JP7287205B2 - 磁気回路ユニット、及び前記磁気回路ユニットを有する可動コイル型ボイスコイルモータ - Google Patents

Description

本発明は、冷却機構を含む磁気回路ユニット、及び前記磁気回路ユニットを有する、冷却効率の改善された可動コイル型ボイスコイルモータに関する。

加振機などに使用される大型の可動コイル型ボイスコイルモータ（以下、単に「ボイスコイルモータ」又は「VCM」とも言う。）は大電流を用いて制御され、その制御電流の大きさ及び制御周波数に比例して、VCMに使用されている磁気回路に発生する渦電流も大きくなる。大きな渦電流が発生することにより、制御性に影響を及ぼすだけでなく、渦電流による発熱により磁気回路が加熱され、磁気回路が性能低下を引き起こすため、磁気回路を冷却するための様々な冷却方法が検討されている。

磁気回路で発生する渦電流により発生した熱やコイルで発生した熱（銅損）を除去する方法として、磁気回路にファンを設置し空冷によって除去する方法や、ヨーク内に冷却水を循環させて水冷によって除去する方法が一般的に行われている。

空冷による方法では、風量及び風路を確保するため、コイルが配置される磁気空隙部の間隔を大きくするなど対策を行っているが、磁気空隙を大きくしてしまうと、磁気回路の性能が低下してしまう。従って、なるべく磁気空隙は小さくし、冷却空気の流速を大きくするため静圧性能の大きいファンを用いる等の対策が行われている。

特開2014-74612号（特許文献1）は、永久磁石を用いた磁路部材と、前記磁路部材の空隙部に挿入された駆動コイルを有する可動部と、磁石及び駆動コイルを冷却するための冷却ブロアとを備えた永久磁石型の振動発生機を開示しており、磁石及び駆動コイルの温度に基づいて冷却ブロアの回転数を制御することにより、効率よく振動発生機の冷却が可能となり、規定の加振能力を維持することができると記載している。しかしながら、特許文献1に記載の振動発生機は、高磁場を発生するためには永久磁石の磁化方向長さを長くするか、磁力の強い磁石を使い、さらにヨークの厚みを厚くしなければならないことから、装置が必然的に大型化してしまうとともに、振動発生機の発熱がより大きくなり、十分な冷却ができなくなるといった問題がある。

特開昭52-131109号（特許文献2）は、リング状ポールピースの両端にそれぞれ少なくとも1つの磁石、その外周部に他の磁石を配置し、そのリング状ポールピース内側にエアギャップを介して、センターポールを対向させ、そのセンターポールに上記各磁石に接合するヨークを接続してなるリニアアクチューエータ用磁気回路を開示している。このような磁気回路を採用することにより、より小径で高磁場を得ることが可能になる。しかしながら、引用文献2に記載の磁気回路は、コイルは磁気回路長さの中央部に位置させなければならないため、コイルの冷却が十分に行われず、磁気回路の温度上昇を引き起こし、性能が低下してしまうといった問題がある。

特許文献１及び特許文献2に記載の磁気回路は、センターポールの構造は同じものの、外周側の磁気回路の構造は異なっている。このような異なる磁気回路構造ごとに、それぞれに対応する好適な冷却構造を設計しなければならず、冷却構造の設計にかかる工数及びコストの増大を招いていた。

特開2014-74612号公報 特開昭52-131109号公報

従って、本発明の第1の目的は、可動コイル型ボイスコイルモータの外周側磁気回路部分において、冷却機構を含む構造でユニット化し、外周側磁気回路の構造が変わった場合でも同じユニット形式を適用できるような磁気回路ユニットを提供することである。

本発明の第2の目的は、コイル部分の冷却効率を高めコイルの発熱による磁気回路の性能低下が防止された可動コイル型ボイスコイルモータを提供することである。

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、円柱状のセンターヨークと、前記センターヨークの外周面に対向して空隙部を設けて円筒状に配置された複数の永久磁石と、前記空隙部に配置されたコイルとを有する可動コイル型ボイスコイルモータにおいて、前記複数の永久磁石の内周側に円筒状のポールピースを設け、円筒状のポールピースの外周面に設けられた周方向の溝に冷却管を配置するとともに、前記冷却管の冷媒給排部と前記冷却管に設けられた突出部とを非磁性のサポート部で固定した構成とすることにより、高い効率でコイル及び永久磁石を冷却し、磁気回路の性能低下を防止できるとともに、冷却機構を含む構造で磁気回路をユニット化できることを見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の磁気回路ユニットは、
円筒状のポールピースと、
前記円筒状のポールピースの外周面に、一方の磁極が前記円筒状のポールピースに対向するように周方向に配置された複数の永久磁石と、
前記複数の永久磁石の外周側に、前記複数の永久磁石の他方の磁極が対向するように配置された円筒状のサイドヨークとを有する、可動コイル型ボイスコイルモータ用の磁気回路ユニットであって、
前記円筒状のポールピースの外周面に設けられた周方向の溝に冷却管が配置されており、
前記冷却管は、冷媒を供給及び排出するための冷媒給排部と、径方向外側に突出する突出部とを周方向にそれぞれ少なくとも1カ所有し、
前記冷媒給排部及び前記突出部は、前記複数の永久磁石の一部を軸方向に分割するように配置された非磁性のサポート部に固定されていることを特徴とする

