JP5527066B2 - Moving magnet type linear actuator - Google Patents
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Description
本発明は、永久磁石で生ずる磁束を利用して可動子を往復移動させる可動磁石型リニアアクチュエータに係り、特に磁束分布の調節を適正化した可動磁石型リニアアクチュエータに関するものである。 The present invention relates to a movable magnet type linear actuator that reciprocates a mover using magnetic flux generated by a permanent magnet, and more particularly to a movable magnet type linear actuator in which adjustment of magnetic flux distribution is optimized.
可動磁石型リニアアクチュエータは、例えば特許文献1に例示されるように、通電がなされることにより固定子に対し可動子を相対往復移動させる磁気回路を主体としている。磁気回路は、固定子を構成する固定子コアと、可動子を構成する可動子コアと、この可動子コアのうち固定子コアに対向する対向部に往復動方向に沿って配列され各々の固定子コアに臨む側の面の磁極を反転させた対をなす永久磁石と、固定子コアに巻回されるコイルとを含んで構成されており、コイルへの通電により生じる磁束が対をなす永久磁石のうち所要の方向に位置する磁石で生じる磁束を弱め、他方の磁石で生じる磁束を強めることにより可動子を固定子コアに対して相対往復移動させるものである。
The movable magnet type linear actuator mainly includes a magnetic circuit that reciprocally moves the movable element relative to the stator when energized, as exemplified in
永久磁石により可動子コアと固定子コアとの間に発現する磁束は、上記のようにコイルへの通電によって駆動する可動子の動作特性等のアクチュエータの仕様を決定するものであるので、例えば目的や用途に応じた動作特性になるように磁束分布が調整可能であることが望ましい。 The magnetic flux generated between the mover core and the stator core by the permanent magnet determines the actuator specifications such as the operation characteristics of the mover driven by energizing the coil as described above. It is desirable that the magnetic flux distribution can be adjusted so that the operation characteristics according to the application can be obtained.
しかしながら、永久磁石の厚みや材質等を変更することで磁束分布を変更することが考えられるものの、複数種の永久磁石を用いることで使用部品が増加することや永久磁石に要するコストが増えることで製造コストが増大してしまう。しかも、永久磁石の厚みや材質には制約があることから、磁束分布の微調整が難しいものである。 However, although it is conceivable to change the magnetic flux distribution by changing the thickness or material of the permanent magnet, the use of multiple types of permanent magnets increases the number of parts used and increases the cost required for the permanent magnet. Manufacturing cost will increase. In addition, since there are restrictions on the thickness and material of the permanent magnet, it is difficult to finely adjust the magnetic flux distribution.
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、製造コストを増大させることなく、永久磁石の磁束分布を適切に調整可能な可動磁石型リニアアクチュエータを提供することである。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and an object thereof is to provide a movable magnet type linear actuator capable of appropriately adjusting the magnetic flux distribution of a permanent magnet without increasing the manufacturing cost. That is.
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。 In order to achieve this object, the present invention takes the following measures.
すなわち、本発明の可動磁石型リニアアクチュエータは、固定子に対し可動子を相対往復移動させるリニアアクチュエータであって、前記固定子を構成する固定子コアと、前記可動子を構成する可動子コアと、前記可動子コアのうち前記固定子コアに対向する対向部に往復動方向に沿って配列され各々の固定子コアに臨む側の面の磁極を反転させた対をなす永久磁石と、前記固定子コアに巻回されるコイルとを含んで構成される磁気回路を備え、コイルへの通電により生じる磁束が前記対をなす永久磁石のうち所要の方向に位置する磁石で生じる磁束を弱め、他方の磁石で生じる磁束を強めることにより可動子を往復移動させるものであり、磁束経路である可動子コアの対向部の一部と永久磁石との間に、対向部の一部を切り欠いた状態にして可動子コアに比べて透磁率の低い空隙部を形成することで永久磁石の磁束分布を前記空隙部がない場合に比べて変更する磁束分布調節部を構成していることを特徴とする。 In other words, the movable magnet type linear actuator of the present invention is a linear actuator that reciprocally moves the mover relative to the stator, and includes a stator core that constitutes the stator, and a mover core that constitutes the mover. A pair of permanent magnets arranged in a reciprocating direction in a facing portion of the mover core facing the stator core and having reversed magnetic poles on the side facing the stator core, and the fixed A magnetic circuit including a coil wound around the child core, and a magnetic flux generated by energizing the coil weakens a magnetic flux generated by a magnet located in a required direction among the pair of permanent magnets, The mover is reciprocated by strengthening the magnetic flux generated by the magnet, and a part of the facing part is notched between the part of the facing part of the mover core that is the magnetic flux path and the permanent magnet. West Characterized in that it constitutes a magnetic flux distribution adjusting section that changes as compared with the case without the magnetic flux distribution of the permanent magnets is the gap portion by forming a low air gap magnetic permeability than the armature core.
