JP7417077B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、固定子に対して移動可能に形成された可動子を備えたリニアアクチュエータに関する。

電磁作用により可動子を移動させるリニアアクチュエータが知られている。リニアアクチュエータとしては、円筒形状に形成された固定子と、固定子の内部において軸方向に往復移動可能に形成された可動子とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のリニアアクチュエータでは、固定子の内壁面には、固定子鉄心が配設される。固定子鉄心は、固定子ヨーク鉄心と固定子磁極鉄心から構成される。

特開２０１２－２０５３９７号公報

特許文献１において、固定子の固定子磁極鉄心は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成して固定子磁極鉄心の占積率を大きくして高い性能を得ようとしているが、固定子の周方向断面において固定子磁極鉄心の形状は略長方形状となり、固定子と可動子間の隙間（ギャップ）付近のティース形状をそれ以外の形状に変えるのは困難である。よって、固定子の周方向における磁束の流れがギャップ付近のティース形状に制限され、リニアアクチュエータの性能を向上できない。

すなわち、本発明に係るリニアアクチュエータは、円筒形状の固定子と、円筒形状または円柱形の可動子とを有するリニアアクチュエータであって、固定子と、前記固定子に対して隙間を空けて配置される可動子とを備え、前記固定子は、ヨーク部と、前記ヨーク部から前記可動子に向かって突出する複数のティース部とを有し、前記ティース部は、その基端部において前記固定子の軸方向に積層された複数の積層板を含むティース軸方向積層部と、その先端部において前記固定子の周方向に積層された複数の積層板を含むティース周方向積層部とを有することを特徴とする。

これにより、複数の電磁鋼板を周方向に積層して固定子磁極鉄心を形成して、ギャップ面を有するティースの周方向断面形状を変えることで、周方向断面から見た磁束の流れを容易に変えることが可能である。

本発明によれば、固定子の周方向断面から見た磁束の流れを容易に変えることで磁気的性能を向上させると共に、磁気回路として空間的な利用率が向上することにより、リニアアクチュエータの性能向上や軽量化が可能である。

本発明の第１実施形態に係るリニアアクチュエータの軸方向に沿った部分断面図である。 図１のリニアアクチュエータの部分分解斜視図である。 図１のリニアアクチュエータの固定子における積層板の積層方向を示す概略図である。 図１のリニアアクチュエータの動作を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係るリニアアクチュエータの軸方向に沿った部分断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第１実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第１実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第１実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第１実施形態の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
リニアアクチュエータ１は、図１に示すように、アウター型リニアアクチュエータであり、円筒形状に形成された固定子２と、固定子２に対して隙間（ギャップ）を空けて配置される円筒形状の可動子３とを有している。可動子３は、固定子２の径方向外側において固定子２の軸方向に往復移動可能に形成される。

可動子３の内部には、その軸方向左端部、軸方向中央部及び軸方向右端部に配置される永久磁石５ａ、５ｂ、５ｃを有している。具体的には、図２に示すように、可動子３の軸方向左端部には、複数の永久磁石５ａが可動子３の内側面に沿って略全周にわたって配置される。同様に、可動子３の軸方向中央部には、複数の永久磁石５ｂが可動子３の内側面に沿って略全周にわたって配置され、可動子３の軸方向右端部には、複数の永久磁石５ｃが可動子３の内側面に沿って略全周にわたって配置される。複数の永久磁石５ａ、５ｂ、５ｃは、それぞれ平板状である。

可動子３の軸方向左端部に配置される複数の永久磁石５ａは、Ｎ極が外径側に且つＳ極が内径側に配置され、可動子３の軸方向中央部に配置される複数の永久磁石５ｂは、Ｓ極が外径側に且つＮ極が内径側に配置され、可動子３の軸方向右端部に配置される複数の永久磁石５ｃは、Ｎ極が外径側に且つＳ極が内径側に配置される。

固定子２は、円筒状のヨーク部（固定子ヨーク鉄心）１０と、ヨーク部１０の外周部から可動子３に向かって突出する２つのティース部（固定子磁極鉄心）１１、１２とを有している。２つのティース部１１、１２は、それぞれ、固定子２の軸方向に離れて形成されると共に、ヨーク部１０の全周にわたって形成される。隣り合うティース部１１、１２間には、コイル１６が配置される。

固定子２のティース部１１、１２の先端部と可動子３の内側面との間は、所定のギャップが形成される。コイル１６に電流が通電されてない状態では、ティース部１１の先端部の軸方向中央部は、永久磁石５ａと永久磁石５ｂとの接続部と対向しており、ティース部１２の先端部の軸方向中央部は、永久磁石５ｂと永久磁石５ｃとの接続部と対向している。

