JP5525416B2

JP5525416B2 - リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP5525416B2
Application number: JP2010245056A
Authority: JP
Inventors: 浩介佐藤; 義之小川; 実志高橋
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-11-01
Also published as: JP2012100407A

Description

本発明は、リニアアクチュエータに関する。

従来、この種のリニアアクチュエータとしては、たとえば、コイルを保持する筒状のヨークと、ヨーク内に軸方向に相対移動可能に挿入されて軸方向に並べて配置される永久磁石でなる界磁を保持する可動子とを備えたものがある（たとえば、特許文献１参照）。

また、このほかに、コイルを保持する筒状のヨークが内周にコイルが装着されるスロットを備え、コイル間に磁歯を設けたリニアアクチュエータもある（特許文献２参照）。

特開２００９−２２５６４０号公報特開２００８−５６６５号公報

上記特許文献１に開示されたリニアアクチュエータでは、ヨークが単なる筒状であって内周でコイルを保持しているのみであるので、ロッドの表面に発生する永久磁石の軸方向における磁束密度の分布は、図３に示す如く、磁歯がないので、滑らに変化するような分布となる。

これに対して、上記特許文献２に開示されたリニアアクチュエータでは、ヨークがコイル間を隙間なく埋めるように磁歯を備えており、つまり、内径がコイル内径と等しくなるように設定されている磁歯を備えているので、永久磁石の軸方向における磁束密度の分布は、図４に示すように、磁歯部分で鋭くピークが立つような分布となる。

したがって、特許文献１のリニアアクチュエータでは、磁束密度が軸方向で滑らかに変化するものの、ヨークと永久磁石との間の隙間が大きく、特許文献２のリニアアクチュエータに比較して、磁束密度を大きくし難いので、リニアアクチュエータの推力を大きくし難い。

反対に、特許文献２のリニアアクチュエータでは、磁束密度を大きくすることができるので、推力を大きくできる点で特許文献１のリニアアクチュエータより有利となるが、磁束密度の軸方向分布が鋭く立ち上がるピークを持っているので、特許文献１のリニアアクチュエータに比較して、推力変動が大きくなる問題がある。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、推力を向上しつつも推力変動の少ないリニアアクチュエータを提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、筒状であって内周にコイルが装着される複数のスロットを備えたヨークと、ヨーク内に軸方向に相対移動可能に挿入されて軸方向に並べて配置される永久磁石でなる界磁を保持する可動子とを備えたリニアアクチュエータにおいて、ヨークは、各コイルの軸方向の両端に配置される磁歯を備え、当該磁歯の内周径がコイルの内周径より大径であってコイルの外周径より小径に設定されることを特徴とするリニアアクチュエータ。

本発明のアクチュエータによれば、ヨークがコイルの両側に磁歯を備え、当該磁歯の内径がコイルの内径より大径でコイルの外径より小径に設定されているので、推力を向上させることができつつも、磁束密度分布におけるピークの立ち上がりが滑らかとなるので、推力変動を少なくすることができる。

また、本発明のリニアアクチュエータによれば、推力変動を少なくすることができるので、安定した推力を得ることができるとともに、制御性の点でも優れる。

本発明の一実施の形態におけるリニアアクチュエータの横断面図である。本発明の一実施の形態におけるリニアアクチュエータの永久磁石の磁束密度の軸方向分布を示した図である。従来のリニアアクチュエータの永久磁石の磁束密度の軸方向分布を示した図である。他の従来のリニアアクチュエータの永久磁石の磁束密度の軸方向分布を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。一実施の形態におけるリニアアクチュエータ１は、図１に示すように、筒状であって内周にコイル５が装着される複数のスロット３を備えたヨーク２と、ヨーク２内に移動自在に軸方向に相対移動可能に挿入されて軸方向に並べて配置される永久磁石８でなる界磁７を保持する可動子としてのロッド６とを備えて構成されており、コイル５へ通電してコイル５を適宜励磁することにより、ヨーク２に対して界磁７を保持するロッド６を軸方向に相対変位させる推力を発生することができるようになっている。

