JP4022140B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の第１のリニアアクチュエータは、図１８に示されるように外周面に永久磁石Ｍが固定された可動子ＫおよびコイルＣＬを支持し磁極ＰＬを構成する固定子鉄心Ｆが、径方向に延在するリング状磁性体を１個または軸方向に積層されて構成され、前記永久磁石Ｍの軸方向の長さは、可動子Ｋとしての軸のストロークと同一である（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
上記従来の第１のリニアアクチュエータを圧力波発生機のアクチュエータに適用した具体例は、図１９に示されるようにシリンダＣ内を往復動するピストンＰとコイルＣＬが巻かれた固定子鉄心Ｆの磁極ＰＬに対向して配設された永久磁石Ｍが配設された可動子Ｋとが連結されるものであった。
【０００４】
従来の鉄心可動型リニア振動子は、図２０に示されるように交番磁界を発生するコイルＣＬが固定された固定鉄心Ｆと、該固定鉄心Ｆと空隙を介して配置された略コの字状の可動鉄心Ｋと、前記固定鉄心Ｆの前記可動鉄心Ｋとの対向面にコイルの磁束方向のものと反対方向の着磁方向のものを交互に配設した複数の永久磁石Ｍとから成る（例えば特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２２９２０号公報 （第２−３頁、図１、図４、図６）
【特許文献２】
特開平１１−１８７６３８号公報 （第２−５頁、図１、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の第１のリニアアクチュエータおよび鉄心可動型リニア振動子は、前記可動子Ｋの移動につれ、鉄心側磁極と永久磁石側磁極間の磁束のストローク方向およびストローク直交方向の成分について、ストローク方向の磁束よりもストローク直交方向の磁束の成分が増え、ストローク方向の吸引力が低下する位置が生ずるという問題があるとともに、永久磁石Ｍの固定が接着等によって接合する必要があり、剥がれやすいという問題があった。
【０００７】
そこで本発明者は、磁性材にコイルが巻装された電磁石の磁極が励磁時の極性が、Ｎ，Ｓ交互になる様に複数個間隔を隔てて対向配設され、前記複数の磁極に対向する位置に、可動部材を構成する複数の列設された永久磁石の磁極が配置されているリニアアクチュエータにおいて、前記電磁石の磁極が対向配設されている部位以外にも延在されている前記永久磁石を通過する磁束を形成して、軸推力を発生するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、ストローク方向の安定な吸引力を実現するとともに、永久磁石の剥がれや割れを防止するという目的を達成する本発明に到達した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載の第１発明）のリニアアクチュエータは、
磁性材にコイルが巻装された一対の電磁石が、その長手方向において対向する磁極の励磁時の極性がＮ，Ｓになる様に対向配設されるとともに、複数対の軸方向において隣り合う電磁石が、その磁極が励磁時の極性がＮ，Ｓ交互になる様に間隔を隔てて並設され、前記複数対の磁極に対向する位置に、可動部材を構成する複数の列設された永久磁石の磁極が介挿配置されているリニアアクチュエータにおいて、
前記永久磁石が、全ストローク時に前記電磁石の磁極が対向配設されている部位以外にも軸方向において延在され、通過する磁束が形成される
ものである。
【０００９】
本発明（請求項２に記載の第２発明）のリニアアクチュエータは、
前記第１発明において、
前記電磁石の磁極の前記永久磁石の磁極に対向する部分の軸方向の一部に切欠部が形成され、前記電磁石の磁極と前記永久磁石の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石を通過する磁束を形成するようにした
ものである。
【００１０】
本発明（請求項３に記載の第３発明）のリニアアクチュエータは、
前記第２発明において、
隣合う前記電磁石の磁極間に３個の永久磁石が列設されている
ものである。
【００１１】
本発明（請求項４に記載の第４発明）のリニアアクチュエータは、
前記第３発明において、
全ストローク時に隣合う前記電磁石の磁極間に跨がるように一つの永久磁石の磁極が配置されている
ものである。
【００１２】
本発明（請求項５に記載の第５発明）のリニアアクチュエータは、
磁性材にコイルを巻いた電磁石の長手方向において対向する磁極の励磁時の極性がＮ，Ｓになる様に対向配設されるとともに、複数対の軸方向において隣り合う電磁石が、その磁極が励磁時の極性がＮ，Ｓ交互になる様に間隔を隔てて並設され、それと対面する位置に、電磁石の磁極の数よりも１個分だけ少ない数の永久磁石の磁極を配置し、
前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極については、それぞれの磁極間に磁気ギャップを設け、
前記永久磁石の磁極については、全ストローク時に前記電磁石のそれぞれの磁極間に前記磁気ギャップに対応して延在する前記永久磁石の磁極が渡る様に配置され、通過する磁束が形成される
ものである。
【００１３】
本発明（請求項６に記載の第６発明）のリニアアクチュエータは、
前記第５発明において、
前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極の列の軸方向の端部磁極と対面する位置の、前記永久磁石と隣合う位置に、隣合う永久磁石と反対の磁極の永久磁石を配置し、全ストローク時に前記電磁石の磁極の列の端部より外側に前記永久磁石の少なくとも１部が延在する様に配置してある
ものである。
【００１４】
本発明（請求項７に記載の第７発明）のリニアアクチュエータは、
前記第６発明において、
前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極の中央に切り欠きを設けて磁気ギャップを設けた
ものである。
【００１５】
本発明（請求項８に記載の第８発明）のリニアアクチュエータは、
前記第７発明において、
隣合う前記永久磁石の間に、磁気ギャップが設けられている
ものである。
【００１６】
本発明（請求項９に記載の第９発明）のリニアアクチュエータは、
前記第８発明において、
前記永久磁石と対面しない側の電磁石の各磁極間に、磁性材を配置して、各磁極間を結ぶ磁気回路を設けた
ものである。
【００１７】
本発明（請求項１０に記載の第１０発明）のリニアアクチュエータは、
前記第９発明において、
前記永久磁石の外表面に、支持部材を配設して、前記永久磁石を固定した
ものである。
【００１８】
本発明（請求項１１に記載の第１１発明）のリニアアクチュエータは、
前記第１０発明において、
前記支持部材を磁性材によって構成し、前記永久磁石と前記電磁石との間の磁束密度が高くなるように構成されている
ものである。
【００１９】
本発明（請求項１２に記載の第１２発明）のリニアアクチュエータは、
前記第５発明において、
圧力波発生機用のアクチュエータとして適用されている
ものである。
【００２０】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第１発明のリニアアクチュエータは、磁性材にコイルが巻装された一対の電磁石が、その長手方向において対向する磁極の励磁時の極性がＮ，Ｓになる様に対向配設されるとともに、複数対の軸方向において隣り合う電磁石が、その磁極が励磁時の極性がＮ，Ｓ交互になる様に間隔を隔てて並設され、前記複数対の磁極に対向する位置に、可動部材を構成する複数の列設された永久磁石の磁極が介挿配置されているリニアアクチュエータにおいて、全ストローク時に前記電磁石の磁極が対向配設されている部位以外にも軸方向において延在されている前記永久磁石を通過する磁束を形成して、軸推力を発生することにより、安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００２１】
上記構成より成る第２発明のリニアアクチュエータは、前記第１発明において、前記電磁石の磁極の前記永久磁石の磁極に対向する部分の軸方向の一部に切欠部が形成され、前記電磁石の磁極内において前記切欠部を避けた偏った磁束を形成することにより、前記電磁石の磁極と前記永久磁石の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石を通過する磁束の形成を促進するので、軸推力を高めるという効果を奏する。
【００２２】
上記構成より成る第３発明のリニアアクチュエータは、前記第２発明において、隣合う前記電磁石の磁極間に３個の永久磁石が列設されているので、永久磁石の磁極が配置されている前記可動部材の安定な往復運動を実現するという効果を奏する。
【００２３】
上記構成より成る第４発明のリニアアクチュエータは、前記第３発明において、全ストローク時に隣合う前記電磁石の磁極間に跨がるように一つの永久磁石の磁極が配置されているので、前記可動部材の安定な往復運動を実現するという効果を奏する。
【００２４】