ヨーク部１０は、径方向内側に配置される第１ヨーク部１０ａと、第１ヨーク部１０ａより径方向外側に配置される第２ヨーク部１０ｂとを含んでいる。

第１ヨーク部１０ａは、固定子２の周方向に積層された複数の積層板１０Ｔ_１を含む第１ヨーク周方向積層部である。積層板１０Ｔ_１は、電磁鋼板であり、径方向外側に向かって幅が広くなる形状の略台形状の板状部材である。そのため、第１ヨーク部１０ａの径方向外側の幅は、２つのティース部１１、１２の外側端部間の距離と略同一である。複数の積層板１０Ｔ_１は、固定子２の軸方向に離れた２つのカシメ部１０Ａ_１により接続される。

第２ヨーク部１０ｂは、固定子２の周方向に積層された複数の積層板１０Ｔ_２を含む第２ヨーク周方向積層部である。積層板１０Ｔ_２は、電磁鋼板であり、略長方形の板状部材である。積層板１０Ｔ_２の幅は、２つのティース部１１、１２の外側端部間の距離と略同一である。第２ヨーク部１０ｂの径方向外側の中央部には、その全周にわたって外側に向かって突出する突部１０Ｄが形成されている。複数の積層板１０Ｔ_２は、固定子２の軸方向に離れた２つのカシメ部１０Ａ_２により接続される。

ティース部１１は、径方向内側に配置される第１ティース部１１ａと、第１ティース部１１ａより径方向外側に配置される第２ティース部１１ｂとを含んでいる。

第１ティース部１１ａは、ティース部１１の基端部において、固定子２の軸方向に積層された複数の積層板１１Ｔ_１を含むティース軸方向積層部である。積層板１１Ｔ_１は、電磁鋼板であり、環状の板状部材である。複数の積層板１１Ｔ_１は、図示しないカシメ部により接続される。

第２ティース部１１ｂは、ティース部１１の先端部において、固定子２の周方向に積層された複数の積層板１１Ｔ_２を含むティース周方向積層部である。積層板１１Ｔ_２は、電磁鋼板であり、略長方形の板状部材である。第２ティース部１１ｂは、ティース部１１のギャップ面を有している。複数の積層板１１Ｔ_２は、１つのカシメ部１１Ａ_１により接続される。

ティース部１２は、径方向内側に配置される第１ティース部１２ａと、第１ティース部１２ａより径方向外側に配置される第２ティース部１２ｂとを含んでいる。

第１ティース部１２ａは、ティース部１２の基端部において、固定子２の軸方向に積層された複数の積層板１２Ｔ_１を含むティース軸方向積層部である。積層板１２Ｔ１は、電磁鋼板であり、環状の板状部材である。複数の積層板１２Ｔ_２は、図示しないカシメ部により接続される。

第２ティース部１２ｂは、ティース部１２の先端部において、固定子２の周方向に積層された複数の積層板１２Ｔ_２を含むティース周方向積層部である。積層板１２Ｔ_２は、電磁鋼板であり、略長方形の板状部材である。第２ティース部１２ｂは、ティース部１２のギャップ面を有している。複数の積層板１２Ｔ_２は、１つのカシメ部１２Ａ_１により接続される。

ティース部１１の周方向断面において、第２ティース部１１ｂの軸方向に沿った最短長さｔ_ｂ１は、第１ティース部１１ａの軸方向長さｔ_ａ１より短い。ティース部１１の基端部から先端部に向かう方向について、第２ティース部１１ｂの長さｔ_ｂ２は、第１ティース部１１ａの長さｔ_ａ２より短い。同様に、ティース部１２の周方向断面において、第２ティース部１２ｂの軸方向における最小長さｔ_ｂ１は、第１ティース部１２ａの軸方向長さｔ_ａ１より短い。ティース部１２の基端部から先端部に向かう方向について、第２ティース部１２ｂの長さｔ_ｂ２は、第１ティース部１２ａの長さｔ_ａ２より短い。

ティース部１１とティース部１２とは略平行に形成されており、ティース部１１の先端部は、周方向断面での軸方向長さが長くなるように形成されると共に、ティース部１２の先端部は、周方向断面での軸方向長さが長くなるように形成される。そのため、隣り合うティース部１１、１２の先端部間の距離ｔ_ｃは、隣り合うティース部１１、１２の基端部間の距離ｔ_ｄより小さい。ティース部１１の先端部及びティース部１２の先端部において、周方向断面での軸方向に沿って突出する量は、内側の方が外側より大きい。

このように、リニアアクチュエータ１では、ヨーク部１０が、第１ヨーク部１０ａと第２ヨーク部１０ｂとに径方向に２分割されると共に、２つのティース部１１、１２が、それぞれ、第１ティース部１１ａ、１２ａと第２ティース部１１ｂ、１２ｂとに径方向に２分割されている。

