JPH06284670A - Linear actuator - Google Patents

Linear actuator

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JPH06284670A
JPH06284670A JP9719493A JP9719493A JPH06284670A JP H06284670 A JPH06284670 A JP H06284670A JP 9719493 A JP9719493 A JP 9719493A JP 9719493 A JP9719493 A JP 9719493A JP H06284670 A JPH06284670 A JP H06284670A
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JP
Japan
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mover
permanent magnet
linear actuator
coil
yoke
Prior art date
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Pending
Application number
JP9719493A
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Japanese (ja)
Inventor
Minoru Inubushi
実 犬伏
Akira Furuse
彰 古瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Metals Ltd
Original Assignee
Sumitomo Special Metals Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Special Metals Co Ltd filed Critical Sumitomo Special Metals Co Ltd
Priority to JP9719493A priority Critical patent/JPH06284670A/en
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Abstract

PURPOSE:To allow highly accurate control and to realize downsizing while enhancing general purpose performance by disposing a pair of driving coils on the stator side and a radially magnetized tubular permanent magnet on the mover side. CONSTITUTION:When predetermined currents are fed in same direction through inner and outer driving coils 4, 2 constituting a stator 1, the currents circulate through inner and outer yokes 5, 3 where the coils 4, 2 are disposed. Consequently, a so-called inclining field having field strength increasing from the axial center toward the opposite end parts is formed in the air gap. When a radially magnetized tubular permanent magnet 8 is disposed in thus air gap, thrust is generated in the permanent magnet 8 through interaction of the field and the magnetic moment of the permanent magnet 8 itself and the mover 7 is moved linearly in the axial direction.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、リニアアクチュエー
タに係り、特に固定子側に一対の駆動用コイルを配置
し、可動子側にラジアル方向に磁化された円筒状永久磁
石を配置することにより、汎用性が高く、しかも構造が
比較的簡単で小型軽量化を可能とするリニアアクチュエ
ータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear actuator, and more particularly, by disposing a pair of drive coils on the stator side and a cylindrical permanent magnet magnetized in the radial direction on the mover side, The present invention relates to a linear actuator which has high versatility, is relatively simple in structure, and can be reduced in size and weight.

【0002】[0002]

【従来の技術】リニアアクチュエータとしては、従来か
らハードディスクドライブ(HDD)装置の磁気ヘッド
ポジショナーとして使用されているボイスコイルモータ
(VCM)が知られている。このボイスコイルモータ
(以下、VCMとする)は、可動子がコイルとそれを支
持するボビンとから構成されており可動子自体が軽量で
あることから、応答性に優れ、また精密な位置制御が可
能である等の長所を有している。しかし、VCM自体が
ハードディスクドライブ装置(以下、HDD装置とす
る)への採用を主眼に置いて改良されてきたことから、
HDD装置以外の用途での利用には必ずしも適した構成
とは言い難いものであった。
2. Description of the Related Art As a linear actuator, a voice coil motor (VCM) conventionally used as a magnetic head positioner of a hard disk drive (HDD) device is known. In this voice coil motor (hereinafter referred to as VCM), since the mover is composed of a coil and a bobbin supporting the coil and the mover itself is lightweight, it has excellent responsiveness and precise position control. It has advantages such as being possible. However, since the VCM itself has been improved with a focus on its adoption in hard disk drive devices (hereinafter referred to as HDD devices),
It is hard to say that the configuration is necessarily suitable for use in applications other than the HDD device.

【0003】本願出願人は、先に、VCMの用途拡大を
目的に、VCMが本来有する長所を活かした精密位置決
め装置、油圧及び空圧バルブのNC制御装置、ロボット
腕、組立装置等の種々の用途に利用できる汎用性の高い
リニアアクチュエータを提案した(特開平4−1016
57号)。その一例を図6a及び図6bによって説明す
る。図6aは該リニアアクチュエータの側面図であり、
図6bは一部縦断正面図である。固定子20は、円筒状
のアウターヨーク21と円柱状のインナーヨーク(セン
ターヨーク)22とこれらを同心状に一体化するととも
に磁気的に接続するサイドヨーク23とからなるヨーク
部と、円筒状のアウターヨーク21の内側に固着される
ラジアル方向に磁化された円筒状永久磁石24によって
構成されている。また、可動子25は三角錐状のボビン
26と該ボビン26の内側端面外周部に固着されるコイ
ル27と、さらにボビン26の内側端面中心部に挿通固
着される出力軸28から構成されている。なお図中29
は、可動子25が移動する際に該可動子25内に閉じ込
められる空気によって円滑な移動が阻害されないよう、
ボビン26の所定位置に形成された空気抜き用貫通孔で
ある。可動子25は、前記インナーヨーク22の中心軸
方向の貫通孔30両端部に配置される軸受31にて軸支
される出力軸28を介して、直線移動自在となってい
る。図中32は、コイル27への電流を供給するリード
線であり、コネクター33を介して制御器(図示せず)
に接続される。なお、この構成においては、可動子25
が直線移動時に出力軸28を中心として回転しないよう
該アクチュエータ側または制御対象側に回転防止機構を
配置する必要がある。
The applicant of the present application has previously proposed various types of devices such as a precision positioning device, an NC control device for hydraulic and pneumatic valves, a robot arm, an assembly device, etc., which takes advantage of the inherent advantages of the VCM for the purpose of expanding the applications of the VCM. A highly versatile linear actuator that can be used for various purposes has been proposed (JP-A-4-1016).
57). One example thereof will be described with reference to FIGS. 6a and 6b. FIG. 6a is a side view of the linear actuator,
FIG. 6b is a partially longitudinal front view. The stator 20 includes a cylindrical outer yoke 21, a cylindrical inner yoke (center yoke) 22, a yoke portion that concentrically integrates these and a side yoke 23 that magnetically connects them, and a cylindrical portion. It is constituted by a cylindrical permanent magnet 24 magnetized in the radial direction and fixed inside the outer yoke 21. The mover 25 is composed of a triangular pyramid-shaped bobbin 26, a coil 27 fixed to the outer peripheral portion of the inner end surface of the bobbin 26, and an output shaft 28 inserted and fixed to the central portion of the inner end surface of the bobbin 26. . 29 in the figure
Is so that smooth movement is not hindered by air trapped in the mover 25 when the mover 25 moves.
It is an air vent through hole formed at a predetermined position of the bobbin 26. The mover 25 is linearly movable via an output shaft 28 supported by bearings 31 arranged at both ends of the through hole 30 in the central axis direction of the inner yoke 22. Reference numeral 32 in the figure is a lead wire for supplying a current to the coil 27, and a controller (not shown) via the connector 33.
Connected to. In this configuration, the mover 25
It is necessary to dispose a rotation prevention mechanism on the actuator side or the controlled object side so that does not rotate about the output shaft 28 during linear movement.