前記冷媒給排部及び前記突出部を固定する非磁性のサポート部は、周方向に等間隔な位置に配置されているのが好ましい。

前記冷媒給排部及び前記突出部を固定する非磁性のサポート部は、中心軸に対して点対称な位置に配置されているのが好ましい。

前記冷媒給排部及び前記突出部の数は、合計で4つ以上であるのが好ましい。

前記突出部は、前記冷却管が径方向外側に突出するようにU字形に変形してなるのが好ましい。

本発明の他の磁気回路ユニットは、
円筒状のポールピースと、
前記円筒状のポールピースの外周面に、一方の磁極が前記円筒状のポールピースに対向するように周方向に配置された複数の永久磁石と、
前記複数の永久磁石の外周側に、前記複数の永久磁石の他方の磁極が対向するように配置された円筒状のサイドヨークとを有する、可動コイル型ボイスコイルモータ用の磁気回路ユニットであって、
前記円筒状のポールピースの外周面に設けられた周方向の溝に冷却管が配置されており、
前記冷却管は、冷媒を供給及び排出するための冷媒給排部を周方向に少なくとも2カ所有し、
前記冷媒給排部は、前記複数の永久磁石の一部を軸方向に分割するように配置された非磁性のサポート部に固定されていることを特徴とする。

前記冷媒給排部は、周方向に等間隔な位置に配置されているのが好ましい。

前記冷媒給排部は、中心軸に対して点対称な位置に配置されているのが好ましい。

前記冷媒給排部の数は4つ以上であるのが好ましい。

前記冷却管は、軸方向に2カ所以上配置されているのが好ましい。

前記円筒状のポールピースと前記複数の永久磁石との間に、もう一つのポールピースが配置されているのが好ましい。

前記本発明の磁気回路ユニットを有する本発明の可動コイル型ボイスコイルモータは、
円柱状のセンターヨークと、
前記センターヨークの外周面に、空隙部を設けて前記円筒状のポールピースの内周面を対向させて、中心軸が一致するよう配置された前記磁気回路ユニットと、
前記センターヨークと前記サイドヨークとを軸方向下端部で磁気的に結合するボトムヨークと、
前記空隙部に軸方向に移動可能に配置されたコイルとを有し、
前記複数の永久磁石により前記センターヨークの外周面と前記円筒状のポールピースの内周面との間に径方向に磁界を印加するよう構成されたことを特徴とする。

前記本発明の磁気回路ユニットを有する本発明の他の可動コイル型ボイスコイルモータは、
円柱状のセンターヨークと、
前記センターヨークの外周面に、空隙部を設けて前記円筒状のポールピースの内周面を対向させて、中心軸が一致するよう配置された前記磁気回路ユニットと、
前記円筒状のポールピースの上端面及び下端面に、さらにそれぞれ配置された複数の上部永久磁石及び複数の下部永久磁石と、
前記センターヨーク、前記サイドヨーク及び前記複数の下部永久磁石を軸方向下端部で磁気的に結合するボトムヨークと、
前記サイドヨーク及び前記複数の上部永久磁石を軸方向上端部で磁気的に結合するトップヨークと、
前記空隙部に軸方向に移動可能に配置されたコイルとを有し、
前記複数の永久磁石、前記複数の上部永久磁石、及び前記複数の下部永久磁石により前記センターヨークの外周面と前記円筒状のポールピースの内周面との間に径方向に磁界を印加するよう構成されたことを特徴とする。

本発明の可動コイル型ボイスコイルモータにおいて、
前記センターヨークの外周面と、前記円筒状のポールピースの内周面とには、それぞれ非磁性の導電リングが対向して配置されているのが好ましい。

本発明の磁気回路ユニットは、外周側磁気回路部分において、冷却機構を含み汎用性の高い構造でユニット化されているため、外周側磁気回路の構成を変更する場合でも同じユニット形式を適用することができ、様々な構成の外周側磁気回路に応用が可能である。

