JP4610884B2 - Linear actuator - Google Patents
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Description
本発明は、固定子と、それに対向して軸方向に直線的に往復移動する可動子との協働作用により発電機や電動機を構成するリニア型アクチュエータに関する。 The present invention relates to a linear actuator that constitutes a generator or an electric motor by the cooperative action of a stator and a movable element that linearly reciprocates in the axial direction facing the stator.
リニア型アクチュエータの代表的な技術としていわゆるリニア発電機が知られている。このリニア発電機の従来技術として、運動方向に直交する方向に着磁された永久磁石を可動子とし、この可動子を挟んで両側に固定子を備え、可動子を通る磁束の方向を可動子の運動方向に直交するようにした構成が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
しかし従来の発電機は、所定の能力を出力するためには、相当量の永久磁石が必要であり、永久磁石として利用されるネオジウム系磁石は、高価であり、また重量にも影響する。
従って、所定の能力を維持した上で、用いる永久磁石の量を低減することが、低コスト化および軽量化の上でも望ましい。
However, a conventional generator requires a considerable amount of permanent magnets in order to output a predetermined capacity, and a neodymium magnet used as a permanent magnet is expensive and affects the weight.
Therefore, it is desirable to reduce the amount of permanent magnets used while maintaining a predetermined capacity in terms of cost reduction and weight reduction.
そこで本発明は、所定の能力を維持した上で、用いる永久磁石の量を低減することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to reduce the amount of permanent magnets used while maintaining a predetermined capacity.
請求項1記載の本発明のリニア型アクチュエータは、円筒状に形成されたインナーヨークと円筒状に形成されたアウターヨークからなるヨーク部と、前記インナーヨークと前記アウターヨークの間に同心円上に配置される永久磁石とを有し、前記インナーヨーク又は前記アウターヨークにコイルが巻回され、前記コイルが巻回された一方のヨークには他方のヨークとの間で磁路を形成するティース部を備え、一方の前記ヨークは鉄心に対して一対だけのティース部が形成され、一対の前記ティース部の間には空隙が形成され、前記永久磁石および一方の前記ヨークのいずれか一方が可動子、他方が固定子となり、前記永久磁石と一方の前記ヨークとが相対的に円筒の軸方向に移動するリニア型アクチュエータであって、前記永久磁石の両端部には、磁気抵抗領域を介してそれぞれ補助ヨークを設け、前記永久磁石を一方の前記ティース部と前記空隙に対向させたときに、他方の前記ティース部が他方の前記補助ヨークに対向し、前記永久磁石から放射される磁束が、一方の前記ティース部から前記鉄心内に進行し、前記鉄心に沿った磁路を形成し、他方の前記ティース部から他方の前記補助ヨークに進行し、前記永久磁石に帰還することで、前記コイルに鎖交する磁束の変化で電圧を誘起し、前記永久磁石を、他方の前記ティース部と前記空隙に対向させたときに、一方の前記ティース部が一方の前記補助ヨークに対向し、前記永久磁石から放射される磁束が、他方の前記ティース部から前記鉄心内に進行し、前記鉄心に沿った磁路を形成し、一方の前記ティース部から一方の前記補助ヨークに進行し、前記永久磁石に帰還することで、前記コイルに鎖交する磁束の変化で電圧を誘起することを特徴とする。
請求項2記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記磁気抵抗領域を気体空間で構成したことを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記磁気抵抗領域を樹脂材で構成したことを特徴とする。
請求項4記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記磁気抵抗領域を前記永久磁石とは磁極の向きが異なる永久磁石で構成したことを特徴とする。
請求項5記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記ティース部の前記永久磁石に対向する面における前記軸方向の長さをht、前記補助ヨークの前記軸方向の長さをhyとしたとき、hyを0.25ht以上としたことを特徴とする。
請求項6記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記ティース部は、前記空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、前記狭幅部における前記軸方向の長さをha、前記補助ヨークの前記軸方向の長さをhyとしたとき、hyを0.75ha以上としたことを特徴とする。
請求項7記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記補助ヨークの前記軸に垂直な方向の長さをwy、前記永久磁石の前記軸に垂直な方向の長さをwmとしたとき、wyを0.93wm以上としたことを特徴とする。
請求項8記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記ティース部は、前記空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、前記永久磁石の前記軸方向の長さをhm、前記広幅部の前記永久磁石に対向する面の前記軸方向の長さをht、前記空隙の前記軸方向の長さをsltとしたとき、hmが0.87(ht+slt)以上としたことを特徴とする。
請求項9記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記ティース部は、前記空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、前記広幅部の前記永久磁石に対向する面の前記軸方向の長さをht、前記軸方向の移動ストロークの長さをstrkとしたとき、htを0.40strk以上1.14strk以下としたことを特徴とする。
請求項10記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記ティース部は、前記空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、一対の前記補助ヨークの前記永久磁石に面した面同士の間隔をhg、前記空隙の前記軸方向の長さをslt、前記広幅部の前記永久磁石に対向する面の前記軸方向の長さをhtとしたとき、hgを0.85(slt+2ht)以上1.19(slt+2ht)以下としたことを特徴とする。
請求項11記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記ティース部は、前記空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、前記永久磁石の前記軸方向の長さをhm、前記空隙の前記軸方向の長さをslt、前記広幅部の前記永久磁石に対向する面の前記軸方向の長さをht、一対の前記補助ヨークの前記永久磁石に面した面同士の間隔をhgとしたとき、hm=slt+htとし、hg=slt+2htとしたことを特徴とする。
請求項12記載の本発明は、請求項1から請求項11のいずれかに記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記永久磁石と他方の前記ヨークとを連結して可動子としたことを特徴とする。
