JP4556930B2

JP4556930B2 - リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP4556930B2
Application number: JP2006245840A
Authority: JP
Inventors: 洋中川; 一路加藤; 利夫三木; 豊前田; 崇福永; 浩三古谷; 俊哉杉本
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2022-05-20
Also published as: JP2006325400A

Description

本発明は、リニアアクチュエータに関し、特にその信頼性向上および性能向上に関する。

リニアアクチュエータは、バネを併用し共振させることによって少ない損失で駆動できることから、コンプレッサモータ等として利用されている。そして、このリニアアクチュエータを用いたコンプレッサは高効率である等優れた性能を発揮できることから、冷蔵庫や、冷凍庫、あるいはエアコンディショナ用としての利用が期待されている。

リニアアクチュエータとしては、ボイスコイルモータがある。このボイスコイルモータは、永久磁石により作られた磁界の中でコイルに電流を流すことによりコイルに生じる力で駆動を行うもので、コイルを含む可動子が動く可動コイル型とも呼ばれている。

また、他のリニアアクチュエータとして、上記可動コイル型のものに対して永久磁石とコイルとを入れ替えた構造であって、永久磁石を含む可動子が動く可動磁石型と呼ばれるものもある。

ところで、上記した可動コイル型のものは、可動子にコイルが含まれることから、可動子に電流を流さなければならず、このための給電線に可動子の移動で断線を生じてしまうことがあり、信頼性に劣るという問題があった。

また、上記した可動磁石型のものは、性能向上を図るために高い磁束密度を得ようとした場合に永久磁石の重量が増大することになり、その結果、可動子の重量が増加することになるため、望むように性能向上が図れないという問題があった。

したがって、本発明は、信頼性を向上させることができ、しかも性能向上を容易に図ることができるリニアアクチュエータの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載のリニアアクチュエータは、固定子と、少なくとも一部に鉄部材を有し、前記固定子に対し往復動可能に設けられた可動子とからなるリニアアクチュエータであって、前記固定子はその中心位置に貫通穴が形成されており、その貫通穴は円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなし互いに離間状態で対向する二カ所の円筒面部と、各円筒面部のそれぞれの両端縁部から円筒面部同士を結ぶ方向に沿って外側に延出する第１の一対の平面部と、各前記第１の一対の平面部のそれぞれの円筒面部に対し反対側の端縁部から第１の一対の平面部と直交して外側に延出する第２の一対の平面部とを有しており、前記二カ所の円筒面部の一方には、互いに前記往復動の方向に隣り合った状態で前記鉄部材に対向しかつ前記往復動の方向に直交して磁極を並べしかも互いの磁極の並びを逆にした状態で第１の一対の永久磁石が設けられており、前記二カ所の円筒面部の他方には、前記第１の一対の永久磁石に対し前記往復動の方向における位置を合わせるとともに、互いに前記往復動の方向に隣り合った状態で前記鉄部材に対向しかつ前記往復動の方向に直交して磁極を並べしかも互いの磁極の並びを逆にした状態で第２の一対の永久磁石が設けられており、前記可動子を挟んで前記固定子に設けられた一対のコイルとを備え、前記第１の一対の永久磁石および前記第２の一対の永久磁石は、前記往復動の方向に位置が合う永久磁石同士で前記鉄部材に対向させる磁極を逆にしており、さらに、第１の一対の平面部同士の厚みは、前記固定子の外周面と前記第２の一対の平面部との厚みよりも大きくされており、前記可動子は、円筒状をなしており、前記第１の一対の永久磁石と前記第２の一対の永久磁石の内径側にこれらと対向しつつ同軸をなすように挿入されていることによって、前記第１及び第２の永久磁石と前記一対のコイルとの励磁作用とにより、前記固定子に対して前記貫通穴の貫通方向に往復動することを特徴としている。