本発明の可動コイル型ボイスコイルモータは、本発明の磁気回路ユニットを含み、高い効率でコイル及び永久磁石を冷却し、磁気回路の性能低下を防止できるので、より小型で高い性能を発揮できる。そのため、加振機などに使用される可動コイル型ボイスコイルモータに好適である。

本発明の可動コイル型ボイスコイルモータの一例を模式的に示す正面図である。 図1(a)のA-A断面図である。 図1(a)のB-B断面図である。 図1(c)のC-C断面図である。 図1(b)に示す断面図において、本発明の磁気回路ユニット部分を太枠で示す模式断面図である。 図1(c)に示す断面図において、本発明の磁気回路ユニット部分を太枠で示す模式断面図である。 図1(a)～図1(d)に示す可動コイル型ボイスコイルモータの磁気回路ユニットを構成する冷却管部分を抜き出して示す斜視図である。 図1(a)～図1(d)に示す可動コイル型ボイスコイルモータの磁気回路ユニットを構成する円筒状のポールピース部分を抜き出して示す斜視図である。 図4に示す円筒状のポールピースの外周面に設けられた周方向の溝に図3に示す冷却管を配置した状態を示す斜視図である。 図5に示す円筒状のポールピース及び冷却管に加えて、非磁性のサポート部及びサポートサブヨークを配置した状態を示す斜視図である。 図6に示す円筒状のポールピースとサポートサブヨークとの間に永久磁石を配置した状態を示す斜視図である。 図1(a)～図1(d)に示す可動コイル型ボイスコイルモータの磁気回路ユニットを構成するサイドヨークと、その内周面に配置したサブヨークと永久磁石とを示す斜視図である。 図1(a)～図1(d)に示す可動コイル型ボイスコイルモータの磁気回路ユニット部分を示す斜視図である。 本発明の磁気回路ユニットにおいて、冷却管に設けられた突出部の他の態様を示す模式図である。 本発明の磁気回路ユニットにおいて、冷却管に設けられた突出部のさらに他の態様を示す模式図である。 本発明の磁気回路ユニットにおいて、冷媒給排部と突出部とを有する冷却管の他の態様を示す模式図である。 本発明の磁気回路ユニットにおいて、4ヶ所の冷媒給排部を有する冷却管の態様を示す模式図である。 外周側磁気回路の構成が異なる可動コイル型ボイスコイルモータの他の一例を示す模式断面図である。 図12(a)の可動コイル型ボイスコイルモータに冷却機構を追加してなる本発明の可動コイル型ボイスコイルモータを示す模式断面図である。 図12(b)に示す断面図において、本発明の磁気回路ユニット部分を太枠で示す模式断面図である。 外周側磁気回路の構成がさらに異なる本発明の可動コイル型ボイスコイルモータの一例を示す模式断面図である。 図14に示す断面図において、本発明の磁気回路ユニット部分を太枠で示す模式断面図である。

[1] 磁気回路ユニット及び可動コイル型ボイスコイルモータ
本発明の可動コイル型ボイスコイルモータ1の一例を図1(a)～図1(d)に示す。図1(a)は正面図、図1(b)は図1(a)のA-A断面図、図1(c)は図1(a)のB-B断面図、図1(d)は図1(c)のC-C断面図である。図2(a)及び図2(b)は、それぞれ図1(b)及び図1(c)に対応し、可動コイル型ボイスコイルモータ1を構成する本発明の磁気回路ユニット100部分を太枠で示す模式断面図である。なお図2(a)及び図2(b)において、サイドヨーク12の下部も本発明の磁気回路ユニット100に含まれると考えてもかまわない。図3は冷却管60部分を抜き出して示し、図4は複数の永久磁石40の内周側に配置される磁性体からなる円筒状のポールピース30を抜き出して示す。図3～図9は、可動コイル型ボイスコイルモータ1を構成する磁気回路ユニット100部分を組み立てる様子を示す。この例では、軸方向に2カ所の冷却管60が設けられ、各冷却管60には、1カ所の冷媒給排部61と、周方向に3カ所のU字形の突出部62が設けられており、冷媒給排部61及び3つの突出部62を固定する非磁性のサポート部70は周方向に等間隔に配置されている。