【0004】以上の構成からなるリニアアクチュエータ
においては、固定子20を構成する永久磁石24の内周
面とインナーヨーク22の外周面とによって形成される
空隙内に軸方向に対して均一な磁界が形成され、該空隙
内に配置されるコイル27に所要の電流を通電すると、
これらの磁界と電流との相互作用によって可動子25に
推力が発生することとなる。したがって、コイル27へ
の入力電流に比例して可動子25が直線移動し、出力軸
28を介してリニアアクチュエータ外に配置されている
制御対象物を高精度にて移動制御することが可能とな
る。
In the linear actuator having the above structure, a uniform magnetic field is axially formed in the space formed by the inner peripheral surface of the permanent magnet 24 and the outer peripheral surface of the inner yoke 22 which form the stator 20. When a required current is applied to the coil 27 that is formed and placed in the gap,
Thrust is generated in the mover 25 by the interaction between the magnetic field and the current. Therefore, the mover 25 linearly moves in proportion to the input current to the coil 27, and it becomes possible to highly accurately control the movement of the controlled object arranged outside the linear actuator via the output shaft 28. .

【0005】上記のVCM型リニアアクチュエータにお
いては、固定子側に永久磁石が配置され、可動子側にコ
イルが配置されているが、最近では、図7a及び図7b
に示す如く永久磁石が可動子となる所謂MM型(Mov
ing Magnet Type)のリニアアクチュエ
ータが研究開発されている。なお、図7aは正面図であ
り図7bは側面図である。すなわち、所定の空隙を形成
して平行配置された一対の断面方形状の棒状ヨーク40
a、40bと、それらの外側にソレノイド状に巻装され
る駆動用コイル41a、41bから固定子を構成し、前
記空隙内に棒状ヨーク40a、40bの対向方向と同方
向(図中上下方向)に磁化された断面方形状の永久磁石
からなる可動子を配置した構成からなるリニアアクチュ
エータである。このような構成において、駆動用コイル
41a、41bに各々図中矢印イ、ロ方向に電流Iを通
電すると、一対の棒状ヨーク40a、40b間の空隙に
は、その軸方向の中心部から各々両端部に移行するにし
たがって磁界強度が強まるような所謂傾斜磁界が形成さ
れる。この傾斜磁界が形成されている空隙内に前記可動
子となる永久磁石を配置すると、磁界と永久磁石自体が
有する磁気モーメントとの相互作用によって永久磁石に
推力が発生し、軸方向(図中X方向)に直線移動する。
In the above VCM type linear actuator, the permanent magnet is arranged on the stator side and the coil is arranged on the mover side, but recently, FIGS. 7a and 7b are used.
The so-called MM type (Mov
ing Magnet Type) linear actuators have been researched and developed. 7a is a front view and FIG. 7b is a side view. That is, a pair of rod-shaped yokes 40 each having a rectangular cross section and arranged in parallel with each other to form a predetermined space.
a, 40b, and a driving coil 41a, 41b wound on the outside thereof in the form of a solenoid so as to constitute a stator, and in the gap, the same direction as the facing direction of the rod-shaped yokes 40a, 40b (vertical direction in the figure) It is a linear actuator having a structure in which a mover made of a permanent magnet having a rectangular cross section magnetized in is arranged. In such a configuration, when a current I is applied to the drive coils 41a and 41b in the directions indicated by arrows a and b, respectively, in the gap between the pair of rod-shaped yokes 40a and 40b, both ends of the gap from the axial center are formed. A so-called gradient magnetic field is formed in which the magnetic field strength increases as it moves to the part. When the permanent magnet to be the mover is arranged in the gap where the gradient magnetic field is formed, a thrust is generated in the permanent magnet due to the interaction between the magnetic field and the magnetic moment of the permanent magnet itself, and the axial direction (X in the figure). Direction) move linearly.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上に示すVCM型リ
ニアアクチュエータは、固定子を構成する磁気回路部と
可動子を構成するコイルとが磁気回路内に配置される軸
受と可動子に配置される出力軸を介して一体化している
ことから、VCM自体が有する長所を有効に活用して従
来のHDD装置の用途以外にも広く用いられるようにな
った。しかし、最近のリニアアクチュエータには、一層
の小型軽量化とともに、高精度の制御が要求され、特定
用途においては、上記構成のVCM型リニアアクチュエ
ータでもそれらの要求を満足させることが困難となって
きた。一方、MM型リニアアクチュエータにおいても種
々の改良がなされているが、上記の構成を基本とするこ
とから、可動子に発生する推力自体が小さく、広範囲の
用途に採用することは困難であった。
In the VCM type linear actuator described above, the magnetic circuit portion forming the stator and the coil forming the mover are arranged in the bearing and the mover arranged in the magnetic circuit. Since they are integrated via the output shaft, they have come to be widely used in addition to the conventional HDD device by effectively utilizing the advantages of the VCM itself. However, recent linear actuators are required to be more compact and lightweight and to be controlled with high precision, and it has become difficult for the VCM type linear actuator having the above-mentioned configuration to satisfy those requirements in a specific application. . On the other hand, although various improvements have been made also in the MM type linear actuator, since the above-mentioned configuration is the basic, the thrust itself generated in the mover is small, and it is difficult to employ it in a wide range of applications.

