JPH06251933A

JPH06251933A - 有極リニヤアクチュエーター

Info

Publication number: JPH06251933A
Application number: JP5033706A
Authority: JP
Inventors: Shunsaku Nakauchi; 俊作中内
Original assignee: Kokusai Gijutsu Kaihatsu Co Ltd
Current assignee: Kokusai Gijutsu Kaihatsu Co Ltd
Priority date: 1993-02-23
Filing date: 1993-02-23
Publication date: 1994-09-09
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JP3383339B2

Abstract

(57)【要約】【目的】全ストロークで、吸引力が略一定で、電力効
率が良く、可動鉄心を左右に作動可能な有極リニヤアク
チュエータを提供する。【構成】内部が中空の磁性体９_R、９_Lを対峙して置
き、この中空部を左右に動く可動鉄心３を配設する。こ
の磁性体９_R、９_Lの間には継鉄５に可動鉄心３の運動
方向と直角の方向に永久磁石１_U、１_Dによる磁束を通
るように配設し、この磁束にコイル４_R、４_Lの励磁に
よって発生する可動鉄心３の運動方向と同方向の磁束
を、左右の磁性体でそれぞれ一方では加算、一方では減
算になるように流す。コイルの磁束の磁路の中に永久磁
石が直列に入らないように磁気回路を構成する。従っ
て、コイルの励磁によって、ギャップの磁束密度が左右
の磁性体間で変化し、可動鉄心３が移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高能率で、且つ全スト
ロークに亙って吸引力がほぼ一定である有極リニヤアク
チュエーターに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
直線運動をする無極或いは有極のソレノイドは非常に多
く用いられているが、何れもストロークの大きい所、換
言すれば動作間隙の大きい所で急激に吸引力が小さくな
り、反対に動作間隙の小さい所では急激に吸引力が大と
なるという問題があった。また、一般にストロークが大
きいソレノイドでは消費電力が大であった。また、可動
鉄心の道程の中間部での吸引力の大きさを制御すること
は困難である共に、通電時の吸引方向が決まっているた
めに他の方向への可動鉄心の移動には復帰用スプリング
のバネ力によって行っていた。更に、通電後の端部での
可動鉄心の保持及び保持の解除は比較的に困難であっ
た。

【０００３】本発明は、上記事実を考慮して、少ない消
費電力でストロークの全てにおいて略一様の吸引力を生
じさせることができる有極リニヤアクチュエーターを得
ることが目的である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明の有極リニヤアクチュエーター
は、貫通した中空部を有しかつ各々磁極を生成するため
の１対の磁性体が対峙して配設された吸引手段と、前記
磁性体の各々との間に間隙を有するように前記中空部の
各々に一部が挿入されかつ直線的に移動可能に保持され
た可動鉄心と、前記吸引手段の対峙した磁性体の間に設
けられて前記間隙の各々に第１の磁束を通過させる永久
磁石と、前記吸引手段の対峙した磁性体の間に設けられ
て、前記一方の間隙では前記第１の磁束と加算される方
向に通過しかつ他方の間隙では前記磁束と減算される方
向に通過する第２の磁束を形成する励磁コイルと、を有
している。

【０００５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の有極リニヤアクチュエーターにおいて前記間隙に摩擦
係数の少ない非磁性体を配設したことを特徴としてい
る。

【０００６】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の有極リニヤアクチュエーターにおいて、前記
間隙に可動鉄心の移動に伴って回転する回転体を設けた
ことを特徴としている。

【０００７】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請
求項３の何れか１項に記載の有極リニヤアクチュエータ
ーにおいて、前記磁性体の中空部の少なくとも一方は、
前記間隙が前記可動鉄心の移動方向の中心付近から端部
に向かって徐々に減少しかつ該端部側で最小となるか、
前記間隙が前記可動鉄心の移動方向の中心付近から端部
に向かって徐々に増加しかつ該端部側で最大となるか、
何れか一方となるように形成したことを特徴としてい
る。

【０００８】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請
求項４の何れか１項に記載の有極リニヤアクチュエータ
ーにおいて、前記磁性体の前記可動鉄心の移動方向の先
端部側または後端部側に該可動鉄心の移動を機械的に止
めると共に磁気的に該可動鉄心を保持する保持磁極を生
成する保持磁極生成手段を更に設けたことを特徴として
いる。