本発明の磁気回路ユニット100は、可動コイル型ボイスコイルモータに用いられ、
円筒状のポールピース30と、
前記円筒状のポールピース30の外周面に、一方の磁極が前記円筒状のポールピース30に対向するように周方向に配置された複数の永久磁石40と、
前記複数の永久磁石40の外周側に、前記複数の永久磁石40の他方の磁極が対向するように配置された円筒状のサイドヨーク12とを有し、
前記円筒状のポールピース30の外周面に設けられた周方向の溝30aに冷却管60が配置されており、
前記冷却管60は、冷媒を供給及び排出するための冷媒給排部61と、径方向外側に突出する突出部62とを周方向にそれぞれ少なくとも1カ所有し、
前記冷媒給排部61及び前記突出部62は、前記複数の永久磁石40の一部を軸方向に分割するように配置された非磁性のサポート部70に固定されていることを特徴とする。

前記磁気回路ユニット100を有する本発明の可動コイル型ボイスコイルモータ1は、
円柱状のセンターヨーク11と、
前記センターヨーク11の外周面11aに、空隙部20を設けて前記円筒状のポールピース30の内周面を対向させて、中心軸が一致するよう配置された前記磁気回路ユニット100と、
前記センターヨーク11と前記サイドヨーク12とを軸方向下端部で磁気的に結合するボトムヨーク13と、
前記空隙部20に軸方向に移動可能に配置されたコイル50とを有し、
前記複数の永久磁石40により前記センターヨーク11の外周面11aと前記円筒状のポールピース30の内周面との間に径方向に磁界を印加するよう構成されたことを特徴とする。

本発明の可動コイル型ボイスコイルモータ1は、図1(a)～図1(d)に示すように、さらにセンターヨーク11の外周面11a及び円筒状のポールピース30の内周面に、それぞれ非磁性の導電リング81,82を対向して配置するのが好ましい。また、複数の永久磁石40と円筒状のサイドヨーク12とはサブヨーク14を介して接続されていてもよい。さらに、円筒状のポールピース30、複数の永久磁石40及びサイドヨーク12の上面に、非磁性のスペーサ71を配置し、円筒状のポールピース30及び複数の永久磁石40とボトムヨーク13との間に、非磁性のスペーサ72を配置してもよい。なお図1(a)～図1(d)並びに図2(a)及び図2(b)においてはセンターヨーク11の中央部に軸方向に中心孔200があるが、これはボイスコイルモータや加振機を構成する部材等を配置する際に用いる。

以下、本発明の磁気回路ユニット100及び磁気回路ユニット100を用いた本発明の可動コイル型ボイスコイルモータ1について詳細に説明する。

(1) 冷却管
図3は、本発明の磁気回路ユニット100に組み込まれる冷却管60部分を抜き出して示す。前述したように、図1(a)～図1(d)に示す可動コイル型ボイスコイルモータ1の磁気回路ユニット100は、軸方向に2カ所の冷却管60,60が設けられ、各冷却管60には、1カ所の冷媒給排部61と、周方向に3カ所のU字形の突出部62,62,62が設けられており、冷媒給排部61及び3つの突出部62,62,62は周方向に等間隔になるように配置されている。冷却管60の数（軸方向の配置数）は、可動コイル型ボイスコイルモータのサイズ（軸方向長さ）、冷却効率、永久磁石の形状等によって適宜決定されるのが好ましい。冷却管60は、少なくとも軸方向に2カ所以上配置されるのが好ましい。ただし、磁束が集中する場所となる可動コイル型ボイスコイルモータ1の軸方向中央部には冷却管60を配置しないようにするのが好ましい。冷却管の断面形状は特に限定されないが、加工のしやすさを考慮して円形又は四角形であるのが好ましい。

冷媒給排部61は、冷却管60に流す冷媒を供給する供給側管61aと、円筒状のポールピース30及び永久磁石40を冷却した後の冷媒を排出する排出側管61bとが一対に配置された部分であり、供給側管61aと排出側管61bとが可動コイル型ボイスコイルモータのサイドヨーク12外側に延出するよう構成されている。供給側管61a及び排出側管61bがサイドヨーク12の外縁部から延出する部分には、外部装置との間で冷媒を供給及び排出できるようにコネクタ（図示せず）を設けるのが好ましい。

図4は複数の永久磁石40の内周側に配置される円筒状のポールピース30を抜き出して示す。冷却管60は、図5に示すように、円筒状のポールピース30の外周面に設けられた周方向の溝30aに埋め込んで配置される。この溝30aと冷却管60との隙間、及び冷却管60と永久磁石40との隙間には、冷却効率を高めるため、熱伝導率の高い充填材を充填するのが好ましい。

