滑り可能に支持されているコアと
含む。コアは、第一端部、第二端部及び中央部を含む。
アクチュエータは、更に、中心軸と同軸に固定された軸
方向に向いている磁束発生素子と、第一及び第二通電導
体コイルを含む。第一コイルは、コアの第一端部と対向
して支持され、第二コイルは、コアの第二端部と対向し
て支持されている。コイルは、強磁性材料で形成され、
中心軸と同軸である。コイルは、中心軸に直角の方向で
断面の長さを有し、中心軸に平行な沿った方向でコイル
の捲き線の間の絶縁スペースの幅を有す。長さ及び幅
は、絶縁スペースの幅の磁気抵抗がその絶縁スペースに
隣接したコイルワイヤの断面長の磁気抵抗より大きくな
るように選択される。
本発明の特徴は、アクチュエータがアルミニウム又は
銅のコイルを使用した同様な機能のアクチュエータより
より少ない電流とより少ない電力を使用するということ
である。
銅のコイルを使用した同様な機能のアクチュエータより
より少ない電流とより少ない電力を使用するということ
である。
本発明の他の特徴は、強磁性ワイヤコイルを有するア
クチュエータは、アルミニウム又は銅のコイルを使用し
た同様な機能のアクチュエータより小さい質量の永久磁
石を使用するということである。
クチュエータは、アルミニウム又は銅のコイルを使用し
た同様な機能のアクチュエータより小さい質量の永久磁
石を使用するということである。
本発明の更に他の特徴は、強磁性ワイヤコイルを有す
アクチュエータの装置全体の質量及び容積は、銅又はア
ルミニウムコイルを使用した比肩できる機能のアクチュ
エータより小さいということである。
アクチュエータの装置全体の質量及び容積は、銅又はア
ルミニウムコイルを使用した比肩できる機能のアクチュ
エータより小さいということである。
本発明の更に他の特徴は、強磁性ワイヤコイルを有す
るアクチュエータの所定電流に於ける力の出力は、銅又
はアルミニウムコイルを使用した比肩できる機能のアク
チュエータより大きい。
るアクチュエータの所定電流に於ける力の出力は、銅又
はアルミニウムコイルを使用した比肩できる機能のアク
チュエータより大きい。
本発明のこれら及びその他の目的、効果及び特徴は、
添付図面及び請求の範囲と共に以下の好適な実施例を参
照すれば当業者には容易に理解できよう。
添付図面及び請求の範囲と共に以下の好適な実施例を参
照すれば当業者には容易に理解できよう。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の軸磁石強磁性ワイヤアクチュエータ
の一実施例の断面図である。
の一実施例の断面図である。
図２は、図１のアクチュエータの強磁性ワイヤ導体コ
イルの一実施例の断面図である。
イルの一実施例の断面図である。
図３は、端に巻かれた銅又はアルミニウム導体コイル
の断面図である。
の断面図である。
図４は、移動コイルを備えた軸磁石強磁性ワイヤアク
チュエータの断面図である。
チュエータの断面図である。
図５は、移動フィールドコイルを備えた軸磁石強磁性
ワイヤアクチュエータの断面図である。
ワイヤアクチュエータの断面図である。
図６は、収束移動磁石を備えた軸磁石強磁性ワイヤア
クチュエータの断面図である。
クチュエータの断面図である。
図７は、ラジアル磁石強磁性ワイヤアクチュエータで
ある。
ある。
好適な実施例の説明 図１には、本発明の原理に基づいた電磁アクチュエー
タの一実施例が示されている。アクチュエータ10は、ケ
ース12、一対の電気導体電流導体コイル14、コア16及び
磁束発達素子すなわち磁束発生素子18を含む。これらの
各構成要素は、円筒形として記述されるが、構成要素間
の連係を満足させる他の形状でも本発明の範囲内であ
る。例えば、構成要素は、長方形であってもかまわな
い。
タの一実施例が示されている。アクチュエータ10は、ケ
ース12、一対の電気導体電流導体コイル14、コア16及び
磁束発達素子すなわち磁束発生素子18を含む。これらの
各構成要素は、円筒形として記述されるが、構成要素間
の連係を満足させる他の形状でも本発明の範囲内であ
る。例えば、構成要素は、長方形であってもかまわな
い。
ケース12は、磁束を通過させる材料から形成された長
い円筒であることが好ましい。ケース12は、叉、強磁性
材料から構成されることが好ましい。図１で示されるア
クチュエータ10の実施例では、ケースは、鉄材料から構
成されている。ケース12は、第一端20、第二端22、及び
第一端20から第二端22へ延びる内壁24からなる。ケース
12は、中心軸26を定めている。第一端キャップ及び第二
端キャップ28、30は、ケース12の対応する第一端及び第
二端20、22上に固定されるのが好ましい。図１に示され
る端キャップ28、30は、中央穴42を有す。端キャップ2
