JP3296890B2 - 有極リニヤアクチュエータ - Google Patents
有極リニヤアクチュエータInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、可動磁極が直線運動を
するリニヤアクチュエータに係り、特に高能率、高速応
答、大きい機械出力等を要求される機器に適した有極リ
ニヤアクチュエータに関する。
するリニヤアクチュエータに係り、特に高能率、高速応
答、大きい機械出力等を要求される機器に適した有極リ
ニヤアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】図７に示すように、相対する吸引磁極１
００と吸引磁極１０２との間に直線運動可能に設けられ
た可動磁極１０４に、可動磁極１０４の運動方向（矢印
Ａ方向及び矢印Ａ方向とは反対方向）と交差するように
永久磁石１０６の磁束１０６Ａと電磁石１０８の磁束１
０８Ａとが重畳して加えられるように構成された有極リ
ニヤアクチュエータ１１０がある。
００と吸引磁極１０２との間に直線運動可能に設けられ
た可動磁極１０４に、可動磁極１０４の運動方向（矢印
Ａ方向及び矢印Ａ方向とは反対方向）と交差するように
永久磁石１０６の磁束１０６Ａと電磁石１０８の磁束１
０８Ａとが重畳して加えられるように構成された有極リ
ニヤアクチュエータ１１０がある。
【０００３】従来は可動磁極１０４として運動方向の断
面積が一定のものが用いられていた。或いは、相対する
２つの吸引磁極１００と吸引磁極１０２との間に吸引さ
れて入って行く可動磁極１０４は一つだけであった。
面積が一定のものが用いられていた。或いは、相対する
２つの吸引磁極１００と吸引磁極１０２との間に吸引さ
れて入って行く可動磁極１０４は一つだけであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の有極
リニヤアクチュエータ１１０では、可動磁極１０４に吸
引力に直接役立たない部分が相当含まれていた。それら
の部分は、無用に可動磁極１０４の質量を増やし、能率
を下げ、また応答を悪くしていた。
リニヤアクチュエータ１１０では、可動磁極１０４に吸
引力に直接役立たない部分が相当含まれていた。それら
の部分は、無用に可動磁極１０４の質量を増やし、能率
を下げ、また応答を悪くしていた。
【０００５】また、吸引磁極１００と吸引磁極１０２と
の間には一つだけの可動磁極１００しか置かれていない
ため、大きい機械出力を要する目的には適していなかっ
た。
の間には一つだけの可動磁極１００しか置かれていない
ため、大きい機械出力を要する目的には適していなかっ
た。
【０００６】本発明は上記事実を考慮し、高能率、高速
応答であり、さらに大きい機械出力が得られる有極リニ
ヤアクチュエータを提供することが目的である。
応答であり、さらに大きい機械出力が得られる有極リニ
ヤアクチュエータを提供することが目的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の有極リ
ニヤアクチュエータは、各々相対する磁極を生成するた
めの一組の磁性体が２組対峙して配設された吸引手段
と、前記相対する磁極間の各々に一部が挿入されかつ直
線的に移動可能に保持された可動磁極と、前記各磁性体
における磁極と前記可動磁極との間の間隙に磁束を通過
させる永久磁石と、前記吸引手段の一方の組の磁性体に
おける磁極間では前記磁束と加算される方向に通過する
磁束を形成しかつ他方の組の磁性体における磁極間では
前記磁束と減算される方向に通過する磁束を形成する励
磁コイルと、を備え、前記可動磁極を、一方の磁極間に
挿入される第１の可動鉄心と、他方の磁極間に挿入され
る第２の可動鉄心と、前記第１の可動鉄心と第２の可動
鉄心とを互いに連結する低質量の連結部材と、で構成し
たことを特徴としている。
ニヤアクチュエータは、各々相対する磁極を生成するた
めの一組の磁性体が２組対峙して配設された吸引手段
と、前記相対する磁極間の各々に一部が挿入されかつ直
線的に移動可能に保持された可動磁極と、前記各磁性体
における磁極と前記可動磁極との間の間隙に磁束を通過
させる永久磁石と、前記吸引手段の一方の組の磁性体に
おける磁極間では前記磁束と加算される方向に通過する
磁束を形成しかつ他方の組の磁性体における磁極間では
前記磁束と減算される方向に通過する磁束を形成する励
磁コイルと、を備え、前記可動磁極を、一方の磁極間に
挿入される第１の可動鉄心と、他方の磁極間に挿入され
る第２の可動鉄心と、前記第１の可動鉄心と第２の可動
鉄心とを互いに連結する低質量の連結部材と、で構成し
たことを特徴としている。
【０００８】請求項２に記載の有極リニヤアクチュエー
タは、各々相対する磁極を生成するための一組の磁性体
が２組対峙して配設された吸引手段と、前記相対する磁
極間の各々に一部が挿入されかつ直線的に移動可能に保
持された可動磁極と、前記各磁性体における磁極と前記
可動磁極との間の間隙に磁束を通過させる永久磁石と、
前記吸引手段の一方の組の磁性体における磁極間では前
記磁束と加算される方向に通過する磁束を形成しかつ他
方の組の磁性体における磁極間では前記磁束と減算され
る方向に通過する磁束を形成する励磁コイルと、を備
え、前記可動磁極を、前記磁性体の一方と他方とを結ぶ
方向とは交差する方向に並んで配設される複数個の可動
鉄心で構成したことを特徴としている。
タは、各々相対する磁極を生成するための一組の磁性体
が２組対峙して配設された吸引手段と、前記相対する磁
極間の各々に一部が挿入されかつ直線的に移動可能に保
持された可動磁極と、前記各磁性体における磁極と前記
可動磁極との間の間隙に磁束を通過させる永久磁石と、
前記吸引手段の一方の組の磁性体における磁極間では前
記磁束と加算される方向に通過する磁束を形成しかつ他
方の組の磁性体における磁極間では前記磁束と減算され