上記構成より成る第５発明のリニアアクチュエータは、磁性材にコイルを巻いた電磁石の長手方向において対向する磁極の励磁時の極性がＮ，Ｓになる様に対向配設されるとともに、複数対の軸方向において隣り合う電磁石が、その磁極が励磁時の極性がＮ，Ｓ交互になる様に間隔を隔てて並設され、それと対面する位置に、電磁石の磁極の数よりも１個分だけ少ない数の永久磁石の磁極を配置し、前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極については、それぞれの磁極間に磁気ギャップを設け、前記永久磁石の磁極については、全ストローク時に前記電磁石のそれぞれの磁極間に前記磁気ギャップに対応して延在する前記永久磁石の磁極が渡る様に配置されているので、前記電磁石の磁極が対向配設されている部位以外の前記磁気ギャップに延在されている前記永久磁石を通過する磁束を形成して、軸推力を発生することにより、安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００２５】
上記構成より成る第６発明のリニアアクチュエータは、前記第５発明において、前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極の列の軸方向の端部磁極と対面する位置の、前記永久磁石と隣合う位置に、隣合う永久磁石と反対の磁極の永久磁石を配置し、全ストローク時に前記電磁石の磁極の列の端部より外側に前記永久磁石の少なくとも１部が延在する様に配置してあるので、前記電磁石の磁極の列の端部より外側に延在する前記永久磁石を通過する磁束を形成して、軸推力を発生することにより、安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００２６】
上記構成より成る第７発明のリニアアクチュエータは、前記第６発明において、前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極の中央に切り欠きを設けて磁気ギャップを設けたので、前記電磁石の磁極内の中央に形成された前記切欠部を避けた偏った磁束を形成することにより、前記電磁石の磁極と前記永久磁石の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石を通過する磁束の形成を促進するので、軸推力を高めるという効果を奏する。
【００２７】
上記構成より成る第８発明のリニアアクチュエータは、前記第７発明において、隣合う前記永久磁石の間に、磁気ギャップが設けられているので、前記永久磁石を通過する磁束の形成を助長するという効果を奏する。
【００２８】
上記構成より成る第９発明のリニアアクチュエータは、前記第８発明において、前記永久磁石と対面しない側の電磁石の各磁極間に、磁性材を配置して、各磁極間を結ぶ磁気回路を設けたので、前記電磁石の磁極と前記永久磁石の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石を通過する磁束の形成を促進するので、軸推力を高めるという効果を奏する。
【００２９】
上記構成より成る第１０発明のリニアアクチュエータは、前記第９発明において、前記永久磁石の外表面に、支持部材を配設して、前記永久磁石を固定したので、永久磁石の剥がれや割れを防止するという効果を奏する。
【００３０】
上記構成より成る第１１発明のリニアアクチュエータは、前記第１０発明において、前記支持部材を磁性材によって構成し、前記永久磁石と前記電磁石との間の磁束密度が高くなるように構成されているので、発生する軸推力を増加させ、一層安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００３１】
上記構成より成る第１２発明のリニアアクチュエータは、前記第５発明において、圧力波発生機用のアクチュエータとして適用されているので、安定な圧力波発生を可能にするという効果を奏する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
本第１実施形態のリニアアクチュエータは、図１および図２に示されるように磁性材の鉄心１にコイル２が巻装された電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４が励磁時の極性が、Ｎ，Ｓ交互になる様に複数個間隔を隔てて対向配設され、前記複数の磁極に対向する位置に、可動部材４を構成する複数の列設された永久磁石５の磁極が配置されているリニアアクチュエータにおいて、前記永久磁石５が、前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４が対向配設されている部位以外にも延在されているものである。
【００３４】
前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４の前記永久磁石５の磁極に対向する部分の軸方向の一部に切欠部３５が形成され、前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４と前記永久磁石５の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石５を通過する磁束を形成するようにしたものである。
【００３５】
隣合う前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４間に３個の永久磁石５１、５２、５３が列設されているとともに、図２に示される全ストローク時に隣合う前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４間に跨がるように一つの永久磁石５２の磁極が配置されているのである。
【００３６】
２つの部材（前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４と３個の永久磁石５１、５２、５３）間の磁力線は、図３に示されるようにそれぞれの部材の表面を垂直に出て、互いに交わらず、磁力線を最短にする方向につなぐ。
【００３７】
２つの部材（前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４と３個の永久磁石５１、５２、５３）間に働く磁気による吸引力は、この磁力線を最短にする方向につなぐ性質により働く。
【００３８】
上記吸引力は、磁力線の量が多ければ大きく、少なければ小さい性質を持つ。
磁力線両端の部材のなす面が平行でなければ、この磁力線による吸引力は、ベクトルとしての方向の成分を持つ。
【００３９】
本第１実施形態においては、前記永久磁石５が、図１および図２に示されるように前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４と対向している部位以外にも延在されているので、図３に示されるように前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４と前記永久磁石５とが対向する部分（磁極）以外の前記永久磁石５を通過する磁束を形成する、すなわち磁極３１、３２、３３、３４が対向しない前記永久磁石５の部分に吸引力を生じさせる一定の磁力線が通過するため、前記永久磁石５の移動にかかわらず、吸引力を生じさせる一定の磁力線が、前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４と対向している部位以外の永久磁石５に確保されているため、永久磁石の移動にかかわらず、吸引力を生じさせる一定の磁力線が確保されているので、一定の吸引力が確保されている。
【００４０】
また本第１実施形態においては、図１および図２に示されるように電磁石３の磁極端３１、３２、３３、３４の一部に非磁性空間を形成する切欠部３５を形成したので、切欠部（非磁性空間）の有無の比較を行った。
【００４１】
図４に示される切欠部の無い場合と比較して、切欠部３５のある場合では、図５に示されるように前記電磁石３の生ずる磁束が、切欠部３５を迂回し、磁束の分布が偏倚することにより、電磁石の磁極と対面しない永久磁石の部分を通過する量が増えるため、切欠部（非磁性空間）３５を形成したものの方が、吸引力が大きくなる。
【００４２】
さらに本第１実施形態においては、図１および図２に示されるように電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４が複数個、前記可動部材４のストロークと同一またはストローク付近の間隔を隔てて対向配設され、図２に示される全ストローク時に隣合う前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４間に跨がるように一つの永久磁石５２が配置されているので、中間の永久磁石５２の有無の比較を行った。
【００４３】
図６ないし図１０は、比較例としての中間の永久磁石５２が無い場合の、可動部分の永久磁石を図示左方向に移動する状況における磁力線の分布を示す。この場合、吸引力を生じさせる磁力線が、永久磁石５の移動とともに、減少しているため、永久磁石５の移動とともに、吸引力が減少することになる。
【００４４】
図１１ないし図１４は、中間の永久磁石５２がある場合の、可動部分の永久磁石を図示左方向に移動する状況における磁力線の分布を示す。この場合、永久磁石５の移動にかかわらず、吸引力を生じさせる一定の磁力線が、中間の永久磁石５２部分に確保されているため、永久磁石５の移動にかかわらず、吸引力を生じさせる一定の磁力線が確保されているので、一定の吸引力が確保されることになる。
【００４５】
本第１実施形態においては、２つの部材としての前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４と３個の永久磁石５１、５２、５３との間に支持材を設けて、可動方向以外の方向への、移動の規制を設けている。
【００４６】
