JPH04148710A

JPH04148710A - 物体移動用電磁アクチュエータ

Info

Publication number: JPH04148710A
Application number: JP2271435A
Authority: JP
Inventors: Takeo Kushida; 丈夫串田; Toshiro Higuchi; 俊郎樋口
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1992-05-21
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: DE4133307C2; US5148068A; DE4133307A1; JP2797146B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は物体移動用電磁アクチュエータに関する。

〔従来の技術及びその技術的課題〕

コンベアなどで代表される物体移動用アクチュエータに
関し、従来、特開昭６０−２５８０１３号公報や特開昭
６１−１６６４２９号公報が提案されている。これら先
行技術は、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａ１などの材質からなる移動路
本体の下面に、圧電素子からなる超音波振動子を取り付
け、該超音波振動子に位相をずらした電圧を印加するこ
とにより移動路本体に表面進行波を励起させ、移動路本
体の上に配した物体を移動させるようにしたものである
。

しかしながら、これら先行技術においては、電気−機械
変換要素として圧電素子の伸縮を用いている。このため
、変位量が少なく、移動速度を上げるには、駆動電圧を
高電圧にし、高周波のかたちで印加しなければならない
という問題があった。

また、振動振幅が小さいため、移動路本体の振動子との
接触面や移送すべき物体との接触面に高度な形状精度や
面粗度を必要としたり、変位拡大機構を別途必要とした
りする問題があり、さらに、可聴音の発生に加え、圧電
素子という強度的に弱いものを使用するため、組立てや
機器への組込みの面でも不都合があった。

そのほか、特開昭６３−２９９７８５号公報には、並進
型のアクチュエータとして、移動体と、これに取付けら
れる電圧・電歪素子と、該電圧・電歪素子の駆動により
移動体に衝撃力を与える慣性体を具備し、電圧・電歪素
子の伸びあるいは縮みにより慣性体を衝撃的に駆動させ
、その反動が移動体のベースに対する摩擦力に打ち勝つ
ことで尺取り虫状に移動体を移動させるようにしたもの
が提案されている。しかし、この先行技術も同様な欠点
があり、位置決め等の微小移動手段としか使用できない
問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記のような問題点を解消するために研究して
創案されたもので、その目的とするところは、簡単な構
造で、しかも低周波、低電圧により振動振幅が大きく、
物体の高速移動を行える電磁式アクチュエータを提供す
ることにある。

上記目的を達成するため本発明は、複数の電磁回路を設
けた基体の上に、磁性粉を分散複合するかまたはそれ自
体が磁性材からなる可撓性弾性板を配し、電磁回路によ
り形成される移動磁界で磁性粉又は磁性材に磁気力を与
えることにより可撓性弾性板に進行波を創成させるよう
にしたものである。

また、本発明は、複数の電磁回路を設けた基体の上に磁
性流体を配し、該磁性流体の表面に可撓性弾性板を密接
させ、電磁回路により形成される移動磁界で磁性流体に
磁気力を与えることにより進行波を創成させるようにし
たものである。

〔作　　用〕

電磁回路に位置的にかつ時間的に位相をずらせた電圧を
印加すれば移動磁界が生じ、その電磁力に応じて磁性体
には電磁力が作用し、これに密接するか又は一体の可撓
性弾性板にたわみ振動の進行波が生ずる。その進行波中
性面から厚さ方向に離れた可撓性弾性板と移動すべき物
体の接触点は。

楕円軌跡となり、波頭は進行波と逆方向の横に動く成分
を持つため、可撓性弾性に接している物体が動かされる
。

移動しようとする物体に与える力に応じた可撓性弾性板
の剛性を適宜選択し、共振振動状態で進行波を創成する
ことにより、少ない投入エネルギで効率よく振動振幅を
得ることができ、また、コイルの巻き数、線径の選択に
より必要な印加電圧を任意に設定することができる。

なお、第２発明においては、進行波が電磁力で創成され
、その電磁力により磁性流体が吸引されて磁性粒体が振
動的な移動を起し、それが可撓性弾性板に進行波を発生
させる。この場合には、磁性粒体に密接する可撓弾性板
の厚さに応じた楕円軌跡の振動振幅が得られ、移動を実
現できる。

また、本発明は第１発明、第２発明のいずれにおいても
、移動磁界の進行方向を正方向、逆方向のいずれにも採
ることができるため、進行波即ち物体移動方向を一方向
でなく双方向にすることができる。

本発明はコンベアなど物体を移動させる各種手段および
可動部をロータにすることでモータにもも適用すること
ができる。

〔実　施　例〕

以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図ないし第６図は本発明の第１発明を適用した円環
状電磁アクチュエータを示し、第７図ないし第９図は本
発明の第２発明を適用した円環状電磁アクチュエータを
示している。第１０図ないし第１３１！１は第１発明と
第２発明に適用される電磁回路と駆動回路を示している
。。