る方向に通過する磁束を形成する励磁コイルと、を備
え、前記可動磁極を、前記磁性体の一方と他方とを結ぶ
方向とは交差する方向に並んで配設される複数個の可動
鉄心で構成したことを特徴としている。
【０００９】請求項３に記載の有極リニヤアクチュエー
タは、各々相対する磁極を生成するための一組の磁性体
が２組対峙して配設された吸引手段と、前記相対する磁
極間の各々に一部が挿入された可動磁極と、前記各磁性
体における磁極と前記可動磁極との間の間隙に磁束を通
過させる永久磁石と、前記吸引手段の一方の組の磁性体
における磁極間では前記磁束と加算される方向に通過す
る磁束を形成しかつ他方の組の磁性体における磁極間で
は前記磁束と減算される方向に通過する磁束を形成する
励磁コイルと、を備え、前記可動磁極が中空状とされ、
かつ中空部分を貫通する支持軸に沿って直線的に移動自
在とされていることを特徴としている。
タは、各々相対する磁極を生成するための一組の磁性体
が２組対峙して配設された吸引手段と、前記相対する磁
極間の各々に一部が挿入された可動磁極と、前記各磁性
体における磁極と前記可動磁極との間の間隙に磁束を通
過させる永久磁石と、前記吸引手段の一方の組の磁性体
における磁極間では前記磁束と加算される方向に通過す
る磁束を形成しかつ他方の組の磁性体における磁極間で
は前記磁束と減算される方向に通過する磁束を形成する
励磁コイルと、を備え、前記可動磁極が中空状とされ、
かつ中空部分を貫通する支持軸に沿って直線的に移動自
在とされていることを特徴としている。
【００１０】また、請求項４に記載の有極リニヤアクチ
ュエータは、各々相対する磁極を生成するための一組の
磁性体が２組対峙して配設された吸引手段と、前記相対
する磁極間の各々に一部が挿入されかつ直線的に移動可
能に保持された可動磁極と、前記各磁性体における磁極
と前記可動磁極との間の間隙に磁束を通過させる永久磁
石と、前記吸引手段の一方の組の磁性体における磁極間
では前記磁束と加算される方向に通過する磁束を形成し
かつ他方の組の磁性体における磁極間では前記磁束と減
算される方向に通過する磁束を形成する励磁コイルと、
を備え、前記可動磁極を前記磁性体の一方と他方とを結
ぶ方向に並設された可動鉄心で形成すると共に前記可動
鉄心の間に固定磁極を配置したことを特徴としている。
ュエータは、各々相対する磁極を生成するための一組の
磁性体が２組対峙して配設された吸引手段と、前記相対
する磁極間の各々に一部が挿入されかつ直線的に移動可
能に保持された可動磁極と、前記各磁性体における磁極
と前記可動磁極との間の間隙に磁束を通過させる永久磁
石と、前記吸引手段の一方の組の磁性体における磁極間
では前記磁束と加算される方向に通過する磁束を形成し
かつ他方の組の磁性体における磁極間では前記磁束と減
算される方向に通過する磁束を形成する励磁コイルと、
を備え、前記可動磁極を前記磁性体の一方と他方とを結
ぶ方向に並設された可動鉄心で形成すると共に前記可動
鉄心の間に固定磁極を配置したことを特徴としている。
【００１１】
【作用】請求項１に記載の有極リニヤアクチュエータで
は、各々相対する二つの磁極を生成するための一組の磁
性体が二組対峙して配置されて吸引手段を構成してい
る。この吸引手段の相対する二つの磁極の間には直線的
に移動可能に保持された可動磁極の一部が挿入されてい
る。この吸引手段の各磁性体における磁極と可動磁極と
の間の間隙（以下ギャップと言う）を略一様にすること
によって、有極リニヤアクチュエーターは一様の吸引力
を発揮することができる。また、可動磁極を吸引方向に
対して略同じ断面に形成し、吸引磁極の端面を平面的か
つ可動磁極に平行にすれば、可動磁極が吸引磁極に引き
込まれる時に、その全ストロークにおいてギャップが略
一様になり、一様の吸引力を発揮できる。ギャップに
は、永久磁石による磁束が通されており、これに励磁コ
イルによる磁束が重畳される。本有極リニヤアクチュエ
ータは、これら永久磁石及び励磁コイルの磁束によって
磁気回路を構成しており、吸引手段の一方の組の磁性体
における磁極間では、永久磁石による磁束と励磁コイル
による磁束とが加算されるように、他方の組の磁性体に
おける磁極間では永久磁石による磁束と励磁コイルによ
る磁束が減算されるように磁気回路を構成する。この磁
気回路において励磁コイルの磁束の通る磁路中に永久磁
石が含まれないようにする。これによって、励磁コイル
の回路のパーミアンスを小さくすることができ、小電力
で励磁コイルによる磁束を大きくすることができ、小さ
な電力で大きな吸引力が得られる。
は、各々相対する二つの磁極を生成するための一組の磁
性体が二組対峙して配置されて吸引手段を構成してい
る。この吸引手段の相対する二つの磁極の間には直線的
に移動可能に保持された可動磁極の一部が挿入されてい
る。この吸引手段の各磁性体における磁極と可動磁極と
の間の間隙（以下ギャップと言う）を略一様にすること
によって、有極リニヤアクチュエーターは一様の吸引力
を発揮することができる。また、可動磁極を吸引方向に
対して略同じ断面に形成し、吸引磁極の端面を平面的か
つ可動磁極に平行にすれば、可動磁極が吸引磁極に引き
込まれる時に、その全ストロークにおいてギャップが略
一様になり、一様の吸引力を発揮できる。ギャップに
は、永久磁石による磁束が通されており、これに励磁コ
イルによる磁束が重畳される。本有極リニヤアクチュエ
ータは、これら永久磁石及び励磁コイルの磁束によって
磁気回路を構成しており、吸引手段の一方の組の磁性体
における磁極間では、永久磁石による磁束と励磁コイル
による磁束とが加算されるように、他方の組の磁性体に
おける磁極間では永久磁石による磁束と励磁コイルによ
る磁束が減算されるように磁気回路を構成する。この磁
気回路において励磁コイルの磁束の通る磁路中に永久磁
石が含まれないようにする。これによって、励磁コイル