吸引力のうち、可動方向と平行な吸引力の成分については、可動部分の運動の駆動力として利用しているとともに、残る可動方向と交わる吸引力の成分については、支持材で構造的に相殺させている。
【００４７】
したがって、吸引力を可動部分の運動の駆動力として利用するためには、吸引力の生じる部材間に、可動方向に対して平行な成分をもつ磁束を生ずる必要がある。
【００４８】
本第１実施形態のリニアアクチュエータは、磁性材の鉄心１にコイル２が巻装された電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４が励磁時の極性が、Ｎ，Ｓ交互になる様に複数個間隔を隔てて対向配設され、前記複数の磁極に対向する位置に、前記可動部材４を構成する複数の列設された永久磁石５の磁極が配置されているリニアアクチュエータにおいて、前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４が対向配設されている部位以外にも延在されている前記永久磁石５を通過する磁束を形成して、軸推力を発生することにより、安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００４９】
また本第１実施形態のリニアアクチュエータは、前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４の前記永久磁石５の磁極に対向する部分の軸方向の一部に切欠部３５が形成され、前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４内において前記切欠部３５を避けた偏った磁束を形成することにより、前記電磁石３の磁極と前記永久磁石５の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石５を通過する磁束の形成を促進するすなわち磁力線の数を増やすので、軸推力を高めるという効果を奏する。
【００５０】
さらに本第１実施形態のリニアアクチュエータは、隣合う前記電磁石の磁極３１、３２、３３、３４間に３個の永久磁石５１、５２、５３が列設されているので、前記永久磁石５１、５２、５３の磁極が配置されている前記可動部材４の安定な往復運動を実現するという効果を奏する。
【００５１】
また本第１実施形態のリニアアクチュエータは、全ストローク時に隣合う前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４間に跨がるように一つの永久磁石５２の磁極が配置されているので、前記可動部材４の安定な往復運動を実現するという効果を奏する。
【００５２】
（第２実施形態）
第２実施形態のリニアアクチュエータは、図１ないし図１７に示されるように磁性材の鉄心１にコイル２を巻いた電磁石３の複数個の磁極３１、３２、３３、３４を、励磁時の極性が、Ｎ，Ｓ交互になる様にならべ、それと対面する位置に、電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４の数よりも１個分だけ少ない数の永久磁石５の磁極を配置し、可動部材４を構成する永久磁石５と対面する側の前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４については、それぞれの磁極間に一定距離の磁気ギャップを設け、前記永久磁石５の磁極については、全ストローク時に前記電磁石３のそれぞれの磁極３１、３２、３３、３４間に１つの永久磁石５２磁極が渡る様に配置されているもので、基本的構成は上述の第１実施形態と同様の構成より成り、同一部分は同一の符号を用いて説明は省略する。
【００５３】
本第２実施形態のリニアアクチュエータは、圧力波発生機用のアクチュエータとして適用されているもので、前記永久磁石５と対面する側の前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４の列の軸方向の端部磁極と対面する位置の、前記永久磁石５と隣合う位置に、隣合う永久磁石と反対の磁極の永久磁石を配置し、図２に示されるように全ストローク時に前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４の列の端部より外側に前記永久磁石５の少なくとも１部が延在する様に配置してある。
【００５４】
前記永久磁石５と対面する側の前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４の可動部材４の軸方向の中央に切欠部３５を設けて磁気ギャップを設けるとともに、列設された永久磁石５１、５２、５３のうち隣合う２個の前記永久磁石の間に、磁気ギャップが設けられている。
【００５５】
前記永久磁石５と対面しない側の電磁石３の各磁極３１、３２、３３、３４間に、磁性材６１を配置して、各磁極３１、３２、３３、３４間を結ぶ磁気回路が設けられている。
【００５６】
本第２実施形態のリニアアクチュエータは、図１５に示されるように磁性材の鉄心１にコイル２を巻いた電磁石３の複数個の磁極３１、３２、３３、３４を、励磁時の極性が、Ｎ，Ｓ交互になる様に前記可動部材４の軸方向において一定距離隔てて平行に２段並設されている。
【００５７】
図１６に示されるように環状のバックヨーク１０から半径方向内方に６０度間隔毎に第１鉄心ないし第６鉄心１１ないし１６が放射状に配設され、各鉄心１１ないし１６の平行部にコイル２がそれぞれ巻装されている。
【００５８】
前記複数の極のコイル２が、電源に対し直列に接続され、１極あたりのコイルを複数のコイルを並列に接続されている。ムービングコイルの場合は、限られたスペースにコイルが沢山巻けるので、線積率が上がるため、効率が上がる。
【００５９】
ムービングコイルの場合には、各コイルが直列でなければ動作が安定しない。なぜなら、ムービングコイルにおいては電圧で動く（フレミングの法則）ものであり、ムービングマグネットにおいては電流で動く（磁気エネルギの直接駆動）ものである。
【００６０】
前記鉄心１は、図１５に示されるように一定距離隔てて平行に２段並設されており、その外周部１０および内周部の間および前記可動部材４の軸方向の外側の両側には支持部材６２、６３がそれぞれ介挿および配設され貫通ボルト６４によって挟着されている。
【００６１】
前記可動部材４としての非磁性材より成るシャフト４０は、図１５に示されるように前記鉄心１の外周部１０を挟持する外周側の支持部材６２の両端との間に介挿された一対のラジアル支持部材６５によって両端が支持され、前記シャフト４０が前記鉄心１の中央部に往復動自在に弾性的に配設される。
【００６２】
前記シャフト４０には、図１６に示されるように永久磁石５が半径方向外方に６０度間隔毎に突設され、前記鉄心の略Ｖ字状の中央端部に両側壁が一定微小間隔を介して対向するように構成されている。
【００６３】
前記永久磁石５は、図１５および図１６に示されるように前記シャフト４０に一端が固着された前記シャフト４０の軸方向所定距離毎に配設された一対の支持部材４０１の間に介挿され、前記一対の支持部材４０１の他端を連結する前記シャフト４０の軸方向に延在するボルトによって締着される連結部材４０２によって接着材を用いることなく前記シャフト４０に支持される。
【００６４】
すなわち前記永久磁石５の外表面に、支持部材４０１を配設して、前記永久磁石５を固定したものであり、前記支持部材４０１を磁性材によって構成し、前記永久磁石５と前記電磁石３との間の磁束密度が高くなるように構成されている。
【００６５】
本第２実施形態のリニアアクチュエータが、図１７に示されるように介挿配置されているケーシング７００の一端にボルトによって連結されたシリンダ７０内を往復動するピストン７１と前記シャフト４０が連結しており、前記コイル２に投入される電気的入力に応じて前記シャフト４０が往復動すると、ピストンがシリンダ内を往復動することにより、圧力波を発生するように構成されている。
【００６６】
上記構成より成る本第２実施形態のリニアアクチュエータは、磁性材に鉄心１コイル２を巻いた電磁石３の複数個の磁極を、励磁時の極性が、Ｎ，Ｓ交互になる様にならべ、それと対面する位置に、電磁石３の磁極の数よりも１個分だけ少ない数の永久磁石５の磁極３１、３２、３３、３４を配置し、前記永久磁石５と対面する側の前記電磁石３の磁極については、それぞれの磁極間に一定距離の磁気ギャップを設け、前記永久磁石５の磁極については、全ストローク時に前記電磁石のそれぞれの磁極間に１つの永久磁石５２の磁極が渡る様に配置されているので、前記電磁石３の磁極が対向配設されている部位以外の前記磁気ギャップに延在されている前記永久磁石５を通過する磁束を形成して、軸推力を発生することにより、安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００６７】
また本第２実施形態のリニアアクチュエータは、前記永久磁石５と対面する側の前記電磁石３の磁極の列の軸方向の端部磁極と対面する位置の、前記永久磁石５と隣合う位置に、隣合う永久磁石と反対の磁極の永久磁石を配置し、全ストローク時に前記電磁石３の磁極の列の端部より外側に前記永久磁石５の少なくとも１部が延在する様に配置してあるので、前記電磁石３の磁極の列の端部より外側に延在する前記永久磁石５１、５２、５３を通過する磁束を形成して、軸推力を発生することにより、安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００６８】