冷却管60の冷媒給排部61及び突出部62,62,62が配置される部分には、図6に示すように、それぞれ非磁性のサポート部70(70a,70b.70b,70b)が設けられ、冷媒給排部61及び突出部62,62,62を、非磁性のサポート部70に設けられた溝に埋め込んで固定する。非磁性のサポート部70は周方向に等間隔な位置に配置されているのが好ましい。さらに非磁性のサポート部70は周方向に等間隔な位置でかつ中心軸に対して点対称な位置に配置されているのが好ましい。

冷媒給排部61に対応する非磁性のサポート部70aには、供給側管61aと排出側管61bとをそれぞれ収容する径方向の2本の溝70a-1,70a-1が設けられ、突出部62に対応する非磁性のサポート部70bにはU字形の突出部62を収容するU字形の溝70b-1がそれぞれ設けられている。これらの溝70a-1,70b-1と冷却管60（冷媒給排部61及び突出部62）との隙間には、冷却効率を高めるため、熱伝導率の高い充填材を充填するのが好ましい。非磁性のサポート部70(70a,70b.70b,70b)は、それぞれサポートサブヨーク14a,14b,14b,14bを介してサイドヨーク12に固定される。

図1(a)～図1(d)に示す可動コイル型ボイスコイルモータ1（図2(a)及び図2(b)に示す磁気回路ユニット100）においては、図3に示すように、冷却管60に設けられた突出部62は冷却管60が径方向外側にU字形に変形した形状を有する構造としているが、突出部62は非磁性のサポート部70に固定できればこのような管をU字形状としたものでなくても良い。例えば、図10(a)に示すように、リング状の冷却管60にU字形の部材を溶接等で取り付けて突出部62aを構成しても良いし、図10(b)に示すように、板状（四角形、U字形等の外径）の突起部を設けて突出部62bを構成しても良い。

可動コイル型ボイスコイルモータ1（磁気回路ユニット100）においては、周方向に1カ所の冷媒給排部61と、3カ所の突出部62が設けられた冷却管60の例を示したが、本発明の可動コイル型ボイスコイルモータ1（磁気回路ユニット100）は、冷媒給排部61及び突出部62がそれぞれ少なくとも1カ所設けられた構成、又は冷媒給排部61が少なくとも1カ所設けられた構成であれば良い。例えば、1カ所の冷媒給排部61と1カ所の突出部62とからなる構成、1カ所の冷媒給排部61と2カ所の突出部62とからなる構成、1カ所の冷媒給排部61と4カ所以上の突出部62とからなる構成、2カ所の冷媒給排部61からなる構成、2カ所の冷媒給排部61と2カ所の突出部62とからなる構成（図11(a)参照）、3カ所の冷媒給排部61からなる構成、4カ所の冷媒給排部61からなる構成（図11(b)参照）等、冷媒給排部61の数と突出部62の数との合計が2以上（ただし、少なくとも冷媒給排部61を1カ所有する）であればどのような構成であってもよい。冷媒給排部61の数と突出部62の数との合計は4以上であるのがより好ましい。

このとき、冷媒給排部61及び突出部62（突出部62を有さない場合は冷媒給排部61）が周方向に等間隔になるように配置されるのが好ましい。冷媒給排部61及び突出部62が等間隔に配置され、前述した様に、非磁性のサポート部70a,70bに固定されることにより、可動コイル型ボイスコイルモータ1を駆動したときの渦電流によって発生する振動により、冷却管60が破壊されるのを防止することができる。また冷媒給排部61及び突出部62（突出部62を有さない場合は冷媒給排部61）は、周方向に等間隔でかつ中心軸に対して点対称な位置に配置されているのが好ましい。

ここで、円筒状のポールピース30の外周面において、冷媒給排部61及び突出部62,62,62が配置される部分、すなわち、これらの非磁性のサポート部70(70a,70b.70b,70b)が設けられる部分には、平坦部30bを設けるのが好ましい（図5を参照）。このように非磁性のサポート部70が配置される部分に平坦部30bを設けることにより、非磁性のサポート部70と円筒状のポールピース30（平坦部30b）との溶接を強固にすることができるとともに、非磁性のサポート部70を挟んでサポートサブヨーク14a,14bと円筒状のポールピース30（平坦部30b）との間隙への永久磁石40の挿入を容易にする。

図3に示すように軸方向に2つ配置される冷却管60は、それぞれ独立した系統として冷媒を流すように構成しても良いし、2つの冷却管を直列につないで冷媒を流すように構成しても良いが、それぞれ独立した系統として冷媒を流した方が均一な冷却が可能である。また、例えば図11(a)又は図11(b)に示すように、周方向に冷媒給排部61を複数有する冷却管60の場合も、それぞれ独立した系統として冷媒を流すように構成しても良いし、いくつかの冷却管を直列につないで冷媒を流すように構成しても良い。いずれも、冷媒を供給する装置の能力やボイスコイルモータの発熱量等を考慮して適宜構成すれば良い。