これにより、固定子側のコイルの電流が一方向に流れた状態では、例えば、固定子、第１の一対の永久磁石の一方の永久磁石、鉄部材、第２の一対の永久磁石のうち往復動方向において第１の一対の永久磁石の一方の永久磁石と位置が合う一方の永久磁石、固定子のループで磁束が形成され、固定子側のコイルの電流が切り替えられ逆方向に流れた状態では、固定子、第２の一対の永久磁石の他方の永久磁石、鉄部材、第１の一対の永久磁石の他方の永久磁石、固定子のループで磁束が形成されることになる。これにより、固定子側のコイルの電流の方向を交互に切り替えると、固定子側の第１の一対の永久磁石および第２の一対の永久磁石において鉄部材に対し磁束を導く側を可動子の往復動の方向に交互に切り替えることになり、鉄部材すなわち可動子を往復動させることになる。このように、コイルと永久磁石とがともに固定子側に設けられるため、可動子側に給電する必要がなくなって、移動する可動子がコイルへの給電線に断線を生じさせてしまうことがなくなる。また、性能向上を図るために高い磁束密度を得ようとした場合に永久磁石の重量が増大しても、可動子の重量が増加することがない。さらに、可動子に磁石がないことから、可動子への着磁が作業が不要となる。加えて、上記した磁束のループで可動子を移動させることから、可動子の永久磁石に対し反対側に固定子の一部をバックヨークとして配置しない構成にできる。

本発明の請求項２記載のリニアアクチュエータは、請求項１記載のものに関して、前記第１の一対の永久磁石および前記第２の一対の永久磁石の組が前記往復動の方向における位置を合わせて複数組設けられていることを特徴としている。

このように、第１の一対の永久磁石および第２の一対の永久磁石の組が可動子の往復動の方向における位置を合わせて複数組設けられているため、さらに強力な永久磁石の磁界と電流による起磁力を得ることができる。

本発明の請求項３記載のリニアアクチュエータは、請求項１または２記載のものに関して、前記第１の一対の永久磁石および前記第２の一対の永久磁石の組が前記往復動の方向に隣り合った状態で複数組設けられており、前記鉄部材は、前記永久磁石の方向に突出する凸部が前記往復動の方向に隣り合って複数設けられていることを特徴としている。

このように、第１の一対の永久磁石および第２の一対の永久磁石の組が可動子の往復動の方向に隣り合った状態で複数組設けられており、これに合わせて鉄部材には可動子の往復動の方向に隣り合って永久磁石の方向に突出する凸部が複数設けられているため、ストロークは減少するが、歯数に比例して推力を増大させることができる。

以上詳述したように、本発明の請求項１記載のリニアアクチュエータによれば、固定子側のコイルの電流が一方向に流れた状態では、例えば、固定子、第１の一対の永久磁石の一方の永久磁石、鉄部材、第２の一対の永久磁石のうち往復動方向において第１の一対の永久磁石の一方の永久磁石と位置が合う一方の永久磁石、固定子のループで磁束が形成され、固定子側のコイルの電流が切り替えられ逆方向に流れた状態では、固定子、第２の一対の永久磁石の他方の永久磁石、鉄部材、第１の一対の永久磁石の他方の永久磁石、固定子のループで磁束が形成されることになる。これにより、固定子側のコイルの電流の方向を交互に切り替えると、固定子側の第１の一対の永久磁石および第２の一対の永久磁石において鉄部材に対し磁束を導く側を可動子の往復動の方向に交互に切り替えることになり、鉄部材すなわち可動子を往復動させることになる。

このように、コイルと永久磁石とがともに固定子側に設けられるため、可動子側に給電する必要がなくなって、移動する可動子がコイルへの給電線に断線を生じさせてしまうことがなくなる。したがって、信頼性を向上させることができる。

また、性能向上を図るために高い磁束密度を得ようとした場合に永久磁石やコイルの重量が増大しても、可動子の重量が増加することがない。したがって、性能向上を容易に図ることができる。

さらに、可動子に磁石がないことから、可動子への着磁が作業が不要となる。
したがって、製造が容易となってコストダウンを図ることができる。

加えて、上記した磁束のループで可動子を移動させることから、可動子の永久磁石に対し反対側に固定子の一部をバックヨークとして配置しない構成にできる。したがって、可動子の永久磁石に対し反対側の空間を有効利用できる。

本発明の請求項２記載のリニアアクチュエータによれば、第１の一対の永久磁石および第２の一対の永久磁石の組が可動子の往復動の方向における位置を合わせて複数組設けられているため、さらに強力な永久磁石の磁界と電流による起磁力を得ることができる。