このように、可動子を構成する可動子コアの対向部を切り欠いた状態にして空隙部を形成するだけで、永久磁石の磁束分布が所望の磁束分布になるように調整可能であるので、複数種の永久磁石を用いる場合に比べて製造コストの増大を伴うことなく、所望の動作特性になるように磁束分布を調節することや、装置の向き等の取付状態に応じて磁束分布を調節することが可能となる。しかも、可動子を構成する可動子コアの対向部を切り欠いた状態にして空隙部を形成するだけなので、新たな部品の追加や製造工程の大幅な変更を必要とせず、製造コストの低減を追求することが可能となる。 In this way, it is possible to adjust the magnetic flux distribution of the permanent magnet to a desired magnetic flux distribution simply by forming a gap with the opposed portion of the mover core constituting the mover being cut away. Compared to the case of using multiple types of permanent magnets, the magnetic flux distribution can be adjusted to achieve the desired operating characteristics without increasing the manufacturing cost, and the magnetic flux distribution can be adjusted according to the installation state such as the orientation of the device. It becomes possible to do. In addition, since the gap is formed by cutting away the facing part of the mover core that constitutes the mover, there is no need to add new parts or drastically change the manufacturing process, reducing the manufacturing cost. It becomes possible to pursue.
製造コストの増大や装置の大型化を伴うことなく、可動子に作用する重力と永久磁石の磁束によるオフセット力との釣り合い点であるオフセット位置を適切に調整するためには、前記磁気回路は、コイルへの通電がなされていない状態において永久磁石で生じる磁束によって可動子にオフセット力を作用させるものであり、前記磁束分布調節部によって、前記可動子に作用する重力と前記永久磁石によるオフセット力との釣り合い点であるオフセット位置を前記空隙部がない場合に比べて変化させていることが好ましい。 In order to appropriately adjust the offset position, which is a balance point between the gravity acting on the mover and the offset force due to the magnetic flux of the permanent magnet, without increasing the manufacturing cost and increasing the size of the apparatus, the magnetic circuit is: An offset force is applied to the mover by the magnetic flux generated by the permanent magnet in a state where the coil is not energized, and the magnetic flux distribution adjusting unit causes the gravity acting on the mover and the offset force by the permanent magnet to It is preferable that the offset position, which is a balance point, is changed as compared with the case where there is no gap.
可動子に作用する重力と永久磁石の磁束によるオフセット力との釣り合い点であるオフセット位置を反重力方向に変更するためには、前記対をなす永久磁石のうち重力方向側の永久磁石に対向する対向部にのみ前記空隙部が形成されていることが望ましい。 In order to change the offset position, which is a balance point between the gravity acting on the mover and the offset force due to the magnetic flux of the permanent magnet, in the anti-gravity direction, the permanent magnet on the gravity direction side of the pair of permanent magnets is opposed. It is desirable that the gap is formed only in the facing portion.
固定子コアに対する可動子の相対位置と磁気バネのバネ力との関係である磁気バネ特性の新たな態様を実現するためには、前記磁気回路は、コイルへの通電がなされている場合において永久磁石で生じる磁束によって固定子コアに対する可動子の相対位置に応じて変化する磁気バネのバネ力が前記コイルへの通電によって生じる電磁駆動力に重畳して可動子に作用するものであり、前記磁束分布調節部によって、固定子コアに対する可動子の相対位置と磁気バネのバネ力との関係である磁気バネ特性を前記空隙部がない場合に比べて変化させていることが好ましい。 In order to realize a new aspect of the magnetic spring characteristic, which is the relationship between the relative position of the mover with respect to the stator core and the spring force of the magnetic spring, the magnetic circuit is permanent when the coil is energized. The spring force of the magnetic spring that changes in accordance with the relative position of the mover with respect to the stator core due to the magnetic flux generated by the magnet is superimposed on the electromagnetic driving force generated by energization of the coil and acts on the mover. It is preferable that the magnetic spring characteristic, which is the relationship between the relative position of the mover with respect to the stator core and the spring force of the magnetic spring, is changed by the distribution adjusting unit as compared with the case where there is no gap.
アクチュエータを制御要素として用いる場合において制御精度や効率を向上させるためには、前記対向部のうち前記可動子の可動方向と同一である軸心方向両端部を残し、両端部に挟まれる部位を切り欠いた状態にして形成されていることが効果的である。 In order to improve control accuracy and efficiency when an actuator is used as a control element, both ends of the opposing portion in the axial center direction that is the same as the movable direction of the mover are left, and a portion sandwiched between both ends is cut. It is effective to be formed in a lacking state.
