JPH071733B2

JPH071733B2 - 電磁駆動装置

Info

Publication number: JPH071733B2
Application number: JP62503228A
Authority: JP
Inventors: ウーデ，クロード
Original assignee: ポルテスキャップ
Priority date: 1986-06-02
Filing date: 1987-06-01
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: CH669064A5; DE3786392D1; EP0268619A1; EP0268619B1; US4908592A; DE3786392T2; WO1987007757A1; JPS63503496A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、可動部材がその運動の方向に垂直に磁化さ
れかつその他の寸法に関してわずかな厚さを有する少な
くとも一部分を含み、ステータ構造が非常に高い磁気透
磁率の材料から作られる少なくとも１個の磁気回路を含
みかつ前記磁化部分の少なくとも一部分が配置されるエ
アギャップを有し、ステータ構造が前記磁気回路と結合
される少なくとも１個の電気付勢コイルをさらに含む型
の可動部材およびステータ構造を含む、電磁駆動装置に
関するものである。

この一般的な型の装置は回転モータで迅速な速度変化と
ともに使用され、そこではロータの１回転あたり多数の
基本的運動またはステップを達成することが一般には望
ましい。

しかしながら、これらの装置は比較的長い距離にわたり
一定の力を与えず、さらにそれらは残留トルク、すなわ
ち電流のないときのトルクから完全には免れていない。
さらに、単相設計にあろうともまたは２相設計にあろう
とも、それらは一般に比較的複雑である。

この発明は、特に限られた距離にわたり実質的に一定の
力で可動部材の運動をもたらすことを可能にし、か実際
に残留トルクを全く有さない簡単で経済的な駆動装置を
提供することを目的とする。

たとえば、そのような装置はハードディスクまたはフロ
ッピーディスクのような、磁気ディスクまたは光ディス
クの回転ディスクメモリの読出しおよび書込みヘッドの
指示アームを始動するために使用され得る。

そのような用途に対し、「ボイスコイル」装置と呼ばれ
る、恒久磁石を有するステータ構造の可動コイルととも
に装置を使用することがしばしばである。これら装置
は、比較的高いコストをもたらす比較的大きな本体の磁
石を必要とする。それは特に、生じられる力に関して最
小値ではない体積と慣性をさらに有する。

この発明の目的はまた、これら公知の装置の不便な点を
改善することである。

この意味で、この発明に従った装置は、１個または複数
個の付勢コイルを流れる電流に比例する一定の力の働き
の下で磁化部分がエアギャップ内で制限運動をもたらし
得るように配置され、かつ付勢電流がないときには実際
残留トルクを受けない。

この発明の好ましい実施例は特許請求の範囲第１項ない
し第８項に記載される。

この発明の用途の特徴、利点および発展性は、添付の図
面に例示されている、この発明の実施例の種々の非制限
的な具体例の、後で記載される説明からよりはっきり明
確になるであろう。

第１図はこの発明に従った線形駆動装置の図である。

第２図は第１図の線II−IIに沿って破断された断面図で
ある。

第３図は第１図の線形駆動装置の代替の実施例の図であ
る。

第４図は第３図の線IV−IVに沿って破断された断面図で
ある。

第５図はこの発明に従った、回転アームを有する駆動装
置の図である。

第６図は第５図の線VI−VIに沿って破断された断面図で
ある。

第７図は円筒形磁石を有する線形駆動装置の軸方向断面
図である。

第８図は第７図の装置の軸方向部分断面図である。

第９図は第７図の装置に類似する装置で使用され得る、
磁化部分の矩形アセンブリの概略斜視図である。

第１図および第２図に示される線形駆動装置は、各々が
たとえば鉄−ニッケル50/50の非常に高い磁気透磁率の
材料のシートの積み重ねにより形成される、２つのステ
ータ部分２と３の間にエアギャップ19を有する、縦ステ
ータ構造１を含む。第２図で参照されるシート４のよう
なシートは縦方向に延びて、たとえば組立孔５、６、
７、８を介して延びる、示されていない固定部材により
組立てられる。こうして形成される部分の薄層形状は、
ステータ構造で渦電流による損失を減じることを可能に
する。これらステータ部分の端部は磁気接合９、10を形
成するように配置されて、エアギャップの外側の磁気回
路の閉鎖を確実にする。