本発明の請求項３記載のリニアアクチュエータによれば、第１の一対の永久磁石および第２の一対の永久磁石の組が可動子の往復動の方向に隣り合った状態で複数組設けられており、これに合わせて鉄部材には可動子の往復動の方向に隣り合って永久磁石の方向に突出する凸部が複数設けられているため、さらに強力な永久磁石の磁界と電流による起磁力を得ることができるとともに、凸部の端面に効率的に吸引力を作用させることができる。

本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータを図１〜図６を参照して以下に説明する。

第１実施形態のリニアアクチュエータ１１は、ヨーク（固定子）１２と、このヨーク１２の内側に往復動可能に設けられた可動子１３と、ヨーク１２に固定された一対の永久磁石（第１の一対の永久磁石）１４，１５と、ヨーク１２に固定された一対の永久磁石（第２の一対の永久磁石）１６，１７と、ヨーク１２に固定された二つのコイル１８とを備えている。

上記ヨーク１２は、その中心位置に貫通穴２１が形成されることにより全体として角筒形状をなしている。貫通穴２１は、円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなし互いに離間状態で対向する二カ所の円筒面部２２と、各円筒面部２２のそれぞれの両端縁部から円筒面部２２同士を結ぶ方向に沿って外側に延出する第１の一対の平面部２３と、各前記第１の一対の平面部２３のそれぞれの円筒面部２２に対し反対側の端縁部から前記第１の一対の平面部２３と直交して外側に延出する第２の一対の平面部２４と、円筒面部２２同士を結ぶ方向に延在して各平面部２４に対応するもの同士をそれぞれ連結させる平面状の内面部２５とを有している。
ここで、二カ所の円筒面部２２は、同径同長同幅をなしており同軸に配置されている。また、前記第１の一対の平面部２３、前記第２の一対の平面部２４および内面部２５の円周方向における両側に半径方向に凹む凹部３０がそれぞれ形成されている。

なお、このヨーク１２は、上記二カ所の円筒面部２２と四カ所の平面部２３と四カ所の平面部２４と二カ所の内面部２５とを有する形状に薄板状の鋼板をプレスで打ち抜いて基部材２７を形成し、この基部材２７を貫通穴２１の貫通方向に複数、位置を合わせながら積層しつつ接合させた積層鋼板からなっている。
また、このヨーク１２には、可動子１３の内側に延出する形状のバックヨークは設けられていない。

ヨーク１２においては、各内面部２５と各内面部２５に平行をなしてそれぞれ近接する外面部２６との間の部分がコイル巻回部２８とされており、その結果、このようなコイル巻回部２８が二カ所互いに平行に設けられている。コイル巻回部２８には内面部２５の全幅にわたってコイル１８が巻き付けられ、その結果、各コイル１８はリング状をなしてヨーク１２に固定されている。

上記永久磁石１４，１５は、円筒を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同径同長同幅のフェライト磁石からなるもので、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に隣り合った状態で並べられて一方の円筒面部２２に接合固定されている。ここで、これら永久磁石１４，１５は、軸線方向に直交する方向に磁極を並べたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。具体的には、貫通穴２１の貫通方向における一側の永久磁石１４は、Ｎ極１４ａが外径側にＳ極１４ｂが内径側に配置されており、他側の永久磁石１５は、Ｎ極１５ａが内径側にＳ極１５ｂが外径側に配置されている。なお、永久磁石１４，１５の配列方向に直交する方向の両側にヨーク１２の凹部３０が配置されている。

上記永久磁石１６，１７は、円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同径同長同幅をなすフェライト磁石からなるもので、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に隣り合った状態で並べられて他方の円筒面部２２に、上記永久磁石１４，１５に対し円周方向の逆側に離間し貫通穴２１の軸線方向における位置を合わせて接合固定されている。ここで、これら永久磁石１６，１７は、軸線方向に直交する方向に磁極を並べたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。具体的には、貫通穴２１の貫通方向における一側の永久磁石１６は、Ｎ極１６ａが内径側にＳ極１６ｂが外径側に配置されており、他側の永久磁石１７は、Ｎ極１７ａが外径側にＳ極１７ｂが内径側に配置されている。なお、永久磁石１６，１７の配列方向に直交する方向の両側にヨーク１２の凹部３０が配置されている。