通電により可動子を往復動させる電磁駆動力を増大させるために永久磁石が複数対をなす構成にした場合であっても磁束分布を調節可能とするためには、前記永久磁石は複数対をなしていて、各々の対をなす永久磁石のうち少なくとも一方の永久磁石と当該永久磁石に対向している対向部との間に前記空隙部が形成されていることが挙げられる。 In order to make it possible to adjust the magnetic flux distribution even when a plurality of pairs of permanent magnets are used in order to increase the electromagnetic driving force that reciprocates the mover by energization, the permanent magnets must have multiple pairs. In addition, it is mentioned that the gap is formed between at least one of the permanent magnets in each pair and the facing portion facing the permanent magnet.
本発明は、以上説明したように、固定子コアの対向部を切り欠いた状態にして空隙部を形成するだけで磁束分布が調節可能となるので、複数種の永久磁石を用いる場合に比べて製造コストの増大を伴うことなく、所望の動作特性になるように磁束分布を調節することや、装置の向き等の取付状態に応じて磁束分布を調節することが可能となる。しかも、固定コアの対向部を切り欠いた状態にして空隙部を形成するだけなので、新たな部品の追加や製造工程の大幅な変更を必要とせず、製造コストの低減を追求することが可能となる。したがって、製造コストの削減や制御精度の向上、高効率化等に適した可動磁石型リニアアクチュエータを提供することが可能となる。 As described above, the present invention makes it possible to adjust the magnetic flux distribution simply by forming a gap with the opposed portion of the stator core notched, compared with the case of using a plurality of types of permanent magnets. Without increasing the manufacturing cost, it is possible to adjust the magnetic flux distribution so as to obtain desired operating characteristics, and to adjust the magnetic flux distribution according to the mounting state such as the orientation of the apparatus. In addition, since the gap is formed by cutting away the facing part of the fixed core, it is possible to pursue a reduction in manufacturing costs without the need for new parts or significant changes in the manufacturing process. Become. Therefore, it is possible to provide a movable magnet type linear actuator suitable for reducing manufacturing costs, improving control accuracy, and increasing efficiency.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態の可動磁石型リニアアクチュエータは、図1及び図2に示すように、固定子1の径方向内側に可動子2を配置するインナーロータ型のリニアアクチュエータであり、略筒状をなす固定子1と、この固定子1の径方向内側に配置され軸心方向(往復動方向)に沿って往復移動可能な可動子2と、この可動子2を往復移動させる磁気回路mcとを有している。なお、径方向外側は、軸心から遠ざかる方向をいい、径方向内側は、軸心に近づく方向をいうのであって、図に示されているように可動子や固定子の形状が円柱や円筒に限られることを意味するものではない。
The movable magnet type linear actuator of the present embodiment is an inner rotor type linear actuator in which the
固定子1は、略筒状をなし内壁10aから径方向内側に向けて延出する一対の突極部10b・10bが形成される固定子コア10と、この突極部10b・10bに巻回されるコイル11とを有している。固定子コア10は、図示しない複数の固定子コア板を軸心方向に沿って積層して固定することで構成されている。
The
可動子2は、固定子コア10の突極部10b・10b同士の間に配置される略棒状の可動子コア20と、この可動子コア20のうち固定子コア10の突極部10b・10bに対向する対向部20a(対向面)に軸心方向(往復動方向)に沿って配列される対をなす永久磁石12(12a・12b)とを有している。対をなす永久磁石12a・12bは、各々の固定子コア10に臨む側の面の磁極が反転されて配置されている。可動子コア20は、上記固定子1を構成する固定子コア10と同様に、図示しない複数の可動子コア板を軸心方向に沿って積層配置して固定することで構成されている。また、可動子2は、その軸心方向両側を図示しない板バネ等の機械バネ部に支持させることにより、軸心方向に沿った往復移動を可能としている。