ステータ部分２、３の各々はそれぞれ11、12および13、
14と示される２個の磁極部分を有し、これら磁極部分は
それぞれの電気付勢コイル15、16、17、18により取り囲
まれ、第１図に示されるそれらの巻回はステータ部分の
スロットに受入れられる。それぞれのコイルを有する同
じステータ部分の磁極部分はステータ構造の縦方向に並
んで配置され、さらに異なるステータ部分に属する磁極
部分は一定の距離Ｅで向かい合った関係で配置される。

可動部材20は薄く平坦な磁化部分21はもちろん、第２図
に示されるように磁化部分が埋設される支持部分22も含
む。支持部分22は、エアギャップ19内での磁化部分21の
縦方向の線形運動を可能にするように、表示されていな
い手段によりステータ構造に関して可動に装設される。

部分21はその厚みの方向に、すなわちその大きい方の表
面に垂直に均一に磁化され、それの一方では磁極Ｎを、
さらに他方の反対表面では磁極Ｓを示すようにする。部
分21が作られる材料は、たとえばサマリウム−コバルト
SmCo₅であり、したがってこの装置が使用される全動作
範囲で実際に線形である減磁特性を有し、かつ空気の可
逆透磁率に近い可逆透磁率をさらに有する。磁化部分の
厚さＬは実質的にその部分のそれ以外の寸法よりも小さ
い。

コイル15および17は、たとえばそれぞれの表面で磁極Ｎ
およびＳを示す磁極部分11、13の間のエアギャップで第
１の方向に磁界を生じるような方法で電流が流れ込むよ
うに配置される。他方でコイル16、18は、対応する磁極
部分12および14の間で部分11および13の方向とは反対方
向に磁界を生じるように、すなわちこの具体例では磁極
部分12が磁極Ｓを有しさらに磁極部分14が磁極Ｎを有す
るように付勢される。エアギャップの外側の磁束の漏れ
を減じかつ最適効率を得るように、異なるコイルがエア
ギャップに近接した対応する磁極部分を取り囲んでいる
ことが認められるべきであるこの装置では、エアギャップ19内の磁化部分の運動の経
路は長さＸに限定され、より厳密には対称の位置から２
方向にX/2の長さに限定される。磁化部分の運動の方向
にも測定される、磁極部分の各々の長さはX_Pで示され
る。一般的な規則として、ＸはX_P−0.5Eより長くてはい
けない。他方で、磁極部分の長さX_Pは常に8Eよりも大き
く決められ、さらに同じ方向、すなわちその運動の方向
で測定される磁化部分の長さX_Aは好ましくはX_P＋X_Cに等
しく、X_Cは同じステータ部分で磁極部分を分離するスロ
ットとの長さを示している。

上で示されたような寸法決めの条件の下では、コイル15
ないし18が各々ni/2アンペア回数を有するように電流に
より付勢されると、磁化部分は関係Ｆ＝2B_r（L/E）Z.ni
により与えられる運動の方向へ力Ｆを受け、そこではB_r
は磁化部分の残留磁気誘導を表わしかつｚはエアギャッ
プに置かれる磁化部分の一部の幅を表わし、この幅は運
動の方向に垂直に測定される（第２図）。この力Ｆはエ
アギャップ内の磁化部分の一部から独立しており、付勢
電流ｉに比例する。磁化部分の好ましい長さ、すなわち
X_A＝X_P＋X_Cに対して、力Ｆが所与の電流に対し一定であ
る、運動の経路の長さＸは最大限に達することが認めら
れるべきである。X_A＝X_C＋0.5EであるときまたはX_A＝X_C
＋2X_P−0.5Eであるとき、小さい方のまたは大きい方の
長さX_Aに対し、長さＸは減じられて実際に０になる。さ
らに、磁化部分は一定の全エアギャップ中でその運動の
全長にわたって配置されるので、それは実際付勢電流が
ないときには残留トルクを全く受けない。