請求項13記載の本発明は、請求項12に記載のリニア型アクチュエータにおいて、他方の前記ヨークをアウターヨークとし、一方の前記ヨークをインナーヨークとしたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, a linear actuator according to the present invention is disposed on a concentric circle between an inner yoke formed in a cylindrical shape and an outer yoke formed in a cylindrical shape, and between the inner yoke and the outer yoke. and a permanent magnet that is, the coil is wound in the inner yoke or said outer yoke, lutein Isu to form a magnetic path between the other yoke on one yoke the coil is wound comprising a part, the teeth of only the pair for one of the yoke core is formed, between the pair of teeth are voids formed, one of the yoke of the permanent magnet and hand one mover, the other is a stator, the said yoke of the permanent magnet and the hand is a linear actuator for moving in the axial direction relatively cylindrical, both ends of the permanent magnet Respectively an auxiliary yoke through the magnetic resistance region, said permanent magnet when made to face the gap between one of the teeth, the teeth of the other faces the other of the auxiliary yoke, the permanent Magnetic flux radiated from the magnet travels from one of the tooth portions into the iron core, forms a magnetic path along the iron core, travels from the other tooth portion to the other auxiliary yoke, and the permanent magnet When the permanent magnet is opposed to the other tooth portion and the air gap when one of the teeth portions is one of the above-described ones, a voltage is induced by a change in magnetic flux interlinked with the coil. A magnetic flux radiated from the permanent magnet, facing the auxiliary yoke, travels from the other tooth portion into the iron core, forms a magnetic path along the iron core, and from one tooth portion to the other one Proceeds to aid the yoke, by returning to the permanent magnet, characterized in that it induces a voltage in the variation of the magnetic flux interlinked with the coil.
According to a second aspect of the present invention, in the linear actuator according to the first aspect, the magnetoresistive region is configured by a gas space.
A third aspect of the present invention is the linear actuator according to the first aspect, wherein the magnetoresistive region is made of a resin material.
According to a fourth aspect of the present invention, in the linear actuator according to the first aspect, the magnetoresistive region is formed of a permanent magnet having a magnetic pole direction different from that of the permanent magnet.
According to a fifth aspect of the present invention, in the linear actuator according to the first aspect, the axial length of the surface of the teeth portion facing the permanent magnet is ht, and the axial length of the auxiliary yoke is When the height is hy, the hy is 0.25 ht or more.
According to a sixth aspect of the invention, in the linear actuator according to
According to a seventh aspect of the present invention, in the linear actuator according to the first aspect, the length of the auxiliary yoke in the direction perpendicular to the axis is wy, and the length of the permanent magnet in the direction perpendicular to the axis is set. When wm is set, wy is set to 0.93 wm or more.
The present invention of claim 8, wherein, in the linear actuator according to
The present invention of claim 9, wherein, in the linear actuator according to
The present invention of
The present invention of
The present invention of
The present invention of
本発明によれば、補助ヨークによって効率が向上し、所定の能力を維持した上で、用いる永久磁石の量を低減することができる。
また、永久磁石とアウターヨークとを連結して可動子とすることで、可動子と固定子とのエアギャップを1つにすることにより、アクチュエータを小型化することができる。
According to the present invention, the efficiency is improved by the auxiliary yoke, and the amount of permanent magnets to be used can be reduced while maintaining a predetermined capacity.
