JP6585894B2

JP6585894B2 - リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP6585894B2
Application number: JP2014220156A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　浩介; 浩介佐藤
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2034-10-29
Also published as: EP3214741A1; EP3214741A4; JP2016086617A; US20170302146A1; WO2016068146A1

Description

本発明は、電磁力によって軸方向に伸縮するリニアアクチュエータに関するものである。

特許文献１には、固定側本体の内部に鉄心および電機子コイルを備え、固定側本体に電機子コイルへの電源供給口が設けられた電動アクチュエータが開示されている。

特開２００８−２５３００９号公報

特許文献１に記載のリニアアクチュエータは、電機子コイルからの引出線が電源供給口を通じて外部へ導かれている。このとき、引出線を保護するためだけに固定側本体の外周から突出するように保護部材を設ける必要があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、コイルからの引出線を外部に導くためだけに外周に突出する保護部材を設ける必要のないリニアアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明は、リニアアクチュエータにおいて、内側に筒状のヨークによって保持される複数のコイルが設けられる本体部と、前記ヨーク内を軸方向に移動自在なロッドと、前記ロッドに軸方向に並んで保持され、前記複数のコイルと対向するように配設される複数の永久磁石と、前記本体部の外周部に同軸に設けられた一対のトラニオン軸と、を備え、前記一対のトラニオン軸の少なくとも一方には、前記複数のコイルに接続される配線を引き出す貫通孔が設けられることを特徴とする。

本発明では、本体部の外周部に設けられたトラニオン軸に、コイルに接続される配線を引き出す貫通孔が設けられる。したがって、既存の部材を利用して引出線を保護することができるため、コイルからの引出線を外部に導くためだけに外周に突出する保護部材を設ける必要はない。

（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るリニアアクチュエータの収縮状態における軸方向断面図であり、（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。本発明の第２実施形態に係るリニアアクチュエータの収縮状態における軸方向断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るリニアアクチュエータ１００について説明する。図１（Ａ）は、リニアアクチュエータ１００の軸線方向における断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

リニアアクチュエータ１００は、本体部としての第１チューブ１０と、第１チューブ１０の外周に摺動自在に設けられる第２チューブ２０と、第２チューブ２０の端部に固定され、永久磁石３１を保持するロッド３０と、第１チューブ１０内に嵌合するように設けられ、永久磁石３１と対向するコイル４１を保持するヨーク４０と、を備える。

リニアアクチュエータ１００では、コイル４１に流れる電流に応じてロッド３０を軸方向に駆動する推力（電磁力）が発生し、この推力に基づいて第１チューブ１０と第２チューブ２０とが相対変位する。これにより、リニアアクチュエータ１００は、図１に示す最収縮位置から、図示しない最伸長位置との間で伸縮する。

第１チューブ１０は、円筒状のベース部１１と、ベース部１１の一端側に固定されるインナーチューブ１２と、ベース部１１の他端側に固定されるガイドチューブ１３と、を備える。

ベース部１１は、両端が開口する筒状部材である。ベース部１１の外周には、径方向に突出する一対のトラニオン軸１が固定される。リニアアクチュエータ１００は、一対のトラニオン軸１が図示しない外部部材に回動可能に軸支されることで、外部部材に対して回動可能に保持される。一対のトラニオン軸１には、貫通孔１Ａがそれぞれ設けられる。貫通孔１Ａを一対のトラニオン軸１のそれぞれに設けずに、いずれか一方のみに設けてもよい。このように、貫通孔１Ａは、一対のトラニオン軸１の少なくともいずれか一方に設けられる。

第２チューブ２０は、両端が開口する円筒状のアウターチューブ２１と、アウターチューブ２１の一端に取り付けられるキャップ２２と、を備える。第２チューブ２０の一端は、キャップ２２により閉塞される。第２チューブ２０の他端は、第１チューブ１０のインナーチューブ１２が挿入される開口端である。キャップ２２の外側面には、図示しない外部部材と連結される連結部材２が固定される。

インナーチューブ１２は、ベース部１１に設置された状態で、アウターチューブ２１の内側に摺動自在に挿入される。インナーチューブ１２は、その一端がベース部１１の内周面１１Ａに嵌合して固定され、ベース部１１に片持ち支持される。

リニアアクチュエータ１００は、第１チューブ１０と第２チューブ２０とを軸方向に相対変位自在に支持する第１リニアガイド部１５と第２リニアガイド部２５とを備える。

インナーチューブ１２の自由端の外周には、環状の第１軸受１４が設けられる。第１軸受１４の軸受面（外周面）１４Ａは、アウターチューブ２１の内周面２１Ａと摺接する。第１リニアガイド部１５は、インナーチューブ１２の外周面１２Ａと、第１軸受１４の軸受面１４Ａとから構成される。