(2) 永久磁石
永久磁石40は、例えば希土類系焼結磁石からなり、図1(d)、図8及び図9に示すように、周方向に分割された複数の永久磁石40を円筒状に配置したときに全体としてラジアル方向に磁場を印加するリング状磁石を構成する。ここで、本発明の磁気回路ユニット100（図9）は、円筒状のポールピース30とサポートサブヨーク14a,14bと永久磁石40aとからなる構成部分（図7に示す部分）と、サイドヨーク12と、その内周面に配置したサブヨーク14と永久磁石40とからなる構成部分（図8に示す部分）とを組み合わせて得られる。永久磁石40は、例えば、センターヨーク11に対向する側（円筒状のポールピース30側）がN極で、サイドヨーク12に対向する側がS極となるように着磁されている。永久磁石40は、サブヨーク14（サポートサブヨーク14a,14b）を介してサイドヨーク12に接続させても良い。前記サブヨーク14（サポートサブヨーク14ａ,14ｂ）は必須ではないが、サブヨーク14（サポートサブヨーク14ａ,14ｂ）を介して永久磁石40とサイドヨーク12を接続することにより、永久磁石に対して施す加工を少なくすることができる。

図1～図9に示す例では、周方向に32分割された軸方向視台形状の永久磁石40（40a）とからなる可動コイル型ボイスコイルモータ1（磁気回路ユニット100）を示したが、永久磁石の分割数はこれらに限定されるものではなく、材料の入手しやすさ、加工の容易さ等を考慮して適宜決定すれば良い。ただし、永久磁石は周方向に等分割するのが好ましい。また各永久磁石40は軸方向に分割してもよく、その分割数も特に限定されない。

冷媒給排部61及び突出部62を固定する非磁性のサポート部70（70a,70b)が配置された部分では、図7に示すように、非磁性のサポート部70を挟んで軸方向に分割された永久磁石40a-1,40a-2,40a-3を配置（軸方向に順に永久磁石40a-1、非磁性のサポート部70、永久磁石40a-2、非磁性のサポート部70及び永久磁石40a-3を積層）した構成とする。言い換えれば、複数の永久磁石40の一部を軸方向に分割するように非磁性のサポート部70が配置される。非磁性のサポート部70が配置された部分で使用する永久磁石40aは、軸方向に分割され、その一部が非磁性のサポート部70で置き換えていることを除けば、他の部分で用いる永久磁石40と同じ材質のものであるのが好ましい。

(3) 非磁性の導電リング
本発明の可動コイル型ボイスコイルモータは、図1(a)～図1(d)に示すように、センターヨーク11の外周面と、それに対向する円筒状のポールピース30の内周面とに、それぞれ非磁性の導電リング81,82が固定されているのが好ましい。これらの非磁性の導電リング81,82は、渦電流を低減する効果を発揮するものであり、必要に応じて設けられる。非磁性の導電リング81,82は、例えば銅板からなるのが好ましい。

(4)その他の構成
センターヨーク11、サイドヨーク12、及びボトムヨーク13、及びサブヨーク14（サポートサブヨーク14b）は、軟鉄や鋼等の軟磁性体で形成されるのが好ましい。なおサポートサブヨーク14aはSUS430等の磁性ステンレス鋼を用いるのが好ましい。サポートサブヨーク14aは冷媒給排部61に接続され冷媒給排を行う部分であり、サポートサブヨーク14aに給排それぞれの貫通孔を形成し冷媒を給排する。ステンレス鋼を用いることでサポートサブヨーク14aの防錆効果を高めることができる。

コイル50は、円筒状のポールピース30の内周面とそれに対向するセンターヨーク11の外周面との間の磁束と鎖交する向きに巻回されている。コイル50に交流電流を給電すると、円筒状のポールピース30の内周面とそれに対向するセンターヨーク11の外周面との間の磁界中でコイル50が上下に振動する。このコイル50に接続された可動台（図示せず）等に被試験体（図示せず）を配置することにより、被試験体の振動試験を行うことができる。

[2] 他の外周側磁気回路を有する可動コイル型ボイスコイルモータ
本発明の可動コイル型ボイスコイルモータの外周側磁気回路部分において、冷却機構を含む磁気回路ユニット部分を共通化することによって、外周側磁気回路の構成が変わった場合でも同じ磁気回路ユニット部分を適用して冷却機構を有する磁気回路を構成することができる。なお図12～図15に示す可動コイル型ボイスコイルモータにおいては図1に示す中心孔200を示していないが、可動コイル型ボイスコイルモータの仕様等に合わせ形成しても良い。