第１図ないし第９図において、１は剛性のある磁性材料
たとえば鉄板からなる基体であり、この例ではリング状
となっている。

２ａ、２ｂは前記基体１の表面全体にわたってスロット
を介しまたは介さないで配置固定された複数組のコイル
であり、第１０図（ａ）（ｂ）のようにΩ／４ピツチず
つであり、Ω／２までコイル２ｍ。

２ｂがΩ／４ピツチのオーバラップをもって配置され、
それぞれ駆動電源Ａ、Ａ’　に接続されている。前記駆
動電源Ａ、Ａ’は、たとえば第１１図のように、発振器
２１と９０”移相器２２と電力増幅器２ＯＡ、２ＯＡ’
からなっている。

勿論、駆動電源として商用の２００Ｖ、３相を使用する
こともできる。その場合には、３組のコイル２ａ、２ト
、２ｃとし、それぞれに商用３相のＲ８Ｔ相またはＵＶ
Ｗ相をたとえば第１３図で示すようなスター結線方式で
接続すればよい。この３相形式とすれば、専用のアクチ
ュエータ駐動回路が不要となるため有利である。

３は前記のようにコイル２ａ、２ｂを配した基体１の上
に設けられた軟質の可撓性弾性板であり、第４図にその
態様が示されている。第４図（ａ）は、摩擦力が大きく
耐摩耗性の高いゴムやプラスチックなどの軟質マトリッ
クス３０中に、たとえば純鉄粉などの軟磁性打粉３１を
分散複合している。

第４図（ｂ）は摩擦力が大きく耐摩耗性の高いゴムやプ
ラスチック材からなる本体３０の下層領域に、基体１と
所要の絶縁距離をおいて強磁性材層３２を一体に埋設し
たもので、強磁性材層３２は、低炭素鋼などから選ばれ
た強磁性材製の短いピン群ないしは粒子群からなる。そ
して、好ましくは、可撓性弾性板３は、横方向の変位を
拡大するため所定の高さｈを持った任意形状の突起３３
が所定間隔で形成されている。なお、第４図（ａ）の態
様においても突起構造を採用できることは言うまでもな
い。

第４図（ｃ）は可撓性弾性板３を磁性材そのもので構成
した例を示しており、磁性材としてはたとえば５ＩＯＣ
やイオウ快削鋼で代表される低炭素鋼材が用いられる。

この場合、可撓性弾性板３は第４図（ｂ）の場合と同様
に横方向の変位を拡大するため本体３０に所定の高さｈ
を持った突起３３が所定間隔で形成される。

この第４図（Ｃ）の態様においては、コイル２ａ。

２ｂへの電圧印加時に第５図のような弾性変形状態を創
成させるため、可撓性弾性板３は本体３０が基体１にダ
イレクトに接触せず、基体１との間に所定の絶縁間隔３
４を持つように保持される。

第６図はその間隔保持構造の例を示している。（ａ）は
基体１と本体３０との間にたとえばゴム質のスポンジ状
発泡材３５を介在させたものである。（ｂ）は可撓性弾
性板３の本体３０の下部両側をバネ性部材３６．３６で
支えたもので、バネ性部材３６゜３６は横Ｕ状なと撓み
変形しやすい形状をなし、−側が基体１に固定される。

バネ性部材３６，３６の他側は本体３０の下部と結合さ
れる。バネ性部材３６，３６は本体３０に脚として一体
化してもよい。（ｃ）は本体３０が板バネ部となってお
り、突起３３は本体３０の両幅より短い長さを持ち、本
体３０の下部両側がスペーサ３７．３７を介して基体１
に支持されている。なおこの第６図の構造は可撓性弾性
板３として磁性粉を分散複合化したものおよび下層に強
磁性層を設けたものにも適用できる。

第７図ないし第９図の第２発明においては、基体１の内
周と外周に非磁性材料からなる側壁１１゜１２を有し、
全体として断面が溝形となっている。

そして、底壁１０と側壁１１，１２で囲まれた領域に磁
性流体４が充填されている。この磁性流体３は、油や水
、水銀、トルエンなどの非磁性ペース溶液に酸化鉄、コ
バルト、Ｓｎ被覆Ｆｅ、Ｎａ被覆Ｆｅなどの強磁性微粒
子を分散させた安定なコロイド液からなっている。そし
て、前記磁性流体４の表面には可撓性弾性板５が密接さ
れている。

可撓性弾性板５は、摩擦力が大きく、耐摩耗性の高いゴ
ムやプラスチックなどからなっており、両端縁が基体１
の側壁１１．１２に接着等により固定されている。なお
、第４図ないし第６図の実施例では側壁１１．１．２は
必要としない。