Further, by connecting the permanent magnet and the outer yoke to form a mover, the actuator can be reduced in size by making the air gap between the mover and the stator one.
本発明の第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータは、永久磁石の両端部には、磁気抵抗領域を介してそれぞれ補助ヨークを設け、永久磁石を一方のティース部と空隙に対向させたときに、他方のティース部が他方の補助ヨークに対向し、永久磁石から放射される磁束が、一方のティース部から鉄心内に進行し、鉄心に沿った磁路を形成し、他方のティース部から他方の補助ヨークに進行し、永久磁石に帰還することで、コイルに鎖交する磁束の変化で電圧を誘起し、永久磁石を、他方のティース部と空隙に対向させたときに、一方のティース部が一方の補助ヨークに対向し、永久磁石から放射される磁束が、他方のティース部から鉄心内に進行し、鉄心に沿った磁路を形成し、一方のティース部から一方の補助ヨークに進行し、永久磁石に帰還することで、コイルに鎖交する磁束の変化で電圧を誘起することにより、永久磁石から一方のヨークの磁路を通って放射される磁束を補助ヨークにより確実に捕捉することができるので、アクチュエータとして取り出される出力を大きくすることができる。従って補助ヨークによって効率が向上するので、所定の能力を維持した上で、用いる永久磁石の量を低減することができる。また、両端に補助ヨークを設けることで、更に効率が向上する。
本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、磁気抵抗領域を気体空間で構成したものであり、他の材料を設けることなく磁気抵抗領域を形成することで、軽量化を図ることができる。
本発明の第3の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、磁気抵抗領域を樹脂材で構成することで、永久磁石から補助ヨークへのもれ磁束を一層小さくすることができる。
本発明の第4の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、磁気抵抗領域を永久磁石とは磁極の向きが異なる永久磁石で構成したことにより、永久磁石から補助ヨークへのもれ磁束を更に小さくすることができる。
本発明の第5の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、ティース部の永久磁石に対向する面における軸方向の長さをht、補助ヨークの軸方向の長さをhyとしたとき、hyを0.25ht以上としたものである。本実施の形態によれば、補助ヨークで捕獲する磁束量を大きくすることができるので、アクチュエータとして取り出される出力を大きくすることができる。
本発明の第6の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、ティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と広幅部と連接した狭幅部とからなり、狭幅部における軸方向の長さをha、補助ヨークの軸方向の長さをhyとしたとき、hyを0.75ha以上としたものである。本実施の形態によれば、補助ヨークで捕獲する磁束量を大きくすることができるので、アクチュエータとして取り出される出力を大きくすることができる。
本発明の第7の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、補助ヨークの軸に垂直な方向の長さをwy、永久磁石の軸に垂直な方向の長さをwmとしたとき、wyを0.93wm以上としたものである。本実施の形態によれば、エアギャップでの距離を短くすることで、補助ヨークで捕獲する磁束量を大きくすることができるので、アクチュエータとして取り出される出力を大きくすることができる。
本発明の第8の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、ティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と広幅部と連接した狭幅部とからなり、永久磁石の軸方向の長さをhm、広幅部の永久磁石に対向する面の軸方向の長さをht、空隙の軸方向の長さをsltとしたとき、hmが0.87(ht+slt)以上としたものである。本実施の形態によれば、補助ヨークで捕獲する磁束量を大きくすることができるので、アクチュエータとして取り出される出力を大きくすることができる。
本発明の第9の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、ティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と広幅部と連接した狭幅部とからなり、広幅部の永久磁石に対向する面の軸方向の長さをht、軸方向の移動ストロークの長さをstrkとしたとき、htを0.40strk以上1.14strk以下としたものである。本実施の形態によれば、補助ヨークで捕獲する磁束量を極大にすることができるので、アクチュエータとして取り出される出力を大きくすることができる。
本発明の第10の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、ティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と広幅部と連接した狭幅部とからなり、一対の補助ヨークの永久磁石に面した面同士の間隔をhg、空隙の軸方向の長さをslt、広幅部の永久磁石に対向する面の軸方向の長さをhtとしたとき、hgを0.85(slt+2ht)以上1.19(slt+2ht)以下としたものである。本実施の形態によれば、補助ヨークで捕獲する磁束量を極大にすることができるので、アクチュエータとして取り出される出力を大きくすることができる。
本発明の第11の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、ティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と広幅部と連接した狭幅部とからなり、永久磁石の軸方向の長さをhm、空隙の軸方向の長さをslt、広幅部の永久磁石に対向する面の軸方向の長さをht、一対の補助ヨークの永久磁石に面した面同士の間隔をhgとしたとき、hm=slt+htとし、hg=slt+2htとしたものである。本実施の形態によれば、高価な永久磁石を小さくし、かつ、大きな出力を得る最適な条件を与えることができる。
本発明の第12の実施の形態は、第1から第11の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、永久磁石と他方のヨークとを連結して可動子としたものである。本実施の形態によれば、可動子と他方のヨークとのエアギャップをなくすことができるので、小型化できるとともに、安定した動作を確保することができる。
本発明の第13の実施の形態は、第12の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、他方のヨークをアウターヨークとし、一方のヨークをインナーヨークとしたものである。本実施の形態によれば、コイルをインナーヨーク側とすることで、軽量化を図ることができる。