以上により、一対の永久磁石１４，１５および一対の永久磁石１６，１７は、貫通穴２１の貫通方向に位置が合う永久磁石同士で内径側すなわち可動子１３側の磁極を逆にしている。すなわち、貫通穴２１の貫通方向に位置が合う永久磁石１４および永久磁石１６は互いに内径側の磁極を逆にしており、貫通穴２１の貫通方向に位置が合う永久磁石１５および永久磁石１７も互いに内径側の磁極を逆にしている。

可動子１３は、中央に貫通穴３１が形成されることにより円筒状をなしており、その外径が永久磁石１４〜１７の内径よりも若干小径とされている。この可動子１３はヨーク１２の円筒面部２２の内側すなわち永久磁石１４〜１７の内径側に、これらと対向しつつ同軸をなすように挿入されることによって、ヨーク１２に対して貫通穴２１の貫通方向に往復動可能に設けられる。ここで、可動子１３の軸線方向における長さは、ヨーク１２の貫通穴２１の貫通方向における長さよりも短くされている。

なお、この可動子１３は、薄板状の鋼板をプレスで打ち抜いて内側に貫通穴３１を有する円環状の基部材３２を形成し、この基部材３２を貫通穴３１の貫通方向に複数、位置を合わせながら積層させて接合させた積層鋼板からなっている。
これにより可動子１３は全体が鉄部材からなっている。

上記構造のリニアアクチュエータ１１においては、両側のコイル１８に交流電流（正弦波電流、矩形波電流）を同期して流す。ここで、両側のコイル１８には、それぞれのコイル巻回部２８よりも可動子１３側の部分に、貫通穴２１の貫通方向に沿って逆向きの電流を流すことになる。

なお、両側のコイル１８に電流を流していない状態では、一対の永久磁石１４，１５によって、図２に二点鎖線で示すように、ヨーク１２、永久磁石１５、可動子１３、永久磁石１４およびヨーク１２をこの順に結ぶループで磁束が形成されるとともに、一対の永久磁石１６，１７によって、ヨーク１２、永久磁石１６、可動子１３、永久磁石１７およびヨーク１２をこの順に結ぶループで磁束が形成される。このとき、可動子１３は停止状態とされる。

そして、例えば、図３に示すように、一方（図３における左側）のコイル１８に、その可動子１３側に貫通穴２１の貫通方向における一方向（図３における紙面を裏から表に貫く方向）に流れるように電流を流すと、その内側のコイル巻回部２８に一方向（図３における下方向）に起磁力が生じる。すると、一対の永久磁石１４，１５および一対の永久磁石１６，１７によって、この一方のコイル１８側には、図３および図４に二点鎖線で示すように、ヨーク１２、一対の永久磁石１４，１５のうちの一方（図３においては紙面奥側）の永久磁石１５、可動子１３、一対の永久磁石１６，１７のうちの貫通穴２１の貫通方向において上記一方の永久磁石１５と位置が合う一方の永久磁石１７およびヨーク１２を、この順に結ぶループで磁束が形成されることになる。これと同時に、他方（図３における右側）のコイル１８に、その可動子１３側に貫通穴２１の貫通方向における逆方向（図３における紙面を表から裏に貫く方向）に流れるように電流を流すと、コイル巻回部２８に一方向（図３における下方向）に起磁力が生じる。すると、図３に二点鎖線で示すように、一対の永久磁石１４，１５および一対の永久磁石１６，１７によって、この他方のコイル１８側にも、ヨーク１２、一対の永久磁石１４，１５の一方（図３においては紙面奥側）の永久磁石１５、可動子１３、一対の永久磁石１６，１７のうち貫通方向において上記一方の永久磁石１５と位置が合う一方の永久磁石１７およびヨーク１２をこの順に結ぶループで磁束が形成されることになる。