例えば、図12(a)に示す可動コイル型ボイスコイルモータ2は、センターヨーク11と、センターヨーク11の外周面11aに対向するように空隙部20を設けて配置された円筒状のポールピース30と、円筒状のポールピース30の外周面、上端面及び下端面にそれぞれ配置された複数の永久磁石41、複数の上部永久磁石42、及び複数の下部永久磁石43と、複数の永久磁石41の外周側にサブヨーク14を介して配置されたサイドヨーク12と、センターヨーク11、サイドヨーク12及び複数の下部永久磁石43を軸方向下端部で磁気的に結合するボトムヨーク13と、サイドヨーク12及び複数の上部永久磁石42を軸方向上端部で磁気的に結合するトップヨーク15とからなる磁気回路と、前記空隙部20に軸方向に移動可能に配置されたコイル50とを有しており、複数の永久磁石、複数の上部永久磁石、及び複数の下部永久磁石によりセンターヨークの外周面と円筒状のポールピースの内周面との間に径方向に磁界を印加するよう構成されている。

ここで、この磁気回路において、円筒状のポールピース30とその外周面に配置された永久磁石41とサイドヨーク12とからなる部分は、本発明の可動コイル型ボイスコイルモータ1を構成する磁気回路ユニット100部分と基本的に同様の構成である（図2(a)及び図2(b)を参照）。従って、図12(a)に示す磁気回路において、この部分（円筒状のポールピース30とその外周面に配置された永久磁石41とサイドヨーク12とからなる部分）を図13に示すように本発明の磁気回路ユニット100に置き換えることで、図12(a)に示す可動コイル型ボイスコイルモータ2を、図12(b)に示す、冷却機構を有する磁気回路からなる可動コイル型ボイスコイルモータ2’とすることができる。

またさらに他の態様として、図12(b)に示す可動コイル型ボイスコイルモータ2’において、円筒状のポールピース30の径方向厚みを薄くし、円筒状のポールピース30と複数の永久磁石41との間にもう一つのポールピース30’を配置して、図14に示すような可動コイル型ボイスコイルモータ3としてもよい。このように円筒状のポールピースを径方向に二重構造として、非磁性の導電リング82により近い内周側のポールピース30に冷却管60を設けることにより、非磁性の導電リング82で発生する渦電流による発熱をより効率よく冷却することができる。図15に、可動コイル型ボイスコイルモータ3の磁気回路ユニット101部分を太枠で示す。

1,2,2’,3・・・可動コイル型ボイスコイルモータ
11・・・センターヨーク
11a・・・外周面
12・・・サイドヨーク
13・・・ボトムヨーク
14・・・サブヨーク
14a,14b・・・サポートサブヨーク
15・・・トップヨーク
20・・・空隙部
30・・・円筒状のポールピース
30a・・・周方向の溝
30b・・・平坦部
30’・・・もう一つのポールピース
40,41,42,43・・・永久磁石
40a・・・永久磁石
40a-1,40a-2,40a-3・・・永久磁石
50・・・コイル
60・・・冷却管
61・・・冷媒給排部
61a・・・供給側管
61b・・・排出側管
62・・・突出部
70,70a,70b・・・非磁性のサポート部
70a-1,70b-1・・・溝
71,72,73,74・・・非磁性のスペーサ
81,82・・・非磁性の導電リング
100,101・・・磁気回路ユニット
200・・・中心孔

Claims (14)