の回路のパーミアンスを小さくすることができ、小電力
で励磁コイルによる磁束を大きくすることができ、小さ
な電力で大きな吸引力が得られる。
【００１２】上記磁極と可動磁極との間の境界面（ギャ
ップの方向に沿う面）と直角に磁束が通っている場合に
おける磁束と直角の方向に可動磁極が引き込まれる力
（吸引力Ｆ）は、以下の式（１）に示すように、ギャッ
プδ、可動磁極の移動方向と直角な長さｂ、及び磁束密
度Ｂに関係がある。
ップの方向に沿う面）と直角に磁束が通っている場合に
おける磁束と直角の方向に可動磁極が引き込まれる力
（吸引力Ｆ）は、以下の式（１）に示すように、ギャッ
プδ、可動磁極の移動方向と直角な長さｂ、及び磁束密
度Ｂに関係がある。
【００１３】 Ｆ ∝ （Ｂ2 ・δ・ｂ）／（２・μ）−−− （１） 吸引手段の磁性体の励磁が励磁コイルだけで行われてい
るとすると、有極アクチュエータの定格が決まれば磁束
密度Ｂは励磁アンペアターンに比例して決定される。即
ち、磁束密度Ｂは励磁電力の２乗に比例する。例えば、
１Ｗの励磁電力で得られる磁束密度を０．５テスラとす
れば１．５テスラを得るためには９Ｗを必要とする。こ
こで、永久磁石による磁束が通っているギャップに励磁
コイルによる磁束が重畳された場合、永久磁石による磁
束密度をＢ0 、励磁コイルによる磁束密度をＢ1 とする
と吸引力は（Ｂ0 ±Ｂ1 ）2 で決定される。即ち永久磁
石の磁束密度Ｂ0 の設定によってＢ0 分だけ励磁コイル
の電力を節約できる。例えば、磁束密度Ｂ0 を１テスラ
とすると、０．５テスラ分の磁束を作れるだけの電力、
即ち１Ｗの電力で１．５テスラの磁束を得ることができ
る。つまり１Ｗの電力で９Ｗの吸引力を得る事ができ
る。このとき、無電力の時でも１テスラ分の吸引力Ｆは
残るが、この解決方法は後述する。
るとすると、有極アクチュエータの定格が決まれば磁束
密度Ｂは励磁アンペアターンに比例して決定される。即
ち、磁束密度Ｂは励磁電力の２乗に比例する。例えば、
１Ｗの励磁電力で得られる磁束密度を０．５テスラとす
れば１．５テスラを得るためには９Ｗを必要とする。こ
こで、永久磁石による磁束が通っているギャップに励磁
コイルによる磁束が重畳された場合、永久磁石による磁
束密度をＢ0 、励磁コイルによる磁束密度をＢ1 とする
と吸引力は（Ｂ0 ±Ｂ1 ）2 で決定される。即ち永久磁
石の磁束密度Ｂ0 の設定によってＢ0 分だけ励磁コイル
の電力を節約できる。例えば、磁束密度Ｂ0 を１テスラ
とすると、０．５テスラ分の磁束を作れるだけの電力、
即ち１Ｗの電力で１．５テスラの磁束を得ることができ
る。つまり１Ｗの電力で９Ｗの吸引力を得る事ができ
る。このとき、無電力の時でも１テスラ分の吸引力Ｆは
残るが、この解決方法は後述する。
【００１４】従って、永久磁石の磁束の回路と励磁コイ
ルの磁束の回路が互いにギャップの所で重なり合い、他
の所では重ならず、励磁コイルの回路中に磁気抵抗の高
い永久磁石が入らない構造にすれば、励磁コイルによる
磁束が効率良くギャップの所を通り、有極にすることに
よって少ない電力で大きい吸引力を得ることができる。
ルの磁束の回路が互いにギャップの所で重なり合い、他
の所では重ならず、励磁コイルの回路中に磁気抵抗の高
い永久磁石が入らない構造にすれば、励磁コイルによる
磁束が効率良くギャップの所を通り、有極にすることに
よって少ない電力で大きい吸引力を得ることができる。
【００１５】本発明では二つの磁性体を対峙して形成
し、その各々の磁性体が有する相対する磁極間の吸引力
の差が外部に動作力となる構造としている。両方の磁性
体の永久磁石による磁束密度は原則としてストロークの
何処でも同じようになるように構成されるので、永久磁
石による吸引力は両方の磁性体でバランスしており、外
部に吸引力は発生しない。即ち、可動磁極は全ストロー
クの何処でも力を受けない。
し、その各々の磁性体が有する相対する磁極間の吸引力
の差が外部に動作力となる構造としている。両方の磁性
体の永久磁石による磁束密度は原則としてストロークの
何処でも同じようになるように構成されるので、永久磁
石による吸引力は両方の磁性体でバランスしており、外
部に吸引力は発生しない。即ち、可動磁極は全ストロー
クの何処でも力を受けない。
【００１６】また、励磁コイルによる磁束は一方の磁性
体では永久磁石の磁束と加算され、他方では減算される
構造としているので、一方側（例えば右方側）の磁性体
における励磁コイルによる磁束密度を磁束密度Ｂ1 、他
方側（例えば左方側）の磁性体における励磁コイルによ
る磁束密度を磁束密度Ｂ2 とすると、励磁コイルが動作
した時の吸引力Ｆは、以下の式（２）で表すことができ
る。
体では永久磁石の磁束と加算され、他方では減算される
構造としているので、一方側（例えば右方側）の磁性体
における励磁コイルによる磁束密度を磁束密度Ｂ1 、他
方側（例えば左方側）の磁性体における励磁コイルによ
る磁束密度を磁束密度Ｂ2 とすると、励磁コイルが動作
した時の吸引力Ｆは、以下の式（２）で表すことができ
る。
【００１７】 Ｆ∝（Ｂ0 ＋Ｂ1 ）2 −（Ｂ0 −Ｂ2 ）2 ・・・（２） この式（１）は、以下の式（２）のように変換される。
【００１８】 Ｆ∝２・Ｂ0 ・（Ｂ1 ＋Ｂ2 ）＋（Ｂ1 2−Ｂ2 2） ・・・（３） このとき、各磁束密度にＢ0 ≫Ｂ1 、Ｂ0 ≫Ｂ2 の関係
がある場合、即ち永久磁石の磁束密度に比べて励磁コイ
ルによる磁束密度が十分小さいときは式（２）の第２項
は無視されて第１項で吸引力が決まる。この場合は励磁
コイルだけの場合よりずっと大きい吸引力を得ることが
できる。またこの場合の吸引力は励磁コイルの磁束に対
して一次比例となる。そして全ストロークに亙ってほぼ
同じ吸引力になる。励磁コイルの磁束が大きい場合は式
（２）の第二項は無視できずそのため吸引力は、ストロ
ークにしたがって変化し、通常引始めで強く、また引終
