JPS5845514Y2 - 往復駆動装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はポンフミ振動機器等に用いられる電気エネルギ
ーを電磁作用により往復運動エネルギーに変換させる往
復駆動装置に係るものである。

従来、この種の装置としては第１図に示す如く電磁コイ
ル２内の可動鉄心９が電磁コイル２０通電時にヨーク８
内に吸引される吸引作用と、電流遮断時のスプリング１
０による反発力による反発作用とを組合せた装置がある
。

昔た第２図に示す如く、ヨーク８内に設置された２つの
電磁コイル２．２ａに隣合う部分に同方向の磁束が発生
するように通電し、かつ通電方向の切換えにより一端に
軸７を有する永久磁石３を往復動作させる装置がある。

更には第３図に示す如く、ポールピース１３、永久磁石
３を含−む磁気回路の空隙内に装着された可動片１２に
取付けた可動コイル１１に通電し、かつ通電方向の切換
えにより軸７を有する可動片１２を往復動作させる装置
が使用されていた。

しかしながら、上述の第１図に示す装置に訃いては、電
磁作用による吸引力をスプリング１０の反発力に抗して
作用させるので、人力電気エネルギーとスプリング１０
０反発力の差のみが運動エネルギーに変換されるにすぎ
ず効率が悪い。

また作動初期に釦いては吸引力が弱く、一方作動終期に
かいては吸引力が最大になるという動作特性の非線形性
がある。

更に吸引の際のコーク８と可動鉄心９との接触による騒
音があり、豊た電源としては直流電源と切換スイッチの
組合せ使用あるいは交流電源と半波整流装置との組合せ
使用となり、５０Ｈｚ昔たは６０Ｈｚの商用電源をその
ｉｔ使用できない等の欠点がある。

次に第２図に示す装置においては、直流電源と切換スイ
ッチの組合せによる電源しか使用できず、商用電源が使
用できない不便がある。

また動作終端にむけるコーク８と可動永久磁石３との接
触時に動作力が最大となり、動作初期及び中期には軌乍
カフ５′ｖ」・さいという、可動永久磁石３の位置によ
る動作力のバラツキ、つ１り動作特性の非線形性、およ
びヨーク８と可動永久磁石３の接触による騒音発生等の
欠点がある。

更にまた第３図に示す装置においては、磁気回路の空隙
長を大きくとれないので、可動コイル１１の容量が制約
され、電気エネルギ→Ｏ付加容量に制約を受ける。

またコイル自体が動くため耐久力に難点があること、更
にはコイルへの給電構造が複雑になること等の欠点があ
る。

本考案は上述した欠点を解消した往復駆動装置を提供す
るものである。

以下本考案の実施例を示す第４図について説明する。

同図にあ・いて１は縦断面端面形状をＥ形部状に形成し
たヨークであり、２，２ａは各々円筒形に巻線した電磁
コイルである。

而して電磁コイル２，２ａはヨーク１内の溝に装着して
相隣る部分に同方向の磁束が発生するよう（若しくは同
極が発生するよう）直列若しくは並列に結線して、交流
電源若しくは極性切換スイッチを付設した直流電源（倒
れも図示せず）と電気的に接続する。

第４図に示すヨーク１の内部に発生する極性をＮ、Ｓで
示す。

通電方向が逆になれば極性も０内に示す如く反転する。

次にヨーク１内中央部には可動子２ａを軸方向摺動自在
に介装する。

可動子２０は軸方向に着磁した永久磁石３の両端に磁極
片４，４ａを固着して形成し、更に両端に軸７゜７ａを
固着する。

一方ヨーク１の両端には軸受６．６ａを有する非磁性材
料からなる端板５゜５ａを装着し、前記可動子２０を支
持する。

次に上記構成によるイ乍動を説明する。

第４図において電磁コイル２，２ａに通電していない状
態にあっては、可動子２０は第４図に示すように磁気的
吸引力の中性点、つ１すＥ形ヨーク１の中心位置にある
。

次に電磁コイル２，２ａへの通電電流がプラスであり、
Ｅ形ヨーク１の磁極部に第４図に示す如＜Ｎ、Ｓ磁極極
性が現われた場合には、可動子２０は第４図に示す実線
矢印の方向に動作し、磁極片４ａが非磁性材料端板５ａ
に接触する位置１で移動する。

通電電流がマイナスの場合には上記と逆にヨーク１の磁
極部の極性はＮ、Ｓとなるため可動子２０は、画線矢印
の方向に移動し、これを繰返す。

本考案装置は、通常ある一定周波数をもつ電源により１
駆動されるものであり、従って装置構成部材が同一であ
り、また周波数一定であれば、可動子２０のストローク
は入力する電気エネルギー容量によっである一定値に決
定される。