図３は、固定子２における積層板の積層方向を示す概略図である。図３では、ティース部１２の第１ティース部１２ａ及び第２ティース部１２ｂが図示されてないが、ティース部１１の第１ティース部１１ａ及び第２ティース部１１ｂと同様である。固定子２において、第１ヨーク部１０ａ、第２ヨーク部１０ｂ及び第２ティース部１１ｂ、１２ｂでは、複数の積層板が固定子２の周方向に積層されており、第１ティース部１１ａ、１２ａでは、複数の積層板が固定子２の軸方向に積層されている。

リニアアクチュエータ１の動作について、図４に基づいて説明する。

リニアアクチュエータ１において、コイル１６に電流を通電してない状態では、図４（ａ）に示すように、永久磁石５ａ、可動子３、永久磁石５ｂ、ティース部１１の順に結ぶループで磁束が形成されると共に、永久磁石５ｃ、可動子３、永久磁石５ｂ、ティース部１２の順に結ぶループで磁束が形成される。

コイル１６に電流を通電すると、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、コイル１６に流れる電流により起磁力の偏磁作用で太線の方向に周回する磁束ループが生じ、可動子３が軸方向に沿って移動する。

また、コイル１６への電流の流れの方向を変化させることにより、可動子３の推力方向が変わるため、可動子３は、ティース部１１、１２に対して移動する。

以上のように、本実施形態のリニアアクチュエータ１は、固定子２と、固定子２に対して隙間を空けて配置される可動子３とを備え、固定子２は、ヨーク部１０と、可動子３に向かって突出する複数のティース部１１、１２とを有し、ティース部１１、１２は、その基端部において固定子２の軸方向に積層された複数の積層板１１Ｔ_１、１２Ｔ_１をそれぞれ含むティース軸方向積層部である第１ティース部１１ａ、１２ａと、その先端部において固定子２の周方向に積層された複数の積層板１１Ｔ_２、１２Ｔ_２をそれぞれ含むティース周方向積層部である第２ティース部１１ｂ、１２ｂとを有する。

これにより、本実施形態のリニアアクチュエータ１では、ティース部１１、１２の先端部が、積層板１１Ｔ_２、１２Ｔ_２を固定子２の周方向に積層して形成されており、積層板１１Ｔ_２、１２Ｔ_２の形状を変化させることにより、ティース部１１、１２の先端部の周方向断面形状を容易に変化させることができる。それにより、ティース部１１、１２の周方向断面から見た磁束の軸方向成分を、所望の可動子の位置や推力やディテント力(磁気的なバネ力)に応じて変更でき、リニアアクチュエータ１の性能を向上させることができる。また、ティース部１１、１２の基端部が、複数の積層板１１Ｔ１、１２Ｔ１を固定子２の軸方向に積層して形成されることで、ティース部１１、１２の先端部が径方向内径と径方向外径の差によって径方向外側面の磁路断面積が小さくなることに伴う磁気抵抗の増加を抑制し、磁気回路として空間的な利用率の向上による磁束の軸方向成分の鉄損を抑制できるため、推力特性やリニアアクチュエータの体積利用率が向上する。よって、リニアアクチュエータ１の小型化及び軽量化が可能である。

本実施形態のリニアアクチュエータ１において、隣り合うティース部１１、１２の先端部間の距離ｔ_ｃは、隣り合うティース部１１、１２の基端部間の距離ｔ_ｄより小さい。

これにより、本実施形態のリニアアクチュエータ１では、ティース部１１、１２の先端部の軸方向長さを長くすることで、可動子３は磁極ピッチを小さくでき、軸方向長さを短くできる。よって、リニアアクチュエータ１の小型化及び軽量化が可能である。

本実施形態のリニアアクチュエータ１において、可動子３が固定子２の径方向外側に配置される場合に、ティース周方向積層部である第２ティース部１１ｂ、１２ｂの軸方向における最小長さｔ_ｂ１は、ティース軸方向積層部である第１ティース部１１ａ、１２ａの軸方向長さｔ_ａ１より短い。

これにより、本実施形態のリニアアクチュエータ１では、アウター型リニアアクチュエータのティース部１１、１２において、ティース軸方向積層部である第１ティース部１１ａ、１２ａに対してティース周方向積層部である第１ティース部１１ａ、１２ａの軸方向長さを短くして、第１ティース部１１ａ、１２ａと第２ティース部１１ｂ、１２ｂの接触面の軸方向長さを、第２ティース部１１ｂ、１２ｂの先端部の軸方向における最小長さｔ_ｂ１よりも長くすることにより、第１ティース部１１ａ、１２ａにおいて径方向内側に近づくほど磁路断面積が小さくなることに伴う磁束飽和を低減でき、推力飽和による性能低下を抑制できる。よって、従来よりも磁気飽和が緩和し、最大推力の向上や推力密度の増加により、リニアアクチュエータ１の小型化及び軽量化が可能である。

