JPH0635655Y2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 イ．考案の目的 〔産業上の利用分野〕 本考案は記憶装置のヘッド駆動用に用いられるボイスコ
イルモーターや産業用ロボット等に用いるリニアアクチ
ュエータに関するものである。

〔従来の技術〕

従来のリニアアクチュエータの構造を第２図と第３図に
示す。

第２図は、従来のリニアアクチュエータの正面図であ
り、１はサイドヨーク、２は永久磁石、３はセンターヨ
ーク、４はコイルである。

第３図は、第２図に示す従来のリニアアクチュエータの
２台分を結合したもので、第２図と第３図の磁気回路の
基本的な構成は同じである。

即ち第３図に示したリニアアクチュエータはリニアアク
チュエータの推力を大きくするために２ケの永久磁石２
を２ケのサイドヨーク１に接着固定し、２ケのセンター
ヨーク３を中心にしてコイル４を取り付けてあり、サイ
ドヨークの両端にセンターヨークを連結した磁気回路と
するリニアアクチュエータである。

第２図のリニアアクチュエータが最小単位であり、最も
シンプルなものである。実際の寸法、形状は種々ある
が、実際の使用例としては第２図で説明するとサイドヨ
ーク１とセンターヨーク３は、高い飽和磁束密度を有す
る軟磁性材の純鉄板等が用いられており、本実施例では
サイドヨーク１は材質がSPCC冷間圧延鋼板で、長さ:70m
m、巾;10mm、高さ:12mmであり、サイドヨークの厚さは3
mmである。永久磁石２はストロンチウムフェライト磁
石、希土類磁石などが使用され、寸法は長さ:55mm、巾:
10mm、厚さ:3mmで、第２図、第３図に示す如く、サイド
ヨーク１の内側に接着される。センターヨークは長さ:7
0mm、巾10mm、厚さ:3mmで、材質はサイドヨークと同様S
PCC冷間圧延鋼板を使用し、このときの可動するコイル
は、コイルに流れる電流の向きにより左右の矢印Ｂ方向
に動く。コイルにはボビンレスコイルとボビンタイプと
があり、永久磁石とコイルとの空隙は0.5mm程度であ
る。磁気回路において第２図、第３図に矢印Ａによって
示した方向に磁束の流れが生じ閉磁気回路となる。

第２図において、永久磁石のＳ極側がサイドヨークに接
着され、永久磁石は厚さ方向にＮ極、Ｓ極に着磁されて
いる。Ｎ極は空隙を介して、コイル方向に向いている。
従って磁束の流れはＮ極から発してコイル４を通り、セ
ンターヨーク３を通り、さらにサイドヨーク１を通って
Ｓ極に戻ってくる磁気回路である。従って磁束は第２図
に示すサイドヨークの永久磁石２のＮ極からセンターヨ
ーク３の方向に一様に形成される。

第３図においては両側のサイドヨーク１上にはりつけら
れた永久磁石２の磁極は、センターヨークに向い互いに
同極で対向してサイドヨークの内面に接合されて取りつ
けられており、永久磁石のＮ極からの磁束はセンターヨ
ーク３とサイドヨーク１を経由してサイドヨークに接合
した永久磁石のＳ極に戻る。

即ち、第３図のリニアアクチュエータは第２図のリニア
アクチュエータ２台を結合した形式となり、この時セン
ターヨークの外周に巻回されたコイル４はセンターヨー
ク３を内部にして左右に動き、第２図のリニアアクチュ
エータの２倍の推力をもつリニアアクチュエータとな
る。第３図も原理的には第２図の磁気回路と全く同じで
ある。従って前述したように第３図の磁気回路は矢印Ａ
で示した方向に磁束が流れ、左右上下に４つの磁気回路
を形成する。

コイルに正負方向の電流が流れた時コイルはフレミング
の左手の法則に従い左右に動く。左手の親指が推力Ｆの
方向であり、人差し指が磁束の方向であり中指が電流の
流れの方向である。