さらに本第２実施形態のリニアアクチュエータは、前記永久磁石５と対面する側の前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４の中央に切欠部３５を設けて磁気ギャップを設けたので、前記電磁石３の磁極内の中央に形成された前記切欠部３５を避けた偏った磁束を形成することにより、前記電磁石３の磁極と前記永久磁石５の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石５を通過する磁束の形成を促進するので、軸推力を高めるという効果を奏する。
【００６９】
また本第２実施形態のリニアアクチュエータは、隣合う前記永久磁石５１、５２、５３の間に、磁気ギャップが設けられているので、前記永久磁石５１、５２、５３を通過する磁束の形成を助長するという効果を奏する。
【００７０】
さらに本第２実施形態のリニアアクチュエータは、前記永久磁石５と対面しない側の電磁石３の各磁極間に、前記磁性材６１を配置して、各磁極間を結ぶ磁気回路を形成したので、前記電磁石３の磁極と前記永久磁石５の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石５を通過する磁束の形成を促進するので、軸推力を高めるという効果を奏する。
【００７１】
また本第２実施形態のリニアアクチュエータは、前記永久磁石５の外表面に、支持部材４０１およびボルトによって締着される連結部材４０２を配設して、前記永久磁石５を固定したので、従来における前記永久磁石５の剥がれや割れを防止するという効果を奏する。
【００７２】
さらに本第２実施形態のリニアアクチュエータは、前記支持部材４０１を磁性材によって構成し、前記永久磁石５と前記電磁石３との間の磁束密度が高くなるように構成されているので、発生する軸推力を増加させ、一層安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００７３】
また前記第１実施形態のリニアアクチュエータは、前記コイル２に投入される電気的入力に応じて前記シャフト４０が往復動すると、シリンダ７０内を往復動するピストン７１と前記シャフト４０が連結しているので、前記ピストン７１が前記シリンダ７０内を往復動することにより、圧力波を発生する圧力波発生機用のアクチュエータとして適用されているので、安定な圧力波発生を可能にするという効果を奏する。
【００７４】
すなわち さらに本第２実施形態のリニアアクチュエータは、前記永久磁石５の外表面に、前記支持部材４０１を配設して、前記永久磁石５を固定したものであり、前記支持部材４０１を磁性材によって構成し、前記永久磁石５と前記電磁石３との間の磁束密度を高くすることが出来るという効果を奏する。
【００７５】
また本第２実施形態のリニアアクチュエータにおいては、ケースであるケーシング７００に対し鉄心１又はおよび前記鉄心１の支持材６２を熱的に接触させ、たので、放熱を良くすることが出来るという効果を奏するとともに、その他上述の第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００７６】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【００７７】
上述の実施形態においては、説明のために一例を説明したが本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、鉄心に巻くコイルの線材を束にする実施形態や、複数段のコイルを並列にする実施形態や、また上述の実施形態とタイプが異なる極端な変形例としての永久磁石１極あたりのコイルを並列にする実施形態も磁気的には同等と考えることが出来るので採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態および第２実施形態のリニアアクチュエータの基本構成を示す断面図である。
【図２】本第１実施形態および第２実施形態のリニアアクチュエータの全ストローク時を示す断面図である。
【図３】本実施形態のリニアアクチュエータにおける磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図４】本実施形態のリニアアクチュエータにおける切欠部の磁力線の分布に対する影響を説明するための説明図である。
【図５】本実施形態のリニアアクチュエータにおける切欠部の磁力線の分布に対する影響を説明するための説明図である。
【図６】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石がない場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図７】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石がない場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図８】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石がない場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図９】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石がない場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図１０】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石がない場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図１１】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石が有る場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図１２】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石が有る場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図１３】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石が有る場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図１４】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石が有る場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図１５】本発明の第２実施形態のリニアアクチュエータの詳細構成を示す断面図である。
【図１６】本第２実施形態のリニアアクチュエータの詳細構成を示す横断面図である。
【図１７】本第２実施形態のリニアアクチュエータの圧力波発生機用のアクチュエータへの適用例の詳細構成を示す断面図である。
【図１８】従来の第１のリニアアクチュエータを示す断面図である。
【図１９】従来の第１のリニアアクチュエータの圧力波発生機への適用例を示す断面図である。
【図２０】従来の鉄心可動型リニア振動子を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 鉄心
２ コイル
３ 電磁石
３１、３２、３３、３４ 磁極
４ 可動部材
５ 永久磁石
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の第１のリニアアクチュエータは、図１８に示されるように外周面に永久磁石Ｍが固定された可動子ＫおよびコイルＣＬを支持し磁極ＰＬを構成する固定子鉄心Ｆが、径方向に延在するリング状磁性体を１個または軸方向に積層されて構成され、前記永久磁石Ｍの軸方向の長さは、可動子Ｋとしての軸のストロークと同一である（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
上記従来の第１のリニアアクチュエータを圧力波発生機のアクチュエータに適用した具体例は、図１９に示されるようにシリンダＣ内を往復動するピストンＰとコイルＣＬが巻かれた固定子鉄心Ｆの磁極ＰＬに対向して配設された永久磁石Ｍが配設された可動子Ｋとが連結されるものであった。
【０００４】
従来の鉄心可動型リニア振動子は、図２０に示されるように交番磁界を発生するコイルＣＬが固定された固定鉄心Ｆと、該固定鉄心Ｆと空隙を介して配置された略コの字状の可動鉄心Ｋと、前記固定鉄心Ｆの前記可動鉄心Ｋとの対向面にコイルの磁束方向のものと反対方向の着磁方向のものを交互に配設した複数の永久磁石Ｍとから成る（例えば特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２２９２０号公報 （第２−３頁、図１、図４、図６）
【特許文献２】
特開平１１−１８７６３８号公報 （第２−５頁、図１、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の第１のリニアアクチュエータおよび鉄心可動型リニア振動子は、前記可動子Ｋの移動につれ、鉄心側磁極と永久磁石側磁極間の磁束のストローク方向およびストローク直交方向の成分について、ストローク方向の磁束よりもストローク直交方向の磁束の成分が増え、ストローク方向の吸引力が低下する位置が生ずるという問題があるとともに、永久磁石Ｍの固定が接着等によって接合する必要があり、剥がれやすいという問題があった。