Linear actuator according to the first embodiment of the present invention, both ends of the permanent magnet, respectively an auxiliary yoke through the magnetic resistance region, when made to face a permanent magnet in one of the teeth and the gap The other tooth portion faces the other auxiliary yoke, and the magnetic flux radiated from the permanent magnet travels from one tooth portion into the iron core, forms a magnetic path along the iron core, and from the other tooth portion. By proceeding to the other auxiliary yoke and returning to the permanent magnet, a voltage is induced by a change in the magnetic flux linked to the coil, and when the permanent magnet is opposed to the other teeth portion and the gap, The part faces one auxiliary yoke, and the magnetic flux radiated from the permanent magnet travels from the other tooth part into the iron core, forms a magnetic path along the iron core, and from one tooth part to one auxiliary yoke. Progress and permanent By returning to the stone, by inducing a voltage in the variation of the magnetic flux interlinking the coil, it can be reliably caught by one of flux auxiliary yoke emitted through the magnetic path of the yoke from the permanent magnet Therefore, the output taken out as an actuator can be increased. Therefore, since the efficiency is improved by the auxiliary yoke, the amount of permanent magnets used can be reduced while maintaining a predetermined capacity. Further, the efficiency is further improved by providing auxiliary yokes at both ends.
In the second embodiment of the present invention, in the linear actuator according to the first embodiment, the magnetoresistive region is configured by a gas space, and the magnetoresistive region is formed without providing other materials. Thus, the weight can be reduced.
In the linear actuator according to the first embodiment, the third embodiment of the present invention further reduces the leakage magnetic flux from the permanent magnet to the auxiliary yoke by configuring the magnetoresistive region with a resin material. Can do.
According to the fourth embodiment of the present invention, in the linear actuator according to the first embodiment, the magnetoresistive region is formed of a permanent magnet having a magnetic pole direction different from that of the permanent magnet, so that the permanent magnet is changed to the auxiliary yoke. The leakage magnetic flux can be further reduced.
According to the fifth embodiment of the present invention, in the linear actuator according to the first embodiment, the axial length of the surface of the teeth portion facing the permanent magnet is ht, and the axial length of the auxiliary yoke is the same. When hy is used, hy is 0.25 ht or more. According to this embodiment, since the amount of magnetic flux captured by the auxiliary yoke can be increased, the output taken out as the actuator can be increased.
Sixth embodiment of the present invention, Te linear actuator odor according to the first embodiment, Te Isu unit is composed of a narrow portion which is connected with the wide portion and the wide portion which is formed across the gap When the axial length of the narrow portion is ha and the axial length of the auxiliary yoke is hy, hy is 0.75 ha or more. According to this embodiment, since the amount of magnetic flux captured by the auxiliary yoke can be increased, the output taken out as the actuator can be increased.
In the seventh embodiment of the present invention, in the linear actuator according to the first embodiment, the length in the direction perpendicular to the axis of the auxiliary yoke is wy, and the length in the direction perpendicular to the axis of the permanent magnet is wm. , Wy is 0.93 wm or more. According to the present embodiment, since the amount of magnetic flux captured by the auxiliary yoke can be increased by shortening the distance in the air gap, the output taken out as the actuator can be increased.