本考案装置においては、前記端板５，５ａは非磁性材料
であるため、磁極片４，４ａが端板５，５ａに近接して
も相互間に磁気的吸引力は作用しない。

従って端板５，５ａを可動子２００ストロークにおいて
接触しない適当な位置に設置すれば、可動子２０は端板
５，５ａに無接触ぞ往復動作することができる。

この点前述の第１図および第２図に示す装置の場合は可
動部端面とヨークとの磁気的吸引力であるため、本考案
における如き無接触の往復動作は不可能である。

また第４図において永久磁石３より発生する磁束は、動
作の略全ストロークにおいて縦断面端面形状がＥ形のヨ
ーク１と磁気的に均等に結合するため、動作の線形性は
良好である。

更に上述した無接触の往復動作が可能であること及び動
作力の線形性が良好であることから、本考案装置におい
ては従来の第１図及び第２図に示す装置では不可能であ
った５ ０ Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用周波数による往
復動作が可能である。

第５図ａ、ｂ、ｃは各々ヨーク１の形状を示す他の実施
例を示す断面図であり、ヨーク１内面に形成される磁極
部の例示である。

すなわち、中央磁極部１と端部磁極部１ｂ、１ｂ’の形
状は、ヨーク１内に装着される前述の電磁コイル２ ＋
２ ａ若しくは可動子２０の形状その他に対応して種
々勘案されるべきであり、本考案が図示の実施例によっ
て限定されないことは勿論である。

次に第６図ａ、ｂは第４図に示すヨーク１の磁極部１ａ
、ｔｌｂｔｌｂ’と可動子２０を構成する永久磁石むよ
び磁極片４，４ａとの間の寸法関係を示す拡大説明図で
ある。

ここで電磁コイル２，２ａにプラスの電流を通電すると
ヨーク１の磁極部分１ ｂ ＋ １ ａ ｔ １ ｂ’
にはそれぞれＮ、Ｓ 、Ｈの磁極が現出して、図示の如
く着磁された可動子２０は図示実線矢印の方向に移動し
、一方電磁コイル２，２ａにマイナスの電流を通電する
とヨーク１の磁極部分１ ｂ 、ｉａ。

１ ｂ’にはそれぞれＳ、Ｎ、Ｓの磁極が現出して、可
動子２０は図示破線矢印の方向に移動するものとする。

図に示す如くＡは端部磁極部１ｂ、１ｂ’間の軸方向距
離であり、中央磁極部１ａの軸方向長さをＣ１中央磁極
部１ａと両端部磁極部ｉｂ、ｉｂ’との間隙を各々Ｂ、
Ｂ’とすると、Ａ ＝Ｂ ＋Ｂ’＋ Ｃである。

而して可動子２０の外周における端部磁極片間軸方向距
離（第６図では永久磁石３の軸方向長さに相当する）お
よび可動子２０の軸方向長さを各々Ｄ、Ｅとすると、前
記端部磁極間距離Ａおよび中央磁極部の軸方向長さＣと
の間の寸法関係をＥ≧Ａ≧Ｄ≧Ｃとすると一般の商用周
波数における可動子２０の駆動が良好であることが実験
の結果解明された。

すなわち第６図ａに釦いて電磁コイル２，２ａにプラス
の電流を通電すると可動子２０は図示実線矢印の方向に
移動するが、本考案装置では永久磁石３より生じた磁束
とヨークとの磁気的結合により推力が生ずるため第６図
すに示すように磁極片４の右端２８が磁極部分ｉ ｂ’
ｗ端２４の延長線ｌと一致した時に推力のピーク値が発
生する。

同様にして磁極片４ａの右端２６が磁極部分１ａの左端
２２と一致した時に推力のピーク値が発生する。

従って実線矢印方向への移動に際して上述した２個所の
推力ピーク値を得るわけである。

方、第６図すとは逆方向に移動させる場合、即ち第６図
ａにむ、いて電磁コイル２，２ａにマイナスの電流を通
電−ヨーク１の磁極部分１ｂ、Ｉａ。

１ ｂ’にそれぞれＳ、Ｎ、Ｓの磁極を現出させた場合
には、同様に磁極片４ａの左端２５が磁極部分１ｂの右
端２１と一致した時むよび磁極片４の左端２７が磁極部
分１ａの右端２３と一致した時に推力のピーク値が発生
する。

例えば第６図ａ Ｋ ＞いて、Ｅ、Ａ、Ｄｊ）−よびＣ
をそれぞれ３ ｓ ｒｒｖｎ 、３０ ｍｍ、 ２２ｍ
ｍ おヨヒ１０ｒｎｍ に設定すると、第９図に示す
ような推力分布が得られる。

第９図において、実線および破線はそれぞれ第６図ａに
むける推力の方向を示す実線矢印および破線矢印に対応
しており、第６図ａに示す如く可動子２０の中央線ｅが
磁極部分１ａの中央線１’ｏと一致した時をストローク
０とし、中央線Ｉが中央線／？ｏより右方および左方へ
移動した距離をそれぞれプラスおよびマイナスのストロ
ークとして表わした。