【0007】この発明は、上記のような最近のリニアア
クチュエータに要求される高精度の制御が可能であり、
小型軽量化が実現でき、さらに汎用性が高いリニアアク
チュエータの提供を目的とするものである。
The present invention is capable of highly accurate control required for the recent linear actuators as described above,
The purpose of the present invention is to provide a linear actuator that can be made compact and lightweight and has high versatility.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために種々検討した結果、先に説明したVC
M型リニアアクチュエータとMM型リニアアクチュエー
タのそれぞれが有する長所を積極的に活用することによ
って、それぞれのリニアアクチュエータのみでは予測の
つかない相乗効果が得られることを知見し、完成したも
のである。すなわち、この発明は、内側に駆動用外側コ
イルを巻装してなるアウターヨークと外側に駆動用内側
コイルを巻装してなるインナーヨークとを非磁性材から
なるスペーサーを介して同心状に配置してなる固定子
と、外周面が前記駆動用外側コイルに対向し、内周面が
前記駆動用内側コイルに対向し、かつ前記インナーヨー
クに外嵌して軸方向に移動可能に配置するラジアル方向
に磁化された円筒状永久磁石からなる可動子とを有する
ことを特徴とするリニアアクチュエータである。
As a result of various studies to achieve the above-mentioned object, the present invention has the VC described above.
The present invention has been completed by discovering that synergistic effects that cannot be predicted only by the respective linear actuators can be obtained by positively utilizing the advantages of the M-type linear actuator and the MM-type linear actuator. That is, according to the present invention, an outer yoke formed by winding a driving outer coil inside and an inner yoke formed by winding a driving inner coil outside are concentrically arranged via a spacer made of a non-magnetic material. And a radial outer surface of which faces the driving outer coil, an inner surface of which faces the driving inner coil, and which is externally fitted to the inner yoke so as to be movable in the axial direction. And a mover made of a cylindrical permanent magnet magnetized in a direction.

【0009】[0009]