【０００９】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請
求項５の何れか１項に記載の有極リニヤアクチュエータ
ーにおいて、前記吸引手段の前記可動鉄心の移動方向の
先端部側または後端部側で前記可動鉄心を磁気的に保持
できるように可動鉄心と少ない間隙で相対する突起部位
を前記吸引手段の磁性体に設けたことを特徴としてい
る。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の発明の有極リニヤアクチュエ
ーターは、貫通した中空部を有しかつ各々磁極を生成す
るための１対の磁性体が対峙して配置されて吸引手段を
構成している。この吸引手段の１対の磁性体に設けられ
た各々の中空部には直線的に移動可能に保持された可動
鉄心の一部が磁性体の各々との間に間隙を有するように
挿入されている。この吸引手段の各磁性体における磁極
と可動鉄心との間の間隙（以下ギャップと言う）を略一
様にすることによって、有極リニヤアクチュエーターは
一様の吸引力を発揮することができる。また、可動鉄心
を吸引方向に対して略同じ断面に形成し、吸引磁極の端
面と可動鉄心の周面とを等間隔にすれば、可動鉄心が吸
引手段に引き込まれる時に、その全ストロークにおいて
ギャップが略一様になり、一様の吸引力を発揮できる。
ギャップには、永久磁石による磁束が通されており、こ
れに励磁コイルによる磁束が重畳される。本有極リニヤ
アクチュエータは、これら永久磁石及び励磁コイルの磁
束によって磁気回路を構成しており、吸引手段の一方の
磁性体におけるギャップでは、永久磁石による第１の磁
束と励磁コイルによる第２の磁束とが加算されるよう
に、他方の磁性体におけるギャップでは永久磁石による
第１の磁束と励磁コイルによる第２の磁束が減算される
ように磁気回路を構成する。この磁気回路において励磁
コイルの磁束の通る磁路中に永久磁石が含まれないよう
にする。これによって、励磁コイルの回路のパーミアン
スを小さくすることができ、小電力で励磁コイルによる
磁束を大きくすることができ、小さな電力で大きな吸引
力が得られる。

【００１１】上記磁極と可動鉄心との間の境界面（ギャ
ップの方向に沿う面）と直角に磁束が通っている場合に
おける磁束と直角の方向に可動鉄心が引き込まれる力
（吸引力Ｆ）は、以下の式（１）に示すように、ギャッ
プδ、可動鉄心の円周ｂ（直径をｄとするとｂ＝π・
ｄ）、及び磁束密度Ｂに関係がある。

【００１２】Ｆ ∝ （Ｂ²・δ・ｂ）／（２・μ） −−− （１）吸引手段の磁性体の励磁が励磁コイルだけで行われてい
るとすると、有極アクチュエータの定格が決まれば磁束
密度Ｂは励磁アンペアターンに比例して決定される。即
ち、磁束密度Ｂは励磁電力の２乗に比例する。例えば、
１Ｗの励磁電力で得られる磁束密度を０．５テスラとす
れば１．５テスラを得るためには９Ｗを必要とする。こ
こで、永久磁石による磁束が通っているギャップに励磁
コイルによる磁束が重畳された場合、永久磁石による磁
束密度をＢ₀、励磁コイルによる磁束密度をＢ₁とする
と吸引力は（Ｂ₀±Ｂ₁）²で決定される。即ち永久磁
石の磁束密度Ｂ₀の設定によってＢ₀分だけ励磁コイル
の電力を節約できる。例えば、磁束密度Ｂ₀を１テスラ
とすると、０．５テスラ分の磁束を作れるだけの電力、
即ち１Ｗの電力で１．５テスラの磁束を得ることができ
る。つまり１Ｗの電力で９Ｗの吸引力を得る事ができ
る。このとき、無電力の時でも１テスラ分の吸引力Ｆは
残るが、この解決方法は後述する。

【００１３】従って、永久磁石の磁束の回路と励磁コイ
ルの磁束の回路が互いにギャップの所で重なり合い、他
の所では重ならず、励磁コイルの回路中に磁気抵抗の高
い永久磁石が入らない構造にすれば、励磁コイルによる
磁束が効率良くギャップの所を通り、有極にすることに
よって少ない電力で大きい吸引力を得ることができる。

【００１４】本発明では各々中空部を有する１対の磁性
体を対峙し、各磁性体の中空部における吸引力の差が外
部に動作力となる構造としている。両方の磁性体の永久
磁石による磁束密度は原則としてストロークの何処でも
同じようになるように構成されるので、永久磁石による
吸引力は両方の磁性体でバランスしており、外部に吸引
力は発生しない。即ち、可動鉄心は全ストロークの何処
でも力を受けない。

【００１５】また、励磁コイルによる磁束は一方の磁性
体では永久磁石の磁束と加算され、他方では減算される
構造としているので、一方側（例えば右方側）の磁性体
における励磁コイルによる磁束密度を磁束密度Ｂ₁、他
方側（例えば左方側）の磁性体における励磁コイルによ
る磁束密度を磁束密度Ｂ₂とすると、励磁コイルが動作
した時の吸引力Ｆは、以下の式（２）で表すことができ
る。