【０００７】
そこで本発明者は、磁性材にコイルが巻装された電磁石の磁極が励磁時の極性が、Ｎ，Ｓ交互になる様に複数個間隔を隔てて対向配設され、前記複数の磁極に対向する位置に、可動部材を構成する複数の列設された永久磁石の磁極が配置されているリニアアクチュエータにおいて、前記電磁石の磁極が対向配設されている部位以外にも延在されている前記永久磁石を通過する磁束を形成して、軸推力を発生するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、ストローク方向の安定な吸引力を実現するとともに、永久磁石の剥がれや割れを防止するという目的を達成する本発明に到達した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載の第１発明）のリニアアクチュエータは、
磁性材にコイルが巻装された一対の電磁石が、その長手方向において対向する磁極の励磁時の極性がＮ，Ｓになる様に対向配設されるとともに、複数対の軸方向において隣り合う電磁石が、その磁極が励磁時の極性がＮ，Ｓ交互になる様に間隔を隔てて並設され、前記複数対の磁極に対向する位置に、可動部材を構成する複数の列設された永久磁石の磁極が介挿配置されているリニアアクチュエータにおいて、
前記永久磁石が、全ストローク時に前記電磁石の磁極が対向配設されている部位以外にも軸方向において延在され、通過する磁束が形成される
ものである。
【０００９】
本発明（請求項２に記載の第２発明）のリニアアクチュエータは、
前記第１発明において、
前記電磁石の磁極の前記永久磁石の磁極に対向する部分の軸方向の一部に切欠部が形成され、前記電磁石の磁極と前記永久磁石の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石を通過する磁束を形成するようにした
ものである。
【００１０】
本発明（請求項３に記載の第３発明）のリニアアクチュエータは、
前記第２発明において、
隣合う前記電磁石の磁極間に３個の永久磁石が列設されている
ものである。
【００１１】
本発明（請求項４に記載の第４発明）のリニアアクチュエータは、
前記第３発明において、
全ストローク時に隣合う前記電磁石の磁極間に跨がるように一つの永久磁石の磁極が配置されている
ものである。
【００１２】
本発明（請求項５に記載の第５発明）のリニアアクチュエータは、
磁性材にコイルを巻いた電磁石の長手方向において対向する磁極の励磁時の極性がＮ，Ｓになる様に対向配設されるとともに、複数対の軸方向において隣り合う電磁石が、その磁極が励磁時の極性がＮ，Ｓ交互になる様に間隔を隔てて並設され、それと対面する位置に、電磁石の磁極の数よりも１個分だけ少ない数の永久磁石の磁極を配置し、
前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極については、それぞれの磁極間に磁気ギャップを設け、
前記永久磁石の磁極については、全ストローク時に前記電磁石のそれぞれの磁極間に前記磁気ギャップに対応して延在する前記永久磁石の磁極が渡る様に配置され、通過する磁束が形成される
ものである。
【００１３】
本発明（請求項６に記載の第６発明）のリニアアクチュエータは、
前記第５発明において、
前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極の列の軸方向の端部磁極と対面する位置の、前記永久磁石と隣合う位置に、隣合う永久磁石と反対の磁極の永久磁石を配置し、全ストローク時に前記電磁石の磁極の列の端部より外側に前記永久磁石の少なくとも１部が延在する様に配置してある
ものである。
【００１４】
本発明（請求項７に記載の第７発明）のリニアアクチュエータは、
前記第６発明において、
前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極の中央に切り欠きを設けて磁気ギャップを設けた
ものである。
【００１５】
本発明（請求項８に記載の第８発明）のリニアアクチュエータは、
前記第７発明において、
隣合う前記永久磁石の間に、磁気ギャップが設けられている
ものである。
【００１６】
本発明（請求項９に記載の第９発明）のリニアアクチュエータは、
前記第８発明において、
前記永久磁石と対面しない側の電磁石の各磁極間に、磁性材を配置して、各磁極間を結ぶ磁気回路を設けた
ものである。
【００１７】
本発明（請求項１０に記載の第１０発明）のリニアアクチュエータは、
前記第９発明において、
前記永久磁石の外表面に、支持部材を配設して、前記永久磁石を固定した
ものである。
【００１８】
本発明（請求項１１に記載の第１１発明）のリニアアクチュエータは、
前記第１０発明において、
前記支持部材を磁性材によって構成し、前記永久磁石と前記電磁石との間の磁束密度が高くなるように構成されている
ものである。
【００１９】
本発明（請求項１２に記載の第１２発明）のリニアアクチュエータは、
前記第５発明において、
圧力波発生機用のアクチュエータとして適用されている
ものである。
【００２０】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第１発明のリニアアクチュエータは、磁性材にコイルが巻装された一対の電磁石が、その長手方向において対向する磁極の励磁時の極性がＮ，Ｓになる様に対向配設されるとともに、複数対の軸方向において隣り合う電磁石が、その磁極が励磁時の極性がＮ，Ｓ交互になる様に間隔を隔てて並設され、前記複数対の磁極に対向する位置に、可動部材を構成する複数の列設された永久磁石の磁極が介挿配置されているリニアアクチュエータにおいて、全ストローク時に前記電磁石の磁極が対向配設されている部位以外にも軸方向において延在されている前記永久磁石を通過する磁束を形成して、軸推力を発生することにより、安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００２１】
上記構成より成る第２発明のリニアアクチュエータは、前記第１発明において、前記電磁石の磁極の前記永久磁石の磁極に対向する部分の軸方向の一部に切欠部が形成され、前記電磁石の磁極内において前記切欠部を避けた偏った磁束を形成することにより、前記電磁石の磁極と前記永久磁石の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石を通過する磁束の形成を促進するので、軸推力を高めるという効果を奏する。
【００２２】
上記構成より成る第３発明のリニアアクチュエータは、前記第２発明において、隣合う前記電磁石の磁極間に３個の永久磁石が列設されているので、永久磁石の磁極が配置されている前記可動部材の安定な往復運動を実現するという効果を奏する。
【００２３】
上記構成より成る第４発明のリニアアクチュエータは、前記第３発明において、全ストローク時に隣合う前記電磁石の磁極間に跨がるように一つの永久磁石の磁極が配置されているので、前記可動部材の安定な往復運動を実現するという効果を奏する。
【００２４】
上記構成より成る第５発明のリニアアクチュエータは、磁性材にコイルを巻いた電磁石の長手方向において対向する磁極の励磁時の極性がＮ，Ｓになる様に対向配設されるとともに、複数対の軸方向において隣り合う電磁石が、その磁極が励磁時の極性がＮ，Ｓ交互になる様に間隔を隔てて並設され、それと対面する位置に、電磁石の磁極の数よりも１個分だけ少ない数の永久磁石の磁極を配置し、前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極については、それぞれの磁極間に磁気ギャップを設け、前記永久磁石の磁極については、全ストローク時に前記電磁石のそれぞれの磁極間に前記磁気ギャップに対応して延在する前記永久磁石の磁極が渡る様に配置されているので、前記電磁石の磁極が対向配設されている部位以外の前記磁気ギャップに延在されている前記永久磁石を通過する磁束を形成して、軸推力を発生することにより、安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００２５】
上記構成より成る第６発明のリニアアクチュエータは、前記第５発明において、前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極の列の軸方向の端部磁極と対面する位置の、前記永久磁石と隣合う位置に、隣合う永久磁石と反対の磁極の永久磁石を配置し、全ストローク時に前記電磁石の磁極の列の端部より外側に前記永久磁石の少なくとも１部が延在する様に配置してあるので、前記電磁石の磁極の列の端部より外側に延在する前記永久磁石を通過する磁束を形成して、軸推力を発生することにより、安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００２６】
上記構成より成る第７発明のリニアアクチュエータは、前記第６発明において、前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極の中央に切り欠きを設けて磁気ギャップを設けたので、前記電磁石の磁極内の中央に形成された前記切欠部を避けた偏った磁束を形成することにより、前記電磁石の磁極と前記永久磁石の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石を通過する磁束の形成を促進するので、軸推力を高めるという効果を奏する。
【００２７】
