JP3664604B2

JP3664604B2 - 磁気駆動装置

Info

Publication number: JP3664604B2
Application number: JP10745199A
Authority: JP
Inventors: 正二羽田
Original assignee: 株式会社エヌ・ティ・ティ・データ・イー・エックス・テクノ
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: JP2000308325A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁誘導作用を利用して被駆動部材を駆動する磁気駆動装置に係り、特に円筒状の磁気ギャップによる磁界中に配置したコイルに駆動電流を流して被駆動部材を直線的に駆動する磁気駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ（集積回路）カードの読取り／書込みを行うＩＣカードリーダ／ライタ又は磁気カードの読取り／書込みを行う磁気カードリーダ／ライタにおけるカードの搬送、あるいはＨＤＤ（ハードディスク装置）における磁気ヘッド送りなどには、一般に磁気駆動装置が用いられている。この種の磁気駆動装置は、直流静磁界内に可動コイルを配置し、該可動コイルに電流を流すことによって電磁誘導作用による駆動力を得ており、ボイスコイルモータ等と称されることもある。
【０００３】
この種の磁気駆動装置においては、直流静磁界を形成する界磁の磁束が充分に強く、均一で且つ安定していることが望ましい。界磁によって生成される直流静磁界の磁束が弱い場合、又は不規則に変動するような場合には、可動コイルによる駆動力及び制動力が低下したり、動作に過渡現象を呈し、所定の作動位置に落ち着くまでに多くの時間を要したりすることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
対をなす磁極を対峙させて該磁極間に磁界を生起させるとき、磁極間に形成される磁気ギャップの端縁部近傍において磁束がギャップから外方に膨出し、円弧状に屈曲した磁力線が形成される。
【０００５】
このように、磁束が磁気ギャップから膨出している様子の一例を図４に示す。すなわち、円柱状の永久磁石等からなる磁石１１１の一方の磁極、例えばＮ極、にこの磁石１１１と同一の外径を有する円柱状の磁性材からなるポールピース１１２を延設し、磁石１１１の他方の磁極、つまりＳ極、に結合したヨーク１１３をポールピース１１２の外周面に所定間隙を存して対峙させ、円筒状のギャップを形成する。したがって、この円筒状のギャップに磁石１１１による磁界が形成される。
【０００６】
このギャップに形成される磁界は、ギャップの内部、つまり円筒状の中間部、においては、図４に示すように、ポールピース１１２及びヨーク１１３の磁極面に垂直の磁束で構成される。しかし、円筒状ギャップの端縁部Ｅにおいては、図示するように、軸方向外方に磁力線が湾曲して磁束が膨出する。
【０００７】
このように、湾曲し磁気ギャップ外方に膨出した磁束による磁界は、ギャップの磁界内に挿入配置される可動コイルの電磁誘導による動作に適正に寄与しないばかりか、可動コイルの動作及び該可動コイルによる磁束や周辺磁界の影響を受けて、容易に変形し且つ増減するなどの不安定変動を生じる。
【０００８】
このように、磁気ギャップ端縁部の磁力線の膨出による磁界の乱れの近傍では、上述したように磁界が弱くなったり、不規則に変動したりするため、可動コイルによる駆動力及び制動力が低下し、過渡現象により、所定の作動位置に落ち着くまでの無用な動作に多くの時間を要するなどの悪影響を生じることになる。
