JP3577994B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のストロークを往復動する可動子を備え、レバーやバルブ等を動作させるアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のアクチュエータとしては、エンコーダ付きのモータを駆動源として減速歯車機構を介して可動子を移動させるものがある。モータを正方向または逆方向に回転させることにより可動子を往復動させるとともに、エンコーダを介してモータの回転数を制御することによって、可動子のストローク量を変えるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のアクチュエータは、エンコーダ付きで、かつ正方向、逆方向に回転可能なモータを必要とするために高価になるとともに、減速歯車機構を必要とするために構造も複雑になるという問題があった。
【０００４】
本発明は上記した従来の問題に鑑みなされたものであり、その第１の目的は安価にしたことにある。また、第２の目的は構造を簡素化したことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明に係るアクチュエータは、励磁巻線が巻回された鉄心と、この鉄心の端面に対向し鉄心の延在方向と直交する方向に揺動するように支持された永久磁石とからなり、この永久磁石の揺動中心を前記鉄心の延在方向の中心線を含む面上に設けるとともに、永久磁石の揺動方向の両端側にＮ極、Ｓ極を設け、前記永久磁石の揺動方向の幅に対して鉄心の幅を大きくしたものである。
したがって、励磁巻線に通電し鉄心の端面がＮ極に磁化されると、このＮ極は鉄心の端面の両端において磁気抵抗が最小になる。このため、永久磁石のＳ極が着磁された一方端側が鉄心の端面の一方端のＮ極に吸引され、永久磁石のＮ極が着磁された他方端側が鉄心の端面の他方端のＮ極と反発し合い、永久磁石は鉄心の一方端側に揺動する。また、励磁巻線に逆方向の通電を行うと、鉄心の端面がＳ極に磁化されるので、永久磁石は鉄心の他方側に揺動する。さらに、励磁巻線への通電量を変えることにより、鉄心の端面の両端による吸引力および反発力が変わるので、可動子の揺動量が変わる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明に係るアクチュエータを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は要部を拡大して示す詳細図、（ｅ）は同じく励磁巻線に電流を通電する回路図、図２ないし図５は動作を説明する図である。
同図において、全体を符号１で示すものはアクチュエータであって、励磁巻線２によって励磁される磁性材によって角柱状に形成された鉄心３と、可動子としての永久磁石５とによって概ね構成されている。この永久磁石５は、鉄心３の上端に対向するように枢軸４を揺動中心として図中矢印Ａ−Ｂ方向に揺動自在に支持されている。
【０００７】
６は合成樹脂によって角筒状に形成されたコイルボビンであって、中心には嵌挿孔６ａが形成され、上下端に一対の鍔６ｂ，６ｂが一体に形成されている。このコイルボビン６の胴部には上述した励磁巻線２が巻回され、嵌挿孔６ａには、鉄心３が圧入によって嵌合し固定されている。永久磁石５は左右の端部５ａ，５ｂにＮ極とＳ極がそれぞれ形成されるように着磁され、この永久磁石５は背面部中央に取り付けられたレバー７を介して枢軸４に揺動自在に支持されている。
【０００８】
この枢軸４は上述した鉄心３の延在方向の中心線Ｇ−Ｇと直交する線Ｇ′−Ｇ′上に位置付けられている。換言すれば、枢軸４は中心線Ｇ−Ｇを含む面上に位置付けられている。鉄心３の下端には、永久磁石５の矢印Ａ−Ｂで示す揺動方向にこの鉄心３を挟むように一体に形成された一対のヨーク８，８が設けられている。そして、本発明の特徴は、鉄心３の永久磁石５の揺動方向の幅Ｌが、永久磁石５の幅ｌよりも大きく形成されている点にある。同図（ｅ）において、９は励磁巻線３に電流を通電する直流電源であって、この直流電源９による電流の方向は、連動動作する一対のスイッチ１０ａ，１０ｂを切り替えることにより、正方向と逆方向に通電されるように構成されている。１１は可変抵抗器であって、この可変抵抗器１１を操作することにより、励磁巻線３への通電量が可変できるように構成されている。
【０００９】
次に、このような構成のアクチュエータにおける永久磁石の動作を説明する。図１において、励磁巻線２に通電がなされていない状態、すなわち無通電状態においては、鉄心３は励磁巻線２によって励磁されることはない。したがって、鉄心３の永久磁石５に対向する上端部の左右端３ａ，３ｂは、永久磁石５のＮ極とＳ極とによってＳ極とＮ極とにそれぞれ磁化される。このため、永久磁石５と鉄心３の上端部とは吸引し合い、永久磁石５は鉄心３の上端部の中央に対向した状態、すなわち枢軸４を揺動中心として揺動していない中立位置に保持される。
【００１０】
次に、図２に示すように、励磁巻線２に小さな電流を通電すると、この励磁巻線２によって、鉄心３の上端部がＳ極に、一対のヨーク８，８の上端部がＮ極になるようにそれぞれ励磁される。Ｓ極が形成された鉄心３の上端部は、鉄心３と共に磁束を形成するヨーク８に近接する両端３ａ，３ｂにおいて最も磁気抵抗が小さくなる。したがって、鉄心３の上端部がＳ極となるように励磁されることにより、これと対向する永久磁石５のＮ極側となる左端部５ａが、鉄心３の上端部の左端３ａに吸引される。同時に、永久磁石５のＳ極側となる右端部５ｂが、鉄心３の上端部の右端３ｂと反発し合う。このため、永久磁石５は枢軸４を回動中心として図中矢印Ａ方向に回動する。このとき、鉄心３の左端３ａに発生する吸引力および鉄心３の右端３ｂに発生する反発力は、永久磁石５との距離の２乗に反比例するので、励磁巻線２に通電する電流が小さい図２の場合には、吸引力および反発力が充分でなく、永久磁石５の移動量は小さく、レバー６は角度αだけ回動する。（以下、この永久磁石５が同図に示すように傾動した状態を第１の姿勢という）