第９図に示されるように、推力のピーク値は４ケ所有り
、これらのビク値が発生する位置ＸＩ、Ｘ２．Ｘ３およ
びＸ４はそれぞれ２３と２７．２４と２８．２１と２５
釦よび２２と２６が同下線上に重る時に発生している。

したがって上記の如くの寸法関係に設定した往復駆動装
置を、例えばストローク１２ｒＭＬのダイヤフラムポン
プのような中心位置から５ｍｍの位置で最大の仕事をす
る装置に適用すると、ピーク推力を最大に利用できるた
め、極めて効率の高い装置が得られる。

このように本考案の装置によれば、Ｅ≧Ａ≧Ｄ≧Ｃなる
寸法関係の範囲で各部の寸法を適宜設定することにより
、各種のストロークを有する装置に対応することができ
る。

なお、第６図では可動子外周における端部磁極片間軸方
向距離りは、前記ヨーク１の磁極部間距離Ｂ 、 Ｂ’
および中央磁極部長さＣとの関係はＤ〉Ｂ、Ｂ’、Ｃで
あるが、必ずしもＤ＞Ｂ、Ｂ’とする必要はなく場合に
よってはＤ≦Ｂ、Ｂ’としてもよい。

とのＤ≦Ｂ、Ｂ’なる寸法関係の時は、可動子２０のス
トロークが短い場合に高推力を得ることができる。

要するに本考案では、可動子２０の良好な駆動のために
Ｄ≧Ｃなる寸法関係は好ましいが、ＤとＢ、Ｂ’との寸
法関係はストロークや推力などを考慮して定めればよい
。

筐た可動子の形状は種々の変形が可能であり、第７図ａ
、ｂに示すような形状とすることができる。

両図において４１．４２は何れも磁極片であり、その外
周部における形状を異にしている。

このような場合には、前記り寸法は、両図に示すように
可動子外周部において測定した値とする。

第８図は更に他の変形であり、永久磁石３として例えば
希土類コバルト系磁石のような高性能磁石を使用へ磁極
片４３を比較的太に形成したものである。

この場合においても前記り寸法は図示の如く、可動子の
外周部において測定した値とする。

なか、本実施例において可動子は横断面一様形状のもの
を示したが、その横断面は円、正方形等の一般的なもの
は勿論、ヨークと同様、他の幾何学的形状とすることも
できる。

またヨークとの関係において軸方向の摺動が可能である
限り、必らずしも横断面形状が一様なものに限定される
ことはない。

更に端板の構成材料として非磁性材料の例を示したが、
可動子を構成する永久磁石による磁力の端板に及ぼす吸
着力の影響がない限り（例えば端板と可動子との間隔を
比較的太とすることにより、鉄鋼材料等の強磁性材料で
あっても作用は同一である。

本考案の往復駆動装置は以上記述の如き横取および作用
であるから、下記の効果を奏し得る。

（υ 商用交流電源から簡単に永久磁石式の往復駆動装
置の動力源を得られる。

（づ 動作特性上線形性が極めて良好であり、無通電時
においては可動子が往復動作ストロークの中心位置にあ
る。

（３）電磁コイルはヨーク内に固定しであるため容量上
の制約は一切無く、かつ耐久性に富む。

（４）可動子が無接触で動作するため、騒音の発生が無
い。

（５）構造簡琴、であり小型から犬型捷で製作可能であ
り、効率が良い。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は夫々従来の装置を示す縦断面図、第４
図は本考案の実施例を示す縦断面図、第５図ａ−ｃは夫
々ヨークの他の実施例を示す縦断面図、第６図ａ、ｂは
ヨークと可動子と寸法関係を示す拡大説明図、第７図ａ
＋ ｂおよび第８図は夫々可動子の変形例を示す一部
断面正面図、第９図は本考案の装置にむける推力分布の
→１１を示す図である。 １：ヨーク、１ａ：中央磁極部、１ｂ、１ｂ’：端部磁
極部、２．２ａ：電磁コイル、３：永久磁石、４．４ａ
、４１．４２．４３ ：磁極片１，５゜５ａ：端板。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 軸を含む平面にむける縦断面端面を略Ｅ形に形成した強
   磁性材料からなるヨーク内に２個の筒状電磁コイルを相
   隣る部分に同極が発生するように配設し、ヨーク中央部
   には両端部に磁極片を有しかつ軸方向に着磁した永久磁
   石を構成要素とする可動子を軸方向摺動自在に設け、前
   記ヨーク両端には端板を設けると共に、前記可動子の少
   なくとも一端に設けた軸をヨーク端板を貫通させ、前記
   ヨークを横取する磁極部と前記可動子との寸法関係を下
   記の如く定めたことを特徴とする往復駆動装置。 Ｅ≧Ａ≧Ｄ≧Ｃ 但し、Ａ：端部磁極部間軸方向距離 Ｃ：中中央極極部軸方向長 Ｄ：可動子外周にむける端部磁極片間軸 方向距離 Ｅ：可動子軸方向長さ