アウターチューブ２１の開口端側の内周には、環状の第２軸受２３が設けられる。第２軸受２３の軸受面（内周面）２３Ａは、インナーチューブ１２の外周面１２Ａと摺接する。第２リニアガイド部２５は、アウターチューブ２１の内周面２１Ａと、第２軸受２３の軸受面２３Ａとから構成される。

リニアアクチュエータ１００が伸縮する際には、第１リニアガイド部１５では、第１軸受１４の軸受面１４Ａがアウターチューブ２１の内周面２１Ａに摺接する。また、第２リニアガイド部２５では、第２軸受２３の軸受面２３Ａがインナーチューブ１２の外周面１２Ａに摺接する。これにより、インナーチューブ１２とアウターチューブ２１とは、滑らかに摺動する。インナーチューブ１２の外周面１２Ａとアウターチューブ２１の内周面２１Ａとは、第１軸受１４及び第２軸受２３を介して互いに隙間なく対峙する。

ガイドチューブ１３は、両端が開口する筒状部材である。ガイドチューブ１３内には、ロッド３０の端部に固定されるロッドガイド５０が摺動自在に設けられる。

ロッド３０は、中空部３０Ａを有する棒状部材である。ロッド３０の一端は、第２チューブ２０の端部を構成するキャップ２２の内側に固定される。また、ロッド３０の他端は、前述したロッドガイド５０に固定される。ロッド３０の他端にロッドガイド５０が設けられることで、ガイドチューブ１３とロッド３０との同軸度が確保される。よって、リニアアクチュエータ１００の伸縮時にロッド３０の端部が径方向に振れることが防止される。

ロッド３０の中空部３０Ａには、複数の永久磁石３１が軸方向に並んで保持される。永久磁石３１は、円柱状に形成されており、軸方向にＮ極とＳ極が位置するように着磁される。隣り合う永久磁石３１は、同極同士が対向するように配置される。また、隣り合う永久磁石３１の間には継鉄３２が設けられる。なお、継鉄３２を必ずしも設ける必要はなく、隣り合う永久磁石３１が当接するようにしてもよい。

インナーチューブ１２の内周面１２Ｂには、円筒状のヨーク４０が設けられる。ヨーク４０は、ロッド３０が軸方向に挿通する挿通孔４５を有する。ヨーク４０には、複数のコイル４１が内蔵される。なお、ヨーク４０は、隣り合う環状部材の接触面に形成される空間内にコイル４１を巻き付け、これらの環状部材を軸方向に積層し一体化したものである。複数のコイル４１は、永久磁石３１に対向するように軸方向に沿って並設される。なお、ヨーク４０を構成する環状部材は、周方向に分割された複数の部材を接合することで形成されてもよい。

ヨーク４０の外周には、軸線方向に複数の溝部としての溝４２が設けられる。溝４２には、複数のコイル４１からの配線４４が収容される。なお、溝４２は、三か所に設けられているが、これに限らず四か所など任意の数設けることができる。また、上記環状部材を構成する分割された複数の部材の接合面の角部に切り欠きを設けて、この切り欠きによって溝部を形成してもよい。さらに、溝４２をヨーク４０の外周面に設けるのに代えて、インナーチューブ１２の内周面１２Ｂに設けてもよい。また、溝４２をヨーク４０の外周面とインナーチューブ１２の内周面１２Ｂとの両方に設けてもよい。

複数のコイル４１からの配線４４は、溝４２と、トラニオン軸１に設けられた貫通孔１Ａとを通って外部に引き出される。外部に引き出された配線４４は、図示しないコントローラに接続される。コントローラはコイル４１に供給される電流の大きさや位相を制御することにより、リニアアクチュエータ１００が発生する推力と推力発生方向（伸縮方向）とを制御する。なお、配線４４は、コネクタを介して引き出されてもよい。また、貫通孔１Ａは、一つに限らず、引き出される配線４４の数に応じた数設けてもよい。

次に、リニアアクチュエータ１００の動作について説明する。

リニアアクチュエータ１００では、コイル４１に所定方向の電流が供給されると、ロッド３０を一方向（図１において右方向）に駆動する推力が発生する。ロッド３０が一方向に駆動されると、第２チューブ２０のアウターチューブ２１が第１チューブ１０のインナーチューブ１２に対して摺動しながら移動して、リニアアクチュエータ１００が伸長する。

ガイドチューブ１３のベース部１１への固定端には、内側に突出する環状の突出部１３Ａが形成される。リニアアクチュエータ１００が最伸長位置まで伸長すると、ロッドガイド５０が突出部１３Ａの側面に当接し、それ以上のロッド３０の移動が規制される。このように、ロッドガイド５０は、ストッパとして機能する。

一方、コイル４１に伸長時とは逆位相の電流が供給されると、ロッド３０を他方向（図１において左方向）に駆動する推力が発生する。ロッド３０が他方向に駆動されると、第２チューブ２０のアウターチューブ２１が第１チューブ１０のインナーチューブ１２に対して摺動しながら移動して、リニアアクチュエータ１００が収縮する。