8、30は、非磁性材料から形成されるのが好ましい。
い円筒であることが好ましい。ケース12は、叉、強磁性
材料から構成されることが好ましい。図１で示されるア
クチュエータ10の実施例では、ケースは、鉄材料から構
成されている。ケース12は、第一端20、第二端22、及び
第一端20から第二端22へ延びる内壁24からなる。ケース
12は、中心軸26を定めている。第一端キャップ及び第二
端キャップ28、30は、ケース12の対応する第一端及び第
二端20、22上に固定されるのが好ましい。図１に示され
る端キャップ28、30は、中央穴42を有す。端キャップ2
8、30は、非磁性材料から形成されるのが好ましい。
コア16は、磁束導通材料で構成される。コアは、強磁
性材料から構成されるのが好ましい。図１の実施例で
は、コアは、鉄材料から構成されている。コア16は、第
一端32、第二端34、第一端32から第二端34へ延びる外壁
36からなる。外壁36は、第一コア端32に続く第一部38、
第二コア端34に続く第二部40を有す。コア16の中央部44
は、第一コア部38と第二コア部40との間にある。コア16
は、ケース12中に軸方向に挿入され、軸に沿って滑り可
能に支持される。図１に示されるように、コアの第一、
第二端32、34は、第一、第二端キャップ28、30の中央穴
42を通過して延びている。アクチュエータ10は、更に、
端キャップ28、30内のコア16を滑り可能に支持するため
に穴42内に備わった複数のプッシュ又は軸受け46を含
む。
性材料から構成されるのが好ましい。図１の実施例で
は、コアは、鉄材料から構成されている。コア16は、第
一端32、第二端34、第一端32から第二端34へ延びる外壁
36からなる。外壁36は、第一コア端32に続く第一部38、
第二コア端34に続く第二部40を有す。コア16の中央部44
は、第一コア部38と第二コア部40との間にある。コア16
は、ケース12中に軸方向に挿入され、軸に沿って滑り可
能に支持される。図１に示されるように、コアの第一、
第二端32、34は、第一、第二端キャップ28、30の中央穴
42を通過して延びている。アクチュエータ10は、更に、
端キャップ28、30内のコア16を滑り可能に支持するため
に穴42内に備わった複数のプッシュ又は軸受け46を含
む。
図１に示される本発明の実施例に於て，磁束発生素子
18は、コア12の中央部44内に同軸に固定されている。図
１の実施例では、磁束発生素子18は、軸方向に向けられ
ている。
18は、コア12の中央部44内に同軸に固定されている。図
１の実施例では、磁束発生素子18は、軸方向に向けられ
ている。
図１を更に参照して、電流導通コイル14は、ケース12
の内壁に沿ってケース12の室内に配置されている。コイ
ル14は、アクチュエータ10のコア12に同軸に配置されて
いる。電流導通コイル14は、端巻型（edge wound typ
e）が捲き線型（round wire type）かである。図２を参
照すると、端巻型コイル14が詳細に示される。図２に示
されるコイル14は、円筒形に巻かれ、その断面は、長方
形である。“l"で示されるコイルワイヤの長さは、中心
軸26に直交する。コイル14の捲き線間の絶縁スペースの
幅は、“w"で示され、中心軸26に沿った方向で測定され
る。これに替えて、コイル14は、捲き線コイルとするこ
ともできる。
の内壁に沿ってケース12の室内に配置されている。コイ
ル14は、アクチュエータ10のコア12に同軸に配置されて
いる。電流導通コイル14は、端巻型（edge wound typ
e）が捲き線型（round wire type）かである。図２を参
照すると、端巻型コイル14が詳細に示される。図２に示
されるコイル14は、円筒形に巻かれ、その断面は、長方
形である。“l"で示されるコイルワイヤの長さは、中心
軸26に直交する。コイル14の捲き線間の絶縁スペースの
幅は、“w"で示され、中心軸26に沿った方向で測定され
る。これに替えて、コイル14は、捲き線コイルとするこ
ともできる。
強磁性材料を使用するために、本発明のコイル14は、
総合力出力を実質的に低減することなく、コイルの抵抗
を低減するように再構成される。図２及び図３にそのコ
イルの再構成した構造がもっともよく示されている。図
３は、コイルの製造に銅又はアルミニウム材料を使用し
た電磁アクチュエータのコイルの構造を示す。図２は、
コイルが強磁性材料により構成されている、本発明のア
クチュエータに使用されている再構成されたコイル14を
示す。具体的には、導体コイル長“l"は、アクチュエー
タ軸方向に直交する方向に増加させ、この方向は、コイ
ル14を通過する磁場に対して平行となる方法でもある。
端巻コイルの長さの増加は、コイル14の断面積を増大さ