【作用】この発明のリニアアクチュエータの作用を、図
1に示す一実施例にもとづいて説明する。なお、図1は
縦断面正面図である。図1において、1は固定子であ
り、内側に駆動用外側コイル2をソレノイド状に巻装し
てなる円筒状のアウターヨーク3と、外側に駆動用内側
コイル4をソレノイド状に巻装してなる円筒状インナー
ヨーク5とを、アルミ、真鍮等からなる非磁性材の略円
板状スペーサー6を介して同心状に一体化するよう配置
している。また、7は可動子であり、外周面が前記駆動
用外側コイル2に対向し、内周面が前記駆動用内側コイ
ル4に対向し、かつ前記インナーヨーク5に外嵌して軸
方向に移動可能に配置するラジアル方向に磁化された円
筒状永久磁石8と、該円筒状永久磁石8を保持するアル
ミ等の軽量な非磁性材からなるマグネットホルダー9、
さらに該マグネットホルダー9の中央部に挿通固着され
る出力軸10から構成されている。さらに、可動子7
は、前記インナーヨーク5の中心軸方向の貫通孔11両
端部に配置されるブッシュ(軸受)12にて軸支される
出力軸10を介して、直線移動自在となっている。な
お、駆動用外側コイル2及び駆動用内側コイル4への電
流供給はスペーサー6に形成されるリード線引き出し孔
(図示せず)を介して、該アクチュエータ外部から行わ
れる。この構成においては、可動子7側にコイルが配置
されていないため、可動子7の移動時にリード線等によ
り円滑な作動が阻害されることはなく、あえて可動子7
の回転防止機構を配置する必要もないが、制御対象に応
じて該アクチュエータ側または制御対象側への回転防止
機構の配置要否を選定することが望ましい。
The operation of the linear actuator of the present invention will be described based on an embodiment shown in FIG. 1 is a front view in vertical section. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a stator, which has a cylindrical outer yoke 3 formed by winding a driving outer coil 2 in a solenoid shape on an inner side, and a driving inner coil 4 arranged in a solenoid shape on an outer side. The cylindrical inner yoke 5 is formed so as to be concentrically integrated with the substantially disk-shaped spacer 6 made of a non-magnetic material such as aluminum or brass. Reference numeral 7 denotes a mover, the outer peripheral surface of which faces the driving outer coil 2, the inner peripheral surface of which faces the driving inner coil 4 and which is fitted onto the inner yoke 5 to move in the axial direction. A cylindrical permanent magnet 8 magnetized in a radial direction which is arranged as possible, and a magnet holder 9 made of a lightweight non-magnetic material such as aluminum for holding the cylindrical permanent magnet 8.
Further, it is composed of an output shaft 10 which is inserted and fixed in the central portion of the magnet holder 9. In addition, mover 7
Is linearly movable via an output shaft 10 pivotally supported by bushes (bearings) 12 arranged at both ends of the through hole 11 in the central axis direction of the inner yoke 5. The electric current is supplied to the driving outer coil 2 and the driving inner coil 4 from the outside of the actuator through a lead wire drawing hole (not shown) formed in the spacer 6. In this configuration, since the coil is not disposed on the side of the mover 7, smooth movement of the mover 7 is not hindered by the lead wire or the like, and the mover 7 is intentionally operated.
Although it is not necessary to dispose the rotation prevention mechanism, it is desirable to select whether or not to dispose the rotation prevention mechanism on the actuator side or the control target side according to the control target.

【0010】以上の構成からなるリニアアクチュエータ
において、固定子1を構成する駆動用外側コイル2と駆
動用内側コイル4とにそれぞれ同方向(例えば、各コイ
ル2,4ともに時計回り方向、または反時計回り方向)
の所定電流を通電すると、各コイル2,4を配置してい
るアウターヨーク3とインナーヨーク5部間を環流する
こととなる。これらの磁束によって、該空隙内にその軸
方向の中心部から各々両端部に移行するにしたがって磁
界強度が強まるような所謂傾斜磁界が形成される。この
傾斜磁界が形成されている空隙内に前記可動子7を構成
するラジアル方向に磁化された円筒状永久磁石8を配置
すると、磁界と永久磁石8自体が有する磁気モーメント
との相互作用によって永久磁石8に推力が発生し、可動
子7が軸方向(図中左右方向)に直線移動する。
In the linear actuator having the above structure, the driving outer coil 2 and the driving inner coil 4 constituting the stator 1 are in the same direction (for example, the coils 2 and 4 are both clockwise or counterclockwise). Direction)
When a predetermined current is applied, the current flows between the outer yoke 3 and the inner yoke 5 where the coils 2 and 4 are arranged. Due to these magnetic fluxes, a so-called gradient magnetic field is formed in the air gap, in which the magnetic field strength increases as it moves from the axial center to both ends. When the cylindrical permanent magnet 8 that is magnetized in the radial direction and that constitutes the mover 7 is arranged in the space where the gradient magnetic field is formed, the permanent magnet is generated by the interaction between the magnetic field and the magnetic moment of the permanent magnet 8 itself. A thrust force is generated at 8, and the mover 7 linearly moves in the axial direction (left-right direction in the drawing).

【0011】該アクチュエータを構成する各部材の形状
や固定子1と可動子7との一体化手段(軸受け配置手
段)等は図1に示す形状や手段に限定されるものではな
く、例えば、マグネットホルダー9も図2に示すように
先端部を三角錘状にするとともに所定位置に空気抜き用
貫通孔13を形成し、マグネットホルダー9の軽量化と
ともに、可動子7が移動する際に該可動子7内に閉じ込
められる空気によって円滑な移動が阻害されないよう考
慮することが望ましい。可動子7を構成するラジアル方
向に磁化された円筒状永久磁石8も必ずしも一体品にて
構成する必要はなく、複数の横断面扇形永久磁石を円筒
状に一体化した構成でもよい。また、永久磁石の材質
も、フェライト系磁石、希土類系磁石等公知のいずれの
材料を用いても、この発明の効果を得ることができる
が、特に磁化(または残留磁束密度Br)が大きく、保
磁力Hcが大きな希土類−鉄−ほう素系磁石が有効であ
る。
The shape of each member constituting the actuator, the means for integrating the stator 1 and the mover 7 (bearing arrangement means), etc. are not limited to the shapes and means shown in FIG. As shown in FIG. 2, the holder 9 also has a triangular pyramid-shaped tip and an air vent through hole 13 is formed at a predetermined position to reduce the weight of the magnet holder 9 and to move the mover 7 when the mover 7 moves. It is desirable to consider that the air trapped inside does not hinder the smooth movement. The cylindrical permanent magnet 8 that is magnetized in the radial direction and that constitutes the mover 7 does not necessarily have to be configured as an integral product, and may be a configuration in which a plurality of cross-sectional sector-shaped permanent magnets are integrated in a cylindrical shape. Further, the effect of the present invention can be obtained by using any known material such as a ferrite magnet and a rare earth magnet as the material of the permanent magnet, but the magnetization (or residual magnetic flux density Br) is particularly large and the effect is high. A rare earth-iron-boron magnet having a large magnetic force Hc is effective.