1. 円筒状のポールピースと、
   前記円筒状のポールピースの外周面に、一方の磁極が前記円筒状のポールピースに対向するように周方向に配置された複数の永久磁石と、
   前記複数の永久磁石の外周側に、前記複数の永久磁石の他方の磁極が対向するように配置された円筒状のサイドヨークとを有する、可動コイル型ボイスコイルモータ用の磁気回路ユニットであって、
   前記円筒状のポールピースの外周面に設けられた周方向の溝に冷却管が配置されており、
   前記冷却管は、冷媒を供給及び排出するための冷媒給排部と、径方向外側に突出する突出部とを周方向にそれぞれ少なくとも1カ所有し、
   前記冷媒給排部及び前記突出部は、前記複数の永久磁石の一部を軸方向に分割するように配置された非磁性のサポート部に固定されていることを特徴とする磁気回路ユニット。
2. 請求項1に記載の磁気回路ユニットにおいて、
   前記冷媒給排部及び前記突出部を固定する非磁性のサポート部は、周方向に等間隔な位置に配置されていることを特徴とする磁気回路ユニット。
3. 請求項2に記載の磁気回路ユニットにおいて、
   前記冷媒給排部及び前記突出部を固定する非磁性のサポート部は、中心軸に対して点対称な位置に配置されていることを特徴とする磁気回路ユニット。
4. 請求項1～3のいずれかに記載の磁気回路ユニットにおいて、
   前記冷媒給排部及び前記突出部の数は、合計で4つ以上であることを特徴とする磁気回路ユニット。
5. 請求項1～4のいずれかに記載の磁気回路ユニットにおいて、
   前記突出部は、前記冷却管が径方向外側に突出するようにU字形に変形してなることを特徴とする磁気回路ユニット。
6. 円筒状のポールピースと、
   前記円筒状のポールピースの外周面に、一方の磁極が前記円筒状のポールピースに対向するように周方向に配置された複数の永久磁石と、
   前記複数の永久磁石の外周側に、前記複数の永久磁石の他方の磁極が対向するように配置された円筒状のサイドヨークとを有する、可動コイル型ボイスコイルモータ用の磁気回路ユニットであって、
   前記円筒状のポールピースの外周面に設けられた周方向の溝に冷却管が配置されており、
   前記冷却管は、冷媒を供給及び排出するための冷媒給排部を周方向に少なくとも2カ所有し、
   前記冷媒給排部は、前記複数の永久磁石の一部を軸方向に分割するように配置された非磁性のサポート部に固定されていることを特徴とする磁気回路ユニット。
7. 請求項6に記載の磁気回路ユニットにおいて、
   前記冷媒給排部は、周方向に等間隔な位置に配置されていることを特徴とする磁気回路ユニット。
8. 請求項7に記載の磁気回路ユニットにおいて、
   前記冷媒給排部は、中心軸に対して点対称な位置に配置されていることを特徴とする磁気回路ユニット。
9. 請求項6～8のいずれかに記載の磁気回路ユニットにおいて、
   前記冷媒給排部の数は4つ以上であることを特徴とする磁気回路ユニット。
10. 請求項1～9のいずれかに記載の磁気回路ユニットにおいて、
    前記冷却管は、軸方向に2カ所以上配置されていることを特徴とする磁気回路ユニット。
11. 請求項1～10のいずれかに記載の磁気回路ユニットにおいて、
    前記円筒状のポールピースと前記複数の永久磁石との間に、もう一つのポールピースが配置されていることを特徴とする磁気回路ユニット。
12. 請求項1～11のいずれかに記載の磁気回路ユニットを有する可動コイル型ボイスコイルモータであって、
    円柱状のセンターヨークと、
    前記センターヨークの外周面に、空隙部を設けて前記円筒状のポールピースの内周面を対向させて、中心軸が一致するよう配置された前記磁気回路ユニットと、
    前記センターヨークと前記サイドヨークとを軸方向下端部で磁気的に結合するボトムヨークと、
    前記空隙部に軸方向に移動可能に配置されたコイルとを有し、
    前記複数の永久磁石により前記センターヨークの外周面と前記円筒状のポールピースの内周面との間に径方向に磁界を印加するよう構成された可動コイル型ボイスコイルモータ。
13. 請求項1～11のいずれかに記載の磁気回路ユニットを有する可動コイル型ボイスコイルモータであって、
    円柱状のセンターヨークと、
    前記センターヨークの外周面に、空隙部を設けて前記円筒状のポールピースの内周面を対向させて、中心軸が一致するよう配置された前記磁気回路ユニットと、
    前記円筒状のポールピースの上端面及び下端面に、さらにそれぞれ配置された複数の上部永久磁石及び複数の下部永久磁石と、
    前記センターヨーク、前記サイドヨーク及び前記複数の下部永久磁石を軸方向下端部で磁気的に結合するボトムヨークと、
    前記サイドヨーク及び前記複数の上部永久磁石を軸方向上端部で磁気的に結合するトップヨークと、
    前記空隙部に軸方向に移動可能に配置されたコイルとを有し、
    前記複数の永久磁石、前記複数の上部永久磁石、及び前記複数の下部永久磁石により前記センターヨークの外周面と前記円筒状のポールピースの内周面との間に径方向に磁界を印加するよう構成された可動コイル型ボイスコイルモータ。
14. 請求項12又は13に記載の可動コイル型ボイスコイルモータにおいて、
    前記センターヨークの外周面と、前記円筒状のポールピースの内周面とには、それぞれ非磁性の導電リングが対向して配置されていることを特徴とする可動コイル型ボイスコイルモータ。

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