せる。変形例として、捲き線コイルが使用される場合
は、コイル14の直径を増し、これはコイルの断面積を増
加させる。
総合力出力を実質的に低減することなく、コイルの抵抗
を低減するように再構成される。図２及び図３にそのコ
イルの再構成した構造がもっともよく示されている。図
３は、コイルの製造に銅又はアルミニウム材料を使用し
た電磁アクチュエータのコイルの構造を示す。図２は、
コイルが強磁性材料により構成されている、本発明のア
クチュエータに使用されている再構成されたコイル14を
示す。具体的には、導体コイル長“l"は、アクチュエー
タ軸方向に直交する方向に増加させ、この方向は、コイ
ル14を通過する磁場に対して平行となる方法でもある。
端巻コイルの長さの増加は、コイル14の断面積を増大さ
せる。変形例として、捲き線コイルが使用される場合
は、コイル14の直径を増し、これはコイルの断面積を増
加させる。
強磁性ワイヤコイル14の構造の対応する特徴は、絶縁
物により占められる導体コイル14の比率が増すことであ
る。この特徴は、コイル14の捲き線間の絶縁スペース48
の幅を増すことにより図２及び図３で示される。強磁性
ワイヤコイル14のこの再構成の結果、導体コイルの巻き
数は低減する。しかし、磁場の導体材料の総合容積は、
低下しない。従って、絶縁スペースの幅の磁気抵抗が、
絶縁スペースに接するコイルワイヤの断面長の磁気抵抗
より大きいように、長さ及び幅の値が選択される。これ
らの値は、相互に関係するが、アクチュエータに対する
必要条件によって変化する。
物により占められる導体コイル14の比率が増すことであ
る。この特徴は、コイル14の捲き線間の絶縁スペース48
の幅を増すことにより図２及び図３で示される。強磁性
ワイヤコイル14のこの再構成の結果、導体コイルの巻き
数は低減する。しかし、磁場の導体材料の総合容積は、
低下しない。従って、絶縁スペースの幅の磁気抵抗が、
絶縁スペースに接するコイルワイヤの断面長の磁気抵抗
より大きいように、長さ及び幅の値が選択される。これ
らの値は、相互に関係するが、アクチュエータに対する
必要条件によって変化する。
本発明による強磁性材料を使用する効果は、強磁性材
料の以下の三つの特性により説明される。鉄、コバル
ト、ニッケル及び他の合金を含み、かつこれに限定され
ない種々の強磁性材料が本発明のアクチュエータの構成
に使用可能であること留意する必要がある。まず、アク
チュエータのコイルの強磁性料の使用により、コイルを
通過する磁気回路の総合磁気抵抗が大幅に低減する。そ
の結果、永久磁石は、銅又はアルミニウムコイルを使用
した従来技術のアクチュエータよりも、同サイズの永久
磁石でより大きい磁束を発生する。これに替えて、低減
した総合磁気抵抗により、より小さい永久磁石を強磁性
コイルと共に使用可能であり、それでもまだ、従来技術
のアクチュエータの銅又はアルミニウムコイルと同じ磁
束を発生可能である。
料の以下の三つの特性により説明される。鉄、コバル
ト、ニッケル及び他の合金を含み、かつこれに限定され
ない種々の強磁性材料が本発明のアクチュエータの構成
に使用可能であること留意する必要がある。まず、アク
チュエータのコイルの強磁性料の使用により、コイルを
通過する磁気回路の総合磁気抵抗が大幅に低減する。そ
の結果、永久磁石は、銅又はアルミニウムコイルを使用
した従来技術のアクチュエータよりも、同サイズの永久
磁石でより大きい磁束を発生する。これに替えて、低減
した総合磁気抵抗により、より小さい永久磁石を強磁性
コイルと共に使用可能であり、それでもまだ、従来技術
のアクチュエータの銅又はアルミニウムコイルと同じ磁
束を発生可能である。
第二に、本発明のアクチュエータ10に使用される強磁
性材料の高透磁率により、磁束は、強磁性材料の高透磁
率の通路を通過する。その結果、漏れ磁束は低減する。
従って、本発明のアクチュエータ10の磁場の有効な磁束
は、発生した全磁束の大きい比率を占める。
性材料の高透磁率により、磁束は、強磁性材料の高透磁
率の通路を通過する。その結果、漏れ磁束は低減する。
従って、本発明のアクチュエータ10の磁場の有効な磁束
は、発生した全磁束の大きい比率を占める。
第三に、本発明によるアクチュエータ10に於て、磁束
は、導体コイルの捲き線間に存在する絶縁材料又はギャ
ップというよりも、強磁性コイル導体を通過する。これ
に比較して、銅又はアルミニウムよりなるコイルでは、
磁束は、導体コイルの捲き線間のギャップ又は導体材料
を通過する。従って、高いレベルの磁束が使用可能とな
る。
は、導体コイルの捲き線間に存在する絶縁材料又はギャ
ップというよりも、強磁性コイル導体を通過する。これ
に比較して、銅又はアルミニウムよりなるコイルでは、
磁束は、導体コイルの捲き線間のギャップ又は導体材料