The
磁気回路mcは、上記の可動子コア20と、固定子コア10と、対をなす永久磁石12(12a・12b)と、コイル11とを含んで構成されるもので、コイル11への通電によって可動子2を往復移動させるものである。本実施形態では、磁気回路mcを構成する複数の要素部品のうち可動子2を構成する要素部品を永久磁石12及び可動子コア20として可動磁石型(ムービングマグネット型)のアクチュエータを構成している。具体的には、コイル11に通電されていない場合は、図3(a)に示すように、対をなす永久磁石12a・12bにより可動子2の往復動方向両側に互いに向きの異なる磁束mf1・mf2が発現する。この場合、コイル11へ正方向に通電を行うと、図1及び図3(b)に示すように、コイル11への通電により磁束mfが生じ、永久磁石12で生じる二つの磁束mf1・mf2のうちコイル11による磁束mfと同方向である磁束mf1が強まり他方の磁束mf2が弱まり、可動子2の磁束の強い側が固定子コア10に近づくように電磁駆動力F1が作用して可動子2がX1方向に移動する。一方、コイル11へ逆方向に通電した場合には、図3(c)に示すように、電磁駆動力F2が作用してX2方向の逆方向であるX1方向に可動子2が移動する。すなわち、磁気回路mcは、コイル11への通電により生じる磁束mfが対をなす永久磁石12a・12bのうち所要の方向に位置する磁石12a(12b)で生じる磁束mf2(mf1)を弱め、他方の磁石12b(12a)で生じる磁束mf1を強めることにより可動子2に電磁駆動力F1(F2)を作用させて可動子2を往復移動させるものである。
The magnetic circuit mc includes the
さらに、磁気回路mcは、永久磁石12で生じる磁束によって可動子2に推力を作用させる。すなわち、図4(a)において磁束密度を線の間隔で模式的に示すように、可動子2の往復動方向両側の磁束密度が等しい位置ps1に可動子2がある場合に、図4(b)に示すように、例えば可動子2をX1方向に変位させるほど、X2方向側の磁束経路が広くなる一方で、X1方向側の磁束経路が狭くなることから、X2方向側の磁束密度が弱まり、X1方向側の磁束密度が強くなる。この場合、可動子2の往復動方向両側の磁束密度が等しくなる位置ps1へ移動するように可動子2に対して推力F3が作用する。この推力F3は、図5に示すように、固定子コア10に対する可動子2の相対位置(可動子の可動範囲の中心からの変位量)に応じて大きさ及びその向きが変化することから磁気バネのバネ力と称されるとともに、可動子2が所定の位置(変位量0)から変位した場合に可動子2を所定の位置(変位量0)に戻すように作用することからオフセット力とも称される。この推力F3(磁気バネのバネ力、オフセット力)は、磁束密度や磁束分布、可動子コア20と永久磁石12との間の磁極ピッチ等により決定され、本実施形態では、可動子2の可動範囲の中心(変位量0)から可動子2が離れるほど大きくなるように設定されている。勿論、この推力F3が可動子2の変位に拘わらず一定になるように設定してもよい。なお、この永久磁石12による推力F3は、コイル11への通電がなされている場合に、磁気バネのバネ力としてコイル11への通電により生じる磁気駆動力F1,F2に重畳して可動子2に作用し、コイル11への通電がなされていない状態においてはオフセット力として可動子2に作用する。
Further, the magnetic circuit mc applies a thrust to the
ところが、図5に示すように、往復動方向が水平となる横置き状態において可動子2の可動範囲の中心に可動子2を戻すように永久磁石12の磁束によるオフセット力を設定した場合において、図6(a)及び図5に示すように、リニアアクチュエータを往復動方向が水平方向に交差する縦置き状態にすると、可動子2の可動範囲の中心ps2(変位量0)におけるオフセット力(推力0)が可動子2に作用する重力mgに負けて、可動子2が可動範囲の中心ps2から下方に距離D1ズレて、重力mgとオフセット力F4との釣り合い点であるオフセット位置ps4まで可動子2が下降してしまう。この場合、可動子2及び固定子1を収納する図示しないケーシング等との衝突を避けるために、可動子2の往復動可能な範囲が本来の可動範囲よりも狭くなり、往復動可能な範囲よりも広い範囲を必要とする振幅で可動子2を往復移動させることができなくなるという不具合がある。
However, as shown in FIG. 5, in the case where the offset force due to the magnetic flux of the
また、永久磁石12によって可動子2と固定子コア10との間に発現する磁束は、上述したオフセット力だけでなく、磁気バネのバネ力と固定子コア10に対する可動子2の相対位置との関係である磁気バネ特性や可動子の動作特性等のアクチュエータの仕様を決定するものであるので、上記不具合の解決のため等、目的や用途に応じて磁束分布が調整可能であることが望ましい。しかしながら、永久磁石の厚みや材質等を変更することで磁束分布を変更することが一つの手段として考えられるが、複数種の永久磁石を用いることで使用部品が増加することや永久磁石に要するコストが増えることで製造コストが増大してしまう。しかも、永久磁石の厚みや材質等には制約があることから、磁束分布の微調整が難しいものである。
In addition, the magnetic flux generated between the