本実施形態のリニアアクチュエータ１において、ヨーク部１０は、固定子２の周方向に積層された複数の積層板を含むヨーク周方向積層部を有し、ヨーク周方向積層部として、固定子２の径方向に配列され且つ固定子２の周方向に積層された複数の積層板をそれぞれ含む２つの周方向積層部である第２ヨーク部１０ａ、１０ｂを有する。

これにより、本実施形態のリニアアクチュエータ１では、ヨーク部１０が、周方向積層部である第１ヨーク部１０ａ及び第２ヨーク部１０ｂで２分割された構成により、ヨーク部１０の径方向内径と径方向外径の差によって径方向外側面の磁路断面積が小さくなることに伴う磁気抵抗の増加や占積率の低下を抑制でき、推力特性やリニアアクチュエータ１の体積利用率が向上する。よって、リニアアクチュエータ１の小型化及び軽量化が可能である。

（第２実施形態）
本実施形態のリニアアクチュエータ１０１と第１実施形態のリニアアクチュエータ１とが異なる点は、リニアアクチュエータ１は、アウター型リニアアクチュエータであるのに対し、リニアアクチュエータ１０１は、インナー型リニアアクチュエータである点である。

リニアアクチュエータ１０１は、図５に示すように、インナー型リニアアクチュエータであり、円筒形状に形成された固定子１０２と、固定子１０２に対してギャップを空けて配置される円柱形状の可動子１０３とを有している。可動子１０３は、固定子１０２の径方向内側において固定子１０２の軸方向に往復移動可能に形成される。

可動子１０３の内部には、その軸方向左端部、軸方向中央部及び軸方向右端部に配置される複数の永久磁石１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを有している。具体的には、可動子１０３の軸方向左端部には、複数の永久磁石１０５ａが可動子１０３の外側面に沿って略全周にわたって配置される。同様に、可動子１０３の軸方向中央部には、複数の永久磁石１０５ｂが可動子１０３の外側面に沿って略全周にわたって配置され、可動子１０３の軸方向右端部には、複数の永久磁石１０５ｃが可動子１０３の外側面に沿って略全周にわたって配置される。複数の永久磁石１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃは、それぞれ平板状である。

可動子１０３の軸方向左端部に配置される複数の永久磁石１０５ａは、Ｎ極が外径側に且つＳ極が内径側に配置され、可動子１０３の軸方向中央部に配置される複数の永久磁石１０５ｂは、Ｓ極が外径側に且つＮ極が内径側に配置され、可動子１０３の軸方向右端部に配置される複数の永久磁石１０５ｃは、Ｎ極が外径側に且つＳ極が内径側に配置される。

固定子１０２は、円筒状のヨーク部（固定子ヨーク鉄心）１１０と、ヨーク部１１０の内側部から可動子１０３に向かって突出する２つのティース部（固定子磁極鉄心）１１１、１１２とを有している。２つのティース部１１１、１１２は、それぞれ、固定子１０２の軸方向に離れて形成されると共に、ヨーク部１１０の全周にわたって形成される。隣り合うティース部１１１、１１２間には、コイル１１６が配置される。

固定子１０２のティース部１１１、１１２の先端部と可動子１０３の内側面との間は、所定のギャップが形成される。コイル１１６に電流が通電されてない状態では、ティース部１１１の先端部の軸方向中央部は、永久磁石１０５ａと永久磁石１０５ｂとの接続部と対向しており、ティース部１１２の先端部の軸方向中央部は、永久磁石１０５ｂと永久磁石１０５ｃとの接続部と対向している。

ヨーク部１１０は、固定子１０２の周方向に積層された複数の積層板１１０Ｔ_１を含むヨーク周方向積層部である。積層板１１０Ｔ_１は、略長方形の板状部材であり、その幅は、２つのティース部１１１、１１２の外側端部間の距離と略同一である。ヨーク部１１０の径方向内側の中央部には、その全周にわたって内側に向かって突出する突部１１０Ｄが形成されている。複数の積層板１１０Ｔ_１は、固定子１０２の軸方向に離れた２つのカシメ部１１０Ａ_１により接続される。

ティース部１１１は、径方向外側に配置される第１ティース部１１１ａと、第１ティース部１１１ａより径方向内側に配置される第２ティース部１１１ｂとを含んでいる。

第１ティース部１１１ａは、ティース部１１１の基端部において、固定子１０２の軸方向に積層された複数の積層板１１１Ｔ_１を含むティース軸方向積層部である。積層板１１１Ｔ_１は、環状の板状部材である。複数の積層板１１１Ｔ_１は、図示しないカシメ部により接続される。

第２ティース部１１１ｂは、ティース部１１１の先端部において、固定子１０２の周方向に積層された複数の積層板１１１Ｔ_２を含む周方向積層部である。積層板１１１Ｔ_２は、図５に示すように、略長方形の板状部材である。第２ティース部１１１ｂは、ティース部１１１のギャップ面を有している。複数の積層板１１１Ｔ_２は、１つのカシメ部１１１Ａ_１により接続される。