【０００９】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成により、磁気ギャップの端縁部における磁束の乱れを効果的に抑圧し、可動コイルの的確な駆動制御を可能とする磁気駆動装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の第１の観点による磁気駆動装置は、第１の磁極面と第２の磁極面とを同軸上に配して筒状の磁気ギャップを形成し、該磁気ギャップに直流磁界を生成する磁界生成部と、前記磁界生成部の磁気ギャップに形成される直流磁界中に前記筒の軸方向に動作可能に配置され、駆動電流が供給されて可動する可動コイルと、前記磁気ギャップが作るギャップ空間の近傍外方部に主として設けられ、補償電流が供給されて補償磁界を発生する補償コイルと、を具備し、前記補償コイルは、前記磁気ギャップに形成される直流磁界の端縁部における磁束の乱れを抑制して該直流磁界を整形することを特徴とする。
【００１１】
また、この発明の第２の観点による磁気駆動装置は、直流磁界を発生する磁石と、前記磁石の一方の磁極に結合され、外周面に第１の磁極面を形成する円柱状のポールピースと、前記磁石の他方の磁極に結合されて前記ポールピースが形成する第１の磁極面に筒状の磁気ギャップを存して同軸上に対峙するように第２の磁極面を形成して該磁気ギャップに磁界を生成するヨークと、前記磁気ギャップに形成される直流磁界中に前記筒状の軸方向に動作可能に配置される可動コイルと、前記可動コイルに駆動電流を供給する駆動電源と、前記第１の磁極面上で前記磁気ギャップが作るギャップ空間の近傍外方部に主として巻装される補償コイルと、を具備することを特徴とする。
【００１２】
この発明に係る磁気駆動装置は、磁気ギャップに直流磁界を生成し、該磁気ギャップに形成される直流磁界中に軸方向に移動可能に形成された可動コイルを配置し、該可動コイルに駆動電流を供給して、可動コイルを動作させる。さらに、磁気ギャップが作るギャップ空間の軸方向両端の端縁部近傍外方部で磁気ギャップの軸と同軸上に巻装される補償コイルを設け、該補償コイルに適切な補償電流を印加することにより、磁気ギャップに生成される磁界の該端縁部における磁束の乱れを抑制し、磁気ギャップにおける発生磁界を整形する。この磁気駆動装置では、補償コイルを設けて電流を流すだけの簡単な構成であるにもかかわらず、磁気ギャップの端縁部における磁束の乱れを効果的に抑圧し、可動コイルの的確な駆動制御を行うことが可能となる。
【００１３】
なお、磁気ギャップが作るギャップ空間の端縁部における磁束の乱れを抑制するためには、前記補償コイルに、前記磁気ギャップが作るギャップ空間内の磁界と同一方向の磁界を発生させるような電流を供給する。また、前記ポールピースと同軸に形成されたコイルボビンを含む可動片を前記磁気ギャップ中に配置し、可動コイルを該コイルボビンに巻設してもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態に係る磁気駆動装置を説明する。
【００１５】
図１は、この発明の実施の形態に係る磁気駆動装置の構成を模式的に示している。また、図２は、図１（ａ）の磁気駆動装置の正面図、図２（ｂ）は、外観斜視図である。
【００１６】
図１、図２に示すように、この磁気駆動装置は、磁気回路部１、可動子２、駆動電源３、補償コイル４Ａ、４Ｂ及び補償コイル電源５を備えている。
【００１７】
磁気回路部１は、磁石１１、ポールピース１２及びヨーク１３を有し、図４に示したのとほぼ同様の円筒状の磁気ギャップを形成し、該磁気ギャップに磁界を発生させる。磁石１１は、例えば円柱状の永久磁石からなり、直流磁界を発生させる。ポールピース１２は、磁力線を導く磁性材からなり、磁石１１と同一外径の円柱状を有し、磁石１１の一端、例えばＮ極に接合される。
【００１８】
ヨーク１３は、ポールピース１２と同様に磁力線を導く磁性材からなり、カップ状つまり有底円筒状をなす部分の上面開口部に、ポールピース１２の外周面の半径よりも所要のギャップ寸法だけ大きな半径を有する開口を形成した蓋状部を設けた形状をなす。ヨーク１３は、磁石１１の他端面（例えば、Ｓ極）に接合し、開口の内周面１３ａとポールピース１２の外周面との間に円筒状の磁気ギャップを形成する。すなわち、ヨーク１３の蓋状部の開口内周面１３ａを磁気回路部１の一方の磁極（Ｓ磁極）とし、Ｓ磁極に対峙する部分のポールピース１２の外周面を磁気回路部１の他方の磁極（Ｎ磁極）として、両磁極間に静磁界を発生する。