以上によって、可動子１３が貫通穴２１の貫通方向における一方向（図３における紙面を表から裏に貫く方向、図４における右方向）に移動する。

次に、図５および図６に示すように、一方（図５における左側）のコイル１８に、その可動子１３側に貫通穴２１の貫通方向における逆方向（図５における紙面を表から裏に貫く方向）に流れるように電流を流すと、その内側のコイル巻回部２８に一方向（図５における上方向）に起磁力が生じる。すると、図５および図６に二点鎖線で示すように、一対の永久磁石１４，１５および一対の永久磁石１６，１７によって、この一方のコイル１８側に、ヨーク１２、一対の永久磁石１４，１５のうちの他方（図５においては紙面手前側）の永久磁石１４、可動子１３、一対の永久磁石１６，１７のうちの貫通穴２１の貫通方向において上記他方の永久磁石１４と位置が合う他方の永久磁石１６およびヨーク１２を、この順に結ぶループで磁束が形成されることになる。これと同時に、他方（図５における右側）のコイル１８に、その可動子１３側に貫通穴２１の貫通方向における一方向（図５における紙面を裏から表に貫く方向）に流れるように電流を流すと、その内側のコイル巻回部２８に一方向（図５における上方向）に起磁力が生じる。すると、図５に二点鎖線で示すように、一対の永久磁石１４，１５および一対の永久磁石１６，１７によって、この他方のコイル１８側には、ヨーク１２、一対の永久磁石１４，１５のうちの他方（図５においては紙面手前側）の永久磁石１４、可動子１３、一対の永久磁石１６，１７のうちの貫通穴２１の貫通方向において上記他方の永久磁石１４と位置が合う他方の永久磁石１６およびヨーク１２を、この順に結ぶループで磁束が形成されることになる。

以上によって、可動子１３が貫通穴２１の貫通方向における逆方向（図５における紙面を裏から表に貫く方向、図６における左方向）に移動する。

そして、交流電流によって両コイル１８への電流の流れの方向が交互に変化することにより、以上の作動を繰り返して、可動子１３はヨーク１２に対して貫通穴２１の貫通方向に所定のストロークで往復動することになる。

以上に述べた第１実施形態のリニアアクチュエータ１１によれば、コイル１８が可動子１３ではなくヨーク１２に設けられるため、可動子１３側に給電する必要がなくなって、移動する可動子１３がコイル１８への給電線に断線を生じさせてしまうことがなくなる。したがって、連続運転等に対する信頼性を向上させることができる。

また、永久磁石１４〜１７も可動子１３ではなくヨーク１２に設けられるため、性能向上を図るために高い磁束密度を得ようとした場合に永久磁石１４〜１７やコイル１８の重量が増大しても、可動子１３の重量が増加することがない。したがって、性能向上（推力アップ）を容易に図ることができる。

加えて、可動子１３に永久磁石がないことから、可動子１３への着磁が作業が不要となり、また、可動子１３の製造時に可動子１３には吸引力が働かないため、可動子１３の製造が容易となる。したがって、製造が容易となってコストダウンを図ることができる。

加えて、上述したようなループの磁束で可動子１３を移動させることから、可動子１３の永久磁石１４〜１７に対し反対側すなわち内径側にヨーク１２の一部をバックヨークとして配置しない構成にできる。したがって、可動子１３の永久磁石１４〜１７に対し反対側すなわち貫通穴３１側の空間を有効利用できる。具体的には、貫通穴３１内に別途のシリンダやそのピストン等を配置する場合の設計自由度が大幅に増す。

加えて、ヨーク１２は可動子１３の往復動の方向に積層された積層鋼板からなるため、ムク材から削り出されて形成される場合に比して渦電流損失を低減することができる一方、焼結で形成される場合に比してヒステリシス損を低減することができる。したがって、性能を向上させることができる。また、特にヨーク１２を大型化する場合に、ムク材からの削り出しおよび焼結に比して製造が容易となる。したがって、全体の大型化に伴うヨーク１２の大型化に容易に対応することができる。

なお、永久磁石１４〜１７としては、上記したフェライト磁石以外にも、ネオジウム、サマリウムコバルト等の希土類系のものを用いたり、プラスチック磁石を用いることも可能であるが、フェライト磁石を用いるのがコスト低減の観点からより好ましい。

また、このリニアアクチュエータ１１は、可動子１３にバネを組み込んだり、外部に置かれたバネとの併用で共振させて使用されるのが一般的であるが、勿論、このまま使用することも可能である。

また、このリニアアクチュエータ１１に位置、速度等を検出するセンサを設け、閉ループ制御を行うことで速度や位置の制御が可能なリニアサーボアクチュエータとして利用できる。