磁化部分を含む平面に関する第１図および第２図に従っ
たこの装置の対称的配置は、たとえばステータ部分３が
コイル17および18なしで磁束を閉じるための簡単な部品
により形成される、非対称的配置により置換され得る。

第３図および第４図に表わされた装置の実施例は第１図
および第２図の線形駆動装置の代替の配置である。それ
は、わずかな厚さＬを有する平坦な磁化部分37の２つの
部分38、39が配置されるエアギャップ40を有する縦ステ
ータ構造30を含む。この磁化部分は、先の具体例の場合
と同様、磁化部分のために支持部分47を含み得て、エア
ギャップ40内での磁化部分の制限された線形運動を可能
にするように配置された、可動部材43の一部である。部
分37の両部分38および39は、たとえばその部分38および
39の上部表面でそれぞれ磁極ＮおよびＳを、さらにこれ
ら部分のそれぞれの下部表面で磁極ＳおよびＮを示すよ
うに、反対方向で、運動の方向に垂直に磁化される。運
動の方向に測定される、これら磁化部分の各々の長さは
再びX_Aで示される。

部分37が一片の磁化可能材料により形成される場合に
は、２個の磁化部分が第３図に46で示される不遷移ゾー
ンにより分離される。運動の方向に測定されるこのゾー
ンの寸法X_Dは、たとえば磁化部分の厚さＬの大きさの順
序で可能な限り小さいことが好ましい。磁化部分の材料
は第１図および第２図の具体例におけるのと同様、線形
減磁特性と空気の可逆透磁率に近い可逆透磁率を有す
る。

ステータ構造30は各々が３個の磁極部分を形成する２個
のステータ部分31、32を含み、すなわち部分31の場合
は、付勢コイル35により取り囲まれる第１の磁極部分32
とコイルにより取り囲まれず、X_Cの間隔をあけて磁化部
分の運動の方向へ第１の磁極部分のいずれかの側に配置
される２個の側部磁極部分41、42とを形成する。

同様に、ステータ部分32はコイル36により取り囲まれる
第１の磁極部分34とコイルにより取り囲まれない２個の
側部磁極部分44、45とを有し、ステータ部分32の磁極部
分は一定の距離Ｅでステータ部分31の対応する磁極部分
の向かい側に配置される。

磁化部分の運動の方向で測定される種々の磁極部分の長
さはX_Pで示され、コイル35、36はエアギャップで同じ極
性の電位を与えるように付勢される。部分33は、たとえ
ば磁極Ｎに対応し、部分34は磁極Ｓに対応する。

ステータ部分の各々は薄層形式で作られるが、この具体
例では、ステータ構造は第４図に示されるようにＣ形断
面を有し、したがってステータ部分は磁化部分の運動の
方向に垂直に配置されるシートの積み重ねの形式を有す
る。組立孔48、49、50、51が縦方向に設けられ、さらに
磁気接合がたとえばエアギャップ40のレベルの位置52で
形成される。したがって、ステータ構造の磁気回路は磁
化部分の運動の経路に対し垂直に、言い代えればその構
造の背部にわたって閉じられるが、第１図および第２図
ではこの閉鎖は運動の経路に平行な平面で設けられた。
これらの解決方法の各々の原則としていずれの場合にも
適用可能であり、第１図および第２図の構造はより長く
なり、第３図および第４図の構造はより深くなることが
認めれらるべきである。