【0012】以上の説明から明らかなように、この発明
のリニアアクチュエータの基本的な動作原理としては図
7に示すMM型リニアアクチュエータの技術思想を利用
している。しかし、先に説明したように本来のMM型リ
ニアアクチュエータの推力は余り大きくないが、この発
明のリニアアクチュエータにおいては、同軸配置した一
対のヨーク、一対の駆動用コイル及び円筒状永久磁石の
各構成部材を効果的に配置することにより、可動子を構
成する永久磁石に効率よく磁界を作用させることが可能
となり、しかも駆動用外側コイル2及び駆動用内側コイ
ル4から発生する熱がこれらのコイルを配置するアウタ
ーヨーク3やインナーヨーク5を介してアクチュエータ
の外部に放散され、各々コイル2,4の温度上昇を抑制
することができることから以下の実施例で具体的に説明
するようにコイル温度上昇が低く、実質的な連続通電電
流値を増加させることが可能となり、実用上の高推力化
が図られる。特に、各々コイル2,4の熱放散について
は、図2に示すマグネットホルダー9に形成される空気
抜き用貫通孔13からの空気の入排出等や、スペーサー
6として熱放散性に富む非磁性材であるアルミ等が採用
されることも、熱放散効果を高める要因となっており、
さらに必要に応じて、アウターヨーク3の外周やスペー
サー6の外面をフィン状に加工したり、別部材からなる
フィンを所定位置や外周全面に配置することによって一
層熱放散効果を高めることが可能となる。図1には、可
動子7に接続される出力軸10がインナーヨーク5の軸
心部を貫通する構成を示すが、スペーサー6にて同軸配
置した一対のヨーク間、すなわちインナーヨーク5外周
面とアウターヨーク3内周面に駆動用コイル2,4を巻
装し、該対向配置した一対の駆動用コイル2,4間にラ
ジアル方向に磁化された円筒状永久磁石8を可動子7と
して配置した構成であるため、可動子7はいずれかの構
成部材に軸支されればよく、例えば、スペーサー6やイ
ンナーヨーク5外周面、アウターヨーク3内周面に軸支
させることができ、さらに、出力軸が接続される被制御
側は用途に応じた種々形態を採るが、これらの別部材に
軸支させることもできる。
As is clear from the above description, the technical concept of the MM type linear actuator shown in FIG. 7 is used as the basic operating principle of the linear actuator of the present invention. However, as described above, although the thrust of the original MM type linear actuator is not very large, in the linear actuator of the present invention, each configuration of a pair of coaxially arranged yokes, a pair of drive coils and a cylindrical permanent magnet is used. By arranging the members effectively, it becomes possible to efficiently apply a magnetic field to the permanent magnets forming the mover, and the heat generated from the driving outer coil 2 and the driving inner coil 4 causes these coils to move. Since the temperature rise of the coils 2 and 4 can be suppressed by being radiated to the outside of the actuator through the outer yoke 3 and the inner yoke 5 which are arranged, the temperature rise of the coil can be suppressed as described in detail in the following embodiments. It is possible to increase the value of the low and substantially continuous energizing current, and to increase the thrust in practical use. In particular, regarding the heat dissipation of the coils 2 and 4, respectively, the air in and out through the air venting through hole 13 formed in the magnet holder 9 shown in FIG. Adopting certain aluminum etc. is also a factor that enhances the heat dissipation effect,
Further, if necessary, the outer periphery of the outer yoke 3 and the outer surface of the spacer 6 may be processed into a fin shape, or fins made of separate members may be arranged at predetermined positions or the entire outer periphery to further enhance the heat dissipation effect. Become. FIG. 1 shows a configuration in which the output shaft 10 connected to the mover 7 penetrates through the shaft center portion of the inner yoke 5. However, between the pair of yokes coaxially arranged by the spacer 6, that is, the outer peripheral surface of the inner yoke 5. Driving coils 2 and 4 are wound around the inner peripheral surface of the outer yoke 3, and a cylindrical permanent magnet 8 magnetized in the radial direction is arranged as a mover 7 between the pair of opposing driving coils 2 and 4. Since it has a configuration, the mover 7 may be rotatably supported by any of the constituent members, and can be rotatably supported by, for example, the spacer 6, the outer peripheral surface of the inner yoke 5, and the inner peripheral surface of the outer yoke 3. The controlled side to which the shaft is connected may take various forms according to the application, but it may be pivotally supported by these separate members.