【００１６】Ｆ∝（Ｂ₀＋Ｂ₁）²−（Ｂ₀−Ｂ₂）² ・・・（２）この式（１）は、以下の式（２）のように変換される。

【００１７】Ｆ∝２・Ｂ₀・（Ｂ₁＋Ｂ₂）＋（Ｂ₁ ²−Ｂ₂ ²）・・・（３）

【００１８】このとき、各磁束密度にＢ₀≫Ｂ₁、Ｂ₀
≫Ｂ₂の関係がある場合、即ち永久磁石の磁束密度に比
べて励磁コイルによる磁束密度が十分小さいときは式
（２）の第２項は無視されて第１項で吸引力が決まる。
この場合は励磁コイルだけの場合よりずっと大きい吸引
力を得ることができる。またこの場合の吸引力は励磁コ
イルの磁束に対して一次比例となる。そして全ストロー
クに亙ってほぼ同じ吸引力になる。励磁コイルの磁束が
大きい場合は式（２）の第二項は無視できずそのため吸
引力は、ストロークにしたがって変化し、通常引始めで
強く、また引終わりで弱くなるが、従来のソレノイドの
ような大きな変化はない。更にこれに対しては、鉄心の
移動に伴って鉄心と磁性体における磁極とのギャップが
変化するように磁性体の形状を考えることによってより
変化を少なくできる。Ｂ₀を大きくすると、同じ電力で
従来のソレノイドより大きな力を発揮できる。

【００１９】従来、Ｂ₀≫Ｂ₁でこの原理を使って高能
率を得ているものには、マグネチックスピーカー等があ
る。本発明はこの原理を利用して上記構造で、直線運動
をする有極アクチュエーターを形成し、全ストロークに
亙ってほぼ一様な吸引力と高能率を得ている。

【００２０】上記有極アクチュエータにおいて、磁束の
生成によって吸引手段と可動鉄心とを偏心させる力は、
請求項２に記載したように、各磁性体における磁極と可
動鉄心との間のギャップに略等しい厚さの摩擦係数の少
ない非磁性体を挿入することによって解消することがで
きる。また、請求項３に記載したように、このギャップ
に可動鉄心の移動に伴って回転する回転体を更に設けて
もよい。

【００２１】ここで、永久磁石の第１の磁束に比較して
励磁コイルの第２の磁束が大きくなると、一定のギャッ
プのもとで一定の吸引力を得ることは難しくなり、終期
で弱くなる。これは可動鉄心の移動に応じて、ギャップ
を変化させることによって、吸引力をほぼ一様にするこ
とができる。

【００２２】すなわち、請求項４に記載したように、吸
引手段の対峙した磁性体の少なくとも一方を、ギャップ
が可動鉄心の移動方向の中心付近から端部に向かって徐
々に減少しかつ該端部側で最小となるように形成する。
従って、少なくとも一方の磁性体は、吸引手段の中央か
ら端部に向かってギャップが徐々に減少するクサビ型形
状になる。このようにすると吸引の初期の所でギャップ
が大きく、終期の所でギャップが小さくなるので、吸引
力は一定になる方向に補正される。また、このようにす
ると、無通電時には、ギャップが減少した最小の部位で
の永久磁石による磁束密度が増加し、この部位（端部）
で可動鉄心を静止させることができる。また、これとは
逆に、吸引手段の対峙した磁性体の少なくとも一方を、
ギャップが可動鉄心の移動方向の中心付近から端部に向
かって徐々に増加しかつ該端部側で最大となるように形
成することにより、無通電時に可動鉄心をストロークの
中央付近に安定的に止めることができる。すなわち、吸
引手段の中央に向けてギャップが徐々に減少するように
各磁性体を形成することで、吸引手段の中央部位ではギ
ャップが最小となり、磁束密度が増加し、可動鉄心を中
央で静止させることができる。

【００２３】また、可動鉄心をその一方の端部の位置に
維持させるためには、請求項５に記載したように、磁性
体の前記可動鉄心の移動方向の先端部側または後端部側
に該可動鉄心の移動を機械的に止めると共に磁気的に該
可動鉄心を保持する保持磁極を生成する保持磁極生成手
段を更に設けてもよい。これによって、保持磁極生成手
段は磁束が通過して磁極を生成すると共に可動鉄心の移
動を停止させることができ、可動鉄心は吸引された端部
の位置に維持できる。この可動鉄心を端部で保持するた
めの他の手段として、請求項６に記載したように、吸引
手段の可動鉄心の移動方向の先端部側または後端部側で
可動鉄心を磁気的に保持できるように可動鉄心と少ない
ギャップで相対する突起部位を前記吸引手段の磁性体に
設けてもよい。このようにすることによって、吸引側の
端部のギャップは他の場所におけるギャップより、狭く
なる。これによって、ギャップの狭い部位に磁束が集中
し、可動鉄心が移動してくると、この磁束が集中した可
動鉄心の端部で可動鉄心を停止させることができる。