を通過する。従って、高いレベルの磁束が使用可能とな
る。
図４では、本発明の第二実施例50が示されている。こ
の実施例50は、移動コイルを備えた軸磁石強磁性ワイヤ
アクチュエータである。この実施例では、軸方向を向い
た永久磁石52がケース12中に設けられている。コイル14
は、移動コア16に固定され、従ってコイル14は、移動コ
ア16と共に軸方向に移動する。
の実施例50は、移動コイルを備えた軸磁石強磁性ワイヤ
アクチュエータである。この実施例では、軸方向を向い
た永久磁石52がケース12中に設けられている。コイル14
は、移動コア16に固定され、従ってコイル14は、移動コ
ア16と共に軸方向に移動する。
図５では、第三の実施例54である移動フィールドコイ
ルを備えた軸磁石強磁性ワイヤアクチュエータが示され
ている。本発明のこの実施例54では、フィールドコイル
56は、移動コア16に固定されている。フィールドコイル
56は、本発明の以上の実施例と同様に、永久磁石に代わ
って、静磁場を発生する。この構造の効果は、フィール
ドコイル56により発生する磁束の量が増加するというこ
とである。問題点は、しかし、この実施例のアクチュエ
ータが消費する電力が大きいということである。
ルを備えた軸磁石強磁性ワイヤアクチュエータが示され
ている。本発明のこの実施例54では、フィールドコイル
56は、移動コア16に固定されている。フィールドコイル
56は、本発明の以上の実施例と同様に、永久磁石に代わ
って、静磁場を発生する。この構造の効果は、フィール
ドコイル56により発生する磁束の量が増加するというこ
とである。問題点は、しかし、この実施例のアクチュエ
ータが消費する電力が大きいということである。
図６では、本発明の第四実施例58が示されている。第
四実施例58は、図示の如く、収束移動磁石を備えた軸磁
石強磁性ワイヤアクチュエータである。この実施例で
は、永久磁石18及び磁石18を囲むワイヤ16の中央部44
は、コア126の残り第一、第二部38、40より大きい断面
積を有す。その結果、磁石18により発生した磁束は、コ
ア16のより小さい断面積の部分へ収束される。従って、
コアの第一、第二部分38、40の磁束密度は、コアの残り
の部分と同じ断面積を有す永久磁石を使用した場合に比
較し、増加している。この構造の効果は、導体コイル14
の磁束密度が、増加し、従ってアクチュエータは、より
大きい電力を必要とすることなくより大き力を提供す
る。
四実施例58は、図示の如く、収束移動磁石を備えた軸磁
石強磁性ワイヤアクチュエータである。この実施例で
は、永久磁石18及び磁石18を囲むワイヤ16の中央部44
は、コア126の残り第一、第二部38、40より大きい断面
積を有す。その結果、磁石18により発生した磁束は、コ
ア16のより小さい断面積の部分へ収束される。従って、
コアの第一、第二部分38、40の磁束密度は、コアの残り
の部分と同じ断面積を有す永久磁石を使用した場合に比
較し、増加している。この構造の効果は、導体コイル14
の磁束密度が、増加し、従ってアクチュエータは、より
大きい電力を必要とすることなくより大き力を提供す
る。
図７では、本発明の第五の実施例60が示されている。
アクチュエータの第五の実施例60に於ては、磁束発生素
子18は、径方向に向けられている。図７が示すように、
コイル14は、内壁24に接して共に広がっているケース室
12内に配置される。コイル14は、第一ケース端20に近接
して配置された第一コイル端62と、第二ケース端22に近
接して配置された第二コイル端64を有す。コイル14は、
更に中間点66を有す。以下に詳述されるように、第一コ
イル端62、第二コイル端64及び中間点66は、電気接続が
コイル14になされるように設けられる。
アクチュエータの第五の実施例60に於ては、磁束発生素
子18は、径方向に向けられている。図７が示すように、
コイル14は、内壁24に接して共に広がっているケース室
12内に配置される。コイル14は、第一ケース端20に近接
して配置された第一コイル端62と、第二ケース端22に近
接して配置された第二コイル端64を有す。コイル14は、
更に中間点66を有す。以下に詳述されるように、第一コ
イル端62、第二コイル端64及び中間点66は、電気接続が
コイル14になされるように設けられる。
コア16は、ケース12に同軸で挿入され、軸方向に滑り
可能に支持される。コア16の円筒外壁36は、コイル14か
ら径方向に隔てられている。コア16の運動は、第一ケー
ス端20及び第二ケース端22間で発生し、第一部分38は、
第一コイル端62及び中間点66の間で軸方向にコイル14を
横断し、第二部分40は、第二コイル端64と中間点66の間
で軸方向にコイル14を横断する。