これを第２図で説明すると、第２図において磁束の流れ
の方向は矢印Ａ方向、第２図では永久磁石のＮ極からＳ
極へ、即ちＮ極からコイルの方向へ流れるので永久磁石
とセンターヨーク間の空隙の磁束の方向は図面の下向き
の方向であり、コイルを流れる電流方向は磁束の流れの
直角方向に即ち手前から図面の背面方向へ流れる時、推
力Ｆは矢印Ｂの左方向へ働き、従ってコイルは左方向へ
動く。同様に電流の方向を逆転させると、コイルは右方
向へ動くことになる。

第３図でも同様なことが云える。

〔考案が解決しようとする課題〕

従来のリニアアクチュエータにおいては、可動部のコイ
ルの推力がきまっていて、その推力内で使用するのであ
れば問題がないが、現実には第２図の最小単位のリニア
アクチュエータの推力では不足であり、例えば10倍の推
力を必要する場合が生ずる訳で、このような場合は従来
の技術では第２図のリニアアクチュエータを10倍並べて
使用する必要が起こる。このような場合には第２図、第
３図のリニアアクチュエータでも、何台か要求されてい
る推力に合わせて連結して使用しなければならないとい
う問題があった。

即ち数台連結して使用することになるが、記憶装置や産
業用ロボットなどに用いる時にその連結するスペースが
大きくなり、さらに数台連結するためには可動部である
コイルの取り付け精度が悪くなり、望む取り付け精度に
することは困難となる問題があった。

軽薄短小にして、永久磁石のエネルギー積の大きい数個
の推力に見合うようなリニアアクチュエータをつくれば
よいことになるが永久磁石のエネルギー積には限度があ
るので、別の方法で、構造上数台分に見合うリニアアク
チュエータを製造し、スペースも少なく、取付け精度も
十分満足出来るリニアアクチュエータを提供することを
目的とする。

ロ．考案の構成 〔課題を解決するための手段〕 コの字形のサイドヨークに永久磁石を接着し、センター
ヨークに沿いスライドするセンターヨークの周囲に巻回
したコイルをセンターヨークを介して取付け、センター
ヨークをサイドヨークの両端に固定して、磁気回路を形
成するリニアアクチュエータにおいて、２ケの永久磁石
を両面にはりつけた１ケのＩ字形ヨーク及びＩ字形ヨー
クの周囲に巻回したコイルをＶ字形ヨークの間に挿入し
組込んで１つのユニットを形成し、該ユニットを複数個
組合せて中空円筒状に配置して磁気回路を構成したこと
を特徴とするリニアアクチュエータである。

〔作用〕

本考案は第１図に示す通り第３図のリニアアクチュエー
タの８台分に、又第２図の単位当たりのリニアアクチュ
エータであれば16台分に相当する。即ち第２図の単位当
たりのリニアアクチュエータ２台分に相当する２ケの永
久磁石で形成する磁気回路が１つの単位になっており、
２ケの永久磁石を夫々はりつけたＶ字形ヨークの間の空
隙に、Ｉ字形ヨーク及びＩ字形ヨークの断面の周囲に導
線を巻回したコイルを配置して、１つの磁気回路を形成
し、この磁気回路を中空円筒状に配置して構成したリニ
アアクチュエータである。

即ち第１図において本考案のリニアアクチュエータは、
永久磁石２、Ｉ字形ヨーク1b、Ｖ字形ヨーク1a、プレー
ト８、コイル４、コイルベース６で形成し、コイルの中
央を貫通し挿入されているＩ字形ヨーク1bは第３図のセ
ンターヨーク３の働きをして、Ｖ字形ヨーク1aはサイド
ヨーク１の働きをして磁気回路を構成している。電流は
Ｉ字形ヨーク1bと同じ数の８ケのコイル４に同時に流れ
るので、８ケのコイルは同時に一緒に動く。又コイル４
の内径方向の内側の一辺はコイルベース６に固定されて
いるので、コイルに電流が流れるとコイルベース６が図
１の（ｂ）、（ｃ）の上下方向に動くことになる。Ｉ字
形ヨーク、Ｖ字形ヨークともロストワックスにて一体で
つくられて、プレート８は第２図のサイドヨークの脚部
にあたり、コイル４をＩ字形ヨークに組込むときの作業
を容易にするために磁気回路を分割出来るようにしたリ
ニアアクチュエータである。