ティース部１１２は、径方向外側に配置される第１ティース部１１２ａと、第１ティース部１１１ａより径方向内側に配置される第２ティース部１１２ｂとを含んでいる。

第１ティース部１１２ａは、ティース部１１２の基端部において、固定子１０２の軸方向に積層された複数の積層板１１２Ｔ_１を含む軸方向積層部である。積層板１１２Ｔ_１は、環状の板状部材である。複数の積層板１１２Ｔ_１は、図示しないカシメ部により接続される。

第２ティース部１１２ｂは、ティース部１１２の先端部において、固定子１０２の周方向に積層された複数の積層板１１２Ｔ_２を含むティース周方向積層部である。積層板１１２Ｔ_２は、図５に示すように、略長方形の板状部材である。第２ティース部１１２ｂは、ティース部１１２のギャップ面を有している。複数の積層板１１２Ｔ_２は、１つのカシメ部１１２Ａ_１により接続される。

ティース部１１１の周方向断面において、第１ティース部１１１ａの軸方向長さｔ_ａ１’は、第２ティース部１１１ｂの軸方向における最小長さｔ_ｂ１’より短い。ティース部１１１の基端部から先端部に向かう方向について、第２ティース部１１１ｂの長さｔ_ａ２’は、第１ティース部１１１ａの長さｔ_ｂ２’より短い。同様に、ティース部１１２の周方向断面において、第１ティース部１１２ａの軸方向長さｔ_ａ１’は、第２ティース部１１２ｂの軸方向における最小長さｔ_ｂ１’より短い。ティース部１１２の基端部から先端部に向かう方向について、第２ティース部１１２ｂの長さｔ_ａ２’は、第１ティース部１１２ａの長さｔ_ｂ２’より短い。

ティース部１１１とティース部１１２とは略平行に形成されており、ティース部１１１の先端部は、周方向断面での軸方向長さが長くなるように形成されると共に、ティース部１１２の先端部は、周方向断面での軸方向長さが長くなるように形成される。そのため、隣り合うティース部１１１、１１２の先端部間の距離ｔ_ｃ’は、隣り合うティース部１１１、１１２の基端部間の距離ｔ_ｄ’より小さい。ティース部１１１の先端部及びティース部１１２の先端部において、周方向断面での軸方向に沿って突出する量は、内側の方が外側より大きい。

このように、リニアアクチュエータ１０１では、２つのティース部１１１、１１２が、それぞれ、第１ティース部１１１ａ、１１２ａと第２ティース部１１１ｂ、１１２ｂとに径方向に２分割されている。

固定子１０２において、第１ティース１１１ａ、１１２ａでは、複数の積層板１１１Ｔ_１、１１２Ｔ_１が固定子１０２の軸方向に積層されており、第２ティース部１１１ｂ、１１２ｂでは、複数の積層板１１１Ｔ_２、１１２Ｔ_２が固定子１０２の周方向に積層されている。

リニアアクチュエータ１０１の動作は、第１実施形態のリニアアクチュエータ１の動作と同様であり、その詳細説明は省略するが、コイル１１６への電流の流れの方向を変化させることにより、可動子１０３の推力方向が変わるため、可動子１０３は、ティース部１１１、１１２に対して移動する。

以上のように、本実施形態のリニアアクチュエータ１０１は、固定子１０２と、固定子１０２に対して隙間を空けて配置される可動子１０３とを備え、固定子１０２は、ヨーク部１１０と、可動子１０３に向かって突出する複数のティース部１１１、１１２とを有し、ティース部１１１、１１２は、その基端部において固定子１０２の軸方向に積層された複数の積層板１１１Ｔ_１、１１２Ｔ_１を含むティース軸方向積層部である第１ティース部１１１ａ、１１２ａと、その先端部において固定子１０２の周方向に積層された複数の積層板１１１Ｔ_２、１１２Ｔ_２を含むティース周方向積層部である第２ティース部１１１ｂ、１１２ｂとを有する。

これにより、本実施形態のリニアアクチュエータ１０１では、第１実施形態のリニアアクチュエータ１と同様に、ティース部１１１、１１２の先端部の周方向断面形状を変化させることにより、ティース部１１１、１１２の周方向断面から見た磁束の軸方向成分を、所望の可動子の位置や推力やディテント力(磁気的なバネ力)に応じて変更でき、リニアアクチュエータ１０１の性能を向上させることができる。また、ティース部１１１、１１２の基端部が、複数の積層板１１１Ｔ１、１１２Ｔ１を固定子１０２の軸方向に積層して形成されることで、ティース部１１１、１１２の先端部が径方向内径と径方向外径の差によって径方向外側面の磁路断面積が小さくなることに伴う磁気抵抗の増加を抑制し、磁気回路として空間的な利用率の向上による磁束の軸方向成分の鉄損を抑制できるため、推力特性やリニアアクチュエータの体積利用率が向上する。よって、リニアアクチュエータ１０１の小型化及び軽量化が可能である。