【００１９】
可動子２は、ボビン部材２１及び可動コイル２２を有し、磁気回路部１の磁気ギャップに形成した静磁界内に挿入配置した可動コイル２２に誘起される駆動力により作動する。ボビン部材２１は、円筒状をなす筒部の一端に、例えば底板として形成された駆動力伝達部を有する。ボビン部材２１は、可動子２が作動したときに駆動力伝達部を介して被駆動部材（図示せず）に駆動力を伝達する駆動力伝達部を形成している。可動コイル２２は、ボビン部材２１の筒部の外周に巻装される。可動子２は、可動コイル２２を、磁気回路部１のポールピース１２とヨーク１３により形成されるギャップ内に挿入配置し且つ軸方向に沿って移動可能として、図示していない適当な支持機構により支持される。
【００２０】
駆動電源３は、可動子２の可動コイル２１に所要の駆動電流を供給し、上述した磁気ギャップにおける静磁界により、電磁誘導による駆動力を可動子２に作用させる。
【００２１】
補償コイル４Ａ及び４Ｂは、磁気回路部１のポールピース１２とヨーク１３により形成される磁気ギャップの軸方向についての両端の端縁部近傍に位置するようにして、ポールピース１２の外周面に巻装されている。補償コイル４Ａ及び４Ｂの位置は、磁気ギャップの両端縁において軸方向外方に膨出する湾曲磁束位置にほぼ対応させる。
【００２２】
補償コイル電源５は、補償コイル４Ａ及び４Ｂに所要の直流電流を供給して補償磁界を発生させる。補償コイル４Ａ及び４Ｂは、補償コイル電源５の供給電流に基づく補償磁界により、上述した磁気ギャップの静磁界における磁束の乱れ、すなわち磁束の外方への湾曲膨出を抑圧して、磁気ギャップ内に押し込む。
【００２３】
次に、図１及び図２に示すように構成した磁気駆動装置の動作について図３を参照しながら説明する。
【００２４】
磁気回路部１の磁石１１により発生した磁束は、一端からヨーク１３により導かれて、ヨーク１３の蓋状部の開口の内周面に、この場合Ｓ磁極を形成する。同時に、磁気回路部１の磁石１１により発生した磁束は、他端からポールピース１２により導かれて、ヨーク１３のＳ磁極面に対峙するポールピース１２の外周面にＮ磁極を形成する。これらポールピース１２のＮ磁極面とヨーク１３のＳ磁極面との間の円筒状のギャップに形成される磁界は、そのままでは、図４の場合のように軸方向両端縁において、磁束が湾曲して外方に膨出する。したがって、磁気ギャップ内に、磁気回路部１によって均一で安定した静磁界を形成することができず、磁束の乱れを生じてしまう。
【００２５】
そこで、図１に示すように、補償コイル４Ａ及び４Ｂを、ポールピース１２の磁気ギャップの両端縁近傍に位置させるようにしてポールピース１２に巻装し、これら補償コイル４Ａ及び４Ｂに補償コイル電源５から適当な直流補償電流を供給する。ポールピース１２がＮ極であり、ヨーク１３がＳ極である場合、補償コイル４Ａ及び４Ｂにギャップに向かって右回り方向に直流電流を流すと、図３に示すように、ギャップ端縁部に膨出しようとする磁束を抑圧してギャップ側に閉じこめることができ、補償コイル電源５による補償電流の大きさを適切に選定すれば、ギャップ内において、湾曲せずに均一な磁束からなる静磁界を形成することができる。
【００２６】
したがって、可動子２は、駆動電源３から磁気ギャップの磁界内の可動コイル２２に供給される駆動電流に応答して、所定方向に正確且つ安定的に駆動制御される。
【００２７】
磁界を作るときにギャップ付近には円弧状の磁束があらわれる。この磁束は、無効であるばかりでなく、容易に増減する。この磁束を内側に閉じこめるためのコイルをギャップの外側付近に設け、コイルに電流を流す。
【００２８】
すなわち、在来の構成ではギャップから、その外側に漏れていた磁束が、ギャップの内側に集められて整形され、ギャップ領域における磁束密度が向上する。また、可動コイル２２自体の影響で、磁気回路部１による界磁の磁束が不安定に変動することも効果的に抑えることができる。
【００２９】