可能に支持される。コア16の円筒外壁36は、コイル14か
ら径方向に隔てられている。コア16の運動は、第一ケー
ス端20及び第二ケース端22間で発生し、第一部分38は、
第一コイル端62及び中間点66の間で軸方向にコイル14を
横断し、第二部分40は、第二コイル端64と中間点66の間
で軸方向にコイル14を横断する。
二つの磁気素子18、19が、径方向に分極し、各々は、
第一磁極の第一極面18S、19Sと、第一磁極と反対側の第
二磁極の第二極面18N、19Nを有す。第一磁石素子18は、
その第一極面18Sが第一部分38に接し、その第二局面18N
が、コイル14と隔てられた関係にある第一部分38から径
方向に遠位にあり、第一部分38により支持されている。
同様に、第二磁気素子19は、第二部分40により支持され
る。第二磁気素子19の第一極面19Sは、コイル14から隔
てられた関係にある第二部分40から径方向に遠位にあ
り、その第二極面19Nは、第二部分40に接する。
第一磁極の第一極面18S、19Sと、第一磁極と反対側の第
二磁極の第二極面18N、19Nを有す。第一磁石素子18は、
その第一極面18Sが第一部分38に接し、その第二局面18N
が、コイル14と隔てられた関係にある第一部分38から径
方向に遠位にあり、第一部分38により支持されている。
同様に、第二磁気素子19は、第二部分40により支持され
る。第二磁気素子19の第一極面19Sは、コイル14から隔
てられた関係にある第二部分40から径方向に遠位にあ
り、その第二極面19Nは、第二部分40に接する。
磁束発生素子18、19により発達すなわち発生した磁束
は、第一部分38と第一部分38に対向する内壁24の軸方向
部分との径方向領域に押し込められ、第二部分40と第二
部分40に対向する内壁24の軸方向部分との径方向領域に
押し込められる。更に、第一磁気素子18は、第二磁気素
子19と逆極性なので、第一部38と内壁24との径間の磁束
は、第一の向きで、第二部分40と内壁40との径間の磁束
は、第二の反対方向の向きとなる。磁束は、最低の磁気
抵抗路を通過するので、軸方向の磁束は、第一部分38と
第二部分40との間のコア16中と、コア16が存在する軸部
分のケース12中を通る。同様な理由により、極面18N又
は19Sから径方向に出ていく磁束は、ケース12の室中に
於て軸方向に広がらない傾向がある。
は、第一部分38と第一部分38に対向する内壁24の軸方向
部分との径方向領域に押し込められ、第二部分40と第二
部分40に対向する内壁24の軸方向部分との径方向領域に
押し込められる。更に、第一磁気素子18は、第二磁気素
子19と逆極性なので、第一部38と内壁24との径間の磁束
は、第一の向きで、第二部分40と内壁40との径間の磁束
は、第二の反対方向の向きとなる。磁束は、最低の磁気
抵抗路を通過するので、軸方向の磁束は、第一部分38と
第二部分40との間のコア16中と、コア16が存在する軸部
分のケース12中を通る。同様な理由により、極面18N又
は19Sから径方向に出ていく磁束は、ケース12の室中に
於て軸方向に広がらない傾向がある。
第一のコイル端62と中間点66との間のコイルに流れる
電流の向きは、コイル端点64と中間点66とのコイルの間
に流れる電流の向きと反対となるように、コイルは構成
される。従って、極面18Nとコイル14の電流との間の第
一径方向に於ける磁束と電流のベクトル積と、極面19S
とコイル14の電流との第二径方向に於ける磁束と電流の
ベクトル積とは、加算的となる。
電流の向きは、コイル端点64と中間点66とのコイルの間
に流れる電流の向きと反対となるように、コイルは構成
される。従って、極面18Nとコイル14の電流との間の第
一径方向に於ける磁束と電流のベクトル積と、極面19S
とコイル14の電流との第二径方向に於ける磁束と電流の
ベクトル積とは、加算的となる。
図７がもっともよく示しているが、コイルの電流は、
以上述べたように、軸方向に沿って連続的に巻かれたコ
イルの中間点66に電流を印加することで、逆方向に流れ
る。第一コイル端62及び第二コイル端64は、電流源に対
する電流帰路を提供するように共通に接続される。この
実施例は、例示のためのみであって、径方向に向いた磁
束発生素子を用いた他のアクチュエータの構造も、本発
明の強磁性ワイヤ導体コイルを使用することが可能であ
る。
以上述べたように、軸方向に沿って連続的に巻かれたコ
イルの中間点66に電流を印加することで、逆方向に流れ
る。第一コイル端62及び第二コイル端64は、電流源に対
する電流帰路を提供するように共通に接続される。この
実施例は、例示のためのみであって、径方向に向いた磁
束発生素子を用いた他のアクチュエータの構造も、本発
明の強磁性ワイヤ導体コイルを使用することが可能であ