本実施形態のリニアアクチュエータ１０１において、隣り合うティース１１１、１１２部の先端部間の距離ｔ_ｃ’は、隣り合うティース部１１１、１１２の基端部間の距離ｔ_ｄ’より小さい。

これにより、本実施形態のリニアアクチュエータ１０１では、第１実施形態のリニアアクチュエータ１と同様に、ティース部１１１、１１２の先端部の軸方向長さを長くすることで、ティース部１１１、１１２の磁極ピッチが小さくすることができ、固定子１０２の占積率が向上する。よって、リニアアクチュエータ１０１の小型化及び軽量化が可能である。

本実施形態のリニアアクチュエータ１０１において、可動子１０３が固定子１０２の径方向外側に配置される場合に、ティース軸方向積層部である第１ティース部１１１ａ、１１２ａの軸方向長さｔ_ａ１’は、ティース周方向積層部である第２ティース部１１１ｂ、１１２ｂの軸方向における最小長さｔ_ｂ１’より短い。

これにより、本実施形態のリニアアクチュエータ１０１では、インナー型リニアアクチュエータのティース部１１１、１１２において、ティース軸方向積層部である第１ティース部１１１ａ、１１２ａの軸方向長さｔ_ａ１’を、ティース周方向積層部である第ティース部１１１ｂ、１１２ｂの軸方向における最小長さｔ_ｂ１’より短くすることにより、第１ティース部１１１ａ、１１２ａにおいて径方向内側に近づくほど磁路断面積が小さくなることに伴う磁束飽和を低減でき、推力飽和による性能低下を抑制できる。よって、推力密度が向上してリニアアクチュエータ１の小型化及び軽量化が可能である。

なお、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。

例えば、上記第１実施形態のアウター型リニアアクチュエータにおいて、ティース部１１とティース部１２の形状は対称形状であるが、それに限られない。

上記第１実施形態のアウター型リニアアクチュエータにおいて、ティース部１１、１２の形状は、任意である。以下、ティース部１１の形状について説明するが、ティース部１２の形状についても同様である。図６～図１３では、固定子のティース部の形状を分かり易くするため、固定子の周方向断面の中心線（一点鎖線）に対して片側の部分のみを可動子と固定子の距離間に関係なく図示している。

上記第１実施形態において、図６（ａ）に示すように、ティース部１１の先端部は、周方向断面での軸方向長さが長くなるように形成されてなくてよい。

上記第１実施形態において、図６（ｂ）に示すように、ティース部１１は、径方向に３分割されてよい。ティース部１１は、固定子の軸方向に積層された複数の積層板を含むティース軸方向積層部である第１ティース部１１ａと、固定子の周方向に積層された複数の積層板を含むティース周方向積層部である第２ティース部１１ｂ_１及び１１ｂ_２とを有している。

このようにして、本実施形態のリニアアクチュエータ１において、ティース周方向積層部として、固定子２の径方向に配列され且つ固定子２の周方向に積層された複数の積層板をそれぞれ含む２つの周方向積層部である第２ティース部１１ｂ_１及び１１ｂ_２を有するとともに、ティース周方向積層部として、固定子２の径方向に配列され且つ固定子２の周方向に積層された複数の積層板をそれぞれ含む２つの周方向積層部である第２ティース部１２ｂ_１及び１２ｂ_２を有している。

これにより、本実施形態のリニアアクチュエータ１では、第２ティース部１１ｂ_１及び１１ｂ_２の占積率を高くすることにより、リニアアクチュエータ１の小型化及び軽量化が可能である。

上記第１実施形態において、図６（ｃ）に示すように、第１ティース部１１ａの先端部は、周方向断面での軸方向長さが長くなるように片側に突出するように形成されてよい。

上記第１実施形態において、図７（ａ）に示すように、第１ティース部１１ａの先端部において軸方向に突出する量が、外側の方が内側より大きくなるように形成されてよい。

上記第１実施形態において、図７（ｂ）に示すように、第１ティース部１１ａの先端部がその先端に向かって周方向断面での軸方向長さが長くなると共に、第１ティース部１１ａの基端部がその基端に向かって周方向断面での軸方向長さが長くなるように形成されてよい。

上記第１実施形態において、図７（ｃ）及び図８（ａ）に示すように、ティース部１１の基端部から先端部に向かう方向について、第２ティース部１１ｂの長さは、第１ティース部１１ａの長さより長くなるように形成されてよい。