そこで、本実施形態では、図1及び図2に示すように、磁束経路である可動子コア20の対向部20aの一部と永久磁石12との間に、対向部20aの一部を切り欠いた状態にして可動子コア20に比べて透磁率の低い空隙部30を形成することで永久磁石12の磁束分布を空隙部30がない場合に比べて変更している。この空隙部30は、対向部20aのうち可動子2の可動方向と同一である軸心方向両端部20b・20bを残し、両端部20b・20bに挟まれる部位を切り欠いた状態にして対をなす永久磁石12a・12bのうち重力方向側の永久磁石12bに対向する対向部20aにのみ形成されている。空隙部30が形成される対向部20aと永久磁石12bとの間の深さが一定になるように設定されている。両端部20b・20bは、対をなす永久磁石12a・12bにそれぞれ接触している。可動子2を構成する可動子コア20の対向部20aとの間に空隙部30が形成される永久磁石12bは、可動子コア20に対する取付強度が弱くなるものの、対向部20aの両端部20b・20bのうち重力方向側の端部20b(20c)が、永久磁石12bを支持する柱部の役割も果たしている。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, a part of the facing
このような空隙部30を形成すると、軸心方向中央側にある空隙部30に比べて軸心方向両側にある両端部20b・20bの方が高い透磁率であり、両端部20b・20bに磁束が集中して、軸心方向両端側での磁束が強くなり、両端部20b・20bに挟まれる軸心方向中央側での磁束が弱くなる。この磁束分布によって可動子2が軸心方向(往復動方向)中央側にとどまろうとする力が低減するので、図7に示すように、可動子2の可動範囲に対する磁気バネのバネ力の変化量(勾配)がgr2→gr1に低減する。
When such a
また、図2に示すように、対をなす永久磁石12a・12bのうち永久磁石12bに対向する対向部20aにのみ空隙部30が形成されているので、重力方向側の磁束が弱くなり、反重力方向側の磁束が強くなって磁束のアンバランス状態が生じ、図7に示すように、永久磁石12の磁束によるオフセット力が磁束の強い反重力方向に向かう方向に大きくなる。そして、図6及び図7に示すように、空隙部30がない場合には、可動子2に作用する重力mgと永久磁石12によるオフセット力F4との釣り合い点であるオフセット位置が可動子2の可動範囲の中心ps2から下方に距離D1ズレた位置ps4となるものの、空隙部30を形成することで、オフセット位置を可動子2の可動範囲の中心ps2に変更している。
Further, as shown in FIG. 2, the
このように、空隙部30を形成することで永久磁石12の磁束分布を空隙部30のない場合に比べて変更する磁束分布調節部3を構成し、この磁束分布調節部3によって、可動子2に作用する重力mgと永久磁石12によるオフセット力F4との釣り合い点であるオフセット位置を空隙部30がない場合の位置ps4から位置ps2に変化させている(図6参照)。加えて、磁束分布調節部3により、図7に示すように、固定子コア10に対する可動子2の相対位置と磁気バネのバネ力との関係である磁気バネ特性を空隙部30がない場合に比べて変化させている。これらオフセット力F4や磁気バネ特性は、空隙部30の軸心方向の寸法や軸心方向に直交する寸法、深さ等の形状や、配置位置、形成する個数等を種々変更することで調節可能である。例えば、空隙部30の底面が軸心に対して傾斜するように形成することや、空隙部30の寸法や深さが軸心に沿って変化するように形成することが挙げられる。
Thus, the magnetic flux
以上のように本実施形態の可動磁石型リニアアクチュエータは、固定子1に対し可動子2を相対往復移動させる可動磁石型リニアアクチュエータであって、固定子1を構成する固定子コア10と、可動子2を構成する可動子コア20と、可動子コア20のうち固定子コア10に対向する対向部20aに往復動方向に沿って配列され各々の固定子コア10に臨む側の面の磁極を反転させた対をなす永久磁石12(12a・12b)と、固定子コア10に巻回されるコイル11・11とを含んで構成される磁気回路mcを備え、コイル11への通電により生じる磁束mfが対をなす永久磁石12a・12bのうち所要の方向に位置する磁石12a(12b)で生じる磁束mf2(mf1)を弱め、他方の磁石12b(12a)で生じる磁束mf1(mf2)を強めることにより可動子2を往復移動させるものであり、磁束経路である可動子コア20の対向部20aの一部と永久磁石12との間に、対向部20aの一部を切り欠いた状態にして可動子コア20に比べて透磁率の低い空隙部30を形成することで永久磁石12の磁束分布を空隙部30がない場合に比べて変更する磁束分布調節部3を構成している。
As described above, the movable magnet type linear actuator of the present embodiment is a movable magnet type linear actuator that reciprocates the
このように、可動子2を構成する可動子コア20の対向部20aを切り欠いた状態にして空隙部30を形成するだけで、永久磁石12の磁束分布が所望の磁束分布になるように調整可能であるので、複数種の永久磁石を用いる場合に比べて製造コストの増大を伴うことなく、所望の動作特性になるように磁束分布を調節することや、装置の向き等の取付状態に応じて磁束分布を調節することが可能となる。しかも、可動子を構成する可動子コア20の対向部20aを切り欠いた状態にして空隙部30を形成するだけなので、新たな部品の追加や製造工程の大幅な変更を必要とせず、製造コストの低減を追求することが可能となる。
As described above, the magnetic flux distribution of the
可動子2のオフセット位置を調節するために、上記で述べた永久磁石12を変えるほか、板バネ等の他の機構を設けることが一つの手段として考えられるが、この場合、使用部品の増加によって製造コストが増大するうえ、アクチュエータ自体が大型化してしまう問題がある。これに対して本実施形態では、磁気回路mcは、コイル11への通電がなされていない状態において永久磁石12で生じる磁束によって可動子2にオフセット力F4を作用させるものであり、磁束分布調節部3によって、可動子2に作用する重力mgと永久磁石12によるオフセット力F4との釣り合い点であるオフセット位置を空隙部30がない場合に比べて変化させている。このように、空隙部30を形成するだけでオフセット位置を所望の位置に調整可能であり、複数種の永久磁石を用いる場合や他の機構を導入する場合等に比べて製造コストの増大や装置の大型化を伴うことなく、オフセット位置を適切に調整することが可能となる。