わりで弱くなるが、従来のソレノイドのような大きな変
化はない。更にこれに対しては、鉄心の移動に伴って鉄
心と磁性体における磁極とのギャップが変化するように
磁性体の形状を考えることによってより変化を少なくで
きる。Ｂ0 を大きくすると、同じ電力で従来のソレノイ
ドより大きな力を発揮できる。
がある場合、即ち永久磁石の磁束密度に比べて励磁コイ
ルによる磁束密度が十分小さいときは式（２）の第２項
は無視されて第１項で吸引力が決まる。この場合は励磁
コイルだけの場合よりずっと大きい吸引力を得ることが
できる。またこの場合の吸引力は励磁コイルの磁束に対
して一次比例となる。そして全ストロークに亙ってほぼ
同じ吸引力になる。励磁コイルの磁束が大きい場合は式
（２）の第二項は無視できずそのため吸引力は、ストロ
ークにしたがって変化し、通常引始めで強く、また引終
わりで弱くなるが、従来のソレノイドのような大きな変
化はない。更にこれに対しては、鉄心の移動に伴って鉄
心と磁性体における磁極とのギャップが変化するように
磁性体の形状を考えることによってより変化を少なくで
きる。Ｂ0 を大きくすると、同じ電力で従来のソレノイ
ドより大きな力を発揮できる。
【００１９】従来、Ｂ0 ≫Ｂ1 でこの原理を使って高能
率を得ているものには、マグネチックスピーカー等があ
る。本発明はこの原理を利用して上記構造で、直線運動
をする有極アクチュエーターを形成し、全ストロークに
亙ってほぼ一様な吸引力と高能率を得ている。
率を得ているものには、マグネチックスピーカー等があ
る。本発明はこの原理を利用して上記構造で、直線運動
をする有極アクチュエーターを形成し、全ストロークに
亙ってほぼ一様な吸引力と高能率を得ている。
【００２０】さらに、本発明の有極リニヤアクチュエー
ターでは、一方の磁極間と他方の磁極間との中間部には
磁束が通らないため、可動磁極の中間部には、磁束の通
らない部分がある。本発明では、第１の可動鉄心と第２
の可動鉄心との間の磁束の通らない部分が低質量の連結
部材で形成されているため、可動部の出力対質量の比を
改善し、能率と応答を向上させることができる。
ターでは、一方の磁極間と他方の磁極間との中間部には
磁束が通らないため、可動磁極の中間部には、磁束の通
らない部分がある。本発明では、第１の可動鉄心と第２
の可動鉄心との間の磁束の通らない部分が低質量の連結
部材で形成されているため、可動部の出力対質量の比を
改善し、能率と応答を向上させることができる。
【００２１】請求項２に記載の有極リニヤアクチュエー
タによれば、磁力を増加させることなく出力を上げるこ
とが可能となる。
タによれば、磁力を増加させることなく出力を上げるこ
とが可能となる。
【００２２】その理由は、可動鉄心を駆動するに必要な
磁力は、可動鉄心の表面積によって定まる磁束の量によ
って決まり、可動鉄心が表面積は可動鉄心が丸棒である
場合にはその半径に比例する。一方、可動鉄心の質量
は、その半径の２乗に比例するからである。
磁力は、可動鉄心の表面積によって定まる磁束の量によ
って決まり、可動鉄心が表面積は可動鉄心が丸棒である
場合にはその半径に比例する。一方、可動鉄心の質量
は、その半径の２乗に比例するからである。
【００２３】請求項３に記載の有極リニヤアクチュエー
タによれば、表面積を同じとした場合、中実の可動磁極
に比較して、軸直交断面の断面積が小さくなる。即ち、
可動部の出力対質量の比を改善し、能率と応答を向上さ
せることができる。
タによれば、表面積を同じとした場合、中実の可動磁極
に比較して、軸直交断面の断面積が小さくなる。即ち、
可動部の出力対質量の比を改善し、能率と応答を向上さ
せることができる。
【００２４】また、請求項４に記載の有極リニヤアクチ
ュエータによれば、出力を上げることが可能となる。可
動鉄心１個当たりの出力は、飽和磁束密度によって制限
される。請求項４に記載の有極リニヤアクチュエータで
は、可動鉄心と固定鉄心とを磁性体の一方と他方とを結
ぶ方向、即ち、磁束の通る方向に交互に配置したので、
各可動鉄心の出力の合計して大きな出力を得ることがで
きる。
ュエータによれば、出力を上げることが可能となる。可
動鉄心１個当たりの出力は、飽和磁束密度によって制限
される。請求項４に記載の有極リニヤアクチュエータで
は、可動鉄心と固定鉄心とを磁性体の一方と他方とを結
ぶ方向、即ち、磁束の通る方向に交互に配置したので、
各可動鉄心の出力の合計して大きな出力を得ることがで
きる。
【００２５】
【実施例】〔第１実施例〕図１及び図２を参照し、本発
明の第１実施例の有極リニヤアクチュエーターＡｃを説
明する。第１実施例の有極リニヤアクチュエーターＡｃ
は、図１及び図２に示したように、内部が中空の四角柱
形状の外部継鉄８を備えており、外部継鉄８の中央部に
は軸線に沿って非磁性体から成る円筒状のパイプ２０が
配設されている。
明の第１実施例の有極リニヤアクチュエーターＡｃを説
明する。第１実施例の有極リニヤアクチュエーターＡｃ
は、図１及び図２に示したように、内部が中空の四角柱
形状の外部継鉄８を備えており、外部継鉄８の中央部に
は軸線に沿って非磁性体から成る円筒状のパイプ２０が
配設されている。
【００２６】パイプ２０の内部には、互いに連結された
２個の可動鉄心３が軸線方向（図１矢印Ａ方向及び矢印
Ａ方向とは反対方向）に移動可能に配設されている。可
動鉄心３は丸棒状とされ、連結部材としての細径の連結
棒１１によって連結されている。可動鉄心３の軸方向外
端には、それぞれ出力を取り出すための支持軸６が固着
されている。なお、支持軸６及び連結棒１１は、負荷に
耐えるだけの剛性を有していればよく、材質は金属に限
らず、プラスチック等であってもよい。
２個の可動鉄心３が軸線方向（図１矢印Ａ方向及び矢印
Ａ方向とは反対方向）に移動可能に配設されている。可
動鉄心３は丸棒状とされ、連結部材としての細径の連結