次に、本発明の第２実施形態のリニアアクチュエータを図７および図８を参照して以下に説明する。

第２実施形態のリニアアクチュエータ５１は、ヨーク（固定子）５２と、このヨーク５２の内側に往復動可能に設けられた可動子５３と、ヨーク５２に固定された四組の永久磁石（第１の一対の永久磁石）５４，５５と、ヨーク５２に固定された四組の永久磁石（第２の一対の永久磁石）５６，５７と、ヨーク５２に固定された八つのコイル５８とを備えている。

上記ヨーク５２は、その中心位置に貫通穴６１が形成されることにより全体として円筒形状をなしている。貫通穴６１は、円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなし円周方向に等間隔で配置される八カ所の円筒面部６２を有している。ここで、円周方向に隣り合う円筒面部６２同士の間は、半径方向外方に凹む凹部６３とされており、その結果、円周方向に隣り合う凹部６３同士の間には、円筒面部６２を有する凸部６４が形成されている。
ここで、八カ所の円筒面部６２は、同径同長同幅をなしており同軸に配置されている。なお、このヨーク５２は、図示は略すが、第１実施形態と同様に、上記八カ所の凹部６３および凸部６４を有する形状に薄板状の鋼板をプレスで打ち抜いて基部材を形成し、この基部材を貫通穴６１の貫通方向に複数、位置を合わせながらを積層させつつ接合させた積層鋼板からなっている。
また、このヨーク５２には、可動子５３の内側に延出する形状のバックヨークは設けられていない。

第２実施形態において、ヨーク５２の各凸部６４には、軸線方向と円周方向とに交互に延在するようにコイル５８が巻き付けられ、その結果、各コイル５８はリング状をなしてヨーク５２に固定されている。

上記永久磁石５４，５５は、円筒を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同径同長同幅のフェライト磁石からなるもので、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に隣り合った状態で並べられて共通の円筒面部６２に接合固定されている。ここで、これら永久磁石５４，５５は、軸線方向に直交する方向に磁極を並べたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。具体的には、貫通穴６１の貫通方向における一側の永久磁石５４は、Ｎ極５４ａが外径側にＳ極５４ｂが内径側に配置されており、他側の永久磁石５５は、Ｎ極５５ａが内径側にＳ極５５ｂが外径側に配置されている。そして、このような一対の永久磁石５４，５５の組が四組、円周方向に一つおきに配置された各円筒面部３２に放射状をなすように配置されている。

上記永久磁石５６，５７は、円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同径同長同幅をなすフェライト磁石からなるもので、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に隣り合った状態で並べられて共通の円筒面部６２に接合固定されている。ここで、これら永久磁石５６，５７は、軸線方向に直交する方向に磁極を並べたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。具体的には、貫通穴６１の貫通方向における一側の永久磁石５６は、Ｎ極５６ａが内径側にＳ極５６ｂが外径側に配置されており、他側の永久磁石５７は、Ｎ極５７ａが外径側にＳ極５７ｂが内径側に配置されている。そして、このような一対の永久磁石５６，６７の組が四組、円周方向に一つおきに配置された残りの各円筒面部３２に放射状をなすように配置されている。

以上により、一対の永久磁石５４，５５および一対の永久磁石５６，５７は、貫通穴６１の貫通方向に位置が合う永久磁石同士で内径側すなわち可動子５３の磁極を逆にしている。すなわち、貫通穴６１の貫通方向に位置が合う永久磁石５４および永久磁石５６は互いに内径側の磁極を逆にしており、貫通穴６１の貫通方向に位置が合う永久磁石５５および永久磁石５７も互いに内径側の磁極を逆にしている。

ここで、円周方向に互いに離間して隣り合う一対の永久磁石５４，５５と一対の永久磁石５６，５７とが組となっており、このような組が、貫通穴２１の貫通方向における位置を合わせて複数組具体的には四組設けられている。