In order to adjust the offset position of the
特に、本実施形態では、オフセット位置が可動子2の可動範囲の中心ps2になるように空隙部30が形成されているので、可動子2の往復動作の振幅を最大にして、可動子2の可動範囲を有効利用することが可能となる。
In particular, in the present embodiment, since the
さらに、本実施形態では、対をなす永久磁石12a・12bのうち重力方向側の永久磁石12bに対向する対向部20aにのみ空隙部30が形成されているので、重力方向側の磁束が空隙部30によって弱くなり、反重力方向側の磁束が強くなって磁束のアンバランス状態が生じ、永久磁石12の磁束によるオフセット力が磁束の強い反重力方向に向かう方向に大きくなるため、可動子2に作用する重力mgと永久磁石12によるオフセット力F4との釣り合い点であるオフセット位置を反重力方向側に変更することが可能となる。
Furthermore, in this embodiment, since the
あるいは、従来の可動磁石型リニアアクチュエータでは、永久磁石の磁束分布を変更して磁気バネ特性を調整して設計することが難しいので、次に述べる不具合がある。すなわち、可動磁石型リニアアクチュエータをピストンポンプ等の動力源として用いる場合は、高効率となる共振状態で往復動させるのが一般的であるものの、板バネ等の機械バネに負荷がかかり、機械バネの寿命が低減する不具合がある。しかも、共振運動に必要なバネ定数を得るにあたり、磁気バネは調整できずに固定であるので機械バネだけで対応する必要があり、機械バネに要するコストが増大する問題がある。また、可動磁石型リニアアクチュエータを位置決め装置や加振装置、リニアサーボモータ等の位置制御や力制御等の制御要素として用いる場合は、磁気バネのバネ力が制御の阻害要因や推力損失の原因となる。さらに上記に加えて、例えば機械バネ及び磁気バネを合わせたバネ定数を低減又は無くする等のバネ特性の新たな態様を実現するためには、機械バネ特性だけでなく磁気バネ特性の設計自由度が要求されるものの、上記のように磁気バネ特性を調節することが難しいので、その実現が難しいものである。 Alternatively, in the conventional movable magnet type linear actuator, it is difficult to design by changing the magnetic flux distribution of the permanent magnet to adjust the magnetic spring characteristics, and there are the following problems. That is, when a movable magnet type linear actuator is used as a power source for a piston pump or the like, although it is generally reciprocated in a highly efficient resonance state, a load is applied to a mechanical spring such as a leaf spring, and the mechanical spring There is a problem that the life of the product is reduced. In addition, in order to obtain the spring constant necessary for the resonance motion, the magnetic spring cannot be adjusted and is fixed, so it is necessary to cope with only the mechanical spring, which increases the cost required for the mechanical spring. In addition, when a movable magnet type linear actuator is used as a control element for position control, force control, etc. of a positioning device, vibration device, linear servo motor, etc., the spring force of the magnetic spring is a cause of control obstruction and thrust loss. Become. In addition to the above, in order to realize a new aspect of the spring characteristics such as reducing or eliminating the spring constant of the mechanical spring and the magnetic spring, for example, in addition to the mechanical spring characteristics, the degree of freedom in designing the magnetic spring characteristics However, since it is difficult to adjust the magnetic spring characteristics as described above, it is difficult to realize this.