棒１１によって連結されている。可動鉄心３の軸方向外
端には、それぞれ出力を取り出すための支持軸６が固着
されている。なお、支持軸６及び連結棒１１は、負荷に
耐えるだけの剛性を有していればよく、材質は金属に限
らず、プラスチック等であってもよい。
【００２７】外部継鉄８の内面上部及び内面下部には厚
み方向に着磁された板状の永久磁石１U ，１D が取り付
けられている。この永久磁石１U ，１D には、吸引部材
２U，２D が取り付けられている。吸引部材２U は、磁
束を通す継鉄５U の両端に磁気抵抗の小さい磁性体
９UR，９ULが取り付けられて断面コ字状の形状をしてお
り、各磁性体９UR，９ULには励磁用のコイル４UR，４UL
が各々巻き付けられている。この磁性体９UR，９ULの可
動鉄心側の端部は、この磁性体を通過する磁束によって
磁極１８UR，１８ULとなる。
み方向に着磁された板状の永久磁石１U ，１D が取り付
けられている。この永久磁石１U ，１D には、吸引部材
２U，２D が取り付けられている。吸引部材２U は、磁
束を通す継鉄５U の両端に磁気抵抗の小さい磁性体
９UR，９ULが取り付けられて断面コ字状の形状をしてお
り、各磁性体９UR，９ULには励磁用のコイル４UR，４UL
が各々巻き付けられている。この磁性体９UR，９ULの可
動鉄心側の端部は、この磁性体を通過する磁束によって
磁極１８UR，１８ULとなる。
【００２８】同様に、吸引部材２D は、継鉄５D の両端
に磁性体９DR，９DLが取り付けられた断面コ字形状で、
各磁性体９DR，９DLには励磁用のコイル４DR，４DLが各
々巻き付けられている。また、磁性体９DR，９DLの可動
鉄心側の端部は、この磁性体を通過する磁束によって磁
極１８DR，１８DLとなる。これら、吸引部材２U ，２ D
の磁性体９UR，９DR及び磁性体９UL，９DLの組合せによ
って吸引手段を構成している。
に磁性体９DR，９DLが取り付けられた断面コ字形状で、
各磁性体９DR，９DLには励磁用のコイル４DR，４DLが各
々巻き付けられている。また、磁性体９DR，９DLの可動
鉄心側の端部は、この磁性体を通過する磁束によって磁
極１８DR，１８DLとなる。これら、吸引部材２U ，２ D
の磁性体９UR，９DR及び磁性体９UL，９DLの組合せによ
って吸引手段を構成している。
【００２９】なお、前記パイプ２０は、磁性体９UR，９
UL，９DR，９DLの端部に接着剤等によって固着されてい
る。また、パイプ２０の内周面と可動鉄心３の外周面と
の何れか一方または両方に、低摩擦で、且つ耐摩耗性を
有するコーティングを施しても良い。
UL，９DR，９DLの端部に接着剤等によって固着されてい
る。また、パイプ２０の内周面と可動鉄心３の外周面と
の何れか一方または両方に、低摩擦で、且つ耐摩耗性を
有するコーティングを施しても良い。
【００３０】次に、第１実施例の有極リニヤアクチュエ
ーターＡｃの作動について内部を通る磁束を参照し説明
する。永久磁石１U ，１D による、その磁束は実線矢印
１２のように流れている（図１参照）。即ち、二つの吸
引部材２U ，２D の上下の磁極１８UR、１８DR及び磁極
１８UL、１８DLの間に流れる磁束は同じ方向である。こ
の場合、磁極１８UR、１８UL、はＮ極であり、磁極１８
DR、１８DLはＳ極である。
ーターＡｃの作動について内部を通る磁束を参照し説明
する。永久磁石１U ，１D による、その磁束は実線矢印
１２のように流れている（図１参照）。即ち、二つの吸
引部材２U ，２D の上下の磁極１８UR、１８DR及び磁極
１８UL、１８DLの間に流れる磁束は同じ方向である。こ
の場合、磁極１８UR、１８UL、はＮ極であり、磁極１８
DR、１８DLはＳ極である。
【００３１】４個の励磁コイル４UR、４UL、４DR、４DL
について、励磁コイル４UR、４DRに同じ方向の電流を通
電し、それと反対の向きの電流を励磁コイル４UL、４DL
に通電することによって励磁されて生じる磁束は、点線
矢印１４の方向になる。このとき、永久磁石の磁束及び
励磁コイルの磁束は、上部吸引部材２U と可動鉄心３と
下部吸引部材２D の間のギャップ１６UR、１６UL、１６
DR、１６DLを通るが、左方の吸引部材２U ，２D 間（磁
極１８UL，１８DLの間）のギャップ１６UL、１６DLでは
この二つの磁束は加算され、右方の吸引部材２U ，２D
間（磁極１８UR，１８DRの間）のギャップ１６UR、１６
DRでは減算される方向に流れる。
について、励磁コイル４UR、４DRに同じ方向の電流を通
電し、それと反対の向きの電流を励磁コイル４UL、４DL
に通電することによって励磁されて生じる磁束は、点線
矢印１４の方向になる。このとき、永久磁石の磁束及び
励磁コイルの磁束は、上部吸引部材２U と可動鉄心３と
下部吸引部材２D の間のギャップ１６UR、１６UL、１６
DR、１６DLを通るが、左方の吸引部材２U ，２D 間（磁
極１８UL，１８DLの間）のギャップ１６UL、１６DLでは
この二つの磁束は加算され、右方の吸引部材２U ，２D
間（磁極１８UR，１８DRの間）のギャップ１６UR、１６
DRでは減算される方向に流れる。
【００３２】従って、可動鉄心３と吸引部材２U ，２D
との間の左右のギャップで、左のギャップ１６UL、１６
DLの磁束密度は右のギャップ１６UR、１６DRの磁束密度
より大となり、可動鉄心３は左方向（図１矢印Ａ方向と
は反対方向）に吸引される。
との間の左右のギャップで、左のギャップ１６UL、１６
DLの磁束密度は右のギャップ１６UR、１６DRの磁束密度
より大となり、可動鉄心３は左方向（図１矢印Ａ方向と
は反対方向）に吸引される。
【００３３】励磁コイルの電流の方向を上述の場合と逆
方向に流せば、ギャップの磁束密度は左右が逆転して可
動鉄心３は右方向（図１矢印Ａ方向）に移動する。可動
鉄心３が受ける力は作用の所で述べたように、永久磁石