【００２４】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００２５】本発明の第１実施例である有極リニヤアク
チュエーターＡｃを図１及び図２を参照して説明する。
本実施例の有極リニヤアクチュエーターＡｃは、上下に
板状の外部継鉄８_U，８_Dを備えており、外部継鉄８_U
の内面下部には厚み方向に着磁された板状の永久磁石１
_Uが取り付けられ、外部継鉄８_Dの内面上部には厚み方
向に着磁された板状の永久磁石１_Dが取り付けられてい
る。この永久磁石１_U，１_Dには、磁束を通す継鉄５が
取り付けられている。なお、継鉄５の左右の側面には、
継鉄を通過する磁束を増加させるために、永久磁石
１_R，１_Lが取り付けられている。従って、継鉄５の中
空部内面には、磁極が生成される。

【００２６】また、外部継鉄８_U，８_Dの両端部には、
磁気抵抗の小さい磁性体９_R，９_Lが取り付けられてい
る。この磁性体９_R，９_Lは、中心付近に貫通孔が設け
られた板状に形成されている。この磁性体９_R，９_Lの
貫通孔の内面部は、この磁性体を通過する磁束によって
磁極１８_R，１８_Lとなる。

【００２７】磁性体９_R，９_Lの外側には各々ベアリン
グ７_R，７_Lが取り付けられており、このベアリング７
_R，７_Lには支持棒６が通されている。この支持棒６に
は円筒状の可動鉄心３が取り付けられ、可動鉄心３は左
右（図１（ａ）矢印Ａ方向及び反矢印Ａ方向）に移動可
能となる。なお、この可動鉄心３の形状は板状のもので
も丸棒状のものでも良い。

【００２８】磁性体９_Rと永久磁石１_U、１_Dとの間の
空間でかつ可動鉄心３の周面に沿う方向には、励磁用の
コイル４_Rが各々巻き付けられている。従って、コイル
４_Rによって生成される磁束の方向は、可動鉄心３の移
動方向と同方向になる。同様に、磁性体９_Lと永久磁石
１_U、１_Dとの間の空間でかつ可動鉄心３の周面に沿う
方向には、励磁用のコイル４_Lが各々巻き付けられ、コ
イル４_Lによって可動鉄心３の移動と同方向の磁束が生
成される。これら、外部継鉄８_U，８_Dと磁性体９_R，
９_Lによって吸引手段を構成している。

【００２９】次に、本実施例の有極リニヤアクチュエー
ターＡｃの作動について内部を通る磁束を参照し説明す
る。永久磁石１_U，１_Dによる、その磁束は実線矢印１
２のように流れている（図１（ａ）参照）。即ち、左右
の磁極１８_R，１８_Lに流れ込む磁束は同じ方向であ
る。この場合、可動鉄心３の外周はＮ極となり、磁性体
９_R，９_Lの中空部の内面に生成された磁極１８_R，１
８_LはＳ極となる。

【００３０】左右のコイル４_R、４_Lに同じ方向の電流
を通電することによって励磁されて生じる磁束を、点線
矢印１４の方向にする。このとき、永久磁石の磁束及び
コイルにより生成された磁束は、可動鉄心３の外周面と
磁性体９_R，９_Lの中空部の内面である磁極１８_R，１
８_Lの間のギャップ１６_R，１６_Lを通るが、左方のギ
ャップ１６_Lでは可動鉄心３から磁性体９_Lへむけて共
に放射されて（図３（１）参照）２つの磁束は加算さ
れ、右方のギャップ１６_Rでは永久磁石により生成され
る磁束が可動鉄心３から磁性体９_Rへ向けて放射されか
つコイルにより生成される磁束が磁性体９_Rから可動鉄
心３へ向けて集中するので（図３（２）参照）２つの磁
束は減算される方向に流れる。

【００３１】従って、可動鉄心３と磁性体９_R，９_Lと
の間の左右のギャップで、左のギャップ１６_Lの磁束密
度は右のギャップ１６_Rの磁束密度より大となり、可動
鉄心３は左方向（図１（ａ）反矢印Ａ方向）に吸引され
る。

【００３２】コイルの電流の方向を上述の場合と逆方向
に流せば、ギャップの磁束密度は左右が逆転して可動鉄
心は右方向（図１（ａ）矢印Ａ方向）に移動する。可動
鉄心３が受ける力は作用の所で述べたように、永久磁石
による磁束密度Ｂと、コイル（電磁石）による起磁力に
よる磁束と、可動鉄心３の移動方向と直角方向の幅、と
の函数になる。

【００３３】ここで、コイルによる磁束は、磁気抵抗の
大きい永久磁石１_U，１_Dを通過せずに磁気抵抗の小さ
い磁性体９_R，９_L、外部継鉄８_U，８_Dと可動鉄心３
を通るので、容易に磁気回路を形成でき、少ない電力で
所望の磁束を得ることができる。

【００３４】次に、図４を参照して第２実施例を説明す
る。本実施例の有極リニヤアクチュエーターＡｃは、各
部材を円筒形状で構成した例である。なお、本実施例
は、上記実施例と略同様の構成であるため、同一部分に
は、同一符号を付し詳細な説明は省略する。