このような従来の可動磁石型リニアアクチュエータに対して、本実施形態では、磁気回路mcは、コイル11への通電がなされている場合において永久磁石12で生じる磁束によって固定子コア10に対する可動子2の相対位置に応じて変化する磁気バネのバネ力がコイル11への通電によって生じる電磁駆動力F1(F2)に重畳して可動子2に作用するものであり、磁束分布調節部3によって、固定子コア10に対する可動子2の相対位置と磁気バネのバネ力との関係である磁気バネ特性を空隙部30がない場合に比べて変化させている。このように、可動子コア20の対向部20aを切り欠いた状態にして空隙部30を形成するだけで、固定子コア10に対する可動子2の相対位置と磁気バネのバネ力との関係である磁気バネ特性が所望の特性となるように調節可能であるので、アクチュエータを動力源として用いる場合には、機械バネにかかる負担を磁気バネに分散するように磁気バネ特性を調節して、機械バネの寿命を向上させることが可能となるうえ、共振運動に必要なバネ定数を得るにあたり、磁気バネ及び機械バネの双方のバネで対応して機械バネに要するコストを低減させることが可能となる。さらに、アクチュエータを制御要素としても用いる場合には、磁気バネのバネ力が低減するように磁気バネ特性を調節して、磁気バネのバネ力が制御の阻害要因や推力損失の原因となることを低減して制御精度や効率を向上させることが可能となる。しかも、磁気バネ調節部により磁気バネ特性を調節可能であるので、例えば機械バネ及び磁気バネを合わせたバネ定数を低減又は無くする等のバネ特性の新たな態様を実現することが可能となる。
In contrast to such a conventional movable magnet type linear actuator, in the present embodiment, the magnetic circuit mc has the
さらに、本実施形態では、対向部20aのうち可動子2の可動方向と同一である軸心方向両端部20b・20bを残し、両端部20b・20bに挟まれる部位を切り欠いた状態にして形成されているので、軸心方向中央側にある空隙部30に比べて軸心方向両側にある両端部20b・20bの方が高い透磁率であり、両端部20b・20bに磁束が集中して、軸心方向両端側での磁束が強くなり、両端部20b・20bに挟まれる軸心方向中央側での磁束が弱くなり、可動子が軸心方向(往復動方向)中央側にとどまろうとする力が低減するので、可動子2の可動範囲に対する磁気バネのバネ力の変化量(図7で示す傾き)がgr2→gr1に低減し、可動子の移動制御を容易として制御精度を向上させることができる。しかも、磁気バネのバネ力が減少するので、磁気バネのバネ力で生じる推力損失が低減し、効率を向上させることが可能となる。
Further, in the present embodiment, the opposing
以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the specific structure of each part is not limited only to embodiment mentioned above.
例えば、本発明に係る他の実施形態として図8に示すものが挙げられる。すなわち、空隙部130は、対をなす永久磁石12a・12bのうち重力方向側の永久磁石12bに対向する対向部120aにのみ形成されて、重力方向側の永久磁石12bと可動子コア120の対向部120aとの接点がなくなるように軸心方向全域に亘って永久磁石12bと対向部120aとの間の深さが一定になるように設定されている。このように、空隙部130の軸心方向の一方にのみ永久磁石12との接点120bとなる対向部120aが形成される構成にすると、図9に示すように、可動子102の可動範囲に対する推力(磁気バネのバネ力、オフセット力)の変化量(勾配)を維持した状態で、永久磁石12の磁束による推力(磁気バネのバネ力、オフセット力)が磁束の強い反重力方向に向かう方向に大きくなる。
For example, what is shown in FIG. 8 is mentioned as other embodiment which concerns on this invention. That is, the
さらに、本発明の上記以外の実施形態として図10に示すものが挙げられる。すなわち、空隙部230は、対向部220aのうち可動子202の可動方向と同一である軸心方向両端部220b・220bを残し、両端部220b・220bに挟まれる部位を切り欠いた状態にして形成されて、永久磁石12a・12bと対向部220aとの間の深さが一定になるように設定されている。両端部220b・220bは、対をなす永久磁石12a・12bにそれぞれ接触している。対をなす永久磁石12a・12bの境界線は、可動子の可動範囲の中心であり、空隙部230は、対をなす永久磁石12a・12bの境界線を中心として対称になるように形成されている。このように、空隙部230の軸心方向両側に永久磁石12との接点となる対向部220aの両端部220b・220bが形成され、空隙部230が対をなす永久磁石12a・12bの境界線を中心として対称になるように形成されているので、図11に示すように、可動子202の可動範囲に対する推力(磁気バネのバネ力、オフセット力)の変化量(勾配)が、可動子の可動範囲の中心での推力を維持した状態で可動子202の可動範囲全域に亘って低減する。
Furthermore, what is shown in FIG. 10 is mentioned as embodiment other than the above of this invention. That is, the
加えて、図12に示すように、可動子302を構成する可動子コア320、固定子コア310の対向部320a及び対をなす永久磁石12a・12bを一つのユニットとし、一つのユニットを軸心方向に沿って複数設けて永久磁石12a・12bが複数対をなすように構成し、各々のユニットを構成する対をなす永久磁石12a・12bのうち少なくとも一方の永久磁石12bとこの永久磁石12bに対向している対向部320aとの間に空隙部330が形成されていることが挙げられる。このように構成すると、通電により可動子302を往復動させる電磁駆動力を増大させるために永久磁石12a・12bが複数対をなす構成にした場合であっても永久磁石12の磁束分布を調節することが可能となり、永久磁石12の磁束により可動子302に作用する推力(磁気バネのバネ力、オフセット力)を調整することが可能となる。もちろん、空隙部330を形成することで得られる効果は、上記実施例で述べた空隙部の形状や配置位置に準ずる。
In addition, as shown in FIG. 12, the
さらに、図13に示すように、複数の突極部410bを有する固定子コア410に対し、突極部410b毎にコイル11を巻回するのではなく、複数の突極部410bを一体としてコイル11を巻回してもよい。
Further, as shown in FIG. 13, the
また、上述した可動子2を往復動可能に支持する図示しない板バネ等の機械バネ部は、固定子コア10に対する可動子2の相対位置に応じて変化する付勢力を可動子2に作用させるものであり、可動子2の可動範囲において機械バネの付勢力が作用する方向に対し逆方向に磁気バネのバネ力が作用するように空隙部を形成する構成が挙げられる。このように構成すると、機械バネの付勢力が磁気バネのバネ力により弱まり又は打ち消され、機械バネ及び磁気バネを合わせたバネ定数を低減又は無くした新たなバネ特性を備えた可動磁石型リニアアクチュエータを提供することが可能となる。
Further, a mechanical spring portion such as a leaf spring (not shown) that supports the above-described
加えて、本実施形態では、インナーロータ型のリニアアクチュエータを例として説明しているが、勿論、軸心を中心として固定子1の径方向外側に可動子2を配置するアウターロータ型のリニアアクチュエータにも適用可能である。
In addition, in the present embodiment, the inner rotor type linear actuator is described as an example. However, of course, the outer rotor type linear actuator in which the