７は移動させるべき物体であり、前記可撓性弾性板３ま
たは可撓性弾性板５に装着される。

上記実施例のようにアクチュエータを円環状に構成した
場合には、軽量化を図ることができ、また円周方向に時
間と共に移動する複数個の山を持った進行波が創成され
、物体７を高速に移動させることができる。

しかし、本発明は形状が平面であることは条件ではなく
、円筒形や球面など曲面形状とすることができる、第１
６図は円筒型アクチュエータとした例であり、コイル２
ａ、２ｂを配したリング状基体１の内径側に可撓性弾性
板３を位置させたもので、リング状の可撓性弾性板３に
挿入した物体７を矢印のように回転させることができる
。

第１９図と第２０図は軸の関節部に適用した例を示して
おり、゛駆動軸８の先端の球体８０の外周に複数組のコ
イル２ａ、２ｂ、２ｃをクロス状に配置し、その周りに
前記第４図に示す可撓性弾性板３を外層するかまたは磁
性粒体４を可撓性弾性板５により密封状に囲繞させ、そ
の周りに被動軸９の球面座９０を外嵌させたものである
。この実施例によれば、被動軸９を駆動軸８の軸周りに
回転させたり、Ｘ軸まわりおよびこれと直交するＹ軸周
りに回転させることができる。

さらに、ベルトコンベアに類する無端長円環状にするこ
ともできるし、直線状の書体とし１両端で振動減衰を図
れば並進移送も行うことができる。

物体７の送り方法も、第１７図のように物体７にローラ
７０，７０を設ければ、物体７を進行波の方向に移動さ
せることができるし、第１８図のように円筒部材７を可
撓性弾性板３との摩擦力で回転させることもできる。

〔実施例の作用〕

物体７を移動させるにあたっては、進行波移動方向Ｘ１
時間ｔにおいて、２相であれば、移相器２２を介して電
源Ａ、Ａ’から隣接するコイル２ａ、２ｂに１時間的、
位置的にπ／２の位相を変えて交流電圧を印加する。

すなわち、ωを角速度とし１円を磁界の波長とすると、
コイ７Ｌ／　２　ａニはＡｃｏｓωｔ　−ｃｏｓ（ｚ）
、コイル２ｂにはＡｃｏｓ（ωを−−）・ｃｏｓ（ハｌ
−五）の交流電圧を印加する。

こうすれば、第１４図に示すように、コイル２ａによる
正弦波Ｂとコイル２ｂによる正弦波Ｂ′により最大値の
谷間で移動磁界Ｈが生ずる。この移動磁界Ｈは改の式で
表わされるものである。

Ｒ：コイル抵抗Ｌ：コイルインダクタンスｎ：コイル巻き数Ｗ＝コイルインピーダンス ψ：コイルインダクタンスにより生ずる位相差その結果、この移動磁界は、第１５図のように、２種Ｈ
９δＨ／δＸのサインカーブを描くため。

それらの合成により電磁力Ｆ（＝ＦｘｃｇＨ・１凱）が
進！Ｉχ 行する形態で発生する。すなわち。

２にＨ＝Ｈ＊Ａｃｏｓ（ωｔ−Ｔｘ−ψ）ＳＨ２π。

一＝　ＨｌＩＡ　・−５ｌｎ　（ωｔ　−ｚｘ−ψ）≦
にノであることから、態であり、移動速度は周波数を変えることで自白に調整
することができる。

第２発明では、コイル２ａ、２ｂの上に磁性流体４が満
たされており、したがって、磁性流体４は前記電磁力Ｆ
の発生した位置でかつ電磁力の強さに応じて吸い寄せら
れる。磁性流体４の底側と両側は剛体であるため、ａ性
流体４はもっばら高さ方向に振動し、これにより第９図
に示すように時間と共に矢印の方向に移動する進行波ξ
が創成される。そして磁性流体４には可撓性弾性板５が
密接しているため、この可撓性弾性板５も磁性流体４と
同じ動きする。剛体に振動を伝達するのでなく、ｉｍ性
流体４という流体を用い、微粒子の集散により振動を創
成させるため、大きな振動振幅が効率良く形成される。

進行波ξの波頭すなわち物体７との接触する表面上の成
る質点は、縦方向変位と横方向変位の比により楕円運動
軌跡を描いて進行する。その進行波ξの波頭（縦方向変
位の最大点）は進行波と逆方向の横に動く性質を持って
いる。したがって、撓み振動の波長より長い寸法の物体
７は波頭にのみ接し、可撓性弾性板５の摩擦力により第
９図矢印の方向に動かすことができるのである。

第１発明の場合には、第１４図の電磁力により可撓性弾
性板５に弾性波が生じ表面上の質点が楕円運動しつつそ
の波頭が連続的に進行するため。

物体を移動させることができる。この第１発明は第２発
明に比較して、軟質可撓性弾性板３のヤング率により振
幅を任意に変えることができ、構造を簡単にすることが
できる利点がある。

