JP6171782B2 - 電磁発電機およびこれを搭載した直動アクチュエータ装置 - Google Patents
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Description
そこで、位置センサー316、317と制御装置381との間の通信を、有線に替えて無線とするシステムが採用されている。
また、上記外部商用電源の替りに電池を使用する手法も考えられるが、電池切れの度に交換を強いられるのは煩に堪えない。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、電力供給が必要となる機器を直動アクチュエータ側に搭載した場合に、電力を供給する電源線の敷設を不要として、電源線の断線問題を解決し、さらに電池の交換を不要とし得る電磁発電機およびこれを搭載した直動アクチュエータ装置を提供することを目的とするものである。
ワークに作用するための直動アクチュエータのピストンにおける伸縮動作と連動して、該ピストンの伸縮方向に移動し得る、磁石を所定位置に配してなるロッドと、
中空のボビンに巻回された磁気コイルとを有し、
該ロッドが該ボビンの中空貫通孔を通過して前記伸縮方向に移動することで、前記磁気コイルが、前記磁石による磁束と鎖交して該磁気コイルに誘導起電力が発生するように構成され、
前記ロッドにおける前記磁石の配設位置と、前記磁気コイルの配設位置とは、前記磁気コイル内を前記磁石が通過したときに、前記磁気コイルと前記磁石による磁束との単位時間当たりの鎖交本数が最大となる位置関係とされている、ことを特徴とするものである。
また、前記磁気コイルが、前記磁石の可動範囲の中央部に位置することが好ましい。
また、前記直動アクチュエータがリニアシリンダからなり、
前記ロッドの全長が該リニアシリンダのピストンの可動長よりも長く設定され、
前記磁石を配する所定位置は前記ロッドの一端部付近とされる一方、前記ロッドの他端部は、連結部材により前記リニアシリンダのピストンと連結され、
該リニアシリンダの近傍には、該ピストンの特定位置が通過したか否かを検出するセンサーユニットが設けられていることが好ましい。
また、前記磁気遮蔽性ケースの前記ロッドの移動方向に位置する、少なくとも一側面には、上記ロッドが嵌挿される孔部が設けられていることが好ましい。
該整流回路からの出力電力を蓄積するコンデンサとを、
備えることが好ましい。
また、前記磁気コイルは、互いに直列に接続された複数の単位コイルよりなる単位コイル群からなるとともに、隣接する単位コイル同士は、コイルの巻回方向が互いに逆向きとされていることが好ましい。
また、前記複数個の単位コイル群のそれぞれに整流回路が設けられ、これらの整流回路の出力が互いに加算されるように構成されていることが好ましい。
また、前記磁石の着磁方向が前記ロッドの移動方向と平行とされることが好ましい。
ワークに作用するための直動アクチュエータと、
該直動アクチュエータのピストンにおける伸縮動作と連動して、該ピストンの伸縮方向に移動し得る、磁石を所定位置に配してなるロッドと、
中空のボビンに巻回された磁気コイルとを有し、
該ロッドが該ボビンの中空貫通孔を通過して前記伸縮方向に移動することで、前記磁気コイルが、前記磁石による磁束と鎖交して該磁気コイルに誘導電流が発生するように構成され、
前記ロッドにおける前記磁石の配設位置と、前記磁気コイルの配設位置とは、前記磁気コイル内を前記磁石が通過したときに、前記磁気コイルと前記磁石による磁束との単位時間当たりの鎖交本数が最大となる位置関係とされている、ことを特徴とするものである。
さらに、ロッドにおける磁石の配設位置と、ボビンに巻回された磁気コイルの配設位置とは、磁気コイル内を磁石が通過した際に、磁気コイルと磁石による磁束との単位時間当たりの鎖交本数が最大となる相対位置関係とされているから、効率よく誘導起電力を発生することができ、より大きな電力により送信機を駆動することができる。
すなわち、直動アクチュエータ装置1としては、前述したような溶接装置や、射出成型機により製造された成形品を型から取り出す際に使用される成形品取出し装置、その他、直動するアクチュエータを用いてワーク等に作用させる種々の装置に適用可能である。なお、本実施形態においては、この電磁発電機100を汎用的なエアシリンダ200に搭載した場合について説明する。