以下、リニアアクチュエータ１の各部について詳しく説明する。ロッド６は、この実施の形態の場合、筒状とされており、内部に軸方向に並べた複数の永久磁石８を収容保持しており、これら永久磁石８で界磁７が形成されている。なお、ロッド６は、強磁性体材料で形成されると磁束が集中して永久磁石８の外周周りにおける磁束に影響を与えるので、非磁性体材料によって形成されるとよい。また、図示するところでは、永久磁石８は、ロッド６に七個設けられているが、リニアアクチュエータ１の駆動ができる限りにおいて、設置数は複数であればよく、これに限られない。この場合、永久磁石８は、軸方向にＮ極とＳ極が現れるように着磁されており、隣り合う永久磁石８は同極同士を対向させてロッド６に軸方向に並べて保持されているが、内周と外周で極が異なるように着磁されていてもよく、いずれにしても、ロッド６の軸方向に沿ってＳ極とＮ極が交互に現れるようになっていればよい。なお、この実施の形態では、永久磁石８間にそれぞれ円盤状のヨーク９を介装するようにしており、これによって、ロッド６の外周に効率よく磁界を生じさせることができるようになっている。さらに、この実施の形態にあっては、ロッド６は、筒状とされて内部が中空とされて、当該内部に永久磁石８を収容する構造となっているが、ロッド６を単なる円柱として外周に永久磁石８を装着するようにしてもよい。

つづいて、ヨーク２は、筒状であって、内周には、コイル５を保持する環状凹部でなるスロット３をコイル５の設置数と同数を軸方向に並べて設けてある。そして、スロット３の軸方向両側には、環状の磁歯４が設けてあって、環状のコイル５をスロット３に装着すると、コイル５の軸方向の両端に磁歯４が配置される。より詳しくは、磁歯４は、コイル５，５間のそれぞれと図１中最上方のコイル５の上側と最下方のコイル５の下側の合計７個設けられており、また、その内周がコイル５の内周面より外方側へ位置するようになっている。つまり、磁歯４の内周径は、コイル５の内周径より大径に設定され、また、コイル５の外周径よりも小径に設定されている。したがって、磁歯４の内周面は、軸方向視でコイル５の内径と外径とで囲われる範囲内に位置することになる。

コイル５は、ロッド６の外周を取り巻くようにヨーク２に保持されていて、ロッド６に設けた複数の永久磁石８でなる界磁７に対向しており、図示するところでは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を二つずつの合計６個設けられて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に配置されている。そして、たとえば、コイル５の界磁７に対する電気角をセンシングし、上記電気角に基づいて通電位相切換を行うとともに、ＰＷＭ制御により、各コイル５の電流量を制御してリニアアクチュエータ１の推力と推力の発生方向を制御することができるようになっている。また、ヨーク２とロッド６とを軸方向に相対変位させる外力が作用する場合、コイル５への通電、あるいは、コイル５に発生する誘導起電力によって、上記相対変位を抑制する推力を発生させてリニアアクチュエータ１に上記外力による機器の振動や運動をダンピングさせることもできる。

なお、ヨーク２の両端には、ロッド６の外周を摺動自在に軸支する軸受１０，１１が設けられており、ロッド６はこれら軸受１０，１１に案内されており、コイル５へ通電することにより、ロッド６がヨーク２に対して軸方向へ相対移動することができる。

上記した所から理解できるように、本実施の形態のヨーク２は、コイル５の両側に磁歯４を備え、当該磁歯４の内径がコイル５の内径より大径でコイル５の外径より小径に設定されているので、可動子としてのロッド６の表面に発生する永久磁石８のロッド６の軸方向における磁束密度の分布は、図２の実線で示したような分布となる。なお、図２のグラフは、ヨーク２の形状のみを変更してあり、ヨーク２の形状の差が図２、図３および図４のグラフに現れる。

ここで、図２を参照すると、本実施の形態における磁束密度の分布（図２中実線）は、図３に示した磁歯を持っていないヨークを用いたリニアアクチュエータの磁束密度分布（図２中破線）に対して、磁歯４を設けた分、ピーク値を大きくすることができ、また、図４に示した磁歯の内周がコイルの内周にまで達するヨークを用いたリニアアクチュエータの磁束密度分布（図２中一点鎖線）に対して、ピーク値は小さくなるもののピークの立ち上がりが滑らかであることが分かる。

よって、本実施の形態のリニアアクチュエータ１によれば、推力を向上させることができつつも、磁束密度分布におけるピークの立ち上がりが滑らかとなるので、推力変動を少なくすることができる。

このように、本実施の形態のリニアアクチュエータ１によれば、推力変動を少なくすることができるので、安定した推力を得ることができるとともに、制御性の点でも優れる。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明は、リニアアクチュエータに利用可能である。

１アクチュエータ
２ヨーク
３スロット
４磁歯
５コイル
６ロッド
７界磁
８永久磁石
９ヨーク
１０，１１軸受

Claims

筒状であって内周にコイルが装着される複数のスロットを備えたヨークと、ヨーク内に軸方向に相対移動可能に挿入されて軸方向に並べて配置される永久磁石でなる界磁を保持する可動子とを備えたリニアアクチュエータにおいて、ヨークは、各コイルの軸方向の両端に配置される磁歯を備え、当該磁歯の内周径がコイルの内周径より大径であってコイルの外周径より小径に設定されることを特徴とするリニアアクチュエータ。