上記構成より成る第８発明のリニアアクチュエータは、前記第７発明において、隣合う前記永久磁石の間に、磁気ギャップが設けられているので、前記永久磁石を通過する磁束の形成を助長するという効果を奏する。
【００２８】
上記構成より成る第９発明のリニアアクチュエータは、前記第８発明において、前記永久磁石と対面しない側の電磁石の各磁極間に、磁性材を配置して、各磁極間を結ぶ磁気回路を設けたので、前記電磁石の磁極と前記永久磁石の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石を通過する磁束の形成を促進するので、軸推力を高めるという効果を奏する。
【００２９】
上記構成より成る第１０発明のリニアアクチュエータは、前記第９発明において、前記永久磁石の外表面に、支持部材を配設して、前記永久磁石を固定したので、永久磁石の剥がれや割れを防止するという効果を奏する。
【００３０】
上記構成より成る第１１発明のリニアアクチュエータは、前記第１０発明において、前記支持部材を磁性材によって構成し、前記永久磁石と前記電磁石との間の磁束密度が高くなるように構成されているので、発生する軸推力を増加させ、一層安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００３１】
上記構成より成る第１２発明のリニアアクチュエータは、前記第５発明において、圧力波発生機用のアクチュエータとして適用されているので、安定な圧力波発生を可能にするという効果を奏する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
本第１実施形態のリニアアクチュエータは、図１および図２に示されるように磁性材の鉄心１にコイル２が巻装された電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４が励磁時の極性が、Ｎ，Ｓ交互になる様に複数個間隔を隔てて対向配設され、前記複数の磁極に対向する位置に、可動部材４を構成する複数の列設された永久磁石５の磁極が配置されているリニアアクチュエータにおいて、前記永久磁石５が、前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４が対向配設されている部位以外にも延在されているものである。
【００３４】
前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４の前記永久磁石５の磁極に対向する部分の軸方向の一部に切欠部３５が形成され、前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４と前記永久磁石５の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石５を通過する磁束を形成するようにしたものである。
【００３５】
隣合う前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４間に３個の永久磁石５１、５２、５３が列設されているとともに、図２に示される全ストローク時に隣合う前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４間に跨がるように一つの永久磁石５２の磁極が配置されているのである。
【００３６】
２つの部材（前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４と３個の永久磁石５１、５２、５３）間の磁力線は、図３に示されるようにそれぞれの部材の表面を垂直に出て、互いに交わらず、磁力線を最短にする方向につなぐ。
【００３７】
２つの部材（前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４と３個の永久磁石５１、５２、５３）間に働く磁気による吸引力は、この磁力線を最短にする方向につなぐ性質により働く。
【００３８】
上記吸引力は、磁力線の量が多ければ大きく、少なければ小さい性質を持つ。
磁力線両端の部材のなす面が平行でなければ、この磁力線による吸引力は、ベクトルとしての方向の成分を持つ。
【００３９】
本第１実施形態においては、前記永久磁石５が、図１および図２に示されるように前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４と対向している部位以外にも延在されているので、図３に示されるように前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４と前記永久磁石５とが対向する部分（磁極）以外の前記永久磁石５を通過する磁束を形成する、すなわち磁極３１、３２、３３、３４が対向しない前記永久磁石５の部分に吸引力を生じさせる一定の磁力線が通過するため、前記永久磁石５の移動にかかわらず、吸引力を生じさせる一定の磁力線が、前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４と対向している部位以外の永久磁石５に確保されているため、永久磁石の移動にかかわらず、吸引力を生じさせる一定の磁力線が確保されているので、一定の吸引力が確保されている。
【００４０】
また本第１実施形態においては、図１および図２に示されるように電磁石３の磁極端３１、３２、３３、３４の一部に非磁性空間を形成する切欠部３５を形成したので、切欠部（非磁性空間）の有無の比較を行った。
【００４１】
図４に示される切欠部の無い場合と比較して、切欠部３５のある場合では、図５に示されるように前記電磁石３の生ずる磁束が、切欠部３５を迂回し、磁束の分布が偏倚することにより、電磁石の磁極と対面しない永久磁石の部分を通過する量が増えるため、切欠部（非磁性空間）３５を形成したものの方が、吸引力が大きくなる。
【００４２】
さらに本第１実施形態においては、図１および図２に示されるように電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４が複数個、前記可動部材４のストロークと同一またはストローク付近の間隔を隔てて対向配設され、図２に示される全ストローク時に隣合う前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４間に跨がるように一つの永久磁石５２が配置されているので、中間の永久磁石５２の有無の比較を行った。
【００４３】
図６ないし図１０は、比較例としての中間の永久磁石５２が無い場合の、可動部分の永久磁石を図示左方向に移動する状況における磁力線の分布を示す。この場合、吸引力を生じさせる磁力線が、永久磁石５の移動とともに、減少しているため、永久磁石５の移動とともに、吸引力が減少することになる。
【００４４】
図１１ないし図１４は、中間の永久磁石５２がある場合の、可動部分の永久磁石を図示左方向に移動する状況における磁力線の分布を示す。この場合、永久磁石５の移動にかかわらず、吸引力を生じさせる一定の磁力線が、中間の永久磁石５２部分に確保されているため、永久磁石５の移動にかかわらず、吸引力を生じさせる一定の磁力線が確保されているので、一定の吸引力が確保されることになる。
【００４５】
本第１実施形態においては、２つの部材としての前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４と３個の永久磁石５１、５２、５３との間に支持材を設けて、可動方向以外の方向への、移動の規制を設けている。
【００４６】
吸引力のうち、可動方向と平行な吸引力の成分については、可動部分の運動の駆動力として利用しているとともに、残る可動方向と交わる吸引力の成分については、支持材で構造的に相殺させている。
【００４７】
したがって、吸引力を可動部分の運動の駆動力として利用するためには、吸引力の生じる部材間に、可動方向に対して平行な成分をもつ磁束を生ずる必要がある。
【００４８】
本第１実施形態のリニアアクチュエータは、磁性材の鉄心１にコイル２が巻装された電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４が励磁時の極性が、Ｎ，Ｓ交互になる様に複数個間隔を隔てて対向配設され、前記複数の磁極に対向する位置に、前記可動部材４を構成する複数の列設された永久磁石５の磁極が配置されているリニアアクチュエータにおいて、前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４が対向配設されている部位以外にも延在されている前記永久磁石５を通過する磁束を形成して、軸推力を発生することにより、安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００４９】
また本第１実施形態のリニアアクチュエータは、前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４の前記永久磁石５の磁極に対向する部分の軸方向の一部に切欠部３５が形成され、前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４内において前記切欠部３５を避けた偏った磁束を形成することにより、前記電磁石３の磁極と前記永久磁石５の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石５を通過する磁束の形成を促進するすなわち磁力線の数を増やすので、軸推力を高めるという効果を奏する。
【００５０】
さらに本第１実施形態のリニアアクチュエータは、隣合う前記電磁石の磁極３１、３２、３３、３４間に３個の永久磁石５１、５２、５３が列設されているので、前記永久磁石５１、５２、５３の磁極が配置されている前記可動部材４の安定な往復運動を実現するという効果を奏する。