第３図および第４図の装置も、ステータ部分の一方がコ
イルを含まず、磁気回路を閉鎖するための簡単な部分を
形成する非対称的配置により置換され得る。

磁化部分37の運動は、対照的に、すなわち磁化部分38、
39の間の分離ゾーンが磁化部分33または34の両端縁の間
の中央にある位置に関してX/2の長さにわたって延び
る、全長Ｘに限定される。先の具体例と同様、Ｘは少な
くともX_P−0.5Eより小さくなければならず、さらに磁極
部分X_Pの長さは常に少なくとも8Eより大きいことが好ま
しい。両側の磁極部41、42、44、45はX_Pよりも長くなり
得ることが認められるべきである。磁化部分X_Aの長さ
は、運動の長さＸが無視し得ない値をとり得て、可動部
材に付与される力が運動のその長さにわたりその部材の
位置から独立して一定を保つように、常に実質的にX_P/2
より大きくなければならない。Ｘの最大値はX_A＝X_P＋X_C
に達し、さらにこの装置により加えられる力は、前に同
じ表記を用いたように、Ｆ＝2B_r（L/E）Z.niである。

この具体例では、アンペア回数niは１対のコイル33、34
により、または非対称的構造の場合には１個のコイルに
より与えられ、一方で前の場合には各々niアンペア回数
を有する２組のコイルが用いられたことが認められるの
であろう。したがって、同じ力を得るのに必要なのは２
倍少ないアンペア回数であるが、実際には２倍の磁極部
分の全長が必要とされる。

第５図および第６図は第１図および第２図の原理と同じ
原理に基づいた回転アームを有する駆動装置を示してい
る。円形シリンダの一部の薄い壁により形成される磁化
部分60は磁化部分の円筒の幾何軸でもある、軸62の周囲
の回転のために装設されるアーム61により支持される。
部分60はその運動の方向に垂直に、すなわち半径方向に
磁化され、たとえば磁極Ｎがその外部円筒表面に現れ
る、さらに磁極Ｓが内部円筒表面に現われる。

軸62と同様、フレーム75により支持されるステータ構造
63はエアギャップ66を形成する２個のステータ部分64、
65を含む。各ステータ部分は２個の磁極部分を、すなわ
ちステータ部分64に関する限りは磁極部分67および68を
有し、ステータ部分65は磁極部分69、70を有し、これら
磁極部分の磁極表面は円筒形で同軸である。ステータ部
分は第１図および第２図の構造のものに類似した方法で
シートの積み重ねにより形成され、さらにこの磁極部分
はそれぞれの電気コイル71、72、73、74により取り囲ま
れ、こられコイルは、たとえば巻回の後で曲げられて磁
極部分に適合される。

この装置の寸法決めおよび動作は第１図および第２図の
ものに類似しており、与えられる力は磁力部分の運動の
部分に関して正接して延びる。実際の具体例では、アー
ムの運動の最大長は26°の全角運動に対応しており、ア
ンペア回数あたりのトルクは6.34・10^-4Nmであった。10
Wの電気のピーク出力に対し、全トルクは0.084Nmであっ
た。回転アームを有するそのような装置は、たとえば普
通の型の回転可能ディスクメモリのアームを駆動するた
めに使用される。

第７図および第８図は第１図および第２図の装置から得
られる駆動装置の別な実施例を示している。これは、磁
化部分80が360°にわたって延びる円形シリンダの薄い
壁により形成され、磁化の方向が半径方向であるので、
円筒形のマグネットを有する線形アクチュエータであ
る。この磁化部分はアーム81、82のような、その軸に平
行なアームにより支持され、それらアームは軸状のシャ
フト83で固定されている。

たとえば、シャフト83はたとえばベアリング85、86また
はボールベアリングによりステータ構造84で滑走するよ
うに配置されている。支持アーム81の１つがガイド部材
87によりステータ構造で誘導され得て、可動部材の回転
を妨げるようにする。この装置の代替の配置に従って、
シャフト83および磁化部分の支持装置には広いピッチを
有するねじ山が設けられ、磁化部分が線形運動をもたら
すとシャフト83が回転するようにする。