る。
強磁性ワイヤアクチュエータの効果の例として、本発
明のアクチュエータ10と銅又はアルミニウムを使用した
従来技術のアクチュエータで、両アクチュエータが110
ポンドの力の出力を与えるようにして、比較をする。11
0ポンドの力の出力用に設計された従来技術の強力アク
チュエータは、240アンペアの電流と12610ワットの電力
を必要とした。このアクチュエータは、更に、外径9.0c
m、磁気部分の長さ20.0cmの1.67kgの永久磁石を必要と
する。これに比較して、従来の強力アクチュエータと同
じ大きさを有し、銅のみに代えて、軟鉄導体を使用し
た、本発明によるアクチュエータは、120アンペアの電
流と、6210ワットの電力を必要とするだけである。更
に、必要な永久磁石の重量は、0.42kgに過ぎない。従っ
て、以上述べた数値でわかるように、本発明のアクチュ
エータは、電力及び電流消費という二つの改良点をもた
らし、更に永久磁石質量要件を加えると三つの改良点を
もたらす。
明のアクチュエータ10と銅又はアルミニウムを使用した
従来技術のアクチュエータで、両アクチュエータが110
ポンドの力の出力を与えるようにして、比較をする。11
0ポンドの力の出力用に設計された従来技術の強力アク
チュエータは、240アンペアの電流と12610ワットの電力
を必要とした。このアクチュエータは、更に、外径9.0c
m、磁気部分の長さ20.0cmの1.67kgの永久磁石を必要と
する。これに比較して、従来の強力アクチュエータと同
じ大きさを有し、銅のみに代えて、軟鉄導体を使用し
た、本発明によるアクチュエータは、120アンペアの電
流と、6210ワットの電力を必要とするだけである。更
に、必要な永久磁石の重量は、0.42kgに過ぎない。従っ
て、以上述べた数値でわかるように、本発明のアクチュ
エータは、電力及び電流消費という二つの改良点をもた
らし、更に永久磁石質量要件を加えると三つの改良点を
もたらす。
以上、本発明の原理による線形アクチュエータの好適
な実施例につき説明した。当業者は、本発明の概念を逸
脱せずに、以上述べた実施例の多数の変形例を構成可能
である。従って、本発明は、以下の請求の範囲によって
のみ定義される。
な実施例につき説明した。当業者は、本発明の概念を逸
脱せずに、以上述べた実施例の多数の変形例を構成可能
である。従って、本発明は、以下の請求の範囲によって
のみ定義される。
Claims (23)
- 【請求項１】強磁性ワイヤアクチュエータであって： ケース、前記ケースは、第一端と、第二端と、前記第一
端から前記第二端に延びる内壁とを有し、更に、中心軸
を定め； コアと、前記コアは、前記中心軸に同軸に、前記ケース
内に配置され、第一コア部と、第二コア部と、中央コア
部と、外壁部とを有し； 前記中心軸に対して同軸に固定される少なくとも一つの
磁束発生素子と； 少なくとも一つの電流導通コイルと、前記コイルは、前
記コアと前記ケースの中間に配置され、前記コイルは、
更に、強磁性材料から構成され、前記コアと同軸であ
り、従って前記コイルは、前記中心軸に対して直交する
向きに断面の長さを有し、前記中心軸に平行な向きにコ
イルの捲き線間の絶縁スペースの幅を有し、前記絶縁ス
ペースの幅の磁気抵抗は、絶縁スペースに接するコイル
の断面の長さの磁気抵抗より大きくなるように、前記長
さ及び前記幅が選択されることを特徴とする強磁性ワイ
ヤアクチュエータ。 - 【請求項２】前記コイルは、第一及び第二電流導通コイ
ルを含み、前記第一コイルは、前記コアの前記第一端部
に対向する位置に固定され、前記第二コイルは、前記コ
アの前記第二端部に対向する位置に固定されていること
を特徴とする請求の範囲第１項に記載の強磁性ワイヤア
クチュエータ。 - 【請求項３】前記磁束発生素子は、軸方向に向いている
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の強磁性ワイ
ヤアクチュエータ。 - 【請求項４】前記磁束発生素子は、径方向に向いている
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の強磁性ワイ
ヤアクチュエータ。 - 【請求項５】前記ケースは、強磁性材料より構成される
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の強磁性ワイ
ヤアクチュエータ。 - 【請求項６】非磁性材料から構成される第一端及び第二
端キャップを更に含み、前記第一端キャップは、前記ケ
ースの前記第一端に固定され、前記第二端キャップは、
前記ケースの前記第二端に固定され、前記端キャップの
各々は、中央穴を有すことをと特徴とする請求の範囲第
１項に記載の強磁性ワイヤアクチュエータ。 - 【請求項７】前記コイルは、前記ケースの内壁に固定さ
れていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の強
磁性ワイヤアクチュエータ。 - 【請求項８】前記コイルは、前記コアの外壁に固定され
ていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の強磁
性ワイヤアクチュエータ。 - 【請求項９】前記コイルは、端巻構造であることを特徴
とする請求の範囲第１項に記載の強磁性ワイヤアクチュ
エータ。 - 【請求項１０】前記コイルは、捲き線構造であることを
特徴とする請求の範囲第１項に記載の強磁性ワイヤアク
チュエータ。 - 【請求項１１】前記磁束発生素子は、前記コアの中央部
内に固定されていることを特徴とする請求の範囲第１項
に記載の強磁性ワイヤアクチュエータ。 - 【請求項１２】前記磁束発生素子は、前記ケース中に固
定された永久磁石リングであることを特徴とする請求の
範囲第１項に記載の強磁性ワイヤアクチュエータ。 - 【請求項１３】前記磁束発生素子は、前記コアの外壁に
固定されたフィールドコイルであることを特徴とする請
求の範囲第１項に記載の強磁性ワイヤアクチュエータ。 - 【請求項１４】前記磁束発生素子及び前記コア中央部
は、前記第一及び第二コア部の断面積より大きい断面積
を有すことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の強磁
性ワイヤアクチュエータ。 - 【請求項１５】電磁強磁性ワイヤアクチュエータであっ
て： ケースと、前記ケースは、強磁性材料から構成され、中
心軸を定め； コアと、前記コアは、前記中心軸と同軸に配置され、前
記ケース内に滑り可能に支持され、前記コアは、更に、
第一端部、第二端部、中央部及び外壁を含み； 前記中心軸と同軸に配置された少なくとも一つの磁束発
生素子と； 前記ケースと前記コアとの間に配置された第一及び第二
の電流導通コイルとを含み、前記第一コイルは、前記コ
アの前記第一端部に対向する位置で固定され、前記第二
コイルは、前記コアの前記第二端部に対向する位置で固
定され、前記コイルは、強磁性材料より構成され、前記
中心軸と同軸であり、従って、前記コイルは、断面積
と、中心軸に平行な方向にてコイルの捲き線間の絶縁ス
ペースの幅とを有し、前記断面積及び幅の値は、前記絶
縁スペースの幅の磁気抵抗が前記絶縁スペースに接する
コイルワイヤの断面積の磁気抵抗より大きくなるように
選択されることを特徴とする強磁性ワイヤアクチュエー
タ。 - 【請求項１６】前記コイルは、端巻構造であることを特
徴とする請求の範囲第15項に記載の強磁性ワイヤアクチ
ュエータ。 - 【請求項１７】前記コイルは、捲き線構造であることを
特徴とする請求の範囲第15項に記載の強磁性ワイヤアク
チュエータ。 - 【請求項１８】前記磁束発生素子は、軸方向に向いてい
ることを特徴とする請求の範囲第15項に記載の強磁性ワ
イヤアクチュエータ。 - 【請求項１９】前記磁束発生素子は、径方向に向いてい
ることを特徴とする請求の範囲第15項に記載の強磁性ワ
イヤアクチュエータ。 - 【請求項２０】前記磁束発生素子は、前記コアの中央部
内に固定されていることを特徴とする請求の範囲第15項
に記載の強磁性ワイヤアクチュエータ。 - 【請求項２１】前記磁束発生素子は、前記ケース中に固
定された永久磁石リングであることを特徴とする請求の
範囲第15項に記載の強磁性ワイヤアクチュエータ。 - 【請求項２２】前記磁束発生素子は、前記コアの外壁に
固定されたフィールドコイルであることを特徴とする請
求の範囲第15項に記載の強磁性ワイヤアクチュエータ。 - 【請求項２３】前記磁束発生素子及び前記コア中央部
は、前記第一及び第二コア部の断面積より大きい断面積
を有すことを特徴とする請求の範囲第20項に記載の強磁
性ワイヤアクチュエータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/976,699 US5309050A (en) | 1988-08-31 | 1992-11-16 | Ferromagnetic wire electromagnetic actuator |
| US976,699 | 1992-11-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07503359A JPH07503359A (ja) | 1995-04-06 |