上記第１実施形態において、図８（ｂ）に示すように、第１ティース部１１ａのティース部１２と反対側端部が、面状に形成されずに、その一部に凹部が形成されてよい。

上記第１実施形態において、図８（ｃ）に示すように、第１ティース部１１ａのティース部１２と反対側端部の先端部に切欠きが形成されてよい。この場合、可動子３が固定子２の径方向外側に配置されると、ティース周方向積層部である第２ティース部１１ｂの軸方向における最小長さｔ_ｂ１は、ティース先端長さになるが、リニアアクチュエータ１の要求される性能に応じて長さｔ_ｂを設定してよい。

上記第１実施形態では、ヨーク部１０が、第１ヨーク部１０ａと第２ヨーク部１０ｂとに径方向に２分割されると共に、ティース部１１、１２が、それぞれ、第１ティース部１１ａ、１２ａと第２ティース部１１ｂ、１２ｂとに径方向に２分割されているが、それに限られない。例えば、ヨーク部１０は、分割されなくてよいし、３以上に分割されてよい。ティース部１１、１２は、３以上に分割されてよい。

上記第２実施形態のインナー型リニアアクチュエータにおいて、ティース部１１１とティース部１１２の形状は対称形状であるが、それに限られない

上記第２実施形態のインナー型リニアアクチュエータにおいて、ティース部１１１、１１２の形状は、任意である。以下、ティース部１１１の形状について説明するが、ティース部１１２の形状についても同様である。

上記第２実施形態において、図９（ａ）に示すように、第２ティース部１１１ｂの先端部は、周方向断面での軸方向長さが長くなるように形成されてなくてよい。

上記第２実施形態において、図９（ｂ）に示すように、第２ティース部１１１ｂの先端部は、周方向断面での軸方向長さが長くなるように片側に突出するように形成されてよい。

上記第２実施形態において、図９（ｃ）に示すように、第２ティース部１１１ｂの先端部において軸方向に突出する量が、外側の方が内側より大きくなるように形成されてよい。この場合、可動子１０３が固定子１０２の径方向内側に配置されると、ティース軸方向積層部である第１ティース部１１１ａの軸方向長さｔ_ａ１’は、ティース周方向積層部である第２ティース部１１１ｂの軸方向における最小長さｔ_ｂ１’と同等になるが、リニアアクチュエータ１０１の要求される性能に応じて同等に設定してよい。

上記第２実施形態において、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、ティース部１１１の基端部から先端部に向かう方向について、第２ティース部１１１ｂの長さは、第１ティース部１１１ａの長さより長くなるように形成されてよい。

上記第２実施形態において、図１０（ｃ）及び図１１（ａ）に示すように、第２ティース部１１１ｂのティース部１１２と反対側端部が、面状に形成されずに、その一部に突出部や凹部が形成されてよい。また、図１１（ａ）の場合、可動子１０３が固定子１０２の径方向内側に配置されると、ティース軸方向積層部である第１ティース部１１１ａの軸方向長さｔ_ａ１’は、ティース周方向積層部である第２ティース部１１１ｂの軸方向における最小長さｔ_ｂ１’より長くなるが、リニアアクチュエータ１０１の要求される性能に応じて設定してよい。

上記第２実施形態において、図１１（ｂ）に示すように、第２ティース部１１１ｂのティース部１１２と反対側端部の先端部に切欠きが形成されてよい。

上記第２実施形態では、ティース部１１１、１１２が、それぞれ、第１ティース部１１１ａ、１１２ａと第２ティース部１１１ｂ、１１２ｂとに径方向に２分割されているが、それに限られない。ティース部１１１、１１２は、３以上に分割されてよい。ヨーク部１１０は、径方向に分割されないが、ヨーク部１１０が、径方向に２以上に分割されてよい。

上記第１実施形態では、２つのティース部１１、１２を有する固定子２について説明したが、固定子２のティース部の数は、３以上の任意の数でよい。例えば、図１２に示すように、２つのティース部１１、１２の間に配置されたティース部１６を有してよい。ティース部１６は、その基端部において固定子２の軸方向に積層された複数の積層板を含むティース軸方向積層部である第１ティース部１６ａと、その先端部において固定子２の周方向に積層された複数の積層板を含むティース周方向積層部である第２ティース部１６ｂとを有している。

上記第２実施形態では、２つのティース部１１１、１１２を有する固定子１０２について説明したが、固定子１０２のティース部の数は、３以上の任意の数でよい。例えば、図１３に示すように、２つのティース部１１１、１１２の間に配置されたティース部１１６を有してよい。ティース部１１６は、その基端部において固定子１０２の軸方向に積層された複数の積層板を含むティース軸方向積層部である第１ティース部１１６ａと、その先端部において固定子１０２の周方向に積層された複数の積層板を含むティース周方向積層部である第２ティース部１１６ｂとを有している。