第４図（、）の例においては、マトリックス３０中に分
散した軟磁性材料粉３１が磁気力で吸引されることによ
り軟質可撓性弾性板３に進行性の弾性波が創成される。

第４図（ｂ）では、強磁性層３２が磁化吸引されること
で可撓性材料に弾性波が創成されるが、突起３３．３３
により横方向の変位が拡大されるため物体移動速度を早
くすることができる。第４図（ｃ）や第６図の場合、軟
質可撓性弾性板３それ自体が磁気力で第５図のように波
状に弾性変形し、物体７が突起３３，３３の先端（波頭
）と接して効率良く移動される。

なお、駆動電源として商用の２００ｖ、３相を使用する
場合には、電磁回路を第１１図のように構成し、時間的
、位置的に１２０’（２／３π）の移相を変えた下記式
の正弦波を印加すればよい。

Ａ＝Ａ、ｃｏｓｃｖｔｃｏｓ（”ｘ）！４／　　　　　　　２に　　ｑＡ”＝Ａ、ｃｏｓ（ωを一一π）ｃｏｓ（−７Ｘ−丁π
）このような商用電源を使用する場合、周波数が一定の
ため、これを変えて送り速度を変化させることはできな
いが、速度変化の必要があるときには、印加電圧の振幅
を変えればよいため問題ない。

また、本発明は移動磁界進行方向を正方向だけでなく逆
方向にすることができる。これは、例えば２相励磁の場
合、コイル２ａ、２ｂへの時間的位相を９０’遅れから
９０″進みにすることで実現できる。

すなわち、９０’遅れのときの印加電圧は、前記したと
ころからＡｃｏｓ　ωｔ−ｃｏｓ　（Ｌｃｘ　）＋　Ａｃｏｓ　
（（１１ｔ　−’−）・ｃｏｓ（２ｘ　−７−’）であ
り、したがって、すなわち第１４図のｃｏｓカーブの頂上の点の移動これ
に対し、９０＠進みの印加電圧を掛けた場一方向へ動く。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の第１発明によるときには、低周波
、低電圧の駆動で高速移動を実現することができ；しか
も、構造が非常に簡単であり、可動部がなく、移動させ
る物体との接触面や進行波との接触面に精度の高い形状
や面粗度の加工を要さず、割れやすい駆動要素も使用し
ていないため組立てや機器への組込みが容易であり、ア
クチュータ形状の制限もなく、進行波の方向にも制限が
なく双方向移動も行えるなどのすぐれた効果が得られる
。

また、本発明の第２発明によれば、電磁力と磁性流体を
併用したことにより、大きな振動振幅が得られるため、
構造をより簡易化することができるというすぐれた効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１発明による物体移動用電磁アクチ
ュエータの一例を示す斜視図、第２図は作動状態を示す
斜視図、第３図は第１図ｍ−ｍ線に沿う断面図、第４図
は第１発明における可撓性弾性板の実施例を示す部分的
断面図、第５図は作動状態を示す部分的断面図、第６図
は第４図の（ｃ）の具体的態様を示す説明図、第７図は
第２発明の一例を示す部分切欠斜視図、第８図は第７図
■−■線に沿う断面図、第９図は作動状態を示す部分的
断面図、第１０図（ａ）は本発明における電磁回路の一
例を示す説明図、第１０図（ｂ）はコイルの配置列を示
す説明図、第１１図は駆動回路の一例を示す回路図、第
１２図は駆動回路の他の例を示す説明図、第１３図は第
１２図の場合の結線図。第１４図は本発明における移動磁界波形図、第１５図は
本発明における電磁力波形図、第１６図は本発明を円筒
型アクチュエータに適用した例を示す平面図、第１７図
と第１８図は本発明による物体移動方法の他の例を示す
説明図、第１９図は本発明を自在関節に適用した例を示
す斜視図、第２０図は第１９図の例における巻線配置例
を示す斜視図である。１・・・基体、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・コイル、３・・
・可撓性弾性板、４・・・磁性流体２．５・・・可撓性
弾性板。７・・・物体

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の電磁回路を設けた基体の上に、磁性粉を分
散複合するかまたはそれ自体が磁性材からなる可撓性弾
性板を配し、電磁回路により形成される移動磁界で磁性
粉又は磁性材に磁気力を与えることにより可撓性弾性板
に進行波を創成させるようにしたことを特徴とする物体
移動用電磁アクチュエータ。
（２）複数の電磁回路を設けた基体の上に磁性流体を配
し、該磁性流体の表面に可撓性弾性板を密接させ、電磁
回路により形成される移動磁界で磁性流体に磁気力を与
えることにより進行波を創成させるように構成したこと
を特徴とする物体移動用電磁アクチュエータ。