【0013】[0013]

【実施例】この発明のリニアアクチュエータの特徴を以
下に示す実施例によって一層詳細に説明する。 実施例1 軟鉄からなるアウターヨーク3及びインナーヨーク5を
アルミからなるスペーサー6にて同心状に配置し外径6
0mm×長さ60mmなる固定子1を作成した。なお、
アウターヨーク3の内側には外径0.4mmの被覆銅線
からなる駆動用外側コイル2(巻数:505回)を配置
し、またインナーヨーク5の外側には外径0.5mmの
被覆銅線からなる駆動用内側コイル4(巻数:409
回)を配置した。また、アルミからなるマグネットホル
ダー9に残留磁束密度Br11.6kG、保磁力Hc1
1.1kOeを有する希土類−鉄−ほう素系磁石からな
る横断面扇形のラジアル異方性永久磁石を複数個配置し
てなる円筒状永久磁石8を固着するとともに、該マグネ
ットホルダー9の中央部に出力軸10を挿通固着して可
動子7を作成した。以上の固定子1と可動子7とを組合
せて、図1に示す構成からなるこの発明のリニアアクチ
ュエータを作成した。このとき、アクチュエータ全体の
質量は1.02kgであり、可動子7の重量は152g
(そのうち円筒状永久磁石8の重量は80g)であっ
た。駆動用外側コイル2及び駆動用内側3コイル4に
2.0Aの直流電流を通電したところ3kgfの推力を
得ることができた。この発明のリニアアクチュエータの
推力/体積の比を計算したところ173.3N/Lとな
り、図6に示す従来のVCM型リニアアクチュエータに
比べ、該値が2割以上向上していることが確認され、小
型軽量化を可能とすることが確認できた。
The features of the linear actuator of the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. Example 1 The outer yoke 3 and the inner yoke 5 made of soft iron are concentrically arranged by a spacer 6 made of aluminum, and the outer diameter 6 is set.
A stator 1 having a length of 0 mm and a length of 60 mm was prepared. In addition,
Inside the outer yoke 3, a drive outer coil 2 (number of turns: 505) made of a coated copper wire having an outer diameter of 0.4 mm is arranged, and on the outer side of the inner yoke 5, a coated copper wire having an outer diameter of 0.5 mm. Drive inner coil 4 (number of turns: 409)
Times). Moreover, the residual magnetic flux density Br11.6 kG and the coercive force Hc1 are applied to the magnet holder 9 made of aluminum.
A cylindrical permanent magnet 8 formed by arranging a plurality of radial-anisotropic permanent magnets having a fan-shaped cross section and made of a rare earth-iron-boron-based magnet having 1.1 kOe is fixed, and at the center of the magnet holder 9. The output shaft 10 was inserted and fixed to produce the mover 7. By combining the stator 1 and the mover 7 described above, a linear actuator of the present invention having the configuration shown in FIG. 1 was produced. At this time, the total mass of the actuator is 1.02 kg, and the weight of the mover 7 is 152 g.
(Of which, the weight of the cylindrical permanent magnet 8 was 80 g). When a DC current of 2.0 A was applied to the driving outer coil 2 and the driving inner 3 coil 4, a thrust of 3 kgf could be obtained. The thrust / volume ratio of the linear actuator of the present invention was calculated to be 173.3 N / L, which was confirmed to be improved by 20% or more as compared with the conventional VCM type linear actuator shown in FIG. It was confirmed that it is possible to reduce the size and weight.

【0014】実施例2 実施例1によって得られたこの発明のリニアアクチュエ
ータにおいて、室温24℃の環境にて駆動用外側コイル
2及び駆動用内側コイル4に2.0Aの直流電流を連続
通電してコイルの温度上昇値を測定したところ、該温度
は86℃であった。図6に示す従来のVCM型リニアア
クチュエータにおいては、その温度は100℃程度まで
上昇することから、この発明のリニアアクチュエータに
おける実質的な投入許容電力が従来のVCM型リニアア
クチュエータよりも大きくすることができ、実施例1で
示したような大きな推力が得られることとなる。このよ
うに、コイルの温度上昇値が比較的低いのは先に説明し
たように、駆動用外側コイル2及び駆動用内側コイル4
から発生する熱がこれらのコイルを配置するアウターヨ
ーク1やインナーヨーク5を介してアクチュエータの外
部に放散されからである。
Example 2 In the linear actuator of the present invention obtained in Example 1, a DC current of 2.0 A is continuously applied to the driving outer coil 2 and the driving inner coil 4 in an environment of room temperature of 24 ° C. When the temperature rise value of the coil was measured, the temperature was 86 ° C. Since the temperature of the conventional VCM type linear actuator shown in FIG. 6 rises to about 100 ° C., the practically allowable power consumption of the linear actuator of the present invention can be made larger than that of the conventional VCM type linear actuator. Therefore, the large thrust as shown in the first embodiment can be obtained. As described above, the temperature rise value of the coil is relatively low, as described above.
This is because the heat generated from the heat is dissipated to the outside of the actuator via the outer yoke 1 and the inner yoke 5 in which these coils are arranged.