このようにして発生した誘導起電力に応じて出力された誘導電流は図示されない整流回路により整流され、図示されないコンデンサに蓄積される。
上述したように、可動磁石ロッド11において一端部11aには、短尺の非磁性ガイド部13が設けられており、そのロッド他端部11b側には、3つの磁石素子(単位磁石)を直列に配してなる磁石12が設けられている。このように、磁石12として、複数個の磁石素子12a、12b、12cを備えるようにしたことにより、発電効率を高めることができる。
また、可動磁石ロッド11のその他の領域は非磁性部材から構成されている。例えば、全体が同一の非磁性材料からなるロッドの所定位置に磁石12を嵌め込み、ロッド表面と磁石表面とが面一となるように構成する。
なお、可動磁石ロッド11は他端部11bの端面において、ねじにより連結部材5に固定されている。
なお、本実施形態の変型態様においては、磁石素子12a、12b、12cが各々リング状に形成され、可動磁石ロッド11の軸方向に沿って串のように連結され、その左端と右端に位置する磁石素子12aの左側端面と、磁石素子12cの右側端面とが、それぞれ可動磁石ロッド11と非磁性ガイド13により物理的に挟持固定されるように配設される。
なお、各磁石素子12a、12b、12cの着磁方向は、可動磁石ロッド11の軸方向、すなわち、エアシリンダ可動ロッド4の軸方向に平行な方向とされている。
磁気コイル7は、互いに直列に接続された複数のコイル素子7a、7b、7cよりなる単位コイル群からなるとともに、隣接するコイル素子7a、7b、7c同士は、コイルの巻回方向が互いに逆向きとされ、交互に逆極性となるように設定されている。すなわち、各コイル素子7a、7b、7cの巻回方向は、隣り合うコイル素子7a、7b、7c毎に互いに逆向きの正・逆・正方向となるように設定されており、これにより、より大きな起電力が発生する。
また、上記複数個の単位コイル群のそれぞれに整流回路を設け、これらの整流回路の出力が互いに加算されるように構成してもよい。
可動磁石ロッド11が、絶縁ボビン6(および非磁性パイプ状ガイド14)の中空部を移動する際に、これら可動磁石ロッド11と絶縁ボビン6(および非磁性パイプ状ガイド14)の内壁面との接触箇所や衝突回数が増えると、可動磁石ロッド11、ひいてはエアシリンダ可動ロッド4の駆動力が低下する原因となるため、絶縁ボビン6(および非磁性パイプ状ガイド14)と可動磁石ロッド11のうち、少なくとも一方または双方を、ポリプロピレンやポリアセタールなどからなる摩擦係数が低い材料により形成することが望ましい。このような材料を用いることで、絶縁ボビン6(および非磁性パイプ状ガイド14)と可動磁石ロッド11の相対移動時に、互いの摩擦を大幅に低減させることができる。
また、この非磁性パイプ状ガイド14の全長は、エアシリンダ可動ロッド4の可動長よりも長尺に設定されており、可動磁石ロッド11が非磁性パイプ状ガイド14から外れないように配慮されている。
e=-n・dΦ/dt 〔V〕 (1)
すなわち、可動磁石ロッド11の速さが最大となる、磁石12の可動範囲の中央部付近に磁気コイル7を配置することが望ましいことが明らかとなった。
ただし、エアシリンダ可動ロッド4の移動が、例えば、上記収縮状態位置と伸張状態位置の中央部ではない位置(例えば、図3の位置P)において最大速度となるような場合は、その速度が最大となる位置(例えば、図3の位置P)に磁気コイル7を配置する。
また、上記磁気遮蔽性を有するケースの両側端面には各々、可動磁石ロッド11を摺動支持する貫通孔部を設けた蓋部材(可動磁石ロッド支持部材)を配設することが好ましい。この場合には、非磁性パイプ状ガイド14を不用とすることができるので、製造コストを削減することができる。
例えば上記実施形態においては、エアシリンダ可動ロッドと可動磁石ロッドは、互いに一体化させる連結部材によって連結され、互いに同一方向に移動するようにしているが、歯車等の他の連結部材を用いて連結してもよいし、可動磁石ロッドの移動方向がエアシリンダ可動ロッドの移動方向と一致しなくてもよい。
2 エアシリンダ本体
3a 第1エア導入口
3b 第2エア導入口
4 エアシリンダ可動ロッド
4a 先端部
5 連結部材
6 絶縁ボビン
7 磁気コイル
7a、7b、7c コイル素子
11 可動磁石ロッド
11a 一端部
11b 他端部
12 磁石
12a、12b、12c 磁石素子
14 非磁性パイプ状ガイド
100 電磁発電機