ステータ構造84は磁化部分80が配置される円筒形エアギ
ャップ90を形成する２個のステータ部分88、89を含む。
下部ステータ部分88は、環状の付勢コイル93、94、95に
より取り囲まれる２個の円筒形磁極部分91、92を有す
る。これらコイルは、たとえば切目のないワイヤにより
巻回され得て、その場合コイル93および95は同じ方向
に、さらにコイル94は反対方向にコイル93および95の各
々のうちの一方に等しいかまたはその２倍の多数の巻数
で巻回される。外側のステータ部分89にはコイルが設け
られず、第１図および第２図の構造の非対称的配置の場
合と同様、磁気回路を閉鎖するための簡単なヨークを形
成する。

特に経済的な実施例では、ステータ構造は焼結のプロセ
スにより作られ、一方磁化部分は、たとえば成形サマリ
ウム−プラスチックから作られる。そのようなシステム
の動応答は磁化部分の運動により生じられる渦電流によ
りひどく鈍らされる。

第９図は第７図および第８図の装置の代替の配置で使用
される可動部材は示しており、そこではエアギャップは
円筒形ではなく矩形である。この場合、可動部材96は、
直方体を形成するように組立てられかつ示されていない
滑走ロッドに固定部材101で固定されるアームにより支
持される、４個の平坦な磁化部分97、98、99、100を含
む。その場合、ステータ構造は第７図および第８図の構
造の単なる変形となり得るか、またはそれは第１図およ
び第２図の構造に類似する構造から構成される多重構造
の形式で作られ得る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可動部材およびステータ構造を含む電磁駆
動装置であって、可動部材がその運動の方向に垂直に磁
化される少なくとも一部分を含み、磁化の方向に測定さ
れる磁化部分の厚さが磁化部分で近接して置かれる点に
関しては定常点の相対運動の経路の長さにわたり実質的
に一定であり、かつ運動のこの同じ経路に沿って測定さ
れる磁石の長さに関しては小さく、磁化部分が全動作範
囲で実質的に線形の減磁特性と空気の可逆透磁率に近い
可逆透磁率とを有する材料から作られ、ステータ構造が
非常に高い磁気透磁率の材料から作られる少なくとも１
個の磁気回路を含み、かつ前記磁化部分の少なくとも一
部が配置されるエアギャップを有し、ステータ構造が前
記磁気回路と結合される少なくとも１個の電気付勢コイ
ルをさらに含み、磁化部分（21）が１対の磁極を有する
ことを特徴とし、磁化が実際均一でありかつエアギャッ
プ（19）に置かれる磁化部分の点の運動の経路に沿って
測定される長さX_Aにわたって延び、ステータ構造（１）
がエアギャップの少なくとも一方にそれぞれの付勢コイ
ル（15、16）により取り囲まれる２個の磁極部分（11、
12）を含み、前記磁極部分がX_Aと同じ運動の経路に沿っ
て測定される長さX_Pをそれぞれ有し、かつ運動のその経
路に沿ってまた測定される距離X_Cだけ間隔を隔てられ、
X_Aは実質的にX_Cよりも大きくかつX_C＋２X_Pよりかなり小
さく、磁化部分（21）が前記磁極部分間の対称の位置か
ら両方向にX/2の最大の運動の長さに限定される運動を
もたらすことを可能にするように可動部材（20）が配置
されることを特徴とし、ＸはX_Pのように測定されかつX_P
−0.5Eに等しいかまたはそれより小さく、その際X_Pは8E
より大きくかつＥは磁極部分のその位置で運動の前記経
路に垂直に測定されるエアギャップの一定の寸法を示
し、さらに前記構造で磁化部分により生じられる磁束が
前記エアギャップの外側で高い磁気透磁率の前記材料内
に閉じ込められるようにステータ構造が配置されること
を特徴とする、電磁駆動装置。
【請求項２】可動部材およびステータ構造を含む電磁駆
動装置であって、可動部材がその運動の方向に垂直に磁
化される少なくとも一部分を含み、磁化の方向に測定さ
れる磁化部分の厚さが磁化部分で近接して置かれる点に
関しては定常点の相対運動の経路の長さにわたり実質的