可動子５３は、中央に貫通穴７１が形成されることにより円筒状をなす鉄部材７２とこの鉄部材７２の軸線方向における一側に設けられた主部７３とを有しており、主部７３は鉄部材７２と同軸同径をなして隣り合う大径円筒部７５と、この大径円筒部７５の鉄部材７２に対し反対側にこれよりも小径をなして同軸に設けられた小径円筒部７６とを有している。なお、鉄部材７２および大径円筒部７５の外径が永久磁石５４〜５７の内径よりも若干小径とされている。この可動子５３はヨーク５２の円筒面部６２の内側すなわち永久磁石５４〜５７の内径側に、これらと同軸をなすように挿入されることにより、ヨーク５２に対して貫通穴６１の貫通方向に往復動可能に設けられる。ここで、鉄部材７２の軸線方向における長さは、ヨーク５２の貫通穴６１の貫通方向における長さよりも短くされている。また、小径円筒部７６には内径側に通した軸等を固定するためのボルト７８が半径方向に螺合されている。

なお、この可動子５３は、主部７３が非磁性材料であるエンジニアリングプラスチック等の合成樹脂からなっており、鉄部材７２は焼結材からなっている。可動子５３は、鉄部材７２を入れ子とする合成樹脂のインサート成形により形成されている。

以上に述べた第２実施形態のリニアアクチュエータ５１によれば、第１実施形態のリニアアクチュエータ１１と同様の効果を発揮することができ、その上で、一対の永久磁石５４，５５と一対の永久磁石５６，５７との組が複数組具体的には四組に分配されていることから、ヨーク厚さを薄くでき、軽量化が図れる。

可動子厚さも薄くでき、可動部の軽量化が図れることから、応答性が改善される。

なお、第２実施形態においても第１実施形態と同様の変更等が可能である。

次に、本発明の第３実施形態のリニアアクチュエータを図９を参照して第２実施形態との相違部分を中心に以下に説明する。なお、第２実施形態と同様の部分には同一の符号を付しその説明は略す。

第３実施形態においては、一対の永久磁石５４，５５および一対の永久磁石５６，５７の各組に対し、円周方向における位置を合わせ貫通穴６１の貫通方向に隣り合った状態で別の一対の永久磁石５４，５５および一対の永久磁石５６，５７の組がそれぞれ設けられている。すなわち、各一対の永久磁石５４，５５には、円周方向における位置を合わせ貫通穴６１の貫通方向に隣り合った状態で一対の永久磁石５４，５５がそれぞれ設けられており、各一対の永久磁石５６，５７には、円周方向における位置を合わせ貫通穴６１の貫通方向に隣り合った状態で一対の永久磁石５６，５７がそれぞれ設けられている。

また、鉄部材には、永久磁石の方向すなわち外径側に突出する環状の凸部８０が貫通穴６１の貫通方向すなわち可動子５３の往復動の方向に隣り合って複数具体的には二カ所設けられている。ここで、貫通穴６１の貫通方向における一側の凸部８０が、貫通穴６１の貫通方向におけるこれと同側に設けられた永久磁石５４，５５および永久磁石５６，５７との間で磁束を導く一方、貫通穴６１の貫通方向における逆側の凸部８０が、貫通穴６１の貫通方向におけるこれと同側に設けられた永久磁石５４，５５および永久磁石５６，５７との間で磁束を導く。

以上に述べた第３実施形態のリニアアクチュエータ５１によれば、第２実施形態と同様の効果を発揮することができ、その上で、一対の永久磁石５４，５５および一対の永久磁石５６，５７の組が可動子５３の往復動の方向に複数組設けられているため、さらに強力な永久磁石の磁界と電流による起磁力を得ることができる。その上、鉄部材７２には可動子５３の往復動の方向に隣り合って永久磁石５４〜５７の方向に突出する凸部８０が複数設けられているため、往復動のいずれにおいても凸部８０の端面に効率的に吸引力を作用させることができ、その結果、可動子をより大きな力で駆動することができる。