【００５１】
また本第１実施形態のリニアアクチュエータは、全ストローク時に隣合う前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４間に跨がるように一つの永久磁石５２の磁極が配置されているので、前記可動部材４の安定な往復運動を実現するという効果を奏する。
【００５２】
（第２実施形態）
第２実施形態のリニアアクチュエータは、図１ないし図１７に示されるように磁性材の鉄心１にコイル２を巻いた電磁石３の複数個の磁極３１、３２、３３、３４を、励磁時の極性が、Ｎ，Ｓ交互になる様にならべ、それと対面する位置に、電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４の数よりも１個分だけ少ない数の永久磁石５の磁極を配置し、可動部材４を構成する永久磁石５と対面する側の前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４については、それぞれの磁極間に一定距離の磁気ギャップを設け、前記永久磁石５の磁極については、全ストローク時に前記電磁石３のそれぞれの磁極３１、３２、３３、３４間に１つの永久磁石５２磁極が渡る様に配置されているもので、基本的構成は上述の第１実施形態と同様の構成より成り、同一部分は同一の符号を用いて説明は省略する。
【００５３】
本第２実施形態のリニアアクチュエータは、圧力波発生機用のアクチュエータとして適用されているもので、前記永久磁石５と対面する側の前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４の列の軸方向の端部磁極と対面する位置の、前記永久磁石５と隣合う位置に、隣合う永久磁石と反対の磁極の永久磁石を配置し、図２に示されるように全ストローク時に前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４の列の端部より外側に前記永久磁石５の少なくとも１部が延在する様に配置してある。
【００５４】
前記永久磁石５と対面する側の前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４の可動部材４の軸方向の中央に切欠部３５を設けて磁気ギャップを設けるとともに、列設された永久磁石５１、５２、５３のうち隣合う２個の前記永久磁石の間に、磁気ギャップが設けられている。
【００５５】
前記永久磁石５と対面しない側の電磁石３の各磁極３１、３２、３３、３４間に、磁性材６１を配置して、各磁極３１、３２、３３、３４間を結ぶ磁気回路が設けられている。
【００５６】
本第２実施形態のリニアアクチュエータは、図１５に示されるように磁性材の鉄心１にコイル２を巻いた電磁石３の複数個の磁極３１、３２、３３、３４を、励磁時の極性が、Ｎ，Ｓ交互になる様に前記可動部材４の軸方向において一定距離隔てて平行に２段並設されている。
【００５７】
図１６に示されるように環状のバックヨーク１０から半径方向内方に６０度間隔毎に第１鉄心ないし第６鉄心１１ないし１６が放射状に配設され、各鉄心１１ないし１６の平行部にコイル２がそれぞれ巻装されている。
【００５８】
前記複数の極のコイル２が、電源に対し直列に接続され、１極あたりのコイルを複数のコイルを並列に接続されている。ムービングコイルの場合は、限られたスペースにコイルが沢山巻けるので、線積率が上がるため、効率が上がる。
【００５９】
ムービングコイルの場合には、各コイルが直列でなければ動作が安定しない。なぜなら、ムービングコイルにおいては電圧で動く（フレミングの法則）ものであり、ムービングマグネットにおいては電流で動く（磁気エネルギの直接駆動）ものである。
【００６０】
前記鉄心１は、図１５に示されるように一定距離隔てて平行に２段並設されており、その外周部１０および内周部の間および前記可動部材４の軸方向の外側の両側には支持部材６２、６３がそれぞれ介挿および配設され貫通ボルト６４によって挟着されている。
【００６１】
前記可動部材４としての非磁性材より成るシャフト４０は、図１５に示されるように前記鉄心１の外周部１０を挟持する外周側の支持部材６２の両端との間に介挿された一対のラジアル支持部材６５によって両端が支持され、前記シャフト４０が前記鉄心１の中央部に往復動自在に弾性的に配設される。
【００６２】
前記シャフト４０には、図１６に示されるように永久磁石５が半径方向外方に６０度間隔毎に突設され、前記鉄心の略Ｖ字状の中央端部に両側壁が一定微小間隔を介して対向するように構成されている。
【００６３】
前記永久磁石５は、図１５および図１６に示されるように前記シャフト４０に一端が固着された前記シャフト４０の軸方向所定距離毎に配設された一対の支持部材４０１の間に介挿され、前記一対の支持部材４０１の他端を連結する前記シャフト４０の軸方向に延在するボルトによって締着される連結部材４０２によって接着材を用いることなく前記シャフト４０に支持される。
【００６４】
すなわち前記永久磁石５の外表面に、支持部材４０１を配設して、前記永久磁石５を固定したものであり、前記支持部材４０１を磁性材によって構成し、前記永久磁石５と前記電磁石３との間の磁束密度が高くなるように構成されている。
【００６５】
本第２実施形態のリニアアクチュエータが、図１７に示されるように介挿配置されているケーシング７００の一端にボルトによって連結されたシリンダ７０内を往復動するピストン７１と前記シャフト４０が連結しており、前記コイル２に投入される電気的入力に応じて前記シャフト４０が往復動すると、ピストンがシリンダ内を往復動することにより、圧力波を発生するように構成されている。
【００６６】
上記構成より成る本第２実施形態のリニアアクチュエータは、磁性材に鉄心１コイル２を巻いた電磁石３の複数個の磁極を、励磁時の極性が、Ｎ，Ｓ交互になる様にならべ、それと対面する位置に、電磁石３の磁極の数よりも１個分だけ少ない数の永久磁石５の磁極３１、３２、３３、３４を配置し、前記永久磁石５と対面する側の前記電磁石３の磁極については、それぞれの磁極間に一定距離の磁気ギャップを設け、前記永久磁石５の磁極については、全ストローク時に前記電磁石のそれぞれの磁極間に１つの永久磁石５２の磁極が渡る様に配置されているので、前記電磁石３の磁極が対向配設されている部位以外の前記磁気ギャップに延在されている前記永久磁石５を通過する磁束を形成して、軸推力を発生することにより、安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００６７】
また本第２実施形態のリニアアクチュエータは、前記永久磁石５と対面する側の前記電磁石３の磁極の列の軸方向の端部磁極と対面する位置の、前記永久磁石５と隣合う位置に、隣合う永久磁石と反対の磁極の永久磁石を配置し、全ストローク時に前記電磁石３の磁極の列の端部より外側に前記永久磁石５の少なくとも１部が延在する様に配置してあるので、前記電磁石３の磁極の列の端部より外側に延在する前記永久磁石５１、５２、５３を通過する磁束を形成して、軸推力を発生することにより、安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００６８】
さらに本第２実施形態のリニアアクチュエータは、前記永久磁石５と対面する側の前記電磁石３の磁極３１、３２、３３、３４の中央に切欠部３５を設けて磁気ギャップを設けたので、前記電磁石３の磁極内の中央に形成された前記切欠部３５を避けた偏った磁束を形成することにより、前記電磁石３の磁極と前記永久磁石５の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石５を通過する磁束の形成を促進するので、軸推力を高めるという効果を奏する。
【００６９】
また本第２実施形態のリニアアクチュエータは、隣合う前記永久磁石５１、５２、５３の間に、磁気ギャップが設けられているので、前記永久磁石５１、５２、５３を通過する磁束の形成を助長するという効果を奏する。
【００７０】
さらに本第２実施形態のリニアアクチュエータは、前記永久磁石５と対面しない側の電磁石３の各磁極間に、前記磁性材６１を配置して、各磁極間を結ぶ磁気回路を形成したので、前記電磁石３の磁極と前記永久磁石５の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石５を通過する磁束の形成を促進するので、軸推力を高めるという効果を奏する。
【００７１】
また本第２実施形態のリニアアクチュエータは、前記永久磁石５の外表面に、支持部材４０１およびボルトによって締着される連結部材４０２を配設して、前記永久磁石５を固定したので、従来における前記永久磁石５の剥がれや割れを防止するという効果を奏する。
【００７２】
さらに本第２実施形態のリニアアクチュエータは、前記支持部材４０１を磁性材によって構成し、前記永久磁石５と前記電磁石３との間の磁束密度が高くなるように構成されているので、発生する軸推力を増加させ、一層安定なストローク方向の吸引力を実現するという効果を奏する。
【００７３】
また前記第１実施形態のリニアアクチュエータは、前記コイル２に投入される電気的入力に応じて前記シャフト４０が往復動すると、シリンダ７０内を往復動するピストン７１と前記シャフト４０が連結しているので、前記ピストン７１が前記シリンダ７０内を往復動することにより、圧力波を発生する圧力波発生機用のアクチュエータとして適用されているので、安定な圧力波発生を可能にするという効果を奏する。