による磁束密度Ｂと、励磁コイル（電磁石）による起磁
力による磁束と、可動鉄心３の移動方向と直角方向の
幅、との函数になる。
方向に流せば、ギャップの磁束密度は左右が逆転して可
動鉄心３は右方向（図１矢印Ａ方向）に移動する。可動
鉄心３が受ける力は作用の所で述べたように、永久磁石
による磁束密度Ｂと、励磁コイル（電磁石）による起磁
力による磁束と、可動鉄心３の移動方向と直角方向の
幅、との函数になる。
【００３４】ここで、励磁コイル４UR、４UL、４DR、４
DLによる磁束は、磁気抵抗の大きい永久磁石１U ，１D
を通過せずに吸引部材２U ，２D 、即ち、磁気抵抗の小
さい磁性体９UR、９UL、９DR、９DL、継鉄５U ，５D と
可動鉄心３を通るので、容易に磁気回路を形成でき、少
ない電力で所望の磁束を得ることができる。
DLによる磁束は、磁気抵抗の大きい永久磁石１U ，１D
を通過せずに吸引部材２U ，２D 、即ち、磁気抵抗の小
さい磁性体９UR、９UL、９DR、９DL、継鉄５U ，５D と
可動鉄心３を通るので、容易に磁気回路を形成でき、少
ない電力で所望の磁束を得ることができる。
【００３５】本実施例の有極リニヤアクチュエーターＡ
ｃでは、可動鉄心３と可動鉄心３との中間部の磁束の通
らない部分が細径の連結棒１１となっているため、可動
部分の質量が軽くなり、吸引力に対する質量の割合を小
さくして応答性を早めることができる。なお、可動鉄心
３と可動鉄心３とは、プラスチック等の低質量の部材で
連結してもよい。
ｃでは、可動鉄心３と可動鉄心３との中間部の磁束の通
らない部分が細径の連結棒１１となっているため、可動
部分の質量が軽くなり、吸引力に対する質量の割合を小
さくして応答性を早めることができる。なお、可動鉄心
３と可動鉄心３とは、プラスチック等の低質量の部材で
連結してもよい。
【００３６】〔第２実施例〕次に、図３を参照して本発
明の第２実施例を説明する。なお、第１実施例と同一構
成に関しては同一符号を付し、その説明は省略する。
明の第２実施例を説明する。なお、第１実施例と同一構
成に関しては同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３７】本実施例の有極リニヤアクチュエーターＡ
ｃは、吸引部材２U と吸引部材２Dとの間に複数本（本
実施例では３本）の細径のパイプ２０を並設し、それぞ
れのパイプ２０内に細径の可動鉄心３を配設し、更に吸
引部材２U 、２D には各可動鉄心３に対向する突起磁極
２２を形成したものである。
ｃは、吸引部材２U と吸引部材２Dとの間に複数本（本
実施例では３本）の細径のパイプ２０を並設し、それぞ
れのパイプ２０内に細径の可動鉄心３を配設し、更に吸
引部材２U 、２D には各可動鉄心３に対向する突起磁極
２２を形成したものである。
【００３８】なお、各可動鉄心３は、各々の両端部が図
示しない連結部材で連結されて一体化しており、連結部
材には出力を取り出すための支持軸（図示せず）が固着
されている。
示しない連結部材で連結されて一体化しており、連結部
材には出力を取り出すための支持軸（図示せず）が固着
されている。
【００３９】可動鉄心３の形状を丸棒状とした場合、吸
引力を決める可動鉄心３と吸引磁極との対向面積は丸棒
の半径に比例するが、可動鉄心３の質量は半径の２乗に
比例する。従って、可動鉄心３の半径が大きくなるにし
たがって、吸引力に対する質量の割合は大きくなり、応
答は遅くなる。そこで、本実施例では、太い丸棒状の可
動鉄心の代わりに細い丸棒状とされた可動鉄心３を吸引
部材２U ，２D に対して複数個対応させたので、吸引力
に対する質量の割合を小さくして応答性を早めることが
できる。
引力を決める可動鉄心３と吸引磁極との対向面積は丸棒
の半径に比例するが、可動鉄心３の質量は半径の２乗に
比例する。従って、可動鉄心３の半径が大きくなるにし
たがって、吸引力に対する質量の割合は大きくなり、応
答は遅くなる。そこで、本実施例では、太い丸棒状の可
動鉄心の代わりに細い丸棒状とされた可動鉄心３を吸引
部材２U ，２D に対して複数個対応させたので、吸引力
に対する質量の割合を小さくして応答性を早めることが
できる。
【００４０】〔第３実施例〕次に、図４を参照して本発
明の第３実施例を説明する。なお、第１実施例と同一構
成に関しては同一符号を付し、その説明は省略する。
明の第３実施例を説明する。なお、第１実施例と同一構
成に関しては同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４１】図４に示すように、本実施例の有極リニヤ
アクチュエーターＡｃは、可動鉄心３の吸引部材２U 、
２D に対する表面積と可動鉄心３の断面積との比を改善
するために、可動鉄心３の軸芯部分を中空に形成した例
である。可動鉄心３の中空部分には、可動鉄心３を軸芯
に沿って摺動させるための支持棒２４が挿通している。
アクチュエーターＡｃは、可動鉄心３の吸引部材２U 、
２D に対する表面積と可動鉄心３の断面積との比を改善
するために、可動鉄心３の軸芯部分を中空に形成した例
である。可動鉄心３の中空部分には、可動鉄心３を軸芯
に沿って摺動させるための支持棒２４が挿通している。
【００４２】なお、支持棒２４は連結部材２５を介して
吸引部材２U 、２D に固定されている。また、可動鉄心
３に固着された支持軸６は、連結部材２５に設けられた
孔２７を介して外部へ突出している。
吸引部材２U 、２D に固定されている。また、可動鉄心
３に固着された支持軸６は、連結部材２５に設けられた
孔２７を介して外部へ突出している。
【００４３】本実施例の有極リニヤアクチュエーターＡ
ｃは、可動鉄心３を中空とすることによって可動鉄心３
の有効断面積と表面積との比が改善されるため、吸引力
に対する質量の割合が小さくなって応答性が早められ
る。
ｃは、可動鉄心３を中空とすることによって可動鉄心３
