JPS63503496A

JPS63503496A - 電磁駆動装置

Info

Publication number: JPS63503496A
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: 1988-12-15
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPH071733B2; EP0268619B1; DE3786392T2; WO1987007757A1; EP0268619A1; CH669064A5; US4908592A; DE3786392D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】電磁駆動装置この発明は、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、かつ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■−■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Ｖｌ−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５０１５０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Ｘｐで示される。

一般的な規則として、ＸはＸＰ−０，５Ｅより長くてはいけない。他方で、磁極部分の長さＸＰ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＾は好ましくはＸＰ　＋ＸＣに等しく、Ｘｅは同じステータ部分で磁極部分を分離するスロットの長さを示している。

上で示されたような寸法状めの条件の下では、コイル１５ないし１８が各々ｎ　ｉ　／　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＝２Ｂｒ　（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「は磁化部分の残留磁気誘導を表わしかつ２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ＸＡ　−ＸＦ　＋ｘｅ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。ＸＡ−Ｘｃ＋０，５ＥであるときまたはＸＡ”” Ｘｃ　＋２ＸＦ−０，５Ｅであるとき、小すイ方のまたは大きい方の長さＸＡ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の画部分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ＸＡ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ＸＯ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、Ｘｃ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ＸＰ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は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られるべきである。

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、対称的に、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ＸＦ−０，５Ｅより小さくなければならず、さらに磁極部分ＸＰ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ＸＰ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ＸＡ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ＸＦ／２より大きくなければならない。Ｘの最大値はＸＡ−ＸＰ　＋Ｘｃ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　＝　２　Ｂｒ　（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われ、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、これらコイルは、たとえば巻回の後で曲げられて磁極部分に適合される。

この装置の寸法状めおよび動作は第１図および第２図のものに類似しており、与えられる力は磁化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−’Ｎｍであった。

１０Ｗ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、それらアームは輪状のシャフト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を示しており、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。

国際調査報告ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　τＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ　ＯＮ

Claims

【特許請求の範囲】

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ＸＡ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ＸＡと同じ連動の経路に沿って測定される長さＸｐ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Ｘｃだけ間隔を隔てられ、ＸＡは実質的にＸｃよりも大きくかつＸｃ＋２Ｘｐ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Ｘｐのように測定されかつＸｐ−０．５Ｅに等しいかまたはそれより小さく、その際Ｘｐ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か配置されることを特徴とする、電磁駆動装置。
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連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ＸＡ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ＸＡと同じ運動の経路に沿って測定される長さＸｐ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Ｘｃの間隔で第１の磁極部分り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、Ｘｐに等しいかまたはそれよりも大きい長さを有し、ＸＡは実質的にＸｐ／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Ｘｐのように測定されかつＸｐ−０．５Ｅに極めて等しく、その際Ｘｐ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。
３．長さＸＡが実際Ｘｐ＋Ｘｃ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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ク構造が配置され、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。