【００７４】
すなわち さらに本第２実施形態のリニアアクチュエータは、前記永久磁石５の外表面に、前記支持部材４０１を配設して、前記永久磁石５を固定したものであり、前記支持部材４０１を磁性材によって構成し、前記永久磁石５と前記電磁石３との間の磁束密度を高くすることが出来るという効果を奏する。
【００７５】
また本第２実施形態のリニアアクチュエータにおいては、ケースであるケーシング７００に対し鉄心１又はおよび前記鉄心１の支持材６２を熱的に接触させ、たので、放熱を良くすることが出来るという効果を奏するとともに、その他上述の第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００７６】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【００７７】
上述の実施形態においては、説明のために一例を説明したが本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、鉄心に巻くコイルの線材を束にする実施形態や、複数段のコイルを並列にする実施形態や、また上述の実施形態とタイプが異なる極端な変形例としての永久磁石１極あたりのコイルを並列にする実施形態も磁気的には同等と考えることが出来るので採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態および第２実施形態のリニアアクチュエータの基本構成を示す断面図である。
【図２】本第１実施形態および第２実施形態のリニアアクチュエータの全ストローク時を示す断面図である。
【図３】本実施形態のリニアアクチュエータにおける磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図４】本実施形態のリニアアクチュエータにおける切欠部の磁力線の分布に対する影響を説明するための説明図である。
【図５】本実施形態のリニアアクチュエータにおける切欠部の磁力線の分布に対する影響を説明するための説明図である。
【図６】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石がない場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図７】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石がない場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図８】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石がない場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図９】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石がない場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図１０】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石がない場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図１１】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石が有る場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図１２】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石が有る場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図１３】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石が有る場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図１４】本実施形態のリニアアクチュエータの中間の永久磁石が有る場合のストローク中における磁力線の分布を説明するための説明図である。
【図１５】本発明の第２実施形態のリニアアクチュエータの詳細構成を示す断面図である。
【図１６】本第２実施形態のリニアアクチュエータの詳細構成を示す横断面図である。
【図１７】本第２実施形態のリニアアクチュエータの圧力波発生機用のアクチュエータへの適用例の詳細構成を示す断面図である。
【図１８】従来の第１のリニアアクチュエータを示す断面図である。
【図１９】従来の第１のリニアアクチュエータの圧力波発生機への適用例を示す断面図である。
【図２０】従来の鉄心可動型リニア振動子を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 鉄心
２ コイル
３ 電磁石
３１、３２、３３、３４ 磁極
４ 可動部材
５ 永久磁石
Claims (12)
- 磁性材にコイルが巻装された一対の電磁石が、その長手方向において対向する磁極の励磁時の極性がＮ，Ｓになる様に対向配設されるとともに、複数対の軸方向において隣り合う電磁石が、その磁極が励磁時の極性がＮ，Ｓ交互になる様に間隔を隔てて並設され、前記複数対の磁極に対向する位置に、可動部材を構成する複数の列設された永久磁石の磁極が介挿配置されているリニアアクチュエータにおいて、
前記永久磁石が、全ストローク時に前記電磁石の磁極が対向配設されている部位以外にも軸方向において延在され、通過する磁束が形成される
ことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項１において、
前記電磁石の磁極の前記永久磁石の磁極に対向する部分の軸方向の一部に切欠部が形成され、前記電磁石の磁極と前記永久磁石の磁極とが対向する部分以外の前記永久磁石を通過する磁束を形成するようにした
ことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項２において、
隣合う前記電磁石の磁極間に３個の永久磁石が列設されている
ことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項３において、
全ストローク時に隣合う前記電磁石の磁極間に跨がるように一つの永久磁石の磁極が配置されている
ことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 磁性材にコイルを巻いた電磁石の長手方向において対向する磁極の励磁時の極性がＮ，Ｓになる様に対向配設されるとともに、複数対の軸方向において隣り合う電磁石が、その磁極が励磁時の極性がＮ，Ｓ交互になる様に間隔を隔てて並設され、それと対面する位置に、電磁石の磁極の数よりも１個分だけ少ない数の永久磁石の磁極を配置し、
前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極については、それぞれの磁極間に磁気ギャップを設け、
前記永久磁石の磁極については、全ストローク時に前記電磁石のそれぞれの磁極間に前記磁気ギャップに対応して延在する前記永久磁石の磁極が渡る様に配置され、通過する磁束が形成される
ことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項５において、
前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極の列の軸方向の端部磁極と対面する位置の、前記永久磁石と隣合う位置に、隣合う永久磁石と反対の磁極の永久磁石を配置し、全ストローク時に前記電磁石の磁極の列の端部より外側に前記永久磁石の少なくとも１部が延在する様に配置してある
ことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項６において、
前記永久磁石と対面する側の前記電磁石の磁極の中央に切り欠きを設けて磁気ギャップを設けた
ことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項７において、
隣合う前記永久磁石の間に、磁気ギャップが設けられている
ことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項８において、
前記永久磁石と対面しない側の電磁石の各磁極間に、磁性材を配置して、各磁極間を結ぶ磁気回路を設けた
ことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項９において、
前記永久磁石の外表面に、支持部材を配設して、前記永久磁石を固定した
ことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項１０において、
前記支持部材を磁性材によって構成し、前記永久磁石と前記電磁石との間の磁束密度が高くなるように構成されている
ことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項５において、
圧力波発生機用のアクチュエータとして適用されている
ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
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