Eighth embodiment of the present invention, Te linear actuator odor according to the first embodiment, Te Isu unit is composed of a narrow portion which is connected with the wide portion and the wide portion which is formed across the gap When the length of the permanent magnet in the axial direction is hm, the length of the surface of the wide portion facing the permanent magnet in the axial direction is ht, and the length of the gap in the axial direction is slt, hm is 0.87 (ht + slt ) That's it. According to this embodiment, since the amount of magnetic flux captured by the auxiliary yoke can be increased, the output taken out as the actuator can be increased.
Ninth embodiment of the present invention, Te linear actuator odor according to the first embodiment, Te Isu unit is composed of a narrow portion which is connected with the wide portion and the wide portion which is formed across the gap When the length in the axial direction of the surface of the wide portion facing the permanent magnet is ht and the length of the moving stroke in the axial direction is strk, ht is 0.40 strk or more and 1.14 strk or less. According to this embodiment, since the amount of magnetic flux captured by the auxiliary yoke can be maximized, the output taken out as the actuator can be increased.
Tenth embodiment of the present invention, Te linear actuator odor according to the first embodiment, Te Isu unit is composed of a narrow portion which is connected with the wide portion and the wide portion which is formed across the gap When the distance between the surfaces of the pair of auxiliary yokes facing the permanent magnet is hg, the axial length of the air gap is slt, and the axial length of the surface facing the permanent magnet of the wide portion is ht, hg Is 0.85 (slt + 2ht) or more and 1.19 (slt + 2ht) or less. According to this embodiment, since the amount of magnetic flux captured by the auxiliary yoke can be maximized, the output taken out as the actuator can be increased.
Eleventh embodiment of the present invention, Te linear actuator odor according to the first embodiment, Te Isu unit is composed of a narrow portion which is connected with the wide portion and the wide portion which is formed across the gap The axial length of the permanent magnet is hm, the axial length of the air gap is slt, the axial length of the surface facing the permanent magnet of the wide portion is ht, and the permanent magnet faces the permanent magnet of the pair of auxiliary yokes. When the distance between the surfaces is hg, hm = slt + ht and hg = slt + 2ht. According to the present embodiment, it is possible to provide an optimum condition for reducing the size of an expensive permanent magnet and obtaining a large output.
The twelfth embodiment of the present invention is a linear actuator according to any of the first to eleventh embodiments, wherein a permanent magnet and the other yoke are connected to form a mover. According to this embodiment, since the air gap between the mover and the other yoke can be eliminated, it is possible to reduce the size and to ensure stable operation.