【００３５】本実施例の外部継鉄８は円筒形状をしてお
り、外部継鉄８の内面には半径方向に着磁された円筒状
の永久磁石１が取り付けられている。この永久磁石１の
内部には、磁束を通す継鉄５が取り付けられている。従
って、上記実施例と同様に継鉄５の中空部内面には、磁
極が生成される。

【００３６】また、外部継鉄８の両端部には、円筒状で
かつ磁気抵抗の小さい磁性体９_R，９_Lが取り付けられ
ている。この磁性体９_R，９_Lの内面部は、この磁性体
を通過する磁束によって磁極１８_R，１８_Lとなる。

【００３７】磁性体９_Rと永久磁石１との間の空間でか
つ可動鉄心３の周面に沿う方向には、励磁用のコイル４
_Rが各々巻き付けられている。従って、コイル４_Rによ
って生成される磁束の方向は、流れる電流の向きに応じ
た可動鉄心３の移動方向（図４矢印Ａ方向及び反矢印Ａ
方向）と同方向になる。同様に、磁性体９_Lと永久磁石
１との間の空間でかつ可動鉄心３の周面に沿う方向に
は、励磁用のコイル４_Lが各々巻き付けられ、コイル４
_Lによって可動鉄心３の移動と同方向の磁束が生成され
る。

【００３８】このように、本実施例では、各部材を円筒
形状に形成することによって部品形状を単純化すること
ができ、更に低コスト化及び小型化を図ることができ
る。なお、本実施例の作用の説明は、上記実施例と同様
のため、省略する。

【００３９】次に、図５を参照して第３実施例を説明す
る。本実施例では、上記実施例の右側のコイルを省略し
ている。なお、第３実施例は、上記実施例と略同様の構
成であるため、同一部分には、同一符号を付し詳細な説
明は省略する。

【００４０】外部継鉄８_Uの内面下部には永久磁石１_U
が取り付けられ、外部継鉄８_Dの内面上部には永久磁石
１_Dが取り付けられている。この永久磁石１_U，１_Dに
は、磁束を通す継鉄５が取り付けられている。この外部
継鉄８_U，８_Dの両端部には、磁性体９_R，９_Lが取り
付けられている。磁性体９_Rと永久磁石１_U、１_Dとの
間の空間でかつ可動鉄心３の周面に沿う方向には、励磁
用のコイル４１が各々巻き付けられている。従って、コ
イル４１によって生成される磁束の方向は、可動鉄心３
の移動方向と同方向になる。

【００４１】次に、本実施例の作用を説明する。永久磁
石による磁束は上記実施例と同様に実線矢印１２のよう
に同じ方向に流れている（図５（ａ）参照）。また、コ
イル４１に所定の向きの電流を通電することによって励
磁されて生じる磁束は、点線矢印１４の方向になる。こ
のとき、永久磁石の磁束及びコイルの磁束は、左右のギ
ャップ１６_R、１６_Lを通るが、左方のギャップ１６_L
ではこの二つの磁束は加算され、右方のギャップ１６_R
では減算される方向に流れる。従って、左方のギャップ
１６_Lの磁束密度は右方のギャップ１６_Rの磁束密度よ
り大となり、可動鉄心３は左方向（図５（ａ）反矢印Ａ
方向）に吸引される。コイル４１へ上記と逆方向に電流
を流せば、ギャップの磁束密度は左右が逆転し、可動鉄
心は右方向（図５（ａ）矢印Ａ方向）に移動する。

【００４２】このように、コイル４１による磁束は、磁
気抵抗の大きい永久磁石を通過せずに可動鉄心３を通っ
て磁気回路を形成する。本実施例ではコイルの数が減少
することにより効率は悪化するが、有極アクチュエータ
の形状は上記実施例より更に小さくできる。

【００４３】次に、図６を参照して第４実施例を説明す
る。本実施例の有極リニヤアクチュエーターＡｃは、可
動鉄心の移動を円滑に行うための簡略な構成例を示した
ものである。なお、本実施例は、上記実施例と略同様の
構成であるため、要部のみを示しまた、同一部分には同
一符号を付し詳細な説明は省略する。

【００４４】本実施例では、磁性体の内面と可動鉄心３
の外周面とのギャップに、ベアリング５１を設けてい
る。可動鉄心３は常に左右の磁性体９_R、９_Lによって
吸引されており、可動鉄心３が板状の場合、時計方向ま
たは反時計方向に回転力（図６（ａ）矢印Ａ方向、図６
（ｂ）矢印Ｂ方向参照）を受けて磁性体に吸着される力
を受けている。また、可動鉄心３が丸棒状の場合には回
転力（図６（ｃ）矢印Ｃ方向参照）をうけないが、可動
鉄心３の長手方向では同じように回転力（図６（ａ）矢
印Ａ方向）を受ける。