〔実施例〕

第１図に本考案によるリニアアクチュエータを示す。本
考案によるリニアアクチュエータは第１図のように、断
面を放射状に円筒状に磁気回路を組むことにより、第３
図のリニアアクチュエータのサイドヨーク、センターヨ
ーク、永久磁石、コイルの働きを失わず、円筒形の磁気
回路を形成することにより、従来のリニアアクチュエー
タの磁気回路を複数個円筒状に一体に組立てた構造にし
ている。又本考案の実施例では第３図の８ケ分、第２図
の16台分の推力を持つリニアアクチュエータとしたもの
であって、使用先の推力の要求に応じて円筒形の径を大
きくしたり小さくしたりすることにより、Ｉ字形ヨーク
とＶ字形ヨークからなる磁気回路を任意の数に選ぶこと
が出来、要求の推力を任意に構成することが出来る。

実施例を第１図の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。実施
例は前述したように第２図の16ケ分、第３図の８ケ分を
組合せた場合に相当する。

第１図の（ａ）は第１図の（ｂ）のAA断面図であり、第
１図の（ｂ）は部分縦断面図である。２は永久磁石、1a
はＶ字形ヨーク、1bはＩ字形ヨーク、４はコイル、６は
コイルベース、５、７、９は空隙である。

Ｖ字形ヨーク1aとＩ字形ヨーク1bはドーナツ形の中空円
板上に乗った形状になっているがロストワックスの鋳造
法によって一体成形され、材質は純鉄もしくは珪素鋼板
である。８ケのコイル４は円筒状の磁気回路の中空にな
っている内径内に配置された円筒状のコイルベース６
に、内径側の一端が一体に固定されている。従って８ケ
のコイルは円筒状をしているコイルベースと一体であ
り、例のフレミングの左手の法則により、第１図（ｂ）
の矢印Ｃの方向に上下するリニアアクチュエータであ
る。５は空隙であり、Ｖ字形ヨークを軽くするため、必
要厚さにしてＶ字形に抜き取っている。又第１図の
（ｃ）のプレート８は第２図、第３図のサイドヨークの
脚部にあたる部分であり、ロストワックスにより成形す
るために分割したものであり、Ｖ字形ヨークとＩ字形ヨ
ークと同じ材質である。

第１図で第３図の１台分にあたる部分は永久磁石２の２
ケ、センターヨークにあたるＩ字形ヨーク１ケ、サイド
ヨークにあたるＶ字形ヨークからなり、Ｖ字形ヨークは
断面方向の周囲にコイルを巻回したＩ字形ヨークを、対
向面にはりつけた同極性に着磁された永久磁石の間に両
側からはさみ込むように配置されている。実施例では外
径が55mmφ、内径は33mmφ、高さはプレート８を寸法に
含めて70mmである。またコイルベースはガラス繊維含有
強化樹脂PPSであり、非極性体で外径30mmφ、内径24mm
φ、高さ20mmの円筒形をして、コイル４に電流が流れた
時電流の方向により上下に動く。

第１図の（ｂ）に示す部分縦断面図において、コイル４
は内径側の一端がコイルベース６に固定されており、セ
ンターヨークにあたるＩ字形ヨークを介して矢印Ｃ方向
に上下にコイルに流れる電流の方向に対応して移動す
る。前述したプレート８はロストワックスの鋳造法によ
り作られ、コイルベース６に一端を固定されたコイルを
Ｉ字形ヨークへ組込む際に組込みを容易にするためプレ
ート８は分離してある。又コイルベース６は８ケのコイ
ル４を直線上に並べた第３図のリニアアクチュエータを
円筒状に配列するためのものであり、コイルの強度やス
ペースばかりでなく、小形軽量にするのに非常に役立っ
ている。

次に磁気回路であるが第１図（ｃ）に示す部分正面図の
通りで、永久磁石２はＶ字形ヨーク1aに接着固定されて
いる。接着された側面はＳ極である。永久磁石２は厚さ
方向に着磁されているからＳ極の反対の側面がＮ極とな
って、Ｎ極より磁束は一方はＩ字形ヨークからプレート
８を通り、他方は下方のドーナツ形のヨークを通ってＶ
字形ヨーク1aに戻り各々の磁気回路を造る。コイルがこ
の円筒形の中に８ケあるから磁気回路は16ケである。こ
のコイルは左手のフレミングの法則で、コイルに電流が
流れると電流の方向により上下に動く。