【００１１】
さらに、励磁巻線２に大きな電流を通電すると、鉄心３の上端部の左端３ａのＳ極による吸引力と、鉄心３の上端部の右端３ｂのＳ極による反発力が増加するので、図３に示すように、永久磁石５の移動量は大きくなり、レバー６は角度βだけ回動する。（以下、この永久磁石５が同図に示すように傾動した状態を第２の姿勢という）
【００１２】
次に、図４に示すように、励磁巻線２に逆方向の小さな電流を通電すると、この励磁巻線２によって、鉄心３の上端部がＮ極となるように励磁され、一対のヨーク８，８の上端部がＳ極となるように励磁される。鉄心３の上端部にＳ極となるように励磁されることにより、これと対向する永久磁石５のＳ極側となる右端部５ｂが、鉄心３の上端部の右端部３ｂに吸引される。同時に、永久磁石５のＮ極側となる左端部５ａが、鉄心３の上端部の左端３ａと反発し合う。このため、永久磁石５は枢軸４を回動中心として図中矢印Ｂ方向に回動する。励磁巻線２に通電する電流が小さい図４の場合には、吸引力および反発力が充分でなく、永久磁石５の移動量は小さく、レバー６は角度αだけ回動する。（以下、この永久磁石５が同図に示すように傾動した状態を第３の姿勢という）
【００１３】
さらに、励磁巻線２に大きな電流を通電すると、鉄心３の上端部の右端３ｂのＮ極による吸引力と、鉄心３の上端部の左端３ａのＮ極による反発力とが増加するので、図５に示すように、永久磁石５の移動量は大きくなり、レバー６は角度βだけ回動する。（以下、この永久磁石５が同図に示すように傾動した状態を第４の姿勢という）
【００１４】
励磁巻線２への通電を解除すると、励磁巻線２による鉄心５への励磁が消磁され、鉄心３の上端部の左右端３ａ，３ｂには、永久磁石５の左右端５ａ，５ｂのＮ極とＳ極とによってＳ極とＮ極とがそれぞれ磁化されるので、永久磁石５の左端部５ａが鉄心３の上端部の右端部３ａに吸引される。したがって、永久磁石５は枢軸４を回動中心として図中矢印Ａ方向に回動し、図１に示すように、永久磁石５が鉄心３の上端部の中央に対向した状態の中立位置に保持される。
【００１５】
このように、鉄心３が１個であるにもかかわらず、励磁巻線２を無通電状態としたり、励磁巻線２への通電方向を変えたり、通電量を変えることにより、可動子としての永久磁石５の移動方向と移動量を自在に変えることができ、永久磁石５を中立位置、第１ないし第４の姿勢に位置付けることができる。したがって、従来のように高価なモータを必要としないので安価となる。また、主に、励磁巻線２、鉄心３および永久磁石５によって構成されているので、部品点数が削減されて構造が簡素化されるとともに、小型化を図ることができる。
【００１６】
なお、本実施の形態においては、レバー６を鉄心３の延在方向と直交する方向に設け、永久磁石５を水平方向に揺動させるようにしたが、永久磁石５の枢軸４を鉄心３の上方に設け、永久磁石５を鉄心３の上方に吊り下げるようにして支持してもよい。すなわち、枢軸４が鉄心３の延在する方向の中心線Ｇ−Ｇを含む面上にあればよい。また、鉄心３に一体形成したヨーク８，８を設けたが、所定の磁束が得られるならば、必ずしもヨーク８，８を設ける必要はない。また、アクチュエータとして説明したが、励磁巻線２への通電を継続して第１ないし第４の姿勢を保持することによって、各種レバーの切替や接点の開閉を行う電磁石装置としても使用できる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、１個の鉄心と１個の永久磁石とによって構成されていることにより、部品点数が削減されて装置が簡素化されるとともに、装置の小型化が図れ、かつ安価となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアクチュエータを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は要部を拡大して示す詳細図、（ｅ）は励磁巻線に電流を通電する回路図である。
【図２】本発明に係るアクチュエータに小さな電流を通電したときの動作を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】本発明に係るアクチュエータに大きな電流を通電したときの動作を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】本発明に係るアクチュエータに逆方向に電流を通電したときの動作を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】本発明に係るアクチュエータに逆方向に大きな電流を通電したときの動作を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１…アクチュエータ、２…励磁巻線、３…鉄心、４…枢軸、５…永久磁石、６…コイルボビン、７…レバー、８…ヨーク、９…直流電源、１１…可変抵抗器。

Claims (1)

1. 励磁巻線が巻回された鉄心と、
   この鉄心の端面に対向し鉄心の延在方向と直交する方向に揺動するように支持された永久磁石とからなり、
   この永久磁石の揺動中心を前記鉄心の延在方向の中心線を含む面上に設けるとともに、永久磁石の揺動方向の両端側にＮ極、Ｓ極を設け、
   前記永久磁石の揺動方向の幅に対して鉄心の幅を大きくしたことを特徴とするアクチュエータ。

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