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1…固定子
11…コイル
10、110、210、310…固定子コア
12a・12b…対をなす永久磁石
12b…重力方向下側の永久磁石
2、102、202、302…可動子
20、120、220、320…可動子コア
20a、120a、220a、320a…対向部
20b・20b、220b・220b…両端部
3…磁束分布調節部
30、130、230、330…空隙部
mc…磁気回路
mf…コイル通電で生じる磁束
mf1、mf2…永久磁石による磁束
F4…オフセット力
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記固定子を構成する固定子コアと、前記可動子を構成する可動子コアと、前記可動子コアのうち前記固定子コアに対向する対向部に往復動方向に沿って配列され各々の固定子コアに臨む側の面の磁極を反転させた対をなす永久磁石と、前記固定子コアに巻回されるコイルとを含んで構成される磁気回路を備え、
コイルへの通電により生じる磁束が前記対をなす永久磁石のうち所要の方向に位置する磁石で生じる磁束を弱め、他方の磁石で生じる磁束を強めることにより可動子を往復移動させるものであり、
磁束経路である可動子コアの対向部の一部と永久磁石との間に、対向部の一部を切り欠いた状態にして可動子コアに比べて透磁率の低い空隙部を形成することで永久磁石の磁束分布を前記空隙部がない場合に比べて変更する磁束分布調節部を構成していることを特徴とする可動磁石型リニアアクチュエータ。 A movable magnet type linear actuator that reciprocally moves the mover relative to the stator,
A stator core that constitutes the stator, a mover core that constitutes the mover, and a stator that is arranged along a reciprocating direction in an opposing portion of the mover core that faces the stator core. Comprising a magnetic circuit comprising a pair of permanent magnets having reversed magnetic poles on the side facing the core and a coil wound around the stator core;
The magnetic flux generated by energizing the coil weakens the magnetic flux generated by the magnet located in the required direction among the paired permanent magnets, and reciprocates the mover by strengthening the magnetic flux generated by the other magnet,
By forming a gap with a lower permeability than the mover core between the part of the facing part of the mover core that is the magnetic flux path and the permanent magnet, with the part of the facing part notched. A movable magnet type linear actuator comprising a magnetic flux distribution adjusting unit for changing a magnetic flux distribution of a permanent magnet as compared with a case where there is no gap.
前記磁束分布調節部によって、前記可動子に作用する重力と前記永久磁石によるオフセット力との釣り合い点であるオフセット位置を前記空隙部がない場合に比べて変化させている請求項1に記載の可動磁石型リニアアクチュエータ。 The magnetic circuit applies an offset force to the mover by a magnetic flux generated by a permanent magnet in a state where current is not supplied to the coil,
2. The movable according to claim 1, wherein the magnetic flux distribution adjusting unit changes an offset position, which is a balance point between gravity acting on the movable element and an offset force by the permanent magnet, as compared with the case where there is no gap. Magnet type linear actuator.
前記磁束分布調節部によって、固定子コアに対する可動子の相対位置と磁気バネのバネ力との関係である磁気バネ特性を空隙部がない場合に比べて変化させている請求項1〜3のいずれかに記載の可動磁石型リニアアクチュエータ。 The magnetic circuit is an electromagnetic drive in which a spring force of a magnetic spring that changes according to the relative position of the mover with respect to the stator core is generated by energizing the coil due to the magnetic flux generated by the permanent magnet when the coil is energized. Acting on the mover superimposed on the force,
4. The magnetic spring characteristic, which is a relationship between the relative position of the mover relative to the stator core and the spring force of the magnetic spring, is changed by the magnetic flux distribution adjusting unit as compared with the case where there is no gap. A movable magnet type linear actuator according to claim 1.
The said permanent magnet has comprised multiple pairs, The said space | gap part is formed between at least one permanent magnet among the permanent magnets which make each pair, and the opposing part facing the said permanent magnet. The movable magnet type linear actuator in any one of 1-5.
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