リニアアクチュエータ１００が最収縮位置まで収縮すると、アウターチューブ２１の開口端がベース部１１の端部に当接し、それ以上のロッド３０の移動が規制される。このように、アウターチューブ２１の開口端は、ストッパとして機能する。

以上の第１実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

第１チューブ１０の外周部に設けられたトラニオン軸１には、複数のコイル４１に接続される配線４４を引き出す貫通孔１Ａが設けられる。これにより、既存の部材を利用して引き出される配線４４を保護することができる。よって、複数のコイル４１からの配線４４を外部に導くためだけに外周に突出する保護部材を設ける必要はない。

＜第２実施形態＞
図２を参照して、本発明の第２実施形態に係るリニアアクチュエータ２００について説明する。以下では、上述した第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態のリニアアクチュエータ１００と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。

第２実施形態は、ストロークセンサ７０が設けられる点で、第１実施形態と相違する。

ストロークセンサ７０は、磁界の強度に応じたホール電圧を発生するホール素子を用いたものである。ストロークセンサ７０は、ホール素子のホール電圧に基づいて、コイル４１と永久磁石３１との相対位置を検出する。

ストロークセンサ７０によって検出された信号は、配線７１を介して外部のコントローラに入力される。コントローラは、ストロークセンサ７０により検出されたコイル４１と永久磁石３１との相対位置情報に基づいて、第１チューブ１０に対する第２チューブ２０のストロークを演算する。コントローラは、第１チューブ１０に対する第２チューブ２０のストロークをフィードバックしながらコイル４１に通電する電流の大きさと位相を制御する。これにより、リニアアクチュエータ２００をより正確に制御できる。

なお、リニアアクチュエータ２００に取付けられるセンサは、ストロークセンサ７０に限らず、例えば、コイル４１の温度状態を検出する温度センサなど、リニアアクチュエータの動作状態を検出するセンサなどであればどのようなものを設けてもよい。また、ストロークセンサ７０と温度センサなどリニアアクチュエータ２００の異なった動作状態を検出する複数のセンサを設けてもよい。

リニアアクチュエータ２００では、一対のトラニオン軸１のうち一方のトラニオン軸１の貫通孔１Ａから複数のコイル４１の配線４４が引き出され、他方のトラニオン軸１の貫通孔１Ａから、ストロークセンサ７０の配線７１が引き出される。

以上の第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。

リニアアクチュエータ２００の動作状態を検出するストロークセンサ７０をさらに備えることで、リニアアクチュエータ２００の動作をより正確に制御できる。また、一対のトラニオン軸１のうち一方のトラニオン軸１の貫通孔１Ａから、複数のコイル４１の配線４４が引き出され、他方のトラニオン軸１の貫通孔１Ａから、ストロークセンサ７０の配線７１が引き出される。これにより、ストロークセンサ７０によって検出された信号が、コイル４１の配線４４を流れる大きな電流によって影響を受けることがない。したがって、ストロークセンサ７０によって検出された信号が外乱の影響を受けることなく正確にコントローラに入力されるので、リニアアクチュエータ２００の動作をより正確に制御できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１００、２００リニアアクチュエータ
１トラニオン軸
１Ａ貫通孔
２連結部材
１０第１チューブ
１１ベース部
１２インナーチューブ
１３ガイドチューブ
２０第２チューブ
２１アウターチューブ
２２キャップ
３０ロッド
３１永久磁石
４０ヨーク
４１コイル
４２溝
４４配線
５０ロッドガイド
７０ストロークセンサ
７１配線

Claims

リニアアクチュエータにおいて、
内側に筒状のヨークによって保持される複数のコイルが設けられる本体部と、
前記ヨーク内を軸方向に移動自在なロッドと、
前記ロッドに軸方向に並んで保持され、前記複数のコイルと対向するように配設される複数の永久磁石と、
前記本体部の外周部に同軸に設けられた一対のトラニオン軸と、を備え、
前記一対のトラニオン軸の少なくとも一方には、前記複数のコイルに接続される配線を引き出す貫通孔が設けられることを特徴とするリニアアクチュエータ。
前記リニアアクチュエータの動作状態を検出するセンサをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
前記センサが、ストロークセンサであることを特徴とする請求項２に記載のリニアアクチュエータ。
前記一対のトラニオン軸の一方に設けられた前記貫通孔から、前記複数のコイルに接続される配線が引き出され、
前記一対のトラニオン軸の他方に設けられた前記貫通孔から、前記センサに接続される配線が引き出されることを特徴とする請求項２または３に記載のリニアアクチュエータ。
前記ヨークの外周部分には、軸線方向に溝部が設けられ、
前記溝部内に前記複数のコイルに接続される配線が収容されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。