【００４５】このように、磁性体９_R、９_Lに可動鉄心
３が吸着されると可動鉄心３は磁性体の端面での摩擦の
ために動けなくなるので、上記実施例では可動鉄心３を
支持する支持棒６をベアリング７に通して可動鉄心の移
動を可能にしている。本実施例では、この支持棒６とベ
アリング７の代わりに、ギャップにほぼ等しい厚さの、
耐摩耗性があり摩擦係数の少ない材料で構成されたベア
リング５１を取り付けている。これによって、可動鉄心
３を移動可能にするベアリング７を外部に設けることな
く、可動鉄心３の移動部位のみにベアリング５１を配設
することで、上記実施例と同様の効果を得ることでき
る。このベアリング５１による支持は上記実施例のベア
リングによる支持より製造及び組付共に、より簡便であ
る。

【００４６】また、ベアリング５１の他例として、図７
に示したように、自ら回転して磁性体と可動鉄心３との
間の左右のギャップを適正に維持しながら少ない移動抵
抗で可動鉄心３を移動させるためのベアリング６１を配
設してもよい。このベアリング６１は、例えば磁性体ま
たは可動鉄心３或いはこの両者の上に形成された溝のな
かに適正なギャップを保つように配設される。なお、こ
のベアリング６１は、ボール、丸棒、ボールベアリン
グ、スラストベアリング等の回転体で構成される。この
回転体を用いた構造は、上記構造よりもやや複雑にはな
るが、ベアリングと可動鉄心との摩擦損失を少なくする
ことができ、可動鉄心の移動抵抗を少なく抑えることが
できる。このため、より少ない電力で有極リニヤアクチ
ュエーターＡｃを移動させることができる。

【００４７】次に、図８及び図９を参照して第５実施例
を説明する。本実施例の有極リニヤアクチュエータＡｃ
は、ギャップを可動鉄心３の移動に伴う方向に沿って変
化させたものである。なお、第５実施例は、上記実施例
と略同様の構成であるため、要部のみを示し、同一部分
には、同一符号を付し詳細な説明は省略する。

【００４８】有極リニヤアクチュエータＡｃの端部で可
動鉄心３を停止させたいときには、図８に示したよう
に、磁性体を一端部から他端部へ向けてギャップが徐々
に増加するように形成する。即ち、磁性体９_R，９
_Lに、可動鉄心側の端面が可動鉄心３に対して傾くよう
に円錐台状の貫通孔を形成する。また、磁性体９_R，９
_Lは、外部鉄心８_Uの左右の端部（図７反矢印Ａ方向の
先端部、及び図７矢印Ａ方向の先端部）でギャップが最
小となるように配置する。これにより、無通電時には、
磁性体９_R，９_Lの左右の端部の吸引力が最大となっ
て、外部継鉄の移動方向の中間付近は不安定釣り合い点
になる。このため、可動鉄心３は左右の何れか一方の終
端部で安定かつ静止し中間部で静止することがない。

【００４９】上記では、磁極の端面を傾斜面とすること
で、ギャップを変化させた場合を説明したが、この磁性
体の端面は、直線的に変化する傾斜面であってもよく、
またギャップにより形成される吸引力特性に従って連続
的に変化する曲線的な傾斜面であってもよい。

【００５０】ここで、上記作用において述べたように、
コイルによる磁束が永久磁石による磁束に比較し略同じ
になると、可動鉄心３が磁性体の一方の端部から他方の
端部へコイルの励磁によって移動するとき、ギャップが
一定である場合には、引き始めの力が強く引き終わりの
力が弱くなる。本実施例では、可動鉄心３の移動に伴っ
てギャップが変化する。従って、上記構成とすれば、引
き始めの力と引き終わりの力との差を変化させることが
でき、このギャップの変化量を選択的に決定することに
よって、この差を自由に設定することができる。即ち、
可動鉄心の引き始めの力と引き終わりの力との差が定ま
れば、ギャップを変化させる割合を決定することができ
る。

【００５１】このように、本実施例によれば、引き始め
の力と引き終わりの力との差を変化させることができる
ため、ストロークに応じた吸引力を保持する有極リニヤ
アクチュエータを得ることができる。

【００５２】次に、無通電時に中心付近で可動鉄心を安
定かつ静止させる場合を図９を参照して説明する。磁性
体９_R，９_Lは、左右の端部と内側の端部とのギャップ
を比較して内側の端部が最小となるように外部継鉄を介
して対称に配置される。これにより、無通電時には、磁
性体９_R，９_Lの中央の端部の吸引力が最大となって、
外部継鉄５_U、５_Dの中間付近で釣り合い、静止するこ
とになる。従って、可動鉄心３は無通電時に移動ストロ
ークの中間点で安定に静止すると共に、コイルに供給す
る電流の向きに応じた励磁によって左右何れかの方向
（図９矢印Ａまたは反矢印Ａ方向）に移動する。このよ
うに、可動鉄心を有極リニヤアクチュエータの中間点で
静止させることができるため、双方向に移動可能な有極
リニヤアクチュエータを得ることができる。