に一定であり、かつ運動のこの同じ経路に沿って測定さ
れる磁石の長さに関しては小さく、磁化部分が全動作範
囲で実質的に線形の減磁特性と空気の可逆透磁率に近い
可逆透磁率とを有する材料から作られ、ステータ構造が
非常に高い磁気透磁率の材料から作られる少なくとも１
個の磁気回路を含み、かつ前記磁化部分の少なくとも一
部が配置されるエアギャップを有し、ステータ構造が前
記磁気回路と結合される少なくとも１個の電気付勢コイ
ルをさらに含み、磁化部分（37）が運動の方向に並んで
配置される２組の磁極（38、39）を有することを特徴と
し、前記組の各々の磁化が実際に均一で他の組のものと
反対方向であり、かつエアギャップ（40）に置かれる磁
化部分の点の運動の経路に沿って測定される長さX_Aにわ
たって延び、ステータ構造（31）が少なくともエアギャ
ップの一方に電気付勢コイル（35）により取り囲まれる
第１の磁極部分（33）を含み、前記磁極部分はX_Aと同じ
運動の経路に沿って測定される長さX_Pを有し、同様にコ
イルにより取り囲まれない２個の磁極部分を含み、それ
らはそれぞれX_Cの間隔で第１の磁極部分のいずれかの側
に配置され、前記運動の経路に沿ってまた測定される、
X_Pに等しいかまたはそれよりも大きい長さを有し、X_Aは
実質的にX_P/2より大きく、磁化部分が第１の磁極部分に
関して対称の位置から両方向にX/2の最大の運動の長さ
に限定される運動をもたらすことを可能にするように可
動部材（43）が配置されることを特徴とし、ＸはX_Pのよ
うに測定されかつX_P−0.5Eに極めて等しく、その際X_Pは
8Eより大きくかつＥは磁極部分のその位置で運動の前記
部分に垂直に測定されるエアギャップの一定の寸法を示
し、さらに前記構造で磁化部分により生じられる磁束が
前記エアギャップの外側で高い磁気透磁率の前記材料中
に閉じ込められるようにステータ構造が配置されること
を特徴とする、電磁駆動装置。
【請求項３】長さX_Aが実際X_P＋X_Cに等しいことを特徴と
する、請求の範囲第１項または第２項に記載の装置。
【請求項４】磁気回路が薄層形式で作られることを特徴
とする、請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
載の装置。
【請求項５】コイルがエアギャップの中央付近に設置さ
れることを特徴とする、請求の範囲第１項ないし第４項
のいずれかに記載の装置。
【請求項６】磁化部分が円形シリンダの薄い壁部分の形
式を有することを特徴とし、可動部材の運動が前記シリ
ンダの軸の周囲の角運動である、請求の範囲第１項ない
し第５項のいずれかに記載の装置。
【請求項７】磁化部分が円形シリンダの薄い壁のまたは
直方体の壁の形式を有することを特徴とし、可動部材の
運動がこれら壁の作成ラインの方向に起こる、請求の範
囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の装置。
【請求項８】可動部材が複数個の磁化部分を含み、各々
がそれぞれのステータ構造と協働することを特徴とす
る、請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載の
装置。
【請求項９】可動部材およびステータ構造を含む電磁駆
動装置であって、可動部材がその運動の方向に垂直に磁
化される少なくとも一部分を含みかつそれ以外の方向に
関してわずかな厚さを有し、ステータ構造が非常に高い
磁気透磁率の材料から作られる少なくとも１個の磁気回
路を含みかつ前記磁化部分の少なくとも一部が配置され
るエアギャップを有し、ステータ構造が前記磁気回路と
結合される少なくとも１個の電気付勢コイルを含み、磁
化部分が１個または複数個の付勢コイルを流れる電流に
比例する一定の力の働きの下でエアギャップで制限運動
をもたらし得るようにステータ構造が配置され、かつ付
勢電流がないときには実際残留トルクを受けないことを
特徴とする、電磁駆動装置。