の有効断面積と表面積との比が改善されるため、吸引力
に対する質量の割合が小さくなって応答性が早められ
る。
【００４４】また、可動鉄心３は、支持棒２４によって
ガイドされるため、外周面をガイドされるよりも摺動面
積が小さくなり、可動鉄心３の滑らかな運動が保証され
る。
ガイドされるため、外周面をガイドされるよりも摺動面
積が小さくなり、可動鉄心３の滑らかな運動が保証され
る。
【００４５】〔第４実施例〕次に、図５及び図６を参照
して本発明の第４実施例を説明する。なお、第１実施例
と同一構成に関しては同一符号を付し、その説明は省略
する。
して本発明の第４実施例を説明する。なお、第１実施例
と同一構成に関しては同一符号を付し、その説明は省略
する。
【００４６】有極リニヤアクチュエーターＡｃにおい
て、一つの可動鉄心３の発揮できる力は可動鉄心３の磁
気飽和による磁束密度の上限によって制限される。従っ
て、大きさの割合に大きな力を得ようとすれば、吸引力
の源泉になる可動鉄心と固定鉄心との対向面積を増加さ
せなければならない。本実施例の有極リニヤアクチュエ
ーターＡｃはこのような考え方に基づいている。
て、一つの可動鉄心３の発揮できる力は可動鉄心３の磁
気飽和による磁束密度の上限によって制限される。従っ
て、大きさの割合に大きな力を得ようとすれば、吸引力
の源泉になる可動鉄心と固定鉄心との対向面積を増加さ
せなければならない。本実施例の有極リニヤアクチュエ
ーターＡｃはこのような考え方に基づいている。
【００４７】図５及び図６に示すように、本実施例の有
極リニヤアクチュエーターＡｃでは、偏平形状をした複
数個の可動鉄心３が吸引部材２U と吸引部材２D との間
隔方向に所定間隔で配設されており、それぞれが複数の
軸２９を介して連結されて一体化している。なお、軸２
９の両端には、それぞれ支持軸６が固着している。
極リニヤアクチュエーターＡｃでは、偏平形状をした複
数個の可動鉄心３が吸引部材２U と吸引部材２D との間
隔方向に所定間隔で配設されており、それぞれが複数の
軸２９を介して連結されて一体化している。なお、軸２
９の両端には、それぞれ支持軸６が固着している。
【００４８】また、支持軸６は吸引部材２U と吸引部材
２D とを連結する一対の支持部材３０に設けられたボー
ルベアリング３１によって軸線方向移動自在に支持さ
れ、これによって可動鉄心３が軸方向に沿って直線的に
移動できる。
２D とを連結する一対の支持部材３０に設けられたボー
ルベアリング３１によって軸線方向移動自在に支持さ
れ、これによって可動鉄心３が軸方向に沿って直線的に
移動できる。
【００４９】可動鉄心３の間には、偏平形状をした固定
磁極３３が配設されている。これらの固定磁極３３は、
支持部材３５を介して吸引部材２U ，２D に支持されて
いる。
磁極３３が配設されている。これらの固定磁極３３は、
支持部材３５を介して吸引部材２U ，２D に支持されて
いる。
【００５０】本実施例では、永久磁石と電磁石の磁束
は、対向する２つの吸引磁極の間を、総ての可動鉄心３
と固定磁極３３を貫いて通っている。当然、そのための
起磁力は大きく必要とし、従って電力も大きく必要とす
るが、本実施例の有極リニヤアクチュエーターＡｃで
は、各々の可動鉄心３が出した力を合計するため、大き
な出力を得ることができる。
は、対向する２つの吸引磁極の間を、総ての可動鉄心３
と固定磁極３３を貫いて通っている。当然、そのための
起磁力は大きく必要とし、従って電力も大きく必要とす
るが、本実施例の有極リニヤアクチュエーターＡｃで
は、各々の可動鉄心３が出した力を合計するため、大き
な出力を得ることができる。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
有極リニヤアクチュエータは、可動磁極の一部を低質量
の連結部材で構成したので、能率と応答を向上できると
いう優れた効果を有する。
有極リニヤアクチュエータは、可動磁極の一部を低質量
の連結部材で構成したので、能率と応答を向上できると
いう優れた効果を有する。
【００５２】請求項２に記載の有極リニヤアクチュエー
タは、可動磁極を複数個の可動磁極から構成し、断面積
（質量）と表面積との比を改善したので、磁力を増加さ
せることなく出力を上げることができるという優れた効
果を有する。
タは、可動磁極を複数個の可動磁極から構成し、断面積
（質量）と表面積との比を改善したので、磁力を増加さ
せることなく出力を上げることができるという優れた効
果を有する。
【００５３】請求項３に記載の有極リニヤアクチュエー
タは、可動磁極を中空として可動部の出力対質量の比を
改善したので、能率と応答を向上できるという優れた効
果を有する。
タは、可動磁極を中空として可動部の出力対質量の比を
改善したので、能率と応答を向上できるという優れた効
果を有する。
【００５４】また、請求項４に記載の有極リニヤアクチ
ュエータでは、可動鉄心と固定鉄心とを磁束の通る方向
に交互に配置したので、大きな出力が得られるという優
れた効果を有する。
ュエータでは、可動鉄心と固定鉄心とを磁束の通る方向
に交互に配置したので、大きな出力が得られるという優
れた効果を有する。
【図１】第１実施例の有極リニヤアクチュエーターの概
略構造を示す軸線に沿った断面図である。
略構造を示す軸線に沿った断面図である。
【図２】図１に示す有極リニヤアクチュエーターの２−
２線断面図である。
２線断面図である。
【図３】第２実施例の有極リニヤアクチュエーターの概
略構造を示す軸線に直角な断面図である。
略構造を示す軸線に直角な断面図である。
【図４】第３実施例の有極リニヤアクチュエーターの概
略構造を示す軸線に直角な断面図である。
略構造を示す軸線に直角な断面図である。
【図５】第４実施例の有極リニヤアクチュエーターの概
略構造を示す軸線に沿った断面図である。
略構造を示す軸線に沿った断面図である。