【0015】実施例3 実施例1によって得られたこの発明のリニアアクチュエ
ータにおける、アウターヨーク3とインナーヨーク5と
の間(空隙内)に形成される磁束密度分布を、可動子7
が配置されていない状態でガウスメータによって測定
し、その結果を図3に示す。なお、図中に示す変位は、
駆動用外側コイル2の中央に対応する位置を原点として
それぞれ測定位置までの距離を表している。空隙内にそ
の軸方向の中心部から各々両端部に移行するにしたがっ
て磁界強度が強まるような所謂傾斜磁界が形成されてい
ることが分かる。
Third Embodiment In the linear actuator of the present invention obtained in the first embodiment, the magnetic flux density distribution formed between the outer yoke 3 and the inner yoke 5 (in the air gap) is shown by the movable element 7.
Was measured by a Gauss meter in the state where no is arranged, and the result is shown in FIG. The displacement shown in the figure is
The position corresponding to the center of the driving outer coil 2 is used as the origin to represent the distance to each measurement position. It can be seen that a so-called gradient magnetic field is formed in the void so that the magnetic field strength increases as it moves from the axial center to both ends.

【0016】実施例4 実施例1によって得られたこの発明のリニアアクチュエ
ータにおける、各変位で可動子7に働く推力(静推力)
をロードセルにて測定し、その結果を図4に示す。なお
図中に示す変位は、駆動用外側コイル2の中央に対応す
る位置を原点として可動子7の中央までの距離を表して
いる。また、本願発明者による計算値も併せて記載す
る。図から明らかなように、広い範囲において均一な推
力が作用していることが分かる。コイルに通電する電流
が2Aの場合、若干推力が変位しているが、本願発明者
の推測によれば、インナーヨーク5の寸法が最適でな
く、インナーヨーク5の一部で磁束が飽和してしまって
いるからであり、該寸法を修正することにより、1Aの
場合と同様な均一な推力が得られるものと思われる。
Fourth Embodiment In the linear actuator of the present invention obtained in the first embodiment, the thrust force (static thrust force) acting on the mover 7 at each displacement.
Was measured by a load cell, and the result is shown in FIG. The displacement shown in the figure represents the distance to the center of the mover 7 with the position corresponding to the center of the driving outer coil 2 as the origin. The values calculated by the inventor of the present application are also shown. As is clear from the figure, it can be seen that uniform thrust acts on a wide range. When the current applied to the coil is 2 A, the thrust is slightly displaced. However, according to the estimation by the inventor of the present application, the size of the inner yoke 5 is not optimal, and the magnetic flux is saturated in a part of the inner yoke 5. It is believed that the same thrust force as in the case of 1 A can be obtained by correcting the dimension.

【0017】実施例5 実施例4に用いた測定装置を用い、実施例1によって得
られたこの発明のリニアアクチュエータにおいて、変位
が0mmの位置における推力(静推力)と電流との関係
を測定し、その結果を図5に示す。また、本願発明者に
よる計算値も併せて記載する。図より、推力が電流値の
増加にともないほぼ比例して上昇することが分かる。実
施例4の結果と併せて考慮するとこの発明のリニアアク
チュエータによれば高精度の位置制御が可能であること
が明らかとなった。
Fifth Embodiment Using the measuring apparatus used in the fourth embodiment, in the linear actuator of the present invention obtained in the first embodiment, the relationship between the thrust (static thrust) and the current at the position where the displacement is 0 mm is measured. The results are shown in FIG. The values calculated by the inventor of the present application are also shown. From the figure, it can be seen that the thrust increases almost proportionally as the current value increases. Considering together with the result of Example 4, it became clear that the linear actuator of the present invention enables highly accurate position control.

【0018】[0018]

【発明の効果】実施例からも明らかなように、この発明
によるリニアアクチュエータは固定子を構成する駆動用
コイルやヨーク等の各構成部材を効果的に配置すること
により、可動子を構成する永久磁石に効率よく磁界を作
用させることが可能となり、しかも駆動用コイルから発
生する熱がこれらのコイルを配置するヨークを介してア
クチュエータの外部に放散され、各々コイルの温度上昇
を抑制することができることから、実質的な連続通電電
流値を増加させることが可能となり、実用上の高推力化
がはかれる。すなわち、従来のVCM型リニアアクチュ
エータに比べ推力/体積の比を2割以上向上させること
ができ小型軽量化を可能とする。また、可動子の変位に
対する推力の変化率も小さく高精度の位置制御が可能と
なる。可動子自体に電流供給用のリード線を配置する必
要がないことから、可動子が移動する際に、リード線を
引き回すことがなく、このような構成も高精度の位置制
御を可能とする一要因となっている。以上の説明に明ら
かなように、この発明によって汎用性が高く、しかも構
造が比較的簡単で小型軽量化を可能とするリニアアクチ
ュエータの提供が可能となった。
As is apparent from the embodiments, in the linear actuator according to the present invention, the permanent magnets that form the mover by effectively arranging the components such as the drive coil and the yoke that form the stator. The magnetic field can be efficiently applied to the magnets, and the heat generated from the drive coils is dissipated to the outside of the actuator through the yokes in which these coils are arranged, and the temperature rise of each coil can be suppressed. Therefore, it becomes possible to increase the value of the substantially continuous energizing current, and the thrust can be practically increased. That is, the thrust / volume ratio can be improved by 20% or more compared to the conventional VCM type linear actuator, and the size and weight can be reduced. Further, the rate of change of thrust with respect to the displacement of the mover is small, and highly accurate position control is possible. Since it is not necessary to dispose a lead wire for supplying current on the mover itself, the lead wire is not laid around when the mover moves, and such a configuration also enables highly accurate position control. It is a factor. As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a linear actuator having high versatility, a relatively simple structure, and a reduction in size and weight.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の一実施例であるリニアアクチュエー
タの縦断面正面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional front view of a linear actuator that is an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の一実施例であるリニアアクチュエー
タを構成する可動子の一部縦断面正面図である。
FIG. 2 is a partial vertical cross-sectional front view of a mover that constitutes a linear actuator that is an embodiment of the present invention.