200 エアシリンダ
316、317 センサー
Claims (13)
- ワークに作用するための直動アクチュエータのピストンにおける伸縮動作と連動して、該ピストンの伸縮方向に移動し得る、磁石を所定位置に配してなるロッドと、
中空のボビンに巻回された磁気コイルとを有し、
該ロッドが該ボビンの中空貫通孔を通過して前記伸縮方向に移動することで、前記磁気コイルが、前記磁石による磁束と鎖交して該磁気コイルに誘導起電力が発生するように構成され、
前記ロッドにおける前記磁石の配設位置と、前記磁気コイルの配設位置とは、前記磁気コイル内を前記磁石が通過したときに、前記磁気コイルと前記磁石による磁束との単位時間当たりの鎖交本数が最大となる位置関係とされている、ことを特徴とする電磁発電機。 - 前記磁気コイルは、前記ロッドの所定位置に配された前記磁石の移動速度が最大となる位置に配されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁発電機。
- 前記磁気コイルが、前記磁石の可動範囲の中央部に位置することを特徴とする請求項1または2に記載の電磁発電機。
- 前記直動アクチュエータがリニアシリンダからなり、
前記ロッドの全長が該リニアシリンダのピストンの可動長よりも長く設定され、
前記磁石を配する所定位置は前記ロッドの一端部付近とされる一方、前記ロッドの他端部は、連結部材により前記リニアシリンダのピストンと連結され、
該リニアシリンダの近傍には、該ピストンの特定位置が通過したか否かを検出するセンサーユニットが設けられていることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の電磁発電機。 - 少なくとも前記磁気コイルおよび発電機関連回路素子が磁気遮蔽性を有するケース内に収納されていることを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項記載の電磁発電機。
- 前記磁気遮蔽性を有するケースの、少なくとも前記ロッドの移動方向に位置する一側面には、上記ロッドが嵌挿される孔部が設けられていることを特徴する請求項5に記載の電磁発電機。
- 前記磁気コイルの出力信号を整流する整流回路と、
該整流回路からの出力電力を蓄積するコンデンサとを、
備えたことを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の電磁発電機。 - 前記磁気コイルは、互いに直列に接続された複数の単位コイルよりなる単位コイル群からなるとともに、隣接する単位コイル同士は、コイルの巻回方向が互いに逆向きとされていることを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか1項に記載の電磁発電機。
- 前記磁気コイルは、複数個の前記単位コイル群からなり、隣接する前記単位コイル群同士は電気的に接続されていることを特徴とする請求項8に記載の電磁発電機。
- 前記複数個の単位コイル群のそれぞれに整流回路が設けられ、これらの整流回路の出力が互いに加算されるように構成されていることを特徴とする請求項9に記載の電磁発電機。
- 前記磁石は線状に配列された複数個の単位磁石からなり、隣接する該単位磁石同士は互いに同一の極が対向するように配設されていることを特徴とする請求項1〜10のうちいずれか1項記載の電磁発電機。
- 前記磁石の着磁方向が前記ロッドの移動方向と平行とされることを特徴とする請求項11に記載の電磁発電機。
- ワークに作用するための直動アクチュエータと、
該直動アクチュエータのピストンにおける伸縮動作と連動して、該ピストンの伸縮方向に移動し得る、磁石を所定位置に配してなるロッドと、
中空のボビンに巻回された磁気コイルとを有し、
該ロッドが該ボビンの中空貫通孔を通過して前記伸縮方向に移動することで、前記磁気コイルが、前記磁石による磁束と鎖交して該磁気コイルに誘導電流が発生するように構成され、
前記ロッドにおける前記磁石の配設位置と、前記磁気コイルの配設位置とは、前記磁気コイル内を前記磁石が通過したときに、前記磁気コイルと前記磁石による磁束との単位時間当たりの鎖交本数が最大となる位置関係とされている、ことを特徴とする電磁発電機を搭載した直動アクチュエータ装置。
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