【図６】図５に示す有極リニヤアクチュエーターの６−
６線断面図である。
６線断面図である。
【図７】従来の有極リニヤアクチュエーターの概略構造
を示す軸線に沿った断面図である。
を示す軸線に沿った断面図である。
Ａｃ アクチュエーター １ 永久磁石 ３ 可動鉄心 ２U 、２D 吸引部材 ５U 、５D 継鉄 ４UR、４UL、４DR、４DL コイル ９UR、９UL、９DR、９DL 磁性体 １８UR、１８UL、１８DR、１８DL 磁極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 33/00 H01F 7/20
Claims (4)
- 【請求項１】 各々相対する磁極を生成するための一組
の磁性体が２組対峙して配設された吸引手段と、 前記相対する磁極間の各々に一部が挿入されかつ直線的
に移動可能に保持された可動磁極と、 前記各磁性体における磁極と前記可動磁極との間の間隙
に磁束を通過させる永久磁石と、 前記吸引手段の一方の組の磁性体における磁極間では前
記磁束と加算される方向に通過する磁束を形成しかつ他
方の組の磁性体における磁極間では前記磁束と減算され
る方向に通過する磁束を形成する励磁コイルと、 を備え、 前記可動磁極を、一方の磁極間に挿入される第１の可動
鉄心と、他方の磁極間に挿入される第２の可動鉄心と、
前記第１の可動鉄心と第２の可動鉄心とを互いに連結す
る低質量の連結部材と、で構成したことを特徴とする有
極リニヤアクチュエータ。 - 【請求項２】 各々相対する磁極を生成するための一組
の磁性体が２組対峙して配設された吸引手段と、 前記相対する磁極間の各々に一部が挿入されかつ直線的
に移動可能に保持された可動磁極と、 前記各磁性体における磁極と前記可動磁極との間の間隙
に磁束を通過させる永久磁石と、 前記吸引手段の一方の組の磁性体における磁極間では前
記磁束と加算される方向に通過する磁束を形成しかつ他
方の組の磁性体における磁極間では前記磁束と減算され
る方向に通過する磁束を形成する励磁コイルと、 を備え、 前記可動磁極を、前記磁性体の一方と他方とを結ぶ方向
とは交差する方向に並んで配設される複数個の可動鉄心
で構成したことを特徴とする有極リニヤアクチュエー
タ。 - 【請求項３】 各々相対する磁極を生成するための一組
の磁性体が２組対峙して配設された吸引手段と、 前記相対する磁極間の各々に一部が挿入された可動磁極
と、 前記各磁性体における磁極と前記可動磁極との間の間隙
に磁束を通過させる永久磁石と、 前記吸引手段の一方の組の磁性体における磁極間では前
記磁束と加算される方向に通過する磁束を形成しかつ他
方の組の磁性体における磁極間では前記磁束と減算され
る方向に通過する磁束を形成する励磁コイルと、 を備え、 前記可動磁極が中空状とされ、かつ中空部分を貫通する
支持軸に沿って直線的に移動自在とされていることを特
徴とする有極リニヤアクチュエータ。 - 【請求項４】 各々相対する磁極を生成するための一組
の磁性体が２組対峙して配設された吸引手段と、 前記相対する磁極間の各々に一部が挿入されかつ直線的
に移動可能に保持された可動磁極と、 前記各磁性体における磁極と前記可動磁極との間の間隙
に磁束を通過させる永久磁石と、 前記吸引手段の一方の組の磁性体における磁極間では前
記磁束と加算される方向に通過する磁束を形成しかつ他
方の組の磁性体における磁極間では前記磁束と減算され
る方向に通過する磁束を形成する励磁コイルと、 を備え、 前記可動磁極を前記磁性体の一方と他方とを結ぶ方向に
並設された可動鉄心で形成すると共に前記可動鉄心の間
に固定磁極を配置したことを特徴とする有極リニヤアク
チュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16561693A JP3296890B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | 有極リニヤアクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16561693A JP3296890B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | 有極リニヤアクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0731117A JPH0731117A (ja) | 1995-01-31 |
| JP3296890B2 true JP3296890B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=15815754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16561693A Expired - Fee Related JP3296890B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | 有極リニヤアクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3296890B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104953781B (zh) * | 2014-03-31 | 2017-08-04 | 香港理工大学 | 电磁直线驱动器 |
-
1993
- 1993-07-05 JP JP16561693A patent/JP3296890B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0731117A (ja) | 1995-01-31 |
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