In a thirteenth embodiment of the present invention, in the linear actuator according to the twelfth embodiment, the other yoke is an outer yoke and one yoke is an inner yoke. According to the present embodiment, the weight can be reduced by setting the coil on the inner yoke side.
以下本発明の実施例について図面とともに詳細に説明する。
図1は、本発明によるリニア型アクチュエータの実施例における片側の断面構成図である。本実施例のリニア型アクチュエータでは、円筒状に形成されたヨーク(アウターヨーク)11の一主面(内周面)の中央部に、円筒状に配置された永久磁石12が貼着されている。ヨーク11の両端部には、永久磁石12と空間(磁気抵抗領域)15を介して円筒状の補助ヨーク13、14が設けられている。なお、補助ヨーク13、14はいずれか一方を省略しても良い。ヨーク11、永久磁石12および補助ヨーク13、14により可動子10を構成しており、矢印で示した移動方向(軸方向)16に往復運動する。
可動子10に対向して円筒状に形成された固定子(インナーヨーク)20が同心円上に配置される。固定子20は、平面がコ字型あるいは環状の鉄片を筒状に配置した鉄心21に、コイル26が巻回されて構成されている。鉄心21はコ字型あるいは環状の狭幅部23と、狭幅部23の両端部に形成され広幅部24、25を有しており、広幅部24、25の間に空隙22が形成されている。なお、広幅部24、25と狭幅部23の一部によってティース部が構成される。広幅部24の表面241、広幅部25の表面251、および空隙22からなる面は、可動子10の永久磁石12の表面121、補助ヨーク13の表面131、および補助ヨーク14の表面141からなる面と対向している。
可動子10の磁気抵抗領域15は、永久磁石12からの磁束が補助ヨーク13、14に漏れるのを防ぐために高い磁気抵抗を有することが好ましい。具体的には気体による空間でよいが、所定の磁気抵抗を得るために永久磁石12と補助ヨーク13、14との空間長さをある程度確保する必要がある。なお、空間の代わりに樹脂材や永久磁石12とは磁極の向きが異なる永久磁石を介在させてもよい。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram on one side of an embodiment of a linear actuator according to the present invention. In the linear actuator of the present embodiment, a
A stator (inner yoke) 20 formed in a cylindrical shape facing the
The
なお、本実施例では、ヨーク11と永久磁石12とを一体に設けた場合を示したが、ヨーク11と永久磁石12との間にギャップを設け、永久磁石12だけを可動子として構成してもよい。また、固定子20側を可動子とし、ヨーク11および永久磁石12を固定子として構成することもできる。
また、固定子20をアウターヨークとし、ヨーク11をインナーヨークとして構成してもよい。この場合においても、ヨーク11と永久磁石12との間にギャップを設け、永久磁石12だけを可動子として構成してもよい。また、固定子20側を可動子とし、ヨーク11および永久磁石12を固定子として構成することもできる。
In this embodiment, the
Further, the
つぎに、動作を説明する。図2(a)は、可動子10が最下方に移動した状態を示す。可動子10が図1の矢印16に沿って下方に移動すると、可動子10の永久磁石12は、固定子20の鉄心21に形成された空隙22および鉄心21の広幅部(ティース部)25に対向する。このとき、永久磁石12から放射された磁束は広幅部25から鉄心21内に進行し、鉄心21に沿った磁路28を形成して他方の広幅部24から補助ヨーク13に進行する。補助ヨーク13に侵入した磁束は、ヨーク11内で磁路28を形成して永久磁石12に帰還する。このとき、固定子20に巻回されたコイル26に鎖交する磁束の変化が電圧を誘起して発電する。
図2(a)の状態から可動子10を上方に移動させ、図2(b)のように、可動子10の永久磁石12の中心と固定子20の空隙22の中心が一致した状態になると、永久磁石12から放射される磁束は固定子20の広幅部24、25に均等に入射する。したがって、固定子20の磁路28には正方向および逆方向に均等に磁束が流れるので、両者は打ち消し合うこととなる。
図2(b)の状態から可動子10をさらに上方に移動させ、最上方に移動すると図2(c)の状態になる。図2(c)の状態では、可動子10の永久磁石12は、固定子20に形成された空隙22および広幅部24に対向する。このとき、永久磁石12から放射された磁束は、広幅部24から鉄心21内に進行し、鉄心21に沿った磁路28を形成して鉄心21の他方の広幅部25から補助ヨーク14に進行する。すなわち、図2(a)とは逆方向に進行する。補助ヨーク14に侵入した磁束は、ヨーク11内で磁路28を形成して永久磁石12に帰還する。このとき、固定子20に巻回されたコイル26に鎖交する磁束の変化が電圧を誘起して発電する。このときの電圧は、図2(a)で誘起される電圧とは極性が逆になる。
Next, the operation will be described. FIG. 2A shows a state where the
When the
If the
可動子10を再び下方に移動させると図2(a)の状態になり、以下可動子10を図1の移動方向16に往復運動させると、図2(a)→図2(b)→図2(c)→図2(b)→図2(a)→図2(b)→図2(c)→・・・・・・のサイクルを繰り返す。この結果、コイル26には、図3に示すように、磁束の変化に対して90deg位相がずれた正弦波の電圧が誘起されるので、正弦波の電力が発電される。図3において、(a)は図2(a)の状態、(b)は図2(b)の状態、(c)は図2(c)の状態を示す。
永久磁石12、補助ヨーク13、14、ティース部、および空隙22の寸法は、コイル26に誘起される電圧の大きさに影響を与える。そこで、以下これら永久磁石12、補助ヨーク13、14、ティース部、および空隙22の寸法関係について詳細に説明する。
When the
The dimensions of the