従来は、磁力による駆動性能を向上するためには、界磁の磁力を強くするか、可動コイル２２に流す駆動電流を大きくするかせざるを得なかった。しかしながら、上述のように構成すれば、少ない界磁力であっても、磁束の乱れを抑圧し、均一性を向上させることにより、少ない駆動電流で、良好な駆動性能を得ることが可能となり、その分だけ磁気駆動装置を小型で且つ安価に構成することができる。
【００３０】
このように、磁気ギャップ近傍に補償コイル４Ａ及び４Ｂを設けて直流電流を流すだけの簡単な構成であるにもかかわらず、磁気ギャップの端縁部における磁束の乱れを効果的に抑圧し、可動子２の可動コイル２２による的確な駆動制御を行うことが可能となる。
【００３１】
なお、上述においては、補償コイル４Ａ及び４Ｂをポールピース１２に直接巻装するものとして説明したが、補償コイル４Ａ及び４Ｂの位置は磁気ギャップの両端縁近傍で且つ両磁極面の径の中間径上に配置することが望ましい。このため、ポールピース１２に適切なるボビンを設け、ボビンに補償コイルを巻回するようにしてもよく、同様のボビンをヨーク１３の開口縁に取り付けて、ボビンに補償コイルを巻回するようにしてもよい。
【００３２】
磁石、ポールピース、磁気ギャップなどは、円柱又は円筒状であることが望ましいが、多角形であってもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、簡単な構成により、磁気ギャップの端縁部における磁束の乱れを抑圧し、可動コイルの的確な駆動制御を可能とする磁気駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る磁気駆動装置の構成を示す模式的断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示す磁気駆動装置の正面図、（ｂ）は図１に示す磁気駆動装置の斜視図である。
【図３】図１の磁気駆動装置の動作を説明するための要部の詳細を模式的に示す図である。
【図４】従来の磁気駆動装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１磁気回路部
２可動子
３駆動電源
４Ａ補償コイル
４Ｂ補償コイル
５補償コイル電源
１１磁石
１２ポールピース
１３ヨーク
２１ボビン部材
２２可動コイル

Claims

第１の磁極面と第２の磁極面とを同軸上に配して筒状の磁気ギャップを形成し、該磁気ギャップに直流磁界を生成する磁界生成部と、
前記磁界生成部の磁気ギャップに形成される直流磁界中に前記筒の軸方向に動作可能に配置され、駆動電流が供給されて可動する可動コイルと、
前記磁気ギャップが作るギャップ空間の近傍外方部に主として設けられ、補償電流が供給されて補償磁界を発生する補償コイルと、
を具備し、
前記補償コイルは、前記磁気ギャップに形成される直流磁界の端縁部における磁束の乱れを抑制して該直流磁界を整形することを特徴とする磁気駆動装置。
直流磁界を発生する磁石と、
前記磁石の一方の磁極に結合され、外周面に第１の磁極面を形成する円柱状のポールピースと、
前記磁石の他方の磁極に結合されて前記ポールピースが形成する第１の磁極面に筒状の磁気ギャップを存して同軸上に対峙するように第２の磁極面を形成して該磁気ギャップに磁界を生成するヨークと、
前記磁気ギャップに形成される直流磁界中に前記筒状の軸方向に動作可能に配置される可動コイルと、
前記可動コイルに駆動電流を供給する駆動電源と、
前記第１の磁極面上で前記磁気ギャップが作るギャップ空間の近傍外方部に主として巻装される補償コイルと、
を具備することを特徴とする磁気駆動装置。
前記ポールピースと同軸に形成され、前記磁気ギャップ中に配置されたコイルボビンを含む可動片をさらに備え、
前記可動コイルは、前記コイルボビンに巻設されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気駆動装置。
前記ギャップ空間内の直流磁界と同一方向の磁界を発生させるような補償電流を前記補償コイルに対して供給する補償コイル電源をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の磁気駆動装置。