なお、上述したすべてのリニアアクチュエータ１１について、中心軸線側と外径側とで構成を反転させるようにしても良い。例えば、図１０および図１１に示すように、コイル１８を含むヨーク１２の外径側に永久磁石１４，１５および永久磁石１６，１７を配置し、永久磁石１４，１５および永久磁石１６，１７の外径側に往復動可能に円筒状の可動子１３を設けるのである。このように構成すれば、全体として同じ大きさとした場合に、コイル１８が小さくなるので、銅損失が少なくなり、力を発生させる面積を大きくすることができて、効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータを示す正断面図である。本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータを示す側断面図であって、コイルに電流が流れていないときの磁束の状態を二点鎖線で示すものである。本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータを示す正断面図であって、コイルに電流が一方向に流れているときの磁束の状態を二点鎖線で示すものである。本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータを示す側断面図であって、コイルに電流が一方向に流れているときの磁束の状態を二点鎖線で示すものである。本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータを示す正断面図であって、コイルに電流が逆方向に流れているときの磁束の状態を二点鎖線で示すものである。本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータを示す側断面図であって、コイルに電流が逆方向に流れているときの磁束の状態を二点鎖線で示すものである。本発明の第２実施形態のリニアアクチュエータを示す正断面図である。本発明の第２実施形態のリニアアクチュエータを示す図７に示すＸ−Ｘ線に沿う断面図である。本発明の第３実施形態のリニアアクチュエータを示す図７に示すＸ−Ｘ線に沿う断面図である。本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータの変形例を示す正断面図である。本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータの変形例を示す側断面図である。

符号の説明

１１リニアアクチュエータ
１２ヨーク（固定子）
１３可動子
１４，１５永久磁石（第１の一対の永久磁石）
１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａＮ極（磁極）
１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂＳ極（磁極）
１６，１７永久磁石（第２の一対の永久磁石）
１８コイル
５１リニアアクチュエータ
５２ヨーク（固定子）
５３可動子
５４，５５永久磁石（第１の一対の永久磁石）
５４ａ，５５ａ，５６ａ，５７ａＮ極（磁極）
５４ｂ，５５ｂ，５６ｂ，５７ｂＳ極（磁極）
５６，５７永久磁石（第２の一対の永久磁石）
５８コイル
７２鉄部材
８０凸部

Claims

固定子と、
少なくとも一部に鉄部材を有し、前記固定子に対し往復動可能に設けられた可動子とからなるリニアアクチュエータであって、
前記固定子はその中心位置に貫通穴が形成されており、その貫通穴は円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなし互いに離間状態で対向する二カ所の円筒面部と、各円筒面部のそれぞれの両端縁部から円筒面部同士を結ぶ方向に沿って外側に延出する第１の一対の平面部と、各前記第１の一対の平面部のそれぞれの円筒面部に対し反対側の端縁部から第１の一対の平面部と直交して外側に延出する第２の一対の平面部とを有しており、
前記二カ所の円筒面部の一方には、互いに前記往復動の方向に隣り合った状態で前記鉄部材に対向しかつ前記往復動の方向に直交して磁極を並べしかも互いの磁極の並びを逆にした状態で第１の一対の永久磁石が設けられており、
前記二カ所の円筒面部の他方には、前記第１の一対の永久磁石に対し前記往復動の方向における位置を合わせるとともに、互いに前記往復動の方向に隣り合った状態で前記鉄部材に対向しかつ前記往復動の方向に直交して磁極を並べしかも互いの磁極の並びを逆にした状態で第２の一対の永久磁石が設けられており、
前記可動子を挟んで前記固定子に設けられた一対のコイルとを備え、
前記第１の一対の永久磁石および前記第２の一対の永久磁石は、前記往復動の方向に位置が合う永久磁石同士で前記鉄部材に対向させる磁極を逆にしており、
さらに、第１の一対の平面部同士の厚みは、前記固定子の外周面と前記第２の一対の平面部との厚みよりも大きくされており、
前記可動子は、円筒状をなしており、前記第１の一対の永久磁石と前記第２の一対の永久磁石の内径側にこれらと対向しつつ同軸をなすように挿入されていることによって、前記第１及び第２の永久磁石と前記一対のコイルとの励磁作用とにより、前記固定子に対して前記貫通穴の貫通方向に往復動することを特徴とするリニアアクチュエータ。
前記第１の一対の永久磁石および前記第２の一対の永久磁石の組が前記往復動の方向における位置を合わせて複数組設けられていることを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
前記第１の一対の永久磁石および前記第２の一対の永久磁石の組が前記往復動の方向に隣り合った状態で複数組設けられており、
前記鉄部材は、前記永久磁石の方向に突出する凸部が前記往復動の方向に隣り合って複数設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のリニアアクチュエータ。