図4は、補助ヨーク13の長さと広幅部24の長さ、および補助ヨーク14の長さと広幅部25の長さの関係と、コイル26に誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図である。図1に示したように、広幅部24、25の可動子10に対向する面241、251での可動子10の移動方向16における長さ(移動方向が上下方向である場合は高さに相当する)をht、補助ヨーク13、14の同移動方向16における長さ(移動方向が上下方向である場合は高さに相当する)をhyとしたとき、hy/htが0.25以上では、誘起される電圧の出力比は90%以上になる。hy/htが0.25以下であると、出力比は急激に減少する。また、hy/htが0.32以上で0.9以下では、出力比は100%以上となり更に好ましい。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the length of the
図5は、補助ヨーク13、14の長さと狭幅部23の長さの関係とコイル26に誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図である。図1に示したように、狭幅部23の先端部、すなわち、広幅部24、25との連結部の可動子10の移動方向16における長さ(移動方向が上下方向である場合は高さに相当する)をha、補助ヨーク13、14の同移動方向16における長さ(移動方向が上下方向である場合は高さに相当する)をhyとしたとき、hy/haが0.75以上では、誘起される電圧の出力比は90%以上になる。hy/haが0.75以下であると、出力比は急激に減少する。また、hy/haが1以上で2.7以下では出力比は100%以上となり更に好ましい。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the relationship between the lengths of the
図6は、補助ヨーク13、14の厚さ、すなわち、固定子20側への延長方向(軸に垂直な方向)における長さと永久磁石12の厚さ、すなわち、同延長方向における長さの関係とコイル26に誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図である。図1に示したように、補助ヨーク13、14の延長方向における長さ(ヨーク11の表面から見た場合は厚さに相当する)をwy、永久磁石12の同延長方向における長さ(ヨーク11の表面から見た場合は厚さに相当する)をwmとしたとき、wy/wmが0.93以上では、誘起される電圧の出力比は90%以上になる。したがって、wy/wmが0.93以上であることが好ましい。
FIG. 6 shows the relationship between the thickness of the
図7は、永久磁石12の長さと空隙22の長さおよび広幅部24、25の長さの関係とコイル26に誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図である。図1に示したように、永久磁石12の可動子10の移動方向16における長さ(移動方向が上下方向である場合は高さに相当する)をhm、広幅部24、25の可動子10に対向する面241、251における可動子10の移動方向16における長さ(移動方向が上下方向である場合は高さに相当する)をht、鉄心21の空隙22の間隔(移動方向が上下方向である場合は高さに相当する)をsltとしたとき、hm/(ht+slt)が0.87以上では、誘起される電圧の出力比は90%以上になる。したがって、hm/(ht+slt)が0.87以上であることが好ましい。
なお、図7によれば、永久磁石12の長さhmは、大きいほど大きな出力比が取れるが、リニア型アクチュエータを実現する上で、永久磁石12の長さを大きくするとその分だけ可動子10の移動ストロークを大きくしなければならず、また、永久磁石12に使用される材料はネオジウムなどの高価な材料が使用されるので、小さいほうが好ましい。したがって、実用的にはhm=ht+slt程度とすることが好ましい。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the relationship between the length of the
According to FIG. 7, the larger the length hm of the
図8は、広幅部24、25の長さおよび可動子10の移動ストロークの関係とコイル26に誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図である。図1に示したように、広幅部24、25の可動子10に対向する面241、251における可動子10の移動方向16における長さ(移動方向が上下方向である場合は高さに相当する)をht、可動子10の移動ストロークの長さをstrkとしたとき、ht/strkが0.40以上で1.14以下であるとき誘起される電圧の出力比は90%以上になる。ht/strkがこの範囲を外れると、出力比は急激に減少する。したがって、ht/strkは、0.40以上で1.14以下であることが好ましい。更には、ht/strkが0.50以上で1以下であることが好ましく、更には、ht/strkが0.64以上で0.85以下であることが好ましい。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the lengths of the
図9は、補助ヨーク13、14間の間隙と空隙22の長さおよび広幅部24、25の長さの関係とコイル26に誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図である。図1に示したように、補助ヨーク13の永久磁石12に面した内壁面と補助ヨーク14の永久磁石12に面した内壁面との距離をhg、広幅部24、25の可動子10に対向する面241、251での可動子10の移動方向16における長さ(移動方向が上下方向である場合は高さに相当する)をht、鉄心21の空隙22の間隔(移動方向が上下方向である場合は高さに相当する)をsltとしたとき、hg/(2ht+slt)が0.85以上で1.19以下であるとき、誘起される電圧の出力比は90%以上になる。したがって、hg/(2ht+slt)が0.85以上で1.19以下であることが好ましい。更には、hg/(2ht+slt)が1.00以上で1.05以下であることが好ましい。特に、hg=2ht+slt近辺で出力比が最大になるので、実際のリニア型アクチュエータとしてはhg=2ht+sltとすることが好適である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a relationship between the relationship between the gap between the