【００５３】次に、図１０を参照して第６実施例を説明
する。本実施例は、動作し終わった可動鉄心３をその位
置で、無通電で保持することを目的としたものである。
なお、本実施例は、上記実施例と略同様の構成であるた
め、同一部分には、同一符号を付し詳細な説明は省略す
る。

【００５４】磁性体９_Lの左側端部には、可動鉄心３の
端部の一部が接触するように保持用磁性体９１が設けら
れている。従って、可動鉄心３が移動して左端に達する
と、永久磁石の磁束は、主として実線９５で示したよう
に流れる。即ち、保持用磁性体９１と可動鉄心３とのギ
ャップが磁性体と可動鉄心３とのギャップに比べて小さ
くなるように作られているので、このギャップのパーミ
アンンスは大きく沢山流れて大きな保持力で可動鉄心３
を保持することができる。またこの保持用磁性体９１は
可動鉄心３のストッパーの役目も有している。

【００５５】本実施例では、動作し終わった可動鉄心３
をその位置で、無通電で保持することができるが、この
保持を解くのはこの動作を行ったときと逆の励磁を付与
するコイルによって行う。ところが、このときも磁気回
路のパーミアンスが大きいため、少ない電力で可動鉄心
３の保持を解放することができる。

【００５６】次に、図１１を参照して第７実施例を説明
する。本実施例は、上記実施例で可動鉄心３が動作し終
わった位置で、無通電でその位置に可動鉄心３を保持す
ることの他の例を示したものである。

【００５７】本実施例の磁性体９_Lには、突起１０１が
形成されており、この突起１０１の先端部分において可
動鉄心３に対するギャップは突起１０１以外の部分に比
べて狭くなっている。従って、本実施例では可動鉄心３
が左側の終端まで引かれて移動し終わった位置で急速
に、ギャップが狭くなり、この部位で磁性体９_Lと可動
鉄心３との間に流れる磁束がこのギャップの狭い部位に
集中しかつ磁束密度が上がるので、この部位での吸引力
が増大して可動鉄心３の端部を保持する。即ちこのギャ
ップの狭い磁性体の部位が保持磁極としての機能を有し
ている。このように、本実施例では、可動鉄心３が他の
部材と衝突することなく可動鉄心を所定位置に保持する
ことができるため、衝突音が発生せず、動作が静かで、
長寿命の有極リニヤアクチュエータを提供することがで
きる。

【００５８】次に、図１２を参照して第８実施例を説明
する。本実施例は、スプリング等のバネ力を用いずに可
動鉄心を復帰させるための構成を示したものである。な
お、本実施例は、上記実施例と略同様の構成であるた
め、同一部分には、同一符号を付し詳細な説明は省略す
る。

【００５９】本実施例では、左右の磁性体９_R，９_Lが
異なる形状をしている。即ち、磁性体９_Lは、図の左側
の端部でギャップが最小となるように端面が変化するよ
うに形成され、また、磁性体９_Rは、中空部の内面が可
動鉄心３に対して平行となるように形成されて外部継鉄
に取り付けられている。即ち、磁性体９_Lに生成される
磁極１８_Lと可動鉄心３とのギャップ１１１、及び磁性
体９_Rに生成される磁極１８_Rと可動鉄心３とのギャッ
プ１１２は、右方のギャップ１１２が同一幅で、左方の
ギャップ１１１を中央寄りの端部で右方のギャップ１１
２と同じ幅にしかつ左端部に向かうに従ってギャップを
狭くなる構造である。このように、左右の磁性体におけ
るギャップ１１１、ギャップ１１２は一致しない。この
ように、ギャップ１１１が徐々に狭くなっているので吸
引力はギャップ１１１がギャップ１１２に対して大きい
ため、可動鉄心３は左方の端部で停止する。

【００６０】可動鉄心３を右方へ移動させるために、コ
イルに励磁電流を通電すると、永久磁石の磁束及びコイ
ルの磁束は、左方の磁性体９_Lの磁極１８_Lと可動鉄心
３との間では永久磁石及びコイルの二つの磁束が減算さ
れ、右方の磁性体９_Rの磁極１８_Rと可動鉄心３との間
では加算される方向に流れる。これによって、右方のギ
ャップ１１２の磁束密度は左方のギャップ１１１の磁束
密度より大となり、可動鉄心３は右方向（図１２矢印Ａ
方向）に吸引される。コイルの励磁電流の供給を遮断す
ると、磁性体の左右における磁束の加減算の関係が崩
れ、左方のギャップ１１１の磁束密度が大きくなり、可
動鉄心３は左方の端部で停止する。