【図3】この発明の一実施例であるリニアアクチュエー
タにおける可動子を配置しない状態における変位と磁束
密度との関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the displacement and the magnetic flux density when the mover is not arranged in the linear actuator that is an embodiment of the present invention.

【図4】この発明の一実施例であるリニアアクチュエー
タにおける変位と推力との関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between displacement and thrust in a linear actuator that is an embodiment of the present invention.

【図5】この発明の一実施例であるリニアアクチュエー
タにおける電流と推力との関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between current and thrust in a linear actuator that is an embodiment of the present invention.

【図6】a及びbは従来のVCM型リニアアクチュエー
タの概要を示す側面図と一部縦断面正面図である。
6A and 6B are a side view and a partial vertical sectional front view showing the outline of a conventional VCM type linear actuator.

【図7】a及びbは従来のMM型リニアアクチュエータ
の概要を示す正面図と側面図である。
7A and 7B are a front view and a side view showing an outline of a conventional MM type linear actuator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 固定子 2 駆動用外側コイル 3 アウターヨーク 4 駆動用内側コイル 5 インナーヨーク 6 スペーサー 7 可動子 8 円筒状永久磁石 9 マグネットホルダー 10 出力軸 11 貫通孔 12 ブッシュ 1 stator 2 outer coil for driving 3 outer yoke 4 inner coil for driving 5 inner yoke 6 spacer 7 mover 8 cylindrical permanent magnet 9 magnet holder 10 output shaft 11 through hole 12 bush

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年5月12日[Submission date] May 12, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0010[Correction target item name] 0010

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0010】以上の構成からなるリニアアクチュエータ
において、固定子1を構成する駆動用外側コイル2と駆
動用内側コイル4とにそれぞれ同方向(例えば、各コイ
ル2,4ともに時計回り方向、または反時計回り方向)
の所定電流を通電すると、各コイル2,4を配置してい
るアウターヨーク3とインナーヨーク5部間を環流する
磁束が発生することとなる。これらの磁束によって、該
空隙内にその軸方向の中心部から各々両端部に移行する
にしたがって磁界強度が強まるような所謂傾斜磁界が形
成される。この傾斜磁界が形成されている空隙内に前記
可動子7を構成するラジアル方向に磁化された円筒状永
久磁石8を配置すると、磁界と永久磁石8自体が有する
磁気モーメントとの相互作用によって永久磁石8に推力
が発生し、可動子7が軸方向(図中左右方向)に直線移
動する。
In the linear actuator having the above structure, the driving outer coil 2 and the driving inner coil 4 constituting the stator 1 are in the same direction (for example, the coils 2 and 4 are both clockwise or counterclockwise). Direction)
When a predetermined current is applied, the current flows back between the outer yoke 3 and the inner yoke 5 where the coils 2 and 4 are arranged.
A magnetic flux will be generated . Due to these magnetic fluxes, a so-called gradient magnetic field is formed in the air gap, in which the magnetic field strength increases as it moves from the axial center to both ends. When the cylindrical permanent magnet 8 that is magnetized in the radial direction and that constitutes the mover 7 is arranged in the space where the gradient magnetic field is formed, the permanent magnet is generated by the interaction between the magnetic field and the magnetic moment of the permanent magnet 8 itself. A thrust force is generated at 8, and the mover 7 linearly moves in the axial direction (left-right direction in the drawing).

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内側に駆動用外側コイルを巻装してなる
アウターヨークと外側に駆動用内側コイルを巻装してな
るインナーヨークとを非磁性材からなるスペーサーを介
して同心状に配置してなる固定子と、外周面が前記駆動
用外側コイルに対向し、内周面が前記駆動用内側コイル
に対向し、かつ前記インナーヨークに外嵌して軸方向に
移動可能に配置するラジアル方向に磁化された円筒状永
久磁石からなる可動子とを有することを特徴とするリニ
アアクチュエータ。
1. An outer yoke having an outer drive coil wound inside and an inner yoke having an inner drive coil wound outside are concentrically arranged with a spacer made of a non-magnetic material interposed therebetween. And a radial direction in which an outer peripheral surface faces the driving outer coil, an inner peripheral surface faces the driving inner coil, and the outer yoke is fitted to the inner yoke so as to be movable in the axial direction. And a mover made of a magnetized cylindrical permanent magnet.
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