前述したように、永久磁石12はネオジウムなどの高価な材料が使用されるので小さいほうが好ましく、一方、小さい永久磁石12で出力を大きくする必要がある。したがって、永久磁石12の最適な寸法は、図7および図9からhm=slt+htおよびhg=slt+2htとすることが好ましい。
なお、図4から図9の出力特性は、図1における固定子20をアウターヨーク、ヨーク11をインナーヨークとし、軸心からヨーク11の内周面までを53mm、軸心から固定子20の内周面までを67.5mm、軸心から固定子20の外周面までを90mm、ヨーク11の厚さを8mm、固定子20の空隙深さを3mm、固定子20の鉄心21の外周側厚さを5mmとして固定値とし、以下基準値として、htを18mm、hyを6mm、haを6mm、wyを6mm、wmを6mm、hmを28mm、sltを10mm、strkを18mm、hgを46mmとした時の特性を100とした場合の比率である。この場合出力比が90%でおよそ1kwの出力を得ることができた。
As described above, the
4 to 9, the
本発明によるリニア型アクチュエータは、各種の小型発電機や電動機、特にスターリングエンジンの発電部として有用である。 The linear actuator according to the present invention is useful as a power generation unit of various small generators and electric motors, particularly Stirling engines.
10 可動子
11 ヨーク
12 永久磁石
13、14 補助ヨーク
15 磁気抵抗領域
18 磁路
20 固定子
21 鉄心
22 空隙
23 狭幅部
24、25 広幅部
26 コイル
28 磁路
121 永久磁石の表面
131、141 補助ヨークの表面
241、251 広幅部の表面
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記永久磁石の両端部には、磁気抵抗領域を介してそれぞれ補助ヨークを設け、
前記永久磁石を一方の前記ティース部と前記空隙に対向させたときに、他方の前記ティース部が他方の前記補助ヨークに対向し、前記永久磁石から放射される磁束が、一方の前記ティース部から前記鉄心内に進行し、前記鉄心に沿った磁路を形成し、他方の前記ティース部から他方の前記補助ヨークに進行し、前記永久磁石に帰還することで、前記コイルに鎖交する磁束の変化で電圧を誘起し、
前記永久磁石を、他方の前記ティース部と前記空隙に対向させたときに、一方の前記ティース部が一方の前記補助ヨークに対向し、前記永久磁石から放射される磁束が、他方の前記ティース部から前記鉄心内に進行し、前記鉄心に沿った磁路を形成し、一方の前記ティース部から一方の前記補助ヨークに進行し、前記永久磁石に帰還することで、前記コイルに鎖交する磁束の変化で電圧を誘起することを特徴とするリニア型アクチュエータ。 A yoke portion comprising a cylindrical inner yoke and a cylindrical outer yoke; and a permanent magnet disposed concentrically between the inner yoke and the outer yoke, the inner yoke or coil is wound around the outer yoke, the one yoke which said coil is wound comprises a ruthenate Isu portion to form a magnetic path between the other yoke, with respect to one of the yoke core are formed teeth of the pair only, between the pair of teeth are formed voids, one of the yoke of the permanent magnet and hand mover, the other is a stator, the permanent and the yoke of the magnet and the hand is a linear actuator for moving in the axial direction relatively cylindrical,
Both ends of the permanent magnets, provided respectively auxiliary yoke through the magnetic resistance region,
When the permanent magnet is opposed to one of the tooth portions and the gap, the other tooth portion is opposed to the other auxiliary yoke, and the magnetic flux radiated from the permanent magnet is generated from the one tooth portion. Proceeding into the iron core, forming a magnetic path along the iron core, proceeding from the other tooth portion to the other auxiliary yoke, and returning to the permanent magnet, the magnetic flux interlinked with the coil A change induces a voltage,
When the permanent magnet is opposed to the other tooth portion and the gap, one of the tooth portions faces one of the auxiliary yokes, and the magnetic flux radiated from the permanent magnet is changed to the other tooth portion. From the one tooth portion to one of the auxiliary yokes and returning to the permanent magnet so that the magnetic flux interlinks with the coil. A linear actuator characterized in that a voltage is induced by a change in the angle.
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