| JP2644089B2 true JP2644089B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=25524367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6512103A Ceased JP2644089B2 (ja) | 1992-11-16 | 1993-10-25 | 強磁性ワイヤ電磁アクチュエータ |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5309050A (ja) |
| EP (1) | EP0626109B1 (ja) |
| JP (1) | JP2644089B2 (ja) |
| AT (1) | ATE142824T1 (ja) |
| AU (1) | AU662669B2 (ja) |
| CA (1) | CA2127989C (ja) |
| DE (1) | DE69304680T2 (ja) |
| WO (1) | WO1994011942A1 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5315190A (en) * | 1992-12-22 | 1994-05-24 | Stirling Technology Company | Linear electrodynamic machine and method of using same |
| US5582156A (en) * | 1993-01-25 | 1996-12-10 | Brqt Corporation | Two-cycle internal combustion engine with reduced unburned hydrocarbons in the exhaust gas and adjustable spark gap electrodes |
| JP3341696B2 (ja) * | 1998-02-16 | 2002-11-05 | 株式会社村田製作所 | リニアアクチュエータ |
| IT1303154B1 (it) * | 1998-07-17 | 2000-10-30 | Lgl Electronics Spa | Dispositivo perfezionato di frenatura modulata del filato di trama permacchine tessili. |
| JP3492288B2 (ja) | 2000-06-16 | 2004-02-03 | キヤノン株式会社 | 電磁アクチュエータ、該電磁アクチュエータの作製方法、該電磁アクチュエータを用いた光偏向器 |
| AU2002232422A1 (en) | 2000-11-16 | 2002-05-27 | Shurflo Pump Manufacturing Company, Inc. | Pump and diaphragm for use therein |
| ITAR20020027A1 (it) * | 2002-07-23 | 2004-01-23 | Dr Gianfranco Natali | Attuatore elettromeccanico per la regolazione del turbocompressore dei motori a combustione interna. |
| US6926288B2 (en) * | 2003-06-02 | 2005-08-09 | Bose Corporation | Electromagnetic interference filter |
| US7259832B2 (en) * | 2003-09-26 | 2007-08-21 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method |
| DE102011013263B4 (de) | 2011-03-07 | 2018-02-15 | Krohne Ag | Coriolis-Massedurchflussmessgerät |
| CN204067247U (zh) * | 2014-06-26 | 2014-12-31 | 德昌电机(深圳)有限公司 | 起动器及其电磁开关 |
| US20160356269A1 (en) * | 2015-06-07 | 2016-12-08 | Dresser, Inc. | Pumping device with direct drive |
| DE102017114246A1 (de) * | 2017-07-03 | 2019-01-03 | Kolektor Group D.O.O. | Stellvorrichtung |
Family Cites Families (12)
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