【００６１】従って、永久磁石による吸引力は無通電時
に常に左方（ギャップ１１１に対する部位）が強く右方
（ギャップ１１２に対する部位）が弱くなるので、可動
鉄心３は常に左端に寄って静止し、コイルの励磁によっ
て、可動鉄心３は右方に吸引される。この励磁が停止さ
れると、可動鉄心は再び左方へ戻る。このように、本実
施例では、可動鉄心３を右方へ移動後に左方に戻して停
止させることができるため、スプリング等のバネ力を用
いることなく、有極アクチュエータの一方の端部に可動
鉄心３を復帰させ静止させることができる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、可
動鉄心の移動方向に交差するように磁束を設定及び生じ
させかつ、磁束が加算される方向及び減算される方向に
磁束を生じさせることができるため、少ない電力で大き
な吸引力を得られる効率の良い有極リニヤアクチュエー
タを得ることができ、また、大きなストロークであって
も大きな吸引力を得られる、という効果が得られる。

【００６３】また、磁性体と可動鉄心の間の間隙を変更
することにより、ストロークと吸引力との関係を表す吸
引力特性を用途に応じて変更することができると共にコ
イルで発生する磁束の方向を変更することによって可動
鉄心を双方向に動かすことができる、という効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の有極リニヤアクチュエーターの概
略構造を示し、（ａ）は、図２の可動鉄心の軸方向に沿
って切断した断面図、（ｂ）は、図２の可動鉄心の軸方
向と直交する方向に沿って切断した断面図である。

【図２】第１実施例の有極リニヤアクチュエーターの一
部断面を含む外観図である。

【図３】図１（ａ）のＩ−Ｉ線断面、II-II線断面に相
当し、第１実施例の磁性体に流出入する磁束を説明する
ためのイメージ図である。

【図４】第２実施例の有極リニヤアクチュエーターを示
し（ａ）は、図１（ａ）に対応する図であり、（ｂ）
は、図４（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。

【図５】第３実施例の有極リニヤアクチュエーターを示
し、（ａ）は、図１（ａ）に対応する図であり、（ｂ）
は、図１（ｂ）に対応する図である。

【図６】第４実施例の有極リニヤアクチュエーターの要
部を示す線図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は板状の
可動鉄心の側面図、（ｃ）は円筒状の可動鉄心の側面図
である。

【図７】第４実施例の有極リニヤアクチュエーターの変
形例を示す線図である。

【図８】第５実施例の有極リニヤアクチュエーターの要
部を示す線図である。

【図９】第５実施例の有極リニヤアクチュエーターの他
例の要部を示す線図である。

【図１０】第６実施例の有極リニヤアクチュエーターの
要部を示す線図である。

【図１１】第７実施例の有極リニヤアクチュエーターの
要部を示す線図である。

【図１２】第８実施例の有極リニヤアクチュエーターの
要部を示す線図である。

【符号の説明】

Ａｃアクチュエータ３可動鉄心１_R、１_L、１_U、１_D 永久磁石５_U、５_D 継鉄４_R、４_L コイル（励磁コイル）８_U、８_D 外部継鉄９_R、９_L 磁性体１８_R、１８_L 磁極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貫通した中空部を有しかつ各々磁極を生
成するための１対の磁性体が対峙して配設された吸引手
段と、前記磁性体の各々との間に間隙を有するように前記中空
部の各々に一部が挿入されかつ直線的に移動可能に保持
された可動鉄心と、前記吸引手段の対峙した磁性体の間に設けられて前記間
隙の各々に第１の磁束を通過させる永久磁石と、前記吸引手段の対峙した磁性体の間に設けられて、前記
一方の間隙では前記第１の磁束と加算される方向に通過
しかつ他方の間隙では前記磁束と減算される方向に通過
する第２の磁束を形成する励磁コイルと、を有する有極リニヤアクチュエーター。
【請求項２】前記間隙に摩擦係数の少ない非磁性体を
配設したことを特徴とする請求項１に記載の有極リニヤ
アクチュエーター。
【請求項３】前記間隙に可動鉄心の移動に伴って回転
する回転体を設けたことを特徴とする請求項１または２
に記載の有極リニヤアクチュエーター。
【請求項４】前記磁性体の中空部の少なくとも一方
は、前記間隙が前記可動鉄心の移動方向の中心付近から
端部に向かって徐々に減少しかつ該端部側で最小となる
か、前記間隙が前記可動鉄心の移動方向の中心付近から
端部に向かって徐々に増加しかつ該端部側で最大となる
か、何れか一方となるように形成したことを特徴とする
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の有極リニヤ
アクチュエーター。
【請求項５】前記磁性体の前記可動鉄心の移動方向の
先端部側または後端部側に該可動鉄心の移動を機械的に
止めると共に磁気的に該可動鉄心を保持する保持磁極を
生成する保持磁極生成手段を更に設けたことを特徴とす
る請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の有極リニ
ヤアクチュエーター。
【請求項６】前記吸引手段の前記可動鉄心の移動方向
の先端部側または後端部側で前記可動鉄心を磁気的に保
持できるように可動鉄心と少ない間隙で相対する突起部
位を前記吸引手段の磁性体に設けたことを特徴とする請
求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の有極リニヤア
クチュエーター。