ちなみに、第１図に示す本考案によるリニアアクチュエ
ータの推力を計算式で求めると下記の通りである。

KF＝（2NBLI）×ｎである。

KF:コイルベースに働く推力（単位：ニュートン） N:巻線数 B:空隙磁束密度（単位：テスラ） L:磁束鎖交長（単位：メートル） I:コイルを流れる電流（単位：アンペア） n:ユニットの個数（単位：個） 第１図の実施例に合わせてこの式に数値を代入すると、 Ｎ＝500 Ｂ＝0.2（ストロンチウムフェライトＢ＝2000G） Ｌ＝0.01（永久磁石の巾10mm、即ち10÷1000） Ｌ＝0.5アンペア ｎ＝８ケ KF＝２×500×0.2×0.01×0.5×８＝８ニュートンとな
る。

この場合、電流を0.5アンペアにしたが実際は１アンペ
ア位は流せる。１アンペアの電流を流した時の推力は理
論的にはKF＝16ニュートンの推力となるが、実際は損失
があり、コイルに熱をもってきたりして13〜14ニュート
ン程度である。又希土類磁石になると、空隙磁束密度が
さらに高くなるので推力KFは大きくなる。

ハ．考案の効果 〔考案の効果〕 本考案のリニアアクチュエータとすることにより、従来
の複数個のリニアアクチュエータを円筒形に配置して全
体の外径寸法を自由に選択することにより、任意の推力
に対応出来るリニアアクチュエータが製造出来るように
なった。従って従来のリニアアクチュエータを数台連結
するとき、従来よりもはるかに小さいスペースでよく、
しかも円筒形であるので、品質、精度も安定であり、強
度も大きくなった。この点で従来に比べて小形かつ軽量
化に大きく貢献し、原価低減にもつながった。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本考案のリニアアクチュエータで、第
１図（ｂ）のAA断面図である。コイル、Ｉ字形ヨーク、
Ｖ字形ヨーク、コイルベースの構成を示し、従来のリニ
アアクチュエータの８ケ分に相当するリニアアクチュエ
ータである。 第１図（ｂ）は、本考案のリニアアクチュエータの部分
縦断面図であり、コイルの上下の動く方向と内部を示し
たものである。 第１図（ｃ）は、本考案のリニアアクチュエータの磁気
回路を示す部分正面図である。 第２図は、従来のリニアアクチュエータを示す正面図
で、サイドヨークと、センターヨークと、コイルの構成
を示し、磁気回路も示してある。 第３図は、従来のリニアアクチュエータの正面図を示し
第２図に示すリニアアクチュエータの２倍の推力を持
つ。 １……サイドヨーク、1a……Ｖ字形ヨーク、1b……Ｉ字
形ヨーク、２……永久磁石、３……センターヨーク、４
……コイル、5,7,9……空隙、６……コイルベース、８
……プレート。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】中央に軟磁性材のセンターヨークと、セン
   ターヨークの両側に軟磁性材からなりセンターヨークと
   閉磁気回路を形成してセンターヨークに対向する内面に
   同じ極性の永久磁石を接合したサイドヨークと、センタ
   ーヨークを包み該センターヨークの断面周囲に巻回した
   コイルと、該コイルに流れる電流により該コイルをセン
   ターヨークに沿い左右に駆動するよう形成されたリニア
   アクチュエータを、前記コイルの移動方向が円筒の長軸
   方向となるよう複数個並列に円筒状に、前記相隣りあう
   サイドヨークを一体に断面Ｖ字形にしたＶ字形ヨーク
   と、前記センターヨークの断面をＩ字形にしたＩ字形ヨ
   ークと、他端を軟磁性のプレートによりセンターヨーク
   とサイドヨークの両端を閉磁気回路の中空円筒状に形成
   した磁気回路と、前記中空円筒状の磁気回路の内径側に
   Ｉ字形ヨークを内部に包みＩ字形ヨークの断面の外周に
   巻回したＩ字形ヨークと同じ数のコイルと、該コイルの
   一端を周囲に一体に取りつけた円筒状の非磁性のコイル
   ベースとからなることを特徴とするリニアアクチュエー
   タ。