上記第１実施形態では、固定子２において、第１ヨーク部１０ａ、第２ヨーク部１０ｂ、第１ティース部１１ａ、１２ａ及び第２ティース部１１ｂ、１２ｂは、複数の積層板が機械的変形を伴うカシメ部により接続されて形成されるが、複数の積層板の接続方法は、それに限られない。同様に、上記第２実施形態では、固定子１０２において、ヨーク部１１０、第１ティース部１１１ａ、１１２ａ及び第２ティース部１１１ｂ、１１２ｂは、複数の積層板が機械的変形を伴うカシメ部により接続されて形成されるが、複数の積層板の接続方法は、それに限られない。ヨーク部１０を形成する複数の積層板及びティース部１１を形成する複数の積層板は、例えば接着やレーザなどにより接合される接合部により接続されてよい。

上記実施形態では、可動子３の内部に、平板状の永久磁石５ａ、５ｂ、５ｃが配置されているが、可動子３の内部に配置される永久磁石の形状は、平板状に限らず、円筒状や扇型状、瓦型状など任意である。

上記実施形態において、例えば、図１４に示すように、固定子２の第２ティース部１１ｂの径方向外側に、コイル１６を配線する為の切欠き１１ｃを形成してもよい。コイル１６を切欠き１１ｃに収納して軸方向に配線することにより、リニアアクチュエータ１の小型化が可能である。

上記実施形態において、例えば、図１４に示すように、固定子２の第２ティース部１１ｂの径方向外側を樹脂等によるコーティングや強化繊維シート等で保護部Ｓを形成してもよい。これにより、第２ティース部１１ｂの接合強度が弱い場合でも、リニアアクチュエータ１の堅牢性が向上する。

１ リニアアクチュエータ
２ 固定子
３ 可動子
１０ ヨーク部
１０ａ 第１ヨーク部（ヨーク周方向積層部）
１０ｂ 第２ヨーク部（ヨーク周方向積層部）
１０Ｔ_１、１０Ｔ_２ 積層板
１０Ａ_１、１０Ａ_２ カシメ部
１１ ティース部
１１ａ 第１ティース部（ティース軸方向積層部）
１１ｂ 第２ティース部（ティース周方向積層部）
１１Ｔ_１、１１Ｔ_２ 積層板
１２ ティース部
１２ａ 第１ティース部（ティース軸方向積層部）
１２ｂ 第２ティース部（ティース周方向積層部）
１２Ｔ_１、１２Ｔ_２ 積層板
１６ コイル
１０１ リニアアクチュエータ
１０２ 固定子
１０３ 可動子
１１０ ヨーク部（ヨーク周方向積層部）
１１０Ｔ_１ 積層板
１１１ ティース部
１１１ａ 第１ティース部（ティース軸方向積層部）
１１１ｂ 第２ティース部（ティース周方向積層部）
１１１Ｔ_１、１１１Ｔ_２ 積層板
１１２ ティース部
１１２ａ 第１ティース部（ティース軸方向積層部）
１１２ｂ 第２ティース部（ティース周方向積層部）
１１２Ｔ_１、１１２Ｔ_２ 積層板
１１６ コイル

Claims (6)

1. 円筒形状の固定子と、円筒形状または円柱形の可動子とを有するリニアアクチュエータであって、
   固定子と、
   前記固定子に対して隙間を空けて配置される可動子とを備え、
   前記固定子は、ヨーク部と、前記ヨーク部から前記可動子に向かって突出する複数のティース部とを有し、
   前記ティース部は、
   その基端部において前記固定子の軸方向に積層された複数の積層板を含むティース軸方向積層部と、
   その先端部において前記固定子の周方向に積層された複数の積層板を含むティース周方向積層部とを有することを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 隣り合う前記ティース部の先端部間の距離は、当該隣り合う前記ティース部の基端部間の距離より小さい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。
3. 前記可動子が前記固定子の径方向外側に配置される場合に、前記ティース周方向積層部の軸方向における最小長さは、前記ティース軸方向積層部の軸方向長さより短いことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアアクチュエータ。
4. 前記可動子が前記固定子の径方向内側に配置される場合に、前記ティース軸方向積層部の少なくとも一部の軸方向長さは、前記ティース周方向積層部の軸方向長さより短いことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアアクチュエータ。
5. 前記ティース周方向積層部として、前記固定子の径方向に配列され且つ前記固定子の周方向に積層された複数の積層板をそれぞれ含む２以上の周方向積層部を有することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のリニアアクチュエータ。
6. 前記ヨーク部は、
   前記固定子の周方向に積層された複数の積層板を含むヨーク周方向積層部を有し、
   前記ヨーク周方向積層部として、前記固定子の径方向に配列され且つ前記固定子の周方向に積層された複数の積層板をそれぞれ含む２以上の周方向積層部を有